JPS6123909A - 三角法測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は三角法を用いた測距装置に係り、特に、リニア
センサとレンズとで構成される角度検出ユニットに関す
る。

〔発明の背景〕

三角測距装置は主として発光ユニットと受光ユニットよ
り構成され、発光ユニットには通常、位相が揃い発散角
の小さいＨｅ　−Ｎ　ｅ等のレーザ光が用いられる。受
光ユニットは、被測定物表面上での反射散乱光を有効に
集光し、これを受光センサ上に結像する必要があるため
、受光レンズと受光センサとの組合せで構成される。

従来の受光ユニットでは、受光レンズと受光センサ間の
距離が固定のため、受光レンズで計測できる被測定物ま
での距離に制限が生じ、例えば、遠点から近点までの広
い範囲の測距を一つの受光レンズで計測しようとすると
、レンズのピント合せ点以外は受光センサ上の結像にボ
ケを生じ、受光センサの感度が低下し計測不能となるか
、又は、大きな計測誤差を生じると言う欠点がある。こ
れを防ぐためには、複数の受光ユニットを設け、被測定
物までの距離に応じて、使用する受光ユニットを切換え
る方法、又は、受光レンズと受光センサ間の距離を可変
にし、計測の都度受光センサ上に結像が生じるようピン
ト合わせを行なう方法があるが、いずれも装置が高価に
なり°、センサの切換、ピント合わせ時間が必要となり
、計測の高速化を図れないと言う欠点がある。

第１図において、発光体１から出た光はミラー２により
反射され被測定物５の表面上に投光される。発光体１は
、位相が揃い、かつ、ビームの発散角が小さいＨｅ　−
Ｎ　ｅレーザ光等が用いられ、ミラー２によるビームの
発光方向は、エンコーダ３により検出される。発光方向
の指令２発光方向の検出は、詳細図示されない制御ユニ
ット４を介して外部と信号授受が可能になっている。

被測定物５の表面上に生じたビームスポット６は、表面
で反射散乱するが、このうち、受光レンズ７がビームス
ポット６に対して作る立体角に含まれる散乱光は、全て
受光レンズ７により集光され、この結像が受光センサ８
上に作られる。受光センサ８としては、フォトダイオー
ドアレイとかＣＣＤラインセンサと言ったリニアセンサ
が適しており、これらは−直線上に微少感光素子の配列
で構成されている。即ち、受光素子の何番目にビームス
ポット６の結像が生じたかを検出することにより、あら
かじめ定めた基準系に対する角度として読みとることに
なる。受光センサ８からの受光信号は詳細図示されない
受光信号処理ユニット９で処理され、外部と信号授受が
可能になっている。

本基本装置で、発光角・受光角及び発光点、受光点間隔
が決定されることにより、発光点、受光点、ビームスポ
ット点で構成される三角形が一意的に定まり、この情報
をもとに、任意の基準座標系に対し、座標変換の演算を
行なうことにより被測定物までの距離が計測される。

従来、この種測距装置の受光ユニットでは、受光レンズ
７と受光センサ８との間が固定であるため、一つの受光
レンズ７が計測できる範囲に制限があった。即ち、第２
図において、ビームスポット６からの散乱光は、受光レ
ンズ７で集光された後、レンズの焦点位置近傍に像を結
ぶが、その前後では回転双曲線で示される大きさで変化
することになる。従って、結像点前後では、いわゆる、
ボケの状態であり、これを受光センサ８上の大きさとし
て対比的に表わすと第３図のようになる。

ここで受光、センサ８は結像位置として、８′は少しず
れた位置とする。結像位置では、ビームスポット６の結
像１０の大きさが小さく、受光センサ８を構成する感光
素子に十分な受光エネルギが与えられるが、ずれた位置
では、結像ボケにより大きな像１０’　となり、感光素
子に注入されるエネルギが低下する。従って、受光セン
サとしての感度が低下するばかりでなく、結像ボケによ
り多数の感光素子が低レベルで感光するため、真の中心
感光素子を判別することが困難となり、これが測距精度
を極めて低下させることになる。

これらを避けるためには、通常は複数の受光ユニットを
準備し、各ユニット毎に測定範囲を限定する方法とか、
受光レンズ−受光センサ間を可変とし、測定距離に応じ
てピント合わせを行ないながら測距を行なう方法が採用
されているが、これらは、前者では部品数が増え、価格
的に不利となること、装置の小形化ができないこと、ま
た、後者では、ピントのずれを補正するための受光セン
サの移動量は、通常数画以下と微小であるため、高精度
の移動機構が必要となり、これらを自動計測装置に組む
場合、ピント調整に時間がかかり、高速計測ができず、
多数点の測距データから被測定物体の表面プロフィール
を作成するなど計測システムへの適用が困難である欠点
があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、受光ユニットを構成する受光レンズと
受光センサとの間に複数の回転反射板を設けめことによ
り、測定範囲が広く、かつ、測定精度の高い受光ユニッ
トを提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明の要点は、受光レンズと受光センサ間に挿入する
複数の回転反射板の回転半径を変化させることにより、
所定の計測範囲に対し反射板の回転中に必ず受光センサ
上に結像が生じるように調整し、遠点から近点までの広
い範囲を単一の受光ユニットで計測できるようにしたこ
とにある。

〔発明の実施例〕

本発明では受光ユニットの配置を第４図のようにした。

即ち、受光レンズ７の光軸と所定の角をなして複数の回
転反射板１１を同一回転軸上に設け、受光レンズ７によ
る光が、回転反射板１１により反射されて結像を作る近
傍に受光センサ８が設置される。回転反射板１１は、第
５図に示すように、複数の反射板がそれぞれ回転半径を
少しずつ変化させて取付けられており、これがステップ
モータ１２等により回転軸まわりに回転可能となってい
る。

計測に際しては、任意の被測定物５上のビームスポット
６の結像が所定の結像サイズ以下になるよう、ステップ
モータ１２の回転制御を行ない、基準より結像が小さく
なる回転反射板が選ばれた状態で、計測データの取り込
みを可能とし、何番目の感光素子が感光したかを検出す
る。この場合、回転反射板１１の駆動は、ステップモー
タ１２をパルス指令で行なえるため、直線駆動でピント
合わせする方法に比して、高速化が図れる。

また、第６図に示すように、受光センサ８上の結像位置
は、回転反射板１１の回転半径の変化に伴って変動する
が、これは装置の校正の際、個々の回転反射板毎に基準
感光素子を決めておき、これを受光信号処理ユニット９
内に記憶させ、計測に際しては選定された回転反射板に
応じて受光角演算を補正するようにすれば良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、被測定体までの距離が変化しても、常
に、受光センサ上にレンズによる結像を作ることができ
るので、受光センサの感度向上を図れ、結像にボケがな
く結像中心感光素子の検出も容易となり、計測誤差が小
さくなる。また、自動計測装置に適用しても、高速の計
測データ取りこみに対処でき、安価で小形・高精度の測
距センサを構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は三角法測距装置の原理図、第２図はレンズによ
る結像とボケを示す図、第３図は結像の大きさを示す図
、第４図は本発明の回転反射体を設けた受光ユニット図
、第５図は反射回転体の回転半径説明図、第６図は回転
反射体の回転により受光センサ上に結像される説明図で
ある。 ５・・・被測定物、７・・・受光レンズ、８・・・受光
センサ、１１・・・回転反射板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光点より被測定物の表面上に光を投光し、この被
   測定物表面上での反射散乱光を、前記発光点から所定間
   隔離れた受光ユニットで受光して、この時の基準系に対
   する発光角、受光角及び発受光点間隔の諸元から三角法
   により前記被測定物の表面までの距離を計測する測距装
   置の受光ユニットにおいて、 受光レンズと受光センサ間に、前記受光レンズの光軸に
   対し所定の角度をもたせて複数の回転反射板を挿入し、
   かつ、前記回転反射板の回転半径を変化させ、前記回転
   反射板による反射光を前記受光センサ上に結像させるこ
   とにより、前記受光角を検出することを特徴とする三角
   法測距装置。