JP2003043145A - Shape measuring method and system using laser - Google Patents

Shape measuring method and system using laser

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JP2003043145A
JP2003043145A JP2001225209A JP2001225209A JP2003043145A JP 2003043145 A JP2003043145 A JP 2003043145A JP 2001225209 A JP2001225209 A JP 2001225209A JP 2001225209 A JP2001225209 A JP 2001225209A JP 2003043145 A JP2003043145 A JP 2003043145A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shape measuring method and a system using a laser capable of accurately measuring a shape of a target moving at a high speed. SOLUTION: Delay time is detected between respective reflected signals g1 to gN obtained from the reflected light reflected by striking on the target 14 among projection beams 11 projected from a laser beam source 10A and a reference signal 13 obtained from the reference light of a part of the projection beams 11. The shape of the target 14 is measured by respectively calculating a distance up to the target 14 on the basis of the delay time. The reflected light is received by using a plurality of reflected light receiving elements 16, and the reflected signals g1 to gN are outputted from the respective reflected light receiving elements. The distance is measured in parallel on the respective reflected signals g1 to gN.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザを用いた形
状計測方法及びシステムに関し、特に、高速で移動する
目標の形状を計測するレーザを用いた形状計測方法及び
システムに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape measuring method and system using a laser, and more particularly to a shape measuring method and system using a laser for measuring a target shape moving at high speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】先ず、図5〜図6を参照して、レーザを
用いた従来の形状計測システムについて説明する。図5
は、その一例を示す概要図であり、該形状計測システム
200は、概略的に述べると、レーザ光源200Aと、
参照光受光素子200Bと、反射光受光素子206,画
素207,ミラー222及びミラー制御回路221を有
する反射光受光手段200Cと、時間計測回路200D
と、演算回路200Eとを備えている。
2. Description of the Related Art First, a conventional shape measuring system using a laser will be described with reference to FIGS. Figure 5
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the shape measurement system. The shape measurement system 200 includes a laser light source 200A and
Reference light receiving element 200B, reflected light receiving element 200C having reflected light receiving element 206, pixel 207, mirror 222 and mirror control circuit 221, and time measuring circuit 200D.
And an arithmetic circuit 200E.

【0003】この形状計測システム200においては、
レーザ光源200Aから投光された投光ビーム211の
うち計測すべき目標214に当ってはねかえってミラー
222を介し反射光受光素子206に入射する受光ビー
ム205から得られる反射信号200gと、投光ビーム
211の一部が参照光受光素子200Bに入射して得ら
れる参照信号213との間の遅れ時間を時間計測回路2
00Dにおいて計測し、この遅れ時間から形状計測シス
テム200と目標214との間の距離を演算回路200
Eで算出することにより目標の形状を計測する。
In this shape measuring system 200,
The reflected signal 200g obtained from the received light beam 205 which is incident on the reflected light receiving element 206 via the mirror 222, instead of hitting the target 214 to be measured of the projected light beam 211 projected from the laser light source 200A, and the projected light The time measuring circuit 2 measures the delay time with respect to the reference signal 213 obtained when a part of the beam 211 is incident on the reference light receiving element 200B.
00D, the distance between the shape measuring system 200 and the target 214 is calculated based on this delay time.
The target shape is measured by calculating with E.

【0004】次に、図7に示されるフローチャートを参
照して、この形状計測システム200を用いた形状計測
方法について各工程毎に説明すると、従来の形状計測方
法は、主に、レーザ投光工程と、参照光受光工程と、反
射光受光工程と、時間計測工程と、演算工程とを含んで
おり、形状の計測を開始すると、まず、レーザ投光工程
(ステップS200)において、レーザ光源200Aか
ら投光ビーム211が目標214に向けて投光される。
投光ビーム211は、所定の時間間隔のパルスからなる
パルス列として投光される。
Next, referring to the flow chart shown in FIG. 7, a shape measuring method using the shape measuring system 200 will be described for each step. In the conventional shape measuring method, a laser projecting step is mainly used. And a reference light receiving step, a reflected light receiving step, a time measuring step, and a calculating step. When the shape measurement is started, first, in the laser projecting step (step S200), the laser light source 200A is operated. The projected beam 211 is projected toward the target 214.
The projection beam 211 is projected as a pulse train composed of pulses at predetermined time intervals.

【0005】レーザ光源200Aから放射された投光ビ
ーム211の一部は、参照光受光工程(ステップS20
1)において、例えばビームスプリッター(図示せず)
を介して参照光受光素子200Bへ導かれ、光信号から
電気信号へ変換されて参照信号213となる。
A part of the projection beam 211 emitted from the laser light source 200A is part of the reference light receiving step (step S20).
In 1), for example, a beam splitter (not shown)
Is guided to the reference light receiving element 200B via the light source, and converted from an optical signal to an electric signal to become a reference signal 213.

【0006】一方、反射光受光工程(ステップS20
2)において、レーザ光源200Aから発光された投光
ビーム211は、目標214で反射した後、受光ビーム
205としてミラー222に入射する。その後、受光ビ
ーム205は、ミラー222で反射して反射光受光素子
206へ導かれ、ここで電気信号に変換されて反射信号
200gとなる。
On the other hand, a reflected light receiving step (step S20)
In 2), the projection beam 211 emitted from the laser light source 200A is reflected by the target 214 and then enters the mirror 222 as the received beam 205. After that, the received light beam 205 is reflected by the mirror 222 and guided to the reflected light receiving element 206, where it is converted into an electric signal and becomes a reflected signal 200g.

【0007】次に、ステップS203の時間計測工程に
ついて、図5及び図7に加え、図5に示した形状計測シ
ステム200の動作タイミングを示すチャートである図
6を参照して説明する。時間計測工程は、粗測工程及び
精測工程を含んでいる。まず、粗測工程においては、粗
測回路240dで参照信号213から波形の特定の位置
を判別して生成された発光タイミング信号200hを発
生し、精測工程においては、精測回路240cで反射信
号200gから波形の特定の位置を判別して生成された
受光タイミング信号200iを発生する。
Next, the time measuring step of step S203 will be described with reference to FIG. 6 which is a chart showing the operation timing of the shape measuring system 200 shown in FIG. 5, in addition to FIGS. The time measuring process includes a rough measuring process and a precise measuring process. First, in the rough measurement process, the rough measurement circuit 240d generates the light emission timing signal 200h generated by discriminating the specific position of the waveform from the reference signal 213, and in the fine measurement process, the reflection signal is generated by the fine measurement circuit 240c. A light reception timing signal 200i generated by discriminating a specific position of the waveform from 200g is generated.

【0008】一方、クロック230からはパルス状のク
ロック信号230aからなるパルス信号列が粗測回路2
40d及び精測回路240cの各々にクロック周期23
3で送られており、発光タイミング信号200h及び受
光タイミング信号200iの差から遅れ時間Tを計測す
ることにより、演算工程(ステップS204)におい
て、次式(1)に基づいて形状計測システム200と目
標214との間の距離Rを算出する。 R=V×T/2 ・・・式(1) ここで、Vは光速度を表わしている。
On the other hand, from the clock 230, a pulse signal train consisting of a pulsed clock signal 230a is a rough measuring circuit 2.
40d and the precision measurement circuit 240c each have a clock cycle 23.
3, the delay time T is measured from the difference between the light emission timing signal 200h and the light reception timing signal 200i, and in the calculation step (step S204), the shape measuring system 200 and the target are measured based on the following equation (1). The distance R to 214 is calculated. R = V × T / 2 Equation (1) Here, V represents the speed of light.

【0009】更に詳しく述べると、距離計測に対し数c
m以下の測定精度が要求される場合には、時間精度とし
て100ps程度の精度が求められるが、ディジタル的
にクロック信号230aのカウントを行う方法では、回
路動作速度の制限から、精度要求の実現が困難である。
従って、従来の方法では、上述の遅れ時間Tを求めるた
めに、発光タイミング信号200hから受光タイミング
信号200iまでの大まかな時間を、広範囲の時間測定
が可能であるディジタル的なクロック周期233のカウ
ントにより粗測時間200Kとして計測すると共に、発
光タイミング信号200hの発生からその後のクロック
信号230aの終了までの時間差(第1精測時間201
j)と、受光タイミング信号200hの発生からその後
のクロック信号230aの終了までの時間差(第2精測
時間202j)とを狭範囲であるが精度のよいアナログ
的な時間−電圧変換により計測した上で、次式(2)に
より距離Rを演算する方法が採用されている。
More specifically, a few c are used for distance measurement.
When a measurement accuracy of m or less is required, a time accuracy of about 100 ps is required. However, the method of digitally counting the clock signal 230a cannot meet the accuracy requirement due to the limitation of the circuit operation speed. Have difficulty.
Therefore, in the conventional method, in order to obtain the above-mentioned delay time T, the rough time from the light emission timing signal 200h to the light reception timing signal 200i is counted by counting the digital clock period 233 capable of measuring a wide range of time. The time is measured as the rough measurement time 200K, and the time difference from the generation of the light emission timing signal 200h to the end of the clock signal 230a thereafter (the first precise measurement time 201
j) and the time difference from the generation of the light reception timing signal 200h to the end of the clock signal 230a thereafter (the second precise measurement time 202j) are measured by a narrow range but accurate analog time-voltage conversion. Then, the method of calculating the distance R by the following equation (2) is adopted.

【0010】 R=V×(Ts1+Tr−Ts2)/2 ・・・式(2) ここで、Trは粗測時間200K,Ts1は第1精測時
間201j,Ts2は第2精測時間202jをそれぞれ
表わしている。即ち、第1及び第2精測時間201j,
202jを表わしている精測時間信号200jと、粗測
時間200Kを表わす粗測時間信号200kとが演算回
路200Eに入力され、そこで前述した演算が行われ、
得られた距離情報は距離信号として出力される。これに
より、目標214の形状を計測することができる。
R = V × (Ts1 + Tr−Ts2) / 2 (2) Here, Tr is the coarse measurement time 200K, Ts1 is the first precise measurement time 201j, and Ts2 is the second precise measurement time 202j. It represents. That is, the first and second precise measurement times 201j,
The precise measurement time signal 200j representing 202j and the rough measurement time signal 200k representing the rough measurement time 200K are input to the arithmetic circuit 200E, where the above-mentioned calculation is performed.
The obtained distance information is output as a distance signal. Thereby, the shape of the target 214 can be measured.

【0011】以上の距離計測工程を、演算回路200E
からのミラー角度信号220を反射光受光手段200C
のミラー制御回路221に送り、ミラー222をその2
軸それぞれの回りに2次元的にスキャンしながら第1番
画素207c1から第N番画素207cNまでの各画素
について個別に行うことにより、目標の2次元平面に対
する高さ情報を計測することができる。
The above distance measuring process is performed by the arithmetic circuit 200E.
The mirror angle signal 220 from the reflected light receiving means 200C
To the mirror control circuit 221 of the
It is possible to measure height information for the target two-dimensional plane by individually performing each pixel from the first pixel 207c1 to the Nth pixel 207cN while scanning two-dimensionally around each axis.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の形状計
測システムでは、機械的にミラー222をスキャンする
ため、1つの画素の計測から次の画素の計測までに待ち
時間が必要となる。従って、目標214が高速で移動す
るミサイルのような飛翔体の場合、全画素についてミラ
ー222をスキャンしている間に目標214の位置が変
化するため、2次元の位置及び高さ計測値に誤差が生
じ、目標の形状を精確に計測することができないという
問題があった。しかも、ミラーを的確に制御して計測を
行う必要がある。
In the above-mentioned conventional shape measuring system, since the mirror 222 is mechanically scanned, a waiting time is required from the measurement of one pixel to the measurement of the next pixel. Therefore, in the case where the target 214 is a flying object such as a missile that moves at high speed, the position of the target 214 changes while scanning the mirror 222 for all the pixels, and therefore there is an error in the two-dimensional position and height measurement values. There was a problem that the target shape could not be measured accurately. Moreover, it is necessary to precisely control the mirror to perform measurement.

【0013】従って、本発明の主な目的は、高速で移動
する目標であってもその形状を精確に計測することがで
きる形状計測方法及びシステムを提供することにある。
Therefore, a main object of the present invention is to provide a shape measuring method and system capable of accurately measuring the shape of a target that moves at a high speed.

【0014】また、本発明の別の目的は、粗測回路を共
通化し演算速度を向上させることができる形状計測方法
及びシステムを提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a shape measuring method and system in which a rough measuring circuit is made common and the calculation speed can be improved.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、鋭意研究
を進めた結果、複数の反射光受光素子で反射光を受光
し、各反射光受光素子から出力される反射信号に対して
一対の粗測回路及び精測回路からなる計測回路で遅れ時
間を計測することで、高速で移動する目標についての前
述の課題を解消しうることを知見し、その知見に基づい
て第1の発明を完成したのである。
As a result of intensive studies, the present inventors have received reflected light with a plurality of reflected light receiving elements, and have a pair of reflected signals output from each reflected light receiving element. By measuring the delay time with a measuring circuit including a rough measuring circuit and a precise measuring circuit, it is possible to solve the above-mentioned problem with respect to a target moving at high speed, and the first invention is based on the knowledge. It was completed.

【0016】ところが、この第1の発明により前述した
課題は見事に解消されるものの、第1の発明は、各反射
光受光素子から出力された反射信号について粗測計測及
び精測計測を行っていたため、計測回路がどちらかと言
えば複雑となり、システム全体が大型化するので、第1
の発明には改善すべき余地が残されていることが分かっ
た。
However, although the above-mentioned problem is solved by the first invention, the first invention performs the rough measurement and the precise measurement on the reflection signal output from each reflected light receiving element. Therefore, the measuring circuit becomes rather complicated and the entire system becomes large.
It was found that there is room for improvement in the invention of.

【0017】そこで、本発明者等は、更に鋭意研究を続
けた結果、目標の形状を計測するに際し、目標までの絶
対距離精度はそれほど重要ではなく、目標の形状計測に
かかわる相対的距離精度が重要であることを知見した。
そして、本発明者等は、この知見に基づいて、粗測距離
を少なくとも1つの粗測回路において計測する構成とす
ることにより第1の発明の問題点を解消しうる第2の発
明を完成した。
Therefore, as a result of further diligent research, the present inventors have found that when measuring a target shape, the absolute distance accuracy to the target is not so important, and the relative distance accuracy involved in the target shape measurement is not so important. It was found to be important.
Then, the present inventors have completed the second invention capable of solving the problem of the first invention by arranging the rough measurement distance in at least one rough measurement circuit based on this knowledge. .

【0018】従って、上述の目的を達成するために、請
求項1に係る本発明は、レーザ光源から投光されたレー
ザ光のうち目標に当ってはねかえった反射光から得られ
る反射信号と前記レーザ光の一部の参照光から得られる
参照信号との間の遅れ時間をクロック信号列に基づいて
検出し、該遅れ時間から前記目標の距離を算出すること
により前記目標の形状を計測する形状計測方法におい
て、前記反射光を複数の反射光受光素子を用いて受光
し、各反射光受光素子から反射信号を出力すると共に、
各反射信号について距離計測を並列に行うことを特徴と
している。
Therefore, in order to achieve the above-mentioned object, the present invention according to claim 1 provides a reflection signal obtained from the reflected light of the laser light projected from the laser light source, which is repelled at the target. The shape of the target is measured by detecting a delay time between the laser light and a reference signal obtained from a part of the reference light based on a clock signal sequence, and calculating the target distance from the delay time. In the shape measuring method, the reflected light is received using a plurality of reflected light receiving elements, and a reflected signal is output from each reflected light receiving element,
The feature is that distance measurement is performed in parallel for each reflection signal.

【0019】また、請求項2に記載の本発明のように、
各反射光受光素子の受光ビームは、反射光の入射方向に
対してそれぞれ所定の角度をなしていることが好まし
い。
According to the present invention as defined in claim 2,
It is preferable that the received light beam of each reflected light receiving element forms a predetermined angle with respect to the incident direction of the reflected light.

【0020】また、請求項3に記載の本発明によれば、
遅れ時間は、参照信号に基づいて発生する発光タイミン
グ信号及びクロック信号列のうちの対応クロック信号の
間の時間差である第1精測時間と、反射信号に基づいて
発生する受光タイミング信号及びクロック信号列のうち
の対応クロック信号の間の時間差である第2精測時間
と、双方の前記対応クロック信号間のクロック周期の数
から求められる粗測時間とから算出され、反射信号のそ
れぞれについて粗測時間を計測するようになっている。
According to the present invention as defined in claim 3,
The delay time is a first precise measurement time which is a time difference between the light emission timing signal generated based on the reference signal and the corresponding clock signal in the clock signal sequence, and the light reception timing signal and the clock signal generated based on the reflection signal. The second precise measurement time, which is the time difference between the corresponding clock signals in the sequence, and the rough measurement time obtained from the number of clock cycles between the corresponding clock signals of both, and the rough measurement is performed for each of the reflected signals. It is designed to measure time.

【0021】また、請求項4に記載の本発明のように、
遅れ時間は、反射信号に基づいて発生する受光タイミン
グ信号と該受光タイミング信号にディレイをかけて発生
する計測終了タイミング信号に対応するクロック信号列
のうちの対応クロック信号との間の時間差である精測時
間と、参照信号に基づいて発生する発光タイミング信号
に対応するクロック信号列のうちの対応クロック信号と
計測終了タイミング信号に対応するクロック信号列のう
ちの対応クロック信号との間の時間差である粗測時間と
から算出され、前記粗測距離は1つの反射信号について
計測されるようになっている。
According to the present invention of claim 4,
The delay time is the time difference between the light reception timing signal generated based on the reflection signal and the corresponding clock signal in the clock signal sequence corresponding to the measurement end timing signal generated by delaying the light reception timing signal. It is the time difference between the time measurement and the corresponding clock signal of the clock signal sequence corresponding to the light emission timing signal generated based on the reference signal and the corresponding clock signal of the clock signal sequence corresponding to the measurement end timing signal. It is calculated from the rough measurement time, and the rough measurement distance is measured for one reflection signal.

【0022】上述の目的を達成するため、請求項5に記
載の本発明は、レーザ光を投光するレーザ光源と、前記
レーザ光の一部を参照レーザ光として受光し参照信号に
変換する参照光受光手段と、前記レーザ光のうち目標に
当ってはねかえった反射光を受光し反射信号に変換する
複数の反射光受光素子を有する反射光受光手段と、前記
反射信号及び前記参照信号の間の遅れ時間を各反射信号
について並列的に検出する時間計測手段と、前記検出さ
れた遅れ時間に基づき前記目標までの距離を算出する演
算手段とを有することを特徴とする形状計測システムを
提供している。
In order to achieve the above object, the present invention according to claim 5 provides a laser light source for projecting a laser light, and a reference for receiving a part of the laser light as a reference laser light and converting it into a reference signal. Light receiving means, a reflected light receiving means having a plurality of reflected light receiving elements for receiving the reflected light of the laser light that has rebounded against the target and converting it into a reflected signal, and the reflected signal and the reference signal A shape measuring system comprising: a time measuring unit that detects a delay time between the signals in parallel for each reflection signal; and a calculating unit that calculates a distance to the target based on the detected delay time. is doing.

【0023】請求項6に記載の本発明によれば、請求項
5の形状計測システムにおいて、前記各反射光受光素子
の受光ビームは、反射光の入射方向に対してそれぞれ所
定の角度をなしている。
According to a sixth aspect of the present invention, in the shape measuring system according to the fifth aspect, the received light beams of the respective reflected light receiving elements form respective predetermined angles with respect to the incident direction of the reflected light. There is.

【0024】更に、請求項7に記載の本発明による形状
計測システムにおいて、前記反射信号及び前記参照信号
の間の遅れ時間を各反射信号について並列的に検出する
時間計測手段は、少なくとも1つの粗測回路と複数の精
測回路とを含み、前記粗測回路は、前記反射信号のうち
少なくとも1つの反射信号について前記目標までの粗測
距離を計測するものであり、前記精測回路は、各反射信
号について前記反射信号及び前記参照信号と対応するク
ロック信号の間の時間差を検出するものである。
Further, in the shape measuring system according to the present invention as set forth in claim 7, the time measuring means for detecting the delay time between the reflected signal and the reference signal in parallel for each reflected signal is at least one coarse unit. The coarse measuring circuit includes a measuring circuit and a plurality of precise measuring circuits, wherein the rough measuring circuit measures a rough measuring distance to the target with respect to at least one reflection signal of the reflection signals. For the reflected signal, the time difference between the reflected signal and the clock signal corresponding to the reference signal is detected.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して、本発
明の好適な実施の形態について詳細に説明するが、図
中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。ま
た、本発明は、以下の説明から分かるように、この実施
形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能であ
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts. Further, as will be understood from the following description, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made.

【0026】図1は、本発明の第1実施例に係る形状計
測システム10の構成を概略的に示す図であり、この形
状計測システム10は、先ず概略的に述べると、レーザ
光源10Aと、参照光を受光するための参照光受光素子
10Bと、対応する画素c1〜cNを含む複数の反射光
受光素子16を有する反射光受光手段10Cと、各画素
について距離計測を行うため後述する精測回路及び粗測
回路を有する時間計測手段10Dと、この時間計測手段
10Dからの各信号に基づいて目標14までの距離計算
を行う演算手段10Eとを含んでいる。また、この時間
計測手段10Dは、時間の基準となるクロック信号をパ
ルス状に発生するクロック30を含んでいる。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a shape measuring system 10 according to a first embodiment of the present invention. The shape measuring system 10 is first described briefly as a laser light source 10A, A reference light receiving element 10B for receiving the reference light, a reflected light receiving means 10C having a plurality of reflected light receiving elements 16 including corresponding pixels c1 to cN, and a precise measurement described later for performing distance measurement for each pixel. It includes a time measuring means 10D having a circuit and a rough measuring circuit, and a calculating means 10E for calculating a distance to the target 14 based on each signal from the time measuring means 10D. Further, the time measuring means 10D includes a clock 30 which generates a clock signal as a time reference in a pulse form.

【0027】レーザ光源10Aは、目標14に投光でき
るものであれば特に限定されることはなく、適宜のレー
ザ光源を使用することができる。本発明は時間計測を行
うものであるから、レーザ光源10Aから投光されるレ
ーザ光の波長は、例えば距離方向の分解能、捕捉目標の
レーザ反射率等に応じて或いは無関係に適宜選択して使
用される。
The laser light source 10A is not particularly limited as long as it can project the light on the target 14, and an appropriate laser light source can be used. Since the present invention measures time, the wavelength of the laser light projected from the laser light source 10A is appropriately selected and used depending on, for example, the resolution in the distance direction, the laser reflectance of the capture target, or the like. To be done.

【0028】図1において、参照光受光手段10Bは、
レーザ光源10Aから発光された投光ビーム11の一部
を図示しない例えばビームスプリッターを介して受光す
ると共に、その投光ビーム11を参照信号(電気信号)
13に変換する。参照光受光手段10Bにより得られた
参照信号13に基づいて投光ビーム11が投光される際
の発光タイミングが認識されることとなる。参照光受光
手段10Bとしては、この機能を有するものであれば特
に限定されることはなく、従来公知の受光素子を用いる
ことができる。
In FIG. 1, the reference light receiving means 10B is
A part of the projection beam 11 emitted from the laser light source 10A is received through, for example, a beam splitter (not shown), and the projection beam 11 is used as a reference signal (electrical signal).
Convert to 13. The light emission timing when the projection beam 11 is projected is recognized based on the reference signal 13 obtained by the reference light receiving unit 10B. The reference light receiving unit 10B is not particularly limited as long as it has this function, and a conventionally known light receiving element can be used.

【0029】この第1実施例において、反射光受光手段
10Cは、格子状に配列された複数の反射光受光素子1
6からなる。各反射光受光素子16に対応する受光ビー
ム15は、反射光の入射方向に向かって四角錐状にひろ
がっていて(図1参照)、これを画素と定義する。従っ
て、各受光ビーム15は、四角錐の軸線方向から入射し
た光のみ信号として検出できる範囲を示していると考え
ることができる。こうして、反射光は、各反射光受光素
子16に入射し、そこで反射信号g1〜gNに変換され
る。これら一連の工程は各反射光受光素子16で略同時
に、即ち並列的行われる。
In the first embodiment, the reflected light receiving means 10C comprises a plurality of reflected light receiving elements 1 arranged in a grid pattern.
It consists of 6. The received light beam 15 corresponding to each reflected light receiving element 16 spreads in the shape of a quadrangular pyramid in the incident direction of the reflected light (see FIG. 1) and is defined as a pixel. Therefore, it can be considered that each of the received light beams 15 indicates a range in which only light incident from the axial direction of the quadrangular pyramid can be detected as a signal. In this way, the reflected light enters each reflected light receiving element 16 and is converted into reflected signals g1 to gN there. These series of steps are performed at substantially the same time, that is, in parallel, at each reflected light receiving element 16.

【0030】また、この好適な実施例において、各受光
ビーム15もしくは各画素c1〜cNは、反射光の入射
方向に対してそれぞれ所定の角度で傾斜していることが
分かる。そのため、各反射光受光素子16の受光ビーム
に対する反射光の入射角が分かることにより、従来のよ
うにミラーの運動を機械的に制御することなく、換言す
れば、ミラーを使用することなく、各入射方向について
の目標14上の部位と形状計測システム間の距離を計測
することで目標表面の凹凸が分かり、目標の表面形状を
認識することが可能となる。
Further, in this preferred embodiment, it can be seen that each received light beam 15 or each pixel c1 to cN is inclined at a predetermined angle with respect to the incident direction of the reflected light. Therefore, by knowing the incident angle of the reflected light with respect to the received light beam of each reflected light receiving element 16, it is not necessary to mechanically control the movement of the mirror as in the conventional case, in other words, without using the mirror. By measuring the distance between the site on the target 14 and the shape measuring system in the incident direction, the unevenness of the target surface can be known and the target surface shape can be recognized.

【0031】反射光受光素子16の格子配列はL行M列
からなり、受光ビームの広がり角や計測すべき目標の大
きさによっても変わるが、Lの数は10〜30であり、
Mの数は10〜30である。LとMを乗じて得られた値
が100〜1000になることが好ましい。LとMを乗
じて得られた値が1000以上の場合、得られる精度は
ほぼ同一であるにもかかわらず、回路が複雑となり、し
かも、経済的観点から不利になるので好ましくない。一
方、LとMを乗じて得られた値が100以下の場合、精
度が劣ることになるため好ましくない。また、格子形状
は正方形に限定されることはなく、他の形状でもよいこ
とは明らかである。反射光受光手段10Cは、反射光を
電気信号としての反射信号g1〜gNに変換する機能を
有するものであれば特に限定されることはなく、従来公
知の受光素子を反射光受光手段として用いることができ
る。具体的には、CCD、フォトダイオード、光電子増
倍管を反射光受光手段として使用することができる。
The lattice arrangement of the reflected light receiving element 16 is composed of L rows and M columns, and the number of L is 10 to 30, though it varies depending on the divergence angle of the received light beam and the size of the target to be measured.
The number of M is 10-30. The value obtained by multiplying L and M is preferably 100 to 1000. When the value obtained by multiplying L and M is 1000 or more, although the obtained accuracy is almost the same, the circuit becomes complicated and it is disadvantageous from the economical point of view, which is not preferable. On the other hand, when the value obtained by multiplying L and M is 100 or less, the accuracy is deteriorated, which is not preferable. Further, it is obvious that the grid shape is not limited to the square shape and may be another shape. The reflected light receiving means 10C is not particularly limited as long as it has a function of converting the reflected light into reflected signals g1 to gN as electric signals, and a conventionally known light receiving element is used as the reflected light receiving means. You can Specifically, a CCD, a photodiode, and a photomultiplier tube can be used as the reflected light receiving means.

【0032】時間計測手段10Dは、複数の時間計測回
路10d1〜10dNと、時間の基準となるクロック3
0とから構成されており、各時間計測回路は、精測回路
dと粗測回路fとからなっている。そして、これらの時
間計測回路は、前述した画素延いては反射光受光素子1
6にそれぞれ対応するように設けられ、また、各反射光
受光素子についての遅れ時間の計測が各時間計測回路で
時間的に並行して行われるように構成されている。その
ように構成したため、個別に行われる従来の形状計測方
法よりも計測時間が短縮されるので、目標が高速で移動
する場合であっても精度よく目標の形状を計測すること
ができる。
The time measuring means 10D includes a plurality of time measuring circuits 10d1 to 10dN and a clock 3 as a time reference.
0, and each time measuring circuit is composed of a precise measuring circuit d and a rough measuring circuit f. Then, these time measuring circuits are provided for the above-mentioned pixels and thus the reflected light receiving element 1
6 is provided so as to correspond to 6 and the delay time of each reflected light receiving element is measured in parallel in each time measuring circuit. With such a configuration, the measurement time is shortened as compared with the conventional shape measurement method that is individually performed, and thus the target shape can be accurately measured even when the target moves at high speed.

【0033】演算手段10Eは、各時間計測回路の精測
回路d及び粗測回路fで後述するように求められた精測
時間信号及び粗測時間信号等に基づいて、形状計測シス
テム10と目標14の間の距離延いては目標の形状を求
めるものである。
The computing means 10E and the shape measuring system 10 and the target based on the precise measurement time signal and the coarse measurement time signal obtained by the precise measurement circuit d and the coarse measurement circuit f of each time measurement circuit as described later. The distance between 14 and thus the target shape is determined.

【0034】次に、図1及び図2を参照して、上述した
第1実施例による形状計測システム10を用いた形状計
測の方法について各工程毎に説明する。該形状計測方法
は、図5〜図7に関連して説明した従来例と同様に、レ
ーザ投光工程と、参照光受光工程と、反射光受光工程
と、時間計測工程と、演算工程とを含んでいる。
Next, with reference to FIGS. 1 and 2, a method of shape measurement using the shape measurement system 10 according to the first embodiment described above will be described for each step. The shape measuring method includes a laser projecting step, a reference light receiving step, a reflected light receiving step, a time measuring step, and a calculating step, similar to the conventional example described with reference to FIGS. Contains.

【0035】先ず、レーザ投光工程において、レーザ光
源10Aから投光ビーム11が投光されると、投光ビー
ム11は目標14へ向かって進むと共に、その一部が参
照光受光手段10Bへ向かって進む。この場合、目標1
4の全体が照射されるように投光ビーム11が投光され
るのが好ましい。そして、参照光受光工程では、レーザ
光源10Aから投光された投光ビーム11の一部が、参
照光受光手段10Bに入射し、発光タイミングを表す参
照信号13に変換された後、発光タイミング信号h1〜
hNをそれぞれ発生するため時間計測手段10Dの各粗
測回路f1〜fNへ入力される。
First, in the laser projecting step, when the projecting beam 11 is projected from the laser light source 10A, the projecting beam 11 advances toward the target 14, and a part of the projecting beam 11 goes toward the reference light receiving means 10B. And proceed. In this case, Goal 1
It is preferable that the projection beam 11 is projected so that the entire area 4 is illuminated. Then, in the reference light receiving step, a part of the light projection beam 11 projected from the laser light source 10A is incident on the reference light receiving means 10B and converted into a reference signal 13 representing a light emission timing, and then a light emission timing signal. h1-
In order to generate hN respectively, it is input to each rough measuring circuit f1 to fN of the time measuring means 10D.

【0036】また、反射光受光工程において、投光ビー
ム11は目標14に反射し、反射光受光手段10Cの画
素c1〜画素cNに対応する反射光受光素子16に反射
光が入射しそれぞれ電気信号に変換された後、対応する
反射信号g1〜gNとして時間計測手段10Dの各精測
回路d1〜dNへ入力される。
Further, in the reflected light receiving step, the projected light beam 11 is reflected by the target 14, and the reflected light is incident on the reflected light receiving element 16 corresponding to the pixels c1 to cN of the reflected light receiving means 10C, and each of them receives an electric signal. After being converted into, the corresponding reflection signals g1 to gN are input to the precise measuring circuits d1 to dN of the time measuring means 10D.

【0037】次に、時間計測工程について図2を参照し
て説明する。この図2は、第1実施例における画素に対
する動作タイミングを示す図である。従来例と同様に、
第1精測時間1jは、発光タイミング信号hの発生時点
に対するその直後のクロック信号30−1の変化点(立
下り部)の時間差を表わし、第2精測時間2jは、受光
タイミング信号iの発生時点に対する最初のクロック信
号30−2の変化点の時間差を表わし、粗測時間Kは、
上述した最初のクロック信号30−1の変化点から受光
タイミング信号iが発生した直後のクロック信号30−
2の変化点までのクロック周期33の数に対応する時間
を表わすと定義される。
Next, the time measuring step will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing operation timings for pixels in the first embodiment. Similar to the conventional example,
The first precise measurement time 1j represents the time difference of the change point (falling portion) of the clock signal 30-1 immediately after the generation timing of the light emission timing signal h, and the second precise measurement time 2j is the light reception timing signal i. It represents the time difference of the change point of the first clock signal 30-2 with respect to the generation time, and the rough measurement time K is
The clock signal 30- immediately after the light reception timing signal i is generated from the change point of the first clock signal 30-1 described above.
It is defined to represent the time corresponding to the number of clock cycles 33 up to the change point of 2.

【0038】各粗測回路f1〜fNは、入力された参照
信号13により波形の特定の位置を判別して発光タイミ
ング信号h1〜hNを各精測回路d1〜dNへ出力する
と共に、クロック30から入力されるクロック信号に基
づいて、クロック周期33のカウントを始めることによ
り粗測時間Kの計測を開始する。
Each of the rough measuring circuits f1 to fN discriminates a specific position of the waveform by the input reference signal 13 and outputs the light emission timing signals h1 to hN to each of the precise measuring circuits d1 to dN, and from the clock 30. Based on the input clock signal, the counting of the clock cycle 33 is started to start measuring the rough measurement time K.

【0039】一方、精測回路d1〜dNは対応する発光
タイミング信号h1〜hNをそれぞれ受け、クロック信
号30−1の変化点との差である第1精測時間1jを計
測する。その後、各精測回路d1〜dNは、対応する反
射信号g1〜gNを受けて、波形の特定の位置を判別し
て受光タイミング信号i1〜iNを各粗測回路f1〜f
Nに出力すると共に上述した第2精測時間2jを計測す
る。各粗測回路f1〜fNは受光タイミング信号i1〜
iNを受けると、粗測時間Kの計測を終了する。計測し
た第1精測時間1j及び第2精測時間2jに対応する精
測時間信号j1〜jNと、粗測時間Kに対応する粗測時
間信号k1〜kNは、演算手段10Eに入力される。
On the other hand, the precise measuring circuits d1 to dN respectively receive the corresponding light emission timing signals h1 to hN and measure the first precise measuring time 1j which is the difference from the changing point of the clock signal 30-1. After that, each of the precise measurement circuits d1 to dN receives the corresponding reflection signals g1 to gN, determines a specific position of the waveform, and outputs the light reception timing signals i1 to iN to the rough measurement circuits f1 to fN.
It outputs to N and measures the above-mentioned second precise measurement time 2j. Each of the rough measuring circuits f1 to fN has a light receiving timing signal i1 to
When iN is received, the measurement of the rough measurement time K is completed. The precise measurement time signals j1 to jN corresponding to the measured first precise measurement time 1j and the second precise measurement time 2j and the coarse measurement time signals k1 to kN corresponding to the coarse measurement time K are input to the calculating means 10E. .

【0040】最後に、演算工程において、演算手段10
Eに入力された種々の信号に基づいて、次式(3)に従
い、形状計測システム10と目標14との間の距離Ri
を算出する。 Ri=V×(Ts1j+Trk−Ts2j)/2 ・・・式(3) ここで、Vは光速度、Tsljは第1精測時間1j、T
rkは粗測時間K、Ts2jは第2精測時間2jをそれ
ぞれ表わしている。そして、画素c1〜画素cNの各々
に対する距離計測は、投光ビーム11の発光に対して並
列に行われ、以上の工程を踏むことにより、目標までの
距離延いては目標の形状が計測されるのである。
Finally, in the calculation step, the calculation means 10
Based on various signals input to E, the distance Ri between the shape measuring system 10 and the target 14 is calculated according to the following equation (3).
To calculate. Ri = V × (Ts1j + Trk−Ts2j) / 2 (3) where V is the speed of light, Tslj is the first precise measurement time 1j, T
rk represents the rough measurement time K, and Ts2j represents the second precise measurement time 2j. Then, the distance measurement for each of the pixels c1 to cN is performed in parallel with respect to the light emission of the projection beam 11, and the distance to the target and the target shape are measured by performing the above steps. Of.

【0041】以上説明したように、第1実施例によれ
ば、反射光の受光及び反射信号への変換は、各反射光受
光素子で行われ、また、各反射光受光素子に対する遅れ
時間の計測は、投光ビーム11の発光に対して並列に行
われる。そのため、各反射光受光素子に対する遅れ時間
の計測時間が短縮されることで、静止している目標の形
状を計測できることはもちろんのこと、移動する目標、
特に、高速で移動する例えば飛行機,ミサイル,ロケッ
ト等のような目標の形状を高い精度で計測することがで
きる。また、ミラーを使用しないので、従来のようにミ
ラーを機械的に制御する必要がなくなるため、操作性が
向上するだけでなく、ミラーの制御に用いられていた制
御回路が不要となることで回路の簡略化を通じてシステ
ム全体の小型化が図られる。
As described above, according to the first embodiment, the reception of the reflected light and the conversion into the reflected signal are performed by each reflected light receiving element, and the delay time with respect to each reflected light receiving element is measured. Are performed in parallel with the emission of the projection beam 11. Therefore, the measurement time of the delay time for each reflected light receiving element is shortened, so that the shape of the stationary target can be measured, and the moving target,
In particular, it is possible to measure a target shape such as an airplane, a missile, a rocket or the like that moves at high speed with high accuracy. In addition, since the mirror is not used, there is no need to mechanically control the mirror as in the past, which not only improves operability, but also eliminates the control circuit used to control the mirror. The entire system can be miniaturized through simplification.

【0042】次に、本発明の第2実施例について説明す
るが、第1実施例について図1及び図2を用いて説明し
たものと実質的に同一の機能を有する素子については同
様の符号を付してその説明を省略もしくは簡単にする。
第1実施例に係る形状計測システムは、1つの画素に対
して精測回路と粗測回路の双方を有する構成としたた
め、画素の数が多くなるほど回路が大型化するが、第2
実施例では、粗測回路を簡略化し、複数の精測回路に対
して粗測回路を共通化することで回路の小型化を図って
いる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Like elements having substantially the same functions as those described in the first embodiment with reference to FIGS. 1 and 2 are designated by like reference numerals. The explanation is omitted or simplified.
Since the shape measuring system according to the first embodiment is configured to have both the precise measuring circuit and the rough measuring circuit for one pixel, the larger the number of pixels, the larger the circuit becomes.
In the embodiment, the coarse measurement circuit is simplified, and the coarse measurement circuit is shared by a plurality of precise measurement circuits to reduce the size of the circuit.

【0043】図3は、本発明の第2実施例に係る形状計
測システム100の構成を示す概要図である。図3に示
されるように、この形状計測システム100は、レーザ
光源100Aと、参照光を受光するための複数の反射光
受光素子を含む参照光受光手段100Bと、反射光を受
光するための反射光受光手段100Cと、各反射光受光
素子に対し遅れ時間Tを計測するための時間計測手段1
00Dと、該時間計測手段100Dからの信号を基に距
離計算を行う演算手段100Eとから主要部が構成され
ている。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the shape measuring system 100 according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the shape measuring system 100 includes a laser light source 100A, a reference light receiving unit 100B including a plurality of reflected light receiving elements for receiving reference light, and a reflection light receiving unit for receiving reflected light. Light receiving means 100C and time measuring means 1 for measuring the delay time T for each reflected light receiving element
00D and a calculating means 100E for calculating a distance based on a signal from the time measuring means 100D, a main part is constituted.

【0044】時間計測手段100Dは、複数の精測回路
100d1〜100dNと、単一の粗測回路53と、受
光判定回路57と、遅延回路51と、時間の基準となる
クロック信号を発生するクロック30とから構成されて
いる。また、精測回路100d1〜100dNは、反射
光受光手段100Aを構成する複数の反射光受光素子1
06延いては画素100c1〜100cNにそれぞれ対
応するように設けられており、精測回路100d1〜1
00dNに入力された反射信号のうち最も早く入力され
た反射信号は、受光判定回路57と遅延回路51とを介
して粗測回路53に入力されるように構成されている。
The time measuring means 100D includes a plurality of precise measuring circuits 100d1 to 100dN, a single rough measuring circuit 53, a light receiving determination circuit 57, a delay circuit 51, and a clock for generating a clock signal serving as a time reference. It is composed of 30 and. In addition, the precise measurement circuits 100d1 to 100dN include the plurality of reflected light receiving elements 1 that constitute the reflected light receiving unit 100A.
Further, it is provided so as to correspond to the pixels 100c1 to 100cN, and the precise measuring circuits 100d1 to 100d1.
The earliest reflected signal among the reflected signals input to 00dN is configured to be input to the rough measurement circuit 53 via the light reception determination circuit 57 and the delay circuit 51.

【0045】次に、第2実施例における形状計測システ
ムを用いて目標の形状を計測する方法について説明す
る。この方法は、第1実施例と同様に、レーザ投光工程
と、参照光受光工程と、反射光受光工程と、時間計測工
程と、演算工程とを含んでいる。ここで、時間計測工程
を除く各工程は、第1実施例において説明したものと同
様であるから、時間計測工程についてのみ説明する。
Next, a method for measuring a target shape using the shape measuring system in the second embodiment will be described. Similar to the first embodiment, this method includes a laser projecting step, a reference light receiving step, a reflected light receiving step, a time measuring step, and a calculating step. Here, each step except the time measuring step is the same as that described in the first embodiment, so only the time measuring step will be described.

【0046】図4は、第2実施例における画素に対する
動作タイミングを示す図である。この場合、精測時間1
02jは、受光タイミング信号54iが発生してから計
測終了タイミング信号121が発生した直後のクロック
信号30−3の変化点までの時間差を表し、粗測時間1
00Kは、発光タイミング信号100h後の最初のクロ
ック信号30−1の変化点から計測終了タイミング信号
121が発生した直後のクロック信号30−3の変化点
までのクロック周期33の数に対応する時間を表わすと
定義される。
FIG. 4 is a diagram showing the operation timing for the pixels in the second embodiment. In this case, precise measurement time 1
02j represents the time difference from the generation of the light reception timing signal 54i to the change point of the clock signal 30-3 immediately after the generation of the measurement end timing signal 121, and the rough measurement time 1
00K is the time corresponding to the number of clock cycles 33 from the change point of the first clock signal 30-1 after the light emission timing signal 100h to the change point of the clock signal 30-3 immediately after the measurement end timing signal 121 is generated. Is defined as representing.

【0047】時間計測工程において、各精測回路100
d1〜100dNは、反射信号g1〜反射信号gNにつ
いて、それぞれ波形の特定の位置を判別して受光タイミ
ング信号54i1〜54iNを受光判定回路57に出力
する。受光判定回路57は受光タイミング信号54i1
〜受光タイミング信号54iNに基づき、精測時間の基
準となる受光タイミング判定信号52を出力するが、こ
れは、遅延回路51で遅延をかけられるので、図4では
受光タイミング信号54iの左側に表されている。
In the time measuring step, each precision measuring circuit 100
With respect to the reflection signals g1 to gN, the d1 to 100 dN discriminate the respective specific positions of the waveforms and output the light reception timing signals 54i1 to 54iN to the light reception determination circuit 57. The light receiving determination circuit 57 receives the light receiving timing signal 54i1.
~ Based on the light reception timing signal 54iN, the light reception timing determination signal 52 serving as the reference of the precise measurement time is output. Since this is delayed by the delay circuit 51, it is shown on the left side of the light reception timing signal 54i in FIG. ing.

【0048】ここで、受光タイミング判定信号52の判
定アルゴリズムとしては、最初の受光タイミング信号が
入力されたときに出力する方法や、ノイズ除去のために
複数の受光タイミング信号が入力されたときに出力する
方法を用いうる。その後、受光タイミング判定信号52
は、遅延回路51により目標として想定される大きさを
カバーするだけの遅延時間131で表わされる時間分遅
らせ、計測終了タイミング信号121として出力され
る。
Here, as the determination algorithm of the light reception timing determination signal 52, a method of outputting when the first light reception timing signal is input, or an output when a plurality of light reception timing signals for noise removal are input Can be used. After that, the light reception timing determination signal 52
Is delayed by the delay circuit 51 by a time represented by a delay time 131 that covers a size assumed as a target, and is output as a measurement end timing signal 121.

【0049】続いて、画素100c1〜画素100cN
に対応する系統について時間計測方法の説明を行う。粗
測回路53は、参照信号103から波形の特定の位置を
判別して生成された発光タイミング信号100hに基づ
いて粗測時間100Kの計測を開始し、遅延回路51か
ら出力された計測終了タイミング信号121を受けて粗
測時間100Kの計測を終了する。一方、精測回路10
0d1〜100dNは、受光タイミング信号54iと計
測終了タイミング信号121直後のクロック信号30−
3の変化点との差である精測時間102jを計測する。
Subsequently, the pixels 100c1 to 100cN
The time measurement method will be explained for the system corresponding to. The rough measuring circuit 53 starts measuring the rough measuring time 100K based on the light emission timing signal 100h generated by discriminating the specific position of the waveform from the reference signal 103, and outputs the measurement end timing signal output from the delay circuit 51. After receiving 121, the measurement of the rough measurement time 100K is completed. On the other hand, the precision measuring circuit 10
0d1 to 100dN is the clock signal 30- immediately after the light reception timing signal 54i and the measurement end timing signal 121.
The precise measurement time 102j, which is the difference from the change point of 3, is measured.

【0050】計測した精測時間102jに対応する精測
時間信号100jと、粗測時問100Kに対応する粗測
時間信号100kとは演算手段100Eに入力され、距
離計算後、距離信号として出力される。ここで、精測時
間102jをTsj、粗測時間100KをTrとする
と、距離Riは式(4)により算出できる。 Ri=V×(Tr−Tsj)/2 ・・・式(4) ここで、Vは光速度を表わしている。この第2実施例で
も、言うまでもなく画素100c1〜画素100cNの
各々に対する距離計測は、投光ビーム11の発光に対し
て並列に行われる。
The precise measurement time signal 100j corresponding to the measured precise measurement time 102j and the coarse measurement time signal 100k corresponding to the rough measurement time interval 100K are input to the calculating means 100E and, after distance calculation, output as a distance signal. It Here, when the precise measurement time 102j is Tsj and the rough measurement time 100K is Tr, the distance Ri can be calculated by the equation (4). Ri = V × (Tr-Tsj) / 2 (4) Here, V represents the speed of light. In the second embodiment, needless to say, the distance measurement for each of the pixels 100c1 to 100cN is performed in parallel with respect to the emission of the projection beam 11.

【0051】第2実施例による形状計測方法及びシステ
ムにおいては、式(3)及び(4)を比較すると分かる
ように、式(3)の第1精測時間1jに相当するTsl
j分だけ絶対距離精度は劣化するが、画素間の相対距離
精度は第1実施例と変わらず時間計測回路が大幅に簡略
化され回路規模が小さくされている。そのため、第1実
施例の作用・効果に加えて、システムの信頼性の向上と
小形化を図ることができるといった作用・効果が得られ
る。
In the shape measuring method and system according to the second embodiment, as can be seen by comparing equations (3) and (4), Tsl corresponding to the first precise measurement time 1j in equation (3).
Although the absolute distance accuracy deteriorates by j, the relative distance accuracy between pixels is the same as in the first embodiment, and the time measuring circuit is greatly simplified and the circuit scale is reduced. Therefore, in addition to the action and effect of the first embodiment, the action and effect that the reliability of the system can be improved and downsized can be obtained.

【0052】以上、第1及び第2実施例を例示して本発
明を説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において
種々変更しうることはいうまでもない。例えば、発光タ
イミング信号及び受光タイミング信号に基づく種々の計
時については、実施例のようにパルスの立下り変化点で
はなく立上りの変化点を用いてもよい。また、第2実施
例においては、唯一つの粗測回路が設けられているが、
複数の反射光受光素子を複数のグループに分け、各グル
ープに1つの粗測回路を設けるようにしてもよい。ま
た、反射光受光手段に光増幅回路を設ける構成としても
よい。
Although the present invention has been described above by exemplifying the first and second embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. For example, for various timings based on the light emission timing signal and the light reception timing signal, the rising change point may be used instead of the pulse falling change point as in the embodiment. Further, in the second embodiment, only one rough measuring circuit is provided,
A plurality of reflected light receiving elements may be divided into a plurality of groups, and one rough measuring circuit may be provided in each group. Further, the reflected light receiving means may be provided with an optical amplifier circuit.

【0053】更に、本発明の別の実施例によれば、レー
ザを用いた形状計測方法の各工程を実行するためのプロ
グラムが収められた記録媒体や、形状計測システムに用
いるための反射光受光手段が提供されることはいうまで
もない。
Furthermore, according to another embodiment of the present invention, a recording medium containing a program for executing each step of the shape measuring method using a laser, and a reflected light receiving light used for the shape measuring system. It goes without saying that means are provided.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上の説明から了解されるように、請求
項1及び請求項5に記載の本発明によれば、反射光を複
数の反射光受光素子を用いて受光し、各反射光受光素子
から反射信号を出力すると共に、各反射信号について距
離計測を並列に行うようになっているので、複雑な機械
的な制御を行うことなく、静止目標の計測は勿論のこ
と、高速で移動する目標でもその形状を精度良く計測す
ることができる。
As can be understood from the above description, according to the present invention as set forth in claims 1 and 5, reflected light is received using a plurality of reflected light receiving elements, and each reflected light is received. The device outputs the reflection signal and measures the distance for each reflection signal in parallel. Therefore, it is possible to measure the stationary target without moving complicated mechanical control and move at high speed. The shape of the target can be measured with high accuracy.

【0055】請求項2及び請求項6に記載の本発明によ
れば、各反射光受光素子の受光ビームは、反射光の入射
方向に対してそれぞれ所定の角度をなしているので、受
光ビームに対する反射光の入射角度が分かるので、目標
の凹凸のような表面形状が認識しやすくなる。
According to the second and sixth aspects of the present invention, the received light beam of each reflected light receiving element forms a predetermined angle with respect to the incident direction of the reflected light. Since the incident angle of the reflected light is known, it becomes easy to recognize the target surface shape such as unevenness.

【0056】また、請求項3に記載の本発明によれば、
遅れ時間は、参照信号に基づいて発生する発光タイミン
グ信号及びクロック信号列のうちの対応クロック信号の
間の時間差である第1精測時間と、反射信号に基づいて
発生する受光タイミング信号及びクロック信号列のうち
の対応クロック信号の間の時間差である第2精測時間
と、双方の前記対応クロック信号間のクロック周期の数
から求められる粗測時間とから算出され、反射信号のそ
れぞれについて粗測時間を計測するように構成されてい
るため、計測された距離の精度が高いので、そのような
特性が要求される用途に特に適応することができる。
According to the present invention as defined in claim 3,
The delay time is a first precise measurement time which is a time difference between the light emission timing signal generated based on the reference signal and the corresponding clock signal in the clock signal sequence, and the light reception timing signal and the clock signal generated based on the reflection signal. The second precise measurement time, which is the time difference between the corresponding clock signals in the sequence, and the rough measurement time obtained from the number of clock cycles between the corresponding clock signals of both, and the rough measurement is performed for each of the reflected signals. Since it is configured to measure time, the accuracy of the measured distance is high, so that it can be particularly adapted to an application in which such characteristics are required.

【0057】また、請求項4に記載の本発明のように、
遅れ時間は、反射信号に基づいて発生する受光タイミン
グ信号と該受光タイミング信号にディレイをかけて発生
する計測終了タイミング信号に対応するクロック信号列
のうちの対応クロック信号との間の時間差である精測時
間と、参照信号に基づいて発生する発光タイミング信号
に対応するクロック信号列のうちの対応クロック信号と
計測終了タイミング信号に対応するクロック信号列のう
ちの対応クロック信号との間の時間差である粗測時間と
から算出され、前記粗測距離は1つの反射信号について
計測されるように構成することにより、目標の距離精度
は若干低下するものの、形状については精度良く計測可
能であることに加え、粗測回路が1系統となってシステ
ムを簡略化でき、目標までの距離精度が大まかでよい用
途に特に適している。
According to the present invention as defined in claim 4,
The delay time is the time difference between the light reception timing signal generated based on the reflection signal and the corresponding clock signal in the clock signal sequence corresponding to the measurement end timing signal generated by delaying the light reception timing signal. It is the time difference between the time measurement and the corresponding clock signal of the clock signal sequence corresponding to the light emission timing signal generated based on the reference signal and the corresponding clock signal of the clock signal sequence corresponding to the measurement end timing signal. Since the rough distance is calculated from the rough measurement time and the rough distance is measured for one reflection signal, the accuracy of the target distance is slightly lowered, but the shape can be measured with high accuracy. It is especially suitable for applications where the coarse measurement circuit is one system and the system can be simplified, and the accuracy of the distance to the target is rough. .

【0058】更に、請求項7に記載の本発明の形状計測
システムによると、前記反射信号及び前記参照信号の間
の遅れ時間を各反射信号について並列的に検出する時間
計測手段は、少なくとも1つの粗測回路と複数の精測回
路とを含み、前記粗測回路は、前記反射信号のうち少な
くとも1つの反射信号について前記目標までの粗測距離
を計測するものであり、前記精測回路は、各反射信号に
ついて前記反射信号及び前記参照信号の間の遅れ時間を
検出するようになっているので、請求項4に記載の本発
明と同様に、目標の距離精度は若干低下するものの、形
状については精度良く計測可能であることに加え、粗測
回路が1系統となり簡略化でき、目標までの距離精度が
大まかでよい用途に特に適している。
Further, according to the shape measuring system of the present invention as set forth in claim 7, the time measuring means for detecting the delay time between the reflection signal and the reference signal in parallel for each reflection signal is at least one. It includes a rough measuring circuit and a plurality of precise measuring circuits, wherein the rough measuring circuit measures a rough measuring distance to the target for at least one reflection signal of the reflection signals, and the precise measuring circuit comprises: Since the delay time between the reflection signal and the reference signal is detected for each reflection signal, the target distance accuracy is slightly reduced, but the shape is the same as in the present invention according to claim 4. In addition to being able to measure with high accuracy, the coarse measurement circuit can be simplified into one system, and it is particularly suitable for applications where the accuracy of the distance to the target is rough.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例による形状計測システムの
構成を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a shape measuring system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した第1実施例における画素に対する
動作タイミングを示すチャートである。
FIG. 2 is a chart showing operation timings for pixels in the first embodiment shown in FIG.

【図3】本発明の第2実施例による形状計測システムの
構成を示す概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of a shape measuring system according to a second embodiment of the present invention.

【図4】図3に示した第2実施例における画素に対する
動作タイミングを示すチャートである。
FIG. 4 is a chart showing operation timings for pixels in the second embodiment shown in FIG.

【図5】従来の形状計測システムの構成を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional shape measuring system.

【図6】図5に示した形状計測システムにおける画素に
対する動作タイミングを示すチャートである。
6 is a chart showing operation timings for pixels in the shape measuring system shown in FIG.

【図7】従来の形状計測方法のフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart of a conventional shape measuring method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10A レーザ光源 10B 参照光受光手段 10C 反射光受光手段 10D 時間計測手段 10E 演算手段 11 投光ビーム(レーザ光) 13 参照信号 14 目標 15 受光ビーム 16 反射光受光素子 30−1 クロック信号 30−2 クロック信号 30−3 クロック信号 53 粗測回路 54i1 受光タイミング信号 54i2 受光タイミング信号 54iN 受光タイミング信号 100A レーザ光源 100B 参照光受光手段 100C 反射光受光手段 100D 時間計測手段 100E 演算手段 100d1 精測回路 100d2 精測回路 100dN 精測回路 103 参照信号 121 計測終了タイミング信号 1j 第1精測時間 2j 第2精測時間 d1〜dN 精測回路 f1〜fN 粗測回路 g1〜gN 反射信号 h1〜hN 発光タイミング信号 i1〜iN 受光タイミング信号 K 粗測時間 T 遅れ時間 10A laser light source 10B Reference light receiving means 10C reflected light receiving means 10D time measuring means 10E computing means 11 Projection beam (laser light) 13 Reference signal 14 goals 15 Received beam 16 Reflected light receiving element 30-1 Clock signal 30-2 Clock signal 30-3 Clock signal 53 Rough measurement circuit 54i1 Light reception timing signal 54i2 Light reception timing signal 54iN Light receiving timing signal 100A laser light source 100B Reference light receiving means 100C reflected light receiving means 100D time measuring means 100E computing means 100d1 precise measurement circuit 100d2 precise measurement circuit 100dN precise measurement circuit 103 reference signal 121 Measurement end timing signal 1j 1st precise measurement time 2j Second precise measurement time d1-dN precision measuring circuit f1 to fN rough measurement circuit g1-gN reflection signal h1 to hN light emission timing signal i1 to iN light reception timing signal K rough measurement time T delay time

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA06 AA51 BB15 DD02 DD06 FF12 FF32 FF43 GG04 GG08 JJ03 JJ17 JJ18 JJ26 LL46 NN02 5J084 AA05 AD01 BA03 BA51 CA03 EA04    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 2F065 AA06 AA51 BB15 DD02 DD06                       FF12 FF32 FF43 GG04 GG08                       JJ03 JJ17 JJ18 JJ26 LL46                       NN02                 5J084 AA05 AD01 BA03 BA51 CA03                       EA04

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光源から投光されたレーザ光のう
ち目標に当ってはねかえった反射光から得られる反射信
号と前記レーザ光の一部の参照光から得られる参照信号
との間の遅れ時間をクロック信号列に基づいて検出し、
該遅れ時間から前記目標の距離を算出することにより前
記目標の形状を計測する形状計測方法において、 前記反射光を複数の反射光受光素子を用いて受光し、各
反射光受光素子から反射信号を出力すると共に、各反射
信号について距離計測を並列に行うことを特徴とする、
レーザを用いた形状計測方法。
1. A reflection signal between a reflection signal obtained from a reflection light of a laser light projected from a laser light source which is repelled by hitting a target and a reference signal obtained from a reference light of a part of the laser light. The delay time is detected based on the clock signal train,
In a shape measuring method for measuring the target shape by calculating the target distance from the delay time, the reflected light is received using a plurality of reflected light receiving elements, and a reflected signal is received from each reflected light receiving element. Along with outputting, the distance measurement is performed in parallel for each reflection signal,
Shape measurement method using a laser.
【請求項2】 前記各反射光受光素子の受光ビームは、
反射光の入射方向に対してそれぞれ所定の角度をなして
いることを特徴とする請求項1に記載の形状計測方法。
2. The received beam of each of the reflected light receiving elements comprises:
The shape measuring method according to claim 1, wherein the shape measuring method forms a predetermined angle with respect to the incident direction of the reflected light.
【請求項3】 前記遅れ時間は、前記参照信号に基づい
て発生する発光タイミング信号及び前記クロック信号列
のうちの対応クロック信号間の時間差である第1精測時
間と、前記反射信号に基づいて発生する受光タイミング
信号及び前記クロック信号列のうちの対応クロック信号
間の時間差である第2精測時間と、双方の前記対応クロ
ック信号間のクロック周期の数から求められる粗測時間
とから算出され、前記反射信号のそれぞれについて粗測
時間を計測する請求項1又は2に記載の形状計測方法。
3. The first delay time, which is a time difference between a light emission timing signal generated based on the reference signal and a corresponding clock signal of the clock signal sequence, and the delay time based on the reflection signal. It is calculated from the generated light reception timing signal and the second precise measurement time which is the time difference between the corresponding clock signals in the clock signal sequence, and the rough measurement time obtained from the number of clock cycles between the corresponding clock signals. The shape measuring method according to claim 1 or 2, wherein the rough measurement time is measured for each of the reflection signals.
【請求項4】 前記遅れ時間は、前記反射信号に基づい
て発生する受光タイミング信号と該受光タイミング信号
にディレイをかけて発生する計測終了タイミング信号に
対応する前記クロック信号列のうちの対応クロック信号
との間の時間差である精測時間と、前記参照信号に基づ
いて発生する発光タイミング信号に対応する前記クロッ
ク信号列のうちの対応クロック信号と前記計測終了タイ
ミング信号に対応する前記クロック信号列のうちの対応
クロック信号との間の時間差である粗測時間とから算出
され、前記粗測距離は1つの反射信号について計測され
ることを特徴とする請求項1又は2に記載の形状計測方
法。
4. The delay time is a corresponding clock signal in the clock signal sequence corresponding to a light reception timing signal generated based on the reflection signal and a measurement end timing signal generated by delaying the light reception timing signal. A precise measurement time which is a time difference between the clock signal sequence and a corresponding clock signal of the clock signal sequence corresponding to the light emission timing signal generated based on the reference signal, and the clock signal sequence corresponding to the measurement end timing signal. The shape measuring method according to claim 1 or 2, wherein the rough measuring distance is calculated from a rough measuring time which is a time difference from the corresponding clock signal, and the rough measuring distance is measured for one reflection signal.
【請求項5】 レーザ光を投光するレーザ光源と、前記
レーザ光の一部を参照レーザ光として受光し参照信号に
変換する参照光受光手段と、前記レーザ光のうち目標に
当ってはねかえった反射光を受光し反射信号に変換する
複数の反射光受光素子を有する反射光受光手段と、前記
反射信号及び前記参照信号の間の遅れ時間を各反射信号
について並列的に検出する時間計測手段と、前記検出さ
れた遅れ時間に基づいて前記目標までの距離を算出する
演算手段とを有することを特徴とする、レーザを用いた
形状計測システム。
5. A laser light source for projecting laser light, reference light receiving means for receiving a part of the laser light as reference laser light and converting it into a reference signal, and hitting a target of the laser light. Reflected light receiving means having a plurality of reflected light receiving elements for receiving the returned reflected light and converting it to a reflected signal, and time measurement for detecting the delay time between the reflected signal and the reference signal in parallel for each reflected signal. A shape measuring system using a laser, comprising: means and a calculating means for calculating a distance to the target based on the detected delay time.
【請求項6】 前記各反射光受光素子の受光ビームは、
反射光の入射方向に対してそれぞれ所定の角度をなして
いることを特徴とする請求項5に記載の形状計測システ
ム。
6. The received beam of each of the reflected light receiving elements comprises:
The shape measuring system according to claim 5, wherein the shape measuring system forms respective predetermined angles with respect to the incident direction of the reflected light.
【請求項7】 前記反射信号及び前記参照信号の間の遅
れ時間を各反射信号について並列的に検出する時間計測
手段は、少なくとも1つの粗測回路と複数の精測回路と
を含み、前記粗測回路は、前記反射信号のうち少なくと
も1つの反射信号について前記目標までの粗測距離を計
測するものであり、前記精測回路は、各反射信号につい
て前記反射信号及び前記参照信号の間の遅れ時間を検出
するものである請求項5又は6に記載の形状計測システ
ム。
7. The time measuring means for detecting a delay time between the reflected signal and the reference signal in parallel for each reflected signal includes at least one rough measuring circuit and a plurality of fine measuring circuits, and the rough measuring circuit includes: The measuring circuit is for measuring a coarse distance to the target for at least one reflected signal of the reflected signals, and the precise measuring circuit is for delaying between the reflected signal and the reference signal for each reflected signal. The shape measuring system according to claim 5, which detects time.
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