JP2007327875A - 位置検出装置および天秤装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 被検出体の姿勢が変化する場合においても、被検出体の位置や姿勢を高い精度で検出することができる位置検出装置および天秤装置を提供する
【解決手段】 被検出体における所定領域に向けて照明光を出射する複数の発光素子を有する照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2と、所定領域における照度分布が均一になるように、複数の発光素子から出射される照明光の光量を制御する光量制御部27と、所定領域の画像を撮像する撮像部11Y,11Zと、撮像部11Y,11Zにより撮像された画像に基づいて、被検出体の位置および姿勢の少なくとも一方を検出する検出部21と、が設けられたことを特徴とする。
【選択図】 図6
【解決手段】 被検出体における所定領域に向けて照明光を出射する複数の発光素子を有する照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2と、所定領域における照度分布が均一になるように、複数の発光素子から出射される照明光の光量を制御する光量制御部27と、所定領域の画像を撮像する撮像部11Y,11Zと、撮像部11Y,11Zにより撮像された画像に基づいて、被検出体の位置および姿勢の少なくとも一方を検出する検出部21と、が設けられたことを特徴とする。
【選択図】 図6
Description
本発明は、位置検出装置および天秤装置に関する。
一般に風洞試験においては、風洞内の計測部に、飛行体等を模擬する模型を風洞内の気流による空力荷重に抗して支持する必要がある。さらには、必要に応じて模型の姿勢角を、気流の流れ方向に対して変動可能に支持する必要がある。従来、上述のように模型を支持する方法としては、以下の二つの模型支持方法などが採用されている。
一つ目は、風洞の床面から風洞内に突出させたストラット等を用いて、模型を上記計測部における風洞の断面の略中央に支持する方法である。二つ目は、風洞の断面の略中央を、上記気流の下流側から上流に向かって延在するスティング等を用いて、模型を上記計測部における風洞の断面の略中央に支持する方法である。
一つ目は、風洞の床面から風洞内に突出させたストラット等を用いて、模型を上記計測部における風洞の断面の略中央に支持する方法である。二つ目は、風洞の断面の略中央を、上記気流の下流側から上流に向かって延在するスティング等を用いて、模型を上記計測部における風洞の断面の略中央に支持する方法である。
しかしながら、上述の模型支持方法では、ストラット等やスティング等の支持装置により模型周りの気流が乱されて、いわゆる支持装置干渉が生じることが知られている。支持装置干渉が生じると、模型に作用する空気力等の計測データ精度が低下するという不具合があった。
特に、模型の機体軸方向と気流の流れ方向との間の角度(例えば、迎角)が大きい場合に、模型に作用する空気力などを計測する高迎角試験や、動安定試験などにおいては、模型周りの気流が支持装置により大きく乱されていた。そのため、上記支持装置干渉が大きくなり、模型に作用する空気力等の計測データ精度がさらに低下するという不具合があった。
また、模型に作用する空気力やモーメントなどを計測する場合には、模型と支持装置との間に天秤を配置する必要があった。天秤には歪み計などが設けられ、歪み計など用いることにより、模型に作用する空気力やモーメントなどを計測することができる。
支持装置と同様に、天秤においても上記計測データの精度を保つために、模型周りの気流の流れを乱さないように設置する必要がある。そのためには、模型に対応した精密な加工が施された天秤を用いる必要があり、高価な天秤を用いる必要があった。
特に、模型の機体軸方向と気流の流れ方向との間の角度(例えば、迎角)が大きい場合に、模型に作用する空気力などを計測する高迎角試験や、動安定試験などにおいては、模型周りの気流が支持装置により大きく乱されていた。そのため、上記支持装置干渉が大きくなり、模型に作用する空気力等の計測データ精度がさらに低下するという不具合があった。
また、模型に作用する空気力やモーメントなどを計測する場合には、模型と支持装置との間に天秤を配置する必要があった。天秤には歪み計などが設けられ、歪み計など用いることにより、模型に作用する空気力やモーメントなどを計測することができる。
支持装置と同様に、天秤においても上記計測データの精度を保つために、模型周りの気流の流れを乱さないように設置する必要がある。そのためには、模型に対応した精密な加工が施された天秤を用いる必要があり、高価な天秤を用いる必要があった。
上述の不具合などを解消する模型支持装置として、磁力支持天秤装置が知られている。磁力支持天秤装置は、磁気力を利用して模型を風洞内の所定位置に支持するものであって、模型周りの気流の流れを乱さずに模型を支持するものである。そのため、磁力支持天秤装置には、試験データの精度の低下をきたすことなく風洞試験を実施できる利点がある。さらに、磁力支持天秤装置は、模型に作用する磁気力を制御することにより、風洞試験中においても模型の姿勢を制御することができる。そのため、気流の流れ方向に対する模型の姿勢角を、動的に、所定の角度に制御することができる。
また、磁力支持天秤装置は、模型を所定位置に制御する際に必要とされる磁気力に基づいて、試験時に模型に作用する空気力などを計測することができる(例えば、特許文献1参照。)。
特開2004−347342号公報
また、磁力支持天秤装置は、模型を所定位置に制御する際に必要とされる磁気力に基づいて、試験時に模型に作用する空気力などを計測することができる(例えば、特許文献1参照。)。
上述のように、模型を所定の位置や姿勢に制御するためには、模型の位置や姿勢を検出する位置検出センサが少なくとも必要となる。この模型の位置や姿勢などを検出する位置検出センサとしては、例えば、3つのラインセンサをH型に配置した位置検出センサが知られている。ラインセンサとは、例えば、CCD(Charge Coupled Devices)素子などの撮像素子を一直線状に配置したセンサである。上記位置検出センサは、例えば、略円柱状の模型であって、模型の円周面にマーカと呼ばれる黒線が円環状に描かれた模型の位置等を検出することができる。具体的には、位置検出センサの各ラインセンサは、略直線状の映像(一次元の信号)を取得し、位置検出センサは、当該映像から模型の輪郭およびマーカを信号として抽出する。抽出された輪郭などの信号に基づいて、位置検出センサは、模型の位置等を算出することができる。
位置検出センサは、各ラインセンサが取得した映像に基づいて模型の位置等を算出している。そのため、模型の位置等を正確に算出するためには、模型の表面上で均一な照度となる照明光が照射された状況下で、各ラインセンサが模型などの映像を取得することが望ましい。従来は、光源としてメタルハライドランプが用いられている。メタルハライドランプから出射された照明光は、3分割されたライトガイドに導かれ、異なる三方向から模型に向けて照射されている。つまり、照明光は、模型における半径方向の中心方向に向かって異なる3方向から照射され、マーカが描かれた円周面近傍領域が均一な照度となるように照射されている。
位置検出センサは、各ラインセンサが取得した映像に基づいて模型の位置等を算出している。そのため、模型の位置等を正確に算出するためには、模型の表面上で均一な照度となる照明光が照射された状況下で、各ラインセンサが模型などの映像を取得することが望ましい。従来は、光源としてメタルハライドランプが用いられている。メタルハライドランプから出射された照明光は、3分割されたライトガイドに導かれ、異なる三方向から模型に向けて照射されている。つまり、照明光は、模型における半径方向の中心方向に向かって異なる3方向から照射され、マーカが描かれた円周面近傍領域が均一な照度となるように照射されている。
しかしながら、上述の照明を用いた位置検出センサにおいては、模型の位置等の検出ができない場合があるという問題があった。
つまり、上述の照明には下記の照明特性があるため、位置検出センサのラインセンサによる輪郭あるいはマーカの検出ミスが発生する可能性があった。特に、模型の姿勢が変化する際に、上記検出ミスが発生する可能性が高かった。つまり、模型の姿勢が変化すると、照明と模型との間の距離および模型とラインセンサとの距離が変化するため、ラインセンサにより撮像される模型表面の照度が変化するためである。
一つ目の照明特性は、メタルハライドランプから出射される照明光の指向性が狭いという照明特性である。二つ目の照明特性は、照明光は3分割されたライトガイドに導かれて模型に照射されているという照明特性である。
これらの照明特性のため、模型におけるマーカが描かれた円周面近傍領域の照度は十分であっても、それ以外の領域、特に模型における前後端近傍領域の照度は不足する恐れがあった。照度が不足すると、ラインセンサにより取得された映像が不鮮明となり、輪郭あるいはマーカの検出ミスが発生する恐れがあった。
また、上述のようにライトガイドを用いる照明の場合、一般的に、照明されている模型の表面上の照度が低下し、輪郭あるいはマーカの検出ミスが発生する恐れがあった。照明光は、ライトガイドにより導かれる際に大きく損失するためである。
つまり、上述の照明には下記の照明特性があるため、位置検出センサのラインセンサによる輪郭あるいはマーカの検出ミスが発生する可能性があった。特に、模型の姿勢が変化する際に、上記検出ミスが発生する可能性が高かった。つまり、模型の姿勢が変化すると、照明と模型との間の距離および模型とラインセンサとの距離が変化するため、ラインセンサにより撮像される模型表面の照度が変化するためである。
一つ目の照明特性は、メタルハライドランプから出射される照明光の指向性が狭いという照明特性である。二つ目の照明特性は、照明光は3分割されたライトガイドに導かれて模型に照射されているという照明特性である。
これらの照明特性のため、模型におけるマーカが描かれた円周面近傍領域の照度は十分であっても、それ以外の領域、特に模型における前後端近傍領域の照度は不足する恐れがあった。照度が不足すると、ラインセンサにより取得された映像が不鮮明となり、輪郭あるいはマーカの検出ミスが発生する恐れがあった。
また、上述のようにライトガイドを用いる照明の場合、一般的に、照明されている模型の表面上の照度が低下し、輪郭あるいはマーカの検出ミスが発生する恐れがあった。照明光は、ライトガイドにより導かれる際に大きく損失するためである。
上述のように、ラインセンサにより撮像された模型表面の画像における照度が不均一な場合において、画像処理を行って、照度が均一な模型表面の画像を得る方法もしられている。
しかしながら、画像処理による画像の修正には限度があるため、模型の輪郭あるいはマーカの検出ミスが発生する可能性があった。例えば、ラインセンサにより撮像された元の画像において、照度が極端に不足して画像が不鮮明になっている場合には、画像処理を行っても当該画像を位置等の検出に用いるのに十分な画像に修正することは困難である。そのため、模型の輪郭あるいはマーカの検出ミスが発生する可能性があった。
しかしながら、画像処理による画像の修正には限度があるため、模型の輪郭あるいはマーカの検出ミスが発生する可能性があった。例えば、ラインセンサにより撮像された元の画像において、照度が極端に不足して画像が不鮮明になっている場合には、画像処理を行っても当該画像を位置等の検出に用いるのに十分な画像に修正することは困難である。そのため、模型の輪郭あるいはマーカの検出ミスが発生する可能性があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、被検出体の姿勢が変化する場合においても、被検出体の位置や姿勢を高い精度で検出することができる位置検出装置および天秤装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の位置検出装置は、被検出体における所定領域に向けて照明光を出射する複数の発光素子を有する照明部と、前記所定領域における照度分布が均一になるように、前記複数の発光素子から出射される照明光の光量を制御する光量制御部と、前記所定領域の画像を撮像する撮像部と、該撮像部により撮像された画像に基づいて、前記被検出体の位置および姿勢の少なくとも一方を検出する検出部と、が設けられたことを特徴とする位置検出装置。
本発明の位置検出装置は、被検出体における所定領域に向けて照明光を出射する複数の発光素子を有する照明部と、前記所定領域における照度分布が均一になるように、前記複数の発光素子から出射される照明光の光量を制御する光量制御部と、前記所定領域の画像を撮像する撮像部と、該撮像部により撮像された画像に基づいて、前記被検出体の位置および姿勢の少なくとも一方を検出する検出部と、が設けられたことを特徴とする位置検出装置。
本発明によれば、照明部と光量制御部とが設けられているため、被検出体の位置および姿勢の少なくとも一方を高い精度で検出することができる。特に、被検出体の姿勢が変化する場合においても、位置等を高い精度で検出することができる。
照明部は、照明光を出射する複数の発光素子を備えており、被検出体における所定領域を照明することができる。光量制御部は、上記複数の発光素子から出射される照明光の光量を、個々の発光素子について制御し、上記所定領域における照度分布を均一にすることができる。そのため、撮像部は、均一に照明された所定領域の画像を撮像することができる。検出部は、上記画像に基づいて、被検出体の位置等を検出することができる。上記画像に基づくことにより、検出部は、照度分布が不均一な画像に基づく方法と比較して、被検出体の位置等をより高い精度で検出することができる。
光量制御部は、個々の発光素子から出射される照明光の光量を制御して、上記所定領域における照度分布を均一にすることができる。そのため、被検出体の姿勢が変化した場合にも、光量制御部により、所定領域における照度分布を均一に保つことができる。その結果、検出部は、光量制御部が設けられていない位置検出装置と比較して、被検出体の位置等をより高い精度で検出することができる。
照明部は、照明光を出射する複数の発光素子を備えており、被検出体における所定領域を照明することができる。光量制御部は、上記複数の発光素子から出射される照明光の光量を、個々の発光素子について制御し、上記所定領域における照度分布を均一にすることができる。そのため、撮像部は、均一に照明された所定領域の画像を撮像することができる。検出部は、上記画像に基づいて、被検出体の位置等を検出することができる。上記画像に基づくことにより、検出部は、照度分布が不均一な画像に基づく方法と比較して、被検出体の位置等をより高い精度で検出することができる。
光量制御部は、個々の発光素子から出射される照明光の光量を制御して、上記所定領域における照度分布を均一にすることができる。そのため、被検出体の姿勢が変化した場合にも、光量制御部により、所定領域における照度分布を均一に保つことができる。その結果、検出部は、光量制御部が設けられていない位置検出装置と比較して、被検出体の位置等をより高い精度で検出することができる。
上記発明においては、前記光量制御部は、照明光を出射する前記発光素子の数を制御することが望ましい。
本発明によれば、光量制御部は、照明光を出射する発光素子の数を制御するため、上記所定領域における照度分布を均一に保つことができる。
光量制御部は、例えば、被検出体の所定領域に近い照明部においては照明光を出射する発光素子の数を減らす制御を行う。一方、被検出体の所定領域から遠い照明部においては照明光を出射する発光素子の数を増やす制御を行う。つまり、所定領域のうち、照明部に接近した部分は、離れた部分と比較して、少ない発光素子で照明される。一方、照明部から離れた部分は、接近した部分と比較して、多くの発光素子で照明される。その結果、被検出体の姿勢が変化しても、上記所定領域における照度分布は均一に保たれる。
光量制御部は、例えば、被検出体の所定領域に近い照明部においては照明光を出射する発光素子の数を減らす制御を行う。一方、被検出体の所定領域から遠い照明部においては照明光を出射する発光素子の数を増やす制御を行う。つまり、所定領域のうち、照明部に接近した部分は、離れた部分と比較して、少ない発光素子で照明される。一方、照明部から離れた部分は、接近した部分と比較して、多くの発光素子で照明される。その結果、被検出体の姿勢が変化しても、上記所定領域における照度分布は均一に保たれる。
上記発明においては、前記光量制御部は、前記発光素子に供給される駆動電流を制御することが望ましい。
本発明によれば、光量制御部は、発光素子に供給される駆動電流を制御するため、上記所定領域における照度分布を均一に保つことができる。
光量制御部は、例えば、被検出体の所定領域に近い照明部においては発光素子に供給する駆動電流を減らす制御を行う。一方、被検出体の所定領域から遠い照明部においては発光素子に供給する駆動電流を増やす制御を行う。つまり、被検出体の所定領域に近い照明部からは、遠い照明部と比較して、より小さな光量の照明光が出射される。一方、被検出体の所定領域から遠い照明部からは、近い照明部と比較して、より大きな光量の照明光が出射される。
その結果、所定領域のうち、照明部に接近した部分は、離れた部分と比較して、小さな光量の照明光により照明される。一方、照明部から離れた部分は、接近した部分と比較して、大きな光量の照明光により照明される。つまり、被検出体の姿勢が変化しても、上記所定領域における照度分布は均一に保たれる。
光量制御部は、例えば、被検出体の所定領域に近い照明部においては発光素子に供給する駆動電流を減らす制御を行う。一方、被検出体の所定領域から遠い照明部においては発光素子に供給する駆動電流を増やす制御を行う。つまり、被検出体の所定領域に近い照明部からは、遠い照明部と比較して、より小さな光量の照明光が出射される。一方、被検出体の所定領域から遠い照明部からは、近い照明部と比較して、より大きな光量の照明光が出射される。
その結果、所定領域のうち、照明部に接近した部分は、離れた部分と比較して、小さな光量の照明光により照明される。一方、照明部から離れた部分は、接近した部分と比較して、大きな光量の照明光により照明される。つまり、被検出体の姿勢が変化しても、上記所定領域における照度分布は均一に保たれる。
上記発明においては、前記光量制御部は、前記検出部により検出された前記被検出体の位置および姿勢の少なくとも一方に基づいて、前記複数の発光素子から出射される照明光の光量を制御することが望ましい。
本発明によれば、光量制御部は、検出された被検出体の位置等に基づいて、複数の発光素子から出射される照明光の光量を制御するため、上記所定領域における照度分布を均一に保つことができる。
光量制御部は、検出された被検出体の位置等に基づくことにより、例えば、上記所定領域に近い照明部から出射される照明光の光量を小さくすることができる。一方、光量制御部は、上記所定領域から遠い照明部から出射される照明光の光量を大きくすることができる。そのため、被検出体の姿勢が変化しても、上記所定領域における照度分布は均一に保たれる。
光量制御部は、検出された被検出体の位置等に基づくことにより、例えば、上記所定領域に近い照明部から出射される照明光の光量を小さくすることができる。一方、光量制御部は、上記所定領域から遠い照明部から出射される照明光の光量を大きくすることができる。そのため、被検出体の姿勢が変化しても、上記所定領域における照度分布は均一に保たれる。
上記発明においては、前記光量制御部は、前記撮像部により撮像された画像に基づいて、前記発光素子から出射される照明光量を制御することが望ましい。
本発明によれば、光量制御部は、撮像部に撮像された画像に基づいて、複数の発光素子から出射される照明光の光量を制御するため、上記所定領域における照度分布を均一に保つことができる。
光量制御部は、撮像部に撮像された画像に基づくことにより、例えば、上記所定領域において他の領域と比較して照度が高い領域に対応する領域の複数の発光素子から出射される照明光の光量を小さくすることができる。一方、光量制御部は、上記所定領域において他の領域と比較して照度が低い領域に対応する領域の複数の発光素子から出射される照明光の光量を大きくすることができる。そのため、被検出体の姿勢が変化しても、上記所定領域における照度分布は均一に保たれる。
光量制御部は、撮像部に撮像された画像に基づくことにより、例えば、上記所定領域において他の領域と比較して照度が高い領域に対応する領域の複数の発光素子から出射される照明光の光量を小さくすることができる。一方、光量制御部は、上記所定領域において他の領域と比較して照度が低い領域に対応する領域の複数の発光素子から出射される照明光の光量を大きくすることができる。そのため、被検出体の姿勢が変化しても、上記所定領域における照度分布は均一に保たれる。
上記発明においては、前記複数の発光素子は、照明光を出射する方向を個別に調節できることが望ましい。
本発明によれば、複数の発光素子は、照明光を出射する方向を個別に調節することができるため、上記所定領域における照度分布を均一に保つことができる。
複数の発光素子は照明光を出射する方向を個別に調節できる。そのため、例えば、上記所定領域における他の領域と比較して、照度が低い領域に照明光を出射する発光素子の数を増やすことができる。具体的には、上記所定領域における複数の発光素子を有する照明部から離れた領域は、発光素子から出射された照明光が減衰するため、他の領域と比較して照度が低くなる。そのため、上記他の領域を照明する発光素子の数と比較して、上記離れた領域を照明する発光素子の数が多くなるように、複数の発光素子は、照明光を出射する方向を個別に調節される。
複数の発光素子は照明光を出射する方向を個別に調節できる。そのため、例えば、上記所定領域における他の領域と比較して、照度が低い領域に照明光を出射する発光素子の数を増やすことができる。具体的には、上記所定領域における複数の発光素子を有する照明部から離れた領域は、発光素子から出射された照明光が減衰するため、他の領域と比較して照度が低くなる。そのため、上記他の領域を照明する発光素子の数と比較して、上記離れた領域を照明する発光素子の数が多くなるように、複数の発光素子は、照明光を出射する方向を個別に調節される。
本発明の位置検出装置は、被検出体における所定領域にむけて照明光を出射する照明部と、前記所定領域の画像を撮像する撮像素子を有する撮像部と、前記所定領域から前記撮像素子に入射する反射光の光量を調節し、前記撮像素子に結像される画像の照度分布を均一にする光量調節部と、前記撮像部により撮像された画像に基づいて、前記被検出体の位置および姿勢の少なくとも一方を検出する検出部と、が設けられたことを特徴とする。
本発明によれば、光量調節部が設けられているため、被検出体の位置および姿勢の少なくとも一方を高い精度で検出することができる。特に、被検出体の姿勢が変化する場合においても、位置等を高い精度で検出することができる。
光量調節部は、上記所定領域から撮像素子に入射する反射光の光量を調節し、上記撮像素子に結像される画像の照度分布を均一にすることができる。そのため、撮像部は、均一な照度分布に係る画像を撮像することができる。検出部は、上記画像に基づいて、被検出体の位置等を検出することができる。上記画像に基づくことにより、光量調節部を用いない方法と比較して、被検出体の位置等をより高い精度で検出することができる。
光量調節部は、上記所定領域から撮像素子に入射する反射光の光量を調節し、撮像部における受光面に結像される画像の照度分布を均一にするため、被検出体の姿勢が変化した場合にも、上記撮像素子における照度分布を均一に保つことができる。その結果、検出部は、光量制御部が設けられていない位置検出装置と比較して、被検出体の位置等をより高い精度で検出することができる。
光量調節部は、上記所定領域から撮像素子に入射する反射光の光量を調節し、上記撮像素子に結像される画像の照度分布を均一にすることができる。そのため、撮像部は、均一な照度分布に係る画像を撮像することができる。検出部は、上記画像に基づいて、被検出体の位置等を検出することができる。上記画像に基づくことにより、光量調節部を用いない方法と比較して、被検出体の位置等をより高い精度で検出することができる。
光量調節部は、上記所定領域から撮像素子に入射する反射光の光量を調節し、撮像部における受光面に結像される画像の照度分布を均一にするため、被検出体の姿勢が変化した場合にも、上記撮像素子における照度分布を均一に保つことができる。その結果、検出部は、光量制御部が設けられていない位置検出装置と比較して、被検出体の位置等をより高い精度で検出することができる。
上記発明においては、前記光量調節部は、面に沿う所定方向に向かって光の透過率が変化するフィルタと、該フィルタを面に沿う方向に移動させる移動部と、を備え、前記撮像素子には、前記フィルタを透過した反射光が入射され、前記撮像素子に入射する反射光の光量は、前記移動部により前記フィルタを移動させることにより、調節されることが望ましい。
本発明によれば、光量調整部は、フィルタと移動部とを備えるため、上記撮像素子における画像の照度分布を均一に保つことができる。
フィルタは、面に沿う所定方向に向かって光の透過率が変化する。そのため、フィルタは、上記反射光がフィルタを透過する位置を制御することにより、撮像素子に入射する反射光の光量を調節することができる。移動部は、フィルタを移動させることができるため、撮像素子に入射する反射光が、フィルタのどの位置を透過するか制御することができる。そのため、光量調整部は、撮像素子における画像の照度分布を均一に保つことができる。
具体的には、上記所定領域において、他の領域と比較して撮像素子に近い領域から撮像素子に入射する反射光の光量は大きい。移動部はフィルタを移動させて、フィルタにおける他の領域よりも光透過率が低い領域に光量の大きな反射光を入射させる。一方、上記所定領域における他の領域から撮像素子に入射する反射光の光量は小さくなる。移動部はフィルタを移動させて、フィルタにおける上記他の領域に光量の小さな反射光を入射させる。その結果、撮像素子における画像の照度分布を均一に保つことができる。
フィルタは、面に沿う所定方向に向かって光の透過率が変化する。そのため、フィルタは、上記反射光がフィルタを透過する位置を制御することにより、撮像素子に入射する反射光の光量を調節することができる。移動部は、フィルタを移動させることができるため、撮像素子に入射する反射光が、フィルタのどの位置を透過するか制御することができる。そのため、光量調整部は、撮像素子における画像の照度分布を均一に保つことができる。
具体的には、上記所定領域において、他の領域と比較して撮像素子に近い領域から撮像素子に入射する反射光の光量は大きい。移動部はフィルタを移動させて、フィルタにおける他の領域よりも光透過率が低い領域に光量の大きな反射光を入射させる。一方、上記所定領域における他の領域から撮像素子に入射する反射光の光量は小さくなる。移動部はフィルタを移動させて、フィルタにおける上記他の領域に光量の小さな反射光を入射させる。その結果、撮像素子における画像の照度分布を均一に保つことができる。
上記発明においては、前記光量調節部は、前記検出部により検出された前記被検出体の位置および姿勢の少なくとも一方に基づいて、前記所定領域から前記撮像素子に入射する反射光の光量を調節することが望ましい。
本発明によれば、光量調節部は、検出された被検出体の位置等に基づいて、所定領域から撮像素子に入射する反射光の光量を調節するため、上記撮像素子における画像の照度分布を均一に保つことができる。
光量調節部は、検出された被検出体の位置等に基づいて、上記移動部によって上記フィルタを移動させることができる。例えば、光量調節部は、被検出体の位置等に基づいてフィルタを移動させることにより、他の領域に入射する反射光と比較して光量の大きな反射光が入射する領域に、フィルタにおける他の領域より光の透過率が低い領域を移動させることができる。一方、光量制御部は、他の領域に入射する反射光と比較して光量の小さな反射光が入射する領域に、フィルタにおける他の領域より光の透過率が高い領域を移動させることができる。ここで、光量の大きな反射光は、上記所定領域における他の領域より撮像素子に近い領域から反射された反射光であって、光量の小さな反射光は、上記所定領域における他の領域より撮像素子から離れた領域から反射された反射光である。そのため、光量調節部は、上記所定領域における照度分布は均一に保たれる。
また、被検出体の姿勢が変化することにより撮像素子における画像の照度分布が変化しても、光量調節部は、検出された被検出体の位置等に基づいて、所定領域から撮像素子に入射する反射光の光量を調節するため、上記撮像素子における画像の照度分布を均一に保つことができる。
光量調節部は、検出された被検出体の位置等に基づいて、上記移動部によって上記フィルタを移動させることができる。例えば、光量調節部は、被検出体の位置等に基づいてフィルタを移動させることにより、他の領域に入射する反射光と比較して光量の大きな反射光が入射する領域に、フィルタにおける他の領域より光の透過率が低い領域を移動させることができる。一方、光量制御部は、他の領域に入射する反射光と比較して光量の小さな反射光が入射する領域に、フィルタにおける他の領域より光の透過率が高い領域を移動させることができる。ここで、光量の大きな反射光は、上記所定領域における他の領域より撮像素子に近い領域から反射された反射光であって、光量の小さな反射光は、上記所定領域における他の領域より撮像素子から離れた領域から反射された反射光である。そのため、光量調節部は、上記所定領域における照度分布は均一に保たれる。
また、被検出体の姿勢が変化することにより撮像素子における画像の照度分布が変化しても、光量調節部は、検出された被検出体の位置等に基づいて、所定領域から撮像素子に入射する反射光の光量を調節するため、上記撮像素子における画像の照度分布を均一に保つことができる。
上記発明においては、前記光量調節部は、前記撮像部により撮像された画像に基づいて、前記所定領域から前記撮像素子に入射する反射光の光量を調節することが望ましい。
本発明によれば、光量調節部は、撮像部に撮像された画像に基づいて、所定領域から撮像素子に入射する反射光の光量を調節するため、上記撮像素子における画像の照度分布を均一に保つことができる。
光量調節部は、撮像された画像に基づいて、上記移動部によって上記フィルタを移動させることができる。例えば、光量調節部は、撮像された画像に基づいてフィルタを移動させることにより、撮像された画像における他の領域と比較して照度が高い領域に、フィルタにおける他の領域より光の透過率が低い領域を移動させることができる。一方、光量調節部は、撮像された画像における他の領域と比較して照度が低い領域に、フィルタにおける他の領域より光の透過率が高い領域を移動させることができる。そのため、光量調節部は、上記撮像素子における画像の照度分布を均一に保つことができる。
また、被検出体の姿勢が変化することにより撮像素子における画像の照度分布が変化しても、光量調節部は、撮像部に撮像された画像に基づいて、所定領域から撮像素子に入射する反射光の光量を調節するため、上記撮像素子における画像の照度分布を均一に保つことができる。
光量調節部は、撮像された画像に基づいて、上記移動部によって上記フィルタを移動させることができる。例えば、光量調節部は、撮像された画像に基づいてフィルタを移動させることにより、撮像された画像における他の領域と比較して照度が高い領域に、フィルタにおける他の領域より光の透過率が低い領域を移動させることができる。一方、光量調節部は、撮像された画像における他の領域と比較して照度が低い領域に、フィルタにおける他の領域より光の透過率が高い領域を移動させることができる。そのため、光量調節部は、上記撮像素子における画像の照度分布を均一に保つことができる。
また、被検出体の姿勢が変化することにより撮像素子における画像の照度分布が変化しても、光量調節部は、撮像部に撮像された画像に基づいて、所定領域から撮像素子に入射する反射光の光量を調節するため、上記撮像素子における画像の照度分布を均一に保つことができる。
本発明の天秤装置は、被検出体を支持するとともに、前記被検出体に作用する外力を計測する支持部と、上記本発明の位置検出装置と、が設けられたことを特徴とする天秤装置。
本発明によれば、上記本発明の位置検出装置が設けられているため、被検出体の位置および姿勢の少なくとも一方を高い精度で検出することができる。特に、被検出体の姿勢が変化する場合においても、位置等を高い精度で検出することができる。そのため、本発明の天秤装置は精度の高い計測を行うことができる。
本発明の位置検出装置および天秤装置によれば、照明部と光量制御部とが設けられているため、被検出体の位置および姿勢の少なくとも一方を高い精度で検出することができる。特に、被検出体の姿勢が変化する場合においても、位置等を高い精度で検出することができるという効果を奏する。
〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1の実施形態における磁気支持天秤装置ついて図1から図12を参照して説明する。
図1は、本実施形態における磁気支持天秤装置の概略を説明するブロック図である。
磁気支持天秤装置(天秤装置)1は、図1に示すように、磁力により模型(被検出体)3を空中に支持するとともに、模型3に作用する外力を計測するものである。模型3に作用する外力としては、磁気支持天秤装置1が風洞装置に適用された際に、模型3に作用する空気力学的な力(揚力や抗力など)を例示することができる。
本実施形態においては、磁気支持天秤装置1を風洞装置に用いられる場合に適用して説明する。模型3としては、一方の端部が尖った円柱形状に形成されたものとして説明する。以下、本実施形態の説明において、模型3の周りにおける空気の流れる方向をx軸、鉛直方向をz軸、x軸およびy軸に対して直交する方向をy軸として説明する(図2参照)。
以下、本発明の第1の実施形態における磁気支持天秤装置ついて図1から図12を参照して説明する。
図1は、本実施形態における磁気支持天秤装置の概略を説明するブロック図である。
磁気支持天秤装置(天秤装置)1は、図1に示すように、磁力により模型(被検出体)3を空中に支持するとともに、模型3に作用する外力を計測するものである。模型3に作用する外力としては、磁気支持天秤装置1が風洞装置に適用された際に、模型3に作用する空気力学的な力(揚力や抗力など)を例示することができる。
本実施形態においては、磁気支持天秤装置1を風洞装置に用いられる場合に適用して説明する。模型3としては、一方の端部が尖った円柱形状に形成されたものとして説明する。以下、本実施形態の説明において、模型3の周りにおける空気の流れる方向をx軸、鉛直方向をz軸、x軸およびy軸に対して直交する方向をy軸として説明する(図2参照)。
磁気支持天秤装置1は、図1に示すように、磁力により模型3を支持する支持部5と、模型3の位置および姿勢を検出する位置検出部7と、支持部5および位置検出部7を制御する制御部9と、を備えている。
図2は、図1の支持部における電磁石の配置を説明する斜視図である。
支持部5は、磁界を発生させる10個の電磁石C0,C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8,C9を備えている。模型3には、永久磁石(図示せず)が備えられている。
電磁石C0からC9は磁界を発生させることにより、発生させた磁界と模型3の永久磁石との間に、模型3を浮揚させる磁力を発生させるものである。また、電磁石C0からC9は、発生させた磁界により、模型3の位置および姿勢を制御するものでもある。
電磁石C0からC9は、それぞれ後述する電磁石制御部23と配線24により接続されている。配線24には電磁石C0からC9に磁界を発生させる駆動電流が流される。なお、図示されていないが、各電磁石C0からC9と電磁石制御部23との間にはパワーアンプが配置され、上記駆動電流はパワーアンプにより増幅されている。電磁石C0からC9は、図2に示すように、模型3を配置する領域を取り囲むように配置されている。以下、電磁石C0からC9について説明する。
なお、電磁石C0からC9としては、コイルから形成されたものなど、公知の電磁石を用いることができ、特に限定するものではない。
支持部5は、磁界を発生させる10個の電磁石C0,C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8,C9を備えている。模型3には、永久磁石(図示せず)が備えられている。
電磁石C0からC9は磁界を発生させることにより、発生させた磁界と模型3の永久磁石との間に、模型3を浮揚させる磁力を発生させるものである。また、電磁石C0からC9は、発生させた磁界により、模型3の位置および姿勢を制御するものでもある。
電磁石C0からC9は、それぞれ後述する電磁石制御部23と配線24により接続されている。配線24には電磁石C0からC9に磁界を発生させる駆動電流が流される。なお、図示されていないが、各電磁石C0からC9と電磁石制御部23との間にはパワーアンプが配置され、上記駆動電流はパワーアンプにより増幅されている。電磁石C0からC9は、図2に示すように、模型3を配置する領域を取り囲むように配置されている。以下、電磁石C0からC9について説明する。
なお、電磁石C0からC9としては、コイルから形成されたものなど、公知の電磁石を用いることができ、特に限定するものではない。
電磁石C0,C9は、模型3に作用する図2におけるx軸方向の力をバランスさせる電磁石であって、模型3のx軸方向における位置を制御するものである。具体的には、電磁石C0,C9は、空気流れによって模型3に作用するx軸方向の力(例えば抗力)とバランスする力を発生させる電磁石である。電磁石C0,C9は、模型3に対して、それぞれx軸の正方向および負方向に、模型3から所定距離だけ離れて配置されている。電磁石C0,C9には貫通孔が形成され、その貫通孔に空気が流れるように配置されている。
電磁石C1,C3,C5,C7は、図2中のz軸方向の力をバランスさせる電磁石であって、模型3を浮揚させるとともに、模型3のz軸方向における位置を制御するものである。具体的には、電磁石C1,C3,C5,C7は、空気流れによって模型3に作用するz軸方向の力(例えば揚力)および模型3に作用する重力とバランスする力を発生させる電磁石である。電磁石C1,C3は、z軸に沿う方向に(縦に)並んで配置されているとともに、模型3におけるx軸の負方向側の端部(先端)近傍に配置されている。電磁石C5,C7は、z軸に沿う方向に(縦に)並んで配置されているとともに、模型3おけるx軸の正方向側の端部(後端)近傍に配置されている。このような配置にすることで、一対の電磁石C1,C3と、一対の電磁石C5,C7と、を別々に制御して、模型3におけるy軸(ピッチ軸)周りの姿勢変化を制御することができる。
電磁石C2,C4,C6,C8は、図2中のy軸方向の力をバランスさせる電磁石であって、模型3のy軸方向における位置を制御するものである。具体的には、電磁石C2,C4,C6,C8は、空気流れによって模型3に作用するy軸方向の力とバランスする力を発生させる電磁石である。電磁石C2,C4は、y軸に沿う方向に(横に)並んで配置されているとともに、模型3におけるx軸の負方向側の端部(先端)近傍に配置されている。電磁石C6,C8は、y軸に沿う方向に(横に)並んで配置されているとともに、模型3おけるx軸の正方向側の端部(後端)近傍に配置されている。このような配置にすることで、一対の電磁石C2,C4と、一対の電磁石C6,C8と、を別々に制御して、模型3におけるz軸(ヨー軸)周りの姿勢変化を制御することができる。
図3は、図1の位置検出部の構成を説明する斜視図である。
位置検出部7は、図3に示すように、撮像部11Y,11Zと、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2と、を備えている。
撮像部11Y,11Zは、模型3における略中央領域(所定領域)を撮像するものである。撮像部11Yは、図3のy軸方向から模型3を撮像するものであって、模型3におけるx軸方向の移動、z軸方向の移動およびy軸周りの姿勢変化の検出に用いられる画像を撮像するものである。撮像部11Zは、z軸方向から模型3を撮像するものであって、模型3におけるx軸方向の移動、y軸方向の移動およびz軸周りの姿勢変化の検出に用いられる画像を撮像するものである。
位置検出部7は、図3に示すように、撮像部11Y,11Zと、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2と、を備えている。
撮像部11Y,11Zは、模型3における略中央領域(所定領域)を撮像するものである。撮像部11Yは、図3のy軸方向から模型3を撮像するものであって、模型3におけるx軸方向の移動、z軸方向の移動およびy軸周りの姿勢変化の検出に用いられる画像を撮像するものである。撮像部11Zは、z軸方向から模型3を撮像するものであって、模型3におけるx軸方向の移動、y軸方向の移動およびz軸周りの姿勢変化の検出に用いられる画像を撮像するものである。
図4は、図3の撮像部の構成を説明する図である。
撮像部11Y,11Zには、図3に示すように、1本のラインセンサ15Aと、2本ラインセンサ15Bと、が備えられている。ラインセンサ15A,15Bは、CCDなどの撮像素子を同一直線の上に並べて配置したものであって、模型3における略中央領域を撮像するものである。ラインセンサ15Aは、図4のx軸方向に沿って延在するように配置されおり、模型3の長手軸線方向に沿って延在するように配置されている。ラインセンサ15Bは、x軸方向に対して直交する方向に延在するように配置されており、模型3の長手軸線方向に対して直交する方向に延在するように配置されている。また、2本のラインセンサ15Bの間にラインセンサ15Aが配置され、これら3本のラインセンサ15A,15Bは、H字状に配置されている。
また、模型3の略中央領域の円周面には、マーカ17が黒い線で円環状に描かれている。模型3が配置される位置等は、マーカ17がラインセンサ15Aの撮像領域に入る範囲内に設定されている。
なお、上述の実施形態においては、CCDを撮像素子として用いた実施形態に適用して説明したが、撮像素子としてCCDを用いるものに限定することなく、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)など、その他の公知の撮像素子を用いても良く、特に限定するものではない。
撮像部11Y,11Zには、図3に示すように、1本のラインセンサ15Aと、2本ラインセンサ15Bと、が備えられている。ラインセンサ15A,15Bは、CCDなどの撮像素子を同一直線の上に並べて配置したものであって、模型3における略中央領域を撮像するものである。ラインセンサ15Aは、図4のx軸方向に沿って延在するように配置されおり、模型3の長手軸線方向に沿って延在するように配置されている。ラインセンサ15Bは、x軸方向に対して直交する方向に延在するように配置されており、模型3の長手軸線方向に対して直交する方向に延在するように配置されている。また、2本のラインセンサ15Bの間にラインセンサ15Aが配置され、これら3本のラインセンサ15A,15Bは、H字状に配置されている。
また、模型3の略中央領域の円周面には、マーカ17が黒い線で円環状に描かれている。模型3が配置される位置等は、マーカ17がラインセンサ15Aの撮像領域に入る範囲内に設定されている。
なお、上述の実施形態においては、CCDを撮像素子として用いた実施形態に適用して説明したが、撮像素子としてCCDを用いるものに限定することなく、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)など、その他の公知の撮像素子を用いても良く、特に限定するものではない。
照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2は、図3に示すように、模型3における略中央領域を照明するものである。照明部13Y−1,13Y−2は、図3のy軸方向から模型3を照明するものであって、撮像部11Yの両脇に一対の照明部13Y−1,13Y−2が配置されており、撮像部11Yに対してx軸の負方向に照明部13Y−1が配置され、x軸の正方向に照明部13Y−2が配置されている。照明部13Z−1,13Z−2は、図3のz軸方向から模型3を照明するものであって、撮像部11Zの両脇に一対の照明部13Z−1,13Z−2が配置されており、撮像部11Zに対してx軸の負方向に照明部13Z−1が配置され、x軸の正方向に照明部13Z−2が配置されている。
照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2には、複数の発光ダイオード(Light Emitting Diode:以下LEDと表記する。)(発光素子)19が設けられている。LED19は、光量制御部27から駆動電流が供給され、照明光を出射するものである。複数のLED19は、x軸方向に対して直交する方向に沿って列を形成するように配置され、さらに、上記LED19の列がx軸方向に3列並んで配置されている。
照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2には、複数の発光ダイオード(Light Emitting Diode:以下LEDと表記する。)(発光素子)19が設けられている。LED19は、光量制御部27から駆動電流が供給され、照明光を出射するものである。複数のLED19は、x軸方向に対して直交する方向に沿って列を形成するように配置され、さらに、上記LED19の列がx軸方向に3列並んで配置されている。
図5は、図3の照明部の構成を説明する図である。
照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2に配置された複数のLED19は、個別に照明光の出射方向を調節できるように配置されている。具体的には、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2におけるLED19の照明光の出射方向は、図5に示すように調整されている。つまり、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2における両端部近傍においては、複数のLED19から出射された照明光が重畳するようにLED19の向きが調整されている。一方、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2における中央部近傍においては、複数のLED19から出射された照明光が重畳しないようにLED19の向きが調整されている。
なお、上述の実施形態においては、LEDを発光素子として用いた実施形態に適用して説明したが、発光素子としてLEDを用いるものに限定することなく、その他の公知の発光素子を用いても良く、特に限定するものではない。
照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2に配置された複数のLED19は、個別に照明光の出射方向を調節できるように配置されている。具体的には、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2におけるLED19の照明光の出射方向は、図5に示すように調整されている。つまり、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2における両端部近傍においては、複数のLED19から出射された照明光が重畳するようにLED19の向きが調整されている。一方、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2における中央部近傍においては、複数のLED19から出射された照明光が重畳しないようにLED19の向きが調整されている。
なお、上述の実施形態においては、LEDを発光素子として用いた実施形態に適用して説明したが、発光素子としてLEDを用いるものに限定することなく、その他の公知の発光素子を用いても良く、特に限定するものではない。
図6は、図1における制御部の構成を説明するブロック図である。
制御部9は、電磁石C0からC9から発生させる磁界を制御することにより、模型3を空中に浮揚させるとともに、所定の位置および姿勢に制御するものである。また、制御部9は、模型3を所定の位置および姿勢に保持するために必要とされる磁界から、模型3に作用する外力を検出するものでもある。さらに、制御部9は、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2に設けられた複数のLEDから出射される照明光の光量を制御するものでもある。
制御部9は、図6に示すように、位置演算部(検出部)21と、電磁石制御部23と、外力計測部25と、光量制御部27と、記憶部29とを備えている。
制御部9は、電磁石C0からC9から発生させる磁界を制御することにより、模型3を空中に浮揚させるとともに、所定の位置および姿勢に制御するものである。また、制御部9は、模型3を所定の位置および姿勢に保持するために必要とされる磁界から、模型3に作用する外力を検出するものでもある。さらに、制御部9は、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2に設けられた複数のLEDから出射される照明光の光量を制御するものでもある。
制御部9は、図6に示すように、位置演算部(検出部)21と、電磁石制御部23と、外力計測部25と、光量制御部27と、記憶部29とを備えている。
位置演算部21は、撮像部11Y,11Zから入力された画像信号に基づいて模型3の位置および姿勢を算出するものである。詳しい算出方法については、後述する模型3の位置等の検出方法において説明する。算出された模型3の位置等の情報は、電磁石制御部23や光量制御部27に出力される。
電磁石制御部23は、外部から入力された模型3の位置等の情報と、位置演算部21において算出された模型3の位置等の情報とに基づいて、電磁石C0からC9に供給する駆動電流を制御するものである。
外力計測部25は、模型3に作用する抗力や揚力などの空気力学的な力(外力)の大きさを計測するものである。
外力計測部25は、模型3に作用する抗力や揚力などの空気力学的な力(外力)の大きさを計測するものである。
光量制御部27は、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2に配置された複数のLED19に個別に駆動電流を供給して、LED19から照明光を出射させるものである。同時に、光量制御部27は、位置演算部21において算出された模型3の位置等の情報に基づいて、LED19からの照明光の出射を制御するものである。
具体的には、光量制御部27は、位置演算部21において算出された模型3の位置等の情報と、記憶部29に記憶された照明光を出射するLED19の位置情報とに基づいて、照明光を出射するLED19の数および位置を制御するものである。光量制御部27は、記憶部29と情報交換可能に接続されている。
具体的には、光量制御部27は、位置演算部21において算出された模型3の位置等の情報と、記憶部29に記憶された照明光を出射するLED19の位置情報とに基づいて、照明光を出射するLED19の数および位置を制御するものである。光量制御部27は、記憶部29と情報交換可能に接続されている。
記憶部29は、模型3の姿勢に対する、LED19の制御情報がまとめられたテーブルを記憶するものである。本実施形態におけるLED19の制御情報とは、照明光を出射するLED19の数および位置情報である。記憶部29は、光量制御部27と情報交換可能に接続されている。
なお、上述のテーブルに記憶された照明光を出射するLED19の制御情報は、予め試験計測により模型3の中央領域を均一な照度分布で照明する最適なものを決定してもよいし、模型3の3次元形状、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2の配置関係およびLED19の配光特性などに基づいて光学シミュレーションにより最適なものを決定しても良く、特に限定するものではない。
なお、上述のテーブルに記憶された照明光を出射するLED19の制御情報は、予め試験計測により模型3の中央領域を均一な照度分布で照明する最適なものを決定してもよいし、模型3の3次元形状、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2の配置関係およびLED19の配光特性などに基づいて光学シミュレーションにより最適なものを決定しても良く、特に限定するものではない。
なお、上述の撮像部11Y,11Zと、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2と、位置演算部21と、光量制御部27と、記憶部29により模型3の位置等を検出する位置検出装置が構成される。また、上述の支持部5と、位置演算部21と、電磁石制御部23とにより模型3を所定位置に支持する支持装置が構成される。
次に、上記の構成からなる磁気支持天秤装置1における模型3の位置および姿勢の検出方法について説明する。
図7は、照明部から出射された照明光と、模型との相対位置関係を説明する模式図である。
模型3の位置および姿勢を検出する場合には、まず、図7に示すように、照明部13Y−1,13Y−2や、照明部13Z−1,13Z−2のLED19から照明光が模型3に照射される。図7においては、模型3の長手軸線がx軸と略平行な場合における照明光と模型3との相対位置関係が示されている。図7中のLED19で、黒く塗りつぶされているLED19は消灯されたLED19を示し、その他のLED19は、点灯されて照明光を出射しているLED19を示す。ここでは、照明部13Y−1,13Y−2や、照明部13Z−1,13Z−2における中央に配置されたLED19は消灯され、両端に配置されたLED19は点灯されている。
図7に示す配置においては、模型3の中央領域が、撮像部11Yや撮像部11Zの両脇に配置された一対の照明部13Y−1,13Y−2や、照明部13Z−1,13Z−2から出射された照明光により略均一に照明されている。
図7は、照明部から出射された照明光と、模型との相対位置関係を説明する模式図である。
模型3の位置および姿勢を検出する場合には、まず、図7に示すように、照明部13Y−1,13Y−2や、照明部13Z−1,13Z−2のLED19から照明光が模型3に照射される。図7においては、模型3の長手軸線がx軸と略平行な場合における照明光と模型3との相対位置関係が示されている。図7中のLED19で、黒く塗りつぶされているLED19は消灯されたLED19を示し、その他のLED19は、点灯されて照明光を出射しているLED19を示す。ここでは、照明部13Y−1,13Y−2や、照明部13Z−1,13Z−2における中央に配置されたLED19は消灯され、両端に配置されたLED19は点灯されている。
図7に示す配置においては、模型3の中央領域が、撮像部11Yや撮像部11Zの両脇に配置された一対の照明部13Y−1,13Y−2や、照明部13Z−1,13Z−2から出射された照明光により略均一に照明されている。
撮像部11Y,11Zは、図4に示すように、ラインセンサ15A,15Bにより、模型の中央領域を撮像する。撮像部11Y,11Zのラインセンサ15A,15Bにより撮像された画像信号は、図6に示すように、制御部9の位置演算部21に入力される。なお、ラインセンサ15A,15Bから出力された画像信号は、位置演算部21に入力される前に、ビデオアンプなどで増幅されてもよく、特に限定するものではない。
位置演算部21は、入力された画像信号に基づいて模型3の位置および姿勢を算出する。具体的には、位置演算部21は、ラインセンサ15Aにより撮像された画像信号からマーカ17の位置を検出することにより、模型3のx軸方向の位置を算出する。また、位置演算部21は、撮像部11Yのラインセンサ15Bにより撮像された画像信号から模型3の輪郭の位置を検出することにより、模型3のz軸方向の位置およびy軸周りの姿勢を検出する。さらに、位置演算部21は、撮像部11Zのラインセンサ15Bにより撮像された画像信号から模型3の輪郭の位置を検出することにより、模型3のy軸方向の位置およびz軸周りの姿勢を検出する。
位置演算部21は、入力された画像信号に基づいて模型3の位置および姿勢を算出する。具体的には、位置演算部21は、ラインセンサ15Aにより撮像された画像信号からマーカ17の位置を検出することにより、模型3のx軸方向の位置を算出する。また、位置演算部21は、撮像部11Yのラインセンサ15Bにより撮像された画像信号から模型3の輪郭の位置を検出することにより、模型3のz軸方向の位置およびy軸周りの姿勢を検出する。さらに、位置演算部21は、撮像部11Zのラインセンサ15Bにより撮像された画像信号から模型3の輪郭の位置を検出することにより、模型3のy軸方向の位置およびz軸周りの姿勢を検出する。
図8は、図1の模型におけるマーカが設けられた中央領域を示す部分拡大図である。図9は、図8の中央領域を撮像したラインセンサから出力される画像信号を説明する図である。図10は、図9の画像信号を平滑化したデータを説明する図である。図11は、図10のデータを2値化したデータを説明する図である。
ここで、ラインセンサ15Aにより検出された画像信号からマーカ17の位置の検出方法について、より具体的に説明する。ラインセンサ15Aは、図8に示す模型3における中央領域を撮像する。撮像される領域には、マーカ17が描かれている。ラインセンサ15Aからは、図9に示す画像信号が出力され、位置演算部21に入力される。上記画像信号は、ラインセンサ15Aを構成する複数のCCD(画素)の出力値が集合したものである。CCDは、入射する光の光量の比例した出力値を出力するものである。そのため、照明光の反射が小さいマーカ17に対応するCCDの出力値は小さくなっている。
位置演算部21は、ラインセンサ15Aから入力された画像信号を平滑化する処理を行う。平滑化されたデータにおけるマーカ17に対応する部分Mは、図10に示すように、他の部分と比較してその値が小さくなっている。平滑化されたデータは、さらに2値化される。2値化されたデータにおけるマーカ17に対応する部分Mは、図11に示すように、値が0となっている。位置演算部21において、このような処理を行うことにより、マーカ17に対応する画素を特定することができる。その後、位置演算部21は、取得した画像信号に基づいて、マーカ17の位置を演算により求める。
ここで、ラインセンサ15Aにより検出された画像信号からマーカ17の位置の検出方法について、より具体的に説明する。ラインセンサ15Aは、図8に示す模型3における中央領域を撮像する。撮像される領域には、マーカ17が描かれている。ラインセンサ15Aからは、図9に示す画像信号が出力され、位置演算部21に入力される。上記画像信号は、ラインセンサ15Aを構成する複数のCCD(画素)の出力値が集合したものである。CCDは、入射する光の光量の比例した出力値を出力するものである。そのため、照明光の反射が小さいマーカ17に対応するCCDの出力値は小さくなっている。
位置演算部21は、ラインセンサ15Aから入力された画像信号を平滑化する処理を行う。平滑化されたデータにおけるマーカ17に対応する部分Mは、図10に示すように、他の部分と比較してその値が小さくなっている。平滑化されたデータは、さらに2値化される。2値化されたデータにおけるマーカ17に対応する部分Mは、図11に示すように、値が0となっている。位置演算部21において、このような処理を行うことにより、マーカ17に対応する画素を特定することができる。その後、位置演算部21は、取得した画像信号に基づいて、マーカ17の位置を演算により求める。
なお、ラインセンサ15Bより検出された画像信号から模型3の輪郭を検出する方法も、基本的に同じであるため、その説明を省略する。
次に、磁気支持天秤装置1における模型3の位置および姿勢の制御方法、模型3に作用する抗力などの計測方法について説明する。
上述のように、位置演算部21により求められた模型3の位置および姿勢の情報は、図6に示すように、電磁石制御部23に入力される。電磁石制御部23は、外部から入力された模型3の位置等と、位置演算部21において算出された模型3の位置等との差を求める。ここで、外部から入力された模型3の位置等とは、測定者などが磁気支持天秤装置1に入力する模型3の位置等であって、測定者などが、模型3に作用する抗力など測定しようとする模型3の所定の位置や姿勢このことである。なお、模型3の位置等は、時間の経過とともに変化するものであってもよいし、変化しないものであってもよく、特に限定するものではない。
つぎに、電磁石制御部23は、上記模型3の位置等における差がゼロとなる模型3の位置等の移動方向および移動量を算出する。移動方向および移動量が算出されると、電磁石制御部23は、算出された移動方向へ、模型3を算出された移動量だけ移動させるように電磁石C0からC9に供給する駆動電流を制御する。
電磁石C0からC9からは、模型3の永久磁石に作用する磁界が形成される。模型3には上記磁界に係る磁力が作用して、模型3の位置等は、上記外部から入力された模型3の位置等と一致するように移動される。
上述のように、位置演算部21により求められた模型3の位置および姿勢の情報は、図6に示すように、電磁石制御部23に入力される。電磁石制御部23は、外部から入力された模型3の位置等と、位置演算部21において算出された模型3の位置等との差を求める。ここで、外部から入力された模型3の位置等とは、測定者などが磁気支持天秤装置1に入力する模型3の位置等であって、測定者などが、模型3に作用する抗力など測定しようとする模型3の所定の位置や姿勢このことである。なお、模型3の位置等は、時間の経過とともに変化するものであってもよいし、変化しないものであってもよく、特に限定するものではない。
つぎに、電磁石制御部23は、上記模型3の位置等における差がゼロとなる模型3の位置等の移動方向および移動量を算出する。移動方向および移動量が算出されると、電磁石制御部23は、算出された移動方向へ、模型3を算出された移動量だけ移動させるように電磁石C0からC9に供給する駆動電流を制御する。
電磁石C0からC9からは、模型3の永久磁石に作用する磁界が形成される。模型3には上記磁界に係る磁力が作用して、模型3の位置等は、上記外部から入力された模型3の位置等と一致するように移動される。
続いて、模型3に作用する抗力や揚力などの外部から作用する力の計測方法について説明する。
模型3に作用する抗力等を計測する際には、模型3の位置および姿勢が所定の位置等に制御される。具体的には、外力計測部25は、まず、空気が流れていない場合に、模型3を所定位置等に保持するために電磁石C0からC9に供給される駆動電力をそれぞれ記憶する。そして、外力計測部25は、空気が流れている場合に、電磁石C0からC9に供給される駆動電力と、上記記憶された駆動電力とを比較することにより模型3に作用する抗力等を求めている。
模型3に作用する抗力等を計測する際には、模型3の位置および姿勢が所定の位置等に制御される。具体的には、外力計測部25は、まず、空気が流れていない場合に、模型3を所定位置等に保持するために電磁石C0からC9に供給される駆動電力をそれぞれ記憶する。そして、外力計測部25は、空気が流れている場合に、電磁石C0からC9に供給される駆動電力と、上記記憶された駆動電力とを比較することにより模型3に作用する抗力等を求めている。
次に、本実施形態の特徴である模型3の照明方法について説明する。
上述のように、位置演算部21により求められた模型3の位置および姿勢の情報は、図6に示すように、光量制御部27に入力される。光量制御部27は、記憶部29から入力された模型3の位置等の情報に対応する、LED19の制御情報を取得する。光量制御部27は、取得したLED19の制御情報に基づいて、LED19に供給する駆動電流を制御する。
例えば、入力された模型3の位置等の情報が、図7に示す模型3の位置等に係る情報の場合について説明する。この場合、光量制御部27は、LED19の制御情報に基づいてLED19に供給する駆動電流を制御することにより、照明部13Y−1,13Y−2や、照明部13Z−1,13Z−2における中央の列に配置されたLED19を消灯し、両端の列に配置されたLED19を点灯する制御を行う。
上述のように、位置演算部21により求められた模型3の位置および姿勢の情報は、図6に示すように、光量制御部27に入力される。光量制御部27は、記憶部29から入力された模型3の位置等の情報に対応する、LED19の制御情報を取得する。光量制御部27は、取得したLED19の制御情報に基づいて、LED19に供給する駆動電流を制御する。
例えば、入力された模型3の位置等の情報が、図7に示す模型3の位置等に係る情報の場合について説明する。この場合、光量制御部27は、LED19の制御情報に基づいてLED19に供給する駆動電流を制御することにより、照明部13Y−1,13Y−2や、照明部13Z−1,13Z−2における中央の列に配置されたLED19を消灯し、両端の列に配置されたLED19を点灯する制御を行う。
図12は、照明部から出射された照明光と、模型との相対位置関係を説明する模式図である。
一方、入力された模型3の位置等の情報が、図12に示すように、模型3の先端が撮像部11Y,11Zに接近した姿勢に係る情報の場合について説明する。
この場合、光量制御部27は、LED19の制御情報に基づいてLED19に供給する駆動電流を制御することにより、照明部13Y−1や照明部13Z−1における一方の端部の列および中央の列に配置されたLED19を消灯し、照明部13Y−2や照明部13Z−2における他方の端部の列に配置されたLED19を点灯する制御を行う。
一方、入力された模型3の位置等の情報が、図12に示すように、模型3の先端が撮像部11Y,11Zに接近した姿勢に係る情報の場合について説明する。
この場合、光量制御部27は、LED19の制御情報に基づいてLED19に供給する駆動電流を制御することにより、照明部13Y−1や照明部13Z−1における一方の端部の列および中央の列に配置されたLED19を消灯し、照明部13Y−2や照明部13Z−2における他方の端部の列に配置されたLED19を点灯する制御を行う。
上記の構成によれば、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2と光量制御部27とが設けられているため、模型3の位置等を高い精度で検出することができる。特に、模型3の姿勢が変化する場合においても、位置等を高い精度で検出することができる。
照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2は、照明光を出射する複数のLED19を備えており、模型3における中央領域を照明することができる。光量制御部27は、上記複数のLED19から出射される照明光の光量を、個々のLED19について制御し、上記中央領域における照度分布を均一にすることができる。そのため、撮像部11Y,11Zは、均一に照明された中央領域の画像を撮像することができる。位置演算部21は、上記画像に基づいて、模型3の位置等を検出することができる。上記画像に基づくことにより、位置演算部21は、照度分布が不均一な画像に基づく方法と比較して、模型3の位置等をより高い精度で検出することができる。
光量制御部27は、個々のLED19から出射される照明光の光量を制御して、上記中央領域における照度分布を均一にすることができる。そのため、模型3の姿勢が変化した場合にも、光量制御部27により、中央領域における照度分布を均一に保つことができる。その結果、位置演算部21は、光量制御部27が設けられていない磁気支持天秤装置1と比較して、模型3の位置等をより高い精度で検出することができる。
照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2は、照明光を出射する複数のLED19を備えており、模型3における中央領域を照明することができる。光量制御部27は、上記複数のLED19から出射される照明光の光量を、個々のLED19について制御し、上記中央領域における照度分布を均一にすることができる。そのため、撮像部11Y,11Zは、均一に照明された中央領域の画像を撮像することができる。位置演算部21は、上記画像に基づいて、模型3の位置等を検出することができる。上記画像に基づくことにより、位置演算部21は、照度分布が不均一な画像に基づく方法と比較して、模型3の位置等をより高い精度で検出することができる。
光量制御部27は、個々のLED19から出射される照明光の光量を制御して、上記中央領域における照度分布を均一にすることができる。そのため、模型3の姿勢が変化した場合にも、光量制御部27により、中央領域における照度分布を均一に保つことができる。その結果、位置演算部21は、光量制御部27が設けられていない磁気支持天秤装置1と比較して、模型3の位置等をより高い精度で検出することができる。
本実施形態の磁気支持天秤装置1は、光量制御部27は、照明光を出射するLED19の数を制御するため、上記中央領域における照度分布を均一に保つことができる。
光量制御部27は、例えば、模型3の中央領域に近い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2においては照明光を出射するLED19の数を減らす制御を行う。一方、模型3の中央領域から遠い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2においては照明光を出射するLED19の数を増やす制御を行う。つまり、中央領域のうち、照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2に接近した部分は、離れた部分と比較して、少ないLED19で照明される。一方、照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2から離れた部分は、接近した部分と比較して、多くのLED19で照明される。その結果、模型3の姿勢が変化しても、上記中央領域における照度分布は均一に保たれる。
光量制御部27は、例えば、模型3の中央領域に近い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2においては照明光を出射するLED19の数を減らす制御を行う。一方、模型3の中央領域から遠い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2においては照明光を出射するLED19の数を増やす制御を行う。つまり、中央領域のうち、照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2に接近した部分は、離れた部分と比較して、少ないLED19で照明される。一方、照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2から離れた部分は、接近した部分と比較して、多くのLED19で照明される。その結果、模型3の姿勢が変化しても、上記中央領域における照度分布は均一に保たれる。
本実施形態の磁気支持天秤装置1は、光量制御部27は、検出された模型3の位置等に基づいて、複数のLED19から出射される照明光の光量を制御するため、上記中央領域における照度分布を均一に保つことができる。
光量制御部27は、検出された模型3の位置等に基づくことにより、例えば、上記中央領域に近い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2から出射される照明光の光量を小さくすることができる。一方、光量制御部27は、上記中央領域から遠い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2から出射される照明光の光量を大きくすることができる。そのため、模型3の姿勢が変化しても、上記中央領域における照度分布は均一に保たれる。
光量制御部27は、検出された模型3の位置等に基づくことにより、例えば、上記中央領域に近い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2から出射される照明光の光量を小さくすることができる。一方、光量制御部27は、上記中央領域から遠い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2から出射される照明光の光量を大きくすることができる。そのため、模型3の姿勢が変化しても、上記中央領域における照度分布は均一に保たれる。
本実施形態の磁気支持天秤装置1は、複数のLED19は、照明光を出射する方向を個別に調節することができるため、上記中央領域における照度分布を均一に保つことができる。
複数のLED19は照明光を出射する方向を個別に調節できる。そのため、例えば、上記中央領域における他の領域と比較して、照度が低い領域に照明光を出射するLED19の数を増やすことができる。具体的には、上記中央領域における複数のLED19を有する照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2から離れた領域は、LED19から出射された照明光が減衰するため、他の領域と比較して照度が低くなる。そのため、上記他の領域を照明するLED19の数と比較して、上記離れた領域を照明するLED19の数が多くなるように、複数のLED19は、照明光を出射する方向を個別に調節される。
複数のLED19は照明光を出射する方向を個別に調節できる。そのため、例えば、上記中央領域における他の領域と比較して、照度が低い領域に照明光を出射するLED19の数を増やすことができる。具体的には、上記中央領域における複数のLED19を有する照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2から離れた領域は、LED19から出射された照明光が減衰するため、他の領域と比較して照度が低くなる。そのため、上記他の領域を照明するLED19の数と比較して、上記離れた領域を照明するLED19の数が多くなるように、複数のLED19は、照明光を出射する方向を個別に調節される。
〔第1の実施形態の第1変形例〕
次に、本発明の第1の実施形態の第1変形例について図13から図15を参照して説明する。
本変形例の磁気支持天秤装置の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、照明部の制御方法が異なっている。よって、本変形例においては、図13から図15を用いて照明部の制御方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図13は、本変形例に係る磁気支持天秤装置における制御部の構成を説明するブロック図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の第1の実施形態の第1変形例について図13から図15を参照して説明する。
本変形例の磁気支持天秤装置の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、照明部の制御方法が異なっている。よって、本変形例においては、図13から図15を用いて照明部の制御方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図13は、本変形例に係る磁気支持天秤装置における制御部の構成を説明するブロック図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
磁気支持天秤装置(天秤装置)101の制御部109は、図13に示すように、位置演算部21と、電磁石制御部23と、外力計測部25と、光量制御部127と、記憶部129とを備えている。
光量制御部127は、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2に配置された複数のLED19に個別に駆動電流を供給して、LED19から照明光を出射させるものである。また、光量制御部127は、位置演算部21において算出された模型3の位置等の情報に基づいて、LED19からの照明光の出射を制御するものである。具体的には、光量制御部127は、位置演算部21において算出された模型3の位置等の情報と、記憶部129に記憶された各LED19に供給する駆動電流値の情報とに基づいて、各LED19に供給される駆動電流値を制御するものである。光量制御部127は、記憶部129と情報交換可能に接続されている。
記憶部129は、模型3の姿勢に対する、LED19の制御情報がまとめられたテーブルを記憶するものである。本変形例におけるLED19の制御情報とは、各LED19に供給する駆動電流値の情報である。記憶部129は、光量制御部127と情報交換可能に接続されている。
なお、上述のテーブルに記憶された各LED19に供給する駆動電流値の情報は、予め試験計測により模型3の中央領域を均一な照度分布で照明する最適なものを決定してもよいし、模型3の3次元形状、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2の配置関係およびLED19の配光特性などに基づいて光学シミュレーションにより最適なものを決定しても良く、特に限定するものではない。
なお、上述のテーブルに記憶された各LED19に供給する駆動電流値の情報は、予め試験計測により模型3の中央領域を均一な照度分布で照明する最適なものを決定してもよいし、模型3の3次元形状、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2の配置関係およびLED19の配光特性などに基づいて光学シミュレーションにより最適なものを決定しても良く、特に限定するものではない。
次に、磁気支持天秤装置101における作用を説明する。
磁気支持天秤装置101における模型3の位置および姿勢の検出方法および制御方法、並びに模型3に作用する抗力などの計測方法については、第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
磁気支持天秤装置101における模型3の位置および姿勢の検出方法および制御方法、並びに模型3に作用する抗力などの計測方法については、第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
次に、本変形例の特徴である模型3の照明方法について説明する。
第1の実施形態と同様に、位置演算部21により求められた模型3の位置および姿勢の情報は、図13に示すように、光量制御部127に入力される。光量制御部127は、記憶部129から入力された模型3の位置等の情報に対応する、LED19の制御情報を取得する。光量制御部127は、取得したLED19の制御情報に基づいて、各LED19に供給する駆動電流値を制御する。
第1の実施形態と同様に、位置演算部21により求められた模型3の位置および姿勢の情報は、図13に示すように、光量制御部127に入力される。光量制御部127は、記憶部129から入力された模型3の位置等の情報に対応する、LED19の制御情報を取得する。光量制御部127は、取得したLED19の制御情報に基づいて、各LED19に供給する駆動電流値を制御する。
図14は、照明部から出射された照明光と、模型との相対位置関係を説明する模式図である。
ここでは、説明を簡単にするために、光量制御部127による駆動電流値が3段階(大電流値、中電流値、小電流値)に制御されている場合について説明する。なお、光量制御部127による駆動電流値の制御は、上述の3段階であってもよいし、それ以上またはそれ以下の段階数に分けて制御してもよいし、さらには、連続して制御してもよく、特に限定するものではない。
入力された模型3の位置等の情報が、図14に示す模型3の位置等に係る情報の場合について説明する。この場合、光量制御部127は、全てのLED19に中電流値の駆動電流を供給することにより、照明部13Y−1,13Y−2や、照明部13Z−1,13Z−2に配置されたLED19から同一光量の照明光を出射させる制御を行う。
なお、LED19は、供給される駆動電流の電流値に比例して出射される照明光の光量が変化するものである。
ここでは、説明を簡単にするために、光量制御部127による駆動電流値が3段階(大電流値、中電流値、小電流値)に制御されている場合について説明する。なお、光量制御部127による駆動電流値の制御は、上述の3段階であってもよいし、それ以上またはそれ以下の段階数に分けて制御してもよいし、さらには、連続して制御してもよく、特に限定するものではない。
入力された模型3の位置等の情報が、図14に示す模型3の位置等に係る情報の場合について説明する。この場合、光量制御部127は、全てのLED19に中電流値の駆動電流を供給することにより、照明部13Y−1,13Y−2や、照明部13Z−1,13Z−2に配置されたLED19から同一光量の照明光を出射させる制御を行う。
なお、LED19は、供給される駆動電流の電流値に比例して出射される照明光の光量が変化するものである。
図15は、照明部から出射された照明光と、模型との相対位置関係を説明する模式図である。
一方、入力された模型3の位置等の情報が、図15に示すように、模型3の先端が撮像部11Y,11Zに接近した姿勢に係る情報の場合について説明する。
この場合、光量制御部127は、照明部13Y−1や照明部13Z−1におけるx軸負方向側の端部の列から、x軸正の方向に向かって順に、各列のLED19に小電流値、中電流値、大電流値の駆動電流を供給する。一方、光量制御部127は、照明部13Y−2や照明部13Z−2における全てのLED19に大電流値の駆動電流を供給する。
一方、入力された模型3の位置等の情報が、図15に示すように、模型3の先端が撮像部11Y,11Zに接近した姿勢に係る情報の場合について説明する。
この場合、光量制御部127は、照明部13Y−1や照明部13Z−1におけるx軸負方向側の端部の列から、x軸正の方向に向かって順に、各列のLED19に小電流値、中電流値、大電流値の駆動電流を供給する。一方、光量制御部127は、照明部13Y−2や照明部13Z−2における全てのLED19に大電流値の駆動電流を供給する。
上記の構成によれば、光量制御部127は、LED19に供給される駆動電流を制御するため、上記中央領域における照度分布を均一に保つことができる。
光量制御部127は、模型3の中央領域に近い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2においてはLED19に供給する駆動電流を減らす制御を行う。一方、模型3の中央領域から遠い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2においてはLED19に供給する駆動電流を増やす制御を行う。つまり、模型3の中央領域に近い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2からは、遠い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2と比較して、より小さな光量の照明光が出射される。一方、模型3の中央領域から遠い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2からは、近い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2と比較して、より大きな光量の照明光が出射される。
その結果、中央領域のうち、照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2に接近した部分は、離れた部分と比較して、小さな光量の照明光により照明される。一方、照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2から離れた部分は、接近した部分と比較して、大きな光量の照明光により照明される。つまり、模型3の姿勢が変化しても、上記中央領域における照度分布は均一に保たれる。
光量制御部127は、模型3の中央領域に近い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2においてはLED19に供給する駆動電流を減らす制御を行う。一方、模型3の中央領域から遠い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2においてはLED19に供給する駆動電流を増やす制御を行う。つまり、模型3の中央領域に近い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2からは、遠い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2と比較して、より小さな光量の照明光が出射される。一方、模型3の中央領域から遠い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2からは、近い照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2と比較して、より大きな光量の照明光が出射される。
その結果、中央領域のうち、照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2に接近した部分は、離れた部分と比較して、小さな光量の照明光により照明される。一方、照明部13Y−1または13Y−2および照明部13Z−1または13Z−2から離れた部分は、接近した部分と比較して、大きな光量の照明光により照明される。つまり、模型3の姿勢が変化しても、上記中央領域における照度分布は均一に保たれる。
〔第1の実施形態の第2変形例〕
次に、本発明の第1の実施形態の第2変形例について図16を参照して説明する。
本変形例の磁気支持天秤装置の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、照明部の制御方法が異なっている。よって、本変形例においては、図16を用いて照明部の制御方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図16は、本変形例に係る磁気支持天秤装置における制御部の構成を説明するブロック図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の第1の実施形態の第2変形例について図16を参照して説明する。
本変形例の磁気支持天秤装置の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、照明部の制御方法が異なっている。よって、本変形例においては、図16を用いて照明部の制御方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図16は、本変形例に係る磁気支持天秤装置における制御部の構成を説明するブロック図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
磁気支持天秤装置(天秤装置)201の制御部209は、図16に示すように、位置演算部221と、電磁石制御部23と、外力計測部25と、光量制御部227とを備えている。
位置演算部221は、撮像部11Y,11Zから入力された画像信号に基づいて模型3の位置および姿勢を算出するものである。詳しい算出方法は、第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。算出された模型3の位置等の情報は、電磁石制御部23に出力される。
光量制御部227は、照明部13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2に配置された複数のLED19に個別に駆動電流を供給して、LED19から照明光を出射させるものである。また、光量制御部227は、撮像部11Y,11Zから入力された画像信号に基づいて、LED19からの照明光の出射を制御するものである。
次に、磁気支持天秤装置201における作用を説明する。
磁気支持天秤装置201における模型3の位置および姿勢の検出方法および制御方法、並びに模型3に作用する抗力などの計測方法については、第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
磁気支持天秤装置201における模型3の位置および姿勢の検出方法および制御方法、並びに模型3に作用する抗力などの計測方法については、第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
次に、本変形例の特徴である模型3の照明方法について説明する。
光量制御部227には、図16に示すように、撮像部11Y,11Zから入力された画像信号が入力される。光量制御部227は、入力された画像信号の出力値分布が均一な分布となるように、照明光を出射するLED19の数および位置を制御する。具体的には、光量制御部227は、画像信号において他の領域と比較して出力値が小さな領域に対応する領域の複数のLED19について、照明光を出射するLED19の数を増やす制御を行う。一方、光量制御部227は、他の領域と比較して出力値が大きな領域に対応する領域の複数のLED19について、照明光を出射するLED19の数を減らす制御を行う。
光量制御部227には、図16に示すように、撮像部11Y,11Zから入力された画像信号が入力される。光量制御部227は、入力された画像信号の出力値分布が均一な分布となるように、照明光を出射するLED19の数および位置を制御する。具体的には、光量制御部227は、画像信号において他の領域と比較して出力値が小さな領域に対応する領域の複数のLED19について、照明光を出射するLED19の数を増やす制御を行う。一方、光量制御部227は、他の領域と比較して出力値が大きな領域に対応する領域の複数のLED19について、照明光を出射するLED19の数を減らす制御を行う。
上記の構成によれば、光量制御部227は、撮像部11Y,11Zに撮像された画像に基づいて、複数のLED19から出射される照明光の光量を制御するため、上記中央領域における照度分布を均一に保つことができる。
光量制御部227は、撮像部11Y,11Zに撮像された画像に基づくことにより、例えば、上記中央領域において他の領域と比較して照度が高い領域に対応する領域の複数のLED19から出射される照明光の光量を小さくすることができる。一方、光量制御部227は、上記中央領域において他の領域と比較して照度が低い領域に対応する領域の複数のLED19から出射される照明光の光量を大きくすることができる。そのため、模型3の姿勢が変化しても、上記中央領域における照度分布は均一に保たれる。
光量制御部227は、撮像部11Y,11Zに撮像された画像に基づくことにより、例えば、上記中央領域において他の領域と比較して照度が高い領域に対応する領域の複数のLED19から出射される照明光の光量を小さくすることができる。一方、光量制御部227は、上記中央領域において他の領域と比較して照度が低い領域に対応する領域の複数のLED19から出射される照明光の光量を大きくすることができる。そのため、模型3の姿勢が変化しても、上記中央領域における照度分布は均一に保たれる。
〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について図17から図23を参照して説明する。
本実施形態の磁気支持天秤装置の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、撮像部の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図17から図33を用いて撮像部の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図17は、本実施形態における磁気支持天秤装置の概略を説明するブロック図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の第2の実施形態について図17から図23を参照して説明する。
本実施形態の磁気支持天秤装置の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、撮像部の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図17から図33を用いて撮像部の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図17は、本実施形態における磁気支持天秤装置の概略を説明するブロック図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
磁気支持天秤装置(天秤装置)301は、図17に示すように、磁力により模型3を支持する支持部5と、模型3の位置および姿勢を検出する位置検出部307と、支持部5および位置検出部307を制御する制御部309と、を備えている。
図18は、図17の位置検出部の構成を説明する斜視図である。
位置検出部307は、図17に示すように、撮像部311Y,311Zと、照明部313Y−1,313Y−2,313Z−1,313Z−2と、を備えている。
撮像部311Y,311Zは、模型3における略中央領域(所定領域)を撮像するものである。撮像部311Yは、図17のy軸方向から模型3を撮像するものであって、模型3におけるx軸方向の移動、z軸方向の移動およびy軸周りの姿勢変化の検出に用いられる画像を撮像するものである。撮像部311Zは、z軸方向から模型3を撮像するものであって、模型3におけるx軸方向の移動、y軸方向の移動およびz軸周りの姿勢変化の検出に用いられる画像を撮像するものである。
位置検出部307は、図17に示すように、撮像部311Y,311Zと、照明部313Y−1,313Y−2,313Z−1,313Z−2と、を備えている。
撮像部311Y,311Zは、模型3における略中央領域(所定領域)を撮像するものである。撮像部311Yは、図17のy軸方向から模型3を撮像するものであって、模型3におけるx軸方向の移動、z軸方向の移動およびy軸周りの姿勢変化の検出に用いられる画像を撮像するものである。撮像部311Zは、z軸方向から模型3を撮像するものであって、模型3におけるx軸方向の移動、y軸方向の移動およびz軸周りの姿勢変化の検出に用いられる画像を撮像するものである。
図19は、図18の撮像部の構成を説明する図である。図20は、図19のラインセンサ、グラデーションフィルタおよび模型等の位置関係を説明する模式図である。ここで、図19は、図20におけるレンズ323からラインセンサ15A,15B、円形グラデーションフィルタ319Aおよび矩形グラデーションフィルタ319Bを見た図である。
撮像部311Y,311Zには、図19に示すように、1本のラインセンサ15Aと、2本ラインセンサ15Bと、光量調節部317とが備えられている。
光量調節部317は、1つの円板状の円形グラデーションフィルタ(フィルタ)319Aと、2つの矩形状の矩形グラデーションフィルタ(フィルタ)319Bと、回転駆動機構(移動部)321Aと、直線駆動機構(移動部)321Bと、を備えている。
各グラデーションフィルタ319A,319Bは、それぞれラインセンサ15A,15B上に結像される画像の照度分布を均一化させるものである。円形グラデーションフィルタ319Aは、図20に示すように、模型3とラインセンサ15Aとの間に配置されている。2つの矩形グラデーションフィルタ319Bは、それぞれ模型3とラインセンサ15Bとの間に配置されている。なお、両グラデーションフィルタ319A,319Bと模型3との間には、撮像部311Y,311Zのレンズ323が配置されている。レンズ323は、ラインセンサ15A,15Bに模型3の像を結像させるものである。
撮像部311Y,311Zには、図19に示すように、1本のラインセンサ15Aと、2本ラインセンサ15Bと、光量調節部317とが備えられている。
光量調節部317は、1つの円板状の円形グラデーションフィルタ(フィルタ)319Aと、2つの矩形状の矩形グラデーションフィルタ(フィルタ)319Bと、回転駆動機構(移動部)321Aと、直線駆動機構(移動部)321Bと、を備えている。
各グラデーションフィルタ319A,319Bは、それぞれラインセンサ15A,15B上に結像される画像の照度分布を均一化させるものである。円形グラデーションフィルタ319Aは、図20に示すように、模型3とラインセンサ15Aとの間に配置されている。2つの矩形グラデーションフィルタ319Bは、それぞれ模型3とラインセンサ15Bとの間に配置されている。なお、両グラデーションフィルタ319A,319Bと模型3との間には、撮像部311Y,311Zのレンズ323が配置されている。レンズ323は、ラインセンサ15A,15Bに模型3の像を結像させるものである。
図21は、図19の円形グラデーションフィルタにおける光の透過率を説明する図である。図22は、図21の円形グラデーションフィルタの光の透過率を説明するグラフである。図23は、図21の円形グラデーションフィルタの光の透過率を説明するグラフである。
回転駆動機構321Aは、図19に示すように、グラデーションフィルタ319Aを中心軸線周りに回転駆動させ、その位相を制御するものである。回転駆動機構321Aは、グラデーションフィルタ319Aの円周面に設けられた円周ギア331と、円周ギア331に噛み合わされた駆動ギア333Aと、を備えている。駆動ギア333Aは、後述する光量調節部317により制御されるモータ(図示せず)により回転駆動される。
円形グラデーションフィルタ319Aは、図21から図23に示すように、所定方向に向かって光の透過率が滑らかに連続して変化する減光フィルタである。具体的には、図21のA−A´方向における円形グラデーションフィルタ319Aの光の透過率は、図22に示すように、一方の端部(A側の端部)から他方の端部(A´側の端部)に向かって滑らかに連続して低下(変化)するように設定されている。一方、図21のB−B´方向における円形グラデーションフィルタ319Aの光の透過率は、図23に示すように、一定の光透過率となるように設定されている。
回転駆動機構321Aは、図19に示すように、グラデーションフィルタ319Aを中心軸線周りに回転駆動させ、その位相を制御するものである。回転駆動機構321Aは、グラデーションフィルタ319Aの円周面に設けられた円周ギア331と、円周ギア331に噛み合わされた駆動ギア333Aと、を備えている。駆動ギア333Aは、後述する光量調節部317により制御されるモータ(図示せず)により回転駆動される。
円形グラデーションフィルタ319Aは、図21から図23に示すように、所定方向に向かって光の透過率が滑らかに連続して変化する減光フィルタである。具体的には、図21のA−A´方向における円形グラデーションフィルタ319Aの光の透過率は、図22に示すように、一方の端部(A側の端部)から他方の端部(A´側の端部)に向かって滑らかに連続して低下(変化)するように設定されている。一方、図21のB−B´方向における円形グラデーションフィルタ319Aの光の透過率は、図23に示すように、一定の光透過率となるように設定されている。
図24は、図19の矩形グラデーションフィルタにおける光の透過率を説明する図である。図25は、図24の矩形グラデーションフィルタの光の透過率を説明するグラフである。図26は、図25の矩形グラデーションフィルタの光の透過率を説明するグラフである。
直線駆動機構321Bは、図19に示すように、矩形グラデーションフィルタ319Bを平行移動させ、ラインセンサ15Bに対する相対位置を制御するものである。直線駆動機構321Bは、矩形グラデーションフィルタ319Bの一辺に設けられた直線ギア335と、直線ギア335に噛み合わされた駆動ギア333Bと、を備えている。駆動ギア333Bは、後述する光量調節部317により制御されるモータ(図示せず)により回転駆動される。
矩形グラデーションフィルタ319Bは、図24から図26に示すように、所定方向に向かって光の透過率が滑らかに連続して変化する減光フィルタである。具体的には、図24のC−C´方向における矩形グラデーションフィルタ319Bの光の透過率は、図25に示すように、一方の端部(C側の端部)から他方の端部(C´側の端部)に向かって滑らかに連続して低下(変化)するように設定されている。一方、図24のD−D´方向における矩形グラデーションフィルタ319Bの光の透過率は、図26に示すように、一定の光透過率となるように設定されている。ここで、図24におけるC−C´方向は、矩形グラデーションフィルタ319Bの移動方向と略一致する方向であり、D−D´方向は、ラインセンサ15Bの延在方向と略一致する方向である。
直線駆動機構321Bは、図19に示すように、矩形グラデーションフィルタ319Bを平行移動させ、ラインセンサ15Bに対する相対位置を制御するものである。直線駆動機構321Bは、矩形グラデーションフィルタ319Bの一辺に設けられた直線ギア335と、直線ギア335に噛み合わされた駆動ギア333Bと、を備えている。駆動ギア333Bは、後述する光量調節部317により制御されるモータ(図示せず)により回転駆動される。
矩形グラデーションフィルタ319Bは、図24から図26に示すように、所定方向に向かって光の透過率が滑らかに連続して変化する減光フィルタである。具体的には、図24のC−C´方向における矩形グラデーションフィルタ319Bの光の透過率は、図25に示すように、一方の端部(C側の端部)から他方の端部(C´側の端部)に向かって滑らかに連続して低下(変化)するように設定されている。一方、図24のD−D´方向における矩形グラデーションフィルタ319Bの光の透過率は、図26に示すように、一定の光透過率となるように設定されている。ここで、図24におけるC−C´方向は、矩形グラデーションフィルタ319Bの移動方向と略一致する方向であり、D−D´方向は、ラインセンサ15Bの延在方向と略一致する方向である。
照明部313Y−1,313Y−2,313Z−1,313Z−2は、第1の実施形態と同様に、模型3における略中央領域を照明するように配置されたものであって、複数のLED19が設けられたものである。
照明部313Y−1,313Y−2,313Z−1,313Z−2は、模型3の姿勢等によらず、常に一定の光量の照明光を出射するものである。
照明部313Y−1,313Y−2,313Z−1,313Z−2は、模型3の姿勢等によらず、常に一定の光量の照明光を出射するものである。
図27は、図17における制御部の構成を説明するブロック図である。
制御部309は、電磁石C0からC9から発生させる磁界を制御することにより、模型3を空中に浮揚させるとともに、所定の位置および姿勢に制御するものである。また、制御部309は、模型3を所定の位置および姿勢に保持するために必要とされる磁界から、模型3に作用する外力を検出するものでもある。さらに、制御部309は、各グラデーションフィルタ319A,319Bを駆動制御することにより、それぞれラインセンサ15A,15B上に結像される画像の照度分布を制御するものでもある。
制御部309は、図27に示すように、位置演算部21と、電磁石制御部23と、外力計測部25と、光量制御部327と、記憶部329とを備えている。
制御部309は、電磁石C0からC9から発生させる磁界を制御することにより、模型3を空中に浮揚させるとともに、所定の位置および姿勢に制御するものである。また、制御部309は、模型3を所定の位置および姿勢に保持するために必要とされる磁界から、模型3に作用する外力を検出するものでもある。さらに、制御部309は、各グラデーションフィルタ319A,319Bを駆動制御することにより、それぞれラインセンサ15A,15B上に結像される画像の照度分布を制御するものでもある。
制御部309は、図27に示すように、位置演算部21と、電磁石制御部23と、外力計測部25と、光量制御部327と、記憶部329とを備えている。
光量制御部327は、各駆動機構321A,321Bを介してラインセンサ15A,15B上に結像される画像の照度分布を制御するものである。同時に、光量制御部327は、位置演算部21において算出された模型3の位置等の情報に基づいて、ラインセンサ15A,15B上に結像される画像の照度分布を制御するものである。
具体的には、光量制御部327は、位置演算部21において算出された模型3の位置等の情報と、記憶部29に記憶された照明光を出射するLED19の位置情報とに基づいて、ラインセンサ15Aと円形グラデーションフィルタ319Aとの相対位相、および、ラインセンサ15Bと矩形グラデーションフィルタ319Bとの相対位置を制御するものである。光量制御部327は、記憶部329と情報交換可能に接続されている。
具体的には、光量制御部327は、位置演算部21において算出された模型3の位置等の情報と、記憶部29に記憶された照明光を出射するLED19の位置情報とに基づいて、ラインセンサ15Aと円形グラデーションフィルタ319Aとの相対位相、および、ラインセンサ15Bと矩形グラデーションフィルタ319Bとの相対位置を制御するものである。光量制御部327は、記憶部329と情報交換可能に接続されている。
記憶部329は、模型3の姿勢に対する、ラインセンサ15Aと円形グラデーションフィルタ319Aとの相対位相、および、ラインセンサ15Bと矩形グラデーションフィルタ319Bとの相対位置に係る情報がまとめられたテーブルを記憶するものである。記憶部329は、光量制御部327と情報交換可能に接続されている。
次に、上記の構成からなる磁気支持天秤装置301における模型3の位置および姿勢の検出方法について説明する。
磁気支持天秤装置301における模型3の位置および姿勢の制御方法、および、模型3に作用する抗力などの計測方法については、第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
次に、本変形例の特徴である模型3の姿勢等の検出方法および照明方法について説明する。まず、模型3の長手軸線方向がx軸と略平行な場合における模型3の姿勢等の検出方法および照明方法について、図20等を参照しながら説明する。
磁気支持天秤装置301における模型3の位置および姿勢の制御方法、および、模型3に作用する抗力などの計測方法については、第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
次に、本変形例の特徴である模型3の姿勢等の検出方法および照明方法について説明する。まず、模型3の長手軸線方向がx軸と略平行な場合における模型3の姿勢等の検出方法および照明方法について、図20等を参照しながら説明する。
模型3の位置および姿勢を検出する場合には、まず、照明部313Y−1,313Y−2や、照明部313Z−1,313Z−2のLED19から一定の光量の照明光が模型3に照射される(図17参照)。照明部313Y−1,313Y−2,313Z−1,313Z−2から出射される照明光の配光は、図20に示す模型3とラインセンサ15A,15Bとの配置関係において、ラインセンサ15A,15Bから出力される画像信号のレベルが略一定になるように調節されている。
模型3の中央領域から反射された反射光は、図20に示すように、レンズ323を透過してラインセンサ15A,15B上に結像される。ラインセンサ15Aに入射する反射光は、円形グラデーションフィルタ319Aを透過し、ラインセンサ15Bに入射する反射光は、矩形グラデーションフィルタ319Bを透過する。
模型3の中央領域から反射された反射光は、図20に示すように、レンズ323を透過してラインセンサ15A,15B上に結像される。ラインセンサ15Aに入射する反射光は、円形グラデーションフィルタ319Aを透過し、ラインセンサ15Bに入射する反射光は、矩形グラデーションフィルタ319Bを透過する。
光量制御部327は、図27に示すように、位置演算部21により求められた模型3の位置等の情報に基づいて、各駆動機構321A,321Bに制御信号を出力する。具体的には、光量制御部327は、位置演算部21により求められた模型3の位置等の情報に基づいて、記憶部329から模型3の姿勢に対するラインセンサ15Aと円形グラデーションフィルタ319Aとの相対位相に係る情報、および、ラインセンサ15Bと矩形グラデーションフィルタ319Bとの相対位置に係る情報を取得する。光量制御部327は、取得した情報に基づいて、回転駆動機構321A,321Bに制御信号を出力する。
回転駆動機構321Aは、光量制御部327の制御信号に基づいて、ラインセンサ15Aと円形グラデーションフィルタ319Aとの相対位相関係を、図20に示すように制御する。具体的には、回転駆動機構321Aは、駆動ギア333Aの回転を、円周ギア331を介して円形グラデーションフィルタ319Aに伝達することにより、円形グラデーションフィルタ319Aを回転駆動させ、その位相を制御する。このとき、円形グラデーションフィルタ319Aにおける光透過率が一定となる方向(図21におけるB−B´方向と平行な方向)が、ラインセンサ15Aの延在方向と略平行となる。
円形グラデーションフィルタ319Aにより均一に減光された反射光は、ラインセンサ15Aに入射される。ラインセンサ15Aは、入射された反射光に基づいて、レベルが略一定の画像信号が出力される。
回転駆動機構321Aは、光量制御部327の制御信号に基づいて、ラインセンサ15Aと円形グラデーションフィルタ319Aとの相対位相関係を、図20に示すように制御する。具体的には、回転駆動機構321Aは、駆動ギア333Aの回転を、円周ギア331を介して円形グラデーションフィルタ319Aに伝達することにより、円形グラデーションフィルタ319Aを回転駆動させ、その位相を制御する。このとき、円形グラデーションフィルタ319Aにおける光透過率が一定となる方向(図21におけるB−B´方向と平行な方向)が、ラインセンサ15Aの延在方向と略平行となる。
円形グラデーションフィルタ319Aにより均一に減光された反射光は、ラインセンサ15Aに入射される。ラインセンサ15Aは、入射された反射光に基づいて、レベルが略一定の画像信号が出力される。
直線駆動機構321Bは、光量制御部327の制御信号に基づいて、ラインセンサ15Bと矩形グラデーションフィルタ319Bとの相対位置関係を、図20に示すように制御する。具体的には、直線駆動機構321Bは、駆動ギア333Bの回転を、直線ギア335を介して矩形グラデーションフィルタ319Bに伝達することにより、矩形グラデーションフィルタ319Bを直線駆動させ、その位置を制御する。このとき、両矩形グラデーションフィルタ319Bは、ラインセンサ15Bに入射する反射光が、矩形グラデーションフィルタ319Bにおける略中央を透過する位置に制御される。ここで、矩形グラデーションフィルタ319Bの中央においては、一方の端部(図24のC側の端部)における光透過率と、他方の端部(図24のC´側の端部)における光透過率との中間の光透過率を有する部分である。
矩形グラデーションフィルタ319Bにより減光された反射光は、ラインセンサ15Bに入射される。ラインセンサ15Bは、入射された反射光に基づいて画像信号が出力される。両ラインセンサ15Bに入射する反射光は、両グラデーションフィルタ319Bにより同様に減光されている。そのため、両ラインセンサ15Bから出力される画像信号のレベルは略同一となる。
矩形グラデーションフィルタ319Bにより減光された反射光は、ラインセンサ15Bに入射される。ラインセンサ15Bは、入射された反射光に基づいて画像信号が出力される。両ラインセンサ15Bに入射する反射光は、両グラデーションフィルタ319Bにより同様に減光されている。そのため、両ラインセンサ15Bから出力される画像信号のレベルは略同一となる。
図28は、ラインセンサ、グラデーションフィルタおよび模型等の位置関係を説明する模式図である。
次に、模型3の先端がラインセンサ15A,15Bに近づいた場合における模型3の姿勢等の検出方法および照明方法について説明する。
模型3とラインセンサ15A,15Bとの相対位置関係が、図28に示すように、模型3の先端(図28の左端)がラインセンサ15A,15Bに近づいた場合においても、照明部313Y−1,313Y−2,313Z−1,313Z−2のLED19から出射される照明光の光量および配光は、上述の図20の配置関係の場合と同様である。そのため、模型3の中央領域における先端側の領域における照度は、後端側(図28の右側)の領域における照度より高くなる。つまり、模型3の中央領域における先端側の領域から反射される反射光の光量は大きくなり、後端側の領域から反射される反射光の光量は小さくなる。
模型3の中央領域から反射された反射光は、図28に示すように、レンズ323を透過してラインセンサ15A,15B上に結像される。ラインセンサ15Aに入射する反射光は、円形グラデーションフィルタ319Aを透過し、ラインセンサ15Bに入射する反射光は、矩形グラデーションフィルタ319Bを透過する。
次に、模型3の先端がラインセンサ15A,15Bに近づいた場合における模型3の姿勢等の検出方法および照明方法について説明する。
模型3とラインセンサ15A,15Bとの相対位置関係が、図28に示すように、模型3の先端(図28の左端)がラインセンサ15A,15Bに近づいた場合においても、照明部313Y−1,313Y−2,313Z−1,313Z−2のLED19から出射される照明光の光量および配光は、上述の図20の配置関係の場合と同様である。そのため、模型3の中央領域における先端側の領域における照度は、後端側(図28の右側)の領域における照度より高くなる。つまり、模型3の中央領域における先端側の領域から反射される反射光の光量は大きくなり、後端側の領域から反射される反射光の光量は小さくなる。
模型3の中央領域から反射された反射光は、図28に示すように、レンズ323を透過してラインセンサ15A,15B上に結像される。ラインセンサ15Aに入射する反射光は、円形グラデーションフィルタ319Aを透過し、ラインセンサ15Bに入射する反射光は、矩形グラデーションフィルタ319Bを透過する。
図29は、図28のラインセンサと、グラデーションフィルタとの相対位置関係等を説明する図である。図30は、図29の円形グラデーションフィルタにおける光透過率を説明する図である。ここで、図29は、図28におけるレンズ323からラインセンサ15A,15B、円形グラデーションフィルタ319Aおよび矩形グラデーションフィルタ319Bを見た図である。
光量制御部327は、図27に示すように、位置演算部21により求められた模型3の位置等の情報および記憶部329に記憶された情報に基づいて、各駆動機構321A,321Bに制御信号を出力する。
回転駆動機構321Aは、光量制御部327の制御信号に基づいて、ラインセンサ15Aと円形グラデーションフィルタ319Aとの相対位相関係を、図29に示すように制御する。具体的には、回転駆動機構321Aは、光量の大きな反射光が、円形グラデーションフィルタ319Aにおける光透過率が低い端部(A´側の端部)の近傍に入射するように、円形グラデーションフィルタ319Aの位相を制御する。つまり、回転駆動機構321Aは、図29において、円形グラデーションフィルタ319Aを、紙面に向かって右回り方向に所定位相だけ回転駆動する。このとき、光量の小さな反射光は、円形グラデーションフィルタ319Aにおける光透過率が高い端部(A側の端部)の近傍に入射する。
かかる場合の円形グラデーションフィルタ319Aにおけるラインセンサ15Aに対応する領域の光透過率は、図30に示すようになる。つまり、図29の円形グラデーションフィルタ319Aにおける光量の大きな反射光が入射するE側端部から、光量の小さな反射光が入射するE´側端部にわたって、光の透過率が滑らかに連続して高くなる。
円形グラデーションフィルタ319Aにより光量分布が均一になるように減光された反射光は、ラインセンサ15Aに入射される。ラインセンサ15Aは、入射された反射光に基づいて、レベルが略一定の画像信号が出力される。
光量制御部327は、図27に示すように、位置演算部21により求められた模型3の位置等の情報および記憶部329に記憶された情報に基づいて、各駆動機構321A,321Bに制御信号を出力する。
回転駆動機構321Aは、光量制御部327の制御信号に基づいて、ラインセンサ15Aと円形グラデーションフィルタ319Aとの相対位相関係を、図29に示すように制御する。具体的には、回転駆動機構321Aは、光量の大きな反射光が、円形グラデーションフィルタ319Aにおける光透過率が低い端部(A´側の端部)の近傍に入射するように、円形グラデーションフィルタ319Aの位相を制御する。つまり、回転駆動機構321Aは、図29において、円形グラデーションフィルタ319Aを、紙面に向かって右回り方向に所定位相だけ回転駆動する。このとき、光量の小さな反射光は、円形グラデーションフィルタ319Aにおける光透過率が高い端部(A側の端部)の近傍に入射する。
かかる場合の円形グラデーションフィルタ319Aにおけるラインセンサ15Aに対応する領域の光透過率は、図30に示すようになる。つまり、図29の円形グラデーションフィルタ319Aにおける光量の大きな反射光が入射するE側端部から、光量の小さな反射光が入射するE´側端部にわたって、光の透過率が滑らかに連続して高くなる。
円形グラデーションフィルタ319Aにより光量分布が均一になるように減光された反射光は、ラインセンサ15Aに入射される。ラインセンサ15Aは、入射された反射光に基づいて、レベルが略一定の画像信号が出力される。
直線駆動機構321Bは、光量制御部327の制御信号に基づいて、ラインセンサ15Bと矩形グラデーションフィルタ319Bとの相対位置関係を、図29に示すように制御する。つまり、直線駆動機構321Bは、光量の大きな反射光が入射する側の矩形グラデーションフィルタ319B(図29の左側の矩形グラデーションフィルタ319B)については、反射光が、矩形グラデーションフィルタ319Bにおける光透過率が小さな他方の端部(図24のC´側端部)の近傍を透過するように制御する。つまり、図29の左側の矩形グラデーションフィルタ319Bを、円形グラデーションフィルタ319Aに近づく方向に移動させる。同時に、直線駆動機構321Bは、光量が小さな反射光が入射する側の矩形グラデーションフィルタ319B(図29の右側の矩形グラデーションフィルタ319B)については、反射光が、矩形グラデーションフィルタ319Bにおける光透過率が大きな一方の端部(図24のC側端部)の近傍を透過するように制御する。つまり、図29の右側の矩形グラデーションフィルタ319Bを、円形グラデーションフィルタ319Aから離れる方向に移動させる。
そのため、光量の大きな反射光は、矩形グラデーションフィルタ319Bにおける光透過率の低い領域を透過し、光量の小さな反射光は、矩形グラデーションフィルタ319Bにおける光透過率の高い領域を透過する。各矩形グラデーションフィルタ319Bにより光量が均一となるように減光された反射光は、ラインセンサ15Bに入射される。各ラインセンサ15Bは、入射された反射光に基づいて、それぞれレベルが略同一な画像信号が出力される。
そのため、光量の大きな反射光は、矩形グラデーションフィルタ319Bにおける光透過率の低い領域を透過し、光量の小さな反射光は、矩形グラデーションフィルタ319Bにおける光透過率の高い領域を透過する。各矩形グラデーションフィルタ319Bにより光量が均一となるように減光された反射光は、ラインセンサ15Bに入射される。各ラインセンサ15Bは、入射された反射光に基づいて、それぞれレベルが略同一な画像信号が出力される。
図31は、ラインセンサ、グラデーションフィルタおよび模型等の位置関係を説明する模式図である。
次に、模型3の後端がラインセンサ15A,15Bに近づいた場合における模型3の姿勢等の検出方法および照明方法について説明する。ここでは、模型3の姿勢が、姿勢検出可能な最大傾斜角度まで傾いた場合に適用して説明する。
模型3とラインセンサ15A,15Bとの相対位置関係が、図31に示すように、模型3の後端がラインセンサ15A,15Bに近づいた場合においても、照明部313Y−1,313Y−2,313Z−1,313Z−2のLED19から出射される照明光の光量および配光は、上述の図20の配置関係の場合と同様である。そのため、模型3の中央領域における後端側の領域における照度は、先端側の領域における照度より高くなる。つまり、模型3の中央領域における後端側の領域から反射される反射光の光量は大きくなり、先端側の領域から反射される反射光の光量は小さくなる。
模型3の中央領域から反射された反射光は、図31に示すように、レンズ323を透過してラインセンサ15A,15B上に結像される。ラインセンサ15Aに入射する反射光は、円形グラデーションフィルタ319Aを透過し、ラインセンサ15Bに入射する反射光は、矩形グラデーションフィルタ319Bを透過する。
次に、模型3の後端がラインセンサ15A,15Bに近づいた場合における模型3の姿勢等の検出方法および照明方法について説明する。ここでは、模型3の姿勢が、姿勢検出可能な最大傾斜角度まで傾いた場合に適用して説明する。
模型3とラインセンサ15A,15Bとの相対位置関係が、図31に示すように、模型3の後端がラインセンサ15A,15Bに近づいた場合においても、照明部313Y−1,313Y−2,313Z−1,313Z−2のLED19から出射される照明光の光量および配光は、上述の図20の配置関係の場合と同様である。そのため、模型3の中央領域における後端側の領域における照度は、先端側の領域における照度より高くなる。つまり、模型3の中央領域における後端側の領域から反射される反射光の光量は大きくなり、先端側の領域から反射される反射光の光量は小さくなる。
模型3の中央領域から反射された反射光は、図31に示すように、レンズ323を透過してラインセンサ15A,15B上に結像される。ラインセンサ15Aに入射する反射光は、円形グラデーションフィルタ319Aを透過し、ラインセンサ15Bに入射する反射光は、矩形グラデーションフィルタ319Bを透過する。
図32は、図31のラインセンサと、グラデーションフィルタとの相対位置関係等を説明する図である。図33は、図31の円形グラデーションフィルタにおける光透過率を説明する図である。ここで、図32は、図31におけるレンズ323からラインセンサ15A,15B、円形グラデーションフィルタ319Aおよび矩形グラデーションフィルタ319Bを見た図である。
光量制御部327は、図27に示すように、位置演算部21により求められた模型3の位置等の情報および記憶部329に記憶された情報に基づいて、各駆動機構321A,321Bに制御信号を出力する。
回転駆動機構321Aは、光量制御部327の制御信号に基づいて、ラインセンサ15Aと円形グラデーションフィルタ319Aとの相対位相関係を、図32に示すように制御する。具体的には、回転駆動機構321Aは、光量の大きな反射光が、円形グラデーションフィルタ319Aにおける光透過率が低い端部(A´側の端部)に入射するように、円形グラデーションフィルタ319Aの位相を制御する。つまり、回転駆動機構321Aは、図32において、円形グラデーションフィルタ319Aを、紙面に向かって左回り方向に略90°回転駆動する。このとき、光量の小さな反射光は、円形グラデーションフィルタ319Aにおける光透過率が高い端部(A側の端部)に入射する。
かかる場合の円形グラデーションフィルタ319Aにおけるラインセンサ15Aに対応する領域の光透過率は、図33に示すようになる。つまり、図32の円形グラデーションフィルタ319Aにおける光量の大きな反射光が入射するA側端部から、光量の小さな反射光が入射するA´側端部にわたって、光の透過率が滑らかに連続して高くなる。
円形グラデーションフィルタ319Aにより光量分布が均一になるように減光された反射光は、ラインセンサ15Aに入射される。ラインセンサ15Aは、入射された反射光に基づいて、レベルが略一定の画像信号が出力される。
光量制御部327は、図27に示すように、位置演算部21により求められた模型3の位置等の情報および記憶部329に記憶された情報に基づいて、各駆動機構321A,321Bに制御信号を出力する。
回転駆動機構321Aは、光量制御部327の制御信号に基づいて、ラインセンサ15Aと円形グラデーションフィルタ319Aとの相対位相関係を、図32に示すように制御する。具体的には、回転駆動機構321Aは、光量の大きな反射光が、円形グラデーションフィルタ319Aにおける光透過率が低い端部(A´側の端部)に入射するように、円形グラデーションフィルタ319Aの位相を制御する。つまり、回転駆動機構321Aは、図32において、円形グラデーションフィルタ319Aを、紙面に向かって左回り方向に略90°回転駆動する。このとき、光量の小さな反射光は、円形グラデーションフィルタ319Aにおける光透過率が高い端部(A側の端部)に入射する。
かかる場合の円形グラデーションフィルタ319Aにおけるラインセンサ15Aに対応する領域の光透過率は、図33に示すようになる。つまり、図32の円形グラデーションフィルタ319Aにおける光量の大きな反射光が入射するA側端部から、光量の小さな反射光が入射するA´側端部にわたって、光の透過率が滑らかに連続して高くなる。
円形グラデーションフィルタ319Aにより光量分布が均一になるように減光された反射光は、ラインセンサ15Aに入射される。ラインセンサ15Aは、入射された反射光に基づいて、レベルが略一定の画像信号が出力される。
直線駆動機構321Bは、光量制御部327の制御信号に基づいて、ラインセンサ15Bと矩形グラデーションフィルタ319Bとの相対位置関係を、図32に示すように制御する。つまり、直線駆動機構321Bは、光量の大きな反射光が入射する側の矩形グラデーションフィルタ319B(図32の右側の矩形グラデーションフィルタ319B)については、反射光が、矩形グラデーションフィルタ319Bにおける光透過率が最も小さな他方の端部(図24のC´側端部)を透過するように制御する。つまり、図32の右側の矩形グラデーションフィルタ319Bを、円形グラデーションフィルタ319Aから最大限に離れる方向に移動させる。同時に、直線駆動機構321Bは、光量が小さな反射光が入射する側の矩形グラデーションフィルタ319B(図32の左側の矩形グラデーションフィルタ319B)については、反射光が、矩形グラデーションフィルタ319Bにおける光透過率が最も大きな一方の端部(図24のC側端部)の近傍を透過するように制御する。つまり、図32の左側の矩形グラデーションフィルタ319Bを、円形グラデーションフィルタ319Aに最大限に近づける方向に移動させる。
そのため、光量の大きな反射光は、矩形グラデーションフィルタ319Bにおける光透過率の最も低い領域を透過し、光量の小さな反射光は、矩形グラデーションフィルタ319Bにおける光透過率の最も高い領域を透過する。各矩形グラデーションフィルタ319Bにより光量が均一となるように減光された反射光は、ラインセンサ15Bに入射される。各ラインセンサ15Bは、入射された反射光に基づいて、それぞれレベルが略同一な画像信号が出力される。
そのため、光量の大きな反射光は、矩形グラデーションフィルタ319Bにおける光透過率の最も低い領域を透過し、光量の小さな反射光は、矩形グラデーションフィルタ319Bにおける光透過率の最も高い領域を透過する。各矩形グラデーションフィルタ319Bにより光量が均一となるように減光された反射光は、ラインセンサ15Bに入射される。各ラインセンサ15Bは、入射された反射光に基づいて、それぞれレベルが略同一な画像信号が出力される。
なお、円形グラデーションフィルタ319Aおよび矩形グラデーションフィルタ319Bにおける光透過率の変化は、模型3の最大傾斜時において、ラインセンサ15A,15Bから出力される画像信号のレベルが均一となるように設定され、かつ、製作される。
上記の構成によれば、光量調節部317が設けられているため、模型3の位置および姿勢の少なくとも一方を高い精度で検出することができる。特に、模型3の姿勢が変化する場合においても、位置等を高い精度で検出することができる。
光量調節部317は、上記中央領域からラインセンサ15A,15Bに入射する反射光の光量を調節し、ラインセンサ15A,15Bに結像される画像の照度分布を均一にすることができる。そのため、撮像部311Y,311Zは、均一な照度分布に係る画像を撮像することができる。位置演算部21は、上記画像に基づいて、模型3の位置等を検出することができる。上記画像に基づくことにより、光量調節部317を用いない方法と比較して、模型3の位置等をより高い精度で検出することができる。
光量調節部317は、上記中央領域からラインセンサ15A,15Bに入射する反射光の光量を調節し、ラインセンサ15A,15Bにおける受光面に結像される画像の照度分布を均一にするため、模型3の姿勢が変化した場合にも、ラインセンサ15A,15Bにおける照度分布を均一に保つことができる。その結果、位置演算部21は、光量調節部317が設けられていない磁気支持天秤装置301と比較して、模型3の位置等をより高い精度で検出することができる。
光量調節部317は、上記中央領域からラインセンサ15A,15Bに入射する反射光の光量を調節し、ラインセンサ15A,15Bに結像される画像の照度分布を均一にすることができる。そのため、撮像部311Y,311Zは、均一な照度分布に係る画像を撮像することができる。位置演算部21は、上記画像に基づいて、模型3の位置等を検出することができる。上記画像に基づくことにより、光量調節部317を用いない方法と比較して、模型3の位置等をより高い精度で検出することができる。
光量調節部317は、上記中央領域からラインセンサ15A,15Bに入射する反射光の光量を調節し、ラインセンサ15A,15Bにおける受光面に結像される画像の照度分布を均一にするため、模型3の姿勢が変化した場合にも、ラインセンサ15A,15Bにおける照度分布を均一に保つことができる。その結果、位置演算部21は、光量調節部317が設けられていない磁気支持天秤装置301と比較して、模型3の位置等をより高い精度で検出することができる。
光量調節部317は、各グラデーションフィルタ319A,319Bと各駆動機構321A,321Bとを備えるため、ラインセンサ15A,15Bにおける画像の照度分布を均一に保つことができる。
各グラデーションフィルタ319A,319Bは、面に沿う所定方向に向かって光の透過率が変化する。そのため、各グラデーションフィルタ319A,319Bは、上記反射光が各グラデーションフィルタ319A,319Bを透過する位置を制御することにより、ラインセンサ15A,15Bに入射する反射光の光量を調節することができる。各駆動機構321A,321Bは、各グラデーションフィルタ319A,319Bを移動させることができるため、ラインセンサ15A,15Bに入射する反射光が、フィルタのどの位置を透過するか制御することができる。そのため、光量調節部317は、ラインセンサ15A,15Bにおける画像の照度分布を均一に保つことができる。
具体的には、上記中央領域において、他の領域と比較してラインセンサ15A,15Bに近い領域からラインセンサ15A,15Bに入射する反射光の光量は大きい。各駆動機構321A,321Bは各グラデーションフィルタ319A,319Bを移動させて、各グラデーションフィルタ319A,319Bにおける他の領域よりも光透過率が低い領域に光量の大きな反射光を入射させる。一方、上記中央領域における他の領域からラインセンサ15A,15Bに入射する反射光の光量は小さくなる。各駆動機構321A,321Bは各グラデーションフィルタ319A,319Bを移動させて、各グラデーションフィルタ319A,319Bにおける上記他の領域に光量の小さな反射光を入射させる。その結果、ラインセンサ15A,15Bにおける画像の照度分布を均一に保つことができる。
各グラデーションフィルタ319A,319Bは、面に沿う所定方向に向かって光の透過率が変化する。そのため、各グラデーションフィルタ319A,319Bは、上記反射光が各グラデーションフィルタ319A,319Bを透過する位置を制御することにより、ラインセンサ15A,15Bに入射する反射光の光量を調節することができる。各駆動機構321A,321Bは、各グラデーションフィルタ319A,319Bを移動させることができるため、ラインセンサ15A,15Bに入射する反射光が、フィルタのどの位置を透過するか制御することができる。そのため、光量調節部317は、ラインセンサ15A,15Bにおける画像の照度分布を均一に保つことができる。
具体的には、上記中央領域において、他の領域と比較してラインセンサ15A,15Bに近い領域からラインセンサ15A,15Bに入射する反射光の光量は大きい。各駆動機構321A,321Bは各グラデーションフィルタ319A,319Bを移動させて、各グラデーションフィルタ319A,319Bにおける他の領域よりも光透過率が低い領域に光量の大きな反射光を入射させる。一方、上記中央領域における他の領域からラインセンサ15A,15Bに入射する反射光の光量は小さくなる。各駆動機構321A,321Bは各グラデーションフィルタ319A,319Bを移動させて、各グラデーションフィルタ319A,319Bにおける上記他の領域に光量の小さな反射光を入射させる。その結果、ラインセンサ15A,15Bにおける画像の照度分布を均一に保つことができる。
光量調節部317は、検出された模型3の位置等に基づいて、中央領域からラインセンサ15A,15Bに入射する反射光の光量を調節するため、ラインセンサ15A,15Bにおける画像の照度分布を均一に保つことができる。
光量調節部317は、検出された模型3の位置等に基づいて、各駆動機構321A,321Bによって各グラデーションフィルタ319A,319Bを移動させることができる。例えば、光量調節部317は、模型3の位置等に基づいて各グラデーションフィルタ319A,319Bを移動させることにより、他の領域に入射する反射光と比較して光量の大きな反射光が入射する領域に、各グラデーションフィルタ319A,319Bにおける他の領域より光の透過率が低い領域を移動させることができる。一方、光量調節部317は、他の領域に入射する反射光と比較して光量の小さな反射光が入射する領域に、各グラデーションフィルタ319A,319Bにおける他の領域より光の透過率が高い領域を移動させることができる。ここで、光量の大きな反射光は、上記中央領域における他の領域よりラインセンサ15A,15Bに近い領域から反射された反射光であって、光量の小さな反射光は、上記中央領域における他の領域よりラインセンサ15A,15Bから離れた領域から反射された反射光である。そのため、光量調節部317は、上記中央領域における照度分布は均一に保たれる。
また、模型3の姿勢が変化することによりラインセンサ15A,15Bにおける画像の照度分布が変化しても、光量調節部317は、検出された模型3の位置等に基づいて、中央領域からラインセンサ15A,15Bに入射する反射光の光量を調節するため、ラインセンサ15A,15Bにおける画像の照度分布を均一に保つことができる。
光量調節部317は、検出された模型3の位置等に基づいて、各駆動機構321A,321Bによって各グラデーションフィルタ319A,319Bを移動させることができる。例えば、光量調節部317は、模型3の位置等に基づいて各グラデーションフィルタ319A,319Bを移動させることにより、他の領域に入射する反射光と比較して光量の大きな反射光が入射する領域に、各グラデーションフィルタ319A,319Bにおける他の領域より光の透過率が低い領域を移動させることができる。一方、光量調節部317は、他の領域に入射する反射光と比較して光量の小さな反射光が入射する領域に、各グラデーションフィルタ319A,319Bにおける他の領域より光の透過率が高い領域を移動させることができる。ここで、光量の大きな反射光は、上記中央領域における他の領域よりラインセンサ15A,15Bに近い領域から反射された反射光であって、光量の小さな反射光は、上記中央領域における他の領域よりラインセンサ15A,15Bから離れた領域から反射された反射光である。そのため、光量調節部317は、上記中央領域における照度分布は均一に保たれる。
また、模型3の姿勢が変化することによりラインセンサ15A,15Bにおける画像の照度分布が変化しても、光量調節部317は、検出された模型3の位置等に基づいて、中央領域からラインセンサ15A,15Bに入射する反射光の光量を調節するため、ラインセンサ15A,15Bにおける画像の照度分布を均一に保つことができる。
なお、上述の実施形態のように、光量調節部317は、検出された模型3の位置等に基づいて、中央領域からラインセンサ15A,15Bに入射する反射光の光量を調節してもよいし、ラインセンサ15A,15Bに撮像された画像に基づいて、中央領域からラインセンサ15A,15Bに入射する反射光の光量を調節してもよく、特に限定するものではない。このような構成とすることにより、ラインセンサ15A,15Bにおける画像の照度分布を均一に保つことができる。
光量調節部317は、撮像された画像に基づいて、各駆動機構321A,321Bによって各グラデーションフィルタ319A,319Bを移動させることができる。例えば、光量調節部317は、撮像された画像に基づいて各グラデーションフィルタ319A,319Bを移動させることにより、撮像された画像における他の領域と比較して照度が高い領域に、各グラデーションフィルタ319A,319Bにおける他の領域より光の透過率が低い領域を移動させることができる。一方、光量調節部317は、撮像された画像における他の領域と比較して照度が低い領域に、各グラデーションフィルタ319A,319Bにおける他の領域より光の透過率が高い領域を移動させることができる。そのため、光量調節部317は、ラインセンサ15A,15Bにおける画像の照度分布を均一に保つことができる。
また、模型3の姿勢が変化することによりラインセンサ15A,15Bにおける画像の照度分布が変化しても、光量調節部317は、撮像部に撮像された画像に基づいて、中央領域からラインセンサ15A,15Bに入射する反射光の光量を調節するため、ラインセンサ15A,15Bにおける画像の照度分布を均一に保つことができる。
光量調節部317は、撮像された画像に基づいて、各駆動機構321A,321Bによって各グラデーションフィルタ319A,319Bを移動させることができる。例えば、光量調節部317は、撮像された画像に基づいて各グラデーションフィルタ319A,319Bを移動させることにより、撮像された画像における他の領域と比較して照度が高い領域に、各グラデーションフィルタ319A,319Bにおける他の領域より光の透過率が低い領域を移動させることができる。一方、光量調節部317は、撮像された画像における他の領域と比較して照度が低い領域に、各グラデーションフィルタ319A,319Bにおける他の領域より光の透過率が高い領域を移動させることができる。そのため、光量調節部317は、ラインセンサ15A,15Bにおける画像の照度分布を均一に保つことができる。
また、模型3の姿勢が変化することによりラインセンサ15A,15Bにおける画像の照度分布が変化しても、光量調節部317は、撮像部に撮像された画像に基づいて、中央領域からラインセンサ15A,15Bに入射する反射光の光量を調節するため、ラインセンサ15A,15Bにおける画像の照度分布を均一に保つことができる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、本発明に係る位置検出装置を磁力支持天秤装置に適用して説明したが、本発明に係る位置検出装置の適用は磁力支持天秤装置に限られることなく、その他の天秤装置にも適用できるものである。
例えば、上記の実施の形態においては、本発明に係る位置検出装置を磁力支持天秤装置に適用して説明したが、本発明に係る位置検出装置の適用は磁力支持天秤装置に限られることなく、その他の天秤装置にも適用できるものである。
1,101,201,301 磁気支持天秤装置(天秤装置)
3 模型(被検出体)
5 支持部
7,307 位置検出部
11Y,11Z,311Y,311Z 撮像部
13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2,313Y−1,313Y−2,313Z−1,313Z−2 照明部
19 LED(発光素子)
21,221 位置演算部(検出部)
27,127,227 光量制御部
317 光量調節部
31 円形グラデーションフィルタ(フィルタ)
319B 矩形グラデーションフィルタ(フィルタ)
321A 回転駆動機構(移動部)
321B 直線駆動機構(移動部)
3 模型(被検出体)
5 支持部
7,307 位置検出部
11Y,11Z,311Y,311Z 撮像部
13Y−1,13Y−2,13Z−1,13Z−2,313Y−1,313Y−2,313Z−1,313Z−2 照明部
19 LED(発光素子)
21,221 位置演算部(検出部)
27,127,227 光量制御部
317 光量調節部
31 円形グラデーションフィルタ(フィルタ)
319B 矩形グラデーションフィルタ(フィルタ)
321A 回転駆動機構(移動部)
321B 直線駆動機構(移動部)
Claims (11)
- 被検出体における所定領域に向けて照明光を出射する複数の発光素子を有する照明部と、
前記所定領域における照度分布が均一になるように、前記複数の発光素子から出射される照明光の光量を制御する光量制御部と、
前記所定領域の画像を撮像する撮像部と、
該撮像部により撮像された画像に基づいて、前記被検出体の位置および姿勢の少なくとも一方を検出する検出部と、
が設けられたことを特徴とする位置検出装置。 - 前記光量制御部は、照明光を出射する前記発光素子の数を制御することを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。
- 前記光量制御部は、前記発光素子に供給される駆動電流を制御することを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。
- 前記光量制御部は、前記検出部により検出された前記被検出体の位置および姿勢の少なくとも一方に基づいて、前記複数の発光素子から出射される照明光の光量を制御することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の位置検出装置。
- 前記光量制御部は、前記撮像部により撮像された画像に基づいて、前記発光素子から出射される照明光量を制御することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の位置検出装置。
- 前記複数の発光素子は、照明光を出射する方向を個別に調節できることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の位置検出装置。
- 被検出体における所定領域にむけて照明光を出射する照明部と、
前記所定領域の画像を撮像する撮像素子を有する撮像部と、
前記所定領域から前記撮像素子に入射する反射光の光量を調節し、前記撮像素子に結像される画像の照度分布を均一にする光量調節部と、
前記撮像部により撮像された画像に基づいて、前記被検出体の位置および姿勢の少なくとも一方を検出する検出部と、
が設けられたことを特徴とする位置検出装置。 - 前記光量調節部は、面に沿う所定方向に向かって光の透過率が変化するフィルタと、該フィルタを面に沿う方向に移動させる移動部と、を備え、
前記撮像素子には、前記フィルタを透過した反射光が入射され、
前記撮像素子に入射する反射光の光量は、前記移動部により前記フィルタを移動させることにより、調節されることを特徴とする請求項7記載の位置検出装置。 - 前記光量調節部は、前記検出部により検出された前記被検出体の位置および姿勢の少なくとも一方に基づいて、前記所定領域から前記撮像素子に入射する反射光の光量を調節することを特徴とする請求項7または8に記載の位置検出装置。
- 前記光量調節部は、前記撮像部により撮像された画像に基づいて、前記所定領域から前記撮像部に入射する反射光の光量を調節することを特徴とする請求項7または8に記載の位置検出装置。
- 被検出体を支持するとともに、前記被検出体に作用する外力を計測する支持部と、
請求項1から請求項10のいずれかに記載の位置検出装置と、
が設けられたことを特徴とする天秤装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006159872A JP2007327875A (ja) | 2006-06-08 | 2006-06-08 | 位置検出装置および天秤装置 |
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JP2006159872A JP2007327875A (ja) | 2006-06-08 | 2006-06-08 | 位置検出装置および天秤装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009168658A (ja) * | 2008-01-17 | 2009-07-30 | Nikon Corp | 三次元形状計測装置 |
CN117073965A (zh) * | 2023-10-16 | 2023-11-17 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置及抛撒方法 |
-
2006
- 2006-06-08 JP JP2006159872A patent/JP2007327875A/ja not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009168658A (ja) * | 2008-01-17 | 2009-07-30 | Nikon Corp | 三次元形状計測装置 |
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CN117073965B (zh) * | 2023-10-16 | 2023-12-15 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 气体驱动的模型自由飞试验质量块抛撒装置及抛撒方法 |
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