JP3323963B2 - 計測装置 - Google Patents
計測装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動する被計測物
にレーザ光等のコヒーレント光を照射し、スペックルを
利用して被計測物の移動距離、必要に応じ移動方向及び
移動速度等を計測する装置に関するもである。
にレーザ光等のコヒーレント光を照射し、スペックルを
利用して被計測物の移動距離、必要に応じ移動方向及び
移動速度等を計測する装置に関するもである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の計測装置として、例え
ば、図６に示すような技術が知られている。この従来装
置は、レーザ光８３をレーザ発振器８２から光学系８４
を介して被計測物８１に照射し、被計測物８１の表面か
らの反射光を光電変換素子を含む受光部８５で受光し、
受光部８５に発生したスペックル信号（画像情報）を画
像情報処理装置８６で処理し、該装置８６から受光部８
５と被計測物８１との相対移動量情報を出力し、これに
基づき演算部８７で被計測物８１の移動距離を演算する
ように構成されている。なお、図７において、（ａ）は
受光部８５の表面に発生したスペックルの画像例を示
し、（ｂ）はスペックルの移動をイメージで表したもの
である。
ば、図６に示すような技術が知られている。この従来装
置は、レーザ光８３をレーザ発振器８２から光学系８４
を介して被計測物８１に照射し、被計測物８１の表面か
らの反射光を光電変換素子を含む受光部８５で受光し、
受光部８５に発生したスペックル信号（画像情報）を画
像情報処理装置８６で処理し、該装置８６から受光部８
５と被計測物８１との相対移動量情報を出力し、これに
基づき演算部８７で被計測物８１の移動距離を演算する
ように構成されている。なお、図７において、（ａ）は
受光部８５の表面に発生したスペックルの画像例を示
し、（ｂ）はスペックルの移動をイメージで表したもの
である。
【０００３】ここで、スペックルの変化から被計測物８
１の移動距離を求める手法はいくつか知られているが、
基本的な原理は次式で表される。 Δｌｓ＝ＫＬΔｌｄ・・・・・（式１） Ｋ ：光学系による倍率 Ｌ ：被計測物と
受光部との距離 Δｌｄ：被計測物の移動距離 Δｌｓ：受光部上の
スペックルの移動距離
１の移動距離を求める手法はいくつか知られているが、
基本的な原理は次式で表される。 Δｌｓ＝ＫＬΔｌｄ・・・・・（式１） Ｋ ：光学系による倍率 Ｌ ：被計測物と
受光部との距離 Δｌｄ：被計測物の移動距離 Δｌｓ：受光部上の
スペックルの移動距離
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】式１で明らかなよう
に、被計測物８１の移動距離（Δｌｄ）を求めるために
は、被計測物８１と受光部８５との距離（Ｌ）を正確に
認識しておく必要がある。ところが、従来の計測装置は
この距離（Ｌ）を一定値として計測するため、実際の計
測環境下で温度条件、被計測物８１の挙動等によって距
離（Ｌ）が変化すると、移動距離（Δｌｄ）の算出値が
誤差を含み、計測精度が低下するという問題点があっ
た。
に、被計測物８１の移動距離（Δｌｄ）を求めるために
は、被計測物８１と受光部８５との距離（Ｌ）を正確に
認識しておく必要がある。ところが、従来の計測装置は
この距離（Ｌ）を一定値として計測するため、実際の計
測環境下で温度条件、被計測物８１の挙動等によって距
離（Ｌ）が変化すると、移動距離（Δｌｄ）の算出値が
誤差を含み、計測精度が低下するという問題点があっ
た。
【０００５】そこで、本発明の課題は、被計測物と受光
部との距離を正確に認識して、被計測物の移動距離を高
精度に計測することができる装置を提供することにあ
る。
部との距離を正確に認識して、被計測物の移動距離を高
精度に計測することができる装置を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１の発明による計測装置は、コヒーレント
光を発する光源と、光源と被計測物との間に配置された
第１光学系と、被計測物表面からの反射光を受けてその
表面にスペックルが発生するように配置された光電変換
素子を含む受光部と、反射光を受光部に収束させる第２
光学系と、第２光学系を被計測物と受光部との間の収束
位置とその収束位置から退避したスペックル発生位置と
に移動する移動機構と、第２光学系が収束位置にあると
きに、被計測物の移動に伴って変化する収束光信号を受
光部から受け、受光部と被計測物との相対距離に応じた
信号を出力する第１信号処理部と、第２光学系がスペッ
クル発生位置にあるときに、被計測物の移動に伴って変
化するスペックル信号を受光部から受け、受光部と被計
測物との相対移動量に応じた信号を出力する第２信号処
理部と、第１及び第２信号処理部の出力に基づき被計測
物の移動距離を演算する演算部とから構成される。
めに、請求項１の発明による計測装置は、コヒーレント
光を発する光源と、光源と被計測物との間に配置された
第１光学系と、被計測物表面からの反射光を受けてその
表面にスペックルが発生するように配置された光電変換
素子を含む受光部と、反射光を受光部に収束させる第２
光学系と、第２光学系を被計測物と受光部との間の収束
位置とその収束位置から退避したスペックル発生位置と
に移動する移動機構と、第２光学系が収束位置にあると
きに、被計測物の移動に伴って変化する収束光信号を受
光部から受け、受光部と被計測物との相対距離に応じた
信号を出力する第１信号処理部と、第２光学系がスペッ
クル発生位置にあるときに、被計測物の移動に伴って変
化するスペックル信号を受光部から受け、受光部と被計
測物との相対移動量に応じた信号を出力する第２信号処
理部と、第１及び第２信号処理部の出力に基づき被計測
物の移動距離を演算する演算部とから構成される。
【０００７】
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１及び図２は請求項１の発明を
具体化した第一実施形態を示し、図３及び図４は請求項
２の発明を具体化した第二実施形態を示す。
に基づいて説明する。図１及び図２は請求項１の発明を
具体化した第一実施形態を示し、図３及び図４は請求項
２の発明を具体化した第二実施形態を示す。
【０００９】（第一実施形態）図１に示すように、第一
実施形態の計測装置は、光源としてコヒーレントなレー
ザ光を発するレーザ発振器１を備え、レーザ発振器１と
被計測物２との間には、レーザ光を被計測物２の表面に
収束させる第１光学系３が配置されている。また、計測
装置には、被計測物２の表面からの反射光を受けてその
表面にスペックルが発生するように配置された光電変換
素子を備えた受光部６が設けられ、受光部６と被計測物
２との間には、反射光を受光部６に収束させる第２光学
系４が配置されている。そして、第２光学系４は移動機
構５により、被計測物２と受光部６との間の収束位置
（実線位置）と、そこから退避したスペックル発生位置
（鎖線位置）とに移動される。
実施形態の計測装置は、光源としてコヒーレントなレー
ザ光を発するレーザ発振器１を備え、レーザ発振器１と
被計測物２との間には、レーザ光を被計測物２の表面に
収束させる第１光学系３が配置されている。また、計測
装置には、被計測物２の表面からの反射光を受けてその
表面にスペックルが発生するように配置された光電変換
素子を備えた受光部６が設けられ、受光部６と被計測物
２との間には、反射光を受光部６に収束させる第２光学
系４が配置されている。そして、第２光学系４は移動機
構５により、被計測物２と受光部６との間の収束位置
（実線位置）と、そこから退避したスペックル発生位置
（鎖線位置）とに移動される。
【００１０】計測装置の電気制御回路には、画像情報処
理装置９と演算装置１０とが設けられている。画像情報
処理装置９には、第２光学系４が収束位置にあるとき
に、被計測物２の移動に伴って変化する収束光信号（画
像情報）を受光部６から受け、受光部６と被計測物２と
の相対距離に応じた信号（相対距離情報）を出力する第
１信号処理部７が設けられている。また、画像情報処理
装置９には、第２光学系４がスペックル発生位置にある
ときに、被計測物２の移動に伴って変化するスペックル
信号（画像情報）を受光部６から受け、受光部６と被計
測物２との相対移動量に応じた信号（相対移動量情報）
を出力する第２信号処理部８が設けられている。演算装
置１０には、第１及び第２信号処理部７，８の出力に基
づき前記式１等を用いて被計測物２の移動距離、必要に
応じ移動方向及び移動速度等を演算する演算部１１が設
けられている。
理装置９と演算装置１０とが設けられている。画像情報
処理装置９には、第２光学系４が収束位置にあるとき
に、被計測物２の移動に伴って変化する収束光信号（画
像情報）を受光部６から受け、受光部６と被計測物２と
の相対距離に応じた信号（相対距離情報）を出力する第
１信号処理部７が設けられている。また、画像情報処理
装置９には、第２光学系４がスペックル発生位置にある
ときに、被計測物２の移動に伴って変化するスペックル
信号（画像情報）を受光部６から受け、受光部６と被計
測物２との相対移動量に応じた信号（相対移動量情報）
を出力する第２信号処理部８が設けられている。演算装
置１０には、第１及び第２信号処理部７，８の出力に基
づき前記式１等を用いて被計測物２の移動距離、必要に
応じ移動方向及び移動速度等を演算する演算部１１が設
けられている。
【００１１】次に、上記構成の計測装置の作用を図２の
フローチャートを参照して説明する。まず、被計測物２
の表面から反射した光を収束させる第２光学系４を移動
機構５により収束位置に移動する。被計測物２の相対移
動に伴って変化する収束光信号が受光部６で発生する。
第１信号処理部７が受光部６から収束光信号を受け、受
光部６と被計測物２との相対距離に応じた信号を演算装
置１０に出力する。
フローチャートを参照して説明する。まず、被計測物２
の表面から反射した光を収束させる第２光学系４を移動
機構５により収束位置に移動する。被計測物２の相対移
動に伴って変化する収束光信号が受光部６で発生する。
第１信号処理部７が受光部６から収束光信号を受け、受
光部６と被計測物２との相対距離に応じた信号を演算装
置１０に出力する。
【００１２】続いて、被計測物２の表面から反射した光
を収束させる第２光学系４を移動機構５によりスペック
ル発生位置に移動する。被計測物２の相対移動に伴って
変化するスペックル信号が受光部６で発生する。第２信
号処理部８が受光部６からスペックル信号を受け、受光
部６と被計測物２との相対移動量に応じた信号を演算装
置１０に出力する。そして、演算装置１０において、演
算部１１が第１信号処理部７からの相対距離情報と第２
信号処理部８からの相対移動量情報とに基づき被計測物
２の移動距離等を演算する。
を収束させる第２光学系４を移動機構５によりスペック
ル発生位置に移動する。被計測物２の相対移動に伴って
変化するスペックル信号が受光部６で発生する。第２信
号処理部８が受光部６からスペックル信号を受け、受光
部６と被計測物２との相対移動量に応じた信号を演算装
置１０に出力する。そして、演算装置１０において、演
算部１１が第１信号処理部７からの相対距離情報と第２
信号処理部８からの相対移動量情報とに基づき被計測物
２の移動距離等を演算する。
【００１３】従って、この第一実施形態の計測装置によ
れば、収束用の光学系４を移動して、一つの受光部６か
ら収束光信号とスペックル信号とを発生するように構成
したので、温度条件や被計測物２の挙動等によって被計
測物２と受光部６との距離が変化した場合でも、その距
離を受光部６の収束光信号に基づき常に正確に認識し
て、被計測物２の移動距離等を高精度に計測することが
できる。
れば、収束用の光学系４を移動して、一つの受光部６か
ら収束光信号とスペックル信号とを発生するように構成
したので、温度条件や被計測物２の挙動等によって被計
測物２と受光部６との距離が変化した場合でも、その距
離を受光部６の収束光信号に基づき常に正確に認識し
て、被計測物２の移動距離等を高精度に計測することが
できる。
【００１４】（第二実施形態）図３に示すように、第二
実施形態の計測装置は、光源としてコヒーレントなレー
ザ光を発するレーザ発振器２１を備え、レーザ発振器２
１と被計測物２２との間には第１光学系２３が配置され
ている。また、計測装置には、被計測物２２の表面から
の反射光をそれぞれ異なる位置で受けてその表面にスペ
ックルが発生するように配置された光電変換素子を備え
た第１受光部２４と第２受光部２７とが設けられてい
る。そして、第１受光部２４と被計測物２２との間に、
反射光を第１受光部２４に収束させる第２光学系２５が
配置されている。
実施形態の計測装置は、光源としてコヒーレントなレー
ザ光を発するレーザ発振器２１を備え、レーザ発振器２
１と被計測物２２との間には第１光学系２３が配置され
ている。また、計測装置には、被計測物２２の表面から
の反射光をそれぞれ異なる位置で受けてその表面にスペ
ックルが発生するように配置された光電変換素子を備え
た第１受光部２４と第２受光部２７とが設けられてい
る。そして、第１受光部２４と被計測物２２との間に、
反射光を第１受光部２４に収束させる第２光学系２５が
配置されている。
【００１５】計測装置の電気制御回路には、画像情報処
理装置２９と演算装置３０とが設けられている。画像情
報処理装置２９には、被計測物２２の移動に伴って変化
する収束光信号（画像情報）を第１受光部２４から受
け、第１受光部２４と被計測物２２との相対距離に応じ
た信号（相対距離情報）を出力する第１信号処理部２６
が設けられている。また、画像情報処理装置２９には、
被計測物２２の移動に伴って変化するスペックル信号
（画像情報）を第２受光部２７から受け、第２受光部２
７と被計測物２２との相対移動量に応じた信号（相対移
動量情報）を出力する第２信号処理部２８が設けられて
いる。演算装置３０には、第１及び第２信号処理部２
６，２８の出力に基づき前記式１等を用いて被計測物２
２の移動距離、必要に応じ移動方向及び移動速度等を演
算する演算部３１が設けられている。
理装置２９と演算装置３０とが設けられている。画像情
報処理装置２９には、被計測物２２の移動に伴って変化
する収束光信号（画像情報）を第１受光部２４から受
け、第１受光部２４と被計測物２２との相対距離に応じ
た信号（相対距離情報）を出力する第１信号処理部２６
が設けられている。また、画像情報処理装置２９には、
被計測物２２の移動に伴って変化するスペックル信号
（画像情報）を第２受光部２７から受け、第２受光部２
７と被計測物２２との相対移動量に応じた信号（相対移
動量情報）を出力する第２信号処理部２８が設けられて
いる。演算装置３０には、第１及び第２信号処理部２
６，２８の出力に基づき前記式１等を用いて被計測物２
２の移動距離、必要に応じ移動方向及び移動速度等を演
算する演算部３１が設けられている。
【００１６】次に、上記構成の計測装置の作用を図４の
フローチャートを参照して説明する。まず、被計測物２
２の相対移動に伴って変化する収束光信号が第１受光部
２４で発生する。第１信号処理部２６が第１受光部２４
から収束光信号を受け、第１受光部２４と被計測物２２
との相対距離に応じた信号を演算装置１０に出力する。
続いて、被計測物２２の相対移動に伴って変化するスペ
ックル信号が第２受光部２７で発生する。第２信号処理
部２８が第２受光部２７からスペックル信号を受け、第
２受光部２７と被計測物２２との相対移動量に応じた信
号を演算装置３０に出力する。そして、演算装置３０に
おいて、演算部３１が第１信号処理部２６からの相対距
離情報と第２信号処理部２８からの相対移動量情報とに
基づき被計測物２２の移動距離等を演算する。
フローチャートを参照して説明する。まず、被計測物２
２の相対移動に伴って変化する収束光信号が第１受光部
２４で発生する。第１信号処理部２６が第１受光部２４
から収束光信号を受け、第１受光部２４と被計測物２２
との相対距離に応じた信号を演算装置１０に出力する。
続いて、被計測物２２の相対移動に伴って変化するスペ
ックル信号が第２受光部２７で発生する。第２信号処理
部２８が第２受光部２７からスペックル信号を受け、第
２受光部２７と被計測物２２との相対移動量に応じた信
号を演算装置３０に出力する。そして、演算装置３０に
おいて、演算部３１が第１信号処理部２６からの相対距
離情報と第２信号処理部２８からの相対移動量情報とに
基づき被計測物２２の移動距離等を演算する。
【００１７】従って、この第二実施形態の計測装置によ
れば、収束光信号を発生する第１受光部２４をスペック
ル信号発生用の第２受光部２７とは別に設けたので、温
度条件や被計測物２２の挙動等によって被計測物２２と
第１受光部２４との距離が変化した場合でも、その距離
を第１受光部２４の収束光信号に基づき常に正確に認識
して、被計測物２２の移動距離等を高精度に計測するこ
とができる。
れば、収束光信号を発生する第１受光部２４をスペック
ル信号発生用の第２受光部２７とは別に設けたので、温
度条件や被計測物２２の挙動等によって被計測物２２と
第１受光部２４との距離が変化した場合でも、その距離
を第１受光部２４の収束光信号に基づき常に正確に認識
して、被計測物２２の移動距離等を高精度に計測するこ
とができる。
【００１８】なお、図５は上記各実施形態において、被
計測物と受光部との距離が変化した場合に、受光部の表
面に発生する収束光の移動をイメージで表すものであ
る。
計測物と受光部との距離が変化した場合に、受光部の表
面に発生する収束光の移動をイメージで表すものであ
る。
【００１９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
収束用の光学系とその収束光を受ける受光部とを設けた
ので、受光部からの収束光信号に基づき被計測物と受光
部との距離を常に正確に認識して、被計測物の移動距離
を高精度に計測することができるという優れた効果を奏
する。
収束用の光学系とその収束光を受ける受光部とを設けた
ので、受光部からの収束光信号に基づき被計測物と受光
部との距離を常に正確に認識して、被計測物の移動距離
を高精度に計測することができるという優れた効果を奏
する。
【図１】本発明の第一実施形態を示す計測装置の概略図
である。
である。
【図２】同計測装置の作用を示すフローチャートであ
る。
る。
【図３】本発明の第二実施形態を示す計測装置の概略図
である。
である。
【図４】同計測装置の作用を示すフローチャートであ
る。
る。
【図５】受光部上に発生した収束光の移動を示す概念図
である。
である。
【図６】従来の計測装置を示す概略図である。
【図７】受光部上に発生したスペックルの画像例及び移
動を示す概念図である。
動を示す概念図である。
１・・レーザ発振器、２・・被計測物、３・・第１光学
系、４・・第２光学系、５・・移動機構、６・・受光
部、７・・第１信号処理部、８・・第２信号処理部、１
１・・演算部、２１・・レーザ発振器、２２・・被計測
物、２３・・第１光学系、２４・・第１受光部、２５・
・第２光学系、２６・・第１信号処理部、２７・・第２
受光部、２８・・第２信号処理部、３１・・演算部。
系、４・・第２光学系、５・・移動機構、６・・受光
部、７・・第１信号処理部、８・・第２信号処理部、１
１・・演算部、２１・・レーザ発振器、２２・・被計測
物、２３・・第１光学系、２４・・第１受光部、２５・
・第２光学系、２６・・第１信号処理部、２７・・第２
受光部、２８・・第２信号処理部、３１・・演算部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 G01C 3/06
Claims (1)
- 【請求項１】 コヒーレント光を発する光源と、 光源と被計測物との間に配置された第１光学系と、 被計測物表面からの反射光を受けてその表面にスペック
ルが発生するように配置された光電変換素子を含む受光
部と、 反射光を受光部に収束させる第２光学系と、 第２光学系を被計測物と受光部との間の収束位置とその
収束位置から退避したスペックル発生位置とに移動する
移動機構と、 第２光学系が収束位置にあるときに、被計測物の移動に
伴って変化する収束光信号を受光部から受け、受光部と
被計測物との相対距離に応じた信号を出力する第１信号
処理部と、 第２光学系がスペックル発生位置にあるときに、被計測
物の移動に伴って変化するスペックル信号を受光部から
受け、受光部と被計測物との相対移動量に応じた信号を
出力する第２信号処理部と、 第１及び第２信号処理部の出力に基づき被計測物の移動
距離を演算する演算部とからなる計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33748795A JP3323963B2 (ja) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | 計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33748795A JP3323963B2 (ja) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | 計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09178475A JPH09178475A (ja) | 1997-07-11 |
| JP3323963B2 true JP3323963B2 (ja) | 2002-09-09 |
Family
ID=18309120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33748795A Expired - Fee Related JP3323963B2 (ja) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | 計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3323963B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016195502A1 (en) | 2015-06-04 | 2016-12-08 | Conoptica As | Free space position finder |
-
1995
- 1995-12-25 JP JP33748795A patent/JP3323963B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09178475A (ja) | 1997-07-11 |
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