JP4500097B2 - 光学測定装置及び光学測定装置における距離算出方法 - Google Patents
光学測定装置及び光学測定装置における距離算出方法 Download PDFInfo
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Description
このうち、特許文献1のものは三角測距の原理を用いて被測定対象物の距離及び傾きを測定するものであり、距離測定用光学系と傾き測定用光学系とを備えている。変位測定用光学系では、レンズにより収束された投光素子からの光を被測定対象物に対して斜めから投射し、反射光をレンズにより収束して撮像手段の撮像面に結像する構成とされており、その撮像面における結像位置により被測定対象物の距離を測定することができる。
また、被測定対象物は材質等が多岐にわたっており、例えば鏡面体の傾き及び距離を測定する場合がある。一般に鏡面体は拡散反射が生じ難いという性質を有しているため、拡散反射光に基づいて距離を測定する上記特許文献2の装置では正確な測定を行なうことができない。
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光(角度測定用正反射光)を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光(距離測定用正反射光)を撮像面に照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記角度測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して平行であり、且つ、前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が前記基線軸に対して所定の角度を有するように配されているところに特徴を有する。
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光(角度測定用正反射光)を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光(距離測定用正反射光)の焦点位置から光軸方向に前後にずらして撮像面を配し、この撮像面に距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記角度測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して平行であり、且つ、前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が前記基線軸に対して所定の角度を有するように配されているところに特徴を有する。
前記角度測定用投光手段からの光を平行光に変える第1のコリメータレンズと、
前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変える第2のコリメータレンズとから構成されており、
前記両平行光を合流させて前記分岐手段に導く光合流手段を備えるところに特徴を有する。
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記距離測定用投光手段からの光を収束光に変える収束レンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記収束レンズで前記正反射光を収束させ、前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光(角度測定用正反射光)を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光(距離測定用正反射光)を撮像面に照射させる距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記角度測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して平行であり、且つ、前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が前記基線軸に対して所定の角度を有するように配されているところに特徴を有する。
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記距離測定用投光手段からの光を収束光に変える収束レンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記収束レンズで前記正反射光を収束させ、前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光(角度測定用正反射光)を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光(距離測定用正反射光)の焦点位置から光軸方向に前後にずらして撮像面を配し、この撮像面に距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記角度測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して平行であり、且つ、前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が前記基線軸に対して所定の角度を有するように配されていることを特徴とする光学測定装置。
前記測定手段は、前記角度測定用投光手段の点灯に同期して前記角度測定用撮像手段の撮像面における前記集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定し、他方、前記距離測定用投光手段の点灯に同期して前記距離測定用撮像手段の撮像面における前記照射位置に基づいて前記被測定対象物の距離を測定するところに特徴を有する。
前記角度測定用投光手段と前記距離測定用投光手段とは互いに異なる波長帯の光を出射する構成とされており、
前記角度測定用正反射光及び距離測定用正反射光のうち一方を反射させ他方を透過させることで、前記角度測定用正反射光を前記角度測定用撮像手段に導くとともに、前記距離測定用正反射光を前記距離測定用撮像手段に導く光分岐用ダイクロイックミラーを備えることを特徴とする。
他方、前記被測定対象物は、鏡面状の表面を有する鏡面体とされており、
前記偏光ビームスプリッタと被測定対象物との間に配され、前記偏光ビームスプリッタからの光を透過させるとともに、前記角度測定用正反射光と前記距離測定用正反射光とを透過させる1/4波長板を備えるところに特徴を有する。
前記測定手段は、
前記角度測定用撮像手段における集光位置から前記被測定対象物の傾角を測定するとともに、前記記憶手段に記憶された前記距離関連情報群から前記角度測定用撮像手段の集光位置に基づいて測定された傾角と関連付けられた前記距離測定用撮像手段の照射位置座標を選択し、その照射位置座標に基づいて前記被測定対象物の距離を算出するところに特徴を有する。
前記傾角が前記距離関連情報群内に存在しないときには、
前記記憶手段に記憶されている各距離関連情報について一方向における傾角を一定としたときの他方向における傾角毎の照射位置座標群から曲線補間により近似曲線をそれぞれ生成する曲線生成処理を行ない、
少なくとも2つの距離関連情報から前記傾角に対して少なくとも直近大小の傾角に関連付けられた照射位置座標群に基づいて互いに交差する1組の仮想近似曲線(仮想近似曲線組)をそれぞれ生成し、それぞれの仮想近似曲線組から得られる複数の交点から直線を生成するところに特徴を有する。
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光(角度測定用正反射光)を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光(距離測定用正反射光)の焦点位置から光軸方向に前後にずらして撮像面を配し、この撮像面に距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記角度測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して平行であり、且つ、前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が前記基線軸に対して所定の角度を有する構成であって、
前記測定手段が前記測定に先だって、可動機構により、基準となる測定対象物を距離測定方向における少なくとも二つの異なる設定距離に移動させるとともに、それらの各設定距離において前記基準となる測定対象物の姿勢を前記光軸を中心とした少なくとも対称4方向にわたって複数の異なる角度に傾斜させる処理と、
前記可動機構により設定された前記設定距離において前記距離測定用撮像手段上の照射位置の座標値(照射位置座標)と、前記可動機構により設定された各傾角とを関連付けた距離関連情報を、記憶手段に記憶させる処理と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置から前記被測定対象物の傾角を測定するとともに、前記距離関連情報群から前記角度測定用撮像手段の集光位置に基づいて測定された傾角に関連付けられている照射位置座標を選択し、その照射位置座標に基づいて前記被測定対象物の距離を算出する処理とを実行するところに特徴を有する。
前記角度測定用撮像素子の集光位置に基づいて算出した傾角に基づいて前記記憶手段に記憶されている距離関連情報群のうち少なくとも2つの距離関連情報から当該傾角に関連付けられた照射位置座標を選択する処理と、
それら照射位置座標から直線を算出する処理と、
前記距離測定用撮像手段の照射位置情報を前記直線上の任意の座標の座標値に置換する置換処理を行なうことで前記距離を算出するところに特徴を有する。
前記傾角が前記距離関連情報群内に存在しないときには、
前記記憶手段に記憶されている各距離関連情報について一方向における傾角を一定としたときの他方向における傾角毎の照射位置座標群から曲線補間により近似曲線をそれぞれ生成する曲線生成処理と、
少なくとも2つの距離関連情報から前記傾角に対して少なくとも直近大小の傾角に関連付けられた照射位置座標群に基づいて互いに交差する1組の仮想近似曲線(仮想近似曲線組)をそれぞれ生成し、それぞれの仮想近似曲線組から得られる複数の交点から直線を生成する処理を行なうことを特徴とする。
このようにしたことで光学的な損失を低減することが可能となり、鏡面体検出におけるS/N比を向上させることができる。
そこで、上記発明では、予め、基準となる測定対象物を使用し、複数の離間距離に応じた傾角と距離測定用撮像手段における照射位置座標とを関連付けて距離関連情報として記憶手段に記憶し、その距離関連情報から測定された傾角に関連付けられた照射位置座標に基づいて距離算出を行なうようにした。これにより、傾角によって測定される距離がばらつくことがなく、一層正確な距離測定を行なうことができる。
これによれば、直線近似を行なっているから近似曲線を生成する場合に比べて処理の高速化を図ることができるという利点がある。
これに対して、上記発明によれば、少なくとも2つの距離関連情報から仮想近似曲線組を生成し、それらの仮想曲線組から得られる交点から直線を生成するようにしているから、上記の事情があろうとも測定精度を維持することができるとともに、記憶手段の記憶容量を無用に増大させるといったことがない。
本発明に関連する関連技術1について図1ないし図4を参照して説明する。
符号20は距離測定用レーザ光源であって、これにはレーザ駆動回路21が接続されている。このレーザ駆動回路21は、CPU11からの制御信号Saに基づいて距離測定用レーザ光源20に駆動電流Ibを供給し点灯動作を行わせる。なお、距離測定用レーザ光源20は間欠的または連続的に駆動することができる。
なお、収束レンズ23を正反射光L'の光路に沿って移動させるか、或いは収束レンズ23を特性が異なる他の収束レンズに交換することで正反射光L'の集光位置を調整することができる。
撮像素子24は撮像面上に形成される正反射光L'の受光スポットに応じたデジタル信号列からなる撮像信号SbをCPU11に送信する。CPU11は、前述したレーザ駆動回路21に制御信号Saを与えて距離測定用レーザ光源20をパルス点灯させる。また、CPU11は、制御信号Saの送信に同期して撮像素子24からの撮像信号Sbを取り込んでこれに基づき距離測定用正反射光L'の撮像面上における照射位置Nを検出し例えば収束レンズ23からワークWまでの距離測定を行う。
面積重心位置={Σ(MI)/ΣM}
I:撮像手段の撮像面上において、照射領域内の各画素の位置ベクトル
M:上記各画素の受光量レベルが所定レベル以上であるときには例えば1、そうでないときには0
体積重心位置={Σ(mI)/Σm}
I:上記面積重心位置の場合と同じ
m:上記各画素の受光量レベルに応じた係数
本関連技術では、三角測距の原理を利用してワークWの距離を測定する。
まず、距離測定用レーザ光源20の点灯動作に同期して撮像素子24から送信された撮像信号Sbに基づいて例えば最大の受光量とされている画素を照射位置Nとして特定する。そして照射位置Nと撮像素子24における基準位置Oとの離間間隔からワークWの距離を測定する。
例えば、被測定物体Wが図1中のAの位置(距離d1)にある場合には、距離測定用レーザ光源20の点灯動作時に撮像素子24の撮像面上に形成される照射位置N1は基準位置Oからd1'(図中では照射位置N1と基準位置Oとが一致しているため図示せず)離れていることから、これに基づいて距離d1が測定される。
また、本関連技術では距離測定用レーザ光源20から出射される光を平行光にする構成とした。従って、分解能を向上させたい場合には、撮像素子24を反射光L'の光路に沿ってワークWから遠ざかる方向へ配置すればよい。
本発明に関連する関連技術2について図5ないし図8を参照して説明する。尚、関連技術1と同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
本関連技術では、距離測定用レーザ光源20からの光を収束レンズ25によって収束光に変換する(距離測定用レーザ光源20及び収束レンズ25で「距離測定用投光手段」を構成している)。そして、当該収束光を当該収束光をワークWに照射するとともに、ワークWからの正反射光L'を収束レンズ23にて収束させて、撮像素子24の撮像面上に集光せしめるように構成されている。また、撮像素子24は、正反射光L'の光路(反射光路)に沿って収束レンズ23の焦点位置Fよりも遠方に配置されている。尚、収束レンズ25をレーザ光Lに沿って移動させることによって、反射光L'の集光位置を任意に変えることができる。
本発明に関連する関連技術3について図9ないし図12を参照して説明する。尚、関連技術1と同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
本関連技術は、距離測定用レーザ光源20からの光をコリメータレンズ22により平行光に変換した後、当該平行光をワークWに照射し、ワークWの表面における拡散反射光LDを収束レンズ23にて集光して撮像素子24の撮像面に照射させる構成となっている。
また、上記撮像素子24は収束レンズ23を通過して収束光に変換された拡散反射光の集光位置Pよりも後側に配されており、収束レンズ23を透過し、発散した光を当該撮像素子24の撮像面に照射させるようになっている。
本発明に関連する関連技術4について図13ないし図16を参照して説明する。尚、関連技術1と同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
本関連技術は、距離測定用レーザ光源20からの光を収束レンズ25によって収束光に変換し、当該収束光をワークWに照射するとともに、ワークWからの拡散反射光LDを収束レンズ23にて収束させて、撮像素子24の撮像面に照射させるように構成されている。
また、上記撮像素子24は収束レンズ23を通過して収束光に変換された拡散反射光LDの集光位置Pよりも後側に配されており、収束レンズ23を透過して発散した光を撮像面に照射させるようになっている。
要するに、撮像素子24を反射光LDの集光位置よりも反射光路において後方に配置することで、照射位置のずれ量を増幅させている。このように構成することで、距離測定における分解能(測定精度)を向上させることができるのである。
請求項1ないし請求項15に係る光学測定装置及びその距離算出方法の実施形態について図17ないし図34を参照して説明する。本実施形態の構成は図17に示す通りであり、角度測定用レーザ光源111及び距離測定用レーザ光源121から出射された光をダイクロイックミラー131(光合流手段)、ビームスプリッタ132及びコリメータレンズ133(コリメータレンズ及び収束レンズに相当)を介してワークW(被測定対象物)に両者の光を照射し、正反射光をコリメータレンズ133、ビームスプリッタ132及びダイクロイックミラー134(光分岐用ダイクロイックミラー)を介して例えば2次元CCDからなる角度測定用撮像素子112(角度測定用撮像手段)及び同じく2次元CCDからなる距離測定用撮像素子122(距離測定用撮像手段)の撮像面に照射し、その照射位置に基づいてCPU104(測定手段)によりワークWの傾き及び距離が算出されるようになっている。尚、ワークWの表面は鏡面であっても非鏡面であってもよい。
また、前記距離測定用投光手段から出射された光が前記被測定対象物に照射されたときのスポット形状が前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの投光光路と、前記被測定対象物から前記距離測定用撮像手段までの反射光路との離間方向に沿って長い楕円形状となるように構成されている。
ワークWに照射された光のスポットは光をレンズで集光する場合、光芒の広い光の方が光芒の狭い光よりも集光の大が大きくされる。例えば、ガラス等の透明体に光を照射した場合、ガラス表面及び裏面からの反射光がそれぞれ撮像手段に照射されるが、上記レンズの特性により、その集光度を高めれば、撮像面におけるスポットの受光強度差が如実に現れて、測定部位を確実に特定することができるからである。
・θY 方向に移動させるようになっている。ここで、θX
方向とは、光軸LCをXYZの三次元直交座標系のZ軸に一致させたときに、ダミーワークDWの光照射面をY軸を回動軸として回動させる方向をいい、θY
方向とはX軸を回動軸として回動させる方向をいう。このステージSを移動させることにより距離測定処理の際に使用するデータテーブルDTの作成を行なうようになっている(図24参照)。なお、ステージSはX・Y・Z方向の直線移動及びθX
・θY 方向の傾斜が可能なものを使用しているが、X・Yの二方向については必ずしも必要ではなく、Z方向(距離測定方向)の移動及びθX ・θY
方向の傾斜が可能であればよい(図18参照)。
ステージSの駆動については、駆動機構(例えばサーボ機構128)を用いて、これを制御することによりステージSを上記各方向に移動させることができるようになっている。このサーボ機構128はCPU104からの制御信号に基づいて動作させるようにしても良く、あるいは、コンソール等の入力手段からの入力情報に基づいて動作させるようにしてもよい。
本実施形態の光学測定装置は図22のフローチャートに示すように、距離測定に必要なデータテーブルDTn(n=1,2,3・・・)(距離関連情報に相当)を得るためのデータテーブル作成処理(ステップS1)と、ワークWの傾角及び距離を測定する測定処理(ステップS2)とに大別される。
メモリ105内には予め複数のデータテーブルDTnを記憶するための領域を確保しておく。
まずステージS上にダミーワークDWを載置し、サーボ機構によりステージSをZ方向に移動させて所定の離間距離D=Dn(n=1,2,3・・・)に設定する。このときに光軸LCを基準として測定可能な範囲内(+θmax〜−θmax)で傾角をθX
・θY 方向に所定の単位角度(Δθx,Δθy)づつステージSを回動させる。そして、θX 及びθY の傾角「θX m,θY
n」(m,n=1,2,3・・・・)における距離測定用撮像素子22上の光像の中心位置P(以下、中心位置Pという。)を座標値「Xm,Yn」(m,n=1,2,3・・・)としてデータテーブルDTnに書き込む。
の各方向の測定可能な傾角の範囲(2×|θmax|)を所定の単位角度(Δθx,Δθy)で除した値となる。
図23のフローチャートに示すように、まず所定の角度θX ・θY
における距離測定用撮像素子122上の中心位置Pにおける座標値(Xn,Yn)をデータテーブルDT1に書き込む(ステップS13)。そしてθY
方向にΔθyづつ回動させて(ステップS14)、照射位置Pにおける座標値(Xn,Yn)をデータテーブルDT1に書き込み、これを所定のプロット回数nに達するまで繰り返す(ステップS13〜ステップS16)。所定のプロット回数nに達したら(ステップS15で「Y」)、今度はθX
方向についてΔθxだけ回動させ(ステップS18)、再び上記ステップS12〜S16を実行する(ステップS19で「N」、S110)。このように、θx
方向にΔθx回動させる度にθy
方向にΔθyずつ回動させて照射位置Pの座標値(Xn,Yn)を取得する作業を所定のプロット回数nだけ繰り返すと(ステップS19で「Y」)、離間距離D1におけるデータテーブルDT1の作成が終了する(図23参照)。
測定処理(ステップS2)では、図25に示すようにしてワークWの傾角(θX ,θY )の測定及び離間距離Dの測定を行なう。
「傾角測定」
本実施形態では周知のオートコリメーション法を用いて傾角測定を行なう構成とされている。ここでは詳細な説明は割愛するが、概要は次のようである。まず、角度測定用撮像素子112からの撮像信号Scから、最大の受光量を有する画素を集光スポット位置と決定し、次いで撮像面における基準位置(例えば、撮像面の中央位置)と集光スポット位置との距離及び方向からθX及びθYの二方向における傾角を算出する(ステップS21)。
距離測定では、上記の傾角測定により測定されたワークWの傾角(θX 、θY
)に基づき、メモリ105に記憶されている各データテーブルDTn(n=1,2,3……)毎に、そのテーブル内の上記傾角に対応する座標値(Xm,Yn)を取得する。このとき、「データテーブル作成処理」における角度データのプロット精度、すなわちΔθが傾角測定の分解能よりも大きいと、多くは各データテーブルDTn内に該当する座標値が存在しないことになるから(ステップS22で「N」)、その場合には次のような座標補間処理を行なう(ステップS23)。
座標補間処理では、各データテーブルDTnにおいて、測定された傾角の直近大小の傾角に対応する座標値群に基づき曲線補間により近似曲線を生成する。即ち、直近大の(測定されたθX
方向における傾角に対して大きい側に最も近い)傾角θX
mに関し、いくつかのθyの値に対応する座標値群から曲線補間により近似曲線Lx1を生成するとともに、直近小の(測定されたθX
方向における傾角に対して小さい側に最も近い)傾角、すなわちθX m−Δθxに関し、いくつかのθY
の値に対応する座標値群から曲線補間により近似曲線Lx2を生成する。ここで、近似曲線Lx1は、θx方向の傾角をθX
mに固定してθyを変化させたとしたときの距離測定用撮像素子22の撮像面上における集光スポットの中心位置の仮想的な軌跡に相当し、近似曲線Lx2は、θx方向の傾角がθX
m−Δθxであるときにθyを変化させたときのその軌跡に相当する。
そこで、これら2つの近似曲線Lx1,Lx2から、測定されたθY方向の傾角に対応する2つの点A,Bを算出し、これらの2点A,Bから直線LY
を生成し、その直線LY
上に、測定された二方向の各傾角に基づき各傾角データデーブルDTにある上述した直近大小の傾角データの比例配分すること等によって決定した点O1を求める。この点O1は、角度測定用撮像素子12によって測定された傾角のときに距離測定用撮像素子22の撮像面上に照射されるであろう仮想的なスポットの位置に相当する(図30,図31参照)。
上述の点O1の決定は、離間距離の異なる複数のデータテーブルについて行ない、それぞれ求められた交点O1の座標から直線Laを生成する(ステップS24、図32,33参照))。
なお、上記の傾角測定により測定されたワークWの傾角からメモリ105に記憶されているデータテーブルDTn内において上記傾角に対応する領域に書き込まれている座標値(Xm,Yn)を参照したときに、データテーブルDTn内に該当する座標値が存在する場合には(ステップS22で「Y」)、座標補間処理は必要ないから、複数のデータテーブルDTから該当する座標値を読み出し、それら座標値群から直線Laを生成する(図28,29参照)。
続いて、距離測定用撮像素子122からの撮像信号Sdに基づいて集光スポットの例えば中心位置Pを検出する。尚、中心位置Pの検出については、当該撮像素子122において最大輝度点を求める最大輝度抽出方式や、光像の面積重心位値を求める方法、あるいは、光像の体積重心値を求める方法などが挙げられ、いずれの方法も適用することができる。
本実施形態では、具体的には以下の条件でデータテーブルの作成を行なった。
離間距離:L=31.5mm及びL=28.5mm
傾角:θX ・θY 共に±1.2°の範囲
単位角度:Δθ=|0.2|°
従って、離間距離L=31.5mmでのθX 及びθY 方向の各傾角に対応する照射位置の座標値群からなるデータテーブルDT1及び、離間距離L=28.5mmでのθX
及びθY 方向の各傾角に対応する照射位置の座標値群からなるデータテーブルDT2を作成した。
)=(0.3°,0.3°)と測定された場合には、データテーブルDT内に該当する傾角が存在しないこととなる。即ち、装置の分解能よりもデータテーブル作成時のプロット精度の方が低いのである。
)=(0.3°,0.3°)の直近大小の傾角における座標値群から曲線補間により近似曲線を生成する。即ち、θX
方向における傾角0.3°において、この0.3°に対して直近大の傾角(0.4°,±0.2n°)(n=1,2,3・・・)に対応付けられた座標値群から曲線補間により近似曲線を生成するとともに、直近小の傾角(0.2°,±0.2n°)に格納されている座標値群から曲線補間により近似曲線を生成し、これらの曲線から算出した2つの点に基づき上記の測定された傾角θX
=0.3°のときの近似曲線Lx,Lyを仮想的に生成する。
また、メモリ105の容量の余裕のあるような場合には、上記単位角度Δθを|0.1|°に設定することにより、プロット精度を装置の分解能よりも高く設定しておけば、距離測定の際には、必ずデータテーブルDT内において測定傾角に対応付けられた座標値が存在することとなるから、その座標値群から直線Laを生成し、上記手順と同様に距離測定を行なうことができる。
)=(1.2°,1.2°)と測定された場合には、この傾角に対応付けられた座標値から直線Laを生成し、この直線上に中心位置Pの座標が存在しない場合には(図中の「P1」に相当)、その直線Laと直交し、かつ、中心位置Pの座標を通るように当該直線に直交変換を施して直交線Lbを作成する。そして、中心位置Pの座標を直交する2直線の交点O2の座標に置換し、置換後の座標からワークWの離間距離を算出する。
一方、中心位置Pの座標が直線La上に存在する場合には(図中の「P2」に相当)、基準位置Raから中心位置Pの座標までの距離及び方向からワークWの離間距離を算出する(図29参照)。
尚、本実施形態では、ワークWに照射されたレーザ光のスポット径はレーザ光源111のレーザ光よりもレーザ光源121のレーザ光のほうを小さくし、かつ、レーザ光源121のレーザ光はレーザ光源111のレーザ光の照射範囲内に照射されるように構成したことで、ワークWの距離及び傾きに拘わらず実質的にワークWに対するレーザ光の照射位置(測定位置)を一定にすることができる。
また、直交変換処理を行なうことにより座標補間処理における誤差を最小にすることができ、より一層正確な距離測定を行うことができる。
これに対して、本実施形態では、少なくとも2つのデータテーブルDTから近似曲線Lx・Lyを仮想的に生成し、それらの近似曲線Lx・Lyから得られる交点から直線Laを生成するようにしているから、上記の事情があろうとも測定精度を維持することができるとともに、メモリ105の記憶容量を無用に増大させるといったことがない。
次に、本発明の実施形態2を図35を参照して説明する。本実施形態と実施形態1との相違は、角度測定用レーザ光源111とダイクロイックミラー131との間にコリメータレンズ114(第1のコリメータレンズ)が配されているとともに、距離測定用レーザ光源121とダイクロイックミラー131との間にコリメータレンズ124(第2のコリメータレンズ)が配されており、それぞれのレーザ光源111,121からの光が平行光に変えられてからダイクロイックミラー131に至るように構成されている。また、ダイクロイックミラー134とビームスプリッタ133との間に収束レンズ136が配されている。
次に、本発明の実施形態3を図36を参照して説明する。本実施形態と実施形態2との相違点は、ビームスプリッタ137に代わってS偏光を反射しP偏光を透過させる偏光ビームスプリッタ139を配し、さらに、この偏光ビームスプリッタ139とワークWとの間に1/4波長板138を設けたところにある。また、ワークWの表面は鏡面であることが望ましい。
本発明の光学測定装置の実施形態について図37ないし図39を参照して説明する。図37では、距離測定用レーザ光源121からの光をコリメータレンズ133によって収束光に変換し、当該収束光をワークWに照射するとともに、ワークWからの正反射光をコリメータレンズ133にて収束させて、撮像素子122の撮像面上に集光せしめるように構成されている。また、ワークWからの正反射光はコリメータレンズ133の手前で集光し(図中「A」の位置)、その後コリメータレンズ133により収束光に変換されるようになっている。また、距離測定用撮像素子122は、正反射光の光路(反射光路)に沿って収束レンズ133の焦点位置Fよりも遠方に配置されている。
請求項16ないし請求項18に係る光学測定装置の実施形態を図42ないし図45を参照して説明する。
1.本実施形態の光学測定装置の構成
(1)角度測定のための構成
図42には、本実施形態に係る光学測定装置210の全体構成図が示されている。符号211は角度測定用レーザ光源であって、これにはレーザ駆動回路212が接続されている。このレーザ駆動回路212は、CPU213からの制御信号Saに基づいて角度測定用レーザ光源211に駆動電流Iaを供給し点灯動作を行わせる。なお、角度測定用レーザ光源211は間欠的または連続的に駆動することができる。
符号220は距離測定用レーザ光源であって、これにはレーザ駆動回路221が接続されている。このレーザ駆動回路221は、CPU213からの制御信号Sbに基づいて距離測定用レーザ光源220に駆動電流Ibを供給し点灯動作を行わせる。なお、距離測定用レーザ光源220は間欠的または連続的に駆動することができる。
また、被測定物体Wの表面上におけるスポット径は、角度測定用レーザ光L1よりも距離測定用レーザ光L2の方が小さくされており、かつ、角度測定用レーザ光L1のスポット内に距離測定用レーザ光L2のスポットが収まるようになっている。
なお、収束レンズ223を距離測定用正反射光L2'の光路に沿って移動させるか、或いは収束レンズ223を特性が異なる他の収束レンズに交換することで距離測定用正反射光L2'の焦点位置を調整することができる。
撮像素子216は撮像面上に形成される角度測定用正反射光L1'のスポットと、距離測定用正反射光L2'のスポットに応じたデジタル信号列からなる撮像信号ScをCPU13に送信する。CPU213は、前述したレーザ駆動回路212,221に交互に制御信号Sa,Sbを与えて角度測定用レーザ光源211及び距離測定用レーザ光源220を交互にパルス点灯させる。また、CPU213は、制御信号Saの送信に同期して撮像素子216からの撮像信号Scを取り込んでこれに基づき角度測定用正反射光L1'の撮像面上における入光位置(以下、「角度測定用入光位置N1」)を検出し被測定物体Wの傾き角度測定を行う。一方、制御信号Sbの送信に同期して撮像素子216からの撮像信号Scを取り込んでこれに基づき距離測定用正反射光L2'の撮像面上における入光位置(以下、「距離測定用入光位置N2」)を検出し例えばコリメータレンズ217から被測定物体Wまでの距離測定を行う。
面積重心位置={Σ(MI)/ΣM}
I:撮像手段の撮像面上において、照射領域内の各画素の位置ベクトル
M:上記各画素の受光量レベルが所定レベル以上であるときには例えば1、そうでないときには0
体積重心位置={Σ(mI)/Σm}
I:上記面積重心位置の場合と同じ
m:上記各画素の受光量レベルに応じた係数
(1)傾き測定
本実施形態では周知のオートコリメーション法を用いて傾き測定を行なう構成とされており、ここでは、詳細な説明は割愛する。まず、角度測定用レーザ光源211の点灯動作に同期して撮像素子216から送信された撮像信号Scに基づいて、最大の受光量を有する画素を角度測定用入光位置N1と決定し、撮像面における基準位置O1(例えば、撮像面の中央位置)と角度測定用入光位置N1の距離及び方向から傾きの方向と傾き角度とを算出する。
距離測定では、まず上記の傾き測定により、被測定物体Wの角度を検出する。そして、距離測定用レーザ光源220の点灯動作に同期して撮像素子216から送信された撮像信号Scに基づいて例えば最大の受光量とされている画素を距離測定用入光位置N2として代表する。そして、傾き測定で算出された傾きに応じて予め定められた補正係数に基づき補正を行ない、被測定物体Wの距離を算出する。
例えば、被測定物体Wが図42中のAの位置(距離d1、傾き角度0度)にある場合には(詳しくは図43参照)、角度測定用レーザ光源211の点灯動作時に撮像素子216の撮像面上に形成される角度測定用入光位置N1は基準位置O1と一致するから、傾き角度は0度と測定される。また、距離測定用レーザ光源220の点灯動作時に撮像素子216の撮像面上に形成された距離測定用入光位置N2について補正を行ない、これによって距離d1が測定される。
本実施形態によれば、被測定物体Wからの正反射光に基づいて、距離及び傾きの測定を行なうように構成しているから、上記特許文献2の構成とは異なり、鏡面体または非鏡面体に拘わらず被測定物体Wの傾きおよび距離の測定を行うことができる。
また、本実施形態では、基準姿勢の被測定物体Wに対して、角度測定用レーザ光源211からの光が垂直に照射され、その角度測定用レーザL1の照射方向に対して所定角度θ傾いた方向から距離測定用レーザ光源220からの光が被測定物体Wに対して照射されるよう構成されている。要するに、距離測定における被測定物体の測定方向(距離変位)に対して、角度測定用レーザ光L1は平行(同軸を含む)に照射させ、距離測定用レーザ光L2は傾いた角度で照射させているのである。これにより、角度測定用レーザ光L1は被測定物体に対して略垂直に照射されるから、上記特許文献1に比べて被測定物体Wの距離変位に伴う角度測定用レーザ光L1の被測定物体Wへの照射位置(測定位置)の変動量が少なくなり、正確な角度測定が可能になる。
また、本実施形態では、距離測定用レーザ光L2は、その光芒が細く被測定物体W上のスポット径が角度測定用レーザ光L1のスポット径によりも小さく、かつ、角度測定用レーザ光L1の照射位置付近に照射される。従って、被測定物体Wの距離や角度の変位に伴う距離測定用レーザ光L2の照射位置(測定位置)の変動も極力抑えることができる。
また、角度測定用レーザ光源211及び距離測定用レーザ光源220を選択的に点灯動作をさせて、各点灯動作に同期して撮像素子216から撮像信号Scに基づき角度測定及び距離測定を行う構成なので、角度測定用レーザ光L1と距離測定用レーザ光L2との干渉、及び、角度測定用正反射光L1'と距離測定用正反射光L2'との干渉を防止でき、一層精度の高い測定が可能になる。
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
(1)関連技術1では、距離測定用レーザ光源121による正反射光の焦点位置Fよりも後方に距離測定用撮像素子122を配した構成を示したが、例えば、焦点位置Fよりも前方に配置する構成としてもよい。また、これに伴って、発散レンズ135を焦点位置F及び距離測定用撮像素子122の前方に配置することは勿論である。
方向における傾角に対して直近大の傾角θy nに関し、いくつかのθx
の値に対応する座標値群から曲線補間により近似曲線Ly1を生成するとともに、直近小の傾角(すなわちθy n−Δθy )に関し、いくつかのθX
の値に対応する座標値群から曲線補間により近似曲線LY2を生成し、これら2つの近似曲線Ly1,LY2から、測定されたθX方向の傾角に対応する2つの点A',B'を算出し、これらの2点A',B'から直線LX
を生成し、その直線LX 上に点O1を求めてもよい。
13…CPU
20…距離測定用レーザ光源
21…レーザ駆動回路
22…コリメータレンズ
23…収束レンズ
24…撮像素子
F…焦点位置
L'…距離測定用正反射光
N…距離測定用入光位置
W…ワーク
Claims (18)
- 被測定対象物に光を照射しその正反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光(角度測定用正反射光)を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光(距離測定用正反射光)を撮像面に照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記角度測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して平行であり、且つ、前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が前記基線軸に対して所定の角度を有するように配されていることを特徴とする光学測定装置。 - 被測定対象物に光を照射しその正反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光(角度測定用正反射光)を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光(距離測定用正反射光)の焦点位置から光軸方向に前後にずらして撮像面を配し、この撮像面に距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記角度測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して平行であり、且つ、前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が前記基線軸に対して所定の角度を有するように配されていることを特徴とする光学測定装置。 - 前記コリメータレンズは、
前記角度測定用投光手段からの光を平行光に変える第1のコリメータレンズと、
前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変える第2のコリメータレンズとから構成されており、
前記両平行光を合流させて前記分岐手段に導く光合流手段を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光学測定装置。 - 被測定対象物に光を照射しその反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記距離測定用投光手段からの光を収束光に変える収束レンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記収束レンズで前記正反射光を収束させ、前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光(角度測定用正反射光)を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光(距離測定用正反射光)を撮像面に照射させる距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記角度測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して平行であり、且つ、前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が前記基線軸に対して所定の角度を有するように配されていることを特徴とする光学測定装置。 - 被測定対象物に光を照射しその反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記距離測定用投光手段からの光を収束光に変える収束レンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記収束レンズで前記正反射光を収束させ、前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光(角度測定用正反射光)を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光(距離測定用正反射光)の焦点位置から光軸方向に前後にずらして撮像面を配し、この撮像面に距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記角度測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して平行であり、且つ、前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が前記基線軸に対して所定の角度を有するように配されていることを特徴とする光学測定装置。 - 前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段をそれぞれパルス駆動することで交互にパルス点灯するとともに、
前記測定手段は、前記角度測定用投光手段の点灯に同期して前記角度測定用撮像手段の撮像面における前記集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定し、他方、前記距離測定用投光手段の点灯に同期して前記距離測定用撮像手段の撮像面における前記照射位置に基づいて前記被測定対象物の距離を測定することを特徴とする請求項1ないし請求項5に記載の光学測定装置。 - 前記角度測定用投光手段と前記距離測定用投光手段とは互いに異なる波長帯の光を出射する構成とされており、
前記角度測定用正反射光及び距離測定用正反射光のうち一方を反射させ他方を透過させることで、前記角度測定用正反射光を前記角度測定用撮像手段に導くとともに、前記距離測定用正反射光を前記距離測定用撮像手段に導く光分岐用ダイクロイックミラーを備えることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の光学測定装置。 - 前記角度測定用投光手段と前記距離測定用投光手段とは、互いに同一の偏光方向とされている偏光光を出射する構成とされているとともに、前記分岐手段は偏光ビームスプリッタから構成されており、
他方、前記被測定対象物は、鏡面状の表面を有する鏡面体とされており、
前記偏光ビームスプリッタと被測定対象物との間に配され、前記偏光ビームスプリッタからの光を透過させるとともに、前記角度測定用正反射光と前記距離測定用正反射光とを透過させる1/4波長板を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の光学測定装置。 - 前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段はレーザ光源から構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の光学測定装置。
- 前記距離測定用投光手段から出射された光が前記被測定対象物に照射されたときのスポット形状が前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの投光光路と、前記被測定対象物から前記距離測定用撮像手段までの反射光路との離間方向に沿って長い楕円形状となるように構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の光学測定装置。
- 前記測定手段による測定に先だって、基準となる測定対象物が距離測定方向における少なくとも二つの異なる設定距離にあるときに、可動機構により前記基準となる測定対象物の姿勢を前記光軸を中心とした少なくとも対称4方向にわたって当該光軸に対して複数の異なる角度に単位角度毎に傾斜させたときに、前記各設定距離において前記距離測定用撮像手段上の照射位置の座標値(照射位置座標)と、前記可動機構により設定された各傾角とを関連付けた距離関連情報を取得し、これらを記憶する記憶手段を備え、
前記測定手段は、
前記角度測定用撮像手段における集光位置から前記被測定対象物の傾角を測定するとともに、前記記憶手段に記憶された前記距離関連情報群から前記角度測定用撮像手段の集光位置に基づいて測定された傾角と関連付けられた前記距離測定用撮像手段の照射位置座標を選択し、その照射位置座標に基づいて前記被測定対象物の距離を算出することを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の光学測定装置。 - 前記測定手段は、
前記角度測定用撮像素子の集光位置に基づいて算出した傾角に基づいて前記記憶手段に記憶されている距離関連情報群のうち少なくとも2つの距離関連情報から当該傾角に関連付けられた照射位置座標を選択するとともに、それら照射位置座標から直線を算出し、前記距離測定用撮像手段の照射位置情報を前記直線上の任意の座標の座標値に置換する置換処理を行なうことで前記距離を算出することを特徴とする請求項11に記載の光学測定装置。 - 前記置換処理は、前記照射位置の座標値を含み、かつ、前記直線と直交する直線(直交線)を算出する直交変換処理を行い、その直交線と前記直線との交点の座標値に置換することを特徴とする請求項12に記載の光学測定装置。
- 前記測定手段は、
前記傾角が前記距離関連情報群内に存在しないときには、
前記記憶手段に記憶されている各距離関連情報について一方向における傾角を一定としたときの他方向における傾角毎の照射位置座標群から曲線補間により近似曲線をそれぞれ生成する曲線生成処理を行ない、
少なくとも2つの距離関連情報から前記傾角に対して少なくとも直近大小の傾角に関連付けられた照射位置座標群に基づいて互いに交差する1組の仮想近似曲線(仮想近似曲線組)をそれぞれ生成し、それぞれの仮想近似曲線組から得られる複数の交点から直線を生成することを特徴とする請求項12または請求項13に記載の光学測定装置。 - 被測定対象物に光を照射しその反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置の距離算出方法において、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光(角度測定用正反射光)を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光(距離測定用正反射光)の焦点位置から光軸方向に前後にずらして撮像面を配し、この撮像面に距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記角度測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して平行であり、且つ、前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が前記基線軸に対して所定の角度を有する構成であって、
前記測定手段が前記測定に先だって、可動機構により、基準となる測定対象物を距離測定方向における少なくとも二つの異なる設定距離に移動させるとともに、それらの各設定距離において前記基準となる測定対象物の姿勢を前記光軸を中心とした少なくとも対称4方向にわたって複数の異なる角度に傾斜させる処理と、
前記可動機構により設定された前記設定距離において前記距離測定用撮像手段上の照射位置の座標値(照射位置座標)と、前記可動機構により設定された各傾角とを関連付けた距離関連情報を、記憶手段に記憶させる処理と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置から前記被測定対象物の傾角を測定するとともに、前記距離関連情報群から前記角度測定用撮像手段の集光位置に基づいて測定された傾角に関連付けられている照射位置座標を選択し、その照射位置座標に基づいて前記被測定対象物の距離を算出する処理とを実行することを特徴とする光学測定装置における距離算出方法。 - 前記測定手段は、
前記角度測定用撮像素子の集光位置に基づいて算出した傾角に基づいて前記記憶手段に記憶されている距離関連情報群のうち少なくとも2つの距離関連情報から当該傾角に関連付けられた照射位置座標を選択する処理と、
それら照射位置座標から直線を算出する処理と、
前記距離測定用撮像手段の照射位置情報を前記直線上の任意の座標の座標値に置換する置換処理を行なうことで前記距離を算出することを特徴とする請求項15に記載の光学測定装置における距離算出方法。 - 前記置換処理は、前記照射位置の座標値を含み、かつ、前記直線と直交する直線(直交線)を算出する直交変換処理を行い、その直交線と前記直線との交点の座標値に置換する処理であることを特徴とする請求項16に記載の光学測定装置における距離算出方法。
- 前記測定手段は、
前記傾角が前記距離関連情報群内に存在しないときには、
前記記憶手段に記憶されている各距離関連情報について一方向における傾角を一定としたときの他方向における傾角毎の照射位置座標群から曲線補間により近似曲線をそれぞれ生成する曲線生成処理と、
少なくとも2つの距離関連情報から前記傾角に対して少なくとも直近大小の傾角に関連付けられた照射位置座標群に基づいて互いに交差する1組の仮想近似曲線(仮想近似曲線組)をそれぞれ生成し、それぞれの仮想近似曲線組から得られる複数の交点から直線を生成する処理を行なうことを特徴とする請求項16または請求項17に記載の光学測定装置における距離算出方法。
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