JP5740321B2 - 距離計測装置、距離計測方法及び制御プログラム - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、距離計測装置、距離計測方法及び制御プログラムに関する。
従来、非接触、高精度で距離を測定できることから、光学式の３角測量方式が測定対象物の表面形状の測定に使用されている。
さらに、最近では鋼板などの高速で搬送される測定対象物の厚さや形状の測定にも広く応用されてきている。
しかし、光学式であるため表面の反射率の変化や散乱特性等の変化によって反射光の強さや位置が正確に求まらない場合もあるため、照射するレーザをスリットにより干渉させてマルチレーザビームとし、その干渉縞の明暗パターンの検出を行い、明暗パターンの暗部に現れる、明るい部分に挟まれたより暗い部分の明るさ曲線の形状（谷部の形状）を関数に近似し、暗部の極小座標を算出することで距離の演算を行うことで、測定対象の反射率や散乱特性に影響を受けにくい測定とし、高精度な測定を行っている。
さらに、最近では鋼板などの高速で搬送される測定対象物の厚さや形状の測定にも広く応用されてきている。
しかし、光学式であるため表面の反射率の変化や散乱特性等の変化によって反射光の強さや位置が正確に求まらない場合もあるため、照射するレーザをスリットにより干渉させてマルチレーザビームとし、その干渉縞の明暗パターンの検出を行い、明暗パターンの暗部に現れる、明るい部分に挟まれたより暗い部分の明るさ曲線の形状（谷部の形状）を関数に近似し、暗部の極小座標を算出することで距離の演算を行うことで、測定対象の反射率や散乱特性に影響を受けにくい測定とし、高精度な測定を行っている。
しかしながら、より暗い部分（谷部）の検知を行う方法で高精度な測定を行うためには、谷部の形状が関数近似可能である必要がある。
この谷部の形状が乱れる原因としては、測定対象物の表面の微小な凹凸に起因するスペックルノイズによる影響があった。
この谷部の形状が乱れる原因としては、測定対象物の表面の微小な凹凸に起因するスペックルノイズによる影響があった。
実施形態の距離計測装置のマルチレーザビーム照射手段は、測定対象物の表面に、複数の楕円形状を有するレーザビームを短軸方向に横一列に照射する。照射位置変更手段は、マルチレーザビーム照射手段と測定対象物との間の光路上に配置されレーザビームを透過させる平板透光部材と、平板透光部材を揺動可能に支持する支持部材と、を備え、駆動手段により、平板透光部材を駆動して揺動し平板透光部材へのレーザビームの入射角を変更させて、測定対象物の表面への入射角を変更することなく長軸方向における前記複数のレーザビームの照射位置を移動することにより、照射されたレーザビームの長軸方向に沿って、前記複数のレーザビームの照射位置を一体に往復移動させる。
撮像手段は、複数のレーザビームの反射光を受光し、撮像面上に結像された複数のレーザビームの反射光の明暗パターンを撮像する。
これらの結果、距離演算手段は、撮像面上における反射光の明暗パターンに基づいて前記測定対象物までの距離を演算により求める。
撮像手段は、複数のレーザビームの反射光を受光し、撮像面上に結像された複数のレーザビームの反射光の明暗パターンを撮像する。
これらの結果、距離演算手段は、撮像面上における反射光の明暗パターンに基づいて前記測定対象物までの距離を演算により求める。
次に図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態の距離計測装置の概要構成及びマルチレーザビームの照射状態の説明図である。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態の距離計測装置の概要構成及びマルチレーザビームの照射状態の説明図である。
距離計測装置１０は、図１（ａ）に示すように、レーザビームＬＢを出射する光源１１と、レーザビームＬＢを平行光とするコリメートレンズ１２と、平行光とされたレーザビームＬＢを複数の楕円形状を有するレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３で構成されるマルチレーザビームＭＬＢとするスリット１３と、マルチレーザビームＭＬＢを測定対象物１４上に結像させるシリンドリカルレンズ１５と、マルチレーザビームＭＬＢの測定対象物１４表面への照射位置を往復移動（振動）させてノイズ低減を図る光学系ユニット１６と、ＣＣＤ１７Ａ及びＣＣＤ１７Ａの撮像面に測定対象物１４により反射されたマルチレーザビームＭＬＢを結像させる受光レンズ１７Ｂを有し、撮像手段として機能して撮像信号ＳＡ（アナログ信号）を出力するＣＣＤカメラ１７と、ＣＣＤカメラ１７から出力された撮像信号ＳＡのＡ／Ｄ変換を行い撮像データＤＰを出力するＡ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）１８と、入力された撮像データＤＰに基づいて、測定対象物１４までの距離を算出する距離演算装置１９と、を備えている。
上記構成において、光源１１、コリメートレンズ１２及びスリット１３は、マルチレーザビーム照射手段として機能し、図１（ｂ）に示すように測定対象物である測定対象物１４の表面に、複数の楕円形状を有するレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３を短軸方向（図１では、Ｘ軸方向）に横一列に照射する。
光学系ユニットは、照射位置変更手段として機能しており、実施形態の距離計測装置の光源は、測定対象物の表面に、複数の楕円形状を有するレーザビームを短軸方向に横一列に照射する。照射位置変更手段は、照射された前記レーザビームの長軸方向に沿って、前記複数のレーザビームの照射位置を一体に往復移動させる。
光学系ユニットは、照射位置変更手段として機能しており、実施形態の距離計測装置の光源は、測定対象物の表面に、複数の楕円形状を有するレーザビームを短軸方向に横一列に照射する。照射位置変更手段は、照射された前記レーザビームの長軸方向に沿って、前記複数のレーザビームの照射位置を一体に往復移動させる。
そして、ＣＣＤカメラ１７は、撮像手段として機能し、複数のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の反射光を受光し、撮像面上に結像された複数のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の反射光（による干渉縞）の明暗パターンを撮像する。
これらの結果、距離演算装置１９は、距離演算手段として機能し、撮像面上における複数のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の反射光の明暗パターンに基づいて測定対象物１４までの距離を演算により求める。
これらの結果、距離演算装置１９は、距離演算手段として機能し、撮像面上における複数のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の反射光の明暗パターンに基づいて測定対象物１４までの距離を演算により求める。
上記構成において、光源１１、コリメートレンズ１２、スリット１３、シリンドリカルレンズ１５、光学系ユニット１６、ＣＣＤ１７Ａ及び受光レンズ１７Ｂは距離検出部ＭＤを構成している。
そして、距離検出部ＭＤの光学系は、測定対象物１４と所定の距離を持って設定配置されており、ＣＣＤカメラ１７は、測定対象物１４の表面に照射されたＡＡ点の像を、ＣＣＤ１７Ａの撮像面のＰＡ点で結像する。
そして、距離検出部ＭＤの光学系は、測定対象物１４と所定の距離を持って設定配置されており、ＣＣＤカメラ１７は、測定対象物１４の表面に照射されたＡＡ点の像を、ＣＣＤ１７Ａの撮像面のＰＡ点で結像する。
この場合において、測定対象物１４の表面（測定面）がＡＡ点からＢＢ点に移動（変化）すると、マルチレーザビームＭＬＢを構成している複数のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の結像点は夫々ＰＡ点からＰＢ点に移動する。この移動範囲、即ち距離計測範囲に対して、所定の分解能が得られる様に、ＣＣＤ１７Ａの画素数（素子数）が選択されている。
また、ＣＣＤ１７Ａは、ラインスキャン型ＣＣＤとして構成されており、複数のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の形状は、測定対象物１４の表面においてＣＣＤ１７Ａの測定視野寸法よりも大きな形状になる様にコリメートレンズ１２のコリメータ倍率が設定されている。
また、受光レンズ１７Ｂは、測定対象物１４との対物距離とＣＣＤ１７Ａの分解能に基づいて光学倍率が決定されて選択されている。
また、受光レンズ１７Ｂは、測定対象物１４との対物距離とＣＣＤ１７Ａの分解能に基づいて光学倍率が決定されて選択されている。
例えば、ＣＣＤ１７Ａの画素数（素子数）が１０００〜５０００画素、各画素（素子）の形状は１５μｍ×１５μｍ程度のものが使用され、そして受光レンズ１７Ｂ等の光学系の倍率によって分解能が決定される。例えば、光学系の倍率を１／１０とすると測定対象物１４表面における分解能は１５０μｍとなる。
図２は、マルチレーザビームとＣＣＤの出力信号レベルの関係の説明図である。
図２（ａ）において、符号ＳＰ１〜ＳＰ３は、マルチレーザビームＭＬＢを構成するレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のＣＣＤ１７Ａの受光面上における結像画像である。
そして、図２（ｂ）は、これらの複数のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３をＣＣＤ１７Ａによって走査したときの各素子の出力信号レベル（高いほど光量が高い）を示したものである。
図２（ａ）において、符号ＳＰ１〜ＳＰ３は、マルチレーザビームＭＬＢを構成するレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のＣＣＤ１７Ａの受光面上における結像画像である。
そして、図２（ｂ）は、これらの複数のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３をＣＣＤ１７Ａによって走査したときの各素子の出力信号レベル（高いほど光量が高い）を示したものである。
複数のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の形状は、通常、距離検出部ＭＤのコリメートレンズ１２とスリット１３とによって楕円形状に形成される。
また、図２（ａ）に示す矩形列はラインスキャン型ＣＣＤとして構成されたＣＣＤ１７Ａの各受光素子１７Ｇを示し、列方向は図１におけるＸ軸方向となっており、矩形の長軸方向は図１に示すＹ軸方向に沿っている。そして、マルチレーザビームＭＬＢを構成する楕円形状を有する複数のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３３の長軸方向の中心を走査するようにＣＣＤカメラ１７の光軸が設定されている。
また、図２（ａ）に示す矩形列はラインスキャン型ＣＣＤとして構成されたＣＣＤ１７Ａの各受光素子１７Ｇを示し、列方向は図１におけるＸ軸方向となっており、矩形の長軸方向は図１に示すＹ軸方向に沿っている。そして、マルチレーザビームＭＬＢを構成する楕円形状を有する複数のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３３の長軸方向の中心を走査するようにＣＣＤカメラ１７の光軸が設定されている。
したがって、ＣＣＤ１７Ａの出力は、複数のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３が照射された測定対象物１４の表面が正常な拡散面であれば、図示した様なレーザビームのパワー分布形状に近似した形状を示す。即ち、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のパワーの最も強いピーク位置はＡ０で、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の弱い位置（極小点）はＡ４、Ｂ４となり、その光量エンベロープはガウス分布に近い形状となるはずである。
しかしながら、実際には、測定対象物１４の表面の微小な凹凸により、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のそれぞれの反射光の位相がずれてスペックルノイズが発生する。
この結果、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のそれぞれのエンベロープは、ガウス分布からずれた形状となる。
そこで、本実施形態では、光学系ユニット１６により、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の測定対象物１４の表面における楕円形状の長軸方向に沿って、測定対象物１４の表面におけるレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の照射中心位置を振動させることにより、スペックルノイズの影響をキャンセル（あるいは低減）することにより、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のＣＣＤ１７Ａ上における受光光量のエンベロープはガウス分布に近づくこととなる。
しかしながら、実際には、測定対象物１４の表面の微小な凹凸により、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のそれぞれの反射光の位相がずれてスペックルノイズが発生する。
この結果、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のそれぞれのエンベロープは、ガウス分布からずれた形状となる。
そこで、本実施形態では、光学系ユニット１６により、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の測定対象物１４の表面における楕円形状の長軸方向に沿って、測定対象物１４の表面におけるレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の照射中心位置を振動させることにより、スペックルノイズの影響をキャンセル（あるいは低減）することにより、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のＣＣＤ１７Ａ上における受光光量のエンベロープはガウス分布に近づくこととなる。
図３は、第１実施形態の光学系ユニットの概要構成説明図である。
第１実施形態の光学系ユニット１６は、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３が入射されるガラス平板１６Ａと、ガラス平板１６Ａの一端を回動可能に支持する回動支持部材１６Ｂ１、１６Ｂ２と、Ｚ軸方向に振動してガラス平板１６Ａの他端を回動支持部材１６Ｂ１の回動軸を中心として回動させるリニアアクチュエータ１６Ｃと、を備えている。
上記構成において、回動支持部材１６Ｂ１は、図示しないフレームなどに固定設置され、回動支持部材１６Ｂ２は、自由端となっている。
第１実施形態の光学系ユニット１６は、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３が入射されるガラス平板１６Ａと、ガラス平板１６Ａの一端を回動可能に支持する回動支持部材１６Ｂ１、１６Ｂ２と、Ｚ軸方向に振動してガラス平板１６Ａの他端を回動支持部材１６Ｂ１の回動軸を中心として回動させるリニアアクチュエータ１６Ｃと、を備えている。
上記構成において、回動支持部材１６Ｂ１は、図示しないフレームなどに固定設置され、回動支持部材１６Ｂ２は、自由端となっている。
ここで、光学系ユニット１６の動作について説明する。
図３に示すように、リニアアクチュエータの先端部分がＺ軸方向に振動すると、ガラス平板１６Ａが回動し、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のガラス平板１６Ａへの入射角が変更されることとなり、ひいては、入射したレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のそれぞれの出射位置がＹ軸方向に振動することとなる。
図３に示すように、リニアアクチュエータの先端部分がＺ軸方向に振動すると、ガラス平板１６Ａが回動し、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のガラス平板１６Ａへの入射角が変更されることとなり、ひいては、入射したレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のそれぞれの出射位置がＹ軸方向に振動することとなる。
この結果、測定対象物１４の表面上におけるレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の照射位置は、ｙ軸方向、すなわち、楕円形状のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の長軸方向に沿って振動することとなる。
この結果、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３を固定した場合に、測定対象物１４の表面の凹凸に起因し、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のそれぞれの入射光が反射光と干渉することにより発生するスペックルノイズの発生が抑制される。
この結果、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３を固定した場合に、測定対象物１４の表面の凹凸に起因し、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のそれぞれの入射光が反射光と干渉することにより発生するスペックルノイズの発生が抑制される。
この結果、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のＣＣＤ１７Ａ上における受光光量のエンベロープは安定してガウス分布に近づくこととなる。
したがって、マルチレーザビームＭＬＢを構成するレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の受光光量のエンベロープの谷形状（暗部）における極小座標（最暗部座標）を容易に求めることが可能となり、距離演算装置１９における距離演算を安定的、かつ、より高精度で行うことが可能となる。
以上の説明のように、本第１実施形態によれば、マルチレーザビームの光量分布における谷部（暗部）の形状を、関数（ガウス分布）近似することができ、光量が極小となる極小座標を正確に求めることができるので、高精度な距離演算を行える。
したがって、マルチレーザビームＭＬＢを構成するレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の受光光量のエンベロープの谷形状（暗部）における極小座標（最暗部座標）を容易に求めることが可能となり、距離演算装置１９における距離演算を安定的、かつ、より高精度で行うことが可能となる。
以上の説明のように、本第１実施形態によれば、マルチレーザビームの光量分布における谷部（暗部）の形状を、関数（ガウス分布）近似することができ、光量が極小となる極小座標を正確に求めることができるので、高精度な距離演算を行える。
［２］第２実施形態
以上の第１実施形態においては、光学系ユニット１６において、ガラス平板１６Ａに入射するレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の入射角を振動的に変更していたが、本第２実施形態は、光学系ユニットとして、反射光学系を設け、反射角を振動的に変更することにより同様の効果を得るものである。
以上の第１実施形態においては、光学系ユニット１６において、ガラス平板１６Ａに入射するレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の入射角を振動的に変更していたが、本第２実施形態は、光学系ユニットとして、反射光学系を設け、反射角を振動的に変更することにより同様の効果を得るものである。
図４は、第２実施形態の光学系ユニットの概要構成説明図である。
第２実施形態の光学系ユニット２０は、図１における光学系ユニット１６に代えて用いられるものである。
光学系ユニット２０は、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３が入射される固定設置された第１平板ミラー２０Ａと、第１平板ミラー２０Ａにより反射されたレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３が入射し、当該入射したレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３を反射して測定対象物１４の表面に導く第２平板ミラー２０Ｂと、第２平板ミラー２０Ｂを、Ｘ軸（楕円形状のレーザビームの短軸方向）と平行に設けた回動軸２０Ｘを回動中心として回動可能に支持する回動支持部材２０Ｃと、第２平板ミラー２０Ｂの回動軸２０Ｘから離間した位置で第２平板ミラー２０Ｂを振動させて、第２平板ミラー２０Ｂを回動軸ＡＸを中心として回動させるリニアアクチュエータ２０Ｄと、を備えている。
第２実施形態の光学系ユニット２０は、図１における光学系ユニット１６に代えて用いられるものである。
光学系ユニット２０は、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３が入射される固定設置された第１平板ミラー２０Ａと、第１平板ミラー２０Ａにより反射されたレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３が入射し、当該入射したレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３を反射して測定対象物１４の表面に導く第２平板ミラー２０Ｂと、第２平板ミラー２０Ｂを、Ｘ軸（楕円形状のレーザビームの短軸方向）と平行に設けた回動軸２０Ｘを回動中心として回動可能に支持する回動支持部材２０Ｃと、第２平板ミラー２０Ｂの回動軸２０Ｘから離間した位置で第２平板ミラー２０Ｂを振動させて、第２平板ミラー２０Ｂを回動軸ＡＸを中心として回動させるリニアアクチュエータ２０Ｄと、を備えている。
次に、光学系ユニット２０の動作について説明する。
図４に示すように、リニアアクチュエータ２０Ｄの先端部分が往復移動（振動）すると、第２平板ミラー２０Ｂが回動軸ＡＸを中心として回動方向を切り替えつつ回動し、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の第２平板ミラー２０Ｂへの入射角が変更されることとなり、ひいては、入射したレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のそれぞれの反射位置がＹ軸方向に一体に往復移動（振動）することとなる。
図４に示すように、リニアアクチュエータ２０Ｄの先端部分が往復移動（振動）すると、第２平板ミラー２０Ｂが回動軸ＡＸを中心として回動方向を切り替えつつ回動し、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の第２平板ミラー２０Ｂへの入射角が変更されることとなり、ひいては、入射したレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のそれぞれの反射位置がＹ軸方向に一体に往復移動（振動）することとなる。
この結果、測定対象物１４の表面上におけるレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の照射位置は、ｙ軸方向、すなわち、楕円形状のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の長軸方向に沿って往復移動（振動）することとなる。
この結果、第１実施形態と同様に、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３を固定した場合には、測定対象物１４の表面の凹凸に起因し、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のそれぞれの入射光が反射光と干渉することにより発生するスペックルノイズが、その発生が抑制される。
この結果、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のＣＣＤ１７Ａ上における受光光量のエンベロープは安定してガウス分布に近づくこととなり、マルチレーザビームＭＬＢを構成するレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の受光光量のエンベロープの谷形状（暗部）における極小座標（最暗部座標）を容易に求めることが可能となり、距離演算装置１９における距離演算を安定的、かつ、より高精度で行うことが可能となる。
以上の説明のように、本第２実施形態によっても、マルチレーザビームの光量分布における谷部（暗部）の形状を、関数（ガウス分布）近似することができ、光量が極小となる極小座標を正確に求めることができるので、高精度な距離演算を行える。
［３］第３実施形態
以上の第１実施形態及び第２実施形態においては、光学系ユニット１６あるいは光学系ユニット２０において、ガラス平板１６Ａあるいは第２平板ミラー２０Ｂへ入射するレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の入射角を振動的に変更していたが、本第３実施形態は、反射部材である平板ミラーの位置を光軸に沿って変更することにより、照射位置を振動させることにより、同様の効果を得るものである。
以上の第１実施形態及び第２実施形態においては、光学系ユニット１６あるいは光学系ユニット２０において、ガラス平板１６Ａあるいは第２平板ミラー２０Ｂへ入射するレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の入射角を振動的に変更していたが、本第３実施形態は、反射部材である平板ミラーの位置を光軸に沿って変更することにより、照射位置を振動させることにより、同様の効果を得るものである。
図５は、第３実施形態の光学系ユニットの概要構成説明図である。
第３実施形態の光学系ユニット３０は、図１における光学系ユニット１６Ａに代えて用いられるものである。
光学系ユニット３０は、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３が入射される固定設置された第１平板ミラー３０Ａと、第１平板ミラー３０Ａと平行に設置され、第１平板ミラー３０Ａにより反射されたレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３が入射し、当該入射したレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３を反射して測定対象物１４の表面に導く第２平板ミラー３０Ｂと、第２平板ミラー３０Ｂを、ｙ軸（楕円形状のレーザビームの長軸方向）と平行な直線に沿って、第１平板ミラー３０Ａとの平行状態を維持しつつ、第１平板ミラー３０Ａとの距離を変更可能、かつ、摺動可能に支持する摺動支持部材３０Ｃと、第２平板ミラー３０Ｂをｙ軸方向に沿って振動させて、第２平板ミラー３０Ｂを摺動させるリニアアクチュエータ３０Ｄと、を備えている。
第３実施形態の光学系ユニット３０は、図１における光学系ユニット１６Ａに代えて用いられるものである。
光学系ユニット３０は、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３が入射される固定設置された第１平板ミラー３０Ａと、第１平板ミラー３０Ａと平行に設置され、第１平板ミラー３０Ａにより反射されたレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３が入射し、当該入射したレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３を反射して測定対象物１４の表面に導く第２平板ミラー３０Ｂと、第２平板ミラー３０Ｂを、ｙ軸（楕円形状のレーザビームの長軸方向）と平行な直線に沿って、第１平板ミラー３０Ａとの平行状態を維持しつつ、第１平板ミラー３０Ａとの距離を変更可能、かつ、摺動可能に支持する摺動支持部材３０Ｃと、第２平板ミラー３０Ｂをｙ軸方向に沿って振動させて、第２平板ミラー３０Ｂを摺動させるリニアアクチュエータ３０Ｄと、を備えている。
次に、光学系ユニット３０の動作について説明する。
図５に示すように、リニアアクチュエータの先端部分が振動すると、第２平板ミラー２０Ｂが回動軸ＡＸを中心として回動し、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の第２平板ミラー２０Ｂへの入射角が変更されることとなり、ひいては、入射したレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のそれぞれの反射位置がｙ軸方向に振動することとなる。
図５に示すように、リニアアクチュエータの先端部分が振動すると、第２平板ミラー２０Ｂが回動軸ＡＸを中心として回動し、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の第２平板ミラー２０Ｂへの入射角が変更されることとなり、ひいては、入射したレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のそれぞれの反射位置がｙ軸方向に振動することとなる。
この結果、測定対象物１４の表面上におけるレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の照射位置は、Ｙ軸方向、すなわち、楕円形状のレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の長軸方向に沿って一体に往復移動（振動）することとなる。
この結果、第１実施形態と同様に、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３を固定した場合には、測定対象物１４の表面の凹凸に起因し、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のそれぞれの入射光が反射光と干渉することにより発生するスペックルノイズが発生することとなるが、スペックルノイズの発生が抑制される。
この結果、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のＣＣＤ１７Ａ上における受光光量のエンベロープは安定してガウス分布に近づくこととなり、マルチレーザビームＭＬＢを構成するレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の受光光量のエンベロープの谷形状（暗部）における極小座標（最暗部座標）を容易に求めることが可能となり、距離演算装置１９における距離演算を安定的、かつ、より高精度で行うことが可能となる。
この結果、レーザビームＬＢ１〜ＬＢ３のＣＣＤ１７Ａ上における受光光量のエンベロープは安定してガウス分布に近づくこととなり、マルチレーザビームＭＬＢを構成するレーザビームＬＢ１〜ＬＢ３の受光光量のエンベロープの谷形状（暗部）における極小座標（最暗部座標）を容易に求めることが可能となり、距離演算装置１９における距離演算を安定的、かつ、より高精度で行うことが可能となる。
以上の説明のように、本第３実施形態によっても、マルチレーザビームの光量分布における谷部（暗部）の形状を、関数（ガウス分布）近似することができ、光量が極小となる極小座標を正確に求めることができるので、高精度な距離演算を行える。
［４］第４実施形態
図６は、第４実施形態の光学系ユニットの概要構成説明図である。
第３実施形態の光学系ユニット４０は、図１における光学系ユニット１６に代えて用いられるものである。
以上の各実施形態は、マルチレーザビームＭＬＢの測定対象物１４の表面における照射位置を往復動（変更）するために、可動部を有する構成を採っていたが、本第４実施形態は、電気的に照射位置を往復動（変更）する実施形態である。
図６は、第４実施形態の光学系ユニットの概要構成説明図である。
第３実施形態の光学系ユニット４０は、図１における光学系ユニット１６に代えて用いられるものである。
以上の各実施形態は、マルチレーザビームＭＬＢの測定対象物１４の表面における照射位置を往復動（変更）するために、可動部を有する構成を採っていたが、本第４実施形態は、電気的に照射位置を往復動（変更）する実施形態である。
光学系ユニット４０は、大別すると、電気光学効果素子４１と、電気光学効果素子４１に電圧を印加するための電極４２Ｐ、４２Ｎと、電気光学効果素子４１に印加する電圧を可変可能な電圧印加部４３と、を備えている。
ここで、電気光学効果素子４１としては、例えば、ＰＬＺＴ［チタン酸ジルコン酸ランタン鉛］、ＫＴＮ結晶［カリウム（Ｋ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、酸素（Ｏ）から成る透明な光学結晶］が挙げられる。
ここで、電気光学効果素子４１としては、例えば、ＰＬＺＴ［チタン酸ジルコン酸ランタン鉛］、ＫＴＮ結晶［カリウム（Ｋ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、酸素（Ｏ）から成る透明な光学結晶］が挙げられる。
上記構成によれば、電圧印加部４３が電極４２Ｐ、４２Ｎを介して、電気光学効果素子４１に印加する電圧（電界強度）を可変することで、電気光学効果素子４１の屈折率を変更することで、図６に示すように、実線から破線の間で、マルチレーザビームＭＬＢの測定対象物１４の表面への照射位置を変更することができ、機械的な可動部分を設けることなく第１実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
［５］実施形態の変形例
本実施形態の距離計測装置で実行される制御プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。
本実施形態の距離計測装置で実行される制御プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。
また、本実施形態の距離計測装置で実行される制御プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の距離計測装置で実行される制御プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
また、本実施形態の距離計測装置の制御プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
また、本実施形態の距離計測装置の制御プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０ 距離計測装置
１１ 光源
１２ コリメートレンズ
１３ スリット
１４ 測定対象物
１５ シリンドリカルレンズ
１６、２０、３０、４０ 光学系ユニット
１６Ａ ガラス平板（平板透光部材）
１６Ｂ 回動支持部材（支持部材）
１６Ｃ、２０Ｄ、３０Ｄ リニアアクチュエータ（駆動手段）
１７ ＣＣＤカメラ
１７Ａ ＣＣＤ
１７Ｂ 受光レンズ
１７Ｇ 受光素子
１９ 距離演算装置（距離演算部）
２０ 光学系ユニット
２０Ａ 第１平板ミラー（第１平板反射部材）
２０Ｂ 第２平板ミラー（第２平板反射部材）
２０Ｃ 回動支持部材
２０Ｘ 回動軸
３０Ａ 第１平板ミラー（第１平板反射部材）
３０Ｂ 第２平板ミラー
３０Ｃ 摺動支持部材
４１ 電気光学効果素子
４２Ｐ、４２Ｍ 電極
４３ 電圧印加部
１６Ｂ１、１６Ｂ２ 回動支持部材
Ａ ガラス平板
ＡＸ 回動軸
ＬＢ、ＬＢ１〜ＬＢ３ レーザビーム
ＭＬＢ マルチレーザビーム
１１ 光源
１２ コリメートレンズ
１３ スリット
１４ 測定対象物
１５ シリンドリカルレンズ
１６、２０、３０、４０ 光学系ユニット
１６Ａ ガラス平板（平板透光部材）
１６Ｂ 回動支持部材（支持部材）
１６Ｃ、２０Ｄ、３０Ｄ リニアアクチュエータ（駆動手段）
１７ ＣＣＤカメラ
１７Ａ ＣＣＤ
１７Ｂ 受光レンズ
１７Ｇ 受光素子
１９ 距離演算装置（距離演算部）
２０ 光学系ユニット
２０Ａ 第１平板ミラー（第１平板反射部材）
２０Ｂ 第２平板ミラー（第２平板反射部材）
２０Ｃ 回動支持部材
２０Ｘ 回動軸
３０Ａ 第１平板ミラー（第１平板反射部材）
３０Ｂ 第２平板ミラー
３０Ｃ 摺動支持部材
４１ 電気光学効果素子
４２Ｐ、４２Ｍ 電極
４３ 電圧印加部
１６Ｂ１、１６Ｂ２ 回動支持部材
Ａ ガラス平板
ＡＸ 回動軸
ＬＢ、ＬＢ１〜ＬＢ３ レーザビーム
ＭＬＢ マルチレーザビーム
Claims (2)
- 測定対象物の表面に、複数の楕円形状を有するレーザビームを短軸方向に横一列に照射するマルチレーザビーム照射手段と、
照射された前記レーザビームの長軸方向に沿って、前記複数のレーザビームの照射位置を一体に往復移動させる照射位置変更手段と、
前記複数のレーザビームの反射光を受光し、撮像面上に結像された複数の前記レーザビームの反射光の明暗パターンを撮像する撮像手段と、
前記撮像面上における前記反射光の明暗パターンに基づいて前記測定対象物までの距離を演算により求める距離演算手段と、
を備え、
前記照射位置変更手段は、前記マルチレーザビーム照射手段と前記測定対象物との間の光路上に配置され前記レーザビームを透過させる平板透光部材と、
前記平板透光部材を揺動可能に支持する支持部材と、
前記平板透光部材を駆動して揺動し前記平板透光部材への前記レーザビームの入射角を変更させて、前記測定対象物の表面への入射角を変更することなく前記長軸方向における前記複数のレーザビームの照射位置を移動する駆動手段と、
を備えた距離計測装置。 - 測定対象物の表面に、複数の楕円形状を有するレーザビームを短軸方向に横一列に照射するマルチレーザビーム照射手段と、
照射された前記レーザビームの長軸方向に沿って、前記複数のレーザビームの照射位置を一体に往復移動させる照射位置変更手段と、
前記複数のレーザビームの反射光を受光し、撮像面上に結像された複数の前記レーザビームの反射光の明暗パターンを撮像する撮像手段と、
前記撮像面上における前記反射光の明暗パターンに基づいて前記測定対象物までの距離を演算により求める距離演算手段と、
を備え、
前記照射位置変更手段は、前記マルチレーザビーム照射手段と前記測定対象物との間の光路上に配置され前記レーザビームを透過させる平板透光部材として設けられ、印加される電圧に応じて屈折率が変化する電気工学効果素子と、
前記測定対象物の表面への入射角を変更することなく前記長軸方向における前記複数のレーザビームの照射位置を移動するために前記電気光学効果素子の屈折率を変化させるべく前記電気光学効果素子に電圧を印加する電圧印加部と、
を備えた距離計測装置。
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