JPH0369043B2 - - Google Patents

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JPH0369043B2
JPH0369043B2 JP58190292A JP19029283A JPH0369043B2 JP H0369043 B2 JPH0369043 B2 JP H0369043B2 JP 58190292 A JP58190292 A JP 58190292A JP 19029283 A JP19029283 A JP 19029283A JP H0369043 B2 JPH0369043 B2 JP H0369043B2
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JP
Japan
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light
outer diameter
shift register
image sensor
output
Prior art date
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JP58190292A
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Japanese (ja)
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JPS6080703A (en
Inventor
Toshihiro Mori
Eizo Yoshitani
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Hokuyo Automatic Co Ltd
Original Assignee
Hokuyo Automatic Co Ltd
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Publication of JPH0369043B2 publication Critical patent/JPH0369043B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/08Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters

Description

【発明の詳細な説明】 イ 産業上の利用分野 本発明は自己走査型一次元フオトダイオードア
レイ(以下イメージセンサという)を用いた光学
式外径測定装置の測定精度の改良に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Field of Industrial Application The present invention relates to improving the measurement accuracy of an optical outer diameter measuring device using a self-scanning one-dimensional photodiode array (hereinafter referred to as an image sensor).

ロ 従来技術 イメージセンサを用いて光学的に物体の外径や
テープの幅を測定する光学式外径測定装置の原理
の一例を第1図に示す。図において1はイメージ
センサ、2はイメージセンサ1に向けて平行光線
を照射する投光器、3はイメージセンサ1と投光
器2の間に置かれた物体である。この光学式外径
測定装置はイメージセンサ1に投影された物体3
の影の長さをイメージセンサ1により測定して物
体3の外径を測定するようにしたものである。
B. Prior Art FIG. 1 shows an example of the principle of an optical outer diameter measuring device that optically measures the outer diameter of an object and the width of a tape using an image sensor. In the figure, 1 is an image sensor, 2 is a light projector that irradiates parallel light toward the image sensor 1, and 3 is an object placed between the image sensor 1 and the light projector 2. This optical outer diameter measuring device measures an object 3 projected onto an image sensor 1.
The outer diameter of the object 3 is determined by measuring the length of the shadow of the object 3 using the image sensor 1.

ところで、イメージセンサ1が光の入射を受
け、これを電気信号として出力する状態を説明す
ると次のようになる。
By the way, a state in which the image sensor 1 receives incident light and outputs it as an electrical signal will be explained as follows.

第2図はイメージセンサ1の内部構造を簡略化
して示すもので、4は入射した光を電気信号に変
換するホトアレイ、5a,5bはホトアレイ4の
両側に配置され夫々ホトアレイ4の奇数番目と偶
数番目の素子から並列に電気信号を取り出し、シ
フトレジスタクロツク信号φ1,φ2に同期して直
列出力Vout1,Vout2をするシフトレジスタ、6
a,6bはホトアレイ4とシフトレジスタ5a,
5bの間に夫々配置され移送ゲートクロツク信号
φTGの発生時のみ開く移送ゲート、7a,7b
は夫々リーク電流排出チヤネル、8a,8bは出
力ゲートである。
FIG. 2 shows a simplified internal structure of the image sensor 1, where 4 is a photo array that converts incident light into an electrical signal, and 5a and 5b are placed on both sides of the photo array 4, and the odd and even numbers of the photo array 4 are respectively arranged. A shift register that extracts electrical signals from the second element in parallel and outputs serial outputs Vout1 and Vout2 in synchronization with shift register clock signals φ1 and φ2, 6
a, 6b are the photo array 4 and the shift register 5a,
transfer gates 7a and 7b, which are respectively disposed between the transfer gates 5b and 7a and 7b and open only when the transfer gate clock signal φTG is generated;
are leakage current discharge channels, and 8a and 8b are output gates.

上記構成における動作を第3図に示すタイミン
グチヤートに従つて説明する。
The operation of the above configuration will be explained with reference to the timing chart shown in FIG.

投光器2は平行光線Lをイメージセンサ1に向
けて連続照射(直流点灯)している。これによつ
てホトアレイ4の各素子には照射量に応じた電荷
が蓄積される。すなわち物体3に防ぎられて影と
なつた部分を除き、電荷が蓄積される。ここで移
送ゲートクロツク信号φTGが発生すると移送ゲ
ート6a,6bが一瞬開いて電荷がシフトレジス
タ5a,5bに移送される。このときシフトレジ
スタ5a,5bに記憶されたデータ、すなわち
“1”又は“0”の連続よりなるデータ列(この
段階ではアナログ量であり、実際にはイメージセ
ンサから出力された後にコンパレータで“1”と
“0”が判別される。)は光が照射された部分と影
になつた部分の夫々の長さを表している。このデ
ータ列はシフトレジスタクロツク信号φ1φ2によ
つて出力ゲート8a,8bよりパルス列OUTと
して出力される。なおホトアレイ4の素子を奇数
列と偶数列に分けて出力を取り出している理由は
データ移送時間を速める等のためで、この分離出
力out1,out2はこの後合成されて一つのパルス
列OUTとなる。このパルス列OUTを所定の闘値
で“1”と“0”に判別し、その“1”の連続部
分a,aに挟まれた“0”の連続部分bの時間幅
Tを計測することにより物体3の外径を正確に知
ることができる。
The light projector 2 continuously irradiates parallel light beams L towards the image sensor 1 (direct current lighting). As a result, charges are accumulated in each element of the photoarray 4 in accordance with the irradiation amount. That is, charges are accumulated except for the part blocked by the object 3 and turned into a shadow. When the transfer gate clock signal .phi.TG is generated, the transfer gates 6a and 6b are momentarily opened and the charges are transferred to the shift registers 5a and 5b. At this time, the data stored in the shift registers 5a and 5b, that is, a data string consisting of a series of "1" or "0" (at this stage, it is an analog quantity, and in reality, after being output from the image sensor, it is ” and “0” are determined.) represent the respective lengths of the illuminated portion and the shadowed portion. This data string is output as a pulse train OUT from output gates 8a and 8b in response to shift register clock signals φ1φ2. Note that the reason why the elements of the photo array 4 are divided into odd numbered columns and even numbered columns and the outputs are taken out is to speed up the data transfer time, etc. The separated outputs out1 and out2 are then combined to form one pulse train OUT. By distinguishing this pulse train OUT into "1" and "0" at a predetermined threshold, and measuring the time width T of the continuous "0" part b sandwiched between the continuous "1" parts a and a. The outer diameter of the object 3 can be known accurately.

ところが、上記従来の構造では測定時に物体3
が移動又は振動すると測定誤差が生じる欠点があ
つた。本発明者は種々の実験の結果、この原因が
イメージセンサ1の持つ特性、すなわち照度と照
射時間の積に略比例してホトアレイ4に蓄積され
る電荷が一定時間残留する特性にあることをつき
とめた。つまり物体が光の照射中に振動すると、
その分だけ光の照射部分又は遮光部分の幅が変化
し、これが測定誤差となるのである。
However, in the conventional structure described above, the object 3 is
The disadvantage is that measurement errors occur when the sensor moves or vibrates. As a result of various experiments, the inventor of the present invention found that the cause of this is the characteristic of the image sensor 1, that is, the characteristic that the charge accumulated in the photoarray 4 remains for a certain period of time in approximately proportion to the product of illuminance and irradiation time. Ta. In other words, if an object vibrates while being irradiated with light,
The width of the light irradiation part or the light blocking part changes by that amount, and this causes a measurement error.

また、イメージセンサ1を構成するシフトレジ
スタ5a,5bおよび出力用のバツフアアンプ等
は、光を検知するホトアレイ4と並んでいるた
め、光の入射を受けるとそのPN接合に光電効果
による電圧が生じて出力取出し時に信号を変化さ
せ、測定誤差の原因となる問題があつた。
Furthermore, since the shift registers 5a, 5b, output buffer amplifier, etc. that make up the image sensor 1 are lined up with the photoarray 4 that detects light, when light is incident, a voltage is generated at the PN junction due to the photoelectric effect. There was a problem in that the signal changed when output was taken out, causing measurement errors.

ハ 発明の目的 本発明は投光器の光を被測定物体に遮らせ、そ
の遮光部分の長さをイメージセンサにより測定す
る方式の光学式外径測定装置において、測定中に
物体が移動又は振動しても、測定誤差を生ずるこ
とがなく、イメージセンサ内のホトアレイ以外の
PN接合に光が照射することによる測定誤差の発
生を防止できる測定方式を提供することを目的と
する。
C. Purpose of the Invention The present invention provides an optical outer diameter measuring device in which the light from a projector is blocked by an object to be measured, and the length of the blocked portion is measured using an image sensor. Also, it does not cause measurement errors, and it is possible to
The purpose of this invention is to provide a measurement method that can prevent measurement errors caused by light irradiating the PN junction.

ニ 発明の構成 本発明は、投受光器間に被測定物体を置き、投
光器からの光を遮ることにより生ずる光の影を受
光器に投影し、その出力信号により物体の外径を
測定する光学式外径測定装置において、 投光器の光源に固体発光素子を用い、 受光器に、光電変換するホトアレイと信号取り
出し用のシフトレジスタを並列に組み合わせ、出
力用のバツフアアンプを内蔵した自己走査型一次
元フオトダイオードアレイを用い、 固体発光素子のパルス発光、所定ビツト数以上
空送りして行なうシフトレジスタのクリアー動
作、ホトアレイの蓄積電荷のシフトレジスタへの
並列移送、シフトレジスタのシフト出力を、この
順に且つ相互に重ならないタイミングで行い、出
力パルス列の影に対応する部分の幅を計測して物
体の外径を測定することを特徴とする。
D. Structure of the Invention The present invention is an optical system that places an object to be measured between a light emitter and a receiver, projects a light shadow generated by blocking light from the emitter onto the light receiver, and measures the outer diameter of the object using the output signal. In the external diameter measuring device, a solid-state light emitting element is used as the light source of the emitter, a photo array for photoelectric conversion and a shift register for signal extraction are combined in parallel in the receiver, and a self-scanning one-dimensional photo sensor with a built-in buffer amplifier for output is used. Using a diode array, the pulsed light emission of the solid-state light emitting device, the clearing operation of the shift register performed by skipping a predetermined number of bits or more, the parallel transfer of the accumulated charge of the photo array to the shift register, and the shift output of the shift register are performed in this order and mutually. The outer diameter of the object is measured by measuring the width of the portion of the output pulse train that corresponds to the shadow.

ホ 実施例 本発明は投光器の光源である固体発光素子をパ
ルス発生させることを特徴とするものであるが、
実際のイメージセンサ(自己走査型一次元フオト
ダイオードアレイ)にこの方式を適用しようとす
る場合、さらに考慮しなければならない問題があ
る。
E Example The present invention is characterized in that a solid-state light emitting element, which is a light source of a floodlight, generates pulses.
When applying this method to an actual image sensor (self-scanning one-dimensional photodiode array), there are additional issues that must be considered.

その一つはパルス発光、ホトアレイからシフト
レジスタへのデータ移送、及びシフトレジスタか
らのデータ列の取り出しの各タイミングで、イメ
ージセンサの特性を考慮しないと誤差が生じる。
One of them is the timing of pulse emission, data transfer from the photo array to the shift register, and take-out of the data string from the shift register, and errors will occur if the characteristics of the image sensor are not taken into account.

また他の一つはパルス発光させると光の照射量
が連続発光に比べてかなり小さくなり、イメージ
センサに充分な出力をさせることができなくなる
点である。
Another problem is that when pulsed light is emitted, the amount of light irradiated is much smaller than when continuous light is emitted, making it impossible to make the image sensor output a sufficient amount.

上記問題点の内前者については後述するような
タイミング設定をして精度の高い検出が行えるよ
うにし、また後者については本出願人が先に開発
して出願した光学式測定器(特願昭57−39860号)
の光学系を採用することによりイメージセンサに
充分な光の照射を行えるようにしている。
Regarding the former of the above problems, timing settings as described later can be made to enable highly accurate detection, and regarding the latter, an optical measuring device (patent application No. 57 −39860)
By adopting this optical system, it is possible to irradiate the image sensor with sufficient light.

まず最初に投光器2のパルス発光、ホトアレイ
4からシフトレジスタ5a,5bへのデータ移
送、及びシフトレジスタ5a,5bからのデータ
の取り出しのタイミングについて説明する。
First, the timing of pulse emission from the projector 2, data transfer from the photo array 4 to the shift registers 5a and 5b, and data extraction from the shift registers 5a and 5b will be explained.

イメージセンサ1は第2図に示すようにホトア
レイ4とシフトレジスタ5a,5bとが移送ゲー
ト6a,6bによつて電気的に分離されており、
パルス発光のタイミングはシフトレジスタ5a,
5bからのデータ取り出し中に行つても原理的に
は支障がないように考えられる。しかし実際には
データの出力out1,out2中にパルス発光を行う
と、その出力にパルス発光の波形が重畳され測定
誤差発生の原因になる。これはパルス発光によつ
てイメージセンサ1中のバツフアアンプ(イメー
ジセンサのICチツプ内に組み込まれた出力部)
等のPN接合に光電効果による電圧が生じるもの
と推定される。またシフトレジスタ5a,5bか
ら一度データ出力を取り出してシフトレジスタ構
成素子の各記憶内容が全て“0”になれば、パル
ス発光によりホトアレイ4に生じた蓄積電荷を直
ちにシフトレジスタ5a,5bに移送しても差し
つかえないように考えられる。しかし実際にはこ
の方式では測定誤差が生じることがある。この原
因は一度“0”にクリアされたシフトレジスタ5
a,5bの記憶内容の一部がパルス発光により
“1”レベル又はクリアーレベルより大きいレベ
ル(アナログ電圧)に変化し、これとホトアレイ
4から移送されたデータとが重畳されることにあ
ると推定される。
As shown in FIG. 2, the image sensor 1 has a photo array 4 and shift registers 5a, 5b electrically separated by transfer gates 6a, 6b.
The timing of pulse emission is determined by the shift register 5a,
In principle, it is thought that there will be no problem even if it is performed while data is being retrieved from 5b. However, in reality, if pulsed light emission is performed during the data outputs out1 and out2, the waveform of the pulsed light emission will be superimposed on the output, causing measurement errors. This is a buffer amplifier in the image sensor 1 (output part built into the IC chip of the image sensor) by pulsed light emission.
It is presumed that a voltage is generated in the PN junction due to the photoelectric effect. Furthermore, once the data output is taken out from the shift registers 5a, 5b and all the stored contents of the shift register constituent elements become "0", the accumulated charges generated in the photo array 4 due to pulsed light emission are immediately transferred to the shift registers 5a, 5b. It seems that there is no problem even if it is. However, in reality, measurement errors may occur with this method. The cause of this is that the shift register 5 was once cleared to “0”.
It is estimated that part of the memory contents of a and 5b change to a level (analog voltage) higher than the "1" level or clear level due to pulsed light emission, and this is superimposed with the data transferred from the photo array 4. be done.

そこで本発明の実施例では、パルス発光、ホト
アレイ4からシフトレジスタ5a,5bへのデー
タ転送、及びシフトレジスタ5a,5bからのデ
ータの取り出しを第4図に示すタイミングで行う
ことにより上記誤差発生をなくし精度の高い検出
が行えるようにした。
Therefore, in the embodiment of the present invention, the occurrence of the above-mentioned error is avoided by performing pulse emission, data transfer from the photo array 4 to the shift registers 5a and 5b, and data extraction from the shift registers 5a and 5b at the timing shown in FIG. It is now possible to detect lost items with high accuracy.

第4図のタイミングチヤートについて次に説明
する。
The timing chart shown in FIG. 4 will be explained next.

投光器2の光源が、例えば90μsの時間幅のパル
ス発行LPした後、シフトレジスタクロツク信号
φ1,φ2をシフトレジスタ5a,5bのビツト数
以上供給して空送りする。これによつてシフトレ
ジスタ5a,5bにパルス発光による“1”レベ
ル又はクリアーレベルより大きいレベル(アナロ
グ電圧)の記憶があつたとしても、全てクリアー
レベルの電位となる。ここでホトアレイ4にはパ
ルス発光LPの時点での物体3の遮光長さを表す
データが蓄積されている。次に移送ゲートクロツ
ク信号φTGを移送ゲート6a,6bに一発供給
する。これによつてホトアレイ4の蓄積電荷はシ
フトレジスタ5a,5bに移送される。この後シ
フトレジスタクロツク信号φ1,φ2をシフトレジ
スタ5a,5bに供給することにより、シフトレ
ジスタ5a,5bから出力ゲート8a,8bを通
してパルス列OUTが出力させる。そしてこのパ
ルス列OUTを所定の闘値で“1”と“0”に判
別し、その“1”の連続部分a,aに挟まれた
“0”の連続部分bの時間幅Tを計測することに
より物体3の外径を正確に知ることができる。
After the light source of the projector 2 issues a pulse LP with a time width of, for example, 90 .mu.s, shift register clock signals .phi.1 and .phi.2 are supplied for the number of bits or more of the shift registers 5a and 5b to perform idle feeding. As a result, even if the shift registers 5a and 5b store a "1" level due to pulsed light emission or a level (analog voltage) higher than the clear level, the potentials are all at the clear level. Here, the photoarray 4 stores data representing the length of the light shielding of the object 3 at the time of the pulsed light emission LP. Next, the transfer gate clock signal φTG is supplied once to the transfer gates 6a and 6b. As a result, the charges accumulated in the photoarray 4 are transferred to the shift registers 5a and 5b. Thereafter, by supplying shift register clock signals φ1 and φ2 to shift registers 5a and 5b, a pulse train OUT is outputted from shift registers 5a and 5b through output gates 8a and 8b. Then, distinguish this pulse train OUT into “1” and “0” at a predetermined threshold value, and measure the time width T of the continuous “0” portion b sandwiched between the continuous “1” portions a and a. Therefore, the outer diameter of the object 3 can be accurately known.

上記タイミングにてパルス発光、並びにイメー
ジセンサ1のドライブをすることにより、パルス
発光の波形が出力に現れること、並びにシフトレ
ジスタ5a,5b中のパルス発光による誤つた記
憶が出力に混入することが防止され、精度の高い
測定が可能になる。
By emitting pulse light and driving the image sensor 1 at the above timing, it is possible to prevent the waveform of pulse light emission from appearing in the output and to prevent erroneous memories caused by pulse light emission in shift registers 5a and 5b from being mixed into the output. This enables highly accurate measurements.

次に連続発光(直流点灯)をパルス発光に変え
たことによるイメージセンサ1への照射光量の減
少を補償する光学系について第5図乃至第7図を
参照しながら説明する。
Next, an optical system that compensates for the decrease in the amount of light irradiated to the image sensor 1 due to changing continuous light emission (DC lighting) to pulsed light emission will be described with reference to FIGS. 5 to 7.

図において9は発光源としての固体発光素子、
例えばLED、10は棒レンズ、11はレンズで
あり、以上により投光器2を構成する。次に12
はシリンドリカルレンズ、1はイメージセンサで
あり、以上により受光器13を構成する。なお3
は物体である。
In the figure, 9 is a solid-state light emitting element as a light source,
For example, an LED, 10 a rod lens, and 11 a lens constitute the projector 2. Next 12
1 is a cylindrical lens, 1 is an image sensor, and the above constitutes a light receiver 13. Note 3
is an object.

ここで固体発光素子9は例えば指向性の鋭い赤
外のLEDを使用する。赤外のLEDはイメージセ
ンサ1の分光特性においてピークの感度を示すた
め効率良く測定でき、さらに指向性が鋭いのでイ
メージセンサ1のフオトアレイ4の配列と直交す
る方向の拡散が少なく効率良く光をフオトアレイ
4に照射できる。又、図示はしないがイメージセ
ンサ1の手前、又はシリンドリカルレンズ12の
手前に赤外通過フイルターを入れるならば螢光灯
による外乱光の影響を軽減することが可能であ
る。
Here, the solid-state light emitting element 9 uses, for example, an infrared LED with sharp directivity. Infrared LEDs exhibit the peak sensitivity in the spectral characteristics of the image sensor 1, so they can be measured efficiently, and their directivity is sharp, so there is less scattering in the direction perpendicular to the arrangement of the photo array 4 of the image sensor 1, and the light can be efficiently transferred to the photo array. 4 can be irradiated. Further, although not shown, if an infrared passing filter is inserted in front of the image sensor 1 or in front of the cylindrical lens 12, it is possible to reduce the influence of ambient light caused by the fluorescent light.

ここで棒レンズ10は固体発光素子である
LED9からの光を集光すると同時に均一にする
ためのものであり、本発明に使用するのは以下の
理由による。
Here, the rod lens 10 is a solid-state light emitting element.
It is used to collect and uniformize the light from the LED 9 at the same time, and is used in the present invention for the following reasons.

固体発光素子であるLED9の発光源の大きさ
は数mφあり、均一な平行光をつくるためには一
度点に集光させなくてはならない。而してイメー
ジセンサ1は物体3の幅方向のみの長さ、を測定
するものであるから、棒レンズ10によつてその
方向のみに光を拡散させる線光源を作ればよい。
更に棒レンズ10は光強度分布を均一にする役目
をする。第7図は固体発光素子であるLED9の
光強度分布を示す図で、横軸に指向角、縦軸に光
強度を取り、Aは棒レンズ10を入れず固体発光
素子であるLED9そのままの場合の光強度分布
を、Bは棒レンズ10を入れた場合の光強度分布
を示している。図から明らかな様にA、即ち、棒
レンズ10を入れない場合、固体発光素子である
LED9の中央部が周辺部に比べて光が強いため
に検出感度が位置により差を生じ、測定精度が悪
くなる。しかしB即ち棒レンズ10を入れた場
合、最大光強度は下がるが光強度分布は均一にな
るため検出感度が位置によらず安定した測定が可
能となる。
The size of the light emitting source of the LED 9, which is a solid state light emitting device, is several meters in diameter, and in order to create uniform parallel light, the light must be focused on a single point. Since the image sensor 1 measures the length of the object 3 only in the width direction, it is sufficient to use the rod lens 10 to create a linear light source that diffuses light only in that direction.
Furthermore, the rod lens 10 serves to make the light intensity distribution uniform. Figure 7 is a diagram showing the light intensity distribution of the LED 9, which is a solid-state light emitting device, with the horizontal axis representing the beam angle and the vertical axis representing the light intensity. B shows the light intensity distribution when the rod lens 10 is inserted. As is clear from the figure, A, that is, when the rod lens 10 is not inserted, is a solid-state light emitting device.
Since the light at the center of the LED 9 is stronger than at the periphery, detection sensitivity varies depending on the position, resulting in poor measurement accuracy. However, when B, that is, the rod lens 10 is inserted, the maximum light intensity decreases, but the light intensity distribution becomes uniform, so that stable measurement is possible regardless of the position of the detection sensitivity.

次にレンズ11は棒レンズ10により拡散され
た光を平行にするためのものであり、棒レンズ1
0とはレンズ11の焦点距離だけ離しておく。
Next, the lens 11 is for collimating the light diffused by the rod lens 10.
0 is separated by the focal length of the lens 11.

次にシリンドリカルレンズ12は以下の理由で
必要である。
Next, the cylindrical lens 12 is necessary for the following reasons.

物体3の外径の情報を有する光は棒レンズ10
により拡散される方向の光であり、この方向と直
角の方向の光には情報が含まれていない。そこで
シリンドカルレンズ12により棒レンズ10から
の光が拡散される方向と直角方向のみの光をフオ
トアレイ4に集光させる。すると物体3の外径の
情報を失わせることなく光量のみを有効に利用し
検出感度を高めることが可能である。なおここで
イメージセンサ1のフオトアレイ4は棒レンズ1
0にて光が拡散される方向に配列しておく。
The light having information on the outer diameter of the object 3 is transmitted through a rod lens 10.
Light in a direction perpendicular to this direction does not contain information. Therefore, the cylindrical lens 12 focuses light on the photo array 4 only in a direction perpendicular to the direction in which the light from the rod lens 10 is diffused. Then, it is possible to effectively utilize only the amount of light without losing information on the outer diameter of the object 3 and to increase detection sensitivity. Note that the photo array 4 of the image sensor 1 is a rod lens 1.
Arrange them in the direction in which light is diffused at 0.

而して物体3を間にして投光器2受光器13を
対向配置させる。固体発光素子であるLED9か
らの光は棒レンズ10にて集光された後均一に拡
散される。拡散された光はレンズ11により平行
に変えられた後、物体3を照射しシリンドリカル
レンズ12へ導かれる。ここで物体3の外径の情
報を有する光はフオトアレイ4の配列方向の光で
あり、物体3の外径の情報を含んでいないフオト
アレイ4の配列方向と直交する光はシリンドリカ
ルレンズ12にてイメージセンサ1上に集光させ
る。即ち物体3の外径の情報を失わせることなく
光量のみを有効に利用する。次にイメージセンサ
1ではフオトアレイ4上に投影された光量分布を
電気信号に変換し、この信号を前述の如く処理す
ることにより求める物体3の外径が計測できる。
Thus, the projector 2 and the receiver 13 are arranged to face each other with the object 3 in between. Light from the LED 9, which is a solid-state light emitting element, is focused by a rod lens 10 and then uniformly diffused. After the diffused light is changed into parallel light by the lens 11, it irradiates the object 3 and is guided to the cylindrical lens 12. Here, the light having information on the outer diameter of the object 3 is light in the arrangement direction of the photo array 4, and the light that does not include information on the outer diameter of the object 3 and perpendicular to the arrangement direction of the photo array 4 is imaged by the cylindrical lens 12. The light is focused on the sensor 1. That is, only the amount of light is effectively used without losing information about the outer diameter of the object 3. Next, the image sensor 1 converts the light intensity distribution projected onto the photo array 4 into an electrical signal, and processes this signal as described above to measure the outer diameter of the object 3 to be determined.

なお上記実施例では平行光線を照射し、物体の
影をイメージセンサ1に投影させる光学系を採用
していたが、光学系はこの例に限られない。例え
ば図示しないが物体3の後方に投光器を配置し、
前方においたレンズによつて物体3の像をイメー
ジセンサ1上に結像させるようにしてもよい。
Note that although the above embodiment employs an optical system that emits parallel light rays and projects the shadow of the object onto the image sensor 1, the optical system is not limited to this example. For example, although not shown, a floodlight is placed behind the object 3,
The image of the object 3 may be formed on the image sensor 1 by a lens placed in front.

さらに、本発明装置は幅の広いテープ又は布の
幅測定や走行する帯状体の蛇行の有無検出等にも
使用できる。これらの場合は、その両端又は一端
を挟むように本発明の光学式外径測定装置を設置
し、遮光部の端の位置を測定する。
Furthermore, the device of the present invention can also be used to measure the width of wide tapes or cloths, and to detect the presence or absence of meandering in a running strip. In these cases, the optical outer diameter measuring device of the present invention is installed so as to sandwich both ends or one end thereof, and the position of the end of the light shielding portion is measured.

ヘ 発明の効果 本発明はイメージセンサ(自己走査型一次元フ
オトダイオードアレイ)を用いた光学式外径測定
装置において、投光器の光源である固体発光素子
をパルス発光させ、シフトレジスタをクリアーし
ながら所定のタイミングで出力の取出しを行なう
から、被測定物体が移動又は振動していても、そ
れが静止しているのと同様に外径測定できると同
時に、イメージセンサ内のホトアレイ以外のPN
接合の光電効果による誤差発生を除去して、高精
度で信頼性の高い外径測定が可能になる。
E. Effects of the Invention The present invention is an optical outer diameter measuring device using an image sensor (self-scanning one-dimensional photodiode array), in which a solid-state light emitting element, which is a light source of a projector, emits pulse light to a predetermined value while clearing a shift register. Since the output is taken out at the timing of
By eliminating errors caused by the photoelectric effect of the junction, highly accurate and reliable outer diameter measurement becomes possible.

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

第1図は光学式外径測定装置の原理を示す図、
第2図はイメージセンサの内部構成の概略図、第
3図は従来の光学式外径測定装置の動作タイミン
グを示す図、第4図は本発明の一実施例装置の動
作タイミングを示す図、第5図及び第6図は本発
明の一実施例の光学系を示す正面図及び平面図、
第7図は棒レンズの効果を示す光の強度分布図で
ある。 1…自己走査型一次元フオトダイオードアレイ
(イメージセンサ)、2…投光器、3…物体、4…
フオトアレイ、9…固体発光素子(光源)、LP…
パルス発光の波形。
Figure 1 is a diagram showing the principle of the optical outer diameter measuring device.
FIG. 2 is a schematic diagram of the internal configuration of the image sensor, FIG. 3 is a diagram showing the operation timing of a conventional optical outer diameter measuring device, and FIG. 4 is a diagram showing the operation timing of an embodiment of the device of the present invention. 5 and 6 are a front view and a plan view showing an optical system according to an embodiment of the present invention,
FIG. 7 is a light intensity distribution diagram showing the effect of a rod lens. 1...Self-scanning one-dimensional photodiode array (image sensor), 2...Floodlight, 3...Object, 4...
Photo array, 9...Solid light emitting device (light source), LP...
Waveform of pulsed light emission.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 投受光器間に被測定物体を置き、投光器から
の光を遮ることにより生ずる光の影を受光器に投
影し、その出力信号により物体の外径を測定する
光学式外径測定装置において、 投光器の光源に固体発光素子を用い、 受光器に、光電変換するホトアレイと信号取り
出し用のシフトレジスタを並列に組み合わせ、出
力用のバツフアアンプを内蔵した自己走査型一次
元フオトダイオードアレイを用い、 固体発光素子のパルス発光、所定ビツト数以上
空送りして行なうシフトレジスタのクリアー動
作、ホトアレイの蓄積電荷のシフトレジスタへの
並列移送、シフトレジスタのシフト出力を、この
順に且つ相互に重ならないタイミングで行い、出
力パルス列の影に対応する部分の幅を計測して物
体の外径を測定することを特徴とする光学式外径
測定装置。
[Claims of Claims] 1. An optical method in which an object to be measured is placed between a light emitter and a receiver, the shadow of the light produced by blocking the light from the emitter is projected onto the receiver, and the outer diameter of the object is measured based on the output signal. In the outer diameter measuring device, a solid-state light emitting element is used as the light source of the emitter, a photo array for photoelectric conversion and a shift register for signal extraction are combined in parallel in the receiver, and a self-scanning one-dimensional photodiode with a built-in buffer amplifier for output is used. Using an array, the pulsed light emission of the solid-state light emitting device, the clearing operation of the shift register performed by skipping a predetermined number of bits or more, the parallel transfer of the accumulated charge of the photoarray to the shift register, and the shift output of the shift register are performed in this order and mutually. An optical outer diameter measuring device that measures the outer diameter of an object by measuring the width of a portion corresponding to the shadow of an output pulse train at timings that do not overlap.
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