JPH064611U - 光学式距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反射率や色等の影響を受けることなく微小な
距離を正確に測定する。 【構成】 光学式距離測定装置は、被測定物７に光を照
射し、被測定物７からの反射光により被測定物７までの
距離を測定する装置である。この装置は、ハロゲンラン
プ５とレンズ１７と凹面回折格子１０，１３及びＣＣＤ
リニアイメージセンサ１１，１４と演算部１５とを備え
ている。ハロゲンランプ５は、複数の波長の光を出射す
るものである。レンズ１７は、色収差を有し、かつハロ
ゲンランプ５から出射された光を被測定物７に照射する
ものである。回折格子１０，１３及びセンサ１１，１４
は、被測定物からの反射光により、各波長毎の受光量を
検出するものである。演算部１５は、センサ１１，１４
の受光結果により、被測定物７までの距離を算出するも
のである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、距離測定装置、特に、被測定物に照射した光の反射光により被測定 物までの距離を測定する光学式距離測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

光源から被測定物に光を照射し、被測定物からの反射光量を検出して被測定物 までの微小な距離や被測定物の微小な変位を測定するものとして光学式距離測定 装置がある。この種の光学式距離測定装置では、光源（ＬＥＤ等）からの光を投 光ファイバを介して被測定物に照射し、その反射光を受光ファイバで受光し、受 光光量をフォトダイオード等の光電変換素子で検出し、その受光量により距離を 測定する。

【０００３】 また、光ファイバと被測定物との間にレンズを配置し、出射光を収束させるも のもある。この場合は、レンズの焦点位置では殆どの光が投光側の光ファイバに 戻るので、受光側の光ファイバには光が入射しない。これを利用して受光量の急 激な変化により距離を測定する。 さらに、受光用の光ファイバを２組設け、２組の出力を除算し、測定性能を向 上させたものも提案されている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

受光部が１組の前記従来の構成では、被測定物の反射率により反射光量が変化 するため、被測定物の材質や測定位置が狭く限定される。また、２組の受光部を 有する前記従来の構成では、２組の受光部の検出結果を除算しているので、反射 光量の変化を補償することはできるが、それぞれの受光部の結像点（視野）が異 なるため、それぞれの視野での色分布の相違や傷等の存在により反射率が異なる 場合には正確に測定できない。

【０００５】 本考案の目的は、反射率や色等の変化に関わらず微小な距離を正確に測定する ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案に係る光学式距離測定装置は、被測定物に光を照射し、被測定物からの 反射光により被測定物までの距離を測定する装置である。この装置は、光源と結 像手段と受光手段と距離検出手段とを備えている。光源は、複数の波長の光を出 射するものである。結像手段は、色収差を有し、かつ光源から出射された光を被 測定物に照射するものである。受光手段は、被測定物からの反射光により、各波 長毎の受光量を検出するものである。距離算出手段は、受光手段の受光結果によ り、被測定物までの距離を算出するものである。

【０００７】

【作用】

本考案に係る光学式距離測定装置では、光源が複数の波長の光を出射すると、 結像手段により被測定物に複数の波長の光が照射される。照射された光は被測定 物から反射し、各波長毎の受光量が受光手段により検出される。ここで、結像手 段は色収差を有しているので、各波長毎に異なる焦点位置を有している。被測定 物がある波長の光の焦点位置に存在すると、その波長の光の殆どが出射側に戻る ので、その波長の光に関しては受光手段に入射する光が少なくなる。したがって 、各波長毎の受光量を検出することにより、被測定物がいずれの波長の焦点位置 にあるかが検出され、それにより距離検出手段が被測定物までの距離を算出可能 になる。

【０００８】 ここでは、色収差により異なる焦点位置で各波長の光を結像させ、その結像位 置により距離を検出しているので、反射率や色むらの影響を受けにくく、正確に 微小距離を測定可能になる。

【０００９】

【実施例】

図１は本考案の一実施例による光学式距離測定装置を示している。 図において、光学式距離測定装置は、装置本体１と、測定ヘッド２と、装置本 体１及び測定ヘッド２を結ぶ投光ファイバ３及び受光ファイバ４とを有している 。装置本体１は、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長を含む白色光を出射するハロゲ ランプ５を備えている。ハロゲンランプ５の出射側には出射された光を平行光に するレンズ６が設けられている。レンズ６の出射側には、被測定物検出物体７か らの反射光を反射するとともに、ハロゲンランプ５からの出射光を透過させるビ ームスプリッタ８が配置されている。

【００１０】 ビームスプリッタ８と投光ファイバ３との間には、投光ファイバ３に光を収束 させるためのレンズ９が配置されている。またビームスプリッタ８の反射側には 、凹面回折格子１０が配置されている。この凹面回折格子１０は、たとえば島津 製作所製のブレーズド・ホログラフィック・グレーティングからなり、反射光を 波長に応じて分光させるものである。凹面回折格子１０の反射側には、ＣＣＤリ ニアイメージセンサ１１が配置されている。ＣＣＤリニアイメージセンサ１１は 、分光された反射光の光量を検出することによって、各波長の光量を検出するも のである。

【００１１】 一方、受光ファイバ４の装置本体１側端部には、レンズ１２が面している。レ ンズ１２は、受光ファイバ４で受光した光を平行光にするためのものである。レ ンズ１２の出射側には凹面回折格子１３が配置されている。凹面回折格子１３の 反射側には、ＣＣＤリニアイメージセンサ１４が配置されている。 ＣＣＤリニアイメージセンサ１１，１４の出力は演算部１５に与えられる。演 算部１５にはメモリ１６が接続されている。演算部１５は、ＣＣＤリニアイメー ジセンサ１４の出力をＣＣＤリニアイメージセンサ１１の出力で除算し、その除 算結果により、被測定物７までの距離Ｌを示す結像波長を求めるものである。ま たメモリ１６には、結像波長と距離Ｌとの関係が予め記憶されており、演算部１ ５は、得られた結像波長に基づいてメモリ１６をアクセスし、距離Ｌを算出する 。算出された距離Ｌは外部装置（図示せず）に出力される。なお、結像波長と距 離Ｌとの関係はレンズ１７の光学特性により決定される。

【００１２】 レンズ１７は測定ヘッド２に配置されている。レンズ１７は、色収差を有して おり、投光ファイバ３から出射された光を波長に応じた位置に結像させる。 次に上述の実施例の動作について説明する。 ハロゲンランプ５を点灯し、光を投光ファイバ３を経由してレンズ１７から被 測定物７に照射すると、照射された光は被測定物７で反射し、投光ファイバ３及 び受光ファイバ４に入射される。受光ファイバ４に入射した光は凹面回折格子１ ３で分光され、ＣＣＤリニアイメージセンサ１４で受光される。ここで、分光さ れた光は波長毎に異なる位置で受光される。このため、ＣＣＤリニアイメージセ ンサ１４の各エレメントがそれぞれの波長に応じて異なる光量を受光する。また 、投光ファイバ３に入射された光はビームスプリッタ８で反射され、凹面回折格 子１０を介してＣＣＤリニアイメージセンサ１１で受光される。

【００１３】 ここで、被測定物７までの距離Ｌで結像する波長の光はほとんど投光ファイバ ３に入射するので、当該波長に関しては受光ファイバ４に入射する光は少なくな る。この状態を図２及び図４に示す。図２及び図４において、横軸は波長、また 縦軸は光量である。図２は、被測定物７が鏡面の場合を、また図４は、被測定物 がたとえば黄色等で着色している場合をそれぞれ示している。また、実線はＣＣ Ｄリニアイメージセンサ１１の受光量を、また一点鎖線はＣＣＤリニアイメージ センサ１４の受光量をそれぞれ示している。

【００１４】 この場合には、ＣＣＤリニアイメージセンサ１４の受光量は、距離Ｌで結像す る波長のところで少なくなり、逆に、ＣＣＤリニアイメージセンサ１１の受光量 は、距離Ｌで結像する波長のところで多くなる。すなわちその部分でそれぞれ凹 及び凸のピークを示している。このピークを検出することにより結像波長λ_F を 知ることができ、結像波長λ_F に基づいて距離Ｌを算出することができる。

【００１５】 なお、ＣＣＤリニアイメージセンサ１１の受光量をＣＣＤリニアイメージセン サ１４の受光量で除算することにより、図３に示すようにさらにピークが明確に なる。これにより、確実に結像波長λ_F を知ることができる。たとえば、除算結 果を微分することにより結像波長λ_F を簡単に演算できる。結像波長λ_F が演算 されると、メモリ１６に記憶された結像波長と距離との関係により、距離Ｌを求 めることができる。

【００１６】 図４に示すように被測定物７が着色している場合には、結像波長λ_F でのピー クと、被測定物７の色に基づく波長λ_B でのピークとが存在するが、この被測定 物７の色が予めわかっていれば、波長λ_B でのピークを予め知ることができ、結 像波長λ_F を検出可能になる。また、前述した除算を行えば、この場合には図５ に示すように、結像波長λ_F だけのピークを検出可能になり、前記同様な手順に より、距離Ｌを求めることができる。

【００１７】 ここでは、色収差のあるレンズ１７により白色光を波長に従って異なる位置に 結像させ、その反射光を分光して波長毎に光量を検出することにより、結像波長 を求めることができ、求められた結像波長により被測定物までの距離を簡単に求 めることができる。これにより、被測定物７の反射率の違いや、被測定物７の色 等の影響を受けず正確に微小距離を検出可能になる。

【００１８】 〔他の実施例〕 （ａ） 前記実施例では、結像波長を検出するために、２つのＣＣＤリニアイメ ージセンサの出力を除算した。しかし、いずれか一方のＣＣＤリニアイメージセ ンサを用い、その特性カーブにより結像波長を求めるようにしてもよい。 （ｂ） 前記実施例では、受光波長を分光させるためにグレーティングを用いた が、プリズム等を用いてもよい。また、結像手段として色収差のあるレンズを用 いたが、プリズム等の他の結像手段を用いてもよい。 （ｃ） 前記実施例では、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長含む白色光を出射する ハロゲンランプを用いたが、異なる波長の光を発生する複数のレーザ光源や、あ る波長幅の光を発生するＬＥＤ等の他光源を用いることもできる。

【００１９】

【考案の効果】

本考案に係る光学式距離測定装置では、複数の波長の光を出射する光源から出 射された光が、結像手段の色収差により、各波長毎に異なる位置で結像させられ るので、被測定物からの反射光の各波長毎の受光量を検出することにより、結像 波長を検出することができ、結像波長により被測定物までの距離を検出すること ができる。これにより、被測定物の反射率や色等の変化に関わらず正確に微小距 離を検出することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例による光学式距離測定装置の
ブロック構成図。

【図２】被測定物が鏡面の場合の受光量の変化を示すグ
ラフ。

【図３】その除算結果を示すグラフ。

【図４】被測定物が着色材の場合の受光量の変化を示す
グラフ。

【図５】その除算結果を示すグラフ。

【符号の説明】

５ 光源 ７ 被測定物 １０，１３ 凹面回折格子 １１，１４ ＣＣＤリニアイメージセンサ １５ 演算部 １７ レンズ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物に光を照射し、前記被測定物から
   の反射光により前記被測定物までの距離を測定する光学
   式距離測定装置であって、 複数の波長の光を出射する光源と、 色収差を有し、かつ前記光源から出射された光を前記被
   測定物に照射する結像手段と、 前記被測定物からの反射光により、前記各波長毎の受光
   量を検出する受光手段と、 前記受光手段の受光結果により、前記被測定物までの距
   離を算出する距離算出手段と、 を備えた光学式距離測定装置。