JPH0726822B2

JPH0726822B2 - 物体計測装置

Info

Publication number: JPH0726822B2
Application number: JP63008022A
Authority: JP
Inventors: 茂身次
Original assignee: 財団法人熊本テクノポリス財団
Priority date: 1988-01-18
Filing date: 1988-01-18
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPH01184405A

Description

【発明の詳細な説明】（１）発明の目的［産業上の利用分野］本発明は、物体計測装置に関し、特に投光装置によって
発生されたのち被計測物体で反射された光の収束によっ
てその光の反射点の像が光センサ装置の各光センサ上に
結像される時刻を計測し計測結果からその光の反射点の
位置を算出してなる物体計測装置に関するものである。

［従来の技術］従来この種の物体計測装置としては、投光装置によって
発生されたのち被計測物体で反射された光の収束に伴な
って動作せしめられる光センサ装置の各光センサに対し
て共通に計数回路を配設し、かつその光センサ装置の各
光センサに対して列ごとに“１対1"で記憶装置を付設し
ておき、光センサをスイッチング回路によって各行ごと
に動作状態とし、被計測物体で反射された光が各光セン
サ上に結像されたときに計数回路の計数内容を記憶装置
に一時的に記憶せしめ、その記憶装置の記憶内容を別の
記憶装置に移動したのち被計測物体における光の反射点
の位置を算出するものが提案されていた（田中等「高
速３次元物体計測装置の試作」電子情報通信学会技術
研究報告社団法人電子情報通信学会 PRU−87−41 19
87年10月１日）。

［解決すべき問題点］しかしながら従来の物体計測装置においては、光センサ
に対して列ごとに“１対1"で記憶装置が付設されてお
り、かつ光センサをスイッチング回路によって各行ごと
に動作状態としていたので、（ｉ）光センサの行数に応
じた回数だけ被計測領域を走査する必要があり、計測に
多大の時間を要する欠点があり、また（ii）反射点の像
が結像される可能性のない光センサおよび記憶装置まで
同時に動作状態としておく必要があり、記憶装置ならび
にそれに付随する比較増幅回路などの個数を削減できな
い欠点があった。

そこで本発明は、これらの欠点を除去するために、光セ
ンサに付設された記憶装置ならびにそれに付随する比較
増幅回路の個数の増加を抑制し、かつ被計測領域の走査
回数を１回に削減して計測に要する時間を大幅に削減し
てなる物体計測装置を提供せんとするものである。

（２）発明の構成［問題点の解決手段］本発明により提供される問題点の解決手段は、「（ａ）被計測領域を走査するための光を発生する投光
装置と、（ｂ）前記投光装置によって発生された光が被計測領域
に配置された被計測物体によって反射されることにより
得られた反射光を収束して前記被計測物体における光の
反射点の像を結像せしめる結像装置と、（ｃ）前記結像装置によって結像された反射点の像によ
って動作せしめられるよう配設された複数の光センサか
らなる第１の光センサ装置と、（ｄ）前記投光装置で被計測領域を走査するために発生
された光によって動作せしめられる第２の光センサ装置
と、（ｅ）前記第２の光センサ装置の光検知によって発生さ
れた走査信号に応じて制御パルスを発生する制御パルス
発生回路と、（ｆ）前記制御パルス発生回路に対してデータ入力端が
接続されており、前記制御パルスを受け取ったのち順次
シフトせしめてスイッチング信号を発生するシフトレジ
スタと、（ｇ）前記第１の光センサ装置に属する光セサと前記シ
フトレジスタとの間に対し、前記投光装置による被計測
領域の走査方向に対応してそれぞれ配設されており、前
記スイッチング信号に応じて前記第１の光センサ装置に
属する光センサに対し保持電圧を一定時間だけ供給する
ための少なくとも１つのスイッチング回路と、（ｈ）前記第２の光センサ装置に対してリセット端が接
続されており、前記第２の光センサ装置の光検知によっ
て発生された走査信号によってリセットされたのち入力
端に与えられるクロックパルスの数を計数する計数回路
と、（ｉ）前記第１の光センサ装置に属する光センサを前記
投光装置による被計測領域の走査方向に対応して少なく
とも１つ置きに選択して作成した複数の群に対し各群ご
とにそれぞれ１対１で付設されており、前記第１の光セ
ンサ装置に属する光センサが動作されたときに前記計数
回路から入力されている計数内容を記憶する複数の記憶
装置と、（ｊ）前記記憶装置の記憶内容を受け取り、前記投光装
置による反射点の走査角を算出し、かつ算出された走査
角から前記反射点の位置を算出するデータ処理装置と」を備えてなることを特徴とする物体計測装置」である。

［作用］本発明にかかる物体計測装置は、投光装置によって発生
されかつ被計測物体で反射された光を結像装置により収
束せしめて結像されたその反射点の像によって動作せし
められる第１の光センサ装置が、複数の光センサを投光
装置による被計測領域の走査方向に対応して少なくとも
１つ置きに選択して作成された複数の群に対し各群ごと
にそれぞれ１対１で記憶装置を配設することによって形
成され、かつ投光装置による被計測領域の走査方向に対
応して光センサをスイッチング回路により順次動作状態
としてなるので、記憶装置および比較増幅回路の個数の
増加を抑制しつつ投光装置による被計測領域の走査時間
を大幅に短縮する作用をなす。

［実施例］次に本発明について、添付図面を参照しつつ具体的に説
明する。

第１図は、本発明にかかる物体計測装置の一実施例を示
す斜視図である。

第２図（ａ）（ｂ）は、第１図実施例の一部を拡大して
示す拡大部分斜視図である。

第３図は、第１図実施例の一部を拡大して示す拡大部分
回路図である。

第４図は、第１図実施例の動作を説明するための動作説
明図である。

第５図は、第１図実施例の動作を説明するための概略平
面図であって、被計測領域と被計測領域に配置された被
計測物体によって反射された反射スリット光が結像装置
によって撮像面上に結像される結像領域との関係を表し
ている。

第６図は、第１図実施例の動作を説明するための動作説
明図であって、スリット光による被計測領域の走査に応
じて移動する結像領域を表している。

まず本発明にかかる物体計測装置の一実施例について、
その構成を詳細に説明する。10 は、本発明にかかる物体計測装置の投光装置であっ
て、被計測領域を走査するための光を発生しており、一
次元すなわち線状に拡張されたスリット光を発生するス
リット光発生装置12と、前記スリット光の進行方向をそ
の拡張方向に直交する方向（以下、“走査方向”とい
う）に向けて時間的に一定割合（すなわち一定角速度２
ω）で変化せしめつつ被計測領域を走査する走査装置14
とを包有している。

スリット光発生装置12は、たとえば気体レーザ光源，半
導体レーザ光源，発光ダイオード光源あるいはタングス
テンランプ光源などの適宜の光源121と、光源121によっ
て発生されたビーム光を一次元すなわち線状のスリット
光とする適宜の手段たとえば円筒レンズ122とを包有し
ている。

光源121が気体レーザ光源である場合には、その発生す
るレーザ光がビーム光となっているので、円筒レンズ12
2に対してそのまま与えればよい。これに対し光源121が
半導体レーザ光源である場合には、その発生するレーザ
光が二次元すなわち面状に拡散されているので、適宜の
手段たとえば球面レンズ（図示せず）を用いてビーム光
に収束せしめたのち、円筒レンズ122に対して与えれば
よい。また光源121が発光ダイオード光源あるいはタン
グステンランプ光源などである場合には、その発生する
光がビーム光となっていないので、適宜の手段によりビ
ーム光に変えたのち、円筒レンズ122に対して与えれば
よい。

走査装置14は、たとえばスリット光を反射するためのミ
ラー141とスリット光の拡張方向に平行する回転軸につ
いてミラー141を一定角速度ωで回転せしめるための回
転駆動装置142とを包有する回転ミラー装置によって構
成されている。走査装置14は、また所望により、スリッ
ト光発生装置12を載置するためのテーブル（図示せず）
と、前記テーブルを一定角速度２ωで回転せしめるため
の回転駆動装置（図示せず）とによって構成されていて
もよい。20 は、本発明にかかる物体計測装置の被計測領域に配置
された被計測物体であって、投光装置10によって与えら
れたスリット光が照射されている。30 は、本発明にかかる物体計測装置の受光装置であっ
て、被計測物体20によって反射されたスリット光すなわ
ち反射スリット光を収束し被計測物体20の像すなわちス
リット光の反射点Ｐの像を結像せしめるための結像装置
31と、結像装置31によって結像された被計測物体20の像
すなわちスリット光の反射点Ｐの像を撮像するための撮
像装置32と、投光装置10に含まれた走査装置14の近傍に
配設されておりスリット光によって被計測領域が走査さ
れていることを検出する走査検出装置33とを包有してい
る。

結像装置31は、被計測領域すなわちスリット光による走
査領域を見込んでおり、反射スリット光を収束せしめる
収束レンズによって形成されている。

撮像装置32は、結像装置31によって反射スリット光を収
束せしめることにより結像された被計測物体20の像すな
わちスリット光の反射点Ｐの像を撮像するために適宜マ
トリックス状に配列された複数の光センサたとえば光ト
ランジスタ（以下この場合について主として説明する
が、これに限定する意図はない）321_1,1,321_1,2，…,32
1_1,3n;321_2,1,321_2,2，…,321_2,3n；…;321_m,1,32
1_m,2，…,321_m,3nからなる第１の光センサ装置321と、
第１の光センサ装置321に属する光トタンジスタ321_1,1,
321_1,2，…,321_1,3n;321_2,1,321_2,2，…,321_2,3n；…;3
21_m,1,321_m,2，…,321_m,3nを投光装置10による被測定領
域の走査方向に対応して少なくとも１つ置きたとえば２
つ置き（以下この場合について詳述するが、これに限定
する意図はない）に選択して作成した複数の群の光トラ
ンジスタ321_1,1,321_1,4，…,321_1,3n−２;321_1,2,321
_1,5，…,321_1,3n−１;321_1,3,321_1,6，…,321_2,3n;321
_2,1,321_2,4，…,321_2,3n−２;321_2,2,321_2,5，…,321
_2,3n−１;321_2,3,321_2,6，…,321_2,3n；…;321_m,4，…,
321_m,3n−２;321_m,2,321_m,5，…,321_m,3n−１;321_m,3,3
21_m,6，…,321_m,3nの出力端に対して各群ごとにそれぞ
れ１対１に接続された複数の比較増幅回路322_1,1,322
_1,2,322_1,3;322_2,1,322_2,2,322_2,3;322_m,1,322_m,2,322
_m,3と、複数の比較増幅回路322_1,1,322_1,2,322_1,3;322
_2,1,322_2,2,322_2,3；…;322_m,1,322_m,2,322_m,3の出力端
に対してトリガ端がそれぞれ１対１に接続されておりト
リガ端に対して比較増幅回路322_1,1,322_1,2,322_1,3;322
_2,1,332_2,2,322_2,3；…;322_m,1,322_m,2,322_m,3からトリ
ガ信号が与えられたとき入力端に与えられている入力信
号の内容を記憶して保持するための複数の記憶装置323
_1,1,323_1,2,323_1,3;323_2,1,323_2,2,323_2,3；…;323_m,1,
323_m,2,323_m,3と、複数の記憶装置323_1,1,323_1,2,323
_1,3;323_2,1,323_2,2,323_2,3；…;323_m,1,323_m,2,323_m,3
の入力端に対して出力端が接続された計数回路324と、
第１の光センサ装置321に属する複数の群の光トランジ
スタ321_1,1,321_1,2，…,321_1,3n;321_2,1,321_2,2，…,32
1_2,3n；…;321_m,1,321_m,2，…,321_m,3nの保持電圧端に
対して各列ごとにそれぞれ１対１に接続された複数のス
イッチング回路325₁,325₂,…,325₃nと、複数のスイッチ
ング回路325₁,325₂,…,325₃nの制御端に対して出力端が
それぞれ１対１に接続されかつ縦列に接続された複数の
フリップフロップ回路326₁,326₂,…,326₃nからなるシフ
トレジスタ326と、計数回路324の入力端に対して出力端
が接続されており一定周期のクロックパルスCLPを発生
するクロックパルス発生回路327Aと、複数の記憶装置32
3_1,1,323_1,2,323_1,3;323_2,1,323_2,2,323_2,3；…;32
3_m,1,323_m,2,323_m,3の出力端に対して入力端が接続され
たデータ集積装置328と、シフトレジスタ326のデータ入
力端（すなわちフリップフロップ回路326₁のデータ入力
端）に対して出力端が接続された制御パルス発生回路32
9と、シフトレジスタ326のクロック端（すなわち複数の
フリップフロップ回路326₁,326₂,…,326₃nのクロック
端）および制御パルス発生回路329の入力端とに対して
出力端が接続されており他の一定周期のクロックパルス
SCLPを発生する他のクロックパルス発生回路327Bとを包
有している。データ集積装置328には、複数の記憶装置3
23_1,1,323_1,2,323_1,3;323_2,1,323_2,2,323_2,3；…;323
_m,1,323_m,2,323_m,3ひいては光トランジスタ321_1,1,321
_1,2，…,321_1,3n;321_2,1,321_2,2，…,321_2,3n；…;321
_m,1,321_m,2，…,321_m,3nにそれぞれ対応した記憶領域32
8_1,1,328_1,2，…,328_1,3n;328_2,1,328_2,2，…,32
8_2,3n；…;328_m,1,328_m,2，…,328_m,3nが包有されてい
る。

走査検出装置33は、ミラー141に対して対向されており
ミラー141によって反射されたスリット光を検出するた
めの光センサたとえば光トランジスタ（以下この場合に
ついて説明するが、これに限定する意図はない）331か
らなる第２の光センサ装置と、光トランジスタ331の出
力端と撮像装置32の計数回路324のリセット端および制
御パルス発生回路329の他の入力端との間に配置された
比較増幅回路332とを包有している。40 は、本発明にかかる物体計測装置のデータ処理装置で
あって、受光装置30中のデータ集積装置328の記憶領域3
28_1,1,328_1,2，…,328_1,3n;328_2,1,328_2,2，…,32
8_2,3n；…;328_m,1,328_m,2，…,328_m,3nのうちから記憶
領域を１つずつ選択して指定するための読込信号SELを
発生して受光装置30中のデータ集積装置328に与えるた
めの読込信号発生回路41と、読込信号発生回路41出力端
および受光装置30中のデータ集積装置328の出力端に対
して接続されており、データ集積装置328の記憶領域328
_1,1,328_1,2，…,328_1,3n;328_2,1,328_2,2，…,328_2,3n；
…;328_m,1,328_m,2，…,328_m,3nからそこに保持された記
憶内容すなわち結像データIMGを読込信号SELの内容に応
じて受け取り記憶するための記憶装置42と、記憶装置42
に記憶された結像データIMGの内容から被測定物体20に
おけるスリット光の反射点Ｐの位置を算出する演算回路
43とを包有している。データ処理装置40は、更に所望に
より、演算回路43に接続されておりその演算結果すなわ
ち被測定物体20におけるスリット光の反射点Ｐの位置を
記憶するための他の記憶装置44と、他の記憶装置44に接
続されておりその記憶内容を視認可能に表示するための
ブラウン管などの表示装置45と、他の記憶装置44に接続
されておりその記憶内容を記録するためのフロッピーデ
ィスクなどの記憶装置46とを包有している。

次に本発明にかかる物体計測装置の一実施例について、
その作用を詳細に説明する。

以下の説明を簡潔とし、かつ十分な理解をなすために、
最初に三次元座標系を導入する。

すなわち結像装置31の中心を原点Ｏとし、結像装置31す
なわち原点Ｏを通りかつスリット光の拡張方向すなわち
ミラー141の回転軸Ｍに平行するようにＺ軸をとり、結
像装置31すなわち原点Ｏとミラー141の回転軸Ｍとを結
ぶ線分OMすなわち基線（その長さをａとする）上にのり
かつＺ軸に直交するようにＸ軸をとり、かつ結像装置31
すなわち原点Ｏを通りかつＸ軸およびＺ軸に直交するよ
うにＹ軸をとる。更にスリット光とＸ軸とのなす角すな
わち走査角をαとし、スリット光を反射した被計測物体
20上の点すなわち反射点Ｐを座標（X,Y,Z）とする。加
えて原点Ｏを通る反射スリット光が、XY平面においてＹ
軸となす角をβ_Ｘとし、かつYZ平面においてＹ軸となす
角をβ_Ｚとする。反射点Ｐ（X,Y,Z）において反射され
結像装置31の中心すなわち原点Ｏを通過した反射スリッ
ト光が、結像装置31から距離ｆだけ離間された撮像面す
なわち光トランジスタ321_1,1,321_1,2，…,321_1,3n;321
_2,1,321_2,2，…,321_2,3n；…;321_m,1,321_m,2，…,321
_m,3n上に結像された点（すなわち反射点Ｐの像）Ｑの座
標を（x,y,z）とする。反射点Ｐ（X,Y,Z）のX,Y,Z軸上
における投影点をそれぞれＲ（X,0,0）,S（0,Y,0）,T
（0,0,Z）とする。

このとき第１図から明らかなように OM＝OR＋RM の関係が成立するので、ａ＝Y tanβ_Ｘ＋Y cotα が成立し、これの整理してＹ＝ａ［tanβ_Ｘ＋cotα］^-1 の関係を求め得る。ここでtanβ_Ｘ＝xf^-1であるので、Ｙ＝af［ｘ＋f cotα］^-1 ……（１）と表現できる。

また OR＝OS tanβ_Ｘの関係が成立するので、Ｘ＝Y tanβ_Ｘの関係を求め得る。ここでtanβ_Ｘ＝xf^-1であるので、Ｘ＝ax［ｘ＋f cotα］^-1 ……（２）と表現できる。

同様に OT＝OS tanβ_Ｚの関係が成立するので、Ｚ＝Y tanβ_Ｚの関係を求め得る。ここでtanβ_Ｚ＝zf^-1であるので、Ｚ＝az［ｘ＋f cotα］^-1 ……（３）と表現できる。

加えて走査角αが、XY平面における走査検出装置33とミ
ラー141とを結ぶ線分とＸ軸とのなす角度すなわち基準
走査角α_０とミラー141の一定角速度ωと時間ｔとによ
って α＝２ωｔ＋α_０ ……（４）と表現できる。

ここで時間ｔは、ミラー141によって反射されたスリッ
ト光が走査検出装置33によって検出された時刻すなわち
基準時刻（たとえば“0"）から、光トランジスタ32
1_1,1,321_1,2，…,321_1,3n;321_2,1,321_2,2，…,32
1_2,3n；…;321_m,1,321_m,2，…,321_m,3nの各列に対して
反射スリット光が結像装置31により結像される時刻まで
に所要の時間である。なお、被計測領域に配置された被
計測物体20に向けて照射されたスリット光は、被計測領
域内において被計測物体20により反射され、結像装置31
により撮像面上の被計測領域に応じた結像領域内におい
て結像する（第５図参照）。結像領域は、スリット光の
走査方向に対応する方向、すなわち複数の光トランジス
タ321_1,1,321_1,2，…,321_1,3n;321_2,1,321_2,2，…,321
_2,3n；…;321_m,1,321_m,2，…,321_m,3nの列方向に、被計
測領域に対応する所定の幅を有しており、スリット光の
走査に応じて複数の光トランジスタ321_1,1,321_1,2，…,
321_1,3n;321_2,1,321_2,2，…,321_2,3n；…;321_m,1,321
_m,2，…,321_m,3nの列方向に序々に移動している（第６
図参照）。

被計測物体20に計測に際して、まず受光装置30に含まれ
た複数の記憶装置323_1,1,323_1,2，…,323_1,n;323_2,1,32
3_2,2，…,323_2,n；…;323_m,1,323_m,2，…,323_m,nの記憶
内容が除去される。

投光装置10のスリット光発生装置12によってスリット光
が作成されている。すなわち光源121の発生したビーム
光を円筒レンズ122によってスリット光に変えている。
スリット光は、走査装置14のミラー141に照射されてい
る。このとき、ミラー141が回転駆動装置142により一定
角速度ωで回転されているので、スリット光は、ミラー
141によって反射されたのち、被計測領域に向けそこを
一定の回転速度すなわち一定の回転角速度２ωで走査す
るように送出される。

ここで走査検出装置33の光トランジスタ331は、走査装
置14のミラー141によって反射されたスリット光が照射
されたとき、導通されてそのスリット光の光量に応じた
電流Ｉを発生する。電流Ｉは、光トランジスタ331に付
設された比較増幅回路332によって所望に応じて増幅さ
れかつ基準値と比較されたのち、走査基準信号SIとして
撮像装置32の計数回路324および制御パルス発生回路329
に与えられる。

制御パルス発生回路329は、スリット光による被計測領
域の走査すなわち一定角速度２ωに応じ走査基準信号SI
を受け取ったとき、クロックパルス発生回路327Bの発生
するクロックパルスの立上りに応じて立上り一定時間だ
け高レベル状態を維持して立下る制御パルスSWPを発生
し、シフトレジスタ326のデータ入力端すなわちフリッ
プフロップ回路326₁のデータ入力端に対して与えられて
いる。制御パルスSWPが高レベル状態にある時間は、複
数の記憶装置323_1,1,323_1,2，…,323_1,n;323_2,1,32
3_2,2，…,323_2,n；…;323_m,1,323_m,2，…,323_m,nに対し
光トランジスタ321_1,1,321_1,2，…,321_1,3n;321_2,1,321
_2,2，…,321_2,3n；…;321_m,1,321_m,2，…,321_m,3nがそ
れぞれ２つ置きに接続されているので、ここではたとえ
ばクロックパルスSCLPの３パルスに対応した時間とされ
ている（第４図参照）。

シフトレジスタ326すなわちフリップフロップ回路326₁,
326₂,…,326₃nは、クロックパルス発生回路327Bの発生
するクロックパルスSCLPがクロック端に与えられるごと
に、それぞれのデータ入力端に与えられたデータを出力
端から出力して後続のフリップフロップ回路に与える。
これにより制御パルス発生回路329の発生した制御パル
スSWPが、クロックパルス発生回路327Bの発生したクロ
ックパルスSCLPの１パルスに対応した時間だけ順次シフ
トされ、スイッチング信号SW₁,SW₂,…,SW₃nとしてスイ
ッチング回路325₁,325₂,…,325₃nの制御端に与えられ
る。スイッチング回路325₁,325₂,…,325₃nは、スイッチ
ング信号SW₁,SW₂,…,SW₃nが与えられると、それぞれ光
トランジスタ321_1,1,321_1,2，…,321_1,3n;321_2,1,321
_2,2，…,321_2,3n；…;321_m,1,321_m,2，…,321_m,3nの各
列に反射スリット光が結像される時刻の前後の一定時間
だけ導通され、これにより光トランジスタ321_1,1,321
_1,2，…,321_1,3n;321_2,1,321_2,2，…,321_2,3n；…;321
_m,1,321_m,2，…,321_m,3nの各列の保持電圧端に対してそ
の一定時間だけ保持電圧が与えられる。

計数回路324は、走査検出装置33の比較増幅回路332から
与えられた走査基準信号SIをリセット信号としており、
その走査基準信号SIが与えられたときに計数内容がリセ
ットされ計数開始時刻が調節されたのち、再びクロック
パルス発生回路327Aから与えられたクロックパルスCLP
の数を計数し始める。計数回路324の計数内容は、リセ
ット信号すなわち走査基準信号SIによってリセットされ
たときに最小値（たとえば“0"）とされており、クロッ
クパルスCLPが到来するごとに１ずつ増加せしめられ
る。計数回路324の計数内容は、それぞれ記憶装置323
_1,1,323_1,2,323_1,3;323_2,1,323_2,2,323_2,3；…;323_m,1,
323_m,2,323_m,3に与えられている。

またスリット光は、被計測領域にある被計測物体20を線
状に照射している。このときスリット光の進行方向が走
査装置14によって一定角速度２ωで変化せしめられてい
るので、スリット光の照射されている被計測物体20の領
域は、それに応じて移動している。したがって被計測物
体20によるスリット光の反射点Ｐ（X,Y,Z）の位置が、
変化している。

被計測物体20によって反射されたスリット光すなわち反
射スリット光は、受光装置30の結像装置31によって収束
され、撮像装置32の撮像面すなわち複数の光トランジス
タ321_1,1,321_1,2，…,321_1,3n;321_2,1,321_2,2，…,321
_2,3n；…;321_m,1,321_m,2，…,321_m,3nの上で結像されて
いる。反射スリット光の結像位置Ｑ（x,y,z）は、スリ
ット光による被計測領域の走査に応じて複数の光トラン
ジスタ321_1,1,321_1,2，…,321_1,3n;321_2,1,321_2,2，…,
321_2,3n；…;321_m,1,321_m,2，…,321_m,3nの列方向に序
々に移動している。反射スリット光が結像されるとき保
持電圧が与えられているので、光トランジスタ321_1,1,3
21_1,2，…,321_1,3n;321_2,1,321_2,2，…,321_2,3n；…;32
1_m,1,321_m,2，…,321_m,3nは、それぞれ導通し、その結
像された反射スリット光の光量に応じた電流Ｉ_1,1,
I_1,2，…,I_1,3n;I_2,1,I_2,2，…,I_2,3n；…;I_m,1,I_m,2，
…,I_m,3nを発生する。電流Ｉ_1,1,I_1,4，…,I_1,3n−２;I
_1,2,I_1,5，…,I_1,3n−１;I_1,3,I_1,6，…,I_1,3n;I_2,1,I
_2,4，…,I_2,3n−２;I_2,2,I_2,5，…,I_2,3n−１;I_2,3,I
_2,6，…,I_2,3n；…;I_m,1,I_m,4，…,I_m,3n−２;I_m,5，
…,I_m,3n−１;I_m,3,I_m,6，…,I_m,3nは、それぞれ比較増
幅回路322_1,1,322_1,2,322_1,3;322_2,1,322_2,2,322_2,3；
…;322_m,1,322_m,2,322_m,3によって所望に応じて増幅さ
れかつ基準値と比較されたのち、トリガ信号SI_1,1,SI
_1,2,SI_1,3;SI_2,1,SI_2,2,SI_2,3；…;SI_m,1,SI_m,2,SI_m,3
としてそれぞれ記憶装置323_1,1,323_1,2,323_1,3;323_2,1,
323_2,2,323_2,3；…;323_m,1,323_m,2,323_m,3に与えられ
る。

記憶装置323_1,1,323_1,2,323_1,3;323_2,1,323_2,2,32
3_2,3；…;323_m,1,323_m,2,323_m,3は、トリガ信号SI_1,1,S
I_1,2,SI_1,3;SI_2,1,SI_2,2,SI_2,3；…;SI_m,1,SI_m,2,SI_m,3
が与えられたときに計数回路324から与えられているそ
の計数内容を記憶し保持する。記憶装置323_1,1,323_1,2,
323_1,3;323_2,1,323_2,2,323_2,3；…;323_m,1,323_m,2,323
_m,3に記憶し保持された計数内容は、順次、データ集積
装置328に移送され、データ集積装置328の記憶領域328
_1,1,328_1,2，…,328_1,3n;328_2,1,328_2,2，…,328_2,3n；
…;328_m,1,328_m,2，…,328_m,3nにそれぞれ記憶される。
このとき記憶領域328_1,1,328_1,2，…,328_1,3n;328_2,1,3
28_2,2，…,328_2,3n；…;328_m,1,328_m,2，…,328_m,3nの
記憶内容を、光トランジスタ321_1,1,321_1,2，…,321
_1,3n;321_2,1,321_2,2，…,321_2,3n；…;321_m,1,321_m,2，
…,321_m,3nに対応して時間ｔ_1,1,t_1,2，…,t_1,3n;t_2,1,
t_2,2，…,t_2,3n；…;t_m,1,t_m,2，…,t_m,3nとする。

データ処理装置40は、読込信号発生回路41から読込信号
SELを発生し、受光装置30中のデータ集積装置328に与え
ている。データ集積装置328は、読込信号SELに応じて複
数の記憶領域328_1,1,328_1,2，…,328_1,3n;328_2,1,328
_2,2，…,328_2,3n；…;328_m,1,328_m,2，…,328_m,3nから
その記憶内容すなわち時間ｔ_1,1,t_1,2，…,t_1,3n;t_2,1,
t_2,2，…,t_2,3n；…;t_m,1,t_m,2，…,t_m,3nを結像データ
IMGとして順次、データ処理装置40の記憶装置42に向け
て出力する。

記憶装置42は、受光装置30から与えられた結像データIM
Gすなわち記憶内容ｔ_1,1,t_1,2，…,t_1,3n;t_2,1,t_2,2，
…,t_2,3n；…;t_m,1,t_m,2，…,t_m,3nを記憶し保持する。
記憶装置42に記憶された結像データIMGは、演算回路43
に与えられており、そこで被測定物体20におけるスリッ
ト光の反射点Ｐの位置（X,Y,Z）を算出するために供さ
れる。

すなわち演算回路43は、光トランジスタ321_1,1,32
1_1,2，…,321_1,3n;321_2,1,321_2,2，…,321_2,3n；…;321
_m,1,321_m,2，…,321_m,3nについて、それぞれ上記（４）
式により α_1,1 ＝２ωｔ_1,1＋α_０ α_1,2 ＝２ωｔ_1,2＋α_０・・・ α_1,3n＝２ωｔ_1,3n＋α_０ α_2,1 ＝２ωｔ_2,1＋α_０ α_2,2 ＝２ωｔ_2,2＋α_０・・・ α_2,3n＝２ωｔ_2,3n＋α_０・・・ α_m,1 ＝２ωｔ_m,1＋α_０ α_m,2 ＝２ωｔ_m,2＋α_０・・・ α_m,3n＝２ωｔ_m,3n＋α_０の如く、走査角αを算出する。この走査角αすなわちα
_1,1，α_1,2，…，α_1,3n；α_2,1，α_2,2，…，α_2,3n；
…；α_m,1，α_m,2，…，α_m,3nを上記（１）〜（３）式
に代入することにより、光トランジスタ321_1,1,32
1_1,2，…,321_1,3n;321_2,1,321_2,2，…,321_2,3n；…;321
_m,1,321_m,2，…,321_m,3nに結像された反射点Ｐの位置
（X,Y,Z）すなわち反射点Ｐ_1,1,P_1,2，…,P_1,3n;P_2,1,P
_2,2，…,P_2,3n；…;P_m,1,P_m,2，…,P_m,3nの位置
（Ｘ_1,1,Y_1,1,Z_1,1），（Ｘ_1,2,Y_1,2,Z_1,2），…，（Ｘ
_1,3n,Y_1,3n,Z_1,3n）；（Ｘ_2,1,Y_2,1,Z_2,1），（Ｘ_2,2,Y
_2,2,Z_2,2），…，（Ｘ_2,3n,Y_2,3n,Z_2,3n）；…；（Ｘ
_m,1,Y_m,1,Z_m,1），（Ｘ_m,2,Y_m,2,Z_m,2），…，
（Ｘ_m,3n,Y_m,3n,Z_m,3n）を算出する。

演算回路43の演算結果すなわち被測定物体20におけるス
リット光の反射点Ｐの位置（X,Y,Z）の算出結果は、他
の記憶装置44に与えられて記憶され保持される。記憶装
置44の記憶内容は、所望により、表示装置45により視認
可能に表示され、また記録装置46により記録される。

なお上述においては、第１の光センサ装置32に属する光
センサの列に関して比較増幅回路，記憶装置，遅延回路
およびスイッチング回路を配設しかつ被計測領域を走査
しているが、本発明は、これに限定されるものではな
く、第１の光センサ装置に属する光センサの行に関して
比較増幅回路，記録装置，遅延回路およびスイッチング
回路を配設しかつ被計測領域を走査する場合も包摂して
いる。比較増幅回路，記憶装置，遅延回路およびスイッ
チング回路を列に関して配列するか行に関して配列する
かは、投光装置による被計測領域の走査方向との関連に
おいて決定されるものであるが、行に対する場合の構成
および作用は、列に対する上記の説明から殆ど明らかで
あるので、その詳細な説明を省略する。

また上述においては、撮像装置32がマトリックス状に配
列された複数の光センサによって形成される場合につい
て主として説明したが、本発明は、これに限定されるも
のではなく、所望の形状（たとえば曲線状）に複数の光
センサを配列して撮像装置を形成する場合も包摂してい
る。

更に投光装置10がスリット光を発生しているが、本発明
は、これに限定されるものではなく、たとえば投光装置
によって発生される光の強度を確保した場合などのため
に、投光装置がビーム光を発生する場合も包摂してい
る。この場合には、撮像装置の光センサを１行に配列し
てもよかろう。

加えて撮像装置32がデータ集積装置328を包有している
が、本発明は、これに限定されるものではなく、データ
集積装置328を除去し記憶装置323_1,1,323_1,2,323_1,3;32
3_2,1,323_2,2,323_2,3；…;323_m,1,323_m,2,323_m,3をデー
タ処理装置40に対し直接接続してなる場合も包摂してい
る。この場合には、記憶装置323_1,1,323_1,2,323_1,3;323
_2,1,323_2,2,323_2,3；…;323_m,1,323_m,2,323_m,3に計数回
路324の計数内容が記憶されるごとに、直ちにその記憶
内容がデータ処理装置40に対して転送される。その他の
作用ないし効果は、上述より殆ど自明であるので、省略
する。

（３）発明の効果上述より明らかなように本発明にかかる物体計測装置
は、（ａ）被計測領域を走査するための光を発生する投光装
置と、（ｂ）前記投光装置によって発生された光が被計測領域
に配置された被測定物体によって反射されることにより
得られた反射光を収束して前記被計測物体における光の
反射点の像を結像せしめる結像装置と、（ｃ）前記結像装置によって結像された反射点の像によ
って動作せしめられるよう配設された複数の光センサか
らなる第１の光センサ装置と、（ｄ）前記投光装置で被計測領域を走査するために発生
された光によって動作せしめられる第２の光センサ装置
と、（ｅ）前記第２の光センサ装置の光検知によって発生さ
れた走査信号に応じて制御パルスを発生する制御パルス
発生回路と、（ｆ）前記制御パルス発生回路に対してデータ入力端が
接続されており、前記制御パルスを受け取ったのち順次
シフトせしめてスイッチング信号を発生するシフトレジ
スタと、（ｇ）前記第１の光センサ装置に属する光センサと前記
シフトレジスタとの間に対し、前記投光装置による被計
測領域の走査方向に対応してそれぞれ配設されており、
前記スッチング信号に応じて前記第１の光センサ装置に
属する光センサに対し保持電圧を一定時間だけ供給する
ための少なくとも１つのスイッチング回路と、（ｈ）前記第２の光センサ装置に対してリセット端が接
続されており、前記第２の光センサ装置の光検知によっ
て発生された走査信号によってリセットされたのち入力
端に与えられるクロックパルスの数を計数する計数回路
と、（ｉ）前記第１の光センサ装置に属する光センサを前記
投光装置による被計測領域の走査方向に対応して少なく
とも１つ置きに選択して作成した複数の群に対し各群ご
とにそれぞれ１対１で付設されており、前記第１の光セ
ンサ装置に属する光センサが動作されたときに前記計数
回路から入力されている計数内容を記憶する複数の記録
装置と、（ｊ）前記記憶装置の記憶内容を受け取り、前記投光装
置による反射点の走査角を算出し、かつ算出された走査
角から前記反射点の位置を算出するデータ処理装置とを備えてなるので、（ｉ）投光装置による被計測領域の走査方向に対応して
第１の光センサ装置に属する光センサを所定時間だけ順
次動作せしめることができる効果を有し、ひいては（ii）第１の光センサ装置に属する少なくとも１つ置き
の光センサに対して比較増幅回路および記憶装置を共用
できる効果を有し、結果的に（iii）物体の計測に所要の時間を増加せしめることな
く、比較増幅回路および記憶装置の個数を大幅に削減で
きる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる物体計測装置の一実施例を示す
斜視図、第２図（ａ）（ｂ）は第１図実施例の一部を拡
大して示す拡大部分回路図、第３図は第１図実施例の一
部を拡大して示す拡大部分回路図、第４図は第１図実施
例の動作を説明するための動作説明図、第５図は第１図
実施例の動作を説明するための概略平面図、第６図は第
１図実施例の動作を説明するための動作説明図である。10 ……投光装置 12……スリット光発生装置 121……光源 122……円筒レンズ 14……走査装置 141……ミラー 142……回転駆動装置20 ……被計測物体30 ……受光装置 31……結像装置 32……撮像装置 321_1,1〜321_m,3n……光トランジスタ 322_1,1〜322_m,3……比較増幅回路 323_1,1…323_m,3……記憶装置 324……計数回路 325₁〜325₃n……スイッチング回路 326……シフトレジスタ 326₁〜326₃n……フリップフロップ 327A,327B……クロックパルス発生回路 328……データ集積装置 328_1,1〜328_m,3n……記憶領域 329……制御パルス発生回路 33……走査検出装置 331……光トランジスタ 332……比較増幅回路40 ……データ処理装置 41……読込信号発生回路 42……記憶装置 43……演算回路 44……記憶装置 45……表示装置 46……記録装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）被計測領域を走査するための光を発
生する投光装置と、（ｂ）前記投光装置によって発生された光が被計測領域
に配置された被計測物体によって反射されることにより
得られた反射光を収束して前記被計測物体における光の
反射点の像を結像せしめる結像装置と、（ｃ）前記結像装置によって結像された反射点の像によ
って動作せしめられるよう配設された複数の光センサか
らなる第１の光センサ装置と、（ｄ）前記投光装置で被計測領域を走査するために発生
された光によって動作せしめられる第２の光センサ装置
と、（ｅ）前記第２の光センサ装置の光検知によって発生さ
れた走査信号に応じて制御パルスを発生する制御パルス
発生回路と、（ｆ）前記制御パルス発生回路に対してデータ入力端が
接続されており、前記制御パルスを受け取ったのち順次
シフトせしめてスイッチング信号を発生するシフトレジ
スタと、（ｇ）前記第１の光センサ装置に属する光センサと前記
シフトレジスタとの間に対し、前記投光装置による被計
測領域の走査方向に対応してそれぞれ配設されており、
前記スイッチング信号に応じて前記第１の光センサ装置
に属する光センサに対し保持電圧を一定時間だけ供給す
るための少なくとも１つのスイッチング回路と、（ｈ）前記第２の光センサ装置に対してリセット端が接
続されており、前記第２の光センサ装置の光検知によっ
て発生された走査信号によってリセットされたのち入力
端に与えられるクロックパルスの数を計数する計数回路
と、（ｉ）前記第１の光センサ装置に属する光センサを前記
投光装置による被計測領域の走査方向に対応して少なく
とも１つ置きに選択して作成した複数の群に対し各群ご
とにそれぞれ１対１で付設されており、前記第１の光セ
ンサ装置に属する光センサが動作されたときに前記計数
回路から入力されている計数内容を記憶する複数の記憶
装置と、（ｊ）前記記憶装置の記憶内容を受け取り、前記投光装
置による反射点の走査角を算出し、かつ算出された走査
角から前記反射点の位置を算出するデータ処理装置とを備えてなることを特徴とする物体計測装置。
【請求項２】複数の記憶装置とデータ処理装置との間に
データ集積装置を配置しておき、前記複数の記憶装置の
記憶内容を前記データ集積装置に一旦集積したのち前記
データ処理装置に対して与えてなることを特徴とする特
許請求の範囲第（１）記載の物体計測装置。
【請求項３】投光装置によって発生される光が、ビーム
光でなることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項も
しくは第（２）項記載の物体計測装置。
【請求項４】投光装置によって発生される光が、スリッ
ト光でなることを特徴する特許請求の範囲第（１）項も
しくは第（２）項記載の物体計測装置。
【請求項５】投光装置が、スリット光を発生するスリッ
ト光発生装置と、前記スリット光の進行方向を一定速度
で変化せしめて被計測領域を走査する走査装置とを包有
してなることを特徴とする特許請求の範囲第（４）項記
載の物体計測装置。
【請求項６】走査装置が、スリット光発生装置の発生し
たスリット光を反射するためのミラーと、前記ミラーを
回転せしめる回転装置とを包有してなることを特徴とす
る特許請求の範囲第（５）項記載の物体計測装置。
【請求項７】スリット光発生装置が、気体レーザ光源と
前記気体レーザ光源によって発生されたレーザ光からス
リット光を生成するための円筒レンズとによって形成さ
れてなることを特徴とする特許請求の範囲第（５）項も
しくは第（６）項記載の物体計測装置。
【請求項８】スリット光発生装置が、半導体レーザ光源
と、前記半導体レーザ光源によって発生されたレーザ光
を収束してビーム光を発生するための球面レンズと、前
記ビーム光からスリット光を生成するための円筒レンズ
とによって形成されてなることを特徴とする特許請求の
範囲第（５）項もしくは第（６）項記載の物体計測装
置。
【請求項９】第1,第２の光センサ装置が、光トランジス
タで形成されてなることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項ないし第（８）項のいずれか一項記載の物体計
測装置。