JPH07324917A - 計測用カメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精度・分解能に優れ、機構が簡易な計測用カ
メラを提供する。 【構成】 固体撮像素子を用いた２次元平面センサ３
と、２次元平面センサ３より１次元方向の画素数が多い
固体撮像素子を用いた１次元ラインセンサ４と、２次元
平面センサ４に導光される被計測物体の反射光を、１次
元ラインセンサ４に導くハーフミラー２と、２次元平面
センサ３の撮像信号を入力し、被計測物体の形状を特定
する特異点を検出し、この特異点部位の上記反射光が１
次元ラインセンサ４へ入光する反射角度を演算し、ハー
フミラー２の駆動装置５へこの演算した反射角度の駆動
信号を出力するする制御回路を備える。 【効果】 特異点部位の反射光が１次元ラインセンサ４
に入光することにより、１次元ラインセンサ４により特
異点部位を詳細に精度・分解能よく計測することがで
き、全体の形状を明瞭とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体の形状等を非接触
にて計測する計測用カメラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の形状計測等の平面的な計測は、２
次元平面ＣＣＤセンサカメラを使用し、距離計測等の限
られた範囲の計測においては、１次元ラインセンサカメ
ラを使用している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、２次元平面Ｃ
ＣＤセンサカメラでは、撮像最小単位である画素を２次
元に配置するために、全画素数は１次元方向に並んでい
る画素の自乗に比例することになるため、１次元方向に
配置できる画素数を多くすることは困難であり、精度・
分解能が悪いという問題があった。また、仮に画素数を
多くすることができた場合、全画素数が膨大な数にな
り、信号処理が複雑になるという問題が発生する。

【０００４】また１次元ラインセンサカメラでは、画素
数は２次元平面ＣＣＤセンサカメラの１次元方向の画素
数より多いが、撮像は１次元方向のみであるため、平面
的な画像を得ることをそのままでは出来ず、カメラの首
振り等によるスキャニングが必要になり、その結果、信
号処理に時間がかかり、また画像の同時性を確保できな
いという問題があった。またスキャニングの精度を確保
するためには、機構が複雑になるという問題があった。

【０００５】本発明は上記問題を解決するものであり、
所定の精度・分解能を確保でき、機構が簡易な計測用カ
メラを提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の計測用カメラは、固体撮像素子を用いた２
次元平面センサと、前記２次元平面センサより１次元方
向の画素数が多い固体撮像素子を用いた１次元ラインセ
ンサと、前記２次元平面センサに導光される被計測物体
の反射光を、前記１次元ラインセンサに導くハーフミラ
ーと、前記２次元平面センサの撮像信号を入力し、前記
被計測物体の形状を特定する特異点を検出し、この特異
点部位の上記反射光が前記１次元ラインセンサへ入光す
る反射角度を演算し、前記１次元ラインセンサあるいは
ハーフミラーの少なくとも一方をこの演算した反射角度
へ駆動する制御手段を備えたことを特徴とするものであ
る。

【０００７】

【作用】上記構成により、まず２次元平面センサにより
撮像された被計測物体の撮像信号により全体の平面形状
が計測され、この平面形状から被計測物体の形状を特定
する特異点が検出され、この特異点部位の反射光が１次
元ラインセンサへ入光する反射角度が演算され、１次元
ラインセンサあるいはハーフミラーの少なくとも一方が
この演算した反射角度へ駆動され、特異点部位の反射光
が１次元ラインセンサに入力される。よって、特異点部
位の形状が１次元ラインセンサにより計測され、必要な
特異点部位の形状が詳細に計測され、全体の形状が明瞭
となる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の一実施例における計測用カメラ
の光学系の構成図である。

【０００９】図１において、１は被計測物体の反射光Ａ
を集光するレンズ系であり、このレンズ系で集光された
被計測物体の反射光Ａはハーフミラー２を通過して固体
撮像素子を用いた２次元平面センサ３に入光される。ま
たハーフミラー２で反射して導かれた被計測物体の反射
光Ａは、２次元平面センサ３より１次元方向の画素数が
多い固体撮像素子を用いた１次元ラインセンサ４へ入光
される。また、ハーフミラー２には、１次元ラインセン
サ４へ導光する光の領域を変更するミラー駆動装置５が
設けられている。

【００１０】図２に本発明の計測用カメラのブロック図
を示す。図２において、11は２次元平面センサ３の駆動
回路（以下、２次元駆動回路と略す）であり、この２次
元駆動回路11により２次元平面センサ３により撮像され
た被計測物体の映像は読み出され、電気信号に変換さ
れ、同時に後処理系で処理しやすいようにタイミング信
号等が付加されて出力される。また、12は１次元ライン
センサ４の駆動回路（以下、１次元駆動回路と略す）で
あり、上記２次元駆動回路11と同様の動作を行う。

【００１１】また、13はカメラ制御回路であり、２次元
駆動回路11の出力の画像信号ａと、１次元駆動回路12の
出力の画像信号ｂと、外部制御信号ｐを入力し、ハーフ
ミラー２のミラー駆動装置５の制御回路（以下、ミラー
制御回路と略す）14へハーフミラー２を駆動するための
制御信号ｒを出力する。ミラー制御回路14は、この制御
信号ｒにしたがってミラー駆動装置５を駆動してハーフ
ミラー２の角度を変更する。

【００１２】上記カメラ制御回路13のハーフミラー２の
制御信号ｒの発生手順を図３のフローチャートにしたが
って説明する。まず、２次元駆動回路11の画像信号ａを
入力すると（ステップ−１）、１画面分の走査信号毎に
（あるいは特定ま走査線毎に）、２値化して、各画素の
信号を白のＨ（ハイ）レベル”１”か黒のＬ（ロー）レ
ベル”０”かに判別して記憶し（ステップ−２）、１走
査線毎に”１”と”０”が変化する点（座標ｘ，ｙ）
〔ｘは走査線左右方向の左端からの位置；ｙは走査線上
下方向の下端からの位置〕を検出して記憶する（ステッ
プ−３）。

【００１３】次に、記憶された座標において、ｘ軸の最
大値と最小値を検索し、続いてｙ軸の最大値と最小値の
各々のｘ座標の値を検索し、すなわち被計測物体の形状
を特定する特異点を検索し（ステップ−４）、これら検
索したｘ座標のハーフミラー２の回転角度Θをそれぞれ
演算する（ステップ−５）。

【００１４】そして、まず演算した第１（ｎ＝１）の回
転角度Θの出力信号ｒ（１）をミラー制御回路14へ出力
し（ステップ−８）、１次元駆動回路12の画像信号ｂを
読み込み（ステップ−９）、２値化して、各画素の信号
を白のＨレベル”１”か黒のＬレベル”０”かに判別し
（ステップ−10）、第１（ｎ＝１）の回転角度Θを演算
したｘ座標のｙ座標の値が一致するかを確認する（ステ
ップ−11）。一致を確認すると、１次元駆動回路12の画
像信号ｂを外部へ出力し（ステップ−12）、ステップ−
７へ戻り、第２の回転角度Θの出力信号ｒ（２）をミラ
ー制御回路14へ出力する。同様の動作を、第ｎの回転角
度Θが出力されるまで繰り返す（ステップ−６，ステッ
プ−７，ステップ−13））。ステップ−11において、ｙ
の座標の値が一致しない場合、すなわち特異点が見つか
らないとき回転角度Θを補正して（ステップ−14）、ス
テップ−８へ戻る。この回転角度Θの補正は所定角度Θ
_mを増減して行う。

【００１５】上記手順を図４の画像を例にとってその動
作を説明する。図４は、Ｖ字の溝21のサイズを光切断法
により計測する場合を図示しており、光切断線Ｂの折れ
点22の位置を詳細に計測する必要がある。図４（ｂ）に
示す２次元平面センサ３の画像の第１〜第３走査線Ｌ₁
〜Ｌ₃ における、２値化信号の特性図を図５に示す。図
４（ｂ），図５において、座標（ｘ₁ ，ｙ_MAX ）、（ｘ
₂ ，ｙ_MIN ）、（ｘ₃ ，ｙ_MAX ）がこの折れ点22の位置
に相当する。これらｘ座標；ｘ₁ ，ｘ₂ ，ｘ₃ が１次元
ラインセンサ４の中心になるハーフミラー２の角度Θを
演算し、ミラー制御回路14へ出力信号ｒ（ｎ）を出力し
てハーフミラー２の角度を変更する。そして、ｘ座標；
ｘ₁ の角度に回転させた場合、１次元駆動回路12の画像
信号ｂにおいてｙ座標；ｙ_MAX の点で折れ点22が見出せ
るかを確認し、見出された場合のみ、１次元駆動回路12
の画像信号ｂを外部に出力する。見出されない場合、ハ
ーフミラー２の角度を補正して折れ点22が見出されるま
で確認する。したがって、詳細な計測を必要とする折れ
点22の形状が精度・分解能よく検出され、詳細な形状を
計測することができる。

【００１６】このように、２次元平面センサ３により全
体の形状を計測でき、その中で特異点が検出され、その
特異点が中心となるようにハーフミラー２が回転される
ことにより、１次元ラインセンサ４により特異点部位を
詳細に精度・分解能よく、計測することができ、全体の
形状を明瞭とすることができる。また、１次元ラインセ
ンサ４をスキャニングする必要がなくなり、またハーフ
ミラー２を回転させた後、特異点が見つからないとき回
転角度Θを補正することにより、ミラー駆動装置５の機
構を精密な機構とする必要がなく、簡易な機構とするこ
とができる。

【００１７】なお、本実施例では、ハーフミラー２を回
転駆動しているが、１次元ラインセンサ４を回転駆動さ
せることにより、特異点部位の反射光Ａが１次元ライン
センサ４に入光するようにすることができる。

【００１８】また、本実施例では、カメラ設備回路13の
ハーフミラー２の制御信号ｒの発生手順（図３のフロー
チャート）において、ステップ−２〜４、およびステッ
プ−10，11で示すように、２値化した折れ点22のｘ座標
（たとえばｘ₁ ）でのｙ座標の値（たとえばｙ_MAX ）の
一致によりハーフミラー２の回転角度Θを固定している
が、図６に示すように、２次元平面センサ３の折れ点22
のｘ座標、たとえば上記ｘ₁ 上でのｙ座標の画像信号ａ
のエンベロープと、このｘ₁ での１次元ラインセンサ４
の画像信号ｂのエンベロープのパターンマッチングによ
り一致を確認してハーフミラー２の回転角度Θを固定す
るようにすることもできる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように計測用カメラによれば、２
次元平面センサにより撮像された被計測物体の撮像信号
により全体の平面形状を計測でき、またこの平面形状か
ら特異点が検出され、この特異点部位の反射光の１次元
ラインセンサへの反射角度が演算され、１次元ラインセ
ンサあるいはハーフミラーの少なくとも一方がこの演算
した反射角度へ駆動され、特異点部位の反射光が１次元
ラインセンサに入力されることによって、特異点部位の
形状を１次元ラインセンサにより計測でき、必要な特異
点部位の形状を詳細に精度・分解能よく計測することが
でき、全体の形状を明瞭にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における計測用カメラの光学
系の構成図である。

【図２】同計測用カメラのブロック図である。

【図３】同計測用カメラの制御回路のフローチャートで
ある。

【図４】同計測用カメラにおける被計測物の使用例を示
す図である。

【図５】図４の走査線の特性図である。

【図６】同計測用カメラの制御回路におけるハーフミラ
ーの回転角度を固定するための他の実施例の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ レンズ系 ２ ハーフミラー ３ ２次元平面センサ ４ １次元ラインセンサ ５ ハーフミラー駆動装置 11 ２次元平面センサ駆動回路 12 １次元ラインセンサ駆動回路 13 カメラ制御回路 14 ハーフミラー駆動装置制御回路 21 溝 22 折れ点（特異点） ａ ２次元平面センサ駆動回路の画像信号 ｂ １次元ラインセンサ駆動回路の画像信号 ｐ 外部制御信号 ｒ ハーフミラー駆動信号 Ａ 反射光 Ｂ 光切断線 Ｌ₁ 〜Ｌ₃ 走査線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝谷 俊夫 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体撮像素子を用いた２次元平面センサ
   と、前記２次元平面センサより１次元方向の画素数が多
   い固体撮像素子を用いた１次元ラインセンサと、前記２
   次元平面センサに導光される被計測物体の反射光を、前
   記１次元ラインセンサに導くハーフミラーと、前記２次
   元平面センサの撮像信号を入力し、前記被計測物体の形
   状を特定する特異点を検出し、この特異点部位の上記反
   射光が前記１次元ラインセンサへ入光する反射角度を演
   算し、前記１次元ラインセンサあるいはハーフミラーの
   少なくとも一方をこの演算した反射角度へ駆動する制御
   手段を備えたことを特徴とする計測用カメラ。