JPH08304068A

JPH08304068A - 距離計測装置及びその方法

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Publication number: JPH08304068A
Application number: JP11581195A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Shimokawa; 勝千下川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-05-15
Filing date: 1995-05-15
Publication date: 1996-11-22
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: JP3245003B2

Abstract

(57)【要約】【目的】測定対象に対する距離の測定が高速高精度で
行える距離測定装置及びその方法を提供する。【構成】光源１から発せられた複数の線状ビーム３
は、測定対象Ａ，Ｂを照射し該測定対象に複数の像を形
成する。多分割光検出手段６，７は前記複数の像を受光
し受光量に対応した複数の電気信号を発生する。距離演
算手段１５は、その複数の電気信号に基き、予め決めら
れた関数により積和演算を行ない、その積和演算の結果
から像位置を近似する関数を求め、前記測定対象までの
距離を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、距離計測装置及びその
方法に関し、特に鋼板プラント等において、無接触で測
定対象との距離を高速高精度で測定する距離計測装置及
びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、無接触で測定対象との距離を測定
する方式として光学式の三角測量方式が使用されてき
た。光学式三角測量方式は、距離計測装置から発せられ
た光が測定対象で反射され、その反射光の光の位置を光
学式のセンサにより検出し、測定対象との距離を求め
る。前記センサの具体例としては、ＰＳＤ（光半導体位
置検出素子）やＣＣＤ等が使われているが、高精度を狙
う場合には、反射光の受光面の分割数が多いＣＣＤが使
用される。

【０００３】図８は従来の光学式距離計測装置の構成図
である。

【０００４】図８に示すように、光源１０１から出射さ
れた光は必要により対物レンズ１０３により絞られ、光
線１１０として測定対象を照射する。例えば、Ａ点或い
はＢ点に測定対象があると仮定すると、該測定対象によ
り反射された光は、集光レンズ１０４により多分割光検
出素子であるＣＣＤ１０５のａ点或いはｂ点に結像す
る。符号１１１及び１１２は、ＡまたはＢ点からの反射
光の直線状の経路を示す。

【０００５】そして、測定対象の位置が変動すると、こ
の位置変動はＣＣＤ１０５に結像される光の位置の変動
として現われるので、この光の位置変動を計算で求める
ことにより測定対象の位置を知ることができる。この測
定対象の位置を求めるため、ＣＣＤ１０５の受光面の分
割された各測定エレメントの電気信号をＡＤ変換器１０
６によりデジタル値に変換し、マイクロコンピュータ１
０８が、この変換値を記憶すると共に記憶した値に基き
測定対象の位置の計算を行なう。

【０００６】図９は、前記ＣＣＤ１０５の受光面の位置
Ｚと光量Ｐ（Ｚ）との関係を模式的に示した図である。

【０００７】図中の黒丸はＣＣＤ１０５の各素子の値を
示し、実線はこの値をつなぐ近似曲線である。マイクロ
コンピュータ１０８は、前記実線でつないだ各素子の光
量の重心位置を計算して結像位置ＺP を求める。即ち、

【数１】ここに、ＺはＣＣＤ１０５の受光面の位置であり、Ｐ
（Ｚ）は位置Ｚにおける光量である。そして、図８にお
いて、前記結像位置ＺP と測定対象との幾何学的関係を
計算して最終的に測定対象の位置を求める。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光学式距離計測装置には次のような問題点があり、その
精度は高いものではなかった。即ち、測定対象の反射率が一様ではなく、測定箇所による反
射率の変動により光量Ｐ（Ｚ）の曲線が崩れ、重心位置
が正確に求まらない。例えば、図９に示す点線のように
曲線が崩れると、等価的に重心位置が移動することにな
る。これは、例えば鋼板プラント等で連続走行する鋼板
までの距離を測定する場合には、その距離を正確に求め
ることが不可能であることを意味する。

【０００９】光源から測定対象までの距離をＬとし、
光源が微小角δθだけ回転したと仮定すると、測定対象
上の光点がＬδθだけ移動することになる。つまり、光
源の微小回転が増幅されて測定対象上に現われるので、
計測距離を不正確にする。

【００１０】精度の高い測定を可能にするためには、
光源として波長及び位相が揃ったコヒーレント光を使う
必要がある。しかし、コヒーレント光は、測定対象に反
射した光が測定対象の凹凸により干渉してスペックルを
生じ、該スペックルも光量Ｐ（Ｚ）の曲線に乱れをつく
り、等価的に重心位置が移動することになる。

【００１１】一個の光点の重心位置を測定するので、
精度があがらない。そこで、本発明の目的は、測定対象
に対する距離の測定が高速高精度で行える距離測定装置
及びその方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１記載の発明は、複数の線状ビームを送出する
光源と、該光源から測定対象に照射され、該測定対象に
形成された線状ビームの複数の像を受光する多分割光検
出手段と、該多分割光検出手段が受光した複数の線状ビ
ームに対応した電気信号に基き、予め決められた関数に
より積和演算を行ない、その積和演算の結果から像位置
を近似する関数を求め、前記測定対象までの距離を演算
する距離演算手段とを備えたことを特徴とする。

【００１３】また、請求項２記載の発明は、前記距離演
算手段は、予め決められた関数として前記複数の像に対
応して複数の山を持つ関数を用いて積和演算を行ない、
畳み込み或いは相関を求める手段であることを特徴とす
る。

【００１４】また、請求項３記載の発明は、前記多分割
光検出手段は、複数の多分割光検出手段からなることを
特徴とする。

【００１５】また、請求項４記載の発明は、光源から複
数の線状ビームを送出し、測定対象に形成された前記複
数の線状ビームに対応した像を多分割光検出素子により
受光し、前記多分割光検出素子が受光した複数の線状ビ
ームに対応した電気信号に基き、予め決められた関数に
より積和演算を行ない、その積和演算の結果から像位置
を近似する関数を求め、前記測定対象までの距離を演算
するようにしたことを特徴とする。

【００１６】また、請求項５記載の発明は、板状の測定
対象の両面側に少なくとも２個の請求項１記載の距離計
測装置を配置して各距離計測装置から前記板状の測定対
象までの距離を求め、この求めた距離に基いて前記板状
の測定対象の厚みを求めるようにしたことを特徴とす
る。

【００１７】

【作用】請求項１記載の発明によれば、光源から発せら
れた複数の線状ビームは、測定対象を照射し該測定対象
に複数の像を形成する。多分割光検出手段は前記複数の
像を受光し、その受光量に対応した複数の電気信号を発
生する。距離演算手段は、前記複数の電気信号に基き、
予め決められた関数により積和演算を行ない、その積和
演算の結果から像位置を近似する関数を求め、前記測定
対象までの距離を演算する。

【００１８】また、請求項２記載の発明によれば、距離
演算手段は、予め決められた関数として複数の像に対応
して複数の山を持つ関数を用いて積和演算を行ない、畳
み込み或いは相関を求める。

【００１９】また、請求項３記載の発明によれば、多分
割光検出手段は、複数の多分割光検出手段からなる。従
って、図４に示すように、例えば２個の多分割光検出手
段Ｐ，Ｑが真の座標Ｏを誤って座標Ｒと認識したとして
も、計算により真の座標を求めることが可能となる。

【００２０】また、請求項４記載の発明によれば、光源
から複数の線状ビームを送出し、多分割光検出素子によ
り前記光源から照射され測定対象に形成された像を受光
し、前記多分割光検出素子の受光量に対応した複数の電
気信号に基いて予め決められた関数により積和演算を行
ない、その積和演算の結果から像位置を近似する関数を
求め、前記測定対象までの距離を演算する。

【００２１】また、請求項５記載の発明によれば、板状
の測定対象の両面側に少なくとも２個の請求項１記載の
距離計測装置を配置して各距離計測装置から前記板状の
測定対象までの距離を求め、この求めた距離に基いて前
記板状の測定対象の厚みを求める。

【００２２】

【実施例】

［１］先ず、本発明の実施例の説明に先立ち、本発明の
基本的な考え方を説明する。即ち、本発明では、高速高
精度で平面状の測定対象との距離を計測するために、以
下の手段を用いる。

【００２３】光源として複数の線状ビームを発生する
光源を使用し、同時に複数の距離測定を行なう。点状の
光源（従来）から線状の光源（本発明）に変更すること
により、測定対象の範囲を広げ、スペックルや不均一な
反射率の影響を減らすことができ、また、複数の線状ビ
ームにより測定することにより、同時に複数回測定した
ことと同様の効果を生じさせ、精度を向上させる。ここ
に、光源としては、例えばレーザ光等が好適である。

【００２４】複数の線状ビームの像をＣＣＤ等の多分
割光検出素子上に結像させ、多分割光検出素子の各素子
の位置Ｚに対する光量データＰ（Ｚ）に対して、複数の
山を持つ関数Ｑ（Ｚ）との積和演算を、関数Ｑ（Ｚ）の
位置Ｚを（ｋ−Ｚ）としてＺを全範囲に渡って変化させ
て行い、積和演算値Ｒ（ｋ）を求める。

【００２５】そして、ずらした量ｋを必要な範囲に対し
て行い、その結果の積和演算値Ｒ（ｋ）の値から、最も
積和演算値Ｒ（ｋ）が高い値を示す素子の位置Ｚを一素
子以下の細かい値まで（例えば、一素子の１０分の１。
一素子以下のことをサブピクセルという。）、２次関数
或いはスプライン関数等に近似して求める。関数Ｑ
（Ｚ）は光量データから最もその複数のピークが求めや
すく、谷の部分の影響が少ないように考慮した関数とす
る。

【００２６】前記，項に説明したように、サブピ
クセルまで精度よく検出できるようになると、他の誤差
に基く測定精度の悪化が問題になる。

【００２７】そこで、像を結像させる多分割光検出素子
を複数設け（例えば、２個）、光源の振動によるビーム
の移動や反射率の不均一による像の移動に対して計算に
より補正する。

【００２８】［２］以下、本発明を図示の実施例に基い
て説明する。（Ａ）第１実施例図１は第１実施例の構成図である。先ず本実施例の計測
装置Ｍの概略構成および概略動作を説明し、次に光源等
の各要素について詳述する。

【００２９】図１に示すように、複数の線状光（線状ビ
ーム、図２（ｂ），（ｃ）参照）を発する光源１からの
光は、対物レンズ２により集光されて光線３になり、該
光線３により測定対象の例えばＡ点またはＢ点を照射す
る。測定対象からの反射光はそれぞれ集光レンズ４，５
により集光され、ＣＣＤ等からなる第１，第２多分割光
検出器６，７上にそれぞれ像ａ₁とｂ₁、像ａ₂とｂ₂
を結像する。ここに、光源１から発せられる光線３を中
心に、多分割光検出器６と７とは対象位置に配設されて
いる。

【００３０】第１，第２多分割光検出器６，７の検出し
た光量信号は信号線８，９を介してＡＤ変換器１１，１
２に送られてデジタル値に変換され、それぞれ信号線１
３，１４を介してマイクロコンピュータ１５のメモリに
全光量データＰ（Ｚ）が記憶される。符号２５〜２８
は、それぞれ測定対象からの反射光の直線状の経路であ
る。

【００３１】前記光量データＰ（Ｚ）は、次に図３
（ａ）〜（ｅ）を用いて詳述するように、関数Ｑ（Ｚ）
との積和演算を行ない、畳み込み等の計算を行なう。そ
して、２次曲線やスプライン関数等により近似し、光量
の中心位置を求める。求めた中心位置は２個あるので、
後述の方法により最終的な中心位置を求める。

【００３２】なお、近年の半導体の著しい進歩により、
３２ビットという高精度の計算が高速で可能になり、メ
モリや周辺回路まで収納した高集積のワンチップのマイ
クロコンピュータが安価に入手できるようになったの
で、次に述べるような多数の積和演算や複雑な近似計算
でも短時間に行なえるようになり、実用化できるように
なった。

【００３３】次に各要素を詳細に説明する。（１）光源従来、光源としては、測定対象物が任意形状である場合
に分解能を高めて検出するために、できるだけ小さい点
光源が用いられてきた。従来の光源により測定対象に形
成される像を図２（ａ）に示す。しかし、測定対象が平
面状のものである場合には（例えば、鋼板）、次のよう
にすることが可能である。

【００３４】多分割光検出器での分解能を下げずに、
測定対象の計測領域を増加させるために、幅の狭い線状
の光源を使用する（図２（ｂ），（ｃ）参照）。このよ
うにすれば、反射率のばらつきやスペックルの影響を平
均化により軽減することができる。

【００３５】測定対象が平面状であるので、同時に複
数ポイントの計測を行うことができる。即ち、図２
（ｂ）に示すように、３個の線状の像を形成するような
光源を用いれば多分割光検出器上に３個の山が形成さ
れ、３個の山から平均化した距離を求めることができ
る。これに対して従来は、前述の如く１個の山に基いて
距離を求めていたので（図９参照）、計測距離が不正確
であった。

【００３６】また、図２（ｃ）に示すように、線状の像
を増やせば更に測定精度を向上させることができる。な
お、図中の符号ｘは多分割光検出器の各素子の分割方向
である。

【００３７】（２）距離計算測定対象の距離は、多分割光検出器上の像の位置に対応
する。正確には三角測量の原理に従って像の位置と多分
割光検出器の位置、および光源からの光線の位置から計
算する。狭い範囲を考えれば、像の位置と測定対象の距
離とは比例関係にある。そして、全範囲を考えると距離
は像の位置の関数となる。従って、像の位置を求めれば
測定対象の距離が計算できる。

【００３８】図１に示すように、測定対象がＡ及びＢ点
の位置にあるとき、第１多分割光検出器６のａ₁及びｂ
₁点に像を結ぶと共に、第２多分割光検出器７のａ₂及
びｂ₂点に像を結ぶ。従って、前述の如く像の位置を求
めれば、この図１の幾何学的関係から距離を求めること
ができる。

【００３９】前述の如く、光源１は複数の線状の光源
（図２（ｂ））を使用するので、図３（ａ）に示すよう
に複数の山を持つ光量データＰ（Ｚ）が求まる。黒丸
は、多分割光検出器の各素子の光量データＰ（Ｚ）であ
り、見やすくするためそれらを近似曲線で繋いでいる。
この例では、レーザ光をスリットに照射し、回析により
発生した光源を使用した例であるので、中央の山が大き
く、左右の山が小さくなる。なお、複数ビームを発生す
る光源としては、レーザとプリズムを使用する手段等、
種々の手段がある。

【００４０】光量データＰ（Ｚ）に基き距離を測定する
ため、複数の山を同時に測定できるように関数Ｑ（Ｚ）
との積和演算により畳み込みＲ（ｋ）を求める（図３
（ｂ）参照）。

【００４１】関数Ｑ（Ｚ）としては、光源がつくる多分
割光検出器上の像から山の間隔を保持し、雑音の影響を
受けやすい部分は値を小さくした関数を作成して使用す
る。例えば、回析を使用すると、図３（ａ）に示すよう
に、３個の山以外に小さい山ができるが、これらの部分
を含めると雑音に影響されやすい周辺のデータを含める
ことになるので削除する。つまり、値を０にする。その
具体例として、図３（ｃ）では、計算がしやすい直線で
作成した関数の例を示したが、図３（ｄ）に示すよう
に、曲線で作成してもよい。

【００４２】光量データＰ（Ｚ）と関数Ｑ（Ｚ）との積
和演算により、畳み込みＲ（ｋ）は、以下のようにな
る。

【数２】

【００４３】この式（２）において、関数Ｑ（Ｚ）が左
右対称の関数であるので（図３（ｃ）、（ｄ）参照）、
畳み込みＲ（ｋ）は光量データＰ（Ｚ）の山と関数Ｑ
（Ｚ）の山が一致するｋの値のときに最大になる。しか
し、畳み込みＲ（ｋ）は離散的な関数であるから、図３
（ｅ）に示すように、最大付近のいくつかのデータから
２次関数或いはスプライン関数等により近似を行い中心
位置を求める。Ｒ（ｋ）は畳み込みの処理を行ったの
で、中心位置の付近が特にピークをつくり、中心位置以
外の位置では値が低いような関数となる。

【００４４】ここに、関数Ｑ（Ｚ）の意味は以下のよう
に考えることができる。関数の中に線状光源に対応した山の部分を作ること
で、山の部分を重視してデータを作ることになる。つま
り、影響度を大きくする。関数の中で影響度の少ない部分を作ることで、ノイズ
等の影響の多い部分を削除できる。例えば二つの山の間
の谷の部分は、山の影響による迷光がでて完全な谷にな
りづらいが、ここにおける値を０又は小さい値にすれば
影響が著しく小さくなる。要するに、最も適応した関数により中心値ｋを鋭敏に
求めることができる。

【００４５】また、前述の積和演算では、畳み込みを求
めたが、同じように相関を求めて計算することもでき
る。この場合の式は、

【数３】この式（３）は、Ｑ（Ｚ）が左右対称の関数であれば、
前記畳み込みと本質的に同じものである。

【００４６】また、積和演算を行うと次のメリットがあ
る。距離の中心値を求めやすくする。個別の山から距離を計算しその上で複数の距離より代
表値を求めるのでなく、複数の山の代表値を一度に求め
ることができる。即ち、個々の山から求めるのにくらべ
光量データＰ（Ｚ）を無駄なく使用し有効に活用でき
る。また、山の部分の乱れに対しても影響が少ない頑健
なデータがとれる。

【００４７】なお、多分割光検出器の幾何学的な配置に
よっては、多分割光検出器上の像が全範囲にわたって同
一ではない場合があるので、その場合は計測に用いる像
の位置によって、関数Ｑ（Ｚ）を少しずつ変化させる必
要がある。

【００４８】また、積和演算は計算量が多いので、実際
に使用する中心位置付近の限られた部分についてのみ計
算することで、計算量を減らすことができる。

【００４９】（３）複数の多分割検出素子前述の如く、反射率の部分的な変動や光源の振動等によ
り、あたかも測定対象が水平方向に移動したように多分
割光検出器からは見えることがある。この場合には多分
割光検出器は距離計算が不正確になる。

【００５０】このような場合には、複数の多分割光検出
器を配置すれば計算により真の距離を求めることができ
る。従来はこのような変動が補正する必要がないほどの
精度でしか距離計測装置を使用できなかったので問題に
ならなかったが、分割数の多いＣＣＤ素子や複数の線状
光源により、これらの変動も無視できないようになって
きた。

【００５１】そこで、以下に述べるように補正を行う。
これらの補正は、安価で高速で精度の高い（例えば３２
ビットの演算ができる）マイクロコンピュータが出現し
たことも具体化できる要因となった。

【００５２】この補正を図４に基いて説明する。図４に
示すように、水平方向にｘ軸、上下方向の下方にｙ軸を
とり、ｙ軸上に存在する光源１が測定対象を照射し、測
定対象はｙ軸上で測定されるものと仮定する。

【００５３】説明を簡単にするために、二つの多分割光
検出器Ｐ，Ｑがそれぞれ位置（ｌ₁，−ｄ₁）、
（ｌ₂，−ｄ₂）に位置し、多分割光検出器Ｐ，Ｑの置
かれた点と測定対象Ｒとを結ぶ線がｙ軸となす角θ₁，
θ₂を求めることができるとする。なお、ｌ₁，ｌ₂，
ｄ₁，ｄ₂は、全て正とする。

【００５４】今、測定対象がＯ点にあるにも拘らず、反
射率の部分的な変動により多分割光検出器Ｐ，Ｑは測定
対象がＲ点にあるものとして計測したとする。すると、
多分割光検出器ＰはＰＲを結ぶ直線上に測定対象がある
ものと判断し、多分割光検出器ＱはＱＲを結ぶ直線上に
測定対象があるものと判断する。

【００５５】すると、それぞれの多分割光検出器Ｐ，Ｑ
における測定対象の位置（直線ＰＲとｙ軸のなす角θ1
、直線ＱＲとｙ軸のなす角θ2 ）は次式（４），
（５）となる。

【数４】

【００５６】（４），（５）式より、ｘ座標を削除して
両直線の交点のｙ座標を求めると次式（６）になる。

【数５】

【００５７】前記両直線ＰＲ，ＱＲがｙ軸と交差する点
をそれぞれｙ₁，ｙ₂とすると、これらの点ｙ₁，ｙ₂
までの距離が多分割光検出器Ｐ，Ｑが個別に検出する距
離である。前記ｙ₁，ｙ₂にそれぞれ対応するｘ₁，ｘ
₂の値は０であり、これらのｘ₁，ｘ₂，ｙ₁，ｙ₂を
前記式（４），（５）にそれぞれ代入するとｔａｎ
θ₁，ｔａｎθ₂は次式（７），（８）となる。

【数６】

【００５８】以上の演算結果により、求めるべきｙ方向
の距離ｙ₀は、式（７），（８）を式（６）に代入する
ことにより求めることができる。

【００５９】

【数７】

【００６０】もし、Ｐ，Ｑ点がｙ軸に関して対称の位置
にあるものと仮定し、ｄ₁＝ｄ₂＝ｄ，ｌ₁＝ｌ₂＝ｌ
とおけば、距離ｙ₀は次式（１０）となる。

【数８】この（１０）式は、多分割光検出器Ｐ，Ｑからの距離ｙ
₀がｙ₁，ｙ₂の平均値と、それ以外の補正項よりなる
ことを示している。

【００６１】以上のようにして、多分割光検出器Ｐ，Ｑ
からＯ点に存在する測定対象までの真の距離ｙ₀を求め
ることが可能となる。なお、以上の計算は、強力で安価
なマイクロコンピュータにより容易に計算可能である。

【００６２】（Ｂ）第２実施例本実施例は、平面状の測定対象の厚さを測定する場合で
ある。厚さ測定の原理この場合は、図５（ａ）に示すように、前記図１に示し
た計測装置Ｍと同一構成の計測装置Ｍ₁、Ｍ₂を基準物
体（テストピース）３０の上下に２組配設し、第１実施
例と同様の手段により基準物体３０の上下の基準面Ｌ
_1-0，Ｌ_2-0からの距離Ｎ₁，Ｎ₂を求め、図示しない
記憶手段に記憶しておく。このとき、基準物体３０の厚
みＤ₀は予め判明しているものとする。

【００６３】そして、実際に測定対象を測定する場合に
は、図５（ｂ）に示すように、前述のようにして位置決
めした計測装置Ｍ1 ，Ｍ2 の間に鋼板等の測定対象３１
を配置し、それぞれの表面から計測装置Ｍ1 ，Ｍ2 まで
の距離Ｎ3 ，Ｎ4 を求める。この距離Ｎ3 ，Ｎ4 と前記
記憶手段に記憶された基準の距離Ｎ₁，Ｎ₂との差を演
算手段（図示せず）で求め、測定対象３１の厚みを算出
する。

【００６４】計測装置の校正しかし、高精度測定を意図すると（例えば、ミクロン単
位の測定）、外気の温度変化や材料への熱の影響によ
り、三角測量を行なう光源やレンズや多分割光検出器の
位置の微小な変動や、計測装置を置いている位置の変動
等が発生し、正確な計測ができないので定期的な校正が
必要となる。

【００６５】特に、前述の板状物の厚み計測のように間
接的に計測する場合には、正確な校正が重要である。そ
の場合には、図６（ａ）に示すような校正物体４１を使
い、校正を行う。ここに、校正物体４１は、薄い部分４
１ａと厚い部分４１ｂとから構成されている。

【００６６】そして、校正物体４１の全範囲（薄い部分
４１ａの基準面Ｌ_1-0から厚い部分４１ｂの基準面Ｌ
_1-MAXまで、及び薄い部分４１ａの基準面Ｌ_2-0から厚
い部分４１ｂの基準面Ｌ_2-MAXまで）の、少なくとも２
箇所の点を定期的に測定し、計測装置Ｍ1 ，Ｍ2 と各基
準面との距離測定の校正を行なう。この校正に際して
は、矢印Ｘ1 で示すように、校正物体４１を左右に移動
して行う。

【００６７】図６（ｂ）に示した場合は、下の計測装置
Ｍ₂の基準点Ｌ_2-0が上の計測装置Ｍ₁の基準点Ｌ_1-0
より上にある場合に使用する。Ｌ_1-MAX，Ｌ_2-MAXは測
定の最大範囲の位置を示す。校正物体４２は水平方向に
移動できるようにして普段は測定対象に邪魔にならない
ようにし、校正するときは、移動により少なくとも２箇
所の校正ができるようにする。

【００６８】（Ｃ）第３実施例平面状の測定対象の厚さを測定する場合に、鋼板等が走
行するとき、先端や終端では鋼板が傾くことがある。

【００６９】図７に示すように、板状の測定物体５１の
真の厚さをｄ、測定物体５１の傾きをδθとすれば、傾
きによりあたかも厚さがｄ（１＋δθ）に増えたように
測定される。

【００７０】従って、図７に示すように、走行方向に更
に一対の計測装置Ｍ₃，Ｍ₄の両方（または一方）を設
ければ、測定物体５１の傾きを距離計算から求めること
が可能である。

【００７１】この距離計算を説明する。計測装置Ｍ₁に
よる距離をＬ₁、計測装置Ｍ₃よる距離をＬ₃とし、両
計測装置Ｍ₁，Ｍ₃間の距離をＬＤとすれば、傾きδθ
は［Ｌ₁−Ｌ₃］／ＬＤとなり、また、測定値はｄ（１
＋δθ）となる。従って、測定値からδθを減算すれ
ば、真の厚みｄを求めることができる。よって、傾きを
求めることで、厚さを補正して真の厚さを求めることが
できる。なお、もう一つの計測装置Ｍ₄があれば反対側
での表面の傾きも求められる。

【００７２】図７では４個の計測装置を設けたので、傾
きは２個の値の平均値を使うことで精度をあげることが
できる。また、走行方向と垂直方向に計測装置を更に追
加すればこの方向での傾きも計算でき、補正できる。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように各請求項記載の発明
によれば、複数の線状ビームを送出する光源と、該光源
により照射された測定対象に形成された像を受光する多
分割光検出手段と、該多分割光検出手段の受光量に対応
した複数の電気信号に基き、予め決められた関数により
積和演算を行ない、その積和演算の結果から像位置を近
似する関数を求め、前記測定対象までの距離を演算する
距離演算手段とを備えたので、同時に複数回の測定がで
きたことになり精度が高く、平均した広い範囲の距離が
測定でき、同時に複数のビームに対する計算ができ、精
度を悪くする谷の部分のデータに対しては積和演算を行
なう関数の値を小さくすることで影響を小さくすること
ができる。

【００７４】また、複数の多分割検出手段を備えたの
で、像の水平方向の移動があっても、その補償を行ない
精度のよい計測ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成図である。

【図２】光源による像を示す図であって、（ａ）は従来
の点光源、（ｂ）は本実施例に用いる光源（その１）、
（ｃ）は本実施例に用いる光源（その２）である。

【図３】本実施例における積和計算を説明する図であっ
て、（ａ）は多分割検出素子の位置と受光光量との関係
を示す図、（ｂ）は畳み込みを示す概念図、（ｃ）と
（ｄ）は近似曲線Ｑ（Ｚ）の特性図、（ｅ）は畳み込み
Ｒ（ｋ）の中心位置を示す図である。

【図４】本実施例における２個の多分割検出素子を有す
る場合の距離測定を示す図である。

【図５】本発明の第２実施例の原理を説明する図であっ
て、（ａ）は基準物体の測定、（ｂ）は測定対象の測定
を示す図である。

【図６】第２実施例における厚み測定の場合の校正方法
を示す図である。

【図７】第３実施例における測定対象の傾きを補正する
倍の図である。

【図８】従来の光学式距離計測装置の構成図である。

【図９】従来の光学式距離計測装置における多分割検出
素子の位置と受光光量との関係を示す図である。

【符号の説明】

１光源６，７多分割光検出器１５マイクロコンピュータ（距離演算手段）３０基準物体３１測定対象４１，４２校正物体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の線状ビームを送出する光源と、該光源から測定対象に照射され、該測定対象に形成され
た線状ビームの複数の像を受光する多分割光検出手段
と、該多分割光検出手段が受光した複数の線状ビームに対応
した電気信号に基き、予め決められた関数により積和演
算を行ない、その積和演算の結果から像位置を近似する
関数を求め、前記測定対象までの距離を演算する距離演
算手段とを備えたことを特徴とする距離計測装置。
【請求項２】前記距離演算手段は、予め決められた関
数として前記複数の像に対応して複数の山を持つ関数を
用いて積和演算を行ない、畳み込み或いは相関を求める
手段であることを特徴とする請求項１記載の距離計測装
置。
【請求項３】前記多分割光検出手段は、複数の多分割
光検出手段からなることを特徴とする請求項１記載の距
離計測装置。
【請求項４】光源から複数の線状ビームを送出し、測定対象に形成された前記複数の線状ビームに対応した
像を多分割光検出素子により受光し、前記多分割光検出素子が受光した複数の線状ビームに対
応した電気信号に基いて予め決められた関数により積和
演算を行ない、その積和演算の結果から像位置を近似する関数を求め、前記測定対象までの距離を演算するようにしたことを特
徴とする距離計測方法。
【請求項５】板状の測定対象の両面側に少なくとも２
個の請求項１記載の距離計測装置を配置して各距離計測
装置から前記板状の測定対象までの距離を求め、この求
めた距離に基いて前記板状の測定対象の厚みを求めるよ
うにしたことを特徴とする距離計測方法。