JPH0972709A - 位置計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光を利用した計測対象物の非接触な位置計測
において、計測対象物の形状に拘らず計測対象物の測定
点の位置または変位を正確に計測することを可能とする
位置計測装置を提供する。 【構成】 計測対象物２の測定点Ｐ₁ に向けて光Ｌを照
射する光照射手段１と、光Ｌの反射光を受光するととも
に受光量および受光位置に対応した電気信号を出力する
受光素子３と、受光素子３の受光面３ａに反射光を集光
するレンズ４を備え、受光素子３からの出力信号に基づ
いて測定点Ｐ₁ の位置または変位を計測する位置計測装
置において、レンズ４と受光素子３との間にスリット５
ｓが形成された反射光遮蔽板５が配置されているととも
に、反射光遮蔽板５を受光素子３の受光面３ａに平行な
方向に沿って任意の位置に移動させる反射光遮蔽板移動
手段６を備えるものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光を計測対象物の測定
点に照射し、その反射光を受光素子によって受光して、
受光素子からの受光量および受光位置に対応した出力信
号に基づいて測定点の位置または位置の変位を幾何学的
に算出する位置計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】計測対象物の測定点の位置または変位を
非接触で計測する手段として、レーザ式の位置計測装置
があるが、このレーザ式の位置計測装置に使用される受
光素子として半導体位置検出素子（Position Sensitive
Light Detector ，以下ＰＳＤとする）を用いたものが
ある。

【０００３】例えば、図１８に示すように、計測対象物
の測定点までの距離を測定する際に、レーザ光照射手段
１０１から計測対象物１０２に向けて光Ｌを照射し、こ
のレーザ光Ｌの計測対象物からの反射光Ｌ_R をレンズ１
０３により集光してＰＳＤ１０４によって受光する。Ｐ
ＳＤ１０４は、その両端の出力電極から、入射された反
射光Ｌ_R のスポット位置に対応した電流Ｉ₁ ，Ｉ₂ をそ
れぞれ出力するので、この電流Ｉ₁ ，Ｉ₂ から入射され
た反射光Ｌ_R のスポット位置を算出することができ、算
出されたスポット位置から反射光Ｌ_R のＰＳＤ１０４へ
の入射方向を特定することができるため、計測対象物１
０２の測定点１０２ｍの位置または変位を特定すること
ができる。

【０００４】したがって、計測対象物１０２からの反射
光Ｌ_R がレンズ１０３によって集光されてＰＳＤ１０４
の受光面にスポットを結像する限りにおいては、計測対
象物１０２における測定点１０２ｍの位置の正確な計測
が可能であるため、この原理を適用したレーザ式の位置
計測装置は多数存在し、また、非接触で対象物の位置等
を特定するのに、レーザ式の位置計測装置は比較的安価
であるため実用的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の位置計測装置においては、ＰＳＤ１０４の受
光面に結像されるレーザ光スポットが複数となる場合に
は、計測対象物１０２における所望のレーザ光の測定点
１０２ｍの位置を正確に計測することができないという
問題がある。

【０００６】例えば、図１９に示すように、計測対象物
１０２のレーザ光Ｌの入射点位置近傍の形状が立て壁状
の段差を有している場合には、レーザ光Ｌの入射点であ
る測定点１０２ｍにおいて散乱した散乱光Ｌｓが計測対
象物１０２の立て壁部１０２ｗ上の点１０２ｐにおいて
二次反射し、二次反射光Ｌ_R ´としてＰＳＤ１０４に入
射するるため、計測対象物１０２の測定点１０２ｍにお
いて一次反射した反射光Ｌ_R のレーザ光スポットととも
に、二次反射光Ｌ_R ´のレーザ光スポットがＰＳＤ１０
４の受光面に結像されるために、ＰＳＤ１０４から出力
される電流Ｉ₁，Ｉ₂ からは、一次反射した反射光Ｌ_R
の入射方向を正確には特定できないことになる。

【０００７】このような場合にも、計測対象物１０２が
上記のような形状であることが予め分かっているなら
ば、ＰＳＤ１０４の受光する位置をレーザ光Ｌの光軸回
りに適宜変更することにより、上記の二次反射光Ｌ_R ´
のＰＳＤ１０４への入射を防止することができるため、
計測対象物１０２における所望の測定点１０２ｍの位置
を正確に計測することが可能となるのであるが、計測対
象物１０２の形状が未知の場合には、ＰＳＤ１０４の受
光位置を変更して二次反射光Ｌ_R ´のＰＳＤ１０４への
入射を防止する等の対応手段が採れないため、計測対象
物１０２における所望の測定点１０２ｍの位置を正確に
計測することが困難である場合も生じるという問題があ
る。

【０００８】また、計測対象物１０２の形状が予め分か
っていたとしても、ＰＳＤ１０４の受光位置を適当に変
更する等の作業が必要になるため、計測に時間がかか
り、ＰＳＤ１０４の受光位置を適当に変更するための装
置等が必要となるという問題もあり、これらの問題を解
決することが課題であった。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、このような従来の課題に鑑み
てなされたもので、計測対象物の位置または位置の変位
の計測において、計測対象物の形状に拘らず計測対象物
の測定点の位置または変位を正確に計測することを可能
とする位置計測装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
位置計測装置は、計測対象物の測定点に向けて光を照射
する光照射手段と、前記光照射手段により計測対象物の
測定点に向けて照射された光の反射光を受光するととも
に受光量および受光位置に対応した出力信号を発生する
受光素子と、前記受光素子の受光面に前記反射光を集光
するレンズを備えるとともに、前記受光素子からの出力
信号に基づいて計測対象物の測定点の位置または位置の
変位を計測する位置計測装置において、レンズと受光素
子との間にスリットが形成され且つこのスリットに入射
する反射光以外の反射光を遮蔽する反射光遮蔽板が配置
されているとともに、前記反射光遮蔽板を受光素子の受
光面に沿って任意の位置に移動させる反射光遮蔽板移動
手段を備えた構成とし、請求項２として、反射光遮蔽板
がレンズの焦点面上またはその近傍位置に配置されてい
る構成とし、請求項３として、計測対象物の測定点に向
けて光を照射する光照射手段と、前記光照射手段により
計測対象物の測定点に向けて照射された光の反射光を受
光するとともに受光量および受光位置に対応した出力信
号を発生する受光素子と、前記受光素子の受光面に前記
反射光を結像させるレンズとから基本的に構成されると
ともに、前記受光素子からの出力信号に基づいて計測対
象物の測定点の位置または位置の変位を計測する位置計
測装置において、計測対象物の測定点と受光素子との間
に配置されたレンズに加えて、前記レンズと計測対象物
の測定点との間に配置された第２のレンズと、スリット
が形成され且つこのスリットに入射する反射光以外の反
射光を遮蔽する反射光遮蔽板を計測対象物の測定点と受
光素子との間に配置された第１のレンズと前記第２のレ
ンズとの間で且つ第２のレンズの焦点面上またはその近
傍位置に備えるとともに、前記反射光遮蔽板を受光素子
の受光面に沿って任意の位置に移動させる反射光遮蔽板
移動手段を備えた構成とし、請求項４として、反射光遮
蔽板を連続的または断続的に移動させる移動指令を反射
光遮蔽板移動手段に送る移動指令出力手段と、反射光遮
蔽板を連続的または断続的に移動させてスリットを通じ
て受光素子に入射する計測対象物からの反射光の入射量
が最大となる最大入射量位置検出手段と、前記最大入射
量位置検出手段により特定された反射光遮蔽板の位置で
受光素子から出力される受光位置に対応した出力信号に
基づいて受光素子における受光位置を算出する受光位置
算出手段と、前記受光位置算出手段で算出された受光素
子の受光位置に基づいて計測対象物の測定点の位置また
は位置の変位を算出する変位算出手段を有する受光素子
信号処理装置を備えた構成とし、請求項５として、受光
位置検出手段が最大入射量位置検出手段により特定され
た反射光遮蔽板の位置に基づいて受光面の受光位置を算
出する構成とし、請求項６として、最大入射量位置検出
手段および受光位置算出手段のかわりに、反射光遮蔽板
を移動させて複数位置において取得した受光量および受
光位置に対応した受光素子からの複数の出力信号データ
を高次関数により近似補間して得られた連続的データに
基づいて受光素子において受光量が最大となる受光位置
を推定する最大受光量位置推定手段を備えた構成とし、
請求項７として、受光素子が受光量および受光位置に対
応した出力信号を発生する半導体位置検出素子である構
成としており、上記の構成を課題を解決するための手段
としている。

【００１１】

【発明の作用】本発明の請求項１に係る位置計測装置
は、上記の構成としており、レンズと受光素子との間に
スリットの形成された反射光遮蔽板を配置したことによ
り、計測対象物の測定点以外の部分から反射して間接的
に入射する二次反射光が反射光遮蔽板により遮蔽される
とともに、反射光遮蔽板を反射光遮蔽板移動手段により
適当な位置に移動すれば、スリットを通じて測定点から
反射して受光素子に直接入射する一次反射光であるスポ
ットのみが受光素子に入射することとなり、受光素子の
受光面上に単一のスポットが結像することとなるため、
その結果、計測対象物の形状にかかわらず計測対象物の
測定点の正確な位置または変位が計測されることとな
る。

【００１２】本発明の請求項２に係る位置計測装置は、
上記の構成としており、反射光遮蔽板の位置を焦点面上
またはその近傍位置に配置する構成とすることにより、
一次反射光が反射光遮蔽板により遮蔽されるときとスリ
ットを通過するときとの光量の差がより大きくなるた
め、計測対象物の測定点の計測が一層正確なものとな
る。

【００１３】本発明の請求項３に係る位置計測装置は、
上記の構成としており、第１のレンズをその焦点が受光
素子上に位置するように配置し、第２のレンズをその焦
点がスリット上に位置するように配置すれば、第１のレ
ンズの焦点および第２のレンズの焦点双方が受光素子上
およびスリット上に位置することとなるため、より正確
な計測がなされることとなる。

【００１４】本発明の請求項４に係る位置計測装置は、
上記の構成としており、最大入射量位置検出手段によ
り、受光素子の受光面上に単一の光スポットを結像させ
る反射光遮蔽板に形成されたスリットの位置を特定する
ことができるとともに、この位置における受光素子から
の受光信号に基づいて受光位置算出手段により受光位置
を算出し、算出された受光位置から変位算出手段によっ
て計測対象物の測定点の位置または位置の変位が算出さ
れ、その結果、受光素子に入射する二次反射光等の多重
反射光成分による計測誤差の発生が大幅に抑制されるこ
ととなり、計測精度が大幅に向上することとなる。

【００１５】本発明の請求項５に係る位置計測装置は、
上記の構成としており、反射光遮蔽板に形成されたスリ
ットの位置から受光素子における受光位置が算出される
ため、受光量のみの情報しか得ることのできない受光素
子を使用した場合においても、正確な測定点の位置また
は変位の計測が行なわれることになる。

【００１６】本発明の請求項６に係る位置計測装置は、
上記の構成としており、最大受光量位置推定手段により
受光素子における最大受光量位置が特定されるため、反
射光遮蔽板に形成されたスリットの位置を移動させなが
らサンプリングする位置間隔がある程度広くなったとし
ても計測精度が悪化することなく、また、計測に要する
時間が大幅に短縮されることとなる。

【００１７】本発明の請求項７に係る位置計測装置は、
上記の構成としており、変位を算出するのに必要な受光
量および受光位置の双方に関する情報が同時に取得され
ることとなる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１９】図１は、本発明に係る位置計測装置の一実
施例の基本構成を示す説明図であって、計測対象物２の
測定点Ｐ₁ に向けてレーザ光Ｌを照射するレーザ光照射
手段１と、レーザ光照射手段１により計測対象物２の測
定点Ｐ₁ に向けて照射されたレーザ光Ｌの反射光Ｌ₁ を
受光するとともに受光量および受光位置に対応した電気
信号を出力する受光素子３と、受光素子３の受光面３ａ
に反射光Ｌ₁ を集光するレンズ４を備え、レンズ４と受
光素子３との間には、スリット５ｓが形成された反射光
遮蔽板５が配置されている。

【００２０】なお、本発明に係る位置計測装置における
光源は、測定点Ｐ₁ でスポット状にビームを絞ったもの
であればよい。本実施例では、レーザ光を用いて説明す
るが、例えば、ＬＥＤ光をレンズ等の光学系により集光
したものでも同様である。

【００２１】そして、反射光遮蔽板５は、反射光遮蔽板
移動手段６によって、受光素子３の受光面３ａに平行な
方向に沿って任意の位置に移動可能なものとなってい
る。

【００２２】一方、受光素子３には、受光素子３の出力
信号を処理する受光素子信号処理装置７が接続されてお
り、この受光素子信号処理装置７は、受光素子３の出力
信号を処理するとともに、反射光遮蔽板移動手段６に対
し移動指令ｐｃを送ることが可能なものとなっている。

【００２３】ここで、受光素子信号処理装置７は、図２
に示すように、反射光遮蔽板５を連続的または断続的に
移動させる移動指令ｐｃを反射光遮蔽板移動手段６に送
る移動指令出力手段８と、反射光遮蔽板５を連続的また
は断続的に移動させてスリット５ｓを通じて受光素子３
に入射する計測対象物２からの反射光の入射量が最大と
なる反射光遮蔽板５の位置を特定する最大入射量位置検
出手段９と、最大入射量位置検出手段９により特定され
た反射光遮蔽板５の位置における受光素子３から出力さ
れる受光位置に対応した電気信号に基づいて受光素子３
における受光位置を算出する受光位置算出手段１０と、
受光位置算出手段１０から算出された受光素子３におけ
る受光位置に基づいて計測対象物２の測定点Ｐ₁ の位置
または位置の変位を算出する変位算出手段１１を備える
構成のものとなっている。

【００２４】具体的には、例えば図３に示すように、Ａ
／Ｄ変換器２１により、受光素子３からのアナログ信号
をディジタル信号に変換し、このディジタル信号が入力
されるマイクロプロセッサーおよびソフトウエアによっ
て基本的に構成される制御・演算装置２２において、最
大入射量位置検出手段９，受光位置算出手段１０および
変位算出手段１１を実現することが可能となっている。

【００２５】また、移動指令発生器２３を備え、かつ、
制御・演算装置２２からの制御信号ｃｃによって移動指
令ｐｃを発生させることにより、移動指令出力手段８を
実現することが可能となっている。

【００２６】このように構成される本発明に係る位置計
測装置において、まず、スリット５ｓが形成された反射
光遮蔽板５の役割について説明する。

【００２７】例えば、図４に示すように、２つの点光源
５１および５３が存在する場合に、それぞれの点光源５
１，５３からの光はレンズ５６を通してスクリーン５５
上に像５２，５４として結像する。

【００２８】このとき、像５２のみをスクリーン５５上
に結像させたければ、図５に示すように、スクリーン５
５の近傍にスリット５７ｓが形成された反射光遮蔽板５
７を配置して点光源５３からの光を遮蔽すると同時に、
点光源５１からの光を反射光遮蔽板５７のスリット５７
ｓに通過させることにより単一の像５２のみを結像させ
ることが可能となる。

【００２９】したがって、図１に示したように、例え
ば、測定点Ｐ₁ から反射して直接受光素子３に入射する
一次反射光Ｌ₁ および測定点Ｐ₁ から散乱した反射光の
うち計測対象物２の段差部２ａの二次反射点Ｐ2 におい
て反射して受光素子３に入射する反射光Ｌ2 による２つ
のレーザ光スポットが受光素子３の受光面上に結像する
場合にも、上記の原理を用いて、反射光遮蔽板５を適当
な位置に配置してスリット５ｓから一次反射光Ｌ₁ のみ
を通過させることにより、受光素子３の受光面３ａ上に
単一のレーザ光スポットを結像させることが可能とな
る。

【００３０】ここで、図１において、受光素子３とし
て、半導体位置検出素子（Position Sensitive Light D
etector ，以下ＰＳＤ３とする。）を用いることができ
るが、ＰＳＤ３は、入射されたレーザ光スポットの位置
に応じた、すなわち、受光位置に対応した電流をその両
端の出力電極からＩ_1,Ｉ₂ として出力し、また、受光量
に関する情報は電流Ｉ_1,Ｉ₂ の和から求めることを可能
とするものである。

【００３１】受光素子は、素子に入射する位置が、素子
の両端の出力から算出可能な光位置検出素子であれば、
本発明に用いることができる。

【００３２】そして、図１において、スリット５ｓが形
成された反射光遮蔽板５の位置は、レンズ４の焦点面上
またはその近傍に位置するように配置し、また、ＰＳＤ
３の受光面３ａに一次反射光Ｌ₁ をレーザ光スポットと
して結像させる必要があるため、反射光遮蔽板５はＰＳ
Ｄ３の近傍に配置する。

【００３３】このような配置とするのは、反射光遮蔽板
５およびＰＳＤ３の両方がレンズ４の焦点面上に位置す
るように配置すればより正確な計測を行なうことができ
るが、図１の構成においては、反射光遮蔽板５およびＰ
ＳＤ３の両方をレンズ４の焦点面上に配置することは物
理的に不可能であり、可能な限り正確な計測をするため
である。つまり、一次反射光Ｌ₁ が反射光遮蔽板５によ
り遮蔽される場合と、スリット５ｓを通過する場合との
光量の差をより大きくすることができるからである。

【００３４】さらに、反射光遮蔽板５に形成されたスリ
ット５ｓの幅は、レーザ照射手段１から測定点Ｐ₁ まで
の距離を５０ｍｍ程度とした場合、測定点Ｐ₁ における
レーザ光スポットの直径が１００μｍ程度であるなら
ば、数十μｍ〜数百μｍ程度のものを使用するとよい。

【００３５】なお、反射光遮蔽板移動手段６は、反射光
遮蔽板５のスリット５ｓを適当な位置に配置させるため
に使用されるが、反射光遮蔽板５を移動させる反射光遮
蔽板移動手段６としては、例えば、ローラ（つまり、摩
擦による場合の一例である。）や歯車（つまり、かみ合
いによる一例である。）等を介してステッピングモー
タ，ロータリエンコーダ等により移動を行なわせること
ができる。

【００３６】一方、受光素子信号処理装置７において
は、ＰＳＤ３の出力電流Ｉ_1,Ｉ₂ が処理されるのである
が、ここで、計測対象物２が図１に示すような段差部２
ａを有していない場合、すなわち、二次反射光Ｌ₂ がＰ
ＳＤ３に入射しない場合に、反射光遮蔽板５のスリット
５ｓのＰＳＤ３に対する位置を反射光遮蔽板移動手段６
により移動させながらＰＳＤ３により一次反射光Ｌ₁ を
受光した際のＰＳＤ３の出力結果を図６に示す。

【００３７】なお、ＰＳＤ３の両端の電極からの出力電
流Ｉ_1,Ｉ₂ は電流−電圧変換して、それぞれ電圧Ｖ_1,Ｖ
₂ としてあるが、このときの電圧Ｖ_1,Ｖ₂ の値は、レー
ザ出力や、計測対象物２の反射率、電流−電圧変換に用
いる抵抗値等の要因により異なる値をとるため、ここで
は電圧Ｖ_1,Ｖ₂ の絶対的な値は問題にせず、電圧Ｖ_1,Ｖ
₂ の相対的な変化の傾向のみに着目して説明する。

【００３８】図６からわかるように、電圧Ｖ₁ およびＶ
₂ は同様の位置において最大値（ピーク値）を持つ。

【００３９】また、図７は、図６に示した電圧Ｖ_1,Ｖ₂
の和、すなわち、反射光遮蔽板５を移動させていった際
のＰＳＤ３の受光量を示したものである。

【００４０】図７に示すように、図６の結果より求めた
電圧Ｖ₁ およびＶ₂ の和は、ＰＳＤ３に入射する光量と
ともに増加する。この電圧Ｖ₁ およびＶ₂ の和の最大と
なる位置は、一次反射光Ｌ₁ がＰＳＤ３の受光面３ａ上
に結像するレーザ光スポットの位置と一致する。

【００４１】さらに、図８は、二次反射光Ｌ₂ が存在す
る場合の電圧Ｖ_1,Ｖ₂ の測定データの一例を示す説明図
であって、測定点Ｐ₁ から二次反射光Ｌ₂ を発生させる
段差部２ａまでの距離ｌが１５００μｍの場合である。

【００４２】なお、計測に用いた光学系は、図６の場合
と同様である。

【００４３】図８からわかるように、大きなピーク値以
外に二次反射光Ｌ₂ に起因するレベルの低いピーク値が
存在する。

【００４４】そして、図９は、図８に示した電圧Ｖ_1,Ｖ
₂ の和を示したものであるが、図７と比較すると、当然
に二次反射光Ｌ₂ に起因するピーク値が観測できる。

【００４５】以上の計測結果からわかるように、二次反
射点Ｐ₂ からの反射光Ｌ₂ の光量は、一次反射点である
測定点Ｐ₁ からの反射光Ｌ₁ の光量に比べかなり少な
い。

【００４６】したがって、一次反射点である測定点Ｐ₁
の変位を計測するには、図７の場合と同様に、電圧Ｖ₁
とＶ₂ の和の最大値となる位置が一次反射点である測定
点Ｐ₁ からの反射光Ｌ₁ の光重心位置としても大きな誤
差は発生しないと考えられるため、最大入射量位置検出
手段９により、反射光遮蔽板５を連続的または断続的に
移動させてスリット５ｓを通じてＰＳＤ３に入射する計
測対象物２からの反射光の入射量が最大となる反射光遮
蔽板５の位置を特定すれば、二次反射光Ｌ₂ 等の多重反
射光のＰＳＤ３への入射が防止されることとなり、測定
点Ｐ₁ から反射して直接ＰＳＤ３に入射する一次反射光
Ｌ₁ のみを計測することができる。

【００４７】次に、ＰＳＤ３上のレーザ光スポット入射
位置Ｘは、前述した最大入射量位置検出手段９によって
特定された反射光遮蔽板５の位置における一次反射光Ｌ
₁ をＰＳＤ３により受光した際のＰＳＤ３からの出力信
号Ｖ_1,Ｖ₂ 、すなわち、図６におけるピーク値をもと
に、受光位置算出手段１０において（式１）により算出
される。

【００４８】 Ｘ＝Ｋ・（Ｖ₁ −Ｖ₂ ）／（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ） （式１） ただし、ＫはＰＳＤ３の受光面３ａの両出力電極間の距
離（受光位置の変化に応じて出力電流が変化する方向の
電極間距離）に関する定数である。

【００４９】そして、測定点Ｐ₁ の位置または変位は、
（式１）により算出されたレーザ光スポット入射位置Ｘ
をもとに、ＰＳＤ３，レーザ光照射手段１の配置等か
ら、幾何学的に変位算出手段１１により算出されること
となる。

【００５０】なお、最大入射量位置検出手段９，受光位
置算出手段１０および変位算出手段１１は、制御・演算
装置２２において実現される。

【００５１】次に、図３に示した構成の受光素子信号処
理装置７の処理手順の一例を図１０に示すフローチャー
トに基づいて説明する。

【００５２】まず、ステップＳ１において、レーザ照射
手段１によりレーザ光Ｌが測定対象物２に向けて照射さ
れる。

【００５３】次に、ステップＳ２において、制御・演算
装置２２内において定義された変数の初期化を行なう。

【００５４】ここで、制御・演算装置２２内において
は、図３において、Ａ／Ｄ変換器２１によってＰＳＤ３
からの出力電流Ｉ₁ ，Ｉ₂ をディジタル化した後のデー
タを格納する変数Ｉ₁ [i] ，Ｉ₂ [i] （ｉ＝１,...,
Ｎ），ＰＳＤ３からの出力信号Ｉ₁ , Ｉ₂ の最大値を記
憶するための変数Ｉ₁ max ，Ｉ₂ max およびＰＳＤ３か
らの出力信号Ｉ₁ , Ｉ₂ の和の最大値を記憶するための
変数Ｉmax 等を定義しておく。

【００５５】なお、Ｎは、反射光遮蔽板５の総移動回数
である。ここで、総移動回数Ｎとは、反射光遮蔽板移動
手段６により、反射光遮蔽板５に形成されたスリット５
ｓの位置をＰＳＤ３の受光面３ａの一方端部から他方端
部まで複数回に分けて移動させていく場合の移動回数を
いう。

【００５６】例えば、反射光遮蔽板５のスリット５ｓの
位置を等間隔で移動させるとして、この移動間隔をｑμ
ｍとすると、スリット５ｓの幅がＳμｍである場合に
は、 ｑ≦Ｓ となるように１回あたりの移動量ｑを決定する必要があ
る。

【００５７】これは、ＰＳＤ３の受光面３ａのうち、走
査されない領域が生じるのを防止するためである。

【００５８】したがって、ＰＳＤ３の受光面３ａの受光
位置の変化に対応して出力電流Ｉ₁，Ｉ₂ が変化する方
向の幅をＰｍｍとすると、 Ｎ・ｑ＝１０００・Ｐ であるから、したがって、 Ｎ≧１０００・Ｐ／Ｓ を満たす総移動回数Ｎを決定する。

【００５９】なお、反射光遮蔽板５のスリット５ｓの位
置の移動間隔は、原理的には等間隔である必要はない
が、ここでは、説明の都合上、等間隔として説明する。

【００６０】次に、ステップＳ３において、スリット５
ｓのＰＳＤ３の受光面３ａに対する位置を初期化する。
ここで、初期化とは、移動指令発生器２３から反射光遮
蔽板移動手段６に移動指令ｐｃを送って、スリット５ｓ
の位置をＰＳＤ３の受光面３ａの一方端部に位置させる
ことである。

【００６１】そして、ステップＳ４において、ＰＳＤ３
の２つの電極端子からの出力信号Ｉ₁ , Ｉ₂ を、制御・
演算装置２２からＡ／Ｄ変換器２１にサンプリング指令
ｓｃを送って、Ａ／Ｄ変換器２１によりサンプリング
し、上記の変数Ｉ₁ [i] ，Ｉ₂[i] （ｉ＝１,..., Ｎ）
に格納保持する。

【００６２】そして、ステップＳ５において、サンプリ
ングした出力信号Ｉ₁ [i] およびＩ₂ [i] の和と出力信
号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の和の最大値Ｉmax とを比較し、Ｉ₁ [i]
およびＩ₂ [i] の和がＩmax よりも小さい場合は、ステ
ップＳ７に進み、Ｉ₁ [i] およびＩ₂ [i] の和がＩmax
よりも大きい場合は、ステップＳ６に進む。

【００６３】ステップＳ６では、変数Ｉ₁ max,Ｉ₂ max
をそれぞれＩ₁ [i] ，Ｉ₂ [i] で更新し、ステップＳ７
に進む。

【００６４】ステップＳ７では、現在までの移動回数を
記憶しておく変数ｉをインクリメントする。

【００６５】そして、ステップＳ８において、変数ｉと
総移動回数Ｎとを比較し、変数ｉが総移動回数Ｎよりも
小さい場合には、ステップＳ９に進み、ステップＳ９に
おいては、移動指令発生器２３から移動指令ｐｃを発生
させて、反射光遮蔽板移動手段６に送り、反射光遮蔽板
５を１ステップ（ｑμｍ）移動させた後、再度ステップ
Ｓ４に戻って、ステップＳ４〜Ｓ８の処理を行なう。

【００６６】一方、変数ｉがＮよりも大きい場合、すな
わち、反射光遮蔽板５のスリット５ｓの位置がＰＳＤ３
の受光面３ａの他方端部に到達したときには、ステップ
Ｓ１０に進む。

【００６７】ここで、ステップＳ８からＳ１０に移った
ところで、測定点Ｐ₁ から反射してＰＳＤ３に入射する
一次反射光Ｌ₁ の入射量が最大となる反射光遮蔽板５の
スリット５ｓの位置が特定されると同時に、測定点Ｐ₁
から反射して直接ＰＳＤ３に入射する一次反射光Ｌ₁ の
みを計測した際のＰＳＤ３からの出力信号Ｉ₁ ，Ｉ₂、
すなわち、出力信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の最大値Ｉ₁ max,Ｉ₂ ma
x が取得されている。

【００６８】つまり、以上のような手順により、最大入
射量位置検出手段９は実現され、同時に、特定された反
射光遮蔽板５のスリット５ｓの位置におけるＰＳＤ３の
出力信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ 、すなわち最大値Ｉ₁ max,Ｉ₂ max
も得ることができる。

【００６９】そして、ステップＳ１０において、得られ
たＰＳＤ３の出力信号Ｉ₁ max,Ｉ₂max をもとに受光位
置算出手段１０によりＰＳＤ３の受光面３ａにおけるレ
ーザ光スポットの受光位置Ｘを算出する。

【００７０】さらに、ステップＳ１１においては、ステ
ップＳ１０において算出した受光位置Ｘを基に上記した
ように変位算出手段１１により幾何学的に測定点Ｐ₁ の
位置または変位を算出する。

【００７１】測定点Ｐ₁ の位置または変位を算出した
後、継続して計測を行なう場合にはステップＳ２に進
み、計測が完了した場合には、ステップＳ１２において
処理を終了する。

【００７２】以上のような、動作を行なう本発明に係る
位置計測装置を使用して、二次反射光Ｌ2 が存在する場
合に、測定点Ｐ₁ から計測対象物２の段差部２ａまでの
距離ｌを０〜３０００μｍ（０〜０．３ｍｍ）の範囲に
わたって変化させた際の基準位置からのずれを計測した
結果を図１１に示す。

【００７３】なお、参考のため、本発明に係る位置計測
装置による計測結果とともに、スリット５ｓの形成され
た反射光遮蔽板５を用いない従来のレーザ式の位置計測
装置による計測結果を示した。

【００７４】また、実験データは複数回計測したものの
平均値であるが、両者のサンプル回数は同一ではない。

【００７５】さらに、基準位置は、計測対象物２の段差
部２ａが無い場合、つまり、二次反射光Ｌ₂ が存在しな
い場合の測定点Ｐ₁ の位置または変位の計測結果を基準
位置とした。

【００７６】図１１より、スリット５ｓが形成された反
射光遮蔽板５を備えた本発明に係る位置計測装置による
場合のほうが、従来のレーザ式の位置計測装置による場
合よりも、測定点Ｐ₁ から計測対象物２の段差部２ａま
での距離ｌの０〜３０００μｍ（０〜０．３ｍｍ）の全
範囲にわたって二次反射光Ｌ₂ の影響を受けにくいこと
がわかる。

【００７７】このことから、スリット５ｓが形成された
反射光遮蔽板５を用いると、ＰＳＤ３に入射する多重反
射成分による計測誤差の発生は大幅に抑えられ、その結
果、測定点Ｐ₁ の位置または変位の計測精度を大幅に向
上させることが可能となる。

【００７８】ところで、図３において、受光素子信号処
理装置７の一構成例を示したが、例えば、ＰＳＤ３から
の出力信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の最大値を求めるには、Ａ／Ｄ変
換器２１を使用せずに、直接Ｉ₁ ，Ｉ₂ をピークホール
ド回路によりそのピーク値をホールドすることによっ
て、図１０のフローチャートにおいて示した最大入射量
位置検出手段９おける最大値Ｉ₁ max,Ｉ₂ max 等を求め
ることも可能であり、このピークホールド回路によって
求まった値をアナログ回路またはディジタル回路から構
成される演算回路により処理することによって、受光素
子信号処理装置７をより安価に実現することも可能であ
る。

【００７９】ここで、図１における位置計測装置におい
ては、受光素子３としてＰＳＤ３を用いたものについて
説明したが、ＰＳＤ３のように受光量に関する情報（Ｉ
₁ とＩ₂ の和）および受光位置に関する情報（Ｉ₁ およ
びＩ₂ ）の双方を得ることができるものではなく、受光
量に関する情報しか得ることができない受光素子３を用
いる場合には、受光位置に関する情報を取得する必要が
ある。

【００８０】そこで、図１０のフローチャートのステッ
プＳ６において、Ｉ₁ max,Ｉ₂ maxが更新されるが、こ
のとき、同時に、そのときまでの移動回数ｉの値を、例
えば変数ｍを定義して記憶しておくと、反射光遮蔽板５
の移動が完了してステップＳ８に移った際に、ＰＳＤ３
からの信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の最大値Ｉ₁ max,Ｉ₂ max を取得
したときまでの反射光遮蔽板５の移動回数ｍを得ること
ができる。

【００８１】そして、このＰＳＤ３からの信号Ｉ₁ ，Ｉ
₂ の最大値Ｉ₁ max,Ｉ₂ max を取得したときまでの反射
光遮蔽板５の移動回数ｍより、反射光遮蔽板５のスリッ
ト５ｓのスタート位置からの移動量を算出することがで
きる。

【００８２】ここで、図１２（ａ）に示すように、スリ
ット５ｓのスタート位置は、ＰＳＤ３の受光面３ａの一
方端部であるから、この位置から移動回数ｍの移動を行
なった後には、反射光遮蔽板５の移動間隔をｑμｍとす
ると、反射光遮蔽板５のスタート位置からの移動距離Ｙ
は、図１２（ｂ）に示すように、 Ｙ＝ｑ×ｍ であり、また、反射光がスリット５ｓの中央位置に入射
するとすると、スリット５ｓの幅をＳμｍとして、ＰＳ
Ｄ３上のレーザ光スポット入射点の位置Ｘは、 Ｘ＝ｑ×ｍ＋Ｓ／２ とみなすことができる。

【００８３】したがって、ＰＳＤ３上のレーザ光スポッ
ト入射点の位置Ｘ、すなわち受光位置は、最大入射量位
置検出手段９により特定された反射光遮蔽板５の位置か
ら算出することができる。

【００８４】このようにして受光位置を算出すれば、受
光量に関する情報を得ることはできるが受光位置に関す
る情報を得ることができない受光素子３を使用した場合
においても、受光位置は反射光遮蔽板の位置または移動
量から算出することができるため、例えば、ＰＳＤ３を
使用した場合と同様の結果を得ることができる。

【００８５】次に、図１３は、本発明に係る位置計測装
置の受光信号処理装置の他の実施例の構成を示す説明図
であって、図２に示した最大入射量位置検出手段９およ
び受光位置算出手段１０のかわりに、最大受光量位置推
定手段１２を備えたものとなっている。

【００８６】最大受光量位置推定手段１２は、予め計測
された受光量データの各データ間を高次関数により近似
補間して、この近似補間された連続データの最大値を求
めるものである。

【００８７】すなわち、ＰＳＤ３からの受光データをサ
ンプリングする際に、反射光遮蔽板５の１回あたりの移
動量ｑを著しく短くすれば、サンプリングした受光デー
タは連続的で滑らかなものとなるのであるが、移動量ｑ
を著しく短くすると計測に多大な時間が必要となるた
め、反射光遮蔽板５の１回あたりの移動量ｑをある程度
長くする必要があり、例えば、図７や図９に示すよう
に、ピーク付近におけるデータは不連続なものとなる。

【００８８】このため、サンプリングした受光データの
最大値（ピーク値）の精度は、反射光遮蔽板５の１回あ
たりの移動量ｑに依存し、この１回あたりの移動量ｑが
大きくなるほど悪化することになる。

【００８９】そこで、移動量ｑをある程度大きくして
も、上記の最大受光量位置推定手段１２によって最大値
を推定することにより、最大値（ピーク値）を特定する
際の精度を向上させることができる。

【００９０】ここで、図１３に示す構成の位置計測装置
の処理手順を図１４および図１５に示すフローチャート
に基づいて説明する。

【００９１】図１４において示すように、ステップＳ１
〜Ｓ３において、レーザ光の照射，変数の初期化および
スリット位置の初期化を行なった後、ステップＳ４〜Ｓ
７においてＰＳＤ３からの出力信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ につきそ
れぞれＮ個のデータを予めサンプリングしておく。

【００９２】データのサンプリングが完了した後、ステ
ップＳ８に移り、取得データを基にＰＳＤ３の受光面３
ａにおける最大受光量位置の推定を行なうのであるが、
ステップＳ８における処理手順を図１５に示す。

【００９３】図１５に示すように、ステップＳ８１おい
て、ＰＳＤ３からの出力信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ につき予め取得
したデータＩ₁ [1] 〜Ｉ₁ [N] ，Ｉ₂ [1] 〜Ｉ₂ [N] の
うちの最大値Ｉ₁ [M] ，Ｉ₂ [M] を求める。

【００９４】次に、ステップＳ８２において、Ｉ₁ [M-
t] からＩ₁ [M+t] （ｔは定数）までの間を高次関数近
似して補間する。ここでは、高次関数ｆ（ｘ）の次数を
２次として説明する。なお、定数ｔには３程度の値を予
め設定しておく。

【００９５】そして、求まった、２次関数ｆ（ｘ）を、 ｆ（ｘ）＝ａｘ² ＋ｂｘ＋ｃ とし、ステップＳ８３において、Ｉ₂ [M-t] からＩ₂ [M
+t] までの間を、同様に、２次関数近似して補間し、求
まった、２次関数ｇ（ｘ）を、 ｇ（ｘ）＝ｄｘ² ＋ｅｘ＋ｆ とする。

【００９６】次に、ステップＳ８４において、次式の合
成関数ｈ（ｘ）を求め、 ｈ（ｘ）＝ｆ（ｘ）＋ｇ（ｘ） ＝（ａ＋ｄ）ｘ² ＋（ｂ＋ｅ）ｘ＋（ｃ＋ｆ） この合成関数ｈ（ｘ）が最大となるｘ１を算出する。

【００９７】そして、ステップＳ８５において、ｆ（ｘ
₁ ），ｇ（ｘ₁ ）を算出し、このｆ（ｘ₁ ），ｇ
（ｘ₁ ）を用いて、（式１）によりＰＳＤ３上の受光位
置を推定して受光位置が特定された後に、既述した変位
算出手段１１により測定点Ｐ₁ の位置または変位を算出
する（Ｓ９）。

【００９８】このようにして、実際に計測して取得した
データの最大値（ピーク値）付近のデータ間を高次関数
近似して補間し、得られた連続データの極大値を求め、
この値から受光位置を推定することにより、サンプリン
グ間隔がある程度広くても、計測精度を悪化させること
なく、測定点Ｐ₁ の位置または変位を求めることができ
ると同時に、計測に要する時間を大幅に短縮させること
が可能となる。

【００９９】次に、図１６は、本発明に係る位置計測装
置の更に他の実施例の構成を示す説明図であって、計測
対象物２の測定点Ｐ₁ とＰＳＤ３との間に配置された第
１のレンズ４１に加えて、第１のレンズ４１と計測対象
物２の測定点Ｐ₁ との間に第２のレンズ４２を配置する
とともに、第１のレンズ４１と第２のレンズ４２との間
にスリット５ｓが形成された反射光遮蔽板５を配置した
ものである。

【０１００】そして、反射光遮蔽板５に形成されたスリ
ット５ｓが第２のレンズ４２の焦点位置に位置するよう
に反射光遮蔽板５が配置されているものである。

【０１０１】このような構成とすることにより、ＰＳＤ
３およびスリット５ｓのいずれにおいてもレンズ４１，
４２の焦点が位置することとなるため、より正確な計測
が可能となる。

【０１０２】ここで、このような構成とした位置計測装
置について、図１７を用いてさらに詳しく説明する。

【０１０３】第１のレンズ４１，第２のレンズ４２およ
びＰＳＤ３が、図１７に示すように配置されていると
き、反射光Ｌ₁ がＰＳＤ３の一方端部に位置するＤ₁ 上
に結像するような測定点Ｐ₁ およびＰＳＤ３の他方端部
に位置するＤ₂ 上に結像するような測定点Ｐ₁ ´の位置
があらかじめわかっているとすると、測定点Ｐ₁ からの
反射光Ｌ₁ は第２のレンズ４２を通して点Ａの位置に結
像し、また、測定点Ｐ₁´からの反射光Ｌ₁ は第２のレ
ンズ４２を通してＢの位置に結像する。

【０１０４】このとき、第２のレンズ４２の中心軸と測
定点Ｐ₁ との距離ａ₁ および第２のレンズ４２の中心軸
と点Ａの位置に結像した像との距離ｂ₁ は、第２のレン
ズ４２の焦点距離をｆ₂ とすると、次式のような関係が
ある。

【０１０５】 １／ｆ₂ ＝１／ａ₁ ＋１／ｂ₁ （式２） また、点Ａの位置に結像した像と第１のレンズ４１の中
心軸との距離ａ₂ および第１のレンズ４１とＰＳＤ３の
受光位置Ｄ1 との距離ｂ₂ は、第１のレンズ４１の焦点
距離をｆ₁ とすると、次式のような関係がある。

【０１０６】 １／ｆ₁ ＝１／ａ₂ ＋１／ｂ₂ （式３） そして、測定点Ｐ₁ の位置は既知であることから第２の
レンズ４２の中心軸と測定点Ｐ₁ との距離ａ₁ は既知で
あり、第１のレンズ４１とＰＳＤ３の受光位置Ｄ1 との
距離ｂ₂ についてもＰＳＤ３と第１のレンズ４１との位
置関係から既知のものであり、距離ａ₁ と距離ｂ₁ の和
は一定であることから、点Ａの位置を特定することがで
きる。

【０１０７】さらに、第２のレンズ４２の中心軸と測定
点Ｐ₁ ´との距離ａ₁ ´，第２のレンズ４２の中心軸と
点Ａの位置に結像した像との距離ｂ₁ ´，点Ｂの位置に
結像した像と第１のレンズ４１の中心軸との距離ａ₂ ´
および第１のレンズ４１とＰＳＤ３の受光位置Ｄ₂ との
距離ｂ₂ ´についても、同様の関係から点Ｂの位置を特
定することができる。

【０１０８】したがって、反射光Ｌ₁ が第２のレンズを
通じて結像される位置は、直線ＡＢ上であり、この直線
ＡＢ上またはその近傍にスリット５ｓが形成された反射
光遮蔽板５を配置すればよい。

【０１０９】そして、この直線ＡＢ上またはその近傍に
スリット５ｓが形成された反射光遮蔽板５を反射光遮蔽
板移動手段６により移動させることによって、最大入射
量位置を特定することが可能になる。

【０１１０】次に、本発明に係る位置計測装置のさらに
他の実施例について説明する。

【０１１１】本発明に係る位置計測装置では、スリット
位置を物理的に移動させ、複数点を計測するが、計測は
必ずしも全ての点において行なう必要はなく、多重反射
が発生している可能性がある測定点付近においてのみ反
射光遮蔽板５を用いて測定することで、処理の高速化を
図ることができる。

【０１１２】すなわち、測定を２段階に分け、第１段階
で、反射光遮蔽板５を用いずに全体を走査し、概略形状
を計測する。ただし、この第１段階での計測の場合、多
重反射が存在しても計測器側では誤差の発生は認識でき
ない。

【０１１３】第２段階では、多重反射が発生している可
能性がある計測点付近を、反射光遮蔽板５を使用して再
度計測し、多重反射を除去することで計測精度を向上さ
せる。

【０１１４】この時、多重反射が発生する可能性がある
のは、大きく形状が変化する計測点付近である。

【０１１５】概略形状は、反射光遮蔽板５を用いない従
来方式でも多重反射の有無に関わらず計測可能であるた
め、大きく形状が変化する計測点付近は容易に検出でき
る。

【０１１６】したがって、大きく形状が変化する計測点
の前後数点から数十点について、再度反射光遮蔽板５を
用いて計測すればよい。

【０１１７】本実施例では、計測時間の短縮と、精度の
向上を同時に図ることができる。

【０１１８】また、本実施例において、大きな形状の変
化を検出する際には、計測値を差分処理し、ピーク点を
探索するようにしてもよい。

【０１１９】すなわち、本実施例に示す第１段階の計測
の際の計測データを１次微分する。ここで述べる１次微
分とは、例えば、隣接した第ｎ番目のデータと第ｎ＋１
番目のデータを差分することで実現できる。これを図２
０に示す。１次微分をとると、変化の大きい点はピーク
点となって現れる。ピーク点は山登り法等の手法によ
り、極値を探索すればよい。

【０１２０】次に、本発明に係る位置計測装置のさらに
他の実施例について説明する。

【０１２１】本発明に係る位置計測装置を自動車の車間
距離計測システムに応用した場合であって、車両に搭載
し屋外で使用したとき、受光部には、システムの光源の
照射による反射光以外にも様々な外来光が入射するた
め、これらの外来光がノイズとなり計測精度を低下させ
る要因となることがある。スリット５ｓを受光部付近に
設置する本発明に係る位置計測装置では、これらのノイ
ズとなる外来光の入射を遮断する効果もあり、計測性能
を向上させることが可能になる。

【０１２２】図２１に車両に搭載した場合の例を示す。
後続のＡ車に本発明に係る位置計測装置が搭載されてお
り、前方を走行するＢ車までの距離を計測している。

【０１２３】図２１（ａ）は、走行の状態を示してお
り、図２１（ｂ）は位置計測装置部分を上面から見た図
である。

【０１２４】受光部であるＰＳＤ３の全面には光源の発
光波長に一致させたバンドパスフィルタ６４が装着され
ており、システムの光源による反射光６２が最も多く透
過するようになっている。一方、日中の太陽光は紫外線
から赤外線まで幅広い帯域を有するため、たまたま他の
障害物からの反射光が外来光６３のようにバンドパスフ
ィルタ６４を透過してＰＳＤ３に到達する可能性があ
る。

【０１２５】反射光６２の強度を外来光６３の強度に対
して十分強くなるようにシステムの光学系を設計してお
けば、反射光遮蔽板５を用いて本発明に示す最大光量位
置で計測対象となる障害物までの距離を算出する方式に
より、外来光６３に影響されることなく正確な距離計測
が可能となる。

【０１２６】また、車両周囲の障害物検知装置に本発明
に係る位置計測装置を適用する場合には、例えば柱や壁
等の存在により、複数の凹凸が存在する駐車場のような
場所でも、多重反射光による計測誤差が軽減できるた
め、障害物までの正確な距離が計測でき、性能の向上を
図ることが可能となる。

【０１２７】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の請求
項１に係る位置計測装置によれば、レンズと受光素子と
の間にスリットの形成された反射光遮蔽板を配置したこ
とにより、計測対象物の測定点以外の部分から反射して
間接的に入射する二次反射光を反射光遮蔽板によって遮
蔽することが可能となるとともに、反射光遮蔽板を反射
光遮蔽板移動手段により適当な位置に移動すれば、スリ
ットを通じて測定点から反射して受光素子に直接入射す
る一次反射光のみを受光素子に入射させることが可能と
なり、受光素子の受光面上に単一のスポットを結像させ
ることが可能となるため、その結果、計測対象物の形状
にかかわらず計測対象物の測定点の正確な位置または変
位を計測することが可能になるという優れた効果がもた
らされる。

【０１２８】本発明の請求項２に記載の構成とすれば、
反射光遮蔽板の位置を焦点面上またはその近傍位置に配
置する構成としたため、一次反射光が反射光遮蔽板によ
り遮蔽される場合とスリットを通過する場合との光量の
差をより大きくすることができるため、より正確な計測
を行なうことが可能になるという優れた効果がもたらさ
れる。

【０１２９】本発明の請求項３に係る位置計測装置によ
れば、第１のレンズをその焦点が受光素子上に位置する
ように配置し、第２のレンズをその焦点が第１のレンズ
と第２のレンズとの間に配置された反射光遮蔽板に形成
されたスリット上に位置するように配置すれば、第１の
レンズの焦点および第２のレンズの焦点の双方が受光素
子上およびスリット上に位置することとなるため、計測
対象物の測定点の計測をより一層正確に行なうことがで
きるという優れた効果がもたらされる。

【０１３０】本発明の請求項４に記載の構成とすれば、
最大入射量位置検出手段により、受光素子の受光面上に
単一のスポットを結像させ、この位置における受光素子
からの受光信号に基づいて受光位置算出手段により受光
位置を算出することができ、算出された受光位置から変
位算出手段によって計測対象物の測定点の位置または位
置の変位を算出することができるため、受光素子に入射
する二次反射光等の多重反射光成分による計測誤差の発
生を大幅に抑制することが可能となり、測定点の計測精
度を大幅に向上させることができるという優れた効果が
もたらされる。

【０１３１】本発明の請求項５に記載の構成とすれば、
反射光遮蔽板に形成されたスリットの位置から受光素子
における受光位置が算出されるため、受光量のみの情報
しか得ることのできない受光素子を使用した場合におい
ても、正確な測定点の位置または変位の計測を行なうこ
とが可能になるという優れた効果がもたらされる。

【０１３２】本発明の請求項６に記載の構成とすれば、
最大受光量位置推定手段により受光素子における最大受
光量位置が特定されるため、反射光遮蔽板に形成された
スリットの位置を移動させながらサンプリングする位置
間隔をある程度広くしたとしても計測精度が悪化するの
を防止することが可能となり、また、計測に要する時間
を大幅に短縮することが可能になるという優れた効果が
もたらされる。

【０１３３】本発明の請求項７に記載の構成とすれば、
変位を算出するのに必要な受光量および受光位置の双方
に関する情報を同時に取得することが可能になるという
効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る位置計測装置の一実施例の構成を
示す説明図である。

【図２】本発明に係る位置計測装置の受光素子信号処理
装置の一構成例を示す説明図である。

【図３】本発明に係る位置計測装置の受光素子信号処理
装置の一実施例を示す説明図である。

【図４】複数の光源からの光がレンズを通じてスクリー
ン上に複数の像を結像する様子を示す説明図である。

【図５】複数の光源が存在する場合に、スクリーン上に
単一の像のみ結像させるための原理を示す説明図であ
る。

【図６】二次反射光が入射しない場合に、本発明に係る
位置計測装置を使用して反射光遮蔽板を移動させていっ
た際のＰＳＤの出力結果を示す図である。

【図７】図６の結果を基にＰＳＤの受光量を算出した結
果を示す図である。

【図８】二次反射光が入射する場合に、本発明に係る位
置計測装置を使用して反射光遮蔽板を移動させていった
際のＰＳＤの出力結果を示す図である。

【図９】図８の結果を基にＰＳＤの受光量を算出した結
果を示す図である。

【図１０】図３に示す構成の位置計測装置の処理手順を
示すフローチャートである。

【図１１】本発明に係る位置計測装置を使用した場合の
計測対象物の変位の計測結果および従来のレーザ式の位
置計測装置を使用した場合の計測対象物の変位の計測結
果を示す説明図である。

【図１２】反射光遮蔽板のスタート位置を示す説明図
（図１２（ａ））および反射光遮蔽板の最大入射量位置
を示す説明図（図１２（ｂ））である。

【図１３】本発明に係る位置計測装置の受光素子信号処
理装置の他の構成例を示す説明図である。

【図１４】図１３の位置計測装置の処理手順を示すフロ
ーチャートである。

【図１５】図１３の位置計測装置の最大受光量位置推定
手段の処理手順を示すフローチャートである。

【図１６】本発明に係る位置計測装置のさらに他の実施
例を示す説明図である。

【図１７】図１６の位置計測装置をさらに詳しく説明す
るための説明図である。

【図１８】従来の位置計測装置の一例を示す説明図であ
る。

【図１９】図１８の位置計測装置において二次反射光が
ＰＳＤに入射する様子を示す説明図である。

【図２０】本発明に係る位置計測装置を用いて計測した
結果を示す説明図（図２０（ａ））および図２０（ａ）
を一次微分した結果を示す説明図（図２０（ｂ））であ
る。

【図２１】本発明に係る位置計測装置をＡ車に搭載して
前方のＢ車までの距離を計測している様子を示す説明図
（図２１（ａ））および図２１（ａ）において上方向か
ら見た場合のＡ車に搭載した位置計測装置の計測の様子
を示す説明図（図２１（ｂ））である。

【符号の説明】

１ レーザ光照射手段 ２ 計測対象物 ２ａ 段差部 ３ 受光素子（ＰＳＤ） ３ａ 受光面 ４ レンズ ５ 反射光遮蔽板 ５ｓ スリット ６ 反射光遮蔽板移動手段 ７ 受光素子信号処理装置 ８ 移動指令出力手段 ９ 最大入射量位置検出手段 １０ 受光位置検出手段 １１ 変位算出手段 １２ 最大受光量位置推定手段 ２１ Ａ／Ｄ変換器 ２２ 制御演算装置 ２３ 移動指令発生器 ４１ 第１のレンズ ４２ 第２のレンズ ５１，５３ 点光源 ５２，５４ 像 ５５ スクリーン ５６ レンズ ６１ 照射光 ６２ 反射光 ６３ 外来光 ６４ バンドパスフィルタ Ｌ レーザ光 Ｌ₁ 一次反射光 Ｌ₂ 二次反射光 Ｐ₁ 測定点（一次反射点） Ｐ₂ 二次反射点 Ｉ₁ ，Ｉ₂ 出力電流

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計測対象物の測定点に向けて光を照射す
   る光照射手段と、前記光照射手段により計測対象物の測
   定点に向けて照射された光の反射光を受光するとともに
   受光量および受光位置に対応した出力信号を発生する受
   光素子と、前記受光素子の受光面に前記反射光を集光す
   るレンズを備えるとともに、前記受光素子からの出力信
   号に基づいて計測対象物の測定点の位置または位置の変
   位を計測する位置計測装置において、レンズと受光素子
   との間にスリットが形成され且つこのスリットに入射す
   る反射光以外の反射光を遮蔽する反射光遮蔽板が配置さ
   れているとともに、前記反射光遮蔽板を任意の位置に移
   動させる反射光遮蔽板移動手段を備えたことを特徴とす
   る位置計測装置。
2. 【請求項２】 反射光遮蔽板がレンズの焦点面上または
   その近傍位置に配置されていることを特徴とする請求項
   １に記載の位置計測装置。
3. 【請求項３】 計測対象物の測定点に向けて光を照射す
   る光照射手段と、前記光照射手段により計測対象物の測
   定点に向けて照射された光の反射光を受光するとともに
   受光量および受光位置に対応した出力信号を発生する受
   光素子と、前記受光素子の受光面に前記反射光を結像さ
   せるレンズとから基本的に構成されるとともに、前記受
   光素子からの出力信号に基づいて計測対象物の測定点の
   位置または位置の変位を計測する位置計測装置におい
   て、計測対象物の測定点と受光素子との間に配置された
   レンズに加えて、前記レンズと計測対象物の測定点との
   間に配置された第２のレンズと、スリットが形成され且
   つこのスリットに入射する反射光以外の反射光を遮蔽す
   る反射光遮蔽板を計測対象物の測定点と受光素子との間
   に配置された第１のレンズと前記第２のレンズとの間で
   且つ第２のレンズの焦点面上またはその近傍位置に備え
   るとともに、前記反射光遮蔽板を受光素子の受光面に沿
   って任意の位置に移動させる反射光遮蔽板移動手段を備
   えたことを特徴とする位置計測装置。
4. 【請求項４】 反射光遮蔽板を連続的または断続的に移
   動させる移動指令を反射光遮蔽板移動手段に送る移動指
   令出力手段と、反射光遮蔽板を連続的または断続的に移
   動させてスリットを通じて受光素子に入射する計測対象
   物からの反射光の入射量が最大となる最大入射量位置検
   出手段と、前記最大入射量位置検出手段により特定され
   た反射光遮蔽板の位置で受光素子から出力される受光位
   置に対応した出力信号に基づいて受光素子における受光
   位置を算出する受光位置算出手段と、前記受光位置算出
   手段で算出された受光素子の受光位置に基づいて計測対
   象物の測定点の位置または位置の変位を算出する変位算
   出手段を有する受光素子信号処理装置を備えたことを特
   徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の位置計測
   装置。
5. 【請求項５】 受光位置検出手段が最大入射量位置検出
   手段により特定された反射光遮蔽板の位置に基づいて受
   光面の受光位置を算出することを特徴とする請求項４に
   記載の位置計測装置。
6. 【請求項６】 最大入射量位置検出手段および受光位置
   算出手段のかわりに、反射光遮蔽板を移動させて複数位
   置において取得した受光量および受光位置に対応した受
   光素子からの複数の出力信号データを高次関数により近
   似補間して得られた連続的データに基づいて受光素子に
   おいて受光量が最大となる受光位置を推定する最大受光
   量位置推定手段を備えたことを特徴とする請求項４に記
   載の位置計測装置。
7. 【請求項７】 受光素子が受光量および受光位置に対応
   した出力信号を発生する半導体位置検出素子であること
   を特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の位置
   計測装置。