JPH10153405A - 測定装置および測定方法 - Google Patents
測定装置および測定方法Info
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- JPH10153405A JPH10153405A JP31515296A JP31515296A JPH10153405A JP H10153405 A JPH10153405 A JP H10153405A JP 31515296 A JP31515296 A JP 31515296A JP 31515296 A JP31515296 A JP 31515296A JP H10153405 A JPH10153405 A JP H10153405A
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- lens
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡易な構成および処理によって高精度に距離
を測定可能な測定装置および測定方法を提供する。 【解決手段】 対象物１上に光源２から照射領域５に光
を照射する。対象物１上の照射領域５からの反射光また
は散乱光をレンズ３で集光し、光電変換素子４に入射さ
せる。光電変換素子４は、照射領域５と照射領域５以外
の領域の境界部分が光電変換素子４の受光面上に来るよ
うにする。さらに、対象物１がレンズ３に近づいた場合
に、照射領域５の像が大きくなり、遠ざかった場合に、
照射領域５の像が小さくなる位置で受光する。これによ
り、対象物１がレンズ３に近づくまたは遠ざかることに
よる光量の増大または減少とともに、照射領域５の増大
または減少によって、両者の影響を強め合い、対象物１
までの距離を精度よく測定することができる。
を測定可能な測定装置および測定方法を提供する。 【解決手段】 対象物１上に光源２から照射領域５に光
を照射する。対象物１上の照射領域５からの反射光また
は散乱光をレンズ３で集光し、光電変換素子４に入射さ
せる。光電変換素子４は、照射領域５と照射領域５以外
の領域の境界部分が光電変換素子４の受光面上に来るよ
うにする。さらに、対象物１がレンズ３に近づいた場合
に、照射領域５の像が大きくなり、遠ざかった場合に、
照射領域５の像が小さくなる位置で受光する。これによ
り、対象物１がレンズ３に近づくまたは遠ざかることに
よる光量の増大または減少とともに、照射領域５の増大
または減少によって、両者の影響を強め合い、対象物１
までの距離を精度よく測定することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、紙面やその他の対
象物までの距離を測定する測定装置および測定方法に関
するものである。
象物までの距離を測定する測定装置および測定方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、種々の光学的な距離の測定装
置が開発されている。例えば、その１つとして、２つの
光電変換素子を用い、受光量によって距離を測定するも
のがある。図６は、従来の測定装置の一例の説明図であ
る。図中、２１，２２は光電変換素子、２３，２４は遮
光板、２５は光源である。光源２５からの光は、遮光板
２３，２４を介して光電変換素子２１，２２で受光され
る。図６において、光電変換素子２１，２２の受光面に
光源２５からの光が照射されている領域を白く抜いて示
し、光が照射されていない領域を黒く塗りつぶして示し
ている。
置が開発されている。例えば、その１つとして、２つの
光電変換素子を用い、受光量によって距離を測定するも
のがある。図６は、従来の測定装置の一例の説明図であ
る。図中、２１，２２は光電変換素子、２３，２４は遮
光板、２５は光源である。光源２５からの光は、遮光板
２３，２４を介して光電変換素子２１，２２で受光され
る。図６において、光電変換素子２１，２２の受光面に
光源２５からの光が照射されている領域を白く抜いて示
し、光が照射されていない領域を黒く塗りつぶして示し
ている。
【０００３】図６（Ｂ）に示すように、光源２５が光電
変換素子２１，２２に近づくと、光電変換素子２１，２
２の受光面における光源２５の光が照射される領域が増
加する。逆に光源２５が遠ざかると、図６（Ｃ）に示す
ように、光源２５の光が照射される領域が減少する。こ
れを利用し、受光量に対応した光電変換素子２１，２２
からの出力を検出することで、光源２５までの距離を求
めることができる。
変換素子２１，２２に近づくと、光電変換素子２１，２
２の受光面における光源２５の光が照射される領域が増
加する。逆に光源２５が遠ざかると、図６（Ｃ）に示す
ように、光源２５の光が照射される領域が減少する。こ
れを利用し、受光量に対応した光電変換素子２１，２２
からの出力を検出することで、光源２５までの距離を求
めることができる。
【０００４】さらに、図６に示す構成では、図示した平
面上の２次元の位置まで求めることができる。さらに第
３の光電変換素子を用いることによって３次元の位置も
求めることができ、例えば特願平７−２８８７９４号で
は基準光量を検出する光電変換素子を付加的に用いて３
次元位置を検出している。
面上の２次元の位置まで求めることができる。さらに第
３の光電変換素子を用いることによって３次元の位置も
求めることができ、例えば特願平７−２８８７９４号で
は基準光量を検出する光電変換素子を付加的に用いて３
次元位置を検出している。
【０００５】しかし、図６に示した構成では光電変換素
子を２つ用いており、さらなるコストダウンが求められ
ている。また、この構成では、光源までの距離を検出す
ることはできるが、光を発しない対象物に対しては適用
できない。
子を２つ用いており、さらなるコストダウンが求められ
ている。また、この構成では、光源までの距離を検出す
ることはできるが、光を発しない対象物に対しては適用
できない。
【０００６】一般の対象物までの距離を検出する構成と
しては、例えば複数の１次元あるいは２次元ＣＣＤを用
い、対象物上のある特定のパターンを認識し、そのパタ
ーンが出現する各ＣＣＤ上の位置から距離を求めるもの
がある。しかし、複数のＣＣＤを用いることはやはり装
置のコストを押し上げ、また、距離を求めるための処理
も複雑となる。
しては、例えば複数の１次元あるいは２次元ＣＣＤを用
い、対象物上のある特定のパターンを認識し、そのパタ
ーンが出現する各ＣＣＤ上の位置から距離を求めるもの
がある。しかし、複数のＣＣＤを用いることはやはり装
置のコストを押し上げ、また、距離を求めるための処理
も複雑となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、簡易な構成および処理によ
って高精度に距離を測定可能な測定装置および測定方法
を提供することを目的とするものである。
情に鑑みてなされたもので、簡易な構成および処理によ
って高精度に距離を測定可能な測定装置および測定方法
を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、測定装置において、対象物に少なくとも明領域と暗
領域を形成する光を照射する光源と、前記対象物上に配
置され前記光源から照射される光の光路と所定の角度の
光軸を有するレンズと、該レンズとの相対位置が一定で
あり前記レンズを介して前記対象物からの反射光または
散乱光を受光する受光手段と、該受光手段の受光量に基
づいて前記対象物の位置を求める測定手段を有し、前記
受光手段は、受光面の一端に前記対象物上の前記明領域
の像が、また他端に前記対象物上の前記暗領域の像が存
在し、前記対象物が前記レンズに近づいた場合に前記明
領域の像の領域が大きくなり、前記対象物が前記レンズ
から遠ざかった場合に前記暗領域の像の領域が大きくな
るように配置されていることを特徴とするものである。
は、測定装置において、対象物に少なくとも明領域と暗
領域を形成する光を照射する光源と、前記対象物上に配
置され前記光源から照射される光の光路と所定の角度の
光軸を有するレンズと、該レンズとの相対位置が一定で
あり前記レンズを介して前記対象物からの反射光または
散乱光を受光する受光手段と、該受光手段の受光量に基
づいて前記対象物の位置を求める測定手段を有し、前記
受光手段は、受光面の一端に前記対象物上の前記明領域
の像が、また他端に前記対象物上の前記暗領域の像が存
在し、前記対象物が前記レンズに近づいた場合に前記明
領域の像の領域が大きくなり、前記対象物が前記レンズ
から遠ざかった場合に前記暗領域の像の領域が大きくな
るように配置されていることを特徴とするものである。
【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の測定装置において、前記光源は、点滅して発光し、前
記測定手段は前記光源の点灯時と消灯時の光量を前記受
光手段から得て、点灯時の光量から消灯時の光量を除去
することを特徴とするものである。
の測定装置において、前記光源は、点滅して発光し、前
記測定手段は前記光源の点灯時と消灯時の光量を前記受
光手段から得て、点灯時の光量から消灯時の光量を除去
することを特徴とするものである。
【００１０】請求項３に記載の発明は、測定装置におい
て、対象物上に配置されたレンズと、該レンズとの相対
位置が一定であり前記レンズを介して前記対象物の発光
光を受光する受光手段と、該受光手段の受光量に基づい
て前記対象物の位置を求める測定手段を有し、前記受光
手段は、受光面の一端に前記発光光の像が存在し、他端
には前記発光光の像が存在せず、前記対象物が前記レン
ズに近づいた場合に前記発光光の像の領域が大きくな
り、前記対象物が前記レンズから遠ざかった場合に前記
発光光の像の領域が小さくなるように配置されているこ
とを特徴とするものである。
て、対象物上に配置されたレンズと、該レンズとの相対
位置が一定であり前記レンズを介して前記対象物の発光
光を受光する受光手段と、該受光手段の受光量に基づい
て前記対象物の位置を求める測定手段を有し、前記受光
手段は、受光面の一端に前記発光光の像が存在し、他端
には前記発光光の像が存在せず、前記対象物が前記レン
ズに近づいた場合に前記発光光の像の領域が大きくな
り、前記対象物が前記レンズから遠ざかった場合に前記
発光光の像の領域が小さくなるように配置されているこ
とを特徴とするものである。
【００１１】請求項４に記載の発明は、測定方法におい
て、対象物に光を照射して少なくとも明領域と暗領域を
形成し、レンズを介して前記対象物からの反射光または
散乱光を受光手段に結像させ、該受光手段は、受光面の
一端に前記対象物上の前記明領域の像が、また他端に前
記対象物上の前記暗領域の像が存在し、前記対象物が前
記レンズに近づいた場合に前記明領域の像の領域が大き
くなり、前記対象物が前記レンズから遠ざかった場合に
前記暗領域の像の領域が大きくなるような位置で前記対
象物からの反射光または散乱光を受光し、受光量に基づ
き前記対象物の前記レンズとの距離を求めることを特徴
とするものである。
て、対象物に光を照射して少なくとも明領域と暗領域を
形成し、レンズを介して前記対象物からの反射光または
散乱光を受光手段に結像させ、該受光手段は、受光面の
一端に前記対象物上の前記明領域の像が、また他端に前
記対象物上の前記暗領域の像が存在し、前記対象物が前
記レンズに近づいた場合に前記明領域の像の領域が大き
くなり、前記対象物が前記レンズから遠ざかった場合に
前記暗領域の像の領域が大きくなるような位置で前記対
象物からの反射光または散乱光を受光し、受光量に基づ
き前記対象物の前記レンズとの距離を求めることを特徴
とするものである。
【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の測定方法において、前記対象物に対して点滅した照射
光を照射し、照射光の照射時と照射していない時の前記
対象物からの反射光または散乱光を受光し、照射光を照
射時の受光量から照射光を照射していない時の受光量を
除去することを特徴とするものである。
の測定方法において、前記対象物に対して点滅した照射
光を照射し、照射光の照射時と照射していない時の前記
対象物からの反射光または散乱光を受光し、照射光を照
射時の受光量から照射光を照射していない時の受光量を
除去することを特徴とするものである。
【００１３】請求項６に記載の発明は、測定方法におい
て、対象物が発する発光光をレンズを介して受光手段に
結像させ、該受光手段は、受光面の一端に前記発光光の
像が存在し、他端には前記発光光の像が存在せず、前記
対象物が前記レンズに近づいた場合に前記発光光の像の
領域が大きくなり、前記対象物が前記レンズから遠ざか
った場合に前記発光光の像の領域が小さくなるような位
置で前記対象物からの発光光を受光し、受光量に基づい
て前記対象物の前記レンズとの距離を求めることを特徴
とするものである。
て、対象物が発する発光光をレンズを介して受光手段に
結像させ、該受光手段は、受光面の一端に前記発光光の
像が存在し、他端には前記発光光の像が存在せず、前記
対象物が前記レンズに近づいた場合に前記発光光の像の
領域が大きくなり、前記対象物が前記レンズから遠ざか
った場合に前記発光光の像の領域が小さくなるような位
置で前記対象物からの発光光を受光し、受光量に基づい
て前記対象物の前記レンズとの距離を求めることを特徴
とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の測定装置および
測定方法の実施の一形態を示す概略構成図である。図
中、１は対象物、２は光源、３はレンズ、４は光電変換
素子、５は照射領域、６は測定部である。レンズ３と光
源２とは所定の角度を有して配置されている。光源２
は、例えばＬＥＤ等によって構成することができ、対象
物２の特定の領域を照射し、照射領域５を形成する。照
射光は平行光であることが望ましいが、平行光以外でも
構わない。この照射光により照射領域５を形成する必要
があるので、対象物１の面が照射光と平行にならないよ
うに、対象物１が配置されている必要がある。
測定方法の実施の一形態を示す概略構成図である。図
中、１は対象物、２は光源、３はレンズ、４は光電変換
素子、５は照射領域、６は測定部である。レンズ３と光
源２とは所定の角度を有して配置されている。光源２
は、例えばＬＥＤ等によって構成することができ、対象
物２の特定の領域を照射し、照射領域５を形成する。照
射光は平行光であることが望ましいが、平行光以外でも
構わない。この照射光により照射領域５を形成する必要
があるので、対象物１の面が照射光と平行にならないよ
うに、対象物１が配置されている必要がある。
【００１５】レンズ３は、対象物１上の照射領域５から
の反射光または散乱光を集光し、光電変換素子４に入射
させる。光電変換素子４は、対象物１上の照射領域５の
像を全て受光するのではなく、照射領域５と照射領域５
以外の領域の境界部分が光電変換素子４の受光面上に来
るようにする。さらに、対象物１がレンズ３に近づいた
場合に、照射領域５の像が大きくなり、対象物１がレン
ズ３から遠ざかった場合に、照射領域５以外の領域の像
が大きくなるように配置されている。
の反射光または散乱光を集光し、光電変換素子４に入射
させる。光電変換素子４は、対象物１上の照射領域５の
像を全て受光するのではなく、照射領域５と照射領域５
以外の領域の境界部分が光電変換素子４の受光面上に来
るようにする。さらに、対象物１がレンズ３に近づいた
場合に、照射領域５の像が大きくなり、対象物１がレン
ズ３から遠ざかった場合に、照射領域５以外の領域の像
が大きくなるように配置されている。
【００１６】図１に示した例では、対象物１の右斜め上
から光を照射し、対象物１上の照射領域５と照射領域以
外の領域との境界のうち、右側の境界の像が光電変換素
子４上に形成されるように、光電変換素子４をレンズ３
の光軸に対して左側にずらして配置している。このよう
な構成により、対象物１がレンズ３に近づいた場合に
は、照射領域５が右側に移動し、光電変換素子４の受光
面における照射領域５の像が左側に移動して、照射領域
５の像が大きくなる。また、対象物１がレンズ３から遠
ざかった場合には、照射領域５が左側に移動し、光電変
換素子４の受光面における照射領域５の像が右側に移動
して、照射領域５以外の領域の像が大きくなる。
から光を照射し、対象物１上の照射領域５と照射領域以
外の領域との境界のうち、右側の境界の像が光電変換素
子４上に形成されるように、光電変換素子４をレンズ３
の光軸に対して左側にずらして配置している。このよう
な構成により、対象物１がレンズ３に近づいた場合に
は、照射領域５が右側に移動し、光電変換素子４の受光
面における照射領域５の像が左側に移動して、照射領域
５の像が大きくなる。また、対象物１がレンズ３から遠
ざかった場合には、照射領域５が左側に移動し、光電変
換素子４の受光面における照射領域５の像が右側に移動
して、照射領域５以外の領域の像が大きくなる。
【００１７】図２は、本発明の測定装置および測定方法
の実施の一形態における動作原理の説明図である。図
中、７は受光領域である。図２（Ａ）は、暫定的に決め
た標準の位置に対象物１が存在する状態を示す。照射領
域５を太線で示している。上述のように光電変換素子４
は、照射領域５の像をすべて受光するのではなく、照射
領域５と照射領域５以外の領域の境界が受光面上に来る
ように配置されている。照射領域５の像が存在する光電
変換素子４の受光面上の領域を受光領域７として矢線で
示している。
の実施の一形態における動作原理の説明図である。図
中、７は受光領域である。図２（Ａ）は、暫定的に決め
た標準の位置に対象物１が存在する状態を示す。照射領
域５を太線で示している。上述のように光電変換素子４
は、照射領域５の像をすべて受光するのではなく、照射
領域５と照射領域５以外の領域の境界が受光面上に来る
ように配置されている。照射領域５の像が存在する光電
変換素子４の受光面上の領域を受光領域７として矢線で
示している。
【００１８】図２（Ｂ）において、対象物１が上昇し、
レンズ３に近づいた場合について考える。対象物１が上
昇することによって、レンズ３を透過する光量は増加す
る。これと同時に、対象物１の照射領域５は光源２の方
向に向かって移動する。図２（Ｂ）では、照射領域５は
右方向に移動している。この照射領域５の移動によっ
て、光電変換素子４の受光面上に形成される照射領域５
の像の面積、すなわち受光領域７は増加する。対象物１
が上昇すると、レンズ３を透過する光量が増加するとと
もに、受光領域７が増加するので、対象物１の移動によ
る光電変換素子４の出力が大きく変化することになる。
レンズ３に近づいた場合について考える。対象物１が上
昇することによって、レンズ３を透過する光量は増加す
る。これと同時に、対象物１の照射領域５は光源２の方
向に向かって移動する。図２（Ｂ）では、照射領域５は
右方向に移動している。この照射領域５の移動によっ
て、光電変換素子４の受光面上に形成される照射領域５
の像の面積、すなわち受光領域７は増加する。対象物１
が上昇すると、レンズ３を透過する光量が増加するとと
もに、受光領域７が増加するので、対象物１の移動によ
る光電変換素子４の出力が大きく変化することになる。
【００１９】次に、図２（Ｃ）において、対象物１が下
降し、レンズ３から遠ざかった場合について考える。対
象物１の下降によって、レンズ３を透過する光量は減少
する。これと同時に、対象物１の照射領域５は光源２か
ら離れる方向に向かって移動する。図２（Ｃ）では、照
射領域５は左方向に移動している。この照射領域５の移
動によって、光電変換素子４の受光面上に形成される照
射領域５の像の面積、すなわち受光領域７は減少する。
対象物１が下降すると、レンズ３を透過する光量が減少
するとともに、受光領域７が減少するので、対象物１の
移動によって光電変換素子４の出力は大きく変化する。
降し、レンズ３から遠ざかった場合について考える。対
象物１の下降によって、レンズ３を透過する光量は減少
する。これと同時に、対象物１の照射領域５は光源２か
ら離れる方向に向かって移動する。図２（Ｃ）では、照
射領域５は左方向に移動している。この照射領域５の移
動によって、光電変換素子４の受光面上に形成される照
射領域５の像の面積、すなわち受光領域７は減少する。
対象物１が下降すると、レンズ３を透過する光量が減少
するとともに、受光領域７が減少するので、対象物１の
移動によって光電変換素子４の出力は大きく変化する。
【００２０】従来より、対象物１とレンズ３との距離が
変化すると光量が変化することは知られている。しかし
上述のように、この構成によれば対象物１が上下するこ
とによって受光領域７も変化するため、両者の影響を強
め合い、対象物１が微小に上下しても光電変換素子４の
出力は大きく変化する。この大きく変化する光電変換素
子４の出力をもとに測定部６で距離を算出する。これに
よって、対象物１までの距離を高精度に検知することが
できる。
変化すると光量が変化することは知られている。しかし
上述のように、この構成によれば対象物１が上下するこ
とによって受光領域７も変化するため、両者の影響を強
め合い、対象物１が微小に上下しても光電変換素子４の
出力は大きく変化する。この大きく変化する光電変換素
子４の出力をもとに測定部６で距離を算出する。これに
よって、対象物１までの距離を高精度に検知することが
できる。
【００２１】以下、具体的な計算により、上述の動作を
説明する。図３は、本発明の測定装置および測定方法の
実施の一形態の動作の説明図である。図中、８は散乱点
である。まず、対象物１の表面の１点である散乱点８に
光が照射され、散乱点８において発生する光の散乱を考
える。図３（Ａ）に示すように、対象物１の表面におけ
る散乱光の強度分布は、一般的に余弦で表わせる。ここ
で図３（Ｂ）に示すように、対象物１の表面に垂直な方
向へ向かう光の強度をＡとするとき、対象物１の表面に
垂直な方向から角度θだけ傾いた方向に向かう光の強度
はＡ・ｃｏｓθとなる。
説明する。図３は、本発明の測定装置および測定方法の
実施の一形態の動作の説明図である。図中、８は散乱点
である。まず、対象物１の表面の１点である散乱点８に
光が照射され、散乱点８において発生する光の散乱を考
える。図３（Ａ）に示すように、対象物１の表面におけ
る散乱光の強度分布は、一般的に余弦で表わせる。ここ
で図３（Ｂ）に示すように、対象物１の表面に垂直な方
向へ向かう光の強度をＡとするとき、対象物１の表面に
垂直な方向から角度θだけ傾いた方向に向かう光の強度
はＡ・ｃｏｓθとなる。
【００２２】次に、図３（Ｃ）に示すように、散乱点８
から垂直に距離ａだけ離れ、角度θをなしている点にお
ける光の強度を考える。その点までの距離はａ／ｃｏｓ
θであるから、強度ｆ（θ）は ｆ（θ）＝Ａ・ｃｏｓθ×１／（ａ／ｃｏｓθ）2 ＝Ａ・ｃｏｓ3 θ／ａ2 −（１） と表わせる。これを、図３（Ｄ）に示す対象物１上の照
射領域ｔ１〜ｔ２、及びレンズ幅ｘ１〜ｘ２で積分する
ことで、レンズ３を透過する光の強度の合計Ｖが求ま
る。 Ｖ＝（Ａ／ａ）・（−（ｃｏｓθ１）／３＋２／（３・ｃｏｓθ１）＋（ｃ ｏｓθ２）／３−２／（３・ｃｏｓθ２）＋（ｃｏｓθ３）／３−２／（３・ｃ ｏｓθ３）−（ｃｏｓθ４）／３＋２／（３・ｃｏｓθ４）） −（２） θ１＝ａｒｃｔａｎ（（ｘ２−ｔ１）／ａ） θ２＝ａｒｃｔａｎ（（ｘ１−ｔ１）／ａ） θ３＝ａｒｃｔａｎ（（ｘ２−ｔ２）／ａ） θ４＝ａｒｃｔａｎ（（ｘ１−ｔ２）／ａ）
から垂直に距離ａだけ離れ、角度θをなしている点にお
ける光の強度を考える。その点までの距離はａ／ｃｏｓ
θであるから、強度ｆ（θ）は ｆ（θ）＝Ａ・ｃｏｓθ×１／（ａ／ｃｏｓθ）2 ＝Ａ・ｃｏｓ3 θ／ａ2 −（１） と表わせる。これを、図３（Ｄ）に示す対象物１上の照
射領域ｔ１〜ｔ２、及びレンズ幅ｘ１〜ｘ２で積分する
ことで、レンズ３を透過する光の強度の合計Ｖが求ま
る。 Ｖ＝（Ａ／ａ）・（−（ｃｏｓθ１）／３＋２／（３・ｃｏｓθ１）＋（ｃ ｏｓθ２）／３−２／（３・ｃｏｓθ２）＋（ｃｏｓθ３）／３−２／（３・ｃ ｏｓθ３）−（ｃｏｓθ４）／３＋２／（３・ｃｏｓθ４）） −（２） θ１＝ａｒｃｔａｎ（（ｘ２−ｔ１）／ａ） θ２＝ａｒｃｔａｎ（（ｘ１−ｔ１）／ａ） θ３＝ａｒｃｔａｎ（（ｘ２−ｔ２）／ａ） θ４＝ａｒｃｔａｎ（（ｘ１−ｔ２）／ａ）
【００２３】ここで、図３（Ｅ）に示すように、ｔ２
は、ａの変動に伴って横方向に光源に近づくか遠ざかる
ことになる。この変化量をΔｔ２とすると、ａの変化量
Δａとの関係は、光源と平面の角度をαとすると Δｔ２＝−Δａ・ｃｏｔα −（３） と表わせる。また、図３（Ｆ）に示すように、ｔ１の像
は、光電変換素子４の端に相当し、この端は固定されて
いるので、ｔ１の変化量Δｔ１は、 （ｔ１＋Δｔ１）／ｔ１＝（ａ＋Δａ）／ａ より Δｔ１＝（Δａ／ａ）・ｔ１ −（４） と表わせる。
は、ａの変動に伴って横方向に光源に近づくか遠ざかる
ことになる。この変化量をΔｔ２とすると、ａの変化量
Δａとの関係は、光源と平面の角度をαとすると Δｔ２＝−Δａ・ｃｏｔα −（３） と表わせる。また、図３（Ｆ）に示すように、ｔ１の像
は、光電変換素子４の端に相当し、この端は固定されて
いるので、ｔ１の変化量Δｔ１は、 （ｔ１＋Δｔ１）／ｔ１＝（ａ＋Δａ）／ａ より Δｔ１＝（Δａ／ａ）・ｔ１ −（４） と表わせる。
【００２４】このように、ａ及びｔの変化量を（２）式
に代入した時に、ａの変化に対してＶの変化が大きくな
るようなパラメータを選ぶことによって、紙面の変動の
影響を強め合って、紙面までの距離の測定を精度よく行
なうことが可能となる。
に代入した時に、ａの変化に対してＶの変化が大きくな
るようなパラメータを選ぶことによって、紙面の変動の
影響を強め合って、紙面までの距離の測定を精度よく行
なうことが可能となる。
【００２５】例えば、具体例として、ｔ１＝−２．０ｍ
ｍ、ｔ２＝２．０ｍｍ、ａ＝２０ｍｍ、ｘ１＝−７．５
ｍｍ、ｘ２＝７．５ｍｍ、α＝π／２とすると、ａが
２．０ｍｍ変化した時、Ｖの変化を１００％近く増幅す
ることが可能となる。
ｍ、ｔ２＝２．０ｍｍ、ａ＝２０ｍｍ、ｘ１＝−７．５
ｍｍ、ｘ２＝７．５ｍｍ、α＝π／２とすると、ａが
２．０ｍｍ変化した時、Ｖの変化を１００％近く増幅す
ることが可能となる。
【００２６】つまり、Ｖの出力の初期値を１０Ｖとする
と、この１００％の変化は１０Ｖに相当するので、例え
ば紙面の２．０ｍｍの変化に対して、１０Ｖの１／１０
０である０．１Ｖの変化を検出できる測定器があれば、
２．０ｍｍ×（１／１００）＝２０μｍ、１／１０００
である０．０１Ｖの変化を検出できる測定器があれば、
２．０ｍｍ×（１／１０００）＝２μｍ、という高分解
能の測定装置が得られることになる。
と、この１００％の変化は１０Ｖに相当するので、例え
ば紙面の２．０ｍｍの変化に対して、１０Ｖの１／１０
０である０．１Ｖの変化を検出できる測定器があれば、
２．０ｍｍ×（１／１００）＝２０μｍ、１／１０００
である０．０１Ｖの変化を検出できる測定器があれば、
２．０ｍｍ×（１／１０００）＝２μｍ、という高分解
能の測定装置が得られることになる。
【００２７】なお、図１に示した対象物１、光源２、レ
ンズ３の位置関係は、一例を示しただけであり、上述の
ような照射領域５が対象物１の移動に伴って変化する位
置関係であれば、図１に示した位置関係に限らない。そ
の意味から、対象物１が光源２の光の進行方向と平行な
場合には、照射領域５が形成できないので不適である。
また、対象物１の面と光源からの光の進行方向が直交
し、対象物１が光源からの光の進行方向と直交する方向
にのみ移動する場合には、照射領域５が移動しないの
で、この場合も不適である。しかし、これらの例以外の
場合には、精度よく距離を測定することができる。
ンズ３の位置関係は、一例を示しただけであり、上述の
ような照射領域５が対象物１の移動に伴って変化する位
置関係であれば、図１に示した位置関係に限らない。そ
の意味から、対象物１が光源２の光の進行方向と平行な
場合には、照射領域５が形成できないので不適である。
また、対象物１の面と光源からの光の進行方向が直交
し、対象物１が光源からの光の進行方向と直交する方向
にのみ移動する場合には、照射領域５が移動しないの
で、この場合も不適である。しかし、これらの例以外の
場合には、精度よく距離を測定することができる。
【００２８】実際の照射領域５と照射領域５以外の領域
との境界部分は、明確な線として存在せず、なだらかな
光量変化を有する領域として存在する。しかし、この光
量変化を有する領域を挟む明るい領域と暗い領域を含む
領域の像が、光電変換素子４の受光面に形成されている
限りは、上述したように、対象物１の遠近による光電変
換素子４の受光量の変化を増加させることができる。ま
た、光量変化を有する境界領域が光電変換素子４の端部
に存在する場合でも、その光量のプロファイルを予め測
定しておけば、測定値に対する補正が可能である。
との境界部分は、明確な線として存在せず、なだらかな
光量変化を有する領域として存在する。しかし、この光
量変化を有する領域を挟む明るい領域と暗い領域を含む
領域の像が、光電変換素子４の受光面に形成されている
限りは、上述したように、対象物１の遠近による光電変
換素子４の受光量の変化を増加させることができる。ま
た、光量変化を有する境界領域が光電変換素子４の端部
に存在する場合でも、その光量のプロファイルを予め測
定しておけば、測定値に対する補正が可能である。
【００２９】また、光電変換素子４には、光源２以外か
らの室内照明などの外乱光が直接または間接的に入射す
る可能性がある。これらの影響を除去するために、光源
２をパルス状に発光させるなど、点滅させて駆動する。
これによって、外乱光による影響は光電変換素子８の出
力のオフセットとして現れる。このオフセットを除去す
ることにより、さらに正確な距離の測定が可能となる。
この技術に関しては、例えば、トランジスタ技術、１９
９０−８、ｐ４７３〜４７６に記載されているように、
特定の光パルスによる光源の駆動と、サンプルホールド
等によるオフセット除去回路を含んだＰＤの演算回路を
含むことが望ましい。
らの室内照明などの外乱光が直接または間接的に入射す
る可能性がある。これらの影響を除去するために、光源
２をパルス状に発光させるなど、点滅させて駆動する。
これによって、外乱光による影響は光電変換素子８の出
力のオフセットとして現れる。このオフセットを除去す
ることにより、さらに正確な距離の測定が可能となる。
この技術に関しては、例えば、トランジスタ技術、１９
９０−８、ｐ４７３〜４７６に記載されているように、
特定の光パルスによる光源の駆動と、サンプルホールド
等によるオフセット除去回路を含んだＰＤの演算回路を
含むことが望ましい。
【００３０】対象物１としては光を反射または散乱させ
る表面あるいは構成を有していればどのようなものでも
よく、例えば製造工程におけるワークや製品、あるいは
流通分野における貨物、さらには書類や証券類などの紙
葉類等でもよい。例えば画像出力装置では、各部におけ
る被画像形成媒体の浮き上がりの検出や、被画像形成媒
体の厚さの検出などに本発明の測定装置を用いることが
できる。
る表面あるいは構成を有していればどのようなものでも
よく、例えば製造工程におけるワークや製品、あるいは
流通分野における貨物、さらには書類や証券類などの紙
葉類等でもよい。例えば画像出力装置では、各部におけ
る被画像形成媒体の浮き上がりの検出や、被画像形成媒
体の厚さの検出などに本発明の測定装置を用いることが
できる。
【００３１】上述の説明では、対象物１の表面の一部に
のみ光源からの光を照射し、照射領域５を形成したが、
本発明はこれに限らず、例えば対象物１の表面の一部に
のみ光の照射されない非照射領域を形成してもよい。図
４は、本発明の測定装置および測定方法の実施の一形態
における変形例を示す概略構成図である。図中、９は非
照射領域、１０は不透光板である。この例では、光源２
は対象物１の表面全体を照明する。光路中の一部に不透
光板１０を配置し、非照射領域９を設けている。
のみ光源からの光を照射し、照射領域５を形成したが、
本発明はこれに限らず、例えば対象物１の表面の一部に
のみ光の照射されない非照射領域を形成してもよい。図
４は、本発明の測定装置および測定方法の実施の一形態
における変形例を示す概略構成図である。図中、９は非
照射領域、１０は不透光板である。この例では、光源２
は対象物１の表面全体を照明する。光路中の一部に不透
光板１０を配置し、非照射領域９を設けている。
【００３２】この例のような場合にも、光電変換素子４
を、非照射領域９と非照射領域９以外の光の照射されて
いる領域との境界部分が光電変換素子４の受光面上に来
るようにする。さらに、対象物１がレンズ３に近づいた
場合に、非照射領域９の像が小さくなり、対象物１がレ
ンズ３から遠ざかった場合に、非照射領域９の像が大き
くなるように配置すればよい。
を、非照射領域９と非照射領域９以外の光の照射されて
いる領域との境界部分が光電変換素子４の受光面上に来
るようにする。さらに、対象物１がレンズ３に近づいた
場合に、非照射領域９の像が小さくなり、対象物１がレ
ンズ３から遠ざかった場合に、非照射領域９の像が大き
くなるように配置すればよい。
【００３３】図４に示した例では、対象物１の右斜め上
から光を照射し、対象物１上の非照射領域９とそれ以外
の光の照射されている領域との境界のうち、左側の境界
の像が光電変換素子４上に形成されるように、光電変換
素子４をレンズ３の光軸に対して右側にずらして配置し
ている。このような構成により、対象物１がレンズ３に
近づいた場合には、非照射領域９が右側に移動し、光電
変換素子４の受光面における非照射領域９の像が左側に
移動して非照射領域９の像が小さくなる。これにより、
対象物１が近づいたことによって光量が増加するととも
に、非照射領域９の像が小さくなって光の照射領域が増
加するので、両者の影響を強めることができる。また、
対象物１がレンズ３から遠ざかった場合には、非照射領
域９が左側に移動し、光電変換素子４の受光面における
非照射領域９の像が右側に移動して、非照射領域９の像
が大きくなる。これにより、対象物１が遠ざかったこと
によって光量が減少するとともに、非照射領域９の像が
大きくなったことによる光の照射領域の減少により、両
者の影響を弱めあうことができる。
から光を照射し、対象物１上の非照射領域９とそれ以外
の光の照射されている領域との境界のうち、左側の境界
の像が光電変換素子４上に形成されるように、光電変換
素子４をレンズ３の光軸に対して右側にずらして配置し
ている。このような構成により、対象物１がレンズ３に
近づいた場合には、非照射領域９が右側に移動し、光電
変換素子４の受光面における非照射領域９の像が左側に
移動して非照射領域９の像が小さくなる。これにより、
対象物１が近づいたことによって光量が増加するととも
に、非照射領域９の像が小さくなって光の照射領域が増
加するので、両者の影響を強めることができる。また、
対象物１がレンズ３から遠ざかった場合には、非照射領
域９が左側に移動し、光電変換素子４の受光面における
非照射領域９の像が右側に移動して、非照射領域９の像
が大きくなる。これにより、対象物１が遠ざかったこと
によって光量が減少するとともに、非照射領域９の像が
大きくなったことによる光の照射領域の減少により、両
者の影響を弱めあうことができる。
【００３４】図５は、本発明の測定装置および測定方法
の実施の一形態における別の変形例を示す概略構成図で
ある。図中、１１は発光領域、１２は移動方向である。
この例は、対象物１自体が光を放射する場合の例であ
る。例えば、対象物１に光源が内蔵されており、発光領
域１１から外部に光が放射されていたり、あるいは発光
領域１１に燐光を発する物質が塗布されている場合が考
えられる。このような場合には、少なくとも測定点にお
いては光源２は不要であり、発光領域１１からの光を光
電変換素子４で直接受光すればよい。
の実施の一形態における別の変形例を示す概略構成図で
ある。図中、１１は発光領域、１２は移動方向である。
この例は、対象物１自体が光を放射する場合の例であ
る。例えば、対象物１に光源が内蔵されており、発光領
域１１から外部に光が放射されていたり、あるいは発光
領域１１に燐光を発する物質が塗布されている場合が考
えられる。このような場合には、少なくとも測定点にお
いては光源２は不要であり、発光領域１１からの光を光
電変換素子４で直接受光すればよい。
【００３５】この例において、発光領域１１を上述の照
射領域５と考えることによって、図５に示した構成によ
りレンズ３と対象物１との距離を測定することができ
る。ただし、対象物１とレンズ３との距離の違いに応じ
て発光領域１１も移動しないと上述の効果は得られない
ので、例えば図５に示した例では、図中、矢印で示した
移動方向１２などに移動する場合に有効である。
射領域５と考えることによって、図５に示した構成によ
りレンズ３と対象物１との距離を測定することができ
る。ただし、対象物１とレンズ３との距離の違いに応じ
て発光領域１１も移動しないと上述の効果は得られない
ので、例えば図５に示した例では、図中、矢印で示した
移動方向１２などに移動する場合に有効である。
【００３６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、１つの受光手段を用いるだけという簡単な構
成によって、距離に敏感な高分解能の測定方法および測
定装置を得ることができるという効果がある。
によれば、１つの受光手段を用いるだけという簡単な構
成によって、距離に敏感な高分解能の測定方法および測
定装置を得ることができるという効果がある。
【図１】 本発明の測定装置および測定方法の実施の一
形態を示す概略構成図である。
形態を示す概略構成図である。
【図２】 本発明の測定装置および測定方法の実施の一
形態における動作原理の説明図である。
形態における動作原理の説明図である。
【図３】 本発明の測定装置および測定方法の実施の一
形態の動作の説明図である。
形態の動作の説明図である。
【図４】 本発明の測定装置および測定方法の実施の一
形態における変形例を示す概略構成図である。
形態における変形例を示す概略構成図である。
【図５】 本発明の測定装置および測定方法の実施の一
形態における別の変形例を示す概略構成図である。
形態における別の変形例を示す概略構成図である。
【図６】 従来の測定装置の一例の説明図である。
１…対象物、２…光源、３…レンズ、４…光電変換素
子、５…照射領域、６…測定部、７…受光領域、８…散
乱点、９…非照射領域、１０…不透光板、１１…発光領
域、１２…移動方向、２１，２２…光電変換素子、２
３，２４…遮光板、２５…光源。
子、５…照射領域、６…測定部、７…受光領域、８…散
乱点、９…非照射領域、１０…不透光板、１１…発光領
域、１２…移動方向、２１，２２…光電変換素子、２
３，２４…遮光板、２５…光源。
Claims (6)
- 【請求項１】 対象物に少なくとも明領域と暗領域を形
成する光を照射する光源と、前記対象物上に配置され前
記光源から照射される光の光路と所定の角度の光軸を有
するレンズと、該レンズとの相対位置が一定であり前記
レンズを介して前記対象物からの反射光または散乱光を
受光する受光手段と、該受光手段の受光量に基づいて前
記対象物の位置を求める測定手段を有し、前記受光手段
は、受光面の一端に前記対象物上の前記明領域の像が、
また他端に前記対象物上の前記暗領域の像が存在し、前
記対象物が前記レンズに近づいた場合に前記明領域の像
の領域が大きくなり、前記対象物が前記レンズから遠ざ
かった場合に前記暗領域の像の領域が大きくなるように
配置されていることを特徴とする測定装置。 - 【請求項２】 前記光源は、点滅して発光し、前記測定
手段は前記光源の点灯時と消灯時の光量を前記受光手段
から得て、点灯時の光量から消灯時の光量を除去するこ
とを特徴とする請求項１に記載の測定装置。 - 【請求項３】 対象物上に配置されたレンズと、該レン
ズとの相対位置が一定であり前記レンズを介して前記対
象物の発光光を受光する受光手段と、該受光手段の受光
量に基づいて前記対象物の位置を求める測定手段を有
し、前記受光手段は、受光面の一端に前記発光光の像が
存在し、他端には前記発光光の像が存在せず、前記対象
物が前記レンズに近づいた場合に前記発光光の像の領域
が大きくなり、前記対象物が前記レンズから遠ざかった
場合に前記発光光の像の領域が小さくなるように配置さ
れていることを特徴とする測定装置。 - 【請求項４】 対象物に光を照射して少なくとも明領域
と暗領域を形成し、レンズを介して前記対象物からの反
射光または散乱光を受光手段に結像させ、該受光手段
は、受光面の一端に前記対象物上の前記明領域の像が、
また他端に前記対象物上の前記暗領域の像が存在し、前
記対象物が前記レンズに近づいた場合に前記明領域の像
の領域が大きくなり、前記対象物が前記レンズから遠ざ
かった場合に前記暗領域の像の領域が大きくなるような
位置で前記対象物からの反射光または散乱光を受光し、
受光量に基づき前記対象物の前記レンズとの距離を求め
ることを特徴とする測定方法。 - 【請求項５】 前記対象物に対して点滅した照射光を照
射し、照射光の照射時と照射していない時の前記対象物
からの反射光または散乱光を受光し、照射光を照射時の
受光量から照射光を照射していない時の受光量を除去す
ることを特徴とする請求項４に記載の測定方法。 - 【請求項６】 対象物が発する発光光をレンズを介して
受光手段に結像させ、該受光手段は、受光面の一端に前
記発光光の像が存在し、他端には前記発光光の像が存在
せず、前記対象物が前記レンズに近づいた場合に前記発
光光の像の領域が大きくなり、前記対象物が前記レンズ
から遠ざかった場合に前記発光光の像の領域が小さくな
るような位置で前記対象物からの発光光を受光し、受光
量に基づいて前記対象物の前記レンズとの距離を求める
ことを特徴とする測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31515296A JPH10153405A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 測定装置および測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31515296A JPH10153405A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 測定装置および測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10153405A true JPH10153405A (ja) | 1998-06-09 |
Family
ID=18062048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31515296A Pending JPH10153405A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 測定装置および測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10153405A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016529474A (ja) * | 2013-06-13 | 2016-09-23 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアＢａｓｆ Ｓｅ | 少なくとも１つの物体を光学的に検出する検出器 |
| JP2017147853A (ja) * | 2016-02-17 | 2017-08-24 | トヨタ自動車株式会社 | 送電装置及び車両 |
-
1996
- 1996-11-26 JP JP31515296A patent/JPH10153405A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016529474A (ja) * | 2013-06-13 | 2016-09-23 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアＢａｓｆ Ｓｅ | 少なくとも１つの物体を光学的に検出する検出器 |
| JP2017147853A (ja) * | 2016-02-17 | 2017-08-24 | トヨタ自動車株式会社 | 送電装置及び車両 |
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