JPS58156803A - 光学式測長器 - Google Patents

光学式測長器

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JPS58156803A
JPS58156803A JP3986082A JP3986082A JPS58156803A JP S58156803 A JPS58156803 A JP S58156803A JP 3986082 A JP3986082 A JP 3986082A JP 3986082 A JP3986082 A JP 3986082A JP S58156803 A JPS58156803 A JP S58156803A
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JP
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light
lens
diffused
projector
image sensor
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JP3986082A
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JPH0131562B2 (ja
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Toshihiro Mori
利宏 森
Eizo Yoshitani
由谷 栄三
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Hokuyo Automatic Co Ltd
Original Assignee
Hokuyo Automatic Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B11/27Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes
    • G01B11/272Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes using photoelectric detection means

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は光学式測長器の改良、更に詳しくは投影方式
による光学式副長器の光学系の改良に関するものである
jl[Zにイメージセンサ(フォトダイオードアレイ)
を用いて光学的にテープの1隔や線径を徂11定する光
学式副長器の光学系には2つの方式がある。第7の方式
は麻/ +2.lに示すq口く物体illの陵方に光源
12)を置き、レンズ(3)で物体illの隊をイメー
ジセンサ(4)K結隊させる方式である。渠2の方式は
窮コ図に示す様に平行光を出す投光器(5)とイメージ
センサ、61を対向させ両者間に物体(1)をillき
、その物体Illの影をイメージセンサ(6)に投影さ
せる方式(以下投影方式と称する)である。上記投影方
式の測長器においては均一な平行光を出す投光器を必要
とすふ。従来の投光4の光学系の構成を第3図にて説明
する。図面に於いて(7)は光源、(8)は光源(7)
の光を有効に集光するためのコンデンサレンズ、(9)
は上記コンデンサレンズ(8)にて上記光源(7)の光
を集光させる位置、即ちコンデンサレンズ(8)の焦点
位置に1遣刀為れたピンホール、flolはピンホール
から出た放射光を平行にするレンズであり、以上により
投#、器(111の光学系が形成される。この光学系に
より得られる平行光の拡がり角(のけピンホール(9)
のIif径(D)、レンズ(101の点点距4(f)に
よりθ−tan−1.!?−にて示され、θが小さけれ
ば小f さい程平行度の高い投光器を作ることができる、従って
高い平行度の光を得るためにはピンホール(9)の直径
(D)を小さくするか長い焦点距1推(f)のレンズn
o+を使用する必要がある。しかしながらピンホール(
9)の直径(ロ)を小さくすればコンデンサレンズ+8
1で光源(7)の光をピンホール(9)の位1fに集′
Jt、させたとしてもピンホール(9)を通過する光槍
は非常に少なくなる。又、長い焦点距離(f)のレンズ
1101を使用すると投光5fll)の光軸方向の寸法
が長くなると共に、ピンホール+9) t−A −iM
した光が有効にレンズf101に導かれないため集光i
   効率が非常に悪くなる欠点があった。従って従来
は発光源として固体発光素子(以下LIIIDと称す)
*の半導体の発光素子を使用した場合、発光駄が少ない
ためイメージセンサにて検出可能な光寸が充分に得られ
ず、一般には発光着の大きいタングステン球やハロゲン
球が使われている。しかしながらこのような管球式の光
源は寿命が短<S繁な取替を必要とすると共に電球のフ
ィラメントの位置が不安定なため取替る度に光I!41
1?A整をする必要があり、更に振動に対する安定性が
悪く消費電力も多い等の欠点があったそこで本発明は上
記従来の欠点に鑑み、これを改良したもので、投、受光
器間に物体を置き投光器からの光をさえぎる事により発
生する光の影を受光器のイメージセンサに投影しその出
力信号より物体の外形寸法を測長すふ光学式測長器に於
いて発光源としての固体発光素子と、上記固体発光素子
からの光を線集光した後に均一に拡散させるための俸レ
ンズと、拡散された光を平行にするためのレンズとから
投光器を構成し、上記投光器からの平行光の上記欅レン
ズで拡散された方向と直角方向のみの光を集光するシリ
ンドリカルレンズと、上記シリンドリカルレンズの焦点
位置に1−いた上記欅しンステ拡赦された方向の光曖分
布のみを電気信号に変換するイメージセンサとで受光器
を構成した光学式測長器を提供せんとするものである。
以下この発明の4成を第7図乃至第2図に示す実施例に
て説明すれば次の+11iりである。
第7図及び第5図は本発明の第7実施例を示し、図面に
於いて(lzは発光源としてのLID%α鴫は棒レンズ
、(+41はレンズであり、以上により投光器(lωを
構成する。次K 081 Fiシリンドリカルレンズ、
(171はイメージセンサであり、以上釦より受光器+
1lIlを構成する。なおα傷は物体である。ここでL
iDi+2)として指向性の鋭い赤外のIJDを産用す
る。赤外のLEDはイメージセンサC1ηの分光特性に
おいてピークの感度を示すため効率良く測定でき、さら
に指向性が鋭いということはイメージセンサ071のセ
ンサ171の配列方向と直角方向への波紋が少ないため
効率良く光をセyす0ηに導くことができる。又、図示
はしないがイメ(5) 1 −ジセンサ(lzの手前、又はシリンドリカルレンズQ
−の手前に赤外通過フィルターを入れふならば螢光灯に
よる外乱光の影響を軽減することが可能である。次に棒
レンズ03はLll!DII21からの光を集光すると
同時に均一にするためのものであり、本発明に使用する
のは以下の理由による。
L1111X121の発光源の大きさは数mdあり、均
一な平行光をつくるためには一度点に集光させなくては
ならない。しかしイメージセンナ同は物体−の一方向の
みの長さ、即ち、棒レンズ圃で光が拡散された方向の長
さのみを測定するため棒レンズQ:llで光が拡散され
た方向と直角方向の光は集光する必要はなp、従って棒
レンズ囮にて光を集光することによりWi3図に示すピ
ンホール(9)を使用しなくても十分性能を満足できる
線光源を作ることができる。更に棒レンズQ3)は光強
度分布を均一にする役目をすふ。第2図はLEIDα2
の光強度分布を示す図で、横軸に指向角、縦軸に光強度
を取り、(A)は棒レンズ圃を入れずLID++21そ
のままの場合の光強度分布を、C)は棒レンズ(13)
を入れた1合の光強度分布を示している。図がらあきら
かな様に(A)、即ち、俤レンズd(至)を入れない場
合、I、41:DQ21の中央部が周辺部に比べて光が
強いために検出感度が位1dにより差を生じ、測定種度
が悪くなる。しかしくB)即ち俸レンズa31を入れた
場合、最大光強度はさがるが光強度分布が均一になるた
め検出感度が位置によらず安定した測定が可能となる。
次にレンズf141は俸レンズu31により拡散された
光を平行にするだめのものであり、俸レンズu3)とは
レンズf141の焦点距離だけ離しておく。次にシリン
ドリカルレンズ1lalは以下の理由で必要である。物
体−の外1条の1青報を有する光は棒レンズu31によ
り拡散される方向の光であり、この方向と直角の方向の
光には1″#報が含まれていない。そこでシリンドリカ
ルレンズ帥により俸レンズθ(至)からの丸が拡散され
る方向と直角方向のみの光をセンサ(171に渠元させ
る。中ると物体+19iの外径の情報を失わせることな
く光1のみを有効に利用し演出感度を高めることが可能
である。なおここでイメージセンサ(171のセンサf
l?Iは俸しンズα濁にて光が拡散される方向に配列し
ておく。
而して物体珀を間にして投光器0515受光器1181
を対同妃1dさせる・LzD(12)からの光は棒レン
ズ(131にて集光された僅均−に拡散される。拡散さ
れた光はレンズ(14)により平行に変えられた後、物
体α物を照射しシリンドリカルレンズ珀へ4−b−れる
。ここで物体u9ノの外径の情報を有する光はセンサ1
1ηの配列方向の光であり、物体(19+の外径の1吉
報を含んでいないセンサ1471の配列方向と直角の光
はシリンドリカルレンズにてイメージセンサ117)上
に集光させる。即ち物体α91の外径の情報を失わせる
ことなく光−のみを有効に利用する。次にイメージセン
サ(1ηではセンサ11η上に投影された光敏分畑を1
電信号に変換し、この信号を′1気的に処理することに
より求める物体(l!の外径が計測できる。
上記v6/天殉例の光学式測長器(財)では光源として
LEDを使用でへるため、ランプのようにランプ切れの
心配がなくなると同時にLEDはランプに比べはるかに
光軸の位置精度が良いため光軸調整が容易となる。更に
振動に強く低消費電力の高精度、高信頼性の非接触式の
外径測定器が実現できる。
次に第2図1/i幅の広いテープ又は布の幅測定に本発
明の光学式測長器を使用した第2実施例を示している。
これは投光器圓、受光器(社)を一体にコの字形に形成
した一台の光学式測長器−(四を用い光学式測長器+2
13)のコの字状をした投、受光器間の空間+2311
231の夫々に物体ツ4)の幅方向(四への侵入長さを
測長するものであり、2台の光学式測長器+23112
31による測定値の合計に両光学式側長器1’21dl
 I’l&のセンサ間の距離をオフセットとして加算し
たものが求める物体−1の幅である。
このようにすると幅の広いテープ又は布の幅測定でも全
長に互る長い投光器間、受光器−を設ける必要がなく小
さな光学式測長器(四にて済み省コストとなる。
次に第2図はテープや布の蛇行測定に本発明(9) の光学式副長器を使用した第3実施例を示している。こ
れは上記嘉コ医施例に使用した光学式測長器(四を7台
用いて光学式測長器(2,l)のコの字形をした役、受
光器の空間内に物体1(至)の幅方向の一端I2均を浸
入させて物体(ハ)の光学式6jJJ艮器因)への侵入
長さを測長するものであわ、これによるとある基準値と
測定値とを比較することによりテープや布の蛇行を簡嘔
に測定できる。
以上説明した如く本発明は投、受光器間に物体を置き、
投光器からの光をさえぎる事により発生する光の影を受
光器のイメージセンサに投影し、その出力1g8より物
体の外形を測長する光学式測長器に於いて、発光源とし
てのLIIIDと、上記L]IcDからの光を線集光し
た後に均一に拡散させるための嘩レンズと、拡散された
光を平行にするだめのレンズとから投光器を構成し、上
記投光57)aらの平行光の上記俸レンズで拡散された
方向と直角方間のみの光を集光するシリンドリカルレン
ズと、上記シリンドリカルレンズの焦点位置にiXAた
上記俸レンズで拡散された(10) 方間の光の光1分布のみを区気信号に変換するイメージ
センナとで受光器を構成した光学式測・騎イ滲であるか
ら、光源とじてLFIDを使うことができ、ランプの様
にランプ切れの心配がなくなると同時にLEDはランプ
に比べはるかに光軸の位tt稽度がよいため光軸調整が
容易となる・更圧憑切に9Ji<低消費遊方の縄循度、
高信頼性の非接触式外径副長器が実現できる。又、投光
器、受光器を7体に形成した光学式副長器を2台用いる
ならば幅の広いテープや布の幅を測定することができる
と共に単に7台のみにてもテープや布の蛇行を測定する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
@/図は従来のレンズによる結像方式の外径測定の亦埋
図、第2図は従来の投影方式による外径測定のIji¥
埋図、第3図は平行光を作る一般的方式を示す図、第7
図は本発明の第7実施例を説明するだめの旧面図であり
、第5図は第7図の平面図である。第に図it俸レンズ
の効果を示す光の強度分布図、姑2図は本発明の第2夾
施例を説明するための斜視図、窟2図は本発明の好j実
施例を説明するだめのR視図である。 (121@一固体発光素子、IJ4”a俸しyX、自4
111−レンズ、(1511211−−投光4、(18
1・・シリンドリカルレンズ、啼・・イメージセンナ、
’+71・・センサ、ua+1四−自愛光器、す物1z
41t2Fi)”尋勿体、関(四〇・2を学式側長器。 特許出願人  北陽電機株式会社 代  理  人   江   原   省   合圧 
  原        秀 第1 図 第2図 第 3 考 第4図 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ill  投、受光器間に物体を置き、投光器からの光
    をさえぎる事により発生する光の影を受光器のイメージ
    セン伊に投影し、その出力信号より物体の外形を測長す
    る光学式測長器に於いて、発光源としての固体発光素子
    と、上記固体発光素子刀為らの光を線集光した後に均一
    だ拡散させるための俸レンズと、拡散された光を平行に
    するためのレンズとから投光器を構成し、上記投光器か
    らの平行光の上記棒レンズで拡散された方向と直角方向
    のみの光を集光するシリンドリカルレンズと、上d己シ
    リンドリカルレンズの焦点位置に置いた上記俸レンズで
    拡散された方向の光の光1分布のみを電気信号に変換す
    るイメージセンサとで受光器を構成したことを特徴とす
    る光学式測長器。
JP3986082A 1982-03-13 1982-03-13 光学式測長器 Granted JPS58156803A (ja)

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JPH0131562B2 JPH0131562B2 (ja) 1989-06-27

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CN104390590A (zh) * 2014-11-20 2015-03-04 昆山鸿富洋机电有限公司 测针器

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