JPS60257309A - 非接触距離測定装置 - Google Patents

非接触距離測定装置

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JPS60257309A
JPS60257309A JP60111278A JP11127885A JPS60257309A JP S60257309 A JPS60257309 A JP S60257309A JP 60111278 A JP60111278 A JP 60111278A JP 11127885 A JP11127885 A JP 11127885A JP S60257309 A JPS60257309 A JP S60257309A
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distance measuring
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/46Indirect determination of position data
    • G01S17/48Active triangulation systems, i.e. using the transmission and reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • 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
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/024Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by means of diode-array scanning

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  • Remote Sensing (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

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】 「産業上の利用分野」 この発明′は物体表面上の点と基準レベル(基準高さ)
との間の距離を三角法の原理を利用して非接触で測定す
るための装置に関する。
「従来の技術」 従来のこの種の装置は測定すべき物体表面へ測定輻射、
即ち測定光(以下において輻射の例として光をあげ説明
する)を投射するための光源を有する投射部と、少くと
も一つの結像レンズを通して受けた反射光に応答してそ
れを別の形の対応する信号に変換する検出器を有する受
光部とを含んでいる。この検出器の光検知領域はほぼ直
線状であり、従っである限定された観1ftlJ 領域
内の光照射−されたいくつかの物体表面エレメント(単
位領域)だけが検出器の直線状光検知領域」二にそれぞ
れ焦点が合された点(スポット)として結像されるよう
に受光路中におかれた結1象レンズやその池の手段を構
成している。
この種の測定装置はオランダ国特許出願第830222
8号に述べられている。この従来技術の測定装置は検出
器として光検知セルの直線配列(リニヤアレイ)をf吏
っている。このセルのアレイは物体空間における直線状
検出器の像によって定められる限定された観、副領域か
らの光を主に受光する。その結果、測定に対する外来光
の悪影響を著しく減少できそれだけ検出器出力の信号対
雑音比を高めることができる。
結像レンズはもちろんその池の受光路中に置かれた手段
は指定された観測領域からの光のみが検出器に到達する
ように企図に構成されているが、それによってすべての
存在し得る妨害信号(即ちノイズ)が除去されるわけで
はない。指定観測領域の外の物体表面エレメントによっ
て生じた反射は検出器に到達できず、従って測定信号を
妨害することばないが、観測領域内に妨害信号が生じる
可能性はある。この妨害信号は観測直線領域内で反射す
る外来光によって生じるであろうし、また 。
二重反射によっても生じ得る。後者の場合、光源から投
射された光ビームの一部は物体表面の実際の測定点で反
射後ふたたび物体表面の池の点で反射する。前記能の点
が検出器の観測領域内に位置すればこの第2の反射は妨
害信号の発生原因となる。
この発明の目的は前述のような妨害信号を除去するか少
くともその影響を著しく小さくすることである。
「問題点を解決するための手段」 この発明の測定装置において、前記目的を達成するため
光源は互に小さい間隔をおいた多数の平行な又はほぼ平
行な光ビームを出射し、検出器は信号処理手段に接続さ
れ、その信号処理手段は検出信号がそれぞれ前記光ビー
ム間の一つ又は複数の距離と対応した所定の一つ又は複
数の間隔を持っているか否かを識別するようにされてい
る。各光ビームの物体表面での反射は投射光ビームの光
と対応する数の反射光ビームが検出器の受光部に到達す
るようにされている。ビーム間に所定の距離を定めであ
るので、検出器の直線状検知領域に集光されたそれぞれ
の点も所定の一つ又は複数の距離を有する。この所定の
距離は信号処理手段において検出基準として使われる。
直接入射する又は反射による外来、光によって生じ、あ
るいは二重反射によって生じ、直線状光検知検出器に達
する妨害光は前述の距離関係を持っていないので所望の
信号と妨害信号との識別が可能である。
直線状検出器を使用しているので反射ビームが検出器に
よって確実に検出できるように各光ビームを共通面内(
二゛配置する必要がある。
二つ以上の互に平行なあるいはほぼ平行な光ビームを光
源によって出射でき、その場合ある条件のもとで妨害光
に対し非常に正確な識別が可能となるが、光源による複
数の光ビームの発生は非常に面倒であり、かつビームの
数が増すにつれ測定信号の処理が難しくなる。従って光
ビームの数は二つであることが好ましい。
理論的にはそれぞれが1本の光ビームを出射する複数の
分離した光源を使用してもよいが、ビーム間の距離を非
常に小さくしなければならないので実際には不可能であ
る。従って現実には単一の光源(例えばンーザ光源2を
使用し、それによって発生された光ビームを光学系で二
つ(又はそれ以上)の分離した平行光ビームに分ける。
更にこの発明の別の実施例ではそれら光ビームを時間的
に交互に出射し、信号処理手段は一連の検出器出力信号
を単一の信号に合成する手段を含み、その合成により処
理手段内のそれぞれの回路によって識別処理が受けられ
、かつ識別され得るようにしている。出射光ビームの前
−記時間的交番の池に偏光を変化させて検出信号の強度
を増し、それによって妨害信号に対する識別を一層正し
く行うことが可能である。従って実施例において両光ビ
ームは異なる偏光とされ、受光路中に交互に所定の1面
光のみを通す手段が設けられている。
オランダ国出願第8302228号に記載された測定装
置において、検出器の直線状光検知領域は結像レンズの
土表面に対しある角度をなす。七の結1 果、物体表面
と反射面とのあいだの距離とは独立1′L□t!B ’
n OD m ’ra。エエヮ−1,4、。□え7ポツ
トが焦点を結ばれる。これはしかしながら原理的に光源
からのただ一つの光ビームについてあてはまる。この発
明に従って二つ又はそれ以上の光ビームが投射され観測
領域内で互に接近して物体表面に到達すると、反射光ビ
ームのうちのただ一つのみが最適焦点を結ぶことになる
。光ビーム間の距離は非常に小さく選足されているので
他方のビームが完全に正しく焦点を結ばないことの影響
はそれ程重要でない。検出器上の1象は被写界深度内に
作たれる。しかしながら検出器信号間の距離を測定領域
内の物体表面の高さの関数として変化させることができ
る。完全な構成の最適寸法は光ビームが互に微小角だけ
重なり合う場合に得られ、その角度は測定領域内の物体
表面の高さと無関係に検出信号ピーク間の間隔が一定又
はほぼ一定となるよう装置全体の幾何学的形状に依存し
て選定される。
「実施例」 第1図において光源1は二つの光ビーム2,3を走査さ
れるべき表面4の方向に出射する。両光ビーム2,3は
反射されて反射光ビーム2’ 、 3’となり、これら
は結1象レンズ(フォーカスレンズ)7及び図示してな
い池の手段を経て検出器アレイ5に到達する。このアレ
イ5は例えばそのいくつかが5ar 5br 56で示
される直線状に配列された光検知セルから成る。図にお
いて光ビーム2+はセル5bに入射し、光ビーム31は
セル5aに入射している。
光ビーム2と3の成す角は非常に小さく選定されており
、従って水平線(レベル)HlとH2のあいだの測定領
域全域にわたって見た場合、光悄号2と3の間の距離d
はほとんど変化せづ2実質的に一定とみなすことができ
る。物体表面4の実際の高さとは無関係に光ビーム2と
3は常に検出器5七に二つの反射点数を形成し7、それ
ら間の距離pは常にほとんど変化せず、どんな場合でも
その1直を決めることができる。第1図において二つの
反射光ビーム2°と3“は隣り合うセルによって受光さ
れるが、検出器アレイの分解能に従一つて前述の距離p
は大きくすることができることは明らかである。
前述のように光ビーム2と3の成す角は検出器アレイ5
上の結(象スポット間の距離pがほぼ一定となるよう装
置全体の形状を考慮;7て選定される。
検出器アレイ5はイ包号処理手段6によって順次走査さ
れ、一連のポ査信号を出方し、その信号中のセル5a+
 5bから得られた信号トマ比較的に高いピークを示す
。これらのピークは互に固定した又は少くとも予測でき
る間隔を有し、一般に周知の自己相関の手法を使って池
のセルからの妨害信号から分離することができる。
この装置の持ち得る問題点は”多重反射に起因するか又
はあらゆる対策にもかかわらず検出器に到達してしまう
外来光の反射に起因する。図を参照してその例を以下に
説明する。
光ビーム2は物体表面4で反射され必要とする反射光ビ
ーム2“とそうでない光ビーム2“となり、後者は実際
の測定スポットの左(I!!+で更に表面4により反射
され光ビーム2″′となってレンズ7を通り、検出器ア
にイ5の特にセル5゜に入射する。検出器アレイ5を走
査することによって第2a図に示すれぞれ検出器アレイ
5のセル52 r 5b+ 5(からの出力信号に起因
している。池のセルも妨害反射光を受光し、ピークA、
B、C間の検出信号レベルを与えこれらは通常零でない
。出力信号中のあらかじめ決められた間隔を有する二つ
のピークが得られることが予測できるので、第2a図(
−示す信号な間知の自己相関手法を使って信号処理手段
6する時間△tだけ遅延される。第2b図のこの遅号に
おけるピークBと同じ位置に鋭いピークを有する信号V
 (t)を作る。自己相関処理されることによって妨害
ピークCが除去される。これによって光ビーム2,3の
両方によって投射された物体表面4上の点の高さの検出
が完了する。
第1図に示すように反射は周囲からの光9によ、つても
生じ、これらの反射光も検出器5の観測領域内にある。
しかしながらこれらの反射光も所定の間隔を有する予測
された信号ピークに対し識別することができる。
第3図は二つの信号光ビームが検出器アレイ5に同時に
入射せず、例えば時間変調又は異なる偏光の使用により
光ビームが交互(:受光される場合のいくつかの信号波
形を示す。これら光ビームの次に第3b図に示すような
信号U (t’+ to)を出力する。これら二つの信
号はピークA又はBを含むだけでなく妨害ピークCも含
む。
線を通過し、信号処理手段6内の引算回路で信号U(t
+to)との差がとられると、その出力信号V (t)
は第30図に示すようにピークCが除去されたものとな
り、またピークA1とB’T二よって物体表面4の高さ
がまる。
上述の信号処理の例は検出器信号を処理するいろいろな
可能性を説明するものであり、これらにこの発明を限定
するものでない。
自己相関法の実際の応用又は七の池の適当な信号処理方
法と適当な信号処理手段の実施例は当業者にとって実行
及び構成できる範囲のものであると考えられる。同様に
分離された光ビームを発生するのに必要な光学的手段、
光ビームの時間的及び/又は偏光の変調(例えば液晶素
子による制御)等は当業者にとって構成できる範囲のも
のである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の非接触距離測定装置を示す図、第2
図は光源から二つの光ビームが同時に出射された場合の
第1図における検出器と信号処理手段の出力信号を示す
図、第3図は光源から二つの光・ビームが交互に出射さ
れた場合の第1図における検出器と信号処理手段の出力
信号を示す図である。 l二元帥、2.3:光ビーム、2’ 、 31:反射光
ビーム、4:物体表面、5:検出器、6:信号処理手段
、7:結1象レンズ、。 特許出願人 エヌ、ヴエー、オプテイシェインダストリ
ー 1ドク アウエ fルク、ト「1 代 理 人 草 野 卓

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 測定すべき物体表面に対し測定光を出射するた
    めの光源を有する出射部と、反射光に応答し少くとも結
    像レンズを通して受光したその反射光を池の形の対応す
    る信号に変換するための検出器を有する受光部とを含み
    、前記検出器の光検知領域はほぼ直線状領域とされ、物
    体表面の指定された観測領域内で照射された部分のみが
    焦点合せされたスポットとして前記検出器の前記直線状
    光検知領域上に結像されるように受光路中に設けられた
    前記結像レンズとその池の手段が構成され、三角法の原
    理を使って前記物体衣面上の与えられた点と基準高さと
    、の間の距離を測定するための非接触距離測定装置にお
    いて、前記光源は互に小さい距離を隔てほぼ平゛行な複
    数の光ビームを出射するようにされ、前記検出器は信号
    処理手段に接続され、その信号処理手段は検出器出力信
    号が前記光ビーム間の距離と ・対応する所定の間隔を
    有しているか否かを識別する−ようにされた非接触距離
    測定装置。
  2. (2)前記光ビームの数は2である特許請求の範囲第1
    項記載の非接触距離測定装置。
  3. (3)前記光ビームは時間とともに交互に出射され、前
    記信号処理手段は前記検出器出力41号を順次結合する
    手段を含むようにされた特許請求の範囲第2項記載の非
    接触距離測定装置。
  4. (4)前記二つの光ビームは異なった偏光とされ。 前記受光路中に所定の偏光を有する光のみを交互に通過
    させるための手段が設けられている特許請求の範囲第2
    項又は第3項記載の非接触距離測定装置。
  5. (5)@配光ビームは互に微小角型なり合い、その角は
    前記測定領域内の物体表面の高さとは無関係に前記検出
    器出力信号のピーク間隔がほぼ一定となるように装置全
    体の寸法に依存して選定され′ている特許請求の範囲第
    1項乃至第4項のいずれか(二記載の非接触距離測定装
    置。
JP60111278A 1984-05-23 1985-05-22 非接触距離測定装置 Granted JPS60257309A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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NL8401649A NL8401649A (nl) 1984-05-23 1984-05-23 Meetstelsel voor het, onder gebruikmaking van een op driehoeksmeting berustend principe, contactloos meten van de afstand tussen een bepaald punt van een objectvlak en een referentieniveau.
NL8401649 1984-05-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60257309A true JPS60257309A (ja) 1985-12-19
JPH0575049B2 JPH0575049B2 (ja) 1993-10-19

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ID=19843992

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US (1) US4673817A (ja)
EP (1) EP0163347B1 (ja)
JP (1) JPS60257309A (ja)
DE (1) DE3569153D1 (ja)
IL (1) IL75269A (ja)
NL (1) NL8401649A (ja)

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