特許ウォッチ

公開番号2025033134
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023138646
出願日2023-08-29
発明の名称計測装置
出願人国立大学法人京都大学,中央復建コンサルタンツ株式会社
代理人個人
主分類G01C 3/06 20060101AFI20250306BHJP(測定;試験)
要約【課題】計測対象物の表面のコントラストが低くても精度良く計測対象物までの距離を計測することができる計測装置を提供する。
【解決手段】計測装置1は、複数の光源3、4と、検出部5と、演算処理部13と、基台2とを備える。光源3、4は、光線を出射する。検出部5は、光を検出して検出信号を出力する。演算処理部13は、その検出信号を処理する。基台2は、長手方向を有する。複数の光源3、4及び検出部5は、基台長手方向xに離間して基台2に設けられる。各光源3、4は、計測対象物20に光線7、8を出射する。検出部5は、各光源3、4が出射した光線7、8の各反射光10を区別して検出し、その各反射光10の基台長手方向xにおける結像位置の情報を含む検出信号を出力する。演算処理部13は、その検出信号に基づいて、基台2から計測対象物20までの距離を算出する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
計測対象物を計測する計測装置であって、
光線を出射する複数の光源と、
光を検出して検出信号を出力する検出部と、
前記検出信号を処理する演算処理部と、
長手方向を有する基台とを備え、
前記複数の光源及び検出部は、基台長手方向に離間して前記基台に設けられ、
前記各光源は、計測対象物に光線を出射し、
前記検出部は、前記各光源が出射した光線の各反射光を区別して検出し、その各反射光の前記基台長手方向における結像位置の情報を含む検出信号を出力し、
前記演算処理部は、前記検出信号に基づいて、前記基台から前記計測対象物までの距離を算出することを特徴とする計測装置。
続きを表示（約 850 文字）【請求項２】
前記複数の光源の各々が出射した光線は、計測対象物上の異なる照射位置で反射して前記検出部で検出され、
前記演算処理部は、前記基台から複数の前記照射位置までの距離の算出することによって、その計測対象物の表面の凹凸を計測することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記複数の光源の各々が出射した光線は、計測対象物上の異なる照射位置で反射して前記検出部で検出され、
前記演算処理部は、前記基台から２つの前記照射位置までの距離の算出結果に基づいて、前記基台に対するその計測対象物の表面の角度を算出することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項４】
前記複数の光源の各々は、互いに異なる波長の光線を出射し、
前記検出部は、前記各光原が出射する光線の反射光を波長の違いによって区別して検出することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項５】
前記各光源は、レーザ光を発生するレーザデバイスと、そのレーザ光を光線に集光する集光レンズとを有することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項６】
前記検出部は、前記基台長手方向の結像位置を検出する撮像デバイスと、
前記反射光を前記撮像デバイスに合焦するための合焦レンズとを有し、
前記撮像デバイスは、複数の感光アレイを有し、
異なる前記光源が出射する光線の反射光は、異なる前記感光アレイによって検出されることを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【請求項７】
前記検出部に入射する光を２つの光路に分けるハーフミラーをさらに有し、
前記撮像デバイスは、離間して配置される２つの感光アレイを有し、
異なる前記光源が出射する光線の反射光は、前記ハーフミラーによって分けられて、異なる前記感光アレイによって検出されることを特徴とする請求項６に記載の計測装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象物を光で計測する計測装置に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、ピント合わせを自動化するオートフォーカスカメラが知られている。オートフォーカスカメラは、被写体までの距離を自動的に計測してピントを合わせる。オートフォーカスカメラの距離計測方式の代表例は、位相差検出方式である（例えば、特許文献１参照）。位相差検出方式は、被写体の画像を２個の一次元撮像デバイスで検出し、それらからの信号の位相差（画像のズレ）から被写体までの距離を計測する。すなわち、同一被写体からの光情報をスプリットレンズなどにより２つの光路に分割し、その２つの光路に設置された一次元撮像デバイスのそれぞれで電気信号に変換し、それらの位相差から距離を計測する。位相差検出方式では、被写体が風景や人物である場合には、位相差（画像のズレ）が明確であるので距離を計測できるが、暗い被写体、低コントラスト（濃淡が少ない）、縦縞のような連続模様、被写体の移動速度が大きいなどの場合には、誤った距離情報を出力する。このため、工業計測で位相差検出方式を適用しようとしても適用範囲が制限される。特に、被写体が板状で、低コントラストであると、位相差検出方式では、被写体までの距離計測が困難になる。
【０００３】
また、工業計測用として光源と、リニアイメージセンサ（ＣＣＤ素子）又はＰＳＤ（ポジションセンシティブダイオード）などとを組合せた距離測定装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、このような距離測定装置は、その装置または対象物体が移動しなければ、対象物体の表面形状（例えば傾きや凹凸）を検出することができない。
【０００４】
また、ＴＯＦ（ＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔ）式の光学式測距装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。ＴＯＦ式の光学式測距装置は、光を送信してから測定対象物で反射した光を受信するまでの時間を測定して、測定対象物までの距離を算出する。しかしＴＯＦ式は、送信する光及び反射した光が広がりを有するので、測定対象物表面の微小な形状（例えば表面の凹凸）を精度良く検出することが困難である。また、ＴＯＦ式における時間の測定では、高速な信号処理が必要となり、測定対象物までの距離が短いほど測定の誤差が増大し、その距離が大きいと測定対象物の大きさや周囲の明るさなどによる誤差が増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００４－１２８１５号公報
特開昭６２－８５８１３号公報
特開２００７－１２１１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するものであり、計測対象物の表面のコントラストが低くても精度良く計測対象物までの距離を計測することができる計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の計測装置は、計測対象物を計測する装置であって、光線を出射する複数の光源と、光を検出して検出信号を出力する検出部と、前記検出信号を処理する演算処理部と、長手方向を有する基台とを備え、前記複数の光源及び検出部は、基台長手方向に離間して前記基台に設けられ、前記各光源は、計測対象物に光線を出射し、前記検出部は、前記各光源が出射した光線の各反射光を区別して検出し、その各反射光の前記基台長手方向における結像位置の情報を含む検出信号を出力し、前記演算処理部は、前記検出信号に基づいて、前記基台から前記計測対象物までの距離を算出することを特徴とする。
【０００８】
この計測装置において、前記複数の光源の各々が出射した光線は、計測対象物上の異なる照射位置で反射して前記検出部で検出され、前記演算処理部は、前記基台から複数の前記照射位置までの距離を算出することによって、その計測対象物の表面の凹凸を計測することが好ましい。
【０００９】
この計測装置において、前記複数の光源の各々が出射した光線は、計測対象物上の異なる照射位置で反射して前記検出部で検出され、前記演算処理部は、前記基台から２つの前記照射位置までの距離の算出結果に基づいて、前記基台に対するその計測対象物の表面の角度を算出することが好ましい。
【００１０】
この計測装置において、前記複数の光源の各々は、互いに異なる波長の光線を出射し、前記検出部は、前記各光原が出射する光線の反射光を波長の違いによって区別して検出することが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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