(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の表面に対してレーザビームを照射する光源部と、当該レーザビームの反射光を検出するラインスキャン形のＣＣＤカメラとを備える検出部と、前記ＣＣＤカメラの出力から当該測定物の形状等の測定量を求める制御部とを備える測定装置であって、
前記制御部は、前記ＣＣＤカメラからのカメラ出力信号を記憶するメモリと、記憶した前記カメラ出力信号のカメラデータと予め設定されるカメラ出力レベルの設定値とを比較して、当該カメラ出力が一定になるように前記ＣＣＤカメラの露光時間を制御するＡＧＣ回路部と、前記ＡＧＣ回路部で制御された前記ＣＣＤデータから前記測定量を求める演算部と、を備え、
前記ＣＣＤカメラは、ラインスキャン形の複数の異なる透過率のＮＤフィルタ毎の出力を得られるカメラとし、前記ＮＤフィルタは、透過率εＮＤ０の第１のＮＤフィルタ、透過率εＮＤ１の第２のＮＤフィルタ、透過率εＮＤ２の第３のＮＤフィルタで構成され、前記透過率の大きさは、εＮＤ０＞εＮＤ１＞εＮＤ２、且つ、前記第１のＮＤフィルタのカメラ出力の飽和値（上限値）と前記第２のＮＤフィルタの測定範囲の下限値、また、前記第２のＮＤフィルタの飽和値と前記第３のＮＤフィルタの測定範囲の下限値とが夫々ラップするような透過率とし、
前記ＡＧＣ回路部は、前記第１のＮＤフィルタのカメラ出力が飽和しているか否かを判定し、前記カメラ出力の設定値の範囲内にある場合は、前記露光時間は更新せず前回露光時間で演算を実行し、不飽和、かつ、前記カメラの設定値の範囲外の場合、前記カメラ出力レベルの設定値Ｖｒと当該第１のＮＤフィルタの出力Ｄ０との比Ｖｒ／Ｄ０を演算により求め第１の補正ゲインとし、さらに、求めた第１の補正ゲインに対応する露光時間を求め、補正前の露光時間を求めた前記露光時間に更新し、
前記第１のＮＤフィルタのカメラ出力が飽和している場合、さらに、前記第２のＮＤフィルタのカメラ出力の飽和・不飽和を判定し、前記第２のＮＤフィルタのカメラ出力が不飽和の場合、当該第２のＮＤフィルタのカメラ出力Ｄ１を第1のＮＤフィルタのカメラ出力Ｄ０に換算する第２の補正ゲインを、前記設定値Ｖｒと、前記第１のＮＤフィルタの透過率εＮＤ０と前記第２のＮＤフィルタの透過率εＮＤ１との比とから、前記第２の補正ゲイン（Ｖｒ／（Ｄ１・εＮＤ０／εＮＤ１））を演算により求め、さらに、求めた第２の補正ゲインに対応する露光時間を求め、補正前の露光時間を求めた前記露光時間に更新し、前記第２のＮＤフィルタのカメラ出力が飽和している場合、当該第３のＮＤフィルタのカメラ出力Ｄ２を第1のＮＤフィルタのカメラ出力Ｄ０に換算する第３の補正ゲインを、前記設定値Ｖｒと、前記第１のＮＤフィルタの透過率εＮＤ０と前記第３のＮＤフィルタの透過率εＮＤ２との比とから、前記第３の補正ゲイン（Ｖｒ／（Ｄ１・εＮＤ０／εＮＤ２））を演算により求め、
当該第３のＮＤフィルタのカメラ出力Ｄ２に対して、前記設定値Ｖｒと、前記第１のＮＤフィルタの出力との比から第３の補正ゲインを求め、さらに、求めた第３の補正ゲインに対応する露光時間を求め、補正前の露光時間を求めた前記露光時間に更新し、前記ＣＣＤカメラの前記第１のＮＤフィルタのカメラ出力を飽和させるような過大な入力光量があった場合、その程度を前記第２のＮＤフィルタのカメラ出力、または前記第３のＮＤフィルタのカメラ出力から前記第１のＮＤフィルタに対する補正ゲインを求め、一回の蓄積時間の変更で測定が可能となるようにしたことを特徴とするＣＣＤカメラを使用した測定装置。
【請求項２】
被測定物の表面に対してレーザビームを照射する光源部と、当該レーザビームの反射光の位置を検出するラインスキャン形のＣＣＤカメラとを備える検出部と、前記ＣＣＤカメラの出力から当該測定物の形状等の測定量を求める制御部とを備える測定装置であって、
前記制御部は、前記ＣＣＤカメラからのカメラ出力信号を記憶するメモリと、記憶した前記カメラ出力信号のカメラデータと予め設定されるカメラ出力レベルの設定値とを比較して、当該カメラ出力が一定になるように前記ＣＣＤカメラの露光時間を制御するＡＧＣ回路部と、前記ＡＧＣ回路部で制御された前記ＣＣＤカメラから測定量を求める演算部と、を備え、
前記ＣＣＤカメラは、ラインスキャン形のＲＧＢフィルタを備えるカラーカメラとし、前記レーザビームの波長のピーク値は、前記Ｒフィルタの透過率εＲが９０％以上となる波長を選択し、
前記ＡＧＣ回路部は、前記Ｒフィルタのカメラ出力が飽和しているか否かを判定し、前記カメラ出力の設定値の範囲内にある場合は、前記露光時間は更新せず前回露光時間で演算を実行し、不飽和、かつ、前記カメラ出力の設定値の範囲外の場合、前記カメラ出力レベルの設定値Ｖｒと当該Ｒフィルタの出力Ｄ０の比を求め第１の補正ゲインとし、さらに、求めた第１の補正ゲインに対応する露光時間を求め、補正前の露光時間を求めた前記露光時間に更新し、
前記Ｒフィルタのカメラ出力が飽和している場合、さらに、前記Ｂフィルタのカメラ出力の飽和・不飽和を判定し、前記Ｂフィルタのカメラ出力ＤＢが不飽和、且つ、測定範囲にある場合、当該Ｂフィルタのカメラ出力ＤＢを前記Ｒフィルタのカメラ出力ＤＲに換算する第２の補正ゲインを、前記設定値Ｖｒと、前記Ｂフィルタの透過εＢと前記Ｒフィルタの透過率εＲの比とから第２の補正ゲイン（＝Ｖｒ／（ＤＢ・εＲ／εＢ））を演算により求め、さらに、求めた第２の補正ゲインに対応する露光時間を求め、補正前の露光時間を求めた前記露光時間に更新し、
不飽和、且つ、測定範囲の下限値以下にある場合、Ｒフィルタのカメラ出力に換算した場合に測定範囲の出力レベルとなる予め設定する第３の補正ゲインを選択し、当該第３の補正ゲインに対応する露光時間を求め、補正前の露光時間を求めた前記露光時間に更新し、
前記Ｂフィルタのカメラ出力が飽和している場合、Ｒフィルタのカメラ出力に換算した場合に測定領域となる予め設定する第４の補正ゲインを選択し、当該第４の補正ゲインに対応する露光時間を求め、補正前の露光時間を求めた前記露光時間に更新し、
前記ＣＣＤカメラの入力光量が、前記Ｒフィルタのカメラ出力を飽和させるような過大な入力の場合、前記Ｂフィルタのカメラ出力に対して、前記第１〜第４の補正ゲインを求め、前記Ｒフィルタのカメラ出力が予め設定した設定値となるような露光時間求めるようにしたことを特徴とするＣＣＤカメラを使用した測定装置。
【請求項３】
前記Ｂフィルタの出力に変えて、Ｇフィルタの出力とした請求項２に記載のＣＣＤカメラを使用した測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物にレーザ光線を照射し、被測定物からの反射光の位置変化をＣＣＤカメラで検出し、被測定物の形状等を測定するＣＣＤカメラを使用した測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板などの各種素材の形状の測定装置として、鋼板にレーザ光線を照射し、その反射光の位置変化をＣＣＤカメラで検出し、被測定物の形状等を測定するＣＣＤカメラを使用した測定装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一般に、鋼板などの製造プロセスで使用される測定装置は、搬送される鋼板の先端部から尾端（後端）部までを測定し、測定量の良否で製品の歩留まりを判定するので、測定可能となる先端部の位置が重要である。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示された距離測定装置を使用した厚さ測定装置の場合には、鋼板先端部のどの位置からが製品規格を満足する厚さであるかを測定できることが重要な機能である。この先端から正しい測定が可能となる位置までの応答時間を先端応答とも言う。
【０００５】
しかしながら、鋼板からのレーザ光線の反射光を受光して距離を測定する距離測定装置の場合には、反射光の状態が鋼板先端部での反射特性が多様に変化するため、ＣＣＤカメラの出力が飽和したり、または、雑音レベル以下となったりして安定せず、先端応答が遅くなる問題がある。
【０００６】
従来からの光学式の距離測定装置の場合、ＣＣＤカメラ出力が一定になるような制御回路を備え、検出信号の安定化を図っている。ラインスキャン形のＣＣＤカメラを備えた距離測定装置の場合、ＣＣＤカメラの出力が一定の範囲内に安定化されるように、ＣＣＤカメラの露光時間（ＣＣＤの場合、蓄積時間、シャッタ時間とも言うが、以後、ここでは露光時間と言う。）を制御して信号レベルを制御するＡＧＣ（Automatic Gain Control）機能を備える。
【０００７】
一般に、ラインスキャン形のＣＣＤカメラのＡＧＣの応答は、図１２に示すように、予め設定される測定装置の制御周期（測定周期、演算周期とも言う）の３倍の時間を要する。即ち、予め設定された制御周期において、その露光時間の変更は、ＣＣＤカメラ信号の検出・記憶する第１の制御周期ＳＰ１、記憶したＣＣＤカメラデータの読み出しを行う第２の制御周期ＳＰ２、読み出したカメラデータから予め設定されたＣＣＤカメラ信号のレベルを求める露光時間を決定するための第３の制御周期ＳＰ３の、制御周期ＳＰの３倍の時間を要する。読み出し、演算を同じ制御周期内に終える条件が可能な場合には、２倍の制御周期とすることも可能である。
【０００８】
露光時間は予め設定された制御周期の時間の範囲において、制御周期単位で更新して、ＣＣＤカメラ出力を制御するものである。しかしながら、ＣＣＤカメラの雑音レベルを受光光量が最小の状態、例えば、ＣＣＤカメラの飽和露光量の１０％で測定が可能な露光時間に設定してある場合、この１０％に対するＣＣＤカメラの出力は１０倍以上の入力光量で飽和状態となるので、１０倍以上の入力光量がある場合には、露光時間を制御することが出来ない。
【０００９】
例えば、予測では鋼板の先端部での受光光量は、反射率とその拡散特性の変化から少なくとも最小入力光量の２００倍程度は必要であるので、飽和状態を避けることができない。
【００１０】
そのため、ＣＣＤカメラに受光光量を減量するフィルタを機械的に設定して受光光量を検知して露光時間を変更する方法が考えられる。しかし、その場合にはフィルタの設定時間が必要となり、著しく応答が遅くなる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３９６６８０４号公報（図１、第１頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、ラインスキャン形ＣＣＤカメラを備えた測定装置の場合、予め設定された制御周期における露光時間の設定において、ＣＣＤカメラの飽和露光量を超える過大な入力光量があった場合、その入力光量の強さの程度を検知するための手段が必要となり、最短時間で露光時間を更新する制御が出来ない。そのため、測定装置の応答時間が遅くなる問題がある。
【００１３】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、予め設定された制御周期における露光時間を制御するＣＣＤカメラにおいて、このＣＣＤカメラの飽和露光量を超える過大な入力光量に対して、最短時間で測定可能なＣＣＤカメラ信号を得ることが可能な測定装置、及びその応答時間の短縮方法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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本実施形態のＣＣＤカメラを使用した測定装置は、被測定物の表面に対してレーザビームを照射する光源部と、当該レーザビームの反射光を検出するラインスキャン形のＣＣＤカメラとを備える検出部と、前記ＣＣＤカメラの出力から当該測定物の形状等の測定量を求める制御部とを備える測定装置であって、前記制御部は、前記ＣＣＤカメラからのカメラ出力信号を記憶するメモリと、記憶した前記カメラ出力信号のカメラデータと予め設定されるカメラ出力レベルの設定値とを比較して、当該カメラ出力が一定になるように前記ＣＣＤカメラの露光時間を制御するＡＧＣ回路部と、前記ＡＧＣ回路部で制御された前記ＣＣＤデータから前記測定量を求める演算部と、を備え、前記ＣＣＤカメラは、ラインスキャン形の複数の異なる透過率のＮＤフィルタ毎の出力を得られるカメラとし、前記ＮＤフィルタは、透過率εＮＤ０の第１のＮＤフィルタ、透過率εＮＤ１の第２のＮＤフィルタ、透過率εＮＤ２の第３のＮＤフィルタで構成され、前記透過率の大きさは、εＮＤ０＞εＮＤ１＞εＮＤ２、且つ、前記第１のＮＤフィルタのカメラ出力の飽和値（上限値）と前記第２のＮＤフィルタの測定範囲の下限値、また、前記第２のＮＤフィルタの飽和値と前記第３のＮＤフィルタの測定範囲の下限値とが夫々ラップするような透過率とし、前記ＡＧＣ回路部は、前記第１のＮＤフィルタのカメラ出力が飽和しているか否かを判定し、前記カメラ出力の設定値の範囲内にある場合は、前記露光時間は更新せず前回露光時間で演算を実行し、不飽和、かつ、前記カメラの設定値の範囲外の場合、前記カメラ出力レベルの設定値Ｖｒと当該第１のＮＤフィルタの出力Ｄ０との比Ｖｒ／Ｄ０を演算により求め第１の補正ゲインとし、さらに、求めた第１の補正ゲインに対応する露光時間を求め、補正前の露光時間を求めた前記露光時間に更新し、前記第１のＮＤフィルタのカメラ出力が飽和している場合、さらに、前記第２のＮＤフィルタのカメラ出力の飽和・不飽和を判定し、前記第２のＮＤフィルタのカメラ出力が不飽和の場合、当該第２のＮＤフィルタのカメラ出力Ｄ１を第1のＮＤフィルタのカメラ出力Ｄ０に換算する第２の補正ゲインを、前記設定値Ｖｒと、前記第１のＮＤフィルタの透過率εＮＤ０と前記第２のＮＤフィルタの透過率εＮＤ１との比とから、前記第２の補正ゲイン（Ｖｒ／（Ｄ１・εＮＤ０／εＮＤ１））を演算により求め、さらに、求めた第２の補正ゲインに対応する露光時間を求め、補正前の露光時間を求めた前記露光時間に更新し、前記第２のＮＤフィルタのカメラ出力が飽和している場合、当該第３のＮＤフィルタのカメラ出力Ｄ２を第1のＮＤフィルタのカメラ出力Ｄ０に換算する第３の補正ゲインを、前記設定値Ｖｒと、前記第１のＮＤフィルタの透過率εＮＤ０と前記第３のＮＤフィルタの透過率εＮＤ２との比とから、前記第３の補正ゲイン（Ｖｒ／（Ｄ１・εＮＤ０／εＮＤ２））を演算により求め、当該第３のＮＤフィルタのカメラ出力Ｄ２に対して、前記設定値Ｖｒと、前記第１のＮＤフィルタの出力との比から第３の補正ゲインを求め、さらに、求めた第３の補正ゲインに対応する露光時間を求め、補正前の露光時間を求めた前記露光時間に更新し、前記ＣＣＤカメラの前記第１のＮＤフィルタのカメラ出力を飽和させるような過大な入力光量があった場合、その程度を前記第２のＮＤフィルタのカメラ出力、または前記第３のＮＤフィルタのカメラ出力から前記第１のＮＤフィルタに対する補正ゲインを求め、一回の蓄積時間の変更で測定が可能となるようにしたことを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するために、本実施形態のＣＣＤカメラを使用した測定装置は、被測定物の表面に対してレーザビームを照射する光源部と、当該レーザビームの反射光の位置を検出するラインスキャン形のＣＣＤカメラとを備える検出部と、前記ＣＣＤカメラの出力から当該測定物の形状等の測定量を求める制御部とを備える測定装置であって、前記制御部は、前記ＣＣＤカメラからのカメラ出力信号を記憶するメモリと、記憶した前記カメラ出力信号のカメラデータと予め設定されるカメラ出力レベルの設定値とを比較して、当該カメラ出力が一定になるように前記ＣＣＤカメラの露光時間を制御するＡＧＣ回路部と、前記ＡＧＣ回路部で制御された前記ＣＣＤカメラから測定量を求める演算部と、を備え、前記ＣＣＤカメラは、ラインスキャン形のＲＧＢフィルタを備えるカラーカメラとし、前記レーザビームの波長のピーク値は、前記Ｒフィルタの透過率εＲが９０％以上となる波長を選択し、前記ＡＧＣ回路部は、前記Ｒフィルタのカメラ出力が飽和しているか否かを判定し、前記カメラ出力の設定値の範囲内にある場合は、前記露光時間は更新せず前回露光時間で演算を実行し、不飽和、かつ、前記カメラ出力の設定値の範囲外の場合、前記カメラ出力レベルの設定値Ｖｒと当該Ｒフィルタの出力Ｄ０の比を求め第１の補正ゲインとし、さらに、求めた第１の補正ゲインに対応する露光時間を求め、補正前の露光時間を求めた前記露光時間に更新し、前記Ｒフィルタのカメラ出力が飽和している場合、さらに、前記Ｂフィルタのカメラ出力の飽和・不飽和を判定し、前記Ｂフィルタのカメラ出力ＤＢが不飽和、且つ、測定範囲にある場合、当該Ｂフィルタのカメラ出力ＤＢを前記Ｒフィルタのカメラ出力ＤＲに換算する第２の補正ゲインを、前記設定値Ｖｒと、前記Ｂフィルタの透過εＢと前記Ｒフィルタの透過率εＲの比とから第２の補正ゲイン（＝Ｖｒ／（ＤＢ・εＲ／εＢ））を演算により求め、さらに、求めた第２の補正ゲインに対応する露光時間を求め、補正前の露光時間を求めた前記露光時間に更新し、不飽和、且つ、測定範囲の下限値以下にある場合、Ｒフィルタのカメラ出力に換算した場合に測定範囲の出力レベルとなる予め設定する第３の補正ゲインを選択し、当該第３の補正ゲインに対応する露光時間を求め、補正前の露光時間を求めた前記露光時間に更新し、前記Ｂフィルタのカメラ出力が飽和している場合、Ｒフィルタのカメラ出力に換算した場合に測定領域となる予め設定する第４の補正ゲインを選択し、当該第４の補正ゲインに対応する露光時間を求め、補正前の露光時間を求めた前記露光時間に更新し、前記ＣＣＤカメラの入力光量が、前記Ｒフィルタのカメラ出力を飽和させるような過大な入力の場合、前記Ｂフィルタのカメラ出力に対して、前記第１〜第４の補正ゲインを求め、前記Ｒフィルタのカメラ出力が予め設定した設定値となるような露光時間求めるようにしたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１のＣＣＤカメラを使用した測定装置の構成図。
【図２】実施例１のＡＧＣ回路部の構成図。
【図３】カメラフィルタの分光特性図。
【図４】実施例１のカメラのフィルタ出力毎の測定範囲を説明する図。
【図５】実施例１のＡＧＣ動作を説明するフローチャート。
【図６】実施例１のＡＧＣ動作を説明するタイムチャート。
【図７】実施例１のＡＧＣ動作を説明するタイムチャート。
【図８】実施例１のＡＧＣ動作を説明するタイムチャート。
【図９】実施例１のＡＧＣ動作を説明するタイムチャート。
【図１０】実施例２のカメラのフィルタ出力毎の測定範囲を説明する図。
【図１１】実施例２のＡＧＣ動作を説明するフローチャート。
【図１２】従来のＣＣＤカメラのＡＧＣ動作を説明するタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１乃至図９を参照して、実施例１のＣＣＤカメラを使用した測定装置１００について説明する。図1に示す測定装置１００は、検出部１と、制御部２とを備える。検出部１は、被測定物３についての測定量を検出するためのＣＣＤカメラ１ａとレーザビーム等を照射する光源部１ｂとで構成され、検出部１は、予め測定量に応じた光学系が設定される。
【００２０】
制御部２は、測定量を求めるための制御周期を設定する制御回路２ａと、ＣＣＤカメラからのカメラ出力を記憶するメモリ２ｂと、予め設定される制御周期内で制御される露光時間でカメラ信号を安定化するＡＧＣ回路部２ｃと、記憶した安定化されたカメラ出力のカメラデータから測定量を求める演算部２ｄとを備える。
【００２１】
ＣＣＤカメラ１ａを備えた測定装置１００は、検出器１の光学条件の設定と、制御部２で実行する演算アルゴリズムとが、求める測定量により変わるが、ＣＣＤカメラからのカメラ出力を安定化するＡＧＣ回路部２ｃの露光時間の制御は同じ機能での対応が可能である。
【００２２】
ここでは、測定量が距離で、鋼板との距離を求める距離測定装置を例にして、そのＡＧＣの応答時間の短縮について説明する。
【００２３】
図１において、距離測定装置１００は、被測定物３の表面に対してレーザビームを照射する光源部１ｂと、当該レーザビームの反射光の位置を検出するラインスキャン形のＣＣＤカメラ１ａとを備える検出部１と、ＣＣＤカメラ１ａのカメラ出力から被測定物３との距離を求める制御部２とを備える。
【００２４】
また、制御部２は、ＣＣＤカメラ１ａからのカメラ出力を記憶するメモリ２ｂと、記憶したカメラ出力のカメラデータと予め設定されるカメラ出力レベルの設定値とを比較して、カメラ出力が一定になるようにＣＣＤカメラ１ａの露光時間を制御するＡＧＣ回路部２ｃと、ＡＧＣ回路部２ｃで制御されたカメラデータから測定量を求める演算部２ｄとを備える。
【００２５】
次に、各部の詳細について説明する。ＣＣＤカメラ１ａは、ラインスキャン形でＲＧＢ（赤、緑、青）フィルタの出力が同時に、独立に取り出せるカメラであって、ＲＧＢフィルタ、ＣＣＤ素子とその周辺回路を含むＣＣＤ１ａ１と、ＣＣＤ１ａ１の出力をデジタル信号に変換するＡＤＣ１ａ２と、制御部２から送信される露光時間設定信号に基づき受光光量を調整する露光時間制御回路１ａ３と、を備える。
【００２６】
また、光源部１ｂは、被測定物３の表面で所定のレーザビーム形状に成形するコリメータ等の光学系を含むレーザダイオード（ＬＤ）１ｂ１と、その電源駆動回路１ｂ２と、レーザダイオード１ｂ１の出力光量を設定する出力設定回路１ｂ３と、を備える。
【００２７】
また、制御部２は、ＣＣＤカメラ１ａからのＲフィルタ、Ｇフィルタ、及びＢフィルタのカメラ出力信号ＳＲ、ＳＧ、ＳＢを記憶するメモリ２ｂと、記憶したカメラ出力のカメラデータＤＲ、ＤＧ、ＤＢと予め設定されるカメラ出力レベルの設定値Ｖｒとを比較して、カメラ出力が一定になるようにＣＣＤカメラ１ａの露光時間を制御するＡＧＣ回路部２ｃと、ＡＧＣ回路部２ｃで制御されたカメラデータＤＲから測定量を求める演算部２ｄとを備える。
【００２８】
また、制御回路２ａは、制御部２で求める測定量の制御周期信号Ｓｐを生成し、制御部２内の各部に供給するとともに、ＣＣＤカメラ１ａからのカメラ出力信号をメモリ２ｂに転送するための制御を実行する。
【００２９】
次に、図２、図３を参照してＡＧＣ系統の系に関する各部の詳細設定について説明する。レーザダイオード（ＬＤ）１ｂ１で生成するレーザビームの波長のピーク値は、Ｒフィルタの透過率εＲが９０％以上となる波長、例えば，６５０ｎｍを発振できるものを選択する。このときのＧフィルタ、Ｂフィルタの透過率εＧ、εＢは、図３に示すように５％程度である。
【００３０】
ＡＧＣ回路部２ｃの詳細構成は、メモリ２ｂからのカメラデータＤＲ、ＤＧ、ＤＢと予め設定される判定パラメータを判定パラメータ設定部２ｃ２から読み出して、詳細を後述する露光時間を補正する補正ゲインαを図５に示す演算フローに基づき求める補正ゲイン演算部２ｃ１と、前回の制御周期で設定されていた露光時間ＣＴに補正ゲイン演算部２ｃ１で求めた補正ゲインαを乗じて、更新された露光時間設定信号ＳＣＴを生成する露光時間演算部２ｃ３と、被測定物３から反射される入力光量の条件から予め設定されるレーザ出力を指定するレーザ出力演算部２ｃ４と、を備える。
【００３１】
ここで、このように構成されたＡＧＣ回路部２ｃを用いた距離測定装置のＡＧＣの動作原理について説明し、次に、その詳細動作を説明する。
【００３２】
本実施例の動作原理は、入力光量の測定範囲を拡大するために、ＣＣＤカメラ１ａの異なる透過率の２つのフィルタ出力を同時に使用し、最小入力光量を検出する透過率の高いフィルタ出力の測定範囲と、透過率の低いフィルタ出力の測定範囲とを組み合わせて測定範囲を拡大し、１つの制御周期（測定周期）で入力光量を検知し、次の制御周期で露光時間を変更して、透過率の高いフィルタの出力を測定範囲に制御するようにして、露光時間の更新時間を短縮するものである。
【００３３】
この原理を上述したＲＧＢの（カラー）フィルタを備えるＣＣＤカメラ１ａに適用した場合について、図４を参照して説明する。図４は縦軸に入力光量の強度を相対値で示し、Ｒフィルタの測定範囲ＭＲと、Ｂフィルタの測定範囲ＭＢとを矢印付直線でその範囲を示したものである。
【００３４】
光源部１ｂのレーザビームの波長が６５０ｎｍの場合、Ｒフィルタの透過率εＲとＢフィルタの透過率εＢは、図３に示したように１８倍（＝εＲ／εＢ＝９０％／５％）であるので、図４に示すようにＲフィルタの測定範囲の上限（１００％）は、Ｂフィルタの下限（５．６％）に一致する。
【００３５】
また、入力光量の最小値ＰｍｉｎがＲフィルタの２０％相当で、この最小入力光量の２００倍が最大値Ｐｍａｘだとすると、Ｂフィルタの上限値までは、入力光量を知ることが出来るが、これを超える入力光量に対しては、超えたか否かしか判別できないことを示している。
【００３６】
また、Ｂフィルタの測定範囲内であれば、その入力光量をＲフィルタの値に換算した入力光量として求めることが出来るので、Ｒフィルタの露光時間はＢフィルタの入力光量を知ることで同時に求めることが出来る。
【００３７】
尚、Ｒフィルタの入力光量の測定範囲ＭＲは、検出器１の光学設定条件により予め設定されるもので、例えば、被測定物３の反射特性と受光可能な検出器１の光学系の明るさ（効率）を予め設定し、ＣＣＤカメラ１ａの検出感度と測定値を求める制御周期とから、被測定物３から受光可能な入力光量の最小値と最大値を予測しておく。
【００３８】
そして、最小の入力光量に対するレーザ出力とＣＣＤカメラ１ａの露光時間ＣＴとを設定する。ここでは、入力光量の最小値Ｐｍｉｎは、ＣＣＤカメラ１ａのＲフィルタの出力が雑音レベルの２倍以上の２０％、また、最大値は、最小入力光量の２００倍の、相対値で４０と予測したものであるとする。
【００３９】
次に、この様な原理に基づくＡＧＣ回路部２ｃの動作について、図５乃至図９を参照して説明する。図５は、ＡＧＣ回路部２ｃの露光時間ＣＴを更新するための補正ゲインαを求める演算動作をフロー図にしたものである。
【００４０】
図５において、カメラデータＤＲ、ＤＢは、夫々Ｒフィルタ、Ｂフィルタの出力を示し、そのカメラデータＤＲ（Ｂ）の比較値が測定範囲ＭＲの８０％の場合には、ＤＲ８０のように記述することにする。
【００４１】
また、図５に示す設定値や判定パラメータは、図２に示す判定パラメータ設定部２ｃ２に予め記憶しておく。
【００４２】
先ず、露光時間演算部２ｃ３、レーザ出力演算部２ｃ４からＣＣＤカメラ１ａと光源部１ｂに対して、夫々、露光時間ＣＴとレーザ出力の初期値が設定される（ｓ１）。
【００４３】
次に、メモリ２ｂからカメラデータＤＲ、ＤＢを読み出し（ｓ２）、カメラデータＤＲが飽和しているか否かを判定する（ｓ３）。飽和していないと判定された場合、さらにそのカメラデータが所定の設定値（制御目標値）の範囲内（ＤＲ８０≧ＤＲ≧ＤＲ７０）にあるか否かを判定し（ｓ４）、そうである場合には、露光時間を更新せず次の演算に入る（ｓ４―Ｙ）。
【００４４】
範囲外（ｓ４−Ｎ）と判定された場合には、設定値Ｖｒに対する補正ゲインα１（＝Ｖｒ／ＤＲ）を求める（ｓ５）。そして、求めた補正ゲインα１に対応する露光時間ＣＴ１（＝ＣＴｉ×α１、ＣＴｉ＝更新前の露光時間）を露光時間演算部２ｃ３で求め、露光時間設定信号ＳＣＴをＣＣＤカメラ１ａに送る（ｓ６）。
【００４５】
次に、カメラデータＤＲが飽和している（ｓ３−Ｙ）と判定された場合、カメラデータＤＢが飽和しているか否かを判定する（ｓ７）。カメラデータＤＢが飽和していない場合、さらに、カメラデータＤＢが測定範囲の下限値（例えば、カメラデータＤＢの１０％）以下であるか否かを判定し（ｓ８）、そうでなければ（ｓ８−Ｎ）、カメラデータＤＢの値をカメラデータＤＲ換算して、カメラデータＤＲに対する補正ゲインα２（＝Ｖｒ／（ＤＢ・εＲ／εＢ））を求める（ｓ９）。
【００４６】
さらに求めた補正ゲインα２に対応する露光時間ＣＴ２（＝ＣＴｉ×α２、ＣＴｉ＝更新前の露光時間）を露光時間演算部２ｃ３で求め、露光時間設定信号ＳＣＴをＣＣＤカメラ１ａに送る（ｓ６）。
【００４７】
そうであれば（ｓ８−Ｙ）、即ち、カメラデータＤＢが測定範囲の下限値以下であれば、この時のカメラデータＤＲが測定範囲となる、予め設定される補正ゲインα３、例えば．１／２を選択して（ｓ１０）、選択した補正ゲインα３に対応する露光時間ＣＴ３（＝ＣＴｉ×α３、ＣＴｉ＝更新前の露光時間）を露光時間演算部２ｃ３で求め、露光時間設定信号ＳＣＴをＣＣＤカメラ１ａに送り（ｓ６）、さらに、更新された露光時間設定信号ＳＣＴでの制御周期におけるカメラデータＤＲを確認して、設定値の範囲を超えていれば、次の制御周期で露光時間設定信号ＳＣＴを更新する（ｓ３−ｓ４−ｓ５）。
【００４８】
次に、カメラデータＤＢが飽和している場合（ｓ７−Ｙ）、この時のカメラデータＤＲが測定範囲となる、予め設定される補正ゲインα４、例えば、１／５０を選択して（ｓ１１）、選択した補正ゲインα４に対応する露光時間ＣＴ４（＝ＣＴｉ×α４、ＣＴｉ＝更新前の露光時間）を露光時間演算部２ｃ３で求め、露光時間設定信号ＳＣＴをＣＣＤカメラ１ａに送り（ｓ６）、さらに、更新された露光時間設定信号ＳＣＴでの制御周期におけるカメラデータＤＲを確認して、設定値の範囲を超えていれば、次の制御周期で露光時間設定信号ＳＣＴを更新する（ｓ３−ｓ４−ｓ５）。
【００４９】
選択した補正ゲインα３、α４は、ここでは、夫々１／２及び１／５０を選択したが、カメラデータＤＢが測定範囲の下限値、または、上限値を超えた場合、想定される入力光量がカメラデータＤＲの範囲内となる値であれば、この値は何れでも良い。
【００５０】
次に、図５のフローについて、４種の補正ゲインの演算動作の例について、そのタイムチャートを用いて説明する。図６は、ＣＣＤカメラ１ａのＲフィルタの出力が飽和していない場合の補正ゲインα１を求める場合の演算のタイムチャートである。
【００５１】
制御周期ＳＰ０で検出したカメラデータは、次の制御周期ＳＰ１で読み出され、さらに、次の制御周期ＳＰ２でその補正ゲインα１を求め、制御周期の３倍を要して、更新された露光時間ＣＴ１でのカメラデータＤＲ１が得られる様子を示しいている。
【００５２】
また、この時のカメラデータＤＲ０が図４に示し相対光量で３０％である場合、設定値Ｖｒが７５％である場合、その補正ゲインα１は２．５となり、この入力光量が変らなければ、露光時間を補正されたカメラデータＤＲ１出力は制御周期の３倍後に７５％となる。
【００５３】
また、図７は、ＣＣＤカメラ１ａのＲフィルタの出力が飽和した場合の補正ゲインα２を求める場合の演算のタイムチャートである。
【００５４】
制御周期ＳＰ０で検出したカメラデータは、次の制御周期ＳＰ１で読み出され、さらに、次の制御周期ＳＰ２でその補正ゲインα２を求め、制御周期の３倍を要して、更新された露光時間ＣＴ１でのカメラデータＤＲ２が得られる様子を示しいている。
【００５５】
また、カメラデータＤＲが図４に示し相対光量で５４０％である場合（ｓ８、ｓ９）、その補正ゲインα２は０．１３９となり、この入力光量が変らなければ、露光時間を補正されたカメラデータＤＲ２出力は、制御周期の３倍後に７５％となる。
【００５６】
また、図８は、ＣＣＤカメラ１ａのＲフィルタの出力が飽和し、Ｂフィルタの出力が下限値いかとなった場合の補正ゲインα３、α１を求める場合の演算のタイムチャートである。
【００５７】
制御周期ＳＰ０で検出したカメラデータは、次の制御周期ＳＰ１で読み出され、さらに、次の制御周期ＳＰ２でその補正ゲインα３を求め、制御周期の３倍を要して、更新された露光時間ＣＴ３１でのカメラデータＤＲ３１が、さらに、カメラデータＤＲ３１は測定範囲に無いので、もう３倍の制御周期を要して、更新された露光時間ＣＴ３２で補正されたカメラデータＤＲ３２が得られる様子を示しいている。
【００５８】
この場合のカメラデータＤＲは、図４に示した相対光量で１００％、カメラデータＤＢが相対光量で５．６％である場合（ｓ８、ｓ１０）、その補正ゲインα３は０．５となり、この入力光量が変らなければ、さらに、露光時間ＣＴ３１を露光時間ＣＴ３２に更新し、補正されたカメラデータＤＲ３２を制御周期の６倍を要した後に得ることができる。
【００５９】
また、図９は、ＣＣＤカメラ１ａのＲフィルタの出力が飽和し、さらにＢフィルタの出力が飽和した場合の補正ゲインα４、α１を求める場合の演算のタイムチャートである。
【００６０】
制御周期ＳＰ０で検出したカメラデータは、次の制御周期ＳＰ１で読み出され、さらに、次の制御周期ＳＰ２でその補正ゲインα４を求め、制御周期の３倍を要して、更新された露光時間ＣＴ４１でのカメラデータＤＲ４１が、さらに、カメラデータＤＲ４１が測定範囲に無いので、もう３倍の制御周期を要して、更新された露光時間ＣＴ４２で補正されたカメラデータＤＲ４２が得られる様子を示しいている。
【００６１】
この場合のカメラデータＤＲは、図４に示した相対光量で１８００％、カメラデータＤＢが相対光量で１００％である場合（ｓ８、ｓ１１）、その補正ゲインα４は０．０２となり、この入力光量が変らなければ、さらに、露光時間ＣＴ４１を露光時間ＣＴ４２に更新して、補正されたカメラデータＤＲ４２を制御周期の６倍を要した後に得ることが出来る。
【００６２】
尚、本実施例では、異なる透過率の一方のフィルタとしてＢフィルタを選択して説明したが、Ｇフィルタを使用しても選択したレーザビームの波長が６５０ｎｍの場合には、同様の効果が得られる。
【００６３】
以上説明したように、本実施例によれば、入力光量の測定範囲を拡大するために、ＣＣＤカメラ１ａの異なる透過率の２つのフィルタ出力を同時に使用し、入力光量の最小値を検出する透過率の高いフィルタ出力の測定範囲と、透過率の低いフィルタ出力の測定範囲とを組み合わせて測定範囲を拡大し、１つの制御周期で入力光量を検知し、次の制御周期で透過率の高いフィルタ出力の露光時間を更新しているので、入力光量の変化範囲が大きくても露光時間の更新を早くすることが出来る。
【００６４】
即ち、本実施例によれば、予め設定された制御周期における蓄積時間において、ＣＣＤカメラの飽和露光量を超える過大な入力光量に対して、最短時間で測定可能なＣＣＤカメラ信号を得ることが可能な測定装置、及びその応答時間の短縮方法を提供することができる。
【実施例２】
【００６５】
図１０、図１１を参照して、実施例２について説明する。実施例２について、実施例１と同一部分は同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００６６】
実施例２が実施例１と異なる点は、実施例１においては、入力光量の測定範囲を拡大するためのフィルタとして、ＲＧＢのカラーフィルタを使用したが、実施例２ではＲＧＢのカラーフィルタに変えて、分光透過率が平坦な３種の異なる透過率のニュートラルデンシティフィルタ、フィルタＮＤ０、ＮＤ１，ＮＤ２を使用するようにした点が異なる。
【００６７】
詳細には、図１０に示すように、ＣＣＤカメラ１ａは、ラインスキャン形の複数の異なる透過率のＮＤフィルタ毎の出力を得られるカメラとし、ＮＤフィルタは、透過率εＮＤ０のフィルタＮＤ０、透過率εＮＤ１のフィルタＮＤ１、透過率εＮＤ２のフィルタＮＤ２で構成し、且つ、夫々の透過率の大きさは、εＮＤ０＞εＮＤ１＞εＮＤ２、且つ、フィルタＮＤ０の測定範囲の最大値（飽和値）とフィルタのＮＤ１の測定範囲の下限値、また、フィルタＮＤ１の測定範囲の最大値とフィルタＮＤ２の測定範囲の下限値とが夫々ラップするような透過率とする。
【００６８】
例えば、透過率の大きさは、εＮＤ０＝１．０、εＮＤ１＝１／８、εＮＤ２＝１／８２の値を選択したとすると、フィルタＮＤ０では、減光することなく入力光の最小値を受光できる。また、フィルタ間の測定範囲のラップ量は、各フィルタでの測定範囲を最大値１００％〜最小値１０％とすると、フィルタＮＤ０の測定範囲の最大値とフィルタＮＤ１の測定範囲の下限値、フィルタＮＤ１の測定範囲の最大値とフィルタＮＤ２の測定範囲の下限値の夫々のラップ長は２％となり、３つのフィルタで入力光量（相対地）の測定範囲を０．２〜６４間で拡大可能である。
【００６９】
このように構成されたＣＣＤカメラ１ａの設定条件によれば、図１１に示すように、入力光量の変化が３２０倍（＝６４／０．２）あった場合でもいずれかのフィルタの出力からその値が検知出来るので、ＡＧＣ回路部２ｃでの補正ゲインの演算は、３種類で、且つ補正ゲインの演算は一回の制御周期のみで可能となる。
【００７０】
以下そのＡＧＣ回路部２ｃの制御動作を、図１１の補正ゲインを求める演算フローを参照して説明する。図１１において、カメラデータＤ０、Ｄ１、Ｄ２、は、夫々メモリ２ｂから読み出した、フィルタＮＤ０、フィルタＮＤ１，フィルタＮＤ２の出力を示し、そのカメラデータＤ０（〜２）の比較値が測定範囲ＭＮＤ０の８０％の場合には、Ｄ０８０のように記述することにする。
【００７１】
また、図１１に示す設定値や判定パラメータは、図２に示す判定パラメータ設定部２ｃ２に予め記憶しておく。
【００７２】
先ず、露光時間演算部２ｃ３、レーザ出力演算部２ｃ４からＣＣＤカメラ１ａと光源部１ｂに対して、露光時間ＣＴとレーザ出力の初期値とが夫々設定される（ｓ１）。
【００７３】
次に、メモリ２ｂからカメラデータＤ０、Ｄ１、Ｄ２を読み出し（ｓ２）、カメラデータＤ０が飽和しているか否かを判定する（ｓ３）。飽和していないと判定された場合、さらにそのカメラデータが所定の設定値Ｖｒ（制御目標値）の範囲内（Ｄ０８０≧Ｄ０≧Ｄ０７０）にあるか否かを判定し（ｓ４）、そうである場合には、露光時間を更新せず次の演算に入る（ｓ４―Ｙ）。
【００７４】
範囲外（ｓ４−Ｎ）と判定された場合には、ＡＧＣ回路部２ｃ１は、カメラ出力レベルの設定値ＶｒとＮＤフィルタの出力Ｄ０との比率を求め補正ゲインα１１（＝Ｖｒ／Ｄ０）を求め、さらに、求めた補正ゲインα１１に対応する露光時間ＣＴ１１（＝ＣＴｉ×α１１）を求め、補正前の露光時間ＣＴｉを露光時間ＣＴ１１に更新する（ｓ６）。
【００７５】
フィルタＮＤ０のカメラ出力が飽和している場合（ｓ３−Ｙ）、さらに、フィルタＮＤ１のカメラ出力の飽和・不飽和を判定し（ｓ７）、フィルタＮＤ１のカメラ出力Ｄ１が不飽和の場合（ｓ７−Ｎ）、フィルタＮＤ１のカメラ出力Ｄ１をフィルタＮＤ０のカメラ出力Ｄ０に換算する補正ゲインα１２を、カメラ出力の設定値Ｖｒとし、補正ゲインα１２（＝Ｖｒ／（Ｄ１・εＮＤ０／εＮＤ１））を演算により求め、さらに、求めた補正ゲインα１２に対応する露光時間ＣＴ１２（＝ＣＴｉ×α１２）を求め（ｓ８）、補正前の露光時間ＣＴｉを前記露光時間ＣＴ１２に更新する（ｓ６）。
【００７６】
また、フィルタＮＤ１のカメラ出力が飽和している場合（ｓ７−Ｙ）、フィルタＮＤ２のカメラ出力Ｄ２をフィルタＮＤ０のカメラ出力Ｄ０に換算する補正ゲインα１３を、カメラ出力の設定値Ｖｒとし、補正ゲインα１３（＝Ｖｒ／（Ｄ２・εＮＤ０／εＮＤ２））を演算により求める（ｓ９）。
【００７７】
さらに、求めた補正ゲインα１３に対応する露光時間ＣＴ１３（＝ＣＴｉ×α１３）を求め、補正前の露光時間ＣＴｉを露光時間ＣＴ１３に更新する（ｓ６）。
【００７８】
即ち、ＣＣＤカメラのフィルタＮＤ０のカメラ出力を飽和させるような過大な入力光量があった場合、その程度をフィルタＮＤ１のカメラ出力、またはフィルタＮＤ２のカメラ出力からフィルタＮＤ０に対する補正ゲインを求め、一回の蓄積時間の変更で測定が可能となるので、入力光量の測定範囲が大きく急変する場合でも、応答時間が短縮できる。
【００７９】
尚、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明と均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８０】
１  検出部
１ａ  ＣＣＤカメラ
１ａ１  ＣＣＤ
１ａ２  ＡＤＣ
１ａ３  露光制御回路
１ｂ  光源部
１ｂ１  ＬＤ
１ｂ２  電源駆動回路
１ｂ３  出力設定回路
２  制御部
２ａ  制御回路
２ｂ  メモリ
２ｃ  ＡＧＣ回路
２ｃ１  補正ゲイン演算部
２ｃ２  判定パラメータ設定部
２ｃ３  露光時間演算部
２ｃ４  レーザ出力演算部
２ｄ  演算部
３  被測定物
１００  測定装置
【図１】
0005898412.tif 000002
【図２】
0005898412.tif 000003
【図３】
0005898412.tif 000004
【図５】
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【図６】
0005898412.tif 000006
【図８】
0005898412.tif 000007
【図９】
0005898412.tif 000008
【図１０】
0005898412.tif 000009
【図１１】
0005898412.tif 000010
【図１２】
0005898412.tif 000011
【図４】
0005898412.tif 000012
【図７】
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