(57)【要約】      （修正有）【課題】距離測定装置の分解能を低下させないで、測定範囲の拡大が容易に行える距離測定装置を提供する。【解決手段】検出部１は、レーザ光源とコリメータとを備える複数の光ビーム生成光学部１２ｐ、１２ｑ、１２ｒと、レーザビームをパルス光として時系列に点灯するパルス信号を生成する光ビーム点灯制御部とを備える光ビーム生成部１２と、複数のレーザビームの位置検出情報を生成するカメラ部１１と、光ビーム生成部１２とカメラ部１１とを設定する光学設定部１３と、を備え、複数のレーザビームを投光し、また、カメラ部１１の視野角端線とレーザビーム軌跡線とが交差してなす切断線の鉛直方向の距離を複数の距離測定範囲として設定し、距離演算部２は、位置検出情報及び識別信号から距離測定範囲に対応する校正テーブルを参照して基準表面からの距離を求め、異なる複数の距離測定範囲を１台のカメラで測定することができるようにした。【選択図】図１
2015172493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の表面にレーザビームを照射して、当該レーザビームの反射位置をカメラで検
出する検出部と、前記検出部で検出したレーザビームの位置検出情報を受信して、前記被
測定物と予め設定する基準位置との距離を求める距離演算部と、を備える光学式三角測量
法の距離測定装置であって、
前記検出部は、レーザ光源と、レーザ光源から照射された前記レーザビームを照射位置で
所定のビームサイズに成形するコリメータと、を備える複数の光ビーム生成光学部と、
複数の前記レーザビームをパルス光として時系列に点灯するパルス信号を生成し、当該パ
ルス光の識別信号を生成する光ビーム点灯制御部とを備える光ビーム生成部と、
前記基準表面に直交する方向に設けられ、前記被測定物から反射する前記複数のレーザビ
ームの位置を検出し、前記位置検出情報を生成する前記カメラ部と、
複数の前記レーザビームの投光位置と前記レーザビームの反射光の受光位置とを、前記光
ビーム生成部と前記カメラ部とを予め設定される位置に固定して設定する光学設定部と、
を備え、
前記光ビーム生成部は、前記複数のレーザビームを前記カメラの視野空間内において、予
め設定される測定距離範囲を分割する前記基準表面からの複数の距離測定範囲毎に、当該
基準表面に対して予め定める入射角度で投光し、また、前記カメラ部の視野角端線と前記
レーザビーム軌跡線とが交差してなす切断線の前記カメラの鉛直方向の距離を、複数の前
記距離測定範囲として設定し、
前記距離演算部は、複数の前記距離測定範囲毎の前記基準表面からの距離と前記カメラの
位置検出情報とを対応付けした、予め設定される複数の校正テーブルを備え、前記カメラ
部から送られた前記位置検出情報、及び前記識別信号を受信して、前記距離測定範囲に対
応する前記校正テーブルを参照して前記基準表面からの距離を求め、
異なる複数の距離測定範囲を１台のカメラで測定して距離測定範囲を拡大することができ
るようにしたことを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
前記光ビーム生成部は、レーザ光源と、当該レーザ光源から照射された前記レーザビー
ムを前記距離測定範囲において、予め定められるビーム出力で、予め定めるビームサイズ
以下とになるように成形するコリメータと、を備える複数の光ビーム生成光学部と、夫々
の前記レーザ光源を時系列にパルス点灯させるパルス信号を生成し、夫々のパルス光の識
別信号を生成する光ビーム点灯制御部と、を備える請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記カメラ部は、ＣＣＤラインスキャン型のＣＣＤカメラとし、前記レーザビームの光
軸と前記カメラの光軸とが同一平面上となるように設定するとともに、前記ＣＣＤカメラ
の被写界深度の設定は、複数の前記距離測定範囲において予め設定される測定分解能以下
の錯乱円となるように、前記ＣＣＤカメラのカメラレンズの焦点距離、及びＦ値（絞り）
を選択するようにした請求項１に記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学方式の距離測定装置の測定範囲の拡大機能に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から被測定物との距離を非接触で求める三角測量法を測定原理とする光学方式の距
離測定装置がある。この距離測定装置は、例えば、図１（ｂ）に示すように、被測定物３
の基準表面に対しその鉛直方向にカメラ２０設け、被測定物３の基準表面Ｓに対して所定
の投光角度θｉでレーザビームＢｉを照射し、被測定物３の表面の鉛直方向の位置の変化
を、レーザビームＢｉの反射光の受光位置の変化としてカメラ２０で検出し、被測定物３
の基準表面位置Ｓｒからの距離を求めるようにしている。
【０００３】
一般に、この場合に使用されるカメラ２０は、エリアスキャン型のＣＣＤカメラや、レ
ーザビームの光軸と受光するカメラ２０の光軸とが同一平面上にあるように設定されるラ
インスキャン型のＣＣＤカメラが使用される。
【０００４】
このような光学方式の三角測量法による距離測定装置の分解能は、カメラ２０の距離測
定範囲ＤをＣＣＤカメラ２０の撮像素子のビット数で除した値となるので、測定範囲と分
解能とはトレードオフとなる関係がある。
【０００５】
そのため、異なる距離測定範囲に対して２つのレーザビームを照射し、夫々のレーザビ
ームの検出位置を識別して測定範囲を拡大しようとする技術がある（例えば、特許文献１
参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１９６８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された距離測定装置は、異なる距離測定範囲を識別するための２つの
レーザビームの検出本数とその検出位置範囲とを求めて、レーザビームの検出パターンの
相違から、夫々の距離測定範囲に対応する校正テーブルを参照して距離を求め方式である
。
【０００８】
したがって、距離測定範囲を拡大する場合に、レーザビームの検出本数と検出位置範囲
とを識別する識別処理が複雑となる問題がある。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、距離測定装置の分解能を低下さ
せないで、測定範囲の拡大が容易に行える距離測定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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明による距離測定装置は、被測定物の表面にレーザビ
ームを照射して、当該レーザビームの反射位置をカメラで検出する検出部と、前記検出部
で検出したレーザビームの位置検出情報を受信して、前記被測定物と予め設定する基準位
置との距離を求める距離演算部と、を備える光学式三角測量法の距離測定装置であって、
前記検出部は、レーザ光源と、レーザ光源から照射された前記レーザビームを照射位置で
所定のビームサイズに成形するコリメータと、を備える複数の光ビーム生成光学部と、複
数の前記レーザビームをパルス光として時系列に点灯するパルス信号を生成し、当該パル
ス光の識別信号を生成する光ビーム点灯制御部とを備える光ビーム生成部と、前記基準表
面に直交する方向に設けられ、前記被測定物から反射する前記複数のレーザビームの位置
を検出し、前記位置検出情報を生成する前記カメラ部と、複数の前記レーザビームの投光
位置と前記レーザビームの反射光の受光位置とを、前記光ビーム生成部と前記カメラ部と
を予め設定される位置に固定して設定する光学設定部と、を備え、前記光ビーム生成部は
、前記複数のレーザビームを前記カメラの視野空間内において、予め設定される測定距離
範囲を分割する前記基準表面からの複数の距離測定範囲毎に、当該基準表面に対して予め
定める入射角度で投光し、また、前記カメラ部の視野角端線と前記レーザビーム軌跡線と
が交差してなす切断線の前記カメラの鉛直方向の距離を、複数の前記距離測定範囲として
設定し、前記距離演算部は、複数の前記距離測定範囲毎の前記基準表面からの距離と前記
カメラの位置検出情報とを対応付けした、予め設定される複数の校正テーブルを備え、前
記カメラ部から送られた前記位置検出情報、及び前記識別信号を受信して、前記距離測定
範囲に対応する前記校正テーブルを参照して前記基準表面からの距離を求め、異なる複数
の距離測定範囲を１台のカメラで測定して距離測定範囲を拡大することができるようにし
たことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、距離測定装置の分解能を低下させないで、測定範囲の拡大が容易に行
える距離測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の距離測定装置の構成図。
【図２】実施形態の詳細構成の説明図。
【図３】実施形態の処理動作を説明するタイムチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施形態を図１乃至図３を参照して説明する。図１は、図１（ａ）に示す本実施形態
の構成と距離検出部１の光学系の設定とを、図１（ｂ）に示す従来の距離測定装置の光学
系と対比して説明するための図である。
【００１４】
また、図２は、検出部１の詳細構成を説明するブロック構成図で、図３は、この距離測
定装置１００の検出信号の処理動作を説明するタイムチャートである。
【００１５】
本実施形態の距離測定装置１００は三角測量法を測定原理とする光学式の距離測定装置
で、被測定物３の表面に基準表面Ｓに対して入射角θｉでレーザビームを照射し、このレ
ーザビームの反射位置を被測定物３の基準表面Ｓの鉛直方向からカメラ部１１で検出する
検出部１と、検出部１で検出したレーザビームの位置検出情報を受信して、被測定物３と
予め設定する基準表面Ｓとの距離を求める距離演算部２と、を備える。
【００１６】
検出部１は、図示しないレーザ光源とこのレーザ光源から照射されたレーザビームを距
離測定範囲において、予め定められるビーム出力で、予め定めるビームサイズ以下とにな
るように成形する図示しないコリメータとを備える複数の光ビーム生成光学部１２ｐ、１
２ｑ、１２ｒと、夫々の光ビーム生成光学部１２ｐ、１２ｑ、１２ｒで生成される複数の
レーザビームＢｐ、Ｂｑ、Ｂｒをパルス光として時系列に点灯するパルス信号Ｓｔｐ、Ｓ
ｔｑ、Ｓｔｒを生成し、夫々のパルス光の識別信号Ｓｒｐ、Ｓｒｑ、Ｓｒｒを生成する光
ビーム点灯制御部１２ｍと、を備える光ビーム生成部１２を備える。
【００１７】
ここで、光ビーム生成光学部１２ｐ、１２ｑ、１２ｒの符号ｐ、ｑ、ｒは、夫々のレー
ザビームＢｐ、Ｂｑ、Ｂｒに対応し、以後、同様に、これらのレーザビームＢｐ、Ｂｑ、
Ｂｒとの対応付け、識別には、同様の符号ｐ、ｑ、ｒを付して記述する。
【００１８】
さらに、基準表面Ｓに直交する方向に設けられ、被測定物３から反射する複数のレーザ
ビームＢｐ、Ｂｑ、Ｂｒを撮像するＣＣＤカメラ１１ａと、ＣＣＤカメラ１１ａの検出信
号Ｓａｐ、Ｓａｑ、Ｓａｒからレーザビームの位置を読み取り位置検出情報を生成する位
置検出情報処理部１１ｂと、を備えるカメラ部１１と、複数のレーザビームの投光位置と
レーザビームの反射光の受光位置とを、光ビーム生成部１２とカメラ部１１とを予め設定
される位置に固定して設定する光学設定部１３と、を備える。
【００１９】
本実施形態においては、３本のレーザビームＢｐ、Ｂｑ、Ｂｒの場合について説明する
が、この本数は２つ以上であればその本数は限定されない。
【００２０】
ＣＣＤカメラ１１ａは、ラインスキャン型のＣＣＤカメラ、エリアスキャン型のＣＣＤ
カメラのいずれでも良いが、ここでは、ラインスキャン型のＣＣＤカメラの場合について
説明する。
【００２１】
次に、光ビーム生成部１２の詳細構成とその光学系の設定方法について説明する。図１
（ａ）は、図１（ｂ）に示す従来の距離測定範囲Ｄを複数の距離測定範囲Ｄｐ＋Ｄｑ＋Ｄ
ｒに拡大した光学系の設定例を図示したものである。
【００２２】
夫々の距離測定範囲には、光ビーム生成光学部１２ｐ、１２ｑ、１２ｒから、レーザビ
ームＢｐ、Ｂｑ、Ｂｒを所定の入射角θｉで照射する。
【００２３】
そして、ＣＣＤカメラ１１ａの視野角θｆ空間内において、ＣＣＤカメラ１１ａの視野
角端線Ａ、ＢとレーザビームＢｐ、Ｂｑ、Ｂｒの軌跡線とが交差してなす切断線Ｌｐ、Ｌ
ｑ、Ｌｒの鉛直方向の距離が、夫々距離測定範囲Ｄｐ、Ｄｑ、Ｄｒとして設定される。
【００２４】
この距離測定範囲Ｄｐ、Ｄｑ、Ｄｒは、レーザビーム生成光学部１２ｐ、１２ｑ、１２
ｒの水平方向の設置間隔を調整することで、距離測定範囲Ｄｐと距離測定範囲Ｄｑとを、
また、距離測定範囲Ｄｑと距離測定範囲Ｄｒとを、それぞれオーバーラップするように設
定することも可能である。
【００２５】
また、光ビーム生成光学部１２ｐ、１２ｑ、１２ｒで生成するレーザビームの形状は、
夫々の距離測定範囲Ｄｐ、Ｄｑ、Ｄｒにおいて、所定のビームサイズ以下の形状となるよ
うにコリメートされ、ＣＣＤカメラ１１ａの被写界深度の設定は、これらの複数の距離測
定範囲において予め設定される測定分解能以下の錯乱円となるように、ＣＣＤカメラのカ
メラレンズの焦点距離、及びＦ値（絞り）を選択する。
【００２６】
夫々の位置検出分解能は、夫々の距離測定範囲をＣＣＤカメラ１１ａの距離測定方向の
ビット数Ｎで割った値、即ち、夫々をＤｐ／Ｎ、Ｄｑ／Ｎ、Ｄｒ／Ｎとすることができる
。
【００２７】
次に、光ビーム点灯制御部１２ｍの動作について説明する。図３は、光ビーム点灯制御
部１２ｍが制御するレーザビームの点灯タイミングと、カメラ部１１で検出した位置検出
情報から対応する距離測定範囲の距離を求める距離演算部２の演算処理タイミングと、を
図示したタイムチャートである。
【００２８】
図３において、ＴｓはＣＣＤカメラ１１ａの光信号蓄積時間となる１ラインの走査開始
信号Ｓｔｓの走査周期を、また、Ｔｐはこの走査開始信号Ｓｔｓに同期した、距離演算部
２の距離演算周期を示す。
【００２９】
光ビーム点灯制御部１２ｍは、走査開始信号Ｓｔｓに同期した所定のパルス幅ｔｗで、
所定の発光エネルギーを生成するパルス信号Ｓｔｐ、Ｓｔｑ、Ｓｔｒを、対応する光ビー
ム生成光学部１２ｐ、１２ｑ、１２ｒの夫々に、走査周期Ｔｓに同期して、演算周期毎に
時系列に送る。
【００３０】
そして、ＣＣＤカメラ１１ａは、パルス信号Ｓｔｐ、Ｓｔｑ、Ｓｔｒを印加して発光さ
れたレーザビームの反射光を受光し、その検出信号Ｓａｐ、Ｓａｑ、Ｓａｒを印加した次
の走査周期のタイミングで、順次、位置検出情報処理部１１ｂに送る。
【００３１】
また、パルス信号Ｓｔｐ、Ｓｔｑ、Ｓｔｒに同期した校正テーブル２ａの識別信号Ｓｒ
ｐ、Ｓｒｑ、Ｓｒｒをカメラ部１１、及び距離演算部２に送る。
【００３２】
位置検出情報処理部１１ｂは、３つのパルス信号のＳｔｐ、Ｓｔｑ、Ｓｔｒに対応する
検出信号Ｓａｐ、Ｓａｑ、Ｓａｒ受信後、受信した各走査周期Ｔｓ内で、または、３つ目
の検出信号Ｓａｒを受信した後から次の走査周期Ｔｓの間のタイミングで、検出した１つ
、または、複数の検出信号Ｓａｐ、Ｓａｑ、Ｓａｒの位置検出情報を生成して距離演算部
２に送る。
【００３３】
そして、距離演算部２は、複数の距離測定範囲毎の基準表面Ｓからの距離とＣＣＤカメ
ラ１１ａの位置検出情報とを対応付けした、予め設定される複数の校正テーブル２ａ（２
ａｐ、２ａｑ、２ａｒ）を備え、位置検出情報処理部１１ｂから送られた位置検出情報、
及び識別信号Ｓｒｐ、Ｓｒｑ、Ｓｒｒを受信して、夫々の距離測定範囲Ｄｐ、Ｄｑ、Ｄｒ
に対応する校正テーブル２ａ（２ａｐ、２ａｑ、２ａｒ）を参照して基準表面Ｓからの距
離を予め設定される演算式に基づいて求める。
【００３４】
したがって、例えば、図１（ａ）に示す同一受光軸上で検出されるＰ、Ｑ、Ｒの点の場
合でも、レーザビームＢｐ、Ｂｑ、Ｂｒの点灯時間を識別して、夫々の距離を測定するこ
とができる。
【００３５】
このように構成された距離測定装置１００によれば、時系列にパルス点灯されたレーザ
ビームの位置検出情報を識別して、異なる複数の距離測定範囲を１台のカメラで測定して
、レーザビームの点灯周期毎、又は、レーザビームの全点灯周期＋１周期の演算周期以内
の図３破線に示すタイミングで、距離測定が可能となる。
【００３６】
また、光ビーム生成光学部１２ｐ、１２ｑ、１２ｒの幾何光学的な条件設定と、光ビー
ム点灯制御部１２ｍの点灯回路数とを適宜選択し、予め対応する校正テーブル２ａを複数
作成することで、任意の距離測定範囲をシンプルな構成で選択することができる。
【００３７】
したがって、距離測定装置の分解能を低下させないで、測定範囲の拡大が容易に行える
、異なる複数の距離測定範囲を１台のカメラで測定して距離測定範囲を拡大する距離測定
装置を提供することができる。
【００３８】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この実施形態は、その他の様々な形態で実施さ
れることが可能であり、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。また、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同様に、特許請求の範囲に記載
された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１  検出部
２  距離演算部
２ａ  校正テーブル
３  被測定物
１１、２０  カメラ
１１ａ  ＣＣＤカメラ
１１ｂ  位置検出情報処理部
１２  光ビーム生成部
１２ｐ、１２ｑ、１２ｒ  光ビーム生成光学部
１２ｍ  光ビーム点灯制御部
１３  光学設定部
１００  距離測定装置
【図１】
2015172493.tif 000003
【図２】
2015172493.tif 000004
【図３】
2015172493.tif 000005