JP2007322177A - レーザ光照射測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
照射レーザ光のみをガルバノミラーによって走査し反射光をそのまま受光器で受光する装置の場合でも、レーザ光の強度制御において制御に遅れが発生せず、又は外乱光の影響を受けにくく、測定精度の高いレーザ光照射測定装置を提供することにある。
【解決手段】
受光器の受光面から反射する受光面反射光を集光する集光レンズと、集光レンズにより集光された受光面反射光の受光量を検出するフォトセンサと、フォトセンサによって検出された受光量に応じてレーザ光照射器から対象物に照射されるレーザ光の光量を補正するレーザ光量補正手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光照射器から対象物にレーザ光を照射して、レーザ光照射器から対象物の表面までの距離又は対象物の表面の３次元形状を測定するレーザ光照射測定装置に関する。

従来より、測定する対象物にレーザ光を照射し、対象物表面での散乱光の一部（以下、反射光という）を検出して対象物までの距離または対象物の３次元形状を測定する装置として、例えば特許文献１に示されているような対象物表面からの反射光を受光器により受光した位置により対象物までの距離を３角測量法の原理により算出する装置がある。

そして、対象物表面の反射率が場所により異なる物体を測定する場合、反射率の違いにより検出する反射光の強度が変化すると測定精度が悪くなるため、例えば特許文献２に示されているように、受光器で反射する反射光の光量をフォトセンサにより検出し、反射光量が同一になるよう照射するレーザ光の強度を制御する方法が用いられる。

さて、特許文献１に示されている装置のように、照射レーザ光と反射光を同一のガルバノミラーによって導いている場合は、照射レーザ光の照射方向を異ならせても、受光器で受光する反射光の横方向位置は変化せず、対象物体までの距離により受光器で受光する反射光の縦方向の位置のみを変化させることができるため、受光器をラインセンサで構成することができる。しかし、装置を構成する部材が多く構成も複雑であるため、装置のコストが高くなりメンテナンス性が悪いという問題がある。

これに対し、例えば特許文献３のように、照射レーザ光のみをガルバノミラーによって走査し、反射光をそのまま受光器で受光する装置の場合は、照射レーザ光と反射光を同一のガルバノミラーによって導く装置の場合よりも装置を構成する部材が少なく、構成も簡単であるため、装置のコストがかからず、メンテナンス性もよいというメリットがある。
特開平９−２１８０２０号公報 特開２００２−１３９３１１号公報 特開２００２−３２８００８号公報

しかしながら、照射レーザ光のみをガルバノミラーによって走査し、反射光をそのまま受光器で受光する装置の場合は、受光器で受光する反射光の横方向位置が変化するため、受光器をラインセンサではなくエリアセンサで構成することになり、このような装置に受光器で反射する反射光の光量をフォトセンサにより検出し、反射光量が同一になるよう照射するレーザ光の強度を制御する方法を適用すると、エリアセンサと同程度の大きなフォトセンサを用いなければならず、レーザ光の強度制御に遅れが生じ、精度の高い測定が困難である。

また、エリアセンサを用いる場合、エリアセンサに反射光と共に入射して反射する外乱光もフォトセンサに入射することになり、レーザ光の強度制御の精度が悪くなり、精度の高い測定が困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、照射レーザ光のみをガルバノミラーによって走査し反射光をそのまま受光器で受光する装置の場合でも、レーザ光の強度制御において制御に遅れが発生せず、又は外乱光の影響を受けにくく、測定精度の高いレーザ光照射測定装置を提供することにある。

請求項１記載のレーザ光照射測定装置は、受光器の受光面から反射する受光面反射光を集光する集光レンズと、集光レンズにより集光された受光面反射光の受光量を検出するフォトセンサと、フォトセンサによって検出された受光量に応じてレーザ光照射器から対象物に照射されるレーザ光の光量を補正するレーザ光量補正手段とを備えることを特徴とする。

請求項２記載のレーザ光照射測定装置は、受光器が複数の受光素子を縦横２方向に配列させたエリアセンサにより構成され、フォトセンサの受光面の面積が、エリアセンサの受光面の面積より小さいことを特徴とする。

請求項３記載のレーザ光照射測定装置は、レーザ光を高周波数のパルス光にするパルス光生成手段と、受光器の受光面から反射する受光面反射光を受光して受光面反射光の受光量に相当する信号を出力するフォトセンサと、フォトセンサが出力した信号から高周波数のパルス光の周波数付近における周波数成分のパルス信号のみを抽出するバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタが抽出したパルス信号の信号強度に基づき、レーザ光照射器から対象物に照射されるレーザ光の光量を補正するレーザ光量補正手段と備えることを特徴とする。

請求項４記載のレーザ光照射測定装置は、受光器の受光面から反射する受光面反射光を集光する集光レンズを備え、フォトセンサが、集光レンズにより集光された受光面反射光の受光量を検出することを特徴とする。

請求項５記載のレーザ光照射測定装置は、受光器が複数の受光素子を縦横２方向に配列させたエリアセンサにより構成され、フォトセンサの受光面の面積が、エリアセンサの受光面の面積より小さいことを特徴とする。

請求項６記載のレーザ光照射測定装置は、パルス光生成手段がパルス光を生成するタイミングと、受光器が出力する反射光の位置を表す信号を取り込むタイミングとが同期していることを特徴とする。

請求項１及び請求項４の発明によれば、集光レンズにより集光された受光面反射光の受光量をフォトセンサにより検出することにより、フォトセンサの大きさを抑えることができ、フォトセンサによって検出された受光量に応じてレーザ光照射器から対象物に照射されるレーザ光の光量を補正するレーザ光量補正手段において、レーザ光の強度制御に遅れを生じにくくして、精度の高い測定を可能にすることができる。

請求項２及び請求項５の発明によれば、フォトセンサの受光面の面積が、エリアセンサの受光面の面積より小さいことから、装置の小型化が可能である。

請求項３の発明によれば、レーザ光を高周波数のパルス光にするパルス光生成手段と、受光器の受光面から反射する受光面反射光を受光して受光面反射光の受光量に相当する信号を出力するフォトセンサと、フォトセンサが出力した信号から高周波数のパルス光の周波数付近における周波数成分のパルス信号のみを抽出するバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタが抽出したパルス信号の信号強度に基づき、レーザ光照射器から対象物に照射されるレーザ光の光量を補正するレーザ光量補正手段と備えることから、フォトセンサが出力する受光量に相当する信号から受光面反射光に含まれる外乱光による信号を除去し、レーザ光の光量補正を正確に行うことができ、より精度の高い測定が可能である。

請求項６の発明によれば、パルス光生成手段がパルス光を生成するタイミングと、受光器が出力する反射光の位置を表す信号を取り込むタイミングとが同期していることで、外乱光による信号を除去することに加え、レーザ照射器からレーザ光が照射される時間を抑えることにより、レーザ照射器の劣化の速さを遅くすることができる。

以下、本発明の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。本発明の形態におけるレーザ光照射測定装置は、レーザ光照射器から対象物にレーザ光を照射して対象物の表面に照射スポットを形成するとともに、対象物からの反射光を受光して、レーザ光照射器から対象物の表面の照射スポットまでの距離又は対象物の表面の３次元形状を測定するためのものである。

図１は、本発明に係るレーザ光照射測定装置の第１の実施例を示す構成図である。図２は、同レーザ光照射測定装置のエリアセンサと集光レンズとフォトセンサの説明図である。図３は、同レーザ光照射測定装置のエリアセンサと集光レンズとフォトセンサを立体的に示した説明図である。

図において、本実施例のレーザ光照射測定装置１は、コントローラ４０、光ビーム放射器１０、レーザ光量補正回路５０、走査用光学系２０、結像レンズ３１、エリアセンサ３２、センサ信号取出回路３３、集光レンズ３４、フォトセンサ６１、増幅回路６２、補正信号発生回路６４等から構成されている。

光ビーム放射器１０は、対象物ＯＢに向けてレーザ光を照射して対象物ＯＢの表面に照射スポットを形成するもので、レーザ光源１１、コリメートレンズ１２、レーザ駆動回路１３から構成されている。レーザ光源１１は、半導体レーザなどで構成されており、レーザ光をコリメートレンズ１２に向けて放射する。コリメートレンズ１２は、対象物ＯＢの表面に小さな照射スポットを形成するために、レーザ光源１１から放射されたレーザ光を平行光にする。レーザ駆動回路１３は、レーザ光源１１を制御して、レーザ光源１１から放射されるレーザ光の光量を制御する。

尚、後述するコントローラ４０とレーザ駆動回路１３との間には、レーザ光量補正回路５０が接続されている。レーザ光量補正回路５０は、レーザ光の照射開始時点においてはコントローラ４０から入力するレーザ光量指令信号をレーザ駆動回路１３に供給し、その後は供給しているレーザ光量指令信号を、後述する補正信号発生回路６４からの補正信号に応じて補正して、補正されたレーザ光量指令信号をレーザ駆動回路１３に供給する。

コリメートレンズ１２によって平行光にされたレーザ光の進路には、対象物ＯＢの表面における照射スポットの位置を変更して対象物ＯＢの表面を照射スポットで走査するための走査用光学系２０が設けられている。走査用光学系２０は、レーザ光を反射する複数のミラー、複数のミラーのうちのいずれかを回動させる電動モータ、この電動モータの回転角を検出する回転角センサ等を備えている。そして、回転角センサによる検出信号は、コントローラ４０に供給され、電動モータが該検出信号を用いてコントローラ４０によって回転制御されて、ミラーの回動によりレーザ光の反射方向が変更されて、照射スポットが対象物ＯＢの表面を２次元的（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に走査するようになっている。

結像レンズ３１は、対象物ＯＢからの反射光をエリアセンサ３２上に結像する。エリアセンサ３２は、ＣＣＤなどの光学素子を縦方向、横方向に一列に配置したもので、対象物ＯＢからの反射光を受光し、受光位置を表す信号をセンサ信号取出回路３３に出力する。エリアセンサ３２上での反射光の受光位置は、照射レーザ光が走査されることにより横方向に移動し、対象物ＯＢからレーザ光照射測定装置１（エリアセンサ３２）までの距離により縦方向に移動する。具体的には、図２に示すように、距離が長い場合には、エリアセンサ３２の図示上部に位置する受光素子が反射光を受光する。また、距離が短い場合には、エリアセンサ３２の図示下部に位置する受光素子が反射光を受光する。

センサ信号取出回路３３は、コントローラ４０からの指示があったとき、受光位置を表す信号を取り込み、縦方向の受光位置を表す信号をコントローラ４０に出力する。コントローラ４０はエリアセンサ３２の縦方向の受光位置により測定対象物体からレーザ光照射測定装置（エリアセンサ３２）までの距離を計算する。

また、本実施例のレーザ光照射測定装置１は、エリアセンサ３２の受光面から反射される受光面反射光を集光する集光レンズ３４と、集光レンズ３４により集光された受光面反射光の受光量を検出するフォトセンサ６１とを備えている。

フォトセンサ６１は、図１〜３に示すように、長尺状の方形に形成されたフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォト抵抗等の光学センサ素子である。この光学センサ素子は、エリアセンサ３２の受光面に対向して、エリアセンサ３２を構成する全ての受光素子からの反射光を受光できるように構成され、長尺方向はエリアセンサ３２を構成する複数の受光素子の横方向の配列方向に対応している。尚、フォトセンサ６１の出力は増幅回路６２に接続されている。

増幅回路６２は、フォトセンサ６１が出力する信号を所定の増幅率で増幅する。そして、増幅回路６２は、補正信号発生回路６４に接続されている。補正信号発生回路６４は、フォトセンサ６１によって検出されたエリアセンサ３２による受光面反射光の受光量に応じた補正信号をレーザ光量補正回路５０に出力する。すなわち、補正信号発生回路６４は、受光面反射光の受光量が所定の基準量よりも小さければ、現時点で供給しているレーザ光量指令信号をレーザ光量の増加を表す方向に補正するための補正信号をレーザ光量補正回路５０に出力する。受光面反射光の受光量が所定の基準量よりも大きければ、現時点で供給しているレーザ光量指令信号を光量の減少を表す方向に補正するための補正信号をレーザ光量補正回路５０に出力する。

コントローラ４０は、前述のように、回転角センサによる検出信号を入力して電動モータを回転制御することによりミラーを回動させて、対象物ＯＢの表面を照射スポットで２次元的（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に走査する機能を有する。また、コントローラ４０は、自動的又は手動操作により設定されてレーザ光源１１から照射開始時に照射されるレーザ光の光量を表すレーザ光量指令信号をレーザ光量補正回路５０に出力する機能、及びセンサ信号取出回路３３からの信号によりレーザ光源１１から対象物ＯＢの表面までの距離を計算すると共にこの距離及び回転角センサによる検出信号に基づいて対象物ＯＢの表面の３次元形状を測定する機能を有する。尚、この距離の演算は、エリアセンサ３２にて反射光を受光した受光素子の位置、すなわちエリアセンサ３２における反射光の受光位置に基づいて、３角測量法の原理を用いて行われる。また、このコントローラ４０は、通常マイクロコンピュータなどで構成されてプログラム制御されるが、ハード回路で構成するようにしてもよい。

次に、本実施例のレーザ光照射測定装置１の動作を説明する。まず、コントローラ４０が、自動的又は手動操作により設定されて、レーザ光源１１から放射されるレーザ光の光量を表すレーザ光量指令信号をレーザ光量補正回路５０を介してレーザ駆動回路１３に出力する。これにより、レーザ光源１１は、レーザ駆動回路１３に制御されて、レーザ光量指令信号に対応した光量のレーザ光をコリメートレンズ１２に向けて放射する。コリメートレンズ１２は、レーザ光源１１からのレーザ光を平行光にして走査用光学系２０との協働により対象物ＯＢの表面の所定位置に小さな照射スポットを形成する。

対象物ＯＢの表面上の照射スポットの形成により、対象物ＯＢの表面からレーザ光が反射され、この反射光が結像レンズ３１によってエリアセンサ３２上に結像される。そして、センサ信号取出回路３３によって、反射光を受光した信号がコントローラ４０に供給される。コントローラ４０は、この供給された信号に基づいて、レーザ光源１１から対象物ＯＢの表面の照射スポットまでの距離を３角測量法の原理を用いて計算する。

一方、コントローラ４０は、走査用光学系２０内の回転角センサによる検出信号を入力して、この検出信号を用いて同光学系２０内の電動モータを回転制御することにより、走査用光学系２０内の一部のミラーを回動させて、照射スポットを対象物ＯＢの表面上で２次元的（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動させて、対象物ＯＢの表面を順次走査する。そして、コントローラ４０は、各照射スポット毎に、レーザ光源１１から対象物ＯＢの表面の照射スポットまでの各距離を順次計算する。したがって、対象物ＯＢの表面の前記走査完了後には、同対象物ＯＢの表面を２次元的に細かく分割した各分割位置毎に、レーザ光源１１から対象物ＯＢの前記各分割位置までの各距離が測定される。そして、最後に、コントローラ４０は、これらの各分割位置の各測定距離を用いて、画像処理によって対象物ＯＢの表面の３次元画像を生成する。

このような各分割位置の距離の測定中、エリアセンサ３２は、対象物ＯＢの表面からの反射光を受光する一方、この反射光の一部をエリアセンサ３２の受光面で反射する。この受光面反射光は、集光レンズ３４で集光され、フォトセンサ６１によって受光される。フォトセンサ６１は、受光した受光面反射光の受光量を表す検出信号を増幅回路６２を介して補正信号発生回路６４に出力する。

補正信号発生回路６４は、受光面反射光の受光量が所定の基準量よりも小さければ、現時点で供給しているレーザ光量指令信号を光量の増加を表す方向に補正するための補正信号をレーザ光量補正回路５０に出力する。したがって、この場合、レーザ光量補正回路５０は、現時点で供給しているレーザ光量指令信号を光量の増加を表す方向に補正してレーザ駆動回路１３に出力する。一方、受光面反射光の受光量が所定の基準量よりも大きければ、現時点で供給しているレーザ光量指令信号を光量の減少を表す方向に補正するための補正信号をレーザ光量補正回路５０に出力する。したがって、この場合には、レーザ光量補正回路５０は、現時点で供給しているレーザ光量指令信号を光量の減少を表す方向に補正してレーザ駆動回路１３に出力する。このようなフィードバック制御により、レーザ駆動回路１３は、フォトセンサ６１によって受光される受光面反射光の受光量が所定の基準量になるように、レーザ光源１１から放射されるレーザ光の光量を補正制御する。

以上のように、フォトセンサ６１が、集光レンズ３４により集光された受光面反射光の受光量を検出することから、フォトセンサ６１の大きさを抑えることができ、レーザ光の強度制御に遅れが生じにくくして、精度の高い測定を可能にすることができる。また、フォトセンサ６１の受光面の面積が、エリアセンサ３２の受光面の面積より小さいことから、装置の小型化が可能である。

図４は、本発明に係るレーザ光照射測定装置の第２の実施例を示す構成図である。図５は、同レーザ光照射測定装置の動作を示すフローチャートである。図６は、同レーザ光照射測定装置のパルス光のタイミングを示す説明図である。

図において、本実施例のレーザ光照射測定装置２は、実施例１のレーザ光照射測定装置２と同様に、コントローラ４０、光ビーム放射器１０、レーザ光量補正回路５０、走査用光学系２０、結像レンズ３１、エリアセンサ３２、センサ信号取出回路３３、フォトセンサ６１、増幅回路６２、補正信号発生回路６４等から構成されている。また、本実施例のレーザ光照射測定装置２は、パルス信号発生回路５１、バンドパスフィルタ６３を備えている。

パルス信号発生回路５ｌは、コントローラ４０から指示された周波数のパルス信号をレーザ駆動回路１３に対し出力する。そして、レーザ駆動回路１３は、パルス信号発生回路５１が出力するパルス信号とレーザ光量補正回路５０が出力する照射レーザ強度に相当する信号により、レーザ光源１１を駆動する。増幅回路６２と補正信号発生回路６４との間に設けられたバンドパスフィルタ６３は、増幅回路６２からの信号の内、パルス信号発生回路５１が出力するパルス信号の周波数付近の周波数の信号のみを抽出し、出力する。尚、実施例１のレーザ光照射測定装置１と同一の符号を付した回路等は、実施例１と同様なので説明を省略するが、集光レンズ３４を用いない関係で、フォトセンサ６０は、フォトセンサ６１に比べてサイズの大きいものとなっている。

このように構成したレーザ光照射測定装置２では、パルス状のレーザ光が対象物ＯＢに照射され、実施例１のレーザ光照射測定装置１と同様に、対象物ＯＢの表面上の照射スポットの形成により、対象物ＯＢの表面からレーザ光が反射され、この反射光が結像レンズ３１によってエリアセンサ３２上に結像される。そして、センサ信号取出回路３３によって、反射光を受光した信号がコントローラ４０に供給される。これにより、コントローラ４０は、実施例１と同様に、各種計算を行い対象物ＯＢの表面の３次元画像を生成する。

また、エリアセンサ３２は、対象物ＯＢの表面からの反射光を受光する一方、この反射光の一部をエリアセンサ３２の受光面で反射する。この受光面反射光は、フォトセンサ６０によって受光される。フォトセンサ６０は、受光した受光面反射光の受光量を表す検出信号を増幅回路６２及びバンドパスフィルタ６３を介して補正信号発生回路６４に出力する。このような構成により、実施例１と同様に、レーザ光源１１から放射されるレーザ光の光量を補正制御する。尚、バンドパスフィルタ６３がパルス信号発生回路５１の出力するパルス信号の周波数付近の周波数のみを抽出して出力するので、フォトセンサ６０に外乱光が入射してもバンドパスフィルタ６３が出力する信号から外乱光による信号をほとんど除去することができ、レーザ光照射強度の制御において外乱光の影響を除外することができる。

尚、パルス信号発生回路５１は、コントローラ４０から指示された周波数のパルス信号を出力する構成でもよいが、コントローラ４０からＯＮを表す信号とＯＦＦを表す信号を入力してパルス信号を発生すれば、センサ信号取出回路３３が受光位置を表す信号を取り込むときのみ、レーザ光を照射することができ、レーザ光源の劣化の速さを遅くすることができる。

この場合、コントローラ４０は、測定開始と同時に図５に示すようなフローのプログラムをスタートする。以下、図５に示すプログラムによる動作を説明するが、括弧内の符号は図５のフローチャートの符号に対応している。まず、カウンタｎをセットし（Ｓ１０２）、コントローラ４０の指令により、実施例１でも説明した走査用光学系２０の電動モータの作動を開始し（Ｓ１０４）、回転角度に相当する信号が回転角センサからコントローラ４０に出力される。電動モータは、回転角度の下限と上限が設定されており、この間を回転しながら往復することによりレーザ光が走査される。

そして、回転角度が下限であるか確認する（Ｓ１０６）。下限ではない場合には、下限になるまで待つことになる（Ｓ１０６−ＮＯ）。そして、回転角度が下限になったところで（Ｓ１０６−ＹＥＳ）、パルス信号発生回路５１をＯＮする回転角度になるのを待つ（Ｓ１０８）。具体的には、回転下限角度Θに、カウンタｎとセンサ信号取出回路３３が信号を取り込む角度であるΔΘを掛けたものを足し、そこから図６に示す角度αを引いた値になることを確認する。尚、図６は、レーザ走査における受光位置を表す信号の取り込み位置と、レーザ光の照射の関係を表した図であり、レーザ光照射開始から黒の打点までが角度αに相当し、黒の打点からレーザ光照射停止までが角度βに相当する。このα，βの角度は実験により測定精度に影響を及ぼさない最も小さな値に定めるようにする。そして、パルス信号をＯＮする角度になったところで（Ｓ１０８−ＹＥＳ）、パルス信号発生回路５１へＯＮを示す信号を送る（Ｓ１１０）。

次に、センサ信号取出回路３３が信号を取り込む角度であるΔΘ毎の回転角度になるまで待つ（Ｓ１１２）。そして、センサ信号取出回路３３が信号を取り込む角度になったところで（Ｓ１１２−ＹＥＳ）、センサ信号取出回路３３がエリアセンサ３２からの信号の取り込みを行う（Ｓ１１４）。

次に、パルス信号発生回路５１をＯＦＦする回転角度になるのを待つ（Ｓ１１６）。具体的には、回転下限角度Θに、カウンタｎとセンサ信号取出回路３３が信号を取り込む角度であるΔΘを掛けたものを足し、そこに図６に示す角度βを足した値になることを確認する。そして、パルス信号をＯＦＦする角度になったところで（Ｓ１１６−ＹＥＳ）、パルス信号発生回路５１へＯＦＦを示す信号を送る（Ｓ１１８）。

次に、回転角度が回転上限角度に至ったか確認し（Ｓ１２０）、まだ上限角度に至っていない場合には（Ｓ１２０−ＮＯ）、カウンタｎに１加算して（Ｓ１２２）、上述のパルス信号発生回路５１をＯＮする回転角度になるのを待つところ（Ｓ１０８）に戻って、エリアセンサ３２からの信号の取り込みを繰り返す。回転角度が上限に至った場合には（Ｓ１２０−ＹＥＳ）、レーザ光のスキャンの停止指令があるか確かめ（Ｓ１２４）、停止指令がある場合にはスキャンを終了し（Ｓ１２４−ＹＥＳ）、停止指令がない場合には（Ｓ１２４−ＮＯ）逆方向へのスキャンを開始させることになる。

具体的には、まず、回転角度が上限であるか確認する（Ｓ１２６）。上限ではない場合には、上限になるまで待つことになる（Ｓ１２６−ＮＯ）。そして、回転角度が上限になったところで（Ｓ１２６−ＹＥＳ）、パルス信号発生回路５１をＯＮする回転角度になるのを待つ（Ｓ１２８）。具体的には、回転下限角度Θに、カウンタｎとセンサ信号取出回路３３が信号を取り込む角度であるΔΘを掛けたものを足し、そこに図６に示す角度αを足した値になることを確認する。尚、図６は、レーザ走査における受光位置を表す信号の取り込み位置と、レーザ光の照射の関係を表した図であり、レーザ光照射開始から黒の打点までが角度αに相当し、黒の打点からレーザ光照射停止までが角度βに相当する。このα，βの角度は実験により測定精度に影響を及ぼさない最も小さな値に定めるようにする。そして、パルス信号をＯＮする角度になったところで（Ｓ１２８−ＹＥＳ）、パルス信号発生回路５１へＯＮを示す信号を送る（Ｓ１３０）。

次に、センサ信号取出回路３３が信号を取り込む角度であるΔΘ毎の回転角度になるまで待つ（Ｓ１３２）。そして、センサ信号取出回路３３が信号を取り込む角度になったところで（Ｓ１３２−ＹＥＳ）、センサ信号取出回路３３がエリアセンサ３２からの信号の取り込みを行う（Ｓ１３４）。

次に、パルス信号発生回路５１をＯＦＦする回転角度になるのを待つ（Ｓ１３６）。具体的には、回転下限角度Θに、カウンタｎとセンサ信号取出回路３３が信号を取り込む角度であるΔΘを掛けたものを足し、そこから図６に示す角度βを引いた値になることを確認する。そして、パルス信号をＯＦＦする角度になったところで（Ｓ１３６−ＹＥＳ）、パルス信号発生回路５１へＯＦＦを示す信号を送る（Ｓ１３８）。

次に、回転角度が回転下限角度に至ったか確認し（Ｓ１４０）、まだ下限角度に至っていない場合には（Ｓ１４０−ＮＯ）、カウンタｎから１減算して（Ｓ１４２）、上述のパルス信号発生回路５１をＯＮする回転角度になるのを待つところ（Ｓ１２８）に戻って、エリアセンサ３２からの信号の取り込みを繰り返す。回転角度が下限に至った場合には（Ｓ１４０−ＹＥＳ）、レーザ光のスキャンの停止指令があるか確かめ（Ｓ１４４）、停止指令がある場合にはスキャンを終了し（Ｓ１４４−ＹＥＳ）、停止指令がない場合には（Ｓ１４４−ＮＯ）最初に戻ってスキャンを開始させることになる。

以上のように、パルス光であるレーザ光を生成するタイミングと、受光器であるエリアセンサ３２が出力する反射光の位置を表す信号を取り込むタイミングとが同期していることから、外乱光による信号を除去することができることに加え、センサ信号取出回路３３が信号を取り込むときのみ、レーザ光を照射することで、レーザ光源の劣化の速さを遅くすることができる。

尚、上記の実施例では、角度ΔΘごとに受光位置を表す信号を取り込むようにしたが、ミラーを回転する電動モータの回転速度を調整して時間Δｔごとに取り込むようにしてもよいし、設定した角度Θ１，Θ２，Θ３・・・で取り込むようにしてもよい。いずれの場合も、受光位置を表す信号を取り込む少し前でパルス信号発生回路５ｌが出力するパルス信号をＯＮ状態にし、受光位置を表す信号を取り込んだ少し後でパルス信号発生回路５１が出力するパルス信号をＯＦＦ状態にすればよい。

尚、上述の説明では、レーザ駆動回路１３にパルス信号を与える場合を説明したが、このような構成に限られるものではなく、例えば、レーザ光源１１から出射されたレーザ光をパルス状にするようなパルス光生成手段を用いてもよい。

尚、図４のレーザ光照射測定装置２では、実施例１のレーザ光照射測定装置１とは異なり、エリアセンサ３２とフォトセンサ６０との間には集光レンズ３４を設けていない。しかしながら図７に示すレーザ光照射測定装置３のように、エリアセンサ３２とフォトセンサ６１との間には集光レンズ３４を設けるようにしてもよい。

このレーザ光照射測定装置３の構成にすることにより、フォトセンサ６１が、集光レンズ３４により集光された受光面反射光の受光量を検出することから、フォトセンサ６１の大きさを抑えることができ、レーザ光の強度制御に遅れが生じにくく、精度の高い測定が可能である。また、フォトセンサ６１の受光面の面積が、エリアセンサ３２の受光面の面積より小さいことから、装置の小型化が可能である。また、バンドパスフィルタ６３がパルス光であるレーザ光の周波数付近の周波数のみを抽出して出力するので、フォトセンサ６１に外乱光が入射してもバンドパスフィルタ６３が出力する信号から外乱光による信号をほとんど除去することができ、レーザ光の光量補正を正確に行うことができ、より精度の高い測定が可能である。さらに、パルス光であるレーザ光を生成するタイミングと、受光器であるエリアセンサ３２が出力する反射光の位置を表す信号を取り込むタイミングとを同期させることで、センサ信号取出回路３３が信号を取り込むときのみ、レーザ光を照射するようにし、レーザ光源の劣化の速さを遅くすることができる。

以上のように、本発明によれば、レーザ光の強度制御において制御に遅れが発生せず、又は外乱光の影響を受けにくく、測定精度の高いレーザ光照射測定装置を提供することができる。

本発明に係るレーザ光照射測定装置の第１の実施例を示す構成図である。 同レーザ光照射測定装置のエリアセンサと集光レンズとフォトセンサの説明図である。 同レーザ光照射測定装置のエリアセンサと集光レンズとフォトセンサを立体的に示した説明図である。 本発明に係るレーザ光照射測定装置の第２の実施例を示す構成図である。 同レーザ光照射測定装置の動作を示すフローチャートである。 同レーザ光照射測定装置のパルス光のタイミングを示す説明図である。 同レーザ光照射測定装置の他の実施例を示す構成図である。

符号の説明

１・・・・レーザ光照射測定装置
２・・・・レーザ光照射測定装置
３・・・・レーザ光照射測定装置
１０・・・光ビーム放射器
１１・・・レーザ光源
１２・・・コリメートレンズ
１３・・・レーザ駆動回路
２０・・・走査用光学系
３１・・・結像レンズ
３２・・・エリアセンサ
３３・・・センサ信号取出回路
３４・・・集光レンズ
４０・・・コントローラ
５０・・・レーザ光量補正回路
５１・・・パルス信号発生回路
６０・・・フォトセンサ
６１・・・フォトセンサ
６２・・・増幅回路
６３・・・バンドパスフィルタ
６４・・・補正信号発生回路
ＯＢ・・・対象物

Claims (6)

1. 対象物に向けてレーザ光を照射して該対象物の表面に照射スポットを形成するレーザ光照射器と、該対象物の表面からの反射光を該レーザ光照射器から該対象物の表面の照射スポットまでの距離に応じた位置にて受光する受光器とを有し、該受光器にて受光した反射光の位置に応じて該レーザ光照射器から該対象物の表面の照射スポットまでの距離又は該対象物の表面の３次元形状を測定するレーザ光照射測定装置において、
   該受光器の受光面から反射する受光面反射光を集光する集光レンズと、
   該集光レンズにより集光された該受光面反射光の受光量を検出するフォトセンサと、
   該フォトセンサによって検出された受光量に応じて該レーザ光照射器から該対象物に照射されるレーザ光の光量を補正するレーザ光量補正手段とを備えることを特徴とするレーザ光照射測定装置。
2. 前記受光器が複数の受光素子を縦横２方向に配列させたエリアセンサにより構成され、
   前記フォトセンサの受光面の面積が、該エリアセンサの受光面の面積より小さいことを特徴とする請求項１記載のレーザ光照射測定装置。
3. 対象物に向けてレーザ光を照射して該対象物の表面に照射スポットを形成するレーザ光照射器と、該対象物の表面からの反射光を該レーザ光照射器から該対象物の表面の照射スポットまでの距離に応じた位置にて受光する受光器とを有し、該受光器にて受光した反射光の位置に応じて該レーザ光照射器から該対象物の表面の照射スポットまでの距離又は該対象物の表面の３次元形状を測定するレーザ光照射測定装置において、
   該レーザ光を高周波数のパルス光にするパルス光生成手段と、
   該受光器の受光面から反射する受光面反射光を受光して該受光面反射光の受光量に相当する信号を出力するフォトセンサと、
   該フォトセンサが出力した信号から該高周波数のパルス光の周波数付近における周波数成分のパルス信号のみを抽出するバンドパスフィルタと、
   該バンドパスフィルタが抽出したパルス信号の信号強度に基づき、該レーザ光照射器から該対象物に照射されるレーザ光の光量を補正するレーザ光量補正手段と備えることを特徴とするレーザ光照射測定装置。
4. 前記受光器の受光面から反射する受光面反射光を集光する集光レンズを備え、
   前記フォトセンサが、該集光レンズにより集光された該受光面反射光の受光量を検出することを特徴とする請求項３記載のレーザ光照射測定装置。
5. 前記受光器が複数の受光素子を縦横２方向に配列させたエリアセンサにより構成され、
   前記フォトセンサの受光面の面積が、該エリアセンサの受光面の面積より小さいことを特徴とする請求項４記載のレーザ光照射測定装置。
6. 前記パルス光生成手段が前記パルス光を生成するタイミングと、前記受光器が出力する反射光の位置を表す信号を取り込むタイミングとが同期していることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれかに記載のレーザ光照射測定装置。

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