JP3643794B2 - レーザを用いた形状計測方法及びシステム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザを用いた形状計測方法及びシステムに関し、特に、高速で移動する目標の形状を計測するレーザを用いた形状計測方法及びシステムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
先ず、図5〜図6を参照して、レーザを用いた従来の形状計測システムについて説明する。図5は、その一例を示す概要図であり、該形状計測システム200は、概略的に述べると、レーザ光源200Aと、参照光受光素子200Bと、反射光受光素子206,画素207,ミラー222及びミラー制御回路221を有する反射光受光手段200Cと、時間計測回路200Dと、演算回路200Eとを備えている。
【0003】
この形状計測システム200においては、レーザ光源200Aから投光された投光ビーム211のうち計測すべき目標214に当ってはねかえってミラー222を介し反射光受光素子206に入射する受光ビーム205から得られる反射信号200gと、投光ビーム211の一部が参照光受光素子200Bに入射して得られる参照信号213との間の遅れ時間を時間計測回路200Dにおいて計測し、この遅れ時間から形状計測システム200と目標214との間の距離を演算回路200Eで算出することにより目標の形状を計測する。
【0004】
次に、図7に示されるフローチャートを参照して、この形状計測システム200を用いた形状計測方法について各工程毎に説明すると、従来の形状計測方法は、主に、レーザ投光工程と、参照光受光工程と、反射光受光工程と、時間計測工程と、演算工程とを含んでおり、形状の計測を開始すると、まず、レーザ投光工程(ステップS200)において、レーザ光源200Aから投光ビーム211が目標214に向けて投光される。投光ビーム211は、所定の時間間隔のパルスからなるパルス列として投光される。
【0005】
レーザ光源200Aから放射された投光ビーム211の一部は、参照光受光工程(ステップS201)において、例えばビームスプリッター(図示せず)を介して参照光受光素子200Bへ導かれ、光信号から電気信号へ変換されて参照信号213となる。
【0006】
一方、反射光受光工程(ステップS202)において、レーザ光源200Aから発光された投光ビーム211は、目標214で反射した後、受光ビーム205としてミラー222に入射する。その後、受光ビーム205は、ミラー222で反射して反射光受光素子206へ導かれ、ここで電気信号に変換されて反射信号200gとなる。
【0007】
次に、ステップS203の時間計測工程について、図5及び図7に加え、図5に示した形状計測システム200の動作タイミングを示すチャートである図6を参照して説明する。時間計測工程は、粗測工程及び精測工程を含んでいる。まず、粗測工程においては、粗測回路240dで参照信号213から波形の特定の位置を判別して生成された発光タイミング信号200hを発生し、精測工程においては、精測回路240cで反射信号200gから波形の特定の位置を判別して生成された受光タイミング信号200iを発生する。
【0008】
一方、クロック230からはパルス状のクロック信号230aからなるパルス信号列が粗測回路240d及び精測回路240cの各々にクロック周期233で送られており、発光タイミング信号200h及び受光タイミング信号200iの差から遅れ時間Tを計測することにより、演算工程(ステップS204)において、次式(1)に基づいて形状計測システム200と目標214との間の距離Rを算出する。
R=V×T/2 ・・・式(1)
ここで、Vは光速度を表わしている。
【0009】
更に詳しく述べると、距離計測に対し数cm以下の測定精度が要求される場合には、時間精度として100ps程度の精度が求められるが、ディジタル的にクロック信号230aのカウントを行う方法では、回路動作速度の制限から、精度要求の実現が困難である。従って、従来の方法では、上述の遅れ時間Tを求めるために、発光タイミング信号200hから受光タイミング信号200iまでの大まかな時間を、広範囲の時間測定が可能であるディジタル的なクロック周期233のカウントにより粗測時間200Kとして計測すると共に、発光タイミング信号200hの発生からその後のクロック信号230aの終了までの時間差(第1精測時間201j)と、受光タイミング信号200hの発生からその後のクロック信号230aの終了までの時間差(第2精測時間202j)とを狭範囲であるが精度のよいアナログ的な時間−電圧変換により計測した上で、次式(2)により距離Rを演算する方法が採用されている。
【0010】
R=V×(Ts1+Tr−Ts2)/2 ・・・式(2)
ここで、Trは粗測時間200K,Ts1は第1精測時間201j,Ts2は第2精測時間202jをそれぞれ表わしている。即ち、第1及び第2精測時間201j,202jを表わしている精測時間信号200jと、粗測時間200Kを表わす粗測時間信号200kとが演算回路200Eに入力され、そこで前述した演算が行われ、得られた距離情報は距離信号として出力される。これにより、目標214の形状を計測することができる。
【0011】
以上の距離計測工程を、演算回路200Eからのミラー角度信号220を反射光受光手段200Cのミラー制御回路221に送り、ミラー222をその2軸それぞれの回りに2次元的にスキャンしながら第1番画素207c1から第N番画素207cNまでの各画素について個別に行うことにより、目標の2次元平面に対する高さ情報を計測することができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の形状計測システムでは、機械的にミラー222をスキャンするため、1つの画素の計測から次の画素の計測までに待ち時間が必要となる。従って、目標214が高速で移動するミサイルのような飛翔体の場合、全画素についてミラー222をスキャンしている間に目標214の位置が変化するため、2次元の位置及び高さ計測値に誤差が生じ、目標の形状を精確に計測することができないという問題があった。しかも、ミラーを的確に制御して計測を行う必要がある。
【0013】
従って、本発明の主な目的は、高速で移動する目標であってもその形状を精確に計測することができる形状計測方法及びシステムを提供することにある。
【0014】
また、本発明の別の目的は、粗測回路を共通化し演算速度を向上させることができる形状計測方法及びシステムを提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意研究を進めた結果、複数の反射光受光素子で反射光を受光し、各反射光受光素子から出力される反射信号に対して一対の粗測回路及び精測回路からなる計測回路で遅れ時間を計測することで、高速で移動する目標についての前述の課題を解消しうることを知見し、その知見に基づいて第1の発明を完成したのである。
【0016】
ところが、この第1の発明により前述した課題は見事に解消されるものの、第1の発明は、各反射光受光素子から出力された反射信号について粗測計測及び精測計測を行っていたため、計測回路がどちらかと言えば複雑となり、システム全体が大型化するので、第1の発明には改善すべき余地が残されていることが分かった。
【0017】
そこで、本発明者等は、更に鋭意研究を続けた結果、目標の形状を計測するに際し、目標までの絶対距離精度はそれほど重要ではなく、目標の形状計測にかかわる相対的距離精度が重要であることを知見した。そして、本発明者等は、この知見に基づいて、粗測距離を少なくとも1つの粗測回路において計測する構成とすることにより第1の発明の問題点を解消しうる第2の発明を完成した。
【0018】
従って、上述の目的を達成するために、本発明は、レーザ光源から投光されたレーザ光のうち目標に当ってはねかえった反射光から得られる反射信号と前記レーザ光の一部の参照光から得られる参照信号との間の遅れ時間をクロック信号列に基づいて検出し、該遅れ時間から前記目標の距離を算出することにより前記目標の形状を計測する形状計測方法において、前記反射光を複数の反射光受光素子を用いて受光し、各反射光受光素子から反射信号を出力すると共に、各反射信号について距離計測を並列に行うことを特徴としている。
【0019】
また、請求項2に記載の本発明のように、各反射光受光素子の受光ビームは、反射光の入射方向に対してそれぞれ所定の角度をなしていることが好ましい。
【0020】
また、次の発明によれば、遅れ時間は、参照信号に基づいて発生する発光タイミング信号及びクロック信号列のうちの対応クロック信号の間の時間差である第1精測時間と、反射信号に基づいて発生する受光タイミング信号及びクロック信号列のうちの対応クロック信号の間の時間差である第2精測時間と、双方の前記対応クロック信号間のクロック周期の数から求められる粗測時間とから算出され、反射信号のそれぞれについて粗測時間を計測するようになっている。
【0021】
また、次の発明のように、遅れ時間は、反射信号に基づいて発生する受光タイミング信号と該受光タイミング信号にディレイをかけて発生する計測終了タイミング信号に対応するクロック信号列のうちの対応クロック信号との間の時間差である精測時間と、参照信号に基づいて発生する発光タイミング信号に対応するクロック信号列のうちの対応クロック信号と計測終了タイミング信号に対応するクロック信号列のうちの対応クロック信号との間の時間差である粗測時間とから算出され、前記粗測距離は1つの反射信号について計測されるようになっている。
【0022】
上述の目的を達成するため、次の発明は、レーザ光を投光するレーザ光源と、前記レーザ光の一部を参照レーザ光として受光し参照信号に変換する参照光受光手段と、前記レーザ光のうち目標に当ってはねかえった反射光を受光し反射信号に変換する複数の反射光受光素子を有する反射光受光手段と、前記反射信号及び前記参照信号の間の遅れ時間を各反射信号について並列的に検出する時間計測手段と、前記検出された遅れ時間に基づき前記目標までの距離を算出する演算手段とを有することを特徴とする形状計測システムを提供している。
【0023】
次の発明によれば、請求項5の形状計測システムにおいて、前記各反射光受光素子の受光ビームは、反射光の入射方向に対してそれぞれ所定の角度をなしている。
【0024】
更に、次の発明による形状計測システムにおいて、前記反射信号及び前記参照信号の間の遅れ時間を各反射信号について並列的に検出する時間計測手段は、少なくとも1つの粗測回路と複数の精測回路とを含み、前記粗測回路は、前記反射信号のうち少なくとも1つの反射信号について前記目標までの粗測距離を計測するものであり、前記精測回路は、各反射信号について前記反射信号及び前記参照信号と対応するクロック信号の間の時間差を検出するものである。
【0025】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明するが、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。また、本発明は、以下の説明から分かるように、この実施形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
【0026】
図1は、本発明の第1実施例に係る形状計測システム10の構成を概略的に示す図であり、この形状計測システム10は、先ず概略的に述べると、レーザ光源10Aと、参照光を受光するための参照光受光素子10Bと、対応する画素c1〜cNを含む複数の反射光受光素子16を有する反射光受光手段10Cと、各画素について距離計測を行うため後述する精測回路及び粗測回路を有する時間計測手段10Dと、この時間計測手段10Dからの各信号に基づいて目標14までの距離計算を行う演算手段10Eとを含んでいる。また、この時間計測手段10Dは、時間の基準となるクロック信号をパルス状に発生するクロック30を含んでいる。
【0027】
レーザ光源10Aは、目標14に投光できるものであれば特に限定されることはなく、適宜のレーザ光源を使用することができる。本発明は時間計測を行うものであるから、レーザ光源10Aから投光されるレーザ光の波長は、例えば距離方向の分解能、捕捉目標のレーザ反射率等に応じて或いは無関係に適宜選択して使用される。
【0028】
図1において、参照光受光手段10Bは、レーザ光源10Aから発光された投光ビーム11の一部を図示しない例えばビームスプリッターを介して受光すると共に、その投光ビーム11を参照信号(電気信号)13に変換する。参照光受光手段10Bにより得られた参照信号13に基づいて投光ビーム11が投光される際の発光タイミングが認識されることとなる。参照光受光手段10Bとしては、この機能を有するものであれば特に限定されることはなく、従来公知の受光素子を用いることができる。
【0029】
この第1実施例において、反射光受光手段10Cは、格子状に配列された複数の反射光受光素子16からなる。各反射光受光素子16に対応する受光ビーム15は、反射光の入射方向に向かって四角錐状にひろがっていて(図1参照)、これを画素と定義する。従って、各受光ビーム15は、四角錐の軸線方向から入射した光のみ信号として検出できる範囲を示していると考えることができる。こうして、反射光は、各反射光受光素子16に入射し、そこで反射信号g1〜gNに変換される。これら一連の工程は各反射光受光素子16で略同時に、即ち並列的行われる。
【0030】
また、この好適な実施例において、各受光ビーム15もしくは各画素c1〜cNは、反射光の入射方向に対してそれぞれ所定の角度で傾斜していることが分かる。そのため、各反射光受光素子16の受光ビームに対する反射光の入射角が分かることにより、従来のようにミラーの運動を機械的に制御することなく、換言すれば、ミラーを使用することなく、各入射方向についての目標14上の部位と形状計測システム間の距離を計測することで目標表面の凹凸が分かり、目標の表面形状を認識することが可能となる。
【0031】
反射光受光素子16の格子配列はL行M列からなり、受光ビームの広がり角や計測すべき目標の大きさによっても変わるが、Lの数は10〜30であり、Mの数は10〜30である。LとMを乗じて得られた値が100〜1000になることが好ましい。LとMを乗じて得られた値が1000以上の場合、得られる精度はほぼ同一であるにもかかわらず、回路が複雑となり、しかも、経済的観点から不利になるので好ましくない。一方、LとMを乗じて得られた値が100以下の場合、精度が劣ることになるため好ましくない。また、格子形状は正方形に限定されることはなく、他の形状でもよいことは明らかである。反射光受光手段10Cは、反射光を電気信号としての反射信号g1〜gNに変換する機能を有するものであれば特に限定されることはなく、従来公知の受光素子を反射光受光手段として用いることができる。具体的には、CCD、フォトダイオード、光電子増倍管を反射光受光手段として使用することができる。
【0032】
時間計測手段10Dは、複数の時間計測回路10d1〜10dNと、時間の基準となるクロック30とから構成されており、各時間計測回路は、精測回路dと粗測回路fとからなっている。そして、これらの時間計測回路は、前述した画素延いては反射光受光素子16にそれぞれ対応するように設けられ、また、各反射光受光素子についての遅れ時間の計測が各時間計測回路で時間的に並行して行われるように構成されている。そのように構成したため、個別に行われる従来の形状計測方法よりも計測時間が短縮されるので、目標が高速で移動する場合であっても精度よく目標の形状を計測することができる。
【0033】
演算手段10Eは、各時間計測回路の精測回路d及び粗測回路fで後述するように求められた精測時間信号及び粗測時間信号等に基づいて、形状計測システム10と目標14の間の距離延いては目標の形状を求めるものである。
【0034】
次に、図1及び図2を参照して、上述した第1実施例による形状計測システム10を用いた形状計測の方法について各工程毎に説明する。該形状計測方法は、図5〜図7に関連して説明した従来例と同様に、レーザ投光工程と、参照光受光工程と、反射光受光工程と、時間計測工程と、演算工程とを含んでいる。
【0035】
先ず、レーザ投光工程において、レーザ光源10Aから投光ビーム11が投光されると、投光ビーム11は目標14へ向かって進むと共に、その一部が参照光受光手段10Bへ向かって進む。この場合、目標14の全体が照射されるように投光ビーム11が投光されるのが好ましい。そして、参照光受光工程では、レーザ光源10Aから投光された投光ビーム11の一部が、参照光受光手段10Bに入射し、発光タイミングを表す参照信号13に変換された後、発光タイミング信号h1〜hNをそれぞれ発生するため時間計測手段10Dの各粗測回路f1〜fNへ入力される。
【0036】
また、反射光受光工程において、投光ビーム11は目標14に反射し、反射光受光手段10Cの画素c1〜画素cNに対応する反射光受光素子16に反射光が入射しそれぞれ電気信号に変換された後、対応する反射信号g1〜gNとして時間計測手段10Dの各精測回路d1〜dNへ入力される。
【0037】
次に、時間計測工程について図2を参照して説明する。この図2は、第1実施例における画素に対する動作タイミングを示す図である。従来例と同様に、第1精測時間1jは、発光タイミング信号hの発生時点に対するその直後のクロック信号30−1の変化点(立下り部)の時間差を表わし、第2精測時間2jは、受光タイミング信号iの発生時点に対する最初のクロック信号30−2の変化点の時間差を表わし、粗測時間Kは、上述した最初のクロック信号30−1の変化点から受光タイミング信号iが発生した直後のクロック信号30−2の変化点までのクロック周期33の数に対応する時間を表わすと定義される。
【0038】
各粗測回路f1〜fNは、入力された参照信号13により波形の特定の位置を判別して発光タイミング信号h1〜hNを各精測回路d1〜dNへ出力すると共に、クロック30から入力されるクロック信号に基づいて、クロック周期33のカウントを始めることにより粗測時間Kの計測を開始する。
【0039】
一方、精測回路d1〜dNは対応する発光タイミング信号h1〜hNをそれぞれ受け、クロック信号30−1の変化点との差である第1精測時間1jを計測する。その後、各精測回路d1〜dNは、対応する反射信号g1〜gNを受けて、波形の特定の位置を判別して受光タイミング信号i1〜iNを各粗測回路f1〜fNに出力すると共に上述した第2精測時間2jを計測する。各粗測回路f1〜fNは受光タイミング信号i1〜iNを受けると、粗測時間Kの計測を終了する。計測した第1精測時間1j及び第2精測時間2jに対応する精測時間信号j1〜jNと、粗測時間Kに対応する粗測時間信号k1〜kNは、演算手段10Eに入力される。
【0040】
最後に、演算工程において、演算手段10Eに入力された種々の信号に基づいて、次式(3)に従い、形状計測システム10と目標14との間の距離Riを算出する。
Ri=V×(Ts1j+Trk−Ts2j)/2 ・・・式(3)
ここで、Vは光速度、Tsljは第1精測時間1j、Trkは粗測時間K、Ts2jは第2精測時間2jをそれぞれ表わしている。そして、画素c1〜画素cNの各々に対する距離計測は、投光ビーム11の発光に対して並列に行われ、以上の工程を踏むことにより、目標までの距離延いては目標の形状が計測されるのである。
【0041】
以上説明したように、第1実施例によれば、反射光の受光及び反射信号への変換は、各反射光受光素子で行われ、また、各反射光受光素子に対する遅れ時間の計測は、投光ビーム11の発光に対して並列に行われる。そのため、各反射光受光素子に対する遅れ時間の計測時間が短縮されることで、静止している目標の形状を計測できることはもちろんのこと、移動する目標、特に、高速で移動する例えば飛行機,ミサイル,ロケット等のような目標の形状を高い精度で計測することができる。また、ミラーを使用しないので、従来のようにミラーを機械的に制御する必要がなくなるため、操作性が向上するだけでなく、ミラーの制御に用いられていた制御回路が不要となることで回路の簡略化を通じてシステム全体の小型化が図られる。
【0042】
次に、本発明の第2実施例について説明するが、第1実施例について図1及び図2を用いて説明したものと実質的に同一の機能を有する素子については同様の符号を付してその説明を省略もしくは簡単にする。第1実施例に係る形状計測システムは、1つの画素に対して精測回路と粗測回路の双方を有する構成としたため、画素の数が多くなるほど回路が大型化するが、第2実施例では、粗測回路を簡略化し、複数の精測回路に対して粗測回路を共通化することで回路の小型化を図っている。
【0043】
図3は、本発明の第2実施例に係る形状計測システム100の構成を示す概要図である。図3に示されるように、この形状計測システム100は、レーザ光源100Aと、参照光を受光するための複数の反射光受光素子を含む参照光受光手段100Bと、反射光を受光するための反射光受光手段100Cと、各反射光受光素子に対し遅れ時間Tを計測するための時間計測手段100Dと、該時間計測手段100Dからの信号を基に距離計算を行う演算手段100Eとから主要部が構成されている。
【0044】
時間計測手段100Dは、複数の精測回路100d1〜100dNと、単一の粗測回路53と、受光判定回路57と、遅延回路51と、時間の基準となるクロック信号を発生するクロック30とから構成されている。また、精測回路100d1〜100dNは、反射光受光手段100Aを構成する複数の反射光受光素子106延いては画素100c1〜100cNにそれぞれ対応するように設けられており、精測回路100d1〜100dNに入力された反射信号のうち最も早く入力された反射信号は、受光判定回路57と遅延回路51とを介して粗測回路53に入力されるように構成されている。
【0045】
次に、第2実施例における形状計測システムを用いて目標の形状を計測する方法について説明する。この方法は、第1実施例と同様に、レーザ投光工程と、参照光受光工程と、反射光受光工程と、時間計測工程と、演算工程とを含んでいる。ここで、時間計測工程を除く各工程は、第1実施例において説明したものと同様であるから、時間計測工程についてのみ説明する。
【0046】
図4は、第2実施例における画素に対する動作タイミングを示す図である。この場合、精測時間102jは、受光タイミング信号54iが発生してから計測終了タイミング信号121が発生した直後のクロック信号30−3の変化点までの時間差を表し、粗測時間100Kは、発光タイミング信号100h後の最初のクロック信号30−1の変化点から計測終了タイミング信号121が発生した直後のクロック信号30−3の変化点までのクロック周期33の数に対応する時間を表わすと定義される。
【0047】
時間計測工程において、各精測回路100d1〜100dNは、反射信号g1〜反射信号gNについて、それぞれ波形の特定の位置を判別して受光タイミング信号54i1〜54iNを受光判定回路57に出力する。受光判定回路57は受光タイミング信号54i1〜受光タイミング信号54iNに基づき、精測時間の基準となる受光タイミング判定信号52を出力するが、これは、遅延回路51で遅延をかけられるので、図4では受光タイミング信号54iの左側に表されている。
【0048】
ここで、受光タイミング判定信号52の判定アルゴリズムとしては、最初の受光タイミング信号が入力されたときに出力する方法や、ノイズ除去のために複数の受光タイミング信号が入力されたときに出力する方法を用いうる。その後、受光タイミング判定信号52は、遅延回路51により目標として想定される大きさをカバーするだけの遅延時間131で表わされる時間分遅らせ、計測終了タイミング信号121として出力される。
【0049】
続いて、画素100c1〜画素100cNに対応する系統について時間計測方法の説明を行う。粗測回路53は、参照信号103から波形の特定の位置を判別して生成された発光タイミング信号100hに基づいて粗測時間100Kの計測を開始し、遅延回路51から出力された計測終了タイミング信号121を受けて粗測時間100Kの計測を終了する。一方、精測回路100d1〜100dNは、受光タイミング信号54iと計測終了タイミング信号121直後のクロック信号30−3の変化点との差である精測時間102jを計測する。
【0050】
計測した精測時間102jに対応する精測時間信号100jと、粗測時問100Kに対応する粗測時間信号100kとは演算手段100Eに入力され、距離計算後、距離信号として出力される。ここで、精測時間102jをTsj、粗測時間100KをTrとすると、距離Riは式(4)により算出できる。
Ri=V×(Tr−Tsj)/2 ・・・式(4)
ここで、Vは光速度を表わしている。この第2実施例でも、言うまでもなく画素100c1〜画素100cNの各々に対する距離計測は、投光ビーム11の発光に対して並列に行われる。
【0051】
第2実施例による形状計測方法及びシステムにおいては、式(3)及び(4)を比較すると分かるように、式(3)の第1精測時間1jに相当するTslj分だけ絶対距離精度は劣化するが、画素間の相対距離精度は第1実施例と変わらず時間計測回路が大幅に簡略化され回路規模が小さくされている。そのため、第1実施例の作用・効果に加えて、システムの信頼性の向上と小形化を図ることができるといった作用・効果が得られる。
【0052】
以上、第1及び第2実施例を例示して本発明を説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更しうることはいうまでもない。例えば、発光タイミング信号及び受光タイミング信号に基づく種々の計時については、実施例のようにパルスの立下り変化点ではなく立上りの変化点を用いてもよい。また、第2実施例においては、唯一つの粗測回路が設けられているが、複数の反射光受光素子を複数のグループに分け、各グループに1つの粗測回路を設けるようにしてもよい。また、反射光受光手段に光増幅回路を設ける構成としてもよい。
【0053】
更に、本発明の別の実施例によれば、レーザを用いた形状計測方法の各工程を実行するためのプログラムが収められた記録媒体や、形状計測システムに用いるための反射光受光手段が提供されることはいうまでもない。
【0054】
【発明の効果】
以上の説明から了解されるように、本発明によれば、反射光を複数の反射光受光素子を用いて受光し、各反射光受光素子から反射信号を出力すると共に、各反射信号について距離計測を並列に行うようになっているので、複雑な機械的な制御を行うことなく、静止目標の計測は勿論のこと、高速で移動する目標でもその形状を精度良く計測することができる。
【0055】
本発明によれば、各反射光受光素子の受光ビームは、反射光の入射方向に対してそれぞれ所定の角度をなしているので、受光ビームに対する反射光の入射角度が分かるので、目標の凹凸のような表面形状が認識しやすくなる。
【0056】
また、本発明によれば、遅れ時間は、参照信号に基づいて発生する発光タイミング信号及びクロック信号列のうちの対応クロック信号の間の時間差である第1精測時間と、反射信号に基づいて発生する受光タイミング信号及びクロック信号列のうちの対応クロック信号の間の時間差である第2精測時間と、双方の前記対応クロック信号間のクロック周期の数から求められる粗測時間とから算出され、反射信号のそれぞれについて粗測時間を計測するように構成されているため、計測された距離の精度が高いので、そのような特性が要求される用途に特に適応することができる。
【0057】
また、本発明のように、遅れ時間は、反射信号に基づいて発生する受光タイミング信号と該受光タイミング信号にディレイをかけて発生する計測終了タイミング信号に対応するクロック信号列のうちの対応クロック信号との間の時間差である精測時間と、参照信号に基づいて発生する発光タイミング信号に対応するクロック信号列のうちの対応クロック信号と計測終了タイミング信号に対応するクロック信号列のうちの対応クロック信号との間の時間差である粗測時間とから算出され、前記粗測距離は1つの反射信号について計測されるように構成することにより、目標の距離精度は若干低下するものの、形状については精度良く計測可能であることに加え、粗測回路が1系統となってシステムを簡略化でき、目標までの距離精度が大まかでよい用途に特に適している。
【0058】
更に、本発明の形状計測システムによると、前記反射信号及び前記参照信号の間の遅れ時間を各反射信号について並列的に検出する時間計測手段は、少なくとも1つの粗測回路と複数の精測回路とを含み、前記粗測回路は、前記反射信号のうち少なくとも1つの反射信号について前記目標までの粗測距離を計測するものであり、前記精測回路は、各反射信号について前記反射信号及び前記参照信号の間の遅れ時間を検出するようになっているので、上記本発明と同様に、目標の距離精度は若干低下するものの、形状については精度良く計測可能であることに加え、粗測回路が1系統となり簡略化でき、目標までの距離精度が大まかでよい用途に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による形状計測システムの構成を示す概略図である。
【図2】図1に示した第1実施例における画素に対する動作タイミングを示すチャートである。
【図3】本発明の第2実施例による形状計測システムの構成を示す概略図である。
【図4】図3に示した第2実施例における画素に対する動作タイミングを示すチャートである。
【図5】従来の形状計測システムの構成を示す図である。
【図6】図5に示した形状計測システムにおける画素に対する動作タイミングを示すチャートである。
【図7】従来の形状計測方法のフローチャートである。
【符号の説明】
10A レーザ光源
10B 参照光受光手段
10C 反射光受光手段
10D 時間計測手段
10E 演算手段
11 投光ビーム(レーザ光)
13 参照信号
14 目標
15 受光ビーム
16 反射光受光素子
30−1 クロック信号
30−2 クロック信号
30−3 クロック信号
53 粗測回路
54i1 受光タイミング信号
54i2 受光タイミング信号
54iN 受光タイミング信号
100A レーザ光源
100B 参照光受光手段
100C 反射光受光手段
100D 時間計測手段
100E 演算手段
100d1 精測回路
100d2 精測回路
100dN 精測回路
103 参照信号
121 計測終了タイミング信号
1j 第1精測時間
2j 第2精測時間
d1〜dN 精測回路
f1〜fN 粗測回路
g1〜gN 反射信号
h1〜hN 発光タイミング信号
i1〜iN 受光タイミング信号
K 粗測時間
T 遅れ時間
Claims (4)
- レーザ光源から投光されたレーザ光のうち目標に当ってはねかえった反射光から得られる反射信号と前記レーザ光の一部の参照光から得られる参照信号との間の遅れ時間をクロック信号列に基づいて検出し、当該遅れ時間から前記目標の距離を算出することにより前記目標の形状を計測する形状計測方法において、
前記反射光を複数の反射光受光素子を用いて受光し、各反射光受光素子から反射信号を出力すると共に、各反射信号について距離計測を並列に行い、
前記遅れ時間は、前記反射信号に基づいて発生する受光タイミング信号と全受光タイミング信号に基づいて生成した一つの受光タイミング判定信号にディレイをかけて発生する計測終了タイミング信号に対応する前記クロック信号列のうちの対応クロック信号との間の時間差である精測時間と、前記参照信号に基づいて発生する発光タイミング信号に対応する前記クロック信号列のうちの対応クロック信号と前記計測終了タイミング信号に対応する前記クロック信号列のうちの対応クロック信号との間の時間差である粗測時間とから算出されることを特徴とするレーザを用いた形状計測方法。 - 前記各反射光受光素子の受光ビームは、反射光の入射方向に対してそれぞれ所定の角度をなしていることを特徴とする請求項1に記載の形状計測方法。
- レーザ光を投光するレーザ光源と、前記レーザ光の一部を参照レーザ光として受光し参照信号に変換する参照光受光手段と、前記レーザ光のうち目標に当ってはねかえった反射光を受光し反射信号に変換する複数の反射光受光素子を有する反射光受光手段と、前記反射信号及び前記参照信号の間の遅れ時間を各反射信号について並列的に検出する時間計測手段と、前記検出された遅れ時間に基づいて前記目標までの距離を算出する演算手段とを有し、
前記時間計測手段は、複数の精測回路と当該複数の精測回路のうち一部または全部に共通となる粗測回路とを含み、
前記粗測回路は、前記参照信号に基づいて発生する発光タイミング信号に対応する前記クロック信号列のうちの対応クロック信号と前記計測終了タイミング信号に対応する前記クロック信号列のうちの対応クロック信号との間の遅れ時間を計測することにより粗測距離を計測するものであり、
前記精測回路は、前記反射信号に基づいて発生する受光タイミング信号と全受光タイミング信号に基づいて生成した一つの受光タイミング判定信号にディレイをかけて発生する計測終了タイミング信号に対応する前記クロック信号列のうちの対応クロック信号との間の遅れ時間を検出するものであることを特徴とする形状計測装置。 - 前記各反射光受光素子の受光ビームは、反射光の入射方向に対してそれぞれ所定の角度をなしていることを特徴とする請求項3に記載の形状計測装置。
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