专利名称：使用了ccd摄像机的测定装置以及其响应时间的缩短方法
技术领域：
本发明涉及对被测定物照射激光线、由CCD摄像机检测出来自被测定物的发射光 的位置变化、测定被测定物的形状等的使用了 CCD摄像机的测定装置。
背景技术：
作为钢板等各种原材料的形状的测定装置，有如下这样的使用CCD摄像机的测定 装置对钢板照射激光线，用CCD摄像机来检测其反射光的位置变化，对被测定物的形状等 进行测定(例如，参照专利文献I。)。
一般来说，由于在钢板等的制造工艺中使用的测定装置，对从搬运的钢板的前端 部到尾端(后端)部进行测定，利用测定量的良否来判定产品的成品率，所以成为能进行测 定的前端部的位置是重要的。
例如，在使用了专利文献I中公开的距离测定装置的厚度测定装置的情况下，能 测定从钢板前端部的哪个位置起是满足产品规格的厚度是很重要的功能。也将从该前端到 能进行正确测定的位置的响应时间称为前端响应。
然而，由于在接收来自钢板的激光线的反射光来对距离进行测定的距离测定装置 的情况下，反射光的状态在钢板前端部的反射特性呈多样性变化，所以CCD摄像机的输出 饱和、或者成为噪声等级以下而变得不稳定，有前端响应变慢的问题。
在以往的光学式的距离测定装置的情况下，具备CCD摄像机输出恒定那样的控制 电路，谋求检测信号的稳定化。在具备线扫描型的CCD摄像机的距离测定装置的情况下，具 备以使CCD摄像机的输出在恒定的范围内稳定化的方式对CCD摄像机的曝光时间(在CCD 的情况下，也说成积蓄时间、或者快门时间，但以后，说成在此的曝光时间。)进行控制并对 信号等级进行控制的AGC (Automatic Gain Control,自动增益控制)功能。
一般来说，线扫描型的CCD摄像机的AGC的响应，如图12所示那样，需要预先设定 的测定装置的控制周期(也可说成测定周期或者运算周期)的3倍的时间。即，在预先设定 的控制周期中，其曝光时间的变更需要检测/存储CCD摄像机信号的第一控制周期Sp1、进行 所存储的CCD摄像机数据的读出的第二控制周期Sp2、用于根据读出的摄像机数据决定求得 预先设定的CCD摄像机信号的等级的曝光时间的第三控制周期Sp3的、控制周期Sp的3倍 的时间。在能在相同的控制周期内结束读出、运算的条件的情况下，还能采用2倍的控制周 期。
曝光时间在预先设定的控制周期的时间的范围中，以控制周期单位进行更新，对 CCD摄像机输出进行控制。然而，由于在CCD摄像机信号设定为以CCD摄像机的饱和曝光量 的10%能测定的曝光时间的情况下，相对于该10%的CCD摄像机的输出为10倍以上的输 入光量而成为饱和状态，所以在有10倍以上的输入光量的情况下，无法对曝光时间进行控 制。
例如，在预测中在钢板的前端部的受光光量根据反射率及其扩散特性的变化至少 需要最小输入光量的200倍左右，无法避免饱和状态。
因此，考虑了在CCD摄像机中设定对受光光量进行减量的光学滤光器，对受光光量进行检测并变更曝光时间的方法。但是，在该情况下，需要光学滤光器的机械式的设定时间，有前端响应显著变慢的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第3966804号公报(图1，第I页)。
发明的概要
发明要解决的课题
如上所述，在具备线扫描型CCD摄像机的测定装置的情况下，在预先设定的控制周期中的曝光时间的设定中，在有超过CCD摄像机的饱和曝光量的过大输入光量的情况下，需要用于检测该输入光量的强度的程度的单元，无法在最短时间进行更新曝光时间的控制。因此，存在测定装置的响应时间变慢的问题。发明内容
本发明是为了解决上述问题而做成的，其目的在于，提供一种在预先设定的控制周期的时间内控制曝光时间的CCD摄像机中，对于超过该CCD摄像机的饱和曝光量的过大输入光量，能得到可在最短时间进行测定的CCD摄像机信号的测定装置、以及其响应时间的缩短方法。
为了实现上述目的，本实施方式的使用了 CCD摄像机的测定装置具备检测部和控制部，所述检测部具备对被测定物的表面照射激光束的光源部和检测该激光束的反射光的线扫描型的CCD摄像机，所述控制部根据所述CCD摄像机的输出求取该测定物的形状等测定量，所述测定装置的特征在于，所述控制部具备控制电路，生成由该控制部求得的测定量的控制周期信号，并将其提供到该控制部内的各部，并且，输入所述CCD摄像机的摄像机输出信号并进行传送；存储器，存储从所述控制电路传送的摄像机输出信号；AGC电路部， 对存储的所述摄像机输出信号的摄像机数据与预先设定的摄像机输出等级的设定值进行比较，以使该摄像机输出为恒定的方式控制在所述CCD摄像机的所述控制周期的时间内设定的曝光时间；以及运算部，根据由所述AGC电路部控制的所述CCD数据，求取所述测定量， 所述CCD摄像机采用同时得到线扫描型的多个不同透射率的每个ND滤光器的输出的摄像机，所述ND滤光器包括透射率ε ND0的第一 ND滤光器、透射率ε ND1的第二 ND滤光器、透射率ε·的第三ND滤光器，所述透射率的大小为εΝΜ> ε m > ε ND2，而且，是使所述第一 ND滤光器的摄像机输出的饱和值和所述第二 ND滤光器的测定范围的下限值、还有所述第二 ND滤光器的饱和值和所述第三ND滤光器的测定范围的下限值分别重叠那样的透射率， 所述AGC电路部判定所述第一 ND滤光器的摄像机输出是否饱和，在不饱和的情况下，求取所述摄像机输出等级的设定值与该第一 ND滤光器的输出Dtl的比率，并求取第一校正增益 α 1，进而，求取与求得的第一校正增益对应的曝光时间，将校正前的 曝光时间更新为所述曝光时间，在所述第一 ND滤光器的摄像机输出饱和的情况下，进一步判定所述第二 ND滤光器的摄像机输出饱和/不饱和，在所述第二 ND滤光器的摄像机输出不饱和的情况下，对该第二 ND滤光器2摄像机输出D1，根据所述设定值与所述第一 ND滤光器的输出D1的比率，求取第二校正增益，进而，求取与求得的的第二校正增益对应的曝光时间，将校正前的曝光时间更新为所述曝光时间，在所述第二 ND滤光器的摄像机输出饱和的情况下，对该第三ND滤光器的摄像机输出D2，根据所述设定值与所述第一 ND滤光器的输出的比率，求取第三校正增益，进而，求取与求得的第三校正增益对应的曝光时间，将校正前的曝光时间更新为所述曝光时间，在有使所述CCD摄像机的所述第一 ND滤光器的摄像机输出饱和那样的过大输入光量的情况下，对其程度，根据所述第二 ND滤光器的摄像机输出或者所述第三ND滤光器的摄像机输出，求取对所述第一 ND滤光器的校正增益，能用一次曝光时间的变更进行测定。
为了实现上述目的，本实施方式的使用了 C⑶摄像机的测定装置，具备检测部和控制部，所述检测部具备对被测定物的表面照射激光束的光源部和检测该激光束的反射光的位置的线扫描型的CCD摄像机，所述控制部根据所述CCD摄像机的输出求取该测定物的形状等测定量，所述测定装置的特征在于，所述控制部具备控制电路，生成由该控制部求得的测定量的控制周期信号，并将其提供到该控制部内的各部，并且，输入所述CCD摄像机的摄像机输出信号并进行传送；存储器，存储从所述控制电路传送的摄像机输出信号；AGC 电路部，对存储的所述摄像机输出信号的摄像机数据与预先设定的摄像机输出等级的设定值进行比较，以使该摄像机输出为恒定的方式控制在所述CCD摄像机的所述控制周期的时间内设定的曝光时间；以及运算部，根据由所述AGC电路部控制的所述CCD摄像机，求取测定量，所述CCD摄像机采用具备线扫描型的RGB滤光器的彩色摄像机，所述激光束的波长的峰值选择所述R滤光器的透射率ε Ε为90%以上的波长，所述AGC电路部判定所述R滤光器的摄像机输出是否饱和，在不饱和的情况下，求取所述摄像机输出设定值与该R滤光器的输出Dtl的比率，作为第一校正增益，进而，求取与求得的第一校正增益对应的曝光时间， 将校正前的曝光时间更新为所述曝光时间，在所述R滤光器的摄像机输出饱和的情况下， 进一步判定所述B滤光器的摄像机输出饱和/不饱和，在所述B滤光器的摄像机输出不饱和而且为测定范围的下限值以下的情况下，对该B滤`光器的摄像机输出，求取将所述设定值乘以所述B滤光器与所述R滤光器的透射率的比率后的值，求取第二校正增益，进而，求取与求得的第二校正增益对应的曝光时间，将校正前的曝光时间更新为所述曝光时间，在不饱和而且处于测定范围的情况下，选择在换算为R滤光器的摄像机输出的情况下成为测定范围的输出等级的预先设定的第三校正增益，求取与该第三校正增益对应的曝光时间， 将校正前的曝光时间更新为所述曝光时间，在所述B滤光器的摄像机输出饱和的情况下， 选择在换算为R滤光器的摄像机输出的情况下成为测定区域的预先设定的第四校正增益， 求取与该第四校正增益对应的曝光时间，将校正前的曝光时间更新为所述曝光时间，在所述CCD摄像机的输入光量为使所述R滤光器的摄像机输出饱和那样的过大输入的情况下， 对所述B滤光器的摄像机输出，根据所述B滤光器与所述R滤光器的透射率的比率，求取所述第一 第四校正增益，求取使所述R滤光器的摄像机输出成为预先设定的设定值那样的曝光时间。
为了实现上述目的，本实施方式的使用了 CCD摄像机的测定装置的响应时间的缩短方法是，在预先设定的控制周期的时间内，对CCD摄像机的曝光时间进行控制的测定装置100的响应时间的缩短方法，所述缩短方法的特征在于，所述CCD摄像机采用同时得到不同透射率的2个以上的滤光器输出的摄像机，所述透射率为εΝΜ> 8^2>夂εΜ> εΝΜ + I >一> ε m+η,是使检测出输入光量的最小值的透射率ε NDi高的第一滤光器的摄像机输出的测定范围的饱和值、与透射率ε m + 1低的第二滤光器的摄像机输出的测定范围的最小值重叠那样的透射率，在所述第一滤光器的摄像机输出饱和的情况下，根据所述第二滤光器的摄像机输出，或者，根据所述透射率εΝΜ与所述透射率εΜ + 1的比率，求取换算为所述第一滤光器的摄像机输出的曝光时间的校正增益，以前次的控制周期检测输入光量，以下次的控制周期更新第一滤光器的摄像机的曝光时间。
图1是实施例1的使用CXD摄像机的测定装置的构成图。
图2是实施例1的AGC电路部的构成图。
图3是摄像机滤光器的分光特性图。
图4是说明实施例1的摄像机的每个滤光器输出的测定范围的图。
图5是说明实施例1的AGC动作的流程图。
图6是说明实施例1的AGC动作的时间图。
图7是说明实施例1的AGC动作的时间图。
图8是说明实施例1的AGC动作的时间图。
图9是说明实施例1的AGC动作的时间图。
图10是说明实施例2的摄像机的每个滤光器输出的测定范围的图。
图11是说明实施例2的AGC动作的流程图。
图12是说明以往的CXD摄像机的AGC动作的时间图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。
[实施例1]
参照图1至图9，对实施例1的使用CXD摄像机的测定装置100进行说明。图1所示的测定装置100具备检测部I和控制部2。检测部I包括用于对被测定物3的距离等测定量进行检测的CCD摄像机Ia和照射激光束等的光源部lb。此外，在检测部I中设定有预先与测定量相应的光学系统。
控制部2具备控制电路2a，设定用于求取测定量的控制周期；存储器2b，存储来自CCD摄像机的摄像机输出；AGC电路部2c，以在预先设定的控制周期内控制的曝光时间对摄像机信号进行稳定化；以及运算部2d，根据存储的稳定化后的摄像机输出的摄像机数据，求取测定量。
具备CCD摄像机Ia的测定装置100利用求得的测定量来改变检测器I的光学条件的设定和由控制部2执行的运算算法。然而，即使这些改变，对来自C⑶摄像机的摄像机输出进行稳定化的AGC电路部2c的曝光时间的控制，也能进行相同功能的对应。
在此，以测定量 为距离且求取与钢板的距离的距离测定装置为例，对该AGC的响应时间的缩短进行说明。
在图1中，距离测定装置100具备检测部I和控制部2，该检测部I具有对被测定物3的表面照射激光束的光源部Ib和检测该激光束的反射光的位置的线扫描型的CCD摄像机la，该控制部2根据CXD摄像机Ia的摄像机输出求取与被测定物3的距离。
此外，控制部2具备控制电路2a，设定用于求取测定量的控制周期；存储器2b，存储来自CCD摄像机Ia的摄像机输出；AGC电路部2c，对所存储的摄像机输出的摄像机数据和预先设定的摄像机输出等级的设定值进行比较，以使摄像机输出为恒定的方式对CCD 摄像机Ia的曝光时间进行控制；以及运算部2d，根据由AGC电路部2c控制的摄像机数据， 求取测定量。
接下来，对各部的细节进行说明。CXD摄像机Ia是以线扫描型使RGB (红、绿、蓝) 滤光器的输出同时、独立地取出的摄像机，具备包含RGB滤光器、CCD元件及其外围电路的 CXDlal、将CXDlal的输出转换为数字信号的ADCla2、以及基于从控制部2发送的曝光时间设定信号对受光光量进行调整的曝光时间控制电路la3。
此外，光源部Ib具备激光二极管(LD)lbl，其包括在被测定物3的表面成型为规定的激光束形状的准直仪等的光学系统；其电源驱动电路lb2 ;以及输出设定电路lb3，设定激光二极管Ibl的输出光量。
此外，控制部2具备存储器2b，存储来自CXD摄像机Ia的R滤光器、G滤光器以及B滤光器的摄像机输出信号SK、Se、SB ；AGC电路部2c，对所存储的摄像机输出的摄像机数据DK、De、DB和预先设定的摄像机输出等级的设定值Vr进行比较，以使摄像机输出为恒定的方式对CCD摄像机Ia的曝光时间进行控制；以及运算部2d，根据由AGC电路部2c控制的摄像机数据DK，求取测定量。
此外，控制电路2a生成由控制部2求得的测定量的控制周期信号Sp，并将其提供给控制部2内的各部，并且，执行用于将来自CCD摄像机Ia的摄像机输出信号传送给存储器2b的控制。
接下来，参照图2、图3，对有关AGC系统的系统的各部的详细设定进行说明。由激光二极管(LD)Ibl生成的激光束的波长的峰值选择使R滤光器的透射率ε κ为90%以上的波长例如能振荡出650nm的波长的峰值。此时的G滤光器、B滤光器的透射率ε e、ε κ如图 3所示那样为5%左右。
AGC电路部2c的详细构成具备校正增益运算部2cl，将来自存储器2b的摄像机数据DK、Dg, Db和预先设定的判定参数从判定参数设定部2c2中读出，基于图5所示的运算流程，求取校正细节将后述的曝光时间的校正增益α ;曝光时间运算部2c3，对以前次的控制周期设定的曝光时间CT乘以由校正增益运算部2cl求得的校正增益α，生成更新后的曝光时间设定信号Sct ;以及激光输出运算部2c4，根据从被测定物3反射的输入光量的条件， 设定预先设定的激光输出。
在此，对使用这样构成的AGC电路部2c的距离测定装置的AGC的动作原理进行说明，接下来，对其详细动作进行说明。
本实施例的动作原理是，为了放大输入光量的测定范围，同时使用CCD摄像机Ia 的不同透射率的2个滤光器输出，组合检测出最小输入光量的透射率高的滤光器输出的测定范围和检测出最大输入光量的透射率低的滤光器输出的测定范围，对测定范围进行放大，以前次的控制周期检测输入光量，以下次的控制周期变更曝光时间，控制成使透射率高的滤光器的输出为测定范围，缩短曝光时间的更新时间。
参照图4，对于将该原理应用于上述的具备RGB的(彩色)滤光器的CXD摄像机Ia 的情况进行说明。图4在纵轴用相对值示出输入光量的强度，对 R滤光器的测定范围Mk和 B滤光器的测定范围Mb用带箭头的直线示出其范围。
在光源部Ib的激光束的波长为650nm的情况下，R滤光器的透射率ε κ和B滤光器的透射率ε Β如图3所示是18倍(=ε Ε / ε B = 90% / 5% )。在这种情况下,如图4所示，R滤光器的测定范围的上限(100% )与B滤光器的下限(12% ) —致。
此外，输入光量的最小值Pmin与R滤光器的测定范围Mk的20%相当，当设该最小输入光量的200倍为最大值Pmax时，在B滤光器的上限值之前，能得知输入光量。但是，对于超过B滤光器的上限值的输入光量，示出了只能辨别是否超过了。
此外，只要在B滤光器的测定范围内，就能求取其输入光量来作为换算为R滤光器的值的输入光量。因此，通过得知B滤光器的输入光量,能同时求取R滤光器的曝光时间。
另外，R滤光器的输入光量的测定范围Mk利用检测器I的光学设定条件预先进行设定。例如，对被测定物3的反射特性和能受光的检测器I的光学系的亮度(效率)预先进行设定，根据CCD摄像机Ia的检测灵敏度和求取测定值的控制周期，对能从被测定物3受光的输入光量的最小值和最大值进行预测。
然后，设定对最小输入光量的激光输出和(XD摄像机Ia的曝光时间CT。在此,输入光量的最小值Pmin是CXD摄像机Ia的R滤光器的输出为噪声等级的2倍以上的20%， 此外，最大值预测为最小输入光量的200倍的、相对值为40。
接下来，参照图5至图9，对基于这样的原理的AGC电路部2c的动作进行说明。图 5是将求取用于更新AGC电路部2c的曝光时间CT的校正增益α的运算动作做成为流程图。
在图5中，摄像机数据％、％分别示出R滤光器、B滤光器的输出，在其摄像机数据 De的比较值为测定范围Mk的80%的情况下，按D-那样进行记述。
此外，图5所示的设定值、判定参数预先存储到图2所示的判定参数设定部2c2 中。
首先，根据曝光时间运算部2c3、激光输出运算部2c4对CXD摄像机Ia和光源部 Ib,分别设定曝光时间CT和激光输出的初始值(Si)。
接下来，从存储器2b读出摄像机数据DK、Db (s2)，判定摄像机数据Dk是否饱和(S3)。在判定为不饱和的情况下，进一步判定该摄像机数据是否处于规定的设定值(控制目标值)的范围内(D· ^ De ^ De70) (s4)，在是这样的情况下，不更新曝光时间地进入到下一运算(s4- “是”)。
在判定为范围外(s4_ “否”)的情况下，求取对设定值Vr的校正增益a I (= Vr / DK)(s5)。然后，用曝光时间运算部2c3求取与求得的校正增益α I对应的曝光时间CT1( = CTiX α 1，CTi =更新前的曝光时间)，将曝光时间设定信号Sct送到CXD摄像机la (s6)。
接下来，在判定为摄像机数据Dk饱和(S3- “是”)的情况下，判定摄像机数据Db是否饱和(s7)。在摄像机数据Db不饱和的情况下，进一步判定摄像机数据Db是否为测定范围的下限值(例如，摄像机数据Db的10%)以下(s8)，若不是这样(s8- “否”)，则将摄像机数据Db的值换算为摄像机数据DK，求取对摄像机数据Dk的校正增益α 2 (= Vr / (Db · ε κ / ε β)) (s9)。
进而用曝光时间运算部2c3求取与求得的校正增益α 2对应的曝光时间CT2 (= CTiX α 2，CTi =更新前的曝光时间)，将曝光时间设定信号Sct送到CCD摄像机la (s6)。
若是这样(s8_ “是”)，即，若摄像机数据Db是测定范围的下限值以下，则选择使此时的摄像机数据Dk成为测定范围的、预先设定的校正增益α3、例如I / 2 (slO)，用曝光时间运算部2c3求取与选择的校正增益α 2对应的曝光时间CT3(= CTiX α 3，CTi =更新前的曝光时间)。然后，将求得的曝光时间设定信号Sct送到CCD摄像机la(s6)，进而，确认更新后的曝光时间设定信号Sct的控制周期中的摄像机数据DK，若超过设定值的范围，则以下次的控制周期来更新曝光时间设定信号Sct (s3-s4-s5)。
接下来，在摄像机数据Db饱和的情况下(s7_ “是”)，选择使此时的摄像机数据Dk 成为测定范围的、预先设定的校正增益α4例如I / 50(sll)，用曝光时间运算部2c3求取与选择的校正增益α 4对应的曝光时间CT4 (= CTiX α 4，CTi =更新前的曝光时间)。然后，将求得的曝光时间设定信号Sct送到CCD摄像机la (s6)，进而，确认更新后的曝光时间设定信号Sct的控制周期中的摄像机数据Dk，若超过设定值的范围，则以下次的控制周期更新曝光时间设定信号Sct (s3_s4_s5)。
选择的校正增益α 3、α 4在此虽然分别选择了 I / 2以及I / 50，但在摄像机数据Db超过了测定范围的下限值或者上限值的情况下，只要假定的输入光量是成为摄像机数据Dk的范围内的值，则该值就可以是任意值。
接下来，对图5的流程，对4种校正增益的运算动作的例子，使用其时间图进行说明。图6是求取CXD摄像机Ia的R滤光器的输出未饱和的情况下的校正增益α I的情况下的运算的时间图。
由控制周期5[)(|检测到的摄像机数据以下一控制周期Spi读出，进而，以下次的控制周期Sp2求取其校正增益α 1，需要控制周期的3倍，示出了获得更新后的曝光时间CTl的摄像机数据Dki的样子。
此外，在此时的摄像机数据Dki如图4所示以相对光量为30%的情况下，在设定值 Vr为75%的情况下，其校正增益α I为2. 5，若该输入光量不改变，则校正了曝光时间后的摄像机数据Dki输出在控制周期的3倍后成为75%。
此外，图7是求取CXD摄像机Ia的R滤光器的输出饱和了的情况下的校正增益 α 2的情况下的运算的时间图。
以控制周期Sptl检测 的摄像机数据以下一控制周期Spi读出，进而，以下一控制周期 Sp2求取其校正增益α2。在这种情况下，需要控制周期的3倍，示出了获得更新后的曝光时间CTl的摄像机数据Dk2的样子。
此外，在摄像机数据Dk如图4示出以相对光量为540%的情况下(88、89)，其校正增益α 2为O. 139，若该输入光量不变，则校正了曝光时间后的摄像机数据Dk2输出在控制周期的3倍后成为75%。
此外，图8是求取CXD摄像机Ia的R滤光器的输出饱和且B滤光器的输出为下限值以下的情况下的校正增益α 3、α I的情况下的运算的时间图。
以控制周期Sptl检测到摄像机数据以下一控制周期Spi读出，进而，以下一控制周期 Sp2求取其校正增益α3。
而且，需要控制周期的3倍，在更新后的曝光时间CT31的摄像机数据Dk31，进而，由于摄像机数据Dk31不在测定范围，所以还需要3倍的控制周期，示出了获得以更新后的曝光时间CT32校正后的摄像机数据Dk32的样子。
在这种情况下的摄像机数据Dk以图4所示的相对光量为100%，在摄像机数据Db以相对光量为5.6%的情况下(88、810)，其校正增益α3为O. 5。然后，若该输入光量不变， 则进而将曝光时间CT31更新为曝光时间CT32，能在需要控制周期的6倍后获得校正后的摄像机数据Dk32。
此外，图9是求取CXD摄像机Ia的R滤光器的输出饱和且进而B滤光器的输出饱和的情况下的校正增益α4、α I的情况下的运算的时间图。
以控制周期Sptl检测出的摄像机数据以下一控制周期Spi读出，进而，以下一控制周期Sp2求取其校正增益α4。然后，需要控制周期的3倍，在更新后的曝光时间CT41的摄像机数据Dk41，进而，由于摄像机数据Dk41不在测定范围，所以还需要3倍的控制周期，示出了获得由更新后的曝光时间CT42校正的摄像机数据Dk42的样子。
这种情况下的摄像机数据Dk以图4所示的相对光量为1800 %，在摄像机数据Db以相对光量为100%的情况下(s8、sll)，其校正增益04为0.02。而且，若该输入光量不变， 则进而将曝光时间CT41更新为曝光时间CT42，能在需要控制周期的6倍之后获得校正后的摄像机数据Dk42。
另外，虽然在本实施例中，选择了 B滤光器作为不同透射率的一个滤光器进行了说明，但即使使用G滤光器，在选择的激光束的波长为650nm的情况下，也能得到同样的效果O
如以上说明的那样，根据本实施例，为了放大输入光量的测定范围，同时使用CCD 摄像机Ia的不同透射率的2个滤光器输出，组合检测出输入光量的最小值的透射率高的滤光器输出的测定范围和透射率低的滤光器输出的测定范围，对测定范围进行放大，以前次的控制周期对输入光量进行检测，以下次的控制周期更新透射率高的滤光器输出的曝光时间，因此，即使输入光量的变化范围大，也能提早曝光时间的更新。
即，根据本实施例，能提供一种在预先设定的控制周期时间内的曝光时间中，对于超过CCD摄像机的饱和曝光量的过大输入光量，能得到可在最短时间进行测定的CCD摄像机信号的测定装置、以及其响应时间的缩短方法。
[实施例2]
参照图10、图11，对实施例2进行说明。对于实施例2，与实施例1相同的部分标注相同的附图标记，并省略其说明。
实施例2与实施例1的不同点是，在实施例1中，作为用于放大输入光量的测定范围的滤光器，使用了 RGB的滤光器，但在实施例2中取代RGB的滤光器，使用分光透射率平坦的3种不同透射率的中性密度滤光器、滤光器ND0、ND1、ND2，这一点是不同的。
详细来说，如图10所示那样，CXD摄像机Ia设为可获得线扫描型的多个不同透射率的每个ND滤光器的输出的摄像机。ND滤光器由透射率εΝΜ的滤光器ND0、透射率ε m 的滤光器ND1、透射率ε·的滤光器ND2构成，而且，各自的透射率的大小是ε·> ε roi > ε m2,而且,是使滤光器NDO的测定范围的最大值(饱和值)与滤光器的NDl的测定范围的下限值、此外滤光器NDl的测定范围的最大值与滤光器ND2的测定范围的下限值分别重叠那样的透射率。
例如，透射率的大小当设成选择εΝΜ = 1.0、ε mi = I / 8、ε ND2 = I / 82的值时，在滤光器NDO中，能在不减光的情况下接收输入光的最小值。此外，滤光器间的测定范围的重叠量当将在各滤光器的测定范围设成最大值100% 最小值10%时，滤光器NDO的测定范围的最大值与滤光器NDl的测定范围的下限值、滤光器NDl的测定范围的最大值与滤光器ND2的测定范围的下限值的各自的重叠长度为2%，在3个滤光器中，输入光量(相对值)的测定范围能到O. 2 64。
根据这样构成的CCD摄像机Ia的设定条件，如图11所示那样，即使在输入光量的变化为320倍(=64 / O. 2)的情况下，也能根据任一滤光器的输出，检测出其值。因此，在 AGC电路部2c的校正增益的运算为3种的任一种，而且校正增益的运算变为一次。
以下参照求取图11的校正增益的运算流程，对该AGC电路部2c的控制动作进行说明。在图11中，摄像机数据％、Dp D2分别示出从存储器2b读出的滤光器ND0、滤光器 ND1、滤光器ND2的输出，在该摄像机数据Dtl的比较值为测定范围Mndq的80%的情况下，按 D080那样进行记述。
此外，图11所示的设定值、判定参数预先存储在图2所示的判定参数设定部2c2 中。
首先，根据曝光时间运算部2c3、激光输出运算部2c4，对CXD摄像机Ia和光源部 lb，分别设定曝光时间CT和激光输出的初始值(Si)。
接下来，从存储器2b中读出摄像机数据％、D1, D2 (s2)，判定摄像机数据Dtl是否饱和(S3)。在判定为不饱和的情况下，进一步判定该摄像机数据是否处于规定的设定值Vr (控制目标值)的范围内(D_ ^ D0 ^ D070) (s4)，在是这样的情况下，不更新曝光时间地进入到下一运算(s4- “是”)。
在判定为范围外(s4_ “否”)的情况下，AGC电路部2cl求取摄像机输出等级的设定值Vr与ND滤光器的输出Dtl的比率，求取校正增益all (=Vr / D0)o进而，求取与求得的校正增益a 11对应的曝光时间CTll (= CTiX a 11)，将校正前的曝光时间Cti更新为曝光时间CTll (s6)。
在滤光器NDO的摄像机输出饱和的情况下，进一步判定滤光器NDl的摄像机输出饱和/不饱和。在(s7)，滤光器NDl的摄像机输出不饱和的情况下，对滤光器NDl的摄像机输出Dl，根据设定值Vr与滤光器NDO的输出Dtl的比率(ε ND(I / em)，求取校正增益a 12 (=Vr / (D1 · eroo / em))。进而，求取与求得的校正增益a 12对应的曝光时间CT12 (=CTiX a 12) (s8)，将校正前的曝光时间Cti更新为所述曝光时间CT12 (s6)。
此外，在滤光器NDl的摄像机输出饱和的情况下，对滤光器ND2的摄像机输出D2, 根据设定值Vr与滤光器NDO的输出Dtl的比率(ε ■ / ε ■)，求取校正增益a 13(= Vr /* ε NDO I ε ND2)) (S9)。
进而，求取与求得的校正增益a 13对应的曝光时间CT13 (= CTiX a 13)，将校正前的曝光时间Cti更新为曝光时间CT13 (s6)。
S卩，在有使CXD摄像机的滤光器NDO的摄像机输出饱和那样的过大输入光量的情况下，对其程度根据滤光器NDl的摄像机输出或者滤光器ND2的 摄像机输出，求取对滤光器 NDO的校正增益，能以一次的曝光时间的变更进行测定，因此，即使在输入光量的测定范围很大地急变的情况下，也能使响应时间缩短。
另外，虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提示出的，并不意在对发明的范围进行限定。这些新的实施方式能以其它的各种方式实施，能在不脱离发明的要旨的范围，进行各种的省略、置换、变更。这些的实施方式及其变形，包含在发明的范围或要旨中，并且包含在与权利要求书记载的发明均等的范围中。0098]符号的说明0099]I检测部0100]la CCD摄像机0101]Ial CCD0102]la2 ADC0103]la3曝光控制电路0104]Ib光源部0105]Ibl LD0106]lb2电源驱动电路0107]lb3输出设定电路0108]2控制部0109]2a控制电路0110]2b存储器0111]2c AGC电路0112]2cl校正增益运算部0113]2c2判定参数设定部0114]2c3曝光时间运算部0115]2c4激光输出运算部0116]2d运算部0117]3被测定物0118]100测定装置
权利要求
1.一种使用了 CCD摄像机的测定装置，具备检测部和控制部，所述检测部具备对被测定物的表面照射激光束的光源部和检测该激光束的反射光的线扫描型的CCD摄像机，所述控制部根据所述CCD摄像机的输出求取该测定物的形状等测定量，所述测定装置的特征在于，所述控制部具备控制电路，生成由该控制部求得的测定量的控制周期信号，并将其提供到该控制部内的各部，并且，输入所述CCD摄像机的摄像机输出信号并进行传送；存储器，存储来自所述CCD摄像机的从所述控制电路传送的摄像机输出信号；AGC电路部，对存储的所述摄像机输出信号的摄像机数据与预先设定的摄像机输出等级的设定值进行比较，以使该摄像机输出为恒定的方式控制在所述CCD摄像机的所述控制周期的时间内设定的曝光时间；以及运算部，根据由所述AGC电路部控制的所述CCD数据，求取所述测定量，所述CCD摄像机采用同时得到线扫描型的多个不同透射率的每个ND滤光器的输出的摄像机，所述ND滤光器包括透射率ε ND0的第一 ND滤光器、透射率ε ND1的第二 ND滤光器、透射率ε ND2的第三ND滤光器，所述透射率的大小为Endi > ε·，而且，是使所述第一 ND滤光器的摄像机输出的饱和值和所述第二 ND滤光器的测定范围的下限值、还有所述第二 ND滤光器的饱和值和所述第三ND滤光器的测定范围的下限值分别重叠那样的透射率，所述AGC电路部判定所述第一 ND滤光器的摄像机输出是否饱和，在不饱和的情况下，求取所述摄像机输出等级的设定值与该第一 ND滤光器的输出Dtl的比率，并求取第一校正增益α 1，进而，求取与求得的第一校正增益对应的曝光时间，将校正前的曝光时间更新为所述曝光时间，在所述第一 ND滤光器的摄像机输出饱和的情况下，进一步判定所述第二 ND滤光器的摄像机输出饱和/不饱和，在所述第二 ND滤光器的摄像机输出不饱和的情况下，对该第二ND滤光器2摄像机输出D1，根据所述设定值与所述第一 ND滤光器的输出D1的比率，求取第二校正增益，进而，求取与求得的第二校正增益对应的曝光时间，将校正前的曝光时间更新为所述曝光时间，在所述第二 ND滤光器的摄像机输出饱和的情况下，对该第三ND滤光器的摄像机输出D2,根据所述设定值与所述第一 ND滤光器的输出的比率，求取第三校正增益，进而，求取与求得的第三校正增益对应的曝光时间，将校正前的曝光时间更新为所述曝光时间，在有使所述CCD摄像机的所述第一 ND滤光器的摄像机输出饱和那样的过大输入光量的情况下，对其程度，根据所述第二 ND滤光器的摄像机输出或者所述第三ND滤光器的摄像机输出，求取对所述第一 ND滤光器的校正增益，能用一次曝光时间的变更进行测定。
2.一种使用了 CCD摄像机的测定装置，具备检测部和控制部，所述检测部具备对被测定物的表面照射激光束的光源部和检测该激光束的反射光的位置的线扫描型的CCD摄像机，所述控制部根据所述CCD摄像机的输出求取该测定物的形状等测定量，所述测定装置的特征在于，所述控制部具备控制电路，生成由该控制部求得的测定量的控制周期信号，并将其提供到该控制部内的各部，并且，输入所述CCD摄像机的摄像机输出信号并进行传送；存储器，存储从所述控制电路传送的摄像机输出信号；AGC电路部，对存储的所述摄像机输出信号的摄像机数据与预先设定的摄像机输出等级的设定值进行比较，以使该摄像机输出为恒定的方式控制在所述CCD摄像机的所述控制周期的时间内设定的曝光时间；以及运算部，根据由所述AGC电路部控制的所述CCD摄像机，求取测定量，所述CCD摄像机采用具备线扫描型的RGB滤光器的彩色摄像机，所述激光束的波长的峰值选择所述R滤光器的透射率ε Ε为90%以上的波长，所述AGC电路部判定所述R滤光器的摄像机输出是否饱和，在不饱和的情况下，求取所述摄像机输出设定值与该R滤光器的输出Dtl的比率，作为第一校正增益，进而，求取与求得的第一校正增益对应的曝光时间，将校正前的曝光时间更新为所述曝光时间，在所述R滤光器的摄像机输出饱和的情况下，进一步判定所述B滤光器的摄像机输出饱和/不饱和，在所述B滤光器的摄像机输出不饱和而且为测定范围的下限值以下的情况下，对该B滤光器的摄像机输出，求取将所述设定值乘以所述B滤光器与所述R滤光器的透射率的比率后的值，求取第二校正增益，进而，求取与求得的第二校正增益对应的曝光时间，将校正前的曝光时间更新为所述曝光时间，在不饱和而且处于测定范围的情况下，选择在换算为R滤光器的摄像机输出的情况下成为测定范围的输出等级的预先设定的第三校正增益，求取与该第三校正增益对应的曝光时间，将校正前的曝光时间更新为所述曝光时间，在所述B滤光器的摄像机输出饱和的情况下，选择在换算为R滤光器的摄像机输出的情况下成为测定区域的预先设定的第四校正增益，求取与该第四校正增益对应的曝光时间，将校正前的曝光时间更新为所述曝光时间，在所述CCD摄像机的输入光量为使所述R滤光器的摄像机输出饱和那样的过大输入的情况下，对所述B滤光器的摄像机输出，根据所述B滤光器与所述R滤光器的透射率的比率，求取所述第一 第四校正增益，求取使所述R滤光器的摄像机输出成为预先设定的设定值那样的曝光时间。
3.根据权利要求2所述的使用了CCD摄像机的测定装置，其中，取代所述B滤光器的输出，而米用G滤光器的输出。
4.一种使用了 CCD摄像机的测定装置的响应时间的缩短方法，其是在预先设定的控制周期的时间内，对CCD摄像机的曝光时间进行控制的测定装置(100)的响应时间的缩短方法，所述缩短方法的特征在于，所述CCD摄像机采用同时得到不同透射率的2个以上的滤光器输出的摄像机，所述透射率为ε·〉ε·〉· · · ε斷〉ε斷+ 1〉· · ·〉ε斷+η，所述透射率是使检测出输入光量的最小值的透射率ε m高的第一滤光器的摄像机输出的测定范围的饱和值、与透射率ε m + 1低的第二滤光器的摄像机输出的测定范围的最小值重叠那样的透射率，在所述第一滤光器的摄像机输出饱和的情况下，根据所述第二滤光器的摄像机输出，或者，根据所述透射率与所述透射率εΝΜ + 1的比率，求取换算为所述第一滤光器的摄像机输出的曝光时间的校正增益，以前次的控制周期检测输入光量，以下次的控制周期更新第一滤光器的摄像机的曝光时间。
全文摘要
测定装置(100)的响应时间的缩短方法，在预先设定的控制周期的时间内，控制CCD摄像机的曝光时间，所述缩短方法的特征在于，CCD摄像机采用同时得到不同透射率的2个以上的滤光器输出的摄像机，透射率为εND1＞εND2＞…εNDi＞εNDi＋1＞…＞εNDi＋n，是使检测出输入光量的最小值的透射率εNDi高的第一滤光器的摄像机输出的测定范围的饱和值、与透射率εNDi＋1低的第二滤光器的摄像机输出的测定范围的最小值重叠那样的透射率，在第一滤光器的摄像机输出饱和的情况下，根据第二滤光器的摄像机输出，或者，根据透射率εNDi与透射率εNDi＋1的比率，求取换算为第一滤光器的摄像机输出的曝光时间的校正增益，以前次的控制周期检测输入光量，以下次的控制周期更新第一滤光器的摄像机的曝光时间。
文档编号G01B11/24GK103038602SQ201280002200
公开日2013年4月10日 申请日期2012年3月14日 优先权日2011年4月4日
发明者竹村将太, 西川政光 申请人:株式会社东芝