JPH02108907A - 距離形状測定装置 - Google Patents
距離形状測定装置Info
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- JPH02108907A JPH02108907A JP63261625A JP26162588A JPH02108907A JP H02108907 A JPH02108907 A JP H02108907A JP 63261625 A JP63261625 A JP 63261625A JP 26162588 A JP26162588 A JP 26162588A JP H02108907 A JPH02108907 A JP H02108907A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、光の飛行時間を計測して物体までの距離およ
び／または物体の形状を求める距ｋｔｔ形状測定装置に
関する。
び／または物体の形状を求める距ｋｔｔ形状測定装置に
関する。
［従来の技術］
光の飛行時間を時間計測や位相計測の手法を用いて計測
し、光が物体に当って帰ってくるまでの時間より、物体
までの距離を測定する光波距離計の手法は、地理測距用
測距儀、光フアイバ欠陥検査用０ＴＤＲ１天体観測、レ
ーザレーダなどに広く用いられている。ところが、従来
は、光変調周波数が数ＭＨｚに留まっていたため、かか
る計測手法を近距離の物体の位置形状認識に用いる場合
には分解能が悪く適していなかった。
し、光が物体に当って帰ってくるまでの時間より、物体
までの距離を測定する光波距離計の手法は、地理測距用
測距儀、光フアイバ欠陥検査用０ＴＤＲ１天体観測、レ
ーザレーダなどに広く用いられている。ところが、従来
は、光変調周波数が数ＭＨｚに留まっていたため、かか
る計測手法を近距離の物体の位置形状認識に用いる場合
には分解能が悪く適していなかった。
一方、近年の半導体レーザや高周波回路技術の発展によ
り、１ ｍｍ以下の分解能で距離が測れるようになって
きた［参考文献： Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ ２６
． Ｎｏ、１０．（１９８７）、１６９０ページ〜、
Ｋ、５ｅｔａほか、など］。
り、１ ｍｍ以下の分解能で距離が測れるようになって
きた［参考文献： Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ ２６
． Ｎｏ、１０．（１９８７）、１６９０ページ〜、
Ｋ、５ｅｔａほか、など］。
また、２次元的に光を走査し距離形状を求める手法も行
なわれつつある［参考文献：オブトロニクス（１９８５
）、ＮＯ，１２，５９ページ〜、井口征士ほか。
なわれつつある［参考文献：オブトロニクス（１９８５
）、ＮＯ，１２，５９ページ〜、井口征士ほか。
など］。
第３図は、従来例の１つである距離形状測定装置の概略
構成図である。これはモータ２３により鏡２４を駆動し
て物体２５上にレーザ光を走査し、その反射光を光電管
２７で受け、その信号などから物体２５までの距離や物
体２５の形状を求めるものである。
構成図である。これはモータ２３により鏡２４を駆動し
て物体２５上にレーザ光を走査し、その反射光を光電管
２７で受け、その信号などから物体２５までの距離や物
体２５の形状を求めるものである。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら上記従来例によれば、鏡２４などを機械的
手段によって駆動し光を走査しているため、高速化や安
定化の点で問題点があり、また計測位置と距離の対応関
係の明確化などに支障を来すという問題点があった。
手段によって駆動し光を走査しているため、高速化や安
定化の点で問題点があり、また計測位置と距離の対応関
係の明確化などに支障を来すという問題点があった。
本発明は、上述の従来例における問題点に鑑み、光走査
のための機械的な駆動部分をなくし、高速にかつ安定し
て距離や形状を求めることができ、また計測位置と距離
との対応関係も明確にすることができる距離形状測定装
置を提供することを目的とする。
のための機械的な駆動部分をなくし、高速にかつ安定し
て距離や形状を求めることができ、また計測位置と距離
との対応関係も明確にすることができる距離形状測定装
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および作用］上記の目的を
達成するため、本発明に係る距離形状測定装置では、光
波距離計の計測光を、物体上の測定範囲に照射し、その
物体上の測定範囲の像を結像する光学系の像面に複数個
の光強度センサからなるセンサアレイを配置し、光を走
査することなしにセンサアレイの各光強度センサ毎に設
けられた上記飛行時間の差を計測し、これに基づいて物
体の距離形状を計測することとしている。
達成するため、本発明に係る距離形状測定装置では、光
波距離計の計測光を、物体上の測定範囲に照射し、その
物体上の測定範囲の像を結像する光学系の像面に複数個
の光強度センサからなるセンサアレイを配置し、光を走
査することなしにセンサアレイの各光強度センサ毎に設
けられた上記飛行時間の差を計測し、これに基づいて物
体の距離形状を計測することとしている。
すなわち、一種類以上の変調周波数で変調され、計測対
象上で計測対象の大きさに等しいかそれ以上の大きさに
投影される角度または大きさを持つ光を計測対象上に投
影し、その反射光または散乱光または回折光または干渉
光を光学系の共役面上に結像させ、結像面に配置した２
ヶ以上の光量測定センサで光量を求め、その光量の時間
変化より物体までの距離形状を求めるものである。
象上で計測対象の大きさに等しいかそれ以上の大きさに
投影される角度または大きさを持つ光を計測対象上に投
影し、その反射光または散乱光または回折光または干渉
光を光学系の共役面上に結像させ、結像面に配置した２
ヶ以上の光量測定センサで光量を求め、その光量の時間
変化より物体までの距離形状を求めるものである。
［実施例］
以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第１図は、本発明の一実施例に係る距離形状測定装置の
概略構成図である。同図において、１はレーザを高速で
強度変調するレーザ制御装置、２は制御装置１によって
変調される半導体レーザなどのレーザ、３はレーザ２の
発したレーザ光を拡大しコリメートするレンズ、４はレ
ーザ光を分割するビーム分割鏡、５は被測定対象である
粗面を有する物体、６は物体５の像を結像するレンズ、
７はビーム分割鏡、８は結像された像を撮影するテレビ
カメラ、９は結像されたレーザ光強度を測るフォトダイ
オードアレイである。１０はフォトダイオードアレイ９
の各素子から出力される光量信号を周波数変換した後、
位相測定に都合のよい強度に増巾し、また帯域制限する
信号整形回路（複数）である。１１はヘテロダイン回路
用の局部発振回路、１２はビーム分割鏡４を直進透過し
てくるレーザ光を測光する受光素子である。１３は信号
整形回路１０と同様にして、受光素子１２の光量信号出
力を周波数変換した後、位相測定に都合のよい強度に増
巾し、あるいは帯域制限した後、位相の基準信号を作成
する基準作成回路である。１４は信号整形回路１０と基
準作成回路１３の出力の位相差および信号整形回路１０
の出力の強度を測定する測定回路（複数）、１５は測定
回路１４の測定結果をデジタル変換し信号処理回路１６
へ送るインターフェース回路、１６は測定結果を解析処
理し同時にテレビカメラ８の映像信号も解析処理し２つ
の信号を表示装置１７に表示する信号処理装置、１７は
処理装置１．６の出力を表示するＣＲＴなどの表示装置
である。
概略構成図である。同図において、１はレーザを高速で
強度変調するレーザ制御装置、２は制御装置１によって
変調される半導体レーザなどのレーザ、３はレーザ２の
発したレーザ光を拡大しコリメートするレンズ、４はレ
ーザ光を分割するビーム分割鏡、５は被測定対象である
粗面を有する物体、６は物体５の像を結像するレンズ、
７はビーム分割鏡、８は結像された像を撮影するテレビ
カメラ、９は結像されたレーザ光強度を測るフォトダイ
オードアレイである。１０はフォトダイオードアレイ９
の各素子から出力される光量信号を周波数変換した後、
位相測定に都合のよい強度に増巾し、また帯域制限する
信号整形回路（複数）である。１１はヘテロダイン回路
用の局部発振回路、１２はビーム分割鏡４を直進透過し
てくるレーザ光を測光する受光素子である。１３は信号
整形回路１０と同様にして、受光素子１２の光量信号出
力を周波数変換した後、位相測定に都合のよい強度に増
巾し、あるいは帯域制限した後、位相の基準信号を作成
する基準作成回路である。１４は信号整形回路１０と基
準作成回路１３の出力の位相差および信号整形回路１０
の出力の強度を測定する測定回路（複数）、１５は測定
回路１４の測定結果をデジタル変換し信号処理回路１６
へ送るインターフェース回路、１６は測定結果を解析処
理し同時にテレビカメラ８の映像信号も解析処理し２つ
の信号を表示装置１７に表示する信号処理装置、１７は
処理装置１．６の出力を表示するＣＲＴなどの表示装置
である。
上記の構成において、レーザ制御装置１によってレーザ
２より高速に強度変調されたレーザ光が発光し、レンズ
３によって拡大されほぼ平行光となる。レーザ光の平行
度は、フォトダイオードアレイ９の各素子に充分な光量
がかえってくる程度であればよい、ビーム分割鏡４によ
って、レーザ光は一方は物体５の方向へ、他方は受光素
子１２の方向へ分割される。物体５により反射・散乱さ
れた光はレンズ６によってフォトダイオードアレイ９上
に結像される。各フォトダイオード素子の光量出力は、
それぞれ信号整形回路１０へ導かれる。一方、局部発振
器１１の信号も信号整形回路１０へ導かれ、ヘテロダイ
ン方式により光量信号の強度および位相を保存した低周
波信号に変換される。
２より高速に強度変調されたレーザ光が発光し、レンズ
３によって拡大されほぼ平行光となる。レーザ光の平行
度は、フォトダイオードアレイ９の各素子に充分な光量
がかえってくる程度であればよい、ビーム分割鏡４によ
って、レーザ光は一方は物体５の方向へ、他方は受光素
子１２の方向へ分割される。物体５により反射・散乱さ
れた光はレンズ６によってフォトダイオードアレイ９上
に結像される。各フォトダイオード素子の光量出力は、
それぞれ信号整形回路１０へ導かれる。一方、局部発振
器１１の信号も信号整形回路１０へ導かれ、ヘテロダイ
ン方式により光量信号の強度および位相を保存した低周
波信号に変換される。
また、ビーム分割鏡４を透過した光は、受光素子１２に
入射し、同様に局部発振器１１の信号により、低周波の
基準信号が基準信号作成回路１３によって作成される。
入射し、同様に局部発振器１１の信号により、低周波の
基準信号が基準信号作成回路１３によって作成される。
基準作成回路１３の出力と信号整形回路１０の出力は、
強度・位相測定回路１４に入力され、基準信号と光量信
号の位相差および光量信号内の基準信号と同周波数の成
分の強度が電圧１２号として出力される。位相差および
強度信号はインターフェース回路１５でアナログ／デジ
タル変換され、信号処理回路１６へとりこまれる。信号
処理回路１６は、位相差より距離を計算し、テレビカメ
ラ８で撮影した物体５の映像信号上に、色信号の形で距
離情報をのせ、近ければ赤遠ければ青という具合に、モ
ニタ１７上に表示する。また、物体が複雑な形状、例え
ば貫通穴があるとき、光は返ってこない。したがって、
距離はそこだけ測れないがノイズで測定値は出る。した
がって、光量がある程度少ない場合は「光量が少ないか
ら還そうだ」ということを画面上で表現する必要がある
。
強度・位相測定回路１４に入力され、基準信号と光量信
号の位相差および光量信号内の基準信号と同周波数の成
分の強度が電圧１２号として出力される。位相差および
強度信号はインターフェース回路１５でアナログ／デジ
タル変換され、信号処理回路１６へとりこまれる。信号
処理回路１６は、位相差より距離を計算し、テレビカメ
ラ８で撮影した物体５の映像信号上に、色信号の形で距
離情報をのせ、近ければ赤遠ければ青という具合に、モ
ニタ１７上に表示する。また、物体が複雑な形状、例え
ば貫通穴があるとき、光は返ってこない。したがって、
距離はそこだけ測れないがノイズで測定値は出る。した
がって、光量がある程度少ない場合は「光量が少ないか
ら還そうだ」ということを画面上で表現する必要がある
。
そこで、信号処理回路１６は、強度信号が設定値以下で
あった場合、強制的に色をある指示色にすることを行な
っている。
あった場合、強制的に色をある指示色にすることを行な
っている。
本実施例によれば、センサから処理回路まで電子部品お
よび素子のみで実現できるため、一体化に通しハイブリ
ットＩＣやモノリシックＩＣ化が可能である。また、す
べて低電圧の回路であるため、安全性のための回路や特
別な高圧回路を必要としない。
よび素子のみで実現できるため、一体化に通しハイブリ
ットＩＣやモノリシックＩＣ化が可能である。また、す
べて低電圧の回路であるため、安全性のための回路や特
別な高圧回路を必要としない。
さらに、映像信号に距純情報と強度情報（モノクロ信号
）を同時に持たせられるため、ＶＴＲ他の映像機器の使
用ができる。また、レーザ光を不可視光とすれば、テレ
ビカメラに影響させることなく距離情報を入手できる。
）を同時に持たせられるため、ＶＴＲ他の映像機器の使
用ができる。また、レーザ光を不可視光とすれば、テレ
ビカメラに影響させることなく距離情報を入手できる。
［他の実施例］
第２図は、本発明の第二の実施例に係る距離形状測定装
置の概略構成図である。同図において第１図と同じ付番
は同一のものを表わす。
置の概略構成図である。同図において第１図と同じ付番
は同一のものを表わす。
第２図においては、局部発振器１１の出力を、結像用フ
ォトダイオードアレイ９の各フォトダイオードに逆バイ
アス電圧として供給している。したがって、フォトダイ
オード自体でヘテロダイン変換がなされ、信号整形回路
１０のヘテロダイン回路は不要となる。
ォトダイオードアレイ９の各フォトダイオードに逆バイ
アス電圧として供給している。したがって、フォトダイ
オード自体でヘテロダイン変換がなされ、信号整形回路
１０のヘテロダイン回路は不要となる。
この第二の実施例によれば、フォトダイオード自体がヘ
テロダイン変換を行なうので、部品点数が減り小型化で
きる。また、フォトダイオードアレイと検出回路を一体
ＩＣ化した素子を作りやすい。
テロダイン変換を行なうので、部品点数が減り小型化で
きる。また、フォトダイオードアレイと検出回路を一体
ＩＣ化した素子を作りやすい。
［発明の効果］
以上説明したように本発明によれば、以下のような効果
がある。
がある。
ｌ）駆動部がなく光走査が不要なため、電気計測回路の
計測時間で高速にかつ安定して、物体までの距離や物体
の形状が求まる。また、計測位置と距離との対応関係も
明確にすることができる。
計測時間で高速にかつ安定して、物体までの距離や物体
の形状が求まる。また、計測位置と距離との対応関係も
明確にすることができる。
２）各点の計測に時間がかけられるため、高周波特性の
よくない回路部品でも使用できるようになった。
よくない回路部品でも使用できるようになった。
３） 駆動部がないため長寿命化ができる。
４）駆動部がないため、一体化が容易である。
ＩＣ化も可能である。
第１図は、本発明の一実施例に係る距離形状測定装置の
概略構成図、 第２図は、本発明の第二の実施例に係る距離形状測定装
置の概略構成図、 第３図は、従来用いられていた距離形状測定装置の概略
構成図である。 １：レーザ制御装置、 ２：レーザ、 ３：レンズ、
４：ビーム分割鏡、 ５：測定対象、６：レンズ、
７：ビーム分割鏡、 ８：テレビカメラ、 ９
：フォトダイオードアレイ、１０：信号整形回路、
１１：局部発振器、１２：受光素子、 １３：基準作
成回路、１４：位相１強度測定回路、 １５：インタ
ーフェース回路、 １６：信号処理装置、 １７：
表示装置、 １８：レーザ、 １９ ：発振器、２
０：光変調器、 ２１：ビーム分割鏡、２２：フォトダ
イオード、 ２３：モータ、２４：走査鏡、 ２５
：測定対象、 ２６：光学レンズ系、 ２７：光電管
、 ２８：同調フィルタ、 ２９：位相強度測定器、
３０：コンピュータ。 特許出願人 キャノン株式会社 代理人 弁理士 伊 東 哲 也 代理人 弁理士 伊 東 辰 雄
概略構成図、 第２図は、本発明の第二の実施例に係る距離形状測定装
置の概略構成図、 第３図は、従来用いられていた距離形状測定装置の概略
構成図である。 １：レーザ制御装置、 ２：レーザ、 ３：レンズ、
４：ビーム分割鏡、 ５：測定対象、６：レンズ、
７：ビーム分割鏡、 ８：テレビカメラ、 ９
：フォトダイオードアレイ、１０：信号整形回路、
１１：局部発振器、１２：受光素子、 １３：基準作
成回路、１４：位相１強度測定回路、 １５：インタ
ーフェース回路、 １６：信号処理装置、 １７：
表示装置、 １８：レーザ、 １９ ：発振器、２
０：光変調器、 ２１：ビーム分割鏡、２２：フォトダ
イオード、 ２３：モータ、２４：走査鏡、 ２５
：測定対象、 ２６：光学レンズ系、 ２７：光電管
、 ２８：同調フィルタ、 ２９：位相強度測定器、
３０：コンピュータ。 特許出願人 キャノン株式会社 代理人 弁理士 伊 東 哲 也 代理人 弁理士 伊 東 辰 雄
Claims (1)
- （１）光源から物体に向けて照射され該物体面で反射散
乱あるいは回折あるいは干渉されて光強度センサに入射
した光と該光源からの所定の基準光との飛行時間の差を
、時間計測または位相計測の手法を用いて計測し、該物
体までの距離および／または物体の形状を求める距離形
状測定装置において、 上記物体面の像を結像する光学系と、該光学系の結像面
に配置され複数個の光強度センサからなるセンサアレイ
と、該センサアレイの各光強度センサ毎に設けられた上
記飛行時間の差の計測をする手段とを具備することを特
徴とする距離形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63261625A JP2847289B2 (ja) | 1988-10-19 | 1988-10-19 | 距離形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63261625A JP2847289B2 (ja) | 1988-10-19 | 1988-10-19 | 距離形状測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02108907A true JPH02108907A (ja) | 1990-04-20 |
| JP2847289B2 JP2847289B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=17364491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63261625A Expired - Fee Related JP2847289B2 (ja) | 1988-10-19 | 1988-10-19 | 距離形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2847289B2 (ja) |
Cited By (8)
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| JPH08313215A (ja) * | 1995-05-23 | 1996-11-29 | Olympus Optical Co Ltd | ２次元距離センサ |
| JPH10508736A (ja) * | 1994-11-14 | 1998-08-25 | ライカ アーゲー | 強度変調された照射野の検出及び復調のための装置及び方法 |
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| JP2004233126A (ja) * | 2003-01-29 | 2004-08-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 投影面情報獲得装置 |
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| JP2019002847A (ja) * | 2017-06-16 | 2019-01-10 | 京セラ株式会社 | 電磁波検出装置および情報取得システム |
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| JPS6480893A (en) * | 1987-09-24 | 1989-03-27 | Nec Corp | Laser distance measuring machine |
-
1988
- 1988-10-19 JP JP63261625A patent/JP2847289B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2019002847A (ja) * | 2017-06-16 | 2019-01-10 | 京セラ株式会社 | 電磁波検出装置および情報取得システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2847289B2 (ja) | 1999-01-13 |
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