JPH02306108A - 3次元位置認識装置 - Google Patents
3次元位置認識装置Info
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- JPH02306108A JPH02306108A JP12625789A JP12625789A JPH02306108A JP H02306108 A JPH02306108 A JP H02306108A JP 12625789 A JP12625789 A JP 12625789A JP 12625789 A JP12625789 A JP 12625789A JP H02306108 A JPH02306108 A JP H02306108A
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- light
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- axis
- light emitting
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Landscapes
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
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、被測定物からの反射光を利用して彼?#1定
物の位置を3次元で認識する3次元位置認識装置に関す
るものである。
物の位置を3次元で認識する3次元位置認識装置に関す
るものである。
第6図に一般的な距離検出器の光学系を示す。
光源1の発光光束を投光レンズ2により、被測定物3に
集光して照射し、この反射光を受光レンズ4により、位
置検出用受光素子5に集光する。
集光して照射し、この反射光を受光レンズ4により、位
置検出用受光素子5に集光する。
ここで、受光レンズ4から被ill定物3までの距離を
L1基線長をB、受光レンズ4と位置検出用受光素子5
との間隔をfとする時、受光レンズ4の光軸中心からス
ボッ鼾光の重心位置までの距離Xは次の(1)式になる
。
L1基線長をB、受光レンズ4と位置検出用受光素子5
との間隔をfとする時、受光レンズ4の光軸中心からス
ボッ鼾光の重心位置までの距離Xは次の(1)式になる
。
x −’ f ・B/L ’
・・・(1)位置検出用受光素子5.により、変位置
を示す(1)式の距離Xを求めることにより、逆に距離
りを求めること、ができる。また、距離検出器を同図紙
面と垂直で基線長方、向を含む平面上で機械的に移動さ
せ、この2次元平面における距離検出器の位置(X、Y
)と、位置検出用受光素子5から得られる変位置Xとか
らZ軸方向の距離りが求められ、(X、Y、Z)の3次
元位置の認識が行われていた。
・・・(1)位置検出用受光素子5.により、変位置
を示す(1)式の距離Xを求めることにより、逆に距離
りを求めること、ができる。また、距離検出器を同図紙
面と垂直で基線長方、向を含む平面上で機械的に移動さ
せ、この2次元平面における距離検出器の位置(X、Y
)と、位置検出用受光素子5から得られる変位置Xとか
らZ軸方向の距離りが求められ、(X、Y、Z)の3次
元位置の認識が行われていた。
しかしながら、上記従来の3次元位置認識装置において
は、距離検出器自体を(X、Y)平面上で機械的に移動
しなければならない。従って、3次元位置認識のための
1回の計DIに要する時間は長くかかる。このため、従
来の装置は、静的な被JPI定物を対象にする3次元位
置認識には応用できるが、動的な被測定物を対象にする
3次元位置認識には実用上応用することが出来ないとい
う課題があった。
は、距離検出器自体を(X、Y)平面上で機械的に移動
しなければならない。従って、3次元位置認識のための
1回の計DIに要する時間は長くかかる。このため、従
来の装置は、静的な被JPI定物を対象にする3次元位
置認識には応用できるが、動的な被測定物を対象にする
3次元位置認識には実用上応用することが出来ないとい
う課題があった。
そこで本発明は、動的な物体についても三次元位置の認
識が可能な3次元位置認識装置を提供することを目的と
する。
識が可能な3次元位置認識装置を提供することを目的と
する。
本発明に係る3次元位置認識装置は、複数個の発光点が
直線状に配置され時分割でパルス点灯駆動される光源と
、各発光点から発せられる光束を集光する投光手段と、
光源のパルス点灯駆動に同期して走査され投光手段から
の光束を偏向して被測定物上に照射する走査手段と、被
測定物からの反射光を集光する受光手段と、集光される
光束の集光位置を検出する位置検出用受光素子と、位置
検出用受光素子の出力信号に基づき被測定物上に集光さ
れた光束の照射点までの距離を演算する演算手段とを備
えたことを特徴とする。
直線状に配置され時分割でパルス点灯駆動される光源と
、各発光点から発せられる光束を集光する投光手段と、
光源のパルス点灯駆動に同期して走査され投光手段から
の光束を偏向して被測定物上に照射する走査手段と、被
測定物からの反射光を集光する受光手段と、集光される
光束の集光位置を検出する位置検出用受光素子と、位置
検出用受光素子の出力信号に基づき被測定物上に集光さ
れた光束の照射点までの距離を演算する演算手段とを備
えたことを特徴とする。
本発明によれば、光源から発せられる光束は、複数個の
発光点が時分割でパルス点灯駆動されることにより1次
元走査が行われ、走査手段により発光点の配置方向と直
交する方向に偏向走査されることによって2次元走査が
行われる。
発光点が時分割でパルス点灯駆動されることにより1次
元走査が行われ、走査手段により発光点の配置方向と直
交する方向に偏向走査されることによって2次元走査が
行われる。
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例による格成を示す斜視図であ
り、3次元の各方向は同図の(x、y。
り、3次元の各方向は同図の(x、y。
Z)座標に示される各方向により決定される。
光源11は発光点がΩ 〜l119までの9個有り、■
各発光点はX軸方向に直線状に配置されている。
なお、9個に設定されているのは図面の簡略化のためで
あり、必ずしもこの数量に限定されるものではない。投
光レンズ12は、その光軸が9個の発光点の中心に位置
する発光点Ω5の中心に一致する状聾に設置されており
、各発光点からの光束は彼lpj定物13上に集光され
るものとなっている。
あり、必ずしもこの数量に限定されるものではない。投
光レンズ12は、その光軸が9個の発光点の中心に位置
する発光点Ω5の中心に一致する状聾に設置されており
、各発光点からの光束は彼lpj定物13上に集光され
るものとなっている。
ミラー18及びガルバノメーター9は、投光レンズ12
からの光束を被測定物13に照射する際に、発光点Ω
〜J79の配置方向と直交する方向、つ■ まり、Y軸方向に走査するための走査手段として用いら
れる。すなわち、ガルバノメーター9の回転軸はX軸方
向に一致して設置され、ガルバノメータ19の回転軸に
固定されたミラー18を図示の矢印に示す方向に回動さ
せると、被nl定物13に照射される光束はY軸方向に
走査される。
からの光束を被測定物13に照射する際に、発光点Ω
〜J79の配置方向と直交する方向、つ■ まり、Y軸方向に走査するための走査手段として用いら
れる。すなわち、ガルバノメーター9の回転軸はX軸方
向に一致して設置され、ガルバノメータ19の回転軸に
固定されたミラー18を図示の矢印に示す方向に回動さ
せると、被nl定物13に照射される光束はY軸方向に
走査される。
なお、投光レンズ12の光軸が90°偏向した軸はZ軸
に一致し、以下、これを距離検出軸と呼ぶことにする。
に一致し、以下、これを距離検出軸と呼ぶことにする。
光源]1の各発光点をミラー18の動きに同期させて時
分割にパルス点燈せると、被測定物13上には図示され
る整列した照射パターンが描かれる。被δp1定物13
からの反射光は、距離検出軸(Z軸)を中心にして対象
に配置された一対の受光レンズ14及び15により集光
され、同様に距離検出軸を中心にして対称に配置された
一対の位置検出用受光素子16及び17の各受光面上に
照射される。この各受光面上の集光位置に対応して得ら
れる一対の位置検出用受光素子16及び17の各出力信
号に基づき、被測定物13上の各照射点までの距離(L
)が、後に詳述する図示しない演算手段によって演算さ
れる。また、ミラー18から被測定物13に、に照射さ
れる光束のX軸、Y軸に対する走査角(θ 、θ )は
、ガルバノメy −タ19への走査信号から知ることが出来、この走査角
と被alll定物13までの距離(L)とから3次元の
位置認識が可能になる。
分割にパルス点燈せると、被測定物13上には図示され
る整列した照射パターンが描かれる。被δp1定物13
からの反射光は、距離検出軸(Z軸)を中心にして対象
に配置された一対の受光レンズ14及び15により集光
され、同様に距離検出軸を中心にして対称に配置された
一対の位置検出用受光素子16及び17の各受光面上に
照射される。この各受光面上の集光位置に対応して得ら
れる一対の位置検出用受光素子16及び17の各出力信
号に基づき、被測定物13上の各照射点までの距離(L
)が、後に詳述する図示しない演算手段によって演算さ
れる。また、ミラー18から被測定物13に、に照射さ
れる光束のX軸、Y軸に対する走査角(θ 、θ )は
、ガルバノメy −タ19への走査信号から知ることが出来、この走査角
と被alll定物13までの距離(L)とから3次元の
位置認識が可能になる。
第2図は位置検出用受光素子16及び17に使用される
一般的な半導体装置検出器の構成図である。この半導体
装置検出器としては、例えば浜松ホトニクス株式会社製
の型名が81662の1次元用の半導体装置検出器が有
り、以下、この半導体装置検出器を用いた場合について
説明する。
一般的な半導体装置検出器の構成図である。この半導体
装置検出器としては、例えば浜松ホトニクス株式会社製
の型名が81662の1次元用の半導体装置検出器が有
り、以下、この半導体装置検出器を用いた場合について
説明する。
半導体装置検出器25は、n 型半導体層27と、高抵
抗n型半導体層28と、抵抗率が均一なn型半導体層2
9とが順次に積層されることにより形成されている。n
型半導体層28およびn型半導体層29はホトダイオー
ドを構成している。
抗n型半導体層28と、抵抗率が均一なn型半導体層2
9とが順次に積層されることにより形成されている。n
型半導体層28およびn型半導体層29はホトダイオー
ドを構成している。
また、n+型型環導体層27はホトダイオードに逆バイ
アスの電圧を印加するための共通電極30が設けられて
おり、n型半導体層29の両端部には一対の電極31.
32が設けられている。
アスの電圧を印加するための共通電極30が設けられて
おり、n型半導体層29の両端部には一対の電極31.
32が設けられている。
この半導体装置検出器25の共通電極30に所定の電圧
を印加し、位置SPのところに光点が入射したとすると
、位置SPの下方のpn接合部には電子−正孔対が生じ
、これにより光点の入射エネルギーに比例した光電流1
oが共通電極30からn型半導体層29に向かって流れ
る。
を印加し、位置SPのところに光点が入射したとすると
、位置SPの下方のpn接合部には電子−正孔対が生じ
、これにより光点の入射エネルギーに比例した光電流1
oが共通電極30からn型半導体層29に向かって流れ
る。
ここで、電極31.32間の距離を01その間のn型半
導体層29の抵抗をR8とじ、光点入射位置SPと電極
32との間の距離をXlその間のn型半導体層29の抵
抗をRとすると、光電流Ioは光点入射位置SPの所で
抵抗分割される。
導体層29の抵抗をR8とじ、光点入射位置SPと電極
32との間の距離をXlその間のn型半導体層29の抵
抗をRとすると、光電流Ioは光点入射位置SPの所で
抵抗分割される。
すなわち、電極31への電流IAおよび電極32への電
流IBは、それぞれ次式に示される。
流IBは、それぞれ次式に示される。
1 −1 ・ [R/Ro]
A Ox
I −I −[(Rc −Rx )/R
o ]−(2)O また、前述のように、n型半導体層29の抵抗率は均一
に分布しているので、この(2)式は以下のように変形
される。
o ]−(2)O また、前述のように、n型半導体層29の抵抗率は均一
に分布しているので、この(2)式は以下のように変形
される。
1 −1 −xIC
O
1−1・ [(C−x)/C] ・・・(3)
(3)式かられかるように、電流I 、I をB 電極31.32から取出し、後述する演算手段によって
所定のアナログ演算処理が施されることにより、電極3
2から光点入射位置SPまでの距離Xを求めることがで
きる。
(3)式かられかるように、電流I 、I をB 電極31.32から取出し、後述する演算手段によって
所定のアナログ演算処理が施されることにより、電極3
2から光点入射位置SPまでの距離Xを求めることがで
きる。
第3図及び第4図は、本実施例による3次元位置認識装
置を用いた光学系における距離検出の原理を説明するた
めの図であり、第1図に示された装置を(X、Z)平面
上から見た図である。なお、図面を簡略化するため、照
射光束をY軸方向に走査する手段は図から省いてあり、
また、投光レンズ12の光軸と距離検出軸(Z軸)とが
一致した状態で図示されている。また、位置検出用受光
素子16.17は、投光レンズ12の光軸側(内側)と
その反対側(外側)どうしの電極31がそれぞれ結線さ
れており、さらに、共通電極どうしが結線されている。
置を用いた光学系における距離検出の原理を説明するた
めの図であり、第1図に示された装置を(X、Z)平面
上から見た図である。なお、図面を簡略化するため、照
射光束をY軸方向に走査する手段は図から省いてあり、
また、投光レンズ12の光軸と距離検出軸(Z軸)とが
一致した状態で図示されている。また、位置検出用受光
素子16.17は、投光レンズ12の光軸側(内側)と
その反対側(外側)どうしの電極31がそれぞれ結線さ
れており、さらに、共通電極どうしが結線されている。
このため、共通電極に所定のバイアス電圧(Bias)
が印加され、受光素子16゜17の各受光面上にスポッ
ト光が集光されることにより、位置情報を含んだ光電流
1 、I が各人 B 結線に得られるようになっている。
が印加され、受光素子16゜17の各受光面上にスポッ
ト光が集光されることにより、位置情報を含んだ光電流
1 、I が各人 B 結線に得られるようになっている。
第3図は、光源11の発光点(1−119のうち、発光
点g5がパルス点燈した時の距離検出の原理を示す図で
ある。
点g5がパルス点燈した時の距離検出の原理を示す図で
ある。
ここで、距離検出器から被測定物13までの距離をL
1被測定物が二点鎖線13′で示される位置に移動した
時の距離をLNとする。また、投光レンズ12の光軸と
一対の受光レンズ14゜15の各光軸との各間隔をB1
受光レンズ14゜15から位置検出用受光素子16.1
7までの間隔をfとする。また、受光レンズ14.15
の光軸から位置検出用受光素子16.17の受光面にお
ける被測定物13からの反射光の各集光位置までの各距
離をX1被測定物13が距離り。がら距MLNに移動し
た時の各受光面上における集光位置の各移動量をそれぞ
れΔX 、ΔX2とする。
1被測定物が二点鎖線13′で示される位置に移動した
時の距離をLNとする。また、投光レンズ12の光軸と
一対の受光レンズ14゜15の各光軸との各間隔をB1
受光レンズ14゜15から位置検出用受光素子16.1
7までの間隔をfとする。また、受光レンズ14.15
の光軸から位置検出用受光素子16.17の受光面にお
ける被測定物13からの反射光の各集光位置までの各距
離をX1被測定物13が距離り。がら距MLNに移動し
た時の各受光面上における集光位置の各移動量をそれぞ
れΔX 、ΔX2とする。
■
この時、各因子の間には以下の関係式(4)〜(6)が
成り立つ。
成り立つ。
X−f−B/Lo ・・・(4)
X+Δx1−x+Δx2−f−B/LN・・・(5)Δ
X1−Δx2 − f −B (1/LN−1/Lo)−= (6)従
って、位置検出用受光素子16.17より得られる光電
流値I、IBからX、ΔX i 。
X+Δx1−x+Δx2−f−B/LN・・・(5)Δ
X1−Δx2 − f −B (1/LN−1/Lo)−= (6)従
って、位置検出用受光素子16.17より得られる光電
流値I、IBからX、ΔX i 。
^
ΔX2の値を求めることにより、逆に被測定物13.1
3’ までの距離L 、L を求めることON ができる。被測定物13が距離り。にある時に各受光面
上に照射光束が集光される位置を、各位置検出用受光素
子16.17の電気的中心位置(IA−I、になる集光
位置SP)に一致するように調整しておくと、被A11
l定物13がり。より近距離に存在する場合には位置検
出用受光素子16゜17の集光位置は電気的中心位置よ
り外側(投光レンズ12の光軸方向と反対側)に移動す
る。逆に披δp1定物13がり。より遠距離に存在する
場合には集光位置は電気的中心位置の内側(投光レンズ
12の光軸側)に移動する。ここで、集束されるスポッ
ト光の移動方向が外側に向かう時をプラス(+)、内側
に向かう時をマイナス(−)と定義することにする。
3’ までの距離L 、L を求めることON ができる。被測定物13が距離り。にある時に各受光面
上に照射光束が集光される位置を、各位置検出用受光素
子16.17の電気的中心位置(IA−I、になる集光
位置SP)に一致するように調整しておくと、被A11
l定物13がり。より近距離に存在する場合には位置検
出用受光素子16゜17の集光位置は電気的中心位置よ
り外側(投光レンズ12の光軸方向と反対側)に移動す
る。逆に披δp1定物13がり。より遠距離に存在する
場合には集光位置は電気的中心位置の内側(投光レンズ
12の光軸側)に移動する。ここで、集束されるスポッ
ト光の移動方向が外側に向かう時をプラス(+)、内側
に向かう時をマイナス(−)と定義することにする。
第4図は、光源11の発光点1)−D9のうち、■
発光点g1がパルス点燈した時の距離検出の原理を示す
図である。
図である。
この場合には、発光点Ω1は投光レンズ12の光軸から
6gまたけ図の上側に位置しているので、m ApJ定
物13への照射位置は投光レンズ12の光軸より下側に
なる。ここで、被測定物13が距離Loの所に存在する
場合には、位置検出用受光素子16.17の各受光面上
での集光位置は、位置検出用受光素子16.17の電気
的中心位置からそれぞれX IN2だけ離れた位置に
なる。また、被測定物13が2点鎖線13′で示すLN
に移動した場合には、スポット光の集光位置はX1+X
の位置からそれぞれΔX 、ΔX2だけずれ2ま た位置になる。
6gまたけ図の上側に位置しているので、m ApJ定
物13への照射位置は投光レンズ12の光軸より下側に
なる。ここで、被測定物13が距離Loの所に存在する
場合には、位置検出用受光素子16.17の各受光面上
での集光位置は、位置検出用受光素子16.17の電気
的中心位置からそれぞれX IN2だけ離れた位置に
なる。また、被測定物13が2点鎖線13′で示すLN
に移動した場合には、スポット光の集光位置はX1+X
の位置からそれぞれΔX 、ΔX2だけずれ2ま た位置になる。
位置検出用受光素子16における距離と変位量との関係
につりで求めると以下のようになる。
につりで求めると以下のようになる。
x + X 1
−f−(B−14#Δg @Lo/f)/L。
■
−(f−B+Δff −L )/L ・・・
′C7)x + x l +ΔXt −fφ (B+ΔfI@L /f)/LNN −(f−B+ΔR−L )/L ・・・(8)
IN N この(7)式及び(8)式より次の(9)式が成り立つ
。
′C7)x + x l +ΔXt −fφ (B+ΔfI@L /f)/LNN −(f−B+ΔR−L )/L ・・・(8)
IN N この(7)式及び(8)式より次の(9)式が成り立つ
。
Δx −(f−B+6g −LN)/LN−(f−B
+6g ・L )/L。
+6g ・L )/L。
−f−B (1/LN−1/Lo) ・ (9)次に、
位置検出用受光索子17における距離と変位量との関係
式を同様にして求めると次のようになる。
位置検出用受光索子17における距離と変位量との関係
式を同様にして求めると次のようになる。
−x2
−f・ (B−6g −L /f)/L。
−(f−B−Δ(1−L )/L ・・・(10
)x−x2+Δx2 −f・ (B−6g ・L /f) /LNN −(f−B−Δ(1−L )/L ・・・(11
)IN N この(10)式及び(11)式より次の(12)式が成
り立つ。
)x−x2+Δx2 −f・ (B−6g ・L /f) /LNN −(f−B−Δ(1−L )/L ・・・(11
)IN N この(10)式及び(11)式より次の(12)式が成
り立つ。
ΔX −(f*B−ΔN −LN)/LN−(f
ψB−6g ゆLo)/L。
ψB−6g ゆLo)/L。
−f−B (1/LN−1/Lo)
・・・(12)
(lO)式及び(11)式において、X2にマイナス(
−)符号がついている理由は、xlが位置検出用受光素
子16の電気的中心位置より外側に在るのに対し、x2
は位置検出用受光素子17の電気的中心位置より内側に
在るためである。また、上記の(9)式及び(12)式
は、第3図において求められた(6)式に一致するもの
になっている。従って、光源11の発光点g5がパルス
点燈した時と同じ変位量になっていることがわがる。
−)符号がついている理由は、xlが位置検出用受光素
子16の電気的中心位置より外側に在るのに対し、x2
は位置検出用受光素子17の電気的中心位置より内側に
在るためである。また、上記の(9)式及び(12)式
は、第3図において求められた(6)式に一致するもの
になっている。従って、光源11の発光点g5がパルス
点燈した時と同じ変位量になっていることがわがる。
同様にして、光源11の他の発光点g2〜Ω4及び発光
点g6〜g9がパルス点燈した時の距離と、スポット光
の変位量の関係を求めると、全て(6)式に一致するも
のになる。即ち、光源11のり個の発光点N 、 −i
t 9のどの発光点がパルス点燈している時でも、距M
、Lの変化に対する位置検出用受光素子16.17上に
集光されるスポット光の変位量ΔX 、Δx2は同じ値
になる。
点g6〜g9がパルス点燈した時の距離と、スポット光
の変位量の関係を求めると、全て(6)式に一致するも
のになる。即ち、光源11のり個の発光点N 、 −i
t 9のどの発光点がパルス点燈している時でも、距M
、Lの変化に対する位置検出用受光素子16.17上に
集光されるスポット光の変位量ΔX 、Δx2は同じ値
になる。
■
言いかえれば、一対の位置検出用受光素子16及び17
として一対の一次元用の半導体装置検出器を用いて所定
の結線を行うことにより、生じた光電流1 、I
から後述するように演算されるB 被測定物13までの距離を示す信号演算値は同じ数値に
なる。この数値は、直線上に配置された9個の発光点Ω
〜Ω9のうちのどの発光点がパルス点燈しているかに
関わらず、光源11から照射される光が、距離検出軸(
Z軸)に直交した平面(X、Y平面)に照射される場合
には同じになる。
として一対の一次元用の半導体装置検出器を用いて所定
の結線を行うことにより、生じた光電流1 、I
から後述するように演算されるB 被測定物13までの距離を示す信号演算値は同じ数値に
なる。この数値は、直線上に配置された9個の発光点Ω
〜Ω9のうちのどの発光点がパルス点燈しているかに
関わらず、光源11から照射される光が、距離検出軸(
Z軸)に直交した平面(X、Y平面)に照射される場合
には同じになる。
また、Y軸方向に光束を走査しても、位置検出用受光索
子16及び17の各受光面上に集光されるスポット光の
X軸方向における変位量Δx1及びΔx2に変化の起こ
らないことは明らかである。
子16及び17の各受光面上に集光されるスポット光の
X軸方向における変位量Δx1及びΔx2に変化の起こ
らないことは明らかである。
従って、生じた光電Rx、I から演算されるAB
被ΔIII定物13までの距離を示す信号演算値は、Y
軸方向に光束を走査しても(X−Y)平面に光束が照射
される場合には、同一の数値を得ることができる。
軸方向に光束を走査しても(X−Y)平面に光束が照射
される場合には、同一の数値を得ることができる。
第5図は本実施例に用いられる演算手段である信号処理
回路のブロック構成図である。
回路のブロック構成図である。
光源11の9個の発光点Ω 〜g9には9個の発光ダイ
オードLED −LED9が用いられ、■ これらはLED駆動回路U13からの駆動信号D1〜D
9により時分割でパルス点燈される。これらのパルス点
燈動作はタイミングコントローラU12からの点燈指令
に基づき行われる。これと同時にガルバノメーター9の
Y軸走査駆動回路U14へも走査指令信号が送られるこ
とにより、ガルバノメーター9に設けられたミラー18
は回動され、LEDの点灯動作に同期してY軸方向に光
束が走査される。また、発光ダイオードLED1〜LE
D9による一連の時分割パルス点燈動作が、1回のY軸
走査に対して何回繰り返されるかにより、計測視野にお
けるX軸方向の走査本数が決定される。
オードLED −LED9が用いられ、■ これらはLED駆動回路U13からの駆動信号D1〜D
9により時分割でパルス点燈される。これらのパルス点
燈動作はタイミングコントローラU12からの点燈指令
に基づき行われる。これと同時にガルバノメーター9の
Y軸走査駆動回路U14へも走査指令信号が送られるこ
とにより、ガルバノメーター9に設けられたミラー18
は回動され、LEDの点灯動作に同期してY軸方向に光
束が走査される。また、発光ダイオードLED1〜LE
D9による一連の時分割パルス点燈動作が、1回のY軸
走査に対して何回繰り返されるかにより、計測視野にお
けるX軸方向の走査本数が決定される。
位置検出用受光素子16.17において得られた光電流
■ 及びIBは、電流−電圧変換珀抵抗rt+ r
で電圧信号v、v’ に変換され、コ2
AB ンデンサC,C2によりDC(直流)成分が力■ ツトされてAC(交流)成分のみが増幅回路U1.−U
2に送られて増幅される。この後、コンデンサC、Cに
より、増幅回路U 、U のオフセ3 4
l 2 ツトや温度ドリフトによるDC的な電位のズレ量がカッ
トされる。そして、増幅されたAC成分のみが減算回路
U および加算回路U4に送られ、V −■ およびV
A+VBの演算がそれぞれ実B 行される。
■ 及びIBは、電流−電圧変換珀抵抗rt+ r
で電圧信号v、v’ に変換され、コ2
AB ンデンサC,C2によりDC(直流)成分が力■ ツトされてAC(交流)成分のみが増幅回路U1.−U
2に送られて増幅される。この後、コンデンサC、Cに
より、増幅回路U 、U のオフセ3 4
l 2 ツトや温度ドリフトによるDC的な電位のズレ量がカッ
トされる。そして、増幅されたAC成分のみが減算回路
U および加算回路U4に送られ、V −■ およびV
A+VBの演算がそれぞれ実B 行される。
各演算信号はサンプルアンドホールド回路U5〜U に
送られ、タイミングコントローラU12から与えられる
サンプリング信号S 、S に基づきサンプリングされ
、信号レベルがホールドされる。すなわち、サンプリン
グ信号S1により各発光点がパルス点燈する直前の電位
がサンプリングされ、サンプルアンドホールド回路U
、U に記録される。これに対して、サンプリング
信号S2により各発光点がパルス点燈している状態の電
位がサンプリングされ、サンプルアンドホールド回路U
、U に記録される。
送られ、タイミングコントローラU12から与えられる
サンプリング信号S 、S に基づきサンプリングされ
、信号レベルがホールドされる。すなわち、サンプリン
グ信号S1により各発光点がパルス点燈する直前の電位
がサンプリングされ、サンプルアンドホールド回路U
、U に記録される。これに対して、サンプリング
信号S2により各発光点がパルス点燈している状態の電
位がサンプリングされ、サンプルアンドホールド回路U
、U に記録される。
減算回路U では回路U6の出力値から回路U の出力
値が減算され、減算回路U1oでは回路U の出力値か
ら回路U7の出力値が減算される。
値が減算され、減算回路U1oでは回路U の出力値か
ら回路U7の出力値が減算される。
この結果、光源11のパルス点燈に起因する信号成分の
みが抜き取られることになる。そして、アナログ割算器
U11において、(VA−VB)/(V +VB)と
いう演算処理が実行される。
みが抜き取られることになる。そして、アナログ割算器
U11において、(VA−VB)/(V +VB)と
いう演算処理が実行される。
この演算結果は外部に出力され、距離検出器から被測定
物13までの距fiLに対応するものになり、3次元位
置認識におけるZ成分のデータになる。また、アナログ
割算器U1□の出力に同期して、彼?I−1定物13上
へ照射される光束の偏角がX軸成分(θ )とY軸成分
(θ )とに分離されてりX
yイミングコントローラU12から外部
に出力され、3次元位置認識におけるX成分のデータお
よびY成分のデータになる。X成分データは光源11の
パルス点灯のための駆動信号に基づくものであり、Y成
分データはガルバノメーター9の走査信号に基づくもの
である。
物13までの距fiLに対応するものになり、3次元位
置認識におけるZ成分のデータになる。また、アナログ
割算器U1□の出力に同期して、彼?I−1定物13上
へ照射される光束の偏角がX軸成分(θ )とY軸成分
(θ )とに分離されてりX
yイミングコントローラU12から外部
に出力され、3次元位置認識におけるX成分のデータお
よびY成分のデータになる。X成分データは光源11の
パルス点灯のための駆動信号に基づくものであり、Y成
分データはガルバノメーター9の走査信号に基づくもの
である。
ここでZ軸の原点を投光レンズ12の後方主点位置(図
示せず)に設定すると、被Δp1定物13までの距ML
はアナログ割算器U1、の出力から簡単に求めることが
できる。従って、被測定物13上に集光された光束の照
射点を表す3次元位置データ(X、Y、Z)は、2つの
偏角θ 、θ から、y 以下の(13)〜(15)式を用いて求めることができ
る。
示せず)に設定すると、被Δp1定物13までの距ML
はアナログ割算器U1、の出力から簡単に求めることが
できる。従って、被測定物13上に集光された光束の照
射点を表す3次元位置データ(X、Y、Z)は、2つの
偏角θ 、θ から、y 以下の(13)〜(15)式を用いて求めることができ
る。
Z−L ・・・(13)Y
=L−tanθ、 −(14)X=L−t
anθ、 −(15)このように本実施
例によれば、9個の発光点g −Ω9が時分割でパルス
点燈駆動されることにより、機械的な可動を伴わない電
気的な方法によって1次元走査が行われ、さらに、追従
性の良いミラー18とガルバノメーター9を用いてもう
1つの1次元走査が行われることにより、光源11から
照射される光束は2次元走査“される。従って、光束の
走査は応答性良く行われて高速化され、1回の3次元位
置認識に要する計測時間は短縮化され、従来技術の方法
に比べて計測時間は2桁以上も小さくなる。この結果、
本実施例による装置は、動的な被ΔIII定物を対象に
する3次元位置認識にも適用することが可能になる。
=L−tanθ、 −(14)X=L−t
anθ、 −(15)このように本実施
例によれば、9個の発光点g −Ω9が時分割でパルス
点燈駆動されることにより、機械的な可動を伴わない電
気的な方法によって1次元走査が行われ、さらに、追従
性の良いミラー18とガルバノメーター9を用いてもう
1つの1次元走査が行われることにより、光源11から
照射される光束は2次元走査“される。従って、光束の
走査は応答性良く行われて高速化され、1回の3次元位
置認識に要する計測時間は短縮化され、従来技術の方法
に比べて計測時間は2桁以上も小さくなる。この結果、
本実施例による装置は、動的な被ΔIII定物を対象に
する3次元位置認識にも適用することが可能になる。
なお、上記実施例の説明においては、一対の受光レンズ
14.15および一対の位置検出用受光素子16.17
を用いて説明したがこれに限定される必要なく、例えば
、1個の受光レンズと1個の位置検出用受光素子とだけ
を用いて構成するようにしても良く、上記実施例と同様
な効果を奏する。ただし、この場合には披δ−1定物ま
での距離演算は複雑になり、演算時間は若干長くかかる
。従って、上記実施例の構成による装置の方が、より高
速に動く動的な被測定物に適している。
14.15および一対の位置検出用受光素子16.17
を用いて説明したがこれに限定される必要なく、例えば
、1個の受光レンズと1個の位置検出用受光素子とだけ
を用いて構成するようにしても良く、上記実施例と同様
な効果を奏する。ただし、この場合には披δ−1定物ま
での距離演算は複雑になり、演算時間は若干長くかかる
。従って、上記実施例の構成による装置の方が、より高
速に動く動的な被測定物に適している。
以上、詳細に説明したように本発明によれば、光源から
発せられる光束は、複数個の発光点が時分割でパルス点
灯駆動されることにより1次元走査が行われ、走査手段
により発光点の配置方向と直交する方向に偏向走査され
ることによって2次元走査が行われる。このため、光源
から照射される光束の走査性は高速化され、3次元位置
認識に要する時間は短縮化される。この結果、従来、3
次元位置認識が困難であった動的な被測定物をも対象に
することが可能な装置が提供されるという効果を有する
。
発せられる光束は、複数個の発光点が時分割でパルス点
灯駆動されることにより1次元走査が行われ、走査手段
により発光点の配置方向と直交する方向に偏向走査され
ることによって2次元走査が行われる。このため、光源
から照射される光束の走査性は高速化され、3次元位置
認識に要する時間は短縮化される。この結果、従来、3
次元位置認識が困難であった動的な被測定物をも対象に
することが可能な装置が提供されるという効果を有する
。
第1図は本発明の一実施例の構成を示す斜視図、第2図
は第1図に示された装置に使用される半導体装置検出器
を示す図、第3図は第1図に示された装置において発光
点Ω5が発光した場合における距離検出の原理を説明す
るための図、第4図は第1図に示された装置において発
光点g1が発光した場合における距離検出の原理を説明
するための図、第5図は第1図に示された装置に使用さ
れる信号処理回路を示すブロック構成図、第6図は一般
的な距離検出器を示す図である。 11・・・光源、12・・・投光レンズ、13・・・被
測定物、14.15・・・受光レンズ、16.17・・
・位置検出用受光素子、18・・・ミラー、19・・・
ガルバノメータ。 代理人弁理士 長谷用 芳 樹X発明の7R’
fkΣ示T鈴4乳図 第 1 図 午導優位言捜:器 巽 : 図 一冠′:J−゛距IX凄=器 第 6 図 手続補正書 1 事件の表示 平成1年特許願第126257号 2 発明の名称 3次元位置認識装置 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 浜松ホトニクス株式会社 4 代 理 人 (郵便番号 101 )東京都千代田
区東神田二丁目7番9号 U−Yビル4階 5 補正の対象 明細書の「特許請求の範囲」、「発明の詳細な説明」及
6 補正の内容 (1) 明細書の特許請求の範囲を別紙の通り補正す
る。 (2) 明細書2頁8行の「光源1の発光光束」を「
光源1から発せられた光ビーム」に補正する。 (3) 明細書、4頁2行、4行、6行、9行および
12行、5頁9行、12行および19行、6頁16行、
15頁7行および13行、16頁7行、18頁7行およ
び19行、19頁12行および13行並びに20頁11
行および16行の「光束」を「光ビーム」に補正する。 (4) 明細書5頁11行の「ミラー18及びガルバ
ノメータ19は、」を「ミラー18及び可動コイル19
はガルバノメータを構成しており、このガルバノメータ
は、」に補正する。 (5) 明細書5頁15行および16〜17行、6頁
17〜18行、16頁4行および5〜6行、18頁13
行並びに19頁10行の「ガルバノメータ」を「可動コ
イル」に補正する。 (6) 明細書9頁5行並びに11頁3行の「照射光
束」を「光ビーム」に補正する。 (7) 明細書21頁14〜15行の「ガルノくノメ
ータ」を「可動コイル」に補正する。 以 上 特許請求の範囲 複数個の発光点が直線状に配置され時分割にパルス点灯
駆動される光源と、前記各発光点から発せられる光ビー
ムを集光する投光手段と、前記光源のパルス点灯駆動に
同期して走査され前記投光手段からの光ビームを前記光
源の発光点の配置方向と直交する方向に偏向して被測定
物上に照射する走査手段と、この被測定物からの反射光
を集光する受光手段と、この受光手段により集光される
光ビームの集光位置を検出する位置検出用受光素子と、
この位置検出用受光素子の出力信号に基づき前記被測定
物上・に集光された光ビームの照射点までの距離を演算
する演算手段とを備えた3次元位置認識装置。
は第1図に示された装置に使用される半導体装置検出器
を示す図、第3図は第1図に示された装置において発光
点Ω5が発光した場合における距離検出の原理を説明す
るための図、第4図は第1図に示された装置において発
光点g1が発光した場合における距離検出の原理を説明
するための図、第5図は第1図に示された装置に使用さ
れる信号処理回路を示すブロック構成図、第6図は一般
的な距離検出器を示す図である。 11・・・光源、12・・・投光レンズ、13・・・被
測定物、14.15・・・受光レンズ、16.17・・
・位置検出用受光素子、18・・・ミラー、19・・・
ガルバノメータ。 代理人弁理士 長谷用 芳 樹X発明の7R’
fkΣ示T鈴4乳図 第 1 図 午導優位言捜:器 巽 : 図 一冠′:J−゛距IX凄=器 第 6 図 手続補正書 1 事件の表示 平成1年特許願第126257号 2 発明の名称 3次元位置認識装置 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 浜松ホトニクス株式会社 4 代 理 人 (郵便番号 101 )東京都千代田
区東神田二丁目7番9号 U−Yビル4階 5 補正の対象 明細書の「特許請求の範囲」、「発明の詳細な説明」及
6 補正の内容 (1) 明細書の特許請求の範囲を別紙の通り補正す
る。 (2) 明細書2頁8行の「光源1の発光光束」を「
光源1から発せられた光ビーム」に補正する。 (3) 明細書、4頁2行、4行、6行、9行および
12行、5頁9行、12行および19行、6頁16行、
15頁7行および13行、16頁7行、18頁7行およ
び19行、19頁12行および13行並びに20頁11
行および16行の「光束」を「光ビーム」に補正する。 (4) 明細書5頁11行の「ミラー18及びガルバ
ノメータ19は、」を「ミラー18及び可動コイル19
はガルバノメータを構成しており、このガルバノメータ
は、」に補正する。 (5) 明細書5頁15行および16〜17行、6頁
17〜18行、16頁4行および5〜6行、18頁13
行並びに19頁10行の「ガルバノメータ」を「可動コ
イル」に補正する。 (6) 明細書9頁5行並びに11頁3行の「照射光
束」を「光ビーム」に補正する。 (7) 明細書21頁14〜15行の「ガルノくノメ
ータ」を「可動コイル」に補正する。 以 上 特許請求の範囲 複数個の発光点が直線状に配置され時分割にパルス点灯
駆動される光源と、前記各発光点から発せられる光ビー
ムを集光する投光手段と、前記光源のパルス点灯駆動に
同期して走査され前記投光手段からの光ビームを前記光
源の発光点の配置方向と直交する方向に偏向して被測定
物上に照射する走査手段と、この被測定物からの反射光
を集光する受光手段と、この受光手段により集光される
光ビームの集光位置を検出する位置検出用受光素子と、
この位置検出用受光素子の出力信号に基づき前記被測定
物上・に集光された光ビームの照射点までの距離を演算
する演算手段とを備えた3次元位置認識装置。
Claims (1)
- 複数個の発光点が直線状に配置され時分割にパルス点灯
駆動される光源と、前記各発光点から発せられる光束を
集光する投光手段と、前記光源のパルス点灯駆動に同期
して走査され前記投光手段からの光束を前記光源の発光
点の配置方向と直交する方向に偏向して被測定物上に照
射する走査手段と、この被測定物からの反射光を集光す
る受光手段と、この受光手段により集光される光束の集
光位置を検出する位置検出用受光素子と、この位置検出
用受光素子の出力信号に基づき前記被測定物上に集光さ
れた光束の照射点までの距離を演算する演算手段とを備
えた3次元位置認識装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12625789A JPH02306108A (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 3次元位置認識装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12625789A JPH02306108A (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 3次元位置認識装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02306108A true JPH02306108A (ja) | 1990-12-19 |
Family
ID=14930703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12625789A Pending JPH02306108A (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 3次元位置認識装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02306108A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998051993A1 (fr) * | 1997-05-16 | 1998-11-19 | Olympus Optical Co., Ltd. | Dispositif servant a mesurer une hauteur |
| JP2010048662A (ja) * | 2008-08-21 | 2010-03-04 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 視覚装置 |
| EP3165946A1 (en) * | 2015-11-06 | 2017-05-10 | Ricoh Company, Ltd. | Object detector, sensor, and movable device |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5835410A (ja) * | 1981-08-27 | 1983-03-02 | Canon Inc | 距離検出装置 |
| JPS59204785A (ja) * | 1983-05-09 | 1984-11-20 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 光学的検出装置 |
| JPS6131906A (ja) * | 1984-07-25 | 1986-02-14 | Hitachi Zosen Corp | 三次元測定装置 |
| JPS62190410A (ja) * | 1986-02-18 | 1987-08-20 | Toshiba Corp | 試料面位置測定装置 |
| JPS62223734A (ja) * | 1986-03-26 | 1987-10-01 | Chinon Kk | 測距装置 |
-
1989
- 1989-05-19 JP JP12625789A patent/JPH02306108A/ja active Pending
Patent Citations (5)
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| JP2017090144A (ja) * | 2015-11-06 | 2017-05-25 | 株式会社リコー | 物体検出装置、センシング装置及び移動体装置 |
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