JPH02306109A - 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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- JPH02306109A JPH02306109A JP12625889A JP12625889A JPH02306109A JP H02306109 A JPH02306109 A JP H02306109A JP 12625889 A JP12625889 A JP 12625889A JP 12625889 A JP12625889 A JP 12625889A JP H02306109 A JPH02306109 A JP H02306109A
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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被測定物の
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。
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から被測定物3までの距離をL1
基線長を81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の光軸中心からスポッ
ト光の重心位置までの距離Xは次の(1)式になる。
基線長を81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の光軸中心からスポッ
ト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1j
iffiLが求められ、(X、Y、Z)の3次元位置の
認識が行われていた。
)位置検出用受光素子5により、変位置を示す(1)式
の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1j
iffiL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
させなければならない。従って、3次元位置認識のため
の1回の計測に要する時間は長くかかる。このため、従
来の装置は、静的な被測定物を対象にする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
させなければならない。従って、3次元位置認識のため
の1回の計測に要する時間は長くかかる。このため、従
来の装置は、静的な被測定物を対象にする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、動的物体についても認識可能な3次元
位置認識装置を提供することを目的とする。
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
2次元配置され時分割にパルス点灯駆動される光源と、
発光点からの光束を集光して被測定物上に照射する投光
手段と、被測定物からの反射光を集光する受光手段と、
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、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の照射点までの距離を
演算する演算装置とを備えたことを特徴とするものであ
る。
2次元配置され時分割にパルス点灯駆動される光源と、
発光点からの光束を集光して被測定物上に照射する投光
手段と、被測定物からの反射光を集光する受光手段と、
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、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の照射点までの距離を
演算する演算装置とを備えたことを特徴とするものであ
る。
本発明によれば、光源から発せられる光束は、2次元配
置された発光点が時分割に順次パルス点燈駆動されるこ
とにより、2次元走査される。
置された発光点が時分割に順次パルス点燈駆動されるこ
とにより、2次元走査される。
以下、添付図面を参照し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よる構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、gx5(45)個の発光ダイオード20と
、この発光ダイオード20から発せられる光を伝搬する
9X5(45)本の光ファイバ19と、各光ファイバ1
9の出力側の端面を9列で5行の2次元配置されな発光
点l t、t 。
、この発光ダイオード20から発せられる光を伝搬する
9X5(45)本の光ファイバ19と、各光ファイバ1
9の出力側の端面を9列で5行の2次元配置されな発光
点l t、t 。
Ω 、・・・、F 、、lll 、・・・・
・・g )に固2.1 9.1
1、 9.5定するホルダー18とか
ら構成されている。この2次元配置により、各光ファイ
バ19の端面は(x、y)平面に位置するようになり、
各発光ダイオード20は時分割に順次パルス点燈駆動さ
れる。なお、この発光ダイオード20は半導体レーザで
あっても良い。また、光源11の発光点の数は9X5個
に設定しているが、これは図面および説明の簡略化のた
めであり、必ずしもこの数に限定されるものではない。
・・g )に固2.1 9.1
1、 9.5定するホルダー18とか
ら構成されている。この2次元配置により、各光ファイ
バ19の端面は(x、y)平面に位置するようになり、
各発光ダイオード20は時分割に順次パルス点燈駆動さ
れる。なお、この発光ダイオード20は半導体レーザで
あっても良い。また、光源11の発光点の数は9X5個
に設定しているが、これは図面および説明の簡略化のた
めであり、必ずしもこの数に限定されるものではない。
投光レンズ12は、その光軸が2次元配置された45個
の発光点の中心にある発光点g の中5.3 心に一致した状態に設置されており、各光ファイバ19
の端面から出力される光束を被測定物13上に集光して
照射する。ここで、この投光レンズ12の光軸はZ軸に
一致し、以下、これを距離検出軸と呼ぶことにする。そ
して、光源11の発光ダイオード20がg からg
まで時分割に1.1 9.5 順次パルス点燈されることにより、被測定物13上に照
射パターンが描かれる。図示の状態はg の発光点ま
で点燈した状態を示している。
の発光点の中心にある発光点g の中5.3 心に一致した状態に設置されており、各光ファイバ19
の端面から出力される光束を被測定物13上に集光して
照射する。ここで、この投光レンズ12の光軸はZ軸に
一致し、以下、これを距離検出軸と呼ぶことにする。そ
して、光源11の発光ダイオード20がg からg
まで時分割に1.1 9.5 順次パルス点燈されることにより、被測定物13上に照
射パターンが描かれる。図示の状態はg の発光点ま
で点燈した状態を示している。
5・31
なお、照射パターンは瞬時的には一点しか照射されてお
らず、他の点は残像として見えているにすぎない。
らず、他の点は残像として見えているにすぎない。
被測定物13からの反射光は、距離検出軸(Z軸)を中
心にして対称に配置された一対の受光レンズ14及び1
5により受光される。受光された光束は集光されて一対
の位置検出用受光素子16及び17に照射される。この
一対の位置検出用受光素子16及び17は、距離検出軸
を中心にして対称に配置されそおり、各受光面上に集光
される光束の集光位置に対応して出力信号を発生する。
心にして対称に配置された一対の受光レンズ14及び1
5により受光される。受光された光束は集光されて一対
の位置検出用受光素子16及び17に照射される。この
一対の位置検出用受光素子16及び17は、距離検出軸
を中心にして対称に配置されそおり、各受光面上に集光
される光束の集光位置に対応して出力信号を発生する。
出力信号は後述する演算手段に与えられ、被測定物13
上の各照射点までの距離(L)が演算される。また、投
光レンズ12から被測定物13上に照射される光束のX
軸、Y軸に対する各走査角(θ 、θ )は、光源11
をパルス点灯させるy 駆動信号から知ることが出来、この走査角と被測定物1
3までの距離(L)とから3次元の位置認識が可能にな
る。
上の各照射点までの距離(L)が演算される。また、投
光レンズ12から被測定物13上に照射される光束のX
軸、Y軸に対する各走査角(θ 、θ )は、光源11
をパルス点灯させるy 駆動信号から知ることが出来、この走査角と被測定物1
3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1゛6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、例えば兵松ホトニクス株式会社
製の型名が51662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。
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、例えば兵松ホトニクス株式会社
製の型名が51662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+型型半体体層27、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+型型半体体層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゛掻出器25の共逍電極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IOが共通電極30からn型半導体層29に向って流
れる。
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IOが共通電極30からn型半導体層29に向って流
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R6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Rxとすると、光電施工。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R6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Rxとすると、光電施工。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■いおよび電極32への電
流■8は、それぞれ次式に示される。
流■8は、それぞれ次式に示される。
■ −■ −[Rx/Rc]
O
r ’−t ・ [(Ro−RX)/Ro]−(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 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。
I wA 11x/C
O
I −1・ [(C−x)/Cコ
−(3)O のうよに表現される。
−(3)O のうよに表現される。
(3)式かられかるように、電流I 、I を八
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。
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示すための
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、図面および説明を簡略化するた
め、m×n (9X5)個の発光点の内、m−1〜9(
列)、n−1(行)の発光点のみを図示し、n≧2の発
光点は省略しである。また、位置検出用受光素子16及
び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示すための
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、図面および説明を簡略化するた
め、m×n (9X5)個の発光点の内、m−1〜9(
列)、n−1(行)の発光点のみを図示し、n≧2の発
光点は省略しである。また、位置検出用受光素子16及
び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 が各結線に得られるようB 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 が各結線に得られるようB になっている。
第3図は光源11の発光点g −Ω のう1.1
9.1 ち、発光点g がパルス点燈した時の距離検出5.1 の原理を示す図である。
9.1 ち、発光点g がパルス点燈した時の距離検出5.1 の原理を示す図である。
ここで、距離検出器から被n1定物13までの距離をL
1披測定物が二点鎖線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B
1受光レンズ14゜15から位置検出用受光素子16.
17までの間隔をfとする。また、受光レンズ14.1
5の光軸から位置検出用受光素子16.17の受光面に
おける彼ΔP1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。から距離しNに
移動した時の集光位置の各移動量をそれぞれΔX 、Δ
x2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。
1披測定物が二点鎖線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B
1受光レンズ14゜15から位置検出用受光素子16.
17までの間隔をfとする。また、受光レンズ14.1
5の光軸から位置検出用受光素子16.17の受光面に
おける彼ΔP1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。から距離しNに
移動した時の集光位置の各移動量をそれぞれΔX 、Δ
x2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。
x = f−B / L o
=・(4)X+Δx −x+Δx −f−B/LN・
・・(5)ΔXi −ΔX2 −f−B (1/L −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 、I からX、Δx1゜B 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N ができる。被測定物13が距離Loにある時に各受光面
上に集光される位置を、各位置検出用受光素子16.1
7の電気的中心位置(1−IBになる集光位置SP)に
一致するように調整しておくと、被測定物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1111
1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。
=・(4)X+Δx −x+Δx −f−B/LN・
・・(5)ΔXi −ΔX2 −f−B (1/L −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 、I からX、Δx1゜B 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N ができる。被測定物13が距離Loにある時に各受光面
上に集光される位置を、各位置検出用受光素子16.1
7の電気的中心位置(1−IBになる集光位置SP)に
一致するように調整しておくと、被測定物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1111
1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g −Ω のう1.1
9.1 ち、発光点g がパルス点燈した時の距離検出1.1 の原理を示す図である。
9.1 ち、発光点g がパルス点燈した時の距離検出1.1 の原理を示す図である。
この場合には、発光点g は投光レンズ121.1
の光軸から6g1だけ図の上側に位置しているので、被
測定物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n1定物13が距離り。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 、X だけ離れ
た位置になる。
測定物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n1定物13が距離り。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 、X 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X、、X の
位置からそれぞれΔX 、ΔX2だけずれた位置になる
。
した場合には、スポット光の集光位置はX、、X の
位置からそれぞれΔX 、ΔX2だけずれた位置になる
。
位置検出用受光素子16における距離と変位量との関係
について求めると、以下のようになる。
について求めると、以下のようになる。
x + x 1
−f−(B+へ、ill −L /f)/L。
−(f−B +ΔΩ ・ L)/L ・
・・ (7)X+Xl +ΔXt −f・ (B+ΔΩ ・L /f) /LNN −(f−B +ΔΩ ・ L)/L ・
・・ (8)IN N この(7)式及び(8)式より次の(9)式が成り立つ
。
・・ (7)X+Xl +ΔXt −f・ (B+ΔΩ ・L /f) /LNN −(f−B +ΔΩ ・ 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+ΔN −I、 )/LNt
IN −(f−B+6g ・L )/L。
IN −(f−B+6g ・L )/L。
=、f−B(1/L −1/Lo)・ (9)次に、
位置検出用受光素子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。
位置検出用受光素子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−ΔΩ ・L)/L ・・・(10)x
−x2+Δx2 −f ・ (B−6g φL / f ) / L
NN −(f−B−6g ・L)/L ・・・(11)I
N N この(10)式及び(11)式より次の(12)式が成
り立つ。
−x2+Δx2 −f ・ (B−6g φL / f ) / L
NN −(f−B−6g ・L)/L ・・・(11)I
N N この(10)式及び(11)式より次の(12)式が成
り立つ。
Δx =(f−B−ΔΩ ・L)/LN2
1N −(f φB−Δg ・L)/L。
1N −(f φB−Δg ・L)/L。
1〇
−f−B (1/L −1/Lo)
・・・ (12)
(10)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が位置検出用受光索
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Ω がパルス
5.1 点燈した時と同じ変位量になっていることがわかる。
−)符号がついている理由は、Xlが位置検出用受光索
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Ω がパルス
5.1 点燈した時と同じ変位量になっていることがわかる。
同様にして、光源11の他の発光点Ω2,1〜g 及
び発光点Ω 〜g がパルス点燈し4.1
B、1 9.また時の距離と、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9個の発光点(Ω 〜g
)のど1.1 9.1 の発光点がパルス点燈している時でも、距離りの変化に
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 、ΔX 2 )■ は同じ値になる。
び発光点Ω 〜g がパルス点燈し4.1
B、1 9.また時の距離と、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9個の発光点(Ω 〜g
)のど1.1 9.1 の発光点がパルス点燈している時でも、距離りの変化に
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 、ΔX 2 )■ 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! 、I
から後述するように演算されるVB 被測定物13までの距離を示す信号演算値は同じ値にな
る。この数値は、光源11において直線上に配置された
9個の発光点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
器(Z軸)に直交した平面(X、Y平面)に照射される
場合には同じ数値になる。
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! 、I
から後述するように演算されるVB 被測定物13までの距離を示す信号演算値は同じ値にな
る。この数値は、光源11において直線上に配置された
9個の発光点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
器(Z軸)に直交した平面(X、Y平面)に照射される
場合には同じ数値になる。
また、被測定物13へ照射されるm列でn行の発光点g
のうち、nが1以外の発光点を時分111+口 割に順次パルス点燈することによってY軸方向に照射光
束を走査しても、位置検出用受光素子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、生じた光電流1.IBから演算される
被測定物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。
のうち、nが1以外の発光点を時分111+口 割に順次パルス点燈することによってY軸方向に照射光
束を走査しても、位置検出用受光素子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、生じた光電流1.IBから演算される
被測定物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。
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め9×5個の発光点p −Ω に1.1
9.5 は9×5個の発光ダイ°オードL E D 1,1〜L
E D 9 、 sが用いられ、これらはLED駆動
回路U からの駆動信号D −D により時分
割+3 1.1 9.5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。
9.5 は9×5個の発光ダイ°オードL E D 1,1〜L
E D 9 、 sが用いられ、これらはLED駆動
回路U からの駆動信号D −D により時分
割+3 1.1 9.5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。
位置検出用受光素子16.17において得られた光電流
■い及びInは、電流−電圧変換用抵抗r I、 r
で電圧信号V、vBに変換され、コA 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゜U2
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
U3および加算回路U4に送られ、vA−VBおよびV
A+VBの演算がそれぞれ実行される。
■い及びInは、電流−電圧変換用抵抗r I、 r
で電圧信号V、vBに変換され、コA 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゜U2
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
U3および加算回路U4に送られ、vA−VBおよびV
A+VBの演算がそれぞれ実行される。
各演算信号はサンプルアンドホールド回路U5〜U8に
送られ、タイミングコントローラU12がら与えられる
サンプリング信号S 、S2に基づ■ いてサンプリングされ、信号レベルがホールドされる。
送られ、タイミングコントローラU12がら与えられる
サンプリング信号S 、S2に基づ■ いてサンプリングされ、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、U7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、U8に記録される。
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、U7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、U8に記録される。
減算回路U9では回路U6の出力値から回路U5の出力
値が減算され、減算回路U1oでは回路U8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U8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、アーj−aグ割
算器UIIにおいて、(VA−VB)/(V 十V1
3)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、アーj−aグ割
算器UIIにおいて、(VA−VB)/(V 十V1
3)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、距離検出器がら披δp
1定物13までの距離り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°1の出力に同期して、被測定物13上へ
照射される光束の偏゛角がX軸成分(θX)とY軸成分
(θ、)とに分離されてタイミングコントローラU12
がら外部に出力され、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をパルス点灯させる駆動信号のうちのX軸方向に
発光点を走査させる信号ば基づくものであり、■成分デ
ータはこの駆動信号のうちのY軸方向iこ発光点を走査
させる信号に基づくものである。
1定物13までの距離り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°1の出力に同期して、被測定物13上へ
照射される光束の偏゛角がX軸成分(θX)とY軸成分
(θ、)とに分離されてタイミングコントローラU12
がら外部に出力され、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をパルス点灯させる駆動信号のうちのX軸方向に
発光点を走査させる信号ば基づくものであり、■成分デ
ータはこの駆動信号のうちのY軸方向iこ発光点を走査
させる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、被測定物13までの距MLはア
ナログ割算器U11の出力が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、被測定物13までの距MLはア
ナログ割算器U11の出力が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)
XmL−tanθ、 −(15)こ
のように本実施例によれば、2次元配置された9X5個
の発光点が順次パルス点灯駆動されることにより、光源
11から照射される光束は2次元走査される。このため
、従来のように、機械的な可動部分を全く含まないで装
置は(1が成され、電気的方式のみにより光束の走査が
行われる。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
縮化される。この結果、本装置は動的な被n1定物を対
象にする3次元位置認識装置にも適用することが可能に
なる。
)Y−L−tanθ、 −(14)
XmL−tanθ、 −(15)こ
のように本実施例によれば、2次元配置された9X5個
の発光点が順次パルス点灯駆動されることにより、光源
11から照射される光束は2次元走査される。このため
、従来のように、機械的な可動部分を全く含まないで装
置は(1が成され、電気的方式のみにより光束の走査が
行われる。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
縮化される。この結果、本装置は動的な被n1定物を対
象にする3次元位置認識装置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
を用いて構成した場合について説明したがこれに限定さ
れる必要はなく、例えば、1個の受光レンズおよび1個
の位置検出用受光素子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
合には被測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apr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
を用いて構成した場合について説明したがこれに限定さ
れる必要はなく、例えば、1個の受光レンズおよび1個
の位置検出用受光素子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
合には被測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apr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、2次元配置された発光点が時分割に
順次パルス点燈駆動されることにより、2次元走査され
る。このため、機械的可動部のない電気的動作によって
被aP1定物への光束走査が行われ、光源から照射され
る光束の走査性は高速化されて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1Ip1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、2次元配置された発光点が時分割に
順次パルス点燈駆動されることにより、2次元走査され
る。このため、機械的可動部のない電気的動作によって
被aP1定物への光束走査が行われ、光源から照射され
る光束の走査性は高速化されて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1Ip1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g が発光した場合にお5.1 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g が1.1 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
Δ−1定物、14.15・・・受光レンズ、16.17
・・・位置検出用受光素子、18・・・ホルダー、1つ
・・・光ファイバ、20・・・発光ダイオード。 代理人弁理士 長谷用 芳 樹−一一一一二 千尋(ふ(立1橙二芸 再 2 ズ 一殿町ロ距π凄:器 第 6 図 手続補正書 平成1年特許願第126258号 2 発明の名称 4 代 理 人 (郵便番号 1o1)東京都千代田区
東神田二丁目7番9号 U−、Yピル4°階 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10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4行、7行および13行、5頁2
0行、6頁14行および18行、7頁2行、16頁3行
および4行、18頁9行、19頁2行。 11行、14行および15行並びに20頁13行。 16行および17行の「光束」を「光ビーム」に補正す
る。 (4) 明細書15頁18行の「照射光束」を「光ビ
ーム」に補正する。 以 上 特許請求の範囲 1、 複数個の発光点が2次元配置され時分割にパルス
点灯駆動される光源と、前記各発光点からの光ビームを
集光して被測定物上に照射する投光手段と、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装置とを備えた3次元位置認識装
置。 2、 光源は、m×n個の発光素子と、この各発光素子
から発せられる光ビームを伝搬するmX0本の光ファイ
バと、この各光ファイバの出力側の端面をm列でn行の
2次元配置された発光点に固定するホルダとから構成さ
れることを特徴とする請求項1記載の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g が発光した場合にお5.1 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g が1.1 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
Δ−1定物、14.15・・・受光レンズ、16.17
・・・位置検出用受光素子、18・・・ホルダー、1つ
・・・光ファイバ、20・・・発光ダイオード。 代理人弁理士 長谷用 芳 樹−一一一一二 千尋(ふ(立1橙二芸 再 2 ズ 一殿町ロ距π凄:器 第 6 図 手続補正書 平成1年特許願第126258号 2 発明の名称 4 代 理 人 (郵便番号 1o1)東京都千代田区
東神田二丁目7番9号 U−、Yピル4°階 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10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4行、7行および13行、5頁2
0行、6頁14行および18行、7頁2行、16頁3行
および4行、18頁9行、19頁2行。 11行、14行および15行並びに20頁13行。 16行および17行の「光束」を「光ビーム」に補正す
る。 (4) 明細書15頁18行の「照射光束」を「光ビ
ーム」に補正する。 以 上 特許請求の範囲 1、 複数個の発光点が2次元配置され時分割にパルス
点灯駆動される光源と、前記各発光点からの光ビームを
集光して被測定物上に照射する投光手段と、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装置とを備えた3次元位置認識装
置。 2、 光源は、m×n個の発光素子と、この各発光素子
から発せられる光ビームを伝搬するmX0本の光ファイ
バと、この各光ファイバの出力側の端面をm列でn行の
2次元配置された発光点に固定するホルダとから構成さ
れることを特徴とする請求項1記載の3次元位置認識装
置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、複数個の発光点が2次元配置され時分割にパルス点
灯駆動される光源と、前記各発光点からの光束を集光し
て被測定物上に照射する投光手段と、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
る演算装置とを備えた3次元位置認識装置。 2、光源は、m×n個の発光素子と、この各発光素子か
ら発せられる光束を伝搬するm×n本の光ファイバと、
この各光ファイバの出力側の端面をm列でn行の2次元
配置された発光点に固定するホルダとから構成されるこ
とを特徴とする請求項1記載の3次元位置認識装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12625889A JPH02306109A (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 |
|---|---|---|---|
| JP12625889A JPH02306109A (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 3次元位置認識装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02306109A true JPH02306109A (ja) | 1990-12-19 |
Family
ID=14930729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12625889A Pending JPH02306109A (ja) | 1989-05-19 | 1989-05-19 | 3次元位置認識装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02306109A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000017606A1 (fr) * | 1998-09-21 | 2000-03-30 | Kabushiki Kaisha Topcon | Procede de mesure tridimensionnelle et instrument d'etude l'utilisant |
| WO2021200016A1 (ja) * | 2020-03-30 | 2021-10-07 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 測距装置および発光装置 |
Citations (6)
| 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 |
| JPS6129704A (ja) * | 1984-07-20 | 1986-02-10 | Hitachi Zosen Corp | 計測方法 |
| JPS61250505A (ja) * | 1985-04-29 | 1986-11-07 | Mazda Motor Corp | 穴位置検知装置 |
| JPS62188907A (ja) * | 1986-02-14 | 1987-08-18 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 距離計 |
| JPS63302315A (ja) * | 1987-01-27 | 1988-12-09 | Chinon Kk | 距離測定装置 |
-
1989
- 1989-05-19 JP JP12625889A patent/JPH02306109A/ja active Pending
Patent Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| WO2000017606A1 (fr) * | 1998-09-21 | 2000-03-30 | Kabushiki Kaisha Topcon | Procede de mesure tridimensionnelle et instrument d'etude l'utilisant |
| EP1033556A4 (en) * | 1998-09-21 | 2002-03-13 | Topcon Corp | THREE-DIMENSIONAL MEASURING METHOD AND MEASURING INSTRUMENT THAT USES THE METHOD |
| WO2021200016A1 (ja) * | 2020-03-30 | 2021-10-07 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 測距装置および発光装置 |
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