JPH0521165B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0521165B2 JPH0521165B2 JP59148339A JP14833984A JPH0521165B2 JP H0521165 B2 JPH0521165 B2 JP H0521165B2 JP 59148339 A JP59148339 A JP 59148339A JP 14833984 A JP14833984 A JP 14833984A JP H0521165 B2 JPH0521165 B2 JP H0521165B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- observation
- distance
- observation lens
- reflector
- lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
- G01C3/02—Details
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は３角測量の原理を使用した小型の距離
検知装置に係るものである。
検知装置に係るものである。
物体の形状、運動、変形などの計測において
は、距離（長さ、位置）の計測が基本となつてい
る。本発明はそのような距離の計測に使用する距
離検知装置に係るものである。
は、距離（長さ、位置）の計測が基本となつてい
る。本発明はそのような距離の計測に使用する距
離検知装置に係るものである。
従来の技術
物体の形状、運動、変形などの計測に利用する
距離検知法としては、機械式の触針によるものか
ら、光、音波、電気、磁気などの種々の物理現象
を利用した様々な方式の計測法が考案され使用さ
れている。しかし、機械工業における形状計測に
は依然として機械的な触針法が広く用いられてい
る。触針法では変形してしまうような対象物、運
動物体の計測、さらには計測速度の向上などの観
点から、機械的な触針法に代る非接触式の距離セ
ンサの出現が切望されている。光学的な手法を用
いれば対象物に接触しないで距離計測が可能であ
る。
距離検知法としては、機械式の触針によるものか
ら、光、音波、電気、磁気などの種々の物理現象
を利用した様々な方式の計測法が考案され使用さ
れている。しかし、機械工業における形状計測に
は依然として機械的な触針法が広く用いられてい
る。触針法では変形してしまうような対象物、運
動物体の計測、さらには計測速度の向上などの観
点から、機械的な触針法に代る非接触式の距離セ
ンサの出現が切望されている。光学的な手法を用
いれば対象物に接触しないで距離計測が可能であ
る。
本発明者は３角測量の原理を利用した光学的な
距離検知装置を提案した（特願昭58−161088）。
これについて第２図と第３図を参照して説明す
る。３角測量の原理に基づいた計測方法では、３
角形において一辺とその両端における角度が定ま
ると、３角形は一意的に決定され、その一辺に相
対する頂点の位置を求めることができる。この原
理に基づいた距離計測系の１例を第２図に示し
た。２つの観測光学系１，２をある一定距離Ｌだ
け離し光軸が平行となる様に配置する。そして２
つの観測光学系１，２より非測定物体３の注目点
Ｔまでの距離をＺ、注目点Ｔの像が２つの観測光
学系１，２から距離Ａだけ離れた観測位置で、そ
れぞれの光軸よりそれぞれXa，Xbの位置で検出
されるものとすると、注目点Ｔまでの距離Ｚは次
式により求められる。
距離検知装置を提案した（特願昭58−161088）。
これについて第２図と第３図を参照して説明す
る。３角測量の原理に基づいた計測方法では、３
角形において一辺とその両端における角度が定ま
ると、３角形は一意的に決定され、その一辺に相
対する頂点の位置を求めることができる。この原
理に基づいた距離計測系の１例を第２図に示し
た。２つの観測光学系１，２をある一定距離Ｌだ
け離し光軸が平行となる様に配置する。そして２
つの観測光学系１，２より非測定物体３の注目点
Ｔまでの距離をＺ、注目点Ｔの像が２つの観測光
学系１，２から距離Ａだけ離れた観測位置で、そ
れぞれの光軸よりそれぞれXa，Xbの位置で検出
されるものとすると、注目点Ｔまでの距離Ｚは次
式により求められる。
Ｚ＝Ａ×Ｌ／（Xa＋Xb）
しかし、この距離計測方法においては、測定精
度上どうしても２つの観測光学系間の距離Ｌを一
定距離離して配置する必要がある。その結果装置
全体として大きくなつてしまい、内視鏡などの様
に全体としてできるだけ小さくしたい場合には、
適用できないのが欠点であつた。この欠点を解消
するものとして第３図の距離検知装置の構成を提
案した（特願昭58−161088）。第３図において、
観測レンズ５、観測レンズの光軸６に対し観測レ
ンズの節点０の部分において光軸６より距離ｄだ
け離れた点を通り観測レンズの光軸に平行な線に
対しφの角度傾いた線７上に反射体８を配置す
る。被測定物体３上の任意の１点Ｔからの光は反
射体８により反射され観測レンズ５により観測面
９上のT1に結像する。一方被測定物体３上の一
点Ｔからの、反射体で反射されない光は観測レン
ズにより観測面上のT0に結像する。
度上どうしても２つの観測光学系間の距離Ｌを一
定距離離して配置する必要がある。その結果装置
全体として大きくなつてしまい、内視鏡などの様
に全体としてできるだけ小さくしたい場合には、
適用できないのが欠点であつた。この欠点を解消
するものとして第３図の距離検知装置の構成を提
案した（特願昭58−161088）。第３図において、
観測レンズ５、観測レンズの光軸６に対し観測レ
ンズの節点０の部分において光軸６より距離ｄだ
け離れた点を通り観測レンズの光軸に平行な線に
対しφの角度傾いた線７上に反射体８を配置す
る。被測定物体３上の任意の１点Ｔからの光は反
射体８により反射され観測レンズ５により観測面
９上のT1に結像する。一方被測定物体３上の一
点Ｔからの、反射体で反射されない光は観測レン
ズにより観測面上のT0に結像する。
反射体に対し観測レンズ５と対称な位置に配置
された仮想的なレンズ１０により仮想的な観測面
１１上につくられるＴの仮想的な像T1vは反射体
８により反射され観測面９上に結像されたＴの像
T1と互いに線７に対し対称の関係となる。像T0
は観測レンズ５を通じて観測されたものであり、
又T1は線７に対し観測レンズ５と鏡像の関係の
位置に配置された仮想的レンズ１０を通じて観測
されたT1vと等価である。但し観測面上でT1と
T1vとの検出される座標値の符号は反対である。
された仮想的なレンズ１０により仮想的な観測面
１１上につくられるＴの仮想的な像T1vは反射体
８により反射され観測面９上に結像されたＴの像
T1と互いに線７に対し対称の関係となる。像T0
は観測レンズ５を通じて観測されたものであり、
又T1は線７に対し観測レンズ５と鏡像の関係の
位置に配置された仮想的レンズ１０を通じて観測
されたT1vと等価である。但し観測面上でT1と
T1vとの検出される座標値の符号は反対である。
これは観測レンズ５と仮想的なレンズ１０とに
よる従来の三角測量における構成と等価であり、
第３図においてφ＝０、ｄ＝Ｌ／２とした配置は
第２図に示した配置と基本的には同一となる。し
たがつて、反射体８と観測レンズ５を第３図の様
に配置することにより観測レンズと仮想的なレン
ズを用いた三角測量の原理による距離計測検知装
置を構成したものと同様な効果を得ることができ
る。しかもその大きさは２つのレンズを使用した
第２図の距離検知装置に比べ約半分程度の大きさ
になり装置全体を小型化できる。第３図の配置に
おいては距離を算出する式は第２図の場合よりや
や複雑になる。
よる従来の三角測量における構成と等価であり、
第３図においてφ＝０、ｄ＝Ｌ／２とした配置は
第２図に示した配置と基本的には同一となる。し
たがつて、反射体８と観測レンズ５を第３図の様
に配置することにより観測レンズと仮想的なレン
ズを用いた三角測量の原理による距離計測検知装
置を構成したものと同様な効果を得ることができ
る。しかもその大きさは２つのレンズを使用した
第２図の距離検知装置に比べ約半分程度の大きさ
になり装置全体を小型化できる。第３図の配置に
おいては距離を算出する式は第２図の場合よりや
や複雑になる。
いまT0，T1の観測面上での座標値をそれぞれ、
Xn0，Xn1とすると、注目する１点Ｔまでの距離
およびｘ座標値は次式で与えられる。
Xn0，Xn1とすると、注目する１点Ｔまでの距離
およびｘ座標値は次式で与えられる。
Ｚ＝ad（xn1・sin2φ−2acos2φ）／ａ（asi
n2φ＋xn1・cos2φ）−xn0・（acos2φ−xn1・sin2φ）
ｘ＝−xn0・Ｚ／ａ 第３図の例では反射体を１個使用しているが、
２枚の反射鏡を光軸に平行に、又は観測レンズに
向かつて末広がりに配置してもよいし、１個の円
筒形形もしくは円錐形の反射体を使用してもよ
い。
n2φ＋xn1・cos2φ）−xn0・（acos2φ−xn1・sin2φ）
ｘ＝−xn0・Ｚ／ａ 第３図の例では反射体を１個使用しているが、
２枚の反射鏡を光軸に平行に、又は観測レンズに
向かつて末広がりに配置してもよいし、１個の円
筒形形もしくは円錐形の反射体を使用してもよ
い。
発明が解決しようとする問題点
観測レンズの光軸方向における対象物上の任意
の一点の変位（距離変化△Ｚ）に対する検出感度
（対象物上の点の光軸方向の変位△Ｚに対する観
測面上の像の位置変化△Ｙの比：△Ｙ／△Ｚ）を
高めようとすると、観測レンズ５から観測面９ま
での距離ａを観測レンズ５から対象物上の点まで
の距離Ｚに比してはるかに大きくしなければなら
ないが（ａ≫Ｚ）、そのような拡大光学系とする
と観測面上での像形成位置が観測レンズの光軸か
ら大きく離れ、結局距離検知装置を大きくしてし
まうという問題があつた（第１図参照）。
の一点の変位（距離変化△Ｚ）に対する検出感度
（対象物上の点の光軸方向の変位△Ｚに対する観
測面上の像の位置変化△Ｙの比：△Ｙ／△Ｚ）を
高めようとすると、観測レンズ５から観測面９ま
での距離ａを観測レンズ５から対象物上の点まで
の距離Ｚに比してはるかに大きくしなければなら
ないが（ａ≫Ｚ）、そのような拡大光学系とする
と観測面上での像形成位置が観測レンズの光軸か
ら大きく離れ、結局距離検知装置を大きくしてし
まうという問題があつた（第１図参照）。
本発明の目的は距離検知装置の寸法を増大する
ことなく検出感度を高めた距離検知装置を提供す
ることである。
ことなく検出感度を高めた距離検知装置を提供す
ることである。
問題点を解決するための手段
この目的は本発明に従つて、１つの観測レンズ
と、この観測レンズの一側に配置した少なくとも
１つの第１反射体と、前記の観測レンズの他側に
配置した少なくとも１つの第２反射体とを備え、
被測定物体上の任意の一点からの光が直接入射
し、且つ前記の任意の一点からの光が前記の第１
反射体により反射されて入射する位置に前記の観
測レンズを配置し、そして第１反射体から反射さ
れ観測レンズを通つた光を反射する位置に第２反
射体を配置することにより達成される（第１図破
線参照）。すなわち第２反射体１２を観測レンズ
５の他側に配置することにより第１反射体８から
反射され観測レンズ５を通つた光を反射して観測
レンズ５の光軸から比較的近い距離に結像させる
（T1；T1′）。この場合、距離変化に対する結像位
置の変化の比は、反射させずに結像した場合と変
わらず、従つて検出感度は高められ、しかも距離
検知装置の寸法を増大せしめてはいない。
と、この観測レンズの一側に配置した少なくとも
１つの第１反射体と、前記の観測レンズの他側に
配置した少なくとも１つの第２反射体とを備え、
被測定物体上の任意の一点からの光が直接入射
し、且つ前記の任意の一点からの光が前記の第１
反射体により反射されて入射する位置に前記の観
測レンズを配置し、そして第１反射体から反射さ
れ観測レンズを通つた光を反射する位置に第２反
射体を配置することにより達成される（第１図破
線参照）。すなわち第２反射体１２を観測レンズ
５の他側に配置することにより第１反射体８から
反射され観測レンズ５を通つた光を反射して観測
レンズ５の光軸から比較的近い距離に結像させる
（T1；T1′）。この場合、距離変化に対する結像位
置の変化の比は、反射させずに結像した場合と変
わらず、従つて検出感度は高められ、しかも距離
検知装置の寸法を増大せしめてはいない。
以下に第４，５図を参照して本発明の実施例に
ついてその構成と作用を説明する。
ついてその構成と作用を説明する。
第４図を参照する。第４図において、１つの観
測レンズ５の一側に平面鏡８を２枚光軸に平行に
配置し、そして観測レンズ５の他側に別の平面鏡
１２を２枚光軸に平行に配置する。形状、運動、
変形などについて計測しようとしている被測定物
体上へ観測レンズ５を通つて光ビーム１３が投射
され、被測定物体３の上に輝点Ｔをつくる。この
輝点からの光は第１反射体８で反射され観測レン
ズを通つて第２反射体１２で反射され最終的に観
察面９上に結像する。
測レンズ５の一側に平面鏡８を２枚光軸に平行に
配置し、そして観測レンズ５の他側に別の平面鏡
１２を２枚光軸に平行に配置する。形状、運動、
変形などについて計測しようとしている被測定物
体上へ観測レンズ５を通つて光ビーム１３が投射
され、被測定物体３の上に輝点Ｔをつくる。この
輝点からの光は第１反射体８で反射され観測レン
ズを通つて第２反射体１２で反射され最終的に観
察面９上に結像する。
第５図は反射体として円筒状のものを使用した
場合で、ビームを観測レンズ５の光軸に沿つて投
射すると観察面上で被測定物体上の輝点Ｔの像は
環状となつて観察面に現れ、被測定物体上の任意
の点までの距離はこの環の半径の直接の関数とし
て計測することができる。
場合で、ビームを観測レンズ５の光軸に沿つて投
射すると観察面上で被測定物体上の輝点Ｔの像は
環状となつて観察面に現れ、被測定物体上の任意
の点までの距離はこの環の半径の直接の関数とし
て計測することができる。
実施例はいずれもたゞ１つの第２反射体を使用
しているが、拡大率（ａ／ｚ）が大きい場合には
観測レンズの他側で複数回反射させることも必要
となり、その場合はそれに応じた個数の第２反射
体を使用する。又、第２反射体を光軸に対して末
広がりに配置させることにより平行に配置した場
合よりも更に光軸に直交する方向の寸法を減少さ
せることもできる。
しているが、拡大率（ａ／ｚ）が大きい場合には
観測レンズの他側で複数回反射させることも必要
となり、その場合はそれに応じた個数の第２反射
体を使用する。又、第２反射体を光軸に対して末
広がりに配置させることにより平行に配置した場
合よりも更に光軸に直交する方向の寸法を減少さ
せることもできる。
効 果
叙上から明らかなように、本発明により距離検
知装置は拡大光学系を使用して距離検出感度を高
めているにもかゝわらずその光軸に直交する方向
の寸法は大きくされることはない。又、第２反射
体として円筒または円錐鏡を使用した場合には観
測面上に得られる像のＳ／Ｎ比は高められる。
知装置は拡大光学系を使用して距離検出感度を高
めているにもかゝわらずその光軸に直交する方向
の寸法は大きくされることはない。又、第２反射
体として円筒または円錐鏡を使用した場合には観
測面上に得られる像のＳ／Ｎ比は高められる。
第１図は第３図の距離検知装置に拡大光学系を
採用した場合の構成と、本発明の構成とを対比し
て示す説明図である。第２図は従来の距離計測法
の説明図である。第３図は既に本発明者が提案し
た距離検知装置の一例を示す説明図である。第４
図は本発明の距離検知装置の一実施例を示す斜視
図である。第５図は本発明の別の実施例を示す斜
視図である。 図中；３…被測定物体、５…観測レンズ、８…
第１反射体、１２…第２反射体。
採用した場合の構成と、本発明の構成とを対比し
て示す説明図である。第２図は従来の距離計測法
の説明図である。第３図は既に本発明者が提案し
た距離検知装置の一例を示す説明図である。第４
図は本発明の距離検知装置の一実施例を示す斜視
図である。第５図は本発明の別の実施例を示す斜
視図である。 図中；３…被測定物体、５…観測レンズ、８…
第１反射体、１２…第２反射体。
Claims (1)
- １ １つの観測レンズと、この観測レンズの一側
に配置した少なくとも１つの第１完全反射体と、
前記の観測レンズの他側に配置した少なくとも１
つの第２完全反射体とを備え、被測定物体上の任
意の一点からの光が直接入射し、且つ前記の任意
の一点からの光が前記の第１完全反射体により反
射されて入射する位置に前記の観測レンズを配置
し、そして第１完全反射体から反射され観測レン
ズを通つた光を反射する位置に第２完全反射体を
配置したことを特徴とする距離検知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14833984A JPS6126812A (ja) | 1984-07-17 | 1984-07-17 | 距離検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14833984A JPS6126812A (ja) | 1984-07-17 | 1984-07-17 | 距離検知装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6126812A JPS6126812A (ja) | 1986-02-06 |
| JPH0521165B2 true JPH0521165B2 (ja) | 1993-03-23 |
Family
ID=15450556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14833984A Granted JPS6126812A (ja) | 1984-07-17 | 1984-07-17 | 距離検知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6126812A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011064617A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Fukuoka Institute Of Technology | 三次元情報計測装置および三次元情報計測方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0689228B2 (ja) * | 1986-02-12 | 1994-11-09 | 帝人化成株式会社 | 樹脂組成物 |
| JPS63298113A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-05 | Rikagaku Kenkyusho | 光学的距離検出装置の結像光学系の構成 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56168104A (en) * | 1980-05-28 | 1981-12-24 | Rikagaku Kenkyusho | Detector for mark position |
| JPS59154314A (ja) * | 1983-02-24 | 1984-09-03 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 距離および傾斜角測定装置 |
-
1984
- 1984-07-17 JP JP14833984A patent/JPS6126812A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011064617A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Fukuoka Institute Of Technology | 三次元情報計測装置および三次元情報計測方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6126812A (ja) | 1986-02-06 |
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