JPH0615972B2 - 距離測定方法及びその装置 - Google Patents
距離測定方法及びその装置Info
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- JPH0615972B2 JPH0615972B2 JP28895386A JP28895386A JPH0615972B2 JP H0615972 B2 JPH0615972 B2 JP H0615972B2 JP 28895386 A JP28895386 A JP 28895386A JP 28895386 A JP28895386 A JP 28895386A JP H0615972 B2 JPH0615972 B2 JP H0615972B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、物点までの距離を非接触で測定する距離測
定方法及びその装置に関する。
定方法及びその装置に関する。
物点までの距離を光学系を用いて非接触で測定するに
は、従来第１５図に示すような三角測距法が用いられて
いた。
は、従来第１５図に示すような三角測距法が用いられて
いた。
これを簡単に説明すると、第１レンズ１と第２レンズ２
とを基線長Ｂだけ隔てて配置し、レーザダイオード３か
ら発するレーザ光を第１レンズ１により測距しようとす
る物体上の物点Ｐに照射し、物点Ｐからの反射光を第２
レンズ２でＣＣＤ等のイメージセンサ４上に結像させて
像点Ｐ′の光軸Ｏ２からの距離ｘを検出する。
とを基線長Ｂだけ隔てて配置し、レーザダイオード３か
ら発するレーザ光を第１レンズ１により測距しようとす
る物体上の物点Ｐに照射し、物点Ｐからの反射光を第２
レンズ２でＣＣＤ等のイメージセンサ４上に結像させて
像点Ｐ′の光軸Ｏ２からの距離ｘを検出する。
ここで第２レンズ２の焦点距離をｆとすると、第１レン
ズ１から物点Ｐまでの距離Ｓは次式で算出される。
ズ１から物点Ｐまでの距離Ｓは次式で算出される。
いま、センサ４の検出精度（イメージセンサ４の受光エ
レメントのピツチを示す）をεとすると、測距精度｜Δ
Ｓ｜は となり、イメージセンサ４の検出精度εを一定とする
と。距離測定の精度は、第１，第２レンズ１，２間の基
線長Ｂと第２レンズ２の焦点距離ｆに比例して向上し、
物点までの距離Ｓの自乗に比例して悪くなる。
レメントのピツチを示す）をεとすると、測距精度｜Δ
Ｓ｜は となり、イメージセンサ４の検出精度εを一定とする
と。距離測定の精度は、第１，第２レンズ１，２間の基
線長Ｂと第２レンズ２の焦点距離ｆに比例して向上し、
物点までの距離Ｓの自乗に比例して悪くなる。
しかしながら、このような従来の距離測定方法にあつて
は、距離精度を向上させるには、第２レンズ２の焦点距
離ｆと第１，第２レンズ１，２間の基線長Ｂを大きくし
なければならないので距離測定装置が大きくなると共
に、物点Ｐまでの距離Ｓが遠くなると、測距精度は距離
Ｓの自乗に比例して急激に劣化するという問題点があつ
た。
は、距離精度を向上させるには、第２レンズ２の焦点距
離ｆと第１，第２レンズ１，２間の基線長Ｂを大きくし
なければならないので距離測定装置が大きくなると共
に、物点Ｐまでの距離Ｓが遠くなると、測距精度は距離
Ｓの自乗に比例して急激に劣化するという問題点があつ
た。
この発明は、このような従来の問題点を解決し得る距離
測定方法及びその装置を提供することを目的とする。
測定方法及びその装置を提供することを目的とする。
そのため、この発明による距離測定方法及びその装置
は、第１の発明では、第１の光軸を有する第１の光学系
と、この第１の光軸から所定距離を隔てて平行する第２
の光軸を有するテレセントリツクな第２の光学系とを、
第１の光学系の後側焦平面を第２の光学系の前側焦平面
に一致させて配置し、測距すべき物点を第１の光軸上に
位置させ、この物点の第１，第２の光学系による像点の
第２の光軸からの距離を検出し、この第２の光軸からの
距離と、第１，第２の光学系の焦点距離及び第１，第２
の光軸間の距離から物点までの距離を算出するものであ
る。
は、第１の発明では、第１の光軸を有する第１の光学系
と、この第１の光軸から所定距離を隔てて平行する第２
の光軸を有するテレセントリツクな第２の光学系とを、
第１の光学系の後側焦平面を第２の光学系の前側焦平面
に一致させて配置し、測距すべき物点を第１の光軸上に
位置させ、この物点の第１，第２の光学系による像点の
第２の光軸からの距離を検出し、この第２の光軸からの
距離と、第１，第２の光学系の焦点距離及び第１，第２
の光軸間の距離から物点までの距離を算出するものであ
る。
また、第２の発明は第１の発明を実施するための装置で
あつて、第１の光軸を有する第１の光学系と、この第１
の光軸から所定距離隔てて平行する第２の光軸を有し、
第１の光学系の後側焦平面位置に前側焦平面を一致させ
た第２の光学系と、この第２の光学系の前側焦点の周辺
に設けられ、この第２の光学系をテレセントリツクにす
る絞りと、上記第１の光軸に沿つて物点を照射する照射
手段と、上記第２の光学系の後側焦点の近傍に設けた光
電変換センサと、この光電変換センサからの出力信号を
演算処理する演算手段とを設けたものである。
あつて、第１の光軸を有する第１の光学系と、この第１
の光軸から所定距離隔てて平行する第２の光軸を有し、
第１の光学系の後側焦平面位置に前側焦平面を一致させ
た第２の光学系と、この第２の光学系の前側焦点の周辺
に設けられ、この第２の光学系をテレセントリツクにす
る絞りと、上記第１の光軸に沿つて物点を照射する照射
手段と、上記第２の光学系の後側焦点の近傍に設けた光
電変換センサと、この光電変換センサからの出力信号を
演算処理する演算手段とを設けたものである。
ここで、焦平面とは焦点を含んで光軸に直交する平面を
意味する。
意味する。
上記のように構成した距離測定装置を測定すべき物点に
正対させ、第１の光軸上に物点が位置するようにする。
正対させ、第１の光軸上に物点が位置するようにする。
この状態で物点の第１，第２の光学系による光電変換セ
ンサ上の像点の第２の光軸からの距離をこのセンサから
の出力信号により検出し、この値と第１，第２の光学系
の各焦点距離及び第１，第２光軸間の距離を所定の算出
式に投入して演算手段により処理することにより、物点
までの距離を知ることができる。
ンサ上の像点の第２の光軸からの距離をこのセンサから
の出力信号により検出し、この値と第１，第２の光学系
の各焦点距離及び第１，第２光軸間の距離を所定の算出
式に投入して演算手段により処理することにより、物点
までの距離を知ることができる。
以下、添付図面の第１図乃至第１４図を参照してこの発
明の実施例を説明するが、説明を簡略化するために、以
下の光学系は曲率半径に比して厚さがきわめて薄いレン
ズ系であり、その前側主点と後側主点とは共にレンズの
中心すなわち光心に一致し、前側焦点距離は後側焦点距
離に等しいものと仮定する。
明の実施例を説明するが、説明を簡略化するために、以
下の光学系は曲率半径に比して厚さがきわめて薄いレン
ズ系であり、その前側主点と後側主点とは共にレンズの
中心すなわち光心に一致し、前側焦点距離は後側焦点距
離に等しいものと仮定する。
第１図は、この発明による距離測定装置の光学系を示し
ている。
ている。
１は第１の光軸Ｏ１を有して第１の光学系を構成する第
１レンズ，２は第１の光軸Ｏ１から所定距離隔てて平行
する第１の光軸Ｏ２を有して第２の光学系を構成する第
２レンズである。
１レンズ，２は第１の光軸Ｏ１から所定距離隔てて平行
する第１の光軸Ｏ２を有して第２の光学系を構成する第
２レンズである。
そして、第１レンズ１の後側焦平面と第２レンズの前側
焦平面とを一致させて配置し、第２レンズ２の前側焦点
Ｆ２の周辺に開口径の小さい絞り５を設けて第２レンズ
２をテレセントリツクな光学系とする。
焦平面とを一致させて配置し、第２レンズ２の前側焦点
Ｆ２の周辺に開口径の小さい絞り５を設けて第２レンズ
２をテレセントリツクな光学系とする。
また、第２レンズ２の後側焦点Ｆ２′の近傍に第１，第
２の光軸Ｏ１，Ｏ２に直交してＣＣＤ（チヤージ・カツ
プルド・デバイス）やＰＳＤ（ポジシヨン・センシテイ
ブ・デバイス）等の光電変換センサであるイメージセン
サ４を設ける。
２の光軸Ｏ１，Ｏ２に直交してＣＣＤ（チヤージ・カツ
プルド・デバイス）やＰＳＤ（ポジシヨン・センシテイ
ブ・デバイス）等の光電変換センサであるイメージセン
サ４を設ける。
ここで、第１レンズ１の焦点距離をｆ１，その半径をｈ
１、第２レンズ２の焦点距離をｆ２，その半径をｈ２、
第１，第２の光軸Ｏ１，Ｏ２間の距離をＲ、イメージセ
ンサ４の第２の光軸Ｏ２からの長さを図で下側ｈ４′，
上側ｈ４″，全長をｈ４、分解能をε、絞り５の径を２
ｒ、第１，第２レンズの主点をＨ１，Ｈ２とする。
１、第２レンズ２の焦点距離をｆ２，その半径をｈ２、
第１，第２の光軸Ｏ１，Ｏ２間の距離をＲ、イメージセ
ンサ４の第２の光軸Ｏ２からの長さを図で下側ｈ４′，
上側ｈ４″，全長をｈ４、分解能をε、絞り５の径を２
ｒ、第１，第２レンズの主点をＨ１，Ｈ２とする。
今、第１の光軸Ｏ１上の第１レンズ１から距離Ｓ（前側
焦点Ｆ１から距離ｓ）にあるレーザ光で照射された物点
Ｐの反射光が、第１，第２レンズ１，２によつてイメー
ジセンサ４上の点Ｐ′に至る場合について考える。
焦点Ｆ１から距離ｓ）にあるレーザ光で照射された物点
Ｐの反射光が、第１，第２レンズ１，２によつてイメー
ジセンサ４上の点Ｐ′に至る場合について考える。
この時、第２レンズ２はテレセントリツクであるので、
第２図に示すように、物点Ｐから第１レンズ１を経て絞
り５を通過する光束Ψは第２レンズ２によつてその主光
線Ｐｒに関して対称に進み、その像面は主光線Ｐｒとイ
メージセンサ４の交点Ｐ′に関して対称となる。
第２図に示すように、物点Ｐから第１レンズ１を経て絞
り５を通過する光束Ψは第２レンズ２によつてその主光
線Ｐｒに関して対称に進み、その像面は主光線Ｐｒとイ
メージセンサ４の交点Ｐ′に関して対称となる。
したがつて、イメージセンサ４としてＣＣＤを用いた場
合、各ピクセルの出力Ｉは第３図に示すように中心距離
Δで最高となり、その両側で対称形を画いて次第に低下
し、その中心距離Δ０は Δ０＝Δ１＋（Δ１＋Δ２）／２ で求めることができる。
合、各ピクセルの出力Ｉは第３図に示すように中心距離
Δで最高となり、その両側で対称形を画いて次第に低下
し、その中心距離Δ０は Δ０＝Δ１＋（Δ１＋Δ２）／２ で求めることができる。
なお、ＰＳＤを用いた場合は、光量分布の中心Δ０に対
応した出力が得られるので、そのΔ０の値をそのまま用
いることができる。
応した出力が得られるので、そのΔ０の値をそのまま用
いることができる。
第４図は、第１図に示した光学系において、物点Ｐから
出た光線ρが第１レンズ１により屈折して第２レンズ２
の後側焦点Ｆ２を通り、さらに第２レンズ２により屈折
して第２の光軸Ｏ２に平行に進んでイメージセンサ４上
の点Ｐ′に達し、且つ、物点Ｐから第１レンズ１の点Ｃ
に到る光線ρが第１レンズ１の前側焦点Ｆ１を出て第１
レンズにより屈折して第２の光軸Ｏ２上を進む光線ρ０
に平行している場合を示している。ΔＰＣＨ１とΔＦ１
ＤＨ１の相似関係から またΔＦ２ＣＤとΔＦ２ＥＨ２との相似関係から (ａ)，(ｂ)両式から ここでＳ＝ｆ１＋Ｓであるので 但し、Δは図で上向きの時正とする。
出た光線ρが第１レンズ１により屈折して第２レンズ２
の後側焦点Ｆ２を通り、さらに第２レンズ２により屈折
して第２の光軸Ｏ２に平行に進んでイメージセンサ４上
の点Ｐ′に達し、且つ、物点Ｐから第１レンズ１の点Ｃ
に到る光線ρが第１レンズ１の前側焦点Ｆ１を出て第１
レンズにより屈折して第２の光軸Ｏ２上を進む光線ρ０
に平行している場合を示している。ΔＰＣＨ１とΔＦ１
ＤＨ１の相似関係から またΔＦ２ＣＤとΔＦ２ＥＨ２との相似関係から (ａ)，(ｂ)両式から ここでＳ＝ｆ１＋Ｓであるので 但し、Δは図で上向きの時正とする。
また、イメージセンサ４の検出精度（分解能）をεとす
ると、その測定精度｜δＳ｜は 第５図は、第１図に示す光学系の一部を拡大して示すも
ので、第１レンズ１による物点Ｐ（第１図参照）の像Ｐ
１′の後側焦点Ｆ１′からの距離をｓ′とすると、ニユ
ートンの公式から ｓｓ′＝ｆ１ ２ (ａ) またΔＰ１′Ｆ１′Ａ′とΔＰ１′Ｈ１′Ｃ′との相似
関係から 但し、Ｃ′は絞り５の上限Ａ′を通る物点Ｐからの光線
が第１レンズ１に入射する入射高さとする。
ると、その測定精度｜δＳ｜は 第５図は、第１図に示す光学系の一部を拡大して示すも
ので、第１レンズ１による物点Ｐ（第１図参照）の像Ｐ
１′の後側焦点Ｆ１′からの距離をｓ′とすると、ニユ
ートンの公式から ｓｓ′＝ｆ１ ２ (ａ) またΔＰ１′Ｆ１′Ａ′とΔＰ１′Ｈ１′Ｃ′との相似
関係から 但し、Ｃ′は絞り５の上限Ａ′を通る物点Ｐからの光線
が第１レンズ１に入射する入射高さとする。
(ａ)式と(ｂ)式からｓを求めると この距離ｓは、第２レンズ２がテレセントリツクとなる
ための最大値を示すものであり、第１図に示す光学系に
より測距可能なワークエリアＳは となる。
ための最大値を示すものであり、第１図に示す光学系に
より測距可能なワークエリアＳは となる。
(ｃ)式よりワークエリアを大きくするためには、第１の
光軸Ｏ１と第２の光軸Ｏ２との距離Ｒと絞り５の半径ｒ
を小さくし、第１レンズ１の焦点距離ｆ１とその半径ｈ
１を大きくすればよいことが分る。
光軸Ｏ１と第２の光軸Ｏ２との距離Ｒと絞り５の半径ｒ
を小さくし、第１レンズ１の焦点距離ｆ１とその半径ｈ
１を大きくすればよいことが分る。
ここで、(ｂ)式から距離ｓ′を求めると 次に、第１図に示す光学系の後半部を示す第６図におい
て、像Ｐ１′の第２レンズ２による像Ｐ２′までの後側
焦点Ｆ２′からの距離をｓ″とすると、 ｓ′ｓ″＝ｆ2 2 (ｅ) であるから これに(ｄ)式を代入すると、 また、第２レンズ２による像点Ｐ２′の点Ｐ１′に対す
る倍率βは であるので、像点Ｐ２′から第２の光軸Ｏ２までの距離
Ｒ′は ところで、ΔＦ２Ｈ２ＥとΔＰ１′ＪＦ２との相似関係
から すなわち、 であるから、(ｇ)式のＲ′の値は主光線が第２レンズ２
に入射する入射高に等しくなり、Ｐ２′Ｅは第２光軸Ｏ
２に平行である。
て、像Ｐ１′の第２レンズ２による像Ｐ２′までの後側
焦点Ｆ２′からの距離をｓ″とすると、 ｓ′ｓ″＝ｆ2 2 (ｅ) であるから これに(ｄ)式を代入すると、 また、第２レンズ２による像点Ｐ２′の点Ｐ１′に対す
る倍率βは であるので、像点Ｐ２′から第２の光軸Ｏ２までの距離
Ｒ′は ところで、ΔＦ２Ｈ２ＥとΔＰ１′ＪＦ２との相似関係
から すなわち、 であるから、(ｇ)式のＲ′の値は主光線が第２レンズ２
に入射する入射高に等しくなり、Ｐ２′Ｅは第２光軸Ｏ
２に平行である。
さて、次に絞り５の上限Ａ′を通過した光線の第２レン
ズ２への入射高ｈ２′及びイメージセンサ４への入射高
ｈ４′及びｈ４″を求める。
ズ２への入射高ｈ２′及びイメージセンサ４への入射高
ｈ４′及びｈ４″を求める。
ΔＰ１′Ｆ２Ａ′とΔＰ１′ＥＣとの相似関係から ΔＰ２′ＥとΔＰ′ＫＭとの相似関係から これに(ｈ)式を代入すると (ｋ)式，(ｌ)式及び(ｅ)式より この(ｍ)式及び(ｎ)式を(ｋ)を及び(ｌ)式に代入して
(ｂ)式を用いると また、像点Ｐ′の最大径はワークエリア最大位置にある
像点の径、すなわち２（ｈ４′−Ｑ）である。この式に
(ｄ)式(ｈ)式及び(ｐ)式を用いると、 さらに、物点Ｐが第１レンズ１の前側焦点Ｆ１の内側に
ある時を考えると、この場合は第７図に示すようにすべ
ての位置で第２レンズのテレセントリツク条件を満足さ
せることができ、その極限位置は第８図に示すように、
物点Ｐが第１レンズ１の主点Ｈ１に一致した状態であ
る。
(ｂ)式を用いると また、像点Ｐ′の最大径はワークエリア最大位置にある
像点の径、すなわち２（ｈ４′−Ｑ）である。この式に
(ｄ)式(ｈ)式及び(ｐ)式を用いると、 さらに、物点Ｐが第１レンズ１の前側焦点Ｆ１の内側に
ある時を考えると、この場合は第７図に示すようにすべ
ての位置で第２レンズのテレセントリツク条件を満足さ
せることができ、その極限位置は第８図に示すように、
物点Ｐが第１レンズ１の主点Ｈ１に一致した状態であ
る。
第８図において、物点Ｐから発した光線が絞り５の上限
Ａ′を通つて第２レンズ２に入射高ｈ２′で点Ｇ′に入
射した後屈折して、イメージセンサ４上の点Ｐ′に達す
るものとし、第２の光軸Ｏ２から点Ｐ′までの距離をｈ
４″とすると、ΔＰＧ′ＫとΔＦ２Ｋ′Ｈ２の相似関係
から したがつて、イメージセンサ４の全長ｈ４は(ｌ)式及び
(ｒ)式より、 第２レンズ２の半径ｈ２は、ｈ２′とｈ２″の大きい
方、 ｈ２＝max｛ｈ２′，ｈ２″｝ (６) である。
Ａ′を通つて第２レンズ２に入射高ｈ２′で点Ｇ′に入
射した後屈折して、イメージセンサ４上の点Ｐ′に達す
るものとし、第２の光軸Ｏ２から点Ｐ′までの距離をｈ
４″とすると、ΔＰＧ′ＫとΔＦ２Ｋ′Ｈ２の相似関係
から したがつて、イメージセンサ４の全長ｈ４は(ｌ)式及び
(ｒ)式より、 第２レンズ２の半径ｈ２は、ｈ２′とｈ２″の大きい
方、 ｈ２＝max｛ｈ２′，ｈ２″｝ (６) である。
また、第８図において、 ｓｓ′＝ｆ2 2，ｓ＝ｆ２ であるので ｓ′＝ｆ２ (ｔ) となる。
以上の結果をまとめると、 物点Ｐの第１レンズ１の主点Ｈ１からの距離Ｓは、 但し、Δは第１図で第２の光軸Ｏ２から上にある時正と
する。
する。
測距精度｜δＳ｜は、イメージセンサ４の分解能を
εとすると、 となつて測距精度は物点までの距離Ｓに拘らず一定とな
る。
εとすると、 となつて測距精度は物点までの距離Ｓに拘らず一定とな
る。
物点Ｓの測距可能域Ｓは、 像点Ｐ′の最大径δφは、 このδφの値は小さい方が高精度が得られる。
イメージセンサ４の全長ｈ４は、 第２レンズ２の半径ｈ２は、 ｈ２＝max｛ｈ２′，ｈ２″｝ (６) 但し、 ここで、さらにイメージセンサ４の有効長と分割数につ
いて考察する。
いて考察する。
第８図において、物点Ｐが最近距離にある時の主光線に
よるイメージセンサ４の第２の光軸Ｏ２からの長さｌ４
は、ΔＦ２Ｈ２Ｋ″とΔＦ２ＭＨ１との相似関係から また、第６図から物点Ｐが最遠距離にある時の第２図の
光軸Ｏ２からの長さＱは(ｄ)式及び(ｆ)式より、 したがつて、イメージセンサ４の有効長ｌは イメージセンサ４の分解能がεであるから、分割数Ｎ
は、 となる。
よるイメージセンサ４の第２の光軸Ｏ２からの長さｌ４
は、ΔＦ２Ｈ２Ｋ″とΔＦ２ＭＨ１との相似関係から また、第６図から物点Ｐが最遠距離にある時の第２図の
光軸Ｏ２からの長さＱは(ｄ)式及び(ｆ)式より、 したがつて、イメージセンサ４の有効長ｌは イメージセンサ４の分解能がεであるから、分割数Ｎ
は、 となる。
前述の(３)式をこの分割数Ｎで割ると、 となつて(２)式を得ることができる。
いま、分解能０．３μｍ、全長１２mmのイメージセンサ
４を用いて像径の直径が１mmとなるような光学系を設計
するものとし、イメージセンサ４の両端における余裕を
０．２mmとすれば、イメージセンサ４の有効長ｌは ｌ＝１２−０．７×２＝１０．６ したがつて分割数Ｎは、 Ｎ＝１０．６／０．０００３＝３５３３３ これから色々な測定精度δＳに対する測定可能範囲Ｓを
求めると第１表のようになる。
４を用いて像径の直径が１mmとなるような光学系を設計
するものとし、イメージセンサ４の両端における余裕を
０．２mmとすれば、イメージセンサ４の有効長ｌは ｌ＝１２−０．７×２＝１０．６ したがつて分割数Ｎは、 Ｎ＝１０．６／０．０００３＝３５３３３ これから色々な測定精度δＳに対する測定可能範囲Ｓを
求めると第１表のようになる。
次に、第１０図以下を参照してこの発明を適用した距離
測定装置の具体例を説明する。
測定装置の具体例を説明する。
第１０図に示すものは、第１の光軸Ｏ１を有する第１レ
ンズ１と、第１の光軸Ｏ１に平行する第２の光軸Ｏ２を
有する第２レンズ２とを、それぞれの光軸Ｏ１，Ｏ２を
距離Ｒだけ離して設け、第１レンズ１の後側焦平面に第
２レンズ２の前側焦平面を一致させている。
ンズ１と、第１の光軸Ｏ１に平行する第２の光軸Ｏ２を
有する第２レンズ２とを、それぞれの光軸Ｏ１，Ｏ２を
距離Ｒだけ離して設け、第１レンズ１の後側焦平面に第
２レンズ２の前側焦平面を一致させている。
また、第２レンズ２の前側焦点の周辺に開口径の充分に
小さい絞り５を設けて第２レンズ２をテレセントリツク
な光学系とし、この第２レンズ２の後側焦点の近傍に第
１，第２の光軸Ｏ１，Ｏ２に直交してＣＣＤあるいはＰ
ＳＤ等のイメージセンサ４を設ける。
小さい絞り５を設けて第２レンズ２をテレセントリツク
な光学系とし、この第２レンズ２の後側焦点の近傍に第
１，第２の光軸Ｏ１，Ｏ２に直交してＣＣＤあるいはＰ
ＳＤ等のイメージセンサ４を設ける。
さらに、レーザダイオード３の光線を被測定物に照射す
る集光レンズ６、反射鏡７，８を設けて反射鏡８により
反射したレーザ光が第１レンズ１の中心を通つて第１の
光線Ｏ１上に位置する物点を照射し得るようにして物点
の照射手段としている。
る集光レンズ６、反射鏡７，８を設けて反射鏡８により
反射したレーザ光が第１レンズ１の中心を通つて第１の
光線Ｏ１上に位置する物点を照射し得るようにして物点
の照射手段としている。
第１１図に示すものは、反射鏡９で反射したレーザ光が
第１レンズ前の前方でハーフミラー１０によつて第１の
光軸上にある物点を照射し得るようにし、物点からの反
射光がハーフミラー１０を通つて第１レンズに入射し得
るようにしたほかは第１０図と同様の構成を有してい
る。
第１レンズ前の前方でハーフミラー１０によつて第１の
光軸上にある物点を照射し得るようにし、物点からの反
射光がハーフミラー１０を通つて第１レンズに入射し得
るようにしたほかは第１０図と同様の構成を有してい
る。
なお、上記の両実施例において、イメージセンサ４から
の出力信号は所定の演算を行う演算手段である演算部に
おいて上述の各式に従つて演算処理された後、表示部に
表示されて物点までの距離その他必要な数値を知ること
ができるが、これらの方法は公知のものであるのでのそ
説明は省略する。
の出力信号は所定の演算を行う演算手段である演算部に
おいて上述の各式に従つて演算処理された後、表示部に
表示されて物点までの距離その他必要な数値を知ること
ができるが、これらの方法は公知のものであるのでのそ
説明は省略する。
このような光学系と演算部及び表示部を筺体１１内に収
納するとにより第１２図に示すような非接触マイクロメ
ータを構成することができ、物体の厚さを被接触で測定
することができる。
納するとにより第１２図に示すような非接触マイクロメ
ータを構成することができ、物体の厚さを被接触で測定
することができる。
この発明による距離測定方法の応用例として、常に物点
Ｐを一定の距離に保つ第１３図に示すような装置が考え
られる。この装置は、２分割セルからなるイメージセン
サ４を用い、第１４図に示すように物点の像点Ｐ′を第
１，第２のセル４ａ，４ｂ上に結像させ、各セルからの
出力Ｖ１，Ｖ２の和Ｖ１＋Ｖ２と差｜Ｖ１−Ｖ２｜をそ
れぞれ求める。
Ｐを一定の距離に保つ第１３図に示すような装置が考え
られる。この装置は、２分割セルからなるイメージセン
サ４を用い、第１４図に示すように物点の像点Ｐ′を第
１，第２のセル４ａ，４ｂ上に結像させ、各セルからの
出力Ｖ１，Ｖ２の和Ｖ１＋Ｖ２と差｜Ｖ１−Ｖ２｜をそ
れぞれ求める。
この和Ｖ１＋Ｖ２をコンパレータにより予め定めた出力
値Ｖｒと比較し、差｜Ｖ１−Ｖ２｜と共にロジツク制御
し、 Ｖ１＋Ｖ２＜Ｖｒ の時は不定、すなわち 制御不能 Ｖ１＋Ｖ２＜Ｖｒ の時は ｜Ｖ１−Ｖ２｜≦ε ならそのままでよく、 ｜Ｖ１−Ｖ２｜＞ε なら Ｖ１＋Ｖ２ の時は＋方向へ物点Ｐ を移動させ、 Ｖ１＜Ｖ２ の時は−方向へ物点Ｐ を移動させる。
値Ｖｒと比較し、差｜Ｖ１−Ｖ２｜と共にロジツク制御
し、 Ｖ１＋Ｖ２＜Ｖｒ の時は不定、すなわち 制御不能 Ｖ１＋Ｖ２＜Ｖｒ の時は ｜Ｖ１−Ｖ２｜≦ε ならそのままでよく、 ｜Ｖ１−Ｖ２｜＞ε なら Ｖ１＋Ｖ２ の時は＋方向へ物点Ｐ を移動させ、 Ｖ１＜Ｖ２ の時は−方向へ物点Ｐ を移動させる。
但し、εは位置決め精度で決まる量である。
以上述べたように、この発明による距離測定方法及び装
置は第１の光軸を有する第１の光学系と、第１の光軸か
ら所定距離隔てて平行する第２の光軸を有するテレセン
トリツクな第２の光学系とを、第１の光学系の後側焦平
面を第２の光学系の全側焦平面に一致させて配置し、測
距すべき物点の第１，第２の光学系による像点の第２の
光軸からの距離を検出し、この距離と、第１，第２の光
学系の各焦点距離及び第１第２の光軸間の距離から物点
までの距離を算出するので、測定の精度は物点まで距離
に係らず、一定であり、従来の三角測距法のように距離
が遠くなれば、測距制度が襲撃に劣化するものではな
い。
置は第１の光軸を有する第１の光学系と、第１の光軸か
ら所定距離隔てて平行する第２の光軸を有するテレセン
トリツクな第２の光学系とを、第１の光学系の後側焦平
面を第２の光学系の全側焦平面に一致させて配置し、測
距すべき物点の第１，第２の光学系による像点の第２の
光軸からの距離を検出し、この距離と、第１，第２の光
学系の各焦点距離及び第１第２の光軸間の距離から物点
までの距離を算出するので、測定の精度は物点まで距離
に係らず、一定であり、従来の三角測距法のように距離
が遠くなれば、測距制度が襲撃に劣化するものではな
い。
そのため、使用する光学系の設定如何でミクロンオーダ
からメートルオーダまでの広範囲の距離測定が可能とな
り、精度を向上させようとしても従来のように装置が極
端に大型化する恐れはない。
からメートルオーダまでの広範囲の距離測定が可能とな
り、精度を向上させようとしても従来のように装置が極
端に大型化する恐れはない。
第１図はこの発明の一実施例の光学系を示す構成図、 第２図は第２の光学系をテレセントリツクにする絞りの
作用を示す光路図、 第３図はイメージセンサとして使用するＣＣＤの出力を
示す線図、 第４図は第１図に示した光学系による代表的な光路を示
す光路図、 第５図は第１図に示す光学系の一部を拡大して示す光路
図、 第６図は第１図に示す光学系の後半部の光路図、 第７図は物点が第１レンズの前側焦点の内側にある場合
の光路図、 第８図は物点が第１レンズの主点に一致した場合を仮想
する光路図、 第９図はイメージセンサの一例を示す正面図、 第１０図はこの発明の具体的光学系の配置例を示す説明
図、 第１１図は同じくその他の配置例を示す説明図、 第１２図はこの発明を適用した非接触マイクロメータを
示す斜視図、 第１３図はこの発明の応用例の光学系を示す説明図、 第１４図は同じくその検出回路の一例を示すブロツク
図、 第１５図は従来の距離測定装置の光学系及びその光路を
示す説明図である。 １……第１レンズ（第１の光学系） ２……第２レンズ（第２の光学系） ３……レーザダイオード ４……イメージセンサ（光電変換センサ） ５……絞り、６……集光レンズ ７，８，９……反射鏡、１０……ハーフミラー ｆ１……第１レンズの焦点距離 ｆ２……第２レンズの終点距離 Ｆ１……第１レンズの前側焦点 Ｆ１′……第１レンズの後側焦点 Ｆ２……第２レンズの前側焦点 Ｆ２′……第２レンズの後側焦点 Ｏ１……第１の光軸、Ｏ２……第２の光軸 Ｒ……第１，第２の光軸間の距離 Ｐ……物点、Ｐ′……イメージセンサ上の像点 Δ……像点Ｐ′と第２の光軸との距離
作用を示す光路図、 第３図はイメージセンサとして使用するＣＣＤの出力を
示す線図、 第４図は第１図に示した光学系による代表的な光路を示
す光路図、 第５図は第１図に示す光学系の一部を拡大して示す光路
図、 第６図は第１図に示す光学系の後半部の光路図、 第７図は物点が第１レンズの前側焦点の内側にある場合
の光路図、 第８図は物点が第１レンズの主点に一致した場合を仮想
する光路図、 第９図はイメージセンサの一例を示す正面図、 第１０図はこの発明の具体的光学系の配置例を示す説明
図、 第１１図は同じくその他の配置例を示す説明図、 第１２図はこの発明を適用した非接触マイクロメータを
示す斜視図、 第１３図はこの発明の応用例の光学系を示す説明図、 第１４図は同じくその検出回路の一例を示すブロツク
図、 第１５図は従来の距離測定装置の光学系及びその光路を
示す説明図である。 １……第１レンズ（第１の光学系） ２……第２レンズ（第２の光学系） ３……レーザダイオード ４……イメージセンサ（光電変換センサ） ５……絞り、６……集光レンズ ７，８，９……反射鏡、１０……ハーフミラー ｆ１……第１レンズの焦点距離 ｆ２……第２レンズの終点距離 Ｆ１……第１レンズの前側焦点 Ｆ１′……第１レンズの後側焦点 Ｆ２……第２レンズの前側焦点 Ｆ２′……第２レンズの後側焦点 Ｏ１……第１の光軸、Ｏ２……第２の光軸 Ｒ……第１，第２の光軸間の距離 Ｐ……物点、Ｐ′……イメージセンサ上の像点 Δ……像点Ｐ′と第２の光軸との距離
Claims (2)
- 【請求項１】第１の光軸を有する第１の光学系と、該第
１の光軸から所定距離隔てて平行する第２の光軸を有す
るテレセントリツクな第２の光学系とを、上記第１の光
学系の後側焦平面を上記第２の光学系の前側焦平面に一
致させて配置し、測距すべき物点を上記第１の光軸上に
位置させ、該物点の上記第１，第２の光学系による像点
の上記第２の光軸からの距離を検出し、該第２の光軸か
らの距離と上記第１，第２の光学系の各焦点距離及び上
記第１，第２の光軸間の距離から、物点までの距離を算
出することを特徴とする距離測定方法。 - 【請求項２】第１の光軸を有する第１の光学系と、該第
１の光軸から所定距離隔てて平行する第２の光軸を有
し、上記第１の光学系の後側焦平面位置に前側焦平面を
一致させた第２の光学系と、該第２の光学系の前側焦点
の周辺に設けられ、該第２の光学系をテレセントリツク
にする絞りと、上記第１の光軸に沿つて物点を照射する
照射手段と、上記第２の光学系の後側焦点の近傍に設け
た光電変換センサと、該光電変換センサからの出力信号
を演算処理する演算手段とを設けたことを特徴とする距
離測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28895386A JPH0615972B2 (ja) | 1986-12-05 | 1986-12-05 | 距離測定方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28895386A JPH0615972B2 (ja) | 1986-12-05 | 1986-12-05 | 距離測定方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63142210A JPS63142210A (ja) | 1988-06-14 |
| JPH0615972B2 true JPH0615972B2 (ja) | 1994-03-02 |
Family
ID=17736940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28895386A Expired - Fee Related JPH0615972B2 (ja) | 1986-12-05 | 1986-12-05 | 距離測定方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0615972B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8547397B2 (en) | 2009-03-24 | 2013-10-01 | France Telecom | Processing of an image representative of an observation zone |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8826224D0 (en) * | 1988-11-09 | 1988-12-14 | Gersan Anstalt | Sensing shape of object |
| JPH04290914A (ja) * | 1991-03-20 | 1992-10-15 | Hitachi Zosen Corp | 光学式変位センサおよび光学式変位測定方法 |
| JP2002139304A (ja) * | 2000-10-30 | 2002-05-17 | Honda Motor Co Ltd | 距離測定装置、及び距離測定方法 |
| CN109239732B (zh) * | 2018-11-07 | 2025-02-25 | 北京石头世纪科技股份有限公司 | 激光测距装置及智能清洁设备 |
-
1986
- 1986-12-05 JP JP28895386A patent/JPH0615972B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8547397B2 (en) | 2009-03-24 | 2013-10-01 | France Telecom | Processing of an image representative of an observation zone |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63142210A (ja) | 1988-06-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |