JPS6266111A - 光学的距離検出装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〉 本発明は光学的に物体までの距離を検知する光学的距離
検出装置の改良に関する。

（従来の技術） 物体表面上に光ビームを投射して光像（輝点）を生成し
、その光像を観測レンズによって観測面上へ投影し、観
測面上における光像の投影像の位置を検出し、３角測徴
の原理に基づいて物体表面までの距離を算出する方式の
光学的圧１離検出法が多用されている。第５図に３角測
量による距離検出装置の典型的な構成を示した。この構
成で物体０上の標点Ｔまでの距離Ｚは観測面上における
標点像の位置Ｘ６　およびＸ、を用いて次式で算出され
る。

また、距離検出誤差△Ｚは、次式で見積もられる。

この式から分かるように、計測誤差は、基線長１に反比
例している。すなわち、３角測量の原理に基づく距離検
出法では、基線長を大きくすることが計測精度を確保す
る上で重要であり、これがこの原理に基づく距離検出器
を小型化していく上で一つの障害となっている。

より小型の距離検出器を実現刷るために第６図に示す観
測レンズＬと物体Ｏとの間に鏡Ｍを配置した構造の光学
的小型距離検出法（ＲＯＲ３；Ｒｉｋｅｎ　０ｐｔｉｃ
ａｌ　Ｒａｎｇｅ　Ｓｅｎｓｉｎｇ　Ｓｃｈｅｍｅ）が
考案されている。この方法によれば、光学系の幅を等価
的な基線長よりも著しく狭くすることが可能であり、極
めて小型の距離検出器を実現できる。第６図の構成では
、光軸方向の距離Ｚは次式で与えられる。

・・・・・・・・・　（３） 一方、光ビーム投射レンズと観測レンズとが共用されて
いるために、レンズ表面における投射光の反射が、光位
置検出素子の出力信号へ影響したり、物体上に生成され
る光像の大きさ、収束状態を観測系と独立には設定でき
ないなどの欠点を有する。

本発明の目的は、投射光ビームのレンズ表面における反
射の影響をなくし、また、投射光ビームの収束状態の自
由度を高め、小型、高精度、高安定な光学的距離検出装
置を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 光ビームの投射系と光像の観測系とを独立とし、観測レ
ンズと物体との間に反射体を配置することによりこの目
的は達成される。

（作　用） 光ビームは光像観測系に従属することなく物体上に投射
され、この投射によって形成された光像は、一旦反射体
で反射された後観測レンズを通して光位置検出用素子上
に投影される。この投影の際も、投射光ビームと干渉す
ることがない。

（実施例〉 以下、本発明をいくつかの実施例によって詳しく説明す
る。第１図は本発明の一実施例の平面図であり、第６図
に示した構成で観測レンズＬの中央部に穴Ｈを設け、光
ビームＢがレンズＬに当たらないようにして、光ビーム
Ｂのレンズ面での反射を排除するものである。また、穴
Ｈの部分を平面状として、反射光が光位置検出用素子Ｐ
の方向には戻らないようにするなどの構成も考えられる
。

光軸方向の距離は第６図と同様に式（３）で与えられる
。

第２図の構成は、光ビームの投射系（光源Ｓ）を観測レ
ンズＬに関して物体０側に配置したものである。この構
成においても光軸方向の距離は第６図の構成と同様に式
（３）で与えられる。第２図に示した結像光線の図から
も理解できるように、光投射系を適当な位置に配置すれ
ば、観測レンズＬによる観測面への投射に対して、はと
んど障害にならないように構成することが可能である。

第３図に示した構成は、距離検出器の軸上に光ビーム投
射専用のレンズＬ、を配置し、その軸の周囲に観測用レ
ンズＬ。を配置した実施例である。

光ビーム投射専用レンズＬ、を独立に設けたことにより
、投射光のレンズ表面における反射光の影響を排除でき
、また、投射光ビームの収束状態なども観測レンズと独
立に選択できる。投射レンズＬＰ　により物体０面上に
投影された輝点の像Ｔは反射体Ｍで反射された後、距離
検出器の軸に対して反対側に位置する観測レンズＬ。に
より位置検出用素子Ｐ上に投影される。位置検出素子Ｐ
上に投影された光像の位置を読み取ることによって距離
が検出される。第６図に示されたものとは多少異なり、
距離算出式は、次式であたえられる。

Ｚ＝　（２ａｄ＋ａｄｔ　　（１＋ｔａｎ２　φ）＋２
（ｒ、−ｄｔ　）ｄｔａｎφ）） ＋　　（（ｒ、−ｄｔ　　）　　（１−ｊａｎ’　　φ
）−２ａｔａｎφ）　　　　　　・・・・・・・・・　
　（４）第３図の構成では、観測レンズの光軸を距離検
出器の軸に平行としたが、第４図に示すように、平行と
しない配置もある。第４図に示される実施例の様に、観
測レンズＬｏ　を内側を向けることにより、観測レンズ
Ｌｏ　の収差の小さい範囲を利用できるという利点を生
じる。第４図では、観測面上で撮像状態が改善されるよ
うに、観測面を観測レンズ光軸に対して傾けである。

（”発明の効果） 以上のように、本発明においては、物体表面上に光ビー
ムを投射し、光像を生成し、それを観測面上に投影し、
観測面上に投影された光像の位置を検出して、光学的距
離情報を取得する装置において、光ビーム投射系と観測
系とを分離して配置し、また観測レンズと物体との間に
、光像からの光を反射して観測レンズへ入射させる反射
体を配置しており、これにより、投射光ビームのレンズ
表面における反射光の像位置検出用素子への影響を排除
でき、投射光ビームの収束位置などを観測系と独立に選
定できるため、計測範囲における物体上の光像の大きさ
を望ましい状態となるように設定できる。従って、小型
、高精度、高安定な光学的距離検出装置を実現出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の実施例の平面図、第５図は
３角測量による従来の距離検出法の説明図、 第６図は従来の光学的距離検出装置の平面図。 Ｓ・・・・・・光源、　Ｂ・・・・・・光ビーム、Ｐ・
・・・・・光位置検出素子、　　Ｏ・・・・・・物体、
Ｔ・・・・・・標点、　Ｍ・・・・・・鏡、Ｌ、Ｌ、・
・・・・・観測レンズ、Ｌｐ　・・・・・・投射レンズ
、Ｈ・・・・・・穴。 第６図 雀。 手続補正書（方式） １、事件の表示　　昭和６０年特許願第２０７６６０号
２、発明の名称　　　　光学的距離検出装置３、補正を
する者 事件との関係　　出願人 名称　（６７９）理化学研究所 同　　　浜松ホトニクス株式会社 ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 物体上の光像を光位置検出用素子上に投影する観測レン
   ズ、 前記物体と前記観測レンズとの間に配置された反射体、
   および 前記観測レンズによって収束あるいは反射されない位置
   を通して光ビームを投射して前記物体上に光像を形成す
   る光ビーム投射手段から構成される光学的距離検出装置
   。