JPS6285813A - 距離測定装置 - Google Patents

距離測定装置

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JPS6285813A
JPS6285813A JP22626385A JP22626385A JPS6285813A JP S6285813 A JPS6285813 A JP S6285813A JP 22626385 A JP22626385 A JP 22626385A JP 22626385 A JP22626385 A JP 22626385A JP S6285813 A JPS6285813 A JP S6285813A
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JP
Japan
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reference line
lens
distance
light
image
Prior art date
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JP22626385A
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English (en)
Inventor
Kimihiko Satake
佐竹 公彦
Kazumitsu Nakajima
中島 一光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHOWA KOKI SEIZO KK
NEC Corp
Original Assignee
SHOWA KOKI SEIZO KK
NEC Corp
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Publication date
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  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、距離測定装置に関し、V#にトンネル等の断
面形状を測定するために用いられる距離測定装置に関す
る。
〔従来の技術〕
従来、この種のトンネルの断面形状を測定するための距
離測定装置は、第2囚に示すように、一定の長さからな
るフレーム等からなる基準線1のらして行き、基準線1
の他端VC置かれた光検出部9の直上ic輝点10が来
を瞬間に信号処理回路6により反射鏡7の回転角をロー
タリエンコーダ8等の回転角を検出する機器によって読
取り、H=LXtanθの公式により基準線1の長さL
と、反射鏡7の回転角から算出した元の反射方向〇とか
ら、基準線1とトンネルの壁面12との距離Hを算出し
ている。
〔発明が解決しよりとする問題点〕
上述した従来の距離測定装置は、原理的には。
特に問題はないが、トンネルの壁面12までの距離Hが
基準線1の侵さLの数倍となると、距@Hの一定の変化
に対する反射鏡7の傾きの変化量が小さくなる。このこ
とは逆にロータリエンコーダ8の分解能に起因する角度
θの読取誤差が生じt場合、算出され定距離Hは、大き
な誤差を有することになる。
従って、距離Hの検出誤差をある一定値以下に抑えるた
めには、高い分解能を有するロータリエンコーダ8が必
要となる。ロータリエンコーダ8は、分解能を高くする
につれて大型かつ高価となり、かつ取扱いも注意が必要
となるので実用上は、大きな障害となっている7 本発明の目的は上記従来の欠点を除去し、ロータリエン
コーダ等の角度検出装置を使用せずに、距M、金高精度
vc測定できる距離測定装置を提供することにある。
口問題点を解決する定めの手段〕 本発明の距離測定装置は、基準線の一端を通りこの基準
線と垂圓な方向vc元全照射する光源と、前記基準線の
他端ic元軸が前記基基準線の角度をなすよりに設けら
れ定レンズと、測定対象VC前記元が当った輝点の前記
レンズによる像が受光面上に結ばれるようVC前記レン
ズに対して傾けられて前記基準線の他端に設けられt光
電素子と、この元1!素子からの信号を処理して前記基
準線と前記測定対象との間の距離を求める信号処理回路
と金含んで構成される。
〔実施例〕
次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例の模式的な側面図である。本
実施す1は、基準線1と、発光源2と基準線1の一端v
装置かれた反射鏡3と基準線1の他端Vcはかれたレン
ズ4とCCD素子5と信号処理回路6とから成り、基準
線lは距離測定の基準となる0反射鏡3は発光源2から
出之光11を基準線1と直角に曲げ、光11はトンネル
の壁面12を照射して、輝点10を作る。基準線1iC
対し一定の角度傾けて設置し之レンズ4は、トンネル壁
面12vc当り輝点10で乱反射され次発光源2からの
元を集光して、CCD素子5上に輝点10の像を結ぶ機
能を有し、CCD素子5はレンズ41Cよって結像され
t元を元が当っ九場所と強さ!’(応じ定電気信号に変
換する機能を有し、信号処理回路6ばCCD素子5から
の信号1もとにレンズ4Vcより結像され次元の重心位
置を求め、測定する距離すなわちトンネル壁面11まで
の高さを算出する機能を有している。以下順を追ってこ
の装置の機能を説明する。
発光源2から出た元11は基準線1の一端に置かれt反
射鏡3により基準線1vc対して直角に曲げられる。こ
の光11がトンネル壁面121/C当り乱反射して輝点
10全生ずる。レンズ4により輝点10の像を結ばせる
場合、トンネル壁12の高さが変化しt際に異なる位置
に結像させることにより、高さを識別するために、レン
ズ4は光11と離れ定場所すなわち基準線1の他端に置
き、かつ元軸を基準線lに対して傾けて、所要の高さ範
囲の輝点10を元軸全中心とした適当な角度範囲内に見
るように配置している。トンネル壁12の高さが異なれ
ば、レンズ4から輝点10を見る角度が異なり、それに
応じて輝点10の結像位置が異なるので、結像点附近1
CCCD素子5全喧いた場合、CCD素子51Cより検
出した結像位置から、トンネル壁12の高さ全算出する
ことが可能となる。
しかし一方、トンネル壁12の高さが異なると、レンズ
4と輝点10との距離が異なることになり、CCD素子
5をレンズ4vc対レ一定の距離の所に+Sいたのでは
ピントがボケる場所が生じ、像の位置を正確に求めるこ
とが出来なくなる。
本発明の王眼は、CCD素子5をレンズ4の元軸と垂直
の方向に対し、一定角度だけ傾けて配置することic↓
す、トンネル壁面12の高さが変化することにより、輝
点10とレンズ4との距離が変化しても、CCD素子5
の面上では、輝点10に対するピントが必ず合うように
した点にある。
以下、第1図に示す実施例に訃けるCCD素子50面上
でのピント合せに関する計算例を示す。
この計算例は、基準線1の長ざが1mで2惧〜55惰の
範囲内のトンネル壁面の高さを測定する場合である。
jan  (2/1) =63.435°、tan  
(5,5/1)=79.695゜ レンズの元IIII會θ;69°fCIiけるとトンネ
ル壁面まT゛の高ざが21の場合の輝点10とレンズ4
t−結ぶ直線と基準線1のなす角度αlは、α1=63
.435−69=−5,565’すなわち輝度10はレ
ンズ4の光軸に対し−5,565゜の方向に見える。
その時のレンズ4と輝点10間の距6’AL l tは
11 ヨXアマF=I了= 2.2361 mレンズの
元軸方向の成分は Z1*CO8i α11 ””2.2361 X co
s(5,565°)=2.2256■焦点距離F=50
mg のレンズで結像させると像位置b1はレンズの公
式より 1/bt=1150−1/2225.6中0.0195
5.b1=51.1491譚 一方トンネル璧までの高さが5.5惜の場合の輝点lO
とレンズ4全結ぶ直線と基準線1のなす角度α2は。
α2 = 79.695−69 = 10.695゜そ
の時のレンズ4と輝点10間の距l#!!t2は12 
= k =7”3〒25 = 5.5902 mレンズ
4の元軸方向の氏分け 12*coslα21=5.5902XCO5(10,
695°)=5.4931m 熱点距離F = 50wmのレンズで結像させると1/
b2=1150−115493.1 =0.01982
. bz −50,4593■ トンネル壁面の高さが2mの場合と55濯の場合では像
位1fltlC51,1491−50,4593=0.
6898mの差が出る。すなわちどちらかにピントラ合
せると他方で約0.7mmのピントのボケが生スる。(
中央にピントを合せても各々約0.35mのボケとなる
)、この量は、結像点の中心位m−を求めて、トンネル
壁面12までの高さを検出しようとする場合、無視し得
ない量である、 コノヒントボケ全補正するためvCCCD素子5を傾け
て使用することが考えられるが、21nおよび5.5惰
に相当する像位置でピントを合せt場合、他の位置での
ピントはどうなるかについて、工3図を用いて説明する
第3図は理解を助けるために、レンズ4およびCCD5
の位置関係を示す部分を拡大して書いている。レンズ4
vcより、A点の像がA′の位置、B点の像がB′の位
置、レンズの元軸上1/C,iる0点の像がC′の位置
ICある場合、A’、B’、C’の位置とCOD素子の
面が一致すればピントのボケが生じない。
前述のピントのボケのmtKrc使用したFi<M’x
使用すると、 (JA”=bt=51.1491m  OB”=b:、
+=50.4593a+A’ A’ =OA’ Xta
rlclll=51.491 X tan(5,555
°)=4.9837sam B’ B’ =OB’ Xtanl(Ezl=50.4
593X tan(10,695°)=9.5298目 ここにA、点は、A′  点全逸るレンズ4の元軸の垂
線とこの元軸との交点、同様vc B“点は、B′点?
通るレンズ4の光軸の垂線とこの元軸との交点である。
また直線A’B’とレンズ4の元軸と垂直な面とがなす
角度は次の大きさとなる。
tan−1((OA″−(JB″)/(A’ A” +
B’ I=1>)= tan−1((51・149]−
50,4593)/、983□+9.5298))= 
tan Q O,6898/ 14.5135 )= 
tan−’(0,04753)=2.7210 すなわちCCD素子5がレンズ4vc対しZ7210傾
いt状態でA′点およびB′点でCCD素子5とA点お
よびB点の像を一致させることが出来る。
CCD素子5とレンズ4の元軸の交点をC“とすると OC“==OA’ −A’ A’ X tan(2,7
21つ=51.1491−4.9837 X tan(
2,721°)=51.1491−0.2369=50
.9122 一万〇〇=Vイt”+ (1:Σ乙W乙IF璽”=2.
79041=2790.4駕 110C’ =1150
−1/2790.4=0.0196420C’=50.
9123 すなわちレンズ4の元軸とCCD5の交わる位置C#と
元軸方向にある輝点Cの像位置C′の差は 50.9122−50.9123=−0,0001醪=
−0,1μ慣この値はピントのボケに対しては全く無視
し得る鎗である。このよう[CCD素子5を傾けること
により、所要の範囲のトンネル壁面12の筋さに対し輝
点10の像のピントt−C0D素子S上に正解に合せる
ことが出来る。
CCL)素子5によシ、輝点1oの像に対応する信号が
送出されるが、この信号を信号処理回路6により処理し
て、像の重心位置を算出する。この重心位置から、輝点
10がレンズ4の光軸に対して、どの方向にあるかを決
定できる。この方向と基準線1の長さ、レンズ4の元軸
の基準線1vc対する傾き角とから、基準線1とトンネ
ル壁面12の距離すなわちトンネル壁面の高ざが算出で
きる。
算出法は下記による。
1)@の重心位置と輝点10のし/ズ4の元軸に対する
角度を事前に較正しておく。重心位置から駆1図に示す
角度α全算出する。
2)基準線1の長さftL、レンズ40元軸の傾き角を
θとすると、トンネル壁面までの高さHは H=LXtan(θ十α) すなわちαが決ればHが算出される。
なお、本発明は、第1図に示す反射鏡3を使用せず発光
源2から直接に元11t−基準線lと垂直な方向に照射
するようにしてもよい、 ま;7CCD素子5の代わ〕にホトトランジスタアレー
のような充電素子を用いてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、基準線と垂直な方向に照
射した元が測定対象に当っ友輝点からの元金基準線と元
軸を一定角度傾は九レンズによシ果尤して、元軸と垂直
な方向に対し一定角度傾は九ftl!素子の面上に結像
させ、その重心位置を信号処理回路によシ算出し、更に
その位tILをもとに基準線から測定対象までの高さを
算出することにより、高分解能のロータリエンコーダを
用いることなく、高精度に基準線から測定対象管での距
離を測定できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の模式的な側面図、厚2図は
従来の距離側足装置の模式的な側面図、第3図は第1図
に示すレンズ4による果尤の部分を拡大して示し之光路
因である。 1・・・・・・基準線、2・・・・・・発光源、3・・
・・・・反射鏡、4・・・・・・レンズ、5・旧・・C
CD素子、6・・・・・・信号処理回路、7・・・・・
・回転反射鏡、8・・・・・・ロータリエンコーダ、9
・・・・・・元検出部、10・・・・・・輝点、11・
・・・・・光、12・・・・・・トンネル壁面。 /・二′二゛−゛

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 基準線の一端を通りこの基準線と垂直な方向に光を照射
    する光源と、前記基準線の他端に光軸が前記基準線に対
    して所定の角度をなすように設けられたレンズと、測定
    対象に前記光が当った輝点の前記レンズによる像が受光
    面上に結ばれるように前記レンズに対して傾けられて前
    記基準線の他端に設けられた光電素子と、この光電素子
    からの信号を処理して前記基準線と前記測定対象との間
    の距離を求める信号処理回路とを含むことを特徴とする
    距離測定装置。
JP22626385A 1985-10-11 1985-10-11 距離測定装置 Pending JPS6285813A (ja)

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JP22626385A JPS6285813A (ja) 1985-10-11 1985-10-11 距離測定装置

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JP22626385A JPS6285813A (ja) 1985-10-11 1985-10-11 距離測定装置

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102589438A (zh) * 2011-12-01 2012-07-18 中建八局大连建设工程有限公司 一种隧道拱顶沉降及净空收敛的监测方法
RU2567185C1 (ru) * 2014-07-08 2015-11-10 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро станочных информационно-измерительных систем с опытным производством" (ОАО "СКБ ИС") Прецизионный датчик расстояний

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102589438A (zh) * 2011-12-01 2012-07-18 中建八局大连建设工程有限公司 一种隧道拱顶沉降及净空收敛的监测方法
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