JP2847289B2 - 距離形状測定装置 - Google Patents
距離形状測定装置Info
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- JP2847289B2 JP2847289B2 JP63261625A JP26162588A JP2847289B2 JP 2847289 B2 JP2847289 B2 JP 2847289B2 JP 63261625 A JP63261625 A JP 63261625A JP 26162588 A JP26162588 A JP 26162588A JP 2847289 B2 JP2847289 B2 JP 2847289B2
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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および／または物
体の形状を求める距離形状測定装置に関する。
体の形状を求める距離形状測定装置に関する。
［従来の技術］ 光の飛行時間を時間計測や位相計測の手法を用いて計
測し、光が物体に当って帰ってくるまでの時間より、物
体までの距離を測定する光波距離計の手法は、地理測距
用測距儀、光ファイバ欠陥検査用OTDR、天体観測、レー
ザレーダなどに広く用いられている。ところが、従来
は、光変調周波数が数MHzに留まっていたため、かかる
計測手法を近距離の物体の位置形状認識に用いる場合に
は分解能が悪く適していなかった。
測し、光が物体に当って帰ってくるまでの時間より、物
体までの距離を測定する光波距離計の手法は、地理測距
用測距儀、光ファイバ欠陥検査用OTDR、天体観測、レー
ザレーダなどに広く用いられている。ところが、従来
は、光変調周波数が数MHzに留まっていたため、かかる
計測手法を近距離の物体の位置形状認識に用いる場合に
は分解能が悪く適していなかった。
一方、近年の半導体レーザや高周波回路技術の発展に
より、1mm以下の分解能で距離が測れるようになってき
た［参考文献:Japanese Journal of Applied Physics V
ol 26,No.10,（1987）,1690ページ〜,K.Setaほか，な
ど］。
より、1mm以下の分解能で距離が測れるようになってき
た［参考文献:Japanese Journal of Applied Physics V
ol 26,No.10,（1987）,1690ページ〜,K.Setaほか，な
ど］。
また、２次元的に光を走査し距離形状を求める手法も
行なわれつつある［参考文献：オプトロニクス（198
5）,No.12,59ページ〜，井口征士ほか，など］。
行なわれつつある［参考文献：オプトロニクス（198
5）,No.12,59ページ〜，井口征士ほか，など］。
第３図は、従来例の１つである距離形状測定装置の概
略構成図である。これはモータ23により鏡24を駆動して
物体25上にレーザ光を走査し、その反射光を光電管27で
受け、その信号などから物体25までの距離や物体25の形
状を求めるものである。
略構成図である。これはモータ23により鏡24を駆動して
物体25上にレーザ光を走査し、その反射光を光電管27で
受け、その信号などから物体25までの距離や物体25の形
状を求めるものである。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記従来例によれば、鏡24などを機械的
手段によって駆動し光を走査しているため、高速化や安
定化の点で問題点があり、また計測位置と距離の対応関
係の明確化などに支障を来すという問題点があった。
手段によって駆動し光を走査しているため、高速化や安
定化の点で問題点があり、また計測位置と距離の対応関
係の明確化などに支障を来すという問題点があった。
本発明は、上述の従来例における問題点に鑑み、光走
査のための機械的な駆動部分を原理的に必要とせず、且
つ光束照射側や計測回路側にも特別な部材を用いること
なく、高速に安定して被計測部全面の距離や形状を求め
ることができ、且つ計測位置の距離との対応関係も明確
にすることが簡単な距離形状測定装置を提供することを
目的とする。
査のための機械的な駆動部分を原理的に必要とせず、且
つ光束照射側や計測回路側にも特別な部材を用いること
なく、高速に安定して被計測部全面の距離や形状を求め
ることができ、且つ計測位置の距離との対応関係も明確
にすることが簡単な距離形状測定装置を提供することを
目的とする。
［課題を解決するための手段］ 上述の目的を達成するため、本発明に係る距離形状測
定装置では、物体までの距離及び／又は物体の形状を求
める距離形状測定装置において、光源からの強度変調さ
れた光束を実質的な一様光束として拡大して前記物体に
照射する光束照射手段と、該光束照射手段により光束照
射された物体面の像を結像する光学系と、該光学系の一
つの結像面に配置される複数個の光強度センサからなる
センサアレイと、前記センサアレイの前記各光強度セン
サを所定の周期で感度変調させる感度変調手段と、該セ
ンサアレイの各光強度センサごとの出力信号の位相情報
を計測する手段とを具備することを特徴としている。
定装置では、物体までの距離及び／又は物体の形状を求
める距離形状測定装置において、光源からの強度変調さ
れた光束を実質的な一様光束として拡大して前記物体に
照射する光束照射手段と、該光束照射手段により光束照
射された物体面の像を結像する光学系と、該光学系の一
つの結像面に配置される複数個の光強度センサからなる
センサアレイと、前記センサアレイの前記各光強度セン
サを所定の周期で感度変調させる感度変調手段と、該セ
ンサアレイの各光強度センサごとの出力信号の位相情報
を計測する手段とを具備することを特徴としている。
［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
第１図は、本発明の実施例を説明するための前提とな
る例の距離形状測定装置の概略構成図である。同図にお
いて、１はレーザを高速で強度変調するレーザ制御装
置、２は制御装置１によって変調される半導体レーザな
どのレーザ、３はレーザ２の発したレーザ光を拡大しコ
リメートするレンズ、４はレーザ光を分割するビーム分
割鏡、５は被測定対象である粗面を有する物体、６は物
体５の像を結像するレンズ、７はビーム分割鏡、８は結
像された像を撮影するテレビカメラ、９は結像されたレ
ーザ光強度を測るフォトダイオードアレイである。10は
フォトダイオードアレイ９の各素子から出力される光量
信号を周波数変換した後、位相測定に都合のよい強度に
増巾し、また帯域制限する信号整形回路（複数）であ
る。11はヘテロダイン回路用の局部発振回路、12はビー
ム分割鏡４を直進透過してくるレーザ光を測光する受光
素子である。13は信号整形回路10と同様にして、受光素
子12の光量信号出力を周波数変換した後、位相測定に都
合のよい強度に増巾し、あるいは帯域制限した後、位相
の基準信号を作成する基準作成回路である。14は信号整
形回路10と基準作成回路13の出力の位相差および信号整
形回路10の出力の強度を測定する測定回路（複数）、15
は測定回路14の測定結果をデジタル変換し信号処理回路
16へ送るインターフェース回路、16は測定結果を解析処
理し同時にテレビカメラ８の映像信号も解析処理し２つ
の信号を表示装置17に表示する信号処理装置、17は処理
装置16の出力を表示するCRTなどの表示装置である。
る例の距離形状測定装置の概略構成図である。同図にお
いて、１はレーザを高速で強度変調するレーザ制御装
置、２は制御装置１によって変調される半導体レーザな
どのレーザ、３はレーザ２の発したレーザ光を拡大しコ
リメートするレンズ、４はレーザ光を分割するビーム分
割鏡、５は被測定対象である粗面を有する物体、６は物
体５の像を結像するレンズ、７はビーム分割鏡、８は結
像された像を撮影するテレビカメラ、９は結像されたレ
ーザ光強度を測るフォトダイオードアレイである。10は
フォトダイオードアレイ９の各素子から出力される光量
信号を周波数変換した後、位相測定に都合のよい強度に
増巾し、また帯域制限する信号整形回路（複数）であ
る。11はヘテロダイン回路用の局部発振回路、12はビー
ム分割鏡４を直進透過してくるレーザ光を測光する受光
素子である。13は信号整形回路10と同様にして、受光素
子12の光量信号出力を周波数変換した後、位相測定に都
合のよい強度に増巾し、あるいは帯域制限した後、位相
の基準信号を作成する基準作成回路である。14は信号整
形回路10と基準作成回路13の出力の位相差および信号整
形回路10の出力の強度を測定する測定回路（複数）、15
は測定回路14の測定結果をデジタル変換し信号処理回路
16へ送るインターフェース回路、16は測定結果を解析処
理し同時にテレビカメラ８の映像信号も解析処理し２つ
の信号を表示装置17に表示する信号処理装置、17は処理
装置16の出力を表示するCRTなどの表示装置である。
上記の構成において、レーザ制御装置１によってレー
ザ２より高速に強度変調されたレーザ光が発光し、レン
ズ３によって拡大されほぼ平行光となる。レーザ光の平
行度は、フォトダイオードアレイ９き各素子に充分な光
量がかえってくる程度であればよい。ビーム分割鏡４に
よって、レーザ光は一方は物体５の方向へ、他方は受光
素子12の方向へ分割される。物体５により反射・散乱さ
れた光はレンズ６によってフォトダイオードアレイ９上
に結像される。各フォトダイオード素子の光量出力は、
それぞれ信号整形回路10へ導かれる。一方、局部発振器
11の信号も信号整形回路10へ導かれ、ヘテロダイン方式
により光量信号の強度および位相を保存した低周波信号
に変換される。
ザ２より高速に強度変調されたレーザ光が発光し、レン
ズ３によって拡大されほぼ平行光となる。レーザ光の平
行度は、フォトダイオードアレイ９き各素子に充分な光
量がかえってくる程度であればよい。ビーム分割鏡４に
よって、レーザ光は一方は物体５の方向へ、他方は受光
素子12の方向へ分割される。物体５により反射・散乱さ
れた光はレンズ６によってフォトダイオードアレイ９上
に結像される。各フォトダイオード素子の光量出力は、
それぞれ信号整形回路10へ導かれる。一方、局部発振器
11の信号も信号整形回路10へ導かれ、ヘテロダイン方式
により光量信号の強度および位相を保存した低周波信号
に変換される。
また、ビーム分割鏡４を透過した光は、受光素子12に
入射し、同時に局部発振器11の信号により、低周波の基
準信号が基準信号作成回路13によって作成される。
入射し、同時に局部発振器11の信号により、低周波の基
準信号が基準信号作成回路13によって作成される。
基準作成回路13の出力と信号整形回路10の出力は、強
度・位相測定回路14に入力され、基準信号と光量信号の
位相差および光量信号内の基準信号と同周波数の成分の
強度が電圧信号として出力される。位相差および強度信
号はインターフェース回路15でアナログ／デジタル変換
され、信号処理回路16へとりこまれる。信号処理回路16
は、位相差より距離を計算し、テレビカメラ８で撮影し
た物体５の映像信号上に、色信号の形で距離情報をの
せ、近ければ赤，遠ければ青という具合に、モニタ17上
に表示する。また、物体が複雑な形状、例えば貫通穴が
あるとき、光は返ってこない。したがって、距離はそこ
だけ測れないがノイズで測定値は出る。したがって、光
量がある程度少ない場合は「光量が少ないから遠そう
だ」ということを画面上で表現する必要がある。そこ
で、信号処理回路16は、強度信号が設定値以下であった
場合、強制的に色をある指示色にすることを行なってい
る。
度・位相測定回路14に入力され、基準信号と光量信号の
位相差および光量信号内の基準信号と同周波数の成分の
強度が電圧信号として出力される。位相差および強度信
号はインターフェース回路15でアナログ／デジタル変換
され、信号処理回路16へとりこまれる。信号処理回路16
は、位相差より距離を計算し、テレビカメラ８で撮影し
た物体５の映像信号上に、色信号の形で距離情報をの
せ、近ければ赤，遠ければ青という具合に、モニタ17上
に表示する。また、物体が複雑な形状、例えば貫通穴が
あるとき、光は返ってこない。したがって、距離はそこ
だけ測れないがノイズで測定値は出る。したがって、光
量がある程度少ない場合は「光量が少ないから遠そう
だ」ということを画面上で表現する必要がある。そこ
で、信号処理回路16は、強度信号が設定値以下であった
場合、強制的に色をある指示色にすることを行なってい
る。
本例によれば、センサから処理回路まで電子部品およ
び素子のみで実現できるため、一体化に適しハイブリッ
トICやモノリシックIC化が可能である。また、すべて低
電圧の回路であるため、安全性のための回路や特別な高
圧回路を必要としない。
び素子のみで実現できるため、一体化に適しハイブリッ
トICやモノリシックIC化が可能である。また、すべて低
電圧の回路であるため、安全性のための回路や特別な高
圧回路を必要としない。
さらに、映像信号を距離情報と強度情報（モノクロ信
号）を同時に持たせられるため、VTR他の映像機器の使
用ができる。また、レーザ光を不可視光とすれば、テレ
ビカメラに影響されることなく距離情報を入手できる。
号）を同時に持たせられるため、VTR他の映像機器の使
用ができる。また、レーザ光を不可視光とすれば、テレ
ビカメラに影響されることなく距離情報を入手できる。
第２図は以上のような構成を前提とした本発明の第一
実施例に係る距離形状測定装置の概略構成図である。同
図において第１図と同じ付番は同一のものを表わす。
実施例に係る距離形状測定装置の概略構成図である。同
図において第１図と同じ付番は同一のものを表わす。
第２図においては、局部発振器11の出力を、結像用フ
ォトダイオードアレイ９の各フォトダイオードに逆バイ
アス電圧として供給している。したがって、各フォトダ
イオードの感度が局部発振器11の出力の周期で変調され
ることになり、これによりフォトダイオード自体でヘテ
ロダイン変換がなされ、信号整形回路10のヘテロダイン
回路は不要となる。
ォトダイオードアレイ９の各フォトダイオードに逆バイ
アス電圧として供給している。したがって、各フォトダ
イオードの感度が局部発振器11の出力の周期で変調され
ることになり、これによりフォトダイオード自体でヘテ
ロダイン変換がなされ、信号整形回路10のヘテロダイン
回路は不要となる。
この実施例によれば、フォトダイオード自体がヘテロ
ダイン変換を行なうので、部品点数が減り小型化でき
る。また、フォトダイオードアレイと検出回路を一体IC
化した素子を作りやすい。
ダイン変換を行なうので、部品点数が減り小型化でき
る。また、フォトダイオードアレイと検出回路を一体IC
化した素子を作りやすい。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、以下のような効
果がある。
果がある。
１）測定の基本構成に駆動部がなく光走査が不要なた
め、電気計測回路の計測時間で高速にかつ安定して、物
体までの距離や物体の形状が求まる。また、計測位置と
距離との対応関係も明確にすることができる。
め、電気計測回路の計測時間で高速にかつ安定して、物
体までの距離や物体の形状が求まる。また、計測位置と
距離との対応関係も明確にすることができる。
２）各点の計測に時間がかけられるため、高周波特性の
よくない回路部品でも使用できるようになった。
よくない回路部品でも使用できるようになった。
３）測定の基本構成に駆動部を不要とできるため、長寿
命化ができる。
命化ができる。
４）測定の基本構成に駆動部を不要とできるため、一体
化が容易である。IC化も可能である。
化が容易である。IC化も可能である。
５）光強度センサ自身で位相情報測定のための変換を行
えるので、光束照射側や、信号成形回路等の測定回路側
にこの様な変換のための特別な構成を組まずに済み、構
成が簡素になる。
えるので、光束照射側や、信号成形回路等の測定回路側
にこの様な変換のための特別な構成を組まずに済み、構
成が簡素になる。
第１図は、本発明の実施例を説明するための前提となる
例の距離形状測定装置の概略構成図、 第２図は、本発明の実施例に係る距離形状測定装置の概
略構成図、 第３図は、従来用いられていた距離形状測定装置の概略
構成図である。 1:レーザ制御装置、2:レーザ、3:レンズ、4:ビーム分割
鏡、5:測定対象、6:レンズ、7:ビーム分割鏡、8:テレビ
カメラ、9:フォトダイオードアレイ、10:信号整形回
路、11:局部発振器、12:受光素子、13:基準作成回路、1
4:位相，強度測定回路、15:インターフェース回路、16:
信号処理装置、17:表示装置、18:レーザ、19:発振器、2
0:光変調器、21:ビーム分割鏡、22:フォトダイオード、
23:モータ、24:走査鏡、25:測定対象、26:光学レンズ
系、27:光電管、28:同調フィルタ、29:位相強度測定
器、30:コンピュータ。
例の距離形状測定装置の概略構成図、 第２図は、本発明の実施例に係る距離形状測定装置の概
略構成図、 第３図は、従来用いられていた距離形状測定装置の概略
構成図である。 1:レーザ制御装置、2:レーザ、3:レンズ、4:ビーム分割
鏡、5:測定対象、6:レンズ、7:ビーム分割鏡、8:テレビ
カメラ、9:フォトダイオードアレイ、10:信号整形回
路、11:局部発振器、12:受光素子、13:基準作成回路、1
4:位相，強度測定回路、15:インターフェース回路、16:
信号処理装置、17:表示装置、18:レーザ、19:発振器、2
0:光変調器、21:ビーム分割鏡、22:フォトダイオード、
23:モータ、24:走査鏡、25:測定対象、26:光学レンズ
系、27:光電管、28:同調フィルタ、29:位相強度測定
器、30:コンピュータ。
Claims (2)
- 【請求項１】物体までの距離及び／又は物体の形状を求
める距離形状測定装置において、光源からの強度変調さ
れた光束を拡大して前記物体に実質的に一様照射する光
束照射手段と、該光束照射手段により光束一様照射され
た物体面の像を結像する光学系と、該光学系の一つの結
像面に配置された複数個の光強度センサからなるセンサ
アレイと、前記センサアレイの前記各光強度センサを所
定の周期で感度変調させる感度変調手段と、該センサア
レイの各光強度センサごとの出力信号の位相情報を計測
する手段とを具備することを特徴とする距離形状測定装
置。 - 【請求項２】前記感度変調手段は前記センサアレイの前
記光強度センサに所定の周期を有する逆バイアス電圧を
印加することにより前記各光強度センサを所定の周期で
感度変調させる請求項１に記載の距離形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63261625A JP2847289B2 (ja) | 1988-10-19 | 1988-10-19 | 距離形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63261625A JP2847289B2 (ja) | 1988-10-19 | 1988-10-19 | 距離形状測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02108907A JPH02108907A (ja) | 1990-04-20 |
| JP2847289B2 true JP2847289B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=17364491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63261625A Expired - Fee Related JP2847289B2 (ja) | 1988-10-19 | 1988-10-19 | 距離形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2847289B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08122057A (ja) * | 1994-10-27 | 1996-05-17 | Kubota Corp | 光学式測距装置 |
| DE4440613C1 (de) * | 1994-11-14 | 1996-07-25 | Leica Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Detektion und Demodulation eines intensitätsmodulierten Strahlungsfeldes |
| JPH08313215A (ja) * | 1995-05-23 | 1996-11-29 | Olympus Optical Co Ltd | ２次元距離センサ |
| JP3840341B2 (ja) * | 1998-10-15 | 2006-11-01 | 浜松ホトニクス株式会社 | 立体情報検出方法及び装置 |
| AU2002239608A1 (en) * | 2000-12-11 | 2002-06-24 | Canesta, Inc. | Cmos-compatible three-dimensional image sensing using quantum efficiency modulation |
| JP3958693B2 (ja) * | 2003-01-29 | 2007-08-15 | 日本電信電話株式会社 | 投影面情報獲得装置 |
| WO2013076769A1 (ja) * | 2011-11-24 | 2013-05-30 | 三菱電機株式会社 | 光測距装置 |
| JP2019002847A (ja) * | 2017-06-16 | 2019-01-10 | 京セラ株式会社 | 電磁波検出装置および情報取得システム |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS591256U (ja) * | 1982-06-25 | 1984-01-06 | 横河電機株式会社 | アバランシエ・フオトダイオ−ドの駆動回路 |
| GB2140156B (en) * | 1983-05-05 | 1987-03-11 | Standard Telephones Cables Ltd | Position and/or attitude sensing systems and methods |
| JPS62279732A (ja) * | 1986-05-28 | 1987-12-04 | Agency Of Ind Science & Technol | アバランシエフオトダイオ−ドの増幅度変調によるヘテロダイン検波法 |
| JPS6480893A (en) * | 1987-09-24 | 1989-03-27 | Nec Corp | Laser distance measuring machine |
-
1988
- 1988-10-19 JP JP63261625A patent/JP2847289B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02108907A (ja) | 1990-04-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |