JPS60174905A - Distance measuring apparatus - Google Patents

Distance measuring apparatus

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JPS60174905A
JPS60174905A JP59030245A JP3024584A JPS60174905A JP S60174905 A JPS60174905 A JP S60174905A JP 59030245 A JP59030245 A JP 59030245A JP 3024584 A JP3024584 A JP 3024584A JP S60174905 A JPS60174905 A JP S60174905A
Authority
JP
Japan
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distance
dsp
correlation
speckle
laser beam
Prior art date
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Pending
Application number
JP59030245A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Michiguchi
道口 由博
Shigeru Ideumi
出海 滋
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP59030245A priority Critical patent/JPS60174905A/en
Publication of JPS60174905A publication Critical patent/JPS60174905A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves

Abstract

PURPOSE:To make it possible to measure a distance with high resolving power by a miniaturized light wt. distance measuring apparatus, by excluding the relation of the spot size of laser beam at an irradiation position and a distance to be measured from proportional relation. CONSTITUTION:The spot size D of laser beam is constant regardless of a distance. Herein, the intensity distribution of speckle by diffused beam from the irradiation point of laser beam is at first detected by a beam detector 6 (a unidimensional photodiode array is used). A speckle average paricle size DSP becomes large with the increase of a distance L0 to be measured. That is, by using parallel beam, the particle size DSP can have the proportional relation with the distance L0. Next, the particle size DSP is calculated from the self-correlation of the speckle intensity distribution obtained by the beam detector 6 and, as the width of correlation at a point lowered by a certain value from the peak value of the calculated correlation function, the distance DSP is calculated. Therefore, the operation content of an operation apparatus 7 is constituted of three stages, that is, correlation operation, peak value detection and correration calculation.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、対象物までの距離測定を遠隔で測定する装置
に係わり・とくにレーザースペックルを用い、ロボット
等に搭載できる小型・軽量な距離測定装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a device for remotely measuring distance to an object. In particular, the present invention relates to a device for remotely measuring distance to an object. In particular, it uses laser speckles and is a compact and lightweight distance measurement device that can be mounted on a robot or the like. Regarding equipment.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来、レーザー光を利用する距離測定装置には・(1)
レーザー照射から反射までの時間計測をするもの。
Conventionally, distance measuring devices that use laser light... (1)
A device that measures the time from laser irradiation to reflection.

(2) 照射レーザー光と反射光との干渉効果を用いる
もの。
(2) One that uses the interference effect between irradiated laser light and reflected light.

(3) 照射光と反射光の成す角度と、照射光発生位 
−置と検出点までの距離から対象物までの距離を −逆
算するもの、つまり、三角測距法。
(3) The angle formed by the irradiated light and reflected light, and the position where the irradiated light is generated
- Triangulation method that calculates the distance to the object from the distance to the detection point.

がある。There is.

(1)の方法は・光速が大きいため距離が大のとき有効
な方法である。しかしながら、レーザー放射から反射光
検出までの時間が短かいため、高速のスイッチングが必
要で、装置が大型・複雑になる。
Method (1) is effective when the distance is large because the speed of light is high. However, since the time from laser emission to reflected light detection is short, high-speed switching is required, making the device large and complicated.

(2)の方法は、(υと逆にレーザー光波長程度の距離
変化に敏感な方法であり・このため、光学系の振動防止
等複雑な調整を必要とする。また・レーザー光強度を変
調して、変調周波数間で干渉を取る方法もあるが・距離
によって変調周波数を選定する操作を要するほか、対象
物の光反射率が問題となる。(3)の方法は・対象物が
鏡面であることが必要で、実用上大きな制限がある。
Method (2) is a method that is sensitive to changes in distance on the order of the wavelength of the laser beam (contrary to υ). Therefore, it requires complex adjustments such as preventing vibrations in the optical system. Also, it modulates the intensity of the laser beam. There is also a method to remove interference between modulation frequencies, but in addition to requiring an operation to select the modulation frequency depending on the distance, the light reflectance of the object becomes a problem.Method (3): However, there are significant practical limitations.

(υの方法の変形として、レーザー光の代りに超音波を
用いた超音波レーダー型の距離測定法もある。この方法
は、超音波を空間的に絞った細いビームとできないため
、小さな物体に対する距離測定が不可能となる。(3)
の変形として・赤外線ビームを走査し、被測定物からの
反射光の有無から・距離測定する方法が・オートフォー
カスカメラ等で実用化されている。この方法でも分解能
は向上せず、また、分解能を上げるためにはビーム発射
点と検出点間の長さを大きくしなければならず、装置が
大型化する。
(As a variation of the υ method, there is also an ultrasonic radar distance measurement method that uses ultrasonic waves instead of laser light. This method cannot be used to measure small objects because the ultrasonic waves cannot be made into a spatially focused narrow beam. Distance measurement becomes impossible. (3)
As a modification of this method, a method of scanning an infrared beam and measuring distance based on the presence or absence of reflected light from an object to be measured has been put into practical use with autofocus cameras, etc. This method does not improve the resolution, and in order to increase the resolution, the length between the beam emission point and the detection point must be increased, which increases the size of the apparatus.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上記した従来技術の問題点を解決する目的でな
されたものである。つまり、小型・軽瞼で、高い分解能
を有する距離測定装置の提供が本発明の目的である。
The present invention has been made for the purpose of solving the problems of the prior art described above. In other words, it is an object of the present invention to provide a distance measuring device that is small, lightweight, and has high resolution.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の概要を以下に説明する。レーザー光を被測定対
象に照射すると、照射点から拡散した光が干渉し合い、
空間的に光の強弱をもったパターンを形成する。このパ
ターンは、スペックルパターント呼ばれている。スペッ
クルパターンは、し−ザー光照射点での被測定対象物表
面のあらさが、レーザー光波長以上の時発生する◎この
条件は。
An outline of the present invention will be explained below. When a laser beam is irradiated onto an object to be measured, the light diffused from the irradiation point interferes with each other.
Forms a pattern with spatial light intensity. This pattern is called a speckle pattern. A speckle pattern occurs when the roughness of the surface of the object to be measured at the laser beam irradiation point is greater than the laser beam wavelength.◎This condition is.

対象が境面でない場合を除いて、はとんどの場合成立し
・被測定対象に何ら処理を施こす必要はないO レーザースペックルパターンの1次元的な強度分布を観
測すると、第1図のような分布を得る。
holds true in most cases, except when the object is not an interface, and there is no need to perform any processing on the object to be measured.O Observing the one-dimensional intensity distribution of the laser speckle pattern, we can see that We get a distribution like this.

第1図に示すような分布の・平均的な空間波長(以下、
スペックル平均粒径と呼ぶ)をめると・下式になる。
The average spatial wavelength of the distribution as shown in Figure 1 (hereinafter referred to as
When we subtract the speckle average grain size), we get the following formula.

ここで、Dsp;スペックル平均粒径 λ :レーザー光波長 Lo :被測定距離 D ;照射位置でのレーザー光のスポ ット大きさ K ;定数 定数であるKは1例えばDXDの正方形型の強度一定な
レーザービームでは、K=2というように、ビームの形
状と強度分布に依存する値である。Kおよび、λ、Dは
あらかじめめることができる量である。Dspを検出す
ることにより−Lo を逆算できる。本発明では、Dと
Loの関係を比例関係からはずすことにより、Loの測
定を可能としている。さらに、D s pの算出方法に
も工夫を加え・高速化をはかり実用的な装置を構成する
Here, Dsp; speckle average particle diameter λ; laser light wavelength Lo; distance to be measured D; laser light spot size at the irradiation position K; For a laser beam, K=2, a value that depends on the beam shape and intensity distribution. K, λ, and D are quantities that can be determined in advance. -Lo can be calculated backwards by detecting Dsp. In the present invention, Lo can be measured by removing the relationship between D and Lo from the proportional relationship. Furthermore, we will improve the method of calculating D s p and speed it up to construct a practical device.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples.

第2図は1本発明の第1の実施例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

1は・被測定対象の表面を示し、1までの距離測定が本
発明の目的である。レーザー発生装置2からレーザー光
を出射し、コリメータ4によって平行ビーム5を得て・
1に照射する。このとき・レーザービームのスポットの
大きさDは、距離によらず一定である。レーザービーム
の照射点からの拡散光によるスペックルの強度分布を・
光検出器6で検出する。6に、U、1次元状の7オトダ
イオードアレイを用いた。ピッチ25μm、ダイオード
の数256@のセンサーで検出した強度分布の例を第3
図に示す。距離り。の増加とともにスペックル平均粒径
が大きくなることがわかる。平均粒径D [I Pと距
離の関係は・本実施例でDが距離によらず一定であるの
で・下式で示される。
1 indicates the surface of the object to be measured, and distance measurement to 1 is the object of the present invention. A laser beam is emitted from a laser generator 2, and a parallel beam 5 is obtained by a collimator 4.
Irradiate to 1. At this time, the spot size D of the laser beam is constant regardless of the distance. Speckle intensity distribution due to diffused light from the laser beam irradiation point.
It is detected by a photodetector 6. 6, a one-dimensional 7-otodiode array was used. The third example of the intensity distribution detected by a sensor with a pitch of 25 μm and a number of diodes of 256 @
As shown in the figure. Distance. It can be seen that the average speckle particle size increases as the value increases. The relationship between average particle diameter D [IP and distance is expressed by the following formula since D is constant regardless of distance in this example.

DIlP = K’ ・Lo (21 つまり、平行ビームとすることにより、に’?定数とで
き、このため・スペックル平均粒径は・Lo と比例関
係を有するようにできる。7は・スペックル平均粒径D
spを算出する演算装置である07の演算内容の詳細に
ついては後述する。7でめfI−Dspヲ、既知の定数
に′で割る操作をするのが演算器8である。つ筐り、8
に・ L o −Da p/ K ’ (3Jなる演算をして
、演出器6から1上のレーザー照射点筺での距離Lo 
t”算出する請求めfcLoは・表示装置9で表示する
DIlP = K' ・Lo (21 In other words, by making it a parallel beam, it can be set as a constant, and therefore the speckle average grain size can be made to have a proportional relationship with Lo. 7 is the speckle average Particle size D
Details of the calculation contents of 07, which is the calculation device that calculates sp, will be described later. 7, the arithmetic unit 8 performs the operation of dividing a known constant by '. Two cabinets, 8
・Lo −Da p/K' (3J is calculated, and the distance Lo from the director 6 to the laser irradiation point housing above 1 is
The charge fcLo to be calculated is displayed on the display device 9.

次に、7の演算2つ1リ−Dspを算出する演算につい
て述べる。本実施例においては・Ds+pの演算は6で
得るスペックル強度分布の自互相関271ら算出する請
求めた相関関数のピーク値から2ある値低下した点の相
関の幅とし1・平均粒径Dspを算出する。このため、
7の演算内容は、相関演算・ピーク値検出・相関部算出
の3段階で構成される。
Next, the calculation for calculating 1 Lee-Dsp with 2 calculations of 7 will be described. In this example, the calculation of Ds+p is calculated from the autocross correlation 271 of the speckle intensity distribution obtained in step 6.The width of the correlation at a point that is 2 values lower than the peak value of the correlation function obtained in step 6 is taken as 1.Average grain size. Calculate Dsp. For this reason,
The calculation content in step 7 consists of three steps: correlation calculation, peak value detection, and correlation part calculation.

いトフォトダイオードアレイ(総数Nケ)の一端からn
番目の光強度’e 1 (n)とするO自互相関R(k
)は、 でまる。第4図は・R小)の−例を示す図である0k=
0で相関が最大となる。相関の最大値から設定した値に
低下する点におけるkの値をめる。
n from one end of the photodiode array (total number N)
O autocorrelation R(k
) is demaru. Figure 4 is a diagram showing an example of 0k=
The correlation is maximum at 0. Find the value of k at the point where the correlation decreases from the maximum value to the set value.

この時のkの値をk[IPとすると、Dspは。If the value of k at this time is k[IP, then Dsp is.

Dsp = 2Xksp X P (5)となる。ここ
で、PH7オトダイオードアレイのダイオードピッチ幅
である。相関の最大値から低下する点は、ビームの形状
で異なり2例えば正方形状や円形の強度一定なビームで
は・′”相関ピークの1/2である。このように、あら
かじめレーザーのビーム形状を設定することにより、上
記1(lIPをめるための設定値に定まる。このksP
から、(5)式に従ってDSFをめる。以上の操作によ
ってDI!Pヲ演算することができるが、その装置7の
具体的な構成はマイクロコンピュータ等計算機とするの
が得策である。計算機の処理フローチャートは、第5図
に示す如くになる。701では、検出器6からスペック
ルパターンの強度分布信号を得て、702により自己相
関演算をする。あらかじめ設定しである設定値を・R(
0)・つまり・相関演算結果のピーク値にかけ、その結
果がR(k)と交わる点のk、すなわち、請求める(7
03)。
Dsp = 2Xksp X P (5). Here, it is the diode pitch width of the PH7 Otodiode array. The point at which the correlation drops from the maximum value differs depending on the shape of the beam2.For example, in a square or circular beam with constant intensity, it is 1/2 of the correlation peak.In this way, the laser beam shape is set in advance. By doing this, the above 1 (set value for determining lIP is determined.This ksP
Then, calculate the DSF according to equation (5). By the above operations, DI! Although it is possible to calculate P, it is advisable to use a computer such as a microcomputer as the specific configuration of the device 7. A processing flowchart of the computer is shown in FIG. In step 701, an intensity distribution signal of a speckle pattern is obtained from the detector 6, and in step 702, an autocorrelation calculation is performed. Set the setting value in advance to ・R(
0) - That is, - Multiply the peak value of the correlation calculation result, k at the point where the result intersects R(k), that is, claim
03).

ksPから・(5)式に従がってD s pt導出する
(704)。
D s pt is derived from ksP according to equation (5) (704).

この演算に工ってDspがする。このDspから前述の
ように、(3)式に従ってLoをめるが、この演算も計
算機に含めてもよい。
The DSP takes advantage of this calculation. From this Dsp, Lo is calculated according to equation (3) as described above, but this calculation may also be included in the computer.

以上、本実施例に示した工うに、スペックル平均粒径か
ら距離Lo k算出できる。第6図は、実測結果の一例
である。Lo’を変え、DIIPの変化を観測した結果
であるが、LOとDspの比例関係がわかる。逆にめた
D s PからLoを算出でき本発明の有効性が明らか
である。
As described above, the distance Lo k can be calculated from the speckle average grain size using the method shown in this example. FIG. 6 shows an example of actual measurement results. The results of observing changes in DIIP by changing Lo' show a proportional relationship between LO and Dsp. Lo can be calculated from the reversed D s P, and the effectiveness of the present invention is clear.

第7図は1本発明の第2の実施例を示すものである。本
実施例は、第1の実施例で用いた平行し・ −ザービー
ムの代りに・距離が大なるtlとビームスポットの大き
さが小さくなるビームを用いる。
FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, instead of the parallel laser beam used in the first embodiment, a beam having a large distance tl and a beam spot having a small size is used.

第6図において、2.6.7.9は第1の実施例と同一
である。8′は、第1の実施例と処理法が異なり後述す
る0構成上・第1の実施例と異なる点は、4の代りにレ
ンズ41.42i用いテ絞う九たビーム5′を1に対し
て照射する点にある。
In FIG. 6, 2.6.7.9 are the same as in the first embodiment. 8' differs from the first embodiment in its processing method, which will be described later.The difference from the first embodiment is that lenses 41 and 42i are used instead of 4, and the nine beams 5' are narrowed down to 1. The point is to irradiate the target.

さらに、42と6の位置を近接させる。42,6から1
までの距離Loをめることになる。5′が絞られて点状
になる所までの距離etとすると・1上におけるビーム
のスポット直径dは、0 d=(1−−)D (6) である。ここで・Dは42上のスポット直径を示し・あ
らかじめめ得る値である。また、tもあらかしめ測定さ
れた値である。(6)式を(1)式に代入して整理する
と。
Furthermore, the positions 42 and 6 are brought close to each other. 42,6 to 1
The distance Lo will be determined. Assuming that the distance et to the point where 5' is converged and becomes a dot, the spot diameter d of the beam on 1 is 0 d=(1--)D (6). Here, D indicates the spot diameter on 42, and is a value that can be determined in advance. Moreover, t is also a value that was roughly measured. Substituting equation (6) into equation (1) and rearranging it.

となる。(方式と、(1)式を比較すると、(7)式は
(1)式IcI/(I Lo/A) をかけたものとな
っていることがわかるOLo/lく1、つまり・ビーム
がもつとも絞られる点より近い距離を測定するとすれば
、 1/ (i −Lo/j )>iである。すなわち
、あるLoの変化に対するDIIPの変化は・(1)式
より(7)式の方が太きい。このことは、距離測定に対
する感度が向上することを意味し、本実施例の最大の特
長である。以上、本実施例をとくに第1の実施例との構
成上の違いについて述べた。次に、DIIPの算出法・
Loの算出法について述べる。
becomes. (Comparing the method with Equation (1), it can be seen that Equation (7) is multiplied by Equation (1) IcI/(I Lo/A). If we measure a distance closer than the point that would otherwise be narrowed down, then 1/ (i - Lo/j ) > i.In other words, the change in DIIP for a certain change in Lo is expressed by the equation (7) from the equation (1). This means that the sensitivity to distance measurement is improved, which is the greatest feature of this embodiment. Above, we have specifically described the differences in the structure of this embodiment from the first embodiment. Next, we will explain how to calculate DIIP.
The method for calculating Lo will be described.

D s pの算出は・第1の実施例と同じで・第5図の
フローチャートに示す処理内容である。LOの算出が、
本実施例は第1の実施例と異なり、この違いを以下に述
べる。(7)式から・ を得る。演算器8′は・(8)式の演算をする。つまり
、既知の値であるり、t、に、λと、7の濱箪結果とし
て得るDIIPから、(8)式に従ってLo をめる。
The calculation of D s p is the same as in the first embodiment, and the processing content is shown in the flowchart of FIG. The calculation of LO is
This embodiment differs from the first embodiment, and this difference will be described below. Obtain ・ from equation (7). The arithmetic unit 8' calculates the equation (8). That is, Lo is calculated from the known values t, λ, and DIIP obtained as the result of the calculation of 7 according to equation (8).

具体的には、計算機による演算であるが、そのフローチ
ャートは簡単であるので省略する。
Specifically, the calculation is performed by a computer, but the flowchart thereof is omitted since it is simple.

8′を7に含めて、同一の計算機を利用するのも可能で
ある。以上に述べたように、本実施例は、レーザービー
ムを絞るよう制御することによって、距離測定の感度を
あげるものである。
It is also possible to include 8' in 7 and use the same computer. As described above, in this embodiment, the sensitivity of distance measurement is increased by controlling the laser beam to be focused.

第8図は、本発明の第3の実施例を示す図である。本実
施例は、第2の実施例のレンズ41.42の代りに焦点
可変型レンズ機構43を用い、レーザービームの絞り方
を任意に変え得る構成とした点に特徴がある。第8図に
おいて、2,6.8’。
FIG. 8 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. This embodiment is characterized in that a variable focus lens mechanism 43 is used in place of the lenses 41 and 42 of the second embodiment, so that the method of converging the laser beam can be arbitrarily changed. In Figure 8, 2,6.8'.

9は、第2の実施例と同じである。43は、カメラのズ
ーム機構に用いられるような、電動で焦点距離を可変で
きるレンズ機構であり・そのレンズ位置信号は、演算機
7′にも伝達される。7′の処理は、第2の実施例の7
の処理に、DIIPがある設定範囲に入っているかの判
定と、入っていない場合のレンズ移動操作処理が追加さ
れる。つまり、7′の処理内容は、第9図に示すものと
なる。処理の701,702,703,704は、第5
図と同じで、710,711,712,713が本実施
例のため追加された部分である。704までの処理でD
spの値は凍るが・このDgpK対し・あらかじめ設定
したpMax 、 DMlnとの大小関係を比較する。
9 is the same as in the second embodiment. Reference numeral 43 denotes a lens mechanism that can electrically vary the focal length, such as used in a camera zoom mechanism, and its lens position signal is also transmitted to the computer 7'. The process 7' is the same as 7 in the second embodiment.
In addition to the above processing, a determination as to whether the DIIP is within a certain setting range, and a lens movement operation process when the DIIP is not within a certain setting range are added. In other words, the processing contents of step 7' are as shown in FIG. Processes 701, 702, 703, 704 are the fifth
As in the figure, 710, 711, 712, and 713 are the parts added for this embodiment. D in processing up to 704
Although the value of sp is frozen, the magnitude relationship between this DgpK and preset pMax and DMln is compared.

これが、処理の710,712にあたル0Dspがl)
 Maxと])Mlnの間にあれば処理は終了する。D
 gp > ]) Maxの場合は、43のレンズを焦
点距離が大きくなる方向に移動させ、再度、Dspをめ
る処理に入る。焦点距離が犬きくなる方向にレンズを動
かすことにより、Dspを小さくできる。また、Dsp
 < I)Minの時は、レンズを逆方向に移動させ同
じ処理をする。この工うな操作・処理をすることにより
1ffD+、pはl)MaxとDMln (0間に入る
。])MaxとD MITlの選定は、(7)式の(1
/I LaI3)の値による。tがLOに近づくにっれ
(,1/1−LaI4)の値が大きくなる。すなわち、
Loの変化に対するDspの変化が大きく感 ′度が向
上する。しかし−Lo とLが等しくなるとD g p
が無限大となり実用的でない。DMaxは、6の大きさ
とDspk換案して決められ、 ])Max/ 、Dg
p; 0.9程度に定める。、[)Minは、:()M
ax より少し小さい値とする請求めたD s pは、
第2の実施例の8′の処理と同一処理をして・Loを換
算する。
This corresponds to processing 710 and 712. 0Dsp is l)
If it is between Max and ])Mln, the process ends. D
gp > ]) Max, the lens 43 is moved in the direction of increasing the focal length, and the process of increasing the Dsp is started again. Dsp can be reduced by moving the lens in a direction that increases the focal length. Also, Dsp
< I) When Min, move the lens in the opposite direction and perform the same process. By performing this elaborate operation and processing, 1ffD+, p is l) Max and DMln (falls between 0.]) Max and DMITl can be selected by (1) in equation (7).
/ILaI3). As t approaches LO, the value of (, 1/1-LaI4) increases. That is,
The change in Dsp with respect to the change in Lo is large, and the sensitivity is improved. However, when −Lo and L are equal, D g p
becomes infinite, which is impractical. DMax is determined by converting the size of 6 and Dspk, ])Max/ , Dg
p; Set at approximately 0.9. , [)Min is :()M
The requested D sp is a value slightly smaller than ax.
The same process as step 8' in the second embodiment is performed to convert Lo.

以上に述べたように、本実施例は・焦点距離を変えるこ
とによってD+++’l”変え・LOに対する変化の大
きい所、つまり・Loに対する感度が大きい所で距離測
定をするものである。
As described above, in this embodiment, by changing the focal length, D+++'l'' is changed.Distance measurement is performed at a location where there is a large change with respect to LO, that is, where the sensitivity to Lo is large.

第4の実施例は、第3の実施例と装置の構成が同一であ
るが、7′の処理の一部が異なる。本実施例は請求めた
D s pがあらかじめ設定した値になるtをめること
により、Loを換算するものである。7′の処理では、
Dyax = DMln に設定する。その結果、Ds
p = DMixとなり、この時のtをめ得る。この段
階で(8)式によってLoをめることができる。しかし
、(8)式において・D、DgpK、λは既知であるの
で、あらかじめ、tとり。
The fourth embodiment has the same device configuration as the third embodiment, but differs in part of the process 7'. In this embodiment, Lo is converted by subtracting t at which the requested D s p becomes a preset value. In the process of 7′,
Set Dyax = DMln. As a result, Ds
p = DMix, and t at this time can be determined. At this stage, Lo can be calculated using equation (8). However, in equation (8), ・D, DgpK, and λ are known, so t is set in advance.

との対応表を演算器内の記憶装置に記憶しておき、この
対応表からLo k算出するのが計算時間の短縮の観点
から有利である0以上に述べたように・本実施例は、演
算時間の短縮と、距離変化に対する感度が高い点での距
離測定を可能とするものである。
It is advantageous from the viewpoint of shortening the calculation time to store a correspondence table between 0 and 1 in the storage device of the arithmetic unit and calculate Lo k from this correspondence table. This reduces calculation time and makes it possible to measure distances at points with high sensitivity to changes in distance.

第10図は・本発明の第5の実施例を示す図である。1
から9までは、第1の実施例と同じものである◎10は
、周波数分析装置であり・11は演算装置である。本実
施例では、検出器6で検出したスペックル強度分布の周
波数分析をすることによって・D 8 Pをめ、これよ
りLoを換算する。
FIG. 10 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention. 1
9 to 9 are the same as those in the first embodiment. ◎10 is a frequency analysis device and 11 is an arithmetic device. In this embodiment, D 8 P is determined by frequency analysis of the speckle intensity distribution detected by the detector 6, and Lo is converted from this.

6で検出したスペックルの強度分布を周波数分析する場
合を考える。ビーム5が強度一定なりXDの正方形ビー
ムとすると、強度分布の周波数成分は・ (9) ここで δ(f):デルタ関数 f;空間周波数 (DBP−f≦2のとき) 一〇 (Dsp−f≧2のとき) 〔I〕:レーザー光強度 となる。10の分析結果例は、第11に示すようになる
。これからDBPをめるの方法は、下記の3方法がある
Consider the case where the intensity distribution of speckles detected in step 6 is frequency analyzed. Assuming that beam 5 is a square beam with constant intensity and XD, the frequency component of the intensity distribution is: (9) where δ(f): delta function f; spatial frequency (when DBP-f≦2) 10(Dsp- When f≧2) [I]: Laser light intensity. The ten analysis result examples are as shown in the eleventh example. There are three ways to set up DBP:

(1)ふたつの周波数でA (f)をめ方程式を解く方
法。
(1) A method of solving the equation with A (f) at two frequencies.

(2)f=0 の点での強度(D’ap/ 2 ) 2
D〕を用いる方法。
(2) Intensity at the point f=0 (D'ap/2) 2
D].

(3)最大空間周波数 f、I、−x= Dsp/ 2
 k用いる方法。
(3) Maximum spatial frequency f, I, -x = Dsp/2
k method.

どの方法を用いても10の分析結果からDspを算出で
きるり、1だ、複数方法の併用でもかまわない。11に
おいて、上記3方法のいずれが・またに複数方法を演算
するが、その処理フローチャートは・第12図に示すも
のとなる。10から分析結果を得る(101)。方法(
1)は・傾きをめるものである。これは、ふたつの周波
数における値、A’(f r ) 、 A (fz、)
から、なる連立方程式を解く。結果は、 であ、る。この演算を102で行なう。方法の(2)は
、r=0なる点での値、つまり、請求める。
Dsp can be calculated from the 10 analysis results using any method, or 1 or multiple methods may be used in combination. In step 11, any of the above three methods or a plurality of methods are calculated, and the processing flowchart is shown in FIG. The analysis result is obtained from 10 (101). Method(
1) is to reduce the inclination. This is the value at two frequencies, A'(f r ), A (fz,)
Solve the simultaneous equations from . The result is . This calculation is performed at 102. Method (2) is the value at the point r=0, that is, the value can be claimed.

A (0) = (Dsp/ 2 )2[I]であるか
ら、 Ds、=zにa弱7石写 αυ で請求める( 103 ) 、 (31の方法は、10
の周波数分析結果がOとなる点、fMaxをめる。
Since A (0) = (Dsp/2)2[I], Ds, = z can be claimed by a weak 7 stone copy αυ (103), (The method of 31 is 10
Find the point fMax where the frequency analysis result of is O.

これより・ DsF = 2 ・f Max Q3 として請求め得る(104)。以上、周波数分析結果か
らD s p ’にめる処理法について述べた。
From this, it can be claimed as ・DsF=2・f Max Q3 (104). The processing method for determining D sp ' from the frequency analysis results has been described above.

上記の3方法のいずれをとっても良いし、また、複数方
法の結果を平均する等の処理をしても良い・、 本実施
例では、正方形状のビームについて詳述したが、円形や
、強度が一定でなくガウス形状のビームについてもDl
IPの演算が可能である。
Any of the above three methods may be used, or processing such as averaging the results of multiple methods may be used. In this example, a square beam was described in detail, but a circular beam or a beam with an intensity Dl also for non-constant Gaussian beams
IP calculations are possible.

第13図は、本発明の第6の実施例を示す図である。本
実施−例は、第5の実施例の周波数分析の代りに・平均
周波数演算器12を用いた点に特徴がある。第13図に
おいて、1〜9は先の実施例と同一である。平均周波数
演算器12は・フィルター・実効値演算素子、割算素子
で構成される既知のものである。平均周波数A、Fは、
6からの出力波形が・ある周波数成分v(f)の合成波
とすると・ 0階 でめられる。強度一定の正方形ビームのとき。
FIG. 13 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention. This embodiment is characterized in that an average frequency calculator 12 is used instead of the frequency analysis of the fifth embodiment. In FIG. 13, 1 to 9 are the same as in the previous embodiment. The average frequency computing unit 12 is a known one that is composed of a filter, an effective value computing element, and a dividing element. The average frequencies A and F are
If the output waveform from 6 is a composite wave of a certain frequency component v(f), it can be found at the 0th floor. For a square beam with constant intensity.

であるから・a9式は である。これから、A、Fを12でめ、DlIPを、D
 sp = 1 / 6π・(A、F) α9で算出で
きる。12の出力を得て05)式の割算をし請求めたD
8FからLOに換算するのが演算器13である。13の
演算内容は・Q51式の割算とLoへの換算であり・先
の実施例で述べた事項なので詳述を省略する。本実施例
は、周波数情報に注目する点は第5の実施例と似ている
が、平均周波数を介してDspを算出する点が異なる。
Therefore, formula a9 is. From now on, set A, F to 12, DlIP, D
sp = 1/6π・(A, F) It can be calculated using α9. D who obtained the output of 12 and was able to divide the equation 05)
The arithmetic unit 13 converts 8F to LO. The contents of the calculation in step 13 are the division of the Q51 formula and the conversion to Lo. Since these are the matters described in the previous embodiment, detailed explanation will be omitted. This embodiment is similar to the fifth embodiment in that it focuses on frequency information, but differs in that Dsp is calculated using the average frequency.

第7の実施例は・検出器6にフォトダイオードアレイに
代り、1ケの光検出素子を空間上を走査してスペックル
の空間的強度分布を得るものである。このようにして得
た強度分布から−Dirをめ・Lo’を換算する手法は
、実施例の1から7までと同じになる。
In the seventh embodiment, instead of using a photodiode array as the detector 6, a single photodetecting element is used to scan the space to obtain the spatial intensity distribution of speckles. The method of converting -Dir and Lo' from the intensity distribution thus obtained is the same as in Examples 1 to 7.

第8の実施例は、第14図に示すように、検出器6の前
に・照射するレーザー光のみを通過させる光学フィルタ
ー14と、光増幅器15を設けた点が特徴である。6以
降は、先の実施例と同じである。14の使用により、例
えば白色光の環境下でも測定が可能となる。15は、マ
イクロチャンネルプレート等であり、微弱なスペックル
パターンでも検出可能ならしめるものである。15は、
印加する低圧を変化させることで、光の増幅肚を変える
ことができ・スペックル強度が最適となるよう制御でき
る。
The eighth embodiment is characterized in that, as shown in FIG. 14, an optical filter 14 and an optical amplifier 15 are provided in front of the detector 6 to allow only the irradiated laser beam to pass through. 6 and subsequent steps are the same as in the previous embodiment. By using 14, measurements can be made even in a white light environment, for example. 15 is a microchannel plate or the like, which enables detection of even a weak speckle pattern. 15 is
By changing the applied low pressure, the light amplification level can be changed and the speckle intensity can be controlled to be optimal.

第9の実施例は、今まで述べた実施例に・レーザー光を
オン・オフするシャッター16と、その制御装置17を
備えている。さらに、減算器18を設けて、16がオン
、つまり・レーザー光が出射された時のスペックルパタ
ーンから、16がオフした。レーザー光がない時の背景
光を差し引く操作をする。18以降は、−先の実施例と
同一である。18による減算処理によって、スペックル
パターンに含まれる背景光を完全に除去して、測定の精
度向上を可能ならしめることができる。
The ninth embodiment is the same as the embodiments described above except that it includes a shutter 16 for turning on and off the laser beam, and a control device 17 for the shutter. Furthermore, a subtractor 18 was provided, and 16 was turned on, that is, from the speckle pattern when the laser beam was emitted, 16 was turned off. Perform an operation to subtract the background light when there is no laser light. 18 onwards are the same as in the previous embodiment. By the subtraction processing in step 18, background light included in the speckle pattern can be completely removed, making it possible to improve measurement accuracy.

第16因ば、本発明の第10の実施例を示す図である。The 16th factor is a diagram showing a 10th embodiment of the present invention.

本実施例は、回転可能なミラー19を設け・レーザービ
ーム5の照射方向を任意に変え得る構造とした点に特徴
がある。19に2制御装置20によって制御され、同時
に6は照射方向に常VC検出面が向くよう1lilJ御
される。6以降の処理は・先の実施例と同じである。本
実施例では、容易にレーザービームの照射点を変え・任
意の位置までの距離測定を可能とするものである。
This embodiment is characterized by a structure in which a rotatable mirror 19 is provided and the irradiation direction of the laser beam 5 can be changed arbitrarily. 19 is controlled by the 2 control device 20, and at the same time, 6 is controlled so that the VC detection surface always faces the irradiation direction. Processing after step 6 is the same as in the previous embodiment. In this embodiment, it is possible to easily change the irradiation point of the laser beam and measure the distance to any position.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上に述べたように、本発明によってレーザー光が照射
された点までの距離を、光学系の容易な小型・軽量の装
置で、遠隔により測定できる。このため・ロボット等へ
の搭載が可能となり、さらに・碌細な対象物の認識が可
能となる効果がある。
As described above, according to the present invention, the distance to a point irradiated with laser light can be measured remotely using a small, lightweight device with a simple optical system. Therefore, it is possible to install it on a robot, etc., and it also has the effect of making it possible to recognize delicate objects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はスペックルパターンの強度分布の波形図・第2
図は本発明の第1の実施例を示す説明図、第3図は第1
の実施例で、スペックルパターンの強度分布を実測した
波形図、第4図はスペックルパターンの強度分布から相
関演算をして、スペックル平均粒径D s pをめる際
の説明線図、第5図はDspをめるための処理フローチ
ャート図・第6図は與1の実施例での測定結果の線図、
第7図。 第8図は本発明の第2.第3の実施例金示す説明図、第
9図は第3の実施例の処理の流れ図、第10図は本発明
の第5の実施例の説明図、第11図は第5の実施例にお
け名局波数分析結果例を示す線図、第12図は第5の実
施例に関し、Dspをめるための処理フローチャート図
、勇13図は本発明の第6の実施例を示す説明図、第1
4図。 第15図、第16図は、おのおの、本発明の第8゜第9
.第10の実施例を示す説明図である。 1・・・被測定対象物、2・・・レーザー発生装置、6
・・・光検出器・7.7′・・・演算装置、8.8’・
・・演算器、9・・・表示装置、10・・・周波数分析
結果、11・・・演算装置、13・・・演算器、14・
・・光学フィルター、、15・・・光増幅器、16・・
・シャッター、17・・・制御装置、18・・・減算器
、19・・・ミラー、20・・・制御装置。 $ I 口 位置 ! 2 口 #3 (!1 検出啓長之オ藺4ト置(2ユ) $4− 囚 ゛・4 第!50 モイ5 乙 U 才Kftfin 4%う/l E−禽* 、t6 <m
 )茅7 固 / 8り 茅 δ ロ yq 圀 茅 lO目 茅 II 固 θ チ 寮+27 茅13 口 /3 茅!4 口
Figure 1 is a waveform diagram of the intensity distribution of the speckle pattern.
The figure is an explanatory diagram showing the first embodiment of the present invention, and FIG.
In this example, the waveform diagram of the actual measurement of the intensity distribution of the speckle pattern is shown. FIG. , FIG. 5 is a processing flowchart for adjusting the DSP, and FIG. 6 is a diagram of the measurement results in the embodiment of Toi 1.
Figure 7. FIG. 8 shows the second embodiment of the present invention. 9 is a flowchart of the process of the third embodiment, FIG. 10 is an explanatory diagram of the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 11 is an explanatory diagram of the fifth embodiment. A diagram showing an example of the wave number analysis result of the famous station, FIG. 12 is a processing flowchart for setting the DSP regarding the fifth embodiment, and FIG. 13 is an explanatory diagram showing the sixth embodiment of the present invention. 1st
Figure 4. 15 and 16 respectively show the 8th and 9th parts of the present invention.
.. It is an explanatory view showing a 10th example. 1... Object to be measured, 2... Laser generator, 6
...Photodetector・7.7'...Arithmetic unit, 8.8'・
... Arithmetic unit, 9... Display device, 10... Frequency analysis result, 11... Arithmetic device, 13... Arithmetic unit, 14.
...Optical filter, 15... Optical amplifier, 16...
- Shutter, 17...Control device, 18...Subtractor, 19...Mirror, 20...Control device. $ I mouth position! 2 Mouth #3 (!1 Detection Kei Nagao Oi 4 To Place (2 Yu) $4- Prisoner ゛・4 No. !50 Moi 5 Otsu U Sai Kftfin 4% U/l E-Bird*, t6 <m
) Kaya 7 Hard / 8 Rikyo δ Royq Kuni Kaya lOme Kaya II Hard θ Chi dormitory +27 Kaya 13 Mouth / 3 Kaya! 4 mouths

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、 レーザースペックルの空間強度分布を検出する手
段と、検出した強度分布の自己相開を算出する手段と、
自己相関の算出結果があらかじめ設定した値となる位置
からスペックル平均粒径をめる手段と請求めたスペック
ル平均粒径からレーザー照射点までの距離をめる手段を
備えたことを特徴とする距離測定装置。
1. means for detecting the spatial intensity distribution of laser speckles; means for calculating the self-phase opening of the detected intensity distribution;
The present invention is characterized by comprising means for calculating the average speckle particle size from a position where the autocorrelation calculation result is a preset value, and means for calculating the distance from the claimed average speckle particle size to the laser irradiation point. Distance measuring device.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008049881A1 (en) 2008-09-30 2010-04-01 Carl Zeiss Meditec Ag Arrangement for measuring movement of eye, comprises two dimensional spatially resolving detector for repeated recording of potential movement field of eye in overview image with image sequence
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US8596786B2 (en) 2008-09-30 2013-12-03 Carl Zeiss Meditec Ag Arrangements and method for measuring an eye movement, particularly a movement of the fundus of the eye
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WO2023112628A1 (en) * 2021-12-16 2023-06-22 株式会社デンソー Laser radar device

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