DE3412075A1

DE3412075A1 - Device for three-dimensional measurement of light points

Info

Publication number: DE3412075A1
Application number: DE19843412075
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl.-Biol. 3407 Gleichen Heerich; Helmut Prof. Dr. Dipl.-Ing. 3400 Göttingen Kellner
Original assignee: Isco Optische Werke GmbH
Current assignee: Kappa Messtechnik GmbH
Priority date: 1984-03-31
Filing date: 1984-03-31
Publication date: 1985-10-03

Abstract

A device for three-dimensional measurement of light points (1) situated on the object side (2) is fitted with imaging optics (6) arranged between the object side (2) and image side and has a plurality of photodiode rows for determining the coordinates of the light point (1). The photodiode rows (10,10%,10_) are arranged separately from one another in different imaging planes. Each photodiode row (10,10%,10_) has its own imaging optics (6,6%,6_) with lens optics and a cylindrical lens. The cylindrical lenses assigned to the photodiode rows (10,10%,10_) are arranged with their cylinder axes skew relative to one another and fix the coordinate axes in their directions. <IMAGE>

Description

Vorrichtung zur dreidimensionalen Vermessung von LichtpunktenDevice for three-dimensional measurement of points of light

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Vermessung von auf der Dingseite befindlichen Lichtpunkten, mit einer zwischen Dingseite und Bildseite angeordneten Abbildungsoptik und mehreren Fotodiodenzeilen zum Erfassen dzr Koordinaten des Lichtpunktes.The invention relates to a device for three-dimensional Measurement of light points located on the thing side, with one between the thing side and imaging optics arranged on the image side and a plurality of photodiode lines for detection dzr coordinates of the light point.

Lichtempfindliche Dioden, die in einer Vielzahl in Zeilenfor.Photosensitive diodes, which are available in a variety of rows.

aneinandergereiht sind, sind auch als sog. CCD-Zeile bekannt.are strung together are also known as so-called CCD lines.

Eine CCD-Zeile ist ein Halbleiterbauelement, das aus einer grossen Zahl auf einem Substrat dicht integrierter MOS-Kondensatoren besteht, die ein analoges Signal in Form von Ladungspaketen speichern können und die diese Ladungspakete bei entsprechender Steuerung durch Taktsignale von Kondensator zu Kondensator weiterleiten können. Die einzelnen Dioden oder auch Bildelemente werden auch als Pixel bezeichnet. Ein einziges Pixel oder eine einzige Diode kann beispielsweise typisch eine Größe von 0,013 x 0,013 mm2 oder auch 0,010 x 0,010 mm2 aufweisen. Die einzelnen Dioden sind unmittelbar aneinanderstoßend in Zeilenform angeordnet. Es ist bekannt, in einer solchen Zeile beispielsweise 256 - 4.096 einzelne Dioden bzw. Pixel anzuordnen.A CCD line is a semiconductor component that consists of a large Number of MOS capacitors densely integrated on a substrate, which is an analog Signal in the form of charge packets and can store these charge packets at Pass on appropriate control by clock signals from capacitor to capacitor can. The individual diodes or picture elements are also referred to as pixels. For example, a single pixel or diode can typically be one size of 0.013 x 0.013 mm2 or 0.010 x 0.010 mm2. The individual diodes are arranged directly butting against one another in a row. It is known in for example, to arrange 256 - 4,096 individual diodes or pixels in such a line.

Wird eine einzelne Diode innerhalb der Zeile belichtet, so entsteht eine elektrische Ladung, die in einen Zwischenspeicher verschoben wird. Die Zwischenspeicher können dann ausgelesen werden, um festzustellen, welche der zahlreichen Dioden belichtet worden ist. Die dabei erhältlichen Informationen können entweder analog als Helligkeitsverteilung dargestellt oder mit Hilfe eines Analog /Digital-Wandlers in Zahlenwerte umgeformt werden. Die Belichtungszeit einerseits und die Auslesetaktrate andererseits können gesteuert werden. Das Auslesen kann äußerst schnell erfolgen, z. B. mit einer Auslesetaktrate von bis zu 20 MHz.If a single diode is exposed within the line, this is the result an electrical charge that is shifted to a temporary store. The cache can then be read out to determine which of the numerous diodes is illuminating has been. The information available here can either be analogue as a brightness distribution shown or converted into numerical values with the aid of an analog / digital converter will. The exposure time on the one hand and the readout clock rate on the other hand can being controlled. Reading can be done extremely quickly, e.g. B. with a readout clock rate of up to 20 MHz.

Für eine Zeile mit 1.728 Dioden und einer Auslesetaktrate von 2 MHz ergibt sich eine Wiederholfrequenz von 1,16 KHz. Es versteht sich, daß mit derartigen Fotodiodenzeilen nur ein eindimensionales Messen möglich ist.For a row with 1,728 diodes and a readout clock rate of 2 MHz the result is a repetition frequency of 1.16 KHz. It goes without saying that with such Photodiode lines only a one-dimensional measurement is possible.

Zum zweidimensionalen Messen ist es bekannt, die Dioden, Bildelemente bzw. Pixel als Matrix anzuordnen, die dann aus n Zeilen mit je m Dioden besteht. Auf diese Art und Weise ergeben sich n x m Bildelemente. Die Bildelemente können rechteckige Form, z. B. 0,018 x 0,030 mm2 oder auch quadratische Form, z. B. 0,023 x 0,023 mm2 haben. Daraus ergeben sich auch die Abstände in Zeile und Reihe. Eine solche Fotodiodenmatrix wird auch als CCD-Array bezeichnet. Das Auslesen einer solchen Matrix erfolgt zeilenweise, d. h. die n Zeilen werden zeitmäßig nacheinander ausgelesen. Aus diesem Grund ist die Auslesezeit um den Faktor n größer als bei einer Einzelzeile. Die übliche Auslesetaktrate liegt hier bei 50 Hz.For two-dimensional measurement it is known to use diodes, picture elements or to arrange pixels as a matrix, which then consists of n rows with m diodes each. In this way, n × m picture elements result. The picture elements can rectangular shape, e.g. B. 0.018 x 0.030 mm2 or square shape, e.g. B. 0.023 x 0.023 mm2. This also gives rise to the spacing in line and row. One Such a photodiode matrix is also referred to as a CCD array. Reading out such Matrix is done line by line, i. H. the n lines are read out one after the other. For this reason, the readout time is greater by a factor of n than for a single line. The usual readout clock rate is 50 Hz.

Für eine zweidimensionale Messung wird eine Kamera mit einer Fotodiodenmatrix eingesetzt. Für die Messung der dreidimensionalen Lage von Lichtpunkten werden üblicherweise zwei derartige Kameras in Stereoanordnung benötigt. Solche Messungen sind z. B. von erheblicher Bedeutung bei der zwei- oder dreidimensionalen berührungslosen Positionierung von mobilen Robotern relativ zu einem Lichtpunkt. Ein solcher Lichtpunkt kann selbstleuchtend ausgebildet sein, also z. B. als Diode oder auch durch Remission erzeugt werden. Mit einer dreidimensionalen Punktvermessung kann somit auch die Oberfläche eines Körpers erfaßt werden, wobei z. B. die Lichtpunkte von einem bewegten Laserstrahl nach Scanntechnik erzeugt werden.A camera with a photodiode matrix is used for a two-dimensional measurement used. For the measurement of the three-dimensional position of points of light, usually two such cameras are required in a stereo arrangement. Such measurements are e.g. B. of considerable importance for two- or three-dimensional contactless positioning of mobile robots relative to a point of light. Such a point of light can be self-luminous be designed, so z. B. be generated as a diode or by remission. With a three-dimensional point measurement, the surface of a Body are detected, with z. B. the points of light from a moving laser beam can be generated by scanning technology.

Die für die angesprochenen Messungen verfügbaren Kameras, die mit einer Fotodiodenmatrix arbeiten, haben vor allen Dingen zwei wesentliche Nachteile. Die Anzahl der Fotodioden innerhalb der Matrix ist relativ gering und die Auslesezeit ist relativ hoch. Oft wird auch, z. B. für Positionieraufgaben ein großer Bildbereich bei hoher Auflösung in Verbindung mit einer kurzen Meßzeit verlangt. Diese Forderungen können von einer Fotodiodenmatrix, bedingt durch deren konstruktiven Aufbau, praktisch nicht oder nur sehr schwer erfüllt werden.The cameras available for the mentioned measurements that are marked with a photodiode matrix work have two main disadvantages. The number of photodiodes within the matrix is relatively small and the readout time is relatively high. Often, z. B. a large image area for positioning tasks required for high resolution in connection with a short measuring time. These demands can benefit from a photodiode matrix due to its structural design cannot be met or only with great difficulty.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die mit einer geringen Anzahl von Fotodioden auskommt und bei der die Auslesetaktrate relativ hoch gewählt werden kann, wie dies an sich bei Fotodiodenzeilen möglich ist.The invention is based on the object of providing a device of the initially described to create the type described, which manages with a small number of photodiodes and in which the read-out clock rate can be selected to be relatively high, as is the case in itself is possible with photodiode lines.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die drei Fotodiodenzeilen getrennt voneinander in unterschiedlichen Bildebenen angeordnet sind, daß jede Fotodiodenzeile eine eigene Abbildungsoptik mit einer Linsenoptik und einer Zylinderlinse aufweist, und daß die den Fotodioenzeilen zugeordneten Zylinderlinsen mit ihren Zylinderachsen windschief zueinander angeordnet sind und die Koordinatenachsen in ihren Richtung festlegen. Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Verwendung von zwei Fotodiodenmatritzen mit je mehreren Zeilen bei der dreidimensionalen Vermessung zu verlassen und gleichsam die Matritzen in drei räumlich getrennte Zeilen voneinander aufzuteilen und damit zu messen. Die Erfindung setzt somit die an sich bekannten Fotodiodenzeilen mit ihren höheren Auslesetaktraten ein, jetzt aber nicht zur eindimensionalen, sondern zur dreidimensionalen Messung. Diese drei Fotodiodenzeilen werden in unterschiedlichen Bildebenen angeordnet.According to the invention this is achieved in that the three rows of photodiodes are arranged separately from one another in different image planes, that each line of photodiodes has its own imaging optics with a lens optic and a cylinder lens, and that the cylinder lenses assigned to the photodiode lines with their cylinder axes are arranged skewed to each other and the coordinate axes in their direction determine. The invention is based on the idea of using two photodiode matrices to leave with several lines in the three-dimensional measurement and at the same time to divide the matrices into three spatially separated rows and thus to eat. The invention thus uses the lines of photodiodes known per se their higher readout clock rates, but now not for one-dimensional, but for three-dimensional measurement. These three photodiode lines are in different Arranged image planes.

Zu jeder Abbildungsoptik gehört eine Linsenoptik und eine vor-oder nachgeordnete Zylinderlinse. Die Erfindung benutzt weiterhin die Erkenntnis, daß sich ein Punkt mit Hilfe einer Zylinderlinse zu einem Strich bzw. Balken abbilden läßt. Aus einem Lichtpunkt wird dabei ein Lichtbalken. Bildet man diesen Lichtbalken schräg auf der Fotodiodenzeile ab, dann wird das betreffende Bildelement im Schnittpunkt beleuchtet. Aus der betreffenden Fotodiodenzeile läßt sich eine Koordinate auslesen.Each imaging optic has a lens optic and a front or downstream cylindrical lens. The invention further uses the knowledge that A point can be mapped into a line or bar with the help of a cylindrical lens leaves. A point of light becomes a light bar. If you form this light bar at an angle on the photodiode line, then the relevant picture element is at the point of intersection illuminated. A coordinate can be read from the relevant line of photodiodes.

Gleiches gilt für die anderen Fotodiodenzeilen, wobei die Zylinderachsen, die im allgemeinen Fall lediglich windschief zueinander angeordnet sein müssen, zugleich die Koordinatenachsen hinsichtlich ihrer Richtungen festlegen. Mit diesen drei Fotodiodenzeilen lassen sich auf diese Art und Weise die X-, V-und die Z-Koordinate des Lichtpunktes messen, und zwar mit sehr großer Geschwindigkeit. Jeder auf diese Art und Weise erzeugte Lichtbalken beschreibt in Verbindung mit dem Projektionszentrum der jeweiligen Abbildungsoptik eine Ebene im Raum. Sämtliche Lichtpunkte im dingseitigen Bereich dieser Ebene werden auf dem Lichtbalken abgebildet. Führt man zwei dieser Ebenen zum Schnitt, so ergibt sich eine Schnittgerade. Zwei Schnittgeraden zweier unterschiedlicher Ebenenpaare schneiden sich in einem Punkt. Damit sind die Koordinaten des Lichtpunktes festgelegt. Durch die Verwendung von drei Fotodiodenzeilen wird erfindungsgemäß gleichsam eine Pseudo-Raum-Kamera geschaffen.The same applies to the other rows of photodiodes, whereby the cylinder axes, which in the general case only have to be arranged skewed to each other, at the same time define the coordinate axes with regard to their directions. With these three rows of photodiodes can be identified in this way as the X, V and Z coordinates measure the point of light, and at very high speed. Everyone on this Describes the manner in which the light bar is generated in connection with the projection center the respective imaging optics a level in space. All points of light in the thing-side Areas of this level are shown on the light bar. One performs two of these Planes to the section, this results in a straight line of intersection. Two lines of intersection between two different pairs of planes intersect at one point. That’s the coordinates of the light point. By using three rows of photodiodes, according to the invention, as it were, created a pseudo-space camera.

Uberraschend daran ist, daß man mit Fotodiodenzeilen, die an sich bisher nur zur eindimensionalen Messung eingesetzt wurden, auf die Art und Weise auch dreidimensional messen kann.What is surprising is that one can use rows of photodiodes that per se previously only used for one-dimensional measurement that way can also measure three-dimensionally.

Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind darin zu sehen, daß nur drei Fotodiodenzeilen ausgelesen werden müssen. Dies kann parallel zueinander geschehen, wodurch extrem kurze Meßzeiten erreicht werden. Die Meßfrequenz liegt mit Sicherheit im KHz-Bereich. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Auflösung in den Koordinatenrichtung gleich sein kann und dem Abstand der Fotodioden in der Zeile entspricht, also in einer Größenordnung von 0,010 bis 0,013 mm liegt. Mit handelsüblichen CCD-Zeilen können auf diese Art und Weise 4.0963 Raumpunkte bestimmt werden. Die Anzahl der Bildpunkte kann durch das Aneinanderreihen von CCD-Zeilen weiter erhöht werden.The main advantages of the device according to the invention are therein to see that only three rows of photodiodes need to be read out. This can be done in parallel happen to each other, whereby extremely short measuring times can be achieved. The measuring frequency is definitely in the KHz range. Furthermore, it is advantageous that the resolution can be the same in the coordinate direction and the distance of the Photodiodes in the row corresponds, that is, on the order of 0.010 to 0.013 mm lies. With commercially available CCD lines, 4.0963 spatial points can be achieved in this way to be determined. The number of pixels can be determined by lining up CCD lines can be further increased.

In spezieller Ausführungsform besteht die Möglichkeit, daß zwei Fotodiodenzeilen in einer gemeinsamen Ebene und die dritte Fotodiodenzeile orthogonal zu dieser Ebene angeordnet ist. Damit ergibt sich eine vereinfachte Justierungsmöglichkeit.In a special embodiment there is the possibility that two rows of photodiodes in a common plane and the third row of photodiodes orthogonal to this plane is arranged. This results in a simplified adjustment option.

Die Projektionszentren der drei Abbildungsoptiken können auf einer Geraden angeordnet sein, was den mechanischen Aufbau der Gesamtvorrichtung erheblich vereinfacht. Die drei Fotodiodenzeilen mit ihren jeweiligen Abbildungsoptiken können auch auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sein. In allen Fällen ist selbstverständlich eine feste Basis erforderlich, auf denen die Fotodiodenzeilen mit ihren Abbildungsoptiken festgelegt sind bzw. eingestellt werden können.The projection centers of the three imaging optics can be on one Be arranged straight, which the mechanical structure of the overall device significantly simplified. The three rows of photodiodes with their respective imaging optics can can also be arranged on a common carrier. In all cases it goes without saying a solid base is required on which the photodiode lines with their imaging optics are set or can be set.

Anstelle einer Fotodiodenzeile können mehrere Fotodiodenzeilen in einer Ebene vorgesehen und einer Zylinder linse bzw. Abbildungsoptik zugeordnet sein, auf die der Lichtbalken mit Prismen, Spiegel o. dgl. abgebildet wird. Damit ist es möglich, einen größeren Meßraum zu überdecken. Da die einzelnen Fotodiodenzeilen auch zeitlich parallel zueinander ausgelesen werden können, kann auf diese Art und Weise die Meßgeschwindigkeit gesteigert werden.Instead of one line of photodiodes, several lines of photodiodes can be used in a plane provided and assigned to a cylinder lens or imaging optics be, on which the light bar with prisms, mirrors o. The like. Is mapped. In order to it is possible to cover a larger measuring area. As the individual lines of photodiodes can also be read out in parallel to each other in this way and Way the measuring speed can be increased.

Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele weiter dargestellt und verdeutlicht. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Abbildung eines Lichtpunktes in einen Lichtbalken, Fig. 2 die räumliche Zuordnung der wesentlichen Teile der Vorrichtung in einer ersten allgemeinen Ausführungsform und Fig. 3 die Möglichkeit der Unterteilung einer Zeile in mehrere Teilzeilen.The invention is further illustrated with the aid of a few exemplary embodiments and clarified. 1 shows a perspective illustration of the figure a point of light in a light bar, Fig. 2 the spatial assignment of the essential Parts of the device in a first general embodiment and FIG. 3 the Possibility of dividing a line into several sub-lines.

Fig. 1 verdeutlicht die Abbildung eines Lichtpunktes 1, der auf der Dingseite 2 vorgesehen ist zu einem Lichtbalken 3 auf einer Bildebene 4 im Bereich der Bildseite 5. Dies geschieht mit Hilfe einer Abbildungsoptik 6, die eine Linsenoptik 7 und eine Zylinderlinse 8 aufweist. Die Zylinderachse 9 der Zylinderlinse 8 und der Lichtbalken 3 liegen in einer gemeinsamen Ebene, ja sogar parallel zueinander, wenn die Bildebene 4 entsprechend positioniert ist. Die Abbildungsgesetze einer Zylinderlinse 8 sind an sich bekannt. In einer ersten Abbildung erscheint der Lichtbalken 3 so wie dargestellt. Positioniert man nun eine Fotodiodenzeile 10 in der Bildebene 4 so, daß der Lichtbalken 3 schräg oder auch quer die Fotodiodenzeile 10 schneidet, so wird das betreffende Diodenelement der Fotodiodenzeile 10 belichtet und stellt damit eine Koordinate des Lichtpunktes 1 dar. Es versteht sich, daß in Verbindung mit der Zylinderachse 9 und dem belichteten Element der Fotodiodenzeile 10 eine Ebene definiert ist, in der auch der Lichtpunkt 1 angeordnet ist.Fig. 1 illustrates the image of a point of light 1, which is on the Thing side 2 is provided to a light bar 3 on an image plane 4 in the area the image side 5. This is done with the aid of imaging optics 6, which are lens optics 7 and a cylinder lens 8. The cylinder axis 9 of the cylinder lens 8 and the light bars 3 lie in a common plane, even parallel to each other, when the image plane 4 is positioned accordingly. The mapping laws of a Cylindrical lens 8 are known per se. The light bar appears in the first illustration 3 as shown. If one now positions a line of photodiodes 10 in the image plane 4 so that the light bar 3 cuts obliquely or across the photodiode line 10, so the relevant diode element of the photodiode line 10 is exposed and sets thus a coordinate of the light point 1. It goes without saying that in connection with the cylinder axis 9 and the exposed element of the photodiode line 10 a The plane in which the light point 1 is also arranged is defined.

Die Anordnung nach Fig. 1 erlaubt noch keine zwei- oder dreidimensionale Vermessung, soll aber die prinzipiellen Möglichkeiten einer solchen Abbildung mit einer Zylinderlinse 8 aufzeigen.The arrangement according to FIG. 1 does not yet allow two- or three-dimensional Surveying, should, however, take into account the basic possibilities of such a mapping show a cylinder lens 8.

Der in Fig. 2 dargestellte grundsätzliche Aufbau der Vorrichtung für eine dreidimensionale Messung baut zunächst auf der Anordnung gemäß Fig.1 auf, dh. h. der Lichtpunkt 1 wird mit Hilfe einer Abbildungsoptik 6, die eine Linsenoptik 7 und eine Zylinderlinse 8 aufweist, als Lichtbalken 3 mit einer Fotodiodenzeile 10 zum Schnitt gebracht, wodurch beispielsweise die Koordinate X festgelegt ist. Dies geschicht ein zweites und ein drittes Mal mit prinzipiell gleich aufgebauten Vorrichtungsteilen, indem der Lichtpunkt 1 zusätzlich auf einer Fotodiodenzeile 10' mit Hilfe der Abbildungsoptik 6' und des Lichtbalkens 3' abgebildet wird. In gleicher Weise empfängt die Fotodiodenzeile 10'' über die Abbildungsoptik 6'' den Lichtbalken 3'' des Lichtpunktes 1. Damit kann die Y und die Z Koordinate festgelegt werden. Die Fotodiodenzeilen 10, 10', 10'' sind getrennt voneinander in unterschiedlichen Bildebenen angeordnet. Die Achsen der Zylinderlinsen der Abbildungsoptiken 6, 6', 6'' können im allgemeinen Fall windschief zueinander angeordnet sein.The basic structure of the device shown in Fig. 2 for a three-dimensional measurement is initially based on the arrangement according to FIG. H. the light point 1 is with the help of an imaging optics 6, which is a lens optic 7 and a cylindrical lens 8, as a light bar 3 with a line of photodiodes 10 brought to the intersection, whereby, for example, the coordinate X is determined. This happens a second and a third time with basically the same structure Device parts by placing the light point 1 additionally on a line of photodiodes 10 'is imaged with the aid of the imaging optics 6' and the light bar 3 '. In In the same way, the photodiode line 10 ″ receives the imaging optics 6 ″ Light bar 3 '' of light point 1. This can be used to define the Y and Z coordinates will. The photodiode rows 10, 10 ', 10' 'are separated from one another in different Arranged image planes. The axes of the cylindrical lenses of the imaging optics 6, 6 ', 6 ″ can generally be arranged skewed to one another.

Im speziellen Fall ist es möglich, beispielsweise die Fotouiodenzeilen 10 und 10' in einer gemeinsamen Ebene anzuordnen und die Zeile 10'' in einer dazu orthogonal stehenden Ebene. Jeder Lichtbalken 3, 3', 3'' beschreibt in Verbindung mit dem Projektionszentrum der jeweiligen Abbildungsoptik 6, 6', 6'' eine Ebene im Raum. Die der Abbildungsoptik 6 zugeordnete Ebene 11 und die der Abbildungsoptik 6' zugeordnete Ebene 11' schneiden sich in einer Schnittgeraden 12, auf der der Lichtpunkt 1 angeordnet ist. Gleiches gilt, wenn beispielsweise ein anderes Paar von Ebenen in einer Schnittgeraden zum Schnitt gebracht wird.In a special case it is possible, for example, the photo diode lines 10 and 10 'to be arranged in a common plane and the line 10' 'in one orthogonally standing plane. Each light bar 3, 3 ', 3' 'describes in connection a plane with the projection center of the respective imaging optics 6, 6 ', 6' ' in the room. The plane 11 assigned to the imaging optics 6 and that of the imaging optics 6 'associated plane 11' intersect in a straight line 12 on which the Light point 1 is arranged. The same applies if, for example, another couple is brought to the intersection of planes in an intersection line.

Sämtliche drei auf diese Art und Weise entstehenden Schnittgeraden schneiden sich in dem Lichtpunkt 1.All three lines of intersection created in this way intersect in the light point 1.

Jede Abbildungsoptik 6, 6', 6'' bildet mit der zugehörigen Fotodiodenzeile 10, 10', 10'' gleichsam eine Kamera, so daß drei Kameras etwa in Reihe vorgesehen sind. In bevorzugter Ausführungsform können die Fotodiodenzeilen 10 und 10' in einer Ebene liegen. Auch alle drei Projektionszentren der Abbildungsoptiken 6, 6', 6'' können ebenfalls in dieser Ebene angeordnet sein, um die Gesamtvorrichtung einfacher justieren zu können.Each imaging optics 6, 6 ', 6' 'forms with the associated line of photodiodes 10, 10 ', 10' 'as it were a camera, so that three cameras are provided approximately in series are. In a preferred embodiment, the photodiode rows 10 and 10 'in one Lie level. All three projection centers of the imaging optics 6, 6 ', 6' ' can also be arranged in this plane to simplify the overall device to be able to adjust.

Die Fotodiodenzeile 10'' ist vorzugsweise orthogonal zu dieser Ebene angeordnet. Durch eine Kallibrierung der Gesamtvorrichtung werden sämtliche geometrischen Parameter bestimmt, so daß aus den Bildkoordinaten, nämlich der Lage des jeweiligen Lichtbalken 3, 3', 3'' auf den Fotodiodenzeilen 10, 10', 10" die Raumkoordinaten X, Y, Z des Lichtpunktes 1 berechnet werden können.The photodiode line 10 ″ is preferably orthogonal to this plane arranged. By calibrating the entire device, all geometric Parameters determined so that from the image coordinates, namely the location of the respective Light bars 3, 3 ', 3 "on the photodiode lines 10, 10', 10" show the spatial coordinates X, Y, Z of the light point 1 can be calculated.

Die Fig. 3 soll verdeutlichen, daß es möglich ist, eine einzelne Fotodiodenzeile 10 beispielsweise durch drei Fotodiodenzeilen 13, 14, 15 zu ersetzen bzw. zu ergänzen; mit Hilfe eines Prismas 16 mit Spiegeln 17 oder nur mit Spiegeln 17 besteht die Möglichkeit, den von der Zylinderlinse 8 abgebildeten Lichtbalken 3 bereichsweise jeweils auf eine Fotodiodenzeile 13, 14 oder 15 zu lenken. Durch diese MaBnahme wird der Bildwinkel vergrößert, ohne daß die Länge einer einzelnen Fotodiodenzeile hierbei eine Grenze bildet. Die Fotodiodenzeilen 13, 14 und 15 können auch zeitlich parallel nebeneinander ausgelesen werden, so daß dadurch die Auslesezeit nicht verlängert wird. Umgekehrt läßt sich die Geschwindigkeit der Messung damit vergrößern.Fig. 3 is intended to make it clear that it is possible to use a single line of photodiodes 10 to be replaced or supplemented, for example, by three rows of photodiodes 13, 14, 15; with the help of a prism 16 with mirrors 17 or only with mirrors 17 is the Possibility of using the light bar 3 depicted by the cylinder lens 8 in areas to steer each to a photodiode line 13, 14 or 15. By this measure the angle of view is enlarged without reducing the length of a single line of photodiodes this forms a limit. The photodiode lines 13, 14 and 15 can also be timed are read out parallel to each other, so that this does not increase the readout time will. Conversely, the speed of the measurement can thus be increased.

Bezugszeichenliste: 1 = Lichtpunkt 2 = Dingseite 3 = Lichtbalken 4 = Bildebene 5 = Bildseite 6 = Abbildungsoptik 7 = Linsenoptik 8 = Zylinderlinse 9 = Zylinderachse 10 = Fotodiodenzeile 11 = Ebene 12 = Schnittgerade 13 = Fotodiodenzeile 14 = Fotodiodenzeile 15 = Fotodiodenzeile 16 = Prisma 17 = Spiegel - Leerseite -List of reference symbols: 1 = light point 2 = thing side 3 = light bar 4 = Image plane 5 = image side 6 = imaging optics 7 = lens optics 8 = cylindrical lens 9 = cylinder axis 10 = photodiode line 11 = plane 12 = intersection line 13 = photodiode line 14 = line of photo diodes 15 = line of photo diodes 16 = prism 17 = mirror - Blank page -

Claims

Device for three-dimensional measurement of light points Patent claims: 1.) Device for three-dimensional measurement of those on the thing side Points of light, with imaging optics arranged between the object and the image side and a plurality of photodiode lines for detecting the coordinates of the light spot, thereby characterized in that the three rows of photodiodes (10, 10 ', 10 ") are separated from one another are arranged in different image planes so that each line of photodiodes (10, 10 ', 10 ") its own imaging optics (6, 6 ', 6") with a lens optic and a cylinder lens has, and that the photodiode rows (10, 10 ', 10' ') associated with cylindrical lenses are arranged with their cylinder axes skewed to each other and the coordinate determine the axes in their directions.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that two rows of photodiodes (10, 10 ') in a common plane and the third row of photodiodes (10' ') is orthogonal is arranged at this level.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the projection centers of the three imaging optics (6, 6 ', 6' ') on a straight line are arranged.

4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the three rows of photodiodes (10, 10 ', 10 ") with their respective imaging optics (6, 6 ', 6' ') are arranged on a common carrier.

5. Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that instead of one line of photodiodes (10, 10 ', 10 "), several lines of photodiodes (13, 14, 15) provided in one plane and a cylinder lens (8) or imaging optics (6) are assigned to which the light bar (3) by means of prisms, mirrors, or the like.

(16, 17) is mapped.