JP2528921B2 - Distance measurement by diffraction - Google Patents

Distance measurement by diffraction

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JP2528921B2
JP2528921B2 JP62501427A JP50142787A JP2528921B2 JP 2528921 B2 JP2528921 B2 JP 2528921B2 JP 62501427 A JP62501427 A JP 62501427A JP 50142787 A JP50142787 A JP 50142787A JP 2528921 B2 JP2528921 B2 JP 2528921B2
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diffraction
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デヴイット,トマス
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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の範囲 本発明は一般に光学距離計のメカニズムを利用した距
離測定の概念に関し、より詳細には、単色光で照らされ
た目標物の表面から回折格子の距離の関係と、格子を通
して観測される次数0の各回折像から高次の回折像の各
相対的変位とを相関させることにより距離を測定する方
法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to the concept of distance measurement utilizing the mechanism of an optical rangefinder, and more particularly to the relationship of the distance of a diffraction grating from the surface of a target illuminated with monochromatic light. And a method of measuring a distance by correlating each relative displacement of a higher-order diffraction image from each diffraction image of order 0 observed through a grating.

本発明の背景および目的 光学距離計は距離の情報を表示するカメラである。従
来の二次元のカメラは入射光または反射光で物体の明る
さを表示した。距離測定カメラ(range finding camer
a)は像を結ぶが、像の明るさはカメラから像までの距
離によって決まる。
BACKGROUND AND OBJECT OF THE INVENTION Optical rangefinders are cameras that display distance information. A conventional two-dimensional camera displays the brightness of an object with incident light or reflected light. Range finding camer
a) connects the images, but the brightness of the image is determined by the distance from the camera to the image.

光学距離測定カメラには本質的に能動と受動の2つの
種類がある。能動と受動の違いは目的物の照射され方に
よる。能動の距離計(レンジファインダ)は目標物を照
射する光源を制御し、受動の距離計は周囲の照明のみに
依存する。
There are essentially two types of optical range finding cameras: active and passive. The difference between active and passive depends on how the target is illuminated. Active rangefinders control the light source that illuminates the target, while passive rangefinders rely only on ambient lighting.

受動の距離測定には、形状分析、多数の(一般に立体
的な)ビュー、被写界深度または光学的焦点分析の3つ
の主な原理が適用される。受動の距離測定の3つの原理
のすべての実施例は、従来の二次元カメラで実現され
る。例えば形状分析の1つのの方式は既知のサイズの目
標物を観測および表示(撮影)し、かつ表示されたサイ
ズを単に測定するだけでカメラから目標物の距離を決定
することにより実現される。または、1つの目標物の水
平方向に片寄った2つのビューが撮影されかつその2枚
の写真が既知の深度のある点に登録されると、互いに関
連のある他のいかなる距離も登録された写真間の水平方
向の寸法の違いを測定することにより測定できる。その
ような多数のビューを用いる方法は三角測量の手順の変
形で、能動の距離測定にも使用される。受動の距離測定
の最後の原理は被写界深度または焦点分析である。焦点
がぼけたレンズの錯乱円の半径がレンズから被写体への
距離に比例するので、焦点が最も合う位置に目標物を配
置するとレンズのケースにつけられた目盛りを参照する
ことにより目標物の距離がすぐに読めるように、レンズ
のケースに較正目盛りをつけることができる。
Three main principles apply to passive range finding: shape analysis, multiple (generally stereoscopic) views, depth of field or optical focus analysis. All implementations of the three principles of passive range finding are implemented with conventional two-dimensional cameras. For example, one form of shape analysis is accomplished by observing and displaying (imaging) a target of known size and determining the distance of the target from the camera by simply measuring the displayed size. Or, if two horizontally offset views of one target are taken and the two photos are registered at a point with known depth, any other distances that are related to each other are registered. It can be measured by measuring the difference in the horizontal dimension between the two. Such multiple view method is a variation of the triangulation procedure and is also used for active range finding. The last principle of passive range finding is depth of field or focus analysis. Since the radius of the circle of confusion of a defocused lens is proportional to the distance from the lens to the subject, when the target object is placed at the position where the focus is the best, the distance of the target object The case of the lens can be calibrated for readability.

光を用いた能動の距離測定には距離計に制御される光
源が必要である。最も熱心な研究が行なわれている分野
は三角測量、飛行時間(LADAR)、投影パターン(Moir
e)および焦点較正である。三角測量においては立体写
真システムの第2カメラは、投光器のように明確な構造
をもつ光源に置替えられる。通常、投光器からはシート
状に光が出る。投光器の軸線をまっすぐに見ると、光が
入射する表面の奥行の形状がいかなるものあっも、光の
シートは直線に見える。また軸線を外れた位置から見る
と光の面は曲がっているように見える。光の面の湾曲の
形状は深さと相関させることは容易である。
Active light-based distance measurement requires a light source controlled by a rangefinder. The areas where the most intense research is conducted are triangulation, time of flight (LADAR), and projection patterns (Moir
e) and focus calibration. In triangulation, the second camera of the stereoscopic photography system is replaced by a light source with a well-defined structure, like a floodlight. Usually, the light is emitted from the projector in the form of a sheet. Looking straight at the projector axis, the sheet of light looks straight, whatever the depth of the surface on which the light is incident. Also, when viewed from a position off the axis, the light surface looks curved. The shape of the curvature of the light surface is easy to correlate with depth.

明確な構造をもつ光源を用いら別の方法では、被写体
に一様に間隔を置いて配置された、一対の二次元パター
ンを放射しなければならない。この2つのパターンは互
いに干渉してモアレ模様のパターンを作り、容易に撮影
できる。モアレ模様の地形図的形状はカメラから被写体
の距離の変化に比例する。LADARはレーダによる電磁気
の距離測定に似ている。違いは能動の光源としてパルス
変調レーザが使用されることである。特別に設計された
距離計のセンサはレーザから目標物を経て距離計に戻る
飛行時間を測定する。LADARシステムは高価なうえに扱
いにくく不正確であるが、三角測量およびモアレ模様に
基づくシステムよりも光源がセンサと同軸にあるという
大変重要な利点がある。その結果、測定される像がさえ
ぎられたり影ができることはない。
Another method, using a well-defined light source, must emit a pair of two-dimensional patterns that are evenly spaced over the subject. These two patterns interfere with each other to form a moire pattern, which allows easy photographing. The topographical shape of the moire pattern is proportional to the change in the distance from the camera to the subject. LADAR is similar to electromagnetic range finding with radar. The difference is that a pulse-modulated laser is used as the active light source. A specially designed rangefinder sensor measures the time of flight from the laser back through the target to the rangefinder. Although LADAR systems are expensive, cumbersome and inaccurate, they have the very important advantage of having the light source coaxial with the sensor over triangulation and moire pattern based systems. As a result, the image being measured is not interrupted or shadowed.

能動の光源を用いた測定の別の同軸システムは焦点較
正(分析)である。そのようなシステムでは、カメラか
らペンシルビーム(光線束)が発せられる。較正された
レンズから見えるビームの錯乱円の半径は、目標物まで
の距離の約数である。
Another coaxial system of measurement with active light sources is focus calibration (analysis). In such a system, a pencil beam is emitted from the camera. The radius of the circle of confusion of the beam seen by the calibrated lens is a submultiple of the distance to the target.

光学距離計を使用する場合には、それが能動であるか
受動であるかにかかわらず、単一の共通な欠点のあるこ
とが一般に明らかである。公知のシステムはすべて、か
なり多数の精巧の光学素子、面倒な目盛り調べ、二軸性
の光源および表示システム、かなり高次の数字モデルを
解決するための非常に高性能な装置を必要とする。光学
距離測定の従来技術は、前記の欠点のうち最初の3つを
避けてリアルタイムの距離データが得られる技術であ
る。カルフォルニア州ロスアンゼルスの南カルフォルニ
ア大学の像処理研究所P.シャブルとT.C.ストランドの行
っているこ分野の研究によると距離は格子のタルボー回
折像を用いて測定できることがわかった。1984年3月15
日付の応用光学、第23巻、第6号のの記事で、シャブル
とストランドは1つの方法を論じている。その方法はリ
アルタイムの測定能力がありかつその方法のもとになる
物理現像および測定された変数である2つの根本的な面
において以前の方法の多くのものとは異なる。方法は回
折現像を利用しかつ明暗比の変数を測定するものであ
る。シャブルとストランドの方法は、格子のフレネル回
折パターンの明暗比が、格子からの距離の関数および光
の周波数によって変化することによる。しかし明暗比を
測定すると明らかに欠点が増える。任意の距離情報を得
るため単色のコヒーレント光の照明が電磁界スペクトル
の全体を不連続の周波数で発光しなければならないし、
そのような方法には不必要な費用がかかり、測定距離が
10メートル未満の場合には、不必要に複雑化しなければ
ならない。出願者にはシャブルとストランドの方法の重
要な要素が見落されているように思わる、回折現像をさ
らに調査しなければならないように思われる。回折格子
は100年以上もの間広範囲の応用に用いられてきた光学
素子である。光学装置は主な光学素子により、光の波長
に近い中心のある均等に間隔を置いて配置された直線か
ら成る。回折格子により反射されたかまたは透過された
光の性質は多数の学位論文、専攻論文、論説、テキスト
の主題となってきた。残存している文献には回折による
距離測定の発明の中心の現像の理論的説明があるが、シ
ャブルとストランドの前記研究を除けば、出願者の入手
できる現在の文献も特許の徹底的な調査も本主眼には明
確な示唆を与えない。回折現像はしばしばフラウンホー
ファ回折とフレネル回折の2つの一般的種類に分けられ
る。前者は格子を通る光が平面波として扱われる単純な
場合である。一方、波面は格子の間隔に関して湾曲を示
す場合、より複雑なフレネル分析を用いることにより、
副次的な回折効果を算定しなければならない。特に照射
される点光源は球状の波面を有する光を放射する。ホロ
グラフィーによって作られるような細かく間隔を置いて
配置された格子においては、湾曲した波面の効果は、い
くつかの距離測定に有効な範囲である数メートルの距離
で顕著である。
When using an optical rangefinder, whether it is active or passive, it is generally clear that there is a single common drawback. All known systems require a large number of sophisticated optics, cumbersome calibrating, biaxial light sources and display systems, and very sophisticated equipment for solving fairly high order numerical models. The conventional technique of optical distance measurement is a technique that obtains real-time distance data while avoiding the first three of the above-mentioned drawbacks. Studies in this area by P. Shable and TC Strand, Institute of Image Processing at the University of Southern California, Los Angeles, California, have shown that distances can be measured using the Talbot diffraction image of a grating. March 1984 15
In an article in Applied Optics of the Date, Volume 23, No. 6, Shable and Strand discuss one method. The method differs from many of the previous methods in two fundamental aspects, the ability to measure in real time and the underlying physical development and measured variables of the method. The method utilizes diffractive development and measures the light-dark ratio variable. The Shable and Strand method relies on the contrast ratio of the Fresnel diffraction pattern of the grating varying as a function of distance from the grating and the frequency of light. However, measuring the light-dark ratio clearly increases the drawbacks. To obtain arbitrary distance information, monochromatic coherent light illumination must emit the entire electromagnetic field spectrum at discrete frequencies,
Such a method is unnecessarily expensive and the measuring distance
If it is less than 10 meters, it must be unnecessarily complicated. Applicants appear to have overlooked a significant element of the Shable and Strand method, and it appears that diffractive development must be investigated further. Diffraction gratings are optical elements that have been used in a wide range of applications for over 100 years. The optical device consists of evenly spaced straight lines centered near the wavelength of the light by the main optical elements. The nature of light reflected or transmitted by diffraction gratings has been the subject of numerous dissertations, majors, editorials, and texts. The remaining literature has a theoretical explanation of development at the heart of the invention of distance measurement by diffraction, but except for the aforementioned study of Shable and Strand, the current literature available to the applicant is also a thorough examination of the patents. Does not give a clear suggestion to this subject. Diffraction development is often divided into two general types: Fraunhofer diffraction and Fresnel diffraction. The former is a simple case where the light passing through the grating is treated as a plane wave. On the other hand, if the wavefront exhibits a curvature with respect to the spacing of the grating, then by using a more complex Fresnel analysis,
Secondary diffraction effects must be calculated. In particular, the illuminated point light source emits light having a spherical wavefront. In finely spaced gratings such as those produced by holography, the effects of curved wavefronts are noticeable at distances of a few meters, an effective range for some distance measurements.

出願者は、回折現象の利用、より詳細には回折像の次
数の角度の変位を回折格子から点光源までの距離の関数
として表わすことによる距離測定の方法の開発を試み
た。回折格子を通して単色光の点光源を見ると、点光源
の多数の像が認められる。次数0の回折像は点光源の正
確な位置に見えるが、次数の高い回折像は格子の周波
数、格子から点光源の距離、点光源から放射する光の色
によって決る角度で斜に配置される。特に、点光源の距
離の関数としての次数の高い回折像の角度の変位の効果
はフレネル回折の場合のみ、すなわち点光源から波面が
格子のサイズに関して湾曲している場合にのみ認められ
る。この方法による測定は点光源が格子に近い場合に非
常に正確である。角度の変位の割合は、点光源が格子か
ら遠のくにれてますます減少する。(初めの実験は、1m
mあたり600本の線が刻まれた10mmの格子により1mの距離
で赤い点光源により目標物の1次回折の変位角度の測定
可能な変位を明らかに示した。格子は、半インチのビデ
ィコン管に焦点を合わせ、焦点距離が100mmのレンズに
より10cmの距離で確認した。) 前記の方法の最も簡単な実施例は、単色光のペンシル
ビームを目標への放射、格子を通した目標の観察、およ
び次数が0の位置からの次数の高い回折像の変位の測定
を意図するものである。そのような距離計は、単に目盛
りをつけた目標物を測定ることによって目盛りをつける
ことができ、変位と距離の相関関係のあるスケールを確
立することができる。変位の示度は、目盛りをつけたビ
ューアー、あるいは光電管の線形配列またはテレビカメ
ラのような電気センサにより、目で読み取ることができ
る。装置は放射されたビームとファインダーが光学的に
同軸である場合、大変有効である。これにより、目で見
えるあらゆる地点の測定が可能である。
The Applicant has attempted to develop a method of distance measurement by utilizing the diffraction phenomenon and more particularly by expressing the angular displacement of the order of the diffraction image as a function of the distance from the diffraction grating to the point source. When looking at a point source of monochromatic light through a diffraction grating, multiple images of the point source are visible. The diffracted image of order 0 appears at the exact position of the point light source, but the diffracted image of high order is obliquely arranged at an angle determined by the frequency of the grating, the distance from the grating to the point light source, and the color of the light emitted from the point light source. . In particular, the effect of the angular displacement of the high-order diffracted image as a function of the distance of the point source is only observed in the case of Fresnel diffraction, ie when the wavefront from the point source is curved with respect to the size of the grating. Measurements by this method are very accurate when the point source is close to the grid. The rate of angular displacement diminishes as the point source moves further away from the grid. (The first experiment was 1m
A 10 mm grating engraved with 600 lines per m clearly shows the measurable displacement of the displacement angle of the first order diffraction of the target with a red point source at a distance of 1 m. The grating was focused on a half-inch vidicon tube and confirmed at a distance of 10 cm with a 100 mm focal length lens. 3.) The simplest embodiment of the above method is intended for emitting a pencil beam of monochromatic light to a target, observing the target through a grating, and measuring the displacement of a high order diffracted image from a zero order position. To do. Such rangefinders can be calibrated by simply measuring a calibrated target and establish a correlated scale of displacement and distance. The displacement readings can be read visually by a calibrated viewer or by a linear array of photocells or an electrical sensor such as a television camera. The device is very effective when the emitted beam and the viewfinder are optically coaxial. This makes it possible to measure all visible points.

この方法をより高度に実施するには、1つか2つの移
動可能なミラーを使用して、水平方向および垂直方向の
フィールドの同軸放射と見る角度を変えることである。
これにより立体表面の絵素ごとに距離情報を得ることが
できる。そような走査装置は本技術において公知である
が、距離情報を得るため、走査装置内に回折格子を含ま
せることは、出願者の入手できる文献には発表されてい
ない。
A more sophisticated implementation of this method is to use one or two moveable mirrors to change the coaxial emission and viewing angle of the horizontal and vertical fields.
This makes it possible to obtain distance information for each picture element on the three-dimensional surface. Although such scanning devices are known in the art, the inclusion of a diffraction grating in the scanning device to obtain distance information has not been published in the Applicant's available literature.

回折格子の多くの異なるピッチは単一の基板に製造す
ることができる。その製造のための技術には電子ビーム
リトグラフィーおよびホログラフィーの光学要素(HO
E′S)が含まれる。次数の異なる回折格子の配列によ
り別々の段階での距離測定ができる。そのような実施例
において、距離が不連続に増加すると、光は個々の格子
中で独特な変位をする。
Many different pitches of the diffraction grating can be manufactured on a single substrate. Techniques for its manufacture include electron beam lithography and holographic optical elements (HO
E'S) is included. An array of diffraction gratings of different orders allows distance measurement at different stages. In such an embodiment, as the distance increases discontinuously, the light undergoes a unique displacement in the individual gratings.

フレネル回折の限界以上の測定距離を広げるため、回
折格子は遠くの物体のサイズを測定するのに使用され
る。光の直線または正方形が放射される場合、光は格子
が次数0の回折像から1次回折像を分離するのに十分な
距離に来るまで連続的な物体として見える。前記の連続
的な配列でのように、目標物の距離は、格子のどのピッ
チで直線または固体物が3つの連続的な像(1次回折の
像が2つと、フィールドの中心の次数0の像が1つ)が
分離するかを調べることにより測定できる。この種の距
離測定は形状分析に似ているが、前記の方法を用いるこ
とにより、一層便利になる。
To extend the measurement distance beyond the limits of Fresnel diffraction, diffraction gratings are used to measure the size of distant objects. If a straight line or square of light is emitted, the light will appear as a continuous object until the grating is at a distance sufficient to separate the first-order diffraction pattern from the zero-order diffraction pattern. As in the continuous array above, the distance of the target is such that at which pitch of the grating there are three consecutive images of two straight or solid objects (two first-order diffraction images and the zeroth order of the center of the field). It can be measured by examining whether one image is separated). This type of distance measurement is similar to shape analysis, but it becomes more convenient by using the method described above.

距離測定方法および回折像の前記調査は様々な長所や
欠点があり、出願者は本発明中でそれぞれ長所は取り入
れ、欠点は避けるよう努力した。
The distance measuring method and the above-mentioned examination of the diffraction pattern have various advantages and disadvantages, and the applicant made efforts in avoiding the drawbacks by incorporating the respective advantages in the present invention.

従って、本発明の目的は、観察される被写体または目
標物に近い最大限の精度で、0〜3メートルの非常な近
距離での測定に利用できる正確な距離測定方法を開発す
ることである。
The object of the present invention is therefore to develop an accurate distance measuring method which can be used for measurements at very short distances of 0 to 3 meters with maximum accuracy close to the observed object or target.

本発明の別の目的は、光学装置の使い過ぎを避けるこ
とである。
Another object of the invention is to avoid overuse of the optical device.

本発明のさらに別の目的は、簡単に目盛りをつけらる
システムを開発することである。
Yet another object of the present invention is to develop an easy calibrating system.

また別の目的は、二軸照明や副次的表示システムの必
要性を回避することである。
Yet another object is to avoid the need for bi-axial lighting and secondary display systems.

さらにまた別の本発明の目的は、精巧な分析または合
成技術および装置に頼る必要がなく、むしろ大学や視覚
教材を製造する小規模の会社、または光学コンピュータ
の研究所で通常入手できる装置で実現できる距離測定シ
ステムを提供することである。
Yet another object of the invention is to realize with devices that are not normally required to resort to elaborate analytical or synthetic techniques and equipment, but rather to universities or small companies that manufacture visual aids, or equipment normally available in optical computer laboratories. It is to provide a distance measuring system that can perform.

本発明の目的と長所の一部はこれまで説明し、一部は
本発明から明らかになるか、または本発明の実施により
わかるであろう。本発明は、本文中に示しかつ説明さ
れ、または本文献を読むことにより推定される断品、図
形、実施例および組み合わせから成る。
Some of the objects and advantages of the invention have been set forth above and, in part, will be apparent from or apparent from practice of the invention. The invention consists of items, figures, examples and combinations shown and described herein or inferred from reading this document.

発明の要約 本発明の目的は、単色光のペンシルビームを放射し、
照らされた目標物を回折格子を通して見、かつ次数0の
回折像の位置から高次の回折像の変化を測定することに
より実現されることがわかった。距離測定の目盛り調べ
は、公知の距離の目標物を測定し、かつ回折像と目標物
の距離の相関関係のあるスケールを確立することであ
る。放射されるビームとファインダーが光学的に同軸に
ある場合、遮光はされない。そのような配置では、光学
素子は最少限で良く、目盛り調べが簡単であり、同軸照
明と副次的表示システムのためのスケールが簡潔で、高
度な数学的分析および合成装置はない。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the invention to emit a pencil beam of monochromatic light,
It has been found to be realized by looking at the illuminated target through the diffraction grating and measuring the change in the higher order diffraction pattern from the position of the zeroth order diffraction pattern. Distance measurement calibrating is to measure a target at a known distance and to establish a correlated scale between the diffraction pattern and the target distance. If the emitted beam and the viewfinder are optically coaxial, there is no shading. In such an arrangement, the optics may be minimal, easy to calibrate, the scale for coaxial illumination and secondary display systems is simple, and there is no sophisticated mathematical analysis and synthesizer.

図面の簡単な説明 第1図は、湾曲した波面のフレネル回折を描く。BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 depicts Fresnel diffraction of a curved wavefront.

第2図は、距離測定装置の好適な実施例の図である。 FIG. 2 is a diagram of a preferred embodiment of the distance measuring device.

好適な実施例の説明 添付の図面、第1図および第2図に、より詳細に触れ
る。第1図は点光源So5から放射する波面が伝播し回折
格子7に近づくところを描いている。回折格子7のS1
およびS2地点では湾曲した波面6が回折される。その結
果、回折格子のもう一方の側の波面パターンは、隣接す
る開口部を通って伝播する波面と相互に作用し、それに
より互いに干渉するか、または強化する。波面の強化地
点は、それぞれ次数0の回折像と1次回折像であるI011
および1112、12′で終わる。
Description of the Preferred Embodiments The accompanying drawings, FIGS. 1 and 2, are touched in more detail. FIG. 1 illustrates a point where the wavefront emitted from the point light source So5 propagates and approaches the diffraction grating 7. S 1 of the diffraction grating 7,
The curved wavefront 6 is diffracted at points S and 2 . As a result, the wavefront pattern on the other side of the diffraction grating interacts with the wavefronts propagating through the adjacent apertures, thereby interfering with or enhancing each other. I 0 11 strengthening point of the wavefront is diffracted image and the first-order diffraction images of the respective orders 0
And end with 1 1 12, 12 '.

好適な実施例の第2図は、第1図に描かれるフレネル
回折現象を利用した簡単な装置である。単色光の光源1
は、ビーム分割器3の表面に単色光のビーム2を集中さ
せる。ビームはもう1つの道2′に沿って目標物5に反
射する。従って照らされるS0または同様の点光源は、光
がもともと発生している道6′沿いに伝播し返され、ビ
ーム分割器3を通過し、ビーム6′として出て来る。ビ
ーム6′は、回折格子7にぶつかる直前に、様式化され
た矢印の描くように湾曲される。ビームは、第1図に描
かれ説明されていると同様に、回折格子7で回折され
る。わかりやすくするために、次数0の回折像8および
1次回折像9のみに関連する波面またはビームが描かれ
る。回折像は対物レンズ10に集中して通過し、現われ、
次数0の回折像11および1次回折像12として示される。
観測可能かつ実験的に繰り返し可能な現象は、回折格子
7から点光源S05の距離13および次数0の回折像11と1
次回折像12との間の変位13′の対応で示される。
FIG. 2 of the preferred embodiment is a simple apparatus utilizing the Fresnel diffraction phenomenon depicted in FIG. Monochromatic light source 1
Concentrates the beam 2 of monochromatic light on the surface of the beam splitter 3. The beam reflects off the target 5 along another path 2 '. The illuminated S 0 or similar point source is thus propagated back along the path 6'in which the light was originally generated, passes through the beam splitter 3 and emerges as beam 6 '. The beam 6 ′ is curved just before hitting the diffraction grating 7, as depicted by the stylized arrow. The beam is diffracted by the diffraction grating 7 as described and depicted in FIG. For clarity, the wavefronts or beams associated with only the zeroth order diffracted image 8 and the first order diffracted image 9 are drawn. The diffracted image passes through the objective lens 10 in a concentrated manner and appears,
It is shown as a diffraction image 11 of order 0 and a diffraction image 12 of first order.
The phenomenon that can be observed and repeated experimentally is that the distance 13 from the diffraction grating 7 to the point source S 0 5 and the diffraction images 11 and 1 of order 0
It is shown by the correspondence of the displacement 13 'with respect to the next diffraction image 12.

当業者には、対物レンズ10がビデオカメラと取り替え
可能で、伝統的に平面に放射される回折像11および12が
ビデオスクリーンに現われることがすぐに明らかとな
る。これ以後、距離13が変位13′と相関関係になるよう
に装置に目盛りをつけるのは簡単になる。
It will be readily apparent to those skilled in the art that the objective lens 10 can be replaced by a video camera and the diffraction images 11 and 12 traditionally emitted in the plane will appear on the video screen. From this point onwards it will be easy to calibrate the device so that the distance 13 will be correlated with the displacement 13 '.

広い見地から考えると、本発明は図面や本文中で論じ
られる特定の実施例に制限されるべきではないが、本発
明の原理に従いかつその利益を得るため、添付の特許請
求の範囲を逸脱することなく様々な変化や新案が考える
ことはできる。
From a broader perspective, the invention should not be limited to the particular embodiments discussed in the drawings and text, but it departs from the scope of the appended claims in accordance with the principles of the invention and for its benefit. Without thinking, various changes and new ideas can be considered.

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光を照射された目標物の表面からの回折格
子の種々の距離間の関係を、前記回折格子を通過してレ
ンズと受光センサを用いて観測される0次回折像の位置
に対する高次回折像の相対的位置変化と関係つけること
によって前記距離を測定する距離測定方法。
1. The relationship between various distances of a diffraction grating from the surface of a target irradiated with light, the position of a zero-order diffraction image observed through a lens and a light receiving sensor after passing through the diffraction grating. A distance measuring method for measuring the distance by correlating with a relative position change of a high-order diffraction image with respect to
【請求項2】前記目標物を単色光で照射する過程を含む
請求項1に記載の距離測定方法。
2. The distance measuring method according to claim 1, further comprising the step of irradiating the target with monochromatic light.
【請求項3】離れた点光源から回折格子を通って入射さ
れ、次数の異なる複数の回折像に対応する複数の波面に
分解された点光源からの光をレンズと受光センサを用い
て観測し、 高次の回折像の、0次の回折像からの観測された位置変
化を、前記点光源の、前記回折格子からの物理的距離に
関連づける距離測定方法。
3. Light from a point source, which is incident from a distant point source through a diffraction grating and is decomposed into a plurality of wavefronts corresponding to a plurality of diffraction images of different orders, is observed by using a lens and a light receiving sensor. A method for measuring the distance of a high-order diffraction image, which relates an observed positional change from a zero-order diffraction image to a physical distance of the point light source from the diffraction grating.
【請求項4】点光源を単色光で照射する過程を含む、請
求項3に記載の距離測定方法。
4. The distance measuring method according to claim 3, including a step of irradiating a point light source with monochromatic light.
【請求項5】回折による距離測定装置であって、 距離データが求められている目標物を照射するために使
用される単色光の光源と、 目標物によって反射された光を受光してその波面を高次
の回折像に分解する回折格子と、 前記回折像の、0次回折像の位置に対する各次数の回折
像の位置変化を観測して識別するためのレンズと受光セ
ンサを含む手段を有し、 前記0次回折像の位置に対する各次数の回折像の位置変
化は、前記目標物からの回折格子への絶対距離に対応づ
けられる、回折による距離測定装置。
5. A diffractive distance measuring device, comprising a monochromatic light source used to illuminate an object for which distance data is sought, and a wavefront for receiving light reflected by the object. A diffraction grating for decomposing into a higher-order diffraction image, and a means including a lens and a light-receiving sensor for observing and identifying the position change of the diffraction image of each order with respect to the position of the 0th-order diffraction image of the diffraction image. Then, the distance measuring device by diffraction in which the position change of the diffraction image of each order with respect to the position of the 0th-order diffraction image is associated with the absolute distance from the target to the diffraction grating.
【請求項6】前記回折格子は、前記単色光の1波長の整
数倍に等しい、少なくとも2の隣接した線間隔をもつよ
うに、線引きされた線を有する、請求項5に記載の距離
測定装置。
6. The distance measuring device according to claim 5, wherein the diffraction grating has lines drawn so as to have adjacent line intervals of at least 2 which are equal to an integral multiple of one wavelength of the monochromatic light. .
【請求項7】前記レンズと受光センサを含む手段はビデ
オカメラを有する、請求項5に記載の距離測定装置。
7. The distance measuring device according to claim 5, wherein the means including the lens and the light receiving sensor comprises a video camera.
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