JP2751570B2 - Distance measuring device - Google Patents

Distance measuring device

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JP2751570B2
JP2751570B2 JP14106790A JP14106790A JP2751570B2 JP 2751570 B2 JP2751570 B2 JP 2751570B2 JP 14106790 A JP14106790 A JP 14106790A JP 14106790 A JP14106790 A JP 14106790A JP 2751570 B2 JP2751570 B2 JP 2751570B2
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完治 西井
浩幸 河村
正弥 伊藤
厚司 福井
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光を用いて物体の3次元的位置を非接触で
測定する光学的3次元測距装置、特に光情報処理技術を
用いた測距装置に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical three-dimensional distance measuring device for non-contact measurement of a three-dimensional position of an object using light, and particularly to a distance measuring device using optical information processing technology. It concerns the device.

従来の技術 空間コード化法と呼ばれる従来例の3次元測距装置の
構成を第11図を用いて説明する。
2. Description of the Related Art A configuration of a conventional three-dimensional distance measuring apparatus called a spatial coding method will be described with reference to FIG.

第11図(a)、(e)はそれぞれ従来の3次元測距装
置の原理を示す平面図と正面図である。20は光源、21は
マスクパターン発生装置、22は円柱状の対象物体、23は
角柱状の対象物体、24はマスクパターン発生装置により
発生された第11図(b)〜(d)にA〜Cで示したマス
クパターンが対象物体に照射された後の反射光を撮像す
るTVカメラであり光源20とは距離dだけ離して配置され
ている。また25はTVカメラ24の撮影画像の画像処理部で
あり、2値化処理部25a、2値化画像メモリ部25b、コー
ド化処理部25c、距離演算部25から成っている。
FIGS. 11A and 11E are a plan view and a front view, respectively, showing the principle of a conventional three-dimensional distance measuring apparatus. 20 is a light source, 21 is a mask pattern generation device, 22 is a columnar target object, 23 is a prismatic target object, and 24 is A to FIG. 11 (b) to (d) generated by the mask pattern generation device. This is a TV camera for imaging reflected light after the target object is irradiated with the mask pattern indicated by C, and is arranged at a distance d from the light source 20. Reference numeral 25 denotes an image processing unit for the image captured by the TV camera 24, which comprises a binarization processing unit 25a, a binarized image memory unit 25b, a coding processing unit 25c, and a distance calculation unit 25.

次に、この従来の3次元測距装置の動作を第11図を用
いて説明する。まず、初めにマスクパターン発生装置21
では第11図のパターンAが発生され、次にパターンB、
さらにパターンCと順次マスクパターンが発生され対象
物体22,23に照射される。この対象物体22,23からの反射
光はTVカメラ24により撮影され、2値化処理部25aによ
り2値化画像に変換された後、2値化画像メモリ部25b
に逐次、記憶される。この記憶された2値化画像を、2
値化画像メモリ部25bから読みだし、コード化処理部25e
で、ディジタル化電気信号に基づく画像処理を行う。そ
の結果、例えば、第11図の点Pの明暗パターンは明部を
1で暗部を0で表すと第11図に表示したように、マスク
パターンAに対しては0、マスクパターンBに対しては
0、マスクパターンCに対しては1、一方、点Qに対し
ては(0,1,1)といったコード化が行われる。こうして
光源20の投影角Φで決まる扇状の領域毎にコードが割り
当てられ、それぞれ1本のスリット光線とみなす事がで
きる。従って、各マスクパターンごとに情景をTVカメラ
で撮影し、明暗パターンを2値化処理部25aにより2値
化処理を行った後、2値化画像メモリ部25bに順次記憶
し各マスクパターン毎のビットプレーンを構成してい
く。こうして得られた多重ビットプレーン画像の横方向
の位置は観測方向θに相当し、一方、投影角Φは前記の
例えば(0,1,1)のようなビットコードから判別でき
る。すなわち、この観察方向θと投影角Φとから注目点
の3次元座標が、以下の三角測量の原理に基づく3つの
式を用いて距離演算部25cで計算される。
Next, the operation of the conventional three-dimensional distance measuring apparatus will be described with reference to FIG. First, the mask pattern generator 21
Then, the pattern A of FIG. 11 is generated, and then the pattern B,
Further, a mask pattern is sequentially generated with the pattern C, and the target objects 22 and 23 are irradiated. The reflected light from the target objects 22, 23 is photographed by the TV camera 24 and converted into a binarized image by the binarization processing unit 25a, and then the binarized image memory unit 25b
Are sequentially stored. This stored binarized image is represented by 2
Read from the coded image memory unit 25b and code processing unit 25e
Performs image processing based on the digitized electric signal. As a result, as shown in FIG. 11, for example, the light and dark pattern of the point P in FIG. 11 indicates a bright portion as 1 and a dark portion as 0, as shown in FIG. Is coded as 0, the mask pattern C is coded as 1, and the point Q is coded as (0, 1, 1). In this way, a code is assigned to each fan-shaped area determined by the projection angle Φ of the light source 20, and each can be regarded as one slit light beam. Therefore, the scene is photographed with a TV camera for each mask pattern, the light-dark pattern is subjected to a binarization process by the binarization processing unit 25a, and then sequentially stored in the binarized image memory unit 25b, and is stored for each mask pattern. Configure bit planes. The horizontal position of the multiplexed bit plane image thus obtained corresponds to the observation direction θ, while the projection angle Φ can be determined from the bit code such as (0, 1, 1). That is, the three-dimensional coordinates of the point of interest are calculated from the observation direction θ and the projection angle Φ by the distance calculation unit 25c using the following three equations based on the principle of triangulation.

X=Ztanθ …(1) Y=Ztanξ …(2) Z=d/(tanθ−tan(Φ+Φ0)) …(3) 発明が解決しようとする課題 上記のような構成の従来の3次元測距装置の持つ問題
点について、以下に述べる。
X = Ztanθ (1) Y = Ztanξ (2) Z = d / (tanθ−tan (Φ + Φ0)) (3) Problems to be Solved by the Invention A conventional three-dimensional distance measuring apparatus configured as described above. The problems that have are described below.

この従来例の3次元測距装置では、対象物体の3次元
座標(X,Y,Z)を(1)式〜(3)式を用いて求めるた
めには、投影角Φを求める必要が有る。そのために、数
種類の異なったパターンを対象物体に投影し、その各々
の投影パターンに対応した撮像パターンを、ディジタル
電気信号に基づいた画像処理技術を用いてコード化情報
に変換している。その結果、複数のパターンを投影しな
ければならず、マスクパターン発生装置が複雑になる。
また複数の撮像パターンを記憶するためのメモリ部を要
する。
In this conventional three-dimensional distance measuring apparatus, in order to obtain the three-dimensional coordinates (X, Y, Z) of the target object using the equations (1) to (3), it is necessary to obtain the projection angle Φ. . For this purpose, several types of different patterns are projected onto a target object, and imaging patterns corresponding to the respective projected patterns are converted into coded information by using an image processing technique based on digital electric signals. As a result, a plurality of patterns must be projected, which complicates the mask pattern generator.
Further, a memory unit for storing a plurality of imaging patterns is required.

更に、ディジタル電気信号に基づいた画像処理技術に
よりコード化情報に変換する必要があるため、マスクパ
ターンの絵素数が増加した場合には、処理時間がかかる
と言った問題が有り、投影できるマスクパターンは一方
向にのみ明暗パターンを有する1次元のものに実際上、
限定されるという問題点を有していた。
Furthermore, since it is necessary to convert to coded information by image processing technology based on digital electric signals, when the number of picture elements of the mask pattern increases, there is a problem that processing time is required. Is actually a one-dimensional one with a light-dark pattern in only one direction,
There was a problem that it was limited.

本発明は、1次元あるいは2方向に明暗パターンを有
する2次元のパターンを対象物体に投影し、その反射パ
ターンをTVカメラで撮影し、その反射像と対象物体の3
次元的形状あるいは位置により決まる標準反射パターン
とのパターンマッチングを光情報処理技術を用いて実行
する事により、マスクパターン発生装置が複雑になる、
複数の撮像パターンを記憶するためのメモリ部が必要と
なる、あるいはマスクパターンの絵素数増加に伴う、計
算時間の増加に起因する実質的にマスクパターンが1次
元に限定されるという従来の3次元測距装置の欠点を改
善する事を目的とする。
The present invention projects a two-dimensional pattern having a one-dimensional or two-dimensional light-dark pattern on a target object, captures a reflection pattern of the target object with a TV camera, and uses the reflected image and the target object as three-dimensional patterns.
By performing pattern matching with a standard reflection pattern determined by a dimensional shape or position using optical information processing technology, the mask pattern generator becomes complicated.
A conventional three-dimensional technique in which a memory unit for storing a plurality of imaging patterns is required, or the mask pattern is substantially limited to one dimension due to an increase in calculation time due to an increase in the number of picture elements of the mask pattern An object of the present invention is to improve the shortcomings of a distance measuring device.

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために、本発明の測距装置は、所
定の投影パターンを発生するパターン発生装置と、この
マスクパターンを対象物体に照射する投影光源と、前記
対象物体からの前記マスクパターンの反射像を撮影する
TVカメラと、このTVカメラの撮影像を表示する第1の空
間光変調素子と、この第1の空間光変調素子を平行コヒ
ーレント光で照射するレーザ光源と、前記第1の空間光
変調素子をその前側焦点面に置いた第1のレンズと、こ
の第1のレンズの後側焦点面に配置した第2の空間光変
調素子と、この第2の空間光変調素子をその前側焦点面
に置いた第2のレンズと、この第2のレンズの後側焦点
面に置いた光検出器とを備えかつ、前記第2の空間光変
調素子に所定の標準反射パターンの計算機ホログラム像
を表示する構成となす。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, a distance measuring apparatus according to the present invention includes a pattern generation device that generates a predetermined projection pattern, a projection light source that irradiates the mask pattern to a target object, Photograph a reflection image of the mask pattern from an object
A TV camera, a first spatial light modulator that displays a captured image of the TV camera, a laser light source that irradiates the first spatial light modulator with parallel coherent light, and the first spatial light modulator. A first lens disposed on the front focal plane, a second spatial light modulator disposed on the rear focal plane of the first lens, and a second spatial light modulator disposed on the front focal plane. A second lens, and a photodetector disposed on the rear focal plane of the second lens, and displaying a computer generated hologram image of a predetermined standard reflection pattern on the second spatial light modulator. And

あるいは、所定の投影パターンを発生するパターン発
生装置と、このマスクパターンを対象物体に照射する投
影光源と、前記対象物体からの前記マスクパターンの反
射像を撮影するTVカメラと、このTVカメラの撮影像を表
示する空間光変調素子と、この空間光変調素子を平行コ
ヒーレント光で照射するレーザ光源と、前記空間光変調
素子をその前側焦点面に置いたレンズと、このレンズの
後側焦点面に配置した複数の受光部からなる光検出器と
を有する構成となす。
Alternatively, a pattern generating device that generates a predetermined projection pattern, a projection light source that irradiates the mask pattern onto a target object, a TV camera that captures a reflection image of the mask pattern from the target object, and an image captured by the TV camera A spatial light modulator for displaying an image, a laser light source for irradiating the spatial light modulator with parallel coherent light, a lens having the spatial light modulator on its front focal plane, and a rear focal plane for this lens. And a photodetector composed of a plurality of light receiving sections arranged.

あるいは、所定の投影パターンを発生するパターン発
生装置と、このマスクパターンを対象物体に照射する投
影光源と、前記対象物体からの前記マスクパターンの反
射像を撮影するTVカメラと、このTVカメラの撮影像を表
示する第1の空間光変調素子と、この第1の空間光変調
素子を平行コヒーレント光で照射するレーザ光源と、前
記第1の空間光変調素子をその前側焦点面に置いた第1
のレンズと、この第1のレンズの後方に配置したビーム
スプリッタと、このビームスプリッタの透過側あるいは
反射側に位置する前記第1のレンズの後側焦点面に配置
した第2の空間光変調素子と、前記ビームスプリッタの
他方側に位置する前記第1のレンズの後側焦点面に配置
した複数の受光部からなる第1の光検出器と、この第2
の空間光変調素子をその前側焦点面に置いた第2のレン
ズと、この第2のレンズの後側焦点面に置いた第2の光
検出器とを備え、かつ、前記第2の空間光変調素子に所
定の標準反射パターンの計算機ホログラム像を表示する
構成となす。
Alternatively, a pattern generating device that generates a predetermined projection pattern, a projection light source that irradiates the mask pattern onto a target object, a TV camera that captures a reflection image of the mask pattern from the target object, and an image captured by the TV camera A first spatial light modulating element for displaying an image, a laser light source for irradiating the first spatial light modulating element with parallel coherent light, and a first spatial light modulating element disposed on its front focal plane.
Lens, a beam splitter disposed behind the first lens, and a second spatial light modulator disposed on a rear focal plane of the first lens located on the transmission side or the reflection side of the beam splitter. A first photodetector comprising a plurality of light receiving sections disposed on a rear focal plane of the first lens located on the other side of the beam splitter;
And a second photodetector disposed on a rear focal plane of the second lens, wherein the second spatial light modulating element is disposed on a front focal plane of the second spatial light modulator. A computer generated hologram image of a predetermined standard reflection pattern is displayed on the modulation element.

作用 上記手段の作用は以下の通りである。Operation The operation of the above means is as follows.

すなわち、パターン発生装置により発生した1次元あ
るいは2次元のマスクパターンを対象物体に投影し、TV
カメラにより撮像した対象物体からの反射像を第1の空
間光変調素子に表示し、第2の空間光変調素子に対象物
体の3次元的座標あるいは位置により決まる標準反射パ
ターンの計算機ホログラム像を表示し、この計算機ホロ
グラム像と対象物体からの反射像との間のパターンマッ
チングを、レーザ光源と第1及び第2のレンズを用いた
光情報処理技術により実行する事で、あるいは、第1の
空間光変調素子に表示された反射像を光学的にフーリエ
変換しその変換像のパターンを複数の検出部から構成さ
れた光検出器で検出する事により構成が簡単で、かつ、
高精度でかつ高速処理が可能な3次元測距装置を提供す
る事ができる。
That is, the one-dimensional or two-dimensional mask pattern generated by the pattern generator is projected onto the target object,
A reflected image from the target object captured by the camera is displayed on the first spatial light modulator, and a computer-generated hologram image of a standard reflection pattern determined by the three-dimensional coordinates or position of the target object is displayed on the second spatial light modulator. Then, the pattern matching between the computer generated hologram image and the reflected image from the target object is performed by an optical information processing technique using a laser light source and first and second lenses, or the first space. The configuration is simple by optically Fourier transforming the reflected image displayed on the light modulation element and detecting the pattern of the converted image with a photodetector composed of a plurality of detection units, and
It is possible to provide a three-dimensional distance measuring device that can perform high-accuracy and high-speed processing.

実施例 次に、まず、本発明の3次元測距装置の第1の実施例
の構成について第1図を用いて説明する。
Embodiment Next, the configuration of the first embodiment of the three-dimensional distance measuring apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.

第1図(a)は本発明の3次元測距装置の第1の実施
例の構成図である。1は平行光を発生する白色光源1a、
マスクパターンを記録したフィルム1bとから成るパター
ン投影装置、2は認識対象物体、3は対象物体2からの
反射像を撮影するTVカメラ、4はTVカメラ3の撮影像を
表示する第1の空間光変調素子であり本実施例では液晶
ディスプレイを用いている。また5は半導体レーザ5a
と、コリメータレンズ5bとから成り、平行光で第1の空
間光変調素子4を照射するレーザ光源、6はパターン投
影装置1で投影したマスクパターンと、対象物体の3次
元的形状あるいは位置により決まる標準反射パターンに
対して、予め計算しておいた計算機ホログラム像を記憶
しておくメモリ、7はメモリ6から読みだした計算機ホ
ログラム像を表示する第2の空間光変調素子であり、本
実施例では液晶ディスプレイを用いている。
FIG. 1A is a configuration diagram of a first embodiment of a three-dimensional distance measuring apparatus according to the present invention. 1 is a white light source 1a that generates parallel light,
A pattern projecting device comprising a film 1b on which a mask pattern is recorded, 2 a recognition target object, 3 a TV camera for photographing a reflected image from the target object 2, 4 a first space for displaying a photographed image of the TV camera 3 This is a light modulation element, and a liquid crystal display is used in this embodiment. 5 is a semiconductor laser 5a
And a collimator lens 5b. The laser light source irradiates the first spatial light modulator 4 with parallel light. The laser light source 6 is determined by the mask pattern projected by the pattern projection device 1 and the three-dimensional shape or position of the target object. A memory for storing a computer-generated hologram image calculated in advance for the standard reflection pattern, and a second spatial light modulator 7 for displaying the computer-generated hologram image read from the memory 6 is used in this embodiment. Uses a liquid crystal display.

8は第1のレンズであり、その前側焦点面に第1の空
間光変調素子4が配置され、後側焦点面に第2の空間光
変調素子7が配置されている。9は第2のレンズであ
り、その前側焦点面に第2の空間光変調素子7が配置さ
れている。10は光検出器であり、第2のレンズ9の後側
焦点面に配置されている。
Reference numeral 8 denotes a first lens, on which a first spatial light modulator 4 is disposed on a front focal plane, and a second spatial light modulator 7 is disposed on a rear focal plane. Reference numeral 9 denotes a second lens, on the front focal plane of which a second spatial light modulator 7 is arranged. Reference numeral 10 denotes a photodetector, which is disposed on the rear focal plane of the second lens 9.

次に、この様に構成された本発明の3次元測距装置の
第1の実施例の動作について、第1図〜第4図を用いて
説明する。図中の番号で第1図と同一番号のものは、同
じものを示す。
Next, the operation of the first embodiment of the three-dimensional distance measuring apparatus of the present invention thus configured will be described with reference to FIGS. The numbers in the figure that are the same as in FIG. 1 indicate the same.

まず、パターン発生装置1により第1図(b)に示し
たマスクパターンが、対象物体2に投影される。もしこ
の時、第2図に示したように、対象物体2に段差がなけ
れば、投影パターンと相似形の反射パターンA1が発生す
る。ところが、もし、第3図に示したように対象物体2
に段差が存在すると、反射パターンは、この段差により
変形され、反射パターンBとして第1図(c)に示した
ようなパターンとして反射される。これらの反射パター
ンはTVカメラ3により撮影され、第1の空間光変調素子
4に表示される。
First, the mask pattern shown in FIG. 1B is projected onto the target object 2 by the pattern generator 1. At this time, if there is no step in the target object 2, as shown in FIG. 2, a reflection pattern A1 similar to the projection pattern is generated. However, if the target object 2 as shown in FIG.
, There is a step, the reflection pattern is deformed by this step, and is reflected as a reflection pattern B as a pattern as shown in FIG. These reflection patterns are photographed by the TV camera 3 and displayed on the first spatial light modulator 4.

この表示像は、レーザ光源5によりコヒーレントな平
行光で背面から照射される。この時、第1のレンズ8
は、その前側焦点面に第1の空間光変調素子4が配置さ
れているので、第1のレンズ8の後側焦点面すなわち、
第2の空間光変調素子7面上に対象物体2からの反射像
の光学的フーリエ変換像が形成される。
This display image is illuminated from the back by the laser light source 5 with coherent parallel light. At this time, the first lens 8
Since the first spatial light modulating element 4 is arranged on the front focal plane, the rear focal plane of the first lens 8, that is,
An optical Fourier transform image of a reflection image from the target object 2 is formed on the surface of the second spatial light modulator 7.

一方、この時、第2の空間光変調素子7には、第4図
に(a)〜(c)で図示した各種の標準反射パターンに
対して、予め計算し、メモリ6に記憶しておいたフーリ
エ変換計算機ホログラム像が、表示されているので、対
象物体2からの反射像の光学的フーリエ変換像と、標準
反射パターンのフーリエ変換計算機ホログラム像との光
学的積算が実行される。
On the other hand, at this time, the second spatial light modulating element 7 calculates in advance the various standard reflection patterns shown in (a) to (c) of FIG. Since the Fourier transform computer generated hologram image is displayed, optical integration of the optical Fourier transform image of the reflected image from the target object 2 and the Fourier transform computer hologram image of the standard reflection pattern is performed.

また、第2のレンズ9の前側焦点面と第2の空間光変
調素子7を配置した面とを一致させているので、第2の
レンズ9の後側焦点面、すなわち光検出器10面上に、こ
の光学的積算結果のフーリエ変換像、すなわち、対象物
体からの反射像と標準パターンとのパターンマッチング
の結果が、スポットの輝度の大きさとして表れる。これ
を光検出器10で検出することで、対象物体2からの反射
像を複数の標準反射パターン中から、1つに特定でき
る。従って、この特定された、すなわち、パターンマッ
チングされた標準反射パターンのピッチから対象物体の
段差、すなわち、高さを検出する事ができる。第4図に
はマスクパターンとして一方向にのみ明暗の周期性をも
つ1次元パターンを示したが、例えば市松模様のような
二方向に明暗の周期性を持つ2次元パターンを用いて
も、1次元パターンの場合と全く同様の動作により対象
物体の高さを検出する事ができる。
In addition, since the front focal plane of the second lens 9 and the plane on which the second spatial light modulator 7 is arranged coincide, the rear focal plane of the second lens 9, that is, on the photodetector 10 plane Next, the Fourier transform image of the optical integration result, that is, the result of pattern matching between the reflected image from the target object and the standard pattern appears as the magnitude of the spot luminance. By detecting this with the photodetector 10, the reflection image from the target object 2 can be specified as one from a plurality of standard reflection patterns. Therefore, the step, that is, the height of the target object can be detected from the pitch of the specified, ie, pattern-matched standard reflection pattern. FIG. 4 shows a one-dimensional pattern having a periodicity of light and dark in only one direction as a mask pattern. However, even if a two-dimensional pattern having a periodicity of light and dark in two directions such as a checkered pattern is used, a one-dimensional pattern can be obtained. The height of the target object can be detected by the same operation as in the case of the dimensional pattern.

以上の様に本発明の3次元測距装置の第1の実施例に
よれば、従来例の3次元測距装置の様に、投影角Φを求
める為に数種類の異なったパターンを対象物体に投影
し、その各々の投影パターンに対応した撮像パターンを
ディジタル電気信号に基づいた画像処理技術を用いて処
理して対象物体の高さ情報を得るといった方式とは異な
り、1種類のマスクパターンを投影した事でのみ得られ
る対象物体からの反射パターンと、標準反射パターンと
のパターンマッチングという光情報処理技術を用いる事
で、マスクパターン発生装置が複雑になる事を防止で
き、かつ、マスクパターンの絵素数の増加にかかわらず
高速処理が可能なため、1次元のみならず2次元の精細
なマスクパターンを用いた高分解能の3次元測距装置を
実現できる。
As described above, according to the first embodiment of the three-dimensional distance measuring apparatus of the present invention, several different patterns are applied to the target object in order to obtain the projection angle Φ as in the conventional three-dimensional distance measuring apparatus. Unlike the method of projecting and processing the imaging pattern corresponding to each projection pattern using image processing technology based on digital electric signals to obtain height information of the target object, one type of mask pattern is projected. By using the optical information processing technology of pattern matching between the reflection pattern from the target object and the standard reflection pattern, which can be obtained only by performing the above, it is possible to prevent the mask pattern generator from becoming complicated, Since high-speed processing is possible regardless of an increase in the prime number, a high-resolution three-dimensional distance measuring apparatus using not only one-dimensional but also two-dimensional fine mask patterns can be realized.

次に、本発明の3次元測距装置の第2の実施例につい
て第5図〜第6図を用いて、その構成を説明する。
Next, the configuration of a second embodiment of a three-dimensional distance measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.

第5図(a)は、本発明の3次元測距装置の第2の実
施例の構成図である。図中の番号で第1図と同じもの
は、同一のものを示している。
FIG. 5A is a configuration diagram of a second embodiment of the three-dimensional distance measuring apparatus according to the present invention. 1 that are the same as those in FIG. 1 indicate the same components.

30はTVカメラ3により撮像された対象物体2からの反
射パターンを表示する空間光変調素子であり、本実施例
では強誘電液晶ディスプレイを用いている。31は、レン
ズであり空間光変調素子30はこのレンズ31の前側焦点面
上に配置されている。32は、第6図に図示したように半
径方向及び円周方向に分割された複数の検出部から構成
された光検出器であり、レンズ31の後側焦点面に配置さ
れている。
Numeral 30 denotes a spatial light modulator for displaying a reflection pattern from the target object 2 imaged by the TV camera 3, and this embodiment uses a ferroelectric liquid crystal display. Reference numeral 31 denotes a lens, and the spatial light modulator 30 is disposed on the front focal plane of the lens 31. Reference numeral 32 denotes a photodetector composed of a plurality of detectors divided in a radial direction and a circumferential direction as shown in FIG. 6, and is arranged on the rear focal plane of the lens 31.

この本発明の第2の実施例の動作について、第2図、
第3図、第5図〜第7図を用いて以下に説明する。
The operation of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described below with reference to FIGS. 3, 5 to 7.

まず、パターン投影装置1により第5図(b)に示し
たマスクパターンが、対象物体2に投影される。もしこ
の時、第2図に示したように、対象物体2に段差がなけ
れば、投影パターンと相似形の反射パターンA1が発生す
る。ところが、もし、第3図に示したように対象物体2
に段差が存在すると、反射パターンは、この段差により
変形され、反射パターンBとして第5図(c)に示した
ようなパターンとして反射される。これらの反射パター
ンはTVカメラ3により撮影され、空間光変調素子30に表
示される。
First, the mask pattern shown in FIG. 5B is projected onto the target object 2 by the pattern projection device 1. At this time, if there is no step in the target object 2, as shown in FIG. 2, a reflection pattern A1 similar to the projection pattern is generated. However, if the target object 2 as shown in FIG.
, There is a step, the reflection pattern is deformed by this step, and is reflected as a reflection pattern B as a pattern as shown in FIG. These reflection patterns are photographed by the TV camera 3 and displayed on the spatial light modulator 30.

この表示像は、レーザ光源5によりコヒーレントな平
行光で背面から照射される。この時、レンズ31は、その
前側焦点面に空間光変調素子30が配置されているので、
レンズ31の後側焦点面すなわち、光検出器32上に対象物
体2からの反射像の光学的フーリエ変換像が形成され
る。この光学的フーリエ変換像は、第7図(a)〜
(c)で図示したように、対象物体2からの反射パター
ンによって決まる固有のパターンを持つ。従って、光学
的フーリエ変換像の半径方向の位置および方向を光検出
器32上の分割された複数の検出部の検出信号から、対象
物体2からの反射パターンを特定でき、これから対象物
体2の高さを検出する事ができる。
This display image is illuminated from the back by the laser light source 5 with coherent parallel light. At this time, since the spatial light modulator 30 is disposed on the front focal plane of the lens 31,
An optical Fourier transform image of the reflected image from the target object 2 is formed on the rear focal plane of the lens 31, that is, on the photodetector 32. This optical Fourier transform image is shown in FIGS.
As shown in (c), it has a unique pattern determined by the reflection pattern from the target object 2. Therefore, the reflection pattern from the target object 2 can be specified from the detection signals of the plurality of divided detection units on the photodetector 32 by determining the radial position and direction of the optical Fourier transform image. Can be detected.

以上の様に構成された本発明の3次元測距装置の第2
の実施例によれば、第1の実施例と同様の効果を上げる
事ができる。さらに、この本発明の3次元測距装置の第
2の実施例によれば、第1の実施例と比べて光情報処理
部の構成が簡略化され、かつ、対象物体2からの反射像
パターンを特定するのにいくつもの標準反射像パターン
との比較を行う必要が無いので高速化を図れるという効
果を得ることができる。
The second embodiment of the three-dimensional distance measuring apparatus of the present invention configured as described above
According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Furthermore, according to the second embodiment of the three-dimensional distance measuring apparatus of the present invention, the configuration of the optical information processing unit is simplified as compared with the first embodiment, and the reflected image pattern from the target object 2 Since it is not necessary to compare with a number of standard reflection image patterns in order to specify the pattern, it is possible to obtain an effect that the speed can be increased.

次に、本発明の第3の実施例について説明する。第3
の実施例は、上記第2の実施例における光検出器32の検
出部の細分化による多数の検出部からの信号を処理する
ための配線処理の煩雑性、あるいは精度を改善できるも
のである。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Third
This embodiment can improve the complexity or accuracy of wiring processing for processing signals from a large number of detection units by subdividing the detection units of the photodetector 32 in the second embodiment.

まず、その構成を第8図および第9図を用いて説明す
る。図中の番号で第1図および第5図と同じ番号のもの
は、同一のものを示している。
First, the configuration will be described with reference to FIG. 8 and FIG. The numbers in the figures that are the same as those in FIGS. 1 and 5 indicate the same.

50はビームスプリッタであり、第1のレンズ8と第2
の空間光変調素子7の間の光路中に配置されている。51
は第1の光検出器であり、第9図のaおよびbに図示し
たように半径方向あるいは円周方向に分割された複数の
検出部から構成されており、かつ、第1のレンズ8のビ
ームスプリッタ50の反射側に位置する後側焦点面に配置
されている。7は第2の空間光変調素子であり、第1の
レンズ8のビームスプリッタ50の透過側に位置する後側
焦点面に配置されている。52は第2の光検出器である。
Reference numeral 50 denotes a beam splitter, which includes a first lens 8 and a second lens
Are arranged in the optical path between the spatial light modulators 7. 51
Denotes a first photodetector, which is constituted by a plurality of detecting portions divided in a radial direction or a circumferential direction as shown in FIGS. It is arranged on the rear focal plane located on the reflection side of the beam splitter 50. Reference numeral 7 denotes a second spatial light modulator, which is disposed on a rear focal plane of the first lens 8 located on the transmission side of the beam splitter 50. 52 is a second photodetector.

次に、本発明の3次元測距装置の第3の実施例の動作
について、第2図、第3図および第8図〜第9図を用い
て説明する。
Next, the operation of the third embodiment of the three-dimensional distance measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2, 3, and 8 to 9.

まず、パターン発生装置1により第8図(b)に示し
たマスクパターンが、対象物体2に投影される。もしこ
の時、第2図に示したように、対象物体2に段差がなけ
れば、投影パターンと相似形の反射パターンA1が発生す
る。ところが、もし、第3図に示したように対象物体2
に段差が存在すると、反射パターンは、この段差により
変形され、反射パターンBとして図示したようなパター
ンとして反射される。
First, the mask pattern shown in FIG. 8B is projected onto the target object 2 by the pattern generator 1. At this time, if there is no step in the target object 2, as shown in FIG. 2, a reflection pattern A1 similar to the projection pattern is generated. However, if the target object 2 as shown in FIG.
, There is a step, the reflection pattern is deformed by this step, and is reflected as a pattern as shown as a reflection pattern B.

これらの反射パターンはTVカメラ3により撮影され、
第1の空間光変調素子4に表示される。この表示像は、
レーザ光源5によりコヒーレントな平行光で背面から照
射される。この時、第1のレンズ8は、その前側焦点面
に第1の空間光変調素子4が配置されているので、第1
のレンズ4のビームスプリッタ50の反射面側に位置する
後側焦点面すなわち、第1の光検出器51上に対象物体2
からの反射像の光学的フーリエ変換像が形成される。
These reflection patterns are photographed by the TV camera 3,
It is displayed on the first spatial light modulator 4. This display image is
The laser light source 5 irradiates from the back with coherent parallel light. At this time, since the first spatial light modulating element 4 is disposed on the front focal plane of the first lens 8, the first
The target object 2 is placed on the rear focal plane of the lens 4 located on the reflection surface side of the beam splitter 50, that is, on the first photodetector 51.
An optical Fourier transform image of the reflected image from is formed.

この光学的フーリエ変換像は、対象物体2からの反射
パターンによって決まる固有のパターンを持つ。すなわ
ち、第10図に示した光学的フーリエ変換像のピッチが反
射像の明暗パターンの空間周波数(パターンの周期)を
示し、光学的フーリエ変換像の傾きθが反射像の明暗パ
ターンの傾き(パターンが周期性を持つ方向)を各々示
している。
This optical Fourier transform image has a unique pattern determined by a reflection pattern from the target object 2. That is, the pitch of the optical Fourier transform image shown in FIG. 10 indicates the spatial frequency (period of the pattern) of the light and dark pattern of the reflected image, and the inclination θ of the optical Fourier transform image is the inclination of the light and dark pattern of the reflected image (pattern). Indicate directions having periodicity).

従って、第9図aで示した第1の光検出器51を用いれ
ば、反射像の明暗パターンが周期性を持つ方向を検出で
きる。また、第9図bで示した第1の光検出器51を用い
れば、反射像の明暗パターンの空間周波数を知ることが
できる。
Therefore, if the first photodetector 51 shown in FIG. 9A is used, it is possible to detect the direction in which the light and dark pattern of the reflected image has periodicity. Further, if the first photodetector 51 shown in FIG. 9B is used, the spatial frequency of the light and dark pattern of the reflected image can be known.

そこで、この第1の光検出器51の検出信号に基づい
て、第2の空間光変調素子7に表示するフーリエ変換計
算機ホログラム像、すなわち、対象物体2からの反射像
を特定する為の標準パターンの明暗パターンの周期ある
いは傾きの概略値を知ることができる。
Therefore, based on the detection signal of the first photodetector 51, a Fourier transform computer generated hologram image displayed on the second spatial light modulator 7, that is, a standard pattern for specifying a reflection image from the target object 2 The approximate value of the period or inclination of the light and dark pattern can be known.

そこで、この概略値からメモリ6から読みだし、第2
の空間光変調素子7に表示する標準反射像パターンの数
を絞り込むことが可能となる。この絞り込まれた標準反
射像パターンを順次、第2の空間光変調素子7上に表示
し、第1の空間光変調素子4に表示した対象物体2から
の反射パターンとのパターンマッチングが第1のレンズ
8、ビームスプリッタ50の透過側、第2の空間光変調素
子7、第2のレンズ9を介して実行される。
Then, the approximate value is read from the memory 6 and the second
It is possible to narrow down the number of standard reflection image patterns to be displayed on the spatial light modulator 7. The narrowed-down standard reflection image patterns are sequentially displayed on the second spatial light modulation element 7, and the pattern matching with the reflection pattern from the target object 2 displayed on the first spatial light modulation element 4 is performed in the first manner. The operation is performed via the lens 8, the transmission side of the beam splitter 50, the second spatial light modulator 7, and the second lens 9.

この光学的パターンマッチングの結果を第2の光検出
器52により検出する事で、対象物体2の高さを測定でき
る。
By detecting the result of the optical pattern matching by the second photodetector 52, the height of the target object 2 can be measured.

このように、本発明の3次元測距装置の第3の実施例
によれば、初めにマッチングを実行する標準反射パター
ンの候補を絞り込んだ後で、高精度の光学的パターンマ
ッチングを行う事が可能となり、高速かつ高精度の3次
元測距装置を実現できる。
As described above, according to the third embodiment of the three-dimensional distance measuring apparatus of the present invention, it is possible to perform high-precision optical pattern matching after narrowing down the candidates for the standard reflection pattern to be matched first. This makes it possible to realize a high-speed and high-accuracy three-dimensional distance measuring apparatus.

発明の効果 以上のように本発明によれば、構成が簡単で、かつ、
高精度でかつ高速処理が可能な3次元測距装置を提供す
る事ができる。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, the configuration is simple, and
It is possible to provide a three-dimensional distance measuring device that can perform high-accuracy and high-speed processing.

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

第1図は本発明の3次元測距装置の第1の実施例の構成
図、第2図および第3図は本発明の3次元測距装置の第
1の実施例の動作説明図、第4図は本発明の3次元測距
装置の第1の実施例で用いる標準反射パターンのフーリ
エ変換計算機ホログラム像の説明図、第5図は本発明の
3次元測距装置の第2の実施例の構成図、第6図は本発
明の3次元測距装置の第2の実施例における光検出器の
構成図、第7図は本発明の3次元測距装置の第2の実施
例における種々の対象物体からの反射パターンの光学的
フーリエ変換像、第8図は本発明の3次元測距装置の第
3の実施例の構成図、第9図a,bは本発明の3次元測距
装置の第3の実施例の第1の光検出器の構成図、第10図
は本発明の3次元測距装置の動作説明図、第11図は従来
の3次元測距装置の原理図である。 1……パターン発生装置、2……対象物体、3……TVカ
メラ、4……第1の空間光変調素子、5……レーザ光
源、6……メモリ、7……第2の空間光変調素子、8…
…第1のレンズ、9……第2のレンズ、10……光検出
器、50……ビームスプリッタ、51……第1の光検出器、
52……第2の光検出器。
FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of a three-dimensional distance measuring apparatus of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are operation explanatory diagrams of the first embodiment of the three-dimensional distance measuring apparatus of the present invention. FIG. 4 is an explanatory view of a Fourier transform computer hologram image of a standard reflection pattern used in the first embodiment of the three-dimensional distance measuring apparatus of the present invention, and FIG. 5 is a second embodiment of the three-dimensional distance measuring apparatus of the present invention. FIG. 6 is a block diagram of the photodetector in the second embodiment of the three-dimensional distance measuring apparatus of the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing various parts in the second embodiment of the three-dimensional distance measuring apparatus of the present invention. 8 is an optical Fourier transform image of a reflection pattern from a target object, FIG. 8 is a block diagram of a third embodiment of a three-dimensional distance measuring device of the present invention, and FIGS. 9a and 9b are three-dimensional distance measuring devices of the present invention. FIG. 10 is a configuration diagram of a first photodetector of a third embodiment of the apparatus, FIG. 10 is an explanatory diagram of the operation of the three-dimensional distance measuring apparatus of the present invention, and FIG. It is a diagram. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pattern generator, 2 ... Target object, 3 ... TV camera, 4 ... First spatial light modulation element, 5 ... Laser light source, 6 ... Memory, 7 ... Second spatial light modulation Element, 8 ...
... first lens, 9 ... second lens, 10 ... photodetector, 50 ... beam splitter, 51 ... first photodetector,
52... Second photodetector.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福井 厚司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−260107(JP,A) 特開 平2−45704(JP,A) 特開 平3−156581(JP,A) 特開 昭62−186225(JP,A) 特開 昭63−127223(JP,A) 特開 平1−300382(JP,A) 特開 昭58−7506(JP,A) 特公 昭61−58761(JP,B2) 特許2615964(JP,B2) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Atsushi Fukui 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-61-260107 (JP, A) JP-A-2-2 45704 (JP, A) JP-A-3-156581 (JP, A) JP-A-62-186225 (JP, A) JP-A-63-127223 (JP, A) JP-A-1-300382 (JP, A) JP-A-58-7506 (JP, A) JP-B-61-58761 (JP, B2) Patent 2615964 (JP, B2)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】所定の投影パターンを発生するパターン発
生装置と、このマスクパターンを対象物体に照射する投
影光源と、前記対象物体からの前記マスクパターンの反
射像を撮影するTVカメラと、このTVカメラの撮影像を表
示する第1の空間光変調素子と、この第1の空間光変調
素子を平行コヒーレント光で照射するレーザ光源と、前
記第1の空間光変調素子をその前側焦点面に置いた第1
のレンズと、この第1のレンズの後側焦点面に配置した
第2の空間光変調素子と、この第2の空間光変調素子を
その前側焦点面に置いた第2のレンズと、この第2のレ
ンズの後側焦点面に置いた光検出器とを備えかつ、前記
第2の空間光変調素子に所定の標準反射パターンの計算
機ホログラム像を表示する事を特徴とする測距装置。
1. A pattern generating apparatus for generating a predetermined projection pattern, a projection light source for irradiating a target object with the mask pattern, a TV camera for photographing a reflection image of the mask pattern from the target object, A first spatial light modulator for displaying a captured image of a camera, a laser light source for irradiating the first spatial light modulator with parallel coherent light, and the first spatial light modulator on a front focal plane thereof First
A second spatial light modulating element disposed on the rear focal plane of the first lens, a second lens having the second spatial light modulating element disposed on the front focal plane thereof, A photodetector placed on the rear focal plane of the second lens and displaying a computer generated hologram image of a predetermined standard reflection pattern on the second spatial light modulator.
【請求項2】所定の投影パターンを発生するパターン発
生装置と、このマスクパターンを対象物体に照射する投
影光源と、前記対象物体からの前記マスクパターンの反
射像を撮影するTVカメラと、このTVカメラの撮影像を表
示する空間光変調素子と、この空間光変調素子を平行コ
ヒーレント光で照射するレーザ光源と、前記空間光変調
素子をその前側焦点面に置いたレンズと、このレンズの
後側焦点面に配置した複数の受光部からなる光検出器と
を備えた事を特徴とする測距装置。
2. A pattern generator for generating a predetermined projection pattern, a projection light source for irradiating the mask pattern to a target object, a TV camera for photographing a reflection image of the mask pattern from the target object, A spatial light modulator for displaying a captured image of a camera, a laser light source for irradiating the spatial light modulator with parallel coherent light, a lens having the spatial light modulator on its front focal plane, and a rear side of the lens A distance measuring device comprising: a photodetector including a plurality of light receiving units disposed on a focal plane.
【請求項3】所定の投影パターンを発生するパターン発
生装置と、このマスクパターンを対象物体に照射する投
影光源と、前記対象物体からの前記マスクパターンの反
射像を撮影するTVカメラと、このTVカメラの撮影像を表
示する第1の空間光変調素子と、この第1の空間光変調
素子を平行コヒーレント光で照射するレーザ光源と、前
記第1の空間光変調素子をその前側焦点面に置いた第1
のレンズと、この第1のレンズの後方に配置したビーム
スプリッタと、このビームスプリッタの透過側あるいは
反射側に位置する前記第1のレンズの後側焦点面に配置
した第2の空間光変調素子と、前記ビームスプリッタの
他方側に位置する前記第1のレンズの後側焦点面に配置
した複数の受光部からなる第1の光検出器と、この第2
の空間光変調素子をその前側焦点面に置いた第2のレン
ズと、この第2のレンズの後側焦点面に置いた第2の光
検出器とを備え、かつ、前記第2の空間光変調素子に所
定の標準反射パターンの計算機ホログラム像を表示する
事を特徴とする測距装置。
3. A pattern generator for generating a predetermined projection pattern, a projection light source for irradiating the mask pattern to a target object, a TV camera for photographing a reflection image of the mask pattern from the target object, A first spatial light modulator for displaying a captured image of a camera, a laser light source for irradiating the first spatial light modulator with parallel coherent light, and the first spatial light modulator on a front focal plane thereof First
Lens, a beam splitter disposed behind the first lens, and a second spatial light modulator disposed on a rear focal plane of the first lens located on the transmission side or the reflection side of the beam splitter. A first photodetector comprising a plurality of light receiving sections disposed on a rear focal plane of the first lens located on the other side of the beam splitter;
And a second photodetector disposed on a rear focal plane of the second lens, wherein the second spatial light modulating element is disposed on a front focal plane of the second spatial light modulator. A distance measuring apparatus characterized by displaying a computer generated hologram image of a predetermined standard reflection pattern on a modulation element.
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