JP3143889B2 - 距離測定方法および装置 - Google Patents
距離測定方法および装置Info
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- JP3143889B2 JP3143889B2 JP04311447A JP31144792A JP3143889B2 JP 3143889 B2 JP3143889 B2 JP 3143889B2 JP 04311447 A JP04311447 A JP 04311447A JP 31144792 A JP31144792 A JP 31144792A JP 3143889 B2 JP3143889 B2 JP 3143889B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、三次元物体の形状測定
に好適な距離測定方法および装置に関する。
に好適な距離測定方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】スリット光を使用した光切断法に基づく
距離測定においては、図７に示されているように、測定
対象物体の三次元位置は、光源からのスリット光の投影
方向と、レンズおよび撮像面を含むカメラの視線方向
と、光源およびカメラの位置関係とを使用して、三角測
量法に基づいて求めることができる。
距離測定においては、図７に示されているように、測定
対象物体の三次元位置は、光源からのスリット光の投影
方向と、レンズおよび撮像面を含むカメラの視線方向
と、光源およびカメラの位置関係とを使用して、三角測
量法に基づいて求めることができる。
【０００３】最近、スリット光を回転ミラーで走査する
ことにより、上述の距離測定を高速に行う研究が盛んに
行われており、いくつかの方法が提案されている。特願
平４−９３８０６号には、スリット光を測定対象物体の
表面に沿って走査し、測定対象物体からの反射スリット
光が、撮像面を構成するセルを通過する時点を検出して
測定対象物体の表面の位置を測定するために、セルに、
反射スリット光の移動方向に沿って２個のフォトセンサ
を隣接して配設し、２個のフォトセンサが出力する光電
流の大きさを比較し、比較結果に基づいて、反射スリッ
ト光が２個のフォトセンサの一方から他方に移る時点を
求め、この時点を、反射スリット光が前記セルを通過し
た時点とする距離測定方法が開示されている。
ことにより、上述の距離測定を高速に行う研究が盛んに
行われており、いくつかの方法が提案されている。特願
平４−９３８０６号には、スリット光を測定対象物体の
表面に沿って走査し、測定対象物体からの反射スリット
光が、撮像面を構成するセルを通過する時点を検出して
測定対象物体の表面の位置を測定するために、セルに、
反射スリット光の移動方向に沿って２個のフォトセンサ
を隣接して配設し、２個のフォトセンサが出力する光電
流の大きさを比較し、比較結果に基づいて、反射スリッ
ト光が２個のフォトセンサの一方から他方に移る時点を
求め、この時点を、反射スリット光が前記セルを通過し
た時点とする距離測定方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した特願平４−９
３８０６号の方法においては、２個のフォトセンサの面
積が同じ場合には、２個のフォトセンサがともに測定対
象物体からの反射スリット光を受けておらず、同じ光量
のバイアス光を受けていると、２個のフォトセンサに流
れる光電流は、外部からのわずかなノイズやフォトセン
サの特性のわずかな相違によって、差異が生じ、比較器
の出力が不安定になる。
３８０６号の方法においては、２個のフォトセンサの面
積が同じ場合には、２個のフォトセンサがともに測定対
象物体からの反射スリット光を受けておらず、同じ光量
のバイアス光を受けていると、２個のフォトセンサに流
れる光電流は、外部からのわずかなノイズやフォトセン
サの特性のわずかな相違によって、差異が生じ、比較器
の出力が不安定になる。
【０００５】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、ノイズが存在したり、フォトセンサの特
性にバラツキがあっても、安定した距離測定を行えるよ
うにすることを目的とする。
たものであり、ノイズが存在したり、フォトセンサの特
性にバラツキがあっても、安定した距離測定を行えるよ
うにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、測定対象物体
からの反射スリット光の移動方向に沿って隣接して配設
された２個のフォトセンサのうちの一方のフォトセンサ
（例えば、図２の左フォトセンサ２０ＡＬ）の感光部の
面積を他方のフォトセンサ（例えば、図２の右フォトセ
ンサ２０ＢＳ）の感光部の面積より大きくすることを特
徴とする。
からの反射スリット光の移動方向に沿って隣接して配設
された２個のフォトセンサのうちの一方のフォトセンサ
（例えば、図２の左フォトセンサ２０ＡＬ）の感光部の
面積を他方のフォトセンサ（例えば、図２の右フォトセ
ンサ２０ＢＳ）の感光部の面積より大きくすることを特
徴とする。
【０００７】
【作用】本発明においては、２個のフォトセンサがとも
に測定対象物体からの反射スリット光を受けておらず、
同じ光量のバイアス光を受けているときに、外部からの
わずかなノイズを受けても、あるいはフォトセンサの特
性のわずかな相違があっても、感光部の面積の大きいほ
うのフォトセンサに流れる光電流は、感光部の面積の小
さい方のフォトセンサに流れる電流より大きいので、比
較器の出力が安定する。
に測定対象物体からの反射スリット光を受けておらず、
同じ光量のバイアス光を受けているときに、外部からの
わずかなノイズを受けても、あるいはフォトセンサの特
性のわずかな相違があっても、感光部の面積の大きいほ
うのフォトセンサに流れる光電流は、感光部の面積の小
さい方のフォトセンサに流れる電流より大きいので、比
較器の出力が安定する。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明による距離測定装置の一実施
例を示す。スリット光発生レーザ１から射出されたスリ
ット光２は、ガルバノミラー等からなる走査ミラー３に
よって三次元物体である測定対象物体４上を走査させら
れる。スリット光発生レーザ１としては、例えば、波長
６７０ｎｍの半導体レーサ（レンズの出口で１０ｍＷ、
スリット光の幅約１ｍｍ）を使用できる。測定対象物体
４によって反射されたスリット光は、撮像装置５のレン
ズ６を通して撮像面７に連続的に投射される。撮像面７
は、アレイ状に配置された複数の撮像セル８から構成さ
れている。セル８は、視線方向の測定対象物体４上をス
リット光２が通過すると、すなわち測定対象物体４から
の反射スリット光が自らを通過すると信号を出力する。
例を示す。スリット光発生レーザ１から射出されたスリ
ット光２は、ガルバノミラー等からなる走査ミラー３に
よって三次元物体である測定対象物体４上を走査させら
れる。スリット光発生レーザ１としては、例えば、波長
６７０ｎｍの半導体レーサ（レンズの出口で１０ｍＷ、
スリット光の幅約１ｍｍ）を使用できる。測定対象物体
４によって反射されたスリット光は、撮像装置５のレン
ズ６を通して撮像面７に連続的に投射される。撮像面７
は、アレイ状に配置された複数の撮像セル８から構成さ
れている。セル８は、視線方向の測定対象物体４上をス
リット光２が通過すると、すなわち測定対象物体４から
の反射スリット光が自らを通過すると信号を出力する。
【０００９】セル８の出力信号は、読出部９によって読
み出され、信号を出力したセル８に対応するカウンタ数
記憶メモリ１０のメモリセル１１に、そのときカウンタ
１２が出力しているカウンタ数が記憶される。カウンタ
１２のカウントアップ、セル８の信号出力、およびメモ
リセル１１のカウンタ数記憶は、外部からの動作クロッ
ク１３（例えば、１００ｋＨｚ程度）に同期して行われ
る。
み出され、信号を出力したセル８に対応するカウンタ数
記憶メモリ１０のメモリセル１１に、そのときカウンタ
１２が出力しているカウンタ数が記憶される。カウンタ
１２のカウントアップ、セル８の信号出力、およびメモ
リセル１１のカウンタ数記憶は、外部からの動作クロッ
ク１３（例えば、１００ｋＨｚ程度）に同期して行われ
る。
【００１０】走査ミラー３は、一定角速度で回転してい
るため、カウンタ１２の出力は、ミラー３の角度情報に
相当する。各メモリセル１１に記憶されたカウンタ数
は、演算処理部１４によって距離情報に変換される。演
算処理部１４は、ビデオ情報に乗せて距離画像を出力す
るか、各セル８が観測している測定対象物体４の三次元
座標値を出力する。
るため、カウンタ１２の出力は、ミラー３の角度情報に
相当する。各メモリセル１１に記憶されたカウンタ数
は、演算処理部１４によって距離情報に変換される。演
算処理部１４は、ビデオ情報に乗せて距離画像を出力す
るか、各セル８が観測している測定対象物体４の三次元
座標値を出力する。
【００１１】走査ミラー制御装置１５は、走査ミラー３
が１回走査する毎に、リセット信号（例えば、６０Ｈｚ
程度）を出力し、これにより、カウンタ１２およびカウ
ンタ数記憶メモリ１０の内容がリセットされる。
が１回走査する毎に、リセット信号（例えば、６０Ｈｚ
程度）を出力し、これにより、カウンタ１２およびカウ
ンタ数記憶メモリ１０の内容がリセットされる。
【００１２】図２は、撮像セル８の本発明による一実施
例の構成を示す。ここでは、測定対象物体４に投射され
るスリット光は、垂直方向に延びるスリットが水平方向
に走査されるものとする。各セル８には、スリット光の
移動方向に隣接してフォトダイオードからなる左フォト
センサ２０ＡＬおよびフォトダイオードからなる右フォ
トセンサ２０ＢＳが配設されている。左フォトセンサ２
０ＡＬは、水平方向に沿って左側に配設され、右フォト
センサ２０ＢＳは、水平方向に沿って右側に配設されて
いる。すなわち、左フォトセンサ２０ＡＬは、先にスリ
ット光を受ける位置に配設され、右フォトセンサ２０Ｂ
Ｓは、後でスリット光を受ける位置に配設されている。
例の構成を示す。ここでは、測定対象物体４に投射され
るスリット光は、垂直方向に延びるスリットが水平方向
に走査されるものとする。各セル８には、スリット光の
移動方向に隣接してフォトダイオードからなる左フォト
センサ２０ＡＬおよびフォトダイオードからなる右フォ
トセンサ２０ＢＳが配設されている。左フォトセンサ２
０ＡＬは、水平方向に沿って左側に配設され、右フォト
センサ２０ＢＳは、水平方向に沿って右側に配設されて
いる。すなわち、左フォトセンサ２０ＡＬは、先にスリ
ット光を受ける位置に配設され、右フォトセンサ２０Ｂ
Ｓは、後でスリット光を受ける位置に配設されている。
【００１３】左および右センサ２０ＡＬおよび２０ＢＳ
の出力側には、それぞれアンプ２２Ａおよび２２Ｂが設
けられている。アンプ２２Ａおよび２２Ｂは、それぞれ
左および右センサ２０ＡＬおよび２０ＢＳの出力を増幅
する。アンプ２２Ａおよび２２Ｂを設けているのは、ス
リット光の光量が小さくても検出を可能にするためであ
る。
の出力側には、それぞれアンプ２２Ａおよび２２Ｂが設
けられている。アンプ２２Ａおよび２２Ｂは、それぞれ
左および右センサ２０ＡＬおよび２０ＢＳの出力を増幅
する。アンプ２２Ａおよび２２Ｂを設けているのは、ス
リット光の光量が小さくても検出を可能にするためであ
る。
【００１４】比較器２４は、アンプ２２Ａおよび２２Ｂ
の出力を比較し、前者が後者より大きいときには、第１
の状態の信号（この例では、「Ｌ」）を出力し、後者が
前者より大きいときには、第２の状態の信号（この例で
は、「Ｈ」）を出力する。ゲート２６は、セル選択信号
を受けているときに、比較器２４の出力を外部に出力す
る。
の出力を比較し、前者が後者より大きいときには、第１
の状態の信号（この例では、「Ｌ」）を出力し、後者が
前者より大きいときには、第２の状態の信号（この例で
は、「Ｈ」）を出力する。ゲート２６は、セル選択信号
を受けているときに、比較器２４の出力を外部に出力す
る。
【００１５】図３は、スリットの幅方向に広がり（分
散）を持ったスリット光が、水平方向の左から右に通過
したときの左および右フォトセンサ２０ＡＬおよび２０
ＢＳの光電流の変化を示す。図３に示されているよう
に、まず、左センサ２０ＡＬの光電流が増大した後に減
少し、続いて、右センサ２０ＢＳの光電流が増大した後
に減少する。従って、比較器２４は、始め、第１の状態
の信号（この例では、「Ｌ」））を出力し、続いて、第
２の状態の信号（この例では、「Ｈ」）を出力する。
散）を持ったスリット光が、水平方向の左から右に通過
したときの左および右フォトセンサ２０ＡＬおよび２０
ＢＳの光電流の変化を示す。図３に示されているよう
に、まず、左センサ２０ＡＬの光電流が増大した後に減
少し、続いて、右センサ２０ＢＳの光電流が増大した後
に減少する。従って、比較器２４は、始め、第１の状態
の信号（この例では、「Ｌ」））を出力し、続いて、第
２の状態の信号（この例では、「Ｈ」）を出力する。
【００１６】比較器２４の出力第１の状態の信号から第
２の状態の信号に切り替わる瞬間、すなわち左センサ２
０ＡＬの光電流より、右センサ２０ＢＳの光電流の方が
大きくなった瞬間（図３の矢印で示されている時点）が
「そのセルをスリット光が通過した時点：ＴX」として
図１のメモリセル１１に記憶される。前述のように、時
点ＴXを示す情報は、カウンタ１２から得られる。この
時点ＴXから、スリット光を走査させている図１のミラ
ー３の回転角度が求まり、三角測量法により、測定対象
物体４までの距離を測定できる。
２の状態の信号に切り替わる瞬間、すなわち左センサ２
０ＡＬの光電流より、右センサ２０ＢＳの光電流の方が
大きくなった瞬間（図３の矢印で示されている時点）が
「そのセルをスリット光が通過した時点：ＴX」として
図１のメモリセル１１に記憶される。前述のように、時
点ＴXを示す情報は、カウンタ１２から得られる。この
時点ＴXから、スリット光を走査させている図１のミラ
ー３の回転角度が求まり、三角測量法により、測定対象
物体４までの距離を測定できる。
【００１７】図２の左センサ２０ＡＬの感光部の面積
は、右フォトセンサ２０ＢＳの感光部の面積より若干大
きくされている。この面積の相違は、ノイズやフォトセ
ンサ特性のバラツキ等による光電流のふれをカバーする
程度の、ごく微小なものである。
は、右フォトセンサ２０ＢＳの感光部の面積より若干大
きくされている。この面積の相違は、ノイズやフォトセ
ンサ特性のバラツキ等による光電流のふれをカバーする
程度の、ごく微小なものである。
【００１８】図４に示すように、撮像面を構成するセル
の２個のフォトセンサ２０Ａおよび２０Ｂの感光部の面
積を同じにすると、２個のフォトセンサ２０Ａおよび２
０Ｂがともに測定対象物体からの反射スリット光を受け
ておらず、同じ光量のバイアス光を受けている場合に
は、２個のフォトセンサ２０Ａおよび２０Ｂに流れる光
電流は、外部からのわずかなノイズやフォトセンサの特
性のわずかな相違によって、差異が生じ、図６（ｂ）に
示されているように、比較器２４の出力が「Ｌ」から
「Ｈ」に頻繁に変化し（矢印参照）、不安定になる。
の２個のフォトセンサ２０Ａおよび２０Ｂの感光部の面
積を同じにすると、２個のフォトセンサ２０Ａおよび２
０Ｂがともに測定対象物体からの反射スリット光を受け
ておらず、同じ光量のバイアス光を受けている場合に
は、２個のフォトセンサ２０Ａおよび２０Ｂに流れる光
電流は、外部からのわずかなノイズやフォトセンサの特
性のわずかな相違によって、差異が生じ、図６（ｂ）に
示されているように、比較器２４の出力が「Ｌ」から
「Ｈ」に頻繁に変化し（矢印参照）、不安定になる。
【００１９】これに対し、図２の本発明の実施例の場合
には、左センサ２０ＡＬの感光部の面積は、右フォトセ
ンサ２０ＢＳの感光部の面積より大きいので、同じ光量
のバイアス光を受けていると、外部からのわずかなノイ
ズやフォトセンサの特性のわずかな相違があっても、感
光部の面積の大きいほうの左センサ２０ＡＬに流れる光
電流は、感光部の面積の小さい方の右センサＢＳに流れ
る電流より大きいので（両センサ２０ＡＬおよび２０Ｂ
Ｓに流れる電流の差は、図５（ａ）中、ΔＩで示されて
いる）、比較器２４の出力は、図５（ｂ）に示されてい
るように、常に「Ｌ」であり、安定する。従って、比較
器２４の出力が「Ｌ」から「Ｈ」に変化した時点が、ス
リット光の通過を正しく示すことになる。
には、左センサ２０ＡＬの感光部の面積は、右フォトセ
ンサ２０ＢＳの感光部の面積より大きいので、同じ光量
のバイアス光を受けていると、外部からのわずかなノイ
ズやフォトセンサの特性のわずかな相違があっても、感
光部の面積の大きいほうの左センサ２０ＡＬに流れる光
電流は、感光部の面積の小さい方の右センサＢＳに流れ
る電流より大きいので（両センサ２０ＡＬおよび２０Ｂ
Ｓに流れる電流の差は、図５（ａ）中、ΔＩで示されて
いる）、比較器２４の出力は、図５（ｂ）に示されてい
るように、常に「Ｌ」であり、安定する。従って、比較
器２４の出力が「Ｌ」から「Ｈ」に変化した時点が、ス
リット光の通過を正しく示すことになる。
【００２０】なお、上記実施例においては、フォトセン
サとしてフォトダイオードを使用したが、フォトトラン
ジスタ等も使用できる。要するに、光の強さに応じた信
号を出力するものであれば、どのようなものでも良い。
サとしてフォトダイオードを使用したが、フォトトラン
ジスタ等も使用できる。要するに、光の強さに応じた信
号を出力するものであれば、どのようなものでも良い。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、測定対象物体からの反
射スリット光の移動方向に沿って隣接して配設された２
個のフォトセンサのうちの一方のフォトセンサの感光部
の面積を、他方のフォトセンサの感光部の面積より大き
くするようにしたので、２個のフォトセンサがともに測
定対象物体からの反射スリット光を受けておらず、同じ
光量のバイアス光を受けているときに、外部からのわず
かなノイズを受けても、あるいはフォトセンサの特性の
わずかな相違があっても、感光部の面積の大きいほうの
フォトセンサに流れる光電流は、感光部の面積の小さい
方のフォトセンサに流れる電流より大きいから、比較器
の出力が安定し、測定対象物体からの反射スリット光の
通過時点を正しく検出することができるようになる。
射スリット光の移動方向に沿って隣接して配設された２
個のフォトセンサのうちの一方のフォトセンサの感光部
の面積を、他方のフォトセンサの感光部の面積より大き
くするようにしたので、２個のフォトセンサがともに測
定対象物体からの反射スリット光を受けておらず、同じ
光量のバイアス光を受けているときに、外部からのわず
かなノイズを受けても、あるいはフォトセンサの特性の
わずかな相違があっても、感光部の面積の大きいほうの
フォトセンサに流れる光電流は、感光部の面積の小さい
方のフォトセンサに流れる電流より大きいから、比較器
の出力が安定し、測定対象物体からの反射スリット光の
通過時点を正しく検出することができるようになる。
【図１】本発明の距離測定装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図２】本発明の距離測定装置の撮像面を構成するセル
の一実施例の構成を示すブロック図である。
の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図３】反射スリット光の移動に伴う左フォトセンサ２
０ＡＬおよび右フォトセンサ２０ＢＳの光電流の時間変
化を示すグラフである。
０ＡＬおよび右フォトセンサ２０ＢＳの光電流の時間変
化を示すグラフである。
【図４】撮像面を構成するセルの２個のフォトセンサの
面積を同じにした場合の構成を示すブロック図である。
面積を同じにした場合の構成を示すブロック図である。
【図５】図２の本発明の実施例のように２個のフォトセ
ンサの面積を異ならせた場合の２個のフォトセンサ２０
ＡＬおよび２０ＢＳの光電流および比較器２４の出力の
一例を示すタイミング図である。
ンサの面積を異ならせた場合の２個のフォトセンサ２０
ＡＬおよび２０ＢＳの光電流および比較器２４の出力の
一例を示すタイミング図である。
【図６】図４のように２個のフォトセンサの面積を同じ
にした場合の２個のフォトセンサ２０Ａおよび２０Ｂの
光電流および比較器２４の出力の一例を示すタイミング
図である。
にした場合の２個のフォトセンサ２０Ａおよび２０Ｂの
光電流および比較器２４の出力の一例を示すタイミング
図である。
【図７】スリット光を使用した光切断法に基づく距離測
定の原理を示す説明図である。
定の原理を示す説明図である。
２ スリット光 ４ 測定対象物体 ７ 撮像面 ８ 撮像セル ２０ＡＬ，２０ＢＳ フォトセンサ ２４ 比較器
Claims (3)
- 【請求項１】 スリット光を測定対象物体の表面に沿っ
て走査し、前記測定対象物体からの反射スリット光が、
撮像面を構成するセルを通過する時点を検出して前記測
定対象物体の表面の位置を測定するために、前記セル
に、前記反射スリット光の移動方向に沿って２個のフォ
トセンサを隣接して配設し、前記２個のフォトセンサが
出力する光電流の大きさを比較し、前記比較結果に基づ
いて、前記反射スリット光が前記２個のフォトセンサの
一方から他方に移る時点を求め、この時点を、前記反射
スリット光が前記セルを通過した時点とする距離測定方
法において、 前記２個のフォトセンサのうちの一方のフォトセンサの
感光部の面積を、他方のフォトセンサの感光部の面積よ
り大きくしたことを特徴とする距離測定方法。 - 【請求項２】 スリット光を測定対象物体の表面に沿っ
て走査し、前記測定対象物体からの反射スリット光が、
撮像面を構成するセルを通過する時点を検出して前記測
定対象物体の表面の位置を測定する距離測定装置におい
て、 前記セルが、 前記反射スリット光の移動方向に沿って隣接して配設さ
れた２個のフォトセンサてあって、一方のフォトセンサ
の感光部の面積が、他方のフォトセンサの感光部の面積
より大きい２個のフォトセンサと、 前記２個のフォトセンサが出力する光電流の大きさを比
較する比較器とを備え、 前記比較器の出力が、前記２個のフォトセンサの出力光
電流の大小関係の反転を示した時点を、前記反射スリッ
ト光が前記セルを通過した時点とすることを特徴とする
距離測定装置。 - 【請求項３】 前記２個のフォトセンサのうち先にスリ
ット光を受けるフォトセンサの感光部の面積が、後でス
リット光を受けるフォトセンサの感光部の面積より大き
いことを特徴とする請求項２記載の距離測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04311447A JP3143889B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 距離測定方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04311447A JP3143889B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 距離測定方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06137824A JPH06137824A (ja) | 1994-05-20 |
| JP3143889B2 true JP3143889B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=18017332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04311447A Expired - Fee Related JP3143889B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 距離測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3143889B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5847833A (en) * | 1995-04-26 | 1998-12-08 | Sony Corporation | Distance measuring method and distance measuring apparatus |
-
1992
- 1992-10-27 JP JP04311447A patent/JP3143889B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06137824A (ja) | 1994-05-20 |
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