JP3976054B2 - 位置計測システム - Google Patents
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本例では、図2(a)に示すように、光軸に窪みのある光軸対象のリング形状レンズ1−3を用いる。図2(b)において、レンズ1−3はレンズの断面図を示し、レンズ1−3uはレンズを光源方向から見た正面図を示すものである。ここで、レンズ外径は3mmとした。光軸上の平面におけるレンズの入射面はx=0.5*(y―1.5)1.5(単位はmm)の非球面で構成されている。ここで、xは光軸で光の進行方向を正とし、yは光軸に垂直な半径方向の軸である。レンズ1−3の光出射面は平面とした。レンズ素材の屈折率は1.51とした。
次に、本実施例において、対象物10に投影された同心円干渉模様12の中心位置15を求める方法について説明する。
d11*cosθ1=t1
d12*cos(θ1−π/2)=t1
∴tanθ1=d11/d12
ここで、対象物10の上側枠をx軸、左側枠をy軸とすると、対象物10の左上角における干渉模様の法線は、y=axと書くことができる。上式において、ラインイメージセンサーにおける干渉模様ピッチd11,d12は、干渉模様の明るさの極大値または極小値を検知するラインイメージセンサーの画素の間隔から容易に知ることができる。よって、上記tanθ1の式から角度θ1を求めることができ、このθ1の値からy=axにおける定数aを知ることができる。
d21*cosθ2=t2
d22*cos(θ2−π/2)=t2
∴tanθ2=d21/d22
ここで、対象物10の左側枠と右側枠の距離を既知の値Wとすると、対象物10の右上角における干渉模様の法線は、y=b(x−W)と書くことができる。上式において、ラインイメージセンサーにおける干渉模様ピッチd21,d22は、干渉模様の明るさの極大値または極小値を検出するラインイメージセンサーの画素の間隔から容易に知ることができる。よって、上記tanθ2の式から角度θ2を求めることができ、このθ2の値からy=b(x−W)における定数bを知ることができる。
これにより、本実施例よれば、単純な計算で同心円干渉模様の中心位置を精度良く高速に求めることができる。
d11*cosθ1=t1
d11*cosθ1’=t1
d12*cos(θ1−π/2)=t1
d12*cos(θ1’−π/2)=t1
∴tanθ1=d11/d12
tanθ1’=d11/d12
d21*cosθ2=t2
d21*cosθ2’=t2
d22*cos(θ2−π/2)=t2
d22*cos(θ2’−π/2)=t2
∴tanθ2=d21/d22
tanθ2’=d21/d22
すなわち、本例の場合は、図5に示すように、法線y=ax、y=a’x、y=b(x−W)、y=b’(x−W)の交点が複数の解(図中の破線丸印)として得られ(a,a’,b,b’は定数)、干渉模様の中心位置を1つに決定することができない。しかし、これは例えば次のようにして解決される。
これにより、本実施例よれば、単純な計算で同心円干渉模様の中心位置を精度良く高速に求めることができる。
d11*cosθ1=±t (1)
d12*cos(θ1−π/2)=t (2)
d13*cos(θ1+π/4)=t (3)
式(1)、(2)より次式が得られる。
tanθ1=±d11/d12 (4)
式(1)、(3)より次式が得られる。
d11*cosθ1=±d13*cos(θ1+π/4)
∴d11*cosθ1=±d13/√2(cosθ1−sinθ1) (5)
式(4)、(5)を同時に満たすθ1が解であり、1つの値として定まる。
ここで、先の実施例の場合と同様に、対象物10の上側枠をx軸、左側枠をy軸とすると、対象物10の左上角における干渉模様の法線は、y=axと書くことができる。そして、上記式(4)、(5)から求めた角度θ1の値からy=axにおける定数aを知ることができる。また、対象物10の左側枠と右側枠の距離を既知の値Wとすると、対象物10の右上角における干渉模様の法線は、y=b(x−W)と書くことができる。そして、上記式(4)、(5)と同様な式から求めた角度θ2の値からy=b(x−W)における定数bを知ることができる。
これにより、本実施例よれば、単純な計算で同心円干渉模様の中心位置を精度良く高速に求めることができる。
これにより、本実施例よれば、単純な計算で同心円干渉模様の中心位置を精度良く高速に求めることができる。
以上のように、本発明では、同心円模様を検出するセンサーとして、エリアイメージセンサーではなく、ラインイメージセンサーを用いる。ラインイメージセンサーであれば、通常、毎秒1000スキャン程度以上の検出速度を持っているので、同心円模様が流れることなく、単純な計算で精度良くかつ高速に同心円中心位置の算出ができる。
12 同心円模様
13 投影装置
14a,14b ラインイメージセンサー対
14aa,14ab,14ba,14bb ラインイメージセンサー
15 同心円模様中心位置
16 演算装置
Claims (6)
- 同心円模様を対象物に投影する投影装置と、前記同心円模様を撮像する互いに垂直に配置された2つのラインイメージセンサーからなる第1のラインイメージセンサー対と、前記第1のラインイメージセンサー対と距離を置いて配置された前記同心円模様を撮像する互いに垂直に配置された2つのラインイメージセンサーからなる第2のラインイメージセンサー対と、前記第1のラインイメージセンサー対の2つのラインイメージセンサーで検出される前記同心円模様のピッチに係る2つの信号を処理して求めた第1の法線と前記第2のラインイメージセンサー対の2つのラインイメージセンサーで検出される前記同心円模様のピッチに係る2つの信号を処理して求めた第2の法線とから前記同心円模様の中心位置を算出する演算装置とを備えたことを特徴とする位置計測システム。
- 前記第1および第2のラインイメージセンサー対の一方のラインイメージセンサー対が他方のラインイメージセンサー対に対してある角度傾けられていることを特徴とする請求項1記載の位置計測システム。
- さらに前記第1および第2のラインイメージセンサー対と距離を置いて配置された前記同心円模様を撮像する互いに垂直に配置された2つのラインイメージセンサーからなる第3のラインイメージセンサー対を備え、前記演算装置が前記第1の法線と前記第2の法線と前記第3のラインイメージセンサー対の2つのラインイメージセンサーで検出される前記同心円模様のピッチに係る2つの信号を処理して求めた第3の法線とから前記同心円模様の中心位置を算出することを特徴とする請求項1記載の位置計測システム。
- 同心円模様の間隔をその中心位置からの距離に応じて大きくした同心円模様を対象物に投影する投影装置と、前記同心円模様の間隔の値と前記同心円模様の中心位置までの距離の値を対応させて記憶する記憶装置と、前記同心円模様を撮像する互いに垂直に配置された2つのラインイメージセンサーからなるラインイメージセンサー対と、前記ラインイメージセンサー対の2つのラインイメージセンサーで検出される前記同心円模様のピッチに係る2つの信号を処理して求めた法線と前記ラインイメージセンサーで検出される同心円模様の間隔の値に対応する前記記憶装置に記憶された前記中心位置までの距離とから前記同心円模様の中心位置を算出する演算装置とを備えたことを特徴とする位置計測システム。
- 同心円模様を対象物に投影する投影装置と、前記同心円模様を撮像する直角三角形を形成するように配置された3つのラインイメージセンサーからなる第1のイメージセンサーグループと、前記第1のイメージセンサーグループと距離を置いて配置された前記同心円模様を撮像する直角三角形を形成するように配置された3つのラインイメージセンサーからなる第2のイメージセンサーグループと、前記第1のイメージセンサーグループの3つのラインイメージセンサーで検出される前記同心円模様のピッチに係る3つの信号を処理して求めた第1の法線と前記第2のイメージセンサーグループの3つのラインイメージセンサーで検出される前記同心円模様のピッチに係る3つの信号を処理して求めた第2の法線とから前記同心円模様の中心位置を算出する演算装置とを備えたことを特徴とする位置計測システム。
- 前記同心円模様が光の干渉により形成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の位置計測システム。
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JP2005176149A JP3976054B2 (ja) | 2005-06-16 | 2005-06-16 | 位置計測システム |
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JP2006349508A JP2006349508A (ja) | 2006-12-28 |
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