JPH02115710A - Method and instrument for measuring distance - Google Patents

Method and instrument for measuring distance

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JPH02115710A
JPH02115710A JP26818188A JP26818188A JPH02115710A JP H02115710 A JPH02115710 A JP H02115710A JP 26818188 A JP26818188 A JP 26818188A JP 26818188 A JP26818188 A JP 26818188A JP H02115710 A JPH02115710 A JP H02115710A
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optical
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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

PURPOSE:To perform measurement with a high precision by detecting the in- focus state based on the picture signal which is obtained by relatively oscillating an illuminance means. CONSTITUTION:Optical systems which have lenses 1 and 2 having the same focal length F are so arranged that their optical axes 1A and 2A are parallel with each other, and photo diode arrays 3 and 4 are arranged at the same distance behind respective optical systems. These optical systems and arrays 3 and 4 are so moved that images in positions of the same distance in directions of optical axes 1A and 2A are formed on arrays 3 and 4 in the in-focus state with the same arrangement. Arrays 3 and 4 are equally and minutely moved relatively to optical systems in directions of base lines orthogonal to directions of optical axes through an oscillating actuator 6 by a high frequency to measure the illuminance by arrays 3 and 4. Thus, coincidence between outputs of photodetectors corresponding to each other of arrays 3 and 4 and the amplitude longer than a prescribed value are detected to calculate the distance and the direction to an object point corresponding to photodetectors corresponding to each other in accordance with a length F, these photodetectors corresponding to each other, and positional relations of optical systems corresponding to them.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は距離測定方法及びその装置に関し、特に周囲環
境の物体までの距離の分布を光学的に測定するのに有効
な方法及び装置に関する。この様な距離測定はたとえば
目動走行ロボットの環境認識のための視覚的手段として
有効に利用される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a distance measuring method and apparatus, and more particularly to a method and apparatus effective for optically measuring the distribution of distances to objects in the surrounding environment. Such distance measurement is effectively used, for example, as a visual means for environmental recognition of a visual robot.

[従来の技術及び発明が解決しようとする課題]光学的
に物体までの距離を測定する方法としていわゆるステレ
オ法と呼ばれる方法がある。この方法においては焦点距
離が同一の2つの対物レンズを光軸を平行に保ち且つ所
定の距離隔てて並列に維持し該各対物レンズの後方にそ
れぞれ照度分布測定手段を配置し、これら2つの測定手
段により測定される同一の照度分布パターンの位置関係
から物体までの距離を算出することができる。
[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] As a method of optically measuring the distance to an object, there is a method called the so-called stereo method. In this method, two objective lenses with the same focal length are kept in parallel with their optical axes parallel and separated by a predetermined distance, and an illuminance distribution measuring means is placed behind each objective lens, and these two objective lenses are The distance to the object can be calculated from the positional relationship of the same illuminance distribution pattern measured by the means.

ところで、一般に照度分布測定手段上には全体にわたっ
て画像が形成され、同一物体上の同一物点の像を特定す
ることは困難である。そこで、以上の様なステレオ法に
おいては、一方の測定手段における照度分布と他方の測
定手段における照度分布との相関をとることが行なわれ
る。
Incidentally, an image is generally formed over the entire illuminance distribution measuring means, and it is difficult to identify images of the same object point on the same object. Therefore, in the stereo method as described above, a correlation is established between the illumination distribution in one measuring means and the illuminance distribution in the other measuring means.

しかして、たとえば繰返しパターン像等の場合には相関
をとる際に異なる部分でも擬似的に対応関係がある様に
判定されることがある。更に、以上の様な相関法に基づ
く距離測定を各方向に関し行なって周囲環境の物体まで
の距離分布を求めようとする場合には、相関をとる際の
演算の回数が極めて多くなり、測定装置の処理回路が複
雑化するという問題点がある。
For example, in the case of a repetitive pattern image, different portions may be determined to have a pseudo correspondence when correlation is determined. Furthermore, when attempting to determine the distance distribution to objects in the surrounding environment by performing distance measurements in each direction based on the correlation method described above, the number of calculations required to take the correlation becomes extremely large, and the measurement equipment There is a problem that the processing circuit becomes complicated.

そこで1本発明は、この様な従来技術の問題点を解決し
、高い精度での測定を簡易に実行し得る光学的距離測定
方法及びその装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to provide an optical distance measuring method and apparatus that can easily perform measurements with high accuracy.

[課題を解決するための手段] 本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして
、 実質上同一の焦点距離を有する2つ以上の光学系を光軸
が互いに平行となる様に配置し、各光学系の後方に同−
距離隔てて照度測定手段を配置し、上記光学系及び/ま
たは照度測定手段を全照度測定手段に光軸方向の同一距
離位置が同一配置で合焦結像する様に移動させ且つ各光
学系に対し各照度測定手段を光軸方向と直交する方向に
同等に高周波数で微小に相対的に往復移動させながら各
照度測定手段により照度を測定し、適宜の2つの照度測
定手段の対応受光要素の出力信号が合致し且つ振幅が所
定値以上であることを検出し、光学系の焦点距離ならび
にその時の当該2つの照度測定手段の対応受光要素及び
これらに対応する光学系の位置関係から該対応受光要素
に相当する物点までの距離及び方向を算出することを特
徴とする。距離測定方法、更にはその装置、 が提供される。
[Means for Solving the Problems] According to the present invention, two or more optical systems having substantially the same focal length are arranged so that their optical axes are parallel to each other in order to achieve the above objects. and the same at the rear of each optical system.
The illuminance measuring means is arranged at a distance, and the optical system and/or the illuminance measuring means are moved so that all the illuminance measuring means are focused at the same distance position in the optical axis direction, and each optical system is On the other hand, the illuminance is measured by each illuminance measuring means while moving the illuminance measuring means finely and relatively reciprocally at high frequency in the direction orthogonal to the optical axis direction, and the corresponding light receiving element of the two appropriate illuminance measuring means is selected. It is detected that the output signals match and the amplitude is greater than a predetermined value, and the corresponding received light is determined based on the focal length of the optical system, the corresponding light receiving elements of the two illuminance measuring means at that time, and the positional relationship of the corresponding optical systems. It is characterized by calculating the distance and direction to an object point corresponding to an element. A distance measuring method and apparatus thereof are provided.

本発明では、照度測定手段として複数の受光要素をもつ
ものを並列配置して用い、距離分布を測定することがで
きる。
In the present invention, distance distribution can be measured by using illuminance measuring means having a plurality of light receiving elements arranged in parallel.

本発明装置においては、光学系及び/または照度測定手
段の移動に際し、光軸に平行な基準軸と照度測定手段と
の距離が一定に保たれ、基準軸−光学系の光軸間の距離
と光学系−照度測定手段間の光軸方向距離との積がほぼ
一定に維持される様にすることができ、また、光軸に平
行な基準軸と光学系の光軸との距離が一定に保たれ、基
準軸−照度測定手段間の距離と光学系−照度測定手段間
の光軸方向距離との比がほぼ一定に維持される様にする
ことができる。
In the device of the present invention, when moving the optical system and/or the illuminance measuring means, the distance between the reference axis parallel to the optical axis and the illuminance measuring means is kept constant, and the distance between the reference axis and the optical axis of the optical system is The product of the distance in the optical axis direction between the optical system and the illuminance measurement means can be maintained approximately constant, and the distance between the reference axis parallel to the optical axis and the optical axis of the optical system can be maintained constant. The ratio between the distance between the reference axis and the illuminance measuring means and the distance in the optical axis direction between the optical system and the illuminance measuring means can be maintained substantially constant.

[実施例] 以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。
[Example] Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明による距離分布測定方法を実施するため
の本発明装置の一天施例の構成を示すブロック図であり
、fJJZ図(a)、(b)は該装置の一部概略図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an instant embodiment of the apparatus of the present invention for implementing the distance distribution measuring method according to the present invention, and fJJZ diagrams (a) and (b) are partial schematic diagrams of the apparatus. be.

第2図(a)、(b)において、20はレンズlの鏡筒
であり、該鏡筒は不図示のフレームに固定されている。
In FIGS. 2(a) and 2(b), reference numeral 20 indicates a lens barrel of a lens l, and the lens barrel is fixed to a frame (not shown).

尚、IAはレンズlの光軸である。21はレンズ2の鏡
筒である。尚、2Aはレンズ2の光軸である。鏡筒21
には基線方向に延びた1対の付属部材21&、21bが
付設されている。#付属部材にはそれぞれ上記基線方向
に延びたガイド長穴13a、13bが形成されている。
Note that IA is the optical axis of lens l. 21 is a lens barrel of the lens 2. Note that 2A is the optical axis of the lens 2. Lens barrel 21
A pair of attached members 21&, 21b are attached to the base line direction. #Elongated guide holes 13a and 13b extending in the base line direction are formed in each of the attached members.

14a、14bはそれぞれ不図示のフレームに固定され
たガイドピンであり、これらはそれぞれ上記ガイド長穴
13a、13bに嵌合されている。上記鏡筒21にはま
た光軸方向及び基線方向の双方に直交する方向(以下、
P方向と称する)に突出せるガイドピン15が付設され
ている。上記レンズ1.2の焦点距離はともにFである
Guide pins 14a and 14b are respectively fixed to a frame (not shown), and these are fitted into the guide elongated holes 13a and 13b, respectively. The lens barrel 21 also has a direction perpendicular to both the optical axis direction and the base line direction (hereinafter referred to as
A guide pin 15 that can protrude in the P direction is attached. The focal lengths of the lenses 1 and 2 are both F.

7はクランクレバーであり、該レバーはほぼ直交する2
つの腕7a、7bを有する。腕7aはほぼ光軸方向に延
びており、腕7bはほぼ基線方向に延びている。これf
22つの腕の接続部分にはP方向の回転軸7Cが設けら
れている。該回転軸は不図示のフレームに回転自在な様
に連結されている。上2腕7aの先端部には上記回転軸
7の中心へと向かう方向に延びたガイド長穴16aが形
成されており、一方上記腕7bの先端部には上記回転輪
7Cの中心へと向かう方向に延びたガイド長穴16bが
形成されている。そして、上記鏡筒21に付設されたガ
イドピン15は上記ガイド長大16aに嵌合されている
7 is a crank lever, and this lever is almost orthogonal to 2.
It has two arms 7a and 7b. Arm 7a extends substantially in the optical axis direction, and arm 7b extends substantially in the base line direction. This f
A rotation shaft 7C in the P direction is provided at the connecting portion of the 22 arms. The rotating shaft is rotatably connected to a frame (not shown). A guide elongated hole 16a extending toward the center of the rotating shaft 7 is formed at the tip of the upper two arms 7a, while a guide hole 16a extending toward the center of the rotating shaft 7 is formed at the tip of the arm 7b. A guide elongated hole 16b extending in the direction is formed. The guide pin 15 attached to the lens barrel 21 is fitted into the guide length 16a.

3.4はそれぞれレンズ1.2に対応して配置された同
数の受光要素を有するフォトダイオードアレイ(以下、
PDアレイと称する)であり、該PDアレイはいづれも
基線方向に沿ってスライドホルダ5に固定されている。
3.4 is a photodiode array (hereinafter referred to as "photodiode array") having the same number of light-receiving elements arranged corresponding to each lens 1.2.
(referred to as a PD array), and each of the PD arrays is fixed to a slide holder 5 along the base line direction.

該ホルダには基線方向に延びたガイド長穴23が形成さ
れている。また、該ホルダは支持体8上にスライド可能
に取付けられており、該支持体には光軸方向に延びたガ
イドピン22が付設されており、該ガイドピンは上記ホ
ルダのガイド長穴23に嵌合されている。
A guide elongated hole 23 extending in the base line direction is formed in the holder. Further, the holder is slidably mounted on a support 8, and a guide pin 22 extending in the optical axis direction is attached to the support, and the guide pin is inserted into a guide elongated hole 23 of the holder. It is fitted.

支持体8上には振動アクチュエータ6が配置されている
。該アクチュエータはたとえばa層型圧゛屯素子であり
、高い周波数且つ微小振幅で振動することができる。該
アクチュエータの作用部は上記スライドホルダ5に接続
されており、かくして該スライドホルダは基線方向に往
復微小振動可能である。上記支持体8にはP方向に突出
せるガイドピン19が付設されている。そして、該ガイ
ドピンは上記クランクレバーのガイド長穴16bに嵌合
されている。また、支持体8には光軸方向に延びたガイ
ド長穴17が形成されている。18a。
A vibration actuator 6 is arranged on the support 8 . The actuator is, for example, an A-layer pressure element, and can vibrate at high frequency and minute amplitude. The action portion of the actuator is connected to the slide holder 5, and thus the slide holder is capable of micro-vibration back and forth in the base line direction. The support body 8 is provided with a guide pin 19 that can protrude in the P direction. The guide pin is fitted into the elongated guide hole 16b of the crank lever. Further, the support body 8 is formed with a guide elongated hole 17 extending in the optical axis direction. 18a.

18bは光軸方向に沿って整列して不図示のフレームに
固定されているガイドピンであり、該ガイドピンは上記
ガイド長穴17に嵌合されている。
Guide pins 18b are aligned along the optical axis direction and fixed to a frame (not shown), and the guide pins are fitted into the guide elongated holes 17.

上記支持体8には該支持体を光軸方向に往復移動させる
ための駆動手段が連結されている。該駆動手段はモータ
11と該モータの駆動回転軸に付設されたオネジ部材9
と該オネジ部材とかみ合う様に上記支持体に付設された
メネジ部材lOとからなる。尚、24はモータ11に付
設されたモータ回転角検出のためのエンコーダである。
A driving means for reciprocating the support in the optical axis direction is connected to the support 8. The drive means includes a motor 11 and a male screw member 9 attached to the drive rotation shaft of the motor.
and a female screw member lO attached to the support body so as to mesh with the male screw member. Note that 24 is an encoder attached to the motor 11 for detecting the motor rotation angle.

第2図(a)においては、レンズ1の中心とレンズ2の
中心どは基線方向に距ftLを隔てて位置しており、同
様にPDアレイ3の中心とPDアレイ4の中心とは基線
方向に距離りを隔てて位置しており、且つレンズ1.2
とPDアレイ3,4とはレンズ1.2の焦点圧fiFだ
け隔てて位置している。
In FIG. 2(a), the center of lens 1 and the center of lens 2 are located apart from each other by a distance ftL in the baseline direction, and similarly, the center of PD array 3 and the center of PD array 4 are located in the baseline direction. are located at a distance from each other, and the lens 1.2
and the PD arrays 3 and 4 are located apart from each other by the focal pressure fiF of the lens 1.2.

第2図(b)は第2図(a)の状態からクランクレバー
7を回転軸7Cのまわりに図中反時計回りに角度0だけ
回転させた状態を示すものである。この回転により、鏡
筒21はガイド長穴16aとガイドピン15との結合関
係及びガイド長穴13a、13bとガイドビア14a、
14bとの結合関係に基づき基線方向に図中左方へと距
離ΔLだけ移動する。一方、この回転により、支持体8
はガイド長穴16bとガイドピン19との結合関係及び
ガイド長穴17とガイドピン18a、18bとの結合関
係に基づき光軸方向に図中下方−と距離ΔFだけ移動す
る。そして、第2図(b)では、レンズ1とレンズ2ど
の間の距離がL′(=L−ΔL)であり、レンズ1.2
とFDアレイ3.4との間の距離がF’(=F+ΔF)
である。
FIG. 2(b) shows a state in which the crank lever 7 is rotated counterclockwise in the figure by an angle of 0 around the rotating shaft 7C from the state of FIG. 2(a). Due to this rotation, the lens barrel 21 changes the coupling relationship between the guide elongated hole 16a and the guide pin 15, the guide elongated holes 13a and 13b and the guide via 14a,
Based on the connection relationship with 14b, it moves by a distance ΔL to the left in the figure in the base line direction. On the other hand, due to this rotation, the support body 8
is moved downward in the figure by a distance ΔF in the optical axis direction based on the coupling relationship between the guide elongated hole 16b and the guide pin 19 and the coupling relationship between the guide elongated hole 17 and the guide pins 18a and 18b. In FIG. 2(b), the distance between lens 1 and lens 2 is L' (=L-ΔL), and lens 1.2
The distance between and FD array 3.4 is F' (=F+ΔF)
It is.

ここで、クランクレバー7の腕7aが光軸方向の時に、
該クランクレバー7の回転軸7Cの中心から上記鏡筒2
1に付設されたガイドビン15の中心までの距離をA−
Lとし該回転軸7Cの中心から上記支持体8に付設され
たガイドビン19の中心までの距離をA・Fとしておく
(ここで、Aは比例定数である)。
Here, when the arm 7a of the crank lever 7 is in the optical axis direction,
From the center of the rotating shaft 7C of the crank lever 7 to the lens barrel 2
The distance to the center of the guide bin 15 attached to 1 is A-
Let L be the distance from the center of the rotating shaft 7C to the center of the guide bin 19 attached to the support 8 as A·F (here, A is a proportionality constant).

この場合、上記回転角θ(ラジアン)が小さいとすれば
、 ΔL=A−L・θ ΔF=A−F・0 と近似でき、従って L′働F’=(L−A・L・θ)・ (F+A−F・θ) =L−F−A2 LP01 である、そして、0が小さい場合にはA2LFθ2は無
視し得るので、 L′・F′=L・F と近似できる。
In this case, if the above rotation angle θ (radian) is small, it can be approximated as ΔL=A-L・θ ΔF=A-F・0, and therefore L′ work F′=(L−A・L・θ) - (F+A-F・θ)=L−F−A2 LP01, and since A2LFθ2 can be ignored when 0 is small, it can be approximated as L'・F'=L・F.

第1図において、PDアレイ3,4の各受光要素からの
出力信号はそれぞれ増幅回路により増幅される0図では
PDアレイ3.4の対応する1組の受光要素からの出力
信号のみ増幅回路25.26に入力されることが示され
ているが、他の受光要素からの出力信号も同様にそれぞ
れ増幅回路に入力される。また、モータliの回転より
支持体8が光軸方向に移動せしめられ、アクチュエータ
6によりホルダ5を介してPDアレイ3,4がたとえば
10kHz程度の周波数及び振幅20トm程度で同期し
て基線方向に振動せしめられる。
In FIG. 1, the output signals from each light-receiving element of the PD arrays 3 and 4 are amplified by respective amplifier circuits. In FIG. Although the output signals from the other light-receiving elements are shown to be input to the amplifier circuit . Further, the support body 8 is moved in the optical axis direction by the rotation of the motor li, and the actuator 6 moves the PD arrays 3 and 4 via the holder 5 in the baseline direction in synchronization at a frequency of about 10 kHz and an amplitude of about 20 tom. It is made to vibrate.

PDアレイ3.4の各受光要素からは常昨画素信号を得
ることができ、増幅回路で増幅される。
A constant pixel signal can be obtained from each light receiving element of the PD array 3.4, and is amplified by an amplifier circuit.

増幅回路25.26の出力は差分回路27に入力され、
ここで2つの信号の差信号が得られる。
The outputs of the amplifier circuits 25 and 26 are input to the difference circuit 27,
Here, a difference signal between the two signals is obtained.

該差分回路27の出力は比較回路28に入力され、ここ
では入力信号の振幅またはその2乗平均と所定の第1の
しきい値(0に近い小さい値)との比較が行なわれ、入
力信号の振幅またはその2乗平均が該しきい値よりも小
なる時のみ信号を出力する。
The output of the difference circuit 27 is input to a comparison circuit 28, where the amplitude of the input signal or its square mean is compared with a predetermined first threshold (a small value close to 0), and the input signal is A signal is output only when the amplitude or the root mean square of is smaller than the threshold.

また、上記増幅回路25の出力は比較回路29に入力さ
れ、入力信号の振幅と所定の第2のしきい値(上記第1
のしきい値よりも十分大きい値)との比較が行なわれ、
入力信号の振幅が該しきい値よりも大なる時のみ信号を
出力する。
Further, the output of the amplifier circuit 25 is input to a comparison circuit 29, which compares the amplitude of the input signal with a predetermined second threshold (the first
(a value sufficiently larger than the threshold value) is performed,
A signal is output only when the amplitude of the input signal is greater than the threshold.

上記比較回路28の田方と上記比較回路29の出力とが
AND回路30に入力され、ここで双方の入力信号のA
ND信号が得られ、これがゲート回路31に対し制御信
号として入力される。
Tagata of the comparator circuit 28 and the output of the comparator circuit 29 are input to an AND circuit 30, where the A of both input signals is
An ND signal is obtained and is input to the gate circuit 31 as a control signal.

一方、エンコーダ24からは変換回路33にモータの回
転角の信号が入力されており、該回転角に基づき変換回
路33では常にレンズ1.2とPDアレイ3,4との間
の距離を算出している。
On the other hand, a signal representing the rotation angle of the motor is input from the encoder 24 to the conversion circuit 33, and the conversion circuit 33 always calculates the distance between the lens 1.2 and the PD arrays 3 and 4 based on the rotation angle. ing.

即ち、該変換回路ではエンコーダから入力されるPDア
レイ3.4の移動距離Δfに関する情報を介して得られ
るレンズ2の移動距離6文に基づき、次の関係式 %式% を用いて、合焦距It x t ’ta出し、その信号
をゲート回路31へと出力している。
That is, the conversion circuit calculates the focusing distance using the following relational expression %, based on the movement distance 6 of the lens 2 obtained through the information regarding the movement distance Δf of the PD array 3.4 inputted from the encoder. It x t'ta is output, and the signal is output to the gate circuit 31.

そして、上記AND回路30から出力があった時にのみ
、ゲート回路31を開いて上記変換回路33からの合焦
距離信号を通過させ、記憶回路32に記憶する。上記変
換回路33の出力が電圧であ、る場合には、記憶回路3
2はコンデンサで構成することができる。
Then, only when there is an output from the AND circuit 30, the gate circuit 31 is opened to allow the focusing distance signal from the conversion circuit 33 to pass through, and is stored in the storage circuit 32. If the output of the conversion circuit 33 is a voltage, the storage circuit 3
2 can be composed of a capacitor.

該記憶回路32はゲート回路35に接続されており、該
ゲート回路は走査回路34により制御される。即ち、P
Dセンサ3,4の対応する受光素子ごとに上記と同様の
処理を行なって上記記憶回路32に対応する各記憶回路
に記憶されている合焦距離信号が上記ゲート回路35に
対応する各ゲート回路を介して外部に出力されるのであ
るが、上記走査回路34はその出力順序を制御するもの
である。
The memory circuit 32 is connected to a gate circuit 35, which is controlled by a scanning circuit 34. That is, P
Processing similar to the above is performed for each corresponding light receiving element of the D sensors 3 and 4, and the focusing distance signal stored in each memory circuit corresponding to the memory circuit 32 is transferred to each gate circuit corresponding to the gate circuit 35. The scanning circuit 34 controls the output order.

以下、−上記第1図及び第2図、更には第3図以降の図
面を参照しながら本実施例装との動作即ち本発明方法の
一実施例を説明する。
Hereinafter, the operation of this embodiment, that is, one embodiment of the method of the present invention, will be described with reference to the above-mentioned FIGS. 1 and 2, as well as the drawings from FIG.

第3図(a)、(b)は本実施例の測定の詳細を説明す
るための光学図である。
FIGS. 3(a) and 3(b) are optical diagrams for explaining the details of the measurement in this example.

物体Mは光軸IA、IBに沿って有限の距離Xだけ離れ
た位置に存在するものとする。
It is assumed that the object M exists at a position separated by a finite distance X along the optical axes IA and IB.

先ず、第3図(a)に示される様に、レンズ1.2間の
距離をPDアレイ間の距離と同一のLとし且つレンズ1
.2とPDアレイ3.4との間の距離をレンズの焦点距
離Fとしておく、これは上記第2図(a)の状態に相当
する。
First, as shown in FIG. 3(a), the distance between lenses 1 and 2 is set to L, which is the same as the distance between the PD arrays, and
.. 2 and the PD array 3.4 is defined as the focal length F of the lens, which corresponds to the state shown in FIG. 2(a) above.

この状態では、物体Mのエツジ部のレンズlによるPD
アレイ3上の画像は第4図(a)の様になり、物体Mの
像がぼけた状態で形成されている。一方、レンズ2によ
るPDアレイ4上の画像はtjSd図(a′)の様にな
り、物体Mの像がぼけた状態で第4図(a)よりも右よ
りにずれた位置に形成されている。そして、PDアレイ
4上の画像はPDアレイ3上の画像を右向きに所定距離
移動させた様な画像である。
In this state, the PD of the edge part of the object M by the lens l is
The image on the array 3 is as shown in FIG. 4(a), in which the image of the object M is blurred. On the other hand, the image on the PD array 4 produced by the lens 2 is as shown in Figure 4(a'), where the image of the object M is blurred and is formed at a position shifted to the right from that in Figure 4(a). There is. The image on the PD array 4 is an image obtained by moving the image on the PD array 3 to the right by a predetermined distance.

次に、モータ11を回転させて支持体8を光軸方向に所
定距離移動させ、鏡筒21を基線方向に所定の距離移動
させる。
Next, the motor 11 is rotated to move the support 8 a predetermined distance in the optical axis direction, and to move the lens barrel 21 a predetermined distance in the base line direction.

この状態では、物体Mのエツジ部のレンズ1゜2による
PDアレイ3.4上の画像はそれぞれ第4図(b)、(
b′)の様になり、上記の場合よりも像位置が接近し且
つ合焦状態に近づいたものとなる。
In this state, the images on the PD array 3.4 by the lens 1°2 of the edge portion of the object M are shown in FIG. 4(b) and (
b'), the image position is closer and closer to the in-focus state than in the above case.

以下同様にして、モータ11の駆動を行なうと、やがて
第3図(b)に示される様に、レンズ1.2間の距離が
L′であり且つレンズ1,2とPDアレイ3.4との間
の距離がF′である状態が実現する。これは上記第2図
(b)の状、fBに相当する。
Thereafter, when the motor 11 is driven in the same manner, as shown in FIG. A state in which the distance between them is F' is realized. This corresponds to the state fB shown in FIG. 2(b) above.

本実施例においては、クランクレバー7の回転に際し、
上記の様にL’−F’=L−Fなる関係を維持してΔF
及びΔFが変化するので、物体Mの像m1.m2はそれ
ぞれPDアレイ3,4上に合焦状態で位置することにな
る。
In this embodiment, when the crank lever 7 is rotated,
Maintaining the relationship L'-F'=L-F as above, ΔF
and ΔF change, the image m1. of the object M changes. m2 will be positioned on the PD arrays 3 and 4 in a focused state, respectively.

即ち、上記の様に、第3図(a)、(b)において、L
′瞭F′=L−Fであるので、LφF=  (L−ΔF
)  (F+ΔF)が成り立つ、また、第3図(b)に
おける相似関係から。
That is, as mentioned above, in FIGS. 3(a) and (b), L
Since 'LiangF'=L-F, LφF= (L-ΔF
) (F+ΔF) holds, and also from the similarity relationship in FIG. 3(b).

(L−ΔF)/X= L/ [X+ (F+ΔF)] が成り立つ、これらの式から、 1/F= l/X+ 1/ (F+AF)が導かれる。(L-ΔF)/X= L/[X+(F+ΔF)] From these equations, 1/F=l/X+1/(F+AF) is derived.

これにより第3図(b)における物体Mと像ml、m2
とはそれぞれレンズ1,2に関し合焦結像の公式を満た
していることが分る。
As a result, the object M and the images ml and m2 in Fig. 3(b)
It can be seen that these satisfy the formula for focused imaging for lenses 1 and 2, respectively.

この合焦状態では、物体Mのエツジ部のレンズ1.2に
よるPDアレイ3.4上の画像はそれぞれ第4図(c)
、(c’)の様に像位置が同一となる。
In this focused state, the images on the PD array 3.4 by the lens 1.2 of the edge portion of the object M are shown in FIG. 4(c).
, (c'), the image positions are the same.

更に、モータ11の駆動を行なうと、やがて物体Mのエ
ツジ部のレンズ1.2によるPDアレイ3.4上の画像
はそれぞれ第4図(d)(d′)の様になり、像位置が
遠ざかり且っ合焦状態から遠ざかる。
When the motor 11 is further driven, the images on the PD array 3.4 by the lens 1.2 of the edge portion of the object M will become as shown in FIGS. 4(d) and 4(d'), and the image position will change. It moves away and moves away from the in-focus state.

ところで、本実施例ではアクチュエータ6によりPDア
レイに対し微小高周波振動を加えているので、L記第4
図(a)、(a’)〜(d)(d′)の状態の前後にお
いて、PDアレイ3゜4の対応受光要素からの出力信号
(増幅回路25.26からの出力に対応する)はそれぞ
れ第5因(a)、(a′)〜(d)、(d′)の様にな
る。尚、増幅回路25.26はそれぞれ第4図における
範囲A、A’の中央に位置する受光要素に対応するもの
であり、該範囲A、A′は微小振動の振幅に相当する。
By the way, in this embodiment, since minute high-frequency vibrations are applied to the PD array by the actuator 6, the fourth
Before and after the states shown in Figures (a), (a') to (d) and (d'), the output signals from the corresponding light-receiving elements of the PD array 3゜4 (corresponding to the outputs from the amplifier circuits 25 and 26) are The fifth factors are (a), (a') to (d), and (d'), respectively. The amplifier circuits 25 and 26 correspond to the light receiving elements located at the center of ranges A and A' in FIG. 4, respectively, and the ranges A and A' correspond to the amplitude of minute vibrations.

従って、第4図(a)、(a′)、(b)(b′)及び
(d)、(d’)の状ぶては、増幅回路25.26の出
方レベルに差があるので、差分回路27の出力信号レベ
ルは大きく、従って比較回路28からは信号が出力され
ない、従って、AND回路30からは出力がなく、ゲー
ト回路31からは信号が出力されない。
Therefore, the shapes in Fig. 4 (a), (a'), (b), (b'), (d), and (d') are due to differences in the output levels of the amplifier circuits 25 and 26. , the output signal level of the difference circuit 27 is high, so no signal is output from the comparison circuit 28, therefore, there is no output from the AND circuit 30, and no signal is output from the gate circuit 31.

これに対し、第4図(c)、(c′)の状態では、増幅
回路25.26の出力は同一であり且つ該出力の振幅は
十分大きいので、差分回路27の出力信号レベルは十分
小さく、従って比較回路28からは信号が出力され、更
に比較回路29からも出力がある。かくして、AND回
路30から出力があり、ゲート回路31からその時点で
の合焦距離信号が出力され、記憶Wt置32に記憶され
る。
On the other hand, in the states shown in FIGS. 4(c) and 4(c'), the outputs of the amplifier circuits 25 and 26 are the same and the amplitudes of the outputs are sufficiently large, so the output signal level of the differential circuit 27 is sufficiently small. , Therefore, the comparison circuit 28 outputs a signal, and the comparison circuit 29 also outputs an output. Thus, the AND circuit 30 outputs, and the gate circuit 31 outputs the current focusing distance signal, which is stored in the memory Wt storage 32.

尚、PDアレイの受光要素は特定方向と対応しているの
で、上記算出距離と物点の方向との対応は容易につけら
れる。尚、上記算出距1IIIxは光軸に沿うものであ
るが、必要に応じ物点方向の距離に換算することができ
る。
Note that since the light-receiving elements of the PD array correspond to specific directions, the correspondence between the calculated distance and the direction of the object point can be easily established. Although the above calculated distance 1IIIx is along the optical axis, it can be converted to a distance in the direction of the object point if necessary.

本実施例においては、合焦距離を変化させながら連続的
に合焦距離の物点像を検出するので、検知精度が高く、
また高速に距離分布測定を行なうことができる。また、
レンズに対しPDアレイを振動させて照度測定している
ので、検出信号の振幅は画像の位置微分に相当し、従っ
てエツジ像検出のための特別の微分回路が不要であり、
且つ振幅及び位相の双方が合致している合焦状態のみ正
確に検出できる。
In this embodiment, since the object point image at the focal distance is continuously detected while changing the focal distance, the detection accuracy is high.
Further, distance distribution measurement can be performed at high speed. Also,
Since the illuminance is measured by vibrating the PD array relative to the lens, the amplitude of the detection signal corresponds to the position differentiation of the image, and therefore a special differentiation circuit for edge image detection is not required.
In addition, only a focused state in which both amplitude and phase match can be accurately detected.

尚、第1図における各ブロックは比較的簡単な回路で構
成することができる。
Note that each block in FIG. 1 can be constructed with a relatively simple circuit.

以上の実施例において、物体のエツジ部が1箇所である
例が示されているが、一般的には周囲環境にはこの様な
物体エツジ部が種々の距離に数多く存在するので、上記
第3図(a)に示される様な無限遠に合焦する状態から
第3図(b)に示される様な状態を経て更に至近距離に
合焦する状態までレンズ及びPDアレイの移動を行なう
ことにより、各エツジ部ごとに距離測定が実行され、距
離分布が測定される。この際、上記実施例の様に、PD
アレイに高周波振動を与えてもよいが、レンズに高岡波
振動を与えても同様の作用が行なわれる。
In the above embodiments, an example is shown in which the object has only one edge, but generally there are many such object edges at various distances in the surrounding environment. By moving the lens and PD array from the state of focusing at infinity as shown in Figure (a) to the state of focusing at close distance through the state shown in Figure 3(b). , a distance measurement is performed for each edge portion, and a distance distribution is measured. At this time, as in the above embodiment, PD
Although high frequency vibrations may be applied to the array, the same effect can be achieved by applying Takaoka wave vibrations to the lens.

尚、比較回路28における第1のしきいイ1及び比較回
路29における第2のしきい値は、第1のしきい値は殆
どOに近い比較的小さな値とし且つ第2のしきい値は比
較的大きな値として、所望の仕様に応じて適宜設定する
ことができる。
Note that the first threshold value 1 in the comparison circuit 28 and the second threshold value in the comparison circuit 29 are such that the first threshold value is a relatively small value almost close to O, and the second threshold value is It can be appropriately set as a relatively large value depending on desired specifications.

上記実施例においては第2図に示される様な機構を用い
てレンズ2及びPDアレイ3.4を所定の関係を維持し
ながら移動させているが、該レンズ及びPDアレイの移
動を独立にパルスモータ等の駆動手段で駆動し、この移
動の際に所定の位置関係を維持してもよい。
In the above embodiment, the lens 2 and the PD array 3.4 are moved while maintaining a predetermined relationship using a mechanism as shown in FIG. A predetermined positional relationship may be maintained during this movement by driving with a drive means such as a motor.

上記実施例においては照度分布測定手段がPDアレイで
ある場合が例示されているが、本発明においては照度分
布測定手段は応答特性が十分に高いものであればよく、
また2次元イメージセンサであってもよい。
In the above embodiments, the case where the illuminance distribution measuring means is a PD array is exemplified, but in the present invention, the illuminance distribution measuring means only needs to have sufficiently high response characteristics.
Alternatively, it may be a two-dimensional image sensor.

上記実施例では、光学系及び/または照度分布測定手段
の移動に際し、光軸に平行な基準軸と照度分布測定手段
との距離が一定に保たれ、基準軸−光学系の光軸間の距
離と光学系−照度分布測定手段間の距離との積がほぼ一
定に維持される様にしているが、別法として、光軸に平
行な基準軸と光学系の光軸との距離が一定に保たれ、基
準軸−照度分布測定手段間の距離と光学系−照度分布測
定手段間の距離との比がほぼ一定に維持される様にする
こともできる。この場合の上記第3図(a)、(b)に
対応する図を第6図(a)(b)に示す、尚、ここでい
う基準軸は、上記第3図及び第6図の場合は一方のレン
ズの光軸に一致しているが1本発明では一致しない場合
をも含む。
In the above embodiment, when moving the optical system and/or the illuminance distribution measuring means, the distance between the reference axis parallel to the optical axis and the illuminance distribution measuring means is kept constant, and the distance between the reference axis and the optical axis of the optical system is maintained constant. The distance between the reference axis parallel to the optical axis and the optical axis of the optical system is kept constant. The ratio of the distance between the reference axis and the illuminance distribution measuring means and the distance between the optical system and the illuminance distribution measuring means can also be maintained substantially constant. Figures 6(a) and 6(b) show diagrams corresponding to Figures 3(a) and 6(b) above in this case.The reference axis referred to here is the same as in Figures 3(a) and 6(b) above. coincides with the optical axis of one lens, but the present invention also includes cases where they do not coincide.

本発明は各照度測定手段の受光要素が1つである場合に
も特定方向の物点までの距離測定に有効である。
The present invention is effective in measuring the distance to an object point in a specific direction even when each illuminance measuring means has one light receiving element.

また、上記実施例は光学系が2つの例であるが、3つ以
上の光学系を用い、適宜の組合せの2つの光学系に関し
同様な処理を行ない、複数の系統を用いることにより、
上記実施例同様の効果が得られる外、オフルージョンに
よる影響を抑制することができる。
Further, although the above embodiment is an example in which there are two optical systems, by using three or more optical systems, performing similar processing on two optical systems in an appropriate combination, and using a plurality of systems,
In addition to the effects similar to those of the above embodiments, it is possible to suppress the influence of occlusion.

[発明の効果] 以上の様な本発明によれば、光学系に対し照度測定手段
を相対的に振動させて得られる画像信号に基づき合焦状
態にあることの検出を行なった上で該合焦状態部分まで
の距離及び方向を光学系等の配置に基づき算出するので
、相関法で生ずることのある擬似対応に基づく測定ミス
を防止することができ、エツジ像検出のための特別の微
分回路を要せずして簡単な構成で高速且つ正確に距Jl
ll測定ができる。
[Effects of the Invention] According to the present invention as described above, the in-focus state is detected based on the image signal obtained by vibrating the illuminance measuring means relative to the optical system, and then the in-focus state is detected. Since the distance and direction to the focused area are calculated based on the arrangement of the optical system, etc., it is possible to prevent measurement errors based on false correspondence that may occur with the correlation method, and a special differentiation circuit for edge image detection is used. Distance Jl can be measured quickly and accurately with a simple configuration without the need for
ll measurements can be made.

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

第1図は本発明装置の構成を示すブロック図である。 第2図(a)、(b)は本発明装置の一部概略図である
。 第3図(a)、(b)及び第6図(a)(b)は本発明
装置における光学図である。 第4図は本発明方法における画像を示す図であり、第5
図は本発明方法における信号を示す図である。 5ニスライドホルダ。 6:振動アクチュエータ。 7:クランクレバー 8:支持体、      24:エンコーダ。 M:物体、     ml  、m2 二@。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the apparatus of the present invention. FIGS. 2(a) and 2(b) are partial schematic diagrams of the apparatus of the present invention. FIGS. 3(a) and 3(b) and FIGS. 6(a) and 6(b) are optical diagrams of the apparatus of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing an image obtained in the method of the present invention, and FIG.
The figure is a diagram showing signals in the method of the present invention. 5 Nislide holder. 6: Vibration actuator. 7: Crank lever 8: Support body, 24: Encoder. M: object, ml, m2 2@.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)実質上同一の焦点距離を有する2つ以上の光学系
を光軸が互いに平行となる様に配置し、各光学系の後方
に同一距離隔てて照度測定手段を配置し、上記光学系及
び/または照度測定手段を全照度測定手段に光軸方向の
同一距離位置が同一配置で合焦結像する様に移動させ且
つ各光学系に対し各照度測定手段を光軸方向と直交する
方向に同等に高周波数で微小に相対的に往復移動させな
がら各照度測定手段により照度を測定し、適宜の2つの
照度測定手段の対応受光要素の出力信号が合致し且つ振
幅が所定値以上であることを検出し、光学系の焦点距離
ならびにその時の当該2つの照度測定手段の対応受光要
素及びこれらに対応する光学系の位置関係から該対応受
光要素に相当する物点までの距離及び方向を算出するこ
とを特徴とする、距離測定方法。
(1) Two or more optical systems having substantially the same focal length are arranged so that their optical axes are parallel to each other, and an illuminance measuring means is arranged at the same distance behind each optical system, and the optical system and/or moving the illuminance measuring means to all the illuminance measuring means so that the same distance position in the optical axis direction is focused and imaged in the same arrangement, and moving each illuminance measuring means for each optical system in a direction perpendicular to the optical axis direction. The illuminance is measured by each illuminance measuring means while making a minute relative reciprocation at a high frequency equivalent to that of the illuminance measuring means, and the output signals of the corresponding light receiving elements of the two appropriate illuminance measuring means match and the amplitude is greater than a predetermined value. Detects this, and calculates the distance and direction to the object point corresponding to the corresponding light receiving element from the focal length of the optical system, the corresponding light receiving elements of the two illuminance measuring means at that time, and the positional relationship of the corresponding optical system. A distance measurement method characterized by:
(2)照度測定手段として複数の受光要素をもつものを
並列配置して用い、距離分布を測定する、請求項1に記
載の距離測定方法。
(2) The distance measuring method according to claim 1, wherein the distance distribution is measured using a device having a plurality of light receiving elements arranged in parallel as the illuminance measuring means.
(3)請求項1に記載の距離測定方法を実施する距離測
定装置。
(3) A distance measuring device implementing the distance measuring method according to claim 1.
(4)照度測定手段として複数の受光要素をもつものを
並列配置して用い、距離分布を測定する、請求項3に記
載の距離測定装置。
(4) The distance measuring device according to claim 3, wherein a device having a plurality of light receiving elements arranged in parallel is used as the illuminance measuring means to measure the distance distribution.
(5)光学系及び/または照度測定手段の移動に際し、
光軸に平行な基準軸と照度測定手段との距離が一定に保
たれ、基準軸−光学系の光軸間の距離と光学系−照度測
定手段間の光軸方向距離との積がほぼ一定に維持される
、請求項3または4に記載の距離測定装置。
(5) When moving the optical system and/or illuminance measuring means,
The distance between the reference axis parallel to the optical axis and the illuminance measuring means is kept constant, and the product of the distance between the reference axis and the optical axis of the optical system and the distance in the optical axis direction between the optical system and the illuminance measuring means is almost constant. The distance measuring device according to claim 3 or 4, wherein the distance measuring device is maintained at .
(6)光学系及び/または照度測定手段の移動に際し、
光軸に平行な基準軸と光学系の光軸との距離が一定に保
たれ、基準軸−照度測定手段間の距離と光学系−照度測
定手段間の光軸方向距離との比がほぼ一定に維持される
、請求項3または4に記載の距離測定装置。
(6) When moving the optical system and/or illuminance measuring means,
The distance between the reference axis parallel to the optical axis and the optical axis of the optical system is kept constant, and the ratio of the distance between the reference axis and the illuminance measuring means and the distance in the optical axis direction between the optical system and the illuminance measuring means is almost constant. The distance measuring device according to claim 3 or 4, wherein the distance measuring device is maintained at .
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