JPH02276908A - 三次元位置認識装置 - Google Patents
三次元位置認識装置Info
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- JPH02276908A JPH02276908A JP9818689A JP9818689A JPH02276908A JP H02276908 A JPH02276908 A JP H02276908A JP 9818689 A JP9818689 A JP 9818689A JP 9818689 A JP9818689 A JP 9818689A JP H02276908 A JPH02276908 A JP H02276908A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 101100400452 Caenorhabditis elegans map-2 gene Proteins 0.000 description 1
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- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は物体の三次元位置を認識するための三次元位置
認識装置に関するものである。
認識装置に関するものである。
位置検出用受光素子（ＰＳＤ）を有する距離検出器を用
いて、物体の三次元位置を認識する装置か知られている
。第４図に一般的な距離検出器の光学系を示す。光源１
の発光光束を投光レンズ２により４ｐｊ定対象物５に集
光して照射し、この反射光を受光レンズ３により位置検
出用受光索子４に集光する。ここで、測定対象物５まで
の距離をＬ１基線長をＢ、受光レンズ３と位置検出用受
光素子４の間隔をｆとする時には、受光レンズ３の光軸
中心から、集光されたスポット光の重心位置までの距離
Ｘは、下記の（１）式に示すようになる。
いて、物体の三次元位置を認識する装置か知られている
。第４図に一般的な距離検出器の光学系を示す。光源１
の発光光束を投光レンズ２により４ｐｊ定対象物５に集
光して照射し、この反射光を受光レンズ３により位置検
出用受光索子４に集光する。ここで、測定対象物５まで
の距離をＬ１基線長をＢ、受光レンズ３と位置検出用受
光素子４の間隔をｆとする時には、受光レンズ３の光軸
中心から、集光されたスポット光の重心位置までの距離
Ｘは、下記の（１）式に示すようになる。
ｘ−ｆ−Ｂ／Ｌ ・・・（１）
そこで、位置検出用受光素子４により（１）式の変位量
Ｘを求めることによって、逆に距離りを求めることがで
きる。すなわち、第４図に示す距離検出器を同図の紙面
と垂直で、基線長方向を含む平面上に移動させ、この二
次元平面における距離検出器の位置（ｘ、ｙ）と位置検
出用受光素子４から得られる変位ｍｘにより、Ｚ軸方向
の距離りを求めることによって三次元（ｘ、ｙ、ｚ）位
置認識を実行していた。
そこで、位置検出用受光素子４により（１）式の変位量
Ｘを求めることによって、逆に距離りを求めることがで
きる。すなわち、第４図に示す距離検出器を同図の紙面
と垂直で、基線長方向を含む平面上に移動させ、この二
次元平面における距離検出器の位置（ｘ、ｙ）と位置検
出用受光素子４から得られる変位ｍｘにより、Ｚ軸方向
の距離りを求めることによって三次元（ｘ、ｙ、ｚ）位
置認識を実行していた。
しかし、従来の三次元位置認識装置においては、距離検
出器自体を（ｘ、ｙ）平面上で機械的に移動しなければ
ならないため、−回の三次元計測に要する時間が長くな
る。このため、静的物体における位置認識には応用でき
ても、動的な物体の検出においては実用上不可能である
という問題があった。
出器自体を（ｘ、ｙ）平面上で機械的に移動しなければ
ならないため、−回の三次元計測に要する時間が長くな
る。このため、静的物体における位置認識には応用でき
ても、動的な物体の検出においては実用上不可能である
という問題があった。
そこで本発明は、三次元計測に要する時間を大幅に短縮
させうる三次元位置認識装置を提供することを目的とす
る。
させうる三次元位置認識装置を提供することを目的とす
る。
本発明に係る三次元位置認識装置は、測定対象物に照射
する光ビームを出力する投光手段と、光ビームによる照
射位置を二次元的に走査するよう光ビームの光路を振ら
す走査手段と、投光手段から基線長方向に一定の距離を
隔てて配設された位置検出用受光素子と、４１す定対象
物からの反射光を位置検出用受光素子に集光する受光手
段と、走査手段による前記先ビームの基線長方向の偏向
角を検出する偏向角検出手段と、位置検出用受光素子の
出力信号を前記偏向角ごとに入力してΔＩＩＩ定対象物
の三次元位置を認識する認識手段とを備えることを特徴
とする。
する光ビームを出力する投光手段と、光ビームによる照
射位置を二次元的に走査するよう光ビームの光路を振ら
す走査手段と、投光手段から基線長方向に一定の距離を
隔てて配設された位置検出用受光素子と、４１す定対象
物からの反射光を位置検出用受光素子に集光する受光手
段と、走査手段による前記先ビームの基線長方向の偏向
角を検出する偏向角検出手段と、位置検出用受光素子の
出力信号を前記偏向角ごとに入力してΔＩＩＩ定対象物
の三次元位置を認識する認識手段とを備えることを特徴
とする。
また、本発明に係る三次元位置認識装置は、投光手段か
らの光ビームを測定対象物に照射し、反り・１光を投光
手段から基線長方向に一定距離を隔てて配設された位置
検出用受光素子に集光することにより、Ａｌ１１定対象
物までの距離に応じた測距用の信号を出力する位置検出
器と、この位置検出器を基線長方向と垂直に振らす垂直
走査手段と、光ビームを基線長方向に繰り返して振らす
平行走査手段と、この平行走査手段による光ビームの偏
向角を検出する偏向角検出手段と、測距用の信号を偏向
角ごとに位置検出器から入力してＡｐｌ定対象物の三次
元位置を認識する認識手段とを備えることを特徴とする
。
らの光ビームを測定対象物に照射し、反り・１光を投光
手段から基線長方向に一定距離を隔てて配設された位置
検出用受光素子に集光することにより、Ａｌ１１定対象
物までの距離に応じた測距用の信号を出力する位置検出
器と、この位置検出器を基線長方向と垂直に振らす垂直
走査手段と、光ビームを基線長方向に繰り返して振らす
平行走査手段と、この平行走査手段による光ビームの偏
向角を検出する偏向角検出手段と、測距用の信号を偏向
角ごとに位置検出器から入力してＡｐｌ定対象物の三次
元位置を認識する認識手段とを備えることを特徴とする
。
本発明によれば、例えば位置検出器自体が基線長方向と
垂直方向に振らされることで光ビームの光路は基線長方
向と垂直方向に振らされ、一方、平行走査手段によって
光ビームの光路は基線長方向に繰り返して振らされる。
垂直方向に振らされることで光ビームの光路は基線長方
向と垂直方向に振らされ、一方、平行走査手段によって
光ビームの光路は基線長方向に繰り返して振らされる。
従って、光ビームの偏向角を検出しながら７１Ｐ１定対
象物までの距離を測定することで、その三次元形状を認
識できることになる。
象物までの距離を測定することで、その三次元形状を認
識できることになる。
まず、具体的な実施例の説明に先立ち、本発明の詳細な
説明する。
説明する。
第１図は本発明における距離検出の原理を示す。
光源１の発光光束は投光レンズ２により、ミラーＭを介
して７Ｉｌｌｊ定対象物５に集光される。測定対象物５
からの反射光は受光レンズ３により、位置検出用受光素
子４の受光面上に集光される。
して７Ｉｌｌｊ定対象物５に集光される。測定対象物５
からの反射光は受光レンズ３により、位置検出用受光素
子４の受光面上に集光される。
ここで、投光レンズ２とミラーＭの間隔をｇ１ミラーＭ
による偏向角をθ、基線長を８１測定対象物５までの距
離をＬ１受光レンズ３と位置検出用受光素子４との間隔
をｆ５位置検出用受光素子４の受光面上において受光レ
ンズ３の光軸中心から無限反射光の集光位置までの距離
をｈ１無限反射光の集光位置から有限反射光の集光位置
までの距離をＸとする時、下記の（２）〜（４）式が得
られる。
による偏向角をθ、基線長を８１測定対象物５までの距
離をＬ１受光レンズ３と位置検出用受光素子４との間隔
をｆ５位置検出用受光素子４の受光面上において受光レ
ンズ３の光軸中心から無限反射光の集光位置までの距離
をｈ１無限反射光の集光位置から有限反射光の集光位置
までの距離をＸとする時、下記の（２）〜（４）式が得
られる。
ｈ−ｆ −ｔａ口 θ
・・・ （２）Ｘ −ｆ ・（Ｂ
＋ｇｔａｎ θ）／Ｌ ・（３）Ｌ−ｆ−（
Ｂ＋Ωｔａｎ θ）／ｘ −Ｃ４）（２）〜
（４）式において、ｆ、Ｂ、Ｎは定数であり、ミラーＭ
による偏向角θに対して変数りを演算しておき、位置検
出用受光素子４の受光面上における有限反射光の集光位
置を検出することにより、変数Ｘを求めることができる
。（４）式により、偏向角θに対して得られた変数Ｘを
代入することにより、ｉ’ｌ）Ｉ定対象物５までの距離
りを求めることができる。従って、各偏向角θについて
距ＭＬを求めることにより、測定対象物５を三次元的に
認識することができる。また、同図において光源１、投
光レンズ２およびミラーＭを左側にｇだけ平行シフトさ
せると、（３）、（４）式はそれぞれ（５）、（６）式
の如く簡単な式になる。
・・・ （２）Ｘ −ｆ ・（Ｂ
＋ｇｔａｎ θ）／Ｌ ・（３）Ｌ−ｆ−（
Ｂ＋Ωｔａｎ θ）／ｘ −Ｃ４）（２）〜
（４）式において、ｆ、Ｂ、Ｎは定数であり、ミラーＭ
による偏向角θに対して変数りを演算しておき、位置検
出用受光素子４の受光面上における有限反射光の集光位
置を検出することにより、変数Ｘを求めることができる
。（４）式により、偏向角θに対して得られた変数Ｘを
代入することにより、ｉ’ｌ）Ｉ定対象物５までの距離
りを求めることができる。従って、各偏向角θについて
距ＭＬを求めることにより、測定対象物５を三次元的に
認識することができる。また、同図において光源１、投
光レンズ２およびミラーＭを左側にｇだけ平行シフトさ
せると、（３）、（４）式はそれぞれ（５）、（６）式
の如く簡単な式になる。
ｘ−ｆ−Ｂ／Ｌ ・・・（５）
Ｌ−ｆ−Ｂ／ｘ ・・・（６）
次に、本発明の一実施例を第２図および第３図により説
明する。
Ｌ−ｆ−Ｂ／ｘ ・・・（６）
次に、本発明の一実施例を第２図および第３図により説
明する。
第２図は本発明の実施例に係る三次元位置認識装置の構
成を示す斜硯図である。光源１及び投光レンズ２で投光
手段２０を形成する。投光手段２０は垂直走査台９の裏
側に固定され、照射ビームは垂直方向に上向きに設定さ
れている。平行走査手段２１はガルバノメーター１１と
ミラーＭによって形成され、ガルバノメーター１１の回
転軸は投光手段２０から出力された照射ビームに対して
約４５°に設定され、垂直走査台９に固定されている。
成を示す斜硯図である。光源１及び投光レンズ２で投光
手段２０を形成する。投光手段２０は垂直走査台９の裏
側に固定され、照射ビームは垂直方向に上向きに設定さ
れている。平行走査手段２１はガルバノメーター１１と
ミラーＭによって形成され、ガルバノメーター１１の回
転軸は投光手段２０から出力された照射ビームに対して
約４５°に設定され、垂直走査台９に固定されている。
また、ビームスプリッタ−ＢＳ、レンズ１４および位置
検出用受光素子１５によって走査角検出手段２３が形成
されており、走査手段２１による照射ビームの偏向角が
高精度に検出される。
検出用受光素子１５によって走査角検出手段２３が形成
されており、走査手段２１による照射ビームの偏向角が
高精度に検出される。
ビームスプリッタ−ＢＳはミラーＭと向かい合う形で設
置され、照射ビームの一部を反射させてレンズ１４に導
き、レンズ１４によって位置検出用受光素子１５の受光
面上に集光させる。但し、ビームスプリッタ−ＢＳの反
射率は数％以内にすればよ（、照射ビームのほとんどは
透過して被測定物を照射する。
置され、照射ビームの一部を反射させてレンズ１４に導
き、レンズ１４によって位置検出用受光素子１５の受光
面上に集光させる。但し、ビームスプリッタ−ＢＳの反
射率は数％以内にすればよ（、照射ビームのほとんどは
透過して被測定物を照射する。
垂直走査台９の上には受光レンズ３と位置検出用受光素
子４及びその信号処理回路１３（図示せず）からなる受
光手段２２が固定されている。受光手段２２の光軸の高
さは、平行走査手段２１によって照射ビームが水平方向
に走査される高さに一致している。サーボモータ７は基
板１２に固定され、その回転動力は回転駆動軸８に伝え
られる。
子４及びその信号処理回路１３（図示せず）からなる受
光手段２２が固定されている。受光手段２２の光軸の高
さは、平行走査手段２１によって照射ビームが水平方向
に走査される高さに一致している。サーボモータ７は基
板１２に固定され、その回転動力は回転駆動軸８に伝え
られる。
回転駆動軸８は垂直走査板９の裏側に定若されており、
もう一方の端は軸受け１０に連結されている。軸受け１
０は基板１２に固定されている。即ち、垂直走査手段は
サーボモータ７、回転駆動軸８、垂直走査台９及び軸受
１０によって構成され、投光手段２０、平行走査手段２
１及び受光手段２２全体を回転駆動軸８を中心にして、
矢印方向に走査する。
もう一方の端は軸受け１０に連結されている。軸受け１
０は基板１２に固定されている。即ち、垂直走査手段は
サーボモータ７、回転駆動軸８、垂直走査台９及び軸受
１０によって構成され、投光手段２０、平行走査手段２
１及び受光手段２２全体を回転駆動軸８を中心にして、
矢印方向に走査する。
次に、上記実施例に係る認識装置の作用を説明する。
垂直走査手段におけるサーボモータフの動作に同期して
、平行走査手段２１におけるガルバノメーター１１を作
動させる。ガルバノメーター１１の動作に同期して投光
手段２０の光源１をパルス点燈させると、各走査方向の
検出エリア内に置かれた測定対象物５及びスクリーン６
には、一定の間隔でスポット光が照射されることになる
。また、各照射点までの距離を検出することにより、３
次元位置認識装置が実現可能となる。
、平行走査手段２１におけるガルバノメーター１１を作
動させる。ガルバノメーター１１の動作に同期して投光
手段２０の光源１をパルス点燈させると、各走査方向の
検出エリア内に置かれた測定対象物５及びスクリーン６
には、一定の間隔でスポット光が照射されることになる
。また、各照射点までの距離を検出することにより、３
次元位置認識装置が実現可能となる。
例えば、測定対象物５として円筒形の物体を用いて有限
距離に配置し、スクリーン６を無限遠位置に配置した場
合、各無限遠反射光の集光位置に対して、円筒状の測定
対象物５の各照射点で反射し受光レンズ３によって位置
検出用受光素子４の受光面上に集光されるスポット光の
徂心位置までの変位ｆａｘ は、第３図のパターンで
模式的に再現することができる。
距離に配置し、スクリーン６を無限遠位置に配置した場
合、各無限遠反射光の集光位置に対して、円筒状の測定
対象物５の各照射点で反射し受光レンズ３によって位置
検出用受光素子４の受光面上に集光されるスポット光の
徂心位置までの変位ｆａｘ は、第３図のパターンで
模式的に再現することができる。
第３図において、点線で示されるスポット光位置は無限
遠反射光の集光位置に相当し、実線で示される光位置が
、有限な距離に存在する円筒状の測定対象物５からの反
射光の集光位置を示す。これにより、無限遠反射光の集
光位置から有限反射光（有限距離に置かれた円筒状の測
定対象物からの反射光）の集光位置までの変位Ｑｘ
％Ｘ４が■ 検出できることになる。従って、測定対象物の三次元位
置を高速に認識することが可能になる。このため、動的
物体における三次元の位置認識も可能となる。
遠反射光の集光位置に相当し、実線で示される光位置が
、有限な距離に存在する円筒状の測定対象物５からの反
射光の集光位置を示す。これにより、無限遠反射光の集
光位置から有限反射光（有限距離に置かれた円筒状の測
定対象物からの反射光）の集光位置までの変位Ｑｘ
％Ｘ４が■ 検出できることになる。従って、測定対象物の三次元位
置を高速に認識することが可能になる。このため、動的
物体における三次元の位置認識も可能となる。
本発明については、上記実施例の他に各種の変形が可能
である。
である。
例えば、光ビームを基線長方向と垂直に振らす手段とし
ては、平行走査手段と同様のガルバノメーターとミラー
により構成してもよい。但し、この場合には位置検出用
受光素子は光ビームにつれて垂直方向に振れることはな
いので、受光面の幅が広い受光素子を用いる必要がある
。また、光ビームの光源（ＬＥＤ等）自体を振らすこと
で、光ビームの光路を振らせて照射位置を二次元平面で
走査するようにしてもよい。さらに、位置検出用受光素
子および受光手段を投光手段を中心として２個以上設け
るようにしてもよい。このようにすれば、信号処理をよ
り高速化できる。
ては、平行走査手段と同様のガルバノメーターとミラー
により構成してもよい。但し、この場合には位置検出用
受光素子は光ビームにつれて垂直方向に振れることはな
いので、受光面の幅が広い受光素子を用いる必要がある
。また、光ビームの光源（ＬＥＤ等）自体を振らすこと
で、光ビームの光路を振らせて照射位置を二次元平面で
走査するようにしてもよい。さらに、位置検出用受光素
子および受光手段を投光手段を中心として２個以上設け
るようにしてもよい。このようにすれば、信号処理をよ
り高速化できる。
以上、詳細に説明した通り本発明の三次元位置認識装置
によれば、簡単な機構によって光ビームの光路を振らせ
て照射位置を二次元的に走査でき、また偏向角も検出で
きる。従って、光ビームの偏向角を検出しながら測定対
象物までの距離を１ｌｌｌ定することで、その三次元形
状を認識することに要する時間を大幅に短縮させること
が可能になる。
によれば、簡単な機構によって光ビームの光路を振らせ
て照射位置を二次元的に走査でき、また偏向角も検出で
きる。従って、光ビームの偏向角を検出しながら測定対
象物までの距離を１ｌｌｌ定することで、その三次元形
状を認識することに要する時間を大幅に短縮させること
が可能になる。
第１図は本発明の原理説明図、第２図は一実施例に係る
三次元位置認識装置の斜視図、第３図は測定対象物から
の反射光の変位を説明する図、第４図は従来の一般的な
距離検出器の説明図であ・る。 １・・・光源、２・・・投光レンズ、３・・・受光レン
ズ、４・・・位置検出用受光素子、５・・・ΔＰ１定対
象物、Ｂ・・・基線長。 木兄岬ト肩へΣ示万斜イ貝丙 第２図
三次元位置認識装置の斜視図、第３図は測定対象物から
の反射光の変位を説明する図、第４図は従来の一般的な
距離検出器の説明図であ・る。 １・・・光源、２・・・投光レンズ、３・・・受光レン
ズ、４・・・位置検出用受光素子、５・・・ΔＰ１定対
象物、Ｂ・・・基線長。 木兄岬ト肩へΣ示万斜イ貝丙 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、測定対象物に照射する光ビームを出力する投光手段
と、 前記光ビームによる照射位置を二次元的に走査するよう
当該光ビームの光路を振らす走査手段と、前記投光手段
から基線長方向に一定の距離を隔てて配設された位置検
出用受光素子と、 測定対象物からの反射光を前記位置検出用受光素子に集
光する受光手段と、 前記走査手段による前記光ビームの前記基線長方向の偏
向角を検出する偏向角検出手段と、前記位置検出用受光
素子の出力信号を前記偏向角ごとに入力して測定対象物
の三次元位置を認識する認識手段と を備えることを特徴とする三次元位置認識装置。 ２、投光手段からの光ビームを測定対象物に照射し、反
射光を前記投光手段から基線長方向に一定距離を隔てて
配設された位置検出用受光素子に集光することにより、
測定対象物までの距離に応じた測距用の信号を出力する
位置検出器と、この位置検出器を前記基線長方向と垂直
に振らす垂直走査手段と、 前記光ビームを前記基線長方向に繰り返して振らす平行
走査手段と、 前記平行走査手段による前記光ビームの偏向角を検出す
る偏向角検出手段と、 前記測距用の信号を前記偏向角ごとに前記位置検出器か
ら入力して測定対象物の三次元位置を認識する認識手段
と を備えることを特徴とする三次元位置認識装置。 ３、前記認識手段は、測定対象物が前記距離検出器から
無限遠の距離に存在するときの反射光の前記位置検出用
受光素子での集光位置から、有限の距離に存在するとき
の反射光の集光位置までの変位量を、前記偏向角ごとに
求める手段である請求項２記載の三次元位置認識位置。 ４、前記垂直走査手段は前記平行走査手段の一回の振り
に同期してステップ動作する請求項２記載の三次元位置
認識装置。 ５、前記投光手段はパルス点灯する光源を含む請求項２
記載の三次元位置認識装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9818689A JPH02276908A (ja) | 1989-04-18 | 1989-04-18 | 三次元位置認識装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9818689A JPH02276908A (ja) | 1989-04-18 | 1989-04-18 | 三次元位置認識装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02276908A true JPH02276908A (ja) | 1990-11-13 |
Family
ID=14212987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9818689A Pending JPH02276908A (ja) | 1989-04-18 | 1989-04-18 | 三次元位置認識装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02276908A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5326028A (en) * | 1992-08-24 | 1994-07-05 | Sanyo Electric Co., Ltd. | System for detecting indoor conditions and air conditioner incorporating same |
| WO2000017606A1 (fr) * | 1998-09-21 | 2000-03-30 | Kabushiki Kaisha Topcon | Procede de mesure tridimensionnelle et instrument d'etude l'utilisant |
| CN110717920A (zh) * | 2019-09-03 | 2020-01-21 | 歌尔股份有限公司 | 投影仪振镜测试目标图的提取方法、装置及电子设备 |
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| JPS5855804A (ja) * | 1981-09-30 | 1983-04-02 | Fujitsu Ltd | 物体検知装置 |
| JPS6055210A (ja) * | 1983-09-06 | 1985-03-30 | Nec Corp | 非接触三次元測定装置 |
| JPS61231407A (ja) * | 1985-04-05 | 1986-10-15 | Hitachi Ltd | 三角測距装置 |
| JPS63225117A (ja) * | 1987-03-14 | 1988-09-20 | Matsushita Electric Works Ltd | 光走査型変位測定装置 |
-
1989
- 1989-04-18 JP JP9818689A patent/JPH02276908A/ja active Pending
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