JPH0274801A - 光学的結像と位置決めシステム - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明はロボットの視学と光学的システムに係る対象
物位置決め手段の改善に関するものである。

（背景技術） 工業ロボットの応用は現在しっかりと制御された状態で
ロボットステーションに部品が配送される生産および組
立てラインでの単純な繰り返し作業に限定されている。

かかる役割に対するそれら限定の原理的理由はそれらに
視覚を提供する効率的および経済的な一般技術が不足し
ていることである。今や適切なロボット視覚システムを
提出するため技術的に先進のすべての国で多大な努力が
なされている。満足いくシステムの商業上の意義は非常
に大で新しい大部分の工業で先手をとることができるだ
ろう。

最近まで工場またはロボット視覚システムでのほんの成
功的な試みは、コンベアベルトのある形式で部品を位置
付けたり方位付けたりするような非常に簡単な応用に限
定されてきた。この種の状態はそのシステムがよく規制
された２次元場にしっかりと拘束されるので比較的容易
に取り扱われる。さりながら現代の設計の際要求される
論理システムは、このような簡単な場合にも、少なくと
も強力なミニコンピユータを必要とする。

この出願は、オーストラリア特許出願第６２０２０／８
６号に同時係属出願であるが、従来解決されてなかった
３次元空間での対象物の位置決めと認識のより一般的問
題に方向付けられたシステムを記載している。本願発明
者の知る他のシステムはすべて高度の経験に基づいた固
定使用の主構成の非常に強力なるコンピュータであり、
このコンピュータの強力さをもってしても位置決めの問
題は適切に解決されていない。輪郭とか縁部の検出、影
の評価、色彩、視野の流れとかいったものを使用する多
くの技術が、テレビジョンカメラにより観察された対象
基の３次元状態を改善するため個々にそして組合せて試
みられてきた。これら技術の避けられない複雑性は良好
な実時間の解決をこばんでおり、この場合にも最大級の
強力コンピュータが解決のため大いに使用されてきてい
る。

通常の３次元の場合の中心的課題は通常のカメラまたは
結像システムにより収集された２次元画像からの“深さ
パ情報の再現である。従来技術に−は２次元変換された
３次元で元に戻せない失われた情報を明確に復元する一
般的技術はない。

（発明の開示） 第１の観点によれば、本発明は、第１の既知の位置に位
置し、基準線と可変角度Ａをはる方向の視野に光または
他の適切な放射ビームを投射するように配置される投射
手段と、 前記基準線に沿って投射手段から予定の距離だけはなれ
、配置されたレンズと検出器アレイとを含み、それで視
野の対象物からの放射の反射光線が前記レンズによって
前記アレイの１つの要素にほぼ方向付けられ、そのアレ
イが水平基準面への前記反射光線の投射と前記基準線と
の間の入射角度Ｃの値を表わす第１の次元の座標を有し
、Ｃの値がその上に反射ビームのピーク強度点がレンズ
によって方向付けられるアレイの前記第１の次元のそれ
ぞれの要素を検出することにより決定される検出手段と
、 そのアレイの１つの次元は角度Ａを表わす値によりアド
レスされ、そのアレイの各セルは値Ｃを記憶するために
配置される、視野より１次元少ない粗のアレイを備える
視野の空間マツプを記憶するための記憶手段と、 を具備したことを特徴とする光学的結像と位置決めシス
テムからなるものである。

好適な一実施態様は、視野が３次元空間で、粗のアレイ
が２次元アレイで、そのうちの１次元が角度Ａを表わす
値によってアドレスされ、もう−方の次元が検出器アレ
イの前記第１の方向の要素のラインに対応するライン番
号Ｂによりアドレスされ、前記ライン番号がその水平基
準面に対する反射光線の仰角を表わすことを特徴とする
ものである。

前述の好適な実施態様はさらに、疎のアレイの各セルが
、Ｂによって規定されそして反射ビームノピーク強度点
がＢにより規定された面にレンズにより方向付けられる
要素を位置付けて決定される要素のラインに沿う位置に
対応する角度Ｃを表わす値と、角度Ｃが記録された反射
光線の強度である強度値とを保持することを特徴とする
ものである。

第２の観点によれば、本発明は、第１の既知の位置に位
置し、基準線と可変角度Ａをはる方向の視野に光または
他の適切な放射ビームを投射するように配置される投射
手段と、 前記基準線に沿って投射手段から予定の距離だけはなれ
、配置されたレンズと検出器アレイとを含み、それで視
野の対象物からの放射の反射光線が前記レンズによって
前記アレイの１つの要素にほぼ方向付けられ、そのアレ
イが水平基準面への前記反射光線の投射と前記基準線と
の間の入射角度Ｃの値を表わす第１の次元の座標を有し
、Ｃの値がその上に反射ビームのピーク強度点がレンズ
によって方向付けられるアレイの前記第１の次元のそれ
ぞれの要素を検出することにより決定される検出手段と
、 を具備し、さらに 角度への異なった値と投射手段から値Ｃで表わされる反
射点までの異なった通路長のため反射光線の強度に期待
される変化を補正する検出器アレイの各要素により記録
される強度値を調整する補正手段と、 を具備することを特徴とする光学的結像と位置決めシス
テムからなるものである。

本発明の特定の実施態様では、投射ビームの断面プロフ
ァイルが特徴ある周波数のような固定されたまたはビー
ムの投射角度に対応するコードのような可変である特徴
ある記号を備えていてよい。

第３の観点によれば、本発明は、第１の既知の位置に位
置し、基準線と可変角度Ａをはる方向の視野に光または
他の適切な放射ビームを投射するように配置され、前記
ビームが予定の断面強度プロファイルを有する投射手段
と、 前記基準線に沿って投射手段から予定の距離だけはなれ
、配置されたレンズと検出器アレイとを含み、それで視
野の対象物からの放射の反射光線が前記レンズによって
前記アレイの１つの要素にほぼ方向付けられ、そのアレ
イが水平基準面の前記反射光線の投射と前記基準線との
間の入射角度の値を表わす第１の次元の座標Ｃを有し、
Ｃの値がその上に反射ビームのピーク強度点がレンズに
よって方向付けられるアレイの前記第１の次元のそれぞ
れの要素を検出することにより決定される検出手段と、 投射ビームの前記強度プロファイルと相関のない前記検
出器アレイにより検出された強度プロファイルを減衰さ
せるよう配置されたフィルタ手段と、 を具備したことを特徴とする光学的結像と位置決めシス
テムからなるものである。

好適な実施態様は、検出器アレイ、がラスタ走査映像カ
メラの２次元アレイで、フィルタ手段がカメラ出力を処
理するように配置され、カメラが投射ビームにより照射
される前記視野の対象物を走査する時、カメラ走査ライ
ンについて期待される平均強度プロファイルの周波数領
域のフーリエ変換である伝達関数をそのフィルタが有す
ることを特徴とするものである。

第４の観点によれば、本発明は、第１の既知の位置に位
置し、基準線と可変角度Ａをはる方向の視野に光または
他の適切な放射ビームを投射するように配置され、前記
投射が波長の予定の帯域に制限される投射手段と、 前記基準線に沿って投射手段から予定の距離だけはなれ
、配置されたレンズと線形検出器アレイとを含み、それ
で視野の対象物からの放射の反射光線が前記レンズによ
って前記アレイの１つの要素にほぼ方向付けられ、その
アレイが水平基準面の前記反射光線の投射と前記基準線
との間の入射角度の値を表わす第１の次元の座標Ｃを有
し、Ｃの値がその上に反射ビームのピーク強度点がレン
ズによって方向付けられるアレイの前記第１の次元のそ
れぞれの要素を検出するごとにより決定される検出手段
と、 他の光源から発生する光が減衰させられるよう投射ビー
ムの前記予定の帯域に検出器アレイに入射する放射の波
長を限定するよう配置されたフィルタ手段と、 を具備したことを特徴とする光学的結像と位置決めシス
テムからなるものである。

（実施例） 以下添付図面を参照し実施例により本発明の詳細な説明
する。

第１図を参照するに、ここに示された装置は便宜上光源
１１として簡単な低出力レーザを使用している。レーザ
ビーム１３は方位が制御される小さな回転可能なミラー
１２に方向付けられている。これでレーザビームは対象
場１７をよぎり走査される。

図示の簡単化された２次元表示の場合には、ビーム１３
は視野をよぎって光点を簡単に走査するだろうが、３次
元の場合にはビーム１３は垂直方向にリボン状のビーム
となり第１図の角察図はシステム（ｓｙｓｔｅｍ）の平
面図と考えてよい。

光検出手段１５は対象空間にある対象物２２により散乱
されたレーザ光を集光しこの光を光感知要素２９のアレ
イに結像するレンズシステム１６を具えている。この実
施例で使用される検出器はコマンド（ｃｏｍｍａｎｄ）
でデータを抜き取ることのできる集積光検出器を具えた
線形ＣＣＤ　（電荷結合素子）である。３次元システム
ではレンズ１６と感知器はアレイ２９が２次元アレイで
ある映像カメラのレンズと結像要素それぞれである。

システムの要素は走査ミラー１２を操作し光検出手段１
５からデータの流れを抜き取る制御ユニット１４により
制御される。制御ユニット１４はまたレーザビーム１３
から発生する光を反射する視野１７のすべての対象物２
２の位置を規定するマトリクスにデータを処理している
。対象物２２の照射はビームが視野１７に既知の角度で
投射される既知の位置にミラー１２を駆動することによ
り達成される。このビームが視野のある対象物の小さな
部分Ｉ８を照射すると、光２１の一部はレンズの方に発
散され検出器アレイセル２９の小さな領域上にフォーカ
スされるだろう。光検出手段１５に対する対象物の角度
はアレイ２９上に形成される結像から容易に決定され得
、光ビームの既知の投射角度に沿ったこの角度は対象空
間で完全に規定されるべき対象物の位置を示している。

かくして、各ミラー位置での照射された対象物の座標は
方向的に決定されコンピュータメモリのデータアレイに
入力される。異なったレーザビーム角度でいくらか走査
された後、対象物座標の完全なマトリクスが要求される
精度までに組立てられる。

強い反射対象物が存在するときは、多重反射が発生し、
これは制御ユニッｌ−１４により発生するデータマトリ
クスのより高度レヘルの解析で容易に取扱うことができ
る。

この発明を数多くの適用に可能ならしめるには周囲光の
高いレベルでも動作するシステムが要求される。このこ
とはレーザ照射と背景光間の区別にいくらかの困難性を
生ずる。これらの問題は、照射源に対し機械的または電
子的シャッタを用意するかパルス状レーザを使用して、
検出器からレーザ光以外のすべてを阻止するようレーザ
源と鋭い帯域通過フィルタを用いるか、光源照射の期待
される空間特性による検出器アレイの出力処理により直
接解決することができる。ビーム変調がチョッパまたは
パルス状ビームの形態であるときは、ビームは各ミラー
や走査ビーム位置で短時間対象空間を照射することがで
き次に検出器アレイ出力は読取られコンピュータに記憶
される。ビームは次に切断され、同じ時間経過後検出器
アレイ出力は再び読取られ前の読取りと比較される。こ
れら２つの読取り間の差はこの計画的照射に起因するも
ので、周囲照射の影響は打ち消される。検出器出力の信
号処理が周囲光の影苦を排除するために使用される時は
、第１には光源ビームの空間分布が決定され、次にフィ
ルタがかかる分布に期待される出力に整合する出力成分
を選択すべ（設計され、このフィルタは検出器アレイの
出力を処理すべく使用される。検出器出力がラスタ走査
映像カメラである場合には、フィルタは投射ビームの幅
を介しての強度分布プロファイルのフーリエ変換に関係
する伝達関数を有するだろう。

第１図にもどって、光投射手段と光検出手段の位置が知
られていれば、両ユニット間既知の方位付けの基準線２
８は確立される。既知の方向で投射されたビームはこの
基準線に対し角度Ａを形成し、図示された２次元の場合
には、前記光検出手段により収集される散乱光は基準線
に対し光検出手段から前記対象空間の照射された部分１
８の方向が角度Ｃであることを示している。

用意されたデータによれば対象空間の照射部分１８の位
置は簡単な三角測量により明瞭に決定される。この発明
に係わる位置決めシステムはこの位置決めシステムのな
まの座標を用いて点１８の座標を記録し、点１８の場合
には座標は（Ａ、Ｃ）で、ここでＡとＣは基準線２８の
端部で辺に対してはる角としてもとめられた２つの角度
である。デカルト座標（ｃａｒｔｅｓｉａｎ　ｃｏ−ｏ
ｒｄｉｎａｔｅｓ）が特定の応用により要求されるとき
は、これらは容易にその位置決めのシステムにより提供
されたデータから計算されるということが実現される。

第１図示実施例によれば、かく照射された視野の部分の
位置を決めるため視野１７をよぎる系統的に走査するビ
ーム１３七わずかの時間経過でのデータの比較と解析に
より、前記視野内に位置する対象物２２の結像をすみや
かに作り上げることが明らかに可能である。

その照射を制御することにより視野に加算される情報は
使用された検出器アレイにより提供された情報に特別次
元の情報を収集させる。すなわち簡単な２次元平面また
はマツプ（ｍａｐ）は１次元検出器アレイを用いて提供
されるし、複雑な３次元モデルは２次元アレイを使用し
て啓発される。

対象物の形状はこの方法で再構成され、それらの強度と
方位はそれ故確立される。多くの対象物に関し、面の反
射率とか方位の変化は同じ形状の対象物間を区別するの
に使用される。対象物の区域や方位はシステムにより明
瞭に見分けられるから、対象物の外見上の明るさが評価
され得て対象物の識別や外見上の不明瞭さの解明に使用
される。

さらに制御システムの適切なソフトウェア（ｓｏｆｔｗ
ａｒｅ）が対象空間のある領域が適切に解明されないと
してもそれを検出することができる。もしコンピュータ
がビーム位置をその角度同様制御できるとすると、走査
照射ビームは不明瞭さを解決するため対象物の適切な部
分に限定されるだろう。

第１図の実施例には２つの変形が存在する。光は薄い垂
直方向にリボン状の光として、２次元の場合には細い光
線として投射されてよく、対象空間をよぎって周期的に
走査されてもよい。

既知の基準線に対する角度ＡとＣのみが場情報の深さを
見つけるのに必要とされ、水平および垂直座標に関する
データは３次元の場合の検出器出力から得られるので、
リボン状光線により照射される一連の座標を具える対象
空間の部分の位置はまた明瞭に決定される。

第２図は第１図に描写したシステムが１つの位置以外の
位置からの照射光ビームを投射することによりいかに変
形され得るかを示している。第２図の概要図では光ビー
ム１３は第２の既知の位置で第２の舵とりの可能はミラ
ー４０に投写され次に前述の方法で前記対象空間をよぎ
って走査される。

第２の位置から視野の走査で得られるデータと第１の位
置から視野の走査で得られるデータを組合せることによ
り、照射されない影の領域４２が著しく削減され、対象
場での対象物についての増加情報が大いに与えられる。

さらにこの時の着目点は複数の場投射手段と複数の光検
出手段を同時に使用することに存在することを実感すべ
きである。

かかる組合せは唯１つの走査ビームを有した多検出器シ
ステムに関して１つの遠（離れた光ビーム源で大きな面
積を照射させることができるだろう。例えば、個々の受
信位置に置かれた１つのかなり高感度の高利得走査検出
器の多数が検出されるべく離れた対象物から発散された
かなりかすかな信号を検出可能とするだろう。２重走査
を有するかかるシステムは長い区域の対象物感知での場
合かなりおそくなるが経済的にかなりよい解を提供する
だろう。異なった変調バクーンを有するいくつかの照射
ビームの供給は検出器ステーション（ｓｔａｔｉｏｎ）
をして対象場の最もよい情報を与えたそのビームを選択
させるだろう。

本願発明結像システムの他の実施例では、前述の実施例
での視野をよぎって走査される投射ビームは、角度Ａに
より表わされる増分投射方向の各々に同時に投射される
複数のビーム成分を具えた合成ビームで置換される。こ
れらビーム成分の各々はその投射角度Ａを表わす時間コ
ード信号でエンコードされるだろう。

第３図には、好適な実施例の光学部品の物理的配置が示
され、それは映像カメラ１５と走査ビーム投射器１２と
を具え、投射器１２はレーザソース１１を備えて基準線
２８の反対の端部に位置し、そのレーザ源１１は走査モ
ータ５２を有して走査器１２のミラー５３を回転するこ
とにより視野１７をよぎって走査されるリボン状ビーム
１３を発生させるためレンズ５１を介して走査器１２上
に光ビームを投射する。レーザソース１１からのビーム
５４の通路に置かれたレンズ５１は、レーザ源により発
生された円形光線を本発明の装置で必要とされるリボン
状ビーム１３に変換する。第３図のシステムでは、視野
Ｉ７のある点の第１の座標はその特定な点を投射ビーム
１３で照射するのに必要な投射角度Ａでこの角度Ａは照
射角度と称せられる。

基準線２８の他端部では、映像カメラ１５がレンズシス
テム１６を具え、そのレンズシステムは検出される光を
検出器アレイ２９上に投射し、そのアレイは好適には電
荷結合素子（ＣＯＤ）検出器アレイであるが、なにか他
の適切な映像結像素子で置換されてもよい。カメラの各
フレーム周期の終りには、検出器アレイ２９に保持され
た画像信号は出力レジスタ６２にライン毎に転送され、
アナログ映像出力信号６４を発生するよう出力増幅器６
３を介して出力レジスタから転送される。

レーザ１１により投射された光ビームはミラー５３によ
り視野の方に方向付けられ、ミラー５３の回転軸で基準
線と角度Ａをなす視野内の垂直面を照射する。ミラー５
３の回転を増分させることで、１周期時間にわたり、垂
直方向リボン状ビーム１３は視野１７をよぎって各ビー
ムの増分位置について走査させられ、その視野の画像が
カメラエ５により記録される。第３図ではビーム１３は
１方向＾、に関して照射され、その方向へ、内で光線５
５はその視野内での対象物２２に投射され対応する線状
画像が検出器アレイ２９により記録されその間ビーム１
３が方向へ。

に投射される。フレーム分が検出器アレイ２９によって
記録されカメラから転送されると直ちに、ビーム１３は
次の増分位置にＡの次の値に関して記録されるべき新し
い画像の方に駆動される。Ａの各値に関して、その視野
内に一連の点が置かれ、それらは第１の座標Ａと検出器
アレイ２９で提供された複数の走査ラインのうちの特定
の１つに対応する仰角を表わす一連の第２の座標Ｂ７と
を有し、一方各点に関する第３の座標Ｃはその特定の走
査ラインに沿うそれぞれの照射点の位置により決定され
、この位置は反射光線２１による基準線２８に対するア
ジマス角Ｃを表わす。この装置の物理的配置の故に以下
のことが確認されよう。すなわちどの投射角度Ａおよび
仰角Ｂに関してもただ１つの照射された点１８があり、
従って座標Ａ、Ｂ、Ｃは２次元アレイを具えた比較的粗
のアレイとして都合よく記憶され、その２次元アレイは
ＡおよびＢ座標それぞれで指定される記憶要素からなり
、各記憶要素は２つのセルを具えその１つは視野内に位
置する１つの点のＣ座標を記憶するために使用され、も
う１つのセルはその点の画像の強度（Ｉ）を記憶するの
に使用される。

反射光線２１の強度はリボン状ビーム１３がそこから発
散する点（すなわちレンズ５１）から反射点１８への距
離に逆比例することがわかるだろうし、さらに第６ａ図
と第６ｂ図を参照するとそれらはカメラ１５からのライ
ン信号の典型的形態を示し、反射光の背景レベルは光源
からの距離につれ消滅し、視野内の対象物からの反射を
表わすピークはＣ座標の特定の値に対して期待される背
景レベルと比較されねばならない。

第４図を参照すると、第３図示装置を制御する制御ユニ
ットが概略記載しである。この制御ユニットでは、ライ
ン選択とライン走査回路７４と７５は制御信号９５を介
してカメラ１５を順次に駆動するカメラ駆動電子装置７
３用の同期信号９３と９４を発生する。カメラ１５から
はアナログラスタデーク信号６４が発生され、それはデ
ィジタルＣ座標８２と強度（または１）値８Ｉを発生さ
せるためのアナログ処理回路７１により処理され、座標
８２と８１は次に投射角度とそれぞれのラスタライン番
号とから導出されるＡおよびＢ座標によりアドレスされ
る位置でボクセル（ｖｏｘｅｌ）メモリマトリクス７２
に記憶され、Ｂラインアドレス８５はライン選択回路７
４により提供されさらにＡラインアドレス８６は第３図
のミラー５３を駆動するビーム走査器駆動回路７６によ
り提供される。

ライン走査回路７５はＣ座標を特徴付ける信号８３を発
生し、それは照射ｉ１１！路長につれ強度の削減するア
ナログ信号を補正するためアナログストリームプロセッ
サ７１に供給される。ライン走査回路７５は抜たライン
信号８４の端部を提供し、それはＣ座標と強度データを
ボクセルメモリマトリクスにロードするのに使用される
。

ボクセルメモリマトリクス７２へのアクセスの同期と制
御は制御／ステータスインターフェイス７７により供給
され、インターフェイス７７はまたアドレスライン９１
、ＣおよびＩデータライン９２と制御ライン９０を介し
てホストコンピュータ７８によりボクセルメモリマトリ
クスのデータに対しアクセス可能である。

さて第５図に移るが、ここには第４図のアナログストリ
ームプロセッサ７１がより詳細に略図的に図示されてい
る。第５図ではカメラからの映像ラスタ走査アナログ信
号６４が、リボン状ビーム１３により照射された視野の
１点についてのラスタ走査信号の期待される周波数特性
と整合のとれた周波数特性ををする帯域通過フィルタ１
０１を介してまずフィルタされる。帯域通過フィルタ１
０１の効果は視野からの反射光２１の空間的フィルタを
提供することである。フィルタ１０１の周波数特性は投
射ビーム１３の幅を介しての強度プロファイル（ｐｒｏ
ｆｉｌｅ）を決定することにより、または別に予定のプ
ロファイルを与えるべく投射光学器を設計することによ
り、次にはこの強度プロファイルを有する投射ラインが
ラスタ走査カメラによりその幅をよぎって走査される時
発生するラスタライン信号のフーリエ変換を計算するこ
とにより導出される。フィルタ１０１はその時フーリエ
変換により発生した周波数領域関数を近似する伝達関数
を有するよう設計される。

帯域通過フィルタからのフィルタされた映像信号１１１
は、ディジタル比較器１０３のＸ入力に供給されるディ
ジタル的にサンプルされた映像信号１１２を発生するよ
う瞬間アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）　１０２
に供給される。瞬間Ａ［１Ｃ１０２が映像信号をディジ
タルサンプルの流れに変換している間に、カメラにより
供給された映像信号と同期がとれてＤＡＣ１０７に供給
される前にサンプルされた基準強度値の組を保持してい
るメモリアレイ１０６からディジタルアナログ変換器（
ＤＡＣ）　１０７により補正信号１１４が発生され、こ
こで同期は第４図のライン走査回路７５により発生され
るＣ座標信号８３およびビーム走査器駆動７６により発
生されるＡ座標信号値８６により供給される。仰角Ｂは
付加的アドレス要素として強度補正アレイ１０６（それ
はもっと大きくなければならないだろう）にまた供給さ
れることもでき、この場合補正機能はさらに洗練される
。

ディジタル比較器１０３のＹ入力には画像の現ラインの
電流ピーク強度信号を表わす電流Ｉデータ信号８１が供
給され、このピーク値は電流強度値１１２と比較される
。比較器出力１１３は２つの入力のより大きい方を表わ
しそれはラッチ（Ｉａ　ｔｃｈ）　１０４に供給される
が、出力信号１１０にて示されるようにＸ入力が７人力
より大きい場合にのみラッチ１０４にランチされる。Ｘ
入力が２つの中でより大きい時にはこの値はラッチ１０
４にラッチされ現ラインの新しいピーク強度（Ｉ）デー
タ信号８１となり、同時にラッチ１０４にラッチされた
Ｉサンプルに対応するＣ座標値がＣ座標ラッチ１０５に
ラッチされる。

各ラスタ走査ラインの終端では、ライン信号８４の終端
が電流ビーム投射角度Ａおよびラスタ走査ライン番号Ｂ
のＡおよびＢ座標により選択された適切な位置でラッチ
されたＩおよびＣ値をボクセルメモリマトリクス７２に
ロードさせる（第４図参照）。同時にライン信号８４の
終端は新しいラインの走査開始の用意のためラッチ１０
４と１０５をクリア（ｃｌｅａｒ）する。

第６図を参照するに、第６ａ図にグラフ状に示される信
号は与えられた走査ラインの映像カメラのアナログ出力
で、カメラが照射源から遠ざかる視野での点を走査する
につれその強度信号が減少するのに注意されたい。また
このライン上照射の点を表わすピーク値はそのラインで
の最高強度値を有するものではなく、この図面には示さ
れてはいないがそれが所望の信号ピークより大きくある
べきノイズピークに関するものであろうことに注意され
たい。第６ｂ図を参照するに、帯域通過フィルタの出力
１１１（実線）は第６ａ図の映像信号での帯域通過フィ
ルタ１０１の影響を示している。特に、例えば視野の周
囲光源または粉塵によりひきおこされるストレ（ｓｔｒ
ａｙ）ノイズがほぼ減衰される効果を有しての、照射ビ
ーム１３の強度プロファイルに対する帯域通過フィルタ
１０１の周波数特性の整合に起因して所望ピークの本質
的形状が保持されることに注目されたい。

第６ｂ図で、破線は補正メモリアレイ１０６とＤＡＣ１
０７により発生される基準信号１１４の逆数を表わす。

フィルタされた映像信号１１１は基準信号１１４によっ
て６４ｃに示す補正映像信号を発生するよう乗算され、
そしてディジタル化された映像信号１１２を発生するた
めの八〇ＣｌＯ２によりサンプルされるそれはこの信号
である。第６ｂ図の破線が基準信号１１４の逆数を表わ
し、従ってＡＤＣ１０２で形成される補正が破線信号に
より第６ｂ図の実線信号を除算する効果を有するだろう
ことを強調しておく。

（発明の概要） この発明は、視野を照射するビーム投射装置と視野から
の反射光を検出する検出アレイとを有する光学的位置決
めシステムに関するものである。

投射ビームは視野をよぎって増分的に前進し、各増分に
関して検出器により検出された光の反射点は視野のマツ
プを築き上げるよう記録され、それは第１の座標として
照射ビームの投射角度を第２の座標として検出器により
検出された反射光線のアジマス角度を有する粗のアレイ
として記憶される。アレイの各要素に記１．＠された値
は検出された光線の検出器に対する水平成分の入射角度
である。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明に係る基本概念の略図、第２図は、■
方向より多くの方向から対象空間を照射することにより
不明瞭さを克服する方法を表わす略図、 第３図は、本発明の好適な実施例の投射および検出要素
の物理的配置を示す略図、 第４図は、第３図実施例を制御するのに使用される制御
ユニットを示す略図、 第５図は、第４図の制御ユニットのアナ１コグ処理部分
をより詳細に示す略図、 第６図は種々の処理段後に第５図のアナログ処理部分か
らの典型的信号を示すグラフである。 １１・・・光源　　　　　　　１２・・・回転ミラー１
３・・・レーザビーム　　　１４・・・制御ユニット１
５・・・光検出手段　　　　１６・・・レンズシステム
１７・・・対象基　　　　　　１８・・・対象物の小さ
な部分２１・・・反射光　　　　　　２２・・・対象物
２８・・・基準線　　　　　　２９・・・光感知要素４
０・・・第２の舵とり可能なミラー ４２・・・照射されない影の領域 ５１・・・レンズ　　　　　　　５２・・・走査モータ
５３・・・回転ミラー　　　　　５４・・・ビーム５５
・・・光のライン ６１・・・独立画素の走査ライン ６２・・・出力レジスタ　　　　６３・・・出力増幅器
６４・・・アナログ映像出力信号 ７１・・・アナログストリームプロセッサ７２・・・ボ
クセルメモリマトリクス ７３・・・駆動電子装置　　　　７４・・・ライン選択
器７５・・・ライン走査器　　　　７６・・・ビーム走
査駆動器７７・・・制御／ステータスインターフェイス
７８・・・ホストコンピュータ １０１・・・帯域通過フィルタ　１０２１０３・・・デ
ィジタルコンピュータ １０４・・・ラッチ　　　　　　１０５・・・Ｃ座標ラ
ッチ１０６・・・補正メモリアレイ　１０７・・・ＤＡ
Ｃ・・・ＡＤＣ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の既知の位置に位置し、基準線と可変角度Ａを
   はる方向の視野に光または他の適切な放射ビームを投射
   するように配置される投射手段と、 前記基準線に沿って投射手段から予定の距離だけはなれ
   、配置されたレンズと検出器アレイとを含み、それで視
   野の対象物からの放射の反射光線が前記レンズによって
   前記アレイの１つの要素にほぼ方向付けられ、そのアレ
   イが水平基準面への前記反射光線の投射と前記基準線と
   の間の入射角度Ｃの値を表わす第１の次元の座標を有し
   、Ｃの値がその上に反射ビームのピーク強度点がレンズ
   によって方向付けられるアレイの前記第１の次元のそれ
   ぞれの要素を検出することにより決定される検出手段と
   、 そのアレイの１つの次元は角度Ａを表わす値によりアド
   レスされ、そのアレイの各セルは値Ｃを記憶するために
   配置される、視野より１次元少ない疎のアレイを備える
   視野の空間マップを記憶するための記憶手段と、 を具備したことを特徴とする光学的結像と位置決めシス
   テム。 ２、請求項１記載のシステムにおいて、視野が３次元空
   間で、疎のアレイが２次元アレイで、そのうちの１次元
   が角度Ａを表わす値によってアドレスされ、もう一方の
   次元が検出器アレイの前記第１の方向の要素のラインに
   対応するライン番号Ｂによりアドレスされ、前記ライン
   番号がその水平基準面に対する反射光線の仰角を表わす
   ことを特徴とする光学的結像と位置決めシステム。 ３、請求項２記載のシステムにおいて、疎のアレイの各
   セルが、Ｂによって規定されそして反射ビームのピーク
   強度点がＢにより規定された面にレンズにより方向付け
   られる要素を位置付けて決定される要素のラインに沿う
   位置に対応する角度Ｃを表わす値と、角度Ｃが記録され
   た反射光線の強度である強度値とを保持することを特徴
   とする光学的結像と位置決めシステム。 ４、第１の既知の位置に位置し、基準線と可変角度Ａを
   はる方向の視野に光または他の適切な放射ビームを投射
   するように配置される投射手段と、 前記基準線に沿って投射手段から予定の距離だけはなれ
   、配置されたレンズと検出器アレイとを含み、それで視
   野の対象物からの放射の反射光線が前記レンズによって
   前記アレイの１つの要素にほぼ方向付けられ、そのアレ
   イが水平基準面への前記反射光線の投射と前記基準線と
   の間の入射角度Ｃの値を表わす第１の次元の座標を有し
   、Ｃの値がその上に反射ビームのピーク強度点がレンズ
   によって方向付けられるアレイの前記第１の次元のそれ
   ぞれの要素を検出することにより決定される検出手段と
   、 を具備し、さらに 角度Ａの異なった値と投射手段から値Ｃで表わされる反
   射点までの異なった通路長のため、反射光線の強度に期
   待される変化を補正する検出器アレイの各要素により記
   録される強度値を調整する補正手段と、 を具備することを特徴とする光学的結像と位置決めシス
   テム。 ５、請求項４記載のシステムにおいて、補正手段が視野
   の複数点の特定の座標値に対応する複数の補正値を記憶
   するため配置された記憶手段と、検出手段からの信号の
   瞬時値に検出手段からの瞬時信号により表わされた視野
   のその点の座標値に対応する前記記憶された補正値の１
   つで繰り返し乗算する信号乗算手段とを具えたことを特
   徴とする光学的結像と位置決めシステム。 ６、第１の既知の位置に位置し、基準線と可変角度Ａを
   はる方向の視野に光または他の適切な放射ビームを投射
   するように配置され、前記ビームが予定の断面強度プロ
   ファイルを有する投射手段と、 前記基準線に沿って投射手段から予定の距離だけはなれ
   、配置されたレンズと検出器アレイとを含み、それで視
   野の対象物からの放射の反射光線が前記レンズによって
   前記アレイの１つの要素にほぼ方向付けられ、そのアレ
   イが水平基準面の前記反射光線の投射と前記基準線との
   間の入射角度の値を表わす第１の次元の座標Ｃを有し、
   Ｃの値がその上に反射ビームのピーク強度点がレンズに
   よって方向付けられるアレイの前記第１の次元のそれぞ
   れの要素を検出することにより決定される検出手段と、 投射ビームの前記強度プロファイルと相関のない前記検
   出器アレイにより検出された強度プロファイルを減衰さ
   せるよう配置されたフィルタ手段と、 を具備したことを特徴とする光学的結像と位置決めシス
   テム。 ７、請求項６記載のシステムにおいて、検出器アレイが
   ラスタ走査映像カメラの２次元アレイで、フィルタ手段
   がカメラ出力を処理するように配置され、カメラが投射
   ビームにより照射される前記視野の対象物を走査する時
   、カメラ走査ラインについて期待される平均強度プロフ
   ァイルの周波数領域のフーリエ変換である伝達関数をそ
   のフィルタが有することを特徴とする光学的結像と位置
   決めシステム。 ８、請求項７記載のシステムにおいて、投射ビームの断
   面強度プロファイルが照射の他の入射源から容易に区別
   し得るように仕立てられることを特徴とする光学的結像
   と位置決めシステム。 ９、請求項８記載のシステムにおいて、投射ビームの断
   面強度プロファイルが特徴ある記号で変調されて特徴付
   けられることを特徴とする光学的結像と位置決めシステ
   ム。 １０、請求項９記載のシステムにおいて、前記特徴ある
   記号が特定の周波数であることを特徴とする光学的結像
   と位置決めシステム。 １１、請求項９記載のシステムにおいて、前記特徴ある
   記号が可変でビームの投射角度を示すことを特徴とする
   光学的結像と位置決めシステム。 １２、第１の既知の位置に位置し、基準線と可変角度Ａ
   をはる方向の視野に光または他の適切な放射ビームを投
   射するように配置され、前記投射が波長の予定の帯域に
   制限される投射手段と、 前記基準線に沿って投射手段から予定の距離だけはなれ
   、配置されたレンズと線形検出器アレイとを含み、それ
   で視野の対象物からの放射の反射光線が前記レンズによ
   って前記アレイの１つの要素にほぼ方向付けられ、その
   アレイが水平基準面の前記反射光線の投射と前記基準線
   との間の入射角度の値を表わす第１の次元の座標Ｃを有
   し、Ｃの値がその上に反射ビームのピーク強度点がレン
   ズによって方向付けられるアレイの前記第１の次元のそ
   れぞれの要素を検出することにより決定される検出手段
   と、 他の光源から発生する光が減衰させられるよう投射ビー
   ムの前記予定の帯域に検出器アレイに入射する放射の波
   長を限定するよう配置されたフィルタ手段と、 を具備したことを特徴とする光学的結像と位置決めシス
   テム。