JPH03128409A - Three-dimensional shape sensor - Google Patents

Three-dimensional shape sensor

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JPH03128409A
JPH03128409A JP26683989A JP26683989A JPH03128409A JP H03128409 A JPH03128409 A JP H03128409A JP 26683989 A JP26683989 A JP 26683989A JP 26683989 A JP26683989 A JP 26683989A JP H03128409 A JPH03128409 A JP H03128409A
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light
measurement surface
luminous flux
astigmatism
dimensional shape
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中沢 和夫
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Ono Sokki Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To measure the three-dimensional shape of a measurement surface in real time without requiring any mechanical movement by composing the sensor of a projection device, an image pickup device, and an image processor. CONSTITUTION:The projection device 1 includes a laser light source 11 which emits luminous flux, an astigmatism optical system 12 which converts the luminous flux into luminous flux with astigmatism, and a luminous flux splitting means 13 which splits the luminous flux into plural components, and projects plural light spots on the measurement surface. The image pickup device 4 picks up an image of a light spot which is projected from the projection device 1 and reflected by the measurement surface 3. The image processor 5 operates the whole shape of the measurement surface 3 from the distances to respective spots which are calculated from the light spots picked up by the image pickup device 4. Then the luminous flux splitting means 13 splits the luminous flux to irradiate the measurement surface 3 with the light spots, so the distances to the respective light spots on the measurement surface can be measured at the same time and the three-dimensional shape of the measurement surface 3 can be detected without being scanned.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非点収差を利用して、計測面の三次元形状を
検出する三次元形状センサに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a three-dimensional shape sensor that detects the three-dimensional shape of a measurement surface using astigmatism.

[従来の技術] ロボットが自律的作業をするためには、作業環境内を三
次元的にP2識する三次元形状センサの開発が急務とな
っている。
[Prior Art] In order for robots to perform autonomous work, there is an urgent need to develop a three-dimensional shape sensor that can three-dimensionally perceive the working environment in P2.

第8図は、非点収差を利用した形状センサの光学系の一
例を示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of an optical system of a shape sensor using astigmatism.

レーザ光源91は、コヒーレントな光束を発振するため
のものであり、その光束は、非点収差光学系92に導か
れている。
The laser light source 91 is for oscillating a coherent light beam, and the light beam is guided to an astigmatism optical system 92.

非点収差光学系92は、凸レンズ92aとシリンドリカ
ルレンズ92bとからなり、この非点収差光学系92に
より結像される光束を非点収差のある光束に変換する。
The astigmatism optical system 92 includes a convex lens 92a and a cylindrical lens 92b, and converts the light beam imaged by the astigmatism optical system 92 into a light beam with astigmatism.

非点収差とは、レンズの焦点距離が光軸を含む縦断面と
横断面で異なる値をもつことにより生ずる収差をいう。
Astigmatism is an aberration that occurs when the focal length of a lens has different values in a longitudinal section including the optical axis and in a transverse section.

つまり、非点収差光学系92によって光スポットを結像
すると、計測面A、B、Cのように、位置によって光ス
ポットの像が縦長の楕円、真円、横長の楕円に変化する
That is, when a light spot is imaged by the astigmatism optical system 92, the image of the light spot changes into a vertically long ellipse, a perfect circle, and a horizontally long ellipse depending on the position, like the measurement surfaces A, B, and C.

この光スポットの形状を計測することにより、形状セン
サから計測面までの距離を検出することができる。
By measuring the shape of this light spot, the distance from the shape sensor to the measurement surface can be detected.

〔発明が解決しようとする課9M] 前述した従来の形状センサを用いて、計測面の三次元形
状を検出しようとする場合には、計測面に対して光束を
走査しなければならず、そのために精度の高い機構が必
要なうえ、計測に時間がかかるという問題があった。
[Problem 9M to be solved by the invention] When trying to detect the three-dimensional shape of a measurement surface using the conventional shape sensor described above, it is necessary to scan the measurement surface with a light beam, and therefore In addition to requiring a highly accurate mechanism, there was a problem in that it took time to measure.

また、ロボットの形状センサにする場合に、作業によっ
ては作業中に光路を遮る、いわゆる閉塞の問題が発生し
たり、また、他の作業の場合には閉塞の問題はないが計
測範囲や精度を上げたいなどの種々の態様があり、適用
の自由度の広いものが望まれている。
In addition, when using a shape sensor for a robot, depending on the task, there may be a so-called occlusion problem that blocks the optical path during the operation, and in other tasks, there is no occlusion problem, but the measurement range and accuracy may be affected. There are various aspects such as increasing the number of applications, and a wide range of application flexibility is desired.

本発明の目的は、機械的な移動を必要とせず、リアルタ
イムで計測面の三次元形状が計測できるとともに、利用
範囲が広い三次元形状センサを提供することである。
An object of the present invention is to provide a three-dimensional shape sensor that can measure the three-dimensional shape of a measurement surface in real time without requiring mechanical movement and can be used over a wide range of applications.

(tlBを解決するための手段〕 前記課題を解決するために、本発明による三次元形状セ
ンサは、光束を発する光源、光束を非点収差のある光束
に変換する非点収差光学系、光束を複数に分割する光束
分割手段と含み計測面に複数の光スポットを投射する投
光装置と、前記投光装置から投射され前記計測面で反射
した光スポットを1最像するii像装置と、前記撮像装
置で撮像された前記各光スポットから算出される各光ス
ポットまでの距離に基づいて前記計測面全体の形状を演
算する画像処理装置とから構成されている。
(Means for Solving tlB) In order to solve the above problems, the three-dimensional shape sensor according to the present invention includes a light source that emits a luminous flux, an astigmatism optical system that converts the luminous flux into a luminous flux with astigmatism, and a luminous flux that a light projection device that projects a plurality of light spots onto a measurement surface, including a light beam splitting means that splits the beam into a plurality of light beams, an imaging device that images the light spots projected from the light projection device and reflected on the measurement surface; and an image processing device that calculates the shape of the entire measurement surface based on the distance from each of the light spots imaged by the imaging device to each of the light spots calculated.

この場合に、前記投光装置から前記計測面までの光路に
光路分割器を設け、同一光路を反射してきた光束を前記
撮像装置に入射させるように構成することができる。
In this case, an optical path splitter may be provided on the optical path from the light projection device to the measurement surface, so that the light beams reflected on the same optical path are made to enter the imaging device.

また、前記投光装置と前記撮像装置は、光軸が異なるよ
うに配置され、前記画像処理装置によって三角測量法に
基づいて各光スポットまでの距離を演算するように構成
することができる。
Further, the light projection device and the imaging device may be arranged so that their optical axes are different from each other, and the image processing device may be configured to calculate the distance to each light spot based on a triangulation method.

〔作用] 前記構成によれば、光束分割手段により、光束を分割し
て多数の光スポットを計測面に照射するので、その計測
面の各光スポフトまでの距離を同時に計測でき、その計
測面の三次元形状を走査等をすることなしに検出するこ
とができる。
[Function] According to the above configuration, the light beam splitting means divides the light beam and irradiates the measurement surface with a large number of light spots, so that the distance to each light spot on the measurement surface can be measured simultaneously, and the distance to each light spot on the measurement surface can be measured simultaneously. Three-dimensional shapes can be detected without scanning or the like.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面等を参照して、実施例について、本発明の詳
細な説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to the drawings and the like.

第1図は、本発明による三次元形状センサの実施例を示
したブロック図、第2図は、同実施例センサの投光装置
を示した斜視図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a three-dimensional shape sensor according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a light projecting device of the sensor of the same embodiment.

投光装置1は、レーザ光all、非点収差光学系12.
光束分割手段13を含むものである。
The light projection device 1 includes all laser beams, an astigmatism optical system 12.
It includes a beam splitting means 13.

レーザ光源11は、コヒーレントな光束を発振させるも
のであり、ここでは、He−Neレーザが用いられてい
る。非点収差光学系12は、レーザ光源11から発振さ
れた光束を非点収差のある光束に変換する光学系であり
、凸レンズ12a。
The laser light source 11 oscillates a coherent light beam, and here a He-Ne laser is used. The astigmatism optical system 12 is an optical system that converts the light beam oscillated from the laser light source 11 into a light beam with astigmatism, and includes a convex lens 12a.

シリンドリカルレンズ12bとから構成されている。It is composed of a cylindrical lens 12b.

光束分割手段13は、非点収差光学系12から出射した
光束を、二次元的に回折させて、マトリクス状に規則正
しく配列した多数の光スポットを計測面3上に投射する
ためのものであり、ここでは、ファイバグレーティング
を使用している。
The beam splitting means 13 is for two-dimensionally diffracting the beam emitted from the astigmatism optical system 12 and projecting a large number of light spots regularly arranged in a matrix onto the measurement surface 3, Here, fiber gratings are used.

ファイバグレーティングとは、直径数十μmの光ファイ
バをシート状に数百本並べた回折格子であり、ここでは
、2次元の回折光を生成するために、2枚のファイバグ
レーティングを光ファイバの軸が直交するように重ねて
、両側からカバーグラス板で挟んで支持した構造のもの
を使用している。
A fiber grating is a diffraction grating in which hundreds of optical fibers with a diameter of several tens of micrometers are arranged in a sheet form.Here, in order to generate two-dimensional diffracted light, two fiber gratings are aligned along the axis of the optical fiber. The structure used is that they are stacked so that they are perpendicular to each other and supported by sandwiching them between cover glass plates from both sides.

投光装置1から出射した光束は、光路分割器2のミラー
21およびハーフミラ−22で反射して、計測面3上に
投射される。
The light beam emitted from the light projection device 1 is reflected by the mirror 21 and half mirror 22 of the optical path splitter 2 and is projected onto the measurement surface 3.

計測面3に投射された光束は、第2図に示すように、計
測面3A〜3Cの位置によって、光スポットの形状が縦
長の楕円、真円、横長の楕円と変化する。
As shown in FIG. 2, the shape of the light spot of the light beam projected onto the measurement surface 3 changes from a vertically long ellipse to a perfect circle to a horizontally long ellipse depending on the position of the measurement surfaces 3A to 3C.

計測面3で反射した光束は、その一部が光路分割器2の
ハーフミラ−22を透過して、撮像装置4に入射される
A portion of the light beam reflected by the measurement surface 3 passes through the half mirror 22 of the optical path splitter 2 and enters the imaging device 4 .

撮像装置4は、投光装置1から出射して計測面6で反射
した光スポットである光学像を、電気的な画像信号に変
換するための装置であり、光学フィルタ41と、結像レ
ンズ42と、撮像素子43等とから構成されている。
The imaging device 4 is a device for converting an optical image, which is a light spot emitted from the light projection device 1 and reflected by the measurement surface 6, into an electrical image signal, and includes an optical filter 41 and an imaging lens 42. , an image sensor 43, and the like.

光学フィルタ41は、レーザ光の波長のみを透過させ、
外乱光をカットするバンドパスフィルタであり、結像レ
ンズ42は、撮像素子43の検出面に像を結ぶためのレ
ンズである。撮像素子43は、光電変換と電荷蓄積の機
能をもった光検出素子を二次元に配列し、これを順次読
み出せるようにしたものであり、ここでは、CCD素子
を二次元状に配置したアレイ状のものを使用している。
The optical filter 41 transmits only the wavelength of the laser beam,
The imaging lens 42 is a bandpass filter that cuts out disturbance light, and the imaging lens 42 is a lens that focuses an image on the detection surface of the imaging element 43. The image sensor 43 is a two-dimensional array of photodetecting elements with photoelectric conversion and charge storage functions, which can be read out sequentially. I am using something like this.

画像処理装置5は、レーザ光源11を制iTIする信号
を送出するとともに、撮像装置4からの画像信号を演算
処理するための装置であり、中央処理装置51と、カメ
ラコントローラ52と、画像メモリ53と、表示・記録
装置54と、レーザコントローラ55とから構成されて
いる。
The image processing device 5 is a device for transmitting a signal for controlling the laser light source 11 and for processing an image signal from the imaging device 4, and includes a central processing device 51, a camera controller 52, and an image memory 53. , a display/recording device 54 , and a laser controller 55 .

カメラコントローラ52は、撮像装置4の出力を画像メ
モリ53の入力信号として変換するためのものである。
The camera controller 52 is for converting the output of the imaging device 4 into an input signal of the image memory 53.

撮像装置4からの画像信号は、カメラコントローラ52
を介して、画像メモリ53に一時記憶される。中央処理
装置51は、画像メモリ53上でデータを処理する。つ
まり、中央処理装置51では、各光スポットの形状を認
識し、その形状からそれぞれの光スポットまでの距離を
算出して、最終的に、撮像された全光スボントの距離と
、それらの光スポットの相対的な位置関係から、計測面
3の三次元的な形状を算出して出力する。中央処理装置
51の出力は、CRT、プリンタや磁気記録装置等から
なる表示・記録装置54に出力されたり、直接、ロボッ
トの制御情報として用いるためのロボットコントローラ
等に接続することができる。
The image signal from the imaging device 4 is sent to the camera controller 52.
The image is temporarily stored in the image memory 53 via. Central processing unit 51 processes data on image memory 53. In other words, the central processing unit 51 recognizes the shape of each light spot, calculates the distance to each light spot from the shape, and finally calculates the distance of all the imaged light spots and the distances between the light spots. The three-dimensional shape of the measurement surface 3 is calculated and output from the relative positional relationship between the two. The output of the central processing unit 51 can be output to a display/recording device 54 such as a CRT, printer, or magnetic recording device, or can be directly connected to a robot controller or the like for use as control information for the robot.

第1の実施例の三次元形状センサは、光束分割手段13
によって、非点収差をもつ光束を、二次元の規則正しい
マトリクス状に分割したので、装置内に機械的な移動や
、光学的な走査をすることなく、1回で計測面3の三次
元的な形状を検出することができる。
The three-dimensional shape sensor of the first embodiment has a light beam splitting means 13
By dividing the light beam with astigmatism into a two-dimensional regular matrix, the three-dimensional image of the measurement surface 3 can be measured in one go without mechanical movement or optical scanning within the device. Shape can be detected.

また、光路分割器2を用いて、投光装置1と撮像装置4
の光路を共用するようにしたので、閉塞の問題が解決で
きる。
In addition, using the optical path splitter 2, the light projecting device 1 and the imaging device 4
Since the optical path is shared, the problem of blockage can be solved.

第3図は、本発明による三次元形状センサの第2の実施
例を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the three-dimensional shape sensor according to the present invention.

なお、この実施例では、前述の第1の実施例と同様な機
能を果たす部分には、同一の符号を付して、特有な部分
のみ説明する。
In this embodiment, parts that perform the same functions as those in the first embodiment described above are given the same reference numerals, and only unique parts will be explained.

投光装置IAからの光スポ7)を計測面3に投射して光
軸が基線長dだけ離れて配置された撮像装置4Aで検出
する、い−わゆる三角測量法を利用したものである。
This method utilizes a so-called triangulation method in which a light spot 7) from a light projector IA is projected onto the measurement surface 3 and detected by an imaging device 4A whose optical axis is placed apart by a base line length d. .

二こでは、計測面3A上のa点での三次元的位置を求め
る場合について説明する。
In the second section, a case will be described in which the three-dimensional position at point a on the measurement surface 3A is determined.

いま、投光装置IAのP点を出射した光が、計測面3A
上のa点で反射し、撮像装置4AのQ点に入射したとす
る。この場合に、三角形PQaの底辺PQ(=W線長d
)が既知であるから、角度θ、9 θ2が求められれば
、a点までの距離が算出できる。角度θ2は、撮像素子
33上の光スポットSIの位Nuと、撮像レンズ32の
焦点距離fとから次式から求めることができる。
Now, the light emitted from point P of the projector IA is on the measurement surface 3A.
Assume that the light is reflected at point a above and incident on point Q of the imaging device 4A. In this case, the base PQ (=W line length d
) is known, so if the angles θ and 9 θ2 are found, the distance to point a can be calculated. The angle θ2 can be determined from the position Nu of the light spot SI on the imaging device 33 and the focal length f of the imaging lens 32 from the following equation.

θ、 = tan−’ (u / r )一方、角度θ
1は、光スボントの回折次数を知れば求めることができ
る。しかし、第3図に示した撮像素子33上の位置Uに
撮像された光スボントは、光スポットS+が計測面3A
のa点で反射したものか、光スボ7ト30が計測面3B
のb点で反射したものかは、一枚の画像からでは区別で
きない。このため、対象物が存在する範囲を特定の範囲
の中に限れば、回折次数を決定することができるが、逆
に、計測可能な範囲が限定されてしまう。
θ, = tan−' (u/r) while the angle θ
1 can be determined by knowing the diffraction order of the optical band. However, the optical spot S+ imaged at the position U on the image sensor 33 shown in FIG.
The light bulb 7 30 may be reflected at point a of the measurement surface 3B.
It is not possible to distinguish from a single image whether the light was reflected at point b or not. For this reason, if the range in which the object exists is limited to a specific range, the diffraction order can be determined, but conversely, the measurable range is limited.

そこで、この実施例では、非点収差光学系12を用いる
ことにより、光スポットS0がb点で反射したものか、
光スポットS、が8点で反射したものであるかの区別を
、撮像素子33上のスポットの形状から行うこととし、
その結果、計測距離が拡大できた。
Therefore, in this embodiment, by using the astigmatism optical system 12, it is possible to determine whether the light spot S0 is reflected at point b or not.
Whether the light spot S is reflected at eight points or not is determined from the shape of the spot on the image sensor 33,
As a result, the measurement distance could be expanded.

第2の実施例では、基本的には、三角測量法の原理によ
り距離を求めるようにしたので、計測精度が向上すると
ともに、計測可能な距離を拡大させることができる。
In the second embodiment, the distance is basically determined based on the principle of triangulation, so that the measurement accuracy is improved and the measurable distance can be expanded.

第4図〜第7図は、本発明による三次元形状センサの実
施例に用いられる投光装置の他の例を模式的に示した図
である。
4 to 7 are diagrams schematically showing other examples of the light projecting device used in the embodiment of the three-dimensional shape sensor according to the present invention.

第4図で示した投光装置6は、光源61からの光束を、
レンズ62で集光し、非点収差レンズアレイ63に導き
、この非点収差レンズアレイ63によって、非点収差を
与えるとともに、光束を分割するようにしたものである
。この非点収差レンズアレイ63は、全て同一の非点収
差レンズを並べたものであり、各非点収差レンズは、そ
の直径が数mm程度のものを用いることができる。
The light projecting device 6 shown in FIG. 4 emits a light beam from a light source 61.
The light is condensed by a lens 62 and guided to an astigmatic lens array 63, which imparts astigmatism and splits the luminous flux. This astigmatism lens array 63 is an array of all identical astigmatism lenses, and each astigmatism lens may have a diameter of about several mm.

第5図に示したレンズアレイ64は、微小なレンズを組
み合わせて用いることにより、非点収差光学系12と回
折手段13(第1図、第3図)とを1つの素子としたも
のである。このレンズアレイ64は、直径が数十μmの
レンズを格子状に配列したものである(第5図(a))
。このレンズアレイ64にレーザ光を入射させることに
より、各レンズに入射したレーザ光は一度集光し、その
点から球面波を生成する。それらの各レンズから発生す
る球面波は、遠方上で干渉して回折手段13と同等な効
果が得られる。また、レンズアレイ64は、各レンズの
光学特性(レンズの厚み)を配置された位置によって異
ならせることにより(第5図(b)、 (C1) 、全
体として非点収差をもつようにしたものである。
The lens array 64 shown in FIG. 5 combines the astigmatism optical system 12 and the diffraction means 13 (FIGS. 1 and 3) into one element by using a combination of minute lenses. . This lens array 64 is composed of lenses having a diameter of several tens of μm arranged in a grid pattern (FIG. 5(a)).
. By making laser light incident on this lens array 64, the laser light incident on each lens is once condensed, and a spherical wave is generated from that point. The spherical waves generated from each of these lenses interfere at a distance, and an effect equivalent to that of the diffraction means 13 can be obtained. In addition, the lens array 64 has astigmatism as a whole by varying the optical characteristics (lens thickness) of each lens depending on the position (Fig. 5(b), (C1)). It is.

第6図で示した投光装置7は、光源71からの光束を、
多数のピンホール72aを有するスクリーン72で分割
するとともに、凸レンズ13aとシリンドリカルレンズ
73bとからなる非点収差光学系73によって非点収差
をもつようにしたものである。
The light projection device 7 shown in FIG. 6 emits a luminous flux from a light source 71.
It is divided by a screen 72 having a large number of pinholes 72a, and has astigmatism by an astigmatism optical system 73 consisting of a convex lens 13a and a cylindrical lens 73b.

第7図で示した投光装置8は、光学的な回折によるもの
ではなく、光源81からの光束を、ミラー82とハーフ
ミラ−83との間で順次反射させて、ハーフミラ−83
側から多数の分割された光束を出光させたのち、図示し
ない非点収差光学系によって非点収差をもつようにした
ものである。
The light projecting device 8 shown in FIG. 7 does not rely on optical diffraction, but instead reflects the light beam from the light source 81 sequentially between a mirror 82 and a half mirror 83.
After a large number of divided light beams are emitted from the side, they are made to have astigmatism using an astigmatism optical system (not shown).

この例では、光源81として、コヒーレント光源を使用
する必要がなくなる。
In this example, there is no need to use a coherent light source as the light source 81.

以上説明した実施例に限定されることなく、本発明の範
囲内で種々の変形ができる。
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of the present invention.

光束分割手段13は、非点収差光学系12の手前でもよ
いし、非点収差光学系12を構成する凸レンズ12aと
シリンドリカルレンズ12bの間に配置してもよい。
The beam splitting means 13 may be placed in front of the astigmatism optical system 12, or may be placed between the convex lens 12a and the cylindrical lens 12b that constitute the astigmatism optical system 12.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳しく説明したように、請求項(1)によれば、光
束分割手段によって、非点収差をもつ光束を多数の光ス
ポットとして投射するので、装置内に機械的な移動や、
光学的な走査をすることなく、1回の計測で計測面の三
次元的な形状を検出することができる。
As explained above in detail, according to claim (1), the beam splitting means projects the beam having astigmatism as a large number of light spots, so that mechanical movement within the device,
The three-dimensional shape of the measurement surface can be detected in one measurement without optical scanning.

また、請求項(2)によれば、光路分割器を用いて、投
光装置と撮像装置の光路を共用するようにしたので、光
路の遮蔽により観測が妨害される、いわゆる閉塞の問題
が解決できた。
Furthermore, according to claim (2), the optical path splitter is used to share the optical path of the projector and the imaging device, which solves the so-called blockage problem in which observation is obstructed by blocking the optical path. did it.

さらに、請求項(3)によれば、三角測量法の原理によ
り距離を求めるようにしたので、計測精度が向上すると
ともに、計測可能な距離を拡大させることができる。
Furthermore, according to claim (3), since the distance is determined by the principle of triangulation, the measurement accuracy is improved and the measurable distance can be expanded.

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

第1図は、本発明による三次元形状センサの実施例を示
したブロック図、第2図は、同実施例センサの投光装置
を示した斜視図である。 第3図は、本発明による三次元形状センサの第2の実施
例を示した図である。 第4図〜第7図は、本発明による三次元形状センサの実
施例に用いられる投光装置の他の例を模式的に示した図
である。 第8図は、非点収差を利用した形状センサの光学系の一
例を示した図である。 1、IA、IB・・・投光装置 11・・・コヒーレント光源 12・・・非点収差光学系 12a・・・凸レンズ 12b・・・シリンドリカルレンズ 13・・・光束分割手段 2・・・光路分割器 21・・・ミラー      22・・・ハーフミラ−
3・・・計測面 4.4A・・・撮像装置 41・・・光学フィルタ  42・・・結像レンズ43
・・・盪像素子 5・・・画像処理装置 51・・・中央処理装置 52・・・カメラコントローラ 53・・・画像メモリ   54・・・表示・記録装置
55・・・レーザコントローラ 6・・・投光装置 61・・・光a      62・・・レンズ63・・
・非点収差レンズアレイ 64・・・レンズアレイ 7・・・投光装置 71・・・光R72・・・スクリーン 73・・・非点収差光学系 8・・・投光装置 81・・・光源       82・・・ミラー83・
・・ハーフミラ−
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a three-dimensional shape sensor according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a light projecting device of the sensor of the same embodiment. FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the three-dimensional shape sensor according to the present invention. 4 to 7 are diagrams schematically showing other examples of the light projecting device used in the embodiment of the three-dimensional shape sensor according to the present invention. FIG. 8 is a diagram showing an example of an optical system of a shape sensor using astigmatism. 1, IA, IB... Light projection device 11... Coherent light source 12... Astigmatism optical system 12a... Convex lens 12b... Cylindrical lens 13... Light beam splitting means 2... Optical path splitting Container 21...Mirror 22...Half mirror
3...Measurement surface 4.4A...Imaging device 41...Optical filter 42...Imaging lens 43
...Image element 5...Image processing device 51...Central processing unit 52...Camera controller 53...Image memory 54...Display/recording device 55...Laser controller 6... Light projecting device 61...Light a 62...Lens 63...
- Astigmatism lens array 64...Lens array 7...Light projector 71...Light R72...Screen 73...Astigmatism optical system 8...Light projector 81...Light source 82...Mirror 83.
・Half mirror

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)光束を発する光源、光束を非点収差のある光束に
変換する非点収差光学系、光束を複数に分割する光束分
割手段と含み計測面に複数の光スポットを投射する投光
装置と、前記投光装置から投射され前記計測面で反射し
た光スポットを撮像する撮像装置と、前記撮像装置で撮
像された前記各光スポットから算出される各光スポット
までの距離に基づいて前記計測面全体の形状を演算する
画像処理装置とから構成した三次元形状センサ。
(1) A light source that emits a luminous flux, an astigmatism optical system that converts the luminous flux into a luminous flux with astigmatism, and a light projection device that includes a luminous flux splitting means that divides the luminous flux into a plurality of parts and projects a plurality of light spots onto the measurement surface. , an imaging device that images a light spot projected from the light projection device and reflected on the measurement surface, and a distance to each light spot calculated from each of the light spots imaged by the imaging device, and the measurement surface A three-dimensional shape sensor consisting of an image processing device that calculates the overall shape.
(2)前記投光装置から前記計測面までの光路に光路分
割器を設け、同一光路を反射してきた光束を前記撮像装
置に入射させるように構成したことを特徴とする請求項
(1)記載の三次元形状センサ。
(2) According to claim (1), an optical path splitter is provided on the optical path from the light projection device to the measurement surface, so that the light beams reflected on the same optical path are made to enter the imaging device. 3D shape sensor.
(3)前記投光装置と前記撮像装置は、光軸が異なるよ
うに配置され、前記画像処理装置によって三角測量法に
基づいて各光スポットまでの距離を演算するように構成
したことを特徴とする請求項(1)記載の三次元形状セ
ンサ。
(3) The light projection device and the imaging device are arranged so that their optical axes are different from each other, and the image processing device is configured to calculate the distance to each light spot based on a triangulation method. The three-dimensional shape sensor according to claim (1).
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