JPH032512A - Three-dimensional position recognition device - Google Patents

Three-dimensional position recognition device

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JPH032512A
JPH032512A JP13699289A JP13699289A JPH032512A JP H032512 A JPH032512 A JP H032512A JP 13699289 A JP13699289 A JP 13699289A JP 13699289 A JP13699289 A JP 13699289A JP H032512 A JPH032512 A JP H032512A
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JP
Japan
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light
measured
mirror
light beam
scanning means
Prior art date
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Pending
Application number
JP13699289A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Ichie
更治 市江
Kazuo Kurasawa
一男 倉沢
Chiyoharu Horiguchi
千代春 堀口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
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Publication of JPH032512A publication Critical patent/JPH032512A/en
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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

PURPOSE:To recognize the three-dimensional position of a dynamic body to be measured by rotating a scanning means which has at least two reflecting surfaces and making a horizontal or vertical linear scan, and rotating the other scanning means and making a vertical or horizontal two-dimensional scan. CONSTITUTION:The position recognition device consists of a light source 11, a projection lens 12, a photodetection lens 16, a photodetecting element 17 for position detection, and an arithmetic means. Further, a scanning mirror M1 and a movable coil 14 constitute a galvanometer as a horizontal scanning means. A both-surface mirror M1 is fixed on the rotary shaft of the coil 14 and the light beam from the lens 12 scans the body 13 to be measured horizontally by the rotation. The light beam is reflected by the mirror M1, deflected by a fixed mirror M2, and made incident on a scanning mirror M3. A mirror M3 and a movable coil 15 constitute the galvanometer as a vertical scanning means. The mirror M3 is fixed on the rotary shaft of the coil 15 and the light beam from the mirror M2 is reflected by the mirror M3 through the rotation to make a vertical scan on the body 13 to be measured.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被A+++定物からの反射光を利用して被7
Illl定物の位置を3次元で認識する3次元位置認識
装置に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Field of Application] The present invention utilizes reflected light from a fixed object A+++ to
This invention relates to a three-dimensional position recognition device that recognizes the position of a constant object in three dimensions.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第7図に一般的な距離検出器の光学系を示す。 FIG. 7 shows the optical system of a typical distance detector.

光源]の発光光束を投光レンズ2により、被測定物3に
集光して照射し、この反射光を受光レンズ4により、位
置検出用受光素子5に集光する。
A light emitting beam from a light source is focused and irradiated onto an object to be measured 3 by a light projecting lens 2, and the reflected light is focused by a light receiving lens 4 onto a light receiving element 5 for position detection.

ここで、受光レンズ4から被測定物3までの距離をり、
M線長を81受光レンズ4と位置検出用受光素子5との
間隔をfとする時、受光レンズ4の光軸中心からスポッ
ト光の重心位置までの距離Xは次の(コ)式になる。
Here, calculate the distance from the light receiving lens 4 to the object to be measured 3,
When the M-line length is 81 and the distance between the light-receiving lens 4 and the position detection light-receiving element 5 is f, the distance X from the optical axis center of the light-receiving lens 4 to the center of gravity of the spot light is expressed by the following equation .

x=f−B/L        ・・・(1)位置検出
用受光素子5により、変位置を示す(1)式の距離Xを
求めることにより、逆に距離りを求めることができる。
x=f-B/L... (1) By finding the distance X in equation (1) indicating the displacement using the position detection light receiving element 5, the distance can be found conversely.

また、距離検出器を同図紙面と垂直で基線長方向を含む
平面上で機械的に移動させ、この2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5か
ら得られる変位置XとからZ軸方向の距離りが求められ
、(X、Y、Z、)の3次元位置の認識が行わ′3 れていた。
In addition, the distance detector is mechanically moved on a plane that is perpendicular to the plane of the figure and includes the base line length direction, and the position (X, Y) of the distance detector on this two-dimensional plane and the distance from the position detection light receiving element 5 are measured. The distance in the Z-axis direction was determined from the obtained displacement position X, and the three-dimensional position (X, Y, Z,) was recognized.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、上記従来の3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。従って、3次元位置認識のための
1回の計測に要する時間は長くかかる。このため、従来
の装置は、静的な被UJ定物を対象にする3次元位置認
識には応用できるが、動的な被測定物を対象にする3次
元位置認識には実用上応用することが出来ないという課
題があった。
However, in the conventional three-dimensional position recognition device described above, the distance detector itself must be mechanically moved on the (X, Y) plane. Therefore, it takes a long time to perform one measurement for three-dimensional position recognition. For this reason, conventional devices can be applied to 3D position recognition for static UJ objects, but cannot be practically applied to 3D position recognition for dynamic objects. The problem was that it was not possible.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明はこのような課題を解消するためになされたもの
で、一方の走査手段は、反射面を少なくとも2面は有し
、回動または回転されることにより、この1面により投
光手段からの光束を被測定物上に水平または垂直に走査
すると共に、他の1面により被測定物からの反射光を受
光手段に偏向する反射体から構成され、他方の走査手段
は、投光手段からの光束を被測定物上に垂直または水平
に走査すると共に、被測定物からの反射光を受光手段に
偏向する反射体から構成されるものである。
The present invention has been made to solve this problem, and one of the scanning means has at least two reflecting surfaces, and when rotated or rotated, the scanning means can be rotated or rotated to reflect light from the light projecting means. It consists of a reflector that scans the light beam horizontally or vertically on the object to be measured, and uses another surface to deflect the reflected light from the object to the light receiving means. It is composed of a reflector that vertically or horizontally scans the light beam onto the object to be measured and deflects the reflected light from the object to the light receiving means.

〔作用〕[Effect]

光源から発せられた光束は、反射面を2面は有する走査
手段が回動または回転されることにより水平または垂直
の1次元走査が行われ、もう一方の走査手段が回動また
は回転されることにより垂直または水平の2次元走査が
行われる。
The light beam emitted from the light source is horizontally or vertically scanned one-dimensionally by rotating or rotating a scanning means having two reflective surfaces, and the other scanning means is rotated or rotated. Vertical or horizontal two-dimensional scanning is performed.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の一実施例による構成を示す斜視図であ
り、3次元の各方向は同図の(x、 yZ)座標に示さ
れる各方向により決定される。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration according to an embodiment of the present invention, and each three-dimensional direction is determined by each direction indicated by the (x, yZ) coordinates in the same figure.

光源11は例えば発光ダイオードから構成され、光源1
1からの発光光束は投光レンズ12により被測定物13
上に集光される。また、走査ミラーM およびガルバノ
メーター4は水平走査手段を■ 構成している。平板状の両面ミラーからなる走査ミラー
M1は、ガルバノメーター4の回転軸に固定されており
、この回転軸の回動と共に図の矢印の方向に回動される
。この回転軸は被測定物方向であるZ軸方向に一致して
おり、この回動により投光レンズ]2からの照射光束は
被41す定物13上において水平に走査される。
The light source 11 is composed of, for example, a light emitting diode.
The luminous flux emitted from
The light is focused on the top. Further, the scanning mirror M and the galvanometer 4 constitute horizontal scanning means. The scanning mirror M1, which is a flat double-sided mirror, is fixed to the rotating shaft of the galvanometer 4, and is rotated in the direction of the arrow in the figure as the rotating shaft rotates. This rotation axis coincides with the Z-axis direction, which is the direction of the object to be measured, and due to this rotation, the irradiated light beam from the projecting lens 2 is horizontally scanned over the object 13 to be measured.

また、投光レンズ]2からの照射光束は走査ミラーM 
て反射されて固定ミラーM2により偏向され、走査ミラ
ーM3に入射される。走査ミラM3はガルバノメーター
5と共に垂直走査手段を構成している。平板状のミラー
からなる走査ミラM3はガルバノメーター5の回転軸に
固定されており、この回転軸の回動と共に図の矢印に示
す方向に回動される。この回転軸はZ軸に直交する水平
なX軸方向に一致しており、この回動により固定ミラー
M からの照射光束は走査ミラーM3に反射されて被測
定物13上において垂直に走査される。
In addition, the irradiation light flux from the light projection lens] 2 is transmitted to the scanning mirror M
The light is reflected by the fixed mirror M2, and is incident on the scanning mirror M3. The scanning mirror M3 and the galvanometer 5 constitute vertical scanning means. The scanning mirror M3, which is a flat mirror, is fixed to the rotating shaft of the galvanometer 5, and is rotated in the direction shown by the arrow in the figure as the rotating shaft rotates. This rotation axis coincides with the horizontal X-axis direction perpendicular to the Z-axis, and due to this rotation, the irradiated light beam from the fixed mirror M is reflected by the scanning mirror M3 and is vertically scanned on the object to be measured 13. .

被測定物1.3からの反射光束は走査ミラーM3で反a
dされ、固定ミラーM4によって偏向される。
The reflected light beam from the object to be measured 1.3 is reflected by the scanning mirror M3.
d and is deflected by fixed mirror M4.

固定ミラーM4はZ軸を中心にして固定ミラM2に対し
て対称に配置されており、偏向された反射光束はさらに
走査ミラーM、によって反射されて受光レンズ]6に入
射される。この受光レンズ]6は走査ミラーM1からの
反射光束を集光し、位置検出用受光素子17の受光面上
に反則光束を照射する。
The fixed mirror M4 is arranged symmetrically with respect to the fixed mirror M2 with respect to the Z-axis, and the deflected reflected light beam is further reflected by the scanning mirror M and is incident on the light receiving lens]6. This light-receiving lens] 6 condenses the reflected light beam from the scanning mirror M1, and irradiates the light-receiving surface of the position detection light-receiving element 17 with a repulsive light beam.

位置検出用受光素子17には図示しない演算手段が接続
されており、被測定物1Bまでの距離が変化すると、位
置検出用受光素子17の受光面上における反射光束の集
光位置は、この距離の変化量に比例して変化する。そし
てこの変化量に比例した光出力電流は演算手段に与えら
れ、演算手段はこの出力信号に基づいてZ軸方向の被測
定物13までの距[(L)を演算する。また、走査ミラ
ーM3から被測定物]3上に照射される光束のX軸、Y
軸にχ・jする走査角(θ 、θ )は、ガχ    
  y ルハノメータ14.15への走査信号から知ることが出
来、この走査角と被Δ1り定物]3までの距離(L)と
から3次元の位置認識が可能になる。
A calculation means (not shown) is connected to the position detection light receiving element 17, and when the distance to the object 1B changes, the convergence position of the reflected light beam on the light receiving surface of the position detection light receiving element 17 changes from this distance. changes in proportion to the amount of change. Then, the optical output current proportional to this amount of change is given to the calculation means, and the calculation means calculates the distance [(L) to the object to be measured 13 in the Z-axis direction based on this output signal. In addition, the X-axis and Y-axis of the light beam irradiated from the scanning mirror M3 onto the object to be measured]3
The scanning angle (θ , θ ) of χ・j about the axis is χ
It can be determined from the scanning signal sent to the y Luhanometer 14.15, and three-dimensional position recognition is possible from this scanning angle and the distance (L) to the object Δ1.

第2図は位置検出用受光素子17に使用される一般的な
半導体装置検出器の構成図である。この半導体装置検出
器としては、例えば浜松ホトニクス株式会ン1製の型名
かS 1545の1次元用の半導体装置検出器が有り、
以下、この半導体装置検出器を用いた場合について説明
する。
FIG. 2 is a configuration diagram of a general semiconductor device detector used as the position detection light receiving element 17. As this semiconductor device detector, for example, there is a one-dimensional semiconductor device detector manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd. with the model number S 1545,
A case in which this semiconductor device detector is used will be described below.

半導体装置検出器25は、n+型型半体体層27、高抵
抗n型半導体層28と、抵抗率が均一なp型土導体層2
9とか順次に積層されることにより形成されている。n
型半導体層28およびp型土導体層2つはホトダイオー
ドを構成している。
The semiconductor device detector 25 includes an n+ type half layer 27, a high resistance n type semiconductor layer 28, and a p type soil conductor layer 2 with uniform resistivity.
9 is formed by sequentially stacking layers. n
The type semiconductor layer 28 and the two p-type soil conductor layers constitute a photodiode.

また、n+型型半体体層27はホトダイオードに逆バイ
アスの電圧を印加するための共通電極30が設けられて
おり、p型土導体層2つの両端部には一対の電極31.
32が設けられている。
Further, the n+ type half body layer 27 is provided with a common electrode 30 for applying a reverse bias voltage to the photodiode, and a pair of electrodes 31.
32 are provided.

この半導体装置検出器25の共通電極30に所定の電圧
を印加し、位置SPのところに光点が入射したとすると
、位置SPの下方のpn接合部には電子−正孔対か生じ
、これにより光点の入射エネルギーに比例した光電流1
oが共通電極30からp型土導体層2つに向かって流れ
る。
When a predetermined voltage is applied to the common electrode 30 of the semiconductor device detector 25 and a light spot is incident on the position SP, an electron-hole pair is generated at the pn junction below the position SP. The photocurrent 1 proportional to the incident energy of the light spot is
o flows from the common electrode 30 toward the two p-type soil conductor layers.

ここで、電極31.32間の距離を01その間のp型土
導体層2つの抵抗をR6とじ、光点入射位置SPと電極
32との間の距離をxlその間のp型土導体層2つの抵
抗をRとすると、光電流1oは光点入射位置SPの所で
抵抗分割される。
Here, the distance between the electrodes 31 and 32 is 01, the resistance of the two p-type soil conductor layers between them is R6, and the distance between the light spot incident position SP and the electrode 32 is xl. Assuming that the resistance is R, the photocurrent 1o is resistance-divided at the light spot incident position SP.

すなわち、電極3]への電流IAおよび電極32への電
流IBは、それぞれ次式に示される。
That is, the current IA to the electrode 3 and the current IB to the electrode 32 are respectively expressed by the following equations.

I  =I    [R/Ro] A      Ox l  =I    [(RR)、/Rc] ・・・(2
)B      OCX また、前述のように、p型土導体層29の抵抗率は均一
に分布しているので、この(2)式は以下のように変形
される。
I = I [R/Ro] A Ox l = I [(RR), /Rc] ... (2
)B OCX Furthermore, as described above, since the resistivity of the p-type soil conductor layer 29 is uniformly distributed, this equation (2) can be transformed as follows.

■ −I −X/C O 1=I    [(C−x)/C]    ・・ (3
)(3)式かられかるように、電流1  、I  をA
   I( 電極31.32から取出し、所定の演算手段によって所
定のアナログ演算処理が施されることにより、電極32
から光点入射位置SPまでの距離Xを求めることができ
る。
■ -I -X/C O 1=I [(C-x)/C] ... (3
) As can be seen from equation (3), the current 1, I is A
I ( taken out from the electrodes 31 and 32 and subjected to a predetermined analog calculation process by a predetermined calculation means, the electrode 32
The distance X from to the light spot incident position SP can be determined.

第3図は上記構成をした3次元位置認識装置における照
射光束の走査方法を説明するための原理図である。なお
、図面の簡略化のため、走査ミラM3とガルバノメータ
ー5からなる垂直走査手段は図から省いである。
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of scanning the irradiation light beam in the three-dimensional position recognition device configured as described above. Note that, to simplify the drawing, the vertical scanning means consisting of the scanning mirror M3 and the galvanometer 5 is omitted from the drawing.

光源11から発光された照射光束は被測定物]3上に集
光されるのであるが、実線で示される位置に走査ミラー
M1が在る場合には、光源11から発光された照射光束
は実線で示される光路をたどって走査ミラーM1で反射
される。さらに、光束は実線の光路をたどって固定ミラ
ーM2で反射された後、被lpJ宝物13上の照射位置
s1をスポット光の形で照射する。また、被測定物13
からの反射光は実線の光路をたどって固定ミラーM4で
反射された後、さらに走査ミラーM、で反射され、受光
レンズ16により位置検出用受光素子17の受光面上に
集光される。
The irradiation light flux emitted from the light source 11 is focused on the object to be measured]3, but when the scanning mirror M1 is located at the position indicated by the solid line, the irradiation light flux emitted from the light source 11 is focused on the object to be measured. It follows the optical path shown by and is reflected by the scanning mirror M1. Further, the light flux follows the optical path of the solid line and is reflected by the fixed mirror M2, and then irradiates the irradiation position s1 on the target lpJ treasure 13 in the form of a spot light. In addition, the object to be measured 13
The reflected light follows the solid line optical path and is reflected by the fixed mirror M4, then further reflected by the scanning mirror M, and is focused by the light receiving lens 16 onto the light receiving surface of the position detecting light receiving element 17.

ここで、走査ミラーM1が回動して2点鎖線で示される
M ′の位置になると、光源11から発光された照射光
束は2点鎖線で示される光路をたどって走査ミラーM1
で反射される。さらに、光束は2点鎖線の光路をたどっ
て固定ミラーM2で反射された後、被測定物13上の照
射位置s2をスポット光の形で照射する。照射位置S2
からの反射光は2点鎖線の光路をたどって固定ミラーM
 で反射され、さらに、走査ミラーM ′で反射された
後、受光レンズ]6により位置検出用受光素子17の受
光面上に照射される。
Here, when the scanning mirror M1 rotates to the position M' shown by the two-dot chain line, the irradiation light beam emitted from the light source 11 follows the optical path shown by the two-dot chain line and reaches the scanning mirror M1.
reflected. Further, the light beam follows the optical path indicated by the two-dot chain line and is reflected by the fixed mirror M2, and then irradiates the irradiation position s2 on the object to be measured 13 in the form of a spot light. Irradiation position S2
The reflected light from the fixed mirror M follows the optical path indicated by the two-dot chain line.
After being reflected by the scanning mirror M', the light is irradiated onto the light-receiving surface of the position detection light-receiving element 17 by the light-receiving lens]6.

このように本走査方法によれば、照射光束を被a1す宝
物]3上において照射IM、置S から82まで偏向さ
せても、被iuす宝物]3までの距離が一定であれば、
位置検出用受光素子17の受光面上に集光される照射光
束の集光位置は変化しない。
In this way, according to the present scanning method, even if the irradiation light beam is deflected from the irradiation IM, position S to 82 on the target treasure [a1]3, if the distance to the target treasure]3 is constant,
The condensing position of the irradiation light beam condensed onto the light-receiving surface of the position detection light-receiving element 17 does not change.

第4図は、上記構成の3次元位置認識装置を用いた光学
系における距離検出の原理を説明するための図であり、
第1図に示された装置を(X、Z)平面上から見た図で
ある。なお、図面を簡略化するため、走査ミラーM3と
ガルバノメーター5からなる垂直走査手段は図から省い
である。また、被測定物13か基■距離り。にあるとき
、位置検出用受光素子17の受光面に集光される照射光
束の集光位置は、位置検出用受光素子17の電気的中心
位置、つまり、得られる2つの光電流IA] 1 ’ +3の各値が等しくなる入射位置に合致するように
設定しである。
FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of distance detection in an optical system using the three-dimensional position recognition device configured as described above,
FIG. 2 is a view of the device shown in FIG. 1 viewed from the (X, Z) plane. Note that, in order to simplify the drawing, the vertical scanning means consisting of the scanning mirror M3 and the galvanometer 5 is omitted from the drawing. In addition, there are 13 objects to be measured. , the convergence position of the irradiation light beam focused on the light receiving surface of the position detection light receiving element 17 is the electrical center position of the position detecting light receiving element 17, that is, the two obtained photocurrents IA] 1 ' It is set to match the incident position where each value of +3 is equal.

ここで、被δ1り宝物]3がΔL移動し、2点鎖線で示
される位置13′に来た時、被測定物13からの反射光
は2点鎖線で示される光路をたどって固定ミラーM4で
反射され、さらに、走査ミラM で反射される。走査ミ
ラーM1で反射された光束は、受光レンズ16により位
置検出用受光素子]7の受光面上において電気的中心位
置からΔXすれた位置に集光される。また、三角測量の
原理において、投光レンズ12および受光レンズ]6の
位置は、走査ミラーM  、M  によって点線で示さ
れるレンズ12′、16’の位置と等価になる。このた
め、三角測量における基線長Bは等価位置にある各レン
ズ12’、16’の光軸間の距離に相当する。
Here, when the object δ1 [treasure] 3 moves by ΔL and reaches the position 13' shown by the two-dot chain line, the reflected light from the object to be measured 13 follows the optical path shown by the two-dot chain line to the fixed mirror M4. It is further reflected by the scanning mirror M. The light beam reflected by the scanning mirror M1 is focused by the light-receiving lens 16 on the light-receiving surface of the position-detecting light-receiving element 7 at a position ΔX away from the electrical center position. Further, in the principle of triangulation, the positions of the light projecting lens 12 and the light receiving lens ]6 are equivalent to the positions of the lenses 12' and 16' indicated by dotted lines by the scanning mirrors M 1 and M 2 . Therefore, the base line length B in triangulation corresponds to the distance between the optical axes of the lenses 12' and 16' at equivalent positions.

受光レンズ16と位置検出用受光素子]7の受光部との
間隔をfとすると前述した(1)式(X=f’−B/L
)が成り立ち、距離の変位量ΔLと位置検出用受光索子
]7の受光面上における集光位置の変位量ΔXとの間に
は、以下の(4)式が成り立つ。
If the distance between the light-receiving lens 16 and the light-receiving part of the position detection light-receiving element 7 is f, then the above equation (1) (X=f'-B/L
) holds true, and the following equation (4) holds true between the displacement amount ΔL of the distance and the displacement amount ΔX of the light condensing position on the light receiving surface of the position detection light receiving probe]7.

Δx=f−B・ +1/ (Lo−八L)]/L ) 
  ・・・(4) 位置検出用受光素子]7の受光面上における変位量ΔX
は、得られる信号光電流I  、I  に基B づいて所定のアナログ演算が実行されることにより求め
られる。そして、求められたΔXにより、ΔL移動した
後の被A+++宝物コ3′までの距離り。
Δx=f-B・+1/(Lo-8L)]/L)
...(4) Displacement amount ΔX on the light-receiving surface of position detection light-receiving element] 7
is determined by performing a predetermined analog calculation based on the obtained signal photocurrents I and I. Then, using the obtained ΔX, the distance to the target A+++ treasure 3' after moving by ΔL.

ΔLが(4)式から求められる。ΔL is obtained from equation (4).

従って、被測定物13上に集光された光束の照射点を表
す3次元位置データ(X、Y、Z)は、2つの偏向角θ
 、θ から、以下の(5)〜X       3/ (7)式を用いて求めることができる。
Therefore, the three-dimensional position data (X, Y, Z) representing the irradiation point of the light beam focused on the object to be measured 13 is determined by the two deflection angles θ.
, θ, using the following equations (5) to X 3/ (7).

Z=L           ・・・(5)Y=L−t
anθ、     −(6)X=L−tanθ、   
   ・’(7)このように本実施例によれば、光源1
1から照射される光束は、水平走査手段を構成する走査
ミラーM、が回動されることにより被測定物13」ニに
おいて水平走査、つまりX軸方向に走査される。
Z=L...(5) Y=L-t
anθ, −(6)X=L−tanθ,
・'(7) As described above, according to this embodiment, the light source 1
The light flux irradiated from the object 13'' is horizontally scanned, that is, scanned in the X-axis direction, by rotating the scanning mirror M constituting the horizontal scanning means.

さらに、垂直走査手段を構成する走査ミラーM3が回動
されることにより照射光束は被測定物13上において垂
直走査、つまりY軸方向に走査される。この結果、上記
実施例による装置は、動的な被測定物を対象にする3次
元位置認識にも適用することが可能になる。
Further, by rotating the scanning mirror M3 constituting the vertical scanning means, the irradiation light beam is vertically scanned on the object to be measured 13, that is, scanned in the Y-axis direction. As a result, the apparatus according to the above embodiment can be applied to three-dimensional position recognition of a dynamic object to be measured.

また、位置検出用受光索子17上における照射光束の集
光位置は、被測定物13までの距離が変化した時にのみ
、この距離の変化量に対応して移動する。このため、位
置検出検出用受光素子17の受光面積は最少の面積に抑
制することが可能になり、提供される装置は小形化され
、かつ、安価になる。
Further, the condensing position of the irradiation light beam on the position detection light receiving cable 17 moves only when the distance to the object to be measured 13 changes, corresponding to the amount of change in this distance. Therefore, the light-receiving area of the position detection light-receiving element 17 can be suppressed to the minimum area, and the provided device can be made smaller and less expensive.

第5図は本発明の他の一実施例による3次元位置認識装
置の構成を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of a three-dimensional position recognition device according to another embodiment of the present invention.

光源4]から発せられた光束は投光レンズ42により被
at++宝物43上に集光される。照射光束は直角プリ
ズム型の多面ミラーM5の一面で反射されて偏向し、走
査ミラーM6に入射される。走査ミラーM6はガルバノ
メータ44と共に垂直走査手段を構成している。走査ミ
ラーM6はガルバノメータ44の回転軸に固定されてお
り、この回転軸は被測定物方向であるZ軸方向に直交す
る水平なX軸方向に配置されている。そして、この回転
軸が図の矢印に示される方向に回動されることにより、
走査ミラーM6に入射された光束は被測定物43上にお
いて垂直に走査される。
The light beam emitted from the light source 4 is focused onto the at++ treasure 43 by the projection lens 42. The irradiation light beam is reflected by one surface of a rectangular prism-type polygonal mirror M5, is deflected, and is incident on a scanning mirror M6. The scanning mirror M6 and the galvanometer 44 constitute vertical scanning means. The scanning mirror M6 is fixed to the rotation axis of the galvanometer 44, and this rotation axis is arranged in the horizontal X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction, which is the direction of the object to be measured. Then, by rotating this rotating shaft in the direction shown by the arrow in the figure,
The light flux incident on the scanning mirror M6 is vertically scanned on the object to be measured 43.

走査ミラーM6て反射された光束はポリゴンミラーM7
に入射される。ポリゴンミラーM7およびザーボモータ
45は水平走査手段を構成している。ポリゴンミラーM
7はザーボモータ45の回転軸に固定されており、この
回転軸は垂直方向であるY軸方向に配置されている。そ
して、この回転軸が図の矢印に示される方向に回転され
ることにより、ポリゴンミラーM7に入射された光束は
被測定物43上において水平に走査される。ポリゴンミ
ラーM7で反射された光束は平板状の固定ミラーである
ビームスプリッタM8に入射され、被d1す足動43上
へ反射される。また、このビームスプリッタM8は僅か
な光束を透過させ、この後方に配置された図示しない受
光レンズにより集光される。さらに、集光された光束は
図示しない位置検出用受光素子に照射され、この位置検
出用受光素子に接続された図示しない演算手段により、
被測定物43へ照射される光束のX軸、Y軸に対する偏
角(θ 、θ )が求められる。
The light beam reflected by the scanning mirror M6 is transferred to the polygon mirror M7.
is incident on the The polygon mirror M7 and the servo motor 45 constitute horizontal scanning means. Polygon mirror M
7 is fixed to a rotating shaft of a servo motor 45, and this rotating shaft is arranged in the vertical Y-axis direction. Then, by rotating this rotation axis in the direction shown by the arrow in the figure, the light beam incident on the polygon mirror M7 is horizontally scanned on the object to be measured 43. The light beam reflected by the polygon mirror M7 is incident on the beam splitter M8, which is a flat fixed mirror, and is reflected onto the subject d1 of foot movement 43. Further, this beam splitter M8 transmits a small amount of light flux, and the light is condensed by a light receiving lens (not shown) disposed behind the beam splitter M8. Furthermore, the focused light flux is irradiated onto a position detection light receiving element (not shown), and a calculation means (not shown) connected to this position detection light receiving element
The deviation angles (θ 2 , θ 2 ) of the light beam irradiated onto the object to be measured 43 with respect to the X-axis and Y-axis are determined.

y 被測定物43からの反射光束は全反射ミラーである固定
ミラーM9に反射されて偏向され、再びポリゴンミラー
M7に入射される。固定ミラーM はZ軸を中心にして
ビームスプリッタM8に対して対称に配置されている。
y The reflected light beam from the object to be measured 43 is reflected by a fixed mirror M9, which is a total reflection mirror, and is deflected, and then enters the polygon mirror M7 again. The fixed mirror M is arranged symmetrically about the Z-axis with respect to the beam splitter M8.

ポリゴンミラーM に入射された光束は走査ミラーM6
に反射され、走査ミラーM6によって反射された光束は
多面ミラーM5により偏向される。偏向された光束は受
光レンズ46により集光されて位置検出用受光素子47
の受光面上に照射される。この位置検出用受光素子47
は前述した実施例と同様な第2図に示される半導体装置
検出器から構成されている。位置検出用受光素子47は
図示しない演算手] 6 段に接続されており、この位置検出用受光素子47から
出力される光出力電流に基づき、演算手段は被ΔIII
宝物43までの距離(L)を演算する。
The light beam incident on the polygon mirror M is sent to the scanning mirror M6.
The light beam reflected by the scanning mirror M6 is deflected by the polygonal mirror M5. The deflected light beam is condensed by a light receiving lens 46 and sent to a position detecting light receiving element 47.
The light is irradiated onto the light-receiving surface of the This position detection light receiving element 47
consists of the semiconductor device detector shown in FIG. 2, which is similar to the previously described embodiment. The light-receiving element 47 for position detection is connected to a calculation means (not shown) in 6 stages, and based on the optical output current output from the light-reception element 47 for position detection, the calculation means calculates the
Calculate the distance (L) to treasure 43.

そして、上述した偏角(θ 、θ )とこの距離y (L)とから(x、y、z)の3次元位置認識か行われ
る。
Then, three-dimensional position recognition of (x, y, z) is performed from the above-mentioned declination angles (θ 2 , θ 2 ) and this distance y (L).

第6図は上記構成の3次元位置認識装置における走査方
法の原理を示す図である。なお、図面の簡略化のため、
走査ミラーM6およびガルバノメタ44から構成される
垂直走査手段並びに多面ミラーM5は図から省略しであ
る。
FIG. 6 is a diagram showing the principle of the scanning method in the three-dimensional position recognition device having the above configuration. In addition, to simplify the drawing,
Vertical scanning means composed of a scanning mirror M6 and a galvanometer 44 and a polygonal mirror M5 are omitted from the figure.

ポリゴンミラーM7は図の矢印に示される方向に高速で
回転されており、前述した実施例における平板ミラーを
ガルバノメータで振る装置よりも照射光束の走査は高速
化されている。光源41からの光束は投光レンズ42に
より集光され、ポリゴンミラーM7に入射される。ポリ
ゴンミラM7に入射された照射光束はビームスプリッタ
M8により偏向され、被測定物43上に照射される。ま
た、ビームスプリッタM8に入射された光束の一部は作
かに透過され、ビームスプリッタM8の後方に配置され
た受光レンズ48によって位置検出用受光索子49上に
集光される。この位置検出用受光索子49は、位置検出
用受光素子47の一次元検出用と異なり、二次元検出用
の半導体装置検出器から構成されている。
The polygon mirror M7 is rotated at high speed in the direction shown by the arrow in the figure, and the scanning of the irradiation light beam is faster than in the device of the above-described embodiment in which the flat mirror is shaken by a galvanometer. The light beam from the light source 41 is condensed by the projection lens 42, and is incident on the polygon mirror M7. The irradiation light beam incident on the polygon mirror M7 is deflected by the beam splitter M8, and is irradiated onto the object to be measured 43. Further, a part of the light beam incident on the beam splitter M8 is transmitted through the beam splitter M8, and is focused onto the position detection light receiving cable 49 by the light receiving lens 48 arranged behind the beam splitter M8. The position detection light receiving element 49 is composed of a semiconductor device detector for two-dimensional detection, unlike the one-dimensional detection of the position detection light-receiving element 47.

被1Jlll定物43からの反射光束は固定ミラーM9
によって偏向され、ポリゴンミラーM7に入射されて反
射される。反射された光束は受光レンズ46に入a・J
され、集光されて位置検出用受光素子47上に照射され
る。本実施例における光源41からの照fAJ光束の走
査方法においても、前述した実施例と同様に、被測定物
43までの距離が変化しない場合には、照射光束が水平
および垂直走査されても位置検出用受光索子47上に集
光される照η・j光束の集光位置は変化しない。
The reflected light flux from the fixed object 43 is fixed mirror M9.
The beam is deflected by the polygon mirror M7, and is reflected by the polygon mirror M7. The reflected light flux enters the light receiving lens 46 a.
The light is focused and irradiated onto the position detection light receiving element 47. In the method of scanning the illumination fAJ light flux from the light source 41 in this embodiment, as in the embodiment described above, if the distance to the object to be measured 43 does not change, even if the illumination light flux is horizontally and vertically scanned, the position The condensing position of the illumination η·j beam condensed onto the detection light-receiving cable 47 does not change.

また、被測定物43までの距離検出方法も、前述した実
施例とほぼ同様である。つまり、位置検出用受光索子4
7上に集光される照射光束の変位量ΔXを光出力電流1
  、I  から演算し、前述B の(4)式から被測定物43までの距離(L)を求める
ことにより行われる。従って、本実施例においても、被
測定物43上に集光された光束の照射点を表す3次元位
置データ(X、Y、Z)は、2つの偏角(θ 、θ )
および距1iiIll(L)に基y づいて前述の(5)〜(7)式の演算を行うことにより
求めることか出来る。
Furthermore, the method for detecting the distance to the object to be measured 43 is also substantially the same as in the embodiment described above. In other words, the position detection light receiving cable 4
The amount of displacement ΔX of the irradiation light beam focused on 7 is expressed as the optical output current 1
, I and calculate the distance (L) to the object to be measured 43 from equation (4) of B mentioned above. Therefore, in this embodiment as well, the three-dimensional position data (X, Y, Z) representing the irradiation point of the light beam focused on the object to be measured 43 has two deviation angles (θ , θ ).
It can be obtained by calculating the above-mentioned equations (5) to (7) based on the distance 1iiIll(L) and y.

このように本実施例においても、光源4]から照fAJ
される光束は、垂直走査手段を構成するミラMeが回動
されることにより被測定物43上において垂直走査、つ
まりY軸方向に走査される。
In this way, also in this embodiment, the light fAJ is emitted from the light source 4].
The light flux is vertically scanned, that is, scanned in the Y-axis direction, on the object to be measured 43 by rotating the mirror Me that constitutes the vertical scanning means.

さらに、水平走査手段を構成するポリゴンミラM7か回
転されることにより水平走査、つまりX軸方向に走査さ
れる。この結果、本実施例による装置は、前述した実施
例と同様に、動的な被41す宝物を対象にする3次元位
置認識に適用することが1■能である。
Further, by rotating the polygon mirror M7 constituting the horizontal scanning means, horizontal scanning, that is, scanning in the X-axis direction is performed. As a result, the device according to this embodiment can be applied to three-dimensional position recognition for dynamic treasures, as in the previously described embodiments.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、光源から発せられ
た光束は、反U;t ’mを2面は有する走査子1つ 段が回動または回転されることにより水平または垂直の
1次元走査が行1)れ、もう一方の走査手段が回動また
は回転されることにより垂直または水平の2次元走査が
行われる。
As explained above, according to the present invention, the light beam emitted from the light source is transmitted in one dimension in the horizontal or vertical direction by rotating or rotating one stage of the scanner having two sides with anti-U; t'm. Scanning is performed in row 1), and vertical or horizontal two-dimensional scanning is performed by rotating or rotating the other scanning means.

このため、光源から照射される光束の走査性は高速化さ
れ、3次元位置認識に要する時間は短縮化される。この
結果、従来、3次元位置認識が困難であった動的な被測
定物をも対象にすることが可能な装置が提供されるとい
う効果を有する。
Therefore, the scanning performance of the light beam emitted from the light source is increased, and the time required for three-dimensional position recognition is shortened. As a result, there is an effect that an apparatus is provided that can target dynamic objects to be measured, for which three-dimensional position recognition has conventionally been difficult.

ある。be.

1し・・光源、]2・・投光レンズ、13・・・被測定
物、]、4.,1.5・・ガルノ1ノメータ、16・・
・受光レンズ、17・・位置検出用受光素子、MI ’
 M3・・走査ミラー、M、M4・・・一対の固定ミラ
1. Light source, ] 2. Light projection lens, 13. Object to be measured, ], 4. , 1.5... Garno 1 nometer, 16...
・Light receiving lens, 17... Light receiving element for position detection, MI'
M3...Scanning mirror, M, M4...Pair of fixed mirrors

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、光源と、この光源から発せられる光束を被測定物上
に集光する投光手段と、前記被測定物からの反射光を受
光して集光する受光手段と、この受光手段により集光さ
れた光束の集光位置を検出する位置検出用受光素子と、
この位置検出用受光素子の出力信号に基づき前記被測定
物上に集光された前記光束の照射点までの距離を演算す
る演算手段とを備えて構成される3次元位置認識装置に
おいて、 前記投光手段からの光束を水平および垂直に偏向走査す
る水平走査手段および垂直走査手段を更に備え、 この水平走査手段または垂直走査手段のうちの一方の走
査手段は、反射面を少なくとも2面は有し、回動または
回転されることにより、この2面のうちの1面により前
記投光手段からの光束を前記被測定物上に水平または垂
直に走査すると共に、他の1面により前記被測定物から
の反射光を前記受光手段に偏向する反射体から構成され
、 他方の走査手段は、前記投光手段からの光束を前記被測
定物上に垂直または水平に走査すると共に、前記被測定
物からの反射光を前記受光手段に偏向する反射体から構
成された ことを特徴とする3次元位置認識装置。 2、水平走査手段は、被測定物方向を中心にして回動自
在に設けられた平板状の両面ミラーから構成され、一方
の面により投光手段からの光束を被測定物上に水平に走
査すると共に、他方の面によりこの被測定物からの反射
光を受光手段に偏向し、 垂直走査手段は、水平方向を中心にして回動自在に設け
られた平板状のミラーから構成され、前記投光手段から
の光束を前記被測定物上に垂直に走査すると共に、前記
被測定物からの反射光を前記受光手段に偏向する ことを特徴とする請求項1記載の3次元位置認識装置。 3、水平走査手段は、垂直方向を中心にして回転自在に
設けられたポリゴンミラーから構成され、投光手段から
の光束を被測定物上に水平に走査すると共に、この被測
定物からの反射光を受光手段に偏向し、 垂直走査手段は、水平方向を中心にして回動自在に設け
られた平板状のミラーから構成され、前記投光手段から
の光束を前記被測定物上に垂直に走査すると共に、前記
被測定物からの反射光を前記受光手段に偏向する ことを特徴とする請求項1記載の3次元位置認識装置。
[Scope of Claims] 1. A light source, a light projecting means for condensing a luminous flux emitted from the light source onto an object to be measured, and a light receiving means for receiving and condensing the reflected light from the object to be measured; a position detection light receiving element that detects the focusing position of the light beam focused by the light receiving means;
A three-dimensional position recognition device comprising: a calculation means for calculating a distance to an irradiation point of the light beam focused on the object to be measured based on an output signal of the position detection light receiving element; The method further includes horizontal scanning means and vertical scanning means for deflecting and scanning the light beam from the optical means horizontally and vertically, and one of the horizontal scanning means and the vertical scanning means has at least two reflective surfaces. , is rotated or rotated, so that one of the two surfaces scans the light beam from the light projecting means horizontally or vertically on the object to be measured, and the other surface scans the object to be measured. The other scanning means vertically or horizontally scans the light beam from the light projecting means onto the object to be measured, and the other scanning means deflects the reflected light from the object to the light receiving means. A three-dimensional position recognition device comprising a reflector that deflects reflected light from the light toward the light receiving means. 2. The horizontal scanning means is composed of a flat double-sided mirror that is rotatable around the direction of the object to be measured, and uses one surface to scan the light beam from the light projecting means horizontally on the object to be measured. At the same time, the reflected light from the object to be measured is deflected to the light receiving means by the other surface, and the vertical scanning means is composed of a flat mirror rotatable about the horizontal direction, and 2. The three-dimensional position recognition device according to claim 1, wherein the light beam from the optical device vertically scans the object to be measured, and the reflected light from the object to be measured is deflected to the light receiving device. 3. The horizontal scanning means is composed of a polygon mirror that is rotatably provided around the vertical direction, and horizontally scans the object to be measured with the light beam from the light projecting means, and also scans the reflected light from the object. The vertical scanning means is composed of a flat mirror that is rotatably provided around a horizontal direction, and directs the light beam from the light projecting means onto the object to be measured perpendicularly. 2. The three-dimensional position recognition device according to claim 1, wherein the three-dimensional position recognition device scans and deflects reflected light from the object to be measured to the light receiving means.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190130454A (en) * 2018-05-14 2019-11-22 주식회사 에스오에스랩 Lidar device
US10591598B2 (en) 2018-01-08 2020-03-17 SOS Lab co., Ltd Lidar device
WO2022130779A1 (en) * 2020-12-16 2022-06-23 ソニーグループ株式会社 Optical module and ranging device
US11953626B2 (en) 2018-01-08 2024-04-09 SOS Lab co., Ltd LiDAR device

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