JPH03502605A - オプトエレクトロニクス測定装置 - 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】 本発明は、第１の物体に配置され光ビームを送出する送光装置と、第２の物体に 配置され２次元での位置に応動して測定を行なう受光装置とを備えた、２つの物 体間の相対的な位置を検出するオプトエレクトロニクス測定装置に関する。

ドイツ連邦共和国特許第３３１４０８９号にこの種のオプトエレクトロニクス測 定装置が記載されている。

その際この測定装置は、ｊｌ！１０）物体に配置されそれぞれ２次元の測定を行 ない、かつその法線により３次元の座標系を形成する位置を検出する３つの受光 装置と、第２の物体に配置され３つの光ビームを受光装置に投射する３つの送光 装置により構成されている。この測定装置は、２次元の測定を行なう少なくとも ３つの受光装置が必要である点で、経済的見地から問題があるといえる。

したがって本発明の課題は、できるだけ僅かな数の受光装置で構成することので きるオプトエレクトロニクス測定装置を提供することにある。

本発明によればこの課題は、第１の多角形の頂点を形成する複数個の送光装置が 設けられており、該送光装置の光束の軸線はそれぞれ対をなして複数個の異なる 方向ベクトルを形成するようにし、さらに前記光束の軸線が受光装置を貫通する ようにし、該受光装置上の前記光束の軸線の入射点が、受光装置内に形成される 第２の多角形の頂点であるようにしたことによって解決される。この場合、送光 装置は循環する順序でオン−オフ変調され、その時間的位置が重なり合うことの ない光ビームパルスを送出する。これにより入射点の座標、および相応の比較測 定から２つの物体間の相対的な位置の変化が、個々に順次検出される。

請求項２〜１１には本発明の実施例が記載されている。

図面には本発明の実施例が示されている。第１図は送光装置と受光装置の原理図 、第２図はジョイスティックの垂直断面図、さらに第３図は操作装置の部分的断 面図を示す。

第１図にはオプトエレクトロニクス測定装置ｌが概略的に示されている。測定装 置１は、第１の物体に配置され光ビーム２１，２２．２３を投射する例えば３つ の送光装置１１．１２．１３と、第２の物体に配置され位置を検出し２次元の測 定を行なう受光装置３とから成る。光ビーム２１．２２．２３は、例えば光学系 ２４．２５．２６により受光装置３上に集光される。

第１の物体に配置された送光装置１１．１２．１３は、第１の三角形の各頂点を 形成する。

光ビーム２１．２２．２３の軸はそれぞれ対をなして複数個の異なる方向ベクト ルを形成し、例えば３つ角度α１１α２、α３のように異なる角度でそれぞれ受 光装置３と交差している１図面の関係上、角度α２を第１図に書き入れることは できない、光ビーム２１．２２．２３の入射点３１．３２．３３は受光装置３上 に第２の三角形を形成する。３つの光ビームよりも多くの光ビームを用いると、 ２つの三角形ではなくその都度多角形が形成される。

上述の原理の測定装置を用いて以下のように測定が行なわれる。送光装置１１． １２．１３は、オン−オフ変調されそれぞれの時間長が重なり合うことのない光 ビームパルスを循環する順序で送出する。これにより３つの入射点３１．３２． ３３のそれぞれのＸ座標、ｙ座標が個別に順次検出される。ゼロあるいは基準測 定値と実測値との比から、２つの物体の相対的な位置の変化が明確に生じる。３ つの送光装置よりも多くの送光装置を使用すれば、それらの送光装置のうちその 都度３つ送光装置を用いて前述の測定を実施し、その結果を互いに比較して照合 することができる。その際、１つの値がその他の測定結果よりも著しく隔たって いる場合−これは例えば光点により形成される三角形の頂点３１．３２．３３の うち２つの光点が互いに著しく密接して位置するか、あるいは３つの光点３１． ３２．３３のすべてが１つの直線上に位置する場合に起こり得るが−には、その 値は消去される。これにより測定値の信頼度ならびに精確度が著しく高まる。

光ビーム２１．２２．２３を発生させるために、例えばレーザー、レーザーダイ オード、発光ダイオードあるいは他の光源が用いられ、それらの光ビームはライ トガイド、光学系等を通して導かれる。

第１の実施例として、第２図には多次元のジョイスティックの制御グリップ４が 示されている。この制御グリップ４は基体５およびグリップ部６から成る。基体 ５は支柱５１を介して台座５２に支承されている。

基体５の上面に３つの送光装置１１．１２．１３が設けられており、それらの光 ビーム２１，２２．２３は受光装置３上に投射される。空胴の支柱５１の中を通 って、送信用電子装置９１から送光装置１１．１２．１３への線路９２および受 光装置３から受信用電子装置９４への線路９３が導かれている。送光装置１１． １２．１３および受光装置３は弾性部材、例えばペロー６１で包まれている。同 時にこのベロー６１によって相対的な零位置が決定される。さらにベロー６１は 、防塵挨カバーおよび防水カバーとしても形成されている。

受光装置３を、象限ダイオード、マトリクスダイオード、ラテラル効果ダイオー ド、あるいはＣＯＤ受光装置とすることができる。

前述の制御グリップ４により６つの自由度で制御を行なうことができる。これは 基体５に対してグリップ部６を３次元で動かすことができ、そのためグリップ部 ６が並進運動に対する３つの自由度、および回転運動に対する３つの自由度を有 するからである。これら６つの次元は、６つあるいはそれ以下の自由度を有する 操作装置を制御するために用いられる。しかし１つの平面内における自由度だけ を用いれば、つまり並進運動のために２つの自由度を用い、回転運動のために１ つの自由度を用いれば、それによりスクリーン上でカーソルを移動させたり、あ るいはカーソルに類似した矢印を移動させたり、および／または方向転換させた りすることができる。しかもこの制御グリップの用途は、カーソルを単にスクリ ーン上で移動させるだけである“マウス”の用途よりも広いものである。

第３図には、第２の実施例として操作装置７が概略的に示されている。この場合 、固定されたグリップ部６が設けられており、このグリップ部は取り付は支持体 ６２により固定的に支承されている。グリップ部６はほぼ半球形でシャーレ状の 物体から成り、その中に受光装置３が支承されている０円形の基体５は送光装置 １１．１２．１３を支持しており、それらは光ビーム２１．２２．２３を受光装 置３に投射する。基体５はペロー６１によりグリップ部６に弾性的に支承されて いる。基体５にはフランジ５３が取り付けられている。操作装置７のブラケット には、複数個の係合部材７２を有する結合体７１が設けられており、それらの保 合部材は結合の際にフランジ５３を挟み込み、それにより装置を測定位置に動か す。

送光装置１１．１２．１３の制御は、送受信電子装置９により行なわれる。この 送受信電子装置には送信用電子装置９１が設けられており、これは線路９２を介 して送光装置１１．１２．１３と接続されていて、それらをオン−オフ調整する 。受光装置３の受信信号は、受信用線路９３を介して受信用電子装置９４へ導か れており、この受信電子装置９４は計算機インターフェースへの線路９５を介し て評価用計算機９６と接続されている。

第３図の場合には、計算機と制御ユニットとの間の線路９７を介して、算出され た値が制御ユニット９８へ導かれ、この制御ユニットは線路９９を介して操作装 置７を制御する。

参照番号リスト １　　　　　　　　測定装置 １１．１２．１３　送光装置 ２１．２２．２３　光束 ２４．２５．２６　光学系 ３　　　　　　　　受光装置 ３１．３２．３３　入射点 ４　　　　　　　　制御グリップ ５　　　　　　　　基体 ５１　　　　　　　支柱 ５２　　　　　　　台座 ５３　　　　　　　フランジ ６　　　　　　　　　グリップ部 ６２　　　　　　　取り付は支持体 ７　　　　　　　　操作装置 ７２　　　　　　　係合部材 ９　　　　　　　　送受信電子装置 ９１　　　　　　　送信用電子装置 ９２　　　　　　　送信用線路 ９３　　　　　　　受信用線路 ９４　　　　　　　受信用電子装置 ９５　　　　　　　線路／計算機インターフェース９６　　　　　　　評価計算 機 ９７　　　　　　　線路／計算機インターフェース９８　　　　　　　制御ユニ ット ９９　　　　　　　制御線路 Ｆｉｇ、１ ９日 国際調査報告 国際調査報告　　　ＥＰ　８９０゜９４゜

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．第１の物体に配置され光ビーム（２１、２２、２３）を送出する送光装置（ １１、１２、１３）と、第２の物体に配置され２次元での位置に応動して測定を 行なう受光装置（３）とを備えた、２つの物体間の相対的な位置を検出するオプ トエレクトロニクス測定装置（１）において、 第１の多角形の頂点を形成する複数個の送光装置（１１、１２、１３）が設けら れており、該送光装置の光束軸はそれぞれ対をなして複数個の異なる方向ベクト ルを形成するようにし、さらに前記光束の軸線が受光装置（３）を貫通するよう にし、該受光装置（３）上の前記光束の軸線の入射点（３１、３２、３３）が、 受光装置（３）内に形成される第２の多角形の頂点であるようにしたことを特徴 とする、２つの物体の相対的な位置を検出するオプトエレクトロニクス測定装置 。
2. ２．３つの送光装置（１１、１２、１３）と１つの受光装置（３）とを設けるよ うにした請求項１記載の測定装置。
3. ３．レーザー、レーザーダイオードまたは発光ダイオードが光ビーム（２１、２ ２、２３）の光源として設けられており、該光源の光ビームがライトガイドまた は光学系（２４、２５、２６）を介して導かれるようにした請求項１または２記 載の測定装置。
4. ４．送光装置（１１、１２、１３）と受光装置（３）とを、第１の物体（５）を 取り囲む第２の物体（６）内に配置するようにした請求項１〜３のいずれか１項 記載測定装置。
5. ５．第１の物体（５）と第２の物体（６）を弾性部材により互いに結合するよう にした請求項４記載の測定装置。
6. ６．前記弾性部材が、防塵にかつ水密に送光装置（１１、１２、１３）と受光装 置（３）とを取り囲むベロー（６１）であるようにした請求項５記載の測定装置 。
7. ７．受光装置（３）が象限ダイオード、マトリクスダイオード、またはラテラル 効果ダイオード、あるいはＣＣＤ受光装置であるようにした請求項１〜６のいず れか１項記載の測定装置。
8. ８．両方の物体のうち一方の物体（６）にハンドグリップを配置するか、または 該一方の物体をハンドグリップとして構成するようにし、さらに前記両方の物体 のうち他方の物体（５）を位置固定し両物体間相互の並進運動および／または旋 回運動を表わす信号対を受光装置（３）から発生させるようにした請求環から７ のいずれか１項記載の測定装置（第２図）。
9. ９．前記信号対を、電子データ処理スクリーン上でカーソルを移動させるために 、またはカーソルに類似した矢印を移動および／または旋回させるために用いる ようにした請求項８記載の測定装置。
10. １０．両方の物体のうち一方の物体（６）にハンドグリップを配置するか、また は該一方の物体をハンドグリップとして構成するようにし、さらに前記２つの物 体のうち他方の物体（５）を位置固定し、さらに両物体間の３次元の変位を表わ す信号対を受光装置（３）から発生させるようにした請求項１〜７のいずれか１ 項記載の測定装置。
11. １１．前記一対の信号を、操作装置（７）を遠隔制御するために用いるか、また はスクリーン上で３次元グラフィックを制御するために用いるようにした請求項 １０記載の測定装置。
12. １２．前記一方の物体（５）に、多軸の操作装置（７）の連結部（７１）の係合 部材（７２）と係合させるためのフランジ（５３）を配置するようにした請求項 １０または１１記載の測定装置（第３図）。
13. １３．受光装置（３）により発生された一対の信号を評価計算機（９６）により 補正値に換算して、操作装置（７）の多軸の制御ユニット（９７）へ導くように した請求項８〜１２のいずれか１項記載の測定装置。
14. １４．送光装置（１１、１２、１３）を循環する順序でオン−オフ変調するよう にし、その変調の時間長が重なり合うことのない光ビームパルスを送出するよう にした請求項１〜１３のいずれか１項記載の測定装置を駆動する方法。