JPH0355765B2 - - Google Patents

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JPH0355765B2
JPH0355765B2 JP60245278A JP24527885A JPH0355765B2 JP H0355765 B2 JPH0355765 B2 JP H0355765B2 JP 60245278 A JP60245278 A JP 60245278A JP 24527885 A JP24527885 A JP 24527885A JP H0355765 B2 JPH0355765 B2 JP H0355765B2
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は３次元物体の光学的な検出および認識
の分野に関する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
視覚能力は、機械が周囲環境と相互作用をする
多くの応用において望まれている。視覚装置の代
表的な応用には、検査装置および産業用ロボツト
が含まれる。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、高速で対象空間（object space）の
稠密な距離マツプをつくる高速３−Ｄセンサーに
ついて記述する。センサーは、レーザビームスキ
ヤナ、デイジタル角度検出器および距離処理用電
子装置からなる。三角測量法を用いて、物体上の
稠密な点配列の各店までの距離がリアルタイムで
決定され、物体の検査と認識およびその位置の検
出に必要な物体の３−Ｄが与えられる。
〔実施例〕 本発明による装置は、物体をラスタパターンで
走査し、ラスタに沿つた点配列の各店までの距離
で物体までの距離を決定し、それをリアルタイム
で出力する。
第１図に、レーザ形式の光源１１が示される。
この光源は、適切な合焦レンズ１３，１４および
ホログラフイツクスキヤナ１５を通してビーム１
２を導き、物体１７上の点１６を照らす。レーザ
１１は、検出可能な物体の表面に小輝点をつくる
に必要な輝度をもつている。
図示されるホログラフイツクスキヤナ１５は、
複数の小面を有し、ラスタパターン１８で物体１
７上を横切つて光点を移動させるのに用いられ
る。本発明においてラスタパターンとは、線の方
向に対し直角な方向に間隔を置いた多数の平行直
線のパターンを意味する。ホログラフイツクスキ
ヤナ１５は、ビーム１２を通しながら、回折格子
２０を回転することにより光源を走査する。これ
により、回折格子２０の空間周波数をビーム１２
に対して実効的に変化させ、連続的に変化する角
度をもつて光を回折する。ビームを通しながら１
個の回折格子を回転することにより、物体上に１
本の線がつくられる。複数の線の走査は、１枚の
円板状基板上に、円形になるように多くの小面を
配列することによつて得られる。各小面は、それ
ぞれ１本の走査線をつくる単一の回折格子２０′
を含む。完全なラスタ走査は上記の円板状基板を
１回転させることによつて得られる。このとき各
小面は個別にそれぞれの走査線を作る。
心違いの位置に置かれたデイジタル角度センサ
３０は、任意の時点における物体１７上の光点１
６の位置すなわち角度を検出する。デイジタル角
度センサ３０は、像レンズ３１、円柱レンズ３２
およびデイジタル位置検出器３３からなる。円柱
レンズ３２は、検出器３３の前に置かれ、光点像
を検出器の最長寸法の方向に対して直角の光線３
４の像に変換する。図示例では、デイジタル位置
検出器３３は、第２図に示される一組の細長い検
出器上に置かれた４ビツトのバイナリマスク（例
えばグレイコード）により実現される。検出器
は、図示の４ビツトデイバスに限定されるもので
はなく、分解能を上げるために拡張することがで
きる。光点が物体上を横切るに伴い、光線は検出
器上を移動し、検出器の異なるマスク／非マスク
の組合せを選択的に照らし、角度のデイジタル表
現が得られる。各検出器は、光点の位置を表わす
デイジタル語の各ビツトに対応する。したがつ
て、角度検出は、物体１７に当たる光点像を位置
検出器３３上に結ばせることによつて行われる。
各検出器の受光部（非マスク領域）に光が存在す
ることを検出するのに、しきい値検出器３５，３
６，３７および３８が用いられる。光の存在は、
デイジタル出力語のデイジタル“１”に対応す
る。デイジタル位置検出器の出力は、電子回路４
１に接続されている。第２図に示される位置にあ
る光線３４による出力信号は、光がしきい値検出
器３５，３６にあることを示す。
この方法の利点は、次の２点である。第１に、
この角度の直接の表現は、僅かの無視可能な遅れ
（すなわち検出器の応答時間）をもつて出力に得
られる。すなわち、角度情報は素早く得られる。
第２に、光が検出されるのみでよく、光の強さす
なわちアナログ電圧値を認識する必要がない。
電子回路４１は、第３図に詳細に示されるよう
に、同期回路４２、ルツクアツプテーブル４３、
演算ロジツク（AL）４４および出力回路４５か
らなり角度情報を距離情報に変換する。距離は、
角度情報、検出器とスキヤナ間の距離ｄから、三
角関数を用いて物体上の点までの三角測量を行う
ことにより計算される。電子回路は、またスキヤ
ナの出力ポートへの同期信号をもつ。距離情報出
力は、応答に適合したフオーマツトに変換され
る。
第４図を参照してスキヤナ１５から物体１７上
の光点１６まで、および光点１６から検出器３３
までの角度情報について考える。スキヤナ１５と
検出器３３は、空間的に既知の距離ｄだけ離れて
いる。図示のＸ軸とＺ軸は紙面上にある。角度α
は、走査線がＸ軸とＺ軸とを含む平面に対しても
つ仰角である。光の走査回折は、１点をピボツト
点として光を回転するように、レーザビームを角
度θおよび角度αで走査することであるとみなさ
れる。スキヤナは、同期回路によつて同期されて
いるので、θ、αは連続的に既知である。検出器
３３は、角度γを決定する。ルツクアツプテーブ
ル４３、AL４４および出力回路４５は、ｘ、ｙ
およびｚを決定し、物体の空間における絶対位置
を決める。ｘ、ｙおよびｚを決める関係式は、次
の通りである。
ｚ＝ｄ／（tanθ＋tanγ） ｘ＝ｚ tanθ ｙ＝ｚ tanα 第５図はルツクアツプテーブル４３のブロツク
図を示す。ルツクアツプテーブル４３は、tanα
ルツクアツプテーブル５０、tanθルツクアツプテ
ーブル５１、tanγルツクアツプテーブル５２お
よび逆数ルツクアツプテーブル５３からなる。第
５図の同期回路４２は、ラツチ６０を通つてルツ
クアツプテーブル５０に接続され、またラツチ６
１を通つてルツクアツプテーブル５１に接続され
ている。tanαルツクアツプテーブル５０の出力
は、直列に接続されたラツチ６２，６３を通つて
AL４４の乗算器６４の１入力に接続されている。
ラツチ６３は、２クロツクの遅れを与えるための
ものである。tanθルツクアツプテーブル５１の出
力は、ラツチ６５、接続点６６およびラツチ６７
（２クロツクの遅れを与える）を通つてALの乗算
器６８の１入力に接続されている。接続点６６
は、またALの加算器７０の１入力に接続されて
いる。tanγルツクアツプテーブル５２は、角度
検出器３３からの入力を受ける。tanγルツクア
ツプテーブル５２の出力は、ラツチ７１によつて
加算器７０の他の入力に接続され、加算器７０の
出力は、逆数ルツクアツプテーブル５３の入力に
接続されている。逆数ルツクアツプテーブル５３
の出力は、ラツチ７２を通つて、ALの乗算器７
３の１入力に接続されている。ALの乗算器７３
の他の入力は、寸法ｄに関連するデータを受け
る。乗算器７３の出力は、ラツチ７４を通つて３
点、すなわち出力端子Ｚ、乗算器６４の第２の入
力および乗算器６８の第２の入力に、接続されて
いる。乗算器６４の出力は出力端子Ｙに接続さ
れ、乗算器６８の出力は出力端子Ｘに接続されて
いる。
この実施例では、ルツクアツプテーブルは
RAMであり、スキヤナ応用が変更されると、新
しい情報を書き込むことができる。ラツチに対す
るクロツク時間幅は、ルツクアツプテーブルおよ
び乗算器の速度（〜100ns）よりも遅くなければ
ならない。それゆえ、この構成の実施例における
スループツトは、10MHzのオーダである。毎秒
（256×256）×30フレームは、約2MHzのスループ
ツトを必要とするが、デバイスの能力範囲内に充
分入つている。より低速度の場合は、ラツチは不
要になるかも知れない。（256×256）フイールド、
10ビツトセンサを仮定すると、tanαルツクアツ
プテーブル、tanθルツクアツプテーブルは、サイ
ズが256×８であり、tanγルツクアツプテーブ
ル、逆数ルツクアツプテーブルは、サイズが1024
×10である。上述の装置は、近似の考えを導入せ
ずに設計している。プロセツサの出力はｘ、ｙお
よびｚ軸の物体上の点の位置の絶対値を与える。
しかし、応用によつては、tanθ＝θとすることに
より装置を簡単にしてもよい。
動作について説明する。先ずレーザーが連続的
に光を発する。レンズはホログラフイツクスキヤ
ナを通して物体上に光点として合焦するのに用い
られる。ホログラフイツクスキヤナは電子回路に
同期して光点を移動させる。光点１６が物体１７
上を移動するとき、角度センサ３０は物体上のそ
の点への角度γを検出する。電子回路は、測定し
た角度、既知の基線距離ｄおよび走査光の角度位
置とからその点までの距離を計算する。同期回路
は、フレームの開始と出力のための線情報の開始
を示す同期信号を出力回路に与える。
〔効果〕
この装置の使用から以下に述べる種々の利点が
得られる。多面ホログラフイツクスキヤナは、質
量が小さく、ホログラム１回転で全ラスタパター
ンを発生する。デイジタル検出器は、同様なアナ
ログ位置検出器に附随するノイズや光学ダイナミ
ツクレンジの制限がない角度のデイジタル表示が
得られる。この装置は、リアルタイムで距離デー
タを得ることが可能である。センサの出力に表現
されるデータは、絶対距離データである。距離デ
ータを得るために後処理をする必要がない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による３−Ｄアクテイブビジ
ヨンセンサ装置の概略図である。第２図は、本発
明に用いられる２進のデイジタル位置検出器の一
例を示す。第３図は、第１図に用いられる電子回
路のブロツク構成図である。第４図は、第１図の
装置において、考慮される光の発信、受信の角度
を示す。第５図は、第３図の詳細図である。 １１：光源（またはレーザ）、１２：ビーム、
１３，１４：合焦レンズ、１５：ホログラフイツ
クスキヤナ、１６：物体上の点、１７：物体、１
８：ラスタパターン、２０：回折格子、３０：デ
イジタル角度センサ、３１：像レンズ、３２：円
柱レンズ、３３：デイジタル位置検出器、３５，
３６，３７，３８：しきい値検出器、４１：電子
回路、４２：同期回路、４３：ルツクアツプテー
ブル、４４：AL（演算ロジツク）、４５：出力回
路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 光ビーム発生装置からの光ビームの光路に設
    けられ、対象物の表面を横切つてラスタ走査を行
    うように前記光ビームを回折させる走査装置と； この走査装置から一定距離ｄだけ離れて配置さ
    れた、前記対象物の表面上を走査中移動する光点
    からの反射光を受光するデジタル位置検出器を含
    んでいる受光装置であつて、前記デジタル位置検
    出器は、前記走査装置との間を結ぶ線に直交する
    基準線に対して、前記移動する光点からの反射光
    がなす角度の瞬時値γを表すデジタル信号を連続
    的に出力するものである、受光装置と； この受光装置からの前記角度の瞬時値γを表す
    デジタル信号を受ける電子回路装置とを備え； 前記走査装置は、走査それぞれの期間中におい
    て前記基準線に対して回折後の光ビームのなす角
    度θを連続的に変化させるように、かつ、前記デ
    ジタル位置検出器と前記走査装置との間を結ぶ線
    と前記基準線とを含む平面に対する仰角αを、走
    査毎に段階的に変化させるように、前記光ビーム
    を回折させ； 前記電子回路装置は、前記一定距離ｄ、前記角
    度θ、前記仰角α、前記角度の瞬時値γに基づい
    て、前記対象物の表面上を移動する光点の瞬時位
    置を、ｘ、ｙ、ｚ軸の直交座標の信号に変換する
    ことを特徴とするリアルタイム３次元アクテイブ
    ビジヨンセンサ装置。
JP60245278A 1984-11-01 1985-10-31 リアルタイム３次元アクテイブビジヨンセンサ装置 Granted JPS61110008A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US667312 1984-11-01
US06/667,312 US4593967A (en) 1984-11-01 1984-11-01 3-D active vision sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61110008A JPS61110008A (ja) 1986-05-28
JPH0355765B2 true JPH0355765B2 (ja) 1991-08-26

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JP60245278A Granted JPS61110008A (ja) 1984-11-01 1985-10-31 リアルタイム３次元アクテイブビジヨンセンサ装置

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US (1) US4593967A (ja)
EP (1) EP0181553B1 (ja)
JP (1) JPS61110008A (ja)
DE (1) DE3568634D1 (ja)

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