JPH0615972B2 - Distance measuring method and device - Google Patents

Distance measuring method and device

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JPH0615972B2
JPH0615972B2 JP28895386A JP28895386A JPH0615972B2 JP H0615972 B2 JPH0615972 B2 JP H0615972B2 JP 28895386 A JP28895386 A JP 28895386A JP 28895386 A JP28895386 A JP 28895386A JP H0615972 B2 JPH0615972 B2 JP H0615972B2
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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、物点までの距離を非接触で測定する距離測
定方法及びその装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a distance measuring method and a device for measuring a distance to an object point in a non-contact manner.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

物点までの距離を光学系を用いて非接触で測定するに
は、従来第15図に示すような三角測距法が用いられて
いた。
In order to measure the distance to an object point using an optical system in a non-contact manner, a triangulation method as shown in FIG. 15 has been conventionally used.

これを簡単に説明すると、第1レンズ1と第2レンズ2
とを基線長Bだけ隔てて配置し、レーザダイオード3か
ら発するレーザ光を第1レンズ1により測距しようとす
る物体上の物点Pに照射し、物点Pからの反射光を第2
レンズ2でCCD等のイメージセンサ4上に結像させて
像点P′の光軸Oからの距離xを検出する。
To briefly explain this, the first lens 1 and the second lens 2
Are arranged at a distance of the baseline length B, the laser light emitted from the laser diode 3 is applied to the object point P on the object to be distance-measured by the first lens 1, and the reflected light from the object point P is emitted to the second point.
The lens 2 forms an image on an image sensor 4 such as a CCD to detect the distance x of the image point P ′ from the optical axis O 2 .

ここで第2レンズ2の焦点距離をfとすると、第1レン
ズ1から物点Pまでの距離Sは次式で算出される。
Here, when the focal length of the second lens 2 is f, the distance S from the first lens 1 to the object point P is calculated by the following equation.

いま、センサ4の検出精度(イメージセンサ4の受光エ
レメントのピツチを示す)をεとすると、測距精度|Δ
S|は となり、イメージセンサ4の検出精度εを一定とする
と。距離測定の精度は、第1,第2レンズ1,2間の基
線長Bと第2レンズ2の焦点距離fに比例して向上し、
物点までの距離Sの自乗に比例して悪くなる。
Now, assuming that the detection accuracy of the sensor 4 (which indicates the pitch of the light receiving element of the image sensor 4) is ε, the distance measurement accuracy | Δ
S | Then, assuming that the detection accuracy ε of the image sensor 4 is constant. The accuracy of the distance measurement is improved in proportion to the baseline length B between the first and second lenses 1 and 2 and the focal length f of the second lens 2,
It becomes worse in proportion to the square of the distance S to the object point.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、このような従来の距離測定方法にあつて
は、距離精度を向上させるには、第2レンズ2の焦点距
離fと第1,第2レンズ1,2間の基線長Bを大きくし
なければならないので距離測定装置が大きくなると共
に、物点Pまでの距離Sが遠くなると、測距精度は距離
Sの自乗に比例して急激に劣化するという問題点があつ
た。
However, in such a conventional distance measuring method, in order to improve the distance accuracy, the focal length f of the second lens 2 and the baseline length B between the first and second lenses 1 and 2 must be increased. Since the distance measuring device becomes large and the distance S to the object point P becomes long, the distance measuring accuracy deteriorates rapidly in proportion to the square of the distance S.

この発明は、このような従来の問題点を解決し得る距離
測定方法及びその装置を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a distance measuring method and an apparatus therefor capable of solving such a conventional problem.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

そのため、この発明による距離測定方法及びその装置
は、第1の発明では、第1の光軸を有する第1の光学系
と、この第1の光軸から所定距離を隔てて平行する第2
の光軸を有するテレセントリツクな第2の光学系とを、
第1の光学系の後側焦平面を第2の光学系の前側焦平面
に一致させて配置し、測距すべき物点を第1の光軸上に
位置させ、この物点の第1,第2の光学系による像点の
第2の光軸からの距離を検出し、この第2の光軸からの
距離と、第1,第2の光学系の焦点距離及び第1,第2
の光軸間の距離から物点までの距離を算出するものであ
る。
Therefore, the distance measuring method and apparatus according to the present invention are, in the first invention, the first optical system having the first optical axis and the second optical system which is parallel to the first optical system with a predetermined distance from the first optical system.
A second telecentric optical system having an optical axis of
The rear focal plane of the first optical system is arranged so as to coincide with the front focal plane of the second optical system, and the object point to be measured is located on the first optical axis. , The distance from the second optical axis of the image point by the second optical system is detected, the distance from the second optical axis, the focal lengths of the first and second optical systems, and the first and second optical systems.
The distance from the optical axis to the object point is calculated.

また、第2の発明は第1の発明を実施するための装置で
あつて、第1の光軸を有する第1の光学系と、この第1
の光軸から所定距離隔てて平行する第2の光軸を有し、
第1の光学系の後側焦平面位置に前側焦平面を一致させ
た第2の光学系と、この第2の光学系の前側焦点の周辺
に設けられ、この第2の光学系をテレセントリツクにす
る絞りと、上記第1の光軸に沿つて物点を照射する照射
手段と、上記第2の光学系の後側焦点の近傍に設けた光
電変換センサと、この光電変換センサからの出力信号を
演算処理する演算手段とを設けたものである。
A second invention is an apparatus for carrying out the first invention, which comprises a first optical system having a first optical axis and the first optical system.
Has a second optical axis parallel to the optical axis of
A second optical system whose front focal plane coincides with the rear focal plane of the first optical system, and a second optical system which is provided around the front focal point of the second optical system. Aperture, irradiation means for irradiating an object point along the first optical axis, a photoelectric conversion sensor provided in the vicinity of the rear focal point of the second optical system, and an output from this photoelectric conversion sensor. An arithmetic means for arithmetically processing the signal is provided.

ここで、焦平面とは焦点を含んで光軸に直交する平面を
意味する。
Here, the focal plane means a plane including a focal point and orthogonal to the optical axis.

〔作 用〕[Work]

上記のように構成した距離測定装置を測定すべき物点に
正対させ、第1の光軸上に物点が位置するようにする。
The distance measuring device configured as described above is faced to the object point to be measured so that the object point is located on the first optical axis.

この状態で物点の第1,第2の光学系による光電変換セ
ンサ上の像点の第2の光軸からの距離をこのセンサから
の出力信号により検出し、この値と第1,第2の光学系
の各焦点距離及び第1,第2光軸間の距離を所定の算出
式に投入して演算手段により処理することにより、物点
までの距離を知ることができる。
In this state, the distance from the second optical axis of the image point on the photoelectric conversion sensor by the first and second optical systems of the object point is detected by the output signal from this sensor, and this value and the first and second By inputting each focal length of the optical system and the distance between the first and second optical axes into a predetermined calculation formula and processing by the calculation means, the distance to the object point can be known.

〔実施例〕〔Example〕

以下、添付図面の第1図乃至第14図を参照してこの発
明の実施例を説明するが、説明を簡略化するために、以
下の光学系は曲率半径に比して厚さがきわめて薄いレン
ズ系であり、その前側主点と後側主点とは共にレンズの
中心すなわち光心に一致し、前側焦点距離は後側焦点距
離に等しいものと仮定する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 14 of the accompanying drawings. However, in order to simplify the description, the following optical system has an extremely small thickness as compared with the radius of curvature. It is assumed that the lens system is such that both the front principal point and the rear principal point thereof coincide with the center of the lens, that is, the optical center, and the front focal length is equal to the rear focal length.

第1図は、この発明による距離測定装置の光学系を示し
ている。
FIG. 1 shows an optical system of a distance measuring device according to the present invention.

1は第1の光軸Oを有して第1の光学系を構成する第
1レンズ,2は第1の光軸Oから所定距離隔てて平行
する第1の光軸Oを有して第2の光学系を構成する第
2レンズである。
1 denotes a first lens constituting the first optical system having a first optical axis O 1, 2 will have a first optical axis O 2 of parallel spaced a predetermined distance from the first optical axis O 1 And is a second lens that constitutes a second optical system.

そして、第1レンズ1の後側焦平面と第2レンズの前側
焦平面とを一致させて配置し、第2レンズ2の前側焦点
の周辺に開口径の小さい絞り5を設けて第2レンズ
2をテレセントリツクな光学系とする。
Then, the rear focal plane of the first lens 1 and the front focal plane of the second lens are arranged so as to coincide with each other, and the diaphragm 5 having a small aperture diameter is provided around the front focal point F 2 of the second lens 2. The lens 2 is a telecentric optical system.

また、第2レンズ2の後側焦点F′の近傍に第1,第
2の光軸O,Oに直交してCCD(チヤージ・カツ
プルド・デバイス)やPSD(ポジシヨン・センシテイ
ブ・デバイス)等の光電変換センサであるイメージセン
サ4を設ける。
A CCD (Charge Coupled Device) or a PSD (Position Sensitive Device) is provided in the vicinity of the rear focal point F 2 ′ of the second lens 2 perpendicular to the first and second optical axes O 1 and O 2. The image sensor 4 which is a photoelectric conversion sensor such as the above is provided.

ここで、第1レンズ1の焦点距離をf,その半径をh
、第2レンズ2の焦点距離をf,その半径をh
第1,第2の光軸O,O間の距離をR、イメージセ
ンサ4の第2の光軸Oからの長さを図で下側h′,
上側h″,全長をh、分解能をε、絞り5の径を2
r、第1,第2レンズの主点をH,Hとする。
Here, the focal length of the first lens 1 is f 1 , and its radius is h
1 , the focal length of the second lens 2 is f 2 , its radius is h 2 ,
The distance between the first and second optical axes O 1 and O 2 is R, the length of the image sensor 4 from the second optical axis O 2 is the lower side h 4 ′ in the figure,
Upper side h 4 ″, total length h 4 , resolution ε, aperture 5 diameter 2
r and the principal points of the first and second lenses are H 1 and H 2 .

今、第1の光軸O上の第1レンズ1から距離S(前側
焦点Fから距離s)にあるレーザ光で照射された物点
Pの反射光が、第1,第2レンズ1,2によつてイメー
ジセンサ4上の点P′に至る場合について考える。
Now, the reflected light of the object point P irradiated with the laser light at the distance S (distance s from the front focus F 1 ) from the first lens 1 on the first optical axis O 1 is the first and second lenses 1. , 2 to reach the point P ′ on the image sensor 4 will be considered.

この時、第2レンズ2はテレセントリツクであるので、
第2図に示すように、物点Pから第1レンズ1を経て絞
り5を通過する光束Ψは第2レンズ2によつてその主光
線Prに関して対称に進み、その像面は主光線Prとイ
メージセンサ4の交点P′に関して対称となる。
At this time, since the second lens 2 is a telecentric lens,
As shown in FIG. 2, a light flux Ψ passing from the object point P through the first lens 1 and the diaphragm 5 advances symmetrically with respect to its principal ray Pr by the second lens 2, and its image plane is the principal ray Pr. The image sensor 4 is symmetrical with respect to the intersection P '.

したがつて、イメージセンサ4としてCCDを用いた場
合、各ピクセルの出力Iは第3図に示すように中心距離
Δで最高となり、その両側で対称形を画いて次第に低下
し、その中心距離Δは Δ=Δ+(Δ+Δ)/2 で求めることができる。
Therefore, when a CCD is used as the image sensor 4, the output I of each pixel reaches its maximum at the center distance Δ as shown in FIG. 0 can be obtained by Δ 0 = Δ 1 + (Δ 1 + Δ 2 ) / 2.

なお、PSDを用いた場合は、光量分布の中心Δに対
応した出力が得られるので、そのΔの値をそのまま用
いることができる。
Note that when PSD is used, an output corresponding to the center Δ 0 of the light amount distribution is obtained, so the value of Δ 0 can be used as it is.

第4図は、第1図に示した光学系において、物点Pから
出た光線ρが第1レンズ1により屈折して第2レンズ2
の後側焦点Fを通り、さらに第2レンズ2により屈折
して第2の光軸Oに平行に進んでイメージセンサ4上
の点P′に達し、且つ、物点Pから第1レンズ1の点C
に到る光線ρが第1レンズ1の前側焦点Fを出て第1
レンズにより屈折して第2の光軸O上を進む光線ρ
に平行している場合を示している。ΔPCHとΔF
DHの相似関係から またΔFCDとΔFEHとの相似関係から (a),(b)両式から ここでS=f+Sであるので 但し、Δは図で上向きの時正とする。
FIG. 4 shows that in the optical system shown in FIG. 1, the ray ρ emitted from the object point P is refracted by the first lens 1 and the second lens 2
It passes through the rear focal point F 2 , further refracted by the second lens 2, travels in parallel to the second optical axis O 2 , reaches the point P ′ on the image sensor 4, and from the object point P to the first lens. Point C of 1
Ray ρ that reaches the first focal point F 1 of the first lens 1
Ray ρ 0 refracted by the lens and traveling on the second optical axis O 2.
Shows the case of being parallel to. ΔPCH 1 and ΔF 1
From the similarity of DH 1 Also, from the similar relationship between ΔF 2 CD and ΔF 2 EH 2 , From both formulas (a) and (b) Since S = f 1 + S here, However, Δ is positive when facing upward in the figure.

また、イメージセンサ4の検出精度(分解能)をεとす
ると、その測定精度|δS|は 第5図は、第1図に示す光学系の一部を拡大して示すも
ので、第1レンズ1による物点P(第1図参照)の像P
′の後側焦点F′からの距離をs′とすると、ニユ
ートンの公式から ss′=f (a) またΔP′F′A′とΔP′H′C′との相似
関係から 但し、C′は絞り5の上限A′を通る物点Pからの光線
が第1レンズ1に入射する入射高さとする。
When the detection accuracy (resolution) of the image sensor 4 is ε, its measurement accuracy | δS | FIG. 5 is an enlarged view of a part of the optical system shown in FIG. 1, in which an image P of an object point P (see FIG. 1) by the first lens 1 is shown.
'When, ss from the official Newtonian' distance from the 'side focal point F 1 after' 1 s = f 1 2 'and [Delta] P 1' (a) The [Delta] P 1 'F 1' A and H 1 'C' From the similarity of However, C'is the incident height at which the light ray from the object point P passing through the upper limit A'of the diaphragm 5 enters the first lens 1.

(a)式と(b)式からsを求めると この距離sは、第2レンズ2がテレセントリツクとなる
ための最大値を示すものであり、第1図に示す光学系に
より測距可能なワークエリアSは となる。
When s is obtained from the equations (a) and (b), This distance s shows the maximum value for the second lens 2 to be telecentric, and the work area S that can be measured by the optical system shown in FIG. Becomes

(c)式よりワークエリアを大きくするためには、第1の
光軸Oと第2の光軸Oとの距離Rと絞り5の半径r
を小さくし、第1レンズ1の焦点距離fとその半径h
を大きくすればよいことが分る。
In order to increase the work area from the equation (c), the distance R between the first optical axis O 1 and the second optical axis O 2 and the radius r of the diaphragm 5 are set.
And the focal length f 1 of the first lens 1 and its radius h
It turns out that 1 should be increased.

ここで、(b)式から距離s′を求めると 次に、第1図に示す光学系の後半部を示す第6図におい
て、像P′の第2レンズ2による像P′までの後側
焦点F′からの距離をs″とすると、 s′s″=f2 2 (e) であるから これに(d)式を代入すると、 また、第2レンズ2による像点P′の点P′に対す
る倍率βは であるので、像点P′から第2の光軸Oまでの距離
R′は ところで、ΔFEとΔP′JFとの相似関係
から すなわち、 であるから、(g)式のR′の値は主光線が第2レンズ2
に入射する入射高に等しくなり、P′Eは第2光軸O
に平行である。
Here, if the distance s'is obtained from the equation (b), Next, in FIG. 6 showing the latter half of the optical system shown in FIG. 1 , let s ″ be the distance from the rear focal point F 2 ′ of the image P 1 ′ to the image P 2 ′ by the second lens 2. , S ′s ″ = f 2 2 (e) Substituting equation (d) into this, Further, the magnification β of the image point P 2 ′ by the second lens 2 with respect to the point P 1 ′ is Therefore, the distance R ′ from the image point P 2 ′ to the second optical axis O 2 is By the way, from the similar relationship between ΔF 2 H 2 E and ΔP 1 ′ JF 2 , That is, Therefore, the value of R ′ in the expression (g) is such that the chief ray is the second lens 2
Equal become incident height incident on, P 2 'E second optical axis O
Parallel to 2 .

さて、次に絞り5の上限A′を通過した光線の第2レン
ズ2への入射高h′及びイメージセンサ4への入射高
′及びh″を求める。
Now, next, the incident heights h 2 ′ of the light rays that have passed through the upper limit A ′ of the diaphragm 5 to the second lens 2 and the incident heights h 4 ′ and h 4 ″ of the image sensor 4 are obtained.

ΔP′FA′とΔP′ECとの相似関係から ΔP′EとΔP′KMとの相似関係から これに(h)式を代入すると (k)式,(l)式及び(e)式より この(m)式及び(n)式を(k)を及び(l)式に代入して
(b)式を用いると また、像点P′の最大径はワークエリア最大位置にある
像点の径、すなわち2(h′−Q)である。この式に
(d)式(h)式及び(p)式を用いると、 さらに、物点Pが第1レンズ1の前側焦点Fの内側に
ある時を考えると、この場合は第7図に示すようにすべ
ての位置で第2レンズのテレセントリツク条件を満足さ
せることができ、その極限位置は第8図に示すように、
物点Pが第1レンズ1の主点Hに一致した状態であ
る。
From the similar relationship between ΔP 1 ′ F 2 A ′ and ΔP 1 ′ EC From the similar relationship between ΔP 2 ′ E and ΔP′KM Substituting equation (h) into this From equations (k), (l) and (e) Substituting equations (m) and (n) into equations (k) and (l),
Using equation (b) Further, the image point P 'maximum diameter of the diameter of the image point in the work area maximum position, i.e. 2 (h 4' is -Q). In this formula
Using the expressions (d), (h) and (p), Further, considering that the object point P is inside the front focus F 1 of the first lens 1, in this case, the telecentric condition of the second lens can be satisfied at all positions as shown in FIG. It is possible, and its extreme position is as shown in FIG.
This is a state in which the object point P coincides with the principal point H 1 of the first lens 1.

第8図において、物点Pから発した光線が絞り5の上限
A′を通つて第2レンズ2に入射高h′で点G′に入
射した後屈折して、イメージセンサ4上の点P′に達す
るものとし、第2の光軸Oから点P′までの距離をh
″とすると、ΔPG′KとΔFK′Hの相似関係
から したがつて、イメージセンサ4の全長hは(l)式及び
(r)式より、 第2レンズ2の半径hは、h′とh″の大きい
方、 h=max{h′,h″} (6) である。
In FIG. 8, the light beam emitted from the object point P passes through the upper limit A ′ of the diaphragm 5 and enters the second lens 2 at a point G ′ at an incident height h 2 ′ and then is refracted to be a point on the image sensor 4. P ′ is reached, and the distance from the second optical axis O 2 to the point P ′ is h
4 ″, from the similarity relationship between ΔPG′K and ΔF 2 K′H 2. Therefore, the total length h 4 of the image sensor 4 is expressed by the formula (l) and
From equation (r), Radius h 2 of the second lens 2, h 2 'and "larger, h 2 = max {h 2 h 2', h 2" is a} (6).

また、第8図において、 ss′=f2 2,s=f であるので s′=f (t) となる。Further, in FIG. 8, since ss '= f 2 2 and s = f 2 , s' = f 2 (t).

以上の結果をまとめると、 物点Pの第1レンズ1の主点Hからの距離Sは、 但し、Δは第1図で第2の光軸Oから上にある時正と
する。
To summarize the above results, the distance S of the object point P from the principal point H 1 of the first lens 1 is However, Δ is positive when it is above the second optical axis O 2 in FIG.

測距精度|δS|は、イメージセンサ4の分解能を
εとすると、 となつて測距精度は物点までの距離Sに拘らず一定とな
る。
When the resolution of the image sensor 4 is ε, the distance measurement accuracy | δS | Therefore, the distance measurement accuracy is constant regardless of the distance S to the object point.

物点Sの測距可能域Sは、 像点P′の最大径δφは、 このδφの値は小さい方が高精度が得られる。The distance measuring range S of the object point S is The maximum diameter δφ of the image point P ′ is Higher accuracy can be obtained if the value of δφ is smaller.

イメージセンサ4の全長hは、 第2レンズ2の半径hは、 h=max{h′,h″} (6) 但し、 ここで、さらにイメージセンサ4の有効長と分割数につ
いて考察する。
The total length h 4 of the image sensor 4 is Radius h 2 of the second lens 2, h 2 = max {h 2 ', h 2 "} (6) where, Here, the effective length and the number of divisions of the image sensor 4 will be further considered.

第8図において、物点Pが最近距離にある時の主光線に
よるイメージセンサ4の第2の光軸Oからの長さl
は、ΔFK″とΔFMHとの相似関係から また、第6図から物点Pが最遠距離にある時の第2図の
光軸Oからの長さQは(d)式及び(f)式より、 したがつて、イメージセンサ4の有効長lは イメージセンサ4の分解能がεであるから、分割数N
は、 となる。
In FIG. 8, the length l 4 from the second optical axis O 2 of the image sensor 4 by the chief ray when the object point P is at the closest distance.
Is the similarity between ΔF 2 H 2 K ″ and ΔF 2 MH 1. Further, the length Q from the optical axis O 2 in FIG. 2 when the object point P is at the farthest distance from FIG. 6 is given by the equations (d) and (f). Therefore, the effective length l of the image sensor 4 is Since the resolution of the image sensor 4 is ε, the number of divisions N
Is Becomes

前述の(3)式をこの分割数Nで割ると、 となつて(2)式を得ることができる。If the above equation (3) is divided by this number of divisions N, Then, we can obtain equation (2).

いま、分解能0.3μm、全長12mmのイメージセンサ
4を用いて像径の直径が1mmとなるような光学系を設計
するものとし、イメージセンサ4の両端における余裕を
0.2mmとすれば、イメージセンサ4の有効長lは l=12−0.7×2=10.6 したがつて分割数Nは、 N=10.6/0.0003=35333 これから色々な測定精度δSに対する測定可能範囲Sを
求めると第1表のようになる。
Now, assume that an optical system is designed to have an image diameter of 1 mm using an image sensor 4 having a resolution of 0.3 μm and a total length of 12 mm, and if the margins at both ends of the image sensor 4 are 0.2 mm, The effective length l of the sensor 4 is l = 12−0.7 × 2 = 10.6. Therefore, the number of divisions N is N = 10.6 / 0.0003 = 35333. The measurable range S for various measurement accuracy δS The result is shown in Table 1.

次に、第10図以下を参照してこの発明を適用した距離
測定装置の具体例を説明する。
Next, a specific example of the distance measuring device to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.

第10図に示すものは、第1の光軸Oを有する第1レ
ンズ1と、第1の光軸Oに平行する第2の光軸O
有する第2レンズ2とを、それぞれの光軸O,O
距離Rだけ離して設け、第1レンズ1の後側焦平面に第
2レンズ2の前側焦平面を一致させている。
What is shown in FIG. 10 includes a first lens 1 having a first optical axis O 1 and a second lens 2 having a second optical axis O 2 parallel to the first optical axis O 1. The optical axes O 1 and O 2 of are separated by a distance R, and the front focal plane of the second lens 2 is aligned with the rear focal plane of the first lens 1.

また、第2レンズ2の前側焦点の周辺に開口径の充分に
小さい絞り5を設けて第2レンズ2をテレセントリツク
な光学系とし、この第2レンズ2の後側焦点の近傍に第
1,第2の光軸O,Oに直交してCCDあるいはP
SD等のイメージセンサ4を設ける。
Further, a diaphragm 5 having a sufficiently small aperture diameter is provided around the front focal point of the second lens 2 to make the second lens 2 a telecentric optical system, and the first lens 1 is provided near the rear focal point of the second lens 2. The CCD or P is orthogonal to the second optical axes O 1 and O 2.
An image sensor 4 such as SD is provided.

さらに、レーザダイオード3の光線を被測定物に照射す
る集光レンズ6、反射鏡7,8を設けて反射鏡8により
反射したレーザ光が第1レンズ1の中心を通つて第1の
光線O上に位置する物点を照射し得るようにして物点
の照射手段としている。
Further, the condenser lens 6 for irradiating the light beam of the laser diode 3 onto the object to be measured and the reflecting mirrors 7 and 8 are provided, and the laser light reflected by the reflecting mirror 8 passes through the center of the first lens 1 and the first light beam O The object point irradiating means is configured to be capable of irradiating the object point located above 1 .

第11図に示すものは、反射鏡9で反射したレーザ光が
第1レンズ前の前方でハーフミラー10によつて第1の
光軸上にある物点を照射し得るようにし、物点からの反
射光がハーフミラー10を通つて第1レンズに入射し得
るようにしたほかは第10図と同様の構成を有してい
る。
FIG. 11 shows that the laser light reflected by the reflecting mirror 9 can illuminate an object point on the first optical axis by the half mirror 10 in front of the first lens and from the object point. It has the same configuration as that of FIG. 10 except that the reflected light of (1) can enter the first lens through the half mirror 10.

なお、上記の両実施例において、イメージセンサ4から
の出力信号は所定の演算を行う演算手段である演算部に
おいて上述の各式に従つて演算処理された後、表示部に
表示されて物点までの距離その他必要な数値を知ること
ができるが、これらの方法は公知のものであるのでのそ
説明は省略する。
In both of the above embodiments, the output signal from the image sensor 4 is displayed on the display unit after being processed according to the above-described formulas in the calculating unit which is a calculating unit for performing a predetermined calculation. Although it is possible to know the distance to and other necessary numerical values, since these methods are publicly known, description thereof will be omitted.

このような光学系と演算部及び表示部を筺体11内に収
納するとにより第12図に示すような非接触マイクロメ
ータを構成することができ、物体の厚さを被接触で測定
することができる。
By accommodating such an optical system, a calculation unit, and a display unit in the housing 11, a non-contact micrometer as shown in FIG. 12 can be configured, and the thickness of an object can be measured in contact. .

この発明による距離測定方法の応用例として、常に物点
Pを一定の距離に保つ第13図に示すような装置が考え
られる。この装置は、2分割セルからなるイメージセン
サ4を用い、第14図に示すように物点の像点P′を第
1,第2のセル4a,4b上に結像させ、各セルからの
出力V,Vの和V+Vと差|V−V|をそ
れぞれ求める。
As an application example of the distance measuring method according to the present invention, a device as shown in FIG. 13 that always keeps the object point P at a constant distance is conceivable. This device uses an image sensor 4 consisting of two-divided cells and forms an image point P'of an object point on the first and second cells 4a and 4b as shown in FIG. The sum V 1 + V 2 of the outputs V 1 and V 2 and the difference | V 1 −V 2 | are obtained respectively.

この和V+Vをコンパレータにより予め定めた出力
値Vrと比較し、差|V−V|と共にロジツク制御
し、 V+V<Vr の時は不定、すなわち 制御不能 V+V<Vr の時は |V−V|≦ε ならそのままでよく、 |V−V|>ε なら V+V の時は+方向へ物点P を移動させ、 V<V の時は−方向へ物点P を移動させる。
This sum V 1 + V 2 is compared with a predetermined output value Vr by a comparator, and is subjected to logic control together with the difference | V 1 −V 2 |, and when V 1 + V 2 <Vr, it is indefinite, that is, uncontrollable V 1 + V 2 When Vr is | V 1 −V 2 | ≦ ε, it may be left as it is, and when | V 1 −V 2 |> ε, when V 1 + V 2 , the object point P is moved in the + direction, and V 1 <V When 2 , the object point P is moved in the-direction.

但し、εは位置決め精度で決まる量である。However, ε is a quantity determined by the positioning accuracy.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べたように、この発明による距離測定方法及び装
置は第1の光軸を有する第1の光学系と、第1の光軸か
ら所定距離隔てて平行する第2の光軸を有するテレセン
トリツクな第2の光学系とを、第1の光学系の後側焦平
面を第2の光学系の全側焦平面に一致させて配置し、測
距すべき物点の第1,第2の光学系による像点の第2の
光軸からの距離を検出し、この距離と、第1,第2の光
学系の各焦点距離及び第1第2の光軸間の距離から物点
までの距離を算出するので、測定の精度は物点まで距離
に係らず、一定であり、従来の三角測距法のように距離
が遠くなれば、測距制度が襲撃に劣化するものではな
い。
As described above, the distance measuring method and apparatus according to the present invention includes the first optical system having the first optical axis and the telecentric lens having the second optical axis parallel to the first optical axis at a predetermined distance. The second optical system is arranged such that the rear focal plane of the first optical system coincides with the entire focal planes of the second optical system, and the first and second object points to be distance-measured. The distance of the image point from the second optical axis by the optical system is detected, and this distance and the focal lengths of the first and second optical systems and the distance between the first and second optical axes to the object point are detected. Since the distance is calculated, the accuracy of the measurement is constant regardless of the distance to the object point, and the distance measurement system does not deteriorate due to the attack if the distance becomes long as in the conventional triangulation method.

そのため、使用する光学系の設定如何でミクロンオーダ
からメートルオーダまでの広範囲の距離測定が可能とな
り、精度を向上させようとしても従来のように装置が極
端に大型化する恐れはない。
Therefore, it is possible to measure a wide range of distance from micron order to metric order depending on the setting of the optical system to be used, and there is no fear that the device becomes extremely large unlike the conventional case even if the accuracy is improved.

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

第1図はこの発明の一実施例の光学系を示す構成図、 第2図は第2の光学系をテレセントリツクにする絞りの
作用を示す光路図、 第3図はイメージセンサとして使用するCCDの出力を
示す線図、 第4図は第1図に示した光学系による代表的な光路を示
す光路図、 第5図は第1図に示す光学系の一部を拡大して示す光路
図、 第6図は第1図に示す光学系の後半部の光路図、 第7図は物点が第1レンズの前側焦点の内側にある場合
の光路図、 第8図は物点が第1レンズの主点に一致した場合を仮想
する光路図、 第9図はイメージセンサの一例を示す正面図、 第10図はこの発明の具体的光学系の配置例を示す説明
図、 第11図は同じくその他の配置例を示す説明図、 第12図はこの発明を適用した非接触マイクロメータを
示す斜視図、 第13図はこの発明の応用例の光学系を示す説明図、 第14図は同じくその検出回路の一例を示すブロツク
図、 第15図は従来の距離測定装置の光学系及びその光路を
示す説明図である。 1……第1レンズ(第1の光学系) 2……第2レンズ(第2の光学系) 3……レーザダイオード 4……イメージセンサ(光電変換センサ) 5……絞り、6……集光レンズ 7,8,9……反射鏡、10……ハーフミラー f……第1レンズの焦点距離 f……第2レンズの終点距離 F……第1レンズの前側焦点 F′……第1レンズの後側焦点 F……第2レンズの前側焦点 F′……第2レンズの後側焦点 O……第1の光軸、O……第2の光軸 R……第1,第2の光軸間の距離 P……物点、P′……イメージセンサ上の像点 Δ……像点P′と第2の光軸との距離
FIG. 1 is a block diagram showing an optical system of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an optical path diagram showing the action of a diaphragm which makes the second optical system a telecentric, and FIG. 3 is a CCD used as an image sensor. 4 is an optical path diagram showing a representative optical path of the optical system shown in FIG. 1, and FIG. 5 is an optical path diagram showing an enlarged part of the optical system shown in FIG. 6 is an optical path diagram of the latter half of the optical system shown in FIG. 1, FIG. 7 is an optical path diagram when the object point is inside the front focus of the first lens, and FIG. FIG. 9 is a front view showing an example of an image sensor, and FIG. 10 is an explanatory view showing an arrangement example of a concrete optical system of the present invention. Similarly, an explanatory view showing another arrangement example, FIG. 12 is a perspective view showing a non-contact micrometer to which the present invention is applied, 13 is an explanatory view showing an optical system of an application example of the present invention, FIG. 14 is a block diagram showing an example of the detection circuit of the same, and FIG. 15 is an explanatory view showing an optical system of a conventional distance measuring device and its optical path. Is. 1 ... First lens (first optical system) 2 ... Second lens (second optical system) 3 ... Laser diode 4 ... Image sensor (photoelectric conversion sensor) 5 ... Aperture, 6 ... light lens 7,8,9 ...... reflector 10 ...... half mirror f 1 ...... front focal point F 1 of the end point distance F 1 ...... first lens having a focal length f 2 ...... second lens of the first lens' ...... Rear focus of the first lens F 2 ...... Front focus of the second lens F 2 ′ ... Rear focus of the second lens O 1 …… First optical axis, O 2 …… Second optical axis R: Distance between first and second optical axes P: Object point, P '... Image point on image sensor Δ: Distance between image point P'and second optical axis

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1の光軸を有する第1の光学系と、該第
1の光軸から所定距離隔てて平行する第2の光軸を有す
るテレセントリツクな第2の光学系とを、上記第1の光
学系の後側焦平面を上記第2の光学系の前側焦平面に一
致させて配置し、測距すべき物点を上記第1の光軸上に
位置させ、該物点の上記第1,第2の光学系による像点
の上記第2の光軸からの距離を検出し、該第2の光軸か
らの距離と上記第1,第2の光学系の各焦点距離及び上
記第1,第2の光軸間の距離から、物点までの距離を算
出することを特徴とする距離測定方法。
1. A first optical system having a first optical axis, and a telecentric second optical system having a second optical axis parallel with a predetermined distance from the first optical axis. The rear focal plane of the first optical system is arranged so as to coincide with the front focal plane of the second optical system, and the object point for distance measurement is located on the first optical axis. The distance from the second optical axis of the image point by the first and second optical systems is detected, and the distance from the second optical axis and the focal lengths of the first and second optical systems are detected. And a distance measuring method which calculates a distance to an object point from the distance between the first and second optical axes.
【請求項2】第1の光軸を有する第1の光学系と、該第
1の光軸から所定距離隔てて平行する第2の光軸を有
し、上記第1の光学系の後側焦平面位置に前側焦平面を
一致させた第2の光学系と、該第2の光学系の前側焦点
の周辺に設けられ、該第2の光学系をテレセントリツク
にする絞りと、上記第1の光軸に沿つて物点を照射する
照射手段と、上記第2の光学系の後側焦点の近傍に設け
た光電変換センサと、該光電変換センサからの出力信号
を演算処理する演算手段とを設けたことを特徴とする距
離測定装置。
2. A rear side of the first optical system having a first optical system having a first optical axis and a second optical axis parallel with a predetermined distance from the first optical system. A second optical system whose front focal plane coincides with the focal plane position; and an aperture provided around the front focal point of the second optical system for making the second optical system a telecentric, Irradiation means for irradiating an object point along the optical axis of, a photoelectric conversion sensor provided in the vicinity of the rear focal point of the second optical system, and calculation means for calculating the output signal from the photoelectric conversion sensor. A distance measuring device comprising:
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