JPS61186805A - 三次元座標検出装置 - Google Patents
三次元座標検出装置Info
- Publication number
- JPS61186805A JPS61186805A JP2701085A JP2701085A JPS61186805A JP S61186805 A JPS61186805 A JP S61186805A JP 2701085 A JP2701085 A JP 2701085A JP 2701085 A JP2701085 A JP 2701085A JP S61186805 A JPS61186805 A JP S61186805A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light beam
- light
- dimensional
- coordinate values
- dimensional coordinate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
- G01B11/2518—Projection by scanning of the object
- G01B11/2522—Projection by scanning of the object the position of the object changing and being recorded
-
- 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
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
- G01B11/2518—Projection by scanning of the object
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
不透明かつ非鏡面を表面とする観測対象に光ビームを照
射し、光ビーム上の定点、光ビームによって観測対象の
表面に形成される光スポット、および所定の結像面上に
形成されるその光スポットの実像とによって形成される
三角形に注目し、三角測量の原理を用いて観測対象の表
面上の各点の三次元座標値を検出する装置であって、観
測対象の表面を同時に複数の光ビームによって照射し。
射し、光ビーム上の定点、光ビームによって観測対象の
表面に形成される光スポット、および所定の結像面上に
形成されるその光スポットの実像とによって形成される
三角形に注目し、三角測量の原理を用いて観測対象の表
面上の各点の三次元座標値を検出する装置であって、観
測対象の表面を同時に複数の光ビームによって照射し。
これによって形成される複数の光スポットの実像の一次
元座標値を一次元光センサアレイによって一括検出する
ことにより、観測対象の表面上の多数の点の座標値を短
時間に測定できるようにしたものである。
元座標値を一次元光センサアレイによって一括検出する
ことにより、観測対象の表面上の多数の点の座標値を短
時間に測定できるようにしたものである。
本発明は１例えば無人移動車の障害物探知器あるいはロ
ボットの目として、特に障害物の有無の探知に用いられ
る三次元座標検出装置に関するものである。
ボットの目として、特に障害物の有無の探知に用いられ
る三次元座標検出装置に関するものである。
上記用途に供される三次元座標検出装置には。
電波を利用するもの・超音波を利用するもの・光ビーム
を用いるもの等がある。
を用いるもの等がある。
これらのうち光ビームを用いるものに、障害物すなわち
観測対象に光ビームを照射し、光ビーム上の定点、光ビ
ームによって観測対象の表面に形成される光スポット、
および所定の結像面上に形成されるその光スポットの実
像とによって形成される三角形に注目し、三角測量の原
理を用いて観測対象の表面上の各点の三次元座標値を検
出するものがある。
観測対象に光ビームを照射し、光ビーム上の定点、光ビ
ームによって観測対象の表面に形成される光スポット、
および所定の結像面上に形成されるその光スポットの実
像とによって形成される三角形に注目し、三角測量の原
理を用いて観測対象の表面上の各点の三次元座標値を検
出するものがある。
前記光スポットの実像の位置に関しては、結像面上の一
次元座標値あるいは二次元座標値を利用するものがあり
、それぞれ−次元配列あるいは二次元配列の例えば電荷
結合素子（ＣＣＤ）等の光センサアレイが用いられる。
次元座標値あるいは二次元座標値を利用するものがあり
、それぞれ−次元配列あるいは二次元配列の例えば電荷
結合素子（ＣＣＤ）等の光センサアレイが用いられる。
しかし一般に二次元配列の光センサアレイでは５００
Ｘ ５００要素のものが最大であるのに対し、−次元配
列のものは５０００要素のものが利用できるため高い分
解能が得られ、しかも１要素当たりの読取り速度が高い
ので、−次元配列の光セン号アレイがよく用いられる。
Ｘ ５００要素のものが最大であるのに対し、−次元配
列のものは５０００要素のものが利用できるため高い分
解能が得られ、しかも１要素当たりの読取り速度が高い
ので、−次元配列の光セン号アレイがよく用いられる。
いずれにしても分解能を上げるためには観測対象上の二
次元的な多数の点について座標値を求める必要があるの
で、この際、座標値検出速度を高める必要がある。
次元的な多数の点について座標値を求める必要があるの
で、この際、座標値検出速度を高める必要がある。
第２図は三次元座標値検出装置の従来例の構成を示す図
であり２図において。
であり２図において。
１はＸＹＺ三次元直交座標系のＸ軸に平行する方向に光
ビームを発生する光ビーム発生源。
ビームを発生する光ビーム発生源。
２ａと２ｂは光ビーム発生ｉｆ！ｔｌが発生した光ビー
ムを所望の方向に偏向させる光ビーム偏向機構２の構成
要素であり、 ２ａは前記三次元直交座標系のＺ軸に平
行な軸に関して回転し、光ビーム発生源１から射出され
た光ビームを反射する第一の反射鏡。
ムを所望の方向に偏向させる光ビーム偏向機構２の構成
要素であり、 ２ａは前記三次元直交座標系のＺ軸に平
行な軸に関して回転し、光ビーム発生源１から射出され
た光ビームを反射する第一の反射鏡。
また２ｂは同じくＸ軸に平行な軸に関して回転し。
第一の反射鏡によって反射された光ビームを反射する第
二の反射鏡である。
二の反射鏡である。
３は観測対象であり、４は、第二の反射鏡２ｂの中心か
らＸ軸方向に一定距離ｄを隔て且つ軸をＹ軸に平行に設
けられ、観測対象３の像を所定の結像面５に集光する円
柱レンズである。
らＸ軸方向に一定距離ｄを隔て且つ軸をＹ軸に平行に設
けられ、観測対象３の像を所定の結像面５に集光する円
柱レンズである。
６は、結像面５上にＸ軸に平行に設けられ２円柱レンズ
４によって集光された光を受光する例えハ５０００要素
のＣＣＤ等の一次元光センサアレイである。。
４によって集光された光を受光する例えハ５０００要素
のＣＣＤ等の一次元光センサアレイである。。
以上のよな構成によって、光ビーム発生源１が発生した
光ビームを、観測対象３の表面上の所望の点に指向し、
その点に光スポットを形成させることができる。
光ビームを、観測対象３の表面上の所望の点に指向し、
その点に光スポットを形成させることができる。
このようにして観測対象３の表面上に形成された光スポ
ットは１円柱レンズ４によって結像面５上にＹ軸に平行
な直線ＡＡとして結像されるので。
ットは１円柱レンズ４によって結像面５上にＹ軸に平行
な直線ＡＡとして結像されるので。
そのＸ座標値ｉｘを一次元光センサアレイ６によって検
出することができる。
出することができる。
第一の反射鏡２ａおよび第二の反射鏡２ｂがともにＹ軸
に対し４５度の傾きのとき、第一の反射鏡２ａによて反
射された光ビームはＹ軸方向に平行となり。
に対し４５度の傾きのとき、第一の反射鏡２ａによて反
射された光ビームはＹ軸方向に平行となり。
第二の反射鏡２ｂによって反射された光ビームはＺ軸に
平行となる。
平行となる。
この状態を基準とする第一の反射鏡２ａおよび第二の反
射鏡２ｂの回転角度を、それぞれθ２およびθＸとする
と、第一の反射鏡２ａによって光ビームに与えられる偏
向角度γ、および第二の反射鏡２ｂによって光ビームに
与えられる偏向角度αは、それぞれ γ冨２θｚ −−−−−−−−−−■α
冨２θｘ −−−−−−−−−−■とな
る。
射鏡２ｂの回転角度を、それぞれθ２およびθＸとする
と、第一の反射鏡２ａによって光ビームに与えられる偏
向角度γ、および第二の反射鏡２ｂによって光ビームに
与えられる偏向角度αは、それぞれ γ冨２θｚ −−−−−−−−−−■α
冨２θｘ −−−−−−−−−−■とな
る。
第３図は光ビームの径路をＺＸ平面投影図（ａｌおよび
ＹＺ平面投影図（ｂ）とによって示したもので。
ＹＺ平面投影図（ｂ）とによって示したもので。
■は、観測対象３側から見た光ビーム発生源の虚像位置
（仮想光ビーム発生源と称する）であり。
（仮想光ビーム発生源と称する）であり。
光ビームはＶを基点（定点）として０式のように偏向さ
れるものと考えることができる。
れるものと考えることができる。
γのＺＸ平面に対する射影角度をＴ／、仮想光ビーム発
生源Ｖと第二の反射鏡２ｂとの間の距離をり９円柱レン
ズ４の焦点距離をｆ、またＶと第二の反射鏡２ｂの回転
軸を通るｘｙ平面との間の距離をｈ′とすると。
生源Ｖと第二の反射鏡２ｂとの間の距離をり９円柱レン
ズ４の焦点距離をｆ、またＶと第二の反射鏡２ｂの回転
軸を通るｘｙ平面との間の距離をｈ′とすると。
ｈ ’ ＝ ｈｃｏｓα −−−−ｍ−−−
〜−■で与えられＰ またγ′は。
〜−■で与えられＰ またγ′は。
ｈ’ ｔａｎ ｒ’ ＝ｈ ｔａｎｒ −−−−−
−−−■あるいは。
−−−■あるいは。
ｔａｎ γ’＝ｔａｎ γ／ｃｏｓ α −−−−一−
−−■から求められる。
−−■から求められる。
■を観測対象上に形成された光スポットの位置とし、そ
の座標値を（ｘ−ｙ−ｚ）とし、−次元光センサアレイ
６によって検出される光スポットのＸ座標値をｉｘとす
ると。
の座標値を（ｘ−ｙ−ｚ）とし、−次元光センサアレイ
６によって検出される光スポットのＸ座標値をｉｘとす
ると。
ｙ＝ｚ ｔａｎα −−−−−−−−−一
■ｄ＝ ｔａｎｒ’ （ｚ ＋ｈ’ ） ＋ｘ −
−−−■ｘ ／ ｚ ＝ ｉ Ｘ ／ ｒ −
−−−−−−−−−■の関係から、各座標値は ｘ＝（ｄ−ｈ ｔａｎ Ｔ） ｉｘ ｃｏｓ
Ｑ’÷ （ｆｔａｎγ＋１ｘｃｏｓ α）−ｍ−■
ｙ＝（ｄ−ｈ ｔａｎ ７’） ｆ ｓｉｎα
÷ （ｆｔａｎγ＋１ｘｃｏｓ α） −−−（Ｉ
Ｅ）ｚ ＝（ｄ−ｈ ｔａｎ ｒ） ｆ ｃｏ
ｓα÷ （ｆｔａｎγ ＋ １ｘｃｏｓ α）−−−
■で表され、これらの式の中でｄ−ｈおよびｆは定数と
して、またγおよびαは０式および０式によって与えら
れる。
■ｄ＝ ｔａｎｒ’ （ｚ ＋ｈ’ ） ＋ｘ −
−−−■ｘ ／ ｚ ＝ ｉ Ｘ ／ ｒ −
−−−−−−−−−■の関係から、各座標値は ｘ＝（ｄ−ｈ ｔａｎ Ｔ） ｉｘ ｃｏｓ
Ｑ’÷ （ｆｔａｎγ＋１ｘｃｏｓ α）−ｍ−■
ｙ＝（ｄ−ｈ ｔａｎ ７’） ｆ ｓｉｎα
÷ （ｆｔａｎγ＋１ｘｃｏｓ α） −−−（Ｉ
Ｅ）ｚ ＝（ｄ−ｈ ｔａｎ ｒ） ｆ ｃｏ
ｓα÷ （ｆｔａｎγ ＋ １ｘｃｏｓ α）−−−
■で表され、これらの式の中でｄ−ｈおよびｆは定数と
して、またγおよびαは０式および０式によって与えら
れる。
また、０式および０式のθ２およびθＸは、それぞれ第
一の反射鏡２ａおよび第二の反射鏡２ｂに設けられる図
示省略の角度検出器から与えられるので、これらの値を
用いることにより１図示省略の座標値演算部によって観
測対象の表面上に形成された光スポットの三次元座標値
を一意的に検出することができる。
一の反射鏡２ａおよび第二の反射鏡２ｂに設けられる図
示省略の角度検出器から与えられるので、これらの値を
用いることにより１図示省略の座標値演算部によって観
測対象の表面上に形成された光スポットの三次元座標値
を一意的に検出することができる。
上記構成の三次元座標値検出装置においては。
例えばこれをロボットの目として用いる場合には。
光ビームによって所望の空間を所定のピッチで例えばラ
スク走査し、所定のタミングで一次元光センサアレイ６
を読み取ることによって、光スポットの実像のＸ座標値
を検出する必要がある。
スク走査し、所定のタミングで一次元光センサアレイ６
を読み取ることによって、光スポットの実像のＸ座標値
を検出する必要がある。
ところで−次元光センサアレイ６の読取りは要素毎に端
から順番に行われ２例えば要素数を５０００とし１要素
当たりの読取りに要せられる時間を５０ｎｓとすると、
全要素を読み取るには２５０μＳを要することになり、
この間に光スポットのＸ座標値の検出は１回しかできな
い。
から順番に行われ２例えば要素数を５０００とし１要素
当たりの読取りに要せられる時間を５０ｎｓとすると、
全要素を読み取るには２５０μＳを要することになり、
この間に光スポットのＸ座標値の検出は１回しかできな
い。
したがって、二次元的に例えば５０００×５０００ヒツ
チの範囲について障害物を探知しようとすると。
チの範囲について障害物を探知しようとすると。
この範囲を一巡するには１２５にという長時間を必要と
するという問題点がある。
するという問題点がある。
本発明になる三次元座標値検出装置は、光ビームと該光
ビームによって形成される光スポットと該光スポットの
実像とを介し非接触によって観測対象の表面上の点の三
次元座標値を検出する装置においで、前記従来例の構成
のほかに、光ビーム発生源が射出した光ビームを複数の
光ビームに変換するビーム数変換手段を設けることによ
って前、 記問題点の解消を図ったものである。
ビームによって形成される光スポットと該光スポットの
実像とを介し非接触によって観測対象の表面上の点の三
次元座標値を検出する装置においで、前記従来例の構成
のほかに、光ビーム発生源が射出した光ビームを複数の
光ビームに変換するビーム数変換手段を設けることによ
って前、 記問題点の解消を図ったものである。
すなわち、観測対象に対し同時に複数の光ビームを照射
することによって複数の光スボ７）を形成させ、それら
の実像のＸ座標値を一次元光センサアレイの１回の読取
りで読み取るようにしたものである。
することによって複数の光スボ７）を形成させ、それら
の実像のＸ座標値を一次元光センサアレイの１回の読取
りで読み取るようにしたものである。
以下に本発明の要旨を実施例によって具体的に説明する
。
。
第１図は本発明一実施例の構成を示す図であり。
第２図従来例と共通する符号は同一対象をｔ旨すほか。
７は同一平面上にすだれ状に平行に配列される複数本の
光ファイバによって構成される回折格子であり、光ビー
ム発生源１から射出された光ビームを複数の光ビームに
変換するビーム数変換手段として用いられるものである
。
光ファイバによって構成される回折格子であり、光ビー
ム発生源１から射出された光ビームを複数の光ビームに
変換するビーム数変換手段として用いられるものである
。
このように配列される各光ファイバは円柱レンズとして
作用し、これらに垂直に光ビームを照射すると、光の干
渉によって複数の光ビームが得られ、観測対象上に同時
に複数の光スボ、トを形成することができる。
作用し、これらに垂直に光ビームを照射すると、光の干
渉によって複数の光ビームが得られ、観測対象上に同時
に複数の光スボ、トを形成することができる。
したがって、−次元光センサアレイ６上に同時に複数の
光スポットの実像へへ・ＢＢ −ＣＣ・・・が得られ、
１回の一次元光センサアレイ６の読取りによって、これ
らのＸ座標値をほぼ同時に読み取ることができる。
光スポットの実像へへ・ＢＢ −ＣＣ・・・が得られ、
１回の一次元光センサアレイ６の読取りによって、これ
らのＸ座標値をほぼ同時に読み取ることができる。
したがって、観測対象上の多数の点の三次元座標値を短
時間に検出することができる。
時間に検出することができる。
以上説明したように１本発明によれば１例えば無人移動
車の障害物探知器あるいはロボットの目として障害物の
有無の探知に用いた場合、障害物の探知速度を大幅に向
上することができる。
車の障害物探知器あるいはロボットの目として障害物の
有無の探知に用いた場合、障害物の探知速度を大幅に向
上することができる。
第１図は本発明一実施例の構成図。
第２図は従来例の構成図。
第３図（ａ）・（ｂ）は従来例の説明図である。
図中。
１は光ビーム発生源＋ ２ａは第一の反射鏡。
２ｂは第二の反射鏡、 ３は観測対象。
４は円柱レンズ、 ５は結像面。
６は一次元光センサアレイ。
７は回折格子である。
第 １ び」 ラζδ否とイ列 のイ、＊氏が１゜
第３ 阿
第３ 阿
Claims (2)
- （１）光ビームと該光ビームによって形成される光スポ
ットと該光スポットの実像とを介し非接触によって観測
対象の表面上の点の三次元座標値を検出する装置であっ
て、 光ビームを発生する光ビーム発生源（１）と、前記光ビ
ームを複数の光ビームに変換するビーム数変換手段（７
）と、 前記複数の光ビームの照射方向を所望の方向に偏向させ
る光ビーム偏向機構（２）と、 観測対象（３）の像を所定の結像面（５）に集光する円
柱レンズ（４）と、 前記結像面（５）上に設けられる一次元光センサアレイ
（６）とを備えることを特徴とする三次元座標検出装置
。 - （２）前記ビーム数変換手段はすだれ状に配列される複
数本の光ファイバによって構成されるものであることを
特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の三次元座標
検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2701085A JPS61186805A (ja) | 1985-02-14 | 1985-02-14 | 三次元座標検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2701085A JPS61186805A (ja) | 1985-02-14 | 1985-02-14 | 三次元座標検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61186805A true JPS61186805A (ja) | 1986-08-20 |
Family
ID=12209136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2701085A Pending JPS61186805A (ja) | 1985-02-14 | 1985-02-14 | 三次元座標検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61186805A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2682525A1 (es) * | 2017-03-20 | 2018-09-20 | Universitat De Girona | Conjunto de escaneo por láser, vehículo y procedimiento de escaneo por láser correspondientes |
-
1985
- 1985-02-14 JP JP2701085A patent/JPS61186805A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2682525A1 (es) * | 2017-03-20 | 2018-09-20 | Universitat De Girona | Conjunto de escaneo por láser, vehículo y procedimiento de escaneo por láser correspondientes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5016245B2 (ja) | 物体の六つの自由度を求めるための測定システム | |
| CA2101996C (en) | Validation of optical ranging of a target surface in a cluttered environment | |
| US6741082B2 (en) | Distance information obtaining apparatus and distance information obtaining method | |
| JP2651093B2 (ja) | 形状検出方法およびその装置 | |
| JPH0574764B2 (ja) | ||
| JP2510786B2 (ja) | 物体の形状検出方法及びその装置 | |
| JPH0219708A (ja) | カメラの測距装置 | |
| JPH0284612A (ja) | 光学式走査装置 | |
| US9562761B2 (en) | Position measuring device | |
| US7777874B2 (en) | Noncontact surface form measuring apparatus | |
| JP2525305B2 (ja) | 対象物体結像装置 | |
| US5033845A (en) | Multi-direction distance measuring method and apparatus | |
| JPH04504762A (ja) | 光学要素または系を検査する方法および装置 | |
| JPH10239036A (ja) | ３次元計測用光学装置 | |
| JPS61186805A (ja) | 三次元座標検出装置 | |
| US4973152A (en) | Method and device for the noncontact optical measurement of paths, especially in the triangulation method | |
| JPH10267624A (ja) | 三次元形状測定装置 | |
| JP2673196B2 (ja) | 三次元形状センサ | |
| JPH07190773A (ja) | 光学式３次元位置検出装置 | |
| JPH0610615B2 (ja) | 多方向距離測定装置 | |
| JPH0324603B2 (ja) | ||
| JPS60218017A (ja) | ３次元座標を入力するための装置 | |
| JPH0334563B2 (ja) | ||
| JP2000002521A (ja) | ３次元入力装置 | |
| JP2001317922A (ja) | 光学式形状測定装置 |