JPS6125011A - 光学式距離測定装置 - Google Patents

光学式距離測定装置

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JPS6125011A
JPS6125011A JP14448584A JP14448584A JPS6125011A JP S6125011 A JPS6125011 A JP S6125011A JP 14448584 A JP14448584 A JP 14448584A JP 14448584 A JP14448584 A JP 14448584A JP S6125011 A JPS6125011 A JP S6125011A
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lens
distance
light
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JP14448584A
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Genichiro Kinoshita
木下 源一郎
Shigeo Naomi
直海 茂男
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Kosaka Laboratory Ltd
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Kosaka Laboratory Ltd
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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】 a8発明の目的 (産業上の利用分野) この発明に係る光学式距離測定装置は、例えばマニピュ
レータや三次元座標測定器に組付け、被測定面までの距
離を測定するのに利用できる。
(従来の技術) マニピュレータ等には被測定面までの距離を測定するた
めの距離測定装置が必要となる。このため、従来から種
々の構造の距離測定装置が知られている。
例えば、被測定面にレーザビームを照射して、反射光の
受光角と移動量とを検出することにより被測定面までの
距離を求める、所謂三角測量法や、発信器から被測定面
に投射した超音波が反射して戻るまでの時間により被測
定面までの距離を求める構造のものや、被測定面にレー
ザ光を投射してその干渉縞を観察することにより、被測
定面までの距離を求める構造のもの等が知られている。
ところが、このような従来の距離測定装置は、測定精度
が十分に得られなかったり、或は非球面レンズ等を使用
するため製作が面倒であったりして必ずしも満足な性能
を得られるものではなかった。
本発明は上述のような事情に鑑み、測定精度が高くかつ
特に加工の面倒な部品を使用しなくても済む光学式距離
測定装置を提供することを目的としている。
b0発明の構成 (問題を解決するための手段) 本発明の光学式距離測定装置は、ビームスポットを照射
する光源と被測定面との間に、光源の側から順に、円錐
形の7キシコンレンズと投影レンズとを各部品の光軸を
上記光源の光軸に一致させて設けている。このアキシコ
ンレンズと投影レンズとの間にはハーフミラ−を設け、
被測定面から反射した光を側方の光電センサに導くよう
にしている。
図面を参照しつつ更に詳しく説明すると、本発明の光学
式距離測定装置は、第1図に示すように、端から順に光
源1、アキシコンレンズ2、ハーフミラ−3、投影レン
ズ4を互いに直列にかつ各部品の光軸を光源lの光軸に
一致させて配列し、構成されている。
光源lは、ビームスポットをアキシコンレンズ2に向け
て投射するもので、ハロゲンランプ等の通常光源の他、
レーザを光源として使用することもできる。
アキシコンレンズ2は、円錐形状(図示の例では円錐と
円柱とを連結した形状をなしているが、円柱を省略して
円錐のみでも同効である。)をなしており、一端面から
進入した平行光線を円環状断面を有する光束に変換して
反対面から後方に投射する作用を有する。このため、光
源lからビームスポットをアキシコンレンズ2の一方の
側から投射すると、アキシコンレンズ2の後方には断面
が円環状の光束が送られる。
なお、前記のアキシコンレンズ2の後方に投射される円
環状の光束の直径r(第4図(A))は、検出すべき距
離、要求される精度によって異なるが、数■乃至数cm
程度とし、検出すべき距離が大きくなり、要求される精
度が高くなる程直径を大きくする。このような光束の直
径rの調節は、アキシコンレンズ2の頂角を変えること
で容易に行なえる。
アキシコンレンズ2の後方に投射された断面が円環状の
光束は、ピンホール5、ハーフミラ−3を通過した後、
投影レンズ4により集束されて被測定面6に向けて投射
される。
この被測定面6で反射した光は、再び投影レンズ4を通
過してからハーフミラ−3で反射し、更にスリット7を
通過して光電センサ8に送られる。この光電センサ8は
、被測定面6に投射されている光の照度を検出して別途
設けた検出回路に電気信号を送り、被測定面までの距離
を検出する。
このように本発明の光学式距離測定装置に於いては、被
測定面で反射した光を光電センサで検出してこの被測定
面までの距離を求めるが、この距離を求める手段として
は次の2通りがある。
まず第一の手段は、投影レンズ4を前後(第1図の左右
)に動かして被測定面6上に合焦させるもので、合焦さ
せるために投影レンズ4を移動させた距離から、被測定
面6の移動距離を求めるものである。
即ち、被測定面6が第1図のXO位置にある場合に被測
定面6上で断面円環状の光束が合焦していた場合、その
後この被測定面6が同図のX8位置まで距離りだけ平行
移動したとすると、x1位置の被測定面6上に再び合焦
させるためには、投影レンズ4を被測定面が移動する方
向と同方向に距離文だけ離れた第1図の鎖線位置まで平
行移動させなければならない、このように投影レンズ4
を動かさなければならない距離見と、被測定面6の移動
距離りとの間には一定の関係(L= f(交))がある
ため、被測定面6が移動した後、光電センサ8が合焦を
検出するまでに投影レンズ4を移動させた距離文から、
被測定面6の移動量MLを求めることができる。
このように、被測定面の移動距離測定のためには、被測
定面がX、位置にある場合とx1位置にある場合との合
焦を検出する必要があるが、本発明の光学式距離測定装
置に於いては、アキシコンレンズ2によって光束の断面
を円環状にしているため、上記した合焦の検出を容易に
行なうことができる。即ち、断面が円環状の光束を被測
定面上に合焦させた場合、第2図(B)に示すように中
心部(光軸上の点)にまで光が達するが、被測定面が合
焦位置から少しでもずれると、第2図(A)(C)に示
すように中心部には光が到達しなくなる。この事を言い
換えると、中心部に於いては5合焦位置の前後に於いて
照度が急激に変化することになるため、光電センサ8が
中心部の照度のみを測定するように構成すれば、合焦位
置の検出が容易かつ確実に行なえるようになる。被測定
面に投射する光束の断面形が円形の場合、合焦るため、
合焦位置の検出は困難で不確実となり勝である。
次に第二の手段は、投影レンズ4を固定したまま、被測
定面6上の円環状に照射された部分の直径を求め、この
直径の変化量から被測定面6の移動量を求めるものであ
る。
即ち、被測定面6が第3図のxO位置にある場合に、被
測定面6上で断面円環状の光束が合焦していた場合、こ
の被測定面6が同図のx1位置まで距離りだけ平行移動
したとすると、x1位置の被測定面6は、直径rの円環
状部分が照射される。投影レンズ4を通過後の光束は円
錐状に次第に集束するため、被測定面6上の照射される
円環状部分の直径rは、xOから投影レンズ4に向けて
近付く程大きくなり、しかもその移動距離りと円環状照
射部分の直径rとは比例(L=kr、に:比例定数)す
る、従って、被測定面6が移動する前後に於ける円環状
照射部分の直径の差に比例定数kを乗ずれば、被測定面
6の移動距離を求めることができる。この場合、光電セ
ンサ8が光を受ける部分は被測定面までの距離に基づい
て変化するため、第1図に示した様な光電センサ直前の
スリット7は設けない。
このように、投影レンズ4を移動させずに、被測定面上
の円環状照射部分の直径の変化量に基づいて被測定面6
の移動距離を求める場合、上記円環状照射部分の直径r
を正確に測定することが正確な移動距離りを求めるため
に必要となるが1本発明の光学式距離測定装置に於いて
は、アキシコンレンズ2によって光束の断面を円環状に
しているため、このような直径の測定も容易に行なえる
。即ち、光源lからアキシコンレンズ2、投影レンズ4
を通って被測定面6上に照射される光のエネルギは、第
4図(A)に示すような円環状照射部分(幅は実際より
も広く描いている。)に集中するため、この照射部分の
直径rを測定するための光電センサ8の出力が同図(B
)に示すように大きくなり、この光電センサ8の出力に
基づいて円環状照射部分の直径rを正確に求めることが
できる。これに対して、光束が第5図(A)に示すよう
に断面円形であると、光のエネルギが広い面積に分散さ
れるため、光電センサ8の出力が同図(B)に示すよう
に小さくなって照射部分の直径rを正確に求め難くなる
なお、上述の説明に於いては、いずれも被測定面の移動
距離を求める場合について説明したが、第一、第二のい
ずれの手段を求める場合でも、被測定面の移動距離だけ
でなく、測定装置から被測定面までの距離を求めること
もできる。
まず、第1図に示した第一の手段を用いる場合、投影レ
ンズ4を特定の場所に移動した場合に於ける測定装置か
ら合焦位置までの距離LOは予め知ることができるため
、投影レンズを立だけ移動させることで被測定面上に合
焦させたとすると、その移動距離立から求めた値りを上
記距離LOに加減することで、測定装置から被測定面ま
での距離を知ることができる。値りを距離LOに加える
か減するかは、投影レンズの移動方向により容易に知る
ことができる。
又、第3図に示した第二の手段を用いる場合、測定装置
から合焦位置までの距離Loは予め知ることができるた
め、被測定面一ヒの円環状照射部分の直径rに比例定数
kを乗じた値りを上記距離LOに加減することで、測定
装置から被測定面までの距離を知ることができる。この
場合、被測定面6が合焦位置xoから前後に同じ距離だ
け離れると、この被測定面上に同径の円環状照射部分が
形成されるが、被測定面が合焦位置xoよりも測定装置
に近い位置にある場合、被測定面が測定装置よりも遠く
なるにつれて円環状照射部分の直径rが小さくなり、反
対に被測定面が合焦位置X、よりも遠くにある場合、被
測定面が測定装置から遠くなるにつ九て上記直径rは大
きくなるため、識別は容易に行なえる。又、この第二の
手段を用いる場合、被測定面が光軸に対して傾斜してい
ると、照射部分は歪んだ形状となるが、この歪みにより
被測定面の傾斜を知ることができる。但し、被測定面が
傾斜した場合でも被測定面までの距離測定は正確に行な
える。
C1発明の効果 本発明の光学式距離測定装置は以上に述べた通り構成さ
れ作用するので、構造が簡単で特に製作費を高くするこ
となく、正確な非接触式の距離測定を行なうことができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光学式距離測定装置の第一の手段の構
造を示す原理図、第2図(A)〜(C)は合焦前後に於
ける被測定面上の照射部分を示す図、第3図は第二の手
段の構造を示す原理図、第4図(A)(B)は被測定面
上の円環状照射部分と光電センサの出力との関係を示す
図、第5図(A)(B)は光束を断面円形とした場合を
示す第4図(A)(B)同様の図である。 1:光[,2ニアキシコンレンズ、3:ハーフミラ−,
4:投影レンズ、5:ビンホール、6:被測定面、7:
スリット、8:光電センサ。 手続補正書印発) 昭和59年12月l↓日 特許庁長官 志 賀   学 殿 1、事件の表示 昭和59年特許願第144485号 2、発明の名称 光学式距離測定装置 3、補正をする者 事件との関係  出 願 人 木    下     源  −部 株式会社 小  坂  研 究 所 4、代理人〒104 5、 補正により増加する発明の数   08、補正の
対象 明細書の特許請求の範囲、発明の詳細な説明の各欄7、
補正の内容 (1)第1〜2頁の特許請求の範囲を別紙の通り補正す
る。 (2)第3頁下から第4行の「円錐形」の「円」を削除
する。 (3)第4頁下から第8行の「円錐形」の「円」を削除
する。 (4)同頁下から第6行の「同効である。」の前に「、
或は円錐以外の角錐形状でも」と加入する。 (5)同頁下から第4行頭初の「断面を」の前に、[(
角錐形のアキシコンレンズの場合、多角形の枠状となる
が、作用効果に於いて全く同様であるため、以下の説明
は単純な円環状の場合についてのみ説明する。)」と加
入する。 以  上 別  紙 特願昭59−144485号の特許請求の範囲「1) 
 ビームスポットを照射する光源と被測定面との間に、
光源の側から順に、lのアキシコンレンズと投影レンズ
とを各部品の光軸を上記光源の光軸に一致させて設け、
このアキシコンレンズと投影レンズとの間には被測定面
から反射した光を側方の光電センサに導く/−−フミラ
ーを設け、上記光電センサは被測定面上の上記光源によ
り照射される部分の中心部分のみの照度を検出自在とし
、上記投影レンズは光軸に沿って平行移動自在として成
る光学式距離測定装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)ビームスポットを照射する光源と被測定面との間に
    、光源の側から順に、円錐形のアキシコンレンズと投影
    レンズとを各部品の光軸を上記光源の光軸に一致させて
    設け、このアキシコンレンズと投影レンズとの間には被
    測定面から反射した光を側方の光電センサに導くハーフ
    ミラーを設け、上記光電センサは被測定面上の上記光源
    により照射される部分の中心部分のみの照度を検出自在
    とし、上記投影レンズは光軸に沿って平行移動自在とし
    て成る光学式距離測定装置。 2)ビームスポットを照射する光源と被測定面との間に
    、光源の側から順に、円錐形のアキシコンレンズと投影
    レンズとを各部品の光軸を上記光源の光軸に一致させて
    設け、このアキシコンレンズと投影レンズとの間には被
    測定面から反射した光を側方の光電センサに導くハーフ
    ミラーを設け、上記投影レンズは固定式とし、光電セン
    サは被測定面上の円環状照射部分の直径を検出自在とし
    て成る光学式距離測定装置。
JP14448584A 1984-07-13 1984-07-13 光学式距離測定装置 Granted JPS6125011A (ja)

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JPH0479522B2 JPH0479522B2 (ja) 1992-12-16

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