JPS6341402B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6341402B2 JPS6341402B2 JP55121146A JP12114680A JPS6341402B2 JP S6341402 B2 JPS6341402 B2 JP S6341402B2 JP 55121146 A JP55121146 A JP 55121146A JP 12114680 A JP12114680 A JP 12114680A JP S6341402 B2 JPS6341402 B2 JP S6341402B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- lens
- measuring device
- laser beam
- photocell array
- Prior art date
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- Expired
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 17
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
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
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は三次元の座標位置を測定する装置、例
えば距離測定装置、形状測定装置、位置決め装置
および物体認識装置などに関するものである。
えば距離測定装置、形状測定装置、位置決め装置
および物体認識装置などに関するものである。
従来の距離測定装置は第１図に示すように、レ
ーザ発振器１、光偏向器２、ビームスプリツタ
３、ピンホール５，７をそれぞれ備える受光器
４，６および絞り９，１１をそれぞれ備える受光
器８とレンズ１０などからなり、レーザ発振器１
から発射されたレーザ光２５は光偏向器２により
光路を曲げられる。その光偏向器２には偏向方向
が一定周期で変化するような電圧が印加される。
この電圧印加により偏向されたレーザ光２５の一
部はビームスプリツタ３により反射され、残部の
レーザ光はビームスプリツタ３を透過する。その
ビームスプリツタ３により反射されたレーザ反射
光２５ｂはピンホール５，７を経て受光器４，６
にそれぞれ検出される。
ーザ発振器１、光偏向器２、ビームスプリツタ
３、ピンホール５，７をそれぞれ備える受光器
４，６および絞り９，１１をそれぞれ備える受光
器８とレンズ１０などからなり、レーザ発振器１
から発射されたレーザ光２５は光偏向器２により
光路を曲げられる。その光偏向器２には偏向方向
が一定周期で変化するような電圧が印加される。
この電圧印加により偏向されたレーザ光２５の一
部はビームスプリツタ３により反射され、残部の
レーザ光はビームスプリツタ３を透過する。その
ビームスプリツタ３により反射されたレーザ反射
光２５ｂはピンホール５，７を経て受光器４，６
にそれぞれ検出される。
上記受光器４，６は一定の偏向角度で発射さ
れ、ビームスプリツタ３で反射されたレーザ反射
光２５ｂを検出する位置に設置されている。した
がつて偏向されたレーザ光２５ａが受光器４を通
過して受光器６に達するまでの時間から、偏向器
２によるレーザ光２５の走査速度を求めることが
できる。また走査速度およびレーザ反射光２５ｂ
が受光器４を通過した時点からの経過時間より、
レーザ光２５の偏向方向θを求めることができ
る。
れ、ビームスプリツタ３で反射されたレーザ反射
光２５ｂを検出する位置に設置されている。した
がつて偏向されたレーザ光２５ａが受光器４を通
過して受光器６に達するまでの時間から、偏向器
２によるレーザ光２５の走査速度を求めることが
できる。また走査速度およびレーザ反射光２５ｂ
が受光器４を通過した時点からの経過時間より、
レーザ光２５の偏向方向θを求めることができ
る。
受光器８は対象物２４の表面から反射したレー
ザ反射光２５ｃを検出するもので、絞り１１，９
により視野を絞り、そのレンズ１０および受光器
８の光軸上をレーザ反射光２５ｃが通過すると信
号を発信する。そのレンズ１０および受光器８の
光軸は第１図に示すように、一定の角度αとなる
ように固定されている。
ザ反射光２５ｃを検出するもので、絞り１１，９
により視野を絞り、そのレンズ１０および受光器
８の光軸上をレーザ反射光２５ｃが通過すると信
号を発信する。そのレンズ１０および受光器８の
光軸は第１図に示すように、一定の角度αとなる
ように固定されている。
いまレーザ光２５を第１図に示すように偏向角
θで発射したとき、対象物２４からの反射光２５
ｃが受光器８により検出されるとすれば、偏向器
２と対象物２４との距離Ｌは次式により求めるこ
とができる。
θで発射したとき、対象物２４からの反射光２５
ｃが受光器８により検出されるとすれば、偏向器
２と対象物２４との距離Ｌは次式により求めるこ
とができる。
Ｌ＝ａ／tanα＋tanθ ……(1)
たゞし ａ：偏光器２と受光器８との間の距離
上述したように従来の距離測定装置は受光器８
およびレンズ１０の光軸上をレーザ反射光２５ｃ
が通過したことから偏向角θを求め、このθを用
いて距離Ｌを測定している。この測定精度は偏向
角θの測定精度により決定されるため、受光器８
により観測する視野をできるだけ小さくし、レー
ザ反射光２５ｃが前記光軸に一致した時点を正確
に測定する必要がある。
およびレンズ１０の光軸上をレーザ反射光２５ｃ
が通過したことから偏向角θを求め、このθを用
いて距離Ｌを測定している。この測定精度は偏向
角θの測定精度により決定されるため、受光器８
により観測する視野をできるだけ小さくし、レー
ザ反射光２５ｃが前記光軸に一致した時点を正確
に測定する必要がある。
上記距離測定装置の受光側光学系を第２図につ
いて説明するに、絞り９が焦点距離ｆのレンズ１
０の焦点位置に設置されていると仮定し、絞り
９，１０の内径をそれぞれｂ，ｃとすると、距離
Ｌにおける視野ｄは下式により求められる。
いて説明するに、絞り９が焦点距離ｆのレンズ１
０の焦点位置に設置されていると仮定し、絞り
９，１０の内径をそれぞれｂ，ｃとすると、距離
Ｌにおける視野ｄは下式により求められる。
ｄ≒ｃ＋bL／fcosα／cosα ……(2)
この視野ｄ内にレーザ反射光が入射すれば、受
光器８からレーザ反射光が通過したことを知らせ
る信号が発信される。視野ｄの両端におけるレー
ザ反射光２５ｃの入射角θ′、θ″は次式で求められ
る。
光器８からレーザ反射光が通過したことを知らせ
る信号が発信される。視野ｄの両端におけるレー
ザ反射光２５ｃの入射角θ′、θ″は次式で求められ
る。
tanθ′＝｛ａ＋ｃ／２cosα｝／Ｌ−tan（α−ｂ／2
f）……(3) tanθ″＝｛ａ−ｃ／２cosα｝／Ｌ−tan（α−ｂ／2
f） ……(4) 距離測定装置では上記θ′、θ″をθとみなし、こ
の値を前記(1)式に代入して距離Ｌを求める。この
距離Ｌのずれによる測定誤差ΔL′、ΔL″とすれ
ば、このΔL′、ΔL″は上記(1)、(3)、(4)式から次式
に求められる。
f）……(3) tanθ″＝｛ａ−ｃ／２cosα｝／Ｌ−tan（α−ｂ／2
f） ……(4) 距離測定装置では上記θ′、θ″をθとみなし、こ
の値を前記(1)式に代入して距離Ｌを求める。この
距離Ｌのずれによる測定誤差ΔL′、ΔL″とすれ
ば、このΔL′、ΔL″は上記(1)、(3)、(4)式から次式
に求められる。
ΔL′≒−Ｌ・ｃ cosα／2a−L2tanｂ／2f／ａ……(
5) ΔL″≒Ｌ・ｃ cosα／2a＋L2tanｂ／2f／ａ……(6) 上記(5)、(6)式より判るように、従来の測定装置
によれば、絞り１１の大きさｃにより生じる誤差
は距離に比例して大きくなる。しかし絞り９，１
１の直径を極端に小さくすると、像が暗くなるか
らその直径を小さくすることはできない。したが
つて長距離における測定精度は低下する恐れがあ
る。
5) ΔL″≒Ｌ・ｃ cosα／2a＋L2tanｂ／2f／ａ……(6) 上記(5)、(6)式より判るように、従来の測定装置
によれば、絞り１１の大きさｃにより生じる誤差
は距離に比例して大きくなる。しかし絞り９，１
１の直径を極端に小さくすると、像が暗くなるか
らその直径を小さくすることはできない。したが
つて長距離における測定精度は低下する恐れがあ
る。
また受光器８およびレンズ１０の光軸上の像を
測定するため、距離Ｌを測定しようとする点を前
記光軸上に位置合せする必要がある。ところがそ
の光軸は反射光を観測するものであるが、受光器
８から光は発射されないから位置合せが困難であ
る。
測定するため、距離Ｌを測定しようとする点を前
記光軸上に位置合せする必要がある。ところがそ
の光軸は反射光を観測するものであるが、受光器
８から光は発射されないから位置合せが困難であ
る。
本発明は上記にかんがみレーザ光の反射像を観
測する際に、明るさを損うことなく高精度で長距
離の測定を行い、かつ距離測定の精度および距離
測定の可能な対象物の大きさを連続的に変化させ
ることができる測定装置を提供することを目的と
するものである。
測する際に、明るさを損うことなく高精度で長距
離の測定を行い、かつ距離測定の精度および距離
測定の可能な対象物の大きさを連続的に変化させ
ることができる測定装置を提供することを目的と
するものである。
上記目的を達成するため、本発明はレーザ発振
器から発射されたレーザ光を任意方向に偏向する
手段と、この手段により偏向された対象物上に投
射されたレーザ光の反射光を検出するレンズおよ
びフオトダイオードアレイから構成している。そ
してレーザ光の偏向方向とフオトダイオード上の
レーザ反射光の検出位置から、レーザ光の投射さ
れた対象物の三次元座標を測定するようしたこと
を特徴とするものである。
器から発射されたレーザ光を任意方向に偏向する
手段と、この手段により偏向された対象物上に投
射されたレーザ光の反射光を検出するレンズおよ
びフオトダイオードアレイから構成している。そ
してレーザ光の偏向方向とフオトダイオード上の
レーザ反射光の検出位置から、レーザ光の投射さ
れた対象物の三次元座標を測定するようしたこと
を特徴とするものである。
以上本発明の一実施例を図面について説明す
る。
る。
第３図において、１２はレーザ発振器、１３は
レーザ発振器１２より発射されたレーザ光２５の
進行方向を曲げる光偏向器、１４は光偏向器１３
に対設されたビームスプリツタ、１６，１８は受
光器で、この受光器１６，１８はビームスプリツ
タ１４により反射され、ピンホール１５，１７を
それぞれ通過したレーザ反射光２５ａを検出し、
レーザ光が一定の偏向方向を通過したことを測定
する。その受光器１６，１８をレーザ反射光２５
ａが通過した時間から、レーザ光の偏向方向が変
化する速度を検出することができる。また受光器
１６をレーザ反射光２５ａが通過した時点からの
経過時間および偏向方向の変化速度より、この時
のビームスプリツタ１４を透過したレーザ光の偏
向角θを求めることができる。
レーザ発振器１２より発射されたレーザ光２５の
進行方向を曲げる光偏向器、１４は光偏向器１３
に対設されたビームスプリツタ、１６，１８は受
光器で、この受光器１６，１８はビームスプリツ
タ１４により反射され、ピンホール１５，１７を
それぞれ通過したレーザ反射光２５ａを検出し、
レーザ光が一定の偏向方向を通過したことを測定
する。その受光器１６，１８をレーザ反射光２５
ａが通過した時間から、レーザ光の偏向方向が変
化する速度を検出することができる。また受光器
１６をレーザ反射光２５ａが通過した時点からの
経過時間および偏向方向の変化速度より、この時
のビームスプリツタ１４を透過したレーザ光の偏
向角θを求めることができる。
１９，２０は対象物（図示せず）の表面で反射
したレーザ反射光２５ｃが通過するレンズ、２１
はレンズ２０を微動させる微動装置、２２はフオ
トセルアレイ２３を、その上にレーザ反射光２５
ｃの像が結像する位置に移動させる微動装置であ
る。
したレーザ反射光２５ｃが通過するレンズ、２１
はレンズ２０を微動させる微動装置、２２はフオ
トセルアレイ２３を、その上にレーザ反射光２５
ｃの像が結像する位置に移動させる微動装置であ
る。
次に上記のような構成からなる本実施例の動作
原理を第４図について詳述する。
原理を第４図について詳述する。
第４図ａはフオトセルアレイ２３を結像点Ｘよ
り後方に設置した場合を示すもので、レーザ反射
光２５ｃの反射像はその像のぼけによりフオトセ
ルアレイ２３のフオトダイオード２３ａ〜２３ｃ
に入射する。同ｂはフオトセルアレイ２３を結像
点Ｘ上に設置した場合を示すもので、レーザ反射
光２５ｃの反射像はフオトダイオード２３ａのみ
に入射している。さらに同ｃはフオトセルアレイ
２３を結像点Ｘの前方に設置した場合を示すもの
で、レーザ反射光２５ｃの反射像はその像のぼけ
によりフオトダイオード２３ａ〜２３ｃに入射し
ている。このようにレーザ反射光２５ｃが入射す
るフオトダイオード２３ａ〜２３ｃの数はフオト
セルアレイ２３が結像点上に位置すると最小とな
る。ここでレーザ光の像が結像する位置へのフオ
トセルアレイ２３の移動は微動装置２２により行
なう。
り後方に設置した場合を示すもので、レーザ反射
光２５ｃの反射像はその像のぼけによりフオトセ
ルアレイ２３のフオトダイオード２３ａ〜２３ｃ
に入射する。同ｂはフオトセルアレイ２３を結像
点Ｘ上に設置した場合を示すもので、レーザ反射
光２５ｃの反射像はフオトダイオード２３ａのみ
に入射している。さらに同ｃはフオトセルアレイ
２３を結像点Ｘの前方に設置した場合を示すもの
で、レーザ反射光２５ｃの反射像はその像のぼけ
によりフオトダイオード２３ａ〜２３ｃに入射し
ている。このようにレーザ反射光２５ｃが入射す
るフオトダイオード２３ａ〜２３ｃの数はフオト
セルアレイ２３が結像点上に位置すると最小とな
る。ここでレーザ光の像が結像する位置へのフオ
トセルアレイ２３の移動は微動装置２２により行
なう。
次に上記のようにフオトセルアレイ２３上にレ
ーザ光の像を結像した後、第１図における角度α
をレーザ光が入射したフオトセルアレイ２３の位
置から求めることができる。すなわち第５図にお
いて、レンズ１９，２０を合成したレンズ系の焦
点距離をｆ、前側焦点位置をＦ、後側焦点位置を
F′、前側主面位置をＨ、後側主面位置をH′、前
側焦点位置Ｆからフオトセルアレイ２３までの距
離をＺ、レーザ反射光が入射したフオトダイオー
ド２３ａ，２３ｃの主軸からの距離をｅとする
と、角度αは次式により求めることができる。
ーザ光の像を結像した後、第１図における角度α
をレーザ光が入射したフオトセルアレイ２３の位
置から求めることができる。すなわち第５図にお
いて、レンズ１９，２０を合成したレンズ系の焦
点距離をｆ、前側焦点位置をＦ、後側焦点位置を
F′、前側主面位置をＨ、後側主面位置をH′、前
側焦点位置Ｆからフオトセルアレイ２３までの距
離をＺ、レーザ反射光が入射したフオトダイオー
ド２３ａ，２３ｃの主軸からの距離をｅとする
と、角度αは次式により求めることができる。
α＝ｅ／Ｚ−ｆ ……(7)
レーザ光２５は対象物２４上を走査し、フオト
セルアレイ２３上のレーザ反射光２５ｃの入射位
置もレーザ反射光２５に応じて変化し、レーザ反
射光２５ｃを検知するフオトダイオード２３ａ〜
２３ｃが順次に変化する。このようにレーザ反射
光を検知するフオトダイオードが変化するごと
に、前記(1)、(7)式の演算を行うことにより走査線
上の距離測定を行うことができる。この距離測定
を行うことができる走査線の範囲はフオトセルア
レイ２３の長さおよびレンズ１９，２０の合成レ
ンズの焦点距離により決定される。
セルアレイ２３上のレーザ反射光２５ｃの入射位
置もレーザ反射光２５に応じて変化し、レーザ反
射光２５ｃを検知するフオトダイオード２３ａ〜
２３ｃが順次に変化する。このようにレーザ反射
光を検知するフオトダイオードが変化するごと
に、前記(1)、(7)式の演算を行うことにより走査線
上の距離測定を行うことができる。この距離測定
を行うことができる走査線の範囲はフオトセルア
レイ２３の長さおよびレンズ１９，２０の合成レ
ンズの焦点距離により決定される。
本実施例は上述したように、微動装置２１を介
してレンズ２０の位置を変えることにより、合成
レンズの焦点距離を変えることができる。したが
つてその焦点距離を短かくした状態で、距離測定
を行うことができる走査線の範囲を拡大し、対象
物の位置および距離を求めることができる。
してレンズ２０の位置を変えることにより、合成
レンズの焦点距離を変えることができる。したが
つてその焦点距離を短かくした状態で、距離測定
を行うことができる走査線の範囲を拡大し、対象
物の位置および距離を求めることができる。
また、測定装置のうち、レンズ１９，２０、微
動装置２１，２２、フオトセルアレイ２３からな
る受光部を対象物の方向に一体に回転するととも
に、微動装置２１によりレンズ２０を移動し、レ
ンズ１９および２０で構成する合成レンズの焦点
距離を長くして対象物の距離を求めると、像の分
解能が向上して高精度の距離測定を行うことがで
きる。
動装置２１，２２、フオトセルアレイ２３からな
る受光部を対象物の方向に一体に回転するととも
に、微動装置２１によりレンズ２０を移動し、レ
ンズ１９および２０で構成する合成レンズの焦点
距離を長くして対象物の距離を求めると、像の分
解能が向上して高精度の距離測定を行うことがで
きる。
以上説明したように、本発明によればフオトセ
ルアレイを結像位置に移動させることにより、レ
ーザ光の反射位置を高精度に測定することがで
き、かつレーザ光を走査した線内の距離測定を連
続的に行うことができる。
ルアレイを結像位置に移動させることにより、レ
ーザ光の反射位置を高精度に測定することがで
き、かつレーザ光を走査した線内の距離測定を連
続的に行うことができる。
また本発明はレンズの焦点距離を可変としたの
で、距離測定の範囲および精度を変更することが
できる。
で、距離測定の範囲および精度を変更することが
できる。
第１図は従来の距離測定装置の構成図、第２図
は同距離測定装置における測定誤差の説明図、第
３図は本発明の三次元座標測定装置の一実施例を
示す構成図、第４図および第５図は同実施例の動
作原理説明図である。 １２…レーザ発振器、１３…光偏向器、１９，
２０…レンズ、２３…フオトセルアレイ、２３ａ
〜２３ｃ…フオトダイオード、２４…対象物、２
５…レーザ光、２５ｃ…レーザ反射光。
は同距離測定装置における測定誤差の説明図、第
３図は本発明の三次元座標測定装置の一実施例を
示す構成図、第４図および第５図は同実施例の動
作原理説明図である。 １２…レーザ発振器、１３…光偏向器、１９，
２０…レンズ、２３…フオトセルアレイ、２３ａ
〜２３ｃ…フオトダイオード、２４…対象物、２
５…レーザ光、２５ｃ…レーザ反射光。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ レーザ発振器から発射されたレーザ光を任意
方向に偏向する手段と、この手段により偏向さ
れ、対象物上に投射されたレーザ光の反射光を検
出するレンズおよびフオトセルアレイからなり、
レーザ光の偏向方向とフオトセルアレイ上のレー
ザ反射光の検出位置から、レーザ光の投射された
対象物の三次元座標を測定するようにした三次元
座標測定装置において、フオトセルアレイをレン
ズの光軸に沿つて前後に移動する手段を設け、そ
のフオトセルアレイ上でレーザ反射光の光点を受
光しているダイオード素子の数が最小となるよう
にフオトセルアレイ位置を前後に移動させること
により、前記レンズを介してフオトセルアレイ上
に結像したレーザ光像の合焦位置を求めるように
したことを特徴とする三次元座標測定装置。 ２ レンズの焦点距離を変える手段および光学系
全体を回転させる手段を設け、前者の手段により
対象物の位置および概略形状を求め、前記両手段
により対象物の三次元座標を測定するようにした
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の三
次元座標測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12114680A JPS5745406A (en) | 1980-09-03 | 1980-09-03 | Three-dimensional coordinate measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12114680A JPS5745406A (en) | 1980-09-03 | 1980-09-03 | Three-dimensional coordinate measuring device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5745406A JPS5745406A (en) | 1982-03-15 |
| JPS6341402B2 true JPS6341402B2 (ja) | 1988-08-17 |
Family
ID=14803987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12114680A Granted JPS5745406A (en) | 1980-09-03 | 1980-09-03 | Three-dimensional coordinate measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5745406A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59164973A (ja) * | 1983-03-10 | 1984-09-18 | Nippon Tsushin Gijutsu Kk | ロボツト用ペア形計測ヘツド |
| JPS60149912A (ja) * | 1984-01-17 | 1985-08-07 | Kajima Corp | トンネル断面測距装置 |
| US4593967A (en) * | 1984-11-01 | 1986-06-10 | Honeywell Inc. | 3-D active vision sensor |
| JPS61197504U (ja) * | 1985-05-30 | 1986-12-10 | ||
| JPS6228613A (ja) * | 1985-07-30 | 1987-02-06 | Agency Of Ind Science & Technol | ３次元位置入力装置 |
| US4900146A (en) * | 1988-03-18 | 1990-02-13 | General Electric Company | Multiple channel optical flying spot triangulation ranger system |
| JP4281056B2 (ja) * | 2003-11-04 | 2009-06-17 | 株式会社豊中研究所 | 遠距離対象物の変位測定方法と遠距離対象物の変位測定装置 |
| EP2602587A1 (en) | 2011-12-06 | 2013-06-12 | Hexagon Technology Center GmbH | Method and device for determining 3D coordinates of an object |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS571905A (en) * | 1980-05-02 | 1982-01-07 | Jii Doreifuasu Maaku | Contour measuring system |
-
1980
- 1980-09-03 JP JP12114680A patent/JPS5745406A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS571905A (en) * | 1980-05-02 | 1982-01-07 | Jii Doreifuasu Maaku | Contour measuring system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5745406A (en) | 1982-03-15 |
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