DE3650479T2

DE3650479T2 - Vorrichtung zur Aussendung von Lichtflächen

Info

Publication number: DE3650479T2
Application number: DE3650479T
Authority: DE
Inventors: Keishi Hanahara; Shinji Kanda; Tsugito Maruyama
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1985-05-20
Filing date: 1986-05-20
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2006-05-21
Also published as: DE3650479D1; EP0212992B1; EP0212992A2; EP0424359A3; EP0212992A3; DE3683423D1; EP0424359A2; EP0424359B1; US4846576A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Emittieren von Multispaltlichten. Solch eine Vorrichtung kann insbesondere beim Ausführen eines Verfahrens zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Objektes durch Einstrahlen von Multispaltlichten auf das Objekt verwendet werden, um die Bilder von ihm zu erhalten, wie zum Beispiel zum Steuern eines Industrieroboters.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Ein herkömmliches System zum Messen einer dreidimensionalen Position eines Objektes umfaßt zwei Kameras nahe dem Objekt und eine Multispaltlichtquelle zum Einstrahlen von Licht auf das Objekt. Eine Vielzahl von spaltlichtprojizier ten Bildern, die auf dem Objekt gebildet werden, wird durch die zwei Kameras fotografiert, und eine Vielzahl von Spaltlichtfotobildern auf den jeweiligen zwei Kameras, die jeweilig den oben erwähnten spaltlichtprojizierten Bildern entsprechen, wird bestimmt. Somit kann eine dreidimensionale Position des Objektes auf der Basis dieser Bilder auf den zwei Kameras durch das Triangulationsprinzip gemessen werden.
Nach der verwandten Technik, wie oben erwähnt, ist es schwierig, eine Entsprechung zu erhalten zwischen der Vielzahl von Spaltlichtfotobildern, die durch die erste Kamera empfangen wurden, und jenen, die durch die zweite Kamera empfangen wurden, und die Implementierung solch eines Verfahrens erfordert ein unerwünschtes Maß an Zeit. Eine Vorrichtung zum Herstellen eines zweidimensionalen Arrays von Lichtpunkten ist in US-A-3 912 395 gezeigt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Emittieren von Multispaltlichten vorzusehen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Vorrichtung zum Emittieren von Multispaltlichten:
ein Mittel zum Erzeugen von parallelem Licht mit Einzelwellenlänge, das eine optische Achse definiert;
zwei Beugungsgitter, die auf der optischen Achse so angeordnet sind, daß die Beugungsrichtung von einem der genannten Gitter zu jener des anderen der genannten Gitter rechtwinklig ist; und
eine zylindrische Linse, die auf der optischen Achse so angeordnet ist, daß die Längsachse dieser Linse zu der Beugungsrichtung von einem der genannten Gitter parallel ist;
welches eine der genannten Gitter, das eine Beugungsrichtung hat, die zu der Längsachse der zylindrischen Linse parallel ist, einen Beugungsgitterabschnitt und einen Nichtgitterabschnitt hat, so daß ein Teil von optischen Punkten, die auf dieses Gitter einfallen, auf den genannten Beugungsgitterabschnitt eingestrahlt wird und der andere Teil der genannten einfallenden optischen Punkte auf den genannten Nichtgitterabschnitt eingestrahlt wird und direkt durch diesen hindurchgelassen wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Vorrichtung zum Emittieren von Multispaltlichten:
ein Mittel zum Erzeugen von parallelem Licht mit Einzeiwellenlänge, das eine optische Achse definiert;
zwei Beugungsgitter, die auf der optischen Achse so angeordnet sind, daß die Beugungsrichtung von einem der genannten Gitter zu jener des anderen genannten Gitters rechtwinklig ist;
eine zylindrische Linse, die auf der optischen Achse so angeordnet ist, daß die Längsachse dieser Linse zu der Beugungsrichtung von einem der genannten Gitter parallel ist und das parallele Licht durch diese Gitter und die Linse hindurchtritt, um eine Vielzahl von Spaltlichten zu bilden; und
ein Verschlußmittel, das vor dem genannten einen der Gitter angeordnet ist, das eine Beugungsrichtung hat, die zu der Längsachse der zylindrischen Linse parallel ist, welches Verschlußmittel eine Vielzahl von Spaltlichten oder Punktlichten, die in der Richtung parallel zu der Achse der zylindrischen Linse verteilt sind, abschirmen kann, außer einem der genannten Spaltlichte oder Punktlichte, so daß durch Steuern des genannten Verschlußmittels entweder Multispaltlichte oder ein Standardeinzelspaltlicht in Zeitteilung erhalten werden können.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figuren 1 und 2 sind schematische Ansichten, die ein Prinzip der dreidimensionalen Messung zeigen;
Figur 3 ist ein Blockdiagramm, das eine Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Position nach dem Prinzip zeigt, das in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist;
Figur 4 ist ein Flußdiagramm, das ein Verfahren zum Messen einer dreidimensionalen Position nach dem Prinzip zeigt, das in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist;
Figur 5 ist ein Flußdiagramm, das ein Verfahren zum Extrahieren des Bildes des Objektes zeigt;
Figur 6 ist ein Flußdiagramm, das ein Verfahren zum Extrahieren der linearen Bilder von einem Standardspaltlicht und von Multispaltlichten zeigt;
Figur 7 ist ein Flußdiagramm, das ein Verfahren zum Extrahieren der Fotobilder des Standardspaltlichtes und der Multispaltlichte zeigt;
Figur 8 ist ein Flußdiagramm, das ein Berechnungsverfahren zum Erhalten einer Entsprechung zeigt;
Figuren 9 und 10 sind schematische perspektivische Ansichten, die eine bewegliche Lichtquellenbaugruppe zeigen;
Figuren 11 und 12 sind ähnliche Ansichten wie die Figuren 1 bzw. 2, zeigen aber ein anderes Prinzip der dreidimensionalen Messung;
Figur 13A ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die eine Vorrichtung zum Emittieren von Multispaltlichten gemäß der Erfindung zeigt;
Figuren 13B und 13C sind Draufsichten auf Beugungsgitter A bzw. B, die in der Vorrichtung von Figur 13A verwendet werden;
Figur 14 ist eine Ansicht ähnlich Figur 13A, zeigt aber eine andere Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Emittieren von Multispaltlichten;
Figur 15 ist eine Ansicht ähnlich Figur 3, zeigt aber eine Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Position in der zweiten Ausführungsform;
Figur 16 ist eine Ansicht ähnlich Figur 4, zeigt aber ein Verfahren zum Messen einer dreidimensionalen Position nach dem Prinzip der Figuren 11 und 12;
Figuren 17A und 17B sind auseinandergezogene perspektivische Ansichten, die noch eine andere Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Emittieren von Multispaltlichten zeigen;
Figur 18 ist eine Ansicht ähnlich Figur 13A, zeigt aber noch eine andere Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Emittieren von Multispaltlichten;
Figuren 19A und 19B sind perspektivische Ansichten von Verschlußelementen, die in der Multispaltlichtemittiervorrichtung verwendet werden, die in Figur 18 gezeigt ist;
Figur 20 ist eine Ansicht ähnlich Figur 3, zeigt aber eine Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Position nach dem Prinzip der Figuren 11 und 12; und
Figur 21 ist eine Ansicht ähnlich Figur 4, zeigt aber einen Prozeß zum Messen einer dreidimensionalen Position nach dem Prinzip der Figuren 11 und 12.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Prinzid der Messung

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1, 2A und 2B wird nun angenommen, daß eine vorbestimmte orthotomische Koordinate einer Kamera, 0C-XCYCZC, einen Ausgangspunkt im Fokus einer Videokamera 1 und eine Z-Achse längs einer optischen Achse der Kamera 1 hat. Es wird auch angenommen, daß eine orthotomische Koordinate eines Multispaltes, OM-XMYMZM, einen Ausgangspunkt an einer Multispaltlichtquelle 5 hat. Diese Koordinate eines Multispaltes wird längs YM parallel bewegt, dann wird eine orthotomische Koordinate eines Standardmultispaltes, OS-XSYSZS, angenommen, die einen Ausgangspunkt an einer Standardmultispaltlichtguelle 6 hat. Die Beziehung zwischen der orthotomischen Kamerakoordinate und der orthotomischen Multispaltkoordinate ist im allgemeinen wie folgt gegeben:
wobei hij (i, j = 1, 2, 3) einen Cosinus des Winkels zwischen der Koordinatenachse i und j darstellt und h (i = 1, 2, 3) eine parallel bewegte Distanz ist.
Nun wird angenommen, daß jede optische Spaltfläche M des Spaltlichtes 3 durch Rotieren der Ebene XM = 0, die durch die orthotomische Multispaltkoordinate dargestellt wird, um einen vorbestimmten Winkel um die Achse YM erhalten wird. Eine optische Spaltfläche Mj , die durch Rotieren der Ebene XM - 0 um einen Winkel θj (j = 1 bis m) um die Achse von YM erhalten wird, ist wie folgt gegeben.
xMcosθj - zMsinθj = 0 ... (2)
Dies wird unter Verwendung der orthotomischen Kamerakoordinate wie folgt dargestellt. Unter Verwendung der Darstellung (1) ist
Andererseits wird angenommen, daß eine optische Spaltfläche S des Standardspaltlichtes 8 durch Rotieren der Ebene XS = 0, die durch die orthotomische Standardspaltkoordinate dargestellt wird, um einen vorbestimmten Winkel θS um die Achse von YS (die mit YM komzidiert) erhalten wird. θS wird eingestellt, um der optischen Spaltfläche MK der Nummer K des Multispaltlichtes 3 wie folgt zu entsprechen.
θs = θk ... (4)
Hier kann eine optische Standardspaltfläche S des Standardspaltlichtes 8 folgendermaßen dargestellt werden.
Dies wird unter Verwendung der orthotomischen Kamerakoordinate wie folgt dargestellt. Unter Verwendung der Darstellung (1) ist
Nun wird angenommen, daß durch Einstrahlen von m Multispaltlicht(en) 3 eine Vielzahl von Spaltlichtprojektionsbildern 9 auf der Oberfläche des Objektes 4 geschaffen wird und durch Aufnehmen dieser Bilder durch die Kamera 1 l Spaltlichtfotobilder, die den Spaltlichtprojektionsbildern 9 entsprechen, auf einer Bildfläche, wie z. B. ein Fotoelement, in der Kamera 1 erhalten werden. Hier wird der Einfachheit halber vorausgesetzt, daß das Objekt 4 linear ist, die Koordinate des spaltlichtprojizierten Bildes auf dem Objekt 4 Pi ist (XCPi, YCPi, ZCPi), (i = 1 bis l), und die Koordinate des Spaltlichtfotobildes, das dem jeweiligen spaltlichtprojizierten Bild 9 entspricht, Ii ist (XCIi, YCIi, ZCIi), (i = 1 bis l). Hier wird aus praktischen Grün-5 den auch angenommen, daß die Bildebene C die Ebene ZC = f (eine konstante Brennweite) ist, die zu der Ebene XCYC parallel ist. Falls angenommen wird, daß die Augenlinie 10 eine Linie L (= 0CIi) ist, ist L in diesem Fall wie folgt gegeben.
Die dreidimensionale Koordinate von einem Pi von punktartigen spaltlichtprojizierten Bildern 9 wird wie an einem Schnittpunkt der Augenlinie 10 bestimmt, d. h., der geraden Linie Li und einer Spaltlichtfläche Mi, die Pi entspricht.
Auf dieser Stufe ist jedoch die Entsprechung von jedem Spaltlichtfotobild Ii (i = 1 bis l) zu einer Spaltlichtfläche Mj des Multispaltlichtes 3 unbekannt; es ist nicht bestimmt worden, welches Bild Ii bis I welcher Spaltlichtfläche von M&sub1; bis M entspricht, die auf das Objekt 4 einstrahlt.
Ein Standardspaltlicht 8, das dieselbe optische Spaltfläche 5 wie eine optische Spaltfläche MK hat, die durch eines des Multispaltlichtes (der Multispaltlichte) 3 gebildet wird, wird mit Zeitteilung mit Multispaltlicht(en) 3 eingestrahlt. Hier wird vorausgesetzt, daß die Koordinate eines spaltlichtprojizierten Bildes 9 auf dem Objekt 4 durch das Standardspaltlicht 8 PS ist (XCPS, YCPS, ZCPS) und die Koordinate des Standardspaltlichtfotobildes, das dem spaltlichtprojizierten Licht 9 entspricht, Is ist (XCIS, YCIS, ZCIS), ZCIS = f. In diesem Fall wird die Augenlinie LS (= 0C Is) wie folgt dargestellt.
PS (ein Punkt des spaltlichtprojiziertem Bildes 9) kann als Schnittpunkt der Linie LS und der optischen Spaltfläche S, die PS entspricht, bestimmt werden. Deshalb wird aus der Darstellung (8) erhalten:
Wenn dies in die Darstellung (6) eingesetzt wird, ist ZC wie folgt gegeben.
Deshalb ist
Wenn dies in die Darstellung (9) eingesetzt wird, wird erhalten:
Hier ist
Die obigen 11a bis 11c, nachfolgend einfach als (11) bezeichnet, und die obige (12) sind eine Darstellung von Ps, angegeben durch die orthentische Kamerakoordinate. Da die Spaltlichtfläche 5, die durch das Standardspaltlicht 8 gebildet wird, einer Mk der Spaltlichtflächen M entspricht, die durch die Multispaltlichte 3 erzeugt werden, kann eine, die dem Standardspaltlichtfotobild Is entspricht, unbedingt in den Spaltlichtfotobildern Ii (i = 1 bis l) oder den Multispaltlichten 3 gefunden werden. Falls ein Spaltlichtfotobild, das durch Is spezifiziert ist, als Ir angenommen wird, wird somit letzteres mit der Spaltlichtfläche S in Entsprechung gebracht, die durch das Standardspaltlicht 8 gebildet wird, und deshalb mit der Spaltfläche Mk des Multispaltlichtes (der Multispaltlichte) 3. Angesichts der Anordnungen der Multispaltlichte 3 und der Spaltlichtfotobilder werden dann, kein Austausch zwischen den zwei Faktoren vorausgesetzt, jeweilig in Entsprechung gebracht: Ir-1 mit Mk-1 , Ir-2 mit Mk-2 , ..., I&sub1; mit Mk-r+1 , Ii+r mit Mk+1 , Ir+1 mit Mk+1 , Ir+2 mit Mk+2 , ... und Il mit Mk+l-r.
Deshalb kann in diesen Beziehungen in den Darstellungen (11) und (12) , wenn anstelle von (xCIs , yCIs , θs) (xCIs , yCIs , θk-r+1) in P&sub1; eingesetzt wird, (xCIs , yCIs , θk-r-2) in P&sub2; eingesetzt wird, ... (xCIl , yCIl , θk-l-r) in Pl eingesetzt wird, eine dreidimensionale Position in der orthentischen Kamerakoordinate des spaltlichtprojizierten Bildes 9 des Objektes 4 bestimmt werden, und deshalb kann eine dreidimensionale Position des Objektes 4 bestimmt werden.

Meßsystem

Eine Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens zum dreidimensionalen Messen kann konstruiert sein, wie in Fig. 3 gezeigt, in der Bezugszahl 1 eine Videokamera bezeichnet; 11 einen Analog-Digital-Umsetzer; 12 eine gewöhnliche Beleuchtung zum Bestrahlen des Objektes 4; und 13 und 14 Lichtquellen bezeichnen, die jeweils eine Multispaltlichtquelle 5 und eine Standardspaltlichtquelle 6 umfassen, die gemäß der Anordnung des Objektes 4 selektiv verwendet werden können. Bezugszahl 15 bezeichnet einen Bildprozessor, der einen Licht- und Schattenbild-(Gleichmäßigkeits-)-Prozessor 16 zum Plotten der Konfiguration des Objektes 4 umfaßt, einen Rippen- oder Kammprozessor 17 zum Plotten der Mittellinie des linearen Objektes 4 innerhalb einer Bildelementbreite, einen Polprozessor 18 zum Plotten von lokalen Spitzenpunkten, einen Binärprozessor 19 für das digitale Signal und einen UND-Operator mit einer UND-Operationsfunktion zwischen den Bildern. Bezugszahlen 21 und 22 bezeichnen Bildspeicher zum Speichern der Bilder, die auf der Bildfläche C der Kamera 1 aufgenommen werden; 23 bezeichnet einen Linearbildcomputer zum Berechnen auf der Basis der Position des Objektes 4, ob eine der zwei Lichtquellen 13 und 14, die unterschiedlich zueinander angeordnet sind, auszuwählen ist; 24 einen Computer zum Spezifizieren eines der Spaltlichtbilder der Multispaltlichte 3, das dem Standardspaltlichtbild des Standardspaltlichtes 8 entspricht, und zum Berechnen des Erhaltens der Entsprechung zwischen dem Spaltlichtbild und der Spaltlichtfläche M; 25 einen Computer zum Berechnen der dreidimensionalen Koordinate unter Verwendung der Darstellungen (11) und (12); 26 und 27 Puffer; und 29 eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) zum Ausführen von verschiedenen Steuerungen und Berechnungen.

Meßprozeß

Es wird angenommen, daß ein zu messendes Objekt linear ist. Zuerst werden, wie in Fig. 1 ersichtlich ist, die Multispaltlichtquelle 5 und die Standardspaltlichtquelle 6 nahe dem linearen Objekt 4 fest angeordnet. Die Multispaltlichtquelle 5 und die Standardspaltlichtquelle 6 strahlen die Multispaltlichte 3 bzw. das Standardspaltlicht 8 ein, wie oben beschrieben, und sind ein Satz, der von den zwei Sätzen von Lichtquellen 13 und 14 ausgewählt wurde.
In einem in Fig. 4 gezeigten Flußdiagramm wird zuerst die gewöhnliche Beleuchtung 12, die nahe dem Objekt angeord net ist, Eingeschaltet, um das Objekt 4 zu beleuchten (41). Falls jedoch das Objekt 4 von dem Hintergrund klar unterschieden werden kann, ist solch eine Beleuchtung nicht erforderlich. Als nächstes wird das Objekt 4, das durch die gewöhnliche Beleuchtung 12 beleuchtet wird, durch die Videokamera 1 abgebildet, und die Konfiguration des Objektes 4 wird auf der Bildfläche C, wie z. B. ein Bildelement, aufgenommen. Dann wird das abgebildete Bild in ein digitales Signal umgesetzt, das Licht- und Schattenpegel (80) hat, und dem Bildprozessor 15 eingegeben. Die Signale, die dem Bildprozessor 15 eingegeben werden, werden im Gleichmäßigkeitsprozessor 16 einem Gleichmäßigkeits- oder Laplace- Verfahren 81 oder sowohl dem Gleichmäßigkeits- als auch dem Laplace-Verfahren 82 ausgesetzt, wie in Fig. 5 gezeigt. Dann werden die Signale einem Kammpunktverfahren 83 in dem Kammpunktprozessor 17 und einem Binärverfahren 84 in dem Binärprozessor 19 ausgesetzt. Falls viel whiskerartiges Rauschen vorhanden ist, kann das Signal nach dem Binärverfahren 84 einem Rauschentfernungsverfahren 85 unterzogen werden.
Die Mittellinie des Objektes 4 kann als Linie mit einer Bildelementbreite geplottet und in dem Bildspeicher 21 als Bild 30 gespeichert 86 werden (42). Dann wird in dem Computer 23 auf der Basis der erhaltenen Daten die Anordnungsrichtung des linearen Objektes 4 wie folgt berechnet. Zuerst werden ein Anfangspunkt Ls (XsC, YsC) und ein Endpunkt Le (XeC, YeC) des Objektes 4 auf der Bildfläche C durch die orthentische Kamerakoordinate spezifiziert. Da das Objekt 4 hier ein einfaches längliches lineares Glied ist, kann ein Winkel θ, der die Anordnungsrichtung des Objektes 4 angibt, aus Ls und Le bestimmt werden. Nämlich ist
Somit ist ein Richtungsvektor, der die Anordnung des Objektes 4 angibt, wie folgt.
= (cosθ, sinθ)
Unter Verwendung dieses Vektors wird eine der Lichtquellen A und B, die bezüglich einander in gegenüberliegenden Richtungen angeordnet sind, wie folgt selektiert. Falls angenommen wird, daß die Vektoren der Lichtquellen 13 und 14, die zu der Spaltfläche normal sind, A bzw. B sind, werden die absoluten Werte von Produkten A und B berechnet, und beide Werte werden verglichen, um die Lichtquelle auszuwählen, die einen absoluten Wert hat, der kleiner als jener der anderen Lichtquelle ist (43). Denn bezüglich der Multispaltlichte (3) sollten mehr Spaltlichtprojektionsbilder 9 gesammelt werden, um die Auflösung der Messung zu verbessern. Jedoch können beide Lichtquellen 13 und 14 verwendet werden, um zwei Messungen aus jeweilig verschiedenen Richtungen zu ermöglichen.
Dann wird die gewöhnliche Beleuchtung 12 AUSgeschaltet, aber die Standardspaltlichtquelle des ausgewählten Lichtquellensatzes 13 oder 14 wird EINgeschaltet, um das Standardspaltlicht 8 auf die Oberfläche des Objektes 4 einzustrahlen (44). Hier sollte die Spaltlichtfläche S, die durch das Standardspaltlicht 8 gebildet wird, vorher mit einer des Multispaltlichtes (der Multispaltlichte) 3 in Entsprechung gebracht werden. Eine Luminanzlinie 7 wird vorgesehen, um das Objekt 4 durch das Standardspaltlicht 8 zu kreuzen, und ein Spaltprojektionsbild 9 wird auf dem Objekt 4 gebildet. Die Luminanzlinie 7, die das Spaltprojektionsbild 9 enthält, wird durch die Kamera 1 abgebildet, so daß ein Linienbild 37, das das Standardspaltlichtfotobild 38 enthält, das dem Spaltprojektionsbild 9 des Standardspaltlichtes 8 entspricht, auf dem Bildelement C der Kamera 1 erhalten wird. Das Linienbild 37 wird durch den in Fig. 3 gezeigten Analog-Digital-Umsetzer 11 in ein digitales Signal umgesetzt, das einen Gleichmäßigkeitspegel (90) hat, und dem Bildprozessor 15 eingegeben. Das Signal, das dem Bildprozessor 15 eingegeben wird, wird im Gleichmäßigkeitsprozessor 16 einem Gleichmäßigkeits- oder Laplace-Verfahren 91 oder sowohl dem Gleichmäßigkeits- als auch dem Laplace-Verfahren 92 unterzogen, wie in Fig. 6 ersichtlich ist. Dann werden die Signale dem Kammpunktverfahren 83 im Kammprozessor 17 und einem Binärverfahren 84 im Binärprozessor 19 unterzogen. Die Signale werden dann einem Kammpunktverfahren 93 in dem Kammpunktprozessor 17 und einem Binärverfahren 95 in dem Binärprozessor 19 unterzogen, so daß die Mittellinie des Linienbildes 37 geplottet und als Abbildungsbild 31 in dem Bildspeicher 22 gespeichert werden kann (45). Hier kann anstelle des Kammpunktverfahrens 93 in dem Kammpunktprozessor 17 ein Lokalpunktverfahren 94 in dem Lokalpunktprozessor 18 ausgeführt werden. In diesem Fall wird eher eine lokale Spitze geplottet als die Mittellinie des Linienbildes 37 von dem Standardspaltlicht 8. Besonders wenn das Standardspaltlichtabbildungsbild 38 als ein Bildelement aufgenommen wird, ist das in Fig. 8 gezeigte Verfahren unnötig.
Dann werden Bilddaten aus den Bildspeichern 21 und 22 gleichzeitig ausgelesen und UND-Operationen der Abbildungsbilder 30 und 31 werden in dem UND-Operationsprozessor 20 ausgeführt, um das Standardspaltfotobild 38 zu erhalten. Das Standardspaltfotobild 38 kann im allgemeinen eine Anzahl von gesammelten Punkten haben&sub1; selbst wenn das Objekt linear ist. Somit wird jede Koordinate von ihm durch die orthentische Kamerakoordinate dargestellt als
Bj (xC, yC) , j = 1 bis n
und in dem Puffer 26 gespeichert (46). Der Ablauf des Verfahrens, wie oben beschrieben, ist in Fig. 7 von 100 bis 102 gezeigt.
Dann wird die Standardspaltlichtquelle 6 AUSgeschaltet, und die Multispaltquelle 5 wird Eingeschaltet (47). Das Aufnehmen des Spaltlichtfotobildes 39 von dem Multispaltlicht (den Multispaltlichten) 3 wird auf dieselbe Weise wie das Aufnahmeverfahren des Standardspaltlichtfotobildes 38 von dem Standardspaltlicht 8 ausgeführt. Ein Ablauf dieses Verfahrens ist in Fig. 4 von 47 bis 50 gezeigt und entspricht im wesentlichen 44 bis 47 im Fall eines Standardspaltlichtes 8. Das heißt, eine Vielzahl von Luminanzlinien 7 wird vorgesehen, um das Objekt 4 durch das Multispaltlicht (die Multispaltlichte) 3 zu kreuzen, und eine Vielzahl von spaltprojizierten Bildern 9 wird auf dem Objekt 4 gebildet. Die Luminanzlinien 7, die die spaltprojizierten Bilder 9 enthalten, werden durch die Kamera 1 abgebildet, so daß eine Vielzahl von Linienbildern 37, die eine Vielzahl von Spaltlichtfotobildern 39 enthalten, die dem projizierten Bild 9 des Multispaltlichtes (der Multispaltlichte) 3 entsprechen, auf dem Bildelement C der Kamera 1 erhalten wird. Die Linienbilder 37 werden auf dieselbe Weise wie das Standardspaltlicht 8 verarbeitet, um die Mittellinien der Linienbilder 37 des Multispaltlichtes (der Multispaltlichte) 3 zu plotten und sie in dem Bildspeicher 22 als Bilder 33 zu speichern 96 (48).
Dann werden Bilddaten aus den Bildspeichern 21 und 22 gleichzeitig ausgelesen, und UND-Operationen der Abbildungsbilder 30 und 33 werden in dem UND-Operationsprozessor 20 ausgeführt, um eine Vielzahl von Spaltlichtfotobildern 39 zu plotten. Jedes Spaltfotobild 39 kann im allgemeinen eine Anzahl von gesammelten Punkten haben, selbst wenn das Objekt 4 linear ist. Somit wird jede Koordinate der Spaltfotobilder 39 durch die orthentische Kamerakoordinate dargestellt als
Ck (xC, yC), k = 1 bis k
und in dem Puffer 27 gespeichert (49). Die anderen Verfahren, die im Fall des Standardspaltlichtes 8 ausgeführt worden sind, werden auch bei diesen Verfahren für Multispaltlicht(e) 3 ausgeführt. Dann wird die Multispaltlichtquelle 5 Ausgeschaltet (50).
Wenn angenommen wird, daß zwischen den Spaltlichtfotobildern 39 kein Austausch stattfindet, wird dann ein Spaltlichtfotobild 39, das dem Standardspaltlichtfotobild 38 von dem Standardspaltlicht 8 entspricht, aus der Vielzahl von Spaltlichtfotobildern 39 von dem Multispaltlicht (den Multispaltlichten) 3 ausgewählt. Dazu wird in dem Computer 24 ein Verfahren zum Herstellen einer Entsprechung ausgeführt, wie in Fig. 8 gezeigt.
Zuerst wird ein Durchschnittswert B (x, y) der Daten Bj (xC, yC), j = 1 bis n, zum Angeben von Koordinatenpositionen des Standardspaltlichtfotobildes 38 bestimmt, um die Koordinate der Standardspaltlichtfotobilder 38 darzustellen (61). Das heißt,
Dann werden die Distanz und die Richtung des Standardspaltlichtfotobildes 38 zu jedem Spaltlichtfotobild 39 von dem Multispaltlicht (den Multispaltlichten) 3 bestimmt (62). Und zwar werden die Distanz dk und der Winkel ηk auf der Bildfläche C jeweilig wie folgt dargestellt.
Dann wird Ck (xC, yC) der Reihe nach ab einer kleineren dk umgeordnet (63). Falls bei dk (xC, yC) dk kleiner als eine Distanz r ist, sollte es in Klasse 0 klassifiziert werden (65). Dann wird ηk der Reihe nach ab dem Wert nahe B (xC, yC) in Klassen 1, 2, 3, ... klassifiziert (68). Ähnlich wird ηk mit negativem Wert der Reihe nach ab dem Wert nahe B (xC, yC) in Klassen -1, -2, -3, ... klassifiziert. Falls das Kammpunktverfahren ausgeführt worden ist, sollten die Durchschnittswerte in den jeweiligen Klassen dargestellt werden, da die Spaltlichtfotobilder 39 in einer Einheit von mehreren Bildelementen extrahiert werden könnten (69). Diese werden wie folgt dargestellt.
Ep (xC, yC), p = 1 bis e
Falls das Polpunktverfahren ausgeführt wird, um jedes Spaltlichtfotobild innerhalb eines Bildelementes zu extrahieren, ist der Durchschnittswert nicht mehr erforderlich. Ep (xC, yC) werden der Reihe nach ab der kleineren Klasse umgeordnet (70). Falls p = r in die Klasse 0 fällt, entspricht Er (xC, yC) dem Standardspaltlichtfotobild 38, und als Resultat wird ein Bild von den Spaltlichtfotobildern 39 spezifiziert, das dem Standardspaltfotobild 38 entspricht. Deshalb entspricht der Einstrahlungswinkel θs der Spaltlichtfläche S von dem Standardspaltlicht 8 der Spaltlichtfläche Mk der Nummer K, so daß Er (xC, yC) mit θk in Entsprechung gebracht wird.
Angenommen, daß kein Austausch bei den anderen Spaltlichtfotobildern 39 stattfindet, wird deshalb Er+1 (xC, yC) mit θk+1 in Entsprechung gebracht, Er+2 (xC, yC) mit θk+2 , ... und E&sub1; (xC, yC) mit θk+1-r , und jeweilig auch Er-1 (xC, yC) mit θk-1 , Er-2 (xC, yC) mit θk-2 , ... und E&sub1; (xC, yC) mit θk-r+1 (71).
Obwohl in der obigen Beschreibung die Koordinate der Abbildungsbildfläche C der Einfachheit halber durch die orthotomische Kamerakoordinate dargestellt wird, kann eine Abbildungsbildkoordinate im allgemeinen auf der Abbildungsbildfläche C festgelegt werden, um sie in dieser Koordinate zu präsentieren. In diesem Fall ist jedoch ein Verfahren zum Verändern der Abbildungsbildkoordinate in die orthotomische Kamerakoordinate erforderlich (72). Somit wird jedes Spaltlichtfotobild 39 und jede Spaltlichtfläche Mj des Multispaltlichtes (der Multispaltlichte) 3 auf der Basis der relativen Positionen zwischen dem spezifizierten Spaltlichtfotobild 39 und den anderen Spaltlichtfotobildern 39 miteinander in Entsprechung gebracht (51). Die Koordinate und der Winkel des Spaltlichtfotobildes 39 auf der Abbildungsbildfläche C, die so erhalten wurden, werden in die obengenannten Darstellungen (11) und (12), (xCIS , yCIS , θs), eingesetzt, und dann wird die Beziehung zwischen der orthotomischen Kamerakoordinate und der Koordinate des Multispaltes und Standardspaltes (hij (i, j = 1 bis 4)) bestimmt. Deshalb wird die Distanz von der Koordinate des Spaltlichtfotobildes 9 zu der Koordinate (73, 52) erhalten, und daher kann eine dreidimensionale Messung des Objektes 4 durchgeführt werden.
Obwohl in dieser Ausführungsform angenommen wird, daß das Objekt 4 linear ist, ist es nicht auf solche Konfigurationen begrenzt, sondern kann auf ein allgemeines dreidimensionales Objekt angewendet werden. In diesem Fall wird das spaltprojizierte Bild auf dem Objekt als linear verarbeitet (in dieser Ausführungsform als Punkte verarbeitet).
Figuren 9 und 10 zeigen eine Lichtquellenbaugruppe mit einer Basis 111 zum Tragen einer Einzelspaltlichtquelle 5 und einer Multispaltlichtquelle 6, die so angeordnet sind, daß die optische Fläche 8 der Einzelspaltlichtquelle 5 einer der optischen Flächen 7 der Multispaltlichtquelle 6 entspricht. In Fig. 9 kann die Lichtquellenbaugruppe (Basis 111) durch einen Motor M um eine Achse A rotiert werden, die beide Emittierpunkte der Einzelspaltlicht- und Multispaltlichtquellen 5 und 6 passiert, um eine dreidimensionale Messung für ein Objekt zu ermöglichen, das an irgendeiner Position innerhalb des Sehfeldes der Kamera 1 (Fig. 1) angeordnet ist. Ferner ist in Fig. 10 die gesamte Lichtquellenbaugruppe, die eine Basis 111 zum Tragen einer Einzelspaltlichtquelle 5 und einer Multispaltlichtquelle 6 sowie einen Motor M1 umfaßt, ähnlich wie die in Fig. 9 gezeigte Baugruppe, mit einem Bügelmittel 112 verbunden, das mit einem anderen Motor M2 verbunden ist, so daß die Basis 111 natürlich um die Achse A rotiert werden kann und die obengenannte gesamte Lichtquellenbaugruppe auch um eine Achse B rotiert werden kann, die die Achse A rechtwinklig schneidet. Deshalb wird eine dreidimensionale Messung weitgehender ermöglicht, indem von irgendeiner gewünschten Position auf ein Objekt eingestrahlt wird, das an irgendeiner Position innerhalb des Sehfeldes der Kamera angeordnet ist.

Andere Ausführungsformen

Obwohl in der obigen Ausführungsform eine Entsprechung zwischen der Multispaltlichtfläche und deren Spaltlichtfotobild unter Verwendung der Standardspaltlichtquelle unabhängig von der Multispaltlichtquelle herbeigeführt wird, ist es auch möglich, vor der Multispaltlichtquelle einen Verschluß vorzusehen, um eine Zeitteilung zur Einstrahlung eines Standardeinzelspaltlichtes und des gesamten Multispaltlichtes (der gesamten Multispaltlichte) durch den Verschluß auszuführen. Alternativ ist es auch möglich, eine Multispaltlichtquelle vorzusehen, bei der eine der Spaltlichtflächen einen Luminanzpegel hat, der höher als jener der anderen Flächen ist und somit als Standardeinzelspaltlicht verwendet werden kann.
Figuren 11 und 12 sind den Fig. 1 und 2 ähnlich, außer daß die Standardspaltlichtquelle 5 weggelassen ist. Gemäß diesen Ausführungsformen ist nur eine Baugruppe einer Lichtquelle (Multispaltlichtquelle) 5 erforderlich, wie in Fig. 11 und 12 ersichtlich ist.

Zweite Ausführungsform

Figur 13A ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Emittieren von Multispaltlicht. Ein paralleles Licht 206 mit Einzelwellenlänge wird zum Beispiel durch Kollimieren eines Lichtstrahls, der von einem Halbleiterlaser LD emittiert wird, durch eine Kollimatorlinse 207 erzeugt. Auf einer optischen Achse 208 des parallelen Lichtstrahls 206 sind zwei Beugungsgitter A und B, die zueinander rechtwinklige Beugungsrichtungen haben, und eine zylindrische Linse 209 angeordnet. Die Achse dieser zylindrischen Linse 209 entspricht der Beugungsrichtung von Gitter B dieser Beugungsgitter. Dieses Beugungsgitter B hat einen Beugungsgitterabschnitt 210, dessen ein Ende auf der optischen Achse 208 positioniert ist, wie in Fig. 13C ersichtlich ist. Deshalb wird ein Teil des einfallenden Lichtes auf den Gitterabschnitt 210 eingestrahlt, aber der andere Teil von ihm wird auf den Nichtgitterabschnitt 211 eingestrahlt. Andererseits wird das Licht auf die Mitte des Gitterabschnittes des Beugungsgitters A eingestrahlt, und die Beugungsrichtung von ihm ist zu der Achse der zylindrischen Linse 209 rechtwinklig, wie in Fig. 13B gezeigt.
Da die obigen zwei Beugungsgitter A und B und die zylindrische Linse 209 angeordnet sind wie oben erwähnt, sind die Positionen dieser Elemente auf der optischen Achse 208 nicht begrenzt. In dieser besonderen Ausführungsform hat ein Beugungsgitter A längs des parallelen einfallenden Lichtstrahls 206 eine Beugungsrichtung, die zu der Achse der zylindrischen Linse 209 rechtwinklig ist.
Das parallele Licht 206, das auf das Beugungsgitter A eingestrahlt wird, ist im Querschnitt ein runder optischer Punkt, wie durch 5 gezeigt. Nachdem es jedoch das Beugungsgitter A passiert hat und gebeugt ist, ist längs der Beugungsrichtung, d. h., der Achse y, eine Vielzahl von optischen Punkten S&sub1; ,S&sub2; , ... gebildet. Wenn diese Punkte S&sub1; , S&sub2; dann das Beugungsgitter B passieren, wird eine Reihe von optischen Punkten S&sub1; ,S&sub2; , ... in der Richtung der Achse x gebeugt. Deshalb wird auf jedem von X&sub1; , X&sub2; , X&sub3; , ..., eine Vielzahl von optischen Punkten S&sub1; ,S&sub2; , ... gebildet, um eine Matrix von optischen Punkten zu bilden. Wenn jedoch das Beugungsgitter B passiert wird, passiert ein Teil von einfallenden optischen Punkten S&sub1; ,S&sub2; , ... den Beugungsgitterabschnitt 210, aber der andere Teil von ihnen passiert direkt den Nichtgitterabschnitt 210. Deshalb wird die Luminanz der Reihe von optischen Punkten S&sub1; ,S&sub2; , ... längs der Achse y an der Mittelposition x&sub3; im Vergleich zu den anderen Reihen von Punkten auf Grund der Summe des gebeugten Lichtes und direkt passierten Lichtes intensiviert. Wenn dann die zylindrische Linse 209 passiert wird, wird jeder optische Punkt in der Richtung, die zu der Achse dieser zylindrischen Linse 209 rechtwinklig ist, d. h., in der Richtung der Achse y, vergrößert und bekommt einen elliptischen Querschnitt. Ein Teil von jeder Ellipse überlappt die benachbarte, so daß Spaltlichte l&sub1; , l&sub2; , l&sub3;, ... gebildet werden. Da die Luminanz des Spaltlichtes l&sub3; auf der optischen Achse 208 stärker als jene der anderen Spaltlichte ist, kann das Spaltlicht l&sub3; als Standardspaltlicht verwendet werden.
Figur 14 zeigt eine Ausführungsform, die Fig. 13A ähnlich ist. In dieser Ausführungsforin sind auf einer optischen Achse 208 der Reihe nach ein Halbleiterlaser LD zum Emittieren eines Laserstrahls mit Einzelwellenlänge angeordnet, eine Kollimatorlinse 207, eine zylindrische Linse 209, ein Beugungsgitter A mit einer Beugungsrichtung, die zu der Achse der zylindrischen Linse 209 rechtwinklig ist, und ein Beugungsgitter B mit einer Beugungsrichtung, die zu jener des Beugungsgitters A rechtwinkling ist.
Deshalb wird das Licht, das von dem Halbleiterlaser LD emittiert wurde, durch die Kollimatorlinse 207 zu parallelem Licht kollimiert und durch die zylindrische Linse 209 geführt, so daß es in der y-Richtung vergrößert wird, um ein elliptischer optischer Punkt Sa zu werden. Wenn das Beugungsgitter A passiert und in der y-Richtung gebeugt ist, ist eine Vielzahl von elliptischen optischen Punkten Sa1, Sa2, ... in der y-Richtung gebildet. Jeder dieser optischen Punkte überlappt den benachbarten, um ein Einzelspaltlicht l zu bilden. Das Beugungsgitter B mit einer Beugungsrichtung, die zu der Achse der zylindrischen Linse 209 parallel ist, hat einen Beugungsgitterabschnitt 210, von dem ein Ende auf der optischen Achse 208 positioniert ist. Deshalb tritt nur etwa eine Hälfte des einfallenden Spaltlichtes durch den Beugungsgitterabschnitt 210 hindurch, und die andere Hälfte von ihm tritt ohne Beugung direkt hindurch. Deshalb ist nach Passieren des Beugungsgitters B das Spaltlicht l&sub3; auf der optischen Achse 208 aus der Summe des gebeugten Spaltlichtes und nichtgebeugten Spaltlichtes gebildet, und das andere Spaltlicht ist nur aus dem gebeugten Spaltlicht gebildet. Die Luminanz des Spaltlichtes l&sub3; ist deshalb viel höher als jene der anderen.
In der Ausführungsform von Fig. 14 sind ab der Seite der Kollimatorlinse 207 der Reihe nach die zylindrische Linse 209 angeordnet, das Beugungsgitter A mit einer Beugungsrichtung, die zu der Achse der zylindrischen Linse 209 rechtwinklig ist, und das Beugungsgitter B mit einer Beugungsrichtung, die zu der Achse der zylindrischen Linse 209 parallel ist. Diese Elemente können jedoch nach Wunsch angeordnet werden. Es reicht aus, das Beugungsgitter A mit einer Beugungsrichtung, die zu der Achse der zylindrischen Linse 209 rechtwinklig ist, so anzuordnen, daß das Ende des Beugungsabschnittes 210 auf der optischen Achse 208 positioniert ist. Zum Beispiel kann die zylindrische Linse 209, wie in Fig. 13A ersichtlich ist&sub1; hinter den Gittern A und B angeordnet werden. Jedoch sollten diese zwei Gitter dicht aneinander angeordnet werden, denn falls der Abstand zwischen den beiden zu lang ist, könnten die oberen und unteren Enden des Spaltlichtes, in Abhängigkeit von der Größe der zylindrischen Linse 209, abgetrennt werden.
Eine Multispaltlichtquelle, wie oben erwähnt, kann als Lichtquelle 5 in Fig. 11 und 12 verwendet werden. In diesem Fall kann, falls eine Belichtungsapertur der Videokamera 1 gestoppt oder verengt wird (Hochpegelschwelle), nur ein l&sub3; des Spaltlichtes (der Spaltlichte), welches besonders heller als all die anderen ist, durch die Kamera empfangen werden. Deshalb kann dieses Spaltlicht l&sub3; als Standardspaltlicht verwendet werden. Falls andererseits eine Belichtungsapertur der Videokamera 1 vergrößert wird (Niederpegelschwelle), kann (können) durch die Kamera das gesamte Spaltlicht (die gesamten Spaltlichte) empfangen werden. Deshalb kann (können) dieses Spaltlicht (diese Spaltlichte) als Multispaltlicht(e) verwendet werden.
Figuren 15 und 16 sind Fig. 3 bzw. 4 ähnlich, zeigen aber eine dreidimensionale Meßvorrichtung und ein Verfahren von ihr zum Messen in der zweiten Ausführungsform unter Verwendung einer Multispaltlichtquelle, wie in Fig. 13A und 14 gezeigt. Deshalb enthält in Fig. 15 jeder Satz von Lichtquellen 13 oder 14 nur eine Multispaltlichtquelle.
In Fig. 16 wird bei Schritt 44 das gewöhnliche Licht AUSgeschaltet, und gleichzeitig wird die Multispaltlichtquelle 5 (Fig. 11) Eingeschaltet. In diesem Fall umfassen die multispaltlichtprojizierten Bilder 9 (Fig. 11) nur ein besonderes helles Spaltlicht l&sub3; und das andere Spaltlicht (die anderen Spaltlichte). Deshalb muß bei Schritt 45 der Schwellenpegel bei dem Binärverfahren 95 (Fig. 6) hoch genug sein, um nur das besonders helle oder hochintensive Spaltlicht (Standardspaltlicht) zu extrahieren, um ein Standardspaltlichtfotobild 38 zu erhalten. Andererseits muß bei Schritt 47 der Schwellenpegel bei dem Binärverfahren 95 (Fig. 6) auf einen niedrigen Pegel reduziert werden, um Multispaltfotobilder 39 zu extrahieren. Dieses Verfahren ist dasselbe wie das vorhergehende Verfahren zum Erhalten des Standardspaltlichtfotobildes 38, außer daß der Schwellenpegel niedrig ist.
In der zweiten Ausführungsform kann die Multispaltlichtquelle 5 (Fig. 11), auf dieselbe Weise wie in Fig. 9 und 10 beschrieben, beweglich sein, um eine dreidimensionale Messung für ein Objekt zu ermöglichen, das an irgendeiner Position innerhalb des Sehfeldes der Kamera 1 (Fig. 11) angeordnet ist. Zu diesem Zweck kann die Multispaltlichtquelle 5 zum Beispiel auf einer X-Y-Bühne oder an einem Industrieroboter montiert sein.

Dritte Ausführungsform

Figuren 17A und 17B zeigen eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zum Emittieren von Multispaltlicht, wobei Fig. 17A den Zustand zeigt, wenn der Verschluß AUS ist, und Fig. 17B den Zustand zeigt, wenn der Verschluß EIN ist. Auf der optischen Achse 208 des parallelen Lichtes 106 sind zwei Beugungsgitter A und B mit Beugungsrichtungen, die rechtwinklig zueinander sind, und eine zylindrische Linse 209 angeordnet, deren Achse zu der Beugungsrichtung des einen Gitters B von den Gittern parallel ist, so daß nach Hindurchtreten durch diese Elemente eine Vielzahl von Spaltlicht(en) l&sub1; , l&sub2; , ... erzeugt ist. Auf der optischen Achse 208 sind auch ein Halbleiterlaser LD zum Erzeugen eines Laserstrahls mit Einzelwellenlänge und eine Kollimatorlinse 207 angeordnet.
Das Licht, das von dem Halbleiterlaser LD emittiert wird, passiert die Kollimatorlinse 207, um zu parallelem Licht zu werden, und passiert dann die zylindrische Linse 209, um in der Richtung y vergrößert zu werden, um ein Punktlicht mit elliptischem Querschnitt zu werden. Dann passiert es das Beugungsgitter A und wird gebeugt, um ein vertikal verlängerter optischer Punkt zu werden, d. h., ein Spaltlicht, das längs der Beugungsrichtung, der Achse y, gebildet ist. Wenn es dann das Gitter B passiert, wird das Spaltlicht in der Richtung der Achse x gebeugt. Deshalb wird eine Vielzahl von Spaltlichten l&sub1; , l&sub2; , ..., gebildet, die Multispaltlicht(e) sind.
In dieser Ausführungsform ist ein Verschlußmittel 220 so angeordnet, um die Spaltlichte, die nicht ein besonderes Licht sind, abzuschirmen. Da der Verschluß 220 gemäß dieser Ausführungsform so angeordnet ist, um die Spaltlichte, die kein besonderes Spaltlicht sind, abzuschirmen, wenn der Verschluß 220 Eingeschaltet und geschlossen ist, wird nur das besondere Einzelspaltlicht (Standardspaltlicht) l&sub3; erhalten, da die anderen Spaltlichte abgeschirmt werden, wie in Fig. 17B gezeigt. Wenn der Verschluß 220 Ausgeschaltet und geöffnet ist, werden alle Spaltlichte, nämlich Multispaltlichte, l&sub1; , l&sub2; , l&sub3; , ... erhalten, da der Verschluß 220 das Hindurchtreten von allen Spaltlichten gestattet, wie in Fig. 17A gezeigt.
In Fig. 18 sind die Beugungsgitter A und B bezüglich einander umgekehrt. Nach dem Passieren der zylindrischen Linse 209 tritt das Licht mit einem Querschnitt eines vertikal verlängerten Ellipsenpunktes durch das Gitter B hindurch und wird in der Richtung der Achse x gebeugt. Deshalb wird eine Vielzahl von Lichten sx1, sx2, ... gebildet. Da der Verschluß 220 zwischen den zwei Gittern A und B angeordnet ist, werden alle Lichte sx1, sx2, ..., die nicht ein besonderes Licht sx3 sind, abgeschirmt, wenn der Verschluß 220 Eingeschaltet und geschlossen ist. Dann tritt das Licht sx3 durch das Beugungsgitter A hindurch und wird gebeugt, um zu einem vertikal verlängerten Einzelspaltlicht (einem Standardspaltlicht) l&sub3; zu werden. Wenn der Verschluß 220 AUSgeschaltet und geöffnet ist, treten alle Punktlichte sx1, sx2, ..., die am Gitter B in der x-Richtung gebeugt wurden, durch das Gitter A hindurch und werden in der y- Richtung gebeugt, um zu Multispaltlichten l&sub1; , l&sub2; , ... zu werden.
Figuren 19A und 19B zeigen elektronische bzw. mechanische Verschlußelemente. Als elektronischer Verschluß, der keine mechanisch beweglichen Glieder hat, kann einer unter Verwendung von Flüssigkristall, bei dem Polarisationseffekte genutzt werden, oder einer mit einer sogenannten PLZT, angeordnet zwischen zwei Polarisationsplatten, verwendet werden. Die PLZT besteht aus vier Komponenten, Titan, Zirkon, Blei und Lanthan, und hat einen Effekt zum Verändern der Polarisationsfläche in Abhängigkeit davon, ob die elektrische Leistung EIN oder AUS ist. Der Elektronikverschluß 220 kann einer sein, der zwei Verschlußelemente hat, die getrennt voneinander angeordnet sind, wie in Fig. 17A, 17B und 18 ersichtlich ist, oder einer 220, der ein Verschlußelement hat, das mit einer optischen Apertur 221 an einer Position versehen ist, die dem Standardspaltlicht ent spricht, wie in Fig. 19A ersichtlich ist. Andererseits kann ein mechanischer Verschluß einer sein, der eine optische Apertur 222 hat, die nur dem Standardspaltlicht das Hindurchtreten gestattet, wie in Fig. 19B ersichtlich ist. Um das Multispaltlicht (die Multispaltlichte) l&sub1; , l&sub2; ... zu erhalten, sollte das Verschlußelement 223 aus dem optischen Weg zurückgezogen werden. Um umgekehrt ein Standardeinzelspaltlicht l&sub3; zu erhalten, sollte das Verschlußelement 223 auf den optischen Weg 208 bewegt werden, so daß nur das Standardeinzelspaltlicht l&sub3; die Apertur 222 passiert.
Figuren 20 und 21 sind den Fig. 3 bzw. 4 ähnlich, zeigen aber eine Vorrichtung zum dreidimensionalen Messen und deren Verfahren zum Messen in der dritten Ausführungsform unter Einsatz einer Multispaltlichtquelle, wie in Fig. 17 (A, B) und 18 gezeigt. Deshalb enthält in Fig. 20 jeder Lichtquellensatz 13 oder 14 eine Multispaltlichtquelle und einen Verschluß 53 oder 54. In Fig. 21 wird bei Schritt 44 das gewöhnliche Licht AUSgeschaltet, und gleichzeitig wird die Multispaltlichtquelle 5 (Fig. 11) EINgeschaltet. In diesem Fall ist der Verschluß geschlossen, um ein Standardeinzelspaltlicht zu erhalten, wie oben erwähnt. Andererseits wird bei Schritt 47 der Verschluß geöffnet, um Multispaltlichte zu erhalten, auch wie oben erwähnt. Die EIN- und AUS- Operation des Verschlusses kann entweder zum Beispiel durch einen Hostcomputer oder manuell gesteuert werden.
In der dritten Ausführungsform kann die Multispaltlichtquelle 5 (Fig. 11) beweglich sein, oder der Verschluß kann beweglich sein, obwohl die Lichtquelle feststehend ist, um ein dreidimensionales Messen eines Objektes zu ermöglichen, das an irgendeiner Position innerhalb des Sehfeldes der Kamera 1 (Fig. 11) angeordnet ist. Zusätzlich kann der Verschluß eine Vielzahl von Segmenten haben, die dem jeweiligen Spaltlicht (den jeweiligen Spaltlichten) der Multispaltlichte entsprechen, so daß eine Position des gewünschten Spaltlichtes durch Steuern der jeweiligen Verschlußsegmente verändert werden kann.

Claims

1. Eine Vorrichtung zum Emittieren von Multispaltlichten, mit:

einem Mittel (LD) zum Erzeugen von parallelem Licht mit Einzelwellenlänge (206), das eine optische Achse (208) definiert;

zwei Beugungsgittern (A und B), die auf der optischen Achse so angeordnet sind, daß die Beugungsrichtung von einem der genannten Gitter zu jener des anderen der genannten Gitter rechtwinklig ist; und

einer zylindrischen Linse (209), die auf der optischen Achse so angeordnet ist, daß die Längsachse dieser Linse zu der Beugungsrichtung von einem (B) der genannten Gitter parallel ist;

welches eine (B) der genannten Gitter, das eine Beugungsrichtung hat, die zu der Längsachse der zylindrischen Linse parallel ist, einen Beugungsgitterabschnitt (210) und einen Nichtgitterabschnitt (211) hat, so daß ein Teil von optischen Punkten, die auf dieses Gitter einfallen, auf den genannten Beugungsgitterabschnitt eingestrahlt wird und der andere Teil der genannten einfallenden optischen Punkte auf den genannten Nichtgitterabschnitt eingestrahlt wird und direkt durch diesen hindurchgelassen wird.

2. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Ende des genannten Beugungsgitterabschnittes (210) des genannten Gitters (B) auf der genannten optischen Achse (208) angeordnet ist.

3. Eine Vorrichtung zum Emittieren von Multispaltlichten, mit:

zwei Beugungsgittern (A und B), die auf der optischen Achse so angeordnet sind, daß die Beugungsrichtung von einem der genannten Gitter zu jener des anderen genannten Gitters rechtwinklig ist;

einer zylindrischen Linse (209), die auf der optischen Achse so angeordnet ist, daß die Längsachse dieser Linse zu der Beugungsrichtung von einem (B) der genannten Gitter parallel ist und das parallele Licht durch diese Gitter und die Linse hindurchtritt, um eine Vielzahl von Spaltlichten (l&sub1;, l&sub2;, ...) zu bilden; und

einem Verschlußmittel (220), das vor dem genannten einen (B) der Gitter angeordnet ist, das eine Beugungsrichtung hat, die zu der Längsachse der zylindrischen Linse parallel ist, welches Verschlußmittel eine Vielzahl von Spaltlichten (l&sub1;, l&sub2;, ...) oder Punktlichten (SX&sub1;, SX&sub2;, ...), die in der Richtung parallel zu der Achse der zylindrischen Linse verteilt sind, abschirmen kann, außer einem der genannten Spaltlichte oder Punktlichte, so daß durch Steuern des genannten Verschlußmittels entweder Multispaltlichte oder ein Standardeinzelspaltlicht in Zeitteilung erhalten werden können.