DE69133108T2

DE69133108T2 - Apparat zur dreidimensionalen Messung

Info

Publication number: DE69133108T2
Application number: DE69133108T
Authority: DE
Inventors: Shinji Kanda; Tsugito Maruyama; Jun Wakitani
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-06-19
Filing date: 1991-06-19
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2011-06-20
Also published as: EP0985903A3; US5307153A; DE69132853T2; DE69133108D1; US5509090A; EP0660079A2; EP0660079A3; CA2044820A1; EP0985903B1; EP0660079B1; EP0462595A2; EP0985903A2; DE69132853D1; EP0462595A3; CA2044820C

Description

Die Erfindung betrifft eine dreidimensionale Meßeinrichtung zur Messung der Form eines Gegenstands durch Projizieren von Licht aus mehreren Schlitzen auf den Gegenstand, um eine dreidimensionale Messung zu erhalten.
Auf den Gebieten, bei denen eine dreidimensionale Betrachtungsfunktion daran beteiligt ist, einen zu messenden Gegenstand zu erkennen, zur Verwendung in einem Roboter, oder anderen verschiedenen automatischen Einrichtungen, oder in einer Formeingabeeinrichtung zur Messung der Form des Gegenstands, der eingegeben wird, ist eine Anordnung bekannt, bei welcher Schlitzlicht von einem Projektor auf den zu messenden Gegenstand aufgestrahlt wird, und abgetastet und abgebildet durch eine Abbildungseinheit wird, aus einem Winkel, der sich von der Bestrahlungsrichtung unterscheidet, um die Entfernung von dem Beobachtungspunkt zu dem Schlitzlicht-Bestrahlungspunkt auf der Grundlage von Triangulation zu berechnen, und hierdurch die zu messende Form des Gegenstands zu erkennen.
Statt einer Abtastung des Schlitzlichtes kann ein Mehrfachschlitzprojektor eingesetzt werden, der Licht aus mehreren parallelen Schlitzen abstrahlt, damit mehrere Punkte gleichzeitig gemessen werden können. In diesem Fall wird die Auflösung der Messung des zu messenden Gegenstands durch die Auflösung der Abbildungseinrichtung bestimmt, und durch den Teilungsabstand zwischen den Schlitzlichtstrahlen, die von dem Projektor abgestrahlt werden, so dass die Auflösung bei der Messung des Gegenstands verbessert werden muß.
Bei der dreidimensionalen Mehrfachschlitzmeßeinrichtung werden Mehrfachschlitzlichtstrahlen auf einen zu messenden Gegenstand projiziert, wird das projizierte Bild von einer Bildaufnahmeeinheit aufgenommen, beispielsweise von einer Fernsehkamera, und wird ein Bezugsschlitzlicht unter den projizierten Mehrfachschlitzlichtstrahlen bestimmt, um eine Entfernung von einem Beobachtungspunkt zu einem mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkt auf dem zu messenden Gegenstand zu berechnen. Bei dieser Einrichtung muß jedoch die Geschwindigkeit erhöht werden, mit welcher die Messung durchgeführt wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Erhöhung der Geschwindigkeit der dreidimensionalen Messung des zu messenden Gegenstands.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Verringerung der Speicherkapazität.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine dreidimensionale Meßeinrichtung zur Verfügung gestellt, die einen Mehrfachschlitzprojektor zum Projizieren kodierter Mehrfachschlitzlichtmuster auf einen zu messenden Gegenstand aufweist, und eine Bilderkennungseinrichtung, wobei die Bilderkennungseinrichtung aufweist: eine Bildaufnahmeeinheit zur Ausbildung eines Bildes der kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster, die auf den zu messenden Gegenstand projiziert werden; eine Binärumwandlungsschaltung zur binären Umwandlung von Bildsignalen von der Bildaufnahmeeinheit; mehrere Bildspeicher zum Speichern binärer Bildsignale von der Binärumwandlungsschaltung, wobei die binären Bildsignale jeweils den kodierten Mehrfachschlitzlichtmustern entsprechen; eine Adressenerzeugungsschaltung zur Erzeugung von Adressensignalen für die mehreren Bildspeicher; und eine Entfernungsberechnungseinheit zur Bestimmung dreidimensionaler Positionen von mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkten auf dem zu messenden Gegenstand, auf der Grundlage der Adressensignale von der Adressenerzeugungsschaltung und einer Schlitzlichtnummer, die eine Bitkonfiguration aufweist, die aus den binären Bildsignalen besteht, die gleichzeitig aus den mehreren Bildspeichern durch die Adressensignale ausgelesen werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine dreidimensionale Meßeinrichtung zur Verfügung gestellt, die einen Mehrfachschlitzprojektor zum Projizieren kodierter Mehrfachschlitzlichtmuster auf einen zu messenden Gegenstand aufweist, und eine Bilderkennungeinrichtung, wobei die Bilderkennungseinrichtung aufweist: eine Bildaufnahmeeinheit, die mehrere Lichtempfangselemente aufweist, die jeweils die kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster aufnehmen, die auf den zu messenden Gegenstand projiziert werden; mehrere Binärumwandlungsschaltungen entsprechend den Lichtempfangselementen, zur Binärumwandlung des entsprechenden Ausgangssignals der Lichtempfangselemente; mehrere Schieberegister, entsprechend den Lichtempfangselementen, zum Verschieben und Speichern der Ausgangssignale der Binärumwandlungsschaltungen entsprechend den Lichtempfangselementen jedesmal dann, wenn die kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster geändert werden, wobei die Schieberegister vom Typ Seriell-Ein/Parallel-Aus sind; eine Adressenerzeugungsschaltung zur Erzeugung von Adressensignalen zur Festlegung der Schieberegister entsprechend den Lichtempfangselementen; und eine Entfernungsberechnungseinheit zur Bestimmung dreidimensionaler Positionen von mit kodierten Mustern bestrahlten Punkten des zu messenden Gegenstands, auf der Grundlage der Adressensignale von der Adressenerzeugungsschaltung, und einer Schlitzlichtnummer, die eine Bitkonfiguration aufweist, die parallel aus den Schieberegistern ausgelesen wird, entsprechend den Lichtempfangselementen, festgelegt durch die Adressensignale.
Die vorliegende Erfindung wird noch besser aus der folgenden Beschreibung, die als Beispiel dient, bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlich, wobei:
Fig. 1 eine Darstellung ist, die ein herkömmliches Beispiel für einen Projektor in einer dreidimensionalen Meßeinrichtung zeigt;
Fig. 2 eine Darstellung eines weiteren herkömmlichen Beispiels eines Projektors ist;
Fig. 3 eine Darstellung eines Mehrfachschlitzprojektors ist, der vor der vorliegenden Erfindung vorhanden war;
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung eines Projektors in einer dreidimensionalen Meßeinrichtung ist;
Fig. 5 eine Perspektivansicht eines Projektors ist;
Fig. 6 eine Schnittansicht des Projektors ist, wobei die Hauptteile dargestellt sind;
Fig. 7 eine Perspektivansicht eines Projektors gemäß einer anderen Konstruktion ist;
Fig. 8 eine Perspektivansicht eines Projektors gemäß einer noch anderen Konstruktion ist;
Fig. 9 eine Darstellung ist, die ein herkömmliches, kodiertes Mehrfachschlitzlichtmuster erläutert;
Fig. 10 eine Darstellung ist, die das Prinzip der dreidimensionalen Meßeinrichtung erläutert;
Fig. 11 ein Blockdiagramm einer dreidimensionalen Meßeinrichtung ist;
Fig. 12 ein Flußdiagramm ist, welches den Betriebsablauf der in Fig. 12 gezeigten Einrichtung erläutert;
Fig. 13 eine Darstellung ist, welche den Betriebsablauf der in Fig. 11 dargestellten Einrichtung erläutert;
Fig. 14 eine Darstellung ist, welche die Entfernungsmessung in der in Fig. 11 gezeigten Einrichtung erläutert;
Fig. 15 ein Blockdiagramm einer dreidimensionalen Einrichtung ist;
Fig. 16 eine Darstellung ist, welche eine Pipelineverarbeitung erläutert;
Fig. 17 eine weitere Darstellung ist, welche Pipelineverarbeitung erläutert;
Fig. 18 ein Blockdiagramm ist, welches das Prinzip einer dreidimensionalen Meßeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 19 ein Blockdiagramm ist, welches im einzelnen die in Fig. 18 dargestellte, dreidimensionale Meßeinrichtung zeigt; und
Fig. 20 ein Blockdiagramm ist, das eine dreidimensionale Meßeinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird der herkömmliche Stand der Technik zuerst unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 geschildert.
Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Mehrfachschlitzprojektor zum Abstrahlen mehrerer paralleler Lichtstrahlen. In Fig. 1 fällt Licht von einer Lampe 11 mit hoher Helligkeit, beispielsweise einer Xenonlampe, auf eine Linse 13 über Schlitze 12 ein, welche mehrere Schlitzlichtstrahlen 14 erzeugen, die einen zu messenden Gegenstand bestrahlen. In diesem Fall werden die Schlitze 12 und die Linse 13 so ausgewählt, dass eine gewünschte Länge L1 der Schlitzlichtstrahlen 14 erhalten werden kann.
Weiterhin zeigt Fig. 2 ein weiteres, herkömmliches Beispiel, bei welchem mit einer Kombination aus einem Halbleiterlaser, einer Kollimatorlinse, einer Zylinderlinse, usw. mehrere Lichtquellen 21, 22 und 23 zum Abstrahlen von Schlitzlichtstrahlen auf einen Spiegel 25 am Umfang um die Drehwelle eines Motors 24 herum angeordnet sind, und der Spiegel 25 durch den Motor 24 so gedreht wird, dass die Schlitzlichtstrahlen auf den zu messenden Gegenstand gestrahlt werden. Zusätzliche Lichtquellen können vorgesehen sein.
Die Länge L2 des Spiegels 25 beträgt beispielsweise 12 cm, und die Entfernung zwischen der Drehwelle des Motors 24 und den Lichtquellen 21, 22, 23 ist beispielsweise auf 20 cm eingestellt, was zu einer Anordnung mit vergleichsweise großen Abmessungen führt.
Vor der vorliegenden Erfindung war bereits eine Einrichtung vorhanden, bei welcher kodiertes Mehrfachschlitzlicht auf den zu messenden Gegenstand projiziert wird, um eine dreidimensionale Messung durchzuführen. Der Mehrfachschlitzprojektor in der dreidimensionalen Meßeinrichtung weist beispielsweise einen Aufbau auf, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, in welcher Laserlicht mit einer einzelnen Wellenlänge, das von einem Halbleiterlaser 31 ausgesandt wird, fokussiert wird, um paralleles Licht zu erzeugen, das auf ein erstes Beugungsgitter 34 einfällt, welches Ausgangslicht 38 erzeugt, das aus Lichtpunkten besteht, die in Richtung der y-Achse angeordnet sind, und wiederum auf ein zweites Beugungsgitter 35 einfällt. Das Beugungsgitter 35 ist so ausgebildet, dass seine Beugungsrichtung senkrecht zu jener des ersten Beugungsgitters 34 verläuft, so dass die Lichtpunkte zu Ausgangslicht werden, das in mehreren Linien angeordnet ist, die auf eine Zylinderlinse 33 auftreffen. Das erste und zweite Beugungsgitter 34 bzw. 35 können aus Lichtleitern bestehen, die einen Durchmesser von beispielsweise etwa 20 bis 70 um aufweisen, und in einer Ebene angeordnet sind.
Die Zylinderlinse 33 erstreckt sich in Richtung der x-Achse, und erzeugt Ausgangslicht 40 in Form von Mehrfachschlitzlicht, das aus Lichtpunkten besteht, die in der y-Achse verbunden sind. In diesem Fall ist, unter der Voraussetzung, dass die Zylinderlinse 33 in Richtung der y-Achse verläuft, das Ausgangslicht 40 Mehrfachschlitzlicht, das aus Lichtpunkten besteht, die in der x-Richtung verbunden sind. Das Ausgangslicht 40 kommt an dem Verschluß-Array 37 an, der ein kodiertes Mehrfachschlitzlichtmuster 36 durch selektives Öffnen und Schließen des Verschluß-Arrays erzeugt. Der Verschluß-Array 37 kann beispielsweise durch Flüssigkristallverschlüsse gebildet werden, die einen Polarisationseffekt einsetzen, oder durch Verschlüsse, die Elemente mit einem elektrooptischen Effekt verwenden.
Fig. 9 ist eine erläuternde Zeichnung des herkömmlichen, kodierten Mehrfachschlitzlichtmusters, wobei verschiedene Muster A, B und C hintereinander projiziert werden, um Muster mit acht Schlitzlichtstrahlen zu erzeugen. Das Muster A weist ein abwechselndes Schlitzlichtmuster auf, das Muster B ein abwechselndes Paar von Schlitzlichtmustern, und das Muster C ein abwechselndes Muster aus benachbarten vier Schlitzlichtstrahlen, und jedesmal dann, wenn diese drei Arten kodierter, Mehrfachschlitzlichtmuster projiziert werden, werden aufgenommene Bildsignale in dem Bildspeicher gespeichert. Wenn beispielsweise an einer Position eines Schlitzlichtstrahls, die gespeicherten Bildsignalen entspricht, für das Muster A "1" ausgelesen wird, "0" für das Muster B, und "1" für das Muster C, so erhält man "C, B, A" = "101", wodurch erkannt werden kann, dass das Schlitzlicht Nr. 5 ist. Wenn nämlich "n" Arten von Mehrfachschlitzlichtmustern für 2n Schlitzlichtstrahlen projiziert werden, können sämtliche Schlitznummern erkannt werden. Da jeweilige Nummern der Mehrfachschlitzlichtstrahlen, die auf den zu messenden Gegenstand projiziert werden, festgestellt werden, kann auf diese Weise die Position jedes Punktes des zu messenden Gegenstands dreidimensional berechnet werden, um hierdurch dessen dreidimensionale Konfiguration zu bestimmen.
Beider dreidimensionalen Meßvorrichtung, welche die Schlitzlichtstrahlen verwendet, muß die Messung eine Genauigkeit aufweisen, die größer oder gleich der Pixelauflösung der Abbildungseinrichtung ist. Bei dem voranstehend geschilderten herkömmlichen Beispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist, wird die Breite des Schlitzlichtstrahls durch den Schlitz 12 bestimmt, der normalerweise die Schlitzlichtbreite größer ausbildet, als der Pixel der Abbildungseinrichtung ist, teilweise deswegen, da die Lichtquelle 11 kein paralleles Licht aussendet, und die Phasen des Lichts voneinander verschieden sind, und daher das Bild des Lichts zwei Pixel der Abbildungseinrichtung überlappt, so dass es schwierig ist, die Auflösung zu verbessern.
Weiterhin wird bei der herkömmlichen, in Fig. 1 dargestellten dreidimensionalen Meßeinrichtung Schlitzlicht auf den zu messenden Gegenstand projiziert, und in einer zweidimensionalen Ebene in Form von Koordinaten aufgenommen, um die Entfernung von einem Beobachtungspunkt zu messen, so dass der Nachteil auftritt, dass die Meßzeit infolge des Erfordernisses verlängert wird, dass eine aufeinanderfolgende Abtastung durchgeführt werden muß.
Im Gegensatz hierzu weisen die in Fig. 2 dargestellten, herkömmlichen Beispiele eine Helligkeitsverteilung der Schlitzlichtstrahlen in der Schnittrichtung in Form einer Gauss-Verteilung auf. Daher kann, obwohl das Schlitzlichtbild zwei Pixel überlappt, das Zentrum des Schlitzlichtes durch einen Gewichtungsvorgang oder einen Vergleichsvorgang bestimmt werden, um hierdurch die Pixelauflösung zu verbessern.
Wenn eine dreidimensionale Messung mit hoher Geschwindigkeit bei dem zu messenden Gegenstand durchgeführt wird, sind jedoch 50 bis 60 oder mehr Schlitzlichtstrahlen erforderlich. Daher muß das in Fig. 2 gezeigte, herkömmliche Beispiel einige zehn Lichtquellen aufweisen, die in Umfangsrichtung um die Drehwelle des Motors 24 herum angeordnet sind, was zu einer Erhöhung der Abmessungen der Einrichtung und zu höheren Herstellungskosten führt, so dass es schwierig ist, die Einrichtung in der Praxis einzusetzen.
Weiterhin muß, um eine Beobachtungsfunktion zur Verwendung in einem Roboter oder einer anderen automatischen Einrichtung zu erzielen, ein Mehrfachschlitzprojektor auf dem sich bewegenden Körper angebracht werden, was eine Verkleinerung erforderlich macht. Das herkömmliche Beispiel, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet jedoch eine Lampe 11 mit hoher Helligkeit, was eine derartige Verkleinerung verhindert. Weiterhin ist es, wie voranstehend ausgeführt, schwierig, das in Fig. 2 gezeigte, herkömmliche Beispiel zu verkleinern.
Im Gegensatz hierzu ist die Verkleinerung des in Fig. 3 gezeigten Mehrfachschlitzlichtprojektors einfach, da er nur den einzelnen Halbleiterlaser 31 verwendet, das erste und zweite Beugungsgitter 34 bzw. 35, und die Zylinderlinse 33, um Mehrfachschlitzlicht zu erhalten.
Dennoch ist dies in der Hinsicht nachteilig, dass es unmöglich ist, den Abschnitt zwischen den Schlitzen zu messen, und daher die Pixelauflösung jener des in Fig. 1 gezeigten, herkömmlichen Beispiels entspricht.
Nunmehr wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 ein Mehrfachschlitzprojektor in einer dreidimensionalen Meßeinrichtung beschrieben.
Der in Fig. 4 gezeigte Mehrfachschlitzprojektor beruht auf dem in Fig. 3 dargestellten Mehrfachschlitzprojektor, jedoch wird eine Verbesserung in Bezug auf die Pixelauflösung dadurch erzielt, dass die Mehrfachschlitzlichtstrahlen beweglich ausgebildet werden.
Der Mehrfachschlitzprojektor weist eine Lichtquelle 41 zum Aussenden parallelen Lichts auf; ein erstes und zweites Beugungsgitter 42 bzw. 43 zum Empfang des parallelen Lichts von der Lichtquelle 41, und zum Beugen des parallelen Lichts in Beugungsrichtungen, die senkrecht zueinander verlaufen; eine Zylinderlinse 44, auf welche Ausgangslicht einfällt, das von dem ersten und zweiten Beugungsgitter 42 bzw. 43 gebeugt wurde, und welche mehrere parallele Schlitzlichtstrahlen erzeugt, die in der Beugungsrichtung entweder des ersten oder zweiten Beugungsgitters 42 bzw. 43 verteilt sind; und einen Verschluß-Array zum Sperren vorbestimmter Schlitzlichtstrahlen unter den parallelen Schlitzlichtstrahlen von der Zylinderlinse 44, um hierdurch daraus einen Code auszubilden. Weiterhin ist ein Betätigungsglied 46 vorgesehen, um eine Anordnung, die zumindest entweder das erste oder das zweite Beugungsgitter 42 bzw. 43 umfaßt, nur um eine kleine Entfernung in der Richtung senkrecht zu den parallelen Schlitzlichtstrahlen zu verschieben.
Paralleles Licht, das von der Lichtquelle 41 ausgesandt wird, wird in ovale Punktlichtstrahlen 47 durch das erste Beugungsgitter 42 umgewandelt, und weiter in Punktlichtstrahlen 48 in einer Matrixanordnung umgewandelt. Daraufhin erzeugt die Zylinderlinse 44 parallele Schlitzlichtstrahlen, die in Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Zylinderlinse 44 angeordnet sind, und einen Teilungsabstand 10 aufweisen, und auf den Verschluß-Array 5 auftreffen, durch welchen die parallelen Schlitzlichtstrahlen in einen Code umgewandelt werden, durch selektiven Einsatz der Verschlüsse.
Wenn das Betätigungsglied 46 das erste und zweite Beugungsgitter 42 bzw. 43, die Zylinderlinse 44, und den Verschluß-Array 45 dazu veranlaßt, sich in Richtung der X-Achse senkrecht zu den Schlitzlichtstrahlen zu verschieben, die entlang der Y-Achse verlaufen, beispielsweise um die Hälfte des Teilungsabstandes B der Schlitzlichtstrahlen, sind die parallelen Schlitzlichtstrahlen 49 ebenso ausgebildet wie dann, wenn Schlitzlichtstrahlen mit einem Teilungsabstand gleich der Hälfte des Teilungsabstands B eingestrahlt werden, wodurch die Pixelauflösung verbessert wird. Entsprechend sind, wenn die Verschiebung mit einem Teilungsabstand von 1/3 durchgeführt wird, und nachfolgend mit einem Teilungsabstand von einem weiteren Drittel durchgeführt wird, die parallelen Schlitzlichtstrahlen 49 ebenso ausgebildet wie dann, wenn Schlitzlichtstrahlen mit einem Teilungsabstand von 1/3 des Teilungsabstands P vorhanden sind. Daher kann die Pixelauflösung durch eine einfache Anordnung verbessert werden.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung verschiedener Mehrfachschlitzprojektoren unter Bezugnahme auf Fig. 5 und die folgenden Figuren.
Fig. 5 ist eine Perspektivansicht des Mehrfachschlitzprojektors, in welchem ein Schwingspulenmotor 60 als Betätigungsglied verwendet wird, und Fig. 6 ist eine Schnittansicht des Hauptteils des Projektors. In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 51a einen Halbleiterlaser, 51b eine Kollimatorlinse, 52 ein erstes Beugungsgitter, 53 ein zweites Beugungsgitter, 54 eine Zylinderlinse, 55 einen Verschluß-Array, und 56 einen Halterungsrahmen zum Haltern des ersten und zweiten Beugungsgitters 52 und 53, der Zylinderlinse 54, und des Verschluß-Arrays 55. Das Bezugszeichen 57 bezeichnet eine Basisplatte, 57a einen aufrechten Abschnitt von dieser, 58 und 59 bezeichnen Halterungsfedern, 61 bezeichnet einen Eisenkern, 62 bezeichnet eine Spule, 63 bezeichnet einen Halterungszylinder, und 64 bezeichnet eine Permanentfeldmagneten.
Licht mit einer einzelnen Wellenlänge, das von dem Halbleiterlaser 51a abgegeben wird, wird in einen parallelen Strahl durch die Kollimatorlinse 51b umgewandelt, und kommt an dem ersten Beugungsgitter 52 an, welches Ausgangslicht erzeugt, das aus ovalen Punktlichtstrahlen besteht, die in einer Linie angeordnet sind. Das Ausgangslicht fällt auf das zweite Beugungsgitter auf, welches Punktlichtstrahlen erzeugt, die in einer Matrix angeordnet sind, und die auf die Zylinderlinse 54 auftreffen. In Fig. 5 weist die Zylinderlinse 54 die Form eines Halbzylinders auf, kann jedoch auch als Vollzylinder ausgebildet sein. Die Punktlichtstrahlen sind in der Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Zylinderlinse 54 angeordnet, als kettenförmige Schlitzlichtstrahlen, hervorgerufen durch die Zylinderlinse 54, und kommen an dem Verschluß-Array 55 an. Wenn der Verschluß-Array 55 vollständig geöffnet ist, werden alle Schlitzlichtstrahlen in Form von Mehrfachschlitzlicht abgegeben. Wenn das Mehrfachschlitzlicht mehrfach abgestrahlt wird, kann es darüber hinaus kodiert werden, durch Schließen der Verschlüsse an ausgewählten Orten.
Als Verschluß-Array 55 kann beispielsweise ein Flüssigkristallverschluß-Array verwendet werden, der polarisiertes Licht einsetzt, sowie ein Verschluß-Array, der auf dem elektrooptischen Effekt beruhende Elemente aufweist, die zwischen den Polarisatorplatten angeordnet sind. In diesen Fällen können Elektroden so ausgewählt werden, dass eine Spannung angelegt wird, um hierdurch das Öffnen und Schließen des ausgewählten Verschlusses zu steuern.
Weiterhin ist bei dem Schwingspulmotor 60, der als das Betätigungsglied dient, der Eisenkern 61 an dem aufrechten Abschnitt 57a der Basisplatte 57 befestigt, und gegenüberliegend dem Permanentfeldmagneten 64, der an dem Eisenkern 61 befestigt ist, ist die Spule 62 angeordnet, die an dem Halterungszylinder 63 angebracht ist, der wiederum mit der Halterungsfeder 59 verbunden ist. Die unteren Enden der Halterungsfedern 58 und 59 sind jeweils an der Basisplatte 57 befestigt, und an ihren oberen Enden ist ein Halterungsrahmen angebracht, an dem das erste und zweite Beugungsgitter 52 bzw. 53 befestigt ist, die Zylinderlinse 54, und der Verschluß-Array 55.
Wenn daher an die Spule 62 ein elektrischer Strom angelegt wird, wird der Halterungszylinder 63, der die Spule 62 befestigt, durch die magnetische Anziehung oder Abstoßung verschoben, die zwischen der Spule 62 und dem Permanentfeldmagneten 64 erzeugt wird, was dazu führt, dass die Anordnung mit dem ersten und dem zweiten Beugungsgitter um eine kleine Entfernung in Bezug auf die Lichtquelle verschoben wird, gegen die Halterungsfedern 58 und 59. In diesem Fall tritt, da das Mehrfachschlitzlicht aus in Längsrichtung verlaufenden Schlitzlichtstrahlen besteht, eine mikroskopische Verschiebung in Querrichtung dieses Lichts auf.
Wenn die kleine Verschiebung beispielsweise die Hälfte des Teilungsabstands B des Mehrfachschlitzlichtes beträgt, ist die Situation die gleiche wie dann, wenn das Mehrfachschlitzlicht mit einem Teilungsabstand von P/2 auf den zu messenden Gegenstand gestrahlt wird. Es ist ebenfalls möglich, eine Verschiebung mit einem Teilungsabstand von P/3 oder P/4 durchzuführen, und eine derartige kleine Verschiebung kann exakt ohne Schwierigkeiten durch Rückkopplungsregelung des Schwingspulmotors 60 erzielt werden. Weiterhin kann auch eine kontinuierliche Verschiebung zwischen den Schlitzlichtstrahlen zur Messung des Gegenstands verwendet werden.
Weiterhin können Anordnungen eingesetzt werden, bei denen nur das erste Beugungsgitter 52 durch die Halterungsfedern 58 und 59 gehaltert wird, so dass es verschiebbar ist, wogegen das zweite Beugungsgitter 53, die Zylinderlinse 54, und der Verschluß-Array 55 zusammen mit der Lichtquelle festgesetzt sind, oder eine Anordnung, bei welcher nur das zweite Beugungsgitter 53 verschiebbar durch die Halterungsfedern 58 und 59 gehaltert wird, wogegen das erste Beugungsgitter 52, die Zylinderlinse 54, und der Verschluß-Array 55 zusammen mit der Lichtquelle festliegen. Weiterhin ist es ebenfalls akzeptierbar, nur das erste und das zweite Beugungsgitter 52 und 53 durch die Halterungsfedern 58 und 59 verschiebbar zu haltern, wobei die anderen Teile zusammen mit der Lichtquelle festgesetzt sind.
Wie voranstehend geschildert wird die Anordnung, die zumindest entweder das erste oder das zweite Beugungsgitter umfaßt, nur um eine kleine Entfernung verschoben, so dass ein Positionsschlupf zwischen dem Mehrfachschlitzlicht und dem Verschluß berücksichtigt werden sollte, wenn der Verschluß-Array 55 festgesetzt ist.
Weiterhin können das erste und das zweite Gitter aus einem Lichtleiter-Array bestehen. So besteht beispielsweise in Fig. 4 das erste Beugungsgitter 42 aus mehreren Lichtleitern, die entlang der X-Achse verlaufen, und in Richtung der Y-Achse angeordnet sind, wogegen das zweite Beugungsgitter 43 aus Lichtleitern besteht, die entlang der Y-Achse verlaufen, und in Richtung der X-Achse angeordnet sind.
Bei den Schlitzlichtstrahlen, die durch derartige Beugungsgitter erzeugt werden, weisen benachbarte Schlitzlichtstrahlen einen Bestrahlungswinkel Δθ auf, der sich aus folgendem Ausdruck ergibt:
Δθ = θm - Δθm&submin;&sub1;
= sin&supmin;¹mλ/d - sin&supmin;¹(m - 1)λ/d
wobei λ die Wellenlänge des Lichts ist, das von dem Halbleiterlaser 51a abgestrahlt wird, "d" der Durchmesser des Lichtleiters ist, der das erste und zweite Beugungsgitter 12 bzw. 13 bildet, θm ein Winkel zwischen den Schlitzlichtstrahlen ist, die jeweils eine Beugungsmode 0 (Schlitzlicht, das auf der optischen Achse ausgesandt wird) bzw. eine Beugungsmode "m" aufweisen (das "m-te" Schlitzlicht von der optischen Achse), und θm&submin;&sub1; den Winkel zwischen den Schlitzlichtstrahlen der Mode 0 und der Mode "m - 1" repräsentiert.
Weiterhin ergibt sich das Intervall Wm zwischen Schlitzlichtstrahlen, die auf den Gegenstand projiziert werden, der sich in einer Entfernung L befindet, aus dem folgenden Ausdruck:
Wm = L(tanθm - tanθm&submin;&sub1;
= L[tan(sin&supmin;¹mλ/d) - tan(sin&supmin;¹(m - 1/d)]
Da der Durchmesser "d" des Lichtleiters gewöhnlich 20 bis 100 um beträgt, ist die Entfernung, um welche die Halterungsfedern 58 und 59 durch den Schwingspulmotor 60 verschoben werden, 20 bis 100 um oder kleiner.
Weiterhin können, selbst zwischen den Schlitzlichtstrahlen des Mehrfachschlitzlichtes, das auf den zu messenden Gegenstand projiziert wird. Schlitzlichtstrahlen so projiziert werden, dass zumindest entweder das erste oder das zweite Beugungsgitter 52 bzw. 53 um eine mikroskopische Entfernung verschoben wird, wodurch die Pixelauflösung verbessert wird.
Fig. 7 ist eine Perspektivansicht eines Mehrfachschlitzprojektors, bei welchem ein piezoelektrisches Element 65 als das Betätigungsglied verwendet wird. In den Fig. 5 und 7 sind gleiche Elemente durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. In Bezug auf das piezoelektrische Element 65 bei dieser Ausführungsform wird die Bereitstellung einer gewünschten Verschiebung nicht mit einem einzelnen piezoelektrischen Element erzielt, und können mehrere piezoelektrische Elemente aufeinandergestapelt vorgesehen sein, um ohne Schwierigkeiten eine Verschiebung in der Größenordnung von 20 bis 100 um hervorzurufen. Auch bei dieser Ausführungsform kann eine exakte, mikroskopische Verschiebung mittels Rückkopplungsregelung sichergestellt werden.
Auf dieselbe Art und Weise wie bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform kann eine Anordnung, die zumindest entweder das erste oder das zweite Beugungsgitter 52 bzw. 53 aufweist, um nur eine kleine Entfernung verschoben werden, durch die Halterungsfedern 58 und 59 über den Halterungsrahmen 56.
Fig. 8 ist eine Perspektivansicht eines Mehrfachschlitzprojektors, bei welchem ein Linearmotor 66 als das Betätigungsglied verwendet wird. In den Fig. 5 und 8 werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Der Linearmotor 66 gemäß dieser Ausführungsform weist ein sich bewegendes Element 67 auf, an welchem der Halterungsrahmen 56 befestigt ist, einen Stator 68, sowie Räder 69 und eine Führungsschiene 70, welche das sich bewegende Element 67 führen. So ist beispielsweise eine Spule entweder auf dem beweglichen Element 67 oder auf dem Stator 68 angebracht, und ist ein Permanentmagnet auf dem anderen Teil angebracht. Wenn daher die Spule mit Strom versorgt wird, wird das sich bewegende Element 67 durch die Räder 69 und die Führungsschienen 70 so geführt, dass es um eine kleine Entfernung verschoben wird. Auch bei dieser Ausführungsform kann ein gewünschtes Ausmaß einer kleinen Verschiebung exakt durch Positionsmessung und Rückkopplungsregelung erzielt werden.
Weiterhin ist auch bei dieser Ausführungsform die Anordnung, die zumindest entweder das erste oder das zweite Beugungsgitter 52 bzw. 53 aufweist, an dem Halterungsrahmen 56 befestigt, um eine kleine Verschiebung durch das sich bewegende Element 67 zuzulassen.
Die Einrichtung ist nicht auf die voranstehend geschilderten Konstruktionen beschränkt. So können beispielsweise als Betätigungsglied für eine kleine Verschiebung verschiedene Anordnungen eingesetzt werden, über den Schwingspulmotor 60, das piezoelektrische Element 65 oder den Linearmotor 66 hinaus.
Wie voranstehend geschildert weist der Mehrfachschlitzprojektor das erste und zweite Beugungsgitter 42 bzw. 43 auf, die Zylinderlinse 44, und den Verschluß-Array 45, durch welche paralleles Licht von der Lichtquelle 41 in Mehrfachschlitzlicht umgewandelt wird, und wird eine Anordnung, die zumindest entweder das erste oder das zweite Beugungsgitter 42 bzw. 43 enthält, nur um eine kleine Entfernung in Bezug auf die Lichtquelle durch das Betätigungsglied 46 verschoben, damit die Schlitzlichtstrahlen auf Räume zwischen den Schlitzlichtstrahlen eingestrahlt werden können, und daher so gesteuert werden können, dass eine Situation gleich jener Situation auftritt, bei welcher die Teilungsabstände zwischen den Schlitzlichtstrahlen sogar verringert werden können, oder der Raum zwischen den Schlitzlichtstrahlen aufeinanderfolgend abgetastet werden kann, um hierdurch die Pixelauflösung zu verbessern, und ohne Schwierigkeiten die Verkleinerung der Einrichtung zu erzielen.
Daher kann das Konzept bei einem Mehrfachschlitzprojektor für eine dreidimensionale Messung eingesetzt werden, die eine Sichtfunktion und dergleichen für einen Roboter oder andere verschiedene, automatische Einrichtungen erzielt. Weiterhin kann die Genauigkeit der dreidimensionalen Messung bei dem zu messenden Gegenstand durch eine einfache Anordnung verbessert werden.
Als nächstes werden Erkennungsgeräte für die aufgenommenen Bilder in der dreidimensionalen Meßeinrichtung beschrieben.
Bei dem herkömmlichen Erkennungsgerät für aufgenommene Bilder, wie es voranstehend unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben wurde, werden nach dem Projizieren sämtlicher Muster A, B und C die Bildsignale, die den kodierten Mehrfachschlitzlichtmustern entsprechen, jeweils in den Bildspeichern gespeichert, und werden dann geordnet, um das kodierte Mehrfachschlitzlicht zu dekodieren, also die Schlitzlichtstrahlen zu numerieren. Daher tritt der Nachteil auf, dass zahlreiche Bildspeicher vorgesehen sein müssen.
Weiterhin wird das Dekodieren der kodierten Mehrfachlichtstrahlen durch Ordnen von Daten in dem entsprechenden Bildspeicher durchgeführt, nachdem sämtliche Muster projiziert wurde, so dass der Nachteil auftritt, dass die Verarbeitungszeit verlängert wird, und die Anzahl an Mustern zunimmt, infolge einer Zunahme der Anzahl an Mehrfachschlitzlichtstrahlen.
Das Bilderkennungsgerät in der nachstehend geschilderten, dreidimensionalen Meßeinrichtung soll dazu dienen, die Verarbeitung zu beschleunigen, und die Speicherkapazität zu verringern, durch Einsatz der Bildverarbeitung, die unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben wird.
Die dreidimensionale Meßeinrichtung in Fig. 10 weist einen Mehrfachschlitzprojektor 101 auf, um ein Mehrfachschlitzlichtmuster unter Steuerung durch einen Verschluß-Array zu projizieren, und ein Erkennungsgerät 108 für ein aufgenommenes Bild. Das Erkennungsgerät 108 für ein aufgenommenes Bild weist eine Bildaufnahmeeinheit 102 auf, um das kodierte Mehrfachschlitzlichtmuster aufzunehmen, das auf einen zu messenden Gegenstand projiziert wird, eine Binärumwandlungsschaltung 103 zur Binärumwandlung der Bildsignale von der Bildaufnahmeeinheit 102, eine Bildarithmetikeinheit 105, die ein Gewicht ändert, das dem binär umgewandelten Bildsignal zugeordnet ist, das durch die Binärumwandlungsschaltung 103 umgewandelt wird, jedesmal dann, wenn das kodierte Mehrfachschlitzlichtmuster geändert wird, und die letzten gewichteten, binär umgewandelten Bildsignale oder die Bildsignale der letzten Additionsergebnisse aufsummiert, die aus dem Bildspeicher 104 ausgelesen wurden, sowie die neu gewichteten, binär umgewandelten Bildsignale, einen Speicher 106 für einen mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkt, zum Speichern der Koordinaten der mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkte des zu messenden Gegenstands entsprechend dem Mehrfachschlitzlicht, dekodiert durch die endgültigen Betriebsergebnisse der Bildarithmetikeinheit 105, und eine Entfernungsberechnungseinheit 107 zur Berechnung der dreidimensionalen Position der mit dem kodierten Muster bestrahlten Punkte des zu messenden Gegenstands, auf der Grundlage der Koordinaten der mit dem kodierten Muster bestrahlten Punkte, die in dem Speicher 106 für einen mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkt gespeichert sind.
Weiterhin sind der Mehrfachschlitzprojektor 101 und die Bildaufnahmeeinheit 102 auf einer Oberfläche angeordnet, welche jeden der Mehrfachschlitzlichtstrahlen in rechtem Winkel kreuzt, und sind so angeordnet, dass dieselbe X-Achse parallel zur Richtung des Arrays der Mehrfachschlitzlichtstrahlen verläuft. Die Entfernungsberechnungseinheit 107 wird durch einen Nur-Lesespeicher (ROM) gebildet, der die Daten der dreidimensionalen Position unter Verwendung der Koordinaten der mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkte auslösen kann, die in dem Speicher 106 für einen mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkt gespeichert sind, als Adressen.
Der Mehrfachschlitzprojektor 101 weist, wie unter Bezugnahme auf Fig. 3 oder Fig. 4 beschrieben wurde, einen Halbleiterlaser auf, ein erstes und ein zweites Beugungsgitter, eine Zylinderlinse, und einen Verschluß-Array, der ein kodiertes Mehrfachschlitzlichtmuster projiziert.
Die Bildaufnahmeeinheit 102 ist eine Fernsehkamera, die ein Bild eines zu messenden Gegenstands aufnimmt, welcher Mehrfachschlitzlicht ausgesetzt ist, und die Bildsignale werden durch die Binärumwandlungsschaltung 103 binär umgewandelt. Es wird darauf hingewiesen, dass statt dem Speichern der Bildsignale in dem Bildspeicher 104 sie durch die Binärumwandlungsschaltung 103 binär umgewandelt werden können, als Alternative.
Die Bildberechnungseinheit 105 ändert ein Gewicht, das einem binär umgewandelten Bildsignal zugeordnet ist, jedesmal dann, wenn das kodierte Mehrfachschlitzlichtmuster geändert wird, und summmiert das letzte gewichtete, binär umgewandelte Bildsignal und ein neu gewichtetes, binär umgewandeltes Bildsignal auf, oder summiert den Inhalt in dem Bildspeicher 104, der die letzten Additionsergebnisse speichert, und ein neu gewichtetes, binär umgewandeltes Bildsignal auf. Es wird nämlich dem ersten, binär umgewandelten Bildsignal in dem kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster ein Gewicht 2&sup0; zugeordnet, und es wird in dem Bildspeicher 104 gespeichert, und dem zweiten, binär umgewandelten Bildsignal wird ein Gewicht 2¹ zugeordnet. Das erste und zweite, binär umgewandelte Bildsignal mit diesen Gewichten werden dann addiert, und in dem Bildspeicher 104 gespeichert, ein Gewicht 2² wird einem dritten, binär umgewandelten Bildsignal zugeordnet, und das dritte, binär umgewandelte Signal mit dem Gewicht 2² und das vorher addierte Ergebnis werden addiert, und in dem Bildspeicher 104 gespeichert.
Auf dieselbe Art und Weise werden danach für das Mehrfachschlitzlicht, das aus "n" Schlitzlichtstrahlen besteht, "n" Arten kodierter Mehrfachschlitzlichtmuster aufeinanderfolgend projiziert, und dem i-ten, binär umgewandelten Bildsignal wird ein Gewicht 21i&supmin;¹ zugeordnet, und das gewichtete Bildsignal wird zu dem vorher addierten Ergebnis hinzuaddiert, und auf diese Weise wird, wenn die Mehrfachschlitzlichtmuster "n" mal projiziert werden, das endgültige Additionsergebnis erhalten, so dass dekodierte Schlitzlichtstrahlen erhalten werden können. Es wird darauf hingewiesen, dass statt der Gewichtung in der Bildarithmetikeinheit 105 eine Gewichtung für die binär umgewandelten Bildsignale in der Binärumwandlungsschaltung 3 durchgeführt werden kann.
Entsprechend den so dekodierten Schlitzlichtstrahlen werden die Koordinaten der mit dem kodierten Muster bestrahlten Punkte des zu messenden Gegenstands, die durch Projizieren des Mehrfachschlitzlichts bestimmt werden, in dem Speicher 106 für einen mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkt gespeichert, und wird auf der Grundlage der Koordinaten der mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkte die dreidimensionale Position durch die Entfernungsberechnungseinheit 107 bestimmt. Es werden nämlich die Koordinatenpositionen der mit dem kodierten Muster bestrahlten Punkte durch eine Triangulation berechnet.
Durch Anordnen des Mehrfachschlitzprojektors 101 und der Bildaufnahmeeinheit 102 auf einer Oberfläche, welche jeden der Mehrfachschlitzlichtstrahlen in rechtem Winkel kreuzt, und durch deren Anordnung auf solche Weise, dass dieselbe X-Achse parallel zur Richtung des Feldes der Mehrfachschlitzlichtstrahlen verläuft, wird es möglich, vorher die Koeffizienten bei der Entfernungsberechnung zu bestimmen, was es ermöglicht, den Nur-Lese-Speicher (ROM) dazu zu verwenden, die dreidimensionale Position des zu messenden Gegenstands aus den Koordinaten auszulesen, die in dem Speicher 106 für mit einem kodierten Muster bestrahlte Punkte gespeichert sind.
Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, das die Ausführungsform von Fig. 10 mit weiteren Einzelheiten zeigt.
In Fig. 11 bezeichnet das Bezugszeichen 110 eine Bildprozessor, 111 einen Mehrfachschlitzprojektor, 112 eine Bildaufnahmeeinheit, 113 eine Binärumwandlungsschaltung, 114 einen Bildspeicher, der aus Bereichen M1 bis M4 besteht, die jeweils eine Kapazität für einen Bildschirm von beispielsweise 8 Bit für jede Pixel aufweisen, 115 eine Bildarithmetikeinheit, 116 einen Speicher für einen mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkt, 117 eine Entfernungsberechnungseinheit, 118 einen Prozessor (CPU) zum Steuern jeder Einheit, 119 einen Hauptspeicher, 120 eine Schnittstelleneinheit, 121 einen gemeinsamen Bus, 122 Mehrfachschlitzlicht, und 123 einen zu messenden Gegenstand.
Der Mehrfachschlitzprojektor 111 ist der gleiche wie jener, der in Fig. 4 oder Fig. 5 gezeigt ist. Die Bildaufnahmeeinheit 112 nimmt die Mehrfachschlitzlichtstrahlen 122 auf, die auf den zu messenden Gegenstand 123 projiziert werden, und das aufgenommene Bildsignal wird durch die Binärumwandlungsschaltung 113 binär umgewandelt, und dann der Bildarithmetikeinheit 115 oder dem Bildspeicher 114 zugeführt. Alternativ kann das Signal des aufgenommenen Bildes in dem Bildspeicher 114 gespeichert werden, und durch die Binärumwandlungsschaltung 113 binär umgewandelt werden.
Der Bildprozessor 110 enthält die Binärumwandlungsschaltung 113, den Bildspeicher 114, die Bildarithmetikeinheit 115, und einen Speicher 116 für mit einem kodierten Muster bestrahlte Punkte. Das binär umgewandelte Bildsignal wird durch die Binärumwandlungsschaltung 113 oder die Bildarithmetikeinheit 115 gewichtet, und Steuerdaten zum Projizieren eines kodierten Mehrfachschlitzlichtmusters von dem Mehrfachschlitzprojektor 111 werden von dem Prozessor 118 an den Bildprozessor 110 übertragen. Die Gewichtung wird auf der Grundlage der übertragenen Steuerdaten gesteuert.
Fig. 12 ist ein Flußdiagramm, welches den Betriebsablauf der in Fig. 11 dargestellten, dreidimensionalen Meßeinrichtung erläutert, und aus Schritten S1 bis S11 besteht. Weiterhin ist Fig. 13 eine Darstellung, die ebenfalls den Betriebsablauf der in Fig. 11 dargestellten Einrichtung erläutert. Bei dieser Ausführungsform wird Mehrfachschlitzlicht projiziert, das aus acht Schlitzlichtstrahlen besteht. Selbstverständlich sind mehr Schlitzlichtstrahlen einsetzbar, falls erforderlich.
Wie aus den Fig. 11 bis 13 hervorgeht, wird zuerst von dem Mehrfachschlitzprojektor 111 ein Muster A auf den zu messenden Gegenstand 123 projiziert, und dann wird das Bildsignal, das von der Bildaufnahmeeinheit 112 aufgenommen wird, in dem Speicherbereich M1 in dem Bildspeicher 114 gespeichert (S1). Dieses Muster A besteht aus abwechselnden Schlitzlichtstrahlen (mit einer durchgezogenen Linie dargestellt), wobei die gestrichelte Linie Licht bezeichnet, das durch den Verschluß-Array gesperrt wird. Die Schlitzlichtstrahlen werden durch die Bildaufnahmeeinheit aus einem Winkel aufgenommen, der von dem Winkel verschieden ist, in welchem das Mehrfachschlitzlicht projiziert wird, und können daher in einem gebogenen oder gekrümmten Zustand entsprechend der Konfiguration des zu messenden Gegenstands 123 aufgenommen werden. Wenn beispielsweise jeder Schlitzlichtstrahl in Form einer Linie aufgenommen wird, so stellt sich heraus, dass es sich um eine Ebene handelt.
Dann wird das Bildsignal des Musters A, das in dem Speicherbereich M1 gespeichert ist, durch die Binärumwandlungsschaltung 113 binär umgewandelt, und gewichtet und in dem Speicherbereich M2 gespeichert, was als ein Bildsignal IA bezeichnet wird (S2). In diesem Fall wird das Gewicht so zugeordnet, dass es 0 für den niedrigen Pegel "0" ist, und wird als 2&sup0; = 1 (H = 2&sup0;) für den hohen Pegel "1" zugeordnet. Wie in dem Muster A in Fig. 13 gezeigt ist, wird daher das Bildsignal IA erhalten, das aus Mehrfachschlitzlicht besteht, das durch einen Code "10101010" repräsentiert wird.
Daraufhin wird ein Muster B projiziert, und wird das aufgenommene Bildsignal in dem Speicherbereich M3 gespeichert (S3). Dieses Muster B besteht aus Schlitzlichtstrahlen, die als abwechselnde Paare eines Schlitzlichtmusters angeordnet sind.
Das in dem Speicherbereich M3 gespeicherte Bildsignal wird durch die Binärumwandlungsschaltung 113 binär umgewandelt, und die Gewichtung wird von der Binärumwandlungsschaltung 113 oder der Bildarithmetikeinheit 115 durchgeführt. Das binär umgewandelte Bildsignal mit dem hohen Pegel "1" wird durch 2¹ = 2 (H = 2¹) gewichtet, in dem Speicherbereich M4 gespeichert, und als Bildsignal IB bezeichnet (S4). Daher wird, wie in dem Muster B in Fig. 13 gezeigt, ein Bildsignal IB zur Verfügung gestellt, das aus Mehrfachschlitzlicht besteht, das durch einen Code "22002200" repräsentiert wird.
Das Bildsignal IA, das in dem Speicherbereich M2 gespeichert ist, und das in dem Speicherbereich M4 gespeicherte Bildsignal IB werden beide ausgelesen, durch die Bildarithmetikeinheit 115 summiert, und das Ergebnis wird in dem Speicherbereich M1 gespeichert, und als ein Bildsignal IS bezeichnet (S5). Daher besteht, wie in Fig. 13 gezeigt, das Bildsignal IS aus dem Mehrfachschlitzlicht, das durch einen Code "32103210" repräsentiert wird.
Dann wird ein Muster C projiziert, und wird das aufgenommene Bildsignal in dem Speicherbereich M3 gespeichert (S6). Dieses Muster C besteht aus Schlitzlichtstrahlen, die auf abwechselnden, benachbarten vier Schlitzlichtmustern angeordnet sind.
Das in dem Speicherbereich M3 gespeicherte Bildsignal wird durch die Binärumwandlungsschaltung 13 binär umgewandelt, ein Gewicht von 2² = 4 wird dem hohen Pegel "1" zugeordnet (H = 22), des binär umgewandelten Bildsignals. Das gewichtete Signal wird dann in dem Speicherbereich M4 gespeichert, und als ein Bildsignal IC bezeichnet (S7). Dies führt dazu, dass wie in dem Muster C in Fig. 13 gezeigt, das Bildsignal IC erhalten wird, das aus Mehrfachschlitzlicht besteht, das durch einen Code "44440000" repräsentiert wird.
Dann werden das in dem Speicherbereich M1 gespeicherte Bildsignal IS und das in dem Speicherbereich M4 gespeicherte Bildsignal IC mit Hilfe der Bildarithmetikeinheit 115 summiert, und wird das Additionsergebnis in dem Speicherbereich m2 gespeichert. Das gespeicherte Ergebnis wird als ein Bildsignal IS' bezeichnet (S8). Daher wird, wie in Fig. 13 gezeigt, als Ergebnis der Addition das Bildsignal IS' erhalten, das aus Mehrfachschlitzlicht besteht, das durch einen Code "76543210" repräsentiert wird, und wird so das kodierte Mehrfachschlitzlicht dekodiert. In diesem Fall beruht die Codierung auf der natürlichen Binärzahl, jedoch sind auch andere Codes einsetzbar, beispielsweise ein Gray-Code.
Das Bildsignal IS', das in dem Speicherbereich M2 gespeichert ist, und das dekodierte Ergebnis angibt, wird durch mehrere Zahlen repräsentiert, und muß daher binär umgewandelt werden, um die Koordinatenpunkte mit einem Pegel, der höher ist als 2&sup0;, in dem Speicher 16 für einen mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkt zu speichern (S9). Dann wird der Inhalt des Speichers 116 für einen mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkt ausgelesen (S10), und wird eine Entfernung zwischen Koordinatenpunkten durch die Entfernungsberechnungseinheit 117 berechnet (S11). In diesem Fall wird die Entfernungsberechnung durch die spezielle Entfernungsberechnungseinheit 117 durchgeführt, jedoch kann auch die Betriebsfunktion des Prozessors 118 statt dessen eingesetzt werden. Wenn verschiedene Parameter und dergleichen vorher festgelegt werden, ist es ebenfalls möglich, einen Nur-Lese-Speicher (ROM) als die Entfernungsberechnungseinheit 117 zu verwenden.
Die Grundlagen der Entfernungsmessung werden unter Bezugnahme auf Fig. 14 beschrieben.
unter der Annahme eines Kamerakoordinatensystems, dessen Ursprung im Zentrum des Objektivs der Bildaufnahmeeinheit 12 liegt, und gleich O-XYZ ist, und eines Lichtquellenkoordinatensystems, dessen Ursprung im Zentrum der Lichtquelle des Mehrfachschlitzprojektors liegt, also bei o-xyz, läßt sich die Beziehung zwischen diesen beiden folgendermaßen ausdrücken
wobei tij (i = 1 bis 3, j = 1 bis 4) eine Konstante ist, die durch die Anordnung zwischen dem Mehrfachschlitzprojektor 111 und der Bildaufnahmeeinheit 112 bestimmt wird, und durch Berechnung bestimmt werden kann.
Der Mehrfachschlitzprojektor sendet "m" Schlitzlichtstrahlen aus, die um die y-Achse verteilt sind, wobei die jeweiligen Schlitzlichtebenen πj bezeichnet sind als (j = 1 bis m). Das "j-te" Schlitzlicht erzeugt ein Projektionsbild P auf dem zu messenden Gegenstand, während sein aufgenommenes Bild I auf der Bildoberfläche πj des Bildaufnahmegerätes 112 ausgebildet wird. Zu diesem Zeitpunkt kann auf der Grundlage des Triangulationsprinzips eine dreidimensionale Position eines Punktes Pk (Xk, Yk, Zk) auf dem Projektionsbild folgendermaßen berechnet werden, als Schnittpunkt zwischen einer Betrachtungslinie OIk, welche das Objektivzentrum O und einen Punkt Ik (xk, yk) auf der Bildebene verbindet, und der Schlitzlichtebene πj.
u = h/g
g = (t&sub1;&sub1;xk + t&sub1;&sub2;yk +t&sub1;&sub3;f)cosθj - (t&sub3;&sub1;xk + t&sub3;&sub2;yk + t&sub3;&sub3;f)sinθj (4)
h = t&sub3;&sub4;sinθj - t&sub1;&sub4;cosθj (5)
wobei (xk, yk) die Position von Pk auf der Bildebene angibt, θj einen Projektionswinkel der Schlitzlichtebene angibt, und "f" eine Brennweite bezeichnet.
Die Koordinaten (xk, yk) können als die Koordinaten bestimmt werden, die in dem Speicher 116 für einen mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkt gespeichert sind, und θj kann aus dem dekodierten Schlitzlicht mit der Nr. j bestimmt werden. Es kann nämlich der Wert von "j" als Graustufenpegel erhalten werden, der in dem Speicher 116 für den mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkt gespeichert ist.
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm des Hauptteils der Entfernungsberechnungseinheit 117, in welcher die Koordinaten xk und yk, die aus dem Speicher 116 für einen mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkt ausgelesen werden, und die Brennweite f eingegeben werden, und Werte u(1) bis u(m) entsprechend dem voranstehenden Ausdruck (3) berechnet werden, durch Berechnung von Einheiten 151-1 bis 151-m entsprechend Schlitzlichtnummern (1) bis (m). Dann wird entsprechend der Schlitzlichtnummer j der Wert u(j) entsprechend einer der Schlitzlichtnummern (1) bis (m) bei den Multiplikationsabschnitten 153 bis 155 unter Zuhilfenahme eines Selektors 152 eingesetzt, der eine Multiplikation auf der Grundlage des Ausdrucks (2) ausführt, um die dreidimensionalen Positionen Xk, Yk und Zk zu bestimmen.
In diesem Fall wird, durch Anordnung des Mehrfachschlitzprojektors 111 und der Bildaufnahmeeinheit 112 auf einer Oberfläche, welche jeden der Mehrfachschlitzlichtstrahlen im rechten Winkel kreuzt, und durch deren Anordnung auf derselben X-Achse, die parallel zur Richtung des Arrays der Mehrfachschlitzlichtstrahlen verläuft, "u" in dem Ausdruck (3) folgendermaßen ausgedrückt.
U = α/(β + γ) (6)
α = t&sub3;&sub4;sinθj - t&sub1;&sub4;cosθj (7)
β = t&sub1;&sub1;cosθj + t&sub1;&sub3;sinθj (8)
γ = t&sub1;&sub3;cosθj - t&sub1;&sub1;sinθj (9)
Die Koeffizienten t&sub1;&sub1; bis t&sub1;&sub4; und t&sub3;&sub1; bis t&sub3;&sub4; können wie voranstehend geschildert vorher festgelegt werden. Weiterhin kann zwar θj eine Anzahl von "m" Arten von Werten entsprechend den Schlitzlichtnummern (1) bis (m) aufweisen, jedoch ist es möglich, die Koeffizienten entsprechend dem "Wert θj vorher festzulegen. Daher ist u eine Funktion von x und θj. Im Ergebnis kann die dreidimensionale Position des zu messenden Gegenstands 123 ohne Verzögerung dadurch erhalten werden, dass ein Wert von "u", oder Werte von Xk, Yk, und Zk, in dem Nur-Lese-Speicher (ROM) gespeichert werden.
Fig. 16 erläutert ein Beispiel für den Betriebsablauf einer Pipelineverarbeitung durch die in Fig. 11 gezeigte Meßeinrichtung. In Fig. 16 sind mit F1 bis F8 Rahmen der jeweiligen Bildsignale bezeichnet. In dem Rahmen F1 wird das Muster A auf den zu messenden Gegenstand projiziert, und die Bildsignale, die von der Bildaufnahmeeinheit 112 aufgenommen werden, werden in dem Speicherbereich M1 gespeichert. Dann werden in dem Rahmen F2 die Bildsignale des Musters A in dem Speicherbereich M1 binär umgewandelt, und in dem Speicherbereich M2 als die Bildsignale IA gespeichert, wird das Muster B auf den zu messenden Gegenstand 123 projiziert, und werden die Bildsignale von der Bildaufnahmeeinheit 112 in dem Speicherbereich M3 gespeichert.
In dem nächsten Rahmen F3 werden die Bildsignale des Musters B in dem Speicherbereich M3 binär umgewandelt, und in dem Speicherbereich M4 als die Bildsignale IB gespeichert.
In dem nächsten Rahmen F4 werden die Inhalte in den Speicherbereichen M2 und M4 addiert, und in dem Speicherbereich M1 als Bildsignale IS gespeichert.
Daraufhin wird in dem Rahmen F5 das Muster C auf den zu messenden Gegenstand 123 projiziert, und werden die Bildsignale von der Bildaufnahmeeinheit in dem Speicherbereich M3 gespeichert. Dann werden in dem Rahmen F6 die Bildsignale des Musters C in dem Speicherbereich M3 binär umgewandelt, und in dem Speicherbereich M4 als Bildsignale IC gespeichert.
Dann werden in dem Rahmen F7 die Inhalte der Speicherbereiche M1 und M4 summiert, und in dem Speicherbereich M2 in Form von Bildsignalen IS' gespeichert, wodurch das kodierte Mehrfachschlitzlicht dekodiert wird.
Schließlich werden in dem nächsten Rahmen F8 die Bildsignale IS' in dem Speicherbereich M2 binär umgewandelt, und in dem Speicher 116 für einen mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkt gespeichert.
Das Dekodieren bei dieser Einrichtung benötigt sieben Rahmenperioden im Falle von acht Schlitzlichtstrahlen. Für mehr Schlitzlichtstrahlen ist es jedoch möglich, beispielsweise in neun Rahmenperioden im Falle von 16 Schlitzlichtstrahlen eine Dekodierung durchzuführen, und in 11 Rahmenperioden im Falle von 32 Schlitzlichtstrahlen. Je größer die Anzahl an Schlitzlichtstrahlen ist, desto geringer ist daher der Anstieg der Anzahl zusätzlicher Rahmen.
Fig. 16 erläutert ein weiteres Beispiel für den Betriebsablauf einer Pipelineverarbeitung in der in Fig. 11 dargestellten Einrichtung. Bei dieser Ausführungsform wird im Rahmen F1 das Muster A projiziert, und werden die Bildsignale von der Bildaufnahmeeinheit 112 in dem Speicherbereich M1 gespeichert. Dann werden in dem Rahmen F2 Bildsignale mit dem Muster A in dem Speicherbereich M1 binär umgewandelt, und in dem Speicherbereich M2 als die Bildsignale IA gespeichert, wird das Muster B auf den zu messenden Gegenstand 123 projiziert, und werden die Bildsignale von der Bildaufnahmeeinheit 112 in dem Speicherbereich M3 gespeichert. Bis jetzt ist die Vorgehensweise ebenso wie bei der in Fig. 16 dargestellten Ausführungsform. In dem nächsten Rahmen F3 werden jedoch die Vorgänge in den Rahmen F3, F4 und F5 in Fig. 16 gleichzeitig durchgeführt, wird also das Muster C auf den zu messenden Gegenstand 123 projiziert, werden die von der Bildaufnahmeeinheit 112 aufgenommenen Bildsignale in dem Speicherbereich M4 gespeichert, werden die Bildsignale des Musters B in dem Speicherbereich M3 binär umgewandelt, und werden die Bildsignale IA in dem Speicherbereich M2 ausgelesen, verzögert entsprechend der Binärumwandlungsverarbeitung, um die Addition durchzuführen, und in dem Speicherbereich M1 als die Bildsignale IS gespeichert.
Daraufhin werden in dem Rahmen F4 die Vorgänge in den Rahmen F6 und F7 gleichzeitig durchgeführt, also die Bildsignale des Musters C in dem Speicherbereich M4 binär umgewandelt, die Bildsignale IS ausgelesen, entsprechend der Binärumwandlungsverarbeitung verzögert, um die Addition durchzuführen, und in dem Speicherbereich M2 als die Bildsignale IS' gespeichert, und wird so das kodierte Mehrfachschlitzlicht dekodiert. In dem nächsten Rahmen F5, entsprechend F8 in Fig. 16, werden die Bildsignale IS' binär umgewandelt, und in dem Speicher 116 für den mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkt gespeichert. Es wird darauf hingewiesen, dass in dem Rahmen F5 ein Schritt zum Projizieren des Musters A für die Messung des nächsten, zu messenden Gegenstands eingeleitet werden kann.
Die Bildsignale, die aus den Speicherbereichen M2 und M1 in den voranstehend erwähnten Rahmen F3 und F4 ausgelesen werden, stellen gemeinsam Adressensignale für die Speicherbereiche M1 bis M4 zur Verfügung, die eine Verzögerung in der Binärumwandlungsverarbeitung hervorrufen. Es ist ebenfalls möglich, die Ausleseadressen der Bildsignale IA und IS zu verzögern, um hierdurch die Additionsverarbeitung zwischen den binär umgewandelten Bildsignalen durchzuführen.
Bei dieser Einrichtung können die Binärumwandlung der Bildsignale, die Additionsverarbeitung zwischen den Bildern, und die Projektion des kodierten Mehrfachschlitzlichtes gleichzeitig durchgeführt werden, wodurch die Dekodierung mit vier Rahmen im Falle von acht Schlitzlichtstrahlen wie voranstehend beschrieben erzielt wird, mit fünf Rahmen im Falle von sechzehn Schlitzlichtstrahlen, und mit sechs Rahmen im Falle von zweiunddreißig Schlitzlichtstrahlen. Daher wird sogar noch weniger Zeit zum Dekodieren benötigt, verglichen mit der in Fig. 16 gezeigten Ausführungsform.
Bei der Einrichtung, die unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis 17 beschrieben wurde, wird kodiertes Mehrfachschlitzlicht auf den zu messenden Gegenstand von dem Mehrfachschlitzprojektor projiziert, werden die von der Bildaufnahmeeinheit aufgenommenen Bildsignale durch die Binärumwandlungsschaltung binär umgewandelt, wird jedesmal dann, wenn das Muster des kodierten Mehrfachschlitzlichtes geändert wird, die Gewichtung des binär umgewandelten Bildsignals geändert, und werden die zuletzt binär umgewandelten Bildsignale oder die Bildsignale der letzten Additionsergebnises von der Bildbearbeitungseinheit aufsummiert, um das kodierte Mehrfachschlitzlicht zu dekodieren, wodurch trotz der Tatsache, dass die Anzahl an Schlitzlichtstrahlen des Mehrfachschlitzlichtes groß ist, die Kapazität des Bildspeichers beispielsweise in der Größenordnung von 4 Bildschirmen liegen kann, was zu einer Miniaturisierung und zu Kosteneinsparungen führt. Darüber hinaus kann eine Addition zwischen den Bildern durch den Bildprozessor oder dergleichen durchgeführt werden, um hierdurch eine Dekodierung mit hoher Geschwindigkeit des kodierten Mehrfachschlitzlichtes zu erzielen, was zu einer Beschleunigung der dreidimensionalen Meßbearbeitung führt.
Weiterhin sind der Mehrfachschlitzprojektor und die Bildaufnahmeeinheit auf einer Oberfläche angeordnet, welche jeden der Mehrfachlichtstrahlen in rechtem Winkel kreuzt, und sind so angeordnet, dass dieselbe X-Achse parallel zur Richtung des Arrays der Mehrfachschlitzlichtstrahlen verläuft, wodurch es möglich ist, vorher die Koeffizienten und dergleichen bei der Entfernungsberechnung festzulegen, so dass ein Nur-Lese-Speicher dazu verwendet werden kann, die dreidimensionalen Koordinaten auszulesen, um so den Aufbau zu vereinfachen, und eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung zu erzielen.
Bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen sind als die kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster "n" Arten an Mustern für 2n Mehrfachschlitzlichtstrahlen vorgesehen, um hierdurch alle Schlitzlichtstrahlen zu numerieren. In diesem Fall wird das Bild des zu messenden Gegenstands durch die Bildaufnahmeeinheit, beispielsweise eine Fernsehkamera, jedesmal dann erhalten, wenn die "n" Arten kodierter Mehrfachschlitzlichtmuster zur Projektion umgeschaltet werden, werden die Bildsignale für einen Bildschirm, die eine Konfiguration mit mehreren Bits für einen Pixel aufweisen, in den Bildspeichern gespeichert, werden die Bildsignale, die jeweils in den "n" Bildspeichern gespeichert sind, ausgelesen, und werden die Schlitzlichtstrahlen durch einen Arithmetikvorgang zwischen den Bildsignalen für jedes Schlitzlicht numeriert.
Bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen, die unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis 17 beschrieben wurden, wird daher das kodierte Mehrfachschlitzlichtmuster auf den zu messenden Gegenstand projiziert, werden aufgenommene Bildsignale in beispielsweise Digitalsignale mit einer Konfiguration von acht Bit für einen Pixel umgewandelt, um in Bildspeichern gespeichert zu werden, und werden die Bildsignale in unterschiedlichen Bildspeichern bei jeder Änderung des kodierten Mehrfachschlitzlichtmusters gespeichert, so dass die Verwendung mehrerer Schlitzlichtstrahlen zu einer Erhöhung der Anzahl an Mustern führt, was eine Vielzahl von Bildspeichern erforderlich macht, und so zu erhöhten Herstellungskosten führt. Auf der Grundlage der Bildsignale, die in jedem Bildspeicher gespeichert sind, werden dann die Ordnungsverarbeitung und dergleichen aufeinanderfolgend durch ein Schlitzlicht durchgeführt, wodurch die Anzahl an Schlitzlichtstrahlen erhöht wird, und so die Bearbeitungszeit verlängert wird.
Als nächstes wird eine dreidimensionale Meßeinrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei welcher die Verarbeitungsgeschwindigkeit noch weiter erhöht ist.
Mit der dreidimensionalen Meßeinrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird angestrebt, die dreidimensionale Messung durch Parallelverarbeitung zu beschleunigen, deren Prinzip unter Bezugnahme auf Fig. 18 geschildert wird.
In Fig. 18 weist die Meßeinrichtung einen Mehrfachschlitzprojektor 181 auf, um kodierte Mehrfachschlitzlichtmuster auf einen zu messenden Gegenstand zu projizieren, eins Bildaufnahmeeinheit 182, die aus einer Fernsehkamera oder dergleichen besteht, und dazu dient, ein Bild der kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster zu erhalten, die auf den zu messenden Gegenstand projiziert werden, eine Binärumwandlungsschaltung 183 zur binären Umwandlung von Bildsignalen von der Bildaufnahmeeinheit 182, mehrere Bildspeicher 184-1 bis 184-n zum Speichern binärer Bildsignale von der Binärumwandlungsschaltung 183, damit diese den kodierten Mehrfachschlitzlichtmustern entsprechen, eine Adressenerzeugungsschaltung 185 zur Erzeugung von Adressensignalen für die mehreren Bildspeicher 184-1 bis 184-n, und eine Entfernungsberechnungseinheit 186, welche Dreidimensionalpositionen von kodierten Mustern bestrahlten Punkten des zu messenden Gegenstands bestimmt, auf der Grundlage der Adressensignale von der Adressenerzeugungsschaltung 185 und einer Schlitzlichtnummer, die eine Bitkonfiguration aufweist, die aus den binären Bildsignalen besteht, die gleichzeitig aus den mehreren Bildspeichern 184-1 bis 184-n mit Hilfe der Adressensignale ausgelesen werden.
Die Meßeinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform weist darüber hinaus eine Entscheidungssteuerschaltung auf, welche Schlitzlichtnummern ausbildet, die eine Bitkonfiguration aufweisen, bei der alle Werte "0" von der Bitkonfiguration des binären Bildsignals ausgeschlossen sind, das gleichzeitig von den mehreren Bildspeichern 184-1 bis 184-n ausgelesen wird, und welche nur in Bezug auf die Schlitzlichtnummer Adressensignale von der Adressenerzeugungsschaltung 185 an die Entfernungsberechnungseinheit 186 anlegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Meßeinrichtung den Mehrfachschlitzprojektor 181 zum Projizieren kodierter Mehrfachschlitzlichtmuster auf einen zu messenden Gegenstand auf, die Bildaufnahmeeinheit 182, die mehrere Lichtempfangselemente aufweist, und zum Aufnehmen der kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster dient, die auf den zu messenden Gegenstand projiziert wurden, die Binärumwandlungsschaltung 183 entsprechend den Lichtempfangselementen, und zur binären Umwandlung jedes der Ausgangssignale der Bildaufnahmeeinheit 182, Schieberegister entsprechend den Lichtempfangselementen, und zum Verschieben, zur Speicherung, der Ausgangssignale der Binärumwandlungsschaltung entsprechend den Lichtempfangselementen jedesmal dann, wenn die kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster umgeschaltet werden, wobei die Schieberegister vom Typ Seriell-Ein/Parallel-Aus sind, eine Adressenerzeugungsschaltung, welche Adressensignale zum Festlegen der Schieberegister entsprechend den Lichtempfangselementen erzeugt, und eine Entfernungsberechnungseinheit, welche eine dreidimensionale Position von mit kodierten Mustern bestrahlten Punkten des zu messenden Gegenstands bestimmt, auf der Grundlage der Adressensignale von der Adressenerzeugungsschaltung, und einer Schlitzlichtnummer, die eine Bitkonfiguration aufweist, die parallel aus den Schieberegistern ausgelesen wird, entsprechend den Lichtempfangselementen, festgelegt durch die Adressensignale.
Gemäß einer Ausführungsform werden Mehrfachschlitzlichtmuster auf den zu messenden Gegenstand projiziert, durch den Mehrfachschlitzprojektor 181, und werden die Bildsignale, die durch Aufnehmen des zu messenden Gegenstands durch die Bildaufnahmeeinheit 182 erhalten werden, binär durch die Binärumwandlungsschaltung 183 umgewandelt, und in den Bildspeichern 184-1 bis 184-n entsprechend kodierten Mehrfachschlitzlichtmustern gespeichert. Es werden nämlich die binären Bildsignale, die durch aufeinanderfolgendes Projizieren von "n" Arten kodierter Mehrfachschlitzlichtmuster erhalten werden, in "n" Bildspeichern 184-1 bis 184-n gespeichert.
Dann werden die binären Bildsignale gleichzeitig aus den "n" Bildspeichern 184-1 bis 184-n ausgelesen, entsprechend den Adressensignalen von der Adressenerzeugungsschaltung 185, und werden daher Signals mit n Bit erhalten, denen Gewichte von 2&sup0; bis 2n&supmin;¹ zugeordnet werden, um dann dekodiert zu werden, damit man so Schlitzlichtnummern erhält. Auf der Grundlage der Schlitzlichtnummern und der Adressensignale kann die Entfernung von dem Beobachtungspunkt zu dem zu messenden Gegenstand in der Entfernungsberechnungseinheit 186 berechnet werden, um so eine dreidimensionale Position des zu messenden Gegenstands zu erhalten.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die binären Bildsignale zwischen Schlitzlichtstrahlen des kodierten Mehrfachschlitzlichtmusters gleich "0", und wenn die binären Bildsignale, die gleichzeitig aus den Bildspeichern 184-1 bis 184-n ausgelesen werden, sämtlich gleich "0" sind, so wird den Adressensignalen nicht gestattet, zur Entfernungsberechnung eingesetzt zu werden. Deswegen wird dies in der Entscheidungssteuerschaltung festgelegt, um die Eingabe nutzloser Adressensignale in die Entfernungsberechnungseinheit 186 zu verhindern.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die Bildaufnahmeeinheit 182 aus mehreren Lichtempfangselementen, die zweidimensional angeordnet sind, und ist eine Binärumwandlungsschaltung vorgesehen, die aus Komparatoren und dergleichen besteht, wobei die binär umgewandelten Signale in die Schieberegister eingegeben werden, und jedesmal dann verschoben werden, wenn, die kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster geändert werden. Dies führt dazu, dass binäre Bildsignale für jedes kodierte Mehrfachschlitzlichtmuster pro einem Pixel in jedem Schieberegister gespeichert werden. Die Adressenerzeugungsschaltung erzeugt Adressensignale, welche das Schieberegister durch ein Bildelement festlegen, und die mehreren Bits werden parallel aus dem Schieberegister ausgelesen, das durch die Adressensignale festgelegt wird, um dekodiert zu werden, und um so die Schlitzlichtnummern zu bestimmen. Auf der Grundlage der Schlitzlichtnummern und der Adressensignale kann eine dreidimensionale Position des zu messenden Gegenstands erhalten werden.
Nachstehend werden die voranstehend geschilderten Ausführungsformen im Einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 9, 14, 19 und 20 beschrieben.
Fig. 19 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welchem das Bezugszeichen 190 einen zu messenden Gegenstand bezeichnet, 191 einen Mehrfachschlitzprojektor, 192 eine Fernsehkamera, die eine Bildaufnahmeeinheit bildet, 193 eine Binärumwandlungsschaltung, 194-1 bis 194-3 Bildspeicher entsprechend kodierten Mehrfachschlitzlichtmustern bezeichnen, 195 eine Adressenerzeugungsschaltung bezeichnet, 196 eine Entfernungsberechnungseinheit, 197 eine Tabelle zum Speichern effektiver Daten, 198 eine Entscheidungssteuerschaltung, und 199 eine Projektionssteuereinheit.
Diese Ausführungsform betrifft einen Fall, in welchem drei Arten kodierter Mehrfachschlitzlichtmuster aufeinanderfolgend auf einen zu messenden Gegenstand durch den Mehrfachschlitzprojektor 191 projiziert werden, und drei Bildspeicher 194-1 bis 194-3 entsprechend den kodierten Mehrfachschlitzlichtmustern vorhanden sind. Weiterhin wird ein Bild des zu messenden Gegenstands 190, auf welchen kodierte Mehrfachschlitzlichtmuster projiziert werden, von der Fernsehkamera 192 erhalten, werden die erhaltenen Bildsignale binär durch die Binärumwandlungsschaltung 193 umgewandelt, und werden die binären Bildsignale "c" in den Speichern 194-1 bis 194-3 gespeichert.
Schaltsignale "a" für die kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster, die von der Projektionssteuereinheit 199 stammen, und Adressensignale "b" von der Adressenerzeugungsschaltung 195, werden in den drei Bildspeichern 194-1 bis 194-3 gespeichert. Die Schaltsignale "a" legen den Bildspeicher 194-1 fest, wenn das erste, kodierte Mehrfachschlitzlichtmuster projiziert wird, den Bildspeicher 194-2, wenn das zweite, kodierte Mehrfachschlitzlichtmuster projiziert wird, und den Bildspeicher 194-3, wenn das dritte, kodierte Mehrfachschlitzlichtmuster projiziert wird. Dann werden binäre Bildsignale entsprechend Pixeln in den Adressen gespeichert, die durch die Adressensignale "b" festgelegt werden.
Wenn die kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster für die Projektion geändert werden, und die binären Bildsignale "c" in den Bildspeichern 194-1 bis 194-3 gespeichert sind, wird ein Auslesevorgang gleichzeitig unter Verwendung der Adressensignale "b" von der Adressenerzeugungsschaltung 195 durchgeführt. Die Auslesesignale d1, d2 und d3 werden an die Entscheidungssteuerschaltung 198 angelegt. In diesem Fall wird beispielsweise durch Dekodieren der drei Bits, mit d1 · 2&sup0; + d2 · 2¹ + d3 · 2², eine Schlitzlichtnummer L in den Koordinaten x, y durch die Adressensignale "b" erhalten.
Wie voranstehend unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben wurde, welche die kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster zeigt, gibt dann, wenn die drei Arten kodierter Mehrfachschlitzlichtmuster A, B, C für die Projektion umgeschaltet werden, eine durchgezogene Linie das Vorhandensein des Mehrfachschlitzlichtes an, und eine gestrichelte Linie die Abwesenheit des Mehrfachschlitzlichtes. Unter der Annahme, dass die binären Bildsignale, die erhalten werden, wenn das kodierte Mehrfachschlitzlichtmuster A projiziert wird, in dem Bildspeicher 194-1 gespeichert werden, die binären Bildsignale, die man erhält, wenn das kodierte Mehrfachschlitzlichtmuster B projiziert wird, in dem Bildspeicher 194-2 gespeichert werden, und die binären Bildsignale, die man erhält, wenn das kodierte Mehrfachschlitzlichtmuster C projiziert wird, in dem Bildspeicher 194-3 gespeichert werden, dann erhält man beim gleichzeitigen Auslesen aus derselben Adresse in den drei Bildspeichern 194-1 bis 194-3, mit d1, d2, d3 = 1, 0, 0, 1 · 2&sup0; + 0 · 2¹ + 0 · 2² = 1, wie voranstehend beschrieben, was eine Schlitzlichtnummer "1" erzeugt. Weiterhin wird im Falle von d1, d2, d3 0, 1, 0, 0 · 2&sup0; + 1 · 2¹ + 0 · 2² = 2 erhalten, was eine Schlitzlichtnummer "2" erzeugt. Auf dieselbe Weise können danach, durch Dekodieren der Auslesesignale d1 bis d3 mit einer Konfiguration von drei Bits, Schlitzlichtnummern von "0" bis "72" bestimmt werden.
Unter der Voraussetzung, dass das kodierte Mehrfachschlitzlicht beispielsweise aus sechs Arten von Mustern besteht, erhält man die Nummern "0" bis "63" für 26 = 64 Schlitzlichtstrahlen.
In der Entscheidungssteuerschaltung 198 kann die Schlitzlichtnummer L durch drei Bits von Signalen d1 bis d3 erhalten werden, die gleichzeitig aus den Bildspeichern 194-1 bis 194-3 wie voranstehend geschildert ausgelesen werden, wobei die Schlitzlichtnummer L und das gleichzeitige Adressensignal b = (x, y) entsprechend in die Tabelle 197 eingeschrieben werden, ausgelesen werden, und der Entfernungsberechnungseinheit 196 zugeführt werden.
Weiterhin ist die Entscheidungsteuerschaltung 198 so ausgebildet, dass sie nur Adressensignale "b", mit welchen Schlitzlichtnummern bestimmt werden können, in die Tabelle 197 einschreibt, durch Einschreiben von Signalen "e", was für eine effizientere Verwendung der Tabelle 197 sorgt. Die binären Bildsignale entsprechen Pixeln zwischen einem. Schlitzlichtstrahl und dem nächsten Schlitzlichtstrahl erfahrenem Licht keine Projektion von Schlitzlicht, obwohl das kodierte Mehrfachschlitzlichtmuster umgeschaltet wird, wodurch sämtliche Werte "0" erzeugt werden. Wenn sämtliche Werte "0" festgestellt werden, kann das Adressensignal "b" nicht in die Tabelle 197 eingeschrieben werden.
Ähnlich jener Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf Fig. 14 beschrieben wurde, kann die Entfernung folgendermaßen berechnet werden. In Fig. 14 ist erneut mit O-XYZ ein Koordinatensystem bezeichnet, bei dem das Zentrum des Objektivs der Fernsehkamera 192 im Ursprung liegt, und ist mit o-xyz ein Lichtquellen-Koordinatensystem bezeichnet, welches das Zentrum der Lichtquelle des Mehrfachschlitzprojektors 191 als seinen Ursprung hat. Die Beziehung zwischen beiden wird folgendermaßen ausgedrückt:
wobei tij (i = 1 bis 3, j = 1 bis 4) eine Konstante ist, die durch die Anordnung zwischen dem Mehrfachschlitzprojektor 191 und der Fernsehkamera 192 bestimmt wird, und durch Berechnung ermittelt werden kann.
Der Mehrfachschlitzprojektor sendet "m" Schlitzlichtstrahlen aus, die um die y-Achse verteilt sind, wobei jeweilige Schlitzlichtebenen durch πk (k = 1 bis m) bezeichnet sind. Nunmehr wird darauf hingewiesen, dass das "j-te" Schlitzlicht πj, das ein Projektionsbild P auf dem zu messenden Gegenstand 190 erzeugt, und dessen Aufnahmebild I auf der Bildoberfläche π&sub1; der Fernsehkamera 192 erzeugt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass zur Vereinfachung der Zeichnung in Fig. 4 einen Fall zeigt, in welchem nur ein Schlitzlichtstrahl 141 auf den Gegenstand 190 aufgestrahlt wird.
Auf der Grundlage des Prinzips der Triangulation kann eine dreidimensionale Position eines Punktes Pk (Xk, Yk, Zk) auf dem Projektionsbild folgendermaßen berechnet werden, als ein Schnittpunkt zwischen einer Sichtlinie O-Ik, welche das Linsenzentrum O und einen Punkt Ik (xk, yk) auf der Bildebene π&sub1; verbindet, und der Schlitzlichtebene πj.
u = h/g
g = (t&sub1;&sub1;xk + t&sub1;&sub2;yk +t&sub1;&sub3;f)cosθj - (t&sub3;&sub1;xk + t&sub3;&sub2;yk + t&sub3;&sub3;f)sinθj (4)
h = t&sub3;&sub4;sinθj - t&sub1;&sub4;cosθj (5)
wobei (xk, yk) die Position von Pk auf der Bildebene angibt, θj einen Projektionswinkel der Schlitzlichtebene angibt, und "f" die Brennweite bezeichnet, bestimmt aus der Schlitzlichtnummer.
Die Position (xk, yk) des Punktes Ik auf der Bildebene πj entspricht den Adressen in den Bildspeichern 194-1 bis 194-3. Der Projektionswinkel θj kann durch die Schlitzlichtnummer j bestimmt werden. Daher kann in der Entfernungsberechnungseinheit 196 die dreidimensionale Position X, Y, Z des mit einem mit einem kodierten Muster bestrahlten Punkts des zu messenden Gegenstands 190 durch die Adressensignale "b" = (x, y) bestimmt werden, die aus der Tabelle 197 ausgelesen werden, und durch die Schlitzlichtnummer L.
Wie voranstehend geschildert kann die Schlitzlichtnummer durch die Konfiguration mit drei Bits von Signalen d1 bis d3 bestimmt werden, die entsprechend den Adressensignalen "b" aus den Bildspeichern 194-1 bis 194-3 ausgelesen werden, so dass die Adressensignale und die Schlitzlichtnummer L, die beide für die Entfernungsberechnung unverzichtbar sind, dadurch bestimmt werden können, dass die vorbestimmten Arten kodierter Mehrfachschlitzlichtmuster aufeinanderfolgend für die Projektion umgeschaltet werden, ohne das Erfordernis, eine Berechnung für die Bildsignale durchzuführen, so dass eine dreidimensionale Messung mit hoher Geschwindigkeit erzielt werden kann. Obwohl die Anzahl der Bildspeicher 194-1 bis 194-3 in Abhängigkeit von der Anzahl der kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster erhöht werden kann, speichern die Bildspeicher die binären Bildsignale so, dass die Kapazität insgesamt nicht übermäßig groß ist, was die Beschleunigung der Verarbeitung der Anzahl an Schlitzlichtstrahlen erleichtert, die für die Entfernungsberechnung benötigt werden.
Weiterhin können die Tabelle 197 und die Entscheidungssteuerschaltung 198 weggelassen werden. In diesem Fall werden Signale d1 bis d3 gleichzeitig aus den Bildspeichern 194-1 bis 194-3 ausgelesen, und werden die Adressensignale "b" an die Entfernungsberechnungseinheit 196 angelegt, in welcher die Schlitzlichtnummer bestimmt wird, um hierdurch die Entfernungsberechnung für die dreidimensionale Position X, Y, Z des mit einem kodierten Muster bestrahlten Punktes für den zu messenden Gegenstand 190 durchzuführen.
Fig. 20 ist ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher Bezugszeichen 201-1 bis 201-m Lichtempfangselemente bezeichnen, beispielsweise Photodioden, die zweidimensional angeordnet sind, 202-1 bis 202-m Binärumwandlungsschaltungen entsprechend den Lichtempfangselementen bezeichnen, 203-1 bis 203-m Schieberegister des Typs Seriell-Ein/Parallel-Aus bezeichnen, entsprechend den Lichtempfangselementen, und 34 einen Adressengenerator bezeichnet, 35 einen Bus, und 36 eine Entfernungsberechnungseinheit.
Ein Mehrfachschlitzlichtmuster wird auf einen zu messenden Gegenstand (nicht in Fig. 20 gezeigt) projiziert, das Projektionsbild wird von der Bildaufnahmeeinheit aufgenommen, die aus den Lichtempfangselementen 201-1 bis 201-m besteht, deren Ausgangssignale an die Binärumwandlungsschaltungen 202-1 bis 202-m angelegt werden. Diese Binärumwandlungsschaltungen 202-1 bis 202-m können durch Komparatoren gebildet werden, welche die Signale von den Lichtempfangselementen 201-1 bis 201-m mit einer Bezugsspannung "r" vergleichen. Die binären Bildsignale von den Binärumwandlungsschaltungen 202-1 bis 202-m werden an die Schieberegister 203-1 bis 203-m angelegt, und dann durch ein Verschiebesignal "s" verschoben.
Das Verschiebesignal "s" wird zum Zeitpunkt der Umschaltung des kodierten Mehrfachschlitzlichtmusters angelegt. Wie voranstehend geschildert können im Falle von drei Arten kodierter Mehrfachschlitzlichtmuster die Schieberegister 203-1 bis 203-m jeweils drei Stufen aufweisen. Es können nämlich die binären Bildsignale für drei Bildschirme durch sämtliche Schieberegister 203-1 bis 203-m gespeichert werden.
Adressensignale x, y werden an die Schieberegister 203-1 bis 203-m angelegt, und an die Entfernungsberechnungseinheit 36, von der Adressenerzeugungsschaltung 234. Wenn die Projektion der kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster beendet ist, wird eines der Schieberegister 203-1 bis 203-m durch die Adressensignale x, y festgelegt, die von der Adressenerzeugungsschaltung 204 stammen, und werden die parallel ausgelesenen Signale an die Entfernungsberechnungseinheit 206 über den Bus 205 angelegt.
Wenn wie voranstehend geschildert drei Arten kodierter Mehrfachschlitzlichtmuster verwendet werden, werden drei Bits parallel aus dem Schieberegister ausgelesen, das durch die Adressensignale x, y festgelegt wird, mit dem Ergebnis, dass die Schlitzlichtnummer L auf dieselbe Weise bestimmt werden kann wie mit den drei Bits von d1 bis d3 bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen. Unter Verwendung der Adressensignale x, y und der Schlitzlichtnummer L kann nämlich die dreidimensionale Position X, Y, Z eines mit einem kodierten Muster bestrahlten Punktes des zu messenden Gegenstands bestimmt werden.
Es ist einfach, zweidimensional angeordnete Lichtempfangselemente 201-1 bis 201-m in einer integrierten Schaltung vorzusehen, und es ist möglich, die Binärumwandlungsschaltung 202-1 bis 202-m in Form einer integrierten Schaltung auszubilden. Daher kann bei der in Fig. 20 dargestellten Ausführungsform die dreidimensionale Meßeinrichtung insgesamt innerhalb einer Kamera als ein Körper angebracht werden. Weiterhin wird durch die Bereitstellung der integrierten Schaltung, die weiterhin die Schieberegister 203-1 bis 203-m enthält, die Anzahl an Lichtempfangselementen 201-1 bis 201-m erhöht, wodurch die Auflösung erhöht wird.
Bei den in den Fig. 19 und 20 gezeigten Ausführungsformen werden kodierte Mehrfachschlitzlichtmuster auf den zu messenden Gegenstand projiziert, dessen Bild von der Bildaufnahmeeinheit erhalten wird, binär umgewandelt wird, und in den Bildspeichern entsprechend den kodierten Mehrfachschlitzlichtmustern gespeichert wird. Die gespeicherten Bilddaten werden gleichzeitig entsprechend den Adressensignalen ausgelesen. Die ausgelesenen Signale, die eine Konfiguration mit mehreren Bits aufweisen, werden dekodiert, um unmittelbar die Schlitzlichtnummer zu bestimmen, und auf diese Weise können die Schlitzlichtnummer und gleichzeitige Adressensignale für die Entfernungsmessung verwendet werden. Ohne eine besondere Erhöhung der Kapazität der Speicher kann daher eine Beschleunigung der dreidimensionalen Messung erreicht werden.
Weiterhin wird die Bildaufnahmeeinheit durch die zweidimensional angeordneten Lichtempfangselemente 201-1 bis 201-m gebildet, und sind die Binärumwandlungsschaltungen 202-1 bis 202-m sowie die Schieberegister 203-1 bis 203-m entsprechend den Lichtempfangselementen vorgesehen, bei welchen die kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster umgeschaltet werden, um auf den zu messenden Gegenstand projiziert zu werden, und werden die binären Bildsignale in den Schieberegistern gespeichert, und werden, festgelegt durch die Adressensignale, aus den Schieberegistern ausgelesen, um so die Schlitzlichtnummer zu bestimmen. Daher kann eine Beschleunigung der dreidimensionalen Messung erzielt werden, und wird es ermöglicht, die Lichtempfangselemente und die Binärumwandlungsschaltungen einzuschließen, und darüber hinaus auch die Schieberegister einzuschließen, in Form einer integrierten Schaltung, so dass man eine miniaturisierte und kostensparende Meßeinrichtung erhält.
Bezugszeichen in den Patentansprüchen sollen zum besseren Verständnis dienen, und nicht den Umfang einschränken.

Claims

1. Dreidimensionale Meßeinrichtung, die einen Mehrfachschlitzprojektor (191) aufweist, um kodierte Mehrfachschlitzlichtmuster auf einen zu messenden Gegenstand zu projizieren, sowie eine Bilderkennungseinrichtung, wobei die Bilderkennungseinrichtung aufweist:

eine Bildaufnahmeeinheit (192), um ein Bild der kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster zu erhalten, die auf den zu messenden Gegenstand projiziert wurden;

eine Binärumwandlungsschaltung (193) zur binären Umwandlung von Bildsignalen von der Bildaufnahmeeinheit (192);

mehrere Bildspeicher (194-1 bis 194-n) zum Speichern binärer Bildsignale von der Binärumwandlungsschaltung (193), wobei die binären Bildsignale den jeweiligen kodierten Mehrfachschlitzlichtmustern entsprechen;

eine Adressenerzeugungsschaltung (195) zur Erzeugung von Adressensignalen für die mehreren Bildspeicher (194-1 bis 194-n); und

eine Entfernungsberechnungseinheit (196) zur Bestimmung dreidimensionaler Positionen von mit kodierten Mustern bestrahlten Punkten des zu messenden Gegenstands, auf der Grundlage der Adressensignale von der Adressenerzeugungsschaltung (195) und einer Schlitzlichtnummer, die eine Bitkonfiguration aufweist, die aus den binären Bildsignalen besteht, die gleichzeitig aus den mehreren Bildspeichern (194-1 bis 194-n) durch die Adressensignale ausgelesen werden.

2. Dreidimensionale Meßeinrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin eine Entscheidungssteuerschaltung aufweist, um Schlitzlichtnummern zu erzeugen, die eine Bitkonfiguration aufweisen, bei welcher alle Werte "O" von einer Bitkonfiguration der binären Bildsignale ausgeschlossen werden, die gleichzeitig von den mehreren Bildspeichern (194-1 bis 194-n) ausgelesen werden, und welche nur in Bezug auf die Schlitzlichtnummer Adressensignale von der Adressenerzeugungsschaltung (195) an die Entfernungsberechnungseinheit (196) anlegt.

3. Dreidimensionale Meßeinrichtung, die einen Mehrfachschlitzprojektor (191) zum Projizieren kodierter Mehrfachschlitzlichtmuster auf einen zu messenden Gegenstand aufweist, und eine Bilderkennungseinrichtung, wobei die Bilderkennungseinrichtung aufweist:

eine Bildaufnahmeeinheit (192), die mehrere Lichtempfangselemente (201-1 bis 201-in) aufweist, jeweils zum Aufnehmen der kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster, die auf den zu messenden Gegenstand projiziert werden;

mehrere Binärumwandlungsschaltungen (202-1 bis 202-in) entsprechend den Lichtempfangselementen (201-1 bis 201-m), zur Binärumwandlung eines entsprechenden Ausgangssignals der Lichtempfangselemente (201-1 bis 201-in);

mehrere Schieberegister (203-1 bis 203-in), entsprechend den Lichtempfangselementen, zur Ausführung einer Verschiebung zum Speichern der Ausgangssignale der Binärumwandlungsschaltungen (202-1 bis 202-in) entsprechend den Lichtempfangselementen (201-1 bis 201-in) jedesmal dann, wenn die kodierten Mehrfachschlitzlichtmuster umgeschaltet werden, wobei die Schieberegister vom Typ Seriell-Ein/Parallel-Aus sind;

eine Adressenerzeugungsschaltung (204) zur Erzeugung von Adressensignalen, welche die Schieberegister festlegen, entsprechend den Lichtempfangselementen (201-1 bis 201-in); und

eine Entfernungsberechnungseinheit (206) zur Bestimmung dreidimensionaler Positionen von mit kodierten Mustern bestrahlten Punkten des zu messenden Gegenstands, auf der Grundlage der Adressensignale von der Adressenerzeugungsschaltung, und einer Schlitzlichtnummer, die eine Bitkonfiguration aufweist, die parallel aus den Schieberegistern ausgelesen wird, entsprechend den Lichtempfangselementen, die durch die Adressensignale angegeben werden.

4. Dreidimensionale Meßeinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welcher der Mehrfachschlitzprojektor aufweist:

eine Lichtquelle (41) zum Aussenden parallelen Lichts;

ein erstes und ein zweites Beugungsgitter (42, 43) zum Empfang des parallelen Lichts von der Lichtquelle (41) und zum Beugen des parallelen Lichts in Beugungsrichtungen senkrecht zueinander;

eine Zylinderlinse (44), auf welche Ausgangslicht einfällt, das von dem ersten und zweiten Beugungsgitter (42, 43) gebeugt wurde, und welche mehrere parallele Schlitzlichtstrahlen erzeugt, die in der Beugungsrichtung entweder des ersten oder zweiten Beugungsgitters (42, 43) verteilt sind; und

einen Verschluß-Array zum Sperren vorbestimmter Schlitzlichtstrahlen unter den parallelen Schlitzlichtstrahlen von der Zylinderlinse (44), um hierdurch einen Code auszubilden;

und ein Betätigungsglied (46) zur Verschiebung einer Anordnung, die zumindest entweder das erste oder das zweite Beugungsgitter (42, 43) umfaßt, um eine Entfernung, die kleiner ist als der Teilungsabstand der Mehrfachschlitzlichtstrahlen in der Richtung senkrecht sowohl zu jener Richtung, in welcher die parallelen Schlitzlichtstrahlen verlaufen, als auch zur Lichtaussenderichtung von der Lichtquelle.

5. Dreidimensionale Meßeinrichtung nach Anspruch 4, bei welcher das Betätigungsglied (46) eine Vorrichtung zum Verschieben der Anordnung schrittweise umfaßt.

6. Dreidimensionale Meßeinrichtung nach Anspruch 4, bei welcher das Betätigungsglied (46) eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Verschieben der Anordnung umfaßt.

7. Dreidimensionale Meßeinrichtung nach Anspruch 4, bei welcher das Betätigungsglied (46) einen Schwingspulmotor (20) und eine Halterungsfeder (18, 19) aufweist, die durch den Schwingspulmotor (20) angetrieben wird, wobei die Halterungsfeder zumindest entweder dem ersten oder dem zweiten Beugungsgitter (42, 43) zugeordnet ist.

8. Dreidimensionale Meßeinrichtung nach Anspruch 4, bei welcher das Betätigungsglied (46) ein piezoelektrisches Element (25) und eine von dem piezoelektrischen Element (25) angetriebene Halterungsfeder (18, 19) aufweist, wobei die Halterungsfeder zumindest entweder dem ersten oder dem zweiten Beugungsgitter (42, 43) zugeordnet ist.

9. Dreidimensionale Meßeinrichtung nach Anspruch 4, bei welcher das Betätigungsglied (46) einen Linearmotor (26) und eine von dem Linearmotor (26) angetriebene Halterungsfeder (18, 19) aufweist, und die Halterungsfeder zumindest entweder dem ersten oder dem zweiten Beugungsgitter (42, 43) zugeordnet ist.