JP2673196B2 - 三次元形状センサ - Google Patents
三次元形状センサInfo
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Description
を検出する三次元形状センサに関するものである。
三次元的に認識する三次元形状センサの開発が急務とな
っている。
一例を示した図である。
のものであり、その光束は、非点収差光学系92に導かれ
ている。
レンズ92bとからなり、この非点収差光学系92により結
像される光束を非点収差のある光束に変換する。非点収
差とは、レンズの焦点距離が光軸を含む縦断面と横断面
で異なる値をもつことにより生ずる収差をいう。
すると、計測面A,B,Cのように、位置によって光スポッ
トの像が縦長の楕円、真円、横長の楕円に変化する。
ンサから計測面までの距離を検出することができる。
形状を検出しようとする場合には、計測面に対して光束
を走査しなければならず、そのために精度の高い機構が
必要なうえ、計測に時間がかかるという問題があった。
っては作業中に光路を遮る、いわゆる閉塞の問題が発生
したり、また、他の作業の場合には閉塞の問題はないが
計測範囲や精度を上げたいなどの種々の態様があり、適
用の自由度の広いものが望まれている。
タイムで計測面の三次元形状が計測できるとともに、利
用範囲が広い三次元形状センサを提供することである。
を発する光源,光束を非点収差のある光束に変換する非
点収差光学系,光束を複数に分割する光束分割手段と含
み計測面に複数の光スポットを投射する投光装置と、前
記投光装置から投射され前記計測面で反射した光スポッ
トを撮像する撮像装置と、前記撮像装置で撮像された前
記各光スポットから算出される各光スポットまでの距離
に基づいて前記計測面全体の形状を演算する画像処理装
置とを含む三次元形状センサにおいて、前記投光装置と
前記撮像装置は、光軸が異なるように配置され、前記画
像処理装置によって三角測量法に基づいて各光スポット
までの距離を演算することを特徴とする。
して多数の光スポットを計測面に照射するので、その計
測面の各光スポットまでの距離を同時に計測でき、その
計測面の三次元形状を走査等をすることなしに検出する
ことができる。
詳細に説明する。
示したブロック図、第2図は、同実施例センサの投光装
置を示した斜視図である。
分割手段13を含むものである。
のであり、ここでは、He−Neレーザが用いられている。
非点収差光学系12は、レーザ光源11から発振された光束
を非点収差のある光束に変換する光学系であり、凸レン
ズ12a,シリンドリカルレンズ12bとから構成されてい
る。
束を、二次元的に回折させて、マトリクス状に規則正し
く配列した多数の光スポットを計測面3上に投射するた
めのものであり、ここでは、ファイバグレーティングを
使用している。
イバをシート状に数百本並べた回折格子であり、ここで
は、2次元の回折光を生成するために、2枚のファイバ
グレーティングを光ファイバの軸が直交するように重ね
て、両側からカバーグラス板で挟んで支持した構造のも
のを使用している。
ー21およびハーフミラー22で反射して、計測面3上に投
射される。
計測面3A〜3Cの位置によって、光スポットの形状が縦長
の楕円,真円,横長の楕円と変化する。
のハーフミラー22を透過して、撮像装置4に入射され
る。
射した光スポットである光学像を、電気的な画像信号に
変換するための装置であり、光学フィルタ41と、結像レ
ンズ42と、撮像素子43等とから構成されている。
外乱光をカットするバンドパスフィルタであり、結像レ
ンズ42は、撮像素子43の検出面に像を結ぶためのレンズ
である。撮像素子43は、光電変換と電荷蓄積の機能をも
った光検出素子を二次元に配列し、これを順次読み出せ
るようにしたものであり、ここでは、CCD素子を二次元
状に配置したアレイ状のものを使用している。
出するとともに、撮像装置4からの画像信号を演算処理
するための装置であり、中央処理装置51と、カメラコン
トローラ52と、画像メモリ53と、表示・記録装置54と、
レーザコントローラ55とから構成されている。
モリ53の入力信号として変換するためのものである。撮
像装置4からの画像信号は、カメラコントローラ52を介
して、画像メモリ53に一時記憶される。中央処理装置51
は、画像メモリ53上でデータを処理する。つまり、中央
処理装置51では、各光スポットの形状を認識し、その形
状からそれぞれの光スポットまでの距離を算出して、最
終的に、撮像された全光スポットの距離と、それらの光
スポットの相対的な位置関係から、計測面3の三次元的
な形状を算出して出力する。中央処理装置51の出力は、
CRT,プリンタや磁気記録装置等からなる表示・記録装置
54に出力されたり、直接、ロボットの制御情報として用
いるためのロボットコントローラ等に接続することがで
きる。
によって、非点収差をもつ光束を、二次元の規則正しい
マトリクス状に分割したので、装置内に機械的な移動
や、光学的な走査をすることなく、1回で計測面3の三
次元的な形状を検出することができる。
4の光路を共用するようにしたので、閉塞の問題が解決
できる。
施例を示した図である。
機能を果たす部分には、同一の符号を付して、特有な部
分のみ説明する。
軸が基線長dだけ離れて配置された撮像装置4Aで検出す
る、いわゆる三角測量法を利用したものである。
る場合について説明する。
のa点で反射し、撮像装置4AのQ点に入射したとする。
この場合に、三角形PQaの底辺PQ(=基線長d)が既知
であるから、角度θ1,θ2が求められれば、a点までの
距離が算出できる。角度θ2は、撮像素子33上の光スポ
ットS1の位置uと、撮像レンズ32の焦点距離fとから次
式から求めることができる。
めることができる。しかし、第3図に示した撮像素子33
上の位置uに撮像された光スポットは、光スポットS1が
計測面3Aのa点で反射したものか、光スポットS0が計測
面3Bのb点で反射したものかは、一枚の画像からでは区
別できない。このため、対象物が存在する範囲を特定の
範囲の中に限れば、回折次数を決定することができる
が、逆に、計測可能な範囲が限定されてしまう。
ことにより、光スポットS0がb点で反射したものか、光
スポットS1がa点で反射したものであるかの区別を、撮
像素子33上のスポットの形状から行うこととし、その結
果、計測距離が拡大できた。
より距離を求めるようにしたので、計測精度が向上する
とともに、計測可能な距離を拡大させることができる。
実施例に用いられる投光装置の他の例を模式的に示した
図である。
レンズ62で集光し、非点収差レンズアレイ63に導き、こ
の非点収差レンズアレイ63によって、非点収差を与える
とともに、光束を分割するようにしたものである。この
非点収差レンズアレイ63は、全て同一の非点収差レンズ
を並べたものであり、各非点収差レンズは、その直径が
数mm程度のものを用いることができる。
み合わせて用いることにより、非点収差光学系12と回折
手段13(第1図,第3図)とを1つの素子としたもので
ある。このレンズアレイ64は、直径が数十μmのレンズ
を格子状に配列したものである(第5図(a))。この
レンズアレイ64にレーザ光を入射させることにより、各
レンズに入射したレーザ光は一度集光し、その点から球
面波を生成する。それらの各レンズから発生する球面波
は、遠方上で干渉して回折手段13と同等な効果が得られ
る。また、レンズアレイ64は、各レンズの光学特性(レ
ンズの厚み)を配置された位置によって異ならせること
により(第5図(b),(c))、全体として非点収差
を持つようにしたものである。
多数のピンホール72aを有するスクリーン72で分割する
とともに、凸レンズ73aとシリンドリカルレンズ73bとか
らなる非点収差光学系73によって非点収差をもつように
したものである。
のではなく、光源81からの光束を、ミラー82とハーフミ
ラー83との間で順次反射させて、ハーフミラー83側から
多数の分割された光束を出光させたのち、図示しない非
点収差光学系によって非点収差をもつようにしたもので
ある。この例では、光源81として、コヒーレント光源を
使用する必要がなくなる。
範囲内で種々の変形ができる。
し、非点収差光学系12を構成する凸レンズ12aとシリン
ドリカルレンズ12bの間に配置してもよい。
光束分割手段によって、非点収差をもつ光束を多数の光
スポットとして投射するので、装置内に機械的な移動
や、光学的な走査をすることなく、1回の計測で計測面
の三次元的な形状を検出することができる。
投光装置と撮像装置の光路を共用するようにしたので、
黒の遮蔽により観測が妨害される、いわゆる閉塞の問題
が解決できた。
より距離を求めるようにしたので、計測精度が向上する
とともに、計測可能な距離を拡大させることができる。
したブロック図、第2図は、同実施例センサの投光装置
を示した斜視図である。 第3図は、本発明による三次元形状センサの第2の実施
例を示した図である。 第4図〜第7図は、本発明による三次元形状センサの実
施例に用いられる投光装置の他の例を模式的に示した図
である。 第8図は、非点収差を利用した形状センサの光学系の一
例を示した図である。 1,1A,1B……投光装置 11……コヒーレント光源 12……非点収差光学系 12a……凸レンズ 12b……シリンドリカルレンズ 13……光束分割手段 2……光路分割器 21……ミラー、22……ハーフミラー 3……計測面 4,4A……撮像装置 41……光学フィルタ、42……結像レンズ 43……撮像素子 5……画像処理装置 51……中央処理装置 52……カメラコントローラ 53……画像メモリ、54……表示・記録装置 55……レーザコントローラ 6……投光装置 61……光源、62……レンズ 63……非点収差レンズアレイ 64……レンズアレイ 7……投光装置 71……光源、72……スクリーン 73……非点収差光学系 8……投光装置 81……光源、82……ミラー 83……ハーフミラー
Claims (1)
- 【請求項1】光束を発する光源,光束を非点収差のある
光束に変換する非点収差光学系,光束を複数に分割する
光束分割手段と含み計測面に複数の光スポットを投射す
る投光装置と、 前記投光装置から投射され前記計測面で反射した光スポ
ットを撮像する撮像装置と、 前記撮像装置で撮像された前記各光スポットから算出さ
れる各光スポットまでの距離に基づいて前記計測面全体
の形状を演算する画像処理装置と を含む三次元形状センサにおいて、 前記投光装置と前記撮像装置は、光軸が異なるように配
置され、前記画像処理装置によって三角測量法に基づい
て各光スポットまでの距離を演算すること を特徴とする三次元形状センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1266839A JP2673196B2 (ja) | 1989-10-13 | 1989-10-13 | 三次元形状センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1266839A JP2673196B2 (ja) | 1989-10-13 | 1989-10-13 | 三次元形状センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03128409A JPH03128409A (ja) | 1991-05-31 |
JP2673196B2 true JP2673196B2 (ja) | 1997-11-05 |
Family
ID=17436378
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1266839A Expired - Lifetime JP2673196B2 (ja) | 1989-10-13 | 1989-10-13 | 三次元形状センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2673196B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101501442B (zh) * | 2006-03-14 | 2014-03-19 | 普莱姆传感有限公司 | 三维传感的深度变化光场 |
JP4974059B2 (ja) * | 2008-02-15 | 2012-07-11 | 横河電機株式会社 | 自動焦点制御システム |
JP6075644B2 (ja) * | 2014-01-14 | 2017-02-08 | ソニー株式会社 | 情報処理装置および方法 |
JP6283943B2 (ja) * | 2014-06-26 | 2018-02-28 | 株式会社カツラ・オプト・システムズ | 撮像素子の位置計測方法及び当該方法に用いる投光装置 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60257302A (ja) * | 1984-05-31 | 1985-12-19 | スペクトロン・デイベロツプメント・ラボラトリ−ズ・インコ−ポレ−テツド | 光プロ−ブ |
JPS62144005A (ja) * | 1985-12-18 | 1987-06-27 | Fujitsu Ltd | マルチスリツト光の発生方法 |
-
1989
- 1989-10-13 JP JP1266839A patent/JP2673196B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03128409A (ja) | 1991-05-31 |
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