JPH0226165B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、距離測定装置に関する。

本発明の譲受人に譲渡された1980年１月22日に
発行された米国特許第4185191号「距離決定装置
（Range Determination System）」の明細書に
おいて、自動焦点カメラに用いられる遠隔物体ま
での距離を測定する装置が開示されているが、そ
の装置は、一列に設けられた複数の検出器対と、
それらに対応して検出器対の前に設けられた小さ
なレンズレツト（lenslets）の列とを有して、カ
メラの撮影レンズを通してくる遠隔物体からの光
を受けるようになつている。検出器対のそれぞれ
は、撮影レンズの出口瞳孔の像を受けるが、物体
に焦点があつているとすれば、対になつている各
検出器の受ける光量はほぼ等しくなるであろう。
もしも、物体に焦点があつていなければ、各検出
器の受ける光量は異なる。そして、一組の出力曲
線が得られているので各組の個々の検出器出力を
分析することによつて、物体までの距離を示して
いる曲線の相対変位量（relative displacement）
が、たとえばカメラの焦点を自動的に合わすため
の情報として用いられる。

本発明の譲受人に譲渡された1981年７月13日出
願の未決の米国特許出願第282379号「Two
Demensional Image Penel WithRange
Measurement Capability」の明細書において、
上記米国特許第4185191号の明細書に示した検出
器をアレイのように用いた装置が開示されて、ユ
ーザーが物体までの距離だけでなく、物体を確認
するための簡単なパターン認識も決定できるよう
にしている。このような装置は、たとえば、産業
用ロボツトに用いるために考案されて、制御され
た方法でロボートアームを動かすように物体まで
の距離を測定したり、物体の確認をするようにな
つている。

上述の米国特許第4185191号明細書に開示の装
置は、正確な距離測定をするためには、たとえば
被写体が多少のコントラストを有することが必要
である。しかしながら、十分なコントラストをも
つていないどちらかといえば特徴のない物体また
は表面の検出や測定をしたい場合が多々ある。し
たがつて、上述の米国特許第4185191号の明細書
に開示の受動形装置（passive system）は、物
体までの距離を正確に測定することはできず、カ
メラやロボツトアームを、所望の方法で制御する
ことができない。

しかしながら、距離を測定する方法には、物体
のコントラストを必要としない能動形装置
（active system）がある。その１つに、本発明
の譲受人に譲渡された1982年３月２日発行の米国
特許第4317991号「Digital Autofocus System
Utilizing ａ Photodetector Array」の明細書
に開示の装置がある。この能動形の自動焦点装置
では、変調されたエネルギーのビームが物体に向
けて発射され、そこから反射されたエネルギー
は、特別の光学系を通して特別の検出器アレイに
向けられる。その検出器アレイ上の反射されたエ
ネルギーの位置を決定することによつて、物体ま
での距離が得られることになる。他にも多くの能
動形の装置が知られているが、その中のあるもの
は、音のエネルギーを利用して、エネルギー源か
ら物体までのパルスの往復の時間を計つて、距離
の測定を行なうものであれば、可視あるいは赤外
の領域の光のエネルギーと、種々の検出装置を用
いて、三角測量によつて距離測定を行なうものも
ある。このような装置は、その距離測定能力にお
いて物体のコントラストに依存しない。しかし、
能動形の装置を用いるときは、物体の特性はわか
らないし、このような装置は物体の認識のために
は用いることはできない。従来の能動力も受動形
の装置も、同じ検出器では、物体の認識やまた低
コントラストや特徴のない表面の距離の測定はで
きない。

本発明は、検出器が物体の特徴を表わす第１の
出力を与え、物体に特徴がないときでも、物体ま
での距離を表わす第２の出力を与えるようにする
ものである。本発明の目的は、能動形の特徴を結
合することによつて達成される。本発明の装置
は、複数の発光エレメントを有することで１つの
能動形の装置であり、第１のモードで動作してい
るときは、物体の認識のために物体の形状または
特徴が受動形で検出できるように発光エレメント
は物体を一様に照らし、第２のモードでは、物体
までの距離を測定するために検出器アレイが受動
的に観測する物体のコントラストを与えるよう
に、予め決められたパターンで物体を照らすよう
になつている。本発明の実施例では、それらの全
てまたはほとんどを付勢して物体を一様に照ら
し、そして、あらかじめ決められたものを付勢し
て検出器アレイの大きさに一致するように物体に
所望のパターンを発生させる一つの可能な発光手
段としての発光ダイオードまたはランプのアレイ
と、特徴認識のために一様に照明を与えるのを助
け、しかも、距離測定のために選択された発光ダ
イオードまたはランプがオンされたときに発射さ
れるべき一定のパターンも与える発光エレメント
の前に設けられた拡散器（diffuser）と、ランプ
または発光ダイオードから発生される波長以外の
波長を弱めるために検出器アレイ前に設けられた
フイルターとを実施例では用いることを含んでい
る。本発明は、静止または運動しているウエブ
（web）にような物体の厚さの測定に応用でき、
後述のようにウエブの両側に装置を位置させて、
その出力を同期したインターフエースモジユール
とその厚さを計算するためのマイクロコンピユー
タに接続することによつて、厚さの測定ができ
る。従来においては、厚さ測定のためには、非常
に高価なセンサーだけがあつた。

以下、本発明を図面を用いて一実施例により説
明する。

第１図には、あまり特徴のない表面を有する遠
隔物体１２特徴およびそれまでの距離を測定する
ように動作する距離および特徴の測定装置１０が
示されている。

装置１０には、発光手段としての複数のランプ
または発光ダイオード（以下LEDと略す。）１４
が制御手段としてのスイツチ１６に接続されて、
それによつて動作するように示されている。よつ
て、１つまたはそれ以上のLED１４が、拡散器
１８を通して伝達され、矢印２０と破線２２およ
び２４で示される光路に沿つて鏡２６への進む光
を発生する。光路は、鏡２６ところで下方に向
い、矢印２８と破線３０および３２で示すよう
に、光は発散レンズ（negative lens）３４を通
つて部分的に銀の付いた鏡３６へと進む。光の一
部は、鏡３６のところで左へ反射されて矢印３８
と破線４０および４２で示した光路に沿つてレン
ズ４４を通して進む。レンズ４４は、カメラの撮
影レンズまたは距離測定装置の主レンズであろ
う。そして光は、矢印４６と破線４８および５０
で示した光路に沿つて物体１２に進む。物体１２
の表面より反射された、矢印５２と破線５４およ
び５６で示した光路に沿つてもどり、レンズ４４
および部分的に銀のついた鏡３６を通つて、さら
に矢印５８と波線６０および６２で示した光路に
沿つて進む。そして、光は、フイルター６４を通
つて上述の未決の米国特許出願第282379号明細書
に示したようなものであろう検出器アレイ６６に
進む。その中で説明したように、検出器アレイ
は、距離装置６８に与えられる信号を符号７０で
示した線を介して発生し、イメージプロセツサ７
２に与えられる信号を符号７４で示した線を介し
て発生して、たとえば出力７６で示したように距
離情報を含む信号と、たとえば出力７８で示した
ように特徴情報を含む信号とを発生するようにし
て、これらの結果から、物体１２が何であるか、
どこに位置しているかを決定するようにする。

物体１２の特徴を決定するためには、物体１２
はほぼ一様に照らされるようにすることが望ま
れ、したがつて、スイツチ１６が働いてランプま
たはLED１４のすべてを同時に発光させ、その
結果、拡散器１８および上述した光路を通る光は
物体１２の表面を一様に照らして、物体の特徴を
決定するための装置の特徴認識ができるようにな
る。もし、物体１２の表面にほとんど特徴がな
く、そして、その距離を測定したいとすると、ラ
ンプまたはLED１４のいくらかの予め決められ
たものが物体１２の表面にパターンを発生するよ
うに発光し、十分なコントラストを有する物体を
受動的方法で装置が働いて距離情報を発生させる
ために検出器アレイ６６によつて検出される。

検出器アレイ６６はどちらかといえば小さな寸
法であるので、物体１２上にLED１４のアレイ
によつて投じられたパターンの像は、検出器アレ
イ６６が適応するよりは大きいであろう。したが
つて、発散レンズ３４が、検出器アレイ６６上の
像が適切な大きさになるように光路に置かれてい
る。フイルター６４は望ましくない波長にフイル
ターをかけて、検出器アレイ６６が、ランプまた
はLED１４により投じられたパターンのみを用
いて物体１２までの距離を測定できるようにして
いる。

第１図の装置は、反射された光が検出器アレイ
６６への途中に通るのと同じレンズ４４を通して
物体１２の表面を照らす能動的装置であることに
注目したい。これは、従来装置では反射した光の
光路に対してある角度を有する物体への光路に沿
つてだされた光が往復するときに起こるパララツ
クスの問題を防せぐものである。従来装置は、か
なり限定された距離の範囲の測定のみできる。第
１図の装置においては、産業用ロボツト用に得ら
れる正確な距離の表示と部分的に銀のついた鏡３
６によつて、この問題は克服される。

第２図は、たとえば移動するウエブの厚さを第
１図に示した装置を二つ用いてどのように測定す
るかを示している。第２図において、材料８０の
ウエブが、矢印８２で示す方向で下に移動してい
るように示されている。第１図で示したようなユ
ニツトである第１のユニツト８４がウエブ８０の
左側に設けられて、ウエブ８０の左側からユニツ
ト８４までの距離Ｄ１を測定するために用いられ
る。また同様に第１図に示したようなユニツトで
ある第２のユニツト８６がウエブ８０の他の側に
設けられて、ウエブ８０の右側からユニツト８６
までの距離Ｄ２を測定するために用いられる。ユ
ニツト８４とユニツト８６の間の距離は予め知ら
れた距離Ｄとして示してあり、ユニツト８４およ
びユニツト８６からの距離の信号は、符号８８お
よび９０で示した線によりコンピユータ９２へ与
えられる。コンピユータ９２は、距離Ｄから、ユ
ニツト８４および８６からの距離Ｄ１およびＤ２
を引いて、矢印９４で示したウエブ８０の厚さを
示す出力を出す。

以上のように、本発明によれば、比較的に特徴
のない表面までの距離およびその特徴を測定でき
る距離測定装置が得られ、それは、移動するウエ
ブの厚さを測定することにも応用できる装置でも
ある。

以上の説明は好ましい実施例で説明されたが、
当業者であれば、この発明の範囲内で種々の変更
が可能であることは明らかであろう。従つてこの
発明は、特許請求の範囲の記載のみによつて限定
されることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の好ましい実施例の構成図で
ある。第２図は、移動するウエブの厚さを測定す
るため用いられる二つの装置の概略構成図であ
る。 １２……物体、１４……発光ダイオード、１８
……拡散器、２６，３６……鏡、３４……発散レ
ンズ、４４……レンズ、６４……フイルター、６
６……検出器アレイ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 遠隔物体の特徴を示す情報を含む第１の信号
   を発生し、そして、遠隔物体までの距離を示す情
   報を含む第２の信号を発生するように動作する検
   出器アレイを含む装置と、第１の条件のときには
   物体をほぼ一様に照らすように物体に光を送り、
   上記第１の信号を発生するように物体は光のすく
   なくとも一部を検出器アレイへ反射し、第２の条
   件のときには物体を一様でないパターンで物体に
   光を送り、上記第２の信号を発生するように物体
   は光のすくなくとも一部を検出器アレイに反射す
   るように動作する発光手段とを有したことを特徴
   とする距離測定装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、上記装置
   は、物体へ送られた光が通り、かつ、物体から検
   出器アレイへ反射される光が通るレンズを含むこ
   とを特徴とする距離測定装置。 ３ 遠隔物体からの光路に沿つて光を受けるよう
   に設けられて物体の特徴に関する情報を含む第１
   の信号と物体までの距離に関する情報を含む第２
   の信号を発生するように動作する検出器アレイ
   と、 第１および第２の条件を有して、第１の条件で
   は、物体に光を送り物体から上記検出器アレイへ
   の光を上記第１の信号を発生させるために用い、
   第２の条件では、物体を一様でないパターンで照
   らすように光を送り物体から上記検出器アレイへ
   の光を上記第２の信号を発生させるために用いる
   ようにした発光手段と、 上記発光手段に接続されて、上記発光手段を上
   記第１の条件から上記第２の条件に切換えるため
   制御手段とを有したことを特徴とする距離測定装
   置。 ４ 特許請求の範囲第３項において、上記発光手
   段は、光を上記光路に沿つて少なくとも部分的に
   物体に送ることを特徴とする距離測定装置。 ５ 特許請求の範囲第４項において、上記発光手
   段は、複数の光源からなり、上記制御手段の切換
   えによつて、複数の光源の中の第１のグループが
   付勢されたときはほぼ一様に照らし、複数の光源
   の中の第２のグループが付勢されたときは一様で
   ないパターンで照らすようにしたことを特徴とす
   る距離測定装置。