JPH0240506A - 測距装置 - Google Patents
測距装置Info
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- JPH0240506A JPH0240506A JP19232588A JP19232588A JPH0240506A JP H0240506 A JPH0240506 A JP H0240506A JP 19232588 A JP19232588 A JP 19232588A JP 19232588 A JP19232588 A JP 19232588A JP H0240506 A JPH0240506 A JP H0240506A
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 18
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明はレーザービーム等の光ビームを被測定物体に
照射し、その反射光を用いて被測定物体までの距離ある
いはその変位を測定する測距装置に関する。
照射し、その反射光を用いて被測定物体までの距離ある
いはその変位を測定する測距装置に関する。
この種の測距装置としては、例えば特開昭55−409
42号公報に開示されている三角測量方式を基本とする
ものと、特開昭55−119006号公報。
42号公報に開示されている三角測量方式を基本とする
ものと、特開昭55−119006号公報。
特開昭57−67815号公報などに開示されているシ
ャインプルーグ条件を満足する光学系配置によるものが
知られている。これらの装置は、いずれも投光光学系よ
り被測定物体上に投射された光点を投光軸に対して斜め
に配置した受光光学系iζより受光素子上に結像させ、
例えば被測定物体の投光軸に沿りた被測定物体の変位量
を、その受光素子上の光点の像の位置の変化として検出
することにより測定している。
ャインプルーグ条件を満足する光学系配置によるものが
知られている。これらの装置は、いずれも投光光学系よ
り被測定物体上に投射された光点を投光軸に対して斜め
に配置した受光光学系iζより受光素子上に結像させ、
例えば被測定物体の投光軸に沿りた被測定物体の変位量
を、その受光素子上の光点の像の位置の変化として検出
することにより測定している。
第3図は、前記特開昭55−119006号公報の光学
系の構成を示すものである。光源lからの照射光ビーム
Iは、投光レンズ2を介して被測定物体4に照射される
。被測定物体4で反射した反射光31は、集光レンズ5
0を介して受光素子であるPAD(Position
5ensitive Detector ) 7 (
以下では単に受光素子7と記す。)上に結像する。6は
位置検出器で、前記受光素子7と演算器8とから成る。
系の構成を示すものである。光源lからの照射光ビーム
Iは、投光レンズ2を介して被測定物体4に照射される
。被測定物体4で反射した反射光31は、集光レンズ5
0を介して受光素子であるPAD(Position
5ensitive Detector ) 7 (
以下では単に受光素子7と記す。)上に結像する。6は
位置検出器で、前記受光素子7と演算器8とから成る。
受光素子7上の光点の位置は、受光素子7の2つの出力
電流I、 、 I2の差を算出する減算器と。
電流I、 、 I2の差を算出する減算器と。
和を算出する加算器と、前記差と和との比を算出する除
算器と、除算結果をKo倍するオペアンプ等からなる係
数器と力)ら構成される前記演算器8により、下記(1
1式を演算して求められる。
算器と、除算結果をKo倍するオペアンプ等からなる係
数器と力)ら構成される前記演算器8により、下記(1
1式を演算して求められる。
但し、ここで
dy:受光素子7上の光点の位置の変位。
I、、I2:受光素子7の2Illtl力電流。
Ko:定数
さらに、(1)式の演算結果と被測定物体4の変位とを
比例させるための、折線近似回路、指数関数回路、デジ
タル演算回路等の非直線性補正回路9により、信号処理
を行ない、変位の測定が行なわれる。
比例させるための、折線近似回路、指数関数回路、デジ
タル演算回路等の非直線性補正回路9により、信号処理
を行ない、変位の測定が行なわれる。
第3図の構成では、前記したようにシャインプルーグ条
件が満たされている。ここで、このシャインプルーグ条
件について簡単に説明する。第3図において、集光レン
ズ関の中心面を含む面501と、受光素子7を含む面7
1(結像面に相当する)が、照射光ビーム田土の任意の
一点75で交わるように配置すれば、照射光ビーム美上
の任意の点は全てピントが合って受光素子7上に結像さ
れることが知られている。これが、シャインプルーグ条
件と呼ばれるものである。
件が満たされている。ここで、このシャインプルーグ条
件について簡単に説明する。第3図において、集光レン
ズ関の中心面を含む面501と、受光素子7を含む面7
1(結像面に相当する)が、照射光ビーム田土の任意の
一点75で交わるように配置すれば、照射光ビーム美上
の任意の点は全てピントが合って受光素子7上に結像さ
れることが知られている。これが、シャインプルーグ条
件と呼ばれるものである。
さて、前記のようなレーザービーム等を使用して非接触
で被測定物体の位置あるいは変位を測定する測距装置は
、軟かいプラスチックのようなものでも傷付けることな
く測定が可能であり、かつ工場内ロボット等の自動化機
器の距離検出器としても使えるなど、接触式の位置i*
++足装置にはない幾つかの長所を持っている。
で被測定物体の位置あるいは変位を測定する測距装置は
、軟かいプラスチックのようなものでも傷付けることな
く測定が可能であり、かつ工場内ロボット等の自動化機
器の距離検出器としても使えるなど、接触式の位置i*
++足装置にはない幾つかの長所を持っている。
従来のこの種の測距装置における問題点は次のとおりで
ある。即ち、前記したように、(1)式の演算結果と被
測定物体の変位とを比例させるために。
ある。即ち、前記したように、(1)式の演算結果と被
測定物体の変位とを比例させるために。
折線近似回路等の非直線性補正回路を必要とし、このた
め信号処理用′電気回路か複雑で、かつ高価なものにな
る問題があった。さらに、このシャインプルーグ条件を
用いた場合は、その光学系の構成上、受光素子上に反射
光が斜めに照射されるため、受光素子での測距出力に誤
差が生じ、測距装置の直馴性や分解能が低下するなどの
問題もあった0 この発明の目的は、前記従来の問題点を除去し。
め信号処理用′電気回路か複雑で、かつ高価なものにな
る問題があった。さらに、このシャインプルーグ条件を
用いた場合は、その光学系の構成上、受光素子上に反射
光が斜めに照射されるため、受光素子での測距出力に誤
差が生じ、測距装置の直馴性や分解能が低下するなどの
問題もあった0 この発明の目的は、前記従来の問題点を除去し。
特別な非直線性補正回路を必要とせず、かつ分解能が優
れ直線性が良く、シかも安価な測距装置を提供すること
にある。
れ直線性が良く、シかも安価な測距装置を提供すること
にある。
上記目的を過酸するために、この発明によれば、光ビー
ムを照射して被測定物体までの距離あるいは前記被測定
物体の変位を非接触に測定する測距装置において、前記
光ビームを出す光源と、前記党ビームを前記被測定物体
に投光する投光レンズと、第1.第2.第3の集光レン
ズと、受光素子と演算器とから成る位置検出器とを備え
、前記第2の集光レンズは前記光源から前記被測定物体
に至る前記光ビームの経路をy軸としたときにレンズの
中心面が前記y軸と直交するy軸に一致して配置され、
前記受光素子はその受光面がy軸に一致して配置され、
前記被測定物体と前記第1の集光レンズと前記第2の集
光レンズとで第1のシャインプルーグ条件を満たし、前
記第2の集光レンズと前記第3の集光レンズと前記受光
素子とで第2のシャインプルーグ条件を満たし、かつ前
記第1の集光レンズと前記第3の集光レンズは前記y軸
およびy軸を座標軸としたときにそのX座標が同一であ
ることとする。
ムを照射して被測定物体までの距離あるいは前記被測定
物体の変位を非接触に測定する測距装置において、前記
光ビームを出す光源と、前記党ビームを前記被測定物体
に投光する投光レンズと、第1.第2.第3の集光レン
ズと、受光素子と演算器とから成る位置検出器とを備え
、前記第2の集光レンズは前記光源から前記被測定物体
に至る前記光ビームの経路をy軸としたときにレンズの
中心面が前記y軸と直交するy軸に一致して配置され、
前記受光素子はその受光面がy軸に一致して配置され、
前記被測定物体と前記第1の集光レンズと前記第2の集
光レンズとで第1のシャインプルーグ条件を満たし、前
記第2の集光レンズと前記第3の集光レンズと前記受光
素子とで第2のシャインプルーグ条件を満たし、かつ前
記第1の集光レンズと前記第3の集光レンズは前記y軸
およびy軸を座標軸としたときにそのX座標が同一であ
ることとする。
このように、シャインプルーグ条件を満たす元学系を、
3個の集光レンズを用いて2段に構成し。
3個の集光レンズを用いて2段に構成し。
かつ受光素子および3個の集光レンズを配置する位置を
特定したことにより、単なる1段のシャインプルーグ条
件を用いた場合のように単に被測定物体の像を受光素子
上にピントの合った状態で結像できるだけでなく%被測
定物体の変位と受光素子上での光点の変位とを比例させ
ることができる。
特定したことにより、単なる1段のシャインプルーグ条
件を用いた場合のように単に被測定物体の像を受光素子
上にピントの合った状態で結像できるだけでなく%被測
定物体の変位と受光素子上での光点の変位とを比例させ
ることができる。
これにより、従来のような折線近似回路等の非直線性補
正回路を使用しなくとも、受光素子の2つの出力電流の
和と差の比を演算するだけで、被測定物体の位置あるい
は変位を測定することが可能となる。また反射光を受光
素子上に垂直に近い角度(垂直からのずれが10°〜2
0°の角度)で照射することができるので、測定を直線
性や分解能の優れたものにすることが可能となる。
正回路を使用しなくとも、受光素子の2つの出力電流の
和と差の比を演算するだけで、被測定物体の位置あるい
は変位を測定することが可能となる。また反射光を受光
素子上に垂直に近い角度(垂直からのずれが10°〜2
0°の角度)で照射することができるので、測定を直線
性や分解能の優れたものにすることが可能となる。
第1図ζこ本発明の一実施例になる2段のシャインプル
ーグ条件を満たした測距装置の構成を示す。
ーグ条件を満たした測距装置の構成を示す。
第3図と同一の部材には同一の符号を付し、説明を省略
する。51 、52 、53は夫々第1.第2.第3の
集光レンズであり1反射光32は第2の集光レンズ52
により屈折し1反射元おとなって受光素子7上に光点を
結像する。受光素子7は、照射ビーム光の中心面はX軸
と一致している。さらに第1.第3の集光レンズ51
、53はそのX座標が同じになるように配置されている
。第1のシャインプルーグ条件は、被測定物体4と第1
の集光レンズ51と第2の集光レンズ52とにより満た
さ−れている。また第2のシャインプルーグ条件は、第
2の集光レンズ52と第3の集光レンズ閏と受光素子7
とにより満たされている。第1図の第3図との大きな相
異点は、集光レンズが3個に増えたかわりに、非直線性
補正回路が無くなったことである。次に第2図により、
この第1図に示した本発明の一実施例の動作を幾何学的
に説明する。
する。51 、52 、53は夫々第1.第2.第3の
集光レンズであり1反射光32は第2の集光レンズ52
により屈折し1反射元おとなって受光素子7上に光点を
結像する。受光素子7は、照射ビーム光の中心面はX軸
と一致している。さらに第1.第3の集光レンズ51
、53はそのX座標が同じになるように配置されている
。第1のシャインプルーグ条件は、被測定物体4と第1
の集光レンズ51と第2の集光レンズ52とにより満た
さ−れている。また第2のシャインプルーグ条件は、第
2の集光レンズ52と第3の集光レンズ閏と受光素子7
とにより満たされている。第1図の第3図との大きな相
異点は、集光レンズが3個に増えたかわりに、非直線性
補正回路が無くなったことである。次に第2図により、
この第1図に示した本発明の一実施例の動作を幾何学的
に説明する。
第2図でX@は第2の集光レンズ52の中心面、y軸は
照射光ビームIの元軸に相当する。なお説明の便宜上第
2図においてはy軸の正方向をy1y軸の負方向をYで
表わしている。反射光32を示す式1反射光おを示す式
は夫々次の(2) 、 (3)式で表わされる。
照射光ビームIの元軸に相当する。なお説明の便宜上第
2図においてはy軸の正方向をy1y軸の負方向をYで
表わしている。反射光32を示す式1反射光おを示す式
は夫々次の(2) 、 (3)式で表わされる。
Y Yo=M(x xo) (
2)Y Yo = m (X−Xo )
(3)但しここで。
2)Y Yo = m (X−Xo )
(3)但しここで。
M:反射光32の傾き。
m:反射光あの傾き。
xo:第1の集光レンズ51.第3の集光レンズ53の
X座標。
X座標。
Yo:第1の集光レンズ51のY座標。
yo:第3の集光レン×53のX座標。
である。被測定物体4上の光点の位置(Y切片)は(2
)式より。
)式より。
Y −Yo = −Mxo (
4)となり、また反射元諺が第2の集光レンズ52に入
射している点、即ち反射光32とX軸との交点(Xとな
る。そこで(4)式と(5)式とより。
4)となり、また反射元諺が第2の集光レンズ52に入
射している点、即ち反射光32とX軸との交点(Xとな
る。そこで(4)式と(5)式とより。
(Y−Yo ) m (x−XO)=xoYo
(6)となる。次に受光素子7上の光点の像
位置(X切片)は(3)式より、 y −yo = −mXQ
+’7)となり、また反射光おが第2の集光レンズ52
から照射している点、即ち反射光おとX軸との交点(X
切片)は(3)式より。
(6)となる。次に受光素子7上の光点の像
位置(X切片)は(3)式より、 y −yo = −mXQ
+’7)となり、また反射光おが第2の集光レンズ52
から照射している点、即ち反射光おとX軸との交点(X
切片)は(3)式より。
O
x −x6 = −−(8)
となる。そこで(13)式と(14)式とより。
(yyo)・(x−xo )=xo yo
(9)となるっ一方、反射光32と反射光あとのX軸
でのとなる。ここで被測定物体4がY、からY2まで変
位した時受光素子7上で光点が’fsからy2まで変化
する場合、 (10)式より。
(9)となるっ一方、反射光32と反射光あとのX軸
でのとなる。ここで被測定物体4がY、からY2まで変
位した時受光素子7上で光点が’fsからy2まで変化
する場合、 (10)式より。
O
YI Y2= ()’t Y2)となる。
この(11)式は被測定物体4の変位dYがyo/Yo
倍されて受光素子7上で変位することを意味している。
倍されて受光素子7上で変位することを意味している。
よって(11)式は。
Y。
dY = −ay (12)
Y。
Y。
と表わせる。
上記の説明から明らかなように、受光素子と3個の集光
レンズの位置が特定され、かつ2段のシャインプルーグ
条件が満たされているので、受光素子7上での変位ay
は被測定物体4上での変位dYに比例し、かつ被測定物
体4の表面上の像点は常に受光素子7の表面上にピント
の合った状態で結IIすることになる。従って受光素子
7上の光点の位置を求めれば被測定物体4の変位を直接
測定できる。しかも受光素子7上の光点は非常に小さく
なり直線性に優れている。さらに第2の集光レンズ52
で反射132を屈折させ、照射光ビーム(至)の光軸上
に平行に配置した受光素子7上に反射光おを垂直に近い
角度、即ち垂直からのずれが10゜ないし200の範囲
の角度で照射するように構成したので、受光素子におけ
る出力誤差も小さくなり。
レンズの位置が特定され、かつ2段のシャインプルーグ
条件が満たされているので、受光素子7上での変位ay
は被測定物体4上での変位dYに比例し、かつ被測定物
体4の表面上の像点は常に受光素子7の表面上にピント
の合った状態で結IIすることになる。従って受光素子
7上の光点の位置を求めれば被測定物体4の変位を直接
測定できる。しかも受光素子7上の光点は非常に小さく
なり直線性に優れている。さらに第2の集光レンズ52
で反射132を屈折させ、照射光ビーム(至)の光軸上
に平行に配置した受光素子7上に反射光おを垂直に近い
角度、即ち垂直からのずれが10゜ないし200の範囲
の角度で照射するように構成したので、受光素子におけ
る出力誤差も小さくなり。
測距装置としての測距分解能も非常に優れたものになる
。その理由として、受光素子においては、光が受光素子
に対し当直に近い角度で照射するほうが、測距装置の組
立後に起り得る受光素子の機械的な配置ずれ(0,1°
〜1° くらいの微小な回転ずれ)が生じても%出力誤
差を数pm程度におさえられるからである。
。その理由として、受光素子においては、光が受光素子
に対し当直に近い角度で照射するほうが、測距装置の組
立後に起り得る受光素子の機械的な配置ずれ(0,1°
〜1° くらいの微小な回転ずれ)が生じても%出力誤
差を数pm程度におさえられるからである。
以上により、求めるべき変位dYは、(1)式をY。
(12)式に代入しに=−・KOとすれば、となる(但
しここでKは定数)。
しここでKは定数)。
以上に述べたように1本発明によれば、測距装置の光学
系を3個の集光レンズを用いて% 2段のシャインプル
ーグ条件を満たすように構成し、かつ受光素子と3個の
集光レンズを配置する位置を特定したので、被測定物体
の位置あるいは変位を。
系を3個の集光レンズを用いて% 2段のシャインプル
ーグ条件を満たすように構成し、かつ受光素子と3個の
集光レンズを配置する位置を特定したので、被測定物体
の位置あるいは変位を。
非直線性補正回路のために信号処理用電気回路を複雑に
することなく、従って安価に、演算器の出力として直接
水めることが可能になる。また、第2の集光レンズによ
り反射光を屈折させ、受光素子上に垂直に近い角度、即
ち垂直からのずれが10’ないし20’の範囲の角度で
照射させるので、受光素子での出力誤差が小さくなV)
、測距装置の直線性や測距分解能を同上することも可能
になるっ
することなく、従って安価に、演算器の出力として直接
水めることが可能になる。また、第2の集光レンズによ
り反射光を屈折させ、受光素子上に垂直に近い角度、即
ち垂直からのずれが10’ないし20’の範囲の角度で
照射させるので、受光素子での出力誤差が小さくなV)
、測距装置の直線性や測距分解能を同上することも可能
になるっ
第1図は本発明の一実施例になる。2段のシャインプル
ーグ条件を満たした測距装置の構成図。 第2図は第1図の実施例の動作を幾何学的に説明するた
めの図、第3図ヲ工従来のシャインプルーグ条件を用い
た測距装置の構成図である。 1:光源、2:投光レンズ% 4:被測定物体。 6:位g1検出器、7:受光素子、8:演算器、9:非
直線性補正回路、31,32.33:反射光。 50=集光レンズ、51:第1の集光レンズ%52:第
2のMKレンズ、53:第3の集光レンズ。 第 1 口
ーグ条件を満たした測距装置の構成図。 第2図は第1図の実施例の動作を幾何学的に説明するた
めの図、第3図ヲ工従来のシャインプルーグ条件を用い
た測距装置の構成図である。 1:光源、2:投光レンズ% 4:被測定物体。 6:位g1検出器、7:受光素子、8:演算器、9:非
直線性補正回路、31,32.33:反射光。 50=集光レンズ、51:第1の集光レンズ%52:第
2のMKレンズ、53:第3の集光レンズ。 第 1 口
Claims (1)
- 光ビームを照射して被測定物体までの距離あるいは前記
被測定物体の変位を非接触に測定する測距装置において
、前記光ビームを出す光源と、前記光ビームを前記被測
定物体に投光する投光レンズと、第1、第2、第3の集
光レンズと、受光素子と演算器とから成る位置検出器と
を備え、前記第2の集光レンズは前記光源から前記被測
定物体に至る前記光ビームの経路をy軸としたときにレ
ンズの中心面が前記y軸と直交するx軸に一致して配置
され、前記受光素子はその受光面がy軸に一致して配置
され、前記被測定物体と前記第1の集光レンズと前記第
2の集光レンズとで第1のシャインプルーグ条件を満た
し、前記第2の集光レンズと前記第3の集光レンズと前
記受光素子とで第2のシャインプルーグ条件を満たし、
かつ前記第1の集光レンズと前記第3の集光レンズは前
記x軸およびy軸を座標軸としたときに、そのx座標が
同一であることを特徴とする測距装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19232588A JPH0778429B2 (ja) | 1988-08-01 | 1988-08-01 | 測距装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19232588A JPH0778429B2 (ja) | 1988-08-01 | 1988-08-01 | 測距装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0240506A true JPH0240506A (ja) | 1990-02-09 |
JPH0778429B2 JPH0778429B2 (ja) | 1995-08-23 |
Family
ID=16289407
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19232588A Expired - Lifetime JPH0778429B2 (ja) | 1988-08-01 | 1988-08-01 | 測距装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0778429B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5851159A (ja) * | 1981-09-21 | 1983-03-25 | Ricoh Co Ltd | インクジエツト記録装置 |
EP0499778A2 (en) * | 1991-02-18 | 1992-08-26 | Ushio Co. Ltd | Image processing apparatus |
JP2007316385A (ja) * | 2006-05-26 | 2007-12-06 | Canon Inc | 撮像光学系 |
JP2015512030A (ja) * | 2012-02-07 | 2015-04-23 | 株式会社ニコン | 結像光学系、撮像装置、形状測定装置、構造物製造システム、及び構造物製造方法 |
-
1988
- 1988-08-01 JP JP19232588A patent/JPH0778429B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5851159A (ja) * | 1981-09-21 | 1983-03-25 | Ricoh Co Ltd | インクジエツト記録装置 |
JPH0428548B2 (ja) * | 1981-09-21 | 1992-05-14 | Ricoh Kk | |
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