JPH087066B2 - 3D position recognition device - Google Patents
3D position recognition deviceInfo
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- JPH087066B2 JPH087066B2 JP27626789A JP27626789A JPH087066B2 JP H087066 B2 JPH087066 B2 JP H087066B2 JP 27626789 A JP27626789 A JP 27626789A JP 27626789 A JP27626789 A JP 27626789A JP H087066 B2 JPH087066 B2 JP H087066B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被測定物から反射光を利用して被測定物の
位置を３次元で認識する３次元位置認識装置に関するも
のである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a three-dimensional position recognition device that recognizes the position of a measured object in three dimensions using reflected light from the measured object.
第14図に一般的な距離検出器の光学系を示す。光源１
から発っせられた光ビームを投光レンズ２により、被測
定物３に集光して照射し、この反射光を受光レンズ４に
より、位置検出用受光素子５に集光する。FIG. 14 shows an optical system of a general distance detector. Light source 1
The light beam emitted from is condensed and irradiated onto the DUT 3 by the light projecting lens 2, and the reflected light is condensed on the position detecting light receiving element 5 by the light receiving lens 4.
ここで、受光レンズ４から被測定物３までの距離を
Ｌ、基線長をＢ、受光レンズ４と位置検出用受光素子５
との間隔をｆとする時、受光レンズ４の光軸中心からス
ポット光の重心位置までの距離ｘは次の（１）式にな
る。Here, the distance from the light receiving lens 4 to the DUT 3 is L, the base line length is B, the light receiving lens 4 and the position detecting light receiving element 5
When the distance between and is f, the distance x from the center of the optical axis of the light receiving lens 4 to the position of the center of gravity of the spot light is given by the following equation (1).
ｘ＝ｆ・B/L …（１） 位置検出用受光素子５により、変位置を示す（１）式
の距離ｘを求めることにより、逆に距離Ｌを求めること
ができる。また、距離検出器を同図紙面と垂直で基線長
方向を含む平面上で機械的に移動させ、この２次元平面
における距離検出器の位置（X,Y）と、位置検出用受光
素子５から得られる変位置ｘとからＺ軸方向の距離Ｌが
求められ、（X,Y,Z）の３次元位置の認識が行われてい
た。x = f · B / L (1) The distance L can be obtained conversely by obtaining the distance x of the equation (1) indicating the variable position by the position detecting light receiving element 5. In addition, the distance detector is mechanically moved on a plane that is perpendicular to the plane of the drawing and includes the baseline length direction, and the position (X, Y) of the distance detector in this two-dimensional plane and the position detection light receiving element 5 The distance L in the Z-axis direction was obtained from the obtained variable position x, and the three-dimensional position (X, Y, Z) was recognized.
しかしながら、上記従来の３次元位置認識装置におい
ては、距離検出器自体を（X,Y）平面上で機械的に移動
しなければならない。従って、３次元位置認識のための
１回の計測に要する時間は長くかかる。このため、従来
の装置は、静的な被測定物を対象にする３次元位置認識
には応用できるが、動的な被測定物を対象にする３次元
位置認識には実用上応用することが出来ないという課題
があった。However, in the above-mentioned conventional three-dimensional position recognition device, the distance detector itself must be mechanically moved on the (X, Y) plane. Therefore, it takes a long time to perform one measurement for three-dimensional position recognition. Therefore, the conventional device can be applied to the three-dimensional position recognition for a static object to be measured, but can be practically applied to the three-dimensional position recognition for a dynamic object to be measured. There was a problem that I could not do it.
そこで本発明は、動的な物体についても三次元位置の
認識が可能な３次元位置認識装置を提供することを目的
とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a three-dimensional position recognition device capable of recognizing a three-dimensional position of a dynamic object.
本発明に係る３次元位置認識装置は、複数個の発光点
が直線状に配置され時分割にパルス点灯駆動される光源
と、各発光点から発せられる光ビームを被測定物上に集
光する投光手段と、この被測定物からの反射光を集光す
る受光手段と、この受光手段により集光される光ビーム
の集光位置を検出する位置検出用受光素子と、基線長方
向を光源の発光点の配置方向に直交させかつ投受光手段
の各光軸を常に平行または一定角度に保ちつつ投受光手
段の各後側主点を支持軸にし光源のパルス点灯駆動に同
期して各光軸を基線長方向に回動させる回動手段と、位
置検出用受光素子の出力信号に基づき被測定物上に集光
された光ビームの照射点までの距離を演算する演算手段
とを備えたものである。A three-dimensional position recognition apparatus according to the present invention is a light source in which a plurality of light emitting points are linearly arranged and driven in a pulsed manner in a time division manner, and a light beam emitted from each light emitting point is focused on an object to be measured. Light emitting means, light receiving means for collecting the reflected light from the object to be measured, position detecting light receiving element for detecting the light collecting position of the light beam condensed by the light receiving means, and light source in the base line length direction. Of the light emitting and receiving means is made orthogonal to the direction of arrangement of the light emitting points and the optical axes of the light emitting and receiving means are always parallel or at a constant angle with each rear main point of the light emitting and receiving means as a support axis in synchronization with the pulse lighting drive of the light source. A rotating means for rotating the shaft in the longitudinal direction of the base line, and a calculating means for calculating the distance to the irradiation point of the light beam focused on the object to be measured based on the output signal of the light receiving element for position detection are provided. It is a thing.
また、基線長方向を光源の発光点の配置方向に直交さ
せ、かつ、投受光手段の各光軸を常に平行または一定角
度に保ちつつある１点を支持軸にし、光源のパルス点灯
駆動に同期して前記各光軸を基線長方向に回動させる回
動手段を備えたものである。Further, the base line length direction is orthogonal to the arrangement direction of the light emitting points of the light source, and one point that keeps each optical axis of the light emitting and receiving means always in parallel or at a constant angle is used as a support axis and is synchronized with the pulse lighting drive of the light source. Then, a rotating means for rotating the respective optical axes in the longitudinal direction of the base line is provided.
また、投受光手段の各光軸を常に平行または一定角度
に保ちつつ、ある１点を球軸にして各光軸を垂直および
水平方向に回動させる回動手段を備えたものである。Further, there is provided a rotating means for rotating each optical axis vertically and horizontally while keeping each optical axis of the light projecting / receiving means parallel or at a constant angle with one point as a spherical axis.
光源から発せられる光ビームは、複数個の発光点が時
分割でパルス点灯駆動されることにより１次元走査が行
われる。さらに、投受光手段の各光軸が後側主点または
ある１点を支持軸にして回動されることにより２次元走
査が行われる。The light beam emitted from the light source is subjected to one-dimensional scanning by pulse-driving a plurality of light emitting points in a time division manner. Further, two-dimensional scanning is performed by rotating each optical axis of the light projecting and receiving means with the rear side principal point or a certain point as a supporting axis.
また、光源から発せられる光ビームは、投受光手段の
各光軸がある１点を球軸にして垂直方向に回動されるこ
とにより１次元走査が行われる。さらに、水平方向に回
動されることにより２次元走査が行われる。In addition, the light beam emitted from the light source is rotated in the vertical direction with one point having each optical axis of the light projecting and receiving means as a spherical axis to be vertically rotated. Further, two-dimensional scanning is performed by rotating in the horizontal direction.
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明す
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す斜視図で
あり、３次元の各方向は同図の（X,Y,Z）座標に示され
る各方向により決定される。FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the first embodiment of the present invention, and the three-dimensional directions are determined by the directions indicated by the (X, Y, Z) coordinates in the figure.
光源11は複数個の発光点がＹ軸方向に直線状に配置さ
れることにより構成されている。投光レンズ12は、その
光軸が複数個の発光点の中心に一致する状態に設置され
ており、各発光点からの光ビームは図示しない被測定物
上に集光されるものとなっている。これら光源11および
投光レンズ12は平板状の投光回動アーム14に固定されて
いる。この投光回動アーム14は台15に固定された止め金
具16を支持軸として回動可能な状態に設置されており、
止め金具16の中心は投光レンズ12の後側主点を通る垂線
に一致している。The light source 11 is configured by arranging a plurality of light emitting points linearly in the Y-axis direction. The light projecting lens 12 is installed in a state where its optical axis coincides with the centers of the plurality of light emitting points, and the light beam from each light emitting point is focused on an object to be measured (not shown). There is. The light source 11 and the light projecting lens 12 are fixed to a flat light projecting rotation arm 14. The light projecting and rotating arm 14 is rotatably installed with a stopper 16 fixed to a base 15 as a support shaft.
The center of the stopper 16 coincides with a perpendicular line passing through the rear principal point of the light projecting lens 12.
被測定物から反射光は受光レンズ17によって位置検出
用受光素子18に集光される。この位置検出用受光素子18
の受光面上の集光位置に対応した出力信号に基づき、被
測定物上に照射された光ビームの各照射点までの距離
（Ｌ）が図示しない演算手段によって演算される。これ
ら受光レンズ17および位置検出用受光素子18は平板状の
受光回動アーム19に固定されている。この受光回動アー
ム19は、投光回動アーム14と同様に台15に固定された止
め金具20を支持軸として回動可能な状態に設置されてお
り、止め金具20の中心は受光レンズ17の後側主点を通る
垂線に一致している。The reflected light from the object to be measured is condensed by the light receiving lens 17 on the position detecting light receiving element 18. This position detection light receiving element 18
Based on the output signal corresponding to the condensing position on the light receiving surface, the distance (L) to the irradiation point of the light beam irradiated on the object to be measured is calculated by the calculation means (not shown). The light-receiving lens 17 and the position-detecting light-receiving element 18 are fixed to a plate-shaped light-receiving rotating arm 19. The light receiving and rotating arm 19 is installed in a rotatable state with a stopper 20 fixed to the base 15 as a support shaft, like the light emitting and rotating arm 14, and the center of the stopper 20 is the light receiving lens 17. It coincides with the vertical line passing through the rear principal point of.
投光回動アーム14または受光回動アーム19の一方の支
持軸には図示しないロータリエンコーダが設置されてお
り、このロータリエンコーダの出力パルス信号により装
置の測距動作のタイミングが制御される。また、投光回
動アーム14および受光回動アーム19は、各支持軸から等
距離の点で止め金具21および22により回動運動伝達板23
に連結されている。回動運動伝達板は23は偏心カム24の
回転運動によりＸ方向に往復運動し、この往復運動によ
り投光回動アーム14および受光回動アーム19は各支持軸
を中心として回動する。従って、投光回動アーム14およ
び受光回動アーム19に固定された投光レンズ12および受
光レンズ17の各光軸は、常に平行状態を保ちつつ回動す
る。なお、この際、被測定物の測距範囲が近距離に設定
される場合には、投光レンズ12の光軸と受光レンズ17の
光軸とが平行な状態からわずかに内向きになるように設
定されるのが好ましい。A rotary encoder (not shown) is installed on one of the supporting shafts of the light emitting rotary arm 14 and the light receiving rotary arm 19, and the timing of the distance measuring operation of the device is controlled by the output pulse signal of the rotary encoder. Further, the light-emitter rotating arm 14 and the light-receiving rotating arm 19 are connected to the rotating motion transmitting plate 23 by the stoppers 21 and 22 at a point equidistant from each support shaft.
It is connected to. The rotary motion transmission plate 23 reciprocates in the X direction by the rotary motion of the eccentric cam 24, and the reciprocal motion causes the light projecting rotary arm 14 and the light receiving rotary arm 19 to rotate about their respective support shafts. Therefore, the optical axes of the light projecting lens 12 and the light receiving lens 17, which are fixed to the light projecting rotating arm 14 and the light receiving rotating arm 19, are rotated while always maintaining the parallel state. At this time, when the distance measurement range of the object to be measured is set to a short distance, the optical axis of the light projecting lens 12 and the optical axis of the light receiving lens 17 are slightly inward from the parallel state. Is preferably set to.
このような構成において、光源11の複数個の各発光点
は、投光レンズ12および受光レンズ17の各光軸の所定の
回動角毎に時分割でパルス点灯駆動され、光源11から照
射される光ビームはＹ軸方向に１次元走査される。ま
た、偏心カム24がこのパルス点灯駆動に同期して回転
し、各光軸が回動されることにより、光ビームはＸ軸方
向に２次元走査される。また、被測定物上に照射される
光ビームのＸ軸,Y軸に対する走査角（θx,θｙ）は、各
発光点の発行位置とロータリエンコーダの出力パルス信
号とから知ることが出来る。そして、この走査角と被測
定物までの距離（Ｌ）とから３次元の位置認識が可能に
なる。In such a configuration, each of the plurality of light emitting points of the light source 11 is pulse-lighted and driven in a time division manner at each predetermined rotation angle of each optical axis of the light projecting lens 12 and the light receiving lens 17, and is irradiated from the light source 11. The light beam is one-dimensionally scanned in the Y-axis direction. Further, the eccentric cam 24 rotates in synchronization with this pulse lighting drive, and each optical axis is rotated, so that the light beam is two-dimensionally scanned in the X-axis direction. Further, the scanning angles (θ x , θ y ) of the light beam irradiated on the object to be measured with respect to the X axis and the Y axis can be known from the issuing position of each light emitting point and the output pulse signal of the rotary encoder. Then, the three-dimensional position can be recognized from the scanning angle and the distance (L) to the object to be measured.
第２図は位置検出用受光素子18に使用される一般的な
半導***置検出器の構成図である。この半導***置検出
器としては、例えば浜松ホトニクス株式会社製の型名が
S1662の１次元用の半導***置検出器が有り、以下、こ
の半導***置検出器を用いた場合について説明する。FIG. 2 is a block diagram of a general semiconductor position detector used for the position detecting light receiving element 18. As the semiconductor position detector, for example, a model name manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.
There is a one-dimensional semiconductor position detector of S1662, and the case of using this semiconductor position detector will be described below.
半導***置検出器25は、n+型半導体層27と、高抵抗ｎ
型半導体層28と、抵抗率が均一なｐ型半導体層29とが順
次に積層されることにより形成されている。ｎ型半導体
層28およびｐ型半導体層29はホトダイオードを構成して
いる。また、n+型半導体層27にはホトダイオードに逆バ
イアスの電圧を印加するための共通電極30が設けられて
おり、ｐ型半導体層29の両端部には一対の電極31,32が
設けられている。The semiconductor position detector 25 includes an n + type semiconductor layer 27 and a high resistance n.
The type semiconductor layer 28 and the p-type semiconductor layer 29 having a uniform resistivity are sequentially laminated. The n-type semiconductor layer 28 and the p-type semiconductor layer 29 form a photodiode. The n + type semiconductor layer 27 is provided with a common electrode 30 for applying a reverse bias voltage to the photodiode, and the p type semiconductor layer 29 is provided with a pair of electrodes 31, 32 at both ends. There is.
この半導***置検出器25の共通電極30に所定の電圧を
印加し、位置SPのところに光点が入射したとすると、位
置SPの下方のpn接合部には電子−正孔対が生じ、これに
より光点の入射エネルギーに比例した光電流IOが共通電
極30からｐ型半導体層29に向かって流れる。If a predetermined voltage is applied to the common electrode 30 of this semiconductor position detector 25 and a light spot is incident on the position SP, an electron-hole pair is generated at the pn junction below the position SP, and this As a result, a photocurrent I O proportional to the incident energy of the light spot flows from the common electrode 30 toward the p-type semiconductor layer 29.
ここで、電極31,32間の距離をＣ、その間のｐ型半導
体層29の抵抗をRCとし、光点入射位置SPと電極32との間
の距離をｘ、その間のｐ型半導体層29の抵抗をRxとする
と、光電流IOは光点入射位置SPの所で抵抗分割される。
すなわち、電極31への電流IAおよび電極32への電流I
Bは、それぞれ次式に示される。Here, the distance between the electrodes 31 and 32 is C, the resistance of the p-type semiconductor layer 29 between them is R C , the distance between the light spot incident position SP and the electrode 32 is x, and the p-type semiconductor layer 29 between them is Assuming that the resistance of R is R x , the photocurrent I O is resistance-divided at the light spot incident position SP.
That is, the current I A to the electrode 31 and the current I to the electrode 32
B is expressed by the following equation, respectively.
IA＝IO・［Rx/RC］ IB＝IO・［（RC−Rx）/RC］ …（２） また、前述のように、ｐ型半導体層29の抵抗率は均一
に分布しているので、この（２）式は以下のように変形
される。I A = I O · [R x / R C ] I B = I O · [(R C −R x ) / R C ] (2) Also, as described above, the resistivity of the p-type semiconductor layer 29. Are uniformly distributed, the equation (2) can be modified as follows.
IA＝IO・x/C IB＝IO・［（Ｃ−ｘ）/C］ …（３） （３）式からわかるように、電流IA,IBを電極31,32か
ら取出し、演算手段によって所定のアナログ演算処理が
施されることにより、電極32から光点入射位置SPまでの
距離ｘを求めることができる。I A = I O · x / CI B = I O · [(C−x) / C] (3) As can be seen from the equation (3), the currents I A and I B are extracted from the electrodes 31 and 32, The distance x from the electrode 32 to the light spot incident position SP can be obtained by performing a predetermined analog arithmetic processing by the arithmetic means.
第３図は、この第１の実施例による３次元位置認識装
置を用いた光学系における距離計測の原理を説明するた
めの図であり、第１図に示された装置を（X,Z）平面上
から見たものである。光源11からの実線で示される光ビ
ームは、実線で示される投光レンズ12により被測定物13
上における位置POに集光される。集光された光ビームは
反射し、実線で示される受光レンズ17により実線で示さ
れる位置検出用受光素子18の受光部に集光される。FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of distance measurement in an optical system using the three-dimensional position recognizing device according to the first embodiment. The device shown in FIG. 1 is (X, Z). It is seen from above. The light beam shown by the solid line from the light source 11 is reflected by the projection lens 12 shown by the solid line to be measured 13
It is focused at the position P O above. The condensed light beam is reflected and condensed by the light receiving lens 17 shown by the solid line on the light receiving portion of the position detecting light receiving element 18 shown by the solid line.
ここで、基線長をB,被測定物13までの距離をL,受光レ
ンズ17からの位置検出用受光素子18の受光部までの距離
をf1,投光レンズ12のから光源11までの距離をf2とす
る。また、位置検出用受光素子18の受光面上において、
受光レンズ17の光軸とこの受光面との交点である無限遠
集光位置から光ビームの集光位置までの距離をx1とす
る。また、投光回動アーム14および受光回動アーム19を
角θだけ回動させた時、点線で示される光ビームは被測
定物13上における位置P1に集光されるものとし、また、
この時の点線で示される受光レンズ17の光軸と被測定物
13との交点をP2、受交レンズ17の後側主点位置をH1、光
ビームの集光位置P1から線分 に向かって降ろした垂線がこの線分に交わる点をHOとす
る。さらに、点線で示された位置検出用受光素子18の受
光面上において、無限遠集光位置から光ビームの集光位
置までの距離をx2とする。Here, the base line length is B, the distance to the DUT 13 is L, the distance from the light receiving lens 17 to the light receiving portion of the position detection light receiving element 18 is f 1 , and the distance from the light projecting lens 12 to the light source 11 is Be f 2 . Further, on the light receiving surface of the position detecting light receiving element 18,
The distance from the infinity focusing position, which is the intersection of the optical axis of the light receiving lens 17 and this light receiving surface, to the focusing position of the light beam is x 1 . Further, when the light projecting rotation arm 14 and the light receiving rotation arm 19 are rotated by an angle θ, the light beam shown by the dotted line is focused at the position P 1 on the DUT 13, and
The optical axis of the light-receiving lens 17 indicated by the dotted line at this time and the DUT
The intersection point with 13 is P 2 , the position of the rear principal point of the receiving lens 17 is H 1 , and the line segment from the light beam focusing position P 1 Let H O be the point where the perpendicular line descending toward intersects this line segment. Further, on the light receiving surface of the position detecting light receiving element 18 shown by the dotted line, the distance from the infinite focusing position to the focusing position of the light beam is x 2 .
この場合、以下の各関係式が成立する。 In this case, the following relational expressions hold.
また、次の比較関係式が成立する。 Further, the following comparison relational expression holds.
上記各関係式およびこの（４）式により、無限遠集光
位置から光ビームの集光位置までの変位量x2は次式のよ
うに求まる。 From the above relational expressions and this expression (4), the displacement amount x 2 from the infinity focus position to the focus position of the light beam is obtained as the following formula.
x2＝f1Bcos2θ／（Ｌ−Bsinθcosθ） …（５） また、逆に変位量x2は前述した位置検出用受光素子18
の出力から求めることが出来、この変位量x2から被測定
物13までの距離Ｌは次式のように求めることが出来る。x 2 = f 1 Bcos 2 θ / (L−Bsin θcos θ) (5) On the contrary, the displacement amount x 2 is the position detection light receiving element 18 described above.
The distance L from the displacement x 2 to the object to be measured 13 can be calculated by the following equation.
Ｌ＝（f1cosθ＋x2sinθ）Bcosθ/x2 …（６） （５）式において、f1およびＢは定数であるが距離Ｌ
および回動角θは変数であり、（１）式（ｘ＝ｆ・B/
L）と異なってパラメータとして回動角θが付加される
ため、直交座標系の数値は直接得られず、（６）式の演
算が必要になる。このようにして求まる距離Ｌと光ビー
ムの被測定物13への走査角（θx,θｙ）とから、３次元
の位置認識が可能になる。L = (f 1 cos θ + x 2 sin θ) B cos θ / x 2 (6) In equation (5), f 1 and B are constants, but the distance L
And the rotation angle θ are variables, and the equation (1) (x = f · B /
Since the rotation angle θ is added as a parameter unlike L), the numerical value of the Cartesian coordinate system cannot be directly obtained, and the calculation of the equation (6) is required. From the distance L thus obtained and the scanning angle (θ x , θ y ) of the light beam on the object to be measured 13, three-dimensional position recognition is possible.
第４図は本発明の第２の実施例の構成を示す平面図で
あり、この第２の実施例は第１図に示される第１の実施
例の構成の変形例である。なお、第４図において第１図
と同一または相当する部分については同符号を用いてそ
の説明は省略する。本実施例と第１の実施例の構成の相
違点は、位置検出用受光素子18の設置の方法が異なる点
である。つまり、受光素子取付板41は回動運転伝達板23
に平行に配置されており、この受光素子取付板41は、止
め金具42および43により、投光回動アーム14および受光
回動アーム19に回動可能な状態に連結されている。位置
検出用受光素子18は、この受光素子取付板41に固定され
ており、その受光面が回動運転時に常に基線長と平行に
保たれる構造となっている。FIG. 4 is a plan view showing the structure of the second embodiment of the present invention, and this second embodiment is a modification of the structure of the first embodiment shown in FIG. In FIG. 4, the same or corresponding parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the position detecting light receiving element 18 is installed in a different manner. That is, the light receiving element mounting plate 41 is the rotation driving transmission plate 23.
The light receiving element mounting plate 41 is rotatably connected to the light projecting rotating arm 14 and the light receiving rotating arm 19 by the fasteners 42 and 43. The position detecting light receiving element 18 is fixed to the light receiving element mounting plate 41, and has a structure in which the light receiving surface thereof is always kept parallel to the base line length during the rotation operation.
第５図はこの第２の実施例における距離計測の原理を
説明するための図であり、第３図と同様に各定数および
変数を設定する。回動角θの時、位置検出用受光素子18
は点線で示される位置に移動する、位置検出用受光素子
18受光面上において、２点鎖線で示される光軸とこの受
光面との交点である無限遠集光位置から射光ビームの集
光位置までの距離x2には、次の比例関係式が成立する。FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of distance measurement in the second embodiment, and each constant and variable are set as in FIG. Light receiving element 18 for position detection when the rotation angle is θ
Is a light receiving element for position detection that moves to the position indicated by the dotted line
18 On the light-receiving surface, the following proportional relational expression holds for the distance x 2 from the infinity focus position, which is the intersection of the optical axis indicated by the chain double-dashed line, and the focus position of the emitted light beam. To do.
また、逆に位置検出用受光素子18からの出力信号によ
って無限遠集光位置からの変位量x2の値を求めると、次
式から距離Ｌを求めることが出来る。 On the other hand, if the value of the displacement amount x 2 from the infinity focus position is obtained from the output signal from the position detection light receiving element 18, the distance L can be obtained from the following equation.
Ｌ＝f1Bcosθ/x2 …（８） この（８）式の両辺をcosθで割ると次式が得られ
る。L = f 1 B cos θ / x 2 (8) The following equation is obtained by dividing both sides of this equation (8) by cos θ.
L/cosθ＝f1B/x2 …（９） この（９）式により、第２の実施例における無限遠集
光位置からの変位量x2は、距離Ｌに対する円筒座標系の
数値として得られる。そして、この距離Ｌおよび光ビー
ムの被測定物13への走査角（θx,θｙ）から、第１の実
施例と同様にして被測定物13の３次元の位置認識が可能
になる。L / cos θ = f 1 B / x 2 (9) From this equation (9), the displacement x 2 from the infinite focusing position in the second embodiment is obtained as the numerical value of the cylindrical coordinate system with respect to the distance L. To be Then, from this distance L and the scanning angle (θ x , θ y ) of the light beam to the object to be measured 13, the three-dimensional position of the object to be measured 13 can be recognized in the same manner as in the first embodiment.
第６図は本発明の第３の実施例の構成を示す平面図で
あり、３次元の各方向の同図の（X,Y,Z）座標に示され
る各方向により決定される。なお、第１図と同一または
相当する部分については同符号を用いる。FIG. 6 is a plan view showing the configuration of the third embodiment of the present invention, which is determined by the three-dimensional directions indicated by the (X, Y, Z) coordinates in the same figure. The same reference numerals are used for the same or corresponding parts as in FIG.
光源11は同図紙面の垂直方向であるＹ方向に複数個の
発光点が配置されることにより構成されており、光源11
から発せられる光ビームは、受光レンズ12によって図示
しない被測定物上に集光される。被測定物に照射された
光ビームは反射し、受光レンズ17によって位置検出用受
光素子18の受光部に集光される。これら光源11,投光レ
ンズ12,受光レンズ17および位置検出用受光素子18は回
動台51に固定されており、この回動台51は偏心カム52が
回転されることにより支持軸53を中心にして回動する。The light source 11 is configured by arranging a plurality of light emitting points in the Y direction which is the vertical direction of the paper surface of FIG.
The light beam emitted from the light receiving lens 12 is focused on an object to be measured (not shown). The light beam applied to the object to be measured is reflected and is collected by the light receiving lens 17 on the light receiving portion of the position detecting light receiving element 18. The light source 11, the light projecting lens 12, the light receiving lens 17, and the position detecting light receiving element 18 are fixed to a rotary base 51, and the rotary base 51 is centered on a support shaft 53 by rotating an eccentric cam 52. And turn.
このため、投光レンズ12および受光レンズ17の各光軸
は常に平行または一定角度を保ちつつ回動し、光源11か
ら被測定物に照射される光ビームはＸ軸光に走査され
る。また、Ｙ軸方向における光ビームの走査は、前述の
第１の実施例と同様に、光源11の複数個の各発光点が時
分割でパルス点灯駆動されることにより行われる。支持
軸53には図示しないロータリエンコーダが設置されてお
り、このＹ軸方向の走査は、ロータリエンコーダが出力
されるパルス信号に基づき、予め設定された所定の回動
角毎に実行される。そして、第１の実施例と同様にして
被測定物までの距離Ｌおよび光ビームの走査角（θx,θ
ｙ）から、被測定物の３次元位置認識が可能になる。Therefore, the optical axes of the light projecting lens 12 and the light receiving lens 17 are always rotated in parallel or while maintaining a constant angle, and the light beam emitted from the light source 11 to the object to be measured is scanned by the X-axis light. Further, the scanning of the light beam in the Y-axis direction is performed by pulse-driving each of a plurality of light emitting points of the light source 11 in a time division manner, as in the first embodiment. A rotary encoder (not shown) is installed on the support shaft 53, and the scanning in the Y-axis direction is executed for each predetermined rotation angle set in advance based on the pulse signal output from the rotary encoder. Then, similarly to the first embodiment, the distance L to the object to be measured and the scanning angle of the light beam (θ x , θ
y ) enables the three-dimensional position recognition of the object to be measured.
但し、本実施例においては、回動台51に設置された光
学系全体を往復回動運動するため、円弧状の距離を検出
することになり、被測定物の３次元データを求める場
合、円筒座標系からの変換が必要になる。However, in this embodiment, since the entire optical system installed on the turntable 51 is reciprocally turned, a circular arc distance is detected, and when three-dimensional data of the object to be measured is obtained, the cylinder is used. Conversion from the coordinate system is required.
第１、第２および第３の各実施例において、光源11と
投光レンズ12との距離をf2、位置検出用受光素子18と受
光レンズ17との距離をf1とするとき、f1≠f2の条件にお
いても３次元計測が可能である。この利点は光源11の発
光部の長さや位置検出用受光素子18の受光部サイズを任
意に設定できることにある。In the first, second and third respective embodiments, when the distance of the distance between the light source 11 and the light projecting lens 12 f 2, and the position detection light-receiving element 18 and the light receiving lens 17 and f 1, f 1 Three-dimensional measurement is possible even under the condition of ≠ f 2 . The advantage is that the length of the light emitting portion of the light source 11 and the light receiving portion size of the position detecting light receiving element 18 can be arbitrarily set.
第７図は本発明の第４の実施例の構成を示す平面図で
あり、３次元の各方向は同図の（X,Y,Z）座標に示され
る各方向により決定される。FIG. 7 is a plan view showing the configuration of the fourth embodiment of the present invention, and the three-dimensional directions are determined by the directions indicated by the (X, Y, Z) coordinates in the figure.
光源11は上記の各実施例と同様に複数個の発光点がＹ
方向に配置されることにより構成され、時分割にパルス
点灯駆動されることにより、光ビームはＹ軸方向に走査
される。また、投光レンズ12と受光レンズ17とは焦点距
離ｆが同じであり、光源11と位置検出用受光素子18と
は、投光レンズ12・光源11間および受光レンズ17・位置
検出用受光素子18間の各間隔が等しくなるように移動台
54に固定されている。移動台54は偏心カム55が回転する
ことにより基線長方向と平行に往復運動する。この往復
運動により光ビームはＸ軸方向に走査され、この往復運
動は移動台54に設置された図示しないリニアエンコーダ
によってその位置が検出される。このリニアエンコーダ
の出力パルス信号により、上記各実施例と同様に測距動
作のタイミングが制御される。The light source 11 has a plurality of light emitting points Y as in the above embodiments.
The light beam is scanned in the Y-axis direction by being driven by pulse lighting in a time division manner. Further, the light projecting lens 12 and the light receiving lens 17 have the same focal length f, and the light source 11 and the position detecting light receiving element 18 are the light emitting lens 12 and the light source 11 and the light receiving lens 17 and the position detecting light receiving element. Moving table so that the intervals between 18 are equal
It is fixed at 54. The movable table 54 reciprocates in parallel with the base line length direction by the rotation of the eccentric cam 55. Due to this reciprocating motion, the light beam is scanned in the X-axis direction, and the position of this reciprocating motion is detected by a linear encoder (not shown) installed on the moving table 54. The timing of the distance measuring operation is controlled by the output pulse signal of the linear encoder as in the above embodiments.
第８図はこの第４の実施例の光学系における距離計測
の原理を説明するための図である。なお、第３図に示さ
れる距離計測における各定数および変数と同一または相
当する部分については、同符号を用いる。光源11および
位置検出用受光素子18を基線長に平行に距離ｌだけ移動
すると、被測定物13上に照射される光ビームの走査角θ
と移動量ｌとの間には次式が成立する。なお、走査角θ
だけ移動した時の各装置および光ビームは同図に点線で
示されている。FIG. 8 is a diagram for explaining the principle of distance measurement in the optical system of the fourth embodiment. The same reference numerals are used for the same or corresponding portions as the constants and variables in the distance measurement shown in FIG. When the light source 11 and the position detecting light-receiving element 18 are moved by a distance 1 in parallel with the base line length, the scanning angle θ of the light beam irradiated on the object to be measured 13 is increased.
And the amount of movement l, the following equation is established. The scanning angle θ
The respective devices and light beams when moved only by are shown by dotted lines in the figure.
tanθ＝l/f この時、受光レンズ17の後側主点位置H1から、図に２
点鎖線で示される方向と位置検出用受光素子18の受光面
との交点である無限遠集光位置までの距離は、f/cosθ
となる。従って、この無限遠集光位置から、被測定物13
上の照射位置P1から反射した光ビームがこの受光面上に
集光する位置までの距離（変位量）x2には、次式に示さ
れる関係が成立する。tan θ = l / f At this time, from the rear principal point position H 1 of the light receiving lens 17 to 2 in the figure.
The distance to the infinity focus position, which is the intersection of the direction indicated by the dotted chain line and the light-receiving surface of the position-detecting light-receiving element 18, is f / cos θ
Becomes Therefore, the measured object 13
The distance (displacement amount) x 2 from the upper irradiation position P 1 to the position where the reflected light beam is focused on the light receiving surface has the relationship shown in the following equation.
この式から変位量x2を求めると次式のようになる。 Obtaining the displacement x 2 from this equation gives the following equation.
x2＝（Bf/cosθ）／（L/cosθ） ＝fB/L＝x1 …（10） また、図に点線で示される位置検出用受光素子18の出
力信号により、受光面における無限遠集光位置からの変
位量x2を逆に求めると、距離Ｌは次式によって求めるこ
とが出来る。x 2 = (Bf / cosθ) / (L / cosθ) = fB / L = x 1 (10) In addition, the output signal of the position detection light-receiving element 18 shown by the dotted line in the figure causes infinity at the light-receiving surface. If the displacement x 2 from the light position is obtained in the opposite way, the distance L can be obtained by the following equation.
Ｌ＝fB/x2 …（11） （10）式および（11）式から明らかなように、光源11
および位置検出用受光素子18の直線移動量ｌには無関係
に距離Ｌは求まり、直交座標系のＺ軸方向のＬの値を直
接得ることが出来る。つまり、本実施例における距離計
測は、上記各実施例とは異なり、投光および受光系のい
ずれも回動を伴わず、光源11の複数個の発光点と位置検
出用受光素子18とが基線長と平行に直線運動を繰り返す
だけである。このため、直接、直交座標系における距離
情報が得られる利点がある。そして、この距離Ｌと光ビ
ームの走査角（θx,θｙ）とから、上記各実施例と同様
に被測定物13の３次元の位置認識が可能になる。L = fB / x 2 (11) As is apparent from the equations (10) and (11), the light source 11
Also, the distance L can be obtained regardless of the linear movement amount 1 of the position detecting light receiving element 18, and the value of L in the Z-axis direction of the orthogonal coordinate system can be directly obtained. That is, the distance measurement in the present embodiment is different from the above-mentioned embodiments in that neither the light projecting system nor the light receiving system is rotated, and a plurality of light emitting points of the light source 11 and the position detecting light receiving element 18 are baselines. It only repeats linear motion parallel to the length. Therefore, there is an advantage that the distance information in the orthogonal coordinate system can be directly obtained. Then, from this distance L and the scanning angle (θ x , θ y ) of the light beam, the three-dimensional position of the object to be measured 13 can be recognized as in each of the above embodiments.
第９図は、この第４の実施例に用いられる演算手段で
ある、AC動作（交流結合型）信号処理回路の構成を示す
ブロック図であり、この演算手段には位置検出用受光素
子18の出力信号が与えられる。FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of an AC operation (AC coupling type) signal processing circuit, which is the calculating means used in the fourth embodiment. An output signal is given.
往復運動駆動手段56は偏心カム55を回転させるための
モータであり、往復運動制御回路U14により往復運動駆
動手段56の動作は制御される。この制御により、光源11
および位置検出用受光素18が設置された移動台54はＸ軸
方向に往復運動する。この際、移動台54に設置されたリ
ニアエンコーダ57からこの往復運動に対応したパルス信
号が出力され、このパルス信号はタイミングコントロー
ラU12に与えられて測距動作が制御される。また、光源1
1は７個の発光点l1〜l7から構成され、各発光点には７
個の発光ダイオードLED1〜LED7が用いられている。各発
光点は、タイミングコントローラU12の点灯指令に基づ
くLED駆動回路U13からの駆動信号D1〜D7により時分割で
パルス点燈される。この各駆動信号D1〜D7は第10図に示
されるタイミングで発生し、このタイミングに従って各
発光ダイオードLED1〜LED7はパルス点灯する。The reciprocating motion driving means 56 is a motor for rotating the eccentric cam 55, and the operation of the reciprocating motion driving means 56 is controlled by the reciprocating motion control circuit U 14 . By this control, the light source 11
The movable table 54 on which the position detecting light receiving element 18 is installed reciprocates in the X-axis direction. At this time, a pulse signal corresponding to this reciprocating motion is output from the linear encoder 57 installed on the moving table 54, and this pulse signal is given to the timing controller U 12 to control the distance measuring operation. Also, light source 1
1 is composed of seven light emitting points l 1 to l 7 , and each light emitting point has 7 light emitting points.
Pieces of light emitting diodes LED 1 ~LED 7 is used. Each light emitting point is time-divisionally pulsed by the drive signals D 1 to D 7 from the LED drive circuit U 13 based on the lighting command of the timing controller U 12 . The drive signals D 1 to D 7 are generated at the timing shown in FIG. 10, and the light emitting diodes LED 1 to LED 7 are pulse-lighted according to this timing.
光ビームのＹ軸方向走査を実行する、発光ダイオード
LED1〜LED7の一連の時分割パルス点灯動作が、Ｘ軸方向
走査を実行するための往運動駆動手段56による１片道走
査に対して何回繰り返されるかにより、計測視野におけ
るＹ軸方向の走査本数が決定される。これは、リニアエ
ンコーダ57の移動ピッチとその出力パルス信号との関係
から決まる。すなわち、リニアエンコーダ57から１個の
出力パルス信号が発せられる毎に、１本のＹ軸走査を実
行するための一連の時分割パルス点灯と測距動作とが実
行される。A light-emitting diode that performs Y-axis scanning of a light beam
Depending on how many times the series of time-division pulse lighting operations of LED 1 to LED 7 are repeated for one-way scanning by the forward movement drive means 56 for executing the X-axis direction scanning, the operation in the Y-axis direction in the measurement visual field is performed. The number of scans is determined. This is determined by the relationship between the moving pitch of the linear encoder 57 and its output pulse signal. That is, every time one output pulse signal is issued from the linear encoder 57, a series of time division pulse lighting and a distance measuring operation for executing one Y-axis scanning are executed.
位置検出用受光素子18において得られた光電流IA及び
IBは、電流−電圧変換用抵抗r1,r2で電圧信号VA,VBに変
換され、コンデンサC1,C2によりDC（直流）成分がカッ
トされてAC（交流）成分のみが増幅回路U1,U2に送られ
て増幅される。この後、コンデンサC3,C4により、増幅
回路U1,U2のオフセットや温度ドリフトによりDC的な電
位のズレ量がカットされる。そして、増幅されたAC成分
のみが減算回路U3および加算回路U4に送られ、VA−VBお
よびVA＋VBの演算がそれぞれ実行される。The photocurrent I A obtained in the position detection light receiving element 18 and
I B is a current - voltage converting resistor r 1, r 2 in the voltage signal V A, is converted to V B, DC (direct current) component by the capacitor C 1, C 2 is cut only AC (alternating current) component It is sent to the amplification circuits U 1 and U 2 and amplified. After that, the capacitors C 3 and C 4 cut the amount of DC potential shift due to the offset and temperature drift of the amplifier circuits U 1 and U 2 . Then, only the amplified AC component is sent to the subtraction circuit U 3 and the addition circuit U 4 , and the operations of V A −V B and V A + V B are executed.
各演算信号はサンプルアンドホールド回路U5〜U8に送
られ、タイミングコントローラU12から与えられるサン
プリング信号S1,S2に基づきサンプリングされ、信号レ
ベルがホールドされる。すなわち、サンプリング信号S1
により各発光点がパルス点燈する直前の電位がサンプリ
ングされ、サンプルアンドホールド回路U5,U7に記録さ
れる。これに対して、サンプリング信号S2により各発光
点がパルス点燈している状態の電位がサンプリングさ
れ、サンプルアンドホールド回路U6,U8に記録される。Each operation signal is sent to the sample-and-hold circuit U 5 ~U 8, is sampled based on the sampling signal S 1, S 2 supplied from the timing controller U 12, the signal level is held. That is, the sampling signal S 1
Thus, the potential immediately before each light emitting point is pulsed is sampled and recorded in the sample and hold circuits U 5 and U 7 . On the other hand, the potential in the state where each light emitting point is pulsed by the sampling signal S 2 is sampled and recorded in the sample and hold circuits U 6 and U 8 .
減算回路U9では回路U6の出力値から回路U5の出力値が
減算され、減算回路U10では回路U8の出力値から回路U7
の出力値が減算される。この結果、光源11のパルス点燈
に起因する信号成分のみが抜き取られることになる。そ
して、アナログ割算器U11において、（VA−VB）／（VA
＋VB）という演算処理が実行される。The output value of the circuit U 5 from the output value of the subtracting circuit U 9 in the circuit U 6 is subtracted, the circuit U 7 from the output value of the subtracting circuit U 10 in the circuit U 8
The output value of is subtracted. As a result, only the signal component caused by the pulse lighting of the light source 11 is extracted. Then, in the analog divider U 11 , (V A −V B ) / (V A
The arithmetic processing of + V B ) is executed.
この演算結果は外部に出力され、距離検出器から被測
定物13までの距離Ｌに対応するものになり、３次元位置
認識におけるＺ成分のデータになる。また、アナログ割
算器U11の出力に同期して、被測定物13上へ照射される
光ビームの偏角がＸ軸成分（θｘ）とＹ軸成分（θｙ）
とに分離されてタイミングコントローラU12から外部に
出力され、３次元位置認識におけるＸ成分のデータおよ
びＹ成分のデータになる。Ｙ成分データは光源11のパル
ス点灯のための駆動信号に基づくものであり、Ｘ成分デ
ータは移動台54に設置されたリニアエンコーダ57の出力
パルス信号に基づくものである。This calculation result is output to the outside, corresponds to the distance L from the distance detector to the object to be measured 13, and becomes Z component data in the three-dimensional position recognition. Further, in synchronization with the output of the analog divider U 11 , the deviation angle of the light beam irradiated onto the DUT 13 is X-axis component (θ x ) and Y-axis component (θ y ).
And is output to the outside from the timing controller U 12 and becomes X component data and Y component data in three-dimensional position recognition. The Y component data is based on the drive signal for lighting the pulse of the light source 11, and the X component data is based on the output pulse signal of the linear encoder 57 installed on the movable table 54.
ここでＺ軸の原点を投光レンズ12の後方主点位置に設
定すると、被測定物13までの距離Ｌはアナログ割算器U
11の出力から簡単に求めることができる。従って、被測
定物13上に集光された光ビームの照射点を表す３次元位
置データ（X,Y,Z）は、２つの偏角θx,θｙから、以下
の（12）〜（14）式を用いて求めることができる。If the origin of the Z axis is set at the rear principal point position of the light projecting lens 12, the distance L to the DUT 13 is calculated by the analog divider U.
It can be easily calculated from the 11 outputs. Therefore, the three-dimensional position data (X, Y, Z) representing the irradiation point of the light beam condensed on the object to be measured 13 is calculated from the following two deflection angles θ x and θ y (12) to ( It can be calculated using the equation (14).
Ｚ＝Ｌ …（12） Ｙ＝Ｌ・tanθｙ …（13） Ｘ＝Ｌ・tanθｘ …（14） このように本実施例によれば、７個の発光点l1〜l7が
時分割でパルス点燈駆動されることにより、機械的な可
動を伴わない電気的な方法によって１次元走査が行わ
れ、さらに、追従性の良い移動台54と往復運動手段56を
用いてもう１つの１次元走査が行われることにより、光
源11から照射される光ビームは２次元走査される。従っ
て、光ビームの走査は応答性良く行われて高速化され、
１回の３次元位置認識に要する計測時間は短縮化され、
従来技術の方法に比べて計測時間は２桁以上も小さくな
る。この結果、本実施例による装置は、動的な被測定物
を対象にする３次元位置認識にも適用することが可能に
なる。Z = L (12) Y = L · tan θ y (13) X = L · tan θ x (14) As described above, according to this embodiment, the seven light emitting points l 1 to l 7 are time-divided. Driven by a pulse, the one-dimensional scanning is performed by an electrical method without mechanical movement. Further, the movable base 54 and the reciprocating means 56 having a good followability are used. By performing the two-dimensional scanning, the light beam emitted from the light source 11 is two-dimensionally scanned. Therefore, the scanning of the light beam is performed with high responsiveness and is accelerated,
The measurement time required for one 3D position recognition is shortened,
The measurement time is reduced by two digits or more as compared with the conventional method. As a result, the device according to the present embodiment can be applied to three-dimensional position recognition for a dynamic object to be measured.
以上の説明においてリニアエンコーダ57の替わりにロ
ータリエンコーダを使用すれば、前述の第１から第３の
各実施例においても第９図に示される演算手段を用いる
ことが出来、同様な効果を奏する。If a rotary encoder is used instead of the linear encoder 57 in the above description, the calculating means shown in FIG. 9 can be used in each of the first to third embodiments described above, and the same effect can be obtained.
また、外乱光が存在しない環境下においては、DC動作
（直流結合型）信号処理回路を使用することが可能であ
る。第11図はこのDC動作型信号処理回路を第６図に示さ
れた第３の実施例に適用した場合のブロック図である。Further, in an environment where ambient light does not exist, it is possible to use a DC operation (DC coupling type) signal processing circuit. FIG. 11 is a block diagram when this DC operation type signal processing circuit is applied to the third embodiment shown in FIG.
回動運動制御回路U14により偏心カム52は駆動され、
支持軸53を中心にして回動台51は図示の矢印の方向に回
動する。この支持軸53には前述したようにロータリエン
コーダが設置されており、この出力パルス信号がタイミ
ングコントローラU12に与えられることにより、一連の
測距動作は制御される。LED駆動回路U13はこのタイミン
グコントローラU12からの点灯指令に基づき、光源11の
各LEDを時分割でパルス点灯駆動する。つまり、LED駆動
回路U13は第12図に示されるタイミングの駆動信号D1〜D
7を各LEDに出力し、各LEDはこのタイミングに従って点
灯する。位置検出用受光素子18からの光出力電流IAおよ
びIBはＩ−Ｖ（電流−電圧）変換用オペアンプU1および
U2によって電圧信号に変換される。さらに、この電圧信
号は加算用オペアンプU3,減算用オペアンプU4および割
算回路U11によって所定の演算が行なわれ、３次元デー
タのうちのＺ成分である距離Ｌに対応したデータが得ら
れる。The eccentric cam 52 is driven by the rotational movement control circuit U 14 ,
The turntable 51 turns about the support shaft 53 in the direction of the arrow shown. As described above, the rotary encoder is installed on the support shaft 53, and a series of distance measuring operations are controlled by supplying the output pulse signal to the timing controller U 12 . The LED drive circuit U 13 drives each LED of the light source 11 in a pulsed manner in a time division manner based on the lighting command from the timing controller U 12 . That is, the LED drive circuit U 13 is driven by the drive signals D 1 to D at the timings shown in FIG.
7 is output to each LED, and each LED lights according to this timing. The light output currents I A and I B from the position detection light receiving element 18 are IV (current-voltage) conversion operational amplifiers U 1 and
Converted to a voltage signal by U 2 . Further, this voltage signal is subjected to a predetermined calculation by the addition operational amplifier U 3 , the subtraction operational amplifier U 4 and the division circuit U 11 , and data corresponding to the distance L which is the Z component of the three-dimensional data is obtained. .
このようにDC動作信号処理回路はAC動作処理回路に比
較して簡易に回路構成することが可能である。As described above, the DC operation signal processing circuit can be configured more simply than the AC operation processing circuit.
第13図は本発明の第５の実施例の構成を示す斜視図で
あり、３次元の各方向は同図の（X,Y,Z）座標に示され
る各方向により決定される。なお、第１図と同一または
相当する部分については同符号を用いる。FIG. 13 is a perspective view showing the configuration of the fifth embodiment of the present invention, and the three-dimensional directions are determined by the directions indicated by the (X, Y, Z) coordinates in the figure. The same reference numerals are used for the same or corresponding parts as in FIG.
光源61は単一の発光点から構成されており、この光源
61から発せられた光ビームは投光レンズ12によって図示
しない被測定物上に集光される。被測定物に照射された
光ビームは反射し、受光レンズ17によって位置検出用受
光素子64上に集光される。この位置検出用受光素子64は
前述の位置検出用受光素子18とほぼ同様な構造をしてい
るが、その受光面はＹ方向の長さが短く形成されてい
る。これは、光源61の発光点の大きさに相当する受光面
積があれば足りるからである。これら光源61,投光レン
ズ12,受光レンズ17および位置検出用受光素子64は板状
に形成された揺動台62上に固定されており、投光レンズ
12および受光レンズ17の各光軸は平行に保たれている。The light source 61 consists of a single light emitting point.
The light beam emitted from 61 is condensed by the light projecting lens 12 onto an object to be measured (not shown). The light beam applied to the object to be measured is reflected and is collected by the light receiving lens 17 on the position detecting light receiving element 64. The position detecting light receiving element 64 has a structure similar to that of the position detecting light receiving element 18 described above, but its light receiving surface is formed to have a short length in the Y direction. This is because a light receiving area corresponding to the size of the light emitting point of the light source 61 is sufficient. The light source 61, the light projecting lens 12, the light receiving lens 17, and the position detecting light receiving element 64 are fixed on a rocking base 62 formed in a plate shape.
The optical axes of 12 and the light-receiving lens 17 are kept parallel.
また、揺動台62は球軸63によってボールポイント支持
されており、球軸63を中心として各方向に対して回動自
在に支持されている。この球軸63と反対側の揺動台62上
には３個の支持枠65,66,67が固定されており、各支持枠
65〜67の枠内には３本の揺動軸68が挿入されている。各
揺動軸68はナット69の３つの側面に垂直に固定されたも
のであり、このナット69には回転軸が中心からずれて偏
心しているボールねじ70が螺合している。このボールね
じ70には図示しないロータリエンコーダが設置されてい
る。The rocking base 62 is supported by a ball shaft 63 at a ball point, and is supported so as to be rotatable about the ball shaft 63 in each direction. Three support frames 65, 66, 67 are fixed on the swing base 62 on the side opposite to the ball shaft 63.
Three swing shafts 68 are inserted in the frames 65 to 67. Each swing shaft 68 is vertically fixed to three side surfaces of a nut 69, and a ball screw 70 having a rotation shaft deviated from the center and being eccentric is screwed into the nut 69. A rotary encoder (not shown) is installed on the ball screw 70.
このような構成において、ボールねじ70が回転する
と、ナット69はその回転によってボールねじ70の軸方向
（Ｙ方向）に移動する。これと共に、ボールねじ70の回
転は偏心しているため、ナット69はＸ−Ｚ平面を揺動す
る。このナット69の運動は揺動軸68を介して各支持枠65
〜67に伝達され、揺動台62は球軸63を支持軸としてX,Y,
Z方向に揺動することとなる。従って、揺動台62がボー
ルねじ70のねじ溝に沿ってＹ方向に往復運動することに
より、光源61から照射される光ビームは１次元走査され
る。さらに、これと同時に揺動台62が球軸63を支持軸と
してＸ−Ｚ平面を揺動することにより、光源61から照射
される光ビームは２次元走査される。そして、前述と同
様な演算手段によってその走査角（θx,θｙ）および被
測定物までの距離Ｌが演算され、被測定物の３次元の位
置認識が前述の各実施例と同様に行われる。In such a configuration, when the ball screw 70 rotates, the nut 69 moves in the axial direction (Y direction) of the ball screw 70 due to the rotation. At the same time, since the rotation of the ball screw 70 is eccentric, the nut 69 swings in the XZ plane. The movement of the nut 69 is performed by the support shaft 65 via the swing shaft 68.
~ 67, and the rocking base 62 uses the spherical shaft 63 as a support shaft for X, Y,
It will swing in the Z direction. Therefore, when the swing base 62 reciprocates in the Y direction along the thread groove of the ball screw 70, the light beam emitted from the light source 61 is one-dimensionally scanned. Further, at the same time, the oscillating table 62 oscillates in the XZ plane with the spherical axis 63 as a supporting axis, so that the light beam emitted from the light source 61 is two-dimensionally scanned. Then, the scanning angle (θ x , θ y ) and the distance L to the object to be measured are calculated by the same calculating means as described above, and the three-dimensional position recognition of the object to be measured is performed in the same manner as in the above-described respective embodiments. Be seen.
本実施例は光源61が単一の発光点から構成されている
ため、演算手段は上述の回路よりも簡略化することが出
来、装置の製造コストは低減される。さらに、光源61が
単一の発光点であるため、これから照射される光ビーム
を集光する位置検出用受光素子64は、上述のようにその
受光面積を小さくすることが可能になる。従って、この
点からも装置の製造コストは低減され、しかも、受光面
積が小さいことから外乱光の影響が小さくなり、より精
度の高い３次元位置認識が可能になる。In the present embodiment, since the light source 61 is composed of a single light emitting point, the calculation means can be simpler than the above-mentioned circuit, and the manufacturing cost of the device can be reduced. Further, since the light source 61 is a single light emitting point, the position detecting light receiving element 64 that collects the light beam emitted from the light emitting point can have a small light receiving area as described above. Therefore, from this point as well, the manufacturing cost of the device is reduced, and since the light receiving area is small, the influence of ambient light is small, and more accurate three-dimensional position recognition is possible.
また、上述の各実施例は、投光レンズ12と光源11また
は61、および受光レンズ17と位置検出用受光素子18また
は64の各配置は固定しているため、投光レンズ12および
受光レンズ17の各レンズ設計は容易に行うことが出来
る。つまり、光ビームはレンズの光軸付近を通過するた
め、レンズの周辺部の収差は考慮しないで済む。従っ
て、この点から見ても、装置の製造コストは低減され
る。Further, in each of the above-described embodiments, the light projecting lens 12 and the light source 11 or 61, and the light receiving lens 17 and the position detecting light receiving element 18 or 64 are fixed. Therefore, the light projecting lens 12 and the light receiving lens 17 are fixed. Each lens can be easily designed. That is, since the light beam passes near the optical axis of the lens, it is not necessary to consider the aberration at the peripheral portion of the lens. Therefore, also from this point of view, the manufacturing cost of the device is reduced.
以上、詳細に説明したように本発明によれば、光源か
ら発せられる光ビームは、複数個の発光点が時分割でパ
ルス点灯駆動されることにより１次元走査が行われる。
さらに、投受光手段の各光軸が後側主点またはある１点
を支持軸にして回動されることにより２次元走査が行わ
れる。As described in detail above, according to the present invention, the light beam emitted from the light source is subjected to one-dimensional scanning by driving the plurality of light emitting points in a pulsed manner in a time division manner.
Further, two-dimensional scanning is performed by rotating each optical axis of the light projecting and receiving means with the rear side principal point or a certain point as a supporting axis.
また、光源から発せられる光ビームは、投受光手段の
各光軸がある１点を球軸にして垂直方向に回動されるこ
とにより１次元走査が行われる。さらに、水平方向に回
動されることにより２次元走査が行われる。In addition, the light beam emitted from the light source is rotated in the vertical direction with one point having each optical axis of the light projecting and receiving means as a spherical axis to be vertically rotated. Further, two-dimensional scanning is performed by rotating in the horizontal direction.
このため、光源から照射される光ビームの走査性は高
速化され、３次元位置認識に要する時間は短縮化され
る。この結果、従来、３次元位置認識が困難であった動
的な被測定物をも対象にすることが可能な装置が提供さ
れるという効果を有する。Therefore, the scanning performance of the light beam emitted from the light source is increased, and the time required for three-dimensional position recognition is shortened. As a result, there is an effect that a device capable of targeting a dynamic object to be measured, which has conventionally been difficult to recognize a three-dimensional position, is provided.
第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す斜視図、第
２図は第１の実施例を始めとする各実施例に使用される
半導***置検出器を示す図、第３図は第１の実施例にお
ける距離計測の原理を説明するための図、第４図は本発
明の第２の実施例の構成を示す平面図、第５図は第２の
実施例における距離計測の原理を説明するための図、第
６図は本発明の第３の実施例の構成を示す平面図、第７
図は本発明の第４の実施例の構成を示す平面図、第８図
は第４の実施例における距離計測の原理を説明するため
の図、第９図は第４の実施例におけるAC動作型の演算手
段の回路構成を示すブロック図、第10図は第９図に示さ
れた演算手段における光源の時分割パルス点灯のタイミ
ングチャート、第11図は第３の実施例におけるDC動作型
の演算手段の回路構成を示すブロック図、第12図は第11
図に示された演算手段における光源の時分割パルス点灯
のタイミングチャート、第13図は本発明の第５の実施例
の構成を示す斜視図、第14図は一般的な距離検出器を示
す図である。 11……光源、12……投光レンズ、14……投光回動アー
ム、15……台、16,20,21,22……止め金具、17……受光
レンズ、18……位置検出用受光素子、19……受光回動ア
ーム、23……回動運動伝達板、24……偏心カム。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing a semiconductor position detector used in each embodiment including the first embodiment, and FIG. Is a diagram for explaining the principle of distance measurement in the first embodiment, FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a view of the distance measurement in the second embodiment. FIG. 6 is a diagram for explaining the principle, FIG. 6 is a plan view showing the configuration of a third embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 8 is a plan view showing the configuration of the fourth embodiment of the present invention, FIG. 8 is a view for explaining the principle of distance measurement in the fourth embodiment, and FIG. 9 is an AC operation in the fourth embodiment. 10 is a block diagram showing a circuit configuration of a calculation means of a type, FIG. 10 is a timing chart of time division pulse lighting of a light source in the calculation means shown in FIG. 9, and FIG. 11 is a DC operation type in the third embodiment. FIG. 12 is an eleventh block diagram showing the circuit configuration of the arithmetic means.
Timing chart of time division pulse lighting of the light source in the calculating means shown in the figure, FIG. 13 is a perspective view showing the configuration of the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a view showing a general distance detector. Is. 11 ... Light source, 12 ... Emitter lens, 14 ... Emitter rotation arm, 15 ... Stand, 16,20,21,22 ... Stopper, 17 ... Receiving lens, 18 ... Position detection Light-receiving element, 19 ... Receiving rotary arm, 23 ... Rotational motion transmission plate, 24 ... Eccentric cam.
Claims (3)
にパルス点灯駆動される光源と、前記各発光点から発せ
られる光ビームを被測定物上に集光する投光手段と、こ
の被測定物からの反射光を集光する受光手段と、この受
光手段により集光される光ビームの集光位置を検出する
位置検出用受光素子と、前記投光手段および前記受光手
段間の方向を前記光源の発光点の配置方向に直交させか
つ前記投光手段および前記受光手段の各光軸を常に平行
または一定角度に保ちつつ前記投光手段および前記受光
手段の各後側主点を支持軸にし前記光源のパルス点灯駆
動に同期して前記各光軸を前記発光点の配置方向に直交
する方向に回動させる回動手段と、前記位置検出用受光
素子の出力信号に基づき前記被測定物上に集光された光
ビームの照射点までの距離を演算する演算手段とを備え
た３次元位置認識装置。1. A light source in which a plurality of light emitting points are linearly arranged and driven by pulse lighting in a time division manner, and a light projecting means for condensing a light beam emitted from each of the light emitting points onto an object to be measured. Between the light receiving means for collecting the reflected light from the object to be measured, the position detecting light receiving element for detecting the light collecting position of the light beam condensed by the light receiving means, and the light projecting means and the light receiving means. The direction is orthogonal to the arrangement direction of the light emitting point of the light source, and the rear principal points of the light projecting means and the light receiving means are set while keeping the respective optical axes of the light projecting means and the light receiving means always parallel or at a constant angle. Rotation means for rotating each optical axis in a direction orthogonal to the arrangement direction of the light emitting points on a support axis in synchronization with the pulse lighting drive of the light source, and the target signal based on the output signal of the position detection light receiving element. The irradiation point of the light beam focused on the measured object 3-dimensional position recognition device and an arithmetic means for calculating the distance.
にパルス点灯駆動される光源と、前記各発光点から発せ
られる光ビームを被測定物上に集光する投光手段と、こ
の被測定物からの反射光を集光する受光手段と、受光手
段により集光される光ビームの集光位置を検出する位置
検出用受光素子と、前記投光手段および前記受光手段間
の方向を前記光源の発光点の配置方向に直交させかつ前
記投光手段および前記受光手段の各光軸を常に平行また
は一定角度に保ちつつある１点を支持軸にし前記光源の
パルス点灯駆動に同期して前記各光軸を前記発光点の配
置方向に直交する方向に回動させる回動手段と、前記位
置検出用受光素子の出力信号に基づき前記被測定物上に
集光された光ビームの照射点までの距離を演算する演算
手段とを備えた３次元位置認識装置。2. A light source in which a plurality of light emitting points are linearly arranged and driven by pulse lighting in a time division manner, and a light projecting means for condensing a light beam emitted from each of the light emitting points onto an object to be measured. Light receiving means for collecting the reflected light from the object to be measured, light receiving element for position detection for detecting the light collecting position of the light beam condensed by the light receiving means, and direction between the light projecting means and the light receiving means. Is orthogonal to the direction in which the light emitting point of the light source is arranged and the optical axes of the light projecting means and the light receiving means are always kept parallel or at a constant angle with one point as a support axis and synchronized with the pulse lighting drive of the light source. Means for rotating each of the optical axes in a direction orthogonal to the arrangement direction of the light emitting points, and irradiation of a light beam focused on the object to be measured based on the output signal of the position detecting light receiving element. 3 with a calculating means for calculating the distance to the point Original position recognition device.
を被測定物上に集光する投光手段と、被測定物からの反
射光を集光する受光手段と、この受光手段により集光さ
れる光ビームの集光位置を検出する位置検出用受光素子
と、前記投光手段および前記受光手段の各光軸を常に平
行または一定角度に保ちつつある１点を球軸にして前記
各光軸を垂直および水平方向に回動させる回動手段と、
前記位置検出用受光素子の出力信号に基づき前記被測定
物上に集光された光ビームの照射点までの距離を演算す
る演算手段とを備えた３次元位置認識装置。3. A light source, a light projecting means for collecting a light beam emitted from the light source on an object to be measured, a light receiving means for collecting reflected light from the object to be measured, and a light receiving means for collecting the light. Position detecting light receiving element for detecting the condensing position of the light beam to be formed, and one point where the optical axes of the light projecting means and the light receiving means are always kept in parallel or at a constant angle with the spherical axis as one point. Rotating means for rotating the shaft vertically and horizontally,
A three-dimensional position recognition apparatus comprising: a calculation unit that calculates a distance to an irradiation point of a light beam focused on the object to be measured based on an output signal of the position detection light receiving element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27626789A JPH087066B2 (en) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | 3D position recognition device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27626789A JPH087066B2 (en) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | 3D position recognition device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03137507A JPH03137507A (en) | 1991-06-12 |
| JPH087066B2 true JPH087066B2 (en) | 1996-01-29 |
Family
ID=17567058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27626789A Expired - Fee Related JPH087066B2 (en) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | 3D position recognition device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH087066B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101297267B (en) | 2005-09-02 | 2012-01-11 | Neato机器人技术公司 | Multi-function robotic device |
| US8996172B2 (en) * | 2006-09-01 | 2015-03-31 | Neato Robotics, Inc. | Distance sensor system and method |
-
1989
- 1989-10-24 JP JP27626789A patent/JPH087066B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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| JPH03137507A (en) | 1991-06-12 |
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