JPS61120001A - 位置座標測定装置 - Google Patents
位置座標測定装置Info
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- JPS61120001A JPS61120001A JP24189784A JP24189784A JPS61120001A JP S61120001 A JPS61120001 A JP S61120001A JP 24189784 A JP24189784 A JP 24189784A JP 24189784 A JP24189784 A JP 24189784A JP S61120001 A JPS61120001 A JP S61120001A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (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
本発明は例えばロボットなどの眼として対象たとえばワ
ークの現在位置を確定するために、該対象の位置を示す
座標たとえばｘ、ｙ直角座標やｒ。 θ極座標を対象に触れることなく遠隔測定をすることが
できる位置座標測定装置に関する。
ークの現在位置を確定するために、該対象の位置を示す
座標たとえばｘ、ｙ直角座標やｒ。 θ極座標を対象に触れることなく遠隔測定をすることが
できる位置座標測定装置に関する。
前述のように対象とは無接触の条件でその位置を測定で
きる従来例としては、例えば第１１図に原理を示す距離
測定装置がある。この図において調定対象は上方に示さ
れた対ＦｉＯＪであって、これから距離ｄを隔てた所に
短い焦点距離ｆを有する１対の固定されたレンズ１，２
があり、これらのレンズ
きる従来例としては、例えば第１１図に原理を示す距離
測定装置がある。この図において調定対象は上方に示さ
れた対ＦｉＯＪであって、これから距離ｄを隔てた所に
短い焦点距離ｆを有する１対の固定されたレンズ１，２
があり、これらのレンズ
【、２はその先軸を互いに平行
にかつ基線長と呼ばれる距離ｄを相互に隔てて同かれて
いる。 レンズ１，２の対１！ＯＪとの反対側の焦点面上にはそ
れぞれ多数個の光電センサを一列に並べた光センサアレ
イ３．４が置かれており、その受光面上に対ｉ０Ｊから
のレンズ１．２を経由する光Ｌ１．Ｌ２が映像目、１２
としてそれぞれ結像される。容易にわかるように対象Ｏ
Ｊが無限遠にあるとき、すなわち距ｆｇｄが無限大のと
きには、映像Ｉ＋、 １２の中心はレンズ１．２の光軸
が光センサアレイ３．４と交わる基準点に結像されるが
、距ｆｉｄが有限である場合には映像１１．＋２の中心
は前述の基準点からそれぞれ距ｇＩｓｌ、ｓ２だけずれ
る。いまもしこのずれ’ｆｔ５１．ｓ２を測定すること
ができれば、簡単な三角ｉ！！量の原理から −ｆ ｄ 瓢 □ １−ｓ２ グ成立するので、’１６ ｆｆｌに個有な数値ｄ、ｒと
ずれ１３１、ｓ２から距Ｅｌ ｄを測定することができ
る。なお、上式におけるずれ景ｓｌ、ｓ２は図の矢印Ｓ
が示す方向を正としてあり、対象ＯＪが図示の位置にあ
るときにはずれＮ ｓ ｌは正でずれｌｓ２が負である
ことに留意されたい、また、上式中の１ｓｌ−ｓ２は基
線長すを隔てた２個のレンズ１．２によ、て作られる映
像１１．１２間のいわゆるバララックスと称される量で
あり、これをΔｓ −ｉｌ −ｓ２とすると、ずれ１ｔ
ｓＬ、ｓ２を個別に測定することは必要なく、距Ｎｄの
測定はバララックスΔＳを測定することに帰着する。こ
の量ΔＳの測定は後に第４図について説明するように純
電子回路、とくに極小の集積回路によって得ることがで
きる。 この従来例による距離測定装置は、全く可動部がな（、
ｉ＆近の高感度の光センサアレイを用いれば比較的暗視
野でも測定が可能であり、かつ非常に高速測定できる大
きな利点ををする。しかし、測定項目は距離ｄに限られ
ていて対象ＯＪの位置座標を決めることはできず、距離
測定の対象の指定にはファインダ等を用いてレンズＬｌ
、Ｌ２の光軸が対象ＯＪに向くように装置を必要に応じ
て傾けてやらねばならない、この点の解決のため、本件
発明者は先Ｈ（特願昭５８−１４４３３２号）において
、第１２図に原理を示すような装置正面から角度θだけ
傾いた位置にある対象ＯＪまでの距＃ｌＩｄを測定でき
る距離測定装置を提案した。 第１２図に示すこの距離測定装置では、レンズＬＬ。 Ｌ２の光軸から角度θだけ傾いた線が光センサアレイ３
．４と交わる点をそれぞれ基準点とし、映像１１．１２
の中心の基準点からのずれ量をｓ ｌ ＋ ｓ ２とす
ると次式が成立する。 −ｆ ｄ 関 □ （ｓｌ−ｓ２）ｃｏｓθ この場合にも、ずれ量５Ｌｓ２を個別に測定する必要は
な（、パララックスΔ５＝ｓｌ−ｓ２を測定すれば距＠
ｄが得られるのは前と同様である。しかも、角度θと距
ｌｌ１ｄがわかれば、対象ＯＪの極座標ｄ、θが得られ
るのであるから、対象ＯＪの位置座標が測定できるよう
に考えられるかも知れないが、実際にはそう巧くは行か
ない、すなわち、角度θを距離測定装置側で設定してや
る必要があり、これによって始めて設定された角度θの
方向にある対象ＯＪまでの距Ｍｄが測定できるのであっ
て、ｖｉ置の 。 前面にある対１１１ＯＪのもつ位置座標がこれによって
自然に得られるわけではない。 なお、上の第１１図および第１２図で説明した従来装置
はいずれもいわゆるパッシブ方式のものであるが、距離
測定装置としてはこのほかにアクティブ方式のものがあ
る。しかし、その多（はパルス状の光または音波を発射
して測定対象からの反射波を検出し、発射時点から反射
波検出時点までの時間によって距離を測定するものであ
って、この内の音波を利用する方式は元来指向性があま
り良好でなく対象の座標測定には不向きであり、光を利
用するものでは第１２図で説明したと同様の機能は持ち
うろが、角度θを測定装置側で設定しなければならない
ことに変わりはなく、位置座標をこれによって簡単に得
ることはできない。 【発明の目的］ 上述のような従来技術の現状に立脚して、本発明の目的
は測定対象を特定するための角度を指定することな（装
置の前面にある対象の位置を遠隔測定することができる
位置座標測定装置を得ることにある０本発明の副次的な
目的はパッシブ方式が本来持つ利点を生かしながらかか
る装置を得ることに島る。 【発明の買点］ 本発明においては前述の、目的達成のために、従来装置
における互いに基線長を隔てて配設され位置座標を測定
すべき対象からの光を受け入れて該対象が示すパターン
を備え、た映像を結像させる１対の光学的手段と、咳各
光学的手段により結像された映像をそれぞれ受け該映像
のパターンに応じた映像信号列を発する光電形の１対の
光センサアレイ手段とに、光センサアレイ手段が発する
映像信号列を受けて該映像信号列の示すパターンから位
置座標測定のための測定対象点を決定し、該測定対象点
の光センサアレイ上の座標を少なくとも一方の光センサ
アレイ側について決定する対象点決定手段と、両光セン
サアレイ側についてそれぞれ決定された前記対象点座標
に基づいてあるいは一方の光センサアレイ側について決
定された対象点座標と両光センサアレイからの映像信号
列の示すパターン上の相互ずれ量とに基づいて測定対象
の位置座標を決定する座標決定手段とを組み合わせて、
これにより光学的手段の光軸を含む測定面内における測
定対象の位置座標を測定できるようにする。 以下第１図〜第５図を参照しながら本発明の上述の構成
の原理を説明する。 まず第１図は前に説明した第１１図〜１２図に対応する
本発明装置の原理構成図であって、測定対象ＯＪからの
光は１対の光学的手段１０９例えば左右の小さなレンズ
１０Ｌ、１０．ｌＩによって受け入れられ、それらから
短い焦点距ｇｌｌｆだけ後方に配置された左右の光セン
サアレイ２０Ｌ、２０＋？上に左右の映像ＩＬ、 ＩＲ
として結像される。対象ＯＪのもつ位置座標ｘ、 ｙ
の座標軸の原点０は図示のように例えば左右のレンズ１
０Ｌ、１０Ｒ間の基線長す内にあり、Ｘ座標軸は該基線
長方向と−敗しＹ座標は左右のレンズＩＯＬ。 １０Ｒの光軸を含む測定面内にあワてＸ座標軸と直交し
、座標原点０は左右のレンズＩＯＬ、 ＩＯＲの中心か
らそれぞれｂＬ、 ｂＲの距離にあるとする。さらに、
映像ＩＬ、 ＩＲの中心と左右のレンズＩＯＬ、 １０
１１の光軸がそれぞれ左右の光センサアレイ２０Ｌ、２
０Ｒと交わる基準点との間の距離ないしはずれ量をそれ
ぞれｓＬ、ｓＲとし、かつこの正の方向をＸ座榎軸とは
反対方向の図の矢印３で示された方向であるとする。 三角形の相似関係から次式が成立する。 ｘ＋ｂＬ ｓＬ ｙ ｒ ｘ −ｂＲｓＲ ｙ ｒ これらから測定すべき座４１１ｘ、ｙを求めるとｓＬ
−ｂＲ＋５Ｒ−ｂＬ ５ｔ−ｂＲ＋５Ｒ−ｂＬｓＬ
−ｓＲΔ５ ｂ−ｒ ｂ−ｒ ｙ “ ３ ｓＬ −ｓＲＡ ｓ となり（ただしΔ５−ｓＬ−ｓＲとする）、２個のずれ
１ｌｓＬ＋ｓＲｔ−測定すれば座［Ｘ、ｙを求め得るこ
とがわかる。この内厚ｍｙの方は第１１図で説明した距
離ｄと当然同じになり、したがってバララックス看ΔＳ
がわかれば直ちに決定できる。しかし、座１！！ｘの方
はバララックスΔＳのみでは決定できず、ずれ量ｓＬ＋
ｓＲの値が独立に知られない限り決定できず、これが
従来の距Ｎ渕定の場合と大きく異なる点である。なお、
上述の座標Ｘの式は座標原点Ｏを左右のレンズＩＯＬ、
ＩＯＨの内の一方の中心。 例えば第２図１８＋に示すように左方のレンズＩＯＬの
中心と一致させると間車化される。すなわち、上式でｂ
Ｌ−０，ｂＲ−ｂと置けば −ｓＬ ΔＳ となり、本発明の実施に当たって測定回路等を間車化さ
せる上で有利である。 また、第２図中）に示すように測定すべき座標を極座標
「、θとし、例えば座標原点０を左方のレンズＩＯＬの
中心とし、角度θを基線長すに直交する角度基準軸から
時計回り方向に正とするとθ−Ｌｇ−’（−） となり、同様にずれ量ｓＬ、 ｓＲから決定することが
できる。 さて、以上の座標決定の基礎となるずれｌｓＬ。 ｓＲは、前述のようにレンズＩＯＬ、 ＩＯＲの光軸と
光センサアレイ２０Ｌ、２０Ｒの交点を基準点としてお
り、この基準点は光センサアレイ２０Ｌ、２０Ｒの定点
である。しかし映像ＩＬ、 ＩＨの中心は映像ＩＲ，Ｉ
Ｌが一般には分布をもっているので、その分布中の一点
を座標測定の対象点として決めなければならない。 本発明装置における対象点決定手段３０はこのために設
けられたものであって、第１図に示すように左右のセン
サアレイ２０Ｌ、 ２０Ｒからの映像（ε号列ＩＳＬ。 ＩＳＲが例えばスイッチ手段３６を介して対象点決定手
段３０に交互に人力される。光センサアレイ２０Ｌ。 ２０Ｒが第１図または第５図（δ）に例示するようにア
ナログ値の映像１３号が明に１な極値点１すなわち極大
値点をもつ場合は、この極大値点を測定の対象点として
ａ単に決定することができる。しかし、第５図ｆａ＋に
示すように明確な極値点をもつ場合でも、映像信号列Ｉ
ｓはいわば裾野の拡がりをもつことが多いので、適宜に
選ばれたしきい値ｔｈを用いて裾野部を除くことにより
、映像信号列のもつ拡がりを縮少させるのが望ましい、
なお、光センサアレイは個別の光センサの集まりであっ
て極値点として対象点３Ｃの値は整数値に限られはする
が、各光センサ間のビフチｐは数ミクロン程度にまで小
さくできるので通常の測定には精度上の問題はあまりな
い、しかし、より高精度を要する場合には、各映像信号
がアナログ値であることを利用して対象点ｓＣを値を小
数点以下の値をも持つように補正をすることができる。 この補正の要領は同図（ａｌ）に示すように映像信号列
の極値点付近の波形を例えば抛物線近似させる。同図（
ａｌ）において、対象点として得られた整数値をｓＯと
し、映像信号の極大値を！ （０） 、その左右の光セ
ンサからの映像信号の値をそれぞれＩＣ＋１）、 ＋（
−１）とすると補正された対象点ｓＣの値は殆物線近似
の場合次式で与えられる。 ＋ １（＋１）−１（−１）２ｐ
２１（０）−１（＋１） −１（−１）かかる補
正は極値点付近の映像信号列の波形がなだらかである場
合にとくに有効である。 第５図伽）に例示するように映像信号列Ｉｓが明確なＩ
！ｊ値点を有しないが映像の端部が明確な場合には、し
きい値ｔｈで切ることにより映像信号列中の映像部を浮
き上がらせた上でその端ｓｕ、ｓｌを容易に検出できる
ので、両端の中点もしくは両者間を定められた比で内分
する点を対象点３Ｃとして決めろことができる。さらに
映像信号列からは同図＋０１に示すように明確な極値点
も映像の端部も検出できない場合もあるが、このような
ときにもしきい値ｔｈで映像信号列中のノイズ分を除い
た後に映像信号値の分布の重心点を対象点ＩＣとして決
定することができる。 以上のように映像信号列のデータ処理により対象点は決
定できるが、測定対象ＯＪに点光源例えばＬＥＤやマー
ク等の明確なｔ＊ｍを付すことにより対象点の決定をよ
り容易にかつ正確にすることができる。また、測定対象
ＯＪの背景が比較的明るい場合や複雑な場合には照明と
（に赤外光の照明を測定対象に当てて測定対象を視野内
で際立たせるのも有利である。かかろ照明の指向性はと
くに良好である必要はなく、また光センサアレイにシリ
コン系半導体を用いる場合には近赤外領域での感度がよ
いので近赤外光で照明ずゐのが有利である。 もちろんかかる照明を持続させる必要はなく、装置の測
定動作に同期してパルス状ないしはクラッシュ状に与え
ることで充分である。 上記のようにして対象点決定手段により決定された対象
点ｓＣの光センサアレイ上の座標としてのずれ量ｓＬ、
ｓＲは第１［に示すように座標決定手段４０たとえば
マイクロコンビエータに送られて、前述の数式に基づい
て対象ＯＪのもつ位置！！ｌＩｘ、ｙあるいはｒ、θが
決定される。 さて、この測定すべき位置座標ｘ、ｙあるいは「、θの
内の座標ｘ、ｙは従来からの距離測定装置によっても測
定が可能なので、本発明装置を距離測定回路を利用して
構成することもできる。第３図はかかる構成の原理図で
あって、この場合には距離測定回路５０からのパララッ
クス量Δ３と一方のずれ量例えば図示のようにずれＪｉ
ｓＬとを座標決定手段４０に与えればよい、第４図はこ
の距離測定回路５０の公知の回路例を例示するもので、
この例ではマイクロコンピュータとして構成された座標
決定手段４０が回路に対する制御パルス敗を与える。こ
の回路構成を闇路に説明すると次のとおりである。 光センサアレイ２０Ｌ、２０Ｒからのアナログ値の映像
信号列ＩＳＬ、 ＩＳＲは図の上方のアナログディジタ
ル変換器５１Ｌ、５１Ｒによってディジタル値の映像デ
ータ列にそれぞれ変換されてその下方のシフトレジスタ
５２Ｌ、５２Ｒにそれぞれ格納される。これらの映像デ
ータ列は座標決定手段４０からの互いに同期されたシフ
トパルスＳＰＬ、 ＳＰＲによってシフトレジスタ５２
Ｌ、５２Ｒからイクスクルーシプノアゲート５３に逐次
出力されデータの一敗、不−敗が検定され、左右の映像
データ列間の一敗データ敗がカウンタ５４内に記憶され
る。シフトレジスタ５２Ｌ、５２Ｒ内の映像データは還
流されており、１回の左右の映像データ列間の一致検定
終了後に左方のシフトレジスタ５２Ｌ内のデータをシフ
トパルスＳＰＬにより１段ずらせた後に同様の左右の映
像データ列間の一致検定が操り返されろ、各−敗検定後
に比較回路５５はその下方のカウンタ５６のカウント値
とカウンタ５４内の毎回の一敗検定結果のカウント値を
比較して、常に左右の映像列間のデータの最大−成敗を
カウンタ５６に記憶させると同時にその旨をレジスタ５
８に伝える。レジスタ５８の上方のカウンタ５７は毎回
の一致検定に対応するパララックス量ΔＳを座標決定手
段からのパルスをカウントすることにより記憶しており
、レジスタ５８は比較回路５５からの信号に基づいてカ
ウンタ５７のカウント値を読み込むので、その中には左
右の映像データ列間が最大−敗したときのパララックス
量Δ３が記憶されていることになり、−敗検定をすべて
終えた後にパララックス量ΔＳがレジスタ５８から出力
される。 以上の説明かられかるように距ｍｍ定回路５０自体の構
成はやや？ｘ雑になるが、既存の距離測定回路を利用す
ることにより、本発明の座標決定手段を間易に構成する
ことができる。 【発明の実施例】 以下第６図から第１０図を参照しながら本発明の実施例
を詳細説明する。 第６図は前に第５図ｆａｔで示したように映像信号列Ｉ
ｓが明確な極値点を有する場合に適する対象点決定手段
の具体回路例を示すものである。図中の光センサアレイ
手段２０は第１図または第３図の左右の光センサアレイ
２０Ｌ、２０Ｈの一方を代表しており、例えば公知のＣ
ＣＤ方式やＮＯ５形イメージセンサからなる光センサア
レイである。この光センサアレイ手段２０からの映像信
号列Ｉｓは、図の下方に示された座標決定手段４０から
のクロ７クパルスφに同期してアナログ値の映像信号を
１個ずつ８亥手段の右端からしきい種回路３１に与える
。また上のクロックパルスφはカウンタ３４にも与えら
れており、該カウンタ３４はクロックパルスφによって
出方される映像信号の番号１（１−Ｎ）をカウント値と
して記憶している。しきい種回路３１の右方に示されて
いるのはサンプルホールド回路３２であって、スイッチ
ングトランジスタ３２ａと、キャパシタ３２ｂと、ボル
テージフォロワ接続の演算増幅器３２ｃとからなり、例
えばＦ！！Ｔとして構成されたスイッチングトランジス
タ３２ａのゲートにストローブ信号ＳＳを受けたとき該
トランジスタ３２ａがオンして、アナログディジタル変
換器３１からの映像信号の値をキャパシタ３２ｂの充電
電圧として記憶し、その右方に示されたコンパレータ３
３の反転入力に与える。コンパレータ３３はその非反転
入力にクロックパルスφに同期してしきい種回路３１か
ら毎回発しられる映像信号値を受けており、サンプルホ
ールド回路３２から受けている映像信号値を毎回の映像
信号値が越えたときにのみストローブ信号ＳＳを発する
。従うて、このストローブ信号ＳＳにより記憶動作をす
るサンプルホールド回路３２は、常に光センサアレイ手
段から順次出力される映像信号の内の最大値を記憶して
いることになる。ストローブ信号ＳＳは前述のカウンタ
３４の下方に示されたレジスタ３５にも与えられており
、このレジスタ３５はストローブ信号ＳＳを受けるつど
カウンタ３４のカウントＭを図示のようにビットパラレ
ルに読み込むので、サンプルホールド回路３２内に記憶
されている映像信号列Ｉｓ内の最大の映像信号値をもつ
映像信号番号を常に記憶していることになる。従って光
センサアレイ手段２０内のＮ個の映像信号が出力された
後、座標決定手段４０はレジスタ３５の記憶値をずれ１
ｌｓＬまたはｓＲとして読み取れば、映像信号列Ｉｓ中
の極値として決定された対象点３Ｃの座標を得ることが
できる。 座標決定手段４０は前述のようにそれ自体を１個のマイ
クロコンビエータとして構成するのがよく、ずれ量ＳＬ
＋ｓＲあろし）はバラランクス量Δ３を受けて座標Ｘ、
７あるいはｒ、θを数値計算した上で出力する。第７図
はこの座標決定手段４０としてのマイクロコンピュータ
に対象点決定手段３０のもつ機能のかなりの部分を受け
持たせるようにした本発明の異なる実施例を示すもので
ある。 第７図において、それぞれＮ個の左右の光センサアレイ
２０Ｌ、２０Ｒからの映像信号列ＩＳＬ、 ｒｓＲは、
座標決定手段４０によってｌ１ｌｉＩＩｉ１される電子
スイッチ３６、シきい種回路３１およびＡＤＣ回路３７
を介して多ビットのディジタル値の映像データ列に変換
された上で座標決定手段４０内に読み込まれる。座標決
定手段４０はＣＰｔ１４１．ＲＯＭ４２およびＲＡＭ４
３を備えたマイクロコンビエータであり、その入力ポー
トを介して前述の映像データ列と座標決定の測定開始指
令ＭＳを受け、その出力ボート４５を介して左右の光セ
ンサアレイ２０Ｌ、２０１１からの映像信号列ＩＳＬ、
ＩＳＲの出力を指令するクロックパルスφＬ、φｇと
電子スイッチ３６への切換指令Ｓ曾とを発するとともに
、測定結果としての位置座標に、ｙあるいはｒ、θを出
力する。 以下、第８図〜第１０図に示されたフローを参照しなが
らこの第７図の実施例の動作を説明する。 第８図のフローは前述の測定開始指令ＭＳによって起動
され、図の左方の列のフローは映像データの読み込みフ
ロー、中央の列のフローが対象点決定手段３０としての
動作フロー、右方の列のフローが座標決定手段４０とし
ての動作フローである。最初のステップＳｔでは映像デ
ータ番号（１〜ｎ）を表す変数１が１にセントされ、ス
テップＳ２では切換指令鋪が０に指定されて電子スイッ
チ３６はこれによって図示のように左方の光センサアレ
イ２０Ｌ側に接続される。ステップＳ３では該左方の光
センチアレイ２ＯＬに対するクロックパルスφＬが１個
出力され、これによってｉ′＃目の映像データＩＬ（ｉ
）が読み込まれる。つづいてステップＳ４では切換）旨
令Ｓ−がｌに指定され、これによって電子スイッチ３６
を右方の光センサアレイ２ＯＲの側に接続した上で、ス
テップＳ５でクロックパルスφＬを１個発して右方の光
センナアレイ２０Ｉ？からの１番目の映像データＩＲ（
＋）を読み込む、ステップＳ６では常に変数１に１を加
算し、左右の光センサアレイ２０Ｌ、２０Ｒからの全映
像データＩＬ、ＩＲを読み込んで、ステップＳ７で変数
豊がＮよりも大と判定されるまでステップ８２〜Ｓ７を
操り返す。 全映像データＩＬ、ＩＲの読み込み完了後にフローは対
象点の決定のためのフローに入る。第８図のこの部分の
フローは府と同様に映像データの極値点を対象点と決め
てそのずれｌｓＬ、ｓＲを決めるためのフローである。 ステップＳ８では左右の映像データ列それぞれ中の最大
データ値を表す変数ＩＬＭ。 ＩＬＲの値をＯにセフ）し、ステップＳ９では変数１を
再び１にセントする。ステップ５１０ではＩ＃ｒ目の左
方の映像データＩＬ（１） ｔｒ変数ＩＬＨと比較し、
前者が後者よりも大なるときに限り次のステップ５１１
において変数ＩＬＭ ＠ ｌ ＃目の左方の映像データ
ＩＬ（ｉ）に置き換えるとともに左方のずれ量を示す変
敗ｓＬをｌと置く、同様にステップ５１２．５１３にお
いては右方の映像データＩＲ（１）を変数ＩＲＭと比較
して前者の方が大なときに変数ＩＲＭとｓＲとをそれぞ
れＩＲ（１）、 ｌで置き換える。ステップＳ１４で変
数ｉに１を加算し、次の判定ステップＳ１５で変数ｉが
Ｎより大と判定されろまでステップ８１Ｇ −５１５の
フローを操り返し、これによって左右の映像データ列Ｉ
Ｌ、 ＩＲ中の最大値をもつ映像データ番号ＳＬ。 ＳＲを対象点と決定し、その番号を対象点の光センサア
レイ２０Ｌ、 ２０Ｒ中の座標として得る。ステップＳ
１５の後に、この図には記されていないが、必要な場合
は前に第５図ｆａｔで説明したこの座標ＳＬ、ＳＲに対
する補正フローを挿入することができる。 座標決定手段４０としてのフローの最初のステップでは
左右の基準点の庄ｔ！！ＳＬＯ，ＳＲＯを前の左右の対
象点の座標ｓＬ、 ｓＲから差し引くことによりずれ！
ｌｓＬ＋ｓＲ４を得る。この基準点の座標ＳＬＯ，ＳＲ
Ｏは第１図のレンズ１０Ｌ、ＩＯＲの光りと光センサア
レイ２０Ｌ。 ２０Ｒとの交点のもつ光センサアレイ上の座標であり、
整数とは限らず一般的な数値をもち得る０次のステップ
Ｓ１７ではパララックス量ΔＳがずれ景ｓＬ、ｓＲから
計算され、最後のステップ５１８．３１９においてそれ
ぞれ枠内に示された式によって求める位置座標ｘ、ｙが
計算されて全フローを終える。 なお、最後のステップ５１９における算式中のＰは前述
の光センサアレイ中の光センサ間ピッチである。 第９図に示されたフローは第８図のステップ３８〜５１
５に対応して、前の第５図世）で説明した手段により対
象点を決定するためのフローであり、簡明化のため左右
の映像データ列に対するフローの内の一方に対するフロ
ーのみが示されている。この最初のステップ５２Ｇでは
検出すべき映像端ｓｕ。 ｓｌのもつ座標の和を示す変数３３と映像端の数を示す
変数ｎを０にセントする。つづくステップ３２１では映
像データ番号変数１を２とおき、ステップ５２２では１
番目の映像データ！（ｉ）とｉ−１番目の映像データＤ
ｉ １）との差の絶対値が所定値１ｔｈより大か否
かが判定されろ０判定結果が真であれば映像端であるこ
とを示すので、次のステップ３２３において変敗Ｓ３に
１を加算した上で０．５を減じ、変数ｎに１を加算する
。０．５の減算は映像端が１番目と１−１番目との間に
あるとするためである。 前と同様の１の加算ステップＳ２４と判定ステップＳ２
５を経由してＮ個の映像データ全部について映像端を検
出した上で、ステップ３２６において変数Ｓｓを変数ｎ
で除した座標Ｓを１）て、これを左方の対象点座標ＳＬ
または右方の対象点座標ＳＲとする。 この場合、映像の両端が正規に検出されておればｎ−２
となるはずであるが、第５図世）に示したしきいｔｆｉ
ｔｈが不適切なときは、上式が成立しない場合もあるの
で、第７図に示すようにしきい値変更櫓令ＴＳをしきい
値回路３１に与えてしきい値を変更することができる。 また、対象の映像パターンの種１や背景の次第によって
、しきい値を変えてもｎ−２が成立しないこともあるの
で、この場合には第１θ図のフローに移行するようにす
ることができる。 第１０図のフローは対象点決定手段３０に第５図ｔｏ）
に示した手段により対象点を決定させろためのもので、
第９図と同様に左右の映像データの一方に対するフロー
のみが示されている。最初のステップＳ２７では映像デ
ータ番号ｌと映像データＩ（Ｌ）との積の和を示す変数
５１７と映像データｒ （１）の和を示す変数Ｓ＋を０
にセットし、ステップ３２Ｂで変数ｌを１に置いてから
繰り返しフローに入る。ステップＳ２９では変数ｓｔｔ
、ｓｔに所定の加算をし、ステップＳ３０．３３１を経
てステップＳ３２において両変数の比から映像の重心と
しての対象点の座１ｌｌｓを得る。第９図または第１０
図のフローから得られる左右の対象点座標ｓＬ＋ ｓＲ
は第８図の座標決定手段４０に引き継がれて座標決定に
用いられる。 なお、第８図の中央列、第９図および第１０図に示され
た対象点決定手段３０としてのフローは、相互に独立し
て利用することもできるし、あるいはその一つの決定が
不適当なときに他のフローに自動的に入るようにするこ
ともできる。また、これらのフローのほかにより複雑な
公知のパターン認識の手法を利用してもよく、パターン
Ｌｕ１ｍにより測定対象の映像の区域が光センサアレイ
上の座標について特定できさえすれば、この区域内にお
いて対象点を目的に応じたアルゴリズムにより決定する
ことができる。もちろん、かかる代替えフローを複数個
並用して位置座標測定結果のｆ８傾度をｆ１認すること
も可能である。 また、以上の実施例説明においては位置座標としては二
次元の例えばｘ、ｙ座標のみについて説明したが、三次
元座標例えばｘ、ｙ、ｚ座標が必要な場合には、本発明
装置内の光学的手段と光センサアレイ手段とを２組用い
、その測定面すなわちレンズＩＯＬ、 ＩＯＲの光軸が
決定する面を互いに直交させることによって三次元の位
２［１を測定することができる。この場合、対象点決定
手段と座標決定手段とはこの２組の光センサアレイ手段
からの映像信号列を切換えで入力して処理をすることが
できる。 上述のいずれの実施例においても、得られる位１座櫟の
情度は若干の補正式を用いても結局は光センサアレイ内
の光センサ間のピッチＰと光センサ数Ｎとにより左右さ
れる。１１近の進んだ光センサアレイ技術によれば、セ
ンサ間ピッチＰは５ミクロン程度または若干これを下回
る程度にまで短いものの製作が可能で、センサ敗も１０
２４個またはそれ以上のものが得られる。かかる光セン
サ技術を用いれば、比較的小形のアレイで１％以下の高
い精度で位置座標測定が可能で、通常のロボットアイな
どの用途には充分使用できる。また、本発明装置の実施
に必要な電子回路は集積化が容易で、光センサアレイと
ともに１個の半導体チップ内に収納することもできる。 また、前述の対象点決定のためのフローはいずれも比較
的簡単なので、プログラムを記憶するＲＡＭエリアが少
なくてすみ、座標決定手段と合わせても１チツプマイク
ロコンピユータ内に納めて小形で安価な圧型測定装置を
提供することができる。 【発明の効果］ 本発明による位置座標測定装置によれば、装置前面にあ
る測定対象からの光をいずれは固定された１対の光学的
手段とこれに対応して設けられた光センサアレイ手段に
より受け入れ、咳光センサアレイ手段からの映像１８号
列を光センサアレイ手段が発する映像信号列を受けて該
映像信号列の示す、パターンから位置座１測定のための
測定対象点を決定し、該測定対象点の光センサアレイ上
の座標を少なくとも一方の光センサアレイ側について決
定する対象点決定手段と、両光センサアレイ側について
それぞれ決定された前記対象点座標に基づいてあるいは
一方の光センサアレイ側について決定された対象点座標
と両光センサアレイからの映像信号列の示すパターン上
の相互ずれ蚤とに基づいて測定対象の位置座標を決定す
る座標決定手段とにより処理することにより、光学的手
段の光軸を含む測定面内における測定対象の位置座標を
測定することができるので、従来のように装置を測定対
象の方にいちいち向けなくても対象をいわば自動的に見
付けてその位置座標を遠隔測定することができる。従っ
て本発明装置は、所定の形状やパターンを有するワーク
などの対象の位置を確認してそれに応じた動作をする必
要があるロボットや自動走行車両等の人間にかわる限と
しての機能を果たすことができる。前述のように本装置
による位置座標測定結果の精度は、必要に応じてかなり
の精度にまで高めろことが可能である。また、本発明装
置が利用される上述のような用途向きには既にマイクロ
コンピュータが組み込まれている場合が多いので、本発
明の構成中の対象点決定手段と座標決定手段との機能を
この既設のマイクロコンピュータに受け持たせれば、眼
球に相当する小形の光学的手段と光センサアレイ手段と
を所望の部位に必要数取り付けるだけで、大した失費な
しに本発明を実施して大きな効果を挙げろことができる
。
にかつ基線長と呼ばれる距離ｄを相互に隔てて同かれて
いる。 レンズ１，２の対１！ＯＪとの反対側の焦点面上にはそ
れぞれ多数個の光電センサを一列に並べた光センサアレ
イ３．４が置かれており、その受光面上に対ｉ０Ｊから
のレンズ１．２を経由する光Ｌ１．Ｌ２が映像目、１２
としてそれぞれ結像される。容易にわかるように対象Ｏ
Ｊが無限遠にあるとき、すなわち距ｆｇｄが無限大のと
きには、映像Ｉ＋、 １２の中心はレンズ１．２の光軸
が光センサアレイ３．４と交わる基準点に結像されるが
、距ｆｉｄが有限である場合には映像１１．＋２の中心
は前述の基準点からそれぞれ距ｇＩｓｌ、ｓ２だけずれ
る。いまもしこのずれ’ｆｔ５１．ｓ２を測定すること
ができれば、簡単な三角ｉ！！量の原理から −ｆ ｄ 瓢 □ １−ｓ２ グ成立するので、’１６ ｆｆｌに個有な数値ｄ、ｒと
ずれ１３１、ｓ２から距Ｅｌ ｄを測定することができ
る。なお、上式におけるずれ景ｓｌ、ｓ２は図の矢印Ｓ
が示す方向を正としてあり、対象ＯＪが図示の位置にあ
るときにはずれＮ ｓ ｌは正でずれｌｓ２が負である
ことに留意されたい、また、上式中の１ｓｌ−ｓ２は基
線長すを隔てた２個のレンズ１．２によ、て作られる映
像１１．１２間のいわゆるバララックスと称される量で
あり、これをΔｓ −ｉｌ −ｓ２とすると、ずれ１ｔ
ｓＬ、ｓ２を個別に測定することは必要なく、距Ｎｄの
測定はバララックスΔＳを測定することに帰着する。こ
の量ΔＳの測定は後に第４図について説明するように純
電子回路、とくに極小の集積回路によって得ることがで
きる。 この従来例による距離測定装置は、全く可動部がな（、
ｉ＆近の高感度の光センサアレイを用いれば比較的暗視
野でも測定が可能であり、かつ非常に高速測定できる大
きな利点ををする。しかし、測定項目は距離ｄに限られ
ていて対象ＯＪの位置座標を決めることはできず、距離
測定の対象の指定にはファインダ等を用いてレンズＬｌ
、Ｌ２の光軸が対象ＯＪに向くように装置を必要に応じ
て傾けてやらねばならない、この点の解決のため、本件
発明者は先Ｈ（特願昭５８−１４４３３２号）において
、第１２図に原理を示すような装置正面から角度θだけ
傾いた位置にある対象ＯＪまでの距＃ｌＩｄを測定でき
る距離測定装置を提案した。 第１２図に示すこの距離測定装置では、レンズＬＬ。 Ｌ２の光軸から角度θだけ傾いた線が光センサアレイ３
．４と交わる点をそれぞれ基準点とし、映像１１．１２
の中心の基準点からのずれ量をｓ ｌ ＋ ｓ ２とす
ると次式が成立する。 −ｆ ｄ 関 □ （ｓｌ−ｓ２）ｃｏｓθ この場合にも、ずれ量５Ｌｓ２を個別に測定する必要は
な（、パララックスΔ５＝ｓｌ−ｓ２を測定すれば距＠
ｄが得られるのは前と同様である。しかも、角度θと距
ｌｌ１ｄがわかれば、対象ＯＪの極座標ｄ、θが得られ
るのであるから、対象ＯＪの位置座標が測定できるよう
に考えられるかも知れないが、実際にはそう巧くは行か
ない、すなわち、角度θを距離測定装置側で設定してや
る必要があり、これによって始めて設定された角度θの
方向にある対象ＯＪまでの距Ｍｄが測定できるのであっ
て、ｖｉ置の 。 前面にある対１１１ＯＪのもつ位置座標がこれによって
自然に得られるわけではない。 なお、上の第１１図および第１２図で説明した従来装置
はいずれもいわゆるパッシブ方式のものであるが、距離
測定装置としてはこのほかにアクティブ方式のものがあ
る。しかし、その多（はパルス状の光または音波を発射
して測定対象からの反射波を検出し、発射時点から反射
波検出時点までの時間によって距離を測定するものであ
って、この内の音波を利用する方式は元来指向性があま
り良好でなく対象の座標測定には不向きであり、光を利
用するものでは第１２図で説明したと同様の機能は持ち
うろが、角度θを測定装置側で設定しなければならない
ことに変わりはなく、位置座標をこれによって簡単に得
ることはできない。 【発明の目的］ 上述のような従来技術の現状に立脚して、本発明の目的
は測定対象を特定するための角度を指定することな（装
置の前面にある対象の位置を遠隔測定することができる
位置座標測定装置を得ることにある０本発明の副次的な
目的はパッシブ方式が本来持つ利点を生かしながらかか
る装置を得ることに島る。 【発明の買点］ 本発明においては前述の、目的達成のために、従来装置
における互いに基線長を隔てて配設され位置座標を測定
すべき対象からの光を受け入れて該対象が示すパターン
を備え、た映像を結像させる１対の光学的手段と、咳各
光学的手段により結像された映像をそれぞれ受け該映像
のパターンに応じた映像信号列を発する光電形の１対の
光センサアレイ手段とに、光センサアレイ手段が発する
映像信号列を受けて該映像信号列の示すパターンから位
置座標測定のための測定対象点を決定し、該測定対象点
の光センサアレイ上の座標を少なくとも一方の光センサ
アレイ側について決定する対象点決定手段と、両光セン
サアレイ側についてそれぞれ決定された前記対象点座標
に基づいてあるいは一方の光センサアレイ側について決
定された対象点座標と両光センサアレイからの映像信号
列の示すパターン上の相互ずれ量とに基づいて測定対象
の位置座標を決定する座標決定手段とを組み合わせて、
これにより光学的手段の光軸を含む測定面内における測
定対象の位置座標を測定できるようにする。 以下第１図〜第５図を参照しながら本発明の上述の構成
の原理を説明する。 まず第１図は前に説明した第１１図〜１２図に対応する
本発明装置の原理構成図であって、測定対象ＯＪからの
光は１対の光学的手段１０９例えば左右の小さなレンズ
１０Ｌ、１０．ｌＩによって受け入れられ、それらから
短い焦点距ｇｌｌｆだけ後方に配置された左右の光セン
サアレイ２０Ｌ、２０＋？上に左右の映像ＩＬ、 ＩＲ
として結像される。対象ＯＪのもつ位置座標ｘ、 ｙ
の座標軸の原点０は図示のように例えば左右のレンズ１
０Ｌ、１０Ｒ間の基線長す内にあり、Ｘ座標軸は該基線
長方向と−敗しＹ座標は左右のレンズＩＯＬ。 １０Ｒの光軸を含む測定面内にあワてＸ座標軸と直交し
、座標原点０は左右のレンズＩＯＬ、 ＩＯＲの中心か
らそれぞれｂＬ、 ｂＲの距離にあるとする。さらに、
映像ＩＬ、 ＩＲの中心と左右のレンズＩＯＬ、 １０
１１の光軸がそれぞれ左右の光センサアレイ２０Ｌ、２
０Ｒと交わる基準点との間の距離ないしはずれ量をそれ
ぞれｓＬ、ｓＲとし、かつこの正の方向をＸ座榎軸とは
反対方向の図の矢印３で示された方向であるとする。 三角形の相似関係から次式が成立する。 ｘ＋ｂＬ ｓＬ ｙ ｒ ｘ −ｂＲｓＲ ｙ ｒ これらから測定すべき座４１１ｘ、ｙを求めるとｓＬ
−ｂＲ＋５Ｒ−ｂＬ ５ｔ−ｂＲ＋５Ｒ−ｂＬｓＬ
−ｓＲΔ５ ｂ−ｒ ｂ−ｒ ｙ “ ３ ｓＬ −ｓＲＡ ｓ となり（ただしΔ５−ｓＬ−ｓＲとする）、２個のずれ
１ｌｓＬ＋ｓＲｔ−測定すれば座［Ｘ、ｙを求め得るこ
とがわかる。この内厚ｍｙの方は第１１図で説明した距
離ｄと当然同じになり、したがってバララックス看ΔＳ
がわかれば直ちに決定できる。しかし、座１！！ｘの方
はバララックスΔＳのみでは決定できず、ずれ量ｓＬ＋
ｓＲの値が独立に知られない限り決定できず、これが
従来の距Ｎ渕定の場合と大きく異なる点である。なお、
上述の座標Ｘの式は座標原点Ｏを左右のレンズＩＯＬ、
ＩＯＨの内の一方の中心。 例えば第２図１８＋に示すように左方のレンズＩＯＬの
中心と一致させると間車化される。すなわち、上式でｂ
Ｌ−０，ｂＲ−ｂと置けば −ｓＬ ΔＳ となり、本発明の実施に当たって測定回路等を間車化さ
せる上で有利である。 また、第２図中）に示すように測定すべき座標を極座標
「、θとし、例えば座標原点０を左方のレンズＩＯＬの
中心とし、角度θを基線長すに直交する角度基準軸から
時計回り方向に正とするとθ−Ｌｇ−’（−） となり、同様にずれ量ｓＬ、 ｓＲから決定することが
できる。 さて、以上の座標決定の基礎となるずれｌｓＬ。 ｓＲは、前述のようにレンズＩＯＬ、 ＩＯＲの光軸と
光センサアレイ２０Ｌ、２０Ｒの交点を基準点としてお
り、この基準点は光センサアレイ２０Ｌ、２０Ｒの定点
である。しかし映像ＩＬ、 ＩＨの中心は映像ＩＲ，Ｉ
Ｌが一般には分布をもっているので、その分布中の一点
を座標測定の対象点として決めなければならない。 本発明装置における対象点決定手段３０はこのために設
けられたものであって、第１図に示すように左右のセン
サアレイ２０Ｌ、 ２０Ｒからの映像（ε号列ＩＳＬ。 ＩＳＲが例えばスイッチ手段３６を介して対象点決定手
段３０に交互に人力される。光センサアレイ２０Ｌ。 ２０Ｒが第１図または第５図（δ）に例示するようにア
ナログ値の映像１３号が明に１な極値点１すなわち極大
値点をもつ場合は、この極大値点を測定の対象点として
ａ単に決定することができる。しかし、第５図ｆａ＋に
示すように明確な極値点をもつ場合でも、映像信号列Ｉ
ｓはいわば裾野の拡がりをもつことが多いので、適宜に
選ばれたしきい値ｔｈを用いて裾野部を除くことにより
、映像信号列のもつ拡がりを縮少させるのが望ましい、
なお、光センサアレイは個別の光センサの集まりであっ
て極値点として対象点３Ｃの値は整数値に限られはする
が、各光センサ間のビフチｐは数ミクロン程度にまで小
さくできるので通常の測定には精度上の問題はあまりな
い、しかし、より高精度を要する場合には、各映像信号
がアナログ値であることを利用して対象点ｓＣを値を小
数点以下の値をも持つように補正をすることができる。 この補正の要領は同図（ａｌ）に示すように映像信号列
の極値点付近の波形を例えば抛物線近似させる。同図（
ａｌ）において、対象点として得られた整数値をｓＯと
し、映像信号の極大値を！ （０） 、その左右の光セ
ンサからの映像信号の値をそれぞれＩＣ＋１）、 ＋（
−１）とすると補正された対象点ｓＣの値は殆物線近似
の場合次式で与えられる。 ＋ １（＋１）−１（−１）２ｐ
２１（０）−１（＋１） −１（−１）かかる補
正は極値点付近の映像信号列の波形がなだらかである場
合にとくに有効である。 第５図伽）に例示するように映像信号列Ｉｓが明確なＩ
！ｊ値点を有しないが映像の端部が明確な場合には、し
きい値ｔｈで切ることにより映像信号列中の映像部を浮
き上がらせた上でその端ｓｕ、ｓｌを容易に検出できる
ので、両端の中点もしくは両者間を定められた比で内分
する点を対象点３Ｃとして決めろことができる。さらに
映像信号列からは同図＋０１に示すように明確な極値点
も映像の端部も検出できない場合もあるが、このような
ときにもしきい値ｔｈで映像信号列中のノイズ分を除い
た後に映像信号値の分布の重心点を対象点ＩＣとして決
定することができる。 以上のように映像信号列のデータ処理により対象点は決
定できるが、測定対象ＯＪに点光源例えばＬＥＤやマー
ク等の明確なｔ＊ｍを付すことにより対象点の決定をよ
り容易にかつ正確にすることができる。また、測定対象
ＯＪの背景が比較的明るい場合や複雑な場合には照明と
（に赤外光の照明を測定対象に当てて測定対象を視野内
で際立たせるのも有利である。かかろ照明の指向性はと
くに良好である必要はなく、また光センサアレイにシリ
コン系半導体を用いる場合には近赤外領域での感度がよ
いので近赤外光で照明ずゐのが有利である。 もちろんかかる照明を持続させる必要はなく、装置の測
定動作に同期してパルス状ないしはクラッシュ状に与え
ることで充分である。 上記のようにして対象点決定手段により決定された対象
点ｓＣの光センサアレイ上の座標としてのずれ量ｓＬ、
ｓＲは第１［に示すように座標決定手段４０たとえば
マイクロコンビエータに送られて、前述の数式に基づい
て対象ＯＪのもつ位置！！ｌＩｘ、ｙあるいはｒ、θが
決定される。 さて、この測定すべき位置座標ｘ、ｙあるいは「、θの
内の座標ｘ、ｙは従来からの距離測定装置によっても測
定が可能なので、本発明装置を距離測定回路を利用して
構成することもできる。第３図はかかる構成の原理図で
あって、この場合には距離測定回路５０からのパララッ
クス量Δ３と一方のずれ量例えば図示のようにずれＪｉ
ｓＬとを座標決定手段４０に与えればよい、第４図はこ
の距離測定回路５０の公知の回路例を例示するもので、
この例ではマイクロコンピュータとして構成された座標
決定手段４０が回路に対する制御パルス敗を与える。こ
の回路構成を闇路に説明すると次のとおりである。 光センサアレイ２０Ｌ、２０Ｒからのアナログ値の映像
信号列ＩＳＬ、 ＩＳＲは図の上方のアナログディジタ
ル変換器５１Ｌ、５１Ｒによってディジタル値の映像デ
ータ列にそれぞれ変換されてその下方のシフトレジスタ
５２Ｌ、５２Ｒにそれぞれ格納される。これらの映像デ
ータ列は座標決定手段４０からの互いに同期されたシフ
トパルスＳＰＬ、 ＳＰＲによってシフトレジスタ５２
Ｌ、５２Ｒからイクスクルーシプノアゲート５３に逐次
出力されデータの一敗、不−敗が検定され、左右の映像
データ列間の一敗データ敗がカウンタ５４内に記憶され
る。シフトレジスタ５２Ｌ、５２Ｒ内の映像データは還
流されており、１回の左右の映像データ列間の一致検定
終了後に左方のシフトレジスタ５２Ｌ内のデータをシフ
トパルスＳＰＬにより１段ずらせた後に同様の左右の映
像データ列間の一致検定が操り返されろ、各−敗検定後
に比較回路５５はその下方のカウンタ５６のカウント値
とカウンタ５４内の毎回の一敗検定結果のカウント値を
比較して、常に左右の映像列間のデータの最大−成敗を
カウンタ５６に記憶させると同時にその旨をレジスタ５
８に伝える。レジスタ５８の上方のカウンタ５７は毎回
の一致検定に対応するパララックス量ΔＳを座標決定手
段からのパルスをカウントすることにより記憶しており
、レジスタ５８は比較回路５５からの信号に基づいてカ
ウンタ５７のカウント値を読み込むので、その中には左
右の映像データ列間が最大−敗したときのパララックス
量Δ３が記憶されていることになり、−敗検定をすべて
終えた後にパララックス量ΔＳがレジスタ５８から出力
される。 以上の説明かられかるように距ｍｍ定回路５０自体の構
成はやや？ｘ雑になるが、既存の距離測定回路を利用す
ることにより、本発明の座標決定手段を間易に構成する
ことができる。 【発明の実施例】 以下第６図から第１０図を参照しながら本発明の実施例
を詳細説明する。 第６図は前に第５図ｆａｔで示したように映像信号列Ｉ
ｓが明確な極値点を有する場合に適する対象点決定手段
の具体回路例を示すものである。図中の光センサアレイ
手段２０は第１図または第３図の左右の光センサアレイ
２０Ｌ、２０Ｈの一方を代表しており、例えば公知のＣ
ＣＤ方式やＮＯ５形イメージセンサからなる光センサア
レイである。この光センサアレイ手段２０からの映像信
号列Ｉｓは、図の下方に示された座標決定手段４０から
のクロ７クパルスφに同期してアナログ値の映像信号を
１個ずつ８亥手段の右端からしきい種回路３１に与える
。また上のクロックパルスφはカウンタ３４にも与えら
れており、該カウンタ３４はクロックパルスφによって
出方される映像信号の番号１（１−Ｎ）をカウント値と
して記憶している。しきい種回路３１の右方に示されて
いるのはサンプルホールド回路３２であって、スイッチ
ングトランジスタ３２ａと、キャパシタ３２ｂと、ボル
テージフォロワ接続の演算増幅器３２ｃとからなり、例
えばＦ！！Ｔとして構成されたスイッチングトランジス
タ３２ａのゲートにストローブ信号ＳＳを受けたとき該
トランジスタ３２ａがオンして、アナログディジタル変
換器３１からの映像信号の値をキャパシタ３２ｂの充電
電圧として記憶し、その右方に示されたコンパレータ３
３の反転入力に与える。コンパレータ３３はその非反転
入力にクロックパルスφに同期してしきい種回路３１か
ら毎回発しられる映像信号値を受けており、サンプルホ
ールド回路３２から受けている映像信号値を毎回の映像
信号値が越えたときにのみストローブ信号ＳＳを発する
。従うて、このストローブ信号ＳＳにより記憶動作をす
るサンプルホールド回路３２は、常に光センサアレイ手
段から順次出力される映像信号の内の最大値を記憶して
いることになる。ストローブ信号ＳＳは前述のカウンタ
３４の下方に示されたレジスタ３５にも与えられており
、このレジスタ３５はストローブ信号ＳＳを受けるつど
カウンタ３４のカウントＭを図示のようにビットパラレ
ルに読み込むので、サンプルホールド回路３２内に記憶
されている映像信号列Ｉｓ内の最大の映像信号値をもつ
映像信号番号を常に記憶していることになる。従って光
センサアレイ手段２０内のＮ個の映像信号が出力された
後、座標決定手段４０はレジスタ３５の記憶値をずれ１
ｌｓＬまたはｓＲとして読み取れば、映像信号列Ｉｓ中
の極値として決定された対象点３Ｃの座標を得ることが
できる。 座標決定手段４０は前述のようにそれ自体を１個のマイ
クロコンビエータとして構成するのがよく、ずれ量ＳＬ
＋ｓＲあろし）はバラランクス量Δ３を受けて座標Ｘ、
７あるいはｒ、θを数値計算した上で出力する。第７図
はこの座標決定手段４０としてのマイクロコンピュータ
に対象点決定手段３０のもつ機能のかなりの部分を受け
持たせるようにした本発明の異なる実施例を示すもので
ある。 第７図において、それぞれＮ個の左右の光センサアレイ
２０Ｌ、２０Ｒからの映像信号列ＩＳＬ、 ｒｓＲは、
座標決定手段４０によってｌ１ｌｉＩＩｉ１される電子
スイッチ３６、シきい種回路３１およびＡＤＣ回路３７
を介して多ビットのディジタル値の映像データ列に変換
された上で座標決定手段４０内に読み込まれる。座標決
定手段４０はＣＰｔ１４１．ＲＯＭ４２およびＲＡＭ４
３を備えたマイクロコンビエータであり、その入力ポー
トを介して前述の映像データ列と座標決定の測定開始指
令ＭＳを受け、その出力ボート４５を介して左右の光セ
ンサアレイ２０Ｌ、２０１１からの映像信号列ＩＳＬ、
ＩＳＲの出力を指令するクロックパルスφＬ、φｇと
電子スイッチ３６への切換指令Ｓ曾とを発するとともに
、測定結果としての位置座標に、ｙあるいはｒ、θを出
力する。 以下、第８図〜第１０図に示されたフローを参照しなが
らこの第７図の実施例の動作を説明する。 第８図のフローは前述の測定開始指令ＭＳによって起動
され、図の左方の列のフローは映像データの読み込みフ
ロー、中央の列のフローが対象点決定手段３０としての
動作フロー、右方の列のフローが座標決定手段４０とし
ての動作フローである。最初のステップＳｔでは映像デ
ータ番号（１〜ｎ）を表す変数１が１にセントされ、ス
テップＳ２では切換指令鋪が０に指定されて電子スイッ
チ３６はこれによって図示のように左方の光センサアレ
イ２０Ｌ側に接続される。ステップＳ３では該左方の光
センチアレイ２ＯＬに対するクロックパルスφＬが１個
出力され、これによってｉ′＃目の映像データＩＬ（ｉ
）が読み込まれる。つづいてステップＳ４では切換）旨
令Ｓ−がｌに指定され、これによって電子スイッチ３６
を右方の光センサアレイ２ＯＲの側に接続した上で、ス
テップＳ５でクロックパルスφＬを１個発して右方の光
センナアレイ２０Ｉ？からの１番目の映像データＩＲ（
＋）を読み込む、ステップＳ６では常に変数１に１を加
算し、左右の光センサアレイ２０Ｌ、２０Ｒからの全映
像データＩＬ、ＩＲを読み込んで、ステップＳ７で変数
豊がＮよりも大と判定されるまでステップ８２〜Ｓ７を
操り返す。 全映像データＩＬ、ＩＲの読み込み完了後にフローは対
象点の決定のためのフローに入る。第８図のこの部分の
フローは府と同様に映像データの極値点を対象点と決め
てそのずれｌｓＬ、ｓＲを決めるためのフローである。 ステップＳ８では左右の映像データ列それぞれ中の最大
データ値を表す変数ＩＬＭ。 ＩＬＲの値をＯにセフ）し、ステップＳ９では変数１を
再び１にセントする。ステップ５１０ではＩ＃ｒ目の左
方の映像データＩＬ（１） ｔｒ変数ＩＬＨと比較し、
前者が後者よりも大なるときに限り次のステップ５１１
において変数ＩＬＭ ＠ ｌ ＃目の左方の映像データ
ＩＬ（ｉ）に置き換えるとともに左方のずれ量を示す変
敗ｓＬをｌと置く、同様にステップ５１２．５１３にお
いては右方の映像データＩＲ（１）を変数ＩＲＭと比較
して前者の方が大なときに変数ＩＲＭとｓＲとをそれぞ
れＩＲ（１）、 ｌで置き換える。ステップＳ１４で変
数ｉに１を加算し、次の判定ステップＳ１５で変数ｉが
Ｎより大と判定されろまでステップ８１Ｇ −５１５の
フローを操り返し、これによって左右の映像データ列Ｉ
Ｌ、 ＩＲ中の最大値をもつ映像データ番号ＳＬ。 ＳＲを対象点と決定し、その番号を対象点の光センサア
レイ２０Ｌ、 ２０Ｒ中の座標として得る。ステップＳ
１５の後に、この図には記されていないが、必要な場合
は前に第５図ｆａｔで説明したこの座標ＳＬ、ＳＲに対
する補正フローを挿入することができる。 座標決定手段４０としてのフローの最初のステップでは
左右の基準点の庄ｔ！！ＳＬＯ，ＳＲＯを前の左右の対
象点の座標ｓＬ、 ｓＲから差し引くことによりずれ！
ｌｓＬ＋ｓＲ４を得る。この基準点の座標ＳＬＯ，ＳＲ
Ｏは第１図のレンズ１０Ｌ、ＩＯＲの光りと光センサア
レイ２０Ｌ。 ２０Ｒとの交点のもつ光センサアレイ上の座標であり、
整数とは限らず一般的な数値をもち得る０次のステップ
Ｓ１７ではパララックス量ΔＳがずれ景ｓＬ、ｓＲから
計算され、最後のステップ５１８．３１９においてそれ
ぞれ枠内に示された式によって求める位置座標ｘ、ｙが
計算されて全フローを終える。 なお、最後のステップ５１９における算式中のＰは前述
の光センサアレイ中の光センサ間ピッチである。 第９図に示されたフローは第８図のステップ３８〜５１
５に対応して、前の第５図世）で説明した手段により対
象点を決定するためのフローであり、簡明化のため左右
の映像データ列に対するフローの内の一方に対するフロ
ーのみが示されている。この最初のステップ５２Ｇでは
検出すべき映像端ｓｕ。 ｓｌのもつ座標の和を示す変数３３と映像端の数を示す
変数ｎを０にセントする。つづくステップ３２１では映
像データ番号変数１を２とおき、ステップ５２２では１
番目の映像データ！（ｉ）とｉ−１番目の映像データＤ
ｉ １）との差の絶対値が所定値１ｔｈより大か否
かが判定されろ０判定結果が真であれば映像端であるこ
とを示すので、次のステップ３２３において変敗Ｓ３に
１を加算した上で０．５を減じ、変数ｎに１を加算する
。０．５の減算は映像端が１番目と１−１番目との間に
あるとするためである。 前と同様の１の加算ステップＳ２４と判定ステップＳ２
５を経由してＮ個の映像データ全部について映像端を検
出した上で、ステップ３２６において変数Ｓｓを変数ｎ
で除した座標Ｓを１）て、これを左方の対象点座標ＳＬ
または右方の対象点座標ＳＲとする。 この場合、映像の両端が正規に検出されておればｎ−２
となるはずであるが、第５図世）に示したしきいｔｆｉ
ｔｈが不適切なときは、上式が成立しない場合もあるの
で、第７図に示すようにしきい値変更櫓令ＴＳをしきい
値回路３１に与えてしきい値を変更することができる。 また、対象の映像パターンの種１や背景の次第によって
、しきい値を変えてもｎ−２が成立しないこともあるの
で、この場合には第１θ図のフローに移行するようにす
ることができる。 第１０図のフローは対象点決定手段３０に第５図ｔｏ）
に示した手段により対象点を決定させろためのもので、
第９図と同様に左右の映像データの一方に対するフロー
のみが示されている。最初のステップＳ２７では映像デ
ータ番号ｌと映像データＩ（Ｌ）との積の和を示す変数
５１７と映像データｒ （１）の和を示す変数Ｓ＋を０
にセットし、ステップ３２Ｂで変数ｌを１に置いてから
繰り返しフローに入る。ステップＳ２９では変数ｓｔｔ
、ｓｔに所定の加算をし、ステップＳ３０．３３１を経
てステップＳ３２において両変数の比から映像の重心と
しての対象点の座１ｌｌｓを得る。第９図または第１０
図のフローから得られる左右の対象点座標ｓＬ＋ ｓＲ
は第８図の座標決定手段４０に引き継がれて座標決定に
用いられる。 なお、第８図の中央列、第９図および第１０図に示され
た対象点決定手段３０としてのフローは、相互に独立し
て利用することもできるし、あるいはその一つの決定が
不適当なときに他のフローに自動的に入るようにするこ
ともできる。また、これらのフローのほかにより複雑な
公知のパターン認識の手法を利用してもよく、パターン
Ｌｕ１ｍにより測定対象の映像の区域が光センサアレイ
上の座標について特定できさえすれば、この区域内にお
いて対象点を目的に応じたアルゴリズムにより決定する
ことができる。もちろん、かかる代替えフローを複数個
並用して位置座標測定結果のｆ８傾度をｆ１認すること
も可能である。 また、以上の実施例説明においては位置座標としては二
次元の例えばｘ、ｙ座標のみについて説明したが、三次
元座標例えばｘ、ｙ、ｚ座標が必要な場合には、本発明
装置内の光学的手段と光センサアレイ手段とを２組用い
、その測定面すなわちレンズＩＯＬ、 ＩＯＲの光軸が
決定する面を互いに直交させることによって三次元の位
２［１を測定することができる。この場合、対象点決定
手段と座標決定手段とはこの２組の光センサアレイ手段
からの映像信号列を切換えで入力して処理をすることが
できる。 上述のいずれの実施例においても、得られる位１座櫟の
情度は若干の補正式を用いても結局は光センサアレイ内
の光センサ間のピッチＰと光センサ数Ｎとにより左右さ
れる。１１近の進んだ光センサアレイ技術によれば、セ
ンサ間ピッチＰは５ミクロン程度または若干これを下回
る程度にまで短いものの製作が可能で、センサ敗も１０
２４個またはそれ以上のものが得られる。かかる光セン
サ技術を用いれば、比較的小形のアレイで１％以下の高
い精度で位置座標測定が可能で、通常のロボットアイな
どの用途には充分使用できる。また、本発明装置の実施
に必要な電子回路は集積化が容易で、光センサアレイと
ともに１個の半導体チップ内に収納することもできる。 また、前述の対象点決定のためのフローはいずれも比較
的簡単なので、プログラムを記憶するＲＡＭエリアが少
なくてすみ、座標決定手段と合わせても１チツプマイク
ロコンピユータ内に納めて小形で安価な圧型測定装置を
提供することができる。 【発明の効果］ 本発明による位置座標測定装置によれば、装置前面にあ
る測定対象からの光をいずれは固定された１対の光学的
手段とこれに対応して設けられた光センサアレイ手段に
より受け入れ、咳光センサアレイ手段からの映像１８号
列を光センサアレイ手段が発する映像信号列を受けて該
映像信号列の示す、パターンから位置座１測定のための
測定対象点を決定し、該測定対象点の光センサアレイ上
の座標を少なくとも一方の光センサアレイ側について決
定する対象点決定手段と、両光センサアレイ側について
それぞれ決定された前記対象点座標に基づいてあるいは
一方の光センサアレイ側について決定された対象点座標
と両光センサアレイからの映像信号列の示すパターン上
の相互ずれ蚤とに基づいて測定対象の位置座標を決定す
る座標決定手段とにより処理することにより、光学的手
段の光軸を含む測定面内における測定対象の位置座標を
測定することができるので、従来のように装置を測定対
象の方にいちいち向けなくても対象をいわば自動的に見
付けてその位置座標を遠隔測定することができる。従っ
て本発明装置は、所定の形状やパターンを有するワーク
などの対象の位置を確認してそれに応じた動作をする必
要があるロボットや自動走行車両等の人間にかわる限と
しての機能を果たすことができる。前述のように本装置
による位置座標測定結果の精度は、必要に応じてかなり
の精度にまで高めろことが可能である。また、本発明装
置が利用される上述のような用途向きには既にマイクロ
コンピュータが組み込まれている場合が多いので、本発
明の構成中の対象点決定手段と座標決定手段との機能を
この既設のマイクロコンピュータに受け持たせれば、眼
球に相当する小形の光学的手段と光センサアレイ手段と
を所望の部位に必要数取り付けるだけで、大した失費な
しに本発明を実施して大きな効果を挙げろことができる
。
第１図〜第１Ｏ図は本発明に関するもので、内第１図は
本発明による位置座標測定装置の原理構成図、第２図は
本発明装置により測定される位置座標の座標軸の例示説
明図、第３図は第１図の変形例としての原理説明図、第
４図は従来装置および本発明装置に利用可能な距離測定
回路例のブロック回路図、ＩＲ５図は対象点決定手段の
動作態様例を説明するための映像信号列の波形図、第６
図は本発明の一実施例における対象点決定手段の回路図
、第７図はマイクロコンビエータとして構成された座標
決定手段に対象点決定手段の機能を分担させ４本発明の
異なる実施例の回路図、第８図は該異なる実施例の動作
フロー図、第９図および第１０図は対象点決定手段のそ
れぞれ興なる動作態様を示すフロー図である。第１１図
と第１２図とはそれぞれ異なる従来技術による距Ｍ１１
１定装置の原理構成図である０図において、 １０＋光学的手段、ＩＯＬ、ＩＯＲ：左右のレンズ、２
０：光センサアレイ手段、２０１．．２０Ｒ？左右の光
センサアレイ、３０：対象点決定手段、４０：座標決定
手段、５０：距離測定回路、ｂ：基線長、ｄ：対象まで
の距離、ｒ ｉ Ｌ、ンスｌＯＬ、１０９ ｆ）Ｐ、点
圧Ｍ、ＩＬ。 ■Ｒ：対象の左右の映像、＋１映像信号列、ＩＳＬ、Ｉ
ＳＲ：左右の映像信号列、０；座標軸原点、ＯＪ：ｌ定
対象、Ｎ：光センサアレイ内の光センサ数、Ｐ：光セン
サ間ピッチ、ｒ、θ：Ｗ１座標で表された位置座標、３
Ｃ：対象点のもつ座標、ｓＬ、ｓＲ：左右のずれ貝、ｓ
Ｌｏ、ｓＲＯ：左右の光センサアレイ上の平準点座標、
ｓｕ＋ｓｌ ： Ｂｊ！像の両端の座標、ｘ、ｙ：直
交座標で表された位π座標、Ｘ、Ｙ：ｉ交座標軸、であ
る。 第２図 第４図 第５図 第９図
本発明による位置座標測定装置の原理構成図、第２図は
本発明装置により測定される位置座標の座標軸の例示説
明図、第３図は第１図の変形例としての原理説明図、第
４図は従来装置および本発明装置に利用可能な距離測定
回路例のブロック回路図、ＩＲ５図は対象点決定手段の
動作態様例を説明するための映像信号列の波形図、第６
図は本発明の一実施例における対象点決定手段の回路図
、第７図はマイクロコンビエータとして構成された座標
決定手段に対象点決定手段の機能を分担させ４本発明の
異なる実施例の回路図、第８図は該異なる実施例の動作
フロー図、第９図および第１０図は対象点決定手段のそ
れぞれ興なる動作態様を示すフロー図である。第１１図
と第１２図とはそれぞれ異なる従来技術による距Ｍ１１
１定装置の原理構成図である０図において、 １０＋光学的手段、ＩＯＬ、ＩＯＲ：左右のレンズ、２
０：光センサアレイ手段、２０１．．２０Ｒ？左右の光
センサアレイ、３０：対象点決定手段、４０：座標決定
手段、５０：距離測定回路、ｂ：基線長、ｄ：対象まで
の距離、ｒ ｉ Ｌ、ンスｌＯＬ、１０９ ｆ）Ｐ、点
圧Ｍ、ＩＬ。 ■Ｒ：対象の左右の映像、＋１映像信号列、ＩＳＬ、Ｉ
ＳＲ：左右の映像信号列、０；座標軸原点、ＯＪ：ｌ定
対象、Ｎ：光センサアレイ内の光センサ数、Ｐ：光セン
サ間ピッチ、ｒ、θ：Ｗ１座標で表された位置座標、３
Ｃ：対象点のもつ座標、ｓＬ、ｓＲ：左右のずれ貝、ｓ
Ｌｏ、ｓＲＯ：左右の光センサアレイ上の平準点座標、
ｓｕ＋ｓｌ ： Ｂｊ！像の両端の座標、ｘ、ｙ：直
交座標で表された位π座標、Ｘ、Ｙ：ｉ交座標軸、であ
る。 第２図 第４図 第５図 第９図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）互いに基線長を隔てて配設され位置座標を測定すべ
き対象からの光を受け入れて該対象が示すパターンを備
えた映像を結像させる１対の光学的手段と、該各光学的
手段により結像された映像をそれぞれ受け該映像のパタ
ーンに応じた映像信号列を発する光電形の１対の光セン
サアレイ手段と、該光センサアレイ手段が発する映像信
号列を受けて該映像信号列の示すパターンから位置座標
測定のための測定対象点を決定し、該測定対象点の光セ
ンサアレイ上の座標を少なくとも一方の光センサアレイ
側について決定する対象点決定手段と、両光センサアレ
イ側についてそれぞれ決定された前記対象点座標に基づ
いてあるいは一方の光センサアレイ側について決定され
た対象点座標と両光センサアレイからの映像信号列の示
すパターン上の相互ずれ量とに基づいて測定対象の位置
座標を決定する座標決定手段とを備え、前記光学的手段
の光軸を含む測定面内における測定対象の位置座標を測
定することを特徴とする位置座標測定装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、測定対
象の位置座標が基線長を含む線を一方の座標軸とし、こ
れに直角な測定面内の線を他方の座標軸とする直角座標
であることを特徴とする位置座標測定装置。 ３）特許請求の範囲第２項記載の装置において、座標軸
の原点が１対の光学的手段の内の一方の中心に選定され
たことを特徴とする位置座標測定装置。 ４）特許請求の範囲第１項記載の装置において、測定対
象の位置座標が一方の光学的手段の中心を座標原点とし
基線長方向と直角な測定面内の線を角度基準軸とする極
座標であることを特徴とする位置座標測定装置。 ５）特許請求の範囲第１項記載の装置において、対象点
決定手段が映像信号列中の信号値の極値を示す点を測定
対象点として決定することを特徴とする位置座標測定装
置。 ６）特許請求の範囲第５項記載の装置において、信号値
の極値を発生させるための点光源が測定対象に設けられ
ることを特徴とする位置座標測定装置。 ７）特許請求の範囲第５項記載の装置において、信号値
の極値を発生させるための標識が測定対象に取り付けら
れることを特徴とする位置座標測定装置。 ８）特許請求の範囲第１項記載の装置において、対象点
決定手段が映像信号列の示すパターンの両端を検出し、
該両端間を所定の比で内分する点を測定対象点として決
定することを特徴とする位置座標測定装置。 ９）特許請求の範囲第１項記載の装置において、対象点
決定手段が映像信号列の信号値上の重心点を測定対象点
として決定することを特徴とする位置座標測定装置。 １０）特許請求の範囲第１項記載の装置において、映像
信号列で測定対象の映像パターンを背景から際立たせる
ための照明が測定対象に当てられることを特徴とする位
置座標測定装置。 １１）特許請求の範囲第１０項記載の装置において、照
明として近赤外光が用いられることを特徴とする位置座
標測定装置。 １２）特許請求の範囲第１０項記載の装置において、照
明が位置座標の測定と同期してパルス状に与えられるこ
とを特徴とする位置座標測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24189784A JPS61120001A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | 位置座標測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24189784A JPS61120001A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | 位置座標測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61120001A true JPS61120001A (ja) | 1986-06-07 |
Family
ID=17081176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24189784A Pending JPS61120001A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | 位置座標測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61120001A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63128413U (ja) * | 1987-02-13 | 1988-08-23 | ||
| JPS6423195A (en) * | 1987-07-20 | 1989-01-25 | Nippon Atomic Ind Group Co | Fuel assembly |
| US5155347A (en) * | 1990-08-01 | 1992-10-13 | Fuji Electric Co., Ltd. | Object detector for an optical instrument |
| US5602944A (en) * | 1990-06-26 | 1997-02-11 | Fuji Electric Co., Ltd. | Object-detecting system for optical instrument |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54161963A (en) * | 1978-06-12 | 1979-12-22 | Mitsubishi Electric Corp | Size measuring apparatus |
-
1984
- 1984-11-16 JP JP24189784A patent/JPS61120001A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54161963A (en) * | 1978-06-12 | 1979-12-22 | Mitsubishi Electric Corp | Size measuring apparatus |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63128413U (ja) * | 1987-02-13 | 1988-08-23 | ||
| JPS6423195A (en) * | 1987-07-20 | 1989-01-25 | Nippon Atomic Ind Group Co | Fuel assembly |
| US5602944A (en) * | 1990-06-26 | 1997-02-11 | Fuji Electric Co., Ltd. | Object-detecting system for optical instrument |
| US5155347A (en) * | 1990-08-01 | 1992-10-13 | Fuji Electric Co., Ltd. | Object detector for an optical instrument |
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