【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、物体の距離及び傾斜情報を単一の装置により
光学的に取得する装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for optically acquiring distance and tilt information of an object with a single device.
（従来技術） 形状計測や倣い制御などに使用するプローブとしては、
対象面までの距離情報を非接触で取得できることが望ま
しい。非接触の距離情報取得法としては、光学的な方法
が広く用いられている。特に距離検出用プローブとして
は、光ビーム投射により、物体上に輝点を生成し、別の
位置に配置された観測系の観測面上における輝点像の位
置を検出し、輝点までの距離を三角測量の原理に基づい
て求める特開昭60−52710号公報記載のような方式のも
のが多用されている。(Prior Art) As a probe used for shape measurement and copying control,
It is desirable that the distance information to the target surface can be acquired without contact. An optical method is widely used as a non-contact distance information acquisition method. In particular, the distance detection probe detects the position of the bright spot image on the observation plane of the observation system placed at another position by generating a bright spot on the object by light beam projection, and determines the distance to the bright spot. The method described in Japanese Patent Laid-Open No. 60-52710, which is used to obtain the value based on the principle of triangulation, is often used.
（発明が解決しようとする問題点） 形状計測や倣い制御などにおける表面走査などにおいて
は、単に表面までの距離のみでなく、対象面の傾斜の情
報も取得できると具合がよい。従来方式のプローブを使
用した場合、複数点の距離を計測し、それらから対象面
の傾斜情報を抽出する方法が一般的であった。この方法
によれば、非常に正確な傾斜情報の取得が可能である
が、計測速度の低下に来すなどの問題があった。通常の
使用においては、あまり正確でなくとも、大まかな傾斜
情報で充分な場合が多い。(Problems to be Solved by the Invention) In surface scanning and the like in shape measurement and copying control, it is preferable that not only the distance to the surface but also information on the inclination of the target surface can be acquired. When a conventional probe is used, it is common to measure the distances of a plurality of points and extract the tilt information of the target surface from them. According to this method, it is possible to obtain very accurate inclination information, but there is a problem such as a decrease in measurement speed. In normal use, rough inclination information is often sufficient, though not very accurate.
本発明の目的は、光ビームを用いて対象物表面上に生成
された輝点の位置とその位置における大まかな傾斜情報
を簡単かつ高速に取得できる手段を提供することにあ
る。An object of the present invention is to provide a means for easily and rapidly acquiring the position of a bright spot generated on the surface of an object using a light beam and the rough tilt information at that position.
（問題点を解決するための手段） 上記目的は、物体上に輝点を生成するための光ビームを
投射する光ビーム投射手段、前記光ビームの軸の周囲に
あって、互いに異なる方位に設置され、前記ビームと交
差する方向の輝点像位置検出機能及び輝点像光量検出機
能の両方を備える複数の光検出素子、前記輝点を前記光
検出素子上に投影する観測レンズ、及び前記光検出素子
により検出された前記輝点像位置から前記物体上の輝点
までの位置情報を算出し、各前記光検出素子により検出
された光量から前記物体上の輝点における傾斜情報を算
出する演算手段からなる光学的距離傾斜情報取得装置に
より達成できる。(Means for Solving the Problems) The above-mentioned objects are: a light beam projection means for projecting a light beam for generating a bright spot on an object; and a light beam projection means installed around the axis of the light beam in mutually different directions. A plurality of photodetector elements having both a bright spot image position detection function and a bright spot image light amount detection function in a direction intersecting with the beam, an observation lens for projecting the bright spots on the light detection element, and the light Calculation for calculating position information from the bright spot image position detected by the detection element to the bright spot on the object, and calculating tilt information at the bright spot on the object from the amount of light detected by each photodetector This can be achieved by an optical distance / gradient information acquisition device comprising means.
（作 用） 第１図に示すように、光ビーム投射軸周囲の異なった位
置に、光ビームと交差する方向（半径方向）の輝点像位
置検出機能及び輝点像光量検出機能の両方を備え、輝点
Ｔから反射され、観測レンズ（図示せず）を介して収束
された輝点像を検出する複数の光センサＰを配置し、こ
れらの光センサＰからの光量検出信号を演算処理するこ
とによって、対象面の傾斜方位と、その大まかな傾斜角
の検出を実現できる。また、光センサの輝点像の半径方
向位置から３角測量の原理に基づいて、物体の輝点Ｔま
での距離が検出される。以下、光センサの検出光量によ
る傾斜情報の取得の過程を詳細に述べる。一般に、光ビ
ームＢを物体表面に投射したとき、物体Ｏ上に生成され
る輝点Ｔの輝度分布は、物体Ｏ表面の傾斜によって変化
し、第２図のようになる。輝度は一般に正反射方向で最
小値となり光ビームＢに対し正反射の反対の方向では最
大値となる。ここでは簡単のため、最大傾斜方向の光軸
を通る二次元平面上で考えるが、このようにしても一般
性を失わない。(Operation) As shown in Fig. 1, both the bright spot image position detection function and the bright spot image light amount detection function in the direction intersecting the light beam (radial direction) are provided at different positions around the light beam projection axis. A plurality of optical sensors P for detecting the bright spot image reflected from the bright spot T and converged through an observation lens (not shown) are arranged, and the light amount detection signals from these optical sensors P are processed. By doing so, the tilt azimuth of the target surface and the rough tilt angle thereof can be detected. Further, the distance from the radial position of the bright spot image of the optical sensor to the bright spot T of the object is detected based on the principle of triangulation. Hereinafter, the process of acquiring the tilt information based on the light amount detected by the optical sensor will be described in detail. Generally, when the light beam B is projected onto the object surface, the brightness distribution of the bright spots T generated on the object O changes depending on the inclination of the object O surface, as shown in FIG. Luminance generally has a minimum value in the direction of specular reflection and a maximum value in the direction opposite to specular reflection with respect to the light beam B. Here, for the sake of simplicity, a two-dimensional plane passing through the optical axis in the maximum tilt direction will be considered, but the generality is not lost even in this case.
この場合、光ビームの入射方向に対しψなる角度方向の
輝度Ｂψは、近似的に式（１）で表現することかでき
る。In this case, the brightness Bψ in the angle direction that is ψ with respect to the incident direction of the light beam can be approximately expressed by Expression (1).
Ｂψ＝▲Σn▼BnCOSn（ψ−２γ） ……（１） Bnの値により種々の反射形態を表現できるが、例えば、
ｎ＝１の項のみの場合には、物体表面が完全拡散面の場
合に相当し、ｎ＝∞（実際にはｎが非常に大きい）の項
のみの場合には、鏡面の場合に相当する。通常の場合に
は、ｎについて多くの項を含んだもので表現され、各々
の項は物体表面の状態によって異なった値をとる。B ψ = ▲Σn ▼ BnCOSn (ψ-2γ) (1) Various reflection forms can be expressed by the value of Bn.
The case of only n = 1 corresponds to the case where the object surface is a perfect diffusion surface, and the case of only n = ∞ (actually, n is very large) corresponds to the case of a mirror surface. . In the normal case, n is expressed by including many terms, and each term has a different value depending on the state of the object surface.
さて、光ビーム投射により生成された輝点の輝度分布を
式（１）で表現したとき、第３図のように光センサＰを
配置した構成でθ１の方位およびそれと180゜ずれたθ
２の方位に配置された光センサに入射する光量Ｉ
（θ１）、Ｉ（θ２）を考えると、これらは、次式で与
えられる。Now, when the brightness distribution of the bright spots generated by the light beam projection is expressed by the formula (1), the azimuth of θ1 and the θ deviated by 180 ° from the azimuth of the optical sensor P are arranged as shown in FIG.
Light amount I incident on the optical sensor arranged in the azimuth2
Considering (θ1 ) and I (θ2 ), these are given by the following equations.
いまここで、β１＝−β＝β、α１＝α２＝αかつB
2（ｎ＝２）以外の項が零である場合を考えてみると、
この場合、となり、傾き角γは、が与えられる。 Here, β1 = −β = β, α1 = α2 = α and B
Considering that the terms other than2 (n = 2) are zero,
in this case, And the tilt angle γ is Is given.
いま、第３図で、sin（β＋α）、cos（β＋α）、sin
β、cosβは次のようになる。Now, in FIG. 3, sin (β + α), cos (β + α), sin
β and cosβ are as follows.
従って、これらの値を式（４）に代入すると、 tan4γは次式で与えられる。 Therefore, by substituting these values into equation (4), tan4γ is given by the following equation.
従って、第３図の構成で、二つの光センサで検出される
光量Ｉ（θ１）、Ｉ（θ２）を検出し、対象面までの距
離が分かれば、tan4γが確定し、傾斜角γを確定できる
ことになる。 Therefore, in the configuration of FIG. 3, the light amounts I (θ1 ) and I (θ2 ) detected by the two optical sensors are detected, and if the distance to the target surface is known, tan4γ is determined and the tilt angle γ Will be confirmed.
ｚの値は、光ビームと交差する方向、即ち半径方向での
光センサ上の輝点像位置から３角測量の原理に基づいて
得られる。The value of z is obtained from the position of the bright spot image on the photosensor in the direction intersecting the light beam, that is, in the radial direction, based on the principle of triangulation.
ここでは、式（１）の輝度分布でｎ＝２の項のみを考慮
し、また特別な配置について検討したものであるが、一
般的な場合にも同様のことが言える。Here, although only the term of n = 2 is considered in the luminance distribution of Expression (1) and a special arrangement is examined, the same can be said for a general case.
（実施例） 以下、第４図を参照しつつ、本発明の一実施例である小
型光学距離検出装置を説明する。観測面上の異なる方位
に、半径方向像位置機能及び輝点像光量検出機能の両方
を備える複数の光センサＰが設置されている。第４図
は、光センサＰを８個配置した場合の例である。いま、
ある方向に対する断面を考えて、傾斜情報の取得が可能
であることを示す。第５図に示すようなパラメタを用い
ると、それぞれを光センサＰが受光する光量は、第２図
に示した反射特性を仮定し、次のように計算される。(Embodiment) With reference to FIG. 4, a small optical distance detecting device according to an embodiment of the present invention will be described below. A plurality of optical sensors P having both a radial image position function and a bright spot image light amount detection function are installed in different directions on the observation surface. FIG. 4 shows an example in which eight optical sensors P are arranged. Now
We show that the inclination information can be obtained by considering the cross section in a certain direction. When the parameters as shown in FIG. 5 are used, the amount of light received by the photosensor P is calculated as follows, assuming the reflection characteristics shown in FIG.
いまここで、前の例と同様なにｎ＝２の項のみが零でな
い場合を考えてみる。このとき（7a）、（7a）式は、次
のようになる。 Now, consider the case where only the n = 2 term is not zero, as in the previous example. At this time, equations (7a) and (7a) are as follows.
これより、傾斜情報tan4γは、次式で与えられる。 From this, the tilt information tan4γ is given by the following equation.
さらに、φ＝０すなわち前記の距離検知装置の鏡の角度
が０である場合を考えてみると、となり、（９）式は、となる。 Furthermore, considering φ = 0, that is, the angle of the mirror of the distance detecting device is 0, And the expression (9) becomes Becomes
即ち、観測面上のある方位（θ１）における像の光量Ｉ
（θ１）およびそれと対向した方位（θ２＝θ１＋π）
の像の光量Ｉ（θ２）とを比較演算することによって、
傾斜情報の取得が可能となる。本発明の場合、ｚは像の
半径方向位置から正確に確定されているので、その値を
用いることができる。なお、像の半径方向位置からのｚ
の値を取得することは、３角測量の原理により達成でき
る。That is, the light amount I of the image at a certain azimuth (θ1 ) on the observation surface
(Θ1 ) and the azimuth facing it (θ2 = θ1 + π)
By comparing and calculating the light amount I (θ2 ) of the image of
It is possible to acquire tilt information. In the case of the present invention, since z is accurately determined from the radial position of the image, its value can be used. Note that z from the radial position of the image
Obtaining the value of can be achieved by the principle of triangulation.
以上は、反射特性を式（１）で近似し、ｎ＝２以外の項
が零であり、また光学的な配置も、結果が簡単になる特
別な場合について示したものであるが、この特性は、一
般的にも成り立ち、光ビームの投射軸周囲に受光光量を
も検出できる光センサを配置し、それらの光量信号を比
較演算処理することにより、輝点位置における対象物表
面の傾斜情報を取得できる。The above is a special case in which the reflection characteristic is approximated by the formula (1), the terms other than n = 2 are zero, and the optical arrangement is simple. Generally holds true, and an optical sensor that can detect the amount of received light is arranged around the projection axis of the light beam, and the light quantity signals are compared and processed to obtain information on the inclination of the object surface at the bright spot position. You can get it.
（発明の効果） 本発明によると単一の輝点のみに基づいて、その位置と
その位置における大まかな傾斜情報を簡単かつ高速に取
得できる。(Effects of the Invention) According to the present invention, it is possible to easily and rapidly acquire the position and rough inclination information at that position based on only a single bright spot.
第１図は本発明の装置を実現するための基本的な装置の
構成を示す図、 第２図および第３図は本発明を説明する斜視図および平
面図、 第４図および第５図は本発明の一実施例である小型光学
的距離検出装置の斜視図および平面図である。 Ｏ……物体、Ｔ……輝点、Ｌ……観測レンズ Ｐ……光センサ、Ｂ……光ビーム。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a basic device for realizing the device of the present invention, FIGS. 2 and 3 are perspective views and a plan view for explaining the present invention, and FIGS. 4 and 5 are FIG. 1 is a perspective view and a plan view of a compact optical distance detecting device that is an embodiment of the present invention. O ... object, T ... bright spot, L ... observation lens P ... optical sensor, B ... light beam.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60207658AJPH0781850B2 (en) | 1985-09-19 | 1985-09-19 | Optical distance inclination information acquisition device |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60207658AJPH0781850B2 (en) | 1985-09-19 | 1985-09-19 | Optical distance inclination information acquisition device |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6266106A JPS6266106A (en) | 1987-03-25 |
| JPH0781850B2true JPH0781850B2 (en) | 1995-09-06 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60207658AExpired - LifetimeJPH0781850B2 (en) | 1985-09-19 | 1985-09-19 | Optical distance inclination information acquisition device |
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0781850B2 (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL8101669A (en)* | 1981-04-03 | 1982-11-01 | Philips Nv | DEVICE FOR DETECTING THE POSITION OF AN OBJECT. |
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6266106A (en) | 1987-03-25 |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
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