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JPS5892904A - Surface direction detection method and device - Google Patents

Surface direction detection method and device

Info

Publication number
JPS5892904A
JPS5892904A JP19084181A JP19084181A JPS5892904A JP S5892904 A JPS5892904 A JP S5892904A JP 19084181 A JP19084181 A JP 19084181A JP 19084181 A JP19084181 A JP 19084181A JP S5892904 A JPS5892904 A JP S5892904A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
specific point
intensity
monochromatic light
specific
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP19084181A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takanori Ninomiya
隆典 二宮
Yasuo Nakagawa
中川 泰夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP19084181A priority Critical patent/JPS5892904A/en
Publication of JPS5892904A publication Critical patent/JPS5892904A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、対象物の表面の特定の点(以下、特2o定点
と言う)の面方向を非接触的に検出する方法および同装
置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method and apparatus for non-contactly detecting the surface direction of a specific point (hereinafter referred to as a fixed point) on the surface of an object.

従来、面の方向を検出画像から非接触的に測定する方法
としてベルソルド・ホーンの研究がある。
Conventionally, Berthold-Horn research has been conducted as a method for non-contactly measuring the direction of a surface from a detected image.

この方法は、対象物に成る一方向から光を照射し、その
反射光によって得られた濃淡画像から反射面の各点の傾
きを求めるものである。
In this method, light is irradiated onto the object from one direction, and the inclination of each point on the reflective surface is determined from a grayscale image obtained by the reflected light.

ホーンの研究によると、反射光の強さと面の傾きとの関
係は2個の未知数に関する非線形1階偏微分方程式で懺
わされる。この方程式を解くために、等価な5個の常微
分方程式に変換する。さらに、局所的な情報のみで面の
傾きを決定できる点(特異点)を濃淡画像から探し、こ
れを利用して初期曲線を計算する。そして、この初期曲
線に基づいて常微分方楊式を数値積分することにより、
各点における面の傾きを遂次計算してゆく。
According to Horn's research, the relationship between the intensity of reflected light and the inclination of a surface can be expressed by a nonlinear first-order partial differential equation involving two unknowns. In order to solve this equation, it is converted into five equivalent ordinary differential equations. Furthermore, points (singular points) where the inclination of the surface can be determined using only local information are searched for in the grayscale image, and the initial curve is calculated using this. Then, by numerically integrating the ordinary differential equation based on this initial curve,
The slope of the surface at each point is successively calculated.

以上のようにホーンの方法は、局所的な画像情報だけか
らでは各点の面の方向を決定できないため、処理時間が
長いこと、計算誤差が伝播して累積する虞れがあること
等の問題がある。
As mentioned above, Horn's method cannot determine the direction of the surface at each point from only local image information, so there are problems such as long processing time and the risk of calculation errors propagating and accumulating. There is.

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、反
射光強度の局所的情報から面の方向を迅速に算定し得る
方法、並びに上記の方法の実施に好適な装置を提供する
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art and to provide a method capable of quickly calculating the direction of a surface from local information on the intensity of reflected light, as well as an apparatus suitable for implementing the above-mentioned method. .

次に、本発明方法の基本的原理を第1図乃至第4図につ
いて説明する。
Next, the basic principle of the method of the present invention will be explained with reference to FIGS. 1 to 4.

第1図は反射光の指向特性を示す図表である。FIG. 1 is a chart showing the directional characteristics of reflected light.

乱反射面Aの法@Hに対して角θで入射光Cを照射する
と、反射光強度の分布は反射光指向性曲線りのように、
法線Bに関して入射光Cと対称をなす線Eを長軸方向と
する楕円状をなす。
When incident light C is irradiated at an angle θ with respect to the direction @H of the diffusely reflecting surface A, the distribution of reflected light intensity is like a reflected light directivity curve,
It forms an ellipse whose major axis is a line E that is symmetrical with the incident light C with respect to the normal B.

(第2図参照)入射光Cの方向と強さとを一定にし、反
射光観測方向Fを固定して乱反射画人を紙面と垂直に保
ったま才人射光Cの入射点0を中心にして回転させると
、反射光強度は乱反射面Aの法!!(図示せず)の関数
として反射光強度曲線GOようになる。上記の反射光強
変曲!1Gは入射光Cの方向と反射光観測方向Fとの2
等分&Hを長袖とする楕円状をなす。
(Refer to Figure 2) The direction and intensity of the incident light C are constant, the reflected light observation direction F is fixed, and the diffused reflection image is kept perpendicular to the page.Rotated around the incident point 0 of the incident light C. Then, the reflected light intensity is the modulus of the diffuse reflection surface A! ! (not shown) is the reflected light intensity curve GO. Strong inflection of the reflected light above! 1G is the direction of incident light C and the direction of reflected light observation F.
It forms an oval shape with equal parts &H as long sleeves.

第2図に基づき、反射光観測方向Fの反射光強度を測定
することによってこれから乱反射面Aの方向を算定しよ
うとすると欠配のような不具合がある。反射光強変曲@
Gは乱反射面Aの材料1表面状悪等によるが、一般に面
Aの法線方向について2価の関数である。従って、ある
強さの反射光を観測する面の方向として二つの解が得ら
れることになる。このため、入射点(即ち反射点)0か
らの反射光強度という局所的な情報のみによっては乱反
射面Aの方向を決定することができない。
If one tries to calculate the direction of the diffused reflection surface A by measuring the reflected light intensity in the reflected light observation direction F based on FIG. 2, there will be a problem such as a missing part. Reflected light strong inflection @
Although G depends on the surface condition of the material 1 of the diffused reflection surface A, it is generally a bivalent function in the normal direction of the surface A. Therefore, two solutions can be obtained as the direction of the surface where reflected light of a certain intensity is observed. Therefore, the direction of the diffuse reflection surface A cannot be determined based only on local information such as the intensity of reflected light from the incident point (ie, reflection point) 0.

本発明方法は上述の考察に基づき、複数個の方向から光
線を照射してその反射光を測定することにより、局所的
な情報(即ち、特定の反射点0からの反射光強さ)に基
づいて一意的に乱反射面の方向を検知すること、並びに
、上記の複数個の方向の光線の投射・検知を同時に行い
得るよう、それぞれ方向と波長とを異にする複数個の単
色光を特定点に照射し、その反射光を特定の方向から観
測し、受光した光線を各単色光に分離してその強度をそ
れぞれ電気信号に変換し、上記の信号を電気的に演算処
理して瞬時的に特定点の面方向を検知することを特徴と
する。
Based on the above considerations, the method of the present invention is based on local information (i.e., the intensity of reflected light from a specific reflection point 0) by emitting light from multiple directions and measuring the reflected light. In order to uniquely detect the direction of the diffusely reflecting surface, and simultaneously project and detect light rays in multiple directions, multiple monochromatic lights with different directions and wavelengths are projected at a specific point. The reflected light is observed from a specific direction, the received light beam is separated into each monochromatic light, the intensity of each is converted into an electrical signal, and the above signals are electrically processed and instantaneously generated. It is characterized by detecting the surface direction of a specific point.

Jig3図は本発明方法の原理的説明図で1、入射光C
1反射光観測方向F、及び入射点(反射点)0は前述の
第2図と同様のものを表わす。従って入射光Cの反射光
をF方向から観測した反射強度−@Gも!@2図と同ビ
曲線である。そして、本発明   □方法においては前
述の入射光Cと異なる方゛向から、前記の特定の入射点
0に向けてもう一つの入射光Jを照射する。この入射光
Jを観測方向Fから見た場合の反射光強度曲線はKのご
とくである。
Figure Jig3 is an explanatory diagram of the principle of the method of the present invention.
1. The reflected light observation direction F and the incident point (reflection point) 0 represent the same as in FIG. 2 described above. Therefore, the reflection intensity of the reflected light of incident light C observed from direction F - @G too! It is the same bicurve as in Figure @2. In the □ method of the present invention, another incident light J is irradiated from a direction different from the above-mentioned incident light C toward the above-mentioned specific incident point 0. The reflected light intensity curve when this incident light J is viewed from the observation direction F is as shown by K.

この図表から容易に理解されるように、特定の反射点0
からの局所的な情報として、入射光Cの反射光強度と入
射光Jの反射光強度とをF方向から観測すれば、その測
定値をそれぞれ反射光強度曲線Gおよび同曲線にと対比
することにより、乱反射面Aの方向が一意的に決定され
る。
As can be easily understood from this diagram, the specific reflection point 0
If the reflected light intensity of the incident light C and the reflected light intensity of the incident light J are observed from direction F as local information from Accordingly, the direction of the diffused reflection surface A is uniquely determined.

ただし、上述の面方向測定原理は乱反射面Aが紙面に垂
直の姿勢を保つということを前提条件としてお抄、この
条件範囲外、即ち乱反射画人が紙面と垂直でない姿勢の
場合は適用できない。
However, the above-mentioned surface direction measurement principle is based on the prerequisite that the diffuse reflection surface A maintains a posture perpendicular to the paper surface, and cannot be applied outside this condition, that is, when the diffuse reflection image is not perpendicular to the paper surface.

乱反射画人が3次元空間内で任意の方向となる場合、本
発明方法は第4図に示すように、特定点0に向けて入射
光C1同J1及び同りをそれぞれ3方向から照射し、か
つ、上記の特定点0からの反射光を特定の方向Fから観
測する。
When the diffuse reflection image is in an arbitrary direction in a three-dimensional space, the method of the present invention, as shown in FIG. In addition, the reflected light from the specific point 0 is observed from a specific direction F.

平面的に考察した第3図においては入射光Cの方向と反
射光観測方向Fとを定めることにより楕円状の反射光強
度−I!Gが得られたのと同様に、これを立体的に考察
した第4図においては入射光Cの方向と反射光観測方向
Fとを定めることにより、回転楕円面状の反射光強度曲
面(図示せず)が得られる。同様に入射光Jおよび同り
についてもそれぞれ回転楕円面状の反射光強度曲面(図
示せず)が得られる。
In FIG. 3, which is considered in a two-dimensional manner, by determining the direction of the incident light C and the direction F of observing the reflected light, the intensity of the elliptical reflected light -I! In the same way that G was obtained, in Fig. 4, which considers this three-dimensionally, by determining the direction of the incident light C and the direction F of observing the reflected light, a spheroidal reflected light intensity curved surface (Fig. (not shown) is obtained. Similarly, spheroidal reflected light intensity curved surfaces (not shown) are obtained for the incident light J and the same, respectively.

以上説明した基本的原理により、第3図において乱反射
面である検出対象画人が紙面に垂直な未知の方向である
場合、入射光Cを照射してF方向の反射光強度を測定し
、次いで入射光Jを照射し□ てF方向の反射光強度を測定する・ことにより対象画人
の方向の算出が可能である。また、第4図において、上
記と同様に入射光C1同J1及び同りを順次に照射して
そのF方向の反射強度を?jN#1することにより対象
面Aの立体的方向の算出が可能である。そして、本発明
方法は複数種類の単色光を用いることにより、上記の2
回、又は3回の照射・観測を同時に行う。さらに、上記
の観測と演算とを電気的に行うことにより、検出対象面
の方向を瞬時的に算定する。
According to the basic principle explained above, when the image to be detected, which is a diffusely reflecting surface in FIG. By irradiating the incident light J and measuring the reflected light intensity in the F direction, it is possible to calculate the direction of the target person. In addition, in FIG. 4, similarly to the above, incident lights C1, J1, and C1 are sequentially irradiated, and the reflection intensity in the F direction is determined. jN#1, it is possible to calculate the three-dimensional direction of the target surface A. The method of the present invention uses multiple types of monochromatic light to achieve the above two
Perform irradiation and observation three times at the same time. Furthermore, by performing the above observation and calculation electrically, the direction of the detection target surface is instantaneously calculated.

そして、上記の本発明に係る方法を適用すると、動いて
いる対象面が予め設定した方向になった瞬間を検知する
こともモき、また動いている面の方向を時々刻々に算定
することもできる。
When the method according to the present invention described above is applied, it is possible to detect the moment when a moving target surface becomes in a preset direction, and it is also possible to calculate the direction of a moving surface from moment to moment. can.

第5図乃至第8図に、本発明方法を実施するために構成
した面方向検出装置の各実施例を示し、それぞれの装置
の構成、並びに上記の各装置を用いて本発明方法を実施
した例を次に述べる。
FIGS. 5 to 8 show examples of surface direction detection devices configured to carry out the method of the present invention, and show the configuration of each device and how the method of the present invention was carried out using each of the above-mentioned devices. An example is given below.

第5図において、21拡検出対象物の表面、20Fi方
向を検出する特定点である。本例の対象面21/Ii特
定点20を通る直線dを含み、上記直線Qを中心に回動
する。第5図はこのような対象面21が特定の位置Tに
なったときこれを検知するように構成した検出装置の一
例である。
In FIG. 5, the surface of the 21 magnified detection object and the 20 Fi direction are specific points for detection. The object plane 21/Ii in this example includes a straight line d passing through the specific point 20, and rotates around the above straight line Q. FIG. 5 shows an example of a detection device configured to detect when the target surface 21 reaches a specific position T.

タングステンランプ2aと投光レンズ4aとを同一光軸
上に設置し、その間に通過波長45Q amの光学フィ
ルタ3aを介装して波長450 nmの単色平行光束を
照射する光源1aを構成する。
A tungsten lamp 2a and a light projection lens 4a are installed on the same optical axis, and an optical filter 3a with a passing wavelength of 45 Q am is interposed between them to constitute a light source 1a that emits a monochromatic parallel light beam with a wavelength of 450 nm.

同様に、タングステンランプ2bと投光レンズ4bと光
学フィルタ3bとにより波長550 nmの単色光源1
bを構成する。上記の単色光源111 lbの元軸をそ
れぞれ検出対象面21上の特定点20に向けて固定する
Similarly, a monochromatic light source 1 with a wavelength of 550 nm is formed by a tungsten lamp 2b, a projection lens 4b, and an optical filter 3b.
Configure b. The original axes of the monochromatic light sources 111 lb are each fixed toward a specific point 20 on the detection target surface 21 .

5は受光器で、特定点20に焦点を合わせた対物レンズ
6を共用する2個の7オトマル7m、 7bを列設し、
フォトマル7aiCId通過波長450 nm q)光
学フィルタ8鳳を、フォトツルアbに轄通過波長550
nmの光学フィルタ8bをそれぞれ設けて構成する。そ
して上記の受光器50光軸を、T位置になったときの対
象面21に対して垂直をなし、かつ特定点20を通るよ
うに固定する。
5 is a light receiver, in which two 7 otomaru 7m and 7b are arranged in a row, sharing an objective lens 6 focused on a specific point 20;
Photomaru 7aiCId Passage wavelength: 450 nm q) Optical filter 8: Passage wavelength: 550 nm
The configuration is provided with optical filters 8b each having a wavelength of 1 nm. Then, the optical axis of the light receiver 50 is fixed so as to be perpendicular to the target surface 21 at the T position and pass through the specific point 20.

フォトマル7m+ 7bの電気信号出力はそれぞれ増幅
器9a19bを介して比較演算器10に入力させる。
The electrical signal outputs of the photomultipliers 7m+7b are inputted to the comparator 10 via amplifiers 9a19b, respectively.

この比較演算器10は双方の電気信号出力の強さを比較
演算して両者が許容娯差範囲内で等しくなったとき検出
出力信号11を発する構成のものである。
This comparator 10 compares the intensities of both electrical signal outputs and outputs a detection output signal 11 when the two become equal within the allowable tolerance range.

これにより、光源11から照射される波長450nmの
単色光は特定点20で反射して受光器5に入射するが光
学フィルタ8b(550nm )を通過できないのでフ
ォトマル7bには入射せず、光学フィルタ13a(45
0nm ) ゛を通過してフォトマル7aに入射して電
気信号に変換される。
As a result, monochromatic light with a wavelength of 450 nm emitted from the light source 11 is reflected at the specific point 20 and enters the light receiver 5, but since it cannot pass through the optical filter 8b (550 nm), it does not enter the photomultiplier 7b, and the optical filter 13a (45
0 nm) and enters the photomultiplier 7a where it is converted into an electrical signal.

同様にして光源1bから照射された波長550 nmの
単色光は特定点20で反射し、7オトマル7bによって
のみ検知され、電気信号に変換される。
Similarly, monochromatic light with a wavelength of 550 nm emitted from the light source 1b is reflected at a specific point 20, detected only by the 7 otomaru 7b, and converted into an electrical signal.

このようにして、照射方向を異にする2個の単色光源1
a+ 1bの照射光束は互いに干渉することなくそれぞ
れフォトマル7aw7bにより個別的に検出される。こ
の作用により、先に第3図について説明した2方向の入
射光による面方向の検出を、入射光Cと入射光Jについ
て順次に行うことを要せず、欠配のごとくして両人射光
の照射・検出を併行して同時に行なうことができる。
In this way, two monochromatic light sources 1 with different irradiation directions
The irradiation light beams a+ 1b are individually detected by the photomultipliers 7aw7b without interfering with each other. Due to this effect, it is not necessary to sequentially detect the surface direction using the incident light from two directions as explained with reference to FIG. 3 for the incident light C and the incident light J. Irradiation and detection can be performed simultaneously.

本実施例の装置を用いて対象面21がT位置になったこ
とを検出するには、予め対象面をT位置とし、このとき
に2個のフォトiルアm、7bから出た電気信号が同じ
レベルで比較演算器1oに入力するよう光源2m+ 2
bの光度、フォトマル7a、 7bの感度、又は増@ 
59a 、 9bの増11度を調節しておく。
In order to detect that the target surface 21 is at the T position using the device of this embodiment, the target surface is set in advance to the T position, and at this time, the electric signals output from the two photolumes m and 7b are The light source 2m+2 is input to the comparator 1o at the same level.
The luminous intensity of b, the sensitivity of Photomaru 7a, 7b, or increase @
Adjust the increment of 59a and 9b by 11 degrees.

上記のように調整した後に対象面21の方向が変わると
、比較演算器10に入力される2個の信号出力の大きさ
が不同となる。そして更に対象面21が回動してT位置
に復元すると、その瞬間に前述した防制調整の状態が再
現されて比較演算器1oに入力する2個の電気信号が同
レベルとなり、比較演算器10祉検出出力信号11を発
信する。
If the direction of the target plane 21 changes after the adjustment as described above, the magnitudes of the two signal outputs input to the comparator 10 will become unequal. Then, when the target surface 21 rotates further and returns to the T position, at that moment the state of the prevention adjustment described above is reproduced, and the two electrical signals input to the comparator 1o become the same level, and the comparator 10. A detection output signal 11 is transmitted.

本実施例によれば以上のようにして2次元的な・動きを
している乱反射面21を対象面として、この面が予め設
定した方向になったとき瞬時的にこれを検知することが
できる。
According to this embodiment, as described above, when the two-dimensionally moving diffusely reflecting surface 21 is used as a target surface, it can be instantaneously detected when this surface moves in a preset direction. .

186図は上記の実施例と異なり、2次元的な動きをし
ている乱反射面21を対象面として、この面2oの方向
を時々刻々に検知するように構成した実施器5は前例(
第5図)におけると同様の構成部材である。受光器5を
構成するフォトマル7a+7bの検出信号出力をそれぞ
れA/D変換器12a+ 12bを介して自動計算機1
3に入力せしめる。上記の自動計算機13は参照データ
記憶装置14を備えている。
Fig. 186 differs from the above embodiment in that the implementation device 5 is configured to detect the direction of this surface 2o moment by moment with the diffuse reflection surface 21 moving two-dimensionally as the target surface.
The components are similar to those in FIG. 5). The detection signal outputs of the photomultipliers 7a+7b constituting the light receiver 5 are sent to the automatic computer 1 via A/D converters 12a+12b, respectively.
3. The automatic computer 13 described above is equipped with a reference data storage device 14 .

前記の自動計算機13はA/D変換器12a及び同12
bから入力される2個の信号の関係、即ち2個の信号の
強さの比率を算出し、これと対応させてその時の対象面
21の方向をデータとして記憶装置14に記憶させる機
能を有している。そして又、2個の信号を与えられると
その比率を算出し、記憶装置14の収録データを検索し
て上記の比率に対応する面方向データを探し出し、この
データを面方向データ号15として出力する機能をも有
している。
The automatic computer 13 has an A/D converter 12a and an A/D converter 12a.
It has a function of calculating the relationship between the two signals input from b, that is, the ratio of the strengths of the two signals, and storing the direction of the target surface 21 at that time in the storage device 14 as data in correspondence with this. are doing. Then, when two signals are given, the ratio is calculated, the recorded data in the storage device 14 is searched for surface direction data corresponding to the above ratio, and this data is output as surface direction data No. 15. It also has functions.

本例の装置を用いて対象面21の方向を連続的に検知す
るには、予め対象面21の方向を種々に変化させる。(
例えば傾斜角を1°ずつ変化させ、又は1′ずつ変化さ
せる)。そして、各方向におけるA/D変換器12m及
び同12bの信号出力の関係(比率)に対応させてその
時の対象面21の方向(傾斜角)データを記憶装置14
に記憶させておく。
In order to continuously detect the direction of the target surface 21 using the device of this example, the direction of the target surface 21 is varied in advance. (
For example, the inclination angle is changed by 1° or 1'). Then, the direction (inclination angle) data of the target surface 21 at that time is stored in the storage device 14 in correspondence with the relationship (ratio) of the signal outputs of the A/D converters 12m and 12b in each direction.
Let me remember it.

以上のように準備した後、対象面21が成る未知の方向
であるとき、A/D変換器12烏及び同12bからの信
号が計算機13に入力されると、同計算機13は二つの
入力信号の比率を算出し、記憶装置14の収録データを
検索して上記の比率に対応する面方向データを面方向出
力15として発信する。
After preparing as described above, when the target plane 21 is in an unknown direction, when the signals from the A/D converters 12 and 12b are input to the computer 13, the computer 13 receives two input signals. The ratio is calculated, the recorded data in the storage device 14 is searched, and surface direction data corresponding to the above ratio is transmitted as the surface direction output 15.

本実施例は以上のようにして2次元的な動きをしている
乱反射面21を対象面として、この面の方向を時々刻々
に検知することができる。
In this embodiment, as described above, the direction of this surface can be detected moment by moment by using the diffuse reflection surface 21 that moves two-dimensionally as the target surface.

第7図は更に異なる実施例を示し、第5図に示し九実施
例を3元化したものでめる。即ち、第5図の実施例は2
次元的に方向を変化させる対象面21が予め設定した方
向になった瞬間にこれを検知するように構成したもので
あるが、本実施例(第7図)は、対象面21が3次元的
に方向を変化させる場合に対象面21が予め設定した方
向になった瞬間にこれを検知するように構成したもので
ある。
FIG. 7 shows a further different embodiment, which is a ternary version of the nine embodiments shown in FIG. That is, the embodiment of FIG.
This is configured to detect the moment the target surface 21 whose direction changes dimensionally changes to a preset direction, but in this embodiment (FIG. 7), the target surface 21 is three-dimensional. The device is configured to detect the moment the target surface 21 reaches a preset direction when the direction is changed.

本例は第4図について説明した基本原理に基づい、て3
方向からそれぞれ波長を異にする単色光を照射し、その
反射光を抽出・分離して電気信号に変換して電気的に演
算処理するよう、欠配のごとく構成する。
This example is based on the basic principle explained with respect to Fig. 4.
It is constructed in a way that it irradiates monochromatic light with different wavelengths from different directions, extracts and separates the reflected light, converts it into an electrical signal, and electrically processes it.

光源1a及び同1bは前例におけると同様の構成部材で
ある。
The light sources 1a and 1b are the same components as in the previous example.

光源1Cは上記“の光源1J 1bと類似の構成部側で
、タングステンランプ2cとレンズ4cとの間に通過波
長650 nmの光学フィルタ3cを設け、波長<S5
0nmの単色光の平行光束を照射し得るように構成し、
特定点20に向けて固定する。
The light source 1C has a structure similar to the light source 1J 1b described above, and an optical filter 3c with a passing wavelength of 650 nm is provided between the tungsten lamp 2c and the lens 4c, so that the wavelength < S5
Constructed so as to be able to irradiate a parallel beam of monochromatic light of 0 nm,
It is fixed toward a specific point 20.

受光器5′は前例の受光器5と類似の構成部材であって
、対物レンズ6を共用する3個の同一構造の7オトマル
7a、 7b17cを列設し、それぞれ光学フィルタ8
a+ 8b+ 8cを備える。上記の光学フィルタ8a
t abは前例におけると同様の構成部材であり、光学
フィルタ9c#i通過波長650nrnのものでるる。
The light receiver 5' is a similar component to the light receiver 5 of the previous example, and is composed of three 7-shaped lenses 7a and 7b17c of the same structure that share the objective lens 6, and are each equipped with an optical filter 8.
It has a+ 8b+ 8c. The above optical filter 8a
t ab is the same component as in the previous example, and is an optical filter 9c#i with a passing wavelength of 650 nrn.

上記の各7オトマル7i、 7b、 7cは検出信号出
方をそれぞれ増幅Flit 9a+ 9b+ 9cを介
して比較演算器10に入力させる。上記の比較演算器1
oは前例(第5図)におけると同様の構成部材で、増幅
器9at9b+ 9cから入力される3個の信号が等し
くなったとき検出出力信号11を発信する。
Each of the above-mentioned seven digits 7i, 7b, and 7c inputs the output of the detection signal to the comparator 10 via the amplification Flit 9a+9b+9c. Comparison operator 1 above
o is a component similar to that in the previous example (FIG. 5), and emits a detection output signal 11 when the three signals inputted from the amplifiers 9at9b+9c become equal.

本例の装置を用いて対象面21が成る方向の位置、例え
ばTになったことを検知するには、予め対象面21をT
位置とし、このとき3個の増幅器9199bt9Cの信
号出力が勢レベルになるよう光源、フォトマル、又は増
幅器を調節しておく。その後、対象面21が穆々に動い
て成る瞬間にT位置になると、3個の増幅器9a+ 9
b* 9cの出力が等レベルになり、比較演算器10は
検出出力信号11を発信する。
In order to detect the position of the target surface 21 in the direction, for example, T, using the device of this example, the target surface 21 must be set to T in advance.
At this time, the light source, photomultiplier, or amplifier is adjusted so that the signal outputs of the three amplifiers 9199bt9C are at the desired level. Thereafter, when the target surface 21 gradually moves and reaches the T position, the three amplifiers 9a+9
The output of b* 9c becomes the same level, and the comparator 10 outputs the detection output signal 11.

本実施例によれば以上のようにして3次元的に方向を変
える対象面が予め設定した方向になったとき、即時にこ
れを検知することができる。
According to this embodiment, when the target surface whose direction changes three-dimensionally as described above reaches a preset direction, this can be immediately detected.

第8図は更に異なる実施例を示し、本例は3次元的に方
向を変える対象面21の方向を連続的に検出し得るよう
に構成したものである。本例において光源1a、1b、
1Cおよび受光器i′は前例(第7図)におけると同様
の構成部材である。
FIG. 8 shows a further different embodiment, and this embodiment is constructed so that the direction of the object surface 21, which changes direction three-dimensionally, can be continuously detected. In this example, the light sources 1a, 1b,
1C and receiver i' are the same components as in the previous example (FIG. 7).

3個の7オトマル7117bl 7Cの検出信号はそれ
ぞれA/D変換器12as 12b+ 12cを介して
記憶装置14を備えた自動計算機13に入力させる。上
記の計算機13および記憶装置14は第6図の実施例に
おける計算機13および記憶装置14と類似の構成部材
である。
The detection signals of the three 7 digits 7117bl 7C are input to the automatic computer 13 equipped with a storage device 14 via A/D converters 12as 12b+12c, respectively. The computer 13 and storage device 14 described above are similar components to the computer 13 and storage device 14 in the embodiment shown in FIG.

本例の装置を用いて対象面21の方向を連続的に検知す
るには、予め対象面21の方向を種々に変え、(九とえ
ばY軸について傾斜角1′ごと、Y軸について傾斜角1
′ごとに変え)各方向にお妙るA/D変換器12a11
2b、12Cの出力信号の関係に対応させてその時の対
象面21の方向をデータとして記憶装置14に記憶させ
ておく。
In order to continuously detect the direction of the target surface 21 using the device of this example, the direction of the target surface 21 is varied in advance (for example, every 1' of tilt angle on the Y axis, 1
A/D converter 12a11 that changes in each direction)
The direction of the target surface 21 at that time is stored as data in the storage device 14 in correspondence with the relationship between the output signals of the signals 2b and 12C.

以上のように準備した後、対象面21が成る未知の方向
を向いているとき、各フォトマル7a+7b+7cO検
出信号を各A/D変換器12a+ 12b+ 12cを
介して自動計算機13に入力させると、自動計算機13
に上記3個の信号の比率を算出し、記憶装置14の収鍮
データを検索しそ上記の比率に対応する面方向データを
探し出し、このデータを面方向出力信号15として発信
する。
After preparing as described above, when the target surface 21 faces an unknown direction, the detection signals of each photomultiplier 7a+7b+7cO are inputted to the automatic computer 13 via each A/D converter 12a+12b+12c. Calculator 13
Then, the ratio of the above three signals is calculated, the acquisition data in the storage device 14 is searched, surface direction data corresponding to the above ratio is found, and this data is transmitted as the surface direction output signal 15.

本実施例によれば以上のようにして3次元的に方向を変
える対象面の方向を時々刻々に検知する仁とができる。
According to this embodiment, as described above, it is possible to detect the direction of the target surface, which changes direction three-dimensionally, from time to time.

 、 以上説明した4例の実施例に示したように、本発明に係
る面方向の検出方法は、複数の方向から特定の一点に向
けてそれぞれ異る波長の単色光を照射し、上記時点の一
点において乱反射され大壷数種類の単色光のうち特定方
向に反射した元のみを抽出し、かつこれを各単色光に分
離してそれぞれ電気信号に変換し、上記の電気信号を電
気的に演算処理することにより、上記特定の一点から反
射された尤のみに基づいて対象面の方向を即時、かつ非
接触的に検知することができる。
As shown in the four embodiments described above, the surface direction detection method according to the present invention irradiates monochromatic light of different wavelengths from a plurality of directions toward a specific point, and Out of several types of monochromatic light that are diffusely reflected at one point, only the source reflected in a specific direction is extracted, and this is separated into each monochromatic light and converted into electrical signals, and the above electrical signals are electrically processed. By doing so, the direction of the target surface can be detected immediately and in a non-contact manner based only on the likelihood reflected from the specific one point.

才た、第5図及び第7図の各実施例に示したごとく、本
発明に係る装置a複数の方向から特定の一点に向けて異
った波長の単色光を照射する手段と、特定点における乱
反射光のうち特定方向の元紗を抽出する手段と、上記の
抽出手段によって得られ九光線を各単色光に分離する手
段と、分離された各単色光の強度を電気信号に変換する
手段と、上記の各電気信号を比較してこれらの電気信号
が予め設定した特定の関係になったことを検出する手段
とを設けることにより、前記の特定面が予め設定された
特定方向になったとき即時的にこれを検知することがで
き、前記の本発明方法を容易に実施してその効果を発揮
せしめ得る。
As shown in the embodiments of FIGS. 5 and 7, an apparatus according to the present invention includes: a means for irradiating monochromatic light of different wavelengths toward a specific point from a plurality of directions; means for extracting the original gauze in a specific direction from the diffusely reflected light in the above, means for separating the nine rays obtained by the above extraction means into each monochromatic light, and means for converting the intensity of each separated monochromatic light into an electrical signal. and a means for comparing each of the electrical signals and detecting that these electrical signals have a preset specific relationship, the specific plane is in a preset specific direction. This can be detected immediately, and the method of the present invention described above can be easily implemented to exhibit its effects.

また、第6図及び第8図の各実施例に示したごとく、本
発明に係る装置社、複数の方向から特定の一点に向けて
異った波長の単色光を照射する手段と、特定点における
乱反射光のうち特定方向の光線を抽出する手段と、上記
の抽出手段によって得られた光線を各単色光に分離する
手段と、分離された各単色光の強度を電気信号に変換す
る手段と、上記の各電気信号に基づいて上記特定点にお
ける対象面の方向を算出する自動演算手段とを設けるこ
とにより、対象面が任意方向にあるときその方向を即時
的にかつ連続的に検知することができ、前述の本発明方
法を容易に実施してその効果を充分に発揮せしめ得る。
In addition, as shown in the embodiments of FIGS. 6 and 8, the apparatus according to the present invention includes means for irradiating monochromatic light of different wavelengths toward a specific point from a plurality of directions, and means for extracting a light ray in a specific direction from among the diffusely reflected light in the above, means for separating the light ray obtained by the above extraction means into each monochromatic light, and means for converting the intensity of each separated monochromatic light into an electrical signal. , and automatic calculation means for calculating the direction of the target surface at the specific point based on each of the above electric signals, so that when the target surface is in an arbitrary direction, the direction can be detected immediately and continuously. Therefore, the above-described method of the present invention can be easily implemented and its effects can be fully exhibited.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は入射光の方向と乱反射面の方向とを一定にした
場合の反射指向性を示す図表、第2図および第3図は入
射光の方向と反射光観測方向とを一定にした場合の反射
光強度の分布を示す図表、5第4図#′i3方向からの
入射光の反射光を特定方向から観測する状態を模式的に
示した斜視図、第5図乃至第8図は本発明に係る装置の
それぞれ異なる実施例の光学系統を模式的に示し九斜視
図に電気配線図を付記した図である。 1si+ 1b+ ic ”・光源、2a+ 2bs 
2c、−、タングステンランプ、5a+ 5b+ 5c
m光学フィルタ、4a+ 4b+ 4c・、レンズ、5
.5’・・・受光器、6・・・対物レンズ、7a17b
17C・・・フォトマル、Bar 8b+ 8c・・・
光学フィルタ、9s。 9b19C・・・増幅器、10・・・比較演算器、11
.15・・・検出15出力信号、12a、 12b、 
12cm・・A / D変換器、15−・・自動計算機
、14・・・参照データ記憶装置。 代理人 弁理士 秋 本 正 実 第1図 第3図 第5図 第6図 3 第7図 第8図
Figure 1 is a diagram showing the reflection directivity when the direction of the incident light and the direction of the diffuse reflection surface are constant, and Figures 2 and 3 are when the direction of the incident light and the direction of reflected light observation are constant. A diagram showing the distribution of the reflected light intensity of 5 Figure 4 #'i A perspective view schematically showing the state in which the reflected light of the incident light from 3 directions is observed from a specific direction. Figures 5 to 8 are from this book. FIG. 3 is a diagram schematically showing optical systems of different embodiments of the device according to the invention, with an electrical wiring diagram added to nine perspective views. 1si+ 1b+ ic”・Light source, 2a+ 2bs
2c, -, tungsten lamp, 5a+ 5b+ 5c
m optical filter, 4a+ 4b+ 4c・, lens, 5
.. 5'... Light receiver, 6... Objective lens, 7a17b
17C...Photomaru, Bar 8b+ 8c...
Optical filter, 9s. 9b19C...Amplifier, 10...Comparison calculator, 11
.. 15...Detection 15 output signal, 12a, 12b,
12cm...A/D converter, 15--automatic computer, 14--reference data storage device. Agent Patent Attorney Tadashi Akimoto Figure 1 Figure 3 Figure 5 Figure 6 Figure 3 Figure 7 Figure 8

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、 対象物表面の特定の点における面の方向を非接触
的に検出する方法において、複数の方向から上記の特定
点に向けてそれぞれ異った波長の単色光を照射し、特定
点における乱反射光のうち特定方向のjt、!Iを抽出
し、上記の抽出した光線を前記複数種類の単色光に分離
して各単色光の強度を電気信号に変換し、上記の電気信
号を電気的に演算処理して特定点の面方向を検出するこ
とを特徴とする面方向の検出方法。 λ 対象物表面の特定の点における面の方向を検出する
装置において、複数の方向から上記特定点に向けてそれ
ぞれ異った波長の単色光を照射する手段と、特定点にお
ける乱反射光のうち特定方向の光線を抽出する手段と、
上記の抽出手段によって得られた光線を前記の複数種類
の単色光に分離する手段と、分離された各単色光の強度
を電気信号に変換する手段と、上記の変換された複数個
の電気信号を比較してこれらの電気信号が予め設定され
た特定の関係になったことを検出する手段とよりなり、
特定点における面の方向が予め設定された特定方向にな
ったときこれを検知することを特徴とする面方向の検出
装置。 五 対象物表面の特定の点における面の方向を検出する
装置において、複数の方向から上記特定点に向けてそれ
ぞれ異った波長の単色光を照射する手段と、特定点にお
ける乱反射光のうち特定方向の光線を抽出する手段と、
上記の抽出手段によって得られた光線を前記の複数−類
の単色光に分離する手段と、分離された各単色光の強度
を電気信号に変換する手段と、上記の変換された複数個
の電気信号を入力されて特定点における面の方向を算出
する自動演算手段とよりなり、対象物表面が任意の方向
にあるときその方向を算定することを特徴とする面方向
の検出装置。
[Claims] 1. A method for non-contact detection of the direction of a surface at a specific point on the surface of an object, in which monochromatic light of different wavelengths is irradiated from a plurality of directions toward the specific point. Then, among the diffusely reflected light at a specific point, jt in a specific direction, ! I, the extracted light beam is separated into the plurality of types of monochromatic light, the intensity of each monochromatic light is converted into an electrical signal, and the electrical signal is electrically processed to determine the surface direction of a specific point. A surface direction detection method characterized by detecting. λ A device for detecting the direction of a surface at a specific point on the surface of an object, which includes a means for irradiating monochromatic light of different wavelengths from multiple directions toward the specific point, and a means for irradiating monochromatic light of different wavelengths toward the specific point from multiple directions, and means for extracting rays of direction;
means for separating the light beam obtained by the above extraction means into the plurality of types of monochromatic light; means for converting the intensity of each separated monochromatic light into electrical signals; and means for converting the intensity of each of the separated monochromatic lights into electrical signals; and a means for detecting that these electrical signals have a preset specific relationship by comparing them,
A surface direction detection device characterized by detecting when the direction of the surface at a specific point becomes a preset specific direction. (5) In a device for detecting the direction of a surface at a specific point on the surface of an object, means for irradiating monochromatic light of different wavelengths from multiple directions toward the specific point, and means for extracting rays of direction;
a means for separating the light beam obtained by the above extraction means into the plurality of monochromatic lights, a means for converting the intensity of each separated monochromatic light into an electrical signal, and a means for converting the intensity of each of the separated monochromatic lights into an electrical signal; 1. A surface direction detection device comprising automatic calculation means that receives a signal and calculates the direction of a surface at a specific point, and calculates the direction when the surface of an object is in an arbitrary direction.
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