| 研究概要 |
光学的計測系におけるスポット光の入射位置検出は,レンジファインダやモーションキャプチャなどの種々の実計測システムにおける,空間位置情報を取得する手段として,システム全体のパフォーマンスを決定づける重要な要素である.このようなスポット光位置の検出には,主として,CCD(Charge Coupled Devices)やPSD(Position Sensitive Detector)のような光学的位置検出素子が用いられることが多い.しかし,従来のCCDやPSDではスポット光位置の検出にとどまり,スポット光の入射角度の検出が原理的に困難であった.もし,スポット光入射角度の検出可能な光学的位置センサが実現できれば,従来の枠組みを越えた新たなスポット光を用いた計測系の展開が可能となる.そこで本研究では,スポット光の2次元入射位置と2次元入射角度の同時検出可能な新たな原理に基づく,アレイ型光学的位置検出センサを提案すると共に,その実用性について検討し,以下の成果を得た.
1.レンズ,2つのエリアCCD,ハーフミラーからなる光学系を設計し,2つのエリアセンサの出力から入射位置と入射角度が求まるかどうか調べた.その結果,光学系を適切に設計にすれば,入射位置,入射角度とも相対誤差1%以内の高精度測定可能であることがわかった
2.測定精度の向上,測定時間の短縮,種々の計測システムへの応用を可能とするための汎用性の拡大を目指して,CCDの信号処理にアナログ処理とFPGA(Field Programmable Gate Array)を用いたアナログ・デジタル融合型信号処理系を構成した.
3.次に,入射角度検出センサを用いたレーザーレンジファインダを試作し,鏡面物体用の三角測量式を導出した.それらを用いて,形状が既知な平板や円柱などの物体の3次元形状を測定した.測定対象は鏡面物体だけでなく,拡散物体や中間物体の形状も合わせて測定した.その結果,1%以内の測定精度が実現でき,提案したスポット光の入射位置と入射角度が検出可能な画像センサの有効性が実証できた.
6.さらに,種々の形状,表面反射特性を有する実際に用いられている種々の物体の3次元形状測定に対して,本センサを搭載したレーザーレンジファインダを適用し,その実用性を確認した.
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