JP2001523827A5 - - Google Patents

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】 対象物を画像化するための装置であって、
様々な照射位置から前記対象物に対して光を照射する移動可能な走査光ビームを生成するビーム発生器と、ここで、夫々の照射位置は、前記走査光ビームの位置、方向の少なくともいずれか１つによって定義され、前記走査光ビームは、夫々の異なる照射位置で前記対象物の異なる局部表面領域を照射し、
前記対象物表面を走査するように連続する複数の照射位置に前記ビームを位置させるコントローラと、ここで、前記コントローラは、夫々の照射位置で、前記ビームに照射位置を求めるのに有用な照射位置データを符号化し、
少なくとも一つの光電イメージャの複数の局部イメージ区域上に、前記走査光ビームによって照射される前記対象物の複数の局部表面区域を夫々画像化する該少なくとも一つの光電イメージャを備える画像化システムと、ここで、前記局部イメージ区域では、照射位置データを検出可能であり、
前記少なくとも一つの光電イメージャによって画像化される局部表面区域の３つの空間座標を、前記局部表面区域が画像化された前記局部イメージ区域の位置から求める座標演算回路とを備え、
前記照射位置データは、前記局部イメージ区域で検出されること、
を特徴とする三次元画像化装置。
【請求項２】 前記走査光ビームは、輝度制御可能なビームであり、
前記コントローラは、複数の照射位置の夫々で輝度が異なるように前記走査光ビームの輝度を制御することによって、前記走査光ビームに照射位置データを符号化すること、を特徴とする請求項１に記載の三次元画像化装置。
【請求項３】 前記走査光ビームは、少なくとも二つの波長の帯域を有し、
前記コントローラは、該少なくとも二つの波長帯域の相対的な輝度を制御することによって、前記走査光ビームを符号化すること、
を特徴とする請求項２に記載の三次元画像化装置。
【請求項４】 前記走査光ビーム中の異なる波長帯域の光に対する前記対象物表面の反射率は、概ね同一であること、を特徴とする請求項３に記載の三次元画像化装置。
【請求項５】 前記コントローラは、一つの波長帯域の光の輝度を照射位置変数に対する線形な増加関数とするための輝度変化制御と、もう一つの波長帯域の光の輝度を前記照射位置変数に対する線形な減少関数とするための輝度変化制御とによって、前記走査光ビームを符号化すること、を特徴とする請求項３または請求項４に記載の三次元画像化装置。
【請求項６】 前記少なくとも１つの光電イメージャは、単一の光電イメージャであること、を特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載の三次元画像化装置。
【請求項７】 前記単一の光電イメージャは、照射位置データで符号化された複数の波長帯域夫々の波長を持つ光によって前記対象物を画像化し、
異なる波長帯域の光は、前記単一の光電イメージャ中の異なる位置で夫々画像化されること、
を特徴とする請求項６に記載の三次元画像化装置。
【請求項８】 前記少なくとも一つの光電イメージャは、照射位置データで符号化された複数の波長帯域夫々のための一つの光電イメージャを含むこと、を特徴とする請求項３から請求項７のいずれかに記載の三次元画像化装置。
【請求項９】 前記少なくとも一つの光電イメージャは、単一の光電イメージャであること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の三次元画像化装置。
【請求項１０】 前記光電イメージャは、前記光電イメージャの全てのイメージ区域で、同一の波長の光によって前記対象物を画像化すること、を特徴とする請求項９に記載の三次元画像化装置。
【請求項１１】 同一の照射位置に対応する前記対象物の画像は、前記単一の光電イメージャの第１の画像フレームの第１の輝度と第２の画像フレームの第２の輝度によって記録され、
前記第１画像フレーム中の前記対象物の画像と前記第２画像フレーム中の前記対象物の画像との間の比は、該画像が光を照射される前記照射位置を決定すること、
を特徴とする請求項１０に記載の三次元画像化装置。
【請求項１２】 前記走査光ビームは、概ねペンシルビーム状であること、を特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の三次元画像化装置。
【請求項１３】 前記走査光ビームは、薄い平面扇型ビームであること、を特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の三次元画像化装置。
【請求項１４】 前記扇型ビームの照射位置は、前記扇型ビームの面内にある軸の位置及び方向と走査角とによって定義され、
該走査角は、該軸の周りでの前記扇型ビームの回転角度であること、
を特徴とする請求項１３に記載の三次元画像化装置。
【請求項１５】 前記走査光ビームは、少なくとも一つのレーザビームを含むこと、を特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の三次元画像化装置。
【請求項１６】 複数の照射位置での前記扇型ビームの反射光をもとにする前記対象物の画像は、前記少なくとも一つの光電イメージャの一つの画像フレーム中に記録されること、を特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載の三次元画像化装置。
【請求項１７】 前記少なくとも一つの光電イメージャの多数のイメージ区域で検出された照射位置データを復号することにより前記対象物の多数の局部表面区域夫々について三つの空間座標を求める処理装置を更に備え、
該処理装置は、前記対象物の３次元画像を提供するために該求められた空間座標を用いること、
を特徴とする請求項１から請求項１６のいずれかに記載の三次元画像化装置。
【請求項１８】 対象物の３次元画像化のための方法であって、
（ａ）少なくとも一つの波長の光を含む走査光ビームで前記対象物を走査し、照射位置から前記対象物の局部表面領域を照射し、ここで、照射位置は、前記走査光ビームの位置、方向の少なくともいずれか一つを含み、前記走査光ビームにはその照射位置に応じたデータが符号化され、
（ｂ）前記対象物表面で、前記走査光ビームの多数の連続する照射位置からの前記走査光ビームを反射し、
（ｃ）少なくとも一つの光電イメージャ上に前記反射光の多数の光線を画像化し、ここで、該多数の光線の夫々は前記対象物表面上の局部領域から反射され、概ね異なる位置で反射される光線は前記少なくとも一つの光電イメージャの異なる局部イメージ領域で画像化され、
（ｄ）前記反射光が画像化される前記局部イメージ領域において、前記反射光に符号化して含められた照射位置データを検出し、
（ｅ）前記少なくとも一つの光電イメージャ上の前記局部イメージ領域の位置と前記照射位置データとを用いることで、光線が反射される前記対象物表面上の局部領域に対する３つの空間座標を求めること、
を特徴とする三次元画像化方法。
【請求項１９】 前記ビームの照射位置に対応するデータを符号化された前記走査光ビームの提供は、異なる照射位置で前記走査光ビームの輝度を異ならせる制御を含むこと、を特徴とする請求項１８に記載の三次元画像化方法。
【請求項２０】 前記照射位置のデータの記録は、画像化された光線の輝度の検出を含むこと、を特徴とする請求項１９に記載の三次元画像化方法。
【請求項２１】 前記走査光ビームの輝度の制御は、前記走査光ビーム中の光の輝度を波長の関数として制御すること含むこと、を特徴とする請求項２０に記載の三次元画像化方法。
【請求項２２】 前記走査光ビームは、少なくとも２つの波長帯域の光を含み、
前記走査光ビームの輝度の制御は、前記走査光ビームの前記少なくとも２つの波長帯域についていずれかの光の輝度と他の一つの光の輝度とを独立に輝度制御することを含むこと、
を特徴とする請求項２１に記載の三次元画像化方法。
【請求項２３】 前記輝度制御は、前記異なる複数の波長帯域の光の輝度間の比が、異なる照射位置で夫々異なることを目的とする、前記波長帯域の光の制御を含むこと、を特徴とする請求項２２に記載の三次元画像化方法。
【請求項２４】 前記輝度制御は、
前記少なくとも二つの帯域のうちの一つの輝度が照射位置パラメータに対する線形の増加関数となることを目的とする前記少なくとも二つの帯域のうちの一つの光の輝度の制御と、
前記少なくとも二つの帯域のうちの別の一つの輝度が前記照射位置パラメータに対する線形の減少関数とすることを目的とする前記少なくとも二つの帯域のうちの別の一つの帯域の光の制御とを含むこと、
を特徴とする請求項２３に記載の三次元画像化方法。
【請求項２５】 前記少なくとも一つの光電イメージャは、一つの光電イメージャであること、を特徴とする請求項２２から請求項２４のいずれかに記載の三次元画像化方法。
【請求項２６】 前記光電イメージャの異なる局部イメージ位置における、前記走査光ビームの異なる波長帯域中に波長を有する光線の画像化を含むこと、を特徴とする請求項２５に記載の三次元画像化方法。
【請求項２７】 前記少なくとも一つの光電イメージャは、少なくとも二つの光電イメージャであること、を特徴とする請求項２２から請求項２４のいずれかに記載の三次元画像化方法。
【請求項２８】 前記少なくとも二つの光電イメージャのいずれの一組の光電イメージャについても、少なくとも一つの波長帯域が存在し、該少なくとも一つの波長帯域中に波長を有する光線が、該一組の光電イメージャのみによって画像化されるように、前記走査光ビームの異なる波長帯域中に波長を有する多数の反射光の光線を画像化することを含むこと、を特徴とする請求項２７に記載の三次元画像化方法。
【請求項２９】 前記少なくとも一つの光電イメージャは、前記走査光ビームの前記波長帯域の一つのみに波長を持つ光線を画像化すること、を特徴とする請求項２７に記載の三次元画像化方法。
【請求項３０】 前記少なくとも一つの光電イメージャは、単一の光電イメージャであること、を特徴とする請求項１８から請求項２１のいずれかに記載の三次元画像化方法。
【請求項３１】 前記反射光の画像化は、前記少なくとも一つの照射位置夫々対する二度の反射光画像化を含むこと、を特徴とする請求項１８から請求項２１又は請求項３０のいずれかに記載の三次元画像化方法。
【請求項３２】 前記走査光ビームは、概ねペンシルビーム状であること、を特徴とする請求項１８から請求項３１のいずれかに記載の三次元画像化方法。
【請求項３３】 前記走査光ビームは、薄い平面扇型ビームであること、を特徴とする請求項１８から請求項３１のいずれかに記載の三次元画像化方法。
【請求項３４】 前記扇型ビームの前記照射位置は、前記扇型ビームの平面の中の軸の位置、走査角の少なくとも一つによって定義され、
該走査角は、該軸の周りでの前記扇型ビームの回転の角度であり、
前記扇型ビームは、該走査角を符号化されること、
を特徴とする請求項３３に記載の三次元画像化方法。
【請求項３５】 前記走査光ビームの少なくとも一つの照射位置についての前記対象物表面からの光の反射は、一つの走査角での前記対象物表面からの光の反射を含むこと、を特徴とする請求項３４に記載の三次元画像化方法。
【請求項３６】 前記走査光ビーム中の異なる波長の光についての前記対象物表面の反射率は、概ね同一であること、を特徴とする請求項１８から請求項３５のいずれかに記載の三次元画像化方法。
【請求項３７】 前記少なくとも一つの光電イメージャの一つの画像フレーム上にある、前記多数の照射位置の少なくとも二つからの反射光の画像の記録を含むこと、を特徴とする請求項１８から請求項３６のいずれかに記載の三次元画像化方法。
【請求項３８】 多数の光線の反射と画像化は、
（i）光線が反射される前記少なくとも一つの照射位置夫々について前記走査光ビームの輝度は等しい状態で実行される、前記対象物の局部表面領域から反射された光線の第１の画像化と、
（ii）光線が反射される前記少なくとも一つの照射位置夫々について前記走査光ビームの輝度が異なる状態で実行される、前記対象物の局部表面領域から反射された光線の第２の画像化とを含み、
前記３つの空間座標の決定は、前記第２の画像化での前記対象物の局部表面領域から反射された光線の輝度を、前記第１の画像化での前記対象物表面の前記局部表面領域から反射された光線の輝度で除算することを含むこと、
を特徴とする請求項１９から請求項３７のいずれかに記載の三次元画像化方法。
【請求項３９】 多数の光線の反射と画像化は、
（i）前記対象物に光を照射する周辺光源によって前記対象物の局部表面領域から反射された光線の第１の画像化の実行と、
（ii）前記走査光ビーム中の光によって前記対象物の局部表面領域から反射された光線の第２の画像化の実行とを含み、
前記３つの空間座標の決定は、前記第１の画像化での前記対象物の局部表面領域から反射された光線の輝度から、前記第２の画像化での前記対象物表面の前記局部表面領域から反射された光線の輝度を引く減算を含むこと、
を特徴とする請求項１９から請求項３８のいずれかに記載の三次元画像化方法。