JP2002090681A - Optical scanner and three-dimensional measuring instrument - Google Patents

Optical scanner and three-dimensional measuring instrument

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JP2002090681A
JP2002090681A JP2000279220A JP2000279220A JP2002090681A JP 2002090681 A JP2002090681 A JP 2002090681A JP 2000279220 A JP2000279220 A JP 2000279220A JP 2000279220 A JP2000279220 A JP 2000279220A JP 2002090681 A JP2002090681 A JP 2002090681A
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JP
Japan
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scanning
light
optical
scanning device
optical scanning
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Application number
JP2000279220A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Kanbe
幸一 掃部
Akira Yahashi
暁 矢橋
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a small-sized and low-priced scanner whose actual scanning characteristics can be grasped. SOLUTION: This optical scanner 10, provided with a light source 11 which emits a light beam U and a scanning mechanism 13 deflecting or moving the light beam in parallel, is provided with an optical detector 18, optical devices 161 and 162 which form monitor light guides 16 that the light beam passes through from positions differing in passage time to the optical detector 18, and a means 31, which detect the relation between the time of scanning and the beam positions, based on signals indicating the passage time of the light beam at the positions obtained by the optical detector.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、物体上の異なる部
位を順に照射するための光学走査装置およびそれを用い
た3次元測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical scanning device for sequentially irradiating different parts on an object and a three-dimensional measuring device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】多数方向の測距を行って対象物の立体形
状をデータ化する光学走査型の3次元デジタイザが、C
GシステムやCADシステムへのデータ入力、身体計
測、ロボットの視覚認識などに利用されている。測距方
法としては、三角測量の原理を利用するもの、およびパ
ルスの送信から受信までの時間(TOF:Time Of Flight)
を計るものがある。いずれの方法であっても、正確な形
状データを得るには、光学走査における経過時間と光軸
の位置との関係、すなわち走査特性を把握する必要があ
る。
2. Description of the Related Art An optical scanning type three-dimensional digitizer for performing distance measurement in many directions to convert a three-dimensional shape of an object into data has been developed.
It is used for data input to G system and CAD system, body measurement, visual recognition of robots, and the like. As the distance measurement method, the method using the principle of triangulation and the time from transmission to reception of a pulse (TOF: Time Of Flight)
There is something to measure. In any method, in order to obtain accurate shape data, it is necessary to understand the relationship between the elapsed time in optical scanning and the position of the optical axis, that is, the scanning characteristics.

【0003】従来、ガルバノスキャナを用いて光ビーム
を偏向する光学走査において、ミラー角度位置を検出し
て回転駆動を調整するフィードバック制御が行われてい
る。その角度位置の検出に関して、特開平7−3359
62号公報および特開平11−144273号公報に
は、専用の光源と受光素子とで角度検出を行う技術が開
示されている。検出用ビームを走査ミラーで反射させて
受光素子に入射させる光学的な検出では、静電容量式角
度センサによる検出と比べて環境温度の変化の影響が小
さい。
Conventionally, in optical scanning in which a light beam is deflected by using a galvano scanner, feedback control for detecting a mirror angle position and adjusting rotational driving has been performed. Regarding the detection of the angular position, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-3359.
No. 62 and Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-144273 disclose a technique for performing angle detection using a dedicated light source and a light receiving element. In the optical detection in which the detection beam is reflected by the scanning mirror and made incident on the light receiving element, the influence of the change in the environmental temperature is smaller than the detection by the capacitance type angle sensor.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】走査機構の状態を検出
することにより、走査機構の特性のバラツキや環境温度
の変化に伴う特性の変化に起因した誤差(制御目標と実
際の走査とのずれ)を補正することができる。
By detecting the state of the scanning mechanism, errors due to variations in the characteristics of the scanning mechanism and changes in the characteristics due to changes in the environmental temperature (shifts between the control target and actual scanning). Can be corrected.

【0005】しかし、検出専用の光源を用いる従来の光
学的な検出では、走査対象を照射する光ビーム(主ビー
ム)を直接には検出しないので、走査機構の動作以外の
要因で生じる誤差の影響を受けるという問題があった。
例えば、主ビームを射出する主光源と走査ミラーとの位
置ずれがあると、検出したミラー角度が示す偏向角度と
実際の偏向角度とがずれてしまう。また、検出専用の光
源を設けることで消費電力が増えるとともに制御系が複
雑になるという問題もあった。
However, conventional optical detection using a light source dedicated to detection does not directly detect a light beam (main beam) irradiating an object to be scanned, so that the influence of errors caused by factors other than the operation of the scanning mechanism. There was a problem of receiving.
For example, if there is a displacement between the main light source that emits the main beam and the scanning mirror, the deflection angle indicated by the detected mirror angle and the actual deflection angle will be different. In addition, there is a problem that providing a light source dedicated to detection increases power consumption and complicates a control system.

【0006】本発明は、実際の走査特性を把握すること
ができる小型で低価格の光学走査装置の実現を目的とし
ている。
An object of the present invention is to realize a small-sized and low-cost optical scanning device capable of grasping actual scanning characteristics.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明においては、光ビ
−ムを射出する光源と、前記光ビ−ムの偏向または平行
移動を行う走査機構とを備えた光学走査装置において、
光検出器と、前記光ビ−ムが通過しかつ通過時期が異な
る複数の位置から前記光検出器までのモニタ導光路を形
成する光学デバイスと、前記光検出器により得られる前
記複数の位置のそれぞれにおける前記光ビ−ムの通過時
期を示す信号に基づいて、走査における時間とビーム位
置との関係を検知する手段とを設ける。
According to the present invention, there is provided an optical scanning apparatus comprising a light source for emitting an optical beam and a scanning mechanism for deflecting or translating the optical beam.
A photodetector, an optical device forming a monitor light guide path from a plurality of positions through which the light beam passes and at different passage times to the photodetector, and a plurality of positions obtained by the photodetector. Means for detecting the relationship between the scanning time and the beam position based on a signal indicating the passage time of the light beam in each case.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】〔第1実施形態〕図1は第1実施
形態に係る3次元デジタイザの構成図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] FIG. 1 is a block diagram of a three-dimensional digitizer according to a first embodiment.

【0009】3次元デジタイザ1は、スリット光を射出
する走査装置10を備え、光切断法によって対象物Qの
形状を測定する。走査装置10において、光源11はレ
ーザダイオード111とレンズ群(コリメータレンズお
よび円柱レンズ)112とからなる。レーザダイオード
111は、発光回路14からの電力供給を受けてレーザ
光を射出する。そのレーザ光は、レンズ群112を経て
スリット光Uとなり、ガルバノスキャナ13のミラー1
31で反射して対象物Qへ向かう。スリット光Uのビー
ム断面は、図1の紙面に垂直な方向に延びる直線帯状で
ある。スリット光Uはガルバノスキャナ13によって偏
向され、これによって対象物Qが光学的に走査される。
走査装置10では、コントローラ31が走査特性を把握
するために、モニタ導光路16、受光素子18、および
ビーム検出回路19が設けられている。モニタ導光路1
6は、2本の光ファイバ161,162から構成され、
スリット光Uが通過する空間内の互いに異なる位置から
受光素子18まで光を導く。光ファイバ161,162
の入射端面はその位置でのスリット光Uのビーム断面よ
り十分に小さく、スリット光Uの一部のみがモニタ光と
して利用される。ビーム検出回路19は、受光素子18
の出力に基づいて、光ファイバ161,162の入射端
における刻々と偏向されるスリット光Uの通過を示す信
号をコントローラ31へ送る。
The three-dimensional digitizer 1 includes a scanning device 10 for emitting slit light, and measures the shape of the object Q by a light cutting method. In the scanning device 10, the light source 11 includes a laser diode 111 and a lens group (collimator lens and cylindrical lens) 112. The laser diode 111 receives a power supply from the light emitting circuit 14 and emits a laser beam. The laser light passes through the lens group 112 and becomes the slit light U, and the mirror light of the galvano scanner 13 is
The light is reflected at 31 toward the object Q. The beam cross section of the slit light U has a linear band shape extending in a direction perpendicular to the plane of FIG. The slit light U is deflected by the galvano scanner 13, whereby the object Q is optically scanned.
In the scanning device 10, the monitor light guide path 16, the light receiving element 18, and the beam detection circuit 19 are provided so that the controller 31 can grasp the scanning characteristics. Monitor light guide 1
6 is composed of two optical fibers 161, 162,
The light is guided from different positions in the space through which the slit light U passes to the light receiving element 18. Optical fibers 161, 162
Is sufficiently smaller than the beam cross section of the slit light U at that position, and only a part of the slit light U is used as monitor light. The beam detection circuit 19 includes the light receiving element 18
The controller 31 sends a signal to the controller 31 indicating the passage of the slit light U, which is deflected at the input ends of the optical fibers 161 and 162, based on the output of the optical fibers 161 and 162.

【0010】走査装置10から射出されたスリット光U
は対象物Qの表面で反射し、その一部が反射光U’とし
て3次元デジタイザ1に戻る。反射光U’は受光レンズ
21を経てエリアセンサ22に入射する。エリアセンサ
22は、駆動回路23からの制御信号に従って、露出期
間内の各画素の受光量に応じた信号を出力する。エリア
センサ22による撮像情報は画像処理回路32でA/D
変換され、画像データとしてメモリ33に書き込まれ
る。メモリ33の画像データに基づく三角測距演算はコ
ントローラ31によって行われる。コントローラ31
は、三角測距演算に際して走査特性を加味する。すなわ
ち、ガルバノスキャナ13のドライバ15に与えた角度
指令値と実際のミラー角度との差に応じて必要な補正を
行う。三角測距演算によって、対象物Qにおける複数の
位置のそれぞれまでの距離(3次元データ)が算出され
る。算出された3次元データは、ユーザーインタフェー
ス35のディスプレイによって表示される。ユーザーが
データ保存を指示すると、3次元データは可搬性の記録
メディア34に記録される。記録メディア34として
は、スマートメディア、コンパクトフラッシュ(登録商
標)カード、その他のメモリカードが好適である。
The slit light U emitted from the scanning device 10
Is reflected on the surface of the object Q, and a part of the light returns to the three-dimensional digitizer 1 as reflected light U ′. The reflected light U ′ enters the area sensor 22 via the light receiving lens 21. The area sensor 22 outputs a signal corresponding to the amount of light received by each pixel during the exposure period according to a control signal from the drive circuit 23. The imaging information by the area sensor 22 is A / D-converted by the image processing circuit 32.
The data is converted and written into the memory 33 as image data. The triangulation calculation based on the image data in the memory 33 is performed by the controller 31. Controller 31
Takes into account the scanning characteristics in the triangulation calculation. That is, necessary correction is performed according to the difference between the angle command value given to the driver 15 of the galvano scanner 13 and the actual mirror angle. The distances (three-dimensional data) to each of the plurality of positions on the object Q are calculated by the triangulation. The calculated three-dimensional data is displayed on the display of the user interface 35. When the user instructs data storage, the three-dimensional data is recorded on the portable recording medium 34. As the recording medium 34, a smart media, a compact flash (registered trademark) card, or another memory card is suitable.

【0011】図2はビーム検出方法を示す図、図3は走
査特性を示すグラフである。モニタ導光路16の光ファ
イバ161,162の入射端は、ガルバノスキャナの回
転軸を中心として基準方向に対する角度θ1、θ2の位
置に配置されている。なお、入射端面がガルバノスキャ
ナの回転中心に正対するのが好ましい。
FIG. 2 is a diagram showing a beam detection method, and FIG. 3 is a graph showing scanning characteristics. The incident ends of the optical fibers 161 and 162 of the monitor light guide path 16 are arranged at angles θ1 and θ2 with respect to the reference direction about the rotation axis of the galvano scanner. It is preferable that the incident end face is directly opposed to the rotation center of the galvano scanner.

【0012】スリット光Uは光ファイバ161,162
の入射端を通過するよう偏向される。スリット光Uの偏
向(走査)の開始からの時間経過に伴って、受光素子1
8の出力(受光信号)は図2(B)のように推移する。
受光信号から基準方向に対するスリット光Uの偏向角度
がθ1,θ2となった時点t1,t2を検出する。
The slit light U is transmitted through optical fibers 161, 162
Is deflected to pass through the entrance end of As time elapses from the start of deflection (scanning) of the slit light U, the light receiving element 1
The output (light receiving signal) of No. 8 changes as shown in FIG.
Time points t1 and t2 when the deflection angles of the slit light U with respect to the reference direction become θ1 and θ2 from the light receiving signal are detected.

【0013】図3において指令角度特性は、コントロー
ラ31がドライバ15に与える角度指令値である。図に
おいて角度指令値の推移は線形であり、等角速度の回転
が指令されている。
In FIG. 3, the command angle characteristic is an angle command value given to the driver 15 by the controller 31. In the figure, the transition of the angle command value is linear, and rotation at a constant angular velocity is commanded.

【0014】受光素子18により検出された時点t1,
t2を基に線形補間をし、得られた特性を実角度特性と
する。この実角度特性により、実際の走査速度および走
査範囲が分かる(厳密には推定)。そして、実角度特性
が示す走査期間中の時点の偏向角度を用いて三角測距演
算を行えば、指令角度特性に基づく演算よりも正確な3
次元データを算出することができる。
The time points t1, t1 detected by the light receiving element 18
Linear interpolation is performed based on t2, and the obtained characteristics are used as actual angle characteristics. From the actual angle characteristics, the actual scanning speed and scanning range can be known (strictly estimated). If the triangulation is performed using the deflection angle at the time during the scanning period indicated by the actual angle characteristic, the triangulation is more accurate than the calculation based on the commanded angle characteristic.
Dimension data can be calculated.

【0015】図4は3次元測定の原理図である。ある時
刻に、エリアセンサ22におけるアドレスmの画素に対
象物からの反射光が入射した場合を考える。エリアセン
サ22と受光レンズ21との配置関係およびレンズ特性
が既知であれば、対象物からの反射光の基準方向に対す
る入射角φmが求まる。上述の実角度特性から当該時刻
における偏向角度θmを求める。スリット光の投射の起
点から受光レンズ21の主点位置までの基線長L(既
知)、入射角φm、および偏向角度θmを基に、三角測
量の演算式を適用して対象物までの距離Dmを求める。
距離Dmが求まれば、エリアセンサ22の注目画素mが
睨む方向における物体表面の座標を算出することができ
る。
FIG. 4 is a diagram showing the principle of three-dimensional measurement. At a certain time, a case where reflected light from an object enters a pixel at an address m in the area sensor 22 is considered. If the arrangement relationship between the area sensor 22 and the light receiving lens 21 and the lens characteristics are known, the incident angle φm of the reflected light from the object with respect to the reference direction is obtained. The deflection angle θm at the time is obtained from the actual angle characteristics described above. Based on the base line length L (known), the incident angle φm, and the deflection angle θm from the starting point of the projection of the slit light to the principal point position of the light receiving lens 21, the distance Dm to the object is obtained by applying a triangulation calculation formula. Ask for.
Once the distance Dm is determined, the coordinates of the object surface in the direction in which the pixel of interest m of the area sensor 22 gazes can be calculated.

【0016】図5は3次元デジタイザの概略動作のフロ
ーチャートである。ユーザーが指定した測定範囲に応じ
た走査条件(走査角速度、走査角度範囲、撮像の露光タ
イミング)を設定する(#1)。このとき、走査角度範
囲が必ず上述の角度θ1,θ2の位置を含むようにす
る。
FIG. 5 is a flowchart of the schematic operation of the three-dimensional digitizer. The scanning conditions (scanning angular velocity, scanning angle range, exposure timing of imaging) according to the measurement range designated by the user are set (# 1). At this time, the scanning angle range always includes the positions of the angles θ1 and θ2.

【0017】ガルバノスキャナ13およびエリアセンサ
22を駆動して走査を行う(#2〜#6)。走査により
得られた画像データおよび実角度特性とに基づいて3次
元データを算出し(#7)、3次元データを表示する
(#8)。ユーザーが所定の走操作を行うと、3次元デ
ータを記録する(#9、#10)。
The scanning is performed by driving the galvano scanner 13 and the area sensor 22 (# 2 to # 6). The three-dimensional data is calculated based on the image data obtained by the scanning and the actual angle characteristics (# 7), and the three-dimensional data is displayed (# 8). When the user performs a predetermined running operation, three-dimensional data is recorded (# 9, # 10).

【0018】図6および図7はビーム検出方法の他の例
を示す図である。図6(A)の例では、モニタ導光路1
6Aを構成する光ファイバ161,162のそれぞれに
対して1個ずつ受光素子18a,18bが設けられてい
る。この構成は、図6(B)のように時点t1,t2を
表す信号が重なる場合に有用である。受光素子18a,
18bが独立しているので、時点t1,t2を表す信号
を個別に検出することができる。
FIGS. 6 and 7 show another example of the beam detection method. In the example of FIG. 6A, the monitor light guide path 1
One light receiving element 18a, 18b is provided for each of the optical fibers 161, 162 constituting 6A. This configuration is useful when the signals representing the time points t1 and t2 overlap as shown in FIG. The light receiving element 18a,
Since the signals 18b are independent, signals representing the time points t1 and t2 can be individually detected.

【0019】図7(A)の例では、モニタ導光路16B
が4本の光ファイバ161a,162a,161b,1
62bからなり、2つの受光素子18a,18bのそれ
ぞれが第1および第2の位置におけるスリット光Uの通
過を検出する。受光素子18aの出力信号と受光素子1
8bの出力信号とのクロスポイントを時点t1,t2と
する高精度の検出が可能であるとともに、受光素子18
a,18bの応答特性の差異の影響を無くすことができ
る。
In the example of FIG. 7A, the monitor light guide path 16B
Are four optical fibers 161a, 162a, 161b, 1
Each of the two light receiving elements 18a and 18b detects the passage of the slit light U at the first and second positions. Output signal of light receiving element 18a and light receiving element 1
8b, it is possible to perform high-precision detection with the cross point with the output signal of time 8b as time points t1 and t2.
a, 18b can be eliminated.

【0020】図8はビーム検出位置の変形例を示す図で
ある。ビーム検出位置は2箇所以上であればよく、個数
が多いほどより正確な実角度特性を求めることができ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a modification of the beam detection position. It is sufficient that the number of beam detection positions is two or more. The more the number is, the more accurate the actual angle characteristic can be obtained.

【0021】図8(A)において、モニタ導光路16C
は5本の光ファイバ161〜165からなり、互いに離
れた5つの位置のそれぞれから1個の受光素子18へ光
を導く。図8(B)において、モニタ導光路16Dは5
本の光ファイバ161〜165からなり、光ファイバ1
61〜165のそれぞれに対して1個ずつ受光素子18
a,18b,18c,18d,18eが設けられてい
る。図8(C)において、モニタ導光路16Eは5本の
光ファイバ161〜165からなり、互いに離れた5つ
の位置のそれぞれから1個のラインセンサ18Aの互い
に異なる画素へ光を導く。ラインセンサ18AはCCD
に代表される固体撮像素子であってもよいし、位置検知
型検出器(PSD)であってもよい。
In FIG. 8A, the monitor light guide path 16C
Is composed of five optical fibers 161 to 165, and guides light to one light receiving element 18 from each of five positions separated from each other. In FIG. 8B, the monitor light guide path 16D is 5
Optical fibers 161 to 165,
One light receiving element 18 for each of 61 to 165
a, 18b, 18c, 18d, and 18e. In FIG. 8C, the monitor light guide path 16E is composed of five optical fibers 161 to 165, and guides light from each of five positions separated from each other to different pixels of one line sensor 18A. Line sensor 18A is CCD
Or a position detection type detector (PSD).

【0022】図9はモニタ導光路の他の形態を示す図で
ある。図9(A)において、モニタ導光路17は2個の
固定ミラー171,172から構成され、スリット光U
の一部を折り返すよう反射してラインセンサ18Aに導
く。スリット光Uの偏向に伴ってラインセンサ18Aに
おけるスリット光Uの入射位置が移動する。図9(B)
の例では、図9(A)の例におけるラインセンサ18A
に代えて2個の受光素子18a,18bが設けられてい
る。モニタ導光路17Aの機能はモニタ導光路17と同
様である。
FIG. 9 is a view showing another embodiment of the monitor light guide path. 9A, the monitor light guide path 17 includes two fixed mirrors 171 and 172, and the slit light U
Is reflected to return to the line sensor 18A. The incident position of the slit light U in the line sensor 18A moves with the deflection of the slit light U. FIG. 9 (B)
In the example of FIG. 9, the line sensor 18A in the example of FIG.
, Two light receiving elements 18a and 18b are provided. The function of the monitor light guide path 17A is the same as that of the monitor light guide path 17.

【0023】図9(C)において、モニタ導光路17B
は1個の湾曲した固定ミラー173から構成され、第1
の偏向角度のスリット光Uを受光素子18aに導き、第
2の偏向角度のスリット光Uを受光素子18bに導く。
図9(D)において、モニタ導光路17Cは1個の湾曲
した固定ミラー174から構成され、第1の偏向角度の
スリット光および第2の偏向角度のスリット光Uの双方
を1個の受光素子18に導く。他の偏向角度のスリット
光Uは受光素子18に入射しない。
In FIG. 9C, the monitor light guide path 17B
Is composed of one curved fixed mirror 173, and the first
Is guided to the light receiving element 18a, and the slit light U having the second deflection angle is guided to the light receiving element 18b.
In FIG. 9D, the monitor light guide path 17C is composed of one curved fixed mirror 174, and receives both the slit light having the first deflection angle and the slit light U having the second deflection angle as one light receiving element. Lead to 18. The slit light U having another deflection angle does not enter the light receiving element 18.

【0024】図10はビーム検出形態の他の例を示す図
である。図10(A)はビーム検出位置を示す正面図、
図10(B)はビーム検出位置を示す側面図、図10
(C)は走査特性を示すグラフである。
FIG. 10 is a diagram showing another example of the beam detection mode. FIG. 10A is a front view showing a beam detection position,
FIG. 10B is a side view showing a beam detection position.
(C) is a graph showing scanning characteristics.

【0025】図10(A)(B)のようにモニタ導光路
16Fは計6本の光ファイバ161a,162a,16
1b,162b,161c,162cからなる。スリッ
ト光Uの長さ方向の一端部、中央部および他端部のそれ
ぞれに2本ずつ光ファイバが割り当てられ、各部におい
てスリット光Uの移動方向に沿って離れた位置に光ファ
イバの入射端が配置されている。このような構成は、ス
リット光Uの移動方向とスリット光Uの長さ方向との関
係が変化する場合に有用である。例示では、スリット光
Uの長さ方向の3箇所について実角度特性を求めること
ができる。なお、スリット光Uの長さ方向(これを水平
方向とする)において、ビーム検出の分解能と3次元測
定用エリアセンサ22の分解能とが異なる場合は、ビー
ム検出で得られた実角度特性を基に補間処理または間引
き処理によって、エリアセンサ22の垂直方向に沿った
各ラインに対する実角度特性を求める。
As shown in FIGS. 10A and 10B, the monitor light guide path 16F includes a total of six optical fibers 161a, 162a, 16F.
1b, 162b, 161c and 162c. Two optical fibers are allocated to one end, the center and the other end in the length direction of the slit light U, and the incident end of the optical fiber is located at a position separated along the moving direction of the slit light U in each part. Are located. Such a configuration is useful when the relationship between the moving direction of the slit light U and the length direction of the slit light U changes. In the example, the actual angle characteristics can be obtained for three places in the length direction of the slit light U. In the case where the resolution of the beam detection and the resolution of the three-dimensional measurement area sensor 22 are different in the length direction of the slit light U (this is referred to as the horizontal direction), the actual angle characteristics obtained by the beam detection are used. First, an actual angle characteristic of each line along the vertical direction of the area sensor 22 is obtained by interpolation processing or thinning processing.

【0026】図11は固定ミラーによるビーム検出の他
の例を示す図である。図11において、モニタ導光路1
7Dは固定ミラー175と図示しない他の固定ミラーと
で構成される。固定ミラー175ではその周縁付近のみ
が反射部1751とされ、反射部1751の内側が透光
部1752とされている。モニタ導光路17Dも図10
のモニタ導光路16Fと同様にスリット光Uの移動方向
とスリット光Uの長さ方向との関係が変化する場合に有
用である。 〔第2実施形態〕図12は第2実施形態に係る3次元デ
ジタイザの構成図である。図12において、図1の構成
例と同一の機能を有する要素には図1と同一の符号を付
し、その説明を省略する。
FIG. 11 is a diagram showing another example of beam detection by a fixed mirror. In FIG. 11, the monitor light guide path 1
7D includes a fixed mirror 175 and another fixed mirror (not shown). In the fixed mirror 175, only the vicinity of the periphery is a reflecting portion 1751, and the inside of the reflecting portion 1751 is a light transmitting portion 1752. The monitor light guide path 17D is also shown in FIG.
This is useful when the relationship between the moving direction of the slit light U and the length direction of the slit light U changes like the monitor light guide path 16F. [Second Embodiment] FIG. 12 is a configuration diagram of a three-dimensional digitizer according to a second embodiment. 12, elements having the same functions as those in the configuration example of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as in FIG. 1, and description thereof will be omitted.

【0027】3次元デジタイザ2は光切断法によって対
象物Qの形状を測定する。3次元デジタイザ2では、ガ
ルバノスキャナ13による走査の特性を検出するための
受光手段として、反射光U’を受光するエリアセンサ2
2を利用する。走査装置10Gにおけるモニタ導光路1
6Gは、スリット光Uが通過する互いに離れた位置から
エリアセンサ22の特定の画素まで光を導く。モニタ導
光路16Gの構成は光ファイバまたは固定ミラーを用い
た上述のいずれの構成であってもよい。
The three-dimensional digitizer 2 measures the shape of the object Q by a light section method. In the three-dimensional digitizer 2, an area sensor 2 that receives reflected light U 'is used as a light receiving unit for detecting characteristics of scanning by the galvano scanner 13.
Use 2. Monitor light guide path 1 in scanning device 10G
6G guides light from a position apart from each other where the slit light U passes to a specific pixel of the area sensor 22. The configuration of the monitor light guide path 16G may be any of the above-described configurations using an optical fiber or a fixed mirror.

【0028】図13は3次元デジタイザの動作の他の例
を示すフローチャートである。測定開始操作に呼応し
て、それ以前にユーザーが指定した測定範囲に応じた条
件(走査角速度、走査角度範囲)の予備走査を行い、走
査の特性を検出する(#20)。
FIG. 13 is a flowchart showing another example of the operation of the three-dimensional digitizer. In response to the measurement start operation, preliminary scanning is performed under conditions (scanning angular velocity, scanning angle range) according to the measurement range specified by the user before that, and scanning characteristics are detected (# 20).

【0029】検出された走査角速度および走査角度範囲
と、予備走査における指令走査角速度および指令走査角
度範囲との関係を求め、この関係を基に本走査が所望の
走査となるように指令走査角速度および指令走査角度範
囲を補正する(#21)。
The relationship between the detected scanning angular velocity and scanning angle range and the commanded scanning angular velocity and commanded scanning angle range in the preliminary scanning is determined, and based on this relationship, the commanded scanning angular velocity and the commanded scanning angular velocity are set so that the main scanning becomes a desired scan. The command scanning angle range is corrected (# 21).

【0030】その後、ガルバノスキャナ13およびエリ
アセンサ22を駆動して本走査を行う(#22〜#2
6)。本走査により得られた画像データに基づいて3次
元データを算出し(#27)、3次元データを表示する
(#28)。ユーザーが所定の操作を行うと、3次元デ
ータを記録する(#29、#30)。
Thereafter, the main scanning is performed by driving the galvano scanner 13 and the area sensor 22 (# 22 to # 2).
6). The three-dimensional data is calculated based on the image data obtained by the main scanning (# 27), and the three-dimensional data is displayed (# 28). When the user performs a predetermined operation, three-dimensional data is recorded (# 29, # 30).

【0031】以上の実施例では走査特性の検出結果を踏
まえて三角測量演算をしたり、本走査の指令値を補正し
たりすることによって、3次元データを算出している。
これに限らず、検出された走査特性(走査角速度、走査
角度範囲)のデータと、エリアセンサ22により得られ
た画像データ(反射光の受光データ)とを記録メディア
34に記録し、他の演算装置において3次元データを算
出してもよい。検出された走査特性に基づいて走査の指
令値を補正する場合に、3次元データの算出に際して指
令角度特性から偏向角度θmを算出しても良い。対象物
Qに投射する光ビームはスリット光に限らず、スポット
光であってもよい。
In the above embodiment, three-dimensional data is calculated by performing a triangulation calculation based on the detection results of the scanning characteristics or correcting the command value of the main scanning.
The present invention is not limited to this. Data of the detected scanning characteristics (scanning angular velocity, scanning angle range) and image data (light receiving data of reflected light) obtained by the area sensor 22 are recorded on the recording medium 34, and other operations are performed. The apparatus may calculate three-dimensional data. When correcting the scanning command value based on the detected scanning characteristics, the deflection angle θm may be calculated from the command angle characteristics when calculating the three-dimensional data. The light beam projected onto the object Q is not limited to the slit light, but may be a spot light.

【0032】[0032]

【発明の効果】請求項1乃至請求項5の発明によれば、
実際の走査特性を把握することができる小型で低価格の
走査装置または3次元測定装置を実現することができ
る。
According to the first to fifth aspects of the present invention,
It is possible to realize a small and low-cost scanning device or three-dimensional measuring device capable of grasping actual scanning characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1実施形態に係る3次元デジタイザの構成図
である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a three-dimensional digitizer according to a first embodiment.

【図2】ビーム検出方法を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a beam detection method.

【図3】走査特性を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing scanning characteristics.

【図4】3次元測定の原理図である。FIG. 4 is a principle diagram of three-dimensional measurement.

【図5】3次元デジタイザの概略動作のフローチャート
である。
FIG. 5 is a flowchart of a schematic operation of the three-dimensional digitizer.

【図6】ビーム検出方法の他の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing another example of the beam detection method.

【図7】ビーム検出方法の他の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing another example of the beam detection method.

【図8】ビーム検出位置の変形例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a modification of the beam detection position.

【図9】モニタ導光路の他の形態を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing another form of the monitor light guide path.

【図10】ビーム検出形態の他の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another example of a beam detection mode.

【図11】固定ミラーによるビーム検出の他の例を示す
図である。
FIG. 11 is a diagram showing another example of beam detection by a fixed mirror.

【図12】第2実施形態に係る3次元デジタイザの構成
図である。
FIG. 12 is a configuration diagram of a three-dimensional digitizer according to a second embodiment.

【図13】3次元デジタイザの動作の他の例を示すフロ
ーチャートである。
FIG. 13 is a flowchart showing another example of the operation of the three-dimensional digitizer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

U スリット光(光ビ−ム) 11 光源 13 ガルバノスキャナ(走査機構) 10,10G 走査装置(光学走査装置) 18,18a,18b 受光素子(光検出器) 18A ラインセンサ(光検出器) 16,16A〜16F モニタ導光路 161〜165 光ファイバ(光学デバイス) 171〜175 固定ミラー(光学デバイス) 31 コントローラ(データ処理手段) Q 対象物 1,2 3次元デジタイザ(3次元測定装置) U Slit light (optical beam) 11 Light source 13 Galvano scanner (scanning mechanism) 10, 10G Scanning device (optical scanning device) 18, 18a, 18b Light receiving element (photodetector) 18A Line sensor (photodetector) 16, 16A to 16F Monitor light guide path 161 to 165 Optical fiber (optical device) 171 to 175 Fixed mirror (optical device) 31 Controller (data processing means) Q Object 1, 2 3D digitizer (3D measuring device)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA53 EE00 FF01 FF02 FF09 FF32 GG06 HH05 JJ01 JJ03 JJ05 JJ15 JJ26 LL02 LL04 LL13 LL62 MM16 QQ00 QQ03 QQ24 2H045 AB01 AC01 BA42 CA82 CA89 CA92 CB22  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F065 AA53 EE00 FF01 FF02 FF09 FF32 GG06 HH05 JJ01 JJ03 JJ05 JJ15 JJ26 LL02 LL04 LL13 LL62 MM16 QQ00 QQ03 QQ24 2H045 AB01 AC01 BA42 CA82 CA92 CB22

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光ビ−ムを射出する光源と、前記光ビ−ム
の偏向または平行移動を行う走査機構とを備えた光学走
査装置であって、 光検出器と、 前記光ビ−ムが通過しかつ通過時期が異なる複数の位置
から前記光検出器までのモニタ導光路を形成する光学デ
バイスと、 前記光検出器により得られる前記複数の位置のそれぞれ
における前記光ビ−ムの通過時期を示す信号に基づい
て、走査における時間とビーム位置との関係を検知する
手段とを有したことを特徴とする光学走査装置。
An optical scanning device comprising: a light source for emitting an optical beam; and a scanning mechanism for deflecting or translating the optical beam, comprising: a photodetector; An optical device forming a monitor light guide path from a plurality of positions through which light passes and passing times differing from each other to the photodetector; and a passing timing of the light beam at each of the plurality of positions obtained by the photodetector. Means for detecting the relationship between the time in scanning and the beam position based on a signal indicating the following.
【請求項2】前記光検出器は、前記複数の位置毎に独立
した複数の受光素子からなる請求項1記載の光学走査装
置。
2. The optical scanning device according to claim 1, wherein said photodetector comprises a plurality of independent light receiving elements for each of said plurality of positions.
【請求項3】走査においてビ−ム位置が設定どおりに変
化するように、以前の走査において検知された前記時間
とビーム位置との関係に基づいて、前記走査機構を制御
する請求項1記載の光学走査装置。
3. The scanning mechanism according to claim 1, wherein the scanning mechanism is controlled based on the relationship between the time detected in the previous scanning and the beam position so that the beam position changes as set in the scanning. Optical scanning device.
【請求項4】請求項1記載の光学走査装置を備え、当該
光学走査装置から射出されて対象物で反射した光を受光
することによって当該対象物の形状を測定する3次元測
定装置であって、 前記光学走査装置によって検知された走査に係る前記関
係を参照して三角測距演算を行うデータ処理手段を有し
たことを特徴とする3次元測定装置。
4. A three-dimensional measuring device comprising the optical scanning device according to claim 1, and measuring the shape of the object by receiving light emitted from the optical scanning device and reflected by the object. A three-dimensional measuring apparatus comprising: a data processing unit that performs a triangulation calculation with reference to the relationship related to the scanning detected by the optical scanning device.
【請求項5】請求項1記載の光学走査装置を備え、当該
光学走査装置から射出されて対象物で反射した光を受光
することによって当該対象物の形状を測定する3次元測
定装置であって、 前記対象物の形状を表すデータと、前記光学走査装置に
よって検知された走査に係る前記関係を表すデータとを
測定データとして記録するデータ処理手段を有したこと
を特徴とする3次元測定装置。
5. A three-dimensional measuring device comprising the optical scanning device according to claim 1, and measuring the shape of the object by receiving light emitted from the optical scanning device and reflected by the object. A three-dimensional measuring apparatus comprising: a data processing unit that records, as measurement data, data representing a shape of the object and data representing the relationship related to scanning detected by the optical scanning device.
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