JP2002257526A - レーザ放射を用いたシーンの三次元記録用装置 - Google Patents

レーザ放射を用いたシーンの三次元記録用装置

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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】シーン４の三次元記録用装置は、レーザ放
射源２０と、レーザ放射源２０によって放射されたレー
ザ・ビームを用いてシーンを走査するために２つの回転
軸１６、４４にそって走査する手段と、シーン４上にレ
ーザ・ビームによってつくられたスポット５２のイメー
ジを受ける光電性受光器４６と、シーン４によって後方
散乱されたレーザ・ビームを光電性受光器４６に向けて
収束させる手段３８、５０と、走査手段を去るビームの
配向を測定する第１測定手段と、レーザ遠隔測定によっ
て装置とスポット間の距離を測定する第２測定手段とか
らなる。さらに、収束手段３８、５０は、発散光学系５
０と組み合わされた収束光学系３８を有し、収束光学系
３８の焦点距離を増加させて、遠隔対物レンズを形成す
る。走査手段は、収束手段３８、５０とシーン４との間
で放射および後方散乱レーザ・ビームの経路に置かれた
少なくとも１つのミラーを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シーンの三次元記
録用装置に関する。さらに詳しく言えば、本発明は、レ
ーザ放射源と、レーザ放射源によって放射されたレーザ
・ビームを用いてシーンを走査するために第１および第
２回転軸にそって走査する手段と、シーン上にレーザ・
ビームによってつくられたスポットのイメージを受ける
光電性受光器と、シーンによって後方散乱されたレーザ
・ビームを光電性受光器に向けて収束させる手段と、走
査手段を去るビームの配向を測定する第１測定手段と、
レーザ遠隔測定によって装置とスポット間の距離を測定
し、放射レーザ・ビームとシーンによって後方散乱され
たレーザ・ビームとを分離するスプリッタ・プレートを
含む第２測定手段とからなる三次元記録用装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】このような装置は、文献ＵＳ５９８８８
６２Ａに記載されている。それは、レーザ・パルス放射
源と、２つの直交軸のまわりに回転する２つの検流計ミ
ラーからなる走査手段と、２つの検流計ミラーの位置に
もとづいてレーザ・ビームを向けかつその配向を決定す
るエンコーダとからなる。さらに、それは、パルス放射
源によって放射されたビームとシーンによって後方散乱
されたビームとを分離するオプチカル・スプリッタを含
み、それによってレーザ・パルスの「飛行時間」を測定
することによってシーン上のレーザ・ビームによってつ
くられたスポットと装置との間の距離を測定可能にす
る。この目的のために、その装置は、レーザ・ビームが
放射された時刻を測定する手段と、シーンによって後方
散乱されたレーザ・ビームが光電性受光器によって受け
られる時刻を測定する手段とを含む。
【０００３】したがって、レーザ放射源によって放射さ
れたパルスは、シーン上にスポットをつくるために２つ
の検流計ミラーに向けてスプリッタによって部分的に反
射される。シーンによって受けられたパルスの一部は、
２つの検流計ミラーに向けて後方散乱され、光電性受光
器にそのパワーを収束するテレスコープによって受けら
れる前にスプリッタを通過する。
【０００４】装置が１ｍから１００ｍまでのような大き
な範囲の距離内での測定に適用されたとき、後方散乱レ
ーザ・ビームが装置からスポットを分離する距離の自乗
に逆比例するので、光電性受光器によって受けられたレ
ーザ・ビームのパワーの広いダイナミック・レンジから
損害を受けることがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の狙いは、光電
性受光器によって受けられた後方散乱レーザ・ビームの
パワーのダイナミック・レンジを制限しかつそれを考慮
できる装置をつくることによってこの欠点を改善するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明の主
題は、シーンの三次元記録用装置であって、レーザ放射
源と、レーザ放射源によって放射されたレーザ・ビーム
を用いてシーンを走査するために第１および第２回転軸
にそって走査する手段と、シーン上にレーザ・ビームに
よってつくられたスポットのイメージを受ける光電性受
光器と、光電性受光器に向かってシーンによって後方散
乱されたレーザ・ビームを収束させる手段と、走査手段
を去るビームの配向を測定する第１測定手段と、レーザ
遠隔測定によって本装置とスポット間の距離を測定する
第２測定手段とからなり、前記第２測定手段は放射され
たビームとシーンによって後方散乱されたビームとを分
離するスプリッタ・プレートを有し、収束手段は発散光
学系と組み合わされた収束光学系を有し、収束光学系の
焦点距離を増加させて、遠隔対物レンズを形成し、走査
手段は、収束手段とシーンとの間で放射レーザ・ビーム
および後方散乱レーザ・ビームの経路に置かれた少なく
とも１つのミラーを含む。
【０００７】このようにして、本発明にもとづく装置
は、長い焦点距離を有しかつ小型である収束手段を設け
ることによって、光電性受光器によって受けられた後方
散乱レーザ・ビームのパワーのダイナミック・レンジを
補償することを可能にする。
【０００８】このことは、スポットが本装置から非常に
離れていても、イメージが完全にそれを覆うように、収
束手段の焦点距離を増加することが光電性受光器につく
られるスポットのイメージのサイズを増加させることが
できるからである。スポットがより近くなれば、光電性
受光器におけるそのイメージのサイズが、あたかもレー
ザ・ビームのパワーのように、装置からスポットを分離
する距離の自乗に逆比例して増加する。
【０００９】このようにして、本装置の小型化を対応し
て損なわずに、光電性受光器によって受けられたパワー
の表面密度が一定に留まるように、これがより近くなれ
ば、測定距離の大範囲によるダイナミック・レンジ効果
がサイズの増加によって補償される。
【００１０】本発明にもとづく三次元記録用装置は、１
またはそれを越える下記の特徴を有する。 ― 前記収束光学系は、スプリッタ・プレートによって
生じたビームの波面の変形を補償する球形ミラーを有
し、この光学ミラーは放射されたレーザ・ビームおよび
後方散乱されたレーザ・ビームに関して軸から外れて配
置されている。 ― 前記第２測定手段は、レーザ放射源とスプリッタ・
プレートとの間に配置され、軸外れ球形ミラーによって
生じる放射ビームの波面の変形を補償するプリズム状プ
レートを有する。 ― 前記第２測定手段は、レーザ・ビームが放射された
瞬間を測定する手段と、シーンによって後方散乱された
ビームが光電性受光器によって受けられた瞬間を測定す
る手段とをさらに有し、前記のレーザ・ビームが放射さ
れた瞬間を測定する手段は、プリズム状プレートによっ
て反射された軸外れレーザ・ビームの一部を受けかつそ
れを光電性受光器に送る光ファイバを有している。 ― 前記収束光学系はスプリッタ・プレートと光電性受
光器との間で後方散乱レーザ・ビームの経路に配置され
た発散レンズを有している。 ― 前記スプリッタ・プレートは、シーンによって後方
散乱されかつ光電性受光器によって受けられたレーザ・
ビームのパワーのダイナミック・レンジを減少する半反
射経路を有している。 ― 前記光電性受光器は、平衡ホトダイオードを有し、
そのホトダイオードが温度補償手段と組み合わされてい
る。 ― 前記温度補償手段は、温度プローブと、温度プロー
ブによって測定された温度にもとづいて光電性受光器の
バイアス電圧を調節する手段とを有している。 ― 前記走査手段は、平面ミラーと、走査手段の第１お
よび第２回転軸の各々のまわりで前記平面ミラー位置を
制御する手段とを有している。 ― 光機械部と電子部とからなり、第１回転軸が相対的
軸受回転軸であり、回転軸のまわりの位置を制御する手
段がステップ・モータによって回転軸のまわりに回転駆
動されかつ光機械部の要素と電子部の要素との間を接続
する電気的接続手段の通路のために軸開口によって穿孔
されたプラットフォームを有している。 ― 前記プラットフォームは、プラットフォームと固定
リングとの間に配置されたビード装着玉軸受手段をかい
して固定リングに配置される。 ― 前記ステップ・モータがその周囲にある固定リング
の下に配置され、プラットフォームによって支持された
コッグド・ベルトをかいして第１軸のまわりにプラット
フォームを回転させるギヤーホイルに連結されている。 ― 前記第２回転軸は仰角回転軸であり、その軸のまわ
りの位置を制御する手段は駆動シャフトを含み、そのシ
ャフトの軸がプラットフォームに関して固定されてミラ
ーを第２軸のまわりに回転駆動する検流計スキャナにミ
ラーを接続する。 ― 前記第１測定手段は、レーザ・ビームの相対方位配
向を測定する環状増分光エンコーダを有する。そのエン
コーダがプラットフォームによって支持されている。 ― 前記光エンコーダは固定リングに固定され、プラッ
トフォームに固定された可動部を設けられている。 ― 前記レーザ放射源によって放射されたレーザ・ビー
ムを自動的に収束するユニットと、レーザ放射源を収束
ユニットに固定する手段とをさらに含む。 ― 前記固定手段は、レーザ放射源を支持しかつネジに
よって自動収束ユニットに固定されたベースプレート
と、自動収束ユニットに関してレーザ放射源の半径方向
調節をするためのネジとを有し、そのネジはベースプレ
ートに設けられた大径の軸穴に係合される。 ― レーザ・ビームを自動的に収束するユニットは、レ
ーザ・ビームの放射軸に置かれた少なくとも１つの発散
レンズと、放射軸に置かれた収束レンズと、収束レンズ
および発散レンズを放射軸にそって相対移動させる手段
とを有している。 ― 前記相対移動手段は、収束レンズを支持するスリー
ブを有し、スリーブのまわりに可撓性膜が固定され、さ
らにスリーブを放射軸にそって移動させるために膜を作
動させる手段とを有している。 ― 前記可撓性膜作動手段は、電流発生器と、コイルと
を有する。コイルは電流発生器によって電流を供給さ
れ、可撓性膜に固定され、放射軸のまわりで磁心の間隙
に配置される。 ― 前記可撓性膜作動手段は、収束レンズの検出された
位置を放射軸にそう収束レンズの所望の位置と比較し、
かつ、この差にもとづいて電流発生器を作動する手段を
含む手段を有している。 ― 前記自動収束ユニットは、放射軸にそう収束レンズ
の位置を検出する光学手段を含む。 ― 前記仰角回転軸のまわりにおける検流計ミラーの位
置を制御する手段を調節する手段と、レーザ・ビームが
支持回転軸のまわりで軸にそって受けられるその軸を調
節する手段とを有している。 ― 前記検流計ミラーの位置を制御する手段を調節する
手段とおよびレーザ・ビームが軸にそって受けられるそ
の軸を調節する手段が、リングの一部から形成されたク
レードルを有し、各々がリングの軸のまわりで回転する
ようにクレードルが滑る対応するクレードル支持体から
なる。 ― 前記検流計ミラーの位置を制御する手段を調節する
手段のクレードルの回転軸が、仰角回転軸および支持回
転軸に垂直であり、受け軸の調節手段のクレードル回転
軸が仰角回転軸に垂直であり、かつ、支持軸を含む垂直
面内にあり、クレードルの回転軸がミラーに交差する。 ― 前記光電性受光器によって出力として放出される信
号のダイナミック・レンジを減少する手段をさらに有す
る。 ― 信号のダイナミック・レンジを減少する手段は、プ
ログラム可能利得をもつ電圧減衰器と、電圧減衰器の出
力側に固定利得をもつ増幅ユニットとからなる。 ― 本装置とスポットとの間の距離を測定する前記第２
測定手段は、レーザ・ビームの「飛行時間」を測定する
集積回路からなる。
【００１１】本発明の主題は、また、上述の三次元記録
用装置において実施されるシーンの対象領域を明示する
方法であって、下記の工程からなる。シーンの点群を三
次元記録すること、点群の座標を記憶すること、点群を
モデル化および／または表示すること、さらに下記の工
程を含むことを特徴とする方法。
【００１２】点群において少なくとも１つの点の副群を
選択すること、対象領域を画定すること、レーザ・ビー
ムによってシーンにつくられたスポットが対象領域に対
応する選択された副群の点のうち少なくともいくつかに
おいて次々と明示するように、走査手段および放射源ギ
ヤーホイルを制御すること。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１に示すように、固有の部品に
よって描かれたシーン４の三次元記録用装置２は、例え
ば、光線に対して透明な窓８が設けられたケーシング６
からなる。
【００１４】ケーシング６は２つの部分からなる。第１
の部分は窓８が置かれ、光学系を含み、装置２の光学部
１０を構成する。第２の部分は、第１の部分の下にあ
り、電子系を含む。その必須の要素は、図８および９を
参照して記載され、装置２の電子部１２を構成する。
【００１５】電子部１２は、光学部１０の慣用の記録、
表示、修正、または活性化方法を実行するのに十分なデ
ータを計算し、記憶する設備を含む。特に、電子部１２
は、ＰＣＩバス、ＩＳＡバスのようなデータバスの様々
なフォーマットを有する電子カードを収納できるバック
プレーンからなるオンボード・マイクロコンピュータ・
アーキテクチャを有する。
【００１６】それは、静止ハード・ディスクに嵌合され
かつ光学部１０および電子部１２の様々な要素を制御す
るカードに嵌合された小型マイクロコンピュータ・カー
ドを含む。電子部１２については後述する。
【００１７】さらに、電子部１２は、携帯コンピュータ
または電子パーソナル・オーガナイザのような外部制御
部材（図示せず）にエサーネット式のリンクによって接
続される。
【００１８】装置２の光学系用支持体を形成する水平円
形プラットフォーム１４が、これら２つの部分間にプレ
ート１５のような板をかいして配置される。中心で切断
する垂直軸１６のまわりにおけるプラットフォーム１４
の角度位置は、図３を参照して記載される制御装置によ
って制御される。シーン４が相対方位において装置２に
よって走査されるようにする。
【００１９】プラットフォーム１４には軸１６の中心に
軸穴１８が開けられ、光学部１０の要素と電子部１２の
要素との間の接続をするための電気的接続通路をつく
る。このプラットフォーム１４の詳細な実施例が、図３
を参照として記載される。
【００２０】光学部１０は、下記のものからなる。 ― プレートによってプラットフォーム１４に固定され
かつ光学部１０の要素のいくつかを支持するように意図
された梁形状のスタンド１９； ― スタンド１９に固定されたマイクロレーザのような
従来型のレーザ放射源２０； ― レーザ放射源２０に固定されていてレーザ放射源２
０によって放射されたレーザ・ビームを自動的に収束す
るユニット２２； ― 自動収束ユニット２２の出力側でレーザ放射源２０
によるレーザ・ビームの放射軸２６上に置かれ、かつ、
スタンド１９に固定されたプリズム状プレート２４； ― プリズム状プレート２４によって反射された軸外れ
レーザ・ビームの一部を受ける光ファイバ２８； ― 光ファイバ２８に接続されていて古典的な光電性受
光器２９； ― プリズム状プレート２４を通って移動しかつトラッ
プに受けられたレーザ・ビームの一部の反射を防止する
ために、プリズム状プレート２４から所定の距離をあけ
てスタンド１９に固定された従来型の光トラップ３０； ― スタンド１９に固定されていて、放射軸２６上でプ
リズム状プレート２４と光トラップ３０との間に置か
れ、放射軸２６に対して約４５°で傾斜された透明スプ
リッタ・プレート３２； ― プリズム状プレート２４に対面したスプリッタ・プ
レート３２の面上に配置されかつ放射軸２６上に中心を
置いた半反射パッチ３４；パッチ３４は、プリズム状プ
レート２４を通過したレーザ放射源２０によって放射さ
れたレーザ・ビームの一部を反射し、帰路においてスタ
ンド１９の縦軸に平行な光学軸３６にそってシーン４に
よって後方散乱されたレーザ・ビームの一部を伝送す
る。 ― スタンド１９に固定され、光学軸３６に関して軸外
れに配置されていて、スプリッタ・プレート３２から出
る放射源２０によって放射されたレーザ・ビームまたは
シーン４によって後方散乱されたレーザ・ビームを反射
する球形ミラー３８；球形ミラー３８は収束光学系の一
部を形成する。 ― 軸１６に垂直な軸４４のまわりで角度位置（後述す
る）に関して制御されて、ゼロ（０）点において軸１６
を切断する検流計ミラー４２；球形ミラー３８によって
反射されたレーザ・ビームをシーン４に向けるためにか
つシーン４によって後方散乱されたレーザ・ビームを球
形ミラー３８に収束して向けるために、軸４４はプラッ
トフォーム１４に関して固定される。 ― シーン４によって後方散乱されかつスプリッタ・プ
レート３２によって伝送されるレーザ・ビームの戻り経
路にそって光学軸３６上に配置された光電性受光器４
６； ― レーザ・ビームが光電性受光器４６に到達する前に
シーン４によって後方散乱されたレーザ・ビームを濾過
するためにスプリッタ・プレート３２と光電性受光器４
６との間で光学軸３６上に配置された従来型の干渉フィ
ルタ４８； ― 球形ミラー３８と関連して、長い焦点距離を維持し
ながら後方散乱レーザ・ビーム受光路を減少するように
遠隔対物レンズを形成するために、スプリッタ・プレー
ト３２と光電性受光器４６との間で光学軸３６上に配置
された発散レンズ５０；発散レンズ５０は、収束光学系
に関してならびに光電性受光器４６およびフィルタ４８
に関して固定した発散光学系の一部を形成する。収束光
学系は、光電性受光器４６およびフィルタ４８に関して
固定される。発散レンズ５０は、光電性受光器４６およ
びフィルタ４８に関してその結果固定される。
【００２１】レーザ放射源２０、自動収束系２２、プリ
ズム状プレート２４、ならびにスプリッタ・プレート３
２および半反射経路３４からなる組合せは、軸１６、２
６、３６が厳密に同一平面になるように、配置される。
【００２２】このようにして、軸２６にそうレーザ放射
源２０によって放射されたレーザ・ビームは、レーザ・
ビームが自動収束ユニット２２を通過した後に、プリズ
ム状プレート２４に到達する。それは、軸２６に垂直な
第１面分離表面２４ａをかいしてプリズム状プレート２
４に入る。
【００２３】レーザ・ビームはプリズム状プレート２４
を去り、軸２６に傾斜された第２面表面２４ｂを通過す
る。レーザ・ビームの一部は、表面２４ｂによって軸２
６から離れて反射される。
【００２４】レーザ・ビームの反射された一部は、プリ
ズム状プレート２４の第１面表面２４ａと光ファイバ２
８の第１端との間において点接触で第１面表面２４ａに
再び到達する。
【００２５】光ファイバ２８の他端は光電性受光器２９
に接続される。光電性受光器２９は、プリズム状プレー
ト２４によって反射されたレーザ・ビームの一部が受け
られた時刻Ｔ1を決定する。この時刻Ｔ1は、以下レーザ
・ビームの放射時刻という。
【００２６】レーザ・ビームがプリズム状プレート２４
を通過した後、それは半反射パッチ３４の中心に到達す
る。レーザ・ビームの一部は光学軸３６にそって球形ミ
ラー３８に向かって反射され、レーザ・ビームの他の部
分はスプリッタ・プレート３２を通過してしまった後に
光りトラップ３０によって完全に吸収される。
【００２７】スプリッタ・プレート３２によって反射さ
れたレーザ・ビームは、スタンド１９上の球形ミラー３
８の軸外れ位置によって予め決定される点Ｊにおいて球
形ミラー３８に到達する。
【００２８】レーザ・ビームが点Ｊにおいて球形ミラー
３８から反射された後に、レーザ・ビームが軸１６、２
６、３６を含む面内に存在する経路に従いそして軸１６
および４４の交点Ｏにおいて検流計ミラー４２に当たる
ように、球形ミラー３８がスタンド１９およびプラット
フォーム１４に関して定置される。軸４４は、レーザ・
ビームが移動する面に対して直交している。好ましく
は、点Ｏは、検流計ミラー４２の反射面の中心に存在す
る。
【００２９】次に、レーザ・ビームは、検流計ミラー４
２によって反射され、次いで窓８を通過した後にシーン
４上に光スポット５２をつくる。次に、光線がスプリッ
タ・プレート３２および半反射パッチ３４からなる組合
せに到達するまで、シーン４上での光線の後方散乱によ
って光線の一部が前述した経路とほぼ同じ経路を逆方向
に従い、そして、光電性受光器４６に向かって軸３６に
そってこの組合せを通過する。
【００３０】光電性受光器４６に到達する前に、スプリ
ッタ・プレート３２を通過したレーザ・ビームは、発散
レンズ５０を通過し、次いで干渉フィルタ４８を通過す
る。光電性受光器４６は、シーンによって後方散乱され
たレーザ・ビームが受けられる時刻Ｔ2を決定する。時
刻Ｔ1およびＴ2にもとづいて点Ｏからスポット５２を分
離する距離の計算は、それ自体公知であると認められ
る。
【００３１】半反射パッチ３４の機能は、光学軸３６に
そって球形ミラー３８に放射されたレーザ・ビームを向
けることである。しかし、それはシーン４によって後方
散乱されかつ光電性受光器４６によって受けられたレー
ザ・ビームにおける一部のパワーのダイナミック・レン
ジを修正する機能をも有している。これは、スポット５
２が装置２に接近しているときに、シーン４によって後
方散乱されたレーザ・ビームのパワーが高くなるが、し
かし、スプリッタ・プレート３２を通過するレーザ・ビ
ームの直径が半反射パッチ３４の直径よりも小さいから
である。
【００３２】実際には、従来装置においては、スプリッ
タ・プレート３２は一般に完全反射中央阻止要素を設け
られている。この場合、その阻止要素はスポット５２か
らの距離が測定されることを防止する効果を有してい
る。
【００３３】それに反して、スプリッタ・プレート３２
に半反射パッチ３４のようなパッチが設けられている場
合には、スプリッタ・プレート３２を通過するレーザ・
ビームが半反射パッチ３４をかいして完全に通過し、ま
た、このレーザ・ビームの減衰部分が光電性受光器４６
に到達する。
【００３４】一方、スポット５２が装置２から離れてい
る場合には、シーン４によって後方散乱されたレーザ・
ビームのパワーが距離の自乗に逆変化するので、それは
低くなるが、しかし、スプリッタ・プレート３２を通過
するレーザ・ビームが大きくなり、そして、予め定めら
れた距離を超えると、それは半反射パッチ３４のものよ
りも大きくなる。
【００３５】この場合、レーザ・ビームのあるパワー
が、半反射パッチ３４の周囲においてスプリッタ・プレ
ート３２によって光電性受光器４６に完全に伝送され
る。この完全に伝送された部分が大きくなればなるほ
ど、ますますスポット５２が装置２から離れ、したがっ
て、後方散乱レーザ・ビームのパワーがますます低くな
る。
【００３６】格別の一実施例によれば、レーザ放射源２
０は、２７８Ｗのピーク・パワーを有するマイクロレー
ザである。球形ミラー３８は、装置２の受光直径が４０
ｍｍになるような直径を有する。半反射パッチ３４は、
６ｍｍの直径と０．５の反射パワーとを有する。最後
に、後方散乱係数を表す光電性受光器４６の受光面のア
ルベドは、０．０１である。
【００３７】この特別な場合、下記の表１に示す結果が
得られた。
【００３８】
【表１】 この表１において、第１列は装置２からスポットを分離
する距離を与える。
【００３９】第２列は、４０ｍｍ光直径によって画定さ
れた穴においてシーン４によって後方散乱されたレーザ
・ビームのパワーを装置２に与える。このパワーは、第
１列に与えられた距離に反比例する。
【００４０】第３列は、半反射パッチ３４の周囲でスプ
リッタ・プレート３２を完全に通過した後方散乱レーザ
・ビームの一部の光電性受光器４６に受けられたパワー
を与える。
【００４１】第４列は、半反射パッチ３４を部分的に通
過した後方散乱レーザ・ビームの一部が光電性受光器４
６に受けられたパワーを与える。最後に、第５列は、前
記２つの列の合計、すなわち、光電性受光器４６によっ
て受けられた合計電力を与える。
【００４２】装置２の後方散乱パワーがスポット５２の
距離に反比例して変化するが、光電性受光器４６によっ
て受けられたレーザ・ビームのパワーのダイナミック・
レンジが３未満の係数であり、すなわち、それは１ｍか
ら９０ｍまで変わる距離に対して０．０８μＷから０．
２３μＷまで変わる。
【００４３】プリズム状プレート２４と軸外れ球形ミラ
ー３８との組合せに関しては、これは、図２に示すよう
に、シーン４に向けてレーザ放射源２０によって放射さ
れたレーザ・ビームの外側経路において軸外れ球形ミラ
ー３８によって誘導される収差を、補償する機能を有す
る。
【００４４】このことは、レーザ放射源２０がレーザ・
パルスを放射するとき、このパルスの移動方向に垂直な
面内で波面の横断面２０ｐが円形になるからである。し
かし、プリズム状プレート２４がパルス波面の収差歪み
を誘導するので、その横断面２０ｐはプリズム状プレー
ト２４とスプリッタ・プレート３２との間で楕円にな
る。
【００４５】スプリッタ・プレート３２からの反射が収
差を誘導しないので、スプリッタ・プレート３２と球形
ミラー３８との間のレーザ・パルス波面の横断面３２ｐ
ａがまだ楕円である。
【００４６】レーザ・パルスの入射方向に関して軸外れ
に置かれた球形ミラー３８は、パルスが球形ミラー３８
から反射されるとき、レーザ・パルス波面の収差歪みを
誘導する。したがって、この波面の横断面３８ｐａは、
球形ミラー３８と検流計ミラー４２との間で再び円形に
なる。
【００４７】最後に、検流計ミラー４２がレーザ・パル
ス波面の収差歪みを誘導しないので、それはシーン４に
到達して円形スポット５２をつくる。軸外れ球形ミラー
３８の機能の１つは、光電性受光器４６に向かうシーン
４によって後方散乱レーザ・パルスの戻り経路におい
て、レーザ・パルスがそれを通過するとき、図３に示す
ように、スプリッタ・プレート３２によって誘導された
収差を補償することである。
【００４８】このことは、シーン４によって後方散乱さ
れたレーザ・パルスが、レーザ・パルスの移動方向に垂
直な面内の断面４ｐがシーン４と検流計ミラー４２との
間で円形となる波面を有するからである。
【００４９】検流計ミラー４２からの反射の後、この断
面４２ｐはそれが球形ミラー３８に到達するまで円形で
ある。上述したように、レーザ・パルスの入射方向に関
して軸外れに置かれた球形ミラー３８は、レーザ・パル
スが球形ミラー３８から反射された後でかつレーザ・パ
ルスがスプリッタ・プレート３２に到達する前に、レー
ザ・パルス波面の断面３８ｐｒが楕円になるように、レ
ーザ・パルス波面に収差を誘導する。
【００５０】再び、レーザ・パルスがスプリッタ・プレ
ート３２を通過するとき、スプリッタ・プレート３２が
収差を誘導する。これは、このレーザ・パルスの波面の
断面３２ｐｒが発散レンズ５０に到達する前に、再び円
形になるように球形ミラー３８の収差によって補償され
る。
【００５１】発散レンズ５０および干渉フィルタ４８
は、パルス波面のいかなる収差歪みをも誘導しない。こ
れは、光電性受光器４６におけるスポット５２のイメー
ジが正しく円形である結果を有するからである。
【００５２】装置２の自動収束ユニット２２およびそれ
をレーザ放射源２０に固定する手段が、図４に示されて
いる。自動収束ユニット２２は、垂直軸１６のまわりに
軸対称である。それは、軸１６に中心を置く２つの固定
発散レンズ６０、６２と、軸１６に中心を置くがこの軸
にそって可動な収束レンズ６４からなる。
【００５３】２つの固定発散レンズ６０、６２は、第１
管状装着体６６内に置かれる。この第１管状装着体６６
の小断面の第１部分６８は、その自由端において発散レ
ンズ６０を支持する。装着体６６の第１円筒形部分６８
は、截頭円錐形の遷移領域７１をかいして大断面の第２
部分７０に接続される。
【００５４】発散レンズ６２は、この第２部分７０に装
着される。フランジを形成する第３部分７２は、円筒形
第２部分７０に第１部分６８から第２部分の反対端で固
定される。
【００５５】装着体６６は、装着体６６の小断面の第１
部分を包囲する端穴７６を有するブッシュ７４に嵌合さ
れ、また、収束レンズ６４を支持するスリーブ７８がブ
ッシュ７４内で滑るように嵌合される。
【００５６】ブッシュ７４は、大径の穴をさらに有して
いる。その断面は、装着体６６の大断面第２部分７０の
それに対応する。最後に、端穴７６から反対側にブッシ
ュ７４は外ネジ８４を含むラジアル・カラー８２を有す
る。
【００５７】内ネジ８８を有するリング８６は、カラー
８２に係合する。リング８６はカラー８２とフランジ７
２との間に入れられ、発散レンズ６０、６２を支持する
装着体６６の軸方向位置を調節できる。
【００５８】装着体６６を鎖錠する３本のネジ９０が、
互いに１２０°に配置され、フランジ７２につくられた
軸穴９２内に置かれる。これらのネジ９０はリング８６
内に延び、ブッシュ７４のカラー８２につくられた蓋付
き穴８８に係合される。
【００５９】ネジ付きリング８６から反対側にある装着
体６６のフランジ７２の面には、レーザ放射源２０を固
定する軸方向凹部９４がある。凹部９４よりも小径のベ
ースプレート９６が、装着体６６と同軸の凹部９４に嵌
合され、また、レーザ放射源２０が互いに１２０°に配
置された３つのネジ９８によってベースプレート９６に
固定される。ベースプレート９６は、互いに１２０°に
配置された３つの平頭ネジ１００によって凹部９４の底
に固定され、ベースプレート９６につくられた大径の軸
方向穴１０２に配置されて、装置２の放射軸１６に関し
てベースプレート９６の、したがってレーザ放射源２０
の半径方向位置を調節する。
【００６０】ネジ１００は、フランジ７２にねじ込まれ
る。凹部９４は、レーザ放射源２０のラジアル調節用ネ
ジ１０６が３本置かれた周囲リム１０４によって境界を
付けられる。
【００６１】互いに１２０°に配置されたネジ１０６
は、それぞれ例えば、ローレット付き頭部１０８と、ベ
ースプレート９６の横面１１０に接触する端部とを有す
る。ブッシュ７４は、それが例えば、押し嵌めされる磁
心１１２によって包囲される。
【００６２】磁心１１２は、円筒形の外形を有し、ブッ
シュ７４および装着体６６、７８と同軸であり、装着体
６６、７８は発散レンズ６０、６２および収束レンズ６
０をそれぞれ支持する。
【００６３】磁心１１２は、ブッシュ７４のカラー８２
に一方の面をかいして接触する。環状溝１１４は、カラ
ー８２から反対側にある磁心１１２の面につくられる。
環状溝は、コイル１１８が置かれる中央突起１１６を画
定する。コイル１１８は、膜１２０に一端をかいして固
定されたスカート１２２によって膜１２０を作動する。
【００６４】可撓性膜１２０は、慣用の仕方で磁心１１
２にその周囲を固定され、スリーブ７８が係合されかつ
固定された円形穴によってその中央に穴開けされる。こ
のようにして、コイル１１８を流れる電流は、コイル１
１８を軸１６にそって動かし、可撓性膜１２０をかいし
て軸１６にそってスリーブ７８を動かす。
【００６５】コイル１１８は発電機１２４によって電流
を供給され、その出力が比較器１２６の出力に接続され
る。比較器１２６は、ＰＤＳ型ホトダイオード１２８
（収束レンズ６４を支持するスリーブ７８の自由端が置
かれる経路において光放射ダイオード１３０から来る光
線によって照射される）によって発生された信号と、シ
ーン４を照射するスポット５２の距離に対応した信号と
を比較する。
【００６６】図５に示す走査出力は、点Ｏで交差する直
交軸１６、４４のまわりで位置を制御する手段に連結さ
れた検流計ミラー４２からなる。垂直軸１６のまわりで
検流計ミラー４２の位置を制御する手段は、シーン４の
相対方位走査を許し、かつ、減速機２０２に連結された
ステップ・モータ２００からなる。これらは、固定リン
グ２０４の下でその周囲に配置される。減速機２０２
は、固定リング２０４を通過するギヤーホイル２０６の
垂直軸まわりの回転を制御する。
【００６７】ギヤーホイル２０６は、可動リング２０８
に接着されたコッグド・ベルト２１０によって垂直軸１
６まわりで回転するように、可動リング２０８を駆動す
る。可動リング２０８は、その周囲につくられた溝２１
３に置かれたビード上で薄い玉軸受２１２によって固定
リング２０４に関して回転する。
【００６８】プレート１５のような２枚の垂直プレート
が、これら垂直プレートに固定された装着プレート２２
３と共に可動リング２０８に配置される。図１を参照し
て記載したプラットフォーム１４は、装着プレート２２
３と、可動リング２０８とからなる。
【００６９】プラットフォーム１４の軸１６まわりの回
転移動は、固定リング２１６によって固定リング２０４
に固定された光エンコーダ２１４によって測定される。
光エンコーダ２１４は、従来型の角度増分エンコーダで
ある。
【００７０】装着プレート２２３の軸穴１８を画定し、
可動リング２０８に固定された円筒形リム２２０が、光
エンコーダ２１４の軸方向通路２１８に挿入される。光
エンコーダ２１４は、鎖錠ネジ（図示せず）によって装
着プレート２２３のリム２２０に鎖錠された可動部分２
２２を従来通りに設けられている。これは、プラットフ
ォーム１４の相対方位回転が増分を測定されるようにす
る。
【００７１】水平軸４４まわりの球形ミラー３８の位置
を制御する手段は、検流計ミラー４２を従来型の検流計
スキャナ２２６に接続する伝達腕２２４からなる。伝達
腕２２４は、第１調節手段２２８によってプレート１５
に固定されて、回転軸４４を調節し、軸４４まわりの回
転を検流計ミラー４２に伝達し、この回転が検流計スキ
ャナ２２６によって制御される。
【００７２】これら調節用第１手段２２８は、図６を参
照して以下に詳細に記載される。このようにして、検流
計ミラー４２は、検流計スキャナ２２６によって水平軸
４４のまわりでかつモータ２００によって垂直軸１６ま
わりで制御される。
【００７３】さらに、装着体１９が、光学軸３６を調節
するために第２調節手段２２９によってプレート１５に
固定される。これら第２調節手段は、図７を参照して下
記に詳細に記載される。
【００７４】図６に示す第１調節手段２２８は、垂直リ
ングの一部分から形成されたクレードル２３０からな
る。垂直リングの中心は、検流計ミラー４２の中心にあ
る点Ｏにおいて垂直軸１６に定置される。クレードル２
３０は、同一直径で、軸１６および軸４４に垂直で、プ
レート１５に平行で、点Ｏを通るクレードル支持体２３
２上を回転自在に滑る。クレードル支持体２３２は、プ
レート１５に固定されている。
【００７５】伝達腕２２４は、クレードル２３０に固定
されたスリーブ２３３の内側で軸のまわりに自由回転す
るように装着される。クレードル支持体２３２において
水平軸２２３まわりのクレードル２３０の回転は、検流
計ミラー４２、スリーブ２３３、伝達腕２２４、検流計
スキャナ２２６からなる集合体の同一軸まわりの回転を
生じる。この集合体は、クレードル２３０に装着され
る。
【００７６】図７に示す第２調節手段２２９は、水平リ
ングの一部分によって形成されたクレードル２３４から
なる。水平リングの中心は、垂直軸１６に定置される。
クレードル２３４は、軸４４に垂直な軸のまわりにかつ
垂直軸１６を含む面内で同一半径のクレードル支持体２
３６上で回転自在に滑る。クレードル支持体２３６は、
プレート１５に固定される。
【００７７】この軸まわりのクレードル２３４の回転
が、装着体１９、したがって光学軸３６を同じ軸のまわ
りに回転させる。このようにして、調節手段２２８およ
び２２９が、例えば、検流計ミラー４２を回転させるよ
うに意図された伝達腕２２４に検流計ミラー４２を不正
確に装着したような構造上の欠陥を補償することによっ
て、光学軸３６および検流計ミラー４２の回転軸４４を
調節する。
【００７８】このようにして、走査手段が面内で厳密に
走査できる。図８において、光電性受光器４６は、光電
性受光器４６によって出力として送られる信号のダイナ
ミック・レンジを減少する手段３００に連結される。手
段３００は、図１において電子部１２に組み込まれる。
【００７９】このことは、光電性受光器４６が受けるレ
ーザ・ビームのパワーに直接関係する強さの電流を出力
として送る電子雪崩ホトダイオードを含む。ダイナミッ
ク・レンジを減少する手段３００は、電圧が電子雪崩ホ
トダイオードによって入力として送られる電流の強さに
比例する電気信号を出力として送るトランスインピーダ
ンス増幅器３０２からなる。この電気信号は、プログラ
ム手段３０６に従来の仕方で連結されたプログラム可能
電圧減衰器３０４に伝送される。
【００８０】ダイナミック・レンジを減少する手段３０
０は、減衰器３０４の出力側に直列に接続された２つの
固定利得増幅器３０８を含む。増幅器３０８の数は、２
から異なってもよい。
【００８１】固定利得増幅器３０８によって出力として
送られた電気信号は、従来型のインピーダンス整合回路
３１０に供給する。例えば、このインピーダンス整合回
路３１０は、各５０Ωの２つの抵抗３１２からなる。
【００８２】このインピーダンス整合回路３１０によっ
て出力として送られる電気信号は、レーザ・ビームの
「飛行時間」を測定する手段３１４に供給する。これら
の手段は集積回路に組み込まれる。これらの測定手段３
１４は、従来型のものである。例えば、Ａｔｏｍｉｃ
Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｍｉｓｓａｒｉａｔによるフランス
特許第９４／１１８４７に記載された形式のものでもよ
い。それらは、インピーダンス整合回路３１０によって
それらに伝送される信号のパワーの数値をプログラム可
能手段へ送るように特に設計されている。
【００８３】レーザ・ビームのパワーがホトダイオード
４６によって受けられているときはいつでも、電圧が一
定である信号を減衰器３０４によって出力として送るた
めに、プログラム可能手段３０６が「飛行時間」測定手
段３１４によって送られる数値に反比例した数値に減衰
器３０４の利得を決定しかつ調節する。
【００８４】図９において、従来型の温度プローブ３１
６がホトダイオード４６付近に配置される。プローブ３
１６によって測定された温度に対応する電圧が、この温
度の数値を、データバス３２２をかいしてコンピュータ
３２０に伝送するために、従来型のアナログーデジタル
変換器３１８に伝送される。
【００８５】コンピュータ３２０は、バス３２２をかい
して増倍係数を増倍デジタルーアナログ変換器３２４に
伝送し、数値設定点値をデジタルーアナログ変換器３２
６に伝送する。
【００８６】増倍係数は、温度プローブ３１６の特性お
よびホトダイオード４６の特性にもとづいて決まるが、
プローブ３１６によって測定された温度から独立してい
る。一方、変換器３２６に送られた数値設定点値はプロ
ーブ３１６によって測定された温度によって決まり、所
定の温度において、ホトダイオード４６の予め定められ
た値に対応する。この利得値は、例えば、コンピュータ
３２０によって便利に接触できるデータ表によって供給
される。
【００８７】増倍デジタルーアナログ変換器は、基準入
力およびデジタル入力を有する。それは、その基準入力
にプローブ３１６によって測定された温度に対応する電
圧を受け、また、デジタル入力に増倍係数を受ける。
【００８８】それは、修正電圧の値がプローブ３１６に
よって測定された温度に対応する電圧によって増倍され
た増倍係数の積に等しい出力として送る。総和増幅器３
２８が、入力としてこの修正電圧を受け、また、デジタ
ルーアナログ変換器３２６によって出力として送られ、
かつ、コンピュータ３２０によって送られた数値設定点
値に直接もとづく設定値を受ける。
【００８９】この総計増幅器３２８は、修正電圧と設定
点電圧の合計に等しい制御電圧を出力として送る。この
電圧は、温度変動から独立してホトダイオード４６の一
定利得を維持することを可能にする。
【００９０】総和増幅器３２８によって送られた制御電
圧にもとづいてホトダイオード４６のバイアス電圧を調
節するために、制御電圧が従来型のホトダイオード４６
に供給するための手段３３０に加えられる。
【００９１】シーン４上の対象領域を指定する方法は、
上述した装置の電子部１２において実施される。第１工
程においては、シーン４の点群の三次元記録が起こる。
【００９２】続く工程においては、記録点群の球座標
が、電子部１２に記憶される。これらの座標は、検流計
ミラー４２の中心Ｏとスポット５２との間の距離と、走
査手段の出力におけるレーザ・ビームの相対方位配向を
測定する角度と、この同じレーザ・ビームの仰角配向を
測定する角度とを含む。
【００９３】第３の工程においては、点群がモデル化お
よび／または表示される。続く工程においては、副群が
このモデル化および／または表示された点群から選択さ
れる。この副群は、前記群において少なくとも１つの点
からなり、前記対象領域を画定する。
【００９４】最後に、最終工程においては、走査手段１
４、４２、２００、２０２、２０４、２０６、２１０、
２１２、２２４、２２６およびレーザ放射源２０が、レ
ーザ・ビームによってシーン４上につくられたスポット
５２が対象領域に対応する選択された副群の点の少なく
ともいくつかの点において引き続いて特定する。
【００９５】この対象領域は、必ずしも連続していない
点群からなる。上述した例において図示した本発明は、
小型化を維持しながら、収束手段の長い焦点距離によっ
てスポット５２と装置２との間の距離の自乗に反比例す
る後方散乱レーザ・ビームのパワーによるダイナミック
・レンジ効果を補償することによって、広い距離にわた
って延びる測定を行うことができる三次元記録用装置を
つくりだすことを可能にすることは、明らかである。
【００９６】上述した装置の第２の利点は、放射されか
つ後方散乱されたレーザ・ビームに関して軸外れに置か
れた球形ミラーによって、それがスプリッタ・プレート
３２によって生じるビーム波面の歪みを補償するので、
光電性受光器４６におけるスポット５２のイメージが円
形になることである。
【００９７】上述した装置の別の利点は、レーザ放射源
２０とスプリッタ・プレート３２との間に配置されたプ
リズム状プレート２４によって、レーザ放射源２０とシ
ーン４との間でレーザ・ビームの出力経路において球形
ミラー３８によって生じるビーム波面の歪みを補償する
ことである。
【００９８】上述した装置の別の利点は、スプリッタ・
プレート３２に置かれた半反射パッチによって、スポッ
ト５２が三次元記録用装置に非常に接近しているときで
さえも、測定をすることを可能にすることである。
【００９９】上述した装置の別の利点は、シーン４によ
って後方散乱されたレーザ・ビームの大ダイナミック・
レンジを補償することである。このダイナミック・レン
ジは、光電性受光器４６によって出力として送られた信
号のダイナミック・レンジを減少する手段を用いて、シ
ーン４の散乱屈折率楕円にもとづいて決まる。
【０１００】上述した装置の別の利点は、軸開口によっ
て穿孔されたプラットフォームを含む走査手段を用い
て、装置の電子部と光学部間の電気的接続通路を許しな
がら、３６０°に及ぶ範囲にわたる相対方位走査を許す
ことである。
【０１０１】上述した装置の別の利点は、検流計ミラー
４２の位置を調節する手段と、レーザ・ビームが受けら
れる軸の調節手段とを用いて、面内のシーン４を走査す
ること、したがってシーン４上に記録された点の群の歪
みを回避することを可能にすることである。
【０１０２】上述した装置の別の利点は、レーザ放射源
２０によって放射されたレーザ・ビームを収束するため
の自動収束ユニットを用いて、目標上の測定の良好な空
間解像度を与えることである。
【０１０３】最後に、上述した装置の別の利点は、レー
ザ・ビームによってシーン４上の対象領域を装置２によ
って特定することを可能にする方法を用いることであ
る。この対象領域はオペレータによって必ずしもアクセ
スできなくてもよく、容易に実行できる。
【０１０４】例えば、この方法は、パイプ加工のさいに
なされる切断のトレースを特定するために適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にもとづく装置の全体構造の概略図であ
る。
【図２】図１に示す装置においてレーザ・ビーム外方移
動中のレーザ・ビーム波面のレーザ・ビーム移動方向に
おける投影を概略的に示す。
【図３】図１に示す装置においてレーザ・ビーム内方移
動中のレーザ・ビーム波面のレーザ・ビーム移動方向に
おける投影を概略的に示す。
【図４】図１に示す装置用自動収束ユニットの概略図で
ある。
【図５】図１に示す走査手段の概略部分図である。
【図６】図３に示す走査手段の第１調節手段の概略図で
ある。
【図７】図５の方向Ｉにそった走査手段における第２調
節手段の概略上面図である。
【図８】図１に示す装置のための、信号ダイナミック・
レンジを減少する電子手段のブロック線図を示す。
【図９】図１に示す装置のための、光電性受光器の温度
を制御する手段のブロック線図を示す。
フロントページの続き (72)発明者 ギタール，オリヴィエ フランス国 78640 ネオーフレ・ル・シ ャトー，レズィダーンス・デュ・ボワ・デ ュ・フール 28ジ (72)発明者 ユアール，フランソワ フランス国 75013 パリ，ブールヴァー ル・ケラーマン 22，トゥール・シャンボ ール (72)発明者 パラミティオティ，ミシェル フランス国 41130 ジエヴレ，ラ・ペシ ュリー Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA53 BB05 FF15 FF18 FF51 GG04 HH04 JJ03 LL02 LL12 LL19 LL21 LL32 LL47 MM11 MM15 2H045 AG09 BA12

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】シーン（４）の三次元記録用装置であっ
    て、レーザ放射源（２０）と、前記レーザ放射源（２
    ０）によって放射されたレーザ・ビームを用いて前記シ
    ーン（４）を走査するために第１および第２回転軸（１
    ６、４４）にそって走査する手段（１４、４２、２０
    ０、２０４、２０６、２１０、２１２、２２４、２２
    ６）と、前記シーン（４）上にレーザ・ビームによって
    つくられたスポット（５２）のイメージを受ける光電性
    受光器（４６）と、前記光電性受光器（４６）に向かっ
    て前記シーン（４）によって後方散乱されたレーザ・ビ
    ームを収束させる手段（３８、５０）と、前記走査手段
    （１４、４２、２００、２０４、２０６、２１０、２１
    ２、２２４、２２６）を去るビームの配向を測定する第
    １測定手段（２１４、２２６）と、レーザ遠隔測定によ
    って前記装置と前記スポット間の距離を測定する第２測
    定手段（２４、２８、３２、３４、４８、３１４）とか
    らなり、前記第２測定手段は放射されたビームと前記シ
    ーン（４）によって後方散乱されたビームとを分離する
    スプリッタ・プレート（３２）を有し、前記収束手段
    （３８、５０）は発散光学系（５０）と組み合わされた
    収束光学系（３８）を有し、前記収束光学系の焦点距離
    を増加させて、遠隔対物レンズを形成し、前記走査手段
    （１４、４２、２００、２０４、２０６、２１０、２１
    ２、２２４、２２６）は、前記収束手段（３８、５０）
    と前記シーン（４）との間で放射レーザ・ビームおよび
    後方散乱レーザ・ビームの経路に置かれた少なくとも１
    つのミラーを含むことを特徴とした装置。
  2. 【請求項２】前記収束光学系（３８）は、前記スプリッ
    タ・プレート（３２）によって生じたビームの波面の変
    形を補償する球形ミラーを有し、この光学ミラーは放射
    されたレーザ・ビームおよび後方散乱されたレーザ・ビ
    ームに関して軸から外れて配置されている、請求項１に
    記載の装置。
  3. 【請求項３】前記第２測定手段は、前記レーザ放射源
    （２０）と前記スプリッタ・プレート（３２）との間に
    配置され、前記軸外れ球形ミラー（３９）によって生じ
    る放射ビームの波面の変形を補償するプリズム状プレー
    ト（２４）を有する、請求項１または２に記載の装置。
  4. 【請求項４】前記第２測定手段は、レーザ・ビームが放
    射された瞬間を測定する手段（２４、２８、３１４）
    と、シーン（４）によって後方散乱されたビームが前記
    光電性受光器（４６）によって受けられた瞬間を測定す
    る手段（４８、３１４）とをさらに有し、前記のレーザ
    ・ビームが放射された瞬間を測定する手段は、前記プリ
    ズム状プレート（２４）によって反射された軸外れレー
    ザ・ビームの一部を受けかつそれを光電性受光器（２
    ９）に送る光ファイバ（２８）を有している、請求項３
    に記載の装置。
  5. 【請求項５】前記発散光学系（５０）は前記スプリッタ
    ・プレート（３２）と前記光電性受光器（４６）との間
    で後方散乱レーザ・ビームの経路に配置された発散レン
    ズを有している、請求項１―４のうち任意の一項に記載
    の装置。
  6. 【請求項６】前記スプリッタ・プレート（３２）は、シ
    ーン（４）によって後方散乱されかつ前記光電性受光器
    （４６）によって受けられたレーザ・ビームのパワーの
    ダイナミック・レンジを減少する半反射経路（３４）を
    有している、請求項１―５のうち任意の一項に記載の装
    置。
  7. 【請求項７】前記光電性受光器（４６）は、平衡ホトダ
    イオードを有し、該ホトダイオードが温度補償手段（３
    ３０）と組み合わされている、請求項１―６のうち任意
    の一項に記載の装置。
  8. 【請求項８】前記温度補償手段（３３０）は、温度プロ
    ーブ（３１６）と、該温度プローブ（３１６）によって
    測定された温度にもとづいて前記光電性受光器（４６）
    のバイアス電圧を調節する手段とを有している、請求項
    ７に記載の装置。
  9. 【請求項９】前記走査手段（１４、４２、２００、２０
    ４、２０６、２１０、２１２、２２４、２２６）は、平
    面ミラー（４２）と、前記走査手段の第１および第２回
    転軸（１６、４４）の各々のまわりで前記平面ミラー位
    置を制御する手段（１４、２００、２０２、２０６、２
    ２４、２２６）とを有している、請求項１―８のうち任
    意の一項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】光機械部（１０）と電子部（１２）とか
    らなり、前記第１回転軸（１６）が相対的軸受回転軸で
    あり、該軸のまわりの位置を制御する手段（１４、２０
    ０、２０２、２０６）がステップ・モータ（２００）に
    よって前記軸のまわりに回転駆動されかつ前記光機械部
    （１０）の要素と前記電子部（１２）の要素との間を接
    続する電気的接続手段（１８ａ）の通路のために軸開口
    （１８）によって穿孔されたプラットフォーム（１４）
    を有している、請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】前記プラットフォーム（１４）は、該プ
    ラットフォーム（１４）と固定リング（２０４）との間
    に配置されたビード装着玉軸受手段（２１２）をかいし
    て固定リング（２０４）に配置された、請求項１０に記
    載の装置。
  12. 【請求項１２】前記ステップ・モータ（２００）がその
    周囲にある固定リング（２０４）の下に配置され、前記
    プラットフォーム（１４）によって支持されたコッグド
    ・ベルト（２１０）をかいして前記第１軸（１６）のま
    わりに該プラットフォーム（１４）を回転させるギヤー
    ホイル（２０６）に連結されている、請求項１１に記載
    の装置。
  13. 【請求項１３】前記第２回転軸（４４）は仰角回転軸で
    あり、該軸のまわりの位置を制御する手段（２２４、２
    ２６）は駆動シャフト（２２４）を含み、該シャフトの
    軸が前記プラットフォーム（１４）に関して固定されて
    前記ミラー（４２）を前記第２軸（４４）のまわりに回
    転駆動する検流計スキャナ（２２６）に前記ミラー（４
    ２）を接続する、請求項９―１２のうち任意の一項に記
    載の装置。
  14. 【請求項１４】前記第１測定手段（２１４、２２６）
    は、レーザ・ビームの相対方位配向を測定する環状増分
    光エンコーダ（２１４）を有し、該エンコーダが前記プ
    ラットフォーム（１４）によって支持されている、請求
    項１０―１３のうち任意の一項に記載の装置。
  15. 【請求項１５】前記光エンコーダ（２１４）は前記固定
    リング（２０４）に固定され、前記プラットフォーム
    （１４）に固定された可動部（２２２）を設けられてい
    る、請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】前記レーザ放射源（２０）によって放射
    されたレーザ・ビームを自動的に収束するユニット（２
    ２）と、前記レーザ放射源（２０）を前記ユニット（２
    ２）に固定する手段（９６、９８、１００、１０８）と
    をさらに含む、請求項１―１５のうち任意の一項に記載
    の装置。
  17. 【請求項１７】前記固定手段（９６、９８、１００、１
    ０８）は、前記レーザ放射源（２０）を支持しかつネジ
    （１００）によって前記自動収束ユニット（２２）に固
    定されたベースプレート（９６）と、前記自動収束ユニ
    ット（２２）に関して前記レーザ放射源（２０）の半径
    方向調節をするためのネジ（１０６）とを有し、前記ネ
    ジ（１００）は前記ベースプレート（９６）に設けられ
    た大径の軸穴（１０２）に係合される、請求項１６に記
    載の装置。
  18. 【請求項１８】レーザ・ビームを自動的に収束するユニ
    ット（２２）は、レーザ・ビームの放射軸（２６）に置
    かれた少なくとも１つの発散レンズ（６０、６２）と、
    前記放射軸（２６）に置かれた収束レンズ（６４）と、
    該収束レンズ（６４）および前記発散レンズ（６０、６
    ２）を前記放射軸（２６）にそって相対移動させる手段
    （７８、１１８、１２０、１２２、１２４、１２６、１
    ２８、１３０）とを有している、請求項１６および１７
    に記載の装置。
  19. 【請求項１９】前記相対移動手段（７８、１１８、１２
    ０、１２２、１２４、１２６、１２８、１３０）は、前
    記収束レンズ（６４）を支持するスリーブ（７８）を有
    し、該スリーブのまわりに可撓性膜（１２０）が固定さ
    れ、さらに前記スリーブ（７８）を前記放射軸（２６）
    にそって移動させるために前記膜（１２０）を作動させ
    る手段（１１８、１２４、１２６、１２８、１３０）と
    を有している、請求項１８に記載の装置。
  20. 【請求項２０】前記可撓性膜作動手段（１１８、１２
    ４、１２６、１２８、１３０）は、電流発生器（１２
    ４）と、コイル（１１８）とを有し、該コイル（１１
    ８）は前記電流発生器（１２４）によって電流を供給さ
    れ、前記可撓性膜（１２０）に固定され、前記放射軸
    （２６）のまわりで磁心（１１２）の間隙に配置され
    る、請求項１９に記載の装置。
  21. 【請求項２１】前記可撓性膜作動手段（１１８、１２
    ４、１２６、１２８、１３０）は、前記収束レンズ（６
    ４）の検出された位置を前記放射軸（２６）にそう前記
    収束レンズ（６４）の所望の位置と比較し、かつ、この
    差にもとづいて前記電流発生器（１２４）を作動する手
    段を含む手段（１２６）を有している、請求項１９また
    は２０に記載の装置。
  22. 【請求項２２】前記自動収束ユニット（２２）は、前記
    放射軸（２６）にそう前記収束レンズ（６４）の位置を
    検出する光学手段（１２８、１３０）を含む、請求項１
    ６―２１のうち任意の一項に記載の装置。
  23. 【請求項２３】前記仰角回転軸（４４）のまわりにおけ
    る前記検流計ミラー（２４）の位置を制御する手段を調
    節する手段（２２８）と、レーザ・ビームが前記支持回
    転軸（１６）のまわりで軸（３６）にそって受けられる
    その軸（３６）を調節する手段（２２９）とを有してい
    る、請求項９―２２のうち任意の一項に記載の装置。
  24. 【請求項２４】前記検流計ミラー（２４）の位置を制御
    する手段を調節する手段（２２８）とおよびレーザ・ビ
    ームが軸（３６）にそって受けられるその軸（３６）を
    調節する手段（２２９）が、リングの一部から形成され
    たクレードル（２３０、２３４）を有し、各々が前記リ
    ングの軸のまわりで回転するように前記クレードルが滑
    る対応するクレードル支持体（２３２、２３６）からな
    る、請求項２３に記載の装置。
  25. 【請求項２５】前記検流計ミラーの位置を制御する手段
    を調節する手段（２２８）の前記クレードル（２３０）
    の回転軸が、前記仰角回転軸（４４）および前記支持回
    転軸（１６）に垂直であり、前記受け軸（３６）の調節
    手段（２２９）のクレードル（２３４）回転軸が前記仰
    角回転軸（４４）に垂直であり、かつ、前記支持軸（１
    ６）を含む垂直面内にあり、前記クレードル（２３０、
    ２３４）の回転軸が前記ミラー（４２）に交差する、請
    求項２４に記載の装置。
  26. 【請求項２６】前記光電性受光器（４６）によって出力
    として放出される信号のダイナミック・レンジを減少す
    る手段（３００）をさらに有する、請求項１―２５のう
    ち任意の一項に記載の装置。
  27. 【請求項２７】信号のダイナミック・レンジを減少する
    前記手段（３００）は、プログラム可能利得をもった電
    圧減衰器（３０４）と、該電圧減衰器（３０４）の出力
    側に固定利得をもつ増幅ユニット（３０８）とからな
    る、請求項２６に記載の装置。
  28. 【請求項２８】本装置とスポットとの間の距離を測定す
    る前記第２測定手段（２４、２８、３２、３４、４８、
    ３１４）は、レーザ・ビームの「飛行時間」を測定する
    集積回路（３１４）からなる、請求項１―２７のうち任
    意の一項に記載の装置。
  29. 【請求項２９】請求項１―２８のうち任意の一項に記載
    の三次元記録用装置において実施されるシーン（４）の
    対象領域を明示する方法であって、下記の工程からな
    り、 シーン（４）の点の群を三次元記録すること、 前記点群の座標を記憶（１２）すること、 前記点群をモデル化および／または表示すること、 さらに下記の工程を含むことを特徴とする方法。前記点
    群において少なくとも１つの点の副群を選択すること、 前記対象領域を画定すること、 レーザ・ビームによってシーン（４）につくられたスポ
    ットが前記対象領域に対応する選択された副群の点のう
    ち少なくともいくつかにおいて次々と明示するように、
    走査手段（１４、４２、２００、２０２、２０４、２０
    ６、２１０、２１２、２２４、２２６）および放射源
    （２０）を制御すること。
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