JP2014067035A - スキャナ補正システムおよびその補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スキャナの組立精度を評価し、誤差を補償するスキャナ補正システムおよびその補正方法を提供する。
【解決手段】本発明のスキャナ補正システム１００は、レーザビームを生成して走査する光源部１１０と、前記レーザビームを受信して下側の移動ステージ１４０の位置検出センサ１４５に走査するスキャナ部１２０と、スキャナ部１２０と位置検出センサ１４５とに連結され、スキャナ部１２０の組立精度を評価してスキャナ部１２０の誤差を補償する制御部１３０と、を含むものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、スキャナ補正システムおよびその補正方法に関する。

スキャナ（Ｓｃａｎｎｅｒ）は、観測対象物の表面に緻密な間隔で無数のレーザ光線を走査して２次元座標値をポイント形式に取得する測量装置である。このようなスキャナのうちレーザスキャナは、広い領域を優れた分解能で測定できるという利点がある。

そのため、レーザスキャナは、２次元ポイント座標を視覚化してモデリングするなどの形状測定分野と、３次元ポイント座標を利用して図面を製作するなどの建築分野と、ファクトリーオートメーション分野と、移動車両や道路に設けて道路周辺の情報を取得するなどの交通分野と、ロボット航法と、無人自動車と、造船、港湾産業など産業全般にわたり広く活用されており、現在、その応用市場は、さらに拡大しつつある。

しかし、特許文献１に記載のとおり、２次元以上の領域を走査するスキャナは、設定された走査領域にレーザを走査するために、内部に検流式モータ（ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｒｉｃ ｍｏｔｏｒ）を多数備えている。

この際、検流式モータは、スキャナの内部に固定して装着するための治具を必要とし、検流式モータ間の組立精度は、走査性能の精度に大きい影響を与える。

特に、使用目的に応じてスキャナにレンズを追加する場合、レンズは、スキャナの仕様に応じて設計または選定されるため、スキャナの組立精度は、走査性能に影響を与えることになり、スキャナの走査精度を評価し、誤差を補償する方法を開発する必要がある。

韓国公開特許第２００９−００４５３４２号公報

本発明の目的は、前記の問題点を解消するためにスキャナの組立精度を評価し、誤差を補償するスキャナ補正システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、前記の問題点を解消するためにスキャナの組立精度を評価し、誤差を補償するスキャナ補正方法を提供することにある。

本発明の一実施例に係るスキャナ補正システムは、レーザビームを生成して走査する光源部と、前記レーザビームを受信して下側の移動ステージの位置検出センサに走査するスキャナ部と、前記スキャナ部と位置検出センサとに連結され、前記スキャナ部の組立精度を評価して前記スキャナ部の誤差を補償する制御部と、を含む。

本発明の一実施例に係るスキャナ補正システムにおいて、前記スキャナ部は、前記レーザビームを受信して反射させる第１ミラーと、前記第１ミラーから反射されたレーザビームを下側の走査レンズにまた反射させる第２ミラーと、前記第１ミラーおよび第２ミラーをそれぞれ装着し、前記制御部により前記第１ミラーおよび第２ミラーの並進運動およびチルト運動をさせる第１検流式モータおよび第２検流式モータと、を含む。

本発明の一実施例に係るスキャナ補正システムにおいて、前記スキャナ部の誤差は、前記第１ミラーと第２ミラーとの直角度誤差（γ）と、距離誤差（ｅ）と、を含み、前記制御部は、前記直角度誤差（γ）および距離誤差（ｅ）に応じて前記第１検流式モータおよび第２検流式モータを制御する。

また、本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法は、（Ａ）制御部が光源部から生成されたレーザビームを移動ステージの位置検出センサに走査するようにスキャナ部を駆動させる段階と、（Ｂ）前記制御部が、前記位置検出センサから受信した前記レーザビームの受光位置を含む測定情報と予め設定された設定情報とを比較分析して、前記スキャナ部の組立精度の誤差を検出する段階と、（Ｃ）前記制御部が、前記組立精度の誤差が前記スキャナ部に装着された走査レンズの公差許容範囲から外れたかを判断する段階と、（Ｄ）前記制御部が、前記組立精度の誤差が前記走査レンズの公差許容範囲に含まれるように前記スキャナ部を補正する段階と、を含む。

本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法において、前記（Ａ）段階は、（Ａ−１）前記光源部内に設けられたマスク（ｍａｓｋ）を介して前記レーザビームを円形に形成して、前記スキャナ部に走査する段階をさらに含む。

本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法は、前記（Ｂ）段階において、前記組立精度の誤差として前記スキャナ部の第１ミラーと第２ミラーとの直角度誤差（γ）と、距離誤差（ｅ）と、を含む。

本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法において、前記直角度誤差（γ）は、前記第１ミラーによって反射されたレーザビームが前記第２ミラーの回転中心軸から外れた角度を含み、前記距離誤差（ｅ）は、前記第１ミラーの中心と前記第２ミラーの中心との垂直距離の誤差を含む。

本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法は、前記（Ｂ）段階において、前記予め設定された設定情報として走査領域に対する前記レーザビームの設定位置（ｘ、ｙ）に関する情報を含み、

（ｄ＝前記第１ミラーの中心から前記第２ミラーの中心までの距離、ｆ＝前記第２ミラーの中心から前記位置検出センサまでの垂直距離、（θ_ｘ、θ_ｙ）＝前記第２ミラーのチルト角度）

前記測定情報は、前記直角度誤差（γ）および距離誤差（ｅ）により前記走査領域で実際検出される受光位置（ｘ´、ｙ´）の情報を含み、

前記設定位置（ｘ、ｙ）と前記受光位置（ｘ´、ｙ´）との差値（△ｘ、△ｙ）から前記直角度誤差（γ）および距離誤差（ｅ）を検出する。

本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法において、前記（Ｄ）段階において、前記第１ミラーを装着した第１検流式モータおよび前記第２ミラーを装着した第２検流式モータを制御して、前記第１ミラーおよび前記第２ミラーそれぞれの並進運動およびチルト運動を調節する。

本発明に係るスキャナ補正方法によれば、スキャナ部に関する組立精度の誤差を容易に検出し、このような組立精度の誤差に応じてリアルタイムでスキャナ部を補正することにより、従来の方式のようにスキャナを再度分解して再度組み立てる必要がない。

本発明の一実施例に係るスキャナ補正システムの構成図である。 本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法で補正しようとする誤差を示す例示図である。 本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法による走査領域を示す例示図である。 本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法の適用前のレーザ走査ビームを示す例示図である。 本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法の適用後のレーザ走査ビームを示す例示図である。

本発明の目的、特定の長所および新規の特徴は、添付図面に係る以下の詳細な説明および好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、「一面」、「他面」、「第１」、「第２」などの用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、構成要素が前記用語によって限定されるものではない。以下、本発明を説明するにあたり、本発明の要旨を不明瞭にする可能性がある係る公知技術についての詳細な説明は省略する。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例に係るスキャナ補正システムの構成図である。

図１に示されたように、本発明の一実施例に係るスキャナ補正システム１００は、レーザビームを生成して走査する光源部１１０と、光源部１１０のレーザビームを移動ステージ１４０の位置検出センサ１４５に走査するスキャナ部１２０と、スキャナ部１２０および位置検出センサ１４５に連結され、スキャナ部１２０の組立精度を評価してスキャナ部１２０の誤差を補償する制御部１３０と、を含む。

スキャナ部１２０は、入射した光源部１１０のレーザビームを反射させる第１ミラー１２１と、第１ミラー１２１から反射されたレーザビームを下側の走査レンズ１２５にまた反射させる第２ミラー１２２と、制御部１３０に連結され、制御部１３０により第１ミラー１２１および第２ミラー１２２を動作させる第１および第２検流式モータホルダ１２３、１２４と、を含む。

特に、第１検流式モータホルダ１２３および第２検流式モータホルダ１２４は、第１ミラー１２１および第２ミラー１２２を動作させる第１検流式モータおよび第２検流式モータをそれぞれ装着し、制御部１３０の制御により並進運動およびチルト運動（ｔｉｌｔｉｎｇ）を行うことができる。これにより、第１ミラー１２１および第２ミラー１２２それぞれの状態および位置が変更され、スキャナ部１２０に関する組立精度の誤差が補正されることができる。

制御部１３０は、スキャナ部１２０および移動ステージ１４０に連結され、位置検出センサ１４５から受信したレーザビームの受光位置に関する測定情報と予め設定された設定情報とを比較分析して、スキャナ部１２０の組立精度の誤差を検出することができる。ここで、スキャナ部１２０の組立精度の誤差は、例えば、第１ミラー１２１と第２ミラー１２２との直角度誤差（γ）と、距離誤差（ｅ）と、を含んでもよい。

このような組立精度の誤差に応じて、制御部１３０は、スキャナ部１２０の第１検流式モータホルダ１２３および第２検流式モータホルダ１２４を制御し、スキャナ部１２０に関する組立精度の誤差を補正することができる。

これにより、本発明の一実施例に係るスキャナ補正システム１００は、スキャナ部１２０に関する組立精度の誤差を容易に検出し、このような組立精度の誤差に応じてリアルタイムでスキャナ部１２０を補正することができる。

以下、本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法について、図２から図５Ｂを参照して具体的に説明する。図２は、本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法を説明するためのフローチャートであり、図３は、本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法で補正しようとする誤差を示す例示図であり、図４は、本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法による走査領域を示す例示図であり、図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法の適用前および適用後のレーザ走査ビームを示す例示図である。

本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法によれば、先ず、制御部１３０が光源部１１０のレーザビームを移動ステージ１４０の位置検出センサ１４５に走査するようにスキャナ部１２０を駆動させる（Ｓ２１０）。

この際、光源部１１０のレーザビームは、組立精度の誤差を容易に検出するために直径が調整されてスキャナ部１２０に入射されるように、例えば、光源部１１０の内部に設けられたマスク（ｍａｓｋ）を介してレーザビームが円形に形成されてスキャナ部１２０に入射されてもよい。

スキャナ部１２０を駆動させた後、制御部１３０は、位置検出センサ１４５から受信したレーザビームの受光位置を含む測定情報と予め設定された設定情報とを比較分析して、スキャナ部１２０の組立精度の誤差を検出する（Ｓ２２０）。

ここで、スキャナ部１２０の組立精度の誤差は、第１ミラー１２１と第２ミラー１２２との直角度誤差（γ）と、距離誤差（ｅ）と、を含み、直角度誤差（γ）は、図３の例示図において、第１ミラー１２１によって反射されたレーザビーム（Ａ）が第２ミラー１２２の回転中心軸（Ｃ）から外れた角度の程度を示し、距離誤差（ｅ）は、第１ミラー１２１の中心と第２ミラー１２２の中心との垂直距離の誤差を示す。

具体的に、制御部１３０は、スキャナ部１２０の組立情報として、第２検流式モータホルダ１２４に装着された第２ミラー１２２のチルト角度（θ_ｘ、θ_ｙ）に応じて、図４に示された走査領域に対して、下記の数式１により、レーザビームの設定位置（ｘ、ｙ）を定義することができる。

（ｄ＝第１ミラー１２１の中心から第２ミラー１２２の中心までの距離、ｆ＝第２ミラー１２２の中心から位置検出センサ１４５までの垂直距離）

この際、制御部１３０は、直角度誤差（γ）と距離誤差（ｅ）に応じて、下記の数式２で表される走査領域の実際の受光位置（ｘ´、ｙ´）の情報を位置検出センサ１４５から受信することができる。

この際、受光位置（ｘ´、ｙ´）と設定位置（ｘ、ｙ）との差値である△ｘおよび△ｙは、それぞれ数式３および数式４で表されることができる。

このような差値である△ｘおよび△ｙが直角度誤差（γ）と、距離誤差（ｅ）と、を含むことにより、制御部１３０は、△ｘおよび△ｙに対する演算処理により直角度誤差（γ）および距離誤差（ｅ）を検出することができる。

次に、制御部１３０は、このように検出された直角度誤差（γ）および距離誤差（ｅ）が走査レンズ１２５の公差許容範囲から外れたかを判断する（Ｓ２３０）。

判断段階（Ｓ２３０）で検出された直角度誤差（γ）および距離誤差（ｅ）がレンズ（１２５）の公差許容範囲から外れたと判断すると、制御部１３０は、検出された直角度誤差（γ）および距離誤差（ｅ）に応じてスキャナ部１２０を補正する（Ｓ２４０）。

具体的に、制御部１３０は、検出された直角度誤差（γ）および距離誤差（ｅ）に応じてスキャナ部１２０を補正するために、検出された直角度誤差（γ）および距離誤差（ｅ）に応じて第１検流式モータホルダ１２３および第２検流式モータホルダ１２４の並進運動およびチルト運動の程度を制御することができる。

これにより、第１検流式モータホルダ１２３および第２検流式モータホルダ１２４それぞれに装着された第１ミラー１２１および第２ミラー１２２の直角度誤差（γ）および距離誤差（ｅ）は、走査レンズ１２５の公差許容範囲以内の値に補正されることができる。

例えば、図４に示された走査領域の中心Ｏを基準としてＸ軸とＹ軸とに区分した領域に対して、スキャナ部１２０を補正する前にはスキャナ部１２０が、図５Ａに示された形態のように、それぞれの位置別にレーザビームを走査して、外側に向かって走査性能を低下させることがある。

しかし、このようなレーザビームの走査形態に対して、本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法によってスキャナ部１２０を補正すると、図５Ｂに示された形態のように、それぞれの位置別に、特に、外側で検出されるレーザビームの品質が向上したことが分かる。

したがって、本発明の他の実施例に係るスキャナ補正方法によれば、スキャナ部１２０に関する組立精度の誤差を容易に検出し、このような組立精度の誤差に応じてリアルタイムでスキャナ部１２０を補正することにより、従来の方式のようにスキャナを再度分解して再度組み立てる必要がない。

以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明はこれに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。

本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。

本発明は、スキャナ補正システムおよびその補正方法に適用可能である。

１００ スキャナ補正システム
１１０ 光源部
１２０ スキャナ部
１２１ 第１ミラー
１２２ 第２ミラー
１２３ 第１検流式モータホルダ
１２４ 第２検流式モータホルダ
１２５ 走査レンズ
１３０ 制御部
１４０ 移動ステージ
１４５ 位置検出センサ

Claims (9)

1. レーザビームを生成して走査する光源部と、
   前記レーザビームを受信して下側の移動ステージの位置検出センサに走査するスキャナ部と、
   前記スキャナ部と位置検出センサとに連結され、前記スキャナ部の組立精度を評価して前記スキャナ部の誤差を補償する制御部と、を含む、スキャナ補正システム。
2. 前記スキャナ部は、
   前記レーザビームを受信して反射させる第１ミラーと、
   前記第１ミラーから反射されたレーザビームを下側の走査レンズにまた反射させる第２ミラーと、
   前記第１ミラーおよび第２ミラーをそれぞれ装着し、前記制御部により前記第１ミラーおよび第２ミラーの並進運動およびチルト運動をさせる第１検流式モータおよび第２検流式モータと、を含む、請求項１に記載のスキャナ補正システム。
3. 前記スキャナ部の誤差は、前記第１ミラーと第２ミラーとの直角度誤差（γ）と、距離誤差（ｅ）と、を含み、
   前記制御部は、前記直角度誤差（γ）および距離誤差（ｅ）に応じて前記第１検流式モータおよび第２検流式モータを制御する、請求項２に記載のスキャナ補正システム。
4. （Ａ）制御部が光源部から生成されたレーザビームを移動ステージの位置検出センサに走査するようにスキャナ部を駆動させる段階と、
   （Ｂ）前記制御部が、前記位置検出センサから受信した前記レーザビームの受光位置を含む測定情報と予め設定された設定情報とを比較分析して、前記スキャナ部の組立精度の誤差を検出する段階と、
   （Ｃ）前記制御部が、前記組立精度の誤差が前記スキャナ部に装着された走査レンズの公差許容範囲から外れたかを判断する段階と、
   （Ｄ）前記制御部が、前記組立精度の誤差が前記走査レンズの公差許容範囲に含まれるように前記スキャナ部を補正する段階と、を含む、スキャナ補正方法。
5. 前記（Ａ）段階は、
   （Ａ−１）前記光源部内に設けられたマスク（ｍａｓｋ）を介して前記レーザビームを円形に形成して、前記スキャナ部に走査する段階をさらに含む、請求項４に記載のスキャナ補正方法。
6. 前記（Ｂ）段階において、
   前記組立精度の誤差は、前記スキャナ部の第１ミラーと第２ミラーとの直角度誤差（γ）と、距離誤差（ｅ）と、を含む、請求項４に記載のスキャナ補正方法。
7. 前記直角度誤差（γ）は、前記第１ミラーによって反射されたレーザビームが前記第２ミラーの回転中心軸から外れた角度を含み、
   前記距離誤差（ｅ）は、前記第１ミラーの中心と前記第２ミラーの中心との垂直距離の誤差を含む、請求項６に記載のスキャナ補正方法。
8. 前記（Ｂ）段階において、
   前記予め設定された設定情報は、走査領域に対する前記レーザビームの設定位置（ｘ、ｙ）に関する情報を含み、
   （ｄ＝前記第１ミラーの中心から前記第２ミラーの中心までの距離、ｆ＝前記第２ミラーの中心から前記位置検出センサまでの垂直距離、（θ_ｘ、θ_ｙ）＝前記第２ミラーのチルト角度）
   前記測定情報は、前記直角度誤差（γ）および距離誤差（ｅ）により前記走査領域で実際検出される受光位置（ｘ´、ｙ´）の情報を含み、
   前記設定位置（ｘ、ｙ）と前記受光位置（ｘ´、ｙ´）との差値（△ｘ、△ｙ）から前記直角度誤差（γ）および距離誤差（ｅ）を検出する、請求項６に記載のスキャナ補正方法。
9. 前記（Ｄ）段階において、
   前記第１ミラーを装着した第１検流式モータおよび前記第２ミラーを装着した第２検流式モータを制御して、前記第１ミラーおよび前記第２ミラーそれぞれの並進運動およびチルト運動を調節する、請求項６に記載のスキャナ補正方法。