JP2509776B2 - 三次元形状計測装置 - Google Patents
三次元形状計測装置Info
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- JP2509776B2 JP2509776B2 JP4002668A JP266892A JP2509776B2 JP 2509776 B2 JP2509776 B2 JP 2509776B2 JP 4002668 A JP4002668 A JP 4002668A JP 266892 A JP266892 A JP 266892A JP 2509776 B2 JP2509776 B2 JP 2509776B2
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- Japan
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- light
- light receiving
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- optical system
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、成形用型やデ
ザインされた各種製品の模型から外観形状を入力して最
終設計図面に仕上げるＣＡＤ用データの入力装置や、教
育用や販売用に用いられる三次元映像資料の入力装置、
医療用診断装置、或いはロボットの視覚センサとして用
いられる三次形状計測装置に関し、詳述すると、光源か
らの測定光線束を参照面上の被測定物に向けて照射する
測定用光学系と、前記測定光線束のうち前記被測定物表
面から反射した散乱光線束を検出する単一の受光部と、
その受光部に前記散乱光線束を導く受光用光学系と、前
記受光部により検出された前記散乱光線束の入射位置情
報に基づき前記参照面からの前記被測定物表面の距離を
演算導出する信号処理部とから構成してある三次元形状
計測装置に関する。
ザインされた各種製品の模型から外観形状を入力して最
終設計図面に仕上げるＣＡＤ用データの入力装置や、教
育用や販売用に用いられる三次元映像資料の入力装置、
医療用診断装置、或いはロボットの視覚センサとして用
いられる三次形状計測装置に関し、詳述すると、光源か
らの測定光線束を参照面上の被測定物に向けて照射する
測定用光学系と、前記測定光線束のうち前記被測定物表
面から反射した散乱光線束を検出する単一の受光部と、
その受光部に前記散乱光線束を導く受光用光学系と、前
記受光部により検出された前記散乱光線束の入射位置情
報に基づき前記参照面からの前記被測定物表面の距離を
演算導出する信号処理部とから構成してある三次元形状
計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の三次元形状計測装置としては、
単一波長のレーザー発振器を設けて光源を構成し、前記
参照面からの前記被測定物表面の距離を演算導出するよ
うに構成したものがあった。
単一波長のレーザー発振器を設けて光源を構成し、前記
参照面からの前記被測定物表面の距離を演算導出するよ
うに構成したものがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年、教育用や販売用
に用いられる三次元映像資料の入力装置、医療用診断装
置、或いはロボットの視覚センサとして用いる場合に
は、その表面形状ばかりでなく表面色を計測することが
望まれている。例えば、医療用診断装置では、黄疸の診
断に有用である。しかし、上述した従来技術によれば、
前記被測定物の表面の濃淡をモノトーンで検出できるが
色を検出できるものではなかった。本発明の目的は上述
した要求を満たした三次元形状計測装置を提供する点に
ある。
に用いられる三次元映像資料の入力装置、医療用診断装
置、或いはロボットの視覚センサとして用いる場合に
は、その表面形状ばかりでなく表面色を計測することが
望まれている。例えば、医療用診断装置では、黄疸の診
断に有用である。しかし、上述した従来技術によれば、
前記被測定物の表面の濃淡をモノトーンで検出できるが
色を検出できるものではなかった。本発明の目的は上述
した要求を満たした三次元形状計測装置を提供する点に
ある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明による三次元形状計測装置の特徴構成は、前
記受光用光学系に、前記散乱光線束を前記受光部に集光
する集光手段と、前記散乱光線束のうちの光軸が共通す
る光線束を、夫々の光軸が互いに所定角を成すＲＧＢの
三原色に関する波長の異なる複数の単色光線束として偏
向しうる単一の分光手段とを設け、前記分光手段により
分光された三原色を示す前記複数の単色光線束を前記受
光部の異なる位置に入射させることで、前記信号処理部
により、前記受光部で検出された三原色の各光の強度情
報に基づいて前記散乱光線束を構成するＲＧＢの三原色
の各波長の強度を求めて前記被測定物表面の色を検出す
るように構成してあることにある。前記受光用光学系
に、前記散乱光線束のうちの光軸が共通する光線束を、
夫々の光軸が互いに所定角を成すＲＧＢの三原色に関す
る波長の異なる複数の単色光線束に偏向しうる単一の分
光手段と、その分光出力を前記受光部に集光する集光手
段を設けて構成してあることが好ましい。前記測定用光
学系に、前記光源からの測定光線束を前記参照面上の被
測定物に向けて走査する走査手段を設けてあることが好
ましい。前記光源を、ＲＧＢの各単色光を出力する白色
レーザー発振器で構成してあることが好ましい。
め、本発明による三次元形状計測装置の特徴構成は、前
記受光用光学系に、前記散乱光線束を前記受光部に集光
する集光手段と、前記散乱光線束のうちの光軸が共通す
る光線束を、夫々の光軸が互いに所定角を成すＲＧＢの
三原色に関する波長の異なる複数の単色光線束として偏
向しうる単一の分光手段とを設け、前記分光手段により
分光された三原色を示す前記複数の単色光線束を前記受
光部の異なる位置に入射させることで、前記信号処理部
により、前記受光部で検出された三原色の各光の強度情
報に基づいて前記散乱光線束を構成するＲＧＢの三原色
の各波長の強度を求めて前記被測定物表面の色を検出す
るように構成してあることにある。前記受光用光学系
に、前記散乱光線束のうちの光軸が共通する光線束を、
夫々の光軸が互いに所定角を成すＲＧＢの三原色に関す
る波長の異なる複数の単色光線束に偏向しうる単一の分
光手段と、その分光出力を前記受光部に集光する集光手
段を設けて構成してあることが好ましい。前記測定用光
学系に、前記光源からの測定光線束を前記参照面上の被
測定物に向けて走査する走査手段を設けてあることが好
ましい。前記光源を、ＲＧＢの各単色光を出力する白色
レーザー発振器で構成してあることが好ましい。
【作用】被測定物の表面で反射する散乱光線束を、集光
手段により受光部に合焦して参照面からの被測定物の高
さに対応するデータを得るとともに、前記散乱光線束の
うちの光軸が共通する光線束を、単一の分光手段により
ＲＧＢの三原色に関する波長の異なる複数の単色光線束
として、夫々の光軸が互いに所定角を成すように偏向し
て、前記単一の受光部に入射させて、ＲＧＢの三原色の
各色成分の強度データを検出すれば、被測定物の高さデ
ータに対応するポイントの表面色がそれら強度データの
割合から極めて正確に求まるのである。 また、前記レー
ザー発振器において、一般的に使用されているものに
は、ＲＧＢのＲ域、あるいはＧ域において、複数の励起
波長を有することから検出される 前記各成分の強度テー
タは３つ以上となることが一般的である。 受光用光学系
を構成するにあたり、図３に示すように、散乱光線束を
ＲＧＢの三原色に関する波長の異なる複数の単色光線束
に分光する分光手段５Ｃの後段にその分光出力を受光部
６に集光する集光手段５Ｄを設けて構成すれば、散乱光
線束の波面の分光手段５Ｃに入射する角度θが一定とな
るので、図４に示すように、散乱光線束を受光部６に集
光する集光手段５Ｄの後段に分光手段５Ｃを設けた構成
における、散乱光線束の波面の分光手段５Ｃに入射する
角度θ１，θ２が異なる場合に比べて、受光部での集光
位置のずれの発生を低減でき、従って、検出精度を向上
することができるのである。 また、被測定物の表面色を
より高精度に検出するため、前記各色成分の強度データ
数を増加とた場合で、光学系において変更を加えること
なく対応可能である。
手段により受光部に合焦して参照面からの被測定物の高
さに対応するデータを得るとともに、前記散乱光線束の
うちの光軸が共通する光線束を、単一の分光手段により
ＲＧＢの三原色に関する波長の異なる複数の単色光線束
として、夫々の光軸が互いに所定角を成すように偏向し
て、前記単一の受光部に入射させて、ＲＧＢの三原色の
各色成分の強度データを検出すれば、被測定物の高さデ
ータに対応するポイントの表面色がそれら強度データの
割合から極めて正確に求まるのである。 また、前記レー
ザー発振器において、一般的に使用されているものに
は、ＲＧＢのＲ域、あるいはＧ域において、複数の励起
波長を有することから検出される 前記各成分の強度テー
タは３つ以上となることが一般的である。 受光用光学系
を構成するにあたり、図３に示すように、散乱光線束を
ＲＧＢの三原色に関する波長の異なる複数の単色光線束
に分光する分光手段５Ｃの後段にその分光出力を受光部
６に集光する集光手段５Ｄを設けて構成すれば、散乱光
線束の波面の分光手段５Ｃに入射する角度θが一定とな
るので、図４に示すように、散乱光線束を受光部６に集
光する集光手段５Ｄの後段に分光手段５Ｃを設けた構成
における、散乱光線束の波面の分光手段５Ｃに入射する
角度θ１，θ２が異なる場合に比べて、受光部での集光
位置のずれの発生を低減でき、従って、検出精度を向上
することができるのである。 また、被測定物の表面色を
より高精度に検出するため、前記各色成分の強度データ
数を増加とた場合で、光学系において変更を加えること
なく対応可能である。
【０００５】
【発明の効果】従って、本発明によれば、参照面からの
被測定物の表面距離の検出ばかりでなく、そのポイント
の表面色を計測できる三次元形状計測装置を提供できる
ようになった。さらに、受光用光学系を構成するにあた
り、散乱光線束をＲＧＢの三原色に分光する分光手段の
後段にその分光出力を受光部に集光する集光手段を設け
て構成すれば、検出精度を低下することなく上記目的を
達成することができる三次元形状計測装置を提供できる
ようになった。
被測定物の表面距離の検出ばかりでなく、そのポイント
の表面色を計測できる三次元形状計測装置を提供できる
ようになった。さらに、受光用光学系を構成するにあた
り、散乱光線束をＲＧＢの三原色に分光する分光手段の
後段にその分光出力を受光部に集光する集光手段を設け
て構成すれば、検出精度を低下することなく上記目的を
達成することができる三次元形状計測装置を提供できる
ようになった。
【０００６】
【実施例】以下実施例を説明する。計測装置の一例であ
る三次元形状計測装置は、図２に示すように、ＲＧＢの
三原色の光を発振する白色レーザ発振器を設けてスポッ
ト光を出力する光源３と、その光源３からの測定光線束
をＸ−Ｙ参照面１上の被測定物２に向けてＸ方向に走査
する測定用光学系４と、前記測定光線束のうち前記被測
定物２表面から反射した散乱光線束を検出する受光部６
と、前記散乱光線束を受光部６に導く受光用光学系５と
からなる光学系ユニットＵと、前記受光部６による前記
散乱光線束の検出出力に基づき前記参照面１からの前記
被測定物２表面の距離を演算導出する信号処理部７と、
前記光学系ユニットＵを制御する計測制御部８と、信号
処理部７及び計測制御部８から得られたＸ，Ｙ，Ｚ三次
元データから被測定物２の形状モデルを生成するモデル
生成部９とで構成してある。
る三次元形状計測装置は、図２に示すように、ＲＧＢの
三原色の光を発振する白色レーザ発振器を設けてスポッ
ト光を出力する光源３と、その光源３からの測定光線束
をＸ−Ｙ参照面１上の被測定物２に向けてＸ方向に走査
する測定用光学系４と、前記測定光線束のうち前記被測
定物２表面から反射した散乱光線束を検出する受光部６
と、前記散乱光線束を受光部６に導く受光用光学系５と
からなる光学系ユニットＵと、前記受光部６による前記
散乱光線束の検出出力に基づき前記参照面１からの前記
被測定物２表面の距離を演算導出する信号処理部７と、
前記光学系ユニットＵを制御する計測制御部８と、信号
処理部７及び計測制御部８から得られたＸ，Ｙ，Ｚ三次
元データから被測定物２の形状モデルを生成するモデル
生成部９とで構成してある。
【０００７】測定用光学系４は、光源３からの測定光線
束を走査する第一可動ミラー４Ａと、その第一可動ミラ
ー４Ａにより走査された測定光線束を被測定物２に向け
て反射する第一固定ミラー４Ｂとから構成するととも
に、受光用光学系５を、被測定物２表面からの散乱光線
束を反射する第二固定ミラー５Ｂと、その第二固定ミラ
ー５Ｂにより反射された散乱光線束を受光部６に導く第
二可動ミラー５Ａと、第二可動ミラー５Ａで反射された
散乱光線束をＲＧＢの三原色に分光する分光手段５Ｃ
と、その分光手段５ＣによりＲＧＢの三原色に分光され
た散乱光線束を受光部６に収束させる結像レンズでなる
集光手段５Ｄとから構成してある。
束を走査する第一可動ミラー４Ａと、その第一可動ミラ
ー４Ａにより走査された測定光線束を被測定物２に向け
て反射する第一固定ミラー４Ｂとから構成するととも
に、受光用光学系５を、被測定物２表面からの散乱光線
束を反射する第二固定ミラー５Ｂと、その第二固定ミラ
ー５Ｂにより反射された散乱光線束を受光部６に導く第
二可動ミラー５Ａと、第二可動ミラー５Ａで反射された
散乱光線束をＲＧＢの三原色に分光する分光手段５Ｃ
と、その分光手段５ＣによりＲＧＢの三原色に分光され
た散乱光線束を受光部６に収束させる結像レンズでなる
集光手段５Ｄとから構成してある。
【０００８】第一可動ミラー４Ａ及び第二可動ミラー５
Ａは、モータＭＯＴにより、Ｙ軸に平行な軸心周りで回
動する両面反射ミラーで構成してある。
Ａは、モータＭＯＴにより、Ｙ軸に平行な軸心周りで回
動する両面反射ミラーで構成してある。
【０００９】計測制御部８は、モータＭＯＴを回動させ
て測定光線束をＸ方向に走査するとともに、光学系ユニ
ットＵをＹ方向に移動させてＸ−Ｙ平面上を走査する。
信号処理部７は、図１に示すように、参照平面１で反射
される錯乱光線束のＲＧＢの各色成分は、必ず予め判明
している各波長毎の所定のポイントＸ 0 （例えば、Ｒ光
の波長の場合は、図中のＲＸ 0 ）に集光することに着目
して、ＲＧＢの三原色に分光された何れかの検出出力に
ついて、一次元イメージセンサＣＣＤを備えた受光部６
で検出される距離Ｘ0，Ｘ1（例えばＲＸ0，ＲＸ1）が、
ΔＸ0に比例すること、及び、参照平面１からの測定対
象物２の表面位置Ｚ0が、Ｚ0・θ＝ΔＸ0なる関係を有
することからＺ0を求めるとともに、ＲＧＢの三原色そ
れぞれの強度を検出してそのポイントの色を求める。モ
デル生成部９は、計測制御部８による第一可動ミラー４
Ａ及び第二可動ミラー５Ａの回転角（モータＭＯＴの回
転角）からＸ−Ｙ平面上の計測ポイントを把握し、信号
処理部７により導出されたそのポイントにおけるＺ座標
と、そのポイントの表面色を示すデータから被測定物２
の形状モデルを生成する。
て測定光線束をＸ方向に走査するとともに、光学系ユニ
ットＵをＹ方向に移動させてＸ−Ｙ平面上を走査する。
信号処理部７は、図１に示すように、参照平面１で反射
される錯乱光線束のＲＧＢの各色成分は、必ず予め判明
している各波長毎の所定のポイントＸ 0 （例えば、Ｒ光
の波長の場合は、図中のＲＸ 0 ）に集光することに着目
して、ＲＧＢの三原色に分光された何れかの検出出力に
ついて、一次元イメージセンサＣＣＤを備えた受光部６
で検出される距離Ｘ0，Ｘ1（例えばＲＸ0，ＲＸ1）が、
ΔＸ0に比例すること、及び、参照平面１からの測定対
象物２の表面位置Ｚ0が、Ｚ0・θ＝ΔＸ0なる関係を有
することからＺ0を求めるとともに、ＲＧＢの三原色そ
れぞれの強度を検出してそのポイントの色を求める。モ
デル生成部９は、計測制御部８による第一可動ミラー４
Ａ及び第二可動ミラー５Ａの回転角（モータＭＯＴの回
転角）からＸ−Ｙ平面上の計測ポイントを把握し、信号
処理部７により導出されたそのポイントにおけるＺ座標
と、そのポイントの表面色を示すデータから被測定物２
の形状モデルを生成する。
【００１０】以下、本発明の別実施例を説明する。先の
実施例では光学系ユニットＵのＹ軸方向への走査機構に
ついて詳述していないが、これは既存の技術、例えばモ
ータとプーリー等の駆動機構を用いて構成すればよい。
光学系ユニットＵの構成はこの構成に限定するものでは
なく，先の実施例で説明した原理に基づき三次元座標を
導出するものであれば任意に構成してよく、例えば図５
に示すように、先の実施例における可動ミラー４Ａ，５
Ａを固定して、第一固定ミラー４Ｂを回動させることで
投影光線束を走査するように構成してもよく、図６に示
すように、投影光線束と検出光線束で形成される平面を
Ｙ軸方向に走査するべく、Ｘ軸と平行な回転軸周りに回
動自在の反射ミラーを設けて構成してもよい。先の実施
例では、計測装置として三次元形状計測装置を用いて説
明したが、計測装置はこれに限定するものではなく、測
距装置等、他の計測装置に用いることができる。
実施例では光学系ユニットＵのＹ軸方向への走査機構に
ついて詳述していないが、これは既存の技術、例えばモ
ータとプーリー等の駆動機構を用いて構成すればよい。
光学系ユニットＵの構成はこの構成に限定するものでは
なく，先の実施例で説明した原理に基づき三次元座標を
導出するものであれば任意に構成してよく、例えば図５
に示すように、先の実施例における可動ミラー４Ａ，５
Ａを固定して、第一固定ミラー４Ｂを回動させることで
投影光線束を走査するように構成してもよく、図６に示
すように、投影光線束と検出光線束で形成される平面を
Ｙ軸方向に走査するべく、Ｘ軸と平行な回転軸周りに回
動自在の反射ミラーを設けて構成してもよい。先の実施
例では、計測装置として三次元形状計測装置を用いて説
明したが、計測装置はこれに限定するものではなく、測
距装置等、他の計測装置に用いることができる。
【００１１】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。
便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。
【図１】原理を示す要部の説明図
【図２】三次元形状計測装置の全体構成図
【図３】光学系の要部を示す断面図
【図４】光学系の要部を示す断面図
【図５】別実施例を示す三次元形状計測装置の全体構成
図
図
【図６】別実施例を示す三次元形状計測装置の全体構成
図
図
１ 参照面 ２ 対象物 ３ 光源 ４ 投影用光学系 ５ 受光用光学系 ５Ｃ 分光手段 ５Ｄ 集光手段 ６ 受光部 ７ 信号処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若井 秀樹 東京都板橋区蓮沼町75番１号 株式会社 トプコン内 (72)発明者 榎本 和彦 東京都板橋区蓮沼町75番１号 株式会社 トプコン内 (56)参考文献 特開 平２−187606（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−168007（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】 光源（３）からの測定光線束を参照面
（１）上の被測定物（２）に向けて照射する測定用光学
系（４）と、前記測定光線束のうち前記被測定物（２）
表面から反射した散乱光線束を検出する単一の受光部
（６）と、その受光部（６）に前記散乱光線束を導く受
光用光学系（５）と、前記受光部（６）により検出され
た前記散乱光線束の入射位置情報に基づき前記参照面
（１）からの前記被測定物（２）表面の距離を演算導出
する信号処理部（７）とから構成してある三次元形状計
測装置であって、 前記受光用光学系（５）に、前記散乱光線束を前記受光
部（６）に集光する集光手段（５Ｄ）と、前記散乱光線
束のうちの光軸が共通する光線束を、夫々の光軸が互い
に所定角を成すＲＧＢの三原色に関する波長の異なる複
数の単色光線束として偏向しうる単一の分光手段（５
Ｃ）とを設け、 前記分光手段（５Ｃ）により分光された三原色を示す前
記複数の単色光線束を前記受光部（６）の異なる位置に
入射させることで、前記信号処理部（７）により、前記
受光部（６）で検出された三原色の各光の強度情報に基
づいて前記散乱光線束を構成するＲＧＢの三原色の各波
長の強度を求めて 前記被測定物（２）表面の色を検出す
るように構成してある三次元形状計測装置。 - 【請求項２】 前記受光用光学系（５）に、前記散乱光
線束のうちの光軸が共通する光線束を、夫々の光軸が互
いに所定角を成すＲＧＢの三原色に関する波長の異なる
複数の単色光線束として偏向しうる単一の分光手段（５
Ｃ）と、その分光出力を前記受光部（６）に集光する集
光手段（５Ｄ）を設けて構成してある請求項１記載の三
次元形状計測装置。 - 【請求項３】 前記測定用光学系（４）に、前記光源
（３）からの測定光線束を前記参照面（１）上の被測定
物（２）に向けて走査する走査手段（４Ａ），（５Ａ）
を設けてある請求項１又は２記載の三次元形状計測装
置。 - 【請求項４】 前記光源を、ＲＧＢの各単色光を出力す
る白色レーザー発振器で構成してある請求項１から３の
何れかに記載の三次元形状計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4002668A JP2509776B2 (ja) | 1992-01-10 | 1992-01-10 | 三次元形状計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4002668A JP2509776B2 (ja) | 1992-01-10 | 1992-01-10 | 三次元形状計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05187833A JPH05187833A (ja) | 1993-07-27 |
| JP2509776B2 true JP2509776B2 (ja) | 1996-06-26 |
Family
ID=11535695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4002668A Expired - Lifetime JP2509776B2 (ja) | 1992-01-10 | 1992-01-10 | 三次元形状計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2509776B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100268048B1 (ko) * | 1996-10-28 | 2000-11-01 | 고바야시 마사키 | 수중레이저영상장치 |
| JP4447970B2 (ja) | 2004-06-14 | 2010-04-07 | キヤノン株式会社 | 物体情報生成装置および撮像装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02187606A (ja) * | 1989-01-17 | 1990-07-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 実装済みプリント基板の検査装置 |
-
1992
- 1992-01-10 JP JP4002668A patent/JP2509776B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05187833A (ja) | 1993-07-27 |
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