JP2987540B2 - 3D scanner - Google Patents

3D scanner

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JP2987540B2
JP2987540B2 JP5259087A JP25908793A JP2987540B2 JP 2987540 B2 JP2987540 B2 JP 2987540B2 JP 5259087 A JP5259087 A JP 5259087A JP 25908793 A JP25908793 A JP 25908793A JP 2987540 B2 JP2987540 B2 JP 2987540B2
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light receiving
optical system
light
measurement
measured
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和彦 榎本
史彦 上園
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は被測定物の形状を三次元
的に測定するための三次元スキャナーに係わり、特に、
被測定物に対して測定光束を照射するための照射光学系
と、被測定物表面からの反射された散乱光束を受光手段
に導くための受光光学系とを備え、この受光手段の出力
信号により被測定面の測定基準面からの距離を算出する
ことのできる三次元スキャナーに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional scanner for three-dimensionally measuring the shape of an object to be measured.
An irradiation optical system for irradiating the measuring object with the measuring light beam, and a light receiving optical system for guiding the scattered light beam reflected from the surface of the measuring object to the light receiving means, and an output signal of the light receiving means The present invention relates to a three-dimensional scanner capable of calculating a distance from a measurement surface to a measurement reference surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】成形用金型や、各種製品の設計時に試作
されたモックアップ等から外観形状を入力することによ
り、最終設計図面を作成するためのCAD用データを得
るための三次元入力装置や、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ーとして三次元形状計測装置が存
在している。
2. Description of the Related Art A three-dimensional input device for obtaining CAD data for creating a final design drawing by inputting an external shape from a molding die or a mock-up prototype made at the time of designing various products. Also, there are three-dimensional shape measuring devices as input devices for three-dimensional video materials used for education and sales, medical diagnostic devices, or visual sensors of robots.

【0003】この三次元形状計測装置は、光源からの測
定光束を参照面上の被測定物に対して走査するための照
射光学系と、この被測定物表面からの反射された散乱光
束を受光手段に導くための受光光学系と、この受光手段
による散乱光の出力信号に基づき、被測定面の測定基準
面からの距離を算出するための演算処理手段とから構成
されている。
The three-dimensional shape measuring apparatus includes an irradiation optical system for scanning a measurement light beam from a light source onto an object to be measured on a reference surface, and receives a scattered light beam reflected from the surface of the object to be measured. It comprises a light receiving optical system for guiding to the means, and an arithmetic processing means for calculating the distance of the measured surface from the measurement reference plane based on the output signal of the scattered light by the light receiving means.

【0004】照射光学系は、光源からの測定光束を走査
するための第1の可動ミラーと、この第1の可動ミラー
により走査された測定光束を被測定物に対して反射させ
るための第1の固定ミラーとから構成されており、受光
光学系は、被測定物表面からの反射された散乱光束を反
射させるための第2の固定ミラーと、この第2の固定ミ
ラーにより反射された散乱光束を受光手段に導くための
第2の可動ミラーとから構成されていた。
The irradiation optical system includes a first movable mirror for scanning a measurement light beam from a light source, and a first movable mirror for reflecting the measurement light beam scanned by the first movable mirror to an object to be measured. The light receiving optical system includes a second fixed mirror for reflecting the scattered light beam reflected from the surface of the object to be measured, and the scattered light beam reflected by the second fixed mirror. And a second movable mirror for guiding the light to the light receiving means.

【0005】そして照射光学系と受光光学系とは、条件
を同じにするため測定系全体を、ある基準軸に対して略
線対称に配置されていた。従って第1の可動ミラーの回
転軸は、上述の基準軸に交わり、第1の固定ミラーと第
2の固定ミラーは、基準軸に対して略線対称に配置され
ている。このため、走査光束による距離測定が可能とな
る想定エリアは、前記測定光軸に対して、略線対称に想
定されており、想定エリアの中心に位置する基準点も、
前記基準軸と交わっていた。
The irradiation optical system and the light receiving optical system have been arranged so that the entire measurement system is substantially symmetrical with respect to a certain reference axis in order to make the conditions the same. Therefore, the rotation axis of the first movable mirror intersects the above-described reference axis, and the first fixed mirror and the second fixed mirror are arranged substantially line-symmetrically with respect to the reference axis. For this reason, the assumed area where the distance measurement by the scanning light beam is possible is assumed to be substantially line-symmetric with respect to the measurement optical axis, and the reference point located at the center of the assumed area is also
It crossed the reference axis.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記従来スキャナにお
ける測定原理は、走査に際して、ガルバノミラーが所定
角にあるとき、基準面上の点と受光面上の一点とが、1
対1で対応することに基づいている。即ち測定物に当た
ることで、光路が異なった散乱光の前記受光面上におけ
る結像点は、前記測定基準面上での散乱光の結像点と異
なる位置に結像するため、この点の前記測定基準面上で
の散乱光による結像点との受光面上での距離を検出する
ことで、被測定物の基準面からの距離を算出する。とこ
ろが実際には、ある平面の走査に伴う受光面上での結像
点の変動は、受光面上の変動に限られず、受光面の法線
方向の変動も生じてしまう。この結像点の法線方向の変
動は、散乱光が受光面上に結像しないため、受光面上に
おける散乱光束はボケた状態となり、受光面上の入射位
置が不明確になると同時に、単位面積当りの光量も低下
するため、受光手段の出力が低下し、測定光以外の外部
ノイズ等の影響が大きくなるという問題点があった。
The measurement principle of the above-mentioned conventional scanner is as follows. When scanning, when the galvanomirror is at a predetermined angle, a point on the reference plane and one point on the light receiving surface are one.
It is based on a one-to-one correspondence. That is, by hitting the object to be measured, an image point on the light receiving surface of the scattered light having a different optical path forms an image at a position different from an image point of the scattered light on the measurement reference plane. By detecting the distance on the light receiving surface from the image forming point due to the scattered light on the measurement reference plane, the distance of the measured object from the reference plane is calculated. However, in practice, the fluctuation of the imaging point on the light receiving surface due to the scanning of a certain plane is not limited to the fluctuation on the light receiving surface, and the fluctuation in the normal direction of the light receiving surface also occurs. The fluctuation in the normal direction of this image point is because the scattered light does not form an image on the light receiving surface, so that the scattered light flux on the light receiving surface becomes blurred, and the incident position on the light receiving surface becomes unclear, and at the same time, the unit Since the amount of light per area also decreases, there is a problem that the output of the light receiving unit decreases and the influence of external noises other than the measurement light increases.

【0007】また測定物の表面の散乱効率が低い場合、
測定自体が困難となってしまう。この対策として、光源
の出力を上げて照射光束の光量を増加する方法が考えら
れるが、発光部等の電気回路の大出力、大型化が避けら
れず、発熱の影響が大きくなり、かつ、消費電力も増大
して作動の安定性に問題が生じる心配があった。更に照
射光の遮光も、光量の増大に伴い困難となるという問題
点があった。
When the scattering efficiency of the surface of the object is low,
The measurement itself becomes difficult. As a countermeasure, there is a method of increasing the output of the light source to increase the amount of the illuminating light beam. There was a concern that the power would also increase, causing a problem in operation stability. Further, there is a problem that it becomes difficult to shield the irradiation light with an increase in the amount of light.

【0008】一方、1回の走査過程において上記結像点
の変動が起きるため、測定物の測定基準面上の設置位置
によって、測定精度が変動するため、安定した精度で測
定する事が出来ないという問題点があった。
On the other hand, since the above-mentioned image forming point fluctuates in one scanning process, the measurement accuracy fluctuates depending on the installation position of the measurement object on the measurement reference plane, so that measurement cannot be performed with stable accuracy. There was a problem.

【0009】従って測定光束を走査しても、散乱光束の
結像位置が常に受光面上からずれることなく入射し、安
定して高精度な測定が可能であると共に、散乱光束の受
光効率に優れ、照射光束の出力を増大させることなく、
散乱効率の低い表面を有する物質であっても測定可能な
3次元スキャナーの出現が強く望まれていた。
Therefore, even if the measuring light beam is scanned, the image position of the scattered light beam is always incident on the light receiving surface without shifting, and stable and accurate measurement is possible, and the light receiving efficiency of the scattered light beam is excellent. Without increasing the output of the illuminating beam
The emergence of a three-dimensional scanner capable of measuring even a substance having a surface with low scattering efficiency has been strongly desired.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
案出されたもので、光源と、この光源からの測定光束を
偏向走査させるための偏向器と、この偏向器で偏向され
た測定光束を被測定物上に照射させるための照射光学系
と、前記被測定物上からの散乱光束を結像させるための
受光光学系と、この受光光学系による該散乱光束の結像
点近傍に受光面が形成された受光手段と、この受光手段
からの出力信号により、前記被測定面までの距離を算出
するための演算処理手段とからなり、前記測定光束の走
査面内における測定可能領域が、前記走査面内における
光学系の基準軸に対して、前記照射光学系の方に所定の
距離を有して配置されている
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been devised in view of the above problems, and has a light source, a deflector for deflecting and scanning a measurement light beam from the light source, and a measuring device deflected by the deflector. An irradiation optical system for irradiating a light beam onto the object to be measured, a light receiving optical system for forming an image of the scattered light beam from the object to be measured, and a light-receiving optical system in the vicinity of the image forming point of the scattered light beam light receiving means for receiving surface is formed by the output signal from the light receiving means, wherein consists of a processing means for calculating the distance to the measured surface, run of the measuring beam
The measurable area in the inspection plane is within the scanning plane.
With respect to the reference axis of the optical system, a predetermined
They are arranged with a distance .

【0011】更に本発明は受光手段における受光面を、
被測定物に対して傾斜して形成することもできる。
Further, according to the present invention, the light receiving surface of the light receiving means is
It can also be formed inclined with respect to the measured object.

【0012】[0012]

【作用】以上の様に構成された本発明は、偏向器が、光
源からの測定光束を偏向走査させ、照射光学系が、偏向
器で偏向された測定光束を被測定物上に照射させ、受光
光学系が被測定物上からの散乱光束を結像させ、受光手
段が、受光光学系による該散乱光束の結像点近傍に受光
面を形成し、演算処理手段が、受光手段からの出力信号
により、被測定面の測定基準面からの距離を算出する様
になっている。測定光束の走査面内における測定可能領
域が、走査面内における光学系の基準軸に対して、照射
光学系の方に所定の距離を有して配置されている。
According to the present invention constructed as described above, the deflector deflects and scans the measurement light beam from the light source, and the irradiation optical system irradiates the measurement light beam deflected by the deflector onto the object to be measured. A light receiving optical system forms an image of the scattered light flux from the object to be measured, a light receiving means forms a light receiving surface near an image forming point of the scattered light flux by the light receiving optical system, and an arithmetic processing means outputs an output from the light receiving means. The distance from the measured surface to the measurement reference surface is calculated based on the signal. Area where measurement beam can be measured in the scanning plane
The area illuminates the reference axis of the optical system in the scan plane.
It is arranged at a predetermined distance toward the optical system.

【0013】更に本発明は受光手段を、基準軸に対して
傾斜して形成することもできる。
Further, according to the present invention, the light receiving means can be formed inclined with respect to the reference axis.

【0014】[0014]

【実施例】【Example】

【0015】本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0016】本実施例の三次元スキャナー100は、図
1に示す様に、光源1と、光源1からの測定光束を偏向
走査させるためのガルバノメータ2と、ガルバノメータ
2で偏向された測定光束を被測定物200上に照射させ
るための照射光学系3と、被測定物上200からの散乱
光束を結像させるための受光光学系4と、受光光学系4
により結像された像を光電変換するための受光手段5
と、受光手段5からの出力信号により、被測定面の測定
基準面からの距離を算出するための演算処理手段6とか
ら構成されている。
As shown in FIG. 1, a three-dimensional scanner 100 of this embodiment receives a light source 1, a galvanometer 2 for deflecting and scanning a measurement light beam from the light source 1, and a measurement light beam deflected by the galvanometer 2. An irradiation optical system 3 for irradiating the object 200 to be measured, a light receiving optical system 4 for forming an image of the scattered light beam from the object 200 to be measured, and a light receiving optical system 4
Receiving means 5 for photoelectrically converting an image formed by the
And an arithmetic processing means 6 for calculating the distance of the measured surface from the measurement reference plane based on the output signal from the light receiving means 5.

【0017】光源1はレーザー発振器を備えており、ス
ポット光を出力することができる。ガルバノメータ2は
偏向器に該当するものであり、光源1からのスポット光
を偏向走査するためのものである。ガルバノメータ2に
限ることなく、偏向器であれば何れのものを使用するこ
とができる。
The light source 1 has a laser oscillator and can output a spot light. The galvanometer 2 corresponds to a deflector, and deflects and scans the spot light from the light source 1. Not limited to the galvanometer 2, any deflector can be used.

【0018】照射光学系3は、第1の固定ミラー31と
から構成されており、ガルバノメータ2で偏向された測
定光束を被測定物200上に照射させる様になってい
る。
The irradiation optical system 3 is composed of a first fixed mirror 31 and irradiates a measurement light beam deflected by the galvanometer 2 onto the object 200 to be measured.

【0019】受光光学系4は、第2の固定ミラー41
と、ガルバノメータ2と、結像レンズ42とから構成さ
れている。第2の固定ミラー41は、被測定物200か
らの散乱光束を反射させるものであり、ガルバノメータ
2は、第2の固定ミラー41で反射された散乱光を、結
像レンズ42を介して受光手段5に導くためのものであ
る。なおガルバノメータ2は、受光光学系4と照射光学
系3とで共通して使用されている。また結像レンズ42
は、ガルバノメータ2で反射された散乱光を受光手段5
に結像させるためのものである。
The light receiving optical system 4 includes a second fixed mirror 41
, A galvanometer 2 and an imaging lens 42. The second fixed mirror 41 reflects the scattered light flux from the device under test 200, and the galvanometer 2 receives the scattered light reflected by the second fixed mirror 41 via the imaging lens 42, It is for leading to 5. The galvanometer 2 is commonly used by the light receiving optical system 4 and the irradiation optical system 3. The imaging lens 42
The scattered light reflected by the galvanometer 2 is
This is for forming an image.

【0020】なお本実施例のガルバノメータ2は、透明
基板の両面にアルミコーティングを施した反射面が形成
された両面反射鏡と、この両面反射鏡を回動させるため
のモータとから構成されている。
The galvanometer 2 according to the present embodiment comprises a double-sided reflecting mirror having a reflecting surface on both surfaces of a transparent substrate coated with aluminum, and a motor for rotating the double-sided reflecting mirror. .

【0021】受光手段5は、結像レンズ42で結像され
た散乱光を光電変換するためのもので、本実施例では、
CCDラインセンサが採用されている。受光手段5はC
CDラインセンサに限ることなく、光電変換素子であれ
ば何れのセンサを採用することもできる。
The light receiving means 5 is for photoelectrically converting the scattered light imaged by the imaging lens 42. In this embodiment,
A CCD line sensor is employed. The light receiving means 5 is C
The sensor is not limited to a CD line sensor, and any sensor can be used as long as it is a photoelectric conversion element.

【0022】演算処理手段6は、受光手段5からの出力
信号に基づき、被測定面の測定基準面からの距離を算出
するためのである。この演算処理手段6はCPUを含む
マイクロコンピュータから構成されており、本実施例で
は、ガルバノメータ2の走査位置を制御するための走査
位置制御部61と、ガルバノメータ2の電動機を駆動す
るためのガルバノメータ駆動手段62とを備えている。
The arithmetic processing means 6 calculates the distance of the surface to be measured from the measurement reference plane based on the output signal from the light receiving means 5. The arithmetic processing means 6 is constituted by a microcomputer including a CPU. In this embodiment, a scanning position control unit 61 for controlling the scanning position of the galvanometer 2 and a galvanometer driving unit for driving an electric motor of the galvanometer 2 are provided. Means 62.

【0023】演算処理手段6には3次元モデル生成部7
が接続されており、3次元モデル生成部7は、演算処理
手段6で演算された距離データに基づき、被測定物20
0の形状モデルを演算することができる。
The arithmetic processing means 6 includes a three-dimensional model generator 7
Is connected, and the three-dimensional model generation unit 7 performs the measurement on the DUT 20 based on the distance data calculated by the arithmetic processing unit 6.
0 can be calculated.

【0024】以上の様に構成された本実施例は、まず、
ガルバノメータ駆動手段62を駆動することにより、測
定光束をX方向に走査する。このX方向の走査と共に、
光学系全体をY方向に移動させることにより、ZーY平
面上を走査させる。
The present embodiment constructed as described above firstly
By driving the galvanometer driving means 62, the measurement light beam is scanned in the X direction. Along with the scanning in the X direction,
By moving the entire optical system in the Y direction, scanning is performed on the ZY plane.

【0025】ここで図2に示す様に、受光手段5により
検出される距離S0、S1が、被測定物200上のデルタ
dX0に比例し、更に、基準となる参照平面50から定
められた被測定物200の表面位置Z0の測定基準面か
らの距離Zが、Z=dX0/tanθとなる関係を利用
することにより、Zを求めることができる。
As shown in FIG. 2, the distances S 0 and S 1 detected by the light receiving means 5 are proportional to the delta dX 0 on the device under test 200 and are further determined from a reference plane 50 serving as a reference. The distance Z from the measured reference plane of the surface position Z 0 of the DUT 200 to the measured reference plane can be obtained by using the relationship Z = dX 0 / tan θ.

【0026】ここで、測定基準面50と基準軸上との交
点をH0(X0、Y0、0)とする。被測定物が載置され
ていない状態で、測定光束を第1の固定ミラー31から
入射すると、走査中に照射光束が点H0に入射した時、
その反射光は第2固定ミラー41に向かう散乱光束4A
となり、この光束4Aはガルバノメータ2で偏向された
後、結像レンズ42を通して受光手段5の受光面上点S
0に結像する様になっている。
Here, the intersection between the measurement reference plane 50 and the reference axis is defined as H 0 (X 0 , Y 0 , 0). When the measurement light beam enters from the first fixed mirror 31 in a state where the object to be measured is not mounted, when the irradiation light beam enters the point H 0 during scanning,
The reflected light is a scattered light beam 4A directed to the second fixed mirror 41.
This light flux 4A is deflected by the galvanometer 2 and then passes through the imaging lens 42 to a point S on the light receiving surface of the light receiving means 5.
It is designed to image at 0 .

【0027】一方、被測定物が載置されている場合、本
来、点H0に入射する照射光束は、点H1(X1、Y1
Z)で反射される。この点H1における反射光は、第2
固定ミラー41に向かう散乱光束4Bとなる。この光束
4Bはガルバノメータ2で偏向された後、結像レンズ4
2を通して受光手段5の受光面上の点S1に結像する。
この時の点S1と点S0との位置関係によりdXを算出
し、このdXから上述の演算により、点H1のZ軸方向
の高さZを求めることが出来る。
On the other hand, when the object to be measured is placed, the irradiation light beam originally incident on the point H 0 is reflected on the point H 1 (X 1 , Y 1 ,
Z). Light reflected in the point H 1, the second
The scattered light beam 4B is directed toward the fixed mirror 41. This light beam 4B is deflected by the galvanometer 2 and then formed by the imaging lens 4B.
2 and an image is formed at a point S 1 on the light receiving surface of the light receiving means 5.
The positional relationship between the S 1 and the point S 0 point when this was calculated dX, by the above calculation from the dX, it is possible to obtain the height Z of the Z-axis direction of the point H 1.

【0028】そして3次元モデル生成部7は、走査位置
制御部61で認識されたガルバノメータ2の回転角から
X−Y平面上の計測ポイントを把握し、上述の測定点の
Z軸方向の高さを求める方法から、被測定物200の形
状モデルを生成することができる。
Then, the three-dimensional model generation section 7 grasps the measurement points on the XY plane from the rotation angle of the galvanometer 2 recognized by the scanning position control section 61, and the height of the above-mentioned measurement points in the Z-axis direction. Can be generated from the method for obtaining the shape model of the device under test 200.

【0029】また本実施例は図4に示す様に、上記実施
例のガルバノメータ2に代えて、固定ミラーとし、第1
の固定ミラー31を回転ミラーとすることにより、測定
光束を走査させることもできる。更に図5に示す様に、
測定光束と散乱光束とで形成される平面をY軸方向に走
査する様に、X軸と平行な軸心周りに回動自在な反射ミ
ラーを配置する構成にすることもできる。
In this embodiment, as shown in FIG. 4, a fixed mirror is used instead of the galvanometer 2 of the above embodiment,
By using the fixed mirror 31 as a rotating mirror, the measurement light beam can be scanned. Further, as shown in FIG.
A configuration is also possible in which a reflecting mirror that can rotate around an axis parallel to the X axis is arranged so that a plane formed by the measurement light beam and the scattered light beam is scanned in the Y axis direction.

【0030】次に図6及び図10に基づいて、測定可能
領域について説明する。
Next, the measurable area will be described with reference to FIGS.

【0031】図6は、本願発明と従来技術の測定可能領
域の配置をそれぞれ示したものである。従来の測定可能
領域の想定エリアは、照射光学系3と受光光学系4とに
より想定される基準軸1000に対して、対称となるよ
うな領域P(P1、P7、P9、P3)の様に設定され
ていた。しかし本願発明は、この領域を走査線に平行な
方向に移動させ、領域Q(Q1、Q7、Q9、Q3)の
様に設定している。
FIG. 6 shows the arrangement of the measurable area according to the present invention and the prior art, respectively. The assumed area of the conventional measurable area is like an area P (P1, P7, P9, P3) symmetrical with respect to a reference axis 1000 assumed by the irradiation optical system 3 and the light receiving optical system 4. Was set. However, in the present invention, this area is moved in a direction parallel to the scanning line, and is set as an area Q (Q1, Q7, Q9, Q3).

【0032】ここで、照射光束のX方向の走査に伴う、
散乱光束の受光面上における本願発明の結像点の状態
を、従来技術と比較しながら説明することにする。なお
受光手段の受光面は、基準軸に対して傾斜して配置され
ている。
Here, with the scanning of the irradiation light beam in the X direction,
The state of the image forming point of the present invention on the light receiving surface of the scattered light beam will be described in comparison with the prior art. The light receiving surface of the light receiving means is arranged to be inclined with respect to the reference axis.

【0033】具体的な受光面近傍における受光光学系に
よる結像点位置を、測定基準面上の走査である基準点
(P4〜P6)の場合と、測定基準面に平行で距離的に
遠い面上の遠点(P1〜P3)の場合、距離的に近い面
上の近点(P7〜P9)の場合の、3通りに関して図7
に図示している。
A specific image forming point position by the light receiving optical system in the vicinity of the light receiving surface is defined by a reference point (P4 to P6) which is a scan on the measurement reference surface, and a plane parallel to the measurement reference surface and far from the measurement reference surface. In the case of the upper far point (P1 to P3), in the case of the near point (P7 to P9) on the plane close in distance, FIG.
Is illustrated in FIG.

【0034】従来の領域Pの場合の走査に伴う焦点位置
の軌跡を見ると、近点、基準点、遠点とも、焦点位置と
受光面とが離れている状態が多く、受光面上に結像され
ていない。またガルバノメータのふれ角に対する、基準
軸方向での結像点と受光面との距離は図8に示す様にな
り、バランスが悪くなっている。
Looking at the trajectory of the focal position accompanying the scanning in the case of the conventional region P, the focal point and the light receiving surface are often separated from each other at the near point, the reference point, and the far point. Not imaged. Further, the distance between the imaging point and the light receiving surface in the reference axis direction with respect to the deflection angle of the galvanometer is as shown in FIG. 8, and the balance is poor.

【0035】これに対して、本願発明における走査に伴
う焦点位置の軌跡を、従来技術と同様に示したのが図9
及び図10であり、従来技術と比較して受光面近くに焦
点が存在していることが図9から明瞭となっている。更
に図10を具体的に観察すると、受光面と焦点間との距
離は約4分の1になっており、ガルバノメータのふれ角
に対してもバランスがよい状態となっている。そして図
11は、本実施例の効果を示すために図10を、従来技
術である図8と同様なスケールで示して、重ね合わせた
ものである。
On the other hand, the locus of the focal position accompanying the scanning in the present invention is shown in the same manner as in the prior art in FIG.
10 and FIG. 10, and it is clear from FIG. 9 that the focal point exists near the light receiving surface as compared with the related art. Further observing FIG. 10 more specifically, the distance between the light receiving surface and the focal point is about 1, and the state is well balanced with respect to the deflection angle of the galvanometer. And figure
11 shows FIG. 10 to show the effect of this embodiment, and FIG.
It is shown on a scale similar to that of FIG.
Things.

【0036】即ち本実施例では、走査面内における光学
系の基準軸に対して、測定光束の走査面内における領域
Q(Q1、Q7、Q9、Q3)が、この領域Qの中心か
ら所定の距離を有して配置されている。なお基準軸と
は、照射光学系及び受光光学系とにより構成される光学
系全体における基準として想定される基準軸である。更
に走査面とは、測定光束の走査により形成される平面で
ある。
That is, in this embodiment, the region Q (Q1, Q7, Q9, Q3) of the measuring light beam in the scanning plane is a predetermined distance from the center of the area Q with respect to the reference axis of the optical system in the scanning plane. They are arranged with a distance. Note that the reference axis is a reference axis assumed as a reference in the entire optical system including the irradiation optical system and the light receiving optical system. Further, the scanning surface is a plane formed by scanning the measurement light beam.

【0037】なお本実施例の三次元スキャナー100
は、3次元座標及び2次元の明暗情報(コントラスト)
等を読み取る全ての測定装置に応用することが可能であ
る。
The three-dimensional scanner 100 of the present embodiment
Is three-dimensional coordinates and two-dimensional light / dark information (contrast)
And the like can be applied to all measurement devices that read such information.

【0038】[0038]

【効果】以上の様に構成された本発明は、光源と、この
光源からの測定光束を偏向走査させるための偏向器と、
この偏向器で偏向された測定光束を被測定物上に照射さ
せるための照射光学系と、前記被測定物上からの散乱光
束を結像させるための受光光学系と、この受光光学系に
よる該散乱光束の結像点近傍に受光面が形成された受光
手段と、この受光手段からの出力信号により、前記被測
定面までの距離を算出するための演算処理手段とからな
り、前記測定光束の走査面内における測定可能領域が、
前記走査面内における光学系の基準軸に対して、前記照
射光学系の方に所定の距離を有して配置されているの
で、焦点を受光面近くにすることができ、測定光の走査
に伴う測定可能領域内からの散乱光が結像する焦点位置
の受光面に対する変動を小さくすることができるという
効果がある。また、受光面上の入射光のスポット径が小
さくなれば、受光位置をより高精度に算出できるので、
被測定物の形状を精密に測定することができるという効
果がある。更に、受光面に対する焦点位置の変動が、ガ
ルバノメータの振れ角に対してもバランスがよく、受光
面上の入射光光量が均一化されるという効果がある。
According to the present invention having the above-described structure, a light source, a deflector for deflecting and scanning a measurement light beam from the light source,
An irradiation optical system for irradiating the measurement light beam deflected by the deflector onto the object to be measured, a light receiving optical system for forming an image of the scattered light beam from the object to be measured, and a light receiving optical system. A light receiving means having a light receiving surface formed in the vicinity of the image forming point of the scattered light flux; and an arithmetic processing means for calculating a distance to the surface to be measured by an output signal from the light receiving means . The measurable area in the scanning plane is
With respect to the reference axis of the optical system in the scanning plane,
It is located at a certain distance to the projection optical system
The focus can be set near the light receiving surface, and the scanning of the measurement light
Focus position where scattered light from within the measurable area is imaged due to
Can be reduced with respect to the light receiving surface
effective. Also, the spot diameter of the incident light on the light receiving surface is small.
If it gets smaller, the light receiving position can be calculated with higher accuracy.
The effect that the shape of the object to be measured can be measured accurately
There is fruit. Furthermore, fluctuations in the focal position with respect to the light receiving surface are
Well-balanced against the deflection angle of the rubanometer, receiving light
There is an effect that the amount of incident light on the surface is made uniform.

【0039】更に散乱光束が常に受光面上で結像される
ため、受光手段に効率よく集光することができるので、
散乱効率が低い被測定物でも精度良く測定することがで
きる上、被測定物に対して照射される測定光束の照射光
量を比較的小さくできるので、測定精度を下げることな
く光源の出力を低くするとが可能となり、回路の簡素
化、省電力化を実現することができるという卓越した効
果がある。
Further, since the scattered light beam is always imaged on the light receiving surface, it can be efficiently focused on the light receiving means.
It is possible to accurately measure even an object with low scattering efficiency and to reduce the irradiation light amount of the measurement light beam irradiated to the object to be measured, so that if the output of the light source is reduced without lowering the measurement accuracy, And an excellent effect that simplification of a circuit and power saving can be realized.

【0040】[0040]

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

【図1】本発明の実施例である三次元スキャナー100
の構成を説明する図である。
FIG. 1 shows a three-dimensional scanner 100 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of FIG.

【図2】本発明の実施例の光学的構成を説明する図であ
る。
FIG. 2 is a diagram illustrating an optical configuration of an embodiment of the present invention.

【図3】本実施例の受光手段5に対する結像位置を説明
する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an image forming position on a light receiving unit 5 according to the present embodiment.

【図4】本発明の変形例を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a modification of the present invention.

【図5】本発明の変形例を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a modification of the present invention.

【図6】本実施例の測定可能領域を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a measurable area according to the present embodiment.

【図7】測定可能領域を移動させない場合の測定性能を
説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating measurement performance when the measurable area is not moved.

【図8】測定可能領域を移動させない場合の測定性能を
説明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating measurement performance when the measurable area is not moved.

【図9】測定可能領域を移動させた場合の測定性能を説
明する図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating measurement performance when a measurable area is moved.

【図10】測定可能領域を移動させた場合の測定性能を
説明する図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating measurement performance when a measurable area is moved.

【図11】従来技術との比較を説明する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a comparison with a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 ガルバノメータ 3 照射光学系 31 第1の固定ミラー 4 受光光学系 41 第2の固定ミラー 42 結像レンズ 5 受光手段 6 演算処理手段 61 走査位置制御部 62 ガルバノメータ駆動手段 100 三次元スキャナー Reference Signs List 1 light source 2 galvanometer 3 irradiation optical system 31 first fixed mirror 4 light receiving optical system 41 second fixed mirror 42 imaging lens 5 light receiving means 6 arithmetic processing means 61 scanning position control unit 62 galvanometer driving means 100 three-dimensional scanner

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上園 史彦 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 園田 秀二 神奈川県川崎市高津区坂戸3丁目2番1 号 かながわサイエンスパーク B棟 11F 1113 (56)参考文献 特開 平5−12414(JP,A) 特開 平5−18726(JP,A) 特開 平5−187833(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 11/00 - 11/30 102 G02B 26/10 - 26/12 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Fumihiko Kamizono 75-1, Hasunumacho, Itabashi-ku, Tokyo Inside Topcon Corporation (72) Inventor Shuji Sonoda 3-2-1 Sakado, Takatsu-ku, Kawasaki, Kanagawa Prefecture Kanagawa Science Park B Bldg. 11F 1113 (56) References JP-A-5-12414 (JP, A) JP-A-5-18726 (JP, A) JP-A-5-187833 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 6 , DB name) G01B 11/00-11/30 102 G02B 26/10-26/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光源と、この光源からの測定光束を偏向
走査させるための偏向器と、この偏向器で偏向された測
定光束を被測定物上に照射させるための照射光学系と、
前記被測定物上からの散乱光束を結像させるための受光
光学系と、この受光光学系による該散乱光束の結像点近
傍に受光面が形成された受光手段と、この受光手段から
の出力信号により、前記被測定面までの距離を算出する
ための演算処理手段とからなり、前記測定光束の走査面
内における測定可能領域が、前記走査面内における光学
系の基準軸に対して、前記照射光学系の方に所定の距離
を有して配置されていることを特徴とする三次元スキャ
ナー。
A light source; a deflector for deflecting and scanning a measurement light beam from the light source; an irradiation optical system for irradiating the measurement light beam deflected by the deflector onto an object to be measured;
A light receiving optical system for forming an image of the scattered light beam from the object to be measured, a light receiving unit having a light receiving surface formed near an image forming point of the scattered light beam by the light receiving optical system, and an output from the light receiving unit the signal, the composed and processing means for calculating the distance to the measured surface, the scan plane of the measuring beam
The measurable area in the optical system in the scanning plane
A predetermined distance toward the illumination optical system with respect to the reference axis of the system.
A three-dimensional scanner characterized by being arranged with a.
【請求項2】 受光手段が、被測定物に対して傾いて形
成されている請求項1記載の三次元スキャナー。
2. The three-dimensional scanner according to claim 1, wherein the light receiving means is formed to be inclined with respect to the measured object.
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