JP4065681B2

JP4065681B2 - レーザ放射を用いたシーンの三次元記録用装置

Info

Publication number: JP4065681B2
Application number: JP2001357650A
Authority: JP
Inventors: ダリニ，オギュスト; ギタール，オリヴィエ; ユアール，フランソワ; パラミティオティ，ミシェル
Original assignee: マンシ
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2001-11-22
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2021-11-22
Also published as: FR2817339B1; FR2817339A1; DE60132066D1; ES2296721T3; EP1209441B1; EP1209441A1; JP2002257526A; US7030968B2; US20020143506A1; DE60132066T2

Description

【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ＵＳ５９８８８６２Ａ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（登録商標）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４６；
― 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４６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３２および半反射経路３４からなる組合せは、軸１６、２６、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２４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２６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２８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３８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、２６、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４２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５２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２０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４０ｍｍ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４６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３２ｐａ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７２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６０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１１２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１１８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１６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２１３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２２３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２２３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２２２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まわりのミラー４２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２３０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２３２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２３６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３００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３１４は、従来型のものである。例えば、ＡｔｏｍｉｃＰｏｗｅｒＣｏｍｍｉｓｓａｒｉａｔ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３１６がホトダイオード４６付近に配置される。プローブ３１６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３２６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３２８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、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１４、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。

Claims

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（２０）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（１６、４４）にそって走査する手段（１４、４２、２００、２０４、２０６、２１０、２１２、２２４、２２６）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、２１２、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、前記発散光学系（５０）と組み合わされた収束光学系（３８）は、前記収束光学系単独によって与えられる焦点距離より長い焦点距離を与える遠隔対物光学系を形成し、
前記走査手段（１４、４２、２００、２０４、２０６、２１０、２１２、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。
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。
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２に記載の装置。
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（２９）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。
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。
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パッチ（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。
前記光電性受光器（４６）は、電子雪崩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（３３０）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。
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。
前記走査手段（１４、４２、２００、２０４、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、２２４、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。
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、２００、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。
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。
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。
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、２２６）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（４２）を接続する、請求項９―１２のうち任意の一項に記載の装置。
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。
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。
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（２２）と、前記レーザ放射源（２０）を前記ユニット（２２）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。
前記固定手段（９６、９８、１００、１０８）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。
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、６２）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、１２８、１３０）とを有している、請求項１６および１７に記載の装置。
前記相対移動手段（７８、１１８、１２０、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。
前記可撓性膜作動手段（１１８、１２４、１２６、１２８、１３０）は、電流発生器（１２４）と、コイル（１１８）とを有し、該コイル（１１８）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。
前記可撓性膜作動手段（１１８、１２４、１２６、１２８、１３０）は、前記収束レンズ（６４）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。
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１６―２１のうち任意の一項に記載の装置。
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。
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。
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（１６）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。
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。
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。
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。
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、
前記方法は、
シーン（４）の点の群を三次元記録する工程と、
前記点群の座標を記憶（１２）する工程と、
前記点群をモデル化および／または表示する工程と
を含み、
前記方法は、
さらに下記の続く工程、すなわち、
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工程と、
ここで、前記副群は対象領域を画定するものであり、
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、２０６、２１０、２１２、２２４、２２６）および放射源（２０）を制御する工程と
を含む
ことを特徴とする方法。