JPH0483132A - 三次元スキャナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、非接触で対象物体の移動量または形状を測定
する三次元スキャナに関するものである。

従来の技術 従来の立体物測定装置としては、接触式の三次元測定器
が多く使用されているが、測定に時間がかかるため非接
触で高速に測定できる三次元測定器が開発されている。

非接触三次元測定器の一例として、特開昭６３−１８２
５０３号公報には、レーザ光を用いた非接触三次元測定
器が提案されている。

第５図に、その従来例の基本構成を示す。５０１はレー
ザ発振器、５０２はレーザ発振器５０１よシ発射された
レーザビーム、５０３は被測定物、５０４は被測定物５
０３を撮影するテレビカメラ、５０５はテレビカメラ５
０４で撮影した被測定物５０３の映像情報をＡ／Ｄ変換
するＡ／Ｄコンバータである。

５０６はＡ／Ｄ変換された画像情報の雑音成分を除去す
る雑音除去回路、５０７は画像メモリ、５０８は画像情
報の中で最大値を見つけ出し、その時のアドレス情報を
検出するアドレス検出器、５０９は画像メモリ５０７に
記憶されている画像情報の中から、アドレス検出器５０
８で検出されたアドレス情報をもとに小領域の画像情報
を抽出し、重心座標を計算する重心座標演算器である。

５１０は装置の制御を行うＣＰＵ、　　５１１はＣＰＵ
メモリ、５１２はＣＲＴコントローラ、５１３はモニタ
である。

以下、その動作を説明する。

レーザ発振器５０１よシ発射されたレーザビーム５０２
を被測定物５０３に照射し、その被測定物５０３をテレ
ビカメラ５０４で撮影する。テレビカメラ５０４で撮影
した映像をＡ／Ｄコンバータ５０５でＡ／Ｄ変換し、雑
音除去回路５０６に入力され、定められた値より小さい
画像情報は”０”に変換された後、画像メモリ５０７に
格納される。

雑音除去された画像情報はアドレス検出器５０８に入力
され、画像情報が最大のときのＸおよびＹ座標をアドレ
スとして出力する。このアドレスは重心座標演算器５０
９に引き渡され、この値を中心にその周辺の小領域の画
像情報とアドレス情報に↓シ重心座標が計算され、この
重心座標により被測定物５０３まで距離を第６図に示す
三角測量の原理を用いて計算して、被測定物５０３の形
状あるいは移動量を求めている。

即ち、第６図は三角測量の原理を示しており、レーザビ
ーム６０１を対象物上の点Ｐ６０２に照射し、その時の
反射光６０３をテレビカメラ６０４などで撮像する。こ
のとき、被測定物の表面の凹凸により生じたテレビカメ
ラ６０４のスクリーン６０５上での像の移動量を抽出す
ることにより、基線ＡＢ６０６と反射光６０３との交差
角θｂ及びθｄが求められ、これらの値とレーザビーム
６０１の照射角、即ち基線ＡＢ６０６とレーザビーム６
０１との交差角θａ及びθＣと基線ＡＢ６０６の長さＬ
から物体表面の三次元座標情報を取得することができる
。

発明が解決しようとする課題 しかし、物体の形状を測定して、その物体を検査したシ
認識したシする時にその物体の表面の色情報が必要にな
る場合がある。第４図に示した従来の三次元測定器では
、被測定物の形状を非接触で測定する事はできるが、被
測定物の表面の色情報までは読み取ることはできないと
いう課題がある。

以上の課題に鑑み、本発明の目的は、被測定物の形状を
非接触で測定すると同時に、被測定物の表面の色情報ま
でも読み取り、読み取った色情報を任意の色に色修正す
ることである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため本発明の技術的解決手段は、そ
れぞれ波長の異なる複数のレーザ光の光軸をひとつに合
わせたレーザ光を被計測物上に走査するレーザ光走査手
段と、前記レーザ光の走査により前記被測定物上から反
射して得られる散乱光を、集光レンズと各レーザ波長の
透過用フィルタを用いて複数の位置検出素子に集光し光
電流信号を出力する光量検出手段と、前記光量検出手段
からの光電流信号により前記被測定物までの距離情報を
演算する距離演算手段と、前記複数の光量検出手段から
の光電流信号により、反射光の色情報を出力する色情報
検出手段と、色情報検出手段からの色情報を任意の色空
間内の色に変換する色変換手段から構成されている。

作　　　　用 本発明は上記構成により、それぞれ波長の異なる複数の
レーザ光の光軸をひとつに合わせたレーザ光を被計測物
上に走査し、被測定物上から反射して得られる散乱光を
集光レンズと各レーザ波長の透過用フィルタを用いて複
数の位置検出素子に集光し、光電流信号を得て、その光
電流信号により被測定物までの距離情報を演算すると同
時に、複数の光量検出手段からの光電流信号により反射
光の色情報を出力することにより、非接触で被測定物の
三次元形状を計測できると同時に、被測定物の表面の色
情報も読み取ることができ、距離情報と色情報とを１対
１に対応させて被測定物の検査や認識に利用することが
できるため、検査や認識の精度の向上、さらに、色情報
検出手段からの色情報を色変換する色変換手段を設ける
ことにより、取得した色情報の歪みを補正することがで
き、プリンタ等の出力機器での特別な色修正を追加する
必要がなくなる。

実施例 以下、第１図を参照しながら本発明の一実施例について
説明する。

第１図は、本発明の三次元スキャナの実施例を示すブロ
ック結線図である。第１図において、１０１は３種類の
異なる波長のレーザ光を発振するレーザ発振器、１０２
はレーザ発振器１０１からのレーザ光１０３を被測定物
１０４上に走査するレーザスキャナ、１０７は被測定物
１０４上のレーザ照射点１０５からの反射光１０６を集
光する集光レンズ、１０８ａ、ｂはハーフミラ−１０９
，１１０オよび１１１はそれぞれのレーザ波長を透過す
るフィルタ、１１２ａ、ｂ、ｃ　　は位置検出素子、１
１３．１１４および１１５は位置検出素子１１２　ａ、
ｂ、ｃ　　からの位置信号、１１６　ａ、ｂおよび１１
７は色情報検出手段、１１８は距離演算手段、１１９は
色変換手段、１２０は画像メモリ、１２１は同期信号発
生回路である。

以下、その動作を説明する。

レーザ発振器１０１から発振された３種類の異なる波長
のレーザ光・１０３を、レーザスキャナ１０２により被
測定物１０４上に走査する。この時の３種類のレーザ光
の波長は、５３５．Ｑｎｍ、　５３７．８ｎｍおよび４
４１．６ｎｍとした。被測定物１０４上のレーザ照射点
１０５からの反射光１０６を、集光レンズ１０７及びハ
ーフミラ−１０８ａ、ｂにより光学フィルタ１０９゜１
１０および１１１を通して位置検出素子１１２ａ、ｂ、
ｃ上にそれぞれ集光する。光学フィルタ１０９　、１１
０および１１１は、それぞれ各レーザ波長近傍の波長を
透過するフィルタである。

位置検出素子１１２ａ、ｂ、ｃからの位置信号１１３゜
１１４および１１５は、色情報検出手段１１６　ａ　、
ｂおよび１１７へ出力される。

なお、上記実施例では、位置検出素子としてＰＳＤ　（
ポジション　センシティブ　デテクタ；Ｐｏ５ｉｔｉｏ
ｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　］）ｅｔｅｃｔｏｒ　　：半
導体装置検出素子）を用いておシ、ＰＳＤに入射する入
射位置は、素子の両極電極に流れる電流が各電極間との
距離に反比例する特徴を利用し、後述の演算で求めてい
る。

次に、色情報検出手段１１６ａ、ｂ　、　１１７では、
それぞれの位置信号１１３〜１１５である工１・工２・
Ｉ３およびＩ４より、被測定物１０４上のレーザ照射点
１０５のカラー輝度データ１２２〜１２４に変換する演
算を行い、色変換手段１１９に出力する。

距離演算手段１１８では、位置検出素子１１２からの位
置信号１１５であるＩｌ、　Ｉ２　、　Ｉ３およびＩ４
より、被測定物１０４上のレーザ照射点１０５までの距
離データ１２５に変換する演算を行い、画像メモリ１２
０に出力する。

色変換手段１１９では、色情報検出手段１１６ａ、ｂ。

１１７からのカラー輝度データ１２２　（Ｒ）　、　　
１２３　（Ｇ）　。

１２４（Ｂ）を色変換し、修正カラー輝度データ１２６
（Ｒ’）、　１２７（Ｇ’）、　　１２８（Ｂ’）　　
を画像メモリ１２０に出力する。

以上の動作を繰シ返し、順次行うことにより被測定物１
０４表面のカラー輝度情報と三次元距離情報を同時に取
得することができる。なお、この−連の動作は、同期信
号発生回路１２１からの同期信号を用いて同期を取った
。

次に、色情報検出手段１１６　、１１７および距離演算
手段１１８について、第２図および第３図、色変換手段
１１９について第４図を用いて更に詳しく説明する。

第２図は、色情報検出手段１１６ａの詳細構成を示すブ
ロック結線図である。色情報検出手段１１６ａは、二次
元位置検出素子１１２ａからの位置信号１１３である１
１．　Ｉ２　、　ＩａおよびＩ４をＡ／Ｄコンバータ２
０５〜２０８でそれぞれデジタル信号に変換する。ここ
で、ＩｌおよびＩ２は二次元位置検出素子のＸ方向の位
置情報を示し、工３および工４は二次元位置検出素子の
Ｘ方向の位置情報を示している。位置信号ＩｌおよびＩ
２を加算回路２０９で加算し、位置信号工３およびＩ４
を加算回路２１０で加算し、加算回路２０９および２１
０の出力値をさらに加算回路２１１で加算して輝度デー
タ（Ｌｌ　）２１２を得る。輝度データ（Ｌｌ）２１２
は、レーザ波長６３６．Ｏｎｍ近傍の波長を透過するフ
ィルタ１０９を通して得た赤色の色情報を示しており、
同様に他のレーザ波長から得た輝度データから緑色およ
び青色の色情報が得られる。

第３図は、色情報検出手段１１７の詳細構成を示すブロ
ック結線図である。色情報検出手段１１７は、二次元位
置検出素子１１２Ｃからの位置信号１１５である１１．
Ｉ２．Ｉ３およびＩ４をＡ／Ｄコンバータ３０５〜３０
８でそれぞれデジタル信号に変換する。

ここで、Ｉ１およびＩ２は二次元位置検出素子のＸ方向
の位置情報を示し、Ｉ３およびＩ４は二次元位置検出素
子のＹ方向の位置情報を示している。

位置信号Ｉｆおよび工２を加算回路３０９で加算し、ま
たは減算回路３１０で減算する。同様に、位置信号工３
およびＩ４を加算回路３１１で加算し、また減算回路３
１２で減算する。加算回路３０９および加算回路３１１
の出力値をさらに加算回路３１３で加算して輝度データ
（Ｉ３）　３１４を得、加算回路３０９゜３１１からの
信号（１１＋Ｉ２）　３１６．　　（Ｉ３＋ｌ４）３１
７と、減算回路３１０　、３１２からの信号（■２−Ｉ
Ｉ　）　３１５．　　（Ｉ４−Ｉ３）　３１８　を距離
演算回路１１８へ出力する。

そして、距離演算回路１１８では、色情報検出手段１１
７からの信号（ＩＩ　十Ｉ２）、　　（Ｉ３＋Ｉ４　）
。

（１２−Ｉｔ、）および（Ｉ４−Ｉａ）より第（１）式
および第（２）式を用いて二次元位置検出素子上の位置
を計算し、第６図に示す三角測量の原理に基づいて被測
定物上のレーザ照射点までの距離データに変換する演算
を行い、画像メモリに出力する。

なお、Ｋ１およびに２は、正規化するための係数である
。

位置検出素子上の位置を（ｘ、ｙ）としてＸ＝に１・（
Ｉ２−ＩＩ）／（ＩＩ　＋Ｉ２　）　　−・（１）Ｙ＝
に２・（Ｉ４−Ｉ３）／（Ｉ３＋Ｉ４）　　・（２）第
４図は、色変換手段１１９の詳細構成を示すブロック結
線図である。

４０１〜４０３は、本実施例で用いた位置検出素子の各
波長でそれぞれ異なる受光感度をそろえる感度補正回路
、４０４は任意の色空間内の色に変換する色変換回路で
ある。

以下その動作を説明する。

色変換手段１１９では、色情報検出手段１１６　ａ、ｂ
。

１１７からのカラー輝度データ１２２　（Ｒ）　、　　
１２３　（Ｇ）　。

１２４　（Ｂ）を、感度補正回路４０１〜４０３で感度
補正し、色変換回路４０４で、第（３）式で示す色変換
を行い、修正カラー輝度データ１２６（Ｒ’）、　１２
７（Ｇ’）。

１２８　（Ｂ’　）を得て、画像メモリ１２０に出力す
る。

ａ１〜ａ９は色変換パラメータでアシ、本実施例では３
種類のレーザ光の波長、６３６．Ｏｎｍ、　　５３７．
８ｎｍおよび４４１．６ｎｍ　　で取得したカラー輝度
データ（Ｒ，Ｇ、Ｂ）を、一般の色読み取り装置で使わ
れる色の主波長、５ＩＱ、Ｑｎｍ、　　５５Ｑ、Ｑｎｍ
　および４５０．０ｎｍを用いた色空間のカラー輝度デ
ータ（Ｒ’、　Ｇ’、　Ｂ’　）に変換している。

この色変換により、取得した色情報の歪みを補正するこ
とができ、プリンタ等の出力機器での特別な色修正を追
加する必要がなくなる。

なお本実施例では、３種類の異なる波長のレーザ光を発
振するレーザ発振器を用いたが、１種類の波長のレーザ
光を発振するレーザ発振器で、しかもそれぞれ波長の異
なる発振器を複数個設け、反射ミラーを用いてそれぞれ
のレーザ光の光軸をひとつに合わせても良く、同様の効
果が得られる。

発明の効果 以上の実施例で明らかなように本発明は、それぞれ波長
の異なる複数のレーザ光の光軸をひとつに合わせたレー
ザ光を被計測物上に走査し、被測定物上から反射して得
られる散乱光を集光レンズと各レーザ波長の透過用フィ
ルタを用いて複数の位置検出素子に集光し、光電流信号
を得て、その光電流信号により被測定物までの距離情報
を演算すると同時に、複数の光量検出手段からの光電流
信号により反射光の色情報を出力することにより、非接
触で被測定物の三次元形状を計測できると同時に、被測
定物の表面の色情報も読み取ることができ、距離情報と
色情報とを１対１に対応させて被測定物の検査や認識に
利用することができるため、検査や認識の精度の向上に
大きな効果がある。

さらに、色情報検出手段からの色情報を色変換する色変
換手段を設けることにより、取得した色情報の歪みを補
正することができ、プリンタ等の出力機器での特別な色
修正を追加する必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における三次元スキャナのブ
ロック結線図、第２図、第３図および第４図は同要部の
詳細ブロック結線図、第５図は従来の三次元スキャナの
ブロック結線図、第６図は三角測量の原理を示す幾何学
的配置図である。 １０１・・・レーザ発振器、１０２・・・レーザスキャ
ナ、１０４−・・被測定物、１０７・・・集光レンズ、
１０８・・・ハーフミラ−１０９〜１１１・・・光学フ
ィルタ、１１２・・・位置検出素子、１１６〜１１７・
・・色情報検出手段、１１８・・・距離演算手段、１１
９・・・色変換手段、１２０・画像メモリ。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名第 図 し−一一一一一一 −　」 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. それぞれ波長の異なる複数のレーザ光の光軸をひとつに
   合わせたレーザ光を被測定物上に走査するレーザ光走査
   手段と、前記レーザ光の走査により前記被測定物上から
   反射して得られる散乱光を、集光レンズと各レーザ波長
   の透過用フィルタを用いて複数の位置検出素子に集光し
   光電流信号を出力する光量検出手段と、前記光量検出手
   段からの光電流信号により前記被測定物までの距離情報
   を演算する距離演算手段と、前記複数の光量検出手段か
   らの光電流信号により、反射光の色情報を出力する色情
   報検出手段と、前記色情報検出手段からの色情報を任意
   の色空間内の色に変換する色変換手段から構成されてい
   る三次元スキャナ。