JPH06508013A - 三次元スキャニングシステム - 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】 三次元スキャニングシステム 本発明は、三次元＋３−Ｄｌスキャナに関し、特に、二つの回転ミラーと第三の オバーヘッドミラーと連動するカメラに関連する線走査校正装置に関する。

発明の背景 従来技術の３−Ｄラインスキャナは、多重アクセスミラーと複数のカメラを必要 とした。スキャナは、プリント基板の集積回路その他の小型部品を調べるのに使 用されている。従来技術では、走査機構を構成するためには、二つのカメラと多 数のミラーが必要とされる。従来技術の走査アルゴリズムでは、二つのミラーを 必要とする三角測量を使用している。複数のカメラを使用する従来技術による手 法はコスト及び複雑さを増している。

従来技術による走査装置は、スキャニング動作の校正に、′ゴールデフ部”を利 用してきた。ゴールデフ部は、ある一つの座標系に、例えば、ｘ、ｙ及び２座櫟 を使用した直交座標系で正確に図示された部分である。ゴールデフ部は、スキャ ナを使用して検査する部分の極めて正確なイメージを提供する。ゴールデフ部を 作成することは、一般にコストがかかり、ある場合には、極めて困難である。各 固有部品には固有のゴールデフ部が作成される。ときには１インチの１子方分の １より小さいほど厳しい許容度を有すゴールデフ部を提供する必要に伴うコスト と難しさがある。この程度の精度が作成する多異なったゴールデフ部に必要とさ れる。

ゴールデフ部は、従来技術のスキャナにより走査され、′トレインドイメージ” を形成するのに使用される。トレインドイメージは、従来技術のスキャナを校正 するために検査される部品のイメージと突き合わすの使用される。従来の方法で は、ゴールデフ部は、検査される部品より少なくとも１０倍はどの精度を必要と する。本発明の動機は、部品スキャニング装置により検査される各々、全ての部 品の”ゴールデン”部を構成する必要性を除去することであった。

発明の要約 本発明は、二つのミラーよりなる組を通して光学入力を受ける車軸カメラを用い て三次元部品を検査する方法を提供する。第三のミラーが部品の上面図を提供す る。これらのミラーは、精度よく回転可能で、オペレータは、ミラーの正確な位 置を認識している。これらのミラーは、新規の三角測量技術を使用した本発明の 方法により校正される。校正法は、第一に、二つの回転可能なミラーの位置とカ メラの位置を確認することから始まる。精度のよい自動焦点機構が組み込まれ、 焦点対距離の情報のフィードバックがシステムのコントローラになされるように なっている。校正期間中は、レディクルマスクといった正確に画定したオブジェ クトが、システムパラメタ上で不変の寸法データを得るのに使用される。

レディクルマスクは、それを特徴付ける寸法が正確にわかっている正確なパター ンである。校正法は、第−及び第二ミラーを通過してレティクルへ向かうカメラ からの光線を完全に記述する状態方程式の作成に進む。光線は、予め設定された 相対距離で自動焦点機構により焦点合わせがなされるとする。本発明の校正法は 、次に、状態方程式の第二の組をもたらす第三のオバーヘッドミラーを導入する 。

状態方程式の第−及び第二の組は、未知の状態値が代数的処理でめられる逐次近 似法を利用して解くことが可能である。

本発明の一つの目的は、三次元で部品を分析するため、単一のカメラを使用する 部品検査の改善された方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、正確に画定したレティクルマスクを用いて部品を三次元で 検査することのできる改良型ラインスキャナを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、低コストの改善された部品スキャニング機構を提供す ることにある。

本発明の更に他の目的は、部品の三次元特徴抽出を実現する改善されたスキャニ ング機構を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、自動焦点が可能で、手動の介入を必要としない改善さ れた部品スキャニング校正システムを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、二つの正確に位置決めされたミラーを有す単一のカメ ラを備え、マスクレティクルの焦点の合ったイメージでの変位に対して各ミラー の回転角を相関させる改善された部品スキャニング機構を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、第二の三角測量カメラが省かれている改善されたライ ンスキャニング機構を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、ゴールデフ部の使用を必要としない部分スキャニング 校正機構を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、高精度で乾板上にフォトデポジットした小さなパター ンを有するレディクルマスクを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、システムの光学検出器として、低コストで低解像度の カメラを使用することにある。

本発明の更に他の目的は、ドツトのエツジがエツジ検出アルゴリズムを使用して 見いだされるような改善されたドツトスキャニングシステムを提供することにあ る。

本発明の更に他の目的は、カメラで走査されるオブジェクトからの逆に向く光綴 路をめるために自動焦点カメラを使用することにある。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の装置の概略図である。

図２は、本発明によるリドレーシングの三次元的斜視図である。

図３は、本発明の一実施例で使用されるマスクのレティクルパターンの図である 。

図４は、本発明の一実施例で使用される精密レディクルマスクの中心ドツトのド ツトパターンの図である。

図５は、本発明による校正法の高レベルのフロー図である。

図６は、本発明で使用されているドツトの中心をめるための方法を示すフロー図 である。

図７は、本発明の一実施例で使用されているドツトの中心をめる概略フロー図で ある。

図８は、ミラーの角度を計算する方法の概略フロー図である。

図９は、レティクル上の全ドツトの平面を特徴抽出の方法の一例を示す概略フロ ー図である。

図１０は、本発明の動作のモード図である。

図Ｉ】は、本発明による視野平面計算フローを示す図である。

図１２は５本発明による視点計算フローを示す図である。

図１３は　本発明による大きさと光路長計算フローを示す図である。

図１４は１本発明によるミラー表面位置計算フローを示す図である。

図１５は１本発明による光路を通じて視野平面を跳ね返す方法のフローを示す図 である。

好適な実施例の詳細な説明 図１は、本発明による三次元スキャニングシステムの方法及び装置を示す。図１ は、自動焦点ズームレンズ２４を有すＣＣＤカメラ２２を示す。自動焦点ズーム レンズ２４は、ミラーの組を指向する光学系２５上でトレーニングされる。ミラ ーの組は、四つのオバーヘッドミラー１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ及び１４Ｄの組と 、全体に平板形状であるレティクル１ｏとを指向するＹ軸ミラー１６及びＸ軸ミ ラー１８を含む。Ｙミラー１６は、Ｙサーボモータ３６で制御される。

Ｘミラー１８は、Ｘサーボモータ３８で制御される。レティクル１ｏは、部品３ ０を走査するための光学的に透過性のサポートとして使用される。ミラーの光学 系２５及び自動焦点ズーム２４は、部品のイメージ及びレティクル１ｏのイメー ジを提供する。以上のミラーシステムは、レティクル１ｏで画定する平面の上下 から部品を観測できる装置を提供している。

図２は、光学スキャニングシステムを走査させ、校正させるのに使用される、本 発明による装置の一実施例の三次元的概略斜視図である。本発明の装置は、自動 焦点ズームレンズ２０を通過するイメージを受け取るカメラ２２を含む。

自動焦点ズームレンズ２ｏは、カメラレンズ２２への入射光１１Ｈの組の焦点を 合わせる手段を提供する。自動焦点機構は、オブジェクトが焦点合わせされる距 離と光学自動焦点システムによりなされる焦点調整の量との間に関係が存在する という意味に於いて、光線の光路長を決定する相対的手段を提供している。本発 明の方法では、レティクル１ｏは、パターン１２のデポジットを有している。パ ターン１２は、本発明の多数の特徴を構成する。レティクルパターン１２は、光 学系でのイメージのサイズ及び相対位置を正確に得る手段を提供する。本発明の 方法は、目標から画像装置への光線のトレースを解析することである。図２では 、光線は、レティクルパターンからオバーヘッドミラー１４Ａ、Ｙミラー１６、 Ｘミラー１８、自動焦点システムを通過してカメラへ入射する。、Ｒ４、Ｒ３、 Ｒ２及びＲ１の各光線は、三次元座標ＸＹＺと関連付けられる。

本発明の装置が、初めて駆動される場合、校正を必要とする。本発明による校正 法では、Ｘミラー及びＹミラーの位置は、カメラ２２の位置と同様に正確に分か っている。校正＃１ＡＩＲは、レティクル上のパターンが、ＣＣＤカメラ２２に 正確なイメージを構成するという事実を利用している。Ｙミラー軸２６及びＸミ ラー軸２８の周りでのＸミラー及びＹミラーの角度変位は、校正以前は未知であ る。オバーヘッドミラー１４Ａの位置及びその光＠Ｒ３に対する傾斜角もまた未 知数である。本発明の方法は、ミラーと光学系を通過する光１１Ｒを特徴抽出し 、未知変数を解くことが可能な一組のシステム方程式を作成することで手順を進 める。正確に形成されたレティクル１２は、オバーヘッドミラー１４Ａの正確な 位置、Ｙミラーの光学軸２６及びＸミラーの光学軸２８に関するシステムの方程 式を解くのに必要な情報を提供する。本発明の校正法では、レティクルは、異な った組み合わせでＩ！濡され、その第一では、回転ミラーを使用して底部から観 測される。第二には、レティクルは、オバーヘッドを使用して上部から観測され る。

二つの観測図は、三次元で部品３０を走査するのに必要である。底面図は、オブ ジェクトの正確なプロフィール図を提供する。レティクル１０の底面図または平 面は、光学系では、Ｚ＝０として画定される。

図３は、正確なレティクルパターン１２を示す。正確なレティクルパターン１２ は、レティクル１０上に作図されるか、または好適にはフォトデポジット付着す るかである。パターンは、本発明の方法による光学系を正確に校正するのに使用 可能な精密な形状である。レティクルパターンは、例えば、正確な間隔を置いた 、正確なサイズの円またはドツトを対角繰上に配置された組である。レティクル の全体は、既知の形と既知のサイズで構成される。サイズ、形及び位置は、本発 明の校正以前に予め決定される。レティクル１０の機能を実行するのに他のサイ ズ及び形状を使用してもよく、ここでの説明は、−例としてであって、限定する ことをを意味するものではない。パターンの中心は、本発明の装置の初期校正に 用いられる破線中の五個のドツトからなるパターン４０を含む。第二ドツト４４ は、中心ドツトパターン４０に対するレティクル空間の向きをめるのに使用され る。、４２として示される他のドツトは、レティクル平面を特徴抽出するのに使 用される。ドツトの位置は、レティクル１０上ではＺ＝Ｏとして定義され、即ち 、レティクルは、三次元空間での一平面としてであり、そのレティクルが存在す る面がＺ二〇の平面である。

図４は、図３の中心ドツトパターン４ｏの詳細拡大図である。ドツト中心グルー プ４ｏは、四つの周囲ドツト５１．５２．５３及び５４で囲まれた中心の大きい ドツト５ｏを示している。大きい中心ドツト５ｏは、レティクルの中心を正確に 位置を定め、配置するために、本発明の焦点合わせ、位置決めシステムにより使 用される。このドツトは、レティクル１０の中心に予め設定される。周囲ドツト ５２及び５４、並びにドツト５３及び５１は対角配置ドツトである。これらドツ トのサイズは、レティクルの回転位置を示すために変化していて、ドツト５３が ドツト５２とはサイズで異なっている。ドツト５４．５２及び５１は、異なった サイズであり、好ましくは、ドツト５３より小さくなっている。当業者なら、ク ロスハツチングまたは交差チックマークの付いた直線といった他のパターンでも 正確な形状を提供するに使用可能であるという意味で、このマスクパターンが三 次元の正確な形状を同定する一つの方法をもたらすことは理解できょう。

図５Ｂでは、本発明の校正法の高レベルフロー図である。本発明の校正手順は、 まず第一に図示の中心ドツトパターン４ｏの中心をめるブロック１゜Ｏで始まる 。手順は、光学系が中心ドツトパターンをめ、パターン４ｏかも絶対中ｌシ１を めるブロック１０２に進む。手順は次にブロック１０４へ進み、表示部及びカメ ラが、Ｘ及びＹ方向での倍率を計算するために校正される。手順は。

次に図のブロック１０６へ進み、カメラのアスペクトレシオがＸの大きさをＹの 大きさで除したものとしてめられる。手順は、次に１０８に進み、他のドツトが められる。他のドツトが見いだされ、サイズが決定され、これによりレティクル パターンの向きを決定し、光学系の残りの特徴を計算するのに使用される。

手順は、次にブロック１１０へ向かい、レティクルパターンの残りを特徴抽出し 、光学系が校正される。各ブロックは、更に図６．７．８及び９に示すようにそ の詳細が説明されている。

図１のミラー１４Ａ、１４Ｂ、１４ｃ及び１４Ｄとして示される本発明の上部ミ ラーを校正する方法を図５Ａは示す。上部ミラーを校正する方法は、レティクル パターンを校正する方法、及び図２に示されるＸミラーの＃２８及びＹミラーの 軸１６を校正する方法に類似する。レティクルに類似して、軸合わせの手順が５ Ｂに示され、図５Ａの手順は、ＣＣＤ上のイメージの中心をめ、ＣＣＤカメラへ のイメージから光線を処理することにより始まる。中心ドツトをめる方法は、図 ７に示される。本発明の校正法のこの点での効果は、ミラーの軸上の変位がこの 時点で校正され、ミラー軸は、図２で、Ｘミラーの２８、Ｙミラーの２６として いる。これにより、本発明の装置及び方法は、図２で示されるオバーヘッドミラ ー１４Ａである第三の未知の光学平面を校正可能とする。図５Ａの手順は、ドツ トパターン１０２Ａの中心をめる。イメージからの光学軸及び焦点光路長が図１ ６の方法を使用して相関される。手順は次にボックス２ＯＡに進み、ドツトパタ ーンの絶対中心がエツジ検出によりめられる。当業者なら、サブビクセルエヅジ 検出といったエツジ検出法のあるものをより正確にドツトの位置をめるのに使用 できることを理解できよう。当業者は、また、エツジ検出の代替の方法も使用可 能であることを理解できよう。手順は、１０４へ進み、オバーヘッドミラーの位 置が、ミラーの光路を利用し、光線トレース方程式を状態変数に付いて解くこと により決定される。光線トレース及びベクトル解析は、従来技術でよく知られて いる。優れたベクトル解析の解説は、ハーベイ・エフ・ディビス（Ｈａｒｖｅｙ 　Ｆ、　Ｄａｖｉｓ）及びアーサー・デビット・スナイダー（Ａｕｔｈｕｒ　Ｄ ａｖｉｄＳｎｙｄｅｒ）によるによるアリン／ベーコン社（Ａｌｌｙｎ　ａｎｄ 　Ｂａｃｏｎ、　Ｉｎｃ）発行のヘクト少邂ＩすＪ５　（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉ ｏｎ　ｔｏ　Ｖｅｃｔｏｒ＾ｎａｌＳＩＳ）第四版にある。リドレーシングの優 れた解説は、１９９０年１１月バイト（Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　１９９０　Ｂｙｔｅ ｌの論文ワ１四Ａｋぢ−た≦Ｕビ火上に二之り一グ（ｋ訂Ｍ丼１ＬＩＲ眩旦」） にあり、リドレーシングの手法が説明されている。両輪文は、参照としてここに 編入されている。手順は、次に１０６Ａに進み、アスペクトレシオを再度計算さ れる。両輪文は、参照用にここに編入されている。手順は、次に１０８Ａに進み 、レティクルパターンの他のドツトが、走査され、オバーヘッドミラーの特徴抽 出がされる。手順は、次に１１ＯＡに進み、レティクルの平面の特徴抽出がされ る。

図６は、図５でブロック１００として示される、中心ドツトパターン４０をめる ためのフロー図である。システムは、まず第一にミラー１６．１８をブロック２ ００で、それらの中心位置に設定する。全ての装置の参照符号については、図１ 及び図２に示されている。Ｘミラー１８及びＹミラー１６は、いずれかの方向に 等量回転すると、これらの傾きは、はぼ中心となるように、配置される。中心を める手順は、ブロック２０２に進み、ミラー１６．１８は、校正パターンの中心 の画像を得るように、機械的に位置合わせされ、従ってこのイメージは、ＣＣＤ カメラ２２のＣＣＤアレーの中心へ直接納まるようになっている・ミラーの位置 合わせにより、ミラー１６及び工８を駆動している機構が、ＣＣＤカメラ２２と レティクル上のオブジェクトまたは部品３ｏとを走査する動作範囲を適度に提供 することを可能としている。ミラーをめる手順は、次に、２０４に進み、中心ド ツトは、中心ドツトパターン４ｏの五つのドツト全てを実質的に表示するために 、ＣＣＤカメラの視野に納まる。手順は、次に図５で４０２に進み、中心ドツト パターンをめる。

図７では、中心ドツト５ｏの位置をめる方法が示される。手扇は、ブロック２５ ０で始まり、パターンの走査は、大きいドツトのほぼ中心にある。手順は、ドツ トの最小Ｘ、最小Ｙ、最大Ｘ及び最大Ｙをめる従来のエツジ検出技術を使用する 。ミラーは、ドツトをＣＣＤカメラ２２の視野中心の置くように、手順ブロック ２５１で調整される。従来技術で知られているエツジ検出法で最小Ｘ、最小Ｙ、 最大Ｘ及び最大Ｙをめた後、中心の二等分線が見いだされ、ドツトの正確な中心 が手順ブロック２５４でめられる。

図５を参照すると、本発明の装置の倍率は、インチ数をビクセル数で除して得ら れる。これは、中心ドツトパターン４ｏは、あるサイズであることが割っている ので、例えばこの場合、５ｏミルであり、中心にあるビクセル数も分かっている のでめることができる。この場合、例えば、１ｏｏビクセルは、ビクセル当たり のミルは、５０／１００であり、アスペクトレシオは、１／２である。

同じ手法がＹの倍率をめるのに使用できる。手順は、１０６のＸ対Ｙのアスペク トレシオの計算に進む。手順は、１０８に進み、他のドツトが走査され、正確な レティクルパターンの大きさが光学系を校正するために使用される。

図８は、本発明でのビクセルのサイズと相対的なアスペクトレシオが既知である 場合のミラーの角度変位を計算する方法を示す。ブロック２８０では、他のドツ トがエツジ検出により見いだされる。本発明のエツジ検出法は、図７に示される 。他のドツト位置は、予め設定の既知の位置にある。これは、第一ドツトと第二 ドツトとのシステムの方程式をめる方法を提供する。二つのドツトの絶対位置は 、既知であり、ＣＣＤスクリーン上のオブジェクトの角度変位対直線変位をめる に十分な情報を与又る。

ｒＭ２を参照すると、Ｙミラー１６及びＸミラー１８は、光ａＲの反射をさせ、 ミラーＸ及びミラーＹの各変位につきＲ１、Ｒ２及びＲ３は比較され、関連のイ メージがある方向に動く。スクリーン上の相対ドツトの運動を観測し、ミラーの 位置及び校正は、実行できる。Ｙミラーの各角度変位に付き、イメージの関連Ｙ 直線変位が発生するａＸミラーの各角度変位に付き、Ｘイメージの関連変位が発 生する。

ｌ！Ｉ９を参照すると、Ｚ＝０平面の特徴抽出がなされる。ステップ２３０では 、ドツトの残りがチェックされ、探索される。各ドツトは、ｒ！ｉ１６の手順ス テップ２３２で示されるようにエツジ検出により見いだされる。手順は、ステッ プ２３４へ進み、各ドツトは、視野の中心に置かれ、ドツトの位置が記憶される 。

手順は、ステップ２３６へ進み、焦点に合った平面Ｚ＝０がめられる。光路長は 、この位置にてＺ平面をＯと定義することでＺ平面が決定される距離に関連付け ることが可能となる。手順は、次にブロック２３０に進み１次のドツトが見いだ され、同じ手順がステップ２３２に戻って繰り返される。

図１０を参照すると、本発明の二つの動作モードが示されている。本発明は、開 始モード６０で始まり、すぐにスキャニングモード６２か、校正モード６１かに 進む。本発明が校正モード６１にあるなら、いがなるときでもスキャニングモー ド６２へ移行できる。本発明が、スキャニングモードにある場合も、いかなると きでも校正モード６１へ移行可能である。このようにして、本発明は、スキャニ ング動作の動作中に自動的に校正し、動的に走査する方法を提供する。

本発明は、こうして、材料の光学特性に於ける温度変化、振動による変化、また は部品を移動したり、装置を移動したりすることに起因する単純な変化を補正す る方法を提供する。

表Ａを参照すれば、本発明の方法のモデルのリストが示されている。本発明は、 計算ストラフチャを形成する本発明の装置のモデルストラフチャを利用する。こ のモデルは、データ表現及びライン番号と共にデータタイプのリストとして以下 に与えられる。第一のモデルは、本発明の方法の光学系のモデルである。

モデルの要素は、いかなるモデルタイプかを示すタイプを含む。ライン４２２で は、ユニットタイプがいかなるタイプかが示される。ライン４２３では、４２４ でモデルが与えられるモデルラベルが示される。ライン４２５では、モデルに与 又られた校正時間が示される。ライン４２６では、モデルに与えられた平面数が 示される。平面ストラフチャは、ライン４２７へ示される。ライン４２８には、 モデルに存在する異なった光路数が示される。光路ストラフチャは、ライン４３ ０に与えられる。次のラインは、光学原点での視点を定義する二次元アレーであ る。次のモデル要素は、ライン４３４で示されている、オリジナル表示と世界車 種でのＸ軸との間の角度を示すカメラロール角である。モデルの次の要素は、ラ イン４３７で示されている、後述の焦点モデルである。モデルの最終要素は、後 述のミラーモデルストラフチャであるミラーモデルである。

表Ａ ４１９／＊モデルストラクチャ本／ ４２０　５ｔｒｕｃｔ　ＭＯＤＥＬ ２１　ｆ ４２２　Ｂｙｔｅ　Ｔｙｐｅ；　／零モデルタイプ＊／４２３　ＢＹＴＥＵｎｉ ｔＴｙｐｅ；　／１−Ｌ＝ｙトタイブＩ／４２４　ｃｈａｒ　Ｌａｂｅｌ［ＬＡ ＢＥＬＳＩＺＥ］；ハモデルラベル＊１４２５　ｔｉｍｅ−ｔ　Ｃａ１ｉｂＴｉ ｓｅ；　／零システムが校正を最後に実行した時間及び日付＊／ ４２６　ＢＹＴＥ　ＮｕｍｂｅｒＯｆＳｕｒｆａｃｅｓ；　／ｌモデルの異なっ た平面数零／４２７　５ｔｒｕｃｔ　Ｓ［ＩＲＦＡＣＥ［ＮＡＸＳ［ＩＲＦＡＣ ＥＳ］；　／電子［ｉｉ　７１／−＊／４２８　ＥＹＴＥ　ＮｕｍｂｅｒＯｆＰ ａｔｈｅｓ；ハモデルの異なった光路数＊１４２９　７傘光路のアレー零／ ４３０　５ｔｒｕｃｔ　０ｐｔｉｃａｌＰａｔｈ［ＭＡＸＯＰＴＩＣＡＬＰＡＴ ＨＥＳ］；４３１　／＊光学原点での視野平面を定義するユニットベクトルＵ、 　Ｖ、Ｗ零ノ ４　３　２　ｄｏｕｂｌｅ　ＯｒｉｇｉｎＶｉｅｗＵｎｉｔ［ＶＥＣＴ３］［Ｖ ＥＣ丁３］；４３３　７章ＯｒｉｇｉｎＶｉｅｗＶｅｃｔｏｒ　ｕとＸ軸世界ベ クトル（１，０，０１との間の角度零／ ４３４　ｆｌｏａｔ　ＣａｍｅｒａＲｏｌｌＡｎｇｌｅ；４３５　／寧Ｖｉｅｗ ＤｉｌＩ［Ｕ］／ＶｉｅｗＤｉｍ［Ｖ］の比、全図に付き一定とする宰１４３６ 　ｄｏｕｂｌｅ　ＡｓｐｅｃｔＲａｔｉｏ；４３７　５ｔｒｕｃｔ　ＦＯＣＩＪ ＳＭＯＤＥＬ　ＦａｃｕｓＭａｄｅｌ：　／車焦点を記述するストラフチャ拳／ ４３８　５ｔｒｕｃｔ　ＭＩＲＲＯＲＭＯＤＥＬ　ＭｌｒｒｏｒＭｏｄｅｌ［Ｖ ＥＣＴ２］；／零ミラーモデルを駆動するｘＡｙ零／ ４３９　］；／傘モデルストラクチャの終了婁／表Ｂは、システムの光学素子の 表面のストラフチャに関する。表Ｂは、ライン３８８で、表面の種類が反射性で あるが、屈折性であるかを示す。表面は、ライン３８９でラベル、３９０で表面 の屈折率が与えられ、ライン３９１で世界表面の位置が与えられる。ライン３９ ３で垂直ベクトルが与えられ、これは、ライン３９１に与えられる位置ベクトル に固定された表面の垂直な単位世界ベクトルである。

表Ｂ ３８５　／零光学表面ストラクチャ寧／３８６　５ｔｒｕｃｔ　５ＵＲＦＡＣＥ ３８８ＢＹＴＥ　Ｔｙｐｅ；　／零表面種類二反射、屈折＄１３８９　ｃｈａｒ 　Ｌａｂｅｌ（ＬＡＢＥＬＳＩＺＥ）：　／孝表面うヘル＊／３９０　ｆｌｏａ ｔ　Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｌｎｄｅｘ；　／Ｉ表面を通過する屈折車掌／３９１ 　ｄｏｕｂｌｅ　Ｐｏ５ｉｔｏｎ［ＶＥＣＴ３］；　／零世界表面位置零／３９ ２　／會位置ベクトルに固定した表面に垂直な単位世界ベクトル＊／３９３　ｄ ｏｕｂｌｅ〜ｏｒｍａｌ（ＶＥＣＴ３１：３９４　）；／零表面ストラクチャの 終了１１表Ｃは、表面の順序付けしたリストに沿った光路を説明する光路ストラ フチャに関する。光路は、ライン４０７に種類を含む。４０８にラベル、ライン ４０９に光スィッチのバイト、ライン４１０に他の表面バイト、ライン４１１に 表面インデックススドラクチャバイト、ライン４１３に既に説明済みの表面スト ラフチャが含まれる。

表Ｃ ４０２／＊光路ストラクチャ＊／ ４０３　／零光路は、表面の順序付けされたリストである＊／４０４　７＊光路 の種類は、走査の種類と同じである＊／４０５　５ｔｒｕｃｔ　０ＰＴＩＣＡＬ ＰＡＴＨ４０７ＢＹＴＥ　Ｔｙｐｅ；　／宰光路種類＊／４０８　ｃｈａｒ　Ｌ ａｂｅｌ［ＬＡＢＥＬＳＩＺＥ］：　／＊光路ラうル宰１４　Ｑ　９　ＢＹＴＥ 　ＬｉｇｈｔＳｗｉｃｈｔｅｓ；　＃光でスイッチングするバイト＄／４１０　 ＢＹＴＥ　ＮｕｍｂｅｒＯｆＳｕｒｆａｃｅｓ；　／零光路に沿った表面数＊／ ４１１　ＢＹＴＥ　５ｕｒｆａｃｅｌｎｄｅｘ［ＭＡＸＳＵＲＦＡＣＥＳ］；　 ／＊表面に対するインデックスのアレー零／ ４１２　７＊光路での表面に対するポインタのアレー零／４１３　５ｔｒｕｃｔ 　５ＵＲＦＡＣＥ　ｆａｒ　＊５ｕｒｆａｃｅＰｔｒ［に＾Ｘ５ＵＲＦＡＣＥＳ Ｉ；　／電動的に割り当てられない＊／ ４１４　１；＃光路ストラフチャの終了Ｉ／表りは、焦点モデルストラフチャを 示す。焦点モデルは、本発明の方法でトレースする光線の焦点を決定する三つの 要素を含む。第一要素は、係数Ｖであり、これは、以下に述べるルーチンを使用 して焦点位置から表示次元ベクトルのＶを計算するのに使用される多項係数の一 次元ベクトルである。次の要素は、係数Ｗであり、かつ−次元ベクトルであり、 焦点位置からの表示次元ベクトルのＷを計算するのに使用される多項係数のベク トルであり、最後の要素は、ライン３５８に、光路長の係数として定義され、焦 点位置からの光路長を計算するのに使用された多項係数の一次元ベクトルである 。

表Ｄ ３４７　７章魚点壬デルストラクチャ宰／３４８　５ｔｒｕｃｔ　ＦＯＣＵＳＭ ＯＤＥＬ３５０／零表示次元へ’）　トル（ＶｉｅｗＤｉ＋ａ　ｖｅｃｔｏｒ） 　（７）Ｖを計算すルノに使用される多項係数零／ ３５１　／電熱点位置からり ３　５　２　ｆｌｏａｔ　ＣｏｅｆｆＶ［ＶＥＣＴ３］；　宰／３５３　／＊表 示次元ベクトルｔＶｉｅｗＤｉｍ　ｖｅｃｔｏｒ）のＷを計算するのに使用され る多項係数峠 ３５４　／＊焦点位置から＊／ ３５５　ｆｌｏａｔ　ＣｏｅｆｆＷ［ＶＥＣＴ３］；３５６　／電光路長（ａｐ ｌ　）を計算するのに使用される多項係数零１３５７　／＊焦点位置から零／ ３５８　ｆｌｏａｔ　ＣｏｅｆｆＯＰＬ［ＶＥＣＴ３］；３５９　）；／電熱点 モデルの終了零１表Ｅは、ミラーモデルストラフチャを記述し、これは、単に、 ミラー位置からミラー角を計算するため多項係数を含む係数の一次元ベクトルで ある。

上述の表は、以上開示した本発明のストラフチャの要素に付き、かつ付ＢＡにリ ストアツブされた本発明の完全なプログラミングモデルに付き、本発明の方法の 光学系を完全に記述している。表Ａ、　Ｂ、　Ｃ，Ｄ及びＥのライン番号は、付 録ＡにあるＣプログラミング言語コードのライン番号に対応する。

表Ｅ ３６１　／零Ｘ及びＹミラーモデルレストラクチャ零／３　５　２　５ｔｒｕｃ ｔ　ＮＩＲＲＯＲＭＯＤＥＬ３６４／零ミラー位置からミラー角を計算するため の多項係数零／３６５　ｆｌｏａｔ　Ｃｏｅｆｆ［ＶＥＣＴ３］；３６６　１： ／電ミラーモデルストラクチャの終了零／図１１を参照するれば、本発明により 考え出された視野平面を計算する方法のフロー図が示される。この方法は、大き さ及び光路長く”ＯＰＬ″）を計算し３０２、Ｘ、Ｙミラー表面の位置を計算し ３０４、視点を原点に初期化し３０６、光路を通じて視野平面を跳ね返し３０８ 、最終視点を計算する３１０゜ステップ３０２では、アルゴリズムが大きさと光 路長を計算する。光路長が既知となれば、手順は、ステップ３０４へ進み、ミラ ー１６．１８のミラー表面の位置がめられる。ミラー表面位置をめられると、本 方法は、ステップ３０６へ進み、視点が座標０．　０．　０の原点へ初期化され る。次に、ステップ３０８では、光路を通じて視野平面が反射、即ち跳ね返され る。最終視点がステップ３１０で計算される。

図１２を参照すると、本発明で考え出された視点を計算する方法のフロー図が示 されている。この方法は、大きさ及び光路長（”　ＯＰＬ”　）を計算し３０２ 、Ｘ、Ｙミラー表面の位置を計算し３０４、視点を原点に初期化し３０６、光路 を通じてベクトルを跳ね返し３１２、最終視点を計算する３１４゜ステップ３０ ２では、アルゴリズムが大きさと光路長を計算する。光路長が既知となれば、手 順は、ステップ３０４へ進み、ミラー１６．１８のミラー表面の位置がめられる 。ミラー表面位置がめられると、本方法は、ステップ３０６＾、進み、視点が座 標０．　０．０の原点へ初期化される。次に、ステップ３１２では、光路を通じ てベクトルが反射、即ち跳ね返される。最終視点がステップ３１４で計算される 。

図１３を参照すると、本発明で考え出された大きさと光路長を計算する方法のフ ロー図が示されている。この方法は、ステップ３２０でパラメタＶを、ステップ ３２２でＵを、ステップ３２４でＷを、ステップ３２６でＯＰＬを計算するステ ップを含む。ステップ３２０で以下の式を計算してＶが見いだされる。

Ｖ＝Ｖｖｏ　＋　ＣＶ！　本　焦点 次に、ステップ３２２で以下の式によりＵが計算される。

ｌＪ＝　Ｖ　傘　アスペクトレシオ 次に、ステップ３２４でＷが以下の式によりめられる。

Ｗ　＝Ｃ−。

最後に、光路長ＯＰＬが以下の式によりめられる。

ＯＰ　１−　”　ＣｏｐＬｏ　＋　ＣＯＰＬ　ｌ　電　焦点図１４を参照すれば 、本発明で考え出されたミラー表面の位置を計算する方法のフロー図が示されて いる。この計算のステップは、Ｘミラー角を計算し、。

Ｘミラーに対する垂線を計算し３４２、Ｙミラー角を計算し３４４、Ｙミラー表 面に対する垂線を計算する３４６゜ 図１５を参照すれば、本発明で考え出された光路を通じて視野平面を跳ね返す方 法のフロー図が示されている。この方法は、全表面を走査し３６０、視点と表面 点の間の距離を計算し、距離を集積し３６４、光路を反射させ、屈折させる３６ ６゜

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．三次元までの空間に配置されたオブジェクトを走査するためのスキャニング システムであって、 ａ．焦点信号と、第一サーボ信号と、第二サーボ信号とを提供する制御するため の手段と、 ｂ．前記焦点信号に応答してオブジェクトに自動的に焦点を合わすための手段を 含む、オブジェクトのイメージを記録するための手段と、ｃ．前記記録手段に対 して前記オブジェクトのイメージを反射するための第一手段と、前記第一反射手 段は、第一ミラー軸と、前記第一ミラー軸に対して角度変位とを有し、前記オブ ジェクトを第一座標軸に対して位置決めをし、ｄ．前記記録手段に対して前記オ ブジェクトのイメージを反射するための第二手段とを含み、前記第二反射手段は 、第二ミラー軸と、前記第二ミラー軸に対して角度変位を有し、前記オブジェク トを第二座標軸に対して位置決めをし、ｅ．前記第一サーボ信号に応答して前記 第一反射手段をサーボ制御するための、前記第一反射手段ヘ接続された第一サー ボ手段と、ｆ．前記第二サーボ信号に応答して前記第二反射手段をサーボ制御す るための、前記第二反射手段へ接続された第二サーボ手段と、ｇ．複数の位置指 標を有するパターンをその上に記録するためのレティクル手段を含む校正のため の手段とを含み、前記複数の指標の各々は、前記校正手段上の指標のパターンに より画定した共通の平面上の他の指標に対して正確に配置され、予め設定のシー ケンスで指標に焦点を合わせることにより、前記共通平面の相対位置を第一及び 第二座標軸に関して画定可能となり、前記複数の指標の部分が予め設定されたサ イズの中心校正パターンを形成することを特徴とするスキャニングシステム。
2. ２．前記記録手段は、ＣＣＤカメラであることを特徴とする請求の範囲第１項に 記載のスキャニングシステム。
3. ３．三次元空間での共通平面を求めるに十分なように前記校正手段に付いての座 標情報を提供するため、前記共通の平面上に配置された複数の光学反射手段を更 に含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスキャニングシステム。
4. ４．前記自動焦点手段は、ズームレンズを含むことを特徴とする請求の範囲第１ 項に記載のスキャニングシステム。
5. ５．校正にための手段は、 ａ．イメージ記録手段の位置を位置合わせし、記録し、ｂ．前記第一反射手段の 位置の位置合わせをし、記録し、ｃ．前記第二反射手段の位置の位置合わせをし 、記録し、ｄ．中心パターン全体を観測できるように中心校正パターンをイメー ジ形成し、パターンのイメージは、ｘ及びｙ軸に付いて第一の相対イメージサイ ズを有し、 ｅ．ｘ軸での中心校正パターンの予め設定のサイズを、ｘ倍率を決定するために 前記イメージ記録手段上の前記中心校正パターンにより相対する前記イメージの 第一相対イメージサイズに対して関係付け、ｆ．ｙ軸での中心校正パターンの予 め設定のサイズを、ｙ倍率を決定するために前記イメージ記録手段上の前記中心 校正パターンにより相対する前記イメージの第一相対イメージサイズに対して関 係付け、ｇ．ｘ軸変位を求める目的で前記第一ミラー軸の角度変位量を記憶し、 ｙ軸変位を求める目的で前記第二ミラー軸の角度変位量を記憶する一方で、他の いかなる指標をもイメージ形成するために、前記第一ミラー軸及び前記第二ミラ ー軸を回転させ、 ｈ．前記イメージのｘ変位を記憶し、前記ｘ変位は、前記第一ミラーの回転から 得られ、 ｉ．前記イメージのｙ変位を記憶し、前記ｙ変位は、前記第一ミラーの回転から 得られ、 ｊ．前記第一ミラーを校正するため、前記Ｘ軸変位を前記Ｘ変位ヘ関連付け、 ｋ．前記第二ミラーを校正するため、前記ｙ軸変位を前記ｙ変位ヘ関連付けるス テツプを更に含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
6. ６．全指標は、イメージ形成され、校正されることを特徴とする請求の範囲第５ 項に記載の装置。
7. ７．前記ｘ変位を前記イメージのｘ軸位ヘ関連付けるための手段は、多項式の適 合を含むことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の装置。
8. ８．前記ｙ変位を前記イメージのｙ軸変位ヘ関連付けるための手段は、多項式の 適合を含むことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の装置。
9. ９．各指標は、前記第一及び前記第二のミラーを校正するのに使用されることを 特徴とする請求の範囲第５項に記載の方法。