JPS6326555A - 光を用いた物体内部構造の３次元計測装置 - Google Patents
光を用いた物体内部構造の３次元計測装置Info
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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。
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、３次元物体の３次元形状や内部の構造を物体
を破壊することなく計測することができる光を用いた物
体内部構造の３次元計測装置に関する。
を破壊することなく計測することができる光を用いた物
体内部構造の３次元計測装置に関する。
（従来の技術）
物体の内部の表面の状態等を計測する装置として内視鏡
が知られている。
が知られている。
また物体表面の立体的な形状を光を用いて計測しようと
する提案もなされている。
する提案もなされている。
（発明が解決しようとする問題点）
前述した装置により物体の表面からパルス光を照射した
場合、その透過光の強度は、物体の透過率と物体の厚さ
に大きく依存し、特に極めてゴい物体等を除き、透過像
は得られない。
場合、その透過光の強度は、物体の透過率と物体の厚さ
に大きく依存し、特に極めてゴい物体等を除き、透過像
は得られない。
本発明の目的は、３次元物体の３次元形状や内部の構造
を物体を破壊することな（計測することができる光を用
いた物体内部構造の３次元計測装置を提供することにあ
る。
を物体を破壊することな（計測することができる光を用
いた物体内部構造の３次元計測装置を提供することにあ
る。
（問題点を解決するための手段）
前記目的を達成するために本発明による第１の光を用い
た物体内部構造の３次元計誤り装置は、短い幅のパルス
光を発生するパルスレーザ光源と、ストリークカメラと
、前記パルスレーザ光源からの光パルスを被計測物体内
部に導入して放出する光ファイバと、前記物体内部を透
過して外部に達した光を前記ストリークカメラのストリ
ーク管の光電陰極に結１象させる光学系と、前記ストリ
ークカメラの出力を解析する解析装置から構成されてい
る。
た物体内部構造の３次元計誤り装置は、短い幅のパルス
光を発生するパルスレーザ光源と、ストリークカメラと
、前記パルスレーザ光源からの光パルスを被計測物体内
部に導入して放出する光ファイバと、前記物体内部を透
過して外部に達した光を前記ストリークカメラのストリ
ーク管の光電陰極に結１象させる光学系と、前記ストリ
ークカメラの出力を解析する解析装置から構成されてい
る。
また本発明による第２の光を用いた物体内部構造の３次
元計測装置は、短い幅のパルス光を発生するパルスレー
ザ光源と、ストリークカメラと、前記パルスレーザ光源
からの光パルスを被計測物体の外部から内部に向かって
照射する光学系と、先端が前記被計測物体の内部に導入
されており前記光パルスの透過光像を導き出すパルス画
像伝送用光イメージファイバと、前記イメージファイバ
の出力像を前記ストリーク管の光電陰極に結像させる光
学系と、前記ストリークカメラの出力を解析する解析装
置から構成されている。
元計測装置は、短い幅のパルス光を発生するパルスレー
ザ光源と、ストリークカメラと、前記パルスレーザ光源
からの光パルスを被計測物体の外部から内部に向かって
照射する光学系と、先端が前記被計測物体の内部に導入
されており前記光パルスの透過光像を導き出すパルス画
像伝送用光イメージファイバと、前記イメージファイバ
の出力像を前記ストリーク管の光電陰極に結像させる光
学系と、前記ストリークカメラの出力を解析する解析装
置から構成されている。
また本発明による第３の光を用いた物体内部構造の３次
元計測装置は、短い幅のパルス光を発生するパルスレー
ザ光源と、ストリークカメラと、前記パルスレーザ光源
からの光パルスを被計測物体内部に導入して放出する光
ファイバと、先端が前記被計測物体の内部に導入されて
おり、前記光ファイバにより前記物体内に投射され物体
内部で反射された光の像を導き出すパルス画像伝送用光
イメージファイバと、前記イメージファイバの出力像を
前記ストリーク管の光電陰極に結像させる光学系と、前
記ストリークカメラの出力を解析する解析装置から構成
されている。
元計測装置は、短い幅のパルス光を発生するパルスレー
ザ光源と、ストリークカメラと、前記パルスレーザ光源
からの光パルスを被計測物体内部に導入して放出する光
ファイバと、先端が前記被計測物体の内部に導入されて
おり、前記光ファイバにより前記物体内に投射され物体
内部で反射された光の像を導き出すパルス画像伝送用光
イメージファイバと、前記イメージファイバの出力像を
前記ストリーク管の光電陰極に結像させる光学系と、前
記ストリークカメラの出力を解析する解析装置から構成
されている。
また本発明による第４の光を用いた物体内部構造の３次
元計測装置は、短い幅のパルス光を発生するパルスレー
ザ光源と、ストリークカメラと、一端が前記被計測物体
の内部に導入されている画像伝送用光イメージファイバ
と、前記パルスレーザ光源からのパルス光を前記画像伝
送用光イメージファイバに導入する光学系と、前記画像
伝送用光イメージファイバから物体内部に照射されて前
記物体内部で反射し前記画像伝送用光イメージファイバ
から取り出された光の像を前記ストリークカメラのスト
リーク管の光電陰極面に結像させる結像光学系と、前記
ストリークカメラの出力を解析する解析装置から構成さ
れている。
元計測装置は、短い幅のパルス光を発生するパルスレー
ザ光源と、ストリークカメラと、一端が前記被計測物体
の内部に導入されている画像伝送用光イメージファイバ
と、前記パルスレーザ光源からのパルス光を前記画像伝
送用光イメージファイバに導入する光学系と、前記画像
伝送用光イメージファイバから物体内部に照射されて前
記物体内部で反射し前記画像伝送用光イメージファイバ
から取り出された光の像を前記ストリークカメラのスト
リーク管の光電陰極面に結像させる結像光学系と、前記
ストリークカメラの出力を解析する解析装置から構成さ
れている。
（実施例）
以下、図面等を参照して、本発明をさらに詳しく説明す
る。
る。
第１図は、本発明による光を用いた物体内部構造の３次
元計測装置の第１の発明の実施例を示すブロック図であ
る。
元計測装置の第１の発明の実施例を示すブロック図であ
る。
この実施例は、光ファイバで被計測物体内に光パルスを
導き物体を透過してきた光を検出して物体内部構造の３
次元計測を行うように構成したものである。
導き物体を透過してきた光を検出して物体内部構造の３
次元計測を行うように構成したものである。
パルスレーザ光源１は短い幅のパルス光を発生するパル
スレーザ光源であり、ＹＡＧレーザ、ガラスレーザ、ガ
スレーザ、色素レーザ、半導体レーザ等のモード同期に
より短パルス発生のできる光源を用いる。
スレーザ光源であり、ＹＡＧレーザ、ガラスレーザ、ガ
スレーザ、色素レーザ、半導体レーザ等のモード同期に
より短パルス発生のできる光源を用いる。
ストリークカメラ４は、ストリーク管を利用した高速現
象撮影用のカメラである。
象撮影用のカメラである。
ストリーク管はイメージ管の集束電子レンズ内に電子偏
向電極を設けたものであり、この電極に偏向電圧（単掃
引）が印加される。
向電極を設けたものであり、この電極に偏向電圧（単掃
引）が印加される。
光ファイバ２は前記パルスレーザ光源１からの光パルス
を被計測物体３の内部に導入して適当な立体角で放射す
る導入用の光ファイバである。
を被計測物体３の内部に導入して適当な立体角で放射す
る導入用の光ファイバである。
この実施例は被計測物体３として生体の臓器等を予定し
ている。
ている。
光ファイバ２から放射されて被計測物体３を透過して外
部に放出された透過光は、透過光結像光学系１０により
前記ストリークカメラ４のストリーク管の光電陰極に結
像させられる。
部に放出された透過光は、透過光結像光学系１０により
前記ストリークカメラ４のストリーク管の光電陰極に結
像させられる。
透過光結像光学系１０はハーフミラ−１２と全反射ミラ
ー１３とレンズ１１から形成されており、この実施例で
はハーフミラ−１２−レンズ１１で結像される像と、全
反射ミラー１３−ハーフミラ−１２−レンズ１１で結像
される２つの像を分析するように構成されている。
ー１３とレンズ１１から形成されており、この実施例で
はハーフミラ−１２−レンズ１１で結像される像と、全
反射ミラー１３−ハーフミラ−１２−レンズ１１で結像
される２つの像を分析するように構成されている。
読み出し装置５により読み出されたストリーク像は分析
装置６により分析されて、被計測物体３の内部の３次元
データが解析される。
装置６により分析されて、被計測物体３の内部の３次元
データが解析される。
前記実施例装置において、光ファイバ２の物体３内部の
端から出射したパルス光は球面波となっている。
端から出射したパルス光は球面波となっている。
そのため、ストリークカメラ４０時間分解像は、物体３
内部の構造による変調が、この球面波状の光パルス像に
重畳された像となって現れる。
内部の構造による変調が、この球面波状の光パルス像に
重畳された像となって現れる。
この時、分析装置６であらかじめ、光ファイバ２の出射
光の球面波の曲率を計算しておいて、ストリーク像から
、この曲率を取り除くことで、物体の内部構造を明らか
にすることができる。
光の球面波の曲率を計算しておいて、ストリーク像から
、この曲率を取り除くことで、物体の内部構造を明らか
にすることができる。
前記実施例は物体３の２方向のみからの透過像を結像レ
ンズ付ストリークカメラ４で解析しているが、ファイバ
の出力端に４π方向に拡散するような光学構造を配置す
ることにより、物体の種々の方向の透過光の解析が可能
となる。
ンズ付ストリークカメラ４で解析しているが、ファイバ
の出力端に４π方向に拡散するような光学構造を配置す
ることにより、物体の種々の方向の透過光の解析が可能
となる。
第２図は、本発明による光を用いた物体内部構造の３次
元計測装置の第２の実施例を示すブロック図である。
元計測装置の第２の実施例を示すブロック図である。
パルスレーザ光源１からの短い幅のパルス光は、レンズ
２３を介して、被計測物体３の内部に向けて、外部から
照射される。
２３を介して、被計測物体３の内部に向けて、外部から
照射される。
被計測物体３の内部には、前記光パルスの透過光像を導
き出すパルス画像伝送用光イメージファイバ２１が挿入
されている。
き出すパルス画像伝送用光イメージファイバ２１が挿入
されている。
なお画像伝送用光イメージファイバ２１の先端には被計
測物体３の内部のある範囲の情報を得るために対物レン
ズ２２が設けられている。
測物体３の内部のある範囲の情報を得るために対物レン
ズ２２が設けられている。
前記イメージファイバ２１の出力像は、２枚のレンズか
ら形成される光学系２０により、ストリーク管の光電陰
極に結像させられる。
ら形成される光学系２０により、ストリーク管の光電陰
極に結像させられる。
前記ストリークカメラ４の出力は、読み出し装置５によ
り読み出され、分析装置６により分析されて、被計測物
体３の内部の３次元データが解析される。
り読み出され、分析装置６により分析されて、被計測物
体３の内部の３次元データが解析される。
この構成の特徴は、物体の光吸収が大きい場合に、物体
を完全に透過する先口がわずかであるのに対し、光パル
ス透過光を物体３内で検出することで、検出光量が増大
し、Ｓ／Ｎを向上させることができることである。
を完全に透過する先口がわずかであるのに対し、光パル
ス透過光を物体３内で検出することで、検出光量が増大
し、Ｓ／Ｎを向上させることができることである。
第３図は、本発明による光を用いた物体内部構造の３次
元計測装置の第３の実施例を示すブロック図である。
元計測装置の第３の実施例を示すブロック図である。
この実施例は、光ファイバで物体内に光パルスを導き、
物体内部に挿入されたイメージガイドから物体内部で反
射して光により形成される物体の像を！食出するように
構成したものであ、る。
物体内部に挿入されたイメージガイドから物体内部で反
射して光により形成される物体の像を！食出するように
構成したものであ、る。
短い幅のパルス光を発生するパルスレーデ光源１からの
光パルスは光ファイバ２を介して被計測物体３内部に導
入されレンズ３１を介して被計測物体３内部に放出され
る。
光パルスは光ファイバ２を介して被計測物体３内部に導
入されレンズ３１を介して被計測物体３内部に放出され
る。
被計測物体３内部にはパルス画像伝送用光イメージファ
イバ２工の一端が挿入されている。
イバ２工の一端が挿入されている。
前記光ファイバにより前記物体内に投射され物体内部で
反射された光の像は、前記パルス画（家伝送用光イメー
ジファイバ２１により導きだされる。
反射された光の像は、前記パルス画（家伝送用光イメー
ジファイバ２１により導きだされる。
物体内部に投射された光は物体内部に散在する屈折率の
異なる部分により反射されて戻る。
異なる部分により反射されて戻る。
遠く離れた部分からの反射の方が遅れて戻る。
前記イメージファイバ２１の出力像は、結像光学系２０
によりストリーク管の光電陰極に結像させられる。
によりストリーク管の光電陰極に結像させられる。
前記ストリークカメラ４の出力は、読み出し装置５によ
り読み出され、分析装置６により分析されて、被計測物
体３の内部の３次元データが解析される。
り読み出され、分析装置６により分析されて、被計測物
体３の内部の３次元データが解析される。
この装置は、物体内部表面の３次元的形状と、表面近傍
の内部構造を明らかとすることができる。
の内部構造を明らかとすることができる。
物体の光透過率が低い場合に、物体内部の詳細な構造等
を明らかとする必要がある場合に有効となる。
を明らかとする必要がある場合に有効となる。
第４図は、本発明による光を用いた物体内部構造の３次
元計測装置の第４の実施例を示すブロック図である。
元計測装置の第４の実施例を示すブロック図である。
この装置は、イメージガイドから物体内部に光パルスを
導き、その光パルスの物体内部からの反射光の像を前記
イメージガイドを介して検出するように構成されている
。
導き、その光パルスの物体内部からの反射光の像を前記
イメージガイドを介して検出するように構成されている
。
ハ／Ｌ／スレーザ光源１からの短い幅のパルス光はハー
フミラ−４１により反射されて、一端が被計測物体３の
内部に導入されている画像伝送用光イメージファイバ２
１の他端に供給され、被計測物体３の内部を照射する。
フミラ−４１により反射されて、一端が被計測物体３の
内部に導入されている画像伝送用光イメージファイバ２
１の他端に供給され、被計測物体３の内部を照射する。
物体内部に投射された光は物体内部に散在する屈折率の
異なる部分により反射されて戻る。
異なる部分により反射されて戻る。
遠く離れた部分からの反射の方が遅れて戻る。
画像伝送用光イメージファイバ２１から取り出された光
の像は結像光学系２０によりストリークカメラ４のスト
リーク管の光電陰極面に結１象させられる。
の像は結像光学系２０によりストリークカメラ４のスト
リーク管の光電陰極面に結１象させられる。
前記ストリークカメラ４の出力は、読み出し装置５によ
り読み出され、分析装置６により分析されて、波計ａ＋
１物体３の内部の３次元データが解析される。
り読み出され、分析装置６により分析されて、波計ａ＋
１物体３の内部の３次元データが解析される。
この装置も第３図に示した装置と同様に、物体内部表面
の３次元的形状と、表面近傍の内部構造を明らかとする
ことができる。物体の光透過率が低い場合に、物体内部
の詳細な構造等を明らかとする必要がある場合に有効と
なる。
の３次元的形状と、表面近傍の内部構造を明らかとする
ことができる。物体の光透過率が低い場合に、物体内部
の詳細な構造等を明らかとする必要がある場合に有効と
なる。
（発明の効果）
以上詳しく説明したように、本発明によれば、３次元物
体の３次元形状や内部の構造を物体を破壊することなく
計測することができる。
体の３次元形状や内部の構造を物体を破壊することなく
計測することができる。
測定対象の物体として、人体の腹部を想定した場合、光
吸収率も大きく、厚みもあるため、完全に腹部の透過光
を得るためには、入射光として莫大な光量が必要となる
。
吸収率も大きく、厚みもあるため、完全に腹部の透過光
を得るためには、入射光として莫大な光量が必要となる
。
しかし本発明によれば、光ファイバを用いて体内に短パ
ルス光を導く場合に、極めて細く丈夫な光ファイバを用
いることができる。イメージファイバ（内視鏡）を体内
に入れ、これを用いて透過光を検出することで、腹壁や
胃壁で受ける光吸収のみの影響を考えるだけでよく光の
検出率を大きく向上させることができる。
ルス光を導く場合に、極めて細く丈夫な光ファイバを用
いることができる。イメージファイバ（内視鏡）を体内
に入れ、これを用いて透過光を検出することで、腹壁や
胃壁で受ける光吸収のみの影響を考えるだけでよく光の
検出率を大きく向上させることができる。
また本発明による装置は、前記人体等の生体の計測の他
に工業製品の内部構造の計測等に広く利用できる。
に工業製品の内部構造の計測等に広く利用できる。
第１図は、光ファイバで物体内に光パルスを導き、物体
を透過してきた光を検出して物体内部構造の３次元計測
を行うように構成した、本発明による光を用いた物体内
部構造の３次元計測装置の第１．の実施例を示すブロッ
ク図である。 第２図は、物体外部から光パルスを照射し、物体内部に
挿入されたイメージガイドから物体内部に達した光の像
を検出するように構成した、本発明による光を用いた物
体内部構造の３次元計測装置の第２の実施例を示すブロ
ック図である。 第３図は、光ファイバで物体内に光パルスを導き、物体
内部に導入されたイメージガイドから物体内部で反射し
て光により形成される物体の像を（食出するように構成
した、本発明による光を用いた物体内部構造の３次元計
測装置の第３の実施例を示すブロック図である。 第４図は、イメージガイドから物体内部に光パルスを導
き、その光パルスの物体内部からの反射光の像を前記イ
メージガイドを介して検出するように構成した、本発明
による光を用いた物体内部構造の３次元計測装置の第４
の実施例を示すブロック図である。 １・・・パルスレーザ光源 ２・・・光パルス導入用の光ファイバ ３・・・被計測物体 ４・・・ストリークカメラ ５・・・読み取り装置 ６・・・分析装置 １０・・・透過光結像光学系 １１・・・結像レンズ １２・・・ハーフミラ− １３・・・全反射ミラー ２０・・・結像レンズ ２１・・・イメージガイド （画像伝送用光イメージファイバ） ２２・・・イメージガイドの対物レンズ２３・・・光パ
ルス照射用レンズ ４１・・・ハーフミラ− 特許出願人 浜松ホトニクス株式会社 代理人 弁理士 井 ノ ロ ５ 馬′１ 区 方２図 倦′３（２） 劣′４図
を透過してきた光を検出して物体内部構造の３次元計測
を行うように構成した、本発明による光を用いた物体内
部構造の３次元計測装置の第１．の実施例を示すブロッ
ク図である。 第２図は、物体外部から光パルスを照射し、物体内部に
挿入されたイメージガイドから物体内部に達した光の像
を検出するように構成した、本発明による光を用いた物
体内部構造の３次元計測装置の第２の実施例を示すブロ
ック図である。 第３図は、光ファイバで物体内に光パルスを導き、物体
内部に導入されたイメージガイドから物体内部で反射し
て光により形成される物体の像を（食出するように構成
した、本発明による光を用いた物体内部構造の３次元計
測装置の第３の実施例を示すブロック図である。 第４図は、イメージガイドから物体内部に光パルスを導
き、その光パルスの物体内部からの反射光の像を前記イ
メージガイドを介して検出するように構成した、本発明
による光を用いた物体内部構造の３次元計測装置の第４
の実施例を示すブロック図である。 １・・・パルスレーザ光源 ２・・・光パルス導入用の光ファイバ ３・・・被計測物体 ４・・・ストリークカメラ ５・・・読み取り装置 ６・・・分析装置 １０・・・透過光結像光学系 １１・・・結像レンズ １２・・・ハーフミラ− １３・・・全反射ミラー ２０・・・結像レンズ ２１・・・イメージガイド （画像伝送用光イメージファイバ） ２２・・・イメージガイドの対物レンズ２３・・・光パ
ルス照射用レンズ ４１・・・ハーフミラ− 特許出願人 浜松ホトニクス株式会社 代理人 弁理士 井 ノ ロ ５ 馬′１ 区 方２図 倦′３（２） 劣′４図
Claims (4)
- （１）短い幅のパルス光を発生するパルスレーザ光源と
、ストリークカメラと、前記パルスレーザ光源からの光
パルスを被計測物体内部に導入して放出する光ファイバ
と、前記物体内部を透過して外部に達した光を前記スト
リークカメラのストリーク管の光電陰極に結像させる光
学系と、前記ストリークカメラの出力を解析する解析装
置から構成した光を用いた物体内部構造の３次元計測装
置。 - （２）短い幅のパルス光を発生するパルスレーザ光源と
、ストリークカメラと、前記パルスレーザ光源からの光
パルスを被計測物体の外部から内部に向かって照射する
光学系と、先端が前記被計測物体の内部に導入されてお
り前記光パルスの透過光像を導き出すパルス画像伝送用
光イメージファイバと、前記イメージファイバの出力像
を前記ストリーク管の光電陰極に結像させる光学系と、
前記ストリークカメラの出力を解析する解析装置から構
成した光を用いた物体内部構造の３次元計測装置。 - （３）短い幅のパルス光を発生するパルスレーザ光源と
、ストリークカメラと、前記パルスレーザ光源からの光
パルスを被計測物体内部に導入して放出する光ファイバ
と、先端が前記被計測物体の内部に導入されており、前
記光ファイバにより前記物体内に投射され物体内部で反
射された光の像を導き出すパルス画像伝送用光イメージ
ファイバと、前記イメージファイバの出力像を前記スト
リーク管の光電陰極に結像させる光学系と、前記ストリ
ークカメラの出力を解析する解析装置から構成した光を
用いた物体内部構造の３次元計測装置。 - （４）短い幅のパルス光を発生するパルスレーザ光源と
、ストリークカメラと、一端が前記被計測物体の内部に
導入されている画像伝送用光イメージファイバと、前記
パルスレーザ光源からのパルス光を前記画像伝送用光イ
メージファイバに導入する光学系と、前記画像伝送用光
イメージファイバから物体内部に照射されて前記物体内
部で反射し前記画像伝送用光イメージファイバから取り
出された光の像を前記ストリークカメラのストリーク管
の光電陰極面に結像させる結像光学系と、前記ストリー
クカメラの出力を解析する解析装置から構成した光を用
いた物体内部構造の３次元計測装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61170654A JPS6326555A (ja) | 1986-07-18 | 1986-07-18 | 光を用いた物体内部構造の３次元計測装置 |
| GB8716921A GB2194334B (en) | 1986-07-18 | 1987-07-17 | An apparatus for optically measuring a three-dimensional object |
| US07/074,879 US4857748A (en) | 1986-07-18 | 1987-07-17 | Apparatus for optically measuring the three-dimensional surface shape and inner structure of an object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61170654A JPS6326555A (ja) | 1986-07-18 | 1986-07-18 | 光を用いた物体内部構造の３次元計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6326555A true JPS6326555A (ja) | 1988-02-04 |
Family
ID=15908887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61170654A Withdrawn JPS6326555A (ja) | 1986-07-18 | 1986-07-18 | 光を用いた物体内部構造の３次元計測装置 |
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| JP (1) | JPS6326555A (ja) |
| GB (1) | GB2194334B (ja) |
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- 1987-07-17 US US07/074,879 patent/US4857748A/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-07-17 GB GB8716921A patent/GB2194334B/en not_active Expired - Fee Related
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| GB8716921D0 (en) | 1987-08-26 |
| GB2194334B (en) | 1990-04-11 |
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