JPS6361110A - High-speed three-dimensional measuring method and device - Google Patents

High-speed three-dimensional measuring method and device

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JPS6361110A
JPS6361110A JP13105387A JP13105387A JPS6361110A JP S6361110 A JPS6361110 A JP S6361110A JP 13105387 A JP13105387 A JP 13105387A JP 13105387 A JP13105387 A JP 13105387A JP S6361110 A JPS6361110 A JP S6361110A
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JP
Japan
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signal
pair
light
electrical signals
measuring
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JP13105387A
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Japanese (ja)
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ドナルド ジェイ スヴェットコフ
ブライアン ドス
ディヴィッド エヌ スミス
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SHINSETEITSUKU BUIJIYON SYST I
SHINSETEITSUKU BUIJIYON SYST Inc
Original Assignee
SHINSETEITSUKU BUIJIYON SYST I
SHINSETEITSUKU BUIJIYON SYST Inc
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Publication date
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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。
(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は試料台上の物体を高速度で三次元測定し、前記
物体に関連する立体情報を形成する高速三次元測定方法
及び装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a high-speed three-dimensional measurement method and apparatus for three-dimensionally measuring an object on a sample stage at high speed and forming three-dimensional information related to the object.

特に、本発明は、制御した光線を物体に照射し、結像面
におけるレーザ光斑の位置を検出することによって、試
料台上の物体を高速度で三次元測定し、前記物体に関連
する立体情報を形成する高速三次元測定方法及び装置に
関する。
In particular, the present invention provides three-dimensional measurement of an object on a sample stage at high speed by irradiating the object with a controlled light beam and detecting the position of a laser light spot on the imaging plane, thereby obtaining three-dimensional information related to the object. The present invention relates to a high-speed three-dimensional measurement method and apparatus for forming.

〔従来技術及び発明が解決すべき問題点〕多くの機械的
測定装置において、測定する奥行きが異なると、特にグ
レイ・スケール又は強度のコントラストが悪く見分けづ
らい場合、検査して得る情報を多くしなければならない
。実際、同装置は二次元用はまれであり、三次元用のも
のが提案されてきた。SMD (表面取り付けされた装
置)は、奥行きを検査することが部品の存在及び方向を
判断するのに有効であるような装置の良い例である。こ
のようにしないと、部品の色、生地、背景を変える等、
特殊な技術が通常必要とされる。
[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] Many mechanical measurement devices require more information to be inspected when measuring different depths, especially when the gray scale or intensity contrast is poor and difficult to distinguish. Must be. In fact, this device is rarely used for two-dimensional use, and devices for three-dimensional use have been proposed. SMD (Surface Mounted Device) is a good example of a device where depth inspection is useful in determining the presence and orientation of parts. If you do not do this, changing the color, fabric, background, etc. of parts, etc.
Special techniques are usually required.

標準の回路検査の技術においても、奥行きを検査できる
ことが望ましい。例えば、操作者が顕微鏡を用いて検査
する際でも、色と奥行きの両方を利用している。
Even in standard circuit testing techniques, it is desirable to be able to test depth. For example, when an operator inspects an object using a microscope, both color and depth are used.

奥行きを検出する技術は、制御された放射光源が不要な
場合は受動的であり、放射エネルギー・ビームを利用す
る場合は能動的である。受動的な技術は測定すべき物体
又はその背景と余り関係がなく、コンピューター画像及
び精神物理学が主要な研究課題である。例えば、立体的
不一致、カメラ動作、表面反射、きめの細かさ、影、及
び光吸収に基づいた方法が研究されてきた。これらの技
術は、しばしば精神物理学と関連する。例えば、人間の
視覚系による奥行きの判断は、これらの方法の組み合わ
さったものであると考えられている。
Techniques for detecting depth are passive when a controlled radiant light source is not required, and active when they utilize a beam of radiant energy. Passive techniques have little to do with the object to be measured or its context; computer imaging and psychophysics are the main research topics. For example, methods based on stereoscopic mismatch, camera motion, surface reflections, fineness, shadows, and light absorption have been investigated. These techniques are often associated with psychophysics. For example, the human visual system's ability to judge depth is thought to be a combination of these methods.

受動的な技術の欠点は、奥行きを地図化するのに大量の
計算を必要とすることである。三次元不一致及びカメン
動作に基づく方法は、非常に強力であるが、一連の画像
に一致性を必要とする。この−数件を構造的に生じる方
法は、現在リアル・タイムのコンピューター機器用のも
のとして未だに開発されていない。しかし、表面の特性
を表示する技術を含めて、奥行き判断の幾つかの技術は
開発されてきている。
The disadvantage of passive techniques is that they require a large amount of computation to map depth. Methods based on 3D mismatch and Kamen motion are very powerful, but require consistency in a series of images. A method for structurally generating this number has not yet been developed for real-time computer equipment. However, several techniques for depth judgment have been developed, including techniques for displaying surface characteristics.

能動的な技術は、エネルギー・ビームを利用し、飛行時
間を記録することによって、上記不一致性の問題を解消
し、直接奥行きを測定するものである。(米国特許4,
212,534号等のソナー及びレーダー装置)。また
、奥行きは、配置変更(三角測量及び格子符号化)、基
準光線に対するレーザ光線の位相変位(レーザー・レー
ダー)、影の長さく方向性照明)によっても測定するこ
とが出来る。
Active techniques overcome the inconsistency problem and directly measure depth by using energy beams and recording time of flight. (U.S. Patent 4,
212,534, etc.). Depth can also be measured by repositioning (triangulation and grid encoding), phase displacement of a laser beam relative to a reference beam (laser radar), shadow length and directional illumination).

奥行きを地図化する多数の計算が不要となり、情報処理
も三次元特性の算出、表面の状態、画像解析だけで済む
ようになる。強度及び色によって分別化の改善された装
置では、領域と強度の両データを用いることが出来る。
This eliminates the need for numerous calculations to create a depth map, and information processing only requires calculation of three-dimensional characteristics, surface conditions, and image analysis. Devices with improved differentiation by intensity and color can use both area and intensity data.

三角測量法又は光の構成概念は、密で、高解像(約1m
11又は以上)の、高速データ(10Mllz)の三次
元像を安価に提供する可能性を有する。この三角測量法
は、最も古い奥行きの検出法であるが、新しい発展をし
続けていくものである。一方、レーザ・レーダによる方
法は機械的測定法としては比較的新しいものであり、利
点を有するけれども、データ速度が比較的遅(、変調周
波数がGH−z帯まで広いため高解像に要する費用が高
いという欠点を有する。これに反して、三角測量法は比
較的単純であり、元来、高解像能力を有しているという
利点がある。
Triangulation or optical constructs are dense, high-resolution (approximately 1 m
11 or more) and high-speed data (10Mllz) can be provided at low cost. This triangulation method is the oldest depth detection method, but it continues to make new developments. On the other hand, the laser/radar method is relatively new as a mechanical measurement method, and although it has advantages, the data rate is relatively slow (and the modulation frequency is wide up to the GHz band, so the cost required for high resolution is high). Triangulation methods, on the other hand, have the advantage of being relatively simple and inherently have high resolution capabilities.

基本的な三角測量法の改善として、単一及び複合しま(
格子模様)の投影、しま走査、フライング・スポット・
スキャナーがある。構成された光を用いる三次元測定装
置の1例として、米国特許4.105,925号がある
。この装置は、基準面が照射された場合にのみ、光線を
測定するように配置された線状配置センサーを有する。
As an improvement to the basic triangulation method, single and compound stripes (
grid pattern) projection, striped scanning, flying spot
There's a scanner. An example of a three-dimensional measuring device using structured light is US Pat. No. 4,105,925. The device has a linearly arranged sensor arranged to measure the light beam only when the reference surface is illuminated.

物体が存在すると、光線は破壊される。その物体は線形
センサーによって走査されるので、二連の像が得られ、
その物体の存在と方向を知ることが出来る。
If an object is present, the beam will be destroyed. The object is scanned by a linear sensor so that two series of images are obtained,
You can know the existence and direction of the object.

高さを測定する市販の三次元観測装置は、マイクロプロ
セッサ−によるレーザ光線区分装置を有する。この装置
は、約30kllzのデータ速度に応じて、毎秒、48
0のx、y、z座標を60フイールド形成することだ出
来る。各データ列によって、全体画像をフィールドする
ことが出来る。2分の1インチ角の物体が1ミリのx、
y、z解像度にて測定する場合には、コンベアベルト上
を流れる部品を1(11)%検査できる最大速度は、約
30秒/1インチである。
Commercially available three-dimensional observation devices for measuring height include microprocessor-based laser beam segmentation devices. This device has a data rate of approximately 30kllz, with a data rate of 48
It is possible to create 60 fields of x, y, z coordinates of 0. Each data string can field the entire image. A 1/2 inch square object has an x of 1 mm,
When measuring at y,z resolution, the maximum speed at which 1 (11)% of parts flowing on a conveyor belt can be inspected is approximately 30 seconds per inch.

この単一しま装置は検量と部分検査に最適であり、ひん
ばんに変化しない安定的な画像に適する。
This single-striped device is ideal for calibration and partial inspection, and is suitable for stable images that do not change frequently.

これらの装置は、画像処理や1(11)%検査よりも、
むしろ検量に多く使用される。適当なサンプリング及び
、密な三次元情報を得るためには、しまは物体を横切る
ように走査され、データ速度を制限できる一列のカメラ
又は−列のセンサーによって観測されねばならない。
Rather than image processing or 1 (11)% inspection, these devices
Rather, it is mostly used for calibration. To obtain adequate sampling and dense three-dimensional information, the stripes must be scanned across the object and observed by an array of cameras or an array of sensors that can limit the data rate.

三次元測定装置においてデータを得る一方法として、米
国特許4,375,921号にて開示されたように、三
次元測定装置に多用される線走査又は列センサーを横断
効果ホト・ダイオードによって置きかえる方法がある。
One method of obtaining data in a coordinate measuring device is to replace the line scan or column sensors commonly used in coordinate measuring devices with transverse effect photodiodes, as disclosed in U.S. Pat. No. 4,375,921. There is.

この方法によって、多重しま装置における不明瞭さは改
善され、測定可能な範囲変化も比較的大きくなる。従っ
て、全面を検出できるようになり、多重しま装置のよう
に検出器の領域を分割する必要もなくなる。
This method improves ambiguity in multi-striped devices and also provides relatively large measurable range changes. Therefore, the entire surface can be detected, and there is no need to divide the detector area as in the case of a multiple striped device.

しかし、上記装置の多くは、増幅回路の帯域幅がIMH
2以下である。二連式検出器装置(三室)は30MHz
の帯域幅を有するものもあるが、光の少ない状態で、特
に広い視野に渡り検査する時は、基本的な三角測量法は
有効ではない。また、これらの装置は、まだら模様及び
幾何学的歪みに対しても弱い。
However, in many of the above devices, the bandwidth of the amplifier circuit is IMH.
2 or less. Dual detector device (three chambers) is 30MHz
However, basic triangulation methods are not effective in low light conditions, especially when examining large fields of view. These devices are also sensitive to mottling and geometric distortions.

米国特許4,068,955号及び4,192,612
号における厚さ測定装置は、周知の三角法によって、距
離又は離れた物体の厚さを測定するためのデータを得る
ものであり、光線は測定すべき物体の表面と反対の光線
分割鏡によって向けられている。物体表面に関して入射
及び反射の相対的角度を確実にするために、適当な三角
法によって、物体の厚さを近似的に測定する。
U.S. Patents 4,068,955 and 4,192,612
The thickness measuring device in the above issue obtains data for measuring the distance or thickness of objects at a distance by means of well-known trigonometry, the light beam being directed by a beam splitting mirror opposite the surface of the object to be measured. It is being Approximately measure the thickness of the object by appropriate trigonometry to ensure the relative angles of incidence and reflection with respect to the object surface.

米国特許4,472,056は、プリント基板の半田付
は領域及び取り付は部品や、LSI接着工程の動揺等の
、三次元製品や部品の形状を検出する装置である。この
装置は物体の高さ方向の結像レンズによって輝線像を形
成する走像部と、回部による走査方向と直角な一列の感
像素子によって輝線像を自動的に走査する一方向怒像装
置とから成る。
US Pat. No. 4,472,056 discloses an apparatus for detecting the shapes of three-dimensional products and parts, such as the soldering area and mounting parts of printed circuit boards, and the fluctuations of LSI bonding processes. This device has a scanning section that forms a bright line image using an imaging lens in the height direction of the object, and a unidirectional angry imaging device that automatically scans the bright line image using a row of image sensing elements perpendicular to the scanning direction of the rotating section. It consists of

この装置は読み出し時間が非常に限定されてしまうので
、多くの光検出器によって三次元点を測定しなければな
らない。
Since this device has a very limited readout time, three-dimensional points must be measured with many photodetectors.

米国特許4,355,904号の装置は、ホト・ダイオ
ード等、一対の光検出器と、一部透過フイルターによっ
て奥行きを測定するものである。その図心はアナログ・
ディバイダーによって計算される。
The device of US Pat. No. 4,355,904 measures depth using a pair of photodetectors, such as photodiodes, and a partially transparent filter. Its centroid is analog
Calculated by divider.

米国特許4,553.844号の方法及び装置は光斑ビ
ームを物体上に一方向に走査し、その方向の横断方向に
その光斑像を検出する。
The method and apparatus of U.S. Pat. No. 4,553,844 scans a speckle beam over an object in one direction and detects the speckle image transverse to that direction.

米国特許4,645,917号の装置は、走査開口フラ
イング・スポット・プロフィラーである。そのセンサー
はホト・マルチプライヤ−又はアバランチェ・ダイオー
ドである。
The device of US Pat. No. 4,645,917 is a scanning aperture flying spot profiler. The sensor is a photomultiplier or an avalanche diode.

米国特許4,349,277号の方法は、光学的三角測
量法に基いた波長ラベリングの視差による方法である。
The method of US Pat. No. 4,349,277 is a parallax method of wavelength labeling based on optical triangulation.

表面反射及び大きな変化に関係ないように、正規化され
た信号を計算するために、単一の処理過程を含む。
A single processing step is involved to calculate the normalized signal, independent of surface reflections and large variations.

米国特許4,634.879号の装置は、光学的三角測
量法に基いて、フライング・スポット・カメラ装置の2
本のホト・マルチプライヤ−管によって表面形状を測定
するものである。ノイズ対策として、振幅変調がレーザ
光線に施されている。背景による光学的ノイズの対策と
して、ホト・マルチプライヤ−にフィルター網が用いら
れている。
The device of U.S. Pat.
The surface profile is measured using a photomultiplier tube. As a noise countermeasure, amplitude modulation is applied to the laser beam. As a measure against background optical noise, a filter network is used in the photomultiplier.

この他、関連する技術として、米国特許4.053,2
34号、4,065,201号、4,160.599号
、4.201,475号、4,249,244号、4,
269.515号、4.411,528号、4,525
.858号、4,567.347号、4.569,07
8号がある。
In addition, as related technology, U.S. Patent No. 4.053,2
No. 34, No. 4,065,201, No. 4,160.599, No. 4.201,475, No. 4,249,244, 4,
269.515, 4.411,528, 4,525
.. No. 858, No. 4,567.347, No. 4.569,07
There is No. 8.

従って、本発明の目的は、ダイナミック・レンジが広く
、比較的簡易で、低価格の、測定すべき物体と関連する
三次元情報を生じる信号処理回路と、光検出器とによっ
て、高速で高感度を達成することができるように、試料
台上の物体を高速で三次元的に測定する方法及び装置を
改良することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a high-speed, high-sensitivity method using a photodetector and a signal processing circuit that has a wide dynamic range, is relatively simple and inexpensive, and generates three-dimensional information related to the object to be measured. An object of the present invention is to improve a method and apparatus for three-dimensionally measuring an object on a sample stage at high speed so as to be able to achieve the following.

また、本発明の目的は、回収データの質を向上する一対
の光学部品によって反射光信号を光学的に処理すること
によって、従来技術の多くの限界を越えた、試料台上の
物体を高速で三次元的に測定する方法及び装置を提供す
ることである。
It is also an object of the present invention to move objects on a sample stage at high speed, beyond many of the limitations of the prior art, by optically processing the reflected light signal by a pair of optical components that improve the quality of recovered data. An object of the present invention is to provide a method and apparatus for three-dimensional measurement.

さらにまた、本発明の目的は、比較的安価で、小型で、
高解像の、測定すべき物体と関連する三次元情報を生じ
、かつ標準のビデオ速度の装置とインターフェースでき
るような、試料台上の物体を高速で三次元的に測定する
方法及び装置を改良することである。
Furthermore, it is an object of the present invention to provide a relatively inexpensive, compact,
Improved method and apparatus for high-speed three-dimensional measurement of objects on a sample stage that yields high-resolution three-dimensional information related to the object to be measured and that can be interfaced with standard video speed equipment. It is to be.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の第一発明方法は、制御された光線を第−所定角
にて物体の表面に走査し、反射光信号を発生させる過程
と、前記反射光信号を一対の光学部品によって第二角に
て受信する過程と、前記受信した信号を第一光線と基準
光線に光学的に分割する過程と、前記第一光線と前記基
準光線の放射エネルギーを各々測定し、測定値に比例し
た第一及び第二電気信号を形成する過程と、前記第一及
び第二の電気信号を正規化し、所定の範囲内に納める過
程と、前記正規化された電気信号から、前記第一光線の
図心値を計算する過程とから成り、試料台の前記物体を
高速度で三次元測定し、前記物体に関連する立体情報を
形成する高速三次元測定方法である。
The first method of the present invention includes the steps of scanning a surface of an object with a controlled light beam at a predetermined angle to generate a reflected light signal, and converting the reflected light signal to a second angle by a pair of optical components. optically splitting the received signal into a first beam and a reference beam; measuring the radiant energies of the first beam and the reference beam, respectively; a step of forming a second electric signal, a step of normalizing the first and second electric signals and keeping them within a predetermined range, and determining a centroid value of the first ray from the normalized electric signal. This is a high-speed three-dimensional measurement method that three-dimensionally measures the object on the sample stage at high speed and forms three-dimensional information related to the object.

本発明の第一発明装置は、制御された光線を第一所定角
にて物体の表面に走査し、反射光信号を発生させる光源
と、前記反射光信号を一対の光学部品によって第二角に
て受信し、前記受信した信号を空間的にフィルターを通
し、滑らかにし、前記受信した信号を第一光線と基準光
線に光学的に分割する一対の光学部品と、前記第一光線
と前記基【表光線の放射エネルギーを各々測定し、測定
値に比例した第一及び第二電気信号を形成する第一及び
第二測定手段と、前記第一及び第二の電気信号を正規化
し、所定の範囲内に納め、前記正規化された電気信号か
ら前記第一光線の図心値を計算する信号処理手段とから
成り、試料台の前記物体に関連する立体情報を形成する
高速三次元測定装置である。
The first inventive device of the present invention includes a light source that scans a surface of an object with a controlled light beam at a first predetermined angle to generate a reflected light signal, and a pair of optical components that directs the reflected light signal to a second angle. a pair of optical components for spatially filtering and smoothing the received signal and optically splitting the received signal into a first beam and a reference beam; first and second measuring means for respectively measuring the radiant energy of the surface light beam and forming first and second electrical signals proportional to the measured values; and a signal processing means for calculating the centroid value of the first ray from the normalized electrical signal, and forming three-dimensional information related to the object on the sample stage. .

本発明による方法は、前記測定過程の前に、前記第一及
び第二光線を第一及び第二の隣接位置に結像する過程を
含むことが望ましい。
Preferably, the method according to the invention includes, before the measuring step, the step of imaging the first and second light beams at first and second adjacent positions.

本発明による装置は、前記光源がレーザ・スキャナであ
ることが好ましく、前記一対の光学部品が光学フィルタ
ー及び位置検出用の部品を含むことが好ましく、前記第
一及び第二の測定手段が前記分vI光綿の放射エネルギ
ーを電流に変換する高感度光検出器を含むことが好まし
い。
In the apparatus according to the present invention, the light source is preferably a laser scanner, the pair of optical components preferably includes an optical filter and a position detection component, and the first and second measuring means are preferably a laser scanner. It is preferred to include a sensitive photodetector that converts the radiant energy of the vI light cotton into an electrical current.

〔作  用〕[For production]

このように構成することによって、信号処理回路のダイ
ナミックレンジも広く、回収データの質も向上し、標準
のビデオ速度の装置とインターフェースすることも出来
、かつ高感度で、試料台上の物体を高速で三次元的に測
定することが可能になる。
This configuration provides a wide dynamic range for the signal processing circuitry, improves the quality of recovered data, can interface with standard video speed equipment, is highly sensitive, and allows objects on the sample stage to be moved at high speeds. It becomes possible to measure three-dimensionally.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳述する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図に、基本的な三次元測定装置の主要部品を、集合
的に符号10にて示す。これら集合部品IOは試料台に
配置され、レーザ等の制御光源長・  び集光レンズ・
アセンブリ12、スキャナー及び光線変形集光光学系2
2から成る。なお、スキャナー及び光線形成・集光光学
系14は、全体が符号18にて示される物体の反射面1
6にレーザビーム14を連続照射するためのものである
。物体18は試料台の基卓平面20上に据えである。
In FIG. 1, the main parts of a basic three-dimensional measuring device are indicated collectively at 10. These assembled parts IO are placed on the sample stage, and the length of the controlled light source such as a laser, the condensing lens, etc.
Assembly 12, scanner and beam deformation focusing optical system 2
Consists of 2. Incidentally, the scanner and the light beam forming/focusing optical system 14 are connected to the reflecting surface 1 of the object, which is generally indicated by the reference numeral 18.
This is for continuous irradiation of the laser beam 14 to the laser beam 14. The object 18 is placed on the base plane 20 of the sample stage.

第2図は第1図に関連する図であり、各変数どうしの関
係を示す式を含んだ基本的な三角測量法、即ち構成され
た光を概念的に示す。基本的には、物体18の高さZは
照射角θ、及び偏光角θ4によって計算される。なお、
反射された光線は検出器24の検出要素28に入射する
FIG. 2 is a diagram related to FIG. 1 and conceptually illustrates basic triangulation, ie, structured light, including equations that describe the relationships between variables. Basically, the height Z of the object 18 is calculated by the illumination angle θ and the polarization angle θ4. In addition,
The reflected light beam is incident on the detection element 28 of the detector 24.

従来の典型的な複数の検出素子は線形配置された又は配
列されたセンサー、若しくは単一の検出素子の場合は横
断効果のホト・ダイオード又はパイ・セル(二連式〜\
十ト・ダイオード)から構成することが出来る。二連式
%%ホト・ダイオードは位置感知装置として用いられ、
限られた高さの範囲に渡って微小の高さの変化を測定す
ることが出来る。
Typical conventional multiple sensing elements are linearly arranged or arrayed sensors or, in the case of a single sensing element, cross-effect photodiodes or pi cells (duplex ~\
diodes). A dual-barrel %% photodiode is used as a position sensing device,
It is possible to measure minute changes in height over a limited height range.

上記システムは横断効果ホト・ダイオード(L E P
)によってZ軸を極めて正確に測定することが出来る。
The above system uses transversal effect photodiodes (L E P
) allows the Z-axis to be measured very accurately.

しかし、同ダイオードの内部抵抗は測定装置の主要なノ
イズ源になる程大きいノイズ電流を生じる。(同ダイオ
ードは信号電流の減衰によって高さの検出と、LEPO
図心の計算が可能である。)このノイズ電流は、抵抗に
よるジョンソン電流の他に、大きな暗電流におけるノイ
ズを含む。例えば、市販されている高品質のLIEPは
シリコン・フォトダイオードよりもケタの太きいノイズ
電流を生ずる。フォト・マルチプライヤ−又はアバラン
チェ検出器に較べて、LEPは感度が遅いが、PM管や
APDは感度がケタ違いに良好である。LEP装置の抵
抗と容量はバンド幅に制限を加えてしまう。奥行を検出
する好適技術は、光の強さの減衰によって光斑の図心を
4き出すことが出来る。又、横断効果ホト・ダイオード
の電気・光関係を導き出すことが出来る。しかし、高感
度の高速検出器も使用することが出来る。
However, the internal resistance of the diode generates a noise current that is large enough to become a major noise source in the measurement device. (The same diode detects the height by attenuating the signal current, and the LEPO
It is possible to calculate the centroid. ) This noise current includes noise in a large dark current in addition to the Johnson current due to resistance. For example, commercially available high quality LIEPs produce noise currents that are orders of magnitude higher than silicon photodiodes. Compared to photomultipliers or avalanche detectors, LEPs have slower sensitivity, but PM tubes and APDs have orders of magnitude better sensitivity. The resistance and capacitance of LEP devices impose limits on bandwidth. A preferred technique for detecting depth can derive the centroid of a light spot by attenuation of the light intensity. Furthermore, it is possible to derive the electrical/optical relationship of the cross-effect photodiode. However, high-speed detectors with high sensitivity can also be used.

基本的な三角測量法による感度は基準線に対する高さの
比率に依り、急な照射及び測定角によって低下する。感
度は検出素子28と、検出器24の焦点レンズ26の有
効焦点距離との間隔にも依る。検出素子28とレンズ2
6の間隔を広げると、感度は低下する。
The sensitivity of basic triangulation depends on the height to reference line ratio and decreases with steep illumination and measurement angles. Sensitivity also depends on the spacing between the detection element 28 and the effective focal length of the focusing lens 26 of the detector 24. Detection element 28 and lens 2
Increasing the interval between the numbers 6 and 6 decreases the sensitivity.

同期走査、テレセンドリンク走査、反対走査(desc
anning )等の走査方法は上記の欠点をかなり緩
和する。これらの走査法は大きな角度においても奥行の
測定を高い解像度にて行なうことが出来る。これらの走
査法は変更不要の位置感知及び信号処理装置において使
用し得る。本発明の装置はこれらの走査法によって性能
の向上を計ることが出来る。
Synchronous scanning, telesend link scanning, reverse scanning (desc
Scanning methods such as anning) significantly alleviate the above-mentioned drawbacks. These scanning methods allow depth measurements to be made with high resolution even at large angles. These scanning methods can be used in position sensing and signal processing equipment without modification. The device of the present invention can improve performance by using these scanning methods.

第一図において、影及び光吸収、即ち検出器の測定不能
領域は解像度を下げてしまう。半田ヤニ、インク厚、表
面の平板さ等、かなり平らな表面を正確に測定するため
には、30°の照射角が好ましく、光吸収効果を小さく
する。物体の大きさと形は種々異なるので、例えば回路
基板の様に異なるので、10°乃至156の照射角が好
ましい。
In Figure 1, shadows and light absorption, ie non-measurable areas of the detector, reduce resolution. For accurate measurements of fairly flat surfaces such as solder tar, ink thickness, surface flatness, etc., an illumination angle of 30° is preferred and reduces light absorption effects. Since the size and shape of objects vary, such as circuit boards, an illumination angle of 10° to 156° is preferred.

複合的な検出器又は10°以内の視野の自動同期走査法
を用いれば、検出できない点と問題を解決することが出
来る。
The lack of detection and problems can be overcome by using multiple detectors or automatically synchronized scanning methods with a field of view within 10 degrees.

本発明のレーザ12及びスキャナー22はフライング・
スポット・スキャナーを画成することが好ましい。レー
ザ12は変調器13に結合され、情報を高周波に変換し
て、装置のノイズ特性を改善する。変調器13は、サイ
ン波、パルスの大きさ、パルスの位置等を含んだ種々の
変調の内、1つの変調を行なうことが出来る。レーザ1
2は固体レーザ・ダイオードであり、かつTTL信号(
TTL変調)でシャッタリングされることが好ましい。
The laser 12 and scanner 22 of the present invention are flying
Preferably, a spot scanner is defined. Laser 12 is coupled to modulator 13 to convert the information to high frequency and improve the noise characteristics of the device. Modulator 13 is capable of performing one of a variety of modulations including sine wave, pulse magnitude, pulse position, and the like. Laser 1
2 is a solid-state laser diode, and a TTL signal (
It is preferable that the shuttering be performed using TTL modulation.

レーザ信号は符号化され、オン及びオフ状態において別
々の信号処理機能を果たすことができる。代表的な出力
レベルは20 30mW(III−B級)であり、機械
的測定への応用に適している。
The laser signal can be encoded and perform separate signal processing functions in the on and off states. Typical power levels are 20-30 mW (Class III-B), suitable for mechanical measurement applications.

スキャナー22は、回転多面鏡(X走査)及び検流計(
X走査)、又は線形共振スキャナー(X走査)及び検流
計(X走査)、又は音響−光素子(X走査)及び検流計
(X走査)の内が1つが用いられる。スキャナー22は
音響−光装置から成ることが好ましい。その理由は動作
部品を有しないことと、再走査時間が高速であるためで
ある。
The scanner 22 includes a rotating polygon mirror (X scanning) and a galvanometer (
One of the following is used: a linear resonant scanner (X-scan) and a galvanometer (X-scan), or an acousto-optic device (X-scan) and a galvanometer (X-scan). Preferably, scanner 22 comprises an acousto-optical device. This is because it has no moving parts and the rescan time is fast.

センサーは、基準線と高さの比が相当大きな従来式の三
角測量式忘却装置に、又、遠中心又は自動同期走査方法
を用いる挟角三角測量装置において使用することが出来
るものである。
The sensor can be used in conventional triangulation oblivion devices with a fairly large baseline-to-height ratio, as well as in included angle triangulation devices using hypercentric or autosynchronous scanning methods.

広い面積を検査する従来他の方法は線形走査である。こ
の方法では、物体又は投影装置は変換され、検流計(X
走査)は不要である。
Another conventional method of inspecting large areas is linear scanning. In this method, the object or projection device is transformed and a galvanometer (X
scanning) is not required.

第3図において示すように、光学装置30は本発明の測
定装置に用いられ、目標からの散乱光を集める対物レン
ズ31と、その集められた光を中間の結像面に焦点を結
ばせる第2の回折制限レンズ32とを含む一対の光学部
品から成る。レンズ31及び32は周知であるが、それ
ぞれ好ましい共役角にて動作するようにされているレン
ズ32は種々の拡大・縮小比に合うように交換可能であ
る。
As shown in FIG. 3, an optical device 30 is used in the measuring device of the present invention, and includes an objective lens 31 that collects scattered light from a target, and an objective lens 31 that focuses the collected light on an intermediate imaging plane. It consists of a pair of optical components including two diffraction limiting lenses 32. Lenses 31 and 32 are well known, but each lens 32 is adapted to operate at a preferred conjugate angle and is interchangeable to accommodate various magnification ratios.

装置30はマスク33も含む。マスク33は中間結像面
に配置された長方径の開口(空間フィルター)を形成し
、装置の好適な瞬間視野の外側の物体からの第2反射に
よって生ずる背景ノイズ(浮遊光)を除去する。マスク
33は固定開口、又は電気機械シャッターでも可能であ
り、好ましくはソフトウェアにより物理的に制御された
液晶式2値用空間光変調器が好ましい。これは、複合反
射の生ずる近接の高輝度の目標(再流出した半田、配線
接着剤、ループ、ビン状グリッド等)を検査するのに適
する。自動同期スキャナー又は遠中心スキャナー(可動
機械部品材の回転鏡)と共に用いる場合、マスク33は
細長い小片であり、Z測定に有用な光のみを集光するこ
とが出来る。
Apparatus 30 also includes a mask 33. Mask 33 forms a rectangular diameter aperture (spatial filter) located in the intermediate imaging plane to remove background noise (stray light) caused by secondary reflections from objects outside the preferred instantaneous field of view of the device. . The mask 33 can be a fixed aperture or an electromechanical shutter, preferably a liquid crystal binary spatial light modulator physically controlled by software. This is suitable for inspecting close, high-intensity targets (re-spilled solder, wiring adhesive, loops, bin grids, etc.) where complex reflections occur. When used with a self-synchronized scanner or a far-centered scanner (rotating mirror of a moving mechanical component), the mask 33 is an elongated strip that can collect only the light useful for Z measurements.

空間フィルター又は細長い小片は物体の高さ特徴と相関
する伝達パターン及び選択オペツクのパターンの様にプ
ログラミングすることも出来る。例えば、輝いた背景に
おける輝いたピンの高さを測定するには、ビンの高さに
応じた細長い小片があると、より信頼するものとするこ
とが出来る。複合反射によって、有用な光の反射光によ
る信号の戻りよりも大きい信号の戻りが生ずる。
Spatial filters or strips can also be programmed with transmission patterns and selection op patterns that correlate with object height features. For example, measuring the height of a bright pin in a bright background can be made more reliable by having a strip corresponding to the height of the bottle. The combined reflection results in a signal return that is greater than the signal return due to the reflected light of useful light.

従来の三角測量的スキャナー(可動部を有せず、面積検
出器を有する固体装置)を用いる場合、マスク33の口
径34は特定の高さ範囲の検出に必要なだけの大きさで
あるが、プログラミングは可能である。
When using a conventional triangular scanner (a solid-state device with no moving parts and an area detector), the aperture 34 of the mask 33 is only as large as necessary to detect a particular height range; Programming is possible.

良質粒状グラウンド・ガラスの拡散器35は中間結像仮
に隣接し、比較的単一で広い光斑を生ずる。可変フィル
ター36の局部変化又は方向性散乱による光斑の測定位
置のズレは、空間的に平均化されるので小さくなる。こ
れは電子装置のロー・パス・フィルターに類似している
A diffuser 35 of fine granular ground glass adjoins the intermediate imaging, producing a relatively single and wide light spot. Discrepancies in the measurement positions of light spots due to local changes in the variable filter 36 or directional scattering are spatially averaged and are therefore reduced. This is similar to a low pass filter in electronic devices.

可変フィルター36は位置依存型伝搬装置として利用さ
れ、光斑の中心位置を測定し、強度分布の形を細くして
焦点を結ぶのに比較的感度が悪い。
The variable filter 36 is utilized as a position dependent propagation device and is relatively insensitive in determining the center position of the light spot and narrowing and focusing the shape of the intensity distribution.

可変フィルター36は、位置に対し線形である伝l@機
能を有し、又は線形密度特性(位置に対しての対数的伝
搬)のフィルターとして機能する。
The variable filter 36 has a propagation function that is linear with respect to position, or functions as a filter with a linear density characteristic (logarithmic propagation with respect to position).

非線形計算法はその範囲を通じて奥行感度の圧縮・拡張
をすることが出来る。特に、フィルター36は、より高
い物体に関し奥行感度を下げることなく、基準線(最遠
のZ座標)の付近にて、小さな高さの変化を感知するよ
うに用いられる。フィルター36の主要な使用目的は、
可変密度装置としてであり、その非線形計算は比較的標
準のフィルターによって行なわれる。一方、もしZ測定
の際、線形性が重要である場合は、線形伝搬機能を使用
しなければならない。
Nonlinear computational methods can compress and expand depth sensitivity throughout its range. In particular, filter 36 is used to sense small height changes near the reference line (furthest Z coordinate) without reducing depth sensitivity for taller objects. The main purpose of the filter 36 is to
As a variable density device, its nonlinear calculations are performed by relatively standard filters. On the other hand, if linearity is important during Z measurements, a linear propagation function must be used.

装置30は、第2レンズ系37も含む。第2レンズ系3
7は装置30を介して像を伝搬(リレー)し、中間像を
縮小・拡大する。筒状レンズ38は、光斑を光に変換(
開口度の変更)することによって可変フィルターの表面
を全面的にさらに空間的に平均化する。
Apparatus 30 also includes a second lens system 37. Second lens system 3
7 propagates (relays) the image via the device 30 and reduces/enlarges the intermediate image. The cylindrical lens 38 converts light spots into light (
(by changing the aperture) to further spatially average the surface of the variable filter.

ビーム・スプリッタ39は、基準分割光線又は信号と、
フィルター36に伝搬される別の分割光線を生じる。後
者の分割光線は第1チヤンネル40のフィルター36に
、前者の基準分割光線は第2チヤンネル41へと伝搬さ
れる。第2チヤンネル41は、データを正規化し、高さ
測定値から輝度の影響を除去するための強度基準のため
に用いられる。
Beam splitter 39 includes a reference split beam or signal;
This results in another split beam that is propagated to filter 36. The latter divided beam is propagated to the filter 36 of the first channel 40, and the former reference divided beam is propagated to the second channel 41. The second channel 41 is used for an intensity reference to normalize the data and remove luminance effects from height measurements.

装置30は、空間反射を生じる前面を金属コーティング
した線形可変フィルターによって基準光線と伝搬光線と
の両方を生じ、単一の光学部品によって位置依存型減衰
及び分割を行なう。
The device 30 produces both the reference beam and the propagating beam by a linear variable filter with a metal-coated front surface that produces spatial reflections, and provides position-dependent attenuation and splitting by a single optical component.

ビーム・スプリッタの伝搬・反射比が正確に知られ、か
つ一定である場合には、位置は、前記2つのチャンネル
にて得られた電圧を単純な割算(比の検出)によって決
定される。即ち、Z=V1/V2である。また、位置は Z=V1/ (V1+V2) によッテも得られる。
If the propagation-reflection ratio of the beam splitter is known exactly and is constant, the position can be determined by a simple division of the voltages obtained in the two channels (ratio detection). That is, Z=V1/V2. Moreover, the position can also be obtained by Z=V1/(V1+V2).

なお、後者の計算の方がより好ましい。Note that the latter calculation is more preferable.

折りたたみ式鏡装置は鏡42及び43を有し、検出部4
4の局部面に光線を伝搬する。光検出器45.46と、
そのブリ・アンプ47.48とは、可能な限り短かく接
続され、高速応用による浮遊容量を最小にし、信号チャ
ンネル間の不整合を避けなければならない。一定偏光プ
リズムは、装置調整の筒易化のため、鏡42及び43の
代わりに用いることが出来る。配線の長さは、低レベル
信号がノイズによって破壊されないように、短かくされ
ねばならない。
The folding mirror device has mirrors 42 and 43, and a detection unit 4
The light beam is propagated to the local plane of 4. a photodetector 45.46;
The amplifiers 47, 48 should be connected as short as possible to minimize stray capacitance due to high speed applications and avoid mismatch between signal channels. Constant polarization prisms can be used in place of mirrors 42 and 43 for ease of device adjustment. The length of the wiring must be kept short so that low level signals are not corrupted by noise.

フィルター36によって伝搬されるレーザ光信号と、鏡
43によって反射される光信号は、それぞれ従来の野外
用レンズ49及び50によって、アセンブリ44の一対
の光検出器45及び46の所定両立領域に結像される。
The laser light signal propagated by filter 36 and the light signal reflected by mirror 43 are imaged onto predetermined compatible areas of a pair of photodetectors 45 and 46 in assembly 44 by conventional field lenses 49 and 50, respectively. be done.

アセンブリ44は光検出器用としてそれぞれブリ・アン
プ47及び48を有する。各光検出器は、小容量かつ非
常に大きな分路抵抗値を有する小面積ホト・ダイオード
(3m111角以下)、ホト・マルチプライヤ、アバラ
ンチェ・ホト・ダイオード、又は検出素子とブリ・アン
プの結合した強化検出器であることが好ましい。この種
のホト・ダイオードは、1ナノ秒又はそれ以下の立ち上
がり時間に相当する、少な(とも3(11)MHzのカ
ットオフ周波数を有することが好ましい。上記結合の強
化検出器の高速・低雑音ブリ・アンプは映像速度にて動
作する。
Assembly 44 has a preamplifier 47 and 48 for the photodetector, respectively. Each photodetector consists of a small-area photodiode (less than 3m x 111cm) with small capacitance and very large shunt resistance, a photomultiplier, an avalanche photodiode, or a combination of a detection element and a pre-amplifier. Preferably, it is an enhanced detector. This type of photodiode preferably has a cut-off frequency of less than 3 (11) MHz, corresponding to a rise time of 1 nanosecond or less. Buri Amp operates at video speed.

単一の感知検出器はチャンネル40又は41の各々に使
用されるので、アセンブリ44の感度は非常に高く、L
EPに比べてノイズが非常に小さい。また、光検出器/
アンプは帯域幅利得が非常に大きいので、信号レベルが
比較的小さく変化するが、大きな信号を得ることが出来
る。
Since a single sensitive detector is used for each channel 40 or 41, the sensitivity of assembly 44 is very high and L
The noise is very low compared to EP. In addition, photodetector/
Since the amplifier has a very large bandwidth gain, it is possible to obtain a large signal with relatively small changes in signal level.

第3図示の装置をわずかに変更することによって、光学
的2室を形成することが出来る。可変フィルター36を
除去し、光検出器45及び46をわずかにずらすことに
よっ、て形成することが出来る。
By slightly modifying the device shown in Figure 3, two optical chambers can be created. It can be formed by removing the variable filter 36 and slightly shifting the photodetectors 45 and 46.

2室検出器は、狭い範囲のみを感知する場合(基板上の
走査、平面度検出等)に高解像度の測定値を得るのに有
用であり、比較的大きなフィールドの奥行に渡って高解
像を示し且つ光斑の中心位置を直接測定する可変密度フ
ィルター36の補足的な手段である。
Two-chamber detectors are useful for obtaining high-resolution measurements when sensing only a small area (scanning on a substrate, flatness detection, etc.) and provide high-resolution over a relatively large field depth. , and is a supplementary means to the variable density filter 36 to directly measure the center position of the light spot.

拡散器35によって得られる空間平均値は、2室法の精
度向上のために一般的に必要である。何故ならば、拡散
、又は幾何学的(角度)偏位によって強度分布が一定で
なくなるためである。
The spatial average value obtained by the diffuser 35 is generally necessary to improve the accuracy of the two-chamber method. This is because the intensity distribution is not constant due to diffusion or geometric (angular) deviation.

前述の如く、目標の高さを示す信号は比Z=V+ / 
(V+ +Vz )によって決定され、強度情報は1=
V、+V、によって決定される。Zを決定するためには
、市販のアナログ・ディバイダーを用いて、速度を映像
フレーム速度に近づい°ζいくように決定する。しかし
、この種の分割器は、精度が高く保持されねばならない
場合、V、+V、の合計(分母)が小さな狭囲(代表値
3:1)に渡り変化する。代表的な結像はこの範囲より
も大きい反射変動を生ずる。例えば、プリント基板部品
と背景は、略、5%乃至1(11)%の拡散反射変動を
示す、数ケタで大きさの変動するV、+V2信号を生ず
る。さらに、焼灼反射はより大きな変化を生ずるので、
その結果のZ値が不正確であることを確認しておく必要
がある。なお、非常に小さな光子制限信号の返還は、は
ぼOによる割り算となってしまう。
As mentioned above, the signal indicating the height of the target is the ratio Z=V+/
(V+ +Vz), and the intensity information is 1=
V, +V, is determined. To determine Z, a commercially available analog divider is used to determine the velocity as it approaches the video frame rate. However, this type of divider allows the sum (denominator) of V, +V to vary over a small narrow range (typically 3:1) if accuracy is to be kept high. Typical imaging produces reflection variations larger than this range. For example, printed circuit board components and backgrounds produce V, +V2 signals that vary in magnitude by several orders of magnitude, exhibiting diffuse reflection variations of approximately 5% to 1 (11)%. Additionally, the cautery reflex produces larger changes, so
It is necessary to confirm that the resulting Z value is inaccurate. Note that the return of a very small photon-limited signal results in division by O.

装置を離して設置すると、それに応じて変動も大きくな
るので、ダイナミック・レンジも大きくなる。この場合
、リアル・タイムのレーザ強度変調が必要となる。
As the devices are placed further apart, the fluctuations will be correspondingly larger and therefore the dynamic range will also be larger. In this case, real-time laser intensity modulation is required.

前述のように、測定装置のダイナミック・レンジは、数
分の1%から1(11)%まで変化する拡散反射に追随
できるだけ大きくなければならない(例えば、標準グレ
イ・スケール・テスト・チャート上の黒から白までの全
領域よりも実質上大きくなければならない)。主に広い
範囲深度を惑知しなければならない応用例においては、
装置を拡張して、暗い離れた目標からの弱小な反射光と
、その近くの明るい目標からの強力な反射光を測定する
。このビジョン装置(ロボット操縦)は、回路基板等の
小さな準平面物の検査に必要な値よりも大きなダイナミ
ック・レンジを必要とする。
As previously mentioned, the dynamic range of the measurement equipment must be large enough to track diffuse reflections that vary from a fraction of a percent to 1 (11)% (e.g., black on a standard gray scale test chart). (must be substantially larger than the entire area from to white). Mainly in applications where wide range depth must be interpreted,
The device is expanded to measure weak reflections from distant, dark targets and strong reflections from nearby bright targets. This vision device (robot steering) requires a dynamic range greater than that required for inspection of small quasi-planar objects such as circuit boards.

この装置は変更して、目標上のある点からの、測定され
る強度に依るレーザ出力を増加・減少させるために帰還
によってダイナミック・レンジを広げることが出来る。
This device can be modified to extend the dynamic range by feedback to increase or decrease the laser power from a point on the target depending on the intensity being measured.

しかし、このような装置においては、データ速度の減少
(少な(とも2つの内の1要素)が起き、さらにZの測
定と全く同じ物体上の物理的な点に相当する反射値が測
定されてしまう。しかし、高速の立ち上がり時間で、I
Wまでの帰還電源出力の高出力レーザ・ダイオードが市
販されているので、帰還回路を実際に組むことは可能で
ある。IWの電源出力によって、装置は、前述の安価な
20mWレーザ・ダイオードによって測定されるよりも
約50倍小さい信号を返還するだけで、物体を測定する
ことが出来る。
However, in such a device, there is a reduction in data rate (by a factor of 2), and a reflection value is measured that corresponds to exactly the same physical point on the object as the Z measurement. However, with a fast rise time, I
Since high power laser diodes with feedback power supply outputs up to W are commercially available, it is possible to actually build a feedback circuit. The power output of the IW allows the device to measure objects that return approximately 50 times less signal than would be measured by the inexpensive 20 mW laser diode described above.

また、お互いに正確にオフセントされている低ヌは中出
力のデュアル・レーザ・ダイオードは市販されており、
「書き込み後の読み出し」技術を用いる光ディスクの検
査に主に応用されている。多くの応用例において、中出
力のレーザはS/Nも良好であり、実用されている。大
きな利点は、各手段間のレジを略完全に維持するための
光−機械ハードウェアを追加する必要がないことである
Additionally, dual low and medium power laser diodes that are precisely offset from each other are commercially available.
It is mainly applied to the inspection of optical discs using "read after write" technology. In many applications, medium-power lasers have good S/N and are in practical use. A major advantage is that there is no need for additional opto-mechanical hardware to maintain nearly perfect registers between each means.

低出力レーザ・ダイオードからのデータはバッファリン
グされ、帰還回路76によって高出力レーザ・ダ・イオ
ードのパルス振幅変調を制限する。
Data from the low power laser diode is buffered and feedback circuit 76 limits pulse amplitude modulation of the high power laser diode.

この意味で、帰還回路は将来的に改造能力を有する。前
記変調器13の代わりに、音響−光変調器が、レーザ光
源の安定性を保つための時変化振幅型レーザ変調の際好
まれ、高速電子−光シヤツターとして機能し得る。
In this sense, the feedback circuit has the ability to be modified in the future. Instead of the modulator 13, an acousto-optic modulator is preferred for time-varying amplitude laser modulation to maintain the stability of the laser source and can function as a high speed electro-optic shutter.

第5図に示すように、信号処理回路51は可変データを
拡張・圧縮し、適当なZ値を得ることが出来、また不正
確な高さ情報を表示する特殊な値を発生することも出来
る。
As shown in FIG. 5, the signal processing circuit 51 can expand and compress variable data to obtain an appropriate Z value, and can also generate special values to display inaccurate height information. .

ブリ・アンプ47及び48は光検出器45及び46の信
号電流1+、Lをそれぞれ相当電圧に変換する。VI 
+■2という合計値は合計回路54によってアナログ信
号に変換され、高速動作の非線形データ変換器56によ
ってディジタル信号に変換される。データをディジタル
化する目的は、回路58のアナログ分割器に必要な約3
:1の範囲に入るようにV、+V2を目盛るために、利
得値(逆機能)を選択する簡易な方法を提供することで
ある。この方法は、AGC回路が長い禁制期間の際信号
をしばしば平均化し、装置の帯域幅を狭める利得制御値
を帰還するという点を除いては、AGC(自動利得調整
)回路と類似するものである。コンバーター56の出力
は利得選択論理回路57に入力され、帰還せずに出力信
号となる。論理回路57によって選択された利得値は、
利得値を選択して、信号V、+V2を3:1の分ける高
精度ブリ・アンプの連設60及び62をプMlグラムす
る。
The amplifiers 47 and 48 convert the signal currents 1+ and L of the photodetectors 45 and 46 into corresponding voltages, respectively. VI
The sum value +2 is converted into an analog signal by the summing circuit 54 and converted into a digital signal by the high speed non-linear data converter 56. The purpose of digitizing the data is that the analog divider of circuit 58 requires approximately 3
To provide a simple method for selecting a gain value (inverse function) in order to scale V and +V2 so that they fall within the range of :1. This method is similar to an AGC (automatic gain control) circuit, except that the AGC circuit often averages the signal during long forbidden periods and returns a gain control value that reduces the bandwidth of the device. . The output of the converter 56 is input to a gain selection logic circuit 57 and becomes an output signal without being fed back. The gain value selected by the logic circuit 57 is
A gain value is selected to program a series of high precision amplifiers 60 and 62 that divide the signals V, +V2 3:1.

前述のように、レーザ光源の変調は情報を装置のノイズ
特性の良い高周波に変換する。回路51は第1及び第2
チヤンネル40及び41の各々に関しノイズ抑圧回路を
有する。
As previously mentioned, modulation of the laser light source converts information to high frequencies that have better noise characteristics for the device. The circuit 51 connects the first and second
A noise suppression circuit is provided for each of channels 40 and 41.

レーザ源12がON状態にある時は、各ノイズ抑圧回路
64又は66(第6図示)の第一の反エイリアシング・
フィルター68は信号変化(高周波ノイズ)をならし、
帯域外ノイズを除去する。
When the laser source 12 is in the ON state, the first anti-aliasing circuit of each noise suppression circuit 64 or 66 (shown in FIG. 6)
The filter 68 smooths out signal changes (high frequency noise),
Remove out-of-band noise.

この高周波ノイズは、既知の(被変調)信号に較べて急
激に変化する。オフ状態の場合には、この急激な変化は
第2の反アリエシング・フィルター68によって除去さ
れる。復調段階はサンプル・ホールド回路70及び72
によって低周波ノイズを除去する。低周波ノイズは装置
のクロック速度に較べてゆっくりと変化する。従って、
その平均値はオフ期間中に回路70によって得られ、基
準電圧を作り出す。基準電圧は、回路72によって得ら
れるオン電圧値から回路74により引かれたものであり
、低周波部を除去する。低周波(1/F。
This high frequency noise changes rapidly compared to the known (modulated) signal. In the off state, this abrupt change is removed by the second anti-aliasing filter 68. The demodulation stage includes sample and hold circuits 70 and 72.
to remove low frequency noise. Low frequency noise changes slowly compared to the clock speed of the device. Therefore,
The average value is obtained by circuit 70 during the off period to create a reference voltage. The reference voltage is subtracted by circuit 74 from the on-voltage value obtained by circuit 72, removing the low frequency portion. Low frequency (1/F.

60ヘルツ等)ノイズの抑圧はダイナミック・レンジを
大きく保つために重要である。
60 Hz, etc.) noise suppression is important to maintain a large dynamic range.

このノイズ抑圧は、従来の映像装置では不可能であった
各画素に対する黒基串レベルを提供することが出来ると
いう利点を有する。黒をIQにすると、信号処理網での
DCオフセットのドリフトをなくすことが出来る。この
結果、信号の忠実度は大幅に改善される。この方法は、
他に自動校正機能も有する。レーザ出力は、光レベルの
遅い項のドリフトが極めて小さいので白を基準にするよ
うに、回路13によって制御される。黒基準は各画像ご
とに行なわれるので、全体の光範囲は画像単位で校正さ
れる。
This noise suppression has the advantage of being able to provide a black base level for each pixel, which is not possible with conventional video devices. By using black as IQ, it is possible to eliminate the drift of DC offset in the signal processing network. As a result, signal fidelity is significantly improved. This method is
It also has an automatic calibration function. The laser output is controlled by circuit 13 so that it is referenced to white since the drift of the slow term in light level is very small. Since the black reference is performed for each image, the entire light range is calibrated on an image-by-image basis.

この後、回路51からの信号は増幅されることが好まし
く、そしてA/Dコンバーター78に結合される。A/
Dコンバーターの代わりに、より大きな検査・比較製品
である従来の映像フレーム・グラバ−にインターフェイ
スすることも出来る。
After this, the signal from circuit 51 is preferably amplified and coupled to A/D converter 78. A/
Instead of a D-converter, it can also interface to a larger test and comparison product, a conventional video frame grabber.

帰還回路76及び信号処理回路51に関して、物体上の
点に対する強度信号vI +■2は、前の範囲外のデー
タ値に対する追加出力80を含む回路51の非線形デー
タ・コンバーター52によって以前と同じに定量化され
る。これらのディジタル値はバッファリングされ、帰還
回路76内の遅延線を介して、変調器13を制御するの
に必要なデータを提供し、被変調信号V、 十V2をブ
リ・スケーラ60及び62、ノイズ抑圧回路64及び6
6、及びディバイダー58の範囲内に納める。
With respect to the feedback circuit 76 and the signal processing circuit 51, the intensity signal vI +■2 for a point on the object is quantified as before by the nonlinear data converter 52 of the circuit 51, which includes an additional output 80 for data values outside the previous range. be converted into These digital values are buffered and passed through a delay line in a feedback circuit 76 to provide the data necessary to control the modulator 13 and to pass the modulated signal V, V2 to the digital scalers 60 and 62, Noise suppression circuits 64 and 6
6, and within the range of the divider 58.

非線形データ・コンバーターは拡張して、費用、回路基
板の大きさ、速さの条件、及びレーザーの出力範囲とい
う実用条件の範囲内にて任意に広い範囲に調節すること
が出来る。この結果、三次元データが一定の既知のオフ
セットによって強度データに関して遅延するという点を
除いては、前の(三次元プラス、ダレイスケイル装置)
と同一である。実用すると、強度の変化線と奥行き情報
を得ることが出来る。
Nonlinear data converters can be scaled to arbitrarily wide ranges within practical conditions of cost, circuit board size, speed requirements, and laser power range. As a result, the previous (three-dimensional plus, Daleyscale apparatus)
is the same as When put into practice, it is possible to obtain intensity change lines and depth information.

上記の方法及び装置は数多くの利点を有する。The above method and apparatus have a number of advantages.

例えば、高解像であり、十分な三次元情報を得る映像速
度にて測定を行なうことが出来る。また、この方法及び
装置は安価に正確な映像フレーム速度にて奥行き感知を
行なうことが出来る。
For example, measurements can be performed at an imaging speed that provides high resolution and sufficient three-dimensional information. The method and apparatus also provide depth sensing at an accurate video frame rate at low cost.

本検出方法は第1図及び2図に示す標準的な三角測量技
術に加えて、その他の三次元結像幾何学にも応用できる
。例えば、研究文献に依れば、影及び吸収は略同軸の照
光ビーム、集光装置、及びCCD検出アレーを用いる簡
易な方法によって完全に防止することが出来る。本装置
の検出器は、マスクが広く透明なため、必要な光学装置
が不十分なため、低レベルの光に反応することが出来な
いし、速さにも制限される。しかし、一部を改造して、
光学容器の物理的大きさをわずかに大きくするだけで、
本発明は低レベルの光においても高速三次元感知を行な
うことが出来る。
In addition to the standard triangulation techniques shown in Figures 1 and 2, the detection method can also be applied to other three-dimensional imaging geometries. For example, the research literature shows that shadows and absorption can be completely prevented by a simple method using approximately coaxial illumination beams, focusing devices, and CCD detection arrays. The device's detector is unable to respond to low levels of light and is limited in speed because the mask is wide and transparent, the required optics are inadequate, and the detector is limited in speed. However, with some modifications,
By simply increasing the physical size of the optical container,
The present invention is capable of high-speed three-dimensional sensing even at low levels of light.

以上、本発明の好適実施例を詳述した。しかし、当業者
の理解できるように、本発明は本特許請求の範囲に記載
されるように、上記実施例に限定されないものとする。
The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, as will be appreciated by those skilled in the art, the invention is not limited to the above embodiments, as set forth in the claims.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明により、以下のような効果が生ずる。 The present invention provides the following effects.

本発明による方法及び装置は、比較的安価で、映像速度
にて、物体を完全な三次元にて測定することが出来、ま
たダイナミック・レンジの広い高速回路によって低レベ
ルの光の場合にも測定することが出来る。
The method and apparatus according to the invention are relatively inexpensive, are capable of measuring objects in full three dimensions at video speeds, and are capable of measuring objects at low levels of light using high-speed circuits with a wide dynamic range. You can.

本測定装置は、範囲と強度データの両方を得ることが出
来るので、検査/検量装置に組み込むことが出来る。ま
た、線走査の場合には、静止した大きな物体をも高解像
度にて検査することが出来る。
The measuring device can be integrated into inspection/calibration equipment since it can obtain both range and intensity data. Furthermore, in the case of line scanning, even stationary large objects can be inspected with high resolution.

本発明は次のように、従来技術の問題点を解決すること
が出来る。
The present invention can solve the problems of the prior art as follows.

(1)空間的に滑らかな構成なので、光斑/線変換用の
プログラム可能なマスクを含めた位置感知フィルター内
にて、読み込みの誤りを減少することが出来る。
(1) The spatially smooth configuration reduces reading errors in position sensitive filters, including programmable masks for spot/line conversion.

(2)プログラム可能なマスクによって、複合的な11
に乱光を除去することが出来る。
(2) Programmable masks allow multiple 11
Scattered light can be removed.

(3)ダイナミック・レンジの広い帰還型高速信号処理
装置によって、レーザ光源を変調することが出来る。
(3) A laser light source can be modulated by a feedback type high-speed signal processing device with a wide dynamic range.

(4)検出器によって、ノイズ・ショット機能を得るこ
とが出来る。
(4) Noise shot function can be obtained by the detector.

(5)  レーザ光源を変調する結果、ノイズ帯域幅を
狭くすることが出来る。
(5) As a result of modulating the laser light source, the noise bandwidth can be narrowed.

また、帰還回路によって、緩衝される一列の強度データ
を最初に得るので、ダイナミック・レンジを広げること
が出来、また後続の列のレーザー光を振幅変調すること
が出来る。
Furthermore, since the feedback circuit first obtains the buffered intensity data of one row, the dynamic range can be widened, and the laser beams of the subsequent rows can be amplitude-modulated.

正確にズラした2つのレーザ・ダイオードによって、空
間レジを維持することが出来る。
Spatial registration can be maintained by two precisely offset laser diodes.

TTL変調によって、オン・オフ期間ごとに別々の信号
処理動作を行なうことが出来る。
TTL modulation allows separate signal processing operations to be performed for each on/off period.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は基本的な三角測量法、即ち光線の構成概念を示
す概略図であり、第2図は第1図の各変数の関係を示す
2つの数式表示図であり、第3図は本発明方法及び装置
に用いる一式の光学部品・検出部・信号処理回路を示す
概略図であり、第4図は本発明方法及び装置を示す信号
処理のブロック図であり、第5図は第3図の信号処理回
路のより詳細な概略図であり、第6図は第5図のノイズ
抑圧回路の詳細なブロック図である。 10・・・・・・高速三次元測定装置、12・・・・・
・レーザ及び集光レンズ・アセンブリ、18・・・・・
・被測定物体、 20・・・・・・試料台(基卓平面)、22・・・・・
・スキャナー及び光線形成・集光光学系、26・・・・
・・焦点レンズ、 28・・・・・・検出素子、 33・・・・・・マスク、 36・・・・・・可変フィルター、 39・・・・・・ビーム・スプリッター(光線分割器)
、42.43・・・・・・鏡、 54・・・・・・合計回路(サミング回路)、58・・
・・・・ディバイダー、 70.72・・・・・・サンプル・ホールド回路。 図面の浄書(内容に変更なし) 〜、!
Figure 1 is a schematic diagram showing the basic triangulation method, that is, the concept of ray construction, Figure 2 is a diagram showing two mathematical expressions showing the relationship between the variables in Figure 1, and Figure 3 is a diagram showing the basic triangulation method, that is, the concept of ray construction. FIG. 4 is a schematic diagram showing a set of optical components, a detection unit, and a signal processing circuit used in the method and device of the invention, FIG. 4 is a block diagram of signal processing showing the method and device of the invention, and FIG. 5 is the same as FIG. 6 is a more detailed schematic diagram of the signal processing circuit of FIG. 5, and FIG. 6 is a detailed block diagram of the noise suppression circuit of FIG. 10...High-speed three-dimensional measuring device, 12...
・Laser and condensing lens assembly, 18...
・Object to be measured, 20... Sample stand (base plane), 22...
・Scanner and beam forming/focusing optical system, 26...
... Focus lens, 28 ... Detection element, 33 ... Mask, 36 ... Variable filter, 39 ... Beam splitter (light beam splitter)
, 42.43... mirror, 54... total circuit (summing circuit), 58...
...Divider, 70.72...Sample and hold circuit. Engraving of the drawing (no changes to the content) ~,!

Claims (31)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)制御された光線を第一所定角にて物体の表面に走
査し、反射光信号を発生させる過程と、前記反射光信号
を一対の光学部品によって第二角にて受信する過程と、 前記受信した信号を空間的にフィルターを通し、滑らか
にする過程と、 前記受信した信号を第一光線と基準光線に光学的に分割
する過程と、 前記第一光線と前記基準光線の放射エネルギーを各々測
定し、測定値に比例した第一及び第二電気信号を形成す
る過程と、 前記第一及び第二の電気信号を正規化し、所定の範囲内
に納める過程と、 前記正規化された電気信号から、前記第一光線の図心値
を計算する過程とから成り、試料台の前記物体を高速度
で三次元測定し、前記物体に関連する立体情報を形成す
る高速三次元測定方法。
(1) scanning a surface of an object with a controlled light beam at a first predetermined angle to generate a reflected light signal; and receiving the reflected light signal at a second angle by a pair of optical components; spatially filtering and smoothing the received signal; optically splitting the received signal into a first beam and a reference beam; and dividing the radiant energy of the first beam and the reference beam. measuring each and forming first and second electrical signals proportional to the measured values; normalizing the first and second electrical signals and keeping them within a predetermined range; and the normalized electrical signals. A high-speed three-dimensional measurement method, comprising the step of calculating a centroid value of the first ray from a signal, three-dimensionally measuring the object on a sample stage at high speed and forming three-dimensional information related to the object.
(2)制御された光線を第一所定角にて物体の表面に走
査し、反射光信号を発生させる過程と、前記反射光信号
を一対の光学部品によって第二角にて受信する過程と、 前記受信した信号を空間的にフィルターを通し、滑らか
にする過程と、 前記受信した信号を第一光線と第二光線に光学的に分割
する過程と、 前記第一光線の一部を前記第二角にて伝搬する過程と、 前記第一光線の前記伝搬部と前記第二光線の反射エネル
ギーを各々測定し、測定値に比例した第一及び第二の電
気信号を形成する過程と、前記第一及び第二の電気信号
を正規化し、所定の範囲内に納める過程と、 前記正規化された電気信号から、前記第一光線の図心値
を計算する過程とから成り、試料台の前記物体を高速度
で三次元測定し、前記物体に関連する立体情報を形成す
る高速三次元測定方法。
(2) scanning a surface of an object with a controlled light beam at a first predetermined angle to generate a reflected light signal; and receiving the reflected light signal at a second angle by a pair of optical components; spatially filtering and smoothing the received signal; optically splitting the received signal into a first beam and a second beam; and dividing a portion of the first beam into the second beam. measuring the reflected energy of the propagating portion of the first beam and the second beam, respectively, and forming first and second electrical signals proportional to the measured values; The first and second electrical signals are normalized to fall within a predetermined range, and the centroid value of the first ray is calculated from the normalized electrical signals. A high-speed three-dimensional measurement method for three-dimensionally measuring an object at high speed and forming three-dimensional information related to the object.
(3)前記正規化過程が第一及び第二信号を合計し、所
定範囲内に入るような正規化信号を形成する過程を含み
、かつ前記図心を前記正規化合計から計算する特許請求
の範囲第1項及び第2項記載の方法。
(3) The normalization step includes the step of summing the first and second signals to form a normalized signal that falls within a predetermined range, and the centroid is calculated from the normalized sum. The method described in Scope 1 and 2.
(4)前記第一及び第二電気信号がアナログ形式であり
、かつ前記正規化過程が第一及び第二電気信号をディジ
タル化し、所定範囲内に納める過程を含む特許請求の範
囲第1項及び第2項記載の方法。
(4) The first and second electrical signals are in analog format, and the normalizing step includes the step of digitizing the first and second electrical signals and keeping them within a predetermined range. The method described in Section 2.
(5)前記制御された光を変調し、前記制御された光の
周波数を所定周波数帯域に変更する過程と、前記第一及
び第二の電気信号を復調する過程を含む特許請求の範囲
第4項記載の方法。
(5) Claim 4, which includes a step of modulating the controlled light and changing the frequency of the controlled light to a predetermined frequency band, and a step of demodulating the first and second electrical signals. The method described in section.
(6)前記復調過程が、前記所定周波数帯域を有する伝
搬帯域のフィルターによって前記第一及び第二電気信号
からノイズを除去する過程を含む特許請求の範囲第5項
記載の方法。
(6) The method according to claim 5, wherein the demodulation step includes a step of removing noise from the first and second electrical signals by a propagation band filter having the predetermined frequency band.
(7)前記空間的にフィルターを通し、滑らかにする工
程が、前記観測点の前記物体の高さと相関するプログラ
ム可能なマスクを利用する特許請求の範囲第1項及び第
2項記載の方法。
7. The method of claim 1, wherein the spatially filtering and smoothing step utilizes a programmable mask that correlates to the height of the object at the observation point.
(8)前記空間的にフィルターを通し、滑らかにする工
程が、前記受信光信号から光斑を形する工程と、前記光
斑を1本の線状光に変換する過程を含む特許請求の範囲
第7項記載の方法。
(8) The spatially filtering and smoothing step includes a step of forming a light spot from the received optical signal, and a step of converting the light spot into a single linear light. The method described in section.
(9)前記空間的にフィルターを通し、滑らかにする工
程が、前記一対の光学部品の空間フィルターを利用する
特許請求の範囲第8項記載の方法。
9. The method of claim 8, wherein said spatially filtering and smoothing step utilizes a spatial filter of said pair of optical components.
(10)前記測定過程の前に、前記第一及び第二の分割
光線を前記所定の隣接位置に結像させる工程を含む特許
請求の範囲第1項及び第2項に記載の方法。
(10) The method according to Claims 1 and 2, including the step of focusing the first and second split light beams on the predetermined adjacent positions before the measurement step.
(11)制御され変調された光線を第一所定角にて物体
の表面に走査し、反射光信号を発生させる過程と、 前記反射光信号を一対の光学部品によって第二角にて受
信する過程と、 前記受信した信号を前記一対の光学部品によって空間的
にフィルターを通し、滑らかにする過程と、 前記受信した信号を第一光線と基準光線に光学的に分割
する過程と、 前記第一光線と前記基準光線の放射エネルギーを各々測
定し、測定値に比例した第一及び第二電気信号を形成す
る過程と、 前記第一及び第二の電気信号を正規化及び縮尺し、所定
の範囲内に納める過程と、 前記縮尺された第一及び第二の電気信号を復調する過程
と、 前記復調された信号から、前記第一光線の図心値を計算
する過程とから成り、試料台の前記物体を高速度で三次
元測定し、前記物体に関連する立体情報を形成する高速
三次元測定方法。
(11) scanning a surface of an object with a controlled and modulated light beam at a first predetermined angle to generate a reflected light signal; and receiving the reflected light signal at a second angle by a pair of optical components. spatially filtering and smoothing the received signal by the pair of optical components; optically splitting the received signal into a first beam and a reference beam; and the first beam. and forming first and second electrical signals proportional to the measured values; and normalizing and scaling the first and second electrical signals to within a predetermined range. demodulating the scaled first and second electrical signals; calculating the centroid value of the first ray from the demodulated signals; A high-speed three-dimensional measurement method for three-dimensionally measuring an object at high speed and forming three-dimensional information related to the object.
(12)(a)制御された光線を第一所定角にて物体の
表面に走査し、反射光信号を発生させる過程と、(b)
前記反射信号を一対の光学部品によって第二角にて受信
する過程と、 (c)前記受信した光信号を前記一対の光学部品によっ
て空間的にフィルターを通し、滑らかにする過程と、 (d)前記受信した信号を第一光線と基準光線に光学的
に分割する過程と、 (e)前記第一光線と前記基準光線の放射エネルギーを
各々測定し、測定値に比例した第一及び第二電気信号を
形成する過程と、 前記一対の電気信号によって帰還信号を発生する過程と
、 前記帰還信号を利用し、前記制御された光の光源の変調
を制御する過程と、 前記制御された光を前記過程(a)乃至(e)において
利用する過程と、 前記第二の一対の電気信号を正規化及び縮尺し、所定の
範囲内に納める過程と、 前記復調信号から、前記第二の一対の電気信号の第一分
割光線の図心値を計算する工程とから成り、試料台の前
記物体を高速度で三次元測定し、前記物体に関連する立
体情報を形成する高速三次元測定方法。
(12) (a) scanning a surface of an object with a controlled light beam at a first predetermined angle to generate a reflected light signal; and (b)
(c) spatially filtering and smoothing the received optical signal by the pair of optical components; (d) receiving the reflected signal at a second corner by a pair of optical components; optically splitting the received signal into a first beam and a reference beam; (e) measuring the radiant energy of the first beam and the reference beam, respectively, and applying first and second electric charges proportional to the measured values; a step of forming a signal; a step of generating a feedback signal using the pair of electrical signals; a step of using the feedback signal to control modulation of a light source of the controlled light; a process for use in steps (a) to (e); a process for normalizing and scaling the second pair of electrical signals to fit them within a predetermined range; A high-speed three-dimensional measurement method, comprising the step of calculating a centroid value of a first split beam of a signal, three-dimensionally measuring the object on a sample stage at high speed and forming three-dimensional information related to the object.
(13)制御された光線を第一所定角にて物体の表面に
走査し、反射光信号を発生させる光源と、前記反射光信
号を第二角にて受信し、前記受信した信号を空間的にフ
ィルターを通し、滑らかにし、前記受信した信号を第一
光線と基準光線に光学的に分割する一対の光学部品と、 前記第一光線と前記基準光線の放射エネルギーを各々測
定し、測定値に比例した第一及び第二電気信号を形成す
る第一及び第二測定手段と、前記第一及び第二の電気信
号を正規化し、所定の範囲内に納め、前記正規化された
電気信号から前記第一光線の図心値を計算する信号処理
手段とから成り、試料台の前記物体を高速度で三次元測
定し、前記物体に関連する立体情報を形成する高速三次
元測定装置。
(13) a light source that scans a surface of an object with a controlled light beam at a first predetermined angle to generate a reflected light signal; and a light source that receives the reflected light signal at a second angle and spatially transmits the received signal. a pair of optical components for filtering, smoothing, and optically splitting the received signal into a first beam and a reference beam; and measuring the radiant energy of the first beam and the reference beam, respectively, and converting the received signal into a measured value. first and second measuring means for forming proportional first and second electrical signals; and normalizing said first and second electrical signals to within a predetermined range and determining from said normalized electrical signals said A high-speed three-dimensional measuring device, comprising a signal processing means for calculating a centroid value of a first ray, and three-dimensionally measuring the object on the sample stage at high speed to form three-dimensional information related to the object.
(14)制御された光線を第一所定角にて物体の表面に
走査し、反射光信号を発生させる光源と、前記反射光信
号を第二角にて受信し、前記受信した信号を空間的にフ
ィルターを通し、滑らかにし、前記受信した信号を第一
光線と第二光線に光学的に分割し、伝搬手段によって前
記第一光線の一部を前記第二角にて伝搬する一対の光学
部品と、 前記第一光線の前記伝搬部と前記第二光線の放射エネル
ギーを各々測定し、測定値に比例した第一及び第二の電
気信号を形成する第一及び第二の測定手段と、 前記第一及び第二の電気信号を正規化し、所定の範囲内
に納め、前記正規化された電気信号から前記第一光線の
図心値を計算する信号処理手段とから成り、試料台の前
記物体を高速度で三次元測定し、前記物体に関連する立
体情報を形成する高速三次元測定装置。
(14) a light source that scans a surface of an object with a controlled light beam at a first predetermined angle to generate a reflected light signal; and a light source that receives the reflected light signal at a second angle and spatially a pair of optical components for filtering, smoothing and optically splitting the received signal into a first beam and a second beam, and propagating a portion of the first beam at the second corner by a propagation means; and first and second measuring means for measuring the radiant energy of the propagation portion of the first beam and the second beam, respectively, and forming first and second electrical signals proportional to the measured values; a signal processing means for normalizing the first and second electrical signals, keeping them within a predetermined range, and calculating a centroid value of the first ray from the normalized electrical signals; A high-speed three-dimensional measurement device that measures three-dimensional objects at high speed and forms three-dimensional information related to the objects.
(15)前記信号処理手段が、第一及び第二信号を合計
し、所定範囲内に入るような正規化信号を形成する合計
回路を含み、かつ前記図心を前記正規化合計から計算す
る特許請求の範囲第13項及び第14項記載の装置。
(15) A patent in which the signal processing means includes a summation circuit that sums the first and second signals to form a normalized signal that falls within a predetermined range, and calculates the centroid from the normalized sum. Apparatus according to claims 13 and 14.
(16)前記第一及び第二電気信号がアナログ形式であ
り、かつ前記信号処理手段が第一及び第二電気信号をデ
ィジタル化する発生手段を有する特許請求の範囲第13
項及び第14項記載の装置。
(16) Claim 13, wherein the first and second electrical signals are in analog format, and the signal processing means includes generating means for digitizing the first and second electrical signals.
15. Apparatus according to paragraphs 1 and 14.
(17)前記信号処理手段が、前記発生手段に結合し、
かつ前記ディジタル信号を利用し、前記第一及び第二電
気信号を所定範囲内に納める縮尺手段を含む特許請求の
範囲第16項記載の装置。
(17) the signal processing means is coupled to the generation means;
17. The apparatus of claim 16, further comprising scaling means utilizing said digital signal to fit said first and second electrical signals within a predetermined range.
(18)前記縮尺手段が、前記ディジタル信号に応じて
前記第一及び第二の電気信号を選択的に増幅する一対の
プログラム可能な増幅器を含む特許請求の範囲第17項
記載の装置。
18. The apparatus of claim 17, wherein said scaling means includes a pair of programmable amplifiers for selectively amplifying said first and second electrical signals in response to said digital signal.
(19)前記制御された光を変調し、前記制御された光
の周波数を所定周波数帯域に変更する変調手段を含み、
かつ前記信号処理手段が第一及び第二のディジタル信号
を復調する復調器を含む特許請求の範囲第18項記載の
装置。
(19) comprising modulation means for modulating the controlled light and changing the frequency of the controlled light to a predetermined frequency band;
19. The apparatus of claim 18, wherein said signal processing means includes a demodulator for demodulating the first and second digital signals.
(20)前記復調器が、前記第一及び第二電気信号手段
からノイズを除去し、前記所定周波数帯域を有する伝搬
帯域のフィルターを含む特許請求の範囲第19項記載の
装置。
20. The apparatus of claim 19, wherein said demodulator includes a filter for removing noise from said first and second electrical signal means and having a propagation band having said predetermined frequency band.
(21)前記一対の光学部品が、前記観測点の前記物体
の高さと相関するプログラム可能なマスクを有する、前
記受光信号を前記空間的にフィルターを通し、滑らかに
する手段を含む特許請求の範囲第13項記載の装置。
(21) The pair of optical components includes means for spatially filtering and smoothing the received light signal, the pair of optical components having a programmable mask that correlates with the height of the object at the observation point. Apparatus according to clause 13.
(22)前記一対の光学部品が、前記受信光信号から光
斑を形成する拡散器と、前記光斑を1本の線状光に変換
する光斑−光線変換器とを含んだ、前記受光信号を前記
空間的にフィルターを通し、滑らかにする手段を含む特
許請求の範囲第13項記載の装置。
(22) The pair of optical components includes a diffuser that forms a light spot from the received light signal, and a light spot-to-light converter that converts the light spot into one linear light. 14. The apparatus of claim 13 including spatially filtering and smoothing means.
(23)前記空間的にフィルターを通し、滑らかにする
手段が、前記一対の光学部品の空間フィルターを含む特
許請求の範囲第22項記載の装置。
23. The apparatus of claim 22, wherein said spatially filtering and smoothing means comprises a spatial filter of said pair of optical components.
(24)前記一対の光学部品が、前記第一及び第二の分
割光線を前記所定の隣接位置に結像させる結像手段を含
む特許請求の範囲第13項及び第14項記載の装置。
(24) The apparatus according to Claims 13 and 14, wherein the pair of optical components includes an imaging means for imaging the first and second divided light beams at the predetermined adjacent positions.
(25)前記第一及び第二測定手段が、前記放射エネル
ギーを電流に変換する単一の光検出器を含む特許請求の
範囲第13項及び第14項記載の装置。
25. The apparatus of claims 13 and 14, wherein the first and second measuring means include a single photodetector that converts the radiant energy into an electric current.
(26)前記各光検出器が半導体装置である特許請求の
範囲第25項記載の装置。
(26) The device according to claim 25, wherein each of the photodetectors is a semiconductor device.
(27)前記一対の光学部品が、前記受光信号を第一及
び第二の分割光線に光学的に分割する分割手段を含む特
許請求の範囲第13項及び第14項記載の装置。
(27) The device according to claims 13 and 14, wherein the pair of optical components includes splitting means for optically splitting the received light signal into first and second split beams.
(28)前記光源がレーザ・スキャナーである特許請求
の範囲第13項及び第14項記載の装置。
(28) The apparatus according to claims 13 and 14, wherein the light source is a laser scanner.
(29)前記レーザ・スキャナがフライング・スポット
・レーザ・スキャナである特許請求の範囲第28項記載
の装置。
(29) The apparatus of claim 28, wherein the laser scanner is a flying spot laser scanner.
(30)制御され変調された光線を第一所定角にて物体
の表面に走査し、反射光信号を発生させる光源と、 前記受信した信号を空間的にフィルターを通し滑らかに
する手段と、前記受信した信号を第一光線と基準光線に
光学的に分割する分割手段とを含み、前記反射光信号を
第二角にて受信する一対の光学部品と、 前記第一光線と前記基準光線の放射エネルギーを各々測
定し、測定値に比例した第一及び第二電気信号を形成す
る第一及び第二測定手段と、前記第一及び第二の電気信
号を縮尺し所定の範囲内に納める縮尺手段と、前記第一
及び第二の電気信号を復調しノイズを減少させる復調器
とを含み、前記復調された信号から前記第一光線の図心
値を計算し、前記第一及び第二電気信号を正規化する信
号処理手段とから成り、試料台の前記物体を高速度で三
次元測定し、前記物体に関連する立体情報を形成する高
速三次元測定装置。
(30) a light source for scanning a surface of an object at a first predetermined angle with a controlled, modulated beam of light to generate a reflected optical signal; and means for spatially filtering and smoothing the received signal; a pair of optical components receiving the reflected optical signal at a second corner, the splitting means optically splitting the received signal into a first beam and a reference beam; and a pair of optical components receiving the reflected optical signal at a second corner; first and second measuring means for respectively measuring energy and forming first and second electrical signals proportional to the measured values; and scaling means for scaling the first and second electrical signals to fit within a predetermined range. and a demodulator that demodulates the first and second electrical signals to reduce noise, and calculates a centroid value of the first beam from the demodulated signals; A high-speed three-dimensional measuring device, comprising: a signal processing means for normalizing the object;
(31)制御され変調された第一及び第二光線を第一所
定角にて連続走査し、反射光信号を発生させる第1及び
第2光源を含む光源と、 前記反射信号を第二角にて受信し、前記受信した信号を
空間的にフィルターを通し、滑らかにする手段と、前記
受信した信号を一対の第一光線と一対の基準光線に光学
的に分割する分割手段とを含む一対の光学部品と、 前記一対の第一光線と前記一対の基準光線の放射エネル
ギーを各々測定し、測定値に比例した一対の第一及び一
対の第二の電気信号を形成する第一及び第二測定手段と
、 前記一対の第一電気信号によって帰還信号を発生し、第
2光源の変調を制御し、ノイズ抑圧を改善し、ダイナミ
ック・レンジを広げる帰還手段と、 前記一対の第一及び前記一対の第二の電気信号を縮尺し
所定の範囲内に納める縮尺手段と、前記一対の第一及び
前記一対の第二電気信号を復調しノイズを減少させる復
調器とを含み、前記復調された信号から前記第一信号に
対する前記一対の第二電気信号の図心値を計算し、前記
第一及び第二電気信号を正規化する信号処理手段とから
成り、試料台の前記物体を高速度で三次元測定し、前記
物体に関連する立体情報を形成する高速三次元測定装置
(31) a light source including first and second light sources that continuously scan controlled and modulated first and second light beams at a first predetermined angle to generate a reflected optical signal; a pair of splitting means for optically splitting the received signal into a pair of first beams and a pair of reference beams; an optical component; first and second measurements for measuring the radiant energy of the pair of first beams and the pair of reference beams, respectively, and forming a pair of first and a pair of second electrical signals proportional to the measured values; means for generating a feedback signal with a first electrical signal of the pair to control modulation of a second light source, improve noise suppression, and widen the dynamic range; a scaling means for scaling the second electrical signal to fit within a predetermined range; and a demodulator for demodulating the pair of first and the pair of second electrical signals to reduce noise; signal processing means for calculating the centroid value of the pair of second electric signals with respect to the first signal and normalizing the first and second electric signals; A high-speed three-dimensional measurement device that measures and forms stereoscopic information related to said object.
JP13105387A 1986-05-27 1987-05-27 High-speed three-dimensional measuring method and device Pending JPS6361110A (en)

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