JPH08219733A - 三次元スキャナ - Google Patents

三次元スキャナ

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JPH08219733A
JPH08219733A JP2564695A JP2564695A JPH08219733A JP H08219733 A JPH08219733 A JP H08219733A JP 2564695 A JP2564695 A JP 2564695A JP 2564695 A JP2564695 A JP 2564695A JP H08219733 A JPH08219733 A JP H08219733A
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JP
Japan
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light
light projecting
dimensional scanner
projecting
receiving element
Prior art date
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Pending
Application number
JP2564695A
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English (en)
Inventor
Takeshi Nomura
剛 野村
Kohei Hamamura
公平 浜村
Seiji Hamano
誠司 濱野
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械的な誤差による位置検出誤差を無くして
高精度の位置検出を行なえる三次元スキャナを提供す
る。 【構成】 一次元又は二次元配列された多数の投光点2
から順次対象物4に向けて平行なビーム光を照射可能な
投光手段1と、照射された光の対象物4による散乱光を
受光する受光素子5とを備え、対象物4に対して光を照
射走査する位置を投光点2の位置によって規定し、高い
位置精度でx方向位置を特定できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光を対象物に照射し、
その散乱光を受光素子にて受光し、対象物に向けて照射
した光の照射位置と受光素子における受光位置とから三
角測量に基づいて対象物における光が照射された点の位
置を測定し、光の照射位置を二次元に走査することによ
って対象物の三次元形状を測定する三次元スキャナに関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の三次元スキャナの一構成例を図6
を参照して説明する。光源21からの光をガルバノミラ
ー22で反射させ、固定鏡23を介して対象物24に照
射し、その散乱光を固定鏡25を介してガルバノミラー
22の裏面で反射させて受光素子26にて受光するよう
に構成されている。この場合、光源21からの光はガル
バノミラー22の回転によってx方向に走査され、対象
物24に対してx方向のライン状に光が照射され、x方
向の各照射位置に対するz方向の位置が受光素子26に
おける受光位置で測定される。そして、これをy方向に
走査することによって対象物の三次元形状が測定され
る。
【0003】次に、他の構成例を図7を参照して説明す
る。光源31からの光が集光レンズ32を通ってガルバ
ノミラー33で反射し、ハーフミラー34で一部の光を
反射させてx方向検知素子35に入射させてx方向の照
射位置を検知し、ハーフミラー34を透過した光を対象
物36に照射し、その散乱光を受光レンズ37を介して
z方向検知素子38で受光し、その受光位置でx方向の
各照射位置に対するz方向の位置を測定するように構成
されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれの三次元スキャナにおいても、ガルバノミラー2
2、33にて対象物24、36に照射する光をx方向に
ライン状に走査させているため、ガルバノミラー22、
33の機械的ギャップ等に起因してx方向の位置誤差を
生じ、高精度に位置測定するためにはこのギャップによ
る位置誤差を無くす必要があるという問題があった。
【0005】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、機械
的な誤差による位置検出誤差を無くして高精度の位置検
出を行なうことができる三次元スキャナを提供すること
を目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本願の第1発明の三次元
スキャナは、一次元配列された多数の投光点から順次対
象物に向けて平行なビーム光を照射可能な投光手段と、
照射された光の対象物による散乱光を受光する受光素子
とを備えたことを特徴とする。
【0007】又、本願の第2発明の三次元スキャナは、
上記投光点を二次元配列したことを特徴とする。
【0008】投光手段は、光源と、配列された多数の開
閉可能な投光穴を有するスイッチ素子から成る構成、又
は配列された多数の発光可能な発光手段を有する構成と
することができる。
【0009】好適には各発光手段が、発光素子と、光フ
ァイバと、投光レンズにて構成され、若しくは投光手段
が、発光素子アレイと投光レンズにて構成される。
【0010】
【作用】本願の第1発明によれば、対象物に対してビー
ム光を照射走査する一方向(x方向)の照射位置が一次
元配列された多数の投光点の各位置によって規定される
ので、機械的な誤差を生じる恐れがまったくなく、高い
位置精度でx方向位置が特定され、x方向の各照射位置
毎に対象物による散乱光を受光素子で受光してその受光
位置によって対象物の各x方向位置におけるもう一方向
(z方向)の位置が測定される。なお、このx方向にラ
イン状にz方向位置を測定する動作をy方向に走査しな
がら繰り返すことにより、対象物の三次元形状が測定さ
れる。
【0011】また、第2発明では投光点を二次元配列し
ているので、y方向の走査回数を少なくできるとともに
y方向の位置精度も高くなり、高速にて高精度の位置測
定が可能となる。
【0012】また、投光手段を、光源と、配列された多
数の開閉可能な投光穴を有するスイッチ素子から成る構
成、又は配列された多数の発光可能な発光手段を有する
構成とすることにより、投光点から順次ビーム光を照射
する制御を、各投光穴の開閉制御又は各発光手段の発光
制御によって高い信頼性を持ってかつ高速にて行なうこ
とができる。
【0013】また、各発光手段を発光素子と光ファイバ
と投光レンズにて構成すると、その光ファイバの先端を
配列することにより、また投光手段を発光素子アレイと
投光レンズにて構成しても、微細な測定点ピッチを容易
に確保することができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例の三次元スキャナに
ついて、図1〜図3を参照して説明する。
【0015】1は投光手段で、多数の投光点2(21
2 ・・2i ・・2n )が直線的に配設されている。こ
れらの投光点2は、各別に順番に開閉することができる
多数の投光穴を直線的に配設してなるスイッチ素子3に
て構成され、このスイッチ素子3の上部に、各投光穴を
通して平行なビーム光を対象物4に向けて照射する光源
(図示せず)が配設されている。また、スイッチ素子3
としては、各投光穴を電気的に開閉できる液晶やPLZ
T等のスイッチング素子を適用できるが、その他機械的
又は光学的に開閉するものでもよい。また、液晶スイッ
チング素子を適用する場合、強誘電体液晶素子を用いる
ことにより高速開閉を実現することができる。
【0016】5は、対象物4からの散乱光を受光レンズ
(図示せず)を介して受光し、その受光位置61 ・・6
i 、6j 、・・6n を検出する受光素子である。7は照
射ビーム光、8は対象物4からの散乱光である。
【0017】以上の構成において、対象物4に向けて各
投光点2から順次照射ビーム光7が照射されると、対象
物4での散乱光8が受光素子5で受光される。例えば、
図1、図2において、投光点21 から対象物4に向けて
照射ビーム光7を照射したとき、対象物4での散乱光8
が受光素子5の受光位置6i で受光される。一方、対象
物4がz方向に下がった位置にある場合は、散乱光8が
受光位置6j で受光される。その結果、図3に示すよう
に、対象物4のz方向のへこみ量h1 は、式h1 ∝h1'
, 1 ∝(6i −6j )で表され、計算される。また、
x方向の位置は投光点2の位置で特定され、対象物4の
形状が(xi ,hi )で認識される。
【0018】次に、図4、図5を参照して他の実施例を
説明する。上記実施例においては、21 〜2n の範囲の
ビーム光を対象物4に照射し、その散乱光8を受光素子
5に結像するためには、受光素子5の幅(250分の1
〜1000分の1の幅)に光を収束させる必要があり、
これは光学的に見て対象物4と受光素子5の距離を大き
くする必要があり、投光手段1と受光素子5を収納する
筐体が大きくなるという不都合がある。そこで、本実施
例では、同一平面10上に投光手段1と受光素子5を配
設したもので、投光手段1の長さ(投光点21 〜2n
間の距離)に対して受光素子5の長さ(2分の1〜5分
の1)に光を収束させるだけで良く、光学的に投光手段
1と受光素子5を収納する筐体を小さくすることができ
る。
【0019】また、本実施例の投光手段1は、半導体レ
ーザ12と集光レンズ13から成る多数の発光手段11
と、各発光手段11からの光を一次元配列された各投光
点2に伝送する光ファイバ14と、光ファイバ14の先
端を各投光点2に対応させて固定具15と各投光点2に
配設した投光レンズ16にて構成されている。
【0020】本実施例では投光手段1と受光素子5が同
一平面10に位置しているので、受光素子5が投光手段
1の投光点2のx方向成分も感知してしまう。すなわ
ち、図5において、投光手段1の投光点2j から出た光
は、対象物4のp点に当たって反射し、受光素子5の6
j の位置に結像する。一方、投光点2k から出た光が対
象物4のr点に当たった場合は受光素子5の6k1の位置
に結像し、6j と6k1は同じ位置となる。そのため、z
方向の距離は、投光点が2k の場合はH+h1 、投光穴
が2j の場合はHであるにもかかわらず、両者を判別で
きない。そこで、本実施例では、距離Hの時の各投光点
・・2i ・・2k ・・2j ・・からの投光時の受光位置
を予め実験で求めておき、投光位置と受光位置からz方
向の距離を演算して求められるようにする必要がある。
例えば、z方向の距離Hで、2i の投光位置の場合に受
光位置が6i となり、2j の投光位置の場合に受光位置
が6j になるとして、2i からの投光で受光位置が6i1
となった場合にそのz方向の距離をH+h1 と認識する
ように、α(6i −6i1)=α・h1'=H+h1 とな
り、2j からの投光で受光位置が6j2となった場合にそ
のz方向の距離をH+h2 と認識するように、α(6j
−6j2)=α・h2'=H+h2 となる演算式が設定され
る。
【0021】また、受光素子5を、図4に示すように、
z軸の線対称として2つ配置することにより、対象物4
の傾き角に対してより精度を高めることができる。
【0022】上記実施例では、投光手段1の投光点を一
次元配列したものを例示したが、x方向とy方向に二次
元配列してもよい。このように二次元配列すると、y方
向の走査回数を少なくできるとともにy方向の位置精度
も高くなり、高速にて高精度の位置測定が可能となる。
【0023】また、投光手段1としては、上記実施例で
示した光源とスイッチ素子の組合せや、半導体レーザと
光ファイバの組合せに限らず、半導体レーザアレイやL
EDアレイと投光レンズの組合せにて構成することもで
き、また適宜光源と光ファイバと音響光学素子の組合せ
等、種々の構成を適用することができる。
【0024】
【発明の効果】本発明の三次元スキャナによれば、以上
の説明から明らかなように、対象物に対してビーム光を
照射走査する一方向(x方向)の照射位置が一次元配列
された多数の投光点の各位置によって規定されるので、
機械的な誤差を生じる恐れがまったくなく、高い位置精
度でx方向位置を特定でき、従ってそのx方向の各照射
位置毎に対象物による散乱光を受光素子で受光すること
により、その受光位置から対象物の各x方向位置におけ
るもう一方向(z方向)の位置を測定できる。
【0025】また、第2発明では投光点を二次元配列し
ているので、y方向の走査回数を少なくできるとともに
y方向の位置精度も高くなり、高速にて高精度の位置測
定が可能となる。
【0026】また、投光手段を、光源と、配列された多
数の開閉可能な投光穴を有するスイッチ素子から成る構
成、又は配列された多数の発光可能な発光手段を有する
構成とすることにより、投光点から順次ビーム光を照射
する制御を、各投光穴の開閉制御又は各発光手段の発光
制御によって高い信頼性を持ってかつ高速にて行なうこ
とができる。
【0027】また、各発光手段を発光素子と光ファイバ
と投光レンズにて構成すると、その光ファイバの先端を
配列することにより、また投光手段を発光素子アレイと
投光レンズにて構成しても、微細な測定点ピッチを容易
に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の三次元スキャナの概略構
成を示す斜視図である。
【図2】同実施例の正面図である。
【図3】同実施例のz方向の位置測定原理の説明図であ
る。
【図4】本発明の第2実施例の三次元スキャナの斜視図
である。
【図5】本発明の第2実施例の三次元スキャナの正面図
である。
【図6】従来例の三次元スキャナの概略構成を示す斜視
図である。
【図7】他の従来例の三次元スキャナの概略構成を示す
斜視図である。
【符号の説明】
1 投光手段 2 投光点 3 スイッチ素子 4 対象物 5 受光素子 11 発光手段 12 半導体レーザ(発光素子) 14 光ファイバ 16 投光レンズ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一次元配列された多数の投光点から順次
    対象物に向けて平行なビーム光を照射可能な投光手段
    と、照射された光の対象物による散乱光を受光する受光
    素子とを備えたことを特徴とする三次元スキャナ。
  2. 【請求項2】 二次元配列された多数の投光点から順次
    対象物に向けて平行なビーム光を照射可能な投光手段
    と、照射された光の対象物による散乱光を受光する受光
    素子とを備えたことを特徴とする三次元スキャナ。
  3. 【請求項3】 投光手段が、光源と、配列された多数の
    開閉可能な投光穴を有するスイッチ素子から成ることを
    特徴とする請求項1又は2記載の三次元スキャナ。
  4. 【請求項4】 投光手段が、配列された多数の発光可能
    な発光手段を有することを特徴とする請求項1又は2記
    載の三次元スキャナ。
  5. 【請求項5】 各発光手段が、発光素子と、光ファイバ
    と、投光レンズとから成ることを特徴とする請求項4記
    載の三次元スキャナ。
  6. 【請求項6】 投光手段が、発光素子アレイと投光レン
    ズから成ることを特徴とする請求項4記載の三次元スキ
    ャナ。
JP2564695A 1995-02-14 1995-02-14 三次元スキャナ Pending JPH08219733A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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