JP2597711B2 - 3D position measuring device - Google Patents
3D position measuring deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、被検体の3次元形状を高精度に測定しうる
3次元位置測定装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a three-dimensional position measuring device capable of measuring a three-dimensional shape of a subject with high accuracy.
<従来の技術> 例えば、建造物,備蓄タンク等の歪を高精度で測定す
る技術は、これらの保守の観点から重要である。ここで
歪は対象物の3次元形状の経時的な変化として把握され
るが、保守点検においては、測定精度として数mm程度の
分解能が必要なため、高精度な3次元形状計測技術が必
要とされる。<Conventional Technology> For example, a technology for measuring distortion of a building, a storage tank, or the like with high accuracy is important from the viewpoint of maintenance. Here, the distortion is grasped as a change over time in the three-dimensional shape of the object, but in maintenance and inspection, a resolution of about several mm is required as a measurement accuracy, so a high-precision three-dimensional shape measurement technology is required. Is done.
ところで、従来より、3次元の形状測定技術としてモ
アレ法及び光切断法が知られている。By the way, conventionally, a moire method and a light cutting method are known as three-dimensional shape measurement techniques.
ここで、モアレ法は、第5図に示すように、被検体と
しての物体50に対向して第1の基準格子51及び第2の基
準格子52を配し、光源53の出射光をレンズ54により第1
の基準格子51を透過させてその基準格子51の像をレンズ
55を介して物体50に投影すると共に、物体50の形状に従
って歪められた格子の像をレンズ56を介して第2の基準
格子52上に投影し、その際に生じるモアレ縞をレンズ57
を介して撮像素子58で観察するものであり、例えば図示
するようなパターン59が観測される。Here, in the moire method, as shown in FIG. 5, a first reference grating 51 and a second reference grating 52 are arranged so as to face an object 50 as a subject, and light emitted from a light source 53 is transmitted through a lens 54. By first
Through the reference grating 51, and image the reference grating 51
In addition to projecting the image of the grating on the second reference grating 52 via the lens 56 while projecting the image of the grating distorted according to the shape of the object 50 via the lens
The image is observed by the image sensor 58 through the, for example, a pattern 59 as shown in the figure is observed.
一方、光切断法は、第6図に示すように、被測定物で
ある物体60の表面に細いスリット光61を投影し、物体60
の表面形状に応じて変形したスリット像62を解析するこ
とにより物体60の形状を測定するものである。On the other hand, in the light section method, as shown in FIG. 6, a thin slit light 61 is projected on the surface of an object
The shape of the object 60 is measured by analyzing the slit image 62 deformed according to the surface shape of the object 60.
<発明が解決しようとする課題> しかしながら、前述した従来法により被測定物の形状
を高精度に測定しようとした場合には次のような問題が
ある。<Problems to be Solved by the Invention> However, when the shape of the object to be measured is measured with high accuracy by the above-described conventional method, there are the following problems.
前述した方法では、被測定物に投影される像が格子
パターンあるいは線像であるので光源は比較的広い領域
を照射することになり、十分な照度が確保できない場合
がある。特に、被測定物の反射率が低い場合あるいは反
射面が傾いている場合には、観測系において十分な光量
が確保できなくなり、観測画像のS/N比の低下や測定精
度の低下を招く虞れがある。In the above-described method, since the image projected on the object to be measured is a lattice pattern or a line image, the light source irradiates a relatively wide area, and thus sufficient illuminance may not be secured. In particular, when the reflectance of the object to be measured is low or the reflecting surface is inclined, a sufficient amount of light cannot be secured in the observation system, which may cause a decrease in the S / N ratio of the observed image and a decrease in measurement accuracy. There is.
被測定物に投影される格子若しくはスリットの投影
像は、視野の縁部において投影レンズの球面収差等によ
り歪む可能性があり、又、同様なことが撮像レンズに関
しても起こるので、高精度の測定ができない。The projected image of the grating or slit projected on the object to be measured may be distorted by the spherical aberration of the projection lens at the edge of the field of view, and the same occurs with the imaging lens. Can not.
撮像系の撮像素子が分解能は測定精度に影響を与え
るが、撮像素子として2次元CCDカメラを用いた場合に
はその画素数は500×500程度であるので、これにより映
像分解能が制約される。Although the resolution of the image pickup device of the image pickup system affects the measurement accuracy, when a two-dimensional CCD camera is used as the image pickup device, the number of pixels is about 500 × 500, which limits the image resolution.
本発明はこのような事情に鑑み、高精度な3次元形状
計測が可能な3次元位置測定装置を提供することを目的
とする。In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a three-dimensional position measuring device capable of performing high-accuracy three-dimensional shape measurement.
<課題を解決するための手段> 前記目的を達成する本発明の3次元位置測定装置は、
平行光乃至収束光をプローブ光として被検体に照射する
と共にその照射方向が2本の回転軸回りの回動により可
変である光照射部と、撮像レンズ及び受光素子からなり
その光軸方向が2本の回転軸回りの回動により可変であ
り且つ上記被検体からの反射光をその反射点の像が当該
光軸に一致するよう回動調整して検出する光検出部と、
上記プローブ光の出射方向及び上記光検出部での受光方
向並びに当該光検出部と上記光照射部との相対的位置関
係より三角測量の原理で上記反射点の位置を検出する処
理部とを具えてなり、光照射部の一方の回転軸と光検出
部の一方の回転軸とが、該光照射部の回転中心と該光検
出部の回転中心とを結ぶ直線に一致し、且つ、受光素子
が一次元撮像素子であることを特徴とする。<Means for Solving the Problems> A three-dimensional position measuring apparatus according to the present invention that achieves the above object,
The light irradiating section irradiates the subject with parallel light or convergent light as probe light and the irradiation direction thereof is variable by rotation around two rotation axes, an imaging lens, and a light receiving element. A light detection unit that is variable by rotation about the rotation axis of the book, and detects the reflected light from the subject by performing rotation adjustment so that the image of the reflection point coincides with the optical axis;
A processing unit that detects the position of the reflection point based on the principle of triangulation from the emission direction of the probe light, the light receiving direction at the light detection unit, and the relative positional relationship between the light detection unit and the light irradiation unit. Thus, one rotation axis of the light irradiation unit and one rotation axis of the light detection unit coincide with a straight line connecting the rotation center of the light irradiation unit and the rotation center of the light detection unit, and the light receiving element Is a one-dimensional image sensor.
<作用> 光照射部より照射されたプローブ光は被検体により反
射され、その反射光を光検出部で検出する際、反射点の
像が光軸に一致するように光検出部を回動調整する。<Operation> The probe light emitted from the light irradiation unit is reflected by the subject, and when the reflected light is detected by the light detection unit, the light detection unit is rotated and adjusted so that the image of the reflection point coincides with the optical axis. I do.
ここで、光照射部の回動位置と光検出部の回動位置と
により出射方向及び受光方向を検知し、これと両者の相
対的位置関係とにより、三角測量の原理で上記反射点の
位置を処理部により検出する。Here, the emission direction and the light reception direction are detected based on the rotation position of the light irradiation unit and the rotation position of the light detection unit, and the position of the reflection point is determined based on the principle of triangulation based on the relative positional relationship between these directions. Is detected by the processing unit.
<実 施 例> 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。<Examples> Hereinafter, the present invention will be described based on examples.
第1図には一実施例に係る3次元位置測定装置の構成
を示す。FIG. 1 shows a configuration of a three-dimensional position measuring apparatus according to one embodiment.
同図に示すように、光照射部Aにおいては、He−Neレ
ーザ光源1からの出射光が、可変アッテネータ2を介
し、さらにレンズ3,4で構成されるビームエクスパンダ
5を介してミラー6で反射され、この出射光が被検体7
の表面aに結像する。ここで、可変アッテネータ2は被
検体7の表面の傾き、反射率の影響により観測系の受光
レンズが変動するのを防止するためのものである。ま
た、エクスパンダ5はHe−Neレーザ光の拡り角を小さく
するためのものであり、レンズ4が搭載されているレン
ズ搭載ステージ8を動かすことにより表面aにおけるビ
ーム径が最小となるように調整されている。一方、ミラ
ー6は回転ステージ9に搭載され、モータ10により駆動
されるようになっており、その回動位置は反射光の光軸
からの傾きである回転角θとしてロータリーエンコーダ
11により読取られる。As shown in the figure, in the light irradiation section A, the light emitted from the He-Ne laser light source 1 passes through a variable attenuator 2 and further passes through a beam expander 5 composed of lenses 3 and 4 to a mirror 6. And the emitted light is reflected by the subject 7
Image on the surface a. Here, the variable attenuator 2 is for preventing the light receiving lens of the observation system from fluctuating due to the influence of the inclination of the surface of the subject 7 and the reflectance. The expander 5 is used to reduce the divergence angle of the He-Ne laser beam, and moves the lens mounting stage 8 on which the lens 4 is mounted so that the beam diameter on the surface a is minimized. Has been adjusted. On the other hand, the mirror 6 is mounted on a rotary stage 9 and is driven by a motor 10. The rotation position of the mirror 6 is defined as a rotation angle θ which is the inclination of the reflected light from the optical axis.
Read by 11.
一方、被検体7からの反射光を検出する光検出部Bで
は、撮像光学系12が撮像レンズ13及び検出器14で構成さ
れ、レンズ13を搭載するレンズ搭載ステージ15を動かす
ことにより検出器13におけるスポット径が最小となるよ
うに調整されるようになっており、さらに撮像レンズ1
3,検出器14及びレンズ搭載ステージ15は回転ステージ16
に搭載されてモータ17により駆動され、その回転角は
ロータリーエンコーダ18により読取られるようになって
いる。On the other hand, in the light detecting section B for detecting the reflected light from the subject 7, the imaging optical system 12 includes an imaging lens 13 and a detector 14, and the detector 13 is moved by moving a lens mounting stage 15 on which the lens 13 is mounted. Is adjusted so that the spot diameter at is minimized.
3, the detector 14 and the lens mounting stage 15 are a rotary stage 16
, And is driven by a motor 17, and its rotation angle is read by a rotary encoder 18.
また、上述した光照射部A及び光検出部Bは架台19上
に保持され、モータ20により駆動されるようになってお
り、その回転中心はHe−Neレーザ光の光軸に一致し、回
転角ωはロータリーエンコーダ21により読取られる。な
お、上記ミラー6及び受光器14の回転軸は平行であり、
それぞれHe−Neレーザ光の光軸と点b,cにおいて直角に
交差している。Further, the above-described light irradiation section A and light detection section B are held on a gantry 19 and driven by a motor 20, and the rotation center thereof coincides with the optical axis of the He-Ne laser light, and The angle ω is read by the rotary encoder 21. The rotation axes of the mirror 6 and the light receiver 14 are parallel,
Each crosses the optical axis of the He-Ne laser beam at a right angle at points b and c.
ここで、光照射部Aにおける可変アッテネータ2、レ
ンズ搭載ステージ8及びモータ10、光検出部Bにおける
レンズ搭載ステージ15及びモータ17並びにモータ20は、
ドライバ22及びコントローラ23により制御されており、
また、ロータリーエンコーダ11,18,21のデータは読取カ
ウンター24で読取られる。そして、これらの一連の制御
並びにデータによる被検体7の表面aの位置の演算はCP
U25により行われている。Here, the variable attenuator 2, the lens mounting stage 8 and the motor 10 in the light irradiation unit A, the lens mounting stage 15, the motor 17 and the motor 20 in the light detection unit B are:
Controlled by the driver 22 and the controller 23,
The data of the rotary encoders 11, 18, and 21 is read by the reading counter 24. The series of these controls and the calculation of the position of the surface a of the subject 7 based on the data are CP
Performed by U25.
本実施例の装置においては、ビームエクスタパンダ5
及び回転ステージ9を制御することにより被検体7の測
定すべき表面aにビーム径が最小となるように調整され
た像を形成し、この像が撮像光学系12の光軸中心になる
ように回転ステージ16を制御すると共に、レンズ搭載ス
テージ15を動かすことにより検出器14におけるスポット
径が最小となるように調整する。この際の回転角θ,
及び点a,b間の距離xmを用い、三角測量の原理により表
面aの位置を算出することができる。さらに、回転角
θ,ωを変化させて同様に順次測定することにより、被
検体7の反射点位置の3次元マッピングを行うことがで
きる。In the apparatus of the present embodiment, the beam expander 5
By controlling the rotating stage 9, an image adjusted to minimize the beam diameter is formed on the surface a of the subject 7 to be measured so that the image is located at the center of the optical axis of the imaging optical system 12. The rotation stage 16 is controlled and the lens mounting stage 15 is moved so that the spot diameter on the detector 14 is adjusted to be minimum. In this case, the rotation angle θ,
And the point a, using the distance x m between b, it is possible to calculate the position of the surface a according to the principle of triangulation. Furthermore, three-dimensional mapping of the reflection point position of the subject 7 can be performed by sequentially measuring the rotation angles θ and ω in a similar manner.
このような装置においては、プローブ光としてHe−Ne
レーザの収束光を用いているため、測定点において十分
な照度が確保でき、また、レンズ3,4を除いても例えば6
mの距離で10mmφ、レンズ3,4を用いれば3mmφ以下とい
う比較的小さなスポット径が得られ、輝度レベルの向上
を図ることができる。In such an apparatus, He-Ne is used as the probe light.
Since the laser convergent light is used, sufficient illuminance can be secured at the measurement point.
A relatively small spot diameter of 10 mmφ at a distance of m and 3 mmφ or less can be obtained by using the lenses 3 and 4, and the luminance level can be improved.
また、撮像光学系12の光軸中心に反射表面aの像が位
置するようにしてその受光方向を読取るようにしている
ので、撮像光学系12においては常にレンズ13の中心に円
対称なビームが通過することになり、レンズ収差の影響
が除去されることになる。Further, since the image of the reflecting surface a is positioned at the center of the optical axis of the imaging optical system 12 and the light receiving direction thereof is read, a circularly symmetric beam is always generated at the center of the lens 13 in the imaging optical system 12. Therefore, the influence of the lens aberration is removed.
また、このように反射光が撮像光学系12光軸中心に一
致するように回転制御されるので検出器14は2次元の撮
像素子である必要はなく、1次元のラインセンサ又はピ
ンホール付きの検出器でもよい。特に上記実施例では光
照射部Aと光検出部Bとのそれぞれ一方の回転軸を一致
させているので1次元ラインセンサで十分である。な
お、1次元ラインセンサの場合は、2次元のCCDに比較
すると一方向の画素数が大きくとれるため、測定精度上
有利である。また、ピンホールはレーザのスペーシャル
フィルターとして1μmφ程度のものが入手可能である
ため、後述するように、画素サイズで約13μmとなるCC
Dに比較して高分解能化が可能になる。In addition, since the rotation of the reflected light is controlled so as to coincide with the center of the optical axis of the imaging optical system 12, the detector 14 does not need to be a two-dimensional imaging element, and is provided with a one-dimensional line sensor or a pinhole. It may be a detector. In particular, in the above embodiment, the one-dimensional line sensor is sufficient because one of the rotation axes of the light irradiation unit A and the light detection unit B is matched. In the case of a one-dimensional line sensor, the number of pixels in one direction can be larger than that of a two-dimensional CCD, which is advantageous in measurement accuracy. Also, since a pinhole having a diameter of about 1 μm is available as a laser spatial filter, as described later, a CC having a pixel size of about 13 μm is used.
Higher resolution than D is possible.
さらに、本実施例では、光照射部Aと光検出部Bとの
それぞれ一方の回転軸を一致させ、且つこれに他の回転
軸が直交するようにしているので、三角測量による表面
aの位置の計算が簡易になるという効果を得ることがで
きる。また、光照射部A及び光検出部Bの両者の一方向
の回動を、装置を複雑化させることなく同期して行うこ
とができる。光照射部Aのθ走査面と光検出部Bの走
査面とが一致するので、例えば検出器14に一次元ライン
センサやピンホール付き検出器等の幅の狭いものを用い
ても、プローブ光のθ方向の走査に対して検出器14を
方向にのみスキャンして追従受光できることを確認する
だけで光学系のアライメントの確認ができる。Furthermore, in the present embodiment, one of the rotation axes of the light irradiation unit A and the light detection unit B is made to coincide with each other, and the other rotation axes are orthogonal to this, so that the position of the surface a by triangulation is determined. Can be easily obtained. In addition, the rotation of the light irradiation unit A and the light detection unit B in one direction can be performed in synchronization without complicating the apparatus. Since the θ scanning plane of the light irradiation unit A and the scanning plane of the light detection unit B coincide with each other, even if a narrow one such as a one-dimensional line sensor or a detector with a pinhole is used as the detector 14, the probe light The alignment of the optical system can be confirmed only by scanning the detector 14 only in the direction of the scan in the θ direction and confirming that the following light can be detected.
なお、光照射部A及び光検出部Bの一方の回転軸は必
ずしも一致させる必要はなく、また、光照射部A及び光
検出部Bのそれぞれの2本の回転軸は必ずしも直交する
必要はない。Note that one of the rotation axes of the light irradiation unit A and the light detection unit B does not necessarily have to be coincident, and the two rotation axes of the light irradiation unit A and the light detection unit B do not necessarily need to be orthogonal. .
また、上記実施例では、被検体7上のスポットサイズ
を最小とすると共に検出器14上のスポットサイズをそれ
ぞれ最小とするためにレンズ4及び13を最適位置に移動
する必要がある。この方法として、検出器14上のスポッ
トサイズをモニターしながら、レンズ4及び13にフォー
カスサーボを行う方法があるが、この場合、レンズ4,13
のフォーカスサーボのためにレンズ4,13を寸動させる必
要があり、調整時間を要する。この時間を短縮するため
には、まず、被検体7の表面aの位置を仮に測定してそ
の位置とレンズ4,13との距離を概算し、この概算値に基
づいてレンズ4,13の位置を最適化するようにすればよ
く、その後、表面aの位置を高精度に測定する。なお、
この場合、レンズ4及び13の位置と被検体7の焦点位置
(レンズ4については被検体7上に最小スポットが投影
される位置、レンズ13については被検体7の像が最もシ
ャープに検出器14上に結像するときの被検体7の位置)
との関係を予め求めておく必要があるが、容易に実現可
能である。Further, in the above embodiment, it is necessary to move the lenses 4 and 13 to the optimum positions in order to minimize the spot size on the subject 7 and the spot size on the detector 14, respectively. As this method, there is a method of performing focus servo on the lenses 4 and 13 while monitoring the spot size on the detector 14. In this case, the lenses 4 and 13 are used.
It is necessary to move the lenses 4 and 13 for the focus servo, which requires an adjustment time. In order to shorten this time, first, the position of the surface a of the subject 7 is provisionally measured, and the distance between the position and the lens 4, 13 is estimated. Based on the estimated value, the position of the lens 4, 13 is determined. Then, the position of the surface a is measured with high accuracy. In addition,
In this case, the positions of the lenses 4 and 13 and the focal position of the subject 7 (the position where the smallest spot is projected on the subject 7 for the lens 4, and the image of the subject 7 (Position of subject 7 when imaging on top)
Although it is necessary to find the relationship with in advance, it can be easily realized.
次に具体的に試験した結果について説明する。 Next, the results of specific tests will be described.
第2図に示すように、出力10mWのHe−Neレーザ30(波
長0.6328μm)の前方に、レンズ31(×10の対物レン
ズ)及びレンズ32(焦点距離55mmのカメラ用レンズ)を
配し、レンズ31,32をビームエクスパンダとして機能さ
せてレーザ光を被検体33に集光する。このときの集光ビ
ームの径は約3mmφであった。なお、被検体33は約6mの
位置に配置しており、ビームエクスパンダを用いない場
合のビーム径は約10mmφであった。また、被検体33とし
ては黒灰色のゴムシートを用いた。As shown in FIG. 2, a lens 31 (× 10 objective lens) and a lens 32 (camera lens with a focal length of 55 mm) are arranged in front of a He-Ne laser 30 (wavelength: 0.6328 μm) having an output of 10 mW. The lenses 31 and 32 function as beam expanders to focus the laser light on the subject 33. The diameter of the focused beam at this time was about 3 mmφ. Note that the subject 33 was arranged at a position of about 6 m, and the beam diameter when the beam expander was not used was about 10 mmφ. A black-gray rubber sheet was used as the subject 33.
そして、被検体33からの反射光を撮像レンズ34を介し
て1次元CCDカメラ35で受光した。ここで、撮像レンズ3
4としては焦点距離55mmのカメラレンズを用い、一次元C
CDとしては2048素子のものを用いた。Then, the reflected light from the subject 33 was received by the one-dimensional CCD camera 35 via the imaging lens 34. Here, imaging lens 3
As for 4, use a camera lens with a focal length of 55 mm, one-dimensional C
A CD having 2048 elements was used.
このときのCCDカメラ35の受光信号は第3図に示すよ
うに、仮反射率の散乱性の大きな被検体33を用いたにも
かかわらず、十分な観測強度が得られた。At this time, as shown in FIG. 3, a sufficient observation intensity was obtained for the light receiving signal of the CCD camera 35 despite the use of the subject 33 having a large scatter of the temporary reflectance.
ここで、被検体33の反射点aの位置座標(x,y,z)を
計算により求めると、 となる。なお、これは、b点の座標を(−xm/2,0,0)、
c点の座標を(xm/2,0,0)、ωの原点をy軸(xy平面が
ω=0に対応)とした場合の座標である。Here, when the position coordinates (x, y, z) of the reflection point a of the subject 33 are obtained by calculation, Becomes This means that the coordinates of the point b are (−x m / 2,0,0),
The coordinates of point c are (x m / 2,0,0), and the origin of ω is the y-axis (xy plane corresponds to ω = 0).
ここで、,,式よりその差分をとると を得る。,,式は反射点の位置座標(x,y,z)の
測定誤差(δx,δy,δz)へのω,θ,の測定誤差δ
ω,δθ,δの寄与を示している。Here, taking the difference from the formula Get. ,, Is the measurement error δ of ω, θ to the measurement error (δx, δy, δz) of the position coordinates (x, y, z) of the reflection point
The contributions of ω, δθ, δ are shown.
例えば第1図に示す装置ではω,θ,はロータリー
エンコーダ21,11,18で読取られるが、検出器14の分解能
が不十分だとの測定精度が低下することになる(δ
が大きくなる)。For example, in the apparatus shown in FIG. 1, ω, θ are read by the rotary encoders 21, 11, and 18, but the measurement accuracy is degraded when the resolution of the detector 14 is insufficient (δ
Becomes larger).
しかしながら、本発明では、上述したように検出器14
として2次元撮像素子を用いる必要がなく、2次元撮像
素子の映像分解能による制約を除去することができるの
で、高分解能の1次元ラインセンサやピンホール付き検
出器を用いて測定精度を向上させることができる。However, in the present invention, as described above, the detector 14
It is not necessary to use a two-dimensional image sensor, and the restriction due to the image resolution of the two-dimensional image sensor can be removed. Therefore, the measurement accuracy can be improved by using a high-resolution one-dimensional line sensor or a detector with a pinhole. Can be.
ここで、検出器14として好適に用いられる高分解能の
検出器の例を第4図(a),(b)に示す。Here, examples of a high-resolution detector suitably used as the detector 14 are shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
第4図(a)の検出器は検出器40の前方にレンズ41及
びピンホール42を配したものであり、43はこれらの保持
するケースである。これによると、レンズ41で集光され
ピンホール42を通過した像が検出器40で検出され、ピン
ホール42により分解能が向上される。すなわち、ピンホ
ール42としては1μmφ程度のものが入手可能であるの
で、CCDの画素サイズに比較すると一桁程度の分解能の
向上を図ることができる。なお、この場合の検出器40と
しては、例えばフォトマルチプライヤ等の検出感度の高
い検出器を用いるのが望ましい。The detector shown in FIG. 4A has a lens 41 and a pinhole 42 arranged in front of the detector 40, and 43 is a case for holding these. According to this, the image condensed by the lens 41 and passed through the pinhole 42 is detected by the detector 40, and the resolution is improved by the pinhole 42. That is, since the pinhole 42 having a diameter of about 1 μm is available, the resolution can be improved by about one digit compared to the pixel size of the CCD. As the detector 40 in this case, it is desirable to use a detector having high detection sensitivity, such as a photomultiplier.
また、第4図(b)の検出器は第4図(a)のものと
類似し、同一作用の部材には同一符号を付してあるが、
この場合には、レンズ41とピンホール42との間にハーフ
ミラー44を配設し、このハーフミラー44による反射光を
2次元撮像素子45によりモニターできるようになってい
る。The detector in FIG. 4 (b) is similar to that in FIG. 4 (a), and members having the same operation are denoted by the same reference numerals.
In this case, a half mirror 44 is provided between the lens 41 and the pinhole 42, and the light reflected by the half mirror 44 can be monitored by the two-dimensional image sensor 45.
<発明の効果> 以上説明したように、本発明に係る3次元位置測定装
置は、プローブ光としてビーム光を用い、そのビーム光
を被検体にフォーカスすることにより、測定対象領域を
微小領域に限定すると共に光検出部において十分な輝度
レベルが確保され、また、該光検出部を回転調整するこ
とによりその光軸に一致するように反射光を検出するこ
とによりレンズ収差による像歪の影響を除去することが
でき、さらに、検出器として2次元撮像素子を用いる必
要がないのでその映像分解能による測定誤差を排除する
ことができ、高精度の3次元位置測定が可能である。<Effects of the Invention> As described above, the three-dimensional position measuring apparatus according to the present invention uses a light beam as the probe light and focuses the light beam on the subject, thereby limiting the measurement target region to a minute region. At the same time, a sufficient luminance level is secured in the light detection unit, and the influence of image distortion due to lens aberration is eliminated by detecting the reflected light so as to match the optical axis by rotating and adjusting the light detection unit. In addition, since it is not necessary to use a two-dimensional image sensor as a detector, a measurement error due to the image resolution can be eliminated, and highly accurate three-dimensional position measurement can be performed.
第1図は一実施例に係る3次元位置測定装置の構成図、
第2図は試験例の装置を示す説明図、第3図はその測定
データを示す説明図、第4図(a),(b)はそれぞれ
検出器の一例を示す構成図、第5図及び第6図はそれぞ
れ従来技術に係る3次元位置測定方法を示す説明図であ
る。 図面中、 Aは光照射部、 Bは光検出部、 1はHe−Neレーザ光源、 2は可変アッテネータ、 5はビームエクスパンダ、 6はミラー、 7は被検体、 9は回転ステージ、 10はモータ、 11はロータリーエンコーダ、 13はレンズ、 14は検出器、 16は回転ステージ、 17はモータ、 18はロータリーエンコーダ、 19は架台、 20はモータ、 21はロータリーエンコーダ、 22はドライバ、 23はコントローラ、 24は読取カウンタ、 25はCPUである。FIG. 1 is a configuration diagram of a three-dimensional position measuring device according to one embodiment,
FIG. 2 is an explanatory view showing an apparatus of a test example, FIG. 3 is an explanatory view showing measurement data thereof, FIGS. 4 (a) and (b) are configuration diagrams each showing an example of a detector, FIGS. FIG. 6 is an explanatory view showing a three-dimensional position measuring method according to the prior art. In the drawings, A is a light irradiation unit, B is a light detection unit, 1 is a He-Ne laser light source, 2 is a variable attenuator, 5 is a beam expander, 6 is a mirror, 7 is a subject, 9 is a rotating stage, and 10 is a rotating stage. Motor, 11 is a rotary encoder, 13 is a lens, 14 is a detector, 16 is a rotary stage, 17 is a motor, 18 is a rotary encoder, 19 is a mount, 20 is a motor, 21 is a rotary encoder, 22 is a driver, and 23 is a controller. , 24 is a reading counter and 25 is a CPU.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−196608(JP,A) 特開 昭62−81513(JP,A) 特開 昭62−274204(JP,A) 実開 昭59−116806(JP,U) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-60-196608 (JP, A) JP-A-62-81513 (JP, A) JP-A-62-274204 (JP, A) 116806 (JP, U)
Claims (3)
体に照射すると共にその照射方向が2本の回転軸回りの
回動により可変である光照射部と、撮像レンズ及び受光
素子からなりその光軸方向が2本の回転軸回りの回動に
より可変であり且つ上記光検体からの反射光をその反射
点の像が当該光軸に一致するよう回動調整して検出する
光検出部と、上記プローブ光の出射方向及び上記光検出
部での受光方向並びに当該光検出部と上記光照射部との
相対的位置関係より三角測量の原理で上記反射点の位置
を検出する処理部とを具えてなり、光照射部の一方の回
転軸と光検出部の一方の回転軸とが、該光照射部の回転
中心と該光検出部の回転中心とを結ぶ直線に一致し、且
つ、受光素子が一次元撮像素子であることを特徴とする
3次元位置測定装置。A light irradiating section which irradiates a subject with parallel light or convergent light as probe light and whose irradiation direction is variable by rotation around two rotation axes; an imaging lens and a light receiving element; A light detection unit that changes the optical axis direction by rotation about two rotation axes, and adjusts and detects the reflected light from the optical sample so that the image of the reflection point coincides with the optical axis; A processing unit for detecting the position of the reflection point based on the principle of triangulation from the emission direction of the probe light, the light receiving direction at the light detection unit, and the relative positional relationship between the light detection unit and the light irradiation unit. One rotation axis of the light irradiation unit and one rotation axis of the light detection unit coincide with a straight line connecting the rotation center of the light irradiation unit and the rotation center of the light detection unit, and receive light. A three-dimensional position measuring device, wherein the device is a one-dimensional image sensor. .
光検体へのプローブ光のスポット径が最小となるよう調
整するフォーカス手段を具えると共に光検出部が受光素
子で観測されるスポット径が最小となるよう調整するフ
ォーカス手段を具え、上記処理部が、両フォーカス手段
によるフォーカス前に仮に求めた反射点の位置のデータ
に基づいて両フォーカス手段を作動させた後正確な反射
点の位置を求める処理を行うことを特徴とする3次元位
置測定装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein the light irradiating unit includes focusing means for adjusting the spot diameter of the probe light to the optical sample to be minimum, and the light detecting unit is a spot observed by the light receiving element. Focusing means for adjusting the diameter to be minimum is provided, and the processing unit operates both the focus means based on the data of the position of the reflection point temporarily obtained before the focus by the two focus means, and then determines the accurate reflection point. A three-dimensional position measuring device for performing a process for obtaining a position.
出部の受光素子がピンホール付き検出部であり、当該光
検出部はその受光パワーが最大となるよう回動して受光
方向を求めることを特徴とする3次元位置測定装置。3. The device according to claim 1, wherein the light receiving element of the light detecting unit is a detecting unit with a pinhole, and the light detecting unit rotates so that the light receiving power becomes maximum and changes the light receiving direction. A three-dimensional position measuring device characterized by being obtained.
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---|---|---|---|
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JP1120405A JP2597711B2 (en) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | 3D position measuring device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02300609A JPH02300609A (en) | 1990-12-12 |
JP2597711B2 true JP2597711B2 (en) | 1997-04-09 |
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ID=14785402
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1120405A Expired - Fee Related JP2597711B2 (en) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | 3D position measuring device |
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CN105115443B (en) * | 2015-08-19 | 2017-08-08 | 中国航空工业集团公司北京长城航空测控技术研究所 | The full visual angle high precision three-dimensional measurement method of level of view-based access control model e measurement technology |
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JPH0612252B2 (en) * | 1984-03-21 | 1994-02-16 | 友彦 芥田 | Automatic three-dimensional shape measurement method |
JPS6281513A (en) * | 1985-10-04 | 1987-04-15 | Nec Corp | Profilometer |
JPS62274204A (en) * | 1986-05-23 | 1987-11-28 | Hamamatsu Photonics Kk | Microscope system for obtaining three-dimensional data |
-
1989
- 1989-05-16 JP JP1120405A patent/JP2597711B2/en not_active Expired - Fee Related
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