JPH06102026A

JPH06102026A - 三次元画像入力装置

Info

Publication number: JPH06102026A
Application number: JP4250337A
Authority: JP
Inventors: Hideji Sonoda; 秀二園田; Masahiro Kiyokawa; 昌宏清川
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1992-09-21
Filing date: 1992-09-21
Publication date: 1994-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】参照面上の測定対象物に向けて投影光線束を
走査し、その測定対象物の表面からの散乱光線束を検出
して三次元画像データを入力する三次元画像入力装置に
おいて、前記散乱光線束の著しい強度変化に対しても、
安定して正確なデータ入力を可能とする。【構成】光源８と、その光源８からの投影光線束を参
照面１上の測定対象物２に向けて照射する照射手段３，
４と、前記測定対象物２表面からの散乱光線束を検出す
る散乱光線束検出手段９，１１と、その散乱光線束検出
手段９，１１の検出データに基づいて前記参照面１から
前記測定対象物２表面までの距離を演算導出する信号処
理部５とを備えて構成してある三次元画像入力装置であ
って、透過率が調節自在なフィルタ手段１２を前記投影
光線束或いは散乱光線束の光路に設けて、前記検出デー
タに基づいて前記フィルタ手段１２の透過率を調節する
ことにより前記散乱光線束検出手段９，１１の出力を調
整する出力調整手段１３を設けて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光源と、その光源から
の測定光線束を参照面上の測定対象物に向けて照射する
照射手段と、前記測定対象物表面からの散乱光線束を検
出する散乱光線束検出手段と、その散乱光線束検出手段
の検出データに基づいて前記参照面から前記測定対象物
表面までの距離を演算導出する信号処理部とを備えて構
成してある三次元画像入力装置に関し、例えば、成形用
型やデザインされた各種製品の模型から外観形状を入力
して最終設計図面に仕上げるＣＡＤ用データの入力装置
や、教育用や販売用に用いられる三次元映像資料の入力
装置、医療用診断装置、或いはロボットの視覚センサと
して用いられる三次元画像入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の三次元画像入力装置は、
測定対象物からの散乱光線束のうち散乱光線束検出手段
に入射する微小な光線束を検出するものであるために、
所定の出力を得るように前記測定光線束の強度を確保
し、或いは前記光検出素子の出力を一定の増幅率で増幅
することで検出精度を確保していた。ここで、前記散乱
光線束検出手段における光検出素子としては、一次元イ
メージセンサや、非分割型の集光位置検出素子等を用い
ていた（特願平３‐１６８６２８号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
技術によれば、測定対象物の形状や表面状態、或いは測
定光線束の入射角度等によっては、散乱光線束検出手段
に入射する光線束の強度が想定された値よりも大となる
場合が考えられ、そのような場合には散乱光線束検出手
段による検出出力が飽和するために、前記参照面から前
記測定対象物表面までの正確な距離が計測できなくなる
というおそれがあった。例えば、光検出素子として一次
元イメージセンサを用いた場合には、隣接する複数画素
のいずれもが飽和してそのピーク位置を正確に検出でき
ないことになる。さらに、光源としてＲＧＢの三原色を
出力するレーザを用いて、測定対象物の三次元形状とと
もに各波長の成分比率から測定対象物の表面色をも検出
するように構成されたものにおいては、上述の状態が生
じると対象物の色をも正確に検出することが困難とな
る。本発明の目的は上述した従来欠点を解消する点にあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明による三次元画像入力装置の第一の特徴構成
は、透過率が調節自在なフィルタ手段を前記測定光線束
或いは散乱光線束の光路に設けて、前記検出データに基
づいて前記フィルタ手段の透過率を調節することにより
前記散乱光線束検出手段の出力を調整する出力調整手段
を設けてある点にある。そして、第二の特徴構成は、前
記検出データに基づいて前記光源から出力される前記測
定光線束の強度を調節することにより前記散乱光線束検
出手段の出力を調整する出力調整手段を設けてある点に
ある。さらに第三の特徴構成は、前記検出データに基づ
いて前記散乱光線束検出手段の出力を調節する出力調整
手段を設けてある点にある。

【０００５】

【作用】本発明による三次元画像入力装置においては、
散乱光線束検出手段の出力データ、或いは散乱光線束検
出手段の出力データから逆算した散乱光線束検出手段へ
の散乱光線束の入射光量等から、間接的に測定対象物の
形状や表面状態、或いは測定光線束の入射角度の影響を
検知して、その出力が飽和することのないように調整す
るのである。つまり、第一の特徴構成によれば、散乱光
線束検出手段への入射光量が小であればフィルタ手段の
透過率を上げて散乱光線束検出手段の出力を高め、散乱
光線束検出手段への入射光量が大であればフィルタ手段
の透過率を上げて散乱光線束検出手段の出力を飽和しな
いレベルに下げるのである。第二の特徴構成によれば、
散乱光線束検出手段への入射光量が小であれば光源から
出力される前記測定光線束の強度を上げて散乱光線束検
出手段の出力を高め、散乱光線束検出手段への入射光量
が大であれば光源から出力される前記測定光線束の強度
を下げて散乱光線束検出手段の出力を下げるのである。
第三の特徴構成によれば、散乱光線束検出手段への入射
光量が小であれば出力調整手段により前記散乱光線束検
出手段の出力を上げ、散乱光線束検出手段への入射光量
が大であれば出力調整手段により前記散乱光線束検出手
段の出力を下げるのである。ここで、出力調整手段とし
て、例えば、光検出素子にＣＣＤイメージセンサを用い
た場合には、電荷蓄積時間を調節するものが考えられ
る。

【０００６】

【発明の効果】従って、本発明によれば、測定対象物の
形状や表面状態、或いは測定光線束の入射角度等によっ
て、散乱光線束検出手段に入射する光強度が大きく変動
した場合であっても、参照面から前記測定対象物表面ま
での距離を正確に計測でき、光源としてＲＧＢの三原色
を出力するレーザを用いて、測定対象物の三次元形状と
ともに各波長の成分比率から測定対象物の表面色をも検
出するように構成されたものにおいても、対象物の色を
正確に検出できる三次元画像入力装置を提供できるよう
になった。

【０００７】

【実施例】以下実施例を説明する。図１に示すように、
三次元画像入力装置は、Ｘ−Ｙ平面上の参照平面１と、
その上方に配置され前記参照平面１上に載置された測定
対象物２へ測定光線束を照射してその測定対象物２の表
面からの散乱光線束を検出する計測部３と、前記計測部
３の計測動作を制御する計測制御部４と、前記計測部３
による計測データに基づき前記参照平面１から前記測定
対象物２表面までのＺ方向の距離を演算導出する信号処
理部５と、前記信号処理部５により導出された三次元デ
ータから測定対象物２を再構築するモデル生成部６とか
ら構成してある。

【０００８】前記計測部３は、レーザでなる光源８とＸ
軸方向に沿って配置した一次元イメージセンサＣＣＤで
なる受光素子９とを走査用ミラー７を挟んで対向配置し
て、前記光源８からの測定光線束を前記走査用ミラー７
及び固定ミラー１０を介して測定対象物２に照射すると
ともに、測定対象物２表面からの散乱光線束を固定ミラ
ー１０’及び前記走査用ミラー７を介して前記受光素子
９に導く光学ヘッドと、その光学ヘッドをＹ軸方向へ移
動させることによりＹ軸方向への走査を行う走査機構
（図示せず）とで構成してある。

【０００９】前記計測制御部４は、前記走査用ミラー７
をＹ軸に平行な軸芯周りに回動させて、前記光源８から
の測定光線束を前記対象物２が含まれる前記参照平面１
に対してＸ軸方向に走査して照射するとともに、その散
乱光線束を前記固定ミラー１０’、前記走査用ミラー７
及び集光レンズ１１を介して前記受光素子９に導きなが
ら、前記走査機構が前記光学ヘッドをＹ軸方向に走査す
る。即ち、前記計測部３と計測制御部４とで、光源８か
らの測定光線束を参照面１上の測定対象物２に向けて照
射する照射手段を構成し、光源８からの測定光線束を参
照平面１上の対象物２に向けて設定走査密度で走査する
走査手段を構成してあり、前記集光レンズ１１と受光素
子９とで、前記測定対象物２表面からの散乱光線束を検
出する散乱光線束検出手段を構成してある。

【００１０】前記信号処理部５は、前記受光素子９が前
記参照平面１からの散乱光線束に対して検出する位置と
現在の散乱光線束に対して検出する位置との偏差及び前
記走査用ミラー７の回動角度とから、前記参照平面１か
らの測定対象物２の表面位置を演算導出する。即ち、図
２に示すように、ＣＣＤで検出される距離Ｘ₀Ｘ₁が、Δ
Ｘ₀に比例すること、及び、参照平面１からの測定対象
物２の表面位置Ｚ₀が、Ｚ₀×θ＝ΔＸ ₀なる関係を有す
ることからＺ₀を求める。前記モデル生成部６は、Ｘ方
向への走査及びＹ方向への走査により得られた各測定ポ
イント（走査密度で決定される）に対するＺ方向の値で
特定されるＸＹＺ座標データを三次元画像データとし
て、それらから測定対象物２の形状をコンピュータ上に
再現する。

【００１１】前記散乱光線束の光路Ａ、即ち、前記測定
対象物２と固定ミラー１０’との間に液晶フィルタ１２
を設けてあり、前記散乱光線束検出手段による検出デー
タに基づいて前記液晶フィルタ１２の透過率を調節する
ことにより前記散乱光線束検出手段９，１１の出力を調
整する出力調整手段１３を設けてある。詳述すると、前
記出力調整手段１３は、前記信号処理部５から得られた
前記検出データ、即ち前記一次元イメージセンサＣＣＤ
の画素データのうちピーク値を示すデータが、予め設定
された第一の閾値より大であるか否か、或いは、第一の
閾値より小なる第二の閾値より小であるか否かを比較器
を用いて検知して、ピーク値を示すデータが第一の閾値
より大であれば、測定対象物の形状や表面状態、或いは
測定光線束の入射角度の影響有りと判断して、そのピー
ク値を示すデータが飽和することのないように調整す
る。つまり、ピーク値が第二の閾値より小であれば散乱
光線束検出手段への入射光量が小となっているので液晶
フィルタ１２の透過率を上げて（印加電圧を上昇して）
散乱光線束検出手段の出力を高める一方、ピーク値が第
一の閾値より大であれば散乱光線束検出手段への入射光
量が大となっているので液晶フィルタ１２の透過率を下
げて（印加電圧を下げて）散乱光線束検出手段の出力を
飽和しないレベルに下げることにより、走査方向に沿っ
て前記散乱光線束検出手段による検出データの大きな変
動を回避する。即ち、前記液晶フィルタ１２が、透過率
が調節自在なフィルタ手段となる。

【００１２】以下、本発明の別実施例を説明する。先の
実施例では、液晶フィルタ１２を、測定対象物２と固定
ミラー１０’との間に設けたものを説明したが、液晶フ
ィルタ１２の配置箇所はこれに限定するものではなく光
源８から受光素子９の間であれば任意である。

【００１３】先の実施例では、液晶フィルタ１２を、透
過率が調節自在なフィルタ手段として用いたものを説明
したが、これに限定するものではない。たとえば、走査
速度の遅いものでは、機械的な絞り機構やシャッター機
構を採用することも考えられる。

【００１４】先の実施例では、光源として、単色のレー
ザ光を用いたものを説明したが、これに限定するもので
はなく光の三原色ＲＧＢに対応して三波長のレーザを組
み合わせた光源を用いてカラー対応したものであっても
よい。

【００１５】先の実施例では、透過率が調節自在なフィ
ルタ手段を前記測定光線束或いは散乱光線束の光路に設
けて、前記検出データに基づいて前記フィルタ手段の透
過率を調節することにより前記散乱光線束検出手段の出
力を調整する出力調整手段を設けたものを説明したが、
これ以外に、検出データに基づいて前記光源から出力さ
れる前記測定光線束の強度を調節することにより前記散
乱光線束検出手段９，１１の出力を調整する出力調整手
段１３を設けたものや、検出データに基づいて前記散乱
光線束検出手段９，１１の出力を調節する出力調整手段
１３を設けた構成であってもよい。前者は、光源８自体
の出力を可変に調節するものであり、ピーク値が第二の
閾値より小であれば散乱光線束検出手段への入射光量が
小となっているので光源８の出力を上げて散乱光線束検
出手段の出力を高める一方、ピーク値が第一の閾値より
大であれば散乱光線束検出手段への入射光量が大となっ
ているので光源８の出力を下げて散乱光線束検出手段の
出力を飽和しないレベルに下げるのである。後者は、例
えば、受光素子９としてＣＣＤイメージセンサを用いた
ものに対して、その電荷蓄積時間を可変に調節すること
や、受光素子９の増幅器の増幅率を可変に調節すること
が考えられる。即ち、ピーク値が第二の閾値より小であ
れば散乱光線束検出手段への入射光量が小となっている
ので電荷蓄積時間を長くしたり増幅率を大きくして散乱
光線束検出手段の出力を高める一方、ピーク値が第一の
閾値より大であれば散乱光線束検出手段への入射光量が
大となっているので電荷蓄積時間を短くしたり増幅率を
下げて散乱光線束検出手段の出力を飽和しないレベルに
下げるのである。

【００１６】前記計測部３の構成は特に限定するもので
はなく適宜構成することができ、例えば図３に示すよう
に、光学ヘッドを、測定光線束のみ走査する走査機構と
散乱光線束を受光素子９に導く固定の光学系で構成して
もよいし、光学ヘッドをＹ軸方向へ移動させることによ
りＹ軸方向への走査を行う走査機構（これは、モータと
プーリを用いて容易に構成できる）の代わりに、図４に
示すように、測定光線束と反射光線束で形成される平面
をＹ軸方向に走査するべく、Ｘ軸に平行な軸栓周りに回
動自在の反射ミラーを設けて構成してもよい。

【００１７】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】三次元画像入力装置の全体構成図

【図２】原理を示す説明図

【図３】別実施例を示す要部の構成図

【図４】別実施例を示す要部の構成図

【符号の説明】

１参照面２測定対象物３，４照射手段５信号処理部８光源９，１１散乱光線束検出手段１２フィルタ手段１３出力調整手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源（８）と、その光源（８）からの測
定光線束を参照面（１）上の測定対象物（２）に向けて
照射する照射手段（３),（４）と、前記測定対象物
（２）表面からの散乱光線束を検出する散乱光線束検出
手段（９),（１１）と、その散乱光線束検出手段（９),
（１１）の検出データに基づいて前記参照面（１）から
前記測定対象物（２）表面までの距離を演算導出する信
号処理部（５）とを備えて構成してある三次元画像入力
装置であって、透過率が調節自在なフィルタ手段（１２）を前記測定光
線束或いは散乱光線束の光路に設けて、前記検出データ
に基づいて前記フィルタ手段（１２）の透過率を調節す
ることにより前記散乱光線束検出手段（９),（１１）の
出力を調整する出力調整手段（１３）を設けてある三次
元画像入力装置。
【請求項２】光源（８）と、その光源（８）からの測
定光線束を参照面（１）上の測定対象物（２）に向けて
照射する照射手段（３),（４）と、前記測定対象物
（２）表面からの散乱光線束を検出する散乱光線束検出
手段（９),（１１）と、その散乱光線束検出手段（９),
（１１）の検出データに基づいて前記参照面（１）から
前記測定対象物（２）表面までの距離を演算導出する信
号処理部（５）とを備えて構成してある三次元画像入力
装置であって、前記検出データに基づいて前記光源（８）から出力され
る前記測定光線束の強度を調節することにより前記散乱
光線束検出手段（９),（１１）の出力を調整する出力調
整手段（１３）を設けてある三次元画像入力装置。
【請求項３】光源（８）と、その光源（８）からの測
定光線束を参照面（１）上の測定対象物（２）に向けて
照射する照射手段（３),（４）と、前記測定対象物
（２）表面からの散乱光線束を検出する散乱光線束検出
手段（９),（１１）と、その散乱光線束検出手段（９),
（１１）の検出データに基づいて前記参照面（１）から
前記測定対象物（２）表面までの距離を演算導出する信
号処理部（５）とを備えて構成してある三次元画像入力
装置であって、前記検出データに基づいて前記散乱光線束検出手段
（９),（１１）の出力を調節する出力調整手段（１３）
を設けてある三次元画像入力装置。