(57)【要約】      （修正有）【課題】光走査装置及び光走査方法に関し、より詳細には光走査装置を較正するための方法を提供する。【解決手段】較正管理装置６４によって実施される、光スキャナ装置５４を較正するための方法は、１つ以上の走査パラメータに基づいた走査パターンで較正面を走査させる命令を光スキャナ装置５４に提供することを含み、１つ以上の走査パラメータは走査パターンとともに変化する。走査パターンにおける複数の点のそれぞれについての走査角度は、該走査パターンにおける複数の点についてある走査角度で得られた、光スキャナ装置５４から発せられる光源１２の画像に基づいて計算される。計算された走査角度と対応する走査パラメータの間の較正関係は、走査パターンにおける複数の点のそれぞれについて決定される。【選択図】図１
2019032301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
較正管理装置によって実施される、光スキャナ装置を較正するための方法であって、
走査パターンとともに変化する１つ以上の走査パラメータに基づいた前記走査パターンで較正面を走査させる命令を前記光スキャナ装置に提供することと、
前記走査パターンにおける複数の点についてある走査角度で得られた、前記光スキャナ装置から発せられる光源の画像に基づいて、前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて前記走査角度を計算することと、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する１つ以上の走査パラメータの間の較正関係を決定することと
を含む、前記方法。
【請求項２】
前記走査パターンが一次元走査パターンである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記走査パターンが二次元走査パターンである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記走査パターンが蛇行パターン、ラスタパターン、ランダムパターン、または疑似ランダムパターンである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記光スキャナ装置と前記較正面との間の距離を調整することと、
三次元走査パターンを得るために、前記光スキャナ装置と平面較正面との間の前記調整された距離で、前記提供するステップ、前記計算するステップ、及び前記決定するステップを繰り返すことと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記較正関係を決定することが、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する１つ以上の走査パラメータの間の関係を提供する多項式を計算すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記較正関係を決定することが、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度及び前記対応する１つ以上の走査パラメータを相互に関連付ける値の表を記憶すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記１つ以上の走査パラメータが、前記光スキャナ装置の前記走査角度を決定するように構成された前記光スキャナ装置中のミラーの角度位置を制御するために使用される電圧を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記光スキャナ装置を使用して試験オブジェクトを測定するための複数の測定走査角度を決定することと、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する１つ以上の走査パラメータの間の前記較正関係を使用し、前記複数の測定走査角度のそれぞれについて対応する測定走査パラメータを計算することと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記光スキャナ装置を使用して前記試験オブジェクトを測定するための前記複数の測定走査角度が、走査の種類、走査エンベロープ、または走査点の数のうちの１つ以上に基づいて決定される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記較正関係が、前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度及び前記対応する１つ以上の走査パラメータを相互に関連付ける値の表を含み、前記対応する測定走査パラメータを計算することが、
前記値の表を使用し、前記複数の測定走査角度のそれぞれについて前記対応する測定走査パラメータを計算するために補間アルゴリズムを適用すること
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
プログラム命令が記憶されたメモリと、
走査パターンとともに変化する１つ以上の走査パラメータに基づいた前記走査パターンで較正面を走査させる命令を光スキャナ装置に提供し、
前記走査パターンにおける複数の点についてある走査角度で得られた、前記光スキャナ装置から発せられる光源の画像に基づいて、前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて前記走査角度を計算し、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する１つ以上の走査パラメータの間の較正関係を決定する
ために、前記記憶されたプログラム命令を実行できるように構成された、１つ以上のプロセッサと
を備える、較正管理装置。
【請求項１３】
前記走査パターンが一次元走査パターンである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記走査パターンが二次元走査パターンである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記走査パターンが、蛇行パターン、ラスタパターン、ランダムパターン、または疑似ランダムパターンである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記１つ以上のプロセッサが、
前記光スキャナ装置及び前記較正面との間の距離を調整し、
三次元走査パターンを得るために、前記光スキャナ装置と前記平面較正面との間の前記調整された距離で、前記提供するステップ、前記計算するステップ、及び前記決定するステップを繰り返す
ために、前記記憶されたプログラム命令を実行できるようにさらに構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記１つ以上のプロセッサが、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する１つ以上のパラメータの間の関係を提供する多項式を計算する
ために、前記記憶されたプログラム命令を実行できるようにさらに構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
前記１つ以上のプロセッサが、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度及び前記対応する１つ以上の走査パラメータを相互に関連付ける値の表を記憶する
ために、前記記憶されたプログラム命令を実行できるようにさらに構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
前記１つ以上の走査パラメータが、前記光スキャナ装置の前記走査角度を決定するように構成された前記光スキャナ装置中のミラーの角度位置を制御するために使用される電圧を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項２０】
前記１つ以上のプロセッサが、
前記光スキャナ装置を使用して試験オブジェクトを測定するための複数の測定走査角度を決定し、
前記走査パターンにおける複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する１つ以上の走査パラメータの間の前記較正関係を使用し、前記複数の測定走査角度のそれぞれについて対応する測定走査パラメータを計算する
ために、前記記憶されたプログラム命令を実行できるようにさらに構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項２１】
前記光スキャナ装置を使用して前記試験オブジェクトを測定するための前記複数の測定走査角度が、走査の種類、走査エンベロープ、または走査点の数のうちの１つ以上に基づいて決定される、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記較正関係が、前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度及び前記対応する１つ以上の走査パラメータを相互に関連付ける値の表を含み、前記１つ以上のプロセッサが、
前記値の表を使用し、前記複数の測定走査角度のそれぞれについて前記対応する測定走査パラメータを計算するために補間アルゴリズムを適用する
ために、前記記憶されたプログラム命令を実行できるようにさらに構成される、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
１つ以上のプロセッサによる実行時に、前記１つ以上のプロセッサに、
走査パターンとともに変化する１つ以上の走査パラメータに基づいた前記走査パターンで較正面を走査させる命令を光スキャナ装置に提供させ、
前記走査パターンにおける複数の点についてある走査角度で得られた、前記光スキャナ装置から発せられる光源の画像に基づいて、前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて前記走査角度を計算させ、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する走査パラメータの間の較正関係を決定させる、
実行可能コード
を備える、光スキャナ装置を較正するための命令が記憶された非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項２４】
前記走査パターンが一次元走査パターンである、請求項２３に記載の媒体。
【請求項２５】
前記走査パターンが二次元走査パターンである、請求項２３に記載の媒体。
【請求項２６】
前記走査パターンが、蛇行パターン、ラスタパターン、ランダムパターン、または疑似ランダムパターンである、請求項２５に記載の媒体。
【請求項２７】
前記実行可能コードが、前記１つ以上のプロセッサによる実行時に、前記１つ以上のプロセッサに、さらに
前記光スキャナ装置と前記較正面との間の距離を調整させ、
三次元走査パターンを得るために、前記光スキャナ装置と前記平面較正面との間の前記調整された距離で、前記提供するステップ、前記計算するステップ、及び前記決定するステップを繰り返させる、
請求項２３に記載の媒体。
【請求項２８】
前記実行可能コードが、前記１つ以上のプロセッサによる実行時に、前記１つ以上のプロセッサに、さらに
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する１つ以上の走査パラメータの間の関係を提供する多項式を計算させる、
請求項２３に記載の媒体。
【請求項２９】
前記実行可能コードが、前記１つ以上のプロセッサによる実行時に、前記１つ以上のプロセッサに、さらに
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度及び前記対応する１つ以上の走査パラメータを相互に関連付ける値の表を記憶させる、
請求項２３に記載の媒体。
【請求項３０】
前記１つ以上の走査パラメータが、前記光スキャナ装置の前記走査角度を決定するように構成された前記光スキャナ装置中のミラーの角度位置を制御するために使用される電圧を含む、請求項２３に記載の媒体。
【請求項３１】
前記実行可能コードが、前記１つ以上のプロセッサによる実行時に、前記１つ以上のプロセッサに、さらに
前記光スキャナ装置を使用して試験オブジェクトを測定するための複数の測定走査角度を決定させ、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する１つ以上の走査パラメータの間の前記較正関係を使用し、前記複数の測定走査角度のそれぞれについて対応する測定走査パラメータを計算させる、
請求項２３に記載の媒体。
【請求項３２】
前記光スキャナ装置を使用して前記試験オブジェクトを測定するための前記複数の測定走査角度が、走査の種類、走査エンベロープ、または走査点の数のうちの１つ以上に基づいて決定される、請求項３１に記載の媒体。
【請求項３３】
前記較正関係が、前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度及び前記対応する１つ以上の走査パラメータを相互に関連付ける値の表を含み、前記実行可能コードが、前記１つ以上のプロセッサによる実行時に、前記１つ以上のプロセッサに、さらに
前記値の表を使用し、前記複数の測定走査角度のそれぞれについて前記対応する測定走査パラメータを計算するために補間アルゴリズムを適用させる、
請求項３１に記載の媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は概して光走査装置及び光走査方法に関し、より詳細には光走査装置を較正するための方法、非一時的コンピュータ可読媒体、及び較正管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ほぼすべての製造物は、それらが製作された後に検査される必要がある。いろいろな光学装置が製作中検査及び製作後検査のために開発されてきた。これらの光学装置の多くは、パーツの表面を走査し、パーツの表面形状を優れた確度で決定できる。しかしながら、パーツの確度及び公差の要件が厳しくなるにつれ、光走査装置の測定の確度、精度、及び再現性は相応して改善されなければならない。大まかには、測定装置は、測定装置の誤差が全体的な誤差量に対してごくわずかな影響を与えるように、必要とされる表面形状よりも少なくとも１０倍優れているべきである。
【０００３】
光走査装置の測定誤差を削減する１つの方法は、それ自体きわめて厳しい公差を有する構成部品からスキャナを構築することである。残念なことに、この方式はスキャナのコストを押し上げ、スキャナを製作中検査または製作後検査の環境でのその使用を不経済にする。
【０００４】
光走査装置の測定誤差を削減する第２の方法は、名目公差を有する構成部品からスキャナを構築し、次いでシステムの構成部品を測定するかまたはそれ以外の場合較正し、較正結果を全体的な較正アルゴリズムにマージすることである。較正される典型的な構成部品は、走査駆動電子機器及び機構（両方の走査軸でのずれ、利得、及び非線形性）、撮像レンズ（倍率、歪み、及び非テレセントリシティ）、及びスキャナの照明アームにおける構成部品の配置誤差の影響を含む。これらの量のすべてを個別に特徴付けし、較正し、次いでその後にそれらを単一の較正式に数学的に結合することは困難であり、多大な時間を要する。さらに、意図せずに数量がプロセスから漏れた場合、その後の較正は不完全となり、スキャナの確度が損なわれる。
【０００５】
スキャナと関連付けられた測定誤差を最小限に抑えるさらに別の方法は、実際の走査位置を測定し、リアルタイム補正をスキャナに提供して、実際の走査位置が所望される走査位置と同じであることを確認するために使用できる、閉ループフィードバック機構を提供することである。しかしながら、フィードバック機構は、概してフィードバック構成部品（例えば、ミラー、電子機器、レンズ、画像センサ）の包含による追加のコストを伴い、等しく重要なことには、光スキャナのサイズまたは体積を増加させる。スキャナがパーツの小さい凹部の中に収まるまたはパーツの小さい凹部を測定することができるようにコンパクトでなければならない場合、従ってフィードバック方式は実行可能ではない場合がある。
【発明の概要】
【０００６】
較正管理装置によって実施される、光スキャナ装置を較正するための方法は、１つ以上の走査パラメータに基づいた走査パターンで較正面を走査させる命令を光スキャナ装置に提供することを含み、１つ以上の走査パラメータは走査パターンとともに変化する。走査パターンにおける複数の点のそれぞれについての走査角度は、該走査パターンにおける複数の点についてある走査角度で得られた、光スキャナ装置から発せられる光源の画像に基づいて計算される。計算された走査角度と対応する走査パラメータの間の較正関係は、走査パターンにおける複数の点のそれぞれについて決定される。
【０００７】
較正管理装置は、プログラム命令が記憶されたメモリと、１つ以上の走査パラメータに基づいた走査パターンで較正面を走査させる命令を光スキャナ装置に提供するために、記憶されたプログラム命令を実行できるように構成された、１つ以上のプロセッサとを含み、１つ以上の走査パラメータは走査パターンとともに変化する。該走査パターンにおける複数の点のそれぞれについての走査角度は、走査パターンにおける複数の点についてある走査角度で得られた、光スキャナ装置から発せられる光源の画像に基づいて計算される。計算された走査角度と対応する走査パラメータの間の較正関係は、走査パターンにおける複数の点のそれぞれについて決定される。
【０００８】
光スキャナ装置を較正するための命令が記憶された非一時的コンピュータ可読媒体は、１つ以上のプロセッサによる実行時に、１つ以上のプロセッサに、１つ以上の走査パラメータに基づいた走査パターンで較正面を走査させる命令を光スキャナ装置に提供させる実行可能コードを含み、１つ以上の走査パラメータは走査パターンとともに変化する。走査パターンにおける複数の点のそれぞれについての走査角度は、該走査パターンにおける複数の点についてある走査角度で得られた、光スキャナ装置から発せられる光源の画像に基づいて計算される。計算された走査角度と対応する走査パラメータの間の較正関係は、走査パターンにおける複数の点のそれぞれについて決定される。
【０００９】
したがって、本技術は、１つの追加のハードウェア−平面較正アーチファクト−のみの使用を必要する、光スキャナと関連付けられた誤差を較正するための方法及び装置を提供し、ここで該誤差は、簡略かつ高速な手順を使用してシステムレベルで特徴付けられる。本技術は、有利なことに、スキャナを全体として測定するかまたはそれ以外の場合較正することによって、ここでも名目公差を有する構成部品から構築された小型かつ経済的な三次元光走査装置の測定誤差を削減する。スキャナは、次いで有利なことにフィードバック機構を使用することなく操作し得る。
【００１０】
スキャナを較正するための手順は、平面較正アーチファクトをスキャナの名目測定面に配置し、次いでスキャナに平面較正アーチファクト全体で明確に定義された走査パターンで走査させることを伴う。走査パターンにおける各走査点で、実際の走査角度が決定され、規定された走査角度に比較される。プロセスの完了時、走査角度誤差のマップは、次いでスキャナの誤差の実質的にすべてを補正するために使用できる。
【００１１】
より具体的には、本発明は以下を提供する：
［１］較正管理装置によって実施される、光スキャナ装置を較正するための方法であって、
走査パターンとともに変化する１つ以上の走査パラメータに基づいた前記走査パターンで較正面を走査させる命令を前記光スキャナ装置に提供することと、
前記走査パターンにおける複数の点についてある走査角度で得られた、前記光スキャナ装置から発せられる光源の画像に基づいて、前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて前記走査角度を計算することと、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する１つ以上の走査パラメータの間の較正関係を決定することと
を含む、前記方法；
［２］前記走査パターンが一次元走査パターンである、［１］の方法；
［３］前記走査パターンが二次元走査パターンである、［１］の方法；
［４］前記走査パターンが蛇行パターン、ラスタパターン、ランダムパターン、または疑似ランダムパターンである、［３］の方法；
［５］前記光スキャナ装置と前記較正面との間の距離を調整することと、
三次元走査パターンを得るために、前記光スキャナ装置と平面較正面との間の前記調整された距離で、前記提供するステップ、前記計算するステップ、及び前記決定するステップを繰り返すことと
をさらに含む、［１］の方法；
［６］前記較正関係を決定することが、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する１つ以上の走査パラメータの間の関係を提供する多項式を計算すること
をさらに含む、［１］の方法；
［７］前記較正関係を決定することが、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度及び前記対応する１つ以上の走査パラメータを相互に関連付ける値の表を記憶すること
をさらに含む、［１］の方法；
［８］前記１つ以上の走査パラメータが、前記光スキャナ装置の前記走査角度を決定するように構成された前記光スキャナ装置中のミラーの角度位置を制御するために使用される電圧を含む、［１］の方法；
［９］前記光スキャナ装置を使用して試験オブジェクトを測定するための複数の測定走査角度を決定することと、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する１つ以上の走査パラメータの間の前記較正関係を使用し、前記複数の測定走査角度のそれぞれについて対応する測定走査パラメータを計算することと
をさらに含む、［１］の方法；
［１０］前記光スキャナ装置を使用して前記試験オブジェクトを測定するための前記複数の測定走査角度が、走査の種類、走査エンベロープ、または走査点の数のうちの１つ以上に基づいて決定される、［９］の方法；
［１１］前記較正関係が、前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度及び前記対応する１つ以上の走査パラメータを相互に関連付ける値の表を含み、前記対応する測定走査パラメータを計算することが、
前記値の表を使用し、前記複数の測定走査角度のそれぞれについて前記対応する測定走査パラメータを計算するために補間アルゴリズムを適用すること
をさらに含む、［９］の方法；
［１２］プログラム命令が記憶されたメモリと、
走査パターンとともに変化する１つ以上の走査パラメータに基づいた前記走査パターンで較正面を走査させる命令を光スキャナ装置に提供し、
前記走査パターンにおける複数の点についてある走査角度で得られた、前記光スキャナ装置から発せられる光源の画像に基づいて、前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて前記走査角度を計算し、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する１つ以上の走査パラメータの間の較正関係を決定する
ために、前記記憶されたプログラム命令を実行できるように構成された、１つ以上のプロセッサと
を備える、較正管理装置；
［１３］前記走査パターンが一次元走査パターンである、［１２］の装置；
［１４］前記走査パターンが二次元走査パターンである、［１２］の装置；
［１５］前記走査パターンが、蛇行パターン、ラスタパターン、ランダムパターン、または疑似ランダムパターンである、［１４］の装置；
［１６］前記１つ以上のプロセッサが、
前記光スキャナ装置及び前記較正面との間の距離を調整し、
三次元走査パターンを得るために、前記光スキャナ装置と前記平面較正面との間の前記調整された距離で、前記提供するステップ、前記計算するステップ、及び前記決定するステップを繰り返す
ために、前記記憶されたプログラム命令を実行できるようにさらに構成される、［１２］の装置；
［１７］前記１つ以上のプロセッサが、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する１つ以上のパラメータの間の関係を提供する多項式を計算する
ために、前記記憶されたプログラム命令を実行できるようにさらに構成される、［１２］の装置；
［１８］前記１つ以上のプロセッサが、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度及び前記対応する１つ以上の走査パラメータを相互に関連付ける値の表を記憶する
ために、前記記憶されたプログラム命令を実行できるようにさらに構成される、［１２］の装置；
［１９］前記１つ以上の走査パラメータが、前記光スキャナ装置の前記走査角度を決定するように構成された前記光スキャナ装置中のミラーの角度位置を制御するために使用される電圧を含む、［１２］の装置；
［２０］前記１つ以上のプロセッサが、
前記光スキャナ装置を使用して試験オブジェクトを測定するための複数の測定走査角度を決定し、
前記走査パターンにおける複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する１つ以上の走査パラメータの間の前記較正関係を使用し、前記複数の測定走査角度のそれぞれについて対応する測定走査パラメータを計算する
ために、前記記憶されたプログラム命令を実行できるようにさらに構成される、［１２］の装置；
［２１］前記光スキャナ装置を使用して前記試験オブジェクトを測定するための前記複数の測定走査角度が、走査の種類、走査エンベロープ、または走査点の数のうちの１つ以上に基づいて決定される、［２０］の装置；
［２２］前記較正関係が、前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度及び前記対応する１つ以上の走査パラメータを相互に関連付ける値の表を含み、前記１つ以上のプロセッサが、
前記値の表を使用し、前記複数の測定走査角度のそれぞれについて前記対応する測定走査パラメータを計算するために補間アルゴリズムを適用する
ために、前記記憶されたプログラム命令を実行できるようにさらに構成される、［２０］の装置；
［２３］１つ以上のプロセッサによる実行時に、前記１つ以上のプロセッサに、
走査パターンとともに変化する１つ以上の走査パラメータに基づいた前記走査パターンで較正面を走査させる命令を光スキャナ装置に提供させ、
前記走査パターンにおける複数の点についてある走査角度で得られた、前記光スキャナ装置から発せられる光源の画像に基づいて、前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて前記走査角度を計算させ、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する走査パラメータの間の較正関係を決定させる、
実行可能コード
を備える、光スキャナ装置を較正するための命令が記憶された非一時的コンピュータ可読媒体；
［２４］前記走査パターンが一次元走査パターンである、［２３］の媒体；
［２５］前記走査パターンが二次元走査パターンである、［２３］の媒体；
［２６］前記走査パターンが、蛇行パターン、ラスタパターン、ランダムパターン、または疑似ランダムパターンである、［２５］の媒体；
［２７］前記実行可能コードが、前記１つ以上のプロセッサによる実行時に、前記１つ以上のプロセッサに、さらに
前記光スキャナ装置と前記較正面との間の距離を調整させ、
三次元走査パターンを得るために、前記光スキャナ装置と前記平面較正面との間の前記調整された距離で、前記提供するステップ、前記計算するステップ、及び前記決定するステップを繰り返させる、
［２３］の媒体；
［２８］前記実行可能コードが、前記１つ以上のプロセッサによる実行時に、前記１つ以上のプロセッサに、さらに
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する１つ以上の走査パラメータの間の関係を提供する多項式を計算させる、
［２３］の媒体；
［２９］前記実行可能コードが、前記１つ以上のプロセッサによる実行時に、前記１つ以上のプロセッサに、さらに
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度及び前記対応する１つ以上の走査パラメータを相互に関連付ける値の表を記憶させる、
［２３］の媒体；
［３０］前記１つ以上の走査パラメータが、前記光スキャナ装置の前記走査角度を決定するように構成された前記光スキャナ装置中のミラーの角度位置を制御するために使用される電圧を含む、［２３］の媒体；
［３１］前記実行可能コードが、前記１つ以上のプロセッサによる実行時に、前記１つ以上のプロセッサに、さらに
前記光スキャナ装置を使用して試験オブジェクトを測定するための複数の測定走査角度を決定させ、
前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度と前記対応する１つ以上の走査パラメータの間の前記較正関係を使用し、前記複数の測定走査角度のそれぞれについて対応する測定走査パラメータを計算させる、
［２３］の媒体；
［３２］前記光スキャナ装置を使用して前記試験オブジェクトを測定するための前記複数の測定走査角度が、走査の種類、走査エンベロープ、または走査点の数のうちの１つ以上に基づいて決定される、［３１］の媒体；ならびに
［３３］前記較正関係が、前記走査パターンにおける前記複数の点のそれぞれについて、前記計算された走査角度及び前記対応する１つ以上の走査パラメータを相互に関連付ける値の表を含み、前記実行可能コードが、前記１つ以上のプロセッサによる実行時に、前記１つ以上のプロセッサに、さらに
前記値の表を使用し、前記複数の測定走査角度のそれぞれについて前記対応する測定走査パラメータを計算するために補間アルゴリズムを適用させる、
［３１］の媒体。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】例示的な較正管理装置を含む三次元光走査システムの機能ブロック図である。
【図２】例示的な較正管理装置のブロック図である。
【図３】三次元光スキャナ装置の側面図である。
【図４】三次元光スキャナ装置の平面図である。
【図５】三次元光スキャナ装置と関連付けられた光路のエンベロープを示す、三次元光スキャナ装置の側面図である。
【図６】三次元光スキャナ装置の較正の数学的分析で使用される変数及び他の量を示し、定義する図である。
【図７】三次元光スキャナ装置を較正するために使用される較正アルゴリズムのフローチャートである。
【図８】三次元光スキャナ装置を較正するために使用される平面的較正装置の上に投射された照準線の画像である。
【図９】三次元光スキャナ装置の較正中にたどられる蛇行走査経路の例である。
【図１０】図９の走査パターンを使用し、三次元光スキャナ装置を較正するために使用される走査点の例である。
【図１１】線形部分が削除された後の、シータ走査方向と関連付けられた三次元光スキャナ装置の誤差を排除するために使用される、結果として生じる較正面である。
【図１２】線形部分が削除された後の、ファイ走査方向と関連付けられた三次元光スキャナ装置の誤差を排除するために使用される、結果として生じる較正面である。
【図１３】必要とされるシータ走査角度及びファイ走査角度の関数としてのＭＥＭＳ  Ｘ−チャネル駆動電圧のグラフである。
【図１４】線形部分が削除された、必要とされるシータ走査角度及びファイ走査角度の関数としてのＭＥＭＳ  Ｘ−チャネル駆動電圧のグラフである。
【図１５】必要とされるシータ走査角度及びファイ走査角度の関数としてのＭＥＭＳ  Ｙ−チャネル駆動電圧のグラフである。
【図１６】線形部分が削除された、必要とされるシータ走査角度及びファイ走査角度の関数としてのＭＥＭＳ  Ｙ−チャネル駆動電圧のグラフである。
【図１７】本技術の較正アルゴリズムを使用し、決定された較正関係を利用する例示的な方法の例示的なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
詳細な説明
図１を参照すると、例示的な較正管理装置６４を有する例示的な光走査システム１０が示されている。この例の較正管理装置６４は、ともに本技術によって軽減できるスキャナ誤差に貢献できるソースアーム及び撮像アームを含む光スキャナ装置５４に結合される。例示的な光走査システム１０は、他の構成の他の種類及び数の装置または構成部品を含むことがあるが、この例では、較正管理装置６４は、画像デジタイザ５６、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器６０、６６Ｘ、及び６６Ｙ、光源ドライバ６２、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）Ｘ−チャネルドライバ６８Ｘ及びＭＥＭＳ  Ｙ−チャネルドライバ６８Ｙ、ならびにＺ並進段７０を通して光スキャナ装置５４に結合される。本技術は、フィードバックループを使用することなく、三次元光スキャナ装置のより効率的な較正を容易にする方法、非一時的コンピュータ可読媒体、及び較正管理装置を含むいくつかの優位点を提供する。
【００１４】
ここで図１及び図２を参照すると、この例の較正管理装置６４は他の構成の他の種類及び／または数の要素を含む場合があるが、この例の較正管理装置６４は、バス１２６または他の通信リンクによって互いに結合される１つ以上のプロセッサ１２０、メモリ１２２、及び／または通信インタフェース１２４を含む。較正管理装置６４のプロセッサ（複数可）１２０は、本明細書に説明し、示す任意の数の機能のためにメモリ１２２に記憶されたプログラム命令を実行してよい。他の種類のプロセッサ（複数可）を使用することもできるが、較正管理装置６４のプロセッサ（複数可）１２０は、例えば１つ以上のＣＰＵ、または１つ以上の処理コアを有する汎用プロセッサを含んでよい。
【００１５】
プログラム命令のいくつかまたはすべては他の場所に記憶できるであろうが、較正管理装置６４のメモリ１２２は、本明細書に説明し、示す本技術の１つ以上の態様のためにこれらのプログラム命令を記憶する。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ハードディスク、ソリッドステートドライブ、フラッシュメモリ、またはプロセッサ（複数可）１２０に結合される磁気システム、光学システム、もしくは他の読み書きシステムから読み取られ、それらに書き込まれる他のコンピュータ可読媒体等のいろいろな異なる種類のメモリ記憶装置が、メモリ１２２のために使用できる。
【００１６】
したがって、較正管理装置６４のメモリ１２２は、較正管理装置６４による実行時に、較正管理装置６４に図７〜図１７に関して以下に説明し、示すアクションを実行させるコンピュータ実行可能命令を含む場合がある１つ以上のアプリケーションまたはプログラムを記憶できる。アプリケーション（複数可）は、モジュールまたは他のアプリケーションの構成要素として実装できる。さらに、アプリケーション（複数可）は、オペレーティングシステムの拡張部、モジュール、プラグイン等として実装できる。
【００１７】
なおさらに、アプリケーション（複数可）は、クラウドベースのコンピューティング環境で機能してよい。アプリケーション（複数可）は、クラウドベースのコンピューティング環境で管理され得る仮想機械（複数可）もしくは仮想サーバ（複数可）の中で、または仮想機械（複数可）もしくは仮想サーバ（複数可）として実行できる。また、アプリケーション（複数可）は、較正管理装置６４で実行中の１つ以上の仮想機械（ＶＭ）で実行中であってよい。
【００１８】
較正管理装置６４の通信インタフェース１２４は、当技術分野で既知であるように、較正管理装置６４及び画像デジタイザ５６、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器６０、６６Ｘ、及び６６Ｙ、光源ドライバ６２、ＭＥＭＳ  Ｘ−チャネルドライバ６８Ｘ、ならびにＭＥＭＳ  Ｙ−チャネルドライバ６８Ｙとの間で動作可能なように結合し、通信する。別の例では、較正管理装置６４は、アナログデジタル変換器、デジタルアナログ変換器、シリアルバス、汎用Ｉ／Ｏピン、ＲＡＭ、及びＲＯＭ等のいろいろな搭載されたハードウェア機能を有する高度に統合されたマイクロコントローラ装置である。
【００１９】
例示的な較正管理装置６４を本明細書に説明し、示しているが、他のトポロジーの他の種類及び／または数のシステム、装置、構成要素、及び／または要素を使用できる。関連技術（複数可）の当業者に理解されるように、例を実施するために使用される特定のハードウェア及びソフトウェアの多くの変形が可能であるので、本明細書に説明する例のシステムは例示的な目的のためであることが理解されるべきである。
【００２０】
さらに、較正管理装置６４の代わりに２つ以上のコンピューティングシステムまたは装置を用いることができる。したがって、例の装置及びシステムの堅牢性及び性能を高めるために、冗長性及び複製等の分散処理の原理及び優位点も、所望されるように実施できる。また、例は、ほんの一例として任意の適切な形（例えば、音声及びモデム）の通信トラヒック、無線トラヒックネットワーク、セルラートラヒックネットワーク、パケットデータネットワーク（ＰＤＮ）、インターネット、イントラネット、及びその組み合わせを含む任意の適切なインタフェース機構及びトラヒックの技術を使用し、任意の適切なネットワーク全体で拡張するコンピュータシステム（複数可）で実施されてもよい。
【００２１】
また、例は、本明細書に例として説明し、示す本技術の１つ以上の態様のための命令が記憶された１つ以上の非一時的コンピュータ可読媒体として表されてもよい。いくつかの例の命令は、１つ以上のプロセッサによる実行時に、プロセッサに、本明細書に説明し、示す本技術の例の方法を実施するために必要なステップを実行させる実行可能コードを含む。
【００２２】
ここで図１及び図３〜図５を参照すると、光スキャナ装置５４の例及びその動作が示される。特に、本技術は、コンパクトであり、フィードバックループの恩恵を受けずに動作する三次元光スキャナに最も適用可能であるが、本技術の較正プロセスはほぼ任意の三次元光スキャナに適用できる。本技術とともに利用され得る例示的なスキャナアセンブリ装置は、米国特許出願第１５／０１２，３６１号に開示され、その開示は参照によりその全体として本明細書に援用される。光スキャナ装置５４は、他の構成の他の種類及び／または数の他の装置または構成要素を含んでよいが、この例では、スキャナアセンブリは、円筒形のハウジング５２の中に、光源１２、レチクル１６、ソースバッフル１８、投射レンズ２０、直角プリズムレンズ２２、ＭＥＭＳ２４、ＭＥＭＳミラー２６、ソースウィンドウ２８、撮像ウィンドウ３４、第１のレンズ要素３６、折り畳みミラー４０、開口絞り４２、第２のレンズ要素４４、光学フィルタ４８、画像センサ５０を含む。
【００２３】
ここで図３〜図５を参照すると、ハウジング５２が円筒形状であり、ともに本発明によって軽減できるスキャナ誤差の一因となる場合があるソースアーム及び撮像アームを含む光スキャナ装置５４。
【００２４】
光スキャナ装置５４のソースアームは、ソース光１３がレチクル１６に入射する、光源軸１４を名目上中心とする、ＬＥＤ等の光源１２を含む。レチクル１６は、ここでも名目上光源軸１４を中心とし、それに直交する透明な開口を例外として、実質的に不透明である。レチクル１６の透明な開口は、円形形状を有する場合がある、または代わりに、透明な開口に入射するソース光１３のいずれかを透明な開口を通って透過させる照準線パターン等のパターンを有する場合がある。レチクル光１５は、レチクル１６を透過するソース光１３のその部分であり、レチクル光１５は同様に、やはり開口を有するソースバッフル１８に入射する。投射レンズ２０は、ソースバッフル１８の開口に配置される。エンベロープが概して発散するレチクル光１５は、投射レンズ２０に入射し、投射レンズ２０を透過し、エンベロープが概して収束する投射レンズ光２１として出射する。
【００２５】
投射レンズ光２１は次いで直角プリズム２２の短辺に入射し、直角プリズム２２の斜辺から反射され、次いでプリズム光２３として直角プリズム２２の第２の短辺を通って出射する。プリズム光２３は次いでＭＥＭＳ２４のＭＥＭＳミラー２６に入射し、反射の法則に従ってＭＥＭＳミラー２４から投射光２７の中に反射される。投射光２７は次いでソースウィンドウ２８を透過し、較正オブジェクト３０に焦点が合う。他の構成を有する他の種類及び／または数の較正オブジェクトが利用されてよいが、この例では、較正オブジェクト３０は平面較正オブジェクトである。
【００２６】
この例では、レチクル１６の開口は、投射光２７によって平面較正オブジェクト３０上で作り出される画像も照準線の形状を有するように照準線の形状を有する。円形、斜交平行等の他の開口及び画像形状が可能であるが、照準線形状のレチクル開口及び照準線形状の投射光画像３１が本開示の調和のために仮定される。
【００２７】
図３〜図５を再び参照すると、平面較正オブジェクト３０に入射する投射光２７の一部分が反射画像光３３として反射され、その一部分が画像ウィンドウ３４及び第１のレンズ要素３６を透過することが示されている。第１のレンズ要素３６は、第１のレンズ要素３６に入射する発散する反射画像光３３を収束する第１のレンズ要素光３７として出射させ、収束する第１のレンズ要素光３７は次いで折り畳みミラー４０から反射し、その一部分は開口光４３として開口絞り４２を透過する。
【００２８】
開口光４３は次いで第２のレンズ要素４４に入射し、第２のレンズ要素４４は、開口光４３が、光学フィルタ４８を透過した後に画像センサ５０上の画像５１に焦点が合うようにする。画像５１は投射光画像３１の画像であり、投射光画像３１も照準線形状である場合、照準線形状である。第１のレンズ要素３６は、開口絞り４２及び第２のレンズ要素４４と協調して働いて、撮像システムの倍率が、平面較正オブジェクト３０（つまり、投射光画像３１の上昇）と撮像ウィンドウ３４（つまり、光スキャナ装置５４の高度）との間の距離の変化に伴い大幅に変化しないテレセントリックレンズを形成する。
【００２９】
図１を再び参照すると、本技術の較正管理装置６４と光スキャナ装置５４との間の電気機械結合がここで説明される。図１で分かるように、中心の較正管理装置６４は、光スキャナ装置５４を制御する電気機械機能ブロックを制御するために使用される。特に、較正管理装置６４の１つのデジタル出力はＤ／Ａ（デジタル−アナログ）変換器６０の入力に結合され、Ｄ／Ａ変換器６０の出力は光源ドライバ６２の入力に結合され、光源ドライバ６２の出力は次いで光スキャナ装置５４の中の光源１２に結合される。このようにして、較正管理装置６４は、光源１２によって発せられる光の量を制御できる。
【００３０】
同様に、較正管理装置６４の別のデジタル出力はＤ／Ａ変換器６６Ｘの入力に結合され、Ｄ／Ａ変換器６６Ｘの出力はＭＥＭＳ  Ｘ−チャネルドライバ６８Ｘの入力に結合され、ＭＥＭＳ  Ｘ−チャネルドライバ６８Ｘの出力は次いで光スキャナ装置５４の中のＭＥＭＳ２４の第１の入力に結合される。このようにして、較正管理装置６４は、Ｘ軸の回りのＭＥＭＳミラー２６の角度傾斜を制御できる。さらに、較正管理装置６４の別のデジタル出力はＤ／Ａ変換器６６Ｙの入力に結合され、Ｄ／Ａ変換器６６Ｙの出力はＭＥＭＳ  Ｙ−チャネルドライバ６８Ｙの入力に結合され、ＭＥＭＳ  Ｙ−チャネルドライバ６８Ｙの出力は次いで光スキャナ装置５４の中のＭＥＭＳ２４の第２の入力に結合される。このようにして、較正管理装置６４は、Ｙ軸の回りのＭＥＭＳミラー２６の角度傾斜を制御できる。
【００３１】
較正管理装置６４のさらに別のデジタル出力は、平面較正オブジェクト３０を上げ下げする（または代わりに光スキャナ装置５４を上げ下げする）ために使用されるＺ並進段７０に結合され、したがって平面較正オブジェクト３０と光スキャナ装置５４との間の距離は、較正管理装置６４の制御下で変えることができる。この距離は、例えば平面較正オブジェクト３０で投射光画像３１の焦点の質を最適化するために、または以下に説明する体積測定較正のために変える必要がある。
【００３２】
続けて図１を参照すると、光スキャナ装置５４の中の画像センサ５０が画像デジタイザ５６の入力に結合され、画像デジタイザ５６は画像センサ５０によって出力されるビデオ信号をサンプリングし、ビデオ信号を、画像センサ５０の入力面で作り出される画像５１のデジタル表現に変換するのが分かる。画像デジタイザ５６によって作成される画像のデジタル表現は次いで、較正管理装置６４が光スキャナ装置５４によって作り出される画像にアクセスし、処理することができるように、較正管理装置６４のデジタル入力に出力される。
【００３３】
三次元光走査システム１０の中の誤差原因を説明する前に、較正管理装置６４によって実行される三角測量数学及びアルゴリズムをここで図６に関して説明する。また、図３〜図５を参照して、Ｘ軸が光スキャナ装置５４の軸に沿い、Ｙ軸が光スキャナ装置５４の脇にあり、Ｚ軸が光スキャナ装置５４を上下に通るように座標系が定義される。
【００３４】
図６に示される関心のある点は、ＭＥＭＳミラー２６の中心（ＸＭ、０、ＺＭ）及び投射光画像３１が（ＸＲ、ＹＲ、０）で平面較正オブジェクト３０を交差する位置を含む。ＭＥＭＳミラー２６の中心はＹ＝０平面を通過すると仮定され、平面較正オブジェクト３０はＺ＝０平面の中にあることに留意されたい。図６の中の関心のあるベクトルは、ＭＥＭＳミラー２６に入射する光束（つまり、プリズム光２３）の中心であるベクトルＩ、ＭＥＭＳミラー２６に垂直であるベクトルであるベクトルＮ、及びＭＥＭＳミラー２６から反射する光束（つまり、投射光２７）の中心であるベクトルＲを含む。ベクトルＩ、Ｎ、及びＲはすべて名目上理想的な（つまり、ゼロ公差）スキャナシステムの点（ＸＭ、０、ＺＭ）を通過することに留意されたい。また、理想的なシステムでは、ベクトルＩ、Ｎ、及びＲも同じ平面―反射面―にあり、ベクトルＩとＮとの間の角度は、反射の法則に従ってベクトルＮとＲとの間の角度でもある角度αとなるように定義されることにも留意されたい。
【００３５】
図６に示される他の一次元の数量は、Ｉ＝ＡＩＸ＋ＣＩＺ（ＢＩはゼロになると仮定される）ようにベクトルＩのベクトル成分ＡＩ及びＣＩ、Ｎ＝ＡＮＸ＋ＢＮＹ＋ＣＮＺとなるようにベクトルＮのベクトル成分ＡＮ、ＢＮ、及びＣＮ、ならびにＲ＝ＡＲＸ＋ＢＲＹ＋ＣＲＺとなるようにベクトルＲのベクトル成分ＡＲ、ＢＲ、及びＣＲ含む。図６に示される角度数量は、ベクトルＩとＸ軸との間の角度である角度φＩ、ベクトルＮとＸ軸との間の角度である角度φＮ、ベクトルＲとＸ軸との間の角度である角度φＲ、ベクトルＲとＸ−Ｚ平面との間の角度である角度θＲ、及びベクトルＮとＸ−Ｚ平面との間の角度である角度θＮを含む。
【００３６】
光スキャナ装置５４を含む三次元光スキャナシステム１０は、画像センサ５０上の画像５１の位置で符号化された二次元情報を、試験オブジェクト７２上の投射光画像３１の三次元位置に変換するために三角測量アルゴリズムに依存する。この三角測量アルゴリズムを、ここで図６を参照して説明する。以下の説明は一般的であり、曲線状の試験オブジェクト７２も仮定できるが、図６が、試験中のオブジェクトとしてＺ＝０における平面較正装置３０を示すことに留意されたい。三角測量アルゴリズムに対する入力は、画像センサ５０上の画像５１のＹ位置及びＺ位置（以下、それぞれＹｉ及びＺｉと示される）、テレセントリックレンズの倍率Ｍ、入射光ベクトルＩの角度φＩ、ＭＥＭＳミラー２６の法線ベクトルＮと関連付けられた走査角度φＮ及びθＮ、ならびにＭＥＭＳミラー２６の中心座標ＸＭ及びＺＭである。目標は、試験オブジェクト７２上の投射光画像３１の空間的位置（Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏ）を計算することである。
【００３７】
三角測量アルゴリズムの第１のステップは、ＡＩ＝ｃｏｓφＩ、ＢＩ＝０、及びＣＩ＝ｃｏｓφＩであるベクトルＩの方向余弦を計算することである。次に、ＡＮ＝−ｃｏｓθＮｃｏｓφＮ、ＢＮ＝ｓｉｎθＮ、及びＣＮ＝ｃｏｓθＮｓｉｎφＮであるベクトルＮの方向余弦が計算される。本開示では、ベクトルＩ、Ｎ、及びＲは、たとえ慣例によりベクトルＮが通常、面法線から離れて指し、ベクトルＲと関連付けられた光の流れが反射から離れているとしても、ベクトルＩ、Ｎ、及びＲがすべてＭＥＭＳミラーの中心（ＸＭ、０、ＺＭ）を指すように定義される。また、ベクトルＩ、Ｎ、及びＲはすべて同じ平面、つまり「反射面」内にある。次に、角度αの検査によって、α＝ａｒｃｃｏｓ（Ｉ・Ｎ）＝ａｒｃｃｏｓ（Ｎ・Ｒ）、つまり言い換えるとＩ・Ｎ＝Ｎ・Ｒであり、ここでは「・」はベクトルドット積を示すことが分かる。これは、ＡＩＡＮ＋ＣＩＣＮ＝ＡＮＡＲ＋ＢＮＢＲ＋ＣＮＣＲ、またはＣＲ＝（ＡＩＡＮ＋ＣＩＣＮ−ＡＮＡＲ−ＢＮＢＲ）／ＣＮであることを意味する。次に、反射面に垂直である、つまりＰ＝ＩｘＮ及びＰ＝ＮｘＲであるベクトルＰ（図６では示さない）を定義し、上式では「ｘ」はベクトルクロス積を示し、結果的にＩｘＮ＝ＮｘＲとなる。次に、クロス積が実行され、Ｚ方向余弦はＡＲ＝（ＡＮＢＲ−ＡＩＢＮ）／ＢＮについて解くために互いに等しく設定される。同様に、クロス積が実行され、Ｘ方向余弦はＢＲ＝（ＢＮＣＩ＋ＢＮＣＲ）／ＣＮについて解くために互いに等しく設定される。ＡＲ、ＢＲ、及びＣＲの３つの連立方程式は次いで、それらがベクトルＩ及びベクトルＮの成分の関数にすぎないように解かれ、以下の結果となる。
ＡＲ＝２ＡＮ（ＡＩＡＮ＋ＣＩＣＮ）−ＡＩ （１）
ＢＲ＝２ＢＮ（ＡＩＡＮ＋ＣＩＣＮ） （２）
ＣＲ＝２ＡＩＣＮＡＮ＋２ＣＩＣＮ２−ＣＩ （３）
【００３８】
三角測量アルゴリズムの次のステップは、方向余弦ＡＲ、ＢＲ及びＣＲから、ならびに画像センサ５０上の画像５１の位置（Ｘｉ及びＺｉ）から試験オブジェクト７２上の投射光画像３１の中心の実際の空間座標を計算することである。検査によって、Ｙｏ＝Ｙｉ／Ｍ及びＸｏ＝Ｚｉ／Ｍである。次に、Ｔ＝（Ｘｏ−ＸＭ）／ＡＲ、Ｔ＝（Ｙｏ−ＹＭ）／ＢＲ、及びＴ＝（Ｚｏ−ＺＭ）／ＣＲとなるようにパラメータＴを定義する。Ｔが式Ｔ＝（Ｙｏ−ＹＭ）／ＢＲから計算された後、ＺｏはＺｏ＝ＣＲＴ＋ＺＭとして計算できる。この接合点で、試験オブジェクト上の投射光画像３１の中心の空間座標の位置（Ｘｏ、Ｙｏ、及びＺｏ）がここで既知となる。
【００３９】
この三角測量アルゴリズムは、画像センサ５０上の画像５１の正確な配置、及び画像センサ５０上の画像５１の配置にも影響を与える試験オブジェクト７２上の投射光画像３１の正確な配置に決定的に依存する。画像センサ５０上の画像５１の正確な配置に対するこの重大な依存は、関係Ｙｏ＝Ｙｉ／Ｍ及びＸｏ＝Ｚｉ／Ｍから迅速に探り出される。Ｙｉ及びＺｉが三次元光学式スキャンシステム１０の中の電気光機械的な公差により不正確である場合、次いで（Ｚｏだけではなく）Ｙｏ及びＸｏも不正確となるであろう。すべての電気光機械的公差をゼロに動かすことは概して経済的ではないので、本技術で規定される較正プロセスが、Ｙｉ及びＺｉと関連付けられた画像配置誤差を説明し、その後計算された座標（Ｘｏ、Ｙｏ、及びＺｏ）の誤差を実質的に排除するために必要である。
【００４０】
上述したように、三次元光スキャナシステム１０は、フィードバックループの恩恵を受けずに動作する。つまり、投射光２７の実際の方向はおそらく投射光２７の予想される方向とは同じではない。つまり、較正管理装置６４が撮像された照準線の位置を処理し、測定中のパーツ上の照準線の三次元位置を計算するとき、実際の投射角対予想投射角のこの差異が、測定中のパーツ上の照準線の計算された位置に重大な誤差を生じさせる。実際に、画像センサ５１上の照準線の画像の実際の配置を、三次元光スキャナが完璧（つまり、すべての公差がゼロ）である場合にあるべき場所から異ならせる、三次元光スキャナシステム１０の中のいかなる電気的誤差、光学的誤差、または機械的誤差も、較正管理装置６４によって実行される三角測量アルゴリズムにおいて誤差を生じさせ、その結果照準線の計算された三次元位置も誤差を有することになる。
【００４１】
一例として、光源１２の配置がわずかに偏位していた場合、次いでソース光１３、レチクル光１５、及びプリズム光２３はすべて、より明るい側面及びより薄暗い側面を有する投射光画像３１を生じさせる偏りを有し、このことが画像センサ５０上の投射光画像３１の画像５１の実際の位置で微妙なずれを生じさせる。この微妙なずれの結果、較正管理装置６４によって実行される照準線位置確認アルゴリズムは、光源１２がゼロの配置ずれを有した場合とは異なる照準線位置を計算する。異なる照準線位置は、同様に、三角測量アルゴリズムの実行後にパーツ上の照準線の計算された三次元位置の誤差を生じさせる。
【００４２】
別の誤差原因は、レチクル１６の位置と関連付けられる。レチクル１６がＹ方向またはＺ方向で誤配置される場合、次いでベクトルＩの開始点も相応して誤配置され、ベクトルＲはその後、較正管理装置６４によって実行される三角測量アルゴリズムによってベクトルＲがあると予想される位置にはなくなる。他の誤差原因と説明するように、試験オブジェクト上の投射光画像３１の実際の位置は、投射光画像３１があるべき場所ではなくなり、画像センサ５０上の画像５１の実際の位置は、画像５１があるべき場所ではなくなり、三角測量アルゴリズムの実行後にパーツ上の照準線の計算された三次元位置に誤差を生じさせる。
【００４３】
実際に、ベクトルＩで誤差を誘発する任意の光学機械公差は、ベクトルＲ、ならびに投射光画像３１及び画像５１の配置に誤差を生じさせ、それにより、三角測量アルゴリズムの実行後にパーツ上の照準線の計算された三次元位置に誤差を生じさせる。ベクトルＩで誤差を生じさせる場合がある光学機械公差は、投射レンズ２０の角度勾配または角度傾斜、投射レンズ２０のＹまたはＺでの側面方向の置き違え、プリズム２２の角度勾配または角度傾斜、及びプリズム２２のＸ、Ｙ、またはＺでの側面方向の置き違えを含む。
【００４４】
同様に、ベクトルＮで誤差を誘発する任意の電気光機械公差は、以後、ベクトルＲ、ならびに投射光画像３１及び画像５１の配置に誤差を生じさせ、三角測量アルゴリズムの実行後にパーツ上の照準線の計算された三次元位置に誤差を生じさせる。ベクトルＮで誤差を生じさせる場合がある電気光機械公差は、Ｘ方向、Ｙ方向、またはＺ方向でのＭＥＭＳ２４の側面方向の置き違え、ＭＥＭＳ２４の角度に関する置き違え、Ｘ方向、Ｙ方向、またはＺ方向でのＭＥＭＳ２４の中のＭＥＭＳミラー２６の側面方向の置き違え、ＭＥＭＳ２４の中のＭＥＭＳミラー２６の角度に関する置き違え、Ｄ／Ａ変換器６６Ｘ及び６６Ｙの非線形性、ＭＥＭＳドライバ６８Ｘ及び６８Ｙの非線形性、ならびにＭＥＭＳ２４の中の非線形性及びクロストークを含む。ＭＥＭＳミラー２６の厚さだけではなくＭＥＭＳ２４の側面方向の置き違えによっても、ＭＥＭＳミラー２６の角回転の点は点（ＸＭ、０、ＺＭ）、つまり両方のベクトルＮ及びＲで誤差を生じさせるベクトルＩ、Ｎ、及びＲの名目交差点ではなくなる。ＭＥＭＳドライバ６８Ｘ及び６８Ｙ、ならびにＭＥＭＳ  Ｄ／Ａの６６Ｘ及び６６Ｙと関連付けられた電子的な誤差は、ＭＥＭＳミラー（つまり、ベクトルＮ）に間違った方向を指させるＭＥＭＳ駆動電圧ＶＸＭＥＭＳ及びＶＹＭＥＭＳの誤差を生じさせる。同様に、ＭＥＭＳ２４の電気機械特性での不完全性も、たとえＭＥＭＳ駆動電圧ＶＸＭＥＭＳ及びＶＹＭＥＭＳが正しくてもベクトルＮに誤差を生じさせる。
【００４５】
最後に、たとえベクトルＩ、Ｎ、及びＲに誤差がなくても、（第１のレンズ要素３６、開口絞り４２、及び第２のレンズ要素４４を含む）テレセントリックレンズ、撮像ウィンドウ３４、折り畳みミラー４０、光学フィルタ４８、及び／または画像センサ５０と関連付けられた光学機械公差は画像センサ５０上の画像５１の配置で誤差を生じさせ、三角測量アルゴリズムの実行後にパーツ上の照準線の計算された三次元位置に誤差を生じさせる。
【００４６】
具体的には、撮像ウィンドウ３４がウェッジを有する場合、従って反射画像光３３は、撮像ウィンドウ３４を透過した後に、撮像ウィンドウ３４によって、中心線がオブジェクト空間軸３８と一致しない、または平行ではない方向に屈折される場合がある。同様に、折り畳みミラー４０が適切に位置合わせされていない、または平面性から大幅に逸脱する場合、従って折り畳みミラー光４１は折り畳みミラー４０によって、中心線が画像空間軸４６と一致しないまたは平行ではない方向に反射される場合がある。光学フィルタ４８がウェッジを有する場合、従ってフィルタ処理された光４９は、フィルタ処理された光４９が光学フィルタ４８を透過した後、光学フィルタ４８によって、中心線が画像空間軸４６と一致しない、または平行ではない方向に屈折される場合がある。これらの３つの伝搬誤差のいずれによっても、画像センサ５０上の画像５１の位置は、これらの誤差がなければ画像５１があるべきである場所ではなくなり、三角測量アルゴリズム実行後の試験オブジェクト７２上の照準線の計算された三次元位置に誤差を生じさせる。
【００４７】
第１のレンズ要素３６、開口絞り４２、及び第２のレンズ要素４４を含むテレセントリックレンズは、第２のレンズ要素４４と画像センサ５０との間の距離の変化に伴ってだけではなく、第１のレンズ要素３６とレンズオブジェクト（つまり、投射光画像３１）との間の距離の変化にも伴って倍率が変化しないように、二重にテレセントリックになるように設計される。したがって、レンズが二重にテレセントリックとなるように設計することは、正面のまたは後部の焦点距離のどちらかが変化するので、画像センサ５０上の画像の配置の誤差を最小限に抑える。しかしながら、レンズ設計は完璧ではないので、なんらかの残留非テレセントリシティが存在する。つまり、画像センサ５０上の画像５１の実際の位置は、画像５１が理想的にあるべき場所ではなくなり、三角測量アルゴリズムの実行後にパーツ上の照準線の計算された三次元位置に誤差を生じさせる。同様に、テレセントリックレンズは、その光学的歪み（例えば、たる形歪曲または糸巻き形歪み）がゼロに動かされるように設計され、これにより歪みに起因する画像配置誤差はなくなる。しかしながら、レンズ設計は完璧ではないので、なんらかの残留歪みが存在する。つまり、画像センサ５０上の画像５１の実際の位置は、画像５１が理想的にはあるべきである場所ではなくなり、三角測量アルゴリズムの実行後にパーツ上の照準線の計算された三次元位置の誤差を生じさせる。
【００４８】
さらに、光学機械公差に起因し、テレセントリックレンズの３つの構成部品のいずれも、それらが位置するべきである場所に位置していない場合、次いでテレセントリックレンズの歪み及びテレセントリシティは劣化する。この劣化により、再び画像センサ５０上の画像５１の実際の位置は、画像５１が理想的にあるべき位置ではなくなり、三角測量アルゴリズムの実行後にパーツ上の照準線の計算された三次元位置の誤差を生じさせる。
【００４９】
上述された誤差に対処するために光スキャナ装置を較正する例示的な方法が、ここで図１〜図１６を参照して説明される。ステップ７００で、例示的な較正プロセスが開始される。次に、ステップ７０２で、較正管理装置６４は光スキャナ装置５４に、光スキャナ装置５４から発せられる光源を走査パターンでの図３に示される平面較正面３０等の較正面上の点に移動させる命令を提供する。
【００５０】
光スキャナ装置５４がステップ７０２で向けさせられる点は、１つ以上の走査パラメータに基づく。この例では、利用される走査パラメータは、光スキャナ装置５４のＭＥＭＳミラー２６の角度位置を制御するために使用される電圧であり、これによりＭＥＭＳミラー２６の特定の角度位置を得るために利用される電圧は較正面上の別個の点に一致する。ＭＥＭＳミラー２６の角度位置は、同様に光スキャナ装置５４の走査角度を決定する。例として、較正管理装置６４は、Ｄ／Ａ変換器６６Ｘ及びＤ／Ａ変換器６６Ｙに、それぞれ、実際の角度位置が正確に既知ではない未較正の角度位置にＭＥＭＳミラー２６を動かすために使用される既知の電圧ＶＸＭＥＭＳ及びＶＹＭＥＭＳを出力するよう命令する。この角度位置は、画像センサ５０によって捕捉され、以後、処理のために較正管理装置６４にデジタルで転送された照準線画像５１から計算しなければならない、ＭＥＭＳ法線ベクトルＮ（つまり、ＡＮ、ＢＮ、及びＣＮ）の方向余弦によって、または図６に示されるように角度θＮ及びφＮによって同等に特徴付けられる。
【００５１】
ステップ７０４で、較正管理装置６４は処理のために光スキャナ装置５４から発せられた光源の得られた画像のデジタル表現を受信する。画像のデジタル表現は、走査パターンにおける複数の点のそれぞれについて得られる。この例では、光スキャナ装置５４は照準線画像５１を作成する。図８は、例として平面較正オブジェクト３０の上に照準線が投射された画像センサ５０によって捕捉された照準線画像５１の例示的な画像である。照準線画像が説明されているが、他の種類及び数の画像形状が利用されてよい。
【００５２】
次に、ステップ７０６で、較正管理装置６４は、画像が得られた走査パターンにおける点での走査角度を計算する。このビットマップ画像は、図６に示されるように、座標Ｙｉ及びＺｉを有する点である、照準線のアームの交差点を決定するために較正管理装置６４によって処理される。ＭＥＭＳミラー２６法線ベクトルＮの実際の決定は、ベクトルＲの成分、つまりＡＲ＝Ｚｉ／Ｍ−ＸＭ、ＢＲ＝Ｙｉ／Ｍ−ＹＮ、及びＣＲ＝−ＺＭを最初に計算することによって達成される。ＡＲ、ＢＲ、及びＣＲが次いで、それぞれをベクトルＲの大きさで除算することによって正規化されることに留意されたい。次に、方程式ＡＮ２＋ＢＮ２＋ＣＮ２＝１だけではなく、上記方程式１及び２も使用することによって、
ＡＮ＝（ＡＲ＋ＡＩ）／ｓｑｒｔ［（ＡＲ＋ＡＩ）２＋ＢＲ２＋（ＣＲ＋ＣＩ）２］ （４）
ＢＮ＝ＢＲ／ｓｑｒｔ［（ＡＲ＋ＡＩ）２＋ＢＲ２＋（ＣＲ＋ＣＩ）２］ （５）
ＣＮ＝（ＣＲ＋ＣＩ）／ｓｑｒｔ［（ＡＲ＋ＡＩ）２＋ＢＲ２＋（ＣＲ＋ＣＩ）２］ （６）
であるベクトルＮの３つの成分を計算できる。ＭＥＭＳミラー２６角度（走査角度）θＮ及びφＮは、次いでＡＮ、ＢＮ、及びＣＮから計算される。
【００５３】
次に、ステップ７０８で、較正管理装置６４は、例として、較正プロセスによる後の使用のために較正管理装置６４のメモリ１２２の表の中に、既知のＭＥＭＳ駆動電圧ＶＸＭＥＭＳ及びＶＹＭＥＭＳ等の走査角度値と関連付けられた１つ以上の走査パラメータだけではなく、計算された走査角度値θＮ及びφＮも記憶する。計算された走査値及び関連付けられた１つ以上の走査パラメータは、較正管理装置６４に結合された他の装置での他の位置に記憶されてよい。
【００５４】
ステップ７１０で、較正管理装置６４は、例として較正プロセスのための平面較正面３０上での走査パターンが完全であるかどうかを判断する。ステップ７１０で、較正管理装置６４が、走査パターンが不完全であると判断する場合、Ｎｏ分岐がとられ、プロセスが平面較正面上の新しい点について繰り返されるステップ７０２に戻る。
【００５５】
例として、ＶＸＭＥＭＳ及びＶＹＭＥＭＳの新しい値は較正管理装置６４によって決定され、ＭＥＭＳミラー２６は、実際の角度位置が正確に既知ではない新しい未較正の角度位置に角度回転される。プロセスは、次いで平面較正面３０での複数の別個の点を含む走査パターンにおけるいくつかの点について繰り返される。走査パターンにおける点の数は用途に基づいて変わってよい。蛇行パターン、ラスタパターン、ランダムパターン、または疑似ランダムパターン等の二次元走査パターンがほんの一例として利用されてよいが、この例では走査パターンは一次元である。較正プロセスの走査パターンにおける各走査点と関連付けられた駆動電圧ＶＸＭＥＭＳ及びＶＹＭＥＭＳは、走査点がかなり十分に間隔を空けて置かれ、かつ平面較正オブジェクト３０及び／または試験オブジェクト７２の視野全体で構成される必要がある関心のある領域をカバーするようなものである。
【００５６】
図９は、ＭＥＭＳ走査ミラー２６の走査角度の回転の関数として二次元蛇行走査パターンの例を示す。図１０は、図９に示される二次元蛇行走査パターンにおける視野全体の走査点の例を示し、Ｙ方向に３１の点、直交方向に２５の点があり、２１の走査点が、それらが関心のある領域の外にあるために各角から削除されているが、２つの方向の他の数の点も可能であり、より多くの点またはより少ない点が角から削除できる。図１１は、ＶＸＭＥＭＳ及びＶＹＭＥＭＳの関数として較正走査点ごとにθＮの実際の値を示し、図１２はＶＸＭＥＭＳ及びＶＹＭＥＭＳの関数として較正走査点ごとにφＮの実際の値を示す。図１１及び図１２の両方では、θＮ及びφＮの線形成分は人工的に抑制され、したがって未較正誤差の大半を含む非線形成分は図示するためにより顕著である。
【００５７】
図７を再び参照すると、ステップ７１０で、較正管理装置６４が、走査パターンが完全であると判断する場合、走査パターンにおける複数の点のそれぞれについて、較正管理装置が、計算された走査角度θＮ及びφＮと、対応する走査パラメータ、この例ではＭＥＭＳミラー２６の角度位置のＶＸＭＥＭＳ及びＶＹＭＥＭＳ値の較正関係を判断するステップ７１２に、Ｙｅｓ分岐がとられる。一例では、多項式がＭＥＭＳミラー角度θＮ及びφＮの関数としてＶＸＭＥＭＳのデータに適合され、多項式はＭＥＭＳミラー角度θＮ及びφＮの関数としてＶＹＭＥＭＳのデータに適応されて較正関係を提供する。しかしながら、以下にさらに詳細に説明するように、走査パターンにおける複数の点のそれぞれについて、走査角度及び対応する走査パラメータを相互に関連付ける値のルックアップテーブルを記憶する等、較正関係を提供する他の方法が利用されてよい。より少ないもしくはより多い項を有する他の多項式も使用できる、または指数関数、逆指数関数、三角法の項、逆三角法の項等の非多項式項を有する方程式が使用できるが、例示的な多項式は、以下の方程式７に示される。
ＶＭＥＭＳ＝Ａ０＋Ａ１θＮ＋Ａ２θＮ２＋Ａ３θＮ３＋Ａ４θＮ４＋Ａ５θＮ５＋Ａ６θＮ６＋Ａ７θＮ７＋Ａ８φＮ＋Ａ９φＮ２＋Ａ１０θＮφＮ＋Ａ１１θＮ２φＮ＋Ａ１２θＮφＮ２＋Ａ１３θＮ２φＮ２ （７）
反復性である適合方法等の他の種類の適合方法が使用できるが、適合プロセスの間に、通常は回帰アルゴリズムを用いて係数Ａ０〜Ａ１３が計算されることに留意されたい。
【００５８】
較正多項式は、Ａ１係数がゼロ（または多項式がＶＸＭＥＭＳである場合Ａ８）からかけ離れており、一方係数Ａ２〜Ａ１３が（依然として有意であるにも関わらず）概して小さいという点で強力に線形である。実際、図１３に示されるように、ＶＸＭＥＭＳは、θＮに対する依存性及びφＮに存在する非線形性を隠す、φＮに対する強力な線形の依存性を有する。線形項が人工的にゼロに設定される場合、残りの項のＶＸＭＥＭＳに対する影響が、図１４に示すように明らかになる。図１４の表面は、Ｘ方向の三次元光スキャナ装置５４に存在する非線形性を示す。これらの非線形性は、概して上記に示された電気光機械誤差から生じる。同様に、図１５に示すように、ＶＹＭＥＭＳは、φＮに対する依存性及びθＮに存在する非線形性を隠す、θＮに対する強力な線形の依存性を有する。線形項が人工的にゼロに設定される場合、残りの項のＶＹＭＥＭＳに対する影響が図１６に示すように明らかになる。図１６の表面はＹ方向の三次元光スキャナ装置５４に存在する非線形性を示す。また、これらの非線形性は、概して上記に示された電気光機械誤差から生じる。
【００５９】
次に任意選択のステップ７１４で、較正管理装置６４は、例として、図１に示されるように、三次元走査パターンを生成するために光スキャナ装置５４を移動させる命令をＺ並進段７０に提供することによって、図３に示されるように、光スキャナ装置５４と平面較正面３０との間のＺ方向での距離を調整する。上述された較正プロセスは、平面較正装置３０が較正プロセスの間、Ｚでの１つの高度、つまりＺ＝０．０に位置していたと仮定した。他の数の高度及びＺ高度が使用できるが、例として、較正プロセスは、Ｚ＝−０．６０ｍｍ、Ｚ＝０．００ｍｍで、及びＺ＝０．６０ｍｍで２つ以上の既知の高度で完了されてよい。
【００６０】
２つ以上の高度でこの体積測定プロセス、つまり三次元走査を実行する優位点は、較正多項式に、異なるＺ高度で発生するスキャナの誤差を捕捉させることができる点である。例えば、テレセントリックレンズの歪み及び非テレセントリシティは、試験オブジェクト表面がＺ＝０．０００ｍｍの代わりに、Ｚ＝０．６００ｍｍに位置するとき、著しく異なる場合がある。較正多項式は、角度θＮ及びφＮに加えてここでＺの関数になる。つまり、ＶＸＭＥＭＳ＝ｆ（θＮ、φＮ、Ｚ）及びＶＹＭＥＭＳ＝ｇ（θＮ、φＮ、Ｚ）である。２つ以上の高度で較正プロセスを実行する不利な点は、較正プロセスがここで実行するのにより長くかかるという点である。実際、図７のフローチャートでのステップ７０２〜７１２は、Ｚ高度ごとに実行されなければならない。図１を参照すると、Ｚ高度は、較正管理装置６４が、Ｚ並進段７０にＺ方向での光スキャナ装置５４の配置の変更を達成するようにコマンドを発行する体積測定較正プロセスの間に較正管理装置６４によって制御される。代わりに、Ｚ並進段は、Ｚ方向での平面較正オブジェクト３０の配置を変更するために移動されてよい。
【００６１】
較正多項式または他の構成関係がＶＸＭＥＭＳ及びＶＹＭＥＭＳについて計算されると、較正プロセスはステップ７１６で完了し、２つの多項式の係数は、試験オブジェクト７２の測定走査中の後の使用のために、例として較正管理装置６４のメモリ１２２に記憶される。
【００６２】
図１７は、図５に示される試験オブジェクト７２等の試験オブジェクトの測定走査を完了するために、図７に示される方法で決定された較正関係を利用する例示的な方法を示す。第１に、ステップ８００で、較正管理装置は、光スキャナ装置５４を使用して試験オブジェクト７２を測定するための複数の測定走査角度を決定する。測定走査中、三角測量アルゴリズムが各走査点について正確に実行し、試験オブジェクト７２上の投射光画像３１の位置（Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏ）の誤差がない推定値を生じさせることができるように、走査の各点についてＭＥＭＳミラー２６の正確な角度θＮ及びφＮを知る必要がある。試験オブジェクト７２の（線形のまたは面積の）測定走査中、走査点にわたって試験オブジェクト７２の三次元形状を定義する一連の（Ｘｏ、Ｙｏ、Ｚｏ）データ点がアセンブルされることに留意されたい。三次元光スキャナシステム１０の所望される出力であり、可能な限り誤差なしでなければならないのはこの三次元形状である。例として、測定走査中、較正管理装置６４は、走査の所望されるパラメータ（例えば、線形走査対面積走査、走査エンベロープ、及び走査点の数）に基づいて測定走査角度θＮ及びφＮの値を決定する。
【００６３】
次にステップ８０２で、較正管理装置６４は、較正関係を使用し、走査測定角度を達成するために必要である、必要なＭＥＭＳ駆動電圧ＶＸＭＥＭＳ及びＶＹＭＥＭＳ等の測定走査角度のそれぞれに対応する測定走査パラメータを計算する。ある例では、較正関係は、方程式７の多項式等の較正多項式によって提供される。
【００６４】
別の例では、較正関係は、計算された走査角度を上述された対応する走査パラメータと相互に関連付ける値のルックアップテーブルである。この例では、ＶＸＭＥＭＳ、ＶＹＭＥＭＳ、θＮ、φＮ、及び任意選択でＺの未処理の値が、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）の較正管理装置６４のメモリ１２２に表形式で記憶される。この例では、任意選択のステップ８０４で、較正管理計算装置６４は、ＬＵＴの複数の測定走査角度のそれぞれについて、対応する測定走査パラメータを計算するために補間アルゴリズムを適用する。この例では、ＬＵＴデータに対する補間は、測定走査中に（任意選択で所与のＺで）所望されるＭＥＭＳ角度θＮ及びφＮを達成するために必要とされるＶＸＭＥＭＳ及びＶＹＭＥＭＳの正確な値を見つけるために使用される。ノイズは除去されない、またはそれ以外の場合多項式フィッティングプロセスによってフィルタ処理されないため、補間結果もよりノイズが多いが、これは、より高速に実行し、（多項式フィッティングが、それが本質的に低域通過フィルタであるため、取り繕う傾向がある）データの高空間周波数特徴を保持する優位点を有する。
【００６５】
多項式方式の代わりにＬＵＴ方式を使用することに伴う困難は、通常ルックアップテーブルの中のエントリの間にあるθＮ及びφＮ（及び任意選択でＺ）の正確な値を見つけるために必要とされる補間である。２パラメータ補間、つまりＶ＝ｈ（θＮ、φＮ）はこのアルゴリズムのより簡略な部分集合であるという理解の下で、所望される電圧が３つすべてのパラメータθＮ、φＮ、及びＺの関数である補間アルゴリズムが説明される。他のアルゴリズムも可能であるが、補間アルゴリズムは以下のステップに従う。
１）ＭＥＭＳ駆動電圧「Ｖ」が計算されるθＮ、φＮ、及びＺの所望される値を得る（ＶがＶＸＭＥＭＳまたはＶＹＭＥＭＳのどちらかである）。これらの座標（θＮ、φＮ、Ｚ）は点「Ｐ」で示される。
２）点Ｐへの距離Ｌが最小であるＬＵＴの４つのエントリを見つける。
３）ステップ２）で見つけられた４つのエントリは、４面体の４つの角であり、点Ｐは４面体の中にある。
４）クロス積ベクトル数学を使用し、３次元４面体に垂直である４次元ベクトルを見つける。
５）４面体の角点を四次元ベクトルの中に差し込み、形式ＡθＮ＋ＢφＮ＋ＣＺ＋ＤＶ＋Ｅ＝０の方程式を得る。係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、及びＥはこの接合点で既知である。
６）ＭＥＭＳのチャネルにとって必要とされる駆動電圧である、Ｖについてステップ５）で見つけられた方程式を解く。
【００６６】
ステップ２）で、点Ｐからテーブル中のｉ番目のＺエントリ、ｊ番目のθＮエントリ、及びｋ番目のφＮエントリまでの距離である距離Ｌｉｊｋは、Ｌｉｊｋ＝ｓｑｒｔ［（Ｚ−Ｚｉ）２＋（θＮ−θｊ）２＋（φＮ−φｋ）２］として計算できる。
【００６７】
ステップ４）から６）は、ＭＥＭＳのＸ−チャネル（つまりＶ＝ＶｘＭＥＭＳ）について以下にさらに詳細に示される。ステップ４）で始めて、４面体の４つの角点は既知であると仮定する。
Ｃ１＝（θ１、φ１、Ｚ１）
Ｃ２＝（θ２、φ２、Ｚ２）
Ｃ３＝（θ３、φ３、Ｚ３）
Ｃ４＝（θ４、φ４、Ｚ４）
次に、３つのベクトルＶ１、Ｖ２、及びＶ３を、ＭＥＭＳのＸ電圧チャネルのためにアセンブルする。
Ｖ１＝Ｃ４−Ｃ１＝（θ４−θ１）θ＋（φ４−φ１）φ＋（Ｚ４−Ｚ１）Ｚ＋（Ｖｘ４−Ｖｘ１）Ｖｘ
Ｖ２＝Ｃ４−Ｃ２＝（θ４−θ２）θ＋（φ４−φ２）φ＋（Ｚ４−Ｚ２）Ｚ＋（Ｖｘ４−Ｖｘ１）Ｖｘ
Ｖ３＝Ｃ４−Ｃ３＝（θ４−θ３）θ＋（φ４−φ３）φ＋（Ｚ４−Ｚ３）Ｚ＋（Ｖｘ４−Ｖｘ１）Ｖｘ
上式では、θ、φ、Ｚ、及びＶｘは単位ベクトルである。
定数θ４、θ３、θ２、θ４、φ４、φ３、φ２、φ１、Ｚ４、Ｚ３、Ｚ２、及びＺ１は、ステップ２）で見つけられた。定数Ｖｘ４、Ｖｘ３、Ｖｘ２及びＶｘ１は、４面体の角に対応する電圧軸上の座標である。
これらのベクトルに垂直であるベクトルＶＮＸは、Ｖ１、Ｖ２、及びＶ３の三重積、つまりＶＮＸ＝Ｖ１×Ｖ２×Ｖ３である。
2019032301.tif 000003
【００６８】
４面体の方程式は、ＡΘ＋Ｂφ＋ＣＺ＋ＤＶｘ＋Ｅ＝０である。係数Ｅは、（Θ４、φ４、Ｚ４、及びＶｘ４等の）Θ、φ、Ｚ、及びＶｘの既知の値を代入し、Ｅについて解くことによって見つけることができる。Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、またはＣ４のいずれかが方程式に代入される場合、Ｅについて同じ答を得る。４面体の方程式の５つの係数が既知であると、Θ、φ、Ｚの所望されるまたは既知の値を代入し、Ｖｘを計算することは簡単なことである。
【００６９】
図１７を再び参照すると、ステップ８０６で、ＭＥＭＳミラー２６を動かすための電圧等の計算された測定走査パラメータは、試験オブジェクト７２の測定走査を完了するために使用される。例として、ＶＸＭＥＭＳ及びＶＹＭＥＭＳの値は次いで、Ｄ／Ａ変換器６６Ｘ、Ｘ−ＭＥＭＳチャネルドライバ６８Ｘ、Ｄ／Ａ変換器６６Ｙ、及びＹ−ＭＥＭＳチャネルドライバ６８Ｙを介して較正管理装置６４によってＭＥＭＳミラー２６を駆動するために使用される。利用される較正プロセスに基づいた測定走査は、走査のシステム誤差を削減する。
【００７０】
ＭＥＭＳ駆動電圧ＶＸＭＥＭＳ及びＶＹＭＥＭＳが実際のＭＥＭＳミラー角度θＮ及びφＮを達成することを必要とした上述された較正プロセスは、ＭＥＭＳミラー角度が印加される駆動電圧とともにどのくらい変化するのかを捕捉するだけではなく、該較正プロセスは、画像センサ５０上の照準線の画像５１の位置に影響を与える他のシステム誤差も捕捉することに注目するのが重要である。上記に示すこれらのシステム誤差は、光源１２の配置、レチクル１６の誤配置、投射レンズ２０の角度勾配または角度傾斜、投射レンズ２０のＹまたはＺでの側面方向の置き違え、プリズム２２の角度勾配または角度傾斜、プリズム２２のＸ、Ｙ、またはＺでの側面方向の置き違え、Ｘ方向、Ｙ方向、またはＺ方向でのＭＥＭＳ２４の側面方向の置き違え、ＭＥＭＳ２４の角度に関する置き違え、Ｘ方向、Ｙ方向、またはＺ方向でのＭＥＭＳ２４の中のＭＥＭＳミラー２６の側面方向の置き違え、ＭＥＭＳミラー２６の角度に関する置き違え、Ｄ／Ａ変換器６６Ｘ及び６６Ｙの誤差、ＭＥＭＳドライバ６８Ｘ及び６８Ｙにおける非線形性及び利得誤差、ＭＥＭＳ２４の中の非線形性及びクロストーク、ならびに光学歪み及び残留非テレセントリシティを含むテレセントリックレンズと関連付けられた誤差を含む（が、これに限定されるものではない）。これらの誤差及び公差は、同様にＭＥＭＳミラー角度θＮ及びφＮを制御することによって制御することもできる画像センサ上の画像５１の位置に影響を与えるので、次いでその影響をゼロにするために角度θＮ及びφＮを相応して制御することによってこれらの誤差を説明し、修正することは意味を成す。本技術の較正プロセスが、これらのシステムエラーを捕捉し、ＶＸＭＥＭＳ及びＶＹＭＥＭＳの較正多項式の計算及び適用においてシステムエラーを補正することが分かる。
【００７１】
本明細書に説明し、示すように、本技術は、誤差が、１つの追加のハードウェア―平面較正アーチファクト―の使用しか必要としない単純かつ高速な手順を使用し、システムレベルで特徴付けられる光スキャナと関連付けられる誤差を較正することを有利に容易にする。本技術は、ここでもスキャナを全体として測定するかまたはそれ以外の場合較正することによって名目公差を有する構成部品から構築された小型かつ経済的な三次元光走査装置の測定誤差を有利に削減する。スキャナは次いで有利なことにフィードバック機構を使用しなくても操作し得る。
【００７２】
本発明の基本的な概念をこのように説明してきたので、上記の詳細な開示がほんの一例として提示されることを意図し、限定的ではないことは当業者にかなり明らかとなる。さまざまな改変、改善、及び修正が発生し、本明細書に明らかに記載されていないが、当業者に対して意図される。これらの改変、改善、及び修正はこれにより示唆されることを意図し、本発明の精神及び範囲内にある。さらに、したがって要素もしくはシーケンスを処理する列挙された順序、または数字、文字、もしくは他の記号表示の使用は、請求されているプロセスを添付の特許請求の範囲に指定され得る以外の任意の順序に限定することを目的としていない。したがって、本発明は添付の特許請求の範囲及びその同等物によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００７３】
１０  光スキャナシステム
１２  光源
１３  ソース光
１４  光源軸
１５  レチクル光
１６  レチクル
１８  ソースバッフル
２０  投射レンズ
２１  投射レンズ光
２２  プリズム
２３  プリズム光
２４  ＭＥＭＳ
２６  ＭＥＭＳミラー
２７  投射光
２８  ソースウィンドウ
３０  較正オブジェクト
３１  投射光画像
３３  反射画像光
３４  撮像ウィンドウ
３６  第１のレンズ要素
３７  第１のレンズ要素光
３８  オブジェクト空間軸
４０  折り畳みミラー
４１  折り畳みミラー光
４２  開口絞り
４３  開口光
４４  第２のレンズ要素
４６  画像空間軸
４８  光学フィルタ
４９  フィルタ処理された光
５０  画像センサ
５１  画像
５２  円筒形のハウジング
５４  光スキャナ装置
５６  画像デジタイザ
６０  Ｄ／Ａ変換器
６２  光源ドライバ
６４  較正管理装置
６６Ｘ  Ｄ／Ａ変換器
６６Ｙ  Ｄ／Ａ変換器
６８Ｘ  ＭＥＭＳドライバ
６８Ｙ  ＭＥＭＳドライバ
７０  Ｚ並進段
７２  試験オブジェクト
１２０  プロセッサ
１２２  メモリ
１２４  通信インタフェース
１２６  バス
【図１】
2019032301.tif 000004
【図２】
2019032301.tif 000005
【図３】
2019032301.tif 000006
【図４】
2019032301.tif 000007
【図５】
2019032301.tif 000008
【図６】
2019032301.tif 000009
【図７】
2019032301.tif 000010
【図８】
2019032301.tif 000011
【図９】
2019032301.tif 000012
【図１０】
2019032301.tif 000013
【図１１】
2019032301.tif 000014
【図１２】
2019032301.tif 000015
【図１３】
2019032301.tif 000016
【図１４】
2019032301.tif 000017
【図１５】
2019032301.tif 000018
【図１６】
2019032301.tif 000019
【図１７】
2019032301.tif 000020
【外国語明細書】
2019032301000001.pdf