JP2007155600A - Projector for measuring three-dimensional shape, and instrument for measuring three-dimensional shape - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、計測対象物に投影された光パターンを解析することによって、計測対象物の三次元形状を計測する三次元形状計測装置と、計測対象物に光パターンを投射させるための三次元形状計測用投光装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus for measuring a three-dimensional shape of a measurement target by analyzing a light pattern projected on the measurement target, and a three-dimensional shape for projecting a light pattern on the measurement target The present invention relates to a light projecting device for measurement.
画像解析によって計測対象物の三次元形状を得る方法として、所定の撮像視野内に存在する計測対象物に光パターンを投影し、計測対象物の三次元形状に応じた変形した光パターンの変形量を解析する方法がある。この方法で代表的なものとしては、位相シフト法と縞解析法がある。 As a method of obtaining the three-dimensional shape of the measurement object by image analysis, a light pattern is projected onto the measurement object existing within a predetermined imaging field of view, and the deformation amount of the deformed light pattern according to the three-dimensional shape of the measurement object There is a method to analyze. Typical examples of this method include a phase shift method and a fringe analysis method.
位相シフト法では、例えば明度が正弦波状に変化する光パターンを計測対象物に投影し、この光パターンの位相を一定の角度ずつずらして3回以上撮影し、得られた画像を相互に比較して光パターンの変形量(位相ずれ)を取得することにより、計測対象物の三次元形状を計測する。従って、位相シフト法では、位相の異なる光パターンを計測対象物に投影しなければならないために、光パターンを3種類以上に切り替える必要がある。 In the phase shift method, for example, a light pattern whose brightness changes in a sine wave shape is projected onto a measurement object, the phase of this light pattern is shifted by a certain angle and photographed three times or more, and the obtained images are compared with each other. By acquiring the deformation amount (phase shift) of the optical pattern, the three-dimensional shape of the measurement object is measured. Therefore, in the phase shift method, since light patterns having different phases must be projected onto the measurement object, it is necessary to switch between three or more light patterns.
また、縞解析法(空間縞解析法)では、位相シフト法と同様に、例えば明度が正弦波状に変化する光パターン(縞模様光パターン)を計測対象物に投影し、計測対象物の平面部分に投影したときと比較して光パターンの変形量(位相ずれ)を取得することにより、計測対象物の三次元形状を計測する。この方法においては、理論的にはただ一度縞模様光パターンを投影することによって三次元形状を計測できるため、光パターンの切り替えは不要である。しかし、実際には計測対象物自体の色や計測対象物の凹凸に起因する影などによって計測誤差が生じるため、そのような要因の影響を低減させる必要がある。このとき、均一な光パターン(つまり、縞模様パターンのない光)を投影したときの計測対象物の画像を予め取得しておき、縞模様光パターンを投影したときの計測対象物の画像と相互比較することによって計測対象物の色などの影響を抑えるという手法がよく用いられる。このため、縞解析法を用いる場合であっても、光パターンを切り替える必要が生じる。しかも、縞模様光パターンを投影するときと均一な光パターンを投影するときとで光パターンを投影する角度などの光学系の状態が変化した場合には、それらの違いによって計測対象物の色や影などが異なってしまうため、背景を除去することができなくなる。このため、投光部として、計測対象物あるいは撮像部との関係が同一の光学系を用いる必要がある。 In the fringe analysis method (spatial fringe analysis method), as in the phase shift method, for example, a light pattern (striped light pattern) whose brightness changes in a sine wave shape is projected onto the measurement object, and the planar portion of the measurement object The three-dimensional shape of the measurement object is measured by acquiring the deformation amount (phase shift) of the light pattern as compared to when it is projected onto the object. In this method, since it is theoretically possible to measure a three-dimensional shape by projecting a striped light pattern once, it is not necessary to switch light patterns. However, in practice, measurement errors occur due to the color of the measurement object itself, shadows due to the unevenness of the measurement object, and the like, and it is necessary to reduce the influence of such factors. At this time, an image of the measurement object when a uniform light pattern (that is, light without a stripe pattern) is projected is acquired in advance, and the image of the measurement object when the stripe light pattern is projected is obtained mutually. A technique of suppressing the influence of the color of the measurement object by comparison is often used. For this reason, even when the fringe analysis method is used, it is necessary to switch the light pattern. Moreover, when the optical system state such as the angle at which the light pattern is projected changes between when the striped light pattern is projected and when the uniform light pattern is projected, the color of the measurement object or the Since the shadows and the like are different, the background cannot be removed. For this reason, it is necessary to use an optical system having the same relationship with the measurement object or the imaging unit as the light projecting unit.
位相シフト法で用いられる光パターンや縞解析法で用いられる光パターンを生成させる方法としては、パターン生成素子や液晶パネルなどに光を透過させて光パターンを生成する方法と、DMD(ディジタル・マイクロミラー・デバイス)を用いて反射光を制御して光パターンを生成する方法とがある。 The light pattern used in the phase shift method and the light pattern used in the fringe analysis method include a method of generating a light pattern by transmitting light to a pattern generation element, a liquid crystal panel, etc. There is a method of generating a light pattern by controlling reflected light using a mirror device.
パターン生成素子は、ガラス基板等の表面に金属蒸着膜によって遮光部を形成すると共に一定ピッチごとに遮光部と投光部を形成したものであり、パターン生成素子で入射光の一部を遮光することによって光パターンを得ることができる。従って、位相シフト法においてパターン生成素子を用いる場合、光パターンの位相をずらすためには、それに合わせてパターン生成素子を精密に移動させるか、位相をずらしたパターン生成素子に取り換える必要がある。また、縞解析法においてパターン生成素子を用いる場合には、パターン生成素子を光路中に差し込んだり、光路から抜き出したりしなければならない。 The pattern generating element is formed by forming a light shielding part on a surface of a glass substrate or the like by a metal vapor deposition film and forming a light shielding part and a light projecting part at a constant pitch, and the pattern generating element shields a part of incident light. Thus, an optical pattern can be obtained. Therefore, in the case of using a pattern generation element in the phase shift method, in order to shift the phase of the optical pattern, it is necessary to move the pattern generation element precisely in accordance with it or replace it with a pattern generation element whose phase is shifted. Further, when using a pattern generation element in the fringe analysis method, the pattern generation element must be inserted into or extracted from the optical path.
しかし、パターン生成素子のパターンピッチは一般に数十μmであるので、光パターンを変更するためにパターン生成素子を動かすような構造であると、パターン生成素子を動かす度に微妙にパターン生成素子の位置がずれる恐れがある。そのため、パターン生成素子を透過した光パターンを計測対象物に拡大投影すると、光パターンの位置再現性が低くなり、計測対象物の計測精度が低下する問題があった。 However, since the pattern pitch of the pattern generation element is generally several tens of μm, if the pattern generation element is moved in order to change the light pattern, the position of the pattern generation element is slightly changed each time the pattern generation element is moved. There is a risk of slipping. For this reason, when the light pattern transmitted through the pattern generating element is enlarged and projected onto the measurement object, there is a problem that the position reproducibility of the light pattern is lowered and the measurement accuracy of the measurement object is lowered.
一方、液晶パネルを用いる方法では、液晶パネルの各画素を電気的に制御することによって光パターンを切り替えることができるので、機械的な移動部分が必要ない。しかし、実用に耐えうる三次元形状計測装置とするためには高速撮影することが前提となるが、撮影が高速になればなるほど計測対象物に投影する光パターンに大光量が必要となり、それに伴って液晶パネルに大光量の光が照射される。そのため液晶パネルを用いた場合には、光源からの大光量によって液晶パネルが短期間で劣化する問題がある。また、液晶パネルでは、所望のエリアで要求される解像度を得ることも困難があった。 On the other hand, in the method using the liquid crystal panel, the light pattern can be switched by electrically controlling each pixel of the liquid crystal panel, so that no mechanical moving part is required. However, in order to obtain a practical three-dimensional shape measuring device, high-speed shooting is premised. However, the higher the shooting speed, the more light is required for the light pattern projected onto the measurement object. The liquid crystal panel is irradiated with a large amount of light. Therefore, when a liquid crystal panel is used, there is a problem that the liquid crystal panel deteriorates in a short period due to a large amount of light from the light source. In addition, in the liquid crystal panel, it has been difficult to obtain a resolution required in a desired area.
また、DMDは各画素毎に配列されたマイクロミラーを動かすことによって入射光の反射方向を制御し、それによって光パターンを変化させるものである。DMDを用いたものでは、各マイクロミラーを動かす必要はあるが、DMD全体を動かす必要はない。しかし、DMDを用いたものでは、高速撮影時におけるマイクロミラーの動きの影響が無視できないほど大きいものとなり、ノイズの発生の原因となってしまう。また、DMDでも、所望のエリアで要求される解像度を得ることが困難であった。 DMD controls the reflection direction of incident light by moving micromirrors arranged for each pixel, thereby changing the light pattern. In the case of using the DMD, it is necessary to move each micromirror, but it is not necessary to move the entire DMD. However, in the case of using the DMD, the influence of the movement of the micromirror at the time of high-speed shooting becomes so large that it cannot be ignored, which causes noise. Further, even with DMD, it is difficult to obtain a resolution required in a desired area.
本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光パターンの切替えを行なっても光パターンの位置が変化することがなく、しかも大光量で光パターンを投影することができる三次元形状計測用投光装置と三次元形状計測装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the technical problems as described above, and the object of the present invention is that the position of the light pattern does not change even when the light pattern is switched, and the light is emitted with a large amount of light. The object is to provide a three-dimensional shape measuring light projecting device and a three-dimensional shape measuring device capable of projecting a pattern.
本発明にかかる三次元形状計測用投光装置は、光を出射する光源と、計測対象物に向けて光パターンを投影するための投影レンズと、前記光源と前記投影レンズの間において前記光源から発した光の光路を複数の分岐した光路のうちいずれかの光路に切り替えるための光路分岐・切替光学系とを備え、前記光路のうち一つの光路は、当該光路を通過して前記投影レンズから投影される光パターンが均一な照度分布の光となるようにし、前記光路のうち別な光路には縞模様の光パターンを生成するためのパターン生成素子を設けて前記投影レンズから縞模様の光パターンを投影するようにしたことを特徴としている。なお、本明細書においては、均一な照度分布でパターンのない光も(均一な)光パターンと呼ぶものとする。 A three-dimensional shape measurement light projecting device according to the present invention includes a light source that emits light, a projection lens that projects a light pattern toward a measurement object, and the light source between the light source and the projection lens. An optical path branching / switching optical system for switching an optical path of emitted light to one of a plurality of branched optical paths, and one of the optical paths passes through the optical path from the projection lens. The projected light pattern is light having a uniform illuminance distribution, and a pattern generating element for generating a striped light pattern is provided in another light path of the light paths to provide a striped light from the projection lens. It is characterized by projecting a pattern. In this specification, light having a uniform illuminance distribution and no pattern is also referred to as a (uniform) light pattern.
本発明にかかる三次元形状計測用投光装置にあっては、光路を分岐させておき、一方の光路にパターン生成素子を設けて縞模様の光パターンを投影できるようにし、他方の光路にはパターン生成素子を設けず均一な照度分布の光(均一な光パターンを投影できるようにし、光の通過する光路をいずれかの光路に切替え可能としている。従って、パターン生成素子を移動させたり、交換したりすることなく投影する光パターンを縞模様の光パターンと均一な光パターンとに切り替えることができ、パターン生成素子の位置ずれによって縞模様の光パターンの位置がずれたりすることがなく、三次元形状計測の計測精度を向上させることができる。また、パターン生成素子を用いているので、光源によって大光量の光を照射しても劣化しにくく、液晶パネルやDMDを用いる場合に比べて投光装置の耐久性が高くなる。 In the three-dimensional shape measuring light projecting apparatus according to the present invention, the optical path is branched, a pattern generating element is provided on one optical path so that a striped light pattern can be projected, and the other optical path is projected. Light with a uniform illuminance distribution without providing a pattern generation element (so that a uniform light pattern can be projected and the light path can be switched to one of the light paths. Therefore, the pattern generation element can be moved or replaced. The light pattern to be projected can be switched between a striped light pattern and a uniform light pattern without shifting the position of the striped light pattern due to the position shift of the pattern generating element. The measurement accuracy of the original shape measurement can be improved.Because the pattern generation element is used, it is difficult to deteriorate even if a large amount of light is irradiated by the light source, Durability of the light projecting device becomes high in comparison with the case of using the LCD panel or DMD.
本発明の三次元形状計測用投光装置のある実施態様においては、前記光路分岐・切替光学系は、移動可能となっていて入射光の通過する光路を2つの光路のうちいずれかの光路に切替えることのできる可動ミラーと、それぞれの光路を通ってきた光の一部を透過させ一部を反射させる半透過半反射素子とを有し、一方の光路を通ってきた光のうち前記半透過半反射素子を透過した光と、他方の光路を通ってきた光のうち前記半透過半反射素子で反射した光とが前記投影レンズを通過するようになっている。半透過半反射素子には、例えばハーフミラーがある。 In an embodiment of the three-dimensional shape measurement light projecting device of the present invention, the optical path branching / switching optical system is movable, and an optical path through which incident light passes is set to one of two optical paths. A movable mirror that can be switched, and a semi-transmissive semi-reflective element that transmits a part of the light passing through each light path and reflects a part of the light. The light transmitted through the semi-reflective element and the light reflected by the semi-transmissive semi-reflective element out of the light passing through the other optical path pass through the projection lens. As the transflective element, for example, there is a half mirror.
かかる実施態様にあっては、半透過半反射素子が1枚あればよいので、2枚の半透過半反射素子を用いて可動部分(可動ミラー)を無くす場合と比較すると、投光装置から出射される光量の低下を小さくすることができ、大光量の光パターンを投影することが可能になる。また、異なる光路を通ってきた光は、同じ投影レンズを通過するので、同一の光学系を用いて縞模様の光パターンと均一な光パターンとを投影することができ、三次元形状計測の計測精度がより向上する。 In such an embodiment, since only one transflective element is required, it is emitted from the light projecting device as compared with the case where the movable part (movable mirror) is eliminated using two transflective elements. The decrease in the amount of light emitted can be reduced, and a light pattern with a large amount of light can be projected. In addition, since light that has passed through different optical paths passes through the same projection lens, it is possible to project a striped light pattern and a uniform light pattern using the same optical system, and to measure three-dimensional shape measurement. The accuracy is further improved.
本発明の三次元形状計測用投光装置の別な実施態様においては、前記光路分岐・切替光学系は、移動可能となっていて入射光の通過する光路を2つの光路のうちいずれかの光路に切替えることのできる第1の可動ミラーと、一方の光路を通ってきた光の方向と他方の光路を通ってきた光の方向が同じになるようにして前記投影レンズに入射させるための第2の可動ミラーとを有している。 In another embodiment of the light projecting device for three-dimensional shape measurement of the present invention, the optical path branching / switching optical system is movable, and the optical path through which incident light passes is one of two optical paths. A first movable mirror that can be switched to a second movable mirror, and a second movable mirror that is incident on the projection lens so that the direction of light that has passed through one optical path and the direction of light that has passed through the other optical path are the same. And a movable mirror.
かかる実施態様にあっては、半透過半反射素子を必要としないので、半透過半反射素子による光量損失をなくすことができ、投光装置から出射される光量の低下を極めて少なくすることができ、より大光量の光パターンを投影することが可能になる。また、異なる光路を通ってきた光は、同じ投影レンズを通過するので、同一の光学系を用いて縞模様の光パターンと均一な光パターンとを投影することができ、三次元形状計測の計測精度がより向上する。 In such an embodiment, a semi-transmissive / semi-reflective element is not required, so that a light amount loss due to the semi-transmissive / semi-reflective element can be eliminated, and a decrease in the amount of light emitted from the light projecting device can be extremely reduced. Therefore, it is possible to project a light pattern with a larger amount of light. In addition, since light that has passed through different optical paths passes through the same projection lens, it is possible to project a striped light pattern and a uniform light pattern using the same optical system, and to measure three-dimensional shape measurement. The accuracy is further improved.
なお、上記各実施態様においては、光路を折り曲げるための固定ミラーを用いれば光路分岐・切替光学系における光路を簡単かつ自由に曲げることができる。 In each of the above embodiments, if a fixed mirror for bending the optical path is used, the optical path in the optical path branching / switching optical system can be bent easily and freely.
本発明の第1の三次元形状計測用投光装置のさらに別な実施態様は、前記可動ミラーは、前記光源からの光路中に挿入又は除去されることによって光路を切り替えるものであり、該可動ミラーが光路に挿入されたときに前記パターン生成素子を通過しない光路に切り替えられ、前記可動ミラーが光路から除去されたときに前記パターン素子を通過する光路に切り替えられるものであることを特徴としている。かかる実施態様によれば、縞模様の光パターンを投影する場合には、光が可動部材(すなわち、可動ミラー)を通過しないので、縞模様の光パターンの投影位置精度が向上する。 Still another embodiment of the first three-dimensional shape measurement light projecting device of the present invention is such that the movable mirror switches the optical path by being inserted into or removed from the optical path from the light source. When the mirror is inserted in the optical path, it is switched to an optical path that does not pass through the pattern generation element, and when the movable mirror is removed from the optical path, it is switched to an optical path that passes through the pattern element. . According to this embodiment, when projecting a striped light pattern, the light does not pass through the movable member (that is, the movable mirror), so that the projection position accuracy of the striped light pattern is improved.
本発明の第2の三次元形状計測用投光装置のさらに別な実施態様は、前記第1の可動ミラーは、前記光源からの光路中に挿入又は除去されることによって光路を切り替えるものであり、該第1の可動ミラーが光路に挿入されたときに前記パターン生成素子を通過しない光路に切り替えられ、前記第1の可動ミラーが光路から除去されたときに前記パターン素子を通過する光路に切り替えられ、前記第2の可動ミラーは、前記パターン生成素子から前記投影レンズに向かう光路中に挿入又は除去されることによって光路を切り替えるものであり、該第2の可動ミラーが光路に挿入されたときに前記パターン生成素子を通過しない光路を通ってきた光が前記投影レンズに向けられ、前記第2の可動ミラーが光路から除去されたときに前記パターン素子を通過した光が前記投影レンズに向けられるものであることを特徴としている。かかる実施態様によれば、縞模様の光パターンを投影する場合には、光が可動部材(すなわち、第1の可動ミラー及び第2の可動ミラー)を通過しないので、縞模様の光パターンの投影位置精度が向上する。 Still another embodiment of the second three-dimensional shape measurement light projecting device of the present invention is such that the first movable mirror switches the optical path by being inserted into or removed from the optical path from the light source. When the first movable mirror is inserted into the optical path, the optical path is switched to not pass through the pattern generation element, and when the first movable mirror is removed from the optical path, the optical path is switched through the pattern element. The second movable mirror switches the optical path by being inserted into or removed from the optical path from the pattern generation element toward the projection lens, and when the second movable mirror is inserted into the optical path. When the light that has passed through the optical path that does not pass through the pattern generating element is directed to the projection lens, and the second movable mirror is removed from the optical path, the pattern It is characterized in that the light passing through the child is directed to the projection lens. According to such an embodiment, when projecting a striped light pattern, the light does not pass through the movable member (that is, the first movable mirror and the second movable mirror), so that the striped light pattern is projected. Position accuracy is improved.
本発明にかかる三次元形状計測装置は、計測対象物に投影された、位置に応じて周期的に照度が変化する光パターンと均一な照度の光パターンとを比較解析することにより、計測対象物の三次元形状を計測する三次元形状計測装置であって、本発明にかかる投光装置と、計測対象物に投影された前記両光パターンを画像として読み取るためのラインセンサと、前記ラインセンサにより読み取られた前記両光パターンの画像に基づいて計測対象物の高さ情報を算出する画像解析部とを備えている。 The three-dimensional shape measurement apparatus according to the present invention compares a light pattern projected on a measurement object, the illuminance of which changes periodically depending on the position, and a light pattern of uniform illuminance, thereby analyzing the measurement object. A three-dimensional shape measuring apparatus for measuring the three-dimensional shape of the light projecting apparatus according to the present invention, a line sensor for reading the two light patterns projected on the measurement object as an image, and the line sensor An image analysis unit that calculates height information of the measurement object based on the read images of the both light patterns.
本発明にかかる三次元形状計測装置にあっては、本発明にかかる投光装置を用いているので、投光装置から投影される縞模様の光パターンの位置がずれたりしにくく、三次元形状計測装置の計測精度を向上させることができる。また、パターン生成素子を用いているので、光源によって大光量の光を照射しても劣化しにくく、投光装置で液晶パネルやDMDを用いる場合に比べて三次元形状計測装置の耐久性が高くなる。 In the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, since the light projecting apparatus according to the present invention is used, the position of the striped light pattern projected from the light projecting apparatus is not easily shifted, and the three-dimensional shape is measured. The measurement accuracy of the measurement device can be improved. In addition, since a pattern generation element is used, the three-dimensional shape measuring device is more durable than a case where a liquid crystal panel or DMD is used in a light projecting device, even when a large amount of light is irradiated by a light source. Become.
なお、本発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。 In addition, the component demonstrated above of this invention can be combined arbitrarily as much as possible.
以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。但し、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following examples.
図1は本発明の実施例1による三次元形状計測装置11の外観斜視図である。三次元形状計測装置11は、縞模様光パターンと均一な光パターンとを投影する投光部12(投光装置)、撮像部13、撮像部13により撮像した画像に基づいて計測対象物16の三次元形状を計測する画像解析・駆動制御部14からなる。投光部12及び撮像部13は、計測対象物16を載置して移動させるための搬送部15の上方に設置されている。
FIG. 1 is an external perspective view of a three-dimensional
三次元形状計測装置11は、計測対象物16に光パターンを投影し、計測対象物16に投影された光パターンの形状を解析することによって、計測対象物16の三次元形状、例えば計測対象物16の表面に設けられた凹部の奥行きや凸部の高さ及びそれらの位置を計測することができる。この三次元形状計測装置11の用途は特に限定されないが、例えば実装基板を検査する装置などに適用することができる。
The three-dimensional
図2は本発明にかかる三次元形状計測装置11の構成を示すブロック図である。撮像部13は光パターンを投影された計測対象物16を読み取り、その画像を取得するものであり、1本のラインセンサ26とマクロレンズ等の光学系25とを備えている。撮像部13のラインセンサ26は、その主走査方向の軸が搬送ステージ27の載置面と平行で、かつ搬送方向と垂直になるように設置されている。ラインセンサ26の主走査方向の軸と搬送ステージ27の載置面とを平行にすることにより、計測対象物16の上面を均一な倍率で撮像することができる。また、ラインセンサ26の主走査方向の軸と搬送方向とを垂直にすることにより、搬送しながら撮影した複数のライン画像からなる2次元画像には、直角部分が直角部分として撮像される。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the three-dimensional
画像解析・駆動制御部14は、図2に示すように、CPU33及びRAM34、撮像部13からの画像をデジタルデータで取り込むキャプチャーボード31、搬送部15の移動を制御するコントローラ32などを備えるコンピュータである。画像解析・駆動制御部14は、撮像部13によって撮像された画像に含まれる光パターンを縞解析法によって解析し、計測対象物16の三次元形状を算出する画像解析部の機能を有する。またその一方で、画像解析・駆動制御部14は、搬送部15の駆動を制御する駆動制御部としての機能も有する。もちろん、画像解析部と駆動制御部を別々のコンピュータによって構成してもよい。
As shown in FIG. 2, the image analysis /
投光部12は、計測対象物16の表面に光パターンを投影するためのものであり、詳細な構造については後述する。投影する光パターンは、縞模様の光パターン17と均一な光パターン(すなわち、縞模様パターンのない均一な光)18とに切り替えられるようになっている。縞模様光パターン17としては、正弦波、三角波、又は矩形波などの、位置に応じて周期性を有し、かつ位相を特定できるパターンであれば何れでもよいが、本実施例では、計測分解能の向上に寄与する正弦波状の光パターンを用いることとする。ここで、縞模様光パターン17と均一な光パターン18とはほぼ同一エリアに向けて投影される。例えば、投光部12は搬送ステージ27の上面から460mmの距離に設置され、縞模様光パターン17及び均一な光パターン18は、長さLが140mm以上、幅Wが2mm以上の長方形状(ライン状)の領域に投影される。また、縞模様光パターン17では、白黒の縞模様が1mmの長さ当たりに2.5本ずつ含まれており、縞模様はピントを合わせ易くするために縞模様光パターン17の幅方向に対して約6.7°傾けられている。また、三次元形状計測装置11では、計測対象物16を高速撮影する必要があるので、投光部12は大光量を要求され、均一な光パターン18若しくは縞模様光パターン17の明るい部分では10万ルクスの照度となっている。
The
投光部12は、図3に示すように、搬送ステージ27の上面に対して垂直に設置された撮像部13の光軸に対して、その光軸が所定の角度を有するように設置されている。図3は投光部13の斜視図、図4(a)は図3のX方向斜視図、図4(b)は図3のY方向斜視図である。図3及び図4(a)(b)に示すように、投光部12の光軸は、搬送方向前方(X方向)から見ると、搬送ステージ27に垂直な方向に対してα=30°の角度をなしており、側面方向(Y方向)から見ると、搬送ステージ27に垂直な方向に対してβ=45°の角度をなしている。
As shown in FIG. 3, the
図5に示すように、縞模様光パターン17と均一な光パターン18は、計測対象物16に対して交互に投影される。例えば、計測対象物16を静止させた状態で均一な光パターン18を投影して撮像部13で撮影し、ついで光パターンを切り替えて計測対象物16の同じ箇所に縞模様光パターン17を投影して撮像部13で撮影する。そして、三次元形状計測装置11は静止させたままで計測対象物16だけを微小距離移動させ、微小距離移動して静止している計測対象物16に対して均一な光パターン18を投影して撮像部13で撮影し、ついで光パターンを切り替えて計測対象物16に縞模様光パターン17を投影して撮像部13で撮影する。この結果、計測対象物16上の、前回の撮影時とは少しずれた位置における均一な光パターンの照射画像と縞模様光パターンの照射画像とが取得される。このような動作を繰り返すことによって多数枚の画像を撮影することより、計測対象物16に投影した光パターンのずれに基づいて、計測対象物16の高さや形状を算出する。
As shown in FIG. 5, the striped
搬送部15は、ラインセンサ26の主走査方向(長手方向)と垂直な方向(以下、「副走査方向」という。)に計測対象物16を水平移動させるためのものであり、計測対象物16を載置するための搬送ステージ27、搬送ステージ27を駆動するサーボモータ28、搬送ステージ27の位置を検出するリニアスケーラ29などを備えている。搬送部15により計測対象物16全体の三次元形状を計測することが可能になる。
The
このような三次元形状計測装置11の動作について説明すると以下の通りである。まず、画像解析・駆動制御部14からの命令によって、搬送部15のサーボモータ28が搬送ステージ27を初期設定位置にセットする。この初期設定位置は、撮像部13が計測対象物16を撮像する際の副走査方向の撮像開始位置を決定するものであり、撮像部13の撮像領域が、搬送部15の搬送ステージ27に載せられた計測対象物16の副走査方向における端部に来るような位置であることが好ましい。
The operation of the three-dimensional
そして、投光部12が計測対象物16に均一な光パターン18を投影する。撮像部13は計測対象物16表面の均一な光パターン18が投影された領域を走査し、この計測対象物16の画像を取得する。撮像部13によって取得された画像は、画像解析・駆動制御部14に送信され、画像解析・駆動制御部14のキャプチャボード31によってデジタルデータに変換される。ついで、投光部12が縞模様光パターン17に切り替えられ、投光部12が計測対象物16の同一位置に縞模様光パターン17を投影する。撮像部13は計測対象物16表面の縞模様光パターン17が投影された領域を走査し、この計測対象物16の画像を取得する。撮像部13によって取得された画像は、画像解析・駆動制御部14に送信され、画像解析・駆動制御部14のキャプチャボード31によってデジタルデータに変換される。そして、画像解析・駆動制御部14のCPU33は、均一な光パターン18の照射画像に基づいて縞模様光パターン17の照射画像から背景情報を消し去り、背景情報を消去された縞模様光パターン17の照射画像を解析することによって、計測対象物16の高さ情報を算出する。
Then, the
ここで、本実施例の三次元形状計測装置11では、画像中の縞模様光パターン17を解析する際に、空間縞解析法を用いる構成となっている。これにより、撮像部13に備わった1本のラインセンサ26が1回走査して取得した1つのライン画像から、計測対象物16の、撮像部13の走査領域(撮像領域)内での各位置における高さを求めることができる。
Here, the three-dimensional
そして、搬送部15は、画像解析・駆動制御部14の制御によって、計測対象物16を副走査方向に所定の距離だけ移動させる。これにより、計測対象物16における撮像部13の撮像領域と投光部12によって投影される均一な光パターン18及び縞模様光パターン17の位置とが、所定の距離だけ副走査方向にずれることになる。この後、再び均一な光パターン18を投影した状態と縞模様光パターン17を投影した状態とにおいて撮像部13が計測対象物16を走査し、ライン画像を取得する。ここで得られたライン画像には、計測対象物16の、先ほどの走査領域よりも所定の距離だけ副走査方向にずれた領域が含まれることになる。得られた画像は、同様に画像解析・駆動制御部14に送信され、新しい走査領域内での各位置における三次元情報が求められる。
Then, the
このように、搬送部15が再び計測対象物16を所定の距離だけ移動させ、撮像部13が計測対象物16を撮像し、画像解析・駆動制御部14がライン画像を解析する処理を繰り返すことによって、計測対象物16全体の三次元形状が計測される。
Thus, the
なお、上記実施例の説明では計測対象物16を移動させたが、これとは反対に計測対象物16を静止させておき三次元形状計測装置11を間欠的に移動させ、均一な光パターン18と縞模様光パターン17を投影して計測対象物16を撮影するようにしてもよい。
In the description of the above embodiment, the
また、別な撮影方法としては、次のようにしてもよい。均一な光パターン18を投影したままにしておいて計測対象物16を前方へ移動させつつ間欠的に計測対象物16を静止させて均一な光パターン18の照射画像を撮影する。ついで、計測対象物16を後ろ向きに移動させる。そして、計測対象物16を前方への移動時に静止した位置と同じ位置で計測対象物16を静止させ、各静止位置で縞模様光パターン17の照射画像を撮影するようにしてもよい。
Another imaging method may be as follows. While the uniform
次に、上記のような三次元形状計測装置11に用いられている投光部12の構造について詳細に説明する。図6は上記投光部12の具体的な構造を示す斜視図、図7はその平面図である。投光部12を構成する各部品はベース板40の上に取付けられている。ベース板40上の一方端部には、メタルハライドランプからなる高輝度の光源41が設置されている。光源41の光出射方向前方には、光源41から出射された光を集光して平行光に変換するためのコリメートレンズ42が設けられている。さらに、コリメートレンズ42の前方には、コリメートレンズ42でコリメートされた平行光の光路上に2枚のインテグレータレンズ43、44及びフィールドレンズ45が設けられている。インテグレータレンズ43、44及びフィールドレンズ45は、光の光線方向に対して垂直となるようにして互いに平行に設置されている。
Next, the structure of the
光路分岐・切替光学系は、可動ミラー46、2枚の固定ミラー48、51及びハーフミラー55によって構成されており、これらのミラー46、48、51、55は長方形の各頂点に位置するように配置されている。これらのミラー46、48、51、55のうち可動ミラー46及びハーフミラー55は一方の対角方向に位置し、固定ミラー48及び固定ミラー51は他方の対角方向に位置している。また、各ミラー46、48、51、55どうしを長方形状に結ばれるとき、各ミラー46、48、51、55の鏡面は、その互いに結ばれる方向(後述のように、この方向は光線方向になる。)に対して45°の角度を成し、かつ、互いに平行に配置されている。
The optical path branching / switching optical system includes a
この光路分岐・切替光学系は、フィールドレンズ45を透過した光が可動ミラー46に45°の角度で入射するように配置されており、可動ミラー46に入射する光を真っ直ぐに延長した線上に固定ミラー51、48のいずれか一方が配置され、可動ミラー46に入射した光が反射する方向に固定ミラー51、48のうち他方が配置されている。
This optical path branching / switching optical system is arranged so that the light transmitted through the
可動ミラー46は、駆動機構部47によって回動させられるようになっており、可動ミラー46を回動させることによってフィールドレンズ45を透過した光の光路中に可動ミラー46を挿入し、あるいは当該光路から抜き出すことができる。なお、上記光路分岐・切替光学系の配置は、可動ミラー46が光路中に挿入された状態におけるものである。
The
上記可動ミラー46を回動させるための駆動機構部47は、つぎのような構造を有している。可動ミラー46は、可動プレート60の開口部分に取付けられており、外周部分を可動プレート60に固定されている。可動プレート60の基部の両側面には軸棒61が設けられており、軸棒61は、ベース板40の上に固定された支持フレーム62によって回動自在に支持されている。よって、可動プレート47は、軸棒61を中心として回動可能となっている。支持フレーム62には、パルスステップモータやサーボモータ等のモータ64が取付けられており、一方の軸棒61に固定されたギア63にはモータ64のピニオン65が噛み合っている。よって、モータ64を駆動すると、可動ミラー46は可動プレート47と共に軸棒61の回りに回動する。この投光器12においては、モータ64を駆動することによって可動ミラー46を可動プレート47と共に回転させることができる。そして、駆動機構部47は、フィールドレンズ45と固定ミラー51の中間における光路内に、光路に対して45°の角度をなすようにして可動ミラー46を差し込んだり、あるいは、フィールドレンズ45の前方の光路から抜き出したりすることができる。なお、可動ミラー46が正確に45°の角度で挿入されるようにするためには、例えば可動ミラー46が45°の角度となったときに可動プレート60に当たるストッパを設けておけばよい。
The
前記インテグレータレンズ43、44は、図9(b)に示すように、複数のレンズセルが縦横に配列された集合レンズであって、各レンズセルを通過した光束を同一領域に広げて重ね合わせる働きをする。図10はインテグレータレンズ43、44の働きを説明した原理図であって、インテグレータレンズ43の各レンズセルを通過した光束はインテグレータレンズ44の全体に広げて重ね合わされる。さらに、インテグレータレンズ44の各レンズセルを通過した光束はパターン生成素子54の全体に広げて重ね合わされる。よって、パターン生成素子54は極めて均一な光により照射されることになり、パターン生成素子54を透過した光は、均一な縞模様光パターン17となる。パターン生成素子54により生成された縞模様光パターン17はハーフミラー55に入射し、その一部がハーフミラー55で反射された後、投影レンズ56によって計測対象物16に拡大投影される。よって、可動ミラー46が光路から抜き出されている場合には、投光部12からは縞模様光パターン17の均一な光が出射される。
As shown in FIG. 9B, the
図8(b)は可動ミラー46が光路中に挿入されている場合の光の進路を表わす概略図である。図7及び図8(b)に示すように、可動ミラー46が光路中に挿入されている場合には、フィールドレンズ45を透過して可動ミラー46に入射した光は可動ミラー46で反射することによって光路を90°曲げられて固定ミラー48に入射する。固定ミラー48とハーフミラー55の間にはフィールドレンズ49が配置されているので、固定ミラー48に入射した光は、固定ミラー48で光の方向を90°曲げられ、フィールドレンズ49を透過してハーフミラー55に入射する。ハーフミラー55に入射した光は、その一部がハーフミラー55で反射され、一部の光がハーフミラー55を透過して投影レンズ56から外部へ出射される。よって、可動ミラー46が光路中に挿入されている場合には、投光部12からはパターンのない均一な光パターン18の光が出射される。
FIG. 8B is a schematic diagram showing the path of light when the
固定ミラー51とハーフミラー55の間には、フィールドレンズ52が配置され、また、その前方にはパターン生成素子支持部53に保持されてパターン生成素子54が配置されている。パターン生成素子54は、ガラス板又は耐熱性透明樹脂フィルムの表面に金属蒸着膜による遮光部を設けてその間にスリット状の透光部を設けたものである。
A
図8(a)は可動ミラー46が光路から抜き出されている場合の光の進路を表わす概略図である。可動ミラー46が光路から抜き出されている場合には、フィールドレンズ45を透過した光は固定ミラー51に入射し、固定ミラー51で反射することによって光路を90°曲げられる。固定ミラー51で反射した光は、フィールドレンズ52を透過してパターン生成素子54に照射される。
FIG. 8A is a schematic diagram showing the path of light when the
このような投光部12によれば、可動ミラー46を動かして光の通る光路を切替えることにより縞模様光パターン17と均一な光パターン18とに切替えることができる。つまり、パターン生成素子54を動かしたり、取り換えたりする必要がない。よって、投光部12から投影される光を縞模様光パターン17と均一な光パターン18とに何回も切り替えても縞模様光パターン17の位置がずれることがなく、精密な三次元形状計測を行なうことができる。しかも、ここで用いるパターン生成素子54は熱にも強いので、大光量の光が照射されても傷みにくく、耐久性も高い。
According to such a
図11(a)(b)は光路分岐・切替光学系において可動ミラー46の代わりにハーフミラー91を用いて可動部分をなくした比較例を表わしている。このような比較例では、一方の光路をシャッタ92又は93によって遮断して図11(a)又は図11(b)のように光路が切替えられる。すなわち、図11(b)に示すように、シャッタ92によってハーフミラー91と固定ミラー51との間の光路を遮断すると、ハーフミラー91に入射した光の一部がハーフミラー91で反射されて固定ミラー48に入射する。固定ミラー48に入射した光は固定ミラー48で反射されてハーフミラー55に入射し、入射光の一部がハーフミラー55を透過する。また、図11(a)に示すように、シャッタ93によってハーフミラー91と固定ミラー48との間の光路を遮断すると、ハーフミラー91に入射した光の一部がハーフミラー91を透過して固定ミラー51に入射する。固定ミラー51に入射した光は固定ミラー51で反射され、さらにパターン生成素子54を通過してハーフミラー55に入射し、入射光の一部がハーフミラー55で反射される。
FIGS. 11A and 11B show a comparative example in which a movable part is eliminated by using a
比較例において、光強度100の光が入射した場合を考えると、入射光は2枚のハーフミラー91、55を通過することによってそれぞれ光量が半減するので、いずれの光路を通った出射光も光強度が25(入射光量の25%)にまで低下する。ただし、パターン生成素子54を設けられた光路を通過した場合には、縞模様光パターン17の明るい部分における光強度を考える。
Considering the case where light having a light intensity of 100 is incident in the comparative example, the amount of incident light is reduced by half by passing through the two half mirrors 91 and 55. The intensity decreases to 25 (25% of the amount of incident light). However, when the light passes through the optical path provided with the
これに対し、本実施例の場合には、1枚のハーフミラー55しか用いていないので、図8(a)(b)に示すように、いずれの光路を通過した場合にも出射光の光強度は50(入射光量の50%)となる。ただし、パターン生成素子54を設けられた光路を通過した場合には、縞模様光パターン17の明るい部分における光強度を考えている。よって、本実施例によれば、高い照度で縞模様光パターン17及び均一な光パターン18を投影することができる。
On the other hand, since only one
さらに、この実施例では、光路を切替えても光路長が変化しないので、同じ曲率のフィールドレンズ49とフィールドレンズ52を用いることができ、設計も容易になる。また、この実施例では、縞模様光パターン17を投影するときに光が可動ミラー46を通過するようにしているので、可動ミラー46を移動させる際のがたつきや駆動機構部30の経年的な摩耗などによって可動ミラー46に位置ずれが生じたとしても、縞模様光パターン17の投影位置に影響を与えることがなく、縞模様光パターン17の投影位置精度が高くなる。
Furthermore, in this embodiment, since the optical path length does not change even when the optical path is switched, the
図9(a)は一般的にデータプロジェクタに用いられているインテグレータレンズ94の形状を表わしており、図9(b)は本実施例で用いられているインテグレータレンズ43、44の形状を表わしている。一般にデータプロジェクタに用いられているインテグレータレンズ94では、各レンズセルの縦横比がH:D=3:4となっているが、本実施例で用いているインテグレータレンズ43、44ではレンズセルの縦横比がH:D=1:3となっていて横長になっている。本実施例のような用途では、レンズセルの用途をこのような横長の形状にすることによりレンズセル間の境界部分による損失を少なくでき、効率を向上させることができる。
FIG. 9A shows the shape of an
なお、実施例1では、駆動機構部47は可動ミラー46を回動させることによって光路から抜き差ししたが、可動ミラー46を平行移動させることによって光路から抜き差しさせるようにしてもよい。また、駆動機構部47のアクチュエータとしては、モータに限らず、圧電素子等を用いてもよい。
In the first embodiment, the
図12(a)(b)は本発明の実施例2において用いられている投光部12の光路分岐・切替光学系を示す概略図である。これ以外の点については、実施例1の三次元形状計測装置と同じであるので説明を省略する。
12A and 12B are schematic views showing an optical path branching / switching optical system of the
実施例2においては、実施例1のハーフミラー55に代えて可動ミラー66を用いている。可動ミラー66は、可動ミラー46と同様に駆動機構部を用いて回動または平行移動させることによって光路に挿入され、あるいは光路から抜き出される。
In the second embodiment, a
実施例2の場合には、図12(a)に示すように、可動ミラー46を光路から外し、可動ミラー66を光路内に挿入してあれば、パターン生成素子54の配置されている光路を光が通過するので、投光部12からは縞模様光パターン17が投影される。
In the case of the second embodiment, as shown in FIG. 12A, if the
また、図12(b)に示すように、可動ミラー66を光路から外し、可動ミラー46を光路内に挿入してあれば、パターン生成素子54の配置されていない光路を光が通過するので、投光部12からは均一な光パターン18が投影される。
Further, as shown in FIG. 12B, if the
この実施例でも、パターン生成素子54を動かすことなく縞模様光パターン17と均一な光パターン18を切替えることができるので、縞模様光パターン17の位置がずれることがなく、精密に縞模様光パターン17を投影させることができる。
Also in this embodiment, since the striped
また、実施例2の場合には、ハーフミラーを用いていないので、いずれの光路を通る場合にも、出射光の光強度は100(入射光量の100%)となり、高照度で縞模様光パターン17や均一な光パターン18を投影させることができる。
Further, in the case of Example 2, since the half mirror is not used, the light intensity of the emitted light is 100 (100% of the incident light amount) when passing through any of the optical paths, and the striped light pattern with high illuminance. 17 or a uniform
なお、実施例2において可動ミラー46と可動ミラー66の動く方向は特に問わない。例えば、図12の紙面に垂直な方向に可動ミラー46及び66を平行移動させるようにしてもよい。ただし、同じ方向に動くようにすれば、1つの駆動機構部47により可動ミラー46と可動ミラー66を同時に動かすことが可能になり、構造が簡略になる。また、可動ミラー66の動きを実施例2の図示例から変更し、縞模様光パターン17を投影するときに可動ミラー46、66を光路から外し、均一な光パターン18を投影するときに可動ミラー46、66を光路に挿入するようにし、図12(a)(b)の上方向(パターン生成素子54を透過した光が直進する方向)へ向けて縞模様光パターン17及び均一な光パターン18が投影されるようにしてもよい。このような変形例によれば、縞模様光パターン17が投影される際に可動ミラー46、66が光路から外されるので、縞模様光パターン17の投影位置精度が高くなる。
In the second embodiment, the moving direction of the
図13(a)(b)は本発明の実施例3において用いられている投光部12の光路分岐・切替光学系を示す概略図である。これ以外の点については、実施例1の三次元形状計測装置と同じであるので説明を省略する。
FIGS. 13A and 13B are schematic views showing an optical path branching / switching optical system of the
実施例3においては、実施例1のハーフミラー55に代えて固定ミラー67を用い、パターン生成素子54に近い位置(パターン生成素子54から遠い位置でもよい。)に固定ミラー67を配置している。そして、固定ミラー68及び可動ミラー69を用いることにより、パターン生成素子54の配置されていない光路を通って固定ミラー48で反射された光が、パターン生成素子54を通過して固定ミラー67で反射されて光と同じように、投影レンズ56に入射するようにしている。
In the third embodiment, a fixed
実施例3の場合には、図13(a)に示すように、可動ミラー46、69を光路から外してあれば、パターン生成素子54の配置されている光路を光が通過するので、投光部12からは縞模様光パターン17が投影される。
In the case of the third embodiment, as shown in FIG. 13A, if the
また、図13(b)に示すように、可動ミラー46、69を光路内に挿入してあれば、パターン生成素子54の配置されていない光路を光が通過するので、投光部12からは均一な光パターン18が投影される。
Further, as shown in FIG. 13B, if the
この実施例でも、パターン生成素子54を動かすことなく縞模様光パターン17と均一な光パターン18を切替えることができるので、縞模様光パターン17の位置がずれることがなく、精密に縞模様光パターン17を投影させることができる。
Also in this embodiment, since the striped
また、実施例3の場合には、ハーフミラーを用いていないので、いずれの光路を通る場合にも、出射光の光強度は100(入射光量の100%)となり、高照度で縞模様光パターン17や均一な光パターン18を投影させることができ、大光量を維持できる。
Further, in the case of Example 3, since a half mirror is not used, the light intensity of the emitted light is 100 (100% of the incident light amount) when passing through any optical path, and the striped light pattern with high illuminance. 17 and a uniform
また、実施例3の場合には、縞模様光パターンを投影する場合には、可動ミラー46、69が光路から外れていて光が可動部分(可動ミラー46、66)を通過しない(特に、パターン生成素子54を通過した後の光が可動部分を通過しない)ので、縞模様光パターンが可動部分により影響されず、縞模様光パターンの投影位置精度が維持されるという利点がある。
In the case of the third embodiment, when a striped light pattern is projected, the
ただし、図13に示す配置では、パターン生成素子54を通過する光路とパターン生成素子54を通過しない光路とでは光路長が異なるので、この場合にはフィールドレンズ49とフィールドレンズ52とでは焦点距離の異なるレンズを用いる必要があるなど、設計が煩雑になる。
However, in the arrangement shown in FIG. 13, the optical path length differs between the optical path that passes through the
なお、上記各実施例では、可動ミラー46を光路に出し入れすることによって光路を切替えるようにしたが、可動ミラー46を回動させることによって可動ミラー46による光の反射方向を変化させることで光路を切替えるようにしてもよい。
In each of the above embodiments, the optical path is switched by moving the
11 三次元形状計測装置
12 投光部
13 撮像部
14 画像解析・駆動制御部
15 搬送部
16 計測対象物
17 縞模様光パターン
18 均一な光パターン
27 搬送ステージ
41 光源
42 コリメートレンズ
43、44 インテグレータレンズ
45 フィールドレンズ
46 可動ミラー
47 駆動機構部
48 固定ミラー
49 フィールドレンズ
51 固定ミラー
52 フィールドレンズ
54 パターン生成素子
55 ハーフミラー
56 投影レンズ
60 可動プレート
66 可動ミラー
67 固定ミラー
68 固定ミラー
69 可動ミラー
91 ハーフミラー
92、93 シャッタ
94 インテグレータレンズ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記光路のうち一つの光路は、当該光路を通過して前記投影レンズから投影される光パターンが均一な照度分布の光となるようにし、
前記光路のうち別な光路には縞模様の光パターンを生成するためのパターン生成素子を設けて前記投影レンズから縞模様の光パターンを投影するようにしたことを特徴とする三次元形状計測用投光装置。 A light source that emits light, a projection lens that projects a light pattern toward a measurement object, and any of a plurality of branched light paths of light emitted from the light source between the light source and the projection lens With an optical path branching / switching optical system for switching to the optical path,
One of the optical paths is such that a light pattern that passes through the optical path and is projected from the projection lens becomes light with a uniform illuminance distribution,
A pattern generating element for generating a striped optical pattern is provided in another optical path of the optical paths, and the striped optical pattern is projected from the projection lens. Floodlight device.
一方の光路を通ってきた光のうち前記半透過半反射素子を透過した光と、他方の光路を通ってきた光のうち前記半透過半反射素子で反射した光とが前記投影レンズを通過するようにしたことを特徴とする、請求項1に記載の三次元形状計測用投光装置。 The optical path branching / switching optical system includes a movable mirror that is movable and can switch an optical path through which incident light passes to one of two optical paths, and one of the light that has passed through each optical path. A transflective element that transmits part and reflects part thereof,
Of the light that has passed through one of the optical paths, the light that has passed through the semi-transmissive and semi-reflective element and the light that has passed through the other optical path and has been reflected by the semi-transmissive and semi-reflective element pass through the projection lens. The three-dimensional shape measuring light projecting device according to claim 1, characterized in that it is configured as described above.
前記第2の可動ミラーは、前記パターン生成素子から前記投影レンズに向かう光路中に挿入又は除去されることによって光路を切り替えるものであり、該第2の可動ミラーが光路に挿入されたときに前記パターン生成素子を通過しない光路を通ってきた光が前記投影レンズに向けられ、前記第2の可動ミラーが光路から除去されたときに前記パターン素子を通過した光が前記投影レンズに向けられるものであることを特徴とする、請求項3に記載の三次元形状計測用投光装置。 The first movable mirror switches an optical path by being inserted into or removed from the optical path from the light source, and does not pass through the pattern generation element when the first movable mirror is inserted into the optical path. Switched to an optical path and switched to an optical path through the pattern element when the first movable mirror is removed from the optical path;
The second movable mirror switches an optical path by being inserted into or removed from the optical path from the pattern generation element toward the projection lens, and when the second movable mirror is inserted into the optical path, Light that has passed through an optical path that does not pass through the pattern generation element is directed to the projection lens, and light that has passed through the pattern element when the second movable mirror is removed from the optical path is directed to the projection lens. The three-dimensional shape measuring light projecting device according to claim 3, wherein the light projecting device is provided.
請求項1に記載の投光装置と、
計測対象物に投影された前記両光パターンを画像として読み取るためのラインセンサと、
前記ラインセンサにより読み取られた前記両光パターンの画像に基づいて計測対象物の高さ情報を算出する画像解析部とを備えた三次元形状計測装置。 Three-dimensional shape measurement that measures the three-dimensional shape of a measurement object by comparing and analyzing a light pattern whose illuminance periodically changes according to the position and a light pattern with uniform illuminance projected onto the measurement object A device,
The light projecting device according to claim 1;
A line sensor for reading the two light patterns projected onto the measurement object as an image;
A three-dimensional shape measurement apparatus comprising: an image analysis unit that calculates height information of a measurement object based on images of the both light patterns read by the line sensor.
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