CN111492198B - 物体形状测量装置和方法以及程序 - Google Patents

物体形状测量装置和方法以及程序 Download PDF

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Abstract

提供了用于测量透明物体的形状和厚度的装置和方法。本发明具有用于朝向透明物体输出光的光投射单元，用于接收传播通过透明物体的光的光接收传感器，以及用于分析光接收传感器的光接收元件的接收光信号的数据处理单元，光投射单元被配置成并行地输出来自多个光源的输出光，并且数据处理单元分析来自光接收传感器的光接收元件的接收光信号，并且使用存储在存储单元中的、与光接收信号值对应的光源组合信息指定输入到单个光接收元件的光的光源。此外，计算指示从光投射单元的每个光源输出的偏振光的状态的变化的穆勒矩阵，并且计算透明物体的前表面和后表面的形状。

Description

物体形状测量装置和方法以及程序
技术领域
本公开涉及物体形状测量装置和方法以及程序。具体地，本公开涉及用于分析透明物体的三维形状的物体形状测量装置和方法以及程序。
背景技术
在测量物体的表面形状、即物体的三维形状的情况下，例如，执行使用光从特定方向照射待测量的物体并且分析从物体的表面反射的光的处理。
然而，在待测量的物体是使光透射的透明物体的情况下，难以执行这种使用反射光的处理。
例如，作为公开了测量透明物体的表面形状的处理的文献，以下文献是可用的。
NPL 1(Daisuke Miyazaki和Katsushi Ikeuchi，“Estimating Surface Shape ofTransparent Objects by using Polarization Raytracing Method(通过使用偏振射线跟踪法估计透明物体的表面形状)”，图像识别和理解会议(MIRU2004)，2004年7月)公开了用于测量透明体的表面形状的配置。为了进行测量，使用偏振光从多个方向照射同一表面，并且分析来自透明目标物体的表面的多个反射光的偏振方向。
在该系统中，为了区分来自各个方向的偏振光，顺序地开启多个方向上的照明(illumination)。
此外，NPL 2(Yiming Qian和另外两人，“Mi3D Reconstruction of TransparentObjects with Position-Normal Consistency(具有位置-法线一致性的透明物体的Mi3D重构)”，[线上]，[2017年12月1日搜索]，因特网<URL：https://pdfs.semanticscholar.org/0ea6/96f0a6217272a0f0797638c49e47f67f9ef4.pdf#search＝％273d+reconstruction+of+transparent％27>)公开了包括具有特定图案的背景和摄像装置的配置。背景被设置在透明目标物体的一侧，并且摄像装置被设置在其相反方向上。使用该配置，通过分析当来自背景的光穿过透明目标物体时生成的由形状引起的畸变来估计形状。
在该分析处理中，需要通过将已经穿过物体并且已经入射在摄像装置的同一像素上的、来自多个背景图案的光分开，来测量形状。因此，需要执行使图案和摄像装置在空间方向上围绕待测量的物体旋转移动多次的处理。
此外，PTL 1(日本专利公开第2002-098650号)公开了用于通过利用特定偏振方向的量取决于透明体的折射率而变小的事实检测透明体的存在的配置。
在透明异物附着于目标物体的情况下，由于折射率不同，上述量的衰减量变得不同。因此，可以将透明异物检测为缺陷。此外，假定检测目标的形状是光滑的，则在具有形状缺陷的位置处发生陡峭的形状改变。因此，上述量的衰减量迅速改变，这使得检测成为可能。
此外，PTL 2(国际专利申请的国家公布第2002-513463号)公开了用于通过观测成型的透明玻璃产品的应力检查成型缺陷的配置。
内部折射率分布取决于透明体成型时所施加的力(应力)的程度而变化。当在二维中观测具有特定偏振方向的透射光时，变化的折射率引起灰度值的空间变化。利用该现象，检查施加到透明景物的应力，并且同时，从由二维传感器接收的光量提取目标物体的边缘信息并将边缘信息用于检查成型缺陷。
此外，PTL 3(日本专利公开第2010-151803号)公开了用于检测透明体内部的缺陷的配置。
可以将以下三种不同类型的缺陷识别为缺陷：
缺陷1：例如划痕的形状缺陷(使光散射)
缺陷2：异物(阻挡光)
缺陷3：应力缺陷(改变折射率)
具体地，从两个方向发射三种颜色的光。从相对于摄像装置光轴的垂直方向发射一种颜色的光，而从平行方向发射偏振光和两种颜色的光。来自垂直方向的光检测缺陷1，而来自平行方向的光检测缺陷2(使用颜色)和缺陷3(使用偏振)。
引用列表
非专利文献
[NPL 1]Daisuke Miyazaki和Katsushi Ikeuchi，“Estimating Surface Shapeof Transparent Objects by using Polarization Raytracing Method(通过使用偏振射线跟踪法估计透明物体的表面形状)”，图像识别和理解会议(MIRU 2004)，2004年7月
[NPL 2]Yiming Qian和另外两人，“Mi3D Reconstruction of TransparentObjects with Position-Normal Consistency(具有位置-法线一致性的透明物体的Mi3D重构)”，[线上]，[2017年12月1日搜索]，因特网<URL：https://pdfs.semanticscholar.org/0ea6/96f0a6217272a0f0797638c49e47f67f9ef4.pdf#search＝％273d+reconstruction+of+transparent％27>
专利文献
[PTL 1]日本专利公开第2002-098650号
[PTL 2]国际专利申请的国家公布第2002-513463号
[PTL 3]日本专利公开第2010-151803号
发明内容
技术问题
以上NPL 1和NPL 2公开了用于测量透明目标物体的表面形状的配置。然而，NPL 1中描述的配置需要顺序地开启多个不同位置处的照明的处理。此外，NPL 2中描述的配置需要多次移动照明位置的处理。这些处理在测量方面花费大量时间，并且此外还需要复杂的测量系统。
此外，在PTL 1、PTL 2和PTL 3中描述的配置仅公开了用于使用偏振检测透明目标物体的存在与否或其缺陷的配置，而没有公开包括待测量的物体的前表面和后表面两者的三维形状的测量。
例如，已经鉴于以上问题而作出本公开。本公开的目的是提供物体形状测量装置和方法以及程序，其能够在待检测的物体是透光率高的物体的情况下测量物体的表面的形状、即物体的三维形状，而不改变待测量的物体与证明项(proof term)之间的相对位置。
在根据本公开的实施方式的配置中，目的是提供物体形状测量装置和方法以及程序，其能够识别照明的位置而无需在空间上使照明移动，并且能够通过使用照明和偏振传感器两者，根据偏振光的状态的改变同时测量透明目标物体的表面形状和厚度，其中照明根据特定序列顺序地改变其偏振方向，偏振传感器能够同时获得四个方向上的偏振光。
本公开的第一方面在于一种物体形状测量装置，包括：
光投射部，其被配置成向形状待测量的透明物体输出光；
包括多个光接收元件的光接收传感器，光接收传感器被配置成接收已经从光投射部输出的并且已经穿过透明物体的输出光；以及
数据处理部，其被配置成分析光接收传感器的光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，
其中，光投射部是并行地输出来自多个光源的输出光的结构，并且
数据处理部执行以下处理：分析光接收传感器的光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，并且通过使用存储在存储部中的并且与接收光信号的值对应的光源组合信息来识别输入到一个光接收元件中的光的光源。
此外，本公开的第二方面在于一种在物体形状测量装置中执行的光源识别方法，该物体形状测量装置包括：
包括多个光源的光投射部，光投射部被配置成向形状待测量的透明物体输出光，
包括多个光接收元件的光接收传感器，光接收传感器被配置成接收已经从光投射部输出的并且已经穿过透明物体的输出光，以及
数据处理部，其被配置成分析光接收传感器的光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，
光源识别方法包括：
由数据处理部，
执行通过参照参考表来识别输入到光接收传感器的一个光接收元件中的光的光源的处理，参考表记录光接收元件中的接收光信号的值与光源标识符之间的对应数据。
此外，本公开的第三方面在于一种物体形状计算方法，该物体形状计算方法是在物体形状测量装置中执行的透明物体形状计算方法，该物体形状测量装置包括：
包括多个光源的光投射部，光投射部被配置成向形状待测量的透明物体输出光，
包括多个光接收元件的光接收传感器，光接收传感器被配置成接收已经从光投射部输出的并且已经穿过透明物体的输出光，以及
数据处理部，其被配置成分析光接收传感器的光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，
该透明物体形状计算方法包括：
由数据处理部，
通过计算表示从光投射部的光源中的每个光源输出的偏振光的状态的改变的穆勒矩阵，并且根据穆勒矩阵的矩阵元素计算透明物体的前表面和后表面两者上的每个划分区域的面法线的天顶角和方位角，来计算透明物体的形状。
此外，本公开的第四方面在于一种使物体形状测量装置执行光源识别处理的程序，该物体形状测量装置包括：
包括多个光源的光投射部，光投射部被配置成向形状待测量的透明物体输出光，
包括多个光接收元件的光接收传感器，光接收传感器被配置成接收已经从光投射部输出的并且已经穿过透明物体的输出光，以及
数据处理部，其被配置成分析光接收传感器的光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，
该程序使数据处理部执行通过参照参考表来识别输入到光接收传感器的一个光接收元件中的光的光源的处理，参考表记录光接收元件中的接收光信号的值与光源标识符之间的对应数据。
此外，本公开的第五方面在于一种使物体形状测量装置执行计算透明物体的形状的处理的程序，该物体形状测量装置包括：
包括多个光源的光投射部，光投射部被配置成向形状待测量的透明物体输出光，
包括多个光接收元件的光接收传感器，光接收传感器被配置成接收已经从光投射部输出的并且已经穿过透明物体的输出光，以及
数据处理部，其被配置成分析光接收传感器的光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，
该程序使数据处理部通过以下方式来计算透明物体的形状：计算表示从光投射部的光源中的每个光源输出的偏振光的状态的改变的穆勒矩阵，并且根据穆勒矩阵的矩阵元素计算透明物体的前表面和后表面两者上的每个划分区域的面法线的天顶角和方位角。
注意，根据本公开的程序是例如能够由存储介质或通信介质提供的程序，存储介质或通信介质以计算机可读形式向能够执行各种程序代码的信息处理装置或计算机系统提供这些各种程序代码。通过以计算机可读形式提供这样的程序，与程序对应的处理在信息处理装置或计算机系统上执行。
根据基于稍后要描述的本发明的实施方式和附图的详细描述，本公开的其他目的、特征和优点将变得明显。注意，在本说明书中，系统是指其中多个装置被逻辑地分组的配置，并且不限于其中单独配置的装置设置在同一壳体中的配置。
发明的有益效果
根据本公开的实施方式的配置，实现了用于测量透明物体的形状和厚度的装置和方法。
具体地，例如包括：光投射部，其被配置成向透明物体输出光；光接收传感器，其被配置成接收已经穿过透明物体的光；以及数据处理部，其被配置成分析光接收传感器的每个光接收元件中的接收光信号。光投射部并行地输出来自多个光源的输出光，并且数据处理部分析光接收传感器的每个光接收元件中的接收光信号，并且通过使用存储在存储部中的并且与接收光信号的值对应的光源组合信息来识别输入到一个光接收元件中的任何光的光源。此外，通过计算表示从光投射部的光源中的每个光源输出的偏振光的状态的改变的穆勒矩阵来计算透明物体的前表面和后表面两者的形状。
使用该配置，实现了用于测量透明物体的形状和厚度的装置和方法。
注意，本说明书中描述的效果仅是示例，而非限制性的。此外，可以提供另外的效果。
附图说明
图1是示出测量透明物体的形状的处理的配置示例的图。
图2是用于描述根据本公开的形状测量装置的配置示例的图。
图3是用于描述其中来自多个光源的输出光输入到光接收传感器的一个光接收元件中的示例的图。
图4是用于描述使得能够在来自多个光源的输出光输入到光接收传感器的一个光接收元件中的情况下识别光源的处理的图。
图5是用于描述使得能够在来自多个光源的输出光输入到光接收传感器的一个光接收元件中的情况下识别光源的处理的图。
图6是示出用于描述测量透明物体的形状的处理的处理序列的流程图的图。
图7是用于描述测量透明物体的厚度的处理的示例的图。
图8是示出用于描述测量透明物体的厚度的处理的处理序列的流程图的图。
图9是用于描述根据本公开的物体形状测量装置的配置示例的图。
图10是用于描述用于测量透明物体的形状的处理的参考表的示例的图。
图11是示出光投射部的配置示例的图。
图12是示出光接收部的配置示例的图。
图13是示出光接收部的配置示例的图。
图14是用于描述根据本公开的形状测量装置的配置示例的图。
图15是用于描述根据本公开的形状测量装置的配置示例的图。
图16是用于描述根据本公开的形状测量装置的配置示例的图。
图17是用于描述用于测量透明物体的形状的处理的参考表的示例的图。
图18是用于描述物体形状测量装置的硬件配置示例的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述根据本公开的物体形状测量装置和方法以及程序。注意，将根据以下项进行描述。
1.关于使用偏振测量透明物体的形状的处理
2.关于测量透明物体的厚度的处理
3.关于测量透明物体的形状和厚度的物体形状测量装置的配置
4.关于其他实施方式
5.关于物体形状测量装置的硬件配置的示例
6.本公开的配置的总结
[1.关于使用偏振测量透明物体的形状的处理]
首先，将参照图1和随后的附图描述使用偏振测量透明物体的形状的处理。
图1示出作为形状待测量的物体的透明物体10。
透明物体10是折射率为n的透明物体并且具有第一表面(前表面)10a和第二表面(后表面)10b。
放置在透明物体10的第一表面(前表面)10a侧的多个光源、即第一光源L1 21和第二光源L2 22、用光照射透明物体10的第一表面(前表面)10a。
来自多个光源(第一光源L1 21和第二光源L2 22)的照射光穿过透明物体10，并且被放置在透明物体10的第二表面(后表面)10b侧的光传感器30接收。
来自各个光源的照射光行进的方向根据透明物体10的折射率和形状、即、第一表面(前表面)10a和第二表面(后表面)10b的表面形状而改变。
入射在图1中示出的光传感器30中的关注像素31上的光是图中示出的两个光P1和P2。
已经从第一光源L1 21发射、入射在透明物体10的第一表面(前表面)10a上、被折射、并且然后从透明物体10的第二表面(后表面)10b离开的光是入射光P1，入射光P1是入射在光传感器30的关注像素31上的光的构成元素。
此外，已经从第二光源L2 22发射、入射在透明物体10的第一表面(前表面)10a上、被折射、并且然后从透明物体10的第二表面(后表面)10b离开的光是入射光P2，入射光P2是入射在光传感器30的关注像素31上的光的另一构成元素。
在入射在光传感器30的关注像素31上的光的光量、即接收的光量被假定为I'的情况下，接收的光量I'可以由以下(公式1)表示。
[数学式1]
Figure BDA0002537029930000091
应当注意，在以上(公式1)中，
I'表示接收的光量
θi,1和φi,1分别表示作为待测量的物体的透明物体10的第一表面(前表面)10a的第i前表面区域的面法线的天顶角和方位角，以及
θi,2和φi,2分别表示作为待测量的物体的透明物体10的第二表面(后表面)10b的第i后表面区域的面法线的天顶角和方位角。
Ii表示发射入射在作为待测量的物体的透明物体10的第一表面(前表面)10a的第i前表面上的光的光源的特征量。
N表示光源的数目。
T表示传递函数(穆勒矩阵)，传递函数表示光穿过作为待测量的物体的透明物体10而引起的改变。
注意，穆勒矩阵T是表示当入射光透过作为待测量的物体的透明物体10时偏振状态的改变的矩阵，并且穆勒矩阵T针对每个光源i＝1至N而设置以与每个光源对应。
与光源i对应的穆勒矩阵Ti具有作为矩阵的元素的以下元素：
θi,1和φi,1(作为待测量的物体的透明物体10的第一表面(前表面)10a的第i前表面区域的面法线的天顶角和方位角)
θi,2和φi,2(作为待测量的物体的透明物体10的第二表面(后表面)10b的第i后表面区域的面法线的天顶角和方位角)
注意，透明物体10的第一表面(前表面)10a的第i前表面区域被设置以与每个光源i对应。
具体地，例如，如图2所示，在设置光源20中包括的N个光源i＝1至N的情况下，将在N个光源的光输出方向上放置的透明物体10的第一表面(前表面)10a在与光输出方向垂直的平面上划分为数目与光源的数目相似的N个区域，并且将与各个光源i＝1至N对应的划分区域中的每个划分区域定义为前表面区域i。
此外，将输入到前表面区域i的光从透明物体10的第二表面(后表面)10b输出的位置定义为第二表面(后表面)10b的第i后表面区域。
注意，尽管稍后将描述细节，但是针对每个区域执行透明物体10的前表面和后表面的形状的计算。基于来自每个光源的输出光的特征量以及光接收传感器30的每个传感器元件中的接收光信号的特征量来执行该形状计算，光接收传感器30接收来自透明物体10的第二表面(后表面)10b的输出光。
因此，优选地，被来自相应的N个光源的输出光照射的各个区域与透明物体10的第一表面(前表面)10a的相应的N个划分区域对应。
因此，优选地，光源20和透明物体10以尽可能小的距离并且尽可能接近地放置，以防止被来自相应的N个光源的输出光照射的区域大大地扩散。
这对于光接收传感器30与透明物体10之间的距离也是同样的。优选的是，光接收传感器30和透明物体10以尽可能小的距离并且尽可能近地放置。
注意，例如，每个光源的特征量Ii具体表示从对应的光源输出的偏振光的设置模式。稍后将描述从每个光源输出的偏振光的控制的具体示例。
在使用矩阵T和矩阵I来表示以上(公式1)的情况下，其中
矩阵T包括分别被设置以与相应的光源i＝1至N对应的穆勒矩阵T1、T2、……TN，以及
矩阵I包括与相应的光源i＝1至N对应的光源特征量I1、I2、……IN，以上(公式1)可以被表示为以下(公式2)。
I’＝T·I…(公式2)
以上(公式2)中的I'与上述(公式1)中的I'对应。即，
I'表示接收的光量。
在以上(公式2)中，矩阵T和矩阵I分别表示以下矩阵：
T＝[T1,T2,……,TN]
I＝[I1,I2,……,IN]T
根据以上(公式2)，
矩阵T可以通过以下公式(公式3)获得。
T＝I’·I-1…(公式3)
为了计算以上(公式3)，将每个光源的特征量改变多次(M次)，使得矩阵I的秩(秩数)变得足够，并且获得接收的光量作为观测值：I'1至I'M。通过按以下公式(公式4)设置接收的光量I'与矩阵T之间的关系表达式，矩阵T可以通过应用了(公式3)或(公式4)的最小二乘法来获得。
[I’1，I’2…I’m]＝T·[I1，I2…IM]…(公式4)
注意，作为矩阵T的构成元素的穆勒矩阵T1、T2、……TN中的每个穆勒矩阵是作为待测量的物体的透明物体10的第一表面(前表面)10a和第二表面(后表面)10b的每个区域的面法线的天顶角θ和方位角φ的集合。因此，可以通过获得矩阵T来获得透明物体10的前表面和后表面的形状。
如上所述，例如，每个光源的特征量Ii具体表示从对应的光源输出的偏振光的设置模式。
在使用以上(公式1)中的I'和Ii的每个值作为指示偏振特性的特征量来重写以上(公式1)的情况下，以上(公式1)可以被表示为诸如以下(公式5)的关系表达式。其中，
I'(＝接收的光量)
Ii(＝发射入射在作为待测量的物体的透明物体10的第一表面(前表面)10a的第i前表面上的光的光源的特征量)
[数学式2]
Figure BDA0002537029930000121
注意，包括三个元素的矩阵中的每个矩阵表示斯托克斯矢量(Stokes vector)，斯托克斯矢量表示光的偏振状态。在以上(公式5)中，三个元素表示以下各值：
I'(＝接收的光量)
Ii(＝发射入射在作为待测量的物体的透明物体10的第一表面(前表面)10a的第i前表面上的光的光源的特征量)
此外，n表示透明物体10的折射率。
注意，与I'(＝接收的光量)对应的斯托克斯矢量是表示已经穿过透明物体10的并且已经由光接收传感器30检测到的光的偏振状态的斯托克斯矢量，光接收传感器30接收已经穿过透明物体10的光。
第一分量＝I'表示已经穿过透明物体10的光的平均光量。
第二分量＝I'90表示已经穿过透明物体10的光的90°方向的偏振分量。
第三分量＝I'45表示已经穿过透明物体10的光的45°方向的偏振分量。
此外，与Ii(＝发射入射在作为待测量的物体的透明物体10的第一表面(前表面)10a的第i前表面上的光的光源的特征量)对应的斯托克斯矢量是表示入射到透明物体10上的光(即，从光源i输出的输出光i)的偏振状态的斯托克斯矢量。
第一分量＝Ii表示来自光源i的输出光(＝入射在透明物体10的区域i上的光)的平均光量。
第二分量＝Ii,90表示来自光源i的输出光(＝入射在透明物体10的区域i上的光)的90°方向的偏振分量。
第三分量＝Ii,45表示来自光源i的输出光(＝入射在透明物体10的区域i上的光)的45°方向的偏振分量。
如以上参照(公式1)所述，以上(公式5)中包括的T表示与传递函数对应的穆勒矩阵，传递函数表示光穿过作为待测量的物体的透明物体10而引起的改变。
穆勒矩阵T包括作为待测量的物体的透明物体10的第一表面(前表面)10a和第二表面(后表面)10b的每个区域的面法线的天顶角θ和方位角φ的数据作为元素。可以通过获得矩阵T来获得透明物体10的前表面和后表面的形状。
通过将(公式1)转换为(公式5)，可用信息增加到三个：平均光量、90°方向的偏振分量和45°方向的偏振分量。这使得可以使用三倍于(公式1)的信息来执行处理。因此，这允许准确地估计透明物体10的表面形状。
注意，为了基于以上(公式5)计算透明物体10的表面形状，
根据与上述(公式2)和(公式3)类似的过程来导出T的计算公式。
即，
I’＝T·I…(公式2)
T＝I’·I-1……(公式3)
在以上(公式2)和(公式3)中，矩阵T和矩阵I分别表示以下矩阵：
T＝[T1,T2,……,TN]
I＝[I1,I2,……,IN]T
注意，矩阵I的元素Ii表示发射入射在作为待测量的物体的透明物体10的第一表面(前表面)10a的第i前表面上的光的光源的特征量。在使用(公式5)的情况下，矩阵I的元素Ii表示斯托克斯矢量，该斯托克斯矢量表示从光源i输出的输出光i的偏振状态。
第一分量＝Ii表示来自光源i的输出光(＝入射在透明物体10的区域i上的光)的平均光量。
第二分量＝Ii,90表示来自光源i的输出光(＝入射在透明物体10的区域i上的光)的90°方向的偏振分量。
第三分量＝Ii,45表示来自光源i的输出光(＝入射在透明物体10的区域i上的光)的45°方向的偏振分量。
这些值是已知的。
同时，在以上(公式2)和(公式3)中，I'表示接收的光量。在使用(公式5)的情况下，I'表示与I'(＝接收的光量)对应的斯托克斯矢量。
即，I'表示托克斯矢量，该斯托克斯矢量表示已经穿过透明物体10并且已经由光接收传感器30检测到的光的偏振状态，光接收传感器30接收已经穿过透明物体10的光。I'表示包括作为元素的以下分量的矩阵。
第一分量＝I'表示已经穿过透明物体10的光的平均光量。
第二分量＝I'90表示已经穿过透明物体10的光的90°方向的偏振分量。
第三分量＝I'45表示已经穿过透明物体10的光的45°方向的偏振分量。
矩阵包括这些分量。
这些值需要根据图1和图2中示出的配置中的光接收传感器30的传感器输出来计算。
然而，这里的问题是入射在光接收传感器30中包括的每个元件上的光不一定是来自图1和图2中示出的N个光源中之一的光。
从图1和图2中示出的相应的N个光源发射的N个光在穿过透明物体10时根据透明物体的形状和折射率在各个方向上改变其路线。
因此，在一些情况下，入射在光接收传感器30中包括的每个元件上的光可以是来自图1和图2中示出的N个光源中的多个光源的输出光的组合。
例如，如图3所示，在一些情况下，设置可以使得来自第一光源(L1)21的输出光以及来自第二光源(L2)22的输出光在穿过透明物体10时改变其路线并且输入到光接收传感器30的一个光接收元件31中。
在这样的情况下，为了使用以上(公式5)来计算透明物体10的形状，需要辨别输入到光接收传感器30中的每个元件中的光是从哪些光源输入的。
在使用以上(公式5)计算透明物体10的形状的情况下，
执行计算包括穆勒矩阵Ti的T＝[T1,T2,……,TN]并且然后计算以下元素的处理，以下元素是作为矩阵T的元素的穆勒矩阵Ti中的每个穆勒矩阵的构成元素。
θi,1和φi,1(作为待测量的物体的透明物体10的第一表面(前表面)10a的第i前表面区域的面法线的天顶角和方位角)
θi,2和φi,2(作为待测量的物体的透明物体10的第二表面(后表面)10b的第i后表面区域的面法线的天顶角和方位角)
对于该处理，需要识别(公式5)中的参数i。
这意味着需要识别(公式5)中的I'，即，识别入射在光接收传感器30中包括的每个元件上的光包括来自光源的哪些光。
因此，例如，如图3所示，在输入到光接收传感器30的每个元件中的光是来自多个光源的光的组合的情况下，需要识别多个光源(i)的处理。
为了使该识别成为可能，在根据本公开的处理期间控制N个光源的偏振模式。
在下文中，将描述根据本公开的控制光源的偏振的处理。
根据本公开的控制光源的偏振的处理使用偏振相位。即，各个光源i＝1至N的偏振相位在时间方向上以不同变化率改变。
通过执行该偏振控制，可以识别入射在光接收传感器30中包括的每个元件上的光包括来自光源的哪些光。
将参照图4描述根据本公开的控制光源的偏振的处理的示例。
如在图3的情况下，图4示出其中来自第一光源(L1)21的输出光以及来自第二光源(L2)22的输出光在穿过透明物体10时改变其路线并且输入到光接收传感器30的一个光接收元件31中的设置的示例。
这里，如图所示的那样设置对第一光源(L1)21和第二光源(L2)22中的每个的偏振控制。即，
(1)第一光源(L1)偏振控制序列，以及
(2)第二光源(L2)偏振控制序列
如图4所示的那样进行设置。
“(1)第一光源(L1)偏振控制序列”和“(2)第二光源(L2)偏振控制序列”中的每个是顺序地将偏振方向改变为四种类型的偏振方向(45°、0°、135°和90°)中之一的偏振方向控制序列。
注意，在图中示出的示例中，
(φa)指向右上方向的箭头的设置意指45°的偏振，
(φb)指向上方向的箭头的设置意指0°的偏振，
(φc)指向左上方向的箭头的设置意指135°的偏振，以及
(φd)指向左方向的箭头的设置意指90°的偏振。
根据本公开的处理改变每个光源改变其偏振方向的速度。即，相位彼此偏移地执行偏振控制。
对于在(1)第一光源(L1)偏振控制序列中的四种类型的偏振方向(45°、0°、135°和90°)的控制，偏振方向改变45°的时间间隔被假定为Δφ1。
即，在图中示出的示例中，
偏振方向从45°改变为0°的时间为Δφ1，
偏振方向从0°改变为135°的时间也是Δφ1，并且
偏振方向从135°改变为90°的时间也是Δφ1。
同时，对于在(2)第二光源(L2)偏振控制序列中的四种类型的偏振方向(45°、0°、135°和90°)的控制，
偏振方向改变45°的时间间隔被假定为Δφ2(≠Δφ1)。
即，在图中示出的示例中，
偏振方向从45°改变为0°的时间为Δφ2，
偏振方向从0°改变为135°的时间也是Δφ2，并且
偏振方向从135°改变为90°的时间也是Δφ2。
如上所述，使用使来自每个光源的偏振光的状态改变的时间各不相同的设置来执行偏振控制。以该方式，即使在来自多个光源的偏振光输入到光接收传感器30的一个光接收元件中的情况下，也可以分析其中的接收光信号并且识别接收光信号中包括的光的光源。
注意，不需要使光源20中包括的多个光源的偏振控制模式各不相同。如果至少相邻的光源被设置为不同的偏振控制模式，就足够了。
即，彼此分开定位的光源可以处于相同的偏振控制模式。这是因为来自彼此分开定位的光源的光穿过透明物体并且输入到相同的光接收元件中的可能性低。
将参照图5描述能够在来自多个光源的光的组合被包括在一个光接收元件中的接收光信号中的情况下识别多个光源的处理。
图5示出了四个光源(L1至L4)以及在来自这四个光源的输出光中的至少之一被输入到光接收传感器30的光接收元件中的情况下的一个光接收元件的输出级(光电转换结果)。
如图5中的(1)光源设置所示，
四个光源(L1至L4)以不同的速度(相位)改变各自的偏振。
光源L1将其偏振方向改变45°的时间间隔被假定为Δφ1。
光源L2将其偏振方向改变45°的时间间隔被假定为Δφ2。
光源L3将其偏振方向改变45°的时间间隔被假定为Δφ3。
光源L4将其偏振方向改变45°的时间间隔被假定为Δφ4。
注意，Δφ1≠Δφ2≠Δφ3≠Δφ4。
偏振改变的速度(相位)是每个光源特有的特征量。
图5中的(2)光接收元件输出示出在来自这四个光源的输出光中的至少之一输入到光接收传感器30的一个光接收元件中的情况下的该光接收元件的输出水平(光电转换结果)。
图5中的(2)光接收元件输出示出15个条目(1)至(15)。
这15个条目与从光源(L1)至(L4)输出的一个或更多个输出光输入到一个光接收元件中的情况的所有组合对应。
例如，条目(1)是仅来自光源(L1)的输出光被输入的情况的示例。
条目(2)是仅来自光源(L2)的输出光被输入的情况的示例。
条目(5)是来自光源(L1)和(L2)的输出光被输入的情况的示例。
条目(5)是来自光源(L1)和(L2)的输出光被输入的情况的示例。
条目(11)是来自光源(L1)、(L2)和(L3)的输出光被输入的情况的示例。
条目(15)是来自光源(L1)、(L2)、(L3)和(L4)的输出光被输入的情况的示例。
对于这15种类型的输入模式，光接收元件的输出水平(光电转换结果)均为不同的值。
即，可以通过获取光接收元件的输出水平(光电转换结果)来辨别应用(1)至(15)的哪个组合。
以该方式，在根据本公开的处理中，使用使每个光源改变偏振的速度(相位)各不相同的设置来执行偏振控制。因此，可以识别输入到光接收传感器的一个光接收元件中的任何光的光源。
应当注意，为了使得能够以该方式进行光源识别处理，设置需要满足以下条件。
对于总共M个照明，M个照明中的各自包括任意n(n≤M)个照明的子集的数目由以下(公式6)表示。
[数学式3]
Figure BDA0002537029930000181
这里，第j照明的特征量被假定为I(j)，并且所有照明的最大特征量被假定为Imax。
[数学式4]
Figure BDA0002537029930000182
其中t＝[nCi]
设置需要满足以上公式。
为了使得能够进行根据参照图5描述的处理的光源识别处理，设置需要满足以上条件。
注意，图5中示出的示例是作为示例的方式给出的并且是示出特征量是几何级数的情况的示例。
将参照图6中示出的流程图描述根据本公开的处理的用于测量透明物体的形状的序列。
注意，根据图6中示出的流程图的处理在物体形状测量装置的控制部下执行。
例如，在包括具有程序执行功能的CPU等的控制部的控制下，根据存储在存储部中的程序执行根据图6中示出的流程图的处理。
在下文中，将描述每个步骤中的处理。
(步骤S101)
首先，在步骤S101中，从多个光源向透明物体输出光，并且透射的光被光接收传感器接收。
注意，如以上参照图3和图4所述，多个光源中的每个光源输出被设置成以不同的速度改变偏振角的偏振光。
此外，设置满足使得上述光源识别处理能够进行的条件。
(步骤S102)
接下来，在步骤S102中，分析光接收传感器的每个光接收元件中的接收光信号中包括的光的光源。
(步骤S103)
接下来，在步骤S103中，根据光源输出(Ii)和接收光信号(I')计算穆勒矩阵Ti。
这是通过应用上述(公式2)和(公式3)从上述(公式5)的关系表达式导出T的计算公式的处理。即，
I’＝T·I…(公式2)
T＝I’·I-1…(公式3)
在以上(公式2)和(公式3)中，矩阵T和矩阵I分别表示以下矩阵：
T＝[T1,T2,……,TN]
I＝[I1,I2,……,IN]T
注意，矩阵I的元素Ii表示发射入射在作为待测量的物体的透明物体10的第一表面(前表面)10a的第i前表面上的光的光源的特征量。在使用(公式5)的情况下，矩阵I的元素Ii表示斯托克斯矢量，该斯托克斯矢量表示从光源i输出的输出光i的偏振状态。
第一分量＝Ii表示来自光源i的输出光(＝入射在透明物体10的区域i上的光)的平均光量。
第二分量＝Ii,90表示来自光源i的输出光(＝入射在透明物体10的区域i上的光)的90°方向的偏振分量。
第三分量＝Ii,45表示来自光源i的输出光(＝入射在透明物体10的区域i上的光)的45°方向的偏振分量。
这些值是已知的。
同时，在以上(公式2)和(公式3)中，I'表示接收的光量。在使用(公式5)的情况下，I'表示与I'(＝接收的光量)对应的斯托克斯矢量并且表示如下斯托克斯矢量：该斯托克斯矢量表示已经穿过透明物体10并且已经由光接收传感器30检测到的光的偏振状态，其中光接收传感器30接收已经穿过透明物体10的光。即，
I'表示包括以下分量的矩阵。
第一分量＝I'表示已经穿过透明物体10的光的平均光量。
第二分量＝I'90表示已经穿过透明物体10的光的90°方向的偏振分量。
第三分量＝I'45表示已经穿过透明物体10的光的45°方向的偏振分量。
(步骤S104)
接下来，在步骤S104中，从穆勒矩阵(Ti)的构成元素获得各个区域(i)的面法线的天顶角和方位角。对透明物体的前表面和后表面两者执行该处理。
即，执行计算作为每个穆勒矩阵Ti的构成元素的以下元素的处理。
θi,1和φi,1(作为待测量的物体的透明物体10的第一表面(前表面)10a的第i前表面区域的面法线的天顶角和方位角)
θi,2和φi,2(作为待测量的物体的透明物体10的第二表面(后表面)10b的第i后表面区域的面法线的天顶角和方位角)
(步骤S105)
接下来，在步骤S105中，基于已经在步骤S104中获得的透明物体的前表面和后表面两者的面法线的天顶角和方位角来计算透明物体的前表面和后表面的表面形状。应当注意，对于任何不可计算的区域，执行基于周围区域的形状的插补(interpolation)。
在步骤S104中，如以上参照图2所述的那样，计算透明物体的每个划分区域的面法线的天顶角和方位角。
通过应用这些信息来计算透明物体的前表面和后表面的表面形状。
应当注意，透明物体的后表面区域可能具有没有接收到来自任何光源的输出的区域。对于这样的区域，在一些情况下，可能不能够计算面法线的天顶角和方位角。
对于这样的区域，执行基于周围区域的形状的插补以生成整个表面形状。
[2.关于测量透明物体的厚度的处理]
接下来，将描述测量透明物体的厚度的处理。
尽管上述处理是测量透明物体的表面形状的处理，但是根据本公开的物体形状测量装置还能够测量透明物体的厚度。
在下文中，将描述该处理。
将参照图7描述测量透明物体10的厚度的处理。
图7示出透明物体10、第一光源(L1)21和光接收传感器30。
来自第一光源(L1)21的输出光穿过透明物体10并且输入到光接收传感器30中。
这里，如图7所示，透明物体10的在光源侧的前表面的面法线的天顶角被假定为θ1，并且在光接收传感器30侧的后表面的面法线的天顶角被假定为θ2。
此外，已经穿过透明物体10的光相对于光接收传感器30的在透明物体的相对侧的光学中心O(即，光学中心O 50)的入射角被假定为θ。光学中心O 50被设置在从光接收传感器30的中心延伸的垂线位置处。
此外，光学中心O 50与第一光源(L1)21之间的距离被假定为d。
此外，光学中心O 50与透明物体10的后表面之间的距离被假定为d3。
此外，从光接收传感器30的中心延伸的垂线与光源和光学中心O 50之间的连接线之间的角度被假定为θ0。
这些均为已知。
注意，距离d和d3被假定为在与透明物体的厚度方向平行的方向上的距离。
注意，透明物体10的在光源侧的前表面的面法线的天顶角θ1以及在光接收传感器30侧的后表面的面法线的天顶角θ2可以通过经由上述测量表面形状的处理分析透明物体(待测量的物体)的前表面和后表面的形状来获得。
此外，可以预先测量其他参数。
如图7的底部所示，
d·tan(θ0)＝d2·tan(θ2)+d3·tan(θ)
成立。
根据该公式，可以根据以下(公式7)计算透明物体10的厚度d2。
[数学式5]
Figure BDA0002537029930000221
接下来，将参照图8中示出的流程图描述用于测量透明物体的厚度的序列。
注意，根据图8中示出的流程图的处理在物体形状测量装置的控制部下执行。
例如，在包括具有程序执行功能的CPU等的控制部的控制下，根据存储在存储部中的程序执行根据图8中示出的流程图的处理。
在下文中，将描述每个步骤中的处理。
(步骤S201)
首先，在步骤S201中，获得计算厚度所需的参数。
具体地，这些参数是以上参照图7描述的参数。
即，获得以下参数：
透明物体10的在光接收传感器30侧的后表面的面法线的天顶角θ2；
已经穿过透明物体10的光相对于光接收传感器30的在透明物体的相对侧的光学中心O 50的入射角θ；
光学中心O 50与第一光源(L1)21之间的距离d；
光学中心O 50与透明物体10的后表面之间的距离d3；以及
从光接收传感器30的中心延伸的垂线与光源和光学中心O 50之间的连接线之间的角度θ0。
注意，距离d和d3是在与透明物体的厚度方向平行的方向上的距离。
注意，在这些参数中，透明物体10的在光接收传感器30侧的后表面的面法线的天顶角θ2可以通过经由上述测量表面形状的处理分析透明物体(待测量的物体)的前表面和后表面的形状来获得。预先测量并获得其他参数。
(步骤S202)
接下来，在步骤S202中，通过应用获得的参数来计算透明物体的厚度。
该处理是根据以上(公式7)计算厚度d2的处理。
(步骤S203)
接下来，在步骤S203中，将在步骤S202中计算出的厚度输出或存储在存储部中。
注意，针对透明物体10的每个划分区域计算厚度。
[3.关于测量透明物体的形状和厚度的物体形状测量装置的配置]
接下来，将描述测量透明物体的形状和厚度的物体形状测量装置的配置。
图9是示出物体形状测量装置100的配置示例的框图。
如图9所示，物体形状测量装置100包括输入部101、控制部102、存储部103、输出部104、光投射部110、光接收部120和数据处理部130。
光投射部110输出偏振光。透过检测区域150中的透明物体170的偏振光被光接收部120接收。基于接收光信号来计算检测区域150中的透明物体170的形状和厚度。
输入部101输入模式设置信息、用作针对由用户执行的诸如处理的开始或停止的处理控制的触发的信息等。模式设置信息是例如用于仅测量物体的形状的模式、用于检测物体的形状和厚度的模式等。
另外，例如，输入部101还用于输入例如要使用的偏振设置信息的处理所需的参数以及用于物体检测、应力计算处理等的阈值等。
控制部102执行整个物体形状测量装置100的控制和处理，执行每个构成部的控制和处理，控制执行定时等。
注意，控制部102包括例如具有程序执行功能的CPU等，并且根据存储在存储部103中的程序来执行控制和处理。
存储部103存储基于由光接收部120接收的信号的数据以及由数据处理部130生成和计算的数据。
此外，存储部103用作用于存储应用于由数据处理部130执行的数据处理、由控制部102执行的程序等的参数、基准值和阈值的区域。
例如，输出部104输出由数据处理部130执行的数据处理的结果。
具体地，输出部104输出透明物体的形状信息和厚度信息。
光投射部110包括光输出部111和偏振控制部112。
光投射部110包括如以上参照如图1至图5所描述的N个光源，并且各个光源输出在不同时间改变的相应的偏振光。
稍后将详细描述光投射部110的配置的具体示例。
光接收部120包括偏振器121和光接收传感器122。
光接收部120具有用于观测作为已经穿过透明物体170的并且基于从光投射部110输出的偏振光的光的偏振光的配置。
稍后将详细描述光接收部120的配置的具体示例。
数据处理部130包括接收光信号记录部131、物体形状计算部132和物体厚度计算部133。
接收光信号记录部131接收基于由光接收部120的光接收传感器122接收的光的光电转换信号，并且分析计算检测区域150中的透明物体170的形状和厚度所需的输入信号。
物体形状计算部132使用由接收光信号记录部131计算的信号值来计算检测区域150中的透明物体170的厚度。
具体地，物体形状计算部132执行参照图1至图6描述的处理。
具体地，执行根据相应的光源输出(Ii)和接收光信号(I')计算穆勒矩阵Ti并且然后计算作为穆勒矩阵Ti中的每个穆勒矩阵的构成元素的以下元素的处理。
θi,1和φi,1(作为待测量的物体的透明物体10的第一表面(前表面)10a的第i前表面区域的面法线的天顶角和方位角)
θi,2和φi,2(作为待测量的物体的透明物体10的第二表面(后表面)10b的第i后表面区域的面法线的天顶角和方位角)
注意，对于形状不可计算的任何区域，如以上参照图6中的流所描述的那样，执行基于周围区域的形状的插补。
注意，当对输入到光接收部120的光接收传感器122的一个光接收元件中的任何光执行光源识别处理时，通过以上参照图4和图5描述的处理来执行光源识别。
预先在准备阶段测量参照图5描述的图5中的(2)光接收元件输出的数据。
预先将参考表存储在存储部103中，该参考表使得能够基于测量结果根据光接收元件的输出识别光源。
例如，参考表具有图10中示出的配置。
如图10所示，光接收传感器的一个光接收元件中的接收光信号(＝观测特征量)被调整以取决于光源的组合而不同地设置。预先获得对应关系数据，并且然后将对应关系数据作为参考表存储在物体形状测量装置100的存储部103中。
物体形状计算部132将在实际透明物体的形状的测量期间获得的接收光信号与参考表进行比较，并且选择参考表中的、与测量的接收光信号匹配的、登记的接收光信号(＝观测特征量)的条目。基于选择的条目，物体形状计算部132获得光源组合数据并且识别光源。
由物体形状计算部132执行的形状计算的结果被输出到输出部104。此外，根据需要将结果存储在存储部103中。
物体厚度计算部133使用由物体形状计算部132执行的计算的结果来计算检测区域150中的透明物体170的厚度。
根据以上参照图7至图8描述的处理来执行该厚度计算。
如上所述，应用于该厚度计算的参数是以下参数：
透明物体10的在光接收传感器30侧的后表面的面法线的天顶角θ2；
已经穿过透明物体10的光相对于光接收传感器30的在透明物体的相对侧的光学中心O 50的入射角θ；
光学中心O 50与第一光源(L1)21之间的距离d；
光学中心O 50与透明物体10的后表面之间的距离d3；以及
从光接收传感器30的中心延伸的垂线与光源和光学中心O 50之间的连接线之间的角度θ0。
这些参数被存储在存储部103中。
注意，距离d和d3是在与透明物体的厚度方向平行的方向上的距离。
注意，在这些参数中，透明物体的在光接收传感器侧的后表面的面法线的天顶角θ2使用在由物体形状计算部132执行的测量表面形状的处理期间计算的值。对于其他参数，获得并使用预先测量并存储在存储部103中的数据。
接下来，将描述光投射部110和光接收部120的配置的具体示例。
如上所述，光投射部110包括如以上参照图1至图5所描述的N个光源，并且各个光源输出在不同时间改变的相应的偏振光。
此外，光接收部120具有用于观测作为已经穿过透明物体170的并且基于从光投射部110输出的偏振光的光的偏振光的配置。
在下文中，将描述光投射部110和光接收部120的配置的多个具体示例。
图11是示出光投射部110的配置示例的图。
如图11所示，光投射部110包括光输出部111和偏振控制部112。
图11的(1)示出偏振控制部112的配置的具体示例。
如以上参照图2描述的光源20的情况那样地，在图11的(1)中示出多个N个光源。
这些单独的光源输出具有各种不同相位的相应的偏振光。
在图12中示出具体示例。
图12示出要由偏振控制部112控制的两个光源的偏振控制的示例。
该图类似于以上参照图4描述的示例。
对于(1)第一光源(L1)偏振控制序列中的四种类型的偏振方向(45°、0°、135°和90°)的控制，
偏振方向改变45°的时间间隔被假定为Δφ1。
即，在图中示出的示例中，
偏振方向从45°改变为0°的时间为Δφ1，
偏振方向从0°改变为135°的时间也是Δφ1，并且
偏振方向从135°改变为90°的时间也是Δφ1。
同时，对于(2)第二光源(L2)偏振控制序列中的四种类型的偏振方向(45°、0°、135°和90°)的控制，
偏振方向改变45°的时间间隔被假定为Δφ2(≠Δφ1)。
即，在图中示出的示例中，
偏振方向从45°改变为0°的时间为Δφ2，
偏振方向从0°改变为135°的时间也是Δφ2，并且
偏振方向从135°改变为90°的时间也是Δφ2。
如上所述，使用使来自每个光源的偏振光的状态改变的时间各不相同的设置来执行偏振控制。以该方式，即使在来自多个光源的偏振光输入到光接收传感器30的一个光接收元件中的情况下，也可以分析其中的接收光信号并且识别接收光信号中包括的光的光源。
接下来，将参照图13描述光接收部120的配置示例。
光接收部120通过透明物体接收从上述光投射部110输出的来自多个不同光源的偏振光。
如图13所示，例如，光接收部120具有用于获得多个不同的观测偏振角(θ)中的每个处的观测亮度I(θ)作为观测值的配置。
图13是示出光接收部120的配置示例的图。
如图13所示，光接收部120包括偏振器121和光接收传感器122。
图13的(1)示出偏振器121的配置的具体示例。
如图13的(1)所示，光接收部120的偏振器121以组合的方式包括具有四种类型的偏振方向(偏振角)的四种类型的偏振器。
这是能够同时获得四个方向上的偏振光的偏振传感器。
具体地，以组合的方式包括具有以下四种类型的偏振方向(0°、45°、90°和135°)的偏振器。
在图13的(2)中，四个偏振器的偏振方向(偏振角)由箭头指示。
如图所示，
a＝偏振方向为0°，
b＝偏振方向为45°，
c＝偏振方向为90°，以及
d＝偏振方向为135°。
偏振器121以组合的方式包括具有上述四种类型的偏振方向(a至d)的偏振器。
已经穿过以组合的方式包括具有上述四种类型的偏振方向(a至d)的偏振器的偏振器121的任何光信号输入到光接收传感器122中，并且经受光电转换处理。在光电转换处理中，光信号被转换为与光信号量(光强度)对应的电信号。表示光强度的电信号被存储在存储部103中并且被输入到数据处理部130中。
以该方式，光接收部120具有用于获得四个不同的观测偏振角(θ)中的每个处的观测亮度I(θ)作为观测值的配置。
作为由光接收部120接收到的四个不同的观测偏振角(θ)中的每个处的观测值的观测亮度I(θ)被存储在存储部103中并且被输入到数据处理部130中。
数据处理部130的物体形状计算部132执行识别已经输出被输入到光接收传感器122的每个光接收元件中的光的光源的处理，并且然后使用上述(公式1)、(公式5)等计算物体的形状。
[4.关于其他实施方式]
接下来，将描述测量透明物体的形状的其他实施方式。
在以上实施方式中，已经给出了对如下实施方式的描述：其中当执行测量透明物体的形状的处理时，使用使来自每个光源的偏振光的时间变化各不相同的设置，执行识别输入到光接收传感器的一个光接收元件中的任何光的光源的处理。
除了上述使来自每个光源的偏振光的时间变化的模式各不相同的方法之外的方法可以应用于识别输入到光接收传感器的一个光接收元件中的任何光的光源的处理。
一个示例是使每个光源的颜色、亮度或偏振方向各不相同。
即，各个光源的颜色、亮度或偏振方向被设置成彼此不同。
每个光源的颜色、亮度和偏振方向中的至少之一被设置为每个光源特有的特征量。使用以上设置，执行来自多个光源的光识别输入到光接收传感器的一个光接收元件中的任何光的光源的处理。
图15示出其中光源20中包括的各个光源i(i＝1至N)分配有不同颜色的设置。
注意，彼此分开定位的光源的颜色可以相同。这是因为来自彼此分开定位的光源的光穿过透明物体并且输入到相同的光接收元件中的可能性低。
图16示出其中光源20中包括的各个光源i(i＝1至N)被设置成输出不同的偏振方向上的偏振光的示例。
注意，彼此分开定位的光源的偏振方向可以相同。这是因为来自彼此分开定位的光源的光穿过透明物体并且输入到相同的光接收元件中的可能性低。
图17示出在每个光源的颜色、亮度和偏振方向中的至少之一以该方式被设置为每个光源特有的特征量的情况下，光接收传感器的一个光接收元件中的接收光信号(＝观测特征量)与光源的组合之间的对应关系的示例。
如图17所示，光接收传感器的一个光接收元件中的接收光信号(＝观测特征量)被调整以取决于光源的组合而不同地设置。预先获得对应关系数据，并且然后将对应关系数据作为参考表存储在物体形状测量装置100的存储部103中。
将在实际透明物体的形状的测量期间获得的接收光信号与参考表进行比较，并且选择参考表中的、与测量的接收光信号匹配的登记的接收光信号(＝观测特征量)的条目。基于选择的条目，获得光源组合数据。以该方式，可以识别光源。
[5.关于物体形状测量装置的硬件配置的示例]
接下来，将参照图18描述物体形状测量装置的硬件配置的示例。
注意，图18中示出的硬件配置是示出可以用作以上实施方式中描述的物体形状测量装置的硬件配置的示例的框图。
CPU(中央处理单元)301用作根据ROM(只读存储器)302或存储部308中存储的程序执行各种类型的处理的数据处理部。例如，CPU 301执行以上实施方式中描述的处理。RAM(随机存取存储器)303存储要由CPU 301执行的程序、数据等。CPU 301、ROM 302和RAM 303通过总线304彼此互连。
CPU 301经由总线304连接到输入/输出接口305。输入/输出接口305连接到输入部306和输出部307。输入部306包括各种类型的开关、键盘、鼠标、麦克风等。输出部307包括显示器、扬声器等。
CPU 301响应于从输入部306输入的命令来执行各种类型的处理，并且将处理的结果输出到例如输出部307。
连接到输入/输出接口305的存储部308包括例如硬盘等，并且存储要由CPU 301执行的程序和各种类型的数据。通信部309用作用于经由诸如因特网或局域网的网络的数据通信的传送/接收部，并且与外部装置进行通信。
连接到输入/输出接口305的驱动器310驱动诸如磁盘、光盘、磁光盘或者诸如存储卡的半导体存储器的可移除介质311，以记录或读取数据。
光投射部321与图9中示出的物体形状测量装置的光投射部110对应。
光接收部322与图9中示出的物体形状测量装置的光接收部120对应。
[6.本公开的配置的总结]
以上已经参照具体实施方式详细描述了本公开的实施方式。然而，显然，本领域技术人员可以在不脱离本公开的范围的情况下对实施方式进行修改或替换。即，本发明以例证的形式被公开并且不应当以限制性方式来解释。为了确定本公开的范围，应当考虑权利要求。
注意，本说明书中公开的技术可以具有以下配置。
(1)一种物体形状测量装置，包括：
光投射部，其被配置成向形状待测量的透明物体输出光；
包括多个光接收元件的光接收传感器，所述光接收传感器被配置成接收已经从所述光投射部输出并且已经穿过所述透明物体的输出光；以及
数据处理部，其被配置成分析所述光接收传感器的所述光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，
其中，所述光投射部是并行地输出来自多个光源的输出光的结构，并且
所述数据处理部执行以下处理：分析所述光接收传感器的所述光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，并且通过使用存储在存储部中的并且与所述接收光信号的值对应的光源组合信息来识别输入到一个光接收元件中的光的光源。
(2)根据(1)所述的物体形状测量装置，
其中，所述数据处理部执行通过参照参考表来识别输入到一个光接收元件中的光的光源的处理，所述参考表记录所述光接收元件中的接收光信号的值与光源标识符之间的对应数据。
(3)根据(1)或(2)所述的物体形状测量装置，
其中，所述光投射部中包括的所述光源中的每个光源是输出偏振光的结构，所述偏振光是随着时间的推移改变输出光的偏振方向的结果，并且
至少相邻的光源被设置为处于不同的偏振控制模式。
(4)根据(3)所述的物体形状测量装置，
其中，所述光投射部中包括的所述光源中的至少相邻的光源被设置成以不同的速度改变相应的偏振方向。
(5)根据(1)或(2)所述的物体形状测量装置，
其中，来自所述光投射部中包括的所述光源中的至少相邻的光源的输出光的颜色、亮度或偏振方向被设置成彼此不同。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的物体形状测量装置，
其中，所述数据处理部包括物体形状计算部，所述物体形状计算部被配置成通过计算表示从所述光投射部的所述光源中的每个光源输出的偏振光的状态的改变的穆勒矩阵来计算所述透明物体的形状。
(7)根据(6)所述的物体形状测量装置，其中，
所述物体形状计算部通过根据所述穆勒矩阵的矩阵元素计算所述透明物体的前表面和后表面两者上的每个划分区域的面法线的天顶角和方位角，来计算所述透明物体的形状。
(8)根据(6)或(7)所述的物体形状测量装置，
其中，所述物体形状计算部通过基于所述光投射部中包括的多个光源中的每个光源的特征量I、所述光接收传感器的所述光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号I'和所述穆勒矩阵之间的关系表达式，计算所述透明物体的前表面和后表面两者上的每个划分区域的面法线的天顶角和方位角，来计算所述透明物体的形状。
(9)根据(8)所述的物体形状测量装置，
其中，在所述物体形状计算部通过使用记录所述光接收元件中的接收光信号的值与光源标识符之间的对应数据的参考表而识别输入到一个光接收元件中的光的光源之后，所述物体形状计算部通过使用所述关系表达式计算所述透明物体的前表面和后表面两者上的每个划分区域的面法线的天顶角和方位角，来计算所述透明物体的形状。
(10)根据(1)至(9)中任一项所述的物体形状测量装置，
其中，所述数据处理部包括
物体形状计算部，其被配置成计算所述透明物体的形状，以及
物体厚度计算部，其被配置成使用由所述物体形状计算部计算出的数据来计算所述透明物体的厚度。
(11)根据(10)所述的物体形状测量装置，
其中，所述物体厚度计算部使用由所述物体形状计算部计算出的数据以及表示所述透明物体、所述光投射部中包括的光源和所述光接收传感器之间的位置关系的数据作为计算参数，来计算所述透明物体的厚度。
(12)一种在物体形状测量装置中执行的光源识别方法，所述物体形状测量装置包括：
包括多个光源的光投射部，所述光投射部被配置成向形状待测量的透明物体输出光，
包括多个光接收元件的光接收传感器，所述光接收传感器被配置成接收已经从所述光投射部输出并且已经穿过所述透明物体的输出光，以及
数据处理部，其被配置成分析所述光接收传感器的所述光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，
所述光源识别方法包括：
由所述数据处理部，
执行通过参照参考表来识别输入到所述光接收传感器的一个光接收元件中的光的光源的处理，所述参考表记录所述光接收元件中的接收光信号的值与光源标识符之间的对应数据。
(13)一种物体形状计算方法，所述物体形状计算方法是在物体形状测量装置执行的透明物体形状计算方法，所述物体形状测量装置包括：
包括多个光源的光投射部，所述光投射部被配置成向形状待测量的所述透明物体输出光，
包括多个光接收元件的光接收传感器，所述光接收传感器被配置成接收已经从所述光投射部输出并且已经穿过所述透明物体的输出光，以及
数据处理部，其被配置成分析所述光接收传感器的所述光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，
所述透明物体形状计算方法包括：
由所述数据处理部，
通过计算表示从所述光投射部的所述光源中的每个光源输出的偏振光的状态的改变的穆勒矩阵，并且根据所述穆勒矩阵的矩阵元素计算所述透明物体的前表面和后表面两者上的每个划分区域的面法线的天顶角和方位角，来计算所述透明物体的形状。
(14)一种使物体形状测量装置执行光源识别处理的程序，所述物体形状测量装置包括：
包括多个光源的光投射部，所述光投射部被配置成向形状待测量的透明物体输出光，
包括多个光接收元件的光接收传感器，所述光接收传感器被配置成接收已经从所述光投射部输出并且已经穿过所述透明物体的输出光，以及
数据处理部，其被配置成分析所述光接收传感器的所述光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，
所述程序使所述数据处理部执行通过参照参考表来识别输入到所述光接收传感器的一个光接收元件中的光的光源的处理，所述参考表记录所述光接收元件中的接收光信号的值与光源标识符之间的对应数据。
(15)一种使物体形状测量装置执行计算透明物体的形状的处理的程序，所述物体形状测量装置包括：
包括多个光源的光投射部，所述光投射部被配置成向形状待测量的所述透明物体输出光，
包括多个光接收元件的光接收传感器，所述光接收传感器被配置成接收已经从所述光投射部输出并且已经穿过所述透明物体的输出光，以及
数据处理部，其被配置成分析所述光接收传感器的所述光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，
所述程序使所述数据处理部通过以下方式来计算所述透明物体的形状：计算表示从所述光投射部的所述光源中的每个光源输出的偏振光的状态的改变的穆勒矩阵，并且根据所述穆勒矩阵的矩阵元素计算所述透明物体的前表面和后表面两者上的每个划分区域的面法线的天顶角和方位角。
此外，说明书中描述的一系列处理可以由硬件、软件或其组合来执行。在由软件执行处理的情况下，可以将其上记录有处理序列的程序安装在并入专用硬件中的计算机的存储器中并且然后执行程序，或者可以将程序安装在能够执行各种类型的处理的通用计算机中并且然后执行程序。例如，程序可以预先被记录在记录介质上。程序可以从记录介质被安装到计算机。替选地，可以通过诸如LAN(局域网)或因特网的网络来接收程序，并且然后将程序安装在诸如内置硬盘驱动器的记录介质中。
注意，说明书中描述的各种类型的处理不仅可以根据描述按时间顺序执行，还可以根据执行处理的装置的处理能力或根据需要并行或单独地执行。此外，在本说明书中，系统是指其中多个装置被逻辑地分组的配置，并且不限于其中单独配置的装置设置在同一壳体中的配置。
工业适用性
如上所述，根据本公开的实施方式的配置，实现了用于测量透明物体的形状和厚度的装置和方法。
具体地，例如包括：光投射部，其被配置成向透明物体输出光；光接收传感器，其被配置成接收已经穿过透明物体的光；以及数据处理部，其被配置成分析光接收传感器的每个光接收元件中的接收光信号。光投射部并行地输出来自多个光源的输出光，并且数据处理部分析光接收传感器的每个光接收元件中的接收光信号，并且通过使用存储在存储部中的并且与接收光信号的值对应的光源组合信息，来识别输入到一个光接收元件中的任何光的光源。此外，通过计算表示从光投射部的光源中的每个光源输出的偏振光的状态的改变的穆勒矩阵，来计算透明物体的前表面和后表面两者的形状。
使用该配置，实现了用于测量透明物体的形状和厚度的装置和方法。
附图标记列表
10 透明物体
20 光源
21 第一光源(L1)
22 第二光源(L2)
30 光接收传感器
31 光接收元件
50 光学中心
100 物体形状测量装置
101 输入部
102 控制部
103 存储部
104 输出部
110 光投射部
111 光输出部
112 偏振控制部
120 光接收部
121 偏振器
122 光接收传感器
130 数据处理部
131 接收光信号记录部
132 物体形状计算部
133 物体厚度计算部
150 检测区域
170 透明物体
301 CPU
302 ROM
303 RAM
304 总线
305 输入/输出接口
306 输入部
307 输出部
308 存储部
309 通信部
310 驱动器
311 可移除介质
321 光投射部
322 光接收部

Claims (17)

1.一种物体形状测量装置，包括：
光投射部，所述光投射部被配置成向形状待测量的透明物体输出光；
包括多个光接收元件的光接收传感器，所述光接收传感器被配置成接收已经从所述光投射部输出并且已经穿过所述透明物体的输出光；以及
数据处理部，所述数据处理部被配置成分析所述光接收传感器的所述光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，
其中，所述光投射部是并行地输出来自多个光源的输出光的结构，并且
所述数据处理部执行以下处理：分析所述光接收传感器的所述光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，通过使用存储在存储部中的并且与所述接收光信号的值对应的光源组合信息来识别输入到一个光接收元件中的光的光源，以及基于对所述光源的识别来计算所述透明物体的形状。
2.根据权利要求1所述的物体形状测量装置，
其中，所述数据处理部执行通过参照参考表来识别输入到一个光接收元件中的光的光源的处理，所述参考表记录所述光接收元件中的接收光信号的值与光源标识符之间的对应数据。
3.根据权利要求1所述的物体形状测量装置，
其中，所述光投射部中包括的所述光源中的每个光源是输出偏振光的结构，所述偏振光是随着时间的推移改变输出光的偏振方向的结果，并且
至少相邻的光源被设置为处于不同的偏振控制模式。
4.根据权利要求3所述的物体形状测量装置，
其中，所述光投射部中包括的所述光源中的至少相邻的光源被设置成以不同的速度改变相应的偏振方向。
5.根据权利要求1所述的物体形状测量装置，
其中，来自所述光投射部中包括的所述光源中的至少相邻的光源的输出光的颜色、亮度或偏振方向被设置成彼此不同。
6.根据权利要求1所述的物体形状测量装置，
其中，所述数据处理部包括物体形状计算部，所述物体形状计算部被配置成通过计算表示从所述光投射部的所述光源中的每个光源输出的偏振光的状态的改变的穆勒矩阵来计算所述透明物体的形状。
7.根据权利要求6所述的物体形状测量装置，
其中，所述物体形状计算部通过根据所述穆勒矩阵的矩阵元素计算所述透明物体的前表面和后表面两者上的每个划分区域的面法线的天顶角和方位角，来计算所述透明物体的形状。
8.根据权利要求6所述的物体形状测量装置，
其中，所述物体形状计算部通过基于所述光投射部中包括的多个光源中的每个光源的特征量I、所述光接收传感器的所述光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号I'和所述穆勒矩阵之间的关系表达式，计算所述透明物体的前表面和后表面两者上的每个划分区域的面法线的天顶角和方位角，来计算所述透明物体的形状。
9.根据权利要求8所述的物体形状测量装置，
其中，在所述物体形状计算部通过使用记录所述光接收元件中的接收光信号的值与光源标识符之间的对应数据的参考表而识别输入到一个光接收元件中的光的光源之后，所述物体形状计算部通过使用所述关系表达式计算所述透明物体的前表面和后表面两者上的每个划分区域的面法线的天顶角和方位角，来计算所述透明物体的形状。
10.根据权利要求1所述的物体形状测量装置，
其中，所述数据处理部包括：
物体形状计算部，所述物体形状计算部被配置成计算所述透明物体的形状，以及
物体厚度计算部，所述物体厚度计算部被配置成使用由所述物体形状计算部计算出的数据来计算所述透明物体的厚度。
11.根据权利要求10所述的物体形状测量装置，
其中，所述物体厚度计算部使用由所述物体形状计算部计算出的数据以及表示所述透明物体、所述光投射部中包括的光源和所述光接收传感器之间的位置关系的数据作为计算参数，来计算所述透明物体的厚度。
12.一种在物体形状测量装置中执行的光源识别方法，所述物体形状测量装置包括：
包括多个光源的光投射部，所述光投射部被配置成向形状待测量的透明物体输出光，
包括多个光接收元件的光接收传感器，所述光接收传感器被配置成接收已经从所述光投射部输出并且已经穿过所述透明物体的输出光，以及
数据处理部，所述数据处理部被配置成分析所述光接收传感器的所述光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，
所述光源识别方法包括：
由所述数据处理部，
执行通过参照参考表来识别输入到所述光接收传感器的一个光接收元件中的光的光源的处理，所述参考表记录所述光接收元件中的接收光信号的值与光源标识符之间的对应数据，
其中，所述数据处理部进一步被配置成基于对所述光源的识别来计算所述透明物体的形状。
13.一种物体形状计算方法，所述物体形状计算方法是在物体形状测量装置中执行的透明物体形状计算方法，所述物体形状测量装置包括：
包括多个光源的光投射部，所述光投射部被配置成向形状待测量的所述透明物体输出光，
包括多个光接收元件的光接收传感器，所述光接收传感器被配置成接收已经从所述光投射部输出并且已经穿过所述透明物体的输出光，以及
数据处理部，所述数据处理部被配置成分析所述光接收传感器的所述光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，
所述透明物体形状计算方法包括：
由所述数据处理部，
通过计算表示从所述光投射部的所述光源中的每个光源输出的偏振光的状态的改变的穆勒矩阵，并且根据所述穆勒矩阵的矩阵元素计算所述透明物体的前表面和后表面两者上的每个划分区域的面法线的天顶角和方位角，来计算所述透明物体的形状。
14.一种使物体形状测量装置执行光源识别处理的程序，所述物体形状测量装置包括：
包括多个光源的光投射部，所述光投射部被配置成向形状待测量的透明物体输出光，
包括多个光接收元件的光接收传感器，所述光接收传感器被配置成接收已经从所述光投射部输出并且已经穿过所述透明物体的输出光，以及
数据处理部，所述数据处理部被配置成分析所述光接收传感器的所述光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，
所述程序使所述数据处理部执行通过参照参考表来识别输入到所述光接收传感器的一个光接收元件中的光的光源的处理，所述参考表记录所述光接收元件中的接收光信号的值与光源标识符之间的对应数据，
其中，所述数据处理部进一步被配置成基于对所述光源的识别来计算所述透明物体的形状。
15.一种使物体形状测量装置执行计算透明物体的形状的处理的程序，所述物体形状测量装置包括：
包括多个光源的光投射部，所述光投射部被配置成向形状待测量的所述透明物体输出光，
包括多个光接收元件的光接收传感器，所述光接收传感器被配置成接收已经从所述光投射部输出并且已经穿过所述透明物体的输出光，以及
数据处理部，所述数据处理部被配置成分析所述光接收传感器的所述光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，
所述程序使所述数据处理部通过以下方式来计算所述透明物体的形状：计算表示从所述光投射部的所述光源中的每个光源输出的偏振光的状态的改变的穆勒矩阵，并且根据所述穆勒矩阵的矩阵元素计算所述透明物体的前表面和后表面两者上的每个划分区域的面法线的天顶角和方位角。
16.一种记录有程序的可移除介质，所述程序使物体形状测量装置执行光源识别处理，所述物体形状测量装置包括：
包括多个光源的光投射部，所述光投射部被配置成向形状待测量的透明物体输出光，
包括多个光接收元件的光接收传感器，所述光接收传感器被配置成接收已经从所述光投射部输出并且已经穿过所述透明物体的输出光，以及
数据处理部，所述数据处理部被配置成分析所述光接收传感器的所述光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，
所述程序使所述数据处理部执行通过参照参考表来识别输入到所述光接收传感器的一个光接收元件中的光的光源的处理，所述参考表记录所述光接收元件中的接收光信号的值与光源标识符之间的对应数据，
其中，所述数据处理部进一步被配置成基于对所述光源的识别来计算所述透明物体的形状。
17.一种记录有程序的可移除介质，所述程序使物体形状测量装置执行计算透明物体的形状的处理，所述物体形状测量装置包括：
包括多个光源的光投射部，所述光投射部被配置成向形状待测量的所述透明物体输出光，
包括多个光接收元件的光接收传感器，所述光接收传感器被配置成接收已经从所述光投射部输出并且已经穿过所述透明物体的输出光，以及
数据处理部，所述数据处理部被配置成分析所述光接收传感器的所述光接收元件中的每个光接收元件中的接收光信号，
所述程序使所述数据处理部通过以下方式来计算所述透明物体的形状：计算表示从所述光投射部的所述光源中的每个光源输出的偏振光的状态的改变的穆勒矩阵，并且根据所述穆勒矩阵的矩阵元素计算所述透明物体的前表面和后表面两者上的每个划分区域的面法线的天顶角和方位角。
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