JP2001507808A - 空間色三角測量を使用したオプトエレクトロニクスシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明によれば、オプトエレクトロニクスシステム（１０）は、空間色三角測量を使用して、対象物の表面デジタル化を行う。オプトエレクトロニクスシステム（１０）は、被測定対象物（１６）を収容している観測空間（３０）を照射するための投光サブシステム（１２）と、対象物（１６）による反射光を収集し、対象物の深さ方向色コード化を使用して、対象物（１６）の３次元形状の認識を行うための観測サブシステム（１４）と、を具備している。より詳細には、リレー光学系（２２）が使用されて、観測スリット（２４）上に多色光源（２０）がイメージ化される。その後、スリットからのイメージは、分散素子（２６）を通過する。被測定対象物は、観測空間（３０）内において、カット面（ｘ、ｚ）に沿って、単色イメージの連続体でもって照射される。カット面（３２）と被測定対象物（１６）の表面との交差によって形成された色コード（ｘ、λ）化表示は、イメージ分光器の観測スリット上においてイイージ化される。リレーレンズ（５０）は、このイメージを観測スリット（４２）上に投影するために使用される。分光器（４０）のイメージ面内に配置されたグレースケールイメージ化アレイ（４６）は、色コード化表示を認識し、イメージプロセッサ（４０）は、分光的解析を使用して、色コード化表示を、対象物（１６）の３次元形状の部分へと変換する。

Description

【発明の詳細な説明】 空間色三角測量を使用したオプトエレクトロニクスシステム 発明の背景 １．発明の属する技術分野 本発明は、オプトエレクトロニクスシステムに関するものである。より詳細に は、本発明は、空間色三角測量を使用して対象物の非接触式リアルタイム表面デ ジタル化を行うオプトエレクトロニクスシステムに関するものである。２．関連技術の説明 オプトエレクトロニクスシステムにおける表面検知能力をより有効なものとす るために、ＣＡＤ上でのさらなる処理のための模型やモデルのデジタル化をさら に推進することが要望されている。また、走査型機械部品といったような他の測 定評価応用においては、表面デジタル化を改良することが要望されている。空間 色三角測量技術を使用したオプトエレクトロニクスデバイスは、非接触デジタル 化を行うための、一般に周知の手段である。このような技術においては、しばし ば、たいていのタイプの材料上において１０⁴分の１の被写界深度までの解像度 が得られるような、コヒーレントな光源を使用する。しかしながら、コヒーレン ト光源を使用したシステムは、干渉を受けやすく、そのため、デジタル化プロセ スにおいて光学ノイズを生成する可能性がある。加えて、単色三角測量技術は、 干渉効果や表面状態のために、光強度の変化に敏感である。 したがって、従来型光源を使用するための高解像度を有したかつコスト的に有 利なオプトエレクトロニクスシステムを提供することは、望ましいことである。 空間色三角測量を使用したオプトエレクトロニクスシステムは、対象物の光接触 式リアルタイム表面デジタル化をもたらす。さらに、非コヒーレント光源を使用 したシステムであることにより、主に光強度に影響されない測定技術をもたらす ことができるシステムを提供することは、望ましいことである。本発明において は、オプトエレクトロニクスシステムの２つの基本的な三角測量構成を、実施す ることができる。すなわち、「面内」構成と、「ｖ字形」構成と、を実施するこ とができる。ここで、「ｖ字形」構成は、光源と分光器の観測面との間の三角測 量角度を減少させ、これにより、従来の三角測量技術における閉塞の問題を回避 する。 本発明においては、さらに、このオプトエレクトロニクスシステム内に組み込 まれた表面微視構造補償技術が、表面不完全性によって引き起こされる測定誤差 を補正する。 発明の概要 本発明によれば、オプトエレクトロニクスシステムは、空間色三角測量（空間 色を利用した三角測量）を使用して、対象物の表面デジタル化を行う。オプトエ レクトロニクスシステムは、被測定対象物を収容している観測空間を照射するた めの投光サブシステムと、対象物による反射光を収集し、対象物の深さ方向色コ ード化を使用して、対象物の３次元形状の認識を行うための観測サブシステムと 、を具備している。より詳細には、リレー光学系が使用されて、観測スリット上 に多色光源がイメージ化される。その後、スリットからのイメージは、分散素子 を通過する。被測定対象物は、観測空間内において、カット面（ｘ、ｚ）に沿っ て、単色イメージの連続体によって照射される。カット面と被測定対象物の表面 との交差によって形成された色コード（ｘ、λ）化表示は、イメージ分光器の観 測スリット上においてイメージ化される。リレーレンズは、このイメージを観測 スリット上に投影するために使用される。分光器のイメージ面内に配置されたグ レースケールイメージ化アレイは、色コード化表示を認識し、イメージプロセッ サは、分光的解析を使用して、色コード化表示を、対象物の３次元形状の部分へ と変換する。 図面の簡単な説明 本発明の他の目的や利点は、以下の詳細な説明を読むことによりまた添付図面 を参照することにより、当業者には明瞭となるであろう。 図１は、「面内」構成を使用した本発明のオプトエレクトロニクスシステムの 第１実施形態を示すブロック図である。 図２は、本発明の第１実施形態において、測定空間にわたっての単色光の連続 体による照射を示す図である。 図３は、ｙ軸に沿って画成された連続した平行カット面による、測定対象物の 表面の３次元的再構築を示す図である。 図４は、「ｖ字形」構成を使用した本発明のオプトエレクトロニクスシステム の第２実施形態を示す構成図である。 図５は、分光測定形状と、観測スリットが一様に照射されたときのイメージ分 光器内におけるガウシアン形状と、を示す図である。 図６は、分光測定における（観測スリット上の像における）微視的反射不規則 性の効果と、これに対応した、分光器内のイメージアレイに集積された測定誤差 と、を示す図である。 図７は、測定対象物の表面不規則性によって引き起こされたガウシアン形状の ランダムシフト（光強度形状）を示す図である。 図８は、本発明のオプトエレクトロニクスデバイスの観測サブシステム内に組 み込まれた表面徴視構造補償技術を示すブロック図である。 図９は、分光器の観測スリット上への光強度から直接的に獲得されたスリット イメージからの分光要素の再構築を示す図である。 好ましい実施形態の詳細な説明 本発明に関しての以下の説明は、特性を単に例示するためのものであって、本 発明およびその使用を限定することを意図したものではない。さらに、以下の説 明では、対象物の３次元的形状を決定するための空間色三角測量を使用したオプ トエレクトロニクスシステムを例示しているけれども、以下の説明は、対象物表 面の深さ方向色コード化を使用した様々な測定応用のためのオプトエレクトロニ クスシステムの形成方法および使用方法を、当業者に対して適切に説明すること を意図したものである。 図１に示すオプトエレクトロニクスシステム１０は、カット面３２上にわたっ て対象物１６を照射するための投光サブシステム１２と、対象物１６によって反 射された光を収集して対象物１６の３次元的形状を形成するための観測サブシス テム１４と、を具備している。本発明のこの第１実施形態においては、オプトエ レクトロニクスシステム１０の構成要素は、「面内」構成で示されている。 投光手段１２は、リレー光学系２２を通して連続スペクトルを投光する多色光 源２０を備えている。リレー光学系２２を通すことにより、光源からの光は、ｙ 軸に沿って配向されている第１スリット２４上に焦点合わせされるようになって いる。多色光源２０は、白熱光源、あるいは、連続スペクトルを有しかつ連続モ ードまたはフラッシュモードで動作するアークランプ（すなわち、キセノンアー ク）、あるいは、幅広いスペクトルバンド幅を提供し得るよう光学的に接続でき る他の光源（すなわち、超放射性ダイオード、あるいは、発光ダイオード（ＬＥ Ｄ））とすることができる。光源２０は、また、投光手段１２からは離れた位置 に配置するとともに、ファイバ状光学媒質や他の媒質を介して、投光サブシステ ム１２にまで、光を導くこともできる。 光源スリット２４からの光は、分散素子２６を経由して、測定空間３０へと照 射される。分散素子２６は、プリズム、凹状回折格子、回折レンズ、あるいは、 ｙ方向に配向した多色イメージの連続体でもって３次元測定空間３０を照射する よう機能する他の分散光学系を備えることができる。カット面３２は、測定空間 ３０内に配置された座標系のうちのｘ軸およびｚ軸によって形成された測定面で ある。分散素子２６は、また、それらイメージを、測定空間３０内の標準焦点位 置に焦点合わせすることもできる。 λ₁〜λ_nまでの総体的な波長が、図２におけるカット面３２上にわたって示さ れており、これにより、測定対象物の表面の深さ方向色コード化がもたらされる 。光ビームの波長範囲は、光源２０から導光された多色光ビームの広がりに対応 している。 図１に示すように、「面内」構成においては、スリット２４に代えてピンホー ルを使用することができる。これにより、測定空間３０内に平面を形成する単色 点イメージの連続体が得られることとなる。この手法では、対象物１６のうちの 、観測サブシステム１４に対して見える部分だけを照射する。この場合、投光サ ブシステム１２と観測サブシステム１４との間の相互位置合わせ（相互軸合わせ ）を大きな許容度でもって行うことができるとともに、光源２０のために必要な 光学パワーを低減することができ、さらに、対象物１６からは直接的には見えな い光によって起こり得る干渉効果を低減することができる。 測定されるべき対象物１６は、測定空間３０の内部に、部分的にあるいは完全 に配置することができる。対象物１６の表面に沿ってカット面３２を変位させる ために、好ましい実施形態においては、対象物は、モータ付き機械手段３４に対 して堅固に固定されている。この場合、機械手段３４は、対象物１６をｙ軸に沿 って移動させるようにおよび／または対象物１６を所定軸回りに回転させるよう に、動作する。これにより、対象物１６の検査／表現を完全とするために必要な 、対象物１６の連続したすべての観測を獲得することができる。当業者であれば 、機械手段が、例えばペンシルバニア州ピッツバーグのAerotech社によって製造 されたＡＴＳ１０００シリーズをといったような、様々な駆動アセンブリおよび モータを備えることができることを理解されるであろう。エンコーダ／制御モー タ３６が、また、機械的手段３４を電気的に駆動して同期させるために、機械的 手段３４に対して連結される。 観測サブシステム１４は、観測空間３０のｘ軸に対して平行に位置合わせされ た観測スリット４２を有した、イメージ分光器４０を備えている。分光器４０の イメージ面は、カット面３２と対象物１６の観測面との交差によって形成された イメージに対して位置合わせされている。大きな被写界深度を有したリレーレン ズ５０は、分光器４０の観測スリット４２上へと、このイメージを縮小するよう 機能する。分光器４０の内部においては、分散素子４４が、分光器４０のイメー ジ面内に配置されたグレースケールイメージ化アレイ４６上へと、このイメージ を投影する。解像度を向上させるために、イメージ化アレイ４６は、システム内 において使用されている全波長スペクトルに対してのアレイの高さを決めるべき である。電荷結合素子（ＣＣＤ）あるいは当業者に公知の他の同様のデバイスを 、イメージ化アレイ４６と同様にして使用することができる。デジタル信号プロ セッサあるいは汎用コンピュータといったようなイメージデータプロセッサ４８ を、イメージ化アレイ４６によって獲得された対象物１６の測定結果を記録し処 理し可視化するために、分光器４０に対して接続することができる。 イメージ化光学系５０は、分光器４０の内部におよび／または外部に配置する ことができる。大きな観測空間に対してはテレセントリック光学系が実用的では ないことにより（例えば、１インチよりも大きなサイズの高品質レンズは、製造 が高価である）、観測サブシステム１４は、テレセントリック光学系なしで構成 することができる。本発明においては、古典的なリレーレンズまたは他の非テレ セントリック光学系でもって、テレセントリック光学系を代替することができる 。この場合、対応した搬送が、観測スリット４２の前に付加される。テレセント リック光学系が、被写界深度全体にわたっての一定の倍率を確保するために使用 されることから、非テレセントリック光学系においては、ソフトウェア的な補正 が実施されることが好ましい。 動作時には、測定対象物１６が、観測空間３０内に配置される。観測空間３０ は、分散素子２６を経由した光源２０からの単色イメージの連続体が照射されて いる。その結果、測定対象物１６の表面において深さ方向の色コード化が起こり 、測定対象物１６による反射光の波長は、ｚ軸測定内へと変換される。言い換え れば、カット平面（ｘ、ｚ）の色コード化表示（ｘ、λ）が、分光器４０のスリ ット４２上にイメージとして現れ、グレースケールイメージ化アレイ４６によっ て認識される。遠近的なおよび光学的な捻れのために、イメージは、測定対象物 １６の表面を表現しているだけである。しかしながら、オプトエレクトロニクス システム１０の校正プロセス時に形成される数学的マッピングの使用により、イ メージプロセッサ４８は、カット面３２に沿った対象物１６の表面と等価なデジ タル化外郭ラインを再構築することができる。与えられた外郭ラインに対しては 、イメージ化アレイ４６上の信号は、逆ガウシアン形状を有した曲線として現れ る。その曲線の、イメージ化アレイ４６に沿った位置は、対象物１６の表面上に おける対応ポイントの空間内容に依存する。イメージプロセッサ４８においては 、様々な信号処理技術を使用することができ、これにより、ガウシアン形状の重 心が決定されて、対応ｚ座標が決定される。 オプトエレクトロニクスシステム１０のいくつかの応用においては、対象物の 表面からのただ１つの外郭ラインを利用するのみであるけれども、他の応用にお いては、表面全体のデジタル化再構築が必要とされる。図３に明瞭に示すように 、ただ１つのカットライン７０だけが分光器（図示せず）のイメージ面７２に対 して位置合わせされることにより、対象物１６の表面を再構築するためには、連 続した平行カット面に沿ってのさらなる測定が必要とされる。したがって、表面 全体を測定するためには、機械的手段３４が、対象物１６を、固定されている分 光器のイメージ面に対して、（ｙ軸に沿って）移動させなければならない。表面 を測定するための代替可能な手法においては、被測定対象物１６を、移動不可能 な保持部材に対して固定することができる。そのため、観測サブシステム１４が 、固定されている対象物１６に対して、（ｙ軸に沿って）移動される。いずれに しても、連続したカット面の各々を分光的に解析することによって、対象物１６ の３次元的形状が得られる。 本発明の第１実施形態においては、オプトエレクトロニクスシステム１０は、 「面内」構成と称される。この「面内」構成においては、図２に戻って、測定空 間３０の左側の解像度は、λ₁〜λ₁の波長に制限されており、同様に、測定空間 ３０の右側は、λ_j〜λ_nの波長に制限されている。本発明において解像度を向上 させるためには、幅広い範囲の波長が、ｘ軸に沿って、ｚ軸の測定結果に相互関 連すべきである。三角測量角度を増加させると、ｚ軸の測定結果に対しての解像 度が増加するけれども、三角測量角度の増加は、また、イメージの照射を妨害す る対象物の起伏に基づく閉塞の問題に寄与する。 図４に示すように、好ましい第２実施形態においては、本発明によるオプトエ レクトロニクスシステム１００において三角測量角度を減少させるために、「ｖ 字形」構成を採用している。この好ましい実施形態においては、光源スリット１ ０１と観測スリット１０３とは、共に、観測空間３０のｙ軸に対して平行である ように位置合わせされている。観測サブシステム１０３，１０４をｚ軸回りに９ ０°回転させることにより、ｚ軸方向の測定結果の解像度は、システムの波長の スペクトル全体に関して有利となる。さらに、三角測量角度１１０を、λ₁〜λ_n の波長のスペクトル全体にわたっての利点のすべてを失うことなく、低減するこ とができる。オプトエレクトロニクスシステム１００は、この相違点以外に関し ては、図１に関して説明したすべての基本構成要素（あるいは、均等物）を備え ることができる。 「ｖ字形」構成においては、遠近的捻れに対する補正は、グレースケールイメ ージ化アレイ４６を、波長が行に沿って配向しかつｘ軸が列に沿って配向するよ うにして、配向させることにより、行うことができる。テレセントリック光学系 が使用されている場合には、ｚ方向の測定位置は、列数Ｒの関数であり、ｘ軸に 沿った測定ポイントは、行数Ｃにほぼ一次的な関数である。つまり、 Ｚ＝ｆ_Z（Ｒ）＝ａ₀＋ａ₂Ｒ Ｘ＝ｆ_X（Ｃ）＝ｂ₀＋ｂ₁Ｃ ここで、ｘ，ｚは、被写界深度内における測定ポイントであり、 Ｒ，Ｃは、イメージアレイにおけるポイントの列および行である。 これら等式は、テレセントリック光学系に対してのみ、厳密に成立する。非テレ セントリック光学系を使用した実施形態に対しては、遠近的捻れが、ｆ_Zの計算 内に何らかのｘ依存性を加えることにより、また、ｆ_Xの計算内に何らかのｚ依 存性を加えることにより、補償されなければならない。したがって、この問題の 一般モデルは、 Ｚ＝ｆ_Z（Ｒ，Ｃ）＝ａ₀＋ａ₁Ｃ＋ａ₂Ｒ＋ａ₃ＲＣ Ｘ＝ｆ_X（Ｒ，Ｃ）＝ｂ₀＋ｂ₁Ｃ＋ｂ₂Ｒ＋ｂ₃ＲＣ と表される。この形態の多項式は、非テレセントリックシステムにおける遠近問 題を解決することができる。校正対象をｎ個のポイントにおいてセンサの前方に 配置することにより、Ｚ₁…Ｚ_n、Ｙ₁…Ｙ_n、Ｒ₁…Ｒ_n、Ｃ₁…Ｃ_nの例を得ること ができ、これにより、最小二乗法を適用するに十分な情報がもたらされて、係数 ａ_i，ｂ_iを計算することができる。ａ_iＲ^jＣ^kおよび／またはｂ_iＲ^jＣ^kといった 付加的な非線形成分を、他の光学的／形状的捻れを補償するために、上記等式に 付加することができる。したがって、当業者であれば容易に理解されるように、 本発明においてテレセントリック光学系がない場合、遠近問題を解決するために 、上記等式からモデル化された補正を、ソフトウェアによって実施することがで きる。同様のプロセスは、「面内」構成において捻れを補正するために、実施す ることができる。 好ましい実施形態をなすオプトエレクトロニクスシステム１００は、３ｋｇの 重さの２６７ｍｍ×１７２ｍｍ×６８ｍｍのセンサ内で実現された。このセンサ は、光源として、５０Ｗのタングステンハロゲンランプを使用し、Sony社による ６４６（スペクトル方向）×４８４画素の解像度を有した２分の１インチのハイ パーＨＡＤタイプのＣＣＤを使用している。観測スリットは、幅２０μｍ、高さ ５μｍであり、クロムメッキされた薄いガラスプレートである（１．５ｍｍ×１ ５ｍｍ）。スリットが、分光器を介してＣＣＤ上へと、２つの色消しダブレット （７３ｍｍの焦点長さ、および、１７ｍｍの直径）のテレセントリック的組合せ によって、イメージ化される。平均分散は、ＣＣＤ上の１画素あたり０．６２ｎ ｍであり、これにより、４００ｎｍのスペクトル範囲（５００〜９００ｎｍの範 囲を包含する）をＣＣＤ上にイメージ化することができる。「ｖ字形」構成を使 用することにより、オプトエレクトロニクスシステム１００は、ｘ，ｙ方向にお いては１００×１３０μｍの空間的解像度を得ることができ、ｚ方向の測定にお いては１０μｍよりも小さな空間的解像度を得ることができる。 イメージ分光器においては、入射スリット幅は、一様に照射されるものと仮定 する。小さなスペクトル幅（Δλ）を有した光源によって照射されたときには、 単色イメージ化アレイ上におけるスリットのイメージは、図５に示すように、ガ ウシアン形状を有することとなる。単色三角測量法とは違って、空間色三角測量 に基づくオプトエレクトロニクスシステムの性能は、分光器スリットの幅に影響 を受け、また、被測定表面上の表面不完全性に影響を受ける。スリットが狭すぎ る場合には、通過する信号が小さすぎ、これに対して、スリットが幅広であると 、より多くの光がスリットを通過し、イメージがますます「塊状」となる。対象 物の表面によって反射された光は、被測定対象物の表面不完全性によって引き起 こされた「塊状」捻れを含んでいる。この問題を例示するために、図６に示すよ うにチェッカー盤のような模様を有した平坦対象物を、分光器を通して見る場合 を考える。スリット内における光分散の平均位置（重心）は、スリットに沿って 変化し、これにより、分光器を通してイメージ化されたときに、信号の誤診につ ながる。図６の最上部の形状は、光がスリット上において均等に分散しているこ とにより、中央に位置している。これに対して、図６の下側の３つの形状の各々 は、スリットにおいてイメージ化された光強度に変化があることにより、非対称 偏心を示している。光の位置は、光の正確な位置決定のためにスリット内におい て中央に位置していることが要求される。これに対して、偏心のような変化があ る場合には、測定誤差として不適切に解釈されることとなる。同様に、徴視的な 反射不規則性を有した表面を測定する場合には、対象物の形状をデジタル化する 際に測定誤差が発生することとなる。例えば、本発明の「ｖ字形」構成において は、平坦な対象物表面は、同じ波長（すなわち、同じ色）を有したイメージをも たらすべきである。しかしながら、表面不完全性があることにより、イメージ化 された信号に、明瞭な赤色シフトまたは青色シフトが引き起こされ、そのため、 平坦な対象物表面であるにもかかわらず深さに変化があるものとして不適切に解 釈されることがあり得る。 本発明のオプトエレクトロニクスシステムにおいては、好ましくは、この問題 を克服するために、表面微視構造補償技術を使用する。特に、図８に示すように 、本発明のオプトエレクトロニクスシステムは、さらに、分光器１２２のイメー ジ面内に介装された１セットのビームスプリッタを備えている。第１スプリッタ １２６は、分光器１２２の観測スリット１２４と分散素子１３０との間に配置さ れている。また、第２スプリッタ１２８は、分散素子１３０と単色イメージ化ア レイ１３２との間に配置されている。第１スプリッタ１２６および第２スプリッ タ１２８は、観測スリット１２４上の光強度から直接的にスリットイメージ１４ ０を形成するために、使用されている。イメージ化アレイ１３２の一部をスリッ トイメージ１４０のに対して配置することにより、ただ１つのイメージ化アレイ を、分光器１２２を通過したスリットイメージ１４０，１４２の輪郭形成のため に、使用することができる。 図７に示すように、測定表面のランダムな分光的微視構造は、分光器のイメー ジ化アレイによって認識されたガウシアン形状においてランダムシフトを引き起 こす。図９においては、スリットイメージ１４０内に捕捉されたときの、観測ス リット１２４からの光強度の測定結果が、観測スリット１２４に沿った各ポイン トの実際の空間組成を再構築するために使用される。当業者であれば理解される ように、イメージプロセッサ１５０を使用することにより、スリットイメージ１ ４０からの光強度の中心を認識することができ、その後、この情報によって、分 光イメージ１４２において起こっている明瞭な赤色シフトや青色シフトを移動さ せることができる。このような表面微視構造補償技術により、イメージプロセッ サ１５０は、補正イメージ１４４を形成することができる。代替可能な手法にお いては、第２イメージアレイ（図示せず）を、第２スプリッタ１２８の前に配置 して、スプリットイメージ１４０を認識することができる。 次に、空間色三角測量を使用した対象物の表面デジタル化のための方法につい て説明する。第１に、多色光源は、リレーレンズを経由することによって、光源 スリット上に投光する。次に、スリットイメージが、分散素子を経由し、単色イ メージの連続体でもって観測空間（対象物を含有している）を照射することによ り、深さ方向色コード化がもたらされる。イメージ分光器のイメージ面が、対象 物の表面に対して位置合わせされ、イメージ面内に配置されたイメージ化アレイ が、対象物のイメージを認識する。最後に、イメージプロセッサが、対象物のデ ジタル化外郭ラインを形成する。 上記においては、本発明の単なる例示としての実施形態について開示し説明し た。当業者であれば、これら説明からまた添付図面からさらに請求範囲から、本 発明の精神や範囲を逸脱することなく様々な修正や変更を行い得ることを、容易 に認識されるであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ 【要約の続き】 （４０）のイメージ面内に配置されたグレースケールイ メージ化アレイ（４６）は、色コード化表示を認識し、 イメージプロセッサ（４０）は、分光的解析を使用し て、色コード化表示を、対象物（１６）の３次元形状の 部分へと変換する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．空間色三角測量を使用して対象物の表面デジタル化を行うためのオプトエレ クトロニクスシステムであって、 観測空間内にわたって被測定対象物を照射するための投光サブシステムと； 前記観測空間内の前記対象物による反射光を収集し、前記対象物の深さ方向色 コード化を使用して、前記対象物の３次元形状の認識を行うための、観測サブシ ステムと； を具備することを特徴とするオプトエレクトロニクスシステム。 ２．請求項１記載のオプトエレクトロニクスシステムにおいて、 前記投光サブシステムが、多色光源と；該光源によって照射される光源スリッ トと；前記光源を前記光源スリット上にイメージ化するための光学系と；前記対 象物が内部に配置されている前記観測空間内に、前記スリットイメージを単色イ メージの連続体でもって送るための分散素子と；を備えていることを特徴とする オプトエレクトロニクスシステム。 ３．請求項２記載のオプトエレクトロニクスシステムにおいて、 前記観測サブシステムが、イメージ面を形成するための観測スリットを有した イメージ分光器を備え、 このイメージ分光器は、前記対象物の表面のイメージを前記イメージ面に位置 合わせするとともに、前記イメージを認識するためのイメージ化アレイを前記イ メージ面内に備えていることを特徴とするオプトエレクトロニクスシステム。 ４．請求項３記載のオプトエレクトロニクスシステムにおいて、 さらに、前記イメージ面内に配置され、前記観測スリット上に前記イメージを 投影するための、リレー光学系を具備していることを特徴とするオプトエレクト ロニクスシステム。 ５．請求項３記載のオプトエレクトロニクスシステムにおいて、 さらに、前記イメージ化アレイに対して接続され、前記認識されたイメージを 、デジタル化された外郭ラインへと変換処理するための、イメージプロセッサを 具備していることを特徴とするオプトエレクトロニクスシステム。 ６．請求項１記載のオプトエレクトロニクスシステムにおいて、 さらに、前記観測空間内において前記対象物を移動させるためのものであって 前記対象物が固定された機械的手段と、 該機械的手段を同期駆動するための電子コントローラと、 を具備していることを特徴とするオプトエレクトロニクスシステム。 ７．請求項３記載のオプトエレクトロニクスシステムにおいて、 ｚ軸が、前記観測空間内において、前記対象物の深さ方向に沿う方向として定 義され、 前記光源スリットおよび前記観測スリットは、前記観測サプシステムを前記ｚ 軸回りに９０°回転することによって、平行な関係に位置合わせされ、これによ り、前記光源からの全波長スペクトルを利用して前記対象物の深さ方向を測定で きるようになっていることを特徴とするオプトエレクトロニクスシステム。 ８．請求項３記載のオプトエレクトロニクスシステムにおいて、 前記観測サブシステムが、前記観測スリットと前記分散素子との間において前 記イメージ面内に介装され、直接スリットイメージを形成するための、第１ビー ムスプリッタと；前記分散素子を通過した分散イメージと前記直接スリットイメ ージとの双方を観測するための、少なくとも１つのイメージ化アレイと；を備え 、これにより、前記直接スリットイメージを使用して、前記分散イメージ内の明 確な波長シフトを補償するようになっていることを特徴とするオプトエレクトロ ニクスシステム。 ９．空間色三角測量を使用して対象物の表面デジタル化を行うためのオプトエレ クトロニクスデバイスであって、 多色光源と； 該光源の照射面内に配置され、光源スリット上に前記光源をイメージ化するた めの、リレー光学系と； 前記対象物が内部に配置されている観測空間を、単色イメージの連続体でもっ て観測用カット面に沿って照射し、これにより、前記対象物の深さ方向色コード 化をもたらすための、凹状回折格子と； 前記カット面と前記対象物の表面との交差によって形成されたイメージに対し て位置合わせされたイメージを有する観測スリットを備えたイメージ分光器と； 前記分光器の前記イメージ面内に配置され、前記イメージを認識するための、 グレースケールイメージ化アレイと； を具備することを特徴とするオプトエレクトロニクスデバイス。 １０．請求項９記載のオプトエレクトロニクスデバイスにおいて、 前記光源スリットがピンホールとして形成され、ポイントイメージが形成され るようになっていることを特徴とするオプトエレクトロニクスデバイス。 １１．請求項９記載のオプトエレクトロニクスデバイスにおいて、 さらに、前記イメージを前記観測スリット上に投影するためのテレセントリッ クリレーレンズを具備していることを特徴とするオプトエレクトロニクスデバイ ス。 １２．請求項９記載のオプトエレクトロニクスデバイスにおいて、 さらに、前記イメージを前記観測スリット上に投影するためのリレーレンズと 、遠近的捻れを補正するためのイメージプロセッサと、を具備していることを特 徴とするオプトエレクトロニクスデバイス。 １３．請求項９記載のオプトエレクトロニクスデバイスにおいて、 さらに、前記イメージ化アレイに対して接続され、分光的解析を使用して、前 記認識されたイメージを処理し、前記対象物のデジタル化された外郭ラインを生 成するための、イメージプロセッサを具備していることを特徴とするオプトエレ クトロニクスデバイス。 １４．請求項９記載のオプトエレクトロニクスデバイスにおいて、 さらに、前記観測空間内において前記対象物を移動させるための機械的手段と 、該機械的手段を同期駆動するための電子コントローラと、を具備し、 前記対象物は、前記機械的手段に対して固定され、 前記対象物を移動させることによって、連続した互いに平行な複数のカット面 に沿った複数のイメージが認識され、これにより、前記対象物の形状が再構築さ れるようになっていることを特徴とするオプトエレクトロニクスデバイス。 １５．空間色三角測量を使用して対象物の表面デジタル化を行うための方法であ って、 光源を光源スリット上にイメージ化し； 分散素子を通過させて前記スリットイメージを伝搬させることにより、前記対 象物が内部に配置されている観測空間を、単色イメージの連続体でもって照射し ； 前記対象物の深さ方向色コード化を形成し； イメージ分光器のイメージ面に位置合わせされた、前記対象物の表面のイメー ジを、認識することを特徴とする方法。 １６．請求項１５記載の方法において、 前記イメージ分光器が、前記イメージ面内に配置され、前記イメージを認識す るためのイメージ化アレイを備えていることを特徴とする方法。 １７．請求項１５記載の方法において、 さらに、分光的解析を使用して、前記対象物のデジタル化された外郭ラインを 生成することを特徴とする方法。 １８．請求項１７記載の方法において、 さらに、イメージプロセッサが、前記イメージ化アレイに対して接続され、前 記認識されたイメージを、デジタル化された外郭ラインへと変換処理するように なっていることを特徴とする方法。 １９．請求項１５記載の方法において、 機械的手段を使用して、前記観測空間内において前記対象物を移動させ、 このように対象物を移動させることにより、連続した互いに平行な複数のカッ ト面に沿った複数のイメージを認識し、これにより、前記対象物の形状が再構築 されるようになっていることを特徴とする方法。