JP2003004425A - Optical shape-measuring apparatus - Google Patents

Optical shape-measuring apparatus

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JP2003004425A
JP2003004425A JP2002075480A JP2002075480A JP2003004425A JP 2003004425 A JP2003004425 A JP 2003004425A JP 2002075480 A JP2002075480 A JP 2002075480A JP 2002075480 A JP2002075480 A JP 2002075480A JP 2003004425 A JP2003004425 A JP 2003004425A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical shape-measuring apparatus for solving the problem of deterioration in shape measurement accuracy, by preventing the deterioration in the S/N of the quantity of light, in an optical shape measurement method for obtaining an illumination angle from information on the quantity of light of pattern light irradiated. SOLUTION: The optical shape-measuring apparatus comprises an illumination means 4 for illuminating each of a measurement region 15, that is divided into a plurality of slit-shaped partial regions without overlapping each other, a detection means 10 for detecting reflection light for each measurement region, a shape estimation means 11 for estimating the measurement regions 15-1 to 15-6, by utilizing the illumination means 4 and the parallax of the detection means according to the quantity of light 13 of each reflection light which is detected by the detection means 10, and a shape correction means 12 for obtaining shape data 14 without ambiguity in each partial region by removing the ambiguity in the partial region in the shape data 16 of the estimated measurement region.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の形状と距離
計測を行う光学的形状計測装置に関し、より具体的に
は、例えば、Web等の3Dコンテンツ作成や、工場のラ
インの異常検知,物体認識,3Dモデリングのためのデ
ータ入力,ジェスチャ認識などに好適に用い得る光学的
形状計測装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical shape measuring apparatus for measuring the shape and distance of an object, and more specifically, for example, creating 3D contents such as Web, detecting abnormalities in a factory line, and objects. The present invention relates to an optical shape measuring device that can be suitably used for recognition, data input for 3D modeling, gesture recognition, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、物体の3次元の形状測定を行う形
状測定装置としては、スリット状のレーザー光を測定対
象物体に照射し、スリットの長手方向と垂直に走査しな
がら、スリット光の照射方向と異なる視野から観察する
ことで生じる、測定対象物体形状に応じたスリット光の
変形を、三角測量の原理を用いて形状として測定するも
のが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a shape measuring device for measuring the three-dimensional shape of an object, a slit laser beam is applied to an object to be measured, and the slit light is applied while scanning perpendicularly to the longitudinal direction of the slit. It is known to measure the deformation of slit light according to the shape of an object to be measured, which is caused by observing from a visual field different from the direction, as a shape by using the principle of triangulation.

【0003】例えば、図20に示すように、半導体レー
ザーユニット101と、ガルバノミラー102,シリン
ドリカルレンズ103からなる照射光学系と、結像レン
ズ107とCCD108からなる検知光学系からなる、
光切断法を用いた形状測定装置が産業用によく用いられ
ている。この装置では、半導体レーザーユニット101
からビーム状に放射された光がガルバノミラー102で
図中左右方向に走査され、シリンドリカルレンズ103
で上下方向に拡大されて、縦に長いスリット光105と
なって測定対象物体(以下、測定物体という)104に
照射される。
For example, as shown in FIG. 20, a semiconductor laser unit 101, an irradiation optical system including a galvanometer mirror 102 and a cylindrical lens 103, and a detection optical system including an imaging lens 107 and a CCD 108 are provided.
A shape measuring device using the light section method is often used for industrial purposes. In this device, the semiconductor laser unit 101
The light radiated in the form of a beam is scanned by the galvano mirror 102 in the left-right direction in the figure, and the cylindrical lens 103
Then, it is enlarged in the vertical direction and becomes slit light 105 which is long in the vertical direction, and is irradiated on a measurement target object (hereinafter, referred to as a measurement object) 104.

【0004】このとき、スリット光105が走査される
方向、すなわち基線方向にずれた位置から、結像レンズ
107を通して測定物体104から反射される反射光1
06を受光素子であるCCD108で観察すると、測定
物体104の奥行き方向の凹凸に応じてCCD108上
で直線状のスリット光105の変形と結像位置の移動が
生じる。CCD108で反射光106の像を観察するこ
とは、反射光106が結像レンズ107に入射する測定
物体104の各点の位置を三角測量していることにな
り、スリット光105を照射する位置とCCD108の
基線方向の位置の差(基線長)があらかじめ分かれば、こ
の変形からスリット光105が照射されている部分の測
定物体104の形状を測定することができる。ガルバノ
ミラー102を振動させることで、スリット光105を
測定物体104全体に走査しながら形状測定を繰り返せ
ば、測定物体104全体の形状を得ることができる。
At this time, the reflected light 1 reflected from the measurement object 104 through the imaging lens 107 from a position displaced in the scanning direction of the slit light 105, that is, the base line direction.
When 06 is observed by the CCD 108, which is a light receiving element, the linear slit light 105 is deformed and the imaging position moves on the CCD 108 according to the unevenness of the measurement object 104 in the depth direction. Observing the image of the reflected light 106 with the CCD 108 means that the position of each point of the measurement object 104 on which the reflected light 106 is incident on the imaging lens 107 is triangulated, and the position where the slit light 105 is irradiated is determined. If the position difference (baseline length) of the CCD 108 in the baseline direction is known in advance, the shape of the measurement object 104 in the portion irradiated with the slit light 105 can be measured from this deformation. By vibrating the galvanometer mirror 102, the shape of the entire measurement object 104 can be obtained by repeating the shape measurement while scanning the slit light 105 over the entire measurement object 104.

【0005】図21を用いて三角測量の原理をさらに詳
細に説明する(なお、これに関しては、例えば、吉澤徹
著, "光三次元計測",pp.29-30, 新技術コミュニケーシ
ョンズ, 1993年を参照)。スリット光源202(図20
のガルバノミラー102のビーム光の反射位置に相当す
る)と、受光器205(図20のCCD108に相当す
る)が、基線長(L)201だけ離れているとする。ス
リット光源202から角度θで放射された光が203a
の位置にある測定物体203の表面で反射され、受光器
205のある位置に角度φで入射し、結像するなら、式
(1)の関係 Za =((tanθ * tanφ)/(tanθ + tanφ))L (1) が成り立つ。
The principle of triangulation will be described in more detail with reference to FIG. 21. (In regard to this, for example, Toru Yoshizawa, "Optical three-dimensional measurement", pp.29-30, New Technology Communications, 1993. See). Slit light source 202 (see FIG. 20)
(Corresponding to the reflection position of the beam light of the galvanometer mirror 102) and the light receiver 205 (corresponding to the CCD 108 in FIG. 20) are separated by the baseline length (L) 201. The light emitted from the slit light source 202 at an angle θ is 203a.
If the light is reflected by the surface of the measurement object 203 at the position of, and is incident on the position of the light receiver 205 at an angle φ and forms an image, the relation Za = ((tan θ * tan φ) / (tan θ + tan φ) of the equation (1) is obtained. )) L (1) holds.

【0006】結像レンズ210と受光器205の距離
(d)209と、基線長から垂直方向への測定物体の距
離(Za )204aがあらかじめ分かっていると、入射
角度φが求まる。もし、測定物体203が203bの位
置にある場合に、受光器205での結像位置に対してx
211だけずれて結像したとして、Ψ = arctan(x / d)
の関係からΨがわかるので、式(2)の関係 Zb = (tanθ * tan(φ+Ψ))/(tanθ + tan(φ+Ψ))L (2) からZb 204bが求まる。スリット光202を測定物
体203全体を照射するように放射角度θを走査し、各
θ毎に上記の手続きを繰り返せば、測定物体の各反射点
と基線との距離Z、すなわち形状が求められる。
When the distance (d) 209 between the imaging lens 210 and the light receiver 205 and the distance (Za) 204a of the measuring object from the base line length to the vertical direction are known in advance, the incident angle φ can be obtained. If the measurement object 203 is located at the position 203b, x with respect to the image formation position on the light receiver 205
Ψ = arctan (x / d)
Since Ψ is known from the relationship, Zb 204b is obtained from the relationship Zb = (tan θ * tan (φ + Ψ)) / (tan θ + tan (φ + Ψ)) L (2) in the equation (2). By scanning the emission angle θ so as to irradiate the entire measurement object 203 with the slit light 202 and repeating the above procedure for each θ, the distance Z between each reflection point of the measurement object and the base line, that is, the shape is obtained.

【0007】スリット光を測定物体に順次走査する光切
断法の欠点は、各スリット光を走査する光走査光学系が
必要であり、通常、図20のガルバノミラー102のよ
うな可動部品が用いられるため装置の振動に弱くなるこ
とと、角度θ毎に形状測定を繰り返す必要があるため、
計測時間が長いことである。また、測定物体の表面の反
射率に依存して受光器205で観測される光量に変動が
生じ、受光器のどこに測定物体の像が結像しているか
は、結像光量の最大値等から推定することが必要になる
ことである。
A disadvantage of the light cutting method of sequentially scanning the slit light on the measuring object is that an optical scanning optical system for scanning each slit light is required, and normally, a movable part such as the galvanometer mirror 102 of FIG. 20 is used. Therefore, it becomes vulnerable to the vibration of the device and it is necessary to repeat the shape measurement for each angle θ.
The measurement time is long. Further, the amount of light observed by the light receiver 205 varies depending on the reflectance of the surface of the measurement object, and the position of the image of the measurement object on the light receiver is determined from the maximum value of the image formation light amount or the like. It is necessary to estimate.

【0008】スリット光を順次に走査する必要があると
いう、光切断法の欠点を改良した形状計測方法として、
パターン投影法がある。これは、スリット光を走査する
代わりに、スリット光の全体を面上に並べて、測定物体
に1つのパターン光として一括して照射する方法であ
る。ただし、そのままではパターン光のどの位置がどの
スリット光に相当するか分からないため、あらかじめ何
らかの方法でスリット光との対応、つまりどの照射角度
で照射されたかを照射されたパターン光に情報を付加し
ておく。
As a shape measuring method which is an improvement of the defect of the light cutting method that it is necessary to sequentially scan the slit light,
There is a pattern projection method. This is a method in which instead of scanning the slit light, the entire slit light is arranged on the surface and the measurement object is collectively irradiated as one pattern light. However, since it is not possible to know which position of the pattern light corresponds to which slit light as it is, it is necessary to add information to the irradiated pattern light in advance by some method in correspondence with the slit light, that is, at which irradiation angle. Keep it.

【0009】パターン投影法の一種として、測定鵜物体
に分光スペクトルパターンを一括して投影する方法(以
下、レインボー法と称する)がある(例えば、特開昭6
1−75210号公報参照)。これについて、図22に
従って説明する。光源312からスリット313を透過
した光は、プリズム314で分光されて物体面305を
覆うように、虹のような光パターンが照射される。プリ
ズム314とスリット313の配置によって放射角度α
に依存した色の分布が決まるので、物体305の表面で
反射された光を、レンズ308で物体面を結像面309
に結像させた像をカメラ307で観察された色から、入
射光αが判断できる。光源312とカメラ307が距離
Dだけ離れているので、放射角αが分かれば、その情報
から三角測量法により物体面305の形状が求まる。色
の同定はフィルタ315の透過波長を変えることで、物
体面305の各点での反射光のうち、2種類の波長の比
率を求めることで行う。
As one type of pattern projection method, there is a method of collectively projecting a spectral spectrum pattern onto a measuring cormorant object (hereinafter referred to as a rainbow method) (for example, Japanese Patent Laid-Open No. Sho 6-62).
1-75210). This will be described with reference to FIG. The light transmitted from the light source 312 through the slit 313 is dispersed by the prism 314 and is irradiated with a rainbow-like light pattern so as to cover the object surface 305. Depending on the arrangement of the prism 314 and the slit 313, the radiation angle α
Since the color distribution depending on is determined, the light reflected on the surface of the object 305 is converted by the lens 308 into an image plane 309 on the object plane.
The incident light α can be determined from the color observed by the camera 307 of the image formed on the camera. Since the light source 312 and the camera 307 are separated by the distance D, if the emission angle α is known, the shape of the object plane 305 can be obtained by triangulation from the information. Color identification is performed by changing the transmission wavelength of the filter 315 and obtaining the ratio of two types of wavelengths among the reflected light at each point on the object plane 305.

【0010】この方式では、光切断法のようにスリット
光を順次走査する必要がなく、虹状の光を一括した形で
測定物体に投影し、カラーカメラで一括して反射パター
ンを取り込めるため、スリット光の走査を行う機械的に
脆弱な可動部がなく、形状測定時間を短くできる特徴が
ある。その一方で、フィルタ315により2つの波長の
反射光の比率をとることで照射光の放射方向αを決める
ので、この精度が低いと形状データの奥行き方向の精度
を下げることになる。反射光の測定精度を向上させるた
めに、信号光である反射光量を雑音である背景光量に対
してS/Nを十分高くすることが必要であることであ
る。フィルタの透過波長幅を狭くすればそれは背景光の
影響を除くことは可能であるが、同時に信号光も減少す
るので、S/Nの改善、すなわち分解能に限界が生じ
る。
In this method, it is not necessary to sequentially scan the slit light as in the light cutting method, and the rainbow-shaped light is projected onto the measurement object in a batch, and the reflection pattern can be captured in a batch by the color camera. Since there is no mechanically fragile moving part that scans the slit light, the shape measurement time can be shortened. On the other hand, since the emission direction α of the irradiation light is determined by taking the ratio of the reflected light of two wavelengths by the filter 315, if this accuracy is low, the accuracy of the shape data in the depth direction is lowered. In order to improve the measurement accuracy of the reflected light, it is necessary to increase the S / N ratio of the reflected light amount that is the signal light with respect to the background light amount that is the noise. If the transmission wavelength width of the filter is narrowed, it is possible to eliminate the influence of background light, but since the signal light is also reduced at the same time, the S / N is improved, that is, the resolution is limited.

【0011】また、別なパターン投影法として、強度比
法(Intensity Ratio method)がある(例えば、B. Carri
hill and R. Hummel, "Experiments with the Intensit
y Ratio Depth Sensor", Computer Vision, Graphics,
and Image Processing, vol.32, pp. 337-358, 1985年
を参照)。
Another pattern projection method is the Intensity Ratio method (for example, B. Carri
hill and R. Hummel, "Experiments with the Intensit
y Ratio Depth Sensor ", Computer Vision, Graphics,
and Image Processing, vol.32, pp. 337-358, 1985).

【0012】図23に沿って強度比法の説明を行う。図
23の左右方向が基線方向であり、図21と同様にパタ
ーン光源401(図21のスリット光源202に相当)
と受光器404(図21の受光器205に相当)が基線
方向406に対して異なる位置にある。パターン光源4
01からは基線方向406に対して光量分布を持つ測定
面403全体を同時に照射する面状の光パターンを照射
する。放射角θに対する2つの光パターンの強度分布を
G1(θ)とG2(θ)とすると、各々の強度分布に対
して測定面のある反射率σを持つ点で反射され、受光器
404で受光された光量をP1,P2、パターン光源4
01の光量をSとすると、式(3a),(3b)の関係 P1=K・σ・G1(θ)・S (3a) P2=K・σ・G2(θ)・S (3b) が成り立つ。ここで、Kはパターン光源401と受光器
404,測定面403の位置関係から決まる係数であ
る。
The intensity ratio method will be described with reference to FIG. The horizontal direction in FIG. 23 is the baseline direction, and the pattern light source 401 (corresponding to the slit light source 202 in FIG. 21) is the same as in FIG.
And the light receiver 404 (corresponding to the light receiver 205 in FIG. 21) are at different positions with respect to the baseline direction 406. Pattern light source 4
From 01, a planar light pattern for simultaneously irradiating the entire measurement surface 403 having a light amount distribution in the base line direction 406 is irradiated. When the intensity distributions of the two light patterns with respect to the radiation angle θ are G1 (θ) and G2 (θ), the light is reflected by a point having a reflectance σ on the measurement surface for each intensity distribution and received by the light receiver 404. P1, P2, the patterned light source 4
When the light quantity of 01 is S, the relation P1 = K · σ · G1 (θ) · S (3a) P2 = K · σ · G2 (θ) · S (3b) in the equations (3a) and (3b) holds. . Here, K is a coefficient determined by the positional relationship among the pattern light source 401, the light receiver 404, and the measurement surface 403.

【0013】測定面403の反射率σは測定面の表面の
特性に依存するため、あらかじめ決めることができない
が、式(3a),(3b)の比を取ると、式(4)の関
係 P2/P1=G2(θ)/G1(θ) (4) となり、P2とP1の比は放射角度θだけに依存するこ
とがわかる。2つの強度分布光G1(θ)とG2(θ)
を持つ光パターンで測定面を照射し、P2/P1を測定
することで、放射角θに対して一意にθを求めることが
できるので、図20のようにスリット光を基線方向に対
して走査しながら順次CCDで光量を検知する必要がな
く、2つのパターン光に対してCCDの像を観測すれば
よいため、非常に計測時間が短縮される利点がある。た
だし、G2(θ)/G1(θ)がθに対して一価関数で
あることが必要である。
The reflectance σ of the measurement surface 403 depends on the characteristics of the surface of the measurement surface and cannot be determined in advance. However, if the ratio of the expressions (3a) and (3b) is taken, the relation P2 of the expression (4) is obtained. / P1 = G2 (θ) / G1 (θ) (4), and it can be seen that the ratio of P2 and P1 depends only on the radiation angle θ. Two intensity distribution lights G1 (θ) and G2 (θ)
By irradiating the measurement surface with a light pattern having and measuring P2 / P1, it is possible to uniquely obtain θ with respect to the radiation angle θ, so that the slit light is scanned in the baseline direction as shown in FIG. However, it is not necessary to sequentially detect the light amount by the CCD, and it is sufficient to observe the image of the CCD with respect to the two pattern lights, which has the advantage of significantly shortening the measurement time. However, it is necessary that G2 (θ) / G1 (θ) is a monovalent function with respect to θ.

【0014】例えば、G1(θ)がθに対して単調減少
関数、G2(θ)がθに対して単調増加関数であれば、
G2(θ)/G1(θ)はθに対して単調増加関数とな
り、P2/P1からθが一意に求まる。先のB. Carrihi
llの論文では、G1(θ)をθによらず一定な一様分布
とし、G2(θ)を直線的に光量が増加する分布として
いるが、強度比法を用いる方法を開示している特開平1
0−48336号公報の記載等では、G1(θ)が直線
的に減少する分布、G2(θ)が直線的に増加する分布
を採用している。
For example, if G1 (θ) is a monotonically decreasing function with respect to θ and G2 (θ) is a monotonically increasing function with respect to θ,
G2 (θ) / G1 (θ) is a monotonically increasing function with respect to θ, and θ is uniquely obtained from P2 / P1. B. Carrihi
In ll's paper, G1 (θ) has a uniform uniform distribution regardless of θ, and G2 (θ) has a distribution in which the amount of light increases linearly. However, the method using the intensity ratio method is disclosed. Kaihei 1
In the description of Japanese Unexamined Patent Publication No. 0-48336, a distribution in which G1 (θ) decreases linearly and a distribution in which G2 (θ) increases linearly are adopted.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】このように強度比法
は、光切断法と比較して、測定面の反射率に依存せず、
2つのパターンを各々一括して照射して測定を行えると
いう利点を有するが、一方で欠点もある。強度比法の問
題点は、2つの光パターンを受光素子で受光した光量の
比率をとるときに、測定のS/Nを上げるために、信号
光である反射光量を雑音である背景光量に対して十分高
くすることが必要であることである。つまり、G1
(θ)やG2(θ)の最小値が小さすぎるとS/Nが低
下し、その影響が形状誤差となって現れることである。
As described above, the intensity ratio method does not depend on the reflectance of the measurement surface as compared with the light section method.
Although it has an advantage that the two patterns can be collectively irradiated and measured, it also has a drawback. The problem of the intensity ratio method is that when taking the ratio of the amounts of light received by the light receiving element for the two light patterns, in order to increase the S / N of the measurement, the amount of reflected light, which is signal light, is compared with the amount of background light, which is noise. It is necessary to make it high enough. That is, G1
If the minimum value of (θ) or G2 (θ) is too small, the S / N decreases, and the effect thereof appears as a shape error.

【0016】すなわち、P2/P1のダイナミックレン
ジが大きくならない。一方、CCDの光量分解能には下
限があるため、測定できる放射角θの分解能に下限が生
じて、結局測定された形状の分解能が下がるという問題
がある。反射光の測定光量のS/Nに依存して形状の奥
行き精度が決まるのは、先の例に示したレインボー法と
同じである。
That is, the dynamic range of P2 / P1 does not increase. On the other hand, since there is a lower limit to the light amount resolution of the CCD, there is a lower limit to the measurable resolution of the radiation angle θ, which eventually leads to a decrease in the resolution of the measured shape. The depth accuracy of the shape is determined depending on the S / N of the measured light amount of the reflected light, as in the rainbow method shown in the previous example.

【0017】さらに別なパターン投影法として、位相シ
フト法がある。この方式は、測定物体に相互に位相を変
えた複数の縞状の高度を持つ正弦波の光パターンを照射
し、測定物体での反射光の強度情報を利用して、測定物
体の凹凸による位相の変化を求める方式である。位相変
化は奥行き情報を持っているため、位相情報から形状情
報を求めることができる。例えば、吉澤徹著, "光三次
元計測",pp.115-116,新技術コミュニケーションズ, 199
3年に従えば、位相変調された反射光Yは、背景光を
a、照射した正弦波パターンの振幅強度をb、観測され
る縞パターンの位相をω、あらかじめ与えることができ
る位相をωoとすると、 Y(ωo)=a+b*cos(ω+ωo) (5) となる。
As another pattern projection method, there is a phase shift method. This method irradiates a measurement object with a sinusoidal light pattern with multiple stripe-shaped altitudes that have mutually different phases, and uses the intensity information of the reflected light at the measurement object to determine the phase due to the unevenness of the measurement object. It is a method of obtaining the change of. Since the phase change has depth information, the shape information can be obtained from the phase information. For example, Toru Yoshizawa, "Optical three-dimensional measurement", pp.115-116, New Technology Communications, 199
According to 3 years, the phase-modulated reflected light Y is a background light a, the amplitude intensity of the irradiated sine wave pattern is b, the phase of the observed fringe pattern is ω, and the phase that can be given in advance is ω o. Then, Y (ωo) = a + b * cos (ω + ωo) (5)

【0018】ωoとして、0,π/2,πとした縞パタ
ーンを照射し、各々の測定物体で反射された反射光Y
(0),Y(π/2),Y(π)から、位相差ωが、 ω=arctan( (Y(π)-Y(π/2)) / (Y(0)-Y(π/2)) ) + π/4 (6) から求められる。位相ωが分かれば形状が求められる。
位相シフト法の利点は、正弦波という形状が分かった縞
パターンを投影するので、同じく照射された光パターン
の強度分布から形を求めているにも係わらず、レインボ
ー法や強度比法に比べて、高精度に形状を求められるこ
とである。また、強度比法と同じ振幅の光量変化が与え
られたとすると、位相シフト法の方が短い周期の間で大
きな光量の変化を与えることができるので、強度比法に
比べて実質的にS/Nを改善できている。受光量Yの比
を用いて位相、すなわち形状を求めているので測定物体
の反射率に依存しないという点は、強度比法と同じであ
る。
Reflected light Y reflected by each measurement object is obtained by irradiating a stripe pattern with 0, π / 2, and π as ωo.
From (0), Y (π / 2), Y (π), the phase difference ω is ω = arctan ((Y (π) -Y (π / 2)) / (Y (0) -Y (π / 2))) + π / 4 (6) If the phase ω is known, the shape can be obtained.
The advantage of the phase shift method is that it projects a fringe pattern whose shape is known as a sine wave, so even though the shape is obtained from the intensity distribution of the illuminated light pattern as well, compared to the rainbow method and the intensity ratio method. That is, the shape is required with high accuracy. If a change in the amount of light having the same amplitude as that of the intensity ratio method is given, the phase shift method can give a larger change in the amount of light in a shorter period. N can be improved. It is the same as the intensity ratio method in that it does not depend on the reflectance of the measuring object because the phase, that is, the shape is obtained using the ratio of the received light amount Y.

【0019】一方、位相から奥行き情報を求める場合
に、位相情報が0から2πの間でしか求まらないため、
本当の位相値との間に2πの整数倍の不定性が生じ、本
質的に位相、すなわち奥行き情報の決定に曖昧さが伴う
問題がある。通常は、位相値の連続性などを仮定して、
測定された位相ωから真の位相を計算する(位相のアン
ラッピングと呼ばれる)を行う必要がある。
On the other hand, when the depth information is obtained from the phase, the phase information is obtained only between 0 and 2π.
There is an ambiguity that is an integral multiple of 2π with respect to the true phase value, and there is essentially a problem that ambiguity is involved in determining the phase, that is, depth information. Normally, assuming continuity of phase values,
It is necessary to calculate the true phase from the measured phase ω (called phase unwrapping).

【0020】位相シフト法の位相不定性を改善した例と
して、位相シフト法と焦点法を併用した特開2000−
9444号公報に開示された技術がある。焦点法は、物
体の像のコントラストがカメラの焦点位置に測定物体が
ある場合に最大になることを利用した形状測定方法であ
る。焦点法は位相シフト法のような形状の曖昧さがない
が、形状の測定精度は位相シフト法に劣る。図24に従
って説明する。測定物体507は撮像センサー508で
焦点位置を変えながら形状測定される。一方、位相シフ
ト法の照明系であるパターン投影機構517から縞パタ
ーンが照射され、撮像センサー508で位相情報を持っ
た縞パターンの変形像が観測される。位相が異なる縞パ
ターンは、光源501からコレクタレンズ502を通
り、位相シフタ504で照射する縞パターンの位相を変
えながら、投影レンズ505で物体507を照射され
る。
As an example of improving the phase ambiguity of the phase shift method, a combination of the phase shift method and the focus method is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-
There is a technique disclosed in Japanese Patent No. 9444. The focus method is a shape measurement method that utilizes the fact that the contrast of an image of an object is maximized when a measurement object is located at a focal position of a camera. The focus method does not have the ambiguity of the shape as does the phase shift method, but the measurement accuracy of the shape is inferior to that of the phase shift method. It will be described with reference to FIG. The shape of the measurement object 507 is measured by the image sensor 508 while changing the focal position. On the other hand, a striped pattern is emitted from a pattern projection mechanism 517 which is an illumination system of the phase shift method, and a deformed image of the striped pattern having phase information is observed by the image sensor 508. The fringe patterns having different phases pass through the collector lens 502 from the light source 501, and the projection lens 505 illuminates the object 507 while changing the phase of the fringe pattern emitted by the phase shifter 504.

【0021】焦点法で形状の概形を求めた結果と、位相
シフト法で求めた局所的には精密だが大域的には曖昧な
形状を整合させれば、測定物体全体を高精度で計測する
ことができる。このように、焦点法と位相シフト法とい
う2つの方式を組み合わせることで、両者の欠点を補え
る利点があるが、この場合、位相シフト法に組み合わせ
る方式としては、受光系である撮像センサーが焦点法を
行えるように焦点機構を変えられるものであることが必
要となるため、コスト高になる問題がある。
If the result of obtaining the outline of the shape by the focus method and the locally precise but globally ambiguous shape obtained by the phase shift method are matched, the entire measurement object can be measured with high accuracy. be able to. As described above, combining the two methods of the focus method and the phase shift method has the advantage of compensating for the drawbacks of both methods. In this case, the method of combining with the phase shift method is to use an imaging sensor, which is a light receiving system, as the focus method. Since it is necessary to be able to change the focus mechanism in order to perform the above, there is a problem that the cost becomes high.

【0022】本発明の目的は、従来の技術における上述
のような問題を解消し、従来の照射角度を照射されたパ
ターン光の光量の情報から求める光学的形状測定方法に
おいて、光量のS/Nが劣化すると形状測定精度が劣化
する問題を解決可能にした光学的形状測定装置を提供す
ることである。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art and to measure the S / N of the light quantity in the conventional optical shape measuring method for obtaining the irradiation angle from the information of the light quantity of the irradiated pattern light. It is an object of the present invention to provide an optical shape measuring device capable of solving the problem that the accuracy of shape measurement deteriorates when the deterioration of the shape.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明においては、下記のような構成を採用したこ
とを特徴としている。以下、請求項に沿って発明の構成
を説明する。
In order to achieve the above object, the present invention is characterized by adopting the following configuration. The configuration of the invention will be described below with reference to the claims.

【0024】請求項1に係る光学的形状測定装置では、
照明手段と検知手段とを結ぶ視差方向に対して垂直に分
割され、互いに重なりのない複数のスリット状の部分測
定領域に分割された測定領域内の各部分測定領域の各々
に1種類以上の光パターンを照明する照明手段と、前記
各部分測定領域に照明された光パターンの反射光を検知
する検知手段と、この検知手段で検知した反射光の光量
から、前記各部分測定領域の番号との対応の曖昧さを残
しながらも、前記照明手段と検知手段の視差を利用して
前記各部分測定領域の形状データを推定する形状推定手
段と、推定された各部分測定領域の前記形状データにお
ける曖昧さを除去し、各部分測定領域の曖昧さのない形
状データを求める形状補正手段からなる構成としてい
る。
In the optical profile measuring apparatus according to claim 1,
One or more types of light for each of the partial measurement areas in the measurement area divided into a plurality of slit-shaped partial measurement areas that are divided perpendicularly to the parallax direction connecting the illumination means and the detection means and do not overlap each other. Illuminating means for illuminating the pattern, detecting means for detecting the reflected light of the light pattern illuminated in each of the partial measurement areas, and from the light quantity of the reflected light detected by this detecting means, the number of each of the partial measurement areas Shape estimation means for estimating the shape data of each of the partial measurement areas by using the parallax of the illumination means and the detection means while leaving the ambiguity of correspondence, and an ambiguity in the shape data of each estimated partial measurement area. And a shape correction unit that obtains unambiguous shape data of each partial measurement region.

【0025】本請求項における照明手段と検知手段とを
結ぶ視差方向は、光切断法のスリット光の走査方向に相
当する。照明手段から放射された光パターンを、測定領
域を分割した部分領域(部分測定領域)毎に照射してい
るので、測定領域全体に同じ光パターンを与えた場合に
比較して、1つの部分領域当たりに照射される光パター
ンの光量変化が大きくなる。つまり、測定領域で反射さ
れて検知手段で検知された光量は、部分領域の幅が狭け
れば、測定領域全体の幅を照射する場合に対して(測定
領域全体の幅)/(部分領域の幅)倍だけ光量変化率が
大きくなるため、視差方向に対して同じサンプリング間
隔で光量検知した場合、反射光の光量測定の誤差が実質
(部分領域の幅)/(測定領域の幅)倍縮小され、結
局、形状測定精度が改善される。
The parallax direction connecting the illuminating means and the detecting means in this claim corresponds to the scanning direction of the slit light of the light cutting method. Since the light pattern radiated from the illuminating means is applied to each partial area (partial measurement area) obtained by dividing the measurement area, one partial area is provided as compared with the case where the same light pattern is given to the entire measurement area. The change in the amount of light of the light pattern irradiated per hit becomes large. That is, if the width of the partial region is narrow, the amount of light reflected by the measurement region and detected by the detection means is (width of the entire measurement region) / (width of the partial region) as compared with the case of irradiating the width of the entire measurement region. Since the rate of change in light amount increases by (width) times, when the light amount is detected at the same sampling interval in the parallax direction, the error in measuring the light amount of reflected light is substantially reduced by (width of partial area) / (width of measurement area) times. As a result, the accuracy of shape measurement is improved.

【0026】ただし、測定領域が部分領域に分割されて
いることから、どの反射光がどの部分領域に属している
か分からないため、反射光量から形状推定手段で計算さ
れた形状データは、本質的に曖昧さを含んでいるものと
なる。各形状データを統合し曖昧さをなくした形状デー
タは、形状補正手段によって求められる。形状データの
曖昧さを除く方法としては、例えば、形状の連続性等を
仮定する。また、測定領域は平面に限らず、パノラマ状
や半球状等でもよく、その場合は、照明手段と検知手段
は、測定領域の幾何形状に合わせて照明、あるいは検知
すればよい。
However, since the measurement area is divided into partial areas, it is not known which reflected light belongs to which partial area. Therefore, the shape data calculated by the shape estimating means from the reflected light quantity is essentially It will include ambiguity. The shape data obtained by integrating the shape data and eliminating ambiguity is obtained by the shape correction means. As a method of removing the ambiguity of the shape data, for example, the continuity of the shape is assumed. The measurement area is not limited to a flat surface, but may be a panoramic shape, a hemispherical shape, or the like. In that case, the illumination means and the detection means may illuminate or detect according to the geometric shape of the measurement area.

【0027】請求項2に係る光学的形状測定装置では、
請求項1に示した構成に加えて、各部分領域と照明手段
の照射する光パターンとが、視差方向に対して測定精度
を向上させたい領域では細かく、それ以外では粗く分割
するように構成しているものである。請求項1に係る発
明において、部分領域の幅は均等である必要はなく、本
請求項では部分領域の幅を、高い精度が必要な部分では
狭く、精度が低くても十分な部分では広くしている。部
分領域の数が少なくなれば、どの部分領域に属するかと
いう曖昧さが減少するので、曖昧さを含んだ形状データ
から、測定領域全体の形状データを補正する形状補正手
段を簡単化することができる。反射光量の測定誤差は、
概ね部分領域の幅に比例するので、好ましくは部分領域
の分割幅を所望の測定精度に反比例させる。また、領域
分割は、測定物体の変化に合わせて動的に変えてもよ
い。
In the optical shape measuring device according to claim 2,
In addition to the structure described in claim 1, the partial areas and the light pattern emitted by the illumination means are finely divided in an area where the measurement accuracy is desired to be improved with respect to the parallax direction, and are roughly divided in other areas. It is what In the invention according to claim 1, it is not necessary that the widths of the partial regions are uniform, and in this claim, the widths of the partial regions are set to be narrow in a portion requiring high precision and wide in a sufficient portion even if precision is low. ing. As the number of partial regions decreases, the ambiguity as to which partial region belongs decreases. Therefore, it is possible to simplify the shape correction means for correcting the shape data of the entire measurement region from the shape data including the ambiguity. it can. The measurement error of the amount of reflected light is
Since it is approximately proportional to the width of the partial region, it is preferable to make the division width of the partial region inversely proportional to the desired measurement accuracy. Further, the area division may be dynamically changed according to the change of the measurement object.

【0028】請求項3に係る光学的形状測定装置では、
請求項2の照明手段において、各部分測定領域に照明さ
れる1種類以上の光パターンが、視差方向に対して周期
的であり、かつ、その周期が部分領域の幅と等しくする
構成としている。本請求項では、視差方向に対して周期
的であり、かつ、各部分領域の幅を均等にし、同時に光
パターンを同じパターンの繰り返しにしている。周期的
にすることで照射する光パターンが簡単になるので、照
明手段の手段構成と、形状推定手段および形状補正手段
を簡単化することができる。本請求項において、光パタ
ーン数を3、光パターンを正弦波、各光パターン間の位
相差を、例えばπ/2,πとすれば、位相シフト法の1
例となるので、本請求項は位相シフト法の一般化とみる
こともできる。
In the optical shape measuring device according to claim 3,
In the illumination means according to the second aspect, the one or more types of light patterns with which each partial measurement area is illuminated are periodic with respect to the parallax direction, and the period is equal to the width of the partial area. According to the present invention, it is periodic with respect to the parallax direction, the widths of the respective partial regions are made equal, and at the same time, the same light pattern is repeated. Since the light pattern to be irradiated becomes simple by making it periodic, it is possible to simplify the means configuration of the illumination means and the shape estimation means and shape correction means. In this claim, if the number of light patterns is 3, the light patterns are sine waves, and the phase difference between the light patterns is, for example, π / 2, π, the phase shift method is 1
By way of example, this claim can also be viewed as a generalization of the phase shift method.

【0029】請求項4に係る光学的形状測定装置では、
請求項1に係る発明における照明手段が、光パターンを
一括して照明する構成としている。本請求項では、照明
する光パターンを一括して照明している。視差方向に対
して走査したり、領域毎に照明する必要がないので、照
明手段の一括照射に合わせて、検知手段で、測定領域全
体の光量を一括して検知できる。そのため、高速での形
状測定が可能になる。
In the optical profile measuring apparatus according to claim 4,
The illumination means in the invention according to claim 1 is configured to collectively illuminate the light pattern. In this claim, the light patterns to be illuminated are collectively illuminated. Since it is not necessary to scan in the parallax direction or illuminate each area, the detection means can collectively detect the light amount of the entire measurement area in accordance with the collective irradiation of the illumination means. Therefore, the shape can be measured at high speed.

【0030】また、ここで、透過率を変調したフィルタ
を光源から発し、あるいは反射率を変調したミラーを光
源から発する光で反射させることで測定領域に光パター
ンを一括して照射し、上記フィルタあるいはミラーが光
拡散を抑える表面処理が施されている構成としてもよ
い。例として、フィルタを透過した光を用いる場合につ
いて説明する。レーザなどの点光源に近い光源で、フィ
ルタを裏面から測定領域を放射状に照射する場合、三角
測量の基準である基線長は、この光源位置と検知手段の
光学中心の距離になる。検知手段としてレンズつきのC
CDカメラを用いるとすれば、レンズの中心が検知手段
の光学中心となる。
Further, here, a filter whose transmittance is modulated is emitted from the light source, or a mirror whose reflectance is modulated is reflected by the light emitted from the light source to irradiate the measurement region with a light pattern all at once, and the above-mentioned filter is used. Alternatively, the mirror may be subjected to a surface treatment for suppressing light diffusion. As an example, a case where the light transmitted through the filter is used will be described. When a filter is used to radially irradiate the measurement area from the back surface with a light source close to a point light source such as a laser, the baseline length that is the basis of triangulation is the distance between the light source position and the optical center of the detection means. C with lens as detection means
If a CD camera is used, the center of the lens will be the optical center of the detection means.

【0031】測定領域にパターンを照射するため、光源
で濃度分布つきのフィルタの透過光を照射する場合、光
源の光がフィルム面で散乱すると、測定領域に散乱光が
重なる。測定領域から見るとフィルム面が新たな光源と
なって、CCDカメラで観察されるので、三角測量の基
準である光源位置が光源とフィルム面に分散することに
なり、結果として形状に変形が生じる。フィルム面に無
反射コート処理を行って光拡散を抑えれば、この変形は
生じなくなる。透過フィルムと光源の組み合わせだけで
なく、反射率の分布があるミラーと光源の場合も同様
で、ミラー面で散乱があるとそこが光源になるため、同
じ原理で測定された形状に変形が生じる。ミラー面に光
拡散を防止するコーティング処理を行うことで、光拡散
が抑制される。
In order to irradiate the measurement area with the pattern, when the light source irradiates the transmitted light of the filter with the density distribution, when the light from the light source is scattered on the film surface, the scattered light overlaps the measurement area. When viewed from the measurement area, the film surface becomes a new light source and is observed by the CCD camera, so the light source positions that are the basis of triangulation are dispersed between the light source and the film surface, resulting in deformation of the shape. . If the film surface is subjected to antireflection coating to suppress light diffusion, this deformation will not occur. This applies not only to the combination of a transparent film and a light source, but also to a mirror and a light source that have a distribution of reflectance. If there is scattering on the mirror surface, that becomes the light source, so the shape measured by the same principle is deformed. . Light diffusion is suppressed by performing a coating process for preventing light diffusion on the mirror surface.

【0032】請求項5に係る光学的形状測定装置では、
請求項4に係る発明における照明手段が、部分領域当た
り2種類の光パターンを照射し、形状推定手段が検知手
段で検知した2種類の反射光の光量の比から測定領域の
形状データを推定する構成としている。本請求項は、請
求項4に係る発明における各部分領域の形状測定に対し
て強度比法を適用したものであり、複数の部分領域に分
割することで、強度比法による測定精度を改善したもの
である。
In the optical shape measuring device according to claim 5,
The illumination means in the invention according to claim 4 irradiates two types of light patterns per partial area, and the shape data of the measurement area is estimated from the ratio of the light amounts of the two types of reflected light detected by the shape estimation means by the detection means. It is configured. This claim applies the intensity ratio method to the shape measurement of each partial region in the invention according to claim 4, and by dividing into a plurality of partial regions, the measurement accuracy by the intensity ratio method is improved. It is a thing.

【0033】照明手段から各部分領域に対して、2種類
の光パターンを照射する。このとき、光パターンの1つ
目のパターンを視差方向に対して光量が増加する分布と
し、2つ目のパターンを視差方向に対して光量が減少す
る分布とすれば、この2つの光パターンが部分領域で反
射された測定された2つの反射光量の比率により、部分
領域に対して形状データを形状推定手段で求められる。
照明手段が照射すべき光パターンが2種類で済むため、
照射光学系を簡単化することができる。
Two types of light patterns are emitted from the illumination means to each partial area. At this time, if the first pattern of the light patterns is a distribution in which the light amount increases in the parallax direction and the second pattern is a distribution in which the light amount decreases in the parallax direction, the two light patterns are The shape estimation unit obtains shape data for the partial area based on the ratio of the two measured amounts of reflected light reflected by the partial area.
Since there are only two types of light patterns that the illumination means should illuminate,
The irradiation optical system can be simplified.

【0034】また、ここで、各部分領域の端で検知され
た光パターンの光量データを棄却する構成としてもよ
い。請求項5では部分領域ごとに形状検知に強度比法を
用いているが、強度比法では視差方向に単調に光量が増
加するパターンと減少するパターンを照射し2つのパタ
ーンの反射光量の強度比を求める場合が多い。この場
合、照射されるパターンは、部分領域の境界で光量分布
に飛びのある鋸歯状となる。そのため、部分領域の端で
は照射パターンのどちらかで必ず光量が小さくなり、光
量ノイズの影響を受けやすいことが多い。あるいは、照
射手段として通常のプロジェクタのような結像系でパタ
ーン照射する場合は、結像位置からずれるとパターンに
ぼけが生じる。つまり、部分領域端で光量に飛びが生じ
る鋸歯状パターンの場合は、パターンにぼけが生じ、測
定光量に変動が生じる。その結果、測定形状に凹凸の変
形が生じる。
Further, the light quantity data of the light pattern detected at the end of each partial area may be rejected. According to claim 5, the intensity ratio method is used for shape detection for each partial region. However, in the intensity ratio method, a pattern in which the light amount monotonously increases and a pattern in which the light amount decreases in the parallax direction are irradiated, and the intensity ratio of the reflected light amounts of the two patterns is used. Is often asked. In this case, the irradiated pattern has a sawtooth shape with a jump in the light amount distribution at the boundary of the partial areas. Therefore, the amount of light is always small at one of the irradiation patterns at the edge of the partial region, and is often susceptible to the influence of light amount noise. Alternatively, when pattern irradiation is performed by an image forming system such as a normal projector as the irradiation means, blurring occurs in the pattern when the image forming position deviates. In other words, in the case of a sawtooth pattern in which the light amount jumps at the end of the partial area, the pattern is blurred and the measured light amount varies. As a result, irregularities are deformed in the measured shape.

【0035】領域端の画素のデータを棄却することで、
この変形を避けることができる。棄却する条件は、領域
の端から一定の範囲の画素はすべて棄却する、あるいは
画素の光量がしきい値以下なら棄却するなどの判断基準
を設ければよい。パターン光照射法を用いる形状測定方
法では、形状が誤っていても、反射光量だけからその誤
りを特定するのが難しいので、上述のようにあらかじめ
誤っていそうなデータを除去しておけば、その後の形状
異常への対応が簡単になり望ましい。
By rejecting the pixel data at the edge of the region,
This deformation can be avoided. As a condition for rejecting, a criterion such as rejecting all pixels within a certain range from the edge of the region, or rejecting when the light amount of the pixel is less than or equal to a threshold value may be provided. In the shape measuring method using the pattern light irradiation method, it is difficult to identify the error only from the amount of reflected light even if the shape is incorrect, so if you remove the data that seems to be incorrect in advance as described above, It is desirable because it is easy to deal with the abnormal shape.

【0036】またさらに、請求項5の光学的形状測定装
置において、反射光の光量の比を得て、光量の比を照射
角度に対して平滑化し、平滑化した光量の比と照射角度
の対応付けを線形補間で行う構成としてもよい。請求項
5に係る光学的形状測定装置では、強度比法を用いて距
離計測を行っている。強度比法では2つの照射パターン
の反射光量の強度比と照射方向の対応付けを用いて形状
を求める。この対応付けの精度がそのまま測定精度に反
映される。この対応付けは、基準になる強度比と照射角
度との関係を測定することで、得ることができる。
Further, in the optical shape measuring apparatus according to claim 5, the ratio of the light amounts of the reflected light is obtained, the ratio of the light amounts is smoothed with respect to the irradiation angle, and the smoothed light amount ratio and the irradiation angle correspond. The attachment may be performed by linear interpolation. In the optical shape measuring device according to the fifth aspect, the distance is measured by using the intensity ratio method. In the intensity ratio method, the shape is obtained by using the correspondence between the intensity ratio of the reflected light amounts of the two irradiation patterns and the irradiation direction. The accuracy of this association is directly reflected in the measurement accuracy. This correspondence can be obtained by measuring the relationship between the reference intensity ratio and the irradiation angle.

【0037】あらかじめ適当な分布モデルを用意し、基
準となる強度比の分布にフィッティングさせると、モデ
ルの精度でしか対応付けができないので、精度を向上さ
せるには向かない。逆に、強度比分布のモデルを与えず
に、基準となる実測の強度比と照射角度の関係を表わす
分布データをそのまま用いる場合には、何らかの補間が
必要になるが、得られた光量データには必ずノイズが混
入しているため、高次の補間を用いても、元々のデータ
にノイズがあるため、妥当な対応付けができない。これ
は、高次の補間では、与えられたノイズのある基準デー
タ点を縫うように補間結果が選ばれるので、補間の次数
をあげても、ラグランジュ補間のルンゲの現象に似た振
動的な誤差が補間結果に生じるためである。また、補間
領域端周辺では補間に用いるデータ点が不足するため、
精度劣化が生じやすいが、高次の補間ではこの傾向が顕
著になり誤差の原因となる。
If an appropriate distribution model is prepared in advance and fitted to the distribution of the reference intensity ratio, the correlation can be made only with the accuracy of the model, which is not suitable for improving the accuracy. Conversely, if the distribution data that represents the relationship between the actually measured intensity ratio and the irradiation angle that is used as a reference is used as is without giving a model of the intensity ratio distribution, some kind of interpolation is required, but the obtained light intensity data Since noise is always mixed in, the original data still has noise even if high-order interpolation is used, and therefore proper association cannot be performed. This is because in high-order interpolation, the interpolation result is selected so that the given noisy reference data points are sewn, so even if the order of interpolation is increased, a vibrational error similar to the Runge phenomenon of Lagrange interpolation is generated. Is generated in the interpolation result. In addition, there are not enough data points for interpolation around the edge of the interpolation area, so
Although accuracy deterioration is likely to occur, this tendency becomes remarkable in high-order interpolation and causes an error.

【0038】そこで、ここでは、強度比分布を一旦平滑
化して光量ノイズを除去した上で、線形補間により対応
付けを行う。始めに、ノイズ除去を行っているので、線
形補間でも十分対応付けの精度が得られ、l結果として
形状の測定精度が改善される。
Therefore, here, the intensity ratio distribution is once smoothed to remove the light amount noise, and then the correlation is performed by linear interpolation. First, since noise removal is performed, sufficient accuracy of matching can be obtained even by linear interpolation, and as a result, the accuracy of shape measurement is improved.

【0039】また、検知手段が受光領域を個別に光量を
検知できる2次元アレイ光センサで構成され、光センサ
の視差方向の行ごとに、光量の比と照射角度の独立に対
応付けを行う構成としてもよい。画像から三角測量の原
理で形状を検知する場合、照明手段やカメラなどの検知
手段には、レンズなどの結像光学系が使われる場合が多
い。この結像系には収差が含まれており、特にレンズの
歪曲収差があると、測定領域上でのパターンの照射位置
や、検知手段で得られる反射光の位置に歪みが生じ、結
果的に得られる形状に誤差が生じる。検知手段のレンズ
の歪曲収差を補正することが一般に行われているが、若
干の手間がかかる。また、照明手段のレンズ系の歪曲収
差は検知側では修正することができないため、三角測量
の精度低下の原因となる。歪曲は、カメラの光軸方向に
対して概ね放射状に分布する。
Further, the detecting means is composed of a two-dimensional array optical sensor capable of individually detecting the light amount of the light receiving area, and the light amount ratio and the irradiation angle are independently associated with each other in the parallax direction line of the optical sensor. May be When detecting a shape from an image based on the principle of triangulation, an imaging optical system such as a lens is often used as a detection unit such as an illumination unit or a camera. Aberrations are included in this imaging system. Especially, if there is distortion aberration of the lens, distortion occurs in the irradiation position of the pattern on the measurement area and the position of the reflected light obtained by the detection means, and as a result, There is an error in the obtained shape. It is generally performed to correct the distortion aberration of the lens of the detection means, but it takes some effort. Further, the distortion of the lens system of the illumination means cannot be corrected on the detection side, which causes a decrease in the accuracy of triangulation. The distortion is distributed almost radially in the optical axis direction of the camera.

【0040】そこで、ここでは、視差方向に対して、検
知手段のアレイセンサの行ごとに較正を行っている。つ
まり、カメラの光軸方向と測定点と検知手段の光学中心
結ぶ線がなす角(仰角)ごとに強度比と照射角度の校正
を行っている。既に説明したように、歪曲収差は検知手
段の光軸に対して放射状に分布するので、仰角方向とは
分布が異なるが、放射状の変形成分のうち仰角方向の成
分は仰角ごとの補正で対応できる。すなわち、簡易的に
歪曲収差を減少させることができる。照明手段の歪曲収
差はあらかじめ測定物体の形状が分かっていないと補正
できないので、この仰角ごとの簡易補正は、照明手段に
起因する形状の歪みを抑えるのに有効である。
Therefore, here, the parallax direction is calibrated for each row of the array sensor of the detecting means. That is, the intensity ratio and the irradiation angle are calibrated for each angle (elevation angle) formed by the line connecting the optical axis direction of the camera, the measurement point, and the optical center of the detection means. As already explained, the distortion aberration is distributed radially with respect to the optical axis of the detection means, so the distribution is different from the elevation angle direction, but the elevation deformation direction component of the radial deformation component can be corrected by correction for each elevation angle. . That is, the distortion aberration can be easily reduced. Since the distortion of the illumination means cannot be corrected unless the shape of the measurement object is known in advance, this simple correction for each elevation angle is effective in suppressing the distortion of the shape caused by the illumination means.

【0041】次に、請求項6に係る光学的形状測定装置
では、請求項5に係る発明において、照明手段が部分領
域当たり2種類の光パターンを、波長を変えて同時に照
射し、波長分離可能な検知手段で検知する構成としてい
る。本請求項では、照明手段から1回だけ光パターンを
照射することで形状測定を行えるので、照明手段を簡素
化できる。最も簡単な構成例は、2つの光パターンの波
長を赤と緑にして、照明手段の中で2つのパターンを光
学的に合成して同時に照明し、検知手段としてカラーカ
メラを用いた構成で、この構成によれば赤情報と緑情報
を独立に検知できる。
Next, in the optical shape measuring apparatus according to the sixth aspect, in the invention according to the fifth aspect, the illuminating means simultaneously irradiates two kinds of light patterns per partial area with different wavelengths, and wavelength separation is possible. It is configured to detect with various detection means. In the present claim, the shape can be measured by irradiating the light pattern from the illuminating device only once, so that the illuminating device can be simplified. The simplest configuration example is a configuration in which the wavelengths of the two light patterns are red and green, the two patterns are optically combined in the illumination means to illuminate at the same time, and a color camera is used as the detection means. With this configuration, red information and green information can be detected independently.

【0042】また、検知手段が受光領域を個別に光量を
検知できる2次元アレイ光センサで構成され、光センサ
の視差方向、すなわち照明手段と検知手段を結ぶ方向の
画素数をN、光センサのAD変換のビットをp、領域の分割
数をDとするとき、 N / D < 2^p である構成としてもよい。ここで、2^pは2のp乗を
意味する。検知手段は、CCDやCMOSセンサなどか
らなる2次元アレイセンサで光量分布を検知するが、こ
のとき、1部分領域ごとに、各アレイセンサの画素で光
量分離できなくてはならない。N / Dが、1部分領域
当りの画素数なので、少なくともこの画素が相互に区別
できるためには、各画素位置で最低1ビットの光量差が
必要である。pビットのAD変換が分解できる光量レベ
ルは2^pなので、N / D < 2^pが画素ごとに形状
を測定できる必要条件となる。
Further, the detecting means is composed of a two-dimensional array optical sensor capable of individually detecting the light amount in the light receiving area, and the number of pixels in the parallax direction of the optical sensor, that is, the direction connecting the illuminating means and the detecting means is N, When the bit for AD conversion is p and the number of divisions of the area is D, N / D <2 ^ p may be set. Here, 2 ^ p means 2 to the power of p. The detection means detects the light amount distribution by a two-dimensional array sensor including a CCD or CMOS sensor, but at this time, the light amount must be separated by pixels of each array sensor for each partial area. Since N / D is the number of pixels per partial area, at least this bit requires a light amount difference of 1 bit at each pixel position in order to be distinguishable from each other. Since the light amount level that can be resolved by p-bit AD conversion is 2 ^ p, N / D <2 ^ p is a necessary condition for measuring the shape for each pixel.

【0043】具体例をあげると、100万画素のCCD
であれば、およそ1000×1000の画素数となり、
N=1000となる。通常のCCDでは、8ビット以上
のAD変換が普通に入手できることから、Dはおおむね
1以上が必要条件となる(D=1は、従来の強度比法に
相当する)。実際は、AD変換時のノイズなどを考慮す
る必要があるため、pとしては実効的なビット数を取る
必要があるので、pは6〜7と少なくなる。すなわち、
およそD>4の条件であれば、部分領域に分割されたパ
ターン光を分離できる。D=1である従来の強度比法で
は、CCDなど撮像素子の分解能が取れないため、N
< 2^pの条件が実効的に満たされず、そのために測定
精度が低かったが、本特許では、測定領域をD個の部分
領域に分割することで、上術の光量分離の条件を満たす
ことが可能になり、その結果、測定精度が約D倍向上す
る。
As a specific example, a CCD of 1 million pixels
If so, the number of pixels is about 1000 × 1000,
N = 1000. In a normal CCD, AD conversion of 8 bits or more is commonly available, so D is generally required to be 1 or more (D = 1 corresponds to the conventional intensity ratio method). Actually, since it is necessary to consider noise and the like at the time of AD conversion, it is necessary to take an effective number of bits for p, so p is as small as 6 to 7. That is,
Under the condition of approximately D> 4, the pattern light divided into the partial regions can be separated. In the conventional intensity ratio method with D = 1, the resolution of the image sensor such as CCD cannot be obtained, so N
The condition of <2 ^ p was not effectively satisfied, and therefore the measurement accuracy was low. However, in this patent, the measurement region is divided into D partial regions to satisfy the condition of the light amount separation in the above technique. Is possible, and as a result, the measurement accuracy is improved by about D times.

【0044】またさらに、照明手段が結像系を用いて2
次元フィルタアレイあるいは2次元ミラーアレイの光量
分布の拡大像を投影する構成で、結像系の結像位置が奥
行き方向の測定範囲の中央に位置している構成としても
よい。市販のプロジェクタに似た、照明手段に結像系を
用いる方式では、パターンの結像位置から奥行き方向に
前後した位置では、照射パターンがぼけ、測定される形
状が変形する。結像系の結像位置を測定奥行き範囲の中
心におけば、結像位置の手前側でも奥側でも、平均にぼ
けが生じるため、測定範囲内で生じる奥行き方向のぼけ
が光量分布に与える影響は最小になり、その結果、測定
形状の誤差も低減する。
Furthermore, the illumination means uses an imaging system to
A configuration may be adopted in which a magnified image of the light amount distribution of the two-dimensional filter array or the two-dimensional mirror array is projected, and the imaging position of the imaging system is located at the center of the measurement range in the depth direction. In a system similar to a commercially available projector that uses an image forming system for the illumination means, the irradiation pattern is blurred and the shape to be measured is deformed at a position back and forth in the depth direction from the image forming position of the pattern. If the image forming position of the image forming system is located at the center of the measurement depth range, blurring will occur on the average both on the front side and the back side of the image forming position, so the blurring in the depth direction that occurs within the measuring range will affect the light intensity distribution. Is minimized and, as a result, the measurement shape error is also reduced.

【0045】なお、請求項1または8の光学的形状測定
装置において、照明手段が結像系を用いて2次元フィル
タアレイあるいは2次元ミラーアレイの動的な光量分布
の拡大像を投影する構成で、検知手段で複数回取り込ん
だ光量データを平均化する構成とすることも有効であ
る。
In the optical shape measuring apparatus according to claim 1 or 8, the illuminating means projects an enlarged image of the dynamic light amount distribution of the two-dimensional filter array or the two-dimensional mirror array by using an imaging system. It is also effective to average the light quantity data captured by the detection means a plurality of times.

【0046】ここでは、照明手段として液晶プロジェク
タなどの動的に照射パターンを切り替えられる照射系
を、検知手段としてCCDカメラなどのあるタイミング
で光量データを取り込む撮像系を前提としている。照射
系も撮像系もある時間タイミングで照射・撮像するた
め、タイミングにずれがあると光量がゆらいで再現性が
なくなる。そこで、ここでは、これを避けるために、撮
像系で複数回光量分布を撮像し、その結果を平均化する
ことで光量のゆらぎをなくしている。例えば、照射系と
して市販の液晶プロジェクタ、撮像系としてAD変換ボ
ードを介してデータを取り込むCCDカメラを考える
と、液晶プロジェクタにカメラの取り込みタイミングを
同期させなくとも、カメラ側で複数回データを取り込ん
で平均化することで光量ゆらぎを抑制できる。
Here, it is assumed that an illumination system such as a liquid crystal projector that can dynamically switch the illumination pattern is used as the illumination means, and an imaging system that captures light amount data at a certain timing such as a CCD camera is used as the detection means. Since both the irradiation system and the imaging system perform irradiation / imaging at a certain timing, if there is a timing deviation, the light amount fluctuates and reproducibility is lost. Therefore, here, in order to avoid this, the fluctuation of the light quantity is eliminated by imaging the light quantity distribution a plurality of times by the imaging system and averaging the results. For example, considering a commercially available liquid crystal projector as the irradiation system, and a CCD camera as the image pickup system that takes in data via an AD conversion board. Even if the timing of taking in the camera is not synchronized with the liquid crystal projector, the data is taken in multiple times on the camera side. By averaging, the fluctuation of light quantity can be suppressed.

【0047】次に、請求項7に係る光学的形状測定装置
では、請求項6に係る発明において、2種類の光パター
ンの波長が赤と赤の補色であるシアンであり、波長分離
可能な検知手段がRGBの波長分離を行うカラーCCD
である構成としている。通常、入手しやすいRGBに色
分解するカラーCCDでは、全ピクセルに対して赤:
緑:青のピクセル数の比率が2:1:1の場合が多いの
で、赤とシアンの組み合わせで光パターンを照射する
と、2つの光パターンに対して同じピクセル数で光量を
検知できる。つまり、CCDでの受光面積が同じになる
ので、一方の光パターンの光量だけが減少する問題が生
じにくい。
Next, in the optical shape measuring apparatus according to claim 7, in the invention according to claim 6, the wavelengths of the two types of light patterns are red and cyan which is a complementary color of red, and the wavelength separable detection is performed. Color CCD whose means separates RGB wavelengths
The configuration is Normally, in a color CCD that easily obtains RGB color separation, red:
Since the ratio of the number of pixels of green: blue is often 2: 1: 1, when a light pattern is irradiated with a combination of red and cyan, the light amount can be detected with the same number of pixels for two light patterns. That is, since the light receiving areas of the CCD are the same, it is unlikely that the problem that only the light amount of one light pattern decreases will occur.

【0048】また、2種類の光パターンの波長が赤と青
であり、前記波長分離可能な検知手段がRGBの波長分
離を行うカラーCCDセンサあるいはカラーCMOSセ
ンサである構成としてもよい。市販のカラーCCDセン
サやカラーCMOSセンサでは、RGBの3原色分離
を、組み込みのフィルタで行う場合が多い。このとき、
赤と青の波長の分離は良いが、緑のフィルタは赤と青の
光量も若干透過するのが普通である。そこで、ここで
は、2種類の光パターンを測定領域に同時照射し、カラ
ーCCDなどで検知するに際して、最も色分離の良い赤
と青とを用いる。こうすれば、低価格のカラーセンサー
でも十分良い精度で2色のパターンを一括検知すること
ができる。
The wavelengths of the two types of light patterns may be red and blue, and the wavelength-separable detection means may be a color CCD sensor or a color CMOS sensor that performs RGB wavelength separation. In a commercially available color CCD sensor or color CMOS sensor, the RGB primary colors are often separated by a built-in filter. At this time,
Separation of the red and blue wavelengths is good, but the green filter usually transmits some red and blue light. Therefore, here, two types of light patterns are simultaneously irradiated to the measurement region, and red and blue, which have the best color separation, are used when detecting with a color CCD or the like. In this way, even a low-cost color sensor can detect the patterns of two colors with sufficient accuracy.

【0049】さらに、請求項4に係る発明において、照
明手段が部分領域当たり1種類の光パターンを照射し、
光パターンは部分領域の視差方向に対して連続したある
いは不連続の色の並びである構成としてもよい。すなわ
ち、請求項4に係る発明の各部分領域の形状測定に対し
てレインボー法を適用するものであり、複数の部分領域
に分割することで、形状の測定精度を改善したものであ
る。
Further, in the invention according to claim 4, the illuminating means irradiates one kind of light pattern per partial area,
The light pattern may be an arrangement of continuous or discontinuous colors in the parallax direction of the partial region. That is, the rainbow method is applied to the shape measurement of each partial area of the invention according to claim 4, and the accuracy of shape measurement is improved by dividing into a plurality of partial areas.

【0050】照明手段から照明される光パターンは、視
差方向に対して連続あるいは負連続に色が並んでので、
ある部分領域に対して照射方向と色が対応しており、反
射光の色を検知手段で判断することで照射角度、すなわ
ち形状が求まる。色の順番は波長の長さに応じて並んで
いる必要はなく、順番が予め決まっていさえすればよ
い。本請求項では照明手段から1回だけ光パターンを照
射することで形状測定を行えるので、照明手段を簡素化
することができる。
Since the light pattern illuminated by the illumination means has colors arranged continuously or negatively in the parallax direction,
The irradiation direction and the color correspond to a certain partial area, and the irradiation angle, that is, the shape can be obtained by determining the color of the reflected light by the detection means. The order of the colors does not have to be lined up according to the length of the wavelength, and it is sufficient that the order is predetermined. In the present invention, since the shape measurement can be performed by irradiating the light pattern from the illuminating means only once, the illuminating means can be simplified.

【0051】またさらに、測定領域外に均一光量のパタ
ーンを照射し、その反射光量から光量モニターを行う構
成としてもよい。照射光源は、照射光量が常に一定であ
ることが望ましいが、実際は光量の一定化にはコストが
かかる。そこで、ここでは、測定範囲外の部分に光量モ
ニター用の一定光量パターンを照射し、検知系でその光
量をモニターすれば、追加のハードウェアなしに、ソフ
トウエアだけで光量変動分を検知し、補正することがで
きる。検知手段で検知される光量に変動があると、その
光量を用いて得られた強度比にも定数倍の変動が生じ、
結果として形状に変形が生じる。光量変動の変動比率が
おおむね距離精度に対応するので、光量変動が1%あれ
ば、形状誤差も1%となる。
Furthermore, it is also possible to irradiate a pattern with a uniform light quantity outside the measurement region and monitor the light quantity from the reflected light quantity. It is desirable that the irradiation light source always has a constant irradiation light amount, but in reality, it is costly to make the irradiation light amount constant. Therefore, here, by irradiating the part outside the measurement range with a constant light intensity pattern for light intensity monitoring, and monitoring the light intensity with a detection system, the light intensity variation can be detected only by software, without additional hardware, Can be corrected. If there is a change in the amount of light detected by the detection means, the intensity ratio obtained using that amount of light also changes by a constant multiple,
As a result, the shape is deformed. Since the variation ratio of the light amount variation roughly corresponds to the distance accuracy, if the light amount variation is 1%, the shape error is also 1%.

【0052】安定化を施した市販の高価な光源でも、光
量の安定度は1%程度なので、高精度で形状測定を行う
場合には、光量変動の補正が必須である。この構成で
は、光量モニタを行うことで、光源変動を実測時に測定
できるため、光源の光量ゆらぎに起因した形状精度誤差
の改善を容易に行うことができる。
Even with a commercially available expensive light source that has been stabilized, the stability of the light quantity is about 1%. Therefore, when performing shape measurement with high accuracy, it is essential to correct the light quantity fluctuation. With this configuration, since the light source variation can be measured during the actual measurement by performing the light amount monitoring, it is possible to easily improve the shape accuracy error due to the light amount fluctuation of the light source.

【0053】請求項8に係る光学的形状測定装置は、測
定領域の概略形状を測定する概略形状測定手段と、第1
の照明手段と第1の検知手段とを結ぶ視差方向に対して
垂直に分割され、互いに重なりのない複数の部分測定領
域に分割された測定領域内の各部分測定領域の各々に1
種類以上の光パターンを照明する第1の照明手段と、前
記各部分測定領域に照明された光パターンの反射光を検
知する第1の検知手段と、この第1の検知手段で検知し
た反射光の光量と前記概略形状測定手段とから得られた
形状データから、前記各部分測定領域の曖昧さを除去
し、曖昧さのない形状データを求める第1の形状推定手
段とを有する形状測定手段とからなる構成としている。
本請求項は、あらかじめ概略測定手段で形状を求めてお
き、詳細形状は請求項1のように部分領域に光パターン
を照射することで求め、後者の形状データの曖昧性は前
者の形状データで除去するという、2種類の形状測定手
段を相補的に組み合わせた構成とした点が特徴である。
An optical shape measuring device according to an eighth aspect of the present invention comprises a rough shape measuring means for measuring a rough shape of a measurement region, and a first shape measuring means.
1 in each of the partial measurement areas in the measurement area divided into a plurality of partial measurement areas that are divided perpendicularly to the parallax direction connecting the illumination means and the first detection means.
First illuminating means for illuminating more than one kind of light pattern, first detecting means for detecting reflected light of the light pattern illuminated on each of the partial measurement regions, and reflected light detected by the first detecting means Shape measurement means for removing the ambiguity of each of the partial measurement regions from the shape data obtained from the light intensity of the light and the rough shape measurement means, and obtaining shape data without ambiguity. It is composed of.
In this claim, the shape is obtained in advance by the rough measuring means, and the detailed shape is obtained by irradiating the partial region with the light pattern as in claim 1, and the ambiguity of the latter shape data is the former shape data. The feature is that the two types of shape measuring means, which are to be removed, are complementarily combined.

【0054】第1の照明手段で部分領域毎に光パターン
を照射し、第1の検知手段で光量を得る部分に関しては
請求項1と同じ構成であるが、概略形状測定手段によ
り、まず測定領域の全体の形状データを測定すると、測
定領域の各測定点がどの部分領域に属しているか判断で
きる。この情報を用いれば、形状測定手段から得られた
光量のデータの属する領域に関する曖昧性がなくなるた
め、第1の形状推定手段で両者の形状データに不整合が
ないように突き合わせることで、曖昧さがなく測定領域
の全体の形状が求められる。この装置においては、概略
形状測定手段と、部分領域に光パターンを投影し検知す
ることで二重に形状を求めるので、一見無駄なようであ
るが、概略形状測定手段は検知された反射光量から部分
領域の曖昧さを除くために、測定領域の各測定点がどの
部分領域に属しているか判断できれば十分なので、形状
計測精度は低くても構わない。概略形状測定手段として
は、概形が求まればどんな形状測定手段でもよいので、
能動照明が不要な多眼のカメラから得られた2次元画像
をステレオマッチングさせる方法等でもよい。
The first illumination means irradiates a light pattern for each partial area and the first detection means obtains the light amount, which has the same structure as in claim 1, but the general shape measuring means first measures the measurement area. It is possible to determine which partial area each measurement point of the measurement area belongs to by measuring the entire shape data of the. If this information is used, the ambiguity regarding the region to which the light amount data obtained from the shape measuring unit belongs is eliminated. Therefore, the first shape estimating unit matches the two shape data so that there is no inconsistency. The entire shape of the measurement area can be obtained without any space. In this device, the outline shape measuring means and the light pattern are obtained by projecting and detecting the light pattern in a partial area to obtain the shape in duplicate, so it seems to be wasteful, but the outline shape measuring means uses the detected amount of reflected light. In order to remove the ambiguity of the partial area, it is sufficient to determine which partial area each measurement point of the measurement area belongs to, so the shape measurement accuracy may be low. As the rough shape measuring means, any shape measuring means may be used as long as the rough shape is obtained.
A method of stereo matching a two-dimensional image obtained from a multi-lens camera that does not require active illumination may be used.

【0055】請求項9に係る光学的形状測定装置は、請
求項8に係る発明において、前記概略形状測定手段が、
前記測定領域を2種類の光パターンで照射する第2の照
明手段と、前記測定領域に照明された光パターンの反射
光を検知する第2の検知手段と、この第2の検知手段で
検知した2種類の反射光の光量の比から前記測定領域の
形状データを決定する第2の形状推定手段からなる構成
としている。本請求項は、請求項7に係る発明の測定領
域の全域を求める概略形状測定手段と各部分領域の形状
測定の両方に対して、強度比法による測定手段を適用し
たものである。
An optical shape measuring apparatus according to a ninth aspect is the optical shape measuring apparatus according to the eighth aspect, wherein the general shape measuring means is
Second illumination means for irradiating the measurement area with two kinds of light patterns, second detection means for detecting reflected light of the light pattern illuminated on the measurement area, and detection by the second detection means The second shape estimating unit determines the shape data of the measurement region based on the ratio of the light amounts of the two types of reflected light. This claim applies the measuring means by the intensity ratio method to both the rough shape measuring means for obtaining the entire measuring area and the shape measuring of each partial area of the invention according to the seventh aspect.

【0056】概略形状測定手段では、まず、2種類の光
パターンを照射して光量を第2の検知手段で検知して、
2つの光量の比から第2の形状推定手段により測定領域
全体の形状データを求めることにより、測定領域の各測
定点が属する部分領域を確定できる。第1の形状測定手
段でも、同様に、部分領域毎に2種類の光パターンを照
明して得られた反射光の光量の比を得るが、既に属する
部分領域の曖昧さは形状データから知れているので、第
1の形状推定手段では形状データと光量の比から、測定
領域全体の形状データを得ることができる。
In the general shape measuring means, first, two kinds of light patterns are irradiated and the light amount is detected by the second detecting means,
By obtaining the shape data of the entire measurement area by the second shape estimation means from the ratio of the two light quantities, the partial area to which each measurement point of the measurement area belongs can be determined. Similarly, the first shape measuring means also obtains the ratio of the amounts of reflected light obtained by illuminating two types of light patterns for each partial area, but the ambiguity of the partial area to which the partial shape already belongs is known from the shape data. Therefore, the first shape estimating unit can obtain the shape data of the entire measurement region from the ratio of the shape data and the light amount.

【0057】概略形状測定手段は形状測定手段より精度
が低いが、領域の曖昧さを除去するには十分な精度を持
つので、曖昧さなしに全体の形状を形状測定手段の精度
で求めることができる。ここで、第1の照明手段と第2
の照明手段とは同じ照明手段であってもよいし、また、
第1の検知手段と第2の検知手段とが同じ手段であって
もよい。例えば、同じ手段で照射パターンを切り替える
ことで、概略形状測定手段と形状測定手段との視差を等
しくできるので、第1の形状推定手段での処理を簡単化
できるものである。
Although the rough shape measuring means is less accurate than the shape measuring means, it has sufficient accuracy to remove the ambiguity of the region, and therefore the overall shape can be obtained with the accuracy of the shape measuring means without ambiguity. it can. Here, the first illumination means and the second
The lighting means may be the same lighting means, or
The first detecting means and the second detecting means may be the same means. For example, by switching the irradiation patterns by the same means, the parallaxes of the rough shape measuring means and the shape measuring means can be made equal, so that the processing by the first shape estimating means can be simplified.

【0058】ここで、概略形状測定手段と形状測定手段
が照射するパターンが、色1で測定領域全体に渡って視
差方向に単調に光量が変化するパターン、色2で測定領
域の全体にわたって均一な光量のパターン、色3で部分
領域毎に視差方向に単調に光量が変化するパターンから
なり、色2の光量が色1と色3の光量より常に小さく、
色1が赤、色2が緑、色3が青、あるいは色1が青、色
2が緑、色3が赤であり、検知手段がRGBの波長分離
を行うカラーCCDセンサあるいはカラーCMOSセン
サである構成としてもよい。すなわち、ここでは、概略
形状測定手段と形状測定手段の両方に強度比法を用いる
ものである。各々の手段で2種類の光量パターンが必要
であるが、そのうちの1種類を共通化すること、3つの
パターンを赤緑青に割り当て同時照射し、カラーセンサ
で一括検知することで、形状計測に必要なパターン照射
回数を1回にしている。
Here, the outline shape measuring means and the pattern irradiated by the shape measuring means are a pattern in which the light quantity monotonously changes in the parallax direction over the entire measurement area in color 1, and a uniform pattern over the entire measurement area in color 2. It consists of a pattern of light quantity, a pattern in which the light quantity monotonously changes in the parallax direction for each partial area in color 3, and the light quantity of color 2 is always smaller than the light quantity of color 1 and color 3,
Color 1 is red, color 2 is green, color 3 is blue, or color 1 is blue, color 2 is green, color 3 is red, and the detection means is a color CCD sensor or a color CMOS sensor that performs RGB wavelength separation. It may have a certain configuration. That is, here, the intensity ratio method is used for both the rough shape measuring means and the shape measuring means. Two types of light intensity patterns are required for each method, but one of them is used in common, three patterns are assigned to red, green, and blue, and they are irradiated simultaneously, and are collectively detected by a color sensor, which is necessary for shape measurement. The number of pattern irradiations is set to once.

【0059】概略形状測定手段に用いる照射パターンと
しては、色1で照射される測定領域全体に渡って視差方
向に単調に光量が変化するパターンと、色2で照射され
る測定領域の全体に渡って均一な光量のパターンを用
い、この強度比から概形を求める。測定領域内でこの2
つのパターンの照射角度に対する強度比は一意なので、
従来の強度比法そのままである。
As the irradiation pattern used for the rough shape measuring means, a pattern in which the light quantity monotonously changes in the parallax direction over the entire measurement area irradiated with color 1 and an entire measurement area irradiated with color 2 are used. Then, a rough pattern is obtained from this intensity ratio using a pattern of uniform light intensity. This 2 in the measurement area
Since the intensity ratio of one pattern to the irradiation angle is unique,
The conventional intensity ratio method remains unchanged.

【0060】形状測定手段に用いる照射パターンとして
は、色2で照射される測定領域の全体に渡って均一な光
量のパターンと、色3で照射される部分領域毎に視差方
向に単調に光量が変化するパターンとを用いる。この2
つのパターンの強度比では、部分領域毎に同じ強度比が
存在するので、あらかじめ概略形状測定手段で概略形状
を求めておいて、その後に部分領域を特定し、部分領域
毎の詳細形状を求める。このとき、色2で照射される測
定領域の全体にわたって均一な光量のパターンが概略形
状測定手段と形状測定手段で共通なパターンであるが、
この色を緑に割り当てる。残りの2つのパターンは赤と
青という色分離の良い色に割り当てる。これらの3色の
パターンを同時に照射し、色フィルタつきのカラーセン
サを用いて色分離することで、3つの光量情報を独立に
検知する。
As the irradiation pattern used for the shape measuring means, a pattern having a uniform light amount over the entire measurement region irradiated with color 2 and a monotonous light amount in the parallax direction for each partial region irradiated with color 3 are used. With changing patterns. This 2
In the intensity ratio of the two patterns, the same intensity ratio exists for each partial area. Therefore, the approximate shape is determined in advance by the approximate shape measuring means, and then the partial area is specified to obtain the detailed shape for each partial area. At this time, a pattern having a uniform light amount over the entire measurement region irradiated with color 2 is a pattern common to the rough shape measuring unit and the shape measuring unit,
Assign this color to green. The remaining two patterns are assigned to colors with good color separation, red and blue. By irradiating these three color patterns at the same time and performing color separation using a color sensor with a color filter, the three light amount information is independently detected.

【0061】照射光源の色純度を高めることは、レーザ
や発光ダイオードを用いることで容易に行えるが、カラ
ーセンサの緑のフィルタは透過波長範囲が広く、赤と青
の色分離は難しいことが多い。つまり、カラーセンサで
得られた緑の情報には赤と青の情報が混入しやすい。逆
に光源の色純度を高めることで、緑の情報がセンサで得
られた赤と青の情報に混入することは防げる。緑のパタ
ーンを均一強度として残りの2パターンに対して大きな
光量を設定しておけば、緑に対する赤と青のデータの混
入の影響を十分小さくできるので、その結果得られる形
状の歪みも少なくなる。
The color purity of the irradiation light source can be easily increased by using a laser or a light emitting diode, but the green filter of the color sensor has a wide transmission wavelength range, and it is often difficult to separate red and blue colors. . That is, red and blue information is likely to be mixed in the green information obtained by the color sensor. Conversely, by increasing the color purity of the light source, it is possible to prevent the green information from being mixed with the red and blue information obtained by the sensor. If the green pattern has a uniform intensity and a large amount of light is set for the remaining two patterns, the effect of mixing red and blue data on green can be sufficiently reduced, and the resulting distortion of the shape also decreases. .

【0062】またさらに、色2が白色であり、色2で検
知された光量データを測定領域のテキスチャとして用い
る構成としてもよい。例えば、上述の色2の均一パター
ンとして緑ではなく白を選択し、強度には制限を設けな
いようにする。均一パターンを白色で照明するので、残
りの2つのカラーパターンとは別に照明と撮影を行う必
要がある。白色の均一パターンを照射すれば、普通にカ
メラ撮影するときのように、測定領域のテキスチャ画像
を撮影したのと同じ条件になる。形状測定を行う場合、
テキスチャ画像を得られた形状データからなるポリゴン
の上にマッピングする手法が一般的に行われているが、
ここでは、形状測定とテキスチャ取り込みを同じパター
ンで行う。そのため見かけ上、形状計測の撮影が1回、
テキスチャの撮影が1回の計2回でテキスチャつきの形
状計測を行えることになり、取り込み回数が少なくな
り、ユーザに負担がかからない。
Further, the color 2 may be white, and the light amount data detected by the color 2 may be used as the texture of the measurement area. For example, white is selected as the uniform pattern of the above-mentioned color 2 instead of green, and the intensity is not limited. Since the uniform pattern is illuminated with white, it is necessary to perform illumination and photographing separately from the remaining two color patterns. When a uniform white pattern is emitted, the same conditions as when capturing the texture image of the measurement area are obtained, as in normal camera photography. When measuring the shape,
A method of mapping a texture image on a polygon composed of the obtained shape data is generally performed.
Here, shape measurement and texture capture are performed in the same pattern. Therefore, apparently, the shape measurement was taken once.
It is possible to perform shape measurement with a texture in a total of two times of photographing the texture, the number of times of capturing is reduced, and the user is not burdened.

【0063】最後に、請求項10に係る光学的形状測定
装置では、請求項8に係る発明において、前記第1の照
明手段が前記各部分測定領域を照明する光パターンは、
前記各部分測定領域の視差方向に対して連続したあるい
は不連続の色の並びである構成としている。本請求項
は、請求項8に係る発明の測定領域の全域を求める概略
形状測定手段に強度比法による測定手段を、各部分領域
の形状測定に対して、レインボー法による測定手段を適
用したものである。
Finally, in the optical shape measuring apparatus according to claim 10, in the invention according to claim 8, the light pattern for illuminating each of the partial measurement regions by the first illuminating means is:
The color of the partial measurement areas is continuous or discontinuous in the parallax direction. The present invention applies the measuring means by the intensity ratio method to the rough shape measuring means for obtaining the entire measuring area of the invention according to claim 8, and the measuring means by the rainbow method for measuring the shape of each partial area. Is.

【0064】概略形状測定手段では、まず2種類の光パ
ターンを照射して光量を第2の検知手段で検知して、2
つの光量の比から第2の形状推定手段により測定領域全
体の形状データを求めることにより、測定領域の各測定
点が属する部分領域を確定できる。第1の形状測定手段
では、部分領域毎に色が並んだ1種類の光パターンを照
明して得られた反射光の光量から部分領域毎に色情報を
得るが、既に属する部分領域の曖昧さは形状データから
分かっているので、第1の形状推定手段では形状データ
と色情報から測定領域全体の形状データを得ることがで
きる。本構成によれば、形状測定手段にレインボー法を
適用しているので、照射パターンが1種類で済むため、
照明手段の構成を簡単化できるものである。
In the general shape measuring means, first, two kinds of light patterns are irradiated and the light amount is detected by the second detecting means,
By obtaining the shape data of the entire measurement area by the second shape estimation means from the ratio of the two light quantities, the partial area to which each measurement point of the measurement area belongs can be determined. In the first shape measuring means, color information is obtained for each partial area from the amount of reflected light obtained by illuminating one type of light pattern in which colors are arranged for each partial area. Is known from the shape data, the first shape estimating means can obtain the shape data of the entire measurement region from the shape data and the color information. According to this configuration, since the rainbow method is applied to the shape measuring means, only one type of irradiation pattern is required.
The structure of the illumination means can be simplified.

【0065】請求項8と同様に、概略形状測定手段は形
状測定手段より精度が低いが、領域の曖昧さを除去する
には十分な精度を持つので、曖昧さなしに全体の形状を
形状測定手段の精度で求めることができる。ここで、第
1の照明手段と第2の照明手段とは同じ照明手段であっ
てもよいし、また、第1の検知手段と第2の検知手段と
が同じ手段であってもよい。例えば、同じ手段で照射パ
ターンを切り替えることで、光学的形状測定手段と光学
的形状測定手段の視差を等しくできるので、形状推定手
段での処理が簡単化することができる。
Similarly to the eighth aspect, the rough shape measuring means is lower in accuracy than the shape measuring means, but has sufficient accuracy to remove the ambiguity of the region, and thus the shape of the entire shape is measured without ambiguity. It can be determined with the accuracy of the means. Here, the first illuminating unit and the second illuminating unit may be the same illuminating unit, or the first detecting unit and the second detecting unit may be the same unit. For example, by switching the irradiation patterns by the same means, the parallaxes of the optical shape measuring means and the optical shape measuring means can be made equal, so that the processing by the shape estimating means can be simplified.

【0066】また、請求項11に係る光学的形状測定装
置では、請求項8に係る発明において、前記第1の照明
手段が前記各部分測定領域を照明する光パターンの強度
分布が、位相が異なる正弦波である構成としている。本
請求項は、請求項8の測定領域の全域を求める概略形状
測定手段に強度比法による測定手段を、各部分領域の形
状測定に対して位相シフト法による測定手段を適用した
ものである。
Further, in the optical shape measuring apparatus according to claim 11, in the invention according to claim 8, the intensity distribution of the light pattern for illuminating each of the partial measurement regions by the first illuminating means has different phases. The configuration is a sine wave. The present invention applies the measuring means by the intensity ratio method to the rough shape measuring means for obtaining the entire measuring area of claim 8 and the measuring means by the phase shift method for measuring the shape of each partial area.

【0067】概略形状測定手段では、まず2種類の光パ
ターンを照射して光量を第2の検知手段で検知して、2
つの光量の比から第2の形状推定手段により測定領域全
体の形状データを求めることにより、測定領域の各測定
点が属する部分領域を確定できる。形状測定手段では部
分領域と同じ周期を持つ正弦波の光パターンを投影す
る。例えば、光パターンの数を3、光パターン相互の位
相差をπ/2,πとする。既に属する部分領域の曖昧さ
は形状データから分かっているので、第1の形状推定手
段では形状データと位相シフト法の手続きにより求まる
3つの光パターンの位相差情報から、位相差の曖昧性を
除去しつつ、測定領域全体の形状データを得ることがで
きる。
In the rough shape measuring means, first, two kinds of light patterns are irradiated and the light amount is detected by the second detecting means,
By obtaining the shape data of the entire measurement area by the second shape estimation means from the ratio of the two light quantities, the partial area to which each measurement point of the measurement area belongs can be determined. The shape measuring means projects a sine wave light pattern having the same period as the partial region. For example, the number of light patterns is 3, and the phase difference between the light patterns is π / 2, π. Since the ambiguity of the partial regions to which it already belongs is known from the shape data, the first shape estimation means removes the ambiguity of the phase difference from the shape data and the phase difference information of the three optical patterns obtained by the procedure of the phase shift method. At the same time, the shape data of the entire measurement region can be obtained.

【0068】ここでは、形状測定手段に位相シフト法を
適用しているので、強度比法やレインボー法より照射す
べき光パターンの数が増えるが、測定精度は向上させる
ことができる。なお、請求項8と同様に、概略形状測定
手段は形状測定手段より精度が低いが、領域の曖昧さを
除去するには十分な精度を持つので、曖昧さなしに全体
の形状を形状測定手段の精度で求めることができる。こ
こで、第1の照明手段と第2の照明手段とは同じ照明手
段であってもよいし、また、第1の検知手段と第2の検
知手段とが同じ手段であってもよい。例えば、同じ手段
で照射パターンを切り替えることで、光学的形状測定手
段と光学的形状測定手段の視差を等しくできるので、形
状推定手段での処理が簡単化することができる。
Here, since the phase shift method is applied to the shape measuring means, the number of light patterns to be irradiated is increased as compared with the intensity ratio method or the rainbow method, but the measurement accuracy can be improved. As in the eighth aspect, the rough shape measuring means is less accurate than the shape measuring means, but has sufficient accuracy to remove the ambiguity of the region, and therefore the entire shape is measured without any ambiguity. Can be obtained with the accuracy of. Here, the first illuminating unit and the second illuminating unit may be the same illuminating unit, or the first detecting unit and the second detecting unit may be the same unit. For example, by switching the irradiation patterns by the same means, the parallaxes of the optical shape measuring means and the optical shape measuring means can be made equal, so that the processing by the shape estimating means can be simplified.

【0069】〔実施例1〕本実施例は、請求項1,3,
4,5に基づいている。請求項における照明手段は照明
装置4、検知手段はカメラ10、測定領域は15、測定
領域の部分領域は15−1,…15−6、光パターンは
フィルタ2a,2bの透過率パターン、反射光量は光量
データ13、領域が曖昧な形状データは16、形状推定
手段は形状推定装置11、形状データは形状データ1
4、形状補正手段は形状補正装置12に相当する。本実
施例の構成は、図1に示すように、照明装置4の照明光
5を測定物体6に照射し、カメラ10で反射光7の像を
検知し、三角測量の原理で測定物体6の形状を計測する
ものである。ここでは、図面を分かりやすくするため、
部分領域15−4についてだけ反射光7を画いている。
視差方向は、カメラ10と照明装置4とを結ぶ方向であ
り、図面では左右方向である。
[Embodiment 1] In this embodiment, claims 1, 3,
Based on 4, 5. In the claims, the illuminating means is the illuminating device 4, the detecting means is the camera 10, the measurement area is 15, the partial areas of the measurement area are 15-1, ... 15-6, the light patterns are the transmittance patterns of the filters 2a and 2b, and the reflected light amount. Is the light quantity data 13, the shape data with ambiguous regions is 16, the shape estimation means is the shape estimation device 11, and the shape data is the shape data 1.
4. The shape correction means corresponds to the shape correction device 12. As shown in FIG. 1, the configuration of the present embodiment irradiates the measurement object 6 with the illumination light 5 of the illumination device 4, detects the image of the reflected light 7 with the camera 10, and measures the measurement object 6 according to the principle of triangulation. It measures the shape. Here, in order to make the drawing easier to understand,
The reflected light 7 is drawn only for the partial region 15-4.
The parallax direction is the direction connecting the camera 10 and the lighting device 4, and is the left-right direction in the drawing.

【0070】照明装置4の内部では、白色の光源1aと
光源1bで各々フィルタ2aとフィルタ2bを照射し、
2つのフィルタで強度変調した光をプリズム3で光軸を
合わせて合成し、照射光5としている。照明装置4から
照射された照明光5は、測定領域15を6つの領域に分
割した部分領域15−1,…15−6を、フィルタ2
a,2bの透過率に応じて、2つの異なる光パターンで
照明する。光パターンの切り替えは光源1a,1bの切
り替えで行う。カメラ10は、測定物体6の像を検知す
るCCD9と、このCCD9に像を形成する結像レンズ
8からなる。CCD9で得られた光量データ13は、形
状推定装置11で、領域の不定性をもった形状データ1
6の推定を行い、形状補正装置12で最終的に曖昧さが
ない形状データ14を生成する。
Inside the illuminating device 4, the white light source 1a and the white light source 1b illuminate the filter 2a and the filter 2b, respectively.
The light whose intensity is modulated by the two filters is combined by the prism 3 with the optical axes thereof being combined to be irradiation light 5. The illumination light 5 emitted from the illuminating device 4 passes through the filter 2 to the partial regions 15-1, ... 15-6 obtained by dividing the measurement region 15 into six regions.
Illumination is performed with two different light patterns according to the transmittances of a and 2b. The light patterns are switched by switching between the light sources 1a and 1b. The camera 10 includes a CCD 9 that detects an image of the measurement object 6 and an imaging lens 8 that forms an image on the CCD 9. The light quantity data 13 obtained by the CCD 9 is the shape data 1 having the indefiniteness of the area by the shape estimation device 11.
6, and the shape correction device 12 finally generates the unambiguous shape data 14.

【0071】フィルタ2a,2bの透過率分布の和を取
ると、視差方向に対して透過率が一定の分布となるた
め、2つの光パターンで得られたテキスチャデータの和
をとれば、測定領域全面を均一光で照射した場合のテキ
スチャデータとして利用することができる。図2に示す
ように、フィルタ2a,2bは視差方向に対して、部分
領域に対応させて透過率を変調しており、鋸歯状の透過
率分布である。フィルタ2aとフィルタ2bは、同じ6
周期に分割されるが、視差方向に対して透過率の増減が
異なる。そのため、光源1a,1bから放射された照明
光5の放射角度は、フィルタ2a,2bの透過率の濃度
と関係づけられていることになり、部分領域内に限定す
ると、通常の強度比と同じく、2つのフィルタで測定物
体6に照射した光パターンの反射光の比を求めると、ど
の部分領域に属するかは曖昧だが、放射角度が求められ
る。
If the sum of the transmittance distributions of the filters 2a and 2b is taken, the transmittance becomes a constant distribution in the parallax direction. Therefore, if the sum of the texture data obtained by the two light patterns is taken, the measurement area is obtained. It can be used as texture data when the entire surface is illuminated with uniform light. As shown in FIG. 2, the filters 2a and 2b modulate the transmittance in the parallax direction in correspondence with the partial regions, and have a sawtooth transmittance distribution. Filter 2a and filter 2b are the same 6
Although it is divided into periods, the increase / decrease in the transmittance differs in the parallax direction. Therefore, the emission angle of the illumination light 5 emitted from the light sources 1a and 1b is related to the density of the transmittance of the filters 2a and 2b, and when limited to the partial region, it is the same as the normal intensity ratio. When the ratio of the reflected light of the light pattern with which the measurement object 6 is irradiated by the two filters is obtained, it is unclear which partial region it belongs to, but the emission angle is obtained.

【0072】この処理を行うのは形状推定装置11であ
り、結果として、領域の曖昧さがある形状データ16が
出力される。図3の要部拡大斜視図に示すように、プリ
ズム3の側面に配置されたフィルタ2a,2bは、光源
1a,1bで照明されて、測定物体6を含む測定領域1
5を照射する。測定領域15は、フィルタ2a,2bの
6つの分割に合わせて、視差方向に対して6つの部分領
域15−1,…15−6に分割されて照明される。フィ
ルタ2aとフィルタ2bの照射パターンは、部分領域同
志が一致するように位置合わせされている。
The shape estimating device 11 performs this processing, and as a result, the shape data 16 having the ambiguity of the area is output. As shown in the enlarged perspective view of the main part of FIG. 3, the filters 2 a and 2 b arranged on the side surface of the prism 3 are illuminated by the light sources 1 a and 1 b, and the measurement region 1 including the measurement object 6 is measured.
Irradiate 5. The measurement area 15 is divided into six partial areas 15-1, ..., 15-6 in the parallax direction and illuminated in accordance with the six divisions of the filters 2a and 2b. The irradiation patterns of the filter 2a and the filter 2b are aligned so that the partial areas match each other.

【0073】各部分領域に対して、フィルタ2aとフィ
ルタ2bの2つのパターンを、光源1a,1bを切り替
えて2回照射し、カメラ10で2回撮影する。各々の部
分領域毎に、視差方向に対して光量が増加と減少する2
つの光パターンの反射パターンが形成されるので、2つ
のパターンの光量比を取り、領域毎に強度比法を適用す
ることで、部分領域毎の形状を求めることができる。こ
の計算は、形状推定装置11で行われる。ただし、CC
D9では光量比は得られるが、6つの部分領域のどれに
相当するかは不明であるので、例えば、部分領域の形状
データ16が相互に連続で滑らかに接続されるよう、形
状補正装置12で領域の曖昧さをなくす操作を行う。そ
の結果が、形状データ14として出力される。
For each partial area, the two patterns of the filter 2a and the filter 2b are irradiated twice by switching the light sources 1a and 1b, and the camera 10 photographs twice. The amount of light increases and decreases with respect to the parallax direction for each partial region 2
Since the reflection pattern of one light pattern is formed, the shape of each partial region can be obtained by obtaining the light amount ratio of the two patterns and applying the intensity ratio method for each region. This calculation is performed by the shape estimation device 11. However, CC
Although the light quantity ratio can be obtained in D9, it is unclear which of the six partial regions it corresponds to. Therefore, for example, in the shape correction device 12 so that the shape data 16 of the partial regions are continuously and smoothly connected to each other. Perform the operation to disambiguate the area. The result is output as the shape data 14.

【0074】本実施例においては、6つの部分領域毎に
視差方向に増加あるいは減少する光パターンを照明して
いるので、フィルタ2a,2bの最大透過率と最小透過
率が同じ場合、測定領域15全体に対して増加あるいは
減少する光パターンで照明する場合(図4)に比べて、
視差方向に対して単位長さ当たりの光量変化が6倍とな
る。CCD9には検知できる光量分解能に限界があるた
め、分解能の変化率が大きいことがすなわち光量分解能
の向上につながる。結局、測定領域15を部分領域15
−1,…15−6に分割することで光量変化率を大きく
できたので、形状の測定精度が向上する。形状測定には
望ましくない背景光の影響があっても光量の検知ができ
るように、フィルタ2a,2bの最小透過率を下げたく
ない場合(図5)には、本実施例に示した、領域を分割
して光量変化率を増加させる手法は特に有効である。
In this embodiment, since the light pattern that increases or decreases in the parallax direction is illuminated for each of the six partial areas, if the maximum transmittance and the minimum transmittance of the filters 2a and 2b are the same, the measurement area 15 Compared with the case of illuminating with an increasing or decreasing light pattern with respect to the whole (Fig. 4),
The change in the amount of light per unit length is 6 times that in the parallax direction. Since the CCD 9 has a limit in the light amount resolution that can be detected, a large change rate of the resolution leads to an improvement in the light amount resolution. After all, the measurement area 15 is changed to the partial area 15
By dividing into -1, ... 15-6, the rate of change in light quantity can be increased, so that the accuracy of shape measurement is improved. When it is not desired to lower the minimum transmittance of the filters 2a and 2b so that the light amount can be detected even if there is an influence of background light which is not desirable for the shape measurement (FIG. 5), the area shown in this embodiment is used. It is particularly effective to divide the light source to increase the rate of change in light quantity.

【0075】本実施例では領域の分割数を6としたが、
必要精度に応じて分割数を変えてもよい。また、図6に
示すように、隣接する領域毎にフィルタの透過率の変化
方向を変えてもよい。こうすることで、同じ光パターン
であっても領域毎に増加方向が交互に変化するため、隣
接する部分領域毎にどの領域に属するか判別するのが多
少複雑になるが、図2の場合と異なり、隣接する部分領
域で急激な光量変化を生じないマスクでも構わないた
め、フィルタ2a,2bの製造が容易になる。
In the present embodiment, the number of divisions of the area is set to 6, but
The number of divisions may be changed according to the required accuracy. Further, as shown in FIG. 6, the changing direction of the transmittance of the filter may be changed for each adjacent region. By doing so, even if the same light pattern is used, the increasing direction is alternately changed for each area, and thus it becomes somewhat complicated to determine which area each adjacent partial area belongs to. However, in comparison with the case of FIG. Differently, a mask that does not cause a rapid change in the light amount in the adjacent partial regions may be used, which facilitates the manufacture of the filters 2a and 2b.

【0076】〔実施例2〕本実施例は、請求項1,3,
4,5,6,7に基づいている。本実施例の構成は実施
例1と同じであるが、フィルタ2a,2bを別の色フィ
ルタとし、CCD9をカラーCCDとする構成もあり得
る。例えば、フィルタ2aを赤、フィルタ2bをシアン
(赤の補色)を透過する色フィルタとすれば、光源1
a,1bを同時に発光させても、カラーCCD9でフィ
ルタ2aとフィルタ2bのデータを赤とシアン(緑と青
のデータの和)として検知できるので、カメラ10の撮
像回数が1回で済むため、カメラ10の手ぶれによる撮
像の劣化を生じることが少なくなる利点がある。また、
カラーCCDでは、全ピクセルに対して赤:緑:青のピ
クセル数の比率が2:1:1の場合が多いので、赤とシ
アンの組み合わせで光パターンを照射すると、同じピク
セル数で光量を検知できて、カラーCCD9で検知する
際に、一方の光パターンだけが感度が減少する問題を回
避できる。
[Embodiment 2] In this embodiment, claims 1, 3,
It is based on 4, 5, 6, 7. The configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the filters 2a and 2b may be different color filters and the CCD 9 may be a color CCD. For example, if the filter 2a is a red filter and the filter 2b is a color filter that transmits cyan (complementary color of red), the light source 1
Even if both a and 1b are made to emit light at the same time, the color CCD 9 can detect the data of the filters 2a and 2b as red and cyan (the sum of the green and blue data), so that the camera 10 only needs to take one image. There is an advantage that image deterioration due to camera shake of the camera 10 is less likely to occur. Also,
In a color CCD, the ratio of the number of red: green: blue pixels to all pixels is often 2: 1: 1. Therefore, when a light pattern is illuminated with a combination of red and cyan, the amount of light is detected with the same number of pixels. Therefore, it is possible to avoid the problem that the sensitivity of only one of the light patterns decreases when the color CCD 9 detects the light.

【0077】〔実施例3〕本実施例は、請求項1,2,
4,5に基づいている。本実施例の構成は実施例1と同
じであるが、フィルタ2a,2bの透過率の分布が異な
っている。図7に、フィルタ2a,2bの透過率分布を
示す。図2に比べて、測定領域15の中央付近の領域幅
が狭くなり、透過率変化が大きい。測定領域中央付近
は、カメラ10で観察する中心に相当し、通常は測定物
体6が観察される可能性が一番高い位置であるから、分
割領域の幅を狭くし、中央付近で形状の測定精度を上げ
ている点が特徴である。
[Embodiment 3] This embodiment has the following features:
Based on 4, 5. The configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the distributions of the transmittances of the filters 2a and 2b are different. FIG. 7 shows the transmittance distributions of the filters 2a and 2b. As compared with FIG. 2, the region width near the center of the measurement region 15 becomes narrower and the change in transmittance is larger. The vicinity of the center of the measurement area corresponds to the center observed by the camera 10, and is usually the position where the measurement object 6 is most likely to be observed. Therefore, the width of the divided area is narrowed to measure the shape near the center. The point is that the accuracy is improved.

【0078】一方、分割する領域数が増えるほど、形状
補正装置12で補正する領域決定の曖昧さが増し、処理
が複雑になり易いため、測定物体6が配置されることの
少ない測定領域の周辺部(左右の端)でフィルタの領域分
割の幅を増やし、中央に比べて若干精度を落としてい
る。本実施例では、必要部分について重点的に精度を向
上させることで、必要精度と領域決定の曖昧さを回復さ
せる手間を最適化させることができる。
On the other hand, as the number of regions to be divided increases, the ambiguity in determining the region to be corrected by the shape correction device 12 increases, and the process tends to be complicated. Therefore, the periphery of the measurement region in which the measurement object 6 is rarely arranged is small. The width of the region division of the filter is increased at the parts (right and left ends), and the accuracy is slightly reduced compared to the center. In the present embodiment, the precision is focused on the required portion to improve the precision, and the labor required to recover the required precision and the ambiguity of the region determination can be optimized.

【0079】〔実施例4〕本実施例は、請求項1,3,
4に基づいている。本実施例の構成を図8に示す。実施
例1と類似の構成であるが、照明装置4の構成が異なっ
ている。照明装置4は、単一の光源1,フィルタ2から
なり、フィルタ2は部分領域15−1,…,15−6毎
に10色の光パターンを照射する。図9に示すように、
フィルタ2は6つに分割され、各領域が色の異なるバン
ドパスの色フィルタが並んでいる。図10にように、6
つの部分毎に可視波長を10分割したバンドパス色フィ
ルタを並べて、フィルタ2を構成する。
[Embodiment 4] In this embodiment, claims 1, 3,
Based on 4. The structure of this embodiment is shown in FIG. The configuration is similar to that of the first embodiment, but the configuration of the lighting device 4 is different. The illumination device 4 is composed of a single light source 1 and a filter 2, and the filter 2 irradiates a light pattern of 10 colors for each of the partial regions 15-1, ..., 15-6. As shown in FIG.
The filter 2 is divided into six parts, and bandpass color filters having different colors are arranged in each region. As shown in FIG. 10, 6
The filter 2 is configured by arranging band-pass color filters obtained by dividing the visible wavelength into 10 for each part.

【0080】光源1から放射された白色光は、フィルタ
2を透過後、照明光5として測定物体6を照射する。測
定物体で反射された反射光7をカメラ10のカラーCC
D9で検知し、反射光7の色を判別すれば、カラーCC
D9の各点に対して10分割された照射角度を分離でき
るので、形状推定装置11で、領域の曖昧性を持った形
状データ16が計算される。実施例1と同様に、形状補
正装置12により、領域決定の曖昧さをなくして、最終
的な形状データ14が得られる。
The white light emitted from the light source 1 passes through the filter 2 and then illuminates the measurement object 6 as illumination light 5. The reflected light 7 reflected by the measuring object is reflected by the color CC of the camera 10.
If the color of the reflected light 7 is detected by detecting at D9, the color CC
Since the irradiation angle divided into 10 can be separated for each point of D9, the shape estimation device 11 calculates the shape data 16 having the ambiguity of the region. Similar to the first embodiment, the shape correction device 12 eliminates the ambiguity of the area determination and obtains the final shape data 14.

【0081】本実施例では、6つに分割された部分領域
15−1,…15−6に対して、バンドパス色フィルタ
16−1−1,…16−6−10を並べることで、光源
1からの照明光5の照射角度と色の関係を対応付けてい
る。本方式の色分解能は、並べるフィルタの種類で決ま
るので、通常の色分解プリズムや回折格子を用いて連続
的な色分布を生成する場合に比べて、色分解能(すなわ
ち角度分解能であり、形状分解能でもある)が下がる
が、フィルタの色の順番を自由にできること、液晶パネ
ルと同様な半導体プロセスで薄いフィルタ材を集積化す
ればよいので、フィルタが薄くて簡単な構造になる利点
がある。
In this embodiment, by arranging the bandpass color filters 16-1-1, ... 16-6-10 in the six divided partial areas 15-1, ... 15-6, the light source The relationship between the irradiation angle of the illumination light 5 from 1 and the color is associated. Since the color resolution of this method is determined by the type of filters that are arranged, color resolution (that is, angular resolution and shape resolution) is greater than when a continuous color distribution is generated using a normal color separation prism or diffraction grating. However, since the color order of the filters can be freely set and a thin filter material can be integrated by a semiconductor process similar to that of a liquid crystal panel, there is an advantage that the filter has a thin and simple structure.

【0082】ここでは、6つの部分領域に分割すること
で、バンドパス色フィルタの種類が10種類だったとし
ても、さらに6倍分解能を上げられたのと同じなので、
実質的に6×10=60種類のバンドパス色フィルタで
フィルタ2を構成したことになる。本実施例において
は、実施例1と異なり、プリズムが不要でフィルタ2も
光源1も1つで済むため、構造が非常に簡略化できる。
また、撮影回数も1回だけで済み、測定の手間が大幅に
低減される。
Here, by dividing into six partial areas, even if there are 10 kinds of bandpass color filters, the resolution is the same as that of 6 times.
The filter 2 is substantially composed of 6 × 10 = 60 kinds of bandpass color filters. In the present embodiment, unlike the first embodiment, a prism is not necessary, and only one filter 2 and one light source 1 are required, so that the structure can be greatly simplified.
In addition, the number of times of photography is only one, and the labor of measurement is greatly reduced.

【0083】〔実施例5〕本実施例は、請求項8,9に
基づいている。請求項における第1の照明手段と第2の
照明手段は照明装置4、第1の検知手段と第2の検知手
段はカメラ10、測定領域は15、測定領域の部分領域
は15−1,…,15−6、第2の照明手段に対応する
光パターンはフィルタ2aの透過率パターン、第1の照
明手段に対応する光パターンはフィルタ2b,2cの透
過率パターン、第2の照明手段に対応する反射光量と第
1の照明手段に対応する反射光量は光量データ13、概
略形状測定装置による形状データは概略形状データ1
7、第2の形状推定手段は概略形状推定装置18、第1
の形状推定手段は形状推定装置11、曖昧さのない形状
データは形状データ14に相当する。
[Embodiment 5] This embodiment is based on claims 8 and 9. In the claims, the first illuminating means and the second illuminating means are the illuminating device 4, the first detecting means and the second detecting means are the camera 10, the measurement area is 15, the partial area of the measurement area is 15-1, ... , 15-6, the light pattern corresponding to the second lighting means corresponds to the transmittance pattern of the filter 2a, and the light pattern corresponding to the first lighting means corresponds to the transmittance pattern of the filters 2b and 2c, the second lighting means. The amount of reflected light to be reflected and the amount of reflected light corresponding to the first illuminating means are the light amount data 13, and the shape data by the rough shape measuring device is the rough shape data 1.
7, the second shape estimation means is a rough shape estimation device 18, the first
The shape estimation means of No. 2 corresponds to the shape estimation device 11, and unambiguous shape data corresponds to the shape data 14.

【0084】本実施例の構成を、図11に示す。実施例
1の図1と類似の構成であり、照明装置4の照明光5を
測定物体6に照射し、カメラ10で反射光7の像を検知
し、三角測量の原理で測定物体6の形状を計測するもの
である。図1と同様に、部分領域15−4についてだけ
反射光7を画いている。視差方向は、カメラ10と照明
装置4を結ぶ方向であり、図面では左右方向である。
The structure of this embodiment is shown in FIG. The configuration is similar to that of FIG. 1 of the first embodiment, the measurement object 6 is irradiated with the illumination light 5 of the illumination device 4, the image of the reflected light 7 is detected by the camera 10, and the shape of the measurement object 6 is measured by the principle of triangulation. Is to measure. Similar to FIG. 1, the reflected light 7 is drawn only for the partial region 15-4. The parallax direction is the direction connecting the camera 10 and the lighting device 4, and is the left-right direction in the drawing.

【0085】照明装置4の内部では、3つの白色の光源
1a,1b,1cで3つのフィルタ2a,2b,2cを
照射し、3つのフィルタで強度変調した光を2つのプリ
ズム3で光軸を合わせて合成し、照射光5としている。
照明装置4から照射された照明光5は、測定領域15を
6つの領域に分割した部分領域15−1,…,15−6
を、フィルタ2a,2b,2cの透過率に応じて、3つ
の異なる光パターンで照明する。光パターンの切り替え
は、光源1a,1b,1cの切り替えで行う。カメラ1
0は、測定物体6の像を検知するCCD9と、このCC
D9に像を形成する結像レンズ8からなる。CCD9で
得られたデータは、形状推定装置11で形状の推定を行
うが、実施例1と異なり、概略形状推定装置18を付加
することで、領域決定の曖昧さを本質的に除去する。
Inside the illuminating device 4, three white light sources 1a, 1b and 1c illuminate the three filters 2a, 2b and 2c, and the light whose intensity is modulated by the three filters is directed to the optical axes of the two prisms 3. The combined light is used as irradiation light 5.
The illumination light 5 emitted from the illuminating device 4 has partial regions 15-1, ..., 15-6 obtained by dividing the measurement region 15 into six regions.
Are illuminated with three different light patterns according to the transmittances of the filters 2a, 2b, 2c. The switching of the light pattern is performed by switching the light sources 1a, 1b, 1c. Camera 1
0 is the CCD 9 that detects the image of the measurement object 6 and this CC
The image forming lens 8 forms an image on D9. The shape of the data obtained by the CCD 9 is estimated by the shape estimating device 11. However, unlike the first embodiment, the ambiguity of the region determination is essentially removed by adding the rough shape estimating device 18.

【0086】フィルタ2a,2b,2cの透過率を、図
12(a),(b),(c)に示す。図12(a)に示
すように、フィルタ2aの透過率変化は、測定領域全域
にわたって線形に単調増加するものであり、一方、図1
2(b),(c)に示すように、フィルタ2b,2cの
変化は、各部分領域内で各々線形に単調増加と単調減少
の分布を持っている。この3つのフィルタ2a,2b,
2cで照射したCCD9での受光データをRa,Rb,R
cとすると、RbとRcの和Rsは、測定領域全体を均一光
で照射した場合の受光データになるので、テキスチャデ
ータとして利用できると同時に、RaとRsから、通常の
強度比法を用いて全体の形状分布を得ることができる。
つまり、Ra,Rb,Rcの光量データ13は、まず、概
略形状測定装置18に入力され、概略形状データ17と
して、形状推定装置11に入力される。
The transmittances of the filters 2a, 2b and 2c are shown in FIGS. 12 (a), 12 (b) and 12 (c). As shown in FIG. 12A, the change in the transmittance of the filter 2a linearly and monotonically increases over the entire measurement region, while the change in the transmittance shown in FIG.
As shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c), the changes of the filters 2b and 2c have a monotonous increasing and monotonically decreasing distribution in each subregion. These three filters 2a, 2b,
Ra, Rb, R of the received light data from the CCD 9 irradiated by 2c
Let c be the sum Rs of Rb and Rc, which is the received light data when the entire measurement area is illuminated with uniform light, so that it can be used as texture data, and at the same time Ra and Rs can be used by the normal intensity ratio method. The overall shape distribution can be obtained.
That is, the light amount data 13 of Ra, Rb, and Rc are first input to the rough shape measuring device 18, and then to the shape estimating device 11 as the rough shape data 17.

【0087】RaとRsから得られた概略形状データ17
は、RbとRcから分割された領域毎に強度比法を適用し
て求めた場合の形状データに比べて精度が低いが、どの
点がどの領域に属するかを決定するだけなら十分であ
る。つまり、Ra,Rb,Rcを測定し、RaとRsから測
定物体6の形状を求めることで、CCD9で得られた像
の各点がどの部分領域に属するか決定して、部分領域に
関する曖昧さをなくし、属する部分領域毎にRb,Rcに
対して強度比法を適用すれば、RaとRsから求めた形状
データより精度が高い形状データが得られる。つまり、
概略形状測定装置18から得られた概略形状データ17
でRb,Rcの光量データがどの部分領域に属するか判断
できるので、形状推定装置11は光量データ13である
Rc,Rbと概略形状データ17から、精密な領域の曖昧
さを除去した形状データ14が得られる。
Schematic shape data 17 obtained from Ra and Rs
Is lower in accuracy than the shape data obtained by applying the intensity ratio method to each of the regions divided from Rb and Rc, but it is sufficient to determine which point belongs to which region. That is, Ra, Rb, and Rc are measured, and by determining the shape of the measurement object 6 from Ra and Rs, it is determined to which partial area each point of the image obtained by the CCD 9 belongs, and the ambiguity regarding the partial area is determined. When the intensity ratio method is applied to Rb and Rc for each belonging partial region, shape data having higher accuracy than the shape data obtained from Ra and Rs can be obtained. That is,
Schematic shape data 17 obtained from the schematic shape measuring device 18
Since it is possible to determine to which partial region the light intensity data of Rb and Rc belong, the shape estimation device 11 removes the ambiguity of the precise region from the light intensity data 13 of Rc and Rb and the rough shape data 17. Is obtained.

【0088】本実施例は、実施例1に比べてフィルタ数
が多く、照明装置4の構成が複雑になっているが、実施
例1の形状補正装置12で行った形状データ14の連続
性や滑らかさを仮定せずに、部分領域への帰属の曖昧さ
を本質的になくすことができて、同時に形状の測定精度
を向上させることができる効果が大きい。本実施例で
は、3つのフィルタ2a,2b,2cは色フィルタと組
み合わせることも可能である。例えば、フィルタ2a,
2b,2cを、各々RGBの色フィルタと組み合わせれ
ば、受光素子であるCCD9をカラーCCDにすること
で、RGBの3つの光パターンを同時に独立に検知する
ことができるので、フィルタ毎に光源1a,1b,1c
を切り替える必要がなく、一括した形で3つの光パター
ンを照射できる。
In the present embodiment, the number of filters is larger than that of the first embodiment and the configuration of the illumination device 4 is complicated, but the continuity of the shape data 14 performed by the shape correction device 12 of the first embodiment and The effect of being able to essentially eliminate the ambiguity of belonging to a partial region without assuming smoothness and at the same time being able to improve the accuracy of shape measurement is significant. In this embodiment, the three filters 2a, 2b, 2c can be combined with a color filter. For example, the filter 2a,
By combining 2b and 2c with RGB color filters respectively, three light patterns of RGB can be detected independently at the same time by making the CCD 9 which is a light receiving element a color CCD, so that the light source 1a for each filter can be detected. , 1b, 1c
It is possible to irradiate the three light patterns in a collective form without having to switch between.

【0089】〔実施例6〕本実施例は、請求項8,10
に基づいている。本実施例の構成は、実施例5の図11
と同じ構成であるが、フィルタ2a,2b,2cの透過
率分布が異なっている。図13(a),(b),(c)
にフィルタ2a,2b,2cの透過率を示す。フィルタ
2aは図12(a)と同じで、視差方向に対して透過率
が線形に増加する分布であり、逆に図13(b)のフィ
ルタ2bの透過率分布は、視差方向に対して線形に減少
する。CCD9で受光したこの2者のフィルタで測定領
域を照射したときの光量分布Ra,Rbに強度比法を適用
すれば、測定領域15全体の形状が求められる。フィル
タ2cは実施例4の色フィルタと同じ構成であり、6つ
に分割された部分領域当たりに10色のバンドパス色フ
ィルタを並べたものである。フィルタ2a,2bの光量
検知結果から部分領域を曖昧さなく決定できるので、フ
ィルタ2cから得られた光量分布Rcの色を判断するこ
とで、各部分領域毎に照明光5の照射方向、すなわち物
体形状を三角測量法から決定することができる。
[Embodiment 6] The present embodiment relates to claims 8 and 10.
Is based on. The configuration of this embodiment is similar to that of the fifth embodiment shown in FIG.
However, the filters 2a, 2b and 2c have different transmittance distributions. 13 (a), (b), (c)
Shows the transmittance of the filters 2a, 2b, 2c. The filter 2a has the same distribution as that in FIG. 12A, in which the transmittance linearly increases in the parallax direction, and conversely, the transmittance distribution of the filter 2b in FIG. 13B is linear in the parallax direction. Decrease to. If the intensity ratio method is applied to the light amount distributions Ra and Rb when the measurement area is irradiated by the two filters received by the CCD 9, the entire shape of the measurement area 15 can be obtained. The filter 2c has the same configuration as the color filter of the fourth embodiment, and is a filter in which bandpass color filters of 10 colors are arranged in each of the six partial regions. Since the partial regions can be unambiguously determined from the light amount detection results of the filters 2a and 2b, by determining the color of the light amount distribution Rc obtained from the filter 2c, the irradiation direction of the illumination light 5, that is, the object The shape can be determined from triangulation.

【0090】本実施例でも、実施例2のように、請求項
7の効果を加味して、フィルタ2aを赤、フィルタ2b
を赤の補色であるシアンを透過する色フィルタと組み合
わせ、受光素子であるCCD9をカラーCCDに置き換
えれば、測定領域15に対するフィルタ2a,2bの照
射を1回で済ませることができ、2回目の照射をフィル
タ2cで行うことで、全体として2回の照射と光量検知
により形状を測定することができる。
Also in this embodiment, as in the case of the second embodiment, in consideration of the effect of claim 7, the filter 2a is red and the filter 2b is
Is combined with a color filter that transmits cyan, which is a complementary color of red, and CCD 9 which is a light receiving element is replaced with a color CCD, the measurement areas 15 can be irradiated with the filters 2a and 2b only once. By using the filter 2c, the shape can be measured as a whole by two times of irradiation and light amount detection.

【0091】〔実施例7〕本実施例は、請求項8,11
に基づいている。請求項における第1の照明手段と第2
の照明手段は照明装置4、第1の検知手段と第2の検知
手段はカメラ10、測定領域は15、測定領域の部分領
域は15−1,…,15−6、第1の照明手段に対応す
る光パターンと第2の照明手段に対応する光パターンは
いずれも液晶パネル2の透過率パターン、第1の照明手
段に対応する反射光量と第2の照明手段に対応する反射
光量は光量データ13、概略形状測定装置による形状デ
ータは概略形状データ17、第2の形状推定手段は概略
形状推定装置18、第1の形状推定手段は形状推定装置
11、曖昧さのない形状データは形状データ14に相当
する。
[Embodiment 7] The present embodiment relates to claims 8 and 11.
Is based on. The first illuminating means and the second in the claims
Is a lighting device 4, the first detecting means and the second detecting means are cameras 10, the measuring area is 15, the partial areas of the measuring area are 15-1, ..., 15-6, and the first illuminating means is Both the corresponding light pattern and the light pattern corresponding to the second illuminating means are the transmittance patterns of the liquid crystal panel 2, and the reflected light quantity corresponding to the first illuminating means and the reflected light quantity corresponding to the second illuminating means are light quantity data. 13, shape data obtained by the rough shape measuring apparatus is rough shape data 17, second shape estimating means is a rough shape estimating apparatus 18, first shape estimating means is a shape estimating apparatus 11, and unambiguous shape data is shape data 14. Equivalent to.

【0092】本実施例の構成を、図14に示す。照明装
置4は、単一の光源1,透過型の液晶パネル2からな
り、液晶パネル2は部分領域15−1,…,15−6毎
に複数の光パターンを照射する。液晶パネルの透過率分
布は、液晶パネルドライバ19によって制御され、液晶
パネルの透過率分布に従って、測定領域に対して所望の
光量分布を照射する。光源1から液晶パネル2を通して
照射される照射光5は、測定領域15を照射し、そこに
位置する測定物体6の表面で反射され、その反射光7
は、カメラ10の結像レンズ8でCCD9の上に結像さ
れる。像の検知結果はCCD9から光量データ13とし
て取出され、概略形状推定装置18で領域の曖昧さを除
去するための概略形状データ17が計算され、形状推定
装置11で最終的に処理されて、精密な領域の曖昧さの
ない形状データ14として取り出される。
The structure of this embodiment is shown in FIG. The illuminating device 4 includes a single light source 1 and a transmissive liquid crystal panel 2, and the liquid crystal panel 2 irradiates a plurality of light patterns for each of the partial regions 15-1, ..., 15-6. The transmittance distribution of the liquid crystal panel is controlled by the liquid crystal panel driver 19, and a desired light amount distribution is applied to the measurement area according to the transmittance distribution of the liquid crystal panel. The irradiation light 5 emitted from the light source 1 through the liquid crystal panel 2 irradiates the measurement area 15 and is reflected by the surface of the measurement object 6 located there, and the reflected light 7
Is imaged on the CCD 9 by the imaging lens 8 of the camera 10. The detection result of the image is taken out from the CCD 9 as the light amount data 13, the rough shape estimating device 18 calculates the rough shape data 17 for removing the ambiguity of the region, and the shape estimating device 11 finally processes it to perform precise processing. It is extracted as the shape data 14 with no ambiguity of a specific area.

【0093】液晶パネル2の透過率分布を、図15に示
す。まず、図15(a),(b)のように、視差方向に
対して線形に増加、あるいは減少する透過率分布を生成
し、各々の光透過率パターンに対して、光源1を発光さ
せ、光量データRa,Rbが得られる。Ra,Rbの比を用
いれば、概略形状測定装置18で通常の強度比法を適用
することで、測定物体6の概略形状データ17を求めら
れるので、このデータを用いると、形状推定装置11で
はCCD9で得られた光量データ13の各点がどの部分
領域に属するか決定することができる。
The transmittance distribution of the liquid crystal panel 2 is shown in FIG. First, as shown in FIGS. 15A and 15B, a transmittance distribution that linearly increases or decreases in the parallax direction is generated, and the light source 1 emits light for each light transmittance pattern. Light amount data Ra and Rb are obtained. If the ratio of Ra and Rb is used, the approximate shape data 17 of the measurement object 6 can be obtained by applying the normal intensity ratio method in the approximate shape measuring device 18. Therefore, using this data, the shape estimating device 11 It is possible to determine to which partial area each point of the light amount data 13 obtained by the CCD 9 belongs.

【0094】次に、液晶パネル2の透過率分布を、図1
5(c),(d),(e)のように、位相がπ/2だけ
異なる3つの正弦波として、各々の透過条件に応じて光
量データRc,Rd,Reを求める。この3つのデータに
対して、通常の位相シフト法を適用すれば、奥行き情報
に相当する位相値が2πの整数倍の曖昧さを持って求ま
るが、この曖昧さは先に強度比法により、概略形状推定
装置18で概形形状データ17として求まっているか
ら、これに最もよく適合するように位相のずれを一意に
決定できる。そのため、本実施例によれば、位相シフト
法による精度の高さを十分に利用しながら、位相シフト
法の位相不定性の問題を解決できる。
Next, the transmittance distribution of the liquid crystal panel 2 is shown in FIG.
As shown in 5 (c), (d), and (e), the light amount data Rc, Rd, and Re are obtained as three sine waves having different phases by π / 2 according to each transmission condition. If the normal phase shift method is applied to these three data, the phase value corresponding to the depth information can be obtained with an ambiguity that is an integral multiple of 2π. This ambiguity is obtained by the intensity ratio method first. Since it is obtained as the rough shape data 17 by the rough shape estimation device 18, the phase shift can be uniquely determined so as to best fit this. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to solve the problem of phase indeterminacy of the phase shift method while fully utilizing the high accuracy of the phase shift method.

【0095】なお、実施例1,2,3,5についても、
本実施例のように液晶パネル2を用いて多少コストをか
けることで、光源1とフィルタである液晶パネル2とを
1つで済ませることができ、コンパクトな照射装置4を
構成することができる。
In addition, regarding Examples 1, 2, 3, and 5,
By using the liquid crystal panel 2 for some cost as in the present embodiment, the light source 1 and the liquid crystal panel 2 which is a filter can be completed as one, and a compact irradiation device 4 can be configured.

【0096】以下に、本発明のさらに他の実施例を示
す。
Another embodiment of the present invention will be described below.

【0097】〔実施例8〕本実施例の構成は、実施例5
と同じであり、図11のCCD9が120万画素、12
80×960の画素数を持ち、CCD9の光量データを
デジタル化するAD変換回路が10ビットの場合であ
る。1280の画素が並ぶ方向は、光源1aと結像レン
ズ8を結ぶ視差方向(図中では、右上がりの方向)に沿
っている。この方向の画素数N=1280、領域数は6
であり、D=6、p=10に相当している。p=8でも
条件を満たすが、p=10と余裕を持たせているのは、
測定物体6の反射率がばらつきによる反射光量のダイナ
ミックレンジの増加を4倍に見積もったためである。本
実施例を用いることで、CCDのAD変換のビット数の
最低レベル(p=8)がわかるので、実仕様のAD変換
のビット数を容易に推定することができた。
[Embodiment 8] The structure of this embodiment is the same as that of Embodiment 5.
11 is the same as the CCD 9 of FIG.
This is a case where the number of pixels is 80 × 960 and the AD conversion circuit for digitizing the light amount data of the CCD 9 is 10 bits. The direction in which the 1280 pixels are arranged is along the parallax direction (upward to the right in the drawing) that connects the light source 1a and the imaging lens 8. The number of pixels in this direction N = 1280, and the number of regions is 6
Which corresponds to D = 6 and p = 10. Although the condition is satisfied even when p = 8, the reason for having a margin of p = 10 is that
This is because the increase in the dynamic range of the reflected light amount due to the variation in the reflectance of the measurement object 6 is estimated to be four times. By using this embodiment, the lowest level (p = 8) of the number of bits of AD conversion of CCD can be known, so that the number of bits of AD conversion of actual specifications could be easily estimated.

【0098】〔実施例9〕本実施例の構成は、実施例5
と同じであり、図11のフィルタ2a,2b,2Cに、
拡散反射を防止する無反射コートを施している。プリズ
ム3で光源1a,1b,1Cの光を重ねているので、光
源1b,1C、フィルタ2b,2Cは、光学的には各々
光源1a,フィルタ2aの位置にあるのと等価なので、
光源1aとフィルタ2aに限って説明を行う。もし、無
反射コートがなければ、フィルタからの拡散反射が測定
物体6に重なって照射され、本来の光源1aと異なるフ
ィルタ2aの位置に新たな擬似光源が置かれたことにな
る。その結果、視差方向が2つになるのに、CCDカメ
ラ側ではこの2つの基線に依存したデータを分離できな
いため、三角測量の前提が崩れることで、誤った形状を
再現することになる。そこで、本実施例では、フィルタ
2a,2b,2cに無反射コートを施しているので、こ
の擬似光源が存在せず、誤った形状とならない。
[Ninth Embodiment] The structure of this embodiment is the same as that of the fifth embodiment.
Is the same as that of the filter 2a, 2b, 2C of FIG.
A non-reflective coating is applied to prevent diffuse reflection. Since the lights of the light sources 1a, 1b, 1C are superposed by the prism 3, the light sources 1b, 1C and the filters 2b, 2C are optically equivalent to being located at the positions of the light source 1a and the filter 2a, respectively.
Only the light source 1a and the filter 2a will be described. If there is no anti-reflection coat, diffuse reflection from the filter overlaps the measurement object 6 and is irradiated, and a new pseudo light source is placed at a position of the filter 2a different from the original light source 1a. As a result, although there are two parallax directions, the CCD camera side cannot separate the data depending on these two base lines, so that the assumption of triangulation is broken and an incorrect shape is reproduced. Therefore, in this embodiment, since the filters 2a, 2b, 2c are non-reflective coated, this pseudo light source does not exist and the shape is not incorrect.

【0099】〔実施例10〕本実施例の構成は、実施例
5と同じであるが、6つの部分領域に分かれている部分
を形状推定装置11で部分領域ごとに求めるときに、部
分領域の端(図11の断面図では左右方向の、隣接する
領域との境界近く)で7画素分のデータを棄却してい
る。境界端から3画素程度で形状異常が得られることが
多いので、余裕をもって端から7画素分を棄却した。強
度比と照射角度の対応付けの、元データに異常がある場
合が多い。領域境界では図12(b),(c)のように
急峻に光量分布が変わるため、照射系の光量変動や、フ
ィルタ2a,2b、2cの取り付け誤差、光源1a,1
b,1cの取り付け誤差などの影響で、必ずしもパター
ンの境界同士が厳密に重なるとは限らない。そのため、
領域境界で誤った形状が得られてしまうが、本実施例の
ように、部分領域端での誤りやすいデータを棄却すすよ
うにすれば、得られるデータ点数は若干減るが、誤りの
少ない形状データが得られる。
[Embodiment 10] The configuration of this embodiment is the same as that of the fifth embodiment, but when the shape estimation device 11 obtains a portion divided into six partial areas for each partial area, Data for 7 pixels is discarded at the end (in the cross-sectional view of FIG. 11, in the left-right direction, near the boundary with the adjacent region). Since a shape abnormality is often obtained from about 3 pixels from the boundary edge, 7 pixels from the edge are discarded with a margin. In many cases, there is an abnormality in the original data that associates the intensity ratio with the irradiation angle. Since the light amount distribution changes sharply at the region boundaries as shown in FIGS. 12B and 12C, the light amount variation of the irradiation system, the mounting error of the filters 2a, 2b, 2c, and the light sources 1a, 1
Due to the mounting error of b and 1c, the boundaries of the patterns are not always exactly overlapped. for that reason,
Although a wrong shape is obtained at the region boundary, if the data that is likely to be erroneous at the edge of the partial region is rejected as in the present embodiment, the number of data points obtained is slightly reduced, but the shape data with few errors is reduced. Is obtained.

【0100】〔実施例11〕本実施例の構成は実施例を
図16に示す。実施例の基本構造は、実施例7と共通す
るが、照射部に市販の液晶プロジェクタのような結像レ
ンズ20を採用している点が異なる。結像系の焦点深度
は約100mmである。測定領域の奥行き範囲をカメラ
10から400〜600mmとすると、結像レンズ20
の焦点距離を、奥行き領域の中間位置であるカメラから
500mmの位置に設定している。本実施例を用いるこ
とで、焦点深度を最大に生かした形状測定装置を構成で
きる。
[Embodiment 11] The construction of this embodiment is shown in FIG. The basic structure of the embodiment is common to that of the seventh embodiment, except that an image forming lens 20 such as a commercially available liquid crystal projector is used for the irradiation unit. The depth of focus of the imaging system is about 100 mm. When the depth range of the measurement area is 400 to 600 mm from the camera 10, the imaging lens 20
Is set to a position of 500 mm from the camera, which is an intermediate position of the depth area. By using this embodiment, it is possible to configure a shape measuring apparatus that maximizes the depth of focus.

【0101】〔実施例12〕本実施例の構成は、実施例
5と同じである。概略形状推定装置18と形状推定装置
11では、強度比をあらかじめ平滑化し線形補間を用い
ることで、強度比と照射角度の対応付けを行っている。
多項式でフィッティングすると、測定距離に対して9次
の多項式で約0.4%、次数をあげても0.1%の相対精
度誤差で飽和したが、強度比の平滑化と線形補間を用い
ることで0.06%の補間精度を得ることができた。
[Embodiment 12] The construction of this embodiment is the same as that of the fifth embodiment. In the rough shape estimation device 18 and the shape estimation device 11, the intensity ratio is smoothed in advance and linear interpolation is used to associate the intensity ratio with the irradiation angle.
When fitting with a polynomial, it was saturated with a relative accuracy error of about 0.4% with a 9th-order polynomial with respect to the measured distance, and 0.1% even if the order was raised, but use the intensity ratio smoothing and linear interpolation. It was possible to obtain an interpolation accuracy of 0.06%.

【0102】〔実施例13〕本実施例の構成は、実施例
5と同じである。本実施例では、図17に示すように、
光源とカメラと測定点で張られた面の仰角χごとに、強
度比と照射角度の対応付けの校正を行う。ここでいう強
度比は、概略形状推定装置18と形状推定装置11で用
いられる強度比と照射角度との対応関係の両方を含む。
測定距離600mm、基線長200mm、30万画素の
CCDカメラの条件で、仰角ごとに強度比と照射角度の
対応関係を校正することで、カメラ側の歪曲収差を補正
しなくても形状精度誤差を0.3%以下に改善できた。
[Embodiment 13] The structure of this embodiment is the same as that of the fifth embodiment. In this embodiment, as shown in FIG.
Calibration is performed by correlating the intensity ratio and the irradiation angle for each elevation angle χ of the surface stretched by the light source, the camera, and the measurement point. The intensity ratio mentioned here includes both the correspondence between the intensity ratio and the irradiation angle used in the rough shape estimating device 18 and the shape estimating device 11.
By calibrating the correspondence between the intensity ratio and the irradiation angle for each elevation angle under the conditions of a CCD camera with a measurement distance of 600 mm, a baseline length of 200 mm, and a 300,000-pixel CCD, the shape accuracy error can be corrected without correcting the distortion on the camera side. It could be improved to less than 0.3%.

【0103】〔実施例14〕本実施例の構成は、実施例
5と同じである。本実施例では、CCD9から光量デー
タを8回測定して平均を取っている。もし、検知光量に
ノイズが重なっていても、この平均化操作で緩和され
る。CCD9からのデータは、30フレーム/秒のビデ
オレートで入力されるので、8回の平均操作を行っても
0.26秒で画像データの読み込みは終了し、測定時間
が長くかかることはない。
[Embodiment 14] The construction of this embodiment is the same as that of the fifth embodiment. In this embodiment, the light amount data is measured from the CCD 9 eight times and averaged. Even if the detected light amount has noise, it is alleviated by this averaging operation. Since the data from the CCD 9 is input at a video rate of 30 frames / second, the reading of the image data is completed in 0.26 seconds even if the averaging operation is performed 8 times, and the measurement time does not take long.

【0104】〔実施例15〕本実施例の構成は、実施例
5と同じである。本実施例では、パターン光を照射する
フィルタ2a,2b,……を図18のように構成する。
つまり、パターン照射のための透過率が変調されている
部分をパターン照射領域2a−1,2b−1,……に設
け、一定の光量を照射する部分(光量モニタ領域)2a
−2,2b−2,……を新たに追加する。パターン照射
領域2a−1,2b−1,……を透過した光は測定領域
を照射し、形状測定のためのパターン光を照射する。光
量モニタ領域2a−2,2b−2,……の光は、光量分
布が無く一定強度の光量を照射するように、透過率を一
定にしておく。フィルタの光量モニタ領域2a,2b,
……を透過して照射されたパターン光は、測定物体以外
のところに照射され、必ずカメラ10で検知できるよう
にしておく。カメラで撮像した像のうち、まず、光量モ
ニタ領域の反射光量を積算する。フィルタ同士の光量モ
ニタ領域の積算光量は、3つの光源1a,1b,1cの
光量が一定であれば変わらないはずである。この光量の
増減をあらかじめ測定しておき、形状測定時に基準の積
算光量と比較することで、光源の光量変動を読み取れ
る。この光量変動を用いれば、パターン照射領域で測定
された光量の絶対値を補正できるので、パターン照射領
域の反射光に相当する画素の値から、強度比法を用いて
正しい形状を求められる。
[Embodiment 15] The constitution of this embodiment is the same as that of the fifth embodiment. In this embodiment, the filters 2a, 2b, ... For irradiating the pattern light are configured as shown in FIG.
That is, a portion whose transmittance is modulated for pattern irradiation is provided in the pattern irradiation areas 2a-1, 2b-1, ..., And a portion (light amount monitor area) 2a for irradiating a constant light amount.
-2, 2b-2, ... are newly added. The light that has passed through the pattern irradiation areas 2a-1, 2b-1, ... Illuminates the measurement area and irradiates the pattern light for shape measurement. The light of the light quantity monitor regions 2a-2, 2b-2, ... Has a constant transmittance so that the light quantity does not have a light quantity distribution and a constant intensity of light is emitted. Filter light amount monitor areas 2a, 2b,
The pattern light that has been transmitted through and is irradiated onto a portion other than the measurement object so that it can be detected by the camera 10 without fail. Of the images captured by the camera, first, the reflected light amounts of the light amount monitor area are integrated. The integrated light amount in the light amount monitor area between the filters should not change if the light amounts of the three light sources 1a, 1b, 1c are constant. By measuring the increase or decrease of the light quantity in advance and comparing it with the reference integrated light quantity at the time of shape measurement, the light quantity fluctuation of the light source can be read. Since the absolute value of the light amount measured in the pattern irradiation region can be corrected by using this light amount variation, the correct shape can be obtained from the value of the pixel corresponding to the reflected light in the pattern irradiation region by using the intensity ratio method.

【0105】〔実施例16〕本実施例の構成は実施例2
と同じであるが、フィルタ2aが赤、フィルタ2bが青
の色フィルタで構成されている。CCD9はRGBを検
知可能な原色CCDセンサである。本実施例では、色分
離が良い赤と青のパターンを同時照射していながら、2
つのパターンを比較的低価格のCCDでも分離して検知
できる。
[Embodiment 16] The structure of this embodiment is the same as that of the second embodiment.
But the filter 2a is a red color filter and the filter 2b is a blue color filter. The CCD 9 is a primary color CCD sensor capable of detecting RGB. In this embodiment, while simultaneously irradiating the red and blue patterns with good color separation,
One pattern can be detected separately even with a relatively low-cost CCD.

【0106】〔実施例17〕本実施例の構成は,実施例
5の図11と同じであるが、フィルタ2a,2b、2c
の濃度分布が、図19(a)〜(c)のようになってお
り、2aが赤(a)、2bが青(b)、2cが緑(c)
の色フィルタで構成されている。CCD9はRGBを検
知可能な原色CCDセンサである。(a)対(c)パタ
ーンの反射光量の強度比を用い、従来の強度比法から概
略形状推定装置18で概略形状を推定し、(b)と
(c)のパターンの反射光量の強度比を用い、形状指定
装置11で部分領域ごとの詳細形状を求める。このと
き、(c)の緑パターンの光量が、(a)の赤,(b)
の青のパターンに対して常に大きいので、カラーカメラ
10で得られた(a),(b)の光量分布が、(c)で
得られるはずの光量分布への混入が少なく、誤りの少な
い光量分布を得られ、その結果誤りの少ない形状が再現
される。
[Embodiment 17] The constitution of this embodiment is the same as that of FIG. 11 of the embodiment 5, but the filters 2a, 2b and 2c are used.
19A to 19C, 2a is red (a), 2b is blue (b), and 2c is green (c).
It is composed of color filters. The CCD 9 is a primary color CCD sensor capable of detecting RGB. (A) Using the intensity ratio of the reflected light amount of the pattern (c), the rough shape is estimated by the rough shape estimating device 18 from the conventional intensity ratio method, and the intensity ratio of the reflected light amounts of the patterns of (b) and (c) is calculated. The detailed shape of each partial area is obtained by the shape designating device 11 by using. At this time, the light amount of the green pattern in (c) is red in (a), and the light amount in (b) is
Since the light amount distributions of (a) and (b) obtained by the color camera 10 are not so much mixed into the light amount distribution that should be obtained in (c), there is little error in the light amount distribution. A distribution is obtained, and as a result, a shape with few errors is reproduced.

【0107】〔実施例18〕本実施例の構成は、実施例
17と同じである。ただし、図19の(c)を白色光源
1cとし、フィルタ2cは取り除いてある。光源1a,
1bを点灯して形状計測のため、図19(a),(b)
のパターンを照射し、カラーカメラ10で反射光量を撮
像する。次に、光源1cだけを点灯して、カラーカメラ
10で反射光量を検知する。(a),(b),(c)パ
ターンの反射光量の比から形状を再現するのは実施例1
7と同じだが、パターン(c)の照射時に得られた光量
分布には、フラッシュつきのカメラで撮影したような測
定物体のテキスチャが得られている。このテキスチャを
得られた形状データの上にマッピングすることで、測定
物体の形状だけでなく本物らしいテキスチャつきの立体
形状データが得られる。このときの撮影回数は、形状測
定の1回と、テキスチャ取り込みの1回、計2回で済み、
ユーザーへの負担が少ない。
[Embodiment 18] The construction of this embodiment is the same as that of Embodiment 17. However, the white light source 1c is shown in (c) of FIG. 19, and the filter 2c is removed. Light source 1a,
1a is turned on to measure the shape, so that FIGS. 19 (a) and 19 (b) are used.
The pattern is illuminated and the color camera 10 images the amount of reflected light. Next, only the light source 1c is turned on, and the color camera 10 detects the amount of reflected light. In the first embodiment, the shape is reproduced from the ratio of the reflected light amounts of the patterns (a), (b), and (c).
Although the same as No. 7, the texture of the measurement object as captured by a camera with a flash is obtained in the light amount distribution obtained at the time of irradiation of the pattern (c). By mapping this texture on the obtained shape data, not only the shape of the measurement object but also the three-dimensional shape data with a texture that is realistic can be obtained. At this time, the number of times of shooting was 1 time for shape measurement and 1 time for capturing texture, a total of 2 times,
The burden on the user is small.

【0108】なお、上記各実施例はいずれも本発明の一
例を示すものであり、本発明はこれらに限定されるべき
ものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜
の変更,改良を行ってもよいことはいうまでもないこと
である。
It should be noted that each of the above-described embodiments is merely an example of the present invention, and the present invention should not be limited to these, and appropriate modifications and improvements are made without departing from the spirit of the present invention. It goes without saying that you may go to.

【0109】[0109]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、下記のような効果を得られるものである。
As described above in detail, according to the present invention, the following effects can be obtained.

【0110】請求項1では、測定領域を互いに重なりの
ない複数の部分領域に分割し、各部分領域に対して形状
測定法を適用して形状測定することで、測定領域全体の
精度を上げているので、領域を分割しない場合に比較す
ると、同じ形状測定法を用いているにもかかわらず、形
状測定の精度を上げることができる。請求項2では、請
求項1に加えて、所望の測定精度に合わせて部分領域の
大きさを調整することで領域分割する総数を減らし、領
域間の不定性を最小にしているので、領域を推定する推
定手段を簡略化することができる。
In the first aspect, the measurement area is divided into a plurality of partial areas that do not overlap each other, and the shape measuring method is applied to each of the partial areas to measure the shape, thereby improving the accuracy of the entire measurement area. Therefore, as compared with the case where the region is not divided, the accuracy of shape measurement can be improved even though the same shape measurement method is used. In claim 2, in addition to claim 1, by adjusting the size of the partial areas according to the desired measurement accuracy, the total number of area divisions is reduced and the indeterminacy between areas is minimized. The estimating means for estimating can be simplified.

【0111】請求項3では、部分領域に照明される1種
類以上の光パターンが視差方向に対して周期的であり、
光パターンの生成機構が同一の光パターンを繰り返し生
成すればよいので、光パターン生成部を簡略化すること
ができる。請求項4では、照明手段が光パターンを一括
して照明することで形状検知が一括して行えるため、形
状測定の時間を短縮することができる。
In the third aspect, the one or more types of light patterns with which the partial region is illuminated are periodic with respect to the parallax direction,
Since the light pattern generation mechanism only needs to repeatedly generate the same light pattern, the light pattern generation unit can be simplified. According to the fourth aspect, since the shape detection can be performed collectively by the illumination means collectively illuminating the light patterns, it is possible to shorten the time for shape measurement.

【0112】請求項5では、部分領域の検知手法に、2
つの光パターンしか使わないので、物体の反射率に依存
せずに、簡便な照明手段で形状検知できる。請求項6で
は、請求項5に加えて、2つの光パターンを波長を変え
て同時に照射できるので、形状検知が一括して行えるた
め、形状測定の時間を短縮することができる。
In the fifth aspect, there are two methods for detecting the partial area.
Since only one light pattern is used, the shape can be detected by a simple illumination means without depending on the reflectance of the object. In the sixth aspect, in addition to the fifth aspect, the two light patterns can be simultaneously irradiated by changing the wavelengths, so that the shape detection can be performed collectively, and thus the shape measurement time can be shortened.

【0113】請求項7では、請求項6に加えて、赤とシ
アンという2つの光パターンが通常のRGBで色検知を
行うカラーCCDに適合した波長の光パターンを照射す
るので、形状測定の精度を改善することができる。請求
項8では、領域の不定性のない形状測定手段の測定結果
から、領域の不定性のある高精度の形状測定手段の測定
結果の領域不定性を除去しているので、測定領域全体と
して測定精度を保ちながら、本質的な曖昧さのない形状
測定ができるようになる。
In the seventh aspect, in addition to the sixth aspect, since the two light patterns of red and cyan irradiate a light pattern having a wavelength suitable for a color CCD that performs color detection in normal RGB, the accuracy of shape measurement can be improved. Can be improved. In claim 8, since the region indefiniteness of the measurement result of the high-precision shape measuring unit having the region indefiniteness is removed from the measurement result of the shape measuring unit without the region indefiniteness, the entire measurement region is measured. Shape measurement can be performed without any ambiguity while maintaining accuracy.

【0114】請求項9では、領域の不定性のない形状測
定手段と領域の不定性のある高精度の形状測定手段の測
定手法に、各々2つの光パターンしか用いないので、簡
便な照明手段で形状測定を行うことができる。請求項1
0では、領域の不定性のない形状測定手段に2つの光パ
ターン、領域の不定性のある高精度の形状測定手段に1
つの光パターンしか用いないので、簡便な照明手段で形
状測定を行うことができる。請求項11では、領域の不
定性のない形状測定手段に2つの光パターン、領域の不
定性のある高精度の形状測定手段にいわゆる位相シフト
法を用いているので、位相シフト法の欠点である位相の
不定性をなくしながら、位相シフト法の特徴である高い
精度を利用して、高精度の形状測定を行うことができ
る。
In the ninth aspect, since only two light patterns are used for the measuring method of the shape measuring unit having no region indefiniteness and the highly accurate shape measuring unit having region indefiniteness, a simple illumination unit is used. Shape measurement can be performed. Claim 1
In 0, there are two optical patterns in the shape measuring means without region indefiniteness, and 1 in the high precision shape measuring means with region indefiniteness.
Since only one light pattern is used, the shape can be measured with a simple illumination means. According to the eleventh aspect, two optical patterns are used for the shape measuring means having no region indefiniteness, and the so-called phase shift method is used for the highly accurate shape measuring means having region indefiniteness, which is a drawback of the phase shift method. While eliminating the indefiniteness of the phase, it is possible to perform highly accurate shape measurement by utilizing the high accuracy that is characteristic of the phase shift method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る形状測定装置の構成を
示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した実施例に係る形状測定装置に用い
られるフィルタの透過率分布を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a transmittance distribution of a filter used in the shape measuring apparatus according to the example shown in FIG.

【図3】図1に示した形状測定装置の要部拡大斜視図で
ある。
3 is an enlarged perspective view of a main part of the shape measuring apparatus shown in FIG.

【図4】図1に示した形状測定装置における作用を説明
する図(その1)である。
FIG. 4 is a diagram (No. 1) for explaining the operation of the shape measuring apparatus shown in FIG. 1.

【図5】図1に示した形状測定装置における作用を説明
する図(その2)である。
5A and 5B are views (No. 2) for explaining the operation of the shape measuring apparatus shown in FIG.

【図6】図1に示した形状測定装置における作用を説明
する図(その3)である。
6A and 6B are views (No. 3) for explaining the operation of the shape measuring apparatus shown in FIG.

【図7】本発明の他の実施例に係る形状測定装置に用い
られるフィルタの透過率分布を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a transmittance distribution of a filter used in the shape measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図8】本発明のさらに他の実施例に係る形状測定装置
の構成を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration of a shape measuring apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図9】図8に示した形状測定装置に用いられるフィル
タの透過率分布を示す図(その1)である。
9 is a diagram (No. 1) showing the transmittance distribution of the filter used in the shape measuring apparatus shown in FIG.

【図10】図8に示した形状測定装置に用いられるフィ
ルタの透過率分布を示す図(その2)である。
10 is a diagram (No. 2) showing the transmittance distribution of the filter used in the shape measuring apparatus shown in FIG.

【図11】本発明のさらに他の実施例に係る形状測定装
置の構成を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a configuration of a shape measuring apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図12】図11に示した形状測定装置に用いられるフ
ィルタの透過率分布を示す図(その1)である。
12 is a diagram (No. 1) showing a transmittance distribution of a filter used in the shape measuring apparatus shown in FIG.

【図13】図11に示した形状測定装置に用いられるフ
ィルタの透過率分布を示す図(その2)である。
13 is a diagram (No. 2) showing the transmittance distribution of the filter used in the shape measuring apparatus shown in FIG.

【図14】本発明のさらに他の実施例に係る形状測定装
置の構成を示す説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a configuration of a shape measuring apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図15】図14に示した形状測定装置に用いられるフ
ィルタの透過率分布を示す図である。
15 is a diagram showing a transmittance distribution of a filter used in the shape measuring apparatus shown in FIG.

【図16】本発明のさらに他の実施例に係る形状測定装
置の構成を示す説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a configuration of a shape measuring apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図17】本発明のさらに他の実施例に係る形状測定装
置における、強度比と照射角度の対応付けの校正状況を
示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a calibration situation in which the intensity ratio and the irradiation angle are associated with each other in the shape measuring apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図18】本発明のさらに他の実施例に係る形状測定装
置における、フィルタの較正を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing calibration of a filter in the shape measuring apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図19】本発明のさらに他の実施例に係る実施例に係
る形状測定装置に用いられるフィルタの透過率分布を示
す図である。
FIG. 19 is a diagram showing a transmittance distribution of a filter used in a shape measuring apparatus according to an embodiment of yet another embodiment of the present invention.

【図20】従来の光学的形状測定装置の概略構成を示す
図(その1)である。
FIG. 20 is a diagram (No. 1) showing a schematic configuration of a conventional optical shape measuring apparatus.

【図21】三角測量の原理を説明する図である。FIG. 21 is a diagram illustrating the principle of triangulation.

【図22】従来の光学的形状測定装置の概略構成を示す
図(その2)である。
FIG. 22 is a diagram (No. 2) showing a schematic configuration of a conventional optical shape measuring apparatus.

【図23】従来の光学的形状測定装置の概略構成を示す
図(その3)である。
FIG. 23 is a diagram (No. 3) showing a schematic configuration of a conventional optical shape measuring apparatus.

【図24】従来の光学的形状測定装置の概略構成を示す
図(その4)である。
FIG. 24 is a diagram (No. 4) showing a schematic configuration of a conventional optical shape measuring apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1a,…… 光源 2,2a,…… フィルタ 2a−1,2b−1,…… パターン照射領域 2a−2,2b−2,…… 光量モニタ領域 3 プリズム 4 照明装置 5 照明光 6 測定物体 7 反射光 8,20 結像レンズ 9 CCD 10 カメラ 11 形状推定装置 12 形状補正装置 13 光量データ 14 形状データ 15,15−1,…… 測定領域 16 領域が不定な形状データ 17 概略形状データ 18 概略形状推定装置 19 液晶パネルドライバ 1, 1a, ... Light source 2, 2a, ... Filter 2a-1, 2b-1, ... Pattern irradiation area 2a-2, 2b-2, ... Light intensity monitor area 3 prism 4 Lighting equipment 5 illumination light 6 measuring object 7 reflected light 8,20 Imaging lens 9 CCD 10 cameras 11 Shape estimation device 12 Shape correction device 13 Light intensity data 14 Shape data 15, 15-1, ... Measuring area Shape data with 16 undefined areas 17 Outline shape data 18 Schematic shape estimation device 19 LCD panel driver

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G03B 15/02 G03B 15/02 Z H04N 9/07 Z H04N 9/07 G01B 11/24 E ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G03B 15/02 G03B 15/02 Z H04N 9/07 Z H04N 9/07 G01B 11/24 E

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 照明手段と検知手段とを結ぶ視差方向に
対して垂直に分割され、互いに重なりのない複数のスリ
ット状の部分測定領域に分割された測定領域内の各部分
測定領域の各々に1種類以上の光パターンを照明する照
明手段と、前記各部分測定領域に照明された光パターン
の反射光を検知する検知手段と、この検知手段で検知し
た反射光の光量から、前記各部分測定領域の番号との対
応の曖昧さを残しながらも、前記照明手段と検知手段の
視差を利用して前記各部分測定領域の形状データを推定
する形状推定手段と、推定された各部分測定領域の前記
形状データにおける曖昧さを除去し、各部分測定領域の
曖昧さのない形状データを求める形状補正手段からなる
ことを特徴とする光学的形状測定装置。
1. Each of the partial measurement areas in the measurement area is divided perpendicularly to the parallax direction connecting the illumination means and the detection means and is divided into a plurality of slit-shaped partial measurement areas that do not overlap each other. Each of the partial measurements is made from an illuminating means for illuminating at least one kind of light pattern, a detecting means for detecting reflected light of the light pattern illuminated in each of the partial measurement regions, and a light quantity of the reflected light detected by the detecting means. While leaving the ambiguity of the correspondence with the number of the area, shape estimation means for estimating the shape data of each partial measurement area by using the parallax of the illumination means and the detection means, and the estimated partial measurement area An optical shape measuring apparatus comprising shape correction means for removing ambiguity in the shape data and obtaining unambiguous shape data of each partial measurement region.
【請求項2】 前記各部分測定領域と前記照明手段の照
射する光パターンとが、前記視差方向に対して、測定精
度を向上させたい領域では、それ以外の領域における分
割数より細かく分割されていることを特徴とする請求項
1に記載の光学的形状測定装置。
2. In each of the partial measurement areas and the light pattern emitted by the illuminating means, in an area where it is desired to improve the measurement accuracy with respect to the parallax direction, the partial measurement areas are divided more finely than the number of divisions in other areas. The optical shape measuring device according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記照明手段において、前記各部分測定
領域に照明される1種類以上の光パターンが前記視差方
向に対して周期的であり、かつ、その周期が前記各部分
測定領域の幅に等しいことを特徴とする請求項2に記載
の光学的形状測定装置。
3. In the illuminating means, one or more types of light patterns illuminated on each of the partial measurement areas are periodic with respect to the parallax direction, and the cycle is within the width of each of the partial measurement areas. The optical shape measuring device according to claim 2, wherein they are equal to each other.
【請求項4】 前記照明手段が、前記1種類以上の光パ
ターンを一括して照明するものであることを特徴とする
請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学的形状測定装
置。
4. The optical shape measuring device according to claim 1, wherein the illuminating unit collectively illuminates the one or more types of light patterns.
【請求項5】 前記照明手段が、前記各部分測定領域当
たり2種類の光パターンを照射し、前記形状推定手段が
前記検知手段で検知した2種類の反射光の光量の比から
測定領域の形状データを推定することを特徴とする請求
項4に記載の光学的形状測定装置。
5. The shape of the measurement region is calculated from the ratio of the light amounts of the two types of reflected light detected by the shape estimating unit by the shape estimating unit, by irradiating two kinds of light patterns for each of the partial measurement regions. The optical profiler according to claim 4, which estimates data.
【請求項6】 前記照明手段が、前記各部分測定領域当
たり2種類の光パターンを波長を変えて同時に照射し、
波長分離可能な検知手段で検知することを特徴とする請
求項5に記載の光学的形状測定装置。
6. The illuminating means simultaneously irradiates two types of light patterns for each of the partial measurement regions with different wavelengths,
The optical shape measuring device according to claim 5, wherein the detection is performed by a detection unit capable of wavelength separation.
【請求項7】 前記2種類の光パターンの波長が赤とそ
の補色であるシアンであり、前記波長分離可能な検知手
段がRGBの波長分離を行うカラーCCDであることを
特徴とする請求項6に記載の光学的形状測定装置。
7. The wavelength of the two types of light patterns is red and cyan which is a complementary color thereof, and the detection means capable of wavelength separation is a color CCD that performs wavelength separation of RGB. The optical shape measuring device described in 1.
【請求項8】 測定領域の概略形状を測定する概略形状
測定手段と、 第1の照明手段と第1の検知手段とを結ぶ視差方向に対
して垂直に分割され、互いに重なりのない複数の部分測
定領域に分割された測定領域内の各部分測定領域の各々
に1種類以上の光パターンを照明する第1の照明手段
と、前記各部分測定領域に照明された光パターンの反射
光を検知する第1の検知手段と、この第1の検知手段で
検知した反射光の光量と前記概略形状測定手段とから得
られた形状データから、前記各部分測定領域の曖昧さを
除去し、曖昧さのない形状データを求める第1の形状推
定手段とを有する形状測定手段とからなることを特徴と
する光学的形状測定装置。
8. A plurality of portions which are divided perpendicularly to the parallax direction connecting the rough shape measuring means for measuring the rough shape of the measurement region and the first illuminating means and the first detecting means and which do not overlap each other. First illumination means for illuminating each of the partial measurement areas in the measurement area divided into the measurement areas with one or more kinds of light patterns, and detecting reflected light of the light pattern illuminated in each of the partial measurement areas. The ambiguity of each of the partial measurement regions is removed from the shape data obtained from the first detection means, the light amount of the reflected light detected by the first detection means, and the rough shape measurement means to remove the ambiguity. An optical shape measuring device comprising: a shape measuring unit having a first shape estimating unit that obtains missing shape data.
【請求項9】 前記概略形状測定手段が、前記測定領域
を2種類の光パターンで照射する第2の照明手段と、前
記測定領域に照明された光パターンの反射光を検知する
第2の検知手段と、この第2の検知手段で検知した2種
類の反射光の光量の比から前記測定領域の形状データを
決定する第2の形状推定手段からなることを特徴とする
請求項8に記載の光学的形状測定装置。
9. The second illumination means for irradiating the measurement area with two types of light patterns, and the second detection for detecting the reflected light of the light pattern illuminated on the measurement area. 9. The method according to claim 8, further comprising: means and second shape estimation means for determining shape data of the measurement region from a ratio of light amounts of two types of reflected light detected by the second detection means. Optical shape measuring device.
【請求項10】 前記第1の照明手段が前記各部分測定
領域を照明する光パターンは、前記各部分測定領域の視
差方向に対して連続したあるいは不連続の色の並びであ
ることを特徴とする請求項8に記載の光学的形状測定装
置。
10. The light pattern for illuminating each of the partial measurement areas by the first illuminating means is an array of continuous or discontinuous colors in the parallax direction of each of the partial measurement areas. The optical shape measuring device according to claim 8.
【請求項11】 前記第1の照明手段が前記各部分測定
領域を照明する光パターンの強度分布は、位相が異なる
正弦波であることを特徴とする請求項8に記載の光学的
形状測定装置。
11. The optical shape measuring apparatus according to claim 8, wherein the intensity distribution of the light pattern for illuminating each of the partial measurement areas by the first illuminating means is a sine wave having a different phase. .
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