JP2003050111A - 三次元形状入力装置及び投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源から放射される光を高い利用率で利用し
て、対象物に縞状パターンを投影すること。 【解決手段】 投影装置１０には、対象物に縞状パター
ンを投影するための投影光を発生させる光源３０が設け
られるとともに、その光源３０からの放射角度に対応し
て光源３０からの光の進行方向を偏向することにより、
光源３０からの光を複数のスリット状の光束Ｌ１〜Ｌ４
に分割する光線偏向部４が設けられる。光線偏向部４は
光源３０からの光を遮光することによって縞状パターン
を生成するのではなく、光源３０からの光の進行方向を
偏向することによって縞状パターンを生成するものであ
るため、光源３０から放射される光の大部分はスリット
状の光束Ｌ１〜Ｌ４の発生に寄与することになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、パターン投影方
式によって対象物の三次元形状を測定する技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、投影装置によって対象物に縞状パ
ターンを投影し、撮影装置によって対象物に投影された
縞状パターンを撮影し、その縞状パターンの歪みを解析
することによって対象物の三次元形状を測定する装置が
知られている。このような縞状パターンを解析すること
によって対象物の三次元形状を解析する方法は一般に縞
解析法と呼ばれている。

【０００３】図８は従来の三次元形状入力装置１００を
示す図である。図８に示すように、三次元形状入力装置
１００は投影装置１１０と撮影装置１２０とを備えてお
り、投影装置１１０には光源１１１とマスク板１１２が
設けられている。

【０００４】マスク板１１２には光源１１１からの光を
透過する部分と遮光する部分とが周期的に繰り返される
縞状パターンのマスクが形成されている。このため、光
源１１１から放射される光のうち、マスク板１１２の透
過部分に入射する光成分はマスク板１１２を透過して対
象物９に到達する一方、マスク１１２の遮光部分に入射
する光成分はマスク板１１２によって遮光される。この
結果、対象物９の表面上には明部と暗部とが周期的に繰
り返される縞状パターン１０１が投影される。

【０００５】そして撮影装置１２０が対象物９の表面上
に投影された縞状パターン１０１を撮影して、その縞状
パターン１０１の歪みの位置及び量を求めることによ
り、対象物９の三次元形状を求めることができる。

【０００６】次に、図９は上記図８とは異なる従来の三
次元形状入力装置２００を示す図である。図９に示すよ
うに、三次元形状入力装置２００は投影装置２１０と撮
影装置２２０とを備えており、投影装置２１０には光源
２１１とマスク板２１２と投影レンズ系２１３とが設け
られている。

【０００７】マスク板２１２は、上記のマスク板１１２
と同様のものであり、光源２１１からの光を透過する部
分と遮光する部分とが周期的に繰り返される縞状パター
ンのマスクが形成されている。そして、三次元形状入力
装置２００においては、投影レンズ系２１３の作用によ
り、光源２１１によって照明されたマスク板２１２の像
を対象物９の表面上に結像投影するように構成されてい
る。この結果、対象物９の表面上には明部と暗部とが周
期的に繰り返される縞状パターン２０１が投影される。

【０００８】そして撮影装置２２０が対象物９の表面上
に投影された縞状パターン２０１を撮影して、その縞状
パターン２０１の歪みの位置及び量を求めることによ
り、対象物９の三次元形状を求めることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】一般に、縞状パターン
を対象物表面に投影して対象物９の三次元形状を測定す
る場合、対象物９に投影される縞状パターンの明部の照
度は三次元形状検出の精度に影響する。例えば、縞状パ
ターンの明部の照度が低い場合、周辺の環境から対象物
表面に混入してくる外乱光に対する縞状パターンのＳ／
Ｎ比が低下する。つまり、撮影装置１２０，２２０によ
り撮影される縞状パターンの像が外乱光によって乱され
やすく、縞状パターンを構成する各ラインの歪みを検出
する際の検出誤差が大きくなる。

【００１０】逆に、縞状パターンの明部の照度が高い場
合、Ｓ／Ｎ比は大きくなり、より正確に各ラインの歪み
を検出することが可能になる。また、縞状パターンの明
部の照度が高い場合は、縞状パターンを構成する光が対
象物９の表面から奥行き方向に到達する距離が大きくな
るため、大きな奥行き範囲での三次元形状検出が可能に
なる。

【００１１】しかしながら、上記図８及び図９に示した
従来の三次元形状入力装置１００，２００では、光源１
１１，２１１から放射された光線のうち、対象物９に到
達して縞状パターン１０１，２０１の投影に寄与するの
はマスク板１１２，２１２の透過部分に入射する光成分
のみである。換言すれば、マスク板１１２，２１２の遮
光部分に入射する光成分は全て損失となる。例えば、明
暗比が１：１の縞状パターンを投影する場合、従来の三
次元形状入力装置１００，２００では光源１１１，２１
１から放射される光の利用率は５０％に過ぎない。

【００１２】このため、従来の三次元形状入力装置１０
０，２００では、光源１１１，２１１から放射される光
の利用率が低く、高精度な三次元形状検出や大きな奥行
き範囲での三次元形状検出を行うことが困難であるとい
う問題がある。

【００１３】そこで、この発明は、上記課題に鑑みてな
されたものであって、光源から放射される光の利用率の
高い三次元形状入力装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、対象物に対して周期的な
縞状パターンを投影する投影装置と、前記対象物に投影
された前記縞状パターンの像を撮影する撮影装置と、を
備える三次元形状入力装置であって、前記投影装置が、
前記縞状パターンを投影するための投影光を発生させる
光源と、前記光源からの放射角度に対応して前記光源か
らの光の進行方向を偏向することにより、前記光源から
の光を複数のスリット状の光束に分割する光線偏向手段
と、を備えている。

【００１５】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の三次元形状入力装置において、前記光線偏向手段が、
略半円柱状のレンズ要素が複数個配置されたレンズアレ
イ素子によって構成される。

【００１６】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の三次元形状入力装置において、前記光線偏向手段が、
一の入射面と、互いに平行でない複数の出射面とを有す
る多角柱状のプリズムによって構成される。

【００１７】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
のいずれかに記載の三次元形状入力装置において、前記
投影装置が、前記光線偏向手段によって生成される前記
複数のスリット状の光束を前記対象物の表面上に結像投
影する投影光学系を備えている。

【００１８】請求項５に記載の発明は、対象物の三次元
形状を測定するための投影装置であって、前記対象物に
対して縞状パターンを投影するための投影光を発生させ
る光源と、前記光源からの放射角度に対応して前記光源
からの光の進行方向を偏向することにより、前記光源か
らの光を複数のスリット状の光束に分割する光線偏向手
段と、を備えている。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００２０】＜１．第１の実施の形態＞まず、この発明
の第１の実施の形態について説明する。図１は第１の実
施の形態にかかる三次元形状入力装置１を示す図であ
る。図１に示すように、三次元形状入力装置１は投影装
置１０と撮影装置２０とを備えている。なお、図１には
互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの３軸を示している。

【００２１】まず、投影装置１０について説明する。投
影装置１０は対象物に対して明部と暗部とが周期的に繰
り返す縞状パターンを投影する装置であり、投影光を発
生させる光源３０、光源３０からの放射角度に対応して
光源３０からの光の進行方向を偏向することにより、光
源３０からの光を複数の光束に分割する光線偏向部４、
及び、光源制御部１５を備えて構成される。この投影装
置１０はＺ方向に対して明部と暗部とが周期的に変化す
る縞状パターンを、投影装置１０に対向して配置される
対象物に対して投影するものであり、縞状パターンを構
成する各ラインはＸ方向に平行なラインとなる。

【００２２】光源３０は例えば白色光源等によって構成
され、光源３０から発生する光は光線偏向部４を通って
対象物に照射される。

【００２３】光線偏向部４は、光源３０から光軸方向
（Ｙ方向）に沿って所定距離だけ離隔して設置され、Ｙ
Ｚ平面における光源３０からの光の放射角度に応じて、
光源３０からの光の進行方向を偏向することにより、光
源３０からの光を複数のスリット状の光束に分割する。

【００２４】図２は、光線偏向部４を構成するレンズア
レイ素子４１を示す図である。この実施の形態では、光
線偏向部４は、略半円柱状のレンズ要素４１ａ〜４１ｄ
が複数個Ｚ方向に沿って平行に配置されたレンチキュラ
レンズ等のレンズアレイ素子４１によって構成され、レ
ンズアレイ素子４１は投影装置１０に固定される。

【００２５】例えば、レンズアレイ素子４１における光
源３０からの光の入射面４１１は平面状に形成され、そ
の入射面４１１が光軸に垂直な状態となるように配置さ
れる。そして入射面４１１に入射した光は遮光されるこ
となく、各レンズ要素４１ａ〜４１ｄを構成する略円筒
面側から出射する。

【００２６】光源３０からレンズアレイ素子４１に到達
する光のうち、レンズ要素４１ａに入射する光はレンズ
要素４１ａによって偏向作用を受ける。また、レンズ要
素４１ｂ，４１ｃ，４１ｄのそれぞれに入射する光も各
レンズ要素４１ｂ〜４１ｄによって偏向作用を受ける。
したがって、レンズアレイ素子４１に入射する光は、全
て各レンズ要素４１ａ〜４１ｄによって偏向作用を受け
ることによって複数の光束Ｌ１〜Ｌ４に分割される。

【００２７】また、各レンズ要素４１ａ〜４１ｄはＸ方
向に曲率がないように形成されているため、Ｘ方向に対
する光の屈折力は有さない。このため、レンズアレイ素
子４１の各レンズ要素４１ａ〜４１ｄから出射される光
束はＸ方向には光源３０からの放射角度に応じた広がり
を有するスリット状（シート状）の光束となる。

【００２８】このように各レンズ要素４１ａ〜４１ｄは
略半円柱状体として形成されるため、各レンズ要素４１
ａ〜４１ｄから出射される光束Ｌ１〜Ｌ４はスリット状
の光束となる。一般に、スリット状の光が物体面に到達
すると、その物体面には必然的に長い帯状のパターン
（ライン）が現れる。したがって、光源３０から放射さ
れる光はレンズアレイ素子４１によって縞状パターンを
形成するスリット状光束群に変換され、対象物の表面に
は縞状パターンが投影されることとなる。

【００２９】光源制御部１５は光源３０を発光させる。
光源制御部１５が光源３０を発光させる際には、光源制
御部１５が光源３０に対して発光用の電力供給を行うと
ともに、撮影装置２０に対して撮影タイミングを指示す
るように構成される。これにより、撮影装置２０では光
源３０の発光に応じて撮影動作を行うことが可能にな
り、縞状パターンの投影された対象物を撮影することが
可能である。

【００３０】投影装置１０は上記のように構成されてお
り、光源３０から放射される光のうち、レンズアレイ素
子４１に入射する全ての光成分が対象物に投影される縞
状パターンに寄与するように構成される。

【００３１】図３は投影装置１０によって投影される縞
状パターンの一例を示す図である。図３に示すように、
光源３０から放射される投影光は、レンズアレイ素子４
１の入射面４１１に入射する。そして各レンズ要素４１
ａ〜４１ｄによって偏向作用の受けた光が複数のスリッ
ト状の光束Ｌ１〜Ｌ４となってレンズアレイ素子４１か
ら出射し、対象物９の表面上に投影される。この結果、
対象物９の表面上には明部と暗部とが周期的に繰り返さ
れる縞状パターンＰ１が形成される。

【００３２】そして、投影装置１０は、光源３０からの
光が損失することなく対象物９に投影されて縞状パター
ンＰ１の明部を形成するように構成されるため、光源３
０から放射される光の利用率が高く、高精度な三次元形
状検出が可能であり、また、大きな奥行き範囲での三次
元形状検出を行うことが可能になる。

【００３３】次に撮影装置２０について説明する。撮影
装置２０は、対象物９に投影された縞状パターンの像を
撮影する装置であり、対象物に投影される縞状パターン
の歪みを良好に撮影することができるように、Ｚ方向に
関して投影装置１０から所定間隔だけ離隔して設置され
る。

【００３４】図１に示すように、撮影装置２０は、対象
物に投影された縞状パターンの像を撮像素子２２に導く
撮影レンズ２１、ＣＣＤエリアセンサ等で構成された撮
像素子２２、撮像素子２２から得られる画像データを記
憶するメモリ２３、メモリ２３に格納された画像データ
に基づいて所定の演算を行うことにより、縞状パターン
の歪みの位置及び量を求める演算部２４、及び、投影装
置１０における光源３０の発光と同期して撮像素子２２
を制御する撮影制御部２５を備えて構成される。

【００３５】この撮影装置２０は、投影装置１０が光源
３０を発光させた際の発光状態において、対象物９に投
影された縞状パターンの像を撮影するように構成され、
撮像素子２２から得られる画像データはメモリ２３に格
納される。そして、演算部２４がメモリ２３に格納され
ている画像データを読み出し、縞状パターンを構成する
各ラインの歪みの位置及び量を求めるように構成され
る。

【００３６】なお、演算部２４によって求められる、各
ラインの歪みの位置及び量は、撮影装置２０に接続され
る外部装置（コンピュータ等）に対して出力されるよう
に構成され、外部装置において縞状パターンの歪みの位
置及び量を三角測量の原理に基づいて解析することによ
り対象物の三次元形状を導出することが可能である。た
だし、三角測量の原理に基づいた演算を演算部２４にお
いて行い、対象物の三次元形状を撮影装置２０において
求めるように構成してもよい。

【００３７】以上のように、この実施の形態で説明した
三次元形状入力装置１の投影装置１０は、光線偏向部４
として設けられたレンズアレイ素子４１が、光源３０か
らの放射角度に応じて光源３０からの光の進行方向を偏
向することにより、光源３０からの光を複数のスリット
状の光束Ｌ１〜Ｌ４に分割するように構成されている。
つまり、投影装置１０は、光源３０からの光を遮光する
ことによって対象物９に縞状パターンを投影するもので
はなく、光源３０からの光の進行方向を屈折させ、偏向
させることによって縞状パターンを形成するように構成
されている。

【００３８】したがって、三次元形状入力装置１では、
光源３０から放射される光の利用率が高く、光源３０か
ら放射される光のほぼ１００％を縞状パターンの明部に
投影することが可能になる。その結果、縞状パターンの
明部と暗部との差を大きくすることができるのでＳ／Ｎ
比を向上させることができ、高精度な三次元形状検出が
可能となる。さらに、明部の光強度が大きくなるので大
きな奥行き範囲での三次元形状検出を行うことが可能に
なる。

【００３９】また、光源３０から放射される光の利用効
率が高いため、同じ照度の縞状パターンを投影する場合
であっても従来より出力の小さな光源を使用することが
でき、装置の小型化や低消費電力化を図ることが可能に
なる。

【００４０】なお、上記説明においては、図１に示した
ようにレンズアレイ素子４１の入射面４１１を光軸に垂
直な状態に直線状に配置する例について説明したが、こ
れに限定されるものではない。例えば、レンズアレイ素
子４１が比較的柔らかい樹脂材料等によって形成される
場合は、レンズアレイ素子４１の入射面４１１を円弧状
に配置するようにしてもよい。

【００４１】＜２．第２の実施の形態＞次に、第２の実
施の形態について説明する。図４は第２の実施の形態に
かかる三次元形状入力装置２を示す図である。図４に示
すように、三次元形状入力装置２は、第１の実施の形態
と同様に、投影装置１０と撮影装置２０とを備えてい
る。なお、図２には互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの３軸を
示しており、また上記第１の実施の形態で説明した部材
と同様の部材については同一符号を付している。

【００４２】投影装置１０は、第１の実施の形態と同様
に、投影光を発生させる光源３０、光源３０からの放射
角度に対応して光源３０からの光の進行方向を偏向する
ことにより、光源３０からの光を複数の光束に分割する
光線偏向部４、及び、光源制御部１５を備えて構成され
る。

【００４３】図５は、光線偏向部４を構成するプリズム
４２を示す図である。この実施の形態では、光線偏向部
４は、一の入射面４２１と、互いに平行でない複数の出
射面４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄとを有する多角柱
状のプリズム４２によって構成され、プリズム４２は投
影装置１０に固定される。また、入射面４２１及び各出
射面４２ａ〜４２ｄは、Ｘ軸と平行なように構成され
る。このようなプリズム４２は、例えば台形状のプリズ
ム部材を複数個接合させて構成してもよく、また、１個
の部材で形成されてもよい。

【００４４】例えば、プリズム４２における光源３０か
らの光の入射面４２１は平面状に形成され、その入射面
４２１が光軸に垂直な状態となるように配置される。そ
して入射面４２１に入射した光は遮光されることなく、
出射面４２ａ〜４２ｄから出射する。

【００４５】光源３０からプリズム４２の入射面４２１
に入射する光はプリズム４２への入射角度に応じて屈折
作用、すなわち偏向作用を受ける。そしてプリズム４２
内を通過する光は各出射面４２ａ〜４２ｄから出射する
際に各出射面４２ａ〜４２ｄの角度に応じて再び屈折作
用（偏向作用）を受ける。各出射面４２ａ〜４２ｄは互
いに平行でない状態（非平行状態）に形成されているた
め、各出射面４２ａ〜４２ｄから出射する光はそれぞれ
の傾斜角に応じて独立した一つ光束を形成し、かつ、そ
れぞれの光束は互いに異なる方向に進む。したがって、
プリズム４２に入射する光は、入射面４２１及び出射面
４２ａ〜４２ｄにおいて偏向作用を受けることによって
複数の光束Ｌ１〜Ｌ４に分割される。

【００４６】また、プリズム４２を構成する各面はＸ方
向に屈曲がなく、連続的な平面として形成されているた
め、プリズム４２はＸ方向に対する光の屈折力を有さな
い。このため、プリズム４２の各出射面４２ａ〜４２ｄ
から出射される光束はＸ方向には光源３０からの放射角
度に応じた連続的な分布を有するスリット状の光束とな
る。

【００４７】このようにプリズム４２は、一の入射面４
２１と、互いに平行でない複数の出射面４２ａ〜４２ｄ
とを備えた多角柱として構成されるため、各出射面４２
ａ〜４２ｄから出射される光束Ｌ１〜Ｌ４はスリット状
の光束となる。したがって、光源３０から放射される光
はプリズム４２によって縞状パターンを形成するスリッ
ト状光束群に変換され、対象物の表面には縞状パターン
が投影されることとなる。

【００４８】図６は投影装置１０によって投影される縞
状パターンの一例を示す図である。図６に示すように、
光源３０から放射される投影光は、プリズム４２の入射
面４２１に入射する。そして各出射面４２ａ〜４２ｄに
よって偏向作用の受けた光が複数のスリット状の光束Ｌ
１〜Ｌ４となってプリズム４２から出射し、対象物９の
表面上に投影される。この結果、対象物９の表面上には
明部と暗部とが周期的に繰り返される縞状パターンＰ２
が形成される。

【００４９】そして、投影装置１０は、光源３０からの
光が損失することなく対象物９に投影されて縞状パター
ンＰ２の明部を形成するように構成されるため、光源３
０から放射される光の利用率が高く、高精度な三次元形
状検出が可能であり、また、大きな奥行き範囲での三次
元形状検出を行うことが可能になる。

【００５０】なお、三次元形状入力装置２におけるその
他の構成部材については第１の実施の形態で説明したも
のと同様であるため、ここではそれらの詳細な説明を省
略する。

【００５１】以上のように、この実施の形態で説明した
三次元形状入力装置２の投影装置１０は、光線偏向部４
として設けられたプリズム４２が、光源３０からの放射
角度に応じて光源３０からの光の進行方向を偏向するこ
とにより、光源３０からの光を複数のスリット状の光束
Ｌ１〜Ｌ４に分割するように構成されている。つまり、
投影装置１０は、光源３０からの光を遮光することによ
って対象物９に縞状パターンを投影するものではなく、
光源３０からの光の進行方向を屈折させ、偏向させるこ
とによって縞状パターンを形成するように構成されてい
る。

【００５２】したがって、三次元形状入力装置２では、
光源３０から放射される光の利用率が高く、光源３０か
ら放射される光のほぼ１００％を縞状パターンの明部に
投影することが可能になる。その結果、縞状パターンの
明部と暗部との差を大きくすることができるので高精度
な三次元形状検出が可能となり、かつ、明部の光強度が
大きくなるので大きな奥行き範囲での三次元形状検出を
行うことが可能になる。

【００５３】また、光源３０から放射される光の利用効
率が高いため、同じ照度の縞状パターンを投影する場合
であっても従来より出力の小さな光源を使用することが
でき、装置の小型化や低消費電力化を図ることが可能に
なる。

【００５４】なお、上記説明においては、図４に示した
ようにプリズム４２の入射面４２１を光軸に垂直な状態
に配置する例について示したが、これに限定されるもの
ではなく、例えば、入射面４２１を光軸に対して垂直な
状態から若干傾斜させた状態で配置してもよい。

【００５５】＜３．第３の実施の形態＞次に、第３の実
施の形態について説明する。図７は第３の実施の形態に
かかる三次元形状入力装置３、及びそれによって投影さ
れる縞状パターンを示す図である。なお、図７では上述
した構成部材と同様の構成部材について同一符号を付し
ており、それらについての詳細な説明は省略する。

【００５６】図７に示すように三次元形状入力装置３
は、上記実施の形態と同様に、投影装置１０と撮影装置
２０とを備えている。そして、この実施の形態において
投影装置１０には、光源３０と光線偏向部４と投影光学
系５とを備えて構成される。

【００５７】なお、図７においては光線偏向部４として
レンズアレイ素子４１を配置した構成例を示している
が、第２の実施の形態で示したプリズム４２を配置する
ことによって構成してもよい。

【００５８】投影光学系５は、投影レンズ５１によって
構成され、光線偏向部４によって生成される複数のスリ
ット状の光束Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を対象物９の表面
上に結像投影する。投影レンズ５１は、光線偏向部４か
ら入射する複数のスリット状の光束Ｌ１〜Ｌ４を対象物
９に対して適切に結像させることができるように設計さ
れ、投影装置１０に配置される。

【００５９】第１及び第２の実施の形態では、光線偏向
部４によって生成される複数のスリット状の光束がその
まま対象物９に投影されるように構成されているため、
複数の光束が空中を進行するにつれて、光線が拡散し、
対象物９の表面に投影される縞状パターンの輪郭がくず
れるおそれがある。

【００６０】これに対して、この実施の形態では、投影
装置１０において投影レンズ５１が縞状パターンＰ３を
対象物９の表面に結像させるように構成されているの
で、縞状パターンの輪郭（明暗の境界）を鮮明な状態、
すなわちシャープな状態にすることが可能である。した
がって、この実施の形態の三次元形状入力装置３では投
影レンズ５１という構成部材が増加するものの、上記第
１及び第２の実施の形態に比べてよりＳ／Ｎ比を大きく
することができ、より高精度な三次元形状検出が可能と
なる。

【００６１】また、投影レンズ５１が縞状パターンを対
象物９の表面に結像させることにより、縞状パターンＰ
３の明部の幅を細くすることが可能である。したがっ
て、縞状パターンＰ３を構成するライン密度を向上させ
ることができ、高密度な三次元形状検出を行うことが可
能になる。

【００６２】なお、上記説明においては、投影光学系５
として１つの投影レンズ５１が配置される例を示した
が、複数のレンズによって投影光学系５を構成してもよ
いことは勿論である。

【００６３】＜４．変形例＞以上、この発明の実施の形
態について説明したが、この発明は上記説明した内容の
ものに限定されるものではない。

【００６４】例えば、上記各実施の形態において示し
た、投影装置１０と撮影装置２０とが分離可能なように
構成されてもよい。その場合、撮影装置２０をデジタル
カメラ等で構成し、その外部取り付け装置として投影装
置１０を実現することもできる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１及び５に
記載の発明によれば、光源からの放射角度に対応して光
源からの光の進行方向を偏向することにより、光源から
の光を複数のスリット状の光束に分割するように構成さ
れているため、光源から放射される光を高い利用率でス
リット状の光束に変換することができる。

【００６６】請求項２に記載の発明によれば、光線偏向
手段が、略半円柱状のレンズ要素が複数個配置されたレ
ンズアレイ素子によって構成されるため、光源から放射
される光を良好に、かつ、高い利用率でスリット状の光
束に変換することができる。

【００６７】請求項３に記載の発明によれば、光線偏向
手段が、一の入射面と、互いに平行でない複数の出射面
とを有する多角柱状のプリズムによって構成されるた
め、光源から放射される光を良好に、かつ、高い利用率
でスリット状の光束に変換することができる。

【００６８】請求項４に記載の発明によれば、投影光学
系によって、複数のスリット状の光束を対象物の表面上
に結像投影するように構成されるため、対象物に投影さ
れる縞状パターンをより鮮明な状態にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態にかかる三次元形状入力装置
を示す図である。

【図２】光線偏向部を構成するレンズアレイ素子を示す
図である。

【図３】投影装置によって投影される縞状パターンの一
例を示す図である。

【図４】第２の実施の形態にかかる三次元形状入力装置
を示す図である。

【図５】光線偏向部を構成するプリズムを示す図であ
る。

【図６】投影装置によって投影される縞状パターンの一
例を示す図である。

【図７】第３の実施の形態にかかる三次元形状入力装置
を示す図である。

【図８】従来の三次元形状入力装置を示す図である。

【図９】図８とは異なる従来の三次元形状入力装置を示
す図である。

【符号の説明】

１，２，３ 三次元形状入力装置 ４ 光線偏向部（光線偏向手段） ５ 投影光学系 １０ 投影装置 １５ 光源制御部 ２０ 撮影装置 ２２ 撮像素子 ２３ メモリ ２４ 演算部 ２５ 撮影制御部 ３０ 光源 ４１ レンズアレイ素子 ４２ プリズム ５１ 投影レンズ Ｐ１〜Ｐ３ 縞状パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片桐 哲也 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA53 DD09 FF07 FF09 HH05 HH08 HH13 JJ26 LL10

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物に対して周期的な縞状パターンを
   投影する投影装置と、前記対象物に投影された前記縞状
   パターンの像を撮影する撮影装置と、を備える三次元形
   状入力装置であって、 前記投影装置が、 前記縞状パターンを投影するための投影光を発生させる
   光源と、 前記光源からの放射角度に対応して前記光源からの光の
   進行方向を偏向することにより、前記光源からの光を複
   数のスリット状の光束に分割する光線偏向手段と、を備
   える三次元形状入力装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の三次元形状入力装置に
   おいて、 前記光線偏向手段は、略半円柱状のレンズ要素が複数個
   配置されたレンズアレイ素子によって構成される三次元
   形状入力装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の三次元形状入力装置に
   おいて、 前記光線偏向手段は、一の入射面と、互いに平行でない
   複数の出射面とを有する多角柱状のプリズムによって構
   成される三次元形状入力装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の三次
   元形状入力装置において、 前記投影装置は、前記光線偏向手段によって生成される
   前記複数のスリット状の光束を前記対象物の表面上に結
   像投影する投影光学系を備える三次元形状入力装置。
5. 【請求項５】 対象物の三次元形状を測定するための投
   影装置であって、 前記対象物に対して縞状パターンを投影するための投影
   光を発生させる光源と、 前記光源からの放射角度に対応して前記光源からの光の
   進行方向を偏向することにより、前記光源からの光を複
   数のスリット状の光束に分割する光線偏向手段と、 を備える投影装置。