JP2009258089A - 形状計測装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】投光装置の実部品点数を削減し、小型化を実現できる形状計測装置を得る。
【解決手段】ビームの照射パターン信号を生成して伝送制御部4を介して投光装置3に伝送すると共に、伝送制御部を介して伝送される照射パターンに対応して撮像装置2より撮像された画像に基づいて対象物1の形状を計測する形状計測部5とを備えた形状計測装置において、投光装置3は、光源8、コリメート光学系9、平行ビームを走査する偏向走査装置11、平行ビームの整形及び偏向制御を行うビーム制御光学系10、ビーム制御光学系の反射光を受光する2つの受光素子12a,12bを有し、ビーム制御光学系10は、平行ビームを整形しスリット光に伸張するレンズ部14、前記レンズの両端に設けられて、前記平行ビームを前記受光素子に導くミラー部15を有し、伝送制御部4は、2つの受光素子の受光信号に基づいて偏向走査装置の走査時間を制御する。
【選択図】図2
【解決手段】ビームの照射パターン信号を生成して伝送制御部4を介して投光装置3に伝送すると共に、伝送制御部を介して伝送される照射パターンに対応して撮像装置2より撮像された画像に基づいて対象物1の形状を計測する形状計測部5とを備えた形状計測装置において、投光装置3は、光源8、コリメート光学系9、平行ビームを走査する偏向走査装置11、平行ビームの整形及び偏向制御を行うビーム制御光学系10、ビーム制御光学系の反射光を受光する2つの受光素子12a,12bを有し、ビーム制御光学系10は、平行ビームを整形しスリット光に伸張するレンズ部14、前記レンズの両端に設けられて、前記平行ビームを前記受光素子に導くミラー部15を有し、伝送制御部4は、2つの受光素子の受光信号に基づいて偏向走査装置の走査時間を制御する。
【選択図】図2
Description
この発明は、光学的な三次元形状計測方法の一つとして広く知られている空間コード化法を用いた形状計測装置に関し、特に、空間コード化法に必要な直線スリット光を生成する投光装置に関するものである。
従来、この種の形状計測装置として、レーザ光源と、偏向照射装置と、撮像装置とを備え、偏向照射装置により対象物に対してスリット光を照射し、撮像装置により得られた画像から対象物の形状計測を行うものがある(例えば、特許文献1参照)。
また、ビームの有効走査領域の外側両端に折り返しミラーを配置し、走査ビームを受光素子に導くことにより、両者の検出時間差を測定することで、ミラーの動作を制御するものがある(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上述した特許文献1では、偏向照射装置として、スリット形状に整形されたレーザ光をガルバノミラーやポリゴンミラーで偏向走査するもので、これらのミラーは駆動部に電磁力を利用したモータが利用されていることが一般的であり、摩擦による性能や耐久性の劣化が生じ、また、装置の小型化が困難であるという問題がある。
また、上述した特許文献2では、ビームの有効走査領域の両端に折り返しミラーを配置し、ビームを受光素子に導き、受光素子で受光する時間差を測定することにより、ミラーの動作を制御するものであり、ミラーを配置するスペースが必要であり、装置の小型化が困難であるという問題がある。
この発明は上述した点に鑑みてなされたもので、投光装置の実部品点数を削減し、小型化を実現できる形状計測装置を得ることを目的とする。
この発明に係る形状計測装置は、対象物に対してビームを照射する投光装置と、ビームの照射範囲を撮像する撮像装置と、前記投光装置及び前記撮像装置を同期して駆動制御すると共に、前記撮像装置より撮像された画像を形状計測部に伝送する伝送制御部と、ビームの照射パターン信号を生成して前記伝送制御部を介して前記投光装置に伝送すると共に、前記伝送制御部を介して伝送される照射パターンに対応して前記撮像装置より撮像された画像に基づいて前記対象物の形状を計測する形状計測部とを備えた形状計測装置において、前記投光装置は、光を出射する光源と、前記光源からの出射光を平行ビームとするコリメート光学系と、平行ビームを走査する偏向走査装置と、前記平行ビームの整形及び偏向制御を行うビーム制御光学系と、前記ビーム制御光学系の反射光を受光する2つの受光素子を有し、前記ビーム制御光学系は、前記平行ビームを整形しスリット光に伸張するレンズ部と、前記レンズの両端に設けられて、前記平行ビームを前記受光素子に導くミラー部とを有し、前記伝送制御部は、前記2つの受光素子の受光信号に基づいて前記偏向走査装置の走査時間を制御することを特徴とする。
また、対象物に対してビームを照射する投光装置と、ビームの照射範囲を撮像する撮像装置と、前記投光装置及び前記撮像装置を同期して駆動制御すると共に、前記撮像装置より撮像された画像を形状計測部に伝送する伝送制御部と、ビームの照射パターン信号を生成して前記伝送制御部を介して前記投光装置に伝送すると共に、前記伝送制御部を介して伝送される照射パターンに対応して前記撮像装置より撮像された画像に基づいて前記対象物の形状を計測する形状計測部とを備えた形状計測装置において、前記投光装置は、光を出射する第一の光源と、前記光源からの出射光を第一の平行ビームとする第一のコリメート光学系と、平行ビームを走査する偏向走査装置と、前記ビームの整形及び偏向制御を行うビーム制御光学系と、光を出射する第二の光源と、前記光源からの出射光を第二の平行ビームとする第二のコリメート光学系と、第二の光源から出射され前記偏向走査装置の反射光を受光する2つの受光素子を有し、前記偏向走査装置は、半導体振動ミラーであり、前記ビーム制御光学系は、前記第一の平行ビームを整形しスリット光に伸張するレンズ部を有し、前記伝送制御部は、前記2つの受光素子の受光信号に基づいて前記偏向走査装置の走査時間を制御することを特徴とする。
この発明によれば、投光装置に、ビームを受光素子に導くミラー部とビームをスリット形状に整形するレンズ部を組み合わせたビーム制御光学系を適用することで、投光装置の小型化及び長寿命化が可能となる。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る形状計測装置の構成を示す図である。図1に示す形状計測装置は、対象物1に対してビームを照射する投光装置3と、ビームの照射範囲を撮像し、取得した画像を伝送制御部4に伝送する撮像装置2と、形状計測部5からの制御信号に基づいて投光装置3及び撮像装置2を同期して駆動制御すると共に、撮像装置2より伝送された画像を形状計測部5に伝送する伝送制御部4と、ビームの照射パターン信号を生成して伝送制御部4を介して投光装置3に伝送すると共に、伝送制御部4を介して伝送される照射パターンに対応する画像に基づいて対象物1の形状を計測する形状計測部5により構成されている。なお、撮像装置2はレンズとCCDを組み合わせて構成することが可能である。
図1は、この発明の実施の形態1に係る形状計測装置の構成を示す図である。図1に示す形状計測装置は、対象物1に対してビームを照射する投光装置3と、ビームの照射範囲を撮像し、取得した画像を伝送制御部4に伝送する撮像装置2と、形状計測部5からの制御信号に基づいて投光装置3及び撮像装置2を同期して駆動制御すると共に、撮像装置2より伝送された画像を形状計測部5に伝送する伝送制御部4と、ビームの照射パターン信号を生成して伝送制御部4を介して投光装置3に伝送すると共に、伝送制御部4を介して伝送される照射パターンに対応する画像に基づいて対象物1の形状を計測する形状計測部5により構成されている。なお、撮像装置2はレンズとCCDを組み合わせて構成することが可能である。
次に、本形状計測装置の動作について説明する。投光装置3は、スリット状のビームを対象物1に対して、明滅しながら走査する。この結果として、対象物1上には明暗パターンが照射される。撮像装置2は、対象物1の形状に応じた明暗パターンを撮像し、伝送制御部4にその画像を伝送する。撮像装置2において明暗パターンを撮像するためには、撮像装置2の撮像タイミングと、投光装置3の走査タイミングを同期させる必要があるため、伝送制御部4では、そのタイミング信号を撮像装置2と投光装置3に伝送し、両者の同期動作を実現する。形状計測部5は、投光装置3によって生成される明暗パターンの照射パターン信号を生成し、伝送制御部4を介して投光装置3に伝送する。このとき、撮像装置2によって得られた画像における明暗パターンは、対象物1の形状を反映した歪みを有することになるため、形状計測部5においてこの歪みを元に対象物1の形状を計測する。
ここで、投光装置3は、図2に示す構成を有する。投光装置3は、図2に示すように、光を出射する光源8と、光源8からの光を平行光とするコリメート光学系9と、コリメート光学系9によって生成された平行光を反射し、一定の周期で振動することにより出射方向を走査する偏向走査装置11と、偏向走査装置11によって反射した光のビーム整形及び偏光制御を行うビーム制御光学系10と、ビーム制御光学系10の反射光を受光する受光素子12a及び12bによって構成されている。
光源8は、光を出射する素子であり、発光ダイオード、半導体レーザや気体レーザなどを使用することが可能である。装置の小型化、平行ビーム形成の容易さ、及び高い応答速度の点から半導体レーザの使用が望ましい。コリメート光学系9は、一般的には単レンズ、もしくは複数のレンズを組み合わせた光学系、もしくは曲面ミラーなどを使用することが可能である。偏向走査装置11は、一定周期で振動するミラーであり、ガルバノミラーや撓み張りによって支持された半導体振動ミラーを使用することが可能である。装置の小型化、機械的劣化がなく耐久性の向上等長寿命化の点から半導体振動ミラーの使用が望ましい。ビーム制御光学系10は、平行ビームを走査方向に垂直な方向に伸張しスリット光を形成するレンズ部14と、ビームを折り返し受光素子に12a及び12bに導くミラー部15によって構成されている。レンズ部14は、ビームの走査方向に垂直な凹面の円柱レンズを使用することができる。受光素子12a及び12bは、受光した光エネルギーを電気信号に変換する素子であり、フォトダイオードやCCD、光電子増倍管などを使用することが可能である。
次に、投光装置3の動作について説明する。光源8から出射され、コリメート光学系9によって平行ビームとなった光は、偏向走査装置11によって走査される。走査ビームはビーム制御光学系10に入射し、ビーム制御光学系10のレンズ部14に入射した光は帯状のスリット光となって対象物1に照射される。また、ミラー部15に入射した光は、鏡面反射して受光素子12a及び12bに入射する。受光素子12a及び12bにおける受光信号は、伝送制御部4に伝送され、それぞれの受光時間差に基づいて偏向走査装置11の振動時間が計測できる。伝送制御部4では、この振動時間を元に偏向走査装置11の駆動信号を決定し、偏向走査装置11の振動時間、すなわち振動周期が一定になるように偏向走査装置11のフィードバック制御を行う。この制御により、安定したスリットパターンを得ることが可能となり、投光装置3の小型化及び長寿命化が可能となる。
る。
る。
ここで、ビーム制御光学系10のレンズ部14として、凹面の円柱レンズに所定の曲率を持たせたトロイダルレンズを使用し、ビームの進行方向を制御してもよい。ミラーの振動は一定の角速度で振動するが、実際に到達するビームの位置はビームの振れ角度θに対してtanθで変動するため、一定速度で移動しない。したがって、一定の明滅パターンで光源8を点滅させた場合、対象物1に投射されるスリットパターンの周期は、振れ角度θが小さい位置では小さく、θが大きい位置では大きい、いわゆるチャープ型の周期パターンとなる。そこで、トロイダル形状をレンズに適用することにより、一定周期のスリットパターンを投影することが可能となり、スリット光の明暗幅の正弦波的な変動を補正することができる。
また、レンズの形状を凹面の円柱レンズとし、明滅パターン信号の明滅周期をビームの到達位置に応じて変化することで補正することも可能である。
また、偏向走査装置11の振動周期すなわち角速度が変動すると、対象物1上での単位時間当たりの光照射量が変動する。具体的には、角速度に比例して光照射量が減少する。そこで、偏向走査装置11の角速度に逆比例して光源8の発光量を制御することにより、常に均一な明るさのパターンを得ることが可能となる。
実施の形態2.
次に、図3は、この発明の実施の形態2に係る投光装置3の構成を示す図である。本実施の形態2が実施の形態1と異なる点は、図3において、受光素子13a及び13bとして、二分割のフォトダイオードを使用したことである。受光素子13a及び13bにおける受光量信号は、伝送制御部4に伝送される。伝送制御部4では、受光素子13aないしは13b内の二つのフォトダイオードについて、差分を演算する処理を行う。
次に、図3は、この発明の実施の形態2に係る投光装置3の構成を示す図である。本実施の形態2が実施の形態1と異なる点は、図3において、受光素子13a及び13bとして、二分割のフォトダイオードを使用したことである。受光素子13a及び13bにおける受光量信号は、伝送制御部4に伝送される。伝送制御部4では、受光素子13aないしは13b内の二つのフォトダイオードについて、差分を演算する処理を行う。
図4に、受光素子13aから13bまでビームが通過した場合における伝送制御部4における受光量信号と走査時間計測の様子を示す。受光素子13a内に存在する二つのフォトダイオードをそれぞれPDa及びPDbとした場合、ビームの通過時間がそれぞれ異なるため、受光量信号として時間的にずれた信号を出力する。これらの二つの信号を差分演算し、0点を通過した時間を通過時間とする。受光素子13bについても、同様の演算を行うことで、ビームが13aから13bを経た時間、すなわち走査時間Tを演算することが可能となる。その他の動作については実施の形態1に準ずる。
以上に示す構成によれば、差分演算により、外乱光や装置内部で反射する迷光の影響をキャンセルすることができるとともに、正確な走査時間Tを演算することが可能となる。
実施の形態3.
この実施の形態3に係る形状計測装置は、実施の形態2と同様な投光装置3の構成を備える。図5は、この発明の実施の形態3に係る形状計測装置における偏向走査装置11として、半導体振動ミラーを使用した場合の半導体振動ミラーの振れ角度(ビームの振れ角度)と、受光素子13a及び13bの位置、ビームの照射角度の位置関係を模式的に表したものである。
この実施の形態3に係る形状計測装置は、実施の形態2と同様な投光装置3の構成を備える。図5は、この発明の実施の形態3に係る形状計測装置における偏向走査装置11として、半導体振動ミラーを使用した場合の半導体振動ミラーの振れ角度(ビームの振れ角度)と、受光素子13a及び13bの位置、ビームの照射角度の位置関係を模式的に表したものである。
偏向走査装置11としての半導体振動ミラーは、x軸を法線とした面を中心とし、z軸を回転軸として、角度振幅±A/2で、その振れ角度が時間的に正弦波形を描くように振動している。入射ビームは、半導体振動ミラーに対して、−x方向に原点に向かうように進み、半導体振動ミラーの振動に応じて、振動するように構成されている。
このとき、図示するように、最大で±Aの振れ幅を持って振動することが可能である。ビーム振れ角度θは、時間tに対して、正弦波的に変動するため、角度振幅A、振動周波数fを用いることで、θ=Asin(2πft)と表すことができる。二つの受光素子13a及び13bは、角度振幅±Aの内角側に配置され、+αの位置に第一の受光素子13a、−αの位置に第二の受光素子13bが配置されている。このうち、角度+Aから角度−Aに向かう際、第一の受光素子13aを通過後、角度がγに到達した時点からパターン発光を開始し、一定時間パターンの発光を行う。
図6は、上記の動作について時間軸を横軸に取り、ビームの振れ角度θ、受光素子出力、及びパターン発光のタイミングについて、タイミングチャートとして示したものである。ビームの到達角度は、上述したように、正弦波波形を描く。角度θが、αに到達したとき、第一の受光素子13aの出力を得、−αに到達したとき、第二の受光素子13bの出力を得る。パターン発光の開始位置は、第一の受光素子13aの出力からt2経過した後、パターン発光を開始することで、所定の位置からパターン発光を開始する。
以上のような構成とすることで、パターンの発光開始時間(パターン照射の開始時間)が、2つの受光素子のうち、一方の受光素子の受光信号に基づいて、例えば固定された第一の受光素子13aを基準として決まるので、物体へ照射するパターンの開始位置を安定して決めることができる。
実施の形態4.
図7は、実施の形態3で述べたビームの開始位置を決める別形態を表すタイミングチャートである。ビームの振れ角度θ、及び二つの受光素子の配置は、実施の形態3と同等であるが、パターン出力開始位置γを決定する方法が異なる。
図7は、実施の形態3で述べたビームの開始位置を決める別形態を表すタイミングチャートである。ビームの振れ角度θ、及び二つの受光素子の配置は、実施の形態3と同等であるが、パターン出力開始位置γを決定する方法が異なる。
実施の形態3では、角度振幅の最大値を通過後の第一の受光素子13aの出力を基準にパターン発光の開始位置を決めていたが、本実施の形態4では、最大値到達前の第一の受光素子13aの出力タイミングと、最大値到達後の第一の受光素子13aの出力タイミングの中点t3を基準に時間t4経過後に、パターン発光を開始している点で異なる。このとき、時間t3はビームの振れ角度θが最大となる点となり、この位置を基準とすることとなる。
以上のような構成において、図8に示すように、半導体振動ミラーのジッターや外気温度など環境の変化により角度振幅AがA+ΔAに変化した場合、パターン発光の開始点γが変化する。実施の形態3では、パターン発光開始の基準位置となるαを通過するタイミングが図8のaからbに変化し、パターン発光の開始位置がdからe(角度γ→γ2)に変化する。
本実施の形態4では、角度振幅が変動しても、つまり半導体振動ミラーの振動振幅が変動した場合でも、パターン開始の基準は変化せず、パターン発光の開始位置はdからcに(角度γ→γ1)変化する。基準位置αが角度振幅の最大値に近い場合、γ→γ1の変動量に比べてγ→γ2の変動量が小さくなり、物体へ照射するパターンの開始位置を安定して決めることができ、安定したパターンの照射が可能となる。
実施の形態5.
まず、この実施の形態5に係る形状計測装置は、図1に示す実施の形態1と同様に、対象物1に対してビームを照射する投光装置3と、ビームの照射範囲を撮像する撮像装置2と、投光装置3及び撮像装置2を同期して駆動制御すると共に、撮像装置2より撮像された画像を形状計測部5に伝送する伝送制御部4と、ビームの照射パターン信号を生成して伝送制御部4を介して投光装置3に伝送すると共に、伝送制御部4を介して伝送される照射パターンに対応して撮像装置2より撮像された画像に基づいて対象物1の形状を計測する形状計測部5とを備える。
まず、この実施の形態5に係る形状計測装置は、図1に示す実施の形態1と同様に、対象物1に対してビームを照射する投光装置3と、ビームの照射範囲を撮像する撮像装置2と、投光装置3及び撮像装置2を同期して駆動制御すると共に、撮像装置2より撮像された画像を形状計測部5に伝送する伝送制御部4と、ビームの照射パターン信号を生成して伝送制御部4を介して投光装置3に伝送すると共に、伝送制御部4を介して伝送される照射パターンに対応して撮像装置2より撮像された画像に基づいて対象物1の形状を計測する形状計測部5とを備える。
図9は、前述した実施の形態とは別の形態でなる実施の形態5に係る投光装置を示す模式図である。すなわち、図9に示すように、本実施の形態5に係る投光装置18は、実施の形態1に係る投光装置3とは別の形態でなり、対象物に対してパターンを照射する第一の光源19と、第一の光源19から出射したビームを平行ビームにする第一のコリメートレンズ20と、平行ビームを走査する偏向走査装置としての半導体振動ミラー21と、ビームの整形及び偏向制御を行うビーム制御光学系をなす、実施の形態1で述べたビームの方向を変化させるトロイダルレンズ22と、半導体振動ミラー21の振動角度をモニタするための第二の光源23と、第二の光源23から出射したビームを平行ビームにする第二のコリメートレンズ24と、第二の光源23から出射され偏向走査装置としての半導体振動ミラー21で反射された光を受光しビームの振れ角度が一定値に到達したことを検出する第一の受光素子25a及び第二の受光素子25bとによって構成することが可能である。
ここで、ビーム制御光学系をなすトロイダルレンズ22は、第一のコリメートレンズ20を介した第一の平行ビームを整形しスリット光に伸張し、また、伝送制御部4は、2つの受光素子25a及び25bの受光信号に基づいて偏向走査装置としての半導体振動ミラー21の走査時間を制御する。
上記構成において、第一の光源19から出射された光が半導体振動ミラー21によって反射され、対象物に対してスリットパターン照射を行う動作については、実施の形態1及び実施の形態2に記したとおりである。本実施の形態5では、半導体振動ミラー21の裏面に対して、第二の光源23によりビームを照射し、その反射光を二つの受光素子25a及び25bによって検出することで、半導体振動ミラー21の駆動制御、及びパターン発光制御を行う点が、他の実施の形態と異なっている。
図10は、本実施の形態5に係るビームの照射位置、受光素子、及びパターン発光の照射範囲を模式的に表したものである。x軸を法線とした面と同一面内に半導体振動ミラー21の振動中心をとり、第一の光源19の入射ビームの方向を−x軸方向に取った点、及びxyz軸の方向は実施の形態3における図8と同様である。図10では、半導体振動ミラー21の裏面、すなわち+x軸の方向に第二の光源23から出射したモニタ用ビームが進行し、角度±γで示されるパターン発光の開始位置がy軸について対象になる位置に、第一の受光素子25a及び第二の受光素子25bを配置している点で異なっている。
図11は、本実施の形態5におけるパターン発光の開始位置の決定、及びビームスキャン速度の制御を行う方法を示すタイミングチャートである。このタイミングチャートは、上から、入射ビームの振れ角度θ、二つの受光素子25a及び25bの出力、最後にパターン照射の発光タイミングを示している。パターン照射の発光開始位置γと同等の位置に第一の受光素子25a、パターン照射の発光終了位置−γと同等の位置に第二の受光素子25bを配置しているため、第一の受光素子25aの受光信号と同時にパターンを発光させている。パターン発光の継続時間は、規定の時間t7で±γの角度で触れる間照射するように設定する。このとき、±γの位置に配置された第一の受光素子25aと第二の受光素子25bを通過する時間間隔t6を計測し、時間間隔t6がパターン発光継続時間t7に一致するように、伝送制御部4において、半導体振動ミラー21のフィードバック制御を行う。すなわち、半導体振動ミラー21の振動数が一定になるように制御を行う。
以上のような構成とすることで、パターン発光開始位置γについて、半導体振動ミラー21のジッターや外気温度など環境の変化により角度振幅が変動した場合でも、常に一定の角度でパターン発光を開始することができ、安定したパターンの生成が可能となる。また、パターン発光の開始位置と終了位置をビームが通過する時間を測定し、その経過時間を元に半導体振動ミラー21の振動数が一定になるようにフィードバック制御を行うことで、安定した照射パターンを得ることができる。このため、半導体振動ミラー21の振動周期及び振動振幅が変動した場合でも、物体へ照射するパターンを安定して決めることができる。
実施の形態6.
図12は、実施の形態6に係る形状計測装置における投光装置26の構成を示す模式図である。本実施の形態6が、実施の形態1と異なる点の一つは、図12において位置によって透過率が異なる透過率分布型のトロイダルレンズ27を使用したことである。光源8から出力されるビームスポットは、スポット中心から外側に向かってパワーが減少する分布型のスポットを持つ。このスポットを縦方向(図12において紙面垂直方向)に伸張させ、スリット光とした場合、中心から外側に向かってパワーが減少する照明となり、均一な輝度を持つ画像が得られない。そこで、トロイダルレンズの透過率分布が、中心から外側に向かって上昇するよう構成することで、輝度の均一な画像を得ることができる。
図12は、実施の形態6に係る形状計測装置における投光装置26の構成を示す模式図である。本実施の形態6が、実施の形態1と異なる点の一つは、図12において位置によって透過率が異なる透過率分布型のトロイダルレンズ27を使用したことである。光源8から出力されるビームスポットは、スポット中心から外側に向かってパワーが減少する分布型のスポットを持つ。このスポットを縦方向(図12において紙面垂直方向)に伸張させ、スリット光とした場合、中心から外側に向かってパワーが減少する照明となり、均一な輝度を持つ画像が得られない。そこで、トロイダルレンズの透過率分布が、中心から外側に向かって上昇するよう構成することで、輝度の均一な画像を得ることができる。
第二の異なる点は、トロイダルレンズ27において一部反射する光のうち、パターン照射の開始位置、及び終了位置に到達した光が反射して進行する経路上に、第一の受光素子29a及び第二の受光素子29bを配置したことである。
このような構成とすることで、実施の形態5で述べたように、パターン発光開始位置と終了位置を計測することができるため、半導体振動ミラー21のジッターや外気温度など環境の変化により角度振幅が変動した場合でも、常に一定の角度でパターン発光を開始することができ、安定したパターンの生成が可能となる。また、パターン発光の開始位置と終了位置をビームが通過する時間を測定し、その経過時間を元に半導体振動ミラー21の振動数が一定になるようにフィードバック制御を行うことで、安定した照射パターンを得ることができる。このため、半導体振動ミラー21の振動周期及び振動振幅が変動した場合でも、物体へ照射するパターンを安定して決めることができる。
実施の形態7.
図13は、本実施の形態7に係る形状計測装置における投光装置のビームの振動角、受光素子出力、パターン発光タイミング、及び半導体振動ミラーを駆動する電流を示すタイミングチャートである。このうち、ビームの振動角、受光素子出力、パターン発光タイミングは、実施の形態3と同じであり、この実施の形態7は、実施の形態3−6に適用できる。
図13は、本実施の形態7に係る形状計測装置における投光装置のビームの振動角、受光素子出力、パターン発光タイミング、及び半導体振動ミラーを駆動する電流を示すタイミングチャートである。このうち、ビームの振動角、受光素子出力、パターン発光タイミングは、実施の形態3と同じであり、この実施の形態7は、実施の形態3−6に適用できる。
半導体振動ミラー11(図3参照)は、一定周期ごとにパルス電流を与えることで振動動作を実現しており、そのパルス幅t11で振動周期を制御し、電流値Iで振動振幅を制御することができる。半導体振動ミラー11の振動周期が変動すると、二つの受光素子13aと13bの出力間隔t9が変動する。そこで、このt9を計測し、フィードバック制御によりt9が一定になるようにパルス幅t11を設定することで、ミラーの安定した振動周期を得ることができる。また、振動振幅が変動した場合、受光素子13aの出力間隔t8が変動する。そこで、このt8を計測し、フィードバック制御によりt8が一定になるように電流値Iを設定することで、ミラーの安定した振動振幅を得ることができる。
以上の構成をとることにより、ミラーの振動周期及び振動振幅が安定するため、安定した照射パターンを得ることができる。
1 対象物、2 撮像装置、3 投光装置、4 伝送制御部、5 形状計測部、6 視野、7 ビーム、8 光源、9 コリメート光学系、10 ビーム制御光学系、11 偏向走査装置(半導体振動ミラー)、12a,12b 受光素子、13a,13b 受光素子(二分割フォトダイオード)、14 レンズ部、15 ミラー部、16 半導体振動ミラー、17a、13b 受光素子、18 投光装置、19 第一の光源、20 第一のコリメートレンズ、21 半導体振動ミラー、22 トロイダルレンズ、23 第二の光源、24 第二のコリメートレンズ、25a 第一の受光素子、25b 第二の受光素子。
Claims (10)
- 対象物に対してビームを照射する投光装置と、
ビームの照射範囲を撮像する撮像装置と、
前記投光装置及び前記撮像装置を同期して駆動制御すると共に、前記撮像装置より撮像された画像を形状計測部に伝送する伝送制御部と、
ビームの照射パターン信号を生成して前記伝送制御部を介して前記投光装置に伝送すると共に、前記伝送制御部を介して伝送される照射パターンに対応して前記撮像装置より撮像された画像に基づいて前記対象物の形状を計測する形状計測部と
を備えた形状計測装置において、
前記投光装置は、光を出射する光源と、前記光源からの出射光を平行ビームとするコリメート光学系と、平行ビームを走査する偏向走査装置と、前記平行ビームの整形及び偏向制御を行うビーム制御光学系と、前記ビーム制御光学系の反射光を受光する2つの受光素子を有し、
前記ビーム制御光学系は、前記平行ビームを整形しスリット光に伸張するレンズ部と、前記レンズの両端に設けられて、前記平行ビームを前記受光素子に導くミラー部とを有し、
前記伝送制御部は、前記2つの受光素子の受光信号に基づいて前記偏向走査装置の走査時間を制御する
ことを特徴とする形状計測装置。 - 請求項1に記載の形状計測装置において、
前記レンズ部は、トロイダルレンズである
ことを特徴とする形状計測装置。 - 請求項1または2に記載の形状計測装置において、
前記偏向走査装置は、半導体振動ミラーである
ことを特徴とする形状計測装置。 - 請求項1から3までのいずれか1項に記載の形状計測装置において、
前記光源の発光光量を前記偏向走査装置の角速度に逆比例して変動させる
ことを特徴とする形状計測装置。 - 請求項1から4までのいずれか1項に記載の形状計測装置において、
前記受光素子は、二分割のフォトダイオードである
ことを特徴とする形状計測装置。 - 請求項3から5までのいずれか1項に記載の形状計測装置において、
前記2つの受光素子のうち、一方の受光素子の受光信号に基づいて、パターン照射の開始時間を決定する
ことを特徴とする形状計測装置。 - 請求項3から5までのいずれか1項に記載の形状計測装置において、
前記2つの受光素子のうち、一方の受光素子の受光信号の出力タイミングと、次回の出力タイミングの中点を基準として、パターン照射の開始時間を決定する
ことを特徴とする形状計測装置。 - 対象物に対してビームを照射する投光装置と、
ビームの照射範囲を撮像する撮像装置と、
前記投光装置及び前記撮像装置を同期して駆動制御すると共に、前記撮像装置より撮像された画像を形状計測部に伝送する伝送制御部と、
ビームの照射パターン信号を生成して前記伝送制御部を介して前記投光装置に伝送すると共に、前記伝送制御部を介して伝送される照射パターンに対応して前記撮像装置より撮像された画像に基づいて前記対象物の形状を計測する形状計測部と
を備えた形状計測装置において、
前記投光装置は、光を出射する第一の光源と、前記光源からの出射光を第一の平行ビームとする第一のコリメート光学系と、平行ビームを走査する偏向走査装置と、前記ビームの整形及び偏向制御を行うビーム制御光学系と、光を出射する第二の光源と、前記光源からの出射光を第二の平行ビームとする第二のコリメート光学系と、第二の光源から出射され前記偏向走査装置の反射光を受光する2つの受光素子を有し、
前記偏向走査装置は、半導体振動ミラーであり、
前記ビーム制御光学系は、前記第一の平行ビームを整形しスリット光に伸張するレンズ部を有し、
前記伝送制御部は、前記2つの受光素子の受光信号に基づいて前記偏向走査装置の走査時間を制御する
ことを特徴とする形状計測装置。 - 請求項1から8までのいずれか1項に記載の形状計測装置において、
前記レンズ部は、位置によって透過率が異なるレンズであり、
前記受光素子は、レンズ部における反射光の一部を受光する
ことを特徴とする形状計測装置。 - 請求項3から9までのいずれか1項に記載の形状計測装置において、
前記半導体振動ミラーは、パルス電流を周期的に与えることによって駆動され、
前記二つの受光素子のうち、第一の受光素子の受光信号間隔に基づいて、前記パルス電流の電流値を制御し、
第一の受光素子と第二の受光素子の受光信号間隔に基づいて、前記パルス電流のパルス幅を制御する
ことを特徴とする形状計測装置。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012202803A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Space Vision:Kk | パターン光投影装置及び方法 |
JP2021047109A (ja) * | 2019-09-19 | 2021-03-25 | セイコーエプソン株式会社 | 深度センサーの制御方法、深度センサーおよびロボットシステム |
JP2021047044A (ja) * | 2019-09-17 | 2021-03-25 | セイコーエプソン株式会社 | 揺動角制御方法、三次元計測装置およびロボットシステム |
JP2022520162A (ja) * | 2019-03-25 | 2022-03-29 | オッポ広東移動通信有限公司 | 飛行時間アセンブリ、端末機器及び飛行時間アセンブリの制御方法 |
Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01232321A (ja) * | 1988-03-12 | 1989-09-18 | Minolta Camera Co Ltd | レーザビーム走査光学系のトロイダルレンズ |
JPH04127981A (ja) * | 1990-09-18 | 1992-04-28 | Fuji Electric Co Ltd | レーザマーカ |
JPH04162013A (ja) * | 1990-10-25 | 1992-06-05 | Brother Ind Ltd | 光ビームの変調・走査装置 |
JPH0611658A (ja) * | 1992-06-25 | 1994-01-21 | Ricoh Co Ltd | レーザ光書込み装置 |
JPH0875430A (ja) * | 1994-09-08 | 1996-03-22 | Ckd Corp | 形状計測装置 |
JPH1048556A (ja) * | 1996-07-30 | 1998-02-20 | Canon Inc | 偏向走査装置 |
JP2000098271A (ja) * | 1998-09-18 | 2000-04-07 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | ガルバノミラー駆動装置 |
JP2001116526A (ja) * | 1999-10-19 | 2001-04-27 | Fuji Xerox Co Ltd | 3次元形状計測装置 |
JP2001242401A (ja) * | 2000-02-28 | 2001-09-07 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置 |
JP2001282445A (ja) * | 2000-03-31 | 2001-10-12 | Ricoh Co Ltd | 座標入力/検出装置および情報表示入力装置 |
JP2002122800A (ja) * | 2000-10-17 | 2002-04-26 | Asahi Optical Co Ltd | レーザ走査装置の同期信号検出装置 |
JP2003057577A (ja) * | 2001-08-09 | 2003-02-26 | Nippon Signal Co Ltd:The | 光走査装置及びアクチュエータ |
JP2004102061A (ja) * | 2002-09-11 | 2004-04-02 | Fuji Xerox Co Ltd | 光学走査装置 |
JP2004233177A (ja) * | 2003-01-30 | 2004-08-19 | Sony Corp | 3次元計測装置および3次元計測方法 |
JP2004258548A (ja) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Nippon Signal Co Ltd:The | 電磁駆動型光走査装置 |
JP2005175256A (ja) * | 2003-12-12 | 2005-06-30 | Konica Minolta Holdings Inc | 受光装置及び投受光装置 |
JP2007155600A (ja) * | 2005-12-07 | 2007-06-21 | Omron Corp | 三次元形状計測用投光装置及び三次元形状計測装置 |
JP2007327882A (ja) * | 2006-06-08 | 2007-12-20 | Konica Minolta Sensing Inc | 三次元形状測定方法、装置、及びフォーカス調整方法 |
-
2009
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Patent Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01232321A (ja) * | 1988-03-12 | 1989-09-18 | Minolta Camera Co Ltd | レーザビーム走査光学系のトロイダルレンズ |
JPH04127981A (ja) * | 1990-09-18 | 1992-04-28 | Fuji Electric Co Ltd | レーザマーカ |
JPH04162013A (ja) * | 1990-10-25 | 1992-06-05 | Brother Ind Ltd | 光ビームの変調・走査装置 |
JPH0611658A (ja) * | 1992-06-25 | 1994-01-21 | Ricoh Co Ltd | レーザ光書込み装置 |
JPH0875430A (ja) * | 1994-09-08 | 1996-03-22 | Ckd Corp | 形状計測装置 |
JPH1048556A (ja) * | 1996-07-30 | 1998-02-20 | Canon Inc | 偏向走査装置 |
JP2000098271A (ja) * | 1998-09-18 | 2000-04-07 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | ガルバノミラー駆動装置 |
JP2001116526A (ja) * | 1999-10-19 | 2001-04-27 | Fuji Xerox Co Ltd | 3次元形状計測装置 |
JP2001242401A (ja) * | 2000-02-28 | 2001-09-07 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置 |
JP2001282445A (ja) * | 2000-03-31 | 2001-10-12 | Ricoh Co Ltd | 座標入力/検出装置および情報表示入力装置 |
JP2002122800A (ja) * | 2000-10-17 | 2002-04-26 | Asahi Optical Co Ltd | レーザ走査装置の同期信号検出装置 |
JP2003057577A (ja) * | 2001-08-09 | 2003-02-26 | Nippon Signal Co Ltd:The | 光走査装置及びアクチュエータ |
JP2004102061A (ja) * | 2002-09-11 | 2004-04-02 | Fuji Xerox Co Ltd | 光学走査装置 |
JP2004233177A (ja) * | 2003-01-30 | 2004-08-19 | Sony Corp | 3次元計測装置および3次元計測方法 |
JP2004258548A (ja) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Nippon Signal Co Ltd:The | 電磁駆動型光走査装置 |
JP2005175256A (ja) * | 2003-12-12 | 2005-06-30 | Konica Minolta Holdings Inc | 受光装置及び投受光装置 |
JP2007155600A (ja) * | 2005-12-07 | 2007-06-21 | Omron Corp | 三次元形状計測用投光装置及び三次元形状計測装置 |
JP2007327882A (ja) * | 2006-06-08 | 2007-12-20 | Konica Minolta Sensing Inc | 三次元形状測定方法、装置、及びフォーカス調整方法 |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012202803A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Space Vision:Kk | パターン光投影装置及び方法 |
JP2022520162A (ja) * | 2019-03-25 | 2022-03-29 | オッポ広東移動通信有限公司 | 飛行時間アセンブリ、端末機器及び飛行時間アセンブリの制御方法 |
JP7269353B2 (ja) | 2019-03-25 | 2023-05-08 | オッポ広東移動通信有限公司 | 飛行時間アセンブリ、端末機器及び飛行時間アセンブリの制御方法 |
US11650292B2 (en) | 2019-03-25 | 2023-05-16 | Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. | Time of flight assembly for controlling laser light source to be turned off, terminal device and control method for time of flight assembly |
JP2021047044A (ja) * | 2019-09-17 | 2021-03-25 | セイコーエプソン株式会社 | 揺動角制御方法、三次元計測装置およびロボットシステム |
JP7268553B2 (ja) | 2019-09-17 | 2023-05-08 | セイコーエプソン株式会社 | 揺動角制御方法、三次元計測装置およびロボットシステム |
JP2021047109A (ja) * | 2019-09-19 | 2021-03-25 | セイコーエプソン株式会社 | 深度センサーの制御方法、深度センサーおよびロボットシステム |
JP7310481B2 (ja) | 2019-09-19 | 2023-07-19 | セイコーエプソン株式会社 | 深度センサーの制御方法、深度センサーおよびロボットシステム |
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