JP2010014505A - Three-dimensional shape measuring apparatus and three-dimensional shape measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus and a three-dimensional shape measuring method.
従来、物体の三次元形状を非接触で測定する方法の一つに光切断法が存在する。光切断法は三角測量の原理に基づいており、ライン状の光を測定対象物体に投影し、測定対象物体の形状に応じて変形したライン光をカメラで撮像して測定対象物体の表面形状を得る方法である。図4に、従来公知の光切断法による測定の原理を示す。この図4に示されるように、光源51から照射された光はスリット52を通過するとライン状の光(以下、ライン光53と呼ぶ)となる。このライン光53を測定対象物体2に照射すると、測定対象物体2上に光切断線54ができ、この光切断線54をカメラで撮像すると、画像55が得られる。光切断線54上にある一点PはP′に撮像されており、光源51と点Pと点P′を結んでできる三角形に注目すると、光源51と点P′の距離L、光源51と点P′を結ぶ線分と光源51と点Pを結ぶ線分53aのなす角θ1、点Pと点P′を結ぶ線分と光源51と点P′を結ぶ線分のなす角θ2は既知である。一辺とその両端の角度がわかるとき三角形は一つに決まるので、三角形の三辺と三つの角度が求められ、点P′の位置を測定することができる。ライン光53をスキャンさせ、その他の点についても同様に求めれば物体の三次元形状を求めることができる。このような光切断法を利用した三次元形状測定装置として、複数の光源から測定対象物体の異なる位置にライン光を照射して、当該測定対象物体の三次元形状を測定する装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
(例えば、特許文献1参照)。
(For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、この従来の光切断法では、図5(a)に示すように測定対象物体面2′の傾きとライン光53との照射角度がほぼ等しくなったときに、図5(b)のように測定対象物体面2′の傾きとライン光53との照射角度が等しくない場合に比べて、光切断線の幅61が増大して精度劣化及び空間分解能低下を生じ、また、測定対象物体面2′によっては散乱光の角度特性があり、撮像光学系では測定対象物体面2′からの散乱光を検出するため、受光する角度によって受光できる光量が大きく異なってしまうという課題があった。
However, in this conventional light cutting method, as shown in FIG. 5A, when the inclination of the
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、複数の角度から測定対象物体の略同一領域に光を照射し、当該表面形状の測定に適した角度での撮像データが得られ、高精度な測定が可能な三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, irradiating light to substantially the same region of the measurement target object from a plurality of angles, to obtain imaging data at an angle suitable for measurement of the surface shape, It is an object of the present invention to provide a three-dimensional shape measuring apparatus and a three-dimensional shape measuring method capable of highly accurate measurement.
前記課題を解決するために、本発明に係る三次元形状測定装置は、複数の光源を有し、測定対象物体の表面に異なる方向から光を照射する投光系と、この投光系の光源の各々から測定対象物体に照射された光を撮像する撮像光学系と、撮像光学系で撮像された光源の各々に対応する測定対象物体の像を処理する画像処理部と、を有して構成される。そして、投光系が有する複数の光源の各々は、撮像光学系の光軸を含む所定の面内で、この撮像光学系の光軸と各々の光源の光軸とのなす角度が異なり、測定対象物体の表面の略同一領域を照射するよう配置され、画像処理部は、光源の各々に対応する測定対象物体の像から、最適な部分を選択して形状情報を算出することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention has a plurality of light sources, a light projecting system that irradiates light on the surface of the measurement target object from different directions, and a light source of the light projecting system An imaging optical system that captures light emitted from each of the measurement target objects, and an image processing unit that processes an image of the measurement target object corresponding to each of the light sources captured by the imaging optical system Is done. Each of the plurality of light sources included in the light projecting system is different in the angle formed between the optical axis of the imaging optical system and the optical axis of each light source within a predetermined plane including the optical axis of the imaging optical system. It is arranged to irradiate substantially the same area on the surface of the target object, and the image processing unit calculates shape information by selecting an optimum part from the image of the measurement target object corresponding to each of the light sources. .
このような三次元形状測定装置において、投光系が有する複数の光源の各々は、測定対象物体にスリット光を照射するよう構成されることが好ましい。 In such a three-dimensional shape measuring apparatus, each of the plurality of light sources included in the light projecting system is preferably configured to irradiate the measurement target object with slit light.
このとき、画像処理部は、複数のスリット光を測定対象物体上に照射することにより撮像光学系で撮像された複数のスリット像のうち、強度が最大のスリット像、又は短手方向の幅が最小のスリット像を用いて測定対象物体の形状情報を算出することが好ましい。 At this time, the image processing unit irradiates the measurement target object with a plurality of slit lights, and among the plurality of slit images captured by the imaging optical system, the slit image having the maximum intensity or the width in the short direction is It is preferable to calculate the shape information of the measurement target object using the minimum slit image.
また、このような三次元形状測定装置において、投光系が有する複数の光源の各々は、互いに異なる波長の光を放射するよう構成され、撮像光学系は、複数の光源からの異なる波長の光を分離可能な光学素子と、波長ごとに分離された光をそれぞれ受光して測定対象物体の像を検出する複数の撮像素子とを有し、撮像光学系の光軸に垂直な直線に対する光源の光軸の傾きをθとし、撮像素子の撮像面の撮像光学系の光軸と垂直な直線に対する傾きをθ′とし、光源の光軸と撮像光学系の光軸とが交わる位置から撮像光学系の主平面までの距離をaとし、撮像光学系の後側主平面から撮像光学系の光軸上の撮像素子の位置までの距離をbとしたとき、次式
a×tanθ′ = b×tanθ
の条件を満足するように、撮像素子を配置することが好ましい。
Further, in such a three-dimensional shape measuring apparatus, each of the plurality of light sources included in the light projecting system is configured to emit light having different wavelengths, and the imaging optical system is configured to emit light having different wavelengths from the plurality of light sources. And a plurality of image sensors for detecting the image of the object to be measured by receiving the light separated for each wavelength, and the light source for the straight line perpendicular to the optical axis of the imaging optical system. The inclination of the optical axis is θ, the inclination of the imaging surface of the imaging device with respect to a straight line perpendicular to the optical axis of the imaging optical system is θ ′, and the imaging optical system starts from the position where the optical axis of the light source and the optical axis of the imaging optical system intersect. Where a is the distance to the principal plane of the imaging optical system, and b is the distance from the rear principal plane of the imaging optical system to the position of the imaging element on the optical axis of the imaging optical system, a × tan θ ′ = b × tan θ
It is preferable to arrange the image sensor so as to satisfy the above condition.
また、このような三次元形状測定装置において、撮像光学系は、両側テレセントリック光学系であり、且つ、撮像素子を一つ有し、投光系が有する複数の光源を順次切り換えながら点灯して測定対象物体に光を照射して一つの撮像素子で光源の各々に対する測定対象物体の像を検出するよう構成されることが好ましい。 In such a three-dimensional shape measuring apparatus, the imaging optical system is a double-sided telecentric optical system, has one imaging element, and measures by switching on and sequentially switching a plurality of light sources of the light projecting system. It is preferable that the object is irradiated with light and an image of the object to be measured for each of the light sources is detected by one image sensor.
あるいは、撮像光学系は、両側テレセントリック光学系であり、且つ、カラー撮像素子を一つ有し、投光系が有する複数の光源から測定対象物体に照射される波長の異なる各光を、一つのカラー撮像素子で受光し、各光を色信号として分離して撮像することにより、光源の各々に対する測定対象物体の像を検出するように構成されることが好ましい。 Alternatively, the imaging optical system is a double-sided telecentric optical system, and has one color imaging device, and each of the light beams with different wavelengths irradiated from the plurality of light sources of the light projecting system to the measurement target object It is preferable to be configured to detect an image of the measurement target object with respect to each of the light sources by receiving the light with a color image sensor and separating and imaging each light as a color signal.
また、本発明に係る三次元形状測定方法は、複数の光源を有し、測定対象物体の表面に異なる方向から光を照射する投光系と、この投光系の光源の各々から測定対象物体に照射された光を撮像する撮像光学系と、を有する三次元形状測定装置により測定対象物体の三次元形状を測定する方法であって、投光系が有する複数の光源の各々を、撮像光学系の光軸を含む所定の面内で、撮像光学系の光軸と各々の光源の光軸とのなす角度が異なり、測定対象物体の表面の略同一領域を照射するよう配置し、撮像光学系により、投光系の光源の各々から測定対象物体に照射された光を撮像し、光源の各々に対応する測定対象物体の像から、最適な部分を選択して形状情報を算出することを特徴とする。 The three-dimensional shape measurement method according to the present invention includes a light projecting system that has a plurality of light sources and irradiates light on the surface of the measurement target object from different directions, and a measurement target object from each of the light sources of the light projection system. An imaging optical system for imaging the light emitted to the object, and a method for measuring the three-dimensional shape of the object to be measured by a three-dimensional shape measuring apparatus, wherein each of the plurality of light sources of the light projecting system is imaged optically The angle between the optical axis of the imaging optical system and the optical axis of each light source is different within a predetermined plane including the optical axis of the system, and is arranged so as to irradiate substantially the same region of the surface of the object to be measured. The system captures the light irradiated to the measurement target object from each of the light sources of the light projecting system, calculates the shape information by selecting the optimum part from the image of the measurement target object corresponding to each of the light sources. Features.
本発明に係る三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法を以上のように構成すると、複数の角度から測定対象物体の略同一領域に光を照射することで、当該表面形状の測定に適した角度での画像データが得られ、三次元形状の高精度な測定が可能となる。 When the three-dimensional shape measurement apparatus and the three-dimensional shape measurement method according to the present invention are configured as described above, light is applied to substantially the same region of the measurement target object from a plurality of angles, which is suitable for measurement of the surface shape. Image data at an angle is obtained, and high-precision measurement of a three-dimensional shape is possible.
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図1に示すように、本実施の形態に係る三次元形状測定装置10は、複数の光源(図1の場合は3個の光源1a〜1c)を有する投光系1と、撮像レンズ3、複数の光学素子(図1の場合は2個の光学素子4a,4b)、光路長補正板5、及び、複数の撮像素子(図1の場合は3個の撮像素子6a〜6c)から構成され、測定対象物体2の像を検出する撮像光学系7と、この撮像光学系7で撮像された光源の各々に対応する測定対象物体2の像を処理する画像処理部8と、から構成されている。このような構成とするのは、上述のように、投光系1の光軸が測定対象物体2の表面に対し垂直入射の場合に投影されるライン幅が最も狭くなり散乱光の光強度も強くなるので、できるだけ垂直入射に近い条件で撮像することが望ましいためである。これを実現するため、この三次元形状測定装置10では、撮像光学系7を含む所定の平面内に、投光系1を構成する複数の光源(1a〜1c)を配置し、さらに、この撮像光学系7の光軸に対する光源(1a〜1c)の光軸の角度がそれぞれ異なるように配置して、投光系1を構成する複数の光源(1a〜1c)から測定対象物体2上の略同一領域に光を照射するように構成されている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the three-dimensional
なお、この三次元形状測定装置10では、スリットなどを用いて投光系1から測定対象物体2にスリット状の光を照射し、撮像光学系7で受光するよう構成してもよい。
Note that the three-dimensional
測定対象物体2により反射された光は、測定対象物体2の形状に応じて変形し、撮像光学系7により撮像される。画像処理部8は、撮像された複数の画像データから最適な部分を抽出し、形状情報(座標)を算出することで、測定対象物体2の三次元形状について精度のよい測定が可能となる。
The light reflected by the
また、この三次元形状測定装置10では、投光系1を構成する複数の光源1a〜1cが、互いに異なる波長の光を照射するよう構成され、撮像光学系7が、投光系1の複数の光源1a〜1cからの異なる波長の光を分岐可能な光学素子4と、波長ごとに分岐された光をそれぞれ受光する複数の撮像素子6を有するよう構成してもよい。光学素子4としては、ダイクロイックプリズムやダイクロイックミラー等を用いるのが好ましい。このような構成とすることにより、撮像光学系7において、投光系1の光源1a〜1cの各々から照射され、測定対物物2で反射した光を光学素子4で波長毎に分岐した後、各波長に対応する撮像素子6a〜6cで受光する。この場合、各波長の投光角度(図1に示すように、撮像光学系7の光軸と光源1a〜1cとを含む平面において、撮像光学系7の光軸に対して直交する線と各光源1a〜1cの光軸との角度θa〜θc)に応じてそれぞれの撮像素子6a〜6cを、シャインプルーフの法則にしたがって傾けることで、測定対象物体2の全面で精度よく計測できるようになり、投光系1の複数の光源1a〜1cからの光を分離して、一回の走査での形状測定が可能となる。
In the three-dimensional
以下、シャインプルーフの法則にしたがった撮像素子6の配置について説明する。シャインプルーフの法則は、図2に示されるように、測定対象物体2の物体面21と撮像光学系7の主平面22と撮像素子6の像面23とのそれぞれの延長線が1点(図2のS)で交わるようにするもので、光軸上の物体面21の位置(投光系1の光源1a〜1cの光軸と撮像光学系7の光軸とが交わる位置)から主平面22までの距離をaとし、主平面22から撮像光学系7の光軸上の像面23の位置までの距離をbとし、物体面21の撮像光学系7の光軸に直交する直線に対する傾きをθとし、像面23の撮像光学系7の光軸に直交する直線に対する傾きをθ′としたときに、これらの関係は次式(1)のように表される。
Hereinafter, the arrangement of the
a×tanθ′ = b×tanθ (1) a × tan θ ′ = b × tan θ (1)
また、この三次元形状測定装置10では、撮像光学系7を両側テレセントリック光学系で構成してもよく、物体面と像面との位置が光軸方向にずれた場合の撮像光学系7の倍率変化を防ぐことができる。また、投光系1を構成する光源1a〜1cの各々のON/OFFを切り替えたり、多色の光源1a〜1cを有する投光系1とカラー撮像素子6を用いて色信号として分離して撮像するようにしてもよい。このような構成とすると、投光系1の光源の数に対応して複数の撮像素子6を用いる必要がなく、一つの撮像素子6で受光して、処理することが可能となる。
Further, in this three-dimensional
〔第1実施例〕
以下、上述の三次元測定装置10の具体的な実施例について説明する。まず、図1を用いて第1実施例に係る非接触三次元形状測定装置10の構成について説明する。この図1に示される三次元形状測定装置10は、複数の光源を有する投光系1と、撮像レンズ3、光線を分岐する複数のダイクロイックプリズム4、光路長補正板5、及び、光源と同数の撮像素子6からなる撮像光学系7と、この撮像光学系7で撮像された光源の各々に対応する測定対象物体2の像を処理する画像処理部8と、から構成されている。この第1実施例及び以降の各実施例では、投光系1が3つの光源1a,1b,1cを有する例を示している。光源1a〜1cからは、図示しないスリットなどを介して、各々異なる波長λa,λb,λcを有するライン光が、それぞれ異なる投光角度θa,θb,θcから測定対象物体2に照射される(光源1a〜1cの配置についての考え方は上述のとおりである)。ここで、ダイクロイックプリズム4は、波長λcの光のみを反射する第1のダイクロイックプリズム4cと、波長λbの光のみを反射する第2のダイクロイックプリズム4bから構成される。撮像素子6は、波長λa,波長λb,波長λcの光をそれぞれ受光する第1〜第3の撮像素子6a,6b,6cから構成される。
[First embodiment]
Hereinafter, specific examples of the above-described three-
ここで、ダイクロイックプリズム4と撮像素子6との位置関係であるが、第1のダイクロイックプリズム4cから第3の撮像素子6cまで距離と第1のダイクロイックプリズム4cから第1の撮像素子6aまでの距離、第2のダイクロイックプリズム4bから第2の撮像素子6bまで距離と第2のダイクロイックプリズム4bから第1の撮像素子6aまでの距離、及び、光路長補正板5の光路長と第2のダイクロイックプリズム4bの光路長は、それぞれ等しくなっている。そして、これらの位置関係をもとに、撮像素子6a〜6cを上述のシャインプルーフの法則にしたがって光軸に対して傾けて配置する。これにより、撮像素子6a〜6cは、上述のダイクロイックプリズム4と撮像素子6との位置関係を基に、上記式(1)より求められる像面23に合わせて各々θa′,θb′,θc′の角度で傾ければよい。このように配置することにより、各撮像素子6a〜6cの面上全体でピントのあった画像がそれぞれ得られる。
Here, regarding the positional relationship between the
このような、第1実施例に係る三次元形状測定装置10において、投光系1を構成する光源1a〜1cから波長λa,λb,λcのライン光が、撮像光学系7の光軸に直交する直線に対して角度θa,θb,θcの方向から測定対象物体2に照射される。この測定対象物体2により反射されたライン光は、測定対象物体2の形状に応じて変形し、撮像レンズ3を介してこの測定対象物体2の像として結像される。その際、撮像レンズ3を透過したライン光は第1のダイクロイックプリズム4cにより分離される。この第1のダイクロイックプリズム4cでは、光源1cから放射された波長λcの光のみを反射し、それ以外の波長λa、λbの光は透過する(すなわち、波長λcの光のみを分離する)。第1のダイクロイックプリズム4cで反射された波長λcの光は、光路長補正板5を通過し、撮像素子6cに達する。一方、第1のダイクロイックプリズム4cを透過した波長λa、λbの光のうち、波長λbの光は第2のダイクロイックプリズム4bで反射され、波長λaの光は透過してこれらの光は分離される。
In such a three-dimensional
波長λbの光はダイクロイックプリズム4bで反射された後、撮像素子6bに達し、波長λaの光はダイクロイックプリズム4bを透過した後、撮像素子6aに達する。各撮像素子6a〜6cは上述のシャインプルーフの法則にしたがって傾けて配置されているため、これらの撮像素子6a〜6cの面上全体でピントのあった3つの画像が得られる。この撮像素子6a〜6cで得られた画像(検出信号)は画像処理部8に送信され、この画像処理部8において、これらの画像のうち、光切断線の幅が細く光強度の強い画像データの部分を抽出し、形状情報(座標)を算出することで、測定対象物体2に対する三次元形状の精度のよい測定が可能となる。
The light having the wavelength λb is reflected by the dichroic prism 4b and then reaches the image sensor 6b. The light having the wavelength λa is transmitted through the dichroic prism 4b and then reaches the image sensor 6a. Since each of the image sensors 6a to 6c is inclined and arranged in accordance with the above-mentioned Scheinproof law, three images that are in focus on the entire surface of these image sensors 6a to 6c are obtained. The images (detection signals) obtained by the image pickup devices 6a to 6c are transmitted to the
〔第2実施例〕
次に、図3を用いて、第2実施例に係る三次元測定装置10の構成を説明する。この図3の三次元測定装置10は、複数の光源1a〜1cを有する投光系1、撮像レンズ3、及び、1つの撮像素子6からなる撮像光学系7と、この撮像光学系7で撮像された光源の各々に対応する測定対象物体2の像を処理する画像処理部8と、を有して構成されている。なお、撮像レンズ3は、前群レンズ3aと後群レンズ3bとにより構成されており、前群レンズ3aの後側焦点の位置と後群レンズ3bの前側焦点の位置は一致するように配置されている。更に、前群レンズ3aの後側焦点の位置(後群レンズ3bの前側焦点の位置)に絞り31が配置され、この第2実施例に係る撮像レンズ3は両側テレセントリックな光学系となっている。このような両側テレセントリック光学系とすることにより、物体面又は像面のいずれかの位置が光軸方向にずれても撮像光学系7の倍率が変化するのを防ぐことができる。
[Second Embodiment]
Next, the configuration of the three-
このような、第2実施例に係る三次元形状測定装置10において、第1実施例と同様に、投光系1の3つの光源1a〜1cから、波長λa〜λcのライン光が、撮像光学系7の光軸に直交する直線に対して角度θa、θb、θcの方向から測定対象物体2に照射される。測定対象物体2の形状に応じて変形したライン光は、両側テレセントリック光学系の撮像レンズ3により、撮像素子6の撮像面上にこの測定対象物体2の像として結像される。このとき、この第2実施例では、光源1a〜1cのON/OFFの切り換えをすることで、順に点灯させ、それぞれの光源1a〜1cが点灯したときの各光切断線を、撮像素子6にてそれぞれ撮像する。
In such a three-dimensional
画像処理部8は、このようにして、各光源1a〜1cを順に点灯させることにより撮像素子6で得られた3つの画像のうちから、光切断線の幅が細く光強度の強い画像データの部分を抽出し、形状情報(座標)を算出して、精度のよい三次元形状の測定を行う。このように、投光系1を構成する光源1a〜1cを順次点灯させることにより、撮像素子6は一つあればよく、三次元形状測定装置10を安価な構成とすることができる。なお、この第2実施例でも各光源1a〜1cの波長を異なるものとしているが、光源1a〜1cのON/OFF切り換えることにより撮像するので、各光源1a〜1cの波長を同一にすることも可能である。
In this way, the
〔第3実施例〕
最後に、第3実施例に係る三次元測定装置10について説明する。この第3実施例の三次元形状測定装置10は、図3に示す第2実施例の三次元測定装置10と同様の構成を有しており、複数の光源1a〜1cを有する投光系1と、撮像レンズ3及び1つの撮像素子6により構成される撮像光学系7と、この撮像光学系7で撮像された光源の各々に対応する測定対象物体2の像を処理する画像処理部8と、を有して構成される。撮像レンズ3は、前群レンズ3a、後群レンズ3b、及び絞り31を有する両側テレセントリックな光学系となっている。なお、第3実施例では、撮像素子6としてカラー撮像素子を用いている。
[Third embodiment]
Finally, the three-
このような、第3実施例に係る三次元形状測定装置10において、第2実施例と同様に、投光系1の3つの光源1a〜1cから波長λa〜λcのライン光が、撮像光学系7の光軸に直交する直線に対して角度θa、θb、θcの方向から測定対象物体2に照射される。そして、測定対象物体2の形状に応じて変形したライン光は、両側テレセントリック光学系の撮像レンズ3により撮像素子6の撮像面上にこの測定対象物体2の像として結像される。この第3実施例では、カラー撮像素子6を用いているため、撮像レンズ3を透過した各波長の光は色信号として分離して撮像される。そのため、3つの光源1a〜1cから放射される光線の波長は、カラー撮像素子6の画素に応じて、RGBの3色であることが好ましい。また、単色用の撮像素子を使用する場合は、撮像素子の入射面側に光源の波長に対応した透過波長帯域を有するフィルタをそれぞれターレット上に配置し、それらを順次切り替えて使用することにより実現できる。
In such a three-dimensional
画像処理部8は、このようにして分離して撮像された画像の中から、光切断線の幅が細く光強度の強い画像データの部分を抽出し、形状情報(座標)を算出することにより、精度のよい三次元形状の測定を行う。また、カラー撮像素子6が一つあればよく、三次元形状測定装置10を安価な構成とすることができる。
The
1 投光系 1a,1b,1c 光源 2 測定対象物体 3 撮像レンズ
4 光学素子 4a,4b、4c ダイクロイックプリズム
5 光路長補正板 6 撮像素子 7 撮像光学系 8 画像処理部
10 三次元形状測定装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記投光系の前記光源の各々から前記測定対象物体に照射された光を撮像する撮像光学系と、
前記撮像光学系で撮像された前記光源の各々に対応する前記測定対象物体の像を処理する画像処理部と、を有し、
前記投光系が有する複数の前記光源の各々は、前記撮像光学系の光軸を含む所定の面内で、前記撮像光学系の光軸と各々の前記光源の光軸とのなす角度が異なり、前記測定対象物体の表面の略同一領域を照射するよう配置され、
前記画像処理部は、前記光源の各々に対応する前記測定対象物体の像から、最適な部分を選択して形状情報を算出することを特徴とする三次元形状測定装置。 A light projecting system having a plurality of light sources and irradiating light from different directions on the surface of the object to be measured;
An imaging optical system for imaging light irradiated on the measurement target object from each of the light sources of the light projecting system;
An image processing unit that processes an image of the measurement target object corresponding to each of the light sources imaged by the imaging optical system,
Each of the plurality of light sources included in the light projecting system has a different angle between the optical axis of the imaging optical system and the optical axis of each of the light sources within a predetermined plane including the optical axis of the imaging optical system. , Arranged to irradiate substantially the same region of the surface of the measurement object,
The three-dimensional shape measuring apparatus, wherein the image processing unit calculates shape information by selecting an optimum part from the image of the measurement target object corresponding to each of the light sources.
前記撮像光学系は、複数の前記光源からの異なる波長の光を分離可能な光学素子と、波長ごとに分離された光をそれぞれ受光して前記測定対象物体の像を検出する複数の撮像素子とを有し、
前記撮像光学系の光軸に垂直な直線に対する前記光源の光軸の傾きをθとし、前記撮像素子の撮像面の前記撮像光学系の光軸と垂直な直線に対する傾きをθ′とし、前記光源の光軸と前記撮像光学系の光軸とが交わる位置から前記撮像光学系の主平面までの距離をaとし、前記撮像光学系の後側主平面から前記撮像光学系の光軸上の前記撮像素子の位置までの距離をbとしたとき、次式
a×tanθ′ = b×tanθ
の条件を満足するように、前記撮像素子を配置した請求項1〜3いずれか一項に記載の三次元形状測定装置。 Each of the plurality of light sources included in the light projecting system is configured to emit light having different wavelengths,
The imaging optical system includes: an optical element capable of separating light of different wavelengths from the plurality of light sources; and a plurality of imaging elements for receiving the light separated for each wavelength and detecting the image of the measurement target object. Have
The inclination of the optical axis of the light source with respect to a straight line perpendicular to the optical axis of the imaging optical system is θ, the inclination of the imaging surface of the imaging element with respect to a straight line perpendicular to the optical axis of the imaging optical system is θ ′, and the light source The distance from the position where the optical axis of the imaging optical system intersects the optical axis of the imaging optical system to the main plane of the imaging optical system is a, and the rear main plane of the imaging optical system on the optical axis of the imaging optical system Assuming that the distance to the position of the image sensor is b, the following formula: a × tan θ ′ = b × tan θ
The three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the imaging element is arranged so as to satisfy the above condition.
前記投光系が有する複数の前記光源を順次切り換えながら点灯して前記測定対象物体に光を照射して前記一つの撮像素子で前記光源の各々に対する前記測定対象物体の像を検出するよう構成された請求項1〜4いずれか一項に記載の三次元形状測定装置。 The imaging optical system is a double-sided telecentric optical system and has one imaging element,
The plurality of light sources included in the light projecting system are sequentially turned on to illuminate the measurement target object, and the one image sensor detects an image of the measurement target object for each of the light sources. The three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4.
前記投光系が有する複数の前記光源から前記測定対象物体に照射される波長の異なる各光を、前記一つのカラー撮像素子で受光し、各光を色信号として分離して撮像することにより、前記光源の各々に対する前記測定対象物体の像を検出するように構成された請求項1〜4いずれか一項に記載の三次元形状測定装置。 The imaging optical system is a double-sided telecentric optical system, and has one color imaging device,
By receiving each light having different wavelengths irradiated to the measurement target object from the plurality of light sources included in the light projecting system with the one color image sensor, and separating and imaging each light as a color signal, The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, configured to detect an image of the measurement target object with respect to each of the light sources.
前記投光系の前記光源の各々から前記測定対象物体に照射された光を撮像する撮像光学系と、を有する三次元形状測定装置により前記測定対象物体の三次元形状を測定する三次元形状測定方法であって、
前記投光系が有する複数の前記光源の各々を、前記撮像光学系の光軸を含む所定の面内で、前記撮像光学系の光軸と各々の前記光源の光軸とのなす角度が異なり、前記測定対象物体の表面の略同一領域を照射するよう配置し、
前記撮像光学系により、前記投光系の前記光源の各々から前記測定対象物体に照射された光を撮像し、前記光源の各々に対応する前記測定対象物体の像から、最適な部分を選択して形状情報を算出することを特徴とする三次元形状測定方法。 A light projecting system having a plurality of light sources and irradiating light from different directions on the surface of the object to be measured;
A three-dimensional shape measurement device that measures a three-dimensional shape of the measurement target object by a three-dimensional shape measurement apparatus having an imaging optical system that images light irradiated on the measurement target object from each of the light sources of the light projecting system A method,
The angle between the optical axis of the imaging optical system and the optical axis of each of the light sources is different within a predetermined plane including the optical axis of the imaging optical system for each of the plurality of light sources included in the light projecting system. , Arranged to irradiate substantially the same area of the surface of the measurement object,
The imaging optical system images the light irradiated on the measurement target object from each of the light sources of the light projecting system, and selects an optimum portion from the image of the measurement target object corresponding to each of the light sources. And calculating shape information.
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