JP2016194607A - 保持装置、投影装置、計測装置及び保持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パターン光生成部により生成されるパターン光の欠損や歪みを低減する保持装置を提供する。【解決手段】 パターン光生成部を位置決めするための位置決め部を有し、パターン光生成部を支持する支持部と、パターン光生成部の外周に当接してパターン光生成部を保持し、支持部に固定された固定部とを有し、固定部はパターン光生成部の外周の一部に当たる当接部とパターン光生成部のうち当接部に当たる部分を当接部に押圧するための弾性部とを含む保持装置。【選択図】 図５

Description

本発明は、パターン光生成部の保持装置、投影装置、計測装置及び保持方法に関する。

近年、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）、液晶タイプの光変調デバイス、または、パターンが形成されたマスクなどのパターン光生成部を用いてパターン光を生成し、パターン投影、露光や計測を行う装置が知られている。

例えば、計測装置として、被検物にパターン光を投影して被検物を撮像し、撮像された画像から被検物の形状を計測するパターン投影方式の計測装置がある。計測装置は、パターン光を投影する投影ユニットと、被検物を撮像する撮像ユニットとを含む計測ヘッドを有する。また、計測装置の内部又は外部に演算ユニットが設けられている。投影ユニットはパターン光生成部によりパターン光を生成する。投影ユニットは、投影レンズにより被検物にパターン光を投影し、撮像ユニットは、パターン光が投影された被検物を撮像レンズを通してセンサで撮像する。演算ユニットは、その撮像により得られた画像を用いて三角測量に基づく演算を行って、被検物の形状を求める。

投影ユニット内のパターン光生成部や投影レンズなどの構成部材は、保持部材によってずれないように固定される必要がある。特許文献１には、投射型表示装置におけるＤＭＤチップの取り付け構造が開示されている。特許文献１に記載のＤＭＤチップの取り付け構造では、ＤＭＤチップとその制御基板やヒートシンクを一括して、圧縮バネを挟んでネジで筐体に締結して固定している。

特開２０１０−１７５５８３号公報

パターン光生成部、例えばＤＭＤチップには、保持部材への取り付け用の穴が設けられており、その穴にピンやネジを通してＤＭＤチップが保持部材に固定される。ＤＭＤチップに設けられた取り付け用の穴は、その穴を通るピンやネジの外径よりも大きく形成されており、その穴とピンやネジとの間にはギャップが存在している。特許文献１に記載のＤＭＤチップについても同様である。そのため、ＤＭＤチップの使用を繰り返したり、温度変化による熱膨張が生じたりすると、ＤＭＤチップは位置ずれや変形を起こす場合がある。また、ＤＭＤチップの取り付け用の穴とピンやネジとの間のギャップは、穴の中心から任意の方向（角度）に生じるため、位置ずれや変形の方向を予測することが困難である。ＤＭＤチップの位置ずれや変形が生じると、ＤＭＤの光入射面の中心軸と投影レンズの光軸がずれてしまう。このずれは、ＤＭＤにより生成されるパターン光（光強度分布）の一部欠損や歪みなどを生じさせる。

そこで、本発明は、パターン光生成部により生成されるパターン光の欠損や歪みを低減する保持装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一側面としての保持装置は、パターン光生成部を保持する保持装置であって、前記パターン光生成部を位置決めするための位置決め部を有し、前記パターン光生成部を支持する支持部と、前記パターン光生成部の外周に当接して前記パターン光生成部を保持し、前記支持部に固定された固定部と、を有し、前記固定部は、前記パターン光生成部の外周の一部に当たる当接部と、前記パターン光生成部のうち前記当接部に当たる部分を前記当接部に押圧するための弾性部と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、パターン光生成部により生成されるパターン光の欠損や歪みを低減する保持装置を提供することができる。

実施形態１における計測装置の概略図である。 ＤＭＤの概要図である。 ＤＭＤを保持する保持装置の組み立て図である。 ＤＭＤを支持部材に取り付けた状態を示す図である。 ＤＭＤを固定部材で保持した状態を示す図である。 実施形態２における保持装置を示す図である。 ＤＭＤの保持方法を示すフローチャートである。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態では、被検物の形状を計測する計測装置を例に挙げて説明する。

〔実施形態１〕
図１は、実施形態１の計測装置の概略図である。計測装置１は、被検物６の３次元等の形状を計測する計測装置である。図１に示すように、計測装置１は、投影部２と、撮像部８と、情報処理部１００と、を有する。

投影部２は、デジタルミラーデバイス（以下、ＤＭＤとする）３（パターン光生成部）と、ＤＭＤ３を照明する照明部４と、ＤＭＤ３により生成されたパターン光（光強度分布）を被検面５に配置された被検物６へ投影する投影光学系７とを有する。なお、ＤＭＤ３（チップ）は後述する保持装置によって保持されている。

情報処理部１００は、制御部１０１と演算処理部１０２を有する。情報処理部１００は、投影部２と撮像部８に電気的に接続されている。ＤＭＤ３は、制御部１０１からの制御指令によって、各ミラーの角度を切り替えることにより、照明部４からの入射光を反射させて、ラインやドットのパターンなどのパターン光を生成する。

撮像部８は、撮像素子９と、投影部２で生成されたパターン光が投影された被検物６からの光を撮像素子９の受光面に結像させる結像光学系１０と、を有する。撮像部８は、制御部１０１からの制御指令によって、パターン光が投影された被検物６を撮像する撮像処理を行い、撮像素子９の受光面における輝度分布を撮像素子９で離散的にサンプリングされた階調分布に変換する。そして、撮像素子９は、パターン光が投影された被検物６の画像のデータを演算処理部１０２へ出力する。制御部１０１は投影部２を制御して所定のタイミングで所定パターンを被検物６へ投影するとともに、撮像部８を制御して被検物６を撮像させる。演算処理部１０２は、撮像部８から出力された画像の情報に基づいて、空間符号化法により被検物６の三次元座標の情報を算出し、被検物の形状や位置や姿勢を求める。

次に、ＤＭＤ３の取り付け構造（保持装置）について詳しく説明する。図２に、ＤＭＤ３の概要図を示す。図７にＤＭＤの保持方法のフローチャートを示す。図２に示す通り、ＤＭＤ３は、位置決め部として、ＤＭＤ３を支持部材１３（支持部）に位置決めするための位置決め穴（取り付け用穴）１１ａ、１１ｂが設けられている。位置決め穴１１ａ、１１ｂは、ＤＭＤ３の各ミラーが配置されている使用領域（光入射範囲）１２に対する相対位置（位置精度）が保証されている。ＤＭＤ３はアルミナ等で形成されている。

図３は、支持部材１３およびこれに支持されるＤＭＤ３と固定部材１４（固定部）の分解斜視図である。図３に示される通り、支持部材１３にはＤＭＤ３の使用領域を露出させる矩形状の開口部１５が設けられており、ＤＭＤ３の位置決めを行う位置決めピン１６ａ、１６ｂ（嵌合部材）が取り外し可能に設けられている。ＤＭＤ３にある位置決め穴１１ａ、１１ｂ（穴部）に、ピン１６ａ、１６ｂを挿入して取り付けることにより、ＤＭＤ３の位置合わせを行う（Ｓ１０２）。図４に、ＤＭＤ３を支持部材１３に取り付けた状態の図を示す。なお、位置決め穴１１ａ、１１ｂは、位置決めピン１６ａ、１６ｂの径よりも大きく形成されている。

支持部材１３はコストと加工性の観点からアルミニウムで形成されている。ＤＭＤ３の材質であるアルミナと、支持部材１３の材質であるアルミニウムは線熱膨張係数が互いに異なるので、環境温度変化やＤＭＤの発熱によって、伸縮量に差が出てしまい、支持部材１３に対してＤＭＤ３が動いてしまうことが起こりうる。また、位置決めピンでは熱膨張時に発生する応力により、ＤＭＤ３をひずませる、あるいは破損させてしまうおそれがある。また、仮に、支持部材１３とＤＭＤ３が接着されている場合でも、その接着部を変形させつつＤＭＤ３が動いてしまう。また、ＤＭＤ３が接着されていると、ＤＭＤ３を交換する際に手間とコストがかかってしまう。

図５は、ＤＭＤ３と固定部材１４（当接部）の構成を詳しく示す平面図である。前述のように、ＤＭＤ３を位置決めピン１６ａ、１６ｂの勘合（嵌合）で位置決めした後、ＤＭＤ３の外周（外形）に対して、固定部材１４の突出部１７ａ，１７ｂ，および１７ｃを突き当てる（当接させる）。そして、ＤＭＤ３に固定部材１４を当接させた状態で、固定部材１４を支持部材１３にねじ１８ａ，１８ｂで固定する（Ｓ１０４）。固定部材１４はＤＭＤ３の外周（外形）に合わせて取り付けられるため、支持部材１３上で位置の調整が可能となっている。本実施形態においては、支持部材１３のねじ穴の径がねじ１８ａ，１８ｂより大きく取られており、固定部材１４の位置が調整可能となっている。

次に、突出部１７ａ，１７ｂに当接しているＤＭＤ３の側面とは反対側の面に対して、弾性部である板ばね１９ａを取り付ける。また、突出部１７ｃに当接しているＤＭＤ３の側面とは反対側の面にも、板ばね１９ｂを取り付ける（Ｓ１０６）。つまり、ＤＭＤ３のうち突出部１７に当たる部分を板ばね１９により突出部１７に押圧して、ＤＭＤ３を保持する。板ばね１９ａ，１９ｂは固定部材１４に連結されている。板ばね１９ａ，１９ｂのたわみによるばね力により、それぞれの突出部１７ａ，１７ｂおよび１７ｃに対して弾性的にＤＭＤ３が押圧されて固定される。

そして、固定部材１４を支持部材１３に固定し、固定部材１４によってＤＭＤ３が固定された後、最初の位置決めで使用した位置決めピン１６ａ、１６ｂを位置決め穴１１ａ、１１ｂから抜き去る（取り外す）。ピン１６ａ、１６ｂを抜き去った状態で環境温度変化やＤＭＤの発熱が起きても、ピンがＤＭＤを変形させることはなく、ＤＭＤ３と支持部材１３の間の線熱膨張係数の差（変形量の差）による影響は低減される。よって、ＤＭＤ３をひずませる、あるいは破損させるような問題を軽減することが出来る。

また、ＤＭＤ３の熱膨張などの変形は、板ばね１９ａ，１９ｂの弾性変形により吸収されるので、支持部材１３とＤＭＤ３との位置ずれは、ある程度予測が容易になる。位置ずれの予測ができれば、計測誤差の補正や装置設計による保証が可能となる。

なお、固定部材１４の突出部とＤＭＤ３の使用領域（光入射範囲）１２との相対位置精度は、ＤＭＤ３の位置決め穴１１とＤＭＤ３の使用領域（光入射範囲）１２との相対位置精度よりも低い。しかし、ＤＭＤ３の位置決め穴１１を用いてＤＭＤ３をピン１６で支持して位置決め精度を出した後に、固定部材１４でＤＭＤ３を保持しているので、ＤＭＤの位置決め精度は低下しない。

また、ＤＭＤ３の固定に接着剤を使用しないので、ＤＭＤ３に不具合が発生してもＤＭＤ３の脱着が容易であり交換可能となっている。板ばねのたわみによるばね力においては、装置で必要な力（例えば駆動加速度）や部品の材料に応じて任意に設定可能となっている。

また、ＤＭＤ３の形状は矩形に限らず、外形を６角形などの多角形にしてもよく、その場合、ＤＭＤ３の外周の任意の位置を弾性部で加圧することによって、ＤＭＤ３が当接する固定部材１４の部分にＤＭＤ３を押圧してもよい。

〔実施形態２〕
図６は、実施形態２におけるＤＭＤ３の保持装置を示す図である。本実施形態においても、実施形態１と同様に、固定部材１４０（固定部）に、突出部１７ａ，１７ｂおよび１７ｃが設けられている。そして、実施形態１と同様に、ＤＭＤ３を位置決めピン１６ａ、１６ｂの勘合（嵌合）で位置決めした後、ＤＭＤ３の外周（外形）に対して、固定部材１４０の突出部１７ａ，１７ｂ，および１７ｃを突き当てる。そして、ＤＭＤ３に固定部材１４０を突き当てた状態で、固定部材１４０を支持部材１３にねじで固定する。

次に、突出部１７ａ，１７ｂに当接しているＤＭＤ３の側面とは反対側の面に対して、弾性部材であるレバー２０ａを取り付ける。また、突出部１７ｃに当接しているＤＭＤ３の側面とは反対側の面にも、レバー２０ａを取り付ける。レバー２０ａ，２０ｂと固定部材１４０の間には圧縮ばね２１ａ，２１ｂが設置されており、レバー２０ａ，２０ｂには回転ピン２２ａ，２２ｂに対し一定の隙間を維持する穴が空いている。回転ピン２２ａ，２２ｂは支持部材１３に固定されており、レバー２０ａ，２０ｂは回転ピン２２ａ，２２ｂを中心として、回転出来るようになっている。ＤＭＤ３は、圧縮ばねの圧縮によるばね力により、それぞれの突出部１７ａ，１７ｂおよび１７ｃに対して弾性的に押圧されて固定される。

そして、固定部材１４０を支持部材１３に固定し、固定部材１４０によってＤＭＤ３が固定された後、位置決めで使用した位置決めピン１６ａ、１６ｂを位置決め穴１１ａ、１１ｂから抜き去る（取り外す）。したがって、この保持装置により、実施形態１と同様の効果を得ることが出来る。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。例えば、上述の実施形態の計測装置内のパターン光生成部の保持に限らず、液晶プロジェクタなどの投写型表示装置の液晶パネルの保持や、ＤＭＤを用いた光パターン投影装置のＤＭＤの保持など様々なパターン光生成部の保持にも適用することができる。また、情報処理部１００は計測装置１の外部に設けられても良い。

また、支持部材のピンは、必ずしも取り外す必要はなく、ＤＭＤの位置決め穴に対して挿脱可能であればよい。また、ピンに限らず、ネジなどの嵌合部材を用いても良い。また、ＤＭＤの位置決め穴に嵌合部材を嵌めることで、ＤＭＤを支持部材に支持したが、嵌合部材で位置決めすることに限らず、支持部材の穴や基準部分に対して、ＤＭＤの位置決め穴を合わせることで、ＤＭＤを位置合わせしてもよい。

また、保持装置によって保持されたＤＭＤに、その制御基板やヒートシンクなどの部材を、バネなどの弾性部材を用いて取り付けることができる。

Claims (10)

1. パターン光生成部を保持する保持装置であって、
   前記パターン光生成部を位置決めするための位置決め部を有し、前記パターン光生成部を支持する支持部と、
   前記パターン光生成部の外周に当接して前記パターン光生成部を保持し、前記支持部に固定された固定部と、を有し、
   前記固定部は、
   前記パターン光生成部の外周に当たる当接部と、
   前記パターン光生成部のうち前記当接部に当たる部分を前記当接部に押圧するための弾性部と、を含むことを特徴とする保持装置。
2. 前記位置決め部は、前記パターン光生成部の穴部に対して挿脱可能に設けられた嵌合部材を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
3. 前記嵌合部材は、
   前記支持部に前記パターン光生成部を位置決めするときに前記穴部に嵌まり、
   前記パターン光生成部が前記当接部及び前記弾性部により保持されたときに前記穴部から抜かれることが可能である、請求項２に記載の保持装置。
4. 前記嵌合部材はピンであることを特徴とする請求項２又は３に記載の保持装置。
5. 前記弾性部は、前記パターン光生成部の外周のうち、前記当接部に当たっている面とは反対側の面を押圧する、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の保持装置。
6. 前記弾性部が板ばね又は圧縮ばねである、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の保持装置。
7. パターン光生成部と、
   前記パターン光生成部を保持する、請求項１乃至６の何れか１項に記載の保持装置と、
   前記パターン光生成部により生成されたパターン光を投影する光学系と、を有する投影装置。
8. 請求項７に記載の投影装置と、
   パターン光が投影された被検物を撮像する光学系とを有する計測装置。
9. パターン光生成部を保持する保持方法であって、
   前記パターン光生成部を位置決めするための位置決め部を用いて前記パターン光生成部を支持部に位置決めして、前記パターン光生成部を支持する支持工程と、
   前記パターン光生成部の外周に当接部を当接させて、前記当接部を前記支持部に固定する固定工程と、
   前記パターン光生成部のうち前記当接部に当たる部分を弾性部により前記当接部に押圧して、前記パターン光生成部を保持する保持工程と、を有することを特徴とする保持方法。
10. 前記位置決め部は、前記パターン光生成部の穴部に対して挿脱可能な嵌合部材であって、
    前記支持工程において、前記嵌合部材を前記穴部に嵌めることにより、前記パターン光生成部を前記支持部に位置決めし、
    前記保持工程において、前記パターン光生成部が前記当接部及び前記弾性部により保持されたときに前記嵌合部材を前記穴部から抜く、ことを特徴とする請求項９に記載の保持方法。

Images