JP2021018079A - 撮像装置、計測装置、及び、計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の３次元計測を精度良く、かつ、短時間に行うことを可能とする。【解決手段】異なる波長の光を透過する複数のフィルタ片部を備えたフィルタ部と、各フィルタ片部を透過した各波長の光をそれぞれ受光し、受光した光の情報に応じた受光信号をそれぞれ出力する複数の受光素子とを有する撮像装置を用い、所定の投影パターンの複数の異なる波長の光を、対象物に一以上のグループとして照射し、撮像装置からの受光信号に基づいて、対象物の奥行情報を計測する。これにより、外乱光及び他波長の光の影響を受けずに、「１回の撮影」で各波長に応じた投影回数分の独立した受光信号を得ることができる。従って、各波長の受光信号を解析することで、対象物の高精度な測定を可能とすることができる。また、撮影回数を削減でき、全体の測定時間を大幅に短縮化することができる。【選択図】図１７

Description

本発明は、撮像装置、計測装置、及び、計測方法に関する。

近年、接触式又は非接触式で物体の表面形状を測定する３次元形状計測装置が知られている。接触式の３次元形状計測装置の場合、計測対象物にセンサを接触させながら座標を測定するため、多少、計測に時間を要するが、高い精度での計測を可能とすることができる。これに対して、非接触式の３次元形状計測装置は、精度としては接触式に多少劣るが、短時間で測定を行うことができる。このため、現在は、接触式の３次元形状計測装置よりも、非接触式の３次元形状計測装置の方が多く用いられている。

「非接触式」としては、光切断法、ステレオ法又はＴＯＦ（Time of Flight）等、多くの計測方式が知られている。その中でも、三角測量を用いた計測方式として、２台のカメラ装置を用いたパッシブステレオ法（ステレオカメラ）、及び、プロジェクタ装置を用いてスリット光又はパターン光を投影した計測対象物をカメラ装置で撮像するアクティブステレオ法が知られている。プロジェクタ装置の光源としては、例えば面発光型レーザ（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）等の半導体レーザが用いられる。

アクティブステレオ法の場合、自身で計測対象物への投光を行うため、特徴のない平らな３次元形状の計測対象物の３次元計測も可能とすることができる他、投光輝度を上げることで、反射光が得づらい暗物体も計測できる。このため、アクティブステレオ法で３次元計測を行う３次元形状計測装置は、例えばロボット等の産業用ＦＡ（Factory Automation）に多く用いられている。

このような３次元形状計測装置は、特許文献１（特開２０１８−１６０１４５号公報）及び特許文献２（特開２０１８−０９６８９３号公報）等に開示されている。

しかし、グレイコード法又は位相シフト法を用いた非接触式の従来の３次元形状計測装置は、計測精度の向上を図るために、複数回のパターン投影及び撮影が必要となる。このため、計測対象物の計測に長時間を要する問題があった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、計測対象物の３次元計測を精度良く、かつ、短時間に行うことが可能な撮像装置、計測装置、及び、計測方法の提供を目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、異なる波長の光を透過する複数のフィルタ片部を備えたフィルタ部と、各フィルタ片部を透過した各波長の光をそれぞれ受光し、受光した光の情報に応じた受光信号をそれぞれ出力する複数の受光素子とを有する撮像装置を用いる。そして、所定の投影パターンの複数の異なる波長の光を、対象物に一以上のグループとして照射し、撮像装置からの受光信号に基づいて、対象物の奥行情報を計測する。

本発明によれば、計測対象物の３次元計測を精度良く、かつ、短時間に行うことができるという効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態となる３次元形状計測装置の要部の構成図である。 図２は、第１の実施の形態となる３次元形状計測装置に設けられている光学装置による計測対象物への光投影の様子を示す図である。 図３は、ＶＣＳＥＬチップの構成の一例を示す図である。 図４は、ＶＣＳＥＬチップの他の構成を示す図である。 図５は、光学装置の光学系の一例を示す図である。 図６は、光学装置における光の光路を示す図である。 図７は、ＶＣＳＥＬチップの各波長の発光素子の配置を説明するための図である。 図８は、ＶＣＳＥＬチップの断面図である。 図９は、光学装置の光学系の他の一例を示す図である。 図１０は、光学装置の光学系の他の一例を示す図である。 図１１は、光学装置の光学系の他の一例を示す図である。 図１２は、光学装置の光学系の他の一例を示す図である。 図１３は、光学装置の光学系の他の一例を示す図である。 図１４は、光偏向素子の一例であるＭＥＭＳミラーの構成を示す図である。 図１５は、光偏向素子の一例であるポリゴンミラーの構成を示す図である。 図１６は、カメラの構成を示す図である。 図１７は、撮像素子の構成を示す図である。 図１８は、３次元形状計測装置のブロック図である。 図１９は、位相シフト法を用いた計測について説明するための図である。 図２０は、光切断法を用いた計測について説明するための図である。 図２１は、第１の実施の形態の３次元計測装置における計測対象物の計測態様を示す図である。 図２２は、第２の実施の形態となるロボットアームの斜視図である。 図２３は、第３の実施の形態となるスマートフォンの斜視図である。 図２４は、第４の実施の形態となる自動車の車内の斜視図である。 図２５は、第４の実施の形態において、自律型の移動体に３次元計測装置を設けた例を示す図である。 図２６は、第５の実施の形態となる３次元プリンタ装置の要部の斜視図である。

以下、撮像装置、計測装置、及び、計測方法の実施の形態を説明する。

［第１の実施の形態］
まず、第１の実施の形態は、３次元形状計測装置に対する適用例である。図１は、この第１の実施の形態となる３次元形状計測装置の要部の構成図である。この図１に示すように、第１の実施の形態の３次元形状計測装置１は、計測情報取得ユニット２０及び制御ユニット３０を有している。

（計測情報取得ユニットの構成）
計測情報取得ユニット２０は、投影部である光学装置１０及び撮像部であるカメラ２１を有している。光学装置１０は、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：面発光型レーザ）チップ１１、ラインジェネレータ１２（光学系）及び光偏向素子（ミラー）１３を有している。

計測情報取得ユニット２０は、制御ユニット３０の制御部３１の制御に従い動作する。例えば、ＶＣＳＥＬチップ１１の複数の発光素子ａを光発振させ、ラインジェネレータ１２を介して出射された光を、光偏向素子１３で偏向して計測対象を走査する。制御部３１は、光走査中にＶＣＳＥＬチップ１１の各発光素子ａの出射タイミング及び強度等を制御することで、計測対象物の全体にパターン光を投影する。例えば、発光素子ａをオンオフ制御することで、白黒のグレイコードパターン等の所望の投影パターンを計測対象物に投影できる。

カメラ２１は、投影パターンの投影領域を撮像するように、設置位置及び撮影角度が固定されている。具体的には、カメラ２１は、光学装置１０（照射部の一例）が投影するパターン光（投影画像）の投影中心３００が、計測対象位置で撮像領域４０の中心となるように、設置位置及び撮影角度が固定されている。本実施例記載の光学装置１０の構成は、照射部の一例であり、所定の投影パターンの複数の異なる波長の光を、計測対象物に一以上のグループとして照射する構成であればよい。

カメラ２１は、レンズ２１０及び撮像素子２１１を有する。撮像素子２１１としては、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)又はＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等のイメージセンサが用いられる。カメラ２１に入射した光は、レンズ２１０を介して撮像素子２１１上に結像する。撮像素子２１１は、結像された光を光電変換することで電気信号である撮像信号を形成する。この撮像信号は、画像信号に変換され、制御ユニット３０の演算処理部３２に供給される。なお、撮像信号としては、受光光量に対応する撮像信号でもよいし、例えば輝度に対応する撮像信号等でもよい。すなわち、受光した光に対応する情報（光情報）であれば、どのような情報を出力してもよい。

（制御ユニットの構成）
制御ユニット３０は、制御部３１及び演算処理部３２を有する。この制御ユニット３０は、光学装置１０からパターン光を投影する制御、及び、カメラ２１によりパターン光を撮像する制御等を行う。制御ユニット３０は、カメラ２１から供給された画像信号に基づいて、計測対象物の３次元計測等の演算処理を行う。制御部３１は、光学装置１０が投影するパターン光を別のパターン光に切り替える制御を行ってもよい。また、制御部３１は、演算処理部３２が３次元座標の算出に用いるキャリブレーション情報を出力する制御を行ってもよい。

制御ユニット３０の演算処理部３２は、入力された画像信号に基づいて３次元座標の算出を行い、計測対象物の３次元形状を取得する。また、演算処理部３２は、計測対象物の算出された３次元形状を示す３次元形状情報を、例えばパーソナルコンピュータ装置等に出力する。なお、図１には、制御ユニット３０に対し１組の計測情報取得ユニット２０を設けた構成を図示したが、制御ユニット３０に対し複数組の計測情報取得ユニット２０を設けた構成としてもよい。

（光学装置の動作）
図２は、光学装置１０による計測対象物への光投影の様子を示す図である。図２において、光学装置１０は、ライン光１４を計測対象物１５に向けて出射する。ライン光１４は、ＶＣＳＥＬチップ１１の各発光素子ａからの複数の光が重なり合っている光で、光偏向素子（ミラー）１３のミラー面で偏向されて、図２に破線で示すように計測対象物１５に照射される。具体的には、光偏向素子１３が、図２に示すライン光の長手方向軸周りＭの方向にミラー面を駆動することでミラー面に照射される光を偏向する。各ライン光は、所定のパターン光になるように制御される。これにより、計測対象物１５に２次元のパターン光を照射し、計測対象物１５に投影画像６０を投影する。投影画像６０は、例えば計測対象物１５を含む領域に投影される。

（ＶＣＳＥＬの構成）
図３は、ＶＣＳＥＬチップ１１の構成の一例を示す図である。図３に示すＶＣＳＥＬチップ１１は、同一基板上で発光素子ａを容易に集積可能な面発光型半導体レーザであり、１次元的に配列された複数の発光素子ａを有する。

ＶＣＳＥＬにおいて各発光源が形成するスペックルパターン（「スペックルパターン」を「スペックル模様」とも言う）の平均輝度をＳi、標準偏差をσi、スペックルコントラストをＣｓiとする。各発光源から同じパワーでレーザ照射した場合、Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３＝・・・＝Ｓ０、σ１＝σ２＝σ３＝・・・＝σ０と考えることができる。ｎ枚のスペックルパターンの画像を合成した場合、合成画像（重畳画像）の輝度値はＳ１＋Ｓ２＋・・・＋Ｓｎ＝Ｓ０×ｎとなる。

ばらつきに関しては分散の加法性が成り立つため、σ２＝σ１２＋σ２２＋・・・＋σｎ２となり、σ＝√（ｎ×σ０２）＝σ０√ｎとなる。

よって、ｎ枚の合成画像のスペックルコントラストＣｓｎは、Ｃｓｎ＝σ√ｎ／（Ｓ×ｎ）＝（√ｎ／ｎ）×（σ０／Ｓ０）＝１／√ｎ×Ｃｓ０と表される。

つまり、ｎ枚のスペックルパターンの画像を合成することによりスペックルコントラストは１／√ｎに改善でき、その結果、スペックルノイズを低減することができる。

図３に示す各発光素子ａのピッチは、仮想的な光源ｍ１、ｍ２、・・・の間隔Ｄ１が１／√ｎのスペックルノイズ低減効果が期待できる設定になれば任意でよい。

なお、図３に示す発光素子ａの配列は一例であり、発光素子ａが２次元的に配置された構成のものであってもよい。例えばより多くの素子を配置できるハニカム構造の配置であってもよいし、これに限定されず、その他の配置であってもよい。また複数の発光素子
ａの開口部の形状を四角形で示しているが、例えば六角形等であってもよいし、これに限定されず、その他の形状であってもよい。また、各発光素子ａのレーザ光の波長は適宜設定してよい。例えば、可視でも不可視でもどちらでもよい。各発光素子ａにおいては発光を独立に制御可能なように構成してもよい。

図４は、ＶＣＳＥＬチップ１１の他の構成を示す図である。図４に示すＶＣＳＥＬチップ１１は、複数の発光素子を共に発光させるレイヤーと呼ばれる発光素子群ａ１を少なくとも１つ以上有する。図４には、発光素子群ａ１が一次元的に配列された形態のものを示しているが二次元的に配置された構成のものでもよい。

図４に示すレイヤー２２２において、発光素子ａ２は十字型に５個配置されている。同一のレイヤー２２２内において各発光素子ａ２は同じタイミングで発光する。

図４に示す、各レイヤー２２２のピッチＡと、各発光素子ａ２のピッチ（ピッチＢ及びピッチＣ）は、計測装置１の仕様によって適宜異なるが、仮想的な光源ｍ１、ｍ２、・・・の間隔Ｄ１が１／√ｎのスペックルノイズ低減効果が期待できる設定になれば任意でよい。

なお、ここでは、レイヤー２２２の発光素子ａ２として十字型に５個配置されているものを示しているが、これに限定するものではない。発光素子ａ２の数は増減させてもよいし、また、ハニカム構造のようなレイアウトでより多くの発光素子ａ２を配置してもよい
。

また、発光素子ａ２の開口部についても四角形のものを示しているが、六角形等、他の形状であってもよい。各レイヤー２２２において各々独立に発光を制御してもよい。

（ラインジェネレータのレンズ構成）
図５は、光学装置１０の光学系の一例を示す図である。図５の上下の図のうち、上の図は、光学装置１０の光学系を水平方向（Ｈ）から見た状態の図である。また、図５の上下の図のうち、下の図は、光学装置１０の光学系を垂直方向（Ｖ）から見た状態の図である。

図５には、ラインジェネレータ１２のレンズ構成の一例として、４枚のシリンドリカルレンズ１２１〜１２４を用いたものを示している。シリンドリカルレンズ１２１〜１２４は、ＶＣＳＥＬチップ１１の各発光素子ａからの光をそれぞれライン光に変換する。

具体的に、水平方向（Ｈ）において、ＶＣＳＥＬチップ１１から発散する光をシリンドリカルレンズ１２１によって平行光束又は略平行光束とし、シリンドリカルレンズ１２３によって短手方向のライン光幅を形成する。また、垂直方向（Ｖ）において、ＶＣＳＥＬチップ１１から発散する光を、シリンドリカルレンズ１２２によって平行光束又は略平行光束とし、シリンドリカルレンズ１２４によって長手方向のライン光長さを形成する。この際、光偏向素子（ミラー）１３に集光する位置に焦点を形成する。なお、１／（√ｎ）のスペックルノイズ低減効果が期待できる設定で、それぞれのライン光を光偏向素子１３上に形成する。

シリンドリカルレンズ１２１〜１２４の材質は、例えばガラス又はプラスチック等である。なお、他の部材でシリンドリカルレンズ１２１〜１２４を形成してもよい。また、シリンドリカルレンズ１２１〜１２４にＡＲ（Anti Reflection）コート等の反射防止加工を施してもよい。

また、シリンドリカルレンズを挿入する向きはどちらでもよいが、屈折回数を考慮すると図５に示すように凸面が向かい合うように挿入する方が望ましい。

光偏向素子１３は、ライン光の長手方向軸周りに駆動し、光偏向素子１３に入射したライン光で計測対象物１５を走査する。走査中に制御部３１によりライン光の出力を変調することで、計測対象物１５へ所定パターンの投影画像を投影する。

図６は、光学装置１０における光の光路を示す図である。図６には、光偏向素子１３としてミラー面が狭いＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを使用した光学装置１０を示している。図６における光学装置１０のＶＣＳＥＬチップ１１は、図７に示すように、例えば５個の異なる波長（波長λ１、波長λ２、波長λ３、波長λ４、波長λ５）の発光素子ａを等ピッチで配置したものを１セットとし、全体で１０セット分（５種類の波長×１０セット＝５０個）の発光素子ａを一次元的に配列して構成されている。

各セット内において、発光素子ａの並び順は所定の波長順である。つまり、各波長の発光素子ａは、図７において周期的な位置をとるように配置されている。また図７において、隣接するセット間の同一波長の発光素子ａはＸμｍピッチで配置されている。セット間の同一波長の発光素子ａにより生じる各スペックルパターンは、互いに異なるスペックルパターンとなるように設定されている。すなわち、複数光源角度多重効果を得られる設定となっている。

また、同一セット内の波長λ１〜λ５の発光素子ａにより生じる各スペックルパターンについても、互いに異なるスペックルパターンとなるように設定されている。こちらについては、複数光源波長多重効果を得られる設定となっている。なお、この構成は一例であり、少なくとも１部の波長を異ならせたものでもよい。

さらに具体的に説明すると、このような多波長ＶＣＳＥＬチップ１１は、図８（ａ）に示すように、半導体基板５０上に有機金属気相成長法又は分子線エピタキシー法等で形成される。層構成は、半導体基板５０上に、下部ブラッグ反射鏡（ｎＤＢＲ）５１及び活性層５２を含む共振領域５３、上部ブラッグ反射鏡（ｐＤＢＲ）５４を成長させた構成となっている。ブラッグ反射鏡は、屈折率の異なる材料が出射波長λに対して１／４波長の光学膜厚で交互に積層された構造体を有している。

上部ブラッグ反射鏡５４と下部ブラッグ反射鏡５１の間で、光が半導体基板５０に対して垂直方向に共振し、一部の光が基板に対して垂直方向に出射する。レーザの出射波長は、共振器長により決定される。このため、ブラッグ反射鏡の一部の膜厚（光学長）を変えることにより、共振波長を微調整することができる。ブラッグ反射鏡の内部に材料系の異なる２つ以上の材料からなるペアを積層させる。この材料は互いに専用のエッチャントによるウェットエッチングにより除去することが可能で、それぞれのエッチャントに対するエッチング選択比が高い材料を使用する。例えば、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）とＧａＩｎＰ（ガリウムインジウム）のペアを積層し、ＧａＡｓのみをエッチングできるリン酸と過酸化水素水からなるエッチャント、ＧａＩｎＰのみをエッチングできる塩酸からなるエッチャント等である。この材料系の異なる積層構造を、波長調整層５５と呼ぶ。

波長調整層５５まで結晶成長させた後に、レジストパターニングを行い、任意の領域をウェットエッチングにより必要な膜厚（層数）になるまで除去する。必要な構造が形成できるまで、このような工程を繰り返し行う。これにより、図８（ｂ）に示すように、所望の波長調整構造が形成される。その後に再成長でブラッグ反射鏡の続きを形成し、同一チップ内で複数波長出射する面発光レーザ素子が形成される。なお、図８（ｂ）は、波長λ１〜λ４の計４つの波長の面発光レーザ素子を形成した例である。

このようにして形成した発光素子の上部電極を個別にＰＡＤ配線することで独立駆動が可能となる。投光パターンは、各発光素子の駆動タイミング及び強度を変調することで形成できるため、このようなレイアウトにすることで、発振波長毎に独立したパターンを投影することができる。

図６に示す光路は、ＶＣＳＥＬチップ１１の波長λ１の発光素子ａからの各光から形成されるライン光がそれぞれ重なっている様子を示している。図６に示すように、ＶＣＳＥＬチップ１１の各発光素子ａからの光に基づいて、インジェネレータ１２が各ライン光を形成する。各発光素子ａは、同じ発散角で発光する。ラインジェネレータ１２は、ライン光の長手方向における広がり角、及び、短手方向におけるライン光幅を調整する。このとき、ライン光の長手方向はミラー面で、短手方向は計測範囲で集光するように方向毎に調整される。このため、ミラー面上の各ライン光は、最終的に形成されるライン光の長手方向の長さよりも、短手方向の長さのほうが長くなる。

図６には、ミラー面強度分布のＳＩＭ像（走査イオン顕微鏡像：Scanning Ion Microscope像）を示している。このミラー面強度分布のＳＩＭ像でも、入射するライン光の様子を確認できる。このように、ライン光の長手方向をミラー面で集光することで、ミラー面を小さくでき、さらにライン光の長手方向の広がり角を広げることができる。また、各発光素子ａから形成される各ライン光の本数が少ないと、図６に示すようにミラーサイズの関係は、最終的に形成されるライン光の長手方向におけるミラーの辺より、短手方向におけるミラーの辺のほうが長くなる（Ｗｍｍ＞Ｈｍｍ）。

発光素子ａからの各光から形成されるそれぞれのライン光において、少なくとも一の間隔は他の間隔と異なっていてよい。例えば、同一波長の発光素子の間隔（Ｘμｍ）と光偏向素子に入射する同一波長のライン光の間隔（Ｙμｍ）とを異ならせる。以下に、同一波長の発光素子の間隔（Ｘμｍ）と光偏向素子に入射する同一波長のライン光の間隔（Ｙμｍ）との関係性について説明する。

同一波長の発光素子で異なるスペックルパターンが生じる場合、すなわち、複数光源角度多重を利用したスペックルノイズの低減効果がある（「１／√ｎの効果が期待できる」とも言う）設定で光学装置１０を構成する場合、同一波長の発光素子の間隔（Ｘμｍ）と光偏向素子に入射する同一波長のライン光の間隔（Ｙμｍ）とは、同一波長の発光素子の間隔≧光偏向素子に入射する同一波長のライン光の間隔の関係を満たすようにする。

また、別の例として、同一波長の発光素子の間隔と、光偏向素子に入射する同一波長のライン光の間隔は、同一波長の発光素子の間隔＜光偏向素子に入射する同一波長のライン光の間隔の関係を満たすようにしてもよい。この場合、光偏向素子に入射する同一波長のライン光の間隔は３５μｍ以上とする。この値は次のように算出した。

具体的に、複数光源角度多重効果（１／√ｎの効果）が生じ始める角度（一例としてθ１＝０．０４ｄｅｇ）以上になるところでは、スペックルノイズ低減効果が得られる。例えば顕微鏡を考慮に入れると、隣接する２つの発光素子ａの出射光が被照射面へ入射する際の光のなす角がθ１で入射するときの、仮想的な光源と被照射面まとの距離ＬＷＤ１は５０ｍｍ以上の短い値にまで設定できる。これらより光偏向素子に入射する同一波長のライン光の所定の間隔Ｙは約３４．９μｍ以上と算出され、Ｙは３５μｍ程度になる。計算式ではＹ＝２×ＬＷＤ１×ｔａｎ（θ１／２）より、「Ｄ１＝２×５０×ｔａｎ（０．０２）＝３４．９０７（略３５）μｍ」となる。

さらに、同一波長の発光素子の間隔＜光偏向素子に入射する同一波長のライン光の間隔の関係を満たす場合、複数光源角度多重効果が生じ始める角度（θ＝０．０４ｄｅｇ）以上になるところでは、スペックルノイズ低減効果が得られるので、光偏向素子に入射する同一波長のライン光の間隔に上限は設けられない。

しかし、現実的にはミラーサイズや設置する発光素子の数を考慮すると、それらの制約から上限が決まってくる。例えば、ミラーサイズが１５ｍｍで、スペックルノイズを半分は減らしたいときについて考える。このとき、光源は４個必要となり、光偏向素子に入射する同一波長のライン光の間隔は最大でも５ｍｍ（＝１５÷（４−１））までしかとることはできない。

図６のように、複数光源波長多重効果と複数光源角度多重効果を併用してスペックルノイズを低減すると、ＶＣＳＥＬチップ１１の異なる波長の発光素子ａ間のピッチを、Ｘμｍピッチより短くすることができる。このため、複数光源角度多重効果のみを用いて同じスペックルノイズ低減効果を得る場合と比較して、ＶＣＳＥＬチップ１１に配置される発光素子ａの集積密度を向上させることができる。集積密度の向上により、光量増加やスペックルノイズの低減効果が期待できる。集積密度が向上すれば、同一のスペックルコントラストであれば、よりＶＣＳＥＬチップ１１のチップサイズを小さくすることができ、同一の面積であれば、光量増加やスペックルノイズをさらに低減することができる。

図９は、光学装置１０の光学系の他の一例を示す図である。この図９は、ラインジェネレータ１２のレンズ構成の一例として、球面レンズ１２６と２枚のシリンドリカルレンズ（シリンドリカルレンズ１２３、シリンドリカルレンズ１２４）とを用いた例である。図５の例では、ＶＣＳＥＬチップ１１から発散する光を、水平方向（Ｈ）と垂直方向（Ｖ）とで別々のシリンドリカルレンズ１２１、１２２を用いて平行光束又は略平行光束を形成した。これに対して、図９の例は、１枚ｎ球面レンズ１２６で、ＶＣＳＥＬチップ１１から発散する光を平行光束化する。これにより、必要なレンズ数を減らすことができる。

図１０は、光学装置１０の光学系の他の例を示す図である。図１０には、ラインジェネレータ１２のレンズ構成の一例として、シリンドリカルレンズ１２１を用いたものを示している。水平方向（Ｈ）において、ＶＣＳＥＬチップ１１から発散する光をシリンドリカルレンズ１２１によって短手方向のライン光幅に形成する。垂直方向（Ｖ）においては、ＶＣＳＥＬチップ１１から発散する光のみで、長手方向のライン光長さを形成する。この構成では、使用するレンズが１枚で済むため、必要なレンズ数を最も減らすことができる。

図１１は、光学装置１０の光学系の他の一例を示す図である。図１１には、ラインジェネレータ１２のレンズ構成の一例として、２つのシリンドリカルレンズ（シリンドリカルレンズ１２１とシリンドリカルレンズ１２３）を用いたものを示している。

水平方向（Ｈ）において、ＶＣＳＥＬチップ１１から発散する光をシリンドリカルレンズ１２１によって平行光束又は略平行光束とし、シリンドリカルレンズ１２３によって短手方向のライン光幅を形成する。垂直方向（Ｖ）においては、ＶＣＳＥＬチップ１１から発散する光のみで、長手方向のライン光長さを形成する。

図１２は、光学装置１０の光学系の他の一例を示す図である。図１２は、図５に示すレンズ構成にさらに絞り１２５を加えたものである。図５に示すレンズ構成において光を光偏向素子１３に十分集光できない場合に、絞り１２５を挿入する。なお、絞り１２５をこれに限定するものではない。少なくとも一つの絞り１２５を任意の位置に挿入してよい。また、図１２には、水平方向（Ｈ）に対応する絞り１２５を示しているが、垂直方向（Ｖ）についても同様に挿入してよい。また、絞り１２５は、迷光を除去する目的で挿入してもよい。

図１３は、光学装置１０の光学系の他の一例を示す図である。図１３には、ＶＣＳＥＬチップ１１の各発光素子ａの発散角を制御するため、ＶＣＳＥＬチップ１１の前方（光軸方向）にマイクロレンズアレイ１２７とマイクロシリンドリカルレンズアレイ１２８とを挿入した構成のものを示している。マイクロシリンドリカルレンズアレイ１２８の後段の
構成については図示を省略している。なお、各発光素子ａの発散角の制御は、マイクロレンズアレイ及び（又は）マイクロシリンドリカルレンズアレイで行うことができる。つまり、各発光素子ａの発散角の制御にマイクロレンズアレイを使用してもよいし、マイクロシリンドリカルレンズアレイを使用してもよい。また、これらの両方を組み合わせてもよい。ここでは、一例として、両方を組み合わせた例について示す。

マイクロレンズアレイ１２７の各レンズは球面になっており、ＶＣＳＥＬチップ１１の各発光素子ａから発散する光を、水平方向（Ｈ）及び垂直方向（Ｖ）において平行光束又は略平行光束に変換する。そして、マイクロレンズアレイ１２７から出射される光束はマイクロシリンドリカルレンズアレイ１２８によって、垂直方向（Ｖ）に示す長手方向のライン光長さを形成する。このように構成することにより、ＶＣＳＥＬチップ１１の発散角が制御される。

なお、図１３では水平方向に発光素子ａは１列しかないが、水平方向にも発光素子ａを並べて、ＶＣＳＥＬ上の発光素子をマトリクス状に配置してもよい。それに伴い、マイクロレンズアレイ及びマイクロシリンドリカルレンズアレイもマトリクス状に形成してもよい。

（光偏向素子）
光偏向素子１３は、レーザ光を１軸又は２軸方向に走査する可動ミラーである。可動ミラーとしては、例えばＭＥＭＳミラー、ポリゴンミラー又はガルバノミラー等を用いることができる。なお、レーザ光を１軸又は２軸方向に走査可能であれば、その他の方式を用いたものでもよい。３次元形状計測装置では、ラインジェネレータ１２により形成されたライン光１４を走査範囲中の計測対象物１５上に一軸走査する可動ミラーを使用する。可動ミラーでライン光を光走査することで、２次元面状の投影パターンが形成される。

図１４は、光偏向素子１３の一例であるＭＥＭＳミラー（ＭＥＭＳミラースキャナとも言う）の構成を示す図である。図１４に示すＭＥＭＳミラースキャナは、支持基板１３１に、可動部１３２と二組の蛇行状梁部１３３とを有する。

可動部１３２は反射ミラー１３２０を備えている。二組の蛇行状梁部１３３は、それぞれ一端が可動部１３２に連結され、他端が支持基板１３１により支持されている。二組の蛇行状梁部１３３はそれぞれミアンダ形状の複数の梁部からなる。また、二組の蛇行状梁部１３３は、それぞれ第１の電圧の印加により変形する第１の圧電部材１３３１と、第２の電圧の印加により変形する第２の圧電部材１３３２とを各梁部に１つ置きに有する。

第１の圧電部材１３３１及び第２の圧電部材１３３２は、隣り合う梁部毎にそれぞれ独立に設けられている。二組の蛇行状梁部１３３はそれぞれ第１の圧電部材１３３１と第２の圧電部材１３３２への電圧の印加により変形し、可動部１３２の反射ミラー１３２０を回転軸周りに回転させる。

具体的には、第１の圧電部材１３３１及び第２の圧電部材１３３２に対し、それぞれ逆位相となる電圧を印加し、各梁部に反りを発生させる。これにより、隣り合う梁部が異なる方向にたわみ、それが累積され、二組の蛇行状梁部１３３に連結する可動部１３２と共に反射ミラー１３２０が回転軸を中心に往復回動する。さらに、回転軸を回転中心とするミラー共振モードに合わせた駆動周波数をもつ正弦波を、逆相で第１の圧電部材１３３１及び第２の圧電部材１３３２に印加することで、低電圧で非常に大きな回転角度を得ることができる。

なお、駆動波形は正弦波に限らない。例えばノコギリ波であってもよい。また、共振モードに限らず、非共振モードで駆動させてもよい。

図１５は、光偏向素子１３の一例であるポリゴンミラーの構成を示す図である。図１５に示すポリゴンミラーは、回転軸の周りにＭ方向に等速回転運動する回転体１３Ａに複数の平面ミラー１３２０Ａを備える。ラインジェネレータ１２から平面ミラー１３２０Ａに入力するライン光は平面ミラー１３２０Ａの角度の変化により測定対象を一軸走査する。図１５に矢印で示すように、ポリゴンミラーでは水平方向（Ｙ軸と垂直な方向）の広範囲な領域に対して測定が可能となる。

さらに、図１５に示す構成では、ポリゴンミラーの各ミラー面１３２０Ａにおいて回転軸に対する倒れ角を互いに異ならせている。このように各ミラー面１３２０Ａに異なる倒れ角を与えるとライン光の垂直方向の出射角が制御されるので、回転体１３Ａの回転によりミラー面１３２０Ａが変わる度に垂直方向の出力角が変化することになる。よって、各ミラー面１３２０Ａに異なる倒れ角を与えることで、ポリゴンミラーに備えられた射面の数に応じて、垂直方向の走査領域を広角化することができる。

（カメラ）
図１６は、カメラ２１の構成を示す図である。カメラ２１は、レンズ２１０及び撮像素子２１１を有する。撮像素子２１１としては、例えばＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサ等を用いることができる。カメラ２１に入射した光は、レンズ２１０を介して撮像素子２１１上に結像して光電変換される。撮像素子２１１で光電変換された電気信号は、画像信号へと変換され、その画像信号がカメラ２１から制御ユニット３０の演算処理部３２（図１参照）へと出力される。

（撮像素子の構成）
まず、一般的な撮像素子の場合、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＩＳ（銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、セレン（Ｓｅ））と呼ばれる可視光〜ＮＩＲ領域（近赤外領域：７００〜２０００ｎｍ）に感度を有するシリコンＩＣ（Integrated Circuit）が使用される。

数ｕｍの画素が２次元的に配列されており、各画素の入射光を光電変換して電気信号として出力することで各アドレスの輝度値情報を取得している。前述の通り可視光〜ＮＩＲ領域に感度があるため、複数波長の光が入射されると各波長の感度特性に応じた信号が合算されて出力されるため、通常の撮像素子では各波長の情報を個別に取得することは困難となる。

このため、第１の実施の形態の３次元形状計測装置の場合、図１７に示すように撮像素子２１１が、受光面にバンドパスフィルタ５７を備えた構成となっている。換言すると、撮像素子２１１は、バンドパスフィルタ５７を介して撮像光を受光するようになっている。

一般的な撮像素子では画素上にカラーフィルタ又はマイクロレンズが設けられている場合が多い。しかし、第１の実施の形態の３次元形状計測装置の場合、各画素５８上に特定波長の光だけを透過するバンドパスフィルタ５７が設けられた構成となっている。

すなわち、図１７の四角は、それぞれ一つの画素５８を示している。この各画素に対して、一つの波長のみを透過する５７が設けられている。この図１７の例の場合、波長λ１〜波長λ４までの４種類の波長を透過するフィルタ片部（４画素分：５７λ１〜５７λ４）を１セットとしてそれらが周期的に配列されている。

換言すると、それぞれ２つの辺で隣の画素と隣接する位置関係の、４つのフィルタ片部（第１のフィルタ片部５７λ１〜第４のフィルタ片部５７λ４）を１セットのフィルタ群５９とする。この１セットのフィルタ群５９が、撮像素子２１１上に、周期的に配列されている。

各フィルタ片部５７λ１〜５７λ４は、透過中心波長と光源部の多波長のＶＣＳＥＬチップ１１の発振波長とが一致するように設けられている。このため、波長λ１で投影したパターンの反射光は、第２のフィルタ片部５７λ２〜第４のフィルタ片部５７λ４の画素５８（受光素子の一例）には入射せず、第１のフィルタ片部５７λ１が設けられた画素５８のみに入射し、信号として出力される。同様に、波長λ２、波長３、波長４で投影したパターンの反射光も、それぞれ第２のフィルタ片部５７λ２、第３のフィルタ片部５７λ２、第４のフィルタ片部５７λ４が設けられた画素５８のみに入射し、信号として出力される。これにより、各波長λ１〜波長λ４のパターン光に対応した入射光の情報を個別に取得することができる。

なお、ＶＣＳＥＬチップ１１の発振波長が、波長λ１〜波長λ４の４波長であることとしたが、２波長、３波長又は５波長以上でもよい。バンドパスフィルタ５７は、各波長のフィルタ片部で構成すればよい。

（制御部の構成）
次に、図１８は、３次元形状計測装置１のブロック図である。この図１８において、演算処理部３２は、カメラ２１から出力された画像信号を解析する。演算処理部３２は、画像信号の解析結果と、キャリブレーション情報とを用いた演算処理により、３次元情報の復元処理を行い、これにより対象の３次元計測を実行する。演算処理部３２は、復元された３次元情報を制御部３１に供給する。

制御部３１は、投影制御部３１０、パターン記憶部３１１、光源駆動・検出部３１２、光走査駆動・検出部３１３、及び、撮像制御部３１４を有している。

光走査駆動・検出部３１３は、投影制御部３１０の制御に従い光偏向素子１３を駆動する。投影制御部３１０は、光偏向素子１３の偏向中心に照射されたライン光が測定対象を走査するように、光走査駆動・検出部３１３を制御する。撮像制御部３１４は、投影制御部３１０の制御に従いカメラ２１の撮像タイミング及び露光量等を制御する。

光源駆動・検出部３１２は、投影制御部３１０の制御に従いＶＣＳＥＬチップ１１の各発光素子の点灯及び消灯を制御する。光源駆動・検出部３１２には、フィードバック制御回路を有する。なお、フィードバック制御回路の一部又は全てをＶＣＳＥＬチップ１１に設けてもよい。

パターン記憶部３１１は、不揮発性メモリとなっており、投影画像（投影パターン）を形成するためのパターン情報が記憶されている。投影制御部３１０は、パターン記憶部３１１から読み出したパターン情報に基づき、光源駆動・検出部３１２を制御する。

また、投影制御部３１０は、演算処理部３２から供給された、復元された３次元情報に基づき、パターン記憶部３１１に対してパターン情報の読み出しを指示してもよいし、読み出したパターン情報に応じて演算処理部３２に対して演算方法を指示してもよい。

演算処理部３２、投影制御部３１０及び撮像制御部３１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御部３１が、記憶部に記憶されている計測プログラムを実行することでソフトウェア的に実現される機能である。具体的に、制御部３１は、３次元形状計測装置１のＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部に記憶されている計測プログラムを読み出して実行することで、演算処理部３２、投影制御部３１０及び撮像制御部３１４を実現する。なお、演算処理部３２、投影制御部３１０及び撮像制御部３１４のうち、一部をハードウェアで形成してもよい。また、演算処理部３２、投影制御部３１０及び撮像制御部３１４以外の機能も、計測プログラムで実現してもよい。

（投影パターン）
次に、計測対象物を走査する投影パターンについて説明する。計測対象物に光を照射して、計測対象物の形状及び姿勢を３次元情報として取得する３次元計測手法としては、例えば位相シフト法を用いた計測手法、及び、光切断法を用いた計測手法が知られている。これらの計測手法は、例えば以下の非特許文献にそれぞれ開示されている。

（１）プロジェクタ・カメラシステムのレスポンス関数を用いた位相シフト法によるアクティブ・ステレオの精度向上「画像の認識・理解シンポジウム（ＭＩＲＵ２００９）」２００９年７月

（２）「光切断法による3次元画像を用いた外観検査技術」ＲＩＣＯＨ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＰＯＲＴ、Ｎｏ．３９， ２０１３、２０１４年１月２８日発行

先ず（１）の位相シフト法を用いた計測について概略的に説明する。位相シフト法では、図１９（ａ）に例示される、それぞれ位相の異なる位相シフトパターンである複数の投影パターン６０（１０）、６０（１１）、６０（１２）及び６０（１３）を用いた位相解析により、３次元の形状及び姿勢の復元を行う。このとき、図１９（ｂ）に例示される、それぞれ異なるグレイコードパターンである複数の投影パターン６０（２０）、６０（２１）、６０（２２）及び６０（２３）を用いた空間コード化法を併用し、これら空間コード化法及び位相シフト法の結果に基づき位相連結を行うことで、高精度に３次元の形状及び姿勢の復元を行うことができる。

このように、（１）の位相シフト法を用いた計測では、複数の投影パターン６０（１０）〜６０（１３）、６０（２０）〜６０（２３）それぞれについて撮像を行う。

次に（２）の光切断法を用いた計測について概略的に説明する。光切断法は、ライン光源により計測対象に対して輝線を照射し、この輝線が照射された計測対象を撮像し、輝線画像を得る。例えば図２０に示すように、光偏向素子からライン光（輝線）１４を形成する。この輝線画像に基づき、計測対象の１ライン分の３次元形状が生成される。図２０の投影パターン６０（３）に示すように、光偏向素子を用いてライン光１４の照射位置を矢印の向きに変えていき、計測対象に対して複数の輝線画像を得る。これにより、計測対象の全体の３次元形状を生成できる。このような光切断パターンを用いた光切断法は、光沢のある計測対象の計測に用いて好適である。

（３次元計測の具体例）
図２１は、第１の実施の形態の３次元計測装置１における計測対象物の計測態様を示している。この図２１に示すように、３次元計測装置１は、カメラ２１、光源、ラインジェネレータ１２（光学系）及び光偏向素子（ミラー）１３を有している。光源は、上述のように、波長λ１〜波長λ４で発振する多波長のＶＣＳＥＬチップ１１である。また、カメラ２１の撮像素子５８上には、バンドパスフィルタ５７が設けられている。図１７を用いて説明したように、４つの各画素上に波長λ１〜波長λ４の光を透過するフィルタ片部５７λ１〜５７λ４がそれぞれ位置するように、撮像素子５８に対してバンドパスフィルタ５７が設けられている。

この図２１において、ＶＣＳＥＬチップ１１から出射された光は、ラインジェネレータ１２でライン光へと変換され、光偏向素子１３により計測対象物へ投影される。光偏向素子１３の動きに同期して点灯タイミングと強度を制御することで、白から黒へと周期的に変化した位相画像を生成することができる。上述の位相シフト法を用いて、λ／２ずつ位相をシフトした投影画像（投影パターン）を、一度に計測対象物に投影し、計測対象物からの反射光をカメラ２１で撮影する。そして、演算処理部３２で、カメラ２１から出力された画像信号を解析して、計測対象物の奥行情報を取得する。

第１の実施の形態の３次元計測装置１の場合、ＶＣＳＥＬチップ１１から４つの波長λ１〜波長λ４の光を生成できるため、図２１に示すようにλ／２ずつ位相のずれた波長毎の投影画像（投影パターン）を生成する。そして、各波長λ１〜波長λ４の投影パターンを、一度に、計測対象物に照射する。

計測対象物を撮影するカメラ２１の撮像素子５８には、それぞれの波長に対応した狭帯域のフィルタ（フィルタ片部５７λ１〜５７λ４）が設けられている。このため、外乱光及び他波長の光の影響を受けずに、「１回の撮影」で波長λ１〜波長λ４に応じた４投影分の独立した情報（画像信号）を得ることができる。このため、撮影回数を従来の１／４に削減でき、全体の測定時間を大幅に短縮化することができる。

（第１の実施の形態の効果）
以上の説明から明らかなように、第１の実施の形態の３次元計測装置１は、ＶＣＳＥＬチップ１１を用いることで、各発光素子ａが同レベルの出力光量となるように、出力の安定化を図ることができる。このため、特に輝度値を周期的に変化させた位相パターンを投影する３次元計測において、スペックルノイズの影響だけでなく光源の出力ムラを低減し、設計通りの位相パターンを投影することができ、高精度で安定した測定を行うことができる。

また、ＶＣＳＥＬチップ１１から４つの波長λ１〜波長λ４の光を生成して、λ／２ずつ位相のずれた各波長λ１〜波長λ４の投影パターンを生成し、一度に、計測対象物に照射する。

計測対象物を撮影するカメラ２１の撮像素子５８には、それぞれの波長に対応した狭帯域のフィルタ（フィルタ片部５７λ１〜５７λ４）が設けられている。このため、外乱光及び他波長の光の影響を受けずに、「１回の撮影」で波長λ１〜波長λ４に応じた４投影分の独立した情報（画像信号）を得ることができる。従って、４投影分の独立した情報（画像信号）を解析することで、計測対象物の高精度な測定を可能とすることができる。また、撮影回数を従来の１／４に削減でき、全体の測定時間を大幅に短縮化することができる。

［第２の実施の形態］
次に、上述の第１の実施の形態で説明した３次元計測装置１をロボットアーム（多関節アーム）に設けた第２の実施の形態の説明をする。図２２は、第２の実施の形態のロボットアームの斜視図である。この図２２において、ロボットアーム７０は、対象物をピッキングするためのハンド部７１を備え、ハンド部７１の直近に上述の第１の実施の形態で説明した３次元計測装置１が設けられている。ロボットアーム７０は、それぞれ屈曲可能な複数の可動部を備え、ハンド部７１の位置及び向きを、制御に従い変更する。

３次元計測装置１は、光の投影方向がハンド部７１の向く方向に一致するように設けられ、ハンド部７１のピッキング対象１５を計測対象物として計測する。

この第３の実施の形態のように、３次元計測装置１をロボットアーム７０に設けることで、ピッキングの対象物を近距離から３次元計測することができ、遠方に設けられたカメラでピッキングの対象物を撮像して３次元計測する場合と比較して、計測精度及び認識精度の向上を図ることができる。

例えば、工場の様々な組立てライン等におけるＦＡ(Factory Automation)分野においては、部品の検査や認識等のために、ロボットアーム７０等のロボットが利用される。ロボットに３次元計測装置１を設けることで、部品の検査及び認識を精度良く行うことができる。

［第３の実施の形態］
次に、上述の第１の実施の形態で説明した３次元計測装置１をスマートフォン又はＰＣ等の電子機器に設けた第３の実施の形態の説明をする。図２３は、３次元計測装置１が設けられた第３の実施の形態のスマートフォンの斜視図である。スマートフォン８０には、３次元計測装置１と使用者の認証機能が設けられている。使用者の認証機能としては、例えば専用のハードウェアが設けられている。この他、コンピュータ構成のＣＰＵがＲＯＭ等のプログラムを実行して本機能を実現するようにしてもよい。３次元計測装置１は、使用者８１の顔、耳や頭部の形状等を計測する。一例ではあるが、この計測結果に基づいて、使用者８１の認証処理等を行う。

このように、第３の実施の形態のスマートフォンは、３次元計測装置１により、使用者８１の顔、耳や頭部の形状等を高精度に計測することができる。このため、使用者８１の認識精度の向上を図ることができる。

なお、この例では、３次元計測装置１をスマートフォン８０に設けることとして説明したが、パーソナルコンピュータ装置又はプリンタ装置等の他の電子機器に設けてもよい。また、個人認証以外にも、使用者８１の顔形状のスキャニング等に用いてもよい。

［第４の実施の形態］
次に、上述の第１の実施の形態で説明した３次元計測装置１を、自動車等の移動体に設けた第４の実施の形態の説明をする。図２４は、３次元計測装置１が設けられた第４の実施の形態の移動体の要部の斜視図である。この図２４において、自動車の車内８５には、３次元計測装置１と運転支援機能が設けられている。運転支援機能は、例えば専用のハードウェアで実現される。または、運転支援機能は、コンピュータ構成のＣＰＵがＲＯＭ等に記憶されている運転支援プログラムを実行することでソフトウェア的に実現される。

３次元計測装置１は、ドライバ８６の顔又は姿勢等を計測する。運転支援機能は、この計測結果に基づいて、例えば自動ブレーキ制御又は走行レーン制御等の、ドライバ８６の状況に応じた適切な支援を行う。

このような第４の実施の形態は、３次元計測装置１を自動車に設けることで、高精度にドライバ８６の顔、姿勢等を計測することができるため、車内８５のドライバ８６の状態認識精度を向上させることができる。

なお、この例では、３次元計測装置１を自動車に設けた例であったが、３次元計測装置１を、バス車両、トラック車両、鉄道車両、飛行機又は船舶等の車内、操縦席又は客席等に設けてもよい。また、ドライバ８６の顔、姿勢等の状態認識に限らず、ドライバ８６以外の搭乗者又は車内８５の様子の認識等に３次元計測装置１を用いてもよい。また、ドライバ８６の個人認証を行い、その移動体の操縦に正規の権限を有する者であるか否かを判断する等のように、移動体のセキュリティに３次元計測装置１を用いてもよい。

例えば、図２５に示すように、自律型の移動体に３次元計測装置１を設けてもよい。この図２５に示す移動体８７は、移動体８７の周囲を３次元計測装置１で計測する。この計測結果に基づいて、移動体８７は自身の移動する経路の判断、及び、机８８の位置等の室内８９のレイアウトを算出する。

このように、３次元計測装置１を移動体８７に設けることで、高精度に移動体８７の周辺を計測することができ、移動体８７の的確な運転支援を行うことができる。なお、３次元計測装置１を、屋内だけでなく屋外で用いてもよく、建造物等の計測等に用いてもよい。

［第５の実施の形態］
次に、上述の第１の実施の形態で説明した３次元計測装置１を、造形装置の一例である３次元プリンタ装置に設けた第５の実施の形態の説明をする。図２６は、第５の実施の形態の３次元プリンタ装置の要部の斜視図である。この図２６において、３次元プリンタ装置９０のヘッド部９１に、上述の３次元計測装置１が設けられている。ヘッド部９１は形成物９２を形成するための造形液を吐出するノズル９３を有する。３次元計測装置１は、３次元プリンタ装置９０によって形成される形成物９２の形成中の形状を計測する。そして、この計測結果に基づいて、３次元プリンタ装置９０の形成物９２の形成制御が行われる。

このような第５の実施の形態では、３次元計測装置１を３次元プリンタ装置９０に設けることで、形成物９２の形成中に形状を計測することができるため、高精度に形成物９２を形成可能とすることができる。なお、この例では、３次元計測装置１を３次元プリンタ装置９０のヘッド部９１に設けることとしたが、３次元プリンタ装置９０内の他の位置に３次元計測装置１を設けてもよい。

最後に、上述の各実施の形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な各実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。また、各実施の形態及び各実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ ３次元計測装置
１０ 光学装置
１２ ラインジェネレータ
１３ 光偏向素子（ミラー）
２０ 計測情報取得ユニット
２１ カメラ２１
３０ 制御ユニット
３１ 制御部
３２ 演算処理部
５０ 半導体基板
５１ 下部ブラッグ反射鏡（ｎＤＢＲ）
５２ 活性層
５３ 共振領域
５４ 上部ブラッグ反射鏡（ｐＤＢＲ）
５７ バンドパスフィルタ
５７λ１ 波長λ１の光を透過するフィルタ片部
５７λ２ 波長λ２の光を透過するフィルタ片部
５７λ３ 波長λ３の光を透過するフィルタ片部
５７λ４ 波長λ４の光を透過するフィルタ片部
５８ 画素
５９ フィルタ群
２１０ レンズ
２１１ 撮像素子

特開２０１８−１６０１４５号公報 特開２０１８−０９６８９３号公報

プロジェクタ・カメラシステムのレスポンス関数を用いた位相シフト法によるアクティブ・ステレオの精度向上「画像の認識・理解シンポジウム（ＭＩＲＵ２００９）」２００９年７月 「光切断法による３次元画像を用いた外観検査技術」ＲＩＣＯＨ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＰＯＲＴ、Ｎｏ．３９， ２０１３、２０１４年１月２８日発行

Claims (8)

1. 異なる波長の光を透過する複数のフィルタ片部を備えたフィルタ部と、
   各前記フィルタ片部を透過した各波長の光をそれぞれ受光し、受光した光の情報に応じた受光信号をそれぞれ出力する複数の受光素子と
   を有する撮像装置。
2. 前記フィルタ部の各前記フィルタ片部は、隣接する各前記フィルタ片部が、それぞれ異なる波長の光を受光するように配置されていること
   を特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記フィルタ部の各前記フィルタ片部は矩形状を有しており、それぞれ２つの辺で隣のフィルタ片部と隣接する４つのフィルタ片部を一セットのフィルタ群とし、複数セットの前記フィルタ群を、前記受光素子上に周期的に配置して形成されていること
   を特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記光の情報は光量であること
   を特徴とする請求項１から請求項３のうち、いずれか一項に記載の撮像装置。
5. 所定の投影パターンの複数の異なる波長の光を、対象物に一以上のグループとして照射する照射部と、
   請求項１から請求項４のうち、いずれか一項に記載の撮像装置と、
   前記撮像装置からの受光信号に基づいて、前記対象物の奥行情報を計測する計測部と
   を有する計測装置。
6. 前記照射部は、複数の発振波長を有する面発光型半導体レーザであること
   を特徴とする請求項５に記載の計測装置。
7. 前記照射部は、複数の異なる波長の前記投影パターンを形成する投影パターン形成部を含むこと
   を特徴とする請求項５又は請求項６に記載の計測装置。
8. 請求項１から請求項４のうち、いずれか一項に記載の撮像装置を用い、
   所定の投影パターンの複数の異なる波長の光を、対象物に一以上のグループとして照射し、
   前記撮像装置からの受光信号に基づいて、前記対象物の奥行情報を計測する
   計測方法。