JP6206560B2 - システム - Google Patents

Description

本発明は、システムに関する。

従来より、トレイに積載された対象物（ワーク）をロボットを用いてハンドリングして、対象物を次工程の装置へと搬送したり、対象物を用いて製品を組み立てたりするシステムが知られている。このようなシステムでは、撮像装置によりトレイ上の対象物の位置および姿勢を認識してハンドリングをする。また、このようなシステムでは、照明装置によりトレイ上の対象物に光を照射して、撮像装置による測定の精度を向上させる（例えば、特許文献１、２）。

ところで、従来のシステムでは、光が照射される対象物の種類により、対象物の認識精度に影響が生じてしまう可能性があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、対象物の認識精度の低下を抑制することができるシステムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るシステムは、照明装置と、前記照明装置により光が照射された対象物を撮像する撮像装置と、を備えるシステムであって、前記照明装置は、第１の偏光を出射する発光部と、前記発光部から出射された光を集光する集光部と、前記集光部により集光された光を透過し拡散させる透過拡散部と、前記透過拡散部により拡散された光を入射して、入射前よりも照度分布を均一化して出射する均一化光学系と、を有し、前記透過拡散部の拡散角の特性は、半値全幅が５°以上１０°以下であり、前記均一化光学系は、入力口より出力口の方が大きく、内側に光を反射する反射側面が光軸に対して傾けて形成された光路を有し、当該光路中を前記透過拡散部により拡散された光が前記入力口から入射して前記出力口から出射するように構成されており、当該システムは、前記対象物から前記撮像装置の撮像素子までの光路に、所定の遮断率で前記第１の偏光を遮断する選択透過部を備える。

本発明によれば、対象物の認識精度の低下を抑制することができる。

図１は、第１実施形態に係るハンドリングシステムを示す図である。 図２は、第１実施形態に係るハンドリングシステムにおいて、対象物により直接反射された光の光路の一例を示す図である。 図３は、第１実施形態に係るパターン照射装置の構成を示す図である。 図４は、ライトトンネルでの光路の一例を示す図である。 図５は、第１実施形態に係るパターン照射装置の一部分の斜視図である。 図６は、第２実施形態に係るパターン照射装置の構成を示す図である。 図７は、反射拡散板での光路の一例を示す図である。 図８は、反射拡散板が脱落した場合の光路の一例を示す図である。 図９は、第３実施形態に係るパターン照射装置の構成を示す図である。 図１０は、テーパライトトンネルでの光路の一例を示す図である。 図１１は、第４実施形態に係るパターン照射装置の構成を示す図である。 図１２は、第４実施形態に係る第１のミラー群およびレンズ等の配置の一例を示す図である。 図１３の（ａ）は、単板ミラーを用いた場合の光路を示す図であり、図１３の（ｂ）は、第１のミラー群を用いた場合の光路を示す図である。 図１４は、第５実施形態に係るパターン照射装置の構成を示す図である。 図１５は、第５実施形態に係る第２のミラー群およびシリンドリカルレンズ等の配置の一例を示す図である。 図１６は、第６実施形態に係るパターン照射装置の構成を示す図である。 図１７は、第６実施形態に係る第３のミラー群等の配置の一例を示す図である。 図１８は、第７実施形態に係るパターン照射装置の構成を示す図である。 図１９は、第８実施形態に係るパターン照射装置の構成を示す図である。 図２０は、第８実施形態に係るパターン照射装置の照射光の切り替え方法の一例を示す図である。 図２１は、第９実施形態に係る三次元測定装置の構成を示す図である。 図２２は、第１０実施形態に係る三次元測定装置の構成を示す図である。 図２３は、第１１実施形態に係る三次元測定装置の構成を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施形態に係るハンドリングシステム１０を詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るハンドリングシステム１０を示す図である。ハンドリングシステム１０は、対象物１１（ワーク）をハンドリングし、対象物１１を次工程の装置へと搬送したり、対象物１１を用いて製品を組み立てたりする。

ハンドリングシステム１０は、トレイ１２と、ロボット１３と、パターン照射装置２０（照明装置）と、三次元測定装置２１（撮像装置）と、認識装置２２と、ロボットコントローラ２３とを備える。トレイ１２は、少なくとも１つの対象物１１を積載する。

ロボット１３は、トレイ１２に積載された何れかの対象物１１をアームを移動させてハンドリングし、ハンドリングした対象物１１を指定された位置に移動させたり、指定された姿勢で保持したりする。ロボット１３は、爪を開閉して対象物１１を挟んでハンドリングしてもよいし、エアー吸着により対象物１１をハンドリングしてもよいし、電磁力で対象物１１をハンドリングしてもよい。

パターン照射装置２０は、対象物１１が積載されたトレイ１２に対して、単色の所定の画像パターンの第１の偏光を照射する。これにより、トレイ１２に積載されたそれぞれの対象物１１の表面における露出した部分には、所定の画像パターンが照射される。本実施形態においては、パターン照射装置２０は、青色の画像パターンの光を照射するが、青に限らずどのような色であってもよく、また、白色であってもよい。

三次元測定装置２１は、パターン照射装置２０により所定の画像パターンの第１の偏光が照射された状態において、トレイ１２に積載されたそれぞれの対象物１１の露出した表面の各位置までの距離を測定する。三次元測定装置２１は、第１の偏光を遮断し、第１の偏光以外の偏光を透過する選択透過部２４を有する。三次元測定装置２１は、対象物１１から反射して選択透過部２４を透過した光を撮像して対象物１１までの距離を測定する。すなわち、三次元測定装置２１は、対象物１１から反射した偏光のうち、第１の偏光以外の偏光を撮像して対象物１１までの距離を測定する。三次元測定装置２１は、一例として、ステレオカメラ等により距離を測定して、画像内の各位置までの距離を表す三次元情報を生成する。

認識装置２２は、三次元測定装置２１により測定されたそれぞれの対象物１１の表面の各位置までの距離に基づき、それぞれの対象物１１の位置および姿勢を認識する。認識装置２２は、一例として、３次元モデルとのマッチング処理またはサーフェースマッチング処理等のマッチング処理を実行して、それぞれの対象物１１の位置および姿勢を認識する。さらに、認識装置２２は、照度情報に基づきエッジ抽出等を行ってマッチング処理の補完をしてもよい。

ロボットコントローラ２３は、予め登録されている制御フローに従って、認識装置２２により認識されたそれぞれの対象物１１の位置および姿勢に基づきロボット１３の動作を制御する。そして、ロボットコントローラ２３は、トレイ１２上の指定された対象物１１をハンドリングさせる。

このようなハンドリングシステム１０において、パターン照射装置２０は、三次元測定装置２１による三次元測定の精度を向上させるような画像パターンの第１の偏光を、トレイ１２上に積載されたそれぞれの対象物１１に照射する。そして、三次元測定装置２１は、第１の偏光以外の偏光を撮像して対象物１１までの距離を測定する。これにより、ハンドリングシステム１０によれば、トレイ１２に積載されたそれぞれの対象物１１の位置および姿勢を精度良く認識し、精度良く対象物１１をハンドリングすることができる。

図２は、第１実施形態に係るハンドリングシステム１０において、対象物１１より直接反射された光の光路の一例を示す図である。

パターン照射装置２０が対象物１１に照射する第１の偏光は、例えば、予め定められた向きの直線偏光である。第１の偏光は、例えば、予め定められた方向に回転する円偏光であってもよい。そして、三次元測定装置２１が有する選択透過部２４は、例えば、第１の偏光を遮断し、第１の偏光以外の偏光を透過する偏光フィルタである。例えば、第１の偏光が直線偏光である場合、選択透過部２４は、第１の偏光を遮断し、第１の偏光に直交する第２の偏光を透過する。第１の偏光が円偏光である場合、選択透過部２４は、第１の偏光を遮断し、第１の偏光と逆方向に回転する第２の偏光を透過する。なお、選択透過部２４は、対象物１１から三次元測定装置２１の撮像素子（ＣＣＤ等）までの光路に配置されており、三次元測定装置２１とは別体であってよい。選択透過部２４の配置は、対象物１１から三次元測定装置２１の撮像素子までの光路中であればよく、三次元測定装置２１と一体でもよい。この場合、選択透過部２４は、対象物１１からの第１の偏光を遮断し、対象物１１からの第１の偏光以外の偏光を透過して三次元測定装置２１に与える。

パターン照射装置２０が第１の偏光をトレイ１２上に積載された対象物１１に照射した場合、その対象物１１から反射された光には、直接反射光と拡散反射光とが含まれる。直接反射光と拡散反射光とは、光量差が大きい。従って、三次元測定装置２１は、直接反射光を撮像するとダイナミックレンジが不足し、認識精度が低下してしまう。

図２において、パターン照射装置２０の光の出射面と、三次元測定装置２１の光の取り込み面と、対象物１１の表面とは平行であるとする。また、パターン照射装置２０から対象物１１に照射される光の進行方向と対象物１１の表面の法線とのなす角をθとする。この場合、対象物１１の表面からの直接反射光は、対象物１１の表面の法線から三次元測定装置２１に向かってθの方向に進行する。この直接反射光が三次元測定装置２１において光沢として撮像されてしまい、ダイナミックレンジを不足させて認識精度を低下させる。

三次元測定装置２１に直接反射光が入らないようにするには、パターン照射装置２０と三次元測定装置２１との間を大きく離すことが考えられる。しかしながら、パターン照射装置２０および三次元測定装置２１を、このように設置した場合、システム全体の占有空間が大きくなり使い勝手が悪くなる。また、対象物１１が様々な方向でトレイ１２に積載されている場合、全ての対象物１１からの直接反射光を三次元測定装置２１に入射させないようにすることは、非常に困難である。

ここで、対象物１１で直接反射した光（直接反射光）は、偏光の状態を保つ。これに対して、拡散反射光は、偏光の状態が乱れる。つまり、第１の偏光が対象物１１に入射された場合、直接反射光も第１の偏光である。しかし、拡散反射光は、偏光の状態が乱れて第２の偏光が含まれる。

そこで、本実施形態に係るハンドリングシステム１０は、パターン照射装置２０が第１の偏光を対象物１１に照射し、三次元測定装置２１の選択透過部２４が第１の偏光を遮断して、第１の偏光以外の偏光を透過する。そして、三次元測定装置２１は、選択透過部２４を透過した光を撮像して対象物１１までの距離を測定する。これにより、三次元測定装置２１は、対象物１１からの直接反射光を除き、拡散反射光を取り込むことができる。従って、三次元測定装置２１は、ダイナミックレンジが不足して認識精度が低下することを防ぐことができる。

よって、ハンドリングシステム１０によれば、トレイ１２に積載されたそれぞれの対象物１１の位置および姿勢を精度良く認識し、精度良く対象物１１をハンドリングすることができる。

図３は、第１実施形態に係るパターン照射装置２０の構成を示す図である。パターン照射装置２０は、投影面３０に、三次元測定装置２１による距離の測定精度を向上させるような画像パターンの光を照射する。投影面３０は、ハンドリングシステム１０における対象物１１が積載されるトレイ１２に対応する。

パターン照射装置２０は、発光部３１と、集光部３２と、透過拡散板３３と、ライトトンネル３４と、画像形成部３５と、照射光学系３６とを備える。

なお、図中において、ｘ、ｙ、ｚは、互いに直交する方向を示す。ｘ方向は、ライトトンネル３４の光軸に平行な方向を表す。ｙ方向は、ｘ方向に直交する方向を表す。ｚ方向は、ｘ方向およびｙ方向に直交する方向を表す。

発光部３１は、第１の偏光を出射する。本実施形態において、発光部３１は、予め定められた第１の偏光に揃った複数本の平行光束のレーザ光を、同一方向に出射する。

発光部３１は、光源である複数のレーザダイオード４１と、複数のコリメータレンズ４２とを有する。複数のレーザダイオード４１は、互いに同一方向に、コヒーレント光である、第１の偏光のレーザ光を出射する。本実施形態において、それぞれのレーザダイオード４１は、例えば４４０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長の青色のレーザ光を発光する青色レーザダイオードである。なお、それぞれのレーザダイオード４１は、青色に限らず、他の色であってもよい。また、三次元測定装置２１が照射した光を検出できれば、レーザダイオード４１は、可視光以外のレーザ光を出射してもよい。

複数のコリメータレンズ４２は、複数のレーザダイオード４１のそれぞれに一対一に対応して設けられる。それぞれのコリメータレンズ４２は、対応するレーザダイオード４１から出射されたレーザ光を入射して、平行光束として出射する。これにより、発光部３１は、同一方向に複数本の平行光束のレーザ光を出射することができる。

集光部３２は、発光部３１から出射された第１の偏光を透過拡散板３３上に集光する。本実施形態においては、集光部３２は、レンズであり、複数本のレーザ光を透過拡散板３３上の略一点に集光する。

透過拡散板３３は、入射した光を拡散させる拡散部である。透過拡散板３３は、全体が平板状であって、少なくとも一方の平面に微細でランダムな凹凸等が形成されている。透過拡散板３３は、集光部３２により集光された複数本のレーザ光を入射し、入射した光を透過して拡散させながらライトトンネル３４へと出射する。透過拡散板３３は、一例として、半値全幅の５°以上１０°以下の拡散角で光を拡散させる。

ライトトンネル３４は、通過する光の光軸方向（ｘ方向）に垂直な面（ｙ方向およびｚ方向）の照度分布を均一化する均一化光学系である。ライトトンネル３４は、透過拡散板３３により拡散された光を入射し、入射した光を通過させて、照度分布を均一化して出射する。ライトトンネル３４は、少なくとも、入射した光よりも照度分布を均一化して出射する。

画像形成部３５は、ライトトンネル３４から出射された光を所定の画像パターンに応じて透過および遮断（または反射）して、光軸に垂直な面に所定の画像パターンの像を形成する。画像形成部３５を透過した光は、照射光学系３６へと入射される。所定の画像パターンは、対象物１１に照射した場合に距離測定の精度を向上させる２次元の模様である。

画像形成部３５は、一例として、ガラス等の透明な板に所定の画像パターンが描かれた長方形の板状のフォトマスクである。また、画像形成部３５は、電気信号により透過する画像パターンを形成することができる板状の透過型液晶素子であってもよい。この場合、画像形成部３５は、外部の情報処理装置から取り込んだ画像データに応じて画像パターンを形成することができる。

照射光学系３６は、画像形成部３５を透過した光を、指定された倍率に拡大して投影面３０に照射する。

図４は、ライトトンネル３４での光路の一例を示す図である。ライトトンネル３４は、図４に示されるように、筒状であって、筒の内部には内側へと光を反射する反射側面４３が形成されている。そして、ライトトンネル３４は、筒の内部が、光を通過させる光路４４として機能する。光路４４は、光を通過させることができれば、中空であってもよいし、ガラス等の透明な部材で充填されていてもよい。

透過拡散板３３により拡散された光は、入力口４５から光路４４内に入射される。入射された光は、反射側面４３を反射しながら光路４４を通過する。そして、光路４４を通過した光は、出力口４６から外部へと出射される。このような、ライトトンネル３４は、入射された光が反射側面４３を反射しながら光路４４の内部を通過するので、出射する光の照度分布を均一化することができる。

また、ライトトンネル３４の反射側面４３は、光軸に対して平行に設けられている。このため、ライトトンネル３４に入射される光の角度θａと、ライトトンネル３４から出射される光の角度θｂとは同一となる。従って、ライトトンネル３４は、透過拡散板３３と同一の拡散角の光を出射することができる。

また、本実施形態においては、ライトトンネル３４の光軸方向（ｘ方向）に垂直な面の形状は、長方形である。ライトトンネル３４の光軸に垂直な面の形状は、画像形成部３５と略同一のアスペクト比であることが好ましい。

また、ライトトンネル３４の出力口４６は、少なくとも後段の画像形成部３５の全面に光が照射できる大きさであればよい。もっとも、出力口４６は、後段の画像形成部３５よりも大きい場合には、出射された光が画像形成部３５の外部に漏れて無駄になるので、組み付け精度等を考慮して画像形成部３５と略同一程度にするのが好ましい。

また、ライトトンネル３４は、光軸方向が長いほど、光路４４内での光の反射回数が増えて照度分布をより均一化することができるが、損失も大きくなる。従って、ライトトンネル３４の光軸方向の長さは、目的の均一化度が得られる最小の長さであることが好ましい。

なお、ライトトンネル３４は、ホモジナイザまたはライトパイプと呼ばれる場合もある。また、パターン照射装置２０は、入射した光よりも照度分布を均一化して出射する均一化光学系であれば、ライトトンネル３４に代えて他の部材を備えてもよい。例えば、パターン照射装置２０は、ライトトンネル３４に代えてフライアイを備えてもよい。

図５は、第１実施形態に係るパターン照射装置２０の一部分の斜視図である。発光部３１は、一例として、２×４のマトリクス状に配列された８個のレーザダイオード４１を有する。さらに、発光部３１は、それぞれのレーザダイオード４１に対応して設けられた８個のコリメータレンズ４２を有する。このような発光部３１は、同一方向に８本の平行光束を出射することができる。

このように、発光部３１は、複数個のレーザダイオード４１を有するので、出力する光のエネルギーを大きくすることができる。なお、発光部３１が有するレーザダイオード４１の個数および配置は、同一方向にレーザ光を出射できれば、どのような個数および配置であってもよい。

また、透過拡散板３３は、リレー光学系等を介さずに、ライトトンネル３４の直前に配置されている。これにより、パターン照射装置２０は、透過拡散板３３とライトトンネル３４の間の光学的な距離を短くして、拡散した光がライトトンネル３４の外部へと漏れてしまうことを防止することができる。従って、パターン照射装置２０は、光の伝達の効率を高め、出力するエネルギーを大きくすることができる。

また、集光部３２は、発光部３１から出射された複数本のレーザ光を透過拡散板３３上に集光する。従って、発光部３１が有するレーザダイオード４１の個数を増加させても、レーザダイオード４１から出射された光をライトトンネル３４内に漏れなく入射させることができる。従って、パターン照射装置２０は、出力するエネルギーを容易に大きくすることができる。

また、レーザ光は直進性が高い。従って、もし、コリメータレンズ４２から出射されたレーザ光を直接入射した場合、ライトトンネル３４は、照度分布を効率良く均一化させることは困難である。しかし、本実施形態において、ライトトンネル３４は、透過拡散板３３により拡散されたレーザ光を入射するので、照度分布を効率良く均一化することができる。従って、パターン照射装置２０は、ライトトンネル３４の光軸方向の長さを短くして装置の小型化を図ることができる。

また、画像形成部３５は、リレー光学系等を介さずに、ライトトンネル３４の直後に配置されている。これにより、パターン照射装置２０は、ライトトンネル３４と画像形成部３５との光学的な距離を短くして、ライトトンネル３４から出射された拡散された光が外部へと漏れてしまうことを防止することができる。従って、パターン照射装置２０は、光の伝達の効率を高め、出力するエネルギーを大きくすることができる。

また、本実施形態においては、レーザダイオード４１は、青色のレーザ光を発光する。これにより、パターン照射装置２０は、より精度良く距離測定をさせることができるとともに、作業者に良好な作業環境を提供することができる。この理由は、以下の通りである。

例えば、オスラム株式会社のプロジェクタ用の光源Ｐ１Ｗが知られている（http://www.osram.jp/osram_jp/press/press-releases/_trade_press/2013/osram-led-power-packs-for-projectors/）。この光源Ｐ１Ｗは、青色が５００ｌｍ、赤色が１２５０ｌｍ、緑色が４１５０ｌｍの明るさで発光する。ｌｍは、光束の単位であり、視感度を考慮した明るさである。視感度を考慮しない光の放射束（単位Ｗ）は、光束（ｌｍ）＝６８３×放射束（Ｗ）×Ｙ刺激値により算出される。各色の代表的なスペクトルから換算係数ｌｍ／Ｗを算出した場合、青色が４０ｌｍ／Ｗ、赤色が２００ｌｍ／Ｗ、緑色が４８０ｌｍ／Ｗとなる。よって、放射束は、光束と換算係数より、青色が１２．５Ｗ、赤色が６．３Ｗ、緑色が８．６Ｗとなる。つまり、放射束は、青色が最も高い。

距離測定のための画像パターンを照射するパターン照射装置２０では、人の目の感度、つまり視感度の考慮された光束量ではなく、純粋な光の出力である放射束が高い光源を備えることが好ましい。青色レーザダイオードは、上述のように販売されている光源のうち、高い放射束が得られる。従って、レーザダイオード４１が青色のレーザ光を出射するので、パターン照射装置２０は、対象物１１を高いエネルギーで照明でき、対象物１１が黒色等であっても精度良く距離測定をさせることができる。

一方、青色は、光束が低く、人の目には眩しくない。従って、レーザダイオード４１が青色のレーザ光を出射するので、パターン照射装置２０は、作業者が対象物１１を目視しやすく、良好な作業環境を提供することができる。また、青色は、可視光である。従って、レーザダイオード４１が青色のレーザ光を出射するので、パターン照射装置２０は、作業者に照明エリアを目視させることができ、作業者が照明エリアを調整しやすい環境を提供することができる。

さらに、発光部３１が有する複数のレーザダイオード４１は、出射するレーザ光の偏光方向が第１の偏光となるように調整されている。よって、パターン照射装置２０から出射する光は、第１の偏光となる。三次元測定装置２１は、第１の偏光を遮断する選択透過部２４（例えば偏光フィルタ）を有する。選択透過部２４は、例えば偏光フィルタであり光軸に対して回転調整が可能となっており、第１の偏光を遮断するように調整されている。従って、三次元測定装置２１は、対象物１１からの直接反射光の影響による認識精度の低下を防ぐことができる。なお、選択透過部２４をパターン照射装置２０に対して回転させるのではなく、パターン照射装置２０を回転させて、選択透過部２４が第１の偏光を遮断するように調整されてもよい。

なお、パターン照射装置２０は、無偏光を発光するＬＥＤ等と偏光フィルタとを組み合わせた光源を備えて、第１の偏光を出射することも可能である。しかしながら、偏光フィルタは、透過する偏光方向と直交する偏光（または逆方向に回転する偏光）を遮断する。従って、無偏光を発光するＬＥＤ等と偏光フィルタとを組み合わせた光源は、光量が半分以下となり、効率が悪い。これに対して、本実施形態に係るパターン照射装置２０の発光部３１は、複数のレーザダイオード４１を有しており、出射するレーザ光の偏光方向が第１の偏光となるように調整されているので、光を遮断する必要が無く、効率良く偏光照明を実現することができる。

以上のように、本実施形態に係るパターン照射装置２０によれば、高い光出力の偏光を得られるとともに、サイズおよびコストを小さくすることができる。さらに、パターン照射装置２０は、作業者に良好な作業環境を提供することができる。

なお、従来は、例えば、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）または液晶パネル等を用いた投射装置（プロジェクタ）によりパターン照射をしていた。しかし、ＤＭＤまたは液晶パネル等を用いた投射装置の光学系は、リレー光学系および各色を合成するための光学系を備えるので、部品点数が多い。従って、このような投射装置を用いてパターン照射をする装置は、サイズが大きく、コストが高かった。本実施形態に係るパターン照射装置２０は、このような従来の投射装置を用いずにパターン照射を実現することができる。

また、本実施形態に係るパターン照射装置２０（照明装置）は、対象物１１の三次元測定をするシステムに適用されているが、三次元測定以外の処理を実行するシステムに適用されてもよい。この場合、システムは、対象物１１に第１の偏光を照射するパターン照射装置２０（照明装置）と、対象物１１を撮像する撮像装置と、対象物１１から撮像装置の撮像素子（ＣＣＤ等）までの光路に配置される選択透過部２４とを備える。撮像装置は、例えば単一のカメラにより対象物１１を撮像して、対象物１１のエッジを検出する等の画像処理を実行する。このようなシステムによっても、撮像装置により撮像された対象物１１の認識精度を向上させた処理を実行することができる。

（第２実施形態）
つぎに、第２実施形態に係るパターン照射装置５０について説明する。第２実施形態に係るパターン照射装置５０は、第１実施形態に係るパターン照射装置２０に代えて、ハンドリングシステム１０に適用される。なお、第３実施形態以降も同様である。

また、第２実施形態に係るパターン照射装置５０は、第１実施形態に係るパターン照射装置２０と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図６は、第２実施形態に係るパターン照射装置５０の構成を示す図である。パターン照射装置５０は、発光部３１と、集光部３２と、反射拡散板５１と、ライトトンネル３４と、画像形成部３５と、照射光学系３６とを備える。パターン照射装置５０は、拡散部として、透過拡散板３３に代えて反射拡散板５１を備える点で、第１実施形態と異なる。

集光部３２は、発光部３１から出射された第１の偏光を反射拡散板５１上に集光する。本実施形態においては、集光部３２は、複数本のレーザ光を反射拡散板５１上の略一点に集光する。

反射拡散板５１は、入射した光を拡散させる拡散部である。反射拡散板５１は、集光部３２により集光された複数本のレーザ光を入射して、入射した光を反射して拡散させながらライトトンネル３４へと出射する。反射拡散板５１は、光を反射して拡散させる点において、透過拡散板３３と異なるが、他の機能および効果について透過拡散板３３と同一である。

ライトトンネル３４は、反射拡散板５１により拡散された光を入射し、照度分布を均一化して出射する。

図７は、反射拡散板５１での光路の一例を示す図である。反射拡散板５１は、全体が略平板状であって、集光部３２側に形成された透過拡散面５２と、集光部３２とは反対側に形成された反射面５３とを含む。

透過拡散面５２は、微細でランダムな凹凸が形成されている。透過拡散面５２は、光を透過させるとともに、透過する光を拡散させる。透過拡散面５２の表面には、反射防止膜が形成されていてもよい。これにより、透過拡散面５２は、透過率を高くすることができる。

反射面５３は、集光部３２から入射して透過拡散面５２を透過した光を反射する。反射面５３は、一例として、平面であり、光を拡散させない。反射面５３は、誘電体多層膜または金属膜等の反射コーディング膜が表面に形成されていてもよい。これにより、反射面５３は、反射率を高くすることができる。反射面５３を反射した光は、再度、透過拡散面５２を透過して、ライトトンネル３４へと入射される。

このような反射拡散板５１に対して、図７に示されるように、集光部３２から光束ａが入射されたとする。この場合、光束ａは、透過拡散面５２の表面側から入射する。そして、光束ａは、透過拡散面５２において透過および拡散して、拡散光束ａ１、ａ２となる。ここでは、拡散光束ａ１、ａ２のみを示しているが、光束ａの拡散光束は多数存在する。

続いて、拡散光束ａ１、ａ２は、反射面５３において反射され、再度、透過拡散面５２に裏面側から入射する。そして、拡散光束ａ１、ａ２は、透過拡散面５２においてそれぞれ透過および拡散して、拡散光束ａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２２となる。ここでは、拡散光束ａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２２のみを示しているが、光束ａ１、ａ２の拡散光束は多数存在する。

このように、このような構成の反射拡散板５１は、光を透過拡散面５２で２回拡散させることができる。これにより、反射拡散板５１は、拡散効果を高めて、より照度分布が均一な光を出射させることができる。従って、本実施形態に係るパターン照射装置５０によれば、より照度分布が均一な画像パターンを対象物１１に照射することができる。

なお、本実施形態においては、反射拡散板５１の集光部３２側の面を透過拡散面５２としているが、これに代えて、反射拡散板５１の集光部３２側の面を拡散および反射をする反射拡散面としてもよい。

以上のように、本実施形態に係るパターン照射装置５０によれば、反射拡散板５１を備えるので、より均一化した光を出力することができる。

図８は、反射拡散板５１が脱落した場合の光路の一例を示す図である。本実施形態に係るパターン照射装置５０において、故障等により反射拡散板５１が脱落または破損等をして、レーザ光が反射拡散板５１で反射されなかったとする。この場合、図８に示されるように、発光部３１から出射されたレーザ光は、ライトトンネル３４に入射されない。従って、この場合、パターン照射装置５０は、投影面３０に何ら光を照射しない。

このため、パターン照射装置５０は、反射拡散板５１が脱落または破損等をした場合において、レーザ光が拡散されずに直接外部へと出射されない。これにより、パターン照射装置５０は、拡散部が脱落または破損したときのレーザ光の出射防止機構を簡単な構成で実現することができる。

（第３実施形態）
つぎに、第３実施形態に係るパターン照射装置６０について説明する。第３実施形態に係るパターン照射装置６０は、第２実施形態に係るパターン照射装置５０と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図９は、第３実施形態に係るパターン照射装置６０の構成を示す図である。パターン照射装置６０は、発光部３１と、集光部３２と、反射拡散板５１と、テーパライトトンネル６１と、画像形成部３５と、照射光学系３６とを備える。パターン照射装置６０は、均一化光学系として、ライトトンネル３４に代えてテーパライトトンネル６１を備える点で、第２実施形態と異なる。

テーパライトトンネル６１は、反射拡散板５１により拡散された光を入射して、照度分布を均一化して出射する。テーパライトトンネル６１は、形状は異なるが、ライトトンネル３４と略同一の構成および機能を有する。

図１０は、テーパライトトンネル６１での光路の一例を示す図である。テーパライトトンネル６１は、図１０に示されるように、入力口６４より出力口６５が大きく、反射側面６２が光路６３の光軸に対して傾けて形成されている点において、ライトトンネル３４と異なる。また、テーパライトトンネル６１は、光路６３における光軸に垂直方向の面の形状（入力口６４および出力口６５の形状を含む）が、画像形成部３５と略同一のアスペクト比の長方形である。

このようなテーパライトトンネル６１は、ライトトンネル３４と同様に、入射された光が反射側面６２を反射しながら光路６３の内部を通過するので、出射する光の照度分布を均一化することができる。

ここで、テーパライトトンネル６１におけるｚ方向に垂直な反射側面６２は、光軸に対して角度θｔでｚ方向に傾いている。従って、テーパライトトンネル６１は、入射される光の角度θｃより、出射される光の角度θｄの方を小さくすることができる。テーパライトトンネル６１は、後段の画像形成部３５への光の角度（拡散角）を小さくすることができる。

これにより、パターン照射装置６０は、テーパライトトンネル６１を備えることで、画像形成部３５を通過した後の照射光学系３６への光線入射角を小さく、つまり、ＮＡを小さくできる。このため、パターン照射装置６０は、照射光学系３６への光の取り込み効率を上げて高い光出力を得ることができる。

なお、テーパライトトンネル６１は、反射側面６２の傾きの角度θｔを大きくするほど、出射される光の角度θｄを小さくすることができる。傾きの角度θｔを大きくするには、入力口６４を小さくするか、または、出力口６５を大きくすればよい。しかしながら、入力口６４を小さくすると、反射拡散板５１で反射した光を効率良く取り込むことが困難になり、出力口６５を大きくすると画像形成部３５より外側を照明する光が無駄となる。従って、傾きの角度θｔ、入力口６４のサイズおよび出力口６５のサイズは、これらを考慮しながら適切に設定することが好ましい。

また、テーパライトトンネル６１は、入力口６４および出力口６５のサイズを固定した状態において光軸方向を長くすると、反射回数は増えて照度分布をより均一化することができる。しかし、テーパライトトンネル６１は、光軸方向を長くすると、反射回数増加により効率が低下し、さらに、傾きの角度θｔが小さくなり照射光学系３６での取り込み効率が低下する。従って、テーパライトトンネル６１の光軸方向の長さは、これらを考慮しながら適切に設定することが好ましい。

以上のように、本実施形態に係るパターン照射装置６０によれば、テーパライトトンネル６１を備えるので、高出力化を図ることができる。

（第４実施形態）
つぎに、第４実施形態に係るパターン照射装置７０について説明する。第４実施形態に係るパターン照射装置７０は、第３実施形態に係るパターン照射装置６０と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図１１は、第４実施形態に係るパターン照射装置７０の構成を示す図である。パターン照射装置７０は、発光部３１と、集光部３２と、反射拡散板５１と、テーパライトトンネル６１と、画像形成部３５と、プリズム７１と、照射光学系３６とを備える。集光部３２は、第１のミラー群７２と、レンズ７３とを有する。

パターン照射装置７０は、プリズム７１をさらに備える点で、第３実施形態と異なる。また、パターン照射装置７０は、集光部３２が第１のミラー群７２とレンズ７３とを有する点で、第３実施形態と異なる。

第１のミラー群７２は、発光部３１から同一方向に出射された複数本の平行光束を反射してレンズ７３へと導く。第１のミラー群７２は、複数のミラー７４を有する。それぞれのミラー７４は、レーザダイオード４１から出射されてコリメータレンズ４２により平行光束とされたレーザ光を、レンズ７３の方向に反射する。複数のミラー７４は、複数本の平行光束を同一方向に、すなわち、複数本の平行光束を平行に反射する。

レンズ７３は、平行に入射された複数の平行光束を反射拡散板５１上の略一点に集光する。

プリズム７１は、画像形成部３５と、照射光学系３６との間に挿入される。本実施形態において、照射光学系３６は、入射光の光軸がテーパライトトンネル６１の光軸に対して直交するように配置されている。プリズム７１は、画像形成部３５から出射された光を反射して、照射光学系３６へと入射させる。パターン照射装置７０は、このようなプリズム７１を備えることにより、小さなスペース内に各構成要素を配置することができる。パターン照射装置７０は、プリズム７１に代えて、ミラーを備えてもよい。

なお、テーパライトトンネル６１と画像形成部３５との間にプリズム７１を挿入した場合、テーパライトトンネル６１から画像形成部３５との間の距離が長くなるので、光の損失が大きくなる。レンズ等を用いて集光したとしても部品点数が多くなってしまう。従って、第４実施形態に係るパターン照射装置７０によれば、画像形成部３５と照射光学系３６との間にプリズム７１を備えるので、効率を低下させずに配置をコンパクトにすることができる。

図１２は、第４実施形態に係る第１のミラー群７２およびレンズ７３等の配置の一例を示す図である。本実施形態において、発光部３１は、２×４のマトリクス状に配列された８個のレーザダイオード４１および８個のコリメータレンズ４２を有する。

また、本実施形態において、第１のミラー群７２は、４個のミラー７４を有する。４個のミラー７４のそれぞれは、ｙ方向に並んだ２個のレーザダイオード４１および２個のコリメータレンズ４２に対応して配置される。それぞれのミラー７４は、対応する２個のコリメータレンズ４２から出射される２本の平行光束を反射する。

なお、第１のミラー群７２は、８個のミラー７４を有する構成であってもよい。この場合、それぞれのミラー７４が、何れか１個のコリメータレンズ４２から出射された平行光束を反射する。

図１３の（ａ）は、単板ミラー７５を用いた場合の光路を示す図であり、図１３の（ｂ）は、第１のミラー群７２を用いた場合の光路を示す図である。

パターン照射装置７０が第１のミラー群７２に代えて、図１３の（ａ）に示すような単板ミラー７５を備えていたとする。単板ミラー７５は、発光部３１から出射された複数本の平行光束に対して４５°に傾けて配置されている。従って、単板ミラー７５は、発光部３１から出射された平行光束を９０°曲げることができる。

ここで、発光部３１から出射された複数本の平行光束により形成される光束幅をＬ１とする。単板ミラー７５からレンズ７３へと入射される複数本の平行光束により形成される光束幅をＬ２とする。Ｌ１とＬ２とは、同一の長さとなる。

これに対して、図１３の（ｂ）に示すように、第１のミラー群７２を構成するそれぞれのミラー７４も、発光部３１から出射された複数本の平行光束に対して４５°に傾けて配置されている。従って、それぞれのミラー７４は、発光部３１から出射された平行光束を９０°曲げることができる。

そして、複数のミラー７４は、発光部３１から同一方向に出射された複数本の平行光束により形成される光束幅を狭くするように、発光部３１から出射された複数の光のそれぞれを反射してレンズ７３へと導く。従って、複数のミラー７４からレンズ７３へと入射される複数本の平行光束により形成される光束幅をＬ３とした場合、Ｌ３は、Ｌ１よりも短くなる。

このように第１のミラー群７２は、レンズ７３へと入射する光の光束幅を狭くしている。これにより、パターン照射装置７０は、レンズ７３のサイズを小さくすることができる。さらに、レンズ７３へと入射する光の光束幅が狭いので、パターン照射装置７０は、反射拡散板５１上に集光される光の入射角を小さくし、これに伴いテーパライトトンネル６１から出射する光束の拡散角も小さくすることができる。これにより、パターン照射装置７０は、照射光学系３６のＮＡを小さくし、照射光学系３６への光の取り込み効率を上げることができる。

以上のように、本実施形態に係るパターン照射装置７０によれば、プリズム７１および第１のミラー群７２により光軸を曲げるので配置をコンパクトにすることができ、さらに、光束幅を狭くすることにより高出力化を図ることができる。

（第５実施形態）
つぎに、第５実施形態に係るパターン照射装置８０について説明する。第５実施形態に係るパターン照射装置８０は、第４実施形態に係るパターン照射装置７０と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図１４は、第５実施形態に係るパターン照射装置８０の構成を示す図である。第５実施形態に係る集光部３２は、第２のミラー群８１と、シリンドリカルレンズ８２とを有する。パターン照射装置８０は、集光部３２が第２のミラー群８１とシリンドリカルレンズ８２とを有する点で、第４実施形態と異なる。

第２のミラー群８１は、発光部３１から同一方向に出射された複数本の平行光束を反射して、反射拡散板５１へと導く。第２のミラー群８１は、複数のミラー８３を有する。それぞれのミラー８３は、レーザダイオード４１から出射されてコリメータレンズ４２に平行光束とされたレーザ光を、反射拡散板５１の方向に反射する。

この場合において、複数のミラー８３は、反射角によって、複数本の平行光束を光軸に直交する第１方向に集光する。本実施形態においては、複数のミラー８３は、複数本の平行光束のｘ方向の成分が反射拡散板５１上で略一点に照射されるように、反射角が設定されている。従って、第２のミラー群８１を構成するそれぞれのミラー８３は、第１方向の反射角が互いに異なっている。

シリンドリカルレンズ８２は、第２のミラー群８１と反射拡散板５１との間に設けられる。シリンドリカルレンズ８２は、第２のミラー群８１から反射拡散板５１へと向かう複数本の平行光束を、光軸に直交する方向であって且つ第１方向と直交する第２方向に集光する。

図１５は、第５実施形態に係る第２のミラー群８１およびシリンドリカルレンズ８２等の配置の一例を示す図である。本実施形態において、発光部３１は、２×４のマトリクス状に配列された８個のレーザダイオード４１および８個のコリメータレンズ４２を有する。

また、本実施形態において、第２のミラー群８１は、４個のミラー８３を有する。４個のミラー８３のそれぞれは、ｙ方向に並んだ２個のレーザダイオード４１および２個のコリメータレンズ４２に対応して配置される。それぞれのミラー８３は、対応する２個のコリメータレンズ４２から出射される２本の平行光束を反射する。

なお、第２のミラー群８１は、８個のミラー８３を有する構成であってもよい。この場合、それぞれのミラー８３が、何れか１個のコリメータレンズ４２から出射された平行光束を反射する。

そして、シリンドリカルレンズ８２は、第２のミラー群８１から反射拡散板５１へと向かう複数本の平行光束を、光軸に直交する方向であって且つ第１方向と直交する第２方向に集光する。本実施形態において、シリンドリカルレンズ８２は、複数本の平行光束のｙ方向の成分が、反射拡散板５１上で略一点に照射されるように集光する。

このようにパターン照射装置８０は、第１方向（例えばｘ方向）には、ミラー８３の反射角によって集光するので、レンズによる集光作用を用いていない。従って、パターン照射装置８０では、シリンドリカルレンズ８２に入射する光束幅が比較的に狭くなり、シリンドリカルレンズ８２のレンズ径を小さくすることができる。さらに、パターン照射装置８０は、シリンドリカルレンズ８２のレンズ径を小さくすることができるので、製造可能なコバ厚を確保しながらシリンドリカルレンズ８２の曲率半径を小さくすることができる。このため、パターン照射装置８０は、シリンドリカルレンズ８２から反射拡散板５１までの距離を短くすることができ、この結果、装置構成を小さくすることができる。

なお、パターン照射装置８０は、シリンドリカルレンズ８２に代えて、第１方向（例えばｘ方向）と第２方向（例えばｙ方向）とで曲率半径が異なるトロイダルレンズを有してもよい。この場合、第２のミラー群８１は、トロイダルレンズの第１方向の集光作用と併せて、複数本の平行光束の第１方向の成分が反射拡散板５１上で略一点に照射されるように、反射角が設定される。

（第６実施形態）
つぎに、第６実施形態に係るパターン照射装置９０について説明する。第６実施形態に係るパターン照射装置９０は、第４実施形態に係るパターン照射装置７０と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図１６は、第６実施形態に係るパターン照射装置９０の構成を示す図である。第６実施形態に係る集光部３２は、第３のミラー群９１を有する。パターン照射装置９０は、集光部３２が第３のミラー群９１を有する点で、第４実施形態と異なる。

第３のミラー群９１は、発光部３１から同一方向に出射された複数本の平行光束を反射して、反射拡散板５１へと導く。第３のミラー群９１は、複数のミラー９３を有する。それぞれのミラー９３は、レーザダイオード４１から出射されてコリメータレンズ４２に平行光束とされたレーザ光を、反射拡散板５１の方向に反射する。

この場合において、複数のミラー９３は、反射角によって、複数本の平行光束のそれぞれを集光する。本実施形態においては、複数のミラー９３は、複数本の平行光束が反射拡散板５１上で略一点に照射されるように、反射角が設定されている。従って、第３のミラー群９１を構成するそれぞれのミラー９３は、反射角が互いに異なっている。

図１７は、第６実施形態に係る第３のミラー群９１等の配置の一例を示す図である。本実施形態において、発光部３１は、２×４のマトリクス状に配列された８個のレーザダイオード４１および８個のコリメータレンズ４２を有する。

また、本実施形態において、第３のミラー群９１は、８個のミラー９３を有する。８個のミラー９３のそれぞれは、何れか１個のレーザダイオード４１および１個のコリメータレンズ４２に対応して配置される。それぞれのミラー９３は、対応する１個のコリメータレンズ４２から出射される１本の平行光束を反射する。そして、それぞれのミラー９３は、反射した平行光束が反射拡散板５１上の略一点に集光されるように反射角が調整されている。

このようにパターン照射装置９０は、第３のミラー群９１により光束を反射拡散板５１上に集光する。従って、パターン照射装置９０は、反射拡散板５１上に光束を集光するためのレンズを備えなくてよいので、構成が簡易となる。さらに、レンズで集光する場合、レンズから反射拡散板５１までの距離に、焦点距離の下限による制限がある。しかし、パターン照射装置９０は、第３のミラー群９１を構成するミラー９３の傾きを調整すればよいので、このような距離の制限が無く配置をコンパクトにすることができる。

（第７実施形態）
つぎに、第７実施形態に係るパターン照射装置１１０について説明する。第７実施形態に係るパターン照射装置１１０は、第４実施形態に係るパターン照射装置７０と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図１８は、第７実施形態に係るパターン照射装置１１０の構成を示す図である。パターン照射装置１１０は、発光部３１と、集光部３２と、反射拡散板５１と、テーパライトトンネル６１、画像形成部３５と、プリズム７１と、照射光学系３６と、偏光フィルタ１１１と、着脱機構１１２とを備える。パターン照射装置１１０は、偏光フィルタ１１１と着脱機構１１２とを備える点で、第４実施形態と異なる。

偏光フィルタ１１１は、第１の偏光を透過し、第１の偏光以外の光を遮断する。例えば、第１の偏光が直線偏光である場合、偏光フィルタ１１１は、第１の偏光を透過し、第１の偏光に直交する第２の偏光を遮断する。また、第１の偏光が円偏光である場合、偏光フィルタ１１１は、第１の偏光を透過し、第１の偏光と逆方向に回転する第２の偏光を遮断する。

本実施形態においては、偏光フィルタ１１１は、照射光学系３６の後段に設けられる。なお、偏光フィルタ１１１は、この位置に限らず、発光部３１から照射光学系３６までの光路中における何れの位置に設けられてもよい。

偏光フィルタ１１１は、発光部３１から出射された光に、第１の偏光の成分以外が含まれている場合、または、発光部３１から偏光フィルタ１１１までの光路中の何れかの位置で偏光の状態が少し乱れて第１の偏光以外の成分が生じた場合であっても、第１の偏光以外の成分を遮断することができる。もっとも、偏光フィルタ１１１により遮断される光量は比較的に小さい。

着脱機構１１２は、作業者等の操作によって、光路中に偏光フィルタ１１１を挿入し、光路中から偏光フィルタ１１１を離脱させる。例えば、表面にざらつきがあり光沢の無い対象物１１に対して光を照射する場合、着脱機構１１２は、作業者等の操作によって、偏光フィルタ１１１を光路中から離脱させる。また、例えば、表面に光沢がある対象物１１に対して光を照射する場合、着脱機構１１２は、作業者等の操作によって、偏光フィルタ１１１を光路中に挿入する。

また、偏光フィルタ１１１は、透過する偏光の方向を第１の偏光に固定する機構を有してもよい。例えば、偏光フィルタ１１１は、透過方向を第１の偏光に固定するような、爪または溝等の構造を有する。これにより、偏光フィルタ１１１は、確実に第１の偏光を透過することができる。

また、三次元測定装置２１の選択透過部２４も、遮断する偏光の方向を第１の偏光に固定する機構を有してもよい。つまり、偏光フィルタ１１１とは直交する方向の偏光を透過する機構を有してもよい。例えば、偏光フィルタ１１１は、遮断方向を第１の偏光に固定するような、爪または溝の構造を有する。これにより、偏光フィルタ１１１は、確実に第１の偏光を遮断することができる。

また、パターン照射装置１１０の偏光フィルタ１１１の偏光の透過方向と、三次元測定装置２１の選択透過部２４の偏光の透過方向とが、確実に直行または逆方向に取り付けられるような機構を、偏光フィルタ１１１および選択透過部２４のそれぞれに設けられていてもよい。これにより、パターン照射装置１１０から出射された第１の偏光が、直接または直接反射して、三次元測定装置２１に入射させないようにすることができる。

このようにパターン照射装置１１０は、第１の偏光を確実に出射することができる。なお、このような第７実施形態の特有の構成を、第４実施形態以外の他の形態に適用してもよい。

（第８実施形態）
つぎに、第８実施形態に係るパターン照射装置１２０について説明する。第８実施形態に係るパターン照射装置１２０は、第４実施形態に係るパターン照射装置７０と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図１９は、第８実施形態に係るパターン照射装置１２０の構成を示す図である。パターン照射装置１２０は、発光部３１と、集光部３２と、反射拡散板５１と、テーパライトトンネル６１、画像形成部３５と、追加発光部１２１と、追加集光部１２２と、追加反射拡散板１２３（追加拡散部）と、追加テーパライトトンネル１２４（追加均一化光学系）と、追加画像形成部１２５と、合成光学系１２６と、照射光学系３６と、制御部１３０とを備える。

パターン照射装置１２０は、追加発光部１２１と、追加集光部１２２と、追加反射拡散板１２３と、追加テーパライトトンネル１２４と、追加画像形成部１２５と、合成光学系１２６と、制御部１３０とを備える点で、第４実施形態と異なる。

追加発光部１２１は、第１の偏光とは異なる第２の偏光を出射する。第１の偏光が直線偏光である場合、第２の偏光は、第１の偏光に直交する方向の偏光である。また、第１の偏光が円偏光である場合、第２の偏光は、第１の偏光とは逆方向に回転する円偏光である。本実施形態において、追加発光部１２１は、予め定められた第２の偏光に揃った複数本の平行光束のレーザ光を、同一方向に出射する。

なお、追加発光部１２１は、偏光の方向は異なるが、他の点においては発光部３１と同様の構成である。本実施形態においては、追加発光部１２１は、第２の偏光を出射する光源である複数のレーザダイオード４１と、複数のコリメータレンズ４２とを有する。

追加集光部１２２は、追加発光部１２１から出射された光を追加反射拡散板１２３上に集光する。本実施形態においては、追加集光部１２２は、レンズであり、複数本のレーザ光を追加反射拡散板１２３上の略一点に集光する。なお、追加集光部１２２は、図１１〜図１７に示したような構成であってもよい。

追加反射拡散板１２３は、入射した光を拡散させる拡散部である。追加反射拡散板１２３は、反射拡散板５１と同様の構成である。また、パターン照射装置１２０は、追加反射拡散板１２３に代えて、透過拡散板３３と同様の構成の追加透過拡散板を備えてもよい。

追加テーパライトトンネル１２４は、追加反射拡散板１２３により拡散された光を入射して、照度分布を均一化して出射する。追加テーパライトトンネル１２４は、テーパライトトンネル６１と同様の構成である。なお、パターン照射装置１２０は、テーパライトトンネル６１に代えて、ライトトンネル３４と同様の構成の均一化光学系を備えてもよい。

追加画像形成部１２５は、追加テーパライトトンネル１２４から出射された光を所定の画像パターンに応じて透過および遮断（または反射）して、光軸に垂直な面に所定の画像パターンの像を形成する。追加画像形成部１２５は、画像形成部３５と同様の構成である。

合成光学系１２６は、画像形成部３５から出射された第１の偏光と、追加画像形成部１２５から出射された第２の偏光とを同一の光軸上に合成して、照射光学系３６へと入射させる。例えば、合成光学系１２６は、偏光ビームスプリッタである。本実施形態においては、合成光学系１２６は、画像形成部３５から出射された第１の偏光を反射し、追加画像形成部１２５から出射された第２の偏光を透過することにより、第１の偏光と第２の偏光とを合成する。また、合成光学系１２６は、画像形成部３５から出射された第１の偏光を透過し、追加画像形成部１２５から出射された第２の偏光を反射することにより、第１の偏光と第２の偏光とを合成してもよい。

なお、偏光ビームスプリッタは、キューブ型であってもよいし、プレート型であってもよい。プレート型の場合、装置を軽量化し、低コスト化することができる。

制御部１３０は、発光部３１から第１の偏光を発光させるか、追加発光部１２１から第２の偏光を発光させるか、または、発光部３１および追加発光部１２１の両者から光を発光させるかを切り替える。

パターン照射装置１２０は、発光部３１から第１の偏光を発光させた場合、対象物１１に第１の偏光を照射することができる。また、パターン照射装置１２０は、発光部３１から第２の偏光を発光させた場合、対象物１１に第２の偏光を照射することができる。または、パターン照射装置１２０は、発光部３１および追加発光部１２１の両者から光を発光させた場合、対象物１１に第１の偏光および第２の偏光を照射することができる。

また、このようなパターン照射装置１２０を適用する場合、三次元測定装置２１の選択透過部２４は、第１の偏光を遮断するか、第２の偏光を遮断するか、または、全ての偏光を透過するか（第１の偏光および第２の偏光の何れも遮断しないか）を、制御部１３０による制御に同期して切り替える。例えば、選択透過部２４は、第１の偏光を遮断し、第１の偏光以外の偏光（第２の偏光）を透過する第１の偏光フィルタと、第２の偏光を遮断し、第２の偏光以外の偏光（第１の偏光）を透過する第２の偏光フィルタとを有する。そして、選択透過部２４は、パターン照射装置１２０から出射される偏光に応じて第１の偏光フィルタまたは第２の偏光フィルタを用いるかを切り替える。

より具体的には、制御部１３０が第１の偏光を発光させた場合には、選択透過部２４は、第１の偏光を遮断するように切り替える。制御部１３０が第２の偏光を発光させた場合には、選択透過部２４は、第２の偏光を遮断するように切り替える。制御部１３０が第１の偏光および第２の偏光の両者を発光させた場合には、選択透過部２４は、全ての偏光を透過するように切り替える。

以上のような第８実施形態に係るパターン照射装置１２０は、第１の偏光、第２の偏光、または、第１の偏光および第２の偏光を合成した光を、対象物１１に対して切り替えて照射することができる。

図２０は、第８実施形態に係るパターン照射装置１２０の照射光の切り替え方法の一例を示す図である。

制御部１３０は、例えば、時間に応じて、発光部３１をオンにして第１の偏光を対象物１１に照射させるか、追加発光部１２１をオンにして第２の偏光を対象物１１に照射させるか、発光部３１および追加発光部１２１の両者をオンにして第１の偏光および第２の偏光の両者を対象物１１に照射させるかを切り替える。例えば、制御部１３０は、対象物１１の表面の状態等に応じて、切り替えをしてもよい。

より具体的には、光沢の大きな、表面の滑らかな対象物１１を認識する場合、制御部１３０は、発光部３１または追加発光部１２１の何れか一方をオンにして、第１の偏光または第２の偏光の何れか一方を対象物１１に照射する。そして、三次元測定装置２１の選択透過部２４は、発光部３１がオンの場合に、第１の偏光を遮断し、追加発光部１２１がオンの場合には第２の偏光を遮断する。これにより、三次元測定装置２１は、光沢による認識精度の低下を抑えることができる。

一方、光沢の無い、表面がざらついている対象物１１を認識する場合、制御部１３０は、発光部３１および追加発光部１２１の両者をオンにして、第１の偏光および第２の偏光の両方を対象物１１に照射する。三次元測定装置２１の選択透過部２４は、何れの偏光も遮断せずに透過する。これにより、三次元測定装置２１は、反射率の低い対象物１１について、反射光の光量を上げて認識精度を向上させることができる。

また、パターン照射装置１２０は、画像形成部３５と追加画像形成部１２５とで異なるパターンを照射してもよい。これにより、パターン照射装置１２０は、対象物１１に照射するパターンを容易に切り替えることができる。また、パターン照射装置１２０は、画像形成部３５または追加画像形成部１２５の一方を備えない構成であってもよい。これにより、パターン照射装置１２０は、対象物１１にパターンを照射することが必要な認識処理と、エッジ検出等の対象物１１にパターンを照射する必要の無い認識処理とで、第１の偏光を発光するか第２の偏光を発光するかを切り替えることができる。

また、パターン照射装置１２０は、画像形成部３５および追加画像形成部１２５に代えて、合成光学系１２６の後段に、共通化した画像形成部３５を備えてもよい。これにより、パターン照射装置１２０は、構成を簡易にして低コスト化を図ることができる。

なお、このような第８実施形態の特有の構成を、第４実施形態以外の他の形態に適用してもよい。

（第９実施形態）
つぎに、第９実施形態に係る三次元測定装置２１について説明する。第９実施形態に係るハンドリングシステム１０は、三次元測定装置２１以外の装置については、第１から第８実施形態の何れの構成であってもよい。

図２１は、第９実施形態に係る三次元測定装置２１の構成を示す図である。三次元測定装置２１は、第１撮像部１５１と、第２撮像部１５２と、距離画像生成部１５３と、選択透過部２４とを有する。

第１撮像部１５１は、トレイ１２に積載された対象物１１を撮像する。第１撮像部１５１は、生成した第１画像を距離画像生成部１５３に与える。

第２撮像部１５２は、トレイ１２に積載された対象物１１を、第１撮像部１５１とは異なる位置から撮像する。第２撮像部１５２は、生成した第２画像を距離画像生成部１５３に与える。

例えば、第１撮像部１５１および第２撮像部１５２は、レンズの光軸が平行とされ、互いの光軸が予め定められた距離離れるように配置される。これにより、第１撮像部１５１および第２撮像部１５２は、ステレオ画像を生成することができる。

距離画像生成部１５３は、第１画像および第２画像に基づき、トレイ１２に積載されたそれぞれの対象物１１の露出した表面の各位置までの距離を表す距離画像を生成する。例えば、距離画像生成部１５３は、第１画像に含まれるそれぞれの画素について、第２画像に含まれる対応する点の画素を探索し、位置のずれ量を算出する。そして、距離画像生成部１５３は、算出したずれ量を表す画像を、それぞれの対象物１１の露出した表面の各位置までの距離を表す距離画像として出力する。距離画像生成部１５３は、生成した距離画像を認識装置２２に与える。

選択透過部２４は、第１偏光フィルタ１６１と、第２偏光フィルタ１６２と、第１調整機構１６５と、第２調整機構１６６とを含む。

第１偏光フィルタ１６１は、対象物１１から第１撮像部１５１の撮像素子までの間に設けられる。第１偏光フィルタ１６１は、第１撮像部１５１のレンズの直前に設けられてもよいし、レンズの光路中に挿入されてもよいし、撮像素子の直前に設けられてもよい。また、第１偏光フィルタ１６１は、第２撮像部１５２へ入射される光を遮らなければ、第１撮像部１５１と別体であってもよい。

第１偏光フィルタ１６１は、第１の偏光を第１調整機構１６５により設定された遮断率で遮断する。すなわち、第１偏光フィルタ１６１は、第１の偏光以外の成分（第２の偏光）を設定された透過率で透過する。

例えば、第１の偏光が第１の角度の直線偏光である場合、第１偏光フィルタ１６１は、第１の角度の直線偏光を設定された遮断率で遮断し、第１の角度に直交した第２の角度の直線偏光を設定された透過率で透過する。また、第１の偏光が第１の方向に回転する円偏光の場合、第１偏光フィルタ１６１は、第１の方向の円偏光を設定された遮断率で遮断し、第１の方向とは逆方向の第２の方向の円偏光を設定された透過率で透過する。

第２偏光フィルタ１６２は、対象物１１から第２撮像部１５２の撮像素子までの間に設けられる。第２偏光フィルタ１６２は、第２撮像部１５２のレンズの直前に設けられてもよいし、レンズの光路中に挿入されてもよいし、撮像素子の直前に設けられてもよい。また、第２偏光フィルタ１６２は、第１撮像部１５１へ入射される光を遮らなければ、第２撮像部１５２と別体であってもよい。

第２偏光フィルタ１６２は、第１の偏光を第２調整機構１６６により設定された遮断率で遮断する。すなわち、第２偏光フィルタ１６２は、第１の偏光以外の成分（第２の偏光）を設定された透過率で透過する。

例えば、第１の偏光が第１の角度の直線偏光である場合、第２偏光フィルタ１６２は、第１の角度の直線偏光を設定された遮断率で遮断し、第２の角度の直線偏光を設定された透過率で透過する。また、第１の偏光が第１の方向に回転する円偏光の場合、第２偏光フィルタ１６２は、第１の方向の円偏光を設定された遮断率で遮断し、第２の方向の円偏光を設定された透過率で透過する。

第１調整機構１６５は、第１偏光フィルタ１６１による第１の偏光の遮断率（第２の偏光の透過率）を調整する。また、第２調整機構１６６は、第２偏光フィルタ１６２による第１の偏光の遮断率（第２の偏光の透過率）を調整する。

ここで、第１偏光フィルタ１６１および第２偏光フィルタ１６２のそれぞれは、遮断率が調整可能である。例えば、第１偏光フィルタ１６１および第２偏光フィルタ１６２のそれぞれは、光軸に対して回転可能に設けられる。第１調整機構１６５は、第１偏光フィルタ１６１の光軸を中心とした回転位置を、ユーザの操作に応じて変更する。第２調整機構１６６は、第２偏光フィルタ１６２の光軸を中心とした回転位置を、ユーザの操作に応じて変更する。

また、第１調整機構１６５は、第１偏光フィルタ１６１の回転位置を、ユーザがロックボタン等を操作した場合、固定してもよい。また、第２調整機構１６６は、第２偏光フィルタ１６２の回転位置を、ユーザがロックボタン等を操作した場合、固定してもよい。

このように第１偏光フィルタ１６１および第２偏光フィルタ１６２は、調整時において、互いに独立に、第１の偏光の遮断率が設定される。例えば、第１偏光フィルタ１６１および第２偏光フィルタ１６２は、第１調整機構１６５および第２調整機構１６６によって、互いに独立に回転位置が変更される。

ところで、距離画像生成部１５３は、第１撮像部１５１により撮像された第１画像の輝度と、第２撮像部１５２により撮像された第２画像の輝度との差が大きい場合、対応点を探索することができない。従って、第１撮像部１５１および第２撮像部１５２は、輝度差が小さい第１画像および第２画像を生成することが好ましい。

そこで、例えば、対象物１１からの直接反射光には第１の偏光が含まれるが、対象物１１からの拡散反射光が無偏光である場合、第１偏光フィルタ１６１および第２偏光フィルタ１６２は、第１の偏光を１００％遮断し、第２の偏光を１００％透過するように設定される。このような場合、第１撮像部１５１および第２撮像部１５２には、対象物１１からの直接反射光が大きく減衰して入射される。これにより、第１撮像部１５１および第２撮像部１５２は、輝度差の小さい第１画像と第２画像とを生成することができる。

なお、対象物１１の角度によっては、対象物１１からの直接反射光が第２撮像部１５２に入射されないような場合もある。このような場合、第２偏光フィルタ１６２は、第１の偏光の遮断率がどのような値に設定されていてもよい。

もっとも、対象物１１の材質等によっては、拡散反射光にも、第１の偏光が大きく含まれる場合がある。拡散反射光に第１の偏光が大きく含まれると、第１撮像部１５１に入射される第２の偏光の成分（第１の偏光以外の成分）と、第２撮像部１５２に入射される第２の偏光の成分との差が大きくなる。従って、この場合、第１の偏光を１００％遮断すると、第１撮像部１５１により撮像された第１画像の輝度と、第２撮像部１５２により撮像された第２画像の輝度との差が大きくなる可能性がある。

従って、対象物１１の材質等によっては、第１偏光フィルタ１６１および第２偏光フィルタ１６２は、第１撮像部１５１により撮像された第１画像の輝度と、第２撮像部１５２により撮像された第２画像の輝度との差が小さくなるように、第１の偏光の遮断率がそれぞれ独立に調整される。これにより、第１撮像部１５１および第２撮像部１５２は、ほぼ同一の光量が入射され、画像に含まれる対象物１１の輝度の差を小さくすることができる。

このように、本実施形態に係る三次元測定装置２１は、第１偏光フィルタ１６１と、第２偏光フィルタ１６２とを有する。第１偏光フィルタ１６１および第２偏光フィルタ１６２は、第１撮像部１５１に入射される第１の偏光の遮断率と、第２撮像部１５２に入射される第１の偏光の遮断率とを、それぞれ独立に調整可能である。従って、三次元測定装置２１は、対象物１１の光の反射角度および対象物１１の材料等に関わらずに、対象物１１の輝度差が小さい画像を第１撮像部１５１および第２撮像部１５２に撮像させることができる。よって、本実施形態に係る三次元測定装置２１によれば、精度の良い距離画像を生成することができる。

（第１０実施形態）
つぎに、第１０実施形態に係る三次元測定装置２１について説明する。第１０実施形態に係る三次元測定装置２１は、第９実施形態に係る三次元測定装置２１と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図２２は、第１０実施形態に係る三次元測定装置２１の構成を示す図である。本実施形態に係る三次元測定装置２１は、駆動部１７１と、調整部１７２とをさらに備える。

駆動部１７１は、第１偏光フィルタ１６１における第１の偏光の遮断率および第２偏光フィルタ１６２における第１の偏光の遮断率のそれぞれを、与えられた設定値に応じて変更する。駆動部１７１は、モータ等である。駆動部１７１は、第１調整機構１６５に駆動力を与えて、第１偏光フィルタ１６１の回転位置を変更する。また、駆動部１７１は、第２調整機構１６６に駆動力を与えて、第２偏光フィルタ１６２の回転位置を変更する。

調整部１７２は、調整時において第１撮像部１５１が撮像した第１画像、および、調整時において第２撮像部１５２が撮像した第２画像を取得する。調整部１７２は、第１画像の輝度および第２画像の輝度を算出する。そして、調整部１７２は、第１画像の輝度と、第２画像の輝度との差分が小さくなるような設定値を駆動部１７１に与えて、第１偏光フィルタ１６１における第１の偏光の遮断率および第２偏光フィルタ１６２における第１の偏光の遮断率を調整する。

例えば、調整部１７２は、第１画像の輝度が第２画像の輝度よりも大きい場合、第１偏光フィルタ１６１における第１の偏光の遮断率を大きくし、第２偏光フィルタ１６２における第１の偏光の遮断率を小さくする。また、調整部１７２は、第２画像の輝度が第１画像の輝度よりも大きい場合、第２偏光フィルタ１６２における第１の偏光の遮断率を大きくし、第１偏光フィルタ１６１における第１の偏光の遮断率を小さくする。そして、調整部１７２は、このような処理を繰り返して、第１画像の輝度と第２画像の輝度とが略同一となるような、第１偏光フィルタ１６１および第２偏光フィルタ１６２のそれぞれにおける第１偏光の遮断率を検出する。また、例えば、調整部１７２は、第１偏光フィルタ１６１および第２偏光フィルタ１６２の第１の偏光の遮断率の組み合わせを変えて、輝度差が小さくなるような遮断率を探索してもよい。

このように、本実施形態に係る三次元測定装置２１は、第１画像と第２画像との輝度差が小さくなるような、第１偏光フィルタ１６１および第２偏光フィルタ１６２の第１の偏光の遮断率を自動で検出することができる。これにより、本実施形態に係る三次元測定装置２１は、ユーザによる調整処理の負担を小さくすることができる。

（第１１実施形態）
つぎに、第１１実施形態に係る三次元測定装置２１について説明する。第１１実施形態に係る三次元測定装置２１は、第１０実施形態に係る三次元測定装置２１と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図２３は、第１１実施形態に係る三次元測定装置２１の構成を示す図である。本実施形態に係る三次元測定装置２１は、調整部１７２に代えて、撮像制御部１８１を有する。また、本実施形態に係る三次元測定装置２１は、記憶部１８２と、合成部１８３とをさらに備える。

撮像制御部１８１は、駆動部１７１に与える設定値を変化させて、第１偏光フィルタ１６１における第１の偏光の遮断率と、第２偏光フィルタ１６２における第１の偏光の遮断率との組み合わせを変える。そして、撮像制御部１８１は、第１の偏光の遮断率の組み合わせを変えたそれぞれの状態毎に、第１撮像部１５１および第２撮像部１５２に撮像処理をさせる。

例えば、撮像制御部１８１は、１回目において、第１偏光フィルタ１６１の第１の偏光の遮断率を６０％、第２偏光フィルタ１６２の第１の偏光の遮断率を８０％に設定して撮像処理をする。続いて、撮像制御部１８１は、２回目において、第１偏光フィルタ１６１の第１の偏光の遮断率を２０％、第２偏光フィルタ１６２の第１の偏光の遮断率を５０％に設定して撮像処理をする。このように、撮像制御部１８１は、第１の偏光の遮断率の組み合わせを変えて複数回の撮像処理をする。なお、複数回の撮像処理の中に、撮像制御部１８１は、第１偏光フィルタ１６１の第１の偏光の遮断率と、第２偏光フィルタ１６２の第１の偏光の遮断率とを同一に設定して撮像する処理を含んでいてもよい。

距離画像生成部１５３は、複数回の撮像処理のそれぞれ毎に、第１撮像部１５１により撮像された第１画像および第２撮像部１５２により撮像された第２画像に基づき、対象物１１までの距離を表す距離画像を生成する。記憶部１８２は、距離画像生成部１５３が生成した複数の距離画像を記憶する。

合成部１８３は、記憶部１８２に記憶された複数の距離画像を合成する。例えば、合成部１８３は、複数の距離画像のそれぞれから、有効な距離が算出された画素位置の距離データを抽出して、合成する。合成部１８３は、同一の画素位置において、複数の距離画像から有効な距離データが抽出された場合には、何れか１つの距離データを選択してもよいし、抽出された複数の画像データを平均化してもよい。そして、合成部１８３は、合成した距離画像を認識装置２２に与える。

トレイ１２には、複数の対象物１１がランダムに積載される場合がある。このような場合、第１撮像部１５１には、ある対象物１１からの直接反射光が入射されるが、第２撮像部１５２には、他の対象物１１からの直接反射光が入射される、といった状況が生じる。三次元測定装置２１は、第１偏光フィルタ１６１および第２偏光フィルタ１６２における第１の偏光の遮断率の組み合わせを変えて、トレイ１２に積載された複数の対象物１１を複数回撮像して複数の距離画像を生成する。これにより、三次元測定装置２１は、ある撮像処理においては、ある対象物１１からの直接反射光を第１偏光フィルタ１６１により遮断して撮像し、他の撮像処理においては他の対象物１１からの直接反射光を第２偏光フィルタ１６２により遮断して撮像することができる。

従って、三次元測定装置２１は、ある撮像処理では、第１画像と第２画像との輝度差が大きいために距離を測定できない対象物１１であっても、他の撮像処理において、距離を測定できるようになる。そこで、三次元測定装置２１は、このように取得した複数の距離画像から、有効に距離が測定できた部分を抽出して合成する。これにより、三次元測定装置２１は、輝度差により距離を測定できない部分を少なくした精度の良い距離画像を生成することができる。

なお、上述の例においては、三次元測定装置２１は、複数の距離画像を合成する例を示した。これに代えて、三次元測定装置２１は、複数の第１画像を合成した合成第１画像と、複数の第２画像を合成した合成第２画像とを生成してもよい。三次元測定装置２１は、例えば、白とびまたは黒潰れした画素領域を除いて複数の第１画像を合成する。白とびまたは黒潰れしていない画素が複数存在する場合には、何れか１つの画素を選択してもよいし、平均化してもよい。三次元測定装置２１は、同様に、合成第２画像も生成する。

そして、三次元測定装置２１は、合成第１画像と合成第２画像とに基づき距離画像を生成する。このようにしても、三次元測定装置２１は、輝度差により距離を測定できない部分を少なくした精度の良い距離画像を生成することができる。

また、三次元測定装置２１は、第１偏光フィルタ１６１における第１の偏光の遮断率と、第２偏光フィルタ１６２における第１の偏光の遮断率との組み合わせを変えることに代えて、または、これに加えて、パターン照射装置２０における第１の偏光の方向を切り替えてもよい。例えば、三次元測定装置２１は、第１の偏光が直線偏光である場合、第１の偏光の角度を切り替えてもよい。また、三次元測定装置２１は、第１の偏光が円偏光である場合、第１の偏光の回転方向を切り替えてもよい。これにより、三次元測定装置２１は、第１撮像部１５１および第２撮像部１５２に入射される直接反射光のパターンおよび光量を切り替えることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能である。

１０ ハンドリングシステム
１１ 対象物
１２ トレイ
１３ ロボット
２０，５０，６０，７０，８０，９０ １１０，１２０ パターン照射装置
２１ 三次元測定装置
２２ 認識装置
２３ ロボットコントローラ
２４ 選択透過部
３０ 投影面
３１ 発光部
３２ 集光部
３３ 透過拡散板
３４ ライトトンネル
３５ 画像形成部
３６ 照射光学系
４１ レーザダイオード
４２ コリメータレンズ
４３ 反射側面
４４ 光路
４５ 入力口
４６ 出力口
５１ 反射拡散板
５２ 透過拡散面
５３ 反射面
６１ テーパライトトンネル
６２ 反射側面
６３ 光路
６４ 入力口
６５ 出力口
７１ プリズム
７２ 第１のミラー群
７３ レンズ
７４ ミラー
７５ 単板ミラー
８１ 第２のミラー群
８２ シリンドリカルレンズ
８３ ミラー
９１ 第３のミラー群
９３ ミラー
１１１ 偏光フィルタ
１１２ 着脱機構
１２１ 追加発光部
１２２ 追加集光部
１２３ 追加反射拡散板
１２４ 追加テーパライトトンネル
１２５ 追加画像形成部
１２６ 合成光学系
１３０ 制御部
１５１ 第１撮像部
１５２ 第２撮像部
１５３ 距離画像生成部
１６１ 第１偏光フィルタ
１６２ 第２偏光フィルタ
１６５ 第１調整機構
１６６ 第２調整機構
１７１ 駆動部
１７２ 調整部
１８１ 撮像制御部
１８２ 記憶部
１８３ 合成部

特開２０１３−２２２０５６号公報 特開２０１３−２５７１６２号公報

Claims (27)

1. 照明装置と、前記照明装置により光が照射された対象物を撮像する撮像装置と、を備えるシステムであって、
   前記照明装置は、
   第１の偏光を出射する発光部と、
   前記発光部から出射された光を集光する集光部と、
   前記集光部により集光された光を透過し拡散させる透過拡散部と、
   前記透過拡散部により拡散された光を入射して、入射前よりも照度分布を均一化して出射する均一化光学系と、
   を有し、
   前記透過拡散部の拡散角の特性は、半値全幅が５°以上１０°以下であり、
   前記均一化光学系は、入力口より出力口の方が大きく、内側に光を反射する反射側面が光軸に対して傾けて形成された光路を有し、当該光路中を前記透過拡散部により拡散された光が前記入力口から入射して前記出力口から出射するように構成されており、
   当該システムは、前記対象物から前記撮像装置の撮像素子までの光路に、所定の遮断率で前記第１の偏光を遮断する選択透過部を備えるシステム。
2. 前記選択透過部は、前記第１の偏光を遮断し、前記第１の偏光以外の偏光を透過する偏光フィルタである
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記発光部は、互いに同一方向の、前記第１の偏光を出射する複数の光源を有する
   請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記集光部は、前記発光部から出射された光を前記透過拡散部に集光するレンズである
   請求項１から３の何れか１項に記載のシステム。
5. 前記透過拡散部は、透過拡散板である
   請求項１から４の何れか１項に記載のシステム。
6. 前記発光部は、複数の前記光源のそれぞれに対応して設けられた複数のコリメータレンズをさらに有し、
   それぞれの前記コリメータレンズは、対応する前記光源から出射された光を平行光束とする
   請求項３に記載のシステム。
7. 前記集光部は、
   前記発光部から出射された複数の光束のそれぞれを反射するミラー群と、
   前記ミラー群により反射された複数の光束を集光するレンズと、
   を有し、
   前記ミラー群は、前記発光部から同一方向に出射された複数本の光束により形成される光束幅を狭くするように、前記発光部から出射された複数の光のそれぞれを反射して前記集光部へと導く
   請求項６に記載のシステム。
8. 前記集光部は、
   前記発光部から同一方向に出射された複数本の光束のそれぞれを反射して前記透過拡散部へと導くとともに、反射角によって前記複数本の光束を光軸に直交する第１方向に集光するミラー群と、
   前記ミラー群と前記透過拡散部との間に設けられ、前記複数本の光束を前記第１方向と直交する第２方向に集光するレンズと、
   を有する請求項６に記載のシステム。
9. 前記集光部は、前記発光部から同一方向に出射された複数本の光束のそれぞれを反射して前記透過拡散部へと導くとともに、反射角によって前記透過拡散部に集光するミラー群である
   請求項６に記載のシステム。
10. 前記第１の偏光とは異なる第２の偏光を出射する追加発光部と、
    前記追加発光部から出射された光を集光する追加集光部と、
    前記追加集光部により集光された光を透過し拡散させる追加透過拡散部と、
    前記追加透過拡散部により拡散された光を入射して、入射前よりも照度分布を均一化して出射する追加均一化光学系と、
    前記均一化光学系から出射された前記第１の偏光と、前記追加均一化光学系から出射された前記第２の偏光とを合成する合成光学系と、
    をさらに備える請求項１から９の何れか１項に記載のシステム。
11. 前記撮像装置は、前記照明装置により光が照射された前記対象物までの距離を測定する三次元測定装置である
    請求項１から１０の何れか１項に記載のシステム。
12. 対象物に所定のパターンの画像を照射するパターン照射装置と、前記パターン照射装置により光が照射された対象物を撮像する撮像装置と、を備えるシステムであって、
    前記パターン照射装置は、
    第１の偏光を出射する発光部と、
    前記発光部から出射された光を集光する集光部と、
    前記集光部により集光された光を透過し拡散させる透過拡散部と、
    前記透過拡散部により拡散された光を入射して、入射前よりも照度分布を均一化して出射する均一化光学系と、
    前記均一化光学系から出射された光を所定の画像パターンに応じて透過する画像形成部と、
    前記画像形成部を透過した光を前記対象物に照射する照射光学系と、
    を有し、
    前記透過拡散部の拡散角の特性は、半値全幅が５°以上１０°以下であり、
    前記均一化光学系は、入力口より出力口の方が大きく、内側に光を反射する反射側面が光軸に対して傾けて形成された光路を有し、当該光路中を前記透過拡散部により拡散された光が前記入力口から入射して前記出力口から出射するように構成されており、
    当該システムは、前記対象物から前記撮像装置の撮像素子までの光路に、前記第１の偏光を遮断し、前記第１の偏光以外の偏光を透過する選択透過部を備えるシステム。
13. 前記画像形成部は、フォトマスクである
    請求項１２に記載のシステム。
14. 前記撮像装置は、前記パターン照射装置により光が照射された前記対象物までの距離を測定する三次元測定装置である
    請求項１２または１３に記載のシステム。
15. 前記パターン照射装置は、
    前記第１の偏光とは異なる第２の偏光を出射する追加発光部と、
    前記追加発光部から出射された光を集光する追加集光部と、
    前記追加集光部により集光された光を透過し拡散させる追加透過拡散部と、
    前記追加透過拡散部により拡散された光を入射して、入射前よりも照度分布を均一化して出射する追加均一化光学系と、
    前記均一化光学系から出射された前記第１の偏光と、前記追加均一化光学系から出射された前記第２の偏光とを合成する合成光学系と、
    をさらに備え、
    前記照射光学系は、前記合成光学系から出射された光を前記対象物に照射する
    請求項１４に記載のシステム。
16. 前記パターン照射装置は、
    前記発光部から前記第１の偏光を発光させるか、または、前記追加発光部から前記第２の偏光を発光させるかを切り替える制御部
    をさらに備え、
    前記選択透過部は、前記第１の偏光を遮断し、前記第１の偏光以外の偏光を透過する第１の偏光フィルタと、前記第２の偏光を遮断し、前記第２の偏光以外の偏光を透過する第２の偏光フィルタとを有し、前記パターン照射装置から出射される偏光に応じて前記第１の偏光フィルタまたは前記第２の偏光フィルタを用いるかを切り替え、
    前記撮像装置は、前記対象物から反射して前記選択透過部を透過した光を撮像して前記対象物までの距離を測定する
    請求項１５に記載のシステム。
17. 前記制御部は、前記第１の偏光を発光させるか、前記追加発光部から前記第２の偏光を発光させるか、または、前記発光部および前記追加発光部の両者から光を発光させるかを切り替え、
    前記選択透過部は、前記パターン照射装置が前記発光部および前記追加発光部の両者から光を発光させた場合、全ての偏光を透過する
    請求項１６に記載のシステム。
18. 前記対象物をハンドリングするロボットと、
    前記撮像装置により測定された前記対象物までの距離に基づき、前記対象物の位置および姿勢を認識する認識装置と、
    前記認識装置により認識された前記対象物の位置および姿勢に基づき前記ロボットの動作を制御して、前記ロボットに前記対象物をハンドリングさせるロボットコントローラと、
    をさらに備える請求項１４から１７の何れか１項に記載のシステム。
19. 前記撮像装置は、
    前記対象物を撮像する第１撮像部と、
    前記対象物を前記第１撮像部とは異なる位置から撮像する第２撮像部と、
    を有し、
    前記選択透過部は、
    前記対象物から前記第１撮像部の撮像素子までの間に設けられ、前記第１の偏光を所定の遮断率で遮断する第１偏光フィルタと、
    前記対象物から前記第２撮像部の撮像素子までの間に設けられ、前記第１の偏光を所定の遮断率で遮断する第２偏光フィルタと、
    を有する
    請求項１４から１８の何れか１項に記載のシステム。
20. 前記第１偏光フィルタおよび前記第２偏光フィルタのそれぞれは、遮断率が調整可能である
    請求項１９に記載のシステム。
21. 前記選択透過部は、
    前記第１偏光フィルタにおける前記第１の偏光の遮断率および前記第２偏光フィルタにおける前記第１の偏光の遮断率のそれぞれを、与えられた設定値に応じて変更する駆動部をさらに有する
    請求項２０に記載のシステム。
22. 前記第１撮像部が前記対象物を撮像した第１画像の輝度と、前記第２撮像部が前記対象物を撮像した第２画像の輝度との差分が小さくなるような前記設定値を前記駆動部に与えて、前記第１偏光フィルタにおける前記第１の偏光の遮断率および前記第２偏光フィルタにおける前記第１の偏光の遮断率を調整する調整部をさらに備える
    請求項２１に記載のシステム。
23. 前記第１偏光フィルタにおける前記第１の偏光の遮断率と、前記第２偏光フィルタにおける前記第１の偏光の遮断率との組み合わせを変えて、前記第１撮像部および前記第２撮像部に複数回の撮像処理をさせる撮像制御部をさらに備え、
    前記撮像装置は、
    複数回の前記撮像処理のそれぞれにおいて、前記第１撮像部が前記対象物を撮像した第１画像と前記第２撮像部が前記対象物を撮像した第２画像とに基づき、前記対象物までの距離を表す距離画像を生成する距離画像生成部と、
    生成した複数の前記距離画像を合成する合成部と、
    を有する
    請求項２１に記載のシステム。
24. 前記第１偏光フィルタにおける前記第１の偏光の遮断率と、前記第２偏光フィルタにおける前記第１の偏光の遮断率との組み合わせを変えて、前記第１撮像部および前記第２撮像部に複数回の撮像処理をさせる撮像制御部をさらに備え、
    前記撮像装置は、
    複数回の前記撮像処理のそれぞれについての前記第１撮像部が前記対象物を撮像した第１画像を合成して合成第１画像を生成し、複数回の前記撮像処理のそれぞれについての前記第２撮像部が前記対象物を撮像した第２画像を合成して合成第２画像を生成する合成部と、
    前記合成第１画像と前記合成第２画像とに基づき、前記対象物までの距離を表す距離画像を生成する距離画像生成部と、
    を有する
    請求項２１に記載のシステム。
25. 前記撮像制御部は、前記第１の偏光の方向、前記第１偏光フィルタにおける前記第１の偏光の遮断率と、前記第２偏光フィルタにおける前記第１の偏光の遮断率との組み合わせを変えて、前記第１撮像部および前記第２撮像部に複数回の前記撮像処理をさせる
    請求項２３に記載のシステム。
26. 対象物に所定のパターンの画像を照射するパターン照射装置と、前記パターン照射装置により光が照射された前記対象物を撮像して前記対象物までの距離を測定する三次元測定装置と、を備えるシステムであって、
    前記パターン照射装置は、
    第１の偏光を出射する発光部と、
    前記発光部から出射された光を集光する集光部と、
    前記集光部により集光された光を透過し拡散させる透過拡散部と、
    前記透過拡散部により拡散された光を入射して、入射前よりも照度分布を均一化して出射する均一化光学系と、
    前記均一化光学系から出射された光を所定の画像パターンに応じて透過する画像形成部と、
    前記第１の偏光とは異なる第２の偏光を出射する追加発光部と、
    前記追加発光部から出射された光を集光する追加集光部と、
    前記追加集光部により集光された光を透過し拡散させる追加透過拡散部と、
    前記追加透過拡散部により拡散された光を入射して、入射前よりも照度分布を均一化して出射する追加均一化光学系と、
    前記均一化光学系から出射された前記第１の偏光と、前記追加均一化光学系から出射された前記第２の偏光とを合成する合成光学系と、
    前記合成光学系から出射された光を前記対象物に照射する照射光学系と、
    前記発光部から前記第１の偏光を発光させるか、または、前記追加発光部から前記第２の偏光を発光させるかを切り替える制御部と、
    を有し、
    当該システムは、前記対象物から前記三次元測定装置の撮像素子までの光路に、選択透過部を備え、
    前記選択透過部は、前記第１の偏光を遮断し、前記第１の偏光以外の偏光を透過する第１の偏光フィルタと、前記第２の偏光を遮断し、前記第２の偏光以外の偏光を透過する第２の偏光フィルタとを有し、前記パターン照射装置から出射される偏光に応じて前記第１の偏光フィルタまたは前記第２の偏光フィルタを用いるかを切り替え、
    前記三次元測定装置は、前記対象物から反射して前記選択透過部を透過した光を撮像して前記対象物までの距離を測定する
    システム。
27. 前記制御部は、前記第１の偏光を発光させるか、前記追加発光部から前記第２の偏光を発光させるか、または、前記発光部および前記追加発光部の両者から光を発光させるかを切り替え、
    前記選択透過部は、前記パターン照射装置が前記発光部および前記追加発光部の両者から光を発光させた場合、全ての偏光を透過する
    請求項２６に記載のシステム。

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