JP7035831B2 - 三次元計測装置、コントローラ、および三次元計測装置における制御方法 - Google Patents
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Description
図1は、三次元計測装置における処理の概要を説明するための図である。三次元計測装置は、本例においては、空間コード化法を用いて三次元計測を行う。
[実施の形態1]
<A.システム構成>
図2は、三次元計測装置1000の概略構成を説明するための図である。
図3は、3D計測センサ1の概略構成を表した図である。
投影部11は、光源111と、フォトマスク112と、レンズ113と、駆動装置114とを有する。撮像部12は、受光素子121と、レンズ122とを有する。
三次元計測装置1000において用いられる空間コード化法について説明する。
図4は、空間パターンの一例を表した図である。空間パターンPは、フォトマスク112を光源111からの光が通過することによって生じる。
図5(A)は、4種類のコードを表した図である。4種類のコードによって、0~3の4つの数値を表現できる。
以下では、レンズ113およびフォトマスク112のうち、フォトマスク112を駆動対象部材とした構成例を説明する。
図7は、三次元計測装置1000の機能的構成を説明するためのブロック図である。
図8は、三次元計測装置1000において実行される処理の流れを表したフロー図である。
図9は、均一照明の他の生成方法を説明するための図である。図9を参照して、三次元計測装置1000(詳しくは、制御部20)は、3Dモードでは、駆動装置114(図3参照)を停止した状態とする。これにより、状態(A)に示すように、フォトマスク112の位置が固定される。その結果、三次元計測装置1000は、フォトマスク112により形成される濃淡パターン光(空間パターンPの光)の結像位置を被写体の位置に固定する。
[実施の形態2]
実施の形態1においては、2Dモード時にフォトマスク112の位置を変化させる制御を行った。本実施の形態では、2Dモード時にレンズ113の位置を変化させる構成について説明する。
図10は、3D計測センサ1Aの概略構成を表した図である。
図11は、均一照明の生成方法を説明するための図である。図11を参照して、三次元計測装置1000A(詳しくは、制御部20)は、3Dモードでは、駆動装置114(図3参照)を停止した状態とする。これにより、状態(A)に示すように、レンズ113の位置が固定される。その結果、三次元計測装置1000は、フォトマスク112により形成される濃淡パターン光(空間パターンPの光)の結像位置を被写体の位置に固定する。
図12は、三次元計測装置1000Aの機能的構成を説明するためのブロック図である。
図13は、三次元計測装置1000Aにおいて実行される処理の流れを表したフロー図である。
図14は、均一照明の他の生成方法を説明するための図である。図14を参照して、三次元計測装置1000A(詳しくは、制御部20)は、3Dモードでは、駆動装置114Aを停止した状態とする。これにより、状態(A)に示すように、レンズ113の位置が固定される。その結果、三次元計測装置1000は、フォトマスク112により形成される濃淡パターン光(空間パターンPの光)の結像位置を被写体の位置に固定する。
[実施の形態3]
上記実施の形態2では、機械的に駆動する駆動機構である駆動装置114Aによって、2Dモード時にレンズ113の位置を変化させる構成について説明した。本実施の形態では、機械的な駆動を行わない構成について説明する。詳しくは、本実施の形態では、レンズの位置を変化させない構成について説明する。
〔構成1〕
光源(111)と、
前記光源(111からの光を被写体に導くレンズ(113,113B)と、
前記光源(111と前記レンズ(113,113B)との間の光軸上に配置され、予め定められたパターン(P)が形成されたフォトマスク(112)と、
前記レンズ(113)および前記フォトマスク(112)の少なくとも一方の部材の位置またはレンズ(113B)の光学特性を変化させる駆動装置(114,114A,114B)と、
前記駆動装置(114,114A,114B)を制御する制御部(20)とを備え、
前記制御部(20)は、
第1のモードと第2のモードとを有し、
前記第1のモードが指定されると、前記部材の位置またはレンズ(113B)の光学特性を固定することによって、前記フォトマスク(112)により形成される濃淡パターン光の結像位置を前記被写体の位置に固定し、
前記第2のモードが指定されると、前記部材の位置またはレンズ(113B)の光学特性を変化させる制御によって、前記濃淡パターン光による濃淡差が前記第1のモードよりも小さくなるように、前記濃淡パターン光の結像位置を変化させる、三次元計測装置(1000,1000A,1000B)。
前記制御部(20)は、前記第2のモードでは、前記部材を前記光軸に対して垂直な方向に移動させる、構成1に記載の三次元計測装置(1000,1000A)。
前記制御部(20)は、前記第2のモードでは、前記部材を前記光軸に対して垂直な方向に振動させる、構成2に記載の三次元計測装置(1000,1000A)。
前記パターン(P)では、複数の要素パターンが平面的に配置されており、
前記振動の振幅は、前記振幅方向の前記要素パターンの幅よりも大きい、構成3に記載の三次元計測装置(1000,1000A)。
前記被写体に前記パターン(P)が投影された状態で、前記被写体を撮像する撮像部を(12)さらに備え、
前記振動の周期は、前記撮像による露光時間よりも短い、構成3または4に記載の三次元計測装置(1000,1000A)。
前記制御部(20)は、前記第2のモードが指定されると、前記部材を前記光軸に沿った方向に移動させる、構成1に記載の三次元計測装置(1000,1000A)。
前記被写体に前記パターン(P)が投影された状態で、前記被写体を撮像する撮像部を(12)さらに備え、
前記制御部(20)は、前記第1のモードが指定されていることを条件に、前記被写体の撮像画像に現れるパターンを検出し、当該検出結果に基づいて、前記被写体の三次元形状を計測し、
前記第2のモードが指定されたときの前記部材の前記光軸に沿った方向への移動量は、前記第2のモードにおける結像位置が前記第1のモードが指定されたときの前記三次元形状の計測における計測レンジ外になるように設定されている、構成6に記載の三次元計測装置(1000,1000A)。
レンズ(113B)は、印加される駆動電圧に応じて焦点距離を変化させる液体レンズであり、
前記駆動装置(114B)は、
前記液体レンズに対して前記駆動電圧を印加する駆動回路であり、
前記第1のモードでは、前記駆動電圧の値を一定に維持し、
前記第2のモードでは、前記駆動電圧を変動させる、構成1に記載の三次元計測装置(1000B)。
三次元計測用のセンサデバイス(1,1A,1B)であって、
光源(111)と、
前記光源(111)からの光を被写体に導くレンズ(113,113B)と、
前記光源(111)と前記レンズ(113,113B)との間の光軸上に配置され、予め定められたパターンが形成されたフォトマスク(112)と、
前記レンズ(113)および前記フォトマスク(112)の少なくとも一方の部材の位置またはレンズ(113B)の光学特性を変化させる駆動装置(114,114A,114B)とを備え、
前記センサデバイス(1,1A,1B)は、
第1のモードでは、前記部材の位置またはレンズ(113B)の光学特性を固定することによって、前記フォトマスク(112)により形成される濃淡パターン光の結像位置を前記被写体の位置に固定し、
第2のモードでは、前記駆動装置(114,114A,114B)によって前記部材の位置またはレンズ(113B)の光学特性を変化させることにより、前記濃淡パターン光による濃淡差が前記第1のモードよりも小さくなるように、前記濃淡パターン光の結像位置を変化させる、三次元計測用のセンサデバイス(1,1A,1B)。
三次元計測装置(1000,1000A,1000B)における制御方法であって、
前記三次元計測装置(1000,1000A,1000B)は、光源(111)からの光を被写体に導くレンズ(113,113B)と、前記光源(111)と前記レンズ(113,113B)との間の光軸上に配置され、予め定められたパターン(P)が形成されたフォトマスク(112)とを備え、前記レンズ(113)および前記フォトマスク(112)の少なくとも一方の部材の位置またはレンズ(113B)の光学特性を変化させ、
前記制御方法は、
第1のモードと第2のモードとのうちのいずれかのモードの指定を受け付けるステップと、
前記第1のモードが指定されたことに基づき、前記部材の位置またはレンズ(113B)の光学特性を固定することによって、前記フォトマスク(112)により形成される濃淡パターン光の結像位置を前記被写体の位置に固定するステップと、
前記第2のモードが指定されたことに基づき、前記部材の位置またはレンズ(113B)の光学特性を変化させる制御によって、前記濃淡パターン光による濃淡差が前記第1のモードよりも小さくなるように、前記濃淡パターン光の結像位置を変化させるステップとを備える、三次元計測装置における制御方法。
Claims (10)
- 光源と、
前記光源からの光を被写体に導くレンズと、
前記光源と前記レンズとの間の光軸上に配置され、予め定められたパターンが形成されたフォトマスクと、
前記レンズおよび前記フォトマスクの少なくとも一方の部材の位置または前記レンズの光学特性を変化させる駆動装置と、
前記駆動装置を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
第1のモードと第2のモードとを有し、
前記第1のモードが指定されると、前記部材の位置または前記レンズの光学特性を固定することによって、前記フォトマスクにより形成される濃淡パターン光の結像位置を前記被写体の位置に固定し、
前記第2のモードが指定されると、前記部材の位置または前記レンズの光学特性を変化させる制御によって、前記濃淡パターン光による濃淡差が前記第1のモードよりも小さくなるように、前記濃淡パターン光の結像位置を変化させる、三次元計測装置。 - 前記制御部は、前記第2のモードでは、前記部材を前記光軸に対して垂直な方向に移動させる、請求項1に記載の三次元計測装置。
- 前記制御部は、前記第2のモードでは、前記部材を前記光軸に対して垂直な方向に振動させる、請求項2に記載の三次元計測装置。
- 前記パターンでは、複数の要素パターンが平面的に配置されており、
前記振動の振幅は、前記振幅の方向の前記要素パターンの幅よりも大きい、請求項3に記載の三次元計測装置。 - 前記被写体に前記パターンが投影された状態で、前記被写体を撮像する撮像部をさらに備え、
前記振動の周期は、前記撮像による露光時間よりも短い、請求項3または4に記載の三次元計測装置。 - 前記制御部は、前記第2のモードが指定されると、前記部材を前記光軸に沿った方向に移動させる、請求項1に記載の三次元計測装置。
- 前記被写体に前記パターンが投影された状態で、前記被写体を撮像する撮像部をさらに備え、
前記制御部は、前記第1のモードが指定されていることを条件に、前記被写体の撮像画像に現れるパターンを検出し、当該検出の結果に基づいて、前記被写体の三次元形状を計測し、
前記第2のモードが指定されたときの前記部材の前記光軸に沿った方向への移動量は、前記第2のモードにおける結像位置が前記第1のモードが指定されたときの前記三次元形状の計測における計測レンジ外になるように設定されている、請求項6に記載の三次元計測装置。 - 前記レンズは、印加される駆動電圧に応じて焦点距離を変化させる液体レンズであって、
前記駆動装置は、
前記液体レンズに対して前記駆動電圧を印加する駆動回路であり、
前記第1のモードでは、前記駆動電圧の値を一定に維持し、
前記第2のモードでは、前記駆動電圧を変動させる、請求項1に記載の三次元計測装置。 - 三次元計測用のセンサデバイスと通信可能なコントローラであって、
前記センサデバイスは、光源と、前記光源からの光を被写体に導くレンズと、前記光源と前記レンズとの間の光軸上に配置され、予め定められたパターンが形成されたフォトマスクと、前記レンズおよび前記フォトマスクの少なくとも一方の部材の位置または前記レンズの光学特性を変化させる駆動装置とを備え、
前記コントローラは、
第1のモードでは、前記部材の位置または前記レンズの光学特性を固定することによって、前記フォトマスクにより形成される濃淡パターン光の結像位置を前記被写体の位置に固定し、
第2のモードでは、前記駆動装置を制御することによって前記部材の位置または前記レンズの光学特性を変化させることにより、前記濃淡パターン光による濃淡差が前記第1のモードよりも小さくなるように、前記濃淡パターン光の結像位置を変化させる、コントローラ。 - 三次元計測装置における制御方法であって、
前記三次元計測装置は、光源からの光を被写体に導くレンズと、前記光源と前記レンズとの間の光軸上に配置され、予め定められたパターンが形成されたフォトマスクとを備え、前記レンズおよび前記フォトマスクの少なくとも一方の部材の位置または前記レンズの光学特性を変化させ、
前記制御方法は、
第1のモードと第2のモードとのうちのいずれかのモードの指定を受け付けるステップと、
前記第1のモードが指定されたことに基づき、前記部材の位置または前記レンズの光学特性を固定することによって、前記フォトマスクにより形成される濃淡パターン光の結像位置を前記被写体の位置に固定するステップと、
前記第2のモードが指定されたことに基づき、前記部材の位置または前記レンズの光学特性を変化させる制御によって、前記濃淡パターン光による濃淡差が前記第1のモードよりも小さくなるように、前記濃淡パターン光の結像位置を変化させるステップとを備える、三次元計測装置における制御方法。
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