JP7231432B2 - Image processing device - Google Patents

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Description

本発明は、測定対象物を照明する照明装置と測定対象物から反射した光を受光する撮像装置とを備えた画像処理装置に関し、特に測定対象物の三次元形状を取得可能な構造の技術分野に属する。 The present invention relates to an image processing apparatus equipped with an illumination device for illuminating an object to be measured and an imaging device for receiving light reflected from the object to be measured, and more particularly to a technical field of a structure capable of acquiring a three-dimensional shape of the object to be measured. belongs to

従来より、この種の画像処理装置として、位置により異なる光強度分布を有するパターン光を測定対象物に投影して測定対象物から反射した光を受光し、受光量に基づいて得られた高さ情報を利用して測定対象物の三次元形状を取得する、いわゆるパターン投影法が知られている。パターン投影法としては、照度分布を例えば正弦波状に変動させたパターン光を、位相を変えて複数回投影してその都度撮像する位相シフト法等がある。 Conventionally, as this type of image processing apparatus, a pattern light having a light intensity distribution that varies depending on the position is projected onto an object to be measured, the light reflected from the object to be measured is received, and the height obtained based on the amount of received light is measured. A so-called pattern projection method is known that obtains the three-dimensional shape of an object to be measured using information. As a pattern projection method, there is a phase shift method in which pattern light whose illuminance distribution is varied, for example, sinusoidally is projected a plurality of times with different phases and an image is captured each time.

特許文献1には、パターン光を生成して投影する照明装置として、光源と、光源から出射された光を集光する集光レンズと、集光レンズによって集束された光が入射する液晶パネルとを備え、液晶パネルに形成されたパターンを測定対象物に投影するように構成されたものが開示されている。 Patent Document 1 discloses an illumination device that generates and projects pattern light, including a light source, a condenser lens that collects light emitted from the light source, and a liquid crystal panel that receives the light converged by the condenser lens. and configured to project a pattern formed on a liquid crystal panel onto an object to be measured.

特許第4011561号公報Japanese Patent No. 4011561

ところで、液晶パネルを用いる場合、液晶パネルの表示面(出射面)の法線と平行に光を入射させると光の透過率が最も高くなり、表示面の法線と光の入射方向とのなす角度が大きくなればなるほど光の透過率が低くなる。つまり、液晶パネルは、光の入射方向によって光の透過率が変化する角度特性を有しているので、液晶パネルを用いてパターン光を生成すると、パターン光の位置に応じた輝度ムラが発生するおそれがある。 By the way, when a liquid crystal panel is used, the transmittance of light becomes highest when light is incident parallel to the normal to the display surface (output surface) of the liquid crystal panel. The greater the angle, the lower the light transmission. In other words, since the liquid crystal panel has angular characteristics in which the light transmittance varies depending on the direction of light incidence, when pattern light is generated using the liquid crystal panel, luminance unevenness occurs according to the position of the pattern light. There is a risk.

従って、一般的には、特許文献1に開示されているように、光源から出射された光の入射方向が液晶パネルの表示面の法線と平行になるように、光源及び液晶パネルを位置決めする。 Therefore, in general, as disclosed in Patent Document 1, the light source and the liquid crystal panel are positioned so that the incident direction of the light emitted from the light source is parallel to the normal line of the display surface of the liquid crystal panel. .

また、測定対象物が多数搬送されてくる現場では、1つの測定対象物の三次元形状を取得する時間をできるだけ短くしたいが、パターン投影法においては、1つの測定対象物に対して複数種のパターン光を順次投影することがあり、三次元形状を取得するのに要する時間が長時間化することがある。そこで、応答速度が高速なTN方式の液晶パネルを使用して複数種のパターン光を高速に切り替えることが考えられるが、TN方式の場合、光の入射方向による光の透過率の変化が大きいので、上述した輝度ムラの発生が顕著に現れることになり、光の入射方向と液晶パネルとの位置関係がより厳密に規定されることになる。 In addition, at a site where a large number of objects to be measured are transported, it is desirable to minimize the time required to acquire the three-dimensional shape of one object. The pattern light may be projected sequentially, and the time required to acquire the three-dimensional shape may be prolonged. Therefore, it is conceivable to use a TN system liquid crystal panel with a high response speed to switch between multiple types of patterned light at high speed. In this case, the above-described unevenness in luminance becomes conspicuous, and the positional relationship between the incident direction of light and the liquid crystal panel is more strictly defined.

したがって、液晶パネルを用いる場合には、光の入射方向が液晶パネルの表示面の法線と平行になるように光源及び液晶パネルを配置する必要があり、特許文献1のように、測定対象物に対して液晶パネルを傾けた状態で照明装置を設置するケースが多くなる。また、光源と液晶パネルとの間に集光レンズを配置して集光させる構造が必要になるため、照明装置の小型化が困難になる。さらに、測定不可領域を少なくするために測定対象物に対して複数方向からパターン光を投影しようとすると、照明装置の更なる大型化を招いてしまう。 Therefore, when using a liquid crystal panel, it is necessary to arrange the light source and the liquid crystal panel so that the incident direction of light is parallel to the normal line of the display surface of the liquid crystal panel. In many cases, the lighting device is installed with the liquid crystal panel tilted with respect to the screen. In addition, it is difficult to reduce the size of the illuminating device because a condensing lens is required between the light source and the liquid crystal panel to condense the light. Furthermore, if it is attempted to project pattern light onto the object to be measured from a plurality of directions in order to reduce the non-measurable region, the size of the illumination device will be further increased.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液晶パネルの角度特性の要求を満たしながら、照明装置の小型化を図ることにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to reduce the size of an illuminating device while satisfying the requirements for the angular characteristics of a liquid crystal panel.

上記目的を達成するために、第1の発明は、測定対象物の高さを測定する画像処理装置において、中心に開口部が形成された照明ハウジングと、前記照明ハウジング内において前記開口部の周方向に互いに離れて設けられ、拡散光を出射する第1光源及び第2光源と、前記第1光源から出射された光が入射されるように当該第1光源に対応するように配置されるとともに、前記開口部の中心軸と直交する平面内に出射面が位置するように設けられる第1液晶パネルと、前記第2光源から出射された光が入射されるように当該第2光源に対応するように配置されるとともに、前記平面内に出射面が位置するように設けられる第2液晶パネルと、前記測定対象物に対して前記第1液晶パネルから互いに異なるパターン光を複数回投影するとともに、前記第2液晶パネルから互いに異なるパターン光を複数回投影するように前記第1光源、前記第2光源、前記第1液晶パネル及び前記第2液晶パネルを制御する投光制御部とを有する照明装置と、前記照明ハウジングの前記開口部を介して、前記第1液晶パネルにより照射された複数のパターン光の反射光を受光して得られた第1パターン画像セット及び前記第2液晶パネルにより照射された複数のパターン光の反射光を受光して得られた第2パターン画像セットを生成する撮像装置と、前記撮像装置が生成した前記第1パターン画像セットと前記第2パターン画像セットとに基づいて、前記照明装置の前記中心軸方向における測定対象物の高さ情報を含む検査対象画像を生成する検査対象画像生成部と、前記検査対象画像生成部が生成した前記検査対象画像に基づいて検査処理を実行する検査部とを備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first invention is an image processing apparatus for measuring the height of an object to be measured. a first light source and a second light source that are provided apart from each other in a direction and emit diffused light; , a first liquid crystal panel provided such that an emission surface is positioned in a plane perpendicular to the central axis of the opening; a second liquid crystal panel arranged so as to have an exit surface positioned within the plane; and projecting different patterns of light from the first liquid crystal panel onto the object to be measured a plurality of times, A lighting device comprising: a light projection control section that controls the first light source, the second light source, the first liquid crystal panel, and the second liquid crystal panel so that the second liquid crystal panel projects different pattern lights a plurality of times. and a first pattern image set obtained by receiving the reflected light of the plurality of pattern lights emitted by the first liquid crystal panel through the opening of the illumination housing and the light emitted by the second liquid crystal panel. an imaging device that generates a second pattern image set obtained by receiving reflected light of a plurality of pattern lights; and the first pattern image set and the second pattern image set generated by the imaging device. an inspection object image generation unit for generating an inspection object image including height information of the measurement object in the central axis direction of the illumination device; and an inspection process based on the inspection object image generated by the inspection object image generation unit. and an inspection unit that performs

この構成によれば、出射面にパターンが形成された第1液晶パネルに第1光源から出射された拡散光が入射されると、パターン光が生成されて測定対象物に投影される。第1光源が拡散光を出射するので、第1液晶パネルには拡散光が入射されることになる。したがって、液晶パネルが持つ角度特性に起因するパターン光の位置に応じた輝度ムラが発生しにくくなる。また、第2光源及び第2液晶パネルにより、第1光源及び第1液晶パネルとは異なる方向から測定対象物にパターン光が投影されるので、測定対象物における測定不可領域が少なくなる。この構成では、集光レンズを用いた集光構造が不要になるので、測定対象物に対して複数の方向からパターン光を投影する場合に、照明装置の小型化を図ることが可能になる。 According to this configuration, when diffused light emitted from the first light source is incident on the first liquid crystal panel having a pattern formed on the emission surface, patterned light is generated and projected onto the measurement object. Since the first light source emits diffused light, diffused light is incident on the first liquid crystal panel. Therefore, unevenness in luminance according to the position of the pattern light due to the angular characteristics of the liquid crystal panel is less likely to occur. In addition, since the second light source and the second liquid crystal panel project the pattern light onto the measurement object from a direction different from that of the first light source and the first liquid crystal panel, the non-measurable area on the measurement object is reduced. This configuration eliminates the need for a condensing structure using a condensing lens, so that it is possible to reduce the size of the illumination device when projecting pattern light onto the object to be measured from a plurality of directions.

撮像装置は、第1液晶パネル及び第2液晶パネルのそれぞれから投影されたパターン光の測定対象物からの反射光を受光して第1パターン画像セット及び第2パターン画像セットを生成する。撮像装置が生成した第1パターン画像セット及び第2パターン画像セットに基づいて、検査対象画像生成部が測定対象物の高さ情報を含む検査対象画像を生成し、検査対象画像に基づいて検査部が検査処理を実行する。 The imaging device receives the reflected light from the measurement target of the pattern light projected from each of the first liquid crystal panel and the second liquid crystal panel to generate a first pattern image set and a second pattern image set. Based on the first pattern image set and the second pattern image set generated by the imaging device, the inspection target image generation unit generates an inspection target image including height information of the measurement target, and based on the inspection target image, the inspection unit performs the inspection process.

加えて、第1液晶パネルと第2液晶パネルの両出射面が照明ハウジングの開口部の中心軸と直交する同一平面上に位置しているので、測定対象物に対して複数の方向からパターン光を投影可能な構造をコンパクトにまとめることができる。 In addition, since both the exit surfaces of the first liquid crystal panel and the second liquid crystal panel are positioned on the same plane perpendicular to the central axis of the opening of the illumination housing, the pattern light is emitted from a plurality of directions to the object to be measured. can be compactly summarized.

また、パターン光は、位相シフト法用の周期的な光強度分布を有するパターン光と、空間コード法用のコード状光の両方を含む。 Pattern light includes both pattern light having a periodic light intensity distribution for the phase shift method and coded light for the spatial code method.

第2の発明は、前記第1液晶パネル及び前記第2液晶パネルの駆動方式がTN方式であることを特徴とする。 A second aspect of the invention is characterized in that a driving method of the first liquid crystal panel and the second liquid crystal panel is a TN method.

すなわち、液晶パネルの駆動方式をTN方式とすることで、複数種のパターン光を順次投影する場合に、パターン光を高速に切り替えることができる反面、光の入射方向による光の透過率の変化が大きいので、液晶パネルが持つ角度特性に起因するパターン光の位置に応じた輝度ムラが発生し易くなることが考えられる。本構成では、液晶パネルに拡散光を入射させるようにしているので、液晶パネル光の入射方向による光の透過率の変化が大きくてもパターン光の位置に応じた輝度ムラが発生しにくくなる。 That is, by adopting the TN driving method for the liquid crystal panel, when a plurality of types of pattern light are sequentially projected, the pattern light can be switched at high speed. Since it is large, it is conceivable that luminance unevenness according to the position of the pattern light due to the angular characteristics of the liquid crystal panel is likely to occur. In this configuration, diffused light is incident on the liquid crystal panel, so even if the change in light transmittance depending on the incident direction of the liquid crystal panel light is large, luminance unevenness according to the position of the pattern light is less likely to occur.

第3の発明は、前記照明装置は、前記照明ハウジング内において前記第1光源と前記第2光源との間に設けられ、拡散光を出射する第3光源と、前記照明ハウジング内において前記開口部の前記中心軸を対称の中心として前記第3光源と点対称に設けられ、拡散光を出射する第4光源と、前記第3光源から出射された光が入射されるように当該第3光源に対応するように配置されるとともに、前記開口部の中心軸と直交する平面内に出射面が位置するように設けられる第3液晶パネルと、前記第4光源から出射された光が入射されるように当該第4光源に対応するように配置されるとともに、前記平面内に出射面が位置するように設けられる第4液晶パネルとを更に備え、前記投光制御部は、前記測定対象物に対してパターン光を複数回投影するように前記第3光源、前記第4光源、前記第3液晶パネル及び前記第4液晶パネルを制御するように構成され、前記撮像装置は、前記照明ハウジングの前記開口部を介して、前記第3液晶パネル及び前記第4液晶パネルのそれぞれから投影されたパターン光の測定対象物からの反射光を受光して第3パターン画像セットと、第4パターン画像セットとを生成するように構成されていることを特徴とする。 In a third aspect of the invention, the illumination device comprises a third light source provided between the first light source and the second light source within the illumination housing for emitting diffused light, and the opening portion within the illumination housing. a fourth light source that is provided point-symmetrically with the third light source with respect to the central axis of the third light source and emits diffused light; a third liquid crystal panel arranged correspondingly and having an emission surface positioned in a plane perpendicular to the central axis of the opening; and a fourth liquid crystal panel arranged so as to correspond to the fourth light source, and provided so that the emission surface is positioned within the plane, wherein the light projection control unit is arranged to correspond to the measurement object and controlling the third light source, the fourth light source, the third liquid crystal panel, and the fourth liquid crystal panel to project pattern light multiple times, wherein the imaging device is configured to project the opening of the illumination housing. light reflected from the measurement object of the pattern light projected from each of the third liquid crystal panel and the fourth liquid crystal panel through a portion to generate a third pattern image set and a fourth pattern image set; It is characterized in that it is configured to generate

この構成によれば、第3液晶パネル及び第4液晶パネルにより、第1液晶パネル及び第2液晶パネルによるパターン光の投影方向とは異なる方向から測定対象物に対して測定用パターン光を投影することができる。よって第1液晶パネル及び第2液晶パネルによるパターン光の投影方向では影になるような部分に、第3液晶パネル及び第4液晶パネルによってパターン光を投影することができ、測定不可領域が少なくなる。 According to this configuration, the third liquid crystal panel and the fourth liquid crystal panel project the pattern light for measurement onto the object to be measured from a direction different from the direction in which the pattern light is projected by the first liquid crystal panel and the second liquid crystal panel. be able to. Therefore, the pattern light can be projected by the third liquid crystal panel and the fourth liquid crystal panel to a portion that would be shadowed in the projection direction of the pattern light by the first liquid crystal panel and the second liquid crystal panel, and the non-measurable area can be reduced. .

また、第1液晶パネル及び第2液晶パネルをペアとし、第3液晶パネル及び第4液晶パネルをペアとすることができる。さらに、第5液晶パネル及び第6液晶パネルを同様にペアとし、第7液晶パネル及び第8液晶パネルも同様にペアとして照明ハウジングに設けることができ、この場合、第5光源、第6光源、第7光源、第8光源を照明ハウジング内に設けることができる。 Also, the first liquid crystal panel and the second liquid crystal panel can be paired, and the third liquid crystal panel and the fourth liquid crystal panel can be paired. Further, the fifth liquid crystal panel and the sixth liquid crystal panel can be similarly paired, and the seventh liquid crystal panel and the eighth liquid crystal panel can also be similarly paired in the illumination housing, in which case the fifth light source, the sixth light source, A seventh light source, an eighth light source may be provided within the illumination housing.

第4の発明は、前記パターン光は、一次元方向に変化する周期的な照度分布を有しており、前記第1光源は、前記パターン光の照度が変化しない方向に並ぶように配置された複数の発光ダイオードで構成されていることを特徴とする。 In a fourth invention, the pattern light has a periodic illuminance distribution that varies in a one-dimensional direction, and the first light sources are arranged in a direction in which the illuminance of the pattern light does not change. It is characterized by comprising a plurality of light emitting diodes.

この構成によれば、複数の発光ダイオードによってライン状の光源を形成することができる。尚、第2光源、第3光源及び第4光源も複数の発光ダイオードによって同様に構成することが可能である。 According to this configuration, a linear light source can be formed by a plurality of light emitting diodes. Incidentally, the second light source, the third light source and the fourth light source can be similarly configured by a plurality of light emitting diodes.

第5の発明は、前記第1光源は、前記第1液晶パネルにおける前記照明ハウジングの径方向外方に位置する外端部側の上方に配置され、前記第1光源から出射された光が前記第1液晶パネルに当該第1液晶パネルの有効角度範囲内で入射されるように、前記第1液晶パネルと前記第2光源との相対位置が設定されていることを特徴とする。 In a fifth aspect of the invention, the first light source is arranged above an outer end portion of the first liquid crystal panel located radially outward of the illumination housing, and the light emitted from the first light source is A relative position between the first liquid crystal panel and the second light source is set so that light is incident on the first liquid crystal panel within an effective angle range of the first liquid crystal panel.

この構成によれば、第1光源から出射された拡散光が第1液晶パネルの有効角度範囲内で当該第1液晶パネルに入射するので、第1液晶パネルが持つ角度特性に起因するパターン光の位置に応じた輝度ムラが発生しにくくなる。尚、第1光源及び第2液晶パネルも同様に配置することができる。 According to this configuration, the diffused light emitted from the first light source is incident on the first liquid crystal panel within the effective angle range of the first liquid crystal panel. Brightness unevenness according to position is less likely to occur. Incidentally, the first light source and the second liquid crystal panel can be similarly arranged.

本発明によれば、第1光源及び第2光源を照明ハウジングの開口部の周方向に互いに離して設け、第1光源及び第2光源から出射された拡散光がそれぞれ入射される第1液晶パネル及び第2液晶パネルを、照明ハウジングの開口部の中心軸と直交する同一平面内に設けたので、液晶パネルが持つ角度特性に起因するパターン光の位置に応じた輝度ムラの発生を抑えながら、測定対象物に対して複数の方向からパターン光を投影可能な照明装置を小型化することができ、照明装置の設置自由度を高めることができる。 According to the present invention, the first liquid crystal panel is provided with the first light source and the second light source spaced apart from each other in the circumferential direction of the opening of the lighting housing, and the diffused light emitted from the first light source and the second light source are respectively incident on the first liquid crystal panel. Since the second liquid crystal panel and the second liquid crystal panel are provided in the same plane perpendicular to the central axis of the opening of the illumination housing, while suppressing the occurrence of luminance unevenness according to the position of the pattern light due to the angular characteristics of the liquid crystal panel, It is possible to reduce the size of the illumination device capable of projecting pattern light from a plurality of directions onto the object to be measured, and to increase the degree of freedom in installing the illumination device.

本発明の実施形態に係る画像処理装置のシステム構成例を示す図である。1 is a diagram showing a system configuration example of an image processing apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG. コントローラ部のブロック図である。3 is a block diagram of a controller unit; FIG. 撮像装置のブロック図である。1 is a block diagram of an imaging device; FIG. 照明装置の平面図である。It is a top view of an illuminating device. 実施形態2に係る照明装置の底面図である。FIG. 10 is a bottom view of the lighting device according to Embodiment 2; 図5におけるVI-VI線断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 5; 発光ダイオードと液晶パネルとの位置関係を説明する図である。It is a figure explaining the positional relationship of a light emitting diode and a liquid crystal panel. 変形例に係る発光ダイオードと液晶パネルとの位置関係を説明する図である。It is a figure explaining the positional relationship of the light emitting diode which concerns on a modification, and a liquid crystal panel. パターン光の生成要領を説明する図である。It is a figure explaining the generation point of pattern light. 第1発光ダイオードの配置例を説明する図である。It is a figure explaining the example of arrangement|positioning of a 1st light emitting diode. 発光ダイオードの寸法と波の半周期の比と、画素うねりとの関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the ratio of the size of a light-emitting diode and the half period of a wave, and the pixel undulation. 第1発光ダイオードの別の配置例を説明する図である。It is a figure explaining another example of arrangement of the 1st light emitting diode. 照明装置のブロック図である。It is a block diagram of an illuminating device. パターン画像セットから中間画像及び信頼度画像を生成する手順を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a procedure for generating intermediate images and reliability images from a pattern image set; パターン画像セットから中間画像及び信頼度画像を生成する手順を、画像例を使用して説明した図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the procedure for generating an intermediate image and a reliability image from a pattern image set using example images; グレーコードパターン及び位相シフトパターンの形成処理と、相対位相と絶対位相との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a gray code pattern and a phase shift pattern forming process, and the relationship between the relative phase and the absolute phase; 高さ測定部による高さ測定手法を説明する図である。It is a figure explaining the height measurement method by a height measurement part. 補正処理の流れを説明する図である。It is a figure explaining the flow of correction processing. 補正前と補正後の発光ダイオードの位置を示す図である。It is a figure which shows the position of the light emitting diode before correction|amendment and after correction|amendment. あおりの有無を示す図である。It is a figure which shows the presence or absence of tilt. ペアとなる発光ダイオードに高さずれが生じている場合を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a case where height deviation occurs between light emitting diodes that form a pair. ずれの推定と、各部の調整の流れを説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the estimation of deviation and the flow of adjustment of each unit; ずれの推定方法を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the estimation method of a shift|offset|difference. カメラキャリブレーションの概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram of camera calibration; 測定対象物の高さを変えてカメラパラメータを設定する様子を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing how camera parameters are set by changing the height of the object to be measured; カメラパラメータ行列と歪みモデルの数式を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing mathematical expressions of a camera parameter matrix and a distortion model; 推定手順を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows an estimation procedure. 調整機構を有する第1投光部の構造例を示す側面図である。It is a side view which shows the structural example of the 1st light projection part which has an adjustment mechanism. 調整機構を有する第1投光部の構造例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of the 1st light projection part which has an adjustment mechanism. 別の調整機構を有する第1投光部の構造例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the 1st light projection part which has another adjustment mechanism. 使用セグメントの変更前後を説明する図である。It is a figure explaining before and behind change of a use segment. 測定対象物が直方体の箱である場合において第1投光部によるパターン光の投影によって得られた位相シフトパターン画像セットを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a set of phase shift pattern images obtained by projecting pattern light by the first light projecting unit when the measurement object is a rectangular parallelepiped box; 図32に示す位相シフトパターン画像セットに基づいて得られた相対位相画像と、図32に示す位相シフトパターン画像セットに対応する中間画像とを示す図である。FIG. 33 shows a relative phase image obtained based on the phase shift pattern image set shown in FIG. 32 and an intermediate image corresponding to the phase shift pattern image set shown in FIG. 32; 測定対象物が直方体の箱である場合において第2投光部によるパターン光の投影によって得られた位相シフトパターン画像セットを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a set of phase-shifted pattern images obtained by projecting pattern light by the second light projecting section when the measurement object is a rectangular parallelepiped box; 図34に示す位相シフトパターン画像セットに基づいて得られた相対位相画像と、図34に示す位相シフトパターン画像セットに対応する中間画像とを示す図である。35 shows a relative phase image obtained based on the phase shift pattern image set shown in FIG. 34 and an intermediate image corresponding to the phase shift pattern image set shown in FIG. 34; FIG. 測定対象物が直方体の箱である場合の高さ画像と、断面プロファイルを表示したユーザーインターフェースを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a user interface displaying a height image and a cross-sectional profile when the object to be measured is a rectangular parallelepiped box;

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. It should be noted that the following description of preferred embodiments is essentially merely illustrative, and is not intended to limit the invention, its applications, or its uses.

図1は、本発明の実施形態に係る画像処理装置1のシステム構成例を示す図である。画像処理装置1は、撮像装置2と、照明装置3と、コントローラ部4と、表示部5と、コンソール部6と、マウス7とを備えており、測定対象物Wの高さ画像を得て、この高さ画像に基づいて測定対象物Wの高さを測定したり、測定対象物Wに対して各種検査を行うことができるように構成されている。 FIG. 1 is a diagram showing a system configuration example of an image processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The image processing apparatus 1 includes an imaging device 2, an illumination device 3, a controller section 4, a display section 5, a console section 6, and a mouse 7, and obtains a height image of the object W to be measured. , the height of the object W to be measured can be measured based on this height image, and various inspections can be performed on the object W to be measured.

測定対象物Wは、例えばベルトコンベア等の搬送装置の載置面100に載置した状態としておき、この載置面100に載置した測定対象物Wに対して高さの測定や各種検査等を行う。高さの測定中、測定対象物Wは静止させておくのが好ましい。 The object W to be measured is placed on a mounting surface 100 of a conveying device such as a belt conveyor, for example, and the height of the object W placed on the mounting surface 100 is measured and various inspections are performed. I do. The object W to be measured is preferably kept stationary during the height measurement.

画像処理装置1は、プログラマブル・ロジック・コントローラ(PLC)101に信号線101aによって有線接続することができるが、これに限らず、画像処理装置1及びPLC101に従来から周知の通信モジュールを内蔵し、画像処理装置1と、PLC101とを無線接続するようにしてもよい。PLC101は、搬送装置及び画像処理装置1をシーケンス制御するための制御装置であり、汎用のPLCを利用することができる。画像処理装置1をPLC101に接続することなく使用することもできる。 The image processing device 1 can be wired to a programmable logic controller (PLC) 101 via a signal line 101a. The image processing device 1 and the PLC 101 may be wirelessly connected. The PLC 101 is a control device for sequence-controlling the conveying device and the image processing device 1, and can use a general-purpose PLC. The image processing device 1 can also be used without being connected to the PLC 101 .

表示部5は、例えば液晶表示パネル等からなるディスプレイ装置であり、表示手段を構成している。表示部5には、例えば、画像処理装置1を操作するための操作用ユーザーインターフェース、画像処理装置1を設定するための設定用ユーザーインターフェース、測定対象物の高さ測定結果を表示するための高さ測定結果表示用ユーザーインターフェース、測定対象物の各種検査結果を表示するための検査結果表示用ユーザーインターフェース等を表示させることができる。画像処理装置1の使用者が表示部5を視認することで画像処理装置1の操作及び設定を行うことが可能になるとともに、測定対象物Wの測定結果や検査結果等を把握することができ、さらに、画像処理装置1の動作状態を把握することもできる。 The display unit 5 is a display device such as a liquid crystal display panel, and constitutes display means. The display unit 5 includes, for example, an operation user interface for operating the image processing apparatus 1, a setting user interface for setting the image processing apparatus 1, and a height display for displaying the height measurement result of the object to be measured. A user interface for displaying measurement results, a user interface for displaying inspection results for displaying various inspection results of the object to be measured, and the like can be displayed. A user of the image processing apparatus 1 can operate and set the image processing apparatus 1 by viewing the display unit 5, and can grasp the measurement results, inspection results, and the like of the measurement object W. Furthermore, the operating state of the image processing apparatus 1 can also be grasped.

図2に示すように、表示部5は、コントローラ部4が有する表示制御部46に接続されており、表示制御部46によって制御されて前記したユーザーインターフェースや高さ画像等を表示させることができるように構成されている。 As shown in FIG. 2, the display unit 5 is connected to a display control unit 46 included in the controller unit 4, and can be controlled by the display control unit 46 to display the above-described user interface, height image, and the like. is configured as

コンソール部6は、使用者が画像処理装置1を操作したり、各種情報を入力するための入力手段であり、コントローラ部4に接続されている。また、マウス7も同様に使用者が画像処理装置1を操作したり、各種情報を入力するための入力手段であり、コントローラ部4に接続されている。コンソール部6及びマウス7は入力手段の一例であり、入力手段としては、例えば表示部5に設けたタッチパネルスクリーン等であってもよいし、音声入力装置であってもよく、これらを複数組み合わせて構成することもできる。タッチパネルスクリーンの場合、表示手段と入力手段とを1つのデバイスで実現できる。 The console section 6 is input means for the user to operate the image processing apparatus 1 and input various information, and is connected to the controller section 4 . The mouse 7 is also input means for the user to operate the image processing apparatus 1 and input various information, and is connected to the controller section 4 . The console unit 6 and the mouse 7 are examples of input means, and the input means may be, for example, a touch panel screen provided in the display unit 5 or a voice input device. Can also be configured. In the case of a touch panel screen, display means and input means can be realized by one device.

コントローラ部4には、コントローラ部4の制御プログラムを生成し、記憶しておくための汎用のパーソナルコンピュータPCを接続することもできる。また、パーソナルコンピュータPCには、画像処理に関する各種設定を行う画像処理プログラムをインストールして、コントローラ部4で行う画像処理の各種設定を行うこともできる。あるいは、このパーソナルコンピュータPCで動作するソフトウェアによって画像処理の処理順序を規定する処理順序プログラムを生成することができる。コントローラ部4では、その処理順序に従って各画像処理が順次実行される。パーソナルコンピュータPCとコントローラ部4とは、通信ネットワークを介して接続されており、パーソナルコンピュータPC上で生成された処理順序プログラムは、例えば表示部5の表示態様を規定するレイアウト情報等と共にコントローラ部4に転送される。また逆に、コントローラ部4から処理順序プログラムやレイアウト情報等を取り込んで、パーソナルコンピュータPC上で編集することもできる。尚、上記プログラムは、パーソナルコンピュータPCだけでなく、コントローラ部4においても生成できるようにしてもよい。 A general-purpose personal computer PC for generating and storing a control program for the controller section 4 can also be connected to the controller section 4 . Also, an image processing program for performing various settings related to image processing can be installed in the personal computer PC, and various settings for image processing performed by the controller unit 4 can be performed. Alternatively, a processing order program that defines the processing order of image processing can be generated by software operating on this personal computer PC. In the controller section 4, each image processing is sequentially executed according to the processing order. The personal computer PC and the controller unit 4 are connected via a communication network. transferred to Conversely, the processing order program, layout information, etc. can be read from the controller unit 4 and edited on the personal computer PC. Note that the above program may be generated not only by the personal computer PC but also by the controller section 4 .

また、コントローラ部4は専用のハードウェアで構築することもできるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、汎用のパーソナルコンピュータPCやワークステーション等に専用の画像処理プログラムや検査処理プログラム、高さ測定プログラム等をインストールしたものをコントローラ部として機能させることもできる。この場合、パーソナルコンピュータPCやワークステーション等に、撮像装置2、照明装置3、表示部5、コンソール部6及びマウス7を接続すればよい。 Also, the controller unit 4 can be constructed with dedicated hardware, but the present invention is not limited to this configuration. For example, a general-purpose personal computer PC, a work station, or the like installed with a dedicated image processing program, an inspection processing program, a height measurement program, or the like may function as the controller unit. In this case, the imaging device 2, the lighting device 3, the display section 5, the console section 6, and the mouse 7 may be connected to a personal computer PC, workstation, or the like.

また、画像処理装置1の機能については後述するが、画像処理装置1の全ての機能をコントローラ部4で実現するようにしてもよいし、汎用のパーソナルコンピュータPCで実現するようにしてもよい。また、画像処理装置1の一部の機能をコントローラ部4で実現し、残りの機能を汎用のパーソナルコンピュータPCで実現するようにしてもよい。画像処理装置1の機能は、ソフトウェアで実現することもできるし、ハードウェアの組み合わせによって実現することもできる。 Further, although the functions of the image processing apparatus 1 will be described later, all the functions of the image processing apparatus 1 may be realized by the controller section 4 or may be realized by a general-purpose personal computer PC. Alternatively, part of the functions of the image processing apparatus 1 may be realized by the controller unit 4, and the remaining functions may be realized by a general-purpose personal computer PC. The functions of the image processing apparatus 1 can be realized by software, or by a combination of hardware.

撮像装置2、照明装置3、表示部5、コンソール部6及びマウス7をコントローラ部4に接続するためのインターフェースは、専用のインターフェースであってもよいし、例えば既存の通信規格、例えばイーサーネット(商品名)やUSB、RS-232C等を利用することもできる。 The interface for connecting the imaging device 2, lighting device 3, display unit 5, console unit 6, and mouse 7 to the controller unit 4 may be a dedicated interface, or an existing communication standard such as Ethernet ( product name), USB, RS-232C, etc. can also be used.

測定対象物Wの高さを表す高さ画像とは、図4に示す照明装置3が有する開口部30aの中心軸A(図1に示す)方向における測定対象物Wの高さを表す画像であり、距離画像ということもできる。高さ画像は、測定対象物Wの載置面(基準面ともいう)100を基準とした高さとして表示することもできるし、照明装置3との前記中心軸A方向における相対距離として表示することもでき、高さに応じて各画素の濃淡値が変化する画像である。換言すれば、高さ画像は、測定対象物Wの載置面100を基準とした高さに基づいて濃淡値が決定される画像といもいえるし、照明装置3との前記中心軸A方向における相対距離に基づいて濃淡値が決定される画像ともいえる。また、高さ画像は、測定対象物Wの載置面100を基準とした高さに応じた濃淡値を有する多値画像といもいえるし、照明装置3との前記中心軸A方向における相対距離に応じた濃淡値を有する多値画像ともいえる。さらに、高さ画像は、輝度画像の画素毎に、測定対象物Wの載置面100を基準とした高さを濃淡値に変換した多値画像ともいえるし、輝度画像の画素毎に、照明装置3との前記中心軸A方向における相対距離を濃淡値に変換した多値画像ともいえる。 The height image representing the height of the measurement object W is an image representing the height of the measurement object W in the direction of the central axis A (shown in FIG. 1) of the opening 30a of the illumination device 3 shown in FIG. It can also be called a distance image. The height image can be displayed as a height with reference to the placement surface (also referred to as a reference surface) 100 of the object W to be measured, or as a relative distance to the illumination device 3 in the direction of the central axis A. It is an image in which the grayscale value of each pixel changes according to the height. In other words, the height image can be said to be an image whose gradation value is determined based on the height of the object W to be measured with respect to the placement surface 100. It can also be said that it is an image whose grayscale value is determined based on the relative distance. Further, the height image can be said to be a multivalued image having gradation values corresponding to the height of the measurement object W with respect to the mounting surface 100, and the relative distance from the illumination device 3 in the direction of the central axis A It can also be said to be a multivalued image having grayscale values corresponding to . Furthermore, the height image can be said to be a multivalued image obtained by converting the height of the measurement object W with respect to the placement surface 100 of the measurement object W into a gray value for each pixel of the luminance image. It can also be said to be a multivalued image obtained by converting the relative distance to the device 3 in the direction of the central axis A into a grayscale value.

また、高さ画像は測定対象物Wの高さ情報を含む画像であり、例えば距離画像に光学的な輝度画像をテクスチャ情報として合成して貼り付けた三次元の合成画像も高さ画像とすることができる。高さ画像は、三次元状に表示されるものに限られず、二次元状に表示されるものも含まれる。 A height image is an image containing height information of the object W to be measured. For example, a three-dimensional composite image obtained by synthesizing and pasting an optical luminance image as texture information to a distance image is also regarded as a height image. be able to. Height images are not limited to those displayed three-dimensionally, and those displayed two-dimensionally are also included.

上述したような高さ画像を得る手法としては、大きく分けて2つの方式があり、一つは、通常の画像を得るための照明条件で撮像した画像を用いて距離画像を生成するパッシブ方式(受動計測方式)、もう一つは、高さ方向の計測をするための光を測定対象物Wに能動的に照射して距離画像を生成するアクティブ方式(能動計測方式)である。本実施形態では、アクティブ方式により高さ画像を得るようにしており、具体的には、パターン投影法を利用している。 Methods for obtaining height images as described above are broadly divided into two methods. One is a passive method ( passive measurement method), and the other is an active method (active measurement method) in which a distance image is generated by actively irradiating the measurement object W with light for measuring in the height direction. In this embodiment, a height image is obtained by an active method, and more specifically, a pattern projection method is used.

パターン投影法は、測定対象物Wに投影する測定用パターン光(単にパターン光ともいう)が有するパターンの形状や位相等をずらして複数の画像を取得し、取得した複数の画像を解析することで測定対象物Wの三次元形状を得る方法である。パターン投影法には幾つか種類があり、例えば、正弦波縞模様パターンの位相をずらして複数(最低3枚)の画像を取得し、複数の画像から画素毎に正弦波の位相を求め、求めた位相を利用して測定対象物Wの表面の三次元座標を得る位相シフト法や、測定対象物Wに投影するパターン自体を撮影毎に異ならせ、例えば白黒デューティ比50%で縞幅が全体の半分、4分の1、8分の1、16分の1、…と細かくなっていく縞パターンを順次投影し、それぞれのパターンにてパターン投影画像を取得し、測定対象物Wの高さの絶対位相を求める空間コード法等がある。正弦波状のパターン光及び縞パターン光は、一次元方向に変化する周期的な照度分布を有するパターン光である。尚、測定用パターン光を測定対象物Wに「投影」することと、測定用パターン光を測定対象物Wに「照射」することとは同義である。 In the pattern projection method, a plurality of images are acquired by shifting the shape, phase, etc. of the pattern of the measurement pattern light (simply referred to as pattern light) projected onto the measurement object W, and the acquired plurality of images are analyzed. is a method of obtaining the three-dimensional shape of the object W to be measured. There are several types of pattern projection methods. A phase shift method that obtains the three-dimensional coordinates of the surface of the measurement object W using the phase obtained by the measurement, or a pattern that is projected onto the measurement object W is changed for each photographing, for example, the black-and-white duty ratio is 50%, and the fringe width is the entire width. 1/4, 1/8, 1/16, . There is a spatial code method for obtaining the absolute phase of . The sinusoidal pattern light and the striped pattern light are pattern light having a periodic illumination distribution that changes in one dimension. Note that “projecting” the measurement pattern light onto the measurement object W and “irradiating” the measurement object W with the measurement pattern light are synonymous.

本実施形態に係る画像処理装置1では、上述した位相シフト法と空間コード法とを組み合わせて高さ画像を生成するが、これに限られるものではなく、位相シフト法のみで高さ画像を生成してもよいし、空間コード法のみで高さ画像を生成してもよい。また、従来から周知の他のアクティブ方式を利用して測定対象物Wの高さ画像を生成してもよい。 In the image processing apparatus 1 according to the present embodiment, the height image is generated by combining the phase shift method and the spatial code method described above, but the height image is not limited to this, and the height image is generated only by the phase shift method. Alternatively, the height image may be generated only by the spatial coding method. Also, the height image of the object W to be measured may be generated using another known active method.

画像処理装置1による測定対象物Wの高さを測定手法の概略は次の通りである。まず、照明装置3の第1投光部31及び第2投光部32でそれぞれ生成した第1測定用パターン光及び第2測定用パターン光を互いに異なる方向から測定対象物Wに照射し、測定対象物Wから反射した第1測定用パターン光を撮像装置2が受光して複数の第1パターン画像からなる第1パターン画像セットを生成するとともに、測定対象物Wから反射した第2測定用パターン光を撮像装置2が受光して複数の第2パターン画像からなる第2パターン画像セットを生成する。その後、複数の第1パターン画像セットに基づいて各画素が測定対象物Wへの第1測定用パターン光の照射角度情報を有する第1角度画像を生成するとともに、複数の第2パターン画像に基づいて各画素が測定対象物への第2測定用パターン光の照射角度情報を有する第2角度画像を生成する。次いで、第1角度画像の各画素の照射角度情報及び第2角度画像の各画素の照射角度情報と、第1投光部31及び第2投光部32の相対位置情報とにしたがって、測定対象物Wの高さを表す高さ画像を生成し、この高さ画像から測定対象物Wの高さを得る。 The outline of the method for measuring the height of the object W to be measured by the image processing apparatus 1 is as follows. First, the measurement object W is irradiated with the first measurement pattern light and the second measurement pattern light respectively generated by the first light projection unit 31 and the second light projection unit 32 of the illumination device 3 from different directions, and the measurement is performed. The imaging device 2 receives the first measurement pattern light reflected from the object W to generate a first pattern image set including a plurality of first pattern images, and the second measurement pattern reflected from the measurement object W. The light is received by imaging device 2 to generate a second pattern image set comprising a plurality of second pattern images. After that, based on the plurality of first pattern image sets, each pixel generates a first angle image having irradiation angle information of the first measurement pattern light on the measurement object W, and based on the plurality of second pattern images to generate a second angle image in which each pixel has irradiation angle information of the second pattern light for measurement onto the object to be measured. Next, according to the irradiation angle information of each pixel of the first angle image, the irradiation angle information of each pixel of the second angle image, and the relative position information of the first light projection unit 31 and the second light projection unit 32, A height image representing the height of the object W is generated, and the height of the object W to be measured is obtained from this height image.

また、必須ではないが、この画像処理装置1においては、図4に示すように、照明装置3が第1投光部31及び第2投光部32の他に、第3投光部33及び第4投光部34を備えている。したがって、照明装置3の第3投光部33及び第4投光部34でそれぞれ生成した第3測定用パターン光及び第4測定用パターン光を互いに異なる方向から測定対象物Wに照射することもできる。この場合、測定対象物Wから反射した第3測定用パターン光を撮像装置2が受光して複数の第3パターン画像からなる第3パターン画像セットを生成するとともに、測定対象物Wから反射した第4測定用パターン光を撮像装置2が受光して複数の第4パターン画像からなる第4パターン画像セットを生成する。その後、複数の第3パターン画像に基づいて各画素が測定対象物Wへの第3測定用パターン光の照射角度情報を有する第3角度画像を生成するとともに、複数の第4パターン画像に基づいて各画素が測定対象物への第4測定用パターン光の照射角度情報を有する第4角度画像を生成する。次いで、第3角度画像の各画素の照射角度情報及び第4角度画像の各画素の照射角度情報と、第3投光部33及び第4投光部34の相対位置情報とにしたがって、測定対象物Wの高さを表す高さ画像を生成、この高さ画像から測定対象物Wの高さを得る。 Although not essential, in the image processing apparatus 1, as shown in FIG. A fourth light projecting section 34 is provided. Therefore, it is also possible to irradiate the measurement target W with the third measurement pattern light and the fourth measurement pattern light respectively generated by the third light projecting section 33 and the fourth light projecting section 34 of the illumination device 3 from different directions. can. In this case, the imaging device 2 receives the third measurement pattern light reflected from the measurement object W to generate a third pattern image set including a plurality of third pattern images, and the third pattern light reflected from the measurement object W is generated. 4 The imaging device 2 receives the pattern light for measurement and generates a fourth pattern image set composed of a plurality of fourth pattern images. After that, based on the plurality of third pattern images, each pixel generates a third angle image having irradiation angle information of the third measurement pattern light onto the measurement object W, and based on the plurality of fourth pattern images, Each pixel generates a fourth angle image having irradiation angle information of the fourth measurement pattern light onto the measurement object. Next, according to the irradiation angle information of each pixel of the third angle image, the irradiation angle information of each pixel of the fourth angle image, and the relative position information of the third light projecting unit 33 and the fourth light projecting unit 34, A height image representing the height of the object W is generated, and the height of the object W to be measured is obtained from this height image.

(位相シフト法)
ここで、位相シフト法について説明する。位相シフト法において、照度分布を正弦波状に変動させたパターンを有するパターン光を測定対象物に順次投影する場合、正弦波の位相の異なる3つ以上のパターンのパターン光を投影する。高さ測定点の各明度値をパターン光の投影方向とは別の角度からパターン毎に撮像した画像から得て、各明度値よりパターン光の位相値を計算する。測定点の高さに応じて、測定点に投影されたパターン光の位相が変化し、基準となる位置で反射されたパターン光により観察される位相とは異なった位相の光が観察されることになる。そこで、測定点におけるパターン光の位相を計算し、三角測量の原理を利用して、幾何関係式に代入することにより測定点の高さを計測し、これにより、測定対象物Wの三次元形状を求めることができる。位相シフト法によれば、測定対象物Wの高さを、パターン光の周期を小さくすることによって高分解能で測定することができるが、測定できる高さの範囲が、位相のずれ量で2π以内となる低い高さのもの(高低差の小さいもの)しか測定できない。そこで、空間コード法を兼用する。
(Phase shift method)
Here, the phase shift method will be explained. In the phase shift method, when pattern light having patterns with sinusoidally varied illuminance distributions is sequentially projected onto the object to be measured, three or more patterns of pattern light with different phases of the sinusoidal waves are projected. Each lightness value of the height measurement point is obtained from an image captured for each pattern from an angle different from the projection direction of the pattern light, and the phase value of the pattern light is calculated from each lightness value. The phase of the pattern light projected onto the measurement point changes according to the height of the measurement point, and light with a phase different from the phase observed by the pattern light reflected at the reference position is observed. become. Therefore, the phase of the pattern light at the measurement point is calculated, and the height of the measurement point is measured by substituting it into the geometric relational expression using the principle of triangulation. can be asked for. According to the phase shift method, the height of the object W to be measured can be measured with high resolution by reducing the period of the pattern light, but the measurable height range is within 2π in phase shift amount. Only low height objects (objects with a small height difference) can be measured. Therefore, the spatial code method is also used.

(空間コード法)
空間コード法によれば、光が照射される空間を、多数の断面略扇状の小空間に分け、この小空間に一連の空間コード番号を付すことができる。このため、測定対象物Wの高さが高くても、すなわち高低差が大きくても、光が照射される空間内にあれば、空間コード番号から高さが演算できる。したがって、高さの高い測定対象物Wについても全体にわたって形状を測定することができる。このように空間コード法によれば、許容高さのレンジ(ダイナミックレンジ)が広くなる。
(Spatial code method)
According to the space code method, a space irradiated with light can be divided into a large number of small spaces each having a substantially fan-shaped cross section, and a series of space code numbers can be assigned to the small spaces. Therefore, even if the height of the object W to be measured is high, that is, even if the height difference is large, the height can be calculated from the space code number as long as it is in the space irradiated with light. Therefore, it is possible to measure the shape of the entire measuring object W having a high height. Thus, according to the spatial code method, the allowable height range (dynamic range) is widened.

(照明装置3の詳細構成)
図4に示すように、実施形態1に係る照明装置3は、照明ハウジング30と、第1投光部31と、第2投光部32と、第3投光部33と、第4投光部34と、投光制御部39とを備えている。図1に示すように照明装置3とコントローラ部4とは接続線3aによって接続されているが、照明装置3とコントローラ部4とは無線接続するようにしてもよい。
(Detailed configuration of lighting device 3)
As shown in FIG. 4, the lighting device 3 according to the first embodiment includes a lighting housing 30, a first light projecting section 31, a second light projecting section 32, a third light projecting section 33, a fourth light projecting section 34 and a projection control unit 39 . As shown in FIG. 1, the illumination device 3 and the controller section 4 are connected by a connection line 3a, but the illumination device 3 and the controller section 4 may be wirelessly connected.

照明装置3は、パターン光を投影するためだけのパターン光投影専用装置としてもよいし、測定対象物Wを観察するための観察用照明を兼用する装置としてもよい。照明装置3をパターン光投影専用装置とする場合には、パターン光投影専用装置とは別体、又はパターン光投影専用装置と一体的に観察用照明装置を設けることができる。観察用照明装置は、発光ダイオード、半導体レーザ、ハロゲンライト、HID等を利用することができる。 The illumination device 3 may be a pattern light projection dedicated device only for projecting pattern light, or may be a device also used as observation illumination for observing the measurement object W. FIG. When the illumination device 3 is used as a pattern light projection device, an observation illumination device can be provided separately from the pattern light projection device or integrally with the pattern light projection device. A light-emitting diode, a semiconductor laser, a halogen light, an HID, or the like can be used as the observation illumination device.

照明ハウジング30は、平面視における中心部に開口部30aを有しており、第1辺部30A、第2辺部30B、第3辺部30C及び第4辺部30Dが連続して平面視で矩形に近い形状をなしている。第1辺部30A、第2辺部30B、第3辺部30C及び第4辺部30Dは、直線状に延びているので、開口部30aも平面視で矩形に近い形状をなしている。 The lighting housing 30 has an opening 30a in the center in plan view, and the first side 30A, the second side 30B, the third side 30C, and the fourth side 30D are continuous in plan view. It has a shape close to a rectangle. Since the first side portion 30A, the second side portion 30B, the third side portion 30C, and the fourth side portion 30D extend linearly, the opening portion 30a also has a substantially rectangular shape in plan view.

尚、照明ハウジング30の外形状や開口部30aの形状は、図示した形状に限られるものではなく、例えば円形等であってもよい。図1に示す開口部30aの中心軸Aは、開口部30aの中心を通り、かつ、照明ハウジング30の下面に対して直交する方向に延びる軸である。照明ハウジング30の下面が水平となるように照明装置3が設置される場合には、開口部30aの中心軸Aが鉛直に延びることになるが、照明装置3は、照明ハウジング30の下面が傾斜した状態となるように設置することもでき、この場合は、開口部30aの中心軸Aが傾斜することになる。 The outer shape of the lighting housing 30 and the shape of the opening 30a are not limited to the illustrated shapes, and may be, for example, circular. A central axis A of the opening 30a shown in FIG. When the illumination device 3 is installed so that the lower surface of the illumination housing 30 is horizontal, the central axis A of the opening 30a extends vertically. It can also be installed in such a way that it is in a folded state, in which case the central axis A of the opening 30a is inclined.

尚、開口部30aの中心軸Aは、厳密に開口部30aの中心を通らなくてもよく、測定対象物Wの大きさ等にもよるが、開口部30aの中心から数mm程度の離れたところを通る軸も中心軸Aとすることができる。つまり、開口部30aの中心及びその近傍を通る軸を中心軸Aと定義することができる。中心軸Aの延長線は、載置面100と交差することになる。 The central axis A of the opening 30a may not strictly pass through the center of the opening 30a. An axis passing through the place can also be the central axis A. That is, the central axis A can be defined as an axis passing through the center of the opening 30a and its vicinity. An extension line of the central axis A intersects the mounting surface 100 .

以下の説明では、便宜上、図4に示すように第1辺部30A側を照明装置3の左側といい、第2辺部30B側を照明装置3の右側といい、第3辺部30C側を照明装置3の上側といい、第4辺部30D側を照明装置3の下側というものとするが、これは照明装置3の使用時の方向を特定するものではなく、使用時には照明装置3がどのような向きであってもよい。 In the following description, for convenience, as shown in FIG. The upper side of the illumination device 3 is referred to as the upper side of the illumination device 3, and the fourth side portion 30D side is referred to as the lower side of the illumination device 3. It can be in any direction.

照明ハウジング30の第1辺部30A、第2辺部30B、第3辺部30C及び第4辺部30Dの内部は中空状である。第1辺部30Aの内部には、第1投光部31が収容されている。第2辺部30B、第3辺部30C及び第4辺部30Dの内部には、それぞれ、第2投光部32、第3投光部33及び第4投光部34が収容されている。第1投光部31と第2投光部32とがペアであり、第3投光部33と第4投光部34とがペアである。また、照明ハウジング30の内部には、投光制御部39も収容されている。 The interiors of the first side portion 30A, the second side portion 30B, the third side portion 30C and the fourth side portion 30D of the lighting housing 30 are hollow. The first light projecting section 31 is housed inside the first side section 30A. A second light projecting section 32, a third light projecting section 33 and a fourth light projecting section 34 are housed inside the second side section 30B, the third side section 30C and the fourth side section 30D, respectively. The first light projecting section 31 and the second light projecting section 32 form a pair, and the third light projecting section 33 and the fourth light projecting section 34 form a pair. A light projection control unit 39 is also housed inside the illumination housing 30 .

第1辺部30Aと第2辺部30Bとは、中心軸Aを挟んで対向するように配置されているので、第1投光部31及び第2投光部32は中心軸Aを対称の中心として左右対称(点対称)となるように配置されることになり、中心軸Aの周方向に互いに離れることになる。 Since the first side portion 30A and the second side portion 30B are arranged to face each other across the central axis A, the first light projecting portion 31 and the second light projecting portion 32 are symmetrical about the central axis A. They are arranged so as to be bilaterally symmetrical (point symmetrical) with respect to the center, and are separated from each other in the circumferential direction of the central axis A.

また、第3辺部30Cと第4辺部30Dも中心軸Aを挟んで対向するように配置されているので、第3投光部33及び第4投光部34は中心軸Aを対称の中心として上下対称(点対称)となるように配置されることになり、中心軸Aの周方向に互いに離れることになる。平面視では、中心軸Aを中心として右周りに、第1投光部31、第3投光部33、第2投光部33、第4投光部34の順に4つの投光部が配置されることになる。 Further, the third side portion 30C and the fourth side portion 30D are also arranged so as to face each other with the central axis A interposed therebetween. They are arranged so as to be vertically symmetrical (point symmetrical) with respect to the center, and are separated from each other in the circumferential direction of the central axis A. In a plan view, four light projecting units are arranged in the order of a first light projecting unit 31, a third light projecting unit 33, a second light projecting unit 33, and a fourth light projecting unit 34 clockwise around the central axis A. will be

図5は、本発明の実施形態2に係る照明装置3の底面図である。この実施形態2では、照明ハウジング30の内部に8つの投光部31~38が設けられている。第1投光部31と第3投光部33との間に第5投光部35が設けられ、第2投光部32と第4投光部34との間に第6投光部36が設けられ、第2投光部32と第3投光部33との間に第7投光部37が設けられ、第1投光部33と第4投光部34との間に第8投光部38が設けられている。第5投光部35と第6投光部36とがペアであり、中心軸Aを対称の中心として互いに対称となるように配置される。また、第7投光部37と第8投光部38とがペアであり、中心軸Aを対称の中心として互いに対称となるように配置される。平面視では、中心軸Aを中心として右周りに、第1投光部31、第5投光部35、第3投光部33、第7投光部37、第2投光部32、第6投光部36、第4投光部34、第8投光部38の順に配置されることになる。 FIG. 5 is a bottom view of the illumination device 3 according to Embodiment 2 of the present invention. In this second embodiment, eight light projection units 31 to 38 are provided inside the illumination housing 30 . A fifth light projecting portion 35 is provided between the first light projecting portion 31 and the third light projecting portion 33 , and a sixth light projecting portion 36 is provided between the second light projecting portion 32 and the fourth light projecting portion 34 . is provided, a seventh light projecting portion 37 is provided between the second light projecting portion 32 and the third light projecting portion 33, and an eighth light projecting portion 37 is provided between the first light projecting portion 33 and the fourth light projecting portion 34 A light projecting section 38 is provided. The fifth light projecting part 35 and the sixth light projecting part 36 are a pair, and are arranged so as to be symmetrical with each other with the central axis A as the center of symmetry. Also, the seventh light projecting part 37 and the eighth light projecting part 38 are a pair, and are arranged so as to be symmetrical with each other with the central axis A as the center of symmetry. In a plan view, a first light projecting part 31, a fifth light projecting part 35, a third light projecting part 33, a seventh light projecting part 37, a second light projecting part 32, a The 6 light projecting section 36, the 4th light projecting section 34, and the 8th light projecting section 38 are arranged in this order.

また、実施形態2の照明装置3では、測定対象物Wを照明して観察するための観察用照明50が投光部31~38とは別に設けられている。観察用照明50は、照明ハウジング30の底部における外周部に設けられており、第1~第8投光部31~38を囲む環状をなしている。図6に示すように、観察用照明50は、基板51aと、基板51aに実装されて観察用照明光を出射する複数の観察用発光ダイオード51bと、カバー部材52とを有している。基板51aは、第1~第8投光部31~38を囲むように配置されている。複数の観察用発光ダイオード51bは、第1~第8投光部31~38を囲むように、周方向に互いに間隔をあけて設けられている。カバー部材52は、観察用発光ダイオード41bを光出射面側から覆うように設けられており、透光性を有するとともに、光を拡散させる性質を持った材料で構成されている。 Further, in the illumination device 3 of the second embodiment, an observation illumination 50 for illuminating and observing the object W to be measured is provided separately from the light projection units 31 to 38 . The observation illumination 50 is provided on the outer peripheral portion of the bottom of the illumination housing 30 and has an annular shape surrounding the first to eighth light projection portions 31 to 38 . As shown in FIG. 6, the observation illumination 50 has a substrate 51a, a plurality of observation light emitting diodes 51b mounted on the substrate 51a and emitting observation illumination light, and a cover member 52. As shown in FIG. The substrate 51a is arranged so as to surround the first to eighth light projecting sections 31-38. The plurality of observation light-emitting diodes 51b are provided at intervals in the circumferential direction so as to surround the first to eighth light projecting sections 31-38. The cover member 52 is provided so as to cover the observation light-emitting diode 41b from the light emitting surface side, and is made of a material that is translucent and has the property of diffusing light.

(第1投光部31の構成)
実施形態1の照明装置1の第1~第4投光部31~34は、実施形態2の照明装置1の第1~第4投光部31~34と同じである。
(Configuration of first light projecting section 31)
The first to fourth light projecting sections 31 to 34 of the lighting device 1 of the first embodiment are the same as the first to fourth light projecting sections 31 to 34 of the lighting device 1 of the second embodiment.

図6に示すように、第1投光部31は、ケーシング31aと、拡散光を出射する第1光源となる第1LED(発光ダイオード)31bと、該第1LED31bから出射された拡散光を受けて互いに異なるパターンを有する複数の第1測定用パターン光を順次生成して測定対象物Wに照射する第1LCD(第1パターン光生成部)31dとを備える。LCDは、liquid crystal display、即ち液晶パネルであり、よって、第1LCD31dは、第1液晶パネルである。光源は、発光ダイオードに限られるものではなく、拡散光を出射する発光体であればよい。 As shown in FIG. 6, the first light projecting portion 31 includes a casing 31a, a first LED (light emitting diode) 31b serving as a first light source for emitting diffused light, and receiving diffused light emitted from the first LED 31b. A first LCD (first pattern light generator) 31d that sequentially generates a plurality of first measurement pattern lights having patterns different from each other and irradiates the object W to be measured is provided. LCD is a liquid crystal display, ie liquid crystal panel, so the first LCD 31d is the first liquid crystal panel. The light source is not limited to a light-emitting diode, and may be any light-emitting body that emits diffused light.

図7に示すように、第1LCD31dは、第1LED31bに対応して配置されており、第1LED31bの光出射面が第1LCD31dの方を向いている。これにより、第1LED31bから出射された光が第1LCD31dに確実に入射することになる。発光ダイオードとしては、例えば白色発光ダイオードを用いることができる。第1LCD31dは、照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aと直交する平面(図6に仮想線200で示す)内に、当該第1LCD31dの表示面(出射面)が位置するように設けられており、平面200と第1LCD31dの表示面とが同一平面に位置している。 As shown in FIG. 7, the first LCD 31d is arranged corresponding to the first LED 31b, and the light exit surface of the first LED 31b faces the first LCD 31d. This ensures that the light emitted from the first LED 31b enters the first LCD 31d. For example, a white light emitting diode can be used as the light emitting diode. The first LCD 31d is provided so that the display surface (emission surface) of the first LCD 31d is positioned within a plane (indicated by a virtual line 200 in FIG. 6) perpendicular to the central axis A of the opening 30a of the illumination housing 30. The plane 200 and the display surface of the first LCD 31d are located on the same plane.

第2投光部32は第1投光部31と同様に構成されている。具体的には、図6に示すように、第2投光部32は、ケーシング32aと、基板32cに実装された第2LED32bと、第2LED32bに対応して配置された第2LCD(第2パターン光生成部)32dとを備えている。第1LED31bと、第2LED32bとが対をなしている。第1LED31bと、第2LED32bとは、互いの相対位置を補正可能に照明ハウジング30に取り付けられている。相対位置の補正の詳細については後述する。 The second light projecting section 32 is configured similarly to the first light projecting section 31 . Specifically, as shown in FIG. 6, the second light projecting unit 32 includes a casing 32a, a second LED 32b mounted on a substrate 32c, and a second LCD (second pattern light) arranged corresponding to the second LED 32b. generator) 32d. The first LED 31b and the second LED 32b are paired. The first LED 31b and the second LED 32b are attached to the lighting housing 30 so that their relative positions can be corrected. Details of relative position correction will be described later.

以下、第1投光部31の構成について詳細に説明する。図6及び図7に示すように、第1投光部31の第1LED31bは、複数あるとともに、照明ハウジング30内において上部に設けられている。第1LED31bの配列方向は、光の出射方向と交差する方向である。 The configuration of the first light projecting section 31 will be described in detail below. As shown in FIGS. 6 and 7 , the first LEDs 31 b of the first light projecting section 31 are provided at the top inside the lighting housing 30 while being plural. The arrangement direction of the first LEDs 31b is a direction intersecting with the light emission direction.

すなわち、ケーシング31aの内部には、その上方に基板31cが配設されている。基板31cの下に向く面には、複数の第1LED31bが実装されている。複数の第1LED31bは直線状に並ぶように配置することもできるし、隣合う第1LED31bが上下方向にずれるように配置することもできる。一次元方向に変化する周期的な照度分布を有するパターン光を生成する場合、第1LED31bは、パターン光の照度が変化しない方向に並ぶように配置されることになる。複数の第1LED31bを図4に示す照明ハウジング30の第1辺部30Aの長手方向に沿って並べることで、第1LED31bから出射する光は、第1辺部30Aの長手方向にほぼ連続した光になる。 That is, the substrate 31c is disposed above the casing 31a inside the casing 31a. A plurality of first LEDs 31b are mounted on the downward facing surface of the substrate 31c. The plurality of first LEDs 31b can be arranged in a straight line, or can be arranged such that adjacent first LEDs 31b are shifted in the vertical direction. When generating pattern light having a periodic illuminance distribution that varies in one dimension, the first LEDs 31b are arranged in a direction in which the illuminance of the pattern light does not change. By arranging the plurality of first LEDs 31b along the longitudinal direction of the first side portion 30A of the lighting housing 30 shown in FIG. Become.

複数の第1LED31bの光の出射方向は同じにすることができ、この実施形態では、図1に左下がりの斜線で示すように、第1LED31bの直下から少なくとも照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aよりも第2辺部30B側(照明装置3の右側)に達するように設定されている。複数の第1LED31bによる光の照射範囲は、撮像装置2による撮像視野よりも広く設定されている。 The light emission directions of the plurality of first LEDs 31b can be the same, and in this embodiment, as indicated by the diagonal lines sloping to the left in FIG. It is set to reach the second side portion 30B side (the right side of the illumination device 3) from A. The light irradiation range of the plurality of first LEDs 31b is set wider than the imaging field of view of the imaging device 2 .

複数の第1LED31bの光の出射範囲について具体的に説明する。図17に示すように、第1投光部31と第2投光部32との離間方向をX方向とし、上下方向をZ方向とする。照明装置3は、該照明装置3の下面が水平(載置面100と平行)となるように配置され、測定対象物Wの載置面100から上方に「1」だけ離れて設置されているものとする。X=0を第1LED31bの直下とし、第1LED31bから(X,Z)=(0,0)の点Cまで延びる直線Dを引く。また、第1LED31bから(X,Z)=(1,0)の点Eまで延びる直線Fを引く。このとき、複数の第1LED31bの光の出射範囲は、直線Dと直線Fとで挟まれた領域となるように、第1LED31bの向きが設定されるとともに、第1LED31bの光源用レンズが設計されている。 A specific description will be given of the light emission range of the plurality of first LEDs 31b. As shown in FIG. 17, the separation direction between the first light projecting section 31 and the second light projecting section 32 is defined as the X direction, and the vertical direction is defined as the Z direction. The illumination device 3 is arranged so that the lower surface of the illumination device 3 is horizontal (parallel to the mounting surface 100), and is installed at a distance of "1" above the mounting surface 100 of the object W to be measured. shall be A straight line D extending from the first LED 31b to a point C at (X, Z)=(0, 0) is drawn with X=0 directly below the first LED 31b. Also, a straight line F extending from the first LED 31b to a point E of (X, Z)=(1, 0) is drawn. At this time, the direction of the first LEDs 31b is set and the light source lens of the first LEDs 31b is designed so that the light emission range of the plurality of first LEDs 31b is an area sandwiched between the straight line D and the straight line F. there is

図6に示すように、第1LCD31dは、第1LED31bから下方に離れた状態で照明ハウジング30に設けられている。第1LCD31dの駆動方式はTN(Twisted Nematic)方式である。したがって、第1LCD31dに印加される電圧が0のとき液晶組成物(液晶分子)が表示面と平行に並んで第1LED31bの光を通過させる一方、この状態から電圧を上げていくと、液晶組成物が表示面に対して垂直に立ち上がり、最大電圧になったときに第1LED31bの光を遮ることになる。 As shown in FIG. 6, the first LCD 31d is provided in the lighting housing 30 in a state separated downward from the first LED 31b. The driving method of the first LCD 31d is a TN (Twisted Nematic) method. Therefore, when the voltage applied to the first LCD 31d is 0, the liquid crystal composition (liquid crystal molecules) is aligned parallel to the display surface and allows the light of the first LED 31b to pass through. rises perpendicularly to the display surface, and blocks the light from the first LED 31b when the voltage reaches the maximum voltage.

(LEDとLEDの相対位置)
第1LED31bと第1LCD31dとの相対的な位置関係について説明する。図9に示すように、第1LCD31dの表示面は、照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aと直交する平面200と同一面上に位置しており、第1LCD31dにおける照明ハウジング30の径方向外方の端部を外端部側とし、第1LCD31dにおける照明ハウジング30の径方向内方の端部を内端部側とする。第1LED31bは、第1LCD31dにおける外端部側の上方に配置されている。図9における符号SEGは、第1LCD31dを構成するセグメントである。黒色のセグメントSEGは光を透過させないセグメントであり、白色のセグメントSEGは光を透過させるセグメントである。このように、第1LCD31dの表示面に、黒色のセグメントSEGと白色のセグメントSEGとを交互に形成することで、第1LCD31dを透過した光は、その下方に図示するように光の強度が周期的に変化する正弦波状のパターン光となる。これがパターン光の生成原理である。黒色のセグメントSEGと白色のセグメントSEGの個数、間隔、形成位置は任意に変更することができ、波の周期、位相が異なる複数種のパターン光を生成することができる。
(Relative position of LED and LED)
A relative positional relationship between the first LED 31b and the first LCD 31d will be described. As shown in FIG. 9, the display surface of the first LCD 31d is located on the same plane as a plane 200 orthogonal to the central axis A of the opening 30a of the illumination housing 30, and The other end is defined as the outer end side, and the radially inner end of the illumination housing 30 in the first LCD 31d is defined as the inner end side. The first LED 31b is arranged above the outer end side of the first LCD 31d. Symbol SEG in FIG. 9 denotes a segment that constitutes the first LCD 31d. A black segment SEG is a segment that does not transmit light, and a white segment SEG is a segment that transmits light. By alternately forming the black segment SEG and the white segment SEG on the display surface of the first LCD 31d in this way, the light transmitted through the first LCD 31d has a periodic intensity as shown below. It becomes a sinusoidal pattern light that changes to . This is the principle of pattern light generation. The number, interval, and formation position of the black segment SEG and the white segment SEG can be arbitrarily changed, and multiple types of pattern light with different wave periods and phases can be generated.

黒色のセグメントSEGの個数と、白色のセグメントSEGの個数は同じにすることができる。したがって、パターン光の生成時、第1LCD31dには、光を透過させる領域及び光を透過させない領域を等幅にして交互に形成することができる。これは、後述する投光制御部39によって行われる。 The number of black segments SEG and the number of white segments SEG can be the same. Therefore, when the pattern light is generated, the first LCD 31d can alternately form the light-transmitting region and the light-not-transmitting region with the same width. This is performed by a light projection control section 39, which will be described later.

ここで、液晶パネルが持つ一般的な性質について説明すると、液晶パネルの表示面の法線と平行に光を入射させると光の透過率が最も高くなり、表示面の法線と光の入射方向とのなす角度が大きくなればなるほど光の透過率が低くなる。液晶パネルは、このような光の入射方向によって光の透過率が変化する角度特性を有しているので、液晶パネルを用いてパターン光を生成すると、パターン光の位置に応じた輝度ムラが発生する懸念がある。 Here, let us explain the general characteristics of liquid crystal panels. Light transmittance is highest when light is incident parallel to the normal to the display surface of the liquid crystal panel. The greater the angle formed by the two, the lower the light transmittance. Liquid crystal panels have angular characteristics in which light transmittance varies depending on the direction of light incidence. Therefore, when pattern light is generated using a liquid crystal panel, luminance unevenness occurs according to the position of the pattern light. There is concern that

このことに対し、本実施形態では、第1LED31bから出射された光が第1LCD31dに対して当該第1LCD31dの有効角度範囲内で入射されるように、第1LCD31dと、第1LED31bとの相対位置が設定されている。これにより、第1LED31bから出射された拡散光が第1LCD31dの有効角度範囲内で当該第1LCD31dに入射するので、第1LCD31dが持つ角度特性に起因するパターン光の位置に応じた輝度ムラが発生しにくくなる。 In contrast, in the present embodiment, the relative positions of the first LCD 31d and the first LED 31b are set so that the light emitted from the first LED 31b is incident on the first LCD 31d within the effective angle range of the first LCD 31d. It is As a result, the diffused light emitted from the first LED 31b is incident on the first LCD 31d within the effective angle range of the first LCD 31d, so that uneven brightness according to the position of the pattern light due to the angular characteristics of the first LCD 31d is less likely to occur. Become.

第1LCD31dの有効角度範囲とは、パターン光のコントラストを所定以上確保可能な角度範囲とすることができる。パターン光のコントラストが所定以上というのは、測定対象物Wから反射したパターン光を撮像装置2が受光した際に、検査対象画像を生成可能なパターン画像を撮像装置2によって得ることができる程度である。すなわち、第1LCD31dが持つ角度特性に起因して、第1LCD31dの表示面の法線と光の入射方向とのなす角度が大きくなればなるほど光の透過率が低くなるので、光の入射角度によってはパターン光のコントラストの低下を招くことが考えられるが、この実施形態では、撮像装置2によって撮像されたパターン画像に基づいて測定対象物Wの高さ情報を得ることが可能な程度のコントラスト以上となるように、第1LCD31dと第1LED31bとの相対位置を設定している。 The effective angular range of the first LCD 31d can be an angular range in which a predetermined or more contrast of pattern light can be secured. The fact that the contrast of the pattern light is equal to or higher than a predetermined level means that when the imaging device 2 receives the pattern light reflected from the object W to be measured, the imaging device 2 can obtain a pattern image capable of generating an image to be inspected. be. That is, due to the angular characteristics of the first LCD 31d, the greater the angle formed between the normal to the display surface of the first LCD 31d and the light incident direction, the lower the light transmittance. Although it is conceivable that the contrast of the pattern light is lowered, in this embodiment, the contrast is at least the level at which the height information of the measurement object W can be obtained based on the pattern image captured by the imaging device 2. The relative positions of the first LCD 31d and the first LED 31b are set such that

また、第1LCD31dの有効角度範囲は次のように定義することもできる。例えば、光を最も通しやすい液晶分子配列状態にある第1LCD31dを第1LED31bから出射された光が通過する際に、当該光が減衰する減衰率が10%以下となる角度範囲を、第1LCD31dの有効角度範囲とする。光の減衰率が10%以下となるように第1LCD31dと第1LED31bとの相対位置を設定することで、撮像装置2によって撮像されたパターン画像に基づいて測定対象物Wの高さ情報を得ることが可能な程度のコントラストを確保することができる。 Also, the effective angle range of the first LCD 31d can be defined as follows. For example, when the light emitted from the first LED 31b passes through the first LCD 31d in which the liquid crystal molecules are aligned most easily, the angle range in which the light is attenuated by 10% or less is defined as the effective angle range of the first LCD 31d. Angle range. By setting the relative positions of the first LCD 31d and the first LED 31b so that the light attenuation rate is 10% or less, the height information of the measurement object W is obtained based on the pattern image captured by the imaging device 2. It is possible to secure the contrast to the extent possible.

光を最も通しやすい液晶分子配列状態とは、液晶分子の配向が光路を最も遮らない方向(上述した電圧0のとき)にある状態である。尚、前記減衰率が5%以下となるように、第1LCD31dの有効角度範囲を設定することもできる。 The liquid crystal molecule alignment state that allows light to pass through most is the state in which the liquid crystal molecules are aligned in the direction that does not block the light path the least (when the voltage is 0 as described above). The effective angle range of the first LCD 31d can also be set so that the attenuation rate is 5% or less.

また、図9に示すように、第1LED31bの中心(光出射面の中心)から第1LCD31dの表示面に向けて引いた法線201と、当該第1LED31bの中心から第1LCD31dの有効角度範囲における照明ハウジング30の径方向内方に位置する内端部側の境界に向けて引いた内側仮想線202とのなす角度αが50°以下となるように、第1LED31bと第1LCD31dとの相対位置を設定することができる。これにより、第1LED31bから出射された光が第1LCD31dに入射する際の角度範囲がTN方式の液晶パネルに最適な範囲となり、その結果、パターン光のコントラストを所定以上確保することができる。法線201と内側仮想線202とのなす角度αは45°以下にすることができ、また、40°以下にすることもできる。 Further, as shown in FIG. 9, a normal line 201 drawn from the center of the first LED 31b (the center of the light emitting surface) toward the display surface of the first LCD 31d, and illumination in the effective angle range of the first LCD 31d from the center of the first LED 31b The relative positions of the first LED 31b and the first LCD 31d are set so that the angle α formed by the inner virtual line 202 drawn toward the boundary on the inner end side located radially inward of the housing 30 is 50° or less. can do. As a result, the angle range in which the light emitted from the first LED 31b is incident on the first LCD 31d becomes the optimal range for the TN liquid crystal panel, and as a result, the contrast of the pattern light can be ensured above a predetermined level. The angle α between the normal 201 and the inner virtual line 202 can be 45° or less, and can also be 40° or less.

また、第1LED31bの中心から第1LCD31dの表示面に向けて引いた法線201と、第1LED31bの中心から第1LCD31dの有効角度範囲における外端部側の境界に向けて引いた外側仮想線203とのなす角度βが10°以下となるように設定されている。法線201と外側仮想線203とのなす角度は5°以下にすることができ、また、0°であってもよい。これにより、第1LED31bから出射された光が第1LCD31dに入射する際の角度範囲がTN方式の液晶パネルに最適な範囲となり、その結果、パターン光のコントラストを所定以上確保することができる。 Also, a normal line 201 drawn from the center of the first LED 31b toward the display surface of the first LCD 31d, and an outer virtual line 203 drawn from the center of the first LED 31b toward the boundary on the outer end side of the effective angle range of the first LCD 31d. is set to be 10° or less. The angle formed by the normal 201 and the outer virtual line 203 can be 5° or less, or can be 0°. As a result, the angle range in which the light emitted from the first LED 31b is incident on the first LCD 31d becomes the optimal range for the TN liquid crystal panel, and as a result, the contrast of the pattern light can be ensured above a predetermined level.

第1LED31bと第1LCD31dの表面(表示面)との距離と、第1LCD31dの有効角度範囲の幅(第1LCD31dの外端部と内端部との距離)とを略一致させてもよい。 The distance between the first LED 31b and the surface (display surface) of the first LCD 31d and the width of the effective angle range of the first LCD 31d (the distance between the outer end and the inner end of the first LCD 31d) may be substantially matched.

(LEDのサイズ)
図9に示すように、第1LED31bの光出射面における波が連続する方向の寸法Kは、第1LCD31dに形成される波の半周期の寸法以下に設定されている。この実施形態では、第1LCD31dにおける波が連続する方向に並ぶ8個のセグメントSEGにより1つの波を形成しているので、4個のセグメントSEGが波の半周期に相当することになる。つまり、波が連続する方向に並ぶ4個のセグメントSEGの寸法Jと、第1LED31bの光出射面の寸法Kとが等しいか、寸法Jの方が長くなっている。
(LED size)
As shown in FIG. 9, the dimension K in the direction in which waves continue on the light exit surface of the first LED 31b is set to be equal to or less than the dimension of the half cycle of the waves formed on the first LCD 31d. In this embodiment, one wave is formed by eight segment SEGs arranged in the direction in which the wave in the first LCD 31d continues, so four segment SEGs correspond to a half cycle of the wave. That is, the dimension J of the four segments SEG arranged in the wave-continuous direction is equal to the dimension K of the light exit surface of the first LED 31b, or the dimension J is longer.

実験の結果より、第1LED31bの光出射面の寸法Kが、第1LCD31dの表示面に形成されている波の半周期の寸法(光を透過させる部分の寸法と同じ)、即ち、寸法J以下であると、パターン光がきちんとした正弦波状の照度分布を有するものにならない場合があることが分かっている。正弦波状のパターン光がきちんと生成されていないと、画像処理によって高さ画像を得た際に、高さ画像中に高周波のうねり、即ち、実際には平面であるのにうねったような面ができてしまうことがあり、検査の障害になる。これは正弦波状以外の波状のパターン光を生成する場合も同様である。 From the results of experiments, it was found that the dimension K of the light emitting surface of the first LED 31b is equal to the dimension of the half period of the wave formed on the display surface of the first LCD 31d (same as the dimension of the portion through which light is transmitted), that is, the dimension J or less. It has been found that if there is, the pattern light may not have a neat sinusoidal illumination intensity distribution. If the sinusoidal pattern light is not properly generated, when the height image is obtained by image processing, high-frequency undulations appear in the height image. There are things that can be done, and it will be an obstacle to the inspection. This is the same when generating wave pattern light other than sinusoidal wave.

このことに対し、第1LED31bの光出射面の寸法Kが波の半周期の寸法Jを超えるような大きさの発光ダイオードを選択することが考えられるが、一般に入手可能な発光ダイオードのサイズは限られており、光出射面の寸法Kを自由に設定できるわけではなく、本実施形態のように、光出射面の寸法Kが波の半周期の寸法J以下である発光ダイオードを用いざるを得ないことがある。 In response to this, it is conceivable to select a light-emitting diode having a size in which the dimension K of the light emitting surface of the first LED 31b exceeds the dimension J of the half wave period, but generally available light-emitting diode sizes are limited. Therefore, it is not possible to freely set the dimension K of the light emitting surface. As in this embodiment, there is no choice but to use a light emitting diode in which the dimension K of the light emitting surface is equal to or less than the dimension J of the half wave period. sometimes not.

図10は、第1LED31bの配列形態を示すものである。図10における左右方向は、パターン光の照度が変化しない方向であり、64個の第1LED31bが図10の左側から右側に順に並んでいる。第1LED31bの個数は一例であり、任意に設定することができる。 FIG. 10 shows an arrangement form of the first LEDs 31b. The horizontal direction in FIG. 10 is the direction in which the illuminance of the pattern light does not change, and the 64 first LEDs 31b are arranged in order from left to right in FIG. The number of first LEDs 31b is an example and can be set arbitrarily.

図10における左端に位置する第1LED31bを第1LED31b-1とし、順に、第1LED31b-2、第1LED31b-3、…とする。そして、図10における右端に位置する第1LED31bを第1LED31b-64とする。第1LED31b-1~64は、パターン光の照度が変化しない方向に並ぶとともに、パターン光の照度が変化する方向(図10における上下方向)に互いにずれるように配置されている。第1LED31b-1~64によって照射される光軸は、直線205上に位置するようになっている。直線205は、パターン光の照度が変化しない方向に延び、LEDアレイの光量が最も多い部分を通る直線である。 The first LED 31b positioned at the left end in FIG. 10 is referred to as the first LED 31b-1, followed by the first LED 31b-2, the first LED 31b-3, . . . The first LED 31b positioned at the right end in FIG. 10 is designated as the first LED 31b-64. The first LEDs 31b-1 to 31b-64 are arranged in a direction in which the illuminance of the pattern light does not change, and are arranged so as to be shifted from each other in a direction in which the illuminance of the pattern light changes (vertical direction in FIG. 10). The optical axes irradiated by the first LEDs 31b-1 to 31b-64 are positioned on the straight line 205. As shown in FIG. A straight line 205 extends in a direction in which the illuminance of the pattern light does not change and passes through a portion of the LED array where the amount of light is greatest.

第1LED31b-1~64は、その光出射面の中心が、パターン光の照度が変化する方向(図10の上下方向)の所定範囲内に位置するように配置されている。第1LED31b-1の光出射面の中心と、第1LED31b-64の光出射面の中心は、直線205と平行な直線206上に位置しており、これら第1LED31b-1、64の光出射面の中心は、所定範囲の一端に配置されている。第1LED31b-32の光出射面の中心と、第1LED31b-33の光出射面の中心は、直線205と平行な直線207上に位置しており、これら第1LED31b-32、33の光出射面の中心は、所定範囲の他端に配置されている。 The first LEDs 31b-1 to 64 are arranged so that the center of the light emitting surface thereof is positioned within a predetermined range in the direction in which the illuminance of the pattern light changes (vertical direction in FIG. 10). The center of the light exit surface of the first LED 31b-1 and the center of the light exit surface of the first LED 31b-64 are located on a straight line 206 parallel to the straight line 205. The center is arranged at one end of the predetermined range. The center of the light exit surface of the first LED 31b-32 and the center of the light exit surface of the first LED 31b-33 are located on a straight line 207 parallel to the straight line 205. The center is arranged at the other end of the predetermined range.

光軸が位置する直線205と、前記所定範囲の一端を通る直線206との離間寸法208は、光軸が位置する直線205と、前記所定範囲の他端を通る直線207との離間寸法209と等しく設定されている。寸法208と寸法209とを合わせた寸法210が前記所定範囲を表す寸法となる。光出射面の中心が前記所定範囲の一端に位置する一端発光ダイオードは、第1LED31b-1、64であり、また、光出射面の中心が前記所定範囲の他端に位置する他端発光ダイオードは、第1LED31b-32、33である。また、第1LED31b-2~31、34~63は、各々、光出射面の中心が前記所定範囲の中間に位置する中間発光ダイオードである。これら第1LED31b-2~63は、パターン光の照度が変化する方向に互いにずれるように配置されている。具体的には、第1LED31b-2~31、34~63は、前記所定範囲の一端近傍から他端近傍まで多段階にずれるように配置されている。 The distance 208 between the straight line 205 on which the optical axis is located and the straight line 206 passing through one end of the predetermined range is the distance 209 between the straight line 205 on which the optical axis is located and the straight line 207 passing through the other end of the predetermined range. set equal. A dimension 210 obtained by combining the dimension 208 and the dimension 209 is a dimension representing the predetermined range. The first LED 31b-1, 64 is the one end light emitting diode whose light emitting surface center is located at one end of the predetermined range, and the other end light emitting diode whose light emitting surface center is located at the other end of the predetermined range is , the first LEDs 31b-32, 33. Each of the first LEDs 31b-2 to 31b-34 to 31b-63 is an intermediate light-emitting diode whose light emitting surface is centered in the middle of the predetermined range. These first LEDs 31b-2 to 63 are arranged so as to be shifted from each other in the direction in which the illuminance of the pattern light changes. Specifically, the first LEDs 31b-2 to 31b-31 and 34 to 63 are arranged so as to shift in multiple stages from near one end of the predetermined range to near the other end.

第1LED31b-1~64を、その光出射面の中心が前記所定範囲内でずれるように配置したので、図9に示すように、第1LED31b-1~64が並ぶ方向から見たとき、第1LED31b-32、33が上に偏位し、第1LED31b-1、64が下に偏位するようになり、例えば第1LED31b-16等が上下方向中央付近に位置することになる。上述したように、各第1LED31bの光出射面の寸法はKであるが、第1LED31b-1~64を前記所定範囲内でずれるように配置することで、第1LED31b-1~64で構成される見かけ上の光出射面の寸法は、Kよりも長いK’となる。この寸法K’は、第1LCD31dに形成される波の半周期の寸法Jよりも長くなる。これにより、検査対象画像中に高周波のうねりが発生しにくくなる。 Since the first LEDs 31b-1 to 64 are arranged such that the centers of their light emitting surfaces are shifted within the predetermined range, as shown in FIG. -32 and 33 are shifted upward, and the first LEDs 31b-1 and 64 are shifted downward. As described above, the dimension of the light emitting surface of each of the first LEDs 31b is K, and the first LEDs 31b-1 to 64 are arranged so as to be shifted within the predetermined range. The apparent dimension of the light exit surface is K', which is longer than K. This dimension K' is longer than the dimension J of the half cycle of the wave formed on the first LCD 31d. As a result, high-frequency undulations are less likely to occur in the image to be inspected.

第1LCD31dに形成される波の半周期の寸法Jと、第1LED31b-1、64で構成される見かけ上の光出射面における波が連続する方向の寸法K’との比が、1:1.2から1:1.4の範囲内に設定されている。図11は、寸法Jと寸法K’の比と、画素うねりとの関係を示すグラフであり、図11における横軸は寸法Jと寸法K’の比であり、縦軸は画素うねりの程度を表しており、上へいくほど画素うねりが強くなる。このグラフに示すように、寸法Jと寸法K’の比が1以下になると、画素うねりが強くなる一方、1.2を超えると画素うねりが小さくなり、1.4までは低いレベルを保っている。したがって、上記比を1:1.2から1:1.4の範囲内に設定するのが好ましい。 The ratio between the dimension J of the half period of the wave formed on the first LCD 31d and the dimension K' in the direction in which the wave continues on the apparent light emitting surface composed of the first LEDs 31b-1 and 64 is 1:1. It is set within the range of 2 to 1:1.4. FIG. 11 is a graph showing the relationship between the ratio of dimension J to dimension K' and pixel waviness. The horizontal axis in FIG. The pixel undulation becomes stronger as it goes up. As shown in this graph, when the ratio of dimension J to dimension K' is 1 or less, the pixel undulation becomes stronger, while when it exceeds 1.2, the pixel undulation becomes smaller, and a low level is maintained up to 1.4. there is Therefore, it is preferable to set the above ratio within the range of 1:1.2 to 1:1.4.

図12は、第1LED31b-1~64の別の配置例を示す図である。この例では、第1LED31b-32、33の光出射面の中心が前記所定範囲の中心に位置し、第1LED31b-1、64の光出射面の中心が前記所定範囲の一端に位置し、第1LED31b-2、63の光出射面の中心が前記所定範囲の他端に位置している。第1LED31bの並び方向中央に近づくにつれて、光出射面の中心が前記所定範囲の中心に近づくように、各第1LED31bが配置されている。この例においても、図9に示すように、第1LED31b-1~64で構成される見かけ上の光出射面の寸法は、Kよりも長いK’となる。 FIG. 12 is a diagram showing another arrangement example of the first LEDs 31b-1 to 64. In FIG. In this example, the centers of the light emitting surfaces of the first LEDs 31b-32 and 33 are located at the center of the predetermined range, the centers of the light emitting surfaces of the first LEDs 31b-1 and 64 are located at one end of the predetermined range, and the first LED 31b The center of the light exit surface of -2 and 63 is positioned at the other end of the predetermined range. Each first LED 31b is arranged such that the center of the light exit surface approaches the center of the predetermined range as the center of the arrangement direction of the first LEDs 31b is approached. Also in this example, as shown in FIG. 9, the apparent dimension of the light exit surface formed by the first LEDs 31b-1 to 64 is K' longer than K. As shown in FIG.

図8に示すように、第1LED31bの光出射面と第1LCD31dとの間には、光出射面から出射された光を拡散させて第1LCD31dに入射させる拡散手段31gを設けることができる。これにより、第1LED31bの光出射面における寸法Kが、第1LCD31dに形成される波の半周期の寸法以下であっても、第1LCD31dへの光の入射形態が、光出射面の寸法が波の半周期の寸法よりも長い場合のような入射形態になるので、検査対象画像中に高周波のうねりが発生しにくくなる。拡散手段31gは、例えば、拡散板または拡散レンズとすることができる。拡散手段31gを設ける場合には拡散効果によって画素うねりが抑制されるので第1LED31b-1~64を上下方向にずらして配置しなくてもよいが、第1LED31b-1~64を上下方向にずらして配置してもよい。 As shown in FIG. 8, a diffusing unit 31g can be provided between the light emitting surface of the first LED 31b and the first LCD 31d to diffuse the light emitted from the light emitting surface and enter the first LCD 31d. As a result, even if the dimension K of the light exit surface of the first LED 31b is equal to or less than the dimension of the half cycle of the wave formed on the first LCD 31d, the light incident form on the first LCD 31d is such that the dimension of the light exit surface of the first LCD 31d is the same as that of the wave. Since the incident pattern is longer than the half-cycle dimension, high-frequency undulations are less likely to occur in the image to be inspected. The diffusing means 31g can be, for example, a diffusing plate or a diffusing lens. When the diffusing means 31g is provided, pixel waviness is suppressed by the diffusing effect. may be placed.

(LED駆動回路及びLCD駆動回路)
図13に示すように、第1投光部31には、第1LED31bを駆動する第1LED駆動回路(光源駆動回路)31eと、第1LCD31dを駆動する第1LCD駆動回路(液晶パネル駆動回路)31fとが設けられている。第1LED駆動回路31eは、第1LED31bに対する供給電流値を変更するための回路であり、投光制御部39によって制御される。よって、第1LED31bは、第1LED駆動回路31eを介して投光制御部39によって制御されることになる。第1LED駆動回路31eによる電流値制御は、DAC制御である。
(LED drive circuit and LCD drive circuit)
As shown in FIG. 13, the first light projection unit 31 includes a first LED drive circuit (light source drive circuit) 31e that drives the first LED 31b, and a first LCD drive circuit (liquid crystal panel drive circuit) 31f that drives the first LCD 31d. is provided. The first LED drive circuit 31 e is a circuit for changing the supply current value to the first LED 31 b and is controlled by the light projection control section 39 . Therefore, the first LED 31b is controlled by the light projection control section 39 via the first LED driving circuit 31e. Current value control by the first LED drive circuit 31e is DAC control.

第1LCD駆動回路31fは、第1LCD31dを構成する各セグメントSEG(図9に示す)に印加する電圧を変更することで各セグメントSEGの液晶組成物の配向を変化させるための回路である。この実施形態では、一例を図16に示すように、第1LCD31dを構成するセグメントSEGが64個あり、64個のセグメントSEGにそれぞれ個別に印加する電圧を変更することができるようになっており、セグメントSEG毎に、第1LED31bから出射された光を通過させる状態と通過させない状態とに切り替えることができる。第1LCD駆動回路31fは、第1LED駆動回路31eと共通の投光制御部39によって制御される。よって、第1LCD31dは、第1LCD駆動回路31fを介して投光制御部39によって制御されることになる。また、第1LED駆動回路31eと第1LCD駆動回路31fとは、共通の投光制御部39によって制御されるので、第1LED駆動回路31eと第1LCD駆動回路31fとを精密に動機させることができる。 The first LCD drive circuit 31f is a circuit for changing the orientation of the liquid crystal composition of each segment SEG by changing the voltage applied to each segment SEG (shown in FIG. 9) constituting the first LCD 31d. In this embodiment, as an example is shown in FIG. 16, there are 64 segments SEG constituting the first LCD 31d, and the voltage applied to each of the 64 segments SEG can be individually changed. It is possible to switch between a state in which the light emitted from the first LED 31b is allowed to pass and a state in which the light emitted from the first LED 31b is not allowed to pass for each segment SEG. The first LCD drive circuit 31f is controlled by a light projection control section 39 shared with the first LED drive circuit 31e. Therefore, the first LCD 31d is controlled by the light projection control section 39 via the first LCD drive circuit 31f. Further, since the first LED driving circuit 31e and the first LCD driving circuit 31f are controlled by the common light projection control section 39, the first LED driving circuit 31e and the first LCD driving circuit 31f can be driven precisely.

投光制御部39によって制御された第1LCD駆動回路31fが第1LCD31dを駆動することで、第1LED31bから出射された拡散光を受けて互いに異なるパターンを有する複数の第1測定用パターン光を順次生成して測定対象物Wに照射することができる。複数の第1測定用パターン光には、空間コード法で用いる空間コード(グレーコード)用のパターン光と、位相シフト法で用いる周期的な照度分布を有するパターン光とが含まれている。 The first LCD driving circuit 31f controlled by the light projection control unit 39 drives the first LCD 31d to receive diffused light emitted from the first LED 31b and sequentially generate a plurality of first measurement pattern lights having different patterns. Then, the object W to be measured can be irradiated with the light. The plurality of first measurement pattern lights include pattern light for a spatial code (gray code) used in the spatial code method and pattern light having a periodic illuminance distribution used in the phase shift method.

図16の上側には、空間コード用のパターン光を第1LCD31dによって生成する場合を示しており、図16の下側には、位相シフト法で用いる周期的な照度分布を有するパターン光を生成する場合を示している。この図16において黒く塗りつぶされている部分は第1LED31bから出射された拡散光を非通過にするセグメントSEGであり、白色の部分は第1LED31bから出射された拡散光を通過させるセグメントSEGである。また、図16では、第1LCD31dを構成している64個のセグメントSEGが同図の横方向に並ぶように配置された場合を示している。 The upper part of FIG. 16 shows the case where the pattern light for the spatial code is generated by the first LCD 31d, and the lower part of FIG. 16 shows the pattern light having a periodic illuminance distribution used in the phase shift method. indicates the case. In FIG. 16, the black portion is the segment SEG that does not pass the diffused light emitted from the first LED 31b, and the white portion is the segment SEG that allows the diffused light emitted from the first LED 31b to pass. Also, FIG. 16 shows a case where 64 segments SEG constituting the first LCD 31d are arranged in the horizontal direction of the figure.

図16の上側における空間コード用のパターン光の生成の場合は、白黒デューティ比50%で縞幅が全体の半分、4分の1、…と細かくなっていく縞パターンを生成する場合を示している。このように第1LCD31dを制御することで、空間コード用のパターン光を順次生成することができる。 In the case of the generation of the pattern light for the spatial code on the upper side of FIG. 16, a stripe pattern is generated in which the stripe width becomes finer to half, 1/4, . . . there is By controlling the first LCD 31d in this manner, it is possible to sequentially generate the pattern light for the spatial code.

また、図16の下側における位相シフト法用のパターン光の生成の場合は、正弦波縞模様パターンの位相をずらして複数生成する。この例の場合、LCD表示は2値制御にして矩形波のパターンを生成しているが、図9に示すように、第1LCD31dで生成された矩形波のパターンが光照射面上でぼけることによって正弦波状のパターンを得ることができるようになっている。より詳細には、液晶パネルに形成された矩形波上のパターンと、面積を持った発光ダイオードの発光パターンとが組み合わさることで、正弦波に近いパターンを得ることができる。仮にLEDではなく理想的な点光源または線光源だと正弦波パターンではなく、2値パターンが得られる。このため、正弦波パターンを得るためには、LED光源サイズとLCD開口サイズとのバランスが重要になる。またこの例では8つのパターン光を生成している。このように第1LCD31dを制御することで、位相シフト法用のパターン光を順次生成することができる。 In the case of generating pattern light for the phase shift method in the lower part of FIG. 16, a plurality of sinusoidal fringe patterns are generated with the phases shifted. In the case of this example, the LCD display is binary controlled to generate a rectangular wave pattern. However, as shown in FIG. A sinusoidal pattern can be obtained. More specifically, a pattern close to a sine wave can be obtained by combining the rectangular wave pattern formed on the liquid crystal panel and the light emitting pattern of the light emitting diodes having an area. If we had an ideal point or line light source instead of an LED, we would get a binary pattern instead of a sinusoidal pattern. Therefore, in order to obtain a sinusoidal pattern, the balance between the LED light source size and the LCD aperture size is important. Also, in this example, eight pattern lights are generated. By controlling the first LCD 31d in this manner, it is possible to sequentially generate pattern light for the phase shift method.

つまり、位相シフト法及び/又は空間コード法にしたがう複数のパターン光を順次生成するように、投光制御部39が第1LED31b及び第1LCD31dを制御する。複数のパターン光の内の一のパターン光の投影が完了すると、次のパターン光の投影を行い、この処理を繰り返すことによって全てのパターン光の投影を行う。第1LCD31dによるパターンの形成処理については後述する。 That is, the light projection control section 39 controls the first LED 31b and the first LCD 31d so as to sequentially generate a plurality of pattern lights according to the phase shift method and/or the spatial code method. When the projection of one pattern light among the plurality of pattern lights is completed, the next pattern light is projected. By repeating this process, all the pattern lights are projected. The pattern forming process by the first LCD 31d will be described later.

尚、空間コード用のパターン光の数、位相シフト法用のパターン光の数は、図示した数に限られるものではない。 The number of pattern lights for the spatial code and the number of pattern lights for the phase shift method are not limited to the numbers shown.

(第2投光部32の構成)
図1に示すように、第2投光部32の第2LED32bの光の出射範囲は、第2LED32bの直下から少なくとも照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aよりも第1辺部30A側(照明装置3の左側)に達するように設定されている。すなわち、第2投光部32の第2LED32bの光の出射範囲は、照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aを対称の中心として、第1投光部31の第1LED31bの光の出射範囲と左右対称となるように設定されている。第2LED32bの光の出射範囲を、図1において右下がりの斜線で示している。
(Configuration of the second light projecting section 32)
As shown in FIG. 1, the light emission range of the second LED 32b of the second light projecting portion 32 is at least on the first side portion 30A side of the central axis A of the opening portion 30a of the illumination housing 30 from directly below the second LED 32b (illumination left side of device 3). That is, the light emission range of the second LED 32b of the second light projecting section 32 is the light emission range of the first LED 31b of the first light projecting section 31 with the central axis A of the opening 30a of the illumination housing 30 as the center of symmetry. It is designed to be bilaterally symmetrical. The light emission range of the second LED 32b is indicated by diagonal lines sloping downward to the right in FIG.

図13に示すように、第2投光部32には、第2LED32bを駆動する第2LED駆動回路(光源駆動回路)32eと、第2LCD32dを駆動する第2LCD駆動回路(液晶パネル駆動回路)32fとが設けられており、これらは投光制御部39によって制御される。第2LCD32dは、第1LCD31dと同様に駆動されるので、第2LED32bから出射された拡散光を受けて互いに異なるパターンを有する複数の第2測定用パターン光を順次生成して測定対象物Wに照射することができる。複数の第2測定用パターン光には、空間コード用のパターン光と、位相シフト法用のパターン光とが含まれている。 As shown in FIG. 13, the second light projection unit 32 includes a second LED drive circuit (light source drive circuit) 32e that drives the second LED 32b, and a second LCD drive circuit (liquid crystal panel drive circuit) 32f that drives the second LCD 32d. are provided, and these are controlled by the light projection control section 39 . Since the second LCD 32d is driven in the same manner as the first LCD 31d, the second LCD 32d receives the diffused light emitted from the second LED 32b, sequentially generates a plurality of second measurement pattern lights having different patterns, and irradiates the object W to be measured. be able to. The plurality of second pattern lights for measurement include pattern light for the spatial code and pattern light for the phase shift method.

第1投光部31から出射されたパターン光と、第2投光部32から出射されたパターン光とが、照明ハウジング30の開口部30aの中心軸A上で交差するように、略同一の広がり角を持つように、第1投光部31と第2投光部32とが中心軸Aの周方向に互いに離れた状態で、照明ハウジング30に一体的に支持されている。「一体的に支持されている」とは、第1投光部31と第2投光部32との相対的な位置関係が設置時や使用時に変化しないように、第1投光部31と第2投光部32が照明ハウジング30に対して固定されているということである。したがって、運用時には、照明ハウジング30内における第1投光部31及び第2投光部32の相対位置は変化しないので、例えば図17に示すように、第1LED31bの中心部と、第2LED32bの中心部との離間距離をlとしておけば、運用時には、第1LED31bの中心部と、第2LED32bの中心部との離間距離はlに固定される。第1LED31bの中心部と、第2LED32bの中心部との離間距離は、照明ハウジング30内における第1投光部31及び第2投光部32の相対位置情報であり、予めコントローラ部4や撮像装置2に記憶させておくことができる。尚、運用時以外の時には、第1LED31bの中心部と、第2LED32bの中心部との離間距離を変更することができる。 The pattern light emitted from the first light projection part 31 and the pattern light emitted from the second light projection part 32 are substantially the same so that they intersect on the central axis A of the opening 30 a of the illumination housing 30 . The first light projecting part 31 and the second light projecting part 32 are integrally supported by the lighting housing 30 while being separated from each other in the circumferential direction of the central axis A so as to have a spread angle. “Integratedly supported” means that the first light projecting unit 31 and the second light projecting unit 32 are supported so that the relative positional relationship between the first light projecting unit 31 and the second light projecting unit 32 does not change during installation or use. That is, the second light projecting part 32 is fixed with respect to the lighting housing 30 . Therefore, during operation, since the relative positions of the first light projecting part 31 and the second light projecting part 32 in the illumination housing 30 do not change, for example, as shown in FIG. If l is set as the distance between the center of the first LED 31b and the center of the second LED 32b during operation, the distance between the center of the first LED 31b and the center of the second LED 32b is fixed to l. The distance between the central portion of the first LED 31b and the central portion of the second LED 32b is the relative position information of the first light projecting portion 31 and the second light projecting portion 32 in the lighting housing 30. 2 can be stored. It should be noted that the separation distance between the central portion of the first LED 31b and the central portion of the second LED 32b can be changed when not in operation.

また、照明ハウジング30内における第1投光部31及び第2投光部32の相対位置情報は、第1LED31bの中心部と、第2LED32bの中心部との直線距離であってもよいし、各LEDから照射された光をミラー等で折り返して測定対象物Wに照射する場合には、その光の経路長を考慮した距離とすることもできる。 Further, the relative positional information of the first light projecting portion 31 and the second light projecting portion 32 in the lighting housing 30 may be a straight line distance between the center of the first LED 31b and the center of the second LED 32b. When the light emitted from the LED is turned back by a mirror or the like to irradiate the object W to be measured, the distance can be set in consideration of the path length of the light.

第1LCD31dは照明装置3の左側に配置されているので、載置面100に載置された測定対象物Wに対して左側からパターン光を投影する。また、第2LCD32dは照明装置3の右側に配置されているので、載置面100に載置された測定対象物Wに対して右側からパターン光を投影する。第1LCD31d及び第2LCD32dは測定対象物Wに対してそれぞれ異なる方向からパターン光を投影する液晶パネルである。 Since the first LCD 31 d is arranged on the left side of the illumination device 3 , it projects pattern light from the left side onto the measurement object W placed on the placement surface 100 . Further, since the second LCD 32d is arranged on the right side of the lighting device 3, it projects pattern light onto the measurement object W placed on the placement surface 100 from the right side. The first LCD 31d and the second LCD 32d are liquid crystal panels that project pattern light onto the object W to be measured from different directions.

(第3投光部33と第4投光部34の構成)
第3投光部33及び第4投光部34は、第1投光部31と同様に構成されており、図13に示すように、第3投光部33は、第3LED(第3光源)33bと、第3LED33bに対応して配置された第3LCD(第3パターン光生成部)33dとを備え、第4投光部34は、第4LED(第4光源)34bと、第4LED34bに対応して配置された第4LCD(第4パターン光生成部)34dとを備えている。第3LED33bと、第4LED34bとが対をなしている。第3LED33bと、第4LED34bとは、互いの相対位置を補正可能に照明ハウジング30に取り付けられている。相対位置の補正の詳細については後述する。
(Configuration of the third light projecting section 33 and the fourth light projecting section 34)
The third light projecting section 33 and the fourth light projecting section 34 are configured in the same manner as the first light projecting section 31. As shown in FIG. ) 33b, and a third LCD (third pattern light generator) 33d arranged corresponding to the third LED 33b. and a fourth LCD (fourth pattern light generating section) 34d arranged in a line. The third LED 33b and the fourth LED 34b are paired. The third LED 33b and the fourth LED 34b are attached to the lighting housing 30 so that their relative positions can be corrected. Details of relative position correction will be described later.

第3LCD33dと第4LCD34dの表示面は、照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aと直交する平面(図6に符号200で示す面)と同一平面に位置している。 The display surfaces of the third LCD 33d and the fourth LCD 34d are positioned on the same plane as the plane perpendicular to the central axis A of the opening 30a of the illumination housing 30 (the plane denoted by reference numeral 200 in FIG. 6).

第3投光部33の第3LED33bの光の出射範囲と、第4投光部34の第4LED34bの光の出射範囲とは、第1投光部31の第1LED31bの光の出射範囲と、第2投光部32の第2LED32bの光の出射範囲との関係と同じになるように設定されている。具体的には、第3投光部33の第3LED33bの光の出射範囲は、第3LED33bの直下から少なくとも照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aよりも第4辺部30D側に達するように設定されている。第4投光部34の第4LED34bの光の出射範囲は、第4LED34bの直下から少なくとも照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aよりも第3辺部30C側に達するように設定されている。したがって、照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aを対称の中心としたとき、上下対称となるように、第3投光部33の第3LED33bの光の出射範囲と、第4投光部34の第4LED34bの光の出射範囲とが設定されている。 The light emission range of the third LED 33b of the third light projecting section 33 and the light emission range of the fourth LED 34b of the fourth light projecting section 34 are defined by the light emission range of the first LED 31b of the first light projecting section 31 and the light emission range of the fourth LED 34b. It is set to be the same as the relationship with the light emission range of the second LED 32 b of the second light projecting section 32 . Specifically, the light emission range of the third LED 33b of the third light projecting portion 33 is set so as to reach at least the fourth side portion 30D side of the central axis A of the opening 30a of the lighting housing 30 from directly below the third LED 33b. is set. The light emission range of the fourth LED 34b of the fourth light projecting portion 34 is set to reach at least the third side portion 30C side of the central axis A of the opening 30a of the lighting housing 30 from directly below the fourth LED 34b. Therefore, when the central axis A of the opening 30a of the illumination housing 30 is taken as the center of symmetry, the light emission range of the third LED 33b of the third light projecting part 33 and the light emission range of the fourth light projecting part 34 are vertically symmetrical. and the light emission range of the fourth LED 34b are set.

図13に示すように、第3投光部33には、第3LED33bを駆動する第3LED駆動回路(光源駆動回路)33eと、第3LCD33dを駆動する第3LCD駆動回路(液晶パネル駆動回路)33fとが設けられており、これらは投光制御部39によって制御される。第3LCD33dは、第1LCD31dと同様に駆動されるので、第3LED33bから出射された拡散光を受けて互いに異なるパターンを有する複数の第3測定用パターン光を順次生成して測定対象物Wに照射することができる。複数の第3測定用パターン光には、空間コード用のパターン光と、位相シフト法用のパターン光とが含まれている。 As shown in FIG. 13, the third light projection unit 33 includes a third LED drive circuit (light source drive circuit) 33e that drives the third LED 33b, and a third LCD drive circuit (liquid crystal panel drive circuit) 33f that drives the third LCD 33d. are provided, and these are controlled by the light projection control section 39 . Since the third LCD 33d is driven in the same manner as the first LCD 31d, the third LCD 33d receives the diffused light emitted from the third LED 33b, sequentially generates a plurality of third measurement pattern lights having mutually different patterns, and irradiates the object W to be measured. be able to. The plurality of third measurement pattern lights include pattern light for spatial code and pattern light for phase shift method.

また、第4投光部34には、第4LED34bを駆動する第4LED駆動回路(光源駆動回路)34eと、第4LCD34dを駆動する第4LCD駆動回路(液晶パネル駆動回路)34fとが設けられており、これらは投光制御部39によって制御される。第4LCD34dは、第1LCD31dと同様に駆動されるので、第4LED34bから出射された拡散光を受けて互いに異なるパターンを有する複数の第4測定用パターン光を順次生成して測定対象物Wに照射することができる。複数の第4測定用パターン光には、空間コード用のパターン光と、位相シフト法用のパターン光とが含まれている。 The fourth light projecting section 34 is provided with a fourth LED driving circuit (light source driving circuit) 34e for driving the fourth LED 34b and a fourth LCD driving circuit (liquid crystal panel driving circuit) 34f for driving the fourth LCD 34d. , are controlled by the projection control unit 39 . Since the fourth LCD 34d is driven in the same manner as the first LCD 31d, the fourth LCD 34d receives diffused light emitted from the fourth LED 34b, sequentially generates a plurality of fourth measurement pattern lights having different patterns, and irradiates the object W to be measured. be able to. The plurality of fourth measurement pattern lights includes pattern light for spatial code and pattern light for phase shift method.

第3投光部33から出射されたパターン光と、第4投光部34から出射されたパターン光とが、照明ハウジング30の開口部30aの中心軸A上で交差するように、略同一の広がり角を持つように、第3投光部33と第4投光部34とが中心軸Aの周方向に互いに離れた状態で、照明ハウジング30に一体的に支持されている。したがって、照明ハウジング30内における第3投光部33及び第4投光部34の相対位置は変化しないので、第3LED33bの中心部と、第4LED34bの中心部との離間距離を予め所定の値に設定しておけば、運用時に、第3LED33bの中心部と、第4LED34bの中心部との離間距離は所定の値に固定される。第3LED33bの中心部と、第4LED34bの中心部との離間距離は、照明ハウジング30内における第3投光部33及び第4投光部34の相対位置情報であり、予めコントローラ部4や撮像装置2に記憶させておくことができる。 The pattern light emitted from the third light projecting part 33 and the pattern light emitted from the fourth light projecting part 34 are substantially the same so that they intersect on the central axis A of the opening 30 a of the illumination housing 30 . The third light projecting portion 33 and the fourth light projecting portion 34 are integrally supported by the lighting housing 30 while being separated from each other in the circumferential direction of the central axis A so as to have a spread angle. Therefore, since the relative positions of the third light projecting portion 33 and the fourth light projecting portion 34 in the lighting housing 30 do not change, the distance between the center of the third LED 33b and the center of the fourth LED 34b is set to a predetermined value in advance. If set, the separation distance between the center of the third LED 33b and the center of the fourth LED 34b is fixed at a predetermined value during operation. The distance between the central portion of the third LED 33b and the central portion of the fourth LED 34b is the relative position information of the third light projecting portion 33 and the fourth light projecting portion 34 in the lighting housing 30. 2 can be stored.

第3LCD33dは照明装置3の上側に配置されているので、載置面100に載置された測定対象物Wに対してその方向からパターン光を投影する。また、第4LCD34dは照明装置3の下側に配置されているので、載置面100に載置された測定対象物Wに対してその方向からパターン光を投影する。第3LCD33d及び第4LCD34dは測定対象物Wに対してそれぞれ異なる方向からパターン光を投影する液晶パネルである。 Since the third LCD 33d is arranged above the illumination device 3, it projects pattern light onto the measurement object W placed on the placement surface 100 from that direction. Further, since the fourth LCD 34d is arranged below the illumination device 3, it projects pattern light onto the measurement object W placed on the placement surface 100 from that direction. The third LCD 33d and the fourth LCD 34d are liquid crystal panels that project pattern light onto the object W to be measured from different directions.

尚、図5に示す第5~第8投光部35~38も第1~第4投光部31~34と同様に構成されている。 The fifth to eighth light projecting sections 35 to 38 shown in FIG. 5 are constructed similarly to the first to fourth light projecting sections 31 to 34. As shown in FIG.

(投光制御部39による制御)
図13に示すように、この実施形態では、第1LED駆動回路31e、第2LED駆動回路32e、第3LED駆動回路33e、第4LED駆動回路34e、第1LCD駆動回路31f、第2LCD駆動回路32f、第3LCD駆動回路33f及び第4LCD駆動回路34fが共通の投光制御部39によって制御されるので、これら駆動回路を精密に同期させることができる。同様に、第5~第8投光部35~38もLED駆動回路とLCD駆動回路とを有しており、精密に同期させることができる。
(Control by light projection control unit 39)
As shown in FIG. 13, in this embodiment, a first LED driving circuit 31e, a second LED driving circuit 32e, a third LED driving circuit 33e, a fourth LED driving circuit 34e, a first LCD driving circuit 31f, a second LCD driving circuit 32f, and a third LCD Since the drive circuit 33f and the fourth LCD drive circuit 34f are controlled by the common light projection control section 39, these drive circuits can be precisely synchronized. Similarly, the fifth to eighth light projection units 35 to 38 also have LED drive circuits and LCD drive circuits, which can be precisely synchronized.

投光制御部39は、第1LCD31d、第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34dの内の任意の一の液晶パネルから複数のパターン光の内の一のパターン光の投影が完了するまでに、少なくとも次にパターン光を投影する他の液晶パネル上に、次に投影すべきパターンの形成処理を完了させ、前記一の液晶パネルによるパターン光の投影が完了した後に、前記他の液晶パネルに前記次のパターン光を投影する処理を繰り返し実行するように、第1LCD31d、第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34dを制御する。 The light projection control unit 39 performs at least the following operations until projection of one of the plurality of pattern lights is completed from any one of the first LCD 31d, the second LCD 32d, the third LCD 33d, and the fourth LCD 34d. A pattern to be projected next is completed on another liquid crystal panel that projects pattern light, and after the projection of the pattern light by the one liquid crystal panel is completed, the next pattern is projected onto the other liquid crystal panel. The first LCD 31d, the second LCD 32d, the third LCD 33d, and the fourth LCD 34d are controlled so as to repeat the process of projecting light.

具体的には、照明装置3の投光制御部39には、コントローラ部4から、パターン光の投影を開始するトリガ信号と、パターン光の投影中に撮像装置2との同期を取るための再同期トリガ信号とが入力されるようになっている。トリガ信号は、PLC101から入力するようにしてもよい。例えば、PLC101に接続された光電センサ等による検出結果に基づいてトリガ信号を投光制御部39に入力することができる。トリガ信号を生成する装置は、PLC101でなくてもよく、光電センサ等であってもよい。この場合、光電センサ等を投光制御部39に直接接続するか、コントローラ部4を介して接続することができる。 Specifically, the light projection control unit 39 of the illumination device 3 receives from the controller unit 4 a trigger signal for starting projection of the pattern light and a replay signal for synchronizing with the imaging device 2 during projection of the pattern light. A synchronous trigger signal is input. A trigger signal may be input from the PLC 101 . For example, a trigger signal can be input to the light projection control unit 39 based on the detection result of a photoelectric sensor or the like connected to the PLC 101 . The device that generates the trigger signal may not be the PLC 101, but may be a photoelectric sensor or the like. In this case, a photoelectric sensor or the like can be directly connected to the light projection control section 39 or connected via the controller section 4 .

トリガ信号が入力されると、投光制御部39は、第1LCD31d上に現在形成されているパターンを、当該現在の表示形態とは異なるパターンに切り替えるように、第1LCD駆動回路31fを介して第1LCD31dを制御する。ここで、第1LCD31d上のパターンを切り替えるためには、第1LCD31dを構成している各セグメントの液晶組成物に対する印加電圧を第1LED駆動回路31eが周知の手法によって変化させる。液晶組成物に対する印加電圧を変化させてから当該液晶組成物がその配向を変えるまでの時間は、後述する撮像装置2による撮像間隔よりも長い。つまり、第1LCD31d上に現在形成されているパターンを異なるパターンに切り替えるには、撮像装置2による撮像間隔よりも長い所定のパターン切り替え時間が必要になり、あるパターンから別のパターンに切り替える時間が必要になる。第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34dも同様に、パターンを順に切り替えるための時間が必要になる。 When the trigger signal is input, the light projection control unit 39 switches the pattern currently formed on the first LCD 31d to a pattern different from the current display mode via the first LCD driving circuit 31f. 1 LCD 31d is controlled. Here, in order to switch the pattern on the first LCD 31d, the first LED driving circuit 31e changes the voltage applied to the liquid crystal composition of each segment constituting the first LCD 31d by a well-known technique. The time from when the voltage applied to the liquid crystal composition is changed until the orientation of the liquid crystal composition is changed is longer than the imaging interval of the imaging device 2, which will be described later. In other words, in order to switch the pattern currently formed on the first LCD 31d to a different pattern, a predetermined pattern switching time that is longer than the imaging interval of the imaging device 2 is required, and thus switching from one pattern to another pattern is required. become. Similarly, the second LCD 32d, the third LCD 33d and the fourth LCD 34d also require time for sequentially switching patterns.

第1LCD31d上にあるパターンが完全に形成されている間に、そのパターンの形成と同期して第1LED31bから光を出射し、第2LED32b、第3LED33b及び第4LED34bからは光を出射させないように制御する。これにより、第1LCD31d上に形成されているパターンのみがパターン光として測定対象物Wに投影されるので、第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34d上に形成されているパターンは、測定対象物Wへ投影されることはない。 While the pattern on the first LCD 31d is completely formed, control is performed so that light is emitted from the first LED 31b in synchronization with the formation of the pattern, and light is not emitted from the second LED 32b, the third LED 33b and the fourth LED 34b. . As a result, only the pattern formed on the first LCD 31d is projected onto the measurement object W as pattern light. will not be

第1LCD31d上にパターンが形成されている時間は、第2LCD32d上にパターンを形成するためのパターン切り替え時間の一部である。第2LCD32d上にパターンを形成するため時間は、第1LCD31d上にパターンが形成されている時間よりも長くなっており、具体的には、第1LCD31d上にパターンの形成が完了するよりも前から始まっている。 The time during which the pattern is formed on the first LCD 31d is part of the pattern switching time for forming the pattern on the second LCD 32d. The time for forming the pattern on the second LCD 32d is longer than the time for forming the pattern on the first LCD 31d. ing.

測定対象物Wに投影されているパターンのパターン光の撮像が完了すると、第2LCD32d上にパターンが完全に形成されている間に、パターンの形成と同期して第2LED32bから光を出射し、第1LED31b、第3LED33b及び第4LED34bからは光を出射させないように制御する。これにより、第2LCD32d上に形成されているパターンのみがパターン光として測定対象物Wに投影される。 When the image of the pattern light of the pattern projected onto the object W to be measured is completed, while the pattern is completely formed on the second LCD 32d, light is emitted from the second LED 32b in synchronization with the formation of the pattern. 1 LED 31b, third LED 33b and fourth LED 34b are controlled so as not to emit light. As a result, only the pattern formed on the second LCD 32d is projected onto the measurement object W as pattern light.

第2LCD32d上にパターンが形成されている時間は、第3LCD33d上にパターンを形成するための切り替え時間の一部である。第3LCD33d上にパターンを形成するため時間は、第2LCD32d上にパターンが形成されている時間よりも長くなっており、具体的には、第1LCD31d上にパターンの形成が完了するよりも前から始まっている。 The time during which the pattern is formed on the second LCD 32d is part of the switching time for forming the pattern on the third LCD 33d. The time to form the pattern on the third LCD 33d is longer than the time to form the pattern on the second LCD 32d. ing.

測定対象物Wに投影されているパターンのパターン光の撮像が完了すると、第3LCD33d上にパターンが完全に形成されている間に、パターンの形成と同期して第3LED33bから光を出射し、第1LED31b、第2LED32b及び第4LED34bからは光を出射させないように制御する。これにより、第3LCD33d上に形成されているパターンのみがパターン光として測定対象物Wに投影される。 When the image of the pattern light of the pattern projected onto the object W to be measured is completed, while the pattern is completely formed on the third LCD 33d, light is emitted from the third LED 33b in synchronization with the formation of the pattern. 1 LED 31b, second LED 32b and fourth LED 34b are controlled so as not to emit light. As a result, only the pattern formed on the third LCD 33d is projected onto the measuring object W as pattern light.

第3LCD33d上にパターンが形成されている時間は、第4LCD34d上にパターンを形成するための切り替え時間の一部である。第4LCD34d上にパターンを形成するため時間は、第3LCD33d上にパターンが形成されている時間よりも長くなっており、具体的には、第1LCD31d上にパターンの形成が完了するよりも前から始まっている。 The time during which the pattern is formed on the third LCD 33d is part of the switching time for forming the pattern on the fourth LCD 34d. The time to form the pattern on the fourth LCD 34d is longer than the time to form the pattern on the third LCD 33d. ing.

測定対象物Wに投影されているパターンのパターン光の撮像が完了すると、第4LCD34d上にパターンが完全に形成されている間に、パターンの形成と同期して第4LED34bから光を出射し、第1LED31b、第2LED32b及び第3LED33bからは光を出射させないように制御する。これにより、第4LCD34d上に形成されているパターンのみがパターン光として測定対象物Wに投影される。このパターンが形成されている時間の一部は、第1LCD31d上に次のパターンを形成するための切り替え時間の一部である。 When the image of the pattern light of the pattern projected onto the object W to be measured is completed, while the pattern is completely formed on the fourth LCD 34d, light is emitted from the fourth LED 34b in synchronization with the formation of the pattern. 1 LED 31b, second LED 32b and third LED 33b are controlled so as not to emit light. As a result, only the pattern formed on the fourth LCD 34d is projected onto the measuring object W as pattern light. Part of the time during which this pattern is formed is part of the switching time for forming the next pattern on the first LCD 31d.

つまり、この実施形態では、第1LCD31d、第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34dの内、一の液晶パネルによる複数のパターン光の投影を順次連続して行うのではなく、一の液晶パネルによる1番目のパターン光の投影が完了すると、別の液晶パネルによる1番目のパターン光の投影を行い、その別の液晶パネルによる1番目のパターン光の投影が完了すると、更に別の液晶パネルによる1番目のパターン光の投影を行い、そのようにして1番目のパターン光の投影が全ての液晶パネルで完了すると、前記一の液晶パネルによる2番目のパターン光の投影を行い、前記一の液晶パネルによる2番目のパターン光の投影が完了すると、前記別の液晶パネルによる2番目のパターン光の投影を行い、その別の液晶パネルによる2番目のパターン光の投影が完了すると、更に別の液晶パネルによる2番目のパターン光の投影を行うように、第1LCD31d、第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34dを制御する。したがって、パターン光の投影を行っていない液晶パネルでは、次に投影するパターンの形成準備を行うことができるので、液晶パネルの応答速度の遅さをカバーすることができる。 That is, in this embodiment, one of the first LCD 31d, the second LCD 32d, the third LCD 33d, and the fourth LCD 34d does not successively project a plurality of pattern lights by one liquid crystal panel. When the projection of the pattern light is completed, the first pattern light is projected by another liquid crystal panel, and when the projection of the first pattern light by the another liquid crystal panel is completed, the first pattern is projected by another liquid crystal panel. When the light is projected and the projection of the first pattern light is completed in all the liquid crystal panels, the second pattern light is projected by the one liquid crystal panel, and the second pattern light is projected by the one liquid crystal panel. When the projection of the second pattern light is completed, the second pattern light is projected by another liquid crystal panel, and when the projection of the second pattern light by the another liquid crystal panel is completed, the second pattern light is projected by another liquid crystal panel. The first LCD 31d, the second LCD 32d, the third LCD 33d, and the fourth LCD 34d are controlled so as to project the pattern light. Therefore, the liquid crystal panel on which pattern light is not projected can be prepared for forming a pattern to be projected next, so that the slow response speed of the liquid crystal panel can be compensated for.

前記した例では、第1LCD31d、第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34dの全てでパターン光を投影する場合について説明したが、これに限らず、第1LCD31d及び第2LCD32dのみでパターン光を投影すること、第3LCD33d及び第4LCD34dのみでパターン光を投影することもできる。第1LCD31d及び第2LCD32dのみでパターン光を投影する場合には、パターン光の投影を交互に行えばよく、例えば、第1LCD31dで1番目のパターン光の投影を行っている間に、第2LCD32d上に1番目のパターンの形成処理を行い、その後、第2LCD32dで1番目のパターン光の投影を行っている間に、第1LCD31d上に2番目のパターンの形成処理を行い、これを繰り返す。第3LCD33d及び第4LCD34dのみでパターン光を投影する場合も同様である。 In the above example, the case where the pattern light is projected by all of the first LCD 31d, the second LCD 32d, the third LCD 33d, and the fourth LCD 34d has been described. The pattern light can also be projected only by the 3LCD 33d and the 4th LCD 34d. When the pattern light is projected only by the first LCD 31d and the second LCD 32d, the pattern light may be projected alternately. For example, while the first pattern light is being projected by the first LCD 31d, A first pattern formation process is performed, and then a second pattern formation process is performed on the first LCD 31d while the first pattern light is being projected on the second LCD 32d, and this is repeated. The same is true when pattern light is projected only by the third LCD 33d and the fourth LCD 34d.

投光制御部39には、トリガ信号及び再同期トリガ信号以外にも、コントローラ部4からパターン光の形成情報も送信され、送信されたパターン光の形成情報は、一旦、投光制御部39に記憶されて、このパターン光の形成情報に基づいて、第1LED31b、第2LED32b、第3LED33b及び第4LED34bと、第1LCD31d、第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34dとを制御する。 In addition to the trigger signal and the resynchronization trigger signal, pattern light formation information is also transmitted from the controller 4 to the light projection control section 39 , and the transmitted pattern light formation information is temporarily sent to the light projection control section 39 . The first LED 31b, the second LED 32b, the third LED 33b and the fourth LED 34b, and the first LCD 31d, the second LCD 32d, the third LCD 33d and the fourth LCD 34d are controlled based on the stored pattern light formation information.

パターン光の形成情報には、例えば、照射モード、空間コード用のパターン光の照射の有無、空間コード用のパターン光の具体的なパターン及び数、位相シフト法用のパターン光の照射の有無、位相シフト法用のパターン光の具体的なパターン及び数、パターン光の照射順等が含まれている。照射モードには、第1LCD31d及び第2LCD32dのみでパターン光を照射して測定対象物Wに投影する第1照射モードと、第1LCD31d、第2LCD32d、第3LCD33d及び第4LCD34dの全てでパターン光を投影する第2照射モードと、第3LCD33d及び第4LCD34dのみでパターン光を照射して測定対象物Wに投影する第3照射モードとが含まれている。 The pattern light formation information includes, for example, the irradiation mode, the presence or absence of irradiation of the pattern light for the spatial code, the specific pattern and number of the pattern light for the spatial code, the presence or absence of the irradiation of the pattern light for the phase shift method, The specific pattern and number of pattern lights for the phase shift method, the irradiation order of the pattern lights, and the like are included. The irradiation modes include a first irradiation mode in which only the first LCD 31d and the second LCD 32d irradiate the pattern light and project it onto the measurement object W, and a first irradiation mode in which the pattern light is projected on the measurement object W, and all of the first LCD 31d, the second LCD 32d, the third LCD 33d, and the fourth LCD 34d project the pattern light. A second irradiation mode and a third irradiation mode in which pattern light is irradiated only by the third LCD 33d and the fourth LCD 34d and projected onto the measurement object W are included.

(撮像装置2の構成)
図1等に示すように、撮像装置2は、照明装置3とは別体に設けられている。図1に示すように撮像装置2とコントローラ部4とは接続線2aによって接続されているが、撮像装置2とコントローラ部4とは無線接続するようにしてもよい。
(Configuration of imaging device 2)
As shown in FIG. 1 and the like, the imaging device 2 is provided separately from the illumination device 3 . As shown in FIG. 1, the imaging device 2 and the controller section 4 are connected by a connection line 2a, but the imaging device 2 and the controller section 4 may be wirelessly connected.

撮像装置2は、画像処理装置1の一部を構成するものであることから、撮像部ということもできる。撮像装置2が照明装置3とは別体に設けられているので、撮像装置2と照明装置3とを別々に設置することができる。よって、撮像装置2の設置場所と照明装置3の設置場所とを変えること、撮像装置2の設置場所と照明装置3の設置場所とを離すことができる。これにより、撮像装置2及び照明装置3の設置時の自由度を大きく向上させ、あらゆる生産現場等へ画像処理装置1を導入することが可能になる。 Since the imaging device 2 constitutes a part of the image processing device 1, it can also be called an imaging unit. Since the imaging device 2 is provided separately from the lighting device 3, the imaging device 2 and the lighting device 3 can be installed separately. Therefore, the installation location of the imaging device 2 and the installation location of the lighting device 3 can be changed, and the installation location of the imaging device 2 and the installation location of the lighting device 3 can be separated. As a result, the degree of freedom in installing the imaging device 2 and the lighting device 3 can be greatly improved, and the image processing device 1 can be introduced to any production site or the like.

尚、撮像装置2の設置場所と照明装置3の設置場所と同じにすることができる現場であれば、撮像装置2と照明装置3とを同じ部材に取り付けることもでき、設置状態は使用者が現場に応じて任意に変更することができる。また、撮像装置2と照明装置3とを同じ部材に取り付けて一体化して使用することもできる。 In addition, if the installation location of the imaging device 2 and the installation location of the lighting device 3 can be the same at the site, the imaging device 2 and the lighting device 3 can be attached to the same member, and the installation state can be determined by the user. It can be arbitrarily changed according to the site. Also, the imaging device 2 and the lighting device 3 can be attached to the same member and used as an integrated unit.

撮像装置2は、照明装置3の照明ハウジング30の上方、即ちパターン光の出射方向とは反対側において、照明ハウジング30の開口部30aを覗くように配置されている。したがって、撮像装置2は、照明装置3の照明ハウジング30の開口部30aを介して、測定対象物Wから反射した第1測定用パターン光を受光して複数の第1パターン画像を生成するとともに、測定対象物Wから反射した第2測定用パターン光を受光して複数の第2パターン画像を生成することができる。また、照明装置3が第3投光部33及び第4投光部34を有している場合には、撮像装置2は、照明装置3の照明ハウジング30の開口部30aを介して、測定対象物Wから反射した第3測定用パターン光を受光して複数の第3パターン画像を生成するとともに、測定対象物Wから反射した第4測定用パターン光を受光して複数の第4パターン画像を生成することができる。同様に、第5~第8投光部35~38を有している場合には、第5~第8パターン画像を生成することもできる。 The imaging device 2 is arranged above the lighting housing 30 of the lighting device 3, that is, on the side opposite to the direction in which the pattern light is emitted, so as to look into the opening 30a of the lighting housing 30. As shown in FIG. Therefore, the imaging device 2 receives the first measurement pattern light reflected from the measurement object W through the opening 30a of the illumination housing 30 of the illumination device 3 to generate a plurality of first pattern images, A plurality of second pattern images can be generated by receiving the second measurement pattern light reflected from the measurement object W. FIG. Further, when the lighting device 3 has the third light projecting section 33 and the fourth light projecting section 34 , the image capturing device 2 projects the measurement target through the opening 30 a of the lighting housing 30 of the lighting device 3 . A plurality of third pattern images are generated by receiving the third pattern light for measurement reflected from the object W, and a plurality of fourth pattern images are generated by receiving the fourth pattern light for measurement reflected from the object W to be measured. can be generated. Similarly, when the fifth to eighth light projection units 35 to 38 are provided, the fifth to eighth pattern images can be generated.

図3に示すように、撮像装置2は、光学系を構成するレンズ21と、レンズ21から入射した光を受光する受光素子からなる撮像素子22とを備えており、レンズ21及び撮像素子22によって、いわゆるカメラが構成されている。レンズ21は、測定対象物W上の少なくとも高さ測定エリアまたは検査対象エリアを撮像素子22に結像させるための部材である。レンズ21の光軸と、照明装置3の照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aとを一致させてもよいが、一致させなくてもよい。また、撮像装置2と照明装置3との中心軸A方向の距離は、撮像装置2による撮像を照明装置3が妨げない範囲で任意に設定することができ、設置の自由度が高く設計されている。 As shown in FIG. 3, the imaging device 2 includes a lens 21 that forms an optical system, and an imaging device 22 that is a light-receiving device that receives light incident from the lens 21 . , a so-called camera is configured. The lens 21 is a member for forming an image of at least a height measurement area or an inspection target area on the measurement object W on the imaging device 22 . The optical axis of the lens 21 may be aligned with the central axis A of the opening 30a of the illumination housing 30 of the lighting device 3, but they do not have to be aligned. In addition, the distance between the imaging device 2 and the lighting device 3 in the direction of the central axis A can be set arbitrarily within a range in which the lighting device 3 does not interfere with the imaging by the imaging device 2, and is designed with a high degree of freedom in installation. there is

また、撮像素子22としては、CCDやCMOSセンサ等を利用することができる。撮像素子22は、測定対象物Wからの反射光を受光して画像を取得し、取得した画像データをデータ処理部24に出力する。この例では撮像素子22として高解像度のCMOSセンサを利用している。尚、カラーで撮像可能な撮像素子を利用することもできる。撮像素子22は、パターン投影画像以外に、通常の輝度画像を撮像することもできる。通常の輝度画像を撮像する場合には、前記照明装置3の全てのLED31b、32b、33b、34bを点灯させるとともに、パターン光を形成しないように全てのLCD31d、32d、33d、34dを制御すればよい。図5及び図6に示すような観察用照明50がある場合にはそれを利用して通常の輝度画像を撮像装置2で撮像することもできる。 Also, as the imaging element 22, a CCD, a CMOS sensor, or the like can be used. The imaging device 22 receives the reflected light from the object W to be measured, acquires an image, and outputs the acquired image data to the data processing unit 24 . In this example, a high resolution CMOS sensor is used as the imaging device 22 . It is also possible to use an imaging device capable of capturing images in color. The imaging device 22 can also capture a normal luminance image in addition to the pattern projection image. When capturing a normal luminance image, all the LEDs 31b, 32b, 33b, and 34b of the illumination device 3 are turned on, and all the LCDs 31d, 32d, 33d, and 34d are controlled so as not to form pattern light. good. If there is an observation illumination 50 as shown in FIGS. 5 and 6, it is also possible to take a normal luminance image with the imaging device 2 using it.

撮像装置2は、前記カメラの他、露光制御部23と、データ処理部24と、位相計算部26と、画像処理部27と、画像記憶部28と、出力制御部29とを更に備えている。データ処理部24、位相計算部26、画像処理部27及び画像記憶部28は、撮像装置2に内蔵されている共通のバスライン25に接続されていて相互にデータの送受信が可能になっている。露光制御部23、データ処理部24、位相計算部26、画像処理部27、画像記憶部28及び出力制御部29は、ハードウェアで構成することもできるし、ソフトウェアで構成することもできる。 The imaging device 2 further includes an exposure control unit 23, a data processing unit 24, a phase calculation unit 26, an image processing unit 27, an image storage unit 28, and an output control unit 29, in addition to the camera. . The data processing unit 24, the phase calculation unit 26, the image processing unit 27, and the image storage unit 28 are connected to a common bus line 25 built in the imaging device 2, and are capable of transmitting and receiving data to each other. . The exposure control section 23, the data processing section 24, the phase calculation section 26, the image processing section 27, the image storage section 28 and the output control section 29 can be configured by hardware or by software.

(露光制御部23の構成)
露光制御部23には、コントローラ部4から、撮像を開始するトリガ信号と、撮像中に照明装置3との同期を取るための再同期トリガ信号とが入力されるようになっている。露光制御部23に入力されるトリガ信号及び再同期トリガ信号は、照明装置3に入力されるトリガ信号及び再同期トリガ信号と同じタイミングとなるように、入力タイミングが設定されている。
(Configuration of Exposure Control Unit 23)
A trigger signal for starting imaging and a resynchronization trigger signal for synchronizing with the illumination device 3 during imaging are input to the exposure control section 23 from the controller section 4 . Input timings of the trigger signal and the resynchronization trigger signal input to the exposure control unit 23 are set so as to be the same timings as the trigger signal and the resynchronization trigger signal input to the illumination device 3 .

露光制御部23は、撮像素子22を直接制御する部分であり、露光制御部23に入力されたトリガ信号及び再同期トリガ信号によって撮像素子22の撮像タイミング及び露光時間を制御する。露光制御部23には、コントローラ部4から撮像条件に関する情報が入力されて記憶されるようになっている。撮像条件に関する情報には、例えば、撮像回数、撮像間隔(撮像後、次の撮像を行うまでの時間)、撮像時の露光時間(シャッタースピード)等が含まれている。 The exposure control unit 23 is a part that directly controls the imaging device 22, and controls the imaging timing and exposure time of the imaging device 22 by the trigger signal and the resynchronization trigger signal input to the exposure control unit 23. The exposure control unit 23 is configured to receive and store information about imaging conditions from the controller unit 4 . The information about the imaging conditions includes, for example, the number of imaging times, the imaging interval (the time after imaging until the next imaging), the exposure time (shutter speed) at the time of imaging, and the like.

コントローラ部4から送出されるトリガ信号の入力によって露光制御部23が撮像素子22に撮像を開始させる。この実施形態では、1回のトリガ信号の入力によって複数のパターン画像を生成する必要があることから、撮像中に再同期トリガ信号がコントローラ部4から入力され、この再同期トリガ信号の入力によって照明装置3との同期を取ることができるようになっている。 The exposure control section 23 causes the imaging device 22 to start imaging in response to the input of the trigger signal sent from the controller section 4 . In this embodiment, since it is necessary to generate a plurality of pattern images by inputting a single trigger signal, a resynchronization trigger signal is input from the controller unit 4 during imaging. Synchronization with the device 3 is possible.

具体的には、第1LCD31d上に完全に形成されているパターンがパターン光として測定対象物Wに投影されている間に、撮像素子22が撮像(露光)するように、露光制御部23が撮像素子22を制御する。露光時間と、パターンがパターン光として測定対象物Wに投影されている時間とは、同じにすることができるが、露光開始のタイミングを、パターン光が投影開始されたタイミングよりも若干遅くしてもよい。 Specifically, while the pattern completely formed on the first LCD 31 d is projected onto the measurement object W as pattern light, the exposure control unit 23 takes an image so that the image sensor 22 takes an image (exposure). Control the element 22 . The exposure time and the time during which the pattern is projected onto the object W to be measured as pattern light can be the same, but the timing at which the exposure is started can be slightly later than the timing at which the pattern light is started to be projected. good too.

その後、第2LCD32d上に形成されているパターンがパターン光として測定対象物Wに投影されている間に、撮像素子22が撮像するように、露光制御部23が撮像素子22を制御する。この撮像が完了すると、第3LCD33d上に形成されているパターンがパターン光として測定対象物Wに投影されている間に、撮像素子22が撮像するように、露光制御部23が撮像素子22を制御する。その後、第4LCD34d上に形成されているパターンがパターン光として測定対象物Wに投影されている間に、撮像素子22が撮像するように、露光制御部23が撮像素子22を制御する。これを繰り返すことにより、複数の第1パターン画像、複数の第2パターン画像、複数の第3パターン画像及び複数の第4パターン画像を生成する。 After that, while the pattern formed on the second LCD 32d is projected onto the object W to be measured as pattern light, the exposure control unit 23 controls the imaging device 22 so that the imaging device 22 takes an image. When this imaging is completed, the exposure control unit 23 controls the imaging device 22 so that the imaging device 22 takes an image while the pattern formed on the third LCD 33d is projected onto the measurement object W as pattern light. do. After that, while the pattern formed on the fourth LCD 34d is projected onto the object W to be measured as pattern light, the exposure control unit 23 controls the imaging device 22 so that the imaging device 22 takes an image. By repeating this, a plurality of first pattern images, a plurality of second pattern images, a plurality of third pattern images, and a plurality of fourth pattern images are generated.

撮像素子22は、撮像を完了すると、その都度、画像データをデータ処理部24に転送する。尚、画像データは、図3に示す画像記憶部28に記憶させておくことができる。すなわち、撮像素子22による撮像タイミングと、コントローラ部4の画像の要求タイミングとは一致していないので、このズレを吸収するバッファとして画像記憶部28が機能するようになっている。 The imaging device 22 transfers the image data to the data processing unit 24 each time it completes imaging. The image data can be stored in the image storage section 28 shown in FIG. That is, since the image pickup timing by the image pickup device 22 and the image request timing of the controller unit 4 do not match, the image storage unit 28 functions as a buffer that absorbs this discrepancy.

撮像と次の撮像との間に、画像データを図3に示すデータ処理部24に転送するようにしているが、これに限らず、例えば、撮像とデータ転送とを並行して行うこともできる。あるパターン光が照射されている測定対象物Wの撮像が完了すると、次のパターンのパターン光が照射されている測定対象物Wの撮像を行っているときに、前のパターンの画像データをデータ処理部24に転送する。このように、前回撮像した画像データを次の撮像時にデータ処理部24に転送することもできる。 The image data is transferred to the data processing unit 24 shown in FIG. 3 between the imaging and the next imaging. . When the image of the measurement object W irradiated with a certain pattern of light is completed, the image data of the previous pattern is stored while the image of the measurement object W irradiated with the next pattern of light is being imaged. Transfer to the processing unit 24 . In this manner, the image data captured last time can be transferred to the data processing unit 24 at the time of the next image capturing.

また、あるパターンのパターン光が照射されている測定対象物Wを複数回撮像することもできる。この場合、第1LED31bは、撮像素子22による撮像時にのみ点灯させることができる。撮像素子22の露光時間は、1回目の撮像時が2回目の撮像時よりも長くなるように設定することができるが、2回目の撮像時が1回目の撮像時よりも長くなるように設定することもできる。他のパターンのパターン光が照射されている測定対象物Wを撮像するときも、複数回撮像できる。これにより、複数のパターン光の内の一のパターン光が測定対象物Wに投影されている間に、露光時間が異なる複数の画像を生成することができる。この露光時間が異なる複数の画像は、後述するハイダイナミックレンジ処理を行う際に使用される。尚、あるパターンのパターン光が照射されている測定対象物Wを複数回撮像する間、第1LED31bを点灯させ続けてもよい。 Further, it is also possible to image the measurement object W irradiated with pattern light of a certain pattern a plurality of times. In this case, the first LED 31b can be lit only when the imaging element 22 takes an image. The exposure time of the imaging element 22 can be set so that the first imaging is longer than the second imaging, and the second imaging is set to be longer than the first imaging. You can also When capturing an image of the measurement object W irradiated with pattern light of other patterns, the image can be captured multiple times. Thereby, while one pattern light among the plurality of pattern lights is being projected onto the measurement object W, a plurality of images with different exposure times can be generated. A plurality of images with different exposure times are used when performing high dynamic range processing, which will be described later. It should be noted that the first LED 31b may be kept on while the measurement object W irradiated with the pattern light of a certain pattern is imaged a plurality of times.

(データ処理部24の構成)
図3に示すデータ処理部24は、撮像素子22から出力される画像データに基づいて複数のパターン画像セットを生成する。撮像素子22が第1パターン画像を複数生成すると、データ処理部24は、複数の第1パターン画像からなる第1パターン画像セットを生成する。同様に、複数の第2パターン画像からなる第2パターン画像セットを生成し、複数の第3パターン画像からなる第3パターン画像セットを生成し、複数の第4パターン画像からなる第4パターン画像セットを生成する。したがって、撮像装置2は、各液晶パネルから投影された複数のパターン光の測定対象物Wからの反射光をそれぞれ受光し、各液晶パネルにそれぞれ対応する複数のパターン画像セットを生成することができる。
(Configuration of data processing unit 24)
The data processing unit 24 shown in FIG. 3 generates a plurality of pattern image sets based on the image data output from the imaging element 22. FIG. When the imaging device 22 generates a plurality of first pattern images, the data processing section 24 generates a first pattern image set consisting of a plurality of first pattern images. Similarly, generating a second pattern image set consisting of a plurality of second pattern images, generating a third pattern image set consisting of a plurality of third pattern images, and generating a fourth pattern image set consisting of a plurality of fourth pattern images to generate Therefore, the imaging device 2 can receive the reflected light from the measurement object W of the plurality of pattern lights projected from each liquid crystal panel, and generate a plurality of pattern image sets corresponding to each liquid crystal panel. .

第1LCD31d及び第2LCD32dのみでパターン光を投影する場合には、第1パターン画像セットと第2パターン画像セットとが生成される。第3LCD33d及び第4LCD34dのみでパターン光を投影する場合には、第3パターン画像セットと第4パターン画像セットとが生成される。 When pattern light is projected only by the first LCD 31d and the second LCD 32d, a first pattern image set and a second pattern image set are generated. When pattern light is projected only by the third LCD 33d and the fourth LCD 34d, a third pattern image set and a fourth pattern image set are generated.

データ処理部24は、位相シフト法にしたがうパターン光の投影によって位相シフトパターン画像セットを生成するとともに、空間コード法にしたがうパターン光の投影によってグレーコードパターン画像セットを生成することができる。 The data processing unit 24 can generate a phase shift pattern image set by projecting pattern light according to the phase shift method, and can generate a gray code pattern image set by projecting pattern light according to the spatial code method.

位相シフト法にしたがうパターン光は、照度分布を例えば正弦波状に変動させたパターン光であるが、これ以外のパターン光であってもよい。この実施形態では、位相シフト法にしたがうパターン光の数を8としているが、これに限られるものではない。一方、空間コード法にしたがうパターン光は、白黒デューティ比50%で縞幅が全体の半分、4分の1、…と細かくなっていく縞パターンである。この実施形態では、空間コード法にしたがうパターン光の数を4としているが、これに限られるものではない。尚、この例で説明しているパターンは、グレーコードを空間コードとして利用する場合であり、縞幅を半々にしていくことによってパターン光を形成するのはグレーコードの目的ではないが、結果としてそうなっているだけである。またグレーコードは、隣接コードとのハミング距離=1とすることでノイズ耐性を考慮したコード方式の一種である。 The pattern light according to the phase shift method is pattern light whose illuminance distribution is varied, for example, in a sinusoidal shape, but other pattern light may be used. In this embodiment, the number of pattern lights according to the phase shift method is eight, but the number is not limited to this. On the other hand, the pattern light according to the spatial code method is a striped pattern in which the striped width is reduced to half, quarter, . In this embodiment, the number of pattern lights according to the spatial code method is four, but the number is not limited to this. The pattern explained in this example is a case where the gray code is used as a spatial code, and it is not the purpose of the gray code to form pattern light by dividing the stripe width in half, but as a result It just happens. Also, the Gray code is a kind of code system in which noise resistance is taken into account by setting the Hamming distance to 1 between adjacent codes.

図15に示すように、照明装置3の第1投光部31が空間コード法にしたがう4つのパターン光を測定対象物Wに照射した場合には、データ処理部24が4つの異なる画像からなるグレーコードパターン画像セットを生成する。また、照明装置3の第1投光部31が位相シフト法にしたがう8つのパターン光を測定対象物Wに照射した場合には、データ処理部24が8つの異なる画像からなる位相シフトパターン画像セットを生成する。第1投光部31によるパターン光の照射によって得られたグレーコードパターン画像セット及び位相シフトパターン画像セットは、共に、第1パターン画像セットである。 As shown in FIG. 15, when the first light projecting unit 31 of the illumination device 3 irradiates the measurement object W with four pattern lights according to the spatial code method, the data processing unit 24 is composed of four different images. Generate a set of gray code pattern images. Further, when the first light projecting unit 31 of the illumination device 3 irradiates the measuring object W with eight pattern lights according to the phase shift method, the data processing unit 24 generates a phase shift pattern image set consisting of eight different images. to generate Both the gray code pattern image set and the phase shift pattern image set obtained by irradiation of the pattern light by the first light projecting section 31 are the first pattern image set.

同様に、照明装置3の第2投光部32が空間コード法にしたがうパターン光を測定対象物Wに照射した場合には、グレーコードパターン画像セットが生成され、また、位相シフト法にしたがうパターン光を測定対象物Wに照射した場合には、位相シフトパターン画像セットが生成される。第2投光部32によるパターン光の照射によって得られたグレーコードパターン画像セット及び位相シフトパターン画像セットは、共に、第2パターン画像セットである。 Similarly, when the second light projecting unit 32 of the illumination device 3 irradiates the object W to be measured with pattern light according to the spatial code method, a gray code pattern image set is generated and a pattern according to the phase shift method is generated. When light is applied to the measurement object W, a phase shift pattern image set is generated. Both the gray code pattern image set and the phase shift pattern image set obtained by irradiation of the pattern light by the second light projecting section 32 are the second pattern image set.

同様に、照明装置3の第3投光部33が空間コード法にしたがうパターン光を測定対象物Wに照射した場合には、グレーコードパターン画像セットが生成され、また、位相シフト法にしたがうパターン光を測定対象物Wに照射した場合には、位相シフトパターン画像セットが生成される。第3投光部33によるパターン光の照射によって得られたグレーコードパターン画像セット及び位相シフトパターン画像セットは、共に、第3パターン画像セットである。 Similarly, when the third light projecting unit 33 of the illumination device 3 irradiates the object W to be measured with pattern light according to the spatial code method, a gray code pattern image set is generated and a pattern according to the phase shift method is generated. When light is applied to the measurement object W, a phase shift pattern image set is generated. Both the gray code pattern image set and the phase shift pattern image set obtained by irradiation of the pattern light by the third light projecting section 33 are the third pattern image set.

同様に、照明装置3の第4投光部34が空間コード法にしたがうパターン光を測定対象物Wに照射した場合には、グレーコードパターン画像セットが生成され、また、位相シフト法にしたがうパターン光を測定対象物Wに照射した場合には、位相シフトパターン画像セットが生成される。第4投光部34によるパターン光の照射によって得られたグレーコードパターン画像セット及び位相シフトパターン画像セットは、共に、第4パターン画像セットである。 Similarly, when the fourth light projecting unit 34 of the illumination device 3 irradiates the object W to be measured with pattern light according to the spatial code method, a gray code pattern image set is generated and a pattern according to the phase shift method is generated. When light is applied to the measurement object W, a phase shift pattern image set is generated. Both the gray code pattern image set and the phase shift pattern image set obtained by irradiation of the pattern light by the fourth light projecting section 34 are the fourth pattern image set.

前記各パターン画像セットは、図3に示す画像記憶部28に記憶させておくことができる。 Each pattern image set can be stored in the image storage unit 28 shown in FIG.

図3に示すように、データ処理部24は、HDR処理部24aを有している。HDR処理とは、ハイダイナミックレンジ(high dynamic range imaging)合成処理のことであり、このHDR処理部24aにおいて、露光時間が異なる複数の画像を合成する。すなわち、上述したように、あるパターンのパターン光が照射されている測定対象物Wを、露光時間を変えて複数回撮像した場合には、露光時間の異なる複数の輝度画像が得られることになり、これら輝度画像を合成することで各輝度画像のダイナミックレンジよりも広いダイナミックレンジを有する画像を生成することができる。HDR合成の手法については従来から周知の手法を用いることができる。露光時間を変化させる代わりに、照射する光の強度を変化させることによって明るさの異なる複数の輝度画像を得て、これら輝度画像を合成してもよい。 As shown in FIG. 3, the data processing section 24 has an HDR processing section 24a. HDR processing is high dynamic range imaging synthesis processing, and the HDR processing unit 24a synthesizes a plurality of images with different exposure times. That is, as described above, when the measurement object W irradiated with pattern light of a certain pattern is imaged a plurality of times with different exposure times, a plurality of luminance images with different exposure times are obtained. By synthesizing these luminance images, an image having a dynamic range wider than that of each luminance image can be generated. A conventionally well-known method can be used for the HDR synthesis method. Instead of changing the exposure time, a plurality of luminance images with different brightness may be obtained by changing the intensity of the radiated light, and these luminance images may be synthesized.

(位相計算部26の構成)
図3に示す位相計算部26は、高さ画像の元データとなる絶対位相画像を算出する部分である。図14に示すように、ステップSA1において、位相シフトパターン画像セットの各画像データを取得し、位相シフト法を利用することにより、相対位相計算処理を行う。これは図16における相対位相(Unwrapping前位相)のように表現することができ、ステップSA1の相対位相計算処理により位相画像が得られる。
(Configuration of Phase Calculation Unit 26)
The phase calculator 26 shown in FIG. 3 is a part that calculates an absolute phase image that is the original data of the height image. As shown in FIG. 14, in step SA1, each image data of the phase shift pattern image set is acquired and relative phase calculation processing is performed by using the phase shift method. This can be expressed as a relative phase (pre-unwrapping phase) in FIG. 16, and a phase image is obtained by the relative phase calculation processing in step SA1.

一方、図14のステップSA3において、グレーコードパターン画像セットの各画像データを取得し、空間コード法を利用することにより、空間コード算出処理を行い、縞番号画像を得る。縞番号画像は、光が照射される空間を多数の小空間に分けた場合に、小空間に一連の空間コード番号を付して識別可能にした画像である。図16に、一連の空間コード番号の付与要領について示している。 On the other hand, at step SA3 in FIG. 14, each image data of the gray code pattern image set is obtained, and the spatial code calculation process is performed by using the spatial code method to obtain the stripe number image. The fringe number image is an image that is made identifiable by assigning a series of space code numbers to the small spaces when the space irradiated with light is divided into a large number of small spaces. FIG. 16 shows how to assign a series of spatial code numbers.

図14のステップSA4では絶対位相位相化処理を行う。絶対位相位相化処理では、ステップSA1において得られた位相画像と、ステップSA3において得られた縞番号画像とを合成(Unwrapping)して絶対位相画像(中間画像)を生成する。つまり、空間コード法によって得た空間コード番号により、位相シフト法による位相ジャンプの補正(位相アンラップ)ができるので、高さのダイナミックレンジを広く確保しつつ、高分解能な測定結果を得ることができる。 At step SA4 in FIG. 14, absolute phase phasing processing is performed. In the absolute phase phasing process, the phase image obtained in step SA1 and the fringe number image obtained in step SA3 are synthesized (unwrapped) to generate an absolute phase image (intermediate image). In other words, the spatial code number obtained by the spatial code method can be used to correct the phase jump (phase unwrap) by the phase shift method, so it is possible to obtain high-resolution measurement results while ensuring a wide dynamic range of height. .

位相シフト法のみで高さ測定を行うようにしてもよい。この場合は、高さの測定ダイナミックレンジが狭くなるので、位相が1周期以上ずれてしまうような高さの相違が大きい測定対象物Wの場合は、高さの測定が正しく行えない。逆に、高さの変化が小さな測定対象物Wの場合は、空間コード法による縞画像の撮像や合成を行わないので、その分だけ処理を高速化することができるメリットがある。例えば、高さ方向の差異が少ない測定対象物Wを測定する際には、ダイナミックレンジを大きく取る必要がないため、位相シフト法のみでも高精度な高さ測定性能を維持しつつ、処理時間を短くすることができる。また、絶対高さは判るので空間コード法のみで高さ測定するように構成してもよい。この場合、コードを増やすことによって精度を高めることができる。 Height measurement may be performed only by the phase shift method. In this case, the height measurement dynamic range is narrowed, so that the height cannot be measured correctly in the case of an object W having a large difference in height such that the phase shifts by one period or more. Conversely, in the case of the object W to be measured that has a small change in height, the striped image is not picked up or synthesized by the spatial code method, so there is the advantage of speeding up the processing accordingly. For example, when measuring an object W that has little difference in the height direction, it is not necessary to take a large dynamic range. can be shortened. Also, since the absolute height is known, the height may be measured only by the spatial code method. In this case, the accuracy can be improved by increasing the code.

また、図14のステップSA2では、位相シフトパターン画像セットの各画像データを取得し、信頼度画像算出処理を行う。信頼度画像算出処理では、位相信頼性を示す信頼度画像を算出する。これは無効画素の判定に利用することができる画像である。 Further, at step SA2 in FIG. 14, each image data of the phase shift pattern image set is acquired, and reliability image calculation processing is performed. In the reliability image calculation process, a reliability image indicating phase reliability is calculated. This is an image that can be used to determine invalid pixels.

前記位相画像、縞番号画像及び信頼度画像は、図3に示す画像記憶部28に記憶させておくことができる。 The phase image, fringe number image and reliability image can be stored in the image storage unit 28 shown in FIG.

位相計算部26が生成する絶対位相画像は、各画素が測定対象物Wへの測定用パターン光の照射角度情報を有する角度画像ということもできる。すなわち、第1パターン画像セット(位相シフトパターン画像セット)には、正弦波縞模様パターンの位相をずらして撮像した8枚の第1パターン画像が含まれているので、位相シフト法を利用することによって測定対象物Wへの測定用パターン光の照射角度情報を各画素が有することになる。つまり、位相計算部26は、複数の第1パターン画像に基づいて、各画素が測定対象物Wへの第1測定用パターン光の照射角度情報を有する第1角度画像を生成する部分であるので、角度画像生成部ということもできる。第1角度画像は、第1LED31bから測定対象物Wへ照射される光の角度を画像化した画像である。 The absolute phase image generated by the phase calculator 26 can also be said to be an angle image in which each pixel has irradiation angle information of the pattern light for measurement onto the object W to be measured. That is, since the first pattern image set (phase shift pattern image set) includes eight first pattern images obtained by shifting the phase of the sinusoidal fringe pattern, the phase shift method can be used. Thus, each pixel has irradiation angle information of the pattern light for measurement to the object W to be measured. In other words, the phase calculator 26 is a part that generates a first angle image in which each pixel has irradiation angle information of the first measurement pattern light onto the measurement object W based on a plurality of first pattern images. , can also be called an angle image generator. The first angle image is an image of the angle of the light emitted from the first LED 31b to the object W to be measured.

同様に、位相計算部26は、複数の第2パターン画像に基づいて各画素が測定対象物Wへの第2測定用パターン光の照射角度情報を有する第2角度画像と、複数の第3パターン画像に基づいて各画素が測定対象物Wへの第3測定用パターン光の照射角度情報を有する第3角度画像と、複数の第4パターン画像に基づいて各画素が測定対象物Wへの第4測定用パターン光の照射角度情報を有する第4角度画像とを生成することができる。第2角度画像は、第2LED32bから測定対象物Wへ照射される光の角度を画像化した画像である。第3角度画像は、第3LED33bから測定対象物Wへ照射される光の角度を画像化した画像である。第4角度画像は、第4LED34bから測定対象物Wへ照射される光の角度を画像化した画像である。図15における中間画像の最も上の画像が第1角度画像であり、上から2番目の画像が第2角度画像であり、上から3番目の画像が第3角度画像であり、一番下の画像が第4角度画像である。各角度画像の真っ黒に塗りつぶされたように見える部分が照明(前記各LED)の影になっている部分であり、角度情報の無い無効画素となる。 Similarly, the phase calculator 26 calculates a second angle image in which each pixel has irradiation angle information of the second measurement pattern light on the measurement object W based on the plurality of second pattern images, and a plurality of third pattern images. A third angle image in which each pixel has irradiation angle information of the third measurement pattern light to the measurement object W based on the image, A fourth angle image having irradiation angle information of the four measurement pattern lights can be generated. The second angle image is an image of the angle of the light emitted from the second LED 32b to the object W to be measured. The third angle image is an image obtained by imaging the angle of the light emitted from the third LED 33b to the object W to be measured. The fourth angle image is an image of the angle of the light emitted from the fourth LED 34b to the object W to be measured. The uppermost image of the intermediate images in FIG. 15 is the first angle image, the second image from the top is the second angle image, the third image from the top is the third angle image, and the bottom image is the third angle image. The image is the fourth angle image. The parts of each angle image that appear to be blacked out are the parts that are shaded by the lighting (each of the LEDs), and are invalid pixels without angle information.

(画像処理部27の構成)
画像処理部27は、前記各パターン画像、位相画像、縞番号画像及び信頼度画像に対して、例えば、ガンマ補正、ホワイトバランスの調整、ゲイン補正等の画像処理を行う部分である。画像処理後の各パターン画像、位相画像、縞番号画像及び信頼度画像を画像記憶部28に記憶させておくこともできる。画像処理は上述した処理に限られるものではない。
(Configuration of image processing unit 27)
The image processing unit 27 is a part that performs image processing such as gamma correction, white balance adjustment, and gain correction on each of the pattern images, phase images, stripe number images, and reliability images. Each pattern image, phase image, fringe number image, and reliability image after image processing can be stored in the image storage unit 28 . Image processing is not limited to the processing described above.

(出力制御部29の構成)
出力制御部29は、コントローラ部4から出力された画像出力要求信号を受信すると、その画像出力要求信号に従い、画像記憶部28に記憶されている画像の内、画像出力要求信号で指示された画像のみ、画像処理部27を介してコントローラ部4に出力する部分である。この例では、画像処理前の各パターン画像、位相画像、縞番号画像及び信頼度画像を画像記憶部28に記憶させておき、コントローラ部4からの画像出力要求信号で要求された画像に対してのみ、画像処理部27で画像処理を行い、コントローラ部4に出力する。画像出力要求信号は、使用者が各種測定操作や検査操作を行った時に出力することができる。
(Configuration of output control unit 29)
Upon receiving the image output request signal output from the controller unit 4, the output control unit 29 selects the image instructed by the image output request signal among the images stored in the image storage unit 28 according to the image output request signal. is a part that outputs to the controller unit 4 via the image processing unit 27 . In this example, each pattern image, phase image, fringe number image and reliability image before image processing are stored in the image storage unit 28, and an image requested by an image output request signal from the controller unit 4 is processed. Only the image processing section 27 performs image processing and outputs the data to the controller section 4 . The image output request signal can be output when the user performs various measurement operations or inspection operations.

この実施形態では、データ処理部24、位相計算部26及び画像処理部27を撮像装置2に設けたが、これに限らず、コントローラ部4に設けてもよい。この場合、撮像素子22から出力された画像データはコントローラ部4に出力されて処理されることになる。 In this embodiment, the data processing section 24 , the phase calculation section 26 and the image processing section 27 are provided in the imaging device 2 , but they may also be provided in the controller section 4 . In this case, the image data output from the imaging device 22 is output to the controller section 4 and processed.

(コントローラ部4の構成)
図2に示すように、コントローラ部4は、撮像投光制御部41と、高さ測定部42と、画像合成部43と、検査部45と、表示制御部46と、履歴記憶部47とを備えている。コントローラ部4は、撮像装置2及び照明装置3とは別体に設けられている。
(Configuration of controller section 4)
As shown in FIG. 2, the controller unit 4 includes an imaging projection control unit 41, a height measurement unit 42, an image synthesizing unit 43, an inspection unit 45, a display control unit 46, and a history storage unit 47. I have. The controller unit 4 is provided separately from the imaging device 2 and the lighting device 3 .

(撮像投光制御部41の構成)
撮像投光制御部41は、前記パターン光の形成情報、トリガ信号及び再同期トリガ信号を、照明装置3に所定のタイミングで出力するとともに、前記撮像条件に関する情報、トリガ信号及び再同期トリガ信号を、撮像装置2に所定のタイミングで出力する。照明装置3に出力するトリガ信号及び再同期トリガ信号と、撮像装置2に出力するトリガ信号及び再同期トリガ信号とは同期している。前記パターン光の形成情報及び前記撮像条件に関する情報は、例えば撮像投光制御部41や、別の記憶部(図示せず)に記憶させておくことができる。使用者が所定の操作(高さ測定準備操作、検査準備操作)を行うことで、前記パターン光の形成情報が照明装置3に出力されて照明装置3の投光制御部39に一旦記憶され、また、前記撮像条件に関する情報撮像装置2に出力されて露光制御部23に一旦記憶される。この例では、照明装置3は、該照明装置3に内蔵されている投光制御部39でLED及びLCDの制御を行うように構成されているので、スマートタイプの照明装置と呼ぶことができる。また、撮像装置2は、該撮像装置2に内蔵されている露光制御部23で撮像素子22の制御を行うように構成されているので、スマートタイプの撮像装置と呼ぶことができる。
(Structure of imaging projection control section 41)
The imaging light projection control unit 41 outputs the pattern light formation information, the trigger signal, and the resynchronization trigger signal to the lighting device 3 at a predetermined timing, and outputs the information regarding the imaging condition, the trigger signal, and the resynchronization trigger signal. , to the imaging device 2 at a predetermined timing. The trigger signal and resynchronization trigger signal output to the illumination device 3 are synchronized with the trigger signal and resynchronization trigger signal output to the imaging device 2 . The formation information of the pattern light and the information on the imaging conditions can be stored, for example, in the imaging projection control section 41 or another storage section (not shown). When the user performs a predetermined operation (height measurement preparation operation, inspection preparation operation), the pattern light formation information is output to the illumination device 3 and temporarily stored in the light projection control unit 39 of the illumination device 3, Further, the information regarding the imaging conditions is output to the imaging device 2 and temporarily stored in the exposure control section 23 . In this example, the lighting device 3 can be called a smart type lighting device because the lighting device 3 is configured to control the LED and the LCD by the light projection control unit 39 built in the lighting device 3. In addition, since the imaging device 2 is configured to control the imaging element 22 by the exposure control unit 23 built in the imaging device 2, it can be called a smart type imaging device.

このように撮像装置2及び照明装置3が個別に制御を行う場合には、撮像回数が増えれば増えるほど、撮像タイミングと、照明タイミング(パターン光の投影タイミング)とがずれて、撮像装置2によって得られた画像が暗くなってしまうという問題がある。特に、上述したように、位相シフトパターン画像セットの画像が8つ、グレーコードパターン画像セットが4つの合計12の画像で第1パターン画像セットを構成し、第2パターン画像セットも同様に構成し、さらにHDR用の撮像も行うようにすると、撮像回数が多くなり、撮像タイミングと、照明タイミングとのズレが顕著になる。 In this way, when the imaging device 2 and the lighting device 3 perform separate control, as the number of times of imaging increases, the imaging timing and the lighting timing (projection timing of the pattern light) deviate. There is a problem that the obtained image becomes dark. In particular, as described above, a total of 12 images, 8 images of the phase shift pattern image set and 4 of the gray code pattern image set, constitute the first pattern image set, and similarly constitute the second pattern image set. Furthermore, if HDR imaging is also performed, the number of times of imaging increases, and the difference between the imaging timing and the illumination timing becomes noticeable.

この例では、再同期トリガ信号を照明装置3と撮像装置2に同期して出力するようにしており、これにより、撮像の途中で照明装置3と撮像装置2との同期を取ることができるようにしている。よって、撮像回数が多くなったとしても、撮像タイミングと、照明タイミングとのズレが問題とならない程度に極めて小さなものとなり、位相シフトパターンやグレーコードパターンの照射中に画像が暗くなるのを抑制でき、位相の歪みやコードの判定を誤る可能性を低減できる。再同期トリガ信号は、複数回出力することもできる。 In this example, the resynchronization trigger signal is synchronously output to the illumination device 3 and the imaging device 2, so that the illumination device 3 and the imaging device 2 can be synchronized during imaging. I have to. Therefore, even if the number of imaging times increases, the difference between the imaging timing and the illumination timing is extremely small to the extent that it does not become a problem, and it is possible to suppress the darkening of the image during the irradiation of the phase shift pattern or the gray code pattern. , the possibility of erroneous phase distortion and code determination can be reduced. The resynchronization trigger signal can also be output multiple times.

撮像投光制御部41は、照射モード切替部41aを備えている。第1投光部31及び第2投光部32によってそれぞれ第1測定用パターン光及び第2測定用パターン光を照射する第1照射モードと、第1投光部31及び第2投光部32によってそれぞれ第1測定用パターン光及び第2測定用パターン光を照射した後、第3投光部33及び第4投光部34によってそれぞれ第3測定用パターン光及び第4測定用パターン光を照射する第2照射モードと、第3投光部33及び第4投光部34によってそれぞれ第3測定用パターン光及び第4測定用パターン光を照射する第3照射モードとの3つの照射モードの内、任意の1つの照射モードに切り替えることができる。照射モードの切替は、使用者が表示部5を見ながら、コンソール部6やマウス7の操作によって行うことができる。また、コントローラ部4が自動で照射モードの切替を行うように構成することもできる。 The imaging light projection control section 41 includes an irradiation mode switching section 41a. A first irradiation mode in which the first pattern light for measurement and the second pattern light for measurement are emitted by the first light projection unit 31 and the second light projection unit 32, respectively, and the first light projection unit 31 and the second light projection unit 32 After irradiating the first pattern light for measurement and the second pattern light for measurement, respectively, the third light projection unit 33 and the fourth light projection unit 34 irradiate the third light pattern for measurement and the fourth pattern light for measurement, respectively. and a third irradiation mode in which the third pattern light for measurement and the fourth pattern light for measurement are emitted by the third light projecting section 33 and the fourth light projecting section 34, respectively. , can be switched to any one illumination mode. The user can switch the irradiation mode by operating the console section 6 or the mouse 7 while viewing the display section 5 . Alternatively, the controller unit 4 can be configured to automatically switch the irradiation mode.

(高さ測定部42の構成)
高さ測定部42は、位相計算部26が生成した第1角度画像の各画素の照射角度情報及び第2角度画像の各画素の照射角度情報と、照明装置3の照明ハウジング30内における第1投光部31及び第2投光部32の相対位置情報とにしたがって、照明装置3の中心軸A方向における測定対象物Wの高さを測定することができるように構成されている。
(Configuration of height measuring unit 42)
The height measurement unit 42 measures the irradiation angle information of each pixel of the first angle image and the irradiation angle information of each pixel of the second angle image generated by the phase calculation unit 26, and the first height in the illumination housing 30 of the illumination device 3. The height of the measuring object W in the central axis A direction of the lighting device 3 can be measured according to the relative position information of the light projecting section 31 and the second light projecting section 32 .

以下、高さ測定部42による具体的な高さを測定方法について説明する。上述したように、位相のUnwrapによって角度画像を生成することにより、各画素に対する照明からの角度が決まる。第1角度画像は、第1LED31bから測定対象物Wへ照射される光の角度を示す画像であり、第2角度画像は、第2LED32bから測定対象物Wへ照射される光の角度を示す画像である。そして、第1LED31bと第2LED32bとは照明ハウジング30に一体的に支持されていて第1LED31bと第2LED32bとの距離は、上述したようにl(図17に示す)となっている。 A specific method for measuring the height by the height measuring unit 42 will be described below. As described above, the angle from the illumination for each pixel is determined by generating the angle image by unwrapping the phase. The first angle image is an image showing the angle of light emitted from the first LED 31b to the object W to be measured, and the second angle image is an image showing the angle of light emitted from the second LED 32b to the object W to be measured. be. The first LED 31b and the second LED 32b are integrally supported by the illumination housing 30, and the distance between the first LED 31b and the second LED 32b is l (shown in FIG. 17) as described above.

図17では、測定対象物Wにおける任意の点Hの高さを求める場合について説明している。第1LED31bの直下を0゜、第1LED31bから45゜の方向を1としている。また、図17の右方向を正、左方向を負としている。第1LED31bから点Hに照射される光の角度は、第1角度画像における点Hに対応する画素から求めることができ、点Hと第1LED31bとを結ぶ直線の傾きを1/a1とする。また、第2LED32bから点Hに照射される光の角度は、第2角度画像における点Hに対応する画素から求めることができ、点Hと第2LED32bとを結ぶ直線の傾きを-1/a2とする。a1、a2は位相である。 FIG. 17 describes the case of obtaining the height of an arbitrary point H on the object W to be measured. The direction directly below the first LED 31b is 0°, and the direction 45° from the first LED 31b is 1. Moreover, the right direction in FIG. 17 is positive, and the left direction is negative. The angle of light emitted from the first LED 31b to the point H can be obtained from the pixel corresponding to the point H in the first angle image, and the inclination of the straight line connecting the point H and the first LED 31b is 1/a1. Further, the angle of the light irradiated from the second LED 32b to the point H can be obtained from the pixel corresponding to the point H in the second angle image, and the inclination of the straight line connecting the point H and the second LED 32b is -1/a2. do. a1 and a2 are phases.

Z=1/a1*X+0 … 式1
Z=-1/a2*(X-l) … 式2
式1、式2に対してZを解くと高さが求まる。
Z=1/a1*X+0... Formula 1
Z=−1/a2*(X−l) … Formula 2
Solving Z for Equations 1 and 2 gives the height.

a1Z=X
a2Z=-X+l
Z=l/(a1+a2)
X=a1*l/(a1+a2)
このようにして、測定対象物Wにおける各点の高さを求めることができる。前記各式には、撮像装置2の位置に関する変数が無いので、測定対象物Wにおける各点の高さを求める際には撮像装置2の位置は無関係であることが分かる。但し、角度画像で無効画素となっている画素については角度情報が無いので、その点の高さを求めることはできない。すなわち、算出されるZ座標は撮像装置2と測定対象物Wとの距離ではなく、照明装置3から見た時の測定対象物Wまでの距離を示すものになっている。撮像装置2の設置位置とは無関係に、照明装置3の設置位置によって得られるZ座標が定まる。
a1Z=X
a2Z=-X+l
Z=l/(a1+a2)
X=a1*l/(a1+a2)
In this manner, the height of each point on the object W to be measured can be obtained. Since each of the above equations has no variable relating to the position of the imaging device 2, it can be seen that the position of the imaging device 2 is irrelevant when obtaining the height of each point on the object W to be measured. However, since there is no angle information for pixels that are invalid pixels in the angle image, the height of that point cannot be obtained. That is, the calculated Z-coordinate indicates not the distance between the imaging device 2 and the object W to be measured, but the distance to the object W when viewed from the illumination device 3 . The Z coordinate obtained by the installation position of the illumination device 3 is determined regardless of the installation position of the imaging device 2 .

また、図示しないが、同様にして、第3LED33bから点Hに照射される光の角度を、第3角度画像における点Hに対応する画素から求めることができ、また、第4LED34bから点Hに照射される光の角度を、第4角度画像における点Hに対応する画素から求めることができるので、第3角度画像及び第4角度画像に基づいて各画素の高さを求めることができる。 Also, although not shown, the angle of the light emitted from the third LED 33b to the point H can be similarly obtained from the pixel corresponding to the point H in the third angle image. Since the angle of the projected light can be obtained from the pixel corresponding to the point H in the fourth angle image, the height of each pixel can be obtained based on the third angle image and the fourth angle image.

例えば、図15では、高さ測定部42は、第1角度画像の各画素の照射角度情報及び第2角度画像の各画素の照射角度情報と、照明ハウジング30内における第1投光部31及び第2投光部32の相対位置情報とにしたがって測定対象物Wの高さを表す第1高さ画像を生成するとともに、第3角度画像の各画素の照射角度情報及び第4角度画像の各画素の照射角度情報と、照明ハウジング30内における第3投光部33及び第4投光部34の相対位置情報とにしたがって測定対象物Wの高さを表す第2高さ画像を生成した場合を示している。 For example, in FIG. 15, the height measurement unit 42 obtains irradiation angle information of each pixel of the first angle image, irradiation angle information of each pixel of the second angle image, and the first light projection unit 31 and A first height image representing the height of the measurement object W is generated according to the relative position information of the second light projecting unit 32, and the irradiation angle information of each pixel of the third angle image and each of the fourth angle images are generated. When the second height image representing the height of the measurement target W is generated according to the irradiation angle information of the pixels and the relative position information of the third light projecting section 33 and the fourth light projecting section 34 in the illumination housing 30 is shown.

第1高さ画像は、各画素の高さを把握することができるので、各種検査を行う際に使用される検査対象画像とすることができる。また、第2高さ画像も各画素の高さを把握することができるので、各種検査を行う際に使用される検査対象画像とすることができる。したがって、高さ測定部42は、複数の中間画像に基づいて検査対象画像を生成する検査対象画像生成部ということもできる。 Since the first height image can grasp the height of each pixel, it can be used as an image to be inspected when performing various inspections. Also, since the second height image can also grasp the height of each pixel, it can be used as an inspection object image used when performing various inspections. Therefore, the height measuring unit 42 can also be called an inspection target image generation unit that generates an inspection target image based on a plurality of intermediate images.

図15に示す場合では、まず、第1投光部31によるパターン光の投影によって得られた第1パターン画像セットで第1角度画像を生成し、第2投光部32によるパターン光の投影によって得られた第2パターン画像セットで第1角度画像を生成する。第1角度画像では、第1投光部31が測定対象物Wの左側から光を照射することになるので、測定対象物Wの右側に影ができ、その部分が無効画素となっている。一方、第2角度画像では、第2投光部32が測定対象物Wの右側から光を照射することになるので、測定対象物Wの左側に影ができ、その部分が無効画素となっている。第1角度画像と第2角度画像とによって第1高さ画像を生成するので、一方の角度画像で無効画素となっている画素については第1高さ画像においても無効画素となる。 In the case shown in FIG. 15 , first, a first angle image is generated by a first pattern image set obtained by projecting pattern light by the first light projecting unit 31 , and a first angle image is generated by projecting the pattern light by the second light projecting unit 32 . A first angle image is generated from the obtained second pattern image set. In the first angle image, since the first light projecting unit 31 irradiates light from the left side of the measurement object W, a shadow is formed on the right side of the measurement object W, and that portion is an invalid pixel. On the other hand, in the second angle image, since the second light projecting unit 32 irradiates light from the right side of the measurement object W, a shadow is formed on the left side of the measurement object W, and that portion becomes an invalid pixel. there is Since the first height image is generated from the first angle image and the second angle image, pixels that are invalid pixels in one of the angle images are also invalid pixels in the first height image.

同様にして、第3投光部33によるパターン光の投影によって得られた第3パターン画像セットで第3角度画像を生成し、第4投光部34によるパターン光の投影によって得られた第4パターン画像セットで第4角度画像を生成する。第3角度画像では、第3投光部33が測定対象物Wの上側(図において上になる側)から光を照射することになるので、測定対象物Wの下側(図において下になる側)に影ができ、その部分が無効画素となっている。一方、第4角度画像では、第4投光部34が測定対象物Wの下側から光を照射することになるので、測定対象物Wの上側に影ができ、その部分が無効画素となっている。第3角度画像と第4角度画像とによって第2高さ画像を生成するので、一方の角度画像で無効画素となっている画素については第2高さ画像においても無効画素となる。無効画素をできるだけ少なくするために、この実施形態では図2に示すようにコントローラ部4に画像合成部43を設けている。 Similarly, a third angle image is generated from a third pattern image set obtained by projecting the pattern light by the third light projecting unit 33, and a fourth angle image is generated by projecting the pattern light by the fourth light projecting unit 34. Generate a fourth angle image with the pattern image set. In the third angle image, the third light projecting unit 33 irradiates light from the upper side of the measurement object W (upper side in the figure), so that the lower side of the measurement object W (lower side in the figure) side) is cast, and that portion is an invalid pixel. On the other hand, in the fourth angle image, since the fourth light projecting unit 34 irradiates light from the lower side of the measurement object W, a shadow is formed above the measurement object W, and the shadowed portion becomes an invalid pixel. ing. Since the second height image is generated from the third angle image and the fourth angle image, pixels that are invalid pixels in one of the angle images are also invalid pixels in the second height image. In order to reduce invalid pixels as much as possible, in this embodiment, an image synthesizing section 43 is provided in the controller section 4 as shown in FIG.

この実施形態では、高さ測定部42をコントローラ部4に設けた場合について説明したが、これに限らず、図示しないが、高さ測定部を撮像装置2に設けてもよい。 In this embodiment, the case where the height measuring section 42 is provided in the controller section 4 has been described, but the present invention is not limited to this, and the height measuring section may be provided in the imaging device 2 although not shown.

(画像合成部43の構成)
画像合成部43は、第1高さ画像と第2高さ画像とを合成して合成後高さ画像を生成するように構成されている。これにより、第1高さ画像で無効画素になっている部分が、第2高さ画像では無効画素となっていない部分については、合成後高さ画像において有効画素で表されることになり、反対に、第2高さ画像で無効画素になっている部分が、第1高さ画像では無効画素となっていない部分については、合成後高さ画像において有効画素で表されることになる。よって、合成後高さ画像では無効画素の数を少なくすることができる。逆に、高い信頼を持った高さを得たい場合は、第1高さ画像、第2高さ画像の双方とも有効で、かつ、その差が所定以下の小さい場合のみに、その平均高さを有効としてもよい。
(Configuration of Image Synthesizer 43)
The image synthesizing unit 43 is configured to synthesize the first height image and the second height image to generate a post-synthesis height image. As a result, the portions of the first height image that are invalid pixels and the portions that are not invalid pixels of the second height image are represented by valid pixels in the combined height image. Conversely, portions that are invalid pixels in the second height image but not invalid pixels in the first height image are represented by valid pixels in the height image after synthesis. Therefore, the number of invalid pixels can be reduced in the combined height image. Conversely, if you want to obtain a height with high reliability, only when both the first height image and the second height image are valid and the difference between them is smaller than a predetermined value, the average height may be enabled.

言い換えると、測定対象物Wに対して互いに異なる4方向からパターン光を照射することで、高さ画像の有効画素数を多くすることができ、死角を少なくすることができるとともに、測定結果の信頼性を向上させることができる。尚、2方向からのパターン光の照射で無効画素が十分に少なくなるような測定対象物Wの場合は、高さ画像を1つだけ生成すればよい。この場合、使用者が第1高さ画像と第2高さ画像のどちらを生成するか選択するように構成することもできる。高さ画像を1つだけ生成する場合には測定時間が短くなるというメリットがある。 In other words, by irradiating the measurement object W with pattern light from four different directions, it is possible to increase the number of effective pixels in the height image, reduce blind spots, and increase the reliability of the measurement results. can improve sexuality. In the case of the measurement object W in which the number of invalid pixels is sufficiently reduced by irradiating the pattern light from two directions, only one height image should be generated. In this case, it is also possible for the user to select whether to generate the first height image or the second height image. Generating only one height image has the advantage of shortening the measurement time.

合成後高さ画像も各画素の高さを把握することができるので、各種検査を行う際に使用される検査対象画像とすることができる。したがって、画像合成部43は、検査対象画像を生成する検査対象画像生成部ということもできる。 Since the height image after synthesis can also grasp the height of each pixel, it can be used as an image to be inspected when performing various inspections. Therefore, the image synthesizing unit 43 can also be called an inspection target image generation unit that generates an inspection target image.

この実施形態では、画像合成部43をコントローラ部4に設けた場合について説明したが、これに限らず、図示しないが、画像合成部を撮像装置2に設けてもよい。 In this embodiment, the case where the image synthesizing unit 43 is provided in the controller unit 4 has been described.

(検査部45の構成)
検査部45は、第1高さ画像、第2高さ画像及び合成後高さ画像の内、任意の画像に基づいて検査処理を実行する部分である。検査部45には、有無検査部45aと、外観検査部45bと、寸法検査部45cとが設けられているが、これは一例であり、これら全ての検査部が必須ではなく、またこれら検査部以外の検査部を備えていてもよい。有無検査部45aは、測定対象物Wの有無や測定対象物Wに取り付けられている部品の有無等を画像処理によって判断することができるように構成されている。外観検査部45bは、測定対象物Wの外形状等が予め決められた形状であるか否かを画像処理によって判断することができるように構成されている。寸法検査部45cは、測定対象物Wの各部の寸法が予め決められた寸法であるか否か、または各部の寸法を画像処理によって判断することができるように構成されている。これら判断の手法は従来から周知の手法であることから詳細な説明は省略する。
(Configuration of Inspection Unit 45)
The inspection unit 45 is a part that performs inspection processing based on an arbitrary image among the first height image, the second height image, and the combined height image. The inspection unit 45 includes a presence/absence inspection unit 45a, an appearance inspection unit 45b, and a dimension inspection unit 45c, but this is an example, and all these inspection units are not essential. You may provide an inspection part other than. The presence/absence inspection unit 45a is configured to determine the presence/absence of the object W to be measured, the presence/absence of components attached to the object W to be measured, and the like by image processing. The appearance inspection unit 45b is configured to be able to determine by image processing whether or not the external shape of the object W to be measured has a predetermined shape. The dimension inspection unit 45c is configured to determine whether or not the dimensions of each part of the measurement object W are predetermined dimensions, or to determine the dimensions of each part by image processing. Since these determination methods are conventionally well-known methods, detailed description thereof will be omitted.

(表示制御部46の構成)
表示制御部46は、第1高さ画像、第2高さ画像及び合成後高さ画像等を表示部5に表示させたり、画像処理装置1を操作するための操作用ユーザーインターフェース、画像処理装置1を設定するための設定用ユーザーインターフェース、測定対象物の高さ測定結果を表示するための高さ測定結果表示用ユーザーインターフェース、測定対象物の各種検査結果を表示するための検査結果表示用ユーザーインターフェース等を生成して表示部5に表示させることができるように構成されている。
(Configuration of display control unit 46)
The display control unit 46 displays the first height image, the second height image, the combined height image, etc. on the display unit 5, and controls the operation user interface for operating the image processing device 1, the image processing device, and the like. A setting user interface for setting 1, a height measurement result display user interface for displaying the height measurement result of the measurement object, and an inspection result display user for displaying various inspection results of the measurement object It is configured such that an interface or the like can be generated and displayed on the display unit 5 .

(履歴記憶部47の構成)
履歴記憶部47は、例えばRAM等の記憶装置で構成することができる。履歴記憶部47には、撮像装置2からコントローラ部4に出力された第1高さ画像、第2高さ画像及び合成後高さ画像等を記憶させておくことができるようになっている。コンソール部6やマウス7の操作によって履歴記憶部47に記憶されている画像を読み出して表示部5に表示させることができる。
(Configuration of history storage unit 47)
The history storage unit 47 can be configured by a storage device such as a RAM, for example. The history storage unit 47 can store the first height image, the second height image, the combined height image, and the like output from the imaging device 2 to the controller unit 4 . Images stored in the history storage unit 47 can be read out and displayed on the display unit 5 by operating the console unit 6 or the mouse 7 .

(補正処理)
上述したように、本実施形態では、第1投光部31からパターン光が投影された状態の測定対象物Wを撮像して第1パターン画像を生成し、第2投光部32からパターン光が投影された状態の測定対象物Wを撮像して第2パターン画像を生成し、第1パターン画像及び第2パターン画像に基づいて、照射角度情報を有する角度画像を生成し、既知である第1LED31bと第2LED32bの相対位置と、照射角度情報とにより、撮像装置2と照明装置3との相対的な位置関係に関わらず、測定対象物Wの高さを測定することができる。
(Correction processing)
As described above, in the present embodiment, the measurement object W on which the pattern light is projected from the first light projecting unit 31 is imaged to generate the first pattern image, and the pattern light is projected from the second light projecting unit 32 . is projected onto the measurement object W to generate a second pattern image; based on the first pattern image and the second pattern image, an angle image having irradiation angle information is generated; The height of the measuring object W can be measured regardless of the relative positional relationship between the imaging device 2 and the lighting device 3 based on the relative positions of the first LED 31b and the second LED 32b and the irradiation angle information.

このようにした場合、第1LED31bと第2LED32bとの相対位置が高さ測定結果に影響を与えることになるので、第1LED31bと第2LED32bの相対位置を厳密に規定しておく必要がある。しかしながら、製造上、部品のバラつきや組み付け位置のバラつきが発生するのは避けられず、第1LED31bと第2LED32bの相対位置を厳密に規定するのが難しい。そこで、本例の照明装置3では、第1LED31bや第2LED32bの位置補正を行うことができるように構成されている。 In this case, the relative positions of the first LED 31b and the second LED 32b affect the height measurement result, so it is necessary to strictly define the relative positions of the first LED 31b and the second LED 32b. However, it is difficult to strictly define the relative positions of the first LED 31b and the second LED 32b because it is inevitable that there will be variations in the parts and in the assembly positions during manufacturing. Therefore, the illumination device 3 of this example is configured to be able to perform positional correction of the first LED 31b and the second LED 32b.

補正処理の全体の流れを図18に示している。具体的なずれの例について図19に基づいて説明する。図19(A)では、「0」の点が第1LED31bの直下に位置すべきところ、第1LED31bの取付角度がθ0だけずれてしまい、「0」の点が第1LED31bの直下から所定量だけマイナス方向(図の左方向)に位置した場合を示している。図19(B)では、第1LED31bがZ方向にずれている場合を示しており、この例では第1LED31bが正規の取付位置から下方向にずれている。 FIG. 18 shows the overall flow of correction processing. A specific example of deviation will be described with reference to FIG. 19 . In FIG. 19(A), the "0" point should be located directly under the first LED 31b, but the mounting angle of the first LED 31b is shifted by θ0, and the "0" point is minus a predetermined amount from directly under the first LED 31b. It shows the case where it is positioned in the direction (to the left in the drawing). FIG. 19B shows a case where the first LED 31b is displaced in the Z direction, and in this example the first LED 31b is displaced downward from the normal mounting position.

これらのずれを補正して図19(C)に示すように、「0」の点が第1LED31bの直下でかつ基準面上に位置し、0~45°の照射角度となるようにする。具体的には、図18に示す流れに基づいて行うことができ、まず、絶対位相0の座標を推定するとともに、絶対位相1の座標を推定する。さらに、第1LED31bの位置を推定した後、補正係数を導出する。補正は線形補正とすることができる。例えば、Φ' = a * Φ + bの式を用いることができ、この式におけるΦ'は補正後絶対位相であり、Φは補正前絶対位相である。a = tanθ1 + tanθ0であり、b = -tanθ0である。 By correcting these deviations, as shown in FIG. 19C, the "0" point is located directly below the first LED 31b and on the reference plane, and the irradiation angle is set to 0 to 45°. Specifically, it can be performed based on the flow shown in FIG. Further, after estimating the position of the first LED 31b, a correction coefficient is derived. The correction can be linear correction. For example, the formula Φ′=a*Φ+b can be used, where Φ′ is the corrected absolute phase and Φ is the uncorrected absolute phase. a = tan θ1 + tan θ0 and b = -tan θ0.

また、図20に示すように、あおり角がある場合には、絶対位相が大きくなるほどその間隔が広がることになるが、あおり角がない理想状態の場合には絶対位相が等ピッチになる。あおり角がある場合の線分230の長さと、あおり角がない場合の線分231の長さとを比較すると、あおり角がある場合の線分230の方が長くなり、この長さの相違が誤差となる。つまり、理想状態の場合に対し、あおり角がある場合は絶対位相Φの値がずれることになり、あおり角が無い場合の値に比べて小さな値となる。 Also, as shown in FIG. 20, when there is a tilt angle, the larger the absolute phase, the wider the interval between them. Comparing the length of the line segment 230 with the tilt angle and the length of the line segment 231 without the tilt angle, the line segment 230 with the tilt angle is longer. error. That is, when there is a tilt angle, the value of the absolute phase Φ shifts from that in the ideal state, and becomes a smaller value than the value when there is no tilt angle.

あおり角の補正を行う場合には、まず、あおりを直接測定し、変換式を適用する。あおり角の直接測定ができない場合は、絶対位相を二次補正すればよい。変換式は、Φ'=Φcosθ/(1-Φsinθ)であり、この式におけるΦは観測した絶対位相、Φ'は変換後の絶対位相(あおり角がないときの絶対位相)である。 When correcting the tilt angle, first, the tilt is directly measured and a conversion formula is applied. If the swing angle cannot be directly measured, the absolute phase should be corrected secondarily. The conversion formula is Φ'=Φcos θ/(1−Φsin θ), where Φ is the observed absolute phase and Φ' is the absolute phase after conversion (absolute phase when there is no tilt angle).

図21は、ペアである第1LED31bと第2LED32bとの高さずれが生じている場合を模式的に示している。この例では、第2LED32bの方が第1LED31bよりも寸法dだけ上に位置している。第1LED31bと第2LED32bの高さ補正を行う前提条件として、第1LED31b及び第2LED32bの照射角度範囲は既に0°~45°に正規化(調整)されていることが必要である。高さ補正を行う補正式は、h = (l - d * φ1) / (φ0 + φ1)である。 FIG. 21 schematically shows a case where the first LED 31b and the second LED 32b, which are a pair, are shifted in height. In this example, the second LED 32b is located above the first LED 31b by the dimension d. As a precondition for correcting the height of the first LED 31b and the second LED 32b, it is necessary that the irradiation angle range of the first LED 31b and the second LED 32b has already been normalized (adjusted) to 0° to 45°. A correction formula for height correction is h = (l - d * φ1) / (φ0 + φ1).

すなわち、第1LED31bと第2LED32bとの距離lは、l = h * tanθ0 + (h+d) * tanθ1となる。この関係をhについて解く。 That is, the distance l between the first LED 31b and the second LED 32b is l=h*tanθ0+(h+d)*tanθ1. Solve this relationship for h.

h * (tanθ0 + tanθ1) = l - d * tanθ1
h = (l - d * tanθ1) / (tanθ0 + tanθ1)
ここで、tanθ0, tanθ1は、正規化後の絶対位相と同じであるから、h = (l - d * φ1) / (φ0 + φ1)となる。
h * (tanθ0 + tanθ1) = l - d * tanθ1
h = (l - d * tanθ1) / (tanθ0 + tanθ1)
Here, since tan θ0 and tan θ1 are the same as the absolute phase after normalization, h = (l - d * φ1)/(φ0 + φ1).

図22は、補正が必要な箇所の推定と、補正を行うための各部の調整の流れを説明する図である。まず、ステップSB1において照明を設置する。例えば、第1LED31b及び第2LED32bを照明ハウジング30取り付ける。その後、ステップSB2において第1の推定においてθxyとθxzと残存誤差を推定してから、ステップSB3において各θxyと各θxzを調整する。調整後、ステップSB4に進み、第2の推定においてθ0、θ1、照明座標X,Y,Z、θxy、θyz、θxz、残存誤差を推定する。ステップSB5において残存誤差の有無を判定し、残存誤差があると判定された場合にはステップSB3に進んで各調整を行い、第2の推定を再び行う。残存誤差が無くなるまで調整と第2の推定が繰り返され、残存誤差が無くなると、ステップSB6に進み、推定結果を取得するとともに、記憶する。第1の推定と第2の推定とは同じにすることができる。以上のステップは、図2に示す誤差推定部49aによって行うことができる。 FIG. 22 is a diagram for explaining the flow of estimating a portion requiring correction and adjustment of each unit for correction. First, lighting is installed in step SB1. For example, a first LED 31b and a second LED 32b are attached to the illumination housing 30. As shown in FIG. After that, in step SB2, θxy, θxz, and residual errors are estimated in the first estimation, and then each θxy and each θxz are adjusted in step SB3. After the adjustment, the process advances to step SB4 to estimate θ0, θ1, illumination coordinates X, Y, Z, θxy, θyz, θxz, and residual errors in the second estimation. In step SB5, it is determined whether or not there is a residual error, and if it is determined that there is a residual error, the process advances to step SB3 to perform each adjustment and perform the second estimation again. The adjustment and the second estimation are repeated until the residual error disappears, and when the residual error disappears, the process advances to step SB6 to acquire and store the estimation result. The first estimate and the second estimate can be the same. The above steps can be performed by the error estimator 49a shown in FIG.

図23は、ずれの具体的な推定方法を説明する模式図である。第1LED32bの中心座標を(X,0,Z)とする。座標xの位相Pは以下のようにおける。 FIG. 23 is a schematic diagram for explaining a specific method of estimating deviation. Let the center coordinates of the first LED 32b be (X, 0, Z). The phase P of coordinate x is as follows.

t0= tanθ0
t1= tanθ1
底辺の長さl=(Z-z) * (t0 + t1)
θ0側端からxまでの距離lx=(x-X) + (Z-z) * t0
P = lx / l
P = {(x-X) + (Z-z) * t0} / {(Z-z) * (t0 + t1)}
t0 = tanθ0
t1= tanθ1
Base length l = (Zz) * (t0 + t1)
Distance from θ0 side end to x lx=(xX) + (Zz) * t0
P = lx/l
P = {(xX) + (Zz) * t0} / {(Zz) * (t0 + t1)}

第1LED32bが傾いていた場合、照明中心位置XがY依存性を持っていると置くことができる。 If the first LED 32b is tilted, it can be assumed that the illumination center position X has Y dependence.

X(y) = X0 + axy * y
P ={(x-(X0 + a * y)) + (Z-z) * t0} / {(Z-z) * (t0 + t1)}
={(x-(X0 + a * y))}/ {(Z-z) * (t0 + t1)}+ t0 / {t0 + t1}
X(y) = X0 + axy * y
P = {(x-(X0 + a * y)) + (Zz) * t0} / {(Zz) * (t0 + t1)}
= {(x-(X0 + a * y))} / {(Zz) * (t0 + t1)} + t0 / {t0 + t1}

不明係数をまとめると、以下のようになる。 The unknown coefficients are summarized as follows.

t0 … 第1LED32bの照射幅0
t1 … 第1LED32bの照射幅1
X0 … 照明中心X座標
a … 第1LED32bの傾きxy (a = tanθxy)
Z … 第1LED32bの高さ
P = {(x-(X0 + a * y)) * Ti} / {Z-z}+ t0 * Ti
ここで、最小二乗法の目的関数は、J = (p - P)^2となる。pは計測された位相である。
t0 ... Irradiation width 0 of the first LED 32b
t1 ... Irradiation width 1 of the first LED 32b
X0 … Lighting center X coordinate
a ... Inclination xy of the first LED 32b (a = tan θxy)
Z … Height of the first LED 32b
P = {(x-(X0 + a * y)) * Ti} / {Zz} + t0 * Ti
Here, the objective function of the least squares method is J = (p - P)^2. p is the measured phase.

Pは、不明係数の線形結合ではないため、勾配法などの反復法を使う必要があり、レーベンバーグマーカート法を使うことができる。 Since P is not a linear combination of unknown coefficients, an iterative method such as the gradient method must be used, and the Levenberg-Marquardt method can be used.

各係数を求めた後、t0、t1、θxy補正をする。 After obtaining each coefficient, perform t0, t1, and θxy corrections.

t0' = t0 / cosθxy
t1' = t1 / cosθxy
t0' = t0 / cosθxy
t1' = t1/cosθxy

(カメラキャリブレーション)
図24は、カメラキャリブレーションの概念を示す図である。まず、ワールド座標とカメラ座標との対応付けのための係数(カメラパラメータ)を推定する。「カメラ」とは撮像装置2である。本実施形態では、ワールド座標=照明座標となる。つまり、第1投光部31及び第2投光部32と、第3投光部33及び第4投光部34の2ペアで互いに異なる方向から測定対象物Wに測定用パターン光を投影できるので、キャリブレーションボードを使用することなく、XYZが求まった状態にすることができる。
(camera calibration)
FIG. 24 is a diagram showing the concept of camera calibration. First, coefficients (camera parameters) for associating world coordinates with camera coordinates are estimated. A “camera” is the imaging device 2 . In this embodiment, world coordinates=illumination coordinates. That is, the two pairs of the first light projecting unit 31 and the second light projecting unit 32 and the third light projecting unit 33 and the fourth light projecting unit 34 can project the measurement pattern light onto the measurement object W from mutually different directions. Therefore, XYZ can be obtained without using a calibration board.

測定対象物Wのワールド座標と対応するカメラ座標は既知である。測定対象物Wの高さを変え、複数回撮像し、信頼性の高いサンプリング点(特定点)を使い、従来周知のTsai(1987)の方法でカメラパラメータを推定する。Tsaiの論文では平たい板を前提としているが、本実施形態では、第1LED31b及び第2LED32bの高さを使って、X,Y,Z座標が求まるので、平たい板でなくてもよく、基本的に自由な形状で構わない。ただし、位相が狂う場合があるため、ロバスト推定法であるRANSACを併用し、誤差要因を取り除くようにしている。 The world coordinates of the measurement object W and the corresponding camera coordinates are known. The height of the object W to be measured is changed, images are taken multiple times, and highly reliable sampling points (specific points) are used to estimate camera parameters by the well-known method of Tsai (1987). Tsai's paper assumes a flat plate, but in this embodiment, the heights of the first LED 31b and the second LED 32b are used to determine the X, Y, and Z coordinates. Any shape is acceptable. However, since the phase may be out of order, RANSAC, which is a robust estimation method, is also used to remove the error factor.

図25(A)は、測定対象物Wが初期位置(第1の高さ)にある場合に、サンプリング点SPのX,Y,Z座標を取得する場合を説明する図である。サンプリング点SPのX,Y,Z座標は、上述したように、第1パターン画像セット、第2パターン画像セット、第3パターン画像セット及び第4パターン画像セットと、第1LED31b及び第2LED32bの距離情報と、第3LED33b及び第4LED34bの距離情報とを利用して求めることができる。図25(B)は、測定対象物Wが初期位置よりも高い位置(第2の高さ)にある場合に、サンプリング点SPのX,Y,Z座標を取得する場合を説明する図である。サンプリング点SPのX,Y,Z座標は、図25(A)の場合と同様にして求めることができる。 FIG. 25(A) is a diagram illustrating a case where the X, Y, and Z coordinates of the sampling point SP are obtained when the measurement object W is at the initial position (first height). As described above, the X, Y, and Z coordinates of the sampling point SP are the distance information of the first pattern image set, the second pattern image set, the third pattern image set, the fourth pattern image set, and the first LED 31b and the second LED 32b. and the distance information of the third LED 33b and the fourth LED 34b. FIG. 25B is a diagram illustrating a case where the X, Y, and Z coordinates of the sampling point SP are obtained when the object W to be measured is at a position (second height) higher than the initial position. . The X, Y, and Z coordinates of the sampling point SP can be obtained in the same manner as in FIG. 25(A).

図26は、カメラパラメータ行列と歪みモデルの数式を示すものであり、ワールド座標とカメラ座標との対応付けのためのパラメータを求めるために使用される。x,yはレンズ歪みを補正した後のカメラ座標であり、既知である。X,Y,Zはワールド座標であり、これも既知である。x,y,X,Y,Zを使用して他のパラメータを推定する。s,aはそれぞれスキュー、アスペクト比であり、どちらも通常は1でよい。tx,tyは、撮像素子22として用いられるイメージセンサの中心座標である。fは、縦横の焦点距離である。Rは回転行列、Tは並進ベクトルである。また、k1,k2,p1,p2は歪みパラメータである。 FIG. 26 shows formulas of the camera parameter matrix and the distortion model, which are used to find the parameters for associating the world coordinates with the camera coordinates. x, y are the camera coordinates after correcting the lens distortion and are known. X, Y, Z are world coordinates, which are also known. Use x,y,X,Y,Z to estimate other parameters. s and a are skew and aspect ratio, respectively, and both are usually 1. tx, ty are the center coordinates of the image sensor used as the imaging element 22 . f is the vertical and horizontal focal length. R is the rotation matrix and T is the translation vector. Also, k1, k2, p1, and p2 are distortion parameters.

図27は、各パラメータの推定手順を示すフローチャートである。ステップSC1では、tx,tyを推定し、ステップSC2では、Rを推定する。ステップSC1及びステップSC2は2Dキャリブレーションに類似する処理であり、tx,ty,Rは比較的安定的に求まる。ただし、視野端などで高さが正しくない画素があると影響が大きいので、ロバスト推定(RANZAC法)を実施する。 FIG. 27 is a flow chart showing a procedure for estimating each parameter. At step SC1, tx and ty are estimated, and at step SC2, R is estimated. Step SC1 and step SC2 are processes similar to 2D calibration, and tx, ty, and R can be found relatively stably. However, if there are pixels with incorrect heights at the edges of the field of view, etc., the effect is large, so robust estimation (RANZAC method) is performed.

ステップSC3では、f,tzを粗く推定し、ステップSC4では、f,tzを精密に推定するとともに、kを推定する。ステップSC3及びステップSC4は、3Dキャリブレーションとレンズ歪み推定のための処理であり、ばらつきが大きく、最小二乗法では安定しないことがあるので、RANZAC法を適用する。ステップSC5は、必須のステップではないが、全ての推定値の微調整を行うステップである。 At step SC3, f and tz are roughly estimated, and at step SC4, f and tz are estimated precisely and k is estimated. Steps SC3 and SC4 are processes for 3D calibration and lens distortion estimation, and the RANZAC method is applied because the variation is large and the least squares method may not be stable. Step SC5 is a step for fine-tuning all estimated values, although it is not an essential step.

f,tz値に影響するのは画角の影響を受けやすい外側の画素(イメージセンサの中心から外れた所の画素)であるため、キャリブレーションを行う際には、イメージセンサの外側の画素を使用してもよい。また、画角の影響を受けない点を省くことができる。 Since the f and tz values are affected by the angle of view of the outer pixels (pixels away from the center of the image sensor), the pixels on the outer side of the image sensor are used during calibration. may be used. In addition, it is possible to omit the point of not being affected by the angle of view.

また、サンプリング点SPの信頼性を高めるために、サンプリング点SPのX座標、Y座標及びZ座標は、当該サンプリング点SPの周囲の点のX座標、Y座標及びZ座標の情報が加味されていてもよい。例えば、サンプリング点SP及びその周囲の点のX座標、Y座標及びZ座標の平均値(例えば、3×3、Median等)をサンプリング点SPのX座標、Y座標及びZ座標とすることができる。これにより、信頼性の高いキャリブレーションターゲットを生成できる。 In addition, in order to increase the reliability of the sampling point SP, the X-coordinate, Y-coordinate and Z-coordinate information of the points around the sampling point SP are taken into consideration. may For example, the average value (eg, 3×3, Median, etc.) of the X, Y, and Z coordinates of the sampling point SP and its surrounding points can be used as the X, Y, and Z coordinates of the sampling point SP. . This makes it possible to generate a highly reliable calibration target.

第1LED31b、第2LED32b、第3LED33b及び第4LED34bが固定されていて、位相Pが既知であれば、カメラ座標(xf,yf)と位相Pとからワールド座標(wx,wy,wz)を導出することができる。 If the first LED 31b, the second LED 32b, the third LED 33b, and the fourth LED 34b are fixed and the phase P is known, derive the world coordinates (wx, wy, wz) from the camera coordinates (xf, yf) and the phase P. can be done.

上述したカメラパラメータの推定は、図1等に示すコントローラ部4で行うことができる。このカメラパラメータは、キャリブレーションターゲットであり、カメラパタメーラの生成は、図2に示すキャリブレーションターゲット生成部48aで行われる。キャリブレーションターゲット生成部48aは、キャリブレーションターゲットを生成する際に、測定対象物Wの表面におけるサンプリング点SPのX座標、Y座標及びZ座標を利用してキャリブレーションターゲットを生成することができる。すなわち、第1パターン光生成部31d及び第2パターン光生成部32dが対をなし、また、第3パターン光生成部33d及び第4パターン光生成部34dが対をなすことになるので、測定対象物Wに対して異なる複数方向から各パターン光を順次投影することが可能になる。これにより、パターン画像の死角が少なくなるので、各パターン画像に基づいてサンプリング点SPのX座標、Y座標及びZ座標を計測することができる。この計測結果がキャリブレーションターゲットとなる。 The estimation of the camera parameters described above can be performed by the controller unit 4 shown in FIG. 1 and the like. This camera parameter is a calibration target, and the generation of the camera parameter is performed by the calibration target generator 48a shown in FIG. The calibration target generator 48a can generate the calibration target using the X, Y, and Z coordinates of the sampling points SP on the surface of the measurement object W when generating the calibration target. That is, the first pattern light generation unit 31d and the second pattern light generation unit 32d form a pair, and the third pattern light generation unit 33d and the fourth pattern light generation unit 34d form a pair. Each pattern light can be sequentially projected onto the object W from a plurality of different directions. As a result, the dead angle of the pattern image is reduced, so that the X, Y and Z coordinates of the sampling point SP can be measured based on each pattern image. This measurement result becomes a calibration target.

図2に示すキャリブレーション実行部48bは、キャリブレーションターゲット生成部48aで生成されたキャリブレーションターゲットを利用してカメラキャリブレーションを実行する。これにより、ワールド座標と撮像装置2の座標との対応付けが行われる。よって、ワールド座標と撮像装置2の座標との対応付けに際してキャリブレーションボードは不要になる。 The calibration execution unit 48b shown in FIG. 2 executes camera calibration using the calibration target generated by the calibration target generation unit 48a. As a result, the world coordinates and the coordinates of the imaging device 2 are associated with each other. Therefore, a calibration board is not required for associating the world coordinates with the coordinates of the imaging device 2 .

(投光部の調整機構)
図28及び図29は、調整機構を有する第1投光部31の構造例を示すものである。照明装置3の照明ハウジング30は、ベース部材60と、第1LCD31dが固定されたLCDホルダ(第1パターン光生成部ホルダ部材)61と、第1LED31bが固定されたLEDホルダ(第1光源ホルダ部材)62とを備えている。LCDホルダ61は、ベース部材60に対して位置調整可能に取り付けられ、また、LEDホルダ62も、ベース部材60に対して位置調整可能に取り付けられている。図28及び図29における幅方向とは、第1LED31bが並ぶ方向のことである。
(Adjustment mechanism of light emitting part)
28 and 29 show structural examples of the first light projecting section 31 having an adjusting mechanism. The illumination housing 30 of the illumination device 3 includes a base member 60, an LCD holder (first pattern light generation unit holder member) 61 to which the first LCD 31d is fixed, and an LED holder (first light source holder member) to which the first LED 31b is fixed. 62. The LCD holder 61 is attached to the base member 60 so that its position can be adjusted, and the LED holder 62 is also attached to the base member 60 so that its position can be adjusted. The width direction in FIGS. 28 and 29 is the direction in which the first LEDs 31b are arranged.

すなわち、図28に示すように、ベース部材60の上面には、ボス部60aが上方へ突出するように設けられるとともに、このボス部60aから幅方向に離れた部分に当て板部60bが上方へ突出するように設けられている。ベース部材60の上面には、ボス部60aから幅方向に離れた部分に第1シム63a(図28において左下がりの斜線を付して示す)が載置されている。ボス部60aの上端面と、第1シム63aの上面とにLCDホルダ61が載置されている。図29に示すように、LCDホルダ61は、第1ビス64と、第2ビス65と、2本の第3ビス66とでベース部材60に締結固定されている。第1ビス64及び第2ビス65は、ベース部材60のボス部60aに螺合するようになっている。2本の第3ビス66は、第1シム63aを貫通してベース部材60に螺合するようになっている。したがって、第1シム63aの厚さを変更することで、LCDホルダ61の傾き、即ちLEDホルダ62の傾きを変更することができる。つまり、LEDホルダ62のθzxを調整でき、第1投光部31と第2投光部32との間でθzxの調整が可能になる。 That is, as shown in FIG. 28, a boss portion 60a is provided on the upper surface of the base member 60 so as to protrude upward. provided to protrude. On the upper surface of the base member 60, a first shim 63a (indicated by oblique lines slanting downward to the left in FIG. 28) is placed at a portion spaced apart from the boss portion 60a in the width direction. The LCD holder 61 is mounted on the upper end surface of the boss portion 60a and the upper surface of the first shim 63a. As shown in FIG. 29 , the LCD holder 61 is fastened and fixed to the base member 60 with a first screw 64 , a second screw 65 and two third screws 66 . The first screw 64 and the second screw 65 are screwed into the boss portion 60 a of the base member 60 . Two third screws 66 pass through the first shim 63 a and are screwed into the base member 60 . Therefore, by changing the thickness of the first shim 63a, the tilt of the LCD holder 61, that is, the tilt of the LED holder 62 can be changed. That is, θzx of the LED holder 62 can be adjusted, and θzx can be adjusted between the first light projecting section 31 and the second light projecting section 32 .

LCDホルダ61には、第2ビス65が挿通する円弧状スリット61cが形成されている。円弧状スリット61cは、第1ビス64の中心線を中心とした円弧を描くように延びている。また、LCDホルダ61には、第3ビス66が挿通するスリット61dが形成されている。円弧状スリット61c及びスリット61dの形成により、LCDホルダ61を第1ビス64の中心線周りに回動させることができ、任意の回動位置で固定できる。ベース部材60の当て板部60bと、LCDホルダ61の側面との間には、第2シム63b(図28において右下がりの斜線を付して示す)が配置されている。したがって、第2シム63bの厚さを変更することで、LCDホルダ61の向き、即ちLEDホルダ62の向きを変更することができる。つまり、LEDホルダ62のθxyを調整でき、第1投光部31と第2投光部32との間でθxyの調整が可能になる。 The LCD holder 61 is formed with an arcuate slit 61c through which the second screw 65 is inserted. The arcuate slit 61c extends to draw an arc around the center line of the first screw 64. As shown in FIG. Further, the LCD holder 61 is formed with a slit 61d through which the third screw 66 is inserted. By forming the arc-shaped slits 61c and 61d, the LCD holder 61 can be rotated around the center line of the first screw 64 and can be fixed at an arbitrary rotation position. Between the backing plate portion 60b of the base member 60 and the side surface of the LCD holder 61, a second shim 63b (indicated by hatching downward to the right in FIG. 28) is arranged. Therefore, by changing the thickness of the second shim 63b, the orientation of the LCD holder 61, that is, the orientation of the LED holder 62 can be changed. That is, θxy of the LED holder 62 can be adjusted, and θxy can be adjusted between the first light projecting section 31 and the second light projecting section 32 .

図28に示すように、LCDホルダ61の上面には、ボス部61aが上方へ突出するように設けられるとともに、このボス部61aから幅方向に離れた部分に当て板部61bが上方へ突出するように設けられている。LCDホルダ61の上面には、ボス部61aから幅方向に離れた部分に第3シム63cが載置されている。ボス部61aの上端面と、第3シム63cの上面とにLEDホルダ62が載置されている。LEDホルダ62は、LCDホルダ61のベース部材60に対する固定構造と同様に、LCDホルダ61に対して締結固定されている。したがって、第3シム63cの厚さを変更することで、LEDホルダ62のθzxを調整できる。この場合、第1投光部31内においてθzxの調整が可能になる。 As shown in FIG. 28, a boss portion 61a is provided on the upper surface of the LCD holder 61 so as to protrude upward. is provided as follows. A third shim 63c is placed on the upper surface of the LCD holder 61 at a portion spaced apart from the boss portion 61a in the width direction. The LED holder 62 is mounted on the upper end surface of the boss portion 61a and the upper surface of the third shim 63c. The LED holder 62 is fastened and fixed to the LCD holder 61 in the same manner as the structure for fixing the LCD holder 61 to the base member 60 . Therefore, θzx of the LED holder 62 can be adjusted by changing the thickness of the third shim 63c. In this case, θzx can be adjusted within the first light projecting section 31 .

また、LCDホルダ61の当て板部61bと、LEDホルダ62の側面との間には、第4シム63dが配置されている。したがって、第4シム63dの厚さを変更することで、LEDホルダ62のθxyを調整できる。この場合、第1投光部31内においてθxyの調整が可能になる。高さ測定時の誤差が最も少なくなるように各調整を行う。 A fourth shim 63 d is arranged between the backing plate portion 61 b of the LCD holder 61 and the side surface of the LED holder 62 . Therefore, θxy of the LED holder 62 can be adjusted by changing the thickness of the fourth shim 63d. In this case, θxy can be adjusted within the first light projecting section 31 . Make each adjustment so that the error in the height measurement is minimized.

また、図30に示す構造例では、第1LED31bが実装された基板31cの幅方向一端側がビス70によってケーシング31aに固定されている。基板31cの幅方向他端側には、当該基板31cの幅方向に長い複数の長孔71が互いに間隔をあけて設けられている。ケーシング31aにおける各長孔71に対応する部分には、ビス72が螺合するようになっている。基板31cにおけるビス72で締結する位置を選択することにより、基板31cの角度、即ち第1LED31bの角度を調整することができる。 In addition, in the structural example shown in FIG. 30, one end in the width direction of the substrate 31c on which the first LED 31b is mounted is fixed to the casing 31a by a screw 70. As shown in FIG. A plurality of long holes 71 elongated in the width direction of the substrate 31c are provided at intervals on the other widthwise end side of the substrate 31c. Screws 72 are screwed into portions of the casing 31a corresponding to the long holes 71. As shown in FIG. The angle of the substrate 31c, that is, the angle of the first LED 31b can be adjusted by selecting the position of the substrate 31c to be fastened with the screws 72. FIG.

図30に示す構造例の場合、ケーシング31aを介して第1LED31bと第1LCD31dとを一体化しており、互いの位置精度を高めやすいが、製造上の誤差が生じ得るのは避けられない。誤差が生じた場合に、高さ測定時の誤差が最も少なくなるように、基板31cを回動させればよい。 In the case of the structural example shown in FIG. 30, the first LED 31b and the first LCD 31d are integrated through the casing 31a, which makes it easy to improve the mutual positional accuracy, but it is inevitable that manufacturing errors may occur. If an error occurs, the substrate 31c should be rotated so as to minimize the error during height measurement.

また、上記調整機構は、第2投光部32、第3投光部33及び第4投光部34に設けることもできる。 Further, the adjusting mechanism can be provided in the second light projecting section 32, the third light projecting section 33, and the fourth light projecting section 34 as well.

(使用セグメント変更)
図2に示す誤差推定部49aによって各誤差を推定することができ、このとき、第1LCD31dにより投影されるパターン光の投影誤差を推定することもできる。図31の(A)は、第1LED31bと第1LCD31dとの相対位置がずれてしまっていて、第1LED31bから出射された光が第1LCD31dの外に達している状態を示している。この場合に、第1LCD31dを、第1LED31bの照射範囲(0°~45°)よりも大きなサイズのものにしておき、有効セグメントと余剰セグメントとを確保しておく。
(Use segment change)
Each error can be estimated by the error estimator 49a shown in FIG. 2, and at this time, the projection error of the pattern light projected by the first LCD 31d can also be estimated. (A) of FIG. 31 shows a state in which the relative positions of the first LED 31b and the first LCD 31d are displaced, and the light emitted from the first LED 31b reaches the outside of the first LCD 31d. In this case, the size of the first LCD 31d is larger than the irradiation range (0° to 45°) of the first LED 31b to ensure effective segments and surplus segments.

図31の(B)に示すように、第1LED31bを設計通りの視野に合わせ、第1LED31bの直下に位置するセグメントから投影パターンを生成できるようにする。誤差推定部49aの推定結果に基づいて、第1LCD31dにより投影されるパターン光の投影誤差を補正するように、第1LCD31dの使用セグメントを決定する。これは、図2に示す使用セグメント決定部49bが行う。 As shown in FIG. 31B, the first LED 31b is aligned with the designed field of view so that a projection pattern can be generated from the segment positioned directly below the first LED 31b. Based on the estimation result of the error estimator 49a, the segment to be used for the first LCD 31d is determined so as to correct the projection error of the pattern light projected by the first LCD 31d. This is performed by the used segment determination unit 49b shown in FIG.

図31の(B)の有効セグメントは、パターンを形成するセグメントであり、余剰セグメントはパターンの形成に寄与しないセグメントである。有効セグメントの開始位置及び終了位置は、任意に設定することができ、パターン光の投影誤差が最も少なくなるように決定することができる。使用セグメント変更の変更はソフトウェア上で行えるので、物理的な調整機構による調整に比べて容易である。尚、位相シフト法の場合は、全領域を照射しつつ、位相をずらすだけでよいので、有効セグメントの開始位置及び終了位置が投影の端である必要はない。グレーコードの場合は、照射範囲外は常に全黒パターンとなるので、一般的には全黒パターンと他の空間コードとの境が開始位置及び終了位置となり得る。 Effective segments in FIG. 31B are segments that form a pattern, and surplus segments are segments that do not contribute to pattern formation. The start position and end position of the effective segment can be set arbitrarily, and can be determined so as to minimize the projection error of the pattern light. Since the change of the used segment can be performed on the software, it is easier than the adjustment by the physical adjustment mechanism. In the case of the phase shift method, it is only necessary to shift the phase while irradiating the entire area, so the start position and end position of the effective segment need not be the ends of the projection. In the case of a gray code, the outside of the irradiation range is always an all-black pattern, so generally the boundary between the all-black pattern and another spatial code can be the start position and end position.

使用セグメントの変更は、第3投光部33及び第4投光部34においても可能である。 The use segment can be changed in the third light projecting section 33 and the fourth light projecting section 34 as well.

(照明構造誤差と補正方法との関係)
上述した各誤差は、照明の構造に起因するものが殆どである。例えば、第1投光部31と第2投光部32との間のθxy,θzx、各投光部31~34のθxy,θzxは、上記調整機構によって補正することができる。また、視野(θ0,θ1)は、上記使用セグメントの変更によって補正することができる。また、視野(θ0,θ1)と、あおり角θyzは絶対位相補正によって補正することができる。さらに、ペアとなる投光部のLED間の距離(l)、ペアとなる投光部のLEDの高さ差(d)は、高さ計測時のパラメータによって補正することができる。
(Relationship between illumination structure error and correction method)
Most of the errors described above are caused by the illumination structure. For example, θxy and θzx between the first light projecting section 31 and the second light projecting section 32 and θxy and θzx between the light projecting sections 31 to 34 can be corrected by the adjustment mechanism. Also, the field of view (θ0, θ1) can be corrected by changing the segment used. Also, the field of view (θ0, θ1) and the tilt angle θyz can be corrected by absolute phase correction. Further, the distance (l) between the LEDs of the paired light projecting units and the height difference (d) of the LEDs of the paired light projecting units can be corrected by the parameters used when measuring the height.

(運用時補正)
雰囲気温度等の影響により、第1LED31bと第2LED32bの高さ方向のずれや、第3LED33bと第4LED34bの高さ方向のずれがあった場合には、そのずれを画像処理装置1の運用時に補正することができる。例えば、第1LED31bの高さを真とし、最小二乗法で合わせ込むようにする。
(correction during operation)
If the first LED 31b and the second LED 32b are misaligned in the height direction or the third LED 33b and the fourth LED 34b are misaligned in the height direction due to the influence of the ambient temperature, etc., the misalignment is corrected during operation of the image processing apparatus 1. be able to. For example, the height of the first LED 31b is taken as true, and the least squares method is used for matching.

(画像処理装置1の運用時)
次に、画像処理装置1の運用時について説明する。図32~図36は、測定対象物Wが直方体の箱であり、第1投光部31及び第2投光部32からパターン光を投影して測定した場合を示している。
(During operation of the image processing apparatus 1)
Next, operation of the image processing apparatus 1 will be described. 32 to 36 show the case where the object W to be measured is a rectangular parallelepiped box, and pattern light is projected from the first light projecting section 31 and the second light projecting section 32 for measurement.

まず、使用者が測定対象物Wを載置面100に載置して測定開始操作又は検査開始操作を行うと、第1投光部31及び第2投光部32からそれぞれ8つの位相シフト法用のパターン光が順次生成されて測定対象物Wに投影される。撮像装置2は、各パターン光が投影されたタイミングで撮像する。図32に示す位相シフトパターン画像セットは、第1投光部31から測定対象物Wに投影されたパターン光を撮像した画像である。図32に示す位相シフトパターン画像セットに基づいて位相画像を生成すると、図33の左側に示すような位相画像になる。位相画像から中間画像を生成すると、図33の右側に示すような画像になる。尚、グレーコードパターン画像の図示は省略している。 First, when the user places the object W to be measured on the placement surface 100 and performs a measurement start operation or an inspection start operation, eight phase shift methods are emitted from the first light projecting unit 31 and the second light projecting unit 32, respectively. are sequentially generated and projected onto the object W to be measured. The imaging device 2 takes an image at the timing when each pattern light is projected. The phase shift pattern image set shown in FIG. 32 is an image of the pattern light projected onto the measurement object W from the first light projecting section 31 . Generating a phase image based on the phase shift pattern image set shown in FIG. 32 results in a phase image as shown on the left side of FIG. Generating an intermediate image from the phase image results in an image as shown on the right side of FIG. The illustration of the gray code pattern image is omitted.

一方、図34に示す位相シフトパターン画像セットは、第2投光部32から測定対象物Wに投影されたパターン光を撮像した画像である。図34に示す位相シフトパターン画像セットに基づいて位相画像を生成すると、図35の左側に示すような位相画像になる。位相画像から中間画像を生成すると、図35の右側に示すような画像になる。 On the other hand, the phase shift pattern image set shown in FIG. 34 is an image of the pattern light projected onto the measurement object W from the second light projecting section 32 . Generating a phase image based on the phase shift pattern image set shown in FIG. 34 results in a phase image as shown on the left side of FIG. Generating an intermediate image from the phase image results in an image as shown on the right side of FIG.

図33の右側に示す中間画像と、図35の右側に示す中間画像とを合成すると図36の左側に示すような高さ画像が生成される。高さ画像の上下方向の断面形状は、図36の右側に示すようなユーザーインターフェースによって表示部5に表示することができる。 By synthesizing the intermediate image shown on the right side of FIG. 33 and the intermediate image shown on the right side of FIG. 35, a height image shown on the left side of FIG. 36 is generated. The vertical cross-sectional shape of the height image can be displayed on the display unit 5 by a user interface as shown on the right side of FIG.

また、測定開始操作又は検査開始操作を行うと、第3投光部33及び第4投光部34からそれぞれ8つの位相シフト法用のパターン光が順次生成されて測定対象物Wに投影される。撮像装置2は、各パターン光が投影されたタイミングで撮像する。 Further, when a measurement start operation or an inspection start operation is performed, eight pattern lights for the phase shift method are sequentially generated from the third light projecting section 33 and the fourth light projecting section 34, respectively, and projected onto the measurement object W. . The imaging device 2 takes an image at the timing when each pattern light is projected.

(実施形態の作用効果)
以上説明したように、この実施形態によれば、第1測定用パターン光を投影する第1投光部31と、第2測定用パターン光を投影する第2投光部32と、撮像装置2とにより、複数の第1パターン画像及び第2パターン画像を生成することができる。第1パターン画像及び第2パターン画像に基づいて、各画素が測定対象物Wへの第1測定用パターン光の照射角度情報を有する第1角度画像と、各画素が測定対象物Wへの第2測定用パターン光の照射角度情報を有する第2角度画像とを生成することができる。
(Action and effect of the embodiment)
As described above, according to this embodiment, the first light projecting unit 31 that projects the first pattern light for measurement, the second light projecting unit 32 that projects the second pattern light for measurement, and the imaging device 2 Thus, a plurality of first pattern images and second pattern images can be generated. Based on the first pattern image and the second pattern image, a first angle image in which each pixel has irradiation angle information of the first pattern light for measurement to the measurement object W, and 2, a second angle image having irradiation angle information of the pattern light for measurement can be generated.

照明装置3の照明ハウジング30内における第1投光部31及び第2投光部32の相対位置は既知であるため、この相対位置情報と、第1角度画像の各画素の照射角度情報及び第2角度画像の各画素の照射角度情報とにより、撮像装置2と照明装置3との相対的な位置関係に関わらず、照明装置3の中心軸A方向における測定対象物Wの高さを測定することができる。 Since the relative positions of the first light projecting section 31 and the second light projecting section 32 in the lighting housing 30 of the lighting device 3 are known, this relative position information, the irradiation angle information of each pixel of the first angle image, and the The height of the object W to be measured in the direction of the central axis A of the illumination device 3 is measured using the irradiation angle information of each pixel of the two-angle image, regardless of the relative positional relationship between the imaging device 2 and the illumination device 3. be able to.

つまり、照明装置3と撮像装置2とを別体とすることで別々に設置可能にして設置時の自由度を高める場合に、撮像装置2の照明装置3に対する位置を厳密に調整しなくても、測定対象物Wの絶対形状を測定できるので、設置時の使用者の負担が大きくなることはない。 In other words, when the lighting device 3 and the imaging device 2 are made separately so that they can be installed separately and the degree of freedom at the time of installation is increased, the position of the imaging device 2 with respect to the lighting device 3 does not need to be strictly adjusted. , the absolute shape of the object W to be measured can be measured, so the burden on the user during installation is not increased.

また、パターン光を生成するための手段として照明装置3に液晶パネルを用いているので、DMDを用いた場合のような反射光学系が不要になるとともに、パターンを有するマスクを移動させる場合のような駆動系も不要になり、よって、照明装置3の構成が簡易になるとともに、照明装置3が小型になる。特に反射光学系の場合は、レンズを含んだ光学系が高額で厳しい精度が要求されるとともに、レンズの歪みの発生によってパターンも歪んで精度が劣化するおそれがあるが、この実施形態では、このようなことを回避できるという効果を奏することができる。 In addition, since the liquid crystal panel is used in the illumination device 3 as a means for generating pattern light, a reflection optical system as in the case of using a DMD is not required, and a mask having a pattern is not required to be moved. Therefore, the configuration of the illumination device 3 is simplified and the illumination device 3 is made compact. In particular, in the case of a reflective optical system, the optical system including the lens is expensive and requires strict accuracy, and the pattern may be distorted due to the distortion of the lens, which may deteriorate the accuracy. Such a situation can be avoided.

また、第1LED31b及び第2LED32bを照明ハウジング30の開口部30aの周方向に互いに離して設け、第1LED31b及び第2LED32bから出射された拡散光がそれぞれ入射される第1LCD31d及び第2LCD32dを、照明ハウジング30の開口部30aの中心軸Aと直交する同一平面内に設けたので、各LCD31d、32dが持つ角度特性に起因するパターン光の位置に応じた輝度ムラの発生を抑えながら、測定対象物Wに対して複数の方向からパターン光を投影可能な照明装置3を小型化することができ、照明装置3の設置自由度を高めることができる。 In addition, the first LED 31b and the second LED 32b are provided apart from each other in the circumferential direction of the opening 30a of the illumination housing 30, and the first LCD 31d and the second LCD 32d into which the diffused light emitted from the first LED 31b and the second LED 32b are respectively incident are arranged in the illumination housing 30. is provided in the same plane perpendicular to the central axis A of the opening 30a of the measurement object W, while suppressing the occurrence of luminance unevenness according to the position of the pattern light due to the angular characteristics of the respective LCDs 31d and 32d. On the other hand, the illumination device 3 capable of projecting pattern light from a plurality of directions can be downsized, and the installation flexibility of the illumination device 3 can be increased.

また、第1LED31bから出射された拡散光が第1LCD31dの有効角度範囲内で当該第1LCD31dに入射するように、第1LCD31dと第1LED31bとの相対位置を設定しているので、第1LCD31dが持つ角度特性に起因するパターン光の位置に応じた輝度ムラの発生を抑えながら、照明装置3の小型化を図ることができる。 In addition, since the relative positions of the first LCD 31d and the first LED 31b are set so that the diffused light emitted from the first LED 31b is incident on the first LCD 31d within the effective angle range of the first LCD 31d, the angular characteristics of the first LCD 31d It is possible to reduce the size of the illumination device 3 while suppressing the occurrence of luminance unevenness according to the position of the pattern light caused by .

また、第1LED31bの光出射面の寸法がパターン光の波の半周期の寸法以下である場合に、複数の第1LED31bをパターン光の照度が変化する方向に互いにずれるように配置したので、見かけ上の光出射面の寸法を、パターン光の波の半周期の寸法よりも長くすることができる。これにより、波状のパターン光を狙い通りに生成することができ、高さ画像中に高周波のうねりが発生しないようにすることができる。 Further, when the dimension of the light emitting surface of the first LED 31b is equal to or smaller than the dimension of the half period of the wave of the pattern light, the plurality of first LEDs 31b are arranged so as to be shifted from each other in the direction in which the illuminance of the pattern light changes. can be longer than the dimension of the half period of the wave of the pattern light. As a result, wave pattern light can be generated as intended, and high-frequency undulations can be prevented from occurring in the height image.

また、第1投光部31に調整機構を設けたこと、及び使用セグメントの変更を可能にしたことで、第1LED31bの位置ずれを補正することができる。これにより、第1LED31b及び第2LED32bの照射角度情報と、両LED31b、32bの相対位置とにより測定対象物Wの高さを測定する場合に正確な測定結果を得ることができる。 Further, by providing the adjustment mechanism in the first light projecting section 31 and by enabling the change of the segment to be used, it is possible to correct the positional deviation of the first LED 31b. This makes it possible to obtain accurate measurement results when measuring the height of the measurement object W based on the irradiation angle information of the first LED 31b and the second LED 32b and the relative positions of the two LEDs 31b and 32b.

また、測定用パターン光を受光して得られたパターン画像に基づいてキャリブレーションターゲットを生成することができるので、キャリブレーションボードを使用することなく、ワールド座標と撮像装置3の座標との対応付けを行うことができる。 Further, since the calibration target can be generated based on the pattern image obtained by receiving the pattern light for measurement, the world coordinates and the coordinates of the imaging device 3 can be associated without using a calibration board. It can be performed.

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 The above-described embodiments are merely examples in all respects and should not be construed in a restrictive manner. Furthermore, all modifications and changes within the equivalent range of claims are within the scope of the present invention.

例えば、上述した各処理及び機能をコンピュータに実現させることが可能に構成されたプログラムを提供して使用者のコンピュータにて上述した各処理及び機能を実現させることができる。 For example, it is possible to provide a program configured to allow a computer to implement each of the processes and functions described above, thereby allowing a user's computer to implement each of the processes and functions described above.

また、上記プログラムの提供形態は特に限定されるものではないが、例えばインターネット等のネットワーク回線を利用して提供する方法、上記プログラムが格納された記録媒体を提供する方法等がある。いずれの提供方法であっても、使用者のコンピュータにプログラムをインストールすることで上述した各処理及び機能を実現させることができる。 The form of providing the program is not particularly limited, but there are, for example, a method of providing using a network line such as the Internet, a method of providing a recording medium storing the program, and the like. In any of the providing methods, the processes and functions described above can be implemented by installing a program on the user's computer.

また、上述した各処理及び機能を実現する装置としては、上記プログラムがソフトウェアやファームウェア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用の機器を含む。また、上述した各処理及び機能の一部を所定のゲートアレイ(FPGA、ASCI)等のハードウェア、またはプログラムソフトウェアとハードウェアの一部の要素を実現する部分的ハードウェアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。 Devices that implement the processes and functions described above include general-purpose or dedicated devices that implement the programs in the form of software, firmware, or the like in an executable state. In addition, a form in which a part of each processing and function described above is mixed with hardware such as a predetermined gate array (FPGA, ASCI), or a partial hardware module that realizes some elements of program software and hardware can be realized with

また、ステップ(工程)の組み合わせで上述した各処理及び機能を実現することもでき、この場合は、使用者が画像処理方法を実行することになる。 Also, the above-described processes and functions can be realized by combining steps (processes), in which case the user will execute the image processing method.

また、上記実施形態ではパターン光生成部が液晶パネルである場合について説明したが、これに限らず、例えば、DMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を用いたものや、物理的にパターンが形成されたマスクを移動させるものであってもよい。また、光源は発光ダイオードに限られるものではない。 Further, in the above embodiments, the case where the pattern light generation unit is a liquid crystal panel has been described, but the present invention is not limited to this. The mask may be moved. Also, the light source is not limited to light emitting diodes.

以上説明したように、本発明に係る画像処理装置は、例えば、測定対象物の高さを測定する場合や測定対象物を検査する場合に使用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the image processing apparatus according to the present invention can be used, for example, when measuring the height of an object to be measured or when inspecting an object to be measured.

1 画像処理装置
2 撮像装置
3 照明装置
22 撮像素子
26 位相計算部
30 照明ハウジング
31 第1投光部
31b 第1LED(第1光源)
31d 第1LCD(第1パターン光生成部)
31e 第1LED駆動回路(光源駆動回路)
31f 第1LCD駆動回路(液晶パネル駆動回路)
32 第2投光部
32b 第2LED(第2光源)
32d 第2LCD(第2パターン光生成部)
32e 第2LED駆動回路(光源駆動回路)
32f 第2LCD駆動回路(液晶パネル駆動回路)
33 第3投光部
33b 第3LED(第3光源)
33d 第3LCD(第3パターン光生成部)
33e 第3LED駆動回路(光源駆動回路)
33f 第3LCD駆動回路(液晶パネル駆動回路)
34 第4投光部
34b 第4LED(第4光源)
34d 第4LCD(第4パターン光生成部)
34e 第4LED駆動回路(光源駆動回路)
34f 第4LCD駆動回路(液晶パネル駆動回路)
35 投光制御部
41a 照明モード切替部
42 高さ測定部(検査対象画像生成部)
43 画像合成部
45 検査部
48a キャリブレーションターゲット生成部
48b キャリブレーション実行部
49a 誤差推定部
49b 使用セグメント決定部
A 開口部
1 image processing device 2 imaging device 3 lighting device 22 imaging element 26 phase calculation unit 30 lighting housing 31 first light projection unit 31b first LED (first light source)
31d 1st LCD (first pattern light generator)
31e first LED drive circuit (light source drive circuit)
31f First LCD drive circuit (liquid crystal panel drive circuit)
32 Second light projecting portion 32b Second LED (second light source)
32d Second LCD (second pattern light generator)
32e Second LED drive circuit (light source drive circuit)
32f Second LCD drive circuit (liquid crystal panel drive circuit)
33 Third light projecting portion 33b Third LED (third light source)
33d Third LCD (third pattern light generator)
33e Third LED drive circuit (light source drive circuit)
33f Third LCD drive circuit (liquid crystal panel drive circuit)
34 fourth light projecting portion 34b fourth LED (fourth light source)
34d fourth LCD (fourth pattern light generator)
34e fourth LED drive circuit (light source drive circuit)
34f fourth LCD drive circuit (liquid crystal panel drive circuit)
35 light projection control unit 41a illumination mode switching unit 42 height measurement unit (inspection target image generation unit)
43 image synthesis unit 45 inspection unit 48a calibration target generation unit 48b calibration execution unit 49a error estimation unit 49b use segment determination unit A opening

Claims (5)

測定対象物の高さを測定する画像処理装置において、
中心に開口部が形成された照明ハウジングと、前記照明ハウジング内において前記開口部の周方向に互いに離れて設けられ、拡散光を出射する第1光源及び第2光源と、前記第1光源から出射された光が入射されるように当該第1光源に対応するように配置されるとともに、前記開口部の中心軸と直交する平面内に出射面が位置するように設けられる第1液晶パネルと、前記第2光源から出射された光が入射されるように当該第2光源に対応するように配置されるとともに、前記平面内に出射面が位置するように設けられる第2液晶パネルと、前記測定対象物に対して前記第1液晶パネルから互いに異なるパターン光を複数回投影するとともに、前記第2液晶パネルから互いに異なるパターン光を複数回投影するように前記第1光源、前記第2光源、前記第1液晶パネル及び前記第2液晶パネルを制御する投光制御部とを有する照明装置と、
前記照明ハウジングの前記開口部を介して、前記第1液晶パネルにより照射された複数のパターン光の反射光を受光して得られた第1パターン画像セット及び前記第2液晶パネルにより照射された複数のパターン光の反射光を受光して得られた第2パターン画像セットを生成する撮像装置と、
前記撮像装置が生成した前記第1パターン画像セットと前記第2パターン画像セットとに基づいて、前記照明装置の前記中心軸方向における測定対象物の高さ情報を含む検査対象画像を生成する検査対象画像生成部と、
前記検査対象画像生成部が生成した前記検査対象画像に基づいて検査処理を実行する検査部とを備え
前記照明ハウジングは、平面視において前記第1光源及び前記第2光源、並びに、前記第1液晶パネル及び前記第2液晶パネルを囲むように環状に配置される複数の観察用発光ダイオードと、当該複数の観察用発光ダイオードを覆うように形成され、当該複数の観察用発光ダイオードから出射された観察用の光を拡散させるカバー部材とを有し、
前記撮像装置は、前記カバー部材により拡散された光の測定対象物からの反射光を受光して輝度画像を生成し、
前記検査部は、前記検査対象画像および前記輝度画像に基づいて検査処理を実行可能に構成されていることを特徴とする画像処理装置。
In an image processing device that measures the height of an object to be measured,
an illumination housing having an opening formed in the center thereof; first and second light sources provided apart from each other in the circumferential direction of the opening in the illumination housing and emitting diffused light; and emitted from the first light source. a first liquid crystal panel disposed so as to correspond to the first light source so that the emitted light is incident thereon, and provided so that an exit surface is positioned within a plane perpendicular to the central axis of the opening; a second liquid crystal panel disposed so as to correspond to the second light source so that light emitted from the second light source is incident thereon, and provided so that an emission surface is positioned within the plane; The first light source, the second light source, and the a lighting device comprising a first liquid crystal panel and a light projection control section for controlling the second liquid crystal panel;
A first pattern image set obtained by receiving reflected light of a plurality of pattern lights emitted by the first liquid crystal panel through the opening of the illumination housing and a plurality of pattern lights emitted by the second liquid crystal panel an imaging device that generates a second pattern image set obtained by receiving the reflected light of the pattern light of
An inspection target for generating an inspection target image including height information of the measurement target in the central axis direction of the illumination device based on the first pattern image set and the second pattern image set generated by the imaging device. an image generator;
an inspection unit that executes inspection processing based on the inspection target image generated by the inspection target image generation unit ;
The illumination housing includes a plurality of observation light-emitting diodes annularly arranged so as to surround the first light source, the second light source, the first liquid crystal panel and the second liquid crystal panel in plan view, and the plurality of observation light-emitting diodes. a cover member formed to cover the observation light-emitting diodes and diffusing the observation light emitted from the plurality of observation light-emitting diodes;
The imaging device receives reflected light from the measurement object of the light diffused by the cover member to generate a luminance image,
The image processing apparatus, wherein the inspection unit is configured to be capable of executing inspection processing based on the image to be inspected and the luminance image .
請求項1に記載の画像処理装置において、
前記第1液晶パネル及び前記第2液晶パネルの駆動方式がTN方式であることを特徴とする画像処理装置。
The image processing device according to claim 1,
An image processing apparatus, wherein the drive system of the first liquid crystal panel and the second liquid crystal panel is a TN system.
請求項1または2に記載の画像処理装置において、
前記照明装置は、前記照明ハウジング内において前記第1光源と前記第2光源との間に設けられ、拡散光を出射する第3光源と、前記照明ハウジング内において前記開口部の前記中心軸を対称の中心として前記第3光源と点対称に設けられ、拡散光を出射する第4光源と、前記第3光源から出射された光が入射されるように当該第3光源に対応するように配置されるとともに、前記開口部の中心軸と直交する平面内に出射面が位置するように設けられる第3液晶パネルと、前記第4光源から出射された光が入射されるように当該第4光源に対応するように配置されるとともに、前記平面内に出射面が位置するように設けられる第4液晶パネルとを更に備え、
前記投光制御部は、前記測定対象物に対してパターン光を複数回投影するように前記第3光源、前記第4光源、前記第3液晶パネル及び前記第4液晶パネルを制御するように構成され、
前記撮像装置は、前記照明ハウジングの前記開口部を介して、前記第3液晶パネル及び前記第4液晶パネルのそれぞれから投影されたパターン光の測定対象物からの反射光を受光して第3パターン画像セットと、第4パターン画像セットとを生成するように構成されていることを特徴とする画像処理装置。
The image processing device according to claim 1 or 2,
The lighting device is provided between the first light source and the second light source in the lighting housing, and is symmetrical with a third light source that emits diffused light with respect to the central axis of the opening in the lighting housing. A fourth light source that is provided point-symmetrically with the third light source as the center of the fourth light source that emits diffused light; a third liquid crystal panel provided such that an emission surface is positioned within a plane perpendicular to the central axis of the opening; a fourth liquid crystal panel arranged correspondingly and provided with an exit surface positioned within the plane;
The light projection control unit is configured to control the third light source, the fourth light source, the third liquid crystal panel, and the fourth liquid crystal panel so as to project the pattern light onto the measurement object a plurality of times. is,
The imaging device receives pattern light projected from each of the third liquid crystal panel and the fourth liquid crystal panel through the opening of the illumination housing and reflected light from a measurement object to obtain a third pattern. An image processing apparatus configured to generate an image set and a fourth pattern image set.
請求項1から3のいずれか1つに記載の画像処理装置において、
前記パターン光は、一次元方向に変化する周期的な照度分布を有しており、
前記第1光源は、前記パターン光の照度が変化しない方向に並ぶように配置された複数の発光ダイオードで構成されていることを特徴とする画像処理装置。
In the image processing device according to any one of claims 1 to 3,
the pattern light has a periodic illuminance distribution that changes in a one-dimensional direction;
The image processing apparatus, wherein the first light source is composed of a plurality of light emitting diodes arranged in a direction in which the illuminance of the pattern light does not change.
請求項1から4のいずれか1つに記載の画像処理装置において、
前記カバー部材は、前記照明ハウジングの内部において前記第1液晶パネル及び前記第2液晶パネルのそれぞれの前記出射面よりも前記開口部の径方向外側に設けられるとともに、前記第1液晶パネル及び前記第2液晶パネルのそれぞれの前記出射面よりも測定対象物に接近する方向へ突出するように設けられていることを特徴とする画像処理装置。
In the image processing device according to any one of claims 1 to 4,
The cover member is provided inside the illumination housing radially outward of the opening with respect to the emission surfaces of the first liquid crystal panel and the second liquid crystal panel. 2. An image processing apparatus, wherein the image processing apparatus is provided so as to protrude in a direction approaching an object to be measured from the emission surface of each of the two liquid crystal panels .
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