JP7268619B2 - projection device - Google Patents
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Description
三次元形状を計測するために計測対象物に縞パターン画像を投影する投影装置に関する。 The present invention relates to a projection device for projecting a fringe pattern image onto an object to be measured in order to measure a three-dimensional shape.
計測対象物の三次元形状等を計測する三次元計測装置として、位相シフト法を用いる装置が知られている。位相シフト法は位相をずらした複数枚の縞パターン画像を投影し三角測量を行う手法であり、投影装置が必要である。 A device using a phase shift method is known as a three-dimensional measuring device for measuring the three-dimensional shape of an object to be measured. The phase shift method is a technique for performing triangulation by projecting a plurality of phase-shifted fringe pattern images, and requires a projection device.
特許文献1には、高速で縞模様の格子パターンの位相をシフトすることができる投影装置が開示されている。高速に位相をシフトすることができると、移動体の三次元形状を計測する精度が向上する。特許文献1に開示された投影装置は、複数の光源と、この光源とペアとなる縞パターン作成用のスクリーンを備える。さらに、特許文献1に開示された投影装置は、複数のスクリーンで作成された縞パターンを同一の投影レンズから投影するために、縞パターンとなっている光の向きを変化させるハーフミラーを備えている。
特許文献1に開示された装置は、光源毎にスクリーンを備えており、かつ、スクリーンとハーフミラーとの距離が離れているので装置が大型化する。
The device disclosed in
本開示は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、小型化が可能な三次元計測装置を提供することにある。 The present disclosure has been made based on this situation, and an object of the present disclosure is to provide a three-dimensional measuring apparatus that can be miniaturized.
上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示した技術的範囲を限定するものではない。 The above objects are achieved by the combination of features stated in the independent claims, and the sub-claims define further advantageous embodiments. The symbols in parentheses described in the claims indicate the corresponding relationship with specific means described in the embodiments described later as one aspect, and do not limit the disclosed technical scope.
上記目的を達成するための1つの開示は、
位相シフト法により計測対象物の三次元形状を計測するために、計測対象物に縞パターン画像を投影する投影装置(20)であって、
少なくとも3つの光源(L)と、
縞パターン画像を投影する投影レンズ(21)と、
少なくとも一方の面が、格子状にミラー(25)またはハーフミラー(26)が形成された面である格子面(27、28)になっている複数の格子素子(23、123、223)と備え、
複数の格子素子は、光源と投影レンズとの間の光路に配置され、かつ、両面に、光源が発光した光が、直接または別の格子素子を介して照射される位置に配置され、
ハーフミラーまたはミラーは、光源が発光した光が投影レンズを通過する際に互いに位相が異なる縞パターンとなるように格子状に形成されている。
One disclosure for achieving the above objectives is
A projection device (20) for projecting a fringe pattern image onto a measurement object in order to measure the three-dimensional shape of the measurement object by a phase shift method,
at least three light sources (L);
a projection lens (21) for projecting a fringe pattern image;
A plurality of grating elements (23, 123, 223) having at least one face serving as grating planes (27, 28) on which mirrors (25) or half mirrors (26) are formed in a grid pattern. ,
a plurality of grating elements are arranged in the optical path between the light source and the projection lens, and arranged on both sides at positions where the light emitted by the light source is irradiated directly or through another grating element;
The half mirrors or mirrors are formed in a grid pattern so that the light emitted by the light source forms fringe patterns with different phases when passing through the projection lens.
この投影装置は、複数の格子素子を備えている。これら格子素子は、少なくとも一方の面が格子面になっており、この格子面には、光源が発光した光が投影レンズを通過する際に互いに位相が異なる縞パターンとなるように、格子状にハーフミラーまたはミラーが形成されている。 The projection device comprises a plurality of grid elements. At least one surface of each of these lattice elements is a lattice surface. A half mirror or mirror is formed.
このような構成の格子素子に光源が発光した光(以下、光源光)が入射することで、格子素子から出力される光が縞パターンになる。また、格子素子は格子状ではあるが、ミラーまたはハーフミラーの少なくとも一方を備える。よって、格子素子は、光源光の進路を投影レンズの方向に変更することもできる。 When the light emitted from the light source (hereinafter referred to as light source light) is incident on the lattice elements having such a configuration, the light output from the lattice elements forms a fringe pattern. Moreover, although the grating element is in the form of a grating, it is provided with at least one of a mirror and a half-mirror. Thus, the grating element can also change the path of the source light towards the projection lens.
よって、格子縞を生成するためのスクリーンと、スクリーンにより生成された格子縞を投影レンズの方向に向かわせるためのミラーまたはハーフミラーとを別々に備える構成に比較して、光源とミラーまたはハーフミラーとの距離を短くできる。この距離を短くできるので、投影装置を小型化することができる。 Therefore, compared to a configuration separately provided with a screen for generating the lattice fringes and a mirror or a half mirror for directing the lattice fringes generated by the screen toward the projection lens, the light source and the mirror or the half mirror You can shorten the distance. Since this distance can be shortened, the size of the projector can be reduced.
少なくとも3つの光源は、互いに異なる色を発光する光源であり、かつ、同時に発光する、構成とすることができる。 The at least three light sources may be light sources emitting different colors from each other and may be configured to emit light simultaneously.
この投影装置は、カラー位相シフト法により三次元形状を計測する三次元形状計測システムに用いることができる。 This projection device can be used in a three-dimensional shape measurement system that measures a three-dimensional shape by the color phase shift method.
投影装置は、光源として、赤色、緑色、青色をそれぞれ発光する3つの光源を備え、
格子素子を2つ備え、
緑色を発光する光源が発光した光は、2つの格子素子を経由して投影レンズに到達する、構成とすることができる。
The projection device includes three light sources that emit red, green, and blue light as light sources,
Equipped with two lattice elements,
The light emitted by the green emitting light source can be arranged to reach the projection lens via two grating elements.
カメラは、通常、イメージセンサーの画素がベイヤ配列で配置されている。ベイヤ配列は、赤画素および青画素に対して緑画素が2倍ある。したがって、カメラは通常、緑の感度がよい。上記のように、緑色の光が2つの格子素子を経由して投影レンズに到達する場合、赤色および青色のいずれかは格子素子を1つのみ経由して投影レンズに到達する。よって、カメラにおいて相対的に感度が悪い赤色または青色の検出性能低下を抑制できる。 In a camera, pixels of an image sensor are usually arranged in a Bayer pattern. The Bayer array has twice as many green pixels as there are red and blue pixels. Therefore, cameras are usually sensitive to green. As mentioned above, if green light reaches the projection lens via two grating elements, either red or blue light will reach the projection lens via only one grating element. Therefore, it is possible to suppress deterioration in the detection performance of red or blue, which has relatively low sensitivity in the camera.
投影装置は、少なくとも3つの光源は、互いに同じ色を発光し、発光期間が互いに相違する、構成とすることができる。 The projection device may be configured such that the at least three light sources emit the same color as each other and have different emission periods.
この投影装置は、単色位相シフト法により三次元形状を計測する三次元形状計測システムに用いることができる。 This projection device can be used in a three-dimensional shape measurement system that measures a three-dimensional shape by a monochromatic phase shift method.
投影装置は、光源を4つ備え、
格子素子(223)を3つ備え、
4つの光源のうちの2つは第1の方向に互いに平行に光を照射し、4つの光源のうちの残りの2つは第1の方向と直交する第2の方向に互いに平行に光を照射し、
第1の格子素子は、第1の方向の光が一方の面に入射し、第2の方向の光が他方の面に入射し、
第2の格子素子は、第1の格子素子が第1の方向に出力した光が一方の面に入射し、他方の面に第2の方向の光であって第1の格子素子に入射する光とは別の光が入射し、
第3の格子素子は、第2の格子素子が第2の方向に出力した光が一方の面に入射し、他方の面に第1の方向の光であって第1の格子素子に入射する光とは別の光が入射する、構成とすることができる。
The projection device has four light sources,
comprising three grating elements (223),
Two of the four light sources emit light parallel to each other in a first direction and the remaining two of the four light sources emit light parallel to each other in a second direction orthogonal to the first direction. irradiate,
the first grating element receives light in the first direction on one surface and light in the second direction on the other surface;
In the second grating element, the light output in the first direction by the first grating element is incident on one surface, and the light in the second direction is incident on the other surface of the first grating element. Light different from light enters,
In the third grating element, the light output in the second direction by the second grating element is incident on one surface, and the light in the first direction is incident on the other surface of the first grating element. A configuration in which light different from the light is incident can be employed.
この構成によれば、第1の格子素子と第2の格子素子は第1の方向に並んでいるのに対して、第3の格子素子は第2の格子素子に対して第2の方向に並んでいる。よって、3つの格子素子は直交配置になるので、3つの格子素子が一直線上に配置されている場合に比較して、格子素子が配置されることによって投影装置が長くなってしまうことを抑制できる。 With this arrangement, the first grid element and the second grid element are aligned in a first direction, while the third grid element is aligned in a second direction with respect to the second grid element. Lined up. Therefore, since the three grid elements are arranged orthogonally, compared with the case where the three grid elements are arranged on a straight line, it is possible to suppress the length of the projection apparatus due to the arrangement of the grid elements. .
投影装置は、光源を4つ備え、
格子素子(223)を3つ備え、
4つの光源のうちの2つは第1の方向に互いに平行に光を照射し、4つの光源のうちの残りの2つは第1の方向と直交する第2の方向に互いに平行に光を照射し、
第1の格子素子は、一方の面に第1の方向の光が入射し、他方の面に第2の方向の光が入射し、
第2の格子素子は、第1の方向の光であって第1の格子素子に入射する光とは別の光が一方の面に入射し、他方の面に第2の方向の光であって第1の格子素子に入射する光とは別の光が入射し、
第3の格子素子は、第1の格子素子が出力した光と第2の格子素子が出力した光とが交差する位置に配置され、第1の格子素子が第1の方向に出力した光が一方の面に入射し、他方の面に第2の格子素子が第2の方向に出力した光が入射する、構成とすることができる。
The projection device has four light sources,
comprising three grating elements (223),
Two of the four light sources emit light parallel to each other in a first direction and the remaining two of the four light sources emit light parallel to each other in a second direction orthogonal to the first direction. irradiate,
one surface of the first grating element receives light in a first direction and the other surface receives light in a second direction;
The second grating element has one surface on which light in the first direction and different from the light incident on the first grating element is incident, and the other surface is the light in the second direction. light different from the light incident on the first grating element through the
The third grating element is arranged at a position where the light output by the first grating element and the light outputted by the second grating element intersect, and the light output by the first grating element in the first direction is A configuration can be employed in which light is incident on one surface and light output in the second direction by the second grating element is incident on the other surface.
この構成によれば、第3の格子素子は、第1の格子素子が出力した光と第2の格子素子が出力した光とが交差する位置に配置されている。よって、3つの格子素子は直交配置になるので、投影装置の格子素子配置方向の大きさを短縮できる。 According to this configuration, the third grating element is arranged at a position where the light output from the first grating element and the light output from the second grating element intersect. Therefore, since the three grid elements are arranged orthogonally, the size of the projection apparatus in the grid element arrangement direction can be reduced.
また、この構成では、どの光源からの光も、経由する格子素子の数が3つにならない。よって、光源からの光が格子素子を経由する際に減衰しまう程度を少なくできる。 Also, in this configuration, no light from any light source passes through three grating elements. Therefore, it is possible to reduce the extent to which the light from the light source is attenuated when passing through the grating element.
投影装置は、光源を4つ備え、
格子素子(223)を2つ備え、
ハーフミラー素子(226)を1つ備え、
4つの光源のうちの2つは第1の方向に互いに平行に光を照射し、4つの光源のうちの残りの2つは第1の方向と直交する第2の方向に互いに平行に光を照射し、
第1の格子素子は、一方の面に第1の方向の光が入射し、他方の面に第2の方向の光が入射し、
第2の格子素子は、一方の面に、第1の方向の光であって第1の格子素子に入射する光とは別の光が入射し、他方の面に、第2の方向の光であって第1の格子素子に入射する光とは別の光が入射し、
ハーフミラー素子は、第1の格子素子が出力した光と第2の格子素子が出力した光とが交差する位置に配置され、一方の面に第1の格子素子が第1の方向に出力した光が入射し、他方の面に第2の格子素子が第2の方向に出力した光が入射する、構成とすることができる。
この構成によれば、ハーフミラーは、第1の格子素子が出力した光と第2の格子素子が出力した光とが交差する位置に配置されている。よって、ハーフミラーと2つの格子素子は直交配置になるので、投影装置の一方向が長くなってしまうことを抑制できる。
The projection device has four light sources,
comprising two grating elements (223),
Equipped with one half mirror element (226),
Two of the four light sources emit light parallel to each other in a first direction and the remaining two of the four light sources emit light parallel to each other in a second direction orthogonal to the first direction. irradiate,
one surface of the first grating element receives light in a first direction and the other surface receives light in a second direction;
The second grating element has one surface on which light in the first direction and different from the light incident on the first grating element is incident, and the other surface on which light in the second direction is incident. and light different from the light incident on the first grating element is incident,
The half-mirror element is arranged at a position where the light output from the first grating element and the light output from the second grating element intersect, and the first grating element outputs to one surface in the first direction. A configuration can be employed in which light is incident and light output in the second direction by the second grating element is incident on the other surface.
According to this configuration, the half mirror is arranged at a position where the light output from the first grating element and the light output from the second grating element intersect. Therefore, since the half mirror and the two grating elements are arranged orthogonally, it is possible to prevent one direction of the projection apparatus from becoming longer.
また、この構成では、どの光源からの光も、格子素子とハーフミラーを合わせた経由数が2つで済む。よって、光源からの光が格子素子およびハーフミラーを経由する際に減衰しまう程度を少なくできる。 Moreover, in this configuration, light from any light source only needs to pass through two lattice elements and half mirrors. Therefore, it is possible to reduce the extent to which the light from the light source is attenuated when passing through the grating element and the half mirror.
<第1実施形態>
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、三次元形状計測システム1の構成を示す図である。三次元形状計測システム1は、制御装置10と、投影装置であるプロジェクタ20と、カメラ30とを備えている。三次元形状計測システム1は、作業台2の上に置かれた計測対象物5の三次元形状を位相シフト法により計測する。
<First embodiment>
Hereinafter, embodiments will be described based on the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a three-dimensional
作業台2の上面は平面であり、作業台2の任意の位置に計測対象物5が位置する。三次元形状計測システム1は、たとえば、ロボットにピッキング、組付け作業、製品検査等を行わせる際のロボットの目として利用する。
The upper surface of the
制御装置10は、コンピュータを備えたものとすることができる。制御装置10は、プロジェクタ20が投影する画像のデータとなる画像データを生成してプロジェクタ20へ出力する。プロジェクタ20が投影する画像は縞パターン画像である。
The
また、制御装置10は、プロジェクタ20から縞パターン画像が計測対象物5に投影された状態で、カメラ30が撮影した画像を表す画像データを取得する。そして、その画像データをもとに位相シフト法により、計測対象物5の三次元形状を計測する。
Further, the
三次元形状を計測するために、プロジェクタ20が計測対象物5に投影する縞パターン画像は、合成縞パターン画像である。合成縞パターン画像は、赤、緑、青、それぞれの輝度が周期的に変化する3色の単色縞パターン画像を合成した縞パターン画像である。
The stripe pattern image projected onto the
単色縞パターン画像は、赤、緑、青のいずれか1色の輝度が画像の一方向には正弦波状に変化し、その一方向と直交する方向は輝度が一定である画像である。また、合成縞パターン画像は、3色の単色縞パターン画像の位相が所定の角度だけずれている。 A monochromatic striped pattern image is an image in which the luminance of any one of red, green, and blue varies sinusoidally in one direction of the image, and the luminance is constant in the direction perpendicular to the one direction. Also, in the composite striped pattern image, the phases of the three monochromatic striped pattern images are shifted by a predetermined angle.
一例としては、赤色の単色縞パターン画像の位相が最も進んでおり、緑色の単色縞パターン画像の位相がそれよりも2π/3遅れている。青色の単色縞パターン画像は、緑色の単色縞パターン画像よりもさらに2π/3だけ位相が遅れている。 As an example, the phase of the red monochromatic stripe pattern image is the most advanced, and the phase of the green monochromatic stripe pattern image is delayed by 2π/3. The single-color fringe pattern image of blue is delayed in phase from the single-color fringe pattern image of green by 2π/3.
プロジェクタ20は、上述の合成縞パターン画像を投影する。プロジェクタ20において合成縞パターン画像を投影するため内部構成は、図4を用いて後述する。カメラ30は、カラー画像を撮影可能なカメラである。カメラ30は、デジタルカメラであって、フォトダイオードなどの光検出素子を受光面に縦横に多数備えている。1つ1つの光検出素子が1画素に相当する。プロジェクタ20が投影する画像のx方向とカメラ30が撮影する画像のx方向は一致させているものとする。
The
光検出素子の光到来方向にはRGBカラーフィルタが設けられている。RGBカラーフィルタは、赤と緑と青のいずれかのカラーフィルタが各光検出素子の光到来方向に配置されたものである。赤と緑と青のカラーフィルタの配列は、一般にベイヤ配列に従っている。プロジェクタ20とカメラ30との間の距離は、事前に計測されている。
An RGB color filter is provided in the light arrival direction of the photodetector. The RGB color filter is formed by arranging any one of red, green, and blue color filters in the light arrival direction of each photodetector. The arrangement of red, green, and blue color filters generally follows the Bayer arrangement. The distance between
〔プロジェクタ20の内部構成〕
図2を用いて、プロジェクタ20において合成縞パターン画像を投影するための内部構成を説明する。プロジェクタ20は、3つの光源Lを備えている。光源Lは、いずれも、たとえばLEDとすることができる。光源L(R)は赤色の光を発光する。光源L(B)は青色の光を発光する。光源L(G)は緑色の光を発光する。
[Internal Configuration of Projector 20]
An internal configuration for projecting a composite fringe pattern image in the
図2において一点鎖線は光路を示す。いずれの光路も、投影レンズ21を通る。投影レンズ21は、図2に示した縞パターン画像を計測対象物5に投影するレンズである。各光源Lよりも光路において投影レンズ21側には集光レンズ22が配置されている。集光レンズ22は、光源Lが発光した光(以下、光源光)を集光する。
In FIG. 2, the dashed-dotted line indicates the optical path. Both optical paths pass through
集光レンズ22よりも光路において投影レンズ21側には、格子素子23が配置されている。プロジェクタ20には、2つの格子素子23a、23bが配置されている。2つの格子素子23a、23bを区別しないときは格子素子23と記載する。2つの格子素子23a、23bは、投影レンズ21の光軸上であって、投影レンズ21よりも緑色の光源L(G)側に配置されている。
A
1つの格子素子23aは、一方の面に青色の光源光が入射し、他方の面に緑色の光源光が入射する。もう一方の格子素子23bは、一方の面に赤色の光源光が入射し、反対側の面に、青色の光源光および緑色の光源光が入射する。
One
図3に、格子素子23a、格子素子23bの構成を詳しく示す。格子素子23aは、透明のガラス24を基材としている。ガラス24の形状は、生成する必要がある縞パターン画像の形状により定まる。ガラス24の形状は一例として矩形板形状である。ガラス24の一方の面に格子状にミラー25が蒸着されている。ガラス24の他方の面には、ハーフミラー26が蒸着されている。ガラス24において格子状にミラー25が蒸着されている面が格子ミラー面27、格子状にハーフミラー26が蒸着されている面が格子ハーフミラー面28である。これら格子ミラー面27および格子ハーフミラー面28は格子面である。
FIG. 3 shows in detail the structure of the
格子素子23aの格子ミラー面27にミラー25が形成されている部分は、第1区分C1と第2区分C2である。ここで区分Cを説明する。区分Cは、本実施形態では第1から第6までの6区分に分けられている。6区分を1周期として、第1区分C1から第6区分C6まで、ガラス24の一方向に区分Cが周期的に繰り返す。各区分Cの大きさは互いに同一である。
The portions where the
1周期は、縞パターン画像の1周期に相当し、区分Cが繰り返す方向は、縞パターンが繰り返す方向に対応する。また、格子は、回折格子などにおいて用いられる場合と同様、細い平行線を意味し、区分Cが繰り返す方向は、格子と直交する方向である。したがって、それぞれの区分Cが延びる方向は、格子が延びる方向と同一方向である。 One cycle corresponds to one cycle of the stripe pattern image, and the direction in which the segment C repeats corresponds to the direction in which the stripe pattern repeats. Also, the grating means thin parallel lines as in the case of a diffraction grating or the like, and the direction in which the segments C repeat is the direction orthogonal to the grating. Therefore, the direction in which each section C extends is the same as the direction in which the grid extends.
格子ミラー面27には、第1区分C1と第2区分C2にミラー25が蒸着されている。格子ハーフミラー面28には、第3区分C3にハーフミラー26が蒸着されている。
The
格子素子23bも透明のガラス24を基材としている。格子素子23bも一方の面に格子状にミラー25が蒸着された格子ミラー面27になっており、他方の面はハーフミラー26が蒸着された格子ハーフミラー面28になっている。
The
格子素子23bの格子ミラー面27には第6区分C6にミラー25が蒸着されている。格子素子23bの格子ハーフミラー面28には第1区分C1と第5区分C5にハーフミラー26が蒸着されている。
A
このように、2つの格子素子23a、23bにミラー25、ハーフミラー26が蒸着されていると、投影レンズ21から縞パターン画像が投影される。この理由を以下、詳しく説明する。図4は、緑色の光源光がどのように進行するかを説明する図である。緑色の光源光は、格子素子23aの格子ハーフミラー面28に45度の入射角で入射する。格子素子23aの第1区分C1と第2区分C2にはミラー25が形成されているので、緑色の光源光は、第1区分C1と第2区分C2は透過しない。第3区分C3にはハーフミラー26が形成されているが、ハーフミラー26であるため、一部の光は格子素子23aを透過する。格子素子23aの第4区分C4から第6区分C6はガラス24であるので、緑色の光源光は格子素子23aの第4区分C4から第6区分C6を透過する。
When the
格子素子23bの第3区分C3と第4区分C4はガラス24であり、第5区分C5はハーフミラー26であるので、格子素子23bの第3区分C3から第5区分C5までは緑色の光源光が透過する。格子素子23bの第6区分C6はミラー25なので緑色の光源光は透過しない。以上より、緑色の光源光は、格子素子23bの第3区分C3、第4区分C4、第5区分C5から出力される。
Since the third section C3 and the fourth section C4 of the
図5は、青色の光源光がどのように進行するかを説明する図である。青色の光源光は、格子素子23aの格子ミラー面27に45度の入射角で入射する。格子素子23aの第1区分C1と第2区分C2にはミラー25が形成されているので、青色の光源光は、第1区分C1と第2区分C2では反射して格子素子23bの方向に向かう。第3区分C3にはハーフミラー26が形成されているので、一部の光は反射して格子素子23bの方向に向かう。格子素子23aの第4区分C4から第6区分C6はガラス24であるので、青色の光源光は格子素子23aの第4区分C4から第6区分C6を透過し、格子素子23bの方向には向かわない。
FIG. 5 is a diagram illustrating how blue light from a light source travels. The blue light source light is incident on the
格子素子23bの第1区分C1はハーフミラー26であり、第2区分C2と第3区分C3はガラス24である。よって、格子素子23bの格子ハーフミラー面28の第1区分C1から第3区分C3に入射した青色の光源光は、格子素子23bを透過する、以上より、青色の光源光は、格子素子23bの第1区分C1、第2区分C2、第3区分C3から出力される。
A first section C1 of the
図6は、赤色の光源光がどのように進行するかを説明する図である。赤色の光源光は、格子素子23bの格子ミラー面27に45度の入射角で入射する。格子素子23bの第1区分C1、第5区分C5にはハーフミラー26が形成されているので、赤色の光源光は、第1区分C1、第5区分C5では反射して投影レンズ21の方向に向かう。格子素子23bの第2区分C2から第4区分C4はガラス24であるので、赤色の光源光は格子素子23bの第2区分C2から第4区分C4を透過し、投影レンズ21の方向には向かわない。格子素子23bの第6区分C6はミラー25であるので、赤色の光源光は、第6区分C6でも反射して投影レンズ21の方向に向かう。
FIG. 6 is a diagram illustrating how red light from the light source travels. The red light source light is incident on the
以上、まとめると図7に示すようになる。図7において、各色の丸印は光が出力されることを意味する。また、図7に示すように、各区分Cは、60度分の位相に相当すると考えることができる。図7から分かるように、各色とも、180度ごとに光の出力と非出力が切り替わっている。つまり、各色とも、正弦波状に光の出力と非出力が切り替わっている。また、各色の位相は120度ずつずれている。よって、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。 The above is summarized as shown in FIG. In FIG. 7, each colored circle means that light is output. Also, as shown in FIG. 7, each section C can be considered to correspond to a phase of 60 degrees. As can be seen from FIG. 7, each color switches between light output and non-output every 180 degrees. That is, for each color, light output and non-output are switched in a sinusoidal manner. Also, the phase of each color is shifted by 120 degrees. It can thus be seen that a composite fringe pattern image is produced which can be used in the color phase shift method.
図8には、位相が周期的に変化する方向における各色の変化を示している。合成縞パターン画像は、図8において、位相に対応する各位置において出力されている色が合成された画像になる。 FIG. 8 shows the change of each color in the direction in which the phase periodically changes. The synthesized fringe pattern image is an image obtained by synthesizing the colors output at each position corresponding to the phase in FIG.
〔三次元形状を計測する処理〕
次に、三次元形状を計測する処理を説明する。図9に三次元形状を計測する処理を示している。図9に示す処理は、ユーザの操作に基づき、制御装置10が実行する。ステップ(以下、ステップを省略)S11では、合成縞パターン画像を計測対象物5に投影し、カメラ30により、そのときの計測対象物5の画像を撮影する。合成縞パターン画像は、各光源Lを同時に発光させることで生成される。
[Processing for measuring three-dimensional shape]
Next, processing for measuring a three-dimensional shape will be described. FIG. 9 shows processing for measuring a three-dimensional shape. The processing shown in FIG. 9 is executed by the
S12では、赤、緑、青の3色について、色別の撮影画像の輝度値(以下、撮影輝度値)Ibを取得する。これは、色画素別に撮影輝度値Ibを示すデータを取得することを意味する。色画素は、赤の光を検出する画素、緑の光を検出する画素、青の光を検出する画素のいずれか、または、それらの総称を意味する。 In S12, the luminance value (hereinafter referred to as photographed luminance value) Ib of the photographed image for each of the three colors of red, green, and blue is obtained. This means obtaining data indicating the shooting luminance value Ib for each color pixel. A color pixel means a pixel that detects red light, a pixel that detects green light, or a pixel that detects blue light, or a generic term for them.
S13では、各色の撮影輝度値Ibを正規化する。正規化は、各色の最大輝度および最小輝度を揃える処理である。S14では、各画素座標(x、y)の色画素別の正規化した撮影輝度値Ibをもとに、式1から、各画素座標(x、y)における位相θ(x、y)を算出する。
In S13, the shooting luminance value Ib of each color is normalized. Normalization is a process of aligning the maximum luminance and minimum luminance of each color. In S14, the phase θ(x, y) at each pixel coordinate (x, y) is calculated from
式1において、未知数は、a(x、y)、b(x、y)、θ(x、y)の3つである。したがって、S13で正規化した色別の各座標(x、y)の撮影輝度値Ibを用いれば、位相θを含む、3つの未知数、a(x、y)、b(x、y)、θ(x、y)を、画素座標別に算出することができる。
In
S15では、S14で算出した各画素座標(x、y)の位相θ(x、y)から、座標計測点Pの高さ座標zmを決定する。座標計測点Pは、計測対象物5あるいは作業台2の表面上の点である。高さ座標zmは、プロジェクタ20とカメラ30とを含む平面から物体までの距離である。高さ座標zmは、位相θと高さ座標zmとの関係を示すグラフと、S14で算出した位相θとを用いて決定する。S15では、事前に求めた上記グラフに、S14で算出した位相θ(x、y)を当てはめて、各座標計測点Pの高さ座標zmを決定する。
In S15, the height coordinate zm of the coordinate measurement point P is determined from the phase θ(x, y) of each pixel coordinate (x, y) calculated in S14. A coordinate measurement point P is a point on the surface of the
S16では、S15で高さ座標zmを決定した座標計測点Pについて、水平座標(xm、ym)を決定する。S15において決定した高さ座標zmは、画素座標(x、y)には対応付けられている。画素座標(x、y)が決まると、カメラ30に対する方向(δx、δy)は定まる。なお、δxは、カメラ30から座標計測点Pに向かう方向のうち、xmzm平面におけるzm軸との間の角度である。δyはカメラ30から座標計測点Pに向かう方向のうち、ymzm平面におけるzm軸との間の角度である。水平座標(xm、ym)は、高さ座標zmとδm、δyから幾何学計算により算出することができる。
In S16, the horizontal coordinates ( xm , ym ) are determined for the coordinate measurement point P whose height coordinate zm was determined in S15. The height coordinate zm determined in S15 is associated with the pixel coordinates (x, y). Once the pixel coordinates (x, y) are determined, the directions (δ x , δ y ) with respect to the
S14からS16までの処理を各画素座標(x、y)に対して実行することで、計測対象物5の三次元形状を計測することができる。
The three-dimensional shape of the
〔第1実施形態のまとめ〕
以上、説明した第1実施形態では、プロジェクタ20は、2つの格子素子23a、23bを備えており、これら格子素子23a、23bは、一方の面に格子状にミラー25が形成され、他方の面に格子状にハーフミラー26が形成されている。このような構成の格子素子23a、23bに光源光が入射することで、格子素子23a、23bから出力される光が縞パターンになる。また、格子素子23a、23bは格子状ではあるが、ミラー25およびハーフミラー26を備える。よって、格子素子23a、23bは、光源光の進路を投影レンズ21の方向に変更することもできる。
[Summary of the first embodiment]
In the first embodiment described above, the
本実施形態の構成を、図10に示す比較例の構成と比較する。図10に示す比較例の構成は、格子縞を生成するためのスクリーンと、スクリーンにより生成された格子縞を投影レンズ21の方向に向かわせるためのハーフミラーとを別々に備える構成である。この比較例の構成に比較して、本実施形態の構成では、光源L(G)と格子素子23aとの距離、および、光源L(B)と格子素子23aとの距離を短くできる。この距離を短くできるので、プロジェクタ20を小型化することができる。
The configuration of this embodiment is compared with the configuration of the comparative example shown in FIG. The configuration of the comparative example shown in FIG. 10 is a configuration in which a screen for generating lattice fringes and a half mirror for directing the lattice fringes generated by the screen toward the
また、本実施形態のプロジェクタ20は、緑色の光源光は、2つの格子素子23a、23bを経由して投影レンズ21に到達するようになっている。そして、赤色の光源光は、1つの格子素子23bのみを経由して投影レンズ21に到達する。
Also, in the
この構成により、緑色の光源光は、赤色の光源光よりも輝度が低下する恐れがある。しかし、通常、カメラ30は画素がベイヤ配列になっているので緑色の感度が相対的によい。よって、緑の感度が低下して三次元計測に支障がない場合が多い。本実施形態では、相対的に感度が悪い赤色の検出性能低下を抑制できるので、光の強度不足により三次元計測ができなくなってしまうことを抑制できる。
Due to this configuration, the green light source light may be less bright than the red light source light. However, since the
<第2実施形態>
次に、第2実施形態を説明する。この第2実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment will be described. In the following description of the second embodiment, the elements having the same reference numerals as those used so far are the same as the elements having the same reference numerals in the previous embodiments unless otherwise specified. Moreover, when only part of the configuration is described, the previously described embodiments can be applied to the other portions of the configuration.
図11は、第2実施形態においてプロジェクタ20が備える格子素子23a、格子素子123を示す。第2実施形態では、格子素子23bに代えて格子素子123を備える。緑色と青色の光源光は、第1実施形態と同じ格子素子23aに入射する。また、第2実施形態では、投影レンズ21が、赤色の光源光が格子素子123を透過した後の光路に配置されている。
FIG. 11 shows the
格子素子123は、格子ミラー面27の第2区分C2、第3区分C3、第4区分C4にミラー25が蒸着されている点が、第1実施形態の格子素子23bと相違する。格子素子123の格子ハーフミラー面28は、第1実施形態の格子素子23bと同様、第1区分C1と第5区分C5にハーフミラー26が蒸着されている。
The
このような構成の第2実施形態では、投影レンズ21から投影される縞パターン画像は、各区分Cと色との関係が、図12に示すようになる。図12から分かるように、第2実施形態の構成でも、各色とも、正弦波状に光の出力と非出力が切り替わり、かつ、各色の位相は120度ずつずれている。
In the second embodiment having such a configuration, the fringe pattern image projected from the
<第3実施形態>
第3実施形態では、光源Lを4つ用いる。4つの光源Lの色は互いに相違する。一例として、以下の説明では緑、青、赤、赤外とする。なお、これらの色の一つあるいは全部を、紫外光など他の色とすることもできる。
<Third Embodiment>
In the third embodiment, four light sources L are used. The colors of the four light sources L are different from each other. As an example, green, blue, red, and infrared are used in the following description. One or all of these colors can be other colors such as ultraviolet light.
第3実施形態では、4つの光源Lを用いる5種類の光源配置と格子素子223の構成を説明する。図13には、その5種類のパターンPTにおける光源配置と格子素子223の配置を示している。図13以降の図では、緑色光をG、青色光をB、赤色光をR、赤外光をIRと表記している。
In the third embodiment, five types of light source arrangements using four light sources L and configurations of the
4つの光源Lを用いる場合、格子素子223が3つ、あるいは2つの格子素子223とハーフミラー素子226が必要になる。3つの格子素子223を備える場合、パターンPT1~PT4に示すように、2つの光源光は3つの格子素子223を経由して投影される。パターンPT5では、4つの光源光とも経由する格子素子223の数が1つになる。
When four light sources L are used, three
パターンPT1とパターンPT2は、1つ目の格子素子223を透過した光の光軸が、2つ目の格子素子223を通過するパターンである。一方、パターンPT3とパターンPT4は、1つ目の格子素子223を透過した光の光軸が、2つ目の格子素子223で反射するパターンである。
The pattern PT1 and the pattern PT2 are patterns in which the optical axis of light transmitted through the first
パターンPT1とパターンPT2の違いは、次の通りである。パターンPT1は、1つ目と2つ目の格子素子223を経由した光源光が3つ目の格子素子223も通過する。一方、パターンPT2は、1つ目と2つ目の格子素子223を経由した光源光が3つ目の格子素子223で反射する。
The differences between the pattern PT1 and the pattern PT2 are as follows. In the pattern PT1, the light source light passing through the first and second
パターンPT3とパターンPT4の違いも、パターンPT1とパターンPT2の違いと同様である。パターンPT3は、1つ目と2つ目の格子素子223を経由した光源光が3つ目の格子素子223を通過する。一方、パターンPT4は、1つ目と2つ目の格子素子223を経由した光源光が3つ目の格子素子223で反射する。各パターンPTを実現する格子素子223の具体的な構成は、各パターンPTとも2種類ずつある。以下、各パターンPTを実現する格子素子223の具体的な構成を説明する。
The difference between the patterns PT3 and PT4 is the same as the difference between the patterns PT1 and PT2. In the pattern PT3, the light source light passing through the first and second
〔パターンPT1-1〕
図14にパターンPT1-1における格子素子223の構成を示す。パターンPT1-1は、パターンPT1を実現する格子素子223の1つ目の具体的な構成である。パターンPT1-1では、3種類の格子素子223a、223b、223cが、緑色の光源光の進行方向に一直線上に同じ姿勢で配置されている。3つの格子素子223a、223b、223cは、いずれも同じ側が格子ハーフミラー面28になっている。格子ハーフミラー面28とは反対側は、格子素子223aと格子素子223bは格子ミラー面27になっている。一方、格子素子223cにおいて格子ハーフミラー面28の裏面には、ミラー25もハーフミラー26も蒸着されていない。
[Pattern PT1-1]
FIG. 14 shows the configuration of the
第3実施形態では、区分Cは4つである。区分Cが繰り返す方向は第1実施形態と同じである。格子素子223aは、第1区分C1はガラス24であり、第2区分C2はハーフミラー26が蒸着されている。第3区分C3にはミラー25が蒸着されている。第4区分C4は任意である。つまり、第4区分C4は、ガラス24、ミラー25、ハーフミラー26のいずれでもよい。
In the third embodiment, there are four partitions C. The direction in which segment C repeats is the same as in the first embodiment. In the
格子素子223bでは、第1区分C1、第2区分C2はガラス24であり、第3区分C3はハーフミラー26であり、第4区分C4はミラー25である。格子素子223cでは、第1区分C1、第4区分C4はハーフミラー26であり、第2区分C2、第3区分C3はガラス24である。
In the grating element 223b, the first section C1 and the second section C2 are
図15から図17を用いて図14の構成における光の透過と反射を説明する。図15には、格子素子223aでの光の透過と反射を示している。格子素子223aには、格子ハーフミラー面28に緑色の光源光が入射し、格子ミラー面27に青色の光源光が入射する。
The transmission and reflection of light in the configuration of FIG. 14 will be described with reference to FIGS. 15 to 17. FIG. FIG. 15 shows the transmission and reflection of light at grating
格子素子223aの各区分Cの構成により、格子素子223bの方向には、第1区分C1では緑色光が照射され、第2区分C2では緑色光と青色光とが照射される。第3区分C3では青色光が格子素子223bの方向に照射される。第4区分C4は任意であるので、緑色光と青色光は格子素子223bの方向に照射される場合もあれば、照射されない場合もある。
Due to the configuration of each section C of the
図16には、格子素子223bでの光の透過と反射を示している。格子素子223bには、格子ハーフミラー面28の第1区分C1に緑色光が入射し、第2区分C2に緑色光と青色光とが入射し、第3区分C3に青色光が入射する。格子素子223bの格子ミラー面27には赤色光が入射する。
FIG. 16 shows the transmission and reflection of light at grating element 223b. In the grating element 223b, green light is incident on the first segment C1 of the grating
格子素子223bの各区分Cの構成により、格子素子223cの方向には、第1区分C1では緑色光が照射され、第2区分C2では緑色光と青色光とが照射される。第3区分C3では青色光と赤色光が格子素子223cの方向に照射される。格子素子223bの第4区分C4はミラー25になっているので、仮に格子ハーフミラー面28に光が入射しても格子素子223cの方向には進行しない。よって、格子素子223cの第4区分C4では赤色光が格子素子223cの方向に照射される。
Due to the configuration of each section C of the grating element 223b, in the direction of the
図17には、格子素子223cでの光の透過と反射を示している。格子素子223cには、格子ハーフミラー面28の第1区分C1に緑色光が入射し、第2区分C2に緑色光と青色光とが入射し、第3区分C3に青色光と赤色光が入射し、第4区分C4に赤色光が入射する。格子素子223cの格子ミラー面27には赤外光が入射する。
FIG. 17 shows the transmission and reflection of light at grating
図18には、格子素子223cから出力される各区分Cの色を示している。第1区分C1では、緑色光と赤外光とが出力される。第2区分C2では緑色光と青色光とが出力される。第3区分C3では青色光と赤色光が出力される。第4区分C4では、赤色光と赤外光とが出力される。
FIG. 18 shows the color of each section C output from
図18から分かるように、各色とも、180度ごとに光の出力と非出力が切り替わっている。つまり、各色とも、正弦波状に光の出力と非出力が切り替わっている。また、各色の位相は90度ずつずれている。よって、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。 As can be seen from FIG. 18, for each color, light output and non-output are switched every 180 degrees. That is, for each color, light output and non-output are switched in a sinusoidal manner. Also, the phase of each color is shifted by 90 degrees. It can thus be seen that a composite fringe pattern image is produced which can be used in the color phase shift method.
〔パターンPT1-2〕
次にパターンPT1-2を説明する。パターンPT1-2は、パターンPT1を実現する格子素子223の2つ目の具体的な構成である。図19にパターンPT1-2における格子素子223の構成を示す。パターンPT1-2でも、3種類の格子素子223a、223b、223cが、緑色の光源光の進行方向に一直線上に、同じ姿勢で配置されている。格子素子223aは、青色光が照射される面が格子ミラー面27になっている。パターンPT1-1で格子ハーフミラー面28であった面には、ハーフミラー26は蒸着されてない。
[Pattern PT1-2]
Next, the pattern PT1-2 will be explained. A pattern PT1-2 is a second specific configuration of the
パターンPT1-2における格子素子223b、格子素子223cは、緑色の光源L側が格子ハーフミラー面28になっており、その反対側の面にはミラー25は蒸着されていない。
The grid element 223b and the
パターンPT1-2では、格子素子223aは、第1区分C1と第2区分C2がガラス24であり、第3区分C3と第4区分C4がミラー25である。格子素子223bは、第1区分C1と第4区分C4がガラス24であり、第2区分C2と第3区分C3がハーフミラー26である。格子素子223cは、第2区分C2と第3区分C3がガラス24であり、第1区分C1と第4区分C4がハーフミラー26である。
In pattern PT1-2, grating
図20には、図19に示す構成において格子素子223cから出力される各区分Cの色を示している。第1区分C1では、緑色光と赤外光とが出力される。第2区分C2では緑色光と赤色光とが出力される。第3区分C3では青色光と赤色光が出力される。第4区分C4では、青色光と赤外光とが出力される。
FIG. 20 shows the color of each section C output from
図20から分かるように、パターンPT1-2でも、各色とも、180度ごとに光の出力と非出力が切り替わっている。また、各色の位相は90度ずつずれている。よって、パターンPT1-2でも、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。 As can be seen from FIG. 20, the patterns PT1-2 also switch between light output and non-output for each color every 180 degrees. Also, the phase of each color is shifted by 90 degrees. Therefore, it can be seen that the pattern PT1-2 also produces a composite fringe pattern image that can be used in the color phase shift method.
〔パターンPT2-1〕
図21にパターンPT2-1における格子素子223の構成を示す。パターンPT2-1でも、3種類の格子素子223a、223b、223cが、緑色の光源光の進行方向に一直線上に同じ姿勢で配置されている。また、3つの格子素子223a、223b、223cは、いずれも同じ側が格子ミラー面27、格子ハーフミラー面28になっている。
[Pattern PT2-1]
FIG. 21 shows the configuration of the
ただし、パターンPT2-1では、最終的な光は図21の下方向に出力される。パターンPT2-1において1番目の格子素子223aと2番目の格子素子223bは、パターンPT1-1における1番目の格子素子223aと2番目の格子素子223bと同じ区分Cにミラー25、ハーフミラー26が蒸着されている。パターンPT2-2における3番目の格子素子223cは、第1区分C1と第4区分C4がハーフミラー26であり、第2区分C2と第3区分C3はミラー25である。
However, in pattern PT2-1, the final light is output downward in FIG. The first
図22には、パターンPT2-1において格子素子223cから出力される各区分Cの色を示している。パターンPT2-1における3番目の格子素子223cは、第2区分C2と第3区分C3がガラス24からミラー25になった点がパターンPT1-1における3番目の格子素子223cと相違するのみである。したがって、パターンPT2-1では、最終的な光は図21の下方向に出力されるものの、パターンPT1-1と同じ合成縞パターン画像が生成される。
FIG. 22 shows the color of each section C output from the
〔パターンPT2-2〕
図23にパターンPT2-2における格子素子223の構成を示す。パターンPT2-2でも、3種類の格子素子223a、223b、223cが、緑色の光源光の進行方向に一直線上に同じ姿勢で配置されている。
[Pattern PT2-2]
FIG. 23 shows the configuration of the
1番目の格子素子223aは、第1区分C1と第2区分C2がガラス24であり、第3区分C3と第4区分C4がミラー25である。2番目の格子素子223bは第1区分C1と第4区分C4がガラス24であり、第2区分C2と第3区分C3がハーフミラー26である。3番目の格子素子223cは、第1区分C1と第4区分C4がハーフミラー26であり、第2区分C2と第3区分C3はミラー25である。
The first
図24には、パターンPT2-2において格子素子223cから出力される各区分Cの色を示している。パターンPT2-2では、青色光と赤色光の位相がパターンPT2-1とは逆になっているが、パターンPT2-2でも、各色とも、180度ごとに光の出力と非出力が切り替わっている。また、各色の位相は90度ずつずれている。よって、パターンPT2-2でも、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。
FIG. 24 shows the color of each section C output from the
〔パターンPT3-1〕
図25にパターンPT3-1における格子素子223の構成を示す。パターンPT3-1では、緑色光を発光する光源Lと赤外光を発光する光源Lは、第1の方向である図の横方向に互いに平行に光を照射する。青色光を発光する光源Lと赤光を発光する光源Lは、第1の方向に直交する第2の方向である図の縦方向に互いに平行に光を照射する。
[Pattern PT3-1]
FIG. 25 shows the configuration of the
また、パターンPT3-1では、2つの格子素子223a、223bが、緑色の光源光の進行方向に一直線上に同じ姿勢で配置されている。緑色光が経由する3番目の格子素子223cは、赤色光の進行方向において、格子素子223bと一直線上に同じ姿勢で配置されている。各格子素子223a、223b、223cには、格子ミラー面27および格子ハーフミラー面28に、入射角45度で光源光が入射する。
Also, in the pattern PT3-1, the two
格子素子223aには、これまでのパターンPTと同様、格子ハーフミラー面28に緑色光が入射し、格子ミラー面27に青色光が入射する。格子素子223bには、格子素子223aが図の横方向に出力した光すなわち緑色光および青色光が格子ハーフミラー面28に入射し、格子ミラー面27に赤色光が入射する。格子素子223cには、格子素子223bが図の縦方向に出力した光が一方の面に入射し、格子ハーフミラー面28に赤外光が入射する。
In the
格子素子223aの第1区分C1はガラス24であり、第2区分C2はハーフミラー26であり、第3区分C3はミラー25であり、第4区分C4は任意である。格子素子223bの第1区分C1および第2区分C2はミラー25であり、第3区分C3はハーフミラー26であり、第4区分C4はガラス24である。
The first section C1 of the
格子素子223cの第1区分C1はハーフミラー26であり、第2区分C2と第3区分C3はガラス24であり、第4区分C4はハーフミラー26である。なお、格子素子223cにおける区分Cは、格子素子223aまたは格子素子223bにおける各区分Cを透過あるいは反射した光が入射する部分である。
The first section C1 of the
図26には、パターンPT3-1において格子素子223cから出力される各区分Cの色を示している。パターンPT3-1では、各色とも、パターンPT2-1と同じ位相で、光の出力と非出力が切り替わっている。よって、パターンPT3-1でも、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。
FIG. 26 shows the color of each section C output from the
また、このパターンPT3-1の構成によれば、第1の格子素子223aと第2の格子素子223bは図の横方向に並んでいるのに対して、第3の格子素子223cは格子素子223bに対して図の縦方向に並んでいる。よって、3つの格子素子223は直交配置になるので、3つの格子素子223が一直線上に配置されている場合に比較して、格子素子223が配置されることによってプロジェクタ20が長くなってしまうことを抑制できる。
Further, according to the structure of this pattern PT3-1, the
〔パターンPT3-2〕
図27にパターンPT3-2における格子素子223の構成を示す。パターンPT3-2における3種類の格子素子223a、223b、223cの位置は、パターンPT3-1と同じである。よって、パターンPT3-2でも、3つの格子素子223が一直線上に配置されている場合に比較して、格子素子223が配置されることによってプロジェクタ20が長くなってしまうことを抑制できる。
[Pattern PT3-2]
FIG. 27 shows the configuration of the
1番目の格子素子223aは、第1区分C1と第2区分C2がガラス24であり、第3区分C3と第4区分C4がミラー25である。2番目の格子素子223bは第1区分C1と第4区分C4がミラー25であり、第2区分C2と第3区分C3がハーフミラー26である。3番目の格子素子223cは、第1区分C1と第4区分C4がハーフミラー26であり、第2区分C2と第3区分C3はガラス24である。
The first
図28には、パターンPT3-2において格子素子223cから出力される各区分Cの色を示している。パターンPT3-2では、青色光と赤色光の位相がパターンPT3-1とは逆になっているが、その他はパターンPT3-1と同じである。よって、パターンPT3-2でも、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。
FIG. 28 shows the color of each section C output from the
〔パターンPT4-1〕
図29にパターンPT4-1における格子素子223の構成を示す。パターンPT4-1における3種類の格子素子223a、223b、223cの位置は、パターンPT3-1、3-2と同じである。よって、パターンPT4-1も、プロジェクタ20が長くなってしまうことを抑制できる。
[Pattern PT4-1]
FIG. 29 shows the configuration of the
ただし、パターンPT4-1では、格子素子223cは、赤外光が入射する側が格子ミラー面27であり、赤色光などが入射する側が格子ハーフミラー面28である。また、最終的な光は図29の右方向に出力される。
However, in the pattern PT4-1, the
第1の格子素子223aは、第1区分C1がガラス24であり、第2区分C2はハーフミラー26であり、第3区分C3はミラー25であり、第4区分C4は任意である。第2の格子素子223bは第1区分C1と第2区分C2がミラー25であり、第3区分C3がハーフミラー26であり、第4区分C4がガラス24である。第3の格子素子223cは、第1区分C1と第4区分C4がハーフミラー26であり、第2区分C2と第3区分C3はミラー25である。
In the first
図30には、パターンPT4-1において格子素子223cから出力される各区分Cの色を示している。パターンPT4-1では、各色とも、パターンPT3-1と同じ位相になる。よって、パターンPT4-1でも、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。
FIG. 30 shows the color of each section C output from the
〔パターンPT4-2〕
図31にパターンPT4-2における格子素子223の構成を示す。パターンPT4-2における3種類の格子素子223a、223b、223cの位置は、パターンPT3-1と同じである。また、パターンPT4-1と同様、格子素子223cは、赤外光が入射する側が格子ミラー面27である。
[Pattern PT4-2]
FIG. 31 shows the configuration of the
第1の格子素子223aは、第1区分C1と第2区分C2がガラス24であり、第3区分C3と第4区分C4がミラー25である。第2の格子素子223bは第1区分C1と第4区分C4がミラー25であり、第2区分C2と第3区分C3がハーフミラー26である。第3の格子素子223cは、第1区分C1と第4区分C4がハーフミラー26であり、第2区分C2と第3区分C3はミラー25である。
The first
図32には、パターンPT4-2において格子素子223cから出力される各区分Cの色を示している。パターンPT4-2では、各色とも、パターンPT3-2と同じ位相になる。よって、パターンPT4-2でも、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。
FIG. 32 shows the color of each section C output from the
〔パターンPT5-1〕
図33にパターンPT5-1における格子素子223の構成を示す。パターンPT5-1では、これまでのパターンPTと異なり、第2の格子素子223bは、緑色の光源光が直進する方向には配置されていない。パターンPT5-1では、格子素子223bは、パターンPT4における第3の格子素子223cの位置に配置されている。また、パターンPT5-1では、その格子素子223bは、これまでの格子素子223bとは向きが90度違っており、第1区分C1から第4区分C4に向かうに従い、赤外光の光源Lに近くなる向きで配置されている。
[Pattern PT5-1]
FIG. 33 shows the configuration of the
第3の格子素子223cは、パターンPT4における第2の格子素子223bの位置に配置されている。格子素子223cは、このパターンPT5-1における格子素子223bと平行な角度で配置されている。各格子素子223a、223b、223cには、格子ミラー面27および格子ハーフミラー面28に、入射角45度で光源光が入射する。
The
第1の格子素子223aには、格子ハーフミラー面28に緑色の光源光が入射し、格子ミラー面27に青色の光源光が入射する。格子素子223bには、格子ハーフミラー面28に赤色の光源光が入射し、格子ミラー面27に赤外色の光源光が入射する。なお、赤外光は緑色光と平行に223bに入射する。また、赤色光は、青色光と平行、かつ、進行方向が逆向きに格子素子223bに入射する。格子素子223cには、格子ミラー面27に赤色光と赤外光が入射し、格子ハーフミラー面28に緑色光と青色光が入射する。
Green light source light enters the grating
格子素子223aは、第1区分C1がガラス24であり、第2区分C2がハーフミラー26であり、第3区分C3がミラー25であり、第4区分C4が任意である。格子素子223bは、第1区分C1がミラー25であり、第2区分C2が任意であり、第3区分C3がガラス24であり、第4区分C4がハーフミラー26である。格子素子223cは、第1区分C1がハーフミラー26であり、第2区分C2がガラス24であり、第3区分C3がハーフミラー26であり、第4区分C4がミラー25である。
In the
図34には、パターンPT5-1において格子素子223cから出力される各区分Cの色を示している。パターンPT5-1では、各色とも、パターンPT3-1と同じ位相になる。よって、パターンPT5-1でも、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。
FIG. 34 shows the color of each section C output from the
また、パターンPT5-1では、4つの光源Lのうち、緑色光の光源Lと青色光の光源Lは、同じ格子素子223aの格子ミラー面27と格子ハーフミラー面28にそれぞれ光を照射する。残りの2つの光源L、すなわち、赤外光の光源Lと赤色光の光源Lは、別の格子素子223bの格子ミラー面27と格子ハーフミラー面28にそれぞれ光を照射する。
In the pattern PT5-1, the green light source L and the blue light source L of the four light sources L irradiate the
そして、格子素子223aから出力される光と、格子素子223bから出力される光とが交差する位置に格子素子223cが配置されている。このような3つの格子素子223a、223b、223cの配置によれば、どの光源光も、経由する格子素子223の数が2つで済み、3つの格子素子223を経由する光源光がない。よって、光源光が格子素子223を経由する際に減衰しまう程度を少なくできる。
A
〔パターンPT5-2〕
図35にパターンPT5-2における格子素子223の構成を示す。パターンPT5-2では、2つの格子素子223a、223bを備える。第3の格子素子223cに代えてハーフミラー素子226を備える。2つの格子素子223a、223bの位置および姿勢は、パターンPT5-1の第1の格子素子223a、第2の格子素子223bと同じである。ハーフミラー素子226は、パターンPT5-1の第3の格子素子223cと同じ位置および姿勢である。光源Lの配置はパターンPT5-1と同じである。
[Pattern PT5-2]
FIG. 35 shows the configuration of the
第1の格子素子223aは、青色光が入射する面が格子ミラー面27になっており、反対側の面には、ミラー25およびハーフミラー26は蒸着されていない。第2の格子素子223bは、赤外光が入射する面が格子ミラー面27になっており、反対側の面には、ミラー25およびハーフミラー26は蒸着されていない。
The surface of the first
格子素子223aは、第1区分C1、第2区分C2がガラス24であり、第3区分C3、第4区分C4がミラー25である。格子素子223bは、第1区分C1、第4区分C4がミラー25であり、第2区分C2、第3区分C3がガラス24である。
The
図36には、パターンPT5-2においてハーフミラー素子226から出力される各区分Cの色を示している。パターンPT5-2では、各色とも、パターンPT3-2と同じ位相になる。よって、パターンPT5-1でも、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。
FIG. 36 shows the color of each section C output from the
また、パターンPT5-2では、ハーフミラー素子226は、格子素子223aが出力した光と格子素子223bが出力した光とが交差する位置に配置されている。よって、ハーフミラー素子226と2つの格子素子223a、223bは直交配置になるので、プロジェクタ20の一方向が長くなってしまうことを抑制できる。
In the pattern PT5-2, the
また、この構成では、どの光源Lからの光も、格子素子223とハーフミラー素子226を合わせた経由数が2つで済む。よって、光源Lからの光が格子素子223およびハーフミラー素子226を経由する際に減衰しまう程度を少なくできる。
Further, in this configuration, light from any light source L only needs to pass through the
以上、実施形態を説明したが、開示した技術は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も開示した範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。 Although the embodiments have been described above, the disclosed technology is not limited to the above-described embodiments, and the following modifications are also included in the disclosed scope. It can be implemented with various modifications.
<変形例1>
実施形態では、光源Lは、互いに異なる色を同時に発光していた。しかし、互いに同じ色を発光する光源Lを用いることもできる。発光期間を相互に異ならせれば、互いに同じ色を発光する光源Lを用いることができる。
<
In the embodiment, the light sources L simultaneously emitted different colors. However, it is also possible to use light sources L that emit the same color as each other. If the light emission periods are made different from each other, the light sources L that emit light of the same color can be used.
<変形例2>
第1実施形態では、格子素子23aの第6区分C6はガラス24であった。しかし、格子素子23aの第6区分C6はミラー25にしてもよい。格子素子23bの第6区分C6がミラー25であるため、格子素子23aの第6区分C6を光が通過しても、格子素子23bの第6区分C6で遮断されるからである。格子素子23aの第6区分C6はミラー25にすると、格子素子23aは、第6区分C6と次の周期の第1区分C1がともにミラー25になる。
<
In the first embodiment, the sixth section C6 of the
<変形例3>
実施形態では、光源Lが3つの場合、2つの格子素子23は同じ姿勢であった。しかし、光源Lが3つの場合もパターンPT5-1のように、2つの格子素子23を互いに90度回転させた姿勢としてもよい。
<
In the embodiment, when there are three light sources L, the two
1:三次元形状計測システム 2:作業台 5:計測対象物 10:制御装置 20:プロジェクタ(投影装置) 21:投影レンズ 22:集光レンズ 23:格子素子 24:ガラス 25:ミラー 26:ハーフミラー 27:格子ミラー面(格子面) 28:格子ハーフミラー面(格子面) 30:カメラ 123:格子素子 223:格子素子 226:ハーフミラー L:光源 1: Three-dimensional shape measurement system 2: Workbench 5: Measurement object 10: Control device 20: Projector (projection device) 21: Projection lens 22: Condensing lens 23: Grating element 24: Glass 25: Mirror 26: Half mirror 27: Grating mirror surface (grating surface) 28: Grating half mirror surface (grating surface) 30: Camera 123: Grating element 223: Grating element 226: Half mirror L: Light source
Claims (7)
少なくとも3つの光源(L)と、
前記縞パターン画像を投影する投影レンズ(21)と、
少なくとも一方の面が、格子状にミラー(25)またはハーフミラー(26)が形成された面である格子面(27、28)になっている複数の格子素子(23、123、223)と備え、
複数の前記格子素子は、前記光源と前記投影レンズとの間の光路に配置され、かつ、両面に、前記光源が発光した光が、直接または別の前記格子素子を介して照射される位置に配置され、
前記ハーフミラーまたは前記ミラーは、前記光源が発光した光が前記投影レンズを通過する際に互いに位相が異なる縞パターンとなるように格子状に形成されている、投影装置。 A projection device (20) for projecting a fringe pattern image onto the measurement object in order to measure the three-dimensional shape of the measurement object by a phase shift method,
at least three light sources (L);
a projection lens (21) for projecting the fringe pattern image;
A plurality of grating elements (23, 123, 223) having at least one face serving as grating planes (27, 28) on which mirrors (25) or half mirrors (26) are formed in a grid pattern. ,
A plurality of the grating elements are arranged in an optical path between the light source and the projection lens, and are positioned on both sides so that the light emitted by the light source is irradiated directly or through another grating element. placed and
The projection apparatus according to claim 1, wherein the half mirror or the mirror is formed in a lattice pattern so that the light emitted from the light source has a fringe pattern with different phases when passing through the projection lens.
少なくとも3つの前記光源は、互いに異なる色を発光する光源であり、かつ、同時に発光する、投影装置。 A projection device according to claim 1, comprising:
The projection device, wherein the at least three light sources are light sources emitting different colors from each other and emitting light at the same time.
前記光源として、赤色、緑色、青色をそれぞれ発光する3つの光源を備え、
前記格子素子を2つ備え、
緑色を発光する前記光源が発光した光は、2つの前記格子素子を経由して前記投影レンズに到達する、投影装置。 3. A projection device according to claim 2, comprising:
As the light source, three light sources that emit red, green, and blue light are provided,
comprising two lattice elements;
The projection device, wherein light emitted by the light source emitting green light reaches the projection lens via two of the grating elements.
少なくとも3つの前記光源は、互いに同じ色を発光し、発光期間が互いに相違する、投影装置。 A projection device according to claim 1, comprising:
The projection device, wherein the at least three light sources emit the same color with each other and have different emission periods.
前記光源を4つ備え、
前記格子素子(223)を3つ備え、
4つの前記光源のうちの2つは第1の方向に互いに平行に光を照射し、4つの前記光源のうちの残りの2つは前記第1の方向と直交する第2の方向に互いに平行に光を照射し、
第1の前記格子素子は、前記第1の方向の光が一方の面に入射し、前記第2の方向の光が他方の面に入射し、
第2の前記格子素子は、第1の前記格子素子が前記第1の方向に出力した光が一方の面に入射し、他方の面に前記第2の方向の光であって第1の前記格子素子に入射する光とは別の光が入射し、
第3の前記格子素子は、第2の前記格子素子が前記第2の方向に出力した光が一方の面に入射し、他方の面に前記第1の方向の光であって第1の前記格子素子に入射する光とは別の光が入射する、投影装置。 A projection device according to any one of claims 1, 2 and 4,
Equipped with four light sources,
comprising three grating elements (223);
Two of the four light sources emit light parallel to each other in a first direction, and the remaining two of the four light sources emit light parallel to each other in a second direction orthogonal to the first direction. illuminate the
the first grating element, the light in the first direction is incident on one surface and the light in the second direction is incident on the other surface;
The second grating element has one surface on which the light output in the first direction by the first grating element is incident, and the other surface on which the light in the second direction is emitted. Light different from the light incident on the grating element is incident,
The third grating element has one surface on which the light output in the second direction from the second grating element is incident, and the other surface on which the light in the first direction and the first direction is emitted. A projection device in which light other than the light incident on the grating element is incident.
前記光源を4つ備え、
前記格子素子(223)を3つ備え、
4つの前記光源のうちの2つは第1の方向に互いに平行に光を照射し、4つの前記光源のうちの残りの2つは前記第1の方向と直交する第2の方向に互いに平行に光を照射し、
第1の前記格子素子は、一方の面に前記第1の方向の光が入射し、他方の面に前記第2の方向の光が入射し、
第2の前記格子素子は、前記第1の方向の光であって第1の前記格子素子に入射する光とは別の光が一方の面に入射し、他方の面に前記第2の方向の光であって第1の前記格子素子に入射する光とは別の光が入射し、
第3の前記格子素子は、第1の前記格子素子が出力した光と第2の前記格子素子が出力した光とが交差する位置に配置され、第1の前記格子素子が前記第1の方向に出力した光が一方の面に入射し、他方の面に第2の前記格子素子が前記第2の方向に出力した光が入射する、投影装置。 A projection device according to any one of claims 1, 2 and 4,
Equipped with four light sources,
comprising three grating elements (223);
Two of the four light sources emit light parallel to each other in a first direction, and the remaining two of the four light sources emit light parallel to each other in a second direction orthogonal to the first direction. illuminate the
one surface of the first grating element receives light in the first direction and the other surface receives light in the second direction;
In the second grating element, light in the first direction, which is different from the light incident on the first grating element, is incident on one surface, and the light in the second direction is incident on the other surface. is incident on the first grating element, and is different from the light incident on the first grating element;
The third grating element is arranged at a position where the light output by the first grating element and the light outputted by the second grating element intersect, and the first grating element is arranged in the first direction. light output by the second grating element is incident on one surface, and light output by the second grating element in the second direction is incident on the other surface.
前記光源を4つ備え、
前記格子素子(223)を2つ備え、
ハーフミラー素子(226)を1つ備え、
4つの前記光源のうちの2つは第1の方向に互いに平行に光を照射し、4つの前記光源のうちの残りの2つは前記第1の方向と直交する第2の方向に互いに平行に光を照射し、
第1の前記格子素子は、一方の面に前記第1の方向の光が入射し、他方の面に前記第2の方向の光が入射し、
第2の前記格子素子は、一方の面に、前記第1の方向の光であって第1の前記格子素子に入射する光とは別の光が入射し、他方の面に、前記第2の方向の光であって第1の前記格子素子に入射する光とは別の光が入射し、
前記ハーフミラー素子は、第1の前記格子素子が出力した光と第2の前記格子素子が出力した光とが交差する位置に配置され、一方の面に第1の前記格子素子が前記第1の方向に出力した光が入射し、他方の面に第2の前記格子素子が前記第2の方向に出力した光が入射する、投影装置。 A projection device according to any one of claims 1, 2 and 4,
Equipped with four light sources,
comprising two grating elements (223);
Equipped with one half mirror element (226),
Two of the four light sources emit light parallel to each other in a first direction, and the remaining two of the four light sources emit light parallel to each other in a second direction orthogonal to the first direction. illuminate the
one surface of the first grating element receives light in the first direction and the other surface receives light in the second direction;
The second grating element has one surface on which the light in the first direction and different from the light incident on the first grating element is incident, and the other surface on which the second grating element is incident. light in a direction different from the light incident on the first grating element is incident,
The half-mirror element is arranged at a position where the light output from the first grating element and the light output from the second grating element intersect. light output in the direction of (2) is incident, and light output in the second direction by the second grating element is incident on the other surface.
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