JPH1038511A - 照明方法および照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 物体までの距離計測や３次元形状計測にあた
って物体を照明する際に、物体表面の反射率に依存する
ことなく、観測点において一定の反射光強度が得られる
照明方法および照明装置を提供する。 【解決手段】 ビーム光照射器１１が被測定物体１３に
ビーム光を照射し、その反射光がビームスプリッタ１４
を介し、計測装置１２に受光されて計測がなされる。ま
た、ビームスプリッタ１４により、被測定物体１３の反
射光の一部が反射されて受光素子１５で受光され、制御
回路１６が受光素子１５の出力を所定の設定値と比較し
て、差信号をビーム光照射器１１に出力する。これによ
り、ビーム光照射器１１の照射光量を増減させる帰還が
かかり、受光素子１５の出力値が上記の設定値に等しく
なり、計測装置１２に適切な受光量が得られるようにな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を利用して物体
の距離計測や３次元形状計測を行う際などにおいて用い
られる照明方法および照明装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、商品化されている距離計測装置或
いは３次元形状計測装置のほとんどは、被計測物体に光
を照射し、反射光を受光して該被計測物体の距離或いは
３次元形状を求めるアクティブ型計測方法を採用してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】

（１）しかしながら、こうした計測方法では、例えば被
計測物体の反射率が小さいと十分な反射光量が得られず
に測定不能となってしまう。この問題は強力な照射光を
用いることによって回避できるものの、製造コストが嵩
むばかりでなく、光源の寿命，消費電力等の点で問題が
ある上に、その取扱いに留意する必要が生じる。これら
の問題は、特に、光源としてレーザ光を用いる場合に顕
著となる。

【０００４】さらに、単に強力な照射光を用いるだけで
あると、逆に反射率の大きな物体を計測する場合に過大
な受光量となってしまう。例えば、ＣＣＤ（電荷結合素
子）ではスミアやブルーミングを引き起こす一方で、撮
像管や光電子増幅管にあっては焼き付け等を引き起こ
し、計測精度の悪化は勿論のこと、甚だしい場合には装
置の故障を引き起こすことになる。

【０００５】（２）また、３次元形状計測では１点だけ
の距離計測とは異なり被計測面全体を計測しなければな
らないが、観測点から見る被計測面の反射率は一定では
ない。こうした現象は、被計測物体が均一な材料ででき
ていても、光源，被照明物体，観測点間の位置と反射点
における面の傾きに依存して反射率が変化するために、
避けることのできないものである。

【０００６】特に、金属のような鏡面反射の強い材質の
場合、鏡面反射角とそれ以外の角度とでは反射率の比が
１０³〜１０⁴倍にも及ぶため、ダイナミックレンジが１
０²〜１０³ 程度しかない通常の撮像素子では、必ず光
量過大または光量過小の部分が生じて全面を正しく計測
することができない。本発明は上記の点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、物体までの距離計測や物体
の３次元形状計測にあたって物体を照明する際に、物体
表面の反射率に依存することなく、観測点において一定
の反射光強度が得られる照明方法および照明装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、被照明物体に光を照射す
ることで該被照明物体までの距離或いは該被照明物体の
３次元形状を計測する装置に用いられる照明装置であっ
て、前記被照明物体にビーム光を照射する照射手段と、
前記ビーム光の強度を制御する制御手段と、前記被照明
物体から反射された前記ビーム光の反射光を受光する受
光手段と、前記受光手段が受光した前記反射光の受光量
に応じて、前記反射光の受光強度が一定となるように、
前記制御手段に与える前記ビーム光の強度を決定する決
定手段とを具備することを特徴としている。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記ビーム光を２次元的に走査させ
る走査手段を具備することを特徴としている。また、請
求項３記載の発明は、被照明物体に光を照射することで
該被照明物体までの距離或いは該被照明物体の３次元形
状を計測するのに用いられる照明方法であって、前記被
照明物体にビーム光を照射し、前記被照明物体から反射
されてくる前記ビーム光の反射光を所定の観測点におい
て受光し、前記反射光の受光強度が一定となるように、
前記ビーム光の強度の強弱を制御して、前記被照明物体
の反射率に依存することなく、前記観測点に一定の反射
光強度を得ることを特徴としている。

【０００９】また、請求項４記載の発明は、被照明物体
に光を照射することで該被照明物体までの距離或いは該
被照明物体の３次元形状を計測するのに用いられる照明
方法であって、ビーム光を２次元的に走査しながら前記
被照明物体へ照射し、前記ビーム光の走査中において請
求項３記載の照明方法を適用して、前記被照明物体の任
意の位置で反射された前記ビーム光の反射光について、
前記被照明物体の反射率に依存することなく、前記観測
点に一定の反射光強度を得ることを特徴としている。

【００１０】また、請求項５記載の発明は、被照明物体
に光を照射することで該被照明物体までの距離或いは該
被照明物体の３次元形状を計測する装置に用いられる照
明装置であって、光強度の濃淡がスリット方向に自在に
制御可能なスリット光を前記被照明物体に照射するスリ
ット光照明手段と、前記スリット方向に対して垂直な方
向に前記スリット光を走査する走査手段と、前記被照明
物体の画像を撮影する撮影手段と、前記画像内における
前記スリット光の反射位置と反射光強度とを抽出する抽
出手段と、前記反射位置及び前記反射光強度に基づい
て、前記スリット光照明手段に与える前記光強度の濃淡
情報を決定する決定手段とを具備することを特徴として
いる。

【００１１】また、請求項６記載の発明は、被照明物体
に光を照射することで該被照明物体までの距離或いは該
被照明物体の３次元形状を計測するのに用いられる照明
方法であって、光強度の濃淡がスリット方向に自在に制
御可能なスリット光を、前記スリット方向に対して垂直
な方向に走査しながら前記被照明物体へ照射し、前記ス
リット光の走査中に、前記被照明物体の画像を所定の観
測点から撮影し、前記画像内における前記スリット光の
反射位置と反射光強度とを抽出し、前記反射位置及び前
記反射光強度に基づき、前記反射光強度が一定値となる
ように前記スリット光のスリット方向の光強度の濃淡を
制御して、前記被照明物体の任意の位置で反射された反
射光について、前記被照明物体の反射率に依存すること
なく、前記観測点に一定の反射光強度を得ることを特徴
としている。

【００１２】また、請求項７記載の発明は、被照明物体
に光を照射することで該被照明物体までの距離或いは該
被照明物体の３次元形状を計測する装置に用いられる照
明装置であって、光強度の濃淡を２次元的に自在に制御
可能な平面光を前記被照明物体に照射する照明手段と、
前記被照明物体の画像を撮影する撮影手段と、前記画像
に基づいて、前記画像の濃淡が一定値となるように、前
記照明手段へ与える前記光強度の濃淡情報を算出する算
出手段とを具備することを特徴としている。

【００１３】また、請求項８記載の発明は、被照明物体
に光を照射することで該被照明物体までの距離或いは該
被照明物体の３次元形状を計測するのに用いられる照明
方法であって、光強度の濃淡を２次元的に自在に制御可
能な平面光を用いて前記被照明物体を照射し、前記被照
明物体の画像を所定の観測点から撮影し、前記画像の濃
淡が一定値となるように前記平面光の２次元的な光強度
の濃淡のパターンを制御して、前記被照明物体の任意の
位置で反射された反射光について、前記被照明物体の反
射率に依存することなく、前記観測点に一定の反射光強
度を得ることを特徴としている。

【００１４】また、請求項９記載の発明は、請求項６又
は８記載の発明において、所定の単純な幾何学パターン
である濃淡パターンを照明光として前記被照明物体へ与
え、前記照明光で照らされた前記被照明物体の画像を撮
影し、前記画像に現れる前記濃淡パターンの位置を抽出
して、前記照明光として与える光強度の濃淡パターンの
座標と撮影した画像に現れる前記濃淡パターンの座標と
の対応関係を予め求め、前記対応関係に従って前記光強
度の濃淡を座標補正し、前記座標補正された光強度の濃
淡の光を用いて前記被照明物体を照射することを特徴と
している。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の各
実施形態について説明するが、まずは上述した各課題を
解決するために、本発明が採用している手法についてそ
の概要を述べておくことにする。 （ａ）まず、上述した（１）の問題を解決するために、
被照明物体に当てる照射光の強度を可変とし、観測点か
ら被照明物体を見た時に、被照明物体表面の照射点にお
ける明るさが一定となるように制御すれば良い。

【００１６】そこで本発明では、受光素子を観測点に置
いて光量を検出し、予め決めておいた設定値よりも光量
が多ければ照射光の強度を下げるようにする。なお、照
射光をパルス光にする場合は、そのデューティ比を下げ
るようにする。これに対し、設定値よりも光量が少なけ
れば照射光の強度を上げるようにする。なお、照射光が
パルス光である場合にはそのデューティ比を上げるよう
にする。こうすることで、受光素子に入る光量が一定と
なるように制御される。

【００１７】（ｂ）次に、上述した（２）の問題を解決
するために、被計測物体に照射される照射光の強度が場
所によって異なるようにすると共に、それぞれの場所に
おいて被計測物体の表面から観測点に向かう反射光の強
度が一定となるように制御すれば良い。これを実現する
手法として、以下の３通りのものが考えられる。 照射光としてビーム光を用い、被照明物体上を２次
元的に走査しながらビーム光で照明し、走査中において
上述した（ａ）の手法を用いるようにする。

【００１８】 照射光としてスリット光を用い、被照
明物体上をスリット光で１次元的に走査しながら照明
し、走査中において被照明物体の画像を観測点から撮影
し、撮影画像内にあるスリット光の照射位置の明るさが
一定値となるように、スリット光の１次元光強度の濃淡
パターンを制御するようにする。 照射光として２次元的に濃淡がつけられた照明光を
用いて被照明物体を照明し、被照明物体の画像を観測点
から撮影し、撮影画像の濃淡が一定値となるように、照
明光の２次元的な光強度の濃淡パターンを制御するよう
にする。

【００１９】〈第１実施形態〉図１は、この実施形態に
よる照明装置の構成を示すブロック図である。この図に
おいて、符号１１は被測定物体にビーム光を照射するビ
ーム光照射器である。このビーム光照射器１１は、後述
する制御回路１６の出力信号に応じて、その照射光量が
制御されるようになっている。

【００２０】また、符号１２はＴＶ（テレビ）カメラ等
の既存の計測装置，符号１３はビーム光照射器からのビ
ーム光が照射される被測定物体，符号１４は被測定物体
１３からの反射光を分けるビームスプリッタ，符号１５
はビームスプリッタ１４で分けられた光を受光するフォ
トダイオード等の受光素子である。さらに、符号１６は
差動増幅回路等の制御回路であって、予め決められた設
定値と受光素子１５の出力信号を比較し、この比較結果
に応じて正又は負の差信号を出力する。ここで、予め決
められた設定値は、計測装置１２が動作する上で最も適
切な光量が得られている時の受光素子１５の出力値を与
えるものとする。

【００２１】次に、上記構成による照明装置の動作につ
いて説明する。図１において、ビーム光照射器１１から
計測用のビーム光が被測定物体１３に照射される。被測
定物体１３に当たった後の反射光は、ビームスプリッタ
１４を通過して計測装置１２に受光されて計測が行われ
る。その一方で、ビームスプリッタ１４により入射光の
一部が反射されて受光素子１５に受光される。受光素子
１５の出力信号は制御回路１６に入力され、予め与えら
れた設定値と比較されて、その差信号がビーム光照射器
１１に入力される。

【００２２】ここで、被測定物体１３の反射率が低いた
めに被計測物体１３からの反射光量が減少すると、受光
素子１５の出力値が低下し、その結果、制御回路１６か
ら正の差信号が出力される。これにより、ビーム光照射
器１１の照射光量を増大させる帰還がかかり、受光素子
１５の出力値が上記の設定値と等しくなるまで（すなわ
ち、計測装置１２に適切な受光量が得られるまで）、ビ
ーム光照射器１１の照射光量が増大する。一方これとは
逆に、被測定物体１３の反射率が高い場合には、上述し
たのと正反対の帰還がかかり、計測装置１２に適切な受
光量が得られるまでビーム光照射器１１の照射光量が減
少する。

【００２３】次に、図２は上記実施形態における第１の
変形例であって、ビーム光照射器として、ガスレーザの
ように、照射強度はほとんど変えられないが高速でオン
オフの可能な光源であるビーム光照射器１１ａを用いて
いる場合である。なお、この図において、図１と同じ構
成要素には同一の符号を付してありその説明を省略す
る。

【００２４】図２において、符号２１は入力される強度
信号をパルスのデューティ比に変換するＰＷＭ（パルス
幅変調）変換器である。この変形例によれば、ＰＷＭ変
換器２１が、制御回路１６から送出される出力信号をオ
ンオフの信号に変換するようにし、オンの時間とオフの
時間との比率を変化させることで照射光量を制御するよ
うにしている。

【００２５】次に、図３は上記実施形態の第２の変形例
であって、ビーム光照射器として、高速でオンオフがで
きず照射光量もほとんど変えられない光源であるビーム
光照射器１１ｂを用いている場合である。なお、この図
において、図１と同じ構成要素には同一の符号を付して
ありその説明を省略する。図３において、符号３１は液
晶シャッタやＰＬＺＴ等の光透過量可変制御器である。
この変形例によれば、制御回路１６の出力信号を光透過
量可変制御器３１に入力し、光透過量可変制御器３１の
透過光量を変化させることで、被測定物体１３への照射
光量を制御するようにしている。なお、本実施形態は上
述した動作を実現するものであれば、図１〜図３に示し
た装置の構成に限られるものでないのは勿論である。

【００２６】〈第２実施形態〉図４は、この実施形態に
よる照明装置の構成を示すブロック図であり、図中、図
１〜図３と同じ構成要素については同一の番号を付して
ありその説明を省略する。図４において、符号４１は２
軸方向に向きを変えられるジンバル構成のガルバノミラ
ー，符号４２はガルバノミラー４１を左右方向に回転さ
せるモータ，符号４３はガルバノミラー４１を上下方向
に回転させるモータ，符号４４はモータ４２及びモータ
４３の回転を制御する制御装置である。

【００２７】次に、上記構成による照明装置の動作につ
いて説明する。まず、制御装置４４はモータ４２とモー
タ４３を制御して、ガルバノミラー４１がビーム光照射
器１１のビーム光を所定の方向に反射するようにその向
きを設定する。次に、ビーム光照射器１１からガルバノ
ミラー４１の中心にビーム光を照射すると、ガルバノミ
ラー４１で反射されたビーム光が被測定物体１３に照射
される。

【００２８】被測定物体１３からの反射光はビームスプ
リッタ１４を介して計測装置１２で受光される。これ以
後は、第１実施形態で説明したのと同様の手順に従って
計測が行われる。そして、ある１点の計測が終了した後
は、制御装置４４がこの計測終了を検出して、モータ４
２とモータ４３に指令を出し、ガルバノミラー４１の向
きを変えて再び計測を行い、計測範囲内の全てを計測し
終えるまで上記の動作を繰り返す。

【００２９】以上により、被測定物体１３の任意の位置
について、該物体の反射率に依存せず、観測点（計測装
置１２）に一定の反射光強度の光を返すようにして計測
がなされる。なお、本実施形態は図４の装置構成に限ら
れるものではないのは勿論である。すなわち、ガルバノ
ミラー４１が２枚の独立したミラーで構成されていても
良い。さらには、これらミラーの代わりに、光を電気的
に曲げる光変調素子を用いても良い。要するに、上述し
たのと同様の機能を実現する光学系であれば良いわけで
ある。

【００３０】〈第３実施形態〉図５は、この実施形態に
よる照明装置の構成を示すブロック図である。この図に
おいて、符号５１は平行光のスリット光を照射するスリ
ット光照明器，符号５２は入射光の光透過率を可変でき
る透過型液晶板，符号５３は透過型液晶板５２で透過さ
れた光を反射するガルバノミラー，符号５４はガルバノ
ミラー５３を回転させるモータ，符号５５はガルバノミ
ラー５３で反射されたスリット平行光が照射される被照
明物体，符号５６は被照明物体５５を撮影する焦点距離
の非常に長いＴＶカメラ，符号５７はＴＶカメラ５６が
撮影した画像を解析する画像処理装置，符号５８はモー
タ５４の回転を制御する制御装置である。なお、画像処
理装置５７は透過型液晶板５２の光透過率の制御も行
う。

【００３１】次に、上記構成による照明装置の動作につ
いて説明する。まず、スリット光照明器５１から照射さ
れたスリット平行光は、透過型液晶板５２を通ってガル
バノミラー５３の回転中心軸に当たる。一方、制御装置
５８はモータ５４を制御して、このスリット平行光が所
定の方向に反射されるように、ガルバノミラー５３の向
きを設定する。これにより、ガルバノミラー５３で反射
されたスリット平行光は被照明物体５５に照射され、図
５或いは図６に示すように、スリット平行光が照射され
た部分に輝線が現れる。

【００３２】この画像は、ＴＶカメラ５６で撮影されて
画像処理装置５７に送られる。なお図６には、横軸をｘ
座標，縦軸をｙ座標としてこの撮影画像を示してある。
次いで、画像処理装置５７は、この画像の中からスリッ
ト平行光の照射位置と該照射位置における明るさを以下
説明するようにして求める。すなわち、画像処理装置５
７は、画像中の各走査線毎に輝度を調べて、最大輝度点
の位置をその走査線におけるスリット平行光照射位置に
決定すると共に、最大輝度点の強度を照射位置における
明るさとする。例えば、図６に示す走査線６１で言え
ば、抽出された最大輝度点は点６２になる。

【００３３】そして、これらを全ての走査線について求
め、図７に示すように、最大輝度点の強度を走査線毎に
並べることで、スリット平行光照射部分の反射光強度分
布が求められる。なお、図７において横軸を強度Ｉ，縦
軸をｙ座標としている。次に、この反射光強度分布を予
め設定しておいた一定値Ｃとするために、透過型液晶板
５２に与える光透過度を計算する。すなわち、走査線６
１の点６２における反射光強度が予め設定した値のｋ倍
であれば、透過型液晶板５２の対応する位置における光
透過率を「１／ｋ」にする。

【００３４】以上の手順を全ての走査線について行うこ
とで、図８に示す光透過度分布が得られる。なお、図８
おいて横軸は光透過度であり、縦軸がｙ座標である。こ
の光透過度分布を透過型液晶板５２に与えることで、被
照明物体５５のスリット平行光照射部分から観測点（Ｔ
Ｖカメラ５６）へ反射する反射光強度を一定とすること
ができる。

【００３５】なお、本実施形態において、スリット光照
明器５１は、スリット光の長さが距離に依って変わらな
い平行光を照射すると共に、ＴＶカメラ５６には焦点距
離が非常に大きなものを用いている。これにより、単純
に、図８に示す光透過度分布を透過型液晶板５２に与え
ることができる。しかしながら、後述する第５実施形態
の座標補正方法を適用することで、通常のスリット光照
射手段や通常のＴＶカメラも使用することが可能にな
る。

【００３６】〈第４実施形態〉図９は、この実施形態に
よる照明装置の構成を示すブロック図である。この図に
おいて、符号９１は２次元平面状に平行光を照射する平
面光照明器，符号９２は入射光の光透過率を可変できる
透過型液晶板，符号９３は平行光の照射方向に対して４
５度斜めに配置されたハーフミラー，符号９４は平行光
が照射される被照明物体，符号９５は焦点距離の非常に
長いＴＶカメラである。また、符号９６はＴＶカメラ９
５が撮像した画像を解析する画像処理装置であり、この
画像処理装置９６は透過型液晶板９２の光透過率の制御
も行う。

【００３７】次に、上記構成による照明装置の動作につ
いて説明する。平面光照明器９１から照射された平面光
は、透過型液晶板９２を通りハーフミラー９３に到達す
る。ハーフミラー９３においては、到達した光の半分が
素通りして被照明物体９４に照射される。すると、被照
明物体９４からハーフミラー９３方向に向かう反射光
は、ハーフミラー９３によりその半分が直角方向に反射
されてＴＶカメラ９５へ向かう。ＴＶカメラ９５はこの
反射光を撮像し、撮像された画像が画像処理装置９６に
入力される。

【００３８】すると、画像処理装置９６はこの画像の反
射光強度を調べて、ある画素の強度が予め設定された強
度のｋ倍である場合に、透過型液晶板９２の対応する画
素の光透過率を１／ｋにする。そして、以上の処理を画
像上の全画素に対して施すことで、被照明物体９４の任
意の位置で反射された反射光について、該物体の反射率
に依存することなく、観測点（ＴＶカメラ９５）に一定
の反射光強度の光が得られる。

【００３９】〈第５実施形態〉上述したように、第３実
施形態および第４実施形態では、平行光を照明する特殊
な照明手段を用いるとともに、平行光を結像するために
非常に焦点距離の長いＴＶカメラを用いている。とりわ
け、第４実施形態ではハーフミラー９３を用い、照明光
と反射光を同一方向で行き来させるようにしている。こ
うした手法を用いれば、撮影した画像と透過型液晶板に
表示する濃淡画像の座標の対応関係が被照明物体の位置
や形状に左右されないという利点がある。ところが、こ
のような特殊な照明手段，光学系，画像入力手段を用い
ると、装置が高価になりがちで、また、観測条件に幾何
学的な制限がかかってしまうことにもなる。

【００４０】これに対し、拡散光を出す通常の照明手段
や通常のＴＶカメラを使用して任意のカメラアングルを
許すことが可能になれば、価格も安く観測条件に制限の
ない照明装置を構成することができる。とは言え、こう
した手法を採用すると、観測点で入力した画像上のある
座標と、これに対応する透過型液晶板上の座標とが自明
には定まらずに、被照明物体の位置や形状に依存して変
化してしまうことになる。

【００４１】この問題の解決策として、計測を行う直前
にこれら座標の対応関係を予め求めておき、この対応関
係に応じた座標補正処理を第３実施形態或いは第４実施
形態に導入することが考えられる。そのために、まず濃
淡パターンとして点などの単純な幾何学パターンを照明
光として与える。次に、この照明光で照らされた被照明
物体の画像を撮影し、この撮影画像に現れる単純な幾何
学パターンの位置を抽出する。そして、照明光として与
えた光強度の濃淡パターンの座標と、撮影した画像上の
座標との対応関係を予め求めるようにする。次いで、第
３実施形態或いは第４実施形態で、照明する際に求めた
濃淡パターンを上記の対応関係に従って座標補正した後
に、光の照射手段に与えるようにすれば良い。

【００４２】次に、本実施形態につき、第４実施形態の
装置構成に基づく図１０の構成を前提として説明を行
う。同図において、符号１０１は拡散光を放射する照明
手段，符号１０２は入射光の光透過率を可変できる透過
型液晶板，符号１０３は透過型液晶板１０２を介して拡
散光が照射される被照明物体，符号１０４は通常の焦点
距離を有するＴＶカメラ，符号１０５はＴＶカメラ１０
４が撮影した画像を解析すると共に、この解析に基づい
て透過型液晶板１０２の光透過率を制御する計算・制御
手段である。また、符号１０６は透過型液晶板１０２上
の座標（Ｉ，Ｊ）における液晶エレメントである。さら
に、ＴＶカメラ１０４が撮影する画像を画像１０７とし
て示してあり、符号１０８は画像１０７上に現れた照明
のスポット点である。

【００４３】次に、上記構成による照明装置の動作につ
いて説明する。ここで、図１１は本実施形態による照明
装置の動作を説明するフローチャートである。まず、図
１１のステップＳ１で、計算・制御手段１０５は、透過
型液晶板１０２を制御して、透過型液晶板１０２上の座
標（Ｉ，Ｊ）の液晶エレメント１０６のみを透過させ、
残りの全てについては不透明にさせる。すると、照明手
段１０１から放射された拡散光は、液晶エレメント１０
６の点だけを透過して被照明物体１０３を照明すること
になる。その結果、被照明物体１０３上に照明のスポッ
ト点が現れる。ＴＶカメラ１０４は被照明物体１０３の
画像を撮影し、撮影した画像１０７を計算・制御手段１
０５へ送出する。

【００４４】次に、ステップＳ２で、計算・制御手段１
０５は画像１０７上のスポット点１０８の座標を求め
る。例えば計算・制御手段１０５は、画面内の画素値の
うち最大値を有する画素を求めるなどしてこの座標を算
出する。なお、以下の説明ではこの座標を（Ｘ，Ｙ）と
する。次に、ステップＳ３で、計算・制御手段１０５は
内部メモリ（図示略）に図１２に示す座標対応表を作成
して、この対応表の座標（Ｘ，Ｙ）の位置に「Ｉ」と
「Ｊ」の情報を書き込む。

【００４５】次に、ステップＳ４で、計算・制御手段１
０５は透過型液晶板１０２の全画素についてステップＳ
１〜ステップＳ３の操作が行われたかどうかを判定す
る。そして、未だ全ての画素についてこれら各ステップ
の処理がなされていなければ、ステップＳ１〜ステップ
Ｓ３の処理を繰り返し行う。これに対し、全ての画素に
つきこれら各ステップの処理がなされていれば、座標対
応表が完成したことになる。なお、この座標対応表の殆
どの部分には、対応する透過型液晶板１０２の座標が一
つだけ書き込まれることになるが、その一部において
は、複数の透過型液晶板１０２の座標が書き込まれる部
分や、何も書き込まれない部分も存在する。

【００４６】次に、ステップＳ５で、計算・制御手段１
０５は、画像１０７の明るさを予め指定された値ｋに合
わせるために、透過型液晶板１０２の光透過率を決定す
る。つまり、座標（Ｘ，Ｙ）の画素値が例えば「ｊ」で
ある場合には、この点に対応する液晶エレメント１０６
の光透過率が「ｋ／ｊ」となるようにする。

【００４７】次に、ステップＳ６で、計算・制御手段１
０５は、内部メモリに作成した座標対応表を参照して、
ステップＳ５で決定された光透過率を与えるべき透過型
液晶板１０２内の座標を算出する。ここで、座標対応表
の座標（Ｘ，Ｙ）の位置には「Ｉ」と「Ｊ」の情報が書
き込まれているから、透過型液晶板１０２の（Ｉ，Ｊ）
の位置にある液晶エレメント１０６を「ｋ／ｊ」の光透
過率にすれば良い。そして、以上の操作を画像１０７上
の全ての画素について行うようにする。

【００４８】なお、上述のようにこの座標対応表には、
対応する透過型液晶板１０２の座標が複数書き込まれて
いる部分もある。この場合、ｎ個の対応点があるとする
と、光透過率を「ｋ／ｊ／ｎ」として対応点全てに与え
るようにすれば良い。また、座標対応表に対応点がない
部分については処理しないようにする。何故なら、その
領域は照明の届かない影の領域だからである。

【００４９】次に、ステップＳ７で、計算・制御手段１
０５は透過型液晶板１０２に算出された光透過率を与
え、照明光強度の２次元濃淡を作って被照明物体１０３
を照明する。以上のように、ステップＳ１〜ステップＳ
７までの処理を施すことにより、被照明物体１０３の任
意の位置からの反射光について、該物体の反射率に依存
することなく、観測点（ＴＶカメラ１０４）に一定の反
射光強度が得られることになる。

【００５０】なお、本実施形態では第４実施形態の装置
に応用する場合を例に挙げて説明したが、各走査線毎に
同様の処理を１次元的に行うことで、第３実施形態の装
置に対しても適用できることは言うまでもない。また、
本実施形態では図１２に示す座標対応表を作り、この表
を参照することで座標補正を実現している。しかしなが
ら、例えば、被照明物体１０３が平面などであれば、そ
の上の数点を計測して射影変換マトリックスを求め、こ
の射影変換マトリックスの逆マトリックスを用いて座標
補正するようにしても良い。

【００５１】また、本実施形態では座標変換の対応表を
作る際に、透過型液晶板１０２に点を与えるようにした
が、これをクロスハッチなどの他の形としても、ステッ
プＳ２の処理を与えた形状に対応させるようにすれば実
現可能なことは言うまでもない。また、ステップＳ１に
おいて複数の点を同時に与えれば、ステップＳ１〜ステ
ップＳ４の処理を並列処理させることも可能である。こ
の場合、透過型液晶板１０２内の複数の点と画像１０７
内の複数の点の間で、対応関係を正確に保証する必要が
ある。そして、これを実現するための様々な公知の手法
がコンピュータビジョン等の分野にあり、これら手法を
用いることで上述した並列処理が可能になる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１乃至４記
載の発明では、被照明物体にビーム光を照射してその反
射光を受光し、当該反射光の受光強度が一定となるよう
に、ビーム光の強度を制御している。また、請求項５又
は６記載の発明では、スリット光をスリット方向に垂直
な方向に走査しながら被照明物体へ照射して、当該被照
明物体の画像を撮影し、画像内のスリット光の反射光強
度が一定値となるように、スリット光のスリット方向の
光強度の濃淡を制御している。また、請求項７又は８記
載の発明では、平面光を被照明物体に照射して、当該被
照明物体の画像を撮影し、画像の濃淡が一定値となるよ
うに平面光の２次元的な光強度の濃淡を制御している。
したがって、これらの請求項に記載された発明によれ
ば、被照明物体の反射率に依存することなく、観測点に
一定の反射光強度の得られる照明が可能になるという効
果が得られる。

【００５３】また、本発明の照明方法・照明装置を既存
の画像計測装置や形状計測装置に適用し、これら計測装
置の画像入力部を観測点に置くことにより、計測に最も
適切な光量を常時得ることができる。したがって、従来
から問題であった、被計測物体の反射率が低い場合に十
分な反射光量が得られず測定不能になる，反射率の大き
な物体の計測時に過大な受光量となってしまい計測制度
の悪化や装置の故障をもたらす，３次元形状計測におい
て観測点から見た被計測面の反射率が一定にならず、通
常の撮像素子を用いたのでは光量過大又は光量過小にな
って正しい計測ができないといった問題をすべて解決で
き、計測範囲の拡大，計測精度の向上，計測値の信頼性
の向上等が実現できるという利点がある。

【００５４】また、請求項９記載の発明によれば、点な
どの単純な幾何学パターンである濃淡パターンを照明光
として被照明物体に与え、当該被照明物体の画像を撮影
し、この画像に現れる濃淡パターンの位置から、照明光
として与える光強度の濃淡パターンの座標と撮影した画
像の座標との対応関係を予め求めておき、この対応関係
に従って座標補正した光強度の濃淡の照明光を用いて被
照明物体を照射するようにしたので、特殊な光学系や照
明光源を用いることなく、請求項６又は８に記載した照
明方法を使用でき、これら照明方法が適用される装置の
低コスト化や観測条件の制限緩和を図ることができると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態による照明装置の構成
を示すブロック図である。

【図２】 同実施形態の第１の変形例による照明装置の
構成を示すブロック図である。

【図３】 同実施形態の第２の変形例による照明装置の
構成を示すブロック図である。

【図４】 本発明の第２実施形態による照明装置の構成
を示すブロック図である。

【図５】 本発明の第３実施形態による照明装置の構成
を示すブロック図である。

【図６】 同実施形態において、ＴＶカメラ５６で撮影
される画像の一例を示す図である。

【図７】 同実施形態において、図６の画像について各
走査線毎に最大輝度値を求めて並べたグラフである。

【図８】 同実施形態において、計算により求めた光透
過度を各走査線内に並べた光透過度分布図である。

【図９】 本発明の第４実施形態による照明装置の構成
を示すブロック図である。

【図１０】 本発明の第５実施形態による照明装置の構
成を示すブロック図である。

【図１１】 同実施形態による照明装置の動作を説明す
るためのフローチャートである。

【図１２】 同実施形態において、透過型液晶板１０２
の座標と画像１０７の座標の対応関係を記述した座標対
応表を示す図である。

【符号の説明】

１１，１１ａ，１１ｂ…ビーム光照射器、１２…計測装
置、１３…被測定物体、１４…ビームスプリッタ、１５
…受光素子、１６…制御回路、２１…ＰＷＭ変換器、３
１…光透過量可変制御器、４１，５３…ガルバノミラ
ー、４２，４３，５４…モータ、４４，５８…制御装
置、５１…スリット光照明器、５２，９２，１０２…透
過型液晶板、５５，９４，１０３…被照明物体、５６，
９５，１０４…ＴＶカメラ、５７，９６…画像処理装
置、６１…走査線、９１…平面光照明器、９３…ハーフ
ミラー、１０１…照明手段、１０５…計算・制御手段、
１０６…液晶エレメント、１０７…画像、１０８…スポ
ット点

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被照明物体に光を照射することで該被照
   明物体までの距離或いは該被照明物体の３次元形状を計
   測する装置に用いられる照明装置であって、 前記被照明物体にビーム光を照射する照射手段と、 前記ビーム光の強度を制御する制御手段と、 前記被照明物体から反射された前記ビーム光の反射光を
   受光する受光手段と、 前記受光手段が受光した前記反射光の受光量に応じて、
   前記反射光の受光強度が一定となるように、前記制御手
   段に与える前記ビーム光の強度を決定する決定手段とを
   具備することを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 前記ビーム光を２次元的に走査させる走
   査手段を具備することを特徴とする請求項１記載の照明
   装置。
3. 【請求項３】 被照明物体に光を照射することで該被照
   明物体までの距離或いは該被照明物体の３次元形状を計
   測するのに用いられる照明方法であって、 前記被照明物体にビーム光を照射し、 前記被照明物体から反射されてくる前記ビーム光の反射
   光を所定の観測点において受光し、 前記反射光の受光強度が一定となるように、前記ビーム
   光の強度の強弱を制御して、前記被照明物体の反射率に
   依存することなく、前記観測点に一定の反射光強度を得
   ることを特徴とする照明方法。
4. 【請求項４】 被照明物体に光を照射することで該被照
   明物体までの距離或いは該被照明物体の３次元形状を計
   測するのに用いられる照明方法であって、 ビーム光を２次元的に走査しながら前記被照明物体へ照
   射し、 前記ビーム光の走査中において請求項３記載の照明方法
   を適用して、前記被照明物体の任意の位置で反射された
   前記ビーム光の反射光について、前記被照明物体の反射
   率に依存することなく、前記観測点に一定の反射光強度
   を得ることを特徴とする照明方法。
5. 【請求項５】 被照明物体に光を照射することで該被照
   明物体までの距離或いは該被照明物体の３次元形状を計
   測する装置に用いられる照明装置であって、 光強度の濃淡がスリット方向に自在に制御可能なスリッ
   ト光を前記被照明物体に照射するスリット光照明手段
   と、 前記スリット方向に対して垂直な方向に前記スリット光
   を走査する走査手段と、 前記被照明物体の画像を撮影する撮影手段と、 前記画像内における前記スリット光の反射位置と反射光
   強度とを抽出する抽出手段と、 前記反射位置及び前記反射光強度に基づいて、前記スリ
   ット光照明手段に与える前記光強度の濃淡情報を決定す
   る決定手段とを具備することを特徴とする照明装置。
6. 【請求項６】 被照明物体に光を照射することで該被照
   明物体までの距離或いは該被照明物体の３次元形状を計
   測するのに用いられる照明方法であって、 光強度の濃淡がスリット方向に自在に制御可能なスリッ
   ト光を、前記スリット方向に対して垂直な方向に走査し
   ながら前記被照明物体へ照射し、 前記スリット光の走査中に、前記被照明物体の画像を所
   定の観測点から撮影し、 前記画像内における前記スリット光の反射位置と反射光
   強度とを抽出し、 前記反射位置及び前記反射光強度に基づき、前記反射光
   強度が一定値となるように、前記スリット光のスリット
   方向の光強度の濃淡を制御して、前記被照明物体の任意
   の位置で反射された反射光について、前記被照明物体の
   反射率に依存することなく、前記観測点に一定の反射光
   強度を得ることを特徴とする照明方法。
7. 【請求項７】 被照明物体に光を照射することで該被照
   明物体までの距離或いは該被照明物体の３次元形状を計
   測する装置に用いられる照明装置であって、 光強度の濃淡を２次元的に自在に制御可能な平面光を前
   記被照明物体に照射する照明手段と、 前記被照明物体の画像を撮影する撮影手段と、 前記画像に基づいて、前記画像の濃淡が一定値となるよ
   うに、前記照明手段へ与える前記光強度の濃淡情報を算
   出する算出手段とを具備することを特徴とする照明装
   置。
8. 【請求項８】 被照明物体に光を照射することで該被照
   明物体までの距離或いは該被照明物体の３次元形状を計
   測するのに用いられる照明方法であって、 光強度の濃淡を２次元的に自在に制御可能な平面光を用
   いて前記被照明物体を照射し、 前記被照明物体の画像を所定の観測点から撮影し、 前記画像の濃淡が一定値となるように前記平面光の２次
   元的な光強度の濃淡のパターンを制御して、前記被照明
   物体の任意の位置で反射された反射光について、前記被
   照明物体の反射率に依存することなく、前記観測点に一
   定の反射光強度を得ることを特徴とする照明方法。
9. 【請求項９】 所定の単純な幾何学パターンである濃淡
   パターンを照明光として前記被照明物体へ与え、 前記照明光で照らされた前記被照明物体の画像を撮影
   し、 前記画像に現れる前記濃淡パターンの位置を抽出して、
   前記照明光として与える光強度の濃淡パターンの座標と
   撮影した画像に現れる前記濃淡パターンの座標との対応
   関係を予め求め、 前記対応関係に従って前記光強度の濃淡を座標補正し、 前記座標補正された光強度の濃淡の光を用いて前記被照
   明物体を照射することを特徴とする請求項６又は８記載
   の照明方法。