WO2021229675A1 - ３次元計測システム - Google Patents

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WO2021229675A1
WO2021229675A1 PCT/JP2020/018940 JP2020018940W WO2021229675A1 WO 2021229675 A1 WO2021229675 A1 WO 2021229675A1 JP 2020018940 W JP2020018940 W JP 2020018940W WO 2021229675 A1 WO2021229675 A1 WO 2021229675A1
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WO
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mobile terminal
light
phase
projection device
striped pattern
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PCT/JP2020/018940
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English (en)
French (fr)
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啓 渡邉
優生 倉田
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2518—Projection by scanning of the object
    • G01B11/2527—Projection by scanning of the object with phase change by in-plane movement of the patern
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/254—Projection of a pattern, viewing through a pattern, e.g. moiré
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional measurement system that measures a three-dimensional shape of an object by a phase shift method, and is particularly related to a three-dimensional measurement system that is compact, has excellent portability, and can perform stable measurement.
  • phase shift method as one of the methods for measuring the three-dimensional shape of an object in a non-contact manner.
  • a sine-wave pattern with a spatially intense light intensity is projected onto the object to be measured, the phase of the light is shifted at least three times, and the object is photographed from an angle different from the projection direction.
  • This is a method of calculating the phase value of the pattern and obtaining the surface shape of the object from the phase value.
  • the phase shift method is a method in which the amount of displacement at the height of the shape (displacement) of an object can be measured at each measurement point of the image pickup element, and a three-dimensional shape can be obtained.
  • phase shift method two light fluxes interfere with each other and a striped pattern is projected onto the object to be measured.
  • one of the two optical paths is provided with a phase shift mechanism that changes the phase of the light.
  • the configuration as shown in FIG. 28 is usually used.
  • the optical path of the light output from the laser 1000 is divided into two by the half mirror 1001 having a transmittance of 50%.
  • One of the lights divided by the half mirror 1001 is reflected by the mirror 1002, further reflected by the half mirror 1001, collected by the lens 1003, and incident on the object 1010.
  • the other light divided by the half mirror 1001 enters the mirror 1004 having a mechanical displacement mechanism 1005 such as a piezo element, is reflected by the mirror 1004, passes through the half mirror 1001 and the lens 1003, and enters the object 1010. do.
  • the reflected light from the object 1010 passes through the lens 1006 and is incident on the CCD 1007.
  • Displacement of the mirror 1004 by the displacement mechanism 1005 changes the optical path length of the other light. Due to this change in the optical path length, the two lights interfere with each other, and the striped pattern is projected on the object 1010. Further, by changing the position of the mirror 1004, the fringes move due to the interference.
  • the optical system used in the conventional phase shift method is a combination of single optical components, and the configuration is complicated, the number of components is large, the entire device is large, and the portability is inferior. There was a challenge.
  • Patent Document 1 discloses a method of miniaturizing an optical system.
  • the configuration disclosed in Patent Document 1 is the same as the configuration shown in FIG. 28 in that a single optical component is combined, and there is a limit to the miniaturization of the optical system.
  • the configuration disclosed in Patent Document 1 has a problem that it lacks stability because it has a movable portion made of a piezo element, and its state changes over time.
  • Non-Patent Document 1 discloses a configuration using an optical fiber as a configuration aiming at further miniaturization of the optical system.
  • the light output from the laser is branched into two by a splitter, and the branched light is irradiated to the object via the fiber.
  • the phase shift of light is realized by the variable wave plate provided on one of the fibers.
  • Non-Patent Document 1 if the fiber is a standard one, the diameter is not 1 mm even if the jacket (coating) is included, so even if two fibers are used, the width is only about 2 mm, and the optical system. Can be miniaturized. However, in the configuration disclosed in Non-Patent Document 1, there is a problem that the fibers after the splitter move unintentionally and the lengths of the two optical paths fluctuate unintentionally, so that stable measurement cannot be performed.
  • Patent Document 2 As a method for the purpose of miniaturization and suppression of deterioration of measurement accuracy, there is a method of using a planar light wave circuit as disclosed in Patent Document 2.
  • a planar light wave circuit By using a planar light wave circuit, a Y-branch splitter and a phase modulator can be integrated, and stable fringe projection and phase control can be realized with a size of only a few millimeters.
  • a small camera for photographing an object is fixed to a planar light wave circuit and electrically connected to a wiring portion of the planar light wave circuit.
  • Patent Document 2 the field of use assumed in the configuration disclosed in Patent Document 2 is an endoscope or the like.
  • the size of the fiber in the longitudinal direction is about several meters, it must be said that portability and stability are lacking.
  • Patent No. 5761786 Public Relations Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-119865
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional measurement system that is compact, has excellent portability, and enables stable measurement.
  • the three-dimensional measurement system of the present invention includes a projection device configured to generate a striped pattern by interference of two light beams and project it onto an object, and a portable terminal, and the projection device is a plane including a phase modulator. It comprises a fringe generation unit composed of a light wave circuit and configured to generate the striped pattern, and a phase control unit configured to control the phase modulator to change the phase of the striped pattern.
  • the mobile terminal analyzes a camera configured to capture an object on which the striped pattern is projected and a plurality of images taken by the camera having different phases of the striped pattern, and 3 It is characterized by including an image analysis unit configured to calculate dimensional shape data.
  • the fringe generation unit is connected to the light source, the input waveguide coupled to the output of the light source, and the input waveguide so as to split the light into two. It is provided in each of the configured Y-branch waveguide, the two output waveguides connected to the outputs of the Y-branch waveguide, and the two output waveguides, and propagates through the two output waveguides. It is characterized by including two said phase modulators configured to modulate the phase of light.
  • the angle of inclination of the light emission direction from the output waveguide with respect to the incident direction of the light from the light source to the input waveguide is set. It is characterized by bending in the middle so as to be 30 degrees or more.
  • one configuration example of the three-dimensional measurement system of the present invention further includes a clip-shaped fixture that sandwiches the mobile terminal, the projection device is fixed to the fixture, and the fixture is the projection device. It is characterized by having an alignment structure for determining a relative position between the exit port of the two luminous fluxes and the camera of the mobile terminal.
  • the alignment structure is attached to the fixture so as to cover the light receiving surface of the camera of the mobile terminal when the fixture is attached to the mobile terminal. It is characterized in that it is composed of an arranged transparent plate and a scale formed on the transparent plate.
  • the three-dimensional measurement system of the present invention includes a projection device configured to generate a striped pattern by interference of two light beams and project it onto an object, and a portable terminal, and the projection device includes a phase modulator.
  • a plane light wave circuit including a fringe generation unit configured to generate the striped pattern, a phase control unit configured to control the phase modulator to change the phase of the striped pattern, and the above-mentioned Communication between a camera configured to capture an object on which a striped pattern is projected, a first communication unit configured to transmit an image captured by the camera to the mobile terminal, and the mobile terminal.
  • the mobile terminal is provided with a first connector for the mobile terminal, the second communication unit configured to receive an image from the projection device, and the phase of the striped pattern taken by the camera of the projection device.
  • the projection apparatus includes an image analysis unit configured to analyze a plurality of images having different phases and calculate three-dimensional shape data of the object, and a second connector for communication with the projection apparatus. Is characterized in that it is attached to the portable terminal by fitting the first connector and the second connector.
  • the fringe generation unit is connected to the light source, the input waveguide coupled to the output of the light source, and the input waveguide so as to split the light into two. It is provided in each of the configured Y-branch waveguide, the two output waveguides connected to the outputs of the Y-branch waveguide, and the two output waveguides, and propagates through the two output waveguides. It is characterized by including two said phase modulators configured to modulate the phase of light.
  • the angle of inclination of the light emission direction from the output waveguide with respect to the incident direction of the light from the light source to the input waveguide is set. It is characterized by bending in the middle so as to be 30 degrees or more.
  • the projection device is provided with a fringe generation unit including a planar light wave circuit including a phase modulator and a phase control unit
  • the portable terminal is provided with a camera and an image analysis unit, whereby it is compact and portable. It is possible to realize a three-dimensional measurement system that is excellent in terms of measurement and enables stable measurement.
  • a fringe generation unit including a plane light wave circuit including a phase modulator, a phase control unit, a camera, a first communication unit, and a first connector are provided, and a second connector is provided on the mobile terminal.
  • the communication unit, the image analysis unit, and the second connector it is possible to realize a three-dimensional measurement system that is compact, has excellent portability, and enables stable measurement.
  • the distance between the emission port of the two luminous fluxes of the projection device and the center of the light receiving surface of the camera can be made constant.
  • FIG. 1 is a perspective view of a planar light wave circuit according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of a plane light wave circuit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a method of fixing a semiconductor laser to a subcarrier in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view showing a state in which the semiconductor laser is fixed to the subcarrier in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view showing another example in which the semiconductor laser is fixed to the subcarrier in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a planar light wave circuit according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of a plane light wave circuit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of the semiconductor laser according
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a method of coupling a semiconductor laser and a fringe generation unit in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view showing a state in which the semiconductor laser and the fringe generation unit are coupled in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view showing a coupling portion between the semiconductor laser and the fringe generation portion in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a method of fixing the subcarrier and the fringe generation portion to the ceramic housing in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which the subcarrier and the fringe generation portion are housed in the ceramic housing in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view showing a state in which the subcarrier and the fringe generating portion are housed in the ceramic housing in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a configuration for controlling the fringe generation optical module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view showing the appearance of the projection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is an exploded perspective view showing the internal configuration of the projection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a mobile terminal according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a perspective view illustrating a method of mounting the projection device according to the first embodiment of the present invention on a mobile terminal.
  • FIG. 18 is a perspective view illustrating a method of mounting the projection device according to the first embodiment of the present invention on a mobile terminal.
  • FIG. 19 is a front view showing a state in which the projection device according to the first embodiment of the present invention is attached to a mobile terminal.
  • FIG. 20 is a flowchart illustrating a three-dimensional measurement method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a perspective view showing the appearance of the projection device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a block diagram showing a configuration of a projection device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a perspective view illustrating a method of mounting the projection device according to the second embodiment of the present invention on a mobile terminal.
  • FIG. 24 is a flowchart illustrating a three-dimensional measurement method according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 is a block diagram showing a configuration of a server device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 is a flowchart illustrating a three-dimensional measurement method according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a plan view showing a state in which the semiconductor laser and the fringe generation unit are coupled in the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a block diagram showing a configuration of an optical system used in a conventional phase shift method.
  • a three-dimensional measurement of an object can be realized by a phase shift method by using a projection device that generates a striped pattern by interference of two light beams and projects it onto an object, and a portable terminal equipped with a camera. Provide a portable three-dimensional measurement system.
  • the projection device consists of a planar lightwave circuit (PLC: Planar Lightwave Circuit) including a phase modulator, and a fringe generator that generates a striped pattern and a phase modulator that controls the phase of the striped pattern to change the phase of the striped pattern. It is provided with a phase control unit for making the device.
  • the mobile terminal includes a camera that shoots an object on which a striped pattern is projected, and an image analysis unit that analyzes multiple images taken by the camera with different phases of the striped pattern and calculates the three-dimensional shape data of the object. To prepare for.
  • FIG. 1 is a perspective view of the fringe generation unit 1
  • FIG. 2 is a plan view of the fringe generation unit 1.
  • FIGS. 1 and 2 the inside of the overclad is shown through.
  • the fringe generation unit 1 has an input waveguide 102 coupled to a semiconductor laser (not shown) and a Y-branch guide connected to the input waveguide 102 to split light into two on the underclad 101 formed on the silicon substrate 100.
  • Phase modulators 106, 107 that modulate the phase of light propagating through the waveguide 103, the two output waveguides 104, 105 connected to the outputs of the Y-branched waveguide 103, and the two output waveguides 104, 105. And are formed.
  • the phase modulators 106 and 107 are composed of heaters 108 and 109 composed of conductors formed directly above the output waveguides 104 and 105, respectively.
  • a voltage is supplied to the heater 108 via a heater pad 110 made of a conductor connected to one end of the heater 108 and a ground pad 111 made of a conductor connected to the other end of the heater 108, the heater 108 generates heat.
  • the heater 109 when a voltage is supplied to the heater 109 via the heater pad 112 made of a conductor connected to one end of the heater 109 and the ground pad 111 connected to the other end of the heater 109, the heater 109 generates heat.
  • the phase of the light propagating through the output waveguides 104 and 105 can be phase-modulated by the thermo-optical effect.
  • the size of the chip of the fringe generation unit 1 is 0.8 mm in width and 4 mm in length.
  • the length of the heaters 108 and 109 of the phase modulators 106 and 107 was set to 1.5 mm.
  • FIGS. 1 and 2 the configuration of the fringe generation unit 1 is schematically described, and the dimensions are exaggerated.
  • Quartz glass having a thickness of 3 ⁇ m containing Geo 2 was deposited on an underclad 101 made of a thermal oxide film having a thickness of 10 ⁇ m formed on the silicon substrate 100 by using the FHD (Flame. Hydrolysis Deposition) method. At this time, the amount of GeO 2 dopant was adjusted so that the specific refractive index of the core was 0.5%.
  • the shapes of the waveguides 102 to 105 were produced by using general photolithography and reactive ion etching. Further, the overclad 113 was formed again by the FHD method.
  • the heaters 108 and 109 made of Cr (chromium) having a thickness of 350 nm were deposited on the overclad 113 at the position directly above the output waveguides 104 and 105 by the lift-off method.
  • a heat insulating groove 114 was formed in the overclad 113 and the underclad 101 as shown in FIG.
  • the overclad 113 and the overclad 113 A light-shielding groove 115 is formed in the underclad 101.
  • the description of the heat insulating groove 114 and the light shielding groove 115 is omitted in order to avoid complication. In the following drawings, the description of the heat insulating groove 114 and the light shielding groove 115 will be omitted.
  • the light-shielding groove 115 is not always necessary. However, in order to measure the three-dimensional shape of an object more accurately, it is important to take measures against stray light.
  • a waveguide may be formed by using pure quartz as the core and using glass doped with boron or fluorine as the clad.
  • the quartz-based waveguide is a waveguide widely used in the field of optical communication, and stability, long-term reliability, and mass productivity can be easily obtained.
  • the quartz-based waveguide is transparent to the visible region. Therefore, there is an advantage that an inexpensive camera can be used and an inexpensive semiconductor laser widely used in DVD (Digital Versatile Disc) players and the like can be used.
  • the material of the waveguide is not limited to quartz.
  • a waveguide may be formed of a crystalline material or the like.
  • the heaters 108 and 109 may be made of a metal other than chromium.
  • a waveguide made of silicon when used, it becomes transparent to light having a wavelength longer than 1200 nm, so that the same effect as the quartz-based waveguide of this example can be obtained.
  • the waveguide made of silicon is opaque to the visible region. For this reason, it becomes impossible to use an inexpensive camera, and the device becomes very high-class.
  • phase modulators 106 and 107 including heaters 108 and 109 are used.
  • a crystalline material is used for a waveguide, it is also possible to modulate the phase of light by using an electro-optic effect in addition to the thermo-optical effect.
  • a current flows at the moment when an electric field is applied to the crystal, but since the current does not always flow, the power consumption can be reduced.
  • a waveguide using a crystalline material for example, there is a LiNbO 3 waveguide.
  • a waveguide using a crystalline material has a higher material cost than quartz.
  • FIG. 3 is a perspective view of the semiconductor laser 2.
  • the n-type AlGaInP clad layer 201, the active layer 202 composed of MQW (Multiple Quantum Well), the p-type AlGaInP clad layer 203, and the n-type AlInP are placed on the n-type GaAs substrate 200.
  • the block layers 204 are sequentially laminated.
  • the upper layer of the p-type AlGaInP clad layer 203 has a ridge stripe shape extending in one direction.
  • An n-side electrode 205 is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 200.
  • a p-side electrode 206 is formed on the n-type AlInP block layer 204.
  • the semiconductor laser 2 oscillates at a wavelength in the 650 nm band and is widely used as a generally known light source for DVDs.
  • the semiconductor laser 2 is commercially available and can be easily procured. Although the composition and structure differ depending on the manufacturer, it is obvious that the difference in the structure of the semiconductor laser 2 does not matter in the present invention, and other structures may be used.
  • the visible semiconductor laser 2 is commercially available that emits light up to the near infrared region, and the wavelength does not have to be in the 650 nm band. Further, the material of the semiconductor laser 2 is not limited to the above example. Since most of the image pickup device is made of silicon, the semiconductor laser 2 can be manufactured at low cost if the wavelength is such that the sensitivity of the image pickup device can be obtained.
  • the oscillation wavelength of the semiconductor laser 2 may exceed 1 ⁇ m.
  • the oscillation wavelength of the semiconductor laser 2 may exceed 1 ⁇ m.
  • a semiconductor laser 2 with an oscillation wavelength of more than 1 ⁇ m if you select eye safe (wavelength that is safe for the eyes), you can measure the human face safely with your eyes open. There are also merits such as.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a method of fixing the semiconductor laser 2 to the subcarrier 3
  • FIG. 5 is a plan view showing a state in which the semiconductor laser 2 is fixed to the subcarrier 3.
  • the subcarrier 3 is made of a silicon substrate 300 having a thermal oxide film having a thickness of 100 nm on the surface thereof.
  • An n-side electrode pad 301 and a p-side electrode pad 302 are formed on the thermal oxide film.
  • the semiconductor laser 2 is mounted on the n-side electrode pad 301 of the subcarrier 3 so that the n-side electrode pad 301 and the n-side electrode 205 are in contact with each other.
  • the p-side electrode pad 302 of the subcarrier 3 and the p-side electrode 206 of the semiconductor laser 2 are connected by a wire 303.
  • the semiconductor laser 2 and the subcarrier 3 are fixed by using a solder sheet.
  • the n-side electrode pad 301 of the subcarrier 3 and the n-side electrode 205 of the semiconductor laser 2 may be fixed with a conductive paste or the like.
  • the emission end (right end of FIG. 5) of the semiconductor laser 2 and the end of the subcarrier 3 are fixed so as to be in the same position.
  • the position was confirmed with a camera at the time of mounting, the positions of the edges were aligned, and then fixed.
  • the emission end of the semiconductor laser 2 may be separated from the end of the subcarrier 3 by a distance of 10 ⁇ m or less.
  • the end of the subcarrier 3 and the emission end of the semiconductor laser 2 are aligned, but as shown in FIG. 6, the emission end of the semiconductor laser 2 is about 8 degrees with respect to the end of the subcarrier 3. It may be mounted at an angle. The semiconductor laser 2 becomes unstable when the reflected return light is incident. By mounting the emission end of the semiconductor laser 2 at an angle with respect to the end of the subcarrier 3, it is possible to prevent the reflected light from the coupling end surface with the fringe generation unit 1 from returning to the semiconductor laser 2.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a method of coupling the semiconductor laser 2 and the fringe generation unit 1
  • FIG. 8 is a plan view showing a state in which the semiconductor laser 2 and the fringe generation unit 1 are coupled.
  • a current is supplied to the semiconductor laser 2 via the n-side electrode pad 301 and the p-side electrode pad 302 of the subcarrier 3, and the subcarrier 3 is held by using the pickup tool 207 in a state where the semiconductor laser 2 is oscillated.
  • the semiconductor laser 2 and the input waveguide 102 of the fringe generation unit 1 are coupled by an XYZ stage (not shown) equipped with the pickup tool 207.
  • a large PD (Photodiode) 208 is arranged on the outlet side of the fringe generation unit 1, and the subcarrier 3 and the fringe generation unit 1 are combined so that the light intensity on the emission side of the fringe generation unit 1 is maximized. Perform alignment.
  • UV (Ultra Violet) adhesive is poured from both sides into the gap between the subcarrier 3 and the fringe generation unit 1, and UV is irradiated to cure the UV adhesive, and the subcarrier 3 is used. And the fringe generation unit 1 was fixed. As shown in the plan view of FIG. 9, by forming the inflow prevention groove 304 in the end face of the subcarrier 3, it is possible to prevent the UV adhesive 305 from flowing into the end face of the semiconductor laser 2.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a method of fixing the subcarrier 3 and the fringe generation unit 1 to the ceramic housing 4, and FIG. 11 shows a state in which the subcarrier 3 and the fringe generation unit 1 are housed in the ceramic housing 4.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a plan view showing a state in which the subcarrier 3 and the fringe generation unit 1 are housed in the ceramic housing 4.
  • the parts connecting the subcarrier 3 and the fringe generation unit 1 as described above are stored in the ceramic housing 4.
  • the subcarrier 3 and the fringe generation unit 1 are housed together with a 45-degree prism 400 for realizing 90-degree optical path conversion of the light emitted from the fringe generation unit 1.
  • the fringe generation unit 1 When storing the subcarrier 3 and the fringe generation unit 1, the fringe generation unit 1 is mechanically brought into contact with the 45-degree prism 400 and the fringe generation unit 1 by abutting the fringe generation unit 1 on the side of the 45-degree prism 400 fixed to the ceramic housing 4. Arrange in parallel. The subcarrier 3 and the fringe generation unit 1 are fixed to the ceramic housing 4 with a UV adhesive.
  • the heater pad 110 of the fringe generation unit 1 and the electrode pad 401 of the ceramic housing 4 are connected by a wire 402, and the heater pad 112 of the fringe generation unit 1 and the electrode pad 403 of the ceramic housing 4 are connected by a wire 404. Then, the ground pad 111 of the fringe generation unit 1 and the electrode pad 405 of the ceramic housing 4 are connected by a wire 406.
  • n-side electrode pad 301 of the subcarrier 3 and the electrode pad 407 of the ceramic housing 4 are connected by a wire 408, and the p-side electrode pad 302 of the subcarrier 3 and the electrode pad 409 of the ceramic housing 4 are connected by a wire 410. Connect with.
  • the lid 411 in which the metal frame 413 is formed around the glass 412 by the metallizing method is soldered to the ceramic housing 4, and the ceramic housing 4 is sealed.
  • the sealing surface of the ceramic housing 4 is metallized, and the metal on the sealing surface and the frame 413 of the lid 411 are soldered.
  • the resin-molded lens 414 was placed on the optical axis of the 45-degree prism 400 and fixed to the glass 412 of the lid 411 with a UV adhesive.
  • a concave lens obtained by injection molding of a resin is used, but the present invention is not limited to this, and a ball lens or the like may be used.
  • the ceramic housing 4 has a length of 8 mm, a width of 2 mm, and a thickness of 1.5 mm.
  • the ceramic housing 4 is used, but the housing may be formed of other materials. Although the ceramic housing 4 is sealed in order to obtain long-term reliability of the device, the sealing of the housing is not an essential constituent requirement in the present invention.
  • the 45-degree prism 400 is arranged in order to realize the 90-degree optical path conversion of the light emitted from the fringe generation unit 1, but it is a method of directly forming the 45-degree mirror on the fringe generation unit 1. It doesn't matter. In this case, since the 45-degree mirror can be manufactured by the wafer process, the labor for arranging the 45-degree prisms one by one and the number of member points can be reduced.
  • fringe generation optical modules The parts assembled in the above process are hereinafter referred to as fringe generation optical modules.
  • the advantage of the fringe generation optical module is that it is manufactured by using PLC, so that the size is smaller than that of the case where it is manufactured by combining micro optical components.
  • the fringe generation optical module of this embodiment does not have a moving part, the optical axis does not shift during transportation and is stable. That is, the fringe generation optical module of this embodiment is very small, has excellent portability, and has stability that can withstand movement.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a configuration for controlling the fringe generation optical module 500.
  • the projection device 5 including the fringe generation optical module 500 includes a microcomputer 501, a communication module 502, a control circuit 503 of the heaters 108 and 109 of the fringe generation optical module 500, and n of the semiconductor laser 2 of the fringe generation optical module 500.
  • a resistor 507 connected to the side electrode is provided.
  • the control circuit 503 is composed of a DA converter (DAC: Digital to Analog converter) 504 and transistors 505 and 506. With the configuration as shown in FIG. 13, the microcomputer 501 can drive the heaters 108 and 109 of the fringe generation optical module 500 via the control circuit 503.
  • DAC Digital to Analog converter
  • the control circuit 503 is configured so that sufficient power can be obtained via the transistors 505 and 506, but the output power from the DAC 504 can sufficiently drive the heaters 108 and 109. If so, the transistors 505 and 506 are unnecessary.
  • the microcomputer 501 is connected to the communication module 502 so that it can wirelessly communicate with the mobile terminal 6 such as a smartphone.
  • the mobile terminal 6 such as a smartphone.
  • Bluetooth registered trademark
  • the microprocessor 501 receives an instruction set from the mobile terminal 6 via the communication module 502.
  • the microcomputer 501 can control the light emission and extinguishing of the semiconductor laser 2 by turning on / off the current supplied to the semiconductor laser 2 of the fringe generation optical module 500.
  • the microcomputer 501 executes the process described in this embodiment according to a program stored in an internal memory (not shown), and functions as a laser control unit 517 and a phase control unit 518.
  • FIG. 14 is a perspective view showing the appearance of the projection device 5
  • FIG. 15 is an exploded perspective view showing the internal configuration of the projection device 5.
  • the printed circuit board 509 is mounted on the board 508 of the commercially available microcomputer 501.
  • a fringe generation optical module 500, a communication module 502, and a control circuit 503 are mounted on the printed circuit board 509.
  • the printed circuit board 509 is fixed by inserting the pin 510 of the connector provided on the lower surface of the printed circuit board 509 into the through hole 511 of the board 508 and soldering the circuit board 509. And the circuit on the board 508 are connected.
  • a USB (Universal Serial Bus) connector 512 is mounted on the board 501 so that it can communicate with the mobile terminal 6 not only by wireless communication but also by wire. It is said that Bluetooth is used for exchanging signals with the mobile terminal 6, but any other communication technology such as Wi-Fi may be used as long as the signal can be exchanged with the mobile terminal 6, and USB is used. It does not matter if it is a wired communication.
  • the board 508 on which the printed circuit board 509 was mounted and the battery 513 as a power source were housed in the plastic case 514.
  • the size of the plastic case 514 was 45 mm ⁇ 30 mm ⁇ 5 mm.
  • the plastic case 514 is formed with an exit port 515 so that the laser beam from the fringe generation optical module 500 can be taken out, and an opening 516 for exposing the USB connector 512.
  • the exit port 515 is located directly above the lens 414 of the fringe generation optical module 500. Therefore, the two luminous fluxes emitted from the output waveguides 104 and 105 of the fringe generation unit 1, reflected by the 45-degree prism 400, and passed through the lens 414 are radiated into space from the exit port 515.
  • the power supplied from the mobile terminal 6 can be acquired via the USB connector 512, so that the projection device 5 can be miniaturized, and there is no need to charge the battery 513 or replace the battery 513. Become.
  • FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of the mobile terminal 6.
  • the mobile terminal 6 includes a CPU (Central Processing Unit) 600, a memory 601, a communication circuit 602 for wireless communication with the projection device 5, a USB connector 603 for wired communication, and a communication circuit 604 for wired communication. It includes a display 605 with a touch panel function, a camera 606, and a communication circuit 607 for communication with a server device described later.
  • a CPU Central Processing Unit
  • memory 601 for wireless communication with the projection device 5
  • a USB connector 603 for wired communication
  • a communication circuit 604 for wired communication.
  • It includes a display 605 with a touch panel function, a camera 606, and a communication circuit 607 for communication with a server device described later.
  • the CPU 600 executes the process described in this embodiment according to the program stored in the memory 601, and includes an image acquisition unit 608, a laser control unit 609, a communication unit 610, a phase control unit 611, and an image analysis unit 612. , It functions as a display unit 613, a camera control unit 614, and a communication unit 615.
  • 17 and 18 are perspective views illustrating a method of attaching the projection device 5 to the mobile terminal 6. As shown in FIG. 17, the projection device 5 is fixed by being fitted into the opening 701 of the clip-shaped fixture 7 having the metal spring 700.
  • the mobile terminal 6 is sandwiched by the fixture 7 equipped with the projection device 5.
  • a window glass 703 transparent plate
  • the position of the fixture 7 is adjusted so that the window glass 703 covers the light receiving surface of the camera 606 of the mobile terminal 6.
  • O in FIG. 19 indicates the center of the light receiving surface of the camera 606.
  • a transparent plate made of an organic substance may be provided instead of the window glass 703, a transparent plate made of an organic substance.
  • an organic transparent plate it is more easily scratched than glass, but it is possible to reduce the cost.
  • FIG. 20 is a flowchart illustrating the three-dimensional measurement method of this embodiment.
  • the user of the three-dimensional measurement system attaches the projection device 5 to the mobile terminal 6 by the fixture 7 as described above.
  • the projection device 5 is fitted in the fixture 7 so that the exit port 515 faces the same direction as the camera 6 of the mobile terminal 6. Therefore, it is possible to project the striped pattern from the projection device 5 onto the object to be measured and photograph the object with the camera 606.
  • the user After attaching the projection device 5 to the mobile terminal 6, the user activates the three-dimensional measurement application and points the camera 606 of the mobile terminal 6 at the object to be measured.
  • the image acquisition unit 608 of the mobile terminal 6 activates the camera 606 to enable shooting (step S100 in FIG. 20).
  • the laser control unit 609 of the mobile terminal 6 passes a light emission control signal for turning on the semiconductor laser 2 of the projection device 5 to the communication unit 610.
  • the communication unit 610 passes the light emission control signal to the communication circuit 602 for wireless communication or the communication circuit 604 for wired communication.
  • the communication circuit 602 or 604 transmits a light emission control signal to the projection device 5.
  • the microcomputer 501 of the projection device 5 receives the light emission control signal from the mobile terminal 6 via the communication module 502. Further, in the case of wired communication, the microcomputer 501 receives the light emission control signal via the USB connector 512. Upon receiving the light emission control signal from the mobile terminal 6, the laser control unit 517 of the projection device 5 causes the semiconductor laser 2 to emit light (step S101 in FIG. 20).
  • the phase control unit 611 of the mobile terminal 6 passes a phase control signal for setting the phase of the striped pattern projected from the projection device 5 to the object to be measured as the initial phase to the communication unit 610.
  • the communication unit 610 passes the phase control signal to the communication circuit 602 or 604.
  • the communication circuit 602 or 604 transmits a phase control signal to the projection device 5.
  • phase control unit 518 of the projection device 5 When the phase control unit 518 of the projection device 5 receives the phase control signal from the mobile terminal 6 via the communication module 502 or the USB connector 512, the phase control unit 518 outputs phase control data indicating the voltage value corresponding to the phase control signal to the DAC 504. ..
  • the DAC 504 outputs a voltage corresponding to the phase control data to the transistors 505 and 506. In the case of the initial phase, the voltage applied to the heaters 108 and 109 of the phase modulators 106 and 107 is actually 0. In this way, the phase of the striped pattern projected from the exit port 515 of the projection device 5 onto the object to be measured can be set as the initial phase (step S102 in FIG. 20).
  • the image acquisition unit 608 of the mobile terminal 6 acquires an image of an object taken by the camera 606.
  • the image of the object is stored in the memory 601 (step S103 in FIG. 20).
  • the phase control unit 611 of the mobile terminal 6 shifts the phase of the striped pattern projected on the object to be measured by ⁇ / n (n is an integer of 2 or more) to the communication unit 610. hand over.
  • phase control unit 518 of the projection device 5 When the phase control unit 518 of the projection device 5 receives the phase control signal from the mobile terminal 6, it outputs phase control data indicating a voltage value corresponding to the phase control signal to the DAC 504.
  • the voltage corresponding to the phase control data is output from the DAC 504 to the transistors 505 and 506, the heaters 108 and 109 of the phase modulators 106 and 107 generate heat, and at least of the light propagating through the output waveguides 104 and 105.
  • the phase of one of the lights is phase-modulated by the thermo-optical effect. In this way, the phase of the striped pattern projected from the exit port 515 of the projection device 5 onto the object to be measured can be shifted by ⁇ / n (step S104 in FIG. 20).
  • the image acquisition unit 608 of the mobile terminal 6 acquires an image of an object taken by the camera 606 (step S105 in FIG. 20).
  • the above steps S104 and S105 are performed n times while shifting the phase of the striped pattern by ⁇ / n.
  • n 8.
  • n may be 4 or more.
  • the image analysis unit 612 of the mobile terminal 6 analyzes (n + 1) images taken by the camera 606 and analyzes the three-dimensional shape of the object to be measured.
  • the data is calculated (FIG. 20 step S107). Since the method of calculating the three-dimensional shape data by the phase shift method is a well-known technique, detailed description thereof will be omitted.
  • the display unit 613 of the mobile terminal 6 generates a two-dimensional image obtained by projecting a three-dimensional model of an object obtained by the three-dimensional shape data calculated by the image analysis unit 612 onto a projection surface (screen of the mobile terminal 6).
  • the generated image is displayed on the display 605 (step S108 in FIG. 20).
  • the position of the viewpoint with respect to the three-dimensional model can be freely changed, for example, by the user performing a tracing operation on the screen of the display device 605 with a touch panel function.
  • the accuracy of the three-dimensional measurement of the object is the center of the outlet 515 of the projection device 5 (more accurately, the center of the two light fluxes emitted from the fringe generation optical module 500 of the projection device 5) and the camera 606. It is determined by the distance dx in the x direction and the distance dy in the y direction from the center O of the light receiving surface.
  • the projection device 5 is attached to the mobile terminal 6 by using the clip-shaped fixture 7 as described above, there is a problem that the distances dx and dy are difficult to be uniquely determined.
  • the window glass 703 of the fixture 7 is formed with scales 704 and 705 in each of the two directions (x-direction and y-direction in FIGS. 18 and 19) orthogonal to the shooting direction of the camera 606.
  • the window glass 703 (transparent plate) and the scales 704 and 705 form an alignment structure 706 for determining the relative position between the exit port 515 of the projection device 5 and the camera 606 of the mobile terminal 6.
  • the intervals between the scales 704 and 705 are set to 500 ⁇ m.
  • the scales 704 and 705 are printed on the window glass 703 using screen printing technology, they may be produced by other methods such as laser processing.
  • the effect of the alignment structure 706 of this embodiment will be described.
  • the user adjusts the position of the fixture 7 so that the center position of the window glass 703 of the fixture 7 is approximately the center position of the light receiving surface of the camera 606 of the mobile terminal 6.
  • the distances dx and dy between the center of the exit port 515 of the projection device 5 and the center of the light receiving surface of the camera 606 can be set to approximately the desired value, and more accurate three-dimensional measurement can be performed. can.
  • the user can know some distances dx and dy from the image based on the scales 704 and 705 shown in the image. .. As a result, the distances dx and dy can be known accurately, and the accuracy of the three-dimensional measurement can be improved.
  • a camera may be mounted on the projection device.
  • the appearance of the projection device 5a in this case is shown in FIG. 21, and the configuration of the projection device 5a is shown in FIG. 22.
  • the microcomputer 501 of the projection device 5a executes the process described in this embodiment according to a program stored in an internal memory (not shown), and controls the laser control unit 517, the phase control unit 518, and the camera 519. It functions as a camera control unit 520.
  • the USB connector 512 of the projection device 5 is a female connector.
  • the male USB connector 512a (first connector) is used by inserting it into the USB connector 603 (second connector) of the mobile terminal 6. .. That is, in this embodiment, the signal exchange between the projection device 5a and the mobile terminal 6 is performed by wire communication.
  • the configuration of the mobile terminal 6 is the same as that of the first embodiment.
  • FIG. 24 is a flowchart illustrating the three-dimensional measurement method of this embodiment.
  • the user activates the three-dimensional measurement application and points the camera 519 of the projection device 5a at the object to be measured.
  • the camera control unit 614 of the mobile terminal 6 passes the camera activation control signal to the communication unit 610.
  • the communication unit 610 passes the camera activation control signal to the communication circuit 604 for wired communication.
  • the communication circuit 604 transmits a camera activation control signal to the projection device 5a.
  • the camera control unit 520 of the projection device 5a When the camera control unit 520 of the projection device 5a receives the camera activation control signal via the USB connector 512a, the camera control unit 520 activates the camera 519 to enable shooting (step S100a in FIG. 24).
  • steps S101 and S102 in FIG. 24 is the same as that of the first embodiment.
  • the image acquisition unit 608 of the mobile terminal 6 passes the image request signal to the communication unit 610.
  • the communication unit 610 passes the image request signal to the communication circuit 604.
  • the communication circuit 604 transmits an image request signal to the projection device 5a.
  • the camera control unit 520 of the projection device 5a When the camera control unit 520 of the projection device 5a receives the image request signal via the USB connector 512a, the camera control unit 520 transmits the image of the object captured by the camera 519 to the mobile terminal 6 via the USB connector 512a.
  • the image acquisition unit 608 of the mobile terminal 6 acquires an image transmitted from the projection device 5a (step S103a in FIG. 24).
  • steps S104 and S106 to S108 in FIG. 24 are the same as that of the first embodiment.
  • the process of step S105a in FIG. 24 is the same as that of step S103a.
  • the three-dimensional measurement of the object can be performed by using the dedicated camera 519 of the projection device 5a.
  • the distance between the center of the exit port 515 and the center of the light receiving surface of the camera 519 can be made constant. Therefore, highly accurate three-dimensional measurement is possible.
  • the camera 519 is mounted on the projection device 5a in addition to the camera 606 that is standardly mounted on the mobile terminal 6, there is a demerit that the cost increases.
  • the captured image was analyzed by the image analysis unit 612 of the mobile terminal 6, and the three-dimensional shape data of the object was calculated.
  • the captured image data and the measurement conditions may be transmitted to a dedicated server device, the three-dimensional shape data of the object may be calculated by the server device, and the calculation result may be sent back to the mobile terminal 6.
  • the configuration of the server device of this embodiment is shown in FIG.
  • the server device 8 includes a CPU 800, a memory 801 and a communication circuit 802 for wireless communication.
  • the CPU 800 executes the process described in this embodiment according to the program stored in the memory 801 and functions as the communication unit 803 and the image analysis unit 804.
  • the configurations of the projection devices 5 and 5a and the mobile terminal 6 are the same as those of the first and second embodiments.
  • FIG. 26 is a flowchart illustrating the three-dimensional measurement method of this embodiment.
  • the processing of steps S100 to S106 of FIG. 26 is the same as that of the first embodiment.
  • the communication unit 615 of the mobile terminal 6 passes the image data of the photographed object and the measurement condition information (such as the phase information of the striped pattern) to the communication circuit 607.
  • the communication circuit 607 wirelessly transmits the image data and the measurement condition information to the server device 8 (step S109 in FIG. 26).
  • the communication unit 803 of the server device 8 passes the image data received from the mobile terminal 6 and the measurement condition information to the image analysis unit 804 via the communication circuit 802 (step S110 in FIG. 26).
  • the image analysis unit 804 analyzes the received image and calculates the three-dimensional shape data of the object to be measured (step S111 in FIG. 20).
  • the processing of the image analysis unit 804 is the same as the processing of the image analysis unit 612 of the mobile terminal 6.
  • the communication unit 803 of the server device 8 passes the three-dimensional shape data calculated by the image analysis unit 804 to the communication circuit 802.
  • the communication circuit 802 transmits the three-dimensional shape data to the mobile terminal 6 (step S112 in FIG. 26).
  • the communication unit 615 of the mobile terminal 6 passes the three-dimensional shape data received from the server device 8 via the communication circuit 607 to the display unit 613 (step S113 in FIG. 26).
  • the display unit 613 displays an image of the object on the display 605 in the same manner as described above (step S114 in FIG. 26).
  • server device 8 of this embodiment is applied to the first embodiment, but it goes without saying that the server device 8 may be applied to the second embodiment.
  • the server device 8 When the server device 8 is used as in the present embodiment, if the communication speed between the mobile terminal 6 and the server device 8 is sufficiently obtained, the processing of the mobile terminal 6 can be reduced, and the mobile terminal 6 can be reduced. Power consumption can be reduced. As a result, the battery consumption of the mobile terminal 6 can be suppressed.
  • the fringe generation unit 1 described in the first to third embodiments the light source composed of the semiconductor laser 2, the input waveguide 102, the Y-branch waveguide 103, the phase modulators 106, 107, and the output waveguides 104, 105 are used. Are arranged almost in a straight line.
  • the coupling loss is, for example, about 2.5 dB, and about half of the light is emitted without being coupled to the input waveguide 102, resulting in stray light.
  • a striped pattern whose intensity is spatially sinusically modulated by the interference of two light fluxes emitted from the output waveguides 104 and 105 can be obtained.
  • the stray light reaches the exit port 515 of the projection devices 5, 5a and is emitted into the space from the exit port 515, unexpected interference between the striped pattern and the stray light occurs, and the three-dimensional shape data of the object is calculated. The error will be large.
  • the fringe generation unit 1a of the present embodiment has the incident direction of light from the semiconductor laser 2 to the input waveguide 102 (y direction in FIG. 27) and the light from the output waveguides 104 and 105.
  • the input waveguide 102 bends in the plane of the silicon substrate so as to intersect with the emission direction (x direction in FIG. 27).
  • the difference in the specific refractive index of the optical waveguide is 1%, and the bending radius of the input waveguide 102 is 1 mm.
  • the method for manufacturing the fringe generation unit 1a, the method for coupling with the semiconductor laser 2, and the method for modularizing the fringe generation unit 1a and the semiconductor laser 2 are the same as those in the first embodiment.
  • the emitted light from the semiconductor laser 2 is quartz-based.
  • the stray light generated as a coupling loss due to the mismatch of the mode fields is hardly emitted from the output waveguides 104 and 105. Therefore, when two light fluxes are emitted from the projection device into space, a sine-modulated striped pattern can be obtained.
  • the fringe generation unit 1a is manufactured so that the incident direction of the light from the semiconductor laser 2 to the input waveguide 102 and the emission direction of the light from the output waveguides 104 and 105 are orthogonal to each other.
  • the angle ⁇ of the inclination of the light emitted from the output waveguides 104 and 105 with respect to the incident direction of the light from the semiconductor laser 2 to the input waveguide 102 is approximately 30 degrees or more. If this is the case, stray light will not be emitted from the output waveguides 104 and 105, and an ideally sinusoidally modulated striped pattern can be obtained.
  • Examples of using an optical waveguide to generate a striped pattern have been conventionally proposed, but in each example, an optical fiber is used.
  • the inventor has a configuration in which a striped pattern whose intensity is spatially and sinusically modulated by two-ray beam interference is obtained, and when stray light is emitted into space from the outlet of the output waveguide, the original striped pattern is unexpected. It was found for the first time that the result of overlapping light and darkness occurs and the accuracy of three-dimensional measurement by the phase shift method decreases.
  • the inventor has a striped pattern in which the intensity changes in a sinusoidal manner close to the ideal by crossing the incident direction of the light from the semiconductor laser to the input waveguide and the exit direction of the light from the output waveguide as described above. was found for the first time to be obtained.
  • the present invention can be applied to a technique for measuring a three-dimensional shape of an object by a phase shift method.
  • Communication Module 503 ... control circuit, 504 ... DA converter, 505 ... transistor, 508 ... board, 509 ... printed board, 510 ... pin, 511 ... through hole, 512,512a ... USB connector, 513 ... battery, 514 ... plastic Case, 515 ... Exit port, 517 ... Laser control unit, 518 ... Phase control unit, 519,606 ... Camera, 520 ... Camera control unit, 600,800 ... CPU, 601,801 ... Memory, 602,604,607,802 ... communication circuit, 603 ... USB connector, 605 ... display, 606 ... camera, 608 ... image acquisition unit, 609 ... laser control unit, 610,615,803 ... communication unit, 611 ... phase control unit, 612,804 ... image Analysis unit, 613 ... Display unit, 614 ... Camera control unit, 703 ... Window glass, 704, 705 ... Scale, 706 ... Alignment structure.

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Abstract

３次元計測システムは、２光束の干渉により縞模様を発生させて物体に投影する投影装置（５）と、携帯端末（６）とを備える。投影装置（５）は、位相変調器を含む平面光波回路からなり、縞模様を発生させるフリンジ生成部と、位相変調器を制御して縞模様の位相を変化させる位相制御部とを備える。携帯端末（６）は、縞模様が投影された物体を撮影するカメラ（６０６）と、カメラ（６０６）によって撮影された、縞模様の位相が異なる複数枚の画像を解析して、物体の３次元形状データを計算する画像解析部とを備える。

Description

３次元計測システム
　本発明は、位相シフト法により物体の３次元形状を計測する３次元計測システムに係り、特に小型で可搬性に優れ、安定的に計測できる３次元計測システムに関するものである。
　近年、３Ｄプリンタの発展により、物作りの手法は大きな変革を迎えている。３Ｄプリンタを使用するためには、物体の３次元情報を詳細に調べることが重要であり、３次元の計測技術が着目されている。また、車体などの凹凸の検査等、製造現場における３次元計測の必要性は非常に高い。
　さらに、近年では画像認識によりスマートフォンのロックを解除したり、ＡＴＭ（Automatic Teller Machine）の操作を可能にしたりする個人認証技術が着目されている。このような個人認証の分野において、第三者による成り済ましに対する対策として、人の３次元計測データを同時に取得しようという動きがある。
　物体の３次元形状を非接触で測定する方法の一つとして、位相シフト法がある。位相シフト法は、光強度が空間的に正弦波状の縞模様を計測対象物体に投影し、光の位相を少なくとも３回シフトさせ、投影方向とは別の角度から物体を撮影することにより、投影されたパターンの位相値を算出し、位相値から物体の表面形状を求める方法である。位相シフト法は、撮像素子の各計測点で物体の形状（変位）の高さの変位量が計測でき、３次元形状を求めることができる方法である。
　位相シフト法では、２光束を干渉させて、縞模様を計測対象の物体に投影する。２光束を干渉させるために、２つの光路の一方には光の位相を変化させる位相シフト機構が設けられる。位相シフト法で使用される光学系としては、通常、図２８のような構成を用いている。
　レーザ１０００から出力された光は、透過率５０％のハーフミラー１００１によって光路が２つに分割される。ハーフミラー１００１によって分割された一方の光は、ミラー１００２によって反射され、さらにハーフミラー１００１によって反射されて、レンズ１００３によって集光され物体１０１０に入射する。
　ハーフミラー１００１によって分割された他方の光は、ピエゾ素子等の機械的な変位機構１００５を有するミラー１００４に入射し、ミラー１００４によって反射され、ハーフミラー１００１とレンズ１００３を通過して物体１０１０に入射する。物体１０１０からの反射光は、レンズ１００６を通過してＣＣＤ１００７に入射する。
　変位機構１００５によりミラー１００４を変位させることで他方の光の光路長が変化する。この光路長の変化により２つの光が干渉し、縞模様が物体１０１０上に投影されることになる。また、ミラー１００４の位置を変えることで、干渉により縞が移動することになる。
　位相が異なるそれぞれの縞模様をＣＣＤ１００７で撮影し、撮影した縞模様の位相をＣＣＤ１００７の画素毎に計算することにより、物体１０１０上の縞模様の変位量を求めることができ、最終的に物体１０１０の３次元形状を得ることができる。
　図２８に示したように、従来の位相シフト法で用いられる光学系は、単体の光学部品を組み合わせたものであり、構成が煩雑で部品点数が多く、装置全体が大きくなり可搬性が劣るという課題があった。
　一方、特許文献１には、光学系を小型化する方法が開示されている。しかしながら、特許文献１に開示された構成では、単体の光学部品を組み合わせる点で図２８の構成と変わりがなく、光学系の小型化には限界があった。また、特許文献１に開示された構成では、ピエゾ素子からなる可動部を有するため安定性に欠け、経年により状態が変化してしまうという課題があった。
　光学系の更なる小型化を目指す構成として、非特許文献１に光ファイバーを用いた構成が開示されている。非特許文献１に開示された構成では、レーザから出力された光をスプリッターで２分岐させ、分岐させた光をそれぞれファイバーを介して物体に照射する。一方のファイバーに設けた可変波長板によって光の位相シフトを実現している。
　非特許文献１に開示された構成では、ファイバーは標準的なものであればジャケット（被覆）を含めても直径が１ｍｍもないため、２本使用しても２ｍｍ程度の幅で済み、光学系の小型化が可能である。しかしながら、非特許文献１に開示された構成では、スプリッターの後のファイバーが動くことにより、２本の光路長が意図せずに変動してしまい、安定的に測定できないという課題があった。
　小型化と計測精度の低下抑制とを目的とする方法として、特許文献２に開示されているように平面光波回路を用いる方法がある。平面光波回路を用いることで、Ｙ分岐スプリッターと位相変調器を集積化することができ、安定的な縞の投影と位相制御とを僅か数ミリの大きさで実現することができる。また、特許文献２に開示された構成では、物体を撮影する小型のカメラを平面光波回路に固定し、平面光波回路の配線部と電気的に接続するようにしている。
　しかしながら、特許文献２に開示された構成で想定される利用分野は内視鏡などである。非特許文献１、特許文献２に開示された構成では、ファイバーの長手方向のサイズが数ｍ程度になるので、可搬性と安定性が欠けていると言わざる得ない。
特許第５７６１７８６号広報 特開２０１８－１１９８６５号広報
Silvio Pulwer，P.Steglich，C.Villringer，J.Bauer，T.Reusch，S.Schrader，"Fiber-optic interference fringe projection for 3D measurement"，DGaO-Proceedings，2016，＜https://www.dgao-proceedings.de/download/117/117_p23.pdf＞
　本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、小型で可搬性に優れ、安定的に計測が可能な３次元計測システムを提供することを目的とする。
　本発明の３次元計測システムは、２光束の干渉により縞模様を発生させて物体に投影するように構成された投影装置と、携帯端末とを備え、前記投影装置は、位相変調器を含む平面光波回路からなり、前記縞模様を発生させるように構成されたフリンジ生成部と、前記位相変調器を制御して前記縞模様の位相を変化させるように構成された位相制御部とを備え、前記携帯端末は、前記縞模様が投影された物体を撮影するように構成されたカメラと、前記カメラによって撮影された、前記縞模様の位相が異なる複数枚の画像を解析して、前記物体の３次元形状データを計算するように構成された画像解析部とを備えることを特徴とするものである。
　また、本発明の３次元計測システムの１構成例において、前記フリンジ生成部は、光源と、前記光源の出力と結合する入力導波路と、前記入力導波路に接続され光を２分岐させるように構成されたＹ分岐導波路と、前記Ｙ分岐導波路の出力に接続された２本の出力導波路と、前記２本の出力導波路にそれぞれ設けられ、前記２本の出力導波路を伝搬する光の位相を変調するように構成された２つの前記位相変調器とを備えることを特徴とするものである。
　また、本発明の３次元計測システムの１構成例において、前記入力導波路は、前記光源から前記入力導波路への光の入射方向に対する前記出力導波路からの光の出射方向の傾きの角度が３０度以上となるように中途で曲がることを特徴とするものである。
　また、本発明の３次元計測システムの１構成例は、前記携帯端末を挟み込むクリップ状の固定具をさらに備え、前記投影装置は、前記固定具に固定され、前記固定具は、前記投影装置の前記２光束の出射口と前記携帯端末のカメラとの相対位置を定めるための位置合わせ構造を備えることを特徴とするものである。
　また、本発明の３次元計測システムの１構成例において、前記位置合わせ構造は、前記固定具が前記携帯端末に装着されたときに前記携帯端末のカメラの受光面を覆うように前記固定具に配設された透明板と、前記透明板に形成された目盛りとから構成されることを特徴とするものである。
　また、本発明の３次元計測システムは、２光束の干渉により縞模様を発生させて物体に投影するように構成された投影装置と、携帯端末とを備え、前記投影装置は、位相変調器を含む平面光波回路からなり、前記縞模様を発生させるように構成されたフリンジ生成部と、前記位相変調器を制御して前記縞模様の位相を変化させるように構成された位相制御部と、前記縞模様が投影された物体を撮影するように構成されたカメラと、前記カメラによって撮影された画像を前記携帯端末に送信するように構成された第１の通信部と、前記携帯端末との通信用の第１のコネクタとを備え、前記携帯端末は、前記投影装置から画像を受信するように構成された第２の通信部と、前記投影装置のカメラによって撮影された、前記縞模様の位相が異なる複数枚の画像を解析して、前記物体の３次元形状データを計算するように構成された画像解析部と、前記投影装置との通信用の第２のコネクタとを備え、前記投影装置は、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとが嵌合することにより、前記携帯端末に装着されることを特徴とするものである。
　また、本発明の３次元計測システムの１構成例において、前記フリンジ生成部は、光源と、前記光源の出力と結合する入力導波路と、前記入力導波路に接続され光を２分岐させるように構成されたＹ分岐導波路と、前記Ｙ分岐導波路の出力に接続された２本の出力導波路と、前記２本の出力導波路にそれぞれ設けられ、前記２本の出力導波路を伝搬する光の位相を変調するように構成された２つの前記位相変調器とを備えることを特徴とするものである。
　また、本発明の３次元計測システムの１構成例において、前記入力導波路は、前記光源から前記入力導波路への光の入射方向に対する前記出力導波路からの光の出射方向の傾きの角度が３０度以上となるように中途で曲がることを特徴とするものである。
　本発明によれば、投影装置に、位相変調器を含む平面光波回路からなるフリンジ生成部と、位相制御部とを設け、携帯端末にカメラと画像解析部とを設けることにより、小型で可搬性に優れ、安定的に計測が可能な３次元計測システムを実現することができる。
　また、本発明では、位相変調器を含む平面光波回路からなるフリンジ生成部と、位相制御部と、カメラと、第１の通信部と、第１のコネクタとを設け、携帯端末に第２の通信部と画像解析部と第２のコネクタとを設けることにより、小型で可搬性に優れ、安定的に計測が可能な３次元計測システムを実現することができる。本発明では、記投影装置の２光束の出射口とカメラの受光面の中心との距離を一定にすることができる。
図１は、本発明の第１の実施例に係る平面光波回路の斜視図である。 図２は、本発明の第１の実施例に係る平面光波回路の平面図である。 図３は、本発明の第１の実施例に係る半導体レーザの斜視図である。 図４は、本発明の第１の実施例において半導体レーザをサブキャリアに固定する方法を説明する斜視図である。 図５は、本発明の第１の実施例において半導体レーザをサブキャリアに固定した状態を示す平面図である。 図６は、本発明の第１の実施例において半導体レーザをサブキャリアに固定した別の例を示す平面図である。 図７は、本発明の第１の実施例において半導体レーザとフリンジ生成部との結合方法を説明する斜視図である。 図８は、本発明の第１の実施例において半導体レーザとフリンジ生成部とを結合した状態を示す平面図である。 図９は、本発明の第１の実施例において半導体レーザとフリンジ生成部との結合部を示す平面図である。 図１０は、本発明の第１の実施例においてサブキャリアとフリンジ生成部とをセラミック筐体に固定する方法を説明する斜視図である。 図１１は、本発明の第１の実施例においてサブキャリアとフリンジ生成部とをセラミック筐体内に収めた状態を示す断面図である。 図１２は、本発明の第１の実施例においてサブキャリアとフリンジ生成部とをセラミック筐体内に収めた状態を示す平面図である。 図１３は、本発明の第１の実施例に係るフリンジ生成光学モジュールを制御する構成を示すブロック図である。 図１４は、本発明の第１の実施例に係る投影装置の外観を示す斜視図である。 図１５は、本発明の第１の実施例に係る投影装置の内部構成を示す分解斜視図である。 図１６は、本発明の第１の実施例に係る携帯端末の構成を示すブロック図である。 図１７は、本発明の第１の実施例に係る投影装置の携帯端末への装着方法を説明する斜視図である。 図１８は、本発明の第１の実施例に係る投影装置の携帯端末への装着方法を説明する斜視図である。 図１９は、本発明の第１の実施例に係る投影装置を携帯端末に装着した状態を示す正面図である。 図２０は、本発明の第１の実施例に係る３次元計測方法を説明するフローチャートである。 図２１は、本発明の第２の実施例に係る投影装置の外観を示す斜視図である。 図２２は、本発明の第２の実施例に係る投影装置の構成を示すブロック図である。 図２３は、本発明の第２の実施例に係る投影装置の携帯端末への装着方法を説明する斜視図である。 図２４は、本発明の第２の実施例に係る３次元計測方法を説明するフローチャートである。 図２５は、本発明の第３の実施例に係るサーバー装置の構成を示すブロック図である。 図２６は、本発明の第３の実施例に係る３次元計測方法を説明するフローチャートである。 図２７は、本発明の第４の実施例において半導体レーザとフリンジ生成部とを結合した状態を示す平面図である。 図２８は、従来の位相シフト法で使用される光学系の構成を示すブロック図である。
［第１の実施例］
　以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。本実施例では、２光束の干渉により縞模様を発生させて物体に投影する投影装置と、カメラを備えた携帯端末とを用いて、位相シフト法により物体の３次元計測を実現することができる可搬性の３次元計測システムを提供する。
　具体的には、投影装置は、位相変調器を含む平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）からなり、縞模様を発生させるフリンジ生成部と、位相変調器を制御して縞模様の位相を変化させる位相制御部とを備える。携帯端末は、縞模様が投影された物体を撮影するカメラと、カメラによって撮影された、縞模様の位相が異なる複数枚の画像を解析して物体の３次元形状データを計算する画像解析部とを備える。
　まず、ＰＬＣからなるフリンジ生成部について説明する。図１はフリンジ生成部１の斜視図、図２はフリンジ生成部１の平面図である。なお、図１、図２では、オーバークラッドの内部を透視して記載している。
　フリンジ生成部１は、シリコン基板１００上に形成されたアンダークラッド１０１の上に、図示しない半導体レーザと結合される入力導波路１０２と、入力導波路１０２に接続され光を２分岐させるＹ分岐導波路１０３と、Ｙ分岐導波路１０３の出力に接続された２本の出力導波路１０４，１０５と、２本の出力導波路１０４，１０５を伝搬する光の位相を変調する位相変調器１０６，１０７とが形成されている。
　位相変調器１０６，１０７は、それぞれ出力導波路１０４，１０５の直上に形成された導体からなるヒータ１０８，１０９によって構成される。ヒータ１０８の一端に接続された導体からなるヒータパッド１１０と、ヒータ１０８の他端に接続された導体からなるグランドパッド１１１を介してヒータ１０８に電圧が供給されると、ヒータ１０８が発熱する。
　同様に、ヒータ１０９の一端に接続された導体からなるヒータパッド１１２と、ヒータ１０９の他端に接続されたグランドパッド１１１を介してヒータ１０９に電圧が供給されると、ヒータ１０９が発熱する。
　このように、ヒータ１０８，１０９を発熱させて出力導波路１０４，１０５を加熱することにより、出力導波路１０４，１０５を伝搬する光の位相を熱光学効果により位相変調することができる。
　フリンジ生成部１のチップのサイズは横幅０．８ｍｍ、長さ４ｍｍである。位相変調器１０６，１０７のヒータ１０８，１０９の長さを１．５ｍｍとした。なお、図１、図２では、フリンジ生成部１の構成を模式的に記載しており、寸法を誇張して記載している。
　次に、フリンジ生成部１の具体的な製造方法について説明する。シリコン基板１００上に形成された厚さ１０μｍの熱酸化膜からなるアンダークラッド１０１の上に、ＧｅＯ2を含有する厚さ３μｍの石英ガラスをＦＨＤ（Flame. Hydrolysis Deposition）法を用いて堆積した。このとき、コアの比屈折率が０．５％になるようにＧｅＯ2のドーパント量を調整した。
　その後、一般的なフォトリソグラフィー、リアクティブイオンエッチングを用いて導波路１０２～１０５の形状を作製した。さらに、再度ＦＨＤ法によってオーバークラッド１１３を形成した。
　そして、出力導波路１０４，１０５の直上の位置のオーバークラッド１１３上に、リフトオフ法によって厚さ３５０ｎｍのＣｒ（クロム）からなるヒータ１０８，１０９を蒸着した。熱光学効果が効率よく発現するようにするために、図２に示すようにオーバークラッド１１３およびアンダークラッド１０１には、断熱溝１１４を形成した。
　また、半導体レーザと入力導波路１０２との結合時に結合しきれなかった光やカップラー損失により発生した迷光が出力導波路１０４，１０５の出射口にできるだけ出ないようにするために、オーバークラッド１１３およびアンダークラッド１０１には遮光溝１１５を形成してある。なお、図１では、煩雑性を避けるために、断熱溝１１４と遮光溝１１５の記載を省略している。以降の図面についても断熱溝１１４と遮光溝１１５の記載を省略する。
　本来、２光束干渉により強度が空間的に正弦的に変調された縞模様が得られる。しかし、迷光が出力導波路１０４，１０５の出射口から空間に放出されると、予期せぬ干渉が発生し、本来の縞模様にさらに周期の異なる縞模様が重ね合わせられた干渉縞が物体に投影されてしまう。その結果、画像解析をして物体の３次元データを演算する際の測定誤差が大きくなってしまう。
　このような測定誤差はソフトウェアによってある程度は補正が可能であるため、必ずしも遮光溝１１５は必要ではない。しかし、物体の３次元形状をより精度良く測定するためには、迷光対策は重要である。
　本実施例では、コアドーパントにＧｅＯ2を用いているが、他のドーパントであっても無論問題はない。また、コアを純粋な石英とし、ボロンやフッ素をドープしたガラスをクラッドに用いることで導波路を形成してもよい。
　石英系導波路は、光通信の分野において広く用いられている導波路であり、安定性、長期信頼性、量産性が容易に得られる。また、石英系導波路は、可視域に対して透明である。このため、安価なカメラを利用することができ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）プレーヤなどで普及している安価な半導体レーザを利用することができるという利点がある。
　導波路の材料も石英に限るものではないことは言うまでもない。結晶材料などで導波路を形成してもよい。また、ヒータ１０８，１０９はクロム以外の金属であってもよい。例えばシリコンからなる導波路を用いた場合、波長が１２００ｎｍより長い光に対して透明となるため、本実施例の石英系導波路と同じ効果が得られるので、本実施例の導波路の代わりにシリコンからなる導波路を利用することも原理上はできる。しかしながら、シリコンからなる導波路は可視域に対して不透明である。このため、安価なカメラを利用することができなくなり、装置が非常に高級なものとなってしまう。
　本実施例においては、ヒータ１０８，１０９からなる位相変調器１０６，１０７を用いた。一方、結晶材料を導波路に用いる場合には、熱光学効果以外に、電気光学効果を利用して光の位相を変調することも可能である。
　電気光学効果を利用する場合、結晶に電界をかける瞬間に電流が流れるが、常時電流が流れることがないため、消費電力を小さくできる。結晶材料を用いた導波路としては、例えばＬｉＮｂＯ3導波路がある。ただし、結晶材料を用いた導波路は、石英よりも材料コストが高くなってしまう。
　次に、光源となる半導体レーザについて述べる。図３は半導体レーザ２の斜視図である。半導体レーザ２においては、ｎ型ＧａＡｓ基板２００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０１と、ＭＱＷ（Multiple Quantum Well：多重量子井戸）からなる活性層２０２と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０３と、ｎ型ＡｌＩｎＰブロック層２０４が順次積層されている。
　ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０３の上層部は、一方向に延びるリッジストライプ形状を有している。ｎ型ＧａＡｓ基板２００の裏面には、ｎ側電極２０５が形成されている。ｎ型ＡｌＩｎＰブロック層２０４の上には、ｐ側電極２０６が形成されている。
　半導体レーザ２は、６５０ｎｍ帯の波長で発振し、一般的に知られるＤＶＤ用の光源として広く用いられるものである。半導体レーザ２は、市販されており、容易に調達することが可能である。製造メーカにより組成、構造が違うが、本発明において半導体レーザ２の構造の違いは問題でなく、他の構造であってもよいことは自明である。
　可視用の半導体レーザ２は、近赤外域まで発光するものが市販されており、波長は６５０ｎｍ帯でなくても構わない。また、半導体レーザ２の材料も上記の例に限定されない。撮像素子の多くがシリコンからなるため、撮像素子の感度が得られる波長であれば、半導体レーザ２を安価に製造することができる。
　化合物半導体からなる撮像素子を用いる場合には、半導体レーザ２の発振波長が１μｍを超えるものでも構わない。発振波長が１μｍを超える半導体レーザ２を用いる場合、アイセーフ（目に入れても安全な波長）などを選択すれば、人体の顔を測定する際に目を開けた状態でかつ安全に計測ができる等のメリットもある。
　図４は半導体レーザ２をサブキャリア３に固定する方法を説明する斜視図、図５は半導体レーザ２をサブキャリア３に固定した状態を示す平面図である。
　サブキャリア３は、表面に厚さ１００ｎｍの熱酸化膜を有するシリコン基板３００からなる。熱酸化膜の上には、ｎ側電極パッド３０１と、ｐ側電極パッド３０２とが形成されている。
　図４、図５に示すようにサブキャリア３のｎ側電極パッド３０１上に、ｎ側電極パッド３０１とｎ側電極２０５とが接するように半導体レーザ２が搭載される。サブキャリア３のｐ側電極パッド３０２と半導体レーザ２のｐ側電極２０６との間は、ワイヤ３０３によって接続される。
　本実施例においては、半導体レーザ２とサブキャリア３とは半田シートを使って固定した。サブキャリア３のｎ側電極パッド３０１と半導体レーザ２のｎ側電極２０５との通電ができれば、導電ペースト等による固定でもよい。
　図５の例では、半導体レーザ２の出射端（図５の右端）とサブキャリア３の端の位置とが同じになるように固定している。実際の製造過程では、搭載時にカメラで位置を確認して端の位置を揃えてから固定した。サブキャリア３の端から半導体レーザ２の出射端が１０μｍ以下の距離で離れていても構わない。ただし、サブキャリア３の端と半導体レーザ２の出射端とを揃えた方がフリンジ生成部１と半導体レーザ２との結合を得る際に、毎回同じ作業で同じ結合が得易いため好ましい。
　また、本実施例では、サブキャリア３の端と半導体レーザ２の出射端とを揃えているが、図６に示すように半導体レーザ２の出射端をサブキャリア３の端に対して８度程度傾けて搭載するようにしてもよい。半導体レーザ２は、反射戻り光が入射すると不安定になる。半導体レーザ２の出射端をサブキャリア３の端に対して傾けて搭載することにより、フリンジ生成部１との結合端面からの反射光が半導体レーザ２に戻ることを防ぐことができる。
　図７は半導体レーザ２とフリンジ生成部１との結合方法を説明する斜視図、図８は半導体レーザ２とフリンジ生成部１とを結合した状態を示す平面図である。
　サブキャリア３のｎ側電極パッド３０１とｐ側電極パッド３０２とを介して半導体レーザ２に電流を供給し、半導体レーザ２を発振させた状態で、ピックアップツール２０７を用いてサブキャリア３を保持し、ピックアップツール２０７を搭載したＸＹＺステージ（不図示）によって半導体レーザ２とフリンジ生成部１の入力導波路１０２との結合を行う。
　この結合に際しては、フリンジ生成部１の出口側に大型のＰＤ（Photodiode）２０８を配置し、フリンジ生成部１の出射側の光強度が最大になるようにサブキャリア３とフリンジ生成部１との位置合わせを行う。
　光強度が最大になった位置で、サブキャリア３とフリンジ生成部１との隙間に両側からＵＶ（Ultra Violet）接着剤を流し込み、ＵＶを照射をしてＵＶ接着剤を硬化させ、サブキャリア３とフリンジ生成部１の固定を行った。図９の平面図で示すように、サブキャリア３の端面に流れ込み防止溝３０４を形成しておくことにより、半導体レーザ２の端面にＵＶ接着剤３０５が流れ込むことを防止することができる。
　図１０はサブキャリア３とフリンジ生成部１とをセラミック筐体４に固定する方法を説明する斜視図、図１１はサブキャリア３とフリンジ生成部１とをセラミック筐体４内に収めた状態を示す断面図、図１２はサブキャリア３とフリンジ生成部１とをセラミック筐体４内に収めた状態を示す平面図である。
　上記のようにサブキャリア３とフリンジ生成部１とを接続した部品を、セラミック筐体４内に収納する。セラミック筐体４内には、サブキャリア３とフリンジ生成部１と共に、フリンジ生成部１からの出射光の９０度の光路変換を実現するための４５度プリズム４００を収納する。
　サブキャリア３とフリンジ生成部１の収納に際して、セラミック筐体４に固定された４５度プリズム４００の辺にフリンジ生成部１を突き当てることで機械的に４５度プリズム４００とフリンジ生成部１とを平行に配置する。サブキャリア３とフリンジ生成部１とは、ＵＶ接着剤によってセラミック筐体４に固定される。
　その後、フリンジ生成部１のヒータパッド１１０とセラミック筐体４の電極パッド４０１とをワイヤ４０２によって接続し、フリンジ生成部１のヒータパッド１１２とセラミック筐体４の電極パッド４０３とをワイヤ４０４によって接続し、フリンジ生成部１のグランドパッド１１１とセラミック筐体４の電極パッド４０５とをワイヤ４０６によって接続する。
　さらに、サブキャリア３のｎ側電極パッド３０１とセラミック筐体４の電極パッド４０７とをワイヤ４０８によって接続し、サブキャリア３のｐ側電極パッド３０２とセラミック筐体４の電極パッド４０９とをワイヤ４１０によって接続する。
　ガラス４１２の周囲にメタライズ法によって金属の枠４１３を形成した蓋４１１をセラミック筐体４に半田付けし、セラミック筐体４の封止を行う。セラミック筐体４のシール面にはメタライズ処理が施されており、シール面の金属と蓋４１１の枠４１３とを半田付けする。
　封止後に、樹脂成型されたレンズ４１４を４５度プリズム４００の光軸上に配置し、ＵＶ接着剤によって蓋４１１のガラス４１２に固定した。レンズ４１４としては、樹脂の射出成型により得られた凹型のレンズを用いたが、これに限るものではなく、ボールレンズ等であってもよい。セラミック筐体４は、長さが８ｍｍ、幅が２ｍｍ、厚さが１．５ｍｍとした。
　本実施例では、セラミック筐体４を用いたが、その他の材料によって筐体が形成されていてもよい。デバイスの長期的信頼性を得るためにセラミック筐体４を封止しているが、本発明において筐体の封止は必須の構成要件ではない。
　また、本発明では、フリンジ生成部１からの出射光の９０度の光路変換を実現するために４５度プリズム４００を配置したが、４５度ミラーをフリンジ生成部１に直接形成する方法であっても構わない。この場合は、ウエハープロセスで４５度ミラー作製することができるため、４５度プリズムを１つ１つ配置する手間と部材点数とを削減することができる。
　以上の工程で組みあがった部品をフリンジ生成光学モジュールと以下呼称する。フリンジ生成光学モジュールの利点は、ＰＬＣを用いて作製しているために、微小光学部品を組み合わせて作製した場合に比べてサイズが小さいことにある。また、部材の調芯工程箇所が少なく、製造工程数が少なくすみ、低コストなデバイスを提供できるという効果がある。
　ピエゾ素子等を使って光の位相を変調する装置では、可動部分が存在するため、装置の輸送時に光学軸がずれる可能性があった。これに対して、本実施例のフリンジ生成光学モジュールは、可動部が存在しないため、輸送時に光軸ずれを起こしたりせず、安定である。つまり、本実施例のフリンジ生成光学モジュールは、非常に小型で、可搬性に優れ、かつ移動に耐えうる安定性を有している。
　図１３は、フリンジ生成光学モジュール５００を制御する構成を示すブロック図である。フリンジ生成光学モジュール５００を含む投影装置５には、マイクロコンピュータ５０１と、通信モジュール５０２と、フリンジ生成光学モジュール５００のヒータ１０８，１０９の制御回路５０３と、フリンジ生成光学モジュール５００の半導体レーザ２のｎ側電極と接続される抵抗５０７とが設けられている。
　制御回路５０３は、ＤＡコンバーター（ＤＡＣ：Digital to Analog converter）５０４と、トランジスタ５０５，５０６とから構成される。図１３のような構成により、マイクロコンピュータ５０１は、制御回路５０３を介してフリンジ生成光学モジュール５００のヒータ１０８，１０９を駆動することができる。
　ＤＡＣ５０４からの出力電力が不足するため、トランジスタ５０５，５０６を介して十分な電力が得られるように制御回路５０３を構成しているが、ＤＡＣ５０４からの出力電力で十分にヒータ１０８，１０９を駆動できるのであれば、トランジスタ５０５，５０６は不要である。
　スマートフォン等の携帯端末６と無線通信できるように、マイクロコンピュータ５０１は通信モジュール５０２と接続されている。無線通信の規格としては、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）がある。マイクロコンピュータ５０１は、通信モジュール５０２を介して携帯端末６からの命令セットを受信する。
　また、マイクロコンピュータ５０１は、フリンジ生成光学モジュール５００の半導体レーザ２に供給する電流をＯＮ／ＯＦＦすることで半導体レーザ２の発光と消灯を制御することができる。
　マイクロコンピュータ５０１は、内部のメモリ（不図示）に格納されたプログラムに従って本実施例で説明する処理を実行し、レーザ制御部５１７と、位相制御部５１８として機能する。
　図１４は投影装置５の外観を示す斜視図、図１５は投影装置５の内部構成を示す分解斜視図である。本実施例では、市販されているマイクロコンピュータ５０１のボード５０８の上にプリント基板５０９を搭載する。プリント基板５０９には、フリンジ生成光学モジュール５００と、通信モジュール５０２と、制御回路５０３とが実装されている。図１５に示すように、プリント基板５０９の下面に設けられたコネクタのピン５１０をボード５０８のスルーホール５１１に挿入して半田付けすることにより、プリント基板５０９が固定され、プリント基板５０９上の回路とボード５０８上の回路とが接続される。
　本実施例では、無線通信だけでなく、有線でも携帯端末６と通信ができるように、ボード５０１にＵＳＢ（Universal Serial Bus）コネクタ５１２を実装している。携帯端末６との信号のやり取りには、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈを用いるとしているが、携帯端末６との信号のやり取りができればよく、Ｗｉ－Ｆｉ等の他の通信技術を利用しても構わないし、ＵＳＢを利用した有線通信であっても構わない。
　プリント基板５０９を搭載したボード５０８と、電源となる電池５１３とをプラスチックケース５１４に収納した。プラスチックケース５１４のサイズは４５ｍｍ×３０ｍｍ×５ｍｍとした。プラスチックケース５１４には、フリンジ生成光学モジュール５００からのレーザ光が取り出せるように出射口５１５が形成され、またＵＳＢコネクタ５１２を露出させる開口部５１６とが形成されている。
　出射口５１５は、フリンジ生成光学モジュール５００のレンズ４１４の真上の位置にある。したがって、フリンジ生成部１の出力導波路１０４，１０５から出射し、４５度プリズム４００によって反射され、レンズ４１４を通過した２光束は、出射口５１５から空間に放射される。
　なお、有線接続の場合は、携帯端末６から供給される電力をＵＳＢコネクタ５１２を経由して取得できるため、投影装置５の小型化が可能となり、電池５１３の充電や電池５１３の入れ替えが不要となる。
　図１６は携帯端末６の構成を示すブロック図である。携帯端末６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６００と、メモリ６０１と、投影装置５との無線通信用の通信回路６０２と、有線通信用のＵＳＢコネクタ６０３と、有線通信用の通信回路６０４と、タッチパネル機能付きの表示器６０５と、カメラ６０６と、後述するサーバー装置との通信用の通信回路６０７とを備えている。
　ＣＰＵ６００は、メモリ６０１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明する処理を実行し、画像取得部６０８と、レーザ制御部６０９と、通信部６１０と、位相制御部６１１と、画像解析部６１２と、表示部６１３と、カメラ制御部６１４と、通信部６１５として機能する。
　図１７、図１８は投影装置５の携帯端末６への装着方法を説明する斜視図である。図１７に示すように、投影装置５を、金属ばね７００を有するクリップ状の固定具７の開口部７０１に嵌め込むようにして固定する。
　そして、図１８に示すように、投影装置５を装着した固定具７によって携帯端末６を挟み込むようにする。図１９に示すように、固定具７の開口部７０２には窓ガラス７０３（透明板）が嵌め込まれている。この窓ガラス７０３が携帯端末６のカメラ６０６の受光面を覆うように固定具７の位置を調整する。図１９のＯはカメラ６０６の受光面の中心を示している。
　なお、窓ガラス７０３の代わりに、有機物からなる透明板を設けるようにしてもよい。有機物の透明板の場合、ガラスよりも傷などがつきやすいが、コストを抑えることが可能である。
　図２０は本実施例の３次元計測方法を説明するフローチャートである。３次元計測システムのユーザは、上記のように固定具７によって投影装置５を携帯端末６に装着する。投影装置５は、出射口５１５が携帯端末６のカメラ６と同じ方向を向くように固定具７に嵌め込まれている。したがって、投影装置５から縞模様を計測対象の物体に投影し、物体をカメラ６０６によって撮影することが可能である。
　ユーザは、投影装置５を携帯端末６に装着した後に、３次元計測用アプリケーションを起動して、携帯端末６のカメラ６０６を計測対象の物体に向ける。３次元計測用アプリケーションが起動すると、携帯端末６の画像取得部６０８は、カメラ６０６を起動して撮影可能な状態にする（図２０ステップＳ１００）。
　携帯端末６のレーザ制御部６０９は、投影装置５の半導体レーザ２をＯＮにする発光制御信号を通信部６１０に渡す。通信部６１０は、発光制御信号を無線通信用の通信回路６０２または有線通信用の通信回路６０４に渡す。通信回路６０２または６０４は、発光制御信号を投影装置５に送信する。
　投影装置５のマイクロコンピュータ５０１は、携帯端末６からの発光制御信号を通信モジュール５０２を介して受信する。また、有線通信の場合、マイクロコンピュータ５０１は、発光制御信号をＵＳＢコネクタ５１２を介して受信する。投影装置５のレーザ制御部５１７は、携帯端末６からの発光制御信号を受信すると、半導体レーザ２を発光させる（図２０ステップＳ１０１）。
　携帯端末６の位相制御部６１１は、投影装置５から計測対象の物体に投影される縞模様の位相を初期位相に設定する位相制御信号を通信部６１０に渡す。通信部６１０は、位相制御信号を通信回路６０２または６０４に渡す。通信回路６０２または６０４は、位相制御信号を投影装置５に送信する。
　投影装置５の位相制御部５１８は、通信モジュール５０２またはＵＳＢコネクタ５１２を介して携帯端末６からの位相制御信号を受信すると、位相制御信号に対応する電圧値を示す位相制御データをＤＡＣ５０４に出力する。ＤＡＣ５０４は、位相制御データに応じた電圧をトランジスタ５０５，５０６に出力する。なお、初期位相の場合、実際には、位相変調器１０６，１０７のヒータ１０８，１０９に印加される電圧は０となる。こうして、投影装置５の出射口５１５から計測対象の物体に投影される縞模様の位相を初期位相に設定することができる（図２０ステップＳ１０２）。
　携帯端末６の画像取得部６０８は、カメラ６０６によって撮影された物体の画像を取得する。物体の画像は、メモリ６０１に格納される（図２０ステップＳ１０３）。
　１回目の撮影完了後、携帯端末６の位相制御部６１１は、計測対象の物体に投影される縞模様の位相をπ／ｎ（ｎは２以上の整数）ずらす位相制御信号を通信部６１０に渡す。
　投影装置５の位相制御部５１８は、携帯端末６からの位相制御信号を受信すると、位相制御信号に対応する電圧値を示す位相制御データをＤＡＣ５０４に出力する。ＤＡＣ５０４から位相制御データに応じた電圧がトランジスタ５０５，５０６に出力されることにより、位相変調器１０６，１０７のヒータ１０８，１０９が発熱して、出力導波路１０４，１０５を伝搬する光のうち少なくとも一方の光の位相が熱光学効果により位相変調される。こうして、投影装置５の出射口５１５から計測対象の物体に投影される縞模様の位相をπ／ｎずらすことができる（図２０ステップＳ１０４）。
　上記と同様に、携帯端末６の画像取得部６０８は、カメラ６０６によって撮影された物体の画像を取得する（図２０ステップＳ１０５）。
　以上のステップＳ１０４，Ｓ１０５の処理を、縞模様の位相をπ／ｎずつずらしながらｎ回行う。本実施例では、ｎ＝８とした。ｎは４以上であればよい。ｎが大きければ、フィッティング精度が上がり、物体の３次元計測の精度を向上させることができる。一方、撮影に時間がかかるため、携帯端末６の保持が十分でない場合、位置ずれを起こすことになる。
　ｎ回の撮影終了後に（図２０ステップＳ１０６においてＹＥＳ）、携帯端末６の画像解析部６１２は、カメラ６０６によって撮影された（ｎ＋１）枚の画像を解析して、計測対象の物体の３次元形状データを計算する（図２０ステップＳ１０７）。なお、位相シフト法による３次元形状データの計算方法は、周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。
　携帯端末６の表示部６１３は、画像解析部６１２によって計算された３次元形状データによって得られる物体の３次元モデルを投影面（携帯端末６の画面）に投影した２次元画像を生成して、生成した画像を表示器６０５に表示させる（図２０ステップＳ１０８）。３次元モデルに対する視点の位置は、例えばユーザがタッチパネル機能付きの表示器６０５の画面上でなぞり操作などを行うことによって自由に変更することができる。
　本実施例において、物体の３次元計測の精度は、投影装置５の出射口５１５の中心（正確には、投影装置５のフリンジ生成光学モジュール５００から放射される２つの光束の中心）とカメラ６０６の受光面の中心Ｏとのｘ方向の距離ｄｘ、ｙ方向の距離ｄｙによって決まる。上記のようにクリップ状の固定具７を用いて、投影装置５を携帯端末６に装着する場合、距離ｄｘ，ｄｙが一義に決まり難いという課題がある。
　そこで、固定具７の窓ガラス７０３には、カメラ６０６の撮影方向と直交する２方向（図１８、図１９のｘ方向、ｙ方向）のそれぞれについて目盛り７０４，７０５が形成されている。窓ガラス７０３（透明板）と目盛り７０４，７０５とは、投影装置５の出射口５１５と携帯端末６のカメラ６０６との相対位置を定めるための位置合わせ構造７０６を構成している。
　本実施例では、目盛り７０４，７０５のそれぞれの間隔を５００μｍとしている。目盛り７０４，７０５は、スクリーン印刷技術を用いて窓ガラス７０３に印刷されているが、例えばレーザ加工法などの他の方法によって作製するようにしてもよい。
　本実施例の位置合わせ構造７０６の効果について説明する。ユーザは、固定具７の窓ガラス７０３の中心位置が携帯端末６のカメラ６０６の受光面の概ね中心の位置に来るように、固定具７の位置を調整する。これにより、投影装置５の出射口５１５の中心とカメラ６０６の受光面の中心との距離ｄｘ，ｄｙを概ね所望の値付近にすることが可能であり、より正確な３次元計測を行うことができる。
　物体を携帯端末６のカメラ６０６によって撮影する際に、ピントが不一致ながらもガラス上の目盛り７０４，７０５が画像に映り込む。上記のとおり、ユーザが固定具７の装着位置の調整を行うが、ユーザが手動で調整を行う以上、位置合わせの誤差は大きくなってしまう。
　しかし、カメラ６０６によって撮影された画像に目盛り７０４，７０５が映っているので、ユーザは、画像に映っている目盛り７０４，７０５を基に、画像から距離ｄｘ，ｄｙがいくつかを知ることができる。その結果、距離ｄｘ，ｄｙを正確に知ることでき、３次元計測の精度を上げることが可能である。
　なお、物体を撮影する際の映り込みを利用せず、事前に窓ガラス７０３に形成された目盛り７０４，７０５だけを一度撮影し、より正確な距離ｄｘ，ｄｙを把握するようにしてもよい。
［第２の実施例］
　次に、本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例では、クリップ状の固定具７を用いて投影装置５を携帯端末６に装着する形態について述べた。ただし、この形態では、投影装置５の出射口５１５の中心とカメラ６０６の受光面の中心との距離ｄｘ，ｄｙが装着の度に変動するという課題がある。
　そこで、投影装置にカメラを搭載するようにしてもよい。この場合の投影装置５ａの外観を図２１に示し、投影装置５ａの構成を図２２に示す。
　投影装置５ａのマイクロコンピュータ５０１は、内部のメモリ（不図示）に格納されたプログラムに従って本実施例で説明する処理を実行し、レーザ制御部５１７と、位相制御部５１８と、カメラ５１９を制御するカメラ制御部５２０として機能する。
　図１４、図１５から明らかなように、第１の実施例の投影装置５では、携帯端末６と有線接続する場合はＵＳＢケーブルを使うことを想定している。このため、投影装置５のＵＳＢコネクタ５１２はメス型のコネクタである。
　一方、本実施例の投影装置５ａの場合は、図２３に示すようにオス型のＵＳＢコネクタ５１２ａ（第１のコネクタ）を携帯端末６のＵＳＢコネクタ６０３（第２のコネクタ）に差し込んで使用する。つまり、本実施例では、投影装置５ａと携帯端末６との間の信号のやり取りは有線通信で行われる。
　携帯端末６の構成は第１の実施例と同じである。
　図２４は本実施例の３次元計測方法を説明するフローチャートである。ユーザは、投影装置５ａを携帯端末６に装着した後に、３次元計測用アプリケーションを起動して、投影装置５ａのカメラ５１９を計測対象の物体に向ける。３次元計測用アプリケーションが起動すると、携帯端末６のカメラ制御部６１４は、カメラ起動制御信号を通信部６１０に渡す。通信部６１０は、カメラ起動制御信号を有線通信用の通信回路６０４に渡す。通信回路６０４は、カメラ起動制御信号を投影装置５ａに送信する。
　投影装置５ａのカメラ制御部５２０は、ＵＳＢコネクタ５１２ａを介してカメラ起動制御信号を受信すると、カメラ５１９を起動して撮影可能な状態にする（図２４ステップＳ１００ａ）。
　図２４のステップＳ１０１，Ｓ１０２の処理は第１の実施例と同様である。携帯端末６の画像取得部６０８は、画像要求信号を通信部６１０に渡す。通信部６１０は、画像要求信号を通信回路６０４に渡す。通信回路６０４は、画像要求信号を投影装置５ａに送信する。
　投影装置５ａのカメラ制御部５２０は、ＵＳＢコネクタ５１２ａを介して画像要求信号を受信すると、カメラ５１９によって撮影された物体の画像をＵＳＢコネクタ５１２ａを介して携帯端末６に送信する。
　携帯端末６の画像取得部６０８は、投影装置５ａから送信された画像を取得する（図２４ステップＳ１０３ａ）。
　図２４のステップＳ１０４，Ｓ１０６～Ｓ１０８の処理は第１の実施例と同様である。図２４のステップＳ１０５ａの処理はステップＳ１０３ａと同じである。
　こうして、本実施例では、投影装置５ａの専用のカメラ５１９を用いて物体の３次元計測を行うことができる。本実施例では、出射口５１５の中心とカメラ５１９の受光面の中心との距離を一定にできる。したがって、高精度な３次元計測が可能である。
　ただし、本実施例では、携帯端末６に標準的に搭載されているカメラ６０６とは別に、投影装置５ａにカメラ５１９を搭載することになるため、コスト増になるというデメリットがある。
　なお、製造時の寸法誤差は、事前の検査によって把握することができる。そこで、把握した誤差に基づく補正値を携帯端末６の画像解析部６１２のプログラムに設定しておくことにより誤差を補正することが可能である。
［第３の実施例］
　第１、第２の実施例では、撮像した画像の解析を携帯端末６の画像解析部６１２によって行い、物体の３次元形状データを計算した。
　これに対して、撮影した画像データや測定条件を専用のサーバー装置に送信し、サーバー装置によって物体の３次元形状データを計算し、計算結果を携帯端末６に送り返すようにしてもよい。
　本実施例のサーバー装置の構成を図２５に示す。サーバー装置８は、ＣＰＵ８００と、メモリ８０１と、無線通信用の通信回路８０２とを備えている。ＣＰＵ８００は、メモリ８０１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明する処理を実行し、通信部８０３と、画像解析部８０４として機能する。
　投影装置５，５ａと携帯端末６の構成は第１、第２の実施例と同じである。
　図２６は本実施例の３次元計測方法を説明するフローチャートである。図２６のステップＳ１００～Ｓ１０６の処理は第１の実施例と同様である。
　携帯端末６の通信部６１５は、撮影された物体の画像データと測定条件情報（縞模様の位相情報など）とを通信回路６０７に渡す。通信回路６０７は、画像データと測定条件情報とをサーバー装置８に無線送信する（図２６ステップＳ１０９）。
　サーバー装置８の通信部８０３は、通信回路８０２を介して携帯端末６から受信した画像データと測定条件情報とを画像解析部８０４に渡す（図２６ステップＳ１１０）。
　画像解析部８０４は、受信した画像を解析して、計測対象の物体の３次元形状データを計算する（図２０ステップＳ１１１）。この画像解析部８０４の処理は、携帯端末６の画像解析部６１２の処理と同じである。
　サーバー装置８の通信部８０３は、画像解析部８０４によって計算された３次元形状データを通信回路８０２に渡す。通信回路８０２は、３次元形状データを携帯端末６に送信する（図２６ステップＳ１１２）。
　携帯端末６の通信部６１５は、通信回路６０７を介してサーバー装置８から受信した３次元形状データを表示部６１３に渡す（図２６ステップＳ１１３）。表示部６１３は、上記と同様に物体の画像を表示器６０５に表示させる（図２６ステップＳ１１４）。
　図２６の説明では、第１の実施例に本実施例のサーバー装置８を適用する場合について説明しているが、第２の実施例にサーバー装置８を適用してもよいことは言うまでもない。
　本実施例のようにサーバー装置８を用いる場合、携帯端末６とサーバー装置８との間の通信速度が十分に得られていれば、携帯端末６の処理を軽減することができ、携帯端末６の消費電力を低減することができる。その結果、携帯端末６の電池の消耗を抑えることができる。
　また、本実施例では、投影装置５，５ａと携帯端末６とによって取得した３次元形状データをサーバー装置８から別の端末に送ることが可能である。したがって、３次元形状データを別の端末と共有することが容易になるというメリットがある。
［第４の実施例］
　次に、本発明の第４の実施例について説明する。第１～第３の実施例で説明したフリンジ生成部１においては、半導体レーザ２からなる光源と入力導波路１０２とＹ分岐導波路１０３と位相変調器１０６，１０７と出力導波路１０４，１０５とがほぼ直線上に配置されている。
　このため、半導体レーザ２から出射光が、石英系光導波路からなる入力導波路１０２に結合する際に、モードフィールドの不整合から結合損失が発生する。第１の実施例の場合、結合損失は例えば約２．５ｄＢであり、約半分弱の光が入力導波路１０２に結合せずに放射し、迷光となる。
　第１～第３の実施例では、出力導波路１０４，１０５から出射した２光束の干渉により強度が空間的に正弦的に変調された縞模様が得られる。しかしながら、迷光が投影装置５，５ａの出射口５１５に届き、出射口５１５から空間に放出されると、縞模様と迷光との予期せぬ干渉が発生し、物体の３次元形状データを計算する際の誤差が大きくなってしまう。
　そこで、本実施例のフリンジ生成部１ａは、図２７に示すように、半導体レーザ２から入力導波路１０２への光の入射方向（図２７のｙ方向）と出力導波路１０４，１０５からの光の出射方向（図２７のｘ方向）とが交差するように、シリコン基板の面内で入力導波路１０２が曲がる構造となっている。
　本実施例では、光導波路の比屈折率差を１％とし、入力導波路１０２の曲げ半径を１ｍｍとして設計、製造した。フリンジ生成部１ａの製造方法、半導体レーザ２との結合方法、フリンジ生成部１ａと半導体レーザ２とをモジュール化する方法は、第１の実施例と同じである。
　本実施例では、半導体レーザ２から入力導波路１０２への光の入射方向と出力導波路１０４，１０５からの光の出射方向とを交差させているため、半導体レーザ２からの出射光が石英系光導波路からなる入力導波路１０２に結合する際に、モードフィールドの不整合から結合損失として発生した迷光は、出力導波路１０４，１０５からはほとんど出射されない。そのため、投影装置から２光束が空間に放出された際に、正弦的に変調された縞模様を得ることができる。
　本実施例においては、半導体レーザ２から入力導波路１０２への光の入射方向と出力導波路１０４，１０５からの光の出射方向とが直交するようにフリンジ生成部１ａを作製した。石英系光導波路を含むチップの大きさによるが、半導体レーザ２から入力導波路１０２への光の入射方向に対する出力導波路１０４，１０５からの光の出射方向の傾きの角度θが概ね３０度以上であれば、迷光が出力導波路１０４，１０５から出射することはなく、理想的に正弦的に変調された縞模様を得ることができる。
　縞模様を発生させるために、光導波路を使う例は従来から提案されているが、いずれの例でも光ファイバーを使用している。
　発明者は、２光束干渉により強度が空間的に正弦的に変調された縞模様を得る構成において、迷光が出力導波路の出射口から空間に放出されると、本来の縞模様に予期せぬ明暗が重なる結果が生じ、位相シフト法による３次元計測の精度が低下することをはじめて見出した。
　そして、発明者は、上記のように半導体レーザから入力導波路への光の入射方向と出力導波路からの光の出射方向とを交差させることにより、理想に近い正弦的に強度変化する縞模様が得られることをはじめて見出した。
　本発明は、位相シフト法により物体の３次元形状を計測する技術に適用することができる。
　１，１ａ…フリンジ生成部、２…半導体レーザ、３…サブキャリア、４…セラミック筐体、５，５ａ…投影装置、６…携帯端末、７…固定具、８…サーバー装置、１００…シリコン基板、１０１…アンダークラッド、１０２…入力導波路、１０３…Ｙ分岐導波路、１０４，１０５…出力導波路、１０６，１０７…位相変調器、１０８，１０９…ヒータ、１１０，１１２…ヒータパッド、１１１…グランドパッド、１１３…オーバークラッド、１１４…断熱溝、１１５…遮光溝、２００…ｎ型ＧａＡｓ基板、２０１…ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド、２０２…活性層、２０３…ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、２０４…ｎ型ＡｌＩｎＰブロック層、２０５…ｎ側電極、２０６…ｐ側電極、３００…シリコン基板、３０１…ｎ側電極パッド、３０２…ｐ側電極パッド、３０３…ワイヤ、４００…４５度プリズム、４０１，４０３，４０５，４０７，４０９…電極パッド、４０２，４０４，４０６，４０８，４１０…ワイヤ、４１１…蓋、４１２…ガラス、４１３…枠、４１４…レンズ、５００…フリンジ生成光学モジュール、５０１…マイクロコンピュータ、５０２…通信モジュール、５０３…制御回路、５０４…ＤＡコンバーター、５０５，５０６…トランジスタ、５０８…ボード、５０９…プリント基板、５１０…ピン、５１１…スルーホール、５１２，５１２ａ…ＵＳＢコネクタ、５１３…電池、５１４…プラスチックケース、５１５…出射口、５１７…レーザ制御部、５１８…位相制御部、５１９，６０６…カメラ、５２０…カメラ制御部、６００，８００…ＣＰＵ、６０１，８０１…メモリ、６０２，６０４，６０７，８０２…通信回路、６０３…ＵＳＢコネクタ、６０５…表示器、６０６…カメラ、６０８…画像取得部、６０９…レーザ制御部、６１０，６１５，８０３…通信部、６１１…位相制御部、６１２，８０４…画像解析部、６１３…表示部、６１４…カメラ制御部、７０３…窓ガラス、７０４，７０５…目盛り、７０６…位置合わせ構造。

Claims (8)

  1. 　２光束の干渉により縞模様を発生させて物体に投影するように構成された投影装置と、
    　携帯端末とを備え、
    　前記投影装置は、
    　位相変調器を含む平面光波回路からなり、前記縞模様を発生させるように構成されたフリンジ生成部と、
    　前記位相変調器を制御して前記縞模様の位相を変化させるように構成された位相制御部とを備え、
    　前記携帯端末は、
    　前記縞模様が投影された物体を撮影するように構成されたカメラと、
    　前記カメラによって撮影された、前記縞模様の位相が異なる複数枚の画像を解析して、前記物体の３次元形状データを計算するように構成された画像解析部とを備えることを特徴とする３次元計測システム。
  2. 　請求項１記載の３次元計測システムにおいて、
    　前記フリンジ生成部は、
    　光源と、
    　前記光源の出力と結合する入力導波路と、
    　前記入力導波路に接続され光を２分岐させるように構成されたＹ分岐導波路と、
    　前記Ｙ分岐導波路の出力に接続された２本の出力導波路と、
    　前記２本の出力導波路にそれぞれ設けられ、前記２本の出力導波路を伝搬する光の位相を変調するように構成された２つの前記位相変調器とを備えることを特徴とする３次元計測システム。
  3. 　請求項２記載の３次元計測システムにおいて、
    　前記入力導波路は、前記光源から前記入力導波路への光の入射方向に対する前記出力導波路からの光の出射方向の傾きの角度が３０度以上となるように中途で曲がることを特徴とする３次元計測システム。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか１項に記載の３次元計測システムにおいて、
    　前記携帯端末を挟み込むクリップ状の固定具をさらに備え、
    　前記投影装置は、前記固定具に固定され、
    　前記固定具は、前記投影装置の前記２光束の出射口と前記携帯端末のカメラとの相対位置を定めるための位置合わせ構造を備えることを特徴とする３次元計測システム。
  5. 　請求項４記載の３次元計測システムにおいて、
    　前記位置合わせ構造は、
    　前記固定具が前記携帯端末に装着されたときに前記携帯端末のカメラの受光面を覆うように前記固定具に配設された透明板と、
    　前記透明板に形成された目盛りとから構成されることを特徴とする３次元計測システム。
  6. 　２光束の干渉により縞模様を発生させて物体に投影するように構成された投影装置と、
    　携帯端末とを備え、
    　前記投影装置は、
    　位相変調器を含む平面光波回路からなり、前記縞模様を発生させるように構成されたフリンジ生成部と、
    　前記位相変調器を制御して前記縞模様の位相を変化させるように構成された位相制御部と、
    　前記縞模様が投影された物体を撮影するように構成されたカメラと、
    　前記カメラによって撮影された画像を前記携帯端末に送信するように構成された第１の通信部と、
    　前記携帯端末との通信用の第１のコネクタとを備え、
    　前記携帯端末は、
    　前記投影装置から画像を受信するように構成された第２の通信部と、
    　前記投影装置のカメラによって撮影された、前記縞模様の位相が異なる複数枚の画像を解析して、前記物体の３次元形状データを計算するように構成された画像解析部と、
    　前記投影装置との通信用の第２のコネクタとを備え、
    　前記投影装置は、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとが嵌合することにより、前記携帯端末に装着されることを特徴とする３次元計測システム。
  7. 　請求項６記載の３次元計測システムにおいて、
    　前記フリンジ生成部は、
    　光源と、
    　前記光源の出力と結合する入力導波路と、
    　前記入力導波路に接続され光を２分岐させるように構成されたＹ分岐導波路と、
    　前記Ｙ分岐導波路の出力に接続された２本の出力導波路と、
    　前記２本の出力導波路にそれぞれ設けられ、前記２本の出力導波路を伝搬する光の位相を変調するように構成された２つの前記位相変調器とを備えることを特徴とする３次元計測システム。
  8. 　請求項７記載の３次元計測システムにおいて、
    　前記入力導波路は、前記光源から前記入力導波路への光の入射方向に対する前記出力導波路からの光の出射方向の傾きの角度が３０度以上となるように中途で曲がることを特徴とする３次元計測システム。
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