JP2003279314A - 投影装置、および照射装置 - Google Patents
投影装置、および照射装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 線状光源で発生する光を効率良く集光させ
て、対象物に対して照射される光の強度を効率良く増加
させることができる照射装置を提供する。 【解決手段】 線状発光部11Lの長手方向を、照射装
置11から対象物に照射される光の光軸LPに沿って配
置して、線状発光領域11aと光軸LPとが重なり合う
状態に設定し、また、線状発光部11Lの周囲に、反射
面11RAが、光軸LPに対して平行に位置ずれした軸
を有する放物線を光軸LPの回りに回転させた軌跡によ
って形成される2重凹面のうち、外側の凹面によって形
成される凹面反射鏡11Rを配置し、線状発光領域11
aから光軸LPに対して垂直な方向に発せられた光が反
射面11RAにおいて反射されて、光軸LP上の焦点O
2付近に集光するように構成する。
て、対象物に対して照射される光の強度を効率良く増加
させることができる照射装置を提供する。 【解決手段】 線状発光部11Lの長手方向を、照射装
置11から対象物に照射される光の光軸LPに沿って配
置して、線状発光領域11aと光軸LPとが重なり合う
状態に設定し、また、線状発光部11Lの周囲に、反射
面11RAが、光軸LPに対して平行に位置ずれした軸
を有する放物線を光軸LPの回りに回転させた軌跡によ
って形成される2重凹面のうち、外側の凹面によって形
成される凹面反射鏡11Rを配置し、線状発光領域11
aから光軸LPに対して垂直な方向に発せられた光が反
射面11RAにおいて反射されて、光軸LP上の焦点O
2付近に集光するように構成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、対象物に対して光
を照射する技術に関する。
を照射する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、投影装置によって対象物に縞状等
のパターンを投影し、撮影装置によって対象物に投影さ
れたパターンを撮影し、そのパターンの歪みを解析する
ことによって対象物の三次元形状を測定するパターン投
影型画像入力装置が三次元形状測定装置の1つとして知
られている。パターン投影型画像入力装置に用いられる
投影装置においては、発光部に小さな点光源を用い、そ
の周囲に回転楕円面や回転放物面を反射面の形状とする
反射鏡を配置することによって、点光源で発生する光を
対象物に効率良く集光させ、対象物に照射されるパター
ンの照度を増加させたりすることが可能であった。
のパターンを投影し、撮影装置によって対象物に投影さ
れたパターンを撮影し、そのパターンの歪みを解析する
ことによって対象物の三次元形状を測定するパターン投
影型画像入力装置が三次元形状測定装置の1つとして知
られている。パターン投影型画像入力装置に用いられる
投影装置においては、発光部に小さな点光源を用い、そ
の周囲に回転楕円面や回転放物面を反射面の形状とする
反射鏡を配置することによって、点光源で発生する光を
対象物に効率良く集光させ、対象物に照射されるパター
ンの照度を増加させたりすることが可能であった。
【0003】しかし、対象物から少し離れた位置からパ
ターンを照射して形状を測定しなければならない場合
や、投影装置と撮影装置との位置関係に制約がある場合
などには、投影装置と対象物との距離を近づけることが
できないため、対象物に投影されるパターンの照度を高
く維持することができず、対象物に対して投影されるパ
ターンの像を感度良く検出して、対象物の三次元形状を
高精度に測定することができないといった問題があっ
た。
ターンを照射して形状を測定しなければならない場合
や、投影装置と撮影装置との位置関係に制約がある場合
などには、投影装置と対象物との距離を近づけることが
できないため、対象物に投影されるパターンの照度を高
く維持することができず、対象物に対して投影されるパ
ターンの像を感度良く検出して、対象物の三次元形状を
高精度に測定することができないといった問題があっ
た。
【0004】このような問題を解決する手段として、光
源の単位時間当たりの絶対発光量を大きくする手段が考
えられる。例えば、発光部にキセノン管などの線状光源
を用いる場合を考えると、理論上、単位時間当たりの発
光量自体は電圧、コンデンサ容量を増加させることによ
って、光源の単位時間当たりの絶対発光量を増加させる
ことができる。しかし、その一方で、実用上、発光管内
の容量を増やす必要があり、結果的に発光部の大型化を
招く。したがって、単位時間当たりの絶対発光量を増加
させた線状光源で発生する光は反射鏡で集光するのが困
難となり、集光効率が低下するため、線状光源は集光用
途に適さず、例えば、カメラのフラッシュなど光を発散
させる照射装置に用いられることが多い状況であった。
源の単位時間当たりの絶対発光量を大きくする手段が考
えられる。例えば、発光部にキセノン管などの線状光源
を用いる場合を考えると、理論上、単位時間当たりの発
光量自体は電圧、コンデンサ容量を増加させることによ
って、光源の単位時間当たりの絶対発光量を増加させる
ことができる。しかし、その一方で、実用上、発光管内
の容量を増やす必要があり、結果的に発光部の大型化を
招く。したがって、単位時間当たりの絶対発光量を増加
させた線状光源で発生する光は反射鏡で集光するのが困
難となり、集光効率が低下するため、線状光源は集光用
途に適さず、例えば、カメラのフラッシュなど光を発散
させる照射装置に用いられることが多い状況であった。
【0005】ところが、現存する点光源と比較して、線
状光源の単位時間当たりの絶対発光量は明らかに大きく
することができるため、単位時間当たりの絶対光量が点
光源では不足する用途向けには、効率良く集光させるこ
とができないものの、単位時間当たりの絶対光量の大き
な線状光源を用いて、非効率的に線状光源から発せられ
る光の出力を上げていく必要性があった。そして、線状
光源を用いた照射装置としては、例えば、特開平5−3
13005号公報において、光軸に沿って配置された線
状光源と、その線状光源の周囲に曲率の異なる2つの回
転楕円面を結合させた曲面を反射面の形状とする反射鏡
とを備えた照射装置が提案されている。
状光源の単位時間当たりの絶対発光量は明らかに大きく
することができるため、単位時間当たりの絶対光量が点
光源では不足する用途向けには、効率良く集光させるこ
とができないものの、単位時間当たりの絶対光量の大き
な線状光源を用いて、非効率的に線状光源から発せられ
る光の出力を上げていく必要性があった。そして、線状
光源を用いた照射装置としては、例えば、特開平5−3
13005号公報において、光軸に沿って配置された線
状光源と、その線状光源の周囲に曲率の異なる2つの回
転楕円面を結合させた曲面を反射面の形状とする反射鏡
とを備えた照射装置が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た照射装置は、対象物に対して照射される光の均一化を
図ることはできるものの、線状光源で発生する光を効率
良く集光させることができないため、対象物に対して照
射される光の照度を効率良く増加させることができない
といった問題があった。
た照射装置は、対象物に対して照射される光の均一化を
図ることはできるものの、線状光源で発生する光を効率
良く集光させることができないため、対象物に対して照
射される光の照度を効率良く増加させることができない
といった問題があった。
【0007】そして、このような問題は、パターン投影
型画像入力装置に用いられる投影装置に限らず、対象物
に照射する光の強度を効率良く増加させることが望まれ
る場合一般に共通する問題となっている。
型画像入力装置に用いられる投影装置に限らず、対象物
に照射する光の強度を効率良く増加させることが望まれ
る場合一般に共通する問題となっている。
【0008】そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなさ
れたものであって、線状光源で発生する光を効率良く集
光させて、対象物に対して照射される光の強度を効率良
く増加させることができる照射装置を提供することを目
的とする。
れたものであって、線状光源で発生する光を効率良く集
光させて、対象物に対して照射される光の強度を効率良
く増加させることができる照射装置を提供することを目
的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項1の発明は、三次元形状測定装置におい
て、対象物に対して所定の光を投影するための投影装置
であって、長手方向が前記対象物に投影される光の光軸
に沿って配置される線状発光部と、前記線状発光部の周
囲に配置された凹面反射鏡とを備え、前記凹面反射鏡の
反射面の少なくとも一部が、前記光軸に対して平行に位
置ずれした軸を有する放物線を光軸回りに回転させた軌
跡によって形成される2重凹面のうち、外側の凹面によ
り形成されたことを特徴とする。
めに、請求項1の発明は、三次元形状測定装置におい
て、対象物に対して所定の光を投影するための投影装置
であって、長手方向が前記対象物に投影される光の光軸
に沿って配置される線状発光部と、前記線状発光部の周
囲に配置された凹面反射鏡とを備え、前記凹面反射鏡の
反射面の少なくとも一部が、前記光軸に対して平行に位
置ずれした軸を有する放物線を光軸回りに回転させた軌
跡によって形成される2重凹面のうち、外側の凹面によ
り形成されたことを特徴とする。
【0010】また、請求項2の発明は、対象物に対して
光を照射するための照射装置であって、長手方向が前記
対象物に照射される光の光軸に沿って配置される線状発
光部と、前記線状発光部の周囲に配置された凹面反射鏡
とを備え、前記凹面反射鏡の反射面の少なくとも一部
が、前記光軸に対して平行に位置ずれした軸を有する放
物線を光軸回りに回転させた軌跡によって形成される2
重凹面のうち、外側の凹面により形成されたことを特徴
とする。
光を照射するための照射装置であって、長手方向が前記
対象物に照射される光の光軸に沿って配置される線状発
光部と、前記線状発光部の周囲に配置された凹面反射鏡
とを備え、前記凹面反射鏡の反射面の少なくとも一部
が、前記光軸に対して平行に位置ずれした軸を有する放
物線を光軸回りに回転させた軌跡によって形成される2
重凹面のうち、外側の凹面により形成されたことを特徴
とする。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【0012】<パターン投影型画像入力装置1の概要>
図1は、本発明の実施形態に係るパターン投影型画像入
力装置1を示す模式的平面図である。図1に示すよう
に、パターン投影型画像入力装置1は、投影装置10と
撮影装置20とを備えている。なお、図1にはお互いに
直交するX,Y,Zの三軸を示しており、このうちX軸
は鉛直軸となっている。
図1は、本発明の実施形態に係るパターン投影型画像入
力装置1を示す模式的平面図である。図1に示すよう
に、パターン投影型画像入力装置1は、投影装置10と
撮影装置20とを備えている。なお、図1にはお互いに
直交するX,Y,Zの三軸を示しており、このうちX軸
は鉛直軸となっている。
【0013】まず、投影装置10について説明する。投
影装置10は対象物に対して所定のパターンを投影する
装置であり、ここでは、一例として、周期的な縞状パタ
ーンを投影させる。そして、投影装置10は、対象物に
投影させるための投影光を生成するための照射装置1
1、照射装置11から照射される光線を縞状パターンに
変換する縞状パターン生成部13、縞状パターン生成部
13において変換されて射出される縞状パターンの像を
対象物の表面上に結像させるための投影レンズ系14、
および、光源制御部15を備えて構成される。この投影
装置10はZ軸に対して周期的に変化する縞状パターン
を、投影装置10に対向して配置される対象物に対して
投影するものであり、縞状パターンを構成する各ライン
はX方向に平行なラインとなる。
影装置10は対象物に対して所定のパターンを投影する
装置であり、ここでは、一例として、周期的な縞状パタ
ーンを投影させる。そして、投影装置10は、対象物に
投影させるための投影光を生成するための照射装置1
1、照射装置11から照射される光線を縞状パターンに
変換する縞状パターン生成部13、縞状パターン生成部
13において変換されて射出される縞状パターンの像を
対象物の表面上に結像させるための投影レンズ系14、
および、光源制御部15を備えて構成される。この投影
装置10はZ軸に対して周期的に変化する縞状パターン
を、投影装置10に対向して配置される対象物に対して
投影するものであり、縞状パターンを構成する各ライン
はX方向に平行なラインとなる。
【0014】図2および図3は、照射装置11の斜視模
式図および断面模式図である。図2および図3に示すよ
うに、照射装置11は、主にキセノン管などの線状発光
領域11aを有する発光管(線状発光部)11Lと、凹
面反射鏡11Rとから構成される。そして、線状発光部
11Lは、長手方向が、照射装置11から縞状パターン
生成部13に照射されて、対象物に投影されるパターン
を形成する光の軸(光軸)LP(Y方向)に沿って配置
される。つまり、実質的には線状発光領域11aと光軸
LPとが重なり合う状態に設定される。また、凹面反射
鏡11Rは、線状発光部11Lの周囲に配置され、図3
に示すように、線状発光部11Lにおける線状発光領域
11aから光軸LPに対して垂直な方向に発せられた光
が凹面反射鏡11Rの内面側である反射面11RAにお
いて反射されて、光軸LP上の点O2付近に集光するよ
うに形成されている。また、ここでは、凹面反射鏡11
Rの開口11OPの形状は真円となるように設定されて
いる。この凹面反射鏡11Rの反射面11RAの形状に
ついては後で詳述する。
式図および断面模式図である。図2および図3に示すよ
うに、照射装置11は、主にキセノン管などの線状発光
領域11aを有する発光管(線状発光部)11Lと、凹
面反射鏡11Rとから構成される。そして、線状発光部
11Lは、長手方向が、照射装置11から縞状パターン
生成部13に照射されて、対象物に投影されるパターン
を形成する光の軸(光軸)LP(Y方向)に沿って配置
される。つまり、実質的には線状発光領域11aと光軸
LPとが重なり合う状態に設定される。また、凹面反射
鏡11Rは、線状発光部11Lの周囲に配置され、図3
に示すように、線状発光部11Lにおける線状発光領域
11aから光軸LPに対して垂直な方向に発せられた光
が凹面反射鏡11Rの内面側である反射面11RAにお
いて反射されて、光軸LP上の点O2付近に集光するよ
うに形成されている。また、ここでは、凹面反射鏡11
Rの開口11OPの形状は真円となるように設定されて
いる。この凹面反射鏡11Rの反射面11RAの形状に
ついては後で詳述する。
【0015】図1に戻って説明を続ける。
【0016】照射装置11の線状発光部11Lから発せ
られた光は反射面11RAによって反射されて、収束光
となって、縞状パターン生成部13へ集光され、縞状パ
ターン生成部13および投影レンズ系14を通って対象
物に照射される。
られた光は反射面11RAによって反射されて、収束光
となって、縞状パターン生成部13へ集光され、縞状パ
ターン生成部13および投影レンズ系14を通って対象
物に照射される。
【0017】縞状パターン生成部13は、照射装置11
から光軸LPの方向(Y方向)に沿って所定距離だけ離
隔して設置され、照射装置11の反射面11RAによっ
て縞状パターン生成部13へ集光された光をZ軸に沿っ
て周期的にブルー(B)、グリーン(G)、レッド
(R)の三つの色が繰り返し並べられた縞状パターンに
変換する。
から光軸LPの方向(Y方向)に沿って所定距離だけ離
隔して設置され、照射装置11の反射面11RAによっ
て縞状パターン生成部13へ集光された光をZ軸に沿っ
て周期的にブルー(B)、グリーン(G)、レッド
(R)の三つの色が繰り返し並べられた縞状パターンに
変換する。
【0018】図4は縞状パターン生成部13の斜視模式
図である。図4に示すように、縞状パターン生成部13
は、Z軸に沿って周期的にの3つの色にそれぞれ対応す
る有効透過帯域を持った領域R,G,Bが繰り返し並べ
られた縞状パターンを有するカラーフィルタ板33によ
って構成され、カラーフィルタ板33の板面は照射装置
11からの光の光軸LPに対してほぼ垂直な状態となる
ように設置することが好ましい。カラーフィルタ板33
の具体例としては、BGRの三色に対応するように顔料
を調合して透明ガラス板上に印刷することによって作製
されるものがある。
図である。図4に示すように、縞状パターン生成部13
は、Z軸に沿って周期的にの3つの色にそれぞれ対応す
る有効透過帯域を持った領域R,G,Bが繰り返し並べ
られた縞状パターンを有するカラーフィルタ板33によ
って構成され、カラーフィルタ板33の板面は照射装置
11からの光の光軸LPに対してほぼ垂直な状態となる
ように設置することが好ましい。カラーフィルタ板33
の具体例としては、BGRの三色に対応するように顔料
を調合して透明ガラス板上に印刷することによって作製
されるものがある。
【0019】投影レンズ系14は、縞状パターン生成部
13から光軸方向(Y方向)に沿って所定距離だけ離隔
して設置され、投影レンズ系14から対象物に対して射
出される光束の大きさなどを調節するための絞りなどを
備えている。
13から光軸方向(Y方向)に沿って所定距離だけ離隔
して設置され、投影レンズ系14から対象物に対して射
出される光束の大きさなどを調節するための絞りなどを
備えている。
【0020】照射装置11からカラーフィルタ板33に
到達する光のうち、カラーフィルタ板33の、透過領域
B,G,Rのそれぞれに入射した光は、実質的にB色、
G色、R色の成分だけがそれぞれの領域B,G,Rを透
過する。
到達する光のうち、カラーフィルタ板33の、透過領域
B,G,Rのそれぞれに入射した光は、実質的にB色、
G色、R色の成分だけがそれぞれの領域B,G,Rを透
過する。
【0021】この結果、照射装置11から放射される光
は、カラーフィルタ板33によってBGRのカラー光の
縞状パターンを有する光に変換され、対象物にはこの縞
状パターンが投影されることとなる。
は、カラーフィルタ板33によってBGRのカラー光の
縞状パターンを有する光に変換され、対象物にはこの縞
状パターンが投影されることとなる。
【0022】光源制御部15は、照射装置11に発光用
の電力供給を行うとともに、撮影装置20に対して撮影
タイミングを指示するように構成される。これにより、
撮影装置20では照射装置11の発光と同期して撮影動
作を行うことが可能となる。
の電力供給を行うとともに、撮影装置20に対して撮影
タイミングを指示するように構成される。これにより、
撮影装置20では照射装置11の発光と同期して撮影動
作を行うことが可能となる。
【0023】図5は、パターン投影型画像入力装置1の
使用例を示す図であり、ここでは、不透明な表面を持つ
対象物5の三次元形状を測定する。縞状パターンに変換
された光を投影光として投影装置10から射出し、対象
物5の表面に周期的な縞状パターンを投影させ、対象物
5に投影された縞状パターンの像を撮影装置20で撮影
する。ここでは、対象物5の表面には、カラーフィルタ
板33によって生成された縞状パターンが投影され、撮
影装置20は、BGRの3つのカラー光ごとにパターン
中の像を検出する撮像素子22を備え、対象物5に投影
された縞状パターンの像を撮影する。
使用例を示す図であり、ここでは、不透明な表面を持つ
対象物5の三次元形状を測定する。縞状パターンに変換
された光を投影光として投影装置10から射出し、対象
物5の表面に周期的な縞状パターンを投影させ、対象物
5に投影された縞状パターンの像を撮影装置20で撮影
する。ここでは、対象物5の表面には、カラーフィルタ
板33によって生成された縞状パターンが投影され、撮
影装置20は、BGRの3つのカラー光ごとにパターン
中の像を検出する撮像素子22を備え、対象物5に投影
された縞状パターンの像を撮影する。
【0024】次に、撮影装置20について説明する。撮
影装置20は、対象物に投影された縞状パターンの像を
撮影する装置であり、対象物に投影される縞状パターン
の空間的な歪みを良好に撮影することができるように、
Z軸方向に関して投影装置10から所定間隔だけ離隔し
て設置される。
影装置20は、対象物に投影された縞状パターンの像を
撮影する装置であり、対象物に投影される縞状パターン
の空間的な歪みを良好に撮影することができるように、
Z軸方向に関して投影装置10から所定間隔だけ離隔し
て設置される。
【0025】撮影装置20は、対象物に投影された縞状
パターンの像を撮像素子22に導く撮影レンズ21、C
CDエリアセンサ等で構成された撮像素子22、撮像素
子22から得られる1枚ずつの画像データを記憶するメ
モリ23、メモリ23に格納された画像データに基づい
て所定の演算を行うことにより、縞状パターンの歪みの
位置および量を求める演算部24、および、投影装置1
0の光源制御部15からの指示によって照射装置11の
発光と同期して撮像素子22を制御する撮影制御部25
を備えて構成される。
パターンの像を撮像素子22に導く撮影レンズ21、C
CDエリアセンサ等で構成された撮像素子22、撮像素
子22から得られる1枚ずつの画像データを記憶するメ
モリ23、メモリ23に格納された画像データに基づい
て所定の演算を行うことにより、縞状パターンの歪みの
位置および量を求める演算部24、および、投影装置1
0の光源制御部15からの指示によって照射装置11の
発光と同期して撮像素子22を制御する撮影制御部25
を備えて構成される。
【0026】また、図示を省略しているが、演算部24
によって求められる、対象物に投影された縞状パターン
の歪みの位置および量は、撮影装置20に接続される外
部装置(コンピュータなど)に対して出力されるように
構成され、外部装置において縞状パターンの歪みの位置
および量を三角測量の原理に基づいて解析することによ
り対象物の三次元形状を導出することが可能である。
によって求められる、対象物に投影された縞状パターン
の歪みの位置および量は、撮影装置20に接続される外
部装置(コンピュータなど)に対して出力されるように
構成され、外部装置において縞状パターンの歪みの位置
および量を三角測量の原理に基づいて解析することによ
り対象物の三次元形状を導出することが可能である。
【0027】<反射面11RAの形状について>次に、
凹面反射鏡11Rの反射面11RAの形状について説明
する。
凹面反射鏡11Rの反射面11RAの形状について説明
する。
【0028】図6から図9は、反射面11RAの形状に
ついて説明する図である。なお、図6から図9において
も、方位関係を明確とするために、図1などと対応する
ように、お互いに直交するX,Y,Zの三軸を示してい
る。
ついて説明する図である。なお、図6から図9において
も、方位関係を明確とするために、図1などと対応する
ように、お互いに直交するX,Y,Zの三軸を示してい
る。
【0029】まず、図6に示すように、Y軸を軸とし
て、原点Oを頂点とする放物線L1を設定する。
て、原点Oを頂点とする放物線L1を設定する。
【0030】次に、図7に示すように、Y軸に対して平
行な直線をY軸からZ方向にずらした軸6Cを設定す
る。そして、軸6Cを中心として放物線L1を軸6Cの
まわりに回転させると、放物線L1の描く軌跡が2つの
凹面が結合したような2重凹面を形成する。
行な直線をY軸からZ方向にずらした軸6Cを設定す
る。そして、軸6Cを中心として放物線L1を軸6Cの
まわりに回転させると、放物線L1の描く軌跡が2つの
凹面が結合したような2重凹面を形成する。
【0031】図8は、2重凹面がYZ平面と交差する部
分について示している。軸6Cを中心として放物線L1
を軸6Cのまわりに回転させると、図8に示すように、
放物線L1を軸6Cで分割した分割放物線L1a(太
線),L1b(太鎖線)をそれぞれ軸6Cを中心として
軸6Cのまわりに回転させたこととなる。そして、分割
放物線L1a,L1bをそれぞれ軸6Cを中心として軸
6Cのまわりに回転して描かれる軌跡がYZ平面と交差
する部分は、分割放物線L2a(細線),L2b(細鎖
線)からなる放物線L2、および放物線L1となり、放
物線L2は軸6Cを基準として放物線L1と対象な放物
線となる。なお、分割放物線L2a,L2bは放物線L
2を軸6Cで分割したものとなっている。
分について示している。軸6Cを中心として放物線L1
を軸6Cのまわりに回転させると、図8に示すように、
放物線L1を軸6Cで分割した分割放物線L1a(太
線),L1b(太鎖線)をそれぞれ軸6Cを中心として
軸6Cのまわりに回転させたこととなる。そして、分割
放物線L1a,L1bをそれぞれ軸6Cを中心として軸
6Cのまわりに回転して描かれる軌跡がYZ平面と交差
する部分は、分割放物線L2a(細線),L2b(細鎖
線)からなる放物線L2、および放物線L1となり、放
物線L2は軸6Cを基準として放物線L1と対象な放物
線となる。なお、分割放物線L2a,L2bは放物線L
2を軸6Cで分割したものとなっている。
【0032】したがって、放物線L1を軸6Cを中心と
して軸6Cのまわりに回転させて形成される軌跡は、分
割放物線L1a,L2aによって形成される曲線を軸6
Cを中心として軸6Cのまわりに回転させた際に形成さ
れる凹面と、分割放物線L1b,L2bによって形成さ
れる曲線を軸6Cを中心として軸6Cのまわりに回転さ
せた際に形成される凹面とが結合した2重凹面を形成す
る。
して軸6Cのまわりに回転させて形成される軌跡は、分
割放物線L1a,L2aによって形成される曲線を軸6
Cを中心として軸6Cのまわりに回転させた際に形成さ
れる凹面と、分割放物線L1b,L2bによって形成さ
れる曲線を軸6Cを中心として軸6Cのまわりに回転さ
せた際に形成される凹面とが結合した2重凹面を形成す
る。
【0033】次に、上述した2重凹面を形成する2つの
凹面のうち、外側の凹面、つまりは、分割放物線L1
a,L2aを含む凹面から、その一部の面を反射面11
RAの形状に適用すべく「軸ずれ回転放物面」として選
出する。
凹面のうち、外側の凹面、つまりは、分割放物線L1
a,L2aを含む凹面から、その一部の面を反射面11
RAの形状に適用すべく「軸ずれ回転放物面」として選
出する。
【0034】図9は、軸ずれ回転放物面とYZ平面とが
交差する部分を示している。図9に示すように、軸ずれ
回転放物面とYZ平面とが交差する部分は、図8におい
て示した分割放物線L1a,L2aの一部にあたる部分
放物線L1A,L2Aとなる。なお、図9では、YZ平
面と交差する部分しか示していないが、軸ずれ回転放物
面は、部分放物線L1A,L2Aを軸6Cを中心として
軸6Cのまわりに回転させた軌跡によって形成された形
状となっている。
交差する部分を示している。図9に示すように、軸ずれ
回転放物面とYZ平面とが交差する部分は、図8におい
て示した分割放物線L1a,L2aの一部にあたる部分
放物線L1A,L2Aとなる。なお、図9では、YZ平
面と交差する部分しか示していないが、軸ずれ回転放物
面は、部分放物線L1A,L2Aを軸6Cを中心として
軸6Cのまわりに回転させた軌跡によって形成された形
状となっている。
【0035】そして、最終的に、反射面11RAの形状
に適用すべく設定された「軸ずれ回転放物面」を、図3
に示す反射面11RAの形状に適用する際には、上述し
た軸ずれ回転放物面を設定する際に用いた軸6Cが照射
装置11の光軸LPとなるようにして、反射面11RA
の形状が設定される。
に適用すべく設定された「軸ずれ回転放物面」を、図3
に示す反射面11RAの形状に適用する際には、上述し
た軸ずれ回転放物面を設定する際に用いた軸6Cが照射
装置11の光軸LPとなるようにして、反射面11RA
の形状が設定される。
【0036】つまり、ここでは、照射装置11の凹面反
射鏡11Rの反射面11RAが、光軸LPに対して平行
に位置ずれした軸を有する放物線L1を光軸LP回りに
回転させた軌跡によって形成される2重凹面のうち、外
側の凹面の一部である軸ずれ回転放物面によって形成さ
れたこととなる。
射鏡11Rの反射面11RAが、光軸LPに対して平行
に位置ずれした軸を有する放物線L1を光軸LP回りに
回転させた軌跡によって形成される2重凹面のうち、外
側の凹面の一部である軸ずれ回転放物面によって形成さ
れたこととなる。
【0037】<投影装置の出力比較>次に、本実施形態
における照射装置11および従来の照射装置をパターン
投影型画像入力装置に適用した場合に、投影レンズ系1
4から射出される光の単位時間当たりの光量を比較す
る。図10は、回転楕円面を反射面の形状とした照射装
置11Bを示す図であり、図3に示す凹面反射鏡11R
を、回転楕円面を反射面の形状とした凹面反射鏡18R
に入れ替えたものとなっている。なお、ここでは、図3
と同様な部分については同様な符号を付しており、説明
を省略する。
における照射装置11および従来の照射装置をパターン
投影型画像入力装置に適用した場合に、投影レンズ系1
4から射出される光の単位時間当たりの光量を比較す
る。図10は、回転楕円面を反射面の形状とした照射装
置11Bを示す図であり、図3に示す凹面反射鏡11R
を、回転楕円面を反射面の形状とした凹面反射鏡18R
に入れ替えたものとなっている。なお、ここでは、図3
と同様な部分については同様な符号を付しており、説明
を省略する。
【0038】図10に示す照射装置11Bでは、反射面
18RAの形状は回転楕円面であり、線状発光部11L
の線状発光領域11aのY方向の中点O3が反射面18
RAの一方の焦点となるようにし、光軸LP上の点O2
に他方の焦点を持つように構成される。また、ここで
は、凹面反射鏡18Rの開口18OPの形状および大き
さは、凹面反射鏡11Rのものと同様となっている。
18RAの形状は回転楕円面であり、線状発光部11L
の線状発光領域11aのY方向の中点O3が反射面18
RAの一方の焦点となるようにし、光軸LP上の点O2
に他方の焦点を持つように構成される。また、ここで
は、凹面反射鏡18Rの開口18OPの形状および大き
さは、凹面反射鏡11Rのものと同様となっている。
【0039】図11は、軸ずれ回転放物面と回転楕円面
とが結合した面を反射面の形状とした照射装置11Cを
示す図であり、図3に示す凹面反射鏡11Rを、軸ずれ
回転放物面と回転楕円面とが結合した面を反射面の形状
とした凹面反射鏡19Rに入れ替えたものとなってい
る。つまり、照射装置11Cは、図3に示す照射装置1
1と、図10に示した照射装置11Bとの中間にあたる
ものである。なお、ここでも、図3と同様な部分につい
ては同様な符号を付しており、説明を省略する。
とが結合した面を反射面の形状とした照射装置11Cを
示す図であり、図3に示す凹面反射鏡11Rを、軸ずれ
回転放物面と回転楕円面とが結合した面を反射面の形状
とした凹面反射鏡19Rに入れ替えたものとなってい
る。つまり、照射装置11Cは、図3に示す照射装置1
1と、図10に示した照射装置11Bとの中間にあたる
ものである。なお、ここでも、図3と同様な部分につい
ては同様な符号を付しており、説明を省略する。
【0040】図11に示す照射装置11Cでは、凹面反
射鏡19Rの反射面19RAのうち、線状発光領域11
aのY方向の+Y側から半分の区間19xおよび区間1
9xの+Y側が図3に示す反射面11RAの形状である
軸ずれ回転放物面と同様な曲面から構成され、線状発光
領域11aのY方向の−Y側から半分の区間19yおよ
び区間19yの−Y側が回転楕円面から構成される。つ
まり、反射面19RAのうちの区間19xについては、
図3に示す反射面11RAと同様に、線状発光領域11
aから光軸LPに対して垂直な方向に発せられた光が反
射面19RAにおいて反射されて、光軸LP上の点O2
付近に集光するように形成される。また、反射面19R
Aのうちの区間19yについては、線状発光領域11a
の区間19yの中点O4が反射面19RAの一方の焦点
となるようにし、光軸LP上の点O2に他方の焦点を持
つように構成される。また、ここでは、凹面反射鏡19
Rの開口19OPの形状および大きさは、凹面反射鏡1
1R,18Rのものと同様となっている。
射鏡19Rの反射面19RAのうち、線状発光領域11
aのY方向の+Y側から半分の区間19xおよび区間1
9xの+Y側が図3に示す反射面11RAの形状である
軸ずれ回転放物面と同様な曲面から構成され、線状発光
領域11aのY方向の−Y側から半分の区間19yおよ
び区間19yの−Y側が回転楕円面から構成される。つ
まり、反射面19RAのうちの区間19xについては、
図3に示す反射面11RAと同様に、線状発光領域11
aから光軸LPに対して垂直な方向に発せられた光が反
射面19RAにおいて反射されて、光軸LP上の点O2
付近に集光するように形成される。また、反射面19R
Aのうちの区間19yについては、線状発光領域11a
の区間19yの中点O4が反射面19RAの一方の焦点
となるようにし、光軸LP上の点O2に他方の焦点を持
つように構成される。また、ここでは、凹面反射鏡19
Rの開口19OPの形状および大きさは、凹面反射鏡1
1R,18Rのものと同様となっている。
【0041】そして、図3に示す凹面反射鏡11R(反
射面形状:軸ずれ回転放物面)、図10に示す凹面反射
鏡18R(反射面形状:回転楕円面+軸ずれ回転放物
面)、図11に示す凹面反射鏡19R(反射面形状:回
転楕円面)をそれぞれ有する照射装置11,11B,1
1Cを、図1に示すようなパターン投影型画像入力装置
1に組み込み、投影レンズ系14から射出される光の単
位時間当たりの光量について、シミュレーションにおい
て得られる結果の一例を表1に示している。なお、ここ
では、光軸LP上の点O2は、すべての反射面11R
A,18RA,19RAを設定する際に共通する点とな
っており、凹面反射鏡11R,18R,19R以外の条
件は、すべて一定条件としている。また、表1では、凹
面反射鏡18Rを用いたときに得られる単位時間当たり
の光量を基準の100として示している。
射面形状:軸ずれ回転放物面)、図10に示す凹面反射
鏡18R(反射面形状:回転楕円面+軸ずれ回転放物
面)、図11に示す凹面反射鏡19R(反射面形状:回
転楕円面)をそれぞれ有する照射装置11,11B,1
1Cを、図1に示すようなパターン投影型画像入力装置
1に組み込み、投影レンズ系14から射出される光の単
位時間当たりの光量について、シミュレーションにおい
て得られる結果の一例を表1に示している。なお、ここ
では、光軸LP上の点O2は、すべての反射面11R
A,18RA,19RAを設定する際に共通する点とな
っており、凹面反射鏡11R,18R,19R以外の条
件は、すべて一定条件としている。また、表1では、凹
面反射鏡18Rを用いたときに得られる単位時間当たり
の光量を基準の100として示している。
【0042】
【表1】
【0043】ここでは、表1に示すように、回転楕円面
を反射面の形状とした従来の凹面反射鏡18Rを用いた
場合を基準に比較すると、回転楕円面と軸ずれ回転放物
面とが結合した曲面を反射面の形状とした凹面反射鏡1
9Rを用いた場合の方が1.31倍の単位時間当たりの
光量を得ることができ、さらに、軸ずれ回転放物面を反
射面の形状とした凹面反射鏡11Rを用いた場合の方が
1.34倍の単位時間当たりの光量を得ることができ
る。つまり、回転楕円面を反射面18RAの形状とした
従来の凹面反射鏡18Rを用いた場合よりも、軸ずれ回
転放物面を反射面のすべてまたは一部に用いた凹面反射
鏡11R,19Rを用いた場合の方が線状発光部11L
から射出される光を効率良く集光させて、対象物に対し
て照射される光の強度を効率良く増加させることができ
る。
を反射面の形状とした従来の凹面反射鏡18Rを用いた
場合を基準に比較すると、回転楕円面と軸ずれ回転放物
面とが結合した曲面を反射面の形状とした凹面反射鏡1
9Rを用いた場合の方が1.31倍の単位時間当たりの
光量を得ることができ、さらに、軸ずれ回転放物面を反
射面の形状とした凹面反射鏡11Rを用いた場合の方が
1.34倍の単位時間当たりの光量を得ることができ
る。つまり、回転楕円面を反射面18RAの形状とした
従来の凹面反射鏡18Rを用いた場合よりも、軸ずれ回
転放物面を反射面のすべてまたは一部に用いた凹面反射
鏡11R,19Rを用いた場合の方が線状発光部11L
から射出される光を効率良く集光させて、対象物に対し
て照射される光の強度を効率良く増加させることができ
る。
【0044】また、表1に示すように、反射面を占める
軸ずれ回転放物面の割合の増加に伴って、測定される単
位時間当たりの光量が高くなる。つまり、凹面反射鏡の
反射面を占める軸ずれ回転放物面の割合が高い方が、線
状発光部11Lから射出される光を効率良く集光させ
て、対象物に対して照射される光の強度を効率良く増加
させるためには好ましい。
軸ずれ回転放物面の割合の増加に伴って、測定される単
位時間当たりの光量が高くなる。つまり、凹面反射鏡の
反射面を占める軸ずれ回転放物面の割合が高い方が、線
状発光部11Lから射出される光を効率良く集光させ
て、対象物に対して照射される光の強度を効率良く増加
させるためには好ましい。
【0045】したがって、凹面反射鏡の反射面の全部ま
たは一部を軸ずれ放物面によって形成することによっ
て、対象物に投影される光の強度を効率良く増加させる
ことができるため、撮影装置20において撮影される画
像は特に明るくなり、画像から縞状パターンの歪みを検
出する際のS/N比(縞状パターンに対応する画像信号
/ノイズ比)が大きく増加して三次元形状の解析精度が
特に高くなる。つまり、光の利用効率が高くなり、遠方
などの対象物の三次元形状を高精度に測定することがで
きる。
たは一部を軸ずれ放物面によって形成することによっ
て、対象物に投影される光の強度を効率良く増加させる
ことができるため、撮影装置20において撮影される画
像は特に明るくなり、画像から縞状パターンの歪みを検
出する際のS/N比(縞状パターンに対応する画像信号
/ノイズ比)が大きく増加して三次元形状の解析精度が
特に高くなる。つまり、光の利用効率が高くなり、遠方
などの対象物の三次元形状を高精度に測定することがで
きる。
【0046】以上のように、本実施形態においては、投
影装置に用いられる照射装置において、線状発光部の長
手方向を対象物に照射される光の光軸に沿って配置し、
また、線状発光部の周囲に、反射面の少なくとも一部が
光軸に対して平行に位置ずれした軸を有する放物線を光
軸回りに回転させた軌跡によって形成される2重凹面の
うち、外側の凹面によって形成される凹面反射鏡を配置
することによって、線状発光部で発生する光を効率良く
集光させて、対象物に対して投影される光の強度を効率
良く増加させることができるため、三次元測定装置にお
いて、パターンの像を感度良く検出して、対象物の三次
元形状を高精度に測定することができる。
影装置に用いられる照射装置において、線状発光部の長
手方向を対象物に照射される光の光軸に沿って配置し、
また、線状発光部の周囲に、反射面の少なくとも一部が
光軸に対して平行に位置ずれした軸を有する放物線を光
軸回りに回転させた軌跡によって形成される2重凹面の
うち、外側の凹面によって形成される凹面反射鏡を配置
することによって、線状発光部で発生する光を効率良く
集光させて、対象物に対して投影される光の強度を効率
良く増加させることができるため、三次元測定装置にお
いて、パターンの像を感度良く検出して、対象物の三次
元形状を高精度に測定することができる。
【0047】<変形例>以上、この発明の実施形態につ
いて説明したが、この発明は上記に説明した内容のもの
に限定されるものではない。
いて説明したが、この発明は上記に説明した内容のもの
に限定されるものではない。
【0048】◎例えば、上述した実施形態においては、
三次元形状測定装置の一例として、縞状パターンを対象
物に照射させるパターン投影型画像入力装置を例にとっ
て説明したが、これに限られるものではなく、対象物に
投影した光像を検出することにより対象物の三次元形状
を測定するような三次元形状測定装置であれば良い。
三次元形状測定装置の一例として、縞状パターンを対象
物に照射させるパターン投影型画像入力装置を例にとっ
て説明したが、これに限られるものではなく、対象物に
投影した光像を検出することにより対象物の三次元形状
を測定するような三次元形状測定装置であれば良い。
【0049】◎また、上述した実施形態においては、線
状発光領域11aから光軸LPに対して垂直に射出され
る光を反射する反射面の全体が軸ずれ回転放物面からな
る凹面反射鏡11R、および、反射面の約半分が軸ずれ
回転放物面からなり、残りの約半分が回転楕円面からな
る凹面反射鏡19Rを例示して説明したが、これに限ら
れるものではなく、反射面の少なくとも一部が軸ずれ回
転放物面からなる凹面反射鏡であれは良い。
状発光領域11aから光軸LPに対して垂直に射出され
る光を反射する反射面の全体が軸ずれ回転放物面からな
る凹面反射鏡11R、および、反射面の約半分が軸ずれ
回転放物面からなり、残りの約半分が回転楕円面からな
る凹面反射鏡19Rを例示して説明したが、これに限ら
れるものではなく、反射面の少なくとも一部が軸ずれ回
転放物面からなる凹面反射鏡であれは良い。
【0050】◎また、上述した実施形態においては、反
射面の少なくとも一部が軸ずれ回転放物面からなる凹面
反射鏡として、Y方向のある区間については、光軸LP
を中心として全周にわたって軸ずれ回転放物面となるよ
うな反射面を例示して説明したが、これに限られるもの
ではなく、軸ずれ回転放物面をY方向のある区間につい
て光軸LPを中心とした全周ではなく、全周のうちの一
部に軸ずれ回転放物面を含むような反射面からなる凹面
反射鏡であっても良い。
射面の少なくとも一部が軸ずれ回転放物面からなる凹面
反射鏡として、Y方向のある区間については、光軸LP
を中心として全周にわたって軸ずれ回転放物面となるよ
うな反射面を例示して説明したが、これに限られるもの
ではなく、軸ずれ回転放物面をY方向のある区間につい
て光軸LPを中心とした全周ではなく、全周のうちの一
部に軸ずれ回転放物面を含むような反射面からなる凹面
反射鏡であっても良い。
【0051】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
よれば、線状発光部の長手方向を対象物に照射される光
の光軸に沿って配置し、また、線状発光部の周囲に、反
射面の少なくとも一部が光軸に対して平行に位置ずれし
た軸を有する放物線を光軸回りに回転させた軌跡によっ
て形成される2重凹面のうち、外側の凹面によって形成
される凹面反射鏡を配置することによって、線状発光部
で発生する光を効率良く集光させて、対象物に対して投
影される光の強度を効率良く増加させることができるた
め、三次元形状測定装置において、対象物に投影される
光像を感度良く検出して、対象物の三次元形状を高精度
に測定することができる。
よれば、線状発光部の長手方向を対象物に照射される光
の光軸に沿って配置し、また、線状発光部の周囲に、反
射面の少なくとも一部が光軸に対して平行に位置ずれし
た軸を有する放物線を光軸回りに回転させた軌跡によっ
て形成される2重凹面のうち、外側の凹面によって形成
される凹面反射鏡を配置することによって、線状発光部
で発生する光を効率良く集光させて、対象物に対して投
影される光の強度を効率良く増加させることができるた
め、三次元形状測定装置において、対象物に投影される
光像を感度良く検出して、対象物の三次元形状を高精度
に測定することができる。
【0052】また、請求項2の発明によれば、線状発光
部の長手方向を対象物に照射される光の光軸に沿って配
置し、また、線状発光部の周囲に、反射面の少なくとも
一部が光軸に対して平行に位置ずれした軸を有する放物
線を光軸回りに回転させた軌跡によって形成される2重
凹面のうち、外側の凹面によって形成される凹面反射鏡
を配置することによって、線状発光部で発生する光を効
率良く集光させて、対象物に対して照射される光の強度
を効率良く増加させることができる。
部の長手方向を対象物に照射される光の光軸に沿って配
置し、また、線状発光部の周囲に、反射面の少なくとも
一部が光軸に対して平行に位置ずれした軸を有する放物
線を光軸回りに回転させた軌跡によって形成される2重
凹面のうち、外側の凹面によって形成される凹面反射鏡
を配置することによって、線状発光部で発生する光を効
率良く集光させて、対象物に対して照射される光の強度
を効率良く増加させることができる。
【図1】本発明に係るパターン投影型画像入力装置を示
す模式的平面図である。
す模式的平面図である。
【図2】照射装置の斜視模式図である。
【図3】照射装置の断面模式図である。
【図4】縞状パターン生成部の斜視模式図である。
【図5】パターン投影型画像入力装置の使用例を示す図
である。
である。
【図6】反射面の形状について説明する図である。
【図7】反射面の形状について説明する図である。
【図8】反射面の形状について説明する図である。
【図9】反射面の形状について説明する図である。
【図10】回転楕円面を反射面の形状とした照射装置を
示す図である。
示す図である。
【図11】軸ずれ回転放物面と回転楕円面とが結合した
面を反射面の形状とした照射装置を示す図である。
面を反射面の形状とした照射装置を示す図である。
1 パターン投影型画像入力装置
5 対象物
10 投影装置
11 照射装置
11a 線状発光領域
11L 線状発光部
11R,18R,19R, 凹面反射鏡
11RA,18RA,19RA 反射面
L1 放物線
LP 光軸
フロントページの続き
Fターム(参考) 2F065 AA04 AA53 FF09 GG03 GG16
HH06 HH07 JJ03 JJ26 LL19
LL22 QQ24
2G051 AA90 AB20 BA08 BA20 BB11
BB15 CA03 CA04 CB01 EA14
2H052 BA02 BA03 BA09 BA11
Claims (2)
- 【請求項1】 三次元形状測定装置において、対象物に
対して所定の光を投影するための投影装置であって、 長手方向が前記対象物に投影される光の光軸に沿って配
置される線状発光部と、 前記線状発光部の周囲に配置された凹面反射鏡と、を備
え、 前記凹面反射鏡の反射面の少なくとも一部が、 前記光軸に対して平行に位置ずれした軸を有する放物線
を光軸回りに回転させた軌跡によって形成される2重凹
面のうち、外側の凹面により形成されたことを特徴とす
る投影装置。 - 【請求項2】 対象物に対して光を照射するための照射
装置であって、 長手方向が前記対象物に照射される光の光軸に沿って配
置される線状発光部と、 前記線状発光部の周囲に配置された凹面反射鏡と、を備
え、 前記凹面反射鏡の反射面の少なくとも一部が、 前記光軸に対して平行に位置ずれした軸を有する放物線
を光軸回りに回転させた軌跡によって形成される2重凹
面のうち、外側の凹面により形成されたことを特徴とす
る照射装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002087807A JP2003279314A (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 投影装置、および照射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002087807A JP2003279314A (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 投影装置、および照射装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003279314A true JP2003279314A (ja) | 2003-10-02 |
Family
ID=29233865
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002087807A Pending JP2003279314A (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 投影装置、および照射装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003279314A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102081223A (zh) * | 2010-10-13 | 2011-06-01 | 徐诵舜 | 太阳能光伏l型聚光器 |
WO2011064969A1 (ja) * | 2009-11-30 | 2011-06-03 | 株式会社ニコン | 検査装置、三次元形状測定装置、構造物の製造方法 |
JP2015531982A (ja) * | 2012-09-18 | 2015-11-05 | ウェヴィエン, インコーポレイテッド.Wavien, Inc. | 光再利用のために二重反射を利用する放物面反射鏡を有するランプシステム |
-
2002
- 2002-03-27 JP JP2002087807A patent/JP2003279314A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011064969A1 (ja) * | 2009-11-30 | 2011-06-03 | 株式会社ニコン | 検査装置、三次元形状測定装置、構造物の製造方法 |
CN102822666A (zh) * | 2009-11-30 | 2012-12-12 | 株式会社尼康 | 检查装置、三维形状测定装置、构造物的制造方法 |
JPWO2011064969A1 (ja) * | 2009-11-30 | 2013-04-11 | 株式会社ニコン | 検査装置、三次元形状測定装置、構造物の製造方法 |
US8514389B2 (en) | 2009-11-30 | 2013-08-20 | Nikon Corporation | Inspecting apparatus, three-dimensional profile measuring apparatus, and manufacturing method of structure |
CN102081223A (zh) * | 2010-10-13 | 2011-06-01 | 徐诵舜 | 太阳能光伏l型聚光器 |
JP2015531982A (ja) * | 2012-09-18 | 2015-11-05 | ウェヴィエン, インコーポレイテッド.Wavien, Inc. | 光再利用のために二重反射を利用する放物面反射鏡を有するランプシステム |
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Legal Events
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