JPH09257436A - パターン投影装置 - Google Patents
パターン投影装置Info
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- JPH09257436A JPH09257436A JP8065913A JP6591396A JPH09257436A JP H09257436 A JPH09257436 A JP H09257436A JP 8065913 A JP8065913 A JP 8065913A JP 6591396 A JP6591396 A JP 6591396A JP H09257436 A JPH09257436 A JP H09257436A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 異物の結像が形状計測に与える悪影響を大幅
に軽減するとともに画像の明るさムラを大幅に改善し、
精度の高い形状計測を行うことのできる形状計測用のパ
ターン投影装置を提供する。 【解決手段】 表面が平坦な2枚の板状透明物体を、そ
れぞれの透明物体の外側の面が投影パターンの印刷面か
ら十分離れるように投影パターンが印刷された投影フィ
ルムのフィルム面を挟んで相対して配置し、両透明物体
と投影フィルムの間は清浄に密閉するとともに、両透明
物体よりも光源に近い位置に所定の透過率分布をもつ透
過率分布フィルターを配置する。
に軽減するとともに画像の明るさムラを大幅に改善し、
精度の高い形状計測を行うことのできる形状計測用のパ
ターン投影装置を提供する。 【解決手段】 表面が平坦な2枚の板状透明物体を、そ
れぞれの透明物体の外側の面が投影パターンの印刷面か
ら十分離れるように投影パターンが印刷された投影フィ
ルムのフィルム面を挟んで相対して配置し、両透明物体
と投影フィルムの間は清浄に密閉するとともに、両透明
物体よりも光源に近い位置に所定の透過率分布をもつ透
過率分布フィルターを配置する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は物体表面にパターン
を投影し投影されたパターンを投影方向と異なる方向か
ら撮像し、得られた画像を処理することによって物体の
3次元的な形状を計測する形状計測装置に関する。
を投影し投影されたパターンを投影方向と異なる方向か
ら撮像し、得られた画像を処理することによって物体の
3次元的な形状を計測する形状計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】物体表面にパターンを投影し投影された
パターンを投影方向と異なる方向から撮像し、得られた
画像を処理してパターンの変形量から物体の3次元的な
形状を求める形状計測原理は公知であり、処理の高速化
や精度の向上を目的とした工夫が数多くなされている。
本出願人も先に縞パターンを用いた形状計測装置につい
て提案した(特開平07−63527号公報)。この出
願に関わる装置の構成を図6に示す。図6において、縞
の次数を判別可能なように特徴づけられた縞パターンが
パターン投影装置12により計測物体11に投影され、
テレビカメラ13により撮像され図6(a)に示す計測
物体の縞画像が得られる。この計測物体の縞画像と予め
画像メモリー14に記録されていた図6(b)に示す参
照平面(図示せず)の縞画像とは、信号処理装置15に
より同一走査線、同一次数の縞同士で走査線方向の位置
が比較され、計測物体11の3次元形状が算出される。
パターンを投影方向と異なる方向から撮像し、得られた
画像を処理してパターンの変形量から物体の3次元的な
形状を求める形状計測原理は公知であり、処理の高速化
や精度の向上を目的とした工夫が数多くなされている。
本出願人も先に縞パターンを用いた形状計測装置につい
て提案した(特開平07−63527号公報)。この出
願に関わる装置の構成を図6に示す。図6において、縞
の次数を判別可能なように特徴づけられた縞パターンが
パターン投影装置12により計測物体11に投影され、
テレビカメラ13により撮像され図6(a)に示す計測
物体の縞画像が得られる。この計測物体の縞画像と予め
画像メモリー14に記録されていた図6(b)に示す参
照平面(図示せず)の縞画像とは、信号処理装置15に
より同一走査線、同一次数の縞同士で走査線方向の位置
が比較され、計測物体11の3次元形状が算出される。
【0003】この装置構成において、パターン投影装置
12は具体的には図7に示すように、スライドプロジェ
クターと同一構造のものである。図7において、2はコ
ンデンサーレンズで光源ランプ1から出た光を効率的に
集光し投影フィルム3に入射させる働きをする。投影フ
ィルム3上に印刷されている投影パターンは、コンデン
サーレンズ2を通った光により照射され、結像レンズ7
により計測物体11上に結像する。このようにして計測
物体11上にパターンが投影される。
12は具体的には図7に示すように、スライドプロジェ
クターと同一構造のものである。図7において、2はコ
ンデンサーレンズで光源ランプ1から出た光を効率的に
集光し投影フィルム3に入射させる働きをする。投影フ
ィルム3上に印刷されている投影パターンは、コンデン
サーレンズ2を通った光により照射され、結像レンズ7
により計測物体11上に結像する。このようにして計測
物体11上にパターンが投影される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図7に示したパターン
投影装置を用いてパターンを計測物体に投影し形状計測
を行う場合、以下に述べるような問題があった。まず第
1の問題は、投影フィルムにゴミ等の異物が付着した場
合、この異物が物体上に投影結像され、計測に悪影響を
与えるという問題である。特開平07−63527号公
報の装置の場合を例に以下に図8を用いて具体的に説明
する。
投影装置を用いてパターンを計測物体に投影し形状計測
を行う場合、以下に述べるような問題があった。まず第
1の問題は、投影フィルムにゴミ等の異物が付着した場
合、この異物が物体上に投影結像され、計測に悪影響を
与えるという問題である。特開平07−63527号公
報の装置の場合を例に以下に図8を用いて具体的に説明
する。
【0005】図8(a)は異物の付着がない場合の計測
物体の縞画像である。投影フィルムに異物が付着した場
合、異物の部分は光が遮られ暗くなって結像し縞画像は
図8(b)のようになる。白い縞に黒くはみ出している
部分が異物の像である。縞の走査線方向の位置は白縞
(明部)の中央位置、黒縞(暗部)の中央位置、あるい
は明暗の境界位置のいずれかで求めるのが普通であり、
以下明暗境界位置で求める場合を例に説明する。縞の位
置を白縞或いは黒縞の中央位置として求める場合でも全
く同様である。異物の付着がない正常な場合に走査線p
上の明暗境界P点は異物の付着があるとP′点として計
測されるので、この場合は縞の位置を誤って計測し形状
計測精度が低下することになる。次に、走査線q上にあ
り正常ならばQ点として計測されるはずの明暗境界は、
異物の付着により図6(b)では該当する明暗境界とし
て見つけることができず、この場合は計測エラーを生じ
ることになる。このように投影フィルムに付着した異物
の像は計測誤差や計測エラーを引き起こしてしまう。
物体の縞画像である。投影フィルムに異物が付着した場
合、異物の部分は光が遮られ暗くなって結像し縞画像は
図8(b)のようになる。白い縞に黒くはみ出している
部分が異物の像である。縞の走査線方向の位置は白縞
(明部)の中央位置、黒縞(暗部)の中央位置、あるい
は明暗の境界位置のいずれかで求めるのが普通であり、
以下明暗境界位置で求める場合を例に説明する。縞の位
置を白縞或いは黒縞の中央位置として求める場合でも全
く同様である。異物の付着がない正常な場合に走査線p
上の明暗境界P点は異物の付着があるとP′点として計
測されるので、この場合は縞の位置を誤って計測し形状
計測精度が低下することになる。次に、走査線q上にあ
り正常ならばQ点として計測されるはずの明暗境界は、
異物の付着により図6(b)では該当する明暗境界とし
て見つけることができず、この場合は計測エラーを生じ
ることになる。このように投影フィルムに付着した異物
の像は計測誤差や計測エラーを引き起こしてしまう。
【0006】第2の問題は、撮像された画像の明るさに
かなり大きなムラがあるという問題である。即ち、図9
に示すように撮像された縞画像は、画面内の位置により
明部でも明るさには大きな違いがある。これは、投影光
の強度分布,テレビカメラの撮像感度分布、さらに物体
表面に対する投影角度と撮像角度の関係や物体表面の反
射特性などの組合せとして生じるものである。明るさム
ラが大きいと、二値化を行う場合には閾値の決定が難し
い、明るい部分では飽和が起き精度が低下するおそれが
ある、暗い部分ではコントラストが不足して縞位置の計
測精度が低下したり、極端な場合にはきれいな明暗の縞
を得ることが困難になる、等の問題が発生する。スライ
ドプロジェクターのように投影された画像を人間が観察
する用途では、異物の結像があってもまた明るさムラが
かなりあっても、それほど気にならないためこれら第
1、第2の問題点はほとんど問題にはされなかった。
かなり大きなムラがあるという問題である。即ち、図9
に示すように撮像された縞画像は、画面内の位置により
明部でも明るさには大きな違いがある。これは、投影光
の強度分布,テレビカメラの撮像感度分布、さらに物体
表面に対する投影角度と撮像角度の関係や物体表面の反
射特性などの組合せとして生じるものである。明るさム
ラが大きいと、二値化を行う場合には閾値の決定が難し
い、明るい部分では飽和が起き精度が低下するおそれが
ある、暗い部分ではコントラストが不足して縞位置の計
測精度が低下したり、極端な場合にはきれいな明暗の縞
を得ることが困難になる、等の問題が発生する。スライ
ドプロジェクターのように投影された画像を人間が観察
する用途では、異物の結像があってもまた明るさムラが
かなりあっても、それほど気にならないためこれら第
1、第2の問題点はほとんど問題にはされなかった。
【0007】また、スライドプロジェクターと同一構造
のパターン投影装置を用いた場合、以下に述べるような
付随的な問題もある。即ち、図7のパターン投影装置で
光源ランプ1はかなり発熱するため、冷却用ファン(図
示せず)が必要であり、さらに空気の流通を良くするた
めの空間を確保する必要があるため、パターン投影装置
の小型化は困難である。当然空気は入れ換えなければな
らないため密閉はできない。空気を入れ換えるというこ
とは異物を次々と吸い込むということであり、前に述べ
た第1の問題を増大することにつながる。また、ファン
の振動は投影されるパターン像が振動することにつなが
り、計測精度の低下を引き起こすという第3の問題もあ
る。また、形状計測用途ではパターン投影装置とテレビ
カメラをある位置関係に配置する必要があるが、パター
ン投影装置が小型にできないため位置調整機構の小型化
が難しいという第4の問題もあった。
のパターン投影装置を用いた場合、以下に述べるような
付随的な問題もある。即ち、図7のパターン投影装置で
光源ランプ1はかなり発熱するため、冷却用ファン(図
示せず)が必要であり、さらに空気の流通を良くするた
めの空間を確保する必要があるため、パターン投影装置
の小型化は困難である。当然空気は入れ換えなければな
らないため密閉はできない。空気を入れ換えるというこ
とは異物を次々と吸い込むということであり、前に述べ
た第1の問題を増大することにつながる。また、ファン
の振動は投影されるパターン像が振動することにつなが
り、計測精度の低下を引き起こすという第3の問題もあ
る。また、形状計測用途ではパターン投影装置とテレビ
カメラをある位置関係に配置する必要があるが、パター
ン投影装置が小型にできないため位置調整機構の小型化
が難しいという第4の問題もあった。
【0008】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたもので、本発明の目的は異物の結像が形状計測に
与える悪影響を大幅に軽減するとともに画像の明るさム
ラを大幅に改善し、したがって精度の高い形状計測を行
うことのできる形状計測用のパターン投影装置を提供す
ることである。さらに、本発明の他の目的は、投影され
るパターン像の振動によるぶれを除去し、パターン投影
装置の小型化を実現し、異物の侵入そのものも低減し、
精度、取扱い等で総合的に優れた形状計測用のパターン
投影装置を提供することである。
されたもので、本発明の目的は異物の結像が形状計測に
与える悪影響を大幅に軽減するとともに画像の明るさム
ラを大幅に改善し、したがって精度の高い形状計測を行
うことのできる形状計測用のパターン投影装置を提供す
ることである。さらに、本発明の他の目的は、投影され
るパターン像の振動によるぶれを除去し、パターン投影
装置の小型化を実現し、異物の侵入そのものも低減し、
精度、取扱い等で総合的に優れた形状計測用のパターン
投影装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によるパターン投影装置では、表面が平坦な
2枚の板状透明物体をそれぞれの透明物体の外側の面が
投影パターンの印刷面から十分離れるように投影パター
ンが印刷された投影フィルムのフィルム面を挟んで相対
して配置し、両透明物体と投影フィルムの間は清浄に密
閉するか、十分な厚みをもち片側の面に投影パターンが
印刷された表面が、平坦な板状透明物体のパターン印刷
面側に表面が平坦で印刷されていないもう一つの板状透
明物体をその外側の面が印刷面から十分離れるように相
対して配置し、両透明物体間は清浄に密閉するように
し、さらに両透明物体よりも光源に近い位置に所定の透
過率分布をもつ透過率分布フィルターを配置するように
している。
め、本発明によるパターン投影装置では、表面が平坦な
2枚の板状透明物体をそれぞれの透明物体の外側の面が
投影パターンの印刷面から十分離れるように投影パター
ンが印刷された投影フィルムのフィルム面を挟んで相対
して配置し、両透明物体と投影フィルムの間は清浄に密
閉するか、十分な厚みをもち片側の面に投影パターンが
印刷された表面が、平坦な板状透明物体のパターン印刷
面側に表面が平坦で印刷されていないもう一つの板状透
明物体をその外側の面が印刷面から十分離れるように相
対して配置し、両透明物体間は清浄に密閉するように
し、さらに両透明物体よりも光源に近い位置に所定の透
過率分布をもつ透過率分布フィルターを配置するように
している。
【0010】このように投影パターンを2枚の板状透明
物体の間に清浄に密閉したので、異物が投影パターンに
直接付着することが防止される。透明物体の外側の面は
投影パターン面から十分離れているので異物が付着して
も計測物体上では異物は実像を結ばないか、或いはピン
トのはずれたぼけた像となり、その影響は大幅に軽減さ
れる。
物体の間に清浄に密閉したので、異物が投影パターンに
直接付着することが防止される。透明物体の外側の面は
投影パターン面から十分離れているので異物が付着して
も計測物体上では異物は実像を結ばないか、或いはピン
トのはずれたぼけた像となり、その影響は大幅に軽減さ
れる。
【0011】また、透過率分布フィルターにより所定の
光量分布でパターンが投影されるため、撮像された縞画
像の明るさムラが大幅に軽減される。この透過率分布フ
ィルターは計測物体上ではピンボケ状態で投影されるた
め、適度に平滑化され極めて都合が良い。
光量分布でパターンが投影されるため、撮像された縞画
像の明るさムラが大幅に軽減される。この透過率分布フ
ィルターは計測物体上ではピンボケ状態で投影されるた
め、適度に平滑化され極めて都合が良い。
【0012】また、本発明による他のパターン投影装置
では、パターン投影装置を光源ランプ、冷却ファン等か
らなる光源ランプ箱と投影光学系からなる投影ヘッドと
に分離し、両者を光ファイバーで結び、光ファイバーで
導いた光を投影ヘッドの光源として用いるようにしてい
る。このようにすると投影ヘッドは内部での発熱がなく
冷却が不要なため、大幅に小型化することが可能とな
る。また、空気を入れ換える必要もないので密閉が可能
になり、異物の流入そのものを防ぐことが可能になり、
前に述べた透明物体の働きと組み合わせれば異物の結像
がもたらす悪影響を完全にといって良いほど防ぐことが
できるようになる。さらに、ファンの振動もないので投
影されたパターンがぶれることもなくなり、正確な計測
ができるようになる。
では、パターン投影装置を光源ランプ、冷却ファン等か
らなる光源ランプ箱と投影光学系からなる投影ヘッドと
に分離し、両者を光ファイバーで結び、光ファイバーで
導いた光を投影ヘッドの光源として用いるようにしてい
る。このようにすると投影ヘッドは内部での発熱がなく
冷却が不要なため、大幅に小型化することが可能とな
る。また、空気を入れ換える必要もないので密閉が可能
になり、異物の流入そのものを防ぐことが可能になり、
前に述べた透明物体の働きと組み合わせれば異物の結像
がもたらす悪影響を完全にといって良いほど防ぐことが
できるようになる。さらに、ファンの振動もないので投
影されたパターンがぶれることもなくなり、正確な計測
ができるようになる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
に基づいて説明する。図1において、光源ランプ1の光
がコンデンサーレンズ2により集光され投影フィルム3
を照射し、投影フィルム3上に印刷されている投影パタ
ーンが結像レンズ7により計測物体(図示せず)上に結
像されることは、従来の投影装置と同じであるが、図1
に示したように、投影フィルム3を挟んで表面が平坦な
板状透明物体(ガラス、プラスチック等)4a,4bが
設けられる。ここで両透明物体と投影フィルム3との間
はシール材5により清浄に密閉される。このようにする
と投影パターンの印刷面に異物が付着することはなくな
る。
に基づいて説明する。図1において、光源ランプ1の光
がコンデンサーレンズ2により集光され投影フィルム3
を照射し、投影フィルム3上に印刷されている投影パタ
ーンが結像レンズ7により計測物体(図示せず)上に結
像されることは、従来の投影装置と同じであるが、図1
に示したように、投影フィルム3を挟んで表面が平坦な
板状透明物体(ガラス、プラスチック等)4a,4bが
設けられる。ここで両透明物体と投影フィルム3との間
はシール材5により清浄に密閉される。このようにする
と投影パターンの印刷面に異物が付着することはなくな
る。
【0014】或いは、図2(a),(b)に示すように
投影フィルム3をどちらかの透明物体に密着させても良
いし、図1(c)に示すように投影フィルム3を両側の
透明物体で密着させて挟んでも良い。いずれの場合でも
密着させる時は、異物を挟まないように十分注意しなけ
ればならない。このように密着させれば特別なシールを
行わなくても投影フィルム面に異物が付着することはな
い。
投影フィルム3をどちらかの透明物体に密着させても良
いし、図1(c)に示すように投影フィルム3を両側の
透明物体で密着させて挟んでも良い。いずれの場合でも
密着させる時は、異物を挟まないように十分注意しなけ
ればならない。このように密着させれば特別なシールを
行わなくても投影フィルム面に異物が付着することはな
い。
【0015】或いは、別の方法として投影フィルムを設
けずに、投影パターンを透明物体4aあるいは透明物体
4bの内側の面aに印刷し、図2(d),(e)に示す
ように両透明物体間をシール材5で清浄に密閉するよう
にしても良いし、また、図2(f)のように両透明物体
を直接密着させるようにしても良い。この場合も密着さ
せる時に異物を挟み込むことがないようにしなければな
らないことは言うまでもない。いずれの方法においても
透明物体4a,4bの外側の面と投影パターンとは十分
離し、異物が透明物体4a,4bの外側の面に付着して
も計測物体上には明瞭な異物の像ができないようにす
る。このことを図4により以下に説明する。
けずに、投影パターンを透明物体4aあるいは透明物体
4bの内側の面aに印刷し、図2(d),(e)に示す
ように両透明物体間をシール材5で清浄に密閉するよう
にしても良いし、また、図2(f)のように両透明物体
を直接密着させるようにしても良い。この場合も密着さ
せる時に異物を挟み込むことがないようにしなければな
らないことは言うまでもない。いずれの方法においても
透明物体4a,4bの外側の面と投影パターンとは十分
離し、異物が透明物体4a,4bの外側の面に付着して
も計測物体上には明瞭な異物の像ができないようにす
る。このことを図4により以下に説明する。
【0016】図4において、F,F′は結像レンズ7の
焦点で、aの位置に投影パターンの印刷面があり、その
結像位置がAであるとする。計測物体には奥行き変化が
あるため、計測面の位置がAより近くなっても遠くなっ
ても投影されたパターンは少しぼけることになる。奥行
き方向の計測範囲はこのぼけが小さな範囲に取ることに
なる。投影パターン面の位置aから透明物体4a,4b
の外側の面までの光学的距離をそれぞれd1,d2とす
ると、透明物体4aの外側の面の位置はbに、透明物体
4bの外側の面の位置はcになり、b,cの位置に異物
が存在することになる。
焦点で、aの位置に投影パターンの印刷面があり、その
結像位置がAであるとする。計測物体には奥行き変化が
あるため、計測面の位置がAより近くなっても遠くなっ
ても投影されたパターンは少しぼけることになる。奥行
き方向の計測範囲はこのぼけが小さな範囲に取ることに
なる。投影パターン面の位置aから透明物体4a,4b
の外側の面までの光学的距離をそれぞれd1,d2とす
ると、透明物体4aの外側の面の位置はbに、透明物体
4bの外側の面の位置はcになり、b,cの位置に異物
が存在することになる。
【0017】まず、bの位置にある異物の結像について
考える。bが結像レンズ7から見て焦点Fより外側にあ
る場合(図示せず)は、Aより結像レンズ7から遠い位
置に実像ができ、計測範囲内にある面上では異物の像は
ぼけることになる。この場合異物が小さければ異物の悪
影響は殆どなくなるが、異物が大きな場合はその影響を
除去しきれない可能性はある。d1をさらに大きくして
図4に示すようにbが焦点Fより結像レンズ7に近い側
にあるようにすると、異物は実像を結ばなくなる。この
場合は、大きな異物が付着しても計測物体上に投影され
たパターンにはその悪影響は全く現れない。このような
状態にするのが最も望ましい。
考える。bが結像レンズ7から見て焦点Fより外側にあ
る場合(図示せず)は、Aより結像レンズ7から遠い位
置に実像ができ、計測範囲内にある面上では異物の像は
ぼけることになる。この場合異物が小さければ異物の悪
影響は殆どなくなるが、異物が大きな場合はその影響を
除去しきれない可能性はある。d1をさらに大きくして
図4に示すようにbが焦点Fより結像レンズ7に近い側
にあるようにすると、異物は実像を結ばなくなる。この
場合は、大きな異物が付着しても計測物体上に投影され
たパターンにはその悪影響は全く現れない。このような
状態にするのが最も望ましい。
【0018】次に、cの位置にある異物の結像について
考える。cは結像レンズ7から見て焦点Fより外側にあ
り、この位置にある異物の実像ができないようにするこ
とはできないので、計測範囲内では異物の像が十分ぼけ
るようにする。cは結像レンズ7からみてaよりも遠い
ので、cの位置にある異物はAよりも結像レンズ7に近
いCの位置に実像を結ぶ。d2を十分大きくとればCと
Aを十分離すことができ、したがって、cの位置にある
異物の像が計測範囲内にある面に対しては十分ぼけるよ
うにすることができる。この場合大きな異物に対しては
影響を完全に除去できないおそれは残るが、最も数の多
い小さな異物の悪影響は殆ど除去できるので効果は極め
て大きい。
考える。cは結像レンズ7から見て焦点Fより外側にあ
り、この位置にある異物の実像ができないようにするこ
とはできないので、計測範囲内では異物の像が十分ぼけ
るようにする。cは結像レンズ7からみてaよりも遠い
ので、cの位置にある異物はAよりも結像レンズ7に近
いCの位置に実像を結ぶ。d2を十分大きくとればCと
Aを十分離すことができ、したがって、cの位置にある
異物の像が計測範囲内にある面に対しては十分ぼけるよ
うにすることができる。この場合大きな異物に対しては
影響を完全に除去できないおそれは残るが、最も数の多
い小さな異物の悪影響は殆ど除去できるので効果は極め
て大きい。
【0019】以上述べたように表面が平坦な板状透明物
体4a,4bで投影パターンを間に異物がないように清
浄に密閉して挟み、両透明物体の外側の面と投影パター
ンとの距離が十分離れるようにすれば、異物付着の影響
を大幅に軽減することが可能となる。
体4a,4bで投影パターンを間に異物がないように清
浄に密閉して挟み、両透明物体の外側の面と投影パター
ンとの距離が十分離れるようにすれば、異物付着の影響
を大幅に軽減することが可能となる。
【0020】さらに、図1において、透明物体4bより
光源側の位置に透過率分布フィルター6が設けられてい
る。例えば、従来の投影装置で図7に示したようなムラ
のある縞画像が得られるような場合に、図5に示すよう
な透過率分布をもつフィルター6を用いて、投影光の周
辺部が明るくなるようにしてパターンを投影すると、ほ
ぼ均一な明るさ分布をもつ縞画像を得ることができるよ
うになる。このようにして画像の明るさがほぼ均一にな
ると、光源ランプの光量調節やテレビカメラの絞り調
節、ゲイン調節等を適正にすれば全面にわたって適度な
明暗コントラストを実現できるようになるので、二値化
等の処理が容易になるだけでなく、部分的な飽和やコン
トラスト不足に起因する計測精度低下を防止することが
できる。
光源側の位置に透過率分布フィルター6が設けられてい
る。例えば、従来の投影装置で図7に示したようなムラ
のある縞画像が得られるような場合に、図5に示すよう
な透過率分布をもつフィルター6を用いて、投影光の周
辺部が明るくなるようにしてパターンを投影すると、ほ
ぼ均一な明るさ分布をもつ縞画像を得ることができるよ
うになる。このようにして画像の明るさがほぼ均一にな
ると、光源ランプの光量調節やテレビカメラの絞り調
節、ゲイン調節等を適正にすれば全面にわたって適度な
明暗コントラストを実現できるようになるので、二値化
等の処理が容易になるだけでなく、部分的な飽和やコン
トラスト不足に起因する計測精度低下を防止することが
できる。
【0021】透過率分布フィルター6は例えば、コンピ
ューター画面上に描かせた濃淡画像を透明シートにモノ
クロ印刷させる方法、あるいは半透明シートの重ね合わ
せ枚数を部位により変える方法等により安価に作成する
ことができるが、このような安価な方法で作成した透過
率分布フィルターは透過率に細かなピッチのムラがあっ
たり階段状に変化したりして、十分に滑らかな変化を実
現できないのが普通である。しかしながら、本発明では
図1に示したように透過率分布フィルター6を透明物体
4bより光源側に配置したため、既に述べたようなぼけ
の効果により細かいピッチのムラや階段状の変化が計測
範囲内では適度に平滑化され、所定の強度分布の形がほ
ぼ保たれた滑らかな照明強度分布が得られるようにな
る。
ューター画面上に描かせた濃淡画像を透明シートにモノ
クロ印刷させる方法、あるいは半透明シートの重ね合わ
せ枚数を部位により変える方法等により安価に作成する
ことができるが、このような安価な方法で作成した透過
率分布フィルターは透過率に細かなピッチのムラがあっ
たり階段状に変化したりして、十分に滑らかな変化を実
現できないのが普通である。しかしながら、本発明では
図1に示したように透過率分布フィルター6を透明物体
4bより光源側に配置したため、既に述べたようなぼけ
の効果により細かいピッチのムラや階段状の変化が計測
範囲内では適度に平滑化され、所定の強度分布の形がほ
ぼ保たれた滑らかな照明強度分布が得られるようにな
る。
【0022】また、透過率分布フィルター6に付着する
異物の像も十分にぼけるため悪影響は殆ど生じない。透
過率分布フィルター6を透明物体4aより結像レンズ側
に配置した場合は虚像となるため、所望の強度分布を実
現することはできない。このように透過率分布フィルタ
ー6を透明物体4bよりも光源側に配置することによっ
て安価な方法で作成したフィルターで十分な効果をあげ
ることができるようになる。
異物の像も十分にぼけるため悪影響は殆ど生じない。透
過率分布フィルター6を透明物体4aより結像レンズ側
に配置した場合は虚像となるため、所望の強度分布を実
現することはできない。このように透過率分布フィルタ
ー6を透明物体4bよりも光源側に配置することによっ
て安価な方法で作成したフィルターで十分な効果をあげ
ることができるようになる。
【0023】尚、例えば計測面が平面に近くパターンの
投影を計測面に対して斜めから行うような場合には、図
4における結像面Aを計測面に近づくように傾け計測面
全面で投影のピントが良く合うようにするために、投影
パターンの印刷面aを光軸に対して垂直でなくある程度
傾けることが従来から行われている。本発明の投影装置
において同じことを行うには、投影パターンを挟み込ん
だ透明物体4a,4bを一体のものとして傾けるように
すれば良い。透過率分布フィルター6は、もともとピン
トが外れるようにしてあり、その位置の厳密性は必要で
ないので傾ける必要はないが、透明物体4a,4bと一
緒に傾けても勿論構わない。
投影を計測面に対して斜めから行うような場合には、図
4における結像面Aを計測面に近づくように傾け計測面
全面で投影のピントが良く合うようにするために、投影
パターンの印刷面aを光軸に対して垂直でなくある程度
傾けることが従来から行われている。本発明の投影装置
において同じことを行うには、投影パターンを挟み込ん
だ透明物体4a,4bを一体のものとして傾けるように
すれば良い。透過率分布フィルター6は、もともとピン
トが外れるようにしてあり、その位置の厳密性は必要で
ないので傾ける必要はないが、透明物体4a,4bと一
緒に傾けても勿論構わない。
【0024】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。図3において、8は光源ランプ箱であり光源ラ
ンプ、冷却ファン(共に図示せず)等が内蔵されてい
る。光源ランプから出た光は、効率的に集光され光ファ
イバー9の端面に入射し、光ファイバー9のもう一つの
端面から出てコンデンサーレンズ2に入射する。
明する。図3において、8は光源ランプ箱であり光源ラ
ンプ、冷却ファン(共に図示せず)等が内蔵されてい
る。光源ランプから出た光は、効率的に集光され光ファ
イバー9の端面に入射し、光ファイバー9のもう一つの
端面から出てコンデンサーレンズ2に入射する。
【0025】即ち、図1における光源ランプ1の代わり
に、同じ位置に光ファイバー9の端面が配置されてい
る。図3において、コンデンサーレンズ2から左側の部
分は図1の場合と全く同じであり、透明物体4a,4b
の効果により異物の結像の影響が大幅に軽減されるこ
と、及び透過率分布フィルター6により均一な明るさの
縞画像が得られることも同じである。いうまでもなく、
投影パターン及び透明物体の構造は、図2(a),
(b),(c),(d),(e),(f)のようになっ
ていても構わない。
に、同じ位置に光ファイバー9の端面が配置されてい
る。図3において、コンデンサーレンズ2から左側の部
分は図1の場合と全く同じであり、透明物体4a,4b
の効果により異物の結像の影響が大幅に軽減されるこ
と、及び透過率分布フィルター6により均一な明るさの
縞画像が得られることも同じである。いうまでもなく、
投影パターン及び透明物体の構造は、図2(a),
(b),(c),(d),(e),(f)のようになっ
ていても構わない。
【0026】図3において、発熱源である光源ランプ、
その冷却機構は光源ランプ箱8に設けられ、投影ヘッド
10には光ファイバー9の端面があるだけである。した
がって、投影ヘッド10は大幅に小型化することがで
き、投影ヘッドとテレビカメラとの位置関係を調節する
ことも大幅にやりやすくなる。また、投影ヘッド10は
発熱がないため、密閉が可能で外部からの異物の流入を
防ぐことができ、図1の発明で完全に除去できない恐れ
のあった大きな異物の侵入を防げるので、異物の影響を
ほぼ完全に排除できるようになる。さらに、冷却ファン
の振動は投影ヘッド10までは伝わらないので投影され
たパターンが冷却ファンの振動でぶれることもない。
その冷却機構は光源ランプ箱8に設けられ、投影ヘッド
10には光ファイバー9の端面があるだけである。した
がって、投影ヘッド10は大幅に小型化することがで
き、投影ヘッドとテレビカメラとの位置関係を調節する
ことも大幅にやりやすくなる。また、投影ヘッド10は
発熱がないため、密閉が可能で外部からの異物の流入を
防ぐことができ、図1の発明で完全に除去できない恐れ
のあった大きな異物の侵入を防げるので、異物の影響を
ほぼ完全に排除できるようになる。さらに、冷却ファン
の振動は投影ヘッド10までは伝わらないので投影され
たパターンが冷却ファンの振動でぶれることもない。
【0027】なお、投影ヘッドが密閉可能になるとはい
っても必要に応じ開けることがあるうえに、わずかの隙
間まで完全に塞ぐことは難しく隙間から小さな異物が侵
入する可能性はあるので、図3に示す発明により図1の
発明の意味がなくなるわけではない。両発明を組合せれ
ば最も高い効果を得ることができる。尚、光ファイバー
を使うとどうしても光量が減少するため、場合によって
は図1の発明だけを用いることも勿論ある。
っても必要に応じ開けることがあるうえに、わずかの隙
間まで完全に塞ぐことは難しく隙間から小さな異物が侵
入する可能性はあるので、図3に示す発明により図1の
発明の意味がなくなるわけではない。両発明を組合せれ
ば最も高い効果を得ることができる。尚、光ファイバー
を使うとどうしても光量が減少するため、場合によって
は図1の発明だけを用いることも勿論ある。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のパターン
投影装置によれば、異物の計測面への結像、画像の明る
さムラ、振動による投影されたパターンのブレなど形状
計測における精度低下の要因を大幅に改善することがで
き、従来に比べて極めて精度の高い計測ができるように
なる。また、信号処理も容易になるので処理速度も高速
になる。さらに、装置が小型化でき取扱いが容易になる
だけでなく、位置調節機構が小型化できるなど周辺機構
の小型化、低価格化にも大きく寄与することができる。
投影装置によれば、異物の計測面への結像、画像の明る
さムラ、振動による投影されたパターンのブレなど形状
計測における精度低下の要因を大幅に改善することがで
き、従来に比べて極めて精度の高い計測ができるように
なる。また、信号処理も容易になるので処理速度も高速
になる。さらに、装置が小型化でき取扱いが容易になる
だけでなく、位置調節機構が小型化できるなど周辺機構
の小型化、低価格化にも大きく寄与することができる。
【図1】本発明の1実施例を示す概略図。
【図2】本発明において用いる投影パターン及び透明物
体の種々の構造例を示す図。
体の種々の構造例を示す図。
【図3】本発明の他の実施例を示す概略図。
【図4】本発明の作用を説明するための図。
【図5】透過率分布フィルターの透過率分布の例を示し
た図。
た図。
【図6】形状計測装置の例を示した図。
【図7】従来のパターン投影装置を示した図。
【図8】異物付着の影響を説明するための図。
【図9】画像の光量ムラの例を示した図。
1 光源ランプ 2 コンデンサーレンズ 3 投影フィルム 4 透明物体 5 シール材 6 透過率分布フィルター 7 結像レンズ 8 光源ランプ箱 9 光ファイバー 10 投影ヘッド 11 計測物体 12 パターン投影装置 13 テレビカメラ 14 画像メモリー 15 信号処理装置
Claims (3)
- 【請求項1】 物体表面にパターンを投影し、投影され
たパターンを撮像して物体の形状を測定するためのパタ
ーン投影装置において、表面が平坦な2枚の板状透明物
体を、投影パターンが印刷された投影フィルムのフィル
ム面を挟んで、かつそれぞれの透明物体の外側の面が投
影パターンの印刷面から十分離れるように相対して配置
し、両透明物体と投影フィルムの間は清浄に密閉すると
ともに、両透明物体よりも光源に近い位置に所定の透過
率分布をもつ透過率分布フィルターを配置したことを特
徴とする形状計測用のパターン投影装置。 - 【請求項2】 物体表面にパターンを投影し、投影され
たパターンを撮像して物体の形状を測定するためのパタ
ーン投影装置において、十分な厚みをもち片側の面に投
影パターンが印刷された表面が平坦な板状透明物体のパ
ターン印刷面側に、表面が平坦で印刷されていないもう
一つの板状透明物体をその外側の面が印刷面から十分離
れるように相対して配置し、両透明物体間は清浄に密閉
するとともに、両透明物体よりも光源に近い位置に所定
の透過率分布をもつ透過率分布フィルターを配置したこ
とを特徴とする形状計測用のパターン投影装置。 - 【請求項3】 光源は光ファイバーにより導かれた光で
ある.請求項1又は2記載の形状計測用のパターン投影
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8065913A JPH09257436A (ja) | 1996-03-22 | 1996-03-22 | パターン投影装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8065913A JPH09257436A (ja) | 1996-03-22 | 1996-03-22 | パターン投影装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09257436A true JPH09257436A (ja) | 1997-10-03 |
Family
ID=13300698
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8065913A Withdrawn JPH09257436A (ja) | 1996-03-22 | 1996-03-22 | パターン投影装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09257436A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012137674A1 (ja) * | 2011-04-08 | 2012-10-11 | 三洋電機株式会社 | 情報取得装置、投射装置および物体検出装置 |
JP2012251997A (ja) * | 2011-05-10 | 2012-12-20 | Canon Inc | 三次元計測装置、三次元計測装置の制御方法、およびプログラム |
-
1996
- 1996-03-22 JP JP8065913A patent/JPH09257436A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012137674A1 (ja) * | 2011-04-08 | 2012-10-11 | 三洋電機株式会社 | 情報取得装置、投射装置および物体検出装置 |
JP2012251997A (ja) * | 2011-05-10 | 2012-12-20 | Canon Inc | 三次元計測装置、三次元計測装置の制御方法、およびプログラム |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030603 |