TOP > 国内特許検索 > 光学式3次元形状計測装置及び光学式3次元形状計測方法

光学式3次元形状計測装置及び光学式3次元形状計測方法 新技術説明会

国内特許コード P100000710
掲載日 2010年6月11日
出願番号 特願2009-275592
公開番号 特開2011-117832
登録番号 特許第5487920号
出願日 平成21年12月3日(2009.12.3)
公開日 平成23年6月16日(2011.6.16)
登録日 平成26年3月7日(2014.3.7)
発明者
  • 馬場 充
出願人
  • 国立大学法人茨城大学
発明の名称 光学式3次元形状計測装置及び光学式3次元形状計測方法 新技術説明会
発明の概要 【課題】鏡面などの光沢表面をもつ物体の光学式3次元形状測定を実現可能とするための光学式3次元形状計測装置及び光学式3次元形状計測方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る光学式3次元形状計測装置は、光線を測定対象物に照射する光源と、前記光線が前記測定対象物に照射された光線照射面で反射した反射光の入射ベクトルを検出する光入射ベクトル検出手段と、前記光線照射面の3次元位置を算出する照射面位置算出手段と、を備え、前記光入射ベクトル検出手段は、少なくとも2つの画像センサを含む光学系から構成され、前記2つの画像センサは、前記光線照射面から異なった距離に配置され、前記照射面位置算出手段が、前記2つの画像センサの受光位置および前記光学系の幾何学条件から、3次元ベクトル解析により前記反射光のベクトルを算出し、前記光線照射面の3次元位置を算出することを特徴とする。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要



物体の3次元形状計測には、光学式3次元計測装置が工業的に良く用いられている。中でも、三角測量原理に基づく光学式3次元計測装置は、測定範囲、測定分解能、測定時間、信頼性の面などでバランスがとれている。





三角測量原理を用いた物体の3次元計測装置として、例えば特許文献1には、測定対象にスリット光を投光し、対象物体から反射した反射光をレンズで集光して画像センサで検出する形状計測装置が記載されている。





特許文献2には、光照射手段から被計測物の表面に照射されたスポット光の反射光を、ハーフミラーを介して分離し、分離した透過光の受光強度の重心位置を第1の光検出手段によって検出し、分離した反射光の受光強度の重心位置を第2の光検出手段によって検出し、第1及び第2の光検出手段の出力信号に基づき、所定の計測基準位置から被計測物までの距離を算出する演算手段を備えた光学式形状計が記載されている。





特許文献3には、特許文献2に記載の構成に加え、被計測物に対して集光された光をスポット走査光とする回転ミラーと、該スポット走査光を所定の入射角で被計測物に照射する光照射手段と、該被計測物の表面から反射される入射光を集光して反射させる2次曲面鏡と、所定の計測基準位置から被計測物までの距離を、前記回転ミラーの回転と同期させて演算する演算手段とを備えた光学式形状計が記載されている。





また、将来光学式3次元計測装置への適用が考えられる画像センサとして、非特許文献1には、分子の光学的異方性によって得られる偏光検出特性を透明電極に組み合わせて構成した透明イメージセンサ(Transparent Image Sensor)が記載されている。

産業上の利用分野



本発明は、光学式3次元形状計測装置及び光学式3次元形状計測方法、特に、光沢のある物体表面の3次元形状計測に適用可能な光学式3次元計測装置及び3次元計測方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
光線を測定対象物に照射する光源と、前記光線が前記測定対象物に照射された光線照射面で反射した反射光の入射ベクトルを検出する光入射ベクトル検出手段と、前記光線照射面の3次元位置を算出する照射面位置算出手段と、を備え、
前記光入射ベクトル検出手段は、前記反射光を集光するレンズと、少なくとも2つの画像センサを含む光学系から構成され、
前記2つの画像センサは、前記レンズの光軸又は該光軸から分割された方向の軸線に対してセンサ面が垂直となるように、かつ前記光線照射面から異なった距離に配置され、
前記照射面位置算出手段が、3次元ベクトル解析により、前記2つの画像センサの受光位置および前記光学系の幾何学条件から、前記2つの画像センサへの入射ベクトルを導出し、前記測定対象物上の光線の反射位置ベクトルを導出することによって、前記光線照射面の3次元位置を算出すること
を特徴とする光学式3次元形状計測装置。

【請求項2】
前記光入射ベクトル検出手段は、前記反射光を集光するレンズと、前記反射光を2方向に分割するハーフミラーと、第1画像センサと第2画像センサの2つの画像センサから構成され、
前記レンズは、一端面側が前記測定対象物に対向するよう配置され、
前記ハーフミラーは、前記レンズの他端面側に、中心が前記レンズの光軸と一致するよう前記レンズの光軸に対して45度傾けられて配置され、
前記第1画像センサは、前記レンズの光軸と前記ハーフミラー中心とを結ぶ軸線上に、該軸線に対してセンサ面が垂直となるよう配置され、
前記第2画像センサは、前記レンズの光軸と前記ハーフミラー中心とを結ぶ軸線の垂直方向の軸線上であって前記ハーフミラーが前記レンズに対して傾けられている方向に、該軸線に対してセンサ面が垂直となるよう配置され、
前記ハーフミラー中心と前記第1の画像センサとの間の距離と、前記ハーフミラー中心と前記第2画像センサとの間の距離が異なる距離とされること
を特徴とする請求項1に記載の光学式3次元形状計測装置。

【請求項3】
光線を測定対象物に照射する光源と、前記光線が前記測定対象物に照射された光線照射面で反射した反射光の入射ベクトルを検出する光入射ベクトル検出手段と、前記光線照射面の3次元位置を算出する照射面位置算出手段と、を備え、
前記光入射ベクトル検出手段は、前記反射光を第1反射光と第2反射光の2方向に分割するハーフミラーと、前記第1反射光を集光する第1レンズと、前記第2反射光を集光する第2レンズと、前記第1反射光を受光する第1画像センサと、前記第2反射光を受光する第2画像センサとから構成され、
前記ハーフミラーは、前記測定対象物に対して傾けられて配置され、
前記第1レンズは、前記測定対象物と前記ハーフミラーを結ぶ軸線上に、該軸線に対して一端面側が垂直となるよう配置され、前記第1画像センサは前記第1レンズの他端面側とセンサ面が平行となるよう配置され、
前記第2レンズは、前記測定対象物と前記ハーフミラー中心とを結ぶ軸線の垂直方向の軸線上であって前記ハーフミラーが前記測定対象物に対して傾けられている方向に、該軸線に対して一端面側が垂直となるよう配置され、前記第画像センサは前記第レンズの他端面側とセンサ面が平行となるよう配置され、
前記ハーフミラー中心と前記第1レンズとの間の距離と、前記ハーフミラー中心と前記第2レンズとの間の距離は同じ距離とされ、
前記第1レンズと前記第1の画像センサとの間の距離と、前記第2レンズと前記第2画像センサとの間の距離が異なる距離とされ
前記照射面位置算出手段が、前記2つの画像センサの受光位置および前記光学系の幾何学条件から、3次元ベクトル解析により前記反射光のベクトルを算出し、前記光線照射面の3次元位置を算出すること
を特徴とする光学式3次元形状計測装置。

【請求項4】
光線を測定対象物に照射する光源と、前記光線が前記測定対象物に照射された光線照射面で反射した反射光の入射ベクトルを検出する光入射ベクトル検出手段と、前記光線照射面の3次元位置を算出する照射面位置算出手段と、を備え、
前記光入射ベクトル検出手段は、前記反射光を透過する透過センサと、前記透過センサを透過した透過光を受光する画像センサとから構成され、
前記透過センサは、センサ面が前記測定対象物に対向するように配置され、
前記画像センサは、前記透過センサと平行になるよう配置され
前記照射面位置算出手段が、前記2つの画像センサの受光位置および前記光学系の幾何学条件から、3次元ベクトル解析により前記反射光のベクトルを算出し、前記光線照射面の3次元位置を算出すること
を特徴とする光学式3次元形状計測装置。

【請求項5】
前記光源からの光線を前記測定対象物の表面上に走査させる光線走査手段を備えること
を特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光学式3次元形状計測装置。

【請求項6】
光線を測定対象物に照射する光源と、前記光線が前記測定対象物に照射された光線照射面で反射した反射光の入射ベクトルを検出する光入射ベクトル検出手段と、前記光線照射面の3次元位置を算出する照射面位置算出手段と、を備えた光学式3次元形状計測装置を用いた光学式3次元形状計測方法であって、
前記光入射ベクトル検出手段は、前記反射光を集光するレンズと、少なくとも2つの画像センサを含む光学系から構成され、
前記2つの画像センサは、前記レンズの光軸又は該光軸から分割された方向の軸線に対してセンサ面が垂直となるように、かつ前記光線照射面から異なった距離に配置され、
前記照射面位置算出手段が、3次元ベクトル解析により、前記2つの画像センサの受光位置および前記光学系の幾何学条件から、前記2つの画像センサへの入射ベクトルを導出し、前記測定対象物上の光線の反射位置ベクトルを導出することによって、前記光線照射面の3次元位置を算出すること
を特徴とする光学式3次元形状計測方法。

【請求項7】
前記光源からの光線を前記測定対象物の表面上を走査することで測定対象物の3次元形状を計測すること
を特徴とする請求項6に記載の光学式3次元形状計測方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

※ 画像をクリックすると拡大します。

JP2009275592thum.jpg
出願権利状態 登録
ライセンスをご希望の方、特許の内容に興味を持たれた方は、下記までご連絡ください


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close