(57)【要約】      （修正有）【課題】パターン周期が変化しても、所望のパターン形状を備えた投影パターンを容易に得ることのできるパターン投影方法及び装置を提供する。【解決手段】光源１及びパターン生成体２で形成した基準パターンを備えたパターン光束をデフォーカス光学系４でデフォーカスして中間像面６上に投影パターンの像を生成し、所定のデフォーカス量をもたせた投影光学系７で計測対象８に投影する。基準パターンのパターン周期を大きくした場合には、デフォーカス光学系４の内部にある開口絞り３の絞り径を調整することで、中間像面６上のぼやけ量を制御し、どの周期の矩形波状の強度分布を有する基準パターンであっても、投影パターンを正弦波状の強度分布を有するパターン形状を維持する。【選択図】図５
2014163812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準パターンを備えたパターン光束がデフォーカスされて生ずるパターン形状を備えた投影パターンを有するパターン投影方法において、
前記投影パターンを、絞り径が調整可能な開口絞りを通過した前記パターン光束をデフォーカスさせることで形成し、前記基準パターンのパターン周期の変化に応じて前記絞り径を制御することにより、前記投影パターンのパターン形状の変化を抑制することを特徴とするパターン投影方法。
【請求項２】
基準パターンを備えたパターン光束を形成する基準パターン光束形成部と、
所定の絞り径を備えた開口絞りを通過した前記パターン光束をデフォーカスさせて正弦波状の強度分布を有するパターン形状を備えた投影パターンを形成し、対象物に投影する光学系と、
前記基準パターンのパターン周期を制御するパターン周期制御部と、
前記パターン周期に応じて前記投影パターンの前記正弦波状の強度分布を有するパターン形状に対する変化が抑制されるように前記絞り径を制御する絞り径制御部と、
を具備することを特徴とするパターン投影装置。
【請求項３】
前記光学系は、前記開口絞りを通過した前記パターン光束を集光して、焦点位置からずれた中間像面上に前記投影パターンの像を形成するデフォーカス光学系と、前記中間像面上の投影パターン像を前記対象物に向けて投影する投影光学系と、を有することを特徴とする請求項２に記載のパターン投影装置。
【請求項４】
前記開口絞りは、個々に光透過率を制御可能に構成された複数の画素が配列されてなる光透過パネルで構成され、前記画素の光透過率を、光軸を中心とする半径方向内側の内径領域で高く、半径方向外側の外径領域で低くなるようにして前記絞り径を設定し、前記内径領域の外径を変化させることによって前記絞り径を制御することを特徴とする請求項２又は３に記載のパターン投影装置。
【請求項５】
前記開口絞りの絞り径の変化に応じて、前記内径領域の平均の光透過率を前記絞り径の増減態様とは逆方向に増減させることを特徴とする請求項４に記載のパターン投影装置。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれか一項に記載のパターン投影装置と、
前記パターン投影装置のパターン投影軸に対して所定の視差を有する撮影軸により前記対象物を撮影して撮影情報を取得する撮影情報取得部と、
前記撮影情報に基づいて前記対象物の三次元座標情報を導出する三次元情報導出部と、
を具備することを特徴とする三次元測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パターン投影方法、パターン投影装置及びこれを用いた三次元計測装置に関し、特に、基準パターンを備えたパターン光束をデフォーカスさせることにより投影パターンを形成する方法及びこれを用いた装置構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元形状計測のための手法の１つに、位相シフト法がある。計測対象に明暗の周期的な縞を投影し、その縞の位相をシフトさせ、その撮影像を演算することで三次元形状を取得することができる。また、高精度に形状を求めるためには、その縞の濃淡は、正弦波状であることが望ましい。従来は，以下の特許文献１及び２に記載されているように、矩形波状の縞を投影し、デフォーカスすることでこれを解決していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７０１９４８号公報
【特許文献２】特開平０４−２５２９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１に示す或る周期の矩形波状の強度分布を有する縞パターンをデフォーカスして投影させると、図２に示す正弦波に似た光の濃淡（強度分布）が得られる。矩形波状の縞の濃淡が急激に切り替わる境界部において、デフォーカスにより、光の濃淡がぼやけるためである。しかし、図３のように、矩形波状の縞の周期を大きくすると、投影パターンの濃淡の分布は、図４に示すように正弦波状にならずに角の丸い矩形波となる。これは、濃淡が急激に切り替わる境界部において、デフォーカスによる投影縞のぼやけはあるものの、周期にあった十分なデフォーカスが得られないためである。これには、投影パターンのデフォーカス量を周期に応じて変化させることで正弦波状の強度分布を有する縞パターンを投影することはできるが、レンズや鏡筒の機械的な動作が必要であり、数十から数百Ｈｚの高速計測を要求されつつある３次元計測においては、技術的に困難である。
【０００５】
そこで、本発明は、基準パターンのパターン周期が変化しても所望のパターン形状を備えた投影パターンを容易に得ることのできるパターン投影方法及び装置を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のパターン投影方法は、基準パターンを備えたパターン光束がデフォーカスされて生ずるパターン形状を備えた投影パターンを有するパターン投影方法において、前記投影パターンを、絞り径が調整可能な開口絞りを通過した前記パターン光束をデフォーカスさせることで形成し、前記基準パターンのパターン周期の変化に応じて前記絞り径を制御することにより、前記投影パターンのパターン形状の変化を抑制することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、絞り径を変化させることによってデフォーカス量自体を変えなくても投影パターン上のぼやけ量を変化させることができるため、基準パターンのパターン周期に合わせて絞り径を制御することにより、パターン周期が変化したときでも投影パターンのパターン形状の変化を容易に抑制することができる。すなわち、一定のデフォーカス量であっても、絞り径を大きくするとぼやけ量は大きくなり、絞り径を小さくするとぼやけ量は小さくなる。したがって、パターン周期が大きくなれば絞り径を大きくし、パターン周期が小さくなれば絞り径を小さくすることで、パターン周期が変化しても、基準パターンに対するデフォーカス（ぼやけ量）の影響度合の変化が低減されるから、投影パターンのパターン形状の変化を抑制することができる。
【０００８】
本発明のパターン投影装置は、基準パターンを備えたパターン光束を形成する基準パターン光束形成部（１，２）と、所定の絞り径を備えた開口絞り（３）を通過した前記パターン光束をデフォーカスさせて正弦波状の強度分布を有するパターン形状を備えた投影パターンを形成し、対象物に投影する光学系（４，７）と、前記基準パターンのパターン周期を制御するパターン周期制御部（９）と、前記パターン周期に応じて前記投影パターンの前記正弦波状の強度分布を有するパターン形状に対する変化が抑制されるように前記絞り径を制御する絞り径制御部（１０）と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
上記パターン投影装置によれば、パターン周期制御部（９）によって基準パターン光束形成部（１，２）の基準パターンのパターン周期が変化すると、絞り径制御部（１０）は、基準パターンのパターン周期に応じて開口絞り（３）の絞り径を制御して、投影パターンのパターン形状の変化を抑制する。これによって、投影パターンのデフォーカス量を制御しなくても、光学系（４，７）により対象物に投影される投影パターンのパターン形状を、基準パターンのパターン周期にかかわらず、正弦波状の強度分布を有する態様に維持することが可能になる。
【００１０】
本発明において、前記光学系（４，７）は、前記開口絞り（３）を通過した前記パターン光束を集光して、焦点位置からずれた中間像面（６）上に前記投影パターンの像を形成するデフォーカス光学系（４）と、前記中間像面（６）上の前記投影パターンの像を前記対象物に向けて投影する投影光学系（７）と、を有することが好ましい。これによれば、前記デフォーカス光学系（４）の焦点位置が前記中間像面から一定のデフォーカス量だけずれることによって中間像面（６）上にデフォーカスされた投影パターンの像が形成され、この投影パターンの像が投影光学系（７）によって投影される。このとき、前記投影パターンは、前記基準パターンを上記デフォーカス量に応じたぼやけ量で変形させた前記正弦波状の強度分布を有するパターン形状になる。ここで、基準パターンのパターン周期が変更された場合には、デフォーカス光学系（４、７）の焦点位置を中間像面（６）に対して一定距離（一定のデフォーカス量）としたままであっても、開口絞り（３）の絞り径を制御することで、正弦波状の強度分布を有するパターン形状を維持することができる。そして、このようにパターン周期による投影パターンのパターン形状の変化を抑制するためにデフォーカス光学系を移動させなくてもよいので、パターン周期の切り替えが数十〜数百Ｈｚといった高速であっても対応が容易になる。
【００１１】
本発明において、前記開口絞り（３）は、個々に光透過率を制御可能に構成された複数の画素が配列されてなる光透過パネルで構成され、前記画素の光透過率を、光軸を中心とする半径方向内側の内径領域（３ａ）で高く、半径方向外側の外形領域（３ｂ）で低くなるように構成して前記絞り径を設定し、前記内径領域（３ａ）の外径を変化させることによって前記絞り径を制御することが好ましい。このように、前記開口絞り（３）がたとえば液晶といったような光透過パネルで構成されるので、絞り径を数十〜数百Ｈｚといった高速で制御することを機械的な絞りよりも容易に実現できる。
【００１２】
この場合において、前記開口絞り（３）の絞り径の変化に応じて、前記内径領域の平均の光透過率を前記絞り径の増減態様とは逆方向に増減させることが望ましい。これによれば、絞り径を変化させても、対象物に投影される光量の変化を抑制することができる。
【００１３】
次に、本発明に係る三次元測定装置は、上記のいずれかに記載のパターン投影装置と、前記パターン投影装置のパターン投影軸に対して所定の視差を有する撮影軸により前記対象物を撮影して投影情報を取得する撮影情報取得部（１１）と、前記撮影情報に基づいて、前記対象物の三次元座標情報を導出する三次元情報導出部（１２）と、を具備することを特徴とする。これによれば、前記パターン投影装置と前記撮影情報取得部（１１）と三次元情報導出部（１２）とを具備することによって、投影パターンが投影された対象物の三次元形状を求めることができる。この場合に、基準パターンのパターン周期を変化させても開口絞り（３）の絞り径の制御により投影パターンのパターン形状の変化を抑制できるため、より高精度な三次元情報を取得することができるとともに、より高速な測定動作を実現できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、開口絞り（３）の絞り径を制御することにより、様々なパターン周期であっても投影パターンのパターン形状の変化を容易に抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】基準パターン（矩形波状の強度分布を有する縞パターン）とその濃淡の分布を示すパターン分布図である。
【図２】基準パターン（矩形波状の強度分布を有する縞パターン）を備えたパターン光束をデフォーカスして得られた正弦波状の投影パターンとその濃淡の分布を示すパターン分布図である。
【図３】図１の基準パターンよりもパターン周期が大きい別の基準パターン（矩形波状の強度分布を有する縞パターン）とその濃淡の分布を示すパターン分布図である。
【図４】図３の基準パターンを備えたパターン光束を図２に示す場合と同じデフォーカス量でデフォーカスしたときの投影パターンとその濃淡の分布を示すパターン分布図である。
【図５】本発明に係るパターン投影装置の実施形態の構成を示す概略構成図である。
【図６】絞り径の大きさを変更することでぼやけ量を調整することを説明する図（ａ）及び（ｂ）である。
【図７】絞り径に応じて光の透過量を調整する際のぼやけ量の変化を示す説明図（ａ）〜（ｃ）である。
【図８】本発明による光学シミュレーションの光路図の一例である。
【図９】図８のシミュレーションによって生成される投影パターンの像の正弦波状の濃淡（強度分布）を示すグラフ（ａ）及び（ｂ）である．
【図１０】本発明に係る三次元測定装置の実施形態の全体構成を示す概略構成図である。
【図１１】本発明に係る三次元測定装置の制御手順の流れを示す概略フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態は、図５のように、ＬＥＤや水銀灯などで構成される光源１と、基準パターンを形成するパターン生成体２とからなる基準パターン光束形成部を備えている。パターン生成体２は、そこに形成される透過率分布によって基準パターンを生成することができるとともに、基準パターンのパターン周期を変更可能に構成されたものであればよいが、例えば、透過型液晶パネルなどの光透過パネルで構成することができる。この基準パターン光束形成部においては、光源１から放出された光がパターン生成体２を透過することで、基準パターンを備えたパターン光束が形成される。このパターン光束は光学系４，７に入射される。
【００１７】
本実施形態の光学系４，７は、デフォーカス光学系４と投影光学系７を有する。上記パターン光束はデフォーカス光学系４で集光され、このデフォーカス光学系４は中間像面６上にパターン光束がデフォーカスさせて生ずる投影パターンの像を形成する。デフォーカス光学系４は開口絞り３を含む。上記基準パターン光束形成部により形成されたパターン光束のうち、開口絞り３を通過することによりその絞り径によって制限された範囲のパターン光束が中間像面６上に集光される。図示例では、デフォーカス光学系４は、上記開口絞り３の両側に配置される、入射側レンズ１３と出射側レンズ１４とを有する。ここで、中間像面６は、デフォーカス光学系４の焦点位置（基準パターンの像面）５との間に一定の距離、すなわち一定のデフォーカス量を有する位置に設定される。また、この中間像面６上に形成される投影パターンの像は投影光学系７によって計測対象（投影面）８に投影される。このように、光学系４，７によって基準パターンを備えたパターン光束がデフォーカスされて中間像面６上に投影パターンの像が投影される理由は、デフォーカス光学系４に対して投影光学系７に上記のデフォーカス量に対応する光軸方向の位置ずれをもたせてあるからである。
【００１８】
本実施形態では、上記パターン生成体２で生成される縞パターン等の基準パターンのパターン周期を制御するパターン周期制御部９を備えている。このパターン周期制御部９は、例えば、パターン生成体２が透過型液晶パネルなどといった、複数の画素が配列されてなるとともに各画素の透過率を制御可能なものであれば、表示パネル駆動回路等の画素列の駆動回路と、この駆動回路に表示データを送出する制御回路などで構成できる。投影する縞の周期の変更、すなわちパターン周期の変更は、パターン生成体２によって生成される基準パターンを変更することで行う。
【００１９】
本実施形態では、開口絞り３の絞り径を制御する絞り径制御部１０が設けられる。この絞り径制御部１０は、上記パターン周期制御部９によって制御された基準パターンのパターン周期に応じて、開口絞り３の絞り径を制御する。すなわち、基準パターンのパターン周期を大きくした場合に、投影パターンの縞の濃淡の分布が正弦波状にならないという上述の問題を、デフォーカス光学系４の内部にある開口絞り３の径を制御し、中間像面６上の投影パターンの像のぼやけ量を調整することで解決する。この調整方法によって、どのような周期の基準パターン（矩形波状の強度分布を有するパターン形状）であっても、正弦波状の強度分布を有する投影パターン（縞パターン）にして投影することができる。絞り径制御部１０をパターン周期に応じて動作させるようにするには、例えば、パターン周期制御部９から送出される周期制御信号、或いは、パターン周期制御部９をさらに制御する後述する主制御部１２（図示せず）から送出されるパターン周期に対応する周期制御信号などを絞り径制御部１０に与え、絞り径制御部１０が上記周期制御信号に対応する絞り径を開口絞り３において実現できるように構成してもよく、或いは、後述する主制御部１２からパターン周期に対応する絞り径の値を指示する絞り径制御信号を絞り径制御部１０に与えることで、絞り径制御部１０がその指示に従った絞り径を開口絞り３において実現することができるように構成してもよい。
【００２０】
開口絞り３の絞り径を調整することで、中間像面６でのぼやけ量を調整可能とする理由を以下に示す。図６（ａ）のように、絞り径が大きい場合には、中間像面６（一般的には或るデフォーカス面）でのスポット径が大きくなるためにぼやけ量φδ１は大きい。一方、図６（ｂ）に示すように、絞り径が小さい場合には、中間像面６（同じデフォーカス面）でのスポット径が小さくなるために、ぼやけ量φδ２は小さくなる。したがって、基準パターンのパターン周期が大きくなる場合には絞り径を大きくしてぼやけ量を増大させ、基準パターンのパターン周期が小さくなる場合には絞り径を小さくしてぼやけ量を減少させれば、例えデフォーカス量が不変であったとしても、投影パターンのパターン形状の変化を抑制することができる。
【００２１】
本実施形態では、上記開口絞り３を、透過型液晶パネルなどといった、複数の画素が配列されてなり、各画素の透過率を制御可能な光透過パネルで構成できる。この場合には、光透過パネルの光軸側の内径領域３ａ（図６において白色の円形で示される部分）で透過率が高く、外周側の外径領域３ｂ（図６において黒色の枠形状の部分）で透過率が低くなるように構成することで、内径領域３ａを開口とする開口絞り３を構成できる。この場合に、内径領域３ａの各画素が一様に最大透過率とされ、外径領域３ｂの各画素が一様に最小透過率とされることが最も望ましい。ここで、図６の（ａ）と（ｂ）に示すように、内径領域３ａの外径及び外径領域３ｂの内径を大きくすることで絞り径を大きくすることができ、内径領域３ａの外径及び外径領域３ｂの内径を小さくすることで絞り径を小さくすることができる。このとき、絞り径制御部１０は、上記のように開口絞り３が透過型液晶パネルなどといった、複数の画素が配列されてなるとともに各画素の透過率を制御可能なものであれば、表示パネル駆動回路等の画素列の駆動回路と、この駆動回路に表示データを送出する制御回路などで構成できる。内径領域３ａと外径領域３ｂの境界形状は、基準パターンのパターン形状をデフォーカスさせて投影パターンを形成する上で支障がない限り任意であるが、図示のように円形とすることが好ましい。絞り径制御手段１０による絞り径の変更は、内径領域３ａの外径及び外径領域３ｂの内径、すなわち境界形状の位置を変化させることで行う。
【００２２】
しかしながら、上述のように絞り径を増減させると、デフォーカス光学系４を通過する光量が増減するため、対象物に投射される投影パターンの光量もまた変化する。したがって、本実施形態のパターン投影装置を後述する三次元測定装置などに用いる場合、投影パターンの光量変化が測定データに影響を与える虞もある。この投影パターンの光量変化を抑制する方法として、本実施形態では、絞り径の変化に応じて内径領域３ａ若しくは開口領域（光透過パネル以外のもので開口絞り３を構成する場合）の平均透過率を制御する。図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、絞り径を大きくする場合には内径領域３ａ若しくは開口領域の平均透過率を低下させ、絞り径を小さくする場合には平均透過率を高める。これによって開口絞り３を通過する全光量の変化を抑制することができる。特に、当該全光量が変化しないように（一定になるように）平均透過率を制御することが最善である。なお、開口絞り３が上述のように光透過パネルで構成される場合において、内径領域３ａの平均透過率を設定する方法としては、複数の画素がそれぞれ多数の階調の制御によって透過率を調整可能に構成されているときには、内径領域３ａの全ての画素を同じ階調（平均透過率と同じ透過率が得られる階調）となるように構成してもよく、また、内径領域３ａ内に多数の画素が配列されるときには、図７（ａ）及び（ｂ）のように少なくとも二つの異なる階調の画素が内径領域３ａ内に分散し、全体として一様に分布するように構成してもよい。さらには、各画素の階調制御態様と、内径領域３ａ内の異なる階調の均等な分布態様とを組み合わせて所望の平均透過率が得られるように構成してもよい。
【００２３】
Ｒａｄｉａｎｔ  ＺＥＭＡＸ社の光学シミュレーションソフトＺＥＭＡＸを用いて、図８に示すようにデフォーカス光学系４に用いる入射側レンズ１３の焦点距離を１００ｍｍ、出射側レンズ１４の焦点距離を１００ｍｍとし、さらに、開口絞り３を入射側レンズ１３と出射側レンズ１４の間の中間位置（入射側レンズ１３から２０ｍｍ、出射側レンズ１４から１００ｍｍの位置）に配置し、デフォーカス光学系４の焦点位置５（出射側レンズ１４から１００ｍｍ）から複数のデフォーカス量（３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ）だけずれた位置に中間像面６を設定した場合を想定して、光の強度分布を計算した。そして、複数のデフォーカス量で計算したときに中間像面６上の投影パターンの像の強度分布が最も正弦波に近くなる開口絞り３の絞り径をもとめると、以下の表１に示すようになる。
【００２４】
【表１】
2014163812.tif 000003
【００２５】
表１には、上記の各デフォーカス量において、投影する縞の数を１０にしたときと、３０にしたときの絞り径を示してある。図９には、デフォーカス量３ｍｍの場合における、縞の数１０と、３０のときの光の強度分布を示す。図９（ａ）は、縞の数１０、すなわち、パターン周期が約５ｍｍの場合の最適な絞り値２９ｍｍのときの投影パターンの計算値（実線）と理論値を示す正弦波（破線）を示すグラフ、図９（ｂ）は、縞の数３０、すなわち、パターン周期が約１．７ｍｍの場合の最適な絞り値１１ｍｍのときの投影パターンの計算値（実線）と理論値を示す正弦波（破線）を示すグラフである。いずれの場合でも、実線で示されるように、破線で描かれている理論的な正弦波によく合致した縞の濃淡が得られている。
【００２６】
以上説明した本実施形態のパターン投影方法によれば、基準パターンを備えたパターン光束を開口絞り３を通過させた後にデフォーカスさせることにより投影パターンを形成し、基準パターンのパターン周期に応じて開口絞り３の絞り径を制御して、投影パターンのパターン形状の変化が抑制される（好ましくは維持される）ようにしていることにより、装置構成を簡易化することができるとともに、基準パターンの切り替えにも容易かつ迅速に対応することができる。
【００２７】
また、上記のパターン投影装置では、パターン周期制御部９によってパターン生成体２で生成される基準パターンのパターン周期が変化したときでも、絞り径制御部１０によってパターン周期に応じて開口絞り３の絞り径が制御され、これによって、投影パターンの正弦波状の強度分布を有するパターン形状の変化の抑制、好ましくは投影パターンのパターン形状の維持を容易かつ迅速に行うことができる。また、開口絞り３を含むデフォーカス光学系４によってその焦点位置５からずれた中間像面６上に投影パターンの像が形成され、この投影パターンの像が投影光学系７によって投影されることにより、デフォーカス光学系４と投影光学系７の位置関係でデフォーカス量が設定されるため、安定したパターン形状の投影パターンを対象物に投影することができるとともに、デフォーカス量やぼやけ量が光学系４，７の構成のみで決まるため、絞り径の制御もさらに容易になる。
【００２８】
次に、図１０を参照して、本発明に係る三次元計測装置の実施形態について説明する。本実施形態は、上述のパターン投影装置の実施形態と、計測対象（投影面）８を撮影する撮影カメラ１１と、パターン制御装置及び撮影カメラ１１を制御するとともに計測データを導出する主制御部１２とを備えている。撮影カメラ１１は、上記パターン投影装置のパターン投影軸（投影光学系７が投影パターンを投影するときの光軸）とは異なる方位に設定された撮影軸を有する撮影光学系を有し、計測対象上の投影面８を撮影し、その撮影データを取得する撮影情報取得部を構成する。撮影カメラ１１は、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子と、この撮像素子によって記録された撮像データを処理するデータ処理回路とを含み、計測対象８の撮影データを出力して主制御部１２へ送出する。主制御部１２は、専用の制御回路などでも構成することができるが、図示例では、計測プログラムが動作可能に構成されたパーソナルコンピュータ等の電子計算機によって構成される。
【００２９】
主制御部１２には、上記パターン投影装置のパターン周期制御部９及び絞り径制御部１０、並びに、撮影カメラ１１が接続される。主制御部１２は、パターン周期制御部９に対して、例えば、パターン制御信号や周期制御信号を送出するなどして、パターン周期制御部９が基準パターン若しくはそのパターン周期を設定するようにする。また、パターン周期制御部９自体が基準パターン及びその変化態様を設定する場合には、主制御部１２が、パターン周期制御部９に対して計測開始信号を送出するとともに、パターン周期制御部９から基準パターン若しくはそのパターン周期を示す動作情報データを受け取るようにしてもよい。
【００３０】
また、主制御部１２は、絞り径制御部１０に対して、パターン周期制御部９による基準パターン若しくはその周期に対応する制御信号を送るなどして、絞り径制御部１０が開口絞り３の絞り径を基準パターンのパターン周期に応じたものに設定するようにする。このとき、絞り径制御部１０により制御される絞り径は、表１に示されるようなパターン周期や縞数との対応関係を示す対応データ（対応表）などとして予め主制御部１２又は絞り径制御部１０に格納されていて、この対応データを用いて適切な絞り径が求められるように構成される。このような構成は、図示例の場合、主制御部１２において上記計測プログラムが動作時に上記対応データを参照することによっても実現でき、或いは、絞り径制御部１０内の入出力機能において自動的に実行されるようにしても実現できる。
【００３１】
主制御部１２は、撮影カメラ１１に対して、上記パターン投影装置の動作に同期した撮影動作を指示するとともに、撮影カメラ１１から出力される計測対象８の撮影データを受け取る。この撮影データは主制御部１２によって処理され、計測対象８の三次元形状データが算出される。この機能によって主制御部１２は、本実施形態の三次元情報導出部を構成する。
【００３２】
以下に正弦波状の縞の投影から三次元形状を得るまでの流れを示す。この流れは、主制御部１２で実行される上記計測プログラムによる制御動作としても把握できる。図１１に示すように、まず、基準パターン（縞パターン）の周期を主制御部１２又はパターン周期制御部９で設定する（Ｓ１）。つぎに、パターン周期制御部９によりパターン生成体２において基準パターンが生成され、所定の周期の縞状の基準パターンを備えたパターン光束が形成される（Ｓ２）。次に、例えば主制御部１２に内蔵されているパターン周期（縞の周期）と絞り径の対応表に基づいて、上記基準パターンのパターン周期に対応する絞り径の値を求める（Ｓ３）。そして、絞り径制御部１０を駆動して（Ｓ４）、開口絞り３の絞り径を上記対応する値に設定する。この状態で、撮影カメラ１１にて正弦波状の縞が投影された投影面（計測対象）８を撮影し（Ｓ５）、撮影カメラ１１から主制御部１２に撮影データ（画像データ）を取り込む。ここで、三次元形状を得るのに必要な枚数の（例えば位相や周期の異なる）投影パターン（正弦波状の強度分布を有する縞パターン）を投影したときの画像が得られていなければ、Ｓ１に戻り、パターン周期（縞の周期）等を再度設定し（Ｓ６）、必要に応じてパターン周期を変更して、上記と同様の手順を繰り返す。一方、必要十分の枚数の画像が得られている場合は、主制御部１２は、上記の複数の撮影データから計測対象の三次元形状を演算する（Ｓ７）。
【００３３】
なお、三次元計測装置における三次元形状の算出原理及び算出方法は、格子投影法に基づくものであれば、公知の種々のものを用いることができる。例えば、格子投影法の一種としては位相シフト法があるが、この手法では、計測対象に明暗の周期的な縞を投影し、その縞の位相をシフトさせ、その撮影像を演算することで投影面の位相差を求め、さらにパターン周期の異なる投影パターンによる撮影データに基づいて位相接続を行い、計測対象８の三次元形状を導出する。
【００３４】
尚、本発明は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では基準パターン及び投影パターンとして縞状のパターン形状を有するものを例示したが、本発明に係るパターン投影方法及びパターン投影装置では、パターン形状の全体の概略構成態様としては縞状に限らず、格子状その他の種々の態様のものを用いることができる。また、本発明は、デフォーカス量を変えなくても開口絞りの絞り径を制御することでぼやけ量を調整して投影パターンのパターン形状の変化を抑制することができるといった効果を奏するものであるが、デフォーカス量を制御して変化させる場合を排除するものではない。デフォーカス量と絞り径を共に変化させてパターン形状の変化を抑制する場合でも、絞り径を制御することによって投影パターンのパターン形状の変化を抑制するために要するデフォーカス量の変化幅や変化速度を低減することができるため、基本的には上述と同質の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  光源
２  パターン生成体
３  開口絞り
４  デフォーカス光学系
５  焦点位置（縞（基準パターン）の像面）
６  中間像面
７  投影光学系
８  投影面（計測対象）
９  パターン周期制御部
１０  絞り径制御部
１１  撮影カメラ（撮影情報取得部）
１２  主制御部（三次元情報導出部）
１３  入射側レンズ
１４  出射側レンズ
【図１】
2014163812.tif 000004
【図２】
2014163812.tif 000005
【図３】
2014163812.tif 000006
【図４】
2014163812.tif 000007
【図５】
2014163812.tif 000008
【図６】
2014163812.tif 000009
【図７】
2014163812.tif 000010
【図８】
2014163812.tif 000011
【図９】
2014163812.tif 000012
【図１０】
2014163812.tif 000013
【図１１】
2014163812.tif 000014