(57)【要約】【課題】取付時に反りや変形を生じにくいパターン投影用格子板を提供する。【解決手段】パターン投影用格子板は、光源からの光の一部を遮光して対象物にパターンを投影するパターン投影用格子板であって、少なくとも第１方向に沿って配列された複数の遮光部であって、複数の遮光部の間に複数の開口部を画成している複数の遮光部と、複数の遮光部を支持する支持体と、を備え、各遮光部は、該遮光部の延在方向に沿って形成された突条部を有する。【選択図】図１Ｂ
2019124571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光の一部を遮光して対象物にパターンを投影するパターン投影用格子板であって、
少なくとも第１方向に沿って配列された複数の遮光部であって、前記複数の遮光部の間に複数の開口部を画成している複数の遮光部と、
前記複数の遮光部を支持する支持体と、
を備え、
前記各遮光部は、該遮光部の延在方向に沿って形成された突条部を有する、パターン投影用格子板。
【請求項２】
前記各遮光部は、該遮光部の延在方向に向かって両側に形成されたエッジ部を有する、請求項１に記載のパターン投影用格子板。
【請求項３】
前記各遮光部は、前記第１方向と交差する第２方向に延在し、
前記突条部の前記第２方向について垂直な断面形状が遮光面に対して突出している、請求項１又は２に記載のパターン投影用格子板。
【請求項４】
前記各遮光部の前記第２方向について垂直な断面形状は、山形形状である、請求項３に記載のパターン投影用格子板。
【請求項５】
前記各遮光部の前記第２方向について垂直な断面形状の前記第１方向に沿った端部と前記第１方向とのなす角度θについて、
θ≦ａｒｃｔａｎ（Ｄ／（（Ｗ／２）＋Ｌ）））
の関係式を満たし、前記Ｗは、前記第１方向に沿った光源の幅であり、前記Ｄは、前記光源の中心から前記パターン投影用格子板への垂線の長さであり、前記Ｌは、前記垂線の足から前記第１方向に沿って前記端部までの距離である、請求項３又は４に記載のパターン投影用格子板。
【請求項６】
光源と、
前記光源からの光の一部を遮光して対象物にパターンを投影するパターン投影用格子板と、
を備え、
前記パターン投影用格子板は、
少なくとも第１方向に沿って配列された複数の遮光部であって、前記複数の遮光部の間に複数の開口部を画成している複数の遮光部と、
前記複数の遮光部を支持する支持体と、
を有し、
前記各遮光部は、該遮光部の延在方向に沿って形成された突条部を有する、パターン投影用照明。
【請求項７】
前記各遮光部は、前記第１方向と交差する第２方向に延在し、
前記突条部の前記第２方向について垂直な断面形状が遮光面に対して突出している、請求項６に記載のパターン投影用照明。
【請求項８】
前記各遮光部の前記第２方向について垂直な断面形状の前記第１方向に沿った端部と前記第１方向とのなす角度θについて、
θ≦ａｒｃｔａｎ（Ｄ／（（Ｗ／２）＋Ｌ）））
の関係式を満たし、前記Ｗは、前記第１方向に沿った光源の幅であり、前記Ｄは、前記光源の中心から前記パターン投影用格子板への垂線の長さであり、前記Ｌは、前記垂線の足から前記第１方向に沿って前記端部までの距離である、請求項７に記載のパターン投影用照明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン投影用格子板及び該格子板を用いたパターン投影用照明に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物に対して非接触で３次元計測を行う手法として位相シフト法等が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この位相シフト法では、対象物の全体にわたって縞状パターンを位相シフトさせながら投影してエリアカメラで対象物の全体の格子画像を撮影している。
【０００３】
上記の縞状パターンの投影には、光源と、光源からの光の一部をパターンとして透光させるためのパターン投影用格子板とを組み合わせたパターン投影用照明が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−４３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
位相シフト法において、高精度な３次元計測を行うためには高精細な縞状パターンの投影を行うことが必要とされる。この場合、パターン投影用格子板の板厚が厚いと斜めから通過する光に影響して縞状パターンが歪んでしまう場合がある。
【０００６】
一方、格子板の板厚を薄くしすぎると精度は上がるものの、格子板の取付時に反りや変形が生じ、縞状パターンに影響する場合がある。
【０００７】
本発明の目的は、取付時に反りや変形を生じにくいパターン投影用格子板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るパターン投影用格子板は、光源からの光の一部を遮光して対象物にパターンを投影するパターン投影用格子板であって、
少なくとも第１方向に沿って配列された複数の遮光部であって、前記複数の遮光部の間に複数の開口部を画成している複数の遮光部と、
前記複数の遮光部を支持する支持体と、
を備え、
前記各遮光部は、該遮光部の延在方向に沿って形成された突条部を有する。
【０００９】
好ましくは、各遮光部は、該遮光部の延在方向に向かって両側に形成されたエッジ部を有する。各遮光部の両サイドに遮光面に沿ったエッジ部を有することで、格子板を通過する光の角度が変化しても安定してパターンを投影することができる。これにより剛性が高く且つ精度の高いパターン投影用格子板を構成できる。
【００１０】
また、本発明に係るパターン投影用照明は、光源と、
前記光源からの光の一部を遮光して対象物にパターンを投影するパターン投影用格子板と、
を備え、
前記パターン投影用格子板は、
少なくとも第１方向に沿って配列された複数の遮光部であって、前記複数の遮光部の間に複数の開口部を画成している複数の遮光部と、
前記複数の遮光部を支持する支持体と、
を有し、
前記各遮光部は、該遮光部の延在方向に沿って形成された突条部を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るパターン投影用格子板及び該格子板を用いたパターン投影用照明によれば、各遮光部は、該遮光部の延在方向に沿って形成された突条部を有する。これにより、従来の平板状の格子板に比べて剛性が高く、取付時に反りや変形を生じにくいパターン投影用格子板を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】実施の形態１に係るパターン投影用格子板の平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ線断面をｙ方向から見た垂直断面図である。
【図２】実施の形態１に係るパターン投影用格子板の斜視図である。
【図３Ａ】遮蔽部の三角形の断面を示す断面図である。
【図３Ｂ】遮蔽部の台形の断面を示す断面図である。
【図３Ｃ】遮蔽部の山形の断面を示す断面図である。
【図３Ｄ】遮蔽部の凹面で形成された凸型の断面を示す断面図である。
【図３Ｅ】遮蔽部の菱形の断面を示す断面図である。
【図４】光源とパターン投影用格子板との配置の一例を示す概略図である。
【図５】実施の形態１に係るパターン投影用照明によるパターン投影の一例を示す概略図である。
【図６Ａ】実施の形態２に係るパターン投影用格子板の平面図である。
【図６Ｂ】図６ＡのＢ−Ｂ線断面をｙ方向から見た垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の態様に係るパターン投影用格子板は、光源からの光の一部を遮光して対象物にパターンを投影するパターン投影用格子板であって、
少なくとも第１方向に沿って配列された複数の遮光部であって、前記複数の遮光部の間に複数の開口部を画成している複数の遮光部と、
前記複数の遮光部を支持する支持体と、
を備え、
前記各遮光部は、該遮光部の延在方向に沿って形成された突条部を有する。
【００１４】
第２の態様に係るパターン投影用格子板は、上記第１の態様において、前記各遮光部は、該遮光部の延在方向に向かって両側に形成されたエッジ部を有していてもよい。
【００１５】
第３の態様に係るパターン投影用格子板は、上記第１又は第２の態様において、前記各遮光部は、前記第１方向と交差する第２方向に延在し、
前記突条部の前記第２方向について垂直な断面形状が遮光面に対して突出していてもよい。
【００１６】
第４の態様に係るパターン投影用格子板は、上記第３の態様において、前記各遮光部の前記第２方向について垂直な断面形状は、山形形状であってもよい。
【００１７】
第５の態様に係るパターン投影用格子板は、上記第３又は第４の態様において、前記各遮光部の前記第２方向について垂直な断面形状の前記第１方向に沿った端部と前記第１方向とのなす角度θについて、
θ≦ａｒｃｔａｎ（Ｄ／（（Ｗ／２）＋Ｌ）））
の関係式を満たし、前記Ｗは、前記第１方向に沿った光源の幅であり、前記Ｄは、前記光源の中心から前記パターン投影用格子板への垂線の長さであり、前記Ｌは、前記垂線の足から前記第１方向に沿って前記端部までの距離であってもよい。
【００１８】
第６の態様に係るパターン投影用照明は、光源と、
前記光源からの光の一部を遮光して対象物にパターンを投影するパターン投影用格子板と、
を備え、
前記パターン投影用格子板は、
少なくとも第１方向に沿って配列された複数の遮光部であって、前記複数の遮光部の間に複数の開口部を画成している複数の遮光部と、
前記複数の遮光部を支持する支持体と、
を有し、
前記各遮光部は、該遮光部の延在方向に沿って形成された突条部を有する。
【００１９】
第７の態様に係るパターン投影用照明は、上記第６の態様において、前記各遮光部は、前記第１方向と交差する第２方向に延在し、
前記突条部の前記第２方向について垂直な断面形状が遮光面に対して突出していてもよい。
【００２０】
第８の態様に係るパターン投影用照明は、上記第７の態様において、前記各遮光部の前記第２方向について垂直な断面形状の前記第１方向に沿った端部と前記第１方向とのなす角度θについて、
θ≦ａｒｃｔａｎ（Ｄ／（（Ｗ／２）＋Ｌ）））
の関係式を満たし、前記Ｗは、前記第１方向に沿った光源の幅であり、前記Ｄは、前記光源の中心から前記パターン投影用格子板への垂線の長さであり、前記Ｌは、前記垂線の足から前記第１方向に沿って前記端部までの距離であってもよい。
【００２１】
以下、実施の形態に係るパターン投影用格子板及び該格子板を用いたパターン投影用照明について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
【００２２】
（実施の形態１）
図１Ａは、実施の形態１に係るパターン投影用格子板１０の平面図である。図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ線断面をｙ方向から見た垂直断面図である。図２は、実施の形態１に係るパターン投影用格子板の斜視図である。なお、図１Ａ及び図１Ｂでは、複数の遮光部１２の配列方向をｘ方向とし、各遮光部１２の延在方向をｙ方向として便宜上示している。ｘ方向が第１方向とすると、ｙ方向が第２方向となる。
実施の形態１に係るパターン投影用格子板１０によって、光源からの光２２の一部を遮光すると共に、光の一部２３をパターンとして透光させることができる。このパターン投影用格子板１０は、ｘ方向（第１方向）に沿って配列された複数の遮光部１２と、複数の遮光部を支持する枠状の支持体１１と、を備える。複数の遮光部１２の間には複数の開口部１４を画成している。開口部１４は光源からの光が透光できればよく、例えば、透明な部材等によって開口部１４を遮蔽してもよい。また、各遮光部１２は、該遮光部１２の延在方向（ｙ方向：第２方向）に沿って形成された突条部１３を有する。
そこで、各遮光部１２は、剛性が高く、取付時に反りや変形を生じにくいパターン投影用格子板１０を構成することができる。
【００２３】
以下に、このパターン投影用格子板１０を構成する各部材について説明する。
【００２４】
＜支持体＞
支持体１１は、剛性材料からなる。材質は特に限定されないが、例えば、加工がしやすく低コストな金属が好ましい。または、セラミックや樹脂等を用いることもできる。
支持体１１は、例えば、図１Ａに示すように四角形であってもよい。あるいは、遮光部１２を両側から挟む一対の辺であってもよい。
【００２５】
＜遮光部＞
遮光部１２は、金属、セラミックまたは樹脂等の剛性材料からなる。材質は、遮光できる厚さを有し、通常使用できるものであればよく、特に限定されない。支持体１１と遮光部１２とは同じ材質であってもよく、あるいは異なる材質であってもよい。支持体１１と遮光部１２とが同じ材質である場合、一つの部材、例えば１枚の板材から支持体１１と遮光部１２とを切削加工によって形成してもよい。あるいは支持体１１と遮光部１２とをそれぞれ別体として形成し、その後支持体１１と遮光部１２とを組み合わせてパターン投影用格子板１０を構成してもよい。あるいは３Ｄプリンタを用いて支持体１１と遮光部１２とを一体的に作成してもよい。
【００２６】
遮光部１２は、例えば、図１Ａに示すようにｘ方向に沿って配列されている。各遮光部１２の間には開口部１４を画成している。遮光部１２は、例えば、ｚ方向からみた投影形状が長方形状である。また、各遮光部１２は、該遮光部１２の延在方向（ｙ方向：第２方向）に沿って形成された突条部１３を有する。この突条部１３は、ｙ方向について垂直な断面形状が遮光面１６に対して突出している。このように遮光部１２がｙ方向について垂直な断面形状が遮光面１６に対して突出しているので、各遮光部は、延在方向及び延在方向と交差する方向にも剛性を有する。そのため、取付時に反りや変形を生じにくいパターン投影用格子板を構成することができる。
また、突条部１３の断面形状は、例えば、図３Ａ乃至図３Ｅに示すように、三角形（図１Ｂ、図３Ａ）、台形（図３Ｂ）、山形（図３Ｃ）、凹面で形成された凸型（図３Ｄ）、菱形（図３Ｅ）等のいずれの断面形状であってもよい。また、図３Ａ乃至図３Ｅの断面形状は、ｚ方向に突出している場合を示しているがこれに限られず、−ｚ方向に突出している場合であってもよい。
また、各遮光部は、遮光部の延在方向（ｙ方向）に向かって両側に形成されたエッジ部１８を有しているため、図３Ａ乃至図３Ｅの断面形状は、ｘ方向に沿った端部１５（両サイドの角部）が先鋭な形状となっており、これにより投影パターンの歪みを抑制できる。
【００２７】
各遮光部１２は、必ずしも同一形状でなくてもよいが、板厚を薄くするため、及び、遮光面１６を一つの平面とするためには各遮光部１２は同一形状であることが好ましい。
【００２８】
なお、「遮光面１６」とは、ｚ方向に垂直な面であって、格子板１０の複数の開口部１４の面積が最も小さくなる仮想面であり、パターンを定義する面である。この場合、複数の遮光部１２の断面積が最も大きくなる。また、この「遮光面１６」は、各遮光部１２のｘ方向に沿った端部１５を通る面である。図４では、「遮光面１６」は、遮光部１２の断面の三角形の底辺に沿った面と一致している。
【００２９】
＜光源と格子板との配置関係について＞
図４は、光源２０とパターン投影用格子板１０との配置の一例を示す概略図である。
光源２０はｘｙ方向にＬＥＤが２次元的に配列されている。図４において、光源２０には点灯／消灯が切り替え可能な複数のＬＥＤ２１ａ〜２１ｅを含む。また、光源２０をｘ方向に配置すると共に、光源２０に対して格子板１０をｚ方向に配置している。この場合において、光源２０のｘ方向の幅をＷとし、光源２０の中心から格子板への垂線の長さをＤとする。ここで、光源の幅Ｗとは、図４に示すように最も端同士のＬＥＤチップ中心間の距離である。また、ｚ方向における光源２０の中心とは、図４に示すように、各ＬＥＤチップの中心を通る面であってもよいし、表面実装タイプのＬＥＤのようにチップ自体が薄い場合は、ＬＥＤが実装されている基板の上面であってもよい。図４に示すように光源２０と格子板１０とを平行に配置した場合には、光源２０の中心から格子板１０への垂線の長さは、光源２０から格子板１０までの距離と一致する。さらに、光源２０の中心から格子板１０への垂線の足から遮光部１２のｘ方向に沿った端部１５までの距離をＬとする。上記の場合において、遮光部１２のｙ方向について垂直な断面形状のｘ方向に沿った端部１５とｘ方向とのなす角度θについて、以下の不等式を満たす角度とする。
θ≦ａｒｃｔａｎ（Ｄ／（（Ｗ／２）＋Ｌ）））
詳細には、角度θは、端部１５を構成する２辺のそれぞれの辺と、ｘ方向とのなす角度である。つまり、断面形状の端部１５を構成する＋ｚ方向側の辺と−ｚ方向側の辺、それぞれの辺とｘ方向とのなす角度がいずれも上記不等式を満たす必要がある。例えば、図３Ａに示す断面形状の場合、三角形の斜辺と底辺とがなす角が＋ｚ方向側のθとなる。一方、−ｚ方向側は遮光面に対して突出した部分がないためθは０度である。図３Ｅに示すひし形の断面形状の場合、遮光面に対して＋ｚ方向側と−ｚ方向側の両側に突出する部分があるため、それぞれの突出する部分の斜辺とｘ方向とのなす角度が上記不等式を満たす必要がある。
【００３０】
遮光部１２のｘ方向に沿った端部の角度θについて、上記不等式を満たすように設定することによって、光源２０の両端のいずれからの光についても端部１５より上部で遮られずに通過させることができる。逆に、上記不等式を満たさない角度の場合には、端部１５より上部で光が遮られてしまい、光源２０の位置によって遮光面１６が変化してしまい、一定のパターンを形成できない場合がある。
【００３１】
なお、各遮光部１２は、遮光面１６より突出する全ての部分が、ｚ方向の高さについて端部１５から角度θの斜辺より低く設定されていることが必要とされる。
【００３２】
＜パターン投影用照明＞
図５は、実施の形態１に係るパターン投影用照明３０によるパターン投影の一例を示す概略図である。このパターン投影用照明３０は、光源２０と、光源２０からの光２２の一部を遮光すると共に、光の一部２３をパターンとして透光させるパターン投影用格子板１０と、を備える。このパターン投影用照明１０によって対象物２に複数の異なるパターン光２４を切替えて投影可能である。図４の例では、光源２０を複数のＬＥＤ２１ａ〜２１ｅで構成したスイッチング光源としている。これにより、ＬＥＤ２１ａ〜２１ｅの点灯位置を切替えながら格子パターンの位相をシフトできるため、高速なパターン光切替え制御が可能となる。なお、パターン投影用格子板１０については上述のパターン投影用格子板１０と重複するので説明を省略する。
【００３３】
（実施の形態２）
図６Ａは、実施の形態２に係るパターン投影用格子板１０ａの平面図である。図６Ｂは、図６ＡのＢ−Ｂ線断面をｙ方向から見た垂直断面図である。
実施の形態２に係るパターン投影用格子板１０ａは、実施の形態１に係るパターン投影用格子板と対比すると、遮光部１２のｙ方向に対する断面形状が三角形ではなく菱形である点で相違する。このように遮光部１２の断面を菱形にすることで、パターン投影用格子板１０ａの両面について対称形状とすることができる。そこで、このパターン投影用格子板１０ａは、両面のいずれについても同様に用いることができ、より高い剛性を得ることができる。
なお、遮光部１２の断面を菱形にする場合に限られず、両面で対称となる断面形状とすることで、両面について同様に用いることができる。
【００３４】
なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び／又は実施例のうちの任意の実施の形態及び／又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び／又は実施例が有する効果を奏することができる。遮光部の配列方向は１次元に限定されない。例えば、第１方向と交差する方向にも複数の遮光部を配列し、縦横２次元の格子パターンを投影してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る本発明に係るパターン投影用格子板及び該格子板を用いたパターン投影用照明によれば、各遮光部は、該遮光部の延在方向に沿って形成された突条部を有する。そこで、各遮光部は、延在方向と交差する方向にも強度を有し、板厚を薄くしながらも取付時に反りや変形を生じにくいパターン投影用格子板を提供することができる。
【符号の説明】
【００３６】
２  対象物
１０、１０ａ  パターン投影用格子板
１１  支持体
１２  遮光部
１３  突条部
１４  開口部
１５  端部
１６  遮光面
１７  中心線
１８  エッジ部
２０  光源
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ  ＬＥＤ
２２  光源からの光
２３  透過光
２４  パターン光
３０  パターン投影用照明
【図１Ａ】
2019124571.tif 000003
【図１Ｂ】
2019124571.tif 000004
【図２】
2019124571.tif 000005
【図３Ａ】
2019124571.tif 000006
【図３Ｂ】
2019124571.tif 000007
【図３Ｃ】
2019124571.tif 000008
【図３Ｄ】
2019124571.tif 000009
【図３Ｅ】
2019124571.tif 000010
【図４】
2019124571.tif 000011
【図５】
2019124571.tif 000012
【図６Ａ】
2019124571.tif 000013
【図６Ｂ】
2019124571.tif 000014