(57)【要約】      （修正有）【課題】照明光学系と観察光学系で略共通の偏光光学系を有する構造化光三次元形状計測装置に於いて、一枚の光学絞りで当該二つの光学系のFナンバーをそれぞれ独立に制御することができる固定式光学絞りを提供する。【解決手段】直線偏光板(偏光子)を光学絞りの材料とし、これを一枚のリング状ディスクに切断加工することで、光軸を同一とする直交する２種類の偏光光学系に対して、一枚で異なる２種類のFナンバーを持つ固定光学絞りを構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光板材料から成る円盤の中央部に開口部を設けたことを特徴とする光学絞り。
【請求項２】
両面を黒色塗装されたリング形状の枠において、該リングの内側開口部に偏光板を張り、該偏光板円盤の中央部に、当該光学絞りと中心軸を同一とした開口円部を設けたことを特徴とする請求項１の光学絞り。
【請求項３】
絞り板を形成する偏光板リングの両面には反射防止膜が施してあることを特徴とする請求項１の光学絞り。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光三次元形状測定機の性能を向上するための光学系の改善に関し、なかでも照明光学系と観察光学系が略共通の光軸を持つ略同一の光学系で構成される構造化光照射による光三次元形状測定機の光学絞りに関する。
【背景技術】
【０００２】
構造化光照射による光三次元形状計測の動作の概略は、投射光学系より特有の簾状パターンを試料面に投射し、該試料面の凹凸により変形した該投影パターン像をデジタルカメラで撮影して画像データとしてコンピュータに取り込み、その変形具合から三角測量の原理で数値解析し各（X,Y）座標に対応したZ方向(カメラ光軸方向)の座標を算出し当該試料面の三次元形状データを生成するものである。
【０００３】
従来、構造化光照射による光三次元形状計測では、照明光学系の光軸と観察光学系の光軸は約２０度から６０度程度の角度を成すように設定されていることが多い（例えば非特許文献１）。しかし、従来の構成では、図４に示す様に、独立した上記２つの光学系を単に併存させていたため、当該２つの光学系の光軸を上記の角度で設定させると測定装置としての体積、特にプローブ部の体積を小さくするのが困難で、歯科口腔内観察など、狭い場所の測定には不向きであった。
【０００４】
そこで登場したのが偏光を制御して照明系と観察系の２つの光学系を略共通にする構成である（例えば特許文献１参照）。図３にこの光学系構成の一例を示す。この構成例では上記２つの光学系で利用する光を互いに直交する直線偏光としているため、１組の光学系で照明系と観察系の２つの役目を兼ねさせることが可能となった。この場合、三角測量に必要な上記両光学系の光軸角度の設定はプローブ先端で特殊なPBSプリズム４bで行う。また、共通光学系の中で投射光源と撮像センサーへの光路の分離はPBSプリズム４aで行なうのが一般的である。この様な光学構成では、多くの光学素子を共用するため測定装置のプローブ部を小型化し易いという利点があり、当該略共通光学系の中では、光学絞りも投射光学系と観察光学系で同一の光学絞り３が使われる構成となるのが通常である。
【０００５】
ところで、結像機能を有する光学系ではその光学特性の一部を“Fナンバー”と呼ばれるパラメータで評価するのが一般的であり、その数値は下記の（1）式から計算される。
F# = f/D       （１）
ここで、F#:Fナンバーの値、f:光学系の焦点距離、D:光学系の開口部の直径を  表わす。
光学絞りの径は式（１）のDに相当するので、光学系の明るさとF#の大きさは負の相関があり、また被写界深度の大きさとF#の大きさは正の相関を持つことが知られている。
【０００６】
さて、光三次元形状測定装置の観察光学系に対しては、被写界深度は深い方が測定体積が拡がるのでFナンバーをできるだけ大きくしたいという要請がある。一方、照明光学系に対しては充分な光量を試料に照射したいという照明系への普遍的な要求があり、そのためにFナンバーを小さく設定したいと言う要請がある。
【０００７】
しかしながら、当該略共通光学系においては、一つしかない従来の光学絞りでは、照明光学系に対するとFナンバーと観察光学系に対するFナンバーを独立に設定できないという欠点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−１１３５８１
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】吉澤徹編「光三次元計測」新技術コミニュケーションズ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のような従来の略共通光学系を有する三次元光測定装置の欠点に鑑み、単一の光学絞りであっても照明光学系と観察光学系とで独立したFナンバーの絞りとして作用する光学絞りを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明では、両面とも反射防止コートされた直線偏光板ディスクで光学絞りを構成している。当該絞り円盤の中心には観察光学系用に大きい方のFナンバーに対応した開口部を設ける。さらに当該絞りの外周部には照明系用に小さい方のFナンバー対応した黒体面リングの枠を設ける。
【発明の効果】
【００１２】
以上の説明から明らかなように、本発明にあたっては次に示す効果が得られる。すなわち、偏光を利用した略共通光学系を有する光三次元形状測定機において、固定光学絞り一枚のみで照明光学系のFナンバーと観察光学系のFナンバーを独立に設定することができるので、明るい照明と深い被写界深度での観察の両立が可能となり、構造化光照射による光三次元形状測定装置の小型化と性能向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を実施するための最良の第一の形態の構成図
【図２】従来の光学絞り
【図３】一枚の光学絞りを略共通光学系内に持つ光三次元形状測定機の光学系構成図
【図４】従来の構造化光三次元形状測定機の光学系構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。尚、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付して説明を省略している。
【実施例】
【００１５】
図１は、本発明装置である光学絞りの実施例であって、リング形状の偏光子板を用いた光学絞りの構成図である。まず、本光学絞りの材料は両面反射防止コートされたプラスチック製の直線偏光板（偏光子）からなり、その外径は装置光学系鏡筒の内径に対応し、中心の開口部の径は観察光学系のFナンバーに対応している。この部分は偏光板が無いただの開口空間なので、偏光状態に関係なくこの部分へ入射した光は当然ながら100%透過する。
一方、この穴の外縁より外側かつ黒体絞りリングの内側の部分は偏光子材料で構成されているので、当該偏光材料部分への入射光の透過率は入射直線偏光の偏光方向により異なることになる。そこで、より小さなFナンバーが所望される照明光学系に対しては、入射直線偏光に対して当該光学絞りの透過偏光方向とを一致させるように当該光学絞り板を光学系光軸と一致する当該中心軸周りに回転調整して固定する。これにより入射照明光は当該絞りの中央開口部と偏光子材料部の両方を低損失で透過できるため本光学絞りをFナンバーの小さな絞りだと認識する。一方、測定対象物体からの散乱観察光は照明光と直交偏光状態にある光のみが略共通光学系内へ導かれるように構成されているので、当該観察光は本発明の光学絞りの中央開口部のみ透過でき、照明光が通過できたリング形状の偏光子材部は透過できない。すなわち、撮像センサーへ戻る観察光は本光学絞りを大きなFナンバーの絞りだと認識する。また、当該絞りの外周辺は照明光に対して指定のFナンバーなるように通常の光学絞りと同様所定の内径を持った黒体絞りリングを貼り付けている。この様な構成の光学絞りを図３に示す略共通光学系を採用した光三次元形状測定機に採用すれば、単一の光学素子にもかかわらず、当該光学絞りへの入射光の偏光方向により照明光学系と観察光学系でFナンバーを独立に切り替えることができ、照明光学系では低Fナンバーで明るく、観察光学系では高Fナンバーで被写界深度の深い光学絞りとして機能し、従来困難であった凹凸の深い試料でも三次元形状データを取得することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明は、従来、単一光学絞りでほぼ不可能であったに略共通光学系の照明系と観察系のそれぞれのFナンバーの個別制御に適用可能であり、偏光制御による三次元光計測装置の光学系に適用することで、性能改善に役立つ。
【符号の説明】
【００１７】
１    パターン表示素子
２    撮像カメラ（撮像センサー）
３    光学絞り
４ａ  ＰＢＳプリズム
４ｂ  ＰＢＳプリズム
５    １／４波長板
６    観察試料面
７    光源
８    Ｓ偏光
９    Ｐ偏光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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