(57)【要約】  物体の表面の物体点の三次元座標を決定する方法である。この方法は、ソース２１０、プロジェクタ２３０およびカメラ２６０を設けるステップと、２つの例のそれぞれにおいて、ソース光を空間的に変調するステップと、プロジェクタレンズ２４０を通して光の変調器パターンを送出して光スポットを形成するステップと、ピンホール板２５２でスポットをフィルタリングするステップと、光スポットからの光を物体上に伝搬してフリンジパターンを生成するステップと、物体点をカメラレンズ２６２で感光性アレイ２６５のアレイ点の上に映して、感光性アレイ２６５から第１および第２の電気データ値を取得するステップと、少なくとも一部は第１の電気データ値、第２の電気データ値および基線長に基づいて、第１の物体点の三次元座標を決定するステップとを含む。
2014522981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（２５６）の表面の第１の物体点（２５８）の三次元座標を決定する方法であって、
ソース（２１０）、プロジェクタ（２３０）およびカメラ（２６０）を設けるステップであって、前記プロジェクタは空間光変調器（２２４）と、プロジェクタレンズ（２４０）と、ピンホール板（２５２）と、プロセッサ（２３２）とを含み、前記空間光変調器はデジタルマイクロミラーデバイス、液晶ディスプレイ、および液晶オンシリコンデバイスからなる群から選択され、前記カメラ（２６０）はカメラレンズ（２６２）と感光性アレイ（２６５）とを含み、前記プロジェクタはプロジェクタ投射中心（２４１）を有し、前記カメラはカメラ投射中心（２６３）を有し、前記プロジェクタ投射中心と前記カメラ投射中心とを結ぶ線分は基線（２５１）であり、前記基線の長さは基線長である、ステップと、
前記ソースから第１の光を前記空間光変調器に投射するステップと、
第１の場合において、
前記プロセッサで前記空間光変調器を制御して、第１のピッチおよび第１の位相を有する第１の光の格子パターンを生成するステップと、
前記第１の光の格子パターンを前記プロジェクタレンズを介して送出して、第１の複数の光スポットを形成するステップと、
前記第１の複数の光スポットを前記ピンホール板（２５２）でフィルタリングして、前記第１の複数の光スポットのうちから他の光スポットを遮断しつつ第１の一対の光スポットを通すステップと、
前記第１の一対の光スポットからの光を前記物体上に伝搬して、前記物体上で第１のフリンジパターンを取得するステップであって、前記第１の物体点は前記第１のフリンジパターンによって照射される、ステップと、
前記第１の物体点を前記カメラレンズで前記感光性アレイの第１のアレイ点（２６７）の上に映して、前記感光性アレイから第１の電気データ値を取得するステップと、
第２の場合において、
前記プロセッサで前記空間光変調器を制御して、前記第１のピッチと、前記プロセッサから前記空間光変調器への第２の信号を終了する第２の位相を有する第２の光の格子パターンを生成するステップと、
前記第２の光の格子パターンを前記プロジェクタレンズを介して送出して、第２の複数の光スポットを形成するステップと、
前記第２の複数の光スポットを前記ピンホール板でフィルタリングして、前記第２の複数の光スポットのうちから他の光スポットを遮断しつつ第２の一対の光スポットを通すステップと、
前記第２の一対の光スポットからの光を前記物体上に伝搬して、前記物体上で第２のフリンジパターンを取得するステップであって、前記第１の物体点は前記第２のフリンジパターンによって照射される、ステップと、
前記第１の物体点を前記カメラレンズで前記感光性アレイの前記第１のアレイ点の上に映して、前記感光性アレイから第２の電気データ値を取得するステップと、
少なくとも一部は前記第１の電気データ値、前記第２の電気データ値および前記基線長に基づいて、前記第１の物体点の前記三次元座標を決定するステップと、
前記第１の物体点の前記三次元座標を記憶するステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
第３の場合において、
前記プロセッサで前記空間光変調器を制御して、前記第１のピッチおよび第３の位相を有する第３の光の格子パターンを生成するステップと、
前記第３の光の格子パターンを前記プロジェクタレンズを介して送出して、第３の複数の光スポットを形成するステップと、
前記第３の複数のスポットを前記ピンホール板でフィルタリングして、前記第３の複数の光スポットのうちから他の光スポットを遮断しつつ第３の一対の光スポットを通すステップと、
前記第３の一対の光スポットからの光を前記物体上に伝搬して、前記物体上で第３のフリンジパターンを取得するステップであって、前記第１の物体点は前記第３のフリンジパターンによって照射される、ステップと、
前記第１の物体点を前記カメラレンズで前記感光性アレイの前記第１のアレイ点の上に映して、前記感光性アレイから第３の電気データ値を取得するステップと、
前記三次元座標を決定する前記ステップにおいて、前記第３の電気データ値に基づいて、前記第１の物体点の前記三次元座標をさらに決定するステップをさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
第４、第５、第６の各場合において、
前記プロセッサで前記空間光変調器を制御して、第２のピッチと、第４、第５、第６の位相をそれぞれ有する第４、第５、第６の光の格子パターンを生成するステップと、
前記第４の光の格子パターンと、前記第５の光の格子パターンと、前記第６の光の変調器パターンとをそれぞれ前記プロジェクタレンズで映して、第４の複数の光スポットと、第５の複数の光スポットと、第６の複数の光スポットとをそれぞれ取得するステップと、
前記第４の複数の光スポットと、前記第５の複数の光スポットと、前記第６の複数の光スポットとをそれぞれ前記ピンホール板でフィルタリングして、前記第４の複数の光スポット、前記第５の複数の光スポット、前記第６の複数の光スポットからそれぞれ他の光スポットを遮断しつつ、第４の一対の光スポットと、第５の一対の光スポットと、第６の一対の光スポットとをそれぞれ取得するステップと、
前記第４の一対の光スポットと、前記第５の一対の光スポットと、前記第６の一対の光スポットとをそれぞれ前記物体上に伝搬して、前記物体上で第４のフリンジパターンと、前記第５のフリンジパターンと、第６のフリンジパターンとをそれぞれ取得するステップであって、前記第１の物体点は前記第４のフリンジパターン、前記第５のフリンジパターン、前記第６のフリンジパターンそれぞれによって照射される、ステップと、
前記第１の物体点を前記カメラレンズで前記感光性アレイの前記第１のアレイ点の上に映して、前記感光性アレイから第４の電気データ値と、第５の電気データ値と、第６の電気データ値とをそれぞれ取得するステップと、
前記三次元座標を決定する前記ステップにおいて、前記第４の電気データ値、前記第５の電気データ値および前記第６の電気データ値に基づいて、前記第１の物体点の三次元座標をさらに決定するステップをさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、ソース、プロジェクタおよびカメラを設ける前記ステップにおいて、前記空間光変調器は前記デジタルマイクロミラーデバイスとして選択されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、ソース、プロジェクタおよびカメラを設ける前記ステップにおいて、前記ソースはレーザであることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年７月１３日出願の米国仮特許出願第６１／５０７，３０４号の利益を主張し、その内容を全体として本出願に引用して援用する。
【０００２】
本開示は一般に三次元（３Ｄ）表面を輪郭付けする技術に関し、より詳細には空間光変調器を動的回折格子として用いて、多くのタイプのパターンのうちのひとつである構造化光を物体の表面上に反射させて、２つの光束または光スポットの干渉を用いて、三角測量によって最終的にこの物体の表面の三次元輪郭を決定するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
正確かつ迅速に物体の三次元座標を決定するための三次元表面の輪郭付けの分野においては、利用可能な周知の技術が多くあり、物体上への様々な構造化光パターンの投射の利用を含むものもある。この構造化光パターンは典型的には、物体の表面にフリンジ（つまり、明るい色と暗い色、または異なる色が交互の「ストライプ」すなわち領域）で形成される。場合によっては、透過型または反射型のいずれかの回折格子の形態の空間光変調器を使用し、格子パターンを形成し、これらのパターンの位相を変化させる。物体の表面に結果として生じたフリンジパターンは、次に電荷結合素子（ＣＣＤ）などのカメラ装置によって読み取られ、周知の様々な三角測量技術を用いたコンピュータまたはプロセッサによって処理されて、最終的に物体の三次元表面の輪郭を決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５８７０１９１号
【特許文献２】米国特許第６４３８２７２号
【特許文献３】米国特許第６６９０４７４号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００５／０００２６７７号
【特許文献５】米国特許出願公開第２００９／０２５７０６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このタイプの手法の欠点は、格子パターンの位相に変化を引き起こすために、ある種の手動手段により移動しなければならない「静的な」タイプの回折格子であるということを含む。このことは位相変化の速度を比較的遅くし、システム全体の性能を最善でないものにする。また、このようなシステムは、フリンジライン間に必要な間隔（フリンジラインのピッチとしても知られる）を有するフリンジパターンを生み出すために、それぞれが異なる格子周期を有する複数の別々の回折格子を要することがある。複数の格子に加えて、関連した並進ステージおよび光学構成要素のフィードバック機構を備える必要があることもあるが、一般的にこれらはいずれも比較的高価である。このようなシステムは、カメラが捉えた像を処理するために比較的大きなプロセッサ能力を要することもある。
【０００６】
他の周知の先行技術の三次元物体表面を輪郭付けするシステムは、レーザ光の直接投射に基づいており、投射された像は本質的に、たとえばデジタルマイクロミラーデバイスのような空間光変調器に形成されたパターンの複写である。
【０００７】
無限の被写界深度を有する極めて純粋な正弦波パターンを生み出すことが望ましい。そのための方法は、格子からの光の反射によって様々なタイプの構造化光パターンを形成するための比較的高精度であまり高価でない三次元物体表面を輪郭付けする測定システムにおいて、反射型または透過型の装置を動的回折格子装置として用いることであり、この方法は次に、ピンホール板を介して反射光を供給して、＋１次および−１次モードに対応する２つの光の集束スポットをフィルタリングし、２つの光スポットからの光を物体の表面で干渉させることによって正弦波パターンを生み出す。この干渉は、強度が異なる周期的な正弦波を生み出し、それによってフリンジパターンを表し、その像は次にカメラ装置によって捉えられ、周知の三角測量技術を用いて処理されて、物体の三次元表面の輪郭を決定することができる。反射型の動的回折格子は、マイクロマシンシステム（ＭＥＭＳ）技術を用いて形成された複数の可動式の反射型光スイッチすなわちミラーの二次元配列で構成されるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を含んでもよい。動的回折格子は一般に、空間光変調器（ＳＬＭ）と呼ばれることがあり、その格子は特定のタイプのＳＬＭであってもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
物体の表面の第１の物体点の三次元座標を決定する方法は、ソース、プロジェクタおよびカメラを設けるステップを含む。プロジェクタは空間光変調器と、プロジェクタレンズと、ピンホール板とを含み、カメラはカメラレンズと感光性アレイとを含み、プロジェクタはプロジェクタ投射中心を有し、カメラはカメラ投射中心を有し、プロジェクタ投射中心とカメラ投射中心とを結ぶ線分は基線であり、基線の長さは基線長である。この方法は、ソースから第１の光を空間光変調器に投射するステップをさらに含む。この方法はまた、第１の場合において、空間光変調器で第１の光を空間的に変調して第１のピッチを有する第１の光の変調器パターンを生成するステップと、プロジェクタレンズを介して第１の光の変調器パターンを送出して第１の複数の光スポットを形成するステップと、ピンホール板で第１の複数のスポットをフィルタリングして第１の複数のスポットのうちから他のスポットを遮断しつつ第１の一対の光スポットを通すステップと、第１の一対の光スポットからの光を物体上に伝搬して物体上で第１のフリンジパターンを取得するステップとを含み、第１の物体点は第１のフリンジパターンによって照射される。この方法は第１の場合において、第１の物体点をカメラレンズで感光性アレイの第１のアレイ点の上に映して感光性アレイから第１の電気データ値を取得するステップをさらに含む。この方法はさらに、第２の場合において、空間光変調器で第１の光を空間的に変調して第１のピッチに等しいピッチを有する第２の光の変調器パターンを生成するステップを含み、第２の変調器パターンは第１の変調器パターンに対して空間的にシフトされる。この方法は第２の場合において、プロジェクタレンズを介して第２の光の変調器パターンを送出して第２の複数の光スポットを形成するステップと、ピンホール板で第２の複数のスポットをフィルタリングして第２の複数のスポットのうちから他のスポットを遮断しつつ第２の一対の光スポットを通すステップと、第２の一対の光スポットからの光を物体上に伝搬して物体上で第２のフリンジパターンを取得するステップとをさらに含み、第１の物体点は第２のフリンジパターンによって照射される。この方法は第２の場合において、第１の物体点をカメラレンズで感光性アレイの第１のアレイ点の上に映して感光性アレイから第２の電気データ値を取得するステップをさらに含む。この方法はさらに、少なくとも一部は第１の電気データ値、第２の電気データ値および基線長に基づいて、第１の物体点の三次元座標を決定するステップと、第１の物体点の三次元座標を記憶するステップとを含む。
【０００９】
図面を参照すると、例示的な実施形態が示されているが、これらは本開示の範囲全体について限定するものと解釈されるべきではなく、また、構成要素はいくつかの図において同様に番号付けされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】物体の三次元表面の輪郭を決定するための、周知の先行技術のシステムの一部を示す図である。図１は、静的な透過型回折格子を用いて物体の三次元表面の輪郭を決定するための、周知の先行技術システムの一部を示す。この回折格子は手動手段によって移動させることができ、またこの回折格子を介して、結果として生じた構造化光が様々なタイプの格子パターンのうちのひとつの中を通り、次に、利用される特定の格子パターンの＋１次および−１次モードに対応する平面波から生じる２つの光の集束スポットを通すためのピンホール板を通過する。次にこの２つの光スポットは物体の表面で干渉し、この干渉は、物体の表面上で正弦的に変化する放射照度を生み出す。物体の表面のフリンジパターンはカメラ装置によって捉えられ、三角測量技術を用いて処理されて、物体の三次元表面の輪郭を決定することができる。
【図２】物体の三次元表面の輪郭を決定するための、本発明の実施形態によるシステムを示す図である。図２は、複数の可動式のマイクロミラーによって形成される光のパターンを含む動的な反射型回折格子を用いて物体の三次元表面の輪郭を決定するための、本発明の実施形態によるシステムを示す。マイクロミラーは、レンズおよびピンホール板を通して光を反射させて、利用される特定の格子パターンの＋１次および−１次モードに対応する２つの光の集束スポットを形成し、この２つの光スポットは物体の表面で干渉し、この干渉は、正弦的に変化する放射照度のフリンジパターンを生み出す。このフリンジパターンはカメラ装置によって撮像され、三角測量技術を用いて処理されて、物体の三次元表面の輪郭を決定することができる。
【図３】本発明の実施形態による、異なるピッチを有し、図２に示すシステム内で利用される異なる格子パターンの３つの例を示す図であり、図３Ａ〜３Ｃを含む。
【図４】本発明の実施形態による、異なる位相を有し、図２に示すシステム内で利用される異なる格子パターンの３つの例を示す図であり、図４Ａ〜４Ｃを含む。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１を参照すると、静的な透過型二次元回折格子１０４を用いて物体の三次元表面の輪郭を決定するための周知の先行技術のシステム１００の一部が示されている。光源（たとえばレーザ。図示せず）から供給される光束１０８は、光ファイバ１１２を通過する。光束１０８は次に、光束１０８をコリメートし、かつコリメートされた光束１２０を回折格子１０４まで通すコリメートレンズ１１６を通過する。格子１０４は、本来典型的には静止であり、モータなどの多くの手段（図示せず）によって（たとえば前後に）移動させることができる。この格子は、光束１２０で構造化光の様々なタイプの格子パターンのひとつを形成する。静的な透過型回折格子１０４の移動は、格子パターンの位相に変化をもたらす。図１に示すシステム１００は、周知のアコーディオンフリンジ干渉分光法（ＡＦＩ）技術に従って作動してもよい。
【００１２】
より具体的には、図１に示す先行技術の実施形態において、ＡＦＩプロジェクタ光源（たとえばダイオードレーザ。図示せず）は、単一モードの光ファイバ１１２と連結されてもよい。ファイバ１１２の端部から放出された光は、レンズ１１６によってコリメートされ、位相回折格子１０４上に投射される。光透過型の格子１０４は、コリメートされた光束１０８を２つの光束１２４および１２８に分ける。光束１２４および１２８はいずれも、２つの光束１２４および１２８を同一の焦点面に集める対物レンズ１３２に入射する。ピンホール板１３６には、２つのピンホール１４０および１４４が形成されている。ピンホール板１３６は、＋１次回折および−１次回折によって生成されたスポットを除いてすべて退け、結果として生じた光１４８および１５２を物体の表面１５６上に投射する。＋１次の光１４８と−１次の光１５２の干渉は、物体の表面１５６に正弦波パターンを生み出す。
【００１３】
回折格子１０４は、ガラス片にエッチングされた一連の線を含んでもよい。実施形態では、エッチングの深さはｄ＝λ／２（ｎ−１）であり、ここでλはレーザの波長であり、ｎはガラスの屈折率である。これは、エッチング領域と非エッチング領域との間にπ／２位相シフトを生み出し、それによってゼロ次回折を最小限にする。フリンジシフトは線に対して垂直に格子を移動させることによって生み出される。この移動は、＋１次の光束のΔφと−１次の光束の−Δφとの位相の変化をもたらす。光束がピンホール板１３６の後ろで干渉すると、２Δφシフトのフリンジパターンを生じる。
【００１４】
一実施形態において、プロジェクタに３つのチャネルがあってもよい。これらのチャネルは、格子の線のピッチとピンホールの位置とによって異なる。たとえば、チャネル１は２２８．６ミクロンの格子ピッチを有し、２π／３の位相シフトの移動は３８．１ミクロンとすることができる。チャネル２は、２００．０ミクロンの格子ピッチを有し、２π／３の位相シフトの移動は３３．３ミクロンとすることができる。チャネル３は、１８０．０ミクロンの格子ピッチを有し、２π／３の位相シフトの移動は３０．０ミクロンとすることができる。
【００１５】
格子ピッチは、アンラッピングを比較的容易にするように選択することができる。実施形態において、位相アンラッピングはディオファントス方法を用いることができる。これは、フリンジピッチ（したがって格子ピッチ）が互いに素数の倍数であることを要する。たとえば、ピッチ１＝８／７＊ピッチ２であり、ピッチ２＝１０／９＊ピッチ３である。チャネル１とチャネル２の相対比率８：７と、チャネル２とチャネル３の相対比率１０：９とは、アンラッピングの計算を比較的速くすることができる。位相をアンラップするための他の方法は、当業者には周知である。
【００１６】
図１に図示されないが、このような三次元表面を輪郭付けするシステム１００の一部として典型的に含まれるのはカメラであり、このカメラは、表面１５６が格子１０４とピンホール１４０および１４４とからの構造化光の格子パターンで照明された後に、物体の表面１５６の像を捉える。同様に図１に図示されないのは、光源、格子１０４を移動させる手段およびカメラを含むシステム１００の様々な部分を制御するプロセッサまたはコンピュータである。プロセッサまたはコンピュータは、まず物体の表面１５６に対するカメラおよび光源の周知の物理的な位置に基づいて、またカメラで撮影された像に基づいて、物体の表面１５６の三次元の輪郭を決定する三角測量の過程の一部である計算を実行するためにも用いることができる。
【００１７】
図２を参照すると、本発明の実施形態による、物体の表面の三次元の輪郭を正確かつ迅速に測定するための三次元表面を輪郭付けするシステム２００が示されている。図２に示すシステム２００は、図２において図１に示す透過型回折格子１０４の代わりに反射型のデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）が一般に空間光変調器として、また特に回折格子として利用されていることを除いて、図１に示すシステム１００に多少類似している。代替の実施形態では、反射型のＤＭＤは透過型のＤＭＤに代替され、透過型および反射型のＤＭＤは同一の光パターンを生成する。他の代替実施形態において、ＤＭＤは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）ディスプレイに代替されて、光パターンを生成する。ＬＣＤまたはＬＣＯＳディスプレイは、反射型または透過型であってよい。
【００１８】
システム２００は、ソース２１０、プロジェクタ２３０、カメラ２６０およびプロセッサ２３２を含む。実施形態において、ソース２１０は、レーザ、ファイバ伝送システム２１２およびコリメートレンズ２１６を含む。プロジェクタ２３０は、空間光変調器２２４、プロジェクタレンズ２４０およびピンホール板２５２を含む。カメラは、レンズ２６２および感光性アレイ２６５を含む。プロセッサ２３２は、空間光変調器２２４およびカメラ２６０と通信する。
【００１９】
システム２００は、光ファイバ２１２に光束２０８を供給するレーザ光源２０４を含む。他のタイプの光源を利用してもよい。光束２０８は、光ファイバ２１２を通り、コリメートされた光束２２０をデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）２２４に供給するコリメートレンズ２１６まで進む。ＤＭＤ２２４は、電子（たとえばデジタルの）ワードを用いて個々にアドレスされうるマイクロマシンシステム（ＭＥＭＳ）技術のミラーのアレイである。典型的には、アレイは８００×６００または１０２４×７６８の、個々にアドレス可能なデジタルの光スイッチング素子、または「画素」を備える。他の二次元アレイの大きさが市販されている。このような商業化可能なＤＭＤ２２４の一例は、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓが提供するデジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ、登録商標）のマイクロチップである。このＤＬＰ（登録商標）の装置２２４は、ＭＥＭＳ技術に基づいており、オールデジタルの実現を提供する。ＤＬＰ（登録商標）の装置２２４の基本的構成要素は、反射型のデジタルの光スイッチ（すなわちミラー）または画素である。
【００２０】
前述の通り、ＤＬＰ（登録商標）の装置２２４は、多数のそのような画素を有するアレイを含んでもよい。実施形態において、各ミラーは１０〜１６ミクロンの幅で、±１０度の２つの位置の間を回転することができ、ここで＋１０度は、特定のミラーまたは画素に入射する光束２２０が所望の物体に対して反射される「ｏｎ」位置を表し、−１０度は、特定のミラーまたは画素に入射する光束２２０が「退けられる」、すなわち「オフビーム」２２８（図２）の一部として物体から離れる方に向けられる「ｏｆｆ」位置を表す。このようなＤＬＰ（登録商標）の装置２２４において、ミラーは個々に、３０ｋＨｚ以上の速度で電気機械的に回転させることができる。ミラーは、たとえばプロセッサ２３２によってＤＬＰ（登録商標）の装置２２４に与えられたデジタルの電子ワードに基づいて回転させる。「ｏｎ」位置に合わせられたとき、ＤＬＰ（登録商標）の装置２２４を含むミラーまたは画素は、対物レンズ２４０に対してデジタルの光学像を出力する。
【００２１】
ＤＬＰ（登録商標）の装置２２４の表面で適切な光パターンを選択することによって、ＤＬＰ（登録商標）のパターンにより生み出された＋１次および−１次に対応する２つの光の平面波を生成することができる。これらの平面波はレンズを通して送ることができ、レンズはこれらを２つの小さな光スポット２４８に集める。この２つの光スポットは、ピンホール板の穴を通過する。他の光は必要でなく、ピンホール板によって遮断される。このように用いられるピンホール板は、空間フィルタとしての働きをする。ピンホール板２５２から抜けた光は、その表面の輪郭を正確かつ迅速に測定することが求められる物体の表面２５６に向けられる。ピンホールからの光は、図２において斜線で示される干渉領域２３７で重なる。物体の表面２５６での２つの光束の干渉は、物体の表面２５６での放射照度の正弦波変動を生み出す。この放射照度は、交互の明るい領域（正弦波の山）と暗い領域（正弦波の谷）で変動し、その結果物体の表面でフリンジパターンを生み出す。
【００２２】
次にカメラ２６０が用いられて、物体の表面２５６でフリンジパターンの像を捉える。カメラからの像データはプロセッサ２３２に提供され、プロセッサ２３２はＤＬＰ（登録商標）の装置２２４を制御し、特にＤＬＰ（登録商標）の装置２２４によって生成される格子パターンの位相と、最終的には物体の表面２５６上のフリンジパターンの位相を制御する。そしてプロセッサは周知の三角測量技術を用いて、物体の表面２５６の三次元の輪郭を決定すなわち計算することができる。
【００２３】
カメラ装置２６０は、レンズ２６２と感光性アレイ２６５とを含む。特定の点２５８から反射または散乱された光は、レンズのすべての点を通過し、感光性アレイの表面の点２６７に集められる。レンズ２６２は光軸を有し、光軸は典型的にはレンズ素子の中心を通過する対称軸である。レンズ２６２には、投射中心２６３の点がある。この点は、光線が物体点２５８からアレイ点２６７まで引かれて通過する点である。実際のレンズは、投射中心２６３を通る直線経路からわずかに光線を逸らす収差を有する。しかしながら、測定においては、各レンズがこれらの収差を特徴づけて補正するように測定が実行される。
【００２４】
プロジェクタレンズ２４０の投射中心２４１とカメラレンズ２６２の投射中心２６３とから引かれる線は、基線２５１と呼ばれ、基線２５１の長さは基線長と呼ばれる。三角測量の方法の原理は、頂点２６３、２４１および２５８を有する三角形の長さおよび角度を決定することである。基線２５１の長さと、２つの角度α１およびα２の値は、点２５８から点２６３の辺の長さを求めるために用いられる。点２６７の画素位置は、光軸２７０との関係で点２５８の角度を決定するのに用いられる。このようにして、物体の表面の各点の座標を決定することができる。
【００２５】
図３Ａ〜３Ｃを参照すると、ＤＭＤ２２４の画素は調整されて、物体の表面２５６に様々な回折／ホログラフィ格子を生成することができる。比較的単純な例において、ＤＭＤの画素は列でオンにしたりオフにしたりすることができ、回折格子を生み出す。複数の格子３００、３０４および３０８は、オンまたはオフにする隣接する列の数を変更することによって生成することができる。図３Ａ〜３Ｃでは、列はＯＮにされ（白の列３１２）またはＯＦＦにされる（黒の列３１６）。各遮断で列の数を変更することによって、回折格子のピッチを変更することができる。たとえば、ピッチ１、３００（図３Ａ）は５列のオンと５列のオフを有する。ピッチ２、３０４（図３Ｂ）は４列のオンと４列のオフを有する。ピッチ３（図３Ｃ）は３列のオンと３列のオフを有する。
【００２６】
図４Ａ〜４Ｃを参照すると、ＤＭＤの画素はアドレスされて、フリンジパターンの位相を変化させることもできる。回折格子の例において、パターンを右または左に移すことによって位相を変化させることができる。図４Ａ〜４Ｃに示す例において、ＯＮの列およびＯＦＦの列のパターンは右に移動され、図４Ａのパターン４００から始まり、図４Ｂのパターン４０４に続き、図４Ｃのパターン４０８で終わる。図４Ａ〜４Ｃは、１２画素の幅（６画素のＯＮと６画素のＯＦＦ）のパターンについて、２列のステップを示す。これは、＋１次回折について６０度の位相シフトと−１次回折について−６０度の位相シフト、すなわち１２０度の相対位相シフトをもたらす。格子ピッチの変化（図３Ａ〜３Ｃ）または格子位相の変化（図４Ａ〜４Ｃ）は、ＤＬＰ（登録商標）の装置２２４の最大のアドレス可能速度（すなわち、３０ｋＨｚ以上で）で行うことができる。
【００２７】
ＤＭＤのアレイ２２４の離散的性質のために、回折／ホログラフィ格子はぼけることになる。この回折格子の例では、格子ピッチは偶数の整数の列である。これは、可能な格子ピッチを制限する。この制限は、整数比の格子ピッチを必要とするプロジェクタに影響しうる。また、位相シフトによって課される制限もある。１２０度のシフトが要求される場合、ピッチは６列の倍数でなければならない。異なる（しかし既知の）位相シフトが許容可能であれば、この問題は解消する。
【００２８】
一実施形態においては、格子周期は６、１２、１８、２４等の倍数に選択される。これらはすべて、パターンの６分の１ずつ移動させて、１２０度の位相シフトを生み出すことができる。他の実施形態では、６の倍数でない格子周期が選択され、位相は格子周期の６分の１にできるだけ近く移動される。たとえば、１３画素周期は２画素ずつ、したがって４画素移動されて、０度、１１１度、２２２度の位相シフトを生成することができる。ラップされた位相の計算は、これらの具体的な位相シフトの値を考慮に入れる。この実施形態で、ディオファントス方法を用いることができる。たとえば、ＤＬＰ（登録商標）の装置２２４において画素間隔が１０マイクロメートルであれば、２３、２０、１８画素の格子ピッチが選択されて、８：７および１０：９の比率に近づくことができる。位相シフトは、チャネル１（４画素シフト）について１２５度、チャネル２（３画素シフト）について１０８度、チャネル３（３画素シフト）について１２０度である。
【００２９】
３つ以上の位相シフト、たとえば４つ、５つ、またはさらに多くの位相シフトを用いることも可能である。追加の位相シフトは、他のパターンを使用できるようにする。たとえば、８画素の周期の格子は１、２および３画素のシフトを有して、９０度、１８０度および２７０度の位相シフトを生成することができる。
【００３０】
他の実施形態では、ＤＭＤ２２４は、ＤＭＤ２２４が一例である異なるタイプの空間光変調器（ＳＬＭ）に置き換えることができる。ＤＭＤに関して上述した通り、ＳＬＭは強度を変えるために用いることができる。ＳＬＭには、反射光の強度よりも位相が変更される「位相のみ」のモードで用いることができるタイプのものもある。「位相のみ」のモードで用いられるＳＬＭは位相格子の働きをし、ＤＭＤ装置の場合のように光の５０％である代わりに、物体上に投射される光の１００%が測定されるようにする。ＤＭＤでないＳＬＭの不利な点は、書込み時間が比較的遅いことである。リフレッシュ速度は、ＤＭＤ２２４については３０ｋＨｚであるのに対して、１０〜３０Ｈｚである。
【００３１】
他の実施形態では、ＤＭＤタイプではないＳＬＭは、反射モードよりも透過モードで用いられる。非ＤＭＤのＳＬＭを販売する会社の例として、Ｈａｍａｍａｔｓｕ（ｈｔｔｐ：／／ｓａｌｅｓ．ｈａｍａｍａｔｓｕ.ｃｏｍ／ｅｎ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ／ｌｃｏｓ−ｓｌｍ．ｐｈｐ）、Ｂｏｕｌｄｅｒ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｎｏｎｌｉｎｅａｒ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ）、およびＭｅａｄｏｗｌａｒｋ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｅａｄｏｗｌａｒｋ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｓｌｍＬａｎｄｉｎｇ．ｐｈｐ）が含まれる。
【００３２】
他の実施形態では、光源はストローブされうる（確定した間隔で点滅される）。これは、ＤＭＤまたはＳＬＭがリフレッシュされることを要する場合に必要であることがある。たとえば、ＳＬＭが液晶をある状態から他の状態に変える時間を必要とする場合、光源はＳＬＭが変化する間は光源をオフにし、終了したときオンに戻すことができる。ＳＬＭは典型的には、切り替えるために１０〜１００ミリ秒を要する。
【００３３】
本発明の実施形態は、比較的高価な並進ステージおよび反復光学系がないこと、比較的速い格子パターンの位相の切換え、三次元の輪郭が測定される物体上に投射される比較的複雑な回折パターンを生み出すことを含む、図１に示すような先行技術の設計に勝るいくつもの有利な点を提供する。
【００３４】
好ましい実施形態に関して示し、述べたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変形および置換を加えることができる。したがって、本発明は限定ではなく例示として述べられたものであることが理解されよう。
【００３５】
したがって、ここに開示した実施形態は、あらゆる点で制限的ではなく例示的なものとして考えられ、本発明の範囲は、上述の説明よりも添付の特許請求の範囲によって示され、それゆえ特許請求の範囲の同等の意味および範囲内で生じるすべての変更は、そこに包含されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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