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公開番号2025110076
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-28
出願番号2024003795
出願日2024-01-15
発明の名称3次元形状計測装置、計測方法、および計測プログラム
出願人コニカミノルタ株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類G01B 11/25 20060101AFI20250718BHJP(測定;試験)
要約【課題】位相シフト法を用いた3次元形状計測装置において、3次元形状の計測精度を向上させる。
【解決手段】3次元形状計測装置100は、プロジェクターレンズ131を含み、縞パターンを投影するプロジェクター1と、カメラレンズ221を含み、プロジェクター1によって投影された縞パターンを撮像して縞パターンの撮影画像を取得するカメラ2と、撮影画像に基づいて計測対象300の3次元形状を計測する計測部と、プロジェクター1によって投影される縞パターンの周期を複数の周期候補から決定する決定部とを備える。複数の周期候補は、プロジェクターレンズ131の第1MTF特性とカメラレンズ221の第2MTF特性とを合成することにより生成される合成MTF特性に基づいて設定されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
３次元形状計測装置であって、
プロジェクターレンズを含み、縞パターンを投影するプロジェクターと、
カメラレンズを含み、前記プロジェクターによって投影された前記縞パターンを撮像して前記縞パターンの撮影画像を取得するカメラと、
前記撮影画像に基づいて計測対象の３次元形状を計測する計測部と、
前記プロジェクターによって投影される前記縞パターンの周期を複数の周期候補から決定する決定部とを備え、
前記複数の周期候補は、前記プロジェクターレンズの第１ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）特性と前記カメラレンズの第２ＭＴＦ特性とを合成することにより生成される合成ＭＴＦ特性に基づいて設定されている、３次元形状計測装置。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記３次元形状計測装置は、前記複数の周期候補の各々と、前記プロジェクターと前記計測対象との距離とを対応付けたテーブルを記憶する記憶部をさらに備え、
前記合成ＭＴＦ特性は、前記プロジェクターと前記計測対象との複数の距離の各々について生成され、
前記複数の周期候補の各々として、当該周期候補に対応する前記距離についての前記合成ＭＴＦ特性においてコントラストが所定値以上となる周期が設定されており、
前記決定部は、前記複数の周期候補のうち前記プロジェクターと前記計測対象との測定距離に対応する周期候補に基づいて、前記縞パターンの周期を決定する、請求項１に記載の３次元形状計測装置。
【請求項３】
前記プロジェクターは、画像表示素子をさらに含み、
前記カメラは、カメラセンサーをさらに含み、
前記第１ＭＴＦ特性は、前記画像表示素子上での空間周波数と、前記プロジェクターレンズのコントラスト性能を表す第１コントラストとの対応関係を示し、
前記第２ＭＴＦ特性は、前記カメラセンサー上での空間周波数と、前記カメラレンズのコントラスト性能を表す第２コントラストとの対応関係を示し、
前記合成ＭＴＦ特性は、前記画像表示素子上での空間周波数と、第３コントラストとの対応関係を示し、
前記画像表示素子上での第１空間周波数に対応する前記第３コントラストは、前記画像表示素子上での前記第１空間周波数に対応する前記第１コントラストと、前記カメラセンサー上での第２空間周波数に対応する前記第２コントラストとに基づいて算出され、
前記画像表示素子上での前記第１空間周波数および前記カメラセンサー上での前記第２空間周波数は、前記３次元形状計測装置の測定面上で同じ空間周波数を有する、請求項１に記載の３次元形状計測装置。
【請求項４】
前記３次元形状計測装置は、前記複数の周期候補の各々と、前記プロジェクターと前記計測対象との距離、前記プロジェクターレンズのＦ値、および前記カメラレンズのＦ値の組合せとを対応付けたテーブルを記憶する記憶部をさらに備え、
前記合成ＭＴＦ特性は、前記プロジェクターと前記計測対象との距離、前記プロジェクターレンズのＦ値、および前記カメラレンズのＦ値の複数の組合せの各々について生成され、
前記複数の周期候補の各々として、当該周期候補に対応する前記組合せについての前記合成ＭＴＦ特性においてコントラストが所定値以上となる周期が設定されており、
前記決定部は、前記複数の周期候補のうち前記組合せに対応する周期候補に基づいて、前記縞パターンの周期を決定する、請求項１に記載の３次元形状計測装置。
【請求項５】
前記第１ＭＴＦ特性は、前記３次元形状計測装置の測定領域内で前記プロジェクターレンズの第１光軸から最も離れた第１位置に対応し、
前記第２ＭＴＦ特性は、前記測定領域内で前記カメラレンズの第２光軸から最も離れた第２位置に対応する、請求項１～４のいずれか１項に記載の３次元形状計測装置。
【請求項６】
前記第１ＭＴＦ特性は、前記プロジェクターレンズのピントが前記３次元形状計測装置の測定領域における測定底面に合っている第１状態での前記測定領域における測定上面に対応し、
前記第２ＭＴＦ特性は、前記カメラレンズのピントが前記測定底面に合っている第２状態での前記測定上面に対応する、請求項１～４のいずれか１項に記載の３次元形状計測装置。
【請求項７】
前記３次元形状計測装置は、前記プロジェクターと前記計測対象との測定距離を測定する距離測定器をさらに備え、
前記決定部は、前記距離測定器により測定された前記測定距離に応じて、前記縞パターンの周期を前記複数の周期候補から決定する、請求項１に記載の３次元形状計測装置。
【請求項８】
計測対象の３次元形状の計測方法であって、
プロジェクターレンズを含むプロジェクターによって投影される縞パターンの周期を複数の周期候補から決定することと、
前記プロジェクターによって前記縞パターンを投影することと、
前記プロジェクターによって投影された前記縞パターンをカメラレンズを含むカメラによって撮像して前記縞パターンの撮影画像を取得することと、
前記撮影画像に基づいて前記計測対象の３次元形状を計測することとを備え、
前記複数の周期候補は、前記プロジェクターレンズの第１ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）特性と前記カメラレンズの第２ＭＴＦ特性とを合成することにより生成される合成ＭＴＦ特性に基づいて設定されている、計測方法。
【請求項９】
請求項８に記載の計測方法を１以上のコンピューターに実行させる、計測プログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、３次元形状計測装置、計測方法、および計測プログラムに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、位相シフト法の原理を用いて３次元形状を計測する装置（以下、「３次元形状計測装置」と称する）が開発されている。例えば、３次元形状計測装置は、特開２０１９－１９１３１０号公報（特許文献１）、特開２０１８－１４６５２１号公報（特許文献２）、特開２０１３－８８２６１号公報（特許文献３）、および特開２０１６－３１２８４号公報（特許文献４）に開示される。位相シフト法を用いた３次元形状計測装置は、計測対象に縞パターンを投影するプロジェクターと、縞パターンが投影された計測対象を撮像するカメラとを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－１９１３１０号公報
特開２０１８－１４６５２１号公報
特開２０１３－８８２６１号公報
特開２０１６－３１２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
位相シフト法を用いた３次元形状計測装置では、計測対象に投影される縞パターンの周期によって、カメラで縞パターンを撮像することによって得られる撮影画像のコントラストが変化する。撮影画像のコントラストが低下すると、出力される３次元形状の高さ位置のばらつきが大きくなり、３次元形状の計測精度が下がる。
【０００５】
本開示は、位相シフト法を用いた３次元形状計測装置において、３次元形状の計測精度を向上させることを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示のある局面に従う３次元形状計測装置は、プロジェクターレンズを含み、縞パターンを投影するプロジェクターを備える。当該３次元形状計測装置は、カメラレンズを含み、プロジェクターによって投影された縞パターンを撮像して縞パターンの撮影画像を取得するカメラを備える。当該３次元形状計測装置は、撮影画像に基づいて計測対象の３次元形状を計測する計測部を備える。当該３次元形状計測装置は、プロジェクターによって投影される縞パターンの周期を複数の周期候補から決定する決定部を備える。複数の周期候補は、プロジェクターレンズの第１ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）特性とカメラレンズの第２ＭＴＦ特性とを合成することにより生成される合成ＭＴＦ特性に基づいて設定されている。
【０００７】
好ましくは、３次元形状計測装置は、複数の周期候補の各々と、プロジェクターと計測対象との距離とを対応付けたテーブルを記憶する記憶部をさらに備える。合成ＭＴＦ特性は、プロジェクターと計測対象との複数の距離の各々について生成される。複数の周期候補の各々として、当該周期候補に対応する距離についての合成ＭＴＦ特性においてコントラストが所定値以上となる周期が設定されている。決定部は、複数の周期候補のうちプロジェクターと計測対象との測定距離に対応する周期候補に基づいて、縞パターンの周期を決定する。
【０００８】
好ましくは、プロジェクターは、画像表示素子をさらに含む。カメラは、カメラセンサーをさらに含む。第１ＭＴＦ特性は、画像表示素子上での空間周波数と、プロジェクターレンズのコントラスト性能を表す第１コントラストとの対応関係を示す。第２ＭＴＦ特性は、カメラセンサー上での空間周波数と、カメラレンズのコントラスト性能を表す第２コントラストとの対応関係を示す。合成ＭＴＦ特性は、画像表示素子上での空間周波数と、第３コントラストとの対応関係を示す。画像表示素子上での第１空間周波数に対応する第３コントラストは、画像表示素子上での第１空間周波数に対応する第１コントラストと、カメラセンサー上での第２空間周波数に対応する第２コントラストとに基づいて算出される。画像表示素子上での第１空間周波数およびカメラセンサー上での第２空間周波数は、３次元形状計測装置の測定面上で同じ空間周波数を有する。
【０００９】
好ましくは、３次元形状計測装置は、複数の周期候補の各々と、プロジェクターと計測対象との距離、プロジェクターレンズのＦ値、およびカメラレンズのＦ値の組合せとを対応付けたテーブルを記憶する記憶部をさらに備える。合成ＭＴＦ特性は、プロジェクターと計測対象との距離、プロジェクターレンズのＦ値、およびカメラレンズのＦ値の複数の組合せの各々について生成される。複数の周期候補の各々として、当該周期候補に対応する組合せについての合成ＭＴＦ特性においてコントラストが所定値以上となる周期が設定されている。決定部は、複数の周期候補のうち組合せに対応する周期候補に基づいて、縞パターンの周期を決定する。
【００１０】
好ましくは、第１ＭＴＦ特性は、３次元形状計測装置の測定領域内でプロジェクターレンズの第１光軸から最も離れた第１位置に対応する。第２ＭＴＦ特性は、測定領域内でカメラレンズの第２光軸から最も離れた第２位置に対応する。
（【００１１】以降は省略されています）

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