３次元計測装置、および３次元計測方法
【課題】投影装置の温度ドリフトによる影響を軽減する３次元計測装置、および３次元計測方法を提供することを目的としている。
【解決手段】所定の照射パターンの光を照射する投光部３０と、投光部により照射された光による反射光を含む像を撮像する撮像部２０とを有する３次元計測装置１であって、投光部に対して照射パターンの光の照射位置を制御する照射指示を出力し、撮像部が撮像した画像データから計測データを算出する計測部４０を備え、計測部は、投光部に照射パターンの光を照射し続けさせ、撮像部により撮像される領域を含む計測領域内で走査を繰り返すように制御し、照射指示による照射位置を撮像された画像データから検出し、検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較して、計測値の校正のための校正データを補正する。
【解決手段】所定の照射パターンの光を照射する投光部３０と、投光部により照射された光による反射光を含む像を撮像する撮像部２０とを有する３次元計測装置１であって、投光部に対して照射パターンの光の照射位置を制御する照射指示を出力し、撮像部が撮像した画像データから計測データを算出する計測部４０を備え、計測部は、投光部に照射パターンの光を照射し続けさせ、撮像部により撮像される領域を含む計測領域内で走査を繰り返すように制御し、照射指示による照射位置を撮像された画像データから検出し、検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較して、計測値の校正のための校正データを補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元計測装置、および３次元計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触の３次元計測方法として、光切断法がある。光切断法は、投影装置が照射した光を、被測定物に照射し、被測定物を一定速度で移動させながら、撮像装置が照射光に照らし出された被測定物の断面の輪郭を一定間隔で１フレームずつ３次元計測装置が取得する。そして、取得した照射光に照らし出された断面の輪郭の画像（以下、光切断画像）から抽出した照射光による像の座標、投影装置の取り付け位置と角度、および撮像装置の取り付け位置と角度を用いて、三角測距法により演算して、被測定物の計測を行う。
このような光切断法において、レーザー光の照射装置やプロジェクター等が投影装置として用いられている。また、光切断法による３次元計測法としては、スリット法、格子法、位相シフト法、２値化コード法等、多くの方法が提案されている。
【０００３】
投影装置としてプロジェクターを用いる場合、投影装置は、内部温度変化の影響による投影するパターン変化を受け、投影する画素位置が変化する。このため、校正時の投影画素位置と計測時の投影画素位置にズレが生じてしまい、計測精度が悪化していた。この温度ドリフトと言える投影画素位置のズレの傾向は、小型・低価格な投影装置になるほど顕著であり、投影装置内部の温度管理を行う必要がある。
【０００４】
このため、特許文献１に記載の発明では、投影装置が、校正用のスリットパターンを縦方向と横方向に走査させて投影装置から照射する。そして、撮像装置が、この照射された校正用のパターンを撮像し、撮像された画像を演算処理部が画像処理する。また、特許文献１に記載の発明では、投影装置を固定したまま、縦横２方向のスリットパターンを照射するため、投影装置の表示画素の基準面上での投影位置を対応付けることができる。この結果、投影装置の素子とその基準面上での投影位置を一対一に対応させることで、投影装置のレンズに収差があった場合でも、撮像装置で計測して校正データを蓄積することで、三次元計測装置の校正を行っていた。
【０００５】
また、特許文献２に記載の発明では、幅が既知の基準物体の上に、幅を計測する被計測物を重ねて配置する。そして、この基準物体と被計測物に、２台の投影装置から照射し、それぞれ照射した方向から撮像装置で撮像する。そして、２台の撮像装置により撮像された画像を用いて、三角測量の原理を用いて、基準物体と被計測物の各点の位置を算出している。そして、算出された各点、各線、各面の位置どうしの減算により、基準物体と被計測物の各点、各線、各面間の距離を算出している。この減算により、回路の特性による変動の誤差や、投影装置と撮像装置による３次元センサーの誤差が相殺され、このため、校正が不要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３４１０号公報
【特許文献２】特開平７−２６０４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、校正用のパターンを用いて自動的に校正を行うことができ、さらに投影装置のレンズの歪みの影響も校正できるが、投影装置の安定性、特に温度ドリフトの影響が校正できない。
【０００８】
また、特許文献２に記載の発明では、２台の投影装置、撮像装置ごとに温度ドリフト特性や温度変化が異なる場合、温度ドリフトの影響が校正できない。また、特許文献２に記載の発明では、基準物体の上に被計測物を重ねて配置しているため、基準物体と重なる部分を計測できない。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、投影装置の温度ドリフトによる影響を軽減する３次元計測装置、および３次元計測方法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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、所定の照射パターンの光を照射する投光部と、前記投光部により照射された光による反射光を含む像を撮像する撮像部とを有する３次元計測装置であって、前記投光部に対して照射パターンの光の照射位置を制御する照射指示を出力し、前記撮像部が撮像した画像データから計測データを算出する計測部を備え、前記計測部は、前記投光部に前記照射パターンの光を照射し続けさせ、前記撮像部により撮像される領域を含む計測領域内で走査を繰り返すように制御し、照射指示による照射位置を前記撮像された画像データから検出し、前記検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較して、計測値の校正のための校正データを補正することを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、投光部から連続して所定の照射パターンの光を走査しながら照射し続けているため、投光部の所定の照射パターンを被計測物の計測時のみ照射する場合に比べて照射光が安定する効果がある。また、３次元計測装置は、連続照射され続けている異なる時刻且つ同一位置への表示指示による照射位置を検出して比較することで校正データを校正することにより、投光部に特別な構成を加えずに投光部の温度ドリフト等による影響による３次元計測結果の誤差を精度良く補正することができる。この結果、投影装置の温度ドリフトによる影響を軽減することができる。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の３次元計測装置において、前記計測部は、前記撮像部が撮像した画像データから前記所定の照射パターンの光が照射されている照射位置を検出する照射位置検出部と、前記照射位置検出部が検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較して、校正データを補正する校正データ補正部と、前記校正データ補正部が補正した校正データを用いて３次元計測データを算出する３次元データ演算部と、を備えるようにしてもよい。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の３次元計測装置において、前記計測部は、前記検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較した結果に基づいて、前記投光部への温度制御情報を算出して、前記算出した温度制御情報を前記投光部に出力する温度演算部を備えるようにしてもよい。
【００１４】
本発明によれば、温度演算部が、検出した異なる時刻且つ同一位置への表示指示による照射位置を示す情報同士を比較した結果に基づいて、投光部への温度制御情報を算出して、算出した温度制御情報を投光部に出力するようにした。このため、投光部の温度ドリフトによる影響に基づいて、投光部の温度制御を行うことができる。そして、投光部の温度制御により投光部が有する誤差を減らせことができるので、投影装置の温度ドリフトによる影響を軽減することができる。
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の３次元計測装置において、前記制御部は、前記投光部と前記撮像部及び該３次元計測装置とのキャリブレーション終了直後に検出した照射位置と、前記キャリブレーション直後以外の時刻に検出された前記キャリブレーション直後に検出した照射位置への照射指示と同一位置への照射指示による照射位置を比較して、計測値の校正のための校正データを補正するようにしてもよい。
【００１６】
本発明によれば、投光部の温度ドリフトの影響がほとんどないキャリブレーション直後に比較対象の初期データを生成し、生成した初期データと、初期データ生成時とは異なる時刻の照射位置とを比較する。この結果、３次元計測値の誤差を、投光部の温度ドリフトの影響がほとんどないキャリブレーション直後と同程度に抑えることができる。
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の３次元計測装置において、前記制御部は、前記撮像部が撮像した画像データから前記所定の照射パターンの光が照射されている照射位置の画素の座標を、照射位置を示す情報として算出するようにしてもよい。
【００１８】
本発明によれば、撮像部が撮像した画像データから所定の照射パターンの光が照射されている照射位置の画素の座標を、照射位置を示す情報に用いるため、画素単位で照射位置のずれを比較して、３次元計測結果を補正することができる。
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明の３次元計測装置において、前記制御部は、前記計測領域内に被計測物が置かれていない箇所の前記照射位置を検出するようにしてもよい。
【００２０】
本発明によれば、計測領域内に被計測物が置かれていない状態の照射位置を検出するため、被計測物が置かれる計測領域の高さが変化しない位置で照射位置を検出できる。この結果、被計測物の影響を受けずに、投光部の温度ドリフト等による影響による３次元計測結果の誤差を精度良く補正することができる。
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明の３次元計測装置において、前記投光部から照射される前記所定の照射パターンの光は、スリット光であり、前記計測部は、異なる時刻且つ同一位置への照射指示により照射された前記スリット光の照射位置を検出し、前記検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示により照射された前記スリット光のライン位置を示す情報同士を比較して、計測値の校正のための校正データを補正するようにしてもよい。
【００２２】
本発明によれば、投光部から照射される所定の照射パターンにスリット光を用い、計測部は、照射されたスリット光のライン位置を照射位置として算出する。スリット光を用いているため、照射位置の検出を簡単に行え、さらに誤差の検出も簡単に行える。このため、３次元計測装置のコストを下げることが可能になり、演算速度も高速化できる。
【００２３】
上記目的を達成するため、本発明の３次元計測装置において、前記制御部は、前記投光部と前記撮像部及び該３次元計測装置とのキャリブレーション直後に前記撮像部が撮像した画像データから前記スリット光が照射されている照射位置の情報を、前記検出した照射位置に含まれる２画素の座標から近似して算出するようにしてもよい。
【００２４】
本発明によれば、照射パターンがスリット光の場合、キャリブレーション直後に撮像部が撮像した画像データからスリット光が照射されている照射位置の情報を、前記検出した照射位置に含まれる２画素の座標から近似して算出するため、照射位置の検出を簡単に行え、さらに誤差の検出も簡単に行える。このため、３次元計測装置のコストを下げることが可能になり、演算速度も高速化できる。
【００２５】
上記目的を達成するため、本発明は、所定の照射パターンの光を照射する投光部と、前記投光部により照射された光による反射光を含む像を撮像する撮像部とを有する３次元計測装置の３次元計測方法であって、計測部が、前記投光部が照射する照射パターンの光の照射位置を制御する照射指示を出力し、前記撮像部が撮像した画像データから計測データを算出する計測工程を含み、前記計測工程は、前記投光部に所定の照射パターンの光を照射し続けさせ、前記撮像部により撮像される領域を含む計測領域内で走査を繰り返すように制御し、照射指示による照射位置を前記撮像された画像データから検出し、前記検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較して、計測値の校正のための校正データを補正することを特徴としている。
【００２６】
本発明によれば、投光部から連続して所定の照射パターンの光を走査しながら照射し続けていることにより、投光部の所定の照射パターンの光を被計測物の計測時のみ照射する場合に比べて投光部の照射光が安定する効果がある。また、本発明の３次元計測方法は、連続照射され続けている異なる時刻且つ同一位置への表示指示による照射位置を検出して比較することで校正データを校正している。このため、本発明の３次元計測方法は、投光部に特別な構成を加えずに投光部の温度ドリフト等による影響の所定の照射パターンが照射される位置の誤差を精度良く補正することができる。この結果、投影装置の温度ドリフトによる影響を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態に係る３次元計測装置のシステム全体の構成例を示す概略図である。
【図２】同実施形態に係る計測装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】キャリブレーション直後の計測値の一例を示すグラフである。
【図４】本実施形態の補正を行わなかった場合における、キャリブレーションしてから１５分後の計測値の一例を示すグラフである。
【図５】本実施形態の補正を行わなかった場合における、キャリブレーションしてから３０分後の計測値の一例を示すグラフである。
【図６】同実施形態に係る初期データ生成処理のフローチャートである。
【図７】同実施形態に係るワーク上に照射されるスリット光の一例を説明する図である。
【図８】同実施形態に係る図７のスリット光による像を撮像し画像データの一例を示す図である。
【図９】計測データ記憶部に記憶されている初期データの一例を説明する図である。
【図１０】同実施形態に係る３次元計測処理のフローチャートである。
【図１１】同実施形態に係る校正データの補正処理のフローチャートである。
【図１２】同実施形態に係る３次元計測処理における図７の状態を撮像した画像データの一例を示す図である。
【図１３】同実施形態に係る校正データ記憶部に記憶されている校正データの一例を説明する図である。
【図１４】キャリブレーション直後の計測値の一例を示すグラフである。
【図１５】本実施形態の補正を行った場合、キャリブレーションしてから１５分後の計測値の一例を示すグラフである。
【図１６】本実施形態の補正を行った場合、キャリブレーションしてから３０分後の計測値の一例を示すグラフである。
【図１７】第２実施形態に係る初期データ取得後にワーク上に被計測物が置かれた場合のスリット光の状態を説明する図である。
【図１８】同実施形態に係る図１７のスリット光による像を撮像した画像データの一例を示す図である。
【図１９】同実施形態に係る３次元計測のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は係る実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内で種々の変更が可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
【００２９】
［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る３次元計測装置のシステム１全体の構成例を示す概略図である。図１に示すように、３次元計測装置のシステム１は、ステージ１０、撮像装置２０、投射型表示装置３０、計測装置４０、画像表示装置５０から構成されている。また、ステージ１０の上には、計測される被計測物５が乗せられている。
【００３０】
ステージ１０は、被測定物５に投射型表示装置３０から照射されるパターンの光（以下、照射光という）を走査させるため、制御部４０により一定速度で移動させられる。
【００３１】
撮像装置２０（撮像部）は、例えば受光レンズとＣＣＤカメラ等で構成され、計測装置４０からの撮影タイミング制御により、照射光の反射光による被測定物５の表面の光切断像を１フレームずつ撮影して、撮像した画像データを計測装置４０にフレーム画像データとして送信する。また、撮像装置２０は、計測装置４０により、被測定物５との撮影角度、被測定物５に対する焦点調整、被測定物５との距離が制御される。
【００３２】
投射型表示装置３０（投光部）は、例えば、スリット状の照射光を発生させ、このスリット状の照射光を被測定物５の表面に照射する。投射型表示装置３０は、例えば、プロジェクターである。また、投射型表示装置３０は、計測装置４０により照射光の照射パターンの光の照射位置が制御され、また計測装置４０により投射型表示装置３０内のＦＡＮ（ファン）の回転が制御される。
【００３３】
光切断像３４は、投射型表示装置３０から被測定物５にスリット状の照射光が照射された時の、照射光により形成される光切断像である。
【００３４】
計測装置４０（計測部）は、投射型表示装置３０に照射光としてスリット光を照射させるように制御する。計測装置４０は、後述するように初期データと撮像した画像データを比較して算出した補正計数に基づき、投射型表示装置３０内のＦＡＮを制御する。また、計測装置４０は、キャリブレーション直後、ワーク１０上に何も置かれていない状態で、撮像装置２０が撮像した画像データから初期データを算出して記憶する。また、計測装置４０は、随時、撮像された画像データから照射光の各画素の座標の位置データを算出し、算出した照射光の各画素の座標の位置と記憶されている初期データとを比較することで、校正データを更新する。また、計測装置４０は、計測した３次元測定結果を画像表示装置５０に出力する。
なお、初期データとは、後述するようにキャリブレーション直後にワーク１０上に何も置かない状態で撮像された画像データに基づき算出したワーク１０表面の座標値（例えば、ｘｙ平面がワーク１０上の平面座標であり、ｚ軸の値が高さを示す）である。また、校正データとは、後述するように、温度ドリフトの影響により、ワーク１０上に照射された照射光の位置がずれた場合に、画像データから検出された照射光の各画素の座標の位置に対するずれ量を校正して補正するためのデータである。
【００３５】
画像表示装置５０は、計測装置４０が出力する３次元計測結果を表示する。
【００３６】
次に、計測装置４０の構成の例を説明する。図２は、本実施形態における計測装置の構成の一例を示すブロック図である。
図２に示すように、計測装置４０は、制御部４１、画像取得部４２、計測データ記憶部４３、ライン位置演算部４４、校正データ補正部４５、校正データ記憶部４６、３次元データ演算部４７、温度演算部４８を備えている。また、投射型表示装置３０は、画像制御部３１、ＦＡＮ制御部３２を備えている。
【００３７】
計測装置４０の制御部４１は、計測データ記憶部４３に記憶されている初期データと、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データとを初期化する。制御部４１は、所定のタイミングで、制御信号を投射型表示装置３０の画像制御部３１とライン位置演算部４４とに出力する。制御部４１は、この制御信号により、投射型表示装置３０に、ワーク１０上へ初期データ生成用の画像または計測用の照射光を表示させる。
なお、本実施形態において、初期データ生成用の照射光または計測用の照射光は、スリット光の照射光である。
【００３８】
画像取得部４２は、撮像装置２０が出力する画像データを、アナログ信号からデジタル信号に変換する。画像取得部４２は、変換した画像データを所定のしきい値で二値化し、二値化した画像データを計測データ記憶部４３に記憶させる。
【００３９】
計測データ記憶部４３には、ライン位置演算部４４により算出されたカメラ座標の画素の座標に対応して、ワーク座標の画素の座標が記憶されている。また、計測データ記憶部４３には、画像取得部４２により二値化された画像データが記憶されている。なお、カメラ座標とは、撮像装置２０が撮像した画像データまたは撮像素子における座標である。また、ワーク座標とは、ワーク１０上の任意の点、または測定を行う空間に任意の点を設定した場合の実空間における座標である。
【００４０】
ライン位置演算部４４は、計測データ記憶部４３に記憶されている二値化された画像データを読み出し、読み出した画像データからライン位置を検出する。なお、ライン位置とは、照射光がスリット光の場合、スリット光のワーク座標およびカメラ座標におけるスリット光の像ができている位置（座標）であり、例えば、スリット光を形成する各画素の各座標の集合である。
ライン位置演算部４４は、撮像された画像データからカメラ座標におけるライン位置を算出し、算出されたカメラ座標に対応するワーク座標におけるライン位置を算出する。ライン位置演算部４４は、カメラ座標で検出されたラインの全ての画素と、算出したワーク座標の全ての画素の座標とを関連づけて計測データ記憶部４３に記憶させる。ライン位置演算部４４は、制御部４１が出力する制御信号に基づき、ワーク１０上の所定の範囲の走査が完了したか否かを判別し、ワーク１０上の所定の範囲の走査が完了したと判別した場合、３次元データ演算部４７に完了したことを示す情報を出力する。
【００４１】
校正データ補正部４５は、計測データ記憶部４３に記憶されているワーク位置の初期データを読み出す。校正データ補正部４５は、読み出したワーク位置の初期データと、ライン位置演算部４４が算出したライン位置の画素の座標とを比較し、ワーク位置に対する補正係数（温度制御情報）を算出する。校正データ補正部４５は、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データを、後述する校正データの補正処理により補正して更新し、更新後の校正データを校正データ記憶部４６に更新して記憶させる。校正データ補正部４５は、算出した補正係数を温度演算部４８に出力する。
【００４２】
校正データ記憶部４６には、ワーク位置に対応して、校正データが関連づけられて記憶されている。
【００４３】
３次元データ演算部４７は、ライン位置演算部４４が出力する走査が完了したことを示す情報が入力された後、校正データ記憶部４６に記憶されている更新された校正データを用いて、後述するように計測された全てのライン位置データを補正する。３次元データ演算部４７は、補正した全てのライン位置データを計測データとして、画像表示装置５０に出力する。
【００４４】
温度演算部４８は、校正データ補正部４５が出力する補正係数に基づき、投射型表示装置３０の内部温度を推定する。温度演算部４８は、推定した投影装置の温度に基づき、投射型表示装置３０のＦＡＮを制御する制御値を生成し、生成したＦＡＮ制御値を、投射型表示装置３０のＦＡＮ制御部３２に出力する。
【００４５】
投射型表示装置３０の画像制御部３１は、初期データ生成用の照射光または計測用の照射光を、制御部４１からの制御信号による指示のタイミングで、ステージ１０上に順次、走査しながら照射する。
【００４６】
ＦＡＮ制御部３２は、温度演算部４８からのＦＡＮ制御値に基づき、投射型表示装置３０のＦＡＮの回転数を制御する。
【００４７】
次に、図３〜図５を用いて、本実施形態による補正を行わなかった場合の計測誤差の一例について説明する。図３は、キャリブレーション直後の計測値の一例を示すグラフである。図４は、本実施形態による補正を行わなかった場合における、キャリブレーションしてから１５分後の計測値の一例を示すグラフである。図５は、本実施形態による補正を行わなかった場合における、キャリブレーションしてから３０分後の計測値の一例を示すグラフである。図３〜図５において、横軸はカメラ座標のｘ軸、縦軸はカメラ座標のｙ軸である。また、図３〜図５において、各ハッチング２０１〜２１０は、計測したｚ軸方向の面の高さのばらつきを表している。ハッチング２０１は、−１４５０［μｍ］〜−１４７０［μｍ］、ハッチング２０２は、−１４７０［μｍ］〜−１４９０［μｍ］を表している。ハッチング２０３は、−１４９０［μｍ］〜−１５１０［μｍ］、ハッチング２０４は、−１５１０［μｍ］〜−１５３０［μｍ］を表している。ハッチング２０５は、−１５３０［μｍ］〜−１５５０［μｍ］、ハッチング２０６は、−１５５０［μｍ］〜−１５７０［μｍ］を表している。ハッチング２０７は、−１５７０［μｍ］〜−１５９０［μｍ］、ハッチング２０８は、−１５９０［μｍ］〜−１６１０［μｍ］を表している。ハッチング２０９は、−１６１０［μｍ］〜−１６３０［μｍ］、ハッチング２１０は、−１６３０［μｍ］〜−１６５０［μｍ］を表している。
例えば、図３において、ハッチング２０５（−１５３０［μｍ］〜−１５５０［μｍ］）のみであれば、計測された面の高さ方向（ｚ軸方向）の誤差は、２０［μｍ］であることを表している。
なお、図３〜図５は、同一の平面のうち、１００［ｍｍ」×７０［ｍｍ］のエリアを計測している。
【００４８】
図３に示すように、光切断法によるキャリブレーション直後の計測値では、面の高さが約２０［μｍ］のばらつきを有している。そして、図４に示すように、本実施形態による補正を行わなかった場合、キャリブレーションしてから１５分後に同じ平面を計測した場合、面の高さは約８０［μｍ］のばらつきを有して計測されている。さらに、図５に示しように、本実施形態による補正を行わなかった場合、キャリブレーションしてから３０分後に同じ平面を計測した場合、面の高さは約２００［μｍ］のばらつきを有して計測されている。すなわち、本実施形態による補正を行わなかった場合、キャリブレーション後、時間が経過する毎に、同一平面を計測しても、高さに対するばらつきが増加している。図５に示すように、ばらつきは、キャリブレーションしてから３０分後には、キャリブレーション直後のばらつきに対して約１０倍になっている。また、図５に示すように、同一面内でも、ばらつきの発生の状態が異なっている。すなわち、ｘ軸正方向に向かって、計測される高さが減少している。これらの要因の一つは、投射型表示装置３０による温度ドリフトである。
【００４９】
次に、初期データ生成処理について、図６〜図９を用いて説明する。
図６は、本実施形態に係る初期データ生成処理のフローチャートである。
図７は、本実施形態に係るワーク１０上に照射されるスリット光の一例を説明する図である。図７（ａ）は、位置ｘ１の場合のスリット光の状態を示す図であり、図７（ｂ）は、位置ｘ２の場合のスリット光の状態を示す図であり、図７（ｃ）は、位置ｘ３の場合のスリット光の状態を示す図である。
図８は、本実施形態に係る図７のスリット光による像を撮像し画像データの一例を示す図である。図８（ａ）は、位置ｘ１のスリット光による像が撮像された画像データを示す図であり、図８（ｂ）は、位置ｘ２のスリット光による像が撮像された画像データを示す図であり、図８（ｃ）は、位置ｘ３のスリット光による像が撮像された画像データを示す図である。
図９は、計測データ記憶部４３に記憶されている初期データの一例を説明する図である。
なお、図６のステップＳ１〜Ｓ５の初期データの生成処理は、３次元計測システム１のキャリブレーション後に行われる。
【００５０】
（ステップＳ１）
まず、制御部４１は、計測データ記憶部４３に記憶されている初期データと、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データとを初期化する。
投射型表示装置３０の画像制御部３１は、初期データ生成用のスリット光を、制御部４１からの制御信号による指示のタイミングで、ステージ１０上のｘ軸の位置ｘ１に照射する。ステップＳ１終了後、ステップＳ２に進む。
【００５１】
（ステップＳ２）
次に、画像取得部４２は、制御部４１から制御信号による指示のタイミングで、撮像装置２０が撮像した画像データであって、スリット光が照射されているステージ１０の画像データを取得する。画像取得部４２は、撮像装置２０が出力する画像データを、アナログ信号からデジタル信号に変換する。そして、画像取得部４２は、変換した画像データを所定のしきい値で二値化し、二値化した画像データを計測データ記憶部４３に記憶させる。ステップＳ２終了後、ステップＳ３に進む。
【００５２】
（ステップＳ３）
次に、ライン位置演算部４４は、計測データ記憶部４３に記憶されている二値化された画像データを読み出し、読み出した画像データからライン位置を検出する。ライン位置演算部４４は、撮像された画像データからカメラ座標におけるライン位置を算出し、算出されたカメラ座標に対応するワーク座標におけるライン位置を算出する。例えば、ライン位置演算部４４は、カメラ座標におけるｘ１１の位置で検出されたライン３０１の全ての画素（（ｘ１１１，ｙ１１１）、（ｘ１１２，ｙ１１２）、・・・、（ｘ１１ｍ，ｙ１１ｍ））（ｍは１以上の自然数）に対して、ワーク座標における位置ｘ１の全ての画素の座標（（ｘ１１，ｙ１１）、（ｘ１２，ｙ１２）、・・・、（ｘ１ｍ，ｙ１ｍ））を算出する。図８（ａ）のように検出されたライン３０１に対して、全ての画素の位置を線形補間し、算出されたライン位置が直線とみなせると判別される場合、ライン位置演算部４４は、ライン位置の情報を線分データ（例えば、始点の座標と、終点の座標）として算出するようにしてもよい。なお、図８（ｂ）の符号３０２は、カメラ座標ｘ１２で検出されたラインであり、図８（ｃ）の符号３０３は、カメラ座標ｘ１３で検出されたラインである。
位置ｘ１で撮像された場合、キャリブレーション直後には温度ドリフトがほとんどない。このため、図８（ａ）に示すように、位置ｘ１の照射されたスリット光は、カメラ座標ｘ軸のｘ１１の位置に輝度の高い直線として検出される。ステップＳ３終了後、ステップＳ４に進む。
【００５３】
（ステップＳ４）
次に、ライン位置演算部４４は、カメラ座標ｘ１１の位置で検出されたライン３０１の全ての画素と、算出したワーク座標ｘ１の全ての画素の座標とを関連づけて計測データ記憶部４３に記憶させる。図９に示すように、計測データ記憶部４３には、例えば、カメラ座標ｘ１ｎ（ｎは１以上の自然数）の画素の座標（（ｘ１ｎ１，ｙ１ｎ１）、（ｘ１ｎ２，ｙ１ｎ２）、・・・、（ｘ１ｎｍ，ｙ１ｎｍ））に対応して、ワーク座標ｘｎの画素の座標（（ｘｎ１，ｙｎ１）、（ｘｎ２，ｙｎ２）、・・・、（ｘｎｍ，ｙｎｍ））が記憶されている。ステップＳ４終了後、ステップＳ５に進む。
【００５４】
（ステップＳ５）
次に、ライン位置演算部４４は、制御部４１が出力するライン位置のワーク座標がｘｎか否かを判別する。ライン位置のワーク座標がｘｎの場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、初期データの生成処理を終了する。ライン位置のワーク座標がｘｎではない場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、ステップＳ１〜Ｓ５を、ワーク座標がｘｎまで繰り返す。
【００５５】
次に、３次元計測処理について、図７、図１０〜図１２を用いて説明する。
図１０は、本実施形態に係る３次元計測処理のフローチャートである。図１１は、本実施形態に係る校正データの補正処理のフローチャートである。図１２は、本実施形態に係る３次元計測処理における図７の状態を撮像した画像データの一例を示す図である。図１２（ａ）は、位置ｘ１のスリット光が撮像された画像データを示す図であり、図１２（ｂ）は、位置ｘ２のスリット光が撮像された画像データを示す図であり、図１２（ｃ）は、位置ｘ３のスリット光が撮像された画像データを示す図である。
なお、本実施形態では、ワーク１０上に被計測物５が乗っていない状態である。
【００５６】
（ステップＳ１０１）
投射型表示装置３０の画像制御部３１は、計測用のスリット光を、制御部４１からの制御信号による指示のタイミングで、ステージ１０上のｘ軸の位置ｘ１にキャリブレーション後も照射し続ける。本実施形態では、ステップＳ１０１終了後、ステップＳ１０２に進む。
【００５７】
（ステップＳ１０２）
次に、画像取得部４２は、制御部４１からの制御信号による指示のタイミングで、撮像装置２０が撮像したスリット光が照射されているステージ１０の画像データを取得する。画像取得部４２は、撮像装置２０が出力する画像データを、アナログ信号からデジタル信号に変換する。そして、画像取得部４２は、変換した画像データを所定のしきい値で二値化し、二値化した画像データを計測データ記憶部４３に記憶させる。ステップＳ１０２終了後、ステップＳ１０３に進む。
【００５８】
（ステップＳ１０３）
次に、ライン位置演算部４４は、計測データ記憶部４３に記憶されている二値化された画像データを読み出し、読み出した画像データからライン位置を検出する。ライン位置検出は、ライン位置演算部４４が、撮像された画像データからカメラ座標におけるライン位置を算出し、算出されたカメラ座標に対応するワーク座標におけるライン位置を算出する。
例えば、ライン位置演算部４４は、カメラ座標におけるｘ１１’の位置で検出されたライン４０１の全ての画素（（ｘ１１１’，ｙ１１１’）、（ｘ１１２’，ｙ１１２’）、・・・、（ｘ１１ｍ’，ｙ１１ｍ’））（ｍは１以上の自然数）に対して、ワーク座標における位置ｘ１’の全ての画素の座標（（ｘ１１’，ｙ１１’）、（ｘ１２’，ｙ１２’）、・・・、（ｘ１ｍ’，ｙ１ｍ’））を算出する。ライン位置演算部４４は、算出したワーク座標における位置ｘ１’の全ての画素の座標（（ｘ１１’，ｙ１１’）、（ｘ１２’，ｙ１２’）、・・・、（ｘ１ｍ’，ｙ１ｍ’））を校正データ補正部４５に出力する。
位置ｘ１に照射されたスリット光を撮像した場合、キャリブレーション直後には温度ドリフトがほとんどないため、図８（ａ）に示すように、カメラ座標ｘ軸のｘ１１の位置に輝度の高いラインとして検出される。しかしながら、キャリブレーションしてから時間が経過するにしたがって、照射されるライン位置の座標が、図１２（ａ）の曲線４０１ようにずれる。なお、このような投射型表示装置３０による温度ドリフトとは、例えば、光源の明るさ設定の影響、投射型表示装置３０の外気の影響、投射型表示装置３０の不図示のレンズ部のガラスに対する温度の影響、投射型表示装置３０の内部回路の温度の影響、さらにこれらの影響の時間変化などである。
また、図１２（ｂ）の符号４０２は、カメラ座標ｘ１２’で検出されたラインであり、図１２（ｃ）の符号４０３は、カメラ座標ｘ１３’で検出されたラインである。
ステップＳ１０３終了後、ステップＳ１０４に進む。
【００５９】
（ステップＳ１０４）
次に、校正データ補正部４５は、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データを、後述する校正データの補正処理により補正し、補正した校正データを校正データ記憶部４６に更新して記憶させる。
【００６０】
（ステップＳ１０５）
次に、ライン位置演算部４４は、制御部４１が出力するライン位置のワーク座標がｘｎか否かを判別する。ワーク座標がｘｎの場合（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６に進む。ワーク座標がｘｎではない場合（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５を、ワーク座標がｘｎまで繰り返す。
ライン位置演算部４４は、ワーク１０上の所定の範囲の走査が完了した場合、３次元データ演算部４７に走査が完了したことを示す情報を出力する。
【００６１】
（ステップＳ１０６）
次に、３次元データ演算部４７は、ライン位置演算部４４が出力する走査が完了したことを示す情報が入力された後、校正データ記憶部４６に記憶されている更新された校正データを用いて、計測された全てのライン位置データを補正する。３次元データ演算部４７は、補正したデータを計測データとして、画像表示装置５０に出力する。
ステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理完了後、ステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６を繰り返し行う。
【００６２】
次に、ステップＳ１０４の校正データの補正処理について、図１１を用いて説明する。なお、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データの初期状態は、全てのワーク位置で誤差０に、予め制御部４１からの初期設定により設定されている。
【００６３】
（ステップＳ２０１）
校正データ補正部４５は、計測データ記憶部４３に記憶されているワーク位置ｘ１の初期データを読み出す。次に、校正データ補正部４５は、読み出したワーク位置ｘ１の初期データ（ライン３０１の画素の座標）と、ライン位置演算部４４が算出したライン位置ｘ１’の画素の座標とを比較し、ワーク位置ｘ１に対する補正係数を算出する。
補正係数は、例えば、次式（１）により算出する。ステップＳ２０１終了後、ステップＳ２０２に進む。
【００６４】
補正係数＝（ワーク位置ｘ１の各画素の座標）／（ワーク位置ｘ１’の各画素の座標） ・・・（１）
【００６５】
例えば、校正データ記憶部４６に記憶されているワーク位置ｘ１における画素の座標が（１．０、１．０）、ステップＳ１０３で算出されたワーク位置ｘ１’ における画素の座標が（１．１、１．１）の場合、校正データ補正部４５は、ｘ軸、ｙ軸ともに補正係数＝１．０／１．１＝０．９２を算出する。
【００６６】
（ステップＳ２０２）
次に、校正データ補正部４５は、算出した補正係数を用いて、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データを更新する。
例えば、補正係数が０．９と算出された場合、予め校正データ記憶部４６に記憶されている補正係数と誤差との対応関係に基づき、校正データ補正部４５は、ライン位置ｘ１の校正データを０から０．１に補正して更新する。
図１３は、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データの一例を説明する図である。図１３に示すように、例えば、ワーク位置ｘ２に対応して、校正データｈ２が関連づけられて記憶されている。
【００６７】
（ステップＳ２０３）
次に、校正データ補正部４５は、算出した補正係数を温度演算部４８に出力する。温度演算部４８は、校正データ補正部４５が出力する補正係数に基づき、投射型表示装置３０の内部温度を推定する。温度演算部４８は、推定した投影装置の温度に基づき、投射型表示装置３０のＦＡＮを制御する制御値を生成し、生成したＦＡＮ制御値を、投射型表示装置３０のＦＡＮ制御部３２に出力する。
【００６８】
なお、初期データを生成するために照射するスリット光の間隔と、計測時のスリット光の間隔は同一でなくてもよい。例えば、計測時のスリット間隔が、ｘ０からｘｎまでｎ回の場合、初期データを生成するために照射するスリット光の間隔をｎの半分にしてもよい。この場合、校正データ補正部４５は、計測時にｘ軸ｘ０’、ｘ２’、・・・の位置、すなわち、照射２回に対して校正を１回行うようにしてもよい。あるいは、ｘ１’の位置においては、その前の位置ｘ０の位置情報と比較するようにしてもよく、または、前後の位置情報ｘ０とｘ２との平均値を用いて比較するようにしてもよい。
【００６９】
次に、図１４〜図１６を用いて、本実施形態による補正を行った場合の計測誤差の一例について説明する。図１４は、キャリブレーション直後の計測値の一例を示すグラフである。図１５は、本実施形態による補正を行った場合、キャリブレーションしてから１５分後の計測値の一例を示すグラフである。図１６は、本実施形態による補正を行った場合、キャリブレーションしてから３０分後の計測値の一例を示すグラフである。図１４〜図１６において、横軸はカメラ座標のｘ軸、縦軸はカメラ座標のｙ軸である。また、図１４〜図１６において、各ハッチング２０１〜２１０は、図３〜図５と同様に、計測したｚ軸方向の面の高さのばらつきを表している。
なお、図１４〜図１６は、図３〜図５と同様に、同一の平面のうち、１００［ｍｍ」×７０［ｍｍ］のエリアを計測している。
【００７０】
図１４に示すように、本実施形態によるキャリブレーション直後の計測値は、面の高さは約２０［μｍ］のばらつきである。そして、図１５に示しように、実施形態による補正を行った場合、キャリブレーション後、１５分後に同じ平面を計測した面の高さは約２０［μｍ］程度のばらつきを有して計測されている。さらに、図１６に示しように、実施形態による補正を行った場合、キャリブレーション後、３０分後に同じ平面を計測した面の高さは約２０［μｍ］のばらつきを有して計測されている。すなわち、実施形態による補正を行った場合、キャリブレーション後、時間が経過する毎に、同一平面を計測しても、高さに対するばらつきが増加せず、ほぼキャリブレーション直後のままである。
本実施形態によれば、キャリブレーションした後、１５分後、本実施形態による校正を行わない場合、上述したように面の高さのばらつきは約８０［μｍ］（図４）であるので、ばらつきは四分の一に改善されている。さらに、キャリブレーションした後、３０分後、本実施形態による校正を行わない場合、上述したように面の高さのばらつきは約２００［μｍ］（図５）であるので、ばらつきは十分の一に改善されている。
【００７１】
以上のように、制御部４０は、キャリブレーション直後に、ワーク１０の上に何も置かない状態の撮像された画像データから各ライン位置を算出し、算出したライン位置の各画素の座標を計測データ記憶部４３に初期データとして記憶させる。
次に、制御部４０は、ワーク１０の上に何も置かない状態のワーク１０に、スリット光を照射かつ走査し続けるように投射型表示装置３０を制御する。そして、制御部４０は、スリット光が照射された画像データからラインのデータを検出し、検出したラインのデータに対応する各ライン位置の各画素の座標を算出する。そして、制御部４０は、算出したライン位置の各画素の座標と、計測データ記憶部４３に記憶されている初期データ（各画素の座標）とを比較して校正用の補正値を算出して、算出した補正値に基づき校正データ記憶部４６に記憶されている校正データを補正して更新する。そして、制御部４０は、この校正データを用いて、３次元測定データを算出する。
この結果、投射型表示装置３０による温度ドリフトの影響で、照射光の位置に誤差が生じても、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データを用いて、３次元測定データを算出しているので、温度ドリフトの影響を防ぐことができる。
また、計測部４０が投射型表示装置３０のＦＡＮを制御するため、投光部の温度ドリフトによる影響に基づいて、投光部の温度制御を行う。この結果、投光部の温度制御により投光部が有する誤差を減らせことができるので、投影装置の温度ドリフトによる影響を軽減することができる。
【００７２】
［第２実施形態］
第１実施形態では、ワーク１０上に何も置かない状態でスリット光を照射し、温度ドリフトが生じていない状態の初期状態のデータと比較する例を説明した。第２実施形態では、ワーク１０上に被計測物５が置かれた場合について説明する。
計測装置４０の構成は、図２と同様である。また、投射型表示装置３０のキャリブレーション後に行う初期データの生成処理は、第１実施形態の図６の手順と同様である。
【００７３】
図１７は、本実施形態に係る初期データ取得後にワーク１０上に被計測物５が置かれた場合のスリット光の状態を説明する図である。図１７に示すように、投射型表示装置３０は、第１実施形態と同様に、ｘ軸に対してｘ０からｘｎまで、スリット光の照射を繰り返す。図１７（ａ）は、位置ｘ１のスリット光の状態を示す図であり、図１７（ｂ）は、位置ｘ２のスリット光の状態を示す図であり、図１７（ｃ）は、位置ｘ３のスリット光の状態を示す図である。
図１８は、本実施形態に係る図１７のスリット光による像を撮像し画像データの一例を示す図である。図１８（ａ）は、位置ｘ１の場合の撮像された画像データを示す図であり、図１８（ｂ）は、位置ｘ２の場合の撮像された画像データを示す図であり、図１８（ｃ）は、位置ｘ３の場合の撮像された画像データを示す図である。
【００７４】
図１７（ａ）と図１８（ａ）、及び図１７（ｃ）と図１８（ｃ）に示すように、ワーク１０上に被計測物５が無い場合、カメラ座標ｘ１１及びｘ１３のライン６０１及び６０３は、第１実施形態の図８（ａ）及び図８（ｃ）と同様の画像データが得られる。
一方、図１７（ｂ）と図１８（ｂ）に示すように、ワーク１０上に被計測物５がある場合、カメラ座標ｘ１２のライン６０２は、被計測物５が無い領域のライン６０２−１及び６０２−３と、被計測物５がある領域のライン６０２−２である。そして、ライン６０２−２の輝度は、ライン６０２−１及び６０２−３の輝度より高い。なお、図１８（ｂ）では、便宜的に輝度の高いライン６０２−２を、輝度の低いライン６０２−１より太い線分で表している。
すなわち、撮像装置２０で撮像された画像を画像データでは、被計測物５がある領域と無い領域とで、検出される輝度が異なる。このため、予め輝度に対するしきい値を実験により設定しておくことで、被計測物５による反射か、ワーク１０による反射のラインかを識別することができる。なお、本実施形態では、ワーク１０による反射光の輝度より、被計測物５による反射光の輝度が高い場合を説明するが、被計測物５による反射光の輝度の方が低くても、同様に処理することができる。
【００７５】
次に、本実施形態の３次元計測処理について説明する。
図１９は、本実施形態に係る３次元計測のフローチャートである。
【００７６】
（ステップＳ３０１）
投射型表示装置３０の画像制御部３１は、キャリブレーション用のスリット光を、制御部４１からの制御信号による指示のタイミングで、ステージ１０上のｘ軸の位置ｘ１に照射する。ステップＳ３０１終了後、ステップＳ３０２に進む。
【００７７】
（ステップＳ３０２）
次に、画像取得部４２は、制御部４１から制御信号による指示のタイミングで、撮像装置２０が撮像したスリット光が照射されているステージ１０の画像データを取得する。画像取得部４２は、撮像装置２０が出力する画像データを、アナログ信号からデジタル信号に変換する。そして、画像取得部４２は、変換した画像データを所定のしきい値で階調化し、階調化した画像データを計測データ記憶部４３に記憶させる。ステップＳ３０２終了後、ステップＳ３０３に進む。
【００７８】
（ステップＳ３０３）
次に、ライン位置演算部４４は、計測データ記憶部４３に記憶されている階調化された画像データを読み出し、読み出した画像データに対して所定のしきい値より低い輝度のラインを、ワーク１０上のラインとして検出する。
ステップＳ３０３終了後、ステップＳ３０４に進む。
【００７９】
（ステップＳ３０４）
次に、ライン位置演算部４４は、検出したラインに対応するカメラ座標における各画素の座標を算出し、算出されたカメラ座標に対応するワーク座標におけるライン位置の各画素の座標を算出する。例えば、ライン位置演算部４４は、カメラ座標におけるｘ１１’の位置で検出されたライン４０１の全ての画素（（ｘ１１１’，ｙ１１１’）、（ｘ１１２’，ｙ１１２’）、・・・、（ｘ１１ｍ’，ｙ１１ｍ’））（ｍは１以上の自然数）に対して、ワーク座標における位置ｘ１’の全ての画素の座標（（ｘ１１’，ｙ１１’）、（ｘ１２’，ｙ１２’）、・・・、（ｘ１ｍ’，ｙ１ｍ’））を算出する。ライン位置演算部４４は、算出したワーク座標における位置ｘ１’の全ての画素の座標（（ｘ１１’，ｙ１１’）、（ｘ１２’，ｙ１２’）、・・・、（ｘ１ｍ’，ｙ１ｍ’））を校正データ補正部４５に出力する。
ステップＳ３０４終了後、ステップＳ３０５に進む。
【００８０】
（ステップＳ３０５）
次に、校正データ補正部４５は、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データを、上述した校正データの補正処理により補正し、補正した校正データを校正データ記憶部４６に更新して記憶させる。ステップＳ３０５終了後、ステップＳ３０６に進む。
【００８１】
（ステップＳ３０６）
次に、ライン位置演算部４４は、制御部４１が出力するワーク座標がｘｎか否かを判別する。ワーク座標がｘｎの場合（ステップＳ３０６；Ｙｅｓ）、ステップＳ３０７に進む。ワーク座標がｘｎではない場合（ステップＳ３０６；Ｎｏ）、ステップＳ３０１〜Ｓ３０６を、ワーク座標がｘｎまで繰り返す。
ライン位置演算部４４は、ワーク１０上の所定の範囲の走査が完了した場合、３次元データ演算部４７に完了したことを示す情報を出力する。
【００８２】
（ステップＳ３０７）
次に、３次元データ演算部４７は、ライン位置演算部４４が出力する走査が完了したことを示す情報が入力された後、校正データ記憶部４６に記憶されている更新された校正データを用いて、計測された全てのライン位置データを補正する。３次元データ演算部４７は、補正したデータを計測データとして、画像表示装置５０に出力する。
ステップＳ３０１〜Ｓ３０７の処理完了後、ステップＳ３０１に戻り、ステップＳ３０１〜Ｓ３０７を繰り返し行う。
【００８３】
以上のように、制御部４０は、キャリブレーション直後に、ワーク１０の上に何も置かない状態の撮像された画像データから各ライン位置を算出し、算出したライン位置の各画素の座標を計測データ記憶部４３に初期データとして記憶させる。
次に、制御部４０は、キャリブレーション後も、ワーク１０上に照射光を照射し続けるように投射型表示装置３０を制御する。
次に、制御部４０は、スリット光が照射された画像データから、被計測物５以外の反射光であるワーク１０上のラインのデータを検出し、検出したラインのデータに対応する各ライン位置の各画素の座標を算出する。そして、制御部４０は、算出したライン位置の各画素の座標と、計測データ記憶部４３に記憶されている初期データとを比較して校正用の補正値を算出して、算出した補正値に基づき校正データ記憶部４６に記憶されている校正データを補正して更新する。そして、制御部４０は、この校正データを用いて、３次元測定データを算出する。
この結果、ワーク１０上に被計測物５が置かれた場合でも、投射型表示装置３０による温度ドリフトの影響で、照射光の位置に誤差が生じても、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データを用いて、３次元測定データを算出しているので、温度ドリフトの影響を防ぐことができる。
【００８４】
また、本実施形態では、投射型表示装置３０が照射する照射光として、スリット光を用いる例を説明したが、スポット光、格子パターン、および２値コードなどでもよい。この場合においても、キャリブレーション直後に照射した照射パターンによる像の各画素位置を検出し、検出した画素位置の座標から初期データを生成する。そして、初期データ生成後に初期データ生成の場合と同じ照射パターンを照射し続けて、検出した位置データを初期データと比較した結果に基づき、校正データを補正するようにしてもよい。なお、照射パターンの照射位置の検出は、パターンマッチングや特徴量の検出など公知の検出法を用いて行う。
【００８５】
なお、本実施形態では、温度演算部４８が校正データ補正部４５により算出された補正係数を用いて、投射型表示装置３０のＦＡＮを制御する例を説明したが、ＦＡＮに限らず、他の冷却装置により投射型表示装置３０内の温度を制御するようにしてもよい。また、温度演算部４８が校正データ補正部４５により算出された補正係数を用いて、校正データを更新して３次元計測データを補正するのみで、投射型表示装置３０のＦＡＮを制御しなくてもよい。
【００８６】
また、本実施形態では、校正データ補正部４５が、キャリブレーション直後に計測したライン位置と、その後に計測されたライン位置とを比較して補正係数を算出する例を説明したが、異なる時刻のライン位置同士を比較して補正係数を算出するようにしてもよい。この場合、異なる時刻に撮像された画像データから算出されたライン位置を比較し、誤差の傾きに応じて校正データを、予め設定してあるテーブルに基づき更新するようにしても良い。この予め設定してあるテーブルは、実験やシミュレーション等により算出して校正データ記憶部４６に記憶しておくようにしてもよい。
【００８７】
また、本実施形態では、ライン位置の検出を、ラインが照射された後、１ラインごとに行う例を説明したが、計測データ記憶部４３にｘ軸ｘ０からｘｎまでの全ての画像データを記憶させた後、まとめて行ってもよい。あるいは、所定のライン分、まとめてライン位置を検出するようにしてもよい。
【００８８】
なお、実施形態の図２の制御部４０の各部の機能を実現するためのプログラムをコンピューター読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピューターシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピューターシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ） Ｉ／Ｆ（インタフェース）を介して接続されるＵＳＢメモリー、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、サーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリーのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【符号の説明】
【００８９】
１０・・・ステージ
２０・・・撮像装置（撮像部）
３０・・・投射型表示装置（投光部）
４０・・・計測装置（計測部）
５０・・・画像表示装置
４１・・・制御部
４２・・・画像取得部
４３・・・計測データ記憶部
４４・・・ライン位置演算部
４５・・・校正データ補正部
４６・・・校正データ記憶部
４７・・・３次元データ演算部
４８・・・温度演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元計測装置、および３次元計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触の３次元計測方法として、光切断法がある。光切断法は、投影装置が照射した光を、被測定物に照射し、被測定物を一定速度で移動させながら、撮像装置が照射光に照らし出された被測定物の断面の輪郭を一定間隔で１フレームずつ３次元計測装置が取得する。そして、取得した照射光に照らし出された断面の輪郭の画像（以下、光切断画像）から抽出した照射光による像の座標、投影装置の取り付け位置と角度、および撮像装置の取り付け位置と角度を用いて、三角測距法により演算して、被測定物の計測を行う。
このような光切断法において、レーザー光の照射装置やプロジェクター等が投影装置として用いられている。また、光切断法による３次元計測法としては、スリット法、格子法、位相シフト法、２値化コード法等、多くの方法が提案されている。
【０００３】
投影装置としてプロジェクターを用いる場合、投影装置は、内部温度変化の影響による投影するパターン変化を受け、投影する画素位置が変化する。このため、校正時の投影画素位置と計測時の投影画素位置にズレが生じてしまい、計測精度が悪化していた。この温度ドリフトと言える投影画素位置のズレの傾向は、小型・低価格な投影装置になるほど顕著であり、投影装置内部の温度管理を行う必要がある。
【０００４】
このため、特許文献１に記載の発明では、投影装置が、校正用のスリットパターンを縦方向と横方向に走査させて投影装置から照射する。そして、撮像装置が、この照射された校正用のパターンを撮像し、撮像された画像を演算処理部が画像処理する。また、特許文献１に記載の発明では、投影装置を固定したまま、縦横２方向のスリットパターンを照射するため、投影装置の表示画素の基準面上での投影位置を対応付けることができる。この結果、投影装置の素子とその基準面上での投影位置を一対一に対応させることで、投影装置のレンズに収差があった場合でも、撮像装置で計測して校正データを蓄積することで、三次元計測装置の校正を行っていた。
【０００５】
また、特許文献２に記載の発明では、幅が既知の基準物体の上に、幅を計測する被計測物を重ねて配置する。そして、この基準物体と被計測物に、２台の投影装置から照射し、それぞれ照射した方向から撮像装置で撮像する。そして、２台の撮像装置により撮像された画像を用いて、三角測量の原理を用いて、基準物体と被計測物の各点の位置を算出している。そして、算出された各点、各線、各面の位置どうしの減算により、基準物体と被計測物の各点、各線、各面間の距離を算出している。この減算により、回路の特性による変動の誤差や、投影装置と撮像装置による３次元センサーの誤差が相殺され、このため、校正が不要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３４１０号公報
【特許文献２】特開平７−２６０４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、校正用のパターンを用いて自動的に校正を行うことができ、さらに投影装置のレンズの歪みの影響も校正できるが、投影装置の安定性、特に温度ドリフトの影響が校正できない。
【０００８】
また、特許文献２に記載の発明では、２台の投影装置、撮像装置ごとに温度ドリフト特性や温度変化が異なる場合、温度ドリフトの影響が校正できない。また、特許文献２に記載の発明では、基準物体の上に被計測物を重ねて配置しているため、基準物体と重なる部分を計測できない。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、投影装置の温度ドリフトによる影響を軽減する３次元計測装置、および３次元計測方法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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、所定の照射パターンの光を照射する投光部と、前記投光部により照射された光による反射光を含む像を撮像する撮像部とを有する３次元計測装置であって、前記投光部に対して照射パターンの光の照射位置を制御する照射指示を出力し、前記撮像部が撮像した画像データから計測データを算出する計測部を備え、前記計測部は、前記投光部に前記照射パターンの光を照射し続けさせ、前記撮像部により撮像される領域を含む計測領域内で走査を繰り返すように制御し、照射指示による照射位置を前記撮像された画像データから検出し、前記検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較して、計測値の校正のための校正データを補正することを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、投光部から連続して所定の照射パターンの光を走査しながら照射し続けているため、投光部の所定の照射パターンを被計測物の計測時のみ照射する場合に比べて照射光が安定する効果がある。また、３次元計測装置は、連続照射され続けている異なる時刻且つ同一位置への表示指示による照射位置を検出して比較することで校正データを校正することにより、投光部に特別な構成を加えずに投光部の温度ドリフト等による影響による３次元計測結果の誤差を精度良く補正することができる。この結果、投影装置の温度ドリフトによる影響を軽減することができる。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の３次元計測装置において、前記計測部は、前記撮像部が撮像した画像データから前記所定の照射パターンの光が照射されている照射位置を検出する照射位置検出部と、前記照射位置検出部が検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較して、校正データを補正する校正データ補正部と、前記校正データ補正部が補正した校正データを用いて３次元計測データを算出する３次元データ演算部と、を備えるようにしてもよい。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の３次元計測装置において、前記計測部は、前記検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較した結果に基づいて、前記投光部への温度制御情報を算出して、前記算出した温度制御情報を前記投光部に出力する温度演算部を備えるようにしてもよい。
【００１４】
本発明によれば、温度演算部が、検出した異なる時刻且つ同一位置への表示指示による照射位置を示す情報同士を比較した結果に基づいて、投光部への温度制御情報を算出して、算出した温度制御情報を投光部に出力するようにした。このため、投光部の温度ドリフトによる影響に基づいて、投光部の温度制御を行うことができる。そして、投光部の温度制御により投光部が有する誤差を減らせことができるので、投影装置の温度ドリフトによる影響を軽減することができる。
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の３次元計測装置において、前記制御部は、前記投光部と前記撮像部及び該３次元計測装置とのキャリブレーション終了直後に検出した照射位置と、前記キャリブレーション直後以外の時刻に検出された前記キャリブレーション直後に検出した照射位置への照射指示と同一位置への照射指示による照射位置を比較して、計測値の校正のための校正データを補正するようにしてもよい。
【００１６】
本発明によれば、投光部の温度ドリフトの影響がほとんどないキャリブレーション直後に比較対象の初期データを生成し、生成した初期データと、初期データ生成時とは異なる時刻の照射位置とを比較する。この結果、３次元計測値の誤差を、投光部の温度ドリフトの影響がほとんどないキャリブレーション直後と同程度に抑えることができる。
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の３次元計測装置において、前記制御部は、前記撮像部が撮像した画像データから前記所定の照射パターンの光が照射されている照射位置の画素の座標を、照射位置を示す情報として算出するようにしてもよい。
【００１８】
本発明によれば、撮像部が撮像した画像データから所定の照射パターンの光が照射されている照射位置の画素の座標を、照射位置を示す情報に用いるため、画素単位で照射位置のずれを比較して、３次元計測結果を補正することができる。
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明の３次元計測装置において、前記制御部は、前記計測領域内に被計測物が置かれていない箇所の前記照射位置を検出するようにしてもよい。
【００２０】
本発明によれば、計測領域内に被計測物が置かれていない状態の照射位置を検出するため、被計測物が置かれる計測領域の高さが変化しない位置で照射位置を検出できる。この結果、被計測物の影響を受けずに、投光部の温度ドリフト等による影響による３次元計測結果の誤差を精度良く補正することができる。
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明の３次元計測装置において、前記投光部から照射される前記所定の照射パターンの光は、スリット光であり、前記計測部は、異なる時刻且つ同一位置への照射指示により照射された前記スリット光の照射位置を検出し、前記検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示により照射された前記スリット光のライン位置を示す情報同士を比較して、計測値の校正のための校正データを補正するようにしてもよい。
【００２２】
本発明によれば、投光部から照射される所定の照射パターンにスリット光を用い、計測部は、照射されたスリット光のライン位置を照射位置として算出する。スリット光を用いているため、照射位置の検出を簡単に行え、さらに誤差の検出も簡単に行える。このため、３次元計測装置のコストを下げることが可能になり、演算速度も高速化できる。
【００２３】
上記目的を達成するため、本発明の３次元計測装置において、前記制御部は、前記投光部と前記撮像部及び該３次元計測装置とのキャリブレーション直後に前記撮像部が撮像した画像データから前記スリット光が照射されている照射位置の情報を、前記検出した照射位置に含まれる２画素の座標から近似して算出するようにしてもよい。
【００２４】
本発明によれば、照射パターンがスリット光の場合、キャリブレーション直後に撮像部が撮像した画像データからスリット光が照射されている照射位置の情報を、前記検出した照射位置に含まれる２画素の座標から近似して算出するため、照射位置の検出を簡単に行え、さらに誤差の検出も簡単に行える。このため、３次元計測装置のコストを下げることが可能になり、演算速度も高速化できる。
【００２５】
上記目的を達成するため、本発明は、所定の照射パターンの光を照射する投光部と、前記投光部により照射された光による反射光を含む像を撮像する撮像部とを有する３次元計測装置の３次元計測方法であって、計測部が、前記投光部が照射する照射パターンの光の照射位置を制御する照射指示を出力し、前記撮像部が撮像した画像データから計測データを算出する計測工程を含み、前記計測工程は、前記投光部に所定の照射パターンの光を照射し続けさせ、前記撮像部により撮像される領域を含む計測領域内で走査を繰り返すように制御し、照射指示による照射位置を前記撮像された画像データから検出し、前記検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較して、計測値の校正のための校正データを補正することを特徴としている。
【００２６】
本発明によれば、投光部から連続して所定の照射パターンの光を走査しながら照射し続けていることにより、投光部の所定の照射パターンの光を被計測物の計測時のみ照射する場合に比べて投光部の照射光が安定する効果がある。また、本発明の３次元計測方法は、連続照射され続けている異なる時刻且つ同一位置への表示指示による照射位置を検出して比較することで校正データを校正している。このため、本発明の３次元計測方法は、投光部に特別な構成を加えずに投光部の温度ドリフト等による影響の所定の照射パターンが照射される位置の誤差を精度良く補正することができる。この結果、投影装置の温度ドリフトによる影響を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態に係る３次元計測装置のシステム全体の構成例を示す概略図である。
【図２】同実施形態に係る計測装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】キャリブレーション直後の計測値の一例を示すグラフである。
【図４】本実施形態の補正を行わなかった場合における、キャリブレーションしてから１５分後の計測値の一例を示すグラフである。
【図５】本実施形態の補正を行わなかった場合における、キャリブレーションしてから３０分後の計測値の一例を示すグラフである。
【図６】同実施形態に係る初期データ生成処理のフローチャートである。
【図７】同実施形態に係るワーク上に照射されるスリット光の一例を説明する図である。
【図８】同実施形態に係る図７のスリット光による像を撮像し画像データの一例を示す図である。
【図９】計測データ記憶部に記憶されている初期データの一例を説明する図である。
【図１０】同実施形態に係る３次元計測処理のフローチャートである。
【図１１】同実施形態に係る校正データの補正処理のフローチャートである。
【図１２】同実施形態に係る３次元計測処理における図７の状態を撮像した画像データの一例を示す図である。
【図１３】同実施形態に係る校正データ記憶部に記憶されている校正データの一例を説明する図である。
【図１４】キャリブレーション直後の計測値の一例を示すグラフである。
【図１５】本実施形態の補正を行った場合、キャリブレーションしてから１５分後の計測値の一例を示すグラフである。
【図１６】本実施形態の補正を行った場合、キャリブレーションしてから３０分後の計測値の一例を示すグラフである。
【図１７】第２実施形態に係る初期データ取得後にワーク上に被計測物が置かれた場合のスリット光の状態を説明する図である。
【図１８】同実施形態に係る図１７のスリット光による像を撮像した画像データの一例を示す図である。
【図１９】同実施形態に係る３次元計測のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は係る実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内で種々の変更が可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
【００２９】
［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る３次元計測装置のシステム１全体の構成例を示す概略図である。図１に示すように、３次元計測装置のシステム１は、ステージ１０、撮像装置２０、投射型表示装置３０、計測装置４０、画像表示装置５０から構成されている。また、ステージ１０の上には、計測される被計測物５が乗せられている。
【００３０】
ステージ１０は、被測定物５に投射型表示装置３０から照射されるパターンの光（以下、照射光という）を走査させるため、制御部４０により一定速度で移動させられる。
【００３１】
撮像装置２０（撮像部）は、例えば受光レンズとＣＣＤカメラ等で構成され、計測装置４０からの撮影タイミング制御により、照射光の反射光による被測定物５の表面の光切断像を１フレームずつ撮影して、撮像した画像データを計測装置４０にフレーム画像データとして送信する。また、撮像装置２０は、計測装置４０により、被測定物５との撮影角度、被測定物５に対する焦点調整、被測定物５との距離が制御される。
【００３２】
投射型表示装置３０（投光部）は、例えば、スリット状の照射光を発生させ、このスリット状の照射光を被測定物５の表面に照射する。投射型表示装置３０は、例えば、プロジェクターである。また、投射型表示装置３０は、計測装置４０により照射光の照射パターンの光の照射位置が制御され、また計測装置４０により投射型表示装置３０内のＦＡＮ（ファン）の回転が制御される。
【００３３】
光切断像３４は、投射型表示装置３０から被測定物５にスリット状の照射光が照射された時の、照射光により形成される光切断像である。
【００３４】
計測装置４０（計測部）は、投射型表示装置３０に照射光としてスリット光を照射させるように制御する。計測装置４０は、後述するように初期データと撮像した画像データを比較して算出した補正計数に基づき、投射型表示装置３０内のＦＡＮを制御する。また、計測装置４０は、キャリブレーション直後、ワーク１０上に何も置かれていない状態で、撮像装置２０が撮像した画像データから初期データを算出して記憶する。また、計測装置４０は、随時、撮像された画像データから照射光の各画素の座標の位置データを算出し、算出した照射光の各画素の座標の位置と記憶されている初期データとを比較することで、校正データを更新する。また、計測装置４０は、計測した３次元測定結果を画像表示装置５０に出力する。
なお、初期データとは、後述するようにキャリブレーション直後にワーク１０上に何も置かない状態で撮像された画像データに基づき算出したワーク１０表面の座標値（例えば、ｘｙ平面がワーク１０上の平面座標であり、ｚ軸の値が高さを示す）である。また、校正データとは、後述するように、温度ドリフトの影響により、ワーク１０上に照射された照射光の位置がずれた場合に、画像データから検出された照射光の各画素の座標の位置に対するずれ量を校正して補正するためのデータである。
【００３５】
画像表示装置５０は、計測装置４０が出力する３次元計測結果を表示する。
【００３６】
次に、計測装置４０の構成の例を説明する。図２は、本実施形態における計測装置の構成の一例を示すブロック図である。
図２に示すように、計測装置４０は、制御部４１、画像取得部４２、計測データ記憶部４３、ライン位置演算部４４、校正データ補正部４５、校正データ記憶部４６、３次元データ演算部４７、温度演算部４８を備えている。また、投射型表示装置３０は、画像制御部３１、ＦＡＮ制御部３２を備えている。
【００３７】
計測装置４０の制御部４１は、計測データ記憶部４３に記憶されている初期データと、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データとを初期化する。制御部４１は、所定のタイミングで、制御信号を投射型表示装置３０の画像制御部３１とライン位置演算部４４とに出力する。制御部４１は、この制御信号により、投射型表示装置３０に、ワーク１０上へ初期データ生成用の画像または計測用の照射光を表示させる。
なお、本実施形態において、初期データ生成用の照射光または計測用の照射光は、スリット光の照射光である。
【００３８】
画像取得部４２は、撮像装置２０が出力する画像データを、アナログ信号からデジタル信号に変換する。画像取得部４２は、変換した画像データを所定のしきい値で二値化し、二値化した画像データを計測データ記憶部４３に記憶させる。
【００３９】
計測データ記憶部４３には、ライン位置演算部４４により算出されたカメラ座標の画素の座標に対応して、ワーク座標の画素の座標が記憶されている。また、計測データ記憶部４３には、画像取得部４２により二値化された画像データが記憶されている。なお、カメラ座標とは、撮像装置２０が撮像した画像データまたは撮像素子における座標である。また、ワーク座標とは、ワーク１０上の任意の点、または測定を行う空間に任意の点を設定した場合の実空間における座標である。
【００４０】
ライン位置演算部４４は、計測データ記憶部４３に記憶されている二値化された画像データを読み出し、読み出した画像データからライン位置を検出する。なお、ライン位置とは、照射光がスリット光の場合、スリット光のワーク座標およびカメラ座標におけるスリット光の像ができている位置（座標）であり、例えば、スリット光を形成する各画素の各座標の集合である。
ライン位置演算部４４は、撮像された画像データからカメラ座標におけるライン位置を算出し、算出されたカメラ座標に対応するワーク座標におけるライン位置を算出する。ライン位置演算部４４は、カメラ座標で検出されたラインの全ての画素と、算出したワーク座標の全ての画素の座標とを関連づけて計測データ記憶部４３に記憶させる。ライン位置演算部４４は、制御部４１が出力する制御信号に基づき、ワーク１０上の所定の範囲の走査が完了したか否かを判別し、ワーク１０上の所定の範囲の走査が完了したと判別した場合、３次元データ演算部４７に完了したことを示す情報を出力する。
【００４１】
校正データ補正部４５は、計測データ記憶部４３に記憶されているワーク位置の初期データを読み出す。校正データ補正部４５は、読み出したワーク位置の初期データと、ライン位置演算部４４が算出したライン位置の画素の座標とを比較し、ワーク位置に対する補正係数（温度制御情報）を算出する。校正データ補正部４５は、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データを、後述する校正データの補正処理により補正して更新し、更新後の校正データを校正データ記憶部４６に更新して記憶させる。校正データ補正部４５は、算出した補正係数を温度演算部４８に出力する。
【００４２】
校正データ記憶部４６には、ワーク位置に対応して、校正データが関連づけられて記憶されている。
【００４３】
３次元データ演算部４７は、ライン位置演算部４４が出力する走査が完了したことを示す情報が入力された後、校正データ記憶部４６に記憶されている更新された校正データを用いて、後述するように計測された全てのライン位置データを補正する。３次元データ演算部４７は、補正した全てのライン位置データを計測データとして、画像表示装置５０に出力する。
【００４４】
温度演算部４８は、校正データ補正部４５が出力する補正係数に基づき、投射型表示装置３０の内部温度を推定する。温度演算部４８は、推定した投影装置の温度に基づき、投射型表示装置３０のＦＡＮを制御する制御値を生成し、生成したＦＡＮ制御値を、投射型表示装置３０のＦＡＮ制御部３２に出力する。
【００４５】
投射型表示装置３０の画像制御部３１は、初期データ生成用の照射光または計測用の照射光を、制御部４１からの制御信号による指示のタイミングで、ステージ１０上に順次、走査しながら照射する。
【００４６】
ＦＡＮ制御部３２は、温度演算部４８からのＦＡＮ制御値に基づき、投射型表示装置３０のＦＡＮの回転数を制御する。
【００４７】
次に、図３〜図５を用いて、本実施形態による補正を行わなかった場合の計測誤差の一例について説明する。図３は、キャリブレーション直後の計測値の一例を示すグラフである。図４は、本実施形態による補正を行わなかった場合における、キャリブレーションしてから１５分後の計測値の一例を示すグラフである。図５は、本実施形態による補正を行わなかった場合における、キャリブレーションしてから３０分後の計測値の一例を示すグラフである。図３〜図５において、横軸はカメラ座標のｘ軸、縦軸はカメラ座標のｙ軸である。また、図３〜図５において、各ハッチング２０１〜２１０は、計測したｚ軸方向の面の高さのばらつきを表している。ハッチング２０１は、−１４５０［μｍ］〜−１４７０［μｍ］、ハッチング２０２は、−１４７０［μｍ］〜−１４９０［μｍ］を表している。ハッチング２０３は、−１４９０［μｍ］〜−１５１０［μｍ］、ハッチング２０４は、−１５１０［μｍ］〜−１５３０［μｍ］を表している。ハッチング２０５は、−１５３０［μｍ］〜−１５５０［μｍ］、ハッチング２０６は、−１５５０［μｍ］〜−１５７０［μｍ］を表している。ハッチング２０７は、−１５７０［μｍ］〜−１５９０［μｍ］、ハッチング２０８は、−１５９０［μｍ］〜−１６１０［μｍ］を表している。ハッチング２０９は、−１６１０［μｍ］〜−１６３０［μｍ］、ハッチング２１０は、−１６３０［μｍ］〜−１６５０［μｍ］を表している。
例えば、図３において、ハッチング２０５（−１５３０［μｍ］〜−１５５０［μｍ］）のみであれば、計測された面の高さ方向（ｚ軸方向）の誤差は、２０［μｍ］であることを表している。
なお、図３〜図５は、同一の平面のうち、１００［ｍｍ」×７０［ｍｍ］のエリアを計測している。
【００４８】
図３に示すように、光切断法によるキャリブレーション直後の計測値では、面の高さが約２０［μｍ］のばらつきを有している。そして、図４に示すように、本実施形態による補正を行わなかった場合、キャリブレーションしてから１５分後に同じ平面を計測した場合、面の高さは約８０［μｍ］のばらつきを有して計測されている。さらに、図５に示しように、本実施形態による補正を行わなかった場合、キャリブレーションしてから３０分後に同じ平面を計測した場合、面の高さは約２００［μｍ］のばらつきを有して計測されている。すなわち、本実施形態による補正を行わなかった場合、キャリブレーション後、時間が経過する毎に、同一平面を計測しても、高さに対するばらつきが増加している。図５に示すように、ばらつきは、キャリブレーションしてから３０分後には、キャリブレーション直後のばらつきに対して約１０倍になっている。また、図５に示すように、同一面内でも、ばらつきの発生の状態が異なっている。すなわち、ｘ軸正方向に向かって、計測される高さが減少している。これらの要因の一つは、投射型表示装置３０による温度ドリフトである。
【００４９】
次に、初期データ生成処理について、図６〜図９を用いて説明する。
図６は、本実施形態に係る初期データ生成処理のフローチャートである。
図７は、本実施形態に係るワーク１０上に照射されるスリット光の一例を説明する図である。図７（ａ）は、位置ｘ１の場合のスリット光の状態を示す図であり、図７（ｂ）は、位置ｘ２の場合のスリット光の状態を示す図であり、図７（ｃ）は、位置ｘ３の場合のスリット光の状態を示す図である。
図８は、本実施形態に係る図７のスリット光による像を撮像し画像データの一例を示す図である。図８（ａ）は、位置ｘ１のスリット光による像が撮像された画像データを示す図であり、図８（ｂ）は、位置ｘ２のスリット光による像が撮像された画像データを示す図であり、図８（ｃ）は、位置ｘ３のスリット光による像が撮像された画像データを示す図である。
図９は、計測データ記憶部４３に記憶されている初期データの一例を説明する図である。
なお、図６のステップＳ１〜Ｓ５の初期データの生成処理は、３次元計測システム１のキャリブレーション後に行われる。
【００５０】
（ステップＳ１）
まず、制御部４１は、計測データ記憶部４３に記憶されている初期データと、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データとを初期化する。
投射型表示装置３０の画像制御部３１は、初期データ生成用のスリット光を、制御部４１からの制御信号による指示のタイミングで、ステージ１０上のｘ軸の位置ｘ１に照射する。ステップＳ１終了後、ステップＳ２に進む。
【００５１】
（ステップＳ２）
次に、画像取得部４２は、制御部４１から制御信号による指示のタイミングで、撮像装置２０が撮像した画像データであって、スリット光が照射されているステージ１０の画像データを取得する。画像取得部４２は、撮像装置２０が出力する画像データを、アナログ信号からデジタル信号に変換する。そして、画像取得部４２は、変換した画像データを所定のしきい値で二値化し、二値化した画像データを計測データ記憶部４３に記憶させる。ステップＳ２終了後、ステップＳ３に進む。
【００５２】
（ステップＳ３）
次に、ライン位置演算部４４は、計測データ記憶部４３に記憶されている二値化された画像データを読み出し、読み出した画像データからライン位置を検出する。ライン位置演算部４４は、撮像された画像データからカメラ座標におけるライン位置を算出し、算出されたカメラ座標に対応するワーク座標におけるライン位置を算出する。例えば、ライン位置演算部４４は、カメラ座標におけるｘ１１の位置で検出されたライン３０１の全ての画素（（ｘ１１１，ｙ１１１）、（ｘ１１２，ｙ１１２）、・・・、（ｘ１１ｍ，ｙ１１ｍ））（ｍは１以上の自然数）に対して、ワーク座標における位置ｘ１の全ての画素の座標（（ｘ１１，ｙ１１）、（ｘ１２，ｙ１２）、・・・、（ｘ１ｍ，ｙ１ｍ））を算出する。図８（ａ）のように検出されたライン３０１に対して、全ての画素の位置を線形補間し、算出されたライン位置が直線とみなせると判別される場合、ライン位置演算部４４は、ライン位置の情報を線分データ（例えば、始点の座標と、終点の座標）として算出するようにしてもよい。なお、図８（ｂ）の符号３０２は、カメラ座標ｘ１２で検出されたラインであり、図８（ｃ）の符号３０３は、カメラ座標ｘ１３で検出されたラインである。
位置ｘ１で撮像された場合、キャリブレーション直後には温度ドリフトがほとんどない。このため、図８（ａ）に示すように、位置ｘ１の照射されたスリット光は、カメラ座標ｘ軸のｘ１１の位置に輝度の高い直線として検出される。ステップＳ３終了後、ステップＳ４に進む。
【００５３】
（ステップＳ４）
次に、ライン位置演算部４４は、カメラ座標ｘ１１の位置で検出されたライン３０１の全ての画素と、算出したワーク座標ｘ１の全ての画素の座標とを関連づけて計測データ記憶部４３に記憶させる。図９に示すように、計測データ記憶部４３には、例えば、カメラ座標ｘ１ｎ（ｎは１以上の自然数）の画素の座標（（ｘ１ｎ１，ｙ１ｎ１）、（ｘ１ｎ２，ｙ１ｎ２）、・・・、（ｘ１ｎｍ，ｙ１ｎｍ））に対応して、ワーク座標ｘｎの画素の座標（（ｘｎ１，ｙｎ１）、（ｘｎ２，ｙｎ２）、・・・、（ｘｎｍ，ｙｎｍ））が記憶されている。ステップＳ４終了後、ステップＳ５に進む。
【００５４】
（ステップＳ５）
次に、ライン位置演算部４４は、制御部４１が出力するライン位置のワーク座標がｘｎか否かを判別する。ライン位置のワーク座標がｘｎの場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、初期データの生成処理を終了する。ライン位置のワーク座標がｘｎではない場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、ステップＳ１〜Ｓ５を、ワーク座標がｘｎまで繰り返す。
【００５５】
次に、３次元計測処理について、図７、図１０〜図１２を用いて説明する。
図１０は、本実施形態に係る３次元計測処理のフローチャートである。図１１は、本実施形態に係る校正データの補正処理のフローチャートである。図１２は、本実施形態に係る３次元計測処理における図７の状態を撮像した画像データの一例を示す図である。図１２（ａ）は、位置ｘ１のスリット光が撮像された画像データを示す図であり、図１２（ｂ）は、位置ｘ２のスリット光が撮像された画像データを示す図であり、図１２（ｃ）は、位置ｘ３のスリット光が撮像された画像データを示す図である。
なお、本実施形態では、ワーク１０上に被計測物５が乗っていない状態である。
【００５６】
（ステップＳ１０１）
投射型表示装置３０の画像制御部３１は、計測用のスリット光を、制御部４１からの制御信号による指示のタイミングで、ステージ１０上のｘ軸の位置ｘ１にキャリブレーション後も照射し続ける。本実施形態では、ステップＳ１０１終了後、ステップＳ１０２に進む。
【００５７】
（ステップＳ１０２）
次に、画像取得部４２は、制御部４１からの制御信号による指示のタイミングで、撮像装置２０が撮像したスリット光が照射されているステージ１０の画像データを取得する。画像取得部４２は、撮像装置２０が出力する画像データを、アナログ信号からデジタル信号に変換する。そして、画像取得部４２は、変換した画像データを所定のしきい値で二値化し、二値化した画像データを計測データ記憶部４３に記憶させる。ステップＳ１０２終了後、ステップＳ１０３に進む。
【００５８】
（ステップＳ１０３）
次に、ライン位置演算部４４は、計測データ記憶部４３に記憶されている二値化された画像データを読み出し、読み出した画像データからライン位置を検出する。ライン位置検出は、ライン位置演算部４４が、撮像された画像データからカメラ座標におけるライン位置を算出し、算出されたカメラ座標に対応するワーク座標におけるライン位置を算出する。
例えば、ライン位置演算部４４は、カメラ座標におけるｘ１１’の位置で検出されたライン４０１の全ての画素（（ｘ１１１’，ｙ１１１’）、（ｘ１１２’，ｙ１１２’）、・・・、（ｘ１１ｍ’，ｙ１１ｍ’））（ｍは１以上の自然数）に対して、ワーク座標における位置ｘ１’の全ての画素の座標（（ｘ１１’，ｙ１１’）、（ｘ１２’，ｙ１２’）、・・・、（ｘ１ｍ’，ｙ１ｍ’））を算出する。ライン位置演算部４４は、算出したワーク座標における位置ｘ１’の全ての画素の座標（（ｘ１１’，ｙ１１’）、（ｘ１２’，ｙ１２’）、・・・、（ｘ１ｍ’，ｙ１ｍ’））を校正データ補正部４５に出力する。
位置ｘ１に照射されたスリット光を撮像した場合、キャリブレーション直後には温度ドリフトがほとんどないため、図８（ａ）に示すように、カメラ座標ｘ軸のｘ１１の位置に輝度の高いラインとして検出される。しかしながら、キャリブレーションしてから時間が経過するにしたがって、照射されるライン位置の座標が、図１２（ａ）の曲線４０１ようにずれる。なお、このような投射型表示装置３０による温度ドリフトとは、例えば、光源の明るさ設定の影響、投射型表示装置３０の外気の影響、投射型表示装置３０の不図示のレンズ部のガラスに対する温度の影響、投射型表示装置３０の内部回路の温度の影響、さらにこれらの影響の時間変化などである。
また、図１２（ｂ）の符号４０２は、カメラ座標ｘ１２’で検出されたラインであり、図１２（ｃ）の符号４０３は、カメラ座標ｘ１３’で検出されたラインである。
ステップＳ１０３終了後、ステップＳ１０４に進む。
【００５９】
（ステップＳ１０４）
次に、校正データ補正部４５は、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データを、後述する校正データの補正処理により補正し、補正した校正データを校正データ記憶部４６に更新して記憶させる。
【００６０】
（ステップＳ１０５）
次に、ライン位置演算部４４は、制御部４１が出力するライン位置のワーク座標がｘｎか否かを判別する。ワーク座標がｘｎの場合（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６に進む。ワーク座標がｘｎではない場合（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５を、ワーク座標がｘｎまで繰り返す。
ライン位置演算部４４は、ワーク１０上の所定の範囲の走査が完了した場合、３次元データ演算部４７に走査が完了したことを示す情報を出力する。
【００６１】
（ステップＳ１０６）
次に、３次元データ演算部４７は、ライン位置演算部４４が出力する走査が完了したことを示す情報が入力された後、校正データ記憶部４６に記憶されている更新された校正データを用いて、計測された全てのライン位置データを補正する。３次元データ演算部４７は、補正したデータを計測データとして、画像表示装置５０に出力する。
ステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理完了後、ステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６を繰り返し行う。
【００６２】
次に、ステップＳ１０４の校正データの補正処理について、図１１を用いて説明する。なお、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データの初期状態は、全てのワーク位置で誤差０に、予め制御部４１からの初期設定により設定されている。
【００６３】
（ステップＳ２０１）
校正データ補正部４５は、計測データ記憶部４３に記憶されているワーク位置ｘ１の初期データを読み出す。次に、校正データ補正部４５は、読み出したワーク位置ｘ１の初期データ（ライン３０１の画素の座標）と、ライン位置演算部４４が算出したライン位置ｘ１’の画素の座標とを比較し、ワーク位置ｘ１に対する補正係数を算出する。
補正係数は、例えば、次式（１）により算出する。ステップＳ２０１終了後、ステップＳ２０２に進む。
【００６４】
補正係数＝（ワーク位置ｘ１の各画素の座標）／（ワーク位置ｘ１’の各画素の座標） ・・・（１）
【００６５】
例えば、校正データ記憶部４６に記憶されているワーク位置ｘ１における画素の座標が（１．０、１．０）、ステップＳ１０３で算出されたワーク位置ｘ１’ における画素の座標が（１．１、１．１）の場合、校正データ補正部４５は、ｘ軸、ｙ軸ともに補正係数＝１．０／１．１＝０．９２を算出する。
【００６６】
（ステップＳ２０２）
次に、校正データ補正部４５は、算出した補正係数を用いて、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データを更新する。
例えば、補正係数が０．９と算出された場合、予め校正データ記憶部４６に記憶されている補正係数と誤差との対応関係に基づき、校正データ補正部４５は、ライン位置ｘ１の校正データを０から０．１に補正して更新する。
図１３は、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データの一例を説明する図である。図１３に示すように、例えば、ワーク位置ｘ２に対応して、校正データｈ２が関連づけられて記憶されている。
【００６７】
（ステップＳ２０３）
次に、校正データ補正部４５は、算出した補正係数を温度演算部４８に出力する。温度演算部４８は、校正データ補正部４５が出力する補正係数に基づき、投射型表示装置３０の内部温度を推定する。温度演算部４８は、推定した投影装置の温度に基づき、投射型表示装置３０のＦＡＮを制御する制御値を生成し、生成したＦＡＮ制御値を、投射型表示装置３０のＦＡＮ制御部３２に出力する。
【００６８】
なお、初期データを生成するために照射するスリット光の間隔と、計測時のスリット光の間隔は同一でなくてもよい。例えば、計測時のスリット間隔が、ｘ０からｘｎまでｎ回の場合、初期データを生成するために照射するスリット光の間隔をｎの半分にしてもよい。この場合、校正データ補正部４５は、計測時にｘ軸ｘ０’、ｘ２’、・・・の位置、すなわち、照射２回に対して校正を１回行うようにしてもよい。あるいは、ｘ１’の位置においては、その前の位置ｘ０の位置情報と比較するようにしてもよく、または、前後の位置情報ｘ０とｘ２との平均値を用いて比較するようにしてもよい。
【００６９】
次に、図１４〜図１６を用いて、本実施形態による補正を行った場合の計測誤差の一例について説明する。図１４は、キャリブレーション直後の計測値の一例を示すグラフである。図１５は、本実施形態による補正を行った場合、キャリブレーションしてから１５分後の計測値の一例を示すグラフである。図１６は、本実施形態による補正を行った場合、キャリブレーションしてから３０分後の計測値の一例を示すグラフである。図１４〜図１６において、横軸はカメラ座標のｘ軸、縦軸はカメラ座標のｙ軸である。また、図１４〜図１６において、各ハッチング２０１〜２１０は、図３〜図５と同様に、計測したｚ軸方向の面の高さのばらつきを表している。
なお、図１４〜図１６は、図３〜図５と同様に、同一の平面のうち、１００［ｍｍ」×７０［ｍｍ］のエリアを計測している。
【００７０】
図１４に示すように、本実施形態によるキャリブレーション直後の計測値は、面の高さは約２０［μｍ］のばらつきである。そして、図１５に示しように、実施形態による補正を行った場合、キャリブレーション後、１５分後に同じ平面を計測した面の高さは約２０［μｍ］程度のばらつきを有して計測されている。さらに、図１６に示しように、実施形態による補正を行った場合、キャリブレーション後、３０分後に同じ平面を計測した面の高さは約２０［μｍ］のばらつきを有して計測されている。すなわち、実施形態による補正を行った場合、キャリブレーション後、時間が経過する毎に、同一平面を計測しても、高さに対するばらつきが増加せず、ほぼキャリブレーション直後のままである。
本実施形態によれば、キャリブレーションした後、１５分後、本実施形態による校正を行わない場合、上述したように面の高さのばらつきは約８０［μｍ］（図４）であるので、ばらつきは四分の一に改善されている。さらに、キャリブレーションした後、３０分後、本実施形態による校正を行わない場合、上述したように面の高さのばらつきは約２００［μｍ］（図５）であるので、ばらつきは十分の一に改善されている。
【００７１】
以上のように、制御部４０は、キャリブレーション直後に、ワーク１０の上に何も置かない状態の撮像された画像データから各ライン位置を算出し、算出したライン位置の各画素の座標を計測データ記憶部４３に初期データとして記憶させる。
次に、制御部４０は、ワーク１０の上に何も置かない状態のワーク１０に、スリット光を照射かつ走査し続けるように投射型表示装置３０を制御する。そして、制御部４０は、スリット光が照射された画像データからラインのデータを検出し、検出したラインのデータに対応する各ライン位置の各画素の座標を算出する。そして、制御部４０は、算出したライン位置の各画素の座標と、計測データ記憶部４３に記憶されている初期データ（各画素の座標）とを比較して校正用の補正値を算出して、算出した補正値に基づき校正データ記憶部４６に記憶されている校正データを補正して更新する。そして、制御部４０は、この校正データを用いて、３次元測定データを算出する。
この結果、投射型表示装置３０による温度ドリフトの影響で、照射光の位置に誤差が生じても、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データを用いて、３次元測定データを算出しているので、温度ドリフトの影響を防ぐことができる。
また、計測部４０が投射型表示装置３０のＦＡＮを制御するため、投光部の温度ドリフトによる影響に基づいて、投光部の温度制御を行う。この結果、投光部の温度制御により投光部が有する誤差を減らせことができるので、投影装置の温度ドリフトによる影響を軽減することができる。
【００７２】
［第２実施形態］
第１実施形態では、ワーク１０上に何も置かない状態でスリット光を照射し、温度ドリフトが生じていない状態の初期状態のデータと比較する例を説明した。第２実施形態では、ワーク１０上に被計測物５が置かれた場合について説明する。
計測装置４０の構成は、図２と同様である。また、投射型表示装置３０のキャリブレーション後に行う初期データの生成処理は、第１実施形態の図６の手順と同様である。
【００７３】
図１７は、本実施形態に係る初期データ取得後にワーク１０上に被計測物５が置かれた場合のスリット光の状態を説明する図である。図１７に示すように、投射型表示装置３０は、第１実施形態と同様に、ｘ軸に対してｘ０からｘｎまで、スリット光の照射を繰り返す。図１７（ａ）は、位置ｘ１のスリット光の状態を示す図であり、図１７（ｂ）は、位置ｘ２のスリット光の状態を示す図であり、図１７（ｃ）は、位置ｘ３のスリット光の状態を示す図である。
図１８は、本実施形態に係る図１７のスリット光による像を撮像し画像データの一例を示す図である。図１８（ａ）は、位置ｘ１の場合の撮像された画像データを示す図であり、図１８（ｂ）は、位置ｘ２の場合の撮像された画像データを示す図であり、図１８（ｃ）は、位置ｘ３の場合の撮像された画像データを示す図である。
【００７４】
図１７（ａ）と図１８（ａ）、及び図１７（ｃ）と図１８（ｃ）に示すように、ワーク１０上に被計測物５が無い場合、カメラ座標ｘ１１及びｘ１３のライン６０１及び６０３は、第１実施形態の図８（ａ）及び図８（ｃ）と同様の画像データが得られる。
一方、図１７（ｂ）と図１８（ｂ）に示すように、ワーク１０上に被計測物５がある場合、カメラ座標ｘ１２のライン６０２は、被計測物５が無い領域のライン６０２−１及び６０２−３と、被計測物５がある領域のライン６０２−２である。そして、ライン６０２−２の輝度は、ライン６０２−１及び６０２−３の輝度より高い。なお、図１８（ｂ）では、便宜的に輝度の高いライン６０２−２を、輝度の低いライン６０２−１より太い線分で表している。
すなわち、撮像装置２０で撮像された画像を画像データでは、被計測物５がある領域と無い領域とで、検出される輝度が異なる。このため、予め輝度に対するしきい値を実験により設定しておくことで、被計測物５による反射か、ワーク１０による反射のラインかを識別することができる。なお、本実施形態では、ワーク１０による反射光の輝度より、被計測物５による反射光の輝度が高い場合を説明するが、被計測物５による反射光の輝度の方が低くても、同様に処理することができる。
【００７５】
次に、本実施形態の３次元計測処理について説明する。
図１９は、本実施形態に係る３次元計測のフローチャートである。
【００７６】
（ステップＳ３０１）
投射型表示装置３０の画像制御部３１は、キャリブレーション用のスリット光を、制御部４１からの制御信号による指示のタイミングで、ステージ１０上のｘ軸の位置ｘ１に照射する。ステップＳ３０１終了後、ステップＳ３０２に進む。
【００７７】
（ステップＳ３０２）
次に、画像取得部４２は、制御部４１から制御信号による指示のタイミングで、撮像装置２０が撮像したスリット光が照射されているステージ１０の画像データを取得する。画像取得部４２は、撮像装置２０が出力する画像データを、アナログ信号からデジタル信号に変換する。そして、画像取得部４２は、変換した画像データを所定のしきい値で階調化し、階調化した画像データを計測データ記憶部４３に記憶させる。ステップＳ３０２終了後、ステップＳ３０３に進む。
【００７８】
（ステップＳ３０３）
次に、ライン位置演算部４４は、計測データ記憶部４３に記憶されている階調化された画像データを読み出し、読み出した画像データに対して所定のしきい値より低い輝度のラインを、ワーク１０上のラインとして検出する。
ステップＳ３０３終了後、ステップＳ３０４に進む。
【００７９】
（ステップＳ３０４）
次に、ライン位置演算部４４は、検出したラインに対応するカメラ座標における各画素の座標を算出し、算出されたカメラ座標に対応するワーク座標におけるライン位置の各画素の座標を算出する。例えば、ライン位置演算部４４は、カメラ座標におけるｘ１１’の位置で検出されたライン４０１の全ての画素（（ｘ１１１’，ｙ１１１’）、（ｘ１１２’，ｙ１１２’）、・・・、（ｘ１１ｍ’，ｙ１１ｍ’））（ｍは１以上の自然数）に対して、ワーク座標における位置ｘ１’の全ての画素の座標（（ｘ１１’，ｙ１１’）、（ｘ１２’，ｙ１２’）、・・・、（ｘ１ｍ’，ｙ１ｍ’））を算出する。ライン位置演算部４４は、算出したワーク座標における位置ｘ１’の全ての画素の座標（（ｘ１１’，ｙ１１’）、（ｘ１２’，ｙ１２’）、・・・、（ｘ１ｍ’，ｙ１ｍ’））を校正データ補正部４５に出力する。
ステップＳ３０４終了後、ステップＳ３０５に進む。
【００８０】
（ステップＳ３０５）
次に、校正データ補正部４５は、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データを、上述した校正データの補正処理により補正し、補正した校正データを校正データ記憶部４６に更新して記憶させる。ステップＳ３０５終了後、ステップＳ３０６に進む。
【００８１】
（ステップＳ３０６）
次に、ライン位置演算部４４は、制御部４１が出力するワーク座標がｘｎか否かを判別する。ワーク座標がｘｎの場合（ステップＳ３０６；Ｙｅｓ）、ステップＳ３０７に進む。ワーク座標がｘｎではない場合（ステップＳ３０６；Ｎｏ）、ステップＳ３０１〜Ｓ３０６を、ワーク座標がｘｎまで繰り返す。
ライン位置演算部４４は、ワーク１０上の所定の範囲の走査が完了した場合、３次元データ演算部４７に完了したことを示す情報を出力する。
【００８２】
（ステップＳ３０７）
次に、３次元データ演算部４７は、ライン位置演算部４４が出力する走査が完了したことを示す情報が入力された後、校正データ記憶部４６に記憶されている更新された校正データを用いて、計測された全てのライン位置データを補正する。３次元データ演算部４７は、補正したデータを計測データとして、画像表示装置５０に出力する。
ステップＳ３０１〜Ｓ３０７の処理完了後、ステップＳ３０１に戻り、ステップＳ３０１〜Ｓ３０７を繰り返し行う。
【００８３】
以上のように、制御部４０は、キャリブレーション直後に、ワーク１０の上に何も置かない状態の撮像された画像データから各ライン位置を算出し、算出したライン位置の各画素の座標を計測データ記憶部４３に初期データとして記憶させる。
次に、制御部４０は、キャリブレーション後も、ワーク１０上に照射光を照射し続けるように投射型表示装置３０を制御する。
次に、制御部４０は、スリット光が照射された画像データから、被計測物５以外の反射光であるワーク１０上のラインのデータを検出し、検出したラインのデータに対応する各ライン位置の各画素の座標を算出する。そして、制御部４０は、算出したライン位置の各画素の座標と、計測データ記憶部４３に記憶されている初期データとを比較して校正用の補正値を算出して、算出した補正値に基づき校正データ記憶部４６に記憶されている校正データを補正して更新する。そして、制御部４０は、この校正データを用いて、３次元測定データを算出する。
この結果、ワーク１０上に被計測物５が置かれた場合でも、投射型表示装置３０による温度ドリフトの影響で、照射光の位置に誤差が生じても、校正データ記憶部４６に記憶されている校正データを用いて、３次元測定データを算出しているので、温度ドリフトの影響を防ぐことができる。
【００８４】
また、本実施形態では、投射型表示装置３０が照射する照射光として、スリット光を用いる例を説明したが、スポット光、格子パターン、および２値コードなどでもよい。この場合においても、キャリブレーション直後に照射した照射パターンによる像の各画素位置を検出し、検出した画素位置の座標から初期データを生成する。そして、初期データ生成後に初期データ生成の場合と同じ照射パターンを照射し続けて、検出した位置データを初期データと比較した結果に基づき、校正データを補正するようにしてもよい。なお、照射パターンの照射位置の検出は、パターンマッチングや特徴量の検出など公知の検出法を用いて行う。
【００８５】
なお、本実施形態では、温度演算部４８が校正データ補正部４５により算出された補正係数を用いて、投射型表示装置３０のＦＡＮを制御する例を説明したが、ＦＡＮに限らず、他の冷却装置により投射型表示装置３０内の温度を制御するようにしてもよい。また、温度演算部４８が校正データ補正部４５により算出された補正係数を用いて、校正データを更新して３次元計測データを補正するのみで、投射型表示装置３０のＦＡＮを制御しなくてもよい。
【００８６】
また、本実施形態では、校正データ補正部４５が、キャリブレーション直後に計測したライン位置と、その後に計測されたライン位置とを比較して補正係数を算出する例を説明したが、異なる時刻のライン位置同士を比較して補正係数を算出するようにしてもよい。この場合、異なる時刻に撮像された画像データから算出されたライン位置を比較し、誤差の傾きに応じて校正データを、予め設定してあるテーブルに基づき更新するようにしても良い。この予め設定してあるテーブルは、実験やシミュレーション等により算出して校正データ記憶部４６に記憶しておくようにしてもよい。
【００８７】
また、本実施形態では、ライン位置の検出を、ラインが照射された後、１ラインごとに行う例を説明したが、計測データ記憶部４３にｘ軸ｘ０からｘｎまでの全ての画像データを記憶させた後、まとめて行ってもよい。あるいは、所定のライン分、まとめてライン位置を検出するようにしてもよい。
【００８８】
なお、実施形態の図２の制御部４０の各部の機能を実現するためのプログラムをコンピューター読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピューターシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピューターシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ） Ｉ／Ｆ（インタフェース）を介して接続されるＵＳＢメモリー、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、サーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリーのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【符号の説明】
【００８９】
１０・・・ステージ
２０・・・撮像装置（撮像部）
３０・・・投射型表示装置（投光部）
４０・・・計測装置（計測部）
５０・・・画像表示装置
４１・・・制御部
４２・・・画像取得部
４３・・・計測データ記憶部
４４・・・ライン位置演算部
４５・・・校正データ補正部
４６・・・校正データ記憶部
４７・・・３次元データ演算部
４８・・・温度演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の照射パターンの光を照射する投光部と、前記投光部により照射された光による反射光を含む像を撮像する撮像部とを有する３次元計測装置であって、
前記投光部に対して照射パターンの光の照射位置を制御する照射指示を出力し、前記撮像部が撮像した画像データから計測データを算出する計測部
を備え、
前記計測部は、
前記投光部に前記照射パターンの光を照射し続けさせ、前記撮像部により撮像される領域を含む計測領域内で走査を繰り返すように制御し、
照射指示による照射位置を前記撮像された画像データから検出し、前記検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較して、計測値の校正のための校正データを補正する
ことを特徴とする３次元計測装置。
【請求項２】
前記計測部は、
前記撮像部が撮像した画像データから前記所定の照射パターンの光が照射されている照射位置を検出する照射位置検出部と、
前記照射位置検出部が検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較して、校正データを補正する校正データ補正部と、
前記校正データ補正部が補正した校正データを用いて３次元計測データを算出する３次元データ演算部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の３次元計測装置。
【請求項３】
前記計測部は、
前記検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較した結果に基づいて、前記投光部への温度制御情報を算出して、前記算出した温度制御情報を前記投光部に出力する温度演算部
を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の３次元計測装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記投光部と前記撮像部及び該３次元計測装置とのキャリブレーション終了直後に検出した照射位置と、前記キャリブレーション直後以外の時刻に検出された前記キャリブレーション直後に検出した照射位置への照射指示と同一位置への照射指示による照射位置を比較して、計測値の校正のための校正データを補正する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の３次元計測装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記撮像部が撮像した画像データから前記所定の照射パターンの光が照射されている照射位置の画素の座標を、照射位置を示す情報として算出する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の３次元計測装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記計測領域内に被計測物が置かれていない箇所の前記照射位置を検出する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の３次元計測装置。
【請求項７】
前記投光部から照射される前記所定の照射パターンの光は、スリット光であり、
前記計測部は、
異なる時刻且つ同一位置への照射指示により照射された前記スリット光の照射位置を検出し、前記検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示により照射された前記スリット光のライン位置を示す情報同士を比較して、計測値の校正のための校正データを補正する
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の３次元計測装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記投光部と前記撮像部及び該３次元計測装置とのキャリブレーション直後に前記撮像部が撮像した画像データから前記スリット光が照射されている照射位置の情報を、前記検出した照射位置に含まれる２画素の座標から近似して算出する
ことを特徴とする請求項７に記載の３次元計測装置。
【請求項９】
所定の照射パターンの光を照射する投光部と、前記投光部により照射された光による反射光を含む像を撮像する撮像部とを有する３次元計測装置の３次元計測方法であって、
計測部が、前記投光部が照射する照射パターンの光の照射位置を制御する照射指示を出力し、前記撮像部が撮像した画像データから計測データを算出する計測工程
を含み、
前記計測工程は、
前記投光部に所定の照射パターンの光を照射し続けさせ、前記撮像部により撮像される領域を含む計測領域内で走査を繰り返すように制御し、
照射指示による照射位置を前記撮像された画像データから検出し、前記検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較して、計測値の校正のための校正データを補正する
ことを特徴とする３次元計測方法。
【請求項１】
所定の照射パターンの光を照射する投光部と、前記投光部により照射された光による反射光を含む像を撮像する撮像部とを有する３次元計測装置であって、
前記投光部に対して照射パターンの光の照射位置を制御する照射指示を出力し、前記撮像部が撮像した画像データから計測データを算出する計測部
を備え、
前記計測部は、
前記投光部に前記照射パターンの光を照射し続けさせ、前記撮像部により撮像される領域を含む計測領域内で走査を繰り返すように制御し、
照射指示による照射位置を前記撮像された画像データから検出し、前記検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較して、計測値の校正のための校正データを補正する
ことを特徴とする３次元計測装置。
【請求項２】
前記計測部は、
前記撮像部が撮像した画像データから前記所定の照射パターンの光が照射されている照射位置を検出する照射位置検出部と、
前記照射位置検出部が検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較して、校正データを補正する校正データ補正部と、
前記校正データ補正部が補正した校正データを用いて３次元計測データを算出する３次元データ演算部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の３次元計測装置。
【請求項３】
前記計測部は、
前記検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較した結果に基づいて、前記投光部への温度制御情報を算出して、前記算出した温度制御情報を前記投光部に出力する温度演算部
を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の３次元計測装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記投光部と前記撮像部及び該３次元計測装置とのキャリブレーション終了直後に検出した照射位置と、前記キャリブレーション直後以外の時刻に検出された前記キャリブレーション直後に検出した照射位置への照射指示と同一位置への照射指示による照射位置を比較して、計測値の校正のための校正データを補正する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の３次元計測装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記撮像部が撮像した画像データから前記所定の照射パターンの光が照射されている照射位置の画素の座標を、照射位置を示す情報として算出する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の３次元計測装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記計測領域内に被計測物が置かれていない箇所の前記照射位置を検出する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の３次元計測装置。
【請求項７】
前記投光部から照射される前記所定の照射パターンの光は、スリット光であり、
前記計測部は、
異なる時刻且つ同一位置への照射指示により照射された前記スリット光の照射位置を検出し、前記検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示により照射された前記スリット光のライン位置を示す情報同士を比較して、計測値の校正のための校正データを補正する
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の３次元計測装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記投光部と前記撮像部及び該３次元計測装置とのキャリブレーション直後に前記撮像部が撮像した画像データから前記スリット光が照射されている照射位置の情報を、前記検出した照射位置に含まれる２画素の座標から近似して算出する
ことを特徴とする請求項７に記載の３次元計測装置。
【請求項９】
所定の照射パターンの光を照射する投光部と、前記投光部により照射された光による反射光を含む像を撮像する撮像部とを有する３次元計測装置の３次元計測方法であって、
計測部が、前記投光部が照射する照射パターンの光の照射位置を制御する照射指示を出力し、前記撮像部が撮像した画像データから計測データを算出する計測工程
を含み、
前記計測工程は、
前記投光部に所定の照射パターンの光を照射し続けさせ、前記撮像部により撮像される領域を含む計測領域内で走査を繰り返すように制御し、
照射指示による照射位置を前記撮像された画像データから検出し、前記検出した異なる時刻且つ同一位置への照射指示による照射位置を示す情報同士を比較して、計測値の校正のための校正データを補正する
ことを特徴とする３次元計測方法。
【図１】
【図２】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１７】
【図１９】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図２】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１７】
【図１９】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−１７３２４３（Ｐ２０１２−１７３２４３Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３８２１１（Ｐ２０１１−３８２１１）
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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