扫描器装置及物体的三维形状测定装置制造方法及图纸

使激光束(L50)被光束扫射装置(60)反射，并照射至全息图记录介质(45)。在全息图记录介质(45)中，使用会聚于扫射基点(B)的参照光将线状散射体的像(35)记录为全息图。光束扫射装置(60)使激光束(L50)在扫射基点(B)弯折后照射至全息图记录介质(45)。此时，使激光束的弯折状态随时间变化，以使弯折后的激光束(L60)对全息图记录介质(45)的照射位置随时间变化。来自全息图记录介质(45)的衍射光(L45)在载台(210)的受光面(R)上生成线状散射体的再现像(35)。将物体载置于受光面(R)后，通过全息图再现光投影线状图案，因此拍摄其投影像，以进行物体的三维形状测定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种对物体投影光的线状图案并对其进行扫射的扫描器装置。而且，涉及一种拍摄将光的线状图案投影到物体后的状态并通过分析所得的图像来创建三维形状数据的物体的三维形状测定装置。
技术介绍
一般而言，测定物体的三维形状的装置被称为三维扫描器，已知有基于各种原理的装置。例如，在日本特开2001-12942号公报中已公开有通过用传感器检测作为被测定对象的物体与接触件之间的接触状态并测定物体表面的三维位置从而进行形状测定的三维扫描器。而且，在日本特开平7-91930号公报中已公开有从光源对物体的各部照射光束并根据反射光的强度测定从光源到各部的距离从而进行形状测定的三维扫描器。另一方面，也提出通过分析用CXD摄像机等拍摄的物体的二维图像从而利用运算求出三维形状的方法。例如，在日本特开平7-91927号公报中已公开有用2台摄像机从不同方向拍摄将指定的图案光投影到物体后的状态并基于使用了立体法的分析进行三维形状的测定的装置。尤其是，通过拍摄将光的线状图案投影到物体后的状态并分析所得的二维影像从而测定该物体的三维形状的方法一般被称为光切断法。由于最近计算机的图像分析技术逐渐提升，使用该光切断法进行形状测定的装置也作为商业基本的量产型装置而被实用化，而且，也提出各种设计。例如，在日本特开2001-255125号公报已公开在物体周围配置狭缝投光器并通过透射过狭缝的光进行线状图案的投影的三维形状测定装置，在日本特开2010-14505号公报中已公开有可通过设计投光器与拍摄装置的配置来提升测定精度的三维形状测定装置。还有，在日本特开2003-50112号公报中已公开有通过将由具有多条线的条纹花纹构成的线状图案投影至物体并分析拍摄图像上的条纹花纹从而进行三维形状测定的装置。如上所述，在通过向物体投影由I条或多条线构成的线状图案并分析其拍摄图像从而测定三维形状的情形下，必须尽可能地投影具有高精度的线状图案。以往，虽采用使用透镜等光学系统聚集光以形成线状图案的方法、或使来自光源的光通过狭缝以形成线状图案的方法，但形成的线状图案的精度未必充分。例如，如果采用用狭缝来成形的方法，虽然构造简单，但由于发生在狭缝内面的反射或衍射，因此，线状图案的轮廓容易不鲜明。而且，为了在拍摄图像上取出线状图案，形成在物体表面的线状图案优选是尽可能地具有高亮度的图案。因此，必须将高压水银灯等高亮度放电灯做为光源使用，但此种特殊光源寿命较短，必须频繁地进行更换灯。可解决上述问题的理想光源是激光光源等相干光源。例如，在工业上广泛利用的半导体激光与高压水银灯等高亮度放电灯相比，寿命极长且可进行高亮度的照明。且由于指向性优异，因此即使不进行光学系统或狭缝的成形，也可投影具有鲜明轮廓的线状图案。然而，在使用了激光等相干光源的照明中发生产生斑点的新问题。斑点(speckle)是将激光等相干光照射至扩散面时表现出的斑点状的花纹，如果将激光投影至物体表面，则可观察到斑点状的亮点不均。因此，如果使用激光光源将线状图案投影至物体，则在物体表面上的线状图案中发生斑点，产生亮点不均。例如，在用激光指针指示银幕上I点的情况下，可观察到激光的点在银幕上闪烁发光。其原因在于，在银幕上产生斑点噪声。一旦使用相干光就产生斑点的原因在于，在屏幕等扩散反射面的各部反射后的相干光因其极高的可干涉性而彼此干涉。例如，在“Speckle Phenomena in Optics, JosephW.Goodman, Roberts&C0.，2006” 中有关于斑点产生的详细理论研究。如果是激光指针的用途，则观察者仅观察到微小的点，不会产生大问题。然而，若用在三维形状的测定的线状图案包含这种斑点引起的亮度不均，则在拍摄图像上无法正确地取出线状图案的轮廓形状，无法进行正确的形状分析。当然，也提出各种用于降低这种斑点噪声的具体方法。例如，在日本特开平6-208089号公报中已公开将激光照射至散射体并将自其获得的散射光用于照明且通过马达旋转驱动散射体从而降低斑点的技术。而且，在日本特开2004-144936号公报中已公开通过将激光光源照射至散射体后作为照明利用并使该散射体振动从而降低斑点的技术。然而，使散射体旋转或振动需要大型的机械驱动机构，装置整体大型化且耗电也增加。因此，本专利技术的目的在于提供一种具有使用相干光源进行对物体投影线状图案的功能且可抑制在物体表面产生斑点的扫描器装置及物体的三维形状测定装置。
技术实现思路
(I)本专利技术的第一方式是一种扫描器装置，用光的线状图案扫射物体并取得所述物体的表面信息，其特征在于，具备:照明单元，对所述物体投影光的线状图案；图案扫射机构，使所述线状图案对所述物体的投影位置随时间变化；以及拍摄单元，从规定方向拍摄投影有所述线状图案的所述物体，并取得所述物体的表面信息，所述照明单元具有:相干光源，使相干光束产生；全息图记录介质，记录有具有与所述线状图案对应的形状的散射体的像；以及光束扫射装置，将所述光束照射至所述全息图记录介质，且以所述光束对所述全息图记录介质的照射位置随时间变化的方式进行扫射，在所述全息图记录介质中，使用沿指定光路照射的参照光，记录有所述散射体的像作为全息图，所述相干光源产生具有能再现所述散射体的像的波长的光束，所述光束扫射装置以使所述光束对所述全息图记录介质的照射方向为沿所述参照光的光路的方向的方式，进行所述光束的扫射，通过从所述全息图记录介质获得的全息图的再现光来投影所述线状图案。(2)本专利技术的第二方式是上述第一方式涉及的扫描器装置，其中，在全息图记录介质记录有I条或彼此平行的多条线状散射体的像，并通过全息图的再现光来投影具有I条或彼此平行的多条线的线状图案。(3)本专利技术的第三方式是上述第二方式涉及的扫描器装置，其中，图案扫射机构具有:载置台，放置物体；以及传送装置，使所述载置台在与构成线状图案的线正交的方向移动。(4)本专利技术的第四方式是上述第二方式涉及的扫描器装置，其中，图案扫射机构具有:载置台，放置物体；以及传送装置，使照明单元相对于所述载置台在与构成线状图案的线正交的方向移动。(5)本专利技术的第五方式是上述第二方式涉及的扫描器装置，其中，图案扫射机构具有改变从照明单元获得的全息图的再现光的方向的光学系统，并在与构成线状图案的线正交的方向扫射通过所述再现光投影的线状图案。(6)本专利技术的第六方式是上述第一方式涉及的扫描器装置，其中，全息图记录介质被分割成多个分割区域，在各分割区域分别记录有I条或多条的线状散射体的像，并通过从各分割区域获得的全息图的再现光分别投影具有I条或多条线的线状图案，且使通过从一个分割区域获得的全息图的再现光而投影的线状图案与通过从另一个分割区域获得的全息图的再现光而投影的线状图案形成在空间上的不同位置。(7)本专利技术的第七方式是上述第六方式涉及的扫描器装置，其中，光束扫射装置以第I个分割区域、第2个分割区域、第3个分割区域……这样的指定顺序进行光束的扫射，并在扫射第i个分割区域时，在空间上的第i个位置投影第i个线状图案，光束扫射装置兼具图案扫射机构的功能。(8)本专利技术的第八方式是上述第六或第七方式涉及的扫描器装置，其中，全息图记录介质以横向细长的多个分割区域在纵向排列配置的方式被分割，并以各分割区域的长边方向与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种扫描器装置，用光的线状图案(U)扫射物体(M)并取得所述物体(M)的表面信息，其特征在于，具备: 照明单元(100、110)，对所述物体(M)投影光的线状图案⑶； 图案扫射机构(200)，使所述线状图案(U)对所述物体(M)的投影位置随时间变化；以及 拍摄单元(300、301 303)，从规定方向拍摄投影有所述线状图案(U)的所述物体(M)，并取得所述物体(M)的表面信息， 所述照明单元(IOOUlO)具有: 相干光源(50),产生相干光束(L50)； 全息图记录介质(45、46、85)，记录有具有与所述线状图案(U)对应的形状的散射体(30)的像(35);以及 光束扫射装置(60、65)，将所述光束(L60、L65)照射至所述全息图记录介质(45、46、85)，且以所述光束(L60、L65)对所述全息图记录介质(45、46、85)的照射位置随时间变化的方式进行扫射， 在所述全息图记录介质(45、46、85)中，使用沿指定光路照射的参照光(L23、Lref)，记录有所述散射体(30)的像作为全息图， 所述相干光源(50)产生具有能再现所述散射体的像(35)的波长的光束(L50)， 所述光束扫射装置出0、65)以使所述光束(L60、L65)对所述全息图记录介质(45、46、85)的照射方向为沿所述参照光(L23、Lref)的光路的方向的方式，进行所述光束(L60、L65)的扫射， 通过从所述全息图记录介质(45、46、85)获得的全息图的再现光来投影所述线状图案⑶。2.根据权利要求1所述的扫描器装置，其中， 在全息图记录介质(45、46、85)记录有I条或彼此平行的多条线状散射体(30)的像(35)，并通过全息图的再现光来投影具有I条或彼此平行的多条线的线状图案(U)。3.根据权利要求2所述的扫描器装置，其中， 图案扫射机构(200)具有: 载置台(210)，放置物体(M);以及 传送装置(220)，使所述载置台(210)在与构成线状图案(U)的线正交的方向移动。4.根据权利要求2所述的扫描器装置，其中， 图案扫射机构(200)具有: 载置台(210)，放置物体(M);以及 传送装置，使照明单元(100、110)相对于所述载置台(210)在与构成线状图案(U)的线正交的方向移动。5.根据权利要求2所述的扫描器装置，其中， 图案扫射机构(200)具有改变从照明单元(100、110)获得的全息图的再现光的方向的光学系统，并在与构 成线状图案(U)的线正交的方向扫射通过所述再现光投影的线状图案⑶。6.根据权利要求1所述的扫描器装置，其中，全息图记录介质(88)被分割成多个分割区域(88-1、88-2、88-3……88_n)，在各分割区域(88-1、88-2、88-3……88_n)分别记录有I条或多条的线状散射体(30)的像，并通过从各分割区域(88-1、88-2、88-3……88_n)获得的全息图的再现光分别投影具有I条或多条线的线状图案，且使通过从一个分割区域获得的全息图的再现光而投影的线状图案与通过从另一个分割区域获得的全息图的再现光而投影的线状图案形成在空间上的不同位置。7.根据权利要求6所述的扫描器装置，其中， 光束扫射装置(60、65)以第I个分割区域、第2个分割区域、第3个分割区域……这样的指定顺序进行光束的扫射，并在扫射第i个(i = 1、2、3……)分割区域时，在空间上的第i个位置投影第i个线状图案，光束扫射装置(60、65)兼具图案扫射机构的功能。8.根据权利要求6或7所述的扫描器装置，其中， 全息图记录介质(88)以横向细长的多个分割区域(88-1、88-2、88-3……88_n)在纵向排列配置的方式被分割，并以各分割区域(88-1、88-2、88_3......88_n)的长边方向与从各分割区域(88-1、88-2、88-3……88_n)获得的再现像的长边方向平行的方式进行全息图的记录。9.根据权利要求1至8中任一项所述的扫描器装置，其中， 光束扫射装置(60)使光束(L50)在指定的扫射基点(B)弯折，并将弯折后的光束(L60)照射至全息图记录介质(45)，且通过使所述光束(L50)的弯折状态随时间变化，从而使弯折后的光束(L60)对所述全息图记录介质(45)的照射位置随时间变化， 在所述全息图记录介 质(45)中，使用会聚于特定的会聚点(C)的参照光(L23)或从特定的会聚点(C)发散的参照光(L23)，记录有散射体(30)的像作为全息图， 所述光束扫射装置(60)以所述会聚点(C)作为所述扫射基点(B)进行光束(L60)的扫射。10.根据权利要求9所述的扫描器装置，其中， 在全息图记录介质(45)中，使用沿以会聚点(C)为顶点的圆锥的侧面三维地会聚或发散的参照光，记录有散射体(30)的像。11.根据权利要求9所述的扫描器装置，其中， 在全息图记录介质(45)中，使用沿包含会聚点(C)的平面二维地会聚或发散的参照光，记录有散射体(30)的像。12.根据权利要求1至8中任一项所述的扫描器装置，其中， 光束扫射装置(65)通过使光束(L65)平行移动的同时照射至全息图记录介质(46)，从而使所述光束(L65)对所述全息图记录介质(46)的照射位置随时间变化， 在所述全息图记录介质(46)中，使用由平行光束构成的参照光(Lref),记录有散射体(30)的像(35)作为全息图， 所述光束扫射装置(65)从与所述参照光(Lref)平行的方向将光束(L65)照射至所述全息图记录介质(46)以进行光束(L65)的扫射。13.一种物体的表面信息取得方法，将光的线状图案(U)投影至物体(M)并取得所述物体(M)的表面信息，其特征在于，具有: 准备阶段，通过将用于构成线状图案(U)的散射体(30)的像(35)作为全息图记录在记录用介质(40、80)上,从而创建全息图记录介质(45、46、85)；投影阶段，在接收从所述全息图记录介质(45、46、85)获得的全息图的再现光的照射的位置配置有所述物体(M)的状态下，将相干光束(L60)照射至所述全息图记录介质(45、.46,85)上，且以使照射位置随时间变化的方式使所述光束(L60)在所述全息图记录介质(45、46、85)上扫射，而将所述线状图案(U)投影至所述物体(M)上；以及 拍摄阶段，从规定方向拍摄投影有所述线状图案(U)的所述物体(M)，并取得所述物体(M)的表面信息， 在所述准备阶段，将相干的照明光(L12)照射至所述散射体(30)，将从所述散射体(30)获得的散射光(L30)用作物体光，将沿指定光路照射所述记录用介质(40、80)且与所述照明光(L12)相同波长的相干光(L23、Lref)用作参照光，将由所述物体光与所述参照光形成的干涉条纹记录在所述记录用介质(40、80),从而创建所述全息图记录介质(45、46、.85)， 在所述投影阶段，以具有能再现所述散射体的像(35)的波长的光束(L60、L65)通过沿所述参照光(L23、Lref)的光路的光路朝向所述全息图记录介质(45、46、85)上的照射位置的方式进行扫射。14.一种扫描器装置，以光的线状图案(U)扫射物体(M)并取得所述物体(M)的表面信息，其特征在于，具备: 照明单元(120)，对所述物体(M)投影光的线状图案⑶； 图案扫射机构(200)，使所述线状图案(U)对所述物体(...

【专利技术属性】
技术研发人员：仓重牧夫，石田一敏，高野仓知枝，大八木康之，
申请(专利权)人：大日本印刷株式会社，
类型：
国别省市：