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公開番号2024060068
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-01
出願番号2024039954,2020155066
出願日2024-03-14,2020-09-16
発明の名称光学装置
出願人株式会社東芝
代理人弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
主分類G01B 11/24 20060101AFI20240423BHJP(測定;試験)
要約【課題】複数の光線のそれぞれの光線方向を識別できる光学装置を提供すること。
【解決手段】実施形態によれば、光学装置の照明部は、第1の波長スペクトルを有する第1の光線、第2の波長スペクトルを有する第2の光線を物体に照射可能である。撮像部は、物体への第1の光線の照射、第2の光線の照射による光を受光可能な画素を備える。撮像部、照明部及び物体の表面の三次元的な位置関係、照明部に設けられる光学素子の三次元的な位置、並びに、撮像部における画素の三次元的な位置が予め設定された既知の値であるとき、処理部は、第1の光線を第1の時刻に撮像部に入射させ、第2の時刻に撮像部に入射させ、第1の光線及び第2の光線を単一の撮像画像として得られるように撮像部で受光させ、第1の光線を受光した画素と第2の光線を受光した画素のそれぞれの画素値の組み合わせに基づいて、物体の表面形状を推定する。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
第１の波長スペクトルを有する第１の光線を照射し、前記第１の波長スペクトルとは異なる第２の波長スペクトルを有する第２の光線を照射する光学素子を有し、前記第１の光線及び前記第２の光線を物体に照射可能な照明部と、
前記物体への前記第１の光線の照射による光と、前記物体への前記第２の光線の照射による光とを受光可能な画素を備え、前記第１の波長スペクトル及び前記第２の波長スペクトルに基づいて前記第１の光線及び前記第２の光線を識別する撮像部と、
前記撮像部により撮像された撮像画像に基づいて、前記第１の光線の第１の光線方向及び前記第２の光線の第２の光線方向を推定する処理部と、
を備え、
前記撮像部、前記照明部及び前記物体の表面の三次元的な位置関係、前記照明部に設けられる前記光学素子の三次元的な位置、並びに、前記撮像部における前記画素の三次元的な位置が予め設定された既知の値であるとき、
前記処理部は、
前記照明部を制御し、前記第１の光線を第１の時刻に前記撮像部に入射させ、前記第２の光線を前記第１の時刻よりも後の第２の時刻に前記撮像部に入射させ、前記撮像部を制御し、前記第１の光線及び前記第２の光線を単一の撮像画像として得られるように前記撮像部で受光させ、
前記単一の撮像画像における前記第１の光線を受光した前記画素と前記第２の光線を受光した前記画素のそれぞれの画素値の組み合わせに基づいて、前記物体の表面形状を推定する、
光学装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
第１の波長スペクトルを有する第１の光線を照射し、前記第１の波長スペクトルとは異なる第２の波長スペクトルを有する第２の光線を照射する光学素子を有し、前記第１の光線及び前記第２の光線を物体に照射可能な照明部と、
前記物体への前記第１の光線の照射による光と、前記物体への前記第２の光線の照射による光とを受光可能な画素を備え、前記第１の波長スペクトル及び前記第２の波長スペクトルに基づいて前記第１の光線及び前記第２の光線を識別する撮像部と、
前記撮像部により撮像された撮像画像に基づいて、前記第１の光線の第１の光線方向及び前記第２の光線の第２の光線方向を推定する処理部と、
を備え、
前記撮像部、前記照明部及び前記物体の表面の三次元的な位置関係、前記照明部に設けられる前記光学素子の三次元的な位置、並びに、前記撮像部における前記画素の三次元的な位置が予め設定された既知の値であるとき、
前記処理部は、
前記第１の光線が第１の時刻において前記画素で受光されたことに基づいて、前記撮像部に第１の撮像画像を撮像させ、
前記第２の光線が前記第１の時刻とは異なる第２の時刻において前記画素で受光されたことに基づいて、前記撮像部に第２の撮像画像を撮像させる、
光学装置。
【請求項３】
前記処理部は、
前記撮像画像における前記第１の光線を受光した前記画素に対応する第１の領域に基づいて、前記第１の光線に関する離散色相画素値を含む第１の離散色相画素値の組を算出し、
前記撮像画像における前記第２の光線を受光した前記画素に対応する第２の領域に基づいて、前記第２の光線に関する離散色相画素値を含む第２の離散色相画素値の組を算出し、
前記第１の離散色相画素値の組及び前記第２の離散色相画素値の組の両方に基づいて、前記第１の光線方向及び前記第２の光線方向を算出する、
請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記離散色相画素値が前記離散色相画素値の閾値より小さい場合は、前記離散色相画素値を０に設定する、
請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記処理部は、
前記第１の離散色相画素値の組の中で最も大きい前記離散色相画素値に対応する離散色相値である第１の代表離散色相値を算出し、
前記第２の離散色相画素値の組の中で最も大きい前記離散色相画素値に対応する離散色相値である第２の代表離散色相値を算出し、
前記第１の代表離散色相値及び前記第２の代表離散色相値の両方に基づいて、前記第１の光線方向及び前記第２の光線方向を算出する、
請求項３又は４に記載の光学装置。
【請求項６】
前記照明部は、前記撮像部における前記第１の光線の受光及び前記第２の光線の受光がずれる状態で、前記物体に前記第１の光線及び前記第２の光線を照射可能である、
請求項１～５のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項７】
前記照明部は、前記第１の波長スペクトルとは異なる第３の波長スペクトルを有する第３の光線を、前記第１の光線と実質的に同時に前記第２の光線方向へ射出可能である、
請求項１～６のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項８】
前記照明部は、電気的な作用により選択波長を経時的に変更可能な波長可変フィルターと、前記照明部から射出された前記第１の光線及び前記第２の光線を回折可能で、波長が長いほど回折角を大きくする回折光学素子と、さらに備え、
前記照明部は、
前記選択波長として設定された前記第１の波長スペクトルを有する前記第１の光線を、前記回折光学素子で回折することにより、前記第１の光線方向に射出し、
前記選択波長として設定された前記第２の波長スペクトルを有する前記第２の光線を、前記回折光学素子で回折することにより、前記第２の光線を前記第２の光線方向に射出する、
請求項１～７のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項９】
前記照明部は、
白色光線を発光する光源と、
前記光源から射出された前記白色光線を反射する反射面を備えるとともに、入射した前記白色光線を平行光として射出する導光体と、
を具備する、請求項１～８のいずれか１項に記載の光学装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光学装置に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
様々な産業において、非接触による物体の形状測定が用いられている。非接触による物体の形状測定では、例えば、光線が分光されて物体に照明され、撮像素子が分光された光線による画像のそれぞれを取得し、処理部等が光線のそれぞれの光線方向を推定する。このような測定方法では、複数の光線のそれぞれの光線方向を識別できることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許第５６７５４０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、複数の光線のそれぞれの光線方向を識別できる光学装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、光学装置は、照明部と、撮像部と、処理部とを備える。照明部は、第１の波長スペクトルを有する第１の光線を照射し、第１の波長スペクトルとは異なる第２の波長スペクトルを有する第２の光線を照射する光学素子を有し、第１の光線及び第２の光線を物体に照射可能である。撮像部は、物体への第１の光線の照射による光と、物体への第２の光線の照射による光とを受光可能な画素を備え、第１の波長スペクトル及び第２の波長スペクトルに基づいて第１の光線及び第２の光線を識別する。処理部は、撮像部により撮像された撮像画像に基づいて、第１の光線の第１の光線方向及び第２の光線の第２の光線方向を推定する。撮像部、照明部及び物体の表面の三次元的な位置関係、照明部に設けられる光学素子の三次元的な位置、並びに、撮像部における画素の三次元的な位置が予め設定された既知の値であるとき、処理部は、照明部を制御し、第１の光線を第１の時刻に撮像部に入射させ、第２の光線を第１の時刻よりも後の第２の時刻に撮像部に入射させ、撮像部を制御し、第１の光線及び第２の光線を単一の撮像画像として得られるように撮像部で受光させる。処理部は、単一の撮像画像における第１の光線を受光した画素と第２の光線を受光した画素のそれぞれの画素値の組み合わせに基づいて、物体の表面形状を推定する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、第１の実施形態に係る光学装置の一例を示す概略図である。
図２は、第１の実施形態に係る光学装置において、物体の表面により反射された光スペクトルと離散色相値との関係の一例を示す概略図である。
図３は、第１の実施形態に係る光学装置において、撮像部により経時的に取得される撮影画像の一例を示す概略図である。
図４は、第１の実施形態に係る光学装置において、処理部により実行される処理の一例を示すフローチャートである。
図５は、第１の実施形態の変形例に係る光学装置の一例を示す概略図である。
図６は、第２の実施形態に係る光学装置において、撮像部により経時的に取得される撮影画像の一例を示す概略図である。
図７は、第２の実施形態に係る光学装置において、処理部により実行される処理の一例を示すフローチャートである。
図８は、第３の実施形態に係る光学装置において、撮像部により経時的に取得される撮影画像の一例を示す概略図である。
図９は、第３の実施形態の第１の変形例に係る光学装置の一例を示す概略図である。
図１０は、第３の実施形態の第１の変形例に係る光学装置において、撮像部により経時的に取得される撮影画像の一例を示す概略図である。
図１１は、第３の実施形態の第２の変形例に係る光学装置の一例を示す概略図である。
図１２は、第３の実施形態の第２の変形例に係る光学装置において、撮像部により経時的に取得される撮影画像の一例を示す概略図である。
図１３は、第４の実施形態に係る光学装置の一例を示す概略図である。
図１４は、第４の実施形態の変形例に係る光学装置の一例を示す概略図である。
図１５は、第４の実施形態の変形例に係る光学装置の一例を、図１４とは異なる方向から視た状態で示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。既出の内容に関して、詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
また、以下の実施形態等においては、照明部以外の環境光からの光線についてはオフセットする。つまり、環境光の光線強度が照明部の光線強度に比べて無視できない場合、撮像部２により、環境光による撮像画像を予め取得する。そして、当該環境光による撮像画像に対応する強度がオフセットされるように、光学装置１が設定される。あるいは、環境光を考慮して、離散色相画素値の閾値が設定される。また、以下の実施形態等においては、物体の表面５が光を反射することを前提として説明するが、これに限るものではない。例えば、物体が光線に対して透明である場合、物体の表面５は透過面となる。この場合、光線は、透過面を透過して、撮像部２に入射する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光学装置の一例を示す概略図である。第１の実施形態に係る光学装置１は、撮像部２、照明部３及び処理部４を備える。本実施形態では、光は、電磁波として定義される。光は、例えば、可視光、Ｘ線、赤外線、近赤外線、遠赤外線、マイクロ波である。また、光は、コヒーレント光であってもよく、インコヒーレント光であってもよい。コヒーレント光としては、例えば、レーザー光源による光が挙げられる。コヒーレント光としては、例えば、ＬＥＤ（Light emitting device）光源による光が挙げられる。照明部３の光源は、可視光を発するものであればよい。可視光とは、光の波長が４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光である。照明部３の光源としては、例えば、ＬＥＤが挙げられる。
【００１０】
撮像部２は、センサー２１、レンズ２２及びシャッター２３を備える。センサー２１は、独立した複数の画素を備える。複数の画素のそれぞれでは、波長フィルターを用いることで、少なくとも第１の波長及び第２の波長が選択的に受光される。センサー２１は、例えば、ラインセンサー又はエリアセンサーである。撮像部２は、レンズ２２を介して物体の表面をセンサー２１に結像する。撮像部２は、シャッター２３を制御することで露光時間を調整できる。シャッター２３は、機械的なシャッターであってもよく、電気的なシャッターであってもよい。ある一例では、電気的なシャッターが、ラインセンサー又はエリアセンサーに備えられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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