特開 2023-8727 反射光弁別装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023008727

(43)【公開日】2023-01-19

(54)【発明の名称】反射光弁別装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/47 20060101AFI20230112BHJP

   G02B 5/00 20060101ALI20230112BHJP

【ＦＩ】

G01N21/47 B

G02B5/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2021132081

(22)【出願日】2021-07-06

(71)【出願人】

【識別番号】521357766

【氏名又は名称】日浦 慎作

(72)【発明者】

【氏名】日浦 慎作

(72)【発明者】

【氏名】前田 涼汰

【テーマコード（参考）】

2G059

2H042

【Ｆターム（参考）】

2G059AA05

2G059EE02

2G059FF01

2G059JJ15

2G059JJ30

2G059KK04

2H042AA02

2H042AA12

2H042AA21

(57)【要約】

【課題】被写体に照射した光の反射光のうち、直接光または間接光のみを選別し、その像を肉眼で直接観察する。
【解決手段】光源３から発したスリット光１１が被写体７ないし８で反射される。このうち直接反射成分１２はレンズ４を介し反射部５ｂで反射され、観察者９に観察されるが、間接反射成分１３は非反射部５ａへ到達するため観察されない。光は軸６のまわりに回転する多面体ミラー１上で３回反射されるが、それらの反射面のうち１ａと１ｂは機械的に連動しているため、ミラーの回転角によらず直接反射成分は必ず５ｂに導かれる。そのスリット状の直接反射成分を２次元像として観察するために１ｃで３回目の反射が行われるが、反射面１ｂと１ｃは機械的に連動しているために被写体は観察者９にとって静止して観察される。マスク面５上の非反射部５ａと反射部５ｂの配置を変えることで間接反射成分のみを観察することも出来る。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源から発した光を偏向する反射面ａと、シーンから入射した光を偏向する反射面ｂと、反射面ｂで偏向された光の一部を遮断する光学系と、その光学系を通過した光を偏向する反射面ｃを備え、反射面ａと反射面ｂと反射面ｃの面の向きが機械的に連結されていることを特徴とする反射光弁別装置。

【請求項2】

前記光学系は、入射する光線の方位に基づき光線の通過と遮断が決定されることを特徴とする反射光弁別装置。

【請求項3】

前記光学系は、入射する光線と出射する光線のなす角が一定であることを特徴とする反射光弁別装置。

【請求項4】

前記反射面ｂと観察対象物体との間に光を屈折または反射する光学系を備えないことを特徴とする反射光弁別装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物体に照射された光のうち、物体の表面で一度だけ反射した直接反射成分のみ、または物体内部を伝播した間接反射成分や物体間を２回以上反射した間接反射成分のみを選択的に観察する装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

直接反射成分と間接反射成分を、それらの空間周波数特性の違いを利用して分離する手法が知られている（非特許文献１）。この手法では市松模様などの空間周波数が高いパターンをプロジェクタで複数枚投影し、得られた複数の画像から各成分を計算機により算出する。計算機による演算を要するため、肉眼による目視でいずれかの成分を選択的に観察することはできない。

【0003】

Ｅｐｉｓｃａｎ３Ｄは、直接反射成分がエピポーラ拘束と呼ばれる幾何学的な条件を満たすのに対し、間接光はそれを必ずしも満たさないことを利用し、いずれかの反射成分を選択的に取得する手法である（非特許文献２）。この手法では走査型プロジェクタとローリングシャッター方式のカメラを、すべてのエピポーラ線がそれぞれの走査線に一致するように設置する。その上で、プロジェクタとカメラを電気的に同期させることでいずれかの成分を選択的に取得する。カメラの走査によるため、非特許文献１の方法と同様に肉眼による目視でいずれかの成分を選択的に観察することはできない。また、装置の位置合わせが複雑であるという欠点を有する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Ｎａｙａｒ，Ｓ．Ｋ．，Ｋｒｉｓｈｎａｎ，Ｇ．，Ｇｒｏｓｓｂｅｒｇ，Ｍ．Ｄ．ａｎｄ Ｒａｓｋａｒ，Ｒ．，“Ｆａｓｔ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ ａｎｄ ｇｌｏｂａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ａ ｓｃｅｎｅ ｕｓｉｎｇ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ”，ＡＣＭ ＳＩＧＧＲＡＰＨ ２００６ Ｐａｐｅｒｓ，（米），２００６，ｐ．９３５－９４４

【非特許文献2】Ｏ’Ｔｏｏｌｅ，Ｍ．，Ａｃｈａｒ，Ｓ．，Ｎａｒａｓｉｍｈａｎ，Ｓ．Ｇ．ａｎｄ Ｋｕｔｕｌａｋｏｓ，Ｋ．Ｎ．，“Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｃｏｄｅｓ ｆｏｒ ｅｎｅｒｇｙ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｍａｇｉｎｇ”，ＡＣＭ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｇｒａｐｈｉｃｓ，（米），２０１５，Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．４，ｐ．１－１３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

シーンに照射された光は反射・屈折・散乱などの多様な光学現象が繰り返された後に観測される。観測される光のうち、照射された光が物体の表面で一度だけ反射して観測される光を直接反射成分（または直接光）、相互反射や散乱による複数回の反射の後に観測される光を間接反射成分（または間接光）と呼ぶ。

【0006】

物体の計測・識別・検査などの分野において、多くの場合では特定の反射成分だけが用いられる。例えばパターン光の照射に基づく３次元計測では直接光のみが観測されることを前提としており、間接光は精度低下の原因になる。一方、間接光を用いることで半透明物体の内部構造の可視化や解析を行うことができる。そのため、反射成分分離は光を応用した様々な産業分野において重要な課題である。

【0007】

非特許文献１および非特許文献２のように、反射成分を分離する手法として公知のものはいずれも対象をカメラで撮影する必要があり、対象を肉眼で直接目視できない。そのため、熟練した検査員が微細な欠陥の検査をするような場合に画質や疲労等の問題が生じるという課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の反射光弁別装置は、図１に示すように、光源３から発した光１１を偏向する反射面１ａと、シーンから入射した光１２および１３を偏向する反射面１ｂと、反射面１ｂで偏向された光の一部を遮断する光学系２と、その光学系を通過した光を偏向する反射面１ｃを備え、１ａと１ｂと１ｃの面の向きが機械的に連結されていることにより、反射光を弁別する。

【0009】

前記光学系２では、入射する光線の方位に基づき光線の通過と遮断を決定する。

【0010】

前記光学系２では、入射する光線と出射する光線のなす角を一定とする。

【0011】

本発明の反射光弁別装置は、前記反射面１ｂと観察対象物体との間に光を屈折または反射する光学系を備えることなく反射光を弁別する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、被写体に照射した光の反射光のうち、直接光または間接光のみを選別し、その像を肉眼で直接観察できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】装置の構成を示す透視投影図

【図2】光線の向きを示す上面図

【図3】多角形ミラーが回転したときの光線の向きを示す上面図

【図4】装置の外観

【図5】光を遮断するマスクの例

【図6】装置を介して対象を撮影した結果

【図7】一部の光を遮断する光学系の構成例

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明は図１に示すように、光源３から発したスリット光１１が観察対象７で反射し、再び装置を通過して肉眼またはカメラ９で観察される装置である。３から発した光は表面が鏡に仕上げられた多面体ミラー１で反射され、７で反射した光１２が再び１で反射した後にレンズ４を通過し、マスク面５上の反射部５ｂで反射した後に再び４を通過し、１で反射した後に９に到達し観察される。

【0015】

物体上で１度だけ反射した直接反射成分１２は反射部５ｂで反射されることで９に到達するが、物体上で２度以上反射する間接反射成分１３は１２と方位が異なるためにマスク面５上の到達位置が異なり、非反射部５ａへ到達するため反射されず、９で観察されない。

【0016】

多面体ミラー１が静止している場合はスリット光１１が照らす物体上の一部しか観察することができないので、１を軸６まわりに回転させる。これにより光源３から発したスリット光が走査され、物体の広い範囲を照射する。このとき直接光１２の入射方位も変化するが、１２が反射される面１ｂは３から発したスリット光１１が反射する面１ａと向きが連動しているために、１の回転角によらず１２が光学系２へ入射する際の方位が一定となり、結果、１２はいつでも反射部５ｂに到達する。

【0017】

直接光１２が反射部５ｂにより反射しレンズ４を再び通過したのちの光の方位は一定であるため、これをそのまま肉眼で観察してもスリット状の像しか観察されない。しかしその光はまた多面体ミラー１上の反射面１ｃで反射され９へ到達し、１は回転しているために肉眼には２次元像として観察される。

【0018】

図２および図３に示すように、光源３から発したスリット光１１が最初に反射される多面体ミラー上の面１ａと、反射光１２ａが多面体ミラー上で反射される面１ｂと、反射部５ｂで反射された光１２ｂが９に到達する前に反射される面１ｃの３つの面は互いに機械的に連結されているか、または同一面のため、それらの面の向きの関係は多面体ミラーの回転によらず常に一定である。

【0019】

図１の１０はレンズ４とマスク面５との距離であるが、これを焦点距離に一致させることで、レンズ４は無限遠の像を５上に結像し、よってレンズ４に入射する直前の図２の光線１２ａとレンズ４から射出された直後の光線１２ｂは平行となる。前述のように面１ｂと１ｃの向きの関係は一定であるため、機器に入射する前の光線１２ａと１ｃで反射されたのちの光線１２ｂは平行となり、多面体ミラー１が回転しても、９の観察者には対象物体７の静止像が観察される。

【実施例0020】

図４は本発明に係る装置の実施例を示す。この実施例では図１と同様に４面の多角形ミラー１を用いており、反射面１ａと反射面１ｂは同一面であり、反射面１ｃはそれらと直角の関係にある。よって観察者９は機器を介さない場合と同じ方位・同じ大きさに対象を観察することになる。図４においてスリット光源３は縦に装着されており、直下の小さな固定鏡により多面体ミラーへ光を導いているが、これは狭隘な空間に光源を設置することを避けるためである。

【0021】

図５に直接光のみを観察するために中央に反射部を配置したマスク５ｄと、間接光のみを観察するために中央に非反射部を配置したマスク５ｅと、比較のために直接光と間接光の両方を通過させる鏡５ｆを示す。図６はそれらのマスクを用い、観察者９の代わりにカメラを設置して対象を撮影したときの結果例である。１５ｃはマスク５ｆを用いた場合の画像で、中央のミラーボールの反射光が背景の板上にみられ、またミラーボールの箇所には背景の板の反射光が観察される。１５ａはマスク５ｄを用いた場合の画像で、ミラーボールから背景の板への反射光が遮断されており、またミラーボールの左右に見られる背景の板の反射光が抑制されている。１５ｂはマスク５ｅを用いた場合の画像で、ミラーボールから背景への反射がより明瞭に観察される。またミラーボール中央や背景板の中央に見られた強い直接反射成分が抑制されている。

【実施例0022】

実施例１において、図１では４つの反射面を持つ多面体ミラー１が反射面１ａと１ｂと１ｃを兼ねている。実施例２では多面体ミラー４面とは異なる面数のポリゴンミラーを用いる。また、回転ミラーの代わりにＭＥＭＳミラーのような往復型・振動型のミラーを用いてもよく、反射面１ａと１ｂと１ｃはどの組み合わせで同一面を用いていても、または全て別の面であってもよい。