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特開2024-29135対向配置チャネルを有する三次元センサ

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】P2024029135

(43)【公開日】2024-03-05

(54)【発明の名称】対向配置チャネルを有する三次元センサ

(51)【国際特許分類】

G01B 11/02 20060101AFI20240227BHJP

G06T 7/60 20170101ALI20240227BHJP

【ＦＩ】

G01B11/02 H

G06T7/60 150Z

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023220700

(22)【出願日】2023-12-27

(62)【分割の表示】P 2021521106の分割

【原出願日】2019-10-18

(31)【優先権主張番号】62/747,350

(32)【優先日】2018-10-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/747,353

(32)【優先日】2018-10-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/655,674

(32)【優先日】2019-10-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】500148488

【氏名又は名称】サイバーオプティクスコーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】110001508

【氏名又は名称】弁理士法人津国

(72)【発明者】

【氏名】ホーゲン，ポール・アール

(72)【発明者】

【氏名】ハウガン，カール・イー

(72)【発明者】

【氏名】ラッド，エリック・ピー

(72)【発明者】

【氏名】リブニック，エヴァン・ジェイ

(57)【要約】（修正有）

【課題】ターゲット面の寸法情報を決定する方法を提供する。
【解決手段】位相形状測定システムの第１の撮像システム・照明源対によって生成されたターゲット面の第１の複数の再構成表面点に対応する第１の点群を生成することと、位相形状測定システムの第２の撮像システム・照明源対によって生成されたターゲット面の第２の複数の再構成表面点に対応する第２の点群を生成することと、第１の点群及び第２の点群に基づいてターゲット面の初期推定値を生成することと、最終的な点群を生成するために、第１の点群及び第２の点群の位置並びに第１の撮像システム・照明源対及び第２の撮像システム・照明源対の幾何学的配置を使用して初期表面推定値をリファインすることと、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターゲット面の寸法情報を決定する方法であって、
位相形状測定システムの第１の撮像システム・照明源対によって生成された前記ターゲット面の第１の複数の再構成表面点に対応する第１の点群を生成することと、
前記位相形状測定システムの第２の撮像システム・照明源対によって生成された前記ターゲット面の第２の複数の再構成表面点に対応する第２の点群を生成することと、
前記第１の点群及び前記第２の点群に基づいて前記ターゲット面の初期推定値を生成することと、
最終的な点群を生成するために、前記第１の点群及び前記第２の点群の位置並びに前記第１の撮像システム・照明源対及び前記第２の撮像システム・照明源対の幾何学的配置を使用して初期表面推定値をリファインすることと、
を含む、方法。

【請求項2】

初期表面推定値をリファインすることが、鏡面反射グリントによって引き起こされる測定誤差を低減する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

初期表面推定値をリファインすることが、前記ターゲット面の反射勾配によって引き起こされる測定誤差を低減する、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

初期表面推定値をリファインすることが、前記ターゲット面の傾斜によって引き起こされる測定誤差を低減する、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

初期表面推定値を生成することが、
前記ターゲット面に対応する体積を、ボクセルのセットに分割することと、
前記第１の点群及び前記第２の点群内の再構成表面点ごとに、表面点の符号付き距離関数（ＳＤＦ）及び対応する重みを、前記第１の点群及び前記第２の点群内の各再構成表面点の撮像システム光線に沿った前記ボクセルのセットに付加することと、
前記第１の点群及び前記第２の点群の前記ＳＤＦのレベルセットを識別することと、
を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記第１の撮像システム・照明源対が第１の対向配置チャネルを含み、前記第２の撮像システム・照明源対が第２の対向配置チャネルを含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記第１の撮像システム・照明源対が、第１の動作同軸カメラ・プロジェクタ対からの第１のカメラと、第２の動作同軸カメラ・プロジェクタ対からの第１のプロジェクタとを含み、
前記第２の撮像システム・照明源対が、前記第２の動作同軸カメラ・プロジェクタ対からの第２のカメラと、前記第１の動作同軸カメラ・プロジェクタ対からの第２のプロジェクタとを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記第１の動作同軸カメラ・プロジェクタ対又は前記第２の動作同軸カメラ・プロジェクタ対の少なくとも一方が、前記ターゲット面及びターゲット面法線に対して斜角で位置合わせされる、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記第１の動作同軸カメラ・プロジェクタ対又は前記第２の動作同軸カメラ・プロジェクタ対の少なくとも一方が、前記ターゲット面に対して実質的に垂直に位置合わせされる、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

点群をマージする方法であって、
第１の対向配置チャネルの点群内の再構成表面点を生成することと、
第２の対向配置チャネルの点群内の再構成表面点を生成することと、
前記第１の対向配置チャネルの点群内の選択された再構成表面点について、前記第１の対向配置チャネルの点群内の前記選択された再構成表面点の撮像システム光線に近い前記第２の対向配置チャネルの点群内の再構成表面点を識別することと、
前記第１の対向配置チャネルの点群内の前記選択された再構成表面点の前記撮像システム光線上への、前記第２の対向配置チャネルの点群内の識別された近点の各々の投影を計算することと、
前記第２の対向配置チャネルの点群内の前記選択された再構成表面点の前記撮像システム光線上への、前記第２の対向配置チャネルの点群内の識別された近点の各々の平均投影を計算することと、
再構成表面点の撮像システム光線に沿って距離の一部分だけ、前記第２の対向配置チャネルの点群内の前記識別された近点の各々の計算された平均投影の方へ、前記第１の対向配置チャネルの点群内の前記選択された再構成表面点を移動させることと、
を含む、方法。

【請求項11】

前記第１の対向配置チャネル内の再構成表面点を移動させることが、以下の測定誤差、すなわち、
鏡面反射グリント測定誤差、
反射率勾配測定誤差、又は
ターゲット面傾斜測定誤差
のうちの少なくとも１つを低減するように構成される、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第２の対向配置チャネルの点群内の選択された再構成表面点について、前記第２の対向配置チャネルの点群内の前記選択された再構成表面点の撮像システム光線に近い前記第１の対向配置チャネルの点群内の再構成表面点を識別することと、
前記第２の対向配置チャネルの点群内の前記選択された再構成表面点の前記撮像システム光線上への、前記第１の対向配置チャネルの点群内の識別された近点の各々の、投影を計算することと、
前記第２の対向配置チャネルの点群内の前記選択された再構成表面点の前記撮像システム光線上への、前記第１の対向配置チャネルの点群内の識別された近点の各々の平均投影を計算することと、
再構成表面点の撮像システム光線に沿って距離の一部分だけ、前記第１の対向配置チャネルの点群内の前記識別された近点の各々の計算された平均投影の方へ、前記第２の対向配置チャネルの点群内の前記選択された再構成表面点を移動させることと、
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記第１の対向配置チャネルの点群内及び前記第２の対向配置チャネルの点群内の前記選択された再構成表面点を移動させることが、鏡面反射グリントによって引き起こされた測定誤差を低減するように構成される、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記第１の対向配置チャネルの点群内及び前記第２の対向配置チャネルの点群内の前記選択された再構成表面点を移動させることが、ターゲット面の反射率勾配によって引き起こされた測定誤差を低減するように構成される、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記第１の対向配置チャネルの点群内及び前記第２の対向配置チャネルの点群内の前記選択された再構成表面点を移動させることが、ターゲット面の傾斜によって引き起こされた測定誤差を低減するように構成される、請求項１２に記載の方法。

【請求項16】

前記第１の対向配置チャネルが、第１の動作同軸撮像システム・照明源対の第１のプロジェクタと、第２の動作同軸撮像システム・照明源対の第１のカメラとを含み、
前記第２の対向配置チャネルが、前記第２の動作同軸撮像システム・照明源対の第２のプロジェクタと、前記第１の動作同軸撮像システム・照明源対の第２のカメラとを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項17】

前記第１の動作同軸撮像システム・照明源対又は前記第２の動作同軸撮像システム・照明源対の少なくとも一方が、前記ターゲット面及びターゲット面法線に対して斜角で位置合わせされる、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記第１の動作同軸撮像システム・照明源対又は前記第２の動作同軸撮像システム・照明源対の少なくとも一方が、前記ターゲット面に対して実質的に垂直に位置合わせされる、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

点群をマージする方法であって、
第１の対向配置チャネルで、ターゲット面に対応する第１の複数の表面点を有する第１の点群を生成することと、
第２の対向配置チャネルで、前記ターゲット面に対応する第２の複数の表面点を有する第２の点群を生成することと、
前記第１の点群及び前記第２の点群各々に対応する第１の空でない部分及び第２の空でない部分を決定することと、
前記第１の点群及び前記第２の点群各々の変換を識別することと、
前記識別された変換に基づいて前記第１の点群及び前記第２の点群各々の相対誤差を決定することと、
前記第１の点群及び前記第２の点群各々から相対誤差を減算することと、
前記第１の点群及び前記第２の点群を前記第１の空でない部分及び前記第２の空でない部分において位置合わせすることと、
位置合わせに基づいて前記ターゲット面の寸法形状を生成することと、
を含む、方法。

【請求項20】

前記第１の点群及び前記第２の点群各々の相対誤差を決定することが、
最新の相対誤差が計算された時間が閾値を超えているかどうかを判定し、時間が閾値を超えている場合、最新の相対誤差及び新しく決定された相対誤差に基づいて相対誤差平均を計算すること、
を含む、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

背景技術
表面又は物体に関する精密な寸法情報を得ることは、多くの産業及びプロセスにとって不可欠である。例えば、エレクトロニクス組立産業では、回路基板上の電気部品に関する精密な寸法情報を使用して、その部品が適切に配置されているかどうかを判定することができる。さらに、寸法情報は、適切な量のはんだペーストが回路基板上の適切な位置に確実に付着されるようにするための部品実装前の回路基板上のはんだペースト付着物の検査においても有用である。さらに、寸法情報は、半導体ウエハ及びフラット・パネル・ディスプレイの検査においても有用である。

【0002】

光位相形状測定システムは、面オブジェクトに関する精密な寸法情報を正確に測定及び取得するために使用されてきた。しかしながら、一部の新しい電子アセンブリは、反射鏡面を有する部品を含む。従来のシステムは、一般に、拡散非反射面を測定するように構成されており、そのような部品の精密な寸法情報を取得することが困難である。加えて、特定の技術はサイズを縮小しており（例えば、回路基板並びに回路基板上の部品及び／又はデバイス）、正確な寸法情報を得るために、より高倍率、より高分解能の光学系を必要としている。従来の光学計測システムは、用途のサイズ及び表面反射率が進歩及び変化するにつれて、様々な要因から様々な測定誤差を生じる。

【0003】

そのような部品の寸法情報の精度が様々な産業及びプロセスにとってますます重要になるにつれて、そのような情報を正確に測定及び取得し、測定された表面形状の測定誤差の様々な原因を補正することがますます重要になる。

【0004】

上記の考察は、単に、一般的な背景情報について提供されており、特許請求される主題の範囲を決定する際の補助として使用されることを意図されていない。特許請求される主題は、背景に記載された欠点のいずれか又はすべてを解決する実装形態に限定されない。

【0005】

上記の考察は、単に、一般的な背景情報について提供されており、特許請求される主題の範囲を決定する際の補助として使用されることを意図されていない。

【発明の概要】

【0006】

光位相形状測定システムは、ターゲット面に対して第１の角度で位置合わせされた、ターゲット面に第１の照明を投射する第１の動作同軸カメラ・プロジェクタ対と、ターゲット面に対して第２の角度で位置合わせされた、ターゲット面に第２の照明を投射する第２の動作同軸カメラ・プロジェクタ対とを含む。第１の角度と第２の角度とは、第２の動作同軸カメラ・プロジェクタ対が第１の照明からの第１の反射を取り込むように構成され、第１の動作同軸カメラ・プロジェクタ対が第２の照明からの第２の反射を取り込むように構成されるように、ターゲット面に対して互いに等しく反対である。光位相形状測定システムは、取り込まれた第１の反射及び第２の反射に基づいて、ターゲット面の第１の推定及び第２の推定を生成し、それらを組み合わせて、ターゲット面の寸法形状を生成するように構成されたコントローラをさらに含む。

【0007】

この概要は、以下の詳細な説明でさらに説明される概念の中から選択したものを簡略化した形で紹介するために提供されている。この概要は、特許請求される主題の重要な特徴又は本質的な特徴を特定することを意図されておらず、特許請求される主題の範囲を決定する際の補助として使用されることも意図されていない。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】典型的な光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。

【図2A】例示的な光位相形状測定システムを示す概略図である。

【図2B】例示的な光位相形状測定システムを示す概略図である。

【図2C】例示的な光学検査環境を示す概略図である。

【図2D】例示的な光学検査環境を示す概略図である。

【図3A】例示的な動作同軸撮像システム・照明源対を示す概略図である。

【図3B】例示的な動作同軸撮像システム・照明源対を示す概略図である。

【図4A】例示的な光位相形状測定システムを示す概略図である。

【図4B】例示的な光位相形状測定システムを示す概略図である。

【図5A】例示的な光位相形状測定システムを示す概略図である。

【図5B】例示的な光位相形状測定システムを示す概略図である。

【図6】光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。

【図7】反復結合点群リファインメントの一例示的方法を示すフローチャートである。

【図8】反復結合点群リファインメントの１反復を示す概略図である。

【図9】対向配置チャネルからの点群をマージする一例示的方法を示すフローチャートである。

【図10A】対向配置チャネルからの点群マージの一例を示す概略図である。

【図10B】対向配置チャネルからの点群マージの一例を示す概略図である。

【図10C】対向配置チャネルからの点群マージの一例を示す概略図である。

【図11A】光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。

【図11B】球面ターゲットの例示的な生成された三次元形状を示す概略図である。

【図11C】球面ターゲットの例示的な生成された三次元形状を示す概略図である。

【図12】光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。

【図13A】例示的な光位相形状測定システムを示す概略図である。

【図13B】例示的な光位相形状測定システムを示す概略図である。

【図13C】例示的な光位相形状測定システムを示す概略図である。

【図14】ターゲット面及び／又は物体の三次元形状を生成する一例示的方法を示すフローチャートである。

【図15A】ターゲット面及び／又は物体の寸法形状生成の一例を示す概略図である。

【図15B】ターゲット面及び／又は物体の寸法形状生成の一例を示す概略図である。

【図16】光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。

【図17】光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。

【図18A】光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。

【図18B】光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。

【図19】光位相形状測定システムにおける誤差を動的に補償する一例示的方法を示すフローチャートである。

【図20】動的補償の一例を示す概略図である。

【図21】動的補償の一例示的方法を示すフローチャートである。

【図22A】デジタル光処理プロジェクタシステムの一例を示す概略図である。

【図22B】光学ローパスフィルタの一例を示すブロック図である。

【図23】ターゲット面上への光投射の一例を示すフローチャートである。

【図24】例示的な光位相形状測定システムを示す概略図である。

【図25】例示的な光位相形状測定システムを示す概略図である。

【図26】光位相形状測定システムの一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

光位相形状測定システムは、様々な産業及びプロセスで表面又は物体に関する精密な寸法情報を取得するために使用されることが多い。例えば、これらのシステムを、物体表面の様々な部品の高さ及び位置を測定するために使用することができる。エレクトロニクス産業では、例えば、多くの電子アセンブリは、回路基板に実装された様々な部品及び／又はデバイスを含む。そのような部品及び／又はデバイスの正確な寸法及び配置を確実にするために、照明源（例えば、プロジェクタ）は、ターゲット面又は物体上にパターン化された照明を投射する。パターン化された照明は、ターゲット面又は物体から反射され、照明角度（例えば、三角測量角度）に対して公知の角度でターゲット面を見る撮像システム（例えば、カメラ）によって取り込まれる。光位相形状測定システムは、撮像システムによって取り込まれた画像の特定の点（例えば、画素）における投射された照明の位相又は位置、及びセンサの幾何学的配置を測定することによって、ターゲット面又は物体の寸法を計算する。

【0010】

典型的な光位相形状測定システムでは、構造化パターンで表面を照明する単一のプロジェクタと、表面を観測する複数の斜めカメラ（すなわち、表面を基準としてプロジェクタに対して斜めの角度で配置されたカメラ）とを有することが一般的である。あるいは、反対であるが同等の構造、複数の斜めプロジェクタ（すなわち、表面を基準としてカメラに対して斜めの角度で配置されたプロジェクタ）によって照明される表面を観測する単一のカメラが使用される。

【0011】

測定対象の表面の推定値（例えば、点群）は、典型的には、各カメラ・プロジェクタ対から独立して生成され、次いで、これらの推定値は、表面の近似再構成を形成するために一緒に平均化される。一般に、推定値は、表面上に正弦波干渉縞を投影し、画像内の各画素における正弦波の位相を推定することによって形成され得る。

【0012】

図１は、典型的な光位相形状測定システム１０の一例を示す概略図である。システム１０は、プロジェクタ１２と、斜めカメラ１４と、斜めカメラ１６と、照明１８と、表面２０と、反射２２と、反射２４とを含む。上述したように、システム１０は、単一のプロジェクタ１２と、複数の斜めカメラ１４及び１６とを有する。プロジェクタ１２は、表面２０上に、複数の斜めカメラ１４及び１６によって取り込まれる反射２２及び２４として反射される照明１８を投射する。図１は、単一のプロジェクタ／複数の斜めカメラの構成を示しているが、上述したように、同等であるが反対の構成を、複数の斜めプロジェクタが照明を投射する表面を単一のカメラが観測する典型的な位相形状測定システムで使用することもできる。

【0013】

これらの典型的なシステムには、特に鏡面及び／又は困難な表面形状（例えば、「丸みを帯びた」反射面及び／又は「湾曲した」反射面、傾斜したターゲット面、反射率の変動など）を有する物体を観測するときに、いくつかの制限がある。

【0014】

１つの課題は、鏡面反射に起因する測定の不正確さに関する。光学検査中、１つの撮像システムの視点から見てターゲット面上のある位置にグリント（すなわち、明るい鏡面反射）がある状況に遭遇することが一般的である。グリントは、高反射面の面法線がカメラ・プロジェクタ対によって規定される角度を二等分するときに発生する。光位相形状測定によって使用される、撮像光学系における実用的な現実である撮像システムの点広がり関数の非ゼロ幅が原因で、隣接する画素における位相推定値は、グリントでの反射が表面上の隣接する点の反射よりもはるかに強いために、グリントで観測される位相によって歪む可能性がある。これにより、その位相形状測定システムの試験面の点群表現に不正確な点が追加される結果となる可能性がある。

【0015】

図２Ａは、光位相形状測定システム５０の一例を示す概略図である。図２Ａは、１つの斜めカメラの視点のみを示している。システム５０は、照明５２と、ターゲット面５４と、反射５６と、グリント５８と、実際の表面点６０と、誤った表面点６２と、プロジェクタ６４と、第１の斜めカメラ６６とを含む。図２Ａに示されるように、プロジェクタ６４は、ターゲット面５４上に、第１の斜めカメラ６６に向かう反射５６として反射され、第１の斜めカメラによって取り込まれる照明５２を投射する。しかしながら、ターゲット面５４は、照明５２がターゲット面５４に到達するときにグリント５８を発生させる少なくとも多少の鏡面反射部分を含む。カメラ６６の画像特性の点広がり関数及び反射グリント５８の強度により、照明５２の位相情報がカメラ６６の表面点６０の画像に現れる。カメラ６６が反射５６によって表面点６０から受け取る情報が表面点６０とグリント５８の位相情報の組み合わせであるため、表面点６０の再構成点が不正確に測定される。図２Ａに示されるように、カメラ６６の測定位置表面点は、反射光線５６に沿ってグリント５８の方向に移動され、例えば、誤った表面点６２を生じさせる。

【0016】

図２Ｂは、光位相形状測定システム５０の一例を示す概略図である。図２Ｂは、（図２Ａとは反対の）システム５０の他方の斜めカメラの視点を示している。システム５０は、照明５２と、ターゲット面５４と、反射５７と、再構成表面点６３と、プロジェクタ６４と、第２の斜めカメラ６８とを含む。図２Ｂに示されるように、プロジェクタ６４は、ターゲット面５４に、第２の斜めカメラ６８に向かう反射５７として反射され、第２の斜めカメラによって取り込まれる照明５２を投射する。しかしながら、図２Ａとは異なり、第２の斜めカメラ６８の視点から見て表面点６３の近くにグリントは発生しない。よって、カメラ６８の再構成表面点６３は、実際の表面点の正確な表現である。

【0017】

しかしながら、第２の斜めカメラ６８は表面点を正確に再構成するが、上述したように、ターゲット面５４の最終的な表面推定値の再構成中にカメラ６６とカメラ６８の両方によって生成された推定値（例えば、点群）が組み合わされるため、第１の斜めカメラ６６によって測定された不正確な点（６２）に起因する誤差が存在することになる。最終的な表面推定値は、したがって、第１の斜めカメラ６６の点群の誤差によって偏ることになる。

【0018】

図２Ａ～図２Ｂに記載されるものと同様の影響が、ターゲット面上に任意の強度勾配及び／又は反射率勾配（例えば、明るさの変動）がある場合に起こり得る。撮像光学系（例えば、カメラ６６及び６８）の点広がり関数により、より暗い点の位相は、付近のより明るい点の位相の影響を受ける。これにより、最終的な再構成が不正確になる可能性がある（例えば、最終的な再構成は、それぞれの反射（撮像システム）光線に沿ってより明るい点の方へ偏ることになる）。

【0019】

図２Ｃは、光学検査環境７０の一例を示す概略図である。環境７０は、投射７２と、反射７４と、ターゲット面７６と、矢印７７と、測定表面点７８とを含む。ターゲット面７６は、矢印７７で示されるように、左から右に「高輝度」から「低輝度」までの強度及び／又は反射率勾配を有する。一般に、これは、ターゲット面７６が左から右に高反射から低反射及び／又は高鏡面反射から低鏡面反射であることを意味する。投射７２は、プロジェクタ又は他の照明源によってターゲット面７６上に投射され、カメラ又は他の撮像システムによって取り込まれる反射７４として反射される。しかしながら、勾配が原因で、ターゲット７６の左側の明るさの増加が測定表面点７８を反射（撮像システム）光線に沿ってターゲット７６のより明るい部分の方へ偏らせるので、カメラは、測定表面点７８で示されるように、高さを実際の表面高さよりも低いものとして復号する。よって、カメラの測定出力が誤ることになる。この誤差は、表面７６の法線（例えば、垂線）が投射７２と反射７４との間の角度を二等分するときに発生する傾向がある。

【0020】

図２Ｄは、光学検査環境８０の一例を示す概略図である。環境８０は、投射８２と、反射８４と、ターゲット面８６と、矢印８７と、測定表面点８８とを含む。環境８０は、投射７２がターゲット面７６の左側（「高輝度側」／高鏡面反射側）から来ていたのに対して、投射８４はターゲット面８６の右側（「低輝度側」／低鏡面反射側）から来ていることを除いて、環境７０と同様である。ターゲット面８６は、矢印８７で示されるように、左から右に「高輝度」から「低輝度」までの強度及び／又は反射率勾配を有する。一般に、これは、ターゲット面８６が左から右に高反射から低反射及び／又は高鏡面反射から低鏡面反射であることを意味する。投射８２は、プロジェクタ又は他の照明源によってターゲット面８６上に投射され、カメラ又は他の撮像システムによって取り込まれる反射８４として反射される。しかしながら、勾配が原因で、ターゲット８６の左側の明るさの増加が測定表面点８８を反射（撮像システム）光線に沿ってターゲット８６のより明るい部分の方へ偏らせるので、カメラは、測定表面点８８で示されるように、高さを実際の表面高さよりも高いものとして復号する。よって、カメラの測定出力が誤ることになる。この誤差は、表面８６の法線（例えば、垂線）が投射８２と反射８４との間の角度を二等分するときに発生する傾向がある。

【0021】

上述した問題を克服するために、対向配置チャネル構成を有する複数の同軸照明源／撮像システム（例えば、プロジェクタ／カメラ）対を使用するシステムが使用される。

【0022】

明確にするために、「チャネル」という用語は特定の照明源・撮像システム対を指し、「対向配置チャネル」という用語は、照明源及び撮像システムの位置が交換されることを除いて同一であるチャネルの対を指すことを理解されたい。「チャネル」という用語は、ある動作対（例えば、動作同軸撮像システム・照明源対）からの照明源と、別の動作対からの撮像システムとを含むことができることも理解されたい。「チャネル」という用語は、第１のカメラ・プロジェクタ対からのカメラと、第２のカメラ・プロジェクタ対からのプロジェクタとを含むことができることも理解されたい。

【0023】

図３Ａは、動作同軸撮像システム・照明源対の一例を示す概略図である。システム１００は、照明源１０２と、撮像システム１０４と、ビームスプリッタ１０６と、照明１０８と、ターゲット面１１０と、反射１１２とを含む。照明源１０２（例えば、プロジェクタ）は、照明をターゲット面１１０の方へ投射し、ビームスプリッタ１０６に当てる。照明１０８の一部分は、ターゲット面１１０に向かって進み、ビームスプリッタ１０６の方へ反射され、反射１１２として撮像システム１０４の方へ反射される。ビームスプリッタ１０６を利用することにより、システム１００は、共通の光路を共有する照明源１０２及び撮像システム１０４で構成される。すなわち、照明源１０２及び撮像システム１０４は、ほぼ同軸であり、事実上、同じ見地／視点からターゲット面１１０を見る。

【0024】

照明源１０２の方に面する表面がコーティングされた（例えば半透鏡の）薄い平坦なガラス板からなる、４５°の角度で配置されたプレート・ビーム・スプリッタとして示されているビームスプリッタ１０６。ビームスプリッタ１０６は照明１０８を半分に「分割」し、一部分は（図示されるように）ターゲット面１１０に向かって進み（例えば、伝わり）、別の部分は、通常、撮像システム１０４の視野内の基準面（例えば、ミラー）の方へ反射され（明確にするために図３Ａには示されていない）、この基準面は、（通常は、撮像システム１０４に入る前に分割されたビームを再結合するために）撮像システム１０４の方へ（ビームスプリッタ１０６を通って戻る）基準ビームを反射する。やはり明確にするために図３Ａには示されていないが、システム１００は、いくつかのレンズ（例えば、コリメートレンズ、対物レンズ、複合レンズアセンブリ、テレセントリック・レンズ・アセンブリなど）、開口、センサ、追加のビームスプリッタ、ミラー、並びに任意の他の適切な部品及び／又はデバイスも含むことができる。加えて、プレート・ビーム・スプリッタが示されているが、他のタイプのビームスプリッタ、例えば、これに限定されないが、キューブ・ビーム・スプリッタを使用することもできる。

【0025】

図３Ａでは説明のために互いに分離されて示されているが、照明源１０２と撮像システム１０４とは、単一のハウジング内に収容することができる動作対である。例示として、特定の将来の記述は、図３Ｂに示されるように、各動作照明源／撮像システム対を単一のアセンブリとして示すことになる。

【0026】

図３Ｂは、動作同軸照明源／撮像システム対の一例を示す概略図である。図３Ｂは、図３Ａに示されるシステム１００の簡略バージョンであり、図３Ａと同様であり、よって同様の要素には同じ番号が付されている。システム１０１は、動作照明源／撮像システム対１０３を含み、これは、照明源１０２と、撮像システム１０４と、ビームスプリッタ１０６とを含むが、番号では示されていない。システム１００は、照明１０８と、ターゲット１１０と、反射１１２とをさらに含む。図３Ａ及び図３Ｂでは照明１０８と反射１１２とが線を共有しているが、矢印で示されるような照明１０８及び反射１１２を等しく表していることを理解されたい。照明源１０２は、一例では、プロジェクタを含む。撮像システム１０４は、一例では、カメラを含む。

【0027】

図４Ａは、光位相形状測定システム２００の一例を示す概略図である。システム２００は、第１の照明源／撮像システムの動作対２０２及び第２の照明源／撮像システムの動作対２０４を含む。動作対２０２及び２０４は、図３Ａ～図３Ｂを参照して上述したように、同軸対である。システム２００は、ターゲット面２０６と、照明２０８及び２１４と、反射２１２及び２１６とをさらに含む。図４Ａに示される構成（例えば、アライメントジオメトリ）は、異なる角度からターゲット面２０６を各々見る、２つの動作対２０２及び２０４を利用し、（以下でさらに説明されるように）２つの対向配置チャネルを形成する。

【0028】

図４Ｂは、光位相形状測定システム２００の一例を示す概略図である。図４Ｂは図４Ａと同様であり、よって同様の要素には同様に番号が付されている。図４Ｂは、システム２００の構成によって形成された２つの対向配置チャネルを示すために、システム２００をそれぞれの照明及び撮像部品に例示的に分割している。左側では、動作対２０４の照明源は、ターゲット面２０６上に、ターゲット面から反射２１６として反射され、動作対２０２の撮像システムによって取り込まれる照明２１４を投射する。この光路（例えばチャネル）（２１４及び２１６）は、第１の対向配置チャネル２１８を形成する。

【0029】

右側では、動作対２０２の照明源は、ターゲット面２０６上に、反射２１２としてターゲット面２０６から反射され、動作対２０４の撮像システムによって取り込まれる照明２０８を投射する。この光路（例えばチャネル）（２０８及び２１４）は、第２の対向配置チャネル２２０を形成する。

【0030】

対向配置チャネルを使用することは有利である。両方のチャネル２１８及び２２０が、同じ視野を観測／露光し、照明と反射との間の同じ相対角度を共有するので、光学的カバレッジに差がない。より重要なことには、これらは、グリント又は強度勾配の存在下での撮像システムの点広がり関数の影響に関して前述した測定誤差（図２Ａ～図２Ｂ）を排除及び／又は低減するという点でよりロバストである。具体的には、システム２００でこれらの誤差が発生する場合、２つのチャネル２１８及び２２０の推定（例えば、点群）からの対応する点は、ほぼ等しく反対の方向に移動する。適切なアルゴリズムを使用することにより、チャネル２１８及び２２０の推定を、誤差がほとんど及び／又は実質的に互いに相殺するように組み合わせることができる。この意味で、対向配置チャネル２１８及び２２０は互いに相補的であり、自己補償的である。これは、以下の図により完全に示されている。

【0031】

図５Ａは、光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。図５Ａは図４Ａと同様であり、よって同様の特徴には同じ番号が付されている。システム２００は、動作照明源／撮像システム対２０２と、動作照明源／撮像システム対２０４と、表面ターゲット２０６と、照明２１４と、反射２１６とを含み、これらは第１の対向配置チャネル２１８を形成する。システム２００は、グリント２２２と、実際の表面点２２４と、誤った表面点２２６とをさらに含む。図２Ａの現象と同様に、グリント２２２は、動作対２０２の撮像システムに誤った表面点２２６を生成させる。実際の表面点２２４は、反射光線２１６に沿ってグリント２２２の方向に移動される。

【0032】

図５Ｂは、光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。図５Ｂは図４Ａと同様であり、よって同様の特徴には同じ番号が付されている。システム２００は、動作照明源／撮像システム対２０２と、動作照明源／撮像システム対２０４と、表面ターゲット２０６と、照明２０８と、反射２１２とを含み、これらは第２の対向配置チャネル２２０を形成する。システム２００は、グリント２２２と、実際の表面点２２８と、再構成表面点２３０とをさらに含む。この場合もやはり、グリント２２２は測定誤差を引き起こす。動作対２０４の撮像システムは、誤った再構成表面点２３０を生成する。実際の表面点２２８は、（図５Ａ及び図２Ａの誤った再構成表面点と全く同様に）反射２１２光線に沿って引っ張られる。しかしながら、動作対２０２と動作対２０４とは同軸であり、これらは２つの対向配置チャネルを形成するように構成されているため、誤差は反対方向に等しく、よって補償され得る。

【0033】

上述したように、対向配置チャネル２１８及び２２０の各々は、ターゲット面２０６の推定（点群）を生成する。これらの推定は、グリント（例えば２２２）又は強度勾配の存在下での撮像システムの点広がり関数の影響から生じる誤差を含む。しかしながら、対向配置チャネル２１８及び２２０のために、再構成表面点２２６及び２３０の誤差は、それぞれの反射光線２１６及び２１２に沿って等しく反対であり、よって互いに補償し合うことができる。

【0034】

図６は、光位相形状測定システム２５０の一例を示す概略図である。システム２５０は、動作対２５２及び２５４と、ターゲット面２５６と、照明２５８及び２５４と、反射２６２及び２６６と、対向配置チャネル２６８及び２７０と、グリント２７２と、誤った再構成表面点２７６及び２８０と、正しい再構成表面点２８２と、矢印２８４及び２８６とを含む。再構成表面点２７６及び２８０の誤差を、誤った点２７６及び２８０を、それらが交差し、表面ターゲット位置の新しいより正確な表現を定義するまで、矢印２８４及び２８６で示されるように、それぞれの反射光線２６６及び２６２に沿って移動させることによって、再構成点２８２を作成するために補正することができる。反射光線の方向は、一例では、撮像システム較正技術を使用して、視野内の撮像システムの画素位置を受光角にマップすることによって導出される。

【0035】

別の実施態様では、アルゴリズムを使用して、対向配置チャネルの誤った再構成点の交点を近似することが可能である。一般的に言えば、このアルゴリズムは、対向配置チャネルからのそれぞれの推定（点群）を反復的にリファインし、各点をその反射光線（撮像システム光線）に沿って他方の点群の方へ徐々にうまく移動させる。

【0036】

図７は、反復結合点群リファインメントの一例示的方法を示すフローチャートである。方法３００は、ブロック３１０から開始し、そこで、光学形状測定システムを使用して、ターゲット面に沿って、第１の対向配置チャネルの点群及び第２の対向配置チャネルの点群において再構成表面点が生成される。表面点は、第１の対向配置チャネルの点群と第２の対向配置チャネルの点群の両方について再構成（推定）される。一例では、システム２５０などの光学形状測定システムが使用される。

【0037】

方法はブロック３２０に進み、そこで、第１のチャネルの点群内の再構成表面点ごとに、第１のチャネルの点群内の再構成表面点ごとのそれぞれの反射（撮像システム）光線の近くの第２のチャネルの点群内の再構成表面点が識別される。この識別ステップは、選択された第１のチャネルの再構成表面点の反射（撮像システム）光線に近い第２のチャネルの点群上の「候補」点のセットを識別する。

【0038】

方法はブロック３３０に進み、そこで、第１のチャネルの反射（撮像システム）光線上への第２のチャネルの点群の近（候補）点の各々の投影が計算される。言い換えれば、第２のチャネルの近（候補）点の各々が第１のチャネルの反射（撮像システム）光線に沿うことになる距離が計算される。あるいは、言い換えると、第１のチャネルの反射（撮像システム）光線に沿ってどこに近（候補）点の各々がどこに配置されるべきかを計算する。

【0039】

方法はブロック３４０に進み、そこで、第１のチャネルの反射（撮像システム）光線上の第２のチャネルの近（候補）点の計算された投影（位置）の各々の平均投影（位置）が計算される。言い換えれば、反射光線上の近点の平均位置を計算する。

【0040】

方法はブロック３５０に進み、そこで、第１のチャネルの再構成表面点が、その反射（撮像システム）光線に沿って、反射（撮像システム）光線上の近（候補）点の計算された平均位置までの距離の一部だけ移動される。

【0041】

方法３００はブロック３６０に進み、そこで、第２のチャネルの点群内の再構成表面点ごとに、第２のチャネルの点群内の再構成表面点ごとのそれぞれの反射（撮像システム）光線の近くの第１のチャネルの点群内の再構成表面点が識別される。この識別ステップは、選択された第２のチャネルの再構成表面点の反射（撮像システム）光線に近い第１のチャネルの点群上の「候補」点のセットを識別する。

【0042】

方法３００はブロック３７０に進み、そこで、第２のチャネルの反射（撮像システム）光線上への第１のチャネルの点群の近（候補）点の各々の投影が計算される。言い換えれば、第１のチャネルの近（候補）点の各々が第２のチャネルの反射（撮像システム）光線に沿うことになる距離が、近（候補）点の各々になる。

【0043】

方法はブロック３８０に進み、そこで、第２のチャネルの反射（撮像システム）光線上の第１のチャネルの近（候補）点の計算された投影（位置）の各々の平均投影（位置）が計算される。言い換えれば、反射光線上の近点の平均位置を計算する。

【0044】

方法はブロック３９０に進み、そこで、第２のチャネルの再構成表面点が、その反射（撮像システム）光線に沿って、反射（撮像システム）光線上の近（候補）点の計算された平均位置までの距離の一部だけ移動される。

【0045】

図８は、方法３００の一反復を示す概略図である。特に、図８はブロック３１０～ブロック３５０を示している。反復３０１は、動作照明源／撮像システム２５２と、第１の対向配置チャネル２６８の一部分を形成する反射２６６（又は反射／撮像システム光線）と、第１のチャネル表面点２７６と、近（候補）点２８８と、平均投影点２９０と、再配置（リファイン）点２９２と、矢印２９４とを含む。反射２６６に近い近（候補）点２８８が識別される。反射２６６に沿った近点２８８の平均投影（位置）点が２９０で表されるように計算される。平均投影点２９０が計算されると、再配置（リファイン）再構成点２９２が、矢印２９４で示されるように平均投影点２９０に向かう途中の一部だけ反射２６６に沿って再計算された表面点２７６を移動させることによって識別される。

【0046】

図９は、対向配置チャネルからの点群をマージする一例示的方法を示すフローチャートである。方法４００は、ブロック４１０で、少なくとも第１の対向配置チャネル及び第２の対向配置チャネルを有する光位相形状測定システムを用いて、第１の点群及び第２の点群を生成することから開始する。第１の対向配置チャネル及び第２の対向配置チャネルは各々、それぞれの第１の点群及び第２の点群を生成する。また、第１の点群及び第２の点群は各々、ターゲット面に沿った測定表面点に対応する複数の表面点を有する。

【0047】

方法４００はブロック４２０に進み、そこで、ターゲット面に対応する測定対象の体積がボクセルのセットに分割される。方法４００はブロック４３０に進み、そこで、第１の点群及び第２の点群各々の表面点ごとに、点の符号付き距離関数（ＳＤＦ）及び対応する重みが、第１の対向配置チャネル及び第２の対向配置チャネルの反射（撮像システム）光線の各々に沿ったボクセルの体積に付加される。符号付き距離は、特定の方向で測定された点から基準面までの距離である。例えば、海抜は、海面まで符号付き距離であり、海面より上の地点では正の値であり、海面より下の地点では負の値である。符号付き距離関数（ＳＤＦ）は、指定された点についてこの距離を計算する関数であり、この場合、符号付き距離は、個々のボクセルから点群内の点までの距離を表す。

【0048】

方法４００はブロック４４０に進み、そこで、ボクセルの体積内のターゲット面に対応する表面形状マップが、第１の点群及び第２の点群の各々のＳＤＦのレベルセット（例えば、理論的ゼロ交差）を識別することによって生成される。

【0049】

図１０Ａ～図１０Ｃは、対向配置チャネルからの点群マージの一例を示す概略図である。より具体的には、図１０Ａ～図１０Ｃは、方法４００の実行の一例を示している。図１０Ａ～図１０Ｃに示される体積及びボクセルは、光位相形状測定システムの全測定空間を定義する３Ｄオブジェクトであることを理解されたい。例示を明確にするために、体積及びボクセルは２Ｄで示されている。

【0050】

図１０Ａは、ボクセルの体積内の第１の対向配置チャネルに対応する点群の一例を示す概略図である。ボクセル体積３００は、測定対象の体積３０２と、（１つ又は複数の）ボクセル３０４と、（１つ又は複数の）表面点３０６と、（１つ又は複数の）反射（撮像システム）光線３０８とを含む。一般に、ボクセル体積３００は、複数のボクセル３０４を有する測定対象の体積３０２を示し、それぞれの点のＳＤＦ及びそのそれぞれの反射（撮像システム）光線３０８に沿った対応する重みを有する、複数の表面点３０６が、測定対象の体積３０２に付加される。

【0051】

図１０Ｂは、ボクセルの体積内の第２の対向配置チャネルに対応する点群の一例を示す概略図である。ボクセル体積３１０は、測定対象の体積３１２と、（１つ又は複数の）ボクセル３１４と、（１つ又は複数の）表面点３１６と、（１つ又は複数の）反射（撮像システム）光線３１８とを含む。一般に、ボクセル体積３１０は、複数のボクセル３０４を有する測定対象の体積３０２を示し、それぞれの点のＳＤＦ及びそのそれぞれの反射（撮像システム）光線３１８に沿った対応する重みを有する、複数の表面点３１６が、測定対象の体積３１２に付加される。

【0052】

図１０Ｃは、第１の対向配置チャネル及び第２の対向配置チャネルからの点群マージの一例を示す概略図である。ボクセル体積３２０は、測定対象の体積３２２と、（１つ又は複数の）ボクセル３２４と、（１つ又は複数の）第１の対向配置チャネルの反射（撮像システム）光線３２６と、（１つ又は複数の）第２の対向配置チャネルの反射（撮像システム）光線３２８と、ターゲット面近似３３０とを含む。一般に、ボクセル体積３２０は、測定対象の体積３２２内のターゲット面に対応する、ターゲット面近似３３０によって表されるように、第１の点群及び第２の点群各々のＳＤＦのレベルセット（例えば、理論的ゼロ交差）を識別することによって生成されるターゲット面形状マップを示す。

【0053】

典型的な光位相形状測定システムの別の特定の課題が、丸みを帯びた／球面形状を有するターゲット面及び／又は物体（例えば、ボール）の正確な測定である。特に、これらのターゲット面及び／又は物体が、グリントを引き起こす可能性がある鏡面部分を有する場合。

【0054】

上述したように、典型的な光位相形状測定システムでは、構造化パターンで表面を照明する単一のプロジェクタと、表面を観測する複数の斜めカメラとを有することが一般的である。あるいは、単一のカメラと２つの斜めプロジェクタとを有する、反対であるが同等の構成が使用される。

【0055】

図１１Ａは、光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。システム３５０は、第１の斜めプロジェクタ３５２と、第２の斜めプロジェクタ３５４と、カメラ３５６と、球面ターゲット３５８と、投射３６０及び３６２と、第１の斜めプロジェクタ測定３６４と、第２の斜めプロジェクタ測定３６６と、高さ誤差３６８とを含む。システム３５０は、図２Ａ及び図２Ｂに関して説明した現象の影響、すなわち、グリントによる測定誤差を受ける。図１１Ａに示されるように、第１の斜めプロジェクタ３５２は、カメラ３５６と組み合わさって、球面ターゲット３５８の上部の高さ誤差３６８（例えば、高さディボット誤差）を示す測定３６４を生成する。同様に、第２の斜めプロジェクタ３５４も、カメラ３５６と組み合わさって、球面ターゲット３５８の上部の高さ誤差３６８（例えば、高さディボット誤差）を示す測定３６６を生成する。この誤差は、前述したように、それぞれのプロジェクタの各々の斜角と、その点広がり関数と組み合わされたカメラの視点との組み合わせに起因するグリントの発生によって引き起こされる。それぞれのプロジェクタは、球面ターゲット３５８上の異なる位置からのグリントの影響を受ける。本発明の実施態様などの三角測量システムでは、特徴の測定位置は、グリントによってずれる。ずれの大きさは、２つの要因、すなわち、１）グリントまでの距離と２）グリントの点広がり関数（ＰＳＦ）との積によって調節される。よって、ずれのプロットは、ＰＳＦの幅に対応する局所的な領域にわたって傾斜を有する傾向がある。本発明者らはこれを、予測できないゴルフスイングによって生じるディボットに似ているため、「ディボット」と呼ぶ。

【0056】

図１１Ｂは、システム３５０を使用して生成された球面ターゲット３５８の三次元形状の一例を示す概略図である。形状３７０に示されるように、高さ誤差３６８が発生し、「高さディボット誤差」を示している。図示されるように、球面ターゲット３５８の高さの頂点にあるべきである球面ターゲット３５８の上部の高さ測定単位３７４によって反映されるように、高さ測定が明確に減少している。例えば、高さ誤差３６８として示される領域における高さ読み取り値と比較して、ターゲット３５８の外側３７２における高さ読み取り値を比較されたい。

【0057】

この高さディボット誤差は、図１１Ｃに示されるように、単一のプロジェクタ複数の斜めカメラのシステムを使用することによっては解決されない。

【0058】

図１１Ｃは、球面ターゲット３５８の三次元形状の一例を示す概略図である。左側は、ターゲット３５８の実際の高さ形状を示す、ターゲット３５８の測定Ｚ高さである。図示されるように、ターゲット３５８は、高さ測定単位３７６によって反映されるように、（ターゲット３５８の上部に対応する）画像の中心でその高さの頂点にある。しかしながら、右側は、単一のプロジェクタ／２つの斜めカメラのシステムによって生成された球面ターゲット３５８の三次元形状である。図示されるように、高さ誤差３６８は、高さ測定単位３７８によって反映されるように、（ターゲット３５８の上部に対応する）画像の中心で発生する。

【0059】

図１２は、光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。システム５００は、動作同軸照明源／撮像システム対５０２と、斜め動作同軸照明源／撮像システム対５０４及び５０６と、球面ターゲット５０８と、チャネル５１０とを含む。システム５００は、図１１Ａ～図１１Ｃに関して説明したような、測定誤差を排除又は低減するように構成される。一例では、グリントに起因する測定誤差は、システム５００のアライメントジオメトリによって補償され、例えば、グリントによって引き起こされる誤差は、（２対の対向配置チャネルがある）４つのチャネルのアライメントジオメトリを使用する場合、ほぼ等しく反対になる（よって互いに相殺する）傾向がある。システム５００は、一例では、６つのチャネル（例えば、４つの拡散チャネル［拡散反射を取り込むように構成された光チャネル］及び２つの鏡面反射チャネル［鏡面反射を取り込むように構成された光チャネル］）を作り出すアライメントジオメトリを有するように構成される。一例では、システム５００は、鏡面反射性又は部分的に鏡面反射性のターゲット及び／又は物体によって引き起こされる測定誤差を、鏡面反射と拡散反射の両方を取り込み、よってどちらかによって引き起こされた誤差を補償するように構成されたアライメントジオメトリを作り出すことによって補償する。このアライメントジオメトリを、図１３Ａ～図１３Ｃでより詳細に説明する。

【0060】

図１３Ａは、光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。具体的には、図１３Ａは、システム５００のアライメントジオメトリによって作り出された６つのチャネルのうちの２つを示している。第１のチャネルは、投射５１２及び反射５１４によって形成される。投射５１２は動作対５０２の照明源によって投射され、ターゲット５０８から反射５１４として反射され、動作対５０４の撮像システムによって取り込まれる。第２のチャネルは、投射５１６及び反射５１８によって形成される。投射５１６は、動作対５０４の照明源によって投射され、動作対５０２の撮像システムによって取り込まれる反射５１８としてターゲット５０８から反射される。第１のチャネル及び第２のチャネルは、対向配置チャネルの第１の対を形成する。

【0061】

図１３Ｂは、光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。具体的には、図１３Ｂは、システム５００のアライメントジオメトリによって作り出された６つのチャネルのうちの２つを示している。第３のチャネルは、投射５１２及び反射５２０によって形成される。投射５１２は動作対５０２の照明源によって投射され、ターゲット５０８から反射５２０として反射され、動作対５０６の撮像システムによって取り込まれる。第４のチャネルは、投射５２２及び反射５２４によって形成される。投射５２２は、動作対５０６の照明源によって投射され、動作対５０２の撮像システムによって取り込まれる反射５２４としてターゲット５０８から反射される。第３のチャネル及び第４のチャネルは、対向配置チャネルの第２の対を作り出す。

【0062】

図１３Ｃは、光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。具体的には、図１３Ｃは、システム５００のアライメントジオメトリによって生成された６つのチャネルのうちの２つを示している。第５のチャネルは、投射５１６及び反射５２６によって形成される。投射５１６は、ターゲット５０８から反射５２６として反射され、動作対５０６の撮像システムによって取り込まれる動作対５０４の照明源によって投射される。第６のチャネルは、投射５２２及び反射５２８によって形成される。投射５２２は、動作対５０６の照明源によって投射され、反射５２８としてターゲット５０８から反射され、動作対５０４の撮像システムによって取り込まれる。

【0063】

一例では、動作対５０２、５０４及び５０６の光学構成はテレセントリックである。一例では、動作対５０２、５０４及び５０６のレンズアセンブリは、無限遠に入射瞳又は射出瞳を有する多要素／複合レンズアセンブリを含む。テレセントリック光学構成は、（５１２、５１６及び５２２で表されるような）公称投射方向及び（５１４、５１８及び５２０で表されるような）反射方向が動作対５０２、５０４及び５０６の視野にわたって同じであることを保証する。投射角及び反射角が視野にわたって等しいことにより、対向配置チャネルの利点が、チャネルごとのそれぞれの反射が動作対ごとのそれぞれの撮像システムによって受け取られるという点で維持される。一例では、照明源によって生成された照明が、多要素／複合テレセントリック・レンズ・アセンブリに入り、動作対を出るときに実質的に平行になり、よって高度に集中する。よって、照明源によって生成されたほぼすべての光がターゲット面に当たり、結果として生じる反射が撮像システムによって取り込まれる。

【0064】

図１４は、ターゲット面及び／又は物体の寸法形状を生成する一例示的方法を示すフローチャートである。方法６００はブロック６１０から開始し、そこで、ターゲット面及び／又は物体の第１の寸法形状が生成される。これは、ブロック６１２で示されるような結合点群リファインメント、例えばＳＤＦを使用することによる、ブロック６１４で示されるような対向配置チャネルからの点群マージ、及び／又はその他６１６によって行うことができる。その他６１６は、方法３００及び／又は方法４００を含むことができる。その他６１６は、断面を含むことができる。その他６１６は、ターゲット面及び／又は物体の寸法形状を生成するための任意の他の適切な技術を含むことができる。

【0065】

方法６００はブロック６２０に進み、そこで、ターゲット面及び／又は物体の第２の寸法形状が生成される。これは、ブロック６２２で示されるような結合点群リファインメント、例えばＳＤＦを使用することによる、ブロック６２４で示されるような対向配置チャネルからの点群マージ、及び／又はその他６２６によって行うことができる。その他６２６は、方法３００及び／又は方法４００を含むことができる。その他６２６は、断面を含むことができる。その他６２６は、ターゲット面及び／又は物体の寸法形状を生成するための任意の他の適切な技術を含むことができる。

【0066】

方法６００はブロック６３０に進み、そこで、ターゲット面及び／又は物体の第３の寸法形状が生成される。これは、ブロック６３２で示されるように、第１の寸法形状と第２の寸法形状の比較によって行うことができる。これは、ブロック６３４で示されるように、第１の寸法形状と第２の寸法形状の組み合わせによって行うことができる。これは、ブロック６３６で示されるように、その他の技術によって行うことができる。例えば、その他６３６は、第１の寸法形状及び第２の寸法形状の平均（例えば、加重平均）をとることを含むことができる。その他６３６は、第１第２の寸法形状に基づいて第３の寸法形状を生成するための任意の他の適切な技術を含むことができる。

【0067】

図１４には例示目的でステップの特定の順序が示されているが、これらのステップの一部又は全部を、同時に、並行して、順次に、非並行に、非順次に、及びそれらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない任意の数の順序で行うことができることを理解されたい。方法６００のステップのどの特定の順序も、例示によって示唆されるべきではなく、及び／又は例示から解釈されるべきではない。

【0068】

図１５Ａ～図１５Ｂは、ターゲット面及び／又は物体の寸法形状生成の一例を示す概略図である。より具体的には、図１５Ａ～図１５Ｂは、方法６００のステップの実行のいくつかの例を示している。

【0069】

図１５Ａは、反復結合点群リファインメントを使用するターゲット面及び／又は物体の寸法形状生成の一例を示す概略図である。寸法形状６５０は、ここでは球状物体として示されている、複数のターゲット物体６５２の寸法形状の表現である。寸法形状６５０は、マイクロメートル単位で測定されたそれらのｙ座標（例えば、長さ及び／又は幅）、マイクロメートル単位で測定されたそれらのｘ座標（例えば、長さ及び／又は幅）、並びに６５６で表されたそれらの高さ（例えば、ｚ座標）を含む、複数のターゲット物体６５２の寸法情報を表している。寸法形状６５８は、線６５４で示されるような選択されたターゲット物体の断面である。寸法形状６５８は、マイクロメートル単位で測定されたそれらのｘ座標（例えば、長さ及び／又は幅）並びに６５７で表されたそれらの高さ（例えば、ｚ座標）を含む、選択されたターゲット物体６５４の寸法情報を表している。寸法形状６５０及び／又は６５８は、一例では、方法３００によって生成することができる。

【0070】

図１５Ｂは、ＳＤＦを用いた対向配置チャネルからの点群マージを使用するターゲット面及び／又は物体の寸法形状生成の一例を示す概略図である。寸法形状６６０は、ここでは球状物体として示されている、複数のターゲット物体６６２の寸法形状の表現である。寸法形状６６０は、マイクロメートル単位で測定されたそれらのｙ座標（例えば、長さ及び／又は幅）、マイクロメートル単位で測定されたそれらのｘ座標（例えば、それらの長さ及び／又は幅）、並びに６６６で表されたそれらの高さ（例えば、ｚ座標）を含む、複数のターゲット物体６６２の寸法情報を表している。寸法形状６６８は、線６６４で示されるような選択されたターゲット物体の断面である。寸法形状６６８は、マイクロメートル単位で測定されたそれらのｘ座標（例えば、長さ及び／又は幅）並びに６５７で表されたそれらの高さ（例えば、ｚ座標）を含む、選択されたターゲット物体６６４の寸法情報を表している。寸法形状６６０及び／又は６６８は、一例では、方法４００によって生成することができる。

【0071】

Ｓｃｈｅｉｍｐｌｕｇの原理によれば、物面が光軸に垂直ではない場合、像面も傾斜する。図１６は、タイル状の物体及び像面の幾何学的配置の一例を示す概略図である。平面７１６内に位置する物体７０８は、光軸７１２に対して角度７１８で傾斜した法線７１４を有する。光線束７１２がレンズ７０６に入り、シータ（θ）で示される光軸に対して角度７２０で位置するイメージセンサ７０４で集束する。レンズ７０６は、光軸に対して垂直である。シャインプルーフの原理によれば、以下の通りである。

【0072】

【数1】

式中、ｍは、撮像システム７０２の倍率であり、３０°は図１６の角度７１８である。

【0073】

倍率ｍが大きいと、シャインプルーフの原理が必要とする像面の傾斜が大きくなり得る。例えば、ｍ＝１．５の場合、シータは４０．９°である。この必要な角度は、典型的な撮像システム、特にマイクロレンズを使用する撮像システムの使用可能な範囲外である。

【0074】

米国特許第３９７２５４号明細書で教示されているように、光路にプリズムを導入することによって、像面の傾斜７２０を実質的に低減することができる。残念なことに、像面の傾斜の低減は、様々な収差、特に非点収差及び横方向の色収差の導入を伴う。この問題を回避するために、当技術分野で周知のように、追加のプリズムが光路に導入され得、レンズ設計プログラムによって性能が最適化され得る。好ましい実施態様では、当技術分野で周知のように、収差の適切な制御のために３つのプリズムが使用され、色消しレンズにおける２つのタイプのガラスの必要性と同様に、横方向の色収差の制御のために少なくとも２つのタイプのガラスが使用される。プリズムの数は、倍率、視野、及び傾斜度に依存し、本発明の範囲から逸脱することなく選択することができる。

【0075】

図１７は、光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。システム７６０は、レンズ７５６と、焦点面７５４と、出射光線束７５８と、プリズムアセンブリ７５２とを含み、プリズムアセンブリ７５２は、プリズム７６１、７６２、７６３と、くさび角７６４、７６５及び７６６とを含む。レンズ７５６の後面から出射した光は、プリズムアセンブリ７５２によって屈折され、光軸にほぼ垂直な焦点面７５４に収束する。

【0076】

一例では、システム７５０は、複数のプリズム（例えば、７６１、７６２及び／又は７６３）を使用して必要なイメージセンサの傾斜角（例えば、シャインプルーフ角）を減少させて、光が撮像システムを通過して焦点面に到達する際の収差（例えば、色収差）を補償、低減、及び／又は排除することによって、高分解能及び／又は高倍率の光位相プロフィロメータを可能にする。一例では、プリズム７６１、７６２及び／又は７６３の少なくとも１つが、その他のプリズムの少なくとも１つと異なるタイプのガラスを含む。別の例では、プリズム７６１、７６２及び７６３の各々が、その他のプリズムの各々と異なるタイプのガラスを含む。一例では、プリズム７６１、７６２及び／又は７６３は、くさびプリズムを含む。一例では、プリズム７６１、７６２及び／又は７６３の少なくとも１つが、その他のプリズムの少なくとも１つと異なるくさび角を含む。一例では、プリズム７６１、７６２及び／又は７６３の少なくとも１つが、その他のプリズムの少なくとも１つと異なる方向を向いたくさび角（例えば、くさび頂角）を有する。一例では、プリズムアセンブリ７６０は、第１の方向を向いたくさび角（例えば、くさび頂角７６４）を有する第１のプリズム（例えば７６１）と、第２の方向を向いたくさび角（例えば、くさび頂角７６５）を有する第２のプリズム（例えば７６２）と、第２の方向を向いたくさび角（例えば、くさび頂角７６６）を有する第３のプリズム（例えば７６３）とを含む。図１７には３つのプリズムが示されているが、任意の数の材料を含み、任意の数の方向を向いたくさび角を有する任意の数のプリズムを使用することができる。

【0077】

典型的な光位相形状測定システムの別の課題は、センサ又はセンサの環境に対する変更に起因する測定誤差である。例えば、熱スケーリング、機械的ドリフトが、様々な他の要因とともに、測定出力誤差を引き起こす可能性がある。上述したように、典型的な光位相形状測定システムは、異なる視点（例えば、単一のカメラ／複数のプロジェクタ、単一のプロジェクタ／複数のカメラなど）からターゲット面を見る複数の結像路を有する。各カメラ／プロジェクタ対は、チャネル（結像路／光路）を形成し、測定対象の表面の固有の見地を提供する。表面は、（例えば点群において）各チャネルによって別々に再構成されることが多く、これらの再構成は、ターゲット面の最終的な寸法形状（例えば、高さマップ）に組み合わされる。

【0078】

図１８Ａは、光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。システム８００は、カメラ８０２と、プロジェクタ８０４及び８０６と、ターゲット面８０８と、投射８１０及び８１２と、反射８１４とを含む。投射８１０及び反射８１４は第１のチャネル８１６を形成し、投射８１２及び反射８１４は第２のチャネル８１８を形成する。反射８１４は、図１８では説明を明確にするために単一の線で示されているが、プロジェクタ８０４によって投射された投射は、プロジェクタ８０６によって投射された投射とは別個の反射を作り出すことを理解されたい。第１のチャネル及び第２のチャネルの各々から、ターゲット面８０８の寸法再構成を含む点群が生成される。第１のチャネル８１６は第１の点群８２０を生成し、第２のチャネル８１８は第２の点群８２２を生成する。プロジェクタ８０４及び８０６のアライメントジオメトリ及びターゲット面８０８の相対的な高さのために、８２４及び８２６で示されるように、各点群に死角／陰がある。よって、点群は、８２８で示されるように、ターゲット面８０８の完全な寸法形状を生成するために組み合わされる。

【0079】

これらの別個の点群を組み合わせるには、それらが互いに十分に位置合わせされることが必要であり、これは通常、撮像センサの較正手順によって保証される。しかしながら、時間の経過とともに、センサに対する変更（例えば、熱スケーリング、機械的ドリフトなど）が、上述したように、個々の点群をシフトさせる（例えば、位置がずれる）可能性がある。そのような場合、最終的な組み合わせ寸法形状が、チャネルがまだ精密に位置合わせされていた場合の寸法形状よりも正確さ及び再現性の低いものになる可能性がある。

【0080】

図１８Ｂは、光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。図１８Ｂは図１８と同様であり、よって同様の要素には同様に番号が付されている。図１８Ｂは、プロジェクタ８０６の実際の位置合わせと比較した精密な位置合わせ８０７によって表されるように、ずれた位置にある（例えば、シフトされた）プロジェクタ８０６を示している。これにより、表面点８１９で示されるように測定誤差が生じる。この位置ずれは、第２のチャネル８１８の点群８２３を第１のチャネル８１６の点群８２０に対してシフトさせる。点群８２０と点群８２３との組み合わせは、８２９で示されるように、ターゲット面８０８の誤った寸法形状をもたす。

【0081】

これらのタイプの誤差は、センサを再較正することによって、例えば、現場較正手順に従うことによって解決することができる。しかしながら、これらの現場較正手順は、多くの場合、オペレータが光位相形状測定システムで作業するために、システムが測定を停止することを必要とする。これは、生産に大きな混乱を生じさせ、オンライン検査作業のスループットを低下させる可能性がある。より混乱の少ない技術が必要である。このような技術の一例を以下に示す。

【0082】

動的補償の方法を使用することにより、多くの場合、誤差をその場で（例えば、システムが動作し続ける間に）解決することができる。個々の点群間の相対誤差を動的に推定し、次いで、それらをターゲット面の最終的な寸法形状に組み合わせる前に補償することができる。一般的な方法は、個々の点群間の相対誤差を、個々の点群を３Ｄで最適に位置合わせする変換を計算することによって推定するものである。一般に、その変換は、回転、並進、スケーリング、又は撮像センサに対する変更（例えば、熱スケーリング、機械的ドリフトなど）によって予期される変化をモデル化する任意の他の形の変換からなり得る。一例では、３Ｄの並進で、システムのアライメントジオメトリに対する小さな変更を十分にモデル化することができる。

【0083】

図１９は、光位相形状測定システムにおける誤差を動的に補償する一例示的方法を示すフローチャートである。方法９００はブロック９１０から開始し、そこで、第１のチャネル及び第２のチャネル（例えば、結像路／光路）を使用して、第１の点群及び第２の点群が生成される。２つの個別のチャネルからの２つの個別の点群が上述されているが、他の例では、任意の数のチャネルを使用することができ、任意の数の点群を生成することができる。他の例では、特定の光位相形状測定システム内の各チャネルが、ターゲット面及び／又は物体に対して及び個別の点群を生成することができる。

【0084】

方法９００はブロック９２０に進み、そこで、視野のどの部分が空でないかが判定される。一例では、この判定は、（１つ又は複数の）点群のどの部分が表面点を有し、どの部分が表面点を有していないかを判定することを含む。一例では、この判定は、任意の数の特性（例えば、ターゲット面及び／又は物体に関する寸法情報）を示す（例えば、イメージセンサからの）（１つ又は複数の）センサ信号を受信し、センサ信号に基づいて、視野のどの部分（例えば、それぞれの領域、測定対象の体積、システムが見ている環境など）が空でないか（例えば、対応する表面点を有する部分）を判定するように構成された、いくつかのコントローラ及び／又はプロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ）を有することができる光位相形状測定システムによって行われる。

【0085】

方法９００はブロック９３０に進み、そこで、第１の点群及び第２の点群が、判定された視野の空でない部分（例えば、点群の空でない部分）において位置合わせされる。この位置合わせは、様々な方法で行うことができる。一例では、ブロック９３２で示されるように点群ごとの最適な変換が計算される。一例では、ブロック９３３で示されるように回転が行われる。一例では、ブロック９３４で示されるように並進が行われる。別の例では、ブロック９３５で示されるようにスケーリングが行われる。別の例では、ブロック９３６で示されるように重み付けが行われる。一例では、ブロック９３６の重み付けは、点群の表面点を、それらの信頼値（例えば、それらの信号対雑音指数）によって重み付けすることを含む。別の例では、ブロック９３７で示されるように、点群を、任意の他の数の変換、特に撮像センサへの変更（例えば、熱スケーリング、機械的ドリフトなど）をモデル化する変換を行うことによって位置合わせすることができる。

【0086】

方法９００はブロック９４０に進み、そこで、点群ごとの相対誤差が決定される。一例では、点群ごとの相対誤差を決定することは、点群ごとの最適な変換の反対を識別することを含む。方法９００はブロック９５０に進み、そこで、ターゲット面及び／又は物体の寸法形状が生成される。一例では、ターゲット面及び／又は物体の寸法形状を生成することは、相対誤差を減算することを含む。一例では、寸法形状を生成することは、点群ごとの最適な変換を計算することと、点群ごとの相対誤差（例えば、最適な変換の反対）を識別することと、各点群からそれぞれの相対誤差を減算し、補償及び／又は補正された点群を組み合わせることとを含む。

【0087】

図２０は、動的補償の一例を示す概略図である。図２０の上部には、第１の点群９６２及び第２の点群９６４が示されている。一例では、点群９６２及び９６４は、第１のチャネル及び第２のチャネル（例えば８１６及び８１８）によって生成される。第１の点群及び第２の点群の各々は、ドットで示されるような複数のそれぞれの表面点を有する。図２０に示されるように、点群９６２と点群９６４の両方が、イメージセンサに対する変更（例えば、図１８Ａに示されるような機械的ドリフト）に起因する測定誤差を有する。生成された点群は、測定されているターゲット面（例えば８０８）を正確に示していない。しかしながら、動的補償によって、上述したように（例えば、方法９００）、各点群の測定誤差を補償及び／又は補正し、位置合わせされた寸法形状９６６で示されるように、ターゲット面の実際の寸法形状を正確又は実質的に正確に示すターゲット面の寸法形状を作成することができる。

【0088】

一例では、動的補償は、ターゲット面を観測する光位相形状測定システムのそれぞれの第１のチャネル及び第２のチャネルから第１の点群及び第２の点群を生成することであって、第１の点群及び第２の点群が、光位相形状測定システムの視野に関する寸法情報を示す、ことと、視野のどの部分が空でないか（例えば、視野のどの部分が表面点を有するか）を判定することと、空でない領域において、第１の点群と第２の点群とを、点群ごとの最適な変換を計算し、各点群の相対誤差を特定（例えば計算）することによって位置合わせすることと、各点群から相対誤差を減算することと、各点群から相対誤差を減算し、補正及び／又は補償された第１の点群と第２の点群を組み合わせることによって、寸法形状（例えば高さマップ）を生成することと、を含む。一例では、最適な変換を計算することは、第１の点群及び第２の点群各々の表面点をそれらの信頼値（例えば、信号対雑音指数）によって重み付けすることを含む。一例では、最適な変換を計算することは、回転、並進、スケーリング、又は任意の他の変換又はそれらの組み合わせを行うことを含む。

【0089】

場合によっては、点群ごとの相対誤差を決定することは、計算集約的である可能性があり、ターゲット面及び／又は物体の全体的な再構成（例えば、高さマップの生成）を遅らせる可能性がある。特に、三次元取得が連続的に（例えば、電子アセンブリプロセスにおける回路基板の自動光学検査中に）行われるオンライン検査環境では、各フレームで相対誤差を決定することが必要でも望ましくもない場合がある。一例では、相対誤差は周期的に決定され、次いで各取得時に適用される（例えば、寸法形状、高さマップなど）。加えて、相対誤差の各決定は若干のノイズを含み得るため、相対誤差決定の移動平均を保つことによりそれらの決定を時間的に平滑化することができる。

【0090】

図２１は、動的補償の一例示的方法を示すフローチャートである。方法１０００はブロック１０１０から開始し、そこで、ターゲット面及び／又は物体の個々の三次元取得ごとに、相対誤差平均の最後の決定からの時間が閾値を超えているかどうかが判定される。ブロック１０１０で、最後の相対誤差平均が決定されてからの時間が閾値を超えていないと判定された場合には、最新の相対誤差平均が各点群に適用される。方法１０００はブロック１０２５に進み、そこで、寸法形状（例えば、高さマップ）がターゲット面及び／又は物体について生成される。

【0091】

ブロック１０１０に戻って、最後の相対誤差平均からの時間が閾値を超えていると判定された場合、方法１０００はブロック１０３０に進み、そこで新しい相対誤差平均が決定される。一例では、新しい相対誤差平均は、変換の平均（例えば最適な変換）を決定することによって決定される。一例では、変換の平均は、以下に従って決定される。

【0092】

【数2】

式中、αは０～１の定数である。

【0093】

方法１０００はブロック１０４０に進み、そこで、相対誤差平均（例えばＴ_avg）が各点群から減算される。方法１０００はブロック１０５０に進み、そこで、補正及び／又は補償された（例えば、相対誤差平均が減算された）点群が組み合わされる。方法１０００はブロック１０６０に進み、そこで、補正及び／又は補償された点群の組み合わせに基づいて寸法形状（例えば、高さマップ）が生成される。方法１０００は、光学検査作業が完了するまで、三次元取得ごとに継続することができる。

【0094】

場合によっては、補償できる誤差の程度に限界があり得る。相対誤差決定がこの限界に近づき始めると、全現場又は工場の較正が行われることが必要になり得る。一例では、光位相形状測定システムは、相対誤差決定が閾値（例えば、誤差の量、反復回数など）を超えたかどうかを判定することができ、閾値を超えたと判定すると、光位相形状測定は、通信、警告、警報、又は較正が必要であるという何らかの他の指示（例えば、ユーザインターフェースに表示を出す）を生成することができる。

【0095】

典型的な光位相形状測定システムが直面する別の課題は、ターゲット面及び／又は物体の取得画像の質及び精度を制限するシステムの制限によって引き起こされる。

【0096】

光位相形状測定は、投影された正弦波の質によって制限される。デジタル光処理（ＤＬＰ）システムは柔軟であるが、投影された正弦波の位相に階段状のパターンを作り出す有限の画素サイズを有する。ＤＬＰシステムでは、ダイナミックレンジも限られている。例えば、典型的なＤＬＰシステムは、正弦波が２５６レベルに量子化されることになる８ビット画像を使用する。残念ながら、このデジタル／アナログ（例えば、光レベル）変換は完全に線形ではない。実際の用途は、著しい積分及び／又は微分直線性誤差を有する可能性があり、微分直線性誤差は対処（例えば、補正、補償など）するのがより困難である。他方、積分誤差は、オフセット及び利得誤差とともに、多相再構成によって除去することができる。例えば、三相再構成はオフセット利得誤差に鈍感であり、四相再構成は二次積分誤差に鈍感であり、より高次の再構成はより高次の積分誤差を補償する。一方、微分直線性誤差は、正弦波のすべての部分にわたって「ランダムな」（例えば、予測が困難な）位相雑音を付加する。

【0097】

ＤＬＰシステムは、タイムスライス法によって複数の階調を生成する。階調を生成するために、ＤＬＰシステム内の個々のミラーが、パルス幅変調（ＰＷＭ）と同様に、オン及びオフに反転される。ミラーは機械的デバイスであるため、その切り替え時間が制限され、したがって、投影される階調の数を増やす（例えば、画像内のビット数を増やす）と、画像のフレーム時間も増加する。例えば、単一ビット画像は、正弦波らしくは見えない可能性があるが、高ビット画像と比較して非常に迅速に投影することができ、したがってシステム出力時間が向上する。

【0098】

図２２Ａは、ＤＬＰプロジェクタシステムの一例を示す概略図である。システム１１００は、光源１１０２と、デジタル・マイクロミラー・デバイス１１０４と、光学ローパスフィルタ（ＯＬＰＦ）１１０６と、デジタル投射レンズアセンブリ１１０８とを含み、デジタル投射レンズアセンブリ１１０８は、レンズ１１１０及び１１１２をさらに含む。システム１１００は、光源光線束１１１４と、投射１１１６と、ターゲット面１１１８とをさらに含む。一般に、システム１１００の動作は以下の通りである。光源光線束１１１４は、光源１１０２（例えば、ＬＥＤ）から発し、デジタル・マイクロミラー・デバイス１１０４を効果的に照明するために光源光線束１１１４を収束させる集光レンズ１１０２を通過する。光源光線束１１１４は、集光レンズ１１０２を通過した後、デジタル・マイクロミラー・デバイスに当たり、そこからデジタル投射１１１６として投射される。デジタル投射１１１６は、上述したように、典型的なＤＬＰシステムの問題を低減及び／又は排除するように構成された、以下（図２２Ｂ）でさらに詳細に説明するような、ＯＬＰＦ１１０６を通過する。投射１１１６は、投射１１１６をターゲット面１１１８上に所望のレベルに集束させるように配置されたレンズ１１０及び１１２を含むプロジェクタ・レンズ・アセンブリ１１０８上に進む。投射１１１６は次いで、表面ターゲット１１１８上まで通過し、そこから反射され、その後、センサ（例えば、イメージセンサ）を使用してターゲット面１１１８の寸法形状を生成する撮像システム（例えば、カメラ）によって取り込まれる。図２２には例示目的で部品の特定の配置が示されているが、システム１１００は、追加のデジタル・マイクロミラー・デバイス、様々な方法で配置されたプロジェクタ・レンズ・アセンブリ１１０８内の追加のレンズを含む追加のレンズ（例えば、成形レンズ）、（１つ又は複数の）カラーフィルタ、追加の光源、並びにそのようなシステムに必要な又は望ましい他の部品及び／又はデバイスを含むがこれらに限定されない、任意の数の追加の部品及び／又はデバイスを含むことができる。

【0099】

図２２Ｂは、ＯＬＰＦの一例を示す簡略化されたブロック図である。ＯＬＰＦ１１０６は、（１つ又は複数の）複屈折材料１１２０と、その他１１２８とを含む。（１つ又は複数の）複屈折材料１１２０は、（１つ又は複数の）水晶板１１２２、（１つ又は複数の）波遅延器１１２４、及びその他１１２６を含む。一例では、ＯＬＰＦ１１０６は複屈折材料の層からなる。一例では、（１つ又は複数の）水晶板１１２２は、デジタル・マイクロミラー・デバイスからの点を１対の点に分割する第１の水晶板と、２点を４点に分割する第２の水晶板とを含む。一例では、４点は正方形のパターンで配置される。一例では、（１つ又は複数の）波遅延器１１２４は、（デジタル・マイクロミラー・デバイスによって投射された）画像の各コピーの偏光を円偏光に変換する第１の１／４波遅延器と、画像の各コピーの偏光を円偏光に変換する第２の１／４波遅延器とを含む。一例では、第２の１／４波遅延器は、ＯＬＰＦ１１０６によって出力される光（例えば、投射１１１６）が円偏光化されることを保証する。一例では、ＯＬＰＦ１１０６は、複屈折材料の４つの層を含み、第１層は第１の水晶板を含み、第２層は第１の１／４波遅延器を含み、第３層は第２の水晶板を含み、第４層は第２の１／４波遅延器を含む。

【0100】

（１つ又は複数の）複屈折材料１１２０は、任意の他の数の結晶構造を含むがこれに限定されない、任意の他の数の複屈折材料も含むことができる。ＯＬＰＦ１１０６は、撮像システムにおける光学ローパスフィルタリング及び／又は再構成フィルタリングに必要な又は望ましい任意の他の数の材料及び／又は部品も含むことができる。

【0101】

光位相形状測定システムの垂直分解能は、投射される最高周波数によって制限される。ＤＬＰ位相形状測定システムでは、周波数は通常、１周期当たり約４デジタル・マイクロミラー・デバイス画素である。１画素当たり１／４サイクルの周波数は、事実上方形波である。ＯＬＰＦ１１０６をＤＬＰ位相形状測定システムに適用することにより、方形波を正弦波に転換することができる。方形波から開始することの利点は、それが２値画像（例えば、２つのレベルのみ）であることである。２値パターンを使用すると、他の典型的なＤＬＰ位相形状測定システムと比較して、システム１１００の速度が向上する。例えば、８ビットＤＬＰ画像は、１画像当たり数十ミリ秒を必要とするが、単一ビット画像は、システム１１００の場合のように、１ミリ秒未満で十分に投影することができ、よって、画像取得及び寸法形状出力の速度が向上する。

【0102】

より低い周波数の正弦波が必要とされる場合、正弦波に追加のビットレベルを付加することができ、例えば、１サイクル当たり６画素の正弦波を、わずか３つの階調（例えば、０、０．５及び１．０）で十分に投影することができる。一例では、ｎ画素ごとに繰り返す正弦波では、ｎ／２の階調が提供される。システム１１００は、所望の投影周波数の信号レベルを最大化し、望ましくないアーチファクト（例えば、投影周波数の高調波や「スクリーンドア効果」）を最小化するように構成される。

【0103】

図２３は、ターゲット面上への光投射の一例を示すフローチャートである。方法１２００はブロック１２１０から開始し、そこで、光が、光源を使用してデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）上に投射される。光は、ＤＭＤ表面に到達する前に、最初にレンズアセンブリ１２１１を通過し得、レンズアセンブリ１２１１は、一例では、集光レンズを含むことができる。光は、ＤＭＤへの途中で任意の他のデバイス及び／又は部品も通過し得る。光源は、ＬＥＤ１２１４を含み得る。光源は、ＤＭＤ上への光の投射に適した任意の他のタイプの光源１２１５を含み得る。

【0104】

方法１２００はブロック１２２０に進み、そこで、投射光（投射）はＤＭＤを形成するターゲット面及び／又は物体の方へ反射される。方法１２００はブロック１２３０に進み、そこで、投射光は、ＤＭＤから反射された後、ただしターゲット面及び／又は物体に到達する前に、フィルタリングされる。このフィルタリングを、ＯＬＰＦ１２３１を使用して行うことができる。このフィルタリングを、他のタイプのフィルタ１２３２を使用して行うことができる。フィルタは、任意の数の（１つ又は複数の）波長板１２３３、例えば水晶波長板を含むことができる。フィルタは、任意の数の（１つ又は複数の）波遅延器１２３４、例えば、１／４波遅延器を含むことができる。フィルタは、複屈折材料、結晶構造、並びにフィルタリング及び／又は再構成に必要な及び／又は望ましい任意の他の材料、部品、及び／又はデバイスを含むがこれらに限定されない、任意の他の数の材料、部品、及び／又はデバイスを含むことができる。一例では、フィルタは、複数の層からなるＯＬＰＦであり、第１層は第１の水晶波長板を含み、第２層は第１の１／４波遅延器を含み、第３層は第２の水晶波長板を含み、第４層は第２の１／４波波長板を含む。一例では、ブロック１２３０のフィルタは、ＯＬＰＦ１１０６を含むことができる。

【0105】

方法１２００はブロック１２４０に進み、そこで、フィルタリングされた投射がターゲット面及び／又は物体上に集束する。フィルタリングされた投射は、最初にレンズアセンブリ１２４１を通過することができる。一例では、ブロック１２４１のレンズアセンブリは、プロジェクタ・レンズ・アセンブリ１１０８である。フィルタリングされた投射は、最初に（１つ又は複数の）開口１２４２を通過することができる。フィルタ投射は、ターゲット面及び／又は物体に向かう途中で、任意の数の他のデバイス及び／又は部品を通過することができる。

【0106】

一例では、方法１２００は、ＬＥＤで、１画素当たり１／４サイクルの周波数で光を反射する（例えば、投射を方形波として反射する）ように構成されたＤＭＤ上に投射することを含む。ＤＭＤからの光は次いで、方形波を正弦波に「再構成」するように構成されたＯＬＰＦによってフィルタリングされる。ＯＬＰＦは、ＤＭＤからの点を１対の点に分割するように構成された第１の水晶波長板と、画像の各コピーの偏光を円偏光に変換するように構成された第１の１／４波遅延器と、２点を４点に分割するように構成された第２の水晶波長板であって、４点が正方形パターンで配置される、第２の水晶波長板と、出力光（例えば、ＯＬＰＦを通過し、ＯＬＰＦから出て、ターゲット面及び／又は物体に向かう光）を円偏光に変換するように構成された第２の１／４波遅延器とを含む。フィルタリングされた光は次いで、フィルタリングされた光をターゲット面及び／又は物体に集束させるように構成されたプロジェクタ・レンズ・アセンブリを通過し、レンズアセンブリは、第１の凸面を有する第１のレンズと、第２の凸面を有する第２のレンズとを含み、第１の凸面と第２の凸面とは反対方向に面している。

【0107】

典型的な位相形状測定システムと関連付けられる別の課題は、特に鏡面反射ターゲット面を有するターゲットの傾斜に関する。典型的なシステムでは、照明源は、ターゲット面上の各点から出射する光線束の境界を画定する開口数を有する。通常、システムは、非傾斜ターゲットでは、照明源瞳の中心が撮像システム瞳の中心と交差するように位置合わせされる。しかしながら、ターゲット面の傾斜はこの位置合わせを乱し、例えば、ターゲット面が傾斜していると、（反射としてターゲットから反射された）照明源からの光線束が受光器の開口を通過する。例えば、ターゲット面が理想的な平面から傾斜しており、三角測量角度を変更すると、デフレクトメータ誤差が発生する。この誤差は、ケラレとしても知られる、反射が縁部で重なり合う場合に悪化する。場合によっては、ターゲットが極端に傾斜している場合など、反射はもはや重なり合わず、むしろ撮像システムには見えなくなり、よってターゲット面の寸法情報を生成することができない。ターゲット面傾斜に起因する誤差は、米国特許出願公開第２０１９／０２２６８３５号明細書でさらに説明されている。

【0108】

デフレクトメータ誤差の一例として、非ゼロの高さの鏡面反射ターゲット（例えば理想平面）が傾斜していると、撮像システムによって測定される高さが変化する。例えば、６０°の開光角度を有する位相形状測定システムでは、１°傾斜したカメラの最良焦点から１ミリメートルのターゲットは、約４０マイクロメートルの高さ誤差を有することになる。

【0109】

図２４は、光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。システム１３００は、撮像システム１１０６と、照明源１１０８と、ビームスプリッタ１３０８とを含む、第１の動作同軸撮像システム／照明源対１３０２を含む。システム１３００は、撮像システム１３１２と、照明源１３１４と、ビームスプリッタ１３１６とを含む、第２の動作同軸撮像システム／照明源対１３０４をさらに含む。動作対１３０２及び１３０４は、それぞれの撮像システム（１３０６及び１３１２）がそれぞれの照明源（１３０８及び１３１４）と光路を共有するように構成される。動作対１３０２及び１３０４は、それぞれのビームスプリッタ１３１０及び１３１６を利用し、ビームスプリッタ１３１０及び１３１６は、一例では、それぞれの撮像システム（１３０６及び１３１２）とそれぞれの照明源（１３０８及び１３１４）とに対して４５°の角度で構成される。一例では、撮像システム１３０６及び／又は１３１２はカメラを含むことができる。一例では、撮像システム１３０６及び／又は１３１２は、（１つ又は複数の）イメージセンサを含むことができる。一例では、照明源１３０８及び／又は１３１４は、プロジェクタを含むことができる。一例では、照明源１３０８及び／又は１３１４は、ＤＬＰプロジェクタを含むことができ、ＤＬＰプロジェクタは、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）及びＯＬＰＦを含むことができる。システム１３００は、ターゲット面１３１８と、照明１３２０及び１３２４と、反射１３２２及び１３２６とをさらに含む。

【0110】

システム１３００は、動作対１３０２及び１３０４が斜め対を構成する（例えば、ターゲット面１３１８及び法線［例えば、垂線］に対して斜角で配置される）ように配置される。システム１３００は、動作対１３０２と動作対１３０４とが互いに対して対称であるようにさらに配置される。言い換えれば、それらのターゲット面１３１８及び法線に対する斜角は等しいが反対方向に（例えば、法線の両側に）ある。このようにして、動作対１３０２及び１３０４は、対向配置チャネルを形成する。一例では、それらは第１の鏡面反射チャネル及び第２の鏡面反射チャネルを形成する。第１のチャネルは、照明源１３０８から投射された照明１３２０と、ターゲット面１３１８から反射された反射１３２２とを含む。一例では、反射１３２２は鏡面反射を含む。第２のチャネルは、照明源１３１４から投射された照明１３２４と、ターゲット面１３１８から反射された反射１３２６とを含む。一例では、反射１３２６は鏡面反射を含む。

【0111】

システム１３００のアライメントジオメトリは、鏡面反射ターゲット面の先端又は傾斜に起因する高さ再構成誤差が補償されるという利点を有する。ターゲットの傾斜によって引き起こされる誤差は、システム１３００では、各動作対１３０２及び１３０４について等しく反対である。よって、動作対１３０２及び１３０４によって生成された点群が組み合わされると、ターゲットの傾斜によって引き起こされた鏡面反射誤差が補正される。さらに、一例では、照明源及び撮像システムの光学的開口（図示されていない）が等しく（例えば、それぞれのチャネルの開口数が同等であり）、鏡面反射誤差が最小化され、結果として得られるターゲット面の表現がより正確になる。

【0112】

図２５は、光位相形状測定システムの一例を示す概略図である。システム１４００は、撮像システム１４０８と、照明源１４１０と、ビームスプリッタ１４１２とを含む、第１の動作同軸撮像システム／照明源対１４０２を含む。システム１４００は、撮像システム１４１４と、照明源１４１６と、ビームスプリッタ１４１８とを含む、第２の動作同軸撮像システム／照明源対１４０４をさらに含む。システム１４００は、撮像システム１４２０と、照明源１４２２と、ビームスプリッタ１４２４とを含む、第３の動作同軸撮像システム／照明源対１４０６をさらに含む。動作対１４０２、１４０４及び１４０６は、それぞれの撮像システム（１４０８、１４１４、及び１４２０）がそれぞれの照明源（１４１０、１４１６、及び１４２２）と光路を共有するように構成される。動作対１４０２、１４０４及び１４０６は、それぞれのビームスプリッタ１４１２、１４１８及び１４２４を利用し、ビームスプリッタ１４１２、１４１８及び１４２４は、一例では、それぞれの撮像システム（１４０８、１４１４、及び１４２０）とそれぞれの照明源（１４１０、１４１６、及び１４２２）とに対して４５°の角度で構成される。一例では、撮像システム１４０８、１４１４及び／又は１４２０は、カメラを含むことができる。一例では、撮像システム１４０８、１４１４及び／又は１４２０は、（１つ又は複数の）イメージセンサを含むことができる。一例では、照明源１４１０、１４１６及び／又は１４２２は、プロジェクタを含むことができる。一例では、照明源１４１０、１４１６及び／又は１４２２は、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）及びＯＬＰＦを含むことができる、ＤＬＰプロジェクタを含むことができる。システム１４００は、ターゲット面１４２６と、照明１４２８、１４３４及び１４３８と、反射１４３０／１４４０／１４５０、１４３２／１４４２及び１４３６／１４４６とをさらに含む。

【0113】

システム１４００は、６つの対向配置チャネルを形成するように配置される。一例では、４つの拡散チャネル及び２つの鏡面反射チャネル。一例では、４つの対向配置チャネルは、公称拡散反射を取り込むように構成され、２つの対向配置された鏡面反射チャネルは、鏡面反射を取り込むように構成される。システム１４００は、動作対１４０２及び１４０６が斜め対を含む（例えば、ターゲット面１４２６及び「法線」［例えば垂線及び／又は、一例では、動作対１４０４］に対して斜角で配置／位置合わせされる）ように配置される。システム１４００は、動作対１４０２と動作対１４０６とが互いに対して対称であるように配置される。言い換えれば、それらのターゲット１４２６及び法線に対する斜角は等しいが、反対方向に（例えば、法線の両側に）ある。このようにして、動作対１４０２及び１４０６は、第１の対向配置された鏡面反射チャネル及び第２の対向配置された鏡面反射チャネルを形成する。第１のチャネルは、照明源１４１０から投射された照明１４２８と、ターゲット面１４２６から反射された反射１４３２とを含む。一例では、反射１４２６は鏡面反射を含む。第２のチャネルは、照明源１４２２から投射された照明１４３８と、ターゲット面１４２６から反射された反射１４３６とを含む。一例では、反射１４３６は鏡面反射を含む。

【0114】

システム１４００は、４つのさらなる対向配置チャネル、すなわち、各斜め対（１４０２及び１４０６）と動作対１４０４との間に２つの対向配置チャネルが形成されるようにさらに配置される。動作対１４０４は、ターゲット１４２６に対してほぼ垂直（例えば、直角）に配置／位置合わせされる。第３の対向配置チャネルは、照明源１４１０によって投射された照明１４２８と、ターゲット面１４２６から反射された反射１４４０とを含む。一例では、反射１４４０は拡散反射である。第４の対向配置チャネルは、照明源１４１６から投射された照明１４３４と、ターゲット面１４２６から反射された反射１４４６とを含む。一例では、反射１４４６は拡散反射である。第５の対向配置チャネルは、照明源１４２２から投射された照明１４３８と、ターゲット面１４２６から反射された反射１４５０とを含む。一例では、反射１４５０は拡散反射である。第６の対向配置チャネルは、照明源１４１６から投射された照明１４３４と、反射１４４２とを含む。一例では、反射１４４２は拡散反射である。

【0115】

一例では、システム１４００の６つすべてのチャネルを取得するのに必要な時間を最小化するために、個々の撮像システム・照明源対のタイミングを組み合わせることができる。典型的には、撮像システム１４０８、１４１４、及び１４２０は、ＣＭＯＳエリアアレイ検出器を用いて構成される。これらのタイプの撮像装置は、その撮像装置の露光時間が撮像装置のフレーム時間のごく一部（例えば、取得及び読み出し及び画像化する時間）になるように露光時間を制御する能力を有する。例えば、撮像システム（例えば、１４０８、１４１４及び１４２０）が毎秒５０フレームで画像を取得することができる場合、取得間の時間は１／５０秒又は２０ミリ秒である。１つの撮像システムから少なくとも２つの画像を取得するシリアルモードで６つのチャネルの各々から少なくとも１つの画像を取得するためには、画像のフルセットを取得する時間は１２０ミリ秒（６［画像］×２０ミリ秒）である。しかしながら、反射（例えば、１４３６、１４４６、１４３０、１４４０、１４５０、１４３２及び１４４２）に十分な強度がある場合、露光時間は、２０ミリ秒よりかなり短くなる可能性があり、画像取得のシーケンスを３つの撮像システム間で組み合わせることができる。３つの撮像システムの取得シーケンスを組み合わせることにより、ある撮像システムの露光を、別の撮像システムがそのフレーム時間を完了するのに必要とする読み出し時間と同時になるようにタイミングを合わせることができ、この特定の例では、１２０／３又は４０ミリ秒の全体取得時間が得られる。

【0116】

以下は、システム１４００のアライメントジオメトリ（例えば、構成）を利用して取得時間を最小化することができる、６つのチャネルから画像を取得するための組み合わされたトリガシーケンスの一例である。
トリガ時間１：照明源１４１０が撮像システム１４１４を露光する、
トリガ時間２：照明源１４１６が撮像システム１４２０を露光する、
トリガ時間３：照明源１４２２が撮像システム１４０８を露光する、
トリガ時間４：照明源１４２２が撮像システム１４１４を露光する、
トリガ時間５：照明源１４１０が撮像システム１４２０を露光する、
トリガ時間６：照明源１４１６が撮像システム１４０８を露光する

【0117】

この例では、トリガイベント間の時間は、２０／３＝６．６ミリ秒である。任意の単一の撮像システムをトリガする間の時間は２０ミリ秒であるが、６つすべての画像の全体取得時間は６．６ミリ秒×６＝４０ミリ秒である。これは、シーケンス組み合わせの単なる一例であり、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他のシーケンス組み合わせを使用できることを理解されたい。

【0118】

図２６は、光位相形状測定システムの一例を示す簡略化されたブロック図である。システム１５００は、（１つ又は複数の）照明源１５０２と、（１つ又は複数の）撮像システム１５０４と、電子機器１５５０と、アライメントジオメトリ１５６２と、（１つ又は複数の）電源１５６４と、メモリ１５６５と、（１つ又は複数の）ユーザインターフェース１５６６と、（１つ又は複数の）ビームスプリッタ１５６７と、（１つ又は複数の）リモートデバイス１５６８、（１つ又は複数の）ハウジング、（１つ又は複数の）ディスプレイ１５７０と、その他１５７１とを含む。システム１５００は、実施態様のいずれかを含むことができ、本明細書に記載される方法のいずれかを組み込むことができる。

【0119】

（１つ又は複数の）照明源１５０２は、（１つ又は複数の）照明生成器１５１２と、レンズアセンブリ１５１４と、（１つ又は複数の）フィルタ１５１５と、（１つ又は複数の）開口１５１６と、（１つ又は複数の）ハウジング１５１８と、その他１５２２とを含む。（１つ又は複数の）照明源１５０２は、本明細書に記載される実施態様のいずれかを含むことができる。（１つ又は複数の）照明生成器１５１２は、ターゲット上に投射されるべき照明（例えば、構造化又はパターン化された照明）を生成するように構成される。（１つ又は複数の）照明生成器１５１２は、空間光変調器、構造化光生成器、ＤＬＰプロジェクタ、透過型液晶、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）、又は構造化光パターンを投射するための任意の他の適切な技術、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、又は任意の他の数の適切な（１つ若しくは複数の）照明生成器を含むことができる。

【0120】

レンズアセンブリ１５１４は、一般に、（１つ又は複数の）照明源１４０２からの照明をターゲットの方へ向けるように構成され、テレセントリック・レンズ・アセンブリ、入射レンズ及び出射レンズ、無限遠の入射瞳又は射出瞳、２つ以上のレンズ、並びにポリカーボネート、プラスチック、ポリマー、ガラス、液体レンズ材料、及び任意の他の適切な材料を含むがこれらに限定されない様々な材料から作製されたレンズを含むことができる。レンズアセンブリ１５１４は、集光レンズ、プロジェクタ・レンズ・アセンブリを含むことができ、プロジェクタ・レンズ・アセンブリは、第１の凸面を有する第１のレンズと、第２の凸面を有する第２のレンズとを含み、第１の凸面と第２の凸面とは反対方向に面している。

【0121】

（１つ又は複数の）フィルタ１５１５は、一般に、照明をフィルタリング及び／又は再構成するように構成される。（１つ又は複数の）フィルタ１５１５は、ＯＬＰＦを含むことができ、ＯＬＰＦは、任意の数の複屈折材料を含む。ＯＬＰＦは４つの層を含むことができ、第１の層は波長板（例えば水晶波長板）を含み、第２の層は１／４波遅延器を含み、第３の層は第２の波長板（例えば水晶波長板）を含み、第４の層は第２の１／４波遅延器を含む。（１つ又は複数の）フィルタ１５１５は、結晶構造、プレートなどを含むがこれらに限定されない、任意の他の数の材料、部品及び／又はデバイスを含むことができる。

【0122】

（１つ又は複数の）開口１５１６は、照明源１５０２からの照明をターゲット面の方へ向けるように構成される。（１つ又は複数の）開口１５１６は、本明細書に記載されるシステム及び実施態様などの、光位相形状測定システムにわたって任意のサイズの変化を含むことができる。一例では、各動作同軸撮像システム・照明源対の開口数は同等である。一例では、開口数は異なるサイズのものである。一例では、チャネル（例えば、対向配置、鏡面反射、拡散など）について、受光器（例えば、撮像システム）の開口数は、光源（例えば、照明源）の開口数よりも小さい。一例では、チャネル（例えば、対向配置、鏡面反射、拡散など）について、受光器（例えば、撮像システム）の開口数は、光源（例えば、照明源）の開口数よりも大きい。一例では、チャネル（例えば、対向配置、鏡面反射、拡散など）について、受光器（例えば、撮像システム）の開口数と光源（例えば、照明源）の開口数とは同等である。

【0123】

（１つ又は複数の）ハウジング１５１８は、（１つ又は複数の）照明源１５０２の本体を画定し、（１つ又は複数の）照明源１５０２の部品を収容するように構成される。（１つ又は複数の）ハウジング１５１８は、プラスチック、ポリマー、金属、又は任意の他の適切な材料を含むがこれらに限定されない、任意の数の材料を含むことができる。（１つ又は複数の）ハウジング１５１８は、本明細書に記載される実施態様のいずれかを含むことができる。その他１５２２は、ターゲットに構造化照明を投射するために照明源によって使用されるのに適した任意の他の部品を含むことができる。

【0124】

（１つ又は複数の）撮像システム１５０４は、レンズアセンブリ１５２８と、（１つ又は複数の）開口１５３０と、（１つ又は複数の）カメラ１５３２と、（１つ又は複数の）画像平面１５３４と、（１つ又は複数の）調整機構１５４０と、（１つ又は複数の）ハウジング１５４２、（１つ又は複数の）センサ１５４６と、その他１５４８とを含む。（１つ又は複数の）撮像源１５０４は、ターゲットから反射する（１つ又は複数の）照明源１４０２から投射された照明を受光するように構成される。レンズアセンブリ１５２８は、ターゲットから反射された照明を（１つ又は複数の）撮像システム１５０４の内部部品（例えば、（１つ又は複数の）カメラ１５３２、（１つ又は複数の）画像平面１５３４、（１つ又は複数の）センサ１５４６）の方へ向けるように構成され、テレセントリック・レンズ・アセンブリ、入射レンズ及び出射レンズ、無限遠の入射瞳又は射出瞳、２つ以上のレンズ、調整可能なレンズ、並びにポリカーボネート、プラスチック、ポリマー、ガラス、液体レンズ材料、及び任意の他の適切な材料を含むがこれらに限定されない様々な材料から作製されたレンズを含むことができる。レンズアセンブリ１５２８は、任意の数のプリズム（例えば７６１、７６２及び／又は７６３）を含むことができるプリズムアセンブリ（例えば７６０）を含むことができる。

【0125】

（１つ又は複数の）開口１５３０は、ターゲットから反射された照明を（１つ又は複数の）撮像システム１５０４の（１つ又は複数の）内部部品の方へ向けるように構成される。（１つ又は複数の）開口１５３０は、本明細書に記載されるシステム及び実施態様などの、光位相形状測定システムにわたって任意のサイズの変化を含むことができる。一例では、各動作同軸撮像システム・照明源対の開口数は同等である。一例では、開口数は異なるサイズのものである。一例では、チャネル（例えば、対向配置、鏡面反射、拡散など）について、受光器（例えば、撮像システム）の開口数は、光源（例えば、照明源）の開口数よりも小さい。一例では、チャネル（例えば、対向配置、鏡面反射、拡散など）について、受光器（例えば、撮像システム）の開口数は、光源（例えば、照明源）の開口数よりも大きい。一例では、チャネル（例えば、対向配置、鏡面反射、拡散など）について、受光器（例えば、撮像システム）の開口数と光源（例えば、照明源）の開口数とは同等である。

【0126】

一例では、（１つ又は複数の）開口１５１６及び（１つ又は複数の）開口１５３０の開口数は同等であり、よってターゲットの傾斜（例えば、デフレクトメータ誤差、ケラレなど）に起因する測定誤差を低減、補償、及び／又は排除するように構成される。

【0127】

（１つ又は複数の）カメラ１５３２は、（１つ又は複数の）照明源１５０２によって投射され、ターゲットから（１つ又は複数の）撮像システム１５０４の方へ反射された照明を受光するように構成される。（１つ又は複数の）カメラ１５３２は、ターゲットの画像を示す受光した照明に基づいてセンサ信号を生成するように構成された（１つ又は複数の）センサ１５４６（例えば、イメージセンサ）を含むことができる。（１つ又は複数の）画像平面１５３４は、（１つ又は複数の）カメラ１５３２の一部であり、反射された照明が（１つ又は複数の）撮像システム１５０４の内部部品（例えば、レンズアセンブリ１５２８、（１つ又は複数の）開口１５３０など）を通過した後に集束するカメラの表面を画定する。

【0128】

（１つ又は複数の）調整機構１５４０は、レンズアセンブリ１５２８又は（１つ若しくは複数の）撮像システム１５０４の別の部品の位置又は特性を変更するように構成されたデバイスである。（１つ又は複数の）調整機構１５４０は、レンズの焦点が変更されるようにレンズの位置を変更するように構成された機械的デバイスを含むことができる。（１つ又は複数の）調整機構１５４０は、その焦点位置が変更されるように画像取り込み間でその形状を変更する電気光学レンズを含むことができる。そのようなシステムでは、レンズの曲率が電流を印加することによって調整される。（１つ又は複数の）調整機構１５４０は、可変倍率レンズ、例えば液体レンズアセンブリを含むことができる。（１つ又は複数の）調整機構は、（１つ又は複数の）画像平面１５３４の位置を変更するように構成されたデバイスを含むことができる。（１つ又は複数の）調整機構１５４０は、（１つ又は複数の）カメラ１５３２の位置を変更するように構成されたデバイスを含むことができる。（１つ又は複数の）調整機構１５４０は、撮像システムの焦点位置が変化し得るような任意の他の適切なデバイス、部品、及び／又は技術を含むことができる。

【0129】

（１つ又は複数の）ハウジング１５４２は、（１つ又は複数の）撮像システム１５０４の本体を画定し、（１つ又は複数の）撮像システム１５０４の部品を収容するように構成される。（１つ又は複数の）ハウジング１５４２は、プラスチック、ポリマー、金属、又は任意の他の適切な材料を含むがこれらに限定されない任意の数の材料を含むことができる。（１つ又は複数の）ハウジング１５４２は、本明細書に記載される実施態様のいずれかを含むことができる。（１つ又は複数の）センサ１５４６は、受光した照明の特性、ターゲット寸法情報、取り込み画像などを示す信号を生成するように構成された任意の数のセンサを含むことができる。その他１５４８は、（１つ又は複数の）撮像システム１５０４が照明を受光すること、又はターゲットに関する寸法情報を取得することを可能にするように構成された任意の他の適切な部品を含むことができる。

【0130】

電子機器１５５０は、通信回路１５５２と、（１つ又は複数の）プロセッサ１５５４と、（１つ又は複数の）コントローラ１５５６と、その他１５６０とを含む。通信回路１５５２は、システム１５００の他の部品（例えば、（１つ又は複数の）照明源１５０２及び（１つ又は複数の）撮像システム１５０４）、外部部品（例えば、（１つ又は複数の）ユーザインターフェース１５６６、（１つ又は複数の）リモートデバイス１５６８、及び（１つ又は複数の）ディスプレイ１５７０）、並びに電子機器１５５０の他の部品と通信するように構成される。通信回路１５５２は、有線（例えば、有線ループ）及び／又は無線（ＷｉＦｉ、ブルートゥース（登録商標）など）回路を含むことができる。（１つ又は複数の）プロセッサ１５５４は、信号（例えば、（１つ又は複数の）センサ１５４６からのセンサ信号）及びターゲットに関する他の入力を受け取り、それらの信号及び入力に基づいて、ターゲットに関する特性及び／又は寸法情報（例えば、高さ、傾き、ｘ位置、ｙ位置、ｚ位置など）を決定、計算、及び／又は生成するように構成される。（１つ又は複数の）プロセッサ１５５４は、一例では、ターゲットに対してシステムのそれぞれのチャネル（例えば、光路）によって取り込まれた複数の表面点を有する点群を生成するように構成され、チャネルは、少なくとも１つの照明源及び少なくとも１つの撮像システムを含む。（１つ又は複数の）プロセッサ１５５４を、ハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせを介して、（１つ又は複数の）撮像システム１５０４から取得画像を受け取り、本明細書に記載されるものを含む、いくつかの計算、方法、及び／又は技術を実行するように適合させることができる。例えば、（１つ又は複数の）プロセッサ１５５４は、点群マージ、反復結合点群リファインメント、符号付き距離関数、加重平均、動的補償、組み合わせ、比較、及び任意の他の数の計算、方法及び／若しくは技術、又は本明細書に記載されるものの任意の組み合わせを実行することができる。

【0131】

（１つ又は複数の）コントローラ１５５６は、（１つ又は複数の）プロセッサ１５５４及び他の部品（例えば、（１つ又は複数の）ユーザインターフェース１５６６）から信号を受け取り、システム１５００の部品への制御信号を生成するように構成される。一例では、（１つ又は複数の）コントローラ１５５６は、（１つ若しくは複数の）プロセッサ１５５４を含む任意の数の（１つ若しくは複数の）プロセッサ又は（１つ若しくは複数の）マイクロプロセッサを含むことができる。例えば、（１つ又は複数の）コントローラ１５５６は、較正プロセスを開始する必要性（例えば、相対誤差決定が限界を超えており、現場又は工場の較正が必要とされる場合）を示す（１つ又は複数の）プロセッサ１５５４からの出力を受け取ることができる。（１つ又は複数の）コントローラ１５５６は次いで、外部部品（例えば、（１つ若しくは複数の）ユーザインターフェース１５６６、（１つ若しくは複数の）リモートデバイス１５６８及び／又は（１つ若しくは複数の）ディスプレイ１５７０）表面に、表示、警告、警報、又はシステム１５００の状況の任意の他の指示（例えば、較正が必要であること）を出させるための制御信号を生成することができる。他の例では、（１つ又は複数の）コントローラ１５５６は、（１つ又は複数の）プロセッサ１５５４に新しい相対誤差を決定させるための制御信号、及び通信回路１５５２に、メモリ１５６５に新しい相対誤差を格納させるための制御信号を生成することができる。（１つ又は複数の）コントローラ１５５６は、本明細書に記載される方法及び／又は技術のいずれかのための制御信号を含む、任意の数の制御信号を生成することができる。

【0132】

別の例では、（１つ又は複数の）コントローラ１５５６は、システム１５００のタイミング（例えば、投射及び取得のタイミング、露光のタイミングなど）を操作するように構成される。一例では、システム１５００のタイミングは組み合わされる（例えば、組み合わされたトリガシーケンス）。一例では、ある撮像システムの露光を、別の撮像システムがそのフレーム時間を完了するのに必要とする読み出し時間と同じになるようにタイミングを合わせることができる。一例では、組み合わされたトリガシーケンスは、システム１５００に４０ミリ秒の全体取得時間をもたらすことができる。一例では、トリガイベント間の時間は６．６ミリ秒である。

【0133】

アライメントジオメトリ１５６２は、システム１５００の位置合わせ構造である。アライメントジオメトリ１５６２は、（１つ又は複数の）照明源１５０２及び／又は（１つ又は複数の）撮像システム１５０４の垂直又は水平位置を含むことができる。アライメントジオメトリ１５６２は、（１つ又は複数の）照明源１５０２及び／又は（１つ又は複数の）撮像システム１５０４の方位角又は光軸を含むことができる。アライメントジオメトリ１５６２は、本明細書に記載されるシステム、方法、技術、又は実施態様のいずれか、例えば、これらに限定されないが、図３Ａ～図３Ｂ、図４Ａ～図４Ｂ、図１２、図１３Ａ～図１３Ｃ、図１７、図２４、及び図２５に記載されるアライメントジオメトリを含むことができる。

【0134】

（１つ又は複数の）電源１５６４は、システム１５００の部品に電力を供給するように構成される。（１つ又は複数の）電源１５６４は、システム１５００の部品が電力供給されるような、バッター（ｂａｔｔｅｒ）、電気回路への有線接続、又は任意の他の適切な技術を含むことができる。加えて、システム１５００の個々のサブシステムの各々（例えば、（１つ又は複数の）照明源１５０２、（１つ又は複数の）撮像システム１５０４、及び電子機器１５５０）は、それらが互いに独立して電力供給されるようにそれら自体の（１つ又は複数の）電源（例えば、バッテリ又は電子回路への個別の接続）を含むことができる。（１つ又は複数の）電源１５６４は、これらの任意の組み合わせも含むことができる。

【0135】

メモリ１５６５は、データ（例えば、ターゲットに関する寸法情報、計算、決定、命令など）、較正情報、システムステータス情報などを格納するように構成される。メモリ１５６５は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、キャッシュ、ダイナミックＲＡＭ、スタティックＲＡＭ、フラッシュメモリ、仮想メモリ、ビデオメモリ、ＢＩＯＳ、又は任意の他の適切な形態のメモリを含むことができる。メモリ１５６５は、好ましくは、システム１５００に電気的に結合される。

【0136】

（１つ又は複数の）ビームスプリッタ１５６７は、（１つ又は複数の）照明源１５０２からの照明及びにターゲットから反射された反射を、（１つ又は複数の）照明源１５０２及び（１つ又は複数の）撮像システム１５０４が、一例では、本明細書に記載されるような動作同軸対を含むことができるように「分割」するように構成される。（１つ又は複数の）ハウジング１５６９は、特に、本明細書に記載される特定の実施態様と同様に動作同軸照明源／撮像システム対が利用される場合、（１つ又は複数の）照明源１５０２と（１つ又は複数の）撮像システム１５０４の両方を単一のハウジング内に収容するように構成することができる。（１つ又は複数の）ハウジング１５６９は、（１つ又は複数の）照明源１５０２及び（１つ又は複数の）撮像システム１５０４の本体を画定し、各々の内部部品、並びに一例では（１つ又は複数の）ビームスプリッタ１５６７も収容するように構成される。（１つ又は複数の）ハウジング１５６９は、プラスチック、ポリマー、金属、又は任意の他の適切な材料を含むがこれらに限定されない任意の数の材料を含むことができる。システム１５００は、１５７１で示されるような任意の他の数の適切な部品及び／又はデバイスを含むことができる。

【0137】

（１つ又は複数の）ユーザインターフェース１５６６は、ユーザ又はオペレータの入力を受け取るように構成される。（１つ又は複数の）ユーザインターフェースは、タッチスクリーンディスプレイ、スイッチ、レバー、電子制御基板、ボタン、又はユーザ若しくはオペレータの入力を受け取るための任意の他の適切な技術を含むことができる。（１つ又は複数の）リモートデバイス１５６８は、有線ループ上の制御室内のコンピュータなどのシステム１５００に電子的に結合されているがリモートのデバイスを含むことができる。（１つ又は複数の）リモートデバイス１５６８は、ハンドヘルドデバイス、ラップトップ、タブレット、オフサイトのコンピュータなどのシステム１５００に無線で結合されたデバイスも含むことができる。（１つ又は複数の）リモートデバイス１５６８は、システム１５００に関する情報（例えば、ターゲットに関する寸法情報、性能分析、警告、警報、通知、システムステータスなど）を表示、受信、及び送信するように構成することができる。（１つ又は複数の）ディスプレイ１５７０は、システム１５００に関する情報を表示するように構成される。（１つ又は複数の）ディスプレイ１５００は、画面表示などの可視ディスプレイ、又はシステム１５００の状況を表示するように構成されたライト（例えば、警告灯）を含むことができる。（１つ又は複数の）ディスプレイ１５７０は、システム１５００に関する情報を伝達するためにノイズ（例えば、可聴警報）を生成するように構成された可聴表示を含むことができる。

【0138】

システム１５００の部品及び／又はデバイスのいずれか及びすべてが、本明細書に記載される部品、デバイス、技術、方法、及び／又は実施態様のいずれか、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。

【0139】

本明細書に記載される特定の実施態様は、一例では、本明細書に記載される誤差などの誤差（例えば、測定誤差）を低減、排除、補償、及び／又は補正するようにも構成される。そのような誤差には、ターゲット面の反射率勾配、グリント、ターゲットの傾斜などに起因する誤差が含まれるが、これらに限定されない。

【0140】

本明細書に記載される方法では例示目的でステップの特定の順序が示されているが、これらのステップの一部又は全部を、同時に、並行して、順次に、非並行に、非順次に、及びそれらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない任意の数の順序で行うことができることを理解されたい。本明細書に記載される方法のためのステップのどの特定の順序も、例示によって示唆されるべきではなく、及び／又は例示から解釈されるべきではない。

【0141】

本発明を、好ましい実施態様を参照して説明したが、当業者は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく形態及び詳細に変更が加えられ得ることを認めるであろう。本明細書に記載される異なる例を異なる方法で組み合わせることができることに留意されたい。すなわち、１つ又は複数の例の部分を、１つ又は複数の他の例の部分と組み合わせることができる。本明細書では、このすべてが企図されている。

【0142】

主題は、構造的特徴及び／又は方法的活動に特有の表現で説明されているが、添付の特許請求の範囲に定義される主題は、必ずしも上述した特定の特徴又は活動に限定されないことを理解されたい。むしろ、上述した特定の特徴及び活動は、特許請求の範囲を実施する例示的な形態として開示されている。

【図1】