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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-04-25
(45)【発行日】2023-05-08
(54)【発明の名称】投影装置
(51)【国際特許分類】
G01B 11/25 20060101AFI20230426BHJP
【ＦＩ】
G01B11/25 H
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020028415
(22)【出願日】2020-02-21
(65)【公開番号】P2021135041
(43)【公開日】2021-09-13
【審査請求日】2022-07-27
(73)【特許権者】
【識別番号】501428545
【氏名又は名称】株式会社デンソーウェーブ
(74)【代理人】
【識別番号】100106149
【弁理士】
【氏名又は名称】矢作 和行
(74)【代理人】
【識別番号】100121991
【弁理士】
【氏名又は名称】野々部 泰平
(74)【代理人】
【識別番号】100145595
【弁理士】
【氏名又は名称】久保 貴則
(72)【発明者】
【氏名】田中 秀幸
【審査官】飯村 悠斗
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－０２５１８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－００４４２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１０５１０６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
位相シフト法により計測対象物の三次元形状を計測するために、前記計測対象物に縞パターン画像を投影する投影装置（２０）であって、少なくとも３つの光源（Ｌ）と、
前記縞パターン画像を投影する投影レンズ（２１）と、
少なくとも一方の面が、格子状にミラー（２５）またはハーフミラー（２６）が形成された面である格子面（２７、２８）になっている複数の格子素子（２３、１２３、２２３）と備え、
複数の前記格子素子は、前記光源と前記投影レンズとの間の光路に配置され、かつ、両面に、前記光源が発光した光が、直接または別の前記格子素子を介して照射される位置に配置され、
前記ハーフミラーまたは前記ミラーは、前記光源が発光した光が前記投影レンズを通過する際に互いに位相が異なる縞パターンとなるように格子状に形成されている、投影装置。
【請求項2】
請求項１に記載の投影装置であって、少なくとも３つの前記光源は、互いに異なる色を発光する光源であり、かつ、同時に発光する、投影装置。
【請求項3】
請求項２に記載の投影装置であって、前記光源として、赤色、緑色、青色をそれぞれ発光する３つの光源を備え、
前記格子素子を２つ備え、
緑色を発光する前記光源が発光した光は、２つの前記格子素子を経由して前記投影レンズに到達する、投影装置。
【請求項4】
請求項１に記載の投影装置であって、少なくとも３つの前記光源は、互いに同じ色を発光し、発光期間が互いに相違する、投影装置。
【請求項5】
請求項１、２、４のいずれか１項に記載の投影装置であって、前記光源を４つ備え、
前記格子素子（２２３）を３つ備え、
４つの前記光源のうちの２つは第１の方向に互いに平行に光を照射し、４つの前記光源のうちの残りの２つは前記第１の方向と直交する第２の方向に互いに平行に光を照射し、
第１の前記格子素子は、前記第１の方向の光が一方の面に入射し、前記第２の方向の光が他方の面に入射し、
第２の前記格子素子は、第１の前記格子素子が前記第１の方向に出力した光が一方の面に入射し、他方の面に前記第２の方向の光であって第１の前記格子素子に入射する光とは別の光が入射し、
第３の前記格子素子は、第２の前記格子素子が前記第２の方向に出力した光が一方の面に入射し、他方の面に前記第１の方向の光であって第１の前記格子素子に入射する光とは別の光が入射する、投影装置。
【請求項6】
請求項１、２、４のいずれか１項に記載の投影装置であって、前記光源を４つ備え、
前記格子素子（２２３）を３つ備え、
４つの前記光源のうちの２つは第１の方向に互いに平行に光を照射し、４つの前記光源のうちの残りの２つは前記第１の方向と直交する第２の方向に互いに平行に光を照射し、
第１の前記格子素子は、一方の面に前記第１の方向の光が入射し、他方の面に前記第２の方向の光が入射し、
第２の前記格子素子は、前記第１の方向の光であって第１の前記格子素子に入射する光とは別の光が一方の面に入射し、他方の面に前記第２の方向の光であって第１の前記格子素子に入射する光とは別の光が入射し、
第３の前記格子素子は、第１の前記格子素子が出力した光と第２の前記格子素子が出力した光とが交差する位置に配置され、第１の前記格子素子が前記第１の方向に出力した光が一方の面に入射し、他方の面に第２の前記格子素子が前記第２の方向に出力した光が入射する、投影装置。
【請求項7】
請求項１、２、４のいずれか１項に記載の投影装置であって、前記光源を４つ備え、
前記格子素子（２２３）を２つ備え、
ハーフミラー素子（２２６）を１つ備え、
４つの前記光源のうちの２つは第１の方向に互いに平行に光を照射し、４つの前記光源のうちの残りの２つは前記第１の方向と直交する第２の方向に互いに平行に光を照射し、
第１の前記格子素子は、一方の面に前記第１の方向の光が入射し、他方の面に前記第２の方向の光が入射し、
第２の前記格子素子は、一方の面に、前記第１の方向の光であって第１の前記格子素子に入射する光とは別の光が入射し、他方の面に、前記第２の方向の光であって第１の前記格子素子に入射する光とは別の光が入射し、
前記ハーフミラー素子は、第１の前記格子素子が出力した光と第２の前記格子素子が出力した光とが交差する位置に配置され、一方の面に第１の前記格子素子が前記第１の方向に出力した光が入射し、他方の面に第２の前記格子素子が前記第２の方向に出力した光が入射する、投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
三次元形状を計測するために計測対象物に縞パターン画像を投影する投影装置に関する。
【背景技術】
【0002】
計測対象物の三次元形状等を計測する三次元計測装置として、位相シフト法を用いる装置が知られている。位相シフト法は位相をずらした複数枚の縞パターン画像を投影し三角測量を行う手法であり、投影装置が必要である。
【0003】
特許文献１には、高速で縞模様の格子パターンの位相をシフトすることができる投影装置が開示されている。高速に位相をシフトすることができると、移動体の三次元形状を計測する精度が向上する。特許文献１に開示された投影装置は、複数の光源と、この光源とペアとなる縞パターン作成用のスクリーンを備える。さらに、特許文献１に開示された投影装置は、複数のスクリーンで作成された縞パターンを同一の投影レンズから投影するために、縞パターンとなっている光の向きを変化させるハーフミラーを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１４－２０２４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に開示された装置は、光源毎にスクリーンを備えており、かつ、スクリーンとハーフミラーとの距離が離れているので装置が大型化する。
【0006】
本開示は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、小型化が可能な三次元計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示した技術的範囲を限定するものではない。
【0008】
上記目的を達成するための１つの開示は、
位相シフト法により計測対象物の三次元形状を計測するために、計測対象物に縞パターン画像を投影する投影装置（２０）であって、
少なくとも３つの光源（Ｌ）と、
縞パターン画像を投影する投影レンズ（２１）と、
少なくとも一方の面が、格子状にミラー（２５）またはハーフミラー（２６）が形成された面である格子面（２７、２８）になっている複数の格子素子（２３、１２３、２２３）と備え、
複数の格子素子は、光源と投影レンズとの間の光路に配置され、かつ、両面に、光源が発光した光が、直接または別の格子素子を介して照射される位置に配置され、
ハーフミラーまたはミラーは、光源が発光した光が投影レンズを通過する際に互いに位相が異なる縞パターンとなるように格子状に形成されている。
位相シフト法により計測対象物の三次元形状を計測するために、計測対象物に縞パターン画像を投影する投影装置（２０）であって、
少なくとも３つの光源（Ｌ）と、
縞パターン画像を投影する投影レンズ（２１）と、
少なくとも一方の面が、格子状にミラー（２５）またはハーフミラー（２６）が形成された面である格子面（２７、２８）になっている複数の格子素子（２３、１２３、２２３）と備え、
複数の格子素子は、光源と投影レンズとの間の光路に配置され、かつ、両面に、光源が発光した光が、直接または別の格子素子を介して照射される位置に配置され、
ハーフミラーまたはミラーは、光源が発光した光が投影レンズを通過する際に互いに位相が異なる縞パターンとなるように格子状に形成されている。
【0009】
この投影装置は、複数の格子素子を備えている。これら格子素子は、少なくとも一方の面が格子面になっており、この格子面には、光源が発光した光が投影レンズを通過する際に互いに位相が異なる縞パターンとなるように、格子状にハーフミラーまたはミラーが形成されている。
【0010】
このような構成の格子素子に光源が発光した光（以下、光源光）が入射することで、格子素子から出力される光が縞パターンになる。また、格子素子は格子状ではあるが、ミラーまたはハーフミラーの少なくとも一方を備える。よって、格子素子は、光源光の進路を投影レンズの方向に変更することもできる。
【0011】
よって、格子縞を生成するためのスクリーンと、スクリーンにより生成された格子縞を投影レンズの方向に向かわせるためのミラーまたはハーフミラーとを別々に備える構成に比較して、光源とミラーまたはハーフミラーとの距離を短くできる。この距離を短くできるので、投影装置を小型化することができる。
【0012】
少なくとも３つの光源は、互いに異なる色を発光する光源であり、かつ、同時に発光する、構成とすることができる。
【0013】
この投影装置は、カラー位相シフト法により三次元形状を計測する三次元形状計測システムに用いることができる。
【0014】
投影装置は、光源として、赤色、緑色、青色をそれぞれ発光する３つの光源を備え、
格子素子を２つ備え、
緑色を発光する光源が発光した光は、２つの格子素子を経由して投影レンズに到達する、構成とすることができる。
格子素子を２つ備え、
緑色を発光する光源が発光した光は、２つの格子素子を経由して投影レンズに到達する、構成とすることができる。
【0015】
カメラは、通常、イメージセンサーの画素がベイヤ配列で配置されている。ベイヤ配列は、赤画素および青画素に対して緑画素が２倍ある。したがって、カメラは通常、緑の感度がよい。上記のように、緑色の光が２つの格子素子を経由して投影レンズに到達する場合、赤色および青色のいずれかは格子素子を１つのみ経由して投影レンズに到達する。よって、カメラにおいて相対的に感度が悪い赤色または青色の検出性能低下を抑制できる。
【0016】
投影装置は、少なくとも３つの光源は、互いに同じ色を発光し、発光期間が互いに相違する、構成とすることができる。
【0017】
この投影装置は、単色位相シフト法により三次元形状を計測する三次元形状計測システムに用いることができる。
【0018】
投影装置は、光源を４つ備え、
格子素子（２２３）を３つ備え、
４つの光源のうちの２つは第１の方向に互いに平行に光を照射し、４つの光源のうちの残りの２つは第１の方向と直交する第２の方向に互いに平行に光を照射し、
第１の格子素子は、第１の方向の光が一方の面に入射し、第２の方向の光が他方の面に入射し、
第２の格子素子は、第１の格子素子が第１の方向に出力した光が一方の面に入射し、他方の面に第２の方向の光であって第１の格子素子に入射する光とは別の光が入射し、
第３の格子素子は、第２の格子素子が第２の方向に出力した光が一方の面に入射し、他方の面に第１の方向の光であって第１の格子素子に入射する光とは別の光が入射する、構成とすることができる。
格子素子（２２３）を３つ備え、
４つの光源のうちの２つは第１の方向に互いに平行に光を照射し、４つの光源のうちの残りの２つは第１の方向と直交する第２の方向に互いに平行に光を照射し、
第１の格子素子は、第１の方向の光が一方の面に入射し、第２の方向の光が他方の面に入射し、
第２の格子素子は、第１の格子素子が第１の方向に出力した光が一方の面に入射し、他方の面に第２の方向の光であって第１の格子素子に入射する光とは別の光が入射し、
第３の格子素子は、第２の格子素子が第２の方向に出力した光が一方の面に入射し、他方の面に第１の方向の光であって第１の格子素子に入射する光とは別の光が入射する、構成とすることができる。
【0019】
この構成によれば、第１の格子素子と第２の格子素子は第１の方向に並んでいるのに対して、第３の格子素子は第２の格子素子に対して第２の方向に並んでいる。よって、３つの格子素子は直交配置になるので、３つの格子素子が一直線上に配置されている場合に比較して、格子素子が配置されることによって投影装置が長くなってしまうことを抑制できる。
【0020】
投影装置は、光源を４つ備え、
格子素子（２２３）を３つ備え、
４つの光源のうちの２つは第１の方向に互いに平行に光を照射し、４つの光源のうちの残りの２つは第１の方向と直交する第２の方向に互いに平行に光を照射し、
第１の格子素子は、一方の面に第１の方向の光が入射し、他方の面に第２の方向の光が入射し、
第２の格子素子は、第１の方向の光であって第１の格子素子に入射する光とは別の光が一方の面に入射し、他方の面に第２の方向の光であって第１の格子素子に入射する光とは別の光が入射し、
第３の格子素子は、第１の格子素子が出力した光と第２の格子素子が出力した光とが交差する位置に配置され、第１の格子素子が第１の方向に出力した光が一方の面に入射し、他方の面に第２の格子素子が第２の方向に出力した光が入射する、構成とすることができる。
格子素子（２２３）を３つ備え、
４つの光源のうちの２つは第１の方向に互いに平行に光を照射し、４つの光源のうちの残りの２つは第１の方向と直交する第２の方向に互いに平行に光を照射し、
第１の格子素子は、一方の面に第１の方向の光が入射し、他方の面に第２の方向の光が入射し、
第２の格子素子は、第１の方向の光であって第１の格子素子に入射する光とは別の光が一方の面に入射し、他方の面に第２の方向の光であって第１の格子素子に入射する光とは別の光が入射し、
第３の格子素子は、第１の格子素子が出力した光と第２の格子素子が出力した光とが交差する位置に配置され、第１の格子素子が第１の方向に出力した光が一方の面に入射し、他方の面に第２の格子素子が第２の方向に出力した光が入射する、構成とすることができる。
【0021】
この構成によれば、第３の格子素子は、第１の格子素子が出力した光と第２の格子素子が出力した光とが交差する位置に配置されている。よって、３つの格子素子は直交配置になるので、投影装置の格子素子配置方向の大きさを短縮できる。
【0022】
また、この構成では、どの光源からの光も、経由する格子素子の数が３つにならない。よって、光源からの光が格子素子を経由する際に減衰しまう程度を少なくできる。
【0023】
投影装置は、光源を４つ備え、
格子素子（２２３）を２つ備え、
ハーフミラー素子（２２６）を１つ備え、
４つの光源のうちの２つは第１の方向に互いに平行に光を照射し、４つの光源のうちの残りの２つは第１の方向と直交する第２の方向に互いに平行に光を照射し、
第１の格子素子は、一方の面に第１の方向の光が入射し、他方の面に第２の方向の光が入射し、
第２の格子素子は、一方の面に、第１の方向の光であって第１の格子素子に入射する光とは別の光が入射し、他方の面に、第２の方向の光であって第１の格子素子に入射する光とは別の光が入射し、
ハーフミラー素子は、第１の格子素子が出力した光と第２の格子素子が出力した光とが交差する位置に配置され、一方の面に第１の格子素子が第１の方向に出力した光が入射し、他方の面に第２の格子素子が第２の方向に出力した光が入射する、構成とすることができる。
この構成によれば、ハーフミラーは、第１の格子素子が出力した光と第２の格子素子が出力した光とが交差する位置に配置されている。よって、ハーフミラーと２つの格子素子は直交配置になるので、投影装置の一方向が長くなってしまうことを抑制できる。
格子素子（２２３）を２つ備え、
ハーフミラー素子（２２６）を１つ備え、
４つの光源のうちの２つは第１の方向に互いに平行に光を照射し、４つの光源のうちの残りの２つは第１の方向と直交する第２の方向に互いに平行に光を照射し、
第１の格子素子は、一方の面に第１の方向の光が入射し、他方の面に第２の方向の光が入射し、
第２の格子素子は、一方の面に、第１の方向の光であって第１の格子素子に入射する光とは別の光が入射し、他方の面に、第２の方向の光であって第１の格子素子に入射する光とは別の光が入射し、
ハーフミラー素子は、第１の格子素子が出力した光と第２の格子素子が出力した光とが交差する位置に配置され、一方の面に第１の格子素子が第１の方向に出力した光が入射し、他方の面に第２の格子素子が第２の方向に出力した光が入射する、構成とすることができる。
この構成によれば、ハーフミラーは、第１の格子素子が出力した光と第２の格子素子が出力した光とが交差する位置に配置されている。よって、ハーフミラーと２つの格子素子は直交配置になるので、投影装置の一方向が長くなってしまうことを抑制できる。
【0024】
また、この構成では、どの光源からの光も、格子素子とハーフミラーを合わせた経由数が２つで済む。よって、光源からの光が格子素子およびハーフミラーを経由する際に減衰しまう程度を少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】三次元形状計測システム１の構成を示す図。
【図2】プロジェクタ２０において合成縞パターン画像を投影するための内部構成図。
【図3】格子素子２３ａ、格子素子２３ｂの構成を詳しく示す図。
【図4】緑色の光源光がどのように進行するかを説明する図。
【図5】青色の光源光がどのように進行するかを説明する図。
【図6】赤色の光源光がどのように進行するかを説明する図。
【図7】第１実施形態において各区分Ｃで出力される色を説明する図。
【図8】第１実施形態において位相に対する各色の変化を示す図。
【図9】三次元形状を計測する処理を示す図。
【図10】比較例の構成図。
【図11】第２実施形態における格子素子２３ａ、１２３の構成を示す図。
【図12】第２実施形態において各区分Ｃで出力される色を説明する図。
【図13】４つの光源Ｌとしたときの５つのパターンを示す図。
【図14】パターンＰＴ１－１における格子素子２２３の構成を示す図。
【図15】パターンＰＴ１－１における格子素子２２３ａでの光の透過と反射を示す図。
【図16】パターンＰＴ１－１における格子素子２２３ｂでの光の透過と反射を示す図。
【図17】パターンＰＴ１－１における格子素子２２３ｃでの光の透過と反射を示す図。
【図18】パターンＰＴ１－１において各区分Ｃで出力される色を説明する図。
【図19】パターンＰＴ１－２における格子素子２２３の構成を示す図。
【図20】パターンＰＴ１－２において各区分Ｃで出力される色を説明する図。
【図21】パターンＰＴ２－１における格子素子２２３の構成を示す図。
【図22】パターンＰＴ２－１において各区分Ｃで出力される色を説明する図。
【図23】パターンＰＴ２－２における格子素子２２３の構成を示す図。
【図24】パターンＰＴ２－２において各区分Ｃで出力される色を説明する図。
【図25】パターンＰＴ３－１における格子素子２２３の構成を示す図。
【図26】パターンＰＴ３－１において各区分Ｃで出力される色を説明する図。
【図27】パターンＰＴ３－２における格子素子２２３の構成を示す図。
【図28】パターンＰＴ３－２において各区分Ｃで出力される色を説明する図。
【図29】パターンＰＴ４－１における格子素子２２３の構成を示す図。
【図30】パターンＰＴ４－１において各区分Ｃで出力される色を説明する図。
【図31】パターンＰＴ４－２における格子素子２２３の構成を示す図。
【図32】パターンＰＴ４－２において各区分Ｃで出力される色を説明する図。
【図33】パターンＰＴ５－１における格子素子２２３の構成を示す図。
【図34】パターンＰＴ５－１において各区分Ｃで出力される色を説明する図。
【図35】パターンＰＴ５－２における格子素子２２３の構成を示す図。
【図36】パターンＰＴ５－２において各区分Ｃで出力される色を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【0026】
＜第１実施形態＞
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、三次元形状計測システム１の構成を示す図である。三次元形状計測システム１は、制御装置１０と、投影装置であるプロジェクタ２０と、カメラ３０とを備えている。三次元形状計測システム１は、作業台２の上に置かれた計測対象物５の三次元形状を位相シフト法により計測する。
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、三次元形状計測システム１の構成を示す図である。三次元形状計測システム１は、制御装置１０と、投影装置であるプロジェクタ２０と、カメラ３０とを備えている。三次元形状計測システム１は、作業台２の上に置かれた計測対象物５の三次元形状を位相シフト法により計測する。
【0027】
作業台２の上面は平面であり、作業台２の任意の位置に計測対象物５が位置する。三次元形状計測システム１は、たとえば、ロボットにピッキング、組付け作業、製品検査等を行わせる際のロボットの目として利用する。
【0028】
制御装置１０は、コンピュータを備えたものとすることができる。制御装置１０は、プロジェクタ２０が投影する画像のデータとなる画像データを生成してプロジェクタ２０へ出力する。プロジェクタ２０が投影する画像は縞パターン画像である。
【0029】
また、制御装置１０は、プロジェクタ２０から縞パターン画像が計測対象物５に投影された状態で、カメラ３０が撮影した画像を表す画像データを取得する。そして、その画像データをもとに位相シフト法により、計測対象物５の三次元形状を計測する。
【0030】
三次元形状を計測するために、プロジェクタ２０が計測対象物５に投影する縞パターン画像は、合成縞パターン画像である。合成縞パターン画像は、赤、緑、青、それぞれの輝度が周期的に変化する３色の単色縞パターン画像を合成した縞パターン画像である。
【0031】
単色縞パターン画像は、赤、緑、青のいずれか１色の輝度が画像の一方向には正弦波状に変化し、その一方向と直交する方向は輝度が一定である画像である。また、合成縞パターン画像は、３色の単色縞パターン画像の位相が所定の角度だけずれている。
【0032】
一例としては、赤色の単色縞パターン画像の位相が最も進んでおり、緑色の単色縞パターン画像の位相がそれよりも２π／３遅れている。青色の単色縞パターン画像は、緑色の単色縞パターン画像よりもさらに２π／３だけ位相が遅れている。
【0033】
プロジェクタ２０は、上述の合成縞パターン画像を投影する。プロジェクタ２０において合成縞パターン画像を投影するため内部構成は、図４を用いて後述する。カメラ３０は、カラー画像を撮影可能なカメラである。カメラ３０は、デジタルカメラであって、フォトダイオードなどの光検出素子を受光面に縦横に多数備えている。１つ１つの光検出素子が１画素に相当する。プロジェクタ２０が投影する画像のｘ方向とカメラ３０が撮影する画像のｘ方向は一致させているものとする。
【0034】
光検出素子の光到来方向にはＲＧＢカラーフィルタが設けられている。ＲＧＢカラーフィルタは、赤と緑と青のいずれかのカラーフィルタが各光検出素子の光到来方向に配置されたものである。赤と緑と青のカラーフィルタの配列は、一般にベイヤ配列に従っている。プロジェクタ２０とカメラ３０との間の距離は、事前に計測されている。
【0035】
〔プロジェクタ２０の内部構成〕
図２を用いて、プロジェクタ２０において合成縞パターン画像を投影するための内部構成を説明する。プロジェクタ２０は、３つの光源Ｌを備えている。光源Ｌは、いずれも、たとえばＬＥＤとすることができる。光源Ｌ（Ｒ）は赤色の光を発光する。光源Ｌ（Ｂ）は青色の光を発光する。光源Ｌ（Ｇ）は緑色の光を発光する。
図２を用いて、プロジェクタ２０において合成縞パターン画像を投影するための内部構成を説明する。プロジェクタ２０は、３つの光源Ｌを備えている。光源Ｌは、いずれも、たとえばＬＥＤとすることができる。光源Ｌ（Ｒ）は赤色の光を発光する。光源Ｌ（Ｂ）は青色の光を発光する。光源Ｌ（Ｇ）は緑色の光を発光する。
【0036】
図２において一点鎖線は光路を示す。いずれの光路も、投影レンズ２１を通る。投影レンズ２１は、図２に示した縞パターン画像を計測対象物５に投影するレンズである。各光源Ｌよりも光路において投影レンズ２１側には集光レンズ２２が配置されている。集光レンズ２２は、光源Ｌが発光した光（以下、光源光）を集光する。
【0037】
集光レンズ２２よりも光路において投影レンズ２１側には、格子素子２３が配置されている。プロジェクタ２０には、２つの格子素子２３ａ、２３ｂが配置されている。２つの格子素子２３ａ、２３ｂを区別しないときは格子素子２３と記載する。２つの格子素子２３ａ、２３ｂは、投影レンズ２１の光軸上であって、投影レンズ２１よりも緑色の光源Ｌ（Ｇ）側に配置されている。
【0038】
１つの格子素子２３ａは、一方の面に青色の光源光が入射し、他方の面に緑色の光源光が入射する。もう一方の格子素子２３ｂは、一方の面に赤色の光源光が入射し、反対側の面に、青色の光源光および緑色の光源光が入射する。
【0039】
図３に、格子素子２３ａ、格子素子２３ｂの構成を詳しく示す。格子素子２３ａは、透明のガラス２４を基材としている。ガラス２４の形状は、生成する必要がある縞パターン画像の形状により定まる。ガラス２４の形状は一例として矩形板形状である。ガラス２４の一方の面に格子状にミラー２５が蒸着されている。ガラス２４の他方の面には、ハーフミラー２６が蒸着されている。ガラス２４において格子状にミラー２５が蒸着されている面が格子ミラー面２７、格子状にハーフミラー２６が蒸着されている面が格子ハーフミラー面２８である。これら格子ミラー面２７および格子ハーフミラー面２８は格子面である。
【0040】
格子素子２３ａの格子ミラー面２７にミラー２５が形成されている部分は、第１区分Ｃ１と第２区分Ｃ２である。ここで区分Ｃを説明する。区分Ｃは、本実施形態では第１から第６までの６区分に分けられている。６区分を１周期として、第１区分Ｃ１から第６区分Ｃ６まで、ガラス２４の一方向に区分Ｃが周期的に繰り返す。各区分Ｃの大きさは互いに同一である。
【0041】
１周期は、縞パターン画像の１周期に相当し、区分Ｃが繰り返す方向は、縞パターンが繰り返す方向に対応する。また、格子は、回折格子などにおいて用いられる場合と同様、細い平行線を意味し、区分Ｃが繰り返す方向は、格子と直交する方向である。したがって、それぞれの区分Ｃが延びる方向は、格子が延びる方向と同一方向である。
【0042】
格子ミラー面２７には、第１区分Ｃ１と第２区分Ｃ２にミラー２５が蒸着されている。格子ハーフミラー面２８には、第３区分Ｃ３にハーフミラー２６が蒸着されている。
【0043】
格子素子２３ｂも透明のガラス２４を基材としている。格子素子２３ｂも一方の面に格子状にミラー２５が蒸着された格子ミラー面２７になっており、他方の面はハーフミラー２６が蒸着された格子ハーフミラー面２８になっている。
【0044】
格子素子２３ｂの格子ミラー面２７には第６区分Ｃ６にミラー２５が蒸着されている。格子素子２３ｂの格子ハーフミラー面２８には第１区分Ｃ１と第５区分Ｃ５にハーフミラー２６が蒸着されている。
【0045】
このように、２つの格子素子２３ａ、２３ｂにミラー２５、ハーフミラー２６が蒸着されていると、投影レンズ２１から縞パターン画像が投影される。この理由を以下、詳しく説明する。図４は、緑色の光源光がどのように進行するかを説明する図である。緑色の光源光は、格子素子２３ａの格子ハーフミラー面２８に４５度の入射角で入射する。格子素子２３ａの第１区分Ｃ１と第２区分Ｃ２にはミラー２５が形成されているので、緑色の光源光は、第１区分Ｃ１と第２区分Ｃ２は透過しない。第３区分Ｃ３にはハーフミラー２６が形成されているが、ハーフミラー２６であるため、一部の光は格子素子２３ａを透過する。格子素子２３ａの第４区分Ｃ４から第６区分Ｃ６はガラス２４であるので、緑色の光源光は格子素子２３ａの第４区分Ｃ４から第６区分Ｃ６を透過する。
【0046】
格子素子２３ｂの第３区分Ｃ３と第４区分Ｃ４はガラス２４であり、第５区分Ｃ５はハーフミラー２６であるので、格子素子２３ｂの第３区分Ｃ３から第５区分Ｃ５までは緑色の光源光が透過する。格子素子２３ｂの第６区分Ｃ６はミラー２５なので緑色の光源光は透過しない。以上より、緑色の光源光は、格子素子２３ｂの第３区分Ｃ３、第４区分Ｃ４、第５区分Ｃ５から出力される。
【0047】
図５は、青色の光源光がどのように進行するかを説明する図である。青色の光源光は、格子素子２３ａの格子ミラー面２７に４５度の入射角で入射する。格子素子２３ａの第１区分Ｃ１と第２区分Ｃ２にはミラー２５が形成されているので、青色の光源光は、第１区分Ｃ１と第２区分Ｃ２では反射して格子素子２３ｂの方向に向かう。第３区分Ｃ３にはハーフミラー２６が形成されているので、一部の光は反射して格子素子２３ｂの方向に向かう。格子素子２３ａの第４区分Ｃ４から第６区分Ｃ６はガラス２４であるので、青色の光源光は格子素子２３ａの第４区分Ｃ４から第６区分Ｃ６を透過し、格子素子２３ｂの方向には向かわない。
【0048】
格子素子２３ｂの第１区分Ｃ１はハーフミラー２６であり、第２区分Ｃ２と第３区分Ｃ３はガラス２４である。よって、格子素子２３ｂの格子ハーフミラー面２８の第１区分Ｃ１から第３区分Ｃ３に入射した青色の光源光は、格子素子２３ｂを透過する、以上より、青色の光源光は、格子素子２３ｂの第１区分Ｃ１、第２区分Ｃ２、第３区分Ｃ３から出力される。
【0049】
図６は、赤色の光源光がどのように進行するかを説明する図である。赤色の光源光は、格子素子２３ｂの格子ミラー面２７に４５度の入射角で入射する。格子素子２３ｂの第１区分Ｃ１、第５区分Ｃ５にはハーフミラー２６が形成されているので、赤色の光源光は、第１区分Ｃ１、第５区分Ｃ５では反射して投影レンズ２１の方向に向かう。格子素子２３ｂの第２区分Ｃ２から第４区分Ｃ４はガラス２４であるので、赤色の光源光は格子素子２３ｂの第２区分Ｃ２から第４区分Ｃ４を透過し、投影レンズ２１の方向には向かわない。格子素子２３ｂの第６区分Ｃ６はミラー２５であるので、赤色の光源光は、第６区分Ｃ６でも反射して投影レンズ２１の方向に向かう。
【0050】
以上、まとめると図７に示すようになる。図７において、各色の丸印は光が出力されることを意味する。また、図７に示すように、各区分Ｃは、６０度分の位相に相当すると考えることができる。図７から分かるように、各色とも、１８０度ごとに光の出力と非出力が切り替わっている。つまり、各色とも、正弦波状に光の出力と非出力が切り替わっている。また、各色の位相は１２０度ずつずれている。よって、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。
【0051】
【0052】
〔三次元形状を計測する処理〕
次に、三次元形状を計測する処理を説明する。図９に三次元形状を計測する処理を示している。図９に示す処理は、ユーザの操作に基づき、制御装置１０が実行する。ステップ（以下、ステップを省略）Ｓ１１では、合成縞パターン画像を計測対象物５に投影し、カメラ３０により、そのときの計測対象物５の画像を撮影する。合成縞パターン画像は、各光源Ｌを同時に発光させることで生成される。
次に、三次元形状を計測する処理を説明する。図９に三次元形状を計測する処理を示している。図９に示す処理は、ユーザの操作に基づき、制御装置１０が実行する。ステップ（以下、ステップを省略）Ｓ１１では、合成縞パターン画像を計測対象物５に投影し、カメラ３０により、そのときの計測対象物５の画像を撮影する。合成縞パターン画像は、各光源Ｌを同時に発光させることで生成される。
【0053】
Ｓ１２では、赤、緑、青の３色について、色別の撮影画像の輝度値（以下、撮影輝度値）Ｉｂを取得する。これは、色画素別に撮影輝度値Ｉｂを示すデータを取得することを意味する。色画素は、赤の光を検出する画素、緑の光を検出する画素、青の光を検出する画素のいずれか、または、それらの総称を意味する。
【0054】
Ｓ１３では、各色の撮影輝度値Ｉｂを正規化する。正規化は、各色の最大輝度および最小輝度を揃える処理である。Ｓ１４では、各画素座標（ｘ、ｙ）の色画素別の正規化した撮影輝度値Ｉｂをもとに、式１から、各画素座標（ｘ、ｙ）における位相θ（ｘ、ｙ）を算出する。
【0055】
【数1】
【0056】
式１において、未知数は、ａ（ｘ、ｙ）、ｂ（ｘ、ｙ）、θ（ｘ、ｙ）の３つである。したがって、Ｓ１３で正規化した色別の各座標（ｘ、ｙ）の撮影輝度値Ｉｂを用いれば、位相θを含む、３つの未知数、ａ（ｘ、ｙ）、ｂ（ｘ、ｙ）、θ（ｘ、ｙ）を、画素座標別に算出することができる。
【0057】
Ｓ１５では、Ｓ１４で算出した各画素座標（ｘ、ｙ）の位相θ（ｘ、ｙ）から、座標計測点Ｐの高さ座標ｚｍを決定する。座標計測点Ｐは、計測対象物５あるいは作業台２の表面上の点である。高さ座標ｚｍは、プロジェクタ２０とカメラ３０とを含む平面から物体までの距離である。高さ座標ｚｍは、位相θと高さ座標ｚｍとの関係を示すグラフと、Ｓ１４で算出した位相θとを用いて決定する。Ｓ１５では、事前に求めた上記グラフに、Ｓ１４で算出した位相θ（ｘ、ｙ）を当てはめて、各座標計測点Ｐの高さ座標ｚｍを決定する。
【0058】
Ｓ１６では、Ｓ１５で高さ座標ｚｍを決定した座標計測点Ｐについて、水平座標（ｘｍ、ｙｍ）を決定する。Ｓ１５において決定した高さ座標ｚｍは、画素座標（ｘ、ｙ）には対応付けられている。画素座標（ｘ、ｙ）が決まると、カメラ３０に対する方向（δｘ、δｙ）は定まる。なお、δｘは、カメラ３０から座標計測点Ｐに向かう方向のうち、ｘｍｚｍ平面におけるｚｍ軸との間の角度である。δｙはカメラ３０から座標計測点Ｐに向かう方向のうち、ｙｍｚｍ平面におけるｚｍ軸との間の角度である。水平座標（ｘｍ、ｙｍ）は、高さ座標ｚｍとδｍ、δｙから幾何学計算により算出することができる。
【0059】
Ｓ１４からＳ１６までの処理を各画素座標（ｘ、ｙ）に対して実行することで、計測対象物５の三次元形状を計測することができる。
【0060】
〔第１実施形態のまとめ〕
以上、説明した第１実施形態では、プロジェクタ２０は、２つの格子素子２３ａ、２３ｂを備えており、これら格子素子２３ａ、２３ｂは、一方の面に格子状にミラー２５が形成され、他方の面に格子状にハーフミラー２６が形成されている。このような構成の格子素子２３ａ、２３ｂに光源光が入射することで、格子素子２３ａ、２３ｂから出力される光が縞パターンになる。また、格子素子２３ａ、２３ｂは格子状ではあるが、ミラー２５およびハーフミラー２６を備える。よって、格子素子２３ａ、２３ｂは、光源光の進路を投影レンズ２１の方向に変更することもできる。
以上、説明した第１実施形態では、プロジェクタ２０は、２つの格子素子２３ａ、２３ｂを備えており、これら格子素子２３ａ、２３ｂは、一方の面に格子状にミラー２５が形成され、他方の面に格子状にハーフミラー２６が形成されている。このような構成の格子素子２３ａ、２３ｂに光源光が入射することで、格子素子２３ａ、２３ｂから出力される光が縞パターンになる。また、格子素子２３ａ、２３ｂは格子状ではあるが、ミラー２５およびハーフミラー２６を備える。よって、格子素子２３ａ、２３ｂは、光源光の進路を投影レンズ２１の方向に変更することもできる。
【0061】
本実施形態の構成を、図１０に示す比較例の構成と比較する。図１０に示す比較例の構成は、格子縞を生成するためのスクリーンと、スクリーンにより生成された格子縞を投影レンズ２１の方向に向かわせるためのハーフミラーとを別々に備える構成である。この比較例の構成に比較して、本実施形態の構成では、光源Ｌ（Ｇ）と格子素子２３ａとの距離、および、光源Ｌ（Ｂ）と格子素子２３ａとの距離を短くできる。この距離を短くできるので、プロジェクタ２０を小型化することができる。
【0062】
また、本実施形態のプロジェクタ２０は、緑色の光源光は、２つの格子素子２３ａ、２３ｂを経由して投影レンズ２１に到達するようになっている。そして、赤色の光源光は、１つの格子素子２３ｂのみを経由して投影レンズ２１に到達する。
【0063】
この構成により、緑色の光源光は、赤色の光源光よりも輝度が低下する恐れがある。しかし、通常、カメラ３０は画素がベイヤ配列になっているので緑色の感度が相対的によい。よって、緑の感度が低下して三次元計測に支障がない場合が多い。本実施形態では、相対的に感度が悪い赤色の検出性能低下を抑制できるので、光の強度不足により三次元計測ができなくなってしまうことを抑制できる。
【0064】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態を説明する。この第２実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。
次に、第２実施形態を説明する。この第２実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。
【0065】
図１１は、第２実施形態においてプロジェクタ２０が備える格子素子２３ａ、格子素子１２３を示す。第２実施形態では、格子素子２３ｂに代えて格子素子１２３を備える。緑色と青色の光源光は、第１実施形態と同じ格子素子２３ａに入射する。また、第２実施形態では、投影レンズ２１が、赤色の光源光が格子素子１２３を透過した後の光路に配置されている。
【0066】
格子素子１２３は、格子ミラー面２７の第２区分Ｃ２、第３区分Ｃ３、第４区分Ｃ４にミラー２５が蒸着されている点が、第１実施形態の格子素子２３ｂと相違する。格子素子１２３の格子ハーフミラー面２８は、第１実施形態の格子素子２３ｂと同様、第１区分Ｃ１と第５区分Ｃ５にハーフミラー２６が蒸着されている。
【0067】
このような構成の第２実施形態では、投影レンズ２１から投影される縞パターン画像は、各区分Ｃと色との関係が、図１２に示すようになる。図１２から分かるように、第２実施形態の構成でも、各色とも、正弦波状に光の出力と非出力が切り替わり、かつ、各色の位相は１２０度ずつずれている。
【0068】
＜第３実施形態＞
第３実施形態では、光源Ｌを４つ用いる。４つの光源Ｌの色は互いに相違する。一例として、以下の説明では緑、青、赤、赤外とする。なお、これらの色の一つあるいは全部を、紫外光など他の色とすることもできる。
第３実施形態では、光源Ｌを４つ用いる。４つの光源Ｌの色は互いに相違する。一例として、以下の説明では緑、青、赤、赤外とする。なお、これらの色の一つあるいは全部を、紫外光など他の色とすることもできる。
【0069】
第３実施形態では、４つの光源Ｌを用いる５種類の光源配置と格子素子２２３の構成を説明する。図１３には、その５種類のパターンＰＴにおける光源配置と格子素子２２３の配置を示している。図１３以降の図では、緑色光をＧ、青色光をＢ、赤色光をＲ、赤外光をＩＲと表記している。
【0070】
４つの光源Ｌを用いる場合、格子素子２２３が３つ、あるいは２つの格子素子２２３とハーフミラー素子２２６が必要になる。３つの格子素子２２３を備える場合、パターンＰＴ１～ＰＴ４に示すように、２つの光源光は３つの格子素子２２３を経由して投影される。パターンＰＴ５では、４つの光源光とも経由する格子素子２２３の数が１つになる。
【0071】
パターンＰＴ１とパターンＰＴ２は、１つ目の格子素子２２３を透過した光の光軸が、２つ目の格子素子２２３を通過するパターンである。一方、パターンＰＴ３とパターンＰＴ４は、１つ目の格子素子２２３を透過した光の光軸が、２つ目の格子素子２２３で反射するパターンである。
【0072】
パターンＰＴ１とパターンＰＴ２の違いは、次の通りである。パターンＰＴ１は、１つ目と２つ目の格子素子２２３を経由した光源光が３つ目の格子素子２２３も通過する。一方、パターンＰＴ２は、１つ目と２つ目の格子素子２２３を経由した光源光が３つ目の格子素子２２３で反射する。
【0073】
パターンＰＴ３とパターンＰＴ４の違いも、パターンＰＴ１とパターンＰＴ２の違いと同様である。パターンＰＴ３は、１つ目と２つ目の格子素子２２３を経由した光源光が３つ目の格子素子２２３を通過する。一方、パターンＰＴ４は、１つ目と２つ目の格子素子２２３を経由した光源光が３つ目の格子素子２２３で反射する。各パターンＰＴを実現する格子素子２２３の具体的な構成は、各パターンＰＴとも２種類ずつある。以下、各パターンＰＴを実現する格子素子２２３の具体的な構成を説明する。
【0074】
〔パターンＰＴ１－１〕
図１４にパターンＰＴ１－１における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ１－１は、パターンＰＴ１を実現する格子素子２２３の１つ目の具体的な構成である。パターンＰＴ１－１では、３種類の格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃが、緑色の光源光の進行方向に一直線上に同じ姿勢で配置されている。３つの格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃは、いずれも同じ側が格子ハーフミラー面２８になっている。格子ハーフミラー面２８とは反対側は、格子素子２２３ａと格子素子２２３ｂは格子ミラー面２７になっている。一方、格子素子２２３ｃにおいて格子ハーフミラー面２８の裏面には、ミラー２５もハーフミラー２６も蒸着されていない。
図１４にパターンＰＴ１－１における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ１－１は、パターンＰＴ１を実現する格子素子２２３の１つ目の具体的な構成である。パターンＰＴ１－１では、３種類の格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃが、緑色の光源光の進行方向に一直線上に同じ姿勢で配置されている。３つの格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃは、いずれも同じ側が格子ハーフミラー面２８になっている。格子ハーフミラー面２８とは反対側は、格子素子２２３ａと格子素子２２３ｂは格子ミラー面２７になっている。一方、格子素子２２３ｃにおいて格子ハーフミラー面２８の裏面には、ミラー２５もハーフミラー２６も蒸着されていない。
【0075】
第３実施形態では、区分Ｃは４つである。区分Ｃが繰り返す方向は第１実施形態と同じである。格子素子２２３ａは、第１区分Ｃ１はガラス２４であり、第２区分Ｃ２はハーフミラー２６が蒸着されている。第３区分Ｃ３にはミラー２５が蒸着されている。第４区分Ｃ４は任意である。つまり、第４区分Ｃ４は、ガラス２４、ミラー２５、ハーフミラー２６のいずれでもよい。
【0076】
格子素子２２３ｂでは、第１区分Ｃ１、第２区分Ｃ２はガラス２４であり、第３区分Ｃ３はハーフミラー２６であり、第４区分Ｃ４はミラー２５である。格子素子２２３ｃでは、第１区分Ｃ１、第４区分Ｃ４はハーフミラー２６であり、第２区分Ｃ２、第３区分Ｃ３はガラス２４である。
【0077】
図１５から図１７を用いて図１４の構成における光の透過と反射を説明する。図１５には、格子素子２２３ａでの光の透過と反射を示している。格子素子２２３ａには、格子ハーフミラー面２８に緑色の光源光が入射し、格子ミラー面２７に青色の光源光が入射する。
【0078】
格子素子２２３ａの各区分Ｃの構成により、格子素子２２３ｂの方向には、第１区分Ｃ１では緑色光が照射され、第２区分Ｃ２では緑色光と青色光とが照射される。第３区分Ｃ３では青色光が格子素子２２３ｂの方向に照射される。第４区分Ｃ４は任意であるので、緑色光と青色光は格子素子２２３ｂの方向に照射される場合もあれば、照射されない場合もある。
【0079】
図１６には、格子素子２２３ｂでの光の透過と反射を示している。格子素子２２３ｂには、格子ハーフミラー面２８の第１区分Ｃ１に緑色光が入射し、第２区分Ｃ２に緑色光と青色光とが入射し、第３区分Ｃ３に青色光が入射する。格子素子２２３ｂの格子ミラー面２７には赤色光が入射する。
【0080】
格子素子２２３ｂの各区分Ｃの構成により、格子素子２２３ｃの方向には、第１区分Ｃ１では緑色光が照射され、第２区分Ｃ２では緑色光と青色光とが照射される。第３区分Ｃ３では青色光と赤色光が格子素子２２３ｃの方向に照射される。格子素子２２３ｂの第４区分Ｃ４はミラー２５になっているので、仮に格子ハーフミラー面２８に光が入射しても格子素子２２３ｃの方向には進行しない。よって、格子素子２２３ｃの第４区分Ｃ４では赤色光が格子素子２２３ｃの方向に照射される。
【0081】
図１７には、格子素子２２３ｃでの光の透過と反射を示している。格子素子２２３ｃには、格子ハーフミラー面２８の第１区分Ｃ１に緑色光が入射し、第２区分Ｃ２に緑色光と青色光とが入射し、第３区分Ｃ３に青色光と赤色光が入射し、第４区分Ｃ４に赤色光が入射する。格子素子２２３ｃの格子ミラー面２７には赤外光が入射する。
【0082】
図１８には、格子素子２２３ｃから出力される各区分Ｃの色を示している。第１区分Ｃ１では、緑色光と赤外光とが出力される。第２区分Ｃ２では緑色光と青色光とが出力される。第３区分Ｃ３では青色光と赤色光が出力される。第４区分Ｃ４では、赤色光と赤外光とが出力される。
【0083】
図１８から分かるように、各色とも、１８０度ごとに光の出力と非出力が切り替わっている。つまり、各色とも、正弦波状に光の出力と非出力が切り替わっている。また、各色の位相は９０度ずつずれている。よって、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。
【0084】
〔パターンＰＴ１－２〕
次にパターンＰＴ１－２を説明する。パターンＰＴ１－２は、パターンＰＴ１を実現する格子素子２２３の２つ目の具体的な構成である。図１９にパターンＰＴ１－２における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ１－２でも、３種類の格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃが、緑色の光源光の進行方向に一直線上に、同じ姿勢で配置されている。格子素子２２３ａは、青色光が照射される面が格子ミラー面２７になっている。パターンＰＴ１－１で格子ハーフミラー面２８であった面には、ハーフミラー２６は蒸着されてない。
次にパターンＰＴ１－２を説明する。パターンＰＴ１－２は、パターンＰＴ１を実現する格子素子２２３の２つ目の具体的な構成である。図１９にパターンＰＴ１－２における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ１－２でも、３種類の格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃが、緑色の光源光の進行方向に一直線上に、同じ姿勢で配置されている。格子素子２２３ａは、青色光が照射される面が格子ミラー面２７になっている。パターンＰＴ１－１で格子ハーフミラー面２８であった面には、ハーフミラー２６は蒸着されてない。
【0085】
パターンＰＴ１－２における格子素子２２３ｂ、格子素子２２３ｃは、緑色の光源Ｌ側が格子ハーフミラー面２８になっており、その反対側の面にはミラー２５は蒸着されていない。
【0086】
パターンＰＴ１－２では、格子素子２２３ａは、第１区分Ｃ１と第２区分Ｃ２がガラス２４であり、第３区分Ｃ３と第４区分Ｃ４がミラー２５である。格子素子２２３ｂは、第１区分Ｃ１と第４区分Ｃ４がガラス２４であり、第２区分Ｃ２と第３区分Ｃ３がハーフミラー２６である。格子素子２２３ｃは、第２区分Ｃ２と第３区分Ｃ３がガラス２４であり、第１区分Ｃ１と第４区分Ｃ４がハーフミラー２６である。
【0087】
図２０には、図１９に示す構成において格子素子２２３ｃから出力される各区分Ｃの色を示している。第１区分Ｃ１では、緑色光と赤外光とが出力される。第２区分Ｃ２では緑色光と赤色光とが出力される。第３区分Ｃ３では青色光と赤色光が出力される。第４区分Ｃ４では、青色光と赤外光とが出力される。
【0088】
図２０から分かるように、パターンＰＴ１－２でも、各色とも、１８０度ごとに光の出力と非出力が切り替わっている。また、各色の位相は９０度ずつずれている。よって、パターンＰＴ１－２でも、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。
【0089】
〔パターンＰＴ２－１〕
図２１にパターンＰＴ２－１における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ２－１でも、３種類の格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃが、緑色の光源光の進行方向に一直線上に同じ姿勢で配置されている。また、３つの格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃは、いずれも同じ側が格子ミラー面２７、格子ハーフミラー面２８になっている。
図２１にパターンＰＴ２－１における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ２－１でも、３種類の格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃが、緑色の光源光の進行方向に一直線上に同じ姿勢で配置されている。また、３つの格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃは、いずれも同じ側が格子ミラー面２７、格子ハーフミラー面２８になっている。
【0090】
ただし、パターンＰＴ２－１では、最終的な光は図２１の下方向に出力される。パターンＰＴ２－１において１番目の格子素子２２３ａと２番目の格子素子２２３ｂは、パターンＰＴ１－１における１番目の格子素子２２３ａと２番目の格子素子２２３ｂと同じ区分Ｃにミラー２５、ハーフミラー２６が蒸着されている。パターンＰＴ２－２における３番目の格子素子２２３ｃは、第１区分Ｃ１と第４区分Ｃ４がハーフミラー２６であり、第２区分Ｃ２と第３区分Ｃ３はミラー２５である。
【0091】
図２２には、パターンＰＴ２－１において格子素子２２３ｃから出力される各区分Ｃの色を示している。パターンＰＴ２－１における３番目の格子素子２２３ｃは、第２区分Ｃ２と第３区分Ｃ３がガラス２４からミラー２５になった点がパターンＰＴ１－１における３番目の格子素子２２３ｃと相違するのみである。したがって、パターンＰＴ２－１では、最終的な光は図２１の下方向に出力されるものの、パターンＰＴ１－１と同じ合成縞パターン画像が生成される。
【0092】
〔パターンＰＴ２－２〕
図２３にパターンＰＴ２－２における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ２－２でも、３種類の格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃが、緑色の光源光の進行方向に一直線上に同じ姿勢で配置されている。
図２３にパターンＰＴ２－２における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ２－２でも、３種類の格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃが、緑色の光源光の進行方向に一直線上に同じ姿勢で配置されている。
【0093】
１番目の格子素子２２３ａは、第１区分Ｃ１と第２区分Ｃ２がガラス２４であり、第３区分Ｃ３と第４区分Ｃ４がミラー２５である。２番目の格子素子２２３ｂは第１区分Ｃ１と第４区分Ｃ４がガラス２４であり、第２区分Ｃ２と第３区分Ｃ３がハーフミラー２６である。３番目の格子素子２２３ｃは、第１区分Ｃ１と第４区分Ｃ４がハーフミラー２６であり、第２区分Ｃ２と第３区分Ｃ３はミラー２５である。
【0094】
図２４には、パターンＰＴ２－２において格子素子２２３ｃから出力される各区分Ｃの色を示している。パターンＰＴ２－２では、青色光と赤色光の位相がパターンＰＴ２－１とは逆になっているが、パターンＰＴ２－２でも、各色とも、１８０度ごとに光の出力と非出力が切り替わっている。また、各色の位相は９０度ずつずれている。よって、パターンＰＴ２－２でも、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。
【0095】
〔パターンＰＴ３－１〕
図２５にパターンＰＴ３－１における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ３－１では、緑色光を発光する光源Ｌと赤外光を発光する光源Ｌは、第１の方向である図の横方向に互いに平行に光を照射する。青色光を発光する光源Ｌと赤光を発光する光源Ｌは、第１の方向に直交する第２の方向である図の縦方向に互いに平行に光を照射する。
図２５にパターンＰＴ３－１における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ３－１では、緑色光を発光する光源Ｌと赤外光を発光する光源Ｌは、第１の方向である図の横方向に互いに平行に光を照射する。青色光を発光する光源Ｌと赤光を発光する光源Ｌは、第１の方向に直交する第２の方向である図の縦方向に互いに平行に光を照射する。
【0096】
また、パターンＰＴ３－１では、２つの格子素子２２３ａ、２２３ｂが、緑色の光源光の進行方向に一直線上に同じ姿勢で配置されている。緑色光が経由する３番目の格子素子２２３ｃは、赤色光の進行方向において、格子素子２２３ｂと一直線上に同じ姿勢で配置されている。各格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃには、格子ミラー面２７および格子ハーフミラー面２８に、入射角４５度で光源光が入射する。
【0097】
格子素子２２３ａには、これまでのパターンＰＴと同様、格子ハーフミラー面２８に緑色光が入射し、格子ミラー面２７に青色光が入射する。格子素子２２３ｂには、格子素子２２３ａが図の横方向に出力した光すなわち緑色光および青色光が格子ハーフミラー面２８に入射し、格子ミラー面２７に赤色光が入射する。格子素子２２３ｃには、格子素子２２３ｂが図の縦方向に出力した光が一方の面に入射し、格子ハーフミラー面２８に赤外光が入射する。
【0098】
格子素子２２３ａの第１区分Ｃ１はガラス２４であり、第２区分Ｃ２はハーフミラー２６であり、第３区分Ｃ３はミラー２５であり、第４区分Ｃ４は任意である。格子素子２２３ｂの第１区分Ｃ１および第２区分Ｃ２はミラー２５であり、第３区分Ｃ３はハーフミラー２６であり、第４区分Ｃ４はガラス２４である。
【0099】
格子素子２２３ｃの第１区分Ｃ１はハーフミラー２６であり、第２区分Ｃ２と第３区分Ｃ３はガラス２４であり、第４区分Ｃ４はハーフミラー２６である。なお、格子素子２２３ｃにおける区分Ｃは、格子素子２２３ａまたは格子素子２２３ｂにおける各区分Ｃを透過あるいは反射した光が入射する部分である。
【0100】
図２６には、パターンＰＴ３－１において格子素子２２３ｃから出力される各区分Ｃの色を示している。パターンＰＴ３－１では、各色とも、パターンＰＴ２－１と同じ位相で、光の出力と非出力が切り替わっている。よって、パターンＰＴ３－１でも、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。
【0101】
また、このパターンＰＴ３－１の構成によれば、第１の格子素子２２３ａと第２の格子素子２２３ｂは図の横方向に並んでいるのに対して、第３の格子素子２２３ｃは格子素子２２３ｂに対して図の縦方向に並んでいる。よって、３つの格子素子２２３は直交配置になるので、３つの格子素子２２３が一直線上に配置されている場合に比較して、格子素子２２３が配置されることによってプロジェクタ２０が長くなってしまうことを抑制できる。
【0102】
〔パターンＰＴ３－２〕
図２７にパターンＰＴ３－２における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ３－２における３種類の格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃの位置は、パターンＰＴ３－１と同じである。よって、パターンＰＴ３－２でも、３つの格子素子２２３が一直線上に配置されている場合に比較して、格子素子２２３が配置されることによってプロジェクタ２０が長くなってしまうことを抑制できる。
図２７にパターンＰＴ３－２における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ３－２における３種類の格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃの位置は、パターンＰＴ３－１と同じである。よって、パターンＰＴ３－２でも、３つの格子素子２２３が一直線上に配置されている場合に比較して、格子素子２２３が配置されることによってプロジェクタ２０が長くなってしまうことを抑制できる。
【0103】
１番目の格子素子２２３ａは、第１区分Ｃ１と第２区分Ｃ２がガラス２４であり、第３区分Ｃ３と第４区分Ｃ４がミラー２５である。２番目の格子素子２２３ｂは第１区分Ｃ１と第４区分Ｃ４がミラー２５であり、第２区分Ｃ２と第３区分Ｃ３がハーフミラー２６である。３番目の格子素子２２３ｃは、第１区分Ｃ１と第４区分Ｃ４がハーフミラー２６であり、第２区分Ｃ２と第３区分Ｃ３はガラス２４である。
【0104】
図２８には、パターンＰＴ３－２において格子素子２２３ｃから出力される各区分Ｃの色を示している。パターンＰＴ３－２では、青色光と赤色光の位相がパターンＰＴ３－１とは逆になっているが、その他はパターンＰＴ３－１と同じである。よって、パターンＰＴ３－２でも、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。
【0105】
〔パターンＰＴ４－１〕
図２９にパターンＰＴ４－１における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ４－１における３種類の格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃの位置は、パターンＰＴ３－１、３－２と同じである。よって、パターンＰＴ４－１も、プロジェクタ２０が長くなってしまうことを抑制できる。
図２９にパターンＰＴ４－１における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ４－１における３種類の格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃの位置は、パターンＰＴ３－１、３－２と同じである。よって、パターンＰＴ４－１も、プロジェクタ２０が長くなってしまうことを抑制できる。
【0106】
ただし、パターンＰＴ４－１では、格子素子２２３ｃは、赤外光が入射する側が格子ミラー面２７であり、赤色光などが入射する側が格子ハーフミラー面２８である。また、最終的な光は図２９の右方向に出力される。
【0107】
第１の格子素子２２３ａは、第１区分Ｃ１がガラス２４であり、第２区分Ｃ２はハーフミラー２６であり、第３区分Ｃ３はミラー２５であり、第４区分Ｃ４は任意である。第２の格子素子２２３ｂは第１区分Ｃ１と第２区分Ｃ２がミラー２５であり、第３区分Ｃ３がハーフミラー２６であり、第４区分Ｃ４がガラス２４である。第３の格子素子２２３ｃは、第１区分Ｃ１と第４区分Ｃ４がハーフミラー２６であり、第２区分Ｃ２と第３区分Ｃ３はミラー２５である。
【0108】
図３０には、パターンＰＴ４－１において格子素子２２３ｃから出力される各区分Ｃの色を示している。パターンＰＴ４－１では、各色とも、パターンＰＴ３－１と同じ位相になる。よって、パターンＰＴ４－１でも、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。
【0109】
〔パターンＰＴ４－２〕
図３１にパターンＰＴ４－２における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ４－２における３種類の格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃの位置は、パターンＰＴ３－１と同じである。また、パターンＰＴ４－１と同様、格子素子２２３ｃは、赤外光が入射する側が格子ミラー面２７である。
図３１にパターンＰＴ４－２における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ４－２における３種類の格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃの位置は、パターンＰＴ３－１と同じである。また、パターンＰＴ４－１と同様、格子素子２２３ｃは、赤外光が入射する側が格子ミラー面２７である。
【0110】
第１の格子素子２２３ａは、第１区分Ｃ１と第２区分Ｃ２がガラス２４であり、第３区分Ｃ３と第４区分Ｃ４がミラー２５である。第２の格子素子２２３ｂは第１区分Ｃ１と第４区分Ｃ４がミラー２５であり、第２区分Ｃ２と第３区分Ｃ３がハーフミラー２６である。第３の格子素子２２３ｃは、第１区分Ｃ１と第４区分Ｃ４がハーフミラー２６であり、第２区分Ｃ２と第３区分Ｃ３はミラー２５である。
【0111】
図３２には、パターンＰＴ４－２において格子素子２２３ｃから出力される各区分Ｃの色を示している。パターンＰＴ４－２では、各色とも、パターンＰＴ３－２と同じ位相になる。よって、パターンＰＴ４－２でも、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。
【0112】
〔パターンＰＴ５－１〕
図３３にパターンＰＴ５－１における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ５－１では、これまでのパターンＰＴと異なり、第２の格子素子２２３ｂは、緑色の光源光が直進する方向には配置されていない。パターンＰＴ５－１では、格子素子２２３ｂは、パターンＰＴ４における第３の格子素子２２３ｃの位置に配置されている。また、パターンＰＴ５－１では、その格子素子２２３ｂは、これまでの格子素子２２３ｂとは向きが９０度違っており、第１区分Ｃ１から第４区分Ｃ４に向かうに従い、赤外光の光源Ｌに近くなる向きで配置されている。
図３３にパターンＰＴ５－１における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ５－１では、これまでのパターンＰＴと異なり、第２の格子素子２２３ｂは、緑色の光源光が直進する方向には配置されていない。パターンＰＴ５－１では、格子素子２２３ｂは、パターンＰＴ４における第３の格子素子２２３ｃの位置に配置されている。また、パターンＰＴ５－１では、その格子素子２２３ｂは、これまでの格子素子２２３ｂとは向きが９０度違っており、第１区分Ｃ１から第４区分Ｃ４に向かうに従い、赤外光の光源Ｌに近くなる向きで配置されている。
【0113】
第３の格子素子２２３ｃは、パターンＰＴ４における第２の格子素子２２３ｂの位置に配置されている。格子素子２２３ｃは、このパターンＰＴ５－１における格子素子２２３ｂと平行な角度で配置されている。各格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃには、格子ミラー面２７および格子ハーフミラー面２８に、入射角４５度で光源光が入射する。
【0114】
第１の格子素子２２３ａには、格子ハーフミラー面２８に緑色の光源光が入射し、格子ミラー面２７に青色の光源光が入射する。格子素子２２３ｂには、格子ハーフミラー面２８に赤色の光源光が入射し、格子ミラー面２７に赤外色の光源光が入射する。なお、赤外光は緑色光と平行に２２３ｂに入射する。また、赤色光は、青色光と平行、かつ、進行方向が逆向きに格子素子２２３ｂに入射する。格子素子２２３ｃには、格子ミラー面２７に赤色光と赤外光が入射し、格子ハーフミラー面２８に緑色光と青色光が入射する。
【0115】
格子素子２２３ａは、第１区分Ｃ１がガラス２４であり、第２区分Ｃ２がハーフミラー２６であり、第３区分Ｃ３がミラー２５であり、第４区分Ｃ４が任意である。格子素子２２３ｂは、第１区分Ｃ１がミラー２５であり、第２区分Ｃ２が任意であり、第３区分Ｃ３がガラス２４であり、第４区分Ｃ４がハーフミラー２６である。格子素子２２３ｃは、第１区分Ｃ１がハーフミラー２６であり、第２区分Ｃ２がガラス２４であり、第３区分Ｃ３がハーフミラー２６であり、第４区分Ｃ４がミラー２５である。
【0116】
図３４には、パターンＰＴ５－１において格子素子２２３ｃから出力される各区分Ｃの色を示している。パターンＰＴ５－１では、各色とも、パターンＰＴ３－１と同じ位相になる。よって、パターンＰＴ５－１でも、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。
【0117】
また、パターンＰＴ５－１では、４つの光源Ｌのうち、緑色光の光源Ｌと青色光の光源Ｌは、同じ格子素子２２３ａの格子ミラー面２７と格子ハーフミラー面２８にそれぞれ光を照射する。残りの２つの光源Ｌ、すなわち、赤外光の光源Ｌと赤色光の光源Ｌは、別の格子素子２２３ｂの格子ミラー面２７と格子ハーフミラー面２８にそれぞれ光を照射する。
【0118】
そして、格子素子２２３ａから出力される光と、格子素子２２３ｂから出力される光とが交差する位置に格子素子２２３ｃが配置されている。このような３つの格子素子２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃの配置によれば、どの光源光も、経由する格子素子２２３の数が２つで済み、３つの格子素子２２３を経由する光源光がない。よって、光源光が格子素子２２３を経由する際に減衰しまう程度を少なくできる。
【0119】
〔パターンＰＴ５－２〕
図３５にパターンＰＴ５－２における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ５－２では、２つの格子素子２２３ａ、２２３ｂを備える。第３の格子素子２２３ｃに代えてハーフミラー素子２２６を備える。２つの格子素子２２３ａ、２２３ｂの位置および姿勢は、パターンＰＴ５－１の第１の格子素子２２３ａ、第２の格子素子２２３ｂと同じである。ハーフミラー素子２２６は、パターンＰＴ５－１の第３の格子素子２２３ｃと同じ位置および姿勢である。光源Ｌの配置はパターンＰＴ５－１と同じである。
図３５にパターンＰＴ５－２における格子素子２２３の構成を示す。パターンＰＴ５－２では、２つの格子素子２２３ａ、２２３ｂを備える。第３の格子素子２２３ｃに代えてハーフミラー素子２２６を備える。２つの格子素子２２３ａ、２２３ｂの位置および姿勢は、パターンＰＴ５－１の第１の格子素子２２３ａ、第２の格子素子２２３ｂと同じである。ハーフミラー素子２２６は、パターンＰＴ５－１の第３の格子素子２２３ｃと同じ位置および姿勢である。光源Ｌの配置はパターンＰＴ５－１と同じである。
【0120】
第１の格子素子２２３ａは、青色光が入射する面が格子ミラー面２７になっており、反対側の面には、ミラー２５およびハーフミラー２６は蒸着されていない。第２の格子素子２２３ｂは、赤外光が入射する面が格子ミラー面２７になっており、反対側の面には、ミラー２５およびハーフミラー２６は蒸着されていない。
【0121】
格子素子２２３ａは、第１区分Ｃ１、第２区分Ｃ２がガラス２４であり、第３区分Ｃ３、第４区分Ｃ４がミラー２５である。格子素子２２３ｂは、第１区分Ｃ１、第４区分Ｃ４がミラー２５であり、第２区分Ｃ２、第３区分Ｃ３がガラス２４である。
【0122】
図３６には、パターンＰＴ５－２においてハーフミラー素子２２６から出力される各区分Ｃの色を示している。パターンＰＴ５－２では、各色とも、パターンＰＴ３－２と同じ位相になる。よって、パターンＰＴ５－１でも、カラー位相シフト法に用いることができる合成縞パターン画像が生成されることが分かる。
【0123】
また、パターンＰＴ５－２では、ハーフミラー素子２２６は、格子素子２２３ａが出力した光と格子素子２２３ｂが出力した光とが交差する位置に配置されている。よって、ハーフミラー素子２２６と２つの格子素子２２３ａ、２２３ｂは直交配置になるので、プロジェクタ２０の一方向が長くなってしまうことを抑制できる。
【0124】
また、この構成では、どの光源Ｌからの光も、格子素子２２３とハーフミラー素子２２６を合わせた経由数が２つで済む。よって、光源Ｌからの光が格子素子２２３およびハーフミラー素子２２６を経由する際に減衰しまう程度を少なくできる。
【0125】
以上、実施形態を説明したが、開示した技術は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も開示した範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
【0126】
＜変形例１＞
実施形態では、光源Ｌは、互いに異なる色を同時に発光していた。しかし、互いに同じ色を発光する光源Ｌを用いることもできる。発光期間を相互に異ならせれば、互いに同じ色を発光する光源Ｌを用いることができる。
実施形態では、光源Ｌは、互いに異なる色を同時に発光していた。しかし、互いに同じ色を発光する光源Ｌを用いることもできる。発光期間を相互に異ならせれば、互いに同じ色を発光する光源Ｌを用いることができる。
【0127】
＜変形例２＞
第１実施形態では、格子素子２３ａの第６区分Ｃ６はガラス２４であった。しかし、格子素子２３ａの第６区分Ｃ６はミラー２５にしてもよい。格子素子２３ｂの第６区分Ｃ６がミラー２５であるため、格子素子２３ａの第６区分Ｃ６を光が通過しても、格子素子２３ｂの第６区分Ｃ６で遮断されるからである。格子素子２３ａの第６区分Ｃ６はミラー２５にすると、格子素子２３ａは、第６区分Ｃ６と次の周期の第１区分Ｃ１がともにミラー２５になる。
第１実施形態では、格子素子２３ａの第６区分Ｃ６はガラス２４であった。しかし、格子素子２３ａの第６区分Ｃ６はミラー２５にしてもよい。格子素子２３ｂの第６区分Ｃ６がミラー２５であるため、格子素子２３ａの第６区分Ｃ６を光が通過しても、格子素子２３ｂの第６区分Ｃ６で遮断されるからである。格子素子２３ａの第６区分Ｃ６はミラー２５にすると、格子素子２３ａは、第６区分Ｃ６と次の周期の第１区分Ｃ１がともにミラー２５になる。
【0128】
＜変形例３＞
実施形態では、光源Ｌが３つの場合、２つの格子素子２３は同じ姿勢であった。しかし、光源Ｌが３つの場合もパターンＰＴ５－１のように、２つの格子素子２３を互いに９０度回転させた姿勢としてもよい。
実施形態では、光源Ｌが３つの場合、２つの格子素子２３は同じ姿勢であった。しかし、光源Ｌが３つの場合もパターンＰＴ５－１のように、２つの格子素子２３を互いに９０度回転させた姿勢としてもよい。
【符号の説明】
【0129】
１：三次元形状計測システム ２：作業台 ５：計測対象物 １０：制御装置 ２０：プロジェクタ（投影装置） ２１：投影レンズ ２２：集光レンズ ２３：格子素子 ２４：ガラス ２５：ミラー ２６：ハーフミラー ２７：格子ミラー面（格子面） ２８：格子ハーフミラー面（格子面） ３０：カメラ １２３：格子素子 ２２３：格子素子 ２２６：ハーフミラー Ｌ：光源
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】