JP7011290B2 - 3D measurement projector and 3D measurement device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、3次元計測用プロジェクタおよび3次元計測装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to a projector for three-dimensional measurement and a three-dimensional measuring device.
近年、3次元計測の用途が広がりつつある。自動車、ドローン、ロボットなどに搭載されるレーザレーダ(LIDAR)、パソコンやスマートフォンに搭載され顔認証などを行う3Dセンサ、安全監視システム、製造現場での自動検査装置などは、3次元計測の代表である。 In recent years, the applications of three-dimensional measurement are expanding. Laser radars (LIDAR) mounted on automobiles, drones, robots, etc., 3D sensors mounted on personal computers and smartphones for face recognition, safety monitoring systems, automatic inspection devices at manufacturing sites, etc. are representative of 3D measurement. be.
3次元計測の方式のひとつとして、ストラクチャードライト方式がある。ストラクチャードライト方式は、ドット状にパターニングされたストラクチャードライトを対象物に照射し、そのパターンの歪みから奥行き情報を取得するものである(特許文献1~3)。
There is a structured light method as one of the three-dimensional measurement methods. In the structured light method, an object is irradiated with a structured light patterned in a dot shape, and depth information is acquired from the distortion of the pattern (
特許文献2や3には、ストラクチャードライト方式の3次元計測装置のプロジェクタが開示される。特許文献2のプロジェクタは、光源の出射光を、集光レンズおよび2次元のアレイのパターニングデバイスによってマトリクス状に配置されるドット状の光にパターニングし、投影レンズによって投影する。
特許文献3のプロジェクタは、アレイ状に配置された複数の光放射素子を備える。複数の光放射素子の出射光は、投影レンズおよびファンアウト回折光学素子(FO-DOE)によって、マトリクス状に配置されるドット光を含むようにパターニングし、投影レンズによって投影する。
The projector of
特許文献2や3に記載のプロジェクタは、複数のドット光が同時に放射される。アイセーフ安全基準では、単位放射角当たりのパワーに制限が課される。これは従来の方式において、光ドット1個当たりの強度が制限されることを意味し、明るい屋外での利用に制限があるなどの欠点がある。
The projectors described in
また従来では、ドットやラインパターンを生成するための光学部品が、光源とは別に必要であるという問題があった。 Further, in the past, there has been a problem that an optical component for generating a dot or line pattern is required separately from the light source.
本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、ストラクチャード方式の3次元計測装置に利用可能なプロジェクタの提供にある。 The present invention has been made in such circumstances, and one of the exemplary purposes of that aspect is to provide a projector that can be used in a structured 3D measuring device.
本発明のある態様は、ストラクチャードライト方式の3次元計測用プロジェクタに関する。3次元計測用プロジェクタは、遠視野像がライン形状であるライン光をデバイス表面から出射する光放射構造を含み、ライン光が放射される偏向角が可変に構成されるビーム偏向デバイスと、参照面上に所望のストラクチャードライトが発生するように、光放射構造が出射するライン光の時間プロファイルと偏向角を同期制御する光掃引コントローラと、を備える。 One aspect of the present invention relates to a structured light type three-dimensional measurement projector. The projector for 3D measurement includes a beam deflection device that includes a light emission structure that emits line light whose far-field image is a line shape from the device surface, and has a variable deflection angle at which the line light is emitted, and a reference surface. It comprises a light sweep controller that synchronously controls the time profile and deflection angle of the line light emitted by the light emitting structure so that the desired structured light is generated on top.
本発明のある態様によれば、従来のプロジェクタの問題の少なくともひとつが解決できる。 According to certain aspects of the invention, at least one of the problems of conventional projectors can be solved.
(実施の形態の概要)
本明細書に開示される一実施の形態は、ストラクチャードライト方式の3次元計測装置に使用されるプロジェクタに関する。プロジェクタは、遠視野像がライン形状であるライン光をデバイス表面から出射する光放射構造を含み、ライン光が放射される偏向角が可変に構成されるビーム偏向デバイスと、参照面上に所望のストラクチャードライトが発生するように、光放射構造が出射するライン光の時間プロファイルと偏向角を同期制御する光掃引コントローラと、を備える。
(Outline of embodiment)
One embodiment disclosed herein relates to a projector used in a structured light type 3D measuring device. The projector includes a beam deflection device that includes a light emission structure that emits line light whose far-field image is in the shape of a line from the device surface, and has a variable deflection angle at which the line light is emitted, and a desired beam deflection device on the reference surface. It is provided with a light sweep controller that synchronously controls the time profile and deflection angle of the line light emitted by the light emitting structure so that the structured light is generated.
この実施の形態において、ストラクチャードライトは、複数の光スポットの集合としてライン状あるいはスポット状に形成されるが、各光スポットは、測定対象に同時には照射されない。このため、従来のプロジェクタに比べて、アイセーフ安全基準下でも光スポットの強度を高めることができる。これにより明るい環境下におけるS/N比を高めることができる。 In this embodiment, the structured light is formed in a line shape or a spot shape as a set of a plurality of light spots, but the light spots are not irradiated to the measurement target at the same time. Therefore, as compared with the conventional projector, the intensity of the light spot can be increased even under the eye safety safety standard. This makes it possible to increase the S / N ratio in a bright environment.
また、マトリクス状のスポット光にパターニングするための光学系が不要であるため、プロジェクタを薄型化(低背化)することができる。 Further, since an optical system for patterning the spot light in a matrix shape is not required, the projector can be made thinner (lowered).
光放射構造は、スローライト光が伝搬するVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)構造を有してもよい。 The light emission structure may have a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) structure in which slow light light propagates.
ビーム偏向デバイスは、第1波長のシード光を光放射構造の入力端に光結合させるシード光源をさらに含んでもよい。光放射構造は、第2波長で単体発振するよう構成され、第1波長と第2波長の少なくとも一方が制御可能に構成される。第1波長と第2波長の相対関係を変化させることにより、偏向角を制御できる。 The beam deflection device may further include a seed light source that photocouples the seed light of the first wavelength to the input end of the light emission structure. The light radiation structure is configured to oscillate as a single substance at the second wavelength, and at least one of the first wavelength and the second wavelength can be controlled. The deflection angle can be controlled by changing the relative relationship between the first wavelength and the second wavelength.
ビーム偏向デバイスは、シード光源および光放射構造の少なくとも一方の共振器長が可変に構成されてもよい。これにより波長を変化させることができる。 The beam deflection device may be configured with a variable resonator length at least one of the seed source and the light emission structure. This makes it possible to change the wavelength.
ビーム偏向デバイスは、シード光源および光放射構造の少なくとも一方の温度を制御するヒータを含んでもよい。温度を制御することで屈折率を変化させ、実効的な共振器長、ひいては波長を制御できる。 The beam deflection device may include a heater that controls the temperature of at least one of the seed source and the light emission structure. By controlling the temperature, the refractive index can be changed, and the effective resonator length and thus the wavelength can be controlled.
光掃引コントローラは、シード光源および光放射構造の少なくとも一方の駆動電流の量を制御してもよい。駆動電流の量に応じて、シード光源あるいは光放射構造の自己発熱を制御することにより屈折率を変化させ、実効的な共振器長ひいては発振波長を制御できる。 The light sweep controller may control the amount of drive current in at least one of the seed light source and the light radiation structure. The refractive index can be changed by controlling the self-heating of the seed light source or the light radiation structure according to the amount of the drive current, and the effective resonator length and thus the oscillation wavelength can be controlled.
シード光源および光放射構造の少なくとも一方はエアギャップ層と、エアギャップ層の厚みを制御するMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)構造と、を含んでもよい。機械的に共振器長を制御することで、より広範囲に波長制御が可能となり、ひいては大きな偏向角の変化が得られる。 At least one of the seed light source and the light emission structure may include an air gap layer and a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) structure that controls the thickness of the air gap layer. By mechanically controlling the resonator length, it is possible to control the wavelength in a wider range, and by extension, a large change in the deflection angle can be obtained.
ビーム偏向デバイスは、光放射構造の表面に形成され、ライン光の長手方向の強度プロファイルを変調するプロファイル調整構造をさらに含んでもよい。 The beam deflection device may further include a profile adjustment structure formed on the surface of the light emission structure to modulate the longitudinal intensity profile of the line light.
プロファイル調整構造は、参照面上においてライン光が形成する光スポットの長手方向の強度プロファイルが均一化されるように定められてもよい。 The profile adjustment structure may be defined so that the longitudinal intensity profile of the light spot formed by the line light on the reference plane is uniform.
プロファイル調整構造は、ライン光の長手方向の強度プロファイルを、離散的な複数のスポットに分割してもよい。 The profile adjustment structure may divide the longitudinal intensity profile of the line light into a plurality of discrete spots.
プロファイル調整構造は、ライン光の断面プロファイルを決定する窓構造および横方向閉じ込め構造の少なくとも一方を備えてもよい。 The profile adjustment structure may include at least one of a window structure and a lateral confinement structure that determines the cross-sectional profile of the line light.
プロジェクタは、ビーム偏向デバイスを複数備えてもよい。複数のビーム偏向デバイスが出射する複数のライン光が長手方向に連結されて、ストラクチャードライトが形成されてもよい。 The projector may include a plurality of beam deflection devices. A plurality of line lights emitted by a plurality of beam deflection devices may be connected in the longitudinal direction to form a structured light.
プロジェクタは、ビーム偏向デバイスを2個備えてもよい。2個のビーム偏向デバイスは、スローライト伝搬方向がお互い反対方向になるように配置されてもよい。 The projector may include two beam deflection devices. The two beam deflection devices may be arranged so that the slow light propagation directions are opposite to each other.
プロジェクタは、ビーム偏向デバイスを2個備えてもよい。2個のビーム偏向デバイスは、スローライト伝搬方向が直角となるように配置されてもよい。 The projector may include two beam deflection devices. The two beam deflection devices may be arranged so that the slow light propagation directions are at right angles.
複数のビーム偏向デバイスを、参照面に対し角度をつけて配置してもよい。 Multiple beam deflection devices may be placed at an angle to the reference plane.
3次元計測装置は、測定対象物にストラクチャードライトを照射する3次元計測用プロジェクタと、測定対象物に投光されたストラクチャードライトを撮像するイメージセンサと、イメージセンサで撮像されたストラクチャードライトのライン歪みに基づいて測定対象物の3次元位置を識別する形状識別部と、を有してもよい。 The 3D measuring device consists of a 3D measuring projector that irradiates the object to be measured with structured light, an image sensor that captures the structured light projected on the object to be measured, and line distortion of the structured light captured by the image sensor. It may have a shape identification unit for identifying a three-dimensional position of an object to be measured based on the above.
以下、実施形態についていくつかの図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to some drawings. In the following description, components having substantially the same function and configuration are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations are given only when necessary.
図1は、実施形態に係るストラクチャードライト方式の3次元計測装置のブロック図である。3次元計測装置1は、主として、3次元計測用プロジェクタ(以下、単にプロジェクタと称する)100と、イメージセンサ4、形状識別部5を備える。
FIG. 1 is a block diagram of a structured light type three-dimensional measuring device according to an embodiment. The three-
プロジェクタ100は、測定対象物にストラクチャードライト200を照射する。イメージセンサ4は、測定対象物に投光されたストラクチャードライトを撮像する。ここでは仮想的な測定対象物として平面を示す。形状識別部5は、イメージセンサ4で撮像されたストラクチャードライトのライン歪みに基づいて測定対象物の3次元位置あるいは形状を識別する。
The
本実施の形態において、プロジェクタ100は、ビーム偏向デバイス2および光掃引コントローラ3を備える。ビーム偏向デバイス2は、遠視野像がライン形状であるライン光202をデバイス表面から出射する光放射構造20を含み、ライン光202が放射される偏向角θが可変に構成される。ここでは、デバイス表面に対して垂直方向をθ=0とする。図1に示されるストラクチャードライト200は、第1方向(図中、x方向)に離間する複数のラインパターン(光スポット)204_1~204_Nを含み、各ラインパターン204は、第2方向(y方向)が長手である。なお測定対象に対して、複数のラインパターン204_1~204_Nが同時に照射されることはなく、ある時刻では、一のラインパターン204のみが測定対象に照射される。
In this embodiment, the
光掃引コントローラ3は、参照面RS上に所望のストラクチャードライト200が発生するように、光放射構造20が出射するライン光202の時間プロファイルと、偏向角θを同期制御する。
The
以上がプロジェクタ100の基本構成である。続いてその動作を説明する。図2は、図1のプロジェクタ100の動作の一例を説明するタイムチャートである。光掃引コントローラ3は、時間とともに偏向角θをスイープする。またそれと同期して、ライン光202の強度を時間的に変化させる。この例では、ライン光202は時間的にオン、オフを繰り返している。
The above is the basic configuration of the
図2には、偏向角θを一定の傾きでスイープさせる例を示しているが、ライン光202の発光期間中、スイープを停止してもよい。 Although FIG. 2 shows an example in which the deflection angle θ is swept at a constant inclination, the sweep may be stopped during the light emission period of the line light 202.
これにより、図1に示すようなストラクチャードライト200を生成することができる。 As a result, the structured light 200 as shown in FIG. 1 can be generated.
本発明は、図1のブロック図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な実施例や変形例を説明する。 The present invention extends to various devices and circuits grasped as the block diagram of FIG. 1 or derived from the above description, and is not limited to a specific configuration. Hereinafter, more specific examples and modifications will be described not to narrow the scope of the present invention but to help understanding the essence and operation of the invention and to clarify them.
図3は、一実施例に係る3次元計測装置1のブロック図である。3次元計測装置1は、ビーム偏向デバイス2、ビーム偏向デバイス2から出射するビームを制御する光掃引コントローラ3、ビーム偏向デバイス2から出射し、測定対象物を投光したビームを2次元画素上で検知するイメージセンサ4、イメージセンサの検知信号から測定対象物の3次元形状を識別する形状識別部5、および種々の制御データを格納するメモリ6を有している。
FIG. 3 is a block diagram of the three-
ビーム偏向デバイス2は、参照面RS(図中ではRS1、RS2を示す)上の遠視野像がライン形状のライン光をデバイス表面から直接出射する光放射構造20と、ライン光を偏向角が異なる方向(図中ではθ1~θ7)に掃引する光掃引構造21を有する。また、光掃引コントローラ3は、デバイス表面から直接出射するライン光を時間的に所定の偏向角で順次掃引し、参照面RS上に所定のライン間隔で、所定数のラインからなるストラクチャードライトパターンを生成する。
The
この光掃引コントローラ3は、参照面RS上に投光するストラクチャードライトのパターンを設定するストラクチャードライト設定部31、ストラクチャードライトのパターンに応じた制御波長を設定する波長設定部32、およびビーム偏向デバイス2を駆動する駆動部33を有する。
The
イメージセンサ4は、グローバルシャッター方式のイメージセンサであり、測定対象物に投光したストラクチャードライトを撮像する。
The
形状識別部5は、イメージセンサ4で撮像されたライン光のライン歪みと、ライン光の送出時間と偏向角に基づいて測定対象物の3次元位置を識別する。形状識別部5は、ライン光のライン歪を検出するライン歪検出部51と、必要に応じてTOF(Time of Flight)方式によってライン光の偏向角を算出するTOF検出部52を有する。
The
そしてストラクチャードライトを形成するライン光全てに対して、測定対象物の3次元位置を求めることで3次元形状を取得し、この3次元形状データの特徴点などを解析する図示しないAI(Artificial Intelligence)処理部やモニタ等に出力する。 Then, AI (Artificial Intelligence) (not shown) that acquires a three-dimensional shape by obtaining the three-dimensional position of the object to be measured for all the line lights forming the structured light and analyzes the feature points of the three-dimensional shape data. Output to the processing unit or monitor.
メモリ6は、ビーム偏向デバイス2から出射するビームを制御するための制御データ、3次元形状識別のためのキャリブレーションデータ、および測定対象物の3次元形状データなど各種のデータを保存する。
The
図4は、一実施例に係る光放射構造20の断面図である。この光放射構造20は、半導体基板23上に集積化されたVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)構造22を有する半導体デバイスであって、VCSEL構造22は、半導体基板23上に形成された下部DBR(Distributed Bragg Reflector)24、活性層25、上部DBR26を備え、スローライト光を伝搬させる。このVCSEL構造22は、垂直方向(Z方向)の共振長で定まる固有の発振波長λ2を有している。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
光放射構造20は、スローライト光を増幅させながら伝搬させるため、導波路長は、2mm~10mm程度に長尺化される。駆動部33は、光放射構造20に発振しきい値電流より大きな電流を注入し、VCSEL構造22で決定する波長λ2で発振させる。この状態で、光放射構造20の一端側に設けられた入射口27からコヒーレントな入射光Liが入力されると、入射光Liは略垂直方向に多重反射するスローライト光として増幅されながら伝搬し、光放射構造20の表面上部に形成された出射口28から、放射角θrの出射光Loが放射され、出射光Loの遠視野像は、ライン形状となる。
Since the
ここで光掃引構造21は、コヒーレントな入射光Liを発生するシード光源21sを用いることができて、波長可変レーザ(TLD:Tunable Laser Diode)構造を有する。シード光源21sは、端面出射型のTLDでも構わないが、シード光源21sが光放射構造20と一体に集積される構造の方が小型化には効果的である。
Here, the
光放射構造20は、シード光Liの波長λ1に応じた放射角θrで、出射光Loを放射する。光放射構造20内におけるスローライト光の多重反射角をθi、出射光Loの出射角をθrとするとき、式(1)が成り立つ。
The
sinθr=nsinθi=n√(1-(λ1/λc)2) …(1)
nは光放射構造20の導波路の屈折率であり、λcは導波路のカットオフ波長であり、λ2と等しい。
sinθ r = nsinθ i = n√ (1- (λ 1 / λc) 2 )… (1)
n is the refractive index of the waveguide of the
この光放射構造20は、しきい値電流より大きな電流が注入されているため、入射光Liが入射しないときは単体発振波長λ2での発振状態が維持されるが、波長λ1の入射光Liが入力されると、入射光Liは、多重反射するスローライト光として増幅されながら伝搬するため、単体発振波長λ2の成分は非常に小さくなる。
Since the
この時、出射光Loは、波面の揃ったコヒーレントな光となるため、放射角θr方向に極めて狭いビーム広がり角Δθdivを有する。このビーム広がり角Δθdivは、光放射構造20の出射口28の長手方向の開口幅WLを用いて、式(2)で与えられる。
At this time, the emitted light Lo has a beam spreading angle Δθ div which is extremely narrow in the radiation angle θr direction because it becomes coherent light with a uniform wavefront. This beam spread angle Δθ div is given by the equation (2) using the opening width WL in the longitudinal direction of the
Δθdiv≒λ1/(WL・cosθr) … (2)
すなわち、出射口28の開口幅WLが長いほどビーム広がり角Δθdivは狭くなり、同時に高出力化が達成される。
Δθ div ≒ λ 1 / (WL · cosθ r )… (2)
That is, the longer the opening width WL of the
図5は、図4の光放射構造20から放射されるストラクチャードライトの概念図である。図5を用いて本実施形態で生成するストラクチャードライトについて説明する。光放射構造20の左側から波長λ1のシード光を入力すると、光放射構造20内を多重反射するスローライト光が伝搬し、式(1)に従って偏向角θr方向に、ビーム広がり角が非常に狭い光ビームが出射口28から出射される。今、光放射構造20からの距離がWD1であり、光放射構造20が配置される平面と平行な参照面RS1を考え、この参照面RS1上に例えば、等間隔なn本(nは自然数)のライン光からなるストラクチャードライトパターンを形成することを考える。出射口28から出射された光ビームは、参照面RS1上にてライン形状となり(以下ライン光と称する)、シード光の波長λ1を時間的に掃引することで、偏向角θr変化し、参照面RS1上にマルチラインのストラクチャードライトパターン(L1~Ln)が形成される。光放射構造20から放射されるライン光の幅は、式(2)に示すように、光放射構造20の長さを長くすることで狭くすることができ、かつ光出力も大きくできるため、ライン光強度を高めることができる。これにより明るい環境下におけるS/N比を高めることができる。
FIG. 5 is a conceptual diagram of a structured light emitted from the
ここで参照面RS1上の各ライン光L1~Lnの中心を通るX-X'直線を考え、各ライン光L1~Lnとの交点位置をS1~Snとする。また、最大の偏向角θs_maxは、シード光の波長λ1の掃引範囲によって決定される。 Here, consider an XX'straight line passing through the center of each line light L1 to Ln on the reference surface RS1, and let the intersection position with each line light L1 to Ln be S1 to Sn. Further, the maximum deflection angle θs_max is determined by the sweep range of the wavelength λ 1 of the seed light.
具体的には、シード光の波長λ1をカットオフ波長の近傍の990nmから950nmまで約40nm掃引すると、偏向角が約10°~75°となり、最大の偏向角θs_maxは、60°を超える結果が得られている。この時の解像点数は1000を超える高解像度である。 Specifically, when the wavelength λ 1 of the seed light is swept from 990 nm to 950 nm near the cutoff wavelength by about 40 nm, the deflection angle becomes about 10 ° to 75 °, and the maximum deflection angle θs_max exceeds 60 °. Has been obtained. The number of resolution points at this time is a high resolution exceeding 1000.
次に参照面RS1上での各ラインのライン長について説明する。図6は、ライン光202のライン長を説明する図である。例えば、図5で略垂直方向(即ちθ=0)に放射しているライン光L1に対するライン長は、出射口28の横方向の開口幅WTによって概ね決定する。放射する光の電界が開口幅で一様であると仮定すると、遠方での遠視野像は、フランフォーファ回折となりSINC関数の2乗の強度分布となる。ライン端において電界強度40が0となるライン長を定義するとすれば、ライン長LTは、回折角θdで決定され、式(3a)、(3b)が成り立つ。
LT=2WD・tan(θd/2) … (3a)
θd≒λ/WT …(3b)
光放射構造20からの距離WD(図中、WD1,WD2)に対応してライン長LT1、LT2が求まる。すなわち、測定対象物の大きさと、測定対象物までの距離WDに応じて適切な開口幅WTを設定し、所望のライン長LTを得る必要がある。本実施形態では、さらにライン光のプロファイルを調整するプロファイル調整構造46を備える。
Next, the line length of each line on the reference plane RS1 will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating the line length of the line light 202. For example, the line length with respect to the line light L1 radiating in the substantially vertical direction (that is, θ = 0) in FIG. 5 is largely determined by the lateral opening width WT of the
LT = 2WD · tan (θ d / 2)… (3a)
θ d ≒ λ / WT… (3b)
The line lengths LT1 and LT2 can be obtained corresponding to the distance WD (WD1 and WD2 in the figure) from the
図7は、一実施例に係るビーム偏向デバイスの断面図である。このビーム偏向デバイス2は、シード光源21sと光放射構造20がモノリシックに集積される。ここで光掃引構造21は、シード光源21s、光放射構造20、そしてそれらを加熱するヒータ41、42、温度制御を行う熱駆動部43を有する。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the beam deflection device according to the embodiment. In this
この集積化されたビーム偏向デバイスは、VCSEL構造22sを有するシード光源21sとVCSEL構造22を有する光放射構造20を、同一半導体基板上に形成したものである。
In this integrated beam deflection device, a
VCSEL構造22sは、光放射構造20のVCSEL構造22と同様の構成であり、半導体基板23上に形成された下部DBR24s、活性層25、上部DBR26sを備え、シード光源21sと光放射構造20は、結合面54を介して活性層25を共通とする光結合状態にある。さらにシード光源21sと光放射構造20お互いの発振波長が少し異なり、λ1<λ2となるように共振器長を変える構成となっているほうが好ましい。また、反射率を考慮し、上部DBR26sのDBR層数は、光放射構造20のものとは異なり高反射となるように設計される。
The
駆動部33からしきい値電流以上の電流を駆動電極45から注入することによってシード光源21sを垂直方向に波長λ1で発振させる。この発振モードの光強度分布56の一部が光放射構造20のシード光56sとして染み出す。
The
一方、駆動部33から光放射構造20に対しても、しきい値電流より大きな電流が注入され波長λ2にて発振状態とする。この時、シード光源21sの光強度分布56の一部が光放射構造20のシード光入力Liとなって光結合し、光放射構造の長手方向に波長λ1のスローライト光が増幅されながら伝搬する。そして光放射構造20の表面に形成された出射口28から出射光Loが放射される。
On the other hand, a current larger than the threshold current is also injected from the
熱駆動部43の制御について説明する。図7では、説明のため、シード光源21sを加熱するヒータ41と光放射構造20を加熱するヒータ42を基板23下に記載しているが、加熱効率の観点からビーム偏向デバイス2の上面に配置することが好ましく、さらには熱的なアイソレーションのため、結合面54付近に、例えば空隙57などの熱分離が可能な構造を形成する。それぞれのヒータ41、42の温度調整をすることにより、屈折率が変化し、発振波長λ1,λ2が変化するため、出射光Loの偏向角θを掃引することができる。
The control of the
式(1)をみてわかるように、光放射構造20のカットオフ波長λcを変化させても出射光Loの偏向角を変えることが可能である。VCSEL構造22を有する光放射構造20では、カットオフ波長λcは、光放射構造20の単体発振波長λ2と等しいことから、式(1)を式(4)のように書き換える。
As can be seen from the equation (1), it is possible to change the deflection angle of the emitted light Lo by changing the cutoff wavelength λc of the
sinθr=nsinθi=n√(1-(λ1/λ2)2) …(4)
シード光源21sと光放射構造20の単体発振波長λ1とλ2の変化が反対になるようにヒータ41、42を制御することで効率的な偏向制御が行える。もちろんシード光源21sと光放射構造20のどちらか一方の温度を変えてもよい。
sinθ r = nsinθ i = n√ (1- (λ 1 / λ 2 ) 2 )… (4)
Efficient deflection control can be performed by controlling the
図8は、一実施例に係るビーム偏向デバイスの斜視図である。ビーム偏向デバイス2のシード光源21s側の表面には、駆動電極45が形成される。駆動電極45は、遮蔽部としての機能を担ってもよい。ビーム偏向デバイス2の光放射構造20側の表面には、駆動電極33aやヒータ電極42aが形成される。領域48には、シード光源21sと光放射構造20の間の電気的アイソレーションを高めるために、プロトンが注入される。電極33a(42a)の間隔をさらに狭めることにより、それらの間隔によって開口幅WTを規定することができる。
FIG. 8 is a perspective view of the beam deflection device according to the embodiment. A
図9は、マイクロマシン構造によるビーム偏向デバイスの断面図である。図7と異なる点は、シード光源21sと光放射構造20の上部DBR26s、26にそれぞれエアギャップ層58s、58を設け、このエアギャップ層58sの厚みがMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)構造によって可変に構成されている点である。エアギャップ層58sの厚みを変化させることで、上部DBR26sで構成される高反射ミラーの位置を制御でき、これによりシード光源21sのキャビティ長が変化し、発振波長λ1を変化させることができる。さらに、このMEMS構造を制御するMEMS駆動部60を備える。これにより、光掃引構造21は、MEMS構造を有するシード光源21sとMEMS駆動部60を有する。なお、図9では、駆動部33を省略した。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a beam deflection device with a micromachine structure. The difference from FIG. 7 is that the
MEMS駆動部60は、MEMS制御電極59に印加する電圧を変化させることでシード光源21sのエアギャップ層58の層厚を変化させ、発振波長λ1を掃引する制御を行う。
The
なお、光放射構造20側にもエアギャップ層58を変化させるMEMS構造を形成してもよい。その場合は、熱的制御と同様に、単体発振波長λ1とλ2を変化が反対となるような制御を行うと効率がよい。
A MEMS structure that changes the
(ストラクチャードライトの生成)
以上のように構成されたビーム偏向デバイス2を用いて、光掃引コントローラ3は、ライン光を時間的に掃引し、ライン光を送出した時間とライン光の偏向角に基づいてストラクチャードライトを生成する。その結果、所定のライン間隔で、所定数のラインからなる種々のストラクチャードライトが生成される。
(Generation of structured light)
Using the
まず、図1と図5用いて、ビーム偏向デバイス2から参照面までの距離(以下ワーキングディスタンスと称する)がWD1だけ離れた参照面RS1上に7つのライン光からなるストラクチャードライトパターンを形成する方法について説明する。すなわち、図5に示すように、7つのライン光L1~L7(n=7)がそれぞれt1~t7の時間に掃引され、参照面RS1上にライン光が等間隔に並ぶように形成される場合である。
First, using FIGS. 1 and 5, a method of forming a structured light pattern consisting of seven line lights on a reference surface RS1 in which the distance from the
そして7つのライン光L1~L7の中心を結ぶX-X'直線上に、等間隔なS1~S7点を定義する。このようなマルチラインのパターンを投光するための設定値は、図1の設定入力から入力しても良いし、メモリ6内にデータベーステーブルの形式で格納されているストラクチャードライトのパターンデータを読み出してもよい。
Then, points S1 to S7 at equal intervals are defined on the XX'straight line connecting the centers of the seven line lights L1 to L7. The setting value for projecting such a multi-line pattern may be input from the setting input of FIG. 1, or the pattern data of the structured light stored in the
図10(a)は、7つのライン光で形成されるマルチラインパターンについて、ストラクチャードライト設定部31で設定される設定項目の例である。このマルチラインパターンは、ワーキングディスタンスがWD1であり、ビーム偏向デバイス2に対して、参照面RS1の傾きθAが0、すなわちビーム偏向デバイス2と平行な参照面の場合である。データ項目には、「デバイス番号」、「送出時間」、「光出力」、「位置」、「偏向角」、「送出情報」などがある。
FIG. 10A is an example of setting items set by the structured light setting unit 31 for a multi-line pattern formed by seven line lights. This multi-line pattern is a case where the working distance is WD1 and the inclination θA of the reference plane RS1 is 0 with respect to the
「デバイス番号」は、複数のビーム偏向デバイス2を同時に使用する場合に、制御すべきビーム偏向デバイスを識別するための番号である。「送出時間」は、ライン光を送出する時間である。ただし、図7に示した熱駆動や、図9に示したMEMS駆動の場合、波長が安定するのに時間が必要である。このため波長が安定した時をもって送出時間とするか、波長が安定したことを示す所定の変調をライン光に施し、この変調を開始した時間を送出時間とする。この送出時間の変調は、受光側のライン歪検出部51で復調できるように構成される。
The "device number" is a number for identifying a beam deflection device to be controlled when a plurality of
「光出力」は、各ライン光の光出力パワーであり、通常は各送出時間で同じ値を設定されるが、各ライン光で異なる値を設定することもできる。また、測定対象物の表面粗さ状態などによっては光出力を変更して設定する。 The "optical output" is the optical output power of each line light, and is usually set to the same value for each transmission time, but a different value can be set for each line light. In addition, the light output is changed and set depending on the surface roughness state of the object to be measured.
「位置」は、参照面上のライン光中心の位置である。「偏向角」は、ライン光の各位置Siに対する偏向角θi(i=1~7)であり、ワーキングディスタンスWD1とライン光の位置Si(i=1~7)より式(5)で表すことができる(図3参照)。 The "position" is the position of the center of line light on the reference plane. The “deflection angle” is a deflection angle θ i ( i = 1 to 7) with respect to each position Si of the line light, and is an equation (5) from the working distance WD1 and the position Si ( i = 1 to 7) of the line light. It can be represented by (see FIG. 3).
θi=tan-1(Si/WD1) …(5)
この偏向角も「送出時間」と同様に偏向角を示す所定の変調をライン光に施し、受信側のライン歪検出部51で復調できるように構成される。
θ i = tan -1 (S i / WD1)… (5)
This deflection angle is also configured so that the line light is subjected to a predetermined modulation indicating the deflection angle in the same manner as the “transmission time” and can be demodulated by the line
なお、参照面が角度θAで傾いている場合(参照面RS2)については、各偏向角の直線と、参照面RS2を示す直線A-A'との交点(白丸で示す)を求め、この交点の間隔が所定の距離になる偏向角θiを求めればよい。 When the reference surface is tilted at an angle θ A (reference surface RS2), the intersection (indicated by a white circle) between the straight line of each deflection angle and the straight line AA'indicating the reference surface RS2 is obtained. The deflection angle θ i at which the distance between the intersections is a predetermined distance may be obtained.
「送出情報」は、上述した送出時間tと偏向角θ(t)を示すライン光変調をそれぞれ各ライン光に施すかどうかの有無をそれぞれ設定する項目で、無を指定したものには変調がなされない設定となる。 "Sending information" is an item for setting whether or not to apply line optical modulation indicating the transmission time t and the deflection angle θ (t) to each line light, respectively. It will not be set.
図10(b)は、波長設定部32で設定されるストラクチャードライトの送出時間に対応する偏向角と波長の設定例である。波長設定部32では、ストラクチャードライト設定部31で設定された設定項目から、ビーム偏向デバイス2の偏向角を制御するための波長を求める。各送信時間tiにおける偏向角θiを用いて、式(4)から、シード光源21sと光放射構造20における発振波長λ1とλ2を求め、メモリ6内にデータベーステーブルの形式で格納する。
FIG. 10B is an example of setting the deflection angle and the wavelength corresponding to the transmission time of the structured light set by the
図10(c)は、駆動部33で設定されるストラクチャードライトを放射するための駆動条件の例である。波長設定部32で設定された各送信時間tiにおけるシード光源21sと光放射構造20それぞれが、波長λ1とλ2で発振する制御電圧Vs(i)、V(i)が設定される。波長と偏向角を示す信号をライン光に重畳するライン光変調は、ストラクチャードライト設定部31で設定された送出情報の有無に従って、変調を行うかどうかが決定される。そして駆動部33は、この駆動条件にもとづいてシード光源21sと光放射構造20を駆動する。
FIG. 10C is an example of driving conditions for radiating the structured light set by the driving
(ライン光のプロファイル調整)
図6で説明したように、ライン光のプロファイルは、放射する光の電界が開口幅で一様であると仮定すると、遠方での遠視野像は、フランフォーファ回折となる。長いライン長LTを得るためには、出射口28の開口幅WTを狭くして回折角θdを大きくする必要がある。
(Adjusting the profile of line light)
As described in FIG. 6, in the profile of line light, assuming that the electric field of the emitted light is uniform in the aperture width, the far-field image at a distance is Franforfa diffraction. In order to obtain a long line length LT, it is necessary to narrow the opening width WT of the
図11(a)は、酸化狭窄構造を用いたプロファイル調整構造46の断面図である。活性層25の上部に酸化狭窄層90を設けて電流を狭窄するとともに、横方向の屈折率分布を変えることができるため、屈折率導波構造を形成できる。このため、電流狭窄幅CWとともに開口幅WTを1μm程度まで狭くすることができる。この場合、開口幅WTは、電流狭窄幅CWと同じか、それより広くすることで、活性層で発生したレーザ光を有効に回折することができる。
FIG. 11A is a cross-sectional view of the
図11(b)は、イオン注入構造を用いたプロファイル調整構造46の説明図である。上部DBR26領域にイオン注入領域92を設けて電流狭窄することができる。このイオン注入構造では、利得導波構造となる。このため電流狭窄幅CWを10μmから15μmと広く設定することが可能となり、光放射構造20の大出力が可能となる。従って、開口幅WTは、電流狭窄幅CWより小さくし、開口幅WTにて回折角θdを設定する。利得導波構造では、波面が湾曲し、強度分布に双峰性を有するため、ライン光の強度分布を均一にする方向に寄与することが期待できる。
FIG. 11B is an explanatory diagram of the
図11(c)は、窓構造を用いたプロファイル調整構造46の説明図である。ライン光の強度分布はなるべく均一であることが望ましい。本実施形態では、出射口28に、透過率、位相特性がライン方向に分布する分布型レンズを形成した窓構造110を示している。図11(c)では、図11(a)の酸化狭窄構造に窓構造110を採用しているが、これに限定されることはなく、図11(b)のイオン注入構造やその他の電流狭窄構造に対して有効である。以下、窓構造110の例を示す。
FIG. 11C is an explanatory diagram of the
図12(a)は、NDフィルタを用いた窓構造の断面図である。窓構造110の中心部分の透過率を低くしたNDフィルタ構造120aを形成し、ライン光中央部分の強度を落とすことによって強度分布を均一化させる。
FIG. 12A is a cross-sectional view of a window structure using an ND filter. The
図12(b)は、SINC関数窓構造の例である。出射口28での電界分布をSINC関数の形状に調整する構造120bにより、ライン光のプロファイルを均一化できる。
FIG. 12B is an example of a SINC function window structure. The
図12(c)は、マルチ窓構造の例である。窓構造110の上部部分に金(Au)などの高反射率を有する材料にてマルチ窓構造120cを形成する。このマルチ窓構造120cによりライン光のプロファイルを波線形状にすることができる。
FIG. 12C is an example of a multi-window structure. The
(ライン長LTの拡大)
続いて、ライン長LTの拡大について説明する。図13(a)、(b)は、ライン長LTの拡大を説明する図である。図13(a)に示すように、3つのビーム偏向デバイス2を台形状の基板130に実装してもよい。図13(b)に示すように、各ビーム偏向デバイス2の回折角が接する、または重なるように実装することにより、ライン長LTを拡大できる。
(Expansion of line length LT)
Subsequently, the expansion of the line length LT will be described. 13 (a) and 13 (b) are diagrams illustrating the expansion of the line length LT. As shown in FIG. 13A, the three
(クロスパターン生成)
クロス形状のストラクチャードライトを形成したい場合は、2つのビーム偏向デバイスを直交させて配置すればよい。しかしながら、本実施形態のビーム偏向デバイスは、スローライト光の伝搬方向が一方向なため、偏向角を伝搬方向と反対な方向には掃引できない。従って、2つのビーム偏向デバイス2から投影されるストラクチャードライトの投光位置をオーバーラップさせることが好ましい。図14(a)~(c)は、2つのビーム偏向デバイス2a、2bを近接し直交配置させる場合の例である。
(Cross pattern generation)
If you want to form a cross-shaped structured light, you can arrange the two beam deflection devices orthogonally. However, in the beam deflection device of the present embodiment, since the propagation direction of the slow light light is unidirectional, the deflection angle cannot be swept in the direction opposite to the propagation direction. Therefore, it is preferable to overlap the projection positions of the structured lights projected from the two
図14(a)は、ビーム偏向デバイス2aを偏向角方向に傾かせて配置する。また、図14(b)は、ビーム偏向デバイス2bを回折角方向に傾かせて配置する。図14(c)は、2つのビーム偏向デバイス2a、2b両者を傾かせて配置する。
In FIG. 14A, the
(偏向角の拡大)
本実施形態のビーム偏向デバイスは、偏向角をスローライト伝搬方向と反対の方向には掃引できないため2つのビーム偏向デバイス2a、2bを平行に配置することで、偏向角の拡大が可能である。しかし本実施形態のビーム偏向デバイスは、垂直放射(θ=0)が難しく最小でも3°~5°程度の偏向角を有する。そのため、ビーム偏向デバイス2a、2bを、少なくとも5°程度傾け、スローライト伝搬方向を逆に平行に配置する。図15(a)は、2つのビーム偏向デバイス2a、2bを直線上に配置する例であり、図15(b)は、2つのビーム偏向デバイス2a、2bを並べて配置する場合である。
(Expansion of deflection angle)
Since the beam deflection device of the present embodiment cannot sweep the deflection angle in the direction opposite to the slow light propagation direction, the deflection angle can be expanded by arranging the two
図16は、一実施例に係るビーム偏向デバイス2の断面図である。光放射構造20の出射口28の長手方向にプリズム160を配置する。このプリズム160によってビーム偏向デバイス2a、2bを傾けて実装することなく垂直出射が可能となる。
FIG. 16 is a cross-sectional view of the
図17(a)は、4つのビーム偏向デバイスを配置する場合の配置例である。図15(b)に示したように、ビーム偏向デバイス2X、2X'を並べて配置することでX方向に偏向角を拡大し、同様にビーム偏向デバイス2Y、2Y'を用いてY方向に偏向角を拡大する。この構成によれば、図17(b)に示すように、ビーム偏向デバイス2X、2X'が投光する参照面Rs_Xと、ビーム偏向デバイス2Y、2Y'が投光する参照面Rs_Yを、4つのビーム偏向デバイスの垂直上で有効に直交させることができる。
FIG. 17A is an arrangement example in which four beam deflection devices are arranged. As shown in FIG. 15B, the
図18(a)~(f)は、プロジェクタ100により生成可能なストラクチャードライトを示す図である。図18(a)には、ある時刻で生成されるラインパターン204が示される。図18(b)は、図18(a)のラインパターン204が掃引されて形成される縞状のストラクチャードライト200が示される。実施の形態に係るプロジェクタ100によれば、図18(b)に示すようにラインパターン204の間隔を任意に(たとえば不等間隔)制御することが可能である。図18(c)は、ある時刻において生成されるクロスパターン206であり、直交する2本のラインパターン204x、204yを含む。クロスパターン206は、図14(a)~(c)を参照して説明したように、直交配置された2個のビーム偏向デバイス2の組み合わせにより実現可能である。図18(c)のクロスパターン206が掃引されると、図18(d)に示すような格子状のストラクチャードライト208が形成される。
18 (a) to 18 (f) are diagrams showing structured lights that can be generated by the
図18(e)は、ライン光を、長手方向に離散的な複数のスポット212を含むように変調して得られるラインパターン210を示す図である。このようなラインパターン210は、図11(c)に示す窓構造110によって実現できる。図18(f)のストラクチャードライト214は、図18(e)のラインパターン210を形成可能なビーム偏向デバイス2を、2個、直交して配置することで実現できる。
FIG. 18 (e) is a diagram showing a
(3次元計測)
図19は、実施形態に係るライン歪検出による3次元計測の説明図である。光放射構造20から偏向角θ3にてライン光が放射されたと仮定すると、光放射構造20から距離WD1離れた参照面RS1のX-X'直線上ではS3点に到達する。この時、イメージセンサ4の中心R点からみてS3方向の角度にライン光が観測される。
(3D measurement)
FIG. 19 is an explanatory diagram of three-dimensional measurement by line strain detection according to the embodiment. Assuming that the line light is emitted from the
今、測定対象物がR3点にあると仮定すると、イメージセンサ4の中心R点からみてR3方向の角度にライン光が観測される。すなわち、図中のΔθだけライン光が移動して観測される。このΔθは、イメージセンサ4上では画素点の移動として撮像される。同様に、イメージセンサ4のY方向の画素全ておいて同様のことが成り立つから、イメージセンサ4上ではライン歪となって観測される。
Assuming that the object to be measured is at the R3 point, line light is observed at an angle in the R3 direction when viewed from the central R point of the
イメージセンサ4から見てR3方向には、S2点、R4~R7点が存在するが、イメージセンサ側では、ライン光の発出時間tと偏向角を示すθ(t)情報が通知されることからR3点からの反射であることが判別できる。R3点の位置は、三角法によって算出できる。ビーム偏向デバイス2から送出されるライン光の発出時間tと偏向角θ(t)の情報は、図10(a)、(c)に示したようにライン光自体に変調されるか、または光掃引コントローラ3から形状識別部5に直接送られる。
There are S2 points and R4 to R7 points in the R3 direction when viewed from the
なお、ビーム偏向デバイス2は、熱駆動もしくはMEMS駆動されるため発振波長λ1およびλ2が揺らぎ、送出されるライン光の偏向角の精度がとれない場合があると考えられる。その場合、TOF検出回路にて、経路S-R3-Rの光の到達時間からR3点の位置を算出し、その時の偏向角θ3を求めることができる。そしてこの算出したθ3を用いて、ライン全体についてライン歪検出を行えばよい。
Since the
図20は、実施形態に係る3次元計測のフローチャート図である。まずステップST1では、まず所望のストラクチャードライトを設定し、ステップST2において、ビーム偏向デバイス2から、ストラクチャードライトを形成するライン光を時間的に掃引して測定対象物に投光する。ステップST3では、イメージセンサ4上のライン光の反射角度と、ライン光の送出時間と偏向角を示すθ(t)情報を取得する。
FIG. 20 is a flowchart of three-dimensional measurement according to the embodiment. First, in step ST1, a desired structured light is first set, and in step ST2, the line light forming the structured light is temporally swept from the
ステップST4では、ライン歪検出部51はイメージセンサ4で撮像されたライン光の反射角度と、このライン光の送出時間tと偏向角を示すθ(t)情報を用いて、測定対象物の3次元位置を求める。
In step ST4, the line
ステップST5では、ストラクチャードライトを形成する全てのライン光に対して3次元位置求め、測定対象物の3次元像を得る。 In step ST5, a three-dimensional position is obtained for all the line lights forming the structured light, and a three-dimensional image of the object to be measured is obtained.
ステップST6は、偏向角の精度が取れない場合に実施され、TOF検出部52でライン光の到達時間からライン光の偏向角を求め、ライン歪検出部51に通知する。ライン歪検出部51では、この偏向角をもちいて3次元位置を算出する。もちろんTOF検出部52だけで3次元像を求めることも可能である。
Step ST6 is performed when the accuracy of the deflection angle cannot be obtained, and the
以上述べたように、本実施形態によれば、広偏向角60°以上、解像点数は1000以上のビーム偏向デバイスを用いて3次元計測を行うため、高解像度な3次元データを得ることが可能である。また、本実施形態の利得導波構造や光放射構造の長尺化などを採用することによって高出力化が可能である。このため、外光に強い3次元計測が行える。 As described above, according to the present embodiment, since the three-dimensional measurement is performed using a beam deflection device having a wide deflection angle of 60 ° or more and a resolution point of 1000 or more, it is possible to obtain high-resolution three-dimensional data. It is possible. Further, it is possible to increase the output by adopting the gain waveguide structure and the lengthening of the light radiation structure of the present embodiment. Therefore, three-dimensional measurement that is strong against external light can be performed.
さらに、複数のビーム偏向デバイスを配置する場合は、レンズ系を使用せず、回折角と偏向角を拡大できるため、解像度を落とさず投光面積の拡大ができる。従って比較的近くにある大きな測定対象物に投光して3次元計測が行える。また複数のビーム偏向デバイスを配置することにより、測定対象物に合わせ、最適なストラクチャライトパターンを形成できる。 Further, when a plurality of beam deflection devices are arranged, the diffraction angle and the deflection angle can be expanded without using a lens system, so that the projection area can be expanded without reducing the resolution. Therefore, it is possible to perform three-dimensional measurement by projecting light on a large object to be measured relatively close. Further, by arranging a plurality of beam deflection devices, it is possible to form an optimum structure light pattern according to the object to be measured.
また、偏向角を測定対象物に合わせて設定できるため、ストラクチャパターンを一斉に投光するタイプのものに比べ低消費電力が達成される。 Further, since the deflection angle can be set according to the object to be measured, low power consumption can be achieved as compared with the type in which the structure pattern is flooded all at once.
また、イメージセンサ側で、ビーム偏向デバイスから出射されるライン光の偏向角を正確に取得できるため、高解像度の3次元計測が行える。 Further, since the deflection angle of the line light emitted from the beam deflection device can be accurately acquired on the image sensor side, high-resolution three-dimensional measurement can be performed.
尚、本発明のいくつかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. This novel embodiment can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. The present embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1…3次元計測装置
2…ビーム偏向デバイス
3…光掃引コントローラ
4…イメージセンサ
5…形状識別部
6…メモリ
20…光放射構造
21…光掃引構造
21s…シード光源
22…VCSEL構造
31…ストラクチャードライト設定部
32…波長設定部
33…駆動部
51…ライン歪検出部
52…TOF検出部。
1 ...
Claims (16)
参照面上に所望のストラクチャードライトが発生するように、前記光放射構造が出射する前記ライン光の時間プロファイルと前記偏向角を同期制御する光掃引コントローラと、
を備えることを特徴とするストラクチャードライト方式の3次元計測用プロジェクタ。 The far-field image includes a light emitting structure that emits line light having a line shape having a length in the first direction from the device surface so that the line light is swept in a second direction perpendicular to the first direction. A beam deflection device in which the deflection angle at which the line light is emitted is variable, and
A light sweep controller that synchronously controls the time profile of the line light emitted by the light emitting structure and the deflection angle so that a desired structured light is generated on the reference surface.
A projector for 3D measurement of the structured light system, which is characterized by being equipped with.
前記光放射構造は、第2波長で単体発振するよう構成され、
前記第1波長と前記第2波長の少なくとも一方が制御可能に構成されることを特徴とする請求項2に記載の3次元計測用プロジェクタ。 The beam deflection device further comprises a seed light source that photocouples the seed light of the first wavelength to the input end of the light emission structure.
The light radiation structure is configured to oscillate as a single substance at the second wavelength.
The projector for three-dimensional measurement according to claim 2, wherein at least one of the first wavelength and the second wavelength is controllably configured.
複数のビーム偏向デバイスが出射する複数のライン光が長手方向に連結されて、前記ストラクチャードライトが形成されることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の3次元計測用プロジェクタ。 It is equipped with a plurality of the beam deflection devices.
The projector for three-dimensional measurement according to any one of claims 1 to 10, wherein a plurality of line lights emitted by a plurality of beam deflection devices are connected in the longitudinal direction to form the structured light.
2個のビーム偏向デバイスは、スローライト伝搬方向がお互い反対方向になるように配置されることを特徴とする請求項2に記載の3次元計測用プロジェクタ。 The two beam deflection devices are provided.
The projector for three-dimensional measurement according to claim 2, wherein the two beam deflection devices are arranged so that the slow light propagation directions are opposite to each other.
2個のビーム偏向デバイスは、スローライト伝搬方向が直角となるように配置されることを特徴とする請求項2に記載の3次元計測用プロジェクタ。 The two beam deflection devices are provided.
The projector for three-dimensional measurement according to claim 2, wherein the two beam deflection devices are arranged so that the slow light propagation directions are at right angles.
前記測定対象物に投光されたストラクチャードライトを撮像するイメージセンサと、
前記イメージセンサで撮像されたストラクチャードライトのライン歪みに基づいて前記測定対象物の3次元位置を識別する形状識別部と、
を有することを特徴とする3次元計測装置。 The projector for three-dimensional measurement according to any one of claims 1 to 14, which irradiates the object to be measured with a structured light.
An image sensor that captures the structured light projected onto the object to be measured, and
A shape identification unit that identifies the three-dimensional position of the object to be measured based on the line distortion of the structured light imaged by the image sensor.
A three-dimensional measuring device characterized by having.
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