系统的制作方法

本发明涉及一种系统。

背景技术：

近年来，已知一种系统，该系统使用机器人操纵放置在托盘上的对象(工件)以将该对象传送到与下一个工序相对应的装置，或使用对象来装配产品。在该系统中，成像装置识别放置在托盘上的对象的位置和朝向，并且该对象被操纵。另外，在系统中，照明装置利用光照射托盘上的对象，这使得提高成像装置的测量精度成为可能(例如，PTL1和PTL2)。

技术实现要素：

技术问题

然而，在根据相关技术的系统中，对象识别的精度可能受光照射的对象的类型的影响。

鉴于上述问题做出了本发明，并且本发明的目的是提供一种能够防止对象的识别精度降低的系统。

解决问题的方案

为了解决上述问题并实现所述目的，根据本发明的系统是一种包括照明装置和成像装置的系统，成像装置被配置为捕获由照明装置用光照射的对象的图像。照明装置包括发光单元、聚光单元、漫射单元和均匀化光学系统。发光单元被配置为发射第一偏振光。聚光单元被配置为聚焦从发光单元发射的光。漫射单元被配置为漫射由聚光单元聚焦的光。均匀化光学系统被配置为接收由漫射单元漫射的光，使光的照度分布均匀，并发射光。该系统还包括在从对象到成像装置的成像元件的光路上提供的并且被配置为以预定阻挡率阻挡第一偏振光的选择性透射单元。

发明的有益效果

根据本发明，有可能阻止对象的识别精度的降低。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的操纵系统的示意图。

图2是示出根据第一实施例的从操纵系统中的对象直接反射的光的光路的实例的图。

图3是示出根据第一实施例的图案照射装置的结构的示意图。

图4是示出光通道中的光路的实例的示意图。

图5是示出根据第一实施例的图案照射装置的一部分的透视图。

图6是示出根据第二实施例的图案照射装置的结构的示意图。

图7是示出反射/漫射板中的光路的实例的示意图。

图8是示出当反射/漫射板被拆去时的光路的实例的示意图。

图9是示出根据第三实施例的图案照射装置的结构的示意图。

图10是示出锥形光通道中的光路的实例的示意图。

图11是示出根据第四实施例的图案照射装置的结构的示意图。

图12是示出根据第四实施例的例如第一反射镜组和透镜的配置的实例的示意图。

图13A是示出使用单板反射镜时的光路的示意图。

图13B是示出使用第一反射镜组时的光路的示意图。

图14是示出根据第五实施例的图案照射装置的结构的示意图。

图15是示出根据第五实施例的例如第二反射镜组和柱面透镜的配置的实例的示意图。

图16是示出根据第六实施例的图案照射装置的结构的示意图。

图17是示出根据第六实施例的例如第三反射镜组的配置的实例的示意图。

图18是示出根据第七实施例的图案照射装置的结构的示意图。

图19是示出根据第八实施例的图案照射装置的结构的示意图。

图20是示出根据第八实施例的用于切换图案照射装置中的照射光的方法的实例的示意图。

图21是示出根据第九实施例的三维测量装置的结构的示意图。

图22是示出根据第十实施例的三维测量装置的结构的示意图。

图23是示出根据第十一实施例的三维测量装置的结构的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述根据本发明实施例的操纵系统10。

(第一实施例)

图1是示出根据第一实施例的操纵系统10的示意图。操纵系统10操纵对象11(工件)以将对象11传送到与下一个工序相对应的装置，或者使用对象11来组装产品。

操纵系统10包括托盘12、机器人13、图案照射装置20(照明装置)、三维测量装置21(成像装置)、识别装置22和机器人控制器23。托盘12具有至少一个放置在其上的对象11。

机器人13使用机械臂来操纵放置在托盘12上的对象11中的任意一个，并且将被操纵对象11移动到指定位置或将被操纵对象11保持在指定朝向。机器人13可以打开和闭合爪，使得对象11被夹在它们之间并且操纵对象11，可以使用空气吸引力来操纵对象11，或者可以使用电磁力来操纵对象11。

图案照射装置20用具有预定单色图像图案的第一偏振光照射其上放置有对象11的托盘12。然后，放置在托盘12上的每个对象11的表面的暴露部分被具有预定的图像图案的光照射。在该实施例中，图案照射装置20发射蓝色图像图案光。然而，颜色不限于蓝色，可以是白色。

在图案照射装置20以预定的图像图案发射第一偏振光的状态下，三维测量装置21测量到放置在托盘12上的每个对象11的暴露表面的位置的距离。三维测量装置21包括阻挡第一偏振光并透射除第一偏振光之外的偏振光的选择性透射单元24。三维测量装置21捕获从对象11反射并穿过选择性透射单元24的光的图像，并测量到对象11的距离。即，三维测量装置21捕获从对象11反射的偏振光分量中的除了第一偏振光之外的偏振光，并测量到对象11的距离。例如，三维测量装置21使用立体相机测量距离，并且生成指示到图像的每个位置的距离的三维信息。

识别装置22基于由三维测量装置21测量的到每个对象11的表面的每个位置的距离来识别每个对象11的位置和朝向。例如，识别装置22执行三维模型的匹配处理或例如表面匹配处理的匹配处理，并识别每个对象11的位置和朝向。此外，识别装置22可以基于照度信息来执行例如边缘提取，以补充匹配处理。

机器人控制器23根据预先登记的控制流程，基于由识别装置22识别的每个对象11的位置和朝向，控制机器人13的动作。随后，机器人控制器23执行使得机器人操纵托盘12上的指定对象11的控制。

在操纵系统10中，图案照射装置20用具有提高三维测量装置21的三维测量精度的图像图案的第一偏振光照射放置在托盘12上的每个对象11。随后，三维测量装置21捕获除了第一偏振光之外的偏振光，并测量到对象11的距离。根据操纵系统10，能够以高精度识别放置在托盘12上的每个对象11的位置和朝向，并以高精度操纵对象11。

图2是示出根据第一实施例的从操纵系统10中的对象11直接反射的光的光路的实例的图。

从图案照射装置20向对象11发射的第一偏振光是例如在预定方向的线偏振光。第一偏振光可以是，例如，以预定方向旋转的圆偏振光。三维测量装置21的选择性透射单元24是例如阻挡第一偏振光并透射除了第一偏振光以外的偏振光的偏振过滤器。例如，当第一偏振光是线偏振光时，选择性透射单元24阻挡第一偏振光并透射垂直于第一偏振光的第二偏振光。当第一偏振光是圆偏振光时，选择性透射单元24阻挡第一偏振光并透射在与第一偏振光的方向相反的方向上旋转的第二偏振光。选择性透射单元24可以被布置在从对象11到三维测量装置21的成像元件(例如，CCD)的光路上，并且可以与三维测量装置21分开设置。选择性透射单元24可以被布置在从对象11到三维测量装置21的成像元件的光路上的任意位置处，并且可以与三维测量装置21一体地设置。在这种情况下，选择性透射单元24阻挡从对象11反射的第一偏振光，并透射除了从对象11反射的第一偏振光以外的偏振光，以便入射在三维测量装置21上。

当图案照射装置20用第一偏振光照射放置在托盘12上的对象11时，从对象11反射的光包括直接反射的光和漫反射的光。直接反射光的量和漫反射光的量之间的差很大。因此，当捕获直接反射光时，动态范围不足，并且三维测量装置21的识别精度降低。

在图2中，假设图案照射装置20的光出射表面、三维测量装置21的光入射表面和对象11的表面彼此平行。此外，假设从图案照射装置20发射到对象11的光的行进方向与垂直于对象11的表面的线之间形成的角度为θ。在这种情况下，从对象11的表面直接反射的光在从垂直于对象11的表面的线朝三维测量装置21倾斜角度θ的方向上行进。直接反射光作为光泽被三维测量装置21捕获。结果，动态范围不足并且识别的精度被降低。

考虑到图案照射装置20与三维测量装置21之间的距离增大以防止直接反射光入射到三维测量装置21上。然而，当图案照射装置20和三维测量装置21以这种方法被布置时，装置在整个系统中占据的空间增大并且可用性降低。此外，当对象11以各种方向放置在托盘12上时，很难使从所有对象11直接反射的光入射到三维测量装置21上。

这里，从对象11直接反射的光(直接反射光)被保持在偏振态。与此相反，漫反射光的偏振态是无序的。也就是说，当第一偏振光被入射到对象11上时，直接反射光也是第一偏振光。然而，漫反射光的偏振态是无序的，并且漫反射光包括第二偏振光。

在根据本实施例的操纵系统10中，图案照射装置20用第一偏振光照射对象11，并且三维测量装置21的选择性透射单元24阻挡第一偏振光并透射除了第一偏振光之外的偏振光。然后，三维测量装置21捕获透射过选择性透射单元24的光并测量到对象11的距离。以这种方法，三维测量装置21可以接收除了从对象11直接反射的光之外的漫射反射光。因此，三维测量装置21能够阻止由于不充足的动态范围所导致的识别精度降低。

根据操纵系统10，能够以高精度识别放置在托盘12上的每个对象11的位置和朝向，并且以高精度操纵对象11。

图3是示出根据第一实施例的图案照射装置20的结构的示意图。图案照射装置20用提高三维测量装置21的距离的测量精度的图像图案光来照射投影面30。投影面30对应于操纵系统10中放置对象11的托盘12。

图案照射装置20包括发光单元31、聚光单元32、透射/漫射板33、光通道34、图像形成单元35以及照射光学系统36。

在图3中，x，y和z表示相互垂直的方向。x方向表示平行于光通道34的光轴的方向。y方向表示垂直于x方向的方向。z方向表示垂直于x方向和y方向的方向。

发光单元31发射第一偏振光。在该实施例中，发光单元31以相同方向发射激光束，激光束是第一预定偏振光的多个平行光束。

发光单元31包括作为光源的多个激光二极管41和多个准直透镜42。多个激光二极管41以相同的方向发射第一偏振激光束，第一偏振激光束是相干光。在该实施例中，每个激光二极管41是蓝色激光二极管，其发射具有例如等于或大于440nm并且等于或小于500nm的波长的蓝色激光束。每个激光二极管41不限于蓝色激光二极管，并且可以是其他颜色的二极管。此外，只要三维测量装置21能够检测发射光，激光二极管41就可以发射除了可见光以外的激光束。

多个准直透镜42与多个激光二极管41一一对应地设置。准直透镜42接收从相应的激光二极管41发射的激光束，并将激光束作为平行光束发射。因此，发光单元31能够在相同的方向上发射作为多个平行光束的激光束。

聚光单元32将从发光单元31发射的第一偏振光聚焦到透射/漫射板33上。在该实施例中，聚光单元32是透镜，并且将多个激光束基本上聚焦在透射/散射板33的一个点上。

透射/漫射板33是对入射光进行漫射的漫射单元。透射/漫射板33总体上具有平板形状。例如，细微的凹凸部分随机地形成在透射/漫射板33的至少一个表面上。透射/漫射板33接收由聚光单元32聚焦的多个激光束，并在透射和漫射入射光的同时将入射光发射到光通道34。例如，透射/漫射板33以作为半峰全宽的等于或大于5°并且等于或小于10°的漫射角对光进行漫射。

光通道34是均匀化光学系统，其使与行进光的光轴方向(x方向)垂直的平面(y方向和z方向)的照度分布均匀。光通道34接收由透射/漫射板33漫射的光，使入射光透射，使光的照度分布均匀，并发射光。光通道34使入射光透射，使得从光通道34发射的光的照度分布至少比入射光更均匀。

图像形成单元35根据预定的图像图案透射并阻挡(或反射)从光通道34发射的光，以在垂直于光轴的平面上形成带有预定图像图案的图像。透射过图像形成单元35的光入射到照射光学系统36上。预定图像图案是当被发射到对象11时提高距离的测量精度的二维图案。

例如，图像形成单元35是通过在诸如玻璃板的透明板上绘制预定图像图案而获得的具有矩形板形状的光掩模。图像形成单元35可以是能够基于电信号形成透射的图像图案的板状透射液晶元件。在这种情况下，图像形成单元35能够根据从外部信息处理装置传输的图像数据形成图像图案。

照射光学系统36以指定放大倍率放大透射过图像形成单元35的光并将光发射到投影面30。

图4是示出光通道34中的光路的实例的示意图。如图4所示，光通道34具有圆柱形形状并且具有在圆柱体中将光向内反射的反射侧表面43。在光通道34中，圆柱体内部用作透射光的光路44。光路44可以是中空路径，或者可以填充透明材料，例如玻璃，只要它能够透射光。

由透射/漫射板33漫射的光通过入口45入射到光路44上。入射光在被从反射侧表面43被反射的同时透射过光路44。随后，透射过光路44的光经过出口46被发射到外部。入射到光通道34的光在从反射侧表面43被反射的同时穿过光路44的内部。因此，光通道34能够使发射的光的照度分布均匀。

光通道34的反射侧表面43被平行于光轴设置。因此，光通道34上的光的入射角θa等于来自光通道34的光的出射角θb。因此，光通道34可以以与透射/漫射板33相同的漫射角发射光。

在该实施例中，光通道34的垂直于光轴方向(x方向)的平面具有矩形形状。优选地，光通道34的垂直于光轴的平面具有与图像形成单元35基本相同的长宽比。

光通道34的出口46可以具有足够的尺寸，以在随后的阶段中用光照射至少图像形成单元35的整个表面。当出口46大于在随后的阶段中设置的图像形成单元35时，从出口46发射的光泄漏到图像形成单元35的外面并被浪费。因此，考虑到例如组装精度，优选的是，出口46具有与图像形成单元35基本相同的尺寸。

随着光通道34在光轴方向上的长度增加，光在光路44中被反射的次数增加，并且光的照度分布变得更均匀。然而，在这种情况下，损失增加。因此，优选地，在获得对象均匀性的范围内，光通路34在光轴方向上的长度为最小值。

在一些情况下，光通道34被称为均质器或导光管。图案照射装置20可以包含除了光通道34以外的构件，只要是使出射光的照度分布比入射光更均匀的均匀化光学系统即可。例如，图案照射装置20可以包括复眼(fly eye)来代替光通道34。

图5是示出根据第一实施例的图案照射装置20的一部分的透视图。例如，发光单元31包括以2×4矩阵排列的八个激光二极管41。此外，发光单元31包括对应于激光二极管41的八个准直透镜42。发光单元31能够以相同的方向发射八束平行光束。

因而，由于发光单元31包括多个激光二极管41，所以能够提高从发光单元31发射的光的能量。发光单元31可以具有任意数量的激光二极管41和任意阵列的激光二极管41，只要能够以相同的方向发射激光束即可。

透射/漫射板33被紧接地设置在光通道34之前，而没有插入例如中继光学系统。因此，在图案照射装置20中，可以减小透射/漫射板33与光通道34之间的光学距离，并防止漫射光泄漏到光通道34外面。由此，在图案照射装置20中，能够提高光的传输效率并提高输出能量。

聚光单元32从发光单元31发射的多个激光束聚焦到透射/漫射板33上。因此，即使发光单元31中的激光二极管41的数量增加，从激光二极管41发射的光也能够不泄漏地入射到光通道34上。由此，能够容易地提高从图案照射装置20输出的能量。

激光束具有高方向性。如果从准直透镜42发射的激光束被直接入射到光通道34上，则光通道34难以有效地使照度分布均匀。然而，在本实施例中，由于由透射/漫射板33漫射的激光束入射到光通道34上，所以光通道34可以有效地使照度分布均匀。因此，光通道34在光轴方向上的长度被减小并且能够减少图案照射装置20的尺寸。

图像形成单元35被紧接地设置在光通道34之后，而没有插入例如中继光学系统。因此，在图案照射装置20中，光通道34与图像形成单元35之间的光学距离减小，并且能够防止从光通道34发射的漫射光泄漏到外面。由此，在图案照射装置20中，能够提高光的传输效率并提高输出能量。

在该实施例中，激光二极管41发射蓝色激光束。因此，图案照射装置20能够以高精度测量距离，并为操作者提供良好的工作环境。理由如下。

例如，已知由Osram GmbH制造的投影仪光源P1W(http://www.osram.jp/osram_jp/press/press-releases/_trade_press/2013/osram-led-power-packs-for-projectors/)。光源P1W发射亮度为500lm的蓝光、亮度为1250lm的红光、以及亮度为4150lm的绿光。这里，lm是光通量的单位，并且表示考虑可见度的亮度。当不考虑可见度时，光的辐射通量(单位W)计算如下：光通量(lm)＝683×辐射通量(W)×Y刺激值。当从每种颜色的代表性光谱计算转换因子lm/W时，蓝色的转换因子是40lm/W，红色的转换因子是200lm/W，以及绿色的转换因子是480lm/W。因此，基于光通量和转换因子，蓝色的辐射通量为12.5W，红色的辐射通量为6.3W，以及绿色的辐射通量为8.6W。也就是说，蓝色具有最高的辐射通量。

优选地，发射用于测量距离的图像图案的图案照射装置20包括光源，该光源考虑到人眼的灵敏度，即，可见度，而没有光通量的数值，但是具有高的辐射通量，该高的辐射通量为光的真实输出。如上所述，在市场上可买到的光源之中，蓝色激光二极管具有最高的辐射通量。由于激光二极管41发射蓝色激光束，因此图案照射装置20能够以高能量来对对象11进行照明，并且即使对象11为例如黑色，也能够以高精度测量距离。

蓝光具有低光通量且不使人眼目眩。由于激光二极管41发射蓝色激光束，所以操作者可能看到对象11，并且图案照射装置20可以提供良好的工作环境。此外，蓝光是可见光。由于激光二极管41发射蓝色激光束，所以图案照射装置20能够使操作者看到照明区域，并且能够提供一个操作者容易调整照明区域的环境。

调整从发光单元31中的多个激光二极管41发射的激光束的偏振方向，使得激光束变成第一偏振光。因此，从图案照射装置20发射的光变成第一偏振光。三维测量装置21包括阻挡第一偏振光的选择性透射单元24(例如，偏振过滤器)。选择性透射单元24为，例如，偏振过滤器，并且选择性透射单元24相对于光轴的旋转能够被调整。调整选择性透射单元24以便阻挡第一偏振光。因此，三维测量装置21能够防止由于受到从对象11直接反射的光的影响而导致的识别精度的降低。另外，选择性透射单元24可以不相对于图案照射装置20旋转，但是图案照射装置20可以被旋转和调整，使得选择性透射单元24阻挡第一偏振光。

图案照射装置20可以包括光源，该光源是例如发射非偏振光的LED和偏振过滤器的组合，并且可以发射第一偏振光。然而，偏振过滤器阻挡垂直于透射的偏振光的方向的偏振光(或反向旋转的偏振光)。因此，从作为例如发射非偏振光的LED和偏振过滤器的组合的光源发射的光量等于或小于该实施例中的光量的一半。由此，光源的效率被降低。相反，在本实施例中，图案照射装置20的发光单元31包括多个激光二极管41，并且从发光单元31发射的激光束的偏振方向被调整，使得激光束变成第一偏振光。因此，没有必要阻挡光并且能够用偏振光有效地照明对象。

如上所述，根据该实施例的图案照射装置20，能够获取带有高的光学功率的偏振光并减小尺寸和成本。此外，图案照射装置20能够为操作者提供良好的工作环境。

在相关技术中，例如，通过使用数字镜装置(DMD)或液晶面板的投影装置(投影仪)来执行图案照射。然而，使用例如DMD或液晶面板的投影装置的光学系统由于包括中继光学系统和用于组合颜色的光学系统而具有大量的部件。因此，使用投影装置执行图案照射的装置具有大尺寸和高成本。在该实施例中，图案照射装置20能够不使用根据相关技术的投影装置来执行图案照射。

根据本实施例的图案照射装置20(照明装置)被应用于对对象11进行三维地测量的系统。然而，图案照射装置20可以被应用于执行除了三维测量之外的处理的系统。在这种情况下，该系统包括：用第一偏振光照射对象11的图案照射装置20(照明装置)、捕获对象11的图像的成像装置以及被设置在从对象11到成像装置的成像元件(例如，CCD)的光路上的选择性透射单元24。成像装置使用例如单个相机来捕获对象11的图像，并执行图像处理，图像处理例如是检测对象11的边缘的处理。这个系统还可以执行提高其图像由成像装置捕获的对象11的识别精度的处理。

(第二实施例)

接下来，将描述根据第二实施例的图案照射装置50。替代根据第一实施例的图案照射装置20，根据第二实施例的图案照射装置50被应用于操纵系统10，该操纵系统10适用于第三及以后的实施例。

根据第二实施例的图案照射装置50具有与根据第一实施例的图案照射装置20基本相同的功能和结构。具有与在第一实施例中基本相同的功能和结构的部件由相同的数字表示，并且将不重复其详细描述。只有第一实施例和第二实施例之间的差别将被描述。

图6是示出根据第二实施例的图案照射装置50的结构的示意图。图案照射装置50包括发光单元31、聚光单元32、反射/漫射板51、光通道34、图像形成单元35以及照射光学系统36。图案照射装置50与根据第一实施例的图案照射装置的不同之处在于，它包括作为漫射单元的反射/漫射板51，代替透射/漫射板33。

聚光单元32将从发光单元31发射的第一偏振光聚焦到反射/漫射板51上。在该实施例中，聚光单元32将多个激光束基本上聚焦在反射/漫射板51的一个点上。

反射/漫射板51是漫射入射光的漫射单元。反射/漫射板51接收由聚光单元32聚焦的多个激光束，并在漫射入射光的同时将入射光反射到光通道34。反射/漫射板51与透射/漫射板33的不同之处在于，它反射和漫射光，并且在其他功能和效果上与透射/漫射板33相同。

光通道34接收被反射/漫射板51漫射的光，使光的照度分布均匀，并发射光。

图7是示出反射/漫射板51中的光路的实例的示意图。反射/漫射板51整体上具有大致平板形状，并且包括更靠近聚光单元32的透射/漫射表面52和与聚光单元32相对的反射表面53。

细微的凹凸部分随机地形成在透射/漫射表面52上。透射/漫射表面52透射光并漫射该透射光。防反射膜可以形成在透射/漫射表面52上。在这种情况下，透射/漫射表面52能够提高透射率。

反射表面53反射已经从聚光单元32发射并且已经穿过透射/漫射表面52的光。反射表面53为例如平面并且不漫射光。反射涂层膜，例如介电多层膜或金属膜，可以形成在反射表面53上。在这种情况下，反射表面53能够提高反射率。从反射表面53反射的光再次透射过该透射/漫射表面52，随后入射到光通道34上。

如图7所示，假设从聚光单元32发射的光束a入射到反射/漫射板51上。在这种情况下，光束a入射在透射/漫射表面52上。随后，光束a被透射/漫射表面52透射并漫射，并变成漫射光束a1和a2。这里，只有漫射光束a1和a2被示出。然而，有大量光束a的漫射光束。

随后，漫射光束a1和a2从反射表面53被反射并被再次入射到透射/漫射表面52的后侧。随后，漫射光束a1和a2被透射/漫射表面52透射和漫射，并成为漫射光束a11，a12，a21和a22。这里，只有漫射光束a11，a12，a21和a22被示出。然而，有大量光束a1和a2的漫射光束。

因而，在具有上述结构的反射/漫射板51中，光被透射/漫射表面52漫射两次。因此，反射/漫射板51能够提高漫射效果并能够发射照度分布均匀的光。根据该实施例的图案照射装置50，能够用照度分布均匀的图像图案照射对象11。

在该实施例中，反射/漫射板51的靠近聚光单元32的表面是透射/漫射表面52。然而，代替该结构，反射/漫射板51的靠近聚光单元32的表面可以是漫射和反射光的反射/漫射表面。

如上所述，由于根据该实施例的图案照射装置50包括反射/漫射板51，所以能够发射照度分布均匀的光。

图8是示出当反射/漫射板51脱离时的光路的实例的示意图。假定在该实施例的图案照射装置50中，反射/漫射板51由于例如故障而脱离或损坏，并且激光束不从反射/漫射板51反射。在这种情况下，如图8所示，从发光单元31发射的激光束不会入射到光通道34上。因此，在这种情况下，图案照射装置50不会向投影面30发射任何光。

例如，在图案照射装置50中，当反射/漫射板51脱离或损坏时，激光束不被漫射并直接发射到外面。因此，图案照射装置50能够用简单的结构实现防止漫射单元脱离或损坏时激光束发射到外部的机构。

(第三实施例)

接下来，将描述根据第三实施例的图案照射装置60。根据第三实施例的图案照射装置60具有与根据第二实施例的图案照射装置50基本相同的功能和结构。具有与在第二实施例中基本相同的功能和结构的部件由相同的参考数字表示，并且将不重复其详细描述。只有第三实施例和第二实施例之间的差别将被描述。

图9是示出根据第三实施例的图案照射装置60的结构的示意图。图案照射装置60包括发光单元31、聚光单元32、反射/漫射板51、锥形光通道61、图像形成单元35以及照射光学系统36。图案照射装置60与根据第二实施例的图案照射装置的不同之处在于它包括锥形光通道61作为均匀化光学系统，来代替光通道34。

锥形光通道61接收被反射/漫射板51漫射的光，使光的照度分布均匀，并发射光。锥形光通道61除了形状之外，具有与光通道34基本相同的结构与作用。

图10是示出锥形光通道61中的光路的实例的示意图。如图10所示，锥形光通道61与光通道34的不同之处在于，出口65大于入口64并且反射侧表面62相对于光路63的光轴倾斜。另外，在锥形光通道61中，在垂直于光路63中的光轴的方向上的平面的形状(包括入口64和出口65的形状)是具有与图像形成单元35基本上相同的长宽比的矩形。

类似于光通道34，当从反射侧表面62被反射时，入射到锥形光通道61的光穿过光路63的内部。因此，锥形光通道61能够使发射的光的照度分布均匀。

这里，在锥形光通道61中，垂直于z方向的反射侧表面62相对于光轴在z方向上倾斜角度θt。因此，在锥形光通道61中，光的入射角θc可以小于光的出射角θd。锥形光通道61可以减小在随后的阶段中设置的图像形成单元35上的光的入射角(漫射角)。

由于图案照射装置60包括锥形光通道61，所以能够减小已经透射过图像形成单元35的到照射光学系统36上的光束的入射角，即，减小NA。因此，图案照射装置60能够提高到照射光学系统36上的光的入射效率并能够获取高的光学功率。

随着反射侧表面62的倾斜角θt增加，锥形光通道61可以减小光的出射角θd。入口64的尺寸可以减小，或者出口65的尺寸可以增加，以便增大倾斜角θt。然而，当入口64的尺寸减小时，难以有效地捕获从反射/漫射板51反射的光。当出口65的尺寸增大时，照到图像形成单元35外面的光被浪费。因此，考虑到上述情况，优选适当地设定倾斜角度θt、入口64的尺寸以及出口65的尺寸。

在入口64和出口65的尺寸固定的状态下，锥形光通道61在光轴方向上的长度增加时，光的反射次数增加，并且可以进一步使光的照度分布均匀。然而，当锥形光通道61在光轴方向的长度增加时，由于光的反射次数增加，所以效率降低。此外，倾斜角θt被减小并且照射光学系统36的获取效率降低。因此，考虑以上，最好适当的设置锥形光通道61在光轴方向的长度。

如上，由于根据该实施例的图案照射装置60包括锥形光通道61，所以能够获取高输出功率。

(第四实施例)

接下来，将描述根据第四实施例的图案照射装置70。根据第四实施例的图案照射装置70具有与根据第三实施例的图案照射装置60基本相同的功能和结构。具有与在第三实施例中基本相同的功能和结构的部件由相同的参考数字表示，并且将不重复其详细描述。只有第四实施例和第三实施例之间的差别将被描述。

图11是示出根据第四实施例的图案照射装置70的结构的示意图。图案照射装置70包括发光单元31、聚光单元32、反射/漫射板51、锥形光通道61、图像形成单元35、棱镜71以及照射光学系统36。聚光单元32包括第一反射镜组72和透镜73。

图案照射装置70与根据第三实施例的图案照射装置的不同之处在于它还包括棱镜71。此外，图案照射装置70与根据第三实施例的图案照射装置的不同之处在于聚光单元32包括第一反射镜组72和透镜73。

第一反射镜组72将已经从发光单元31以相同的方向发射的多个平行光束反射到透镜73。第一反射镜组72包括多个反射镜74。每个反射镜74将已经从激光二极管41发射并且随后被准直透镜42改变为平行光束的激光束反射到透镜73。多个反射镜74以相同的方向反射多个平行光束。即，多个反射镜74平行地反射多个平行光束。

透镜73将平行入射的多个平行光束基本上聚焦在反射/漫射板51的一个点上。

棱镜71被插入到图像形成单元35和照射光学系统36之间。在该实施例中，照射光学系统36被设置为使得入射光的光轴垂直于锥形光通道61的光轴。棱镜71反射从图像形成单元35发射的光，以便入射到照射光学系统36上。由于图案照射装置70包括棱镜71，所以能够以小空间布置每个部件。图案照射装置70可以包括反射镜，来代替棱镜71。

当棱镜71被插入锥形光通道61和图像形成单元35之间时，锥形光通道61和图像形成单元35之间的距离增加，导致光损失的增加。例如，透镜可以被用于聚焦光。在这种情况下，部件的数量增加。因此，根据第四实施方式的图案照射装置70，由于棱镜71被设置在图像形成单元35和照射光学系统36之间，所以能够减少布置部件的空间，而不会降低效率。

图12是示出根据第四实施例的例如第一反射镜组72和透镜73的配置的实例的示意图。在该实施例中，发光单元31包括以2×4矩阵排列的八个激光二极管41和八个准直透镜42。

在该实施例中，第一反射镜组72包括四个反射镜74。四个反射镜74中的每个被设置为对应于沿y方向布置的两个激光二极管41和两个准直透镜42。每个反射镜74反射从两个相应的准直透镜42发射的两条平行光束。

第一反射镜组72可以包括八个反射镜74。在这种情况下，每个反射镜74反射从任意一个准直透镜42发射的平行光束。

图13A是示出使用单板反射镜75时的光路的示意图，以及图13B是示出使用第一反射镜组72时的光路的示意图。

假设图案照射装置70包括图13A所示的单板反射镜75，而不是第一反射镜组72。单板反射镜75被设置成相对于从发光单元31发射的多个平行光束倾斜45°角。因此，单板反射镜75可以将从发光单元31发射的平行光束以90°反射。

这里，假设由从发光单元31发射的多个平行光束形成的光束宽度是L1。假设由从单板反射镜75入射到透镜73上的多个平行光束形成的光束宽度是L2。L1和L2彼此长度相等。

相反，如图13B所示，形成第一反射镜组72的每个反射镜74被设置成相对于从发光单元31发射的多个平行光束倾斜45°角。因此，每个反射镜74可以将从发光单元31发射的平行光束以90°反射。

然后，多个反射镜74将从发光单元31发射的多个平行光束反射到透镜73，使得由从发光单元31沿相同方向发射的多个平行光束形成的光束宽度被降低。因此，当由从多个反射镜74入射到透镜73上的多个平行光束形成的光束宽度为L3时，L3小于L1。

这样，第一反射镜组72减小了入射到透镜73上的光束的宽度。因此，能够减小图案照射装置70中的透镜73的尺寸。另外，由于入射到透镜73上的光束的宽度较小，所以在图案照射装置70中，聚焦在反射/漫射板51上的光的入射角度减小，这可以减小从锥形光通道61发射的光束的漫射角。因此，在图案照射装置70中，照射光学系统36的NA被降低，并且能够提高照射光学系统36的光的入射效率。

如上，根据本实施例的图案照射装置70，由于光轴被棱镜71和第一反射镜组72弯曲，因此能够减小布置的组件的空间。此外，由于射束宽度被减少，能够获取高输出功率。

(第五实施例)

接下来，将描述根据第五实施例的图案照射装置80。根据第五实施例的图案照射装置80具有与根据第四实施例的图案照射装置70基本相同的功能和结构。具有与在第四实施例中基本相同的功能和结构的部件由相同的参考数字表示，并且将不重复其详细描述。只有第四实施例和第五实施例之间的差别将被描述。

图14是示出根据第五实施例的图案照射装置80的结构的示意图。根据第五实施例的聚光单元32包括第二反射镜组81和柱面透镜82。图案照射装置80与根据第四实施例的图案照射装置70的不同之处在于，聚光单元32包括第二反射镜组81和柱面透镜82。

第二反射镜组81将已经从发光单元31以相同方向发射的多个平行光束反射到反射/漫射板51。第二反射镜组81包括多个反射镜83。每个反射镜83将已经从激光二极管41发射并随后被准直透镜42改变为平行光束的激光束反射到反射/漫射板51。

在这种情况下，多个反射镜83利用反射角，在垂直于光轴的第一方向上聚焦多个平行光束。在该实施例中，多个反射镜83的反射角被设定为使得多个平行光束的x方向分量基本上被发射到反射/漫射板51的一个点。因此，形成第二反射镜组81的反射镜83在第一方向上具有不同的反射角。

柱面透镜82被设置在第二反射镜组81和反射/漫射板51之间。柱面透镜82将从第二反射镜组81行进到反射/漫射板51的多个平行光束聚焦在第二方向上，第二方向垂直于光轴且垂直于第一方向。

图15是示出根据第五实施例的例如第二反射镜组81和柱面透镜82的配置的实例的示意图。在该实施例中，发光单元31包括以2×4矩阵排列的八个激光二极管41和八个准直透镜42。

在该实施例中，第二反射镜组81包括四个反射镜83。四个反射镜83中的每个被设置为对应于沿y方向布置的两个激光二极管41和两个准直透镜42。每个反射镜83反射从两个相应的准直透镜42发射的两条平行光束。

第二反射镜组81可以包括八个反射镜83。在这种情况下，每个反射镜83反射从任意一个准直透镜42发射的平行光束。

然后，柱面透镜82将从第二反射镜组81行进到反射/漫射板51的多个平行光束聚焦在垂直于光轴且垂直于第一方向的第二方向上。在该实施例中，柱面透镜82聚焦多个平行光束，使得多个平行光束的y方向分量基本上发射到反射/漫射板51的一个点。

这样，由于图案照射装置80利用反射镜83的反射角将光在第一方向(例如，x方向)上聚焦，所以使用透镜的聚焦操作没有被使用。因此，在图案照射装置80中，入射到柱面透镜82上的光束的宽度相对较小，并且能够减小柱面透镜82的直径。另外，在图案照射装置80中，由于柱面透镜82的直径可以被减小，因此能够在确保可制造的边缘厚度的同时，减小柱面透镜82的曲率半径。因此，在图案照射装置80中，能够减小从柱面透镜82到反射/漫射板51的距离。由此，能够减小装置的尺寸。

图案照射装置80可以包括在第一方向(例如，x方向)和第二方向(例如，y方向)上具有不同曲率半径的曲面透镜，代替柱面透镜82。在这种情况下，除了曲面透镜在第一方向的聚焦功能之外，第二反射镜组81的反射角被设置为使得多个平行光束的第一方向分量基本上被发射到反射/漫射板51的一个点。

(第六实施例)

接下来，将描述根据第六实施例的图案照射装置90。根据第六实施例的图案照射装置90具有与根据第四实施例的图案照射装置70基本相同的功能和结构。具有与在第五实施例中基本相同的功能和结构的部件由相同的参考数字表示，并且将不重复其详细描述。只有第六实施例和第五实施例之间的差别将被描述。

图16是示出根据第六实施例的图案照射装置90的结构的示意图。根据第六实施例的聚光单元32包括第三反射镜组91。图案照射装置90与根据第四实施例的图案照射装置70的不同之处在于，聚光单元32包括第三反射镜组91。

第三反射镜组91将已经从发光单元31以相同方向发射的多个平行光束反射到反射/漫射板51。第三反射镜组91包括多个反射镜93。每个反射镜93将已经从激光二极管41发射并随后被准直透镜42改变为平行光束的激光束反射到反射/漫射板51。

在这种情况下，多个反射镜93使用反射角聚焦多个平行光束。在该实施例中，多个反射镜93的反射角被设定为使得多个平行光束基本上被发射到反射/漫射板51的一个点。因此，形成第三反射镜组91的反射镜93具有不同的反射角。

图17是示出根据第六实施例的例如第三反射镜组91的配置的实例的示意图。在该实施例中，发光单元31包括以2×4矩阵排列的八个激光二极管41和八个准直透镜42。

在该实施例中，第三反射镜组91包括八个反射镜93。八个反射镜93中的每一个被设置为对应于激光二极管41中的任何一个和准直透镜42中的任何一个。每个反射镜93反射从一个相应的准直透镜42发射的一条平行光束。每个反射镜93的反射角被调整为使得反射的平行光束被基本上聚焦在反射/漫射板51的一个点上。

如此，在图案照射装置90中，通过第三反射镜组91将光束聚焦在反射/漫射板51上。因此，图案照射装置90可以不包括用于将光束聚焦在反射/漫射板51上的透镜。在这种情况下，图案照射装置90的结构被简化。当光束被透镜聚焦时，从透镜到反射/漫射板51的距离受限于焦距的下限。然而，在图案照射装置90中，形成第三反射镜组91的反射镜的倾斜可以被调整。因此，没有距离限制，并且能够减少部件排列的空间。

(第七实施例)

接下来，将描述根据第七实施例的图案照射装置110。根据第七实施例的图案照射装置110具有与根据第四实施例的图案照射装置70基本相同的功能和结构。具有与在第四实施例中基本相同的功能和结构的部件由相同的参考数字表示，并且将不重复其详细描述。只有第四实施例和第七实施例之间的差别将被描述。

图18是示出根据第七实施例的图案照射装置110的结构的示意图。图案照射装置110包括发光单元31、聚光单元32、反射/漫射板51、锥形光通道61、图像形成单元35、棱镜71、照射光学系统36、偏振过滤器111以及附接/拆卸机构112。图案照射装置110与第四实施方式的图案照射装置70的不同之处在于，它具备偏振过滤器111和附接/拆卸机构112。

偏振过滤器111透射第一偏振光并且阻挡除第一偏振光之外的光分量。例如，当第一偏振光是线偏振光时，偏振过滤器111透射第一偏振光并阻挡垂直于第一偏振光的第二偏振光。当第一偏振光是圆偏振光时，偏振过滤器111透射第一偏振光并且阻挡以与第一偏振光相反的方向旋转的第二偏振光。

在该实施例中，偏振过滤器111被设置在照射光学系统36的后方。偏振过滤器111的位置不限于此，偏振过滤器111可以被设置在从发光单元31到照射光学系统36的光路上的任何位置。

当从发光单元31发射的光包括除了第一偏振光以外的分量，或者，当由于在从发光单元31到偏振过滤器111的光路上的任何位置处的偏振光的少许混乱而生成除第一偏振光以外的分量时，偏振过滤器111可以阻挡除了第一偏振光以外的分量。由偏振过滤器111阻挡的光的量相对较小。

附接/拆卸机构112例如被操作者操作，使得偏振过滤器111被插入光路或者偏振过滤器111从光路分离。例如，当光被发射到具有纹理和无光泽表面的对象11时，附接/拆卸机构112被例如操作者操作以使偏振过滤器111从光路分离。例如，当光被发射到具有光泽表面的对象11时，附接/拆卸机构112被例如操作者操作以将偏振过滤器111插入光路。

偏振过滤器111可以具有将透射过其中的偏振光的方向固定到第一偏振光的方向的机构。例如，偏振过滤器111具有用于将透射方向固定到第一偏振光的方向的诸如爪或凹槽的结构。以这种方式，偏振过滤器111可以可靠地透射第一偏振光。

三维测量装置21的选择性透射单元24可以具有将要被阻挡的偏振光的方向固定到第一偏振光的方向的机构。即，选择性透射单元24可以具有透射以与偏振过滤器111垂直的方向偏振的光的机构。例如，偏振过滤器111具有用于将阻挡方向固定到第一偏振光的方向的诸如爪或凹槽的结构。因此，偏振过滤器111能够可靠地阻挡第一偏振光。

使偏振光透射过图案照射装置110的偏振过滤器111的方向可靠地与偏振光透射过三维测量装置21的选择性透射单元24的方向等同或相反的机构，可以被设置在偏振滤波器111和选择性透射单元24中的每一个中。在这种情况下，能够防止从图案照射装置110发射的第一偏振光直接入射到三维测量装置21或者被直接反射并入射到三维测量装置21上。

因而，图案照射装置110能够可靠地发射第一偏振光。第七实施例特有的结构可以被应用除了于第四实施例以外的实施例。

(第八实施例)

接下来，将描述根据第八实施例的图案照射装置120。根据第八实施例的图案照射装置120与根据第四实施例的图案照射装置70具有基本相同的功能和结构。具有与在第四实施例中基本相同的功能和结构的部件由相同的参考数字表示，并且将不重复其详细描述。只有第四实施例和第八实施例之间的差别将被描述。

图19是示出根据第八实施例的图案照射装置120的结构的示意图。图案照射装置120包括发光单元31、聚光单元32、反射/漫射板51、锥形光通道61、图像形成单元35、附加发光单元121、附加聚光单元122、附加反射/漫射板123(附加漫射单元)、附加锥形光通道124(附加均匀化光学系统)、附加图像形成单元125、合成光学系统126、照射光学系统36和控制单元130。

图案照射装置120与根据第四实施例的图案照射装置70的不同之处在于，其包括附加发光单元121、附加聚光单元122、附加反射/漫射板123、附加锥形光通道124、附加图像形成单元125、合成光学系统126和控制单元130。

附加发光单元121发射不同于第一偏振光的第二偏振光。当第一偏振光为线偏振光时，第二偏振光为垂直于第一偏振光的偏振光。当第一偏振光为圆偏振光时，第二偏振光为以与第一偏振光相反的方向旋转的圆偏振光。在该实施例中，附加发光单元121以相同方向发射激光束，该激光束是与第二预定偏振光对齐的多个平行光束。

附加发光单元121除了偏振光的方向外，具有与发光单元31相同的结构。在该实施例中，附加发光单元121包括作为发射第二偏振光的光源的多个激光二极管41和多个准直透镜42。

附加聚光单元122将从附加发光单元121发射的光聚焦在附加反射/漫射板123上。在该实施例中，附加聚光单元122是透镜并且将多个激光束基本上聚焦在附加反射/漫射板123的一个点上。此外，附加聚光单元122可以具有图11到17中示出的结构。

附加反射/漫射板123是漫射入射光的漫射单元。附加反射/漫射板123具有与反射/漫射板51相同的结构。此外，图案照射装置120可以包括具有与透射/漫射板33相同的结构的附加透射/漫射板，代替附加反射/漫射板123。

由附加反射/漫射板123漫射的光入射到附加锥形光通道124。附加锥形光通道124使光的照度分布均匀并发射光。附加锥形光通道124具有与锥形光通道61相同的结构。此外，图案照射装置120可以包括具有与光通道34相同的结构的均匀化光学系统，代替锥形光通道61。

附加图像形成单元125根据预定的图像图案透射并阻挡(或反射)从附加锥形光通道124发射的光，并在垂直于光轴的平面上形成带有预定的图像图案的图像。附加图像形成单元125具有与图像形成单元35相同的结构。

合成光学系统126将从图像形成单元35发射的第一偏振光和从附加图像形成单元125发射的第二偏振光组合在同一光轴上，并将组合后的光输入到照射光学系统36。例如，合成光学系统126为偏振分束器。在该实施例中，合成光学系统126反射从图像形成单元35发射的第一偏振光，并透射从附加图像形成单元125发射的第二偏振光，由此组合第一偏振光和第二偏振光。此外，合成光学系统126可以透射从图像形成单元35发射的第一偏振光，并反射从附加图像形成单元125发射的第二偏振光，由此组合第一偏振光和第二偏振光。

偏振分束器可以是立方体式或平板式。当偏振分束器是平板式时，能够减轻装置的重量并降低成本。

控制单元130在控制单元130指示发光单元31发射第一偏振光的模式、控制单元130指示附加发光单元121发射第二偏振光的模式、以及控制单元130指示发光单元31和附加发光单元121两者发光的模式中进行切换。

当从发光单元31发射第一偏振光时，图案照射装置120可以用第一偏振光照射对象11。当从发光单元31发射第二偏振光时，图案照射装置120可以用第二偏振光照射对象11。当从发光单元31和附加发光单元121两者发射光时，图案照射装置120可以用第一偏振光和第二偏振光照射对象11。

当图案照射装置120被应用时，三维测量装置21的选择性透射单元24在选择性透射单元24阻挡第一偏振光的模式、选择性透射单元24阻挡第二偏振光的模式、以及选择性透射单元24同步于控制单元130的控制而透射所有偏振光分量(不阻挡第一偏振光和第二偏振光)的模式中进行切换。例如，选择性透射单元24包括阻挡第一偏振光并透射除了第一偏振光以外的偏振光(第二偏振光)的第一偏振过滤器、和阻挡第二偏振光并透射除了第二偏振光以外的偏振光(第一偏振光)的第二偏振过滤器。选择性透射单元24根据从图案照射装置120发射的偏振光，在使用第一偏振过滤器的模式和使用第二偏振过滤器的模式之间进行切换。

特别地，当控制单元130执行控制使第一偏振光被发射时，选择性透射单元24切换到选择性透射单元24阻挡第一偏振光的模式。当控制单元130执行控制使第二偏振光被发射时，选择性透射单元24切换到选择性透射单元24阻挡第二偏振光的模式。当控制单元130执行控制使第一偏振光和第二偏振光两者都被发射时，选择性透射单元24切换到选择性透射单元24透射所有的偏振光分量的模式。

在切换偏振光分量的同时，根据第八实施例的图案照射装置120可以用第一偏振光、第二偏振光或通过组合第一偏振光和第二偏振光而获得的光来照射对象11。

图20是示出切换根据第八实施例的图案照射装置120中的照射光的方法的实例的示意图。

控制单元130例如根据时间，在控制单元130开启发光单元31以用第一偏振光照射对象11的模式、控制单元130开启附加发光单元121以用第二偏振光照射对象11的模式、以及控制单元130开启发光单元31和附加发光单元121两者以用第一偏振光和第二偏振光两者照射对象11的模式中进行切换。例如，控制单元130可以根据，例如，对象11的表面的状态来切换模式。

特别地，当识别到具有高光泽且光滑的表面的对象11时，控制单元130开启发光单元31或附加发光单元121，以用第一偏振光或第二偏振光照射对象11。当发光单元31被开启时，三维测量装置21的选择性透射单元24阻挡第一偏振光，并且当附加发光单元121被开启时，三维测量装置21的选择性透射单元24阻挡第二偏振光。用这种方法，三维测量装置21能够阻止由于光泽度导致的识别精度的降低。

当识别到带有纹理和无光泽表面的对象11时，控制单元130开启发光单元31和附加发光单元121，以用第一偏振光和第二偏振光两者来照射对象11。三维测量装置21的选择性透射单元24透射偏振光分量，而不阻挡任何偏振光。用这种方法，三维测量装置21可以以低反射率增加从对象11反射的光量并提高识别的精度。

图案照射装置120可以使用图像形成单元35和附加图像形成单元125照射不同的图案。在这种情况下，图案照射装置120可以容易地切换发射到对象11的图案。另外，图案照射装置120可以不包括图像形成单元35或附加图像形成单元125。在这种情况下，在需要用图案光照射对象11的识别处理中、和例如边缘检测处理的不需要用图案光照射对象11的识别处理中，图案照射装置120能够在发射第一偏振光的模式和发射第二偏振光的模式之间进行切换。

图案照射装置120可以包括被设置在合成光学系统126之后的通用图像形成单元35，代替图像形成单元35和附加图像形成单元125。在这种情况下，能够简化图案照射装置120的结构以及减少成本。

第八实施例特有的结构可以被应用除了于第四实施例以外的实施例。

(第九实施例)

接下来，将描述根据第九实施例的三维测量装置21。在根据第九实施例的操纵系统10中，除了三维测量装置21以外的装置可以具有根据第一至第八实施例的任何结构。

图21是示出根据第九实施例的三维测量装置21的结构的示意图。三维测量装置21包括第一成像单元151、第二成像单元152、距离图像生成单元153和选择性透射单元24。

第一成像单元151捕获放置在托盘12上的对象11的图像。第一成像单元151将所生成的第一图像发送到距离图像生成单元153。

第二成像单元152从与第一成像单元151不同的位置捕获放置在托盘12上的对象11的图像。第二成像单元152将所生成的第二图像发送到距离图像生成单元153。

例如，第一成像单元151和第二成像单元152被设置为使得透镜的光轴彼此平行并且光轴被分开预定距离。因此，第一成像单元151和第二成像单元152能够生成立体图像。

距离图像生成单元153基于第一图像和第二图像来生成距离图像，该距离图像指示到放置在托盘12上的每个对象11的暴露表面的每个位置的距离。例如，距离图像生成单元153搜索与第一图像的每个像素相对应的第二图像的像素，并且计算像素之间的位置偏差。然后，距离图像生成单元153输出指示计算出的位置偏差的图像作为指示到每个对象11的暴露表面的每个位置的距离的距离图像。距离图像生成单元153将生成的距离图像发送到识别装置22。

选择性透射单元24包括第一偏振过滤器161、第二偏振过滤器162、第一调整机构165和第二调整机构166。

第一偏振过滤器161被设置在对象11和第一成像单元151的成像元件之间。第一偏振过滤器161可以被紧接地设置在第一成像单元151的透镜之前，可以被插入到透镜的光路中，或者可以被紧接地设置在成像元件之前。第一偏振过滤器161可以与第一成像单元151分开设置，只要它不阻挡入射到第二成像单元152的光。

第一偏振过滤器161以由第一调整机构165设定的阻挡率来阻挡第一偏振光。即，第一偏振过滤器161以设定的透射率透射除第一偏振光之外的分量(第二偏振光)。

例如，当第一偏振光是具有第一角度的线偏振光时，第一偏振过滤器161以设定的阻挡率阻挡具有第一角度的线偏振光，并且以设定的透射率透射具有垂直于第一角度的第二角度的线偏振光。当第一偏振光是以第一方向旋转的圆偏振光时，第一偏振过滤器161以设定的阻挡率阻挡以第一方向旋转的圆偏振光，并以设定的透射率透射以与第一方向相反的第二方向旋转的圆偏振光。

第二偏振过滤器162被设置在对象11和第二成像单元152的成像元件之间。第二偏振过滤器162可以被紧接地设置在第二成像单元152的透镜之前，可以被插入到透镜的光路中，或者可以被紧接地设置在成像元件之前。第二偏振过滤器162可以与第二成像单元152分开设置，只要它不阻挡光入射到第一成像单元151。

第二偏振过滤器162以由第二调整机构166设定的阻挡率阻挡第一偏振光。即，第二偏振过滤器162以设定的透射率透射除第一偏振光之外的分量(第二偏振光)。

例如，当第一偏振光是具有第一角度的线偏振光时，第二偏振过滤器162以设定的阻挡率阻挡具有第一角度的线偏振光，并且以设定的透射率透射具有第二角度的线偏振光。当第一偏振光是以第一方向旋转的圆偏振光时，第二偏振过滤器162以设定的阻挡率阻挡以第一方向旋转的圆偏振光，并以设定的透射率透射以第二方向旋转的圆偏振光。

第一调整机构165调整通过第一偏振过滤器161的第一偏振光的阻挡率(第二偏振光的透射率)。第二调整机构166调整通过第二偏振过滤器162的第一偏振光的阻挡率(第二偏振光的透射率)。

这里，第一偏振过滤器161和第二偏振过滤器162中的每个的阻挡率可以被调整。例如，第一偏振过滤器161和第二偏振过滤器162中的每个被设置为围绕光轴旋转。第一调整机构165响应于用户的操作，改变第一偏振过滤器161围绕光轴的旋转位置。第二调整机构166响应于用户的操作，改变第二偏振过滤器162围绕光轴的旋转位置。

当用户例如操作锁定按钮时，第一调整机构165可以固定第一偏振过滤器161的旋转位置。当用户操作，例如锁定按钮时，第二调整机构166可以固定第二偏振过滤器162的旋转位置。

因而，在调整期间，第一偏振过滤器161和第二偏振过滤器162对第一偏振光的阻挡率被独立地设置。例如，通过第一调整机构165和第二调整机构166独立地改变第一偏振过滤器161和第二偏振过滤器162的旋转位置。

然而，当由第一成像单元151捕获的第一图像的亮度与由第二成像单元152捕获的第二图像的亮度之间的差较大时，距离图像生成单元153不能搜索对应点。因此，优选的是，第一成像单元151和第二成像单元152生成具有小亮度差的第一图像和第二图像。

例如，当从对象11直接反射的光包括第一偏振光并且从对象11漫反射的光是非偏振光时，第一偏振过滤器161和第二偏振过滤器162被设置为阻挡100％的第一偏振光并透射100％的第二偏振光。在这种情况下，从对象11直接反射的光被大大衰减并且随后入射到第一成像单元151和第二成像单元152上。因此，第一成像单元151和第二成像单元152可以生成具有小亮度差的第一图像和第二图像。

在一些情况下，根据对象11的角度，从对象11直接反射的光没有入射到第二成像单元152上。在这种情况下，第二偏振过滤器162对第一偏振光的阻挡率可以被设置为任何值。

在一些情况下，根据例如形成对象11的材料，从对象11漫反射的光包括大量的第一偏振光。当漫反射光包括大量的第一偏振光时，入射到第一成像单元151上的第二偏振光的分量(除了第一偏振光之外的分量)与入射到第二成像单元152的第二偏振光的分量之间的差很大。因此，在这种情况下，当第一偏振光的100％被阻挡时，由第一成像单元151捕获的第一图像的亮度与由第二成像单元152捕获的第二图像的亮度之间的差可能很大。

为此，第一偏振过滤器161和第二偏振过滤器162根据例如形成对象11的材料来独立地调整第一偏振光的阻挡率，使得由第一成像单元151捕获的第一图像的亮度和由第二成像单元152捕获的第二图像的亮度之间的差减小。因此，基本上相同光量入射到第一成像单元151和第二成像单元152上，并且能够减小包含在图像中的对象11的亮度差。

这样，根据该实施例的三维测量装置21包括第一偏振过滤器161和第二偏振过滤器162。第一偏振过滤器161和第二偏振过滤器162可以独立地调整入射到第一成像单元151上的第一偏振光的阻挡率和入射到第二成像单元152上的第一偏振光的阻挡率。因此，在三维测量装置21中，不管例如对象11的光反射角度和形成对象11的材料，第一成像单元151和第二成像单元152都可以捕获具有小亮度差的对象11的图像。根据该实施例的三维测量装置21，能够产生高精度的距离图像。

(第十实施例)

接下来，将描述根据第十实施例的三维测量装置21。根据第十实施例的三维测量装置21具有与根据第九实施例的三维测量装置21基本相同的功能和结构。具有与第九实施例基本相同的功能和结构的部件由相同的数字表示，并且将不重复其详细描述。只有第十实施例和第九实施例之间的差别将被描述。

图22是示出根据第十实施例的三维测量装置21的结构的示意图。根据该实施例的三维测量装置21还包括驱动单元171和调整单元172。

驱动单元171根据给定的设定值来改变第一偏振过滤器161对第一偏振光的阻挡率和第二偏振过滤器162对第一偏振光的阻挡率。驱动单元171为，例如，马达。驱动单元171向第一调整机构165提供驱动力以改变第一偏振过滤器161的旋转位置。此外，驱动单元171向第二调整机构166提供驱动力以改变第二偏振过滤器162的旋转位置。

调整单元172获取在调整期间由第一成像单元151捕获的第一图像和在调整期间由第二成像单元152捕获的第二图像。调整单元172计算第一图像的亮度和第二图像的亮度。然后，调整单元172给驱动单元171一设定值，在该设定值，第一图像的亮度和第二图像的亮度之间的差被减小，以便调整第一偏振过滤器161对第一偏振光的阻挡率以及第二偏振过滤器162对第一偏振光的阻挡率。

例如，当第一图像的亮度大于第二图像的亮度时，调整单元172增大第一偏振过滤器161对第一偏振光的阻挡率，并且减小第二偏振过滤器162对第一偏振光的阻挡率。当第二图像的亮度大于第一图像的亮度时，调节单元172增大第二偏振过滤器162对第一偏振光的阻挡率，并且减小第一偏振过滤器161对第一偏振光的阻挡率。然后，调整单元172重复该处理，以检测第一图像的亮度基本上等于第二图像的亮度的第一偏振过滤器161和第二偏振过滤器162对第一偏振光的阻挡率。例如，调整单元172可以改变第一偏振过滤器161和第二偏振过滤器162对第一偏振光的阻挡率的组合，以搜索亮度差小的阻挡率。

这样，根据本实施例的三维测量装置21能够自动检测第一图像的亮度与第二图像的亮度之间的差很小的第一偏振过滤器161和第二偏振过滤器162对第一偏振光的阻挡率。因此，根据该实施例的三维测量装置21可以减轻对于用户的调整处理的负担。

(第十一实施例)

接下来，将描述根据第十一实施例的三维测量装置21。根据第十一实施例的三维测量装置21具有与根据第十实施例的三维测量装置21基本相同的功能和结构。具有与第十实施例基本相同的功能和结构的部件由相同的数字表示，并且将不重复其详细描述。只有第十一实施例和第十实施例之间的差别将被描述。

图23是示出根据第十一实施例的三维测量装置21的结构的示意图。根据该实施例的三维测量装置21包括成像控制单元181，代替调整单元172。根据该实施例的三维测量装置21还包括存储单元182和合成单元183。

成像控制单元181改变给予驱动单元171的设定值，以改变第一偏振过滤器161对第一偏振光的阻挡率和第二偏振过滤器162对第一偏振光的阻挡率的组合。然后，成像控制单元181指示第一成像单元151和第二成像单元152在改变第一偏振光的阻挡率的组合的每个状态下执行成像处理。

例如，在第一成像处理中，成像控制单元181将第一偏振过滤器161对第一偏振光的阻挡率设置为60％，将第二偏振过滤器162对第一偏振光的阻挡率设置为80％，并执行成像处理。随后，在第二成像处理中，成像控制单元181将第一偏振过滤器161对第一偏振光的阻挡率设置为20％，将第二偏振过滤器162对第一偏振光的阻挡率设置为50％，并执行成像处理。照此，在改变第一偏振光的阻挡率的组合的同时，成像控制单元181执行多个成像处理。多个成像处理可以包括一处理，在该处理中，成像控制单元181将第一偏振过滤器161对第一偏振光的阻挡率和第二偏振过滤器162对第一偏振光的阻挡率设置为相同的值。

在多个成像处理中的每个处理中，距离图像生成单元153基于由第一成像单元151捕获的第一图像和由第二成像单元152捕获的第二图像来生成指示到对象11的距离的距离图像。存储单元182存储通过距离图像生成单元153生成的多个距离图像。

合成单元183组合存储在存储单元182中的多个距离图像。例如，合成单元183从多个距离图像中的每一个提取有效距离被计算的像素位置的距离数据，并组该合距离数据。当从相同像素位置处的多个距离图像中提取有效距离数据时，合成单元183可以选择任何一个距离数据项或者可以计算多个提取的图像数据项的平均值。随后，合成单元183将组合的距离图像发送到识别装置22。

在一些情况下，多个对象11被随机放置在托盘12上。在这种情况下，存在这样的情形，其中从某个对象11直接反射的光入射到第一成像单元151上，并且从另一个对象11直接反射的光入射到第二成像单元152上。三维测量装置21在改变第一偏振过滤器161和第二偏振过滤器162对第一偏振光的阻挡率的组合的同时，多次捕获放置在托盘12上的多个对象11的图像，并生成多个距离图像。以这种方式，在某个成像处理中，三维测量装置21可以使用第一偏振过滤器161阻挡从某个对象11直接反射的光，并且捕获对象11的图像。随后，在另一个成像处理中，三维测量装置21可以使用第二偏振过滤器162阻挡从另一个对象11直接反射的光，并捕获对象11的图像。

因此，在某个成像处理中，对于即使对于由于第一图像的亮度与第二图像的亮度之间的大的差而不能测量到其距离的对象11，三维测量装置21也可以在另一个成像处理中测量到对象11的距离。三维测量装置21从获取的多个距离图像中提取距离可以被有效地测量的部分，并组合距离图像。以这种方式，三维测量装置21可以生成具有由于亮度差而不能测量距离的小部分的高精度距离图像。

在上述实例中，三维测量装置21组合多个距离图像。代替该结构，三维测量装置21可以生成通过组合多个第一图像而获得的第一合成图像和通过组合多个第二图像而获得的第二合成图像。例如，三维测量装置21组合除了具有被剪裁的白色或被压碎的黑色的像素区域之外的多个第一图像。当有不带被截断的白色或被压碎的黑色的多个像素时，三维测量装置21可以选择任何一个像素或者可以计算像素的平均值。类似地，三维测量装置21生成第二合成图像。

随后，三维测量装置21基于第一合成图像和第二合成图像生成距离图像。以这种方式，三维测量装置21可以生成具有由于亮度差而不能测量距离的小部分的高精度距离图像。

此外，三维测量装置21也可以切换图案照射装置20中的第一偏振光的方向，来代替或附加改变第一偏振过滤器161对第一偏振光的阻挡率和第二偏振过滤器162对第一偏振光的阻挡率的组合。例如，当第一偏振光是线偏振光时，三维测量装置21可以切换第一偏振光的角度。当第一偏振光是圆偏振光时，三维测量装置21可以切换第一偏振光的旋转方向。在这种情况下，三维测量装置21可以切换入射到第一成像单元151和第二成像单元152上的直接反射光的图案和量。

上面已经描述了本发明的实施例。然而，这些实施例是说明性的，并非旨在限制本发明的范围。对新颖的实施例各种修改可以被实现。

参考标记列表

10 操纵系统

11 对象

12 托盘

13 机器人

20，50，60，70，80，90，110，120 图案照射装置

21 三维测量装置

22 识别装置

23 机器人控制器

24 选择性透射单元

30 投影面

31 发光单元

32 聚光单元

33 透射/漫射板

34 光通道

35 图像形成单元

36 照射光学系统

41 激光二极管

42 准直透镜

43 反射侧表面

44 光路

45 入口

46 出口

51 反射/漫射板

52 透射/漫射表面

53 反射面

61 锥形光通道

62 反射侧表面

63 光路

64 入口

65 出口

71 棱镜

72 第一反射镜组

73 透镜

74 反射镜

75 单板反射镜

81 第二反射镜组

82 柱面透镜

83 反射镜

91 第三反射镜组

93 反射镜

111 偏振过滤器

112 附接/拆卸机构

121 附加发光单元

122 附加聚光单元

123 附加反射/漫射板

124 附加锥形光通道

125 附加的图像形成单元

126 合成光学系统

130 控制单元

151 第一成像单元

152 第二成像单元

153 距离图像生成单元

161 第一偏振过滤器

162 第二偏振过滤器

165 第一调整机构

166 第二调整机构

171 驱动单元

172 调整单元

181 成像控制单元

182 存储单元

183 合成单元

引用列表

专利文献

PTL 1：日本公开特许公报No.2013-222056

PTL 2：日本公开特许公报No.2013-257162

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种系统，其特征在于，包括：

照明装置；以及

成像装置，被配置为捕获由所述照明装置用光照射的对象的图像，

所述照明装置包括：

发光单元，被配置为发射第一偏振光；

聚光单元，被配置为聚焦从所述发光单元发射的光；

透射/漫射单元，被配置为透射和漫射由所述聚光单元聚焦的光；以及

均匀化光学系统，被配置为接收由所述透射/漫射单元漫射的光，与在所述均匀化光学系统接收所述光之前的所述光的照度分布相比，使所述光的照度分布均匀，并发射所述光，

所述系统还包括选择性透射单元，所述选择性透射单元被设置在从所述对象到所述成像装置的成像元件的光路上，并且被配置为以预定阻挡率阻挡所述第一偏振光。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述透射/漫射单元的漫射角的半峰全宽等于或小于10°。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述选择性透射单元包括偏振过滤器，所述偏振过滤器被配置为阻挡所述第一偏振光并透射除了所述第一偏振光之外的偏振光。

4.根据权利要求1到3中的任意一项所述的系统，其特征在于，所述发光单元包括多个光源，所述多个光源被配置为以相同的方向发射所述第一偏振光。

5.根据权利要求1到4中的任意一项所述的系统，其特征在于，所述聚光单元包括透镜，所述透镜被配置为将从所述发光单元发射的所述光聚焦到所述透射/漫射单元上。

6.根据权利要求1到5中的任意一项所述的系统，其特征在于，所述透射/漫射单元包括透射/漫射板。

7.根据权利要求1到6中的任意一项所述的系统，其特征在于：

所述均匀化光学系统包括光通道，所述光通道具有形成向内反射光的反射侧表面的光路，以及

由所述透射/漫射单元漫射的光通过所述光路的入口被入射到所述光通道中，穿过所述光路，并从所述光路的出口射出。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，在所述光通道中，所述出口比所述入口大，并且所述反射侧表面相对于所述光路的光轴倾斜。

9.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，

所述发光单元还包括多个准直透镜，所述多个准直透镜被设置成与所述多个光源相对应，并且

所述准直透镜配置为将从相应的光源发射的光改变为平行光束。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，

所述聚光单元包括：

反射镜组，被配置为反射从发光单元发射的多个光束；以及

透镜，被配置为聚焦由所述反射镜组反射的所述多个光束，并且

所述反射镜组将从所述发光单元发射的所述多个光束反射到所述聚光单元，使得由从所述发光单元在相同方向上发射的所述多个光束形成的光束宽度减小。

11.根据权利要求1到10中的任意一项所述的系统，其特征在于，还包括：

附加发光单元，被配置为发射不同于所述第一偏振光的第二偏振光；

附加聚光单元，被配置为聚焦从所述附加发光单元发射的光；

附加透射/漫射单元，被配置为透射和漫射由所述附加聚光单元聚焦的光；

附加均匀化光学系统，被配置为接收由所述附加透射/漫射单元漫射的光，与在所述均匀化光学系统接收所述光之前的所述光的照度分布相比，使所述光的照度分布均匀，并发射所述光；以及

合成光学系统，被配置为组合从所述均匀化光学系统发射的所述第一偏振光和从所述附加均匀化光学系统发射的所述第二偏振光。

12.根据权利要求1到11中的任意一项所述的系统，其特征在于，所述成像装置包括三维测量装置，所述三维测量装置被配置为测量到由所述照明装置用光照射的所述对象的距离。

13.一种系统，其特征在于，包括：

图案照射装置，被配置为用预定的图案图像照射对象；以及

成像装置，被配置为捕获所述由所述图案照射装置用光照射的所述对象的图像，

所述图案照射装置包括：

发光单元，被配置为发射第一偏振光；

聚光单元，被配置为聚焦从所述发光单元发射的光；

透射/漫射单元，被配置为透射和漫射由所述聚光单元聚焦的光；

均匀化光学系统，被配置为接收由所述透射/漫射单元漫射的光，与在所述均匀化光学系统接收所述光之前的所述光的照度分布相比，使所述光的照度分布均匀，并发射所述光；

图像形成单元，被配置为根据预定的图像图案透射从所述均匀化光学系统发射的光；以及

照射光学系统，被配置为用所述透射过所述图像形成单元的光照射所述对象，

所述系统还包括选择性透射单元，所述选择性透射单元被设置在从所述对象到所述成像装置的成像元件的光路上，并被配置为阻挡第一偏振光，并透射除了所述第一偏振光之外的偏振光。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述图像形成单元是光掩模。

15.根据权利要求13或14所述的系统，其特征在于，所述成像装置包括三维测量装置，所述三维测量装置被配置为测量到由所述图案照射装置用光照射的所述对象的距离。

16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，还包括：

机器人，被配置为操纵所述对象；

识别装置，被配置为基于所述由所述成像装置测量的到所述对象的距离，识别所述对象的位置和朝向；以及

机器人控制器，被配置为基于由所述识别装置识别的所述对象的位置和朝向来控制所述机器人的操作，并且使所述机器人操纵所述对象。

17.根据权利要求15或16所述的系统，其特征在于，

所述成像装置包括：

第一成像单元，被配置为捕获所述对象的图像；以及

第二成像单元，被配置为从不同于所述第一成像单元的位置捕获所述对象的图像，以及

所述选择性透射单元包括：

第一偏振过滤器，被设置在所述对象和所述第一成像单元的成像元件之间，并且被配置为以预定的阻挡率阻挡所述第一偏振光；以及

第二偏振过滤器，被设置在所述对象和所述第二成单元的成像元件之间，并且被配置为以预定的阻挡率阻挡所述第一偏振光。

18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述第一偏振过滤器和所述第二偏振过滤器的阻挡率可以被调整。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述选择性透射单元还包括驱动单元，所述驱动单元被配置为根据给定的设定值改变所述第一偏振过滤器对所述第一偏振光的阻挡率和所述第二偏振过滤器对所述第一偏振光的阻挡率。

20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，还包括调整单元，所述调整单元被配置为将所述设定值给所述驱动单元，以调整所述第一偏振过滤器对所述第一偏振光的阻挡率和所述第二偏振过滤器对所述第一偏振光的阻挡率，在所述设定值，由所述第一成像单元捕获的所述对象的第一图像的亮度与由所述第二捕获单元捕获的所述对象的第二图像的亮度之间的差被减少。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

1.修改了原权利要求1，将“漫射单元”修改为“透射/漫射单元”，修改基础来源于说明书第26和65段等；增加“与在所述均匀化光学系统接收所述光之前的所述光的照度分布相比”使权利要求1更为清楚。

增加了新的权利要求2，来源于说明书第32段。

将原权利要求6、7删除。

将原权利要求2-5，8-14重新编号为3-13，并对应修改了新的权利要求3-13。

增加新的权利要求14，来源于说明书第35段。

对应修改了权利要求15。

2.提交权利要求书修改对照页，一式一份，共5页。

3.提交权利要求书修改替换页，一式一份，共4页。