ここでは、3Dセンサーの計測方法の一つである「共焦点法」について、原理・仕組み、導入のメリットなどをご紹介します。
共焦点法とは
共焦点法とは、レーザー共焦点光学系（コンフォーカル光学系）を用いた計測法です。反射光が結像する位置にピンホールを置き、レーザーの経路を制限することで、焦点のあった位置のみの光を検出します。
ピンボケの主な原因となるのが、対物レンズの合焦位置以外から指す光。共焦点法では、このノイズのような光をピンホールで排除できるため、コントラストが高く、鮮明な観察画像を取得することができます。
光学系にはピンホールを用いる方式だけでなく、多数の穴の開いた回転ディスク、スリットなど、さまざまな方法もあります。これらの場合、二次元走査は回転ディスクを回転させたり、スリットを横方向に走査させたりします。検出器はポイントセンサーではなく、アレイセンサー（CMOSカメラ等）を使うなど、方式に合わせたスキャン方法、検出器も用いられています。
対象物と対物レンズを高さ方向に相対的に移動させ、輝度の最大位置を記録するのが3D計測。短い波長で直進性の高いレーザー光を照射するため、光を均一に照射する光学顕微鏡と比較して、高精度に三次元計測をすることが可能です。ただ、二次元走査し、さらに高さ方向にも移動させる必要があるため、主に顕微鏡が利用されています。
【目的・用途別】
位置決めロボットビジョンに
おすすめの
3Dセンサー3選
共焦点法を導入するメリット
対象物に直接接触することなく、離れた位置から寸法測定・形状測定ができるため、対象物を傷つけることがありません。このため、軟らかい物や傷つけたくない物の測定におすすめです。
また、光点が小さいため微小な測定対象もきちんと捉え、高解像度の三次元画像を得ることができます。部品の加工面の状態（凹凸）や、スリーブやくぼみでの測定にも使用が可能。キズや凹みを体積で数値化したり、表面積の増加度合いから製品の特性を見極めたりすることもできます。
波長の短いレーザーを用いた高感度な観察が可能なため、観察対象の形状解析や形状測定に活用されています。
- 繰返しZ精度0.05μmでサブミクロンレベルの高さ計測
- 高速ラインスキャンにより迅速な3Dデータ取得
- 多様な表面素材（光沢鏡面、透明体、傾斜面など）に対応
- 3200point/プロファイルの微細測定が可能
- 従来製品比3倍の面積を持つ大口径受光レンズ
- 全方向位置補正機能を搭載
- 納品日より5年間の製品保証
- ソフトウェアの導入トレーニングが可能
- リモートor出張メンテナンスに対応
「3Dマシンビジョン」と検索して上位表示されるメーカーや販売代理店をピックアップ。その22社の公式HPの情報から「計測手法が最も豊富だったLINX」
「業界ごとの実績が最も豊富だったキーエンス」「唯一24時間のヘルプデスクを提供しているSICK」をそれぞれ選出しています。（情報は2021年11月19日時点）
共焦点法を用いた
3Dマシンビジョン・
3Dセンサーの製品例
FocalSpec LCIシリーズ
https://linx.jp/product/lmi/focal_spec/
最高50nmの繰返し高さ解像度で精密計測を行える、共焦点ラインセンサーです。最大スキャンレート16kHz 、フルスキャンレンジでも3kHz の高速撮影で、スピードが要求されるインライン検査に対応します。3D表面データとマルチレイヤー3Dデータ、および2D強度データを同時に取得。光沢鏡面、透明/半透明体、傾斜のついた表面、柔らかい多孔質表面でも、高品質なスキャンが可能です。
