JP2003148935A - 形状測定装置、文書スキャナ及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 領域分割強度比法等のように、複数に分割さ
れた部分領域に光パターンを照射するパターン光投影法
を用いる上で、部分領域同士の分離を明確にし、部分領
域判定の曖昧さを除去できるようにする。 【解決手段】 照明手段Ｌから照射される光パターンを
照明光としてｎ分割されたスリット状の部分領域Ａｉ
（ｉ＝１〜ｎ）を照射するが、各部分領域Ａｉ間に形状
を求めるためには用いない分離領域Ｗｉ（ｉ＝１〜ｎ−
１）を設けることで、部分領域Ａｉ端で生ずる形状の異
常値を取り除けるようにした。分離領域Ｗｉに関しては
何らかの方法で部分領域Ａｉと区別すればよい。分離領
域Ｗｉの範囲を特定した後、残った部分領域Ａｉに対し
て部分領域番号ｉの曖昧さを残した形状データＳｉを推
定し、その後、その曖昧さを除去することで目的とする
形状データＺｉが求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の形状及び距
離計測を行うための光学式の形状計測装置、文書スキャ
ナ及びプロジェクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】物体の３次元の形状測定を行なう形状測
定装置には、スリット状のレーザ光を測定物体に照射
し、スリットの長手方向と垂直に走査しながら、スリッ
ト光の照射方向と異なる視野から観察することで生じる
物体形状に応じたスリット光の変形を、三角測量の原理
を用いて形状として測定するものがある(以下、「光切
断法」と呼ぶ)。

【０００３】例えば、図１６に示すように、半導体レー
ザユニット１０１、ガルバノミラー１０２及びシリンド
リカルレンズ１０３による照射光学系と、結像レンズ１
０４及び受光素子であるＣＣＤ１０５による検知光学系
とからなる、光切断法を用いた形状測定装置が産業用に
よく用いられている。

【０００４】半導体レーザユニット１０１からビーム状
に放射された光がガルバノミラー１０２で図面左右方向
に走査され、シリンドリカルレンズ１０３で上下方向に
拡大されて、縦に長いスリット光１０６となって測定物
体１０７に照射される。このとき、スリット光１０６が
走査される方向、即ち、基線方向にずれた位置から、結
像レンズ１０４を通して測定物体１０７から反射される
反射光１０８をＣＣＤ１０５で観察すると、測定物体１
０７の奥行き方向の凹凸に応じてＣＣＤ１０５上で直線
状のスリット光１０６の変形と結像位置の移動が生じ
る。ＣＣＤ１０５で反射光１０８の像を観察すること
は、反射光１０８が結像レンズ１０４に入射する測定物
体１０７の各点の位置を三角測量していることになり、
スリット光１０６を照射する位置とＣＣＤ１０５の基線
方向の位置の差（基線長）が予め分かれば、この変形か
らスリット光１０６が照射されている部分の測定物体１
０７の形状を測定することができる。ガルバノミラー１
０２を矢印で示す方向に振動さることで、スリット光１
０６を測定物体１０７全面に走査しながら形状測定を繰
り返せば、測定物体１０７全体の形状を得ることができ
る。

【０００５】図１７を用いて三角測量の原理をさらに詳
細に説明する（例えば、吉澤徹著,“光三次元計測”，p
p.29-30，新技術コミュニケーションズ，1993年を参
照）。スリット光源１１１（図１６のガルバノミラー１
０２のビーム光の反射位置に相当）と受光器１１２（図
１６のＣＣＤ１０５に相当）が基線長Ｌだけ離れている
とする。スリット光源１１１から角度θで放射された光
が１１３ａの位置にある測定物体１１３の表面で反射さ
れ、受光器１１２のある位置に角度φで入射し結像する
なら、（１）式の関係 Ｚａ＝{tanθ＊tanφ／（tanθ＋tanφ）}＊Ｌ …………（１） が成り立つ。結像レンズ１１４と受光器１１２との距離
ｄと、基線長Ｌから垂直方向への測定物体の距離Ｚａが
予め分かっていると、入射角φが求まる。もし、測定物
体１１３が１１３ｂの位置にある場合に、受光器１１２
での結像位置に対してｘだけずれて結像したとして、Ψ
＝arctan（ｘ／ｄ）の関係からΨが分かるので、（２）
式の関係 Ｚａ＝{tanθ＊tan(φ＋Ψ)／（tanθ＋tan(φ＋Ψ)）}＊Ｌ ………（２） から距離Ｚｂが求まる。スリット光を測定物体１１３全
面を照射するように放射角θで走査し、各放射角θ毎に
上述の手順を繰り返せば、測定物体１１３の各反射点と
基線との距離Ｚ、即ち、形状が求められる。

【０００６】このようにスリット光を測定物体に順次走
査する光切断法の欠点は、各スリット光を走査する光走
査光学系が必要であり、通常、図１６のガルバノミラー
１０２のような可動部品が用いられるため装置の振動に
弱くなることと、放射角θ毎に形状測定を繰り返す必要
があるため、計測時間が長いことである。また、測定物
体１１３の表面の反射率に依存して受光器１１２で観測
される光量に変動が生じ、受光器１１２のどこに測定物
体１１３の像が結像しているかは、結像光量の最大値等
から推定することが必要になることである。

【０００７】スリット光を順次に走査する必要があると
いう光切断法の欠点を改良した形状計測方法にパターン
光投影法がある。これは、スリット光を走査する代わり
に、スリット光の全体を面上に並べて、測定物体に１つ
のパターン光として一括に照射する方法である。ただ
し、そのままではパターン光のどの位置がどのスリット
光に相当するか分からないため、予め何らかの方法でス
リット光との対応、つまり、どの照射角度で照射された
かを照射されたパターン光自体に情報を付加（インデク
ス付け）しておく。

【０００８】このようなパターン光投影法の一種に、測
定物体に分光スペクトルパターンを一括に投影する方法
（以下では「レインボー法」と称する）がある。この方
法は、例えば特開昭６１−７５２１０号公報により開示
されており、図１８を参照して説明する。

【０００９】光源１２１からスリット１２２を透過した
光は、プリズム１２３で分光されて物体１２４面を覆う
ように、虹のような光パターンが照射される。プリズム
１２３とスリット１２２との配置によって放射角αに依
存した色の分布が決まるので、物体１２４の表面で反射
された光を、レンズ１２５で結像面１２６に結像させた
像をカメラ１２７で観察された色から、入射光βが判断
できる。つまりパターン光の色でインデクス付けしてい
る。

【００１０】光源１２１とカメラ１２７とが距離Ｄだけ
離れているので、放射角αが分かれば、その情報から三
角測量法により物体１２４の表面形状が求まる。色の同
定はフィルタ１２８の透過波長を変えることで、物体１
２４の表面の各点での反射光のうち、２種類の波長の光
量比率を求めることで行なう。つまり、次の例に示す強
度比法の２つのパターンを、波長を変えて重ね合わせた
ものと考えることができるので、強度比法の仲間であ
る。

【００１１】この方式では、光切断法のようにスリット
光を順次走査する必要がなく、虹状の光を一括で測定物
体に投影し、カラーカメラで一括に反射パターンを取り
込めるため、スリット光の走査を行なう機械的に脆弱な
可動部がなく、形状測定時間を短くできる特徴がある。

【００１２】その一方で、フィルタ１２８により２つの
波長の反射光の比率をとることで照射光の放射方向βを
決めるので、この精度が低いと形状データの奥行き方向
の精度を下げることになる。反射光の測定精度を向上さ
せるために、信号光である反射光量を雑音である背景光
量に対してＳ／Ｎを十分高くすることが必要であること
である。フィルタ１２８の透過波長幅を狭くすれば、そ
れは背景光の影響を除くことは可能であるが、同時に信
号光も減少するので、Ｓ／Ｎに限界が生じ、即ち、分解
能に限界が生じることになる。さらに、測定物体に色が
ついている場合、その色以外の光が反射しにくく、形状
を計測できない場合が生じる問題もある。

【００１３】別なパターン光投影法として、強度比法
（Ｉntensity Ｒatio method）がある（Ｂ．Ｃarrihill
and Ｒ．Ｈummel，“Ｅxperiments with the Ｉntensi
ty Ｒatio Ｄepth Ｓensor”，Ｃomputer Ｖision，Ｇr
aphics， and Ｉmage Ｐrocessing， vol. 32, pp. 337
-358, 1985年，或いは、特開平１０−４８３３６号公報
等参照）。

【００１４】図１９を参照してこの強度比法を説明す
る。図１９の左右方向が基線方向であり、図１７の場合
と同様にパターン光源１３１（図１７のスリット光源１
１１に相当）と受光器１３２（図１７の受光器１１２に
相当）が基線方向に対して異なる位置にある。パターン
光源１３１からは基線方向に対して光量分布を持つ測定
面１３３全体を同時に照射する面状の光パターンを照射
する。放射角θに対する２つの光パターンの強度分布を
Ｇ１(θ)，Ｇ２(θ)とすると、各々の強度分布Ｇ１
(θ)，Ｇ２(θ)に対して測定面１３３のある反射率σを
持つ点で反射され、受光器１３２で受光された光量をＰ
１，Ｐ２、パターン光源１３１の光量をＳとすると、
（３ａ）（３ｂ）式の関係 Ｐ１＝Ｋ＊σ＊Ｇ１(θ)＊Ｓ ……………………（３ａ） Ｐ２＝Ｋ＊σ＊Ｇ２(θ)＊Ｓ ……………………（３ｂ） が成り立つ。ここで、Ｋはパターン光源１３１と受光器
１３２、測定面１３３の位置関係から決まる係数であ
る。測定面１３３の反射率σは測定面１３３の表面の特
性に依存するため、予め決めることができないが、（３
ａ）（３ｂ）式の比をとると、（４）式の関係 Ｐ２／Ｐ１＝Ｇ２(θ)／Ｇ１(θ) ………………（４） となり、Ｐ２とＰ１の比は放射角θだけに依存すること
が分かる。即ち、２つのパターン光の光強度の比でイン
デクス付けされている。２つの強度分布光Ｇ１(θ)，Ｇ
２(θ)を持つ光パターンで測定面１３３を照射し、Ｐ２
／Ｐ１を測定することで、放射角θに対して一意にθを
求めることができるので、図１６のようにスリット光を
基線方向に対して走査しながら順次にＣＣＤで光量を検
知する必要がなく、２つのパターン光に対してＣＣＤの
像を観測すればよいため、非常に計測時間が短縮される
利点がある。ただし、Ｇ２(θ)／Ｇ１(θ)がθに対して
一価関数であることが必要である。例えば、Ｇ１(θ)が
θに対して単調減少関数、Ｇ２(θ)がθに対して単調増
加関数であれば、Ｇ２(θ)／Ｇ１(θ)はθに対して単調
増加関数となり、Ｐ２／Ｐ１からθが一意に求まる。

【００１５】ちなみに、前述のＢ．Ｃarrihillの論文例
では、Ｇ１(θ)をθに依らず一定な一様分布とし、Ｇ２
(θ)を直線的に光量が増加する分布としているのに対
し、特開平１０−４８３３６号公報例では、Ｇ１(θ)が
直線的に減少する分布、Ｇ２(θ)が直線的に増加する分
布を採用している違いがあるが、２つの放射パターンは
単調であればよいので、両者に本質的な差があるわけで
はない。

【００１６】このように強度比法は光切断法と比較し
て、測定面の反射率に依存せず、２つのパターンを各々
一括に照射して測れるという利点を持つが、一方で欠点
もある。強度比法の問題は、２つの光パターンを受光素
子で受光した光量の比率をとる時に、測定のＳ／Ｎを上
げるために、信号光である反射光量を雑音である背景光
量に対して十分高くすることが必要であることである。
つまり、Ｇ１(θ)やＧ２(θ)の最小値が小さすぎるとＳ
／Ｎが低下し、その影響が形状誤差となって現れること
である。即ち、Ｐ２／Ｐ１のダイナミックレンジが大き
くならない。一方、ＣＣＤの光量分解能には下限がある
ため、測定できる放射角θの分解能に下限が生じて、結
局測定された形状の分解能が下がるという問題がある。

【００１７】また、反射光の測定光量のＳ／Ｎに依存し
て形状の奥行き精度が決まるのは、先の例に示したレイ
ンボー法と同じである。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】このような従来例の問
題点を整理すると、以下のようになる。

【００１９】３次元形状計測に一般的に用いられている
光切断法は、光走査光学系が必要であり、計測時間が長
いなどの問題がある。

【００２０】その問題点を改善したパターン光投影法の
一種であるレインボー法では、２つの波長のパターン光
の反射光の比率をとることで照射光の放射方向θを決め
るので、受光素子の光量分解能により形状測定精度が制
限され、精度があまり高くない。

【００２１】同じくパターン光投影法の一種である強度
比法では、波長は同じであるが２つの異なる反射光の比
率をとることで照射光の放射方向θを決めるので、同じ
く受光素子の光量分解能が原因で精度があまり高くな
い。

【００２２】ところで、別のパターン光投影法として、
測定領域を分割してパターン光を照射する領域分割強度
比法なる提案例がある。この方式を図２０及び図２１を
参照して説明する。

【００２３】照明装置１４１に組み込まれた光源１４２
ａ，１４２ｂ，１４２ｃから放射される光はフィルタ１
４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃを透過し、プリズム１４４
で合成され、測定物体１４５上に照射光１４７として照
射される。測定物体１４５からの反射光１４８はカメラ
１４９中に組み込まれた結像レンズ１５０で集光され、
カラーＣＣＤ１５１で受光される。

【００２４】フィルタ１４３の視差方向の透過率分布特
性を図２１に示す。図２１（ｂ），（ｃ）の場合は測定
物体１４５の測定領域Ａを６つの部分領域Ａ１，Ａ２，
…，Ａ６に分割して同じパターン光を照射している。

【００２５】光源１４２ａとフィルタ１４３ａとの組合
せでは図２１（ａ）、光源１４２ｂとフィルタ１４３ｂ
との組合せでは図２１（ｂ）、光源１４２ｃとフィルタ
１４３ｃとの組合せでは図２１（ｃ）、光源１４２ｂ，
１４２ｃとフィルタ１４３ｂ，１４３ｃとの組合せでは
図２１（ｄ）であり、これに比例した光量で測定領域Ａ
を照射する。図２１（ａ）（ｄ）の放射パターンを用い
ると、その時の反射光量分布を入力とし、上記の強度比
法の原理でカラーＣＣＤ１５１から得られる光量データ
を概略形状推定装置１５２で概略形状データが生成でき
る。このデータは通常の強度比法で得られたものでの
で、あまり精度が高くない。

【００２６】次に、図２１（ｂ）（ｃ）の放射パターン
を用いると、測定領域Ａの６つの部分領域Ａ１，Ａ２，
…，Ａ６に対して強度比法を適用することで各々の部分
領域Ａ１，Ａ２，…，Ａ６での形状データを求められる
が、普通の強度比法では、強度比を計測しても６つのう
ちどの部分領域Ａ１，Ａ２，…，Ａ６からの反射光で得
られたのか判断できず部分領域の曖昧性が生じるが、こ
こでは概略形状データが得られているので、カラーＣＣ
Ｄ１５１の各画素に対して、おおまかな領域判定ができ
る。形状推定装置１５３では、図２１（ｂ）（ｃ）と概
略形状データとから、領域の曖昧さをなくして測定領域
Ｅ全体の形状を計算できる。

【００２７】この領域分割強度比法のよい点は、図２１
（ｂ）（ｃ）の放射パターンが、視差方向に対して急激
に変化する光量分布で照射するため、カラーＣＣＤ１５
１での光量の検知精度が高くなり、その結果として形状
測定精度が向上することである。視差方向に対して光量
分布の変化を大きくすることで、カラーＣＣＤ１５１の
光量分解能が高くなったのと同じ効果が得られる。逆
に、通常の強度比法で精度がなぜ低いかというと、測定
領域全体に光量変化が連続したパターン光を照射してい
るので、視差方向に隣接する計測点の間で光量変化が小
さいことが原因となっている。ただし、測定領域Ａを部
分領域Ａ１，Ａ２，…，Ａ６に分割しているため、部分
領域Ａ１，Ａ２，…，Ａ６の判定を行わなくてはならな
いので、この例では通常の強度比法を併用して部分領域
判定の曖昧さの除去を行っており、通常の強度比法だけ
の場合に比べて、光源数とフィルタ数、撮影回数が増え
る点が問題になる。また、部分領域Ａ１，Ａ２，…，Ａ
６間の境界部では、照射する光パターンのぼけが生じ、
境界部がどちらに属すのかの判定が難しい問題もある。

【００２８】このように強度比法の分解能を改善した領
域分割強度比法では、複数の部分領域に強度比法を適用
することで測定精度を改善しているが、その代わり、部
分領域判定を行う必要があり、装置構成が多少複雑にな
りやすい問題がある。

【００２９】本発明の目的は、領域分割強度比法（この
強度比法には、レインボー法を含む）等のように、複数
に分割された部分領域に光パターンを照射するパターン
光投影法を用いる上で、部分領域同士の分離を明確に
し、部分領域判定の曖昧さを除去できるようにすること
である。

【００３０】加えて、本発明の目的は、部分領域の特定
を確実に行えるようにすることである。

【００３１】さらには、本発明の目的は、上記目的を簡
便に実現する手法を提供することである。

【００３２】また、本発明の目的は、ブック形状などの
凹凸のある文書を読み込む文書スキャナの形状補正を簡
便で確実に行えるようにすることである。

【００３３】また、本発明の目的は、プロジェクタの投
影スクリーンの倒れを補正し、斜めに配置したスクリー
ンでも矩形に投影できる補正を簡便に行えるようにする
ことである。

【００３４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の形
状測定装置は、視差方向に対して垂直に分割され、分離
領域Ｗｉを間に挟んで互いに重なりのないｎ個のスリッ
ト状の部分領域Ａｉ（ｉ：１〜ｎなる部分領域番号を意
味する自然数）からなる測定領域Ａに対して、各々の部
分領域Ａｉと分離領域Ｗｉとで対をなす領域毎に１種類
以上の光パターンＰｉを照明する照明手段と、この照明
手段に対する視差が特定されて前記測定領域Ａに照明さ
れた光パターンＰｉの反射光を受光する受光手段と、こ
の受光手段で受光した反射光の光量Ｒｉの情報に基づ
き、前記部分領域Ａｉに関する部分領域番号ｉの曖昧さ
を残したまま前記照明手段と前記受光手段との前記視差
を用いて前記部分領域Ａｉの形状データＳｉを推定する
形状推定手段と、推定された形状データＳｉにおける部
分領域番号ｉの曖昧さを除去して前記部分領域Ａｉ毎に
曖昧さのない形状データＺｉを求める形状補正手段と、
を備える。

【００３５】従って、領域分割法の部分領域Ａｉ間に分
離領域Ｗｉを設けることで、部分領域Ａｉ相互を明確に
分離することができ、部分領域Ａｉの境界で生ずる形状
の異常値を取り除くことができるため、部分領域Ａｉの
境界がなくなってしまうことで、誤った形状を与えるこ
とがない。

【００３６】請求項２記載の発明の形状測定装置は、視
差方向に対して垂直に分割され、分離領域Ｗｉを間に挟
んで互いに重なりのないｎ個のスリット状の部分領域Ａ
ｉ（ｉ：１〜ｎなる部分領域番号を意味する自然数）か
らなる測定領域Ａに対して、各々の部分領域Ａｉと分離
領域Ｗｉとで対をなす領域毎に１種類以上の光パターン
Ｐｉを照明する照明手段と、この照明手段に対する視差
が特定されて前記測定領域Ａに照明された光パターンＰ
ｉの反射光を受光する受光手段と、この受光手段で受光
した反射光の光量Ｒｉの情報のうちで前記分離領域Ｗｉ
からの反射光の光量Ｒｉの情報を用いて対応する部分領
域ａＩを特定し、前記照明手段と前記受光手段との前記
視差を用いた三角測量の原理に基づき前記部分領域Ａｉ
毎の形状データＺｉを求める形状計算手段と、を備え
る。

【００３７】従って、領域分割法の部分領域Ａｉ間に分
離領域Ｗｉを設け、同時にその分離領域Ｗｉの光パター
ンの情報から隣接する部分領域Ａｉを特定することで、
領域分割法の部分領域Ａｉの判定を簡単化することがで
きるので、高精度で簡便に形状測定を行える。

【００３８】請求項３記載の発明は、請求項２記載の形
状測定装置において、前記分離領域Ｗｉの幅が各々異な
る。

【００３９】従って、請求項２記載の形状測定装置にお
いて、分離領域Ｗｉの幅を分離領域Ｗｉ毎に変えている
ので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判
定できる。

【００４０】請求項４記載の発明は、請求項２記載の形
状測定装置において、前記分離領域Ｗｉ内の光パターン
が各分離領域Ｗｉ毎に光量の異なる光ストライプを含
む。

【００４１】従って、請求項２記載の形状測定装置にお
いて、分離領域Ｗｉ内の光パターンが分離領域Ｗｉ毎に
光量の異なる光ストライプを含むので、簡便に分離領域
Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定できる。

【００４２】請求項５記載の発明は、請求項４記載の形
状測定装置において、前記光パターンＰｉが２種類あ
り、２種類の光パターンＰｉ間で分離領域Ｗｉ内の光ス
トライプの光量比率が各分離領域Ｗｉ毎に異なるように
設定されている。

【００４３】従って、請求項４記載の形状測定装置にお
いて、パターンＰｉが２種類あり、分離領域Ｗｉ内部の
光ストライプの光量比率が分離領域Ｗｉ毎に異なるの
で、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定
できる。

【００４４】請求項６記載の発明は、請求項２記載の形
状測定装置において、前記分離領域Ｗｉ内の光ストライ
プの波長毎の光量が各分離領域Ｗｉ毎に異なる。

【００４５】従って、請求項２記載の形状測定装置にお
いて、分離領域Ｗｉ内部の光ストライプの波長毎の光量
が分離領域Ｗｉ毎に異なるので、簡便に分離領域Ｗｉに
隣接する部分領域Ａｉを判定できる。

【００４６】請求項７記載の発明は、請求項２記載の形
状測定装置において、前記分離領域Ｗｉ内の光パターン
が各分離領域Ｗｉ毎に符号化された光ストライプを含
む。

【００４７】従って、請求項２記載の形状測定装置にお
いて、分離領域Ｗｉ毎に符号化された光ストライプを含
む光パターンを用いているので、簡便に分離領域Ｗｉに
隣接する部分領域Ａｉを判定できる。

【００４８】請求項８記載の発明は、請求項２記載の形
状測定装置において、前記分離領域Ｗｉ内の光パターン
が各分離領域Ｗｉ毎に光量の異なる一定光量分布のパタ
ーンである。

【００４９】従って、請求項２記載の形状測定装置にお
いて、分離領域Ｗｉ毎に光量が異なる一定な光パターン
を用いているので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分
領域Ａｉを判定できる。

【００５０】請求項９記載の発明は、請求項８記載の形
状測定装置において、前記光パターンＰｉが２種類あ
り、２種類の光パターンＰｉの前記分離領域Ｗｉ内で一
定な光量比率が各分離領域Ｗｉ毎に異なるように設定さ
れている。

【００５１】従って、請求項８記載の形状測定装置にお
いて、分離領域Ｗｉ毎に光量比率が異なる一定な光パタ
ーンを用いているので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する
部分領域Ａｉを判定できる。

【００５２】請求項１０記載の発明は、請求項８記載の
形状測定装置において、前記分離領域Ｗｉ内で波長毎に
一定な光量比率が各分離領域Ｗｉ毎に異なる。

【００５３】従って、請求項８記載の形状測定装置にお
いて、分離領域Ｗｉ毎に波長毎の光量比率が異なる一定
な光パターンを用いているので、簡便に分離領域Ｗｉに
隣接する部分領域Ａｉを判定できる。

【００５４】請求項１１記載の発明の文書スキャナは、
文書原稿を測定物体として測定領域が設定される請求項
１ないし１０の何れか一記載の形状測定装置を備える。

【００５５】従って、測定精度の高く構成の簡単な請求
項１ないし１０の何れか一記載の形状測定装置を備えて
いるため、ブック形状などの凹凸のある文書を読み込む
文書スキャナの形状補正を簡便で確実に行える。

【００５６】請求項１２記載の発明のプロジェクタは、
投影スクリーンを測定物体として測定領域が設定される
請求項１ないし１０の何れか一記載の形状測定装置を備
える。

【００５７】従って、測定精度の高く構成の簡単な請求
項１ないし１０の何れか一記載の形状測定装置を備えて
いるため、プロジェクタの投影スクリーンの倒れを補正
し、斜めに配置した投影スクリーンでも矩形に投影でき
る補正を簡便に行える。

【００５８】

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図１
ないし図４に基づいて説明する。

【００５９】まず、本実施の形態の原理及び概要につい
て図１を参照して説明する。

【００６０】一般に、領域分割強度比法では、測定領域
Ａを複数の部分領域Ａｉに分割し、各々の部分領域Ａｉ
に対して別々の光パターンＰｉを照射する。部分領域Ａ
ｉの境界では、照射光学系の位置ずれや光パターンの測
定領域でのパターンの滲みで本来照射したい光パターン
とは異なる。そのため、部分領域Ａｉの境界周辺で得ら
れた光量Ｒｉに基づいて形状推定手段や形状補正手段を
経た結果は異常値となる。

【００６１】そこで、本実施の形態では、図１に示すよ
うに、照明手段Ｌと受光手段Ｄとを結ぶ視差方向に対し
て垂直に分割され、分離領域Ｗｉ（ｉ＝１〜ｎ−１）を
間に挟んで互いに重なりのないｎ個のスリット状の部分
領域Ａｉ（ｉ：１〜ｎなる部分領域番号を意味する自然
数）からなる測定領域Ａに対して、各々の部分領域Ａｉ
と分離領域Ｗｉとで対をなす領域毎に１種類以上の光パ
ターンＰｉを照明する照明手段Ｌと、測定領域Ａに照明
された光パターンＰｉの反射光を受光する受光手段Ｄ
と、この受光手段Ｄで受光した反射光の光量Ｒｉの情報
に基づき、部分領域Ａｉに関する部分領域番号ｉの曖昧
さを残したまま照明手段Ｌと受光手段Ｄとの視差を用い
て部分領域Ａｉの形状データＳｉを推定する形状推定手
段Ｇと、推定された形状データＳｉにおける部分領域番
号ｉの曖昧さを除去して部分領域Ａｉ毎に曖昧さのない
形状データを求める形状補正手段Ｃと、を備える構成と
されている。

【００６２】即ち、照明手段Ｌから照射される光パター
ンＰｉを照明光として測定領域Ａを照射する。光パター
ンは測定領域Ａをｎ分割して照明するが、測定領域Ａを
ｎ分割した部分領域Ａｉ（Ａ１，Ａ２，…，Ａｎ）の間
に分離領域Ｗｉ（Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗｎ−１）を設ける
ことで、分離領域Ｗｉに当たる部分のデータは形状回復
に使えないデータであることを明確にする。つまり、部
分領域Ａｉの反射光は受光手段Ｄで検知されて測定領域
Ａ内の形状を得るために使われるが、分離領域Ｗｉでの
反射光は受光手段Ｄで検知されても、形状を求めるため
には用いられない。分離領域Ｗｉを設けることで、部分
領域Ａｉ端で生じる形状の異常値を取り除くことができ
る。

【００６３】ここに、分離領域Ｗｉは何らかの方法で部
分領域Ａｉと区別する必要がある。色々な方法が考えら
れるが、例えば、分離領域Ｗｉ全体に渡って光を照射し
なければ、受光手段Ｄで検知された光量Ｒｉの値から容
易に判別できる。受光手段Ｄで得られた光量Ｒｉの情報
から、形状推定手段Ｇでは光量が極端に小さい領域を分
離領域Ｗｉであると検知でき、どこまでが形状計測が可
能な部分領域Ａｉであるかを判断できる。例えば、受光
手段ＤがＣＣＤであれば、ＣＣＤの受光セルに対応して
分離領域Ｗｉと部分領域Ａｉとが基線方向に対して順に
並ぶことになる。ＣＣＤのセルを基線方向に検索すれ
ば、分離領域Ｗｉの範囲を特定できるので、残った部分
領域Ａｉに対して形状推定手段Ｇで部分領域Ｗｉの曖昧
さを残した推定形状Ｓｉを求め、形状補正手段Ｃで最終
的な形状データＺｉを求めることができる。

【００６４】部分領域Ａｉと分離領域Ｗｉとを分離する
方法としては、この他にも分離領域Ｗｉ全体を一定の光
量で照射する、分離領域Ｗｉだけ照射波長を変える、分
離領域Ｗｉの光量分布を変える、などが考えられるが、
部分領域Ａｉと区別がつけば手法は問わない。特に、領
域分割強度比法で部分領域Ａｉ毎に基線方向に単調に増
加する（或いは、減少する）光パターンを照射する場合
に、これと逆の基線方向に単調に減少する（或いは、増
加する）光パターンを照射する構成は、基線方向の強度
比の変化が分離領域Ｗｉだけ逆転するので検知が簡単で
あり、光パターンの設計上も簡単に実現できる。

【００６５】このような方式によれば、測定領域Ａに照
射する光パターンＰｉを設計するだけで分離領域Ｗｉに
照射する光量を制御できるので、照明手段Ｌによる照射
光学系自体は領域分割強度比法と同じもので済む利点が
ある。

【００６６】分離領域Ｗｉを設けることで、測定領域Ａ
を部分領域Ａｉと分離領域Ｗｉとで分け合うため、実際
には形状測定が可能な部分領域Ａｉの広さが減少するた
め、分離領域Ｗｉの幅は必要最小限にするのが望まし
い。例えば、照射する光パターンの領域境界周辺の、実
際には形状測定に利用できない幅より広い幅に設定すれ
ばよい。

【００６７】本実施の形態を含め、何れの実施の形態で
も、分離領域Ｗｉが受光手段Ｄで検知されることを前提
としているので、測定領域Ａ内におかれた測定物体とし
ては、滑らかな形状で物体上のどの場所でも反射光が得
られるものが望ましい。また、部分領域Ａｉ間に分離領
域Ｗｉを設ける構成は、複数の領域に分割された光パタ
ーンを照射するパターン光投影法であれば適用可能であ
り、応用が強度比法だけを限るわけではない。

【００６８】つづいて、このような原理及び概要に基づ
く、本実施の形態のより実際的な構成例を図２ないし図
４に基づいて説明する。

【００６９】まず、図２において、照明手段Ｌが照明装
置１、受光手段Ｄがカメラ２、視差方向が図面左右方
向、反射光の光量Ｒｉはカメラ２中のＣＣＤ３で受光さ
れた光量値、形状推定手段Ｇが形状推定装置４、形状補
正手段Ｃが形状補正装置５に対応する。照明装置１はフ
ラッシュ光源６とフィルタ７とを備えている。カメラ２
は結像レンズ８とＣＣＤ３とを備えている。また、ここ
ではｎ＝４とされ、測定領域Ａは部分領域Ａ１，Ａ２，
Ａ３，Ａ４に４分割され、３つの分離領域Ｗ１，Ｗ２，
Ｗ３が介在されている。

【００７０】フラッシュ光源６で裏面から照明したフィ
ルタ７を透過した照明光９は、測定領域Ａにある測定物
体１０で反射され、反射光１１としてカメラ２の結像レ
ンズ８で集光され、ＣＣＤ３で検知される。フラッシュ
光源６とＣＣＤ３の距離である基線長Ｌが分かり、ＣＣ
Ｄ３上での結像位置から受光角ψが分かるので、照射角
θを何らかの方法で得ることができれば、三角測量の原
理で測定物体１０の距離が分かる。また、本実施の形態
では、フィルタ７が入れ替えられるようにしており、２
種類の光パターンを投射することができる。各々の光パ
ターンに対して、ＣＣＤ３で受光された光量が光量デー
タとなる。形状推定装置４では、光量データと基線長Ｌ
と照射角θと受光角ψとから三角測量の原理と強度比法
の原理とを用いて、領域が不定（属する部分領域Ａｉが
まだ決まらない）なる曖昧さを残したままの形状データ
Ｓｉを計算する。これは最終的に形状補正装置５で補正
され、曖昧さのない形状データＺｉが得られる。

【００７１】フィルタ７は、図３に示すように、図面左
右方向の視差方向に対して照射強度を制御するよう４分
割された基線方向に透過率が単調に増加する（或いは、
単調に減少する）濃度勾配付きフィルタを、長手方向を
視差方向と垂直に配置した細いフラッシュ光源６で照明
する。フィルタ７を交換することで２つの光ストライプ
パターンを照射する。フィルタ７は簡単に作成できるの
で、大量に作成する場合にコストを下げることができ
る。また、視差方向に対してほぼ点光源とみなせるフラ
ッシュ光源６で照明することで照明装置１部分の結像レ
ンズが不要になり、小型化と低コスト化の点で有利であ
る。

【００７２】次に、測定領域Ａに照射される光パターン
例を図４に示す。例えば、図４（ａ）（ｂ）に示すよう
な２種類の光パターンａ，ｂを用いると、各部分領域Ａ
ｉで光パターンａ，ｂの比から照射角θが特定されるの
で、強度比法の原理から部分領域Ａｉ毎に形状が計算で
きる。一方、部分領域Ａｉの端にはフィルタ７の透過率
がゼロ、つまり測定領域Ａ面で光量がゼロになる分離領
域Ｗｉが設けてある。分離領域Ｗｉがなければ光パター
ンａ，ｂの光量変化がジャンプするところで光パターン
のぼけが生じ、そこでの形状データが誤ったものになる
が、本実施の形態のように、受光光量がゼロになる分離
領域Ｗｉを設けることで分離領域Ｗｉでは誤った形状を
計算しないで済む。必要なら、部分領域Ａｉであっても
分離領域Ｗｉの端に近い場合は形状誤りが生じやすいの
で、分離領域Ａｉからある距離以内では安全のために形
状を計算しないという処理も可能である。

【００７３】また、図４（ｃ）（ｄ）に示すような２種
類の光パターンｃ，ｄを用いると、分離領域Ｗｉでの光
量変化に不連続点が生じないので、光パターンのぼけが
あった場合でも、急峻に光量変化があった場合でも暗い
部分に明るい部分の光が回り込む影響を低減することが
できる。但し、光パターンｃ，ｄの組合せでは光量だけ
ではどこが分離領域Ｗｉか判定できないが、基線方向に
光パターンｃ，ｄの強度比を走査すると、部分領域Ａｉ
と分離領域Ｗｉとでは強度比の変化が逆になるので、こ
れを利用して分離領域Ｗｉを判断することができる。

【００７４】本発明の第二の実施の形態を図５及び図６
に基づいて説明する。第一の実施の形態で示した部分と
同一部分は同一符号を用いて示し説明も省略する（以降
の各実施の形態でも順次同様とする）。

【００７５】本実施の形態では、第一の実施の形態の領
域分割強度比法に対して、部分領域Ａｉの判定の曖昧さ
を除去する改良を加えたものであり、受光手段Ｄで受光
した反射光の光量Ｒｉの情報のうちで分離領域Ｗｉから
の反射光の光量Ｒｉの情報を用いて対応する部分領域Ａ
ｉを特定し、照明手段Ｌと受光手段Ｄとの視差（基線
長）を用いた三角測量の原理に基づき部分領域Ａｉ毎の
形状データＺｉを求める形状計算手段Ｇ（形状計算装置
２１）を備えるようにしたものである。

【００７６】即ち、第一の実施の形態の場合と同じく、
領域分割強度比法の光パターンの部分領域Ａｉ間に分離
領域Ｗｉを配設させるが、分離領域Ｗｉの各々の光パタ
ーンＰｉに何らかの異なる情報を載せることにより、反
射光Ｒｉの情報に基づきどの分離領域Ｗｉであるかを特
定し、その分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを特定
するものである。

【００７７】受光手段Ｄでは光量Ｒｉの情報に基づき分
離領域Ｗｉであることを検知できれば、どこまでがどの
分離領域Ｗｉであるかを判断できる。受光手段ＤがＣＣ
Ｄであれば、ＣＣＤの受光セルに対応して分離領域Ｗｉ
と部分領域Ａｉとが基線方向に対して順に並ぶことにな
る。ＣＣＤセルを基線方向に検索すれば、分離領域Ｗｉ
の範囲と分離領域Ａｉの種類とが特定できるので、特定
された分離領域Ｗｉに挟まれた部分領域Ａｉがどの部分
領域Ａｉであるかを決定できる(部分領域番号ｉを特定
できる)ので、後は特定された部分領域Ａｉに対して、
光量Ｒｉの情報に強度比法を適用することで、形状計算
手段Ｇ（形状計算装置２１）によって部分領域Ａｉ毎に
曖昧さのない形状Ｚｉを求めることができる。

【００７８】本実施の形態の場合、光学系構成は、第一
の実施の形態の場合とは光パターンＰｉの設計が違うだ
けで、照射光学系自体は領域分割強度比法と同じもので
済む利点がある。

【００７９】図５を参照すれば、フラッシュ光源６で裏
面から照明したフィルタ７を透過した照明光９は、測定
領域Ａにある測定物体１０で反射され、反射光１１とし
て、カメラ２の結像レンズ８で集光されＣＣＤ３で検知
される。フラッシュ光源６とＣＣＤ３との距離である基
線長が分かり、ＣＣＤ３上での結像位置から受光角ψが
分かるので、照射角θを何らかの方法で得ることができ
れば、三角測量の原理で測定物体１０の距離が分かる。
フィルタ７が入れ替えられるようにしており、２種類の
光パターンを投射することができる。各々の光パターン
に対して、ＣＣＤ３で受光された光量が光量データとな
る。

【００８０】本実施の形態では、図６に示すように分離
領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の照射角の幅が各々の領域毎に異
なっているため、形状計算装置２１においてＣＣＤ３で
受光された光量データを基線方向に走査すれば、分離領
域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を相互に区別できる。その結果、分
離領域Ｗｉの位置から部分領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４
を各々特定することができ、光量データから得られた強
度比と、光量データが属する部分領域Ａｉから曖昧さの
ない形状データを得ることができる。

【００８１】この結果、領域分割強度比法で問題だった
属する部分領域Ａｉが曖昧である問題が解決されてい
る。部分領域Ａｉを推定する必要がないので、光量デー
タから形状データを求めるのは形状計算装置２１だけに
簡単化されている。

【００８２】特に本実施の形態によれば、分離領域Ｗｉ
の幅が分離領域Ｗｉ毎に異なるようにしているので、単
純な構成により、分離領域Ｗｉに隣接する部分領域ＷＩ
を判定することができる。例えば、分離領域Ｗｉの光量
をゼロにすれば、照明装置１の光射出側に、ストライプ
毎に遮光幅を変えた黒いストライプ状の遮光マスクを置
けばよい。

【００８３】なお、受光手段Ｄから観察した分離領域Ｗ
ｉの幅は、測定領域Ａ内の測定物体１０の３次元形状に
依存するので、分離領域Ｗｉ幅に応じた幅で受光手段Ｄ
で観察されるわけではない。本実施の形態における分離
領域Ｗｉ毎の幅の変化を、基線方向に対して３次元形状
の起伏の変化から生じる幅の変化よりも大きくすれば、
この問題は回避できる。

【００８４】本発明の第三の実施の形態を図７に基づい
て説明する。本実施の形態は、基本的な構成は第二の実
施の形態に準ずるが、光パターンを変更（フィルタ７の
設計を変更）し、分離領域Ｗｉ内の光パターンが分離領
域Ｗｉ毎に光量の異なる光ストライプを含むようにした
ものである。

【００８５】即ち、分離領域Ｗｉ内に光ストライプを設
け、光ストライプの光量の絶対値から複数ある分離領域
Ｗｉの特定を行う。例えば、分離領域Ｗｉが遮光され、
分離領域Ｗｉ中央に光ストライプを配した光パターンを
用意する。この光ストライプの絶対値を分離領域Ｗｉ毎
に変える。受光手段Ｄで得られた光量Ｒｉの分布を基線
方向に走査すれば、光量がゼロになる部分が分離領域Ｗ
ｉであり、その内部で光量が局所的に高くなる部分が分
離領域Ｗｉを特定するための光ストライプである。この
光量は光量Ｒｉから分かるので、光ストライプの両脇に
ある分離領域Ｗｉを特定することができる。分離領域Ｗ
ｉを全面的に明るくし、光ストライプ部だけ光量を下げ
ても同様に光ストライプの特定ができる。第二の実施の
形態の場合と異なり、光ストライプだけで分離領域Ｗｉ
を特定するので、分離領域Ｗｉ幅を必要最小限にするこ
とができる。

【００８６】光ストライプの反射光量は測定物体１０の
反射率で変化するが、測定物体１０の反射率の変化より
大きな変化を、分離領域Ｗｉの光ストライプの光量値に
設定すればよい。

【００８７】図７に本実施の形態のフィルタ７の透過率
分布特性例を示す。図７（ａ）に示す光パターンａには
分離領域Ｗｉ毎に光量が異なる光ストライプが設けら
れ、ＣＣＤ３で受光された光量データを基線方向に走査
することで、分離領域Ｗｉ及び光量の異なる光ストライ
プを検知できるので、光ストライプの受光光量の差から
分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３及び対応する各部分領域Ａ
Ｉ，Ａ２，Ａ３，Ａ４を特定でき、曖昧性のない形状を
計算できる。光ストライプの光量で分離領域Ｗｉを判別
するので、光パターンbには図７（ｂ）に示すように光
ストライプを含まなくてよい。

【００８８】本発明の第四の実施の形態を図８に基づい
て説明する。本実施の形態では、測定領域Ａに照明され
る光パターンＰｉが２種類であって、２つの光パターン
Ｐｉの分離領域Ｗｉ内部の光ストライプの光量比率が各
分離領域Ｗｉ毎に異なるようにしたものである。

【００８９】即ち、照射する光パターンＰｉが２種類以
上ある場合（強度比法では必ずこの条件が満たされ
る）、２つの光パターンに対して光ストライプの位置は
同じであるが、２つの光ストライプの強度比を分離領域
Ｗｉ毎に変える。強度比は測定物体１０の反射率に依ら
ないので、測定物体１０の反射率の影響を除去すること
ができ、測定物体１０の反射率に依存しない形状測定を
行える。

【００９０】つまり、分離領域Ｗｉの特定は第三の実施
の形態と同様であるが、光ストライプの光量の絶対値で
はなく２つの光ストライプから得られた強度比から領域
判定を行う点が異なる。

【００９１】図８に本実施の形態のフィルタ７の透過率
分布特性例を示す。本実施の形態では、図８（ａ）
（ｂ）に示す光パターンａ，ｂには、照射角度の同じ位
置に分離領域Ｗｉ毎に光量比が異なる光ストライプが各
々設けられている。ＣＣＤ３で受光された光量データを
基線方向に走査することで、分離領域Ｗｉと光ストライ
プを検知できるので、２つの光ストライプの受光光量の
強度比から分離領域ＷＩ，Ｗ２，Ｗ３及び対応する各部
分領域ＡＩ，Ａ２，Ａ３，Ａ４を特定でき、曖昧性のな
い形状を計算できる。

【００９２】本発明の第五の実施の形態を図９に基づい
て説明する。本実施の形態では、分離領域Ｗｉ内部の光
ストライプの波長毎の光量が分離領域Ｗｉ毎に異なる構
成とされている。

【００９３】即ち、第四の実施の形態に類似する構成で
あるが、２つの光ストライプの単純な強度比でなく、波
長の異なる２つの光の強度比を用いる点が異なる。例え
ば、分離領域Ｗｉ毎に赤と青の混合比率を変え、基線方
向左端から右端まで青から赤に順次変化する光ストライ
プを用いる。複数の波長の情報を用いることで、第四の
実施の形態の場合のように光パターンが複数という条件
は不要になる。

【００９４】測定物体１０に色がついている場合、ある
波長の反射率が他の波長に比べて低ければ、本実施の形
態で用いる光を、反射率の低くない波長に設定すればよ
い。

【００９５】図９に本実施の形態のフィルタ７の透過率
分布特性例を示す。本実施の形態では、図９（ａ）
（ｂ）に示す光パターンａ，ｂには、照射角度の同じ位
置に分離領域Ｗｉ毎に波長が異なる光ストライプが各々
設けられている。光パターンaでは分離領域Ｗ１，Ｗ
２，Ｗ３の順番に赤（red），緑（green），青（blue）
の順で光ストライプが並び、光パターンbでは、緑（gre
en），青（blue），赤（red）の順に並んでいる。２つ
の光パターンａ，ｂで光ストライプの波長が異なるの
は、もし測定物体１０で特定の波長の反射率が低い場
合、どちらかの光ストライプで光量が検知されるように
するためである。ＣＣＤ３で受光された光量データを基
線方向に走査することで、分離領域Ｗｉと光ストライプ
とを検知できるので、対になる光ストライプの強度比か
ら分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３及び対応する各部分領域Ａ
１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を特定でき、曖昧性のない形状を
計算できる。

【００９６】本発明の第六の実施の形態を図１０に基い
て説明する。本実施の形態では、分離領域Ｗｉ内の光パ
ターンが分離領域Ｗｉ毎に符号化された複数の光ストラ
イプを含む構成とされている。

【００９７】即ち、第三の実施の形態に類似の構成例で
あるが光ストライプが1本だけでなく複数であり、光ス
トライプの本数や間隔などを利用して分離領域Ｗｉを符
号化する点が異なる。光ストライプの本数による符号化
は光ストライプが受光手段Ｄで観察される限り確実に分
離領域Ｗｉを判別できるが、分離領域Ｗｉの数が多い場
合は分離領域Ｗｉ内に配する光ストライプの本数が増え
る。その場合は光ストライプ同士の間隔を変えることで
光ストライプの本数を減らすことができる。

【００９８】ただし、第二の実施の形態の場合と同じ
く、受光手段Ｄで観察される光ストライプの間隔は、測
定物体１０の３次元形状に依存するので、光ストライプ
間の間隔としては測定物体１０の形状変化から生じる光
ストライプ幅の変動より大きな幅を与える。さらには、
第四、第五の実施の形態のように、２つの光ストライプ
の強度比を利用してもよいし、色を変えた光ストライプ
を用いて符号化してもよい。

【００９９】図１０に本実施の形態のフィルタ７の透過
率分布特性例を示す。本実施の形態では、図１０（ａ）
（ｂ）に示す光パターンａ，ｂには、分離領域Ｗｉ毎に
異なる数の光ストライプが各々設けられている。例え
ば、分離領域Ｗ１では光パターンａ，ｂに光ストライプ
が各々１，０本、分離領域Ｗ２では各々０，１本、分離
領域Ｗ３では各々１，１本設けられている。ＣＣＤ３で
受光された光量データを基線方向に走査することで、分
離領域Ｗｉと光ストライプを検知できるので、２つの光
パターンの光ストライプの本数から分離領域Ｗ１，Ｗ
２，Ｗ３及び対応する部分領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４
を特定でき、曖昧性のない形状を計算できる。

【０１００】本発明の第七の実施の形態を図１１に基づ
いて説明する。本実施の形態では、分離領域Ｗｉ内の光
パターンが分離領域Ｗｉ毎に光量が異なる一定な光量分
布である構成をとっている。

【０１０１】即ち、第二の実施の形態に類似な構成であ
るが、第二の実施の形態では分離領域Ｗｉの幅で分離領
域Ｗｉを特定するのに対して、分離領域Ｗｉ内を一定の
光量で照射し、その光量が分離領域Ｗｉ毎に異なる点が
異なる。分離領域Ｗｉの光量Ｒｉの絶対値変化から、分
離領域Ｗｉの特定が行える。分離領域Ｗｉ内に光ストラ
イプを設ける必要がないので、分離領域Ｗｉ幅を狭くで
きる利点がある。

【０１０２】この場合、第三の実施の形態の場合と同様
に、分離領域Ｗｉでの反射光量は測定物体１０の反射率
で変化するが、測定物体１０の反射率の変化より大きな
変化を、分離領域Ｗｉの光量値に設定すればよい。

【０１０３】さらに、本実施の形態では、２つの光パタ
ーンＰｉの分離領域Ｗｉ内で一定な光量比率が分離領域
Ｗｉ毎に異なる構成ともされている。即ち、２つの光パ
ターンで分離領域Ｗｉの強度を変え、その強度比が分離
領域Ｗｉ毎に異なる。強度比は測定物体１０の反射率に
依らないので、測定物体１０の反射率の影響を除去する
ことができ、測定物体１０の反射率に依存しない形状測
定を行える。

【０１０４】図１１に本実施の形態のフィルタ７の透過
率分布特性例を示す。本実施の形態では、図１１（ａ）
（ｂ）に示す光パターンａ，ｂは、部分領域Ａｉ毎に光
量の比を取ると強度比が各々異なるように設定されてい
る。ＣＣＤ３で受光された光量データを基線方向に走査
することで、分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を検知できるの
で、光パターンａ，ｂの分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３毎の
強度比から分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３及び対応する各部
分領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を特定でき、曖昧性のな
い形状を計算できる。

【０１０５】本発明の第八の実施の形態を図１２に基づ
いて説明する。本実施の形態では、分離領域Ｗｉ内で波
長毎に一定な光量比率が分離領域Ｗｉ毎に異なる構成と
されている。

【０１０６】即ち、第七の実施の形態に準ずる構成であ
るが、２つの光ストライプの単純な強度比で比較するの
ではなく、波長の異なる２つの光の強度比を用いる点で
異なる。例えば、第四の実施の形態の場合と同様に、分
離領域Ｗｉ毎に赤と青の混合比率を変え、基線方向左端
から右端まで青から赤に順次変化する光パターンを分離
領域Ｗｉに用いる。複数の波長の情報を用いることで、
光パターンが複数必要という条件がなくなる。

【０１０７】また、第四の実施の形態の場合と同じく、
測定物体１０に色がついている場合、ある波長の反射率
が他の波長に比べて低ければ、本実施の形態で用いる光
を、反射率の低くない波長に設定すればよい。

【０１０８】図１２に本実施の形態のフィルタ７の透過
率分布特性例を示す。本実施の形態では、図１２（ａ）
（ｂ）に示す光パターンａ，ｂは、部分領域Ａｉ毎に照
射する波長が異なっている。光パターンaでは、分離領
域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の順に赤（red），緑（green），青
（blue）の波長であり、光パターンｂでは緑（gree
n），青（blue），赤（red）の順で並んでいる。ＣＣＤ
３で受光された光量データを基線方向に走査すること
で、分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を検知できるので、光パ
ターンａ，ｂの分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の波長から分
離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３及び対応する各部分領域Ａ１，
Ａ２，Ａ３，Ａ４を特定でき、曖昧性のない形状を計算
できる。

【０１０９】本発明の第九の実施の形態を図１３に基づ
いて説明する。本実施の形態は、前述した何れかの実施
の形態による形状測定装置３１を文書スキャナ３２に備
えることで、形状補正機能を持たせるようにしたもので
ある。

【０１１０】文書スキャナ３２は、概略的には、例えば
フラットベッド３３上に搭載された原稿３４の原稿読取
面３４ａに対して、上部から照明装置３５により照明し
その反射光に基づく像を撮像装置３６で取り込むことに
より原稿画像を読取るものである。

【０１１１】ここに、原稿３４が厚い辞書や電話帳のよ
うなブック原稿のページの綴じ目３４ｂ周辺で、撮像装
置３６から見た原稿３４の奥行きが変わって文字のぼけ
が生じるため、原稿３４の形状を読み込んで焦点ずれの
補正を行う必要がある。通常は奥行き情報のない２次元
の画像から適当な仮定の下で立体形状を推定するが、本
実施の形態のように、前述した各実施の形態に準ずる形
状測定装置３１を形状補正に併用することで奥行きデー
タを精密に得ることができ、焦点ずれ補正を正確に行え
ることとなる。

【０１１２】また、焦点ぼけがなくても、原稿３４が奥
行き方向に斜めに置かれた場合にも形状補正を行う必要
がある。例を挙げると、長方形の紙を撮像装置３６の光
軸方向に斜めに置くと、近いほうの辺が長く、遠いほう
の辺が短い台形に見える。撮像装置３６自体は原稿３４
の距離情報を持っていないので、台形の原稿なのか、長
方形が光軸方向に斜めにおかれている原稿なのかか判断
できない。本実施の形態のように、前述した各実施の形
態に準ずる形状測定装置３１を併用することで、原稿３
４の立体形状の情報から原稿３４の奥行き情報を求め
て、本来の長方形に読み込んだ撮像データを補正するこ
とができる。

【０１１３】特に、分離領域を設けることで部分領域間
の分離を改善した領域分割強度比法を用いた光学的な形
状測定装置３１を用いているので、測定された形状の確
実さが増しており、その結果、立体的な原稿の補正をよ
り確実に行うことができる。

【０１１４】図１３を参照すれば、まず、照明装置３５
は形状計算装置３７から与えられた、２種類の光ストラ
イプパターンの照明データを原稿３４側に向けて照射
し、各々のパターンに対して撮像装置３６（ここでは、
照明装置３５を照明手段Ｌに兼用させ、撮像装置３６に
受光手段Ｄを兼用させている）から画像データを形状計
算装置３７に取り込み、ストライプ化した強度比法の原
理に基づき原稿３４の形状情報を計算し、原稿形状補正
装置３８に形状データを送る。次に、撮像装置３６で、
立体的な原稿３４の像を読み込み、原稿３４の画像デー
タを原稿形状補正装置３８に送る。原稿形状補正装置３
８では、凹凸の形状データを元に、立体的な原稿３４の
画像データを平面の画像データに補正し、補正された原
稿データとして、パソコンやプリンタ、記憶装置などに
出力する。

【０１１５】本実施の形態では、従来の２次元の情報し
か持たない原稿３４の画像を、像の変形の具合から立体
形状を推定して原稿の画像データを補正していたのと比
較して、３次元情報を実際に計測した誤りのない３次元
形状から、正しく立体的な原稿の形状補正を行うことが
できる。

【０１１６】本発明の第十の実施の形態を図１４及び図
１５に基づいて説明する。本実施の形態は、前述した何
れかの実施の形態による形状測定装置５１をプロジェク
タ５２に備えることで、投影スクリーン５３の倒れ補正
機能を持たせるようにしたものである。

【０１１７】プロジェクタ５２は、概略的には、支持脚
５４等により支持された投影スクリーン５３に対して、
パーソナルコンピュータ（ＰＣ）５５等に接続されて投
影装置５６から画像情報に応じた投影光を投影すること
により画像を投影表示させるものである。

【０１１８】ここに、プロジェクタ５２の光軸に対して
投影スクリーン５３が例えば図１５に示すように斜めに
配置されると、距離の違いにより、本来なら長方形に投
影されるはずの像が台形に変形してしまう。この点、本
実施の形態のように、形状測定装置５１を用いて投影ス
クリーン５３の奥行きを測定すれば、プロジェクタ５２
側に通常のカメラのような撮像装置５７を設けて（照明
手段Ｌとしては、例えば投影装置５６を利用することが
できる）、形状の変形から投影スクリーン５３の倒れを
求めるより精度良く倒れ補正を行うことができる。

【０１１９】特に、前述の如く、分離領域を設けること
で部分領域間の分離を改善した領域分割強度比法を用い
た光学的な形状測定装置５１を用いているので、測定さ
れた形状の確実さが増しており、その結果、投影スクリ
ーン５３の倒れ補正をより確実に行うことができる。

【０１２０】図１５を参照すれば、プロジェクタ５２中
の投影装置５６は、形状計算装置５８から与えられた、
２種類の光ストライプパターンの照明データを投影スク
リーン５３に照射し、各々の光パターンに対して撮像装
置５７から画像データを形状計算装置５８に取り込み、
ストライプ化した強度比法の原理に基づき投影スクリー
ン５３の形状情報を計算し、投影補正装置５９に得られ
た形状データを送る。次に、ＰＣ５５から送られた画像
データが投影補正装置５９に送られ、形状データから得
られた投影スクリーン５３の倒れを補正した補正画像デ
ータとして投影装置５６で投影スクリーン５３上に照射
する。

【０１２１】このように、本実施の形態のプロジェクタ
５２によれば、投影スクリーン５３の倒れを形状測定す
ることによって投影画像を補正し、図１５に示すよう
に、投影スクリーン５３がプロジェクタ５２に対して斜
めに配置されていても、投影された画面が台形に変形す
ることなく、矩形として投影できる。また、実際の投影
スクリーン５３の形状を測っているので、投影スクリー
ン５３が単純に倒れている場合だけでなく波打っている
場合でも、投影スクリーン５３上での変形を補正するこ
とが可能である。

【０１２２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、領域分割
法の部分領域Ａｉ間に分離領域Ｗｉを設けることで、部
分領域Ａｉ相互を明確に分離することができ、部分領域
Ａｉの境界で生ずる形状の異常値を取り除くことができ
るため、部分領域Ａｉの境界がなくなってしまうことに
より誤った形状を与えることがない。

【０１２３】請求項２記載の発明によれば、領域分割法
の部分領域Ａｉ間に分離領域Ｗｉを設け、同時にその分
離領域Ｗｉの光パターンの情報から隣接する部分領域Ａ
ｉを特定することで、領域分割法の部分領域Ａｉの判定
を簡単化することができるので、高精度で簡便に形状測
定を行うことができる。

【０１２４】請求項３記載の発明によれば、請求項２記
載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉの幅を分離領
域Ｗｉ毎に変えているので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接
する部分領域Ａｉを判定することができる。

【０１２５】請求項４記載の発明によれば、請求項２記
載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ内の光パター
ンが分離領域Ｗｉ毎に光量の異なる光ストライプを含む
ので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判
定することができる。

【０１２６】請求項５記載の発明によれば、請求項４記
載の形状測定装置において、パターンＰｉが２種類あ
り、分離領域Ｗｉ内部の光ストライプの光量比率が分離
領域Ｗｉ毎に異なるので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接す
る部分領域Ａｉを判定することができる。

【０１２７】請求項６記載の発明によれば、請求項２記
載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ内部の光スト
ライプの波長毎の光量が分離領域Ｗｉ毎に異なるので、
簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定する
ことができる。

【０１２８】請求項７記載の発明によれば、請求項２記
載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ毎に符号化さ
れた光ストライプを含む光パターンを用いているので、
簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定する
ことができる。

【０１２９】請求項８記載の発明によれば、請求項２記
載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ毎に光量が異
なる一定な光パターンを用いているので、簡便に分離領
域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定することができ
る。

【０１３０】請求項９記載の発明によれば、請求項８記
載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ毎に光量比率
が異なる一定な光パターンを用いているので、簡便に分
離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定することがで
きる。

【０１３１】請求項１０記載の発明によれば、請求項８
記載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ毎に波長毎
の光量比率が異なる一定な光パターンを用いているの
で、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定
することができる。

【０１３２】請求項１１記載の発明の文書スキャナによ
れば、測定精度の高く構成の簡単な請求項１ないし１０
の何れか一記載の形状測定装置を備えているので、ブッ
ク形状などの凹凸のある文書を読み込む文書スキャナの
形状補正を簡便で確実に行うことができる。

【０１３３】請求項１２記載の発明のプロジェクタによ
れば、測定精度の高く構成の簡単な請求項１ないし１０
の何れか一記載の形状測定装置を備えているので、プロ
ジェクタの投影スクリーンの倒れを補正し、斜めに配置
したスクリーンでも矩形に投影できる補正を簡便に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態の形状測定装置を示
す原理的な斜視図である。

【図２】より実際的な構成例を示す概略平面図である。

【図３】フィルタを示す概略斜視図である。

【図４】光パターン構成例を示すフィルタの透過率分布
特性図である。

【図５】本発明の第二の実施の形態の形状測定装置の構
成例を示す概略平面図である。

【図６】光パターン構成例を示す特性図である。

【図７】本発明の第三の実施の形態の光パターン構成例
を示すフィルタの透過率分布特性図である。

【図８】本発明の第四の実施の形態の光パターン構成例
を示すフィルタの透過率分布特性図である。

【図９】本発明の第五の実施の形態の光パターン構成例
を示すフィルタの透過率分布特性図である。

【図１０】本発明の第六の実施の形態の光パターン構成
例を示すフィルタの透過率分布特性図である。

【図１１】本発明の第七の実施の形態の光パターン構成
例を示すフィルタの透過率分布特性図である。

【図１２】本発明の第八の実施の形態の光パターン構成
例を示すフィルタの透過率分布特性図である。

【図１３】本発明の第九の実施の形態の原稿スキャナの
構成例を示す概略斜視図である。

【図１４】本発明の第十の実施の形態のプロジェクタの
構成例を示す概略平面図である。

【図１５】その概略斜視図である。

【図１６】光切断法について説明するための斜視図であ
る。

【図１７】三角測量の原理を説明するための概略平面図
である。

【図１８】レインボー法について説明するための概略平
面図である。

【図１９】強度比法について説明するための斜視図であ
る。

【図２０】領域分割強度比法について説明するための概
略平面図である。

【図２１】光パターン構成例を示すフィルタの透過率分
布特性図である。

【符号の説明】

Ｌ 照明手段 Ｄ 受光手段 Ａ 測定領域 Ａｉ 部分領域 Ｗｉ 分離領域 １ 照明手段 ２ 受光手段 ４ 形状推定手段 ５ 形状補正手段 ２１ 形状計算手段 ３１ 形状測定装置 ３４ 文書原稿 ５１ 形状測定装置 ５３ 投影スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA53 BB01 BB05 BB18 CC02 DD02 DD03 DD04 DD06 EE05 EE08 FF02 FF04 FF09 FF41 GG08 GG12 GG23 HH06 HH07 JJ03 JJ26 LL24 QQ31 5B047 AA07 AB02 BA02 BB04 BC05 BC07 BC12 BC14 BC23 CA19 CB23 DC09 5B057 AA01 BA02 BA19 DA07 DA08 DB03 DB09 DC09 DC22 DC36

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 視差方向に対して垂直に分割され、分離
   領域Ｗｉ（ｉ＝１〜ｎ−１）を間に挟んで互いに重なり
   のないｎ個のスリット状の部分領域Ａｉ（ｉ：１〜ｎな
   る部分領域番号を意味する自然数）からなる測定領域Ａ
   に対して、各々の部分領域Ａｉと分離領域Ｗｉとで対を
   なす領域毎に１種類以上の光パターンＰｉを照明する照
   明手段と、 この照明手段に対する視差が予め特定されて前記測定領
   域Ａに照明された光パターンＰｉの反射光を受光する受
   光手段と、 この受光手段で受光した反射光の光量Ｒｉの情報に基づ
   き、前記部分領域Ａｉに関する部分領域番号ｉの曖昧さ
   を残したまま前記照明手段と前記受光手段との前記視差
   を用いて前記部分領域Ａｉの形状データＳｉを推定する
   形状推定手段と、 推定された形状データＳｉにおける部分領域番号ｉの曖
   昧さを除去して前記部分領域Ａｉ毎に曖昧さのない形状
   データＺｉを求める形状補正手段と、を備える形状測定
   装置。
2. 【請求項２】 視差方向に対して垂直に分割され、分離
   領域Ｗｉ（ｉ＝１〜ｎ−１）を間に挟んで互いに重なり
   のないｎ個のスリット状の部分領域Ａｉ（ｉ：１〜ｎな
   る部分領域番号を意味する自然数）からなる測定領域Ａ
   に対して、各々の部分領域Ａｉと分離領域Ｗｉとで対を
   なす領域毎に１種類以上の光パターンＰｉを照明する照
   明手段と、 この照明手段に対する視差が予め特定されて前記測定領
   域Ａに照明された光パターンＰｉの反射光を受光する受
   光手段と、 この受光手段で受光した反射光の光量Ｒｉの情報のうち
   で前記分離領域Ｗｉからの反射光の光量Ｒｉの情報を用
   いて対応する部分領域Ａｉを特定し、前記照明手段と前
   記受光手段との前記視差を用いた三角測量の原理に基づ
   き前記部分領域Ａｉ毎の形状データＺｉを求める形状計
   算手段と、を備える形状測定装置。
3. 【請求項３】 前記分離領域Ｗｉの幅が各々異なる請求
   項２記載の形状測定装置。
4. 【請求項４】 前記分離領域Ｗｉ内の光パターンが各分
   離領域Ｗｉ毎に光量の異なる光ストライプを含む請求項
   ２記載の形状測定装置。
5. 【請求項５】 前記光パターンＰｉが２種類あり、２種
   類の光パターンＰｉ間で分離領域Ｗｉ内の光ストライプ
   の光量比率が各分離領域Ｗｉ毎に異なるように設定され
   ている請求項４記載の形状測定装置。
6. 【請求項６】 前記分離領域Ｗｉ内の光ストライプの波
   長毎の光量が各分離領域Ｗｉ毎に異なる請求項２記載の
   形状測定装置。
7. 【請求項７】 前記分離領域Ｗｉ内の光パターンが各分
   離領域Ｗｉ毎に符号化された光ストライプを含む請求項
   ２記載の形状測定装置。
8. 【請求項８】 前記分離領域Ｗｉ内の光パターンが各分
   離領域Ｗｉ毎に光量の異なる一定光量分布のパターンで
   ある請求項２記載の形状測定装置。
9. 【請求項９】 前記光パターンＰｉが２種類あり、２種
   類の光パターンＰｉの前記分離領域Ｗｉ内で一定な光量
   比率が各分離領域Ｗｉ毎に異なるように設定されている
   請求項８記載の形状測定装置。
10. 【請求項１０】 前記分離領域Ｗｉ内で波長毎に一定な
    光量比率が各分離領域Ｗｉ毎に異なる請求項８記載の形
    状測定装置。
11. 【請求項１１】 文書原稿を測定物体として測定領域が
    設定される請求項１ないし１０の何れか一記載の形状測
    定装置を備える文書スキャナ。
12. 【請求項１２】 投影スクリーンを測定物体として測定
    領域が設定される請求項１ないし１０の何れか一記載の
    形状測定装置を備えるプロジェクタ。