WO2023042346A1 - 光学装置、情報処理方法、および、プログラム - Google Patents

光学装置、情報処理方法、および、プログラム Download PDF

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WO2023042346A1
WO2023042346A1 PCT/JP2021/034144 JP2021034144W WO2023042346A1 WO 2023042346 A1 WO2023042346 A1 WO 2023042346A1 JP 2021034144 W JP2021034144 W JP 2021034144W WO 2023042346 A1 WO2023042346 A1 WO 2023042346A1
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light
spectral
region
wavelength
subject
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PCT/JP2021/034144
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English (en)
French (fr)
Inventor
博司 大野
宏弥 加納
英明 岡野
Original Assignee
株式会社東芝
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to optical devices, information processing methods, and programs.
  • Non-contact shape measurement of objects has become important in various industries. For example, it discloses a method of acquiring the shape of an object by illuminating the object by splitting light and acquiring an image split by an imaging unit.
  • the measurement accuracy of the shape of the subject may be reduced due to the spread of the light when the subject is irradiated with the light that is dispersed.
  • the optical device of the embodiment includes a surface emitting light source, a light selection section, an imaging section, and a derivation section.
  • the light selector splits the light beam emitted from the surface emitting light source into a plurality of spectral light beams in different wavelength regions.
  • the imaging unit captures an image of a subject irradiated with a plurality of spectral light beams to obtain a spectral image.
  • the derivation unit estimates an irradiation region of each of the plurality of spectral light beams on the subject based on the mutual magnitude relationship of the received light intensity for at least two different wavelength regions among the plurality of spectral light beams acquired in the spectral image. From the estimation result, the surface texture or shape information of the subject is derived.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an optical device.
  • FIG. 2 is a block diagram of the functional configuration of the information processing device.
  • FIG. 3A is a diagram showing the wavelength spectrum of the illuminated area.
  • FIG. 3B is a diagram showing the wavelength spectrum of the irradiated region.
  • FIG. 3C is a diagram showing the wavelength spectrum of the illuminated area.
  • FIG. 4 is a flow chart of information processing.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of an optical device.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of an optical device.
  • FIG. 7A is a diagram showing the wavelength spectrum of the irradiated region.
  • FIG. 7B is a diagram showing the wavelength spectrum of the irradiated region.
  • FIG. 7C is a diagram showing the wavelength spectrum of the irradiated region.
  • FIG. 7A is a diagram showing the wavelength spectrum of the irradiated region.
  • FIG. 7B is a diagram showing the wavelength spectrum of the irradiated region
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an optical device.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the intensity distribution of spectral rays.
  • FIG. 10A is a diagram showing the wavelength spectrum of the irradiated region.
  • FIG. 10B is a diagram showing the wavelength spectrum of the irradiated region.
  • FIG. 10C is a diagram showing the wavelength spectrum of the irradiated region.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of an optical device.
  • FIG. 12A is a diagram showing the intensity distribution of a projected image.
  • FIG. 12B is a diagram showing the intensity distribution of the projected image.
  • FIG. 13 is a hardware configuration diagram.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an optical device 1A of this embodiment.
  • the optical device 1A is an example of an optical device. When collectively describing the optical devices of this embodiment and the embodiments to be described later, they may simply be referred to as the optical device 1 .
  • the optical device 1A includes a light source 10, a light selection section 30, an imaging section 40, and an information processing device 50.
  • the imaging unit 40 and the information processing device 50 are connected so as to be able to exchange data or signals.
  • the light source 10 is a surface emitting light source that emits light rays R.
  • Ray R is an example of an electromagnetic wave.
  • the light source 10 may have a light emitting surface 11 of a finite size and emit electromagnetic waves.
  • the light emitting surface 11 is the exit surface of the light ray R in the light source 10 . That the light emitting surface 11 has a finite size means that the light source 10 is substantially larger than the point light source in the optical system. “Substantially larger than a point light source” means that when the light source 10 is placed far enough away from a general commercially available lens, the light from the light source 10 is larger than the size of the condensing point obtained by condensing the light from the lens. means
  • the light rays R emitted by the light source 10 are, for example, visible rays, X-rays, infrared rays, microwaves, and the like. Moreover, the light beam R emitted by the light source 10 may be either coherent light or incoherent light. Coherent light is, for example, laser light. Incoherent light is, for example, a light emitting diode (LED).
  • LED light emitting diode
  • the light source 10 is an LED
  • the light source 10 is not limited to LEDs, and may be incandescent lamps, fluorescent tubes, mercury lamps, or the like.
  • the light source 10 may be a light source that emits laser, infrared rays, or X-rays.
  • the wavelength included in the light beam R emitted from the light source 10 may be determined according to the wavelength selectivity of the light selector 30, which will be described later.
  • the light beam R emitted from the light source 10 is an electromagnetic wave, for example, visible light
  • the light beam R emitted from the light source 10 includes a light beam having a wavelength in the visible light region from 400 nm to 800 nm. Note that the wavelength included in the light beam R is not limited to this wavelength.
  • the LED which is the light source 10 of the present embodiment, may be an LED having a finite-sized light emitting surface 11 .
  • the present embodiment will be described on the assumption that the size of the light emitting surface 11 is 0.2 mm ⁇ 0.2 mm. Note that the size of the light emitting surface 11 is not limited to this size.
  • the subject B is an inspection target in the optical device 1A.
  • the subject B may be an object that refracts or scatters the light beam R irradiated via the light selection unit 30, which will be described later.
  • the subject B is, for example, but not limited to, a living cell, an object including a laser welded area, and the like.
  • a laser-welded area is an area welded by a laser.
  • the subject B may be any of solid, liquid, and gas. In this embodiment, a case where the subject B is solid will be described as an example.
  • the light selector 30 splits the light beam R emitted from the light source 10 into a plurality of spectral components in different wavelength regions.
  • the split ray R will be referred to as a split ray L for explanation.
  • the light selector 30 separates the light beam R emitted from the light source 10 into a first spectral light beam L1 in the first wavelength region and a second spectral light beam L2 in the second wavelength region.
  • the first spectral ray L1 and the second spectral ray L2 are examples of the spectral ray L.
  • FIG. The first wavelength region and the second wavelength region are wavelength regions different from each other.
  • the light selection unit 30 may be configured to split the spectral ray L into three or more different wavelength regions, and is not limited to splitting into the first spectral ray L1 and the second spectral ray L2.
  • the light selection unit 30 allows the first spectral ray L1 and the second spectral ray L2, which are rays R in different wavelength regions, to pass through the different wavelength selection regions 31 .
  • the light selection unit 30 may be configured to pass the first spectral beam L1 and the second spectral beam L2 in different directions.
  • the light selector 30 only needs to have a function of passing a plurality of light rays R in different wavelength ranges from different positions in the light selector 30 or in different directions from the light selector 30 .
  • the light selector 30 has a first wavelength selection region 31A and a second wavelength selection region 31B as the plurality of wavelength selection regions 31 .
  • the first wavelength selection region 31A and the second wavelength selection region 31B are arranged at mutually different positions on a two-dimensional plane orthogonal to the optical axis Z in the light selection section 30 .
  • the first wavelength selection region 31A and the second wavelength selection region 31B allow light rays R in wavelength regions different from each other to pass therethrough.
  • Transmitting the ray R means at least one of transmitting the ray R and specularly reflecting the ray R.
  • both transmission and regular reflection will be referred to as “passing”.
  • pass means "transmission" will be described as an example.
  • the first wavelength selection region 31A allows the first spectral light beam L1 in the first wavelength region to pass through.
  • the second wavelength selection region 31B allows passage of the second spectral beam L2 in the second wavelength region.
  • the first spectral light beam L1 in the first wavelength region is a light beam R of blue (eg, wavelength 450 nm). It is also assumed that the second spectral light beam L2 in the second wavelength region is a light beam R of red color (for example, wavelength 650 nm).
  • the first wavelength selection region 31A allows the first blue spectral ray L1 included in the irradiated light ray R to pass through
  • the second wavelength selection region 31B allows the second red spectral ray L2 included in the light ray R to pass through. pass through.
  • the first wavelength selection region 31A and the second wavelength selection region 31B may be realized, for example, by arranging a bandpass filter corresponding to the wavelength region of the light beam R to be passed through the aperture provided in the light selection section 30. .
  • the first wavelength selection region 31A may be configured with a bandpass filter for the first wavelength region
  • the second wavelength selection region 31B may be configured with a bandpass filter for the second wavelength region.
  • the width of each bandpass filter of the first wavelength selection region 31A and the second wavelength selection region 31B may be set to 0.1 mm, for example. Note that the width of the bandpass filter is not limited to this value.
  • the imaging unit 40 captures an image of the subject B irradiated with the first spectral light beam L1 and the second spectral light beam L2 using an image sensor (not shown), and acquires a spectral image with the image sensor.
  • a spectroscopic image is a captured image obtained by spectroscopy into a plurality of wavelength regions different from each other.
  • the imaging unit 40 captures a spectroscopic image obtained by spectroscopy into at least the first wavelength region and the second wavelength region.
  • the image sensor of the imaging unit 40 is, for example, a CCD (Charge-Coupled Device), a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), or the like.
  • a hyperspectral camera capable of acquiring at least five different wavelength regions may be used as the imaging unit 40 .
  • the imaging unit 40 includes an image sensor in which photoelectric conversion elements (photodiodes) are arranged for each pixel
  • the image sensor of the imaging unit 40 separates and receives at least the first spectral ray L1 and the second spectral ray L2 in each of the plurality of pixels.
  • the light intensity of the light beam R received by each pixel is sometimes referred to as received light intensity, intensity, or pixel value.
  • the light intensity of the light beam R received by each pixel will be referred to as a pixel value.
  • the image sensor of the imaging unit 40 may be configured with a plurality of wavelength filters for each pixel.
  • the plurality of wavelength filters are filters that selectively transmit rays R of different wavelengths.
  • the imaging unit 40 can perform spectral separation at each pixel. That is, the imaging unit 40 can simultaneously capture spectroscopic images in the first wavelength region and the second wavelength region.
  • the first spectral light beam L1 in the first wavelength region included in the light beam R emitted from the light source 10 reaches the subject B through the first wavelength selection region 31A. That is, a specific irradiation area EA on the surface of the subject B is irradiated with the first spectral beam L1.
  • the irradiation area EA by the first spectral ray L1 is emitted from the edge of the finite-sized light emitting surface 11 of the light source 10 and passes through the edge of the first wavelength selection area 31A in the light ray R in the first wavelength region. It is a region bounded by the edge ray G1. That is, the irradiation area EA by the first spectral ray L1 is an area defined by the edge ray G1.
  • the second spectral light beam L2 in the second wavelength region included in the light beam R emitted from the light source 10 reaches the subject B through the second wavelength selection region 31B. That is, a specific irradiation area EB on the surface of the subject B is irradiated with the second spectral beam L2.
  • the irradiation region EB by the second spectral ray L2 is emitted from the end of the finite-sized light emitting surface 11 of the light source 10 and passes through the end of the second wavelength selection region 31B in the light ray R in the second wavelength region. This is a region bounded by the edge ray G2. That is, the irradiation area EB by the second spectral beam L2 is an area defined by the edge beam G2.
  • the irradiation area EA by the first spectral beam L1 and the irradiation area EB by the second spectral beam L2 do not overlap.
  • the definition of non-overlapping also includes the case where only the boundary between these irradiation areas EA and EB overlaps.
  • the size of the light emitting surface 11 of the light source 10 is finite, as described above. Therefore, there is an overlapping area between the irradiation area EA of the first spectral beam L1 and the irradiation area EB of the second spectral beam L2.
  • the irradiation area E of the light beam R on the subject B is classified into a first irradiation area E1, a second irradiation area E2, and a third irradiation area E3.
  • the first irradiation region E1 is a region of the subject B to which only the first spectral light beam L1 in the first wavelength region is irradiated.
  • the second irradiation region E2 is a region on the subject B where the first spectral beam L1 in the first wavelength region and the second spectral beam L2 in the second wavelength region overlap (superimpose) and are irradiated. That is, the second irradiation region E2 includes both the first spectral light beam L1 in the first wavelength region and the second spectral light beam L2 in the second wavelength region.
  • the third irradiation region E3 is a region of the subject B to which only the second spectral beam L2 is irradiated.
  • the imaging unit 40 After being irradiated with the first spectral beam L1 and the second spectral beam L2, the imaging unit 40 images the subject B in which the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the third irradiation region E3 are formed. , to obtain a spectroscopic image.
  • the information processing device 50 is connected to the imaging unit 40 so as to be able to transmit and receive data or signals.
  • the information processing device 50 analyzes the spectral image captured by the imaging section 40 .
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the information processing device 50.
  • the information processing device 50 includes a processing section 52 , a storage section 54 and an output section 56 .
  • the processing unit 52, the storage unit 54, and the output unit 56 are connected via a bus 58 so as to be able to exchange data or signals.
  • the storage unit 54 stores various data.
  • the storage unit 54 is, for example, a RAM, a semiconductor memory device such as a flash memory, a hard disk, an optical disk, or the like.
  • the storage unit 54 may be a storage device provided outside the information processing device 50 .
  • the storage unit 54 may be a storage medium.
  • the storage medium may store or temporarily store programs and various types of information downloaded via a LAN (Local Area Network), the Internet, or the like.
  • the storage unit 54 may be composed of a plurality of storage media.
  • the output unit 56 outputs various information.
  • the output unit 56 includes at least one of a display, a speaker, and a communication unit that communicates with an external device via a network.
  • the processing unit 52 includes an acquisition unit 52A, a derivation unit 52B, and an output control unit 52C. At least one of the acquisition unit 52A, the derivation unit 52B, and the output control unit 52C is implemented by one or more processors, for example.
  • processors for example, each of the above units may be realized by causing a processor such as a CPU (Central Processing Unit) to execute a program, that is, by software.
  • processors such as a CPU (Central Processing Unit) to execute a program, that is, by software.
  • Each of the above units may be implemented by a processor such as a dedicated IC (Integrated Circuit), that is, by hardware.
  • Each of the above units may be implemented using both software and hardware. When multiple processors are used, each processor may implement one of the units, or may implement two or more of the units.
  • the acquisition unit 52A acquires a spectral image from the imaging unit 40.
  • the derivation unit 52B obtains a plurality of spectroscopic images of the subject B based on the magnitude relationship of the received light intensities for at least two different wavelength regions among the plurality of spectral light beams L included in the spectral image obtained by the obtaining unit 52A. Estimate or specify an irradiation area E for each light ray L. FIG. Then, the derivation unit 52B derives the shape information of the subject B from this estimation (identification) result. In the following description, estimation may be referred to as identification.
  • the deriving unit 52B estimates (specifies) the irradiation region E of each of the first spectral ray L1 and the second spectral ray L2 on the subject B by analyzing the spectral image acquired by the acquisition unit 52A. do. Then, the shape information of the subject B is derived from the specified result of specifying the irradiation area E.
  • FIG. 1 the deriving unit 52B estimates (specifies) the irradiation region E of each of the first spectral ray L1 and the second spectral ray L2 on the subject B by analyzing the spectral image acquired by the acquisition unit 52A. do. Then, the shape information of the subject B is derived from the specified result of specifying the irradiation area E.
  • 3A to 3C are diagrams showing examples of wavelength spectra of each of the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the third irradiation region E3.
  • the horizontal axis indicates wavelength
  • the vertical axis indicates pixel value. Pixel values may be normalized as needed.
  • FIG. 3A is a diagram showing an example of the wavelength spectrum of the first irradiation area E1.
  • FIG. 3B is a diagram showing an example of the wavelength spectrum of the second irradiation area E2.
  • FIG. 3C is a diagram showing an example of the wavelength spectrum of the third irradiation area E3.
  • Background noise N is also shown in FIGS. 3A to 3C.
  • Background noise N is an example of a dark current component.
  • the background noise N means the pixel value of the spectral image obtained by the imaging unit 40 before the light source 10 is turned on and the light beam R is emitted.
  • the background noise N is the pixel value of each pixel in the spectral image when the light source 10 is turned off.
  • pixel values equal to or greater than the first threshold are obtained for the first spectral light beam L1 in the first wavelength region S1.
  • pixel values equal to or greater than the first threshold are obtained for both the first wavelength region S1 and the second wavelength region S2.
  • pixel values equal to or greater than the first threshold are obtained for the second wavelength region S2.
  • the first threshold value it is sufficient to predetermine a value at which it can be determined that the light beam R has been received by irradiation.
  • the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the third irradiation region E3 are obtained. It can be said that they can be distinguished. In other words, it can be said that each irradiation region can be distinguished based on the magnitude relationship of pixel values for different wavelength regions.
  • the first irradiation region E1 and the second irradiation region E2 cannot be distinguished (see FIG. 3A). Also, even if only the pixel values for the second wavelength region S2 are analyzed, the first irradiation region E1 and the second irradiation region E2 cannot be distinguished (see FIG. 3C). That is, by using a combination of pixel values for both the first wavelength region S1 and the second wavelength region S2, the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the third irradiation region E3 can be distinguished for the first time. can. In other words, it can be said that each irradiation region can be distinguished with higher accuracy based on the magnitude relationship of pixel values for different wavelength regions.
  • the deriving unit 52B based on the first pixel value of the first wavelength region S1 and the second pixel value of the second wavelength region S2 included in the spectral image, the first spectral light beam L1 and the The irradiation area E of each of the second spectral beams L2 is estimated.
  • the first pixel value is an example of the first received light intensity.
  • the second pixel value is an example of the second received light intensity.
  • the deriving unit 52B uses a combination of pixel values for the first wavelength region S1 and the second wavelength region S2 to obtain the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the third irradiation region E2 in the spectral image. Estimate each of the regions E3.
  • the derivation unit 52B uses a combination of pixel values for the first wavelength region S1 and the second wavelength region S2 to obtain the respective values of the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the third irradiation region E3. can be distinguished. That is, the lead-out portion 52B can distinguish the irradiation regions E more finely.
  • the derivation unit 52B derives the shape information of the subject B from the estimation result of the irradiation region E.
  • the shape includes fine surface shapes such as irregularities and scratches. These surface fine shapes are also called surface textures. That is, the shape described here includes the surface texture.
  • the deriving unit 52B divides the irradiation region E into the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the second irradiation region E2 by using a combination of pixel values in the first wavelength region S1 and the second wavelength region S2. Estimated by distinguishing three irradiation areas E3. Then, the derivation unit 52B derives the shape information of the subject B from the estimation result.
  • the derivation unit 52B can derive the shape information of the subject B with higher accuracy than when the combination of the pixel values of the first wavelength region S1 and the second wavelength region S2 is not used.
  • the derivation unit 52B can estimate the irradiation area E by subdividing it into the first irradiation area E1, the second irradiation area E2, and the third irradiation area E3. This is because, by using the light source 10 having the finite-sized light emitting surface 11, the second irradiation area E2 in which the irradiation area E of the first spectral beam L1 and the second spectral beam L2 overlap is formed on the subject B. be. Therefore, in the present embodiment, the shape information can be obtained with higher accuracy by using the light source 10 having the finite-sized light emitting surface 11 and by using the combination of the pixel values of the first wavelength region S1 and the second wavelength region S2. can be derived to
  • the first irradiation region E1 and the third irradiation region E3 can be made substantially the same size. Accordingly, when estimating the first irradiation region E1 and the third irradiation region E3 and calculating the shape information, the shape accuracy in each irradiation region can be substantially equalized. That is, there is an effect that variation in shape accuracy can be reduced.
  • S0 be the size of the light emitting surface 11
  • S1 be the size of the first wavelength selection region 31A
  • S2 be the size of the second wavelength selection region 31B
  • D0 be the distance from the light selection unit 30 to the light source
  • D0 be the distance from the light selection unit 30 to the light source.
  • to the irradiation area is D1.
  • the size SE1 of the first irradiation region E1, the size SE2 of the second irradiation region E2, and the size SE3 of the third irradiation region E3 are represented by the following formulas (1), (2), and (3), respectively. be. These are guided by geometric optics.
  • SE1 S1 ⁇ D1/D0 Expression (1)
  • SE2 S0 ⁇ D1/D0 Expression (2)
  • SE3 S2 ⁇ D1/D0 Expression (3)
  • the size S0 of the light emitting surface 11 is represented by the following formula (4), the first irradiation area E1 and the second irradiation area E2 can be made substantially the same size.
  • the shape accuracy in each irradiation area can be made substantially equal. That is, there is an effect that variation in shape accuracy can be reduced.
  • the size of the first wavelength selection region 31A and the size of the second wavelength selection region 31B are made equal and the size S0 of the light emitting surface 11 is made larger than them, that is, when the following formula (5) holds, the first The size SE1 of the irradiation area E1 and the size SE2 of the second irradiation area E2 can be made equal.
  • the light emitting surface 11 is large, there is an effect that it can be made brighter.
  • the S/N signal-to-noise ratio
  • the derivation unit 52B obtains the shape information based on the first pixel value of the first wavelength region S1 and the second pixel value of the second wavelength region S2 after removing the background noise N, which is an example of the dark current component. is preferably derived.
  • the derivation unit 52B first compares the combination of pixel values in the first wavelength region S1 and the second wavelength region S2 with the background noise N. Specifically, the derivation unit 52B determines whether each of the pixel values of the first wavelength region S1 and the second wavelength region S2 is greater than the pixel value of the background noise N. By this determination processing, the derivation unit 52B can suppress, for example, considering that the irradiation area EB of the second spectral light beam L2 exists in the first irradiation area E1. In this embodiment, the derivation unit 52B removes the pixel values of the background noise N from the pixel values of each of the first wavelength region S1 and the second wavelength region S2.
  • the pixel value of the background noise N may be measured in advance and stored in the storage unit 54 . Then, the derivation unit 52B estimates the irradiation region E using a combination of pixel values of the first wavelength region S1 and the second wavelength region S2 after the background noise N is removed.
  • the irradiation region E (the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the third irradiation region E3) is By estimating, erroneous recognition of the irradiation area E can be reduced. Further, by deriving the shape information using this estimation result, the derivation unit 52B can reduce the derivation error of the shape information of the subject B.
  • the output control unit 52C outputs the derivation result of the shape information by the derivation unit 52B to the output unit 56.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of the flow of information processing executed by the information processing device 50. As shown in FIG. 4
  • the acquisition unit 52A acquires a spectral image from the imaging unit 40 (step S100).
  • the derivation unit 52B derives the first spectral ray L1 in the subject B based on the first pixel value of the first wavelength region S1 and the second pixel value of the second wavelength region S2 included in the spectral image acquired in step S100. and the irradiation area E of each of the second spectral beams L2 is estimated (step S102).
  • the derivation unit 52B derives the shape information of the subject B from the estimation result estimated in step S102 (step S104).
  • the output control unit 52C outputs the derivation result of step S104 to the output unit 56 (step S106). Then, the routine ends.
  • the optical device 1A of this embodiment includes the light source 10, which is a surface emitting light source, the light selection section 30, the imaging section 40, and the derivation section 52B.
  • the light selector 30 splits the light beam R emitted from the light source 10 into a plurality of spectral light beams L in different wavelength regions.
  • the imaging unit 40 captures an image of the subject B irradiated with the plurality of spectral light beams L to obtain a spectral image.
  • the deriving unit 52B determines the irradiation of each of the plurality of spectral light beams L on the subject B based on the mutual magnitude relationship of the received light intensity for at least two different wavelength regions among the plurality of spectral light beams L acquired in the spectral image.
  • Shape information of the subject B is derived from the estimation result of estimating the region E.
  • the optical device 1A of the present embodiment irradiates the subject B with a plurality of different spectral light beams L separated by the light selection unit 30 .
  • the derivation unit 52B estimates the irradiation area E of each of the plurality of spectral light beams L on the subject B based on the spectral K image, which is the captured image of the subject B captured by the imaging unit 40 . That is, the derivation unit 52B can more finely distinguish the irradiation region E by the spectral light beams L of these multiple wavelength regions by using the combination of the pixel values for each of the wavelength regions different from each other.
  • each irradiation region can be distinguished with higher accuracy based on the magnitude relationship of pixel values for different wavelength regions.
  • the derivation unit 52B derives the shape information of the subject B from the estimation result of the irradiation area E. FIG.
  • the optical device 1A of this embodiment can derive the shape information of the subject B with high accuracy.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the optical device 1B of this embodiment.
  • the optical device 1B has a configuration in which a lens 60 is added to the configuration of the optical device 1A.
  • the lens 60 is an example of an optical element.
  • the optical element reduces the divergence angle of the light beam R emitted from the light source 10 .
  • the optical element converts divergent light, which is the light ray R emitted from the light source 10, into quasi-parallel light.
  • the quasi-parallel light means light with a divergent full angle of 1 mrad or less of divergent light, which is the light ray R emitted from the light source 10 . Therefore, quasi-parallel light includes parallel light.
  • the optical element is the lens 60
  • a concave mirror may be used as an optical element instead of the lens 60 .
  • the lens 60 is arranged between the light source 10 and the light selector 30 .
  • the light source 10 will be described as an example in which it is an LED.
  • the lens 60 has a focus.
  • Light source 10 is positioned in the focal region of lens 60 .
  • a focal region means the focal point of the lens 60 or the vicinity of the focal point.
  • the light emitting surface 11 of the light source 10 has a finite size. Therefore, the light beam R emitted from the light source 10 becomes slightly divergent light.
  • the full angle of divergence of this divergent light is represented by the following formula (6). Even when a concave mirror is used instead of the lens 60, the following formula (6) holds.
  • ⁇ is the divergence full angle.
  • f is the focal length of lens 60;
  • D is the size of the light emitting surface 11 of the light source 10 .
  • the lens 60 can convert diverging light into quasi-parallel light.
  • the light beam R emitted from the light source 10, which is an LED, is generally divergent light, and its light distribution is approximately lambertian. That is, the light rays R emitted from the light source 10 are fan rays.
  • a fan ray means a ray that spreads out in a fan shape.
  • the ray R which is a fan ray, passes through the lens 60 to become quasi-parallel light RP having a slight divergence angle, and reaches the subject B via the light selector 30 . For this reason, compared with the case where the subject B is irradiated with the fan beam, the irradiation area E irradiated to the subject B can be narrowed.
  • the derivation unit 52B combines the pixel values for the first wavelength region S1 and the pixel values for the second wavelength region S2 to obtain the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the third irradiation region E2.
  • An illuminated area E3 is distinguished. That is, the deriving unit 52B uses a combination of pixel values for the first wavelength region S1 and the second wavelength region S2 included in the spectral image to obtain the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the third irradiation area E3 are separately estimated.
  • the deriving unit 52B derives the shape information using such structured illumination, the precision of deriving the shape information improves as the pattern of the irradiation area E becomes finer. Therefore, in the optical apparatus 1B of this embodiment, the shape information of the subject B can be derived with high precision, as in the above embodiments.
  • the subject B is irradiated with the quasi-parallel light RP from the lens 60 via the light selector 30.
  • FIG. Therefore, the irradiation area E on the subject B can be made narrower than when the lens 60 is not interposed. Therefore, in the optical apparatus 1B of the present embodiment, a finer pattern of irradiation regions E (first irradiation region E1, second irradiation region E2, and third irradiation region E3) can be formed on the subject B.
  • the shape information of the subject B can be derived with higher accuracy.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the optical device 1C of this embodiment.
  • the optical device 1C includes a diffraction grating 34 in place of the light selector 30 of the optical device 1B of the second embodiment.
  • the optical device 1B further includes an aperture member 32 .
  • the optical device 1 ⁇ /b>C includes a lens 62 instead of the lens 60 .
  • the diffraction grating 34 is an example of a light selector. In this embodiment, the diffraction grating 34 allows the light beams R in different wavelength regions to pass in different directions.
  • the diffraction grating 34 splits the irradiated light beam R into a plurality of spectral light beams L in different wavelength regions.
  • the diffraction grating 34 divides the irradiated light beam R into a first spectral ray L1 in the first wavelength region S1, a second spectral ray L2 in the second wavelength region S2, and a third spectral ray L2 in the third wavelength region.
  • a case of splitting into the spectral ray L3 will be described as an example.
  • the first wavelength region S1, the second wavelength region S2, and the third wavelength region are wavelength regions different from each other.
  • the diffraction grating 34 is formed, for example, by forming convex portions at an equal pitch H on a flat glass substrate.
  • the diffraction grating 34 is not limited to this configuration as long as it has a configuration having a function as a diffraction grating.
  • the aperture member 32 is arranged between the light source 10 and the lens 60 .
  • the case where the light source 10 is an LED will be described as an example.
  • a case where the size of the light emitting surface 11 of the light source 10 is 0.1 mm or less will be described as an example.
  • description will be made on the assumption that the light emitting surface 11 of the light source 10 has a size of 0.1 mm ⁇ 0.1 mm. Note that the size of the light emitting surface 11 is not limited to this size.
  • the opening member 32 has an opening 32A.
  • a description will be given assuming that the opening 32A is, for example, a pinhole with a diameter of 0.1 mm. Note that the size of the opening 32A is not limited to this size.
  • the lens 62 is similar to the lens 60 of the second embodiment.
  • a lens 62 is arranged between the aperture member 32 and the diffraction grating 34 .
  • a concave mirror may be used in place of the lens 62 as in the second embodiment.
  • the aperture 32A of the aperture member 32 is arranged at the focal position of the lens 62 or substantially near the focal position. With this arrangement, the light beam R emitted from the light source 10 passes through the aperture 32A and the lens 62, becomes quasi-parallel light RP, and reaches the diffraction grating 34.
  • FIG. 1 The aperture 32A of the aperture member 32 is arranged at the focal position of the lens 62 or substantially near the focal position.
  • the divergence full angle of divergent light which is the light ray R emitted from the light source 10, is expressed by the above formula (6) as described in the second embodiment.
  • D in Equation (6) is the size of the opening 32A.
  • the focal length f of the lens 62 is 500 mm.
  • the size of the opening 32A is 0.1 mm in diameter.
  • the divergence full angle ⁇ is 0.2 mrad (milliradian). Therefore, it can be said that the aperture 32A and the lens 62 can convert diverging light into quasi-parallel light RP.
  • the light beam R emitted from the light source 10, which is an LED, is generally divergent light, and its light distribution is approximately lambertian. That is, the light rays R emitted from the light source 10 are fan rays.
  • the ray R which is a fan ray, passes through the aperture 32A and the lens 62, becomes quasi-parallel light RP with a slight divergence angle, and reaches the diffraction grating 34.
  • the quasi-parallel light RP is generated because the focal length of the lens 62 is sufficiently large with respect to the size of the light emitting surface 11 or the aperture 32A.
  • the distance between adjacent light rays in the direction orthogonal to the optical axis Z, which is included in the light ray R converted into quasi-parallel light RP by passing through the lens 62, is substantially constant along the optical axis Z. That is, these adjacent rays reach grating 34 without touching each other.
  • the diffraction grating 34 irradiates the subject B with a plurality of spectral beams L (first spectral beam L1, second spectral beam L2, third beam R3) in different wavelength regions. Therefore, the derivation unit 52B can further distinguish a plurality of irradiation regions E by combining pixel values for each of these plurality of wavelength regions.
  • FIG. 6 shows a first irradiation area E1, a second irradiation area E2, and a third irradiation area E3 as an example.
  • the first irradiation region E1 is a region of the subject B to which only the first spectral beam L1 in the first wavelength region S1 is irradiated.
  • the second irradiation region E2 is a region of the subject B where the first spectral beam L1 in the first wavelength region and the second spectral beam L2 in the second wavelength region overlap and are irradiated.
  • the third irradiation region E3 is a region of the subject B where the first wavelength region S1, the second wavelength region S2, and the third wavelength region S3 overlap and are irradiated.
  • H is the pitch H of the diffraction grating 34.
  • m is an integer.
  • quasi-parallel light RP is incident on the diffraction grating 34 . Therefore, the angle of incidence ⁇ is substantially zero.
  • the light beams R at various angles are incident on the diffraction grating 34 .
  • light rays R in various wavelength regions are transmitted in various directions and reach the subject B in a color-mixed state. Therefore, when a light beam R other than the quasi-parallel light beam RP is incident on the diffraction grating 34, it becomes difficult for the lead-out part 52B to distinguish the irradiation region E according to the wavelength.
  • the derivation unit 52B can estimate the irradiation region E of each of the spectral light beams L in different wavelength regions on the subject B by analyzing the spectral image according to the wavelength. That is, the lead-out portion 52B can easily distinguish between the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the third irradiation region E3 according to the wavelength regions.
  • the angle ⁇ of the spectral ray L that has passed through the diffraction grating 34 is expressed by the above equation (7).
  • equation (7) above a strong diffraction grating 34 can be obtained if m is 1 or ⁇ 1.
  • the spectral beams L passing through this diffraction grating 34 are referred to as ⁇ first-order diffracted beams.
  • the passing angles of the ⁇ 1st-order diffracted lights are represented by the following equation (8).
  • the angle of the spectral ray L passing through the diffraction grating 34 increases as the wavelength increases. That is, the diffraction grating 34 can change the direction, ie, the angle, of the spectral light beam L according to the wavelength of the spectral light beam L.
  • FIG. (8) the angle of the spectral ray L passing through the diffraction grating 34 increases as the wavelength increases. That is, the diffraction grating 34 can change the direction, ie, the angle, of the spectral light beam L according to the wavelength of the spectral light beam L.
  • the pitch H of the diffraction grating 34 is 2 ⁇ m. It is also assumed that the first wavelength region S1 is 650 nm, the second wavelength region S2 is 640 nm, and the third wavelength region is 640 nm.
  • 7A to 7C are diagrams showing examples of wavelength spectra of each of the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the third irradiation region E3.
  • the horizontal axis indicates wavelength
  • the vertical axis indicates pixel value. Pixel values may be normalized as needed.
  • FIG. 7A is a diagram showing an example of the wavelength spectrum of the first irradiation area E1.
  • FIG. 7B is a diagram showing an example of the wavelength spectrum of the second irradiation area E2.
  • FIG. 7C is a diagram showing an example of the wavelength spectrum of the third irradiation area E3.
  • the derivation unit 52B combines the pixel values for each of the first wavelength region S1, the second wavelength region S2, and the third wavelength region S3 to obtain the first irradiation region E1 and the second irradiation region E1. It can be said that the area E2 and the third irradiation area E3 can be distinguished.
  • the first irradiation region E1 cannot be distinguished from the second irradiation region E2 and the third irradiation region E3. Also, even if only the pixel values for the third wavelength region S3 are analyzed, the third irradiation region E3 cannot be distinguished from the first irradiation region E1 and the second irradiation region E2.
  • the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the third irradiation region E3 can be distinguished.
  • the derivation unit 52B uses the first pixel value in the first wavelength region S1, the second pixel value in the second wavelength region S2, and the second pixel value in the third wavelength region S3, which are included in the spectral image. Based on the three pixel values, the irradiation area E of each of the first spectral ray L1, the second spectral ray L2, and the third spectral ray R3 on the subject B is estimated.
  • the derivation unit 52B uses a combination of pixel values for each of the first wavelength region S1, the second wavelength region S2, and the third wavelength region S3 to obtain the first irradiation region E1, the second An irradiation area E2 and a third irradiation area E3 are estimated.
  • the derivation unit 52B uses a combination of pixel values for each of the first wavelength region S1, the second wavelength region S2, and the third wavelength region S3, and then the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the third irradiation area E3 can be distinguished. That is, the lead-out portion 52B can distinguish the irradiation regions E more finely.
  • the derivation unit 52B derives the shape information of the subject B from the estimation result of the irradiation region E.
  • the derivation unit 52B uses a combination of pixel values for the first wavelength region S1 and the second wavelength region S2 to obtain the respective values of the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the third irradiation region E3. can be distinguished. That is, the lead-out portion 52B can distinguish the irradiation regions E more finely.
  • the derivation unit 52B derives the shape information of the subject B from the estimation result of the irradiation area E.
  • the derivation unit 52B derives the shape information using such structured illumination, the finer the pattern of the irradiation area E, the more the shape information derivation accuracy is improved.
  • adjacent light beams in the direction perpendicular to the optical axis Z which are included in the light beam R converted into quasi-parallel light RP by passing through the lens 62, pass through the diffraction grating 34 without touching each other. It reaches the subject B.
  • quasi-parallel light it is possible to realize delicate structured illumination that does not depend on distance. Therefore, in the present embodiment, it is possible to create illumination with a finer structure, and realize a distribution of the irradiation regions E with a finer structure than in the above-described embodiment.
  • the derivation unit 52B uses a combination of pixel values of the first wavelength region S1, the second wavelength region S2, and the third wavelength region S3 to convert the irradiation region E into the first irradiation region E1 , the second irradiation area E2, and the third irradiation area E3. Therefore, the derivation unit 52B can derive the shape information with higher accuracy than when the combination of the pixel values of the first wavelength region S1, the second wavelength region S2, and the third wavelength region S3 is not used.
  • the optical device 1C of this embodiment can derive the shape information of the subject B with higher accuracy in addition to the effects of the above embodiments.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of the optical device 1D of this embodiment.
  • the optical device 1D has a configuration in which an optical element 64 and a lens 66 are added to the configuration of the optical device 1A.
  • the lens 66 forms an image of the light beam R reflected by the subject B on the light receiving surface 41 of the imaging unit 40 .
  • the optical element 64 is composed of a transparent medium.
  • Transparent means transparent to the incident light beam R.
  • transparent media include glass, resin, quartz, and sapphire.
  • the resin is, for example, acrylic, polycarbonate, or the like. In this embodiment, an example in which the transparent medium forming the optical element 64 is acrylic will be described.
  • the optical element 64 has a reflective surface 64B, an incident surface 64A, and an exit surface 64C on the outer surface of a transparent medium.
  • the reflective surface 64B is a paraboloidal or quasi-paraboloidal reflective surface provided on the outer surface of the transparent medium.
  • the reflective surface 64B is, for example, a parabolic surface forming part of the outer surface of the transparent medium and having aluminum vapor deposited thereon. Therefore, the reflective surface 64B functions as a reflective surface that reflects the light ray R. As shown in FIG. In this embodiment, the focal length of the reflecting surface 64B is assumed to be 100 mm.
  • the incident surface 64A is a planar surface facing the reflective surface 64B and is arranged on the light emitting surface 11 of the light source 10 .
  • the incident surface 64A is provided in the vicinity of the focal position of the parabolic reflecting surface 64B.
  • the light emitting surface 11 of the light source 10 and the entrance surface 64A are arranged to face each other.
  • the exit surface 64C is arranged to face the light selection section 30 .
  • a light ray R emitted from the light source 10 and incident on the incident surface 64A of the optical element 64 is refracted by the refraction action of the transparent medium and enters the inside of the transparent medium. Almost all of the light rays R that have entered the transparent medium are guided through the transparent medium, and all the guided light rays R are specularly reflected by the reflecting surface 64B.
  • the ray R is not refracted if there is no refractive action by the transparent medium. Therefore, the light rays R spread like fan rays, and the light rays R that do not hit the reflecting surface 64B and become a loss increase.
  • the light source 10 is arranged at or near the focal point of the reflecting surface 64B. Therefore, the light ray R reflected by the reflecting surface 64B becomes parallel light RP'. That is, the distance between adjacent light rays in the direction orthogonal to the optical axis Z, which is included in the light ray R converted into the parallel light RP by passing through the optical element 64, is substantially constant along the optical axis Z. . That is, these adjacent light rays reach the light selection section 30 without touching each other.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of the intensity distribution V of the spectral ray L at a certain position on the optical path of the spectral ray L.
  • the subject B is irradiated with the spectral light beam L, and the imaging unit 40 performs imaging, whereby the imaging unit 40 obtains a spectral image.
  • the deriving unit 52B calculates the irradiation regions E of the light beams R in the different wavelength regions on the subject B based on the pixel values in the different wavelength regions included in the spectral image. presume. Then, the shape information of the subject B is derived from the estimation result.
  • 10A to 10C are diagrams showing examples of wavelength spectra of each of the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the third irradiation region E3.
  • the horizontal axis indicates wavelength
  • the vertical axis indicates pixel value. Pixel values may be normalized as needed. Background noise N is also shown in FIGS. 10A to 10C.
  • FIG. 10A is a diagram showing an example of the wavelength spectrum of the first irradiation area E1.
  • FIG. 10B is a diagram showing an example of the wavelength spectrum of the second irradiation area E2.
  • FIG. 10C is a diagram showing an example of the wavelength spectrum of the third irradiation area E3.
  • the derivation unit 52B combines the pixel values for each of the first wavelength region S1, the second wavelength region S2, and the third wavelength region S3 to obtain the first irradiation region E1 and the second irradiation region E1. It can be said that the area E2 and the third irradiation area E3 can be distinguished.
  • the first irradiation region E1 cannot be distinguished from the second irradiation region E2 and the third irradiation region E3. Further, even if only the pixel values for the second wavelength region S2 are analyzed, the second irradiation region E2 cannot be distinguished from the first irradiation region E1 and the third irradiation region E3. Also, even if only the pixel values for the third wavelength region S3 are analyzed, the third irradiation region E3 cannot be distinguished from the first irradiation region E1 and the second irradiation region E2.
  • the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the third irradiation region E3 can be distinguished.
  • the derivation unit 52B calculates the first pixel value in the first wavelength region S1, the second pixel value in the second wavelength region S2, and the third wavelength region S3, which are included in the spectral image. Based on the third pixel value of , the irradiation area E of each of the first spectral ray L1, the second spectral ray L2, and the third ray R3 on the subject B is estimated. Specifically, the derivation unit 52B uses a combination of pixel values for each of the first wavelength region S1, the second wavelength region S2, and the third wavelength region S3 to obtain the first irradiation region E1, the second An irradiation area E2 and a third irradiation area E3 are estimated.
  • the derivation unit 52B uses a combination of pixel values for each of the first wavelength region S1, the second wavelength region S2, and the third wavelength region S3, and then the first irradiation region E1, the second irradiation region E2, and the third irradiation area E3 can be distinguished. That is, the lead-out portion 52B can distinguish the irradiation regions E more finely.
  • the derivation unit 52B derives the shape information of the subject B from the estimation result of the irradiation region E.
  • the derivation unit 52B derives the shape information using such structured illumination, the finer the pattern of the irradiation area E, the more the shape information derivation accuracy is improved.
  • the optical apparatus 1D of this embodiment can derive the shape information of the subject B with higher accuracy in addition to the effects of the first embodiment.
  • the derivation unit 52B removes the background noise N, the first pixel value in the first wavelength region S1, the second pixel value in the second wavelength region S2, and the third wavelength region Shape information is preferably derived based on the third pixel value of S3.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of the optical device 1E of this embodiment.
  • the optical device 1E further includes a cylindrical lens 68 in addition to the configuration of the optical device 1A of the first embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of the optical device 1E of this embodiment.
  • the optical device 1E has a configuration in which a cylindrical lens 68 is added to the configuration of the optical device 1A.
  • the cylindrical lens 68 is an example of an optical element.
  • the cylindrical lens 68 forms an image on the subject B with the light ray R that has passed through the light selector 30 .
  • the optical device 1E may have a configuration including a concave mirror instead of the cylindrical lens 68 .
  • the optical element used in this embodiment may be any optical element that can define the image plane and the object plane of the subject B.
  • FIG. In this embodiment, a form using a cylindrical lens 68 as an optical element will be described as an example.
  • the LED which is the light source 10 of this embodiment, may be an LED having a finite-sized light-emitting surface 11, as in the first embodiment.
  • the present embodiment will be described on the assumption that the size of the light emitting surface 11 is 3 mm ⁇ 3 mm. Note that the size of the light emitting surface 11 is not limited to this size.
  • the light selector 30 is arranged between the light source 10 and the cylindrical lens 68 .
  • the light selection unit 30 is arranged in the vicinity of the light emitting surface 11 of the light source 10 so as to face it. It should be noted that the size of the wavelength selection region 31 in the light selection section 30 is assumed to be approximately the same size as the light emitting surface 11 of the light source 10 .
  • the wavelength selection region 31 of the light selection section 30 is arranged on the object plane of the cylindrical lens 68 . Therefore, the wavelength selection region 31 is projected (illuminated) onto the image plane of the cylindrical lens 68 .
  • the projection images of the first wavelength selection region 31A and the second wavelength selection region 31B included in the wavelength selection region 31 are superimposed and projected. It becomes a projected image.
  • FIG. 12A is a diagram showing an example of the intensity distribution of the projected image at position A1 in FIG. 12B is a diagram showing an example of the intensity distribution of the projected image at position A2 in FIG. 11.
  • FIG. 12A is a diagram showing an example of the intensity distribution of the projected image at position A1 in FIG. 12B is a diagram showing an example of the intensity distribution of the projected image at position A2 in FIG. 11.
  • the overlap with the irradiation area EB is increased. Therefore, the distance in the direction of the optical axis Z is estimated from the presence or absence of overlap between the irradiation areas EA and EB corresponding to the first wavelength selection area 31A and the irradiation area EB, respectively, and the degree of overlap. can do.
  • the derivation unit 52B analyzes the spectral image acquired by the acquisition unit 52A to obtain the first spectral ray L1 and the first spectral ray L1 in the subject B, as in the first embodiment.
  • the irradiation area E of each of the two spectral beams L2 is estimated.
  • the shape information of the subject B is derived from the estimation result of estimating the irradiation area E.
  • the derivation unit 52B further estimates the distance in the optical axis Z direction from the presence or absence of overlap between the irradiation areas EA and EB and the degree of overlap.
  • the derivation unit 52B can estimate the three-dimensional shape of the subject B.
  • the processing unit 52 holds a combination of both pixel values for each of the first wavelength region S1 and the second wavelength region S2 separated by the wavelength selection region 31, and the derivation unit 52B This is achieved by estimating the distance using
  • the irradiation field (illumination distribution on the plane) consists of only the irradiation region E in which the first spectral beam L1 of the first wavelength region S1 does not exist, the irradiation field is on the imaging plane. .
  • the three-dimensional shape of the subject B can be derived as shape information.
  • FIG. 13 is an example of a hardware configuration diagram of the information processing device 50 according to the above embodiment and modifications.
  • the information processing device 50 includes a control device such as a CPU 86, a storage device such as a ROM (Read Only Memory) 88, a RAM (Random Access Memory) 91, a HDD (Hard Disk Drive) 92, etc., and an interface that is an interface with various devices. It has an F unit 82, an output unit 81 for outputting various information such as output information, an input unit 94 for receiving user operations, and a bus 96 connecting each unit, and has a hardware configuration using a normal computer. It has become.
  • a control device such as a CPU 86
  • a storage device such as a ROM (Read Only Memory) 88, a RAM (Random Access Memory) 91, a HDD (Hard Disk Drive) 92, etc.
  • an interface that is an interface with various devices. It has an F unit 82, an output unit 81 for outputting various information such as output information, an input unit 94 for receiving user operations, and a bus 96 connecting each unit, and
  • the CPU 86 reads the program from the ROM 88 onto the RAM 91 and executes it, thereby implementing the above-described units on the computer.
  • the programs for executing the above processes executed by the information processing device 50 may be stored in the HDD 92 . Further, the program for executing each of the above-described processes executed by the information processing device 50 may be provided by being incorporated in the ROM 88 in advance.
  • the program for executing the above processing executed by the information processing device 50 is a file in an installable format or an executable format and can be stored on a CD-ROM, a CD-R, a memory card, a DVD (Digital Versatile Disk), It may be stored in a computer-readable storage medium such as a flexible disk (FD) and provided as a computer program product.
  • the program for executing the above processes executed by the information processing device 50 may be stored on a computer connected to a network such as the Internet, and may be provided by being downloaded via the network. Further, the program for executing the above process executed by the information processing device 50 may be provided or distributed via a network such as the Internet.
  • Optical device 10 Light source 30
  • Light selection unit 32 Aperture member 34
  • Imaging unit 52B Derivation unit 60
  • Lens 64 Optical element 68 Cylindrical lens

Abstract

光学装置（１Ａ）は、面発光光源である光源（１０）と、光選択部（３０）と、撮像部（４０）と、導出部（５２Ｂ）と、を備える。光選択部（３０）は、光源（１０）から照射された光線（Ｒ）を互いに異なる波長領域の複数の分光光線（Ｌ）に分光する。撮像部（４０）は、複数の分光光線（Ｌ）が照射された被検体（Ｂ）を撮像し、分光画像を取得する。導出部（５２Ｂ）は、分光画像で取得された複数の分光光線（Ｌ）のうち、少なくとも２つの異なる波長領域に対する受光強度の互いの大小関係に基づいて、被検体（Ｂ）における複数の分光光線（Ｌ）の各々の照射領域（Ｅ）を推定した推定結果から、被検体（Ｂ）の表面性状または形状情報を導出する。

Description

光学装置、情報処理方法、および、プログラム
　本発明の実施形態は、光学装置、情報処理方法、および、プログラムに関する。
　様々な産業において、非接触での物体の形状測定が重要となっている。例えば、光を分光して物体に照明し、撮像部で分光された画像を取得することで、物体の形状を取得する方法が開示されている。
米国特許第５６７５４０７号公報
　しかし、従来では、光を分光して被検体に照射した場合の光の広がりによって、被検体の形状の計測精度が低下する場合があった。
　実施形態の光学装置は、面発光光源と、光選択部と、撮像部と、導出部と、を備える。光選択部は、前記面発光光源から照射された光線を互いに異なる波長領域の複数の分光光線に分光する。撮像部は、複数の分光光線が照射された被検体を撮像し、分光画像を取得する。導出部は、分光画像で取得された複数の分光光線のうち、少なくとも２つの異なる波長領域に対する受光強度の互いの大小関係に基づいて、被検体における複数の分光光線の各々の照射領域を推定した推定結果から、被検体の表面性状または形状情報を導出する。
図１は、光学装置の模式図である。 図２は、情報処理装置の機能的構成のブロック図である。 図３Ａは、照射領域の波長スペクトルを示す図である。 図３Ｂは、照射領域の波長スペクトルを示す図である。 図３Ｃは、照射領域の波長スペクトルを示す図である。 図４は、情報処理の流れのフローチャートである。 図５は、光学装置の模式図である。 図６は、光学装置の模式図である。 図７Ａは、照射領域の波長スペクトルを示す図である。 図７Ｂは、照射領域の波長スペクトルを示す図である。 図７Ｃは、照射領域の波長スペクトルを示す図である。 図８は、光学装置の模式図である。 図９は、分光光線の強度分布を示す模式図である。 図１０Ａは、照射領域の波長スペクトルを示す図である。 図１０Ｂは、照射領域の波長スペクトルを示す図である。 図１０Ｃは、照射領域の波長スペクトルを示す図である。 図１１は、光学装置の模式図である。 図１２Ａは、投影像の強度分布を示す図である。 図１２Ｂは、投影像の強度分布を示す図である。 図１３は、ハードウェア構成図である。
　以下に添付図面を参照して、本実施形態の光学装置を詳細に説明する。
　実施形態で説明に用いる図面は、模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
（第１の実施形態）
　図１は、本実施形態の光学装置１Ａの一例を示す模式図である。
　光学装置１Ａは、光学装置の一例である。本実施形態および後述する実施形態の光学装置を総称して説明する場合には、単に、光学装置１と称して説明する場合がある。
　光学装置１Ａは、光源１０と、光選択部３０と、撮像部４０と、情報処理装置５０と、を備える。撮像部４０と情報処理装置５０とは、データまたは信号を授受可能に接続されている。
　光源１０は、光線Ｒを出射する面発光光源である。光線Ｒは、電磁波の一例である。
　光源１０は、発光面１１が有限サイズであり、且つ、電磁波を発するものであればよい。発光面１１とは、光源１０における、光線Ｒの出射面である。発光面１１が有限サイズであるとは、光学系において実質的に光源１０が点光源よりも大きいことを意味する。実質的に点光源よりも大きいとは、一般的な市販レンズに対して十分遠方に光源１０を置いたとき、光源１０からの光をレンズで集光させた集光点のサイズよりも大きいことを意味する。
　光源１０が出射する光線Ｒは、例えば、可視光線、Ｘ線、赤外線、マイクロ波などである。また、光源１０が出射する光線Ｒは、コヒーレント光、インコヒーレント光の何れであってもよい。コヒーレント光は、例えば、レーザ光である。インコヒーレント光は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ　ｅｍｉｔｔｉｎｇ　ｄｉｏｄｅ）である。
　本実施形態では、光源１０が、ＬＥＤである形態を一例として説明する。なお、光源１０は、ＬＥＤに限らず、白熱電球、蛍光管、水銀灯等であってもよい。また、光源１０は、レーザ、赤外線、または、Ｘ線などを照射する光源であってもよい。また、光源１０から出射する光線Ｒに含まれる波長は、後述する光選択部３０の波長選択性に応じて決定されればよい。
　本実施形態では、光源１０から照射される光線Ｒが電磁波であり、例えば、可視光である場合を一例として説明する。具体的には、本実施形態では、光源１０から照射される光線Ｒが、４００ｎｍから８００ｎｍの可視光領域の波長の光線を含む場合を一例として説明する。なお、光線Ｒに含まれる波長は、この波長に限定されない。
　また、本実施形態の光源１０であるＬＥＤは、有限サイズの発光面１１を有するＬＥＤであればよい。本実施形態では、発光面１１のサイズが、０．２ｍｍ×０．２ｍｍである場合を想定して説明する。なお、発光面１１のサイズは、このサイズに限定されない。
　被検体Ｂは、光学装置１Ａにおける検査対象である。被検体Ｂは、後述する光選択部３０を介して照射された光線Ｒを屈折または散乱させる対象であればよい。被検体Ｂは、例えば、生細胞、レーザ溶接領域を含む物体、などであるが、これらに限定されない。レーザ溶接領域は、レーザによって溶接された領域である。また、被検体Ｂは、固体、液体、気体、の何れであってもよい。本実施形態では、被検体Ｂが、固体である場合を一例として説明する。
　光選択部３０は、光源１０から照射された光線Ｒを、互いに異なる波長領域の複数の分光に分光する。分光された光線Ｒを、分光光線Ｌと称して説明する。
　本実施形態では、光選択部３０は、光源１０から照射された光線Ｒを、第１波長領域の第１分光光線Ｌ１、および、第２波長領域の第２分光光線Ｌ２、に分光する場合を一例として説明する。第１分光光線Ｌ１および第２分光光線Ｌ２は、分光光線Ｌの一例である。第１波長領域と第２波長領域とは、互いに異なる波長領域である。なお、光選択部３０は、分光光線Ｌを、３以上の互いに異なる波長領域に分光する構成であってもよく、第１分光光線Ｌ１および第２分光光線Ｌ２に分光する形態に限定されない。
　光選択部３０は、互いに異なる波長領域の光線Ｒである第１分光光線Ｌ１および第２分光光線Ｌ２を、互いに異なる波長選択領域３１から通過させる。なお、光選択部３０は、第１分光光線Ｌ１および第２分光光線Ｌ２を互いに異なる方向に通過させる形態であってもよい。すなわち、光選択部３０は、互いに異なる波長領域の複数の光線Ｒを、光選択部３０における異なる位置、または、光選択部３０から異なる方向に通過させる作用を有すればよい。
　本実施形態では、光選択部３０は、複数の波長選択領域３１として、第１波長選択領域３１Ａおよび第２波長選択領域３１Ｂを有する。
　第１波長選択領域３１Ａおよび第２波長選択領域３１Ｂは、光選択部３０における光軸Ｚに直交する二次元平面における、互いに異なる位置に配置されている。第１波長選択領域３１Ａおよび第２波長選択領域３１Ｂは、互いに異なる波長領域の光線Ｒを通過させる。
　光線Ｒを通過させる、とは、光線Ｒを透過させる、および、光線Ｒを正反射させる、の少なくとも一方を意味する。透過および正反射の何れの場合であっても、後述する撮像部４０に到達する光の光路上を通る場合、透過および正反射の何れであっても“通過”と称して説明する。なお、本実施形態では、“通過”が“透過”を意味する場合を一例として説明する。
　第１波長選択領域３１Ａは、第１波長領域の第１分光光線Ｌ１を通過させる。第２波長選択領域３１Ｂは、第２波長領域の第２分光光線Ｌ２を通過させる。
　例えば、第１波長領域の第１分光光線Ｌ１が、青色（例えば、波長４５０ｎｍ）の光線Ｒである場合を想定する。また、第２波長領域の第２分光光線Ｌ２が、赤色（例えば、波長６５０ｎｍ）の光線Ｒである場合を想定する。この場合、第１波長選択領域３１Ａは、照射された光線Ｒに含まれる青色の第１分光光線Ｌ１を通過させ、第２波長選択領域３１Ｂは、光線Ｒに含まれる赤色の第２分光光線Ｌ２を通過させる。
　第１波長選択領域３１Ａおよび第２波長選択領域３１Ｂは、例えば、光選択部３０に設けられた開口に、通過させる光線Ｒの波長領域に対応するバンドパスフィルタを配置することで実現すればよい。具体的には、第１波長選択領域３１Ａは、第１波長領域に対するバンドパスフィルタで構成し、第２波長選択領域３１Ｂは、第２波長領域に対するバンドパスフィルタで構成すればよい。第１波長選択領域３１Ａおよび第２波長選択領域３１Ｂの各々のバンドパスフィルタの幅は、例えば、０．１ｍｍとすればよい。なお、バンドパスフィルタの幅は、この値に限定されない。
　撮像部４０は、第１分光光線Ｌ１および第２分光光線Ｌ２が照射された被検体Ｂを画像センサー（図示せず）に撮像し、画像センサーで分光画像を取得する。分光画像とは、互いに異なる複数の波長領域に分光した撮像画である。本実施形態では、撮像部４０は、少なくとも第１波長領域および第２波長領域に分光した分光画像を撮像する。
　撮像部４０の画像センサーは、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ－Ｃｏｕｐｌｅｄ　　Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　　Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ　　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等である。なお、撮像部４０には、少なくとも５つ以上の異なる波長領域を取得できるハイパースペクトルカメラを用いてもよい。
　本実施形態では、撮像部４０が、画素ごとに光電変換素子（フォトダイオード）を配列した画像センサーを備える場合を、一例として説明する。撮像部４０の画像センサーは、複数の画素の各々において、少なくとも第１分光光線Ｌ１と第２分光光線Ｌ２とを分光して受光する。各画素で受光した光線Ｒの光強度は、受光強度、強度、または、画素値、と称される場合がある。以下、各画素で受光した光線Ｒの光強度を、画素値と称して説明する。
　例えば、撮像部４０の画像センサーは、画素毎に複数枚の波長フィルタを備えた構成とすればよい。複数枚の波長フィルタは、互いに異なる波長の光線Ｒを選択的に透過するフィルタである。画素毎に複数枚の波長フィルタを備えた構成とすることで、撮像部４０は、各画素で分光することができる。すなわち、撮像部４０は、第１波長領域と第２波長領域とを分光した分光画像を同時期に撮像することができる。
　次に、光学装置１Ａにおける、光学的な作用を説明する。
　光源１０から照射された光線Ｒに含まれる第１波長領域の第１分光光線Ｌ１は、第１波長選択領域３１Ａを通過し、被検体Ｂに到達する。すなわち、被検体Ｂ表面の特定の照射領域ＥＡが、第１分光光線Ｌ１によって照射される。第１分光光線Ｌ１による照射領域ＥＡは、第１波長領域の光線Ｒの内、光源１０の有限サイズの発光面１１の端部から発せられ、且つ、第１波長選択領域３１Ａの端部を通過するエッジ光線Ｇ１を境界とする領域である。すなわち、第１分光光線Ｌ１による照射領域ＥＡは、エッジ光線Ｇ１によって規定される領域である。
　一方、光源１０から照射された光線Ｒに含まれる第２波長領域の第２分光光線Ｌ２は、第２波長選択領域３１Ｂを通過し、被検体Ｂに到達する。すなわち、被検体Ｂ表面の特定の照射領域ＥＢが、第２分光光線Ｌ２によって照射される。第２分光光線Ｌ２による照射領域ＥＢは、第２波長領域の光線Ｒの内、光源１０の有限サイズの発光面１１の端部から発せられ、且つ、第２波長選択領域３１Ｂの端部を通過するエッジ光線Ｇ２を境界とする領域である。すなわち、第２分光光線Ｌ２による照射領域ＥＢは、エッジ光線Ｇ２によって規定される領域である。
　ここで、光源１０の発光面１１が点光源である場合、第１分光光線Ｌ１による照射領域ＥＡと第２分光光線Ｌ２による照射領域ＥＢとは、非重複となる。非重複の定義には、これらの照射領域ＥＡと照射領域ＥＢとの境界のみが重なる場合も含まれる。
　一方、本実施形態の光源１０は、上述したように、光源１０の発光面１１のサイズが有限サイズである。このため、第１分光光線Ｌ１による照射領域ＥＡと、第２分光光線Ｌ２による照射領域ＥＢと、には、重複する領域が存在する。
　具体的には、図１に示すように、被検体Ｂにおける光線Ｒの照射領域Ｅは、第１照射領域Ｅ１と、第２照射領域Ｅ２と、第３照射領域Ｅ３と、に分類される。
　第１照射領域Ｅ１は、被検体Ｂにおける、第１波長領域の第１分光光線Ｌ１のみが照射される領域である。第２照射領域Ｅ２は、被検体Ｂにおける、第１波長領域の第１分光光線Ｌ１と第２波長領域の第２分光光線Ｌ２とが重複（重畳）して照射される領域である。すなわち、第２照射領域Ｅ２には、第１波長領域の第１分光光線Ｌ１と第２波長領域の第２分光光線Ｌ２の両方が含まれる。第３照射領域Ｅ３は、被検体Ｂにおける、第２分光光線Ｌ２のみが照射される領域である。
　撮像部４０は、第１分光光線Ｌ１および第２分光光線Ｌ２が照射された後に、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３が形成された被検体Ｂを撮像し、分光画像を得る。
　次に、情報処理装置５０について説明する。
　情報処理装置５０は、撮像部４０にデータまたは信号を授受可能に接続されている。情報処理装置５０は、撮像部４０で撮像された分光画像を解析する。
　図２は、情報処理装置５０の機能的構成の一例を示すブロック図である。情報処理装置５０は、処理部５２と、記憶部５４と、出力部５６と、を備える。処理部５２、記憶部５４、および出力部５６は、バス５８を介してデータまたは信号を授受可能に接続されている。
　記憶部５４は、各種データを記憶する。記憶部５４は、例えば、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等である。なお、記憶部５４は、情報処理装置５０の外部に設けられた記憶装置であってもよい。また、記憶部５４は、記憶媒体であってもよい。具体的には、記憶媒体は、プログラムや各種情報を、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）やインターネットなどを介してダウンロードして記憶または一時記憶したものであってもよい。また、記憶部５４を、複数の記憶媒体から構成してもよい。
　出力部５６は、各種の情報を出力する。例えば、出力部５６は、ディスプレイ、スピーカ、ネットワークを介して外部装置と通信する通信部、の少なくとも１つを備える。
　処理部５２は、取得部５２Ａと、導出部５２Ｂと、出力制御部５２Ｃと、を備える。取得部５２Ａ、導出部５２Ｂ、および出力制御部５２Ｃの少なくとも１つは、例えば、１または複数のプロセッサにより実現される。例えば、上記各部は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などのプロセッサにプログラムを実行させること、すなわちソフトウェアにより実現してもよい。上記各部は、専用のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）などのプロセッサ、すなわちハードウェアにより実現してもよい。上記各部は、ソフトウェアおよびハードウェアを併用して実現してもよい。複数のプロセッサを用いる場合、各プロセッサは、各部のうち１つを実現してもよいし、各部のうち２以上を実現してもよい。
　取得部５２Ａは、撮像部４０から分光画像を取得する。
　導出部５２Ｂは、取得部５２Ａで取得した分光画像に含まれる、複数の分光光線Ｌのうち、少なくとも２つの異なる波長領域に対する受光強度の互いの大小関係に基づいて、被検体Ｂにおける複数の分光光線Ｌの各々の照射領域Ｅを推定あるいは特定する。そして、導出部５２Ｂは、この推定（特定）結果から、被検体Ｂの形状情報を導出する。以下では、推定を特定と称して説明する場合がある。
　本実施形態では、導出部５２Ｂは、取得部５２Ａで取得した分光画像を解析することで、被検体Ｂにおける第１分光光線Ｌ１および第２分光光線Ｌ２の各々の照射領域Ｅを推定（特定）する。そして、該照射領域Ｅを特定した特定結果から、被検体Ｂの形状情報を導出する。
　詳細に説明する。
　図３Ａ～図３Ｃは、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３の各々の波長スペクトルの一例を示す図である。図３Ａ～図３Ｃ中、横軸は波長を示し、縦軸は画素値を示す。画素値は、必要に応じて規格化してもよい。
　図３Ａは、第１照射領域Ｅ１の波長スペクトルの一例を示す図である。図３Ｂは、第２照射領域Ｅ２の波長スペクトルの一例を示す図である。図３Ｃは、第３照射領域Ｅ３の波長スペクトルの一例を示す図である。
　図３Ａ～図３Ｃには、背景ノイズＮを併せて示した。背景ノイズＮとは、暗電流成分の一例である。本実施形態では、背景ノイズＮは、光源１０をオンにして光線Ｒを出射する前において、撮像部４０で得られた分光画像の画素値を意味する。言い換えると、背景ノイズＮは、光源１０をオフにしたときの分光画像の各画素の画素値である。
　図３Ａに示すように、第１照射領域Ｅ１については、第１波長領域Ｓ１の第１分光光線Ｌ１について、第１閾値以上の画素値が得られる。図３Ｂに示すように、第２照射領域Ｅ２については、第１波長領域Ｓ１および第２波長領域Ｓ２の双方に対して、第１閾値以上の画素値が得られる。また、図３Ｃに示すように、第３照射領域Ｅ３については、第２波長領域Ｓ２に対して、第１閾値以上の画素値が得られる。第１閾値は、光線Ｒの照射により受光したと判別可能な値を予め定めればよい。
　図３Ａ～図３Ｃに示すように、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２に対する画素値の双方を組み合わせることで、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３を区別することができるといえる。つまり、異なる波長領域に対する画素値の大小関係に基づき、各照射領域が区別できると言える。
　一方、第１波長領域Ｓ１に対する画素値のみを解析しても、第１照射領域Ｅ１と第２照射領域Ｅ２を区別することは出来ない（図３Ａ参照）。また、第２波長領域Ｓ２に対する画素値のみを解析しても、第１照射領域Ｅ１と第２照射領域Ｅ２を区別することは出来ない（図３Ｃ参照）。すなわち、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２の双方に対する画素値の組合せを用いることで、初めて、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３を区別することができる。言い換えれば、異なる波長領域に対する画素値の大小関係に基づき、各照射領域がより高精度に区別できると言える。
　図２に戻り説明を続ける。そこで、導出部５２Ｂは、分光画像に含まれる、第１波長領域Ｓ１の第１画素値、および、第２波長領域Ｓ２の第２画素値に基づいて、被検体Ｂにおける第１分光光線Ｌ１および第２分光光線Ｌ２の各々の照射領域Ｅを推定する。第１画素値は、第１受光強度の一例である。第２画素値は、第２受光強度の一例である。
　詳細には、導出部５２Ｂは、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２に対する画素値の組合せを用いることで、分光画像における、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３、の各々を推定する。
　言い換えると、導出部５２Ｂは、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２に対する画素値の組合せを用いることで初めて、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３の各々を区別することができる。すなわち、導出部５２Ｂは、照射領域Ｅをより細かく区別することができる。
　そして、導出部５２Ｂは、照射領域Ｅの推定結果から、被検体Ｂの形状情報を導出する。
　形状情報の導出には、位相シフト法、縞投影法、および、光切断法といった構造化照明を用いた三次元形状の算出で一般的に使用される計算手法などを用いればよい。ただし、ここで形状とは、表面の微細な形状、すなわち凹凸やキズなども含む。これらの表面の微細な形状は表面性状とも呼ばれる。すなわち、ここで述べる形状は表面性状も含むとする。
　構造化照明を用いて形状情報を導出する場合、照射領域Ｅのパターンが細かいほど、形状情報の導出精度が向上する。本実施形態では、導出部５２Ｂは、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２の画素値の組合せを用いることで、照射領域Ｅを、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３に区別して推定する。そして、導出部５２Ｂは、推定結果から、被検体Ｂの形状情報を導出する。
　このため、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２の画素値の組合せを用いない場合に比べて、導出部５２Ｂは、被検体Ｂの形状情報を高精度に導出することができる。
　また、本実施形態では、導出部５２Ｂは、照射領域Ｅを、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、第３照射領域Ｅ３に細分化して推定することができる。これは、有限サイズの発光面１１を有する光源１０を用いることで、第１分光光線Ｌ１と第２分光光線Ｌ２による照射領域Ｅが重複する第２照射領域Ｅ２を被検体Ｂ上に形成したためである。このため、本実施形態では、有限サイズの発光面１１を有する光源１０を用い、且つ、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２の画素値の組合せを用いることで、形状情報を更に高精度に導出することができる。
　また、第１波長選択領域３１Ａと第２波長選択領域３１Ｂのサイズを同じにすることにより、第１照射領域Ｅ１と第３照射領域Ｅ３をほぼ同じサイズにできる。これにより、第１照射領域Ｅ１と第３照射領域Ｅ３を推定し、形状情報を算出する際、それぞれの照射領域での形状精度をほぼ等しくできる。すなわち、形状精度のばらつきを低減できるという効果がある。
　発光面１１のサイズをＳ０とし、第１波長選択領域３１ＡのサイズをＳ１とし、第２波長選択領域３１ＢのサイズをＳ２とし、光選択部３０から光源までの距離をＤ０とし、光選択部３０から照射領域までの距離をＤ１とする。このとき、第１照射領域Ｅ１のサイズＳＥ１、第２照射領域Ｅ２のサイズＳＥ２、第３照射領域Ｅ３のサイズＳＥ３は、それぞれ下記式（１）、式（２）、式（３）で表される。これらは幾何光学により導かれる。
　ＳＥ１＝Ｓ１×Ｄ１／Ｄ０　・・・式（１）
　ＳＥ２＝Ｓ０×Ｄ１／Ｄ０　・・・式（２）
　ＳＥ３＝Ｓ２×Ｄ１／Ｄ０　・・・式（３）
　このとき、発光面１１のサイズＳ０を、下記式（４）で表すと、第１照射領域Ｅ１と第２照射領域Ｅ２をほぼ同じサイズにできる。
　Ｓ０＝Ｓ１　・・・式（４）
　これにより、第１照射領域Ｅ１と第２照射領域Ｅ２を推定し、形状情報を算出する際、それぞれの照射領域での形状精度をほぼ等しくできる。すなわち、形状精度のばらつきを低減できるという効果がある。
　また、第１波長選択領域３１Ａのサイズと第２波長選択領域３１Ｂのサイズを等しくし、発光面１１のサイズＳ０をそれらよりも大きくするとき、すなわち、下記式（５）が成り立つとき、第１照射領域Ｅ１のサイズＳＥ１と第２照射領域Ｅ２のサイズＳＥ２を等しくできる。
　Ｓ０＞Ｓ１＝Ｓ２　・・・式（５）
　さらに、発光面１１が大きいのでより明るくできるという効果がある。明るいと、撮像時のＳ／Ｎ（信号雑音比）が向上する。すなわち、形状精度のばらつきを低減できるという効果がある。
　なお、導出部５２Ｂは、暗電流成分の一例である背景ノイズＮを除去した後の、第１波長領域Ｓ１の第１画素値および第２波長領域Ｓ２の第２画素値に基づいて、形状情報を導出することが好ましい。
　導出部５２Ｂは、まず、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２の画素値の組合せと、背景ノイズＮと、を比較する。詳細には、導出部５２Ｂは、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２の画素値の各々が、背景ノイズＮの画素値より大きいか否を判断する。この判断処理により、導出部５２Ｂは、例えば、第１照射領域Ｅ１に、第２分光光線Ｌ２の照射領域ＥＢが存在する、とみなすことを抑制することができる。本実施形態では、導出部５２Ｂは、第１波長領域Ｓ１および第２波長領域Ｓ２の各々の画素値から、背景ノイズＮの画素値を除去する。背景ノイズＮの画素値は、予め測定し、記憶部５４へ記憶しておけばよい。そして、導出部５２Ｂは、背景ノイズＮを除去した後の第１波長領域Ｓ１および第２波長領域Ｓ２の各々の画素値の組合せを用いて、照射領域Ｅを推定する。
　背景ノイズＮを除去された、第１波長領域Ｓ１および第２波長領域Ｓ２の各々の画素値を用いて照射領域Ｅ（第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、第３照射領域Ｅ３）を推定することで、照射領域Ｅの誤認識を低減することができる。また、この推定結果を用いて形状情報を導出することで、導出部５２Ｂは、被検体Ｂの形状情報の導出誤差を低減することができる。
　次に、出力制御部５２Ｃについて説明する。出力制御部５２Ｃは、導出部５２Ｂによる形状情報の導出結果を出力部５６へ出力する。
　次に、情報処理装置５０が実行する情報処理の流れの一例を説明する。図４は、情報処理装置５０が実行する情報処理の流れの一例を示す、フローチャートである。
　まず、取得部５２Ａが、撮像部４０から分光画像を取得する（ステップＳ１００）。
　導出部５２Ｂは、ステップＳ１００で取得した分光画像に含まれる第１波長領域Ｓ１の第１画素値および第２波長領域Ｓ２の第２画素値に基づいて、被検体Ｂにおける、第１分光光線Ｌ１および第２分光光線Ｌ２の各々の照射領域Ｅを推定する（ステップＳ１０２）。
　導出部５２Ｂは、ステップＳ１０２で推定された推定結果から、被検体Ｂの形状情報を導出する（ステップＳ１０４）。
　出力制御部５２Ｃは、ステップＳ１０４の導出結果を出力部５６へ出力する（ステップＳ１０６）。そして、本ルーチンを終了する。
　以上説明したように、本実施形態の光学装置１Ａは、面発光光源である光源１０と、光選択部３０と、撮像部４０と、導出部５２Ｂと、を備える。光選択部３０は、光源１０から照射された光線Ｒを互いに異なる波長領域の複数の分光光線Ｌに分光する。撮像部４０は、複数の分光光線Ｌが照射された被検体Ｂを撮像し、分光画像を取得する。導出部５２Ｂは、分光画像で取得された複数の分光光線Ｌのうち、少なくとも２つの異なる波長領域に対する受光強度の互いの大小関係に基づいて、被検体Ｂにおける複数の分光光線Ｌの各々の照射領域Ｅを推定した推定結果から、被検体Ｂの形状情報を導出する。
　このように、本実施形態の光学装置１Ａは、光選択部３０によって分光された互いに異なる複数の分光光線Ｌを被検体Ｂへ照射する。そして、導出部５２Ｂは、撮像部４０によって撮像された被検体Ｂの撮像画像である分光Ｋ画像に基づいて、被検体Ｂにおける複数の分光光線Ｌの各々の照射領域Ｅを推定する。すなわち、導出部５２Ｂは、互いに異なる波長領域の各々に対する画素値の組み合わせを用いることで、これらの複数の波長領域の分光光線Ｌによる照射領域Ｅをより細かく区別することができる。言い換えれば、異なる波長領域に対する画素値の大小関係に基づき、各照射領域がより高精度に区別できると言える。そして、導出部５２Ｂは、照射領域Ｅの推定結果から、被検体Ｂの形状情報を導出する。
　従って、本実施形態の光学装置１Ａは、被検体Ｂの形状情報を高精度に導出することができる。
（第２の実施形態）
　本実施形態では、上記第１の実施形態の光学装置１Ａの構成に加えて、光学素子を更に備えた構成を説明する。
　図５は、本実施形態の光学装置１Ｂの一例を示す模式図である。光学装置１Ｂは、光学装置１Ａの構成に、更に、レンズ６０を備えた構成である。
　レンズ６０は、光学素子の一例である。光学素子は、光源１０から出射された光線Ｒの発散角を縮小させる。具体的には、光学素子は、光源１０から出射された光線Ｒである発散光を準平行光とする。
　準平行光とは、光源１０から出射された光線Ｒである発散光の発散全角を１ｍｒａｄ以下とした光を意味する。このため、準平行光には、平行光が含まれる。
　本実施形態では、光学素子が、レンズ６０である場合を一例として説明する。なお、光学素子として、レンズ６０に代えて、凹面鏡を用いてもよい。
　レンズ６０は、光源１０と光選択部３０との間に配置されている。光源１０は、第１の実施形態と同様に、ＬＥＤである場合を一例として説明する。
　ここで、レンズ６０は、焦点を有する。光源１０は、レンズ６０の焦点領域に配置されている。焦点領域とは、レンズ６０の焦点、または、該焦点の近傍を意味する。光源１０をこのように配置することで、光源１０から照射された光線Ｒは、レンズ６０を通過することで準平行光となり、光選択部３０へ到る。
　第１の実施形態で説明したように、光源１０の発光面１１は有限サイズである。このため、光源１０から照射された光線Ｒは、やや発散光となる。この発散光の発散全角は、下記式（６）で表される。レンズ６０に代えて凹面鏡を用いた場合にも、下記式（６）が成り立つ。
　Θ＝Ｄ／ｆ　　　・・・式（６）
　式（６）中、Θは、発散全角である。ｆは、レンズ６０の焦点距離である。Ｄは、光源１０の発光面１１のサイズである。
　例えば、焦点距離ｆが２００ｍｍである場合を想定すると、発散全角Θは、１ｍｒａｄ（ミリラジアン）となる。このため、レンズ６０によって、発散光を準平行光とすることができるといえる。
　次に、光学装置１Ｂにおける、光学的な作用を説明する。
　ＬＥＤである光源１０から出射される光線Ｒは、一般的に発散光であり、その配光分布は、ほぼランバーシアである。すなわち、光源１０から出射される光線Ｒは、ファン光線である。ファン光線とは、扇状に広がった光線である事を意味する。本実施形態では、ファン光線である光線Ｒは、レンズ６０を通過することで、わずかな発散角を持つ準平行光ＲＰとなり、光選択部３０を介して被検体Ｂへ到る。このため、ファン光線を被検体Ｂへ照射する場合に比べて、被検体Ｂに照射される照射領域Ｅを狭くすることができる。
　第１の実施形態と同様に、導出部５２Ｂは、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２に対する画素値の双方を組み合わせることで、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３を区別する。すなわち、導出部５２Ｂは、分光画像に含まれる、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２に対する画素値の組合せを用いることで、分光画像における、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３を区別して推定する。
　導出部５２Ｂが、このような構造化照明を用いて形状情報を導出する場合、照射領域Ｅのパターンが細かいほど、形状情報の導出精度が向上する。このため、本実施形態の光学装置１Ｂでは、上記実施形態と同様に、被検体Ｂの形状情報を高精度に導出することができる。
　また、本実施形態の光学装置１Ｂでは、レンズ６０による準平行光ＲＰを、光選択部３０を介して被検体Ｂへ照射する。このため、被検体Ｂにおける照射領域Ｅを、レンズ６０を介さない場合に比べて狭くすることができる。このため、本実施形態の光学装置１Ｂでは、より細かいパターンの照射領域Ｅ（第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、第３照射領域Ｅ３）を被検体Ｂ上に形成することができる。
　従って、本実施形態の光学装置１Ｂでは、上記第１の実施形態の効果に加えて、被検体Ｂの形状情報を、更に高精度に導出することができる。
（第３の実施形態）
　本実施形態では、上記第２の実施形態の光学装置１Ｂの光選択部３０として、回折格子を用いる場合を説明する。
　図６は、本実施形態の光学装置１Ｃの一例を示す模式図である。光学装置１Ｃは、上記第２の実施形態の光学装置１Ｂの光選択部３０に代えて、回折格子３４を備えた構成である。また、光学装置１Ｂは、更に、開口部材３２を備える。また、光学装置１Ｃは、レンズ６０に変えて、レンズ６２を備える。
　回折格子３４は、光選択部の一例である。本実施形態では、回折格子３４は、互いに異なる波長領域の光線Ｒを、互いに異なる方向に通過させる。
　具体的には、回折格子３４は、照射された光線Ｒを互いに異なる波長領域の複数の分光光線Ｌに分光する。本実施形態では、回折格子３４は、照射された光線Ｒを、第１波長領域Ｓ１の第１分光光線Ｌ１、第２波長領域Ｓ２の第２分光光線Ｌ２、および、第３波長領域の第３分光光線Ｌ３に分光する場合を一例として説明する。なお、第１波長領域Ｓ１、第２波長領域Ｓ２、および第３波長領域は、互いに異なる波長領域である。
　回折格子３４は、例えば、平面状のガラス基板に等間隔のピッチＨで凸部が形成されてなる。ただし、回折格子３４は、回折格子としての機能を有する構成であればよく、この構成に限定されない。
　開口部材３２は、光源１０とレンズ６０との間に配置されている。本実施形態では、第１の実施形態と同様に、光源１０がＬＥＤである場合を一例として説明する。また、本実施形態では、光源１０の発光面１１のサイズが、０，１ｍｍ以下である場合を一例として説明する。具体的には、本実施形態では、光源１０の発光面１１のサイズが、０．１ｍｍ×０．１ｍｍである場合を想定して説明する。なお、発光面１１のサイズは、このサイズに限定されない。
　開口部材３２は、開口３２Ａを有する。開口３２Ａは、例えば、直径０．１ｍｍのピンホールである場合を想定して説明する。なお、開口３２Ａのサイズは、このサイズに限定されない。
　レンズ６２は、第２の実施形態のレンズ６０と同様である。レンズ６２は、開口部材３２と回折格子３４との間に配置されている。第２の実施形態と同様に、レンズ６２に代えて凹面鏡を用いてもよい。
　開口部材３２の開口３２Ａは、レンズ６２の焦点位置、または、該焦点位置の実質的な近傍に配置する。このような配置とすることで、光源１０から照射された光線Ｒは、開口３２Ａおよびレンズ６２を通過することで準平行光ＲＰとなり、回折格子３４へ到る。
　光源１０から出射する光線Ｒである発散光の発散全角は、第２の実施形態で説明したように、上記式（６）で表される。本実施形態では、式（６）中、Ｄは、開口３２Ａのサイズである。
　例えば、レンズ６２の焦点距離ｆが５００ｍｍである場合を想定する。また、上述したように、本実施形態では、開口３２Ａのサイズが直径０．１ｍｍである場合を想定する。この場合、発散全角Θは、０．２ｍｒａｄ（ミリラジアン）となる。このため、開口３２Ａおよびレンズ６２によって、発散光を準平行光ＲＰとすることができるといえる。
　次に、光学装置１Ｃにおける、光学的な作用を説明する。
　ＬＥＤである光源１０から出射される光線Ｒは、一般的に発散光であり、その配光分布は、ほぼランバーシアである。すなわち、光源１０から出射される光線Ｒは、ファン光線である。本実施形態では、ファン光線である光線Ｒは、開口３２Ａおよびレンズ６２を通過することで、わずかな発散角を持つ準平行光ＲＰとなり、回折格子３４へ到る。
　ここで、準平行光ＲＰは、発光面１１または開口３２Ａのサイズに対して、レンズ６２の焦点距離が十分に大きいことで、生成される。レンズ６２を通過することで準平行光ＲＰとされた光線Ｒに含まれる、光軸Ｚに対して直交する方向に隣接する光線間の距離は、光軸Ｚに沿って略一定となる。すなわち、これらの隣接する光線は、互いに触れ合うことなく回折格子３４へ到る。
　本実施形態では、回折格子３４によって、互いに異なる波長領域の複数の分光光線Ｌ（第１分光光線Ｌ１、第２分光光線Ｌ２、第３光線Ｒ３）が被検体Ｂへ照射される。このため、導出部５２Ｂは、これらの複数の波長領域の各々に対する画素値を組み合わせることで、さらに複数の照射領域Ｅを区別することができる。
　図６には、一例として、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、第３照射領域Ｅ３を示した。本実施形態では、第１照射領域Ｅ１は、被検体Ｂにおける、第１波長領域Ｓ１の第１分光光線Ｌ１のみが照射される領域である。第２照射領域Ｅ２は、被検体Ｂにおける、第１波長領域の第１分光光線Ｌ１と第２波長領域の第２分光光線Ｌ２とが重複して照射される領域である。第３照射領域Ｅ３は、被検体Ｂにおける、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２と第３波長領域Ｓ３とが重複して照射される領域である。
　ここで、波長λの光線Ｒが、回折格子３４のガラス基板の表面または裏面の法線に対して、入射角αで入射した場合を想定する。また、回折格子３４を透過した光線Ｒである分光光線Ｌの光線方向の、該ガラス基板の表面または裏面の法線に対する角度を、βと想定する。すると、以下の式（７）が成り立つ。
　ｓｉｎβ－ｓｉｎα＝ｍ×λ／Ｈ　　　　・・・式（７）
　式（７）中、Ｈは、回折格子３４のピッチＨである。また、ｍは、整数である。
　本実施形態では、回折格子３４には、準平行光ＲＰが入射する。このため、入射角αは、実質的に０である。ここで、回折格子３４に準平行光ＲＰ以外の光線Ｒが入射する場合、様々な角度の光線Ｒが回折格子３４へ入射することとなる。この場合、上記式（７）に示されるように、様々な波長領域の光線Ｒが様々な方向に向かって透過し、混色された状態で被検体Ｂへ到ることとなる。このため、回折格子３４に準平行光ＲＰ以外の光線Ｒが入射する場合、導出部５２Ｂは、照射領域Ｅを波長に応じて区別することが困難となる。
　一方、本実施形態では、開口３２Ａおよびレンズ６２によって、回折格子３４には、準平行光ＲＰが入射する。このため、導出部５２Ｂは、分光画像を波長に応じて解析することで、被検体Ｂにおける、互いに異なる波長領域の分光光線Ｌの各々の照射領域Ｅを推定することができる。すなわち、導出部５２Ｂは、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３を波長領域に応じて区別しやすくなる。
　上述したように、回折格子３４を通過した分光光線Ｌの角度βは、上記式（７）によって表される。上記式（７）中、ｍが１または－１である場合、強い回折格子３４とすることができる。この回折格子３４を通過する分光光線Ｌは、±１次回折光と称される。この±１次回折光の通過角度は、下記式（８）で表される。
　ｓｉｎβ＝±λ／Ｈ　　　　　　・・・式（８）
　式（８）に示されるように、波長が大きくなるほど、回折格子３４を透過する分光光線Ｌの角度が大きくなる。すなわち、回折格子３４によって、分光光線Ｌの波長に応じて、分光光線Ｌの方向、すなわち角度を異ならせることができる。
　例えば、回折格子３４のピッチＨを２μｍとした場合を想定する。また、第１波長領域Ｓ１が６５０ｎｍであり、第２波長領域Ｓ２が６４０ｎｍであり、第３波長領域が６４０ｎｍである場合を想定する。
　図７Ａ～図７Ｃは、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３の各々の波長スペクトルの一例を示す図である。図７Ａ～図７Ｃ中、横軸は波長を示し、縦軸は画素値を示す。画素値は、必要に応じて規格化してもよい。
　図７Ａは、第１照射領域Ｅ１の波長スペクトルの一例を示す図である。図７Ｂは、第２照射領域Ｅ２の波長スペクトルの一例を示す図である。図７Ｃは、第３照射領域Ｅ３の波長スペクトルの一例を示す図である。
　図７Ａ～図７Ｃに示すように、第１波長領域Ｓ１、第２波長領域Ｓ２、および第３波長領域Ｓ３に対する画素値を組み合わせることで、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３を区別することができるといえる。
　このため、本実施形態では、導出部５２Ｂは、第１波長領域Ｓ１、第２波長領域Ｓ２、および第３波長領域Ｓ３の各々に対する画素値を組み合わせることで、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３を区別することができるといえる。
　一方、第１波長領域Ｓ１に対する画素値のみを解析しても、第１照射領域Ｅ１と、第２照射領域Ｅ２および第３照射領域Ｅ３と、を区別することは出来ない。また、第３波長領域Ｓ３に対する画素値のみを解析しても、第３照射領域Ｅ３と、第１照射領域Ｅ１および第２照射領域Ｅ２と、を区別することは出来ない。
　すなわち、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２と第２波長領域Ｓ２の各々対する画素値の組合せを用いることで、初めて、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３を区別することができる。
　そこで、本実施形態では、導出部５２Ｂは、分光画像に含まれる、第１波長領域Ｓ１の第１画素値、および、第２波長領域Ｓ２の第２画素値、および第３波長領域Ｓ３の第３画素値に基づいて、被検体Ｂにおける第１分光光線Ｌ１、第２分光光線Ｌ２、および第３光線Ｒ３の各々の照射領域Ｅを推定する。
　詳細には、導出部５２Ｂは、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２と第３波長領域Ｓ３の各々に対する画素値の組合せを用いることで、分光画像における、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３を推定する。
　言い換えると、導出部５２Ｂは、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２と第３波長領域Ｓ３の各々に対する画素値の組合せを用いることで初めて、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３の各々を区別することができる。すなわち、導出部５２Ｂは、照射領域Ｅをより細かく区別することができる。
　そして、導出部５２Ｂは、照射領域Ｅの推定結果から、被検体Ｂの形状情報を導出する。言い換えると、導出部５２Ｂは、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２に対する画素値の組合せを用いることで初めて、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３の各々を区別することができる。すなわち、導出部５２Ｂは、照射領域Ｅをより細かく区別することができる。そして、導出部５２Ｂは、照射領域Ｅの推定結果から、被検体Ｂの形状情報を導出する。
　上述したように、導出部５２Ｂが、このような構造化照明を用いて形状情報を導出する場合、照射領域Ｅのパターンが細かいほど、形状情報の導出精度が向上する。
　本実施形態では、レンズ６２を通過することで準平行光ＲＰとされた光線Ｒに含まれる、光軸Ｚに対して直交する方向に隣接する光線は、互いに触れ合うことなく回折格子３４を介して被検体Ｂへ到る。準平行光を作成することで、距離に依存しない繊細な構造化照明を実現することができる。このため、本実施形態では、より細かい構造の照明を作成することができ、上記実施形態に比べて、さらに細かい構造の照射領域Ｅの分布を実現することができる。
　また、本実施形態では、導出部５２Ｂが、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２と第３波長領域Ｓ３との画素値の組合せを用いることで、照射領域Ｅを、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３に区別して推定することができる。このため、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２と第３波長領域Ｓ３の画素値の組合せを用いない場合に比べて、導出部５２Ｂは、形状情報を高精度に導出することができる。
　従って、本実施形態の光学装置１Ｃは、上記実施形態の効果に加えて、被検体Ｂの形状情報を、更に高精度に導出することができる。
（第４の実施形態）
　本実施形態では、上記第１の実施形態の光学装置１Ａに加えて、特有の光学素子を更に備えた構成を説明する。
　図８は、本実施形態の光学装置１Ｄの一例を示す模式図である。光学装置１Ｄは、光学装置１Ａの構成に、更に、光学素子６４およびレンズ６６を備えた構成である。
　レンズ６６は、被検体Ｂで反射した光線Ｒを撮像部４０の受光面４１へ結像させる。
　光学素子６４は、透明媒質で構成されている。透明とは、入射する光線Ｒに対して透明であることを意味する。透明媒質は、例えば、ガラス、樹脂、石英、サファイヤなどである。樹脂は、例えば、アクリル、ポリカーボネートなどである。本実施形態では、光学素子６４を構成する透明媒質が、アクリルである場合を一例として説明する。
　光学素子６４は、透明媒質の外面に、反射面６４Ｂと、入射面６４Ａと、出射面６４Ｃと、を備える。
　反射面６４Ｂは、透明媒質の外面に設けられた、放物面状または準放物面状の反射面である。反射面６４Ｂは、例えば、透明媒質の外面の一部を構成する放物面に、アルミ蒸着が施された面である。このため、反射面６４Ｂは、光線Ｒを反射する反射面として機能する。本実施形態では、反射面６４Ｂの焦点距離が、１００ｍｍである場合を想定して説明する。
　入射面６４Ａは、反射面６４Ｂに対向する平面状の面であり、光源１０の発光面１１に配置されている。入射面６４Ａは、放物面である反射面６４Ｂの焦点位置近傍に設けられている。光源１０の発光面１１と、入射面６４Ａとは、対向配置されている。
　出射面６４Ｃは、光選択部３０に対向配置されている。
　本実施形態の光源１０であるＬＥＤは、発光面１１のサイズが、０．１ｍｍ×０．１ｍｍである場合を想定して説明する。
　光源１０から出射し、光学素子６４の入射面６４Ａに入射した光線Ｒは、透明媒質による屈折作用により屈折し、透明媒質内部に入射する。そして、透明媒質内部に入射した光線Ｒのほぼ全てが、透明媒質内を導光し、導光した全ての光線Ｒは反射面６４Ｂで正反射される。
　ここで、透明媒質による屈折作用がない場合、光線Ｒは屈折されない。このため、光線Ｒはファン光線のように広がり、反射面６４Ｂに当たらないでロスとなる光線Ｒが増加する。
　一方、本実施形態では、光学素子６４による導光作用により、コンパクトな放物面である反射面６４Ｂによって、略全ての光線Ｒを、光選択部３０を介して被検体Ｂへ向かって反射させることができる。
　また、上述したように、光源１０は、反射面６４Ｂの焦点または焦点近傍に配置されている。このため、反射面６４Ｂで反射された光線Ｒは、平行光ＲＰ’となる。すなわち、光学素子６４を通過することで平行光ＲＰとされた光線Ｒに含まれる、光軸Ｚに対して直交する方向に隣接する光線間の距離は、光軸Ｚに沿って略一定となる。すなわち、これらの隣接する光線は、互いに触れ合うことなく、光選択部３０へ到る。
　平行光ＲＰ’を作成することで、距離に依存しない繊細な構造化照明を実現することができる。このため、本実施形態では、より細かい構造の照明を作成することができ、上記実施形態に比べて、さらに細かい構造の照射領域Ｅの分布を実現することができる。
　光選択部３０へ照射された平行光ＲＰ’は、光選択部３０を通過することで分光され、被検体Ｂへ到る。図９は、分光光線Ｌの光路上のある位置における、分光光線Ｌの強度分布Ｖの一例を示す模式図である。被検体Ｂに分光光線Ｌが照射され、撮像部４０による撮像が行われることで、撮像部４０は、分光画像を得る。
　第１の実施形態と同様に、導出部５２Ｂは、分光画像に含まれる互いに異なる波長領域の各々の画素値に基づいて、被検体Ｂにおける互いに異なる波長領域の光線Ｒの各々の照射領域Ｅを推定する。そして、推定結果から、被検体Ｂの形状情報を導出する。
　図１０Ａ～図１０Ｃは、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３の各々の波長スペクトルの一例を示す図である。図１０Ａ～図１０Ｃ中、横軸は波長を示し、縦軸は画素値を示す。画素値は、必要に応じて規格化してもよい。また、図１０Ａ～図１０Ｃには、背景ノイズＮも併せて示した。
　図１０Ａは、第１照射領域Ｅ１の波長スペクトルの一例を示す図である。図１０Ｂは、第２照射領域Ｅ２の波長スペクトルの一例を示す図である。図１０Ｃは、第３照射領域Ｅ３の波長スペクトルの一例を示す図である。
　図１０Ａ～図１０Ｃに示すように、第１波長領域Ｓ１、第２波長領域Ｓ２、および第３波長領域Ｓ３に対する画素値を組み合わせることで、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３を区別することができるといえる。
　このため、本実施形態では、導出部５２Ｂは、第１波長領域Ｓ１、第２波長領域Ｓ２、および第３波長領域Ｓ３の各々に対する画素値を組み合わせることで、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３を区別することができるといえる。
　一方、第１波長領域Ｓ１に対する画素値のみを解析しても、第１照射領域Ｅ１と、第２照射領域Ｅ２および第３照射領域Ｅ３と、を区別することは出来ない。また、第２波長領域Ｓ２に対する画素値のみを解析しても、第２照射領域Ｅ２と、第１照射領域Ｅ１および第３照射領域Ｅ３と、を区別することは出来ない。また、第３波長領域Ｓ３に対する画素値のみを解析しても、第３照射領域Ｅ３と、第１照射領域Ｅ１および第２照射領域Ｅ２と、を区別することは出来ない。
　すなわち、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２と第２波長領域Ｓ２の各々に対する画素値の組合せを用いることで、初めて、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３を区別することができる。
　そこで、上記実施形態と同様に、導出部５２Ｂは、分光画像に含まれる、第１波長領域Ｓ１の第１画素値、および、第２波長領域Ｓ２の第２画素値、および第３波長領域Ｓ３の第３画素値に基づいて、被検体Ｂにおける第１分光光線Ｌ１、第２分光光線Ｌ２、および第３光線Ｒ３の各々の照射領域Ｅを推定する。詳細には、導出部５２Ｂは、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２と第３波長領域Ｓ３の各々に対する画素値の組合せを用いることで、分光画像における、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３を推定する。
　言い換えると、導出部５２Ｂは、第１波長領域Ｓ１と第２波長領域Ｓ２と第３波長領域Ｓ３の各々に対する画素値の組合せを用いることで初めて、第１照射領域Ｅ１、第２照射領域Ｅ２、および第３照射領域Ｅ３の各々を区別することができる。すなわち、導出部５２Ｂは、照射領域Ｅをより細かく区別することができる。
　そして、導出部５２Ｂは、照射領域Ｅの推定結果から、被検体Ｂの形状情報を導出する。
　上述したように、導出部５２Ｂが、このような構造化照明を用いて形状情報を導出する場合、照射領域Ｅのパターンが細かいほど、形状情報の導出精度が向上する。
　従って、本実施形態の光学装置１Ｄは、上記第１の実施形態の効果に加えて、被検体Ｂの形状情報を、更に高精度に導出することができる。
　なお、導出部５２Ｂは、上記実施形態と同様に、背景ノイズＮを除去した後の、第１波長領域Ｓ１の第１画素値、第２波長領域Ｓ２の第２画素値、および第３波長領域Ｓ３の第３画素値に基づいて、形状情報を導出することが好ましい。
（第５の実施形態）
　本実施形態では、シリンドリカルレンズを更に備えた構成を説明する。
　図１１は、本実施形態の光学装置１Ｅの一例を示す模式図である。光学装置１Ｅは、上記第１の実施形態の光学装置１Ａの構成に加えて、シリンドリカルレンズ６８を更に備える。
　図１１は、本実施形態の光学装置１Ｅの一例を示す模式図である。光学装置１Ｅは、光学装置１Ａの構成に、更に、シリンドリカルレンズ６８を備えた構成である。
　シリンドリカルレンズ６８は、光学素子の一例である。シリンドリカルレンズ６８は、光選択部３０を通過した光線Ｒを被検体Ｂに結像させる。なお、光学装置１Ｅは、シリンドリカルレンズ６８に代えて、凹面ミラーを備えた構成であってもよい。すなわち、本実施形態で用いる光学素子は、像面と被検体Ｂの物体面とが規定可能な光学素子であればよい。本実施形態では、光学素子として、シリンドリカルレンズ６８を用いる形態を一例として説明する。
　本実施形態の光源１０であるＬＥＤは、第１の実施形態と同様に、有限サイズの発光面１１を有するＬＥＤであればよい。本実施形態では、発光面１１のサイズが、３ｍｍ×３ｍｍである場合を想定して説明する。なお、発光面１１のサイズは、このサイズに限定されない。
　また、本実施形態では、光選択部３０は、光源１０とシリンドリカルレンズ６８との間に配置されている。本実施形態では、光選択部３０は、光源１０の発光面１１の近傍に対向配置されている。なお、光選択部３０における波長選択領域３１のサイズは、光源１０の発光面１１と略同じサイズであるものとする。
　光選択部３０の波長選択領域３１は、シリンドリカルレンズ６８の物体面に配置されている。このため、シリンドリカルレンズ６８の像面に、波長選択領域３１が投影（照明）されることとなる。
　ここで、シリンドリカルレンズ６８の像面よりシリンドリカルレンズ６８側の位置では、波長選択領域３１に含まれる第１波長選択領域３１Ａおよび第２波長選択領域３１Ｂの各々の投影像は、重なって投影された投影像となる。
　そして、よりシリンドリカルレンズ６８に近い位置であるほど、この重なりは更に大きくなる。
　図１２Ａは、図１１中の位置Ａ１における投影像の強度分布の一例を示す図である。図１２Ｂは、図１１中の位置Ａ２における、投影像の強度分布の一例を示す図である。
　図１１、図１２Ａ、および図１２Ｂに示すように、シリンドリカルレンズ６８に近い位置であるほど、第１波長選択領域３１Ａを通過した第１分光光線Ｌ１による照射領域ＥＡと、第２分光光線Ｌ２による照射領域ＥＢと、の重なりが大きくなる。このため、第１波長選択領域３１Ａと第２波長選択領域３１Ｂの各々に対応する照射領域ＥＡと照射領域ＥＢとの重なりの有無と、重なりの程度と、から、光軸Ｚ方向の距離を推定することができる。
　そこで、本実施形態の光学装置１Ｅでは、導出部５２Ｂは、第１の実施形態と同様に、取得部５２Ａで取得した分光画像を解析することで、被検体Ｂにおける第１分光光線Ｌ１および第２分光光線Ｌ２の各々の照射領域Ｅを推定する。そして、該照射領域Ｅを推定した推定結果から、被検体Ｂの形状情報を導出する。
　このとき、本実施形態では、導出部５２Ｂは、更に、照射領域ＥＡと照射領域ＥＢとの重なりの有無と、重なりの程度と、から、光軸Ｚ方向の距離を推定する。
　このため、本実施形態では、導出部５２Ｂは、被検体Ｂの三次元形状を推定することができる。
　このような距離推定処理は、波長選択領域３１によって分光された第１波長領域Ｓ１および第２波長領域Ｓ２の各々に対する画素値の両方の組み合わせを処理部５２で保持し、導出部５２Ｂがこの組み合わせを用いて距離を推定することで実現される。
　すなわち、第１波長領域Ｓ１の第１分光光線Ｌ１が存在し且つ第２波長領域Ｓ２の第２分光光線Ｌ２が存在しない照射領域Ｅと、第２波長領域Ｓ２の第２分光光線Ｌ２が存在し且つ第１波長領域Ｓ１の第１分光光線Ｌ１が存在しない照射領域Ｅと、の２つのみで照射野（平面上の照明分布）が構成されるならば、照射野は結像面上にある。
　一方、双方が重なる領域、つまり、第１波長領域Ｓ１の第１分光光線Ｌ１が存在し、且つ、第２波長領域Ｓ２の第２分光光線Ｌ２が存在する、照射領域Ｅがあれば、それは結像面よりもシリンドリカルレンズ６８側（光学素子側）であるということが推定できる。
　このため、本実施形態の光学装置１Ｅによれば、上記実施形態の効果に加えて、被検体Ｂの三次元形状を形状情報として導出することができる。
　次に、上記実施形態における情報処理装置５０の、ハードウェア構成の一例を説明する。
　図１３は、上記実施形態および変形例に係る情報処理装置５０の、ハードウェア構成図の一例である。
　情報処理装置５０は、ＣＰＵ８６などの制御装置と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）８８やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）９１やＨＤＤ（ハードディスクドライブ）９２などの記憶装置と、各種機器とのインターフェースであるＩ／Ｆ部８２と、出力情報などの各種情報を出力する出力部８１と、ユーザによる操作を受付ける入力部９４と、各部を接続するバス９６とを備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。
　情報処理装置５０では、ＣＰＵ８６が、ＲＯＭ８８からプログラムをＲＡＭ９１上に読み出して実行することにより、上記各部がコンピュータ上で実現される。
　なお、情報処理装置５０で実行される上記各処理を実行するためのプログラムは、ＨＤＤ９２に記憶されていてもよい。また、情報処理装置５０で実行される上記各処理を実行するためのプログラムは、ＲＯＭ８８に予め組込まれて提供されていてもよい。
　また、情報処理装置５０で実行される上記処理を実行するためのプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されてコンピュータプログラムプロダクトとして提供されるようにしてもよい。また、情報処理装置５０で実行される上記処理を実行するためのプログラムを、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するようにしてもよい。また、情報処理装置５０で実行される上記処理を実行するためのプログラムを、インターネットなどのネットワーク経由で提供または配布するようにしてもよい。
　なお、上記には、本発明の実施形態および変形例を説明したが、上記実施形態および変形例は、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。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ　光学装置
１０　光源
３０　光選択部
３２　開口部材
３４　回折格子
４０　撮像部
５２Ｂ　導出部
６０　レンズ
６２　レンズ
６４　光学素子
６８　シリンドリカルレンズ

Claims (17)

  1. 　面発光光源と、　
    前記面発光光源から照射された光線を互いに異なる波長領域の複数の分光光線に分光する光選択部と、
    　複数の前記分光光線が照射された被検体を撮像し、分光画像を取得する撮像部と、
    　前記分光画像で取得された複数の前記分光光線のうち、少なくとも２つの異なる波長領域に対する受光強度の互いの大小関係に基づいて、前記被検体における複数の前記分光光線の各々の照射領域を推定した推定結果から、前記被検体の表面性状または形状情報を導出する導出部と、
    　を備える光学装置。
  2. 　前記光選択部は、
    　照射された光線を第１波長領域の第１分光光線および第２波長領域の第２分光光線である前記分光光線に分光し、
    　前記撮像部は、
    　少なくとも前記第１波長領域および前記第２波長領域に分光した前記分光画像を撮像し、
    　前記導出部は、
    　前記分光画像に含まれる前記第１波長領域の第１受光強度および前記第２波長領域の第２受光強度の互いの大小関係に基づいて、前記被検体における、前記第１分光光線および前記第２分光光線の各々の照射領域を推定した前記推定結果から、前記表面性状または前記形状情報を導出する、
    　請求項１に記載の光学装置。
  3. 　前記導出部は、
    　前記被検体における、前記第１波長領域の第１分光光線のみの第１照射領域、前記第１分光光線および前記第２分光光線の両方が含まれる第２照射領域、および、前記第２分光光線のみの第３照射領域、を推定した前記推定結果から、前記表面性状または前記形状情報を導出する、
    　請求項２に記載の光学装置。
  4. 　前記導出部は、
    　暗電流成分を除去した後の、前記第１受光強度および前記第２受光強度に基づいて、前記表面性状または前記形状情報を導出する、
    　請求項２または請求項３に記載の光学装置。
  5. 　前記光選択部は、
    　前記第１分光光線を通過させる第１波長選択領域と、前記第２分光光線を通過させる第２波長選択領域と、を有し、
    　前記第１波長選択領域および前記第２波長選択領域は、互いに異なる位置に配置される、
    　請求項２～請求項４の何れか１項に記載の光学装置。
  6. 　光源と、
    　前記光源から出射された前記光線の発散角を縮小させる光学素子と、
    　を有する照射部を備える、
    　請求項１～請求項５の何れか１項に記載の光学装置。
  7. 　前記光源は、
    　有限サイズの発光面を有する、請求項６に記載の光学装置。
  8. 　前記光学素子は、レンズであり、
    　前記光源は、前記レンズの焦点領域に配置され、
    　前記レンズは、前記光源から出射された前記光線を準平行光とする、
    　請求項６または請求項７に記載の光学装置。
  9. 　前記光学素子は、凹面鏡であり、
    　前記光源は、前記凹面鏡の焦点領域に配置され、
    　前記凹面鏡は、前記光源から出射された前記光線を準平行光とする、
    　請求項８に記載の光学装置。
  10. 　前記光選択部は、回折格子である、
    　請求項８または請求項９に記載の光学装置。
  11. 　前記光学素子は、
    　透明媒質で構成され、
    　前記透明媒質の外面に放物面状または準放物面状の反射面を備え、
    　前記光源は、前記反射面の焦点領域に配置されてなる、
    　請求項６に記載の光学装置。
  12. 　前記光学素子は、
    　前記反射面に対向する平面状の入射面を備え、
    　前記入射面は、前記光源の発光面に対向配置されてなる、
    　請求項１１に記載の光学装置。
  13. 　前記光学素子はレンズであり、
    　前記光選択部は、前記光源と前記レンズとの間に配置され、
    　前記レンズは、前記光選択部を通過した光線を前記被検体に結像する、
    　請求項６に記載の光学装置。
  14. 　前記光線を照射する光源の発光面のサイズと前記第１分光光線を通過させる第１波長選択領域のサイズとが実質的に等しい、
    　請求項２に記載の光学装置。
  15. 　前記光線を照射する光源の発光面のサイズが前記第１分光光線を通過させる第１波長選択領域のサイズよりも大きい、
    　請求項２に記載の光学装置。
  16. 　面発光光源から照射された光線を互いに異なる波長領域の複数の分光光線に分光するステップと、
    　複数の前記分光光線が照射された被検体を撮像し、分光画像を取得するステップと、
    　前記分光画像で取得された複数の前記分光光線のうち、少なくとも２つの異なる波長領域に対する受光強度の互いの大小関係に基づいて、前記被検体における複数の前記分光光線の各々の照射領域を推定した推定結果から、前記被検体の表面性状または形状情報を導出する導出ステップと、
    　を含む情報処理方法。
  17. 　面発行光源から照射された光線を互いに異なる波長領域の複数の分光光線に分光する光選択部により分光された複数の前記分光光線が照射された被検体を撮像し、分光画像を取得する撮像部と接続されるコンピュータに、
    　前記分光画像で取得された複数の前記分光光線のうち、少なくとも２つの異なる波長領域に対する受光強度の互いの大小関係に基づいて、前記被検体における複数の前記分光光線の各々の照射領域を推定した推定結果から、前記被検体の表面性状または形状情報を導出する導出ステップ、
    　を実行させるためのプログラム。
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