(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測物の形状を計測する計測装置であって、
第１方向に沿って明部と暗部とを交互に含むパターン光が投影された前記被計測物を撮像して得られる画像に基づいて、前記被計測物の形状の情報を求める処理部を有し、
前記処理部は、
前記暗部に対応する前記画像の領域から、前記第１方向に交差する第２方向における光強度分布を示す、互いに異なる複数の第１信号を取得し、
前記明部に対応する前記画像の領域から取得される前記第２方向における光強度分布を表す第２信号を、前記複数の第１信号のそれぞれを用いて補正することで得られる複数の補正信号の、それぞれの良否についての評価値を求め、
前記評価値が許容範囲内となる補正信号を用いて、前記情報を求めることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記パターン光は、前記第１方向の長さが互いに異なる複数の暗部を含み、
前記処理部は、前記複数の暗部に対応する前記画像の複数の領域のそれぞれから前記複数の第１信号を取得することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記処理部は、前記複数の暗部のそれぞれの前記第１方向における中央部分に対応する前記画像の複数の領域のそれぞれから前記複数の第１信号を取得することを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記暗部の前記第１方向における端から前記第１方向に沿った距離が互いに異なる前記暗部の複数の部分に対応する前記画像の複数の領域のそれぞれから前記複数の第１信号を取得することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項５】
前記パターン光は、前記第１方向に沿って複数の明部を含み、
前記処理部は、
前記複数の明部のうちの１つの明部に対応する前記画像の領域から取得される第２信号と、前記複数の第１信号のそれぞれとの差分をとることで前記複数の補正信号を取得し、
前記複数の補正信号から前記評価値が最も高い補正信号に対応する第１信号を選択し、
前記複数の明部に対応する前記画像の複数の領域から取得される複数の第２信号のそれぞれについて、当該第２信号と前記評価値が最も高い補正信号に対応する第１信号との差分をとることで前記評価値が前記許容範囲内となる補正信号を取得することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項６】
前記処理部は、前記１つの明部の前記第１方向における中央部分に対応する前記画像の領域から前記第２信号を取得することを特徴とする請求項５に記載の計測装置。
【請求項７】
前記処理部は、
前記明部の前記第１方向における端から前記第１方向に沿った距離が互いに異なる前記明部の複数の部分に対応する前記画像の複数の領域のそれぞれから取得される複数の第２信号のそれぞれと、前記複数の第１信号のそれぞれとの差分をとることで前記複数の補正信号を取得し、
前記明部の複数の部分のそれぞれについて、前記複数の補正信号から前記評価値が最も高い補正信号を、前記評価値が前記許容範囲内となる補正信号として取得することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項８】
前記暗部は、前記パターン光における前記明部を含む線を識別するための識別部を構成することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項９】
前記識別部は、複数のドットを含むことを特徴とする請求項８に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記評価値は、前記複数の補正信号のそれぞれの波形の対称性を示す値を含むことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１１】
被計測物の形状を計測する計測装置であって、
第１方向に沿って明部と暗部とを交互に含むパターン光が投影された前記被計測物を撮像して得られる画像に基づいて、前記被計測物の形状の情報を求める処理部を有し、
前記パターン光は、前記第１方向の長さが互いに異なる複数の暗部を含み、
前記処理部は、
前記複数の暗部に対応する前記画像の複数の領域から、前記第１方向に交差する第２方向における強度分布を示す、互いに異なる複数の第１信号を取得し、
前記明部に対応する前記画像の領域から取得される前記第２方向における光強度分布を表す第２信号を、前記第１信号を用いて補正して前記情報を求めることを特徴とする計測装置。
【請求項１２】
前記処理部は、前記明部に対応する前記画像の領域から取得される前記第２方向における強度分布を表す第２信号を前記第１信号で補正することにより、前記情報を求める、ことを特徴とする請求項１１に記載の計測装置。
【請求項１３】
前記パターン光を前記被計測物に投影する投影部と、
前記パターン光が投影された前記被計測物を撮像して画像を取得する撮像部と、を更に有し、
前記処理部は、前記撮像部によって取得された画像に基づいて、前記被計測物の形状の情報を求める、ことを特徴とする請求項１乃至１２のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１４】
被計測物を計測する請求項１乃至１３のうちいずれか１項に記載の計測装置と、
前記計測装置による計測結果に基づいて、前記被計測物を保持して移動させるロボットと、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のうちいずれか１項に記載の計測装置を用いて被計測物を計測する工程と、
前記計測装置の計測結果に基づいて前記被計測物を処理することにより物品を製造する工程と、を有することを特徴とする物品の製造方法。
【請求項１６】
被計測物の形状を算出する算出方法であって、
第１方向に沿って明部と暗部とを交互に含むパターン光が投影された前記被計測物を撮像して得られる画像を取得する工程と、
前記画像に基づいて、前記被計測物の形状の情報を求める工程と、を有し、
前記情報を求める工程において、
前記暗部に対応する前記画像の領域から、前記第１方向に交差する第２方向における光強度分布を示す、互いに異なる複数の第１信号を取得し、
前記明部に対応する前記画像の領域から取得される前記第２方向における光強度分布を表す第２信号を、前記複数の第１信号のそれぞれを用いて補正することで得られる複数の補正信号の、それぞれの良否についての評価値を求め、
前記評価値が許容範囲内となる補正信号を用いて、前記情報を求めることを特徴とする算出方法。
【請求項１７】
被計測物の形状を算出する算出方法であって、
第１方向に沿って明部と暗部とを交互に含むパターン光が投影された前記被計測物を撮像して得られる画像を取得する工程と、
前記画像に基づいて、前記被計測物の形状の情報を求める工程と、を有し、
前記パターン光は、前記第１方向の長さが互いに異なる複数の暗部を含み、
前記情報を求める工程において、
前記複数の暗部に対応する前記画像の複数の領域から、前記第１方向に交差する第２方向における強度分布を示す、互いに異なる複数の第１信号を取得し、
前記明部に対応する前記画像の領域から取得される前記第２方向における光強度分布を表す第２信号を、前記第１信号を用いて補正して前記情報を求めることを特徴とする算出方法。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載の算出方法を情報処理装置に実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被計測物の形状を計測する計測装置、システム、物品の製造方法、算出方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空間符号化法などに代表されるラインパターン光をプロジェクターなどの投影部を介して被計測物に投影し、撮像部によって得られた反射光の位置に基づいて、三角測量の原理から３次元座標を求める計測装置が知られている。このような計測装置においては、計測結果が被計測物の材質の影響を受けやすいという傾向がある。
【０００３】
例えば、工業生産の分野では、被計測物として樹脂を扱う場合がある。被計測物が樹脂である場合、被計測物に投影された光が被計測物の内部にまで入り込み、被計測物の内部で散乱する現象、所謂、内部散乱が生じることが知られている。内部散乱が生じると、被計測物からの反射光には、被計測物の表面からの表面散乱光に加えて、被計測物の内部からの内部散乱光も含まれることになる。内部散乱光には、表面散乱光とは異なる距離からの散乱光が含まれているため、計測装置では、被計測物の表面位置とは異なる計測値が算出されることになる。従って、内部散乱光は、計測装置において系統誤差として現れ、計測精度を低下させる要因となる。
【０００４】
そこで、内部散乱の影響を低減するための技術が提案されている（非特許文献１参照）。かかる技術では、明部と暗部とを含み、空間的に高周波のパターン光を被計測物である樹脂に投影し、表面散乱成分と内部散乱成分とを含む明部での強度分布から、内部散乱成分を含む暗部での強度分布を差し引いている。このように、非特許文献１では、明部での強度分布から内部散乱成分を低減することで、計測装置で求められる３次元座標が被計測物の内部方向に系統的にずれる誤差（系統誤差）を低減することが可能であるとしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】S.K. Nayer et al. Fast separation of Direct and Global Components ofa Scene using High Frequency Illumination. SIGGRAPH Jul, 2006.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１には、パターン光の空間的な周波数と内部散乱や表面散乱との関係に関する具体的な開示がない。例えば、パターン光の空間的な周波数が低い場合には、暗部での強度分布に内部散乱成分が含まれなくなるため、明部での強度分布に含まれる内部散乱成分を適切に除去することができない。一方、パターン光の空間的な周波数が高い場合には、デフォーカスを含む光学的な点像強度分布を考慮すると、明部が空間的に広がるために、暗部での強度分布に表面散乱成分が含まれる。従って、明部での強度分布から暗部での強度分布を差し引くと、明部での強度分布から表面散乱成分も差し引かれてしまうため、内部散乱成分を適切に除去することができない。このように、非特許文献１では、被計測物での内部散乱の影響、即ち、計測装置の計測精度を低下させる要因である系統誤差を最適に低減することができるとは限らない。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、被計測物の形状を高精度に計測するのに有利な計測装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測装置は、被計測物の形状を計測する計測装置であって、第１方向に沿って明部と暗部とを交互に含むパターン光が投影された前記被計測物を撮像して得られる画像に基づいて、前記被計測物の形状の情報を求める処理部を有し、前記処理部は、前記暗部に対応する前記画像の領域から、前記第１方向に交差する第２方向における光強度分布を示す、互いに異なる複数の第１信号を取得し、前記明部に対応する前記画像の領域から取得される前記第２方向における光強度分布を表す第２信号を、前記複数の第１信号のそれぞれを用いて補正することで得られる複数の補正信号の、それぞれの良否についての評価値を求め、前記評価値が許容範囲内となる補正信号を用いて、前記情報を求めることを特徴とする。
【０００９】
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、例えば、被計測物の形状を高精度に計測するのに有利な計測装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一側面としての計測装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す計測装置のマスクによって生成されるパターン光の一例を示す図である。
【図３】パターン光を撮像することで取得される画像の一例を示す図である。
【図４】図３に示す画像の明部から取得される強度分布の一例を示す図である。
【図５】明部での計測信号、明部での表面散乱信号、明部での内部散乱信号、及び、暗部での計測信号の一例を示す図である。
【図６】明部での計測信号、明部での表面散乱信号、明部での内部散乱信号、及び、暗部での計測信号の一例を示す図である。
【図７】明部での計測信号、明部での表面散乱信号、明部での内部散乱信号、及び、暗部での計測信号の一例を示す図である。
【図８】暗部のＹ軸方向の長さと、補正信号に含まれる系統誤差及び補正信号の対称性との関係を示す図である。
【図９】暗部のＹ軸方向の長さと、補正信号に含まれる系統誤差及び補正信号の対称性との関係を示す図である。
【図１０】暗部のＹ軸方向の長さと、補正信号に含まれる系統誤差及び補正信号の対称性との関係を示す図である。
【図１１】図１に示す計測装置における計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１に示す計測装置における計測処理を説明するためのフローチャートである。
【図１３】被計測物で反射された光の撮像面での強度分布を説明するための図である。
【図１４】計測装置とロボットとを含むシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
図１は、本発明の一側面としての計測装置１００の構成を示す概略図である。計測装置１００は、三角測量の原理に基づいて被計測物５の形状を計測する。計測装置１００は、図１に示すように、投影部１と、撮像部３と、処理部４とを有する。計測装置１００は、投影部１から符号化された光、即ち、パターン光を被計測物５に投影し、かかるパターン光を撮像部３で撮像して取得された画像から、処理部４で被計測物５の３次元座標点群データ（被計測物５の形状の情報）を求める。また、処理部４は、予め登録された被計測物５のＣＡＤモデルに対して３次元座標点群データをフィッティングすることによって、被計測物５の位置又は姿勢を求める機能を有する。
【００１４】
ここで、図１３を参照して、三角測量の原理に基づいて被計測物の形状を計測する一般的な計測装置において、かかる被計測物が樹脂である場合に生じる系統誤差について説明する。被計測物が樹脂である場合、被計測物の表面からの表面散乱光及び被計測物の内部からの内部散乱光が撮像部（の撮像面上）で結像されるため、内部散乱の影響で計測結果に系統誤差が含まれてしまう。
【００１５】
図１３は、投影部から光を被計測物に投影し、被計測物で反射された光の撮像面上での強度分布（光強度分布）を説明するための図である。ここでは、内部散乱を生じる被計測物からの反射光が撮像面上で結像される説明として、被計測物の内部を多層構造と考えて、各層からの散乱光を撮像面上で結像するモデルを例に説明する。
【００１６】
図１３は、投影部の光軸に沿って被計測物に投影された光が被計測物の内部で散乱して広がっている状態を示している。被計測物の表面のみで光が反射される場合、即ち、内部散乱を生じない被計測物の場合、例えば、被計測物に対してガウス分布で集光するように光を投影すると、撮像面上での強度分布は、対称的な強度分布となる。一方、内部散乱を生じる被計測物の場合、図１３に示すように、被計測物の表面、被計測物の内部の各層、即ち、第１層、第２層、第３層からの散乱光が重ね合わされて撮像面上で結像する。従って、被計測物の表面からの反射光が強く、内部散乱による反射光が各層で徐々に弱くなる場合には、撮像面上での強度分布は、非対称な強度分布となる。
【００１７】
撮像面上での強度分布を、被計測物からの表面散乱と内部散乱とに分類することを考える。表面散乱においては、被計測物の表面に集光した光が反射されて撮像面上で結像するため、撮像面上での強度分布（の幅）が狭くなる。一方、内部散乱においては、内部散乱による光の広がりがある（即ち、被計測物の各層に光が集光していない）ため、撮像面上での強度分布が広がる。また、内部散乱においては、被計測物の内部に入り込んだ光の散乱光が撮像面上で取得されるため、撮像面上において、内部散乱のピークは、表面散乱のピークとは異なる位置に現れる。
【００１８】
例えば、被計測物の内部の第１層、第２層及び第３層のそれぞれからの散乱光の撮像面上での結像位置は、図１３に示すように、被計測物の表面からの散乱光の撮像面上での結像位置から少しずつシフトしている。従って、撮像面上では、内部散乱による光の強度分布と、表面散乱による光の強度分布とが重ね合わされるため、非対称な強度分布が得られる。
【００１９】
一方、表面散乱のみが生じる場合には、撮像面上で得られる強度分布は、表面散乱による光の強度分布だけであるため、かかる強度分布に対して重心検出などを行えば、被計測物の形状を正確に求めることができる。但し、内部散乱が生じる場合、非対称な強度分布に対して単純に重心検出を行うと、かかる強度分布の非対称性に起因して被計測物の内部に引き込まれた位置の形状が求められてしまう。このように、内部散乱が生じると、被計測物の内部方向に統計的にずれる誤差、即ち、系統誤差が生じるため、被計測物の形状を正確に求めることができない。
【００２０】
そこで、本実施形態の計測装置１００では、樹脂などの被計測物５の内部散乱に起因する非対称な強度分布の影響（系統誤差）を最適に低減して、被計測物５の形状を高精度に計測することを実現する。計測装置１００において、被計測物５に投影されるパターン光は、第１方向に沿って明部と暗部とを交互に含む。そして、被計測物５に投影されたパターン光を撮像して取得される画像のうち、パターン光の暗部に対応する領域から、第１方向に交差する第２方向（例えば、第１方向に対して垂直な方向）における強度分布を示す、互いに異なる複数の第１信号を取得する。また、被計測物５に投影されたパターン光を撮像して取得される画像のうち、パターン光の明部に対応する領域から取得される第２方向における強度分布を表す第２信号を、複数の第１信号のそれぞれを用いて補正して複数の補正信号を求める。次いで、複数の補正信号のそれぞれの良否についての評価値を求め、かかる評価値が許容範囲内となる補正信号を用いて、被計測物５の形状の情報を求める（算出する）。これにより、パターン光の明部での強度分布から内部散乱の影響を最適に低減することが可能となる。
【００２１】
以下、計測装置１００の具体的な構成について詳細に説明する。投影部１は、光源８と、照明光学系９と、マスク１０と、投影光学系１１とを含む。照明光学系９は、光源８から射出された光でマスク１０を均一に照明するための光学系であって、例えば、マスク１０をケーラー照明する。マスク１０には、例えば、ガラス基板にクロムをスパッタ蒸着させてエッチングすることによって、被計測物５に投影するパターンを生成するための透過領域及び遮光領域が形成されている。投影光学系１１は、マスク１０のパターンを被計測物５に投影させるための光学系である。
【００２２】
図２は、マスク１０によって生成されるパターン光ＰＬの一例を示す図である。マスク１０は、本実施形態では、Ｙ軸方向（第１方向）に沿って明部ＰＬａと暗部ＰＬｂとを交互に含むラインが、Ｘ軸方向に周期的に配列されたパターン光ＰＬを生成する生成部として機能する。マスク１０の透過領域を通過する光及びマスク１０の遮光領域で遮光される光によって、被計測物５に投影される、明部ＰＬａ及び暗部ＰＬｂを含むパターン光ＰＬが生成される。パターン光ＰＬは、本実施形態では、Ｙ軸方向の長さＬｙが互いに異なる複数の暗部ＰＬｂを含む。また、パターン光ＰＬの暗部ＰＬｂは、明部ＰＬａを識別するための識別部として機能し、かかる識別部は、複数のドットで構成されている。このように、パターン光ＰＬは、それぞれがランダムに配置された複数の暗部ＰＬｂ、即ち、ドットでパターンを符号化したドットラインパターン光である。符号化したドットラインパターン光は、撮像部３で取得された画像に含まれる各ラインが何番目のラインであるかを識別するための符号としての機能を実現する。
【００２３】
撮像部３は、撮像光学系６と、撮像素子７とを含み、被計測物５に投影されたパターン光ＰＬを撮像して画像を取得する。撮像光学系６は、被計測物５に投影されたパターン光ＰＬを撮像素子７に結像するための光学系である。撮像素子７は、撮像面で結像されたパターン光ＰＬを撮像して画像に変換するためのイメージセンサである。撮像素子７は、例えば、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどを含む。
【００２４】
処理部４は、撮像部３で取得された画像に基づいて、被計測物５の形状の情報を求める。処理部４は、本実施形態では、撮像部３で取得された画像に含まれる各ラインを対応付けし、内部散乱の影響を低減するための処理を行ってから、三角測量の原理に基づいて、被計測物５の３次元座標点群データを求める。
【００２５】
計測装置１００における被計測物５の形状を計測する計測処理について詳細に説明する。まず、パターン光ＰＬの暗部ＰＬｂの長さＬｙについて、内部散乱に起因する系統誤差を最小する最適な長さが存在することを説明する。
【００２６】
図３は、被計測物５としての樹脂に投影されたパターン光ＰＬを撮像することで取得される画像の一例を示す図である。図３に示す画像において、黒い部分が強度の小さい領域であり、白い部分が強度の大きい領域である。Ｘ＝０上の強度が極大となる箇所を明部とし、Ｘ＝０上の強度が極小となる箇所を暗部としている。図４は、図３に示す明部から取得されるＸ軸方向（第１方向に直交する第２方向）における強度分布の一例を示す図である。図４に示す強度分布は、内部散乱の影響によって、Ｘ＝０に対して負側に広がり、Ｘ軸方向に左右非対称になっている。
【００２７】
図５、図６及び図７のそれぞれは、Ｘ＝０上での明部の間隔である暗部のＹ軸方向の長さを変更させた場合の明部での計測信号、明部での表面散乱信号、明部での内部散乱信号、及び、暗部での計測信号の一例を示す図である。ここで、明部での計測信号とは、明部に対応する領域、詳細には、かかる領域のＹ軸方向における中央部分から取得されるＸ軸方向における強度分布を表す信号（第２信号）である。同様に、暗部での計測信号とは、暗部に対応する領域、詳細には、かかる領域のＹ軸方向における中央部分から取得されるＸ軸方向における強度分布を表す信号（第１信号）である。また、明部での表面散乱信号とは、明部に対応する領域での表面散乱光のＸ軸方向における強度分布を表す信号であり、明部での内部散乱信号とは、明部に対応する領域での内部散乱光のＸ軸方向における強度分布を表す信号である。
【００２８】
図５乃至図７を参照して、暗部がＹ軸方向に特定の長さを有する場合に、明部での計測信号を暗部での計測信号を用いて補正することで得られる補正信号に含まれる系統誤差が最小になることを説明する。ここでは、明部での計測信号と暗部での計測信号との差分をとることで補正信号が取得されるものとする。また、図５、図６、図７の順に、暗部のＹ軸方向の長さが長くなるものとする。換言すれば、図５では、暗部のＹ軸方向の長さが最も小さく、図７では、暗部のＹ軸方向の長さが最も長く、図６では、暗部のＹ軸方向の長さが最も小さい長さと最も長い長さとの中間となる。
【００２９】
図５を参照するに、暗部での計測信号には、暗部のＹ軸方向の長さが小さいために、暗部での内部散乱成分に加えて、明部での点像分布で空間的に広がった表面散乱成分が含まれる。従って、明部での計測信号から暗部での計測信号を差し引くと、明部での計測信号から内部散乱成分だけではなく表面散乱成分も差し引かれる（即ち、内部散乱成分のみを除去することができない）ため、系統誤差が生じてしまう。
【００３０】
また、図７を参照するに、暗部での計測信号は、明部での内部散乱信号と比較して大きくならない。これは、暗部のＹ軸方向の長さが長いために、明部から空間的に広がる内部散乱光が暗部の中央部分まで入り込まないからである。従って、明部での計測信号から暗部での計測信号を差し引いて得られる補正信号は、明部での表面散乱信号と一致していない。
【００３１】
一方、図６を参照するに、明部での内部散乱信号と暗部での計測信号とが略一致しているため、明部での計測信号から内部散乱成分を適切に除去することが可能である。図８に、暗部のＹ軸方向の長さと、明部での計測信号と暗部での計測信号との差分をとることで得られる補正信号に含まれる系統誤差との関係を破線で示す。図８を参照するに、図６での暗部のＹ軸方向の長さ、即ち、暗部がＹ軸方向に長さＬｙＡを有する場合に、補正信号に含まれる系統誤差が最小になることがわかる。
【００３２】
このように、Ｙ軸方向に特定の長さを有する暗部での計測信号を用いて明部での計測信号を補正することで、明部での計測信号から内部散乱成分を最適に除去することが可能となる。これは、暗部での計測信号を用いて明部での計測信号を補正する場合、明部での計測信号から内部散乱成分を除去するためには、最適な暗部のＹ軸方向の長さが存在するからである。
【００３３】
次いで、Ｙ軸方向に互いに異なる長さを有する複数の暗部での計測信号から、明部での計測信号を最適に補正するための計測信号を選択する手法に関して説明する。内部散乱を生じない被計測物５にパターン光ＰＬを投影して表面散乱光のみを撮像部３に結像させると、内部散乱光がないために、撮像部３で得られる強度分布は、対称的な強度分布となる。
【００３４】
本実施形態では、内部散乱を生じる被計測物５に投影されたパターン光ＰＬを撮像して取得される画像の暗部に対応する領域での強度分布を表す計測信号を用いて、かかる画像の明部に対応する領域での強度分布を表す非対称な計測信号を補正する場合を考える。上述したように、Ｙ軸方向に特定の長さを有する暗部での計測信号を用いて明部での計測信号を補正していれば、補正信号は、ほぼ表面散乱光のみの強度分布を表すことになるため、対称性の高い強度分布を表す信号となる。そこで、対称性を評価値（指標）として、明部での計測信号と暗部での計測信号との差分をとることで得られる補正信号を評価する。
【００３５】
信号（の波形）の対称性を評価する評価方法としては、様々な評価方法が存在する。例えば、補正信号の重心位置と、補正信号の最大値となる位置とのずれ量から補正信号の対称性を評価してもよいし、補正信号の最大値の半値となる２つの位置の中点位置と、補正信号の最大値となる位置とのずれ量から対称性を評価してもよい。また、確率論や統計学において、非対称性の指標となる歪度（３次モーメント）を用いて補正信号の対称性を評価してもよい。
【００３６】
図８に、暗部のＹ軸方向の長さと、明部での計測信号と暗部での計測信号との差分をとることで得られる補正信号の対称性との関係を実線で示す。ここでは、補正信号の重心位置と補正信号の最大値となる位置とのずれ量を対称性の指標としている。図８を参照するに、補正信号に含まれる系統誤差を極小化する暗部での計測信号を用いた場合に、補正信号の対称性が最も高くなることがわかる。
【００３７】
図９及び図１０のそれぞれは、互いに異なる内部散乱を生じる被計測物について、暗部のＹ軸方向の長さと、補正信号に含まれる系統誤差及び補正信号の対称性との関係を示す図である。図９及び図１０を参照するに、図８と同様に、補正信号に含まれる系統誤差を極小化する暗部での計測信号を用いた場合に、補正信号の対称性が最も高くなることがわかる。このように、補正信号に含まれる系統誤差が最小になる場合に補正信号の対称性が高くなる傾向は、被計測物の種類に依存しない。従って、補正信号の対称性を評価することによって、明部での計測信号を最適に補正するための暗部での計測信号を選択することが可能となる。
【００３８】
図１１を参照して、計測装置１００における計測処理について説明する。かかる計測処理は、処理部４が計測装置１００の各部を統括的に制御することで行われる。なお、計測装置１００が起動されると、初期化処理が行われる。初期化処理には、投影部１及び撮像部３を起動させる処理や投影部１や撮像部３の較正データなどの各種パラメータを設定する処理などが含まれる。
かかる計測処理の信号処理は、処理部４のコンピュータがプログラムを読み出すことで実行される。なお、本実施形態の機能を実現するソフトウェアやプログラムはネットワーク又は各種記憶媒体を介して１つ又は複数のコンピュータよりなる情報処理装置に供給される。その情報処理装置の処理部が、記録媒体または記憶媒体に記録又は記憶されたプログラムを読み出すことにより、プログラムが実行される。離れた位置にある複数のコンピュータが有線又は無線通信で互いにデータを送受信することにより、プログラムの各種処理を行ってもよい。情報処理装置の処理部は、各ステップを実行する各手段を構成する。
【００３９】
Ｓ１１０２では、被計測物５に対して、投影部１からパターン光ＰＬを投影する。Ｓ１１０４では、被計測物５に投影されたパターン光ＰＬを撮像部３で撮像して画像を取得する。
【００４０】
Ｓ１１０６では、Ｓ１１０４で取得された画像に基づいて、補正信号を取得する。具体的には、まず、パターン光ＰＬの複数の暗部ＰＬｂのそれぞれのＹ軸方向における中央部分に対応する画像の複数の領域のそれぞれから、Ｘ軸方向における強度分布を表す計測信号（第１信号）を取得する。同様に、パターン光ＰＬの１つの明部ＰＬａのＹ軸方向における中央部分に対応する画像の領域から、Ｘ軸方向における強度分布を表す計測信号（第２信号）を取得する。そして、明部ＰＬａでの計測信号と、複数の暗部ＰＬｂでの複数の計測信号のそれぞれとの差分をとることで複数の補正信号を取得する。
【００４１】
Ｓ１１０８では、Ｓ１１０６で取得された複数の補正信号のそれぞれの良否についての評価値として、複数の補正信号のそれぞれの対称性を求める。補正信号の対称性は、上述したように、補正信号の重心位置と、補正信号の最大値となる位置とのずれ量から求めてもよいし、補正信号の最大値の半値となる２つの位置の中点位置と、補正信号の最大値となる位置とのずれ量から対称性を求めてもよい。
【００４２】
Ｓ１１１０では、Ｓ１１０８で求めた対称性に基づいて、対称性が許容範囲内となる補正信号を選択する。本実施形態では、対称性が最も高い補正信号に対応する暗部ＰＬｂでの計測信号を選択する。
【００４３】
Ｓ１１１２では、Ｓ１１１０で選択された暗部ＰＬｂでの計測信号を用いて、Ｙ軸方向に沿った各明部ＰＬａでの計測信号を補正して補正信号を生成する。具体的には、パターン光ＰＬの複数の明部ＰＬａに対応する画像の複数の領域から取得される複数の計測信号のそれぞれについて、Ｓ１１１０で選択された暗部ＰＬｂでの計測信号との差分をとることで補正信号を生成する。
【００４４】
Ｓ１１１４では、Ｓ１１１２で生成した補正信号を用いて、被計測物５の３次元座標点群データを求める。
【００４５】
このように、本実施形態では、Ｙ軸方向に互いに異なる長さを有する複数の暗部ＰＬｂでの計測信号から、明部ＰＬａでの計測信号を最適に補正するための計測信号を選択して補正する。これにより、明部ＰＬａでの計測信号から内部散乱の影響を低減することができる。従って、計測装置１００は、被計測物５の形状を高精度に計測することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、Ｙ軸方向に互いに異なる長さを有する複数の暗部ＰＬｂのそれぞれに対応する画像の複数の領域から計測信号（第１信号）を取得しているが、これに限定されるものではない。例えば、図２に示すように、暗部ＰＬｂのＹ軸方向における端ＥｇからＹ軸方向に沿った距離Ｄｔ１乃至Ｄｔ４が互いに異なる暗部ＰＬｂの複数の部分に対応する画像の複数の領域のそれぞれから計測信号（第１信号）を取得してもよい。
【００４７】
また、図１１では、パターン光ＰＬの１つの明部ＰＬａでの計測信号（第２信号）に基づいて、補正信号を生成するために用いる暗部ＰＬｂでの計測信号（第１信号）を選択している。但し、１つの明部ＰＬａにおいても、Ｙ軸方向の各位置によって、Ｘ軸方向における強度分布、即ち、計測信号が異なる場合がある。このような場合、明部ＰＬａでの計測信号を最適に補正するためには、明部ＰＬａのＹ軸方向の各位置での計測信号に対して、補正信号を生成するために用いる暗部ＰＬｂでの計測信号を選択して補正する必要がある。
【００４８】
図１２を参照して、パターン光ＰＬの１つの明部ＰＬａのＹ軸方向の各位置での計測信号が異なる場合における計測処理を説明する。なお、図１２に示すＳ１２０２及びＳ１２０４は、図１１に示すＳ１１０２及びＳ１１０４と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
【００４９】
Ｓ１２０６では、Ｓ１２０４で取得された画像に基づいて、１つの明部ＰＬａのＹ軸方向の各位置についての補正信号を取得する。具体的には、１つの明部ＰＬａのＹ軸方向における端からＹ軸方向に沿った距離が互いに異なる明部ＰＬａの複数の部分に対応する画像の複数の領域のそれぞれから複数の計測信号（第２信号）を取得する。また、パターン光ＰＬの複数の暗部ＰＬｂのそれぞれのＹ軸方向における中央部分に対応する画像の複数の領域のそれぞれから、Ｘ軸方向における強度分布を表す計測信号（第１信号）を取得する。そして、明部ＰＬａのＹ軸方向の複数の位置での複数の計測信号（第２信号）のそれぞれと、複数の暗部ＰＬｂのそれぞれでの複数の計測信号（第１信号）との差分をとることで複数の補正信号を取得する。
【００５０】
Ｓ１２０８では、Ｓ１１０６で取得された複数の補正信号のそれぞれの良否についての評価値として、複数の補正信号のそれぞれの対称性を求める。
【００５１】
Ｓ１２１０では、１つの明部ＰＬａのＹ軸方向の各位置について、Ｓ１２０８で求めた対称性に基づいて、Ｓ１１０６で取得された複数の補正信号から対称性が許容範囲内となる補正信号を選択する。本実施形態では、対称性が最も高い補正信号を選択する。
【００５２】
Ｓ１２１２では、Ｓ１２１０で選択した補正信号を用いて、被計測物５の３次元座標点群データを求める。
【００５３】
このように、１つの明部ＰＬａにおいて、Ｙ軸方向の各位置によって計測信号が異なる場合であっても、各位置での計測信号（第２信号）に対して最適な暗部ＰＬｂでの計測信号（第１信号）を用いて補正することで、内部散乱の影響を低減することができる。
【００５４】
＜他の実施形態＞
上述の計測装置は、ある支持部材に支持された状態で使用される。本実施形態では、一例として、図１４に示すように、ロボットアーム３００（把持装置）に備え付けられて使用される制御システムについて説明する。計測装置１００は、支持台３５０に置かれた被計測物２１０にパターン光を投影して撮像し、画像を取得する。そして、計測装置１００の制御部が、又は、計測装置１００の制御部から画像データを取得した制御部３１０が、被計測物２１０の位置及び姿勢を求め、求められた位置及び姿勢の情報を制御部３１０が取得する。制御部３１０は、その位置及び姿勢の情報に基づいて、ロボットアーム３００に駆動指令を送ってロボットアーム３００を制御する。ロボットアーム３００は先端のロボットハンドなど（把持部）で被計測物２１０を保持して、並進や回転などの移動をさせる。更に、ロボットアーム３００によって被計測物２１０を他の部品に組み立てることにより、複数の部品で構成された物品、例えば、電子回路基板や機械などを製造することができる。また、移動された被計測物２１０を加工（処理）することにより、物品を製造することができる。制御部３１０は、ＣＰＵなどの演算装置やメモリなどの記憶装置を有する。なお、ロボットを制御する制御部を制御部３１０の外部に設けてもよい。また、計測装置１００により計測された計測データや得られた画像をディスプレイなどの表示部３２０に表示してもよい。
【００５５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１００：計測装置    １：投影部    １０：マスク    ３：撮像部    ４：処理部    ５：被計測物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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