(57)【要約】【課題】測定された３次元情報に誤りの生じる可能性がなく、かつ画面全体を一括して短時間に測定できる３次元情報取得システムを実現する。【解決手段】本発明は、パターン光照射機構２からの複数の光ビームを被写体３に一括して照射し、撮像機構１で撮影した被写体３の画像を解析することにより被写体３の３次元情報を取得する３次元形状取得システムにおいて、前記複数の光ビームがそれぞれ固有の微細構造を有することを特徴とする。より詳しくは、１つの光ビームは、複数のサブビームが密接して、あるいは間隔をあけて束ねられて構成され、それぞれの光ビームにおいて該サブビームの空間的配列が異なることにより、それぞれの光ビームに固有の微細構造が付与されているので、１ショットで正確な３次元情報を取得することができる。【選択図】              図１
2004191092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ビームを被写体に一括して照射し、撮影した被写体の画像を解析することにより被写体の３次元情報を取得する３次元形状取得システムにおいて、
前記複数の光ビームがそれぞれ固有の微細構造を有することを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項２】
複数の光ビームを被写体に一括して照射し、撮影した被写体の画像を解析することにより被写体の３次元情報を取得する３次元形状取得システムにおいて、
前記被写体の画像を複数に分割した一つの領域の中で、前記複数の光ビームがそれぞれ固有の微細構造を有することを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の３次元情報取得システムにおいて、
１つの光ビームは、複数のサブビームが密接して、あるいは間隔をあけて束ねられて構成され、それぞれの光ビームにおいて該サブビームの空間的配列が異なることにより、それぞれの光ビームに固有の微細構造が付与されていることを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項４】
請求項１または２記載の３次元情報取得システムにおいて、
１つの光ビームは、強度の異なる複数のサブビームが束ねられて構成され、それぞれの光ビームにおいて該サブビームの空間的配列で特徴付けられるビーム断面の強度分布が異なることにより、それぞれの光ビームに固有の微細構造が付与されていることを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項５】
請求項１または２記載の３次元情報取得システムにおいて、
１つの光ビームは、いくつかの異なる波長の複数のサブビームが密接して、あるいは間隔をあけて束ねられて構成され、それぞれの光ビームにおいて該サブビームの波長の空間的配列が異なることにより，それぞれの光ビームに固有の微細構造が付与されていることを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項６】
請求項３記載の３次元情報取得システムにおいて、
それぞれの光ビームにおいて、そのサブビームの空間的配列が時間に対して周期的に逐次変化することを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項７】
請求項４記載の３次元情報取得システムにおいて、
それぞれの光ビームにおいて、そのサブビームの空間的配列で特徴付けられるビーム断面の強度分布が時間に対して周期的に逐次変化することを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項８】
請求項５記載の３次元情報取得システムにおいて、
それぞれの光ビームにおいて、そのサブビームの波長の空間的配列が時間に対して周期的に逐次変化することを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項９】
請求項３〜８のいずれか一つに記載の３次元情報取得システムにおいて、
複数の光ビームが共通のマーカーとなるサブビームをそれぞれ有することを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項１０】
請求項９記載の３次元情報取得システムにおいて、
前記マーカーとなるサブビームは、１つの光ビームを構成する複数のサブビームのなかで特定の位置に配置され、そのサブビームの光強度が他のサブビームの光強度に対して大きいことを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項１１】
請求項９記載の３次元情報取得システムにおいて、
前記マーカーとなるサブビームは、１つの光ビームを構成する複数のサブビームのなかで特定の位置に配置され、そのサブビームの形状が他のサブビームと異なることを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項１２】
請求項９記載の３次元情報取得システムにおいて、
前記マーカーとなるサブビームは、１つの光ビームを構成する複数のサブビームのなかで特定の位置に配置され、そのサブビームの波長が他のサブビームと異なることを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項１３】
請求項３〜８のいずれか一つに記載の３次元情報取得システムにおいて、
１つの光ビームを構成する複数のサブビームの一部にサブビーム配列のパリティを示す情報を付与したことを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項１４】
請求項１３記載の３次元情報取得システムにおいて、
サブビームは正方配列状に配置され、その最端の行または列、もしくは最端の行および列に位置するサブビームに対して各行または列のパリティを示す情報を付与したことを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項１５】
請求項３〜１４のいずれか一つに記載の３次元情報取得システムにおいて、
１つの入射光ビームを分岐して複数の光ビームとし、該複数の光ビームを構成するサブビームがその分割の際に同時に生成されることを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項１６】
請求項１５記載の３次元情報取得システムにおいて、
入射光ビームを分岐して複数の光ビームとするために、誘電体基板上に入射光ビームに部分的に異なる位相差を与える凹凸を形成した回折光学素子を用いたことを特徴とする３次元情報システム。
【請求項１７】
請求項１６記載の３次元情報取得システムにおいて、
前記回折光学素子は、その凹凸の高さが滑らかに変化するものであることを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項１８】
請求項１６記載の３次元情報取得システムにおいて、
前記回折光学素子は、その凹凸が多段の高さを持つことを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項１９】
請求項１６〜１８のいずれか一つに記載の３次元情報取得システムにおいて、
前記回折光学素子は、誘電体基板表面を掘り込むことにより凹凸が形成されたものであることを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項２０】
請求項１６〜１８のいずれか一つに記載の３次元情報取得システムにおいて、
前記回折光学素子は、誘電体基板上に一定の屈折率または厚さ方向に変化する屈折率を有する誘電体材料層の厚さを変化させて凹凸が形成されたものであることを特徴とする３次元情報取得システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体の形状や、その他、例えば立体物の光学的性質の分布状態など、立体的な属性を有する３次元情報を電子データとして取得する３次元情報取得システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
被写体の３次元情報を取得する技術としては種々のものが開発されているが、高い精度で３次元情報を取得する方法として、スリット光を被写体上に走査し、その画像データから被写体の３次元情報を求める方法がある。一例として下記の特許文献１に開示された発明は、被測定物に光を所定時間照射する照射手段と、照射手段からの光を遮蔽する走査板の端面を介して形成されるスリット端面が傾斜角を有したスリット光を、被測定物の一端から他端にわたって走査する走査手段と、各画素が反射光を受光し電荷を蓄積して受光時間に対応した画素出力値を出力する受光手段と、被測定物の距離を受光手段からの画素出力値に基づいて演算する距離演算手段とを備えた形状測定装置であって、前記走査手段は、前記傾斜角を所定速度で変位するよう前記スリット光を走査するとともに、前記距離演算手段は前記他端に至る走査に伴って増加した前記各画素の電荷に対応した前記画素出力値に基づいて、前記距離を演算する構成にしたものである。
【０００３】
このような方法では、一般的にスリット光を偏向させて走査を行うため、被写体全体の３次元情報を取得するための時間が長いという問題があるが、得られた３次元情報にはほとんど誤りの生じない方法である。この測定時間を短縮するため、照射方位角により波長が異なる光束を被写体全面に一括して照射し、その画像を解析することにより３次元情報を求める方法が従来用いられてきた。その概略は、撮像した画像のあるピクセルに注目した場合、そのピクセルの色情報から光源からの照射方位角が分かり、画像から得たカメラからの方位角と合わせて３角測量を行うことにより、そのピクセルに撮影された物点の距離が知られるというものである。
【０００４】
この方法では画面全体に渡って異なる波長が照射されるようにすると、近接したピクセル同士ではその波長変化が極めてわずかとなり、誤差を増大させる原因となるため、対策として波長変化を急峻にして繰り返しパターンを形成し被写体に照射する必要がある。この方法によれば画面全体を一括して短時間で測定できるが、被写体の中に黒い部分がある場合などには繰り返しパターンの次数の判別に誤りを生じ、大きな形状誤差を生むという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−３８５３２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の３次元情報取得方法には、誤りのない方法であると測定時間が長く、測定時間が短い方法では得られた情報に誤りが含まれやすいという問題があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、測定された３次元情報に誤りの生じる可能性がなく、かつ画面全体を一括して短時間に測定できる３次元情報取得システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、請求項１に係る発明は、複数の光ビームを被写体に一括して照射し、撮影した被写体の画像を解析することにより被写体の３次元情報を取得する３次元形状取得システムにおいて、前記複数の光ビームがそれぞれ固有の微細構造を有することを特徴とするものである。
また、請求項２に係る発明は、複数の光ビームを被写体に一括して照射し、撮影した被写体の画像を解析することにより被写体の３次元情報を取得する３次元形状取得システムにおいて、前記被写体の画像を複数に分割した一つの領域の中で、前記複数の光ビームがそれぞれ固有の微細構造を有することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の３次元情報取得システムにおいて、１つの光ビームは、複数のサブビームが密接して、あるいは間隔をあけて束ねられて構成され、それぞれの光ビームにおいて該サブビームの空間的配列が異なることにより、それぞれの光ビームに固有の微細構造が付与されていることを特徴とするものである。
また、請求項４に係る発明は、請求項１または２記載の３次元情報取得システムにおいて、１つの光ビームは、強度の異なる複数のサブビームが束ねられて構成され、それぞれの光ビームにおいて該サブビームの空間的配列で特徴付けられるビーム断面の強度分布が異なることにより、それぞれの光ビームに固有の微細構造が付与されていることを特徴とするものである。
さらに請求項５に係る発明は、請求項１または２記載の３次元情報取得システムにおいて、１つの光ビームは、いくつかの異なる波長の複数のサブビームが密接して、あるいは間隔をあけて束ねられて構成され、それぞれの光ビームにおいて該サブビームの波長の空間的配列が異なることにより，それぞれの光ビームに固有の微細構造が付与されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項６に係る発明は、請求項３記載の３次元情報取得システムにおいて、それぞれの光ビームにおいて、そのサブビームの空間的配列が時間に対して周期的に逐次変化することを特徴とするものである。
また、請求項７に係る発明は、請求項４記載の３次元情報取得システムにおいて、それぞれの光ビームにおいて、そのサブビームの空間的配列で特徴付けられるビーム断面の強度分布が時間に対して周期的に逐次変化することを特徴とするものである。
さらに請求項８に係る発明は、請求項５記載の３次元情報取得システムにおいて、それぞれの光ビームにおいて、そのサブビームの波長の空間的配列が時間に対して周期的に逐次変化することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項９に係る発明は、請求項３〜８のいずれか一つに記載の３次元情報取得システムにおいて、複数の光ビームが共通のマーカーとなるサブビームをそれぞれ有することを特徴とするものである。
また、請求項１０に係る発明は、請求項９記載の３次元情報取得システムにおいて、前記マーカーとなるサブビームは、１つの光ビームを構成する複数のサブビームのなかで特定の位置に配置され、そのサブビームの光強度が他のサブビームの光強度に対して大きいことを特徴とするものである。
さらに請求項１１に係る発明は、請求項９記載の３次元情報取得システムにおいて、前記マーカーとなるサブビームは、１つの光ビームを構成する複数のサブビームのなかで特定の位置に配置され、そのサブビームの形状が他のサブビームと異なることを特徴とするものである。
さらに請求項１２に係る発明は、請求項９記載の３次元情報取得システムにおいて、前記マーカーとなるサブビームは、１つの光ビームを構成する複数のサブビームのなかで特定の位置に配置され、そのサブビームの波長が他のサブビームと異なることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項１３に係る発明は、請求項３〜８のいずれか一つに記載の３次元情報取得システムにおいて、１つの光ビームを構成する複数のサブビームの一部にサブビーム配列のパリティを示す情報を付与したことを特徴とするものである。
また、請求項１４に係る発明は、請求項１３記載の３次元情報取得システムにおいて、サブビームは正方配列状に配置され、その最端の行または列、もしくは最端の行および列に位置するサブビームに対して各行または列のパリティを示す情報を付与したことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項１５に係る発明は、請求項３〜１４のいずれか一つに記載の３次元情報取得システムにおいて、１つの入射光ビームを分岐して複数の光ビームとし、該複数の光ビームを構成するサブビームがその分割の際に同時に生成されることを特徴とするものである。
また、請求項１６に係る発明は、請求項１５記載の３次元情報取得システムにおいて、入射光ビームを分岐して複数の光ビームとするために、誘電体基板上に入射光ビームに部分的に異なる位相差を与える凹凸を形成した回折光学素子を用いたことを特徴とするものである。
さらに請求項１７に係る発明は、請求項１６記載の３次元情報取得システムにおいて、前記回折光学素子は、その凹凸の高さが滑らかに変化するものであることを特徴とするものである。
さらに請求項１８に係る発明は、請求項１６記載の３次元情報取得システムにおいて、前記回折光学素子は、その凹凸が多段の高さを持つことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項１９に係る発明は、請求項１６〜１８のいずれか一つに記載の３次元情報取得システムにおいて、前記回折光学素子は、誘電体基板表面を掘り込むことにより凹凸が形成されたものであることを特徴とするものである。
また、請求項２０に係る発明は、請求項１６〜１８のいずれか一つに記載の３次元情報取得システムにおいて、前記回折光学素子は、誘電体基板上に一定の屈折率または厚さ方向に変化する屈折率を有する誘電体材料層の厚さを変化させて凹凸が形成されたものであることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の３次元情報取得システムの構成、動作および作用を、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の３次元情報取得システムは，複数の光ビームを対象となる領域に一括して照射する方式において、各光ビームに微細構造を持たせ、その微細構造が個々の光ビームごとに異なるものとすることにより、誤りのない３角測量ができるようにしたものである。
【００１６】
すなわち、繰り返しパターン等を照射する場合のように、パターン次数の判別などを用いることなく、本発明のシステムでは、照射された光ビームを、その微細構造を解析することにより一意に定めることができる。従って、例えば被写体像に黒い部分が多く、光ビームの投影像が検知できない部分に囲まれたような孤立した測定点であっても、その光ビームのみから得られる情報によってその点の三角測量を行い、その点の距離を知ることができる。また、従来の方法のように照射したパターンの次数を判断する補助的な処理プロセスを必要としないため、それに起因する測定エラーも生じないという利点がある。
このように本発明の３次元情報取得システムは、個別の光ビームそれ自体に情報を持たせることにより、他の手段を併用せずにその光ビームの照射角度を画像解析のみで分かるようにしたので、誤りのない３次元情報を取得することができる。
【００１７】
本発明の３次元情報取得システムの概略の構成を図１に示す。撮像機構１にはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）カメラなどを用いる。パターン光照射機構２は、それぞれ固有の微細構造を有する複数の光ビームを一括して被写体３に照射する機構である。或る測定点Ｐに対して、撮像機構（ＣＣＤカメラ）１で撮像された画像から、カメラからの見込み角ψを求め、Ｐ点に照射されている光ビームの微細構造を解析することにより、パターン光照射機構２からの見込み角φを求める。この２つの角度と基線の長さＬとから、三角測量の原理によりＰ点までの距離を求める。ここでは水平方向のみの見込み角について説明したが、被写体３の上下方向においても同様の手順により距離が求められる。各点の距離測定を画像全面に対して実行することにより被写体３の３次元情報を取得する。
【００１８】
図２に複数の光ビームを被写体３に照射する状態を示し、図３にその照射パターンの詳細を示す。この例ではサブビームを一定の間隔を空けて正方格子状に配列して１つの光ビームを構成している。そして個々の光ビームにおいてサブビームの空間的配列を異なるものとして微細構造を付与している。そしてこれらの光ビームを正方格子状に配列し被写体３に照射する。この照射状態において図１に示す撮像機構１で被写体３の画像を撮影すれば、被写体上に個々の光ビームが照射され輝度パターンが重ね合わされ画像が得られる。各々の光ビームがどのような角度に放射されているかはパターン光照射機構２の設計により既知のものであるから、画像中の個々の光ビームの照射パターンの微細構造を解析することにより各々の光ビームを特定し、その照射角度が求められる。この角度を元に前述の手順で３角測量を行うことができる。
【００１９】
図４にパターン光照射機構２の構成の一例を示す。この機構は点光源４から放射される光束によって、複数の光ビームを形成するパターンが焼き付けられた投影マスク５を照明し、その透過光を被写体３に投射するものである。図５に投影マスク５の構成例を示す。この図において黒で示した部分が光を透過する部位であり、それ以外の部分は遮光されている部分である。このような投影マスク５はガラス基板上に遮光膜となるクロム（Ｃｒ）あるいは他の金属膜などを堆積し、所定のフォトリソグラフィ・プロセスにより遮光膜をエッチングして得られる。
【００２０】
図６にパターン光照射機構２の構成の別の例を示す。この機構は平面波光源６から放射された光束をＨＯＥ（ホログラフィック光学素子、いわゆるホログラム）７に入射させ、回折により所定のパターンを得るものである。複数の光ビームをそれぞれに異なる微細構造を持たせて照射するホログラムは、次のような手順により形成する。まず、１つの光ビームの１つのサブビームが投射されるべき角度（または、ある距離に置いたスクリーン上の位置）を決め、入射する平面波からその光ビームが形成されるホログラムパターンを求める。これはサブビームの波面と入射平面波の波面をＨＯＥ７の平面上で干渉させることにより定めることができる。感光材料を用いたホログラム作成法によって実際に干渉させてパターンを得ることもできるが、電子計算機上で光学シミュレーション・プログラムにより同じ状況を再現して計算で求めるほうが容易に実施できる。同様にして一つの光ビームを構成するサブビームそれぞれについてホログラムパターンを求め、これらを重ね合わせる。これを繰り返し、複数の光ビームを生成するパターンを一枚の平面状に重ね合わせ、それに応じた位相差を生じる凹凸を誘電体基板上に形成することによりＨＯＥ７が得られる。
【００２１】
これら２つのパターン光照射機構の例について比較すると、図５に示す投影マスク５を用いた方式は構成要素が簡単な素子のみであるのでシステムのコストを低減したい場合に適している。ただし、投影マスク５と被写体３との距離が大きくなるにつれ投射されたパターンにボケが生じ、その明瞭さが失われるので、これら相互の距離が比較的小さい範囲が適している。一方、図６に示すＨＯＥ７を用いた方式は、被写体３と光源６の距離が長い場合でもパターンのボケが少ないという利点がある。ただし、平面波を用いるため構成要素に求められる精度が高くなり、製造コストが大きくなる。
【００２２】
次に各請求項に係る発明の構成と、その利点を述べる。
まず、請求項１に係る発明の構成は、上述の通りである。
請求項２に係る発明は、被写体画像を複数の領域に分割して、それぞれの中で一意に定まる微細構造を光ビームに付与するものである。異なる領域であれば同じ微細構造の光ビームが存在する場合を含む。これは照射すべき光ビームの数が非常に多いにもかかわらず、その微細構造の種類をその程度までは複雑にできない場合に有効である。同じ微細構造を有する光ビームが異なる領域中には存在するから、その分の不定性が生じるが、被写体形状がある領域に収まっていると推定できるような場合には、それを利用して異なる領域間の曖昧さが生じないように領域を分割できる場合がある。本請求項の発明はそのような場合に特に適している。
【００２３】
請求項３に係る発明は、光ビームの微細構造の具体例の１つであり、１つの光ビームのサブビームが間隔を持って配列されたものは上述の通り（例えば図３のパターン）である。また、光ビームの全体形状として微細構造の違いを判別できるような場合にはサブビームはそれらが密接していてもかまわない。
【００２４】
請求項４に係る発明は、サブビームの光強度が色々な値を持ち、それらを判別することにより微細構造の自由度を増大させたものである。これは照射すべき光ビームの数が多い場合に有効である。ただし、撮像機構１においてサブビーム間の相対的な光強度を細かく判別する必要が生じるので、ダイナミックレンジが広くノイズの少ない撮像系が必要とされ、システムのコストが上昇することがある。このため、サブビームの有り無しで微細構造を作成することで十分な場合には敢えて用いる必要はない。
【００２５】
請求項５に係る発明は、サブビームの光波長が色々な値を持ち、それらを判別することにより微細構造の自由度を増大させたものである。これは照射すべき光ビームの数が多い場合に有効である。ただし、撮像機構においてサブビームの波長を判別する必要が生じるので、システムのコストが上昇することがある。このため、１つの波長のサブビームで微細構造を作成することで十分な場合には敢えてこの構成をとる必要はない。
【００２６】
請求項６〜８に係る発明は、微細構造の特性を周期的に変化させることにより、微細構造の自由度を増大させたものである。これは照射すべき光ビームの数が多い場合に有効である。時系列に従って取得した複数の画像情報を統合してそれぞれの光ビームの微細構造を解析し、その光ビームを特定することにより、極めて多くの光ビームを弁別して一意に定めることができるという利点が得られる。ただし、システムが複雑となりそのコストが上昇することがある。このため、単独の画像情報のみで十分な場合には敢えて用いる必要はない。
【００２７】
請求項９〜１２に係る発明は、光ビームのそれぞれがマーカー（目印）となるサブビームを含むものである。その例を図７に示す。図７（ａ）は特定の位置のサブビームの光強度を相対的に大きくしてマーカーとしたものである。図７（ｂ）および（ｃ）は特定の位置に形状の異なるサブビームを配してマーカーとしたものである。このようなマーカーを設けることにより、撮像機構１で撮影した画像を解析する際に、１つの光ビームの占める領域を定めることが容易になる。すなわち、マーカー同士の間隔が隣接する光ビームの距離を示しているから被写体３の距離によらずに１つの光ビームの占める画像領域を明確に決定することができるようになる。従って、隣接する光ビームにほとんど間隔がないような照射状態であっても、マーカーとなるサブビームを基準として、その光ビームの範囲を定めることができるようになり、測定点密度を高めることができるという利点が生まれる。図７（ｄ）はサブビーム全体を取り囲む照射パターンを組み合わせて１つの光ビームの範囲が明確に判断できるようにした例である。
【００２８】
請求項１３に係る発明は、１つの光ビームを構成するサブビームの中に微細構造の弁別誤りを検出するためのパリティチェック用のサブビームを設けたものであり、請求項１４に係る発明は、その望ましい構成を示すものである。この例を図８に示す。この例では５×５のサブビーム配列とし、１つの角にマーカーとなるサブビームを設けている。また、最端部の行および列にパリティチェックのためのサブビームを設けており、例えば図の最上部の行では左側４個のサブビームを２進法により表記した数値と考え、そのパリティすなわち隅奇性を最も右側のサブビームで示す。これにより、撮像機構１で撮影した画像を解析する際、２次元コード部と示した４×４のサブビームで表される微細構造に誤りがないかどうかをパリティを示すサブビームにより検証することができる。これにより、光ビームの照射角度を誤って判定することが防止でき、３次元情報取得の誤差を減少させることができるという利点がある。
【００２９】
請求項１５に係る発明は、１つの入射光ビームを分岐して複数の光ビームとし、複数の光ビームを構成するサブビームがその分割の際に同時に生成されるようにしたものである。また、請求項１６に係る発明は、入射光ビームを分岐して複数の光ビームとするために、パターン光照射機構２に、誘電体基板上に入射光ビームに部分的に異なる位相差を与える凹凸を形成した回折光学素子（前述のＨＯＥ７）を用いるものである。さらに請求項１７に係る発明は、上記回折光学素子（ＨＯＥ）７は、その凹凸の高さが滑らかに変化する構成としたものである。また、請求項１８に係る発明は、上記回折光学素子（ＨＯＥ）７は、その凹凸が多段の高さを持つ構成としたものである。さらに請求項１９に係る発明は、上記回折光学素子（ＨＯＥ）７として、誘電体基板表面を掘り込むことにより凹凸が形成されたものを用いるものである。また、請求項２０に係る発明は、上記回折光学素子（ＨＯＥ）７として、誘電体基板上に一定の屈折率または厚さ方向に変化する屈折率を有する誘電体材料層の厚さを変化させて凹凸が形成されたものを用いるものである。
【００３０】
【実施例】
以下に本発明の具体的な実施例を示す。
（実施例１）
図３に示すパターンの光ビームを用いて３次元情報を取得する例を示す。図１に示す撮像機構１としては、画素数が約６００万（３０４０×２０１６）のＣＣＤを備えたデジタルカメラを用いる。パターン光照射機構２は、例えば図６に示すように、平面波光源６として波長が約６５０ｎｍのレーザダイオードとコリメータレンズを用い、レーザダイオードからの光をコリメータレンズにより平面波とした後、前述の方法で製作したＨＯＥ７に入射させ、４×４のサブビームよりなる光ビームが横３２０×縦２４０の配置で７６，８００本、被写体３に照射される構成とする。４×４のサブビームにより弁別が可能な光ビームの数は約６５，０００であるので、画面を左右の２領域に分割してそれぞれの領域で、１つのサブビーム配列はただ１つの光ビームに対応つけられるようにする。それぞれの光ビーム間には光ビームとほぼ同じ立体角の間隔をあけ、各光ビームの領域が判別できるようにする。この構成により、画面全体を一括して測定することが可能である。ただし、被写体３に不連続な段差があり、その段差が大きいような場合には、領域間での光ビームの取り違えによる形状誤りが生じることがある。
【００３１】
（実施例２）
実施例１と同じ構成で、サブビームの構成を５×５とし、図７（ｃ）に示すように、マーカーとして中央部に強度が周囲に対して大きなサブビームを形成する。この光ビームはマーカーによりその中心がわかり、マーカー同士の間隔から１つの光ビームの範囲が定まる。５×５のサブビーム配列により、画面を２つの領域に分ける必要がなく、この構成によれば被写体３に不連続な段差があり、その段差が大きいような場合にも形状誤りは生じない。ただし、光ビームが５×５と大きくなり、より接近してしまうことにより、撮像機構１のデジタルカメラのノイズの影響等で、偶発的に近傍の光ビームと誤って弁別される場合があり、形状誤りを生じる場合がある。
【００３２】
（実施例３）
実施例２と同じ構成で、サブビームの構成を５×５とし、マーカーとして中央部に強度が周囲に対して大きなサブビームを形成する。この光ビームはマーカーによりその中心がわかり、マーカー同士の間隔から１つの光ビームの範囲が定まる。さらに図８と同様に、５×５のサブビーム配列の右端の列を各行のパリティを示すサブビームとして用い、それ以外の５×４のサブビームを光ビームを示すコードとして用いる。５×４の配列により、画面を２つの領域に分ける必要がなく、この構成によれば被写体３に不連続な段差があり、その段差が大きいような場合にも形状誤りは生じない。また、パリティチェックにより誤りのある測定点が非常に多い場合には、その取得データを用いずに再測定を行う処理などが可能になるので、撮像機構１のデジタルカメラのノイズの影響等で、偶発的に発生する形状誤りを最終的なデータからなくすことができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の３次元情報取得システムによれば、１ショットで正確な３次元情報を取得することができるという効果が得られる。従って、測定された３次元情報に誤りの生じる可能性がなく、かつ画面全体を一括して短時間に測定できる３次元情報取得システムを実現することが出来る。また、この特性から動いている被写体にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の３次元情報取得システムの概略構成を示す図である。
【図２】被写体への複数の光ビーム照射の様子を示す図である。
【図３】被写体に照射される光ビームの例の詳細を示す図である。
【図４】投影マスクを用いたパターン光照射機構の構成例を示す図である。
【図５】投影マスクの詳細の例を示す図である。
【図６】ホログラフィック光学素子を用いたパターン光照射機構の構成例を示す図である。
【図７】１つの光ビームに設けたマーカーとなるサブビームの例を示す図である。
【図８】１つの光ビームに設けたパリティチェックのためのサブビームの例を示す図である。
【符号の説明】
１      撮像機構
２      パターン光照射機構
３      被写体
４      点光源
５      投影マスク
６      平面波光源
７      回折光学素子（ホログラフィック光学素子：ＨＯＥ）
【図１】
2004191092.tif 000003
【図２】
2004191092.tif 000004
【図３】
2004191092.tif 000005
【図４】
2004191092.tif 000006
【図５】
2004191092.tif 000007
【図６】
2004191092.tif 000008
【図７】
2004191092.tif 000009
【図８】
2004191092.tif 000010