(57)【要約】３次元物体をデジタル化する方法および装置。投影アセンブリは、撮像アセンブリに対して固定されて保持される。投影アセンブリは、固定勾配光パターンを、撮像アセンブリの焦点ゾーン内に投影する。撮像アセンブリは、固定勾配が３次元物体のフューチャを明らかにするように、時間について照明を積分する。一実施形態では、画素ごとの深度検出が可能である。
2004509396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光強度の空間分布勾配を物体上に投影することと、
勾配に沿った点の位置に関する、物体上の点における光強度の測定をキャプチャすることと、
測定に基づいて、点の寸法データを導出することと、
次元データと、ならびに物体上の他の点の組について同様にキャプチャされた次元データとを物体の少なくとも一部の３次元モデルに組み立てることとを備える方法。
【請求項２】
投影が、
勾配を創出するために、時間と位置にわたって、焦点ゾーンの内部において照明を変化させることを備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
投影が、
物体を照明するための、幅を有する光のストライプを形成することと、
少なくとも、ストライプの一部が焦点ゾーン全体を横断するまで、焦点ゾーンを横切って光のストライプを移動させることとを備える請求項１に記載の方法。
【請求項４】
投影が、
キャプチャ周期の間、時間について固定された勾配で物体を照明することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項５】
キャプチャが、
１つのキャプチャ周期中に、焦点ゾーンの内部の照明強度を積分することを備える請求項２に記載の方法。
【請求項６】
導出が、
複数の照明条件下で、点の強度に対応する点の測定率を創出することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
キャプチャが、線形画像感知アレイによって実施され、焦点ゾーンが物体上の点の単一線である請求項１に記載の方法。
【請求項８】
光強度の空間分布勾配を物体上に投影する投影ユニットと、
物体上の複数の点における光強度を測定し、各点における光強度が勾配に沿ったその点の位置を示す、キャプチャユニットとを備える装置。
【請求項９】
投影ユニットが、
回転可能シャフトに径方向に非対称に取り付けられた湾曲反射器と、
回転中に、湾曲反射器のフォーカル・ラインにあるように配置された光源とを備える請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
湾曲反射器と焦点ゾーンの間に挿入された光拡散器をさらに備える請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
投影ユニットが、
反射器と、
反射器の少なくとも一部を照明する光源と、
光源から焦点ゾーンを通る入射光を掃引するために反射器を駆動する、反射器に結合された駆動ユニットとを備える請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
投影ユニットが、
反射器と焦点ゾーンの間に挿入された光スプレッダをさらに備える請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
反射器が、光源の光に光ストライプを形成させるように湾曲される請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
投影ユニットが、
光源と、
光源の光の第１パーセントから第２パーセントが、キャプチャ周期中に、焦点ゾーンを照明するのを防止する可変シャッタとを備える請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
投影ユニットとキャプチャユニットが、互いに固定された関係で保持される請求項８に記載の装置。
【請求項１６】
物体の一部に対して、画像管理アレイ（ＩＳＡ）の焦点ゾーンを掃引するために、物体に対して光経路の要素を回転させることと、
焦点ゾーンが掃引する部分内において、物体の３次元データを決定するために使用することができるＩＳＡのデータをキャプチャすることとを備える方法。
【請求項１７】
回転を反復して、物体の複数の様相をキャプチャすることをさらに備える請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
キャプチャしたデータから、物体の少なくとも一部の３次元モデルを組み立てることをさらに備える請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
ＩＳＡが線形画像センサである請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
物体の一部にわたって、線形画像センサの焦点ゾーンを掃引するために、物体に対して光経路の要素を移動させることと、
焦点ゾーンが掃引する際に、線形画像センサにおいてデータの連続線をキャプチャし、これを使用して、焦点ゾーンが掃引する物体の部分内で、物体の３次元データを決定することができることとを備える方法。
【請求項２１】
物体の複数の様相について、移動とキャプチャを反復することをさらに備える請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
キャプチャしたデータから、物体の少なくとも一部の３次元モデルを組み立てることをさらに備える請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
物体の第１の２次元画像をキャプチャすることと、
物体の異なる様相をキャプチャデバイスに暴露するために、キャプチャデバイスに対して物体を移動させることと、
物体の第２の２次元画像をキャプチャすることと、
第１の２次元画像と第２の２次元画像から、物体の第１の３次元表示を導出することとを備える方法。
【請求項２４】
キャプチャデバイスが、線形画像感知アレイである請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
キャプチャデバイスで、物体の強度勾配に基づいた３次元表示をキャプチャすることをさらに備える請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
代替方法によって、３次元モデルを創出することと、
第１の３次元表示と代替創出モデルを比較して、精度が向上した画像を得ることとをさらに備える請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
第１モードで、画像データをキャプチャし、第２モードで、データを傾斜させる画像感知アレイ（ＩＳＡ）と、
重力の相対的な向きに関して、ＩＳＡ上に入射する光を変化させるために、重力の相対的な向きに応答する重力配向ユニット（ＧＯＵ）とを備える装置。
【請求項２８】
ＧＯＵが、それに取り付けられた反射要素を有する振り子を備える請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
ＬＥＤがオンのとき、光を反射要素の上に放出するために取り付けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）をさらに備える請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
物体に関する３次元データを獲得する画像センサ・アレイ（ＩＳＡ）と、
複数のレンズ／絞り組合わせを有するレンズ／絞りアセンブリと、
ＩＳＡからの物体の少なくとも距離に基づいて、適切なレンズ／絞り組合わせを自動的に選択する制御装置とを備える装置。
【請求項３１】
各レンズ／絞り組合わせがレンズ・バレルである請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
シャフトと、
ハウジングと、
シャフトに対して回転するように取り付けられた軸受と、
ハウジングに結合された画像感知アレイ（ＩＳＡ）と、
画像感知アレイによる連続キャプチャが、互いに関して一貫して調整されるように、ハウジングに対してシャフトをバイアスさせるばねとを備える装置。
【請求項３３】
閾値を超える許容差を有する各軸受中心軸に沿ったバイアスばねを備える請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
表面上の位置における強度を画像感知アレイ（ＩＳＡ）の単一画素で獲得することと、
ＩＳＡの他の画素からのデータとは独立に、基準点に対する位置までの距離の測定に強度を変換することとを備える方法。
【請求項３５】
ＩＳＡが線形画像センサである請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
線形画像センサが、線形電荷結合デバイス（ＣＣＤ）と光ダイオード・アレイの一方である請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
異なる条件下で、位置の強度の複数のキャプチャを比較して、非同質性の環境または表面を補償することをさらに備える請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
時間について異なる点の位置における強度の複数のキャプチャを比較して、非同質性の環境または表面を補償することをさらに備える請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
表面上の位置の強度を、画像感知アレイ（ＩＳＡ）の画素の基本グループで、グループ内の強度分布に関係なくキャプチャすることと、
ＩＳＡ上の他の画素のデータとは独立に、位置までの距離の測定に強度を変換することとを備える方法。
【請求項４０】
ＩＳＡが線形画像センサである請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
線形画像センサが線形電荷結合デバイス（ＣＣＤ）と光ダイオード・アレイの一方である請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
異なる条件下で、位置における強度の複数のキャプチャを比較して、非同質性の環境または表面を補償することをさらに備える請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
時間について異なる点の位置における強度の複数のキャプチャを比較して、非同質性の環境または表面を補償することをさらに備える請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
表面上の位置から戻ったスペクトル・エネルギー分布をＩＳＡの単一画素でキャプチャすることと、
ＩＳＡの他の画素のデータとは関係なく、スペクトル・エネルギー分布を、基準点に対する位置までの距離の測定に変換することとを備える方法。
【請求項４５】
画像感知アレイ（ＩＳＡ）と表面の空間的関係と光学的関係の一方を変更することと、
変更に応答して、ＩＳＡ上の単一画素における電気信号の変化を観測することと、
ＩＳＡの他の画素からのデータに依存せずに、変化を、基準点に対する表面上の位置までの距離の測定値に変換することとを備える方法。
【請求項４６】
画像感知アレイ（ＩＳＡ）と表面の空間的関係および光学的関係の一方を変更することと、
変更に応答して、ＩＳＡ上の画素の基本グループにおける電気信号の変化を、グループ内の電気信号の変化とは関係なく観測することと、
ＩＳＡの他の画素のデータに依存せずに、変化を、基準点に対する表面上の位置までの距離の測定値に変換することとを備える方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、画像キャプチャ装置に関する。より具体的には、本発明は、低コスト３次元デジタイザに関する。
【０００２】
背景
３次元物体の３次元モデルを創出するための様々な非接触方法が存在する。非接触３次元デジタイザの４つの広範なカテゴリが存在する。第１カテゴリは、シルエット・デジタイザと呼ばれるが、その理由は物体が撮像デバイスの前で回転するか、または、撮像デバイスが物体の回りを回転する際に、撮像デバイスが物体の輪郭を反復して撮るからである。このタイプのデジタイザは、３次元物体の凹部の取扱いがあまり有効でない。その理由は、シルエットが凹部によって変化しないからである。
【０００３】
第２カテゴリは、タイミング・デジタイザである。タイミング・デジタイザはレーダ源などの信号源を使用する。信号が、対象物体上の異なる点からはね返るのに必要な時間量を決定することによって、物体の表面フューチャが明らかになる。しかし、そのようなデジタル化方法は実施するのが極度に高価である。
【０００４】
第３カテゴリは投影パターン・デジタイザである。このデジタイザでは、デジタル化する物体上に、ある種のパターンを投影して、パターンと物体の相互作用から、物体の寸法を決定する。投影パターン・デジタイザは、３つの主なサブカテゴリに分類される。サブカテゴリには、輪郭線の投影パターンから空間ひずみを使用して、３次元物体の表面フューチャを決定する輪郭デジタイザが含まれる。次のサブカテゴリは、干渉投影パターン・デジタイザであり、これは、２つの源を使用し、次いで２つの源の局所干渉パターンに基づいて、デジタル化する３次元物体の表面フューチャを決定する。第３サブカテゴリは、色投影パターン・デジタイザと呼ばれるが、その理由は、このカテゴリは、投影された色パターンと、結果として得られる色勾配とを使用して、デジタル化する物体に関する関連情報を決定するからである。
【０００５】
最後の広範なカテゴリは、立体デジタイザであり、これは、複数のカメラを使用して、異なる角度から物体の画像をキャプチャする。ピクチャから、そのようなシステムは、フューチャ識別を実施する。次いで、異なるピクチャのフューチャ間の補正を確立して、３次元データを獲得する。
【０００６】
本発明は、添付の図面の図に、限定としてではなく、例示として示されている。図面では、同じ符号は、同じ要素を指す。本開示の「１つ」の実施形態または「一」の実施形態という言及は、必ずしも同じ実施形態を指さず、そのような言及は、少なくとも１つを意味することに留意されたい。
【０００７】
（詳細な説明）
一実施形態では、システムは、３次元物体の深度データは、物体上に投影された強度勾配から得られる強度差から計算することが可能であるという原理に基づいて動作する。線形電荷結合デバイス（ＣＣＤ）センサなどの既存の画像感知アレイ（ＩＳＡ）は、照明強度を高精度で検出することができる。この原理に基づいて、投影光が、ＩＳＡのフォーカル・ラインとある角度を形成するように、光源が、ＩＳＡに対して固定されて配置され、たとえば暗から明、左から右に進む勾配スライドが光源と物体の間に挿入された場合、ＩＳＡにより近い物体のフューチャは、それらのより遠いフューチャより、強い強度の光によって照明され、したがって、ＩＳＡは、異なる強度が、焦点ゾーンにおける物体の異なる深度を表す、物体のストライプをキャプチャする。この一般原理は、暗い環境で撮像される、一様に着色された物体にはよく機能するが、異なる着色条件と周囲光条件では、強度データを誤って解釈する可能性がある。しかし、ＩＳＡが、周囲条件下で（たとえば、光源が、焦点ゾーン内の物体を照明していないとき）物体の同じストライプを撮像し、物体が、一様光（たとえば、勾配がない（平坦勾配））によって照明されているときに再び撮像する場合、これらの潜在的な誤り解釈を回避することができる。
【０００８】
具体的には、比ＶＧ１−ＶＡ／ＶＧ２−ＶＡは、物体の深度にマッピングすることができる差分をもたらす。差分では、ＶＧ１は、ある点における勾配露光から得られるＩＳＡの値、ＶＡは、その点における周囲露光から得られる値、ＶＧ２は、一様光（平坦勾配）などの第２勾配露光、または以下でさらに記述するように創出された第２勾配から得られるその点における値である。差分は、焦点ゾーンの各点に対して計算される。さらに、この差分は、また、色の相違と周囲光条件の影響を正規化する。特に、差分は光源の強度に大きく依存する。残念ながら、実用性という点では、多くの可能な対象物体のデジタル化を可能にするように十分迅速にスライドを変化させること、および／または光源をターン・オンおよびターン・オフすることは、両方とも高価で問題がある。
【０００９】
しかし、ＩＳＡは時間について積分するということを利用して、サイクル中に光の０％から１００％を焦点ゾーン内の対象物体に照明させるシャッタを使用して、同じ効果を機械的に創出することが可能である。さらに、シャッタを過駆動することによって、白色光条件と周囲条件を創出することができる。具体的には、ＣＣＤの撮像時間が、５ミリ秒の場合、初めの５ミリ秒にはシャッタが光源に影響せず、それにより、撮像感知アレイが、完全に照明された物体を撮像することを可能にする。次の５ミリ秒では、シャッタは、光の０から１００％を遮断して通過させ、それにより、焦点ゾーン内の強度勾配を創出する。次の５ミリ秒中、シャッタは、光を完全に遮断し、周囲条件画像を得るように駆動を続行する。これらの画像のそれぞれの処理（差分の創出を含む）は、以下でより詳細に議論するように、設けられたホストにオフロードすることが可能である。
【００１０】
強度勾配は、代替として、焦点ゾーンを通して光を掃引することによって創出することが可能である。たとえば、焦点ゾーンを通して左から右に光ストライプを掃引することによって、光がゾーンに入る前に、周囲光画像をキャプチャすることが可能である。第１勾配は、光が完全にゾーンの内部にあるようになるまで、ゾーン内への光の第１エントリからキャプチャされる。第２勾配は、光が、ゾーンから出て右に併進する際にキャプチャされる。第２勾配は、第１勾配の反対であり、完全に照明された場合には、平坦ではない。光が、再び左から右に掃引する際に、同様の画像の組をキャプチャすることが可能である。光を掃引する１つの利点は、光が、右から左に移動する際に、２つの勾配が生成され、光が、左から右に移動する際に、２つの勾配が生成されることである。したがって、掃引は、撮像性能を低減せずに、半速度で実施することができる。
【００１１】
差分は、上記で議論したものと同じ形態を取ることが可能である。代替として、差分は、Ｘ１／（Ｘ１＋Ｘ２）として計算することが可能である。Ｘ１＝ＶＧ１−ＶＡ、およびＸ２＝ＶＧ２−ＶＡである。雑音感度を低減するために、その分子として、より大きさが大きい勾配を選択するべきである。色強度は、Ｘ１＋Ｘ２によって与えられる。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態の強度勾配円錐の概略図である。この例は、暗環境において形状が一様で均一に着色された物体に適用することが可能であるように、１つの勾配の単一キャプチャのみを含むように簡略化されている。当然、この例は、強度差分を使用して、上記で議論した非一様の場合を網羅するように拡大することができる。光源は、線形ＩＳＡの視線に垂直な線に沿って、距離Ｌのところに配置される。光源は、最小強度ＩＡと最大強度ＩＢを有する勾配を投影する。角度θＡは、投影勾配の最小強度の縁と、ＩＳＡの視線に垂直な線との間の角度に対応する。θＢは、投影勾配の最大強度の縁と垂直線とによって確定された角度に対応する。θは、距離が決定される勾配原点から対象上の点までの線と垂直線とによって確定された角度に対応する。ＩＡとＩＢの間で、強度は、角度θに比例し、Ｉ（θ）＝（ＩＢ−ＩＡ）［（θ−θＡ）／（θＢ−θＡ）］＋ＩＡによって与えられる。
【００１３】
したがって、角度は、強度の関数として、θ（Ｉ）＝（θＢ−θＡ）＊［（Ｉ−ＩＡ）／（ＩＢ−ＩＡ）］＋θＡによって与えられる。距離ＤはＤ＝Ｌ＊ｔａｎθによって与えられる。したがって、距離ＤはＩＳＡにおいて測定した強度の関数として、Ｄ＝Ｌ＊ｔａｎ｛（θＢ−θＡ）＊［（Ｉ−ＩＡ）／（ＩＢ−ＩＡ）］＋θＡ｝によって与えられる。一実施形態では、光源はＩＳＡに対して固定され、最小強度と最大強度は既知であるかまたは実行時に較正することができる。これにより、計算の複雑さを制限して、キャプチャ中に導出した強度を距離に容易にマッピングすることが可能になる。
【００１４】
一実施形態では、深度測定は画素ごとに決定される。単一画素によってキャプチャされた強度は、他の画素によってキャプチャされた強度と独立であり、かつ強度は深度に直接マッピングされるので、画素ごとに１つの深度測定を達成することが可能である。さらに、単一感知要素を有する画像センサから、深度測定を獲得することが可能である。代替実施形態では、画素の隣接グループは、グループの画素間のエネルギー分布に関係なく、深度測定を決定するために使用される集団キャプチャ強度を有する要素として扱うことが可能である。これにより、画素の基本グループごとに１つの測定が得られる。
【００１５】
指摘したように、強度情報から深度データを直接計算することが可能である。しかし、先行較正に基づいたルックアップ・テーブル（ＬＵＴ）を使用して、差分に基づいた深度データを導出するとき、必要な速度と処理能力が低減される。また、これにより、先行較正に基づいて選択したＬＵＴエンティティにおいて、物理機器の非理想性を説明することが可能になる。したがって、本発明の実施形態は、ＬＵＴを維持し、かつ差分に基づいてＬＵＴ内に指標化する。
【００１６】
図２は、本発明の一実施形態のシステムのブロック図である。デジタイザ７０はホスト・ノード５０に結合される。この結合は、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）、ＩＥＥＥ１３９４バス、またはあらゆる他の適切なデータ転送システムなど、バス６０によることが可能である。また、デジタイザが、無線相互接続により、ホスト・モードと通信することが、本発明の範囲および意図の範囲内にある。ホスト・モード５０は、パーソナル・コンピュータ、ワーク・ステーション、インターネット機器、またはＩＳＡＮによって獲得されたデータから画像をレンダリングするために、十分なインテリジェンスと処理能力を有するあらゆる他のデバイスとすることが可能である。デジタイザ７０は、画像データをキャプチャして、それを、レンダリングするために、ホスト・ノード５０に転送することが可能である。このようにして、デジタイザ７０上の処理を制限して、より低コストに構築することが可能になる。
【００１７】
デジタイザ７０には、投影窓７４を通して、デジタイザから離れている回転台８０上の人物８２などの遠隔物体に白色光のストライプを投影するプロジェクタが含まれる。デジタイザには、焦点ゾーン内で物体８２の画像をキャプチャする画像キャプチャ窓７６と位置合わせされた画像感知アレイ（ＩＳＡ）も含まれる。一実施形態では、ＩＳＡは、線形電荷結合デバイス（ＣＣＤ）または相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）センサであり、焦点ゾーンは対象物体上の線である。いくつかの実施形態では、デジタイザには、ベース７２が含まれ、プロジェクタとＩＳＡを含んでいる上方ユニットが、このベースの回りを両方向に回転することができる。これにより、円弧状に対象物体を横切ってフォーカル・ラインを前後に掃引することが可能になる。この掃引により、動かないフォーカル・ラインの透視図からの物体に関するシャドーイングから得られるキャプチャされた画像において、詳細を損失することが低減される。デジタイザ７０には、無線リンク８４を介して回転台８０と通信するために、無線インタフェースも含まれる。
【００１８】
回転台８０は、本出願の譲受人に譲渡された、同時係属出願であるＷｉｒｅｌｅｓｓ　Ｔｕｒｎｔａｂｌｅという名称の第０９／６６０，８１０号に記載されたタイプとすることが可能である。無線リンク８４を介して、デジタイザは、コマンドを回転台８０に送信し、回転台から、ホーム・ポジションに対する回転台表面の角度位置の表示を受信する。デジタイザが活動化されたとき、デジタイザは、回転台８０が応答する必要がある信号を送信することによって、回転台８０を探索する。回転台が応答した場合、デジタイザは、回転台表面上に存在することが予想される所定のパターンを探索する。たとえば、パターンは、回転台表面上の同心円である可能性がある。そのような場合、キャプチャした画像に基づいて、デジタイザは、回転台を見つけることと、デジタイザからの距離を決定することの両方ができる。次いで、応答を受信した後、デジタイザは、「ゴー・ホーム」信号を回転台に送信する。いくつかの実施形態では、デジタイザは、加速プロファイルと回転プロファイルを回転台に送信して、回転台の回転を制御する。各プロファイルは、デジタイザ上のファームウエアに保持することが可能であり、またはホスト・ノード５０からダウンロードすることが可能である。
【００１９】
一般的に、デジタイザ７０の投影部分は、撮像部分に対して固定して保持される。投影部分は、物体８２について前述したように光ストライプを生成する。フォーカル・ラインを通って光ストライプを前後に掃引することによって、または既知の割合で、ストライプを機械的に遮断することによって、強度勾配を創出することができる。一実施形態では、遮断は、サイクル中、０％から１００％である。ＩＳＡは、照明を時間に対して積分するので、３次元表面の輪郭は、ＩＳＡによってキャプチャされたデータに反映される。この理由は、突出しているフューチャは、依然としてより長く照明されることになるからである。したがって、より多くの光子が、それらのフューチャに対応して、ＩＳＡによってキャプチャされる。物体が回転台８０によって回転される際に、一時に１つのストライプのこのプロセスを繰り返した後、または、デジタイザ全体がベースの回りを回転する際に、デジタイザ全体を前後に掃引する過程により、費用効果の高い３次元撮像が達成される。また、デジタイザを使用して、物体を横切って前後に掃引することによって、２次元物体の高解像度スキャンをキャプチャすることも可能である。このフューチャは芸術作品をデジタル化することに関しては特に望ましい。
【００２０】
図３は、本発明の一実施形態の制御サブシステムのブロック図である。プロセッサ３０４は、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）３１２と消去可能プログラム可能読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）３０８に結合される。ＥＰＲＯＭ３０８は、プロセッサをブートするために必要なファームウエアを含み、たとえば、無線回転台に対して設定された回転プロファイルとコマンドを含むことが可能である。無線インタフェース３０２は、無線回転台に信号を送るためにプロセッサ３０４によって使用される。プロセッサ３０４は、ＩＳＡ３００に結合され、ＩＳＡ３００は、画像データを、ＲＡＭ３１２に記憶するために、またはＵＳＢあるいは他の適切な接続上でホストに転送するために、プロセッサに送信する。プロセッサ３０４は、また、デジタイザの掃引回転に影響を与えるように、駆動モータ３０６を制御する。プロセッサ３０４は、また、特に光源がオンまたはオフであるかについて、投影サブシステム３１４を制御し、ならびにある実施形態では、光線の遮断または掃引の活動化および非活動化について制御する。同様の一般的な制御構造は、以下で記述する機械に関して異なる本発明の様々な実施形態において使用される。
【００２１】
図４は、本発明の一実施形態のデジタイザの透視図である。ハウジング１０はベース１２に結合されている。いくつかの実施形態では、ハウジング１０とベース１２の間の結合を回転可能な結合として、ハウジング１０の内部の投影ユニットと撮像ユニットが、ベース１２の回りに回転することが可能である。ハウジング１０は、投影窓１４と画像キャプチャ窓１６を備えている。一実施形態では、ハウジング１０はＡＢＳから成型される。他のプラスチックまたは金属で作成されたハウジングは、すべて、本発明の範囲と意図の範囲内にある。ウィンドウに使用された材料は、ハウジング内で使用される光学機器に応じて、実施形態ごとに異なる可能性がある。
【００２２】
図５は、ハウジングの一部が除去されている、本発明の一実施形態のデジタイザの透視図である。取付けプレート１８は、ハウジングの底部を形成し、ほとんどの内部構成要素の取付け面として役立っている。モータ４２も、取付け面に取り付けられ、ベース１２の回りのアセンブリの回転を駆動する。必須のギア・アセンブリは、ハウジングおよび／またはベースに配置することが可能である。カメラ・ケース２０はＩＳＡと光通信しているレンズを保持する。カメラ・ケース２０は、周囲光がＩＳＡによってキャプチャされた画像をひずませるのを防止する。また、光源２２が、カメラ・ケース２０の位置に対して固定的に取り付けられる。カメラ・ケース２０に隣接して、回路板があり、回路板には、それぞれ脳と記憶をデジタイザに提供するプロセッサとメモリが含まれる。
【００２３】
無線インタフェースも提供され、撮像ウィンドウを通して、回転台（図示せず）に信号を送ることが可能である。無線インタフェースは、たとえば、赤外線インタフェースまたは無線トランシーバとすることが可能であり、このどちらも、回転台に情報を送信し、かつ回転台から情報を受信するために、よく理解されたプロトコルを使用することが可能である。一実施形態では、光源２２は、３００ワットのハロゲン管とすることが可能である。第１楕円反射器２４が、光源２２の一方の側面側に取り付けられ、第２楕円反射器２６が、光源２２の他方の側面側に取り付けられている。このようにして、第１楕円反射器２４は、光源２２からの光を後方の第２楕円反射器２６上に集束させ、次に、第２楕円反射器２６は、光源からある距離にある焦点に光を集束させる。一実施形態では、第１楕円反射器２４は半円形である。その焦点には、光ホモジナイザ２８が取り付けられている。この光ホモジナイザは、本発明の一実施形態では、研磨フロート・ガラスである。フロート・ガラスは、基本的に、ほぼ一様の強度の光ストライプが、フロート・ガラスの末端側面から出るように、強度を一様に分布させる光パイプとして機能する。
【００２４】
フロート・ガラスには、光折返しミラー３０が結合され、光折返しミラーを使用して、ホモジナイザ２８から投影された光をホモジナイザ自体に折り返す。光を折り返すことによって、より小さいサイズのレンズを使用して、対象物体上に光を集束させることが可能である。一実施形態では、折返しミラー３０を除外して、より大きなレンズが使用される。レンズ３４は、光源から投影窓を通して、デジタイザから離れた位置に光を集束させるために取り付けられている。追加の１つまたは複数のミラー３６を使用して、光源２２とレンズ３４の間の光通信を保証することが可能である。レンズ３４と他の光学構成要素は、当技術分野で既知の様々な適切な材料から製作することが可能である。
【００２５】
シャッタ・ブレード３２は、駆動されたときに、ホモジナイザから出る光を遮って、その光がレンズ３４に到達するのを０％と１００％の間で変化させるように取り付けられている。シャッタ・ブレードは、従来のステレオ・スピーカに見ることが可能であるようにスパイダに取り付けられ、スパイダは、電磁石４０によって駆動される。このようにして、１００分の１秒で、０％から１００％の遮断の全サイクルを通るように、シャッタを駆動することができる。スパイダ機構は、非常に滑らかであることが判明しており、最小限の機械振動をもたらす。そうでなければ、システムの撮像に対する有害な影響を有する可能性がある。代替実施形態では、シャッタは、一対の板ばねに取り付けて、コイルによって駆動することも可能である。
【００２６】
図６は、ハウジングとベースの一部が除去されている、デジタイザの一実施形態の後部透視図である。ハウジングとその投影サブシステムおよび撮像システムとは、中心ポスト４８の上に取り付けられ、この中心ポストは、ベースのフロアからハウジングの取付けプラットフォーム１８まで延びる。青銅ブッシュを中心ポストの周囲で使用して、滑らかな回転の達成を補助することが可能である。中空軸ポスト４８を使用することによって、光源をポスト４８の内部まで降ろして取り付けた実施形態の場合と同様に、ユニット全体の高さを低減させることができる。
【００２７】
変圧器５４は、ベース内にあり、デジタイザの様々なシステムに電力を供給するために使用される。光断続器５２を使用して、上方ユニットが軸４８の回りに回転する際に、ベースに対して位置する場所を識別する。これを達成するために、１つまたは複数のブレードを成型して、上方ユニットが回転する際に、センサを断続させる。ＵＳＢポート４４は、ホスト・ノードとの間でデータを伝送するするために設けられている。ＵＳＢの代わりに、またはＵＳＢに加えて、他のタイプのポートを使用することができる。ＡＣパワー・ポート４６が、電力を変圧器５４に提供するために、ベース内に同様に設けられている。
【００２８】
図７は、代替光学構成を使用する、本発明の一実施形態のデジタイザの底部透視図である。カメラ・ケースの一部は、画像感知アレイ１００を明らかにするように取り外されている。このアレイは、本発明の一実施形態では、部品番号ＴＣＤ２５５８Ｄの下で入手可能な、ニューヨーク州ニューヨーク市のＴｏｓｈｉｂａ　Ａｍｅｒｉｃａ、Ｉｎｃ．から入手可能なものなど、５３４０画素線形画像センサとすることが可能である。光源１２２は、パラボラ反射器１２４の内部に取り付けられ、この反射器は、光源１２２の光を湾曲反射器１２６の上に集束させる。一実施形態では、光源１２２は、１５０ワットシングルエンド・ハロゲン・バルブである。湾曲反射器１２６は、光を光ストライプ内に拡散させ、その時、光ストライプは、投影窓を通って、デジタイザから所定の距離にある対象物体上に反射される。湾曲反射器１２６を前後に移動させて、対象物体上の焦点ゾーンを通って光ストライプを掃引することが可能である。反射器は、プラスチックまたは研磨金属から製作することが可能である。一実施形態では、スタンプ・アルミニウムを使用する。
【００２９】
図８は、図６のデジタイザの実施形態の上部透視図を示す。湾曲反射器１２６は、依然として光源（図示せず）の下に見ることができる。モータ１４２は、ギア・アセンブリ１５２を駆動し、このギア・アセンブリは、駆動ギア１５４と係合して、投影システム（光源および反射器）と画像感知アレイ１００とを含んでいる上方ユニットをベース１１２の回りに回転させる。ベースの回りに回転することによって、デジタイザは、追加の自由度を備え、これにより、以下でより詳細に記述するような状況でのスキャンを容易にする。
【００３０】
図９ａは、本発明の一実施形態のデジタイザの追加の代替実施形態を示す。図６および図７を参照して議論した実施形態と同様に、この実施形態は、光源２２２と共にパラボラ反射器２２４を使用して、スポットライトを生成する。しかし、湾曲反射器（光拡散機能を実施する）を使用するのではなく、平坦反射器２２６を使用して、光のスポットを投影窓２１４に反射させる。投影窓２１４は、ガラスまたはプラスチックの鏡板から製作され、複数の凹リッジまたは凸リッジを有する。各そのようなリッジは光を拡散させ、それにより、上部から底部まで比較的良好な強度一様性を有する光ストライプに光のスポットを変化させるレンズとして作用する。磁気駆動ユニット２５０を使用して、反射器２２６を前後に移動させて、投影窓２１４を横切って光のスポットを前後に移動させ、したがって、ＩＳＡのフォーカル・ラインを横切って光ストライプを前後に移動させる。他の反射器を静止させたまま、光源とパラボラ反射器を移動させることによって掃引を実施することも、本発明の範囲と意図の範囲内にある。
【００３１】
一実施形態では、ＩＲろ過またはホット・ミラー（図示せず）が、光源２２２と反射器２２６の間に挿入される。ファンをＩＲフィルタと光源２２２の間に導入して、光源２２２を冷却することも可能である。しかし、そのような実施形態では、パーテーションを設け、そのパーテーションと組み合わせたハウジング、ＩＲフィルタ、およびパラボラ反射器２２４がファン・クロージャを形成して、ファンによって創出された乱流が反射器２２６の規則的な運動を妨害するのを防止するようにすることが望ましい。モータ２４２は、ギア・アセンブリ２５２を駆動し、次に、このギア・アセンブリは、主ギア２５４を駆動して、それにより、投影ユニットと撮像ユニットを含んでいるデジタイザの上方部分をベース２１２の回りに回転させる。これにより、物体をスキャンしながら、デジタイザを前後に掃引することが可能になる。したがって、デジタイザからある距離にある物体をスキャンすることが可能である。たとえば、一時に物体の９０°をスキャンして、回転台を４回だけ回転させればよい。一実施形態では、ギア比は５１２である。同様のモータとギアのアセンブリを上述した様々な実施形態のそれぞれにおいて使用することが可能である。当然、デジタイザは、回転台によって連続的に回転される物体を撮像することが可能である。フォーカル・ラインを掃引することにより（連続回転環境においてさえ）、動かない焦点ゾーンで可能であるよりも、フューチャを正確に識別することが可能になる。具体的には、フォーカル・ラインを掃引することにより、シャドーイングによる不正確さが低減される。
【００３２】
電子機器用ボード２５８は、撮像サブシステムと同様に、他の実施形態とほぼ同じである。無線信号合図インタフェース２６０は、この実施形態では、赤外線信号合図インタフェースであり、撮像ウィンドウを通して回転台に信号を送る。活動化スイッチ２６２は、電子機器用ボード２５８の上に設けられ、システムの活動化を可能にする。
【００３３】
図９ｂは本発明の一実施形態の一部の断面透視図である。ギア・アセンブリ２５２はギア・ボックス２８６の上に取り付けられる。ギア・ボックス２８６は、バイアスばね２８２によって、下方ユニットに弾性結合される。バイアスばね２８２は、主ギア２５４と係合するように、ギア・アセンブリ２５２をバイアスさせる。さらに、バイアスばね２８２は、シャフト２４８をバイアスさせて、一定方向に傾斜させる。これは、望ましいが、その理由は、シャフトが、側面から側面まで自由に標遊した場合、非常に厳しい許容差が与えられた場合でも、デジタイザにおけるその些少な変動が、焦点ゾーンにおいて８フィートも離れるという著しく逸脱する可能性があるからである。したがって、シャフトの一貫性を保証するあるバイアス機構が欠如していると、データ損失の危険性が増大する。防振ばね２８０は、シャフトと共に移動するワッシャ２９０と、上方ユニットと共に移動するブッシュ２８８との間で圧縮される。その結果、防振ばね２８０は、上方ユニットの剛性を増大させて、振動と側面から側面へのウォブルを防止する。これらのバイアスばねを使用することにより、より優れた許容差を有するより安価な軸受を使用することが可能になる。電力ケーブル２８４は、中空シャフト２４８を通して供給され、電力を光源（図示せず）に提供する。
【００３４】
図１０は、本発明の一実施形態の磁気駆動ユニットの透視図である。以前に認識したように、反射器２２６は、磁気駆動ユニット２５０に結合される。具体的には、反射器２２６は、水平面において回動することができるアーム２７６に結合される。ピボットの距離は、一対のばねスチール・バンド２８０によってある程度まで制御され、このばねスチール・バンドは、中心位置からの回転に対し、抑制力を提供する。第１極性を有する第１磁石２７０は、アーム２７６の一方の側面上に配置される。反対の極性を有する第２磁石は、アーム２７６の他方の側面上に配置される。コイル２７４は、アームの回りと、第１磁石２７０と第２磁石２７２の間を進む。コイルに電流がパルスとして加えられたとき、磁石２７０と２７２は、アーム２７６にトルクを断続的に供給する。その結果、アーム２７６は、水平面内において、円弧状に前後に移動する。アーム２７６の運動は、反射器２２６の運動に変換され、その結果、それにより反射された光線で、前後に掃引する。このシステムは、反射器を掃引する電力コストが非常に低いように、ある共振原理を使用して、エネルギー効率を向上させる。
【００３５】
図１１ａ〜ｃは、本発明の一実施形態の磁気駆動および反射器アセンブリの構成要素の透視図である。図１０ａに示した反射器磁気駆動アセンブリは、多くの点で、図９に示したアセンブリと同様である。しかし、磁気駆動部分を反射器の後ろに取り付けるのではなく、反射器の前面かつ下方に取り付けられている。したがって、第１極性を有する第１磁石３７０は、アーム３７６の一方の側面側に配置され、反対の極性を有する第２磁石は、アーム３７６の他方の側面側に配置される。コイルは、第１磁石３７０と第２磁石３７２の間のアームの回りを通っている。コイルにパルス電流が加えられたとき、磁石３７０と３７２は、アーム３７６にトルクを断続的に供給する。その結果、アーム３７６は、水平面内において、円弧状に前後に移動する。
【００３６】
アーム３７６の運動は、反射器３２６の運動に変換され、その結果、それにより反射されている光を前後に掃引する。反射器３２６は、支点ポスト３９０に取り付けられる。ばねスチール・バンドは用意されなてい。むしろ、一対のばね３８６が、ミラーのベースにおいて結合されて、対抗抑制力を与え、共振方式でミラーを前後に移動させる。ばね３８６のばね定数が共振周波数を決め、この共振周波数は掃引率に変換される。この取付けにより、動作中、反射器の滑らかで一定な低摩擦運動が得られる。一実施形態では、ばね３８６は、約５０Ｈｚの共振周波数を得るように選択される。はるかにより小さいばね３８４が、支点ポスト３９０と取付けクリップ３８２に結合される。ばね３８４の目的は、単に、以下で議論する円形支点部材内に反射器を保持することである。移動する反射器の底部に配置された装置の共振周波数を示すばね３８６を有することによって、アーム３７６の磁気引力と磁気斥力によって創出されたトルクが、ばね３８６が反射器の上部にあるときよりも、著しくより直接これらのばね３８６に加えられ、それによりシステムの効率が向上する。さらに、動作中に反射器を変形する危険を犯さずに、軽量の反射器を使用することができる。
【００３７】
図１１ｂは、反射器とアームのアセンブリの後部透視図である。反射器３２６に構造的剛性を与えている支持部材３７７は、移動させなければならない構造全体の重量を軽くするために、最小限に抑えられる。円形支点係合部材３９４は取付けクリップ３８２に成型される。上方ばね係合ポスト３９８は取付けクリップ３８２に結合される。アーム３７６の伸張部は、下方支点係合端部３９２を形成する。下方ばね取付けポスト３９６も明らかにされている。
【００３８】
図１１ｃは、支点取付けポスト３９０の透視図である。支点取付けポストは、上方円形支点３９１と下方チャネル支点３９３を備えている。この支点構成により、反射器３２６の横方向の移動が防止され、側面から側面のきれいな回動が保証される。支点は、最小限の摩擦係合で、真の回動点を確定する。磁気駆動を、移動される反射器の下で、かつその前面に取り付けることにより、よりコンパクトな最終的なシステムが可能になる。
【００３９】
図１２は、本発明の一実施形態の投影サブアセンブリの透視図である。パラボラ反射器５２４は、モータ５５０の駆動シャフトに結合される。また、モータの駆動シャフトに沿って、複数のセンサ・ブレードが取り付けられ、このセンサ・ブレードは、光センサ５５４への光を中断させて、回転中のパラボラ反射器５２４の位置を示す。モータ・シャフトは、光源５２２と位置合わせされるように配置され、モータ・シャフトの線形伸張部が光源５２２を遮断する。パラボラ反射器５２４は、中心からわずかにずらして、シャフトに取り付けられる。しかし、取り付けられたパラボラ反射器５２４の傾斜は、反射器のフォーカル・ラインが回転中に光源５２２と交差することを保証する。反射器５２４のリム５２６は、パラボラ反射器５２４の滑らかな回転に備えるように平衡状態にある。ファン・ブレード５５６は、リム５２６に結合して、光源５２２によって生成された熱の放出を助けることが可能である。
【００４０】
パラボラ反射器は、光源５２２の光スポットを投影拡散ウィンドウ５１４の上に反射させる。投影拡散ウィンドウは、前述した実施形態と関連して議論されており、光スポットを垂直光ストライプ内に拡散させる効果を有する。パラボラ反射器は、モータが反射器を回転させている際に、中心からずれて取り付けられているので、光スポットは、投影窓５１４の上のほぼ円形の経路を通って進む。光拡散の結果、投影窓からある距離にある焦点ゾーンにおける効果は、前後に掃引する光バーとなる。このようにして、２つの勾配を生成することが可能であり、焦点ゾーンを通って光ストライプを掃引する他の実施形態と関連して上述したように、３次元フューチャを計算することが可能である。
【００４１】
図１３ａは、カメラ・ケースの内部に配置された傾斜計の断面透視図である。．０８°程度の小さい傾斜により、望ましい解像度が．１インチであるＩＳＡの撮像特性が変化することが判明している。台表面が、しばしば、これより大きい傾斜を有する可能性がある限り、デジタイザの内部で、少なくとも．０８°精度で傾斜を検出することができることが望ましい。検出後、ホスト・ノード上の撮像物体をレンダリングする際に、傾斜を除外することができる。傾斜計の目的は、デジタイザが、表面上にあるとき、デジタイザを傾斜させる量を決定させることである。したがって、デジタイザが、一様でない台表面上に配置された場合、傾斜計を使用して、傾斜を検出して、その後レンダリングした画像を、傾斜と、キャプチャした画像の結果的なひずみとについて補償することができる。重力は、表面の傾斜に依存しない真の方向を有する力を与えるので、振り子、鉛直線、液体レベルなどの重力配向ユニットからずれて、傾斜を測定することができる。
【００４２】
反射器３０６は、振り子３０４の上に配置される。振り子アセンブリは、カメラ・ケース２２０に結合された支点取付け３０２に取り付けられている。取付け３０２、反射器３０６、および振り子３０４は、本明細書では、ひとまとめにして傾斜計と呼ばれる。傾斜計は、傾斜に関係なく、レンズ３２０の遮断が行われないように、カメラ・ケース２２０の内部に取り付けられる。振り子３０４は、台の傾斜に関係なく、真の垂直に釣り下がるので、振り子３０４の上に配置された反射器３０６で、光を適切に光らせることによって、光は、ＩＳＡ（図示せず）の上の点に反射される。光が当たる位置は、回転台が向いている方向の傾斜を表す。
【００４３】
図１３ｂは、画像感知アレイに対して配置された傾斜計の透視図である。ＬＥＤ３０８は、傾斜計の反射器の上で光るように回路板２５８の上に配置されている。この光は、次いで、ＩＳＡ３００に反射する。支点取付け３０２は、非常に小さい摩擦を有するので、振り子の整定時間は非常に長い。非常に小さい摩擦は望ましい。その理由は、傾斜の非常に小さい変化が、振り子３０４の運動となることが望ましいからである。残念ながら、この長い整定時間のために、反射光の単一測定は、振り子の振動の効力によって、実際の傾斜から著しくずれる可能性がある。傾斜を決定する際に、これを説明する様々な方式が存在する。１つは、振り子が、円弧を描いて振動する際に、最大値と最小値を取り、それを平均するというものである。第２の方式は、たとえば２０秒にわたって、積分するものである。どちらの方法でも、傾斜計をＩＳＡと併用して、デジタイザに影響を与える傾斜を高精度で決定することが可能になる。
【００４４】
振り子は、単一方向の傾斜を決定するだけであるが、デジタイザの上方ユニットは、回転できるので、たとえば、９０°回転して、第２方向の傾斜を決定することができる。それにより、第２方向の傾斜を決定し、その結果、デジタイザの上方ユニットが配置される表面に対するＸ方向とＹ方向の組み合わせた傾斜を決定することができる。
【００４５】
図１４ａは、第１動作モードにおける、本発明の一実施形態のシステムの概略図である。図１２ａに示した通常の動作モードでは、ＩＳＡ４００は、レンズ４２０から垂直方向に最小距離と最大距離の間で、物体を撮像することができるフォーカル・ラインである。ＩＳＡが集束させることができる最小距離と最大距離は、撮像することができる物体の最大寸法を表す。また、光源４２２によって与えられた光が、焦点ゾーンに到達するときの幅を表す。通常の実施形態では、最小距離は、４フィートである可能性があり、最大距離は、８フィートである可能性がある。これは、４フィートの物体に対し、最大断面寸法をもたらす。しかし、１ペニーのサイズなど、小さい物体を撮像させるとき、４フィートの距離における撮像は、許容可能な結像結果をもたらさない可能性が高い。
【００４６】
図１４ｂは、本発明の一実施形態における小さい物体を撮像させるためのマクロ・レンズ解決法の概略図である。追加のレンズ４２４とウェッジ・プリズム４２６をＩＳＡ４００のフォーカル・ラインに沿って挿入することによって、フォーカル・ラインは、デジタイザにより近い点で、投影光と交差するように曲げられる。したがって、追加レンズ４２４より得られる追加の倍率と、ウェッジ・プリズム４２６によって生じるより近い焦点ゾーンとで、著しくより小さい物体を撮像させることができる。
【００４７】
図１４ｃは、代替マクロ・レンズ解決法の概略図である。この実施形態では、ウェッジ・プリズムの代わりに、一対の４５°反射器４２８を使用して、デジタイザにより近く光線と交差するように、フォーカル・ラインを移動させる。
【００４８】
図１５は、本発明の一実施形態の撮像アセンブリの透視図である。カメラ・ケース５２０は、上方ユニットの取付けプレート５１８と、ＩＳＡ（図示せず）が取り付けられた回路板２５８とに結合される。マクロ・レンズ５３０は、第１位置において、ＩＳＡのフォーカル・ラインに挿入され（図示せず）、第２位置において、ＩＳＡのフォーカル・ラインに当たらないように、取付けプレート５１８に可動式に取り付けられる。デジタイザは、トグル・スイッチ、スライダ、またはマクロ・レンズを第１位置から第２位置、およびその反対に移動させる任意の他の機構で、マクロ・モード内外に反復して切り替えることが可能であることが構想される。
【００４９】
図１６ａは、本発明の一実施形態のレンズ／絞りアセンブリの図である。カメラ・ケース６２０は、本発明の様々な実施形態のいずれかのＩＳＡを閉鎖するように取り付けられる。カメラ入口６６０は、ＩＳＡから外部世界までの光経路を形成する。本発明のいくつかの実施形態では、カメラ入口６６０は、レンズ・バレルを含むことが可能である。レンズ／絞りアセンブリ６４０は、複数のレンズ／絞り組合わせ６４２、６４４、６４６を保持する。レンズ／絞りアセンブリ６４０には、シャフト６５６に取り付けられ、安定のためにバイアスばね６４５によってバイアスされた歯付きホイールが含まれる。ステッパ・モータ６５０は、駆動ギア６５２を介して、歯付きホイールを駆動する。レンズ／絞り組合わせは、一実施形態では、それぞれ、別個のレンズ・バレルとすることが可能である。他の実施形態では、レンズ／絞り組合わせは、単に、レンズと絞りとして、ＩＳＡ用の既存レンズ・バレルに追加することが可能である。第２の場合、６４２などのホイール上の位置の１つは、レンズを有さず、かつ既存レンズ・バレルに当たらないように、十分大きな絞りを提供することが可能である。３つのレンズ／絞り組合せが示されているが、これより多い組合せまたは少ない組合せが可能である。
【００５０】
さらに、絞りとレンズを別個のホイール上に有して、各絞りに各レンズを加えて、より多くの可能なレンズ／絞り組合わせを得ることができるようにすることは、本発明の範囲と意図の範囲内にある。一実施形態は、３つの可能な組合わせを有し、１つは遠隔３次元撮像用であり、１つは遠隔２次元撮像用であり、１つはクローズアップ２次元撮像および３次元撮像用である。一実施形態では、レンズ／絞り組合わせの選択は、ホストにおけるユーザの入力に基づく。ユーザが、所望の焦点距離などの条件を識別した後、補正レンズ／絞りアセンブリは、システムによって自動的に配置される。他の実施形態では、デジタイザ自体は、配向固定の獲得中に、補正レンズ／絞り組合わせを識別する。たとえば、デジタイザが、遠隔３次元レンズを使用して、掃引して回転台を探し、回転台を見つけなかった場合、次いで、クローズアップ３次元レンズ／絞り組合わせに移行して、再び掃引することが可能である。次に、回転台が見つけられた場合、クローズアップ組合わせが選択される。他の例では、デジタイザは、掃引して回転台を探し、次いで、回転台が見つけられた距離における回転台に対する補正組合わせを選択する。これは、単に例示であり、レンズ／絞り組合わせを選択する他の方法は、本発明の範囲と意図の範囲内にあることを理解されたい。
【００５１】
図１６ｂは、図１４ａのアセンブリの分解図である。カメラ入口６６０が、位置決めポスト６７０に沿って示されている。位置決めポスト６７０は、レンズ／絞りアセンブリ６４０背面において、凹み６７２と係合する。このようにして、カメラ入口６６０上のレンズ／絞り組合わせの適切な位置合わせが保証される。レンズ／絞り組合わせ間の移行が望ましいとき、ステッパ・モータ６５０は、ホイールを駆動して、所望のレンズをほぼ位置合わせする。バイアスばね（図示せず）は、所望の一定位置合わせが達成されるように、ポスト６７０上で、凹み６７２をバイアスさせる。このようにして、位置合わせが、レンズ／絞り組合わせのある使用から次の使用まで一定になるので、初期較正は、製作許容差によって生じたあらゆる逸脱を補償する。
【００５２】
上記の議論の大半は、スキャナからある距離にある回転台によって回転された物体をスキャンすること、または代替として、２次元スキャン（回転されていない物体の）に関していた。しかし、同じデジタイザ構成を使用して、たとえば、内側から部屋を撮像して、パノラマ３次元ビューを創出することができる。たとえば、デジタイザを部屋の中心付近に配置し、デジタイザが、スキャンしながら、３６０°をいくらか超えて回転することを可能にすることによって、デジタイザは、周囲を撮像することになる。そしてホストが部屋を再構築するのは、ソフトウエアの事項である。
【００５３】
他の動作モードでは、システムは、修正したステレオグラフィック画像技術に使用することが可能である。システムは、デジタイザの制御下で、回転台を使用して、物体の２つの様相をデジタイザに提示する。上述したＩＳＡを使用して、両方の様相の２次元画像をキャプチャすることによって、非常に解像度の高い２つのピクチャが創出される。次に、これらのピクチャを使用して、既知の立体技術に従って、３次元画像を構築することが可能である。いくつかの場合では、結果として得られる可能性のある画像が最適であることを補償するために、複数の画像キャプチャ技術を使用することが望ましいことがある。したがって、たとえば、デジタイザは、以前に記述した強度勾配に基づく撮像を使用して、対象物体をキャプチャし、次いで、立体モードで、やはり画像をキャプチャすることが可能である。結果として得られる画像を比較および／または平均することによって、どちらかの技術のみに由来するある異常性を排除することが可能である。
【００５４】
上方ユニットは、一方向に無制限に回転できるようにしないことが望ましい。その理由は、そのような回転は、接続ケーブルを損傷させ、かつシステムに追加の応力を生じさせて、システムの寿命を短くすることがあるからである。しかし、ハード・ストップは、３６０°のパノラマ画像の整合性が良好であることを保証するために必要な３６０°より大きい回転を妨害するので実現可能ではない。これに対する１つの解決法は、たとえば、３０°の円弧を移動するが、その円弧の末端にハード・ストップを有するストップを設けることである。このようにして、デジタイザは、移動ストップが、３０°円弧の遠端にあるそのハード・ストップに達するまで、時計回りに回転することができる。次いで、半時計回り方向にスキャンを開始して、スライディング・ストップが、その３０°円弧を横切って、反対側のハード・ストップに押し戻されるまで、続行することができる。このようにして、デジタイザは、３９０°円弧をスキャンすることができる。より大きいおよびより小さい円弧ストップは、本発明の範囲と意図の範囲内にある。
【００５５】
本明細書の上記では、本発明の特定の実施形態を参照して、本発明を記述した。いくつかの場合では、あるサブアセンブリは、１つのそのような実施形態で、詳細に記述しただけである。それにもかかわらず、そのようなサブアセンブリは、本発明の他の実施形態において使用することが可能であることが、認識され、かつ意図される。また、添付の請求項に述べられた本発明のより広範な精神と範囲から逸脱せずに、記述した特定の実施形態に対し、様々な修正と変更を施すことができることも明らかである。したがって、本明細書と図面は、限定的ではなく、例示として見なされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施形態の強度勾配円錐の概略図である。
【図２】
本発明の一実施形態のシステムのブロック図である。
【図３】
本発明の一実施形態の制御サブシステムのブロック図である。
【図４】
本発明の一実施形態のデジタイザの透視図である。
【図５】
ハウジングの一部が除去されている、本発明の一実施形態のデジタイザの透視図である。
【図６】
ハウジングとベースの一部が除去されている、デジタイザの一実施形態の後部透視図である。
【図７】
代替光学構成を使用する、本発明の一実施形態のデジタイザの底部透視図である。
【図８】
図７のデジタイザの実施形態の上部透視図である。
【図９ａ】
本発明の一実施形態のデジタイザの追加の代替実施形態の図である。
【図９ｂ】
本発明の一実施形態の一部の断面透視図である。
【図１０】
本発明の一実施形態の磁気駆動ユニットの透視図である。
【図１１ａ〜ｃ】
本発明の一実施形態の磁気駆動および反射器アセンブリの構成要素の透視図である。
【図１１ｂ】
反射器およびアーム・アセンブリの後部透視図である。
【図１１ｃ】
支点取付けポスト３９０の透視図である。
【図１２】
本発明の一実施形態の投影サブアセンブリの透視図である。
【図１３ａ】
カメラ・ケースの内部に配置された傾斜計の断面透視図である。
【図１３ｂ】
画像感知アレイに対して配置された傾斜計の透視図である。
【図１４ａ】
第１動作モードにおける本発明の一実施形態のシステムの概略図である。
【図１４ｂ】
本発明の一実施形態における、小さい物体を撮像させることに対するマクロ・レンズ解決法の概略図である。
【図１４ｃ】
代替マクロ・レンズ解決法の概略図である。
【図１５】
本発明の一実施形態の撮像アセンブリの透視図である。
【図１６ａ】
本発明の一実施形態のレンズ／絞りアセンブリの図である。
【図１６ｂ】
図１５のアセンブリの分解図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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