(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
視差方向に対して垂直に分割され、分離領域Ｗｉ（ｉ＝１〜ｎ−１）を間に挟んで互いに重なりのないｎ個のスリット状の部分領域Ａｉ（ｉ：１〜ｎなる部分領域番号を意味する自然数）からなる測定領域Ａに対して、各々の部分領域Ａｉと分離領域Ｗｉとで対をなす領域毎に２以上の光パターンＰｉを照明する照明手段と、
この照明手段に対する視差が予め特定されて前記測定領域Ａに照明された光パターンＰｉの反射光を受光する受光手段と、
この受光手段で受光した反射光の光量Ｒｉの情報に基づき、前記部分領域Ａｉに関する部分領域番号ｉの曖昧さを残したまま前記照明手段と前記受光手段との前記視差を用いて前記部分領域Ａｉの形状データＳｉを推定する形状推定手段と、
前記反射光の光量Ｒｉの情報に基づきそれぞれの分離領域Ｗｉの位置を特定し、特定された分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉの位置を特定して、それぞれの部分領域Ａｉに対して推定された形状データＳｉにおける部分領域番号ｉの曖昧さを除去して前記部分領域Ａｉ毎に部分領域番号ｉの曖昧さのない形状データＺｉを求める形状補正手段と、を備える形状測定装置。
【請求項２】
視差方向に対して垂直に分割され、分離領域Ｗｉ（ｉ＝１〜ｎ−１）を間に挟んで互いに重なりのないｎ個のスリット状の部分領域Ａｉ（ｉ：１〜ｎなる部分領域番号を意味する自然数）からなる測定領域Ａに対して、各々の部分領域Ａｉと分離領域Ｗｉとで対をなす領域毎に２以上の光パターンＰｉを照明する照明手段と、
この照明手段に対する視差が予め特定されて前記測定領域Ａに照明された光パターンＰｉの反射光を受光する受光手段と、
この受光手段で受光した反射光の光量Ｒｉの情報のうちで前記分離領域Ｗｉからの反射光の光量Ｒｉの情報を用いて対応する部分領域Ａｉを特定し、前記照明手段と前記受光手段との前記視差を用いた三角測量の原理に基づき前記部分領域Ａｉ毎の形状データＺｉを求める形状計算手段と、を備える形状測定装置。
【請求項３】
前記分離領域Ｗｉの幅が各々異なる請求項２記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記分離領域Ｗｉ内の光パターンが各分離領域Ｗｉ毎に光量の異なる光ストライプを含む請求項２記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記光パターンＰｉが２種類あり、２種類の光パターンＰｉ間で分離領域Ｗｉ内の光ストライプの光量比率が各分離領域Ｗｉ毎に異なるように設定されている請求項４記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記分離領域Ｗｉ内の光ストライプの波長毎の光量が各分離領域Ｗｉ毎に異なる請求項２記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記分離領域Ｗｉ内の光パターンが各分離領域Ｗｉ毎に符号化された光ストライプを含む請求項２記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記分離領域Ｗｉ内の光パターンが各分離領域Ｗｉ毎に光量の異なる一定光量分布のパターンである請求項２記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記光パターンＰｉが２種類あり、２種類の光パターンＰｉの前記分離領域Ｗｉ内で一定な光量比率が各分離領域Ｗｉ毎に異なるように設定されている請求項８記載の形状測定装置。
【請求項１０】
前記分離領域Ｗｉ内で波長毎に一定な光量比率が各分離領域Ｗｉ毎に異なる請求項８記載の形状測定装置。
【請求項１１】
文書原稿を測定物体として測定領域が設定される請求項１ないし１０の何れか一記載の形状測定装置を備える文書スキャナ。
【請求項１２】
投影スクリーンを測定物体として測定領域が設定される請求項１ないし１０の何れか一記載の形状測定装置を備えるプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の形状及び距離計測を行うための光学式の形状計測装置、文書スキャナ及びプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体の３次元の形状測定を行なう形状測定装置には、スリット状のレーザ光を測定物体に照射し、スリットの長手方向と垂直に走査しながら、スリット光の照射方向と異なる視野から観察することで生じる物体形状に応じたスリット光の変形を、三角測量の原理を用いて形状として測定するものがある(以下、「光切断法」と呼ぶ)。
【０００３】
例えば、図１６に示すように、半導体レーザユニット１０１、ガルバノミラー１０２及びシリンドリカルレンズ１０３による照射光学系と、結像レンズ１０４及び受光素子であるＣＣＤ１０５による検知光学系とからなる、光切断法を用いた形状測定装置が産業用によく用いられている。
【０００４】
半導体レーザユニット１０１からビーム状に放射された光がガルバノミラー１０２で図面左右方向に走査され、シリンドリカルレンズ１０３で上下方向に拡大されて、縦に長いスリット光１０６となって測定物体１０７に照射される。このとき、スリット光１０６が走査される方向、即ち、基線方向にずれた位置から、結像レンズ１０４を通して測定物体１０７から反射される反射光１０８をＣＣＤ１０５で観察すると、測定物体１０７の奥行き方向の凹凸に応じてＣＣＤ１０５上で直線状のスリット光１０６の変形と結像位置の移動が生じる。ＣＣＤ１０５で反射光１０８の像を観察することは、反射光１０８が結像レンズ１０４に入射する測定物体１０７の各点の位置を三角測量していることになり、スリット光１０６を照射する位置とＣＣＤ１０５の基線方向の位置の差（基線長）が予め分かれば、この変形からスリット光１０６が照射されている部分の測定物体１０７の形状を測定することができる。ガルバノミラー１０２を矢印で示す方向に振動さることで、スリット光１０６を測定物体１０７全面に走査しながら形状測定を繰り返せば、測定物体１０７全体の形状を得ることができる。
【０００５】
図１７を用いて三角測量の原理をさらに詳細に説明する（例えば、吉澤徹著, “光三次元計測”，pp.29-30，新技術コミュニケーションズ，1993年を参照）。スリット光源１１１（図１６のガルバノミラー１０２のビーム光の反射位置に相当）と受光器１１２（図１６のＣＣＤ１０５に相当）が基線長Ｌだけ離れているとする。スリット光源１１１から角度θで放射された光が１１３ａの位置にある測定物体１１３の表面で反射され、受光器１１２のある位置に角度φで入射し結像するなら、（１）式の関係
Ｚａ＝{tanθ＊tanφ／（tanθ＋tanφ）}＊Ｌ  …………（１）
が成り立つ。結像レンズ１１４と受光器１１２との距離ｄと、基線長Ｌから垂直方向への測定物体の距離Ｚａが予め分かっていると、入射角φが求まる。もし、測定物体１１３が１１３ｂの位置にある場合に、受光器１１２での結像位置に対してｘだけずれて結像したとして、Ψ＝arctan（ｘ／ｄ）の関係からΨが分かるので、（２）式の関係
Ｚａ＝{tanθ＊tan(φ＋Ψ)／（tanθ＋tan(φ＋Ψ)）}＊Ｌ  ………（２）
から距離Ｚｂが求まる。スリット光を測定物体１１３全面を照射するように放射角θで走査し、各放射角θ毎に上述の手順を繰り返せば、測定物体１１３の各反射点と基線との距離Ｚ、即ち、形状が求められる。
【０００６】
このようにスリット光を測定物体に順次走査する光切断法の欠点は、各スリット光を走査する光走査光学系が必要であり、通常、図１６のガルバノミラー１０２のような可動部品が用いられるため装置の振動に弱くなることと、放射角θ毎に形状測定を繰り返す必要があるため、計測時間が長いことである。また、測定物体１１３の表面の反射率に依存して受光器１１２で観測される光量に変動が生じ、受光器１１２のどこに測定物体１１３の像が結像しているかは、結像光量の最大値等から推定することが必要になることである。
【０００７】
スリット光を順次に走査する必要があるという光切断法の欠点を改良した形状計測方法にパターン光投影法がある。これは、スリット光を走査する代わりに、スリット光の全体を面上に並べて、測定物体に１つのパターン光として一括に照射する方法である。ただし、そのままではパターン光のどの位置がどのスリット光に相当するか分からないため、予め何らかの方法でスリット光との対応、つまり、どの照射角度で照射されたかを照射されたパターン光自体に情報を付加（インデクス付け）しておく。
【０００８】
このようなパターン光投影法の一種に、測定物体に分光スペクトルパターンを一括に投影する方法（以下では「レインボー法」と称する）がある。この方法は、例えば特開昭６１−７５２１０号公報により開示されており、図１８を参照して説明する。
【０００９】
光源１２１からスリット１２２を透過した光は、プリズム１２３で分光されて物体１２４面を覆うように、虹のような光パターンが照射される。プリズム１２３とスリット１２２との配置によって放射角αに依存した色の分布が決まるので、物体１２４の表面で反射された光を、レンズ１２５で結像面１２６に結像させた像をカメラ１２７で観察された色から、入射光βが判断できる。つまりパターン光の色でインデクス付けしている。
【００１０】
光源１２１とカメラ１２７とが距離Ｄだけ離れているので、放射角αが分かれば、その情報から三角測量法により物体１２４の表面形状が求まる。色の同定はフィルタ１２８の透過波長を変えることで、物体１２４の表面の各点での反射光のうち、２種類の波長の光量比率を求めることで行なう。つまり、次の例に示す強度比法の２つのパターンを、波長を変えて重ね合わせたものと考えることができるので、強度比法の仲間である。
【００１１】
この方式では、光切断法のようにスリット光を順次走査する必要がなく、虹状の光を一括で測定物体に投影し、カラーカメラで一括に反射パターンを取り込めるため、スリット光の走査を行なう機械的に脆弱な可動部がなく、形状測定時間を短くできる特徴がある。
【００１２】
その一方で、フィルタ１２８により２つの波長の反射光の比率をとることで照射光の放射方向βを決めるので、この精度が低いと形状データの奥行き方向の精度を下げることになる。反射光の測定精度を向上させるために、信号光である反射光量を雑音である背景光量に対してＳ／Ｎを十分高くすることが必要であることである。フィルタ１２８の透過波長幅を狭くすれば、それは背景光の影響を除くことは可能であるが、同時に信号光も減少するので、Ｓ／Ｎに限界が生じ、即ち、分解能に限界が生じることになる。さらに、測定物体に色がついている場合、その色以外の光が反射しにくく、形状を計測できない場合が生じる問題もある。
【００１３】
別なパターン光投影法として、強度比法（Ｉntensity Ｒatio method）がある（Ｂ．Ｃarrihill and Ｒ．Ｈummel，“Ｅxperiments with the Ｉntensity Ｒatio Ｄepth Ｓensor”，Ｃomputer Ｖision，Ｇraphics， and Ｉmage Ｐrocessing， vol. 32, pp. 337-358, 1985年，或いは、特開平１０−４８３３６号公報等参照）。
【００１４】
図１９を参照してこの強度比法を説明する。図１９の左右方向が基線方向であり、図１７の場合と同様にパターン光源１３１（図１７のスリット光源１１１に相当）と受光器１３２（図１７の受光器１１２に相当）が基線方向に対して異なる位置にある。パターン光源１３１からは基線方向に対して光量分布を持つ測定面１３３全体を同時に照射する面状の光パターンを照射する。放射角θに対する２つの光パターンの強度分布をＧ１(θ)，Ｇ２(θ)とすると、各々の強度分布Ｇ１(θ)，Ｇ２(θ)に対して測定面１３３のある反射率σを持つ点で反射され、受光器１３２で受光された光量をＰ１，Ｐ２、パターン光源１３１の光量をＳとすると、（３ａ）（３ｂ）式の関係
Ｐ１＝Ｋ＊σ＊Ｇ１(θ)＊Ｓ  ……………………（３ａ）
Ｐ２＝Ｋ＊σ＊Ｇ２(θ)＊Ｓ  ……………………（３ｂ）
が成り立つ。ここで、Ｋはパターン光源１３１と受光器１３２、測定面１３３の位置関係から決まる係数である。測定面１３３の反射率σは測定面１３３の表面の特性に依存するため、予め決めることができないが、（３ａ）（３ｂ）式の比をとると、（４）式の関係
Ｐ２／Ｐ１＝Ｇ２(θ)／Ｇ１(θ)  ………………（４）
となり、Ｐ２とＰ１の比は放射角θだけに依存することが分かる。即ち、２つのパターン光の光強度の比でインデクス付けされている。２つの強度分布光Ｇ１(θ)，Ｇ２(θ)を持つ光パターンで測定面１３３を照射し、Ｐ２／Ｐ１を測定することで、放射角θに対して一意にθを求めることができるので、図１６のようにスリット光を基線方向に対して走査しながら順次にＣＣＤで光量を検知する必要がなく、２つのパターン光に対してＣＣＤの像を観測すればよいため、非常に計測時間が短縮される利点がある。ただし、Ｇ２(θ)／Ｇ１(θ)がθに対して一価関数であることが必要である。例えば、Ｇ１(θ)がθに対して単調減少関数、Ｇ２(θ)がθに対して単調増加関数であれば、Ｇ２(θ)／Ｇ１(θ)はθに対して単調増加関数となり、Ｐ２／Ｐ１からθが一意に求まる。
【００１５】
ちなみに、前述のＢ．Ｃarrihillの論文例では、Ｇ１(θ)をθに依らず一定な一様分布とし、Ｇ２(θ)を直線的に光量が増加する分布としているのに対し、特開平１０−４８３３６号公報例では、Ｇ１(θ)が直線的に減少する分布、Ｇ２(θ)が直線的に増加する分布を採用している違いがあるが、２つの放射パターンは単調であればよいので、両者に本質的な差があるわけではない。
【００１６】
このように強度比法は光切断法と比較して、測定面の反射率に依存せず、２つのパターンを各々一括に照射して測れるという利点を持つが、一方で欠点もある。強度比法の問題は、２つの光パターンを受光素子で受光した光量の比率をとる時に、測定のＳ／Ｎを上げるために、信号光である反射光量を雑音である背景光量に対して十分高くすることが必要であることである。つまり、Ｇ１(θ)やＧ２(θ)の最小値が小さすぎるとＳ／Ｎが低下し、その影響が形状誤差となって現れることである。即ち、Ｐ２／Ｐ１のダイナミックレンジが大きくならない。一方、ＣＣＤの光量分解能には下限があるため、測定できる放射角θの分解能に下限が生じて、結局測定された形状の分解能が下がるという問題がある。
【００１７】
また、反射光の測定光量のＳ／Ｎに依存して形状の奥行き精度が決まるのは、先の例に示したレインボー法と同じである。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来例の問題点を整理すると、以下のようになる。
【００１９】
３次元形状計測に一般的に用いられている光切断法は、光走査光学系が必要であり、計測時間が長いなどの問題がある。
【００２０】
その問題点を改善したパターン光投影法の一種であるレインボー法では、２つの波長のパターン光の反射光の比率をとることで照射光の放射方向θを決めるので、受光素子の光量分解能により形状測定精度が制限され、精度があまり高くない。
【００２１】
同じくパターン光投影法の一種である強度比法では、波長は同じであるが２つの異なる反射光の比率をとることで照射光の放射方向θを決めるので、同じく受光素子の光量分解能が原因で精度があまり高くない。
【００２２】
ところで、別のパターン光投影法として、測定領域を分割してパターン光を照射する領域分割強度比法なる提案例がある。この方式を図２０及び図２１を参照して説明する。
【００２３】
照明装置１４１に組み込まれた光源１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃから放射される光はフィルタ１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃを透過し、プリズム１４４で合成され、測定物体１４５上に照射光１４７として照射される。測定物体１４５からの反射光１４８はカメラ１４９中に組み込まれた結像レンズ１５０で集光され、カラーＣＣＤ１５１で受光される。
【００２４】
フィルタ１４３の視差方向の透過率分布特性を図２１に示す。図２１（ｂ），（ｃ）の場合は測定物体１４５の測定領域Ａを６つの部分領域Ａ１，Ａ２，…，Ａ６に分割して同じパターン光を照射している。
【００２５】
光源１４２ａとフィルタ１４３ａとの組合せでは図２１（ａ）、光源１４２ｂとフィルタ１４３ｂとの組合せでは図２１（ｂ）、光源１４２ｃとフィルタ１４３ｃとの組合せでは図２１（ｃ）、光源１４２ｂ，１４２ｃとフィルタ１４３ｂ，１４３ｃとの組合せでは図２１（ｄ）であり、これに比例した光量で測定領域Ａを照射する。図２１（ａ）（ｄ）の放射パターンを用いると、その時の反射光量分布を入力とし、上記の強度比法の原理でカラーＣＣＤ１５１から得られる光量データを概略形状推定装置１５２で概略形状データが生成できる。このデータは通常の強度比法で得られたものでので、あまり精度が高くない。
【００２６】
次に、図２１（ｂ）（ｃ）の放射パターンを用いると、測定領域Ａの６つの部分領域Ａ１，Ａ２，…，Ａ６に対して強度比法を適用することで各々の部分領域Ａ１，Ａ２，…，Ａ６での形状データを求められるが、普通の強度比法では、強度比を計測しても６つのうちどの部分領域Ａ１，Ａ２，…，Ａ６からの反射光で得られたのか判断できず部分領域の曖昧性が生じるが、ここでは概略形状データが得られているので、カラーＣＣＤ１５１の各画素に対して、おおまかな領域判定ができる。形状推定装置１５３では、図２１（ｂ）（ｃ）と概略形状データとから、領域の曖昧さをなくして測定領域Ｅ全体の形状を計算できる。
【００２７】
この領域分割強度比法のよい点は、図２１（ｂ）（ｃ）の放射パターンが、視差方向に対して急激に変化する光量分布で照射するため、カラーＣＣＤ１５１での光量の検知精度が高くなり、その結果として形状測定精度が向上することである。視差方向に対して光量分布の変化を大きくすることで、カラーＣＣＤ１５１の光量分解能が高くなったのと同じ効果が得られる。逆に、通常の強度比法で精度がなぜ低いかというと、測定領域全体に光量変化が連続したパターン光を照射しているので、視差方向に隣接する計測点の間で光量変化が小さいことが原因となっている。ただし、測定領域Ａを部分領域Ａ１，Ａ２，…，Ａ６に分割しているため、部分領域Ａ１，Ａ２，…，Ａ６の判定を行わなくてはならないので、この例では通常の強度比法を併用して部分領域判定の曖昧さの除去を行っており、通常の強度比法だけの場合に比べて、光源数とフィルタ数、撮影回数が増える点が問題になる。また、部分領域Ａ１，Ａ２，…，Ａ６間の境界部では、照射する光パターンのぼけが生じ、境界部がどちらに属すのかの判定が難しい問題もある。
【００２８】
このように強度比法の分解能を改善した領域分割強度比法では、複数の部分領域に強度比法を適用することで測定精度を改善しているが、その代わり、部分領域判定を行う必要があり、装置構成が多少複雑になりやすい問題がある。
【００２９】
本発明の目的は、領域分割強度比法（この強度比法には、レインボー法を含む）等のように、複数に分割された部分領域に光パターンを照射するパターン光投影法を用いる上で、部分領域同士の分離を明確にし、部分領域判定の曖昧さを除去できるようにすることである。
【００３０】
加えて、本発明の目的は、部分領域の特定を確実に行えるようにすることである。
【００３１】
さらには、本発明の目的は、上記目的を簡便に実現する手法を提供することである。
【００３２】
また、本発明の目的は、ブック形状などの凹凸のある文書を読み込む文書スキャナの形状補正を簡便で確実に行えるようにすることである。
【００３３】
また、本発明の目的は、プロジェクタの投影スクリーンの倒れを補正し、斜めに配置したスクリーンでも矩形に投影できる補正を簡便に行えるようにすることである。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の形状測定装置は、視差方向に対して垂直に分割され、分離領域Ｗｉを間に挟んで互いに重なりのないｎ個のスリット状の部分領域Ａｉ（ｉ：１〜ｎなる部分領域番号を意味する自然数）からなる測定領域Ａに対して、各々の部分領域Ａｉと分離領域Ｗｉとで対をなす領域毎に２以上の光パターンＰｉを照明する照明手段と、この照明手段に対する視差が特定されて前記測定領域Ａに照明された光パターンＰｉの反射光を受光する受光手段と、この受光手段で受光した反射光の光量Ｒｉの情報に基づき、前記部分領域Ａｉに関する部分領域番号ｉの曖昧さを残したまま前記照明手段と前記受光手段との前記視差を用いて前記部分領域Ａｉの形状データＳｉを推定する形状推定手段と、前記反射光の光量Ｒｉの情報に基づきそれぞれの分離領域Ｗｉの位置を特定し、特定された分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉの位置を特定して、それぞれの部分領域Ａｉに対して推定された形状データＳｉにおける部分領域番号ｉの曖昧さを除去して前記部分領域Ａｉ毎に部分領域番号ｉの曖昧さのない形状データＺｉを求める形状補正手段と、を備える。
【００３５】
従って、領域分割法の部分領域Ａｉ間に分離領域Ｗｉを設けることで、部分領域Ａｉ相互を明確に分離することができ、部分領域Ａｉの境界で生ずる形状の異常値を取り除くことができるため、部分領域Ａｉの境界がなくなってしまうことで、誤った形状を与えることがない。
【００３６】
請求項２記載の発明の形状測定装置は、視差方向に対して垂直に分割され、分離領域Ｗｉを間に挟んで互いに重なりのないｎ個のスリット状の部分領域Ａｉ（ｉ：１〜ｎなる部分領域番号を意味する自然数）からなる測定領域Ａに対して、各々の部分領域Ａｉと分離領域Ｗｉとで対をなす領域毎に２以上の光パターンＰｉを照明する照明手段と、この照明手段に対する視差が特定されて前記測定領域Ａに照明された光パターンＰｉの反射光を受光する受光手段と、この受光手段で受光した反射光の光量Ｒｉの情報のうちで前記分離領域Ｗｉからの反射光の光量Ｒｉの情報を用いて対応する部分領域ａＩを特定し、前記照明手段と前記受光手段との前記視差を用いた三角測量の原理に基づき前記部分領域Ａｉ毎の形状データＺｉを求める形状計算手段と、を備える。
【００３７】
従って、領域分割法の部分領域Ａｉ間に分離領域Ｗｉを設け、同時にその分離領域Ｗｉの光パターンの情報から隣接する部分領域Ａｉを特定することで、領域分割法の部分領域Ａｉの判定を簡単化することができるので、高精度で簡便に形状測定を行える。
【００３８】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の形状測定装置において、前記分離領域Ｗｉの幅が各々異なる。
【００３９】
従って、請求項２記載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉの幅を分離領域Ｗｉ毎に変えているので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定できる。
【００４０】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の形状測定装置において、前記分離領域Ｗｉ内の光パターンが各分離領域Ｗｉ毎に光量の異なる光ストライプを含む。
【００４１】
従って、請求項２記載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ内の光パターンが分離領域Ｗｉ毎に光量の異なる光ストライプを含むので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定できる。
【００４２】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の形状測定装置において、前記光パターンＰｉが２種類あり、２種類の光パターンＰｉ間で分離領域Ｗｉ内の光ストライプの光量比率が各分離領域Ｗｉ毎に異なるように設定されている。
【００４３】
従って、請求項４記載の形状測定装置において、パターンＰｉが２種類あり、分離領域Ｗｉ内部の光ストライプの光量比率が分離領域Ｗｉ毎に異なるので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定できる。
【００４４】
請求項６記載の発明は、請求項２記載の形状測定装置において、前記分離領域Ｗｉ内の光ストライプの波長毎の光量が各分離領域Ｗｉ毎に異なる。
【００４５】
従って、請求項２記載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ内部の光ストライプの波長毎の光量が分離領域Ｗｉ毎に異なるので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定できる。
【００４６】
請求項７記載の発明は、請求項２記載の形状測定装置において、前記分離領域Ｗｉ内の光パターンが各分離領域Ｗｉ毎に符号化された光ストライプを含む。
【００４７】
従って、請求項２記載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ毎に符号化された光ストライプを含む光パターンを用いているので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定できる。
【００４８】
請求項８記載の発明は、請求項２記載の形状測定装置において、前記分離領域Ｗｉ内の光パターンが各分離領域Ｗｉ毎に光量の異なる一定光量分布のパターンである。
【００４９】
従って、請求項２記載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ毎に光量が異なる一定な光パターンを用いているので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定できる。
【００５０】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の形状測定装置において、前記光パターンＰｉが２種類あり、２種類の光パターンＰｉの前記分離領域Ｗｉ内で一定な光量比率が各分離領域Ｗｉ毎に異なるように設定されている。
【００５１】
従って、請求項８記載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ毎に光量比率が異なる一定な光パターンを用いているので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定できる。
【００５２】
請求項１０記載の発明は、請求項８記載の形状測定装置において、前記分離領域Ｗｉ内で波長毎に一定な光量比率が各分離領域Ｗｉ毎に異なる。
【００５３】
従って、請求項８記載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ毎に波長毎の光量比率が異なる一定な光パターンを用いているので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定できる。
【００５４】
請求項１１記載の発明の文書スキャナは、文書原稿を測定物体として測定領域が設定される請求項１ないし１０の何れか一記載の形状測定装置を備える。
【００５５】
従って、測定精度の高く構成の簡単な請求項１ないし１０の何れか一記載の形状測定装置を備えているため、ブック形状などの凹凸のある文書を読み込む文書スキャナの形状補正を簡便で確実に行える。
【００５６】
請求項１２記載の発明のプロジェクタは、投影スクリーンを測定物体として測定領域が設定される請求項１ないし１０の何れか一記載の形状測定装置を備える。
【００５７】
従って、測定精度の高く構成の簡単な請求項１ないし１０の何れか一記載の形状測定装置を備えているため、プロジェクタの投影スクリーンの倒れを補正し、斜めに配置した投影スクリーンでも矩形に投影できる補正を簡便に行える。
【００５８】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図４に基づいて説明する。
【００５９】
まず、本実施の形態の原理及び概要について図１を参照して説明する。
【００６０】
一般に、領域分割強度比法では、測定領域Ａを複数の部分領域Ａｉに分割し、各々の部分領域Ａｉに対して別々の光パターンＰｉを照射する。部分領域Ａｉの境界では、照射光学系の位置ずれや光パターンの測定領域でのパターンの滲みで本来照射したい光パターンとは異なる。そのため、部分領域Ａｉの境界周辺で得られた光量Ｒｉに基づいて形状推定手段や形状補正手段を経た結果は異常値となる。
【００６１】
そこで、本実施の形態では、図１に示すように、照明手段Ｌと受光手段Ｄとを結ぶ視差方向に対して垂直に分割され、分離領域Ｗｉ（ｉ＝１〜ｎ−１）を間に挟んで互いに重なりのないｎ個のスリット状の部分領域Ａｉ（ｉ：１〜ｎなる部分領域番号を意味する自然数）からなる測定領域Ａに対して、各々の部分領域Ａｉと分離領域Ｗｉとで対をなす領域毎に１種類以上の光パターンＰｉを照明する照明手段Ｌと、測定領域Ａに照明された光パターンＰｉの反射光を受光する受光手段Ｄと、この受光手段Ｄで受光した反射光の光量Ｒｉの情報に基づき、部分領域Ａｉに関する部分領域番号ｉの曖昧さを残したまま照明手段Ｌと受光手段Ｄとの視差を用いて部分領域Ａｉの形状データＳｉを推定する形状推定手段Ｇと、推定された形状データＳｉにおける部分領域番号ｉの曖昧さを除去して部分領域Ａｉ毎に曖昧さのない形状データを求める形状補正手段Ｃと、を備える構成とされている。
【００６２】
即ち、照明手段Ｌから照射される光パターンＰｉを照明光として測定領域Ａを照射する。光パターンは測定領域Ａをｎ分割して照明するが、測定領域Ａをｎ分割した部分領域Ａｉ（Ａ１，Ａ２，…，Ａｎ）の間に分離領域Ｗｉ（Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗｎ−１）を設けることで、分離領域Ｗｉに当たる部分のデータは形状回復に使えないデータであることを明確にする。つまり、部分領域Ａｉの反射光は受光手段Ｄで検知されて測定領域Ａ内の形状を得るために使われるが、分離領域Ｗｉでの反射光は受光手段Ｄで検知されても、形状を求めるためには用いられない。分離領域Ｗｉを設けることで、部分領域Ａｉ端で生じる形状の異常値を取り除くことができる。
【００６３】
ここに、分離領域Ｗｉは何らかの方法で部分領域Ａｉと区別する必要がある。色々な方法が考えられるが、例えば、分離領域Ｗｉ全体に渡って光を照射しなければ、受光手段Ｄで検知された光量Ｒｉの値から容易に判別できる。受光手段Ｄで得られた光量Ｒｉの情報から、形状推定手段Ｇでは光量が極端に小さい領域を分離領域Ｗｉであると検知でき、どこまでが形状計測が可能な部分領域Ａｉであるかを判断できる。例えば、受光手段ＤがＣＣＤであれば、ＣＣＤの受光セルに対応して分離領域Ｗｉと部分領域Ａｉとが基線方向に対して順に並ぶことになる。ＣＣＤのセルを基線方向に検索すれば、分離領域Ｗｉの範囲を特定できるので、残った部分領域Ａｉに対して形状推定手段Ｇで部分領域Ｗｉの曖昧さを残した推定形状Ｓｉを求め、形状補正手段Ｃで最終的な形状データＺｉを求めることができる。
【００６４】
部分領域Ａｉと分離領域Ｗｉとを分離する方法としては、この他にも分離領域Ｗｉ全体を一定の光量で照射する、分離領域Ｗｉだけ照射波長を変える、分離領域Ｗｉの光量分布を変える、などが考えられるが、部分領域Ａｉと区別がつけば手法は問わない。特に、領域分割強度比法で部分領域Ａｉ毎に基線方向に単調に増加する（或いは、減少する）光パターンを照射する場合に、これと逆の基線方向に単調に減少する（或いは、増加する）光パターンを照射する構成は、基線方向の強度比の変化が分離領域Ｗｉだけ逆転するので検知が簡単であり、光パターンの設計上も簡単に実現できる。
【００６５】
このような方式によれば、測定領域Ａに照射する光パターンＰｉを設計するだけで分離領域Ｗｉに照射する光量を制御できるので、照明手段Ｌによる照射光学系自体は領域分割強度比法と同じもので済む利点がある。
【００６６】
分離領域Ｗｉを設けることで、測定領域Ａを部分領域Ａｉと分離領域Ｗｉとで分け合うため、実際には形状測定が可能な部分領域Ａｉの広さが減少するため、分離領域Ｗｉの幅は必要最小限にするのが望ましい。例えば、照射する光パターンの領域境界周辺の、実際には形状測定に利用できない幅より広い幅に設定すればよい。
【００６７】
本実施の形態を含め、何れの実施の形態でも、分離領域Ｗｉが受光手段Ｄで検知されることを前提としているので、測定領域Ａ内におかれた測定物体としては、滑らかな形状で物体上のどの場所でも反射光が得られるものが望ましい。また、部分領域Ａｉ間に分離領域Ｗｉを設ける構成は、複数の領域に分割された光パターンを照射するパターン光投影法であれば適用可能であり、応用が強度比法だけを限るわけではない。
【００６８】
つづいて、このような原理及び概要に基づく、本実施の形態のより実際的な構成例を図２ないし図４に基づいて説明する。
【００６９】
まず、図２において、照明手段Ｌが照明装置１、受光手段Ｄがカメラ２、視差方向が図面左右方向、反射光の光量Ｒｉはカメラ２中のＣＣＤ３で受光された光量値、形状推定手段Ｇが形状推定装置４、形状補正手段Ｃが形状補正装置５に対応する。照明装置１はフラッシュ光源６とフィルタ７とを備えている。カメラ２は結像レンズ８とＣＣＤ３とを備えている。また、ここではｎ＝４とされ、測定領域Ａは部分領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４に４分割され、３つの分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が介在されている。
【００７０】
フラッシュ光源６で裏面から照明したフィルタ７を透過した照明光９は、測定領域Ａにある測定物体１０で反射され、反射光１１としてカメラ２の結像レンズ８で集光され、ＣＣＤ３で検知される。フラッシュ光源６とＣＣＤ３の距離である基線長Ｌが分かり、ＣＣＤ３上での結像位置から受光角ψが分かるので、照射角θを何らかの方法で得ることができれば、三角測量の原理で測定物体１０の距離が分かる。また、本実施の形態では、フィルタ７が入れ替えられるようにしており、２種類の光パターンを投射することができる。各々の光パターンに対して、ＣＣＤ３で受光された光量が光量データとなる。形状推定装置４では、光量データと基線長Ｌと照射角θと受光角ψとから三角測量の原理と強度比法の原理とを用いて、領域が不定（属する部分領域Ａｉがまだ決まらない）なる曖昧さを残したままの形状データＳｉを計算する。これは最終的に形状補正装置５で補正され、曖昧さのない形状データＺｉが得られる。
【００７１】
フィルタ７は、図３に示すように、図面左右方向の視差方向に対して照射強度を制御するよう４分割された基線方向に透過率が単調に増加する（或いは、単調に減少する）濃度勾配付きフィルタを、長手方向を視差方向と垂直に配置した細いフラッシュ光源６で照明する。フィルタ７を交換することで２つの光ストライプパターンを照射する。フィルタ７は簡単に作成できるので、大量に作成する場合にコストを下げることができる。また、視差方向に対してほぼ点光源とみなせるフラッシュ光源６で照明することで照明装置１部分の結像レンズが不要になり、小型化と低コスト化の点で有利である。
【００７２】
次に、測定領域Ａに照射される光パターン例を図４に示す。例えば、図４（ａ）（ｂ）に示すような２種類の光パターンａ，ｂを用いると、各部分領域Ａｉで光パターンａ，ｂの比から照射角θが特定されるので、強度比法の原理から部分領域Ａｉ毎に形状が計算できる。一方、部分領域Ａｉの端にはフィルタ７の透過率がゼロ、つまり測定領域Ａ面で光量がゼロになる分離領域Ｗｉが設けてある。分離領域Ｗｉがなければ光パターンａ，ｂの光量変化がジャンプするところで光パターンのぼけが生じ、そこでの形状データが誤ったものになるが、本実施の形態のように、受光光量がゼロになる分離領域Ｗｉを設けることで分離領域Ｗｉでは誤った形状を計算しないで済む。必要なら、部分領域Ａｉであっても分離領域Ｗｉの端に近い場合は形状誤りが生じやすいので、分離領域Ａｉからある距離以内では安全のために形状を計算しないという処理も可能である。
【００７３】
また、図４（ｃ）（ｄ）に示すような２種類の光パターンｃ，ｄを用いると、分離領域Ｗｉでの光量変化に不連続点が生じないので、光パターンのぼけがあった場合でも、急峻に光量変化があった場合でも暗い部分に明るい部分の光が回り込む影響を低減することができる。但し、光パターンｃ，ｄの組合せでは光量だけではどこが分離領域Ｗｉか判定できないが、基線方向に光パターンｃ，ｄの強度比を走査すると、部分領域Ａｉと分離領域Ｗｉとでは強度比の変化が逆になるので、これを利用して分離領域Ｗｉを判断することができる。
【００７４】
本発明の第二の実施の形態を図５及び図６に基づいて説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し説明も省略する（以降の各実施の形態でも順次同様とする）。
【００７５】
本実施の形態では、第一の実施の形態の領域分割強度比法に対して、部分領域Ａｉの判定の曖昧さを除去する改良を加えたものであり、受光手段Ｄで受光した反射光の光量Ｒｉの情報のうちで分離領域Ｗｉからの反射光の光量Ｒｉの情報を用いて対応する部分領域Ａｉを特定し、照明手段Ｌと受光手段Ｄとの視差（基線長）を用いた三角測量の原理に基づき部分領域Ａｉ毎の形状データＺｉを求める形状計算手段Ｇ（形状計算装置２１）を備えるようにしたものである。
【００７６】
即ち、第一の実施の形態の場合と同じく、領域分割強度比法の光パターンの部分領域Ａｉ間に分離領域Ｗｉを配設させるが、分離領域Ｗｉの各々の光パターンＰｉに何らかの異なる情報を載せることにより、反射光Ｒｉの情報に基づきどの分離領域Ｗｉであるかを特定し、その分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを特定するものである。
【００７７】
受光手段Ｄでは光量Ｒｉの情報に基づき分離領域Ｗｉであることを検知できれば、どこまでがどの分離領域Ｗｉであるかを判断できる。受光手段ＤがＣＣＤであれば、ＣＣＤの受光セルに対応して分離領域Ｗｉと部分領域Ａｉとが基線方向に対して順に並ぶことになる。ＣＣＤセルを基線方向に検索すれば、分離領域Ｗｉの範囲と分離領域Ａｉの種類とが特定できるので、特定された分離領域Ｗｉに挟まれた部分領域Ａｉがどの部分領域Ａｉであるかを決定できる(部分領域番号ｉを特定できる)ので、後は特定された部分領域Ａｉに対して、光量Ｒｉの情報に強度比法を適用することで、形状計算手段Ｇ（形状計算装置２１）によって部分領域Ａｉ毎に曖昧さのない形状Ｚｉを求めることができる。
【００７８】
本実施の形態の場合、光学系構成は、第一の実施の形態の場合とは光パターンＰｉの設計が違うだけで、照射光学系自体は領域分割強度比法と同じもので済む利点がある。
【００７９】
図５を参照すれば、フラッシュ光源６で裏面から照明したフィルタ７を透過した照明光９は、測定領域Ａにある測定物体１０で反射され、反射光１１として、カメラ２の結像レンズ８で集光されＣＣＤ３で検知される。フラッシュ光源６とＣＣＤ３との距離である基線長が分かり、ＣＣＤ３上での結像位置から受光角ψが分かるので、照射角θを何らかの方法で得ることができれば、三角測量の原理で測定物体１０の距離が分かる。フィルタ７が入れ替えられるようにしており、２種類の光パターンを投射することができる。各々の光パターンに対して、ＣＣＤ３で受光された光量が光量データとなる。
【００８０】
本実施の形態では、図６に示すように分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の照射角の幅が各々の領域毎に異なっているため、形状計算装置２１においてＣＣＤ３で受光された光量データを基線方向に走査すれば、分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を相互に区別できる。その結果、分離領域Ｗｉの位置から部分領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を各々特定することができ、光量データから得られた強度比と、光量データが属する部分領域Ａｉから曖昧さのない形状データを得ることができる。
【００８１】
この結果、領域分割強度比法で問題だった属する部分領域Ａｉが曖昧である問題が解決されている。部分領域Ａｉを推定する必要がないので、光量データから形状データを求めるのは形状計算装置２１だけに簡単化されている。
【００８２】
特に本実施の形態によれば、分離領域Ｗｉの幅が分離領域Ｗｉ毎に異なるようにしているので、単純な構成により、分離領域Ｗｉに隣接する部分領域ＷＩを判定することができる。例えば、分離領域Ｗｉの光量をゼロにすれば、照明装置１の光射出側に、ストライプ毎に遮光幅を変えた黒いストライプ状の遮光マスクを置けばよい。
【００８３】
なお、受光手段Ｄから観察した分離領域Ｗｉの幅は、測定領域Ａ内の測定物体１０の３次元形状に依存するので、分離領域Ｗｉ幅に応じた幅で受光手段Ｄで観察されるわけではない。本実施の形態における分離領域Ｗｉ毎の幅の変化を、基線方向に対して３次元形状の起伏の変化から生じる幅の変化よりも大きくすれば、この問題は回避できる。
【００８４】
本発明の第三の実施の形態を図７に基づいて説明する。本実施の形態は、基本的な構成は第二の実施の形態に準ずるが、光パターンを変更（フィルタ７の設計を変更）し、分離領域Ｗｉ内の光パターンが分離領域Ｗｉ毎に光量の異なる光ストライプを含むようにしたものである。
【００８５】
即ち、分離領域Ｗｉ内に光ストライプを設け、光ストライプの光量の絶対値から複数ある分離領域Ｗｉの特定を行う。例えば、分離領域Ｗｉが遮光され、分離領域Ｗｉ中央に光ストライプを配した光パターンを用意する。この光ストライプの絶対値を分離領域Ｗｉ毎に変える。受光手段Ｄで得られた光量Ｒｉの分布を基線方向に走査すれば、光量がゼロになる部分が分離領域Ｗｉであり、その内部で光量が局所的に高くなる部分が分離領域Ｗｉを特定するための光ストライプである。この光量は光量Ｒｉから分かるので、光ストライプの両脇にある分離領域Ｗｉを特定することができる。分離領域Ｗｉを全面的に明るくし、光ストライプ部だけ光量を下げても同様に光ストライプの特定ができる。第二の実施の形態の場合と異なり、光ストライプだけで分離領域Ｗｉを特定するので、分離領域Ｗｉ幅を必要最小限にすることができる。
【００８６】
光ストライプの反射光量は測定物体１０の反射率で変化するが、測定物体１０の反射率の変化より大きな変化を、分離領域Ｗｉの光ストライプの光量値に設定すればよい。
【００８７】
図７に本実施の形態のフィルタ７の透過率分布特性例を示す。図７（ａ）に示す光パターンａには分離領域Ｗｉ毎に光量が異なる光ストライプが設けられ、ＣＣＤ３で受光された光量データを基線方向に走査することで、分離領域Ｗｉ及び光量の異なる光ストライプを検知できるので、光ストライプの受光光量の差から分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３及び対応する各部分領域ＡＩ，Ａ２，Ａ３，Ａ４を特定でき、曖昧性のない形状を計算できる。光ストライプの光量で分離領域Ｗｉを判別するので、光パターンbには図７（ｂ）に示すように光ストライプを含まなくてよい。
【００８８】
本発明の第四の実施の形態を図８に基づいて説明する。本実施の形態では、測定領域Ａに照明される光パターンＰｉが２種類であって、２つの光パターンＰｉの分離領域Ｗｉ内部の光ストライプの光量比率が各分離領域Ｗｉ毎に異なるようにしたものである。
【００８９】
即ち、照射する光パターンＰｉが２種類以上ある場合（強度比法では必ずこの条件が満たされる）、２つの光パターンに対して光ストライプの位置は同じであるが、２つの光ストライプの強度比を分離領域Ｗｉ毎に変える。強度比は測定物体１０の反射率に依らないので、測定物体１０の反射率の影響を除去することができ、測定物体１０の反射率に依存しない形状測定を行える。
【００９０】
つまり、分離領域Ｗｉの特定は第三の実施の形態と同様であるが、光ストライプの光量の絶対値ではなく２つの光ストライプから得られた強度比から領域判定を行う点が異なる。
【００９１】
図８に本実施の形態のフィルタ７の透過率分布特性例を示す。本実施の形態では、図８（ａ）（ｂ）に示す光パターンａ，ｂには、照射角度の同じ位置に分離領域Ｗｉ毎に光量比が異なる光ストライプが各々設けられている。ＣＣＤ３で受光された光量データを基線方向に走査することで、分離領域Ｗｉと光ストライプを検知できるので、２つの光ストライプの受光光量の強度比から分離領域ＷＩ，Ｗ２，Ｗ３及び対応する各部分領域ＡＩ，Ａ２，Ａ３，Ａ４を特定でき、曖昧性のない形状を計算できる。
【００９２】
本発明の第五の実施の形態を図９に基づいて説明する。本実施の形態では、分離領域Ｗｉ内部の光ストライプの波長毎の光量が分離領域Ｗｉ毎に異なる構成とされている。
【００９３】
即ち、第四の実施の形態に類似する構成であるが、２つの光ストライプの単純な強度比でなく、波長の異なる２つの光の強度比を用いる点が異なる。例えば、分離領域Ｗｉ毎に赤と青の混合比率を変え、基線方向左端から右端まで青から赤に順次変化する光ストライプを用いる。複数の波長の情報を用いることで、第四の実施の形態の場合のように光パターンが複数という条件は不要になる。
【００９４】
測定物体１０に色がついている場合、ある波長の反射率が他の波長に比べて低ければ、本実施の形態で用いる光を、反射率の低くない波長に設定すればよい。
【００９５】
図９に本実施の形態のフィルタ７の透過率分布特性例を示す。本実施の形態では、図９（ａ）（ｂ）に示す光パターンａ，ｂには、照射角度の同じ位置に分離領域Ｗｉ毎に波長が異なる光ストライプが各々設けられている。光パターンaでは分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の順番に赤（red），緑（green），青（blue）の順で光ストライプが並び、光パターンbでは、緑（green），青（blue），赤（red）の順に並んでいる。２つの光パターンａ，ｂで光ストライプの波長が異なるのは、もし測定物体１０で特定の波長の反射率が低い場合、どちらかの光ストライプで光量が検知されるようにするためである。ＣＣＤ３で受光された光量データを基線方向に走査することで、分離領域Ｗｉと光ストライプとを検知できるので、対になる光ストライプの強度比から分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３及び対応する各部分領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を特定でき、曖昧性のない形状を計算できる。
【００９６】
本発明の第六の実施の形態を図１０に基いて説明する。本実施の形態では、分離領域Ｗｉ内の光パターンが分離領域Ｗｉ毎に符号化された複数の光ストライプを含む構成とされている。
【００９７】
即ち、第三の実施の形態に類似の構成例であるが光ストライプが1本だけでなく複数であり、光ストライプの本数や間隔などを利用して分離領域Ｗｉを符号化する点が異なる。光ストライプの本数による符号化は光ストライプが受光手段Ｄで観察される限り確実に分離領域Ｗｉを判別できるが、分離領域Ｗｉの数が多い場合は分離領域Ｗｉ内に配する光ストライプの本数が増える。その場合は光ストライプ同士の間隔を変えることで光ストライプの本数を減らすことができる。
【００９８】
ただし、第二の実施の形態の場合と同じく、受光手段Ｄで観察される光ストライプの間隔は、測定物体１０の３次元形状に依存するので、光ストライプ間の間隔としては測定物体１０の形状変化から生じる光ストライプ幅の変動より大きな幅を与える。さらには、第四、第五の実施の形態のように、２つの光ストライプの強度比を利用してもよいし、色を変えた光ストライプを用いて符号化してもよい。
【００９９】
図１０に本実施の形態のフィルタ７の透過率分布特性例を示す。本実施の形態では、図１０（ａ）（ｂ）に示す光パターンａ，ｂには、分離領域Ｗｉ毎に異なる数の光ストライプが各々設けられている。例えば、分離領域Ｗ１では光パターンａ，ｂに光ストライプが各々１，０本、分離領域Ｗ２では各々０，１本、分離領域Ｗ３では各々１，１本設けられている。ＣＣＤ３で受光された光量データを基線方向に走査することで、分離領域Ｗｉと光ストライプを検知できるので、２つの光パターンの光ストライプの本数から分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３及び対応する部分領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を特定でき、曖昧性のない形状を計算できる。
【０１００】
本発明の第七の実施の形態を図１１に基づいて説明する。本実施の形態では、分離領域Ｗｉ内の光パターンが分離領域Ｗｉ毎に光量が異なる一定な光量分布である構成をとっている。
【０１０１】
即ち、第二の実施の形態に類似な構成であるが、第二の実施の形態では分離領域Ｗｉの幅で分離領域Ｗｉを特定するのに対して、分離領域Ｗｉ内を一定の光量で照射し、その光量が分離領域Ｗｉ毎に異なる点が異なる。分離領域Ｗｉの光量Ｒｉの絶対値変化から、分離領域Ｗｉの特定が行える。分離領域Ｗｉ内に光ストライプを設ける必要がないので、分離領域Ｗｉ幅を狭くできる利点がある。
【０１０２】
この場合、第三の実施の形態の場合と同様に、分離領域Ｗｉでの反射光量は測定物体１０の反射率で変化するが、測定物体１０の反射率の変化より大きな変化を、分離領域Ｗｉの光量値に設定すればよい。
【０１０３】
さらに、本実施の形態では、２つの光パターンＰｉの分離領域Ｗｉ内で一定な光量比率が分離領域Ｗｉ毎に異なる構成ともされている。即ち、２つの光パターンで分離領域Ｗｉの強度を変え、その強度比が分離領域Ｗｉ毎に異なる。強度比は測定物体１０の反射率に依らないので、測定物体１０の反射率の影響を除去することができ、測定物体１０の反射率に依存しない形状測定を行える。
【０１０４】
図１１に本実施の形態のフィルタ７の透過率分布特性例を示す。本実施の形態では、図１１（ａ）（ｂ）に示す光パターンａ，ｂは、部分領域Ａｉ毎に光量の比を取ると強度比が各々異なるように設定されている。ＣＣＤ３で受光された光量データを基線方向に走査することで、分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を検知できるので、光パターンａ，ｂの分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３毎の強度比から分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３及び対応する各部分領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を特定でき、曖昧性のない形状を計算できる。
【０１０５】
本発明の第八の実施の形態を図１２に基づいて説明する。本実施の形態では、分離領域Ｗｉ内で波長毎に一定な光量比率が分離領域Ｗｉ毎に異なる構成とされている。
【０１０６】
即ち、第七の実施の形態に準ずる構成であるが、２つの光ストライプの単純な強度比で比較するのではなく、波長の異なる２つの光の強度比を用いる点で異なる。例えば、第四の実施の形態の場合と同様に、分離領域Ｗｉ毎に赤と青の混合比率を変え、基線方向左端から右端まで青から赤に順次変化する光パターンを分離領域Ｗｉに用いる。複数の波長の情報を用いることで、光パターンが複数必要という条件がなくなる。
【０１０７】
また、第四の実施の形態の場合と同じく、測定物体１０に色がついている場合、ある波長の反射率が他の波長に比べて低ければ、本実施の形態で用いる光を、反射率の低くない波長に設定すればよい。
【０１０８】
図１２に本実施の形態のフィルタ７の透過率分布特性例を示す。本実施の形態では、図１２（ａ）（ｂ）に示す光パターンａ，ｂは、部分領域Ａｉ毎に照射する波長が異なっている。光パターンaでは、分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の順に赤（red），緑（green），青（blue）の波長であり、光パターンｂでは緑（green），青（blue），赤（red）の順で並んでいる。ＣＣＤ３で受光された光量データを基線方向に走査することで、分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を検知できるので、光パターンａ，ｂの分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の波長から分離領域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３及び対応する各部分領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を特定でき、曖昧性のない形状を計算できる。
【０１０９】
本発明の第九の実施の形態を図１３に基づいて説明する。本実施の形態は、前述した何れかの実施の形態による形状測定装置３１を文書スキャナ３２に備えることで、形状補正機能を持たせるようにしたものである。
【０１１０】
文書スキャナ３２は、概略的には、例えばフラットベッド３３上に搭載された原稿３４の原稿読取面３４ａに対して、上部から照明装置３５により照明しその反射光に基づく像を撮像装置３６で取り込むことにより原稿画像を読取るものである。
【０１１１】
ここに、原稿３４が厚い辞書や電話帳のようなブック原稿のページの綴じ目３４ｂ周辺で、撮像装置３６から見た原稿３４の奥行きが変わって文字のぼけが生じるため、原稿３４の形状を読み込んで焦点ずれの補正を行う必要がある。通常は奥行き情報のない２次元の画像から適当な仮定の下で立体形状を推定するが、本実施の形態のように、前述した各実施の形態に準ずる形状測定装置３１を形状補正に併用することで奥行きデータを精密に得ることができ、焦点ずれ補正を正確に行えることとなる。
【０１１２】
また、焦点ぼけがなくても、原稿３４が奥行き方向に斜めに置かれた場合にも形状補正を行う必要がある。例を挙げると、長方形の紙を撮像装置３６の光軸方向に斜めに置くと、近いほうの辺が長く、遠いほうの辺が短い台形に見える。撮像装置３６自体は原稿３４の距離情報を持っていないので、台形の原稿なのか、長方形が光軸方向に斜めにおかれている原稿なのかか判断できない。本実施の形態のように、前述した各実施の形態に準ずる形状測定装置３１を併用することで、原稿３４の立体形状の情報から原稿３４の奥行き情報を求めて、本来の長方形に読み込んだ撮像データを補正することができる。
【０１１３】
特に、分離領域を設けることで部分領域間の分離を改善した領域分割強度比法を用いた光学的な形状測定装置３１を用いているので、測定された形状の確実さが増しており、その結果、立体的な原稿の補正をより確実に行うことができる。
【０１１４】
図１３を参照すれば、まず、照明装置３５は形状計算装置３７から与えられた、２種類の光ストライプパターンの照明データを原稿３４側に向けて照射し、各々のパターンに対して撮像装置３６（ここでは、照明装置３５を照明手段Ｌに兼用させ、撮像装置３６に受光手段Ｄを兼用させている）から画像データを形状計算装置３７に取り込み、ストライプ化した強度比法の原理に基づき原稿３４の形状情報を計算し、原稿形状補正装置３８に形状データを送る。次に、撮像装置３６で、立体的な原稿３４の像を読み込み、原稿３４の画像データを原稿形状補正装置３８に送る。原稿形状補正装置３８では、凹凸の形状データを元に、立体的な原稿３４の画像データを平面の画像データに補正し、補正された原稿データとして、パソコンやプリンタ、記憶装置などに出力する。
【０１１５】
本実施の形態では、従来の２次元の情報しか持たない原稿３４の画像を、像の変形の具合から立体形状を推定して原稿の画像データを補正していたのと比較して、３次元情報を実際に計測した誤りのない３次元形状から、正しく立体的な原稿の形状補正を行うことができる。
【０１１６】
本発明の第十の実施の形態を図１４及び図１５に基づいて説明する。本実施の形態は、前述した何れかの実施の形態による形状測定装置５１をプロジェクタ５２に備えることで、投影スクリーン５３の倒れ補正機能を持たせるようにしたものである。
【０１１７】
プロジェクタ５２は、概略的には、支持脚５４等により支持された投影スクリーン５３に対して、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）５５等に接続されて投影装置５６から画像情報に応じた投影光を投影することにより画像を投影表示させるものである。
【０１１８】
ここに、プロジェクタ５２の光軸に対して投影スクリーン５３が例えば図１５に示すように斜めに配置されると、距離の違いにより、本来なら長方形に投影されるはずの像が台形に変形してしまう。この点、本実施の形態のように、形状測定装置５１を用いて投影スクリーン５３の奥行きを測定すれば、プロジェクタ５２側に通常のカメラのような撮像装置５７を設けて（照明手段Ｌとしては、例えば投影装置５６を利用することができる）、形状の変形から投影スクリーン５３の倒れを求めるより精度良く倒れ補正を行うことができる。
【０１１９】
特に、前述の如く、分離領域を設けることで部分領域間の分離を改善した領域分割強度比法を用いた光学的な形状測定装置５１を用いているので、測定された形状の確実さが増しており、その結果、投影スクリーン５３の倒れ補正をより確実に行うことができる。
【０１２０】
図１５を参照すれば、プロジェクタ５２中の投影装置５６は、形状計算装置５８から与えられた、２種類の光ストライプパターンの照明データを投影スクリーン５３に照射し、各々の光パターンに対して撮像装置５７から画像データを形状計算装置５８に取り込み、ストライプ化した強度比法の原理に基づき投影スクリーン５３の形状情報を計算し、投影補正装置５９に得られた形状データを送る。次に、ＰＣ５５から送られた画像データが投影補正装置５９に送られ、形状データから得られた投影スクリーン５３の倒れを補正した補正画像データとして投影装置５６で投影スクリーン５３上に照射する。
【０１２１】
このように、本実施の形態のプロジェクタ５２によれば、投影スクリーン５３の倒れを形状測定することによって投影画像を補正し、図１５に示すように、投影スクリーン５３がプロジェクタ５２に対して斜めに配置されていても、投影された画面が台形に変形することなく、矩形として投影できる。また、実際の投影スクリーン５３の形状を測っているので、投影スクリーン５３が単純に倒れている場合だけでなく波打っている場合でも、投影スクリーン５３上での変形を補正することが可能である。
【０１２２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、領域分割法の部分領域Ａｉ間に分離領域Ｗｉを設けることで、部分領域Ａｉ相互を明確に分離することができ、部分領域Ａｉの境界で生ずる形状の異常値を取り除くことができるため、部分領域Ａｉの境界がなくなってしまうことにより誤った形状を与えることがない。
【０１２３】
請求項２記載の発明によれば、領域分割法の部分領域Ａｉ間に分離領域Ｗｉを設け、同時にその分離領域Ｗｉの光パターンの情報から隣接する部分領域Ａｉを特定することで、領域分割法の部分領域Ａｉの判定を簡単化することができるので、高精度で簡便に形状測定を行うことができる。
【０１２４】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉの幅を分離領域Ｗｉ毎に変えているので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定することができる。
【０１２５】
請求項４記載の発明によれば、請求項２記載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ内の光パターンが分離領域Ｗｉ毎に光量の異なる光ストライプを含むので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定することができる。
【０１２６】
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の形状測定装置において、パターンＰｉが２種類あり、分離領域Ｗｉ内部の光ストライプの光量比率が分離領域Ｗｉ毎に異なるので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定することができる。
【０１２７】
請求項６記載の発明によれば、請求項２記載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ内部の光ストライプの波長毎の光量が分離領域Ｗｉ毎に異なるので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定することができる。
【０１２８】
請求項７記載の発明によれば、請求項２記載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ毎に符号化された光ストライプを含む光パターンを用いているので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定することができる。
【０１２９】
請求項８記載の発明によれば、請求項２記載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ毎に光量が異なる一定な光パターンを用いているので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定することができる。
【０１３０】
請求項９記載の発明によれば、請求項８記載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ毎に光量比率が異なる一定な光パターンを用いているので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定することができる。
【０１３１】
請求項１０記載の発明によれば、請求項８記載の形状測定装置において、分離領域Ｗｉ毎に波長毎の光量比率が異なる一定な光パターンを用いているので、簡便に分離領域Ｗｉに隣接する部分領域Ａｉを判定することができる。
【０１３２】
請求項１１記載の発明の文書スキャナによれば、測定精度の高く構成の簡単な請求項１ないし１０の何れか一記載の形状測定装置を備えているので、ブック形状などの凹凸のある文書を読み込む文書スキャナの形状補正を簡便で確実に行うことができる。
【０１３３】
請求項１２記載の発明のプロジェクタによれば、測定精度の高く構成の簡単な請求項１ないし１０の何れか一記載の形状測定装置を備えているので、プロジェクタの投影スクリーンの倒れを補正し、斜めに配置したスクリーンでも矩形に投影できる補正を簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の形状測定装置を示す原理的な斜視図である。
【図２】より実際的な構成例を示す概略平面図である。
【図３】フィルタを示す概略斜視図である。
【図４】光パターン構成例を示すフィルタの透過率分布特性図である。
【図５】本発明の第二の実施の形態の形状測定装置の構成例を示す概略平面図である。
【図６】光パターン構成例を示す特性図である。
【図７】本発明の第三の実施の形態の光パターン構成例を示すフィルタの透過率分布特性図である。
【図８】本発明の第四の実施の形態の光パターン構成例を示すフィルタの透過率分布特性図である。
【図９】本発明の第五の実施の形態の光パターン構成例を示すフィルタの透過率分布特性図である。
【図１０】本発明の第六の実施の形態の光パターン構成例を示すフィルタの透過率分布特性図である。
【図１１】本発明の第七の実施の形態の光パターン構成例を示すフィルタの透過率分布特性図である。
【図１２】本発明の第八の実施の形態の光パターン構成例を示すフィルタの透過率分布特性図である。
【図１３】本発明の第九の実施の形態の原稿スキャナの構成例を示す概略斜視図である。
【図１４】本発明の第十の実施の形態のプロジェクタの構成例を示す概略平面図である。
【図１５】その概略斜視図である。
【図１６】光切断法について説明するための斜視図である。
【図１７】三角測量の原理を説明するための概略平面図である。
【図１８】レインボー法について説明するための概略平面図である。
【図１９】強度比法について説明するための斜視図である。
【図２０】領域分割強度比法について説明するための概略平面図である。
【図２１】光パターン構成例を示すフィルタの透過率分布特性図である。
【符号の説明】
Ｌ      照明手段
Ｄ      受光手段
Ａ      測定領域
Ａｉ    部分領域
Ｗｉ    分離領域
１      照明手段
２      受光手段
４      形状推定手段
５      形状補正手段
２１      形状計算手段
３１      形状測定装置
３４      文書原稿
５１      形状測定装置
５３      投影スクリーン
【図１】
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【図２】
0003871115.tif 000003
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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