JP2016080545A - 測定装置、投影パターン - Google Patents

Abstract

【課題】測定可能な測定対象の大きさを大きくしつつ分解能の低下を防止することのできる測定装置を提供する。【解決手段】複数のストライプＳを並列させた投影パターンＰを測定対象に投影する投影部と、測定対象を撮像する撮像部と、撮像部で撮像した投影パターン像から三角測量法を用いて測定対象までの距離を算出する距離算出部と、を備える三次元形状測定装置（測定装置）である。投影パターンＰは、ｍを３以上の自然数として、ｍ値レベルの輝度値でコード化したｍ種類のストライプＳをｍ×（ｍ−１）本用いて、第２方向Ｄ２で隣接する２本のストライプＳの組を重複させることなく配列して形成した複数の周期性領域Ａｒを有し、投影パターンＰでは、第１方向Ｄ１で見て異なるレベルの輝度値となる境界線Ｂを設け、境界線Ｂを投影パターンＰにおいて第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２に対して傾斜する直線状に形成している。【選択図】図４

Description

本発明は、測定装置およびそこで用いる投影パターンに関し、特に三次元形状の測定に好適な測定装置および投影パターンに関する。

測定対象の形状を測定する測定装置（三次元形状測定装置）では、測定対象に投影パターンを投影し、投影された投影パターンを撮像するパターン投影法を用いるものがある。このような測定装置では、測定対象に基準となる投影パターンを投影する投影部と、その投影部による投影方向とは異なる方向から撮像する撮像部と、を備えるものがある。

その測定装置では、測定対象の外形形状に沿って変形した投影パターンを撮像部で撮像し、その変形した投影パターン像と投影部で投影した投影パターンとの対応付けを行うことで、測定対象の三次元形状測定を行う。測定装置では、測定対象の三次元形状を適切に測定するために投影パターン像と投影パターンとを適切に対応付けする必要があることから、いかに誤対応を少なくかつ簡便に行うことができるかが求められる。このため、このような測定装置では、投影部がコード化した投影パターンを投影するものとし、その投影パターンの構成や投影の方法等を工夫するものが提案されている(例えば、特許文献１、２、３参照)。その特許文献１では、全白または全黒のストライプと、全白または全黒ではない輝度値または色相を有しコード化されたストライプと、を交互に配置する投影パターンを用いている。また、特許文献２では、投影パターンを投影することと、投影パターンを投影せずにフラッシュを用いることと、投影パターンを投影せずにフラッシュを用いないことと、を連続して行いつつ撮像部で各々を撮像している。さらに、特許文献３では、投影部が複数のスリットを用いるものとし、撮像部での撮像の露光時間内において、投影部がスリット毎の露光時間を変化させつつ用いるスリットを変化させている。

このような測定装置では、より広い面積を高い分解能で三次元形状を測定することが求められている。ところが、測定装置では、投影した投影パターンにおける各ストライプの並列方向で見て、当該投影パターンの寸法（サイズ）よりも大きな寸法（サイズ）の測定対象の三次元形状を測定することができない。このため、測定装置では、投影パターンの寸法（サイズ）を大きくすべく、ストライプの本数を増やすことや、並列方向における各ストライプの幅寸法を大きくすることが考えられる。

ところが、測定装置では、投影パターンにおける並列方向での位置を隣接する各ストライプの組み合わせにより判別することから、投影パターンのストライプの本数を増やすには各ストライプ（そのコード）の種類を増やす必要がある。そして、測定装置では、各ストライプ（そのコード）の種類を増やすとストライプ毎の差異が小さくなるため、各ストライプの判別を適切に行うことが困難となるので、投影パターンのストライプの本数を増やすことは困難である。

また、測定装置では、投影パターン（投影パターン像）の並列方向で見てストライプ毎に三次元形状測定を行うものであることから、投影した各ストライプの幅寸法が測定対象の測定結果（三次元形状）における並列方向での分解能（解像度）となる。このため、測定装置では、各ストライプの幅寸法を大きくすると、分解能（解像度）の低下を招いてしまう。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、測定可能な測定対象の大きさを大きくしつつ分解能の低下を防止することのできる測定装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の測定装置は、第１方向に伸びる複数のストライプを前記第１方向に対して傾斜する第２方向に並列させた投影パターンを投影光軸上で測定対象に投影する投影部と、前記投影光軸とは異なる撮像光軸で前記測定対象を撮像する撮像部と、前記投影部で投影した前記投影パターンを前記撮像部で撮像した投影パターン像から三角測量法を用いて前記測定対象までの距離を算出する距離算出部と、を備え、前記投影パターンは、ｍを３以上の自然数として、ｍ値レベルの輝度値でコード化したｍ種類の前記ストライプをｍ×（ｍ−１）本用いて、前記第２方向で隣接する２本の前記ストライプの組を重複させることなく配列して形成した複数の周期性領域を有し、前記投影パターンでは、前記第１方向で見て異なるレベルの輝度値となる境界線を設け、前記境界線を前記投影パターンにおいて前記第１方向および前記第２方向に対して傾斜する直線状に形成していることを特徴とする。

本発明に係る測定装置では、測定可能な測定対象の大きさを大きくしつつ分解能の低下を防止することができる。

本発明の測定装置の一実施形態に係る実施例１の三次元形状測定装置１０の構成を概略的に示す説明図である。 三次元形状測定装置１０を用いて三次元形状の測定を行う様子を模式的に示す説明図である。 図２に示す三次元形状測定装置１０を用いた三次元形状の測定を上方から見た様子を模式的に示す説明図である。 三次元形状測定装置１０の投影部１１が投影する投影パターンＰの一例を示す説明図である。 投影パターンＰの各周期性領域Ａｒにおける各ストライプＳの配列の一例を示す説明図である。 図２、図３、図７、図８を用いた説明で用いる投影パターンＰＡを示す説明図である。 三次元形状測定装置１０の撮像部１２により撮像された画像Ｉを模式的に示す説明図である。 三次元形状測定装置１０の制御部１３にて実行される三次元形状測定処理内容を示すフローチャートである。 本発明の測定装置の一実施形態に係る実施例２の三次元形状測定装置１０の投影部１１が投影する投影パターンＰＢの一例を示す説明図である。 本発明の測定装置の一実施形態に係る実施例３の三次元形状測定装置１０の投影部１１が投影する投影パターンＰＣの一例を示す説明図である。 本発明の測定装置の一実施形態に係る実施例３の三次元形状測定装置１０の投影部１１が投影する他の例の投影パターンＰＤの一例を示す説明図である。 本発明の測定装置の一実施形態に係る実施例４の三次元形状測定装置１０の投影部１１が投影する投影パターンＰＥの一例を示す説明図である。 本発明の測定装置の一実施形態に係る実施例５の三次元形状測定装置１０の投影部１１が投影する投影パターンＰＦの一例を示す説明図である。 本発明の測定装置の一実施形態に係る実施例６の三次元形状測定装置１０の投影部１１が投影する投影パターンＰＧの一例を示す説明図である。

以下に、本発明に係る測定装置の各実施例について図面を参照しつつ説明する。

本発明に係る測定装置の一例としての実施例１の三次元形状測定装置１０を、図１から図８を用いて説明する。なお、図１、図２および図３では、三次元形状測定装置１０の構成の理解を容易なものとするために、各部の構成を模式的に示している。このため、図１、図２および図３に示す三次元形状測定装置１０は、必ずしも実際の構成と一致するものではない。

本発明に係る測定装置としての実施例１の三次元形状測定装置１０は、測定対象Ｏに投影パターンＰ（図４等参照）を投影し、その投影パターンＰを撮像し、その撮像画像（投影パターン像Ｐｉ）を元に三次元座標を得るパターン投影法を用いる。この三次元形状測定装置１０は、パターン投影法に基づいて測定対象Ｏまでの距離を算出することにより当該測定対象Ｏ（その各点）の三次元座標を求める。三次元形状測定装置１０は、図１に示すように、距離を算出するための基準とする基準線Ｌ上に設けた投影部１１および撮像部１２と、それらに接続する制御部１３と、を備える。

投影部１１は、投影光軸Ａｐ上で基準となる所定の投影パターンＰ（図４等参照）を投影する。この投影部１１は、実施例１では、光源と、マスクが設けられた投影光学系と、を有する。投影部１１は、光源から出射した光（光束）を、投影光学系およびそこに設けられたマスクを経て出射させることで、投影光軸Ａｐ上に投影パターンＰを投影する。その光源は、レーザ光源やＬＥＤ光源を用いて構成することができ、実施例１では近赤外光を出射するものとする。投影光学系は、光源から出射した光（光束）を所定の形状に成形する光学部材であり、実施例１では光（光束）を所定の広がり角度で発散させる。マスクは、ガラス基板上に金属膜を蒸着して形成され、その金属膜の膜圧の変化により投影パターンＰを形成すべく透過率が設定されたマスクパターンが設けられている。この投影パターンＰの構成については後に述べる。このため、投影部１１は、実施例１では、無彩色の投影パターンＰを投影する。

投影部１１は、投影光軸Ａｐ上に位置する測定対象Ｏへ向けて、投影光学系の焦点距離に応じた広がり角度で徐々に拡散する光（光束）としての投影パターンＰ（図４等参照）を投影する。このため、投影部１１は、所定の視野範囲に投影パターンＰを投影することができる。なお、この投影部１１は、投影光軸Ａｐ上で所定の投影パターンＰを投影するものであれば、例えばプロジェクタを用いるものであってもよく、他の構成であってもよく、実施例１の構成に限定されるものではない。

撮像部１２は、投影パターンＰが投影された測定対象Ｏを撮像する。この撮像部１２は、実施例１では、撮像光学系と撮像素子とを有し、撮像光軸Ａｓを中心として入射する光（光束）を撮像光学系で撮像素子（その受光面）上に結像させる。その撮像光学系は、実施例１では、投影部１１の投影光学系と等しい焦点距離としている。このため、実施例１では、投影部１１の視野範囲（投影パターンＰを投影する光（光束）の広がり角）を、撮像部１２の撮像範囲（画角）と等しいものとしている。撮像素子は、実施例１では、近赤外の波長帯域に感度を有するＣＣＤイメージセンサを用いて構成され、各画素を水平方向および鉛直方向で長方形状に行列を為して設けられている。この撮像素子は、受光面上に結像された被写体像を電気信号（画像データ）に変換して、画像生成部に出力する。その画像生成部は、撮像部１２に設けられ、撮像素子から出力された電気信号を、被写体像に対応したデジタル画像データに生成して出力する。なお、撮像部１２では、撮像素子としてＣＭＯＳを用いて構成してもよく、他の構成であってもよく、実施例１の構成に限定されるものではない。

この撮像部１２は、図２および図３に示すように、投影部１１とともに基準線Ｌ上に設け、その投影部１１とは所定の間隔ｄ（図３参照）だけ離した位置関係とし、撮像光軸Ａｓを投影部１１の投影光軸Ａｐとは異なる方向に向けている。なお、実施例１では、一例として、投影部１１（その投影光軸Ａｐ）と撮像部１２（その撮像光軸Ａｓ）とを等しい高さ位置として、すなわち基準線Ｌを水平方向に沿うものとして、所定の間隔ｄだけ離して設けている。また、実施例１では、一例として、投影部１１の投影光軸Ａｐを基準線Ｌに対して直交させるとともに、撮像部１２の撮像光軸Ａｓを基準線Ｌに対して傾斜させつつ投影光軸Ａｐに交わる設定としている。この撮像部１２は、撮像した撮像光軸Ａｓ上の画像Ｉ（そのデジタル画像データ）（図７参照）を、制御部１３に出力する。

その制御部１３は、図１に示すように、駆動制御部１４と距離算出部１５と記憶部１６とを備え、その記憶部１６に記憶されたプログラムに基づいて三次元形状測定装置１０の動作を統括的に制御する。なお、この制御部１３は、投影部１１および撮像部１２とは別体とされていてもよく、投影部１１および撮像部１２と一体とされていてもよく、投影部１１または撮像部１２に内蔵されていてもよい。駆動制御部１４は、投影部１１（その光源）を制御することで投影部１１から投影パターンＰ（図４等参照）を投影させる。また、駆動制御部１４は、撮像部１２（その撮像素子および画像生成部）を制御することで撮像光軸Ａｓ上を撮像させ、その撮像に基づく画像Ｉ（そのデジタル画像データ）（図７参照）を生成させる。

距離算出部１５は、図３に示すように、撮像部１２からの撮像光軸Ａｓ上の画像Ｉ（そのデジタル画像データ）（図７参照）に基づいて、三角測量の原理により画像Ｉに写し出された任意の点ｄａまでの深度方向距離Ｚを算出する。その深度方向距離Ｚとは、三次元形状測定装置１０から測定対象Ｏ（任意の点ｄａ）までの距離を示し、その深度方向Ｄｚは、水平面に沿いつつ基準線Ｌと直交するものである。距離算出部１５は、後述するように画像Ｉにおける投影パターン像Ｐｉ（図７参照）を投影パターンＰ（図６参照）に対応付けすることにより、投影部１１（その基準点）から任意の点ｄａへ向かう方向の投影光軸Ａｐに対する投影角度を求める。その距離算出部１５では、投影角度と、撮像部１２の撮像光学系の焦点距離と、画像Ｉ上での撮像光軸Ａｓと任意の点ｄａとの間隔と、投影部１１と撮像部１２との所定の間隔ｄと、を用いて三角測量の原理により任意の点ｄａの深度方向距離Ｚを算出する。そして、距離算出部１５では、測定対象Ｏを写し出した画像Ｉにおける全ての測定点に対して深度方向距離Ｚを算出することにより、当該測定対象Ｏの三次元座標値を算出する。

次に、本発明に係る測定装置としての実施例１の三次元形状測定装置１０の投影部１１が投影する本発明に係る投影パターンの一例としての投影パターンＰについて説明する。この投影パターンＰは、図４に示すように、第１方向Ｄ１に伸びる複数のストライプＳを、第２方向Ｄ２に並列させて形成している。実施例１では、第１方向Ｄ１を水平方向と平行とし、第２方向Ｄ２を鉛直方向と平行としており、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とを直交させている。このため、実施例１では、投影パターンＰにおける第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２を、撮像部１２の撮像素子における画素が並ぶ方向と等しいものとしている。各ストライプＳは、第１方向Ｄ１で見て互いに等しい長さ寸法とし、第２方向Ｄ２で見て互いに等しい幅寸法としている。この各ストライプＳの幅寸法は、測定対象Ｏの三次元座標値を算出する際に求められる分解能（解像度）に対応させる十分に細いものとする。投影パターンＰでは、ｍ値レベルの輝度値によりコード化、すなわち輝度値を（ｍ−１）段階に変化させることによりコード化したｍ種類のストライプＳを用いている。その各ストライプＳにおけるレベル数すなわち用いる種類の数（ｍ）は、各ストライプＳの適切な判別を可能とする観点から輝度値の差異を十分に確保することができるように設定する。実施例１の投影パターンＰでは、ｍを３以上の自然数として、第２方向Ｄ２で隣接する２本のストライプＳを異なる種類としつつｍ種類のストライプＳを適宜組み合わせてｍ×（ｍ−１）本のストライプＳから為る１つの周期性領域Ａｒを形成する。そして、投影パターンＰでは、その周期性領域Ａｒを複数個（図４の例では３個）繰り返し配している。その各周期性領域Ａｒは、次のように形成する。

先ず、投影パターンＰ（各周期性領域Ａｒ）では、第２方向Ｄ２で見て隣接する２本のストライプＳのコードを１組として扱い、それぞれの組み合わせを互いに異なるものとすることで、第２方向Ｄ２で見た位置の特定を可能とする。このとき、第２方向Ｄ２で見てｎ列目のストライプＳとｎ+１列目のストライプＳとのコードを１組とし、ｎ+１列目のストライプＳとｎ+２列目のストライプＳとのコードを次の１組とする。すなわち、各ストライプＳは、隣接する２つのストライプＳの組において、第２方向Ｄ２で見た前側と後側とに１回ずつ位置することで、２種類の組み合せの態様Ｃ（図５参照）を構成するものとする。ここで、ｍ種類のストライプＳで形成することのできる組み合わせの態様Ｃは、ｍ種類のストライプＳから２つを用いた順列で表すことができるので、最大で（_mＰ_m-1）種類を形成することができる。これらのことから、各周期性領域Ａｒでは、ｍ種類のストライプＳをそれぞれ（ｍ−１）本ずつ用いることで、最も多くの組み合わせパターンを形成することができ、全部でｍ×（ｍ−１）本のストライプＳを用いている。また、実施例１では、各周期性領域Ａｒ（投影パターンＰ）において、第２方向Ｄ２で隣接する３本のストライプＳにおいて、中央に位置するストライプＳの輝度値を極値すなわち極大値または極小値とするように、各ストライプＳを配列する。

この周期性領域Ａｒの一例を図５に示す。その図５の例では、５値レベルの輝度値（ｍ＝５）によりコード化して５種類のストライプＳを用いるものとし、輝度値別に１、２、３、４、５のコードを割り振っている。ここで、５種類のストライプＳから２つを用いた順列は、最大で２０種類（₅Ｐ_5-1）の組み合わせの態様Ｃを形成することができる。そして、上述したように、１本のストライプＳがコードの組み合わせにおける２つの態様Ｃに用いられるので、各周期性領域Ａｒでは、５種類のストライプＳを各々４本ずつ用いることで合計２０本のストライプＳを用いている。この図５に示す例では、第２方向Ｄ２で見て最も左側に位置するコードの組み合わせの態様Ｃが、１列目のストライプＳと２列目のストライプＳとからなる「１２」となる。また、第２方向Ｄ２で見て左から２番目に位置するコードの組み合わせの態様Ｃが、２列目のストライプＳと３列目のストライプＳとからなる「２１」となる。そして、図５に示す例では、第２方向Ｄ２で見て最後に位置するコードの組み合わせの態様Ｃが、２０列目のストライプＳと１列目のストライプＳとからなる「５１」となる。これは、上記した周期性領域Ａｒを複数個繰り返し配することによる。そして、各周期性領域Ａｒでは、第２方向Ｄ２で隣接する３本のストライプＳで見ると、中央に位置するストライプＳの輝度値を極値としている。

このように形成した周期性領域Ａｒを複数個繰り返し配することにより、投影パターンＰ（図４参照）を形成する。その図４に示す例では、図５と同様に５値レベルの輝度値（ｍ＝５）によりコード化して５種類のストライプＳを用いるものとし、輝度値別に１、２、３、４、５のコードを割り振っている。そして、２０（５×（５−１））本のストライプＳから為る周期性領域Ａｒを３個繰り返して配することにより、投影パターンＰを形成している。

そして、投影パターンＰでは、第１方向Ｄ１で見て異なるレベルの輝度値とする境界線Ｂを設けている。このため、投影パターンＰでは、ｎ列目において、境界線Ｂの第１方向Ｄ１で見た一方側（図４の例では正面視して上側）と、境界線Ｂの第１方向Ｄ１で見た他方側（図４の例では正面視して下側）と、で異なる輝度値のストライプＳが存在している。その境界線Ｂは、投影パターンＰにおいて、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２に対して傾斜を為して設ける。図４に示す例の投影パターンＰでは、左上の角部から右下の角部を架け渡す対角線上に境界線Ｂを設けている。このため、投影パターンＰでは、３個繰り返し配した各周期性領域Ａｒにおいて、互いに等しい順序で５種類のストライプＳが配され、周期性領域Ａｒ毎に第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２で見た境界線Ｂの位置が異なっている。境界線Ｂは、実施例１では、対角線の上側（第１方向Ｄ１一方側）でｎ列目に位置するストライプＳが、対角線の下側（第１方向Ｄ１他方側）ではｎ−１列目に位置するように、各ストライプＳの位置を１列分だけ第２方向Ｄ２にずらして形成している。

次に、距離算出部１５による画像Ｉ上の投影パターン像Ｐｉと投影パターンＰとの対応付けについて、図２および図３に加えて、図６および図７を用いて説明する。この図２、図３、図６、図７に示す例では、理解を容易なものとするために、投影パターンＰとして図６に示す投影パターンＰＡを用いるものとする。その投影パターンＰＡでは、３値レベルの輝度値（ｍ＝３）によりコード化して３種類のストライプＳを用いるものとし、輝度値別に１、２、３のコードを割り振っている。そして、投影パターンＰＡは、６（３×（３−１））本のストライプＳから為る周期性領域Ａｒを３個繰り返し配して形成している。また、図２、図３、図６、図７に示す例では、スクリーンＯｓおよびその前方に置かれた突起物Ｏｐを測定対象Ｏとしている。そのスクリーンＯｓは、図３に示すように、基準線Ｌに対して平行な平面を規定する板状を呈し、突起物Ｏｐは、手前側（三次元形状測定装置１０側）が基準線Ｌに対して平行な平面とされた直方体形状を呈する。

三次元形状測定装置１０では、図２および図３に示すように、測定対象Ｏの三次元座標値（三次元形状）を測定すべく、投影部１１が投影光軸Ａｐ上に位置する測定対象Ｏとしての突起物ＯｐおよびスクリーンＯｓに投影パターンＰＡを投影する。その投影パターンＰＡは、投影された測定対象Ｏの外形形状に沿って、図２に示す例では、突起物ＯｐおよびスクリーンＯｓの外形形状に沿って変形する。そして、三次元形状測定装置１０では、撮像部１２が撮像光軸Ａｓ上の撮像範囲を撮像することで、投影パターンＰが投影された突起物ＯｐおよびスクリーンＯｓ（測定対象Ｏ）を撮像し、その画像Ｉ（そのデジタル画像データ）を取得する。その取得した画像Ｉを図７に示す。

その画像Ｉでは、突起物ＯｐおよびスクリーンＯｓに投影された投影パターンＰＡの投影パターン像Ｐｉが写し出されている。画像Ｉでは、高さ位置ｙ２から高さ位置ｙ３の間であって水平位置ｘ１から水平位置ｘ３の間に、突起物Ｏｐの手前側の平面に投影された投影パターン像Ｐｉが写し出されている。また、画像Ｉでは、高さ位置ｙ２から高さ位置ｙ３の間であって水平位置ｘ３から水平位置ｘ４の間に、投影パターン像Ｐｉが投影されていない突起物Ｏｐの側面が写し出されている。そして、画像Ｉでは、高さ位置ｙ２から高さ位置ｙ３の間であって水平位置ｘ４から水平位置ｘ５の間が、スクリーンＯｓ上において手前に位置する突起物Ｏｐにより投影パターンＰＡが投影されていない箇所とされている。画像Ｉでは、高さ位置ｙ１から高さ位置ｙ３の間であって水平位置ｘ２から水平位置ｘ６の間において、上記した突起物Ｏｐに関連する箇所以外に、スクリーンＯｓに投影された投影パターン像Ｐｉが写し出されている。

ここで、突起物ＯｐとスクリーンＯｓとが深度方向Ｄｚで異なる位置とされているが（図３参照）、画像Ｉに写し出された投影パターン像Ｐｉの第１方向Ｄ１での位置および大きさは変化しない。これは、投影部１１の視野範囲（投影パターンＰを投影する光（光束）の広がり角）と、撮像部１２の撮像範囲（画角）と、を等しいものとしていることによる。すなわち、投影パターンＰＡは、深度方向Ｄｚの手前側となるほど小さく投影されるが（図２参照）、投影パターン像Ｐｉは、深度方向Ｄｚの手前側となるほど画像Ｉに大きく写し出される。そして、その変化分は、投影部１１の視野範囲と、撮像部１２の撮像範囲と、が等しいことで互いに相殺される。このため、画像Ｉの投影パターン像Ｐｉは、深度方向Ｄｚにおける投影された位置に拘わらず、画像Ｉにおける第１方向Ｄ１での位置および大きさは変化しない。これにより、投影パターン像Ｐｉでは、深度方向Ｄｚでの投影された位置に拘わらず、第１方向Ｄ１での位置（各画素の位置）を、投影部１１から投影される投影パターンＰＡにおける鉛直方向での位置（高さ位置）に対応させることができる。なお、投影部１１の視野範囲と撮像部１２の撮像範囲（焦点距離）とを異なるものとした場合であっても、撮像部１２が画像Ｉを生成する際に撮像範囲の投影部１１の視野範囲との差異を打ち消すように計算処理を行うことで同様の効果を得ることができる。

また、投影パターン像Ｐｉでは、深度方向Ｄｚにおける投影された位置（その変化）に応じて、画像Ｉ上での第２方向Ｄ２での位置が変化する。これは、撮像部１２を、基準線Ｌ上において投影部１１と所定の間隔ｄだけ離して設けていることによる。この例では、投影部１１に対して撮像部１２を右側に変位させていることから（図２および図３参照）、画像Ｉにおいて、スクリーンＯｓの手前に位置する突起物Ｏｐ上の投影パターン像ＰｉがスクリーンＯｓ上の投影パターン像Ｐｉに対して左側に変位する。そこで、投影パターン像Ｐｉの各ストライプ像Ｓｉと投影パターンＰＡの各ストライプＳとを用いて、当該投影パターン像Ｐｉにおける第２方向Ｄ２での位置を、投影パターンＰＡにおける第２方向Ｄ２での位置に対応させる。

投影パターン像Ｐｉでは、第２方向Ｄ２で隣接する２本のストライプ像Ｓｉのコードを判別し、投影パターンＰＡにおいて等しいコードを探し出すことで各周期性領域Ａｒにおける第２方向Ｄ２（水平方向）での位置（水平位置）に対応させることができる。これは、投影パターンＰＡの各周期性領域Ａｒでは、隣接する２本のストライプＳのコードの組み合わせの態様Ｃをすべて異なるものとしていることによる。そして、投影パターン像Ｐｉでは、１本のストライプ像Ｓｉを２つの態様Ｃに用いるものとしているので、ストライプ像Ｓｉ毎に投影パターンＰＡのストライプＳに対応させることができる。なお、実施例１では、投影パターン像Ｐｉの隣接する２本のストライプ像Ｓｉのコードを判別して投影パターンＰＡの水平位置に対応させる際、両ストライプ像Ｓｉの境目（後述する図７の画素ｐ１等参照）を第２方向Ｄ２での位置として扱うこととする。なお、この第２方向Ｄ２での位置は、第２方向Ｄ２で見て判断したコードの組み合わせを形成する２本のストライプ像Ｓｉ上であれば、いずれか一方のストライプ像Ｓｉの内部もしくは端部であってもよく、他の位置であってもよく、実施例１に限定されるものではない。

しかしながら、投影パターンＰＡでは、複数の周期性領域Ａｒ（この例では３個）が設けられていることから、隣接する２本のストライプＳのコードの組み合わせの態様Ｃではいずれの周期性領域Ａｒに属するものであるのかを判別することができない。このため、本発明では、第１方向Ｄ１で見て異なるレベルの輝度値となる境界線Ｂを投影パターンＰＡ（投影パターンＰ）に設けている（図４、図６参照）。ここで、投影パターン像Ｐｉでは、上述したように、深度方向Ｄｚにおける投影された位置の変化に応じて、第２方向Ｄ２で見た位置が変化するが、第１方向Ｄ１で見た位置は変化しない。このため、投影パターン像Ｐｉでは、深度方向Ｄｚにおける投影された位置に拘わらず、第１方向Ｄ１で見た両端部（上端部Ｅｔまたは下端部Ｅｂ）から任意の位置までの間隔ｈを一定のものとすることができる。また、投影パターンＰＡでは、周期性領域Ａｒ毎に第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２で見た境界線Ｂの位置を異なるものとしている。このことから、投影パターンＰＡでは、各ストライプＳにおける任意の位置から、境界線Ｂまでの間隔ｋを一対一対応とすることができる。この具体的な例を、図７に示す注目点ｄｓを用いて説明する。

先ず、図７に示す画像Ｉ上の投影パターン像Ｐｉにおいて、注目点ｄｓと第１方向Ｄ１で見た一方の端部（上端部Ｅｔまたは下端部Ｅｂ）との間隔ｈ（間隔ｈ１または間隔ｈ２）を求めることにより、投影パターンＰＡにおける注目点ｄｓの高さ位置Ｈを求める。そして、注目点ｄｓを第２方向Ｄ２で挟む２本のストライプ像Ｓｉのコードを判別することにより、注目点ｄｓが位置するコードの組み合わせの態様Ｃを求める。この図７に示す例では、注目点ｄｓは、投影パターンＰＡにおける各ストライプＳのコード（図６参照）に基づいてストライプ像Ｓｉのコードを判別することにより、コードの組み合わせの態様Ｃが「２３」となる位置に存在していることが解る。この注目点ｄｓは、投影パターン像Ｐｉにおける境界線Ｂまでの間隔ｋが、第１方向Ｄ１で見ると間隔ｋ１とされ、第２方向Ｄ２で見ると間隔ｋ２とされている。

ここで、投影パターンＰＡでは、図６に示すように、高さ位置Ｈにおいてコードの組み合わせの態様Ｃが「２３」となる位置が、対応候補点Ｓｃ１、Ｓｃ２の２箇所に存在する。その対応候補点Ｓｃ１では、境界線Ｂまでの間隔ｋが、第１方向Ｄ１で見ると間隔ｋ３であり、第２方向Ｄ２で見ると間隔ｋ４である。また、対応候補点Ｓｃ２では、境界線Ｂまでの間隔ｋが、第１方向Ｄ１で見ると間隔ｋ５であり、第２方向Ｄ２で見ると間隔ｋ６である。このため、注目点ｄｓの境界線Ｂまでの間隔ｋ（図７参照）と、各対応候補点Ｓｃ１、Ｓｃ２の境界線Ｂまでの間隔ｋ（図６参照）と、のうちの等しい方向のものを比較することで、注目点ｄｓが両対応候補点Ｓｃ１、Ｓｃ２のいずれに対応するかを判別することができる。この例では、間隔ｋ１（図７参照）が間隔ｋ３（図６参照）と等しいこと、または間隔ｋ２（図７参照）が間隔ｋ４（図６参照）と等しいことから、注目点ｄｓ（図７参照）が対応候補点Ｓｃ１に対応する対応点Ｅ（図６参照）であると判別することができる。これにより、撮像部１２で撮像した画像Ｉ上の投影パターン像Ｐｉを、投影部１１が投影する投影パターンＰに対応付けることができる。

このように、本発明では、注目点ｄｓに対する投影パターンＰでの対応点Ｅを適切に求めるために、注目点ｄｓから境界線Ｂまでの間隔ｋ（図７参照）を用いている。この図７に示す例では、投影パターン像Ｐｉにおいて、高さ位置ｙ１から高さ位置ｙ２の間では、いずれの画素を注目点ｄｓとした場合であっても、第２方向Ｄ２に境界線Ｂ１が存在するので、第２方向Ｄ２で見た境界線Ｂまでの間隔ｋ２を用いることができる。また、投影パターン像Ｐｉにおいて、水平位置ｘ５から水平位置ｘ６の間では、いずれの画素を注目点ｄｓとした場合であっても、第１方向Ｄ１に境界線Ｂ２が存在するので、第１方向Ｄ１で見た境界線Ｂまでの間隔ｋ１を用いることができる。さらに、高さ位置ｙ２から高さ位置ｙ３の間でかつ水平位置ｘ１から水平位置ｘ３の間では、いずれの画素を注目点ｄｓとした場合であっても、第１方向Ｄ１（一部では第２方向Ｄ２にも）に境界線Ｂ３が存在するので、第１方向Ｄ１で見た境界線Ｂまでの間隔ｋ１を用いることができる。このため、投影パターン像Ｐｉにおける全ての画素に対して深度方向距離Ｚを適切に算出することができる。

換言すると、本発明では、少なくとも第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とのいずれか一方に境界線Ｂが存在する箇所であれば、いずれの画素を注目点ｄｓ（図７参照）とした場合であっても、境界線Ｂまでの間隔ｋ（図７参照）を用いて投影パターンＰでの対応点Ｅ（図６参照）を適切に求めることができる。また、本発明では、投影パターン像Ｐｉにおける第１方向Ｄ１で見た端部（上端部Ｅｔまたは下端部Ｅｂ）と注目点ｄｓとの間隔ｈ（間隔ｈ１または間隔ｈ２）を求めることにより（図７参照）、注目点ｄｓの投影パターンＰにおける高さ位置Ｈ（図６参照）を求めている。このため、本発明では、画像Ｉ上に投影パターン像Ｐｉにおける第１方向Ｄ１で見た少なくとも一方の端部（上端部Ｅｔまたは下端部Ｅｂ）が映し出されていることが必要となる。

なお、図２および図３に示す例では、スクリーンＯｓと突起物Ｏｐの手前側の面とを基準線Ｌに対して平行な平面を規定するものとしている。このため、図７に示す画像Ｉ上での投影パターン像Ｐｉの第２方向Ｄ２で見た幅寸法が均一なものとなっている。ところが、測定対象Ｏは、基準線Ｌと平行な平面とは限らず、基準線Ｌの傾斜度合や形状等に応じて、各ストライプＳの幅寸法が変化する。このことは、例えば、基準線Ｌに対して傾斜する平面である場合には、その傾斜度合いと傾斜の向きとに応じて、各ストライプＳの幅寸法が一様に収縮する。この場合、基準線Ｌと平行な平面上の各ストライプ像Ｓｉの幅寸法を基準として、画像Ｉ上での投影パターン像Ｐｉにおける第２方向Ｄ２で見た境界線Ｂまでの間隔ｋを適宜補正することにより、上記した対応付けを行うことができる。

次に、本発明に係る測定装置としての実施例１の三次元形状測定装置１０の制御部１３（図１参照）において実行される、測定対象Ｏの三次元形状を測定する三次元形状測定処理について、図８を用いて説明する。その図８は、実施例１における距離算出部１５にて実行される三次元形状測定処理（三次元形状測定方法）を示すフローチャートである。この三次元形状測定処理（三次元形状測定方法）は、制御部１３の記憶部１６に記憶されたプログラムに基づいて、距離算出部１５が実行する。以下では、この三次元形状測定処理（三次元形状測定方法）としての図８のフローチャートの各ステップ（各工程）について説明する。この図８のフローチャートは、測定対象Ｏの三次元形状を測定する要求が為されると開始される。

ステップＳ１では、撮像部１２により測定対象Ｏ上の投影パターン像Ｐｉの画像Ｉを取得して、ステップＳ２へ進む。このステップＳ１では、駆動制御部１４が、投影部１１（その光源）を制御して投影部１１から投影パターンＰ（ＰＡ）を投影させ、撮像部１２（その撮像素子および画像生成部）を制御して画像Ｉ（そのデジタル画像データ）を生成させる。これにより、ステップＳ１では、投影部１１で測定対象Ｏに投影パターンＰを投影し、その投影パターンＰが投影された測定対象Ｏを撮像部１２で撮像して、測定対象Ｏ上の投影パターン像Ｐｉの画像Ｉを取得する。

ステップＳ２では、ステップＳ１での測定対象Ｏ上の投影パターン像Ｐｉの画像Ｉを取得することに続き、画像Ｉにおける投影パターン像Ｐｉが写し出された領域をコード化して、ステップＳ３へ進む。このステップＳ２では、先ず、距離算出部１５が、エッジ検出フィルタを用いて、写し出された投影パターン像Ｐｉにおけるエッジ（輝度値が大きく変化している箇所）を検出する。このエッジ検出フィルタとしては、Ｃａｎｎｙフィルタや、Ｌａｐｌａｃｉａｎフィルタや、Ｓｏｂｅｌフィルタが等を用いることができる。これにより、投影パターン像Ｐｉにおける外郭線、その外郭線を含む各ストライプ像Ｓｉの境目および境界線Ｂ（それらを示す画素位置）を算出することができ、各ストライプ像Ｓｉの位置を求めることができる。その後、ステップＳ２では、距離算出部１５が、求めた各ストライプ像Ｓｉにおける輝度値を算出する。この輝度値は、各ストライプ像Ｓｉにおける中心の輝度値を用いてもよく、全体の平均輝度値を用いてもよく、他の方法で求めた輝度値を用いても良い。この後、ステップＳ２では、距離算出部１５が、求めた輝度値に基づいて各ストライプ像Ｓｉに輝度レベルを割り当てる。例えば、図６に示す例の投影パターンＰＡでは、３値レベルの輝度値（ｍ＝３）によりコード化して３種類のストライプＳを用いていることから、各ストライプ像Ｓｉに輝度値に応じた１から３のいずれかの輝度レベルを割り当てる。これにより、画像Ｉにおける投影パターン像Ｐｉが写し出された領域をコード化することができる。

ステップＳ３では、ステップＳ２での投影パターン像Ｐｉが写し出された領域をコード化することに続き、行数ｐ＝１および列数ｑ＝１として、ステップＳ４へ進む。ここで、投影パターン像Ｐｉにおける第２方向Ｄ２に並ぶ画素の群を行として、最も上側の画素の並びを１行目としかつその下の画素の並びを２行目とするように、各画素を第１方向Ｄ１で見て上から順に加算して行数ｐを割り当てる。また、投影パターン像Ｐｉにおける第１方向Ｄ１に並ぶ各ストライプ像Ｓｉを列として、最も左側を１列目としかつその隣を２列目とするように、各ストライプ像Ｓｉを第２方向Ｄ２で見て左から順に加算して列数ｑを割り当てる。このステップＳ３では、距離算出部１５が、ステップＳ１で取得した投影パターン像Ｐｉを用いて三次元形状の計測を開始するために、行数ｐ＝１および列数ｑ＝１とする。

ステップＳ４では、ステップＳ３での行数ｐ＝１および列数ｑ＝１とすること、あるいは、ステップＳ１１での列数ｑに１を加算して新たな列数ｑとすること、あるいは、ステップＳ１２での行数ｐに１を加算して新たな行数ｐとすること、に続き、ｐ行目におけるｑ列目を注目点ｄｓとして、ステップＳ５へ進む。このステップＳ４では、距離算出部１５が、ｐ行目におけるｑ列目を、すなわち投影パターン像Ｐｉにおいて上端からｐ番目に位置しかつ左端からｑ列目に位置するストライプ像Ｓｉを示す画素を注目点（注目画素）ｄｓとする。ここで、実施例１では、上述したように、コードを判別する２本のストライプＳの境目を第２方向Ｄ２での位置として扱うことから、ｑ列目とｑ＋１列目とのストライプ像Ｓｉの境目に位置する画素を、ｑ列目に位置するストライプ像Ｓｉを示す画素とする。

ステップＳ５では、ステップＳ４でのｐ行目におけるｑ列目を注目点ｄｓとすることに続き、注目点ｄｓに対する各対応候補点Ｓｃを算出して、ステップＳ６へ進む。このステップＳ５では、距離算出部１５が、投影パターン像Ｐｉにおいて、注目点ｄｓの行数ｐから当該注目点ｄｓの投影パターンＰＡにおける高さ位置Ｈを求める。これは、この三次元形状測定処理（三次元形状測定方法）では、投影パターン像Ｐｉにおける上端部Ｅｔを１行目としており、行数を規定する各画素の寸法（サイズ）が既知であることによる。その後、ステップＳ５では、距離算出部１５が、投影パターン像Ｐｉにおいて、注目点ｄｓを第２方向Ｄ２で挟む２本のストライプ像Ｓｉのコードを判別することにより、注目点ｄｓが位置するコードの組み合わせの態様Ｃを求める。そして、ステップＳ５では、距離算出部１５が、投影パターンＰ（ＰＡ）において、高さ位置Ｈでコードの組み合わせが態様Ｃとなる位置を求め、それぞれの位置を対応候補点Ｓｃとする。

ステップＳ６では、ステップＳ５での各対応候補点Ｓｃの算出に続き、注目点ｄｓから境界線Ｂまでの間隔ｋを求めて、ステップＳ７へ進む。このステップＳ６では、距離算出部１５が、投影パターン像Ｐｉにおいて、注目点ｄｓから境界線Ｂまでの第１方向Ｄ１で見た間隔ｋ１または第２方向Ｄ２で見た間隔ｋ２を求める。この間隔ｋは、それぞれの方向での画素数をカウントすることで求めることができる。

ステップＳ７では、ステップＳ６での注目点ｄｓから境界線Ｂまでの間隔ｋを求めることに続き、対応点Ｅを求めて、ステップＳ８へ進む。このステップＳ７では、距離算出部１５が、投影パターン像Ｐｉにおける注目点ｄｓから境界線Ｂまでの間隔ｋと、既知である投影パターンＰにおける各対応候補点Ｓｃのから境界線Ｂまでの間隔ｋと、を比較する。その投影パターンＰにおける間隔ｋとしては、各対応候補点Ｓｃから境界線Ｂまでの第１方向Ｄ１で見た間隔ｋ１または第２方向Ｄ２で見た間隔ｋ２を用いることができる。そして、投影パターン像Ｐｉの間隔ｋ１（図７参照）を用いる場合には、投影パターンＰの第１方向Ｄ１の間隔を用い、投影パターン像Ｐｉの間隔ｋ２（図７参照）を用いる場合には、投影パターンＰの第２方向Ｄ２の間隔を用いる。ステップＳ７では、距離算出部１５が、間隔ｋと最も近似する間隔を有する対応候補点Ｓｃを、注目点ｄｓに対応する対応点Ｅとする。

ステップＳ８では、ステップＳ７での対応点Ｅを求めることに続き、注目点ｄｓまでの深度方向距離Ｚを算出して、ステップＳ９へ進む。このステップＳ８では、距離算出部１５が、投影部１１（その基準点）から対応点Ｅへ向かう方向の投影光軸Ａｐに対する投影角度を求める。そして、ステップＳ８では、距離算出部１５が、投影角度と、撮像部１２の撮像光学系の焦点距離と、画像Ｉ上での撮像光軸Ａｓから注目点ｄｓまでの間隔と、投影部１１と撮像部１２との所定の間隔ｄと、を用いて三角測量の原理により注目点ｄｓの深度方向距離Ｚを算出する。

ステップＳ９では、ステップＳ８での深度方向距離Ｚを算出することに続き、注目点ｄｓが投影パターン像Ｐｉにおける右端に位置するか否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップＳ１０へ進み、ＮＯの場合はステップＳ１１へ進む。このステップＳ９では、距離算出部１５が、深度方向距離Ｚを算出した注目点ｄｓが投影パターン像Ｐｉの右端に位置するか否かを判断することにより、ｐ行目におけるすべてのストライプ像Ｓｉを示す全ての画素に対して深度方向距離Ｚを算出したか否かを判断する。ステップＳ９では、ｐ行目のすべてのストライプ像Ｓｉを示す全ての画素に対して算出した場合には、ｐ+１行目における各ストライプ像Ｓｉを注目点ｄｓとすべくステップＳ１０に進む。また、ステップＳ９では、ｐ行目のすべてのストライプ像Ｓｉを示す全ての画素に対して算出していない場合には、ｐ行目における未算出のストライプ像Ｓｉを注目点ｄｓとすべくステップＳ１１に進む。

ステップＳ１０では、ステップＳ９での注目点ｄｓが投影パターン像Ｐｉにおける右端に位置するとの判断に続き、注目点ｄｓが投影パターン像Ｐｉにおける下端に位置するか否かを判断し、ＹＥＳの場合はこの三次元形状測定処理（三次元形状測定方法）を終了し、ＮＯの場合はステップＳ１２へ進む。このステップＳ１０では、距離算出部１５が、深度方向距離Ｚを算出した注目点ｄｓが投影パターン像Ｐｉにおける下端に位置する（ｐ行目が最下端である）か否かを判断する。これにより、ステップＳ１０では、投影パターン像Ｐｉの各ストライプ像Ｓｉを示す全ての画素に対して深度方向距離Ｚを算出したか否かを判断する。これは、ステップＳ１０に進んだ場面では、ｐ行目におけるすべてのストライプ像Ｓｉに対して深度方向距離Ｚを算出した場合であるので、ｐ行目が最下端の行数である場合には投影パターン像Ｐｉにおける全てのストライプ像Ｓｉを示す画素を注目点ｄｓとしたことによる。ステップＳ１０では、投影パターン像Ｐｉにおける全てのストライプ像Ｓｉを示す画素に対して深度方向距離Ｚを算出した場合には、この三次元形状測定処理（三次元形状測定方法）を終了する。また、ステップＳ１０では、ｐ行目が最下端ではなく投影パターン像Ｐｉにおける全てのストライプ像Ｓｉを示す画素に対して深度方向距離Ｚを算出していない場合には、ｐ+１行目における各ストライプ像Ｓｉを注目点ｄｓとすべくステップＳ１２に進む。

ステップＳ１１では、ステップＳ９での注目点ｄｓが投影パターン像Ｐｉにおける右端に位置しないとの判断に続き、列数ｑ（その現状の値）に１を加算して新たな列数ｑとして（ｑ＝ｑ＋１）、ステップＳ４へと戻る。このステップＳ１１では、ｐ行目において深度方向距離Ｚを算出していないストライプ像Ｓｉを示す全ての画素がある。このことから、ステップＳ１１では、その残りのストライプ像Ｓｉに対して深度方向距離Ｚを算出すべく、距離算出部１５が列数ｑを１つ増やしてステップＳ４からの流れを繰り返させる。

ステップＳ１２では、ステップＳ１０での注目点ｄｓが投影パターン像Ｐｉにおける下端に位置しないとの判断に続き、行数ｐ（その現状の値）に１を加算して新たな行数ｐとして（ｐ＝ｐ＋１）、ステップＳ４へと戻る。このステップＳ１２では、ｐ行目において深度方向距離Ｚを算出していないストライプ像Ｓｉを示す全ての画素がなく、かつｐ行目が投影パターン像Ｐｉにおける最下端ではない場面である。このことから、ステップＳ１２では、次の行の各ストライプ像Ｓｉを示す全ての画素に対して深度方向距離Ｚを算出するために、距離算出部１５が行数ｐを１つ増やすとともにステップＳ４からの流れを繰り返させる。

なお、上記した三次元形状測定処理（三次元形状測定方法）では、画像Ｉにおける投影パターン像Ｐｉが写し出された領域をコード化（ステップＳ３）する際に、エッジ検出フィルタを用いてエッジを検出している。しかしながら、投影パターン像Ｐｉが写し出された領域をコード化すべく各ストライプ像Ｓｉの区別を可能とするものであれば、パターンマッチングを用いてもよく、他の方法を用いてもよく、実施例１の構成に限定されるものではない。そのパターンマッチングは、例えば、ＳＳＤ(Ｓｕｍ−ｏｆ Ｓｑｕａｒｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ)や、ＮＣＣ(Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ)や、ＺＮＣＣ(Ｚｅｒｏ−ｍｅａｎ Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ)等により計算することが挙げられる。

次に、三次元形状測定装置１０により測定対象Ｏの三次元形状を測定する際の画像Ｉ上で注目点ｄｓを変化させつつ三次元形状を測定する様子を、図７を用いて説明する。三次元形状測定装置１０では、測定対象Ｏの三次元形状を測定する要求が為されると、図８のフローチャートにおいてステップＳ１→ステップＳ２へと進むことにより、測定対象Ｏ上の投影パターン像Ｐｉの画像Ｉを取得し、その投影パターン像Ｐｉをコード化する。そして、図８のフローチャートにおいてステップＳ３→ステップＳ４へと進むことにより、投影パターン像Ｐｉにおいて、１行目すなわち第１方向Ｄ１で見て最も上側に位置する画素の並びであって、１行目における１列目すなわち１行目における最も左側に位置するストライプ像Ｓｉを示す画素ｐ１を注目点ｄｓとする。そして、図８のフローチャートにおいてステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ７→ステップＳ８へと進むことにより、画素ｐ１（注目点ｄｓ）の深度方向距離Ｚを算出する。

その後、図８のフローチャートにおいてステップＳ９→ステップＳ１１→ステップＳ４へと進むことにより、投影パターン像Ｐｉにおいて、１行目の画素の並びであって、２列目すなわち画素ｐ１（そのストライプ像Ｓｉ）の隣に位置する画素ｐ２（そのストライプ像Ｓｉ）を注目点ｄｓとする。その後、図８のフローチャートにおいてステップＳ９→ステップＳ１１→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ７→ステップＳ８へと進むこと繰り返すことにより、投影パターン像Ｐｉにおいて、１行目の画素の並びであって、その１行目における最も右端（水平位置ｘ６）に位置するストライプ像Ｓｉを示す画素ｐ３（注目点ｄｓ）の深度方向距離Ｚを算出する。これにより、投影パターン像Ｐｉにおいて高さ位置ｙ１に位置する列の全ての画素（全てのストライプ像Ｓｉを示す画素）を測定点として深度方向距離Ｚを算出することができる。

その後、図８のフローチャートにおいてステップＳ９→ステップＳ１０→ステップＳ１２→ステップＳ４へと進むことにより、投影パターン像Ｐｉにおいて、２行目の画素の並びであって、１列目すなわち２行目における最も左側に位置するストライプ像Ｓｉを示す画素ｐ４を注目点ｄｓとする。その後は、上記したことを繰り返すことにより、投影パターン像Ｐｉにおいて、高さ位置ｙ１から高さ位置ｙ２に位置する全てのストライプ像Ｓｉに対する深度方向距離Ｚを算出することができる。

その後、図８のフローチャートにおいてステップＳ９→ステップＳ１０→ステップＳ１２→ステップＳ４へと進むことにより、投影パターン像Ｐｉにおいて、高さ位置ｙ２を示す行数の画素の並びであって、１列目すなわち最も左側に位置するストライプ像Ｓｉを示す画素ｐ５を注目点ｄｓとする。その後、上記したことを繰り返すことにより、高さ位置ｙ２を示す行数において、水平位置ｘ３に位置するストライプ像Ｓｉを示す画素ｐ６の深度方向距離Ｚを算出し、次に水平位置ｘ５の次に位置するストライプ像Ｓｉを示す画素ｐ７の深度方向距離Ｚを算出する。その後、上記したことを繰り返すことにより、高さ位置ｙ２を示す行数における最も右端（水平位置ｘ６）に位置するストライプ像Ｓｉを示す画素ｐ８（注目点ｄｓ）の深度方向距離Ｚを算出する。その後、上記したことを繰り返すことにより、高さ位置ｙ３を示す行数における最も右端（水平位置ｘ６）に位置するストライプ像Ｓｉを示す画素ｐ９（注目点ｄｓ）の深度方向距離Ｚを算出する。これにより、投影パターン像Ｐｉにおける各ストライプ像Ｓｉを示す全ての画素を測定点として深度方向距離Ｚを算出することができる。

次に、このような測定対象Ｏの三次元形状を測定する三次元形状測定装置（測定装置）の技術の課題について、説明する。なお、この技術の課題は、実施例１の三次元形状測定装置１０であっても、投影パターンＰに境界線Ｂを設けていなければ同様であることから、実施例１の三次元形状測定装置１０と同様の符号を用いて説明する。

三次元形状測定装置１０では、投影パターン像Ｐｉにおける各ストライプ像Ｓｉを示す画素毎に第２方向Ｄ２での測定点を設定することで、投影パターン像Ｐｉにおける各ストライプ像Ｓｉを示す全ての画素の三次元形状を測定する。このため、三次元形状測定装置１０では、投影した投影パターンＰにおける第２方向Ｄ２で見て、この投影パターンＰの寸法（サイズ）よりも大きな寸法（サイズ）の測定対象Ｏの三次元形状を測定することができない。このことは、例えば、手の形状を測定するためには、一般的な手の大きさが約２０ｃｍであることから、第２方向Ｄ２に約２０ｃｍ長さの投影パターンＰを投影する必要があることとなる。ここで、三次元形状測定装置１０では、投影パターンＰの寸法（サイズ）を大きくすべく各ストライプＳの種類を増やすと、ストライプＳ毎の差異が小さくなって各ストライプＳの判別を適切に行うことが困難となる。また、三次元形状測定装置１０では、各ストライプ像Ｓｉを示す画素毎に第２方向Ｄ２での測定点を設定するため、各ストライプＳの幅寸法を大きくすると、測定結果における第２方向Ｄ２での分解能（解像度）の低下を招いてしまう。

このため、三次元形状測定装置１０では、求められる分解能（解像度）に対応させた十分に細い幅寸法の各ストライプＳを適切な判別を可能とする種類の数だけ用いて、隣接する２本のストライプＳを異なる種類として周期性領域Ａｒを形成する。そして、三次元形状測定装置１０では、その周期性領域Ａｒを複数個繰り返して配することにより、投影パターンＰの寸法（サイズ）を大きくすることが考えられる。この場合、投影パターン像Ｐｉにおいて隣接する２本のストライプ像Ｓｉのコードの組み合わせの態様Ｃを求め、投影パターンＰにおける態様Ｃと比較することで、各周期性領域Ａｒにおける第２方向Ｄ２での位置（水平位置）に対応させることができる。ところが、投影パターンＰでは、複数の周期性領域Ａｒ（この例では３個）が設けられていることから、隣接する２本のストライプＳのコードの組み合わせの態様Ｃではいずれの周期性領域Ａｒに属するものであるのかを判別することができなくなってしまう。

これに対して、本発明に係る測定装置の実施例１の三次元形状測定装置１０では、投影パターンＰに、第１方向Ｄ１で見て異なるレベルの輝度値としつつ投影パターンＰの左上の角部から右下の角部を架け渡す対角線上に境界線Ｂを設けている。このため、三次元形状測定装置１０では、周期性領域Ａｒ毎に第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２で見た境界線Ｂの位置を異なるものとすることができる。このことから、三次元形状測定装置１０では、投影パターン像Ｐｉにおけるいずれの位置（画素）を注目点ｄｓとした場合であっても、注目点ｄｓから境界線Ｂまでの間隔ｋを用いることにより、当該注目点ｄｓが属する周期性領域Ａｒを判別することができる。これにより、三次元形状測定装置１０では、複数個の周期性領域Ａｒを繰り返して配することで投影パターンＰの寸法（サイズ）を大きくしても、投影パターン像Ｐｉ上に設定した測定点を投影パターンＰに適切に対応させることができる。ここで、三次元形状測定装置１０では、求められる分解能（解像度）に対応させた十分に細い幅寸法の各ストライプＳを適切な判別を可能とする種類の数だけ用いて、隣接する２本のストライプＳを異なる種類として周期性領域Ａｒを形成している。よって、三次元形状測定装置１０では、適切な各ストライプＳの判別を可能としつつ十分な分解能（解像度）を有するとともに、測定可能な測定対象Ｏの大きさを大きくすることができる。

また、三次元形状測定装置１０では、第１方向Ｄ１で見て境界線Ｂの一方側（図４では上側）と他方側（図４では下側）とで各ストライプＳの位置を第２方向Ｄ２にずらすことにより、第１方向Ｄ１で見て異なるレベルの輝度値となる境界線Ｂを形成している。このため、三次元形状測定装置１０では、第１方向Ｄ１で見て境界線Ｂの一方側と他方側とで異なる種類ではあるが切れ目なく各ストライプＳを位置させることができる。ここで、三次元形状測定装置１０では、投影パターン像Ｐｉにおける各ストライプ像Ｓｉを示す全ての画素の三次元形状を測定すべく、各ストライプ像Ｓｉを示す画素列におけるすべての画素を測定点として設定する。このため、三次元形状測定装置１０では、測定結果における第１方向Ｄ１での分解能（解像度）が１画素の大きさとなる。これらのことから、三次元形状測定装置１０では、第１方向Ｄ１で見て切れ目なく各ストライプＳを位置させつつ境界線Ｂを形成することにより、第１方向Ｄ１での分解能（解像度）の低下を防止しつつ境界線Ｂを設けることができる。

さらに、三次元形状測定装置１０では、第１方向Ｄ１で見て境界線Ｂの一方側と他方側とで各ストライプＳの位置を第２方向Ｄ２にずらすことにより境界線Ｂを形成している。このため、三次元形状測定装置１０では、境界線Ｂを形成するために異なる各ストライプＳの配置を形成する必要がないので、簡易な構成で境界線Ｂを投影パターンＰに設けることができる。

三次元形状測定装置１０では、無彩色の投影パターンＰを投影することから、測定対象Ｏが有彩色であっても三次元形状を適切に測定することができる。特に、三次元形状測定装置１０では、近赤外光を用いて投影パターンＰを投影することから、投影した投影パターンＰを見えなくすることができる。

三次元形状測定装置１０では、第１方向Ｄ１で見て境界線Ｂの一方側と他方側とで各ストライプＳの位置を当該ストライプＳの幅寸法の整数倍だけ第２方向Ｄ２にずらすことにより境界線Ｂを形成している。このため、三次元形状測定装置１０では、第１方向Ｄ１で見て異なる２種類のストライプＳを位置させるだけでよいので、簡易な構成で境界線Ｂを投影パターンＰに設けることができる。

三次元形状測定装置１０では、第１方向Ｄ１で見て境界線Ｂの一方側と他方側とで各ストライプＳの位置を１列分だけ第２方向Ｄ２にずらすことにより境界線Ｂを形成している。ここで、三次元形状測定装置１０では、隣接する２本のストライプＳが異なる種類とすべく各ストライプＳを配列して投影パターンＰを形成している。このため、三次元形状測定装置１０では、第１方向Ｄ１で見て異なるレベルの輝度値とする境界線Ｂを、簡易な構成でかつ確実に投影パターンＰに設けることができる。

三次元形状測定装置１０では、ｍ値レベルの輝度値によりコード化したｍ種類のストライプＳを、ｍ×（ｍ−１）本用いて各周期性領域Ａｒを形成している。このため、三次元形状測定装置１０では、ｍ種類のストライプＳを用いて隣接する２本のストライプＳのコードにより最も多くの態様Ｃを形成することができ、効率よく各周期性領域Ａｒの第２方向Ｄ２での寸法（サイズ）を大きくすることができる。

三次元形状測定装置１０では、第１方向Ｄ１で見た境界線Ｂまでの間隔ｋ１と第２方向Ｄ２で見た境界線Ｂまでの間隔ｋ２とのいずれか一方を用いて、投影パターン像Ｐｉを投影する投影パターンＰに対応付けることができる。このため、三次元形状測定装置１０では、投影パターン像Ｐｉにおける注目点ｄｓとした箇所に応じて第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２の少なくとも一方を適宜選択することで、境界線Ｂまでの間隔ｋを用いて投影パターンＰでの対応点Ｅを適切に求めることができる。

三次元形状測定装置１０では、投影部１１が投影する投影パターンＰにおける第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２を、撮像部１２の撮像素子において各画素が行列を為す行列方向と等しくしている。このため、三次元形状測定装置１０では、投影パターン像Ｐｉにおける各ストライプ像Ｓｉを示す全ての画素の三次元形状をより適切に測定することができる。

三次元形状測定装置１０では、投影パターンＰ（各周期性領域Ａｒ）において、第２方向Ｄ２で隣接する３本のストライプＳで見ると、中央に位置するストライプＳの輝度値を極値としている。このため、三次元形状測定装置１０では、投影パターン像Ｐｉにおける各ストライプ像Ｓｉをより適切に判別することができる。

したがって、本発明に係る測定装置としての実施例１の三次元形状測定装置１０では、測定可能な測定対象Ｏの大きさを大きくしつつ分解能の低下を防止することができる。

なお、境界線Ｂは、投影パターンＰ上の全ての位置に対して、少なくとも第１方向Ｄ１または第２方向Ｄ２のいずれか一方で存在させるように設けられていれば、当該全ての位置に対して対応付けを可能とすることができる。このため、境界線Ｂは、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２に対して傾斜を為すとともに、少なくとも第１方向Ｄ１または第２方向Ｄ２で見て投影パターンＰの全域に渡って伸びるものであれば、本数や位置や長さ寸法や傾斜は適宜設定すればよく、実施例１の構成に限定されるものではない。

また、実施例１では、図５に示すように各ストライプＳを配列して投影パターンＰにおける各周期性領域Ａｒを形成している。しかしながら、各周期性領域Ａｒは、ｍ種類のストライプＳを、ｍ×（ｍ−１）本用いて第２方向Ｄ２で隣接する２本のストライプＳの組（２つのコードの態様Ｃ）を重複させることなく配列するものであればよく、実施例１の構成に限定されるものではない。また、各周期性領域Ａｒは、ｍ種類のストライプＳを用いて第２方向Ｄ２で隣接する２本のストライプＳの組（２つのコードの態様Ｃ）を重複させることなく配列するものであれば、厳密にｍ×（ｍ−１）本用いなくてもよく、実施例１の構成に限定されるものではない。

さらに、実施例１では、投影パターンＰにおいて、第１方向Ｄ１で見て境界線Ｂの一方側（図４では上側）と他方側（図４では下側）とで各ストライプＳの位置を１列分だけ第２方向Ｄ２にずらすことにより境界線Ｂを形成している。しかしながら、境界線Ｂは、第１方向Ｄ１で見て異なるレベルの輝度値となるものであれば、例えば、ストライプＳの幅寸法の整数倍だけ第２方向Ｄ２にずらすものであってもよく、実施例１の構成に限定されるものではない。

実施例１では、投影パターンＰ（各周期性領域Ａｒ）において、第２方向Ｄ２で隣接する３本のストライプＳで見ると、中央に位置するストライプＳの輝度値を極値としている。しかしながら、投影パターンＰ（各周期性領域Ａｒ）では、ｍ種類のストライプＳを、ｍ×（ｍ−１）本用いて隣接する２本のストライプＳの組（２つのコードの態様Ｃ）を重複させることなく配列するものであればよく、実施例１の構成に限定されるものではない。

実施例１では、各ストライプ像Ｓｉを示す画素列におけるすべての画素を測定点として設定すなわち１行を１画素としており、第１方向Ｄ１での分解能（解像度）を１画素の大きさとしている。しかしながら、求められる分解能（解像度）に応じて、１行を複数の画素とするものであってもよく、実施例１の構成に限定されるものではない。

次に、本発明の測定装置としての実施例２の三次元形状測定装置１０について、図９を用いて説明する。この実施例２の三次元形状測定装置１０は、投影する本発明に係る投影パターンの一例としての投影パターンＰＢの構成が、実施例１の投影パターンＰ（投影パターンＰＡ）とは異なる例である。この実施例２の三次元形状測定装置１０は、基本的な概念および構成は上記した実施例１の三次元形状測定装置１０と同様であることから、等しい概念および構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

実施例２の三次元形状測定装置１０では、投影部１１が投影する投影パターンＰＢに複数の境界線ＢＢを設けるものとする。その一例としての投影パターンＰＢを図９に示す。その投影パターンＰＢは、３値レベルの輝度値（ｍ＝３）によりコード化して３種類のストライプＳを用いるものとして輝度値別に１、２、３のコードを割り振っている。投影パターンＰＢは、６（３×（３−１））本のストライプＳから為る周期性領域Ａｒを１０個繰り返し配して形成している。この投影パターンＰＢでは、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２に対して傾斜しつつ外形線における各辺の中点を架け渡すように４本の境界線ＢＢを設けている。この各境界線ＢＢは、それらが取り囲む内側と外側とで、各ストライプＳの位置を１列分だけ第２方向Ｄ２にずらして形成している。

このため、投影パターンＰＢでは、各境界線ＢＢが交わる４つの交点（中点）を除くと、投影パターンＰＢ上の全ての位置に対して、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２で見て各々２つの境界線ＢＢを存在させている。これにより、実施例２では、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２のいずれであっても２つの境界線ＢＢまでの間隔ｋを用いて、投影パターン像Ｐｉを投影する投影パターンＰＢに対応付けることができる。

実施例２の三次元形状測定装置１０では、基本的に実施例１の三次元形状測定装置１０と同様の構成であることから、基本的に実施例１と同様の効果を得ることができる。

それに加えて、実施例２の三次元形状測定装置１０では、投影する投影パターンＰＢに第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２に対して傾斜しつつ外形線における各辺の中点を架け渡すように４本の境界線ＢＢを設けている。このため、実施例２では、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２の一方のみで見た場合であっても、２つの境界線ＢＢまでの間隔ｋを用いて、投影パターン像Ｐｉを投影する投影パターンＰＢに対応付けることができる。これにより、実施例２では、投影パターン像Ｐｉを投影する投影パターンＰＢにより適切に対応付けることができ、投影パターン像Ｐｉにおける各ストライプ像Ｓｉを示す全ての画素を測定点として深度方向距離Ｚをより適切に算出することができる。

また、実施例２の三次元形状測定装置１０では、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２の一方のみで見た場合であっても、２つの境界線ＢＢまでの間隔ｋを用いることができるので、一方の間隔ｋを他方の間隔ｋに対するエラーチェックとして用いることができる。このため、実施例２では、投影パターン像Ｐｉを投影する投影パターンＰＢにより適切に対応付けることができる。

さらに、実施例２の三次元形状測定装置１０では、各境界線ＢＢが交わる４つの交点（中点）を除くと、投影パターンＰＢ上の全ての位置に対して、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２で見て各々２つの境界線ＢＢを存在させている。このため、実施例２では、投影パターン像Ｐｉにおいて、注目点ｄｓに対して第１方向Ｄ１または第２方向Ｄ２に境界線ＢＢを存在させる可能性を高めることができるので、投影パターン像Ｐｉを投影パターンＰＢにより確実に対応付けることができる。これは、三次元形状の測定では、オクル―ジョン等により撮像部１２が投影パターンＰＢの全体を投影パターン像Ｐｉとして取得できない可能性があることによる。

したがって、本発明に係る測定装置としての実施例２の三次元形状測定装置１０では、測定可能な測定対象Ｏの大きさを大きくしつつ分解能の低下を防止することができる。

なお、実施例３では、図９に示す投影パターンＰＢを用いているが、複数の境界線が設けられたものであれば、他の構成であってもよく、実施例２の構成に限定されるものではない。

次に、本発明の測定装置としての実施例３の三次元形状測定装置１０について、図１０を用いて説明する。この実施例３の三次元形状測定装置１０は、投影する本発明に係る投影パターンの一例としての投影パターンＰＣの構成が、実施例１の投影パターンＰ（投影パターンＰＡ）および実施例２の投影パターンＰＢとは異なる例である。この実施例３の三次元形状測定装置１０は、基本的な概念および構成は上記した実施例１の三次元形状測定装置１０と同様であることから、等しい概念および構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

実施例３の三次元形状測定装置１０では、投影部１１が投影する投影パターンＰＣに複数の境界線ＢＣを設けるとともに、その各境界線ＢＣが互いに交わることを防止したものとする。その一例としての投影パターンＰＣを図９に示す。その投影パターンＰＣは、３値レベルの輝度値（ｍ＝３）によりコード化して３種類のストライプＳを用いるものとして輝度値別に１、２、３のコードを割り振っている。投影パターンＰＣは、６（３×（３−１））本のストライプＳから為る周期性領域Ａｒを１０個繰り返し配して形成している。この投影パターンＰＣでは、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２に対して傾斜しつつ、互いに平行な３本の境界線ＢＣを設けている。この各境界線ＢＣは、当該各境界線ＢＣの上側（第１方向Ｄ１一方側）と下側（第１方向Ｄ１他方側）とで各ストライプＳの位置を１列分だけ第２方向Ｄ２にずらして形成している。図１０に示す例では、真ん中に位置する境界線ＢＣを、右上の角部の近傍から左下の角部の近傍を架け渡して設け、上下の２本の境界線ＢＣを外形線における第１方向Ｄ１に伸びる辺の中点の近傍と第２方向Ｄ２に伸びる辺の中点の近傍とを架け渡して設けている。このため、投影パターンＰＣでは、第２方向Ｄ２に並列する各ストライプＳの群が３本の境界線ＢＣにより４段階に分けられている。この投影パターンＰＣでは、１段目と３段目の各ストライプＳの並びを等しくし、２段目と４段目の各ストライプＳの並びを等しくしている。

このため、投影パターンＰＣでは、全ての位置に対して、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２で見て各々２つの境界線ＢＣを存在させている。これにより、実施例３では、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２のいずれであっても２つの境界線ＢＣまでの間隔ｋを用いて、投影パターン像Ｐｉを投影する投影パターンＰＣに対応付けることができる。

実施例３の三次元形状測定装置１０では、基本的に実施例１の三次元形状測定装置１０と同様の構成であることから、基本的に実施例１と同様の効果を得ることができる。

それに加えて、実施例３の三次元形状測定装置１０では、投影する投影パターンＰＣに互いに平行な３本の境界線ＢＣを設けている。このため、実施例３では、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２の一方のみで見た場合であっても、２つの境界線ＢＣまでの間隔ｋを用いて、投影パターン像Ｐｉを投影する投影パターンＰＣに対応付けることができる。これにより、実施例３では、投影パターン像Ｐｉを投影する投影パターンＰＣにより適切に対応付けることができ、投影パターン像Ｐｉにおける各ストライプ像Ｓｉを示す全ての画素を測定点として深度方向距離Ｚをより適切に算出することができる。

また、実施例３の三次元形状測定装置１０では、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２の一方のみで見た場合であっても、２つの境界線ＢＣまでの間隔ｋを用いることができるので、一方の間隔ｋを他方の間隔ｋに対するエラーチェックとして用いることができる。このため、実施例３では、投影パターン像Ｐｉを投影する投影パターンＰＣにより適切に対応付けることができる。

さらに、実施例３の三次元形状測定装置１０では、投影パターンＰＣ上の全ての位置に対して、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２で見て各々２つの境界線ＢＣを存在させている。このため、実施例３では、投影パターン像Ｐｉにおいて、注目点ｄｓに対して第１方向Ｄ１または第２方向Ｄ２に境界線ＢＣを存在させる可能性を高めることができるので、投影パターン像Ｐｉを投影する投影パターンＰＣにより確実に対応付けることができる。

実施例３の三次元形状測定装置１０では、３本の境界線ＢＣが互いに交わることが防止されている。このため、実施例３では、投影パターン像Ｐｉにおいて、注目点ｄｓに対して第１方向Ｄ１または第２方向Ｄ２に境界線ＢＣを存在させる可能性をさらに高めることができ、投影パターン像Ｐｉを投影する投影パターンＰＣにより確実に対応付けることができる。これは、境界線が交わるものとされていると、その交点では境界線が一致していることから、一方の境界線が存在しない場合には同時に他方の境界線も存在しないこととなることによる。特に、実施例３では、３本の境界線ＢＣが互いに平行とされて互いの間隔が変化することがないので、複数の境界線ＢＣが同時に存在しなくなる確率を大幅に低減することができ、投影パターン像Ｐｉを投影する投影パターンＰＣにより確実に対応付けることができる。

したがって、本発明に係る測定装置としての実施例３の三次元形状測定装置１０では、測定可能な測定対象Ｏの大きさを大きくしつつ分解能の低下を防止することができる。

なお、実施例３では、図１０に示す投影パターンＰＣを用いているが、複数の境界線が設けられたものであって、互いに交わることが防止されているものであれば、他の構成であってもよく、実施例３の構成に限定されるものではない。その他の例として、図１１に示す投影パターンＰＤをあげる。この投影パターンＰＤでは、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２に対して傾斜しつつ、互いに平行な２本の境界線ＢＤを設けている。この各境界線ＢＤは、当該各境界線ＢＤの上側（第１方向Ｄ１一方側）と下側（第１方向Ｄ１他方側）とで各ストライプＳの位置を１列分だけ第２方向Ｄ２にずらして形成している。図１１に示す例では、左側の境界線ＢＤを外形線における上側で第２方向Ｄ２に伸びる辺の中点と左下の角部とを架け渡して設け、右側の境界線ＢＤを外形線における下側で第２方向Ｄ２に伸びる辺の中点と右上の角部とを架け渡して設けている。このため、投影パターンＰＣでは、第２方向Ｄ２に並列する各ストライプＳの群が、２本の境界線ＢＤにより３段階に分けられている。この投影パターンＰＤでは、全ての位置に対して、第１方向Ｄ１で見て１つの境界線ＢＤを存在させるとともに、第２方向Ｄ２で見て２つの境界線ＢＣを存在させている。このため、図１１に示す例では、第１方向Ｄ１では境界線ＢＣまでの間隔ｋを用いて、第２方向Ｄ２では２つの境界線ＢＣまでの間隔ｋを用いて、投影パターン像Ｐｉを投影する投影パターンＰＣに対応付けることができる。

次に、本発明の測定装置としての実施例４の三次元形状測定装置１０について、図１２を用いて説明する。この実施例４の三次元形状測定装置１０は、投影する本発明に係る投影パターンの一例としての投影パターンＰＥの構成が、実施例１の投影パターンＰ（投影パターンＰＡ）、実施例２の投影パターンＰＢおよび実施例３の投影パターンＰＣ、投影パターンＰＤとは異なる例である。この実施例４の三次元形状測定装置１０は、基本的な概念および構成は上記した実施例１の三次元形状測定装置１０と同様であることから、等しい概念および構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

実施例４の三次元形状測定装置１０では、投影部１１が投影する投影パターンＰＥを、次式（１）を満たすものとする。ここで、投影パターンＰＥの投影パターン像Ｐｉにおいて、第２方向Ｄ２での総画素数をαとし、境界線ＢＥの本数をβとし、各ストライプ像Ｓｉの第２方向Ｄ２での画素数をγとする。

α／β＝ｍ×（ｍ−１)×γ ・・・（１）
ここで、投影パターンＰＥでは、第１方向Ｄ１で見て各境界線ＢＥを互いに重複させることなく、かつ第２方向Ｄ２で見ると全ての境界線ＢＥを連続させるように、各境界線ＢＥを設けるものとする。すると、式（１）において、左項の「α／β」は、投影パターン像Ｐｉ（投影パターンＰＥ）において、１つの境界線ＢＥが存在する第２方向Ｄ２で見た幅寸法に相当する。また、式（１）において、右項の「ｍ×（ｍ−１）×γ」は、各周期性領域Ａｒにおける各ストライプ像Ｓｉの本数に各ストライプ像Ｓｉの第２方向Ｄ２での画素数を乗算したものであるので、各周期性領域Ａｒの第２方向Ｄ２で見た寸法（サイズ）に相当する。このため、式（１）は、周期性領域Ａｒのそれぞれに境界線ＢＥを設けることを意味している。そして、式（１）は、各周期性領域Ａｒを互いに等しいストライプＳの配列としている場合、周期性領域Ａｒ同士で見ると、各ストライプＳに対する境界線ＢＥとの位置関係が互いに等しくなることを意味する。換言すると、いずれの周期性領域Ａｒであっても、注目点ｄｓにおける第１方向Ｄ１で見た境界線ＢＥまでの間隔ｋ１が互いに等しくなり、かつ注目点ｄｓにおける第２方向Ｄ２で見た境界線ＢＥまでの間隔ｋ２が互いに等しくなることを意味する。このため、実施例４の三次元形状測定装置１０では、注目点ｄｓにおける第２方向Ｄ２で見た各境界線ＢＥまでの間隔ｋ２を用いて、投影パターン像Ｐｉ上に設定した測定点を投影パターンＰＥに対応させる。

この実施例４の三次元形状測定装置１０の投影部１１が投影する一例としての投影パターンＰＥを図１２に示す。その投影パターンＰＥは、５値レベルの輝度値（ｍ＝５）によりコード化して５種類のストライプＳを用いるものとして輝度値別に１、２、３、４、５のコードを割り振っている。投影パターンＰＥは、２０（５×（５−１））本のストライプＳから為る周期性領域Ａｒを３個繰り返し配して形成している。この投影パターンＰＥでは、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２に対して傾斜しつつ各周期性領域Ａｒを右上から左下に架け渡して３本の境界線ＢＥを設けている。この各境界線ＢＥは、各周期性領域Ａｒにおいて当該各境界線ＢＥの上側（第１方向Ｄ１一方側）と下側（第１方向Ｄ１他方側）とで各ストライプＳの位置を１列分だけ第２方向Ｄ２にずらして形成している。このため、投影パターンＰＥでは、各周期性領域Ａｒにおける上側の各ストライプＳの群同士を互いに等しい各ストライプＳの並びとし、各周期性領域Ａｒにおける下側の各ストライプＳの群同士を互いに等しい各ストライプＳの並びとしている。

このため、投影パターンＰＥでは、いずれの周期性領域Ａｒに注目点ｄｓが位置するかによって、第２方向Ｄ２で見た境界線ＢＥの数が異なるものとなり、第２方向Ｄ２で見た各境界線ＢＥまでの間隔ｋの組み合わせが異なるものとなる。このことを、図１２に示す注目点ｄｓ１、注目点ｄｓ２、注目点ｄｓ３を用いて説明する。各注目点は、高さ位置Ｈ２でコードの組み合わせの態様Ｃが「３１」となる位置であって、注目点ｄｓ１が左側の周期性領域Ａｒに位置し、注目点ｄｓ２が真ん中の周期性領域Ａｒに位置し、注目点ｄｓ３が右側の周期性領域Ａｒに位置する。ここで、左側の境界線ＢＥを境界線ＢＥ１とし、真ん中の境界線ＢＥを境界線ＢＥ２とし、右側の境界線ＢＥを境界線ＢＥ３とする。また、第２方向Ｄ２で見て、左側から右側への向きを正側とし、反対の向きを負側とする。すると、第２方向Ｄ２で見て、注目点ｄｓ１では、正側に３本の境界線ＢＥが位置し、注目点ｄｓ２では、負側に１本かつ正側に２本の境界線ＢＥが位置し、注目点ｄｓ３では、負側に２本かつ正側に１本の境界線ＢＥが位置する。そして、注目点ｄｓ１では、境界線ＢＥ１に対して正側に間隔ｋ１１となり、境界線ＢＥ２に対して正側に間隔ｋ１２となり、境界線ＢＥ３に対して正側に間隔ｋ１３となる。このため、注目点ｄｓ１における各境界線ＢＥまでの間隔ｋの組み合わせは、間隔ｋ１１、間隔ｋ１２および間隔ｋ１３となる。また、注目点ｄｓ２では、境界線ＢＥ１に対して負側に間隔ｋ１４となり、境界線ＢＥ２に対して正側に間隔ｋ１５となり、境界線ＢＥ３に対して正側に間隔ｋ１６となる。このため、注目点ｄｓ２における境界線ＢＥまでの間隔ｋの組み合わせは、間隔ｋ１４、間隔ｋ１５および間隔ｋ１６となる。注目点ｄｓ３では、境界線ＢＥ１に対して負側に間隔ｋ１７となり、境界線ＢＥ２に対して負側に間隔ｋ１８となり、境界線ＢＥ３に対して正側に間隔ｋ１９となる。このため、注目点ｄｓ３における各境界線ＢＥまでの間隔ｋの組み合わせは、間隔ｋ１７、間隔ｋ１８および間隔ｋ１９となる。このように、投影パターンＰＥでは、所定の高さ位置においてコードの組み合わせの態様Ｃが等しい場合であっても、位置する周期性領域Ａｒによって、第２方向Ｄ２で見た境界線ＢＥの数が異なり、第２方向Ｄ２で見た各境界線ＢＥまでの間隔ｋの組み合わせが異なる。

また、投影パターンＰＥでは、隣接する２本のストライプＳのコードによる態様Ｃと、各周期性領域Ａｒにおける第２方向Ｄ２での位置とを一対一対応とすることができる。すなわち、上記した例を用いると、注目点ｄｓ１、注目点ｄｓ２、注目点ｄｓ３は、いずれも高さ位置Ｈ２でコードの組み合わせの態様Ｃが「３１」とされている。そして、左側の周期性領域Ａｒにおける注目点ｄｓ１の第２方向Ｄ２での位置と、真ん中の周期性領域Ａｒにおける注目点ｄｓ２の第２方向Ｄ２での位置と、右側の周期性領域Ａｒにおける注目点ｄｓ３の第２方向Ｄ２での位置と、は互いに等しい。このように、投影パターンＰＥでは、隣接する２本のストライプＳのコードによる態様Ｃにより、各周期性領域Ａｒにおける第２方向Ｄ２での位置が一義的に定まる。

この実施例４の三次元形状測定装置１０では、注目点ｄｓを第２方向Ｄ２で挟む２本のストライプ像Ｓｉのコードを判別することにより、注目点ｄｓが位置するコードの組み合わせの態様Ｃを求める。すると、投影パターンＰＥでは、各周期性領域Ａｒ内での第２方向Ｄ２での位置が態様Ｃに応じて一義的に定まることから、各周期性領域Ａｒ内での第２方向Ｄ２での位置を求めることができる。そして、投影パターン像Ｐｉにおいて第２方向Ｄ２で見た注目点ｄｓから各境界線ＢＥまでの間隔ｋの組み合わせと、投影パターンＰＥにおいて第２方向Ｄ２で見た注目点ｄｓから各境界線ＢＥまでの間隔との組み合わせを比較する。すると、この間隔の組み合わせが一致する周期性領域Ａｒが、注目点ｄｓが位置する周期性領域Ａｒとなるので、投影パターン像Ｐｉを投影する投影パターンＰＥに対応付けることができる。

実施例４の三次元形状測定装置１０では、基本的に実施例１の三次元形状測定装置１０と同様の構成であることから、基本的に実施例１と同様の効果を得ることができる。

それに加えて、実施例４の三次元形状測定装置１０では、式（１）を満たす投影パターンＰＥを用いている。また、その投影パターンＰＥでは、第１方向Ｄ１で見て各境界線ＢＥを互いに重複させることなく、かつ第２方向Ｄ２で見ると全ての境界線ＢＥを連続させるように、各境界線ＢＥを設けるものとしている。さらに、投影パターンＰＥでは、各周期性領域Ａｒを互いに等しいストライプＳの配列としている。これらにより、投影パターンＰＥでは、２本のストライプ像Ｓｉの態様Ｃから各周期性領域Ａｒ内における第２方向Ｄ２での位置を求めることができる。また、投影パターンＰＥでは、第２方向Ｄ２で見た各境界線ＢＥまでの間隔ｋの組み合わせから注目点ｄｓが位置する周期性領域Ａｒを求めることができる。このため、実施例４では、投影パターン像Ｐｉ上に設定した測定点を投影パターンＰＥに対応させることを、より簡易なものとしつつ適切なものとすることができる。これにより、実施例４では、投影パターン像Ｐｉを投影する投影パターンＰＥにより適切に対応付けることができ、投影パターン像Ｐｉにおける各ストライプ像Ｓｉを示す全ての画素を測定点として深度方向距離Ｚをより適切に算出することができる。

また、実施例４の三次元形状測定装置１０では、投影パターン像Ｐｉ上に設定した測定点を投影パターンＰＥにより簡易に対応させることができるので、測定対象Ｏの三次元形状を短時間で測定することができる。

したがって、本発明に係る測定装置としての実施例４の三次元形状測定装置１０では、測定可能な測定対象Ｏの大きさを大きくしつつ分解能の低下を防止することができる。

なお、実施例４では、図１２に示す投影パターンＰＥを用いているが、式（１）を満たすものであれば、他の構成であってもよく、実施例５の構成に限定されるものではない。

次に、本発明の測定装置としての実施例５の三次元形状測定装置１０について、図１３を用いて説明する。この実施例５の三次元形状測定装置１０は、投影する本発明に係る投影パターンの一例としての投影パターンＰＦの構成が、実施例１の投影パターンＰ（投影パターンＰＡ）、実施例２の投影パターンＰＢ、実施例３の投影パターンＰＣ、投影パターンＰＤおよび実施例４の投影パターンＰＥとは異なる例である。この実施例５の三次元形状測定装置１０は、基本的な概念および構成は上記した実施例１の三次元形状測定装置１０と同様であることから、等しい概念および構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

実施例５の三次元形状測定装置１０では、投影部１１が投影する投影パターンＰＦを有彩色のストライプＳで形成するものとし、好適な例としてＲ、Ｇ、Ｂの３成分を用いてストライプＳを形成するものとする。このような投影パターンＰＦは、例えば、投影部１１の投影光学系に設けるマスクに色フィルタを用いることにより形成することができる。その一例としての投影パターンＰＦを図１３に示す。その投影パターンＰＦでは、互いの色を重畳させることなく、Ｒ、Ｇ、Ｂの各ストライプＳを用いることとする。すなわち、ＲのストライプＳでは、Ｇ、Ｂの色成分（Ｇ、Ｂの波長帯域での輝度値）を有さないものとし、ＧのストライプＳでは、Ｒ、Ｂの色成分（Ｒ、Ｂの波長帯域での輝度値）を有さないものとし、ＢのストライプＳでは、Ｒ、Ｇの色成分（Ｒ、Ｇの波長帯域での輝度値）を有さないものとする。そして、投影パターンＰＦでは、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの色成分において、３値レベルの輝度値（ｍ＝３）によりコード化して３種類のストライプＳを用いるものとして輝度値別に１、２、３のコードを割り振っている。投影パターンＰＦでは、第２方向Ｄ２で隣接する２本のストライプＳを異なる種類としつつ、３値レベルの輝度値とした３種類のＲのストライプＳを適宜組み合わせて６（３×（３−１））本のストライプＳから為る配列（Ｒの周期性領域）を形成する。そして、Ｇ、Ｂのそれぞれに対しても、同様に、６（３×（３−１））本のＧのストライプＳおよびＢのストライプＳから為る配列（Ｇ、Ｂの周期性領域）を形成する。そして、Ｒ、Ｇ、Ｂの各周期性領域すなわちＲの６本のストライプＳの配列とＧの６本のストライプＳの配列とＢの６本のストライプＳの配列とを第２方向Ｄ２で並べて配することにより、周期性領域Ａｒを形成する。図１３に示す例では、その周期性領域Ａｒを３個繰り返し配して投影パターンＰＦを形成している。

この投影パターンＰＦでは、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２に対して傾斜しつつ、互いに交わることのない２本の境界線ＢＦを設けている。この各境界線ＢＦは、当該各境界線ＢＦの上側（第１方向Ｄ１一方側）と下側（第１方向Ｄ１他方側）とで各ストライプＳの位置を１列分だけ第２方向Ｄ２にずらして形成している。図１３に示す例では、左側の境界線ＢＦを外形線における上側で第２方向Ｄ２に伸びる辺の中間と左下の角部とを架け渡して設け、右側の境界線ＢＦを外形線における下側で第２方向Ｄ２に伸びる辺の中間と右上の角部とを架け渡して設けている。このため、投影パターンＰＦでは、第２方向Ｄ２に並列する各ストライプＳの群が、２本の境界線ＢＦにより３段階に分けられている。

この投影パターンＰＦでは、全ての位置に対して、第２方向Ｄ２で見て２つの境界線ＢＦを存在させている。このため、実施例５では、第２方向Ｄ２で２つの境界線ＢＦまでの間隔ｋを用いて、投影パターン像Ｐｉを投影する投影パターンＰＦに対応付けることができる。また、実施例５では、左右両側の一定の範囲において、第１方向Ｄ１で見て境界線ＢＦを存在させており、第１方向Ｄ１で境界線ＢＦまでの間隔ｋを用いて、投影パターン像Ｐｉを投影する投影パターンＰＦに対応付けることができる。

実施例５の三次元形状測定装置１０では、基本的に実施例１の三次元形状測定装置１０と同様の構成であることから、基本的に実施例１と同様の効果を得ることができる。

それに加えて、実施例５の三次元形状測定装置１０では、投影する投影パターンＰＦを、有彩色のストライプＳで形成している。このため、実施例５では、輝度値のレベルすなわち輝度値の変化によりストライプＳの種類を増やさなくても、用いるストライプＳの種類を増やすことができる。これにより、実施例５では、適切な各ストライプＳの判別を可能としつつ十分な分解能（解像度）を有するとともに、測定可能な測定対象Ｏの大きさをより大きくすることができる。

また、実施例５の三次元形状測定装置１０では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３成分を用いて各ストライプＳを形成していることから、異なる色成分のストライプＳの判別を容易なものとすることができる。特に、実施例５では、互いの色成分を重畳させることなく各色成分のストライプＳを形成しているので、異なる色成分のストライプＳの判別をより容易なものとすることができる。

したがって、本発明に係る測定装置としての実施例５の三次元形状測定装置１０では、測定可能な測定対象Ｏの大きさを大きくしつつ分解能の低下を防止することができる。

なお、実施例５では、図１３に示す投影パターンＰＦを用いているが、有彩色とされて、境界線が設けられたものであれば、他の構成であってもよく、実施例５の構成に限定されるものではない。

また、実施例５の三次元形状測定装置１０では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３成分を用いてストライプＳを形成しているが、有彩色の投影パターンを投影するものであれば、重畳させるか否かに拘わらず用いる色成分は適宜設定すればよく、実施例５の構成に限定されるものではない。

さらに、実施例５の三次元形状測定装置１０では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３成分を用いて互いの色成分を重畳させることなく各色成分のストライプＳを形成するものとしているが、有彩色の投影パターンを投影するものであれば、互いの色成分を重畳させるものであってもよく、実施例５の構成に限定されるものではない。

次に、本発明の測定装置としての実施例６の三次元形状測定装置１０について、図１４を用いて説明する。この実施例６の三次元形状測定装置１０は、投影パターン像Ｐｉを本発明に係る投影パターンの一例としての投影パターンＰＧに対応付けする際の方法が、実施例１から実施例５の三次元形状測定装置１０とは異なる例である。この実施例６の三次元形状測定装置１０は、基本的な概念および構成は上記した実施例１の三次元形状測定装置１０と同様であることから、等しい概念および構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

この実施例６の三次元形状測定装置１０では、制御部１３の距離算出部１５が、第１方向Ｄ１で見た境界線ＢＧまでの間隔ｋ１と第２方向Ｄ２で見た境界線ＢＧまでの間隔ｋ２とのうちの短い方を用いて、投影パターン像Ｐｉを投影した投影パターンＰＧに対応付ける。この説明のために、この実施例６では、図１４に示す一例としての投影パターンＰＧを用いる。その投影パターンＰＧは、実施例３と同様に、投影部１１が投影する投影パターンＰＧに複数の境界線ＢＧを設けるとともに、その各境界線ＢＧが互いに交わることを防止したものとする。投影パターンＰＧは、３値レベルの輝度値（ｍ＝３）によりコード化して３種類のストライプＳを用いるものとして輝度値別に１、２、３のコードを割り振っている。投影パターンＰＧは、６（３×（３−１））本のストライプＳから為る周期性領域Ａｒを１０個繰り返し配して形成している。この投影パターンＰＧでは、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２に対して傾斜する２本の境界線ＢＧを設けている。この各境界線ＢＧは、当該各境界線ＢＧの上側（第１方向Ｄ１一方側）と下側（第１方向Ｄ１他方側）とで各ストライプＳの位置を１列分だけ第２方向Ｄ２にずらして形成している。図１４に示す例では、上側に位置する境界線ＢＧを、左上の角部から境界線ＢＧを外形線における第１方向Ｄ１に伸びる右側の辺の中点を架け渡して設け、下側に位置する境界線ＢＧを、右下の角部から境界線ＢＧを外形線における第１方向Ｄ１に伸びる左側の辺の中点を架け渡して設けている。このため、投影パターンＰＧでは、第２方向Ｄ２に並列する各ストライプＳの群が２本の境界線ＢＧにより３段階に分けられている。この投影パターンＰＧでは、１段目と３段目の各ストライプＳの並びを等しくし、２段目各ストライプＳの並びを１段目と３段目とに対して１列分だけ第２方向Ｄ２にずらしている。

実施例６の三次元形状測定装置１０では、撮像部１２が取得した画像Ｉの投影パターン像Ｐｉが写し出された領域をコード化する際、各ストライプ像Ｓｉを示す画素毎に境界線ＢＧまでの第１方向Ｄ１で見た間隔ｋ１と第２方向Ｄ２で見た間隔ｋ２とを求める。このことは、制御部１３の距離算出部１５が、検出した投影パターン像Ｐｉにおけるエッジを用いて、各ストライプ像Ｓｉを示す画素毎に第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２で見た境界線ＢＧまでの間隔ｋを求めることにより行うことができる。その後、距離算出部１５は、注目点ｄｓを設定すると、当該注目点ｄｓから第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とで境界線ＢＧまでの間隔ｋが短い方を求める。そして、距離算出部１５は、第１方向Ｄ１で見た境界線ＢＧまでの間隔ｋ１と第２方向Ｄ２で見た境界線ＢＧまでの間隔ｋ２とのうちの短い方を用いて、投影パターン像Ｐｉを投影した投影パターンＰＧに対応付ける。なお、距離算出部１５は、第１方向Ｄ１または第２方向Ｄ２で見た一方のみに境界線ＢＧが位置する場合には、その一方の方向で見た境界線ＢＧまでの間隔ｋを用いて、投影パターン像Ｐｉを投影した投影パターンＰＧに対応付ける。

このため、実施例６の三次元形状測定装置１０では、第１方向Ｄ１で見た境界線ＢＧまでの間隔ｋ１と第２方向Ｄ２で見た境界線ＢＧまでの間隔ｋ２とのうちの短い方を用いて、投影パターン像Ｐｉを投影パターンＰＧに対応付けることができる。また、投影パターンＰＧでは、全ての位置に対して、第１方向Ｄ１で見て２つの境界線ＢＧを位置させているので、全体的に第１方向Ｄ１で見た境界線ＢＧまでの間隔ｋ１を短いものとすることができる。

実施例６の三次元形状測定装置１０では、基本的に実施例１の三次元形状測定装置１０と同様の構成であることから、基本的に実施例１と同様の効果を得ることができる。

それに加えて、実施例６の三次元形状測定装置１０では、第１方向Ｄ１で見た境界線ＢＧまでの間隔ｋ１と第２方向Ｄ２で見た境界線ＢＧまでの間隔ｋ２とのうちの短い方を用いて、投影パターン像Ｐｉを投影パターンＰＧに対応付ける。このため、実施例６では、注目点ｄｓから境界線ＢＧまでの間隔ｋを求める際の演算処理を簡易なものとすることができるので、投影パターン像Ｐｉの投影パターンＰＧへの対応付けの演算処理を簡易なものとすることができる。これにより、実施例６では、投影パターン像Ｐｉにおける各ストライプ像Ｓｉを示す全ての画素を測定点とする深度方向距離Ｚの算出、すなわち三次元形状の測定を簡易なものとすることができ、それに要する時間を短縮することができる。

また、実施例６の三次元形状測定装置１０では、全ての位置に対して第１方向Ｄ１で見て２つの境界線ＢＧを位置させる投影パターンＰＧを用いているので、全体的に第１方向Ｄ１で見た境界線ＢＧまでの間隔ｋ１を短いものとすることができる。このため、実施例６では、投影パターン像Ｐｉの投影パターンＰＧへの対応付けの演算処理を簡易なものとすることができ、三次元形状に要する時間を短縮することができる。

したがって、本発明に係る測定装置としての実施例６の三次元形状測定装置１０では、測定可能な測定対象Ｏの大きさを大きくしつつ分解能の低下を防止することができる。

なお、実施例６では、図１４に示す投影パターンＰＧを用いているが、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２に対して傾斜を為す境界線が設けられた投影パターンを用いるものであれば、実施例１から実施例５までのいずれかの投影パターンを用いてもよく、他の投影パターンを用いてもよく、実施例６の構成に限定されるものではない。

なお、上記した各実施例では、本発明に係る測定装置の一例としての各実施例の三次元形状測定装置１０について説明したが、第１方向に伸びる複数のストライプを前記第１方向に対して傾斜する第２方向に並列させた投影パターンを投影光軸上で測定対象に投影する投影部と、前記投影光軸とは異なる撮像光軸で前記測定対象を撮像する撮像部と、前記投影部で投影した前記投影パターンを前記撮像部で撮像した投影パターン像から三角測量法を用いて前記測定対象までの距離を算出する距離算出部と、を備え、前記投影パターンは、ｍを３以上の自然数として、ｍ値レベルの輝度値でコード化したｍ種類の前記ストライプをｍ×（ｍ−１）本用いて、前記第２方向で隣接する２本の前記ストライプの組を重複させることなく配列して形成した複数の周期性領域を有し、前記投影パターンでは、前記第１方向で見て異なるレベルの輝度値となる境界線を設け、前記境界線を前記投影パターンにおいて前記第１方向および前記第２方向に対して傾斜する直線状に形成している測定装置であればよく、上記した各実施例に限定されるものではない。

また、上記した各実施例では、注目点ｄｓと境界線Ｂとの第２方向Ｄ２で見た間隔ｋ２を画素数をカウントすることで求めていたが、ストライプＳの本数から求めるものであってもよく、上記した各実施例に限定されるものではない。このような構成とすると、測定対象Ｏの基準線Ｌの傾斜度合や形状等に応じて各ストライプＳの幅寸法が変化した場合であっても、何らの補正を加えることなく第２方向Ｄ２で見た間隔ｋ２を求めることができる。

以上、本発明の測定装置を各実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については各実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

１０ （測定装置の一例としての）三次元形状測定装置
１１ 投影部
１２ 撮像部
１５ 距離算出部
Ａｐ 投影光軸
Ａｒ 周期性領域
Ａｓ 撮像光軸
Ｂ、ＢＢ、ＢＣ、ＢＤ、ＢＥ、ＢＦ、ＢＧ 境界線
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向
Ｅｔ （第１方向で見た端部の一例としての）上端部
Ｅｂ （第１方向で見た端部の一例としての）下端部
ｄｓ 注目点
Ｈ 高さ位置
ｈ （端部から注目点までの）間隔
ｋ （注目点から境界線までの）間隔
Ｏ 測定対象
Ｐ、ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ、ＰＤ、ＰＥ、ＰＦ、ＰＧ 投影パターン
Ｐｉ 投影パターン像
Ｓ ストライプ
Ｓｉ ストライプ像

特許４４３３９０７号公報 特開２００３−８３７３０号公報 特開２００２−１３１０３１号公報

Claims (14)

1. 第１方向に伸びる複数のストライプを前記第１方向に対して傾斜する第２方向に並列させた投影パターンを投影光軸上で測定対象に投影する投影部と、
   前記投影光軸とは異なる撮像光軸で前記測定対象を撮像する撮像部と、
   前記投影部で投影した前記投影パターンを前記撮像部で撮像した投影パターン像から三角測量法を用いて前記測定対象までの距離を算出する距離算出部と、を備え、
   前記投影パターンは、ｍを３以上の自然数として、ｍ値レベルの輝度値でコード化したｍ種類の前記ストライプをｍ×（ｍ−１）本用いて、前記第２方向で隣接する２本の前記ストライプの組を重複させることなく配列して形成した複数の周期性領域を有し、
   前記投影パターンでは、前記第１方向で見て異なるレベルの輝度値となる境界線を設け、前記境界線を前記投影パターンにおいて前記第１方向および前記第２方向に対して傾斜する直線状に形成していることを特徴とする測定装置。
2. 前記距離算出部は、少なくとも、前記投影パターン像において注目した注目点の前記第１方向で見た前記境界線までの間隔と、前記注目点の前記第２方向で見た前記境界線までの間隔と、のいずれか一方を用いて、前記注目点の前記投影パターンとの対応付けを行うことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記距離算出部は、前記投影パターン像において注目した注目点の前記第１方向で見た前記境界線までの間隔と、前記注目点の前記第２方向で見た前記境界線までの間隔と、の双方を用いて、前記注目点の前記投影パターンとの対応付けを行うことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
4. 前記距離算出部は、前記投影パターン像において注目した注目点の前記第１方向で見た前記境界線までの間隔と、前記注目点の前記第２方向で見た前記境界線までの間隔と、のうちの小さい方を用いて、前記注目点の前記投影パターンとの対応付けを行うことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
5. 前記距離算出部は、前記投影パターン像における前記第１方向で見た端部から前記注目点までの間隔から、前記投影パターンにおける前記注目点の高さ位置を求めることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の測定装置。
6. 前記投影パターンでは、前記境界線を複数設けていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の測定装置。
7. 前記投影パターンでは、前記第２方向での位置に拘わらず前記第２方向で隣接する３本の前記ストライプにおいて、中央に位置する前記ストライプの輝度値を極値とすべく前記各ストライプを配列していることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の測定装置。
8. 前記投影パターンでは、前記境界線を複数設けるとともに前記各境界線が交わらないこととし、かつ、前記投影パターン像において、前記第２方向での総画素数をαとし、前記境界線の本数をβとし、前記各ストライプを前記撮像部で撮像した各ストライプ像の前記第２方向での画素数をγとして、式（１）を満たすことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の測定装置。
   α／β＝ｍ×（ｍ−１)×γ ・・・（１）
9. 前記投影部は、無彩色の前記投影パターンを投影することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の測定装置。
10. 前記投影部は、有彩色の前記投影パターンを投影することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の測定装置。
11. 前記投影部は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの色成分のそれぞれを単独で用いることで３種類の前記ストライプを形成して前記投影パターンを投影することを特徴とする請求項１０に記載の測定装置。
12. 第１方向に伸びる複数のストライプを前記第１方向に対して傾斜する第２方向に並列させた投影パターンを投影光軸上で測定対象に投影する投影部と、
    前記投影光軸とは異なる撮像光軸で前記測定対象を撮像する撮像部と、
    前記投影部で投影した前記投影パターンを前記撮像部で撮像した投影パターン像から三角測量法を用いて前記測定対象までの距離を算出する距離算出部と、を備え、
    前記投影パターンは、ｍを２以上の自然数として、ｍ値レベルの輝度値でコード化したｍ種類の前記ストライプを用いて、前記第２方向で隣接する２本の前記ストライプの組を重複させることなく配列して形成した複数の周期性領域を有し、
    前記投影パターンでは、前記第１方向で見て異なるレベルの輝度値となる境界線を設け、前記境界線を前記投影パターンにおいて前記第１方向および前記第２方向に対して傾斜する直線状に形成していることを特徴とする測定装置。
13. 投影部が測定対象に投影した投影パターンを撮像部で撮像した投影パターン像から三角測量法を用いて前記測定対象までの距離を算出する測定装置で用いる投影パターンであって、
    第１方向に伸びる複数のストライプを前記第１方向に対して傾斜する第２方向に並列させて構成され、
    ｍを３以上の自然数として、ｍ値レベルの輝度値でコード化したｍ種類の前記ストライプをｍ×（ｍ−１）本用いて、前記第２方向で隣接する２本の前記ストライプの組を重複させることなく配列して形成した複数の周期性領域を備え、
    前記第１方向で見て異なるレベルの輝度値となる境界線が設けられ、
    前記境界線が、前記第１方向および前記第２方向に対して傾斜する直線状に形成されていることを特徴とする投影パターン。
14. 投影部が測定対象に投影した投影パターンを撮像部で撮像した投影パターン像から三角測量法を用いて前記測定対象までの距離を算出する測定装置で用いる投影パターンであって、
    第１方向に伸びる複数のストライプを前記第１方向に対して傾斜する第２方向に並列させて構成され、
    ｍを２以上の自然数として、ｍ値レベルの輝度値でコード化したｍ種類の前記ストライプを用いて、前記第２方向で隣接する２本の前記ストライプの組を重複させることなく配列して形成した複数の周期性領域を備え、
    前記第１方向で見て異なるレベルの輝度値となる境界線が設けられ、
    前記境界線が、前記第１方向および前記第２方向に対して傾斜する直線状に形成されていることを特徴とする投影パターン。