JP2005233748A - ３次元形状検出装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所定の撮像位置いおいて第１方向に湾曲する対象物体の３次元形状に加え、第１方向と交差する第２方向に湾曲している対象物体の３次元形状をも検出することができる３次元形状検出装置および撮像装置を提供すること。
【解決手段】 スリット光投光口２９からは、原稿Ｐ上に十字形のスリット光の軌跡７１ａ，７２ａを形成する第１スリット光７１と第２スリット光７２とが投光される。（ａ）に示すように湾曲する原稿Ｐを撮像する場合、第１スリット光の軌跡７１ａが原稿Ｐの湾曲に沿って形成され、（ｂ）に示すように湾曲する原稿Ｐを撮像する場合、第２スリット光の軌跡７２ａが原稿Ｐの湾曲に沿って形成されるので、いずれの場合であっても原稿Ｐの湾曲を含む原稿Ｐの３次元形状を算出できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、所定の撮像位置いおいて第１方向に湾曲する対象物体の３次元形状に加え、第１方向と交差する第２方向に湾曲している対象物体の３次元形状をも検出することができる３次元形状検出装置および撮像装置に関する。

従来より、対象物体にスリット光を投光して、そのスリット光が投光された対象物体を撮像手段によって撮像し、その撮像された画像から検出されるスリット光の軌跡に基づいて、対象物体の３次元形状を検出する３次元形状検出装置が知られている。

この種の３次元形状検出装置に関し、特許文献１には、１つの光源からの光ビームをハーフミラーで２列に分割し、その２列に分割された光ビームを２列のスリット光として対象物体に投光し、その２列のスリット光によって対象物体上に形成される２列のスリット光の軌跡に基づいて、対象物体の３次元形状を検出する装置が開示されている。

この３次元形状検出装置によって、例えば、長手方向と直交する方向（横方向）に湾曲するＡ４サイズの原稿を縦長に撮像する場合、２列のスリット光の軌跡は、原稿の湾曲に沿って形成されるので、その２列のスリット光の軌跡に基づいて、たとえ原稿が湾曲している場合であっても、その湾曲を含む原稿の３次元形状を検出することができる。
特開平７−３１８３１５号公報

しかしながら、上述した３次元形状検出装置において、上述したように湾曲した原稿を同じ撮影位置で横長に撮像すべく、原稿を回転させた場合には、対象物体上に形成される２列のスリット光の軌跡は、その湾曲に沿って形成されないので、その湾曲を検出することができないという問題点があった。

即ち、上述した３次元形状検出装置によって対象物体上に形成されるスリット光の軌跡は１の方向にだけ延びるように形成されるので、所定の撮像位置において、原稿の湾曲を検出できるのは、原稿が投光されるスリット光の軌跡に沿って湾曲している場合に限られ、スリット光の軌跡と交差する方向に湾曲する原稿については、その原稿の湾曲を検出することができないという問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、所定の撮像位置において第１方向に湾曲する対象物体の３次元形状に加え、第１方向と交差する第２方向に湾曲している対象物体の３次元形状をも検出することができる３次元形状検出装置および撮像装置を提供することを目的としている。

この目的を達成するために請求項１記載の３次元形状検出装置は、光ビームを出力する光出力手段と、その光出力手段から出力される光ビームを所定の角度幅で平面状に放射される光束であるスリット光に変換し、そのスリット光を対象物体へ投光するスリット光投光手段と、そのスリット光投光手段からスリット光が投光されている状態における対象物体を撮像する撮像手段と、その撮像手段によって撮像された画像からスリット光の位置を検出し、その検出したスリット光の位置に基づき、対象物体の３次元形状情報を算出する３次元形状算出手段とを備え、前記スリット光投光手段は、前記スリット光として、前記撮像手段の光軸から離れた位置を通る平面に沿って延びる第１スリット光と、その第１スリット光と交差する平面に沿って延びる第２スリット光とを前記対象物体へ投光する。

この請求項１に記載の３次元形状検出装置によれば、撮像手段の光軸から離れた位置を通る平面に沿って延びる第１スリット光に基づき、第１方向に湾曲する対象物体の湾曲の程度が算出され、第１スリット光と交差する平面に沿って延びる第２スリット光に基づき、第１方向と交差する方向に湾曲する対象物体の湾曲の程度が算出される。

請求項２に記載の３次元形状検出装置は、請求項１記載の３次元形状検出装置において、前記第１スリット光および第２スリット光は前記撮像手段の光軸と平行な平面に沿って延びるように投光される。

請求項３記載の３次元形状検出装置は、請求項１又は２記載の３次元形状検出装置において、前記スリット光投光手段は、前記第１スリット光および第２スリット光を各々放射する２つの光学レンズを備えていることを特徴とする請求項１に記載の３次元形状検出装置。

請求項４記載の３次元形状検出装置は、請求項３に記載の３次元形状検出装置において、前記２つの光学レンズの各々はシリンドリカルレンズで構成され、一方のシリンドリカルレンズは前記第１スリット光の放射される平面に対する断面視において湾曲面を有するように、他方のシリンドリカルレンズは前記第２スリット光の放射される平面に対する断面視において湾曲面を有するように配置されている。

請求項５記載の３次元形状検出装置は、請求項３または４に記載の３次元形状検出装置において、１つの前記光出力手段から出力される光ビームを２方向に分割する分割手段を備え、前記２つの光学レンズの内、一方の光学レンズは前記分割手段により２方向に分割される一方の途中に配置され、他方の光学レンズは前記分割手段により２方向に分割される他方の途中に配置されている。

請求項６記載の３次元形状検出装置は、請求項１又は２に記載の３次元形状検出装置において、前記スリット光投光手段は、前記第１スリット光を放射する第１状態および前記第２スリット光を放射する第２状態を有する１つの光学レンズを備え、その１つの光学レンズは第１状態と第２状態とに移動可能に構成されている。

請求項７記載の３次元形状検出装置は、請求項６に記載の３次元形状検出装置において、前記１つの光学レンズはシリンドリカルレンズで構成され、そのシリンドリカルレンズは、前記第１状態として前記第１スリット光の放射される平面に対する断面視において湾曲面を有するように、前記第２状態として前記第２スリット光の放射される平面に対する断面視において湾曲面を有するように移動可能に構成されている。

請求項８記載の３次元形状検出装置は、請求項１又は２に記載の３次元形状検出装置において、前記スリット光投光手段は、前記第１スリット光を前記対象物体に投光する第１回折素子と、前記第２スリット光を対象物体に投光する第２回折素子とを備えている。

請求項９記載の３次元形状検出装置は、請求項８に記載の３次元形状検出装置において、前記第１回折素子と第２回折素子とは、第１状態として、いずれか一方が前記光出力手段から出力される光ビームの経路の途中に配置され、他方が光ビームの経路外に配置され、第２状態として、他方が光ビームの経路の途中に配置され、一方が光ビームの経路外に配置されるように移動可能に構成されている。

請求項１０記載の３次元形状検出装置は、請求項１から９のいずれかに記載の３次元形状検出装置において、前記撮像手段によって撮像される画像を升目状に区画する各画素を想定した場合、前記スリット光投光手段は、第１方向に延びる画素に沿って前記第１スリット光を投光し、第１方向と略直交する第２方向に延びる画素に沿って前記第２スリット光を投光する。

請求項１１記載の３次元形状検出装置は、請求項１から１０のいずれかに記載の３次元形状検出装置において、前記撮像手段の撮像レンズは、本装置の略矩形状の前面の略中央部に配置され、前記スリット光の投光口は、その前面の四隅部のいずれかに配置されている。

この目的を達成するために請求項１２記載の撮像装置は、請求項１から１１のいずれかに記載の３次元形状検出装置と、その３次元形状検出装置の３次元形状算出手段により算出される対象物体の３次元形状に基づいて、前記撮像手段によって撮像されるスリット光が投光されていない状態における対象物体の画像を、対象物体の所定面の略鉛直方向から観察される平面画像に補正する平面画像補正手段とを備えている。

請求項１記載の３次元形状検出装置によれば、撮像手段の光軸から離れた位置を通る平面に沿って延びる第１スリット光に基づき、第１方向に湾曲する対象物体の湾曲が算出され、第１スリット光と交差する平面に沿って延びる第２スリット光に基づき、第１方向と交差する方向に湾曲する対象物体の湾曲が算出される。よって、第１方向に湾曲する対象物体の３次元形状に加え、第１方向と交差する第２方向に湾曲している対象物体の３次元形状をも検出することができるという効果がある。

請求項２記載の３次元形状検出装置によれば、請求項１に記載の３次元形状検出装置の奏する効果に加え、第１スリット光および第２スリット光は撮像手段の光軸と平行な平面に沿って延びるように投光される。例えば、縦方向または横方向に湾曲する矩形状の原稿を撮像する場合には、その原稿を正面から撮像する場合が多い。よって、かかる場合には、第１スリット光または第２スリット光を原稿の湾曲に沿って投光することができる。従って、高精度に原稿の湾曲を検出することができるという効果がある。

請求項３記載の３次元形状検出装置によれば、請求項１又は２に記載の３次元形状検出装置の奏する効果に加え、スリット光投光手段は、第１スリット光および第２スリット光を各々放射する２つの光学レンズを備えているので、第１スリット光および第２スリット光を対象物体に対して同時に投光することができる。よって、第１スリット光の軌跡および第２スリット光の軌跡を含む画像を効率良く取得することができるという効果がある。

請求項４記載の３次元形状検出装置によれば、請求項３に記載の３次元形状検出装置の奏する効果に加え、２つの光学レンズの各々はシリンドリカルレンズで構成され、一方のシリンドリカルレンズは第１スリット光の放射される平面に対する断面視において湾曲面を有するように、他方のシリンドリカルレンズは第２スリット光の放射される平面に対する断面視において湾曲面を有するように配置されているので、各シリンドリカルレンズの配置を固定するだけで、一方のシリンドリカルレンズから第１スリット光を、他方のシリンドリカルレンズから第２スリット光を、対象物体に対して各々放射することができるという効果がある。また、２つの光学レンズを同じシリンドリカルレンズで構成できるので、部品を共通化することができるという効果がある。

請求項５記載の３次元形状検出装置によれば、請求項３または４に記載の３次元形状検出装置の奏する効果に加え、２つの光学レンズの各々へは、分割手段によって１つの光出力手段から出力される光ビームを２方向に分割された光ビームの各々が入力されるので、２つの光学レンズを用いた場合であっても、２つの光出力手段を搭載する必要はなく、部品点数を削減でき、装置の製造コストを低減することができるという効果がある。

請求項６記載の３次元形状検出装置によれば、請求項１又は２に記載の３次元形状検出装置の奏する効果に加え、第１スリット光および第２スリット光は１つの光学レンズから放射されるので、第１スリット光および第２スリット光を２つの光学レンズを用いて放射する場合に比べて、部品点数を削減でき、装置の製造コストを低減することができるという効果がある。

請求項７記載の３次元形状検出装置によれば、請求項６に記載の３次元形状検出装置の奏する効果に加え、１つの光学レンズはシリンドリカルレンズで構成され、そのシリンドリカルレンズは、第１状態として第１スリット光の放射される平面に対する断面視において湾曲面を有するように、第２状態として前記第２スリット光の放射される平面に対する断面視において湾曲面を有するように移動可能に構成されているので、第１状態と第２状態とを切り換えるだけで、第１スリット光および第２スリット光を、対象物体に対して各々放射することができるという効果がある。

請求項８記載の３次元形状検出装置によれば、請求項１又は２に記載の３次元形状検出装置の奏する効果に加え、スリット光投光手段は、第１スリット光を対象物体に投光する第１回折素子と、第２スリット光を対象物体に投光する第２回折素子とを備えているので、スリット光投光手段を光学レンズを用いて構成する場合に比べて、部品コストを低減することができ、装置の製造コストを低減することができるという効果がある。

請求項９記載の３次元形状検出装置によれば、請求項８に記載の３次元形状検出装置の奏する効果に加え、請求項８記載の３次元形状検出装置は、請求項７に記載の３次元形状検出装置において、前記第１回折素子と第２回折素子とは、第１状態として、いずれか一方が前記光出力手段から出力される光ビームの経路の途中に配置され、他方が光ビームの経路外に配置され、第２状態として、他方が光ビームの経路の途中に配置され、一方が光ビームの経路外に配置されるように移動可能に構成されているので、第１状態と第２状態とを切り換えるだけで、第１スリット光および第２スリット光を対象物体に対して各々放射することができるという効果がある。

請求項１０記載の３次元形状検出装置によれば、請求項１から９のいずれかに記載の３次元形状検出装置の奏する効果に加え、撮像手段によって撮像される画像を升目状に区画する各画素を想定した場合、スリット光投光手段は、第１方向に延びる各画素に沿って第１スリット光を投光し、第１方向と略直交する第２方向に延びる各画素に沿って第２スリット光を投光するので、第１スリット光および第２スリット光を画素の並びに沿って投光でき、高精度に対象物体の３次元形状を検出することができるという効果がある。

請求項１１記載の３次元形状検出装置によれば、請求項１から１０のいずれかに記載の３次元形状検出装置の奏する効果に加え、撮像手段の撮像レンズは、本装置の略矩形状の前面の略中央部に配置され、スリット光の投光口は、その前面の四隅部のいずれかに配置されているので、撮像手段の光軸と重なることなく第１スリット光および第２スリット光を放射することができ、第１スリット光の軌跡および第２スリット光の軌跡の実空間における座標を三角測量により高精度に求めることができるという効果がある。

請求項１２記載の撮像装置によれば、請求項１から１１のいずれかに記載の３次元形状検出装置と同様な効果を奏することができると共に、請求項１から１１のいずれかに記載の３次元検出装置装置によって算出される対象物体の３次元形状に基づいて、撮像手段によって撮像されるスリット光が投光されていない状態における対象物体の画像を、対象物体の所定面の略鉛直方向から観察される平面画像に補正することができるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の撮像装置１の外観斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ断面線における撮像装置１の概略断面図である。尚、本発明の３次元形状検出装置は撮像装置１に含まれるものである。

撮像装置１は、同じ撮像位置において縦方向または横方向のいずれに湾曲している原稿Ｐであっても、その湾曲を含む原稿の３次元形状を検出することができる装置である。

撮像装置１は、図１（ａ）に示すように、方形箱形の本体ケース１０によって、その主な外形が形成されている。本体ケース１０の前面には、結像レンズ３１と、ファインダ５３と、スリット光投光口２９とが設けられている。本体ケース１０の上面には、レリーズボタン５２と、モード切替スイッチ５９と、湾曲方向切替スイッチ６０とが設けられている。本体ケース１０の側面には、メモリカードの差込口５５ａが設けられている。

また、図１（ｂ）に示すように、本体ケース１０の背面には、撮像した画像を表示するＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）５１が設けられている。本体ケース１０の内部には、結像レンズ３１の後方に配置されるＣＣＤ画像センサ３２と、スリット光投光口２９の後方に配置されるスリット光投光ユニット２０と、メモリカードの差込口５５ａの後方に配置されるメモリカード読取装置５５と、プロセッサ４０とが内蔵されている。

結像レンズ３１は、複数枚のレンズで構成され、オートフォーカス機能を有し、自動で焦点距離及び絞りを調整して外部からの光をＣＣＤ画像センサ３２上に結像する光学レンズである。

ファインダ５３は、本体ケース１０の背面から前面を通して配設される光学レンズで構成されている。撮像装置１の背面から使用者がのぞき込んだ時に、結像レンズ３１がＣＣＤ画像センサ３２上に結像する範囲とほぼ一致する範囲が見えるようになっている。

スリット光投光口２９は、スリット光投光ユニット２０から投光されるスリット光を対象物体に対して投光する投光口であり、本体ケース１０の前面の左下隅部に配置されている。このスリット光投光口２９から投光されるスリット光は、原稿Ｐ上に十字形のスリット光の軌跡を形成し、このスリット光の軌跡を検出することで、原稿Ｐの３次元形状が検出されることになる。

レリーズボタン５２は、押しボタン式のスイッチで構成され、プロセッサ４０に接続されおり、プロセッサ４０にて使用者による押し下げ操作が検知される。

モード切替スイッチ５９は、２つの位置に切替え可能なスライドスイッチなどで構成され、一方のスイッチ位置を「ノーマルモード」、他方のスイッチ位置を「補正撮像モード」として検知されるようにプロセッサ４０にて割り当てられている。

「ノーマルモード」は、撮像した原稿Ｐのそのものを画像データとするモードであり、「補正撮像モード」は、原稿Ｐを斜め方向から撮像場合に、その画像データを原稿Ｐを正面から撮像したような補正された画像データとするモードである。

湾曲方向切替スイッチ６０は、２つの位置に切替え可能なスライドスイッチなどで構成され、一方のスイッチ位置を「横方向湾曲モード」、他方のスイッチ位置を「縦方向湾曲モード」として検知されるようにプロセッサ４０にて割り当てられている。

「横方向湾曲モード」は、撮像装置１に対して横方向に湾曲する原稿Ｐ（図２（ａ）に示す湾曲状態の原稿Ｐ参照）の３次元形状を検出する場合のモードである。「縦方向湾曲モード」は、撮像装置１に対して縦方向に湾曲する原稿Ｐ（図２（ｂ）に示す湾曲状態の原稿Ｐ参照）の３次元形状を検出する場合のモードである。

メモリカード読取装置５５は、不揮発性で書き換え可能な画像データを記憶するメモリカードから、そのメモリカードに記憶されている画像データを読込んだり、そのメモリカートに撮像した画像データを記憶させたりする装置である。

ＬＣＤ５１は、画像を表示する液晶ディスプレイなどで構成され、プロセッサ４０からの画像信号を受けて画像を表示する。そして、プロセッサ４０からは、状況に応じてＣＣＤ画像センサ３２で受光したリアルタイムの画像や、メモリカード５５に記憶された画像や、装置の設定内容の文字等を表示するための画像信号が送られて来る。

ＣＣＤ画像センサ３２は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）素子などの光電変換素子がマトリクス状に配列されてなる構成で、表面に結像される画像の光の色及び強さに応じた信号を生成し、これをデジタルデータに変換してプロセッサ４０へ出力する。尚、ＣＣＤ素子一つ分のデータが画像を形成する画素の画素データであり、画像データはＣＣＤ素子の数の画素データで構成される。

図２（ａ）は撮像装置１に対して横方向（Ｘ軸方向）に湾曲する原稿Ｐを撮像する場合を示す図であり、図２（ｂ）は撮像装置１に対して縦方向（Ｙ軸方向）に湾曲する原稿Ｐを撮像する場合を示すである。即ち、図２（ａ）は「横方向湾曲モード」において原稿Ｐを撮像する場合を示し、図２（ｂ）は「縦方向湾曲モード」において原稿Ｐを撮像する場合を示している。

図２に示す通りに、スリット光投光口２９からは、原稿Ｐに向けて所定の角度幅で平面状に第１スリット光７１と第２スリット光７２とが放射される。

第１スリット光７１は、結像レンズ３１の光軸（Ｚ軸）から離れた位置で、その光軸と平行な平面に沿って延びるように投光される。原稿Ｐ上には、第１スリット光７１によって第１スリット光の軌跡７１ａが形成される。

第２スリット光７２は、第１スリット光７１と略直交する平面であって、結像レンズ３１の光軸（Ｚ軸）から離れた位置で、その光軸と平行な平面に沿って延びるように投光される。原稿Ｐ上には、第２スリット光７２によって第２スリット光の軌跡７２ａが形成される。

即ち、第１スリット光７１と第２スリット光７２とは、十字にクロスするように投光され、原稿Ｐには第１スリット光の軌跡７１ａと第２スリット光の軌跡７２ａとによって十字形のスリット光の軌跡が形成される。

よって、図２（ａ）に示すように横方向に湾曲する原稿Ｐを撮像する場合、第１スリット光の軌跡７１ａが原稿Ｐの湾曲に沿って形成されるので、この第１スリット光の軌跡７１ａを検出することで横方向に湾曲する原稿Ｐの湾曲を算出することができる。

一方、図２（ｂ）に示すように縦方向に湾曲する原稿Ｐを撮像する場合、第２スリット光の軌跡７２ａが原稿Ｐの湾曲に沿って形成されるので、この第２スリット光の軌跡７２ａを検出することで縦方向に湾曲する原稿Ｐの湾曲を算出することができる。

図３は、スリット光投光ユニット２０の構成を示す図であり、図３（ａ）は、スリット光投光ユニット２０の平面図であり、図３（ｂ）はスリット光投光ユニット２０の側面図である。

スリット光投光ユニット２０は、レーザーダイオード２１と、コリメートレンズ２２と、ハーフミラー２３と、２つのアパーチャ２４ａ，２４ｂと、反射ミラー２６と、２つのシリンドリカルレンズ２７ａ，２７ｂとを備えている。

レーザーダイオード２１は、スリット光投光ユニット２０の最上流側に配置され、レーザー光線を放射するものである。レーザーダイオード２１は、プロセッサ４０からの指令に応じて、レーザー光線の放射及び停止を切り換える。

コリメートレンズ２２は、レーザーダイオード２１の下流側に配置され、レーザーダイオード２１からのレーザー光線を、スリット光投光ユニット２０からの基準距離ＶＰ（例えば３３０ｍｍ）に焦点を結ぶように集光するものである。

ハーフミラー２３は、コリメートレンズ２２の下流側であって、コリメートレンズ２２を通過したレーザー光線の進行方向に対して略４５度傾けて配置されている。コリメートレンズ２２を通過したレーザー光線は、ハーフミラー２３によって、ハーフミラー２３をそのまま通過するレーザー光線と、略鉛直下向きに進行するレーザー光線とに分割される。

アパーチャ２４ａ，２４ｂは、矩形に開口された板で構成され、アパーチャ２４ａはハーフミラー２３をそのまま通過するレーザー光線の下流側に、アパーチャ２４ｂはハーフミラー２３によって略鉛直下向き方向に進行するレーザー光線の下流側に配置されている。、ハーフミラー２３で分割された各レーザー光線は、このアパーチャ２４ａ，２４ｂに形成された開口を通過することで撮像範囲内の仕様内で適切なスリット光幅として整形される。

反射ミラー２６は、鏡など、レーザー光線を全反射する部材で構成され、アパーチャ２４ｂを通過したスリット光の下流側に、そのスリット光の進行方向に対して略４５度傾けて配置されている。アパーチャ２４ｂを通過したスリット光は、反射ミラー２６によって全反射し、その進行方向を略９０度変えられる。

シリンドリカルレンズ２７ａ、２７ｂは、円柱を軸方向に２つに割った所謂蒲鉾形に形成され、曲率がある断面では光を集光・発散させ、曲率がない断面内では光をそのまま通過させる光学レンズである。

シリンドリカルレンズ２７ａは、アパーチャ２４ａの下流側であって、ＸＺ平面の断面視において湾曲面が下流側に向くように配置されている。アパーチャ２４ａを通過したスリット光は、このシリンドリカルレンズ２７ａを通過することで、上述した第１スリット光７１としてスリット光投光口２９を介して原稿Ｐに向かって投光される。

一方、シリンドリカルレンズ２７ｂは、反射ミラー２６の下流側であって、ＹＺ平面の断面視において湾曲面が下流側に向くように配置されている。反射ミラー２６に反射されたスリット光は、このシリンドリカルレンズ２７ｂを通過することで、上述した第２スリット光７２としてスリット光投光口２９を介して原稿Ｐに向かって投光される。

図４は、撮像装置１の電気的構成を示したブロック図である。撮像装置１に搭載されたプロセッサ４０は、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３を備えている。尚、上述したＣＣＤ画像センサ３２、メモリカード読取装置５５、レリーズボタン５２、スリット光投光ユニット２０、ＬＣＤ５１、モード切替スイッチ５９、湾曲方向切替スイッチ６０は、信号線を介してＣＰＵ４１と接続されている。

ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２に記憶されたプログラムによる処理に応じて、ＲＡＭ４３を利用して、レリーズボタン５２の押し下げ操作の検知、ＣＣＤ画像センサ３２から画像データの取り込み、画像データのメモリカードへの書込み、モード切替スイッチ５９の状態検出、スリット光投光ユニット２０によるスリット光の出射切替え等の各種処理を行う。

ＲＯＭ４２には、図５に示すフローチャートの処理（詳細は後述する。）を含む撮像装置１全体の制御に関するプログラムであるカメラ制御プログラム４２１と、スリット光を投光した原稿Ｐを撮像したスリット光有画像と、スリット光を投光していない原稿Ｐを撮像したスリット光無し画像との差分を取り、スリット光の軌跡を抽出するためのプログラムである差分抽出プログラム４２２と、差分抽出プログラム４２２で抽出されたスリット光の軌跡の各画素に対する３次元空間位置を演算するためのプログラムである三角測量演算プログラム４２３と、第１スリット光の軌跡７１ａ及び第２スリット光の軌跡７２ａの３次元空間位置から、原稿Ｐの３次元形状を推定して求めるプログラムである原稿姿勢演算プログラム４２４と、原稿Ｐの３次元形状が与えられて、スリット光無画像格納部４３２に格納された画像データを、原稿Ｐの正面から撮像したような画像に変換するためのプログラムである平面変換プログラム４２５とが記憶されている。

ＲＡＭ４３には、記憶領域として、ＣＣＤ画像センサ３２からの画像データの形式のデータを保存する大きさのスリット光有画像格納部４３１と、スリット光無画像格納部４３２と、スリット光有画像とスリット光無画像との差分の画像データを格納する差分画像格納部４３３と、各スリット光の軌跡７１ａ，７２ａを構成する画素の３次元空間位置を保存する大きさの三角測量演算結果格納部４３４と、原稿Ｐの３次元形状を保存する大きさの原稿姿勢演算結果格納部４３５と、ＣＰＵ４１での演算のために一時的にデータを記憶させるのに使用する大きさのワーキングエリア４３６とが割り当てられている。

次に、図５のフローチャートを参照して、上述したように構成された撮像装置１に関し、使用者によりレリーズボタン５２が押されてからの動作について説明する。図５は、撮像装置１のプロセッサ４０での処理手順を示すフローチャートである。

使用者によりレリーズボタン５２が押されると、まず、モード切替スイッチ５９のスイッチの位置を検知して、そのスイッチの位置が「補正撮像モード」の位置であるか否かを判別する（Ｓ１１０）。判別の結果、「補正撮像モード」の位置にある場合には（Ｓ１１０：Ｙｅｓ）、レーザーダイオード２１の発光を指令し、スリット光投光ユニット２０から第１スリット光７１及び第２スリット光７２が投光されてから、スリット光有画像として、ＣＣＤ画像センサ３２からＲＧＢ値で表現された画像データを取得し、この画像データをスリット光有画像格納部４３１へ読込む（Ｓ１２０）。

次に、レーザーダイオード２１の発光停止を指令し、スリット光投光ユニット２０から第１スリット光７１及び第２スリット光７２が投光されなくなってから、スリット光無画像としてＣＣＤ画像センサ３２からＲＧＢ値で表現された画像データを取得し、この画像データをスリット光無画像格納部４３２へ読込む（Ｓ１３０）。

次に、差分抽出処理として（Ｓ１４０）、差分抽出プログラム４２２によってスリット光有画像格納部４３１の画像データに対する、スリット光無画像格納部４３２の画像データの差分、つまり、原稿Ｐに投光された第１スリット光の軌跡７１ａ及び第２スリット光の軌跡７２ａを抽出した画像データを生成し、その画像データを差分画像格納部４３３へ読込む。

次に、三角測量演算処理として（Ｓ１５０）、三角測量演算プログラム４２３によって、第１スリット光の軌跡７１ａ及び第２スリット光の軌跡７２ａの画素毎の３次元空間位置を演算し、その演算結果をそれぞれ三角測量演算結果格納部４３４へ読込む。

次に、湾曲方向切替スイッチ６０のスイッチの位置を検知して、そのスイッチの位置が「横方向湾曲モード」の位置であるか否かを判別する（Ｓ１６０）。判別の結果、「横方向湾曲モード」の位置にある場合には（Ｓ１６０：Ｙｅｓ）、横方向用原稿姿勢演算処理として（Ｓ１７０ａ）、原稿姿勢演算プログラム４２４により、三角測量演算結果格納部４３４に格納されている各スリット光の３次元空間位置に基づいて、原稿Ｐの３次元形状を演算し、その演算結果を原稿姿勢演算結果格納部４３５へ読込む。

一方、湾曲方向切替スイッチ６０の位置が「横方向湾曲モード」の位置にない場合（Ｓ１６０：Ｎｏ）、即ち、湾曲方向切替スイッチ６０の位置が「縦方向湾曲モード」の位置である場合には、縦方向用原稿姿勢演算処理として（Ｓ１７０ｂ）、横方向用原稿姿勢演算処理（Ｓ１７０ａ）と同様に、原稿姿勢演算プログラム４２４により、三角測量演算結果格納部４３４に格納されている各スリット光の３次元空間位置に基づいて、原稿Ｐの３次元形状を演算し、その演算結果を原稿姿勢演算結果格納部４３５へ読込む。

次に、平面変換処理として（Ｓ１８０）、平面変換プログラム４２５により、原稿姿勢演算結果格納部４３５へ読込まれた３次元形状データから、スリット光無画像格納部４３２に記憶された画像データを、正面から観察されたような画像の画像データに変換する。そして、生成された正立画像の画像データをメモリカードへ書込み（Ｓ１９０）、当該処理を終了する。

尚、Ｓ１１０におけ判別の結果が、「補正撮像モード」ではなく「ノーマルモード」の位置の場合には（Ｓ１１０：Ｎｏ）、スリット光投光ユニット２０のレーザーダイオード２１が発光せず、第１スリット光７１及び第２スリット光７２が投光されていない状態で、ＣＣＤ画像センサ３２からスリット光無画像をスリット光無画像格納部４３２へ読込む（Ｓ２００）。そして、その画像データをメモリカードに書込み（Ｓ２１０）、当該処理を終了する。

図６は、上述した三角測量演算処理（図５のＳ１５０）を説明するための図である。図６では、図２（ａ）に示すように撮像される原稿Ｐに対する撮像装置１の座標系を、結像レンズ３１の光軸方向をＺ軸、撮像装置１から基準距離ＶＰ離れた位置をＸ，Ｙ，Ｚ軸の原点位置、撮像装置１に対して水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸としている。

また、ＣＣＤ画像センサ３２のＸ軸方向の画素数をＲｅｓＸ、Ｙ軸方向の画素数をＲｅｓＹ、Ｘ−Ｙ平面に結像レンズ３１を通してＣＣＤ画像センサ３２を投影した位置の上端をＹｆｔｏｐ、下端をＹｆｂｏｔｔｏｍ、左端をＸｆｓｔａｒｔ、右端をＸｆｅｎｄとしている。

また、結像レンズ３１の光軸と第１スリット光７１の光軸との間の距離をＤ、第１スリット光７１がＸ−Ｙ平面に交差するＹ軸方向の位置をｌａｓ１、第２スリット光７２がＸ−Ｙ平面に交差するＹ軸方向の位置をｌａｓ２とする。

この場合、第１スリット光の軌跡７１ａの画像の画素の１つに注目した注目点１のＣＣＤ画像センサ３２上の座標（ｃｃｄｘ１，ｃｃｄｙ１）に対応する３次元空間位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を、ＣＣＤ画像センサ３２の結像面上の点と、第１スリット光７１及び第２スリット光７２の出射点と、Ｘ−Ｙ平面に交差する点とで形成される三角形について立てた次の５つの連立方程式の解から導き出す。
（１）Ｙ１＝−（（ｌａｓ１＋Ｄ）／ＶＰ）Ｚ１＋ｌａｓ１
（２）Ｙ１＝−（Ｙ１ｔａｒｇｅｔ／ＶＰ）Ｚ１＋Ｙ１ｔａｒｇｅｔ
（３）Ｘ１＝−（Ｘ１ｔａｒｇｅｔ／ＶＰ）Ｚ１＋Ｘ１ｔａｒｇｅｔ
（４）Ｘｔａｒｇｅｔ＝Ｘｆｓｔａｒｔ＋（ｃｃｄｘ１／ＲｅｓＸ）×（Ｘｆｅｎｄ−Ｘｆｓｔａｒｔ）
（５）Ｙ１ｔａｒｇｅｔ＝Ｙｆｔｏｐ―（ｃｃｄｙ１／ＲｅｓＹ）×（Ｙｆｔｏｐ−Ｙｆｂｏｔｔｏｍ）
尚、本実施例では、第１スリット光７１がＸ−Ｚ平面に対して平行のためｌａｓ１＝−Ｄであり、Ｙ１＝−Ｄである。

同様に、ＣＣＤ画像センサ３２上の第２スリット光の軌跡７２ａの画像の画素の一つに注目した注目点２の座標（ｃｃｄｘ２，ｃｃｄｙ２）に対応する３次元空間位置（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）を、次に５つの連立方程式の解から導き出す。
（６）Ｘ２＝−（（ｌａｓ２＋Ｄ）／ＶＰ）Ｚ２＋ｌａｓ２
（７）Ｘ２＝−（Ｘ２ｔａｒｇｅｔ／ＶＰ）Ｚ２＋Ｘ２ｔａｒｇｅｔ
（８）Ｙ２＝−（Ｙ２ｔａｒｇｅｔ／ＶＰ）Ｚ２＋Ｙ２ｔａｒｇｅｔ
（９）Ｙｔａｒｇｅｔ＝Ｙｂｏｔｔｏｍ＋（ｃｃｄｘ２／ＲｅｓＸ）×（Ｙｔｏｐ−Ｙｂｏｔｔｏｍ）
（１０）Ｘ２ｔａｒｇｅｔ＝Ｘｅｎｄ−（ｃｃｄｙ２／ＲｅｓＹ）×（Ｘｅｎｄ−Ｘｔｏｐ）
尚、本実施例では、第２スリット光７２がＹ−Ｚ平面に対して平行のためｌａｓ２＝Ｄであり、Ｘ２＝Ｄである。

次に、図７（ａ）および図８を参照して、上述した横方向用原稿姿勢演算処理（図５のＳ１７０ａ）について説明する。図７（ａ）は図２（ａ）の状態において撮像されるスリット光有画像を示す図である。図８は、横方向用原稿姿勢演算処理の際の座標系を説明するための図である。

この横方向用原稿姿勢演算処理（Ｓ１７０ａ）では、まず、三角測量演算処理（図５の１５０）によって三角測量演算結果格納部４３４に格納されている各スリット光の軌跡７１ａ、７２ａの各画素毎の３次元空間位置から、図７（ａ）に示す第２スリット光の軌跡７２ａの任意の２点（例えば、点Ｐ１と、点Ｐ４）を抽出し、その抽出した２点の３次元空間位置のデータから、図８（ａ）に示すように、Ｘ軸を中心とした傾きθを求める。

次に、求めた傾きθと、第１スリット光の軌跡７１ａとＹＺ平面との交点Ｐ２とに基づき、点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，Ｌ）のＺ座標値Ｌを求める。

次に、図８（ｂ）に示すように、第１スリット光の軌跡７１ａを回帰曲線近似した線を、先に求めたＸ軸まわりの傾きθ分だけ逆方向に回転変換し、つまり、原稿ＰをＸ−Ｙ平面に対して平行にした状態を考える。そして、図８（ｃ）に示すように、原稿ＰのＸ軸方向の断面形状を、Ｘ−Ｚ平面における原稿Ｐの断面について、Ｚ軸方向の変位を複数のＸ軸方向の点で求めてその変位度から、Ｘ軸方向の位置を変数としたＸ軸方向の傾きの関数である湾曲φ（Ｘ）を求める。こうして、原稿Ｐの３次元形状としての傾きθと、距離Ｌと、湾曲φ（Ｘ）を求めることができる。

尚、図７（ｂ）は、図２（ｂ）の状態において撮像されるスリット光有画像を示す図であり、縦方向用原稿姿勢演算処理（Ｓ１７０ｂ）では、上述した横方向用原稿姿勢演算処理（Ｓ１７０ａ）の場合と同様に処理することにより、横方向用原稿姿勢演算処理（Ｓ１７０ａ）の場合と同様に、原稿Ｐの３次元形状としての湾曲θ（ｘ）と、距離Ｌと、傾きφを求めることができる。但し、θは角度ではなく、Ｚ＝θ（Ｙ）という湾曲としてとして表され、φはＸ軸との角度として表される。

次に、図９のフローチャートを参照して上述した平面変換処理（図５のＳ１８０）について説明する。尚、フローチャートでは、簡単のため、θ、φ共に、曲面に湾曲していない場合を示した。湾曲している場合の平面変換処理については、電子情報通信学会論文誌ＤＩＩＶｏｌ.Ｊ８６−Ｄ２ Ｎｏ.３ ｐ４０９「アイスキャナによる湾曲ドキュメント撮影」を参照されたい。

平面変換処理では、まず、ＲＡＭ４３のワーキングエリア４３６に当該処理の処理領域を割り当て、カウンタｂのための変数など当該処理に用いる変数の初期値を設定する（Ｓ１３００）。

次に、原稿Ｐの文字等が書かれた面が略鉛直方向から観察された場合の画像である正立画像の領域を、原稿姿勢演算プログラム４２４での演算結果による原稿Ｐの３次元空間位置（０，０，Ｌ）と、Ｘ軸まわりの傾きθと、湾曲φ（Ｘ）とに基づき、スリット光無し画像の４隅の点を変換して設定し、この領域内に含まれる画素数ａを求める（Ｓ１３０１）。

次にカウンタｂの値が領域内の画素数ａに達したか否かを判断する（Ｓ１３０２）。その結果、依然、カウンタｂの値が画素数ａに達していない場合には（Ｓ１３０２：Ｎｏ）、設定された正立画像の領域を、まずＸ−Ｙ平面に配置して、その中に含まれる画素毎に、各々の３次元空間位置を、湾曲φ（Ｘ）に基づいてＺ軸方向に変位させ（Ｓ１３０３）、傾きθでＸ軸まわりに回転移動し（Ｓ１３０４）、Ｚ軸方向に距離Ｌだけシフトする（Ｓ１３０５）。

次に、求められた３次元空間位置を、先の３角測量の関係式により理想カメラで写されたＣＣＤ画像上の座標（ｃｃｄｃｘ，ｃｃｄｃｙ）に変換し（Ｓ１３０６）、使用している結像レンズ３１の収差特性に従って、公知のキャリブレーション手法により、実際のカメラで写されたＣＣＤ画像上の座標（ｃｃｄｘ，ｃｃｄｙ）に変換し（Ｓ１３０７）、この位置にあるスリット光無画像の画素の状態を求めて、ＲＡＭ４３のワーキングエリア４３６に格納する（Ｓ１３０８）。

ここまでの処理が終了したら、カウンタｂに「１」を加算（Ｓ１３０９）し、Ｓ１３０２からの処理を繰り返し、正立画像の画像データを生成する。こうして、Ｓ１３０２の判断において、カウンタｂの値が画素数ａに達した場合には（Ｓ１３０２：Ｙｅｓ）、Ｓ１３００において割当てた処理領域を開放して（Ｓ１３１０）、当該処理を終了する。

尚、Ｓ１６０において、湾曲方向切換スイッチ６０のスイッチ位置を検知して原稿演算処理を分岐していたが、第１スリット光の軌跡７１ａおよび第２スリット光の軌跡７２ａを予め求め、その軌跡が横方向に湾曲しているか、縦方向に湾曲しているかで処理を分岐させても良い。この場合には、湾曲方向切換スイッチ６０は不要となり、装置の操作性を向上させることができる。

図１０（ａ）〜（ｃ）の各々は、本体ケース１０の前面におけるスリット光投光口２９の配置位置に関する別の例を示す図である。即ち、上述した例では、スリット光投光口２９は、本体ケース１０の前面であって、その左下隅部に配置したのに対し、（ａ）では左上隅部、（ｂ）では右上隅部、（ｃ）では右下隅部に配置したものである。

即ち、本実施例のように、結像レンズ１０を本体ケース１０の前面の略中央部に配置した場合、スリット光投光口２９は、結像レンズ３１の鉛直方向と水平方向とに交わらない位置に配置する必要がある。これにより、スリット光投光口２９から投光される各スリット光７１，７２は、結像レンズ３１の光軸と重なることがなく、上述した三角測量演算処理（図５のＳ１５０）において演算される第１スリット光の軌跡７１ａおよび第２スリット光の軌跡７２ａの３次元空間位置を高精度に求めることができる。また、スリット光投光口２９は、その前面の領域内で出来るだけ結像レンズ３１から離して配置することが好ましい。

図１１は、スリット光投光口２９を結像レンズ３１から出来るだけ離した位置に配置することが好ましいことを説明するための図である。ここでは、スリット光投光口２９を結像レンズ３１からＹ軸方向にａだけ離した位置Ａに配置した場合と、ｂだけ離した位置Ｂに配置した場合とについて説明する。

まず、原稿ＰがＹ軸に対して傾斜していない場合を考える。この場合、位置Ａに配置されたスリット光投光口２９から投光される第２スリット光７２はポイントＰ２に到達し、位置Ｂに配置されたスリット光投光口２９から投光される第２スリット光７２はポイントＰ３に到達することになる。

一方、原稿ＰがＹ軸に対して所定角度傾いている場合には、位置Ａ、位置Ｂに配置されたスリット光投光口２９から投光される第２スリット光７２は、共に原稿Ｐ上の点（Ｙ１，Ｚ１）に到達することになり、Ｙ軸に対して傾いた原稿ＰをＹ軸に対して平行になるように引き起こした場合には、原稿Ｐ上の点（Ｙ１，Ｚ１）は、ポイントＰ１に対応することになる。

即ち、ポイントＰ１を演算により求めるために必要なポイントＰ３からポイントＰ１までの変化量は、ポイントＰ２からポイントＰ１までの変化量より大きいので、その変化量の検出をより高精度に算出することができ、ひいては、高精度に原稿Ｐの３次元形状を算出することができる。よって、スリット光投光口２９は、前面の領域内で出来るだけ結像レンズ３１から離して配置することが好ましい。尚、これはＸ軸方向についても同様な事が言える。

以上説明したとおり、上述した撮像装置１によれば、使用者は、モード切替スイッチ５９を「補正撮像モード」側に切替え、撮像位置に対する原稿Ｐの湾曲方向を確認して湾曲方向切替スイッチ６０を設定し、ファインダ５３、又は、ＬＣＤ５１で原稿Ｐの所望の範囲が撮像範囲に入っているか確認し、レリーズボタン５２を押して画像を撮影することによって、例えば図２（ａ）に示すように撮像した原稿の湾曲は、その湾曲に沿って形成される第１スリット光７１ａの軌跡に基づき算出される。

また、図２（ｂ）に示すように撮像した原稿の湾曲は、その湾曲に沿って形成される第２スリット光７２ａの軌跡に基づき算出される。よって、交差する方向に湾曲する原稿を所定の位置から撮像したとしても、その原稿の湾曲を含む３次元形状を検出することができる。

図１２は、上述した第１実施例のスリット光投光ユニット２０に関する第２実施例のスリット光投光ユニット２０ａを示す側面図であり、（ａ）は第１スリット光７１を投光している状態を示し、（ｂ）は第２スリット光７２を投光している状態を示している。尚、第１実施例のスリット光投光ユニット２０と同一の部材については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

第１実施例のスリット光投光ユニット２０は、２つのシリンドリカルレンズ２７ａ，２７ｂによって第１、第２スリット光７１，７２を各々投光するものであるのに対し、この第２実施例のスリット光投光ユニット２０ａは、１つのシリンドリカルレンズ７０を回転移動させ、第１の状態の場合に第１スリット光７１を、第２の状態の場合に第２スリット光７２を投光するものである。

第２実施例のスリット光投光ユニット２０ａは、上流側から順番に、レーザーダイオード２１と、コリメートレンズ２２と、アパーチャ２４と、シリンドリカルレンズ７０とを備えている。

シリンドリカルレンズ７０は、図示しない駆動装置により、その地点で回転可能に構成されており、第１の状態として図２（ａ）に示すように、ＹＺ平面の断面視において湾曲面がないように配置され、第２の状態として図２（ｂ）に示すように、ＹＺ平面の断面視において湾曲面が下流側に向くように配置される。

このようにシリンドリカルレンズ７０を第１の状態と第２の状態とに回転可能構成することで、シリンドリカルレンズ７０が第１の状態に配置されている場合にレーザーダイオード２１からレーザー光線を発射すれば、そのレーザー光線はコリメートレンズ２２、アパーチャ２４を通過してスリット光に変換され、そのスリット光はシリンドリカルレンズ７０を通過することで、所定の角度幅でＹ軸と直交（Ｘ軸と平行）する方向に延びる平面状の第１スリット光７１として投光される。

一方、その後、第１の状態にあるシリンドリカルレンズ７０を第２の状態になるように回転移動させ、シリンドリカルレンズ７０が第２の状態に配置された場合に、レーザーダイオード２１からレーザー光線を発射すれば、そのレーザー光線はコリメートレンズ２２、アパーチャ２４を通過してスリット光に変換され、そのスリット光はシリンドリカルレンズ７０を通過することで、所定の角度幅でＹ軸と平行に延びる平面状の第２スリット光７２として投光される。

また、この第２実施例のスリット光投光ユニット２０ｂを搭載した撮像装置１では、第１の状態において第１の撮像を実行し、第２の状態において第２の撮像を実行する。

そして、第１の撮像によって取得する第１スリット光有画像とスリット光無画像との差分をとることで第１スリット光の軌跡７１ａを、第２の撮像によって取得する第２スリット光有画像とスリット光無画像との差分をとることで第２スリット光の軌跡７２ａを検出するように構成されている。

尚、スリット光無画像を撮像するタイミングとして、第１の撮像と第２の撮像との間に実行するように構成すれば、効率良くスリット光無画像を取得することができる。

以上説明した通り、この第２実施例のスリット光投光ユニット２０ｂによれば、第１実施例のスリット光投光ユニット２０と比べて、必要なシリンドリカルレンズの個数を減らすことができるので、部品点数の削減により、撮像装置１の製造コストを低減することができる。

図１３は、上述した第１実施例のスリット光投光ユニット２０に関する第３実施例のスリット光投光ユニット２０ｂを示す図である。（ａ）は第１スリット光７１を投光している状態を示す側面図と回折素子８０の正面図とを示し、（ｂ）は第２スリット光７２を投光している状態を示す側面図と回折素子８０の正面図とを示している。尚、第１実施例のスリット光投光ユニット２０と同一の部材については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

第１実施例のスリット光投光ユニット２０は、２つのシリンドリカルレンズ２７ａ，２７ｂを利用して、第１、第２スリット光７１，７２を投光するものであるのに対し、この第３実施例のスリット光投光ユニット２０ｂは、上下方向に移動可能に配置された回折素子板８０を利用して第１、第２スリット光７１，７２を投光するものである。

第３実施例のスリット光投光ユニット２０ｂは、上流側から順番に、レーザーダイオード２１と、コリメートレンズ２２と、アパーチャ２４と、そのアパーチャ２４と対向する位置に板状に形成された回折素子板８０とを備え、また、回折素子板８０にはソレノイド８１が連結されている。

回折素子板８０は、その表面の略上半分にＸ軸方向と平行に延びる複数本の第１回折素子８０ａが形成され、その表面の略下半分にＹ軸方向と平行に延びる複数本の第２回折素子８０ｂが形成されている。

ソレノイド８１は、コイルの磁気的エネルギーをプランジャ８１ｂの直線運動に変換するものであり、コイルを内包する本体８１ａと、本体８１ａに対して相対的に往復移動するプランジャ８１ｂとを備え、そのプランジャ８１ｂの一端に回折素子板８０が連結されている。

このように構成されたスリット光投光ユニット２０ｂによれば、図１３（ａ）に示す状態、即ち、回折素子板８０の第２回折素子８０ｂの形成された面がアパーチャ２４と対向する位置に配置されている状態でレーザーダイオード２１からレーザー光線を発射すれば、そのレーザー光線は、コリメートレンズ２２、アパーチャ２４、第２回折素子８０ｂを通過することで、所定の角度幅でＹ軸と直交（Ｘ軸と平行）する方向に延びる平面状の第１スリット光７１として投光される。

一方、その後、ソレノイド８１の作用により回折素子板８０はプランジャ８１ｂにより下方に移動する。そして、図１３（ｂ）に示すような状態、即ち、回折素子板８０の第１回折素子８０ａの形成された面がアパーチャ２４と対向する位置に配置されている状態でレーザーダイオード２１からレーザー光線を発射すれば、そのレーザー光線は、コリメートレンズ２２、アパーチャ２４、第１回折素子８０ａを通過することで、所定の角度幅でＹ軸と平行する方向に延びる平面状の第２スリット光７２として投光される。

尚、この第３実施例のスリット光投光ユニット２０ｂを搭載した撮像装置１では、第２実施例のスリット光投光ユニット２０ａと同様な方法で、第１、第２スリット光の軌跡７１ａ、７２ａを検出することができる。

以上説明した通り、第３実施例のスリット光投光ユニット２０ｂによれば、回折素子板８０はシリンドリカルレンズに比べ安価であるため、部品コストを低減でき、ひいては撮像装置１の製造コストを低減することができる。

上記実施例において、請求項１記載の３次元形状算出手段としては、図５のＳ１７０ａの処理またはＳ１７０ｂの処理が該当する。また、請求項１１記載の平面画像補正手段としては、図５のＳ１８０の処理が該当する。

以上実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものでなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、上記実施例では、第１スリット光７１または第２スリット光７２のいずれのスリット光が原稿の湾曲に沿ったスリット光であるか否かは、湾曲方向切換スイッチ６０を介して使用者が入力する場合を説明した。

しかしながら、例えば、上述した三角測量演算処理（図５のＳ１５０）において演算された各スリット光の３次元空間における位置座標から、いずれのスリット光が湾曲に沿ったスリット光であるか否かを判定し、その判定結果に基づいて、横方向用原稿姿勢演算処理（Ｓ１７０ａ）を実行するか、縦方向用原稿姿勢演算処理（Ｓ１７０ｂ）を実行するかを判定するように構成しても良い。このように、かかる判定をソフト的に行うことで、使用者のスイッチ操作が不要となり、本装置の操作性を向上させることができる。

また、撮像装置１は、スリット光有画像及びスリット光無画像を、結像レンズ３１及びＣＣＤ画像センサ３２を用いて撮像するよう構成されている。これに対して、結像レンズ３１及びＣＣＤ画像センサ３２の他に、スリット有画像を撮像するための結像レンズ及びＣＣＤ画像センサを別途追加して設けたものであっても良い。

このように構成することにより、スリット光有画像とスリット光無画像とを撮像する間の時間経過（ＣＣＤ画像センサ３２の画像データを転送する時間など）を無くすることができ、スリット光有画像に対してスリット光無画像の撮像範囲のずれが無く、検出する対象物体の３次元形状の精度が高いものとすることができる。但し、本実施例の撮像装置１の方が、構成部品が少なく、小型で安価なものとすることができる。

また、本実施例では光源としてレーザー光線を放射するレーザーダイオード２１を用いているが、その他、面発光レーザー、ＬＥＤ、ＥＬ素子など、光ビームを出力できるものであれば、いずれを用いるものであっても良い。

（ａ）は撮像装置の外観斜視図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ断面線における撮像装置１の概略断面図である。 撮像装置から原稿に向かってスリット光を投光している状態を示す図である。 スリット光投光ユニットの構成を示す図である。 撮像装置の電気的構成を示したブロック図である。 プロセッサでの処理手順を示すフローチャートである。 三角測量演算処理を説明するための図である。 スリット光有画像を示す図である。 横湾曲用原稿姿勢演算処理を説明するための図である。 平面変換処理を示すフローチャートである。 スリット光投光口の配置に関する他の例を示す図である。 スリット光投光口を結像レンズから出来るだけ離した場合の効果を説明するための図である。 第２実施例のスリット光投光ユニットを示す図である。 第３実施例のスリット光投光ユニットを示す図である。

符号の説明

１ 撮像装置（３次元形状検出装置を含む）
２０，２０ａ，２０ｂ スリット光投光ユニット（スリット光投光手段）
２１ レーザーダイオード（光出力手段）
２７ａ，２７ｂ，７０ シリンドリカルレンズ
２９ スリット光投光口
３１ 結像レンズ（撮像手段）
３２ ＣＣＤ画像センサ（撮像手段）
８０ 回折素子板
８０ａ 第１回折素子
８０ｂ 第２回折素子
８１ ソレノイド
４２１ カメラ制御プログラム（撮像手段）
４２４ 原稿姿勢演算プログラム（３次元形状算出手段）
４２５ 平面変換プログラム（平面画像補正手段）

Claims (12)

1. 光ビームを出力する光出力手段と、
   その光出力手段から出力される光ビームを所定の角度幅で平面状に放射される光束であるスリット光に変換し、そのスリット光を対象物体へ投光するスリット光投光手段と、
   そのスリット光投光手段からスリット光が投光されている状態における対象物体を撮像する撮像手段と、
   その撮像手段によって撮像された画像からスリット光の位置を検出し、その検出したスリット光の位置に基づき、対象物体の３次元形状情報を算出する３次元形状算出手段とを備えた３次元形状検出装置において、
   前記スリット光投光手段は、前記スリット光として、前記撮像手段の光軸から離れた位置を通る平面に沿って延びる第１スリット光と、その第１スリット光と交差する平面に沿って延びる第２スリット光とを前記対象物体へ投光することを特徴とする３次元形状検出装置。
2. 前記第１スリット光および第２スリット光は前記撮像手段の光軸と平行な平面に沿って延びるように投光されることを特徴とする請求項１に記載の３次元形状検出装置。
3. 前記スリット光投光手段は、前記第１スリット光および第２スリット光を各々放射する２つの光学レンズを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の３次元形状検出装置。
4. 前記２つの光学レンズの各々はシリンドリカルレンズで構成され、
   一方のシリンドリカルレンズは前記第１スリット光の放射される平面に対する断面視において湾曲面を有するように、他方のシリンドリカルレンズは前記第２スリット光の放射される平面に対する断面視において湾曲面を有するように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の３次元形状検出装置。
5. １つの前記光出力手段から出力される光ビームを２方向に分割する分割手段を備え、
   前記２つの光学レンズの内、一方の光学レンズは前記分割手段により２方向に分割される一方の途中に配置され、他方の光学レンズは前記分割手段により２方向に分割される他方の途中に配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の３次元形状検出装置。
6. 前記スリット光投光手段は、前記第１スリット光を放射する第１状態および前記第２スリット光を放射する第２状態を有する１つの光学レンズを備え、
   その１つの光学レンズは第１状態と第２状態とに移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の３次元形状検出装置。
7. 前記１つの光学レンズはシリンドリカルレンズで構成され、
   そのシリンドリカルレンズは、前記第１状態として前記第１スリット光の放射される平面に対する断面視において湾曲面を有するように、前記第２状態として前記第２スリット光の放射される平面に対する断面視において湾曲面を有するように移動可能に構成されていることを特徴とする請求項６に記載の３次元形状検出装置。
8. 前記スリット光投光手段は、前記第１スリット光を前記対象物体に投光する第１回折素子と、前記第２スリット光を対象物体に投光する第２回折素子とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の３次元形状検出装置。
9. 前記第１回折素子と第２回折素子とは、第１状態として、いずれか一方が前記光出力手段から出力される光ビームの経路の途中に配置され、他方が光ビームの経路外に配置され、第２状態として、他方が光ビームの経路の途中に配置され、一方が光ビームの経路外に配置されるように移動可能に構成されていることを特徴とする請求項８に記載の３次元形状検出装置。
10. 前記撮像手段によって撮像される画像を升目状に区画する各画素を想定した場合、前記スリット光投光手段は、第１方向に延びる画素に沿って前記第１スリット光を投光し、第１方向と略直交する第２方向に延びる画素に沿って前記第２スリット光を投光することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の３次元形状検出装置。
11. 前記撮像手段の撮像レンズは、本装置の略矩形状の前面の略中央部に配置され、前記スリット光の投光口は、その前面の四隅部のいずれかに配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の３次元形状検出装置。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の３次元形状検出装置と、
    その３次元形状検出装置の３次元形状算出手段により算出される対象物体の３次元形状に基づいて、前記撮像手段によって撮像されるスリット光が投光されていない状態における対象物体の画像を、対象物体の所定面の略鉛直方向から観察される平面画像に補正する平面画像補正手段とを備えていることを特徴とする撮像装置。

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