JP2000055636A - 三次元形状計測装置及びパターン光投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型・携帯可能な三次元形状計測装置を提供
する。 【解決手段】 空間コード化のためのパターン光の投影
のために、光源としてストロボ光源３８を用いる。駆動
電源装置３６は、ストロボ光源３８の発光１回分の容量
のコンデンサを形状計測に必要なパターンの数（例えば
ｎビット２進コード化の場合ｎ個）だけ有し、それらコ
ンデンサに充電する電池等の充電用電源を有する。充電
済みのコンデンサを、所定の時間間隔ごとにストロボ光
源３８に接続していくことで、ストロボ光源３８が点滅
する。このストロボ光源３８の発光に同期して、パター
ンマスク装置３９は空間コード化のためのパターンを切
り替える。計測コントロール部３５の制御により、ＣＣ
Ｄ撮像装置３１の蓄積期間内にストロボ光源３８が発光
し、かつその発光がパターンマスク装置３９のパターン
が安定する期間に当たるよう、撮像、ストロボ発光及び
パターン切替のタイミング関係が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象物の三次
元形状を非接触で計測する三次元形状計測装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光を用いて測定対象の三次元形状を非接
触に計測する技術は、能動的計測法と受動的計測法とに
大別される。受動的計測法は、ステレオ法に代表される
ように環境光を利用して計測するものであるのに対し、
能動的計測法は、投光装置から測定対象に対して光を照
射し、その反射光に基づき計測を行うものである。能動
的計測法には三角測量の原理を利用したものが多く、そ
の代表的なものとしては、例えばスポット光投影法、ス
リット光投影法、符号（コード）化法がある。符号化法
には、光に色を付けて符号化する方法、投光装置の開口
幅を変えることにより符号化する方法、符号化した複数
の開口パターンを順次照射する「時系列符号化法」「空
間コード化法」と呼ばれる方法がある。

【０００３】図１６には、空間コード化法の計測原理が
示されている。図１６において、測定物体Ｑを視野内に
捉えているビデオカメラのレンズの光学中心１１を原点
として、レンズ光軸をＺｃ軸とし、ビデオカメラの水平
走査方向にＸｃ軸をとり、Ｘｃ軸とＺｃ軸に直交してＹ
ｃ軸をとっている。ビデオカメラの撮像面１２は、実際
には光学中心点１１の後ろにあるものだが、図では説明
が容易なように光学中心点１１の前に示している。Ｘｃ
軸とＹｃ軸にそれぞれ平行に、撮像面１２内にＸ’軸及
びＹ’軸をとる。光学中心点１１と撮像面１２との距離
をｆとする。Ｘｃ軸上でＺｃ軸から距離ｄだけ離れた位
置に光源１０が配置される。光源１０から所定の広がり
をもって発せられた光は、パターンマスク１３を透過す
ることによりパターン光１００となる。このパターン光
１００が測定物体Ｑに投影されることにより、測定物体
Ｑの表面には、パターンマスク１３に対応した明暗の縞
模様が形成される。パターンマスク１３の縞の方向は、
図示のごとくＹｃ軸に平行である。パターンマスク１３
を所定の規則に従って切り替えることにより、測定物体
Ｑの表面に形成されるパターンを時系列的に変化させる
ことができる。これにより、測定物体Ｑの表面を、時系
列的な明滅規則により識別されるｎ個の領域Ｒ1，Ｒ2，
・・Ｒi，・・Ｒnに分割することができる。領域Ｒiに
属する点Ｐの座標を（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）とし、点Ｐが
撮像面１２上に結像した点をＰ’（Ｘ’ｐ，Ｙ’ｐ，
ｆ）とする。各領域Ｒ1，Ｒ2，・・Ｒi，・・Ｒnを規定
する光の部分は、薄い楔状となっている。パターン光１
００のうち、領域Ｒiを与える薄い楔状の部分がＸ軸と
なす角をθｉとする。点Ｐの座標は次式で与えられる。

【０００４】

【数１】Ｚｐ＝ｆ・ｄ／（ｆ・tanθｉ＋Ｘ’ｐ） Ｘｐ＝Ｘ’ｐ・Ｚｐ／ｆ Ｙｐ＝Ｙ’ｐ・Ｚｐ／ｆ 従来の空間コード化法では、縞模様を生成する方法の代
表的なものとして次の２つの方法が知られている。ひと
つは、物理的なパターンマスクにより光源からの光を遮
ることにより縞模様を投影するものであり、開口した複
数の板やフィルムを機械的に切り替えたり、円盤状のパ
ターンマスクを回転させたりすることにより時系列的に
光パターンを生成する方法である。これを液晶シャッタ
で実現した方法がよく知られる。もう一つは、物理的な
パターンマスクを使用する代わりに、レーザを用いてス
リット光を形成し、このスリット光を偏向機構を用いて
走査、スイッチングすることにより、パターンを形成す
るという方法である。前者の代表的なものに「液晶レン
ジファインダ−液晶シャッタによる高速距離画像計測シ
ステム」（佐藤宏介、井口征士：電子情報通信学会論文
誌、'88/7 Vol.J71-D No.7）や特開昭６４−５４２０８
号公報に示される方法がある。この方法では、パターン
マスクとして液晶シャッタを用い、光源にはハロゲンラ
ンプ等の光プロジェクタを用いていた。一方、後者の代
表的なものには、「スキャン式符号化法による小型高速
レンジファインダ」（服部数幸、佐藤幸男：電子情報通
信学会論文誌、'93/8 Vol.J76-DII,No.8）や特開平３−
１２８８８９号公報に示されるものがある。この方法で
は、半導体レーザから出力されたレーザ光をレンズ系を
用いてスリット光に変換し、そのスリット光をガルバノ
ミラーなどを用いて所定の制御の下で走査しながら、半
導体レーザを点滅させることにより縞模様を形成してい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】三次元形状計測技術
は、様々な分野への応用が期待されている。特に、携帯
可能な小型の三次元形状計測装置が実現できれば、その
応用範囲は驚異的な広がりを見せるであろう。ところ
が、従来提案されている三次元形状計測技術には、携帯
性の観点を考慮したものはなかった。

【０００６】例えば、前者の方法は、光源にハロゲンラ
ンプを用いているため、消費電力が大きく、電源の整備
された環境でないと使用できない。また、ハロゲンラン
プは発熱も多いため、装置の小型化が困難である。この
ような点から、前者の方法は、携帯型の装置には向かな
かった。また、前者の方法では、液晶シャッタのパター
ンを切り替えたときに液晶の状態が一時的に不安定とな
り、その後安定したパターンが得られるまでは、画像の
取り込みを行うことができない（画像を取り込んだとし
ても、その画像はパターンが不安定なときの影響を含む
ので形状計測には不適である）。したがって、あるフレ
ーム（又はフィールド）で画像を取り込むと、少なくと
も次のフレーム（又はフィールド）はパターンの切替と
安定化のために画像取り込みを行えず、形状計測のため
に必要な各パターンの画像を得るのに時間が掛かるとい
う問題もあった。

【０００７】一方、後者の方法は、光源が半導体レーザ
なので消費電力が小さく発熱も小さくなり、装置の小型
化が比較的容易であるという利点があるが、次のような
問題がある。また、光源が単一波長の半導体レーザなの
で、三次元形状の計測はできるものの、カラー画像を同
時に得ることができないという問題もある。更には、レ
ーザ光走査のための機械的な走査機構は、一般に装置の
移動などに伴う振動に対して不安定になりやすく、計測
の安定性が乱れる場合があるという問題もあった。特に
最後の問題は、携帯型の装置を実現する上で大きな問題
となる。

【０００８】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、三次元形状計測装置において携帯化可
能な構成を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る三次元形状
計測装置は、計測対象に対して所定の規則に従って順に
変化するパターン光を投影するパターン光投影手段と、
前記パターン光投影手段からのパターン光が投影された
前記計測対象を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によ
り得られた各パターン光が投影された前記計測対象の画
像に基づき、前記計測対象表面各点の三次元位置を算出
する演算手段とを有し、前記パターン光投影手段は、ス
トロボ光源と、前記ストロボ光源に電力を供給して発光
させる駆動電源装置と、前記ストロボ光源からの光を、
所定の規則に従って順に切り替わるパターンによってマ
スクすることにより、計測のために必要な種類の各パタ
ーン光を形成するパターンマスク装置と、前記ストロボ
光源の発光及び前記パターンマスク装置のパターン切替
のタイミングを、前記撮像手段の画像形成タイミングに
合わせて同期制御する制御手段とを有する。

【００１０】この構成では、ストロボ光源を駆動電源装
置からの電力供給により間欠的に発光させ、その発光を
パターンマスク装置を通過させることにより所定のパタ
ーンにして計測対象に投影する。ここで、制御手段によ
り、ストロボ光源の発光及びパターンマスクのパターン
切替のタイミングを、撮像手段の画像形成タイミングに
合わせて同期制御することにより、空間コード化に必要
な各パターンの投影を得ることができる。

【００１１】この構成によれば、光源としてストロボ光
源を用いるので、小電力で駆動することができ、例えば
電池ベースの運用も可能である。また、機械的な走査機
構を必要としないため、装置移動時の振動の問題もな
い。したがって、小型で携帯可能な装置を実現すること
ができる。

【００１２】また、この構成では、ストロボ光源による
瞬間的な発光により露光を行うため、あるフレーム（又
はフィールド）で大部分の時間においてパターンが不安
定であっても、露光の瞬間だけパターンが安定していれ
ば、必要な画像が得られる。したがって、パターンマス
ク装置として液晶シャッタを用いた場合でも、フレーム
（又はフィールド）を無駄にせず連続して画像取り込み
を行うことができ、形状計測に必要な画像の取り込み期
間を短縮することができる。

【００１３】この構成の好適な態様では、駆動電源装置
は、ストロボ光源の１回の発光に必要な電源容量を有す
る単位電源を、１回の形状計測に必要なパターンの数と
同数だけ並列接続して構成された１回計測用電源ユニッ
トを含み、前記各単位電源を順次切り替えつつ前記スト
ロボ光源に電源供給を行う。この態様によれば、形状計
測に必要な各パターンの画像を連続的に撮影することが
できる。なお、この１回計測用電源ユニットを複数設け
ることにより、連続的に形状計測を行うこともできる。

【００１４】また、本発明に係る三次元形状計測装置
は、計測対象に対して所定の規則に従って順に変化する
パターン光を投影するパターン光投影手段と、前記パタ
ーン光投影手段からのパターン光が投影された前記計測
対象を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により得られ
た各パターン光が投影された前記計測対象の画像に基づ
き、前記計測対象表面各点の三次元位置を算出する演算
手段とを有し、前記パターン光投影手段は、空間コード
化のために必要な各パターンに対応して設けられ、各々
がストロボ光源とその光源の光をマスクして所定のパタ
ーン光を形成するためのパターンマスクとを含む複数の
パターン光源ユニットと、前記撮像手段の画像形成タイ
ミングに合わせて各パターン光源ユニットを所定の順序
に従って切り替えながら発光させる制御手段とを有す
る。

【００１５】この構成も、小電力で駆動可能なストロボ
光源を利用し、機械的な走査機構無しでパターンを形成
することができるので、小型で携帯可能な装置を実現で
きる。更には、この構成では、１つのパターンマスク装
置でパターンを変化させるのではなく、固定的なパター
ンマスクを有するパターン光源ユニットを切り替え発光
させることでパターン光の種類を切り替えるので、液晶
シャッタなどのようなパターンマスクの制御が不要とな
り、制御機構が簡素化できる。

【００１６】この構成において、パターン光投影手段
に、各パターン光源ユニットから発せられるパターン光
を同一の出射位置まで導くライトガイドと、ライトガイ
ドにより前記出射位置に位置合わせされその位置から出
射されるパターン光を計測対象に焦点合わせするレンズ
系と、を設けることも好適である。各パターン光源ユニ
ットのパターン光を同一出射位置に導いて出射させるこ
とにより、各パターン光を高精度で位置合わせすること
ができる。

【００１７】ここで、パターンマスクとして２進コード
化用の縞パターンを用いた場合、パターンマスクの最小
幅の縞の厚みを持つ導光板を複数枚積層してライトガイ
ドを構成することが好適である。この構成では、各導光
板間を遮光することにより、パターン光源ユニットから
発せられたパターン光を、明暗の縞を明確に保ったま
ま、出射位置まで導くことができる。また、導光板の出
射端面を微小幅にしておくことにより、パターン光源ユ
ニットが入射端面のどこに位置しても、最終的にその微
小幅の出射端面から出射されるので、パターン光源ユニ
ットの位置によらず均一なパターン光を投射することが
できる。なおここでいう２進コードには、純２進コード
の他にグレイコード（交番２進コード）なども含まれ
る。

【００１８】また、ここで、各導光板の入射端面をハー
フミラー加工することにより、導光板内からパターン光
源ユニットへの光の漏れ込みが防止できる。あるパター
ン光源ユニットから発せられた光が導光板内で反射して
他のパターン光源ユニットに漏れ込むようなことがある
と、漏れ込み先のユニットから光が再び導光板内に戻
り、その結果もとのパターンとは異なる部分が明るくな
ることがある。このようなことが起こると、計測対象に
投影されるパターンが不明瞭になり、計測の精度が悪く
なってしまうが、この態様によればそのような問題を防
止できる。

【００１９】また、本発明は、空間コード化のために必
要な各パターンに対応して設けられ、各々がストロボ光
源とその光源の光をマスクして所定のパターン光を形成
するためのパターンマスクとを含む複数のパターン光源
ユニットと、各パターン光源ユニットを順に切り替えて
発光させる制御手段とを備えるパターン光投影装置を提
供するものである。このパターン光投影装置によれば、
空間コード化に必要な複数のパターン光を、小型で簡素
な装置構成で生成することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

【００２１】［実施形態１］図１に、本実施形態の三次
元形状計測装置（レンジファインダ）の原理的な構成を
示す。図１において、ストロボ光源３８から発せられた
白色光は、パターンマスク装置３９により、明暗の縞パ
ターンを有するパターン光１００に変換され、計測対象
の物体Ｑに向けて投影される。ここで、ストロボ光源３
８は、駆動電源装置３６からの電力２５４の供給の有無
に応じて、点灯又は消灯される。駆動電源装置３６は、
計測コントロール部３５が発する制御信号２５２に応じ
て、所定の規則に従ってストロボ光源３８に電力の供給
及び停止を制御する。パターンマスク装置３９は、例え
ば液晶シャッタで構成することができ、パターン切替装
置３７から与えられるパターン切替信号２５５に応じ
て、縞パターンを所定の規則に従って切り替える。パタ
ーンマスク装置３９としては、パターンを切り替えたと
き、１フィールド以内の所定時間でパターンが安定化す
るものを用いる。パターン切替装置３７は、計測コント
ロール部３５が発する切替タイミング信号２５３のタイ
ミングで、パターンの切替を行う。ＣＣＤ撮像装置３１
は、計測対象の物体Ｑを視野に収め、計測コントロール
部３５から供給される撮像同期信号２５１に応じて、１
フィールドごとに撮像処理を行い、画像データ２０１を
出力する。

【００２２】駆動電源装置３６、パターン切替装置３７
及びＣＣＤ撮像装置３１は、計測コントロール部３５に
より同期制御される。すなわち、駆動電源装置３６への
制御信号２５２、切替タイミング信号２５３、及び撮像
同期信号２５１は、互いに所定の時間関係を保ちつつ出
力される。これにより、ＣＣＤ撮像装置３１の１フィー
ルド分の蓄積期間内にストロボ光源３８が発光し、この
発光に同期してパターンマスク装置３９のパターンが切
り替えられる。ここで、駆動電源装置３６への制御信号
２５２とパターン切替タイミング信号２５３との時間関
係は、パターンマスク装置３９のパターンが安定になっ
ている期間中にストロボ光源３８が発光するよう、調整
されている。

【００２３】パターン光１００は、物体Ｑの表面に歪ん
だ縞パターンを形成する。ここで、パターン光の１回の
投影は、ＣＣＤ撮像装置３１の蓄積期間内に行われるた
め、１フィールドの画像データ２０１の中には、ストロ
ボ光源３８の瞬間的な発光によってできた歪んだ縞パタ
ーンの画像が含まれることになる。この画像データ２０
１は、記憶装置３２へ送られ、１フィールドごとに順次
蓄積される。

【００２４】以上のような機構により、パターンマスク
装置３９のマスクを切り替えながら、順次撮像を行う。
空間コード化のために必要なすべてのパターンについて
撮像が完了すると、記憶装置３２に蓄積された各パター
ンについての画像データに基づき、物体Ｑの形状計算処
理（物体Ｑ各点の三次元的座標の計算処理）が行われ
る。この処理は、投影角識別部３３及び演算部３４によ
り行われる。投影角識別部３３は、記憶装置３２に蓄え
られた各パターンの画像データ２０２を用いて、縞パタ
ーンの各領域に対応する投影角を求め、演算部３４はこ
の投影角情報２０３を各画素の画面上での位置情報と組
み合わせることにより、物体Ｑ上の任意の点Ｒの座標
（ｘ，ｙ，ｚ）を計算する。なお、投影角識別部３３と
演算部３４の処理内容については、後に改めて詳しく説
明する。

【００２５】パターン光１００は、物体Ｑの表面上にパ
ターンマスクに応じた縞パターンを投影する。この投影
は、ＣＣＤ撮像装置３１の１フィールド分の蓄積時間に
同期してパターンマスクを変更しながら、順次行われ
る。この様子を図２を参照して説明する。

【００２６】図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）
は、空間コード化のために用いるパターンマスクの例を
示している。パターンマスク装置３９は、これらパター
ンマスクを順次切り替えつつ生成する。ここに挙げた
（ａ）〜（ｄ）は、空間を１６（＝２⁴）の領域に分割
する４ビットの純２進空間コード化のために用いるパタ
ーンマスク群である。パターンマスク（ａ）〜（ｄ）を
順次切り替えながら、それと同期してストロボ光源３８
を点滅させると、物体Ｑ上に各パターンマスクに応じた
明暗の縞パターンが投影され、それがＣＣＤ撮像装置３
１で撮像される。例えば、パターンマスク（ａ）を物体
Ｑに投影すると、ＣＣＤ撮像装置３１では図２の
（ａ’）に示すような画像データが得られる。同様に、
（ｂ’）〜（ｄ’）は、それぞれパターンマスク（ｂ）
〜（ｄ）に対応する画像データの例である。４ビットの
純２進空間コード化では、（ａ）〜（ｄ）の４種のパタ
ーンマスクについて、計測対象の物体の画像データの取
り込みが必要となる。これら画像データ群は記憶装置３
２に蓄積され、後の処理に供される。なお、パターンマ
スク（ａ）〜（ｄ）は、必ずしもこの順序で投影するす
る必要はない。最終的にこれら４種のパターンマスクに
対応する画像データが得られれば、そのような順序で投
影を行ってもよい。

【００２７】更に図２（ａ’）〜（ｄ’）を参照して、
投影角識別部３３の処理について説明する。ここでは、
記憶装置３２に既に図２（ａ’）〜（ｄ’）の４つの画
像データが蓄積済みであるとして説明する。

【００２８】投影角識別部３３は、記憶装置３２から、
形状計測のために必要な画像データ群（図２（ａ’）〜
（ｄ’））を読み出し、これら画像データ群に基づき、
撮像された空間を複数（この場合は１６個）の空間領域
に分割する。すなわち、図２（ｄ’）の画像では、画面
は明暗の縞により、ｓ'1，ｓ'2，ｓ'3，．．．ｓ'16の
１６個の領域に分けられており、これら各領域は、パタ
ーンマスクにおける縞が光源からの光により空間に投影
されてできる楔状空間（図１又は図７参照）に対応して
いる。ここでは、物体の各点がいずれの楔状空間に属す
るかを識別する。以下、この処理手順を説明する。

【００２９】この処理では、物体上の任意の点Ｒが、各
パターンマスクの投影のもとで明るいか暗いかを識別
し、この識別結果に基づき、その点がどの楔形空間に含
まれているかを識別する。点Ｒは、各画像データ
（ａ’）〜（ｄ’）の画面において、同一の位置の点で
ある。点Ｒの明暗を識別すると、画像（ａ’）では明、
（ｂ’）では暗、（ｃ’）では明、（ｄ’）では暗とな
っている。点（画素）の明暗の識別のために、前処理と
して、各画像データに対して二値化処理を施しておくこ
とも好適である。この例における明暗の識別結果を、パ
ターン（ａ’）〜（ｄ’）の順序に並べると、点Ｒは
「明暗明明」の４ビットのコードを持つことになる。こ
の明暗の４ビットコードが、この例における空間コード
である。図から分かるように、「明暗明明」の空間コー
ドを持つのは、領域ｓ'12に対応する楔形空間に属する
点であり、それ以外にはない。このように、４つのパタ
ーンマスクに対応する各画像から、各点（画素）につい
て上記のような明暗の４ビットコードが求められ、その
４ビットコードにより、その点がｓ1'〜ｓ'16のいずれ
に対応する楔形空間に属するかが一意に識別できる。こ
の識別結果、すなわち点が属する楔形空間の識別情報
が、投影角情報２０３として投影角識別部３３から出力
される。この投影角情報２０３は演算部３４により利用
される。

【００３０】なお、以上に説明した４ビットの純２進コ
ードパターンの例は、空間コード化の原理を分かり易く
説明するためのものである。実用的には、もっとビット
数を増やした（パターンマスクの種類を増やした）構成
とすることが好ましい。例えば８ビット（パターンマス
クが８種類）の空間コード化を行えば、空間を２５６の
楔形空間に分割することができ、詳細な形状計測が可能
になる。ビット数（パターンマスクの種類）をもっと増
やせば、更に詳細な計測が可能になる。また、純２進コ
ードのパターンマスク列の代わりに、グレイコード（交
番２進コード）を生成するパターンマスク列を用いるこ
とも好適である。グレイコードは、隣接コード間のコー
ド化誤りを最小化できるという利点がある。図３に、４
ビットのグレイコードを生成するパターンマスク列
（ｅ）〜（ｈ）を例示する。

【００３１】次に、図４を用いて、演算部３４による演
算処理について説明する。

【００３２】ＣＣＤ撮像装置３１の光学中心点１１の座
標を（０，０，０）とし、撮像面１２の中心点６０の座
標を（０，０，ｆ）とする。ストロボ光源３８の投影中
心点Ｍの座標は（Ｍｘ，０，Ｍｚ）であるとする。この
ような座標系のもとで、演算部３４は、計測対象の物体
Ｑ上の各点の三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求める。ここ
では、点Ｒの座標演算の手順を例にとってこの手順を説
明する。

【００３３】まず、投影角識別部３３から与えられた点
Ｒの投影角情報２０３から、点Ｒの属する楔形空間１２
０がＺｃ軸方向となす角φを求める。楔形空間１２０は
厚みを持っており、点Ｒの位置をその厚みより細かく決
定することはできない。したがって、楔形空間１２０の
厚み分の角度δφは測定誤差となる。

【００３４】ここで、点Ｒが撮像面１２上に結像した点
を点Ｒ’とし、その座標を（ｘｉ，ｙｉ，ｆ）とする。
幾何学的関係を考慮すると、点Ｒの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）
は次式で得ることができる。

【００３５】

【数２】 Ｚ＝ｆ・（Ｍｘ＋Ｍｚ・tanφ）／（ｘｉ＋ｆ・tanφ） Ｘ＝Ｚ・ｘｉ／ｆ Ｙ＝Ｚ・ｙｉ／ｆ ＣＣＤ撮像装置３１で得られた画像の各画素（ｘｉ，ｙ
ｉ）について、この式を適用することにより、その画素
（ｘｉ，ｙｉ）に対応する空間内の点の三次元座標
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が求められる。このようにして得られた
各画素に対応する三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の分布によ
り、計測対象の物体の三次元形状が表現されることにな
る。

【００３６】以上、本実施形態に係る三次元形状計測装
置の全体構成及びその処理手順を説明した。次に、本実
施形態の更なる特徴であるストロボ光源３８の駆動電源
装置３６の構成について説明する。

【００３７】駆動電源装置３６は、図５に示す１回計測
用電源ユニット５０（以下「電源ユニット」と略す）
と、充電用電源５６及び切替制御部５７を有している。
電源ユニット５０は、１回の形状計測処理のために必要
な電荷を蓄積し、これをストロボ光源３８に供給する電
源装置である。１回の形状計測処理には、空間コード化
のビット数をｍとすると、ｍ種のパターンマスクが必要
となるので、ｍ回のストロボ発光が必要となる。このた
め、電源ユニット５０は、ストロボ光源３８がｍ回発光
するのに必要な電荷を蓄積可能な構成となっている。具
体的には、電源ユニット５０は、ストロボ光源３８の１
回の発光に必要な電荷を蓄積できるコンデンサ５１を、
ｍ個並列に備える構成となっている。すなわち、コンデ
ンサ５１が、ストロボ光源３８に発光１回分の電源供給
を行う単位電源となっている。図５の例は、８ビット空
間コード化の場合の例であり、８回分の発光のために８
つのコンデンサ５１−１〜５１−８を備えている。各コ
ンデンサ５１は、それぞれスイッチ５４を介して充電用
電源５６から電源供給を受けて充電を行う。また、各コ
ンデンサ５１は、充電により蓄えた電荷を、スイッチ５
５を介してストロボ光源３８に供給する。スイッチ５４
及びスイッチ５５は、切替制御部５７から与えられる切
替制御信号２６０に応じて、順次その接続先のコンデン
サ５１を切り替える。

【００３８】ストロボ光源３８に電源供給を行う際（こ
のとき各コンデンサ５１−１〜５１−８は満充電状態に
ある）には、スイッチ５５は、切替制御部５７からの切
替制御信号２６０に従い、所定の時間間隔ごとに接続先
をコンデンサ５１−１，５１−２，・・・と所定の順序
で切り替えていく。切替の時間間隔は画像１フィールド
分の時間（例えば１／６０秒）である。また、切替のタ
イミングは、切替先のコンデンサ５１の放電がパターン
マスク装置３９のパターンの安定期間中に行われるよ
う、調整されている。このような切替により、最後のコ
ンデンサ５１−８の放電が終わると、すべてのパターン
の投影及び撮像が完了したことになる。なお、切替制御
信号２６０は、計測コントロール部３５から与えられる
制御信号２５２（図１参照）を基準として、上記の切替
処理を実現するよう生成される。

【００３９】一方、電源ユニット５０の各コンデンサ５
１−１〜５１−８を充電する際には、その電源ユニット
５０内の各スイッチ５４が、切替制御信号２６０に従
い、放電中のコンデンサ以外はすべて充電されるように
制御される。

【００４０】この構成では、コンデンサ５１は発光１回
分程度の小容量のものなので、充電用電源５７として市
販の小型の電池を用いることができ、駆動電源装置３６
全体を小型化することができる。

【００４１】なお、よく知られるように、コンデンサの
充電に要する時間は放電に要する時間より一般に遥かに
長いので、電源ユニット５０が１個だけでは、形状計測
を連続して行うことはできない。放電後すぐにコンデン
サ５１を充電しても、そのコンデンサの次の放電タイミ
ング（すなわち残りの全コンデンサの放電が完了するタ
イミング）までに充電が完了しないからである。形状計
測を連続して行うためには、次のような構成が好適であ
る。

【００４２】それは、図６に示すように、電源ユニット
５０を複数（ｎ個）並列に設けるという構成である。各
電源ユニット５０は、充電用電源５６から充電され、充
電により蓄積した電荷をスイッチ５９を介してストロボ
光源３８に供給する。スイッチ５９は、切替制御部５７
から発せられる制御信号に応じて、接続先が切り替えら
れる。

【００４３】駆動電源装置３６に設ける電源ユニット５
０の数ｎは、１つの電源ユニット５０を充電するのに要
する時間と、１回の形状計測に要する時間（すなわち電
源ユニット５０の放電時間）とに基づき定める。各電源
ユニット５０は、切替制御部５７からの切替制御信号に
より制御されており、スイッチ５９によりストロボ光源
３８に接続されている電源ユニット５０（図６では電源
ユニット５０−２）以外の電源ユニット５０では、すべ
てのコンデンサ５１に対する充電用のスイッチ５４（図
５参照）がオン（接続）になる。一方、ストロボ光源３
８に接続されている電源ユニット（すなわち計測に利用
されているユニット）では、前述の図５の構成について
説明したように、放電中のコンデンサ５１以外のすべて
のコンデンサ５１が充電されるよう、スイッチ５４が制
御されている。すなわち、この図６の構成でも、ある時
点で見れば放電中のコンデンサ５１以外のコンデンサ５
１はすべて充電状態にある。以上のような各電源ユニッ
ト５０の計測（放電）・充電期間のタイミング関係をま
とめると、図７のようなタイミングチャートになる。こ
のような構成によれば、最後の電源ユニット５０−ｎの
放電が完了した時点で最初の電源ユニット５０−１の充
電が完了しており、電源ユニット５０−１により引き続
いて形状計測を行うことができる。そして、このように
して連続的に際限なく形状計測を繰り返すことができ
る。

【００４４】図６の構成を採用すれば、駆動電源装置３
６は大型になるものの、連続的な形状計測作業が可能に
なる。

【００４５】駆動電源装置３６に電源ユニット５０を何
個装備するかは、その駆動電源装置３６を設ける形状計
測装置自体の用途・目的に応じて定めればよい。携帯性
を重視する場合は電源ユニット５０の数は少ない方がよ
く、多数の対象物あるいは移動物体の形状計測を素早く
行いたいというような場合には電源ユニット５０の数は
多い方がよい。

【００４６】次に、図８を参照して、本実施形態の三次
元形状計測装置において、より携帯性を高めるための構
成について説明する。図８に示す各構成要素のうち、図
１に示した構成要素に相当する構成要素には、同一の符
号を付してその説明を省略する。

【００４７】図８の構成の特徴は、三次元形状計測装置
を、撮像ユニット４０と演算ユニット４１とに分離可能
にしたことにある。撮像ユニット４０には、ＣＣＤ撮像
装置３１、ストロボ光源３８、パターンマスク３９、駆
動電源装置３６、パターン切替装置３７、計測コントロ
ール部３５及び記憶装置３２が含まれる。一方、演算ユ
ニット４１には、投影角識別部３３、演算部３４が含ま
れる。撮像ユニット４０と演算ユニット４１とは、イン
ターフェース部４２を介して接続・分離可能となってい
る。

【００４８】この構成によれば、撮像ユニット４０のみ
を携帯することにより、所望の物体の空間コード化画像
を撮影することができる。撮影した画像は記憶装置３２
に蓄えられる。形状を求めたいときは、撮像ユニット４
０を演算ユニット４１に接続すればよい。すると、演算
ユニット４１が記憶装置３２から蓄積した空間コード化
画像を読み出して前述の形状演算処理を実行し、撮影し
た物体の形状データを求める。

【００４９】携帯性の利点を高めるためには、撮像ユニ
ット４０の記憶装置３２には、できるだけ大容量にし、
多数回の計測分の画像データを格納できるようにしてお
くことが好適である。

【００５０】この構成を採用した場合、演算ユニット４
１は、携帯する必要がないので、ある程度大型でもよ
い。そのかわり、演算ユニット４１は、適切な処理装置
（コンピュータなど）に接続できるようにしておき、形
状の計算結果が様々な用途に利用できるようにしておく
ことが好ましい。

【００５１】以上説明したように本実施形態によれば、
パターン光の光源がストロボ光源なので小電力で駆動す
ることができ、また機械的な走査機構も必要としないの
で、小型で携帯可能な三次元形状計測装置を実現するこ
とができる。また、ストロボ光源を利用したことによ
り、レーザ光走査によるパターン形成の場合と比べて、
計測可能な距離範囲を遥かに大きくとれる。

【００５２】また、本実施形態では、ストロボ光源によ
る瞬間的な発光により露光を行っているので、フィール
ドの大部分の時間でパターンが不安定であっても、露光
の瞬間だけパターンが安定していれば、必要な画像が得
られる。パターンマスク装置として、パターンを切り替
えた場合でも１フィールド以内にパターンが安定するよ
うなものを用いれば、そのストロボ発光のタイミング
を、パターンマスク装置のパターンが安定する期間に合
わせることにより、複数フィールドにわたって連続して
画像の取り込みを行うことができる。したがって、形状
計測に必要な画像の取り込み期間を短縮することができ
る。

【００５３】また、本実施形態では、パターン形成のた
めに機械走査機構を用いないので、可動部分もなく、経
年的な性能劣化の問題も少なくなる。また、ストロボ光
源３８として、一般的な白色光のストロボを用いれば、
形状計測の際に得た各パターン光での画像から、計測対
象のカラー画像を構成できる。すなわち、本実施形態に
よれば、１つの光源で形状計測とカラー画像撮影の二つ
の目的を達成することができる。

【００５４】［実施形態２］パターン光の投影手段につ
いての別の実施形態を説明する。

【００５５】図９は、本実施形態におけるパターン光投
影のための装置の構成を示す説明図である。図に示すよ
うに、本実施形態のパターン光投影装置は、空間コード
化のために必要な各種のパターン光を生成するパターン
光源部７０、パターン光源部７０から発せられたパター
ン光を位置合わせするためのライトガイド８０、ライト
ガイド８０が出射する位置合わせされたパターン光を計
測対象に対して投影するためのレンズ系９０、を含む。

【００５６】パターン光源部７０は、複数のパターン光
源ユニット７２から構成される。各パターン光源ユニッ
ト７２は、図１０に示すように、細長い筐体７４の内部
にフラッシュ管７６を設けたものである。筐体７４の一
面はパターンマスク７８となっており、筐体７４の他の
内面は鏡面加工されている。したがって、フラッシュ管
７６の発光は、パターンマスク７８を通してのみ外部に
放射される。パターンマスク７８は、実施形態１におけ
るパターンマスク装置３９の場合と同様、透光部７８ａ
と遮光部７８ｂとの縞パターンに形成されている。パタ
ーンマスク７８の縞パターンは、パターン光源ユニット
７２ごとに異なる。パターン光源部７０は、空間コード
化に用いる縞パターンごとに、１つずつパターン光源ユ
ニット７２を備える。

【００５７】図１１は、パターン光源部７０の構成を説
明するための図である。ここでは、説明を簡単にするた
め、単純な４ビットの純２進空間コード化の例を示して
いる。パターン光源部７０は、４ビット純２進コード化
に必要な４種のパターンを生成するために、４つのパタ
ーン光源ユニット７２−１〜７２−４（以下「光源ユニ
ット」と略す）から構成される。各光源ユニット７２
は、パターンマスク７８の面を揃え、パターンマスク７
８の縞の方向（図中矢印Ａ方向）に沿って、各々の縞パ
ターンを図示の如く位置合わせした状態で配列される。
なお、各光源ユニット７２の配列順序は、図１１に示し
たものに限られない。これら各光源ユニット７２は、後
述する制御装置により、一度に１つずつ発光する。

【００５８】ライトガイド８０は、パターン光源部７０
の各光源ユニット７２から出た光を、同一の出射位置ま
で導くためのものである。

【００５９】ライトガイド８０は、図１２及び図１３に
示すように、楔形形状の薄い導光板８２を積層して構成
されている。図１２は斜視図、図１３は上面図である。
導光板８２の１枚の厚みは、パターンマスク７８群の縞
パターンのうち最小幅の縞と同幅である。導光板８２の
入射端面８２ａは、パターン光源部７０の高さ、すなわ
ち（光源ユニット７２の高さａ×個数）と等しい長さを
有している。また、導光板８２の出射端面８２ｂは、パ
ターンマスク７８の高さａと同幅又はそれ以下の微小幅
である。各導光板８２は、入射端面８２ａ及び出射端面
８２ｂをそれぞれ揃えて積層される。積層された入射端
面８２ａ群及び出射端面８２ｂ群が、それぞれライトガ
イド８０の入射面８０ａ及び出射面８０ｂとなる。

【００６０】積層する導光板８２の枚数は、パターンマ
スク７８の全幅をカバーするのに必要な枚数である。ｎ
ビット２進コード化の場合には、２ⁿ枚の導光板８２を
積層する。例えば、４ビットコード化用の図１１のパタ
ーン光源部７０に対しては、１６枚の導光板８２を積層
したライトガイド８０を用いる。

【００６１】ライトガイド８０は、その入射面８０ａを
パターン光源部７０に当接させて配置される。ここで、
各導光板８２は、入射端面８２ａの長手方向をパターン
光源部７０の高さ方向（すなわち縞方向Ａ）に合わせ、
入射端面８２ａをパターンマスク７８群の各バンド（図
１１では１〜１６）に当接させて、配置される。

【００６２】各導光板８２は、入射端面８２ａから入射
した光を外に漏らさず、出射端面８２ｂに導くように加
工されている。すなわち、まず、導光板８２の斜面８２
ｃは導光板８２内部からの光を再び導光板内部に反射す
るようミラー加工されている。また、隣接する導光板８
２同士の境界面８２ｄ（図１３参照）は、それら導光板
８２同士の間の光の漏れ込みを防止するため、遮光加工
されている。もちろん、境界面８２ｄを斜面８２ｃ同様
ミラー加工してもよい。

【００６３】これに加え、導光板８２の入射端面８２ａ
を、導光板外部から内部への光は通し、導光板内部から
外部への光は反射するようにハーフミラー加工すること
も好適である。ハーフミラー加工すれば、いったんライ
トガイド８０内に入射した光がパターン光源部７０に戻
り、パターン光源部７０内で反射してライトガイド８０
内に再入射することを防ぐことができる。特に、光がそ
の発生源の光源ユニット７２とは別の光源ユニット７２
で反射してライトガイド８０に再入射すると、もとの光
源ユニット７２の縞パターンとは異なる部分が明るくな
って空間コード化の精度に影響を及ぼす可能性がある
が、各導光板８２の入射端面８２ａをハーフミラー加工
すればこのようなことを防止できる。もちろん、そのよ
うな再入射が問題とならないような場合は、ハーフミラ
ー加工の必要はない。

【００６４】なお、導光板８２は、ガラスや樹脂等、光
の透過性のよい材質であれば何を用いて製作してもよ
い。

【００６５】このような構成のライトガイド８０によれ
ば、パターン光源部７０のどの光源ユニット７２から発
せられた光でも、最終的に同一の出射面８０ｂから出射
される。ここで、光源ユニット７２のパターンマスク７
８を通過した光は、バンド（図１１参照）ごとに別々の
導光板８２に入射し、互いに混じり合うことなく出射面
８０ｂまで導かれる。したがって、出射面８０ｂから出
射される光は、パターンマスク７８のパターンに対応し
たパターン光となる。また、出射面８０ｂの幅は光源ユ
ニット７２の高さａ以下なので、出射面８０ｂは実質的
に線光源とみなすことができ、出射面８０ｂから出射さ
れる光は縞方向Ａについてほぼ均一な強度となり、発光
ムラを低減又はなくすことができる。

【００６６】このようにしてライトガイド８０の出射面
８０ｂから出射されたパターン光は、スリット光生成用
円柱レンズと結像用レンズからなるレンズ系９０により
拡射され計測対象に投影され、この結果計測対象にパタ
ーンが結像する。

【００６７】以上説明したパターン光投影装置は、極め
て小型に構成することができる。例えば図９や図１２に
示す７ビットコード化の装置構成の場合、ライトガイド
８０は１２８枚の導光板８２を積層することにより構成
されるが、導光板８２は厚さ０．１ｍｍ程度に形成する
ことができるので、ライトガイド８０は１５ｍｍ足らず
の厚さで構成することができる。この場合、光源ユニッ
ト７２のパターンマスク７８も最小０．１ｍｍ幅でパタ
ーン形成する必要があるが、これは写真技術を利用すれ
ば容易に実現できる。光源ユニット７２は、高さ・幅が
１．５ｍｍ程度のものを製作することができる。結局、
パターン光源部７０とライトガイド８０を合わせても、
約１０ｍｍ×１０ｍｍ×１５ｍｍ程度の大きさに収める
ことができ、これは携帯型のデジタルカメラに十分搭載
可能な大きさである。

【００６８】図１４に、以上のパターン光投影装置を搭
載した携帯型の形状計測装置の光学系部分の一構成例を
模式的に示す。レンジファインダ３００は、パターン光
投影装置３２０と、レンズ３１２及びＣＣＤカメラ３１
４からなるＣＣＤ撮像装置３１を含む。パターン光投影
装置３２０は、既に説明したパターン光源部７０、ライ
トガイド８０及びレンズ系９０の他に、絞り９５を含ん
でいる。レンズ系９０は、絞り９５を通過した光のみを
投影する。絞り９５を設けたことにより、パターン光の
被写界深度を深くすることができる。図１４の構成によ
れば、パターン光投影装置３２０からパターン光が投影
された対象物をＣＣＤ撮像装置３１で撮像することがで
きる。

【００６９】図１５は、以上説明したパターン光投影装
置を用いた三次元形状計測装置の電気系の構成を示す機
能ブロック図である。以下、この図を参照し、本実施形
態の装置を、実施形態１の装置（図１参照）との相違に
注目しつつ説明する。図１５において、図１と同様の構
成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

【００７０】本実施形態の三次元形状計測装置は、液晶
シャッタなどを用いず、発光させるパターン光源ユニッ
ト７２を切り替えることにより、投影するパターンを切
り替える。すなわち、本実施形態では、パターン光源部
７０に電力を供給する駆動電源装置３６ａが、そのまま
パターン切替制御の役割を果たすことになる。

【００７１】駆動電源装置３６ａは、パターン光源部７
０が備えるｎ個のパターン光源ユニット７２−１〜７２
−ｎに対応して、ｎ個のコンデンサ５１−１〜５１−ｎ
を備えている。コンデンサ５１と光源ユニット７２とは
一対一対応で接続されている。各コンデンサ５１は、光
源ユニット７２のフラッシュ管７６を１回発光させるの
に十分な容量を備える。この構成は、１回の形状計測に
必要な発光回数分だけの単位電源（コンデンサ）を備
え、それら単位電源を順に放電させてパターン光を順次
生成するという点で、１回計測用電源ユニット５０を含
んだ実施形態１の駆動電源装置３６と類似している。

【００７２】各コンデンサ５１は、スイッチ５４を介し
て充電用電源５６から電源供給を受け、充電することが
できる。切替制御部５７は、実施形態１の切替制御部５
７（図５参照）と同様の制御で、各スイッチ５４のオン
・オフを制御する。また、切替制御部５７は、各コンデ
ンサ５１と各光源ユニット７２との間を断続する各スイ
ッチ５５ａの開閉を制御する。この制御は、光源ユニッ
ト７２−１〜７２−ｎが、所定間隔で１つずつ順番に発
光するよう行われる。発光間隔は、ＣＣＤ撮像装置３１
における画像形成処理の１フィールドの時間（例えば１
／６０秒）であり、発光のタイミングはＣＣＤの蓄積時
間内に設定される。このような切替制御部５７の制御
は、実施形態１と同様、計測コントロール部３５から与
えられる、ＣＣＤ撮像装置３１の撮像同期信号に対して
一定のタイミング関係を持った制御信号に基づいて行わ
れる。

【００７３】このような構成で、各光源ユニット７２−
１〜７２−ｎをＣＣＤ撮像装置３１の画像生成タイミン
グと同期して順に発光させていくことにより、ｎビット
の２進空間コード化のために必要なｎ枚の画像を得るこ
とができる。得られた画像群に基づく形状計測のための
演算処理は、実施形態１と同様である。

【００７４】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、空間コード化のためのパターン光を、液晶シャッタ
などを用いず簡易な構成で生成することができる。ま
た、本実施形態も、パターン光の光源として瞬間的な閃
光を発するフラッシュ管を用いるので駆動電源が小容量
で済み、装置構成の小型化が図れる。また、機械的な走
査機構がないので、振動等による問題や経年的な性能劣
化の問題も少ない。したがって、本実施形態によれば、
小型軽量の三次元形状計測装置を構成することができ
る。また、フラッシュ管として白色光を発するものを用
いれば、形状計測と同時にカラー画像を得ることもでき
る。

【００７５】なお、図１５の構成では、駆動電源装置３
６ａは形状計測処理１回分のコンデンサ５１しか備えて
いないが、実施形態１（特に図６参照）と同様に、計測
処理複数回分のコンデンサを設けて連続的な撮影・計測
処理を行えるようにしてもよい。

【００７６】また、本実施形態も、図８の構成と同様、
撮像ユニットと演算ユニットに分離可能に構成すること
ができることは、明らかであろう。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パターン光の光源として採用したストロボ光源又はフラ
ッシュ管は、小容量の電源で駆動でき、発熱も少ないの
で、形状計測装置の小型化に大きく寄与する。また、本
発明に係る形状計測装置は、レーザ光走査方式のような
機械的な動作機構を含まないので、装置を動かしても機
械的なくるいが生じず、投影パターンの位置関係の再現
性を維持しやすい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態１の三次元形状計測装置の原理的な
構成を示す図である。

【図２】 ４ビットの純２進空間コード化のためのパタ
ーンマスクの例と、それらパターンマスクを投影した物
体の画像を示す図である。

【図３】 ４ビットのグレイコードを生成するためのパ
ターンマスクの例を示す図である。

【図４】 形状計測のための演算処理を説明するため
に、計測対象の物体とパターン光源と撮像面との幾何学
的位置関係を示した図である。

【図５】 駆動電源装置３６の好適な構成例を示すブロ
ック図である。

【図６】 連続的な形状計測処理に適した駆動電源装置
３６の構成例を示すブロック図である。

【図７】 図６の駆動電源装置３６における各電源ユニ
ット５０の計測・充電期間のタイミングチャートであ
る。

【図８】 携帯性を高める装置構成例の機能ブロック図
である。

【図９】 実施形態２におけるパターン光投影装置の構
成を模式的に説明する図である。

【図１０】 パターン光源ユニット７２の構造を示す図
である。

【図１１】 パターン光源部７０の構成を示す図であ
る。

【図１２】 ライトガイド８０及びパターン光源部７０
の一部を示す斜視図である。

【図１３】 ライトガイド８０及びパターン光源部７０
の一部を示す上面図である。

【図１４】 実施形態２のパターン光投影装置を搭載し
た携帯型の形状計測装置の光学系部分の一構成例を模式
的に示す図である。

【図１５】 実施形態２の三次元形状計測装置の電気系
の構成を示すブロック図である。

【図１６】 空間コード化法の計測原理の説明図であ
る。

【符号の説明】

３１ ＣＣＤ撮像装置、３２ 記憶装置、３３ 投影角
識別部、３４ 演算部、３５ 計測コントロール部、３
６ 駆動電源装置、３７ パターン切替装置、３８ ス
トロボ光源、３９ パターンマスク装置、５０ １回計
測用電源ユニット、５１ コンデンサ、５６ 充電用電
源、５７ 切替制御部、７０ パターン光源部、７２
パターン光源ユニット、７６ フラッシュ管、７８ パ
ターンマスク、８０ ライトガイド、８２ 導光板、９
０ レンズ系。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA31 AA45 DD02 FF02 FF04 GG02 GG03 GG04 GG06 GG08 HH05 HH07 JJ03 JJ16 JJ19 JJ26 LL13 QQ04 QQ24 QQ25 QQ26 QQ27

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計測対象に対して所定の規則に従って順
   に変化するパターン光を投影するパターン光投影手段
   と、 前記パターン光投影手段からのパターン光が投影された
   前記計測対象を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段により得られた各パターン光が投影された
   前記計測対象の画像に基づき、前記計測対象表面各点の
   三次元位置を算出する演算手段と、 を有し、 前記パターン光投影手段は、 ストロボ光源と、 前記ストロボ光源に電力を供給して発光させる駆動電源
   装置と、 前記ストロボ光源からの光を、所定の規則に従って順に
   切り替わるパターンマスクによってマスクすることによ
   り、計測のために必要な種類の各パターン光を形成する
   パターンマスク装置と、 前記ストロボ光源の発光及び前記パターンマスク装置の
   パターンマスク切替のタイミングを、前記撮像手段の画
   像形成タイミングに合わせて同期制御する制御手段と、 を有する三次元形状計測装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の三次元形状計測装置にお
   いて、 前記制御手段は、前記ストロボ光源の発光が、前記パタ
   ーンマスク装置において切り替えたパターンマスクが安
   定する期間に行われるよう、前記ストロボ光源の発光及
   び前記パターンマスク装置のパターンマスク切替の同期
   制御を行うことを特徴とする三次元形状計測装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の三次元形
   状計測装置において、 前記駆動電源装置は、前記ストロボ光源の１回の発光に
   必要な電源容量を有する単位電源を、１回の形状計測に
   必要な前記パターンの数と同数だけ並列接続して構成さ
   れた１回計測用電源ユニットを含み、前記各単位電源を
   順次切り替えつつ前記ストロボ光源に電源供給を行うこ
   とを特徴とする三次元形状計測装置。
4. 【請求項４】 計測対象に対して所定の規則に従って順
   に変化するパターン光を投影するパターン光投影手段
   と、 前記パターン光投影手段からのパターン光が投影された
   前記計測対象を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段により得られた各パターン光が投影された
   前記計測対象の画像に基づき、前記計測対象表面各点の
   三次元位置を算出する演算手段と、 を有し、 前記パターン光投影手段は、 空間コード化のために必要な各パターンに対応して設け
   られ、各々がストロボ光源とその光源の光をマスクして
   所定のパターン光を形成するためのパターンマスクとを
   含む複数のパターン光源ユニットと、 前記撮像手段の画像形成タイミングに合わせて各パター
   ン光源ユニットを所定の順序に従って切り替えながら発
   光させる制御手段と、 を有する三次元形状計測装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の三次元形状計測装置であ
   って、 前記パターン光投影手段は、 各パターン光源ユニットから発せられるパターン光を、
   同一の出射位置まで導くライトガイドと、 前記ライトガイドにより前記出射位置に位置合わせされ
   て出射されるパターン光を計測対象に投影するためのレ
   ンズ系と、 を更に含むことを特徴とする三次元形状計測装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の三次元形状計測装置であ
   って、 前記パターンマスクは、空間を２ⁿの領域に分割するｎ
   ビット２進コード化用の縞パターンに形成され、 前記複数のパターン光源ユニットは、前記縞パターンの
   縞方向に沿ってマスク面を揃えて配置されることにより
   パターン光源部を形成し、 前記ライトガイドは、前記縞パターンの最小幅の縞に対
   応した厚みの２ⁿ枚の導光板を、各導光板間を遮光加工
   しつつ、前記縞パターンの縞の配列方向に積層して構成
   され、 前記導光板は、前記パターン光源部の前記縞の方向につ
   いての幅に実質的に等しい幅の入射端面から入射された
   光を、微小幅の出射端面まで導いて出射するよう構成さ
   れ、入射端面と出射端面をそれぞれ互いに揃えて積層さ
   れる三次元形状計測装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の三次元形状計測装置であ
   って、 前記導光板の入射端面は、当該導光板内から外部へ光を
   漏らさないようハーフミラー加工されていることを特徴
   とする三次元形状計測装置。
8. 【請求項８】 三次元形状計測における空間コード化の
   ためのパターン光を対象物に投射するためのパターン光
   投影装置であって、 空間コード化のために必要な各パターンに対応して設け
   られ、各々がストロボ光源とその光源の光をマスクして
   所定のパターン光を形成するためのパターンマスクとを
   含む複数のパターン光源ユニットと、 各パターン光源ユニットを順に切り替えて発光させる制
   御手段と、 を備えるパターン光投影装置。