JP2000171219A - 物体形状計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】対象物体にスリット光を走査する発光走査部側
の構造を工夫して、当該装置の薄型化かつ小型化を図れ
るようにする。 【解決手段】基準面から任意の対象物体３０までの３次
元高さ形状を測定する装置であって、対象物体３０に照
射するための被測定光を発生する面光源６と、この面光
源６による被測定光をスリット光Ｌ０に整形して対象物
体３０に走査する液晶シャッタ１７と、対象物体３０か
らの戻り光Ｌ０’を各画素毎に検出する受光部１２にシ
リコンレンジファインダを備えるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、シリコンレンジ
ファインダを用いた３次元物体形状認識装置、３次元欠
陥検査装置及び実時間距離画像計測装置などに適用して
好適な物体形状計測装置に関する。

【０００２】詳しくは、物体に照射するための被測定光
をスリット光に整形して物体に走査する走査手段を設け
て、被測定光を発生する光源を面光源によって構成でき
るようにすると共に、当該装置の薄型化かつ小型化を図
れるようにしたものである。

【０００３】

【従来の技術】近年、物体の立体形状や環境の３次元情
報を実時間で計測する実時間距離画像計測装置を必要と
する技術分野が多くなってきた。この種の実時間距離画
像計測装置は電子情報通信学会論文誌（VOL．J79-D-II
NO.9 pp.1492-1500 1996.SEPTEMBER）に見られる。この
計測装置の測定原理は、対象物体上にスリット光を走査
し、その対象物体からの戻り光をシリコンレンジファイ
ンダと呼ばれるＶＬＳＩセンサ上に結像させて、各画素
毎に並列に三角測量法に基づいた距離計算を行うことに
より、対象物体の立体形状などの３次元情報を実時間で
取得するものである。

【０００４】図１３は従来方式の物体形状計測装置６０
の構成例を示す概念図である。図１３に示す物体形状計
測装置６０にはレーザ光源６１が設けられ、レーザ光Ｌ
０が発生される。このレーザ光源６１の下流側にはシリ
ンドリカルレンズ６２が設けられ、レーザ光Ｌ０がシー
ト状のスリット光に成形される。シリンドリカルレンズ
６２の下流側にはミラー６３が配置され、スリット光Ｌ
０の偏光角を変化させることにより、そのスリット光Ｌ
０が対象物体３０に走査される。ミラー６３は図示しな
いガルバノメータやステッピングモータなどにより駆動
される。

【０００５】このスリット光Ｌ０が対象物体３０で反射
すると、その戻り光Ｌ０’が受光レンズ６４で取り込ま
れる。受光レンズ６４の下側にはシリコンレンジファイ
ンダ６５が設けられ、対象物体３０から反射されてくる
戻り光（スリット光）Ｌ０’が各画素Ｐｉｊ毎に検出さ
れる。Ｐｉｊはシリコンレンジファインダ６５上の任意
の位置（ｉ，ｊ）に存在する画素を示す。

【０００６】このシリコンレンジファインダ６５では、
各画素Ｐｉｊを通過する戻り光Ｌ０’のタイミングが計
測され、そのときのミラー６３の偏光角となる基準面と
スリット光Ｌ０との間を成す角度αｉｊが求められる。
ここで、基準面と画素Ｐｉｊの視線方向との成す角度を
βｉｊとし、基準面とミラー６３の回転中心とのオフセ
ット距離をＡとし、画素Ｐｉｊとミラー６３の回転中心
とのオフセット距離をＢｉｊとしたときに、基準面と対
象物体３０との高さ情報Ｚｉｊは、次式により求められ
る。

【０００７】

【数２】

【０００８】このように、スリット光の１回の走査のみ
で並列にシリコンレンジファインダ６５内の全画素につ
いて並列かつ実時間で距離計測を行うことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来方
式の物体形状計測装置６０によれば、対象物体３０にス
リット光Ｌ０を走査するミラー６３が設けられ、スリッ
ト光Ｌ０の偏光角を変化するようになされている。

【００１０】このため、ミラー６３を駆動するためのガ
ルバノメータ又はステッピングモータや、ミラー６３の
回転軸を支えるための軸受機構などを発光走査部側の筐
体内に設けなくてはならず、そのガルバノメータ、ステ
ッピングモータや、軸受機構などが当該装置の薄型化及
び小型化の妨げとなるという問題がある。

【００１１】そこで、本発明は上記の課題に鑑み創作さ
れたものであり、対象物体にスリット光を走査する発光
走査部側の構造を工夫して、当該装置の薄型化かつ小型
化を図れるようにした物体形状計測装置を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述した課題は、任意の
基準面から物体までの３次元高さ形状を測定する装置で
あって、物体に照射するための被測定光を発生する光源
と、この光源による被測定光をスリット光に整形して物
体に走査する走査手段と、物体からの戻り光を各画素毎
に検出する光検出手段とを備えることを特徴とする物体
形状計測装置によって解決される。

【００１３】本発明によれば、物体に照射するための被
測定光が走査手段として、例えば、液晶シャッタが使用
され、その液晶シャッタの開閉タイミンングを制御する
ことにより、被測定光がスリット光に整形されると共に
物体に走査されるので、被測定光を発生する光源を面光
源によって構成することができる。従って、その面光源
と液晶シャッタとを積層した薄型で小型な物体形状測定
装置を提供することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、この
発明の実施形態としての物体形状計測装置について説明
をする。 （１）第１の実施形態 図１は本発明に係る第１の実施形態としての物体形状計
測装置１００の構成例を示す斜視図である。この実施形
態では、物体に照射するための被測定光をスリット光に
整形して物体に走査する走査手段を設けて、被測定光を
発生する光源を面光源によって構成できるようにすると
共に、当該装置の薄型化かつ小型化を図れるようにした
ものである。

【００１５】図１に示す物体形状計測装置１００は、基
準面から任意の対象物体までの３次元高さ形状を測定す
るものである。この例で、物体形状計測装置１００は図
１に示す発光部１１及び受光部１２を有している。発光
部１１と受光部１２とはヒンジ（蝶番）４により開閉可
動自在な状態で係合されている。例えば、当該物体形状
計測装置１００を使用するときは、発光部１１と受光部
１２との間の成す角度が所定の位置で固定されるまで開
かれ、当該装置１００を使用しないときは発光部１１と
受光部１２とが重なるように閉じられる。あたかも、発
光部１１が蓋体の如く受光部１２に覆い被された状態の
収納形状になる。

【００１６】この受光部１２は基準面を兼用するもので
ある。受光部１２の大きさは例えば、その一辺の長さは
３ｃｍ〜５ｃｍ程度である。容易に持ち運びできる大き
さを考慮すると、受光部１２の一辺の長さを３５ｍｍ程
度に形成することが好ましい。もちろん、この受光部１
２の大きさはほんの一例であり、この大きさに制限され
るものではない。

【００１７】この例では、発光部１１内には光源として
の面光源６を有している。この面光源６によって対象物
体３０に照射するための被測定光が発生される。この面
光源６の上部には走査手段としての液晶シャッタ１７が
設けられ、その面光源６による被測定光がスリット光に
整形されると共に、そのスリット光が対象物体３０に走
査される。この例では、液晶シャッタ１７の開閉タイミ
ンングを制御するようになされている。例えば、受光部
１２に設けられた画像処理装置３によって１ライン単位
に液晶シャッタ１７を開いては閉じるような垂直走査が
なされる。この垂直走査については図４において説明を
し、画像処理装置３については図７において説明をす
る。

【００１８】図２は上述の面光源６に関して、レーザ光
源とスリットレンズとプリズムとを使用した物体形状計
測装置１００の構成例を示す断面図である。この例では
発光部１１内にレーザ光源１４が取付けられる。レーザ
光源１４には波長７８０μｍ、出力３０ｍＷの近赤外光
半導体レーザなどを使用する。

【００１９】レーザ光源１４から発生されたレーザ光
（被測定光）がスリットレンズ１５でスリット光Ｌ０に
整形され、このスリット光Ｌ０の向きが複数のプリズム
１６によって９０°に偏光されるものである。もちろ
ん、プリズム１６は図３に示すようなマトリクス状に配
置されたプリズムアレイ１６’を成す。このプリズムア
レイ１６’が液晶シャッタ１７の下に取付けられる。

【００２０】つまり、図２に示す物体形状計測装置１０
０の発光部１１は、ヒンジ４に取付けられた上部用の筐
体１を有している。この筐体１内にはレーザ光源１４が
設けられ、レーザ光が発生される。このレーザ光源１４
の下流側にはスリットレンズ１５が設けられ、レーザ光
がシート状のスリット光Ｌ０に成形される。スリットレ
ンズ１５の下流側には複数のプリズム１６がマトリクス
状に配置され、スリット光Ｌ０の進行方向が直角方向、
すなわち、筐体１の出射面側に偏光される。

【００２１】このプリズム１６の上面に位置する部位で
あって、筐体１の上部には液晶シャッタ（マスクＬＣ
Ｄ）１７が取付けられ、プリズム１６からのスリット光
Ｌ０が、液晶シャッタ１７の開閉によって選択的に通過
するようになされている。この複数のプリズム１６及び
液晶シャッタ１７は走査手段を構成し、スリット光Ｌ０
を対象物体３０に走査するようになされる。

【００２２】この液晶シャッタ１７を通過したスリット
光Ｌ０は発光部上の任意の対象物体３０で反射すると、
その戻り光Ｌ０’が受光部１２に到達する。受光部１２
はヒンジ４に取付けられた下部用の筐体２を有してい
る。この筐体２上には受光レンズ１８が設けられ、戻り
光Ｌ０’が筐体２内に取り込まれる。受光レンズ１８の
下側には光検出手段としてシリコンレンジファインダ１
９が設けられ、対象物体３０から反射されてくる戻り光
（スリット光）Ｌ０’が各画素Ｐｉｊ毎に検出される。
ここで、画素Ｐｉｊはシリコンレンジファインダ１９上
の任意の位置（ｉ，ｊ）に存在する画素を示す。

【００２３】このシリコンレンジファインダ１９では、
各画素Ｐｉｊを通過する戻り光Ｌ０’のタイミングが計
測され、そのときの液晶シャッタ１７が開かれたプリズ
ム１６によるスリット光Ｌ０の出射角となる基準面とス
リット光Ｌ０との間を成す角度αｉｊが求められる。そ
して、基準面と画素Ｐｉｊの視線方向との成す角度をβ
ｉｊとし、基準面と発光部１１の中心位置の液晶シャッ
タ１７とのオフセット距離をＡとし、画素Ｐｉｊとその
中心位置の液晶シャッタ１７とのオフセット距離をＢｉ
ｊとしたときに、基準面と対象物体３０との３次元高さ
情報Ｚｉｊは、次式により求められる。

【００２４】

【数３】

【００２５】これにより、スリット光Ｌ０の１回の走査
のみで基準面から対象物体３０までの３次元高さ形状を
シリコンレンジファインダ１９内の全画素について並列
かつ実時間で距離計測を行うことができる。

【００２６】続いて、プリズムアレイ１６’について説
明をする。図３はプリズムアレイ１６’の構成例を示す
斜視図である。図３に示すプリズムアレイ１６’は行方
向にＮ個及び列方向にＭ個のプリズム１６がマトリクス
状に配置されて構成される。この例では、Ｎ＝Ｍ＝６個
の場合について一例を挙げているが、これに限られるこ
とはない。この例で、図示しないスリットレンズ１５を
通ってきた列方向からのスリット光Ｌ０は、プリズムア
レイ１６で９０°に偏光され、一旦面状の被測定光Ｌ０
となって、列方向及び行方向が成す平面に対して鉛直方
向（液晶シャッタ１７の背面側）に出射するようになさ
れる。

【００２７】続いて、液晶シャッタ１７の内部構成例に
ついて説明をする。図４は液晶シャッタ１７の内部構成
例を示す平面図である。図７はその液晶表示セルの内部
構成例を示す回路図である。図６に示す液晶シャッタ１
７は透明なガラス基板７１を有している。このガラス基
板７１上には、１画素を構成する液晶表示セルＰｉｊ
（ｉ＝１〜ｎ、ｊ＝１〜ｍ）がｎ列×ｍ行のマトリクス
状に配置されている。この液晶表示セルＰｉｊは、例え
ば、図５に示すｎＭＯＳＦＥＴ（ｎ型の電界効果トラン
ジスタ）７２及び画素電極７３を構成するキャパシタＣ
を有している。ｎＭＯＳＦＥＴ７２のドレインはデータ
書き込み線７４に接続され、そのゲートはゲート電極配
線７５に接続され、そのソースはキャパシタＣの画素電
極７３に接続されている。

【００２８】また、図４に示すガラス基板７１の列方向
にはサンプル＆ホールド回路７６が設けられ、液晶表示
セルＰｉｊに書き込むための画像データ（ＤＡＴＡ）に
よる信号電荷がホールドされる。この信号電荷はドライ
ブされて書き込み信号Ｓｗとなってデータ書き込み線に
供給される。この画像データは１ライン毎にスリット光
Ｌ０を出射するために、液晶表示セルＰｉｊをオン又は
オフするものである。

【００２９】更に、液晶表示セルＰｉｊには走査回路７
７が接続され、走査信号ＳＣに基づいてその液晶表示セ
ルＰｉｊを選択するためのセル選択信号Ｓｓが発生さ
れ、そのセル選択信号Ｓｓがドライブされて、ゲート電
極配線７５に供給される。

【００３０】この例では、液晶シャッタ１７の開閉タイ
ミンングは走査回路７７によって制御するようになされ
ている。例えば、１ライン単位に液晶シャッタ１７を開
いては閉じるような垂直走査を行うために、走査信号Ｓ
Ｃに基づいて第１列目の行方向の液晶表示セルＰ１１〜
Ｐ１ｍが一斉にオンされると、その後、第１列目の液晶
表示セルＰ１１〜Ｐ１ｍが一斉にオフされると共に、第
２列目の行方向の液晶表示セルＰ２１〜Ｐ２ｍが一斉に
オンされる。その後、第２列目の液晶表示セルＰ２１〜
Ｐ２ｍが一斉にオフされると共に、第３列目の液晶表示
セルＰ３１〜Ｐ３ｍが一斉にオンされる。

【００３１】このようにして、逐次、１ライン単位にオ
ン及びオフされて、第ｎ列目の液晶表示セルＰｎ１〜Ｐ
ｎｍが一斉にオンした後に、その第ｎ列目の液晶表示セ
ルＰｎ１〜Ｐｎｍが一斉にオフされる。この液晶シャッ
タ１７の一連の開閉制御によってスリット光Ｌ０の１回
の走査が完了する。

【００３２】続いて、シリコンレンジファイン１９の内
部構成例について説明をする。図６に示すシリコンレン
ジファインダ１９は基板３１を有している。その基板３
１上には、１画素を構成する光電変換素子としてフォト
ダイオードＰＨｉｊ（ｉ＝１〜ｎ、ｊ＝１〜ｍ）がｎ列
×ｍ行のマトリクス状に配置され、対象物体３０からの
戻り光Ｌ０’が検出され、光通過タイミングが計測され
る。

【００３３】このフォトダイオードＰＨｉｊには相補型
のフォトダイオードぺアを用いてもよい。その場合には
スリット光Ｌ０の走査方向において、１つの画素内で２
つのフォトダイオードを隣接して配置し、対象物体３０
からの戻り光Ｌ０’がこの画素上を通過したときに発生
する２つの光電流の差が検出され、その光電流の差から
光通過タイミングを高精度に計測することができる。

【００３４】この例で、シリコンレンジファインダ１９
にはクロック発生部３７が設けられ、基準クロックφが
発生される。クロック発生部３７にはエンコーダ３８が
接続され、基準クロック信号φに基づいて垂直読み出し
信号Ｓ１が発生される。このクロック発生部３７にはデ
コーダ３９が接続され、基準クロック信号φに基づいて
水平読み出し信号Ｓ２が発生される。更に、クロック発
生部３７にはカウンタ３１０が接続され、基準クロック
信号φに基づいてメモリ制御信号Ｓ３が発生される。

【００３５】また、基板３１の列方向にはｍ本の垂直転
送部３２が設けられ、フォトダイオードＰＨｉｊから読
み出した信号電荷が、エンコーダ３８からの垂直読み出
し信号Ｓ１に基づいて垂直方向に転送される。この垂直
転送部３２には水平転送部３３が接続され、その信号電
荷がデコーダ３９からの水平読み出し信号Ｓ２に基づい
て水平方向に転送されるので、光通過タイミング情報を
含んだ並列距離画像計測信号ＳOUTが得られる。

【００３６】この水平転送部３３の出力段にはバッファ
メモリ３４が接続され、カウンタ３１０からのメモリ制
御信号Ｓ３に基づいて並列距離画像計測信号ＳOUが１画
面単位に記憶される。例えば、スリット光Ｌ０が対象物
体３０上を１走査する間に、各フォトダイオードＰＨｉ
ｊから出力される信号電荷がローレベルからハイレベル
になるタイミングの光通過タイミング情報を含んだ並列
距離画像計測信号ＳOUTが各画素毎にバッファメモリ３
４に保持される。バッファメモリ３４の出力段には、図
示しないマイクロプロセッサなどの画像処理装置３が接
続され、三角測量原理で並列距離画像計測信号ＳOUTか
ら対象物体の距離情報が演算される。

【００３７】続いて、物体形状計測装置１００の回路構
成例について説明する。図７に示す物体形状計測装置１
００は大きく分けて３つの回路ブロックから成る。

【００３８】第１の回路ブロックは図４に示した液晶シ
ャッタ１７である。液晶シャッタ１７では走査信号ＳＣ
に基づいてその液晶シャッタ１７が開閉制御されること
により、図３に示したプリズムアレイ１６’による面状
の被測定光が、スリット光Ｌ０に整形されると共に、そ
のスリット光Ｌ０が対象物体３０に走査される。

【００３９】第２の回路ブロックはシリコンレンジファ
インダ１９である。シリコンレンジファインダでは、図
６に示したフォトダイオードＰＨｉｊから読み出した信
号電荷が、垂直読み出し信号Ｓ１及び水平読み出し信号
Ｓ２に基づいて読み出されることにより、光通過タイミ
ング情報を含んだ並列距離画像計測信号ＳOUTが出力さ
れる。

【００４０】第３の回路ブロックは画像処理装置３であ
り、走査信号ＳＣや並列距離画像計測信号ＳOUTを転送
するための内部バス４１を有している。内部バス４１に
はインタフェース（Ｉ／Ｏ）４２、画像キャプチャ部４
３、画像処理部４４、ＣＰＵ４５、ＲＯＭ４６及びＲＡ
Ｍ４７が接続されている。上述の液晶シャッタ１７及び
シリコンレンジファインダ１９はインタフェース４２を
介して内部バス４１に接続される。

【００４１】この内部バス４１にはＲＯＭ４６が接続さ
れ、この物体形状計測装置１００を制御するためのシス
テムプログラムや、メモリの読み出し手順などの制御情
報などが格納される。内部バス４１にはワーキング用の
ＲＡＭ４７が接続され、システムプログラムや並列距離
画像計測信号ＳOUTが一時記録される。また、内部バス
４１にはＣＰＵ４５が接続され、インタフェース４２、
画像キャプチャ部４３、画像処理部４４、ＲＯＭ４６及
びＲＡＭ４７の入出力の制御や、液晶シャッタ１７及び
シリコンレンジファインダ１９の入出力の制御が行われ
る。

【００４２】このインタフェース４２には画像キャプチ
ャ部４３が接続され、ＣＰＵ４５の制御命令を受けて、
シリコンレンジファインダ１９から入力した並列距離画
像計測信号ＳOUTを画像データとして獲得する所定のキ
ャプチャ処理がなされる。この画像キャプチャ部４３に
は内部バス４１を介して画像処理部４４が接続され、所
定の画像処理が施された並列距離画像計測信号ＳOUTに
基づいて３次元高さ形状情報Ｚｉｊが演算される。具体
的には、上述した算出式に基づいて３次元高さ情報Ｚｉ
ｊが求められる。

【００４３】なお、インタフェース４２にはＲＳー２３
２Ｃの通信プロトコルに基づく外部出力端子４８が接続
され、上位のコンピユータなどに接続して画像通信がで
きるようになされている。また、図７に示す破線で示し
たＣＣＤ装置４９は第２の実施形態で適用されるもので
ある。

【００４４】次に、第１の実施形態としての物体形状計
測装置１００の動作例を説明する。

【００４５】図８は物体形状計測装置１００による球体
３０’のを計測例を示す斜視図であり、図９はスリット
光Ｌ０の照射位置に対する球体３０’の３次元形状との
関係を示す概念図である。

【００４６】この例では、図８に示す発光部１１が、そ
の受光部１２と発光部１１との間の成す角度αｉｊが所
定の位置で固定されるまで開かれており、この状態で、
受光部１２上に存在する、例えば、テニスボールなどの
球体３０’の３次元形状を計測する場合を前提とする。
また、基準面は受光部１２に設定されるものとする。

【００４７】これを前提にして、図８に示す発光部１１
では画像処理装置３からの走査信号ＳＣに基づいてその
液晶シャッタ１７が開閉制御されることにより、図３に
示したプリズムアレイ１６’による面状の被測定光が、
スリット光Ｌ０に整形されると共に、そのスリット光Ｌ
０が図８に示す球体３０’に走査される。

【００４８】この球体３０’に照射されたスリット光Ｌ
０の、ある走査タイミングにおける照射位置は、例え
ば、図９に示す照射位置からようになる。この照射
位置からによる戻り光Ｌ０’は受光部１２のシリコ
ンレンジファインダ１９によって検出される。この際
に、受光レンズ１８によって反転した球体３０’がシリ
コンレンジファインダ１９上に結像される。

【００４９】従って、シリコンレンジファインダ１９か
ら得られた並列距離画像計測信号ＳOUTが画像処理装置
３に出力されると、この並列距離画像計測信号ＳOUTに
基づいて基準面から球体３０’までの３次元高さ形状情
報Ｚｉｊが演算される。具体的には、上述した算出式に
基づいて３次元高さ情報Ｚｉｊが求められる。

【００５０】例えば、球体３０’のＸ１ーＸ２のライン
上を着目した場合に、その立体形状を反映するように、
のスリット光Ｌ０の戻り光Ｌ０’に対して３次元高さ
情報Ｚｘ１が演算され、のスリット光Ｌ０の戻り光Ｌ
０’に対して３次元高さ情報Ｚｘ２が演算され、のス
リット光Ｌ０の戻り光Ｌ０’に対して３次元高さ情報Ｚ
ｘ３が演算され、のスリット光Ｌ０の戻り光Ｌ０’に
対して３次元高さ情報Ｚｘ４が演算され、のスリット
光Ｌ０の戻り光Ｌ０’に対して３次元高さ情報Ｚｘ５が
実時間で演算される。これらの高さ形状情報Ｚｘ１〜Ｚ
ｘ５をつなぎ合わせると、球体３０’のＸ１ーＸ２の立
体形状を求めることができる。

【００５１】このように、第１の実施形態としての物体
形状計測装置１００によれば、プリズムアレイ１６’か
らの面状のレーザ光が液晶シャッタ１７の開閉タイミン
ングを制御することにより、その面状のレーザ光がスリ
ット光Ｌ０に整形されると共に対象物体３０に走査する
ことができる。しかも、レーザ光を発生するレーザ光源
１４と、そのレーザ光をスリット光Ｌ０にするスリット
レンズ１５と、そのスリット光Ｌ０を９０°に偏光する
プリズムアレイ１６’とにより面光源６が構成できるの
で、その面光源６と液晶シャッタ１７とを積層した薄型
で小型な物体形状測定装置１００を提供することができ
る。

【００５２】（２）第２の実施形態 図１０は第２の実施形態としての物体形状計測装置２０
０の構成例を示す断面図である。図１１はそのＣＣＤ装
置４９の構成例を示す断面図である。この例では、発光
部１１に撮像手段としてのＣＣＤ装置４９が設けられ、
対象物体３０を撮像するようになされたものである。な
お、第１の実施形態と同じ符号及び名称のものは同じ機
能を有するため、その説明を省略する。

【００５３】図１０に示すＣＣＤ装置４９は発光部１１
の枠部材１Ａに取付けて使用される。もちろん、撮像面
が対象物体３０の方向に対峙するように取付けられる。
ＣＣＤ装置４９にはカラー映像を取得できるカラーフィ
ルタ付きのものを使用する。対象物体３０の色を認識す
るためである。

【００５４】このＣＣＤ装置４９は図１１に示すように
魚眼レンズ３５を有している。魚眼レンズ３５は例えば
ＣＣＤ撮像素子３６の光軸上に設けられる。この魚眼レ
ンズ３５によって対象物体３０などを広範囲に撮像でき
るようになる。もちろん、通常のレンズでも構わない
が、視野が狭くなるので、対象物体の一部しか撮像でき
ない場合も生ずる。なお、ＣＣＤ装置４９は、シリコン
レンジファインダ１９の一部領域上に設けてもよい。

【００５５】このように、第２の実施形態としての物体
形状計測装置２００によれば、発光部１１の枠部材１Ａ
にＣＣＤ装置４９などのカラーカメラが取付けられるの
で、対象物体３０の３次元高さ形状情報Ｚｉｊに加え
て、その対象物体３０の色を画像処理装置３に認識させ
ることができる。従って、３次元物体形状認識装置、３
次元欠陥検査装置などに適用して最適な高機能、薄型か
つ小型の物体形状測定装置２００を提供することができ
る。

【００５６】（３）第３の実施形態 図１２は第３の実施形態としての物体形状計測装置３０
０の構成例を示す斜視図である。この例では、ノート型
のパーソナルコンピユータ（以下単にパソコンという）
に３次元高さ形状計測機構９０を設けたものである。

【００５７】この物体形状計測装置３００は図１２に示
す薄型の筐体９１を有している。この筐体９１にはキー
ボード９２が設けられ、キー情報が入力される。また、
筐体９１内には図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、Ｒ
ＯＭ、ＲＡＭ及びハードディスクなどのデータ制御部が
設けられ、この筐体９１はヒンジ９４を有している。こ
のヒンジ９４には液晶シャッタとしても使用可能な液晶
モニタ９３が可動自在に取付けられ、第１の実施形態で
説明したようなシート状のスリット光が走査できるよう
になされている。もちろん、液晶モニタ９３にはキーボ
ード９２によるキー情報に基づいた画像が表示される。

【００５８】更に、キーボード取付け面の下方には透明
部材から成るトラックボール９５が設けられ、このトラ
ックボール９５の中に第１の実施形態で説明したような
シリコンレンジファインダ１９が取付けられている。ト
ラックボール９５を透明部材で構成するのは、物体から
の戻り光を透過させるためである。好ましくは結像レン
ズを兼用できるとなおよい。

【００５９】このトラックボール９５は図示しないモー
タによってｘ，ｙ，ｚ軸周りに回転動作するようになさ
れている。もちろん、液晶モニタ９３に表示されるカー
ソルの操作情報がトラックボール９５によって入力され
る。この液晶モニタ９３とトラックボール９５内のシリ
コンレンジファインダ１９によって、３次元形状計測機
構９０が構成される。

【００６０】このように３次元形状計測機構９０を構成
すると、トラックボール９５がモータによってｘ，ｙ，
ｚ軸周りに動くので、液晶モニタ９３から出射されたス
リット光が物体に当たって戻ってきたときに、その戻り
光をトラックボール９５内のシリコンレンジファインダ
１９によって多角度で取得することができる。従って、
比較的大きな物体３０などを広範囲に撮像することがで
きるので、その物体３０の３次元形状に関する画像デー
タを広範囲に取得することができる。

【００６１】更に、この液晶モニタ９３の発光面上部に
は第２の実施形態で説明したようなＣＣＤ装置（モーシ
ョン・アイ）４９が取付けられ、物体の色が撮像され、
その色情報が出力される。このＣＣＤ装置４９は、トラ
ックボール内のシリコンレンジファインダ１９の一部領
域上に設けてもよい。

【００６２】このようにして、第３の実施形態としての
物体形状計測装置によれば、ノート型のパソコン３００
に３次元高さ形状計測機構９０が設けられるので、比較
的大きな物体３０などの３次元形状を広範囲に計測する
ことができる。従って、その物体３０の３次元形状に関
する画像データを広範囲に取得することができる。これ
により、３次元物体形状認識装置、３次元欠陥検査装置
などに適用して最適な薄型かつ小型で３次元形状計測機
能付きのパーソナルコンピユータを提供することができ
る。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
物体に照射するための被測定光をスリット光に整形して
物体に走査する走査手段が設けられるものである。

【００６４】従って、被測定光を発生する光源を面光源
によって構成することができるので、その面光源と走査
手段とを積層した薄型で小型な物体形状測定装置を提供
することができる。

【００６５】この発明はシリコンレンジファインダを用
いた３次元物体形状認識装置、３次元欠陥検査装置及び
実時間距離画像計測装置などに適用して極めて好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施形態としての物体形状
計測装置１００の外観例を示す斜視図である。

【図２】その物体形状計測装置１００の内部構成例を示
す断面図である。

【図３】そのプリズムアレイ１６’の内部構成例を示す
斜視図である。

【図４】液晶シャッタ１７の内部構成例を示す平面図で
ある。

【図５】その液晶表示セルＰｉｊの内部構成例を示す回
路図である。

【図６】シリコンレンジファインダ１９の内部構成例を
示す平面図である。

【図７】その物体形状計測装置１００の回路例を示すブ
ロック図である。

【図８】物体形状計測装置１００による球体３０’の計
測例（その１）を示す斜視図である。

【図９】その物体形状計測装置１００による球体３０’
の計測例（その２）を示すスリット光Ｌ０の照射位置と
球体３０’の３次元高さ形状の関係図である。

【図１０】第２の実施形態としての物体形状計測装置２
００の構成例を示す断面図である。

【図１１】そのＣＣＤ装置４９の内部構成例を示す断面
図である。

【図１２】第３の実施形態としての物体形状計測装置３
００の構成例を示す斜視図である。

【図１３】従来方式に係る物体形状計測装置６０の構成
例を示す概念図である。

【符号の説明】

３・・・画像処理装置、６・・・面光源、１１・・・発
光部、１２・・・受光部、１４・・・レーザ光源（光
源）、１６・・・プリズム、１６’・・・プリズムアレ
イ、１７・・・液晶シャッタ（走査手段）、１９・・・
シリコンレンジファインダ（光検出手段）、４９・・・
ＣＣＤ装置（撮像手段）、１００〜３００・・・物体形
状計測装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA06 AA24 DD02 FF09 GG06 GG12 GG18 GG22 HH05 JJ03 JJ26 LL00 LL10 LL22 LL30 LL47 MM11 NN16 PP05 PP22 QQ24 QQ26 SS13 UU01 UU02 UU05 UU06 UU07

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 任意の基準面から物体までの３次元高さ
   形状を測定する装置であって、 前記物体に照射するための被測定光を発生する光源と、 前記光源による被測定光をスリット光に整形して前記物
   体に走査する走査手段と、 前記物体からの戻り光を各画素毎に検出する光検出手段
   とを備えることを特徴とする物体形状計測装置。
2. 【請求項２】 前記光源及び走査手段が設けられる場合
   であって、 前記走査手段は、 前記光源からの被測定光をスリット光に整形すると共
   に、前記スリット光を物体に走査する液晶シャッタを有
   し、 前記液晶シャッタの開閉タイミンングを制御するように
   なされたことを特徴とする請求項１に記載の物体形状計
   測装置。
3. 【請求項３】 前記光源が設けられる場合であって、 前記光源は面光源を成すことを特徴とする請求項１に記
   載の物体形状計測装置。
4. 【請求項４】 前記面光源が設けられる場合であって、 前記面光源は、 スリット光を発生する光源と、 前記光源によるスリット光の向きを９０°に偏光する複
   数のプリズムとを有し、 前記プリズムが走査手段の下にマトリクス状に配置され
   たことを特徴とする請求項１に記載の物体形状計測装
   置。
5. 【請求項５】 前記光検出手段及び液晶シャッタが設け
   られる場合であって、 前記光検出手段では、 前記各画素Ｐを通過するスリット光のタイミングが計測
   され、そのときの液晶シャッタが開かれたプリズムによ
   るスリット光の出射角となる基準面とスリット光との間
   を成す角度αが求められ、 前記基準面と画素Ｐの視線方向との成す角度をβとし、
   前記基準面と走査手段の中心位置の液晶シャッタとのオ
   フセット距離をＡとし、前記画素Ｐと走査手段の中心位
   置の液晶シャッタとのオフセット距離をＢとしたとき
   に、前記基準面と物体との高さ情報Ｚは、次式、すなわ
   ち、 【数１】 により求めることを特徴とする請求項２に記載の物体形
   状計測装置。
6. 【請求項６】 前記物体を撮像する撮像手段が設けられ
   ることを特徴とする請求項１に記載の物体形状計測装
   置。
7. 【請求項７】 前記光検出手段及び液晶シャッタが設け
   られる場合であって、 少なくとも、前記光検出手段及び液晶シャッタを有した
   ３次元高さ形状計測機構をノート型のパーソナルコンピ
   ユータに搭載することを特徴とする請求項１に記載の物
   体形状計測装置。
8. 【請求項８】 前記パーソナルコンピユータに光検出手
   段及び液晶シャッタが設けられる場合であって、 前記パーソナルコンピユータは、 少なくとも、薄型の筐体に設けられたキーボードと、 前記キーボードによるキー情報に基づいて画像を表示す
   る液晶モニタと、 前記液晶モニタに表示されるカーソルの操作情報を入力
   するトラックボールとを有し、 前記光検出手段が透明部材からなるトラックボール内に
   取付けられ、 前記液晶モニタが液晶シャッタとして兼用されることに
   よって３次元高さ形状計測機構を構成するようになされ
   たことを特徴とする請求項７に記載の物体形状計測装
   置。