JP2000186920A - 形状計測装置および形状計測方法 - Google Patents
形状計測装置および形状計測方法Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型かつ安価で、光利用効率が高く、物体表
面の反射率の変化等の外的条件に左右されることなく、
正確に物体までの距離を計測可能な形状計測装置および
形状計測方法を提供する。 【解決手段】 半導体レーザ３は、強度変調された照明
光４ａを出射する。平面センサ９は、対象物体６からの
反射光４ｂと参照光４ｃとの合成光を検出して合成光の
検出信号を出力する。半導体レーザ３は、強度変調され
ていない定常光からなる照明光４ａを出射する。このと
き、シャッタ１１Ｃは閉状態にある。平面センサ９は、
対象物体６からの反射光４ｂを検出し、その検出信号を
出力する。距離演算部１３は、合成光の検出信号に対
し、定常光からなる反射光４ｂの検出信号に基づいて物
体の反射率の影響を除去する補正を行った後、補正後の
合成光の検出信号に基づいて物体までの距離を演算す
る。
面の反射率の変化等の外的条件に左右されることなく、
正確に物体までの距離を計測可能な形状計測装置および
形状計測方法を提供する。 【解決手段】 半導体レーザ３は、強度変調された照明
光４ａを出射する。平面センサ９は、対象物体６からの
反射光４ｂと参照光４ｃとの合成光を検出して合成光の
検出信号を出力する。半導体レーザ３は、強度変調され
ていない定常光からなる照明光４ａを出射する。このと
き、シャッタ１１Ｃは閉状態にある。平面センサ９は、
対象物体６からの反射光４ｂを検出し、その検出信号を
出力する。距離演算部１３は、合成光の検出信号に対
し、定常光からなる反射光４ｂの検出信号に基づいて物
体の反射率の影響を除去する補正を行った後、補正後の
合成光の検出信号に基づいて物体までの距離を演算す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強度変調された出
射光を物体に向けて出射し、物体からの反射光と出射光
との位相差に基づいて物体までの距離を計測する形状計
測装置および形状計測方法に関し、特に、小型かつ安価
で、光利用効率が高く、物体表面の反射率の変化等の外
的条件に左右されることなく、正確に物体までの距離を
計測可能な形状計測装置および形状計測方法に関する。
射光を物体に向けて出射し、物体からの反射光と出射光
との位相差に基づいて物体までの距離を計測する形状計
測装置および形状計測方法に関し、特に、小型かつ安価
で、光利用効率が高く、物体表面の反射率の変化等の外
的条件に左右されることなく、正確に物体までの距離を
計測可能な形状計測装置および形状計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】三次元形状を計測する方式として、パッ
シブ方式とアクティブ方式の２つが提案されている。パ
ッシブ方式は、エネルギーを対象物体に放射することな
しに形状を計測する方式であり、アクティブ方式は、何
らかのエネルギーを対象物体に放射しその反射を検出す
ることによって形状を計測する方式である。
シブ方式とアクティブ方式の２つが提案されている。パ
ッシブ方式は、エネルギーを対象物体に放射することな
しに形状を計測する方式であり、アクティブ方式は、何
らかのエネルギーを対象物体に放射しその反射を検出す
ることによって形状を計測する方式である。
【０００３】パッシブ方式において、対象物体までの複
数点の距離を計測する方法の一つとしてステレオ法があ
る。このステレオ法は、２台のカメラをある間隔をおい
て設置し、得られた２つの画像の視差から三角法により
対象物体までの距離を計測する方式である。この方式
は、画像として取り込むことができれば遠方までの距離
を計測することができるという特長はあるが、模様のな
い滑らかな面を持った表面全体の三次元計測を行うこと
ができないという重大な問題点が存在する。また、２台
のカメラの光軸を一致させることが原理的にできないた
め、距離を測定できない領域（オクルージョン）が発生
するという欠点があった。
数点の距離を計測する方法の一つとしてステレオ法があ
る。このステレオ法は、２台のカメラをある間隔をおい
て設置し、得られた２つの画像の視差から三角法により
対象物体までの距離を計測する方式である。この方式
は、画像として取り込むことができれば遠方までの距離
を計測することができるという特長はあるが、模様のな
い滑らかな面を持った表面全体の三次元計測を行うこと
ができないという重大な問題点が存在する。また、２台
のカメラの光軸を一致させることが原理的にできないた
め、距離を測定できない領域（オクルージョン）が発生
するという欠点があった。
【０００４】アクティブ法において、対象物体までの複
数点の距離を計測する方法の一つとして光切断法があ
る。この光切断法は、スリット光をある角度で対象物体
に照射し、それとは別の角度から撮像した画像から三角
法により対象物体までの距離を計測する方式である。こ
の方式は、比較的簡単な構成で実現できるという特長は
あるが、スリット光を微少な角度単位で走査しなければ
ならず、その度に画像を撮像するため、計測時間が長く
なるという問題点がある。この問題点を解決するために
光切断法を応用した方式に空間コード化法がある。この
空間コード化法は、スリット光を何回も照射する替わり
に、投影光のパターンをコード化することにより、少な
い投影回数で距離を計測する方式であるが、水平方向の
サンプル数をｎとすると、ｌｏｇ2 ｎ回（ｎ＝５１２ポ
イントとして９回）の撮像を行わなければならないた
め、測定時間が長くなるという問題点があった。また、
投光器と撮像器の光軸を一致させることが原理的にでき
ないため、距離を測定できない領域（オクルージョン）
が発生するという欠点があった。
数点の距離を計測する方法の一つとして光切断法があ
る。この光切断法は、スリット光をある角度で対象物体
に照射し、それとは別の角度から撮像した画像から三角
法により対象物体までの距離を計測する方式である。こ
の方式は、比較的簡単な構成で実現できるという特長は
あるが、スリット光を微少な角度単位で走査しなければ
ならず、その度に画像を撮像するため、計測時間が長く
なるという問題点がある。この問題点を解決するために
光切断法を応用した方式に空間コード化法がある。この
空間コード化法は、スリット光を何回も照射する替わり
に、投影光のパターンをコード化することにより、少な
い投影回数で距離を計測する方式であるが、水平方向の
サンプル数をｎとすると、ｌｏｇ2 ｎ回（ｎ＝５１２ポ
イントとして９回）の撮像を行わなければならないた
め、測定時間が長くなるという問題点があった。また、
投光器と撮像器の光軸を一致させることが原理的にでき
ないため、距離を測定できない領域（オクルージョン）
が発生するという欠点があった。
【０００５】アクティブ法において、１回の撮像で複数
点の距離を計測できる方式の一つとして、強度変調され
た光を対象物体に照射し、その反射光の位相分布を計測
する位相分布計測方式がある。
点の距離を計測できる方式の一つとして、強度変調され
た光を対象物体に照射し、その反射光の位相分布を計測
する位相分布計測方式がある。
【０００６】従来の位相分布計測方式としては、例え
ば、文献１「SPIE Vol.2588,1995年，126 〜134 ページ
に記載された論文（An new active ３D-Vision system
basedon rf-modulation interferometry light ）」、
および特許第２６９０６７３号および、SPIE Vol.2748,
1996年、47〜59ページ「The Emerging Versatility ofa
Scannless Range Imager」に示されるものがある。
ば、文献１「SPIE Vol.2588,1995年，126 〜134 ページ
に記載された論文（An new active ３D-Vision system
basedon rf-modulation interferometry light ）」、
および特許第２６９０６７３号および、SPIE Vol.2748,
1996年、47〜59ページ「The Emerging Versatility ofa
Scannless Range Imager」に示されるものがある。
【０００７】図１０は、文献１に示された従来の形状計
測装置を示す。この形状計測装置１００は、光源１０１
Ａから集光レンズ１０２を介してポッケルズセルのよう
な結晶を用いた平面変調器１０３に出射された光に強度
変調を施す変調／復調信号発生器１０４と、強度変調さ
れた光１０５ａを対象物体６に平面照射する投影レンズ
１０６と、対象物体６で反射し結像レンズ１０７を介し
てポッケルズセルのような結晶を用いた平面復調器１０
８に入射した反射光１０５ｂに強度復調を施す変調／復
調信号発生器１０４と、強度復調を施された光信号を撮
像するＣＣＤカメラ１０９とを有する。このような構成
において、光源１０１Ａから発せられた光は、集光レン
ズ１０２により、平面変調器１０３に入射し、変調／復
調信号発生器１０４の信号に基いて強度変調を施された
後、その強度変調された光１０５ａは、投影レンズ１０
６によって対象物体６に平面照射される。対象物体６か
らの反射光１０５ｂは、結像レンズ１０７により平面復
調器１０８に入射し、変調／復調信号発生器１０４の信
号に基いて強度復調を施された後、ＣＣＤカメラ１０９
上に結像する。ＣＣＤカメラ１０９で撮像された濃淡画
像は、対象物体６までの距離に起因する位相情報を含ん
でいる。コンピュータ１１０でこの濃淡画像を処理する
ことにより、１回の撮像で対象物体６の距離データを得
ることができる。
測装置を示す。この形状計測装置１００は、光源１０１
Ａから集光レンズ１０２を介してポッケルズセルのよう
な結晶を用いた平面変調器１０３に出射された光に強度
変調を施す変調／復調信号発生器１０４と、強度変調さ
れた光１０５ａを対象物体６に平面照射する投影レンズ
１０６と、対象物体６で反射し結像レンズ１０７を介し
てポッケルズセルのような結晶を用いた平面復調器１０
８に入射した反射光１０５ｂに強度復調を施す変調／復
調信号発生器１０４と、強度復調を施された光信号を撮
像するＣＣＤカメラ１０９とを有する。このような構成
において、光源１０１Ａから発せられた光は、集光レン
ズ１０２により、平面変調器１０３に入射し、変調／復
調信号発生器１０４の信号に基いて強度変調を施された
後、その強度変調された光１０５ａは、投影レンズ１０
６によって対象物体６に平面照射される。対象物体６か
らの反射光１０５ｂは、結像レンズ１０７により平面復
調器１０８に入射し、変調／復調信号発生器１０４の信
号に基いて強度復調を施された後、ＣＣＤカメラ１０９
上に結像する。ＣＣＤカメラ１０９で撮像された濃淡画
像は、対象物体６までの距離に起因する位相情報を含ん
でいる。コンピュータ１１０でこの濃淡画像を処理する
ことにより、１回の撮像で対象物体６の距離データを得
ることができる。
【０００８】図１１は、特許第２６９０６７３号公報に
記載された従来の形状計測装置を示す。図１０との相違
点は、光源として半導体レーザ１０１Ｂを用いているこ
と、ポッケルズセルのような結晶を用いた変調器は用い
ずに半導体レーザ１０１Ｂで直接強度変調を行っている
こと、ポッケルズセルのような結晶を用いた復調器は用
いずにイメージインテンシファイア１１１で復調を行っ
ていることの３点である。変調／復調信号発生器１０４
の信号に基いて強度変調を施された光は、半導体レーザ
１０１Ｂから放射された後、投影レンズ１０６によって
対象物体６に平面照射される。対象物体６からの反射光
１０５ｂは、結像レンズ１０７によりイメージインテン
シファイア１１１に結像される。変調／復調信号発生器
１０４の信号を高圧ドライブ回路１１２により高圧信号
に変換し、イメージインテンシファイア１１１のゲイン
コントローラ端子に入力することにより強度復調された
反射光は、ＣＣＤカメ１０９で撮像される。ＣＣＤカメ
ラ１０９で撮像された濃淡画像は、対象物体６までの距
離に起因する位相情報を含んでいる。コンピュータ１１
０でこの濃淡画像を処理することにより、１回の撮像で
対象物体６の距離データを得ることができる。
記載された従来の形状計測装置を示す。図１０との相違
点は、光源として半導体レーザ１０１Ｂを用いているこ
と、ポッケルズセルのような結晶を用いた変調器は用い
ずに半導体レーザ１０１Ｂで直接強度変調を行っている
こと、ポッケルズセルのような結晶を用いた復調器は用
いずにイメージインテンシファイア１１１で復調を行っ
ていることの３点である。変調／復調信号発生器１０４
の信号に基いて強度変調を施された光は、半導体レーザ
１０１Ｂから放射された後、投影レンズ１０６によって
対象物体６に平面照射される。対象物体６からの反射光
１０５ｂは、結像レンズ１０７によりイメージインテン
シファイア１１１に結像される。変調／復調信号発生器
１０４の信号を高圧ドライブ回路１１２により高圧信号
に変換し、イメージインテンシファイア１１１のゲイン
コントローラ端子に入力することにより強度復調された
反射光は、ＣＣＤカメ１０９で撮像される。ＣＣＤカメ
ラ１０９で撮像された濃淡画像は、対象物体６までの距
離に起因する位相情報を含んでいる。コンピュータ１１
０でこの濃淡画像を処理することにより、１回の撮像で
対象物体６の距離データを得ることができる。
【０００９】しかし、図１０に示す形状計測装置による
と、平面変調器１０３、平面復調器１０８にポッケルズ
セルのような結晶を用いた変調器／復調器を用いている
ため、非常に高価な装置となってしまうという欠点があ
った。また、この結晶を用いた変調器／復調器は開口が
約数ミリ程度と小さいため、光源１０１Ａから放射され
た光および対象物体６で反射された光をこの開口に合わ
せて集光レンズ１０７を用いて集光しなければならず、
装置が大型化してしまうという欠点があった。また、図
１１に示す形状計測装置によると、イメージインテンシ
ファイア１１１を用いているため、非常に高価な装置と
なってしまうという欠点があった。また、このイメージ
インテンシファイア１１１を駆動するためには数百ボル
トという高電圧信号を強度変調することが必要なため、
駆動回路が複雑になるという欠点があった。また、この
イメージインテンシファイア１１１はＣＣＤカメラ１０
９に比べて大きいため装置全体が大型化してしまうとい
う欠点があった。
と、平面変調器１０３、平面復調器１０８にポッケルズ
セルのような結晶を用いた変調器／復調器を用いている
ため、非常に高価な装置となってしまうという欠点があ
った。また、この結晶を用いた変調器／復調器は開口が
約数ミリ程度と小さいため、光源１０１Ａから放射され
た光および対象物体６で反射された光をこの開口に合わ
せて集光レンズ１０７を用いて集光しなければならず、
装置が大型化してしまうという欠点があった。また、図
１１に示す形状計測装置によると、イメージインテンシ
ファイア１１１を用いているため、非常に高価な装置と
なってしまうという欠点があった。また、このイメージ
インテンシファイア１１１を駆動するためには数百ボル
トという高電圧信号を強度変調することが必要なため、
駆動回路が複雑になるという欠点があった。また、この
イメージインテンシファイア１１１はＣＣＤカメラ１０
９に比べて大きいため装置全体が大型化してしまうとい
う欠点があった。
【００１０】そこで、高価な変調器／復調器や高価で大
型のイメージインテンシファイアを用いることなく距離
を計測する方式として、参照光を用いた位相分布計測方
式が、例えば、特公昭５９−３０２３３号公報に示され
ている。
型のイメージインテンシファイアを用いることなく距離
を計測する方式として、参照光を用いた位相分布計測方
式が、例えば、特公昭５９−３０２３３号公報に示され
ている。
【００１１】図１２は、その方式を採用した従来の形状
計測装置を示す。この形状計測装置１００は、発振器１
２０の信号に基づく駆動回路１２１からの駆動信号によ
って所定の周波数で強度変調された光を出射する発光素
子１２３と、発光素子１２３から投影レンズ１２４を介
して入射した光を透過および反射させるビームスプリッ
タ１２５と、ビームスプリッタ１２５を透過し、物体６
で反射し、再びビームスプリッタ１２５で反射した光、
およびビームスプリッタ１２５で反射し、反射鏡１２８
で反射して再びビームスプリッタ１２５を透過した光を
集光レンズ１２６を介して受光する受光素子１２７と、
受光素子１２７の出力信号を増幅する増幅器１２８と、
増幅器１２８の出力信号を検波する検波器１２９と、検
波器１２９の出力信号から振幅を読み取るレベル計１３
０とを有する。このような構成において、発振器１２０
の信号に基づく駆動回路１２１からの駆動信号によって
所定の周波数で強度変調された光が発光素子１２３から
放射されると、その光は投影レンズ１２４を介してビー
ムスプリッタ１２５に入射される。ビームスプリッタ１
２５により透過された一方の光（照明光）は、物体６で
反射し、再びビームスプリッタ１２５で反射され、集光
レンズ１２６を介して受光素子１２７に入射される。ビ
ームスプリッタ１２５により反射された他方の光（参照
光）は、既知の距離に設置された反射鏡１２８により反
射され、ビームスプリッタ１２５で透過され、同じく受
光素子１２７に入射される。この２つの光は受光素子１
２７上で光学的に合成され、その波形が電気信号に変換
され、増幅器１２８に送られる。この波形の振幅は、受
光素子１２７から物体６までの距離と受光素子１２７か
ら反射鏡１２８までの距離との差により変化する。増幅
された波形信号を検波器２９１により検波し、レベル計
１３０で振幅を読み取ることにより物体６までの距離を
算出することができる。
計測装置を示す。この形状計測装置１００は、発振器１
２０の信号に基づく駆動回路１２１からの駆動信号によ
って所定の周波数で強度変調された光を出射する発光素
子１２３と、発光素子１２３から投影レンズ１２４を介
して入射した光を透過および反射させるビームスプリッ
タ１２５と、ビームスプリッタ１２５を透過し、物体６
で反射し、再びビームスプリッタ１２５で反射した光、
およびビームスプリッタ１２５で反射し、反射鏡１２８
で反射して再びビームスプリッタ１２５を透過した光を
集光レンズ１２６を介して受光する受光素子１２７と、
受光素子１２７の出力信号を増幅する増幅器１２８と、
増幅器１２８の出力信号を検波する検波器１２９と、検
波器１２９の出力信号から振幅を読み取るレベル計１３
０とを有する。このような構成において、発振器１２０
の信号に基づく駆動回路１２１からの駆動信号によって
所定の周波数で強度変調された光が発光素子１２３から
放射されると、その光は投影レンズ１２４を介してビー
ムスプリッタ１２５に入射される。ビームスプリッタ１
２５により透過された一方の光（照明光）は、物体６で
反射し、再びビームスプリッタ１２５で反射され、集光
レンズ１２６を介して受光素子１２７に入射される。ビ
ームスプリッタ１２５により反射された他方の光（参照
光）は、既知の距離に設置された反射鏡１２８により反
射され、ビームスプリッタ１２５で透過され、同じく受
光素子１２７に入射される。この２つの光は受光素子１
２７上で光学的に合成され、その波形が電気信号に変換
され、増幅器１２８に送られる。この波形の振幅は、受
光素子１２７から物体６までの距離と受光素子１２７か
ら反射鏡１２８までの距離との差により変化する。増幅
された波形信号を検波器２９１により検波し、レベル計
１３０で振幅を読み取ることにより物体６までの距離を
算出することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の形状計
測装置によれば、発光素子１２３から受光素子１２７に
至る間に照明光、参照光ともにビームスプリッタ１２５
を２回通過するため、受光素子１２７に入射する光量が
出射光の１／４になり、光利用効率が悪いという問題あ
る。また、受光素子１２７に入射する光には、物体６表
面の反射率の影響が含まれているため、受光素子１２７
の出力信号に基づいて物体６までの距離を算出している
ので、物体６表面の反射率の違いにより、正確な距離を
測定できないという問題がある。さらに、光軸に対して
凹凸を持つ物体では正確な距離を測定できない、暗いと
ころでは問題ないが、外光のあるところでは正確な距離
を測定できない、三次元形状を測定するには光を２次元
的に走査しなければならず、測定時間が大きくなる等の
通常の使用環境では距離測定が不可能となる重大な欠点
がある。
測装置によれば、発光素子１２３から受光素子１２７に
至る間に照明光、参照光ともにビームスプリッタ１２５
を２回通過するため、受光素子１２７に入射する光量が
出射光の１／４になり、光利用効率が悪いという問題あ
る。また、受光素子１２７に入射する光には、物体６表
面の反射率の影響が含まれているため、受光素子１２７
の出力信号に基づいて物体６までの距離を算出している
ので、物体６表面の反射率の違いにより、正確な距離を
測定できないという問題がある。さらに、光軸に対して
凹凸を持つ物体では正確な距離を測定できない、暗いと
ころでは問題ないが、外光のあるところでは正確な距離
を測定できない、三次元形状を測定するには光を２次元
的に走査しなければならず、測定時間が大きくなる等の
通常の使用環境では距離測定が不可能となる重大な欠点
がある。
【００１３】従って、本発明の目的は、小型かつ安価
で、光利用効率が高い形状計測装置を提供することにあ
る。また、本発明の他の目的は、物体表面の反射率の変
化等の外的条件に左右されることなく、正確に物体まで
の距離を計測し得る形状計測装置および形状計測方法を
提供することにある。
で、光利用効率が高い形状計測装置を提供することにあ
る。また、本発明の他の目的は、物体表面の反射率の変
化等の外的条件に左右されることなく、正確に物体まで
の距離を計測し得る形状計測装置および形状計測方法を
提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、所定の周波数で強度変調された出射光を物
体に向けて出射し、前記物体からの反射光と前記出射光
との位相差に基づいて前記物体までの距離を計測する形
状計測装置において、前記所定の周波数で強度変調され
た前記出射光を前記物体に向けて出射する光出射手段
と、前記光出射手段から出射された前記出射光の一部を
所定の方向に反射する反射部材と、前記物体からの前記
反射光と前記反射部材により前記所定の方向に反射され
た前記出射光とを受光し、前記位相差が反映された検出
信号を出力する検出手段とを備えたことを特徴とする形
状計測装置を提供する。上記構成によれば、反射部材と
しては、例えば、出射光を所定の割合で透過および反射
させるビームスプリッタ、あるいは物体への出射光の照
射を妨げない位置に設けられた反射ミラーを用いること
ができる。反射部材としてビームスプリッタを用いるこ
とにより、出射光がビームスプリッタを通る回数が１回
になるので、検出手段が受光する反射光と出射光の光量
がビームスプリッタによって減少するのを抑制すること
が可能になる。反射部材として上記反射ミラーを用いる
ことにより、検出手段が受光する反射光と出射光の光量
が反射ミラーによって減少するのを防げる。本発明は、
上記目的を達成するため、所定の周波数で強度変調され
た出射光を物体に向けて出射し、前記物体からの反射光
と前記出射光との位相差に基づいて前記物体までの距離
を計測する形状計測装置において、前記所定の周波数で
強度変調された前記出射光、あるいは強度変調されてい
ない定常光を前記物体に向けて出射する光出射手段と、
前記光出射手段から出射された前記出射光あるいは前記
定常光の一部を所定の方向に反射する反射部材と、前記
物体からの前記反射光と前記反射部材からの前記出射光
とを受光し、それらの合成により前記位相差が反映され
た合成検出信号、前記定常光の出射によって前記物体で
反射した定常反射光を受光して定常反射光検出信号、お
よび前記反射部材からの前記定常光を受光して定常光検
出信号を出力する検出手段と、前記合成検出信号、前記
定常反射光検出信号および前記定常光検出信号に基づい
て、前記物体の反射率の変化等の外的成分を除去する補
正を行って前記距離を演算する演算手段とを備えたこと
を特徴とする形状計測装置を提供する。上記構成によれ
ば、物体の反射率の変化等の外的成分を除去することに
より、物体までの距離が正確に求まる。本発明は、上記
目的を達成するため、所定の周波数で強度変調された出
射光を物体に向けて出射し、前記物体からの反射光と前
記出射光との位相差に基づいて前記物体までの距離を計
測する形状計測装置において、前記所定の周波数で強度
変調された前記出射光、あるいは強度変調されていない
定常光を前記物体に向けて出射する光出射手段と、前記
物体からの前記反射光と前記出射光とを受光し、それら
の合成により前記位相差が反映された合成検出信号、前
記定常光の出射によって前記物体で反射した定常反射光
を受光して定常反射光検出信号、および前記定常光を受
光して定常光検出信号を出力する検出手段と、前記合成
検出信号、前記定常反射光検出信号および前記定常光検
出信号に基づいて、前記物体の反射率の変化等の外的成
分を除去する補正を行って前記距離を演算する演算手段
とを備えたことを特徴とする形状計測装置を提供する。
上記構成によれば、図１２に示すような光学系において
も、物体の反射率の変化等の外的成分を除去することに
より、物体までの距離が正確に求まる。本発明は、上記
目的を達成するため、所定の周波数で強度変調された出
射光を物体に向けて出射し、前記物体からの反射光と前
記出射光との位相差に基づいて前記物体までの距離を計
測する形状計測方法において、前記所定の周波数で強度
変調された前記出射光を前記物体に向けて出射し、前記
反射光と前記出射光を検出して、それらの合成により前
記位相差が反映した合成検出信号に変換し、強度変調さ
れていない定常光を前記物体に向けて出射し、前記物体
で反射した定常反射光を検出して定常反射光検出信号に
変換し、前記定常光を検出して定常光検出信号に変換す
る第１の工程と、前記合成検出信号、前記定常反射光検
出信号および前記定常光検出信号に基づいて、前記物体
の反射率の変化等の外的成分を除去する補正を行って前
記距離を演算する第２の工程とを含むことを特徴とする
形状計測方法を提供する。上記構成によれば、物体の反
射率の変化等の外的成分を除去することにより、物体ま
での距離が正確に求まる。
成するため、所定の周波数で強度変調された出射光を物
体に向けて出射し、前記物体からの反射光と前記出射光
との位相差に基づいて前記物体までの距離を計測する形
状計測装置において、前記所定の周波数で強度変調され
た前記出射光を前記物体に向けて出射する光出射手段
と、前記光出射手段から出射された前記出射光の一部を
所定の方向に反射する反射部材と、前記物体からの前記
反射光と前記反射部材により前記所定の方向に反射され
た前記出射光とを受光し、前記位相差が反映された検出
信号を出力する検出手段とを備えたことを特徴とする形
状計測装置を提供する。上記構成によれば、反射部材と
しては、例えば、出射光を所定の割合で透過および反射
させるビームスプリッタ、あるいは物体への出射光の照
射を妨げない位置に設けられた反射ミラーを用いること
ができる。反射部材としてビームスプリッタを用いるこ
とにより、出射光がビームスプリッタを通る回数が１回
になるので、検出手段が受光する反射光と出射光の光量
がビームスプリッタによって減少するのを抑制すること
が可能になる。反射部材として上記反射ミラーを用いる
ことにより、検出手段が受光する反射光と出射光の光量
が反射ミラーによって減少するのを防げる。本発明は、
上記目的を達成するため、所定の周波数で強度変調され
た出射光を物体に向けて出射し、前記物体からの反射光
と前記出射光との位相差に基づいて前記物体までの距離
を計測する形状計測装置において、前記所定の周波数で
強度変調された前記出射光、あるいは強度変調されてい
ない定常光を前記物体に向けて出射する光出射手段と、
前記光出射手段から出射された前記出射光あるいは前記
定常光の一部を所定の方向に反射する反射部材と、前記
物体からの前記反射光と前記反射部材からの前記出射光
とを受光し、それらの合成により前記位相差が反映され
た合成検出信号、前記定常光の出射によって前記物体で
反射した定常反射光を受光して定常反射光検出信号、お
よび前記反射部材からの前記定常光を受光して定常光検
出信号を出力する検出手段と、前記合成検出信号、前記
定常反射光検出信号および前記定常光検出信号に基づい
て、前記物体の反射率の変化等の外的成分を除去する補
正を行って前記距離を演算する演算手段とを備えたこと
を特徴とする形状計測装置を提供する。上記構成によれ
ば、物体の反射率の変化等の外的成分を除去することに
より、物体までの距離が正確に求まる。本発明は、上記
目的を達成するため、所定の周波数で強度変調された出
射光を物体に向けて出射し、前記物体からの反射光と前
記出射光との位相差に基づいて前記物体までの距離を計
測する形状計測装置において、前記所定の周波数で強度
変調された前記出射光、あるいは強度変調されていない
定常光を前記物体に向けて出射する光出射手段と、前記
物体からの前記反射光と前記出射光とを受光し、それら
の合成により前記位相差が反映された合成検出信号、前
記定常光の出射によって前記物体で反射した定常反射光
を受光して定常反射光検出信号、および前記定常光を受
光して定常光検出信号を出力する検出手段と、前記合成
検出信号、前記定常反射光検出信号および前記定常光検
出信号に基づいて、前記物体の反射率の変化等の外的成
分を除去する補正を行って前記距離を演算する演算手段
とを備えたことを特徴とする形状計測装置を提供する。
上記構成によれば、図１２に示すような光学系において
も、物体の反射率の変化等の外的成分を除去することに
より、物体までの距離が正確に求まる。本発明は、上記
目的を達成するため、所定の周波数で強度変調された出
射光を物体に向けて出射し、前記物体からの反射光と前
記出射光との位相差に基づいて前記物体までの距離を計
測する形状計測方法において、前記所定の周波数で強度
変調された前記出射光を前記物体に向けて出射し、前記
反射光と前記出射光を検出して、それらの合成により前
記位相差が反映した合成検出信号に変換し、強度変調さ
れていない定常光を前記物体に向けて出射し、前記物体
で反射した定常反射光を検出して定常反射光検出信号に
変換し、前記定常光を検出して定常光検出信号に変換す
る第１の工程と、前記合成検出信号、前記定常反射光検
出信号および前記定常光検出信号に基づいて、前記物体
の反射率の変化等の外的成分を除去する補正を行って前
記距離を演算する第２の工程とを含むことを特徴とする
形状計測方法を提供する。上記構成によれば、物体の反
射率の変化等の外的成分を除去することにより、物体ま
での距離が正確に求まる。
【００１５】 〔発明の詳細な説明〕図１は、本発明の第１の実施の形
態に係る三次元形状計測装置を示す。この装置１は、変
調信号を発生する変調信号発生器２と、変調信号発生器
２からの変調信号に基づいてレーザ光である照明光４ａ
を出射する半導体レーザ３と、半導体レーザ３からの照
明光４ａを対象物体６に向けて照射する投影レンズ５
と、対象物体６で反射した反射光４ｂを光学フィルタ８
を介して平面センサ９上に結像させる結像レンズ７と、
半導体レーザ３からの照明光４ａを透過させるととも
に、反射させ、その反射させたレーザ光を参照光４ｃと
して光学フィルタ８を介して平面センサ９上に導くハー
フミラー１０と、半導体レーザ３と投影レンズ５との間
に配置された第１のシャッタ１１Ａと、対象物体６と光
学フィルタ８との間に配置された第２のシャッタ１１Ｂ
と、ハーフミラー１０と光学フィルタ８との間に配置さ
れた第３のシャッタ１１Ｃと、平面センサ９の出力信号
を濃淡情報として記憶する２次元の画像メモリ１２と、
画像メモリ１２に記憶された濃淡情報に基づいて対象物
体６の表面形状に関する距離データを２次元的に算出す
る距離演算部１３と、この装置１の各部を制御するＣＰ
Ｕ１４とを有する。
態に係る三次元形状計測装置を示す。この装置１は、変
調信号を発生する変調信号発生器２と、変調信号発生器
２からの変調信号に基づいてレーザ光である照明光４ａ
を出射する半導体レーザ３と、半導体レーザ３からの照
明光４ａを対象物体６に向けて照射する投影レンズ５
と、対象物体６で反射した反射光４ｂを光学フィルタ８
を介して平面センサ９上に結像させる結像レンズ７と、
半導体レーザ３からの照明光４ａを透過させるととも
に、反射させ、その反射させたレーザ光を参照光４ｃと
して光学フィルタ８を介して平面センサ９上に導くハー
フミラー１０と、半導体レーザ３と投影レンズ５との間
に配置された第１のシャッタ１１Ａと、対象物体６と光
学フィルタ８との間に配置された第２のシャッタ１１Ｂ
と、ハーフミラー１０と光学フィルタ８との間に配置さ
れた第３のシャッタ１１Ｃと、平面センサ９の出力信号
を濃淡情報として記憶する２次元の画像メモリ１２と、
画像メモリ１２に記憶された濃淡情報に基づいて対象物
体６の表面形状に関する距離データを２次元的に算出す
る距離演算部１３と、この装置１の各部を制御するＣＰ
Ｕ１４とを有する。
【００１６】半導体レーザ３は、変調信号発生器２から
の変調信号に基づいて強度変調されたレーザ光である照
明光４ａを出射するとともに、変調信号発生器２からの
定常信号に基づいて強度変調されていない定常光からな
る照明光４ａを出射するものである。この定常光は、強
度変調された照明光４ａの平均強度に一致した光強度を
有する。
の変調信号に基づいて強度変調されたレーザ光である照
明光４ａを出射するとともに、変調信号発生器２からの
定常信号に基づいて強度変調されていない定常光からな
る照明光４ａを出射するものである。この定常光は、強
度変調された照明光４ａの平均強度に一致した光強度を
有する。
【００１７】第１乃至第３のシャッタ１１Ａ，１１Ｂ，
１１Ｃとしは、例えば、偏光子と検光子の間に透明電極
を両端に設けた電気光学効果を有する単結晶板を配置し
たものを用いることができる。なお、液晶，機械式等を
用いてもよい。また、本実施の形態では、電圧印加（Ｏ
Ｎ）によって入射光を透過するものを用いる。
１１Ｃとしは、例えば、偏光子と検光子の間に透明電極
を両端に設けた電気光学効果を有する単結晶板を配置し
たものを用いることができる。なお、液晶，機械式等を
用いてもよい。また、本実施の形態では、電圧印加（Ｏ
Ｎ）によって入射光を透過するものを用いる。
【００１８】図２は、平面センサ９を構成する１つの画
素回路を示す。平面センサ９は、２次元状に配列された
複数の画素を有し、１つの画素は、フォトダイオード９
０と、第１のバイパス回路切り替え部９１Ａと、ハイパ
スフィルタ（ＨＰＦ:High Pass Filter)９２と、比較器
９３ａ，ダイオード９３ｂ，コンデンサ９３ｃからなる
ピークホールド回路９３と、電流変換回路９４と、第２
のバイパス回路切り替え部９１Ｂと、第１のバイパス回
路切り替え部９１Ａと第２のバイパス回路切り替え部９
１Ｂとに接続され、ＨＰＦ９２とピークホールド回路９
３をバイパスするバイパス配線９５と、スイッチ９６
と、電荷蓄積回路９７とを備える。また、平面センサ９
は、振幅検出モードと光量検出モードとを有する。
素回路を示す。平面センサ９は、２次元状に配列された
複数の画素を有し、１つの画素は、フォトダイオード９
０と、第１のバイパス回路切り替え部９１Ａと、ハイパ
スフィルタ（ＨＰＦ:High Pass Filter)９２と、比較器
９３ａ，ダイオード９３ｂ，コンデンサ９３ｃからなる
ピークホールド回路９３と、電流変換回路９４と、第２
のバイパス回路切り替え部９１Ｂと、第１のバイパス回
路切り替え部９１Ａと第２のバイパス回路切り替え部９
１Ｂとに接続され、ＨＰＦ９２とピークホールド回路９
３をバイパスするバイパス配線９５と、スイッチ９６
と、電荷蓄積回路９７とを備える。また、平面センサ９
は、振幅検出モードと光量検出モードとを有する。
【００１９】図３（ａ）〜（ｄ）は、平面センサ９の動
作を示す。第１および第２のバイパス回路切り替え部９
１Ａ，９１ＢをＡ側に設定すると、同図（ａ）に示すよ
うに、フォトダイオード９０から信号Ｓａが出力され、
そのフォトダイオード９０の出力信号Ｓａは、ＨＰＦ９
２でＤＣ成分Ｖ0 がカットされて同図（ｂ）に示す高周
波信号Ｓｂとなり、ピークホールド回路９３に入力され
る。ピークホールド回路９３により同図（ｃ）に示すよ
うに振幅のピーク値が保持されたピーク値信号Ｓｃが出
力される。このピーク値信号Ｓｃは非常に低電圧であ
り、検出が困難であるため、電流変換回路９４により電
流に変換してから電荷蓄積回路９７に一定時間蓄積して
いる。電荷蓄積回路９７の蓄積電圧Ｓｄは、同図（ｄ）
に示すように、直線的に増加し、レーザ光の変調周波数
ω／２πと比較して十分大きな時間Ｔ1 の期間積分する
と、容易に検出可能な電圧値Ｖとなる。この電圧値Ｖは
合成光の振幅に比例することは明らかである。データ転
送期間Ｔ2 に電圧値Ｖは距離演算部１３に転送される。
電荷蓄積回路９７からは、対象物体６からの強度変調光
の振幅が検出され、対象物体６までの距離に対応した位
相データを含んだ画像信号が得られる。放電期間Ｔ3 で
電荷蓄積回路９７はスイッチ９６により接地され、蓄積
された電荷は放出され、その後再び蓄積が開始される。
一方、第１および第２のバイパス回路切り替え部９１
Ａ，９１ＢをＢ側に設定すると、フォトダイオード９０
の出力信号Ｓａは直接電荷蓄積回路９７に入力され、対
象物体６からの定常光の平均輝度が検出され、対象物体
６の輝度データが得られる。これらの回路によりフォト
ダイオード９０の出力信号Ｓａの高周波成分の振幅を電
圧の形で検出することが可能となる。
作を示す。第１および第２のバイパス回路切り替え部９
１Ａ，９１ＢをＡ側に設定すると、同図（ａ）に示すよ
うに、フォトダイオード９０から信号Ｓａが出力され、
そのフォトダイオード９０の出力信号Ｓａは、ＨＰＦ９
２でＤＣ成分Ｖ0 がカットされて同図（ｂ）に示す高周
波信号Ｓｂとなり、ピークホールド回路９３に入力され
る。ピークホールド回路９３により同図（ｃ）に示すよ
うに振幅のピーク値が保持されたピーク値信号Ｓｃが出
力される。このピーク値信号Ｓｃは非常に低電圧であ
り、検出が困難であるため、電流変換回路９４により電
流に変換してから電荷蓄積回路９７に一定時間蓄積して
いる。電荷蓄積回路９７の蓄積電圧Ｓｄは、同図（ｄ）
に示すように、直線的に増加し、レーザ光の変調周波数
ω／２πと比較して十分大きな時間Ｔ1 の期間積分する
と、容易に検出可能な電圧値Ｖとなる。この電圧値Ｖは
合成光の振幅に比例することは明らかである。データ転
送期間Ｔ2 に電圧値Ｖは距離演算部１３に転送される。
電荷蓄積回路９７からは、対象物体６からの強度変調光
の振幅が検出され、対象物体６までの距離に対応した位
相データを含んだ画像信号が得られる。放電期間Ｔ3 で
電荷蓄積回路９７はスイッチ９６により接地され、蓄積
された電荷は放出され、その後再び蓄積が開始される。
一方、第１および第２のバイパス回路切り替え部９１
Ａ，９１ＢをＢ側に設定すると、フォトダイオード９０
の出力信号Ｓａは直接電荷蓄積回路９７に入力され、対
象物体６からの定常光の平均輝度が検出され、対象物体
６の輝度データが得られる。これらの回路によりフォト
ダイオード９０の出力信号Ｓａの高周波成分の振幅を電
圧の形で検出することが可能となる。
【００２０】次に、本装置１の動作を図４および図５を
も参照し、図６のフローチャートに従って説明する。図
４（ａ），（ｂ）は、反射光４ｂの位相遅れにより合成
光の振幅が変化することを計算機シミュレーションによ
り表した図である。図５（ａ）は、照明光４ａ、参照光
４ｃとも強度変調を行った場合の撮像状態を示し、図５
（ｂ）は、定常光からなる照明光および外光による撮像
状態を示し、図５（ｃ）は、外光のみよる撮像状態を示
し、図５（ｄ）は、定常光からなる参照光のみによる撮
像状態を示す。
も参照し、図６のフローチャートに従って説明する。図
４（ａ），（ｂ）は、反射光４ｂの位相遅れにより合成
光の振幅が変化することを計算機シミュレーションによ
り表した図である。図５（ａ）は、照明光４ａ、参照光
４ｃとも強度変調を行った場合の撮像状態を示し、図５
（ｂ）は、定常光からなる照明光および外光による撮像
状態を示し、図５（ｃ）は、外光のみよる撮像状態を示
し、図５（ｄ）は、定常光からなる参照光のみによる撮
像状態を示す。
【００２１】（１）照明光および参照光による撮像 ここでは、図５（ａ）に示すように、照明光４ａ、参照
光４ｃとも強度変調を行った照明条件で対象物体６を撮
像する（ＳＴ１）。すなわち、ＣＰＵ１４は、変調信号
発生器２の電流信号ミキサ２２への制御信号により、変
調電流源２０と直流電流源２１の出力を合成して半導体
レーザ３から強度変調された照明光４ａを発生させる。
また、ＣＰＵ１４は、第１乃至第３のシャッタ１１Ａ，
１１Ｂ，１１Ｃへの制御信号により、全てのシャッタ１
１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを開状態にし、半導体レーザ３か
ら発生された照明光４ａ、対象物体６からの反射光４
ｂ、および参照光４ｃを全て透過させる。すなわち、半
導体レーザ３からの照明光４ａは、第１のシャッタ１１
Ａを透過し、投影レンズ５を介してハーフミラー１０に
入射する。ハーフミラー１０に入射した照明光４ａは、
透過する光と反射する光に２分される。ハーフミラー１
０を透過した照明光４ａは、対象物体６に照射され、対
象物体６で反射した反射光４ｂは、結像レンズ７、およ
び第２のシャッタ１１Ｂを通り、光学フィルタ８を介し
て平面センサ９上に結像される。ハーフミラー１０で反
射した参照光４ｃは、平面センサ９に入射する。従っ
て、平面センサ９には、反射光４ｂと参照光４ｃとの合
成光が入射する。また、ＣＰＵ１４は、平面センサ９へ
の制御信号により、平面センサ９の光検出モードを強度
変調光の振幅を検出する振幅検出モードに設定する。こ
の状態で撮像することにより、後述する式（６）で表さ
れるような反射光４ｂと参照光４ｃとの合成光の振幅情
報が濃淡情報（画像データＡｎ）として画像メモリ１２
に記憶される。
光４ｃとも強度変調を行った照明条件で対象物体６を撮
像する（ＳＴ１）。すなわち、ＣＰＵ１４は、変調信号
発生器２の電流信号ミキサ２２への制御信号により、変
調電流源２０と直流電流源２１の出力を合成して半導体
レーザ３から強度変調された照明光４ａを発生させる。
また、ＣＰＵ１４は、第１乃至第３のシャッタ１１Ａ，
１１Ｂ，１１Ｃへの制御信号により、全てのシャッタ１
１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを開状態にし、半導体レーザ３か
ら発生された照明光４ａ、対象物体６からの反射光４
ｂ、および参照光４ｃを全て透過させる。すなわち、半
導体レーザ３からの照明光４ａは、第１のシャッタ１１
Ａを透過し、投影レンズ５を介してハーフミラー１０に
入射する。ハーフミラー１０に入射した照明光４ａは、
透過する光と反射する光に２分される。ハーフミラー１
０を透過した照明光４ａは、対象物体６に照射され、対
象物体６で反射した反射光４ｂは、結像レンズ７、およ
び第２のシャッタ１１Ｂを通り、光学フィルタ８を介し
て平面センサ９上に結像される。ハーフミラー１０で反
射した参照光４ｃは、平面センサ９に入射する。従っ
て、平面センサ９には、反射光４ｂと参照光４ｃとの合
成光が入射する。また、ＣＰＵ１４は、平面センサ９へ
の制御信号により、平面センサ９の光検出モードを強度
変調光の振幅を検出する振幅検出モードに設定する。こ
の状態で撮像することにより、後述する式（６）で表さ
れるような反射光４ｂと参照光４ｃとの合成光の振幅情
報が濃淡情報（画像データＡｎ）として画像メモリ１２
に記憶される。
【００２２】（２）定常光からなる照明光および外光に
よる撮像 ここでは、図５（ｂ）に示すように、定常光からなる照
明光４ａを照射し、参照光４ｃを遮光した状態で対象物
体６を撮像する（ＳＴ２）。即ち、ＣＰＵ１４の制御に
より電流信号ミキサ２２は、直流電流源２１のみを出力
して半導体レーザ３から定常光からなる照明光４ａを発
生させる。また、ＣＰＵ１４は、第１乃至第３のシャッ
タ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃへの制御信号により、第１お
よび第２のシャッタ１１Ａ，１１Ｂを開状態にし、第３
のシャッタ１１Ｃを閉状態にして、半導体レーザ３から
発生された照明光、および対象物体６からの反射光４ｂ
を透過させ、参照光４ｃを遮光し、また、平面センサ９
への制御信号により、平面センサ９の光検出モードを光
量検出モードに設定する。この状態で撮像することによ
り、（７）式で表されるような定常光で照明された対象
物体６の輝度情報が濃淡情報（画像データＢｎ）として
２次元的に画像メモリ１２に記録される。
よる撮像 ここでは、図５（ｂ）に示すように、定常光からなる照
明光４ａを照射し、参照光４ｃを遮光した状態で対象物
体６を撮像する（ＳＴ２）。即ち、ＣＰＵ１４の制御に
より電流信号ミキサ２２は、直流電流源２１のみを出力
して半導体レーザ３から定常光からなる照明光４ａを発
生させる。また、ＣＰＵ１４は、第１乃至第３のシャッ
タ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃへの制御信号により、第１お
よび第２のシャッタ１１Ａ，１１Ｂを開状態にし、第３
のシャッタ１１Ｃを閉状態にして、半導体レーザ３から
発生された照明光、および対象物体６からの反射光４ｂ
を透過させ、参照光４ｃを遮光し、また、平面センサ９
への制御信号により、平面センサ９の光検出モードを光
量検出モードに設定する。この状態で撮像することによ
り、（７）式で表されるような定常光で照明された対象
物体６の輝度情報が濃淡情報（画像データＢｎ）として
２次元的に画像メモリ１２に記録される。
【００２３】（３）外光のみによる撮像 外光４ｄに照明光４ａの波長の光が含まれている場合は
（ＳＴ３）、以下の撮像を行い（ＳＴ４）、含まれない
場合は、その次の撮像にジャンプする（ＳＴ５，６）。
ここでは、図５（ｃ）に示すように、照明光４ａを遮光
し、外光４ｄのみで対象物体６を撮像する。すなわち、
ＣＰＵ１４は、電流信号ミキサ２２への制御信号によ
り、少なくとも直流電流源２１を出力して半導体レーザ
３から定常光あるいは強度変調光からなる照明光４ａを
発生させる。また、ＣＰＵ１４は、第１乃至第３のシャ
ッタ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃへの制御信号により、第２
のシャッタ１１Ｂを開状態にし、第１のシャッタ１１Ａ
を閉状態にして、半導体レーザ３から発生された照明光
４ａを遮光し、対象物体６からの反射光４ｂを透過させ
る。また、ＣＰＵ１４は、平面センサ９への制御信号に
より、平面センサ９の光検出モードを光量検出モードに
設定する。この状態で撮像することにより、後述する式
（８) で表されるような外光４ｄのみで照明された対象
物体６の輝度情報が濃淡情報（画像データＣｎ）として
２次元的に画像メモリ１２に記録される。
（ＳＴ３）、以下の撮像を行い（ＳＴ４）、含まれない
場合は、その次の撮像にジャンプする（ＳＴ５，６）。
ここでは、図５（ｃ）に示すように、照明光４ａを遮光
し、外光４ｄのみで対象物体６を撮像する。すなわち、
ＣＰＵ１４は、電流信号ミキサ２２への制御信号によ
り、少なくとも直流電流源２１を出力して半導体レーザ
３から定常光あるいは強度変調光からなる照明光４ａを
発生させる。また、ＣＰＵ１４は、第１乃至第３のシャ
ッタ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃへの制御信号により、第２
のシャッタ１１Ｂを開状態にし、第１のシャッタ１１Ａ
を閉状態にして、半導体レーザ３から発生された照明光
４ａを遮光し、対象物体６からの反射光４ｂを透過させ
る。また、ＣＰＵ１４は、平面センサ９への制御信号に
より、平面センサ９の光検出モードを光量検出モードに
設定する。この状態で撮像することにより、後述する式
（８) で表されるような外光４ｄのみで照明された対象
物体６の輝度情報が濃淡情報（画像データＣｎ）として
２次元的に画像メモリ１２に記録される。
【００２４】（４）参照光のみによる撮像 次に、ＣＰＵ１４は、半導体レーザモニタ出力線１４ａ
を監視し、レーザ出力の変動が設定された閾値より大き
い場合は（ＳＴ５）、以下の撮像を行う（ＳＴ６）。レ
ーザ出力の変動が設定された閾値より小さい場合は、撮
像を終了する。但し、本装置１の起動時に１回だけ以下
の撮像を行って得られた濃淡情報（画像データＤｎ）を
画像メモリ１２に格納しておき、後述する距離データの
算出に用いる。ここでは、図５（ｄ）に示すように、対
象物体６からの反射光４ｂを遮光し、参照光４ｃのみを
撮像する。すなわち、ＣＰＵ１４は、電流信号ミキサ２
２への制御信号により、直流電流源２１のみを出力して
半導体レーザ３から定常光からなる照明光４ａを発生さ
せ、また、第１乃至第３のシャッタ１１Ａ，１１Ｂ，１
１Ｃへの制御信号により、第１および第３のシャッタ１
１Ａ，１１Ｃを開状態にし、第２のシャッタ１１Ｂを閉
状態にして、対象物体６からの反射光４ｂを遮光し、参
照光４ｃを透過させる。また、平面センサ９への制御信
号により、平面センサ９の光検出モードを光量検出モー
ドに設定する。この状態で撮像することにより、後述す
る式（９) で表されるような定常光からなる参照光４ｃ
による輝度情報が濃淡情報（画像データＤｎ）として２
次元的に画像メモリ１２に記録される。
を監視し、レーザ出力の変動が設定された閾値より大き
い場合は（ＳＴ５）、以下の撮像を行う（ＳＴ６）。レ
ーザ出力の変動が設定された閾値より小さい場合は、撮
像を終了する。但し、本装置１の起動時に１回だけ以下
の撮像を行って得られた濃淡情報（画像データＤｎ）を
画像メモリ１２に格納しておき、後述する距離データの
算出に用いる。ここでは、図５（ｄ）に示すように、対
象物体６からの反射光４ｂを遮光し、参照光４ｃのみを
撮像する。すなわち、ＣＰＵ１４は、電流信号ミキサ２
２への制御信号により、直流電流源２１のみを出力して
半導体レーザ３から定常光からなる照明光４ａを発生さ
せ、また、第１乃至第３のシャッタ１１Ａ，１１Ｂ，１
１Ｃへの制御信号により、第１および第３のシャッタ１
１Ａ，１１Ｃを開状態にし、第２のシャッタ１１Ｂを閉
状態にして、対象物体６からの反射光４ｂを遮光し、参
照光４ｃを透過させる。また、平面センサ９への制御信
号により、平面センサ９の光検出モードを光量検出モー
ドに設定する。この状態で撮像することにより、後述す
る式（９) で表されるような定常光からなる参照光４ｃ
による輝度情報が濃淡情報（画像データＤｎ）として２
次元的に画像メモリ１２に記録される。
【００２５】（５）距離データを２次元的に算出 距離演算部１３では、このように撮像された２〜４枚の
画像データＡｎ，Ｂｎ，Ｃｎ，Ｄｎを基に後述する式
（１２) により距離データを２次元的に算出する（ＳＴ
７）。
画像データＡｎ，Ｂｎ，Ｃｎ，Ｄｎを基に後述する式
（１２) により距離データを２次元的に算出する（ＳＴ
７）。
【００２６】以下、この算出ついて詳細に説明する。変
調の角周波数をω、振幅を２E とすると半導体レーザ３
から放射される強度変調光からなる照明光４ａは、次の
式（１）のように表される。
調の角周波数をω、振幅を２E とすると半導体レーザ３
から放射される強度変調光からなる照明光４ａは、次の
式（１）のように表される。
【数１】
【００２７】対象物体６までの距離が０〜２．５ｍとす
ると、必要とされる変調周波数は３０ＭＨｚとなる。ハ
ーフミラー１０の光透過率をａ、対象物体６上のある点
での反射係数をＣn とすると、その点が平面センサ９上
に結像された地点ｎに入射する反射光４ｂの強度は、外
光４ｄの強度をｅとすると、次の式（２）のように表さ
れる。
ると、必要とされる変調周波数は３０ＭＨｚとなる。ハ
ーフミラー１０の光透過率をａ、対象物体６上のある点
での反射係数をＣn とすると、その点が平面センサ９上
に結像された地点ｎに入射する反射光４ｂの強度は、外
光４ｄの強度をｅとすると、次の式（２）のように表さ
れる。
【数２】 ここで、ｄ1 は本装置１の光学系（投影系および結像
系）で決まる定数、φnは平面センサ９上に入射する光
の光源からの飛行距離に起因する位相遅れである。（半
導体レーザ３−対象物体６）＋（対象物体６−平面セン
サ９）間の距離をＬとすると、
系）で決まる定数、φnは平面センサ９上に入射する光
の光源からの飛行距離に起因する位相遅れである。（半
導体レーザ３−対象物体６）＋（対象物体６−平面セン
サ９）間の距離をＬとすると、
【数３】
【００２８】一方、ハーフミラー１０の反射率をｂと
し、半導体レーザ３から平面センサ９までの光路長、お
よび平面センサ９の大きさが変調波の波長と比較して十
分に小さいとすると、平面センサ９上での参照光４ｃの
強度は一様となり、平面センサ９上の地点ｎでは、次の
式（３）のように表される。
し、半導体レーザ３から平面センサ９までの光路長、お
よび平面センサ９の大きさが変調波の波長と比較して十
分に小さいとすると、平面センサ９上での参照光４ｃの
強度は一様となり、平面センサ９上の地点ｎでは、次の
式（３）のように表される。
【数４】 ここで、ｄ2 は本装置１の光学系（結像系）で決まる定
数である。
数である。
【００２９】平面センサ９上の地点ｎでの光の強度Ｐn
は、反射光４ｂと参照光４ｃの合成光となり、式（２)
と式（３）の加算により次の式（４）のように表され
る。
は、反射光４ｂと参照光４ｃの合成光となり、式（２)
と式（３）の加算により次の式（４）のように表され
る。
【数５】 ただし、
【数６】
【００３０】図４（ａ）では、対象物体６までの距離が
比較的小さい場合、つまり位相遅れが小さい場合（π／
４遅れ）であり、合成光の振幅は大きくなる。図４
（ｂ）では、対象物体６までの距離が比較的大きい場
合、つまり位相遅れが大きい場合（７π/ ８遅れ）であ
り、合成光の振幅は小さくなる。合成光は、上記式
（４）で表されるように、ＤＣ成分
比較的小さい場合、つまり位相遅れが小さい場合（π／
４遅れ）であり、合成光の振幅は大きくなる。図４
（ｂ）では、対象物体６までの距離が比較的大きい場
合、つまり位相遅れが大きい場合（７π/ ８遅れ）であ
り、合成光の振幅は小さくなる。合成光は、上記式
（４）で表されるように、ＤＣ成分
【数７】 および、高周波成分
【数８】 の和となる。振幅項の中に現れるｄ1 Ｃn ａＥおよびｄ
2 ｂＥは、強度変調しない光を照射したときの反射光
（物体の表面反射率を含む）４ｂおよび参照光４ｃ成分
であるので、予め次のように測定しておくことが可能で
ある。
2 ｂＥは、強度変調しない光を照射したときの反射光
（物体の表面反射率を含む）４ｂおよび参照光４ｃ成分
であるので、予め次のように測定しておくことが可能で
ある。
【００３１】図５（ａ）の撮像状態のとき、平面センサ
９に入射する強度変調光の振幅を２Ａn とすると、Ａn
は次の式（６）のように表される。
９に入射する強度変調光の振幅を２Ａn とすると、Ａn
は次の式（６）のように表される。
【数９】 図５（ｂ）の撮像状態のとき、平面センサ９に入射する
光の強度は次のように表される。
光の強度は次のように表される。
【数１０】 図５（ｃ）の撮像状態のとき、平面センサ９に入射する
光の強度は次のように表される。
光の強度は次のように表される。
【数１１】 図５（ｄ）の撮像状態のとき、平面センサ９に入射する
光の強度は次の式（９）のように表される。
光の強度は次の式（９）のように表される。
【数１２】
【００３２】式（６），（７），（８），（９）より、
合成波の振幅は、次の式（１０）のように表される。
合成波の振幅は、次の式（１０）のように表される。
【数１３】 光源である半導体レーザ３と対象物体６との距離、およ
び対象物体６と平面センサ９との間の距離をＬ、光速を
Ｃとすると、位相遅れφn は、次の式（１１）のように
表される。
び対象物体６と平面センサ９との間の距離をＬ、光速を
Ｃとすると、位相遅れφn は、次の式（１１）のように
表される。
【数１４】 上記式（１０），（１１）より距離Ｌは、先に述べた４
種類の画像データＡｎ，Ｂｎ，Ｃｎ，Ｄｎにより次の式
（１２）のように表される。
種類の画像データＡｎ，Ｂｎ，Ｃｎ，Ｄｎにより次の式
（１２）のように表される。
【数１５】 従って、対象物体６までの距離を算出するには、４種類
の画像データＡｎ，Ｂｎ，Ｃｎ，Ｄｎを検出すればよい
ことになる。式（１２）には対象物体６の反射係数
Ｃn 、光学系に起因する定数ｄ1 ，ｄ2 、および外光強
度ｅが含まれないので、どのような反射率分布を持った
物体をどのような外光４ｄ下で撮像しても距離情報を取
得することができる。
の画像データＡｎ，Ｂｎ，Ｃｎ，Ｄｎを検出すればよい
ことになる。式（１２）には対象物体６の反射係数
Ｃn 、光学系に起因する定数ｄ1 ，ｄ2 、および外光強
度ｅが含まれないので、どのような反射率分布を持った
物体をどのような外光４ｄ下で撮像しても距離情報を取
得することができる。
【００３３】上述した第１の実施の形態によれば、以下
の効果が得られる。 (イ) 半導体レーザ３から出射された照明光４ａおよび参
照光４ｃのハーフミラー１０を通る回数が共に１回にな
るので、平面センサ９が受光する反射光４ｂと参照光４
ｃの光量の減少を抑制することが可能になる。 (ロ) 光を復調する手段として従来用いられてきた結晶に
よる光強度復調器、イメージインテンシファイア等の高
価で大型な手段を必要とせずに、物体６までの距離に応
じた位相分布が得られるため、安価で小型の三次元形状
計測装置を提供することができる。 (ハ) 平面センサ９の前面に光源の光を選択的に透過する
光学フィルタ８を設けているので、光源として赤外線も
しくは紫外線などを用いれば、外光４ｄの影響による誤
差の小さい、高精度な三次元形状を計測することができ
る。 (ニ) 対象物体６までの距離に応じた位相分布を電圧値と
して計測できるため、三次元形状を容易に計測すること
ができる。 (ホ) １つの平面センサ９で距離画像と輝度画像の両方を
得ることができ、この二つの画像は画素が１対１に対応
しているため、距離画像を用いた輝度画像の画像処理を
容易に行うことができる。 (ヘ) 照明条件の異なる４枚までの画像を撮像することに
より、どのような反射率分布を持った対象物体６をどの
ような外光４ｄ下で撮像しても距離情報を取得すること
ができる。 (ト) 距離画像と輝度画像の両方が得られるので、例え
ば、スタジオで撮像した画像と建築画像および背景画像
とを合成した合成画像の作成や合成画像から物体画像を
切り出す処理等が容易になる。
の効果が得られる。 (イ) 半導体レーザ３から出射された照明光４ａおよび参
照光４ｃのハーフミラー１０を通る回数が共に１回にな
るので、平面センサ９が受光する反射光４ｂと参照光４
ｃの光量の減少を抑制することが可能になる。 (ロ) 光を復調する手段として従来用いられてきた結晶に
よる光強度復調器、イメージインテンシファイア等の高
価で大型な手段を必要とせずに、物体６までの距離に応
じた位相分布が得られるため、安価で小型の三次元形状
計測装置を提供することができる。 (ハ) 平面センサ９の前面に光源の光を選択的に透過する
光学フィルタ８を設けているので、光源として赤外線も
しくは紫外線などを用いれば、外光４ｄの影響による誤
差の小さい、高精度な三次元形状を計測することができ
る。 (ニ) 対象物体６までの距離に応じた位相分布を電圧値と
して計測できるため、三次元形状を容易に計測すること
ができる。 (ホ) １つの平面センサ９で距離画像と輝度画像の両方を
得ることができ、この二つの画像は画素が１対１に対応
しているため、距離画像を用いた輝度画像の画像処理を
容易に行うことができる。 (ヘ) 照明条件の異なる４枚までの画像を撮像することに
より、どのような反射率分布を持った対象物体６をどの
ような外光４ｄ下で撮像しても距離情報を取得すること
ができる。 (ト) 距離画像と輝度画像の両方が得られるので、例え
ば、スタジオで撮像した画像と建築画像および背景画像
とを合成した合成画像の作成や合成画像から物体画像を
切り出す処理等が容易になる。
【００３４】図７は、図２のピークホールド回路９３の
代わりに、抵抗９８ａ，ダイオード９８ｂからなる整流
回路９８を用いた回路例である。整流回路９８の出力信
号が図８に示すように整流信号Ｓとなる以外、動作は図
３の場合と同様である。
代わりに、抵抗９８ａ，ダイオード９８ｂからなる整流
回路９８を用いた回路例である。整流回路９８の出力信
号が図８に示すように整流信号Ｓとなる以外、動作は図
３の場合と同様である。
【００３５】図９は、本発明の第２の実施の形態に係る
形状計測装置を示す。この第２の実施の形態は、第１の
実施の形態のハーフミラー１０の代わりに、対象物体６
に照射される照明光４ａの光路（同図中点線で示す。）
から外れた位置に反射ミラー１５を配置したものであ
り、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。こ
の第２の実施の形態によれば、平面センサ９に入射する
反射光４ｂの光量がハーフミラー１０によって半減しな
いため、平面センサ９の出力信号が大きくなり、Ｓ／Ｎ
比が向上する。
形状計測装置を示す。この第２の実施の形態は、第１の
実施の形態のハーフミラー１０の代わりに、対象物体６
に照射される照明光４ａの光路（同図中点線で示す。）
から外れた位置に反射ミラー１５を配置したものであ
り、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。こ
の第２の実施の形態によれば、平面センサ９に入射する
反射光４ｂの光量がハーフミラー１０によって半減しな
いため、平面センサ９の出力信号が大きくなり、Ｓ／Ｎ
比が向上する。
【００３６】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れず、種々に変形実施が可能である。例えば、上記実施
の形態では、光源として半導体レーザを使用している
が、原理的にコヒーレントな光を必要としないため、一
般的な光源、例えば、キセノンランプ，ストロボ等を用
いることも可能である。また、上記実施の形態では、反
射光４ｂと参照光４ｃを共通の平面センサ９で受光した
が、反射光４ｂを平面センサで受光し、参照光４ｃを１
つあるいは複数の受光素子で受光し、各々の出力信号を
合成した合成信号を出力するようにしてよい。また、上
記実施の形態では、強度変調された反射光４ｂと強度変
調されていない定常光からなる反射光４ｂを平面センサ
９上の同一の画素で受光したが、別々の画素で受光して
もよい。また、第１の実施の形態では、ハーフミラー１
０を用いたが、入射光を所定の比率で透過および反射さ
せるビームスプリッタでもよい。また、従来例の図１２
に示す構成に対し、対象物体６の反射率の変化等の外的
成分を除去する補正を行う本発明を適用してもよい。ま
た、第１のシャッタ１１Ａは、ハーフミラー１０と対象
物体６との間の光路上に配置してもよい。
れず、種々に変形実施が可能である。例えば、上記実施
の形態では、光源として半導体レーザを使用している
が、原理的にコヒーレントな光を必要としないため、一
般的な光源、例えば、キセノンランプ，ストロボ等を用
いることも可能である。また、上記実施の形態では、反
射光４ｂと参照光４ｃを共通の平面センサ９で受光した
が、反射光４ｂを平面センサで受光し、参照光４ｃを１
つあるいは複数の受光素子で受光し、各々の出力信号を
合成した合成信号を出力するようにしてよい。また、上
記実施の形態では、強度変調された反射光４ｂと強度変
調されていない定常光からなる反射光４ｂを平面センサ
９上の同一の画素で受光したが、別々の画素で受光して
もよい。また、第１の実施の形態では、ハーフミラー１
０を用いたが、入射光を所定の比率で透過および反射さ
せるビームスプリッタでもよい。また、従来例の図１２
に示す構成に対し、対象物体６の反射率の変化等の外的
成分を除去する補正を行う本発明を適用してもよい。ま
た、第１のシャッタ１１Ａは、ハーフミラー１０と対象
物体６との間の光路上に配置してもよい。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光出射手段から出射された出射光、および物体からの反
射光の光量が反射部材によって減少するのを抑制するこ
とができるので、光利用効率が高くなる。また、出射光
と反射光との位相差に基づいて物体までの距離を計測し
ているので、高価な変調器／復調器や高価で大型のイメ
ージインテンシファイアを用いる必要がないため、小型
かつ安価な形状計測装置および形状計測方法を提供する
ことができる。また、物体の反射率の変化等の外的成分
を除去する補正を行って物体までの距離を演算すること
により、正確に物体までの距離を計測することが可能に
なる。
光出射手段から出射された出射光、および物体からの反
射光の光量が反射部材によって減少するのを抑制するこ
とができるので、光利用効率が高くなる。また、出射光
と反射光との位相差に基づいて物体までの距離を計測し
ているので、高価な変調器／復調器や高価で大型のイメ
ージインテンシファイアを用いる必要がないため、小型
かつ安価な形状計測装置および形状計測方法を提供する
ことができる。また、物体の反射率の変化等の外的成分
を除去する補正を行って物体までの距離を演算すること
により、正確に物体までの距離を計測することが可能に
なる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る三次元形状計
測装置の構成図
測装置の構成図
【図２】第１の実施の形態に係る平面センサを構成する
画素回路を示すブロック図
画素回路を示すブロック図
【図３】第１の実施の形態に係る平面センサの動作を説
明するためのタイミングチャート
明するためのタイミングチャート
【図４】（ａ），（ｂ）は、反射光の位相遅れにより合
成光の振幅が変化することを計算機シミュレーションに
より表した図
成光の振幅が変化することを計算機シミュレーションに
より表した図
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態に係る三
次元形状計測装置の動作を説明するための図
次元形状計測装置の動作を説明するための図
【図６】第１の実施の形態に係る三次元形状計測装置の
動作を説明するためのフローチャート
動作を説明するためのフローチャート
【図７】本発明の他の実施の形態に係る平面センサのブ
ロック図
ロック図
【図８】図７に示す平面センサの動作を説明するための
タイミングチャート
タイミングチャート
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る三次元形状計
測装置の構成図
測装置の構成図
【図１０】従来の三次元形状計測装置の構成図
【図１１】従来の三次元形状計測装置の構成図
【図１２】従来の三次元形状計測装置の構成図
１ 三次元形状計測装置 ２ 変調信号発生器 ３ 半導体レーザ ４ａ 照明光 ４ｂ 反射光 ４ｃ 参照光 ５ 投影レンズ ６ 対象物体 ７ 結像レンズ ８ 光学フィルタ ９ 平面センサ １０ ハーフミラー １１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ シャッタ １２ 画像メモリ １３ 距離演算部 １４ ＣＰＵ １４ａ 半導体レーザモニタ出力線 １５ 反射ミラー ９０ フォトダイオード ９１Ａ，９１Ｂ バイパス回路切り替え部 ９２ ハイパスフィルタ（ＨＰＦ） ９３ ピークホールド回路 ９３ａ 比較器 ９３ｂ ダイオード ９３ｃ コンデンサ ９４ 電流変換回路 ９５ バイパス配線 ９６ スイッチ ９７ 電荷蓄積回路 ９８ 整流回路 ９８ａ 抵抗 ９８ｂ ダイオード Ｓ，Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ 信号 Ｔ1 積分期間 Ｔ2 データ転送期間 Ｔ3 放電期間 Ｖ0 ＤＣ成分 Ｖa 高周波成分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東海 研 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい富士ゼロックス株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA51 BB05 DD02 DD11 EE00 FF13 FF42 GG06 JJ03 JJ18 JJ26 LL00 LL04 LL12 LL21 LL30 LL33 LL34 LL46 NN01 NN08 NN19 PP22 QQ00 QQ02 QQ14 QQ24 QQ25 QQ27 QQ33
Claims (22)
- 【請求項１】所定の周波数で強度変調された出射光を物
体に向けて出射し、前記物体からの反射光と前記出射光
との位相差に基づいて前記物体までの距離を計測する形
状計測装置において、 前記所定の周波数で強度変調された前記出射光を前記物
体に向けて出射する光出射手段と、 前記光出射手段から出射された前記出射光の一部を所定
の方向に反射する反射部材と、 前記物体からの前記反射光と前記反射部材により前記所
定の方向に反射された前記出射光とを受光し、前記位相
差が反映された検出信号を出力する検出手段とを備えた
ことを特徴とする形状計測装置。 - 【請求項２】前記反射部材は、前記出射光を所定の割合
で透過および反射させるビームスプリッタである構成の
請求項１記載の形状計測装置。 - 【請求項３】前記反射部材は、前記物体への前記出射光
の照射を妨げない位置に設けられた反射ミラーである構
成の請求項１記載の形状計測装置。 - 【請求項４】所定の周波数で強度変調された出射光を物
体に向けて出射し、前記物体からの反射光と前記出射光
との位相差に基づいて前記物体までの距離を計測する形
状計測装置において、 前記所定の周波数で強度変調された前記出射光、あるい
は強度変調されていない定常光を前記物体に向けて出射
する光出射手段と、 前記光出射手段から出射された前記出射光あるいは前記
定常光の一部を所定の方向に反射する反射部材と、 前記物体からの前記反射光と前記反射部材からの前記出
射光とを受光し、それらの合成により前記位相差が反映
された合成検出信号、前記定常光の出射によって前記物
体で反射した定常反射光を受光して定常反射光検出信
号、および前記反射部材からの前記定常光を受光して定
常光検出信号を出力する検出手段と、 前記合成検出信号、前記定常反射光検出信号および前記
定常光検出信号に基づいて、前記物体の反射率の変化等
の外的成分を除去する補正を行って前記距離を演算する
演算手段とを備えたことを特徴とする形状計測装置。 - 【請求項５】前記検出手段は、前記所定の方向に設けら
れ、入射光の光強度に応じた検出信号を出力する検出器
と、前記物体と前記検出器との間の光路上、および前記
反射部材と前記検出器との間の光路上に各々設けられ、
開閉動作により前記光路を開放あるいは遮断する２つの
シャッタ手段と、前記２つのシャッタ手段の開閉制御に
より、前記検出器から前記合成検出信号、前記定常反射
光検出信号および前記定常光検出信号を出力させる制御
手段とを備えた構成の請求項４記載の形状計測装置。 - 【請求項６】前記演算手段は、前記合成検出信号、前記
定常反射光検出信号および前記定常光検出信号に基づい
て、前記物体の反射率の変化、前記光出射手段から前記
検出手段に至る光学系の特性の変化等の前記外的成分を
除去する補正を行って前記距離を演算する構成の請求項
５記載の形状計測装置。 - 【請求項７】前記検出手段は、前記所定の方向に設けら
れ、入射光の光強度に応じた検出信号を出力する検出器
と、前記光出射手段と前記物体との間の光路上、前記物
体と前記検出器との間の光路上、および前記反射部材と
前記検出器との間の光路上に各々設けられ、開閉動作に
より前記光路を開放あるいは遮断する３つのシャッタ手
段と、前記３つのシャッタ手段の開閉制御により、前記
検出器から前記合成検出信号、前記定常反射光検出信号
および前記定常光検出信号を出力させるとともに、前記
検出器に外光によって前記物体で反射した外光反射光を
受光させて外光反射検出信号を出力させる制御手段とを
備えた構成の請求項４記載の形状計測装置。 - 【請求項８】前記演算手段は、前記合成検出信号、前記
定常反射光検出信号、前記定常光検出信号および前記外
光反射検出信号に基づいて、前記物体の反射率の変化、
前記外光の強度の変化等の前記外的成分を除去する補正
を行って前記距離を演算する構成の請求項７記載の形状
計測装置。 - 【請求項９】前記演算手段は、前記合成検出信号、前記
定常反射光検出信号、前記定常光検出信号および前記外
光反射検出信号に基づいて、前記物体の反射率の変化、
前記光出射手段から前記検出手段に至る光学系の特性の
変化、前記外光の強度の変化等の前記外的成分を除去す
る補正を行って前記距離を演算する構成の請求項７記載
の形状計測装置。 - 【請求項１０】前記検出手段は、前記位相差が反映され
た前記合成検出信号として前記反射光と前記出射光の合
成光の振幅を示す振幅検出信号を出力するとともに、前
記定常反射光検出信号として前記定常反射光の光量を示
す光量検出信号を出力し、 前記演算手段は、前記振幅検出信号に基づいて前記距離
を演算するとともに、前記光量検出信号に基づいて前記
物体の輝度を演算する構成の請求項４記載の形状計測装
置。 - 【請求項１１】前記検出手段は、入射光の光強度に応じ
た検出信号を出力する検出器と、前記検出器からの前記
検出信号の振幅を検出する振幅検出回路と、前記振幅検
出回路の出力信号を一定時間積分する電荷蓄積回路と、
前記振幅検出回路をバイパスするバイパス配線と、前記
振幅検出回路と前記バイパス配線とを切り替える切替え
器とを備えた構成の請求項４記載の形状計測装置。 - 【請求項１２】前記振幅検出回路は、前記検出器からの
前記検出信号から直流成分を除去して出力するハイパス
フィルタ回路と、前記ハイパスフィルタ回路の出力信号
のピークを検出するピークホールド回路とを備えた構成
の請求項１１記載の形状計測装置。 - 【請求項１３】前記振幅検出回路は、前記検出器からの
前記検出信号から直流成分を除去して出力するハイパス
フィルタ回路と、前記ハイパスフィルタ回路の出力信号
を整流する整流回路とを備えた構成の請求項１１記載の
形状計測装置。 - 【請求項１４】前記検出手段は、入射光の光強度に応じ
た検出信号を出力する検出器と、前記検出器の前面に設
けられ、前記反射部材あるいは前記物体からの光を選択
的に透過する光学フィルタとを備えた構成の請求項４記
載の形状計測装置。 - 【請求項１５】前記検出手段は、前記物体からの光を受
光してその光強度に応じた検出信号を出力するととも
に、前記反射部材からの光を受光してその光強度に応じ
た検出信号を出力する共通の検出器を備えた構成の請求
項４記載の形状計測装置。 - 【請求項１６】前記検出手段は、前記物体からの光を受
光してその光強度に応じた検出信号を出力する第１の検
出器と、前記反射部材からの光を受光してその光強度に
応じた検出信号を出力する第２の検出器とを備えた構成
の請求項４記載の形状計測装置。 - 【請求項１７】前記検出手段は、２次元状に配列され、
入射光の光強度に応じた検出信号を出力する複数の検出
素子を備え、 前記演算手段は、前記物体上の複数の点までの前記距離
を演算する構成の請求項４記載の形状計測装置。 - 【請求項１８】所定の周波数で強度変調された出射光を
物体に向けて出射し、前記物体からの反射光と前記出射
光との位相差に基づいて前記物体までの距離を計測する
形状計測装置において、 前記所定の周波数で強度変調された前記出射光、あるい
は強度変調されていない定常光を前記物体に向けて出射
する光出射手段と、 前記物体からの前記反射光と前記出射光とを受光し、そ
れらの合成により前記位相差が反映された合成検出信
号、前記定常光の出射によって前記物体で反射した定常
反射光を受光して定常反射光検出信号、および前記定常
光を受光して定常光検出信号を出力する検出手段と、 前記合成検出信号、前記定常反射光検出信号および前記
定常光検出信号に基づいて、前記物体の反射率の変化等
の外的成分を除去する補正を行って前記距離を演算する
演算手段とを備えたことを特徴とする形状計測装置。 - 【請求項１９】所定の周波数で強度変調された出射光を
物体に向けて出射し、前記物体からの反射光と前記出射
光との位相差に基づいて前記物体までの距離を計測する
形状計測方法において、 前記所定の周波数で強度変調された前記出射光を前記物
体に向けて出射し、前記反射光と前記出射光を検出し
て、それらの合成により前記位相差が反映した合成検出
信号に変換し、強度変調されていない定常光を前記物体
に向けて出射し、前記物体で反射した定常反射光を検出
して定常反射光検出信号に変換し、前記定常光を検出し
て定常光検出信号に変換する第１の工程と、 前記合成検出信号、前記定常反射光検出信号および前記
定常光検出信号に基づいて、前記物体の反射率の変化等
の外的成分を除去する補正を行って前記距離を演算する
第２の工程とを含むことを特徴とする形状計測方法。 - 【請求項２０】前記第２の工程は、前記合成検出信号、
前記定常反射光検出信号および前記定常光検出信号に基
づいて、前記物体の反射率の変化、光の出射から光の検
出に至る光学系の特性の変化等の前記外的成分を除去す
る補正を行って前記距離を演算する構成の請求項１９記
載の形状計測方法。 - 【請求項２１】前記第１の工程は、外光によって前記物
体で反射した外光反射光を検出して外光反射検出信号に
変換し、 前記第２の工程は、前記合成検出信号、前記定常反射光
検出信号、前記定常光検出信号および前記外光反射検出
信号に基づいて、前記物体の反射率の変化、前記外光の
強度の変化等の前記外的成分を除去する補正を行って前
記距離を演算する構成の請求項１９記載の形状計測方
法。 - 【請求項２２】前記第１の工程は、外光によって前記物
体で反射した外光反射光を検出して外光反射検出信号に
変換し、 前記第２の工程は、前記合成検出信号、前記定常反射光
検出信号、前記定常光検出信号および前記外光反射検出
信号に基づいて、前記物体の反射率の変化、光の出射か
ら光の検出に至る光学系の特性の変化、前記外光の強度
の変化等の前記外的成分を除去する補正を行って前記距
離を演算する構成の請求項１９記載の形状計測方法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6721679B2 (en) | 2000-10-27 | 2004-04-13 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Distance measuring apparatus and distance measuring method |
| JP2008531999A (ja) * | 2005-02-26 | 2008-08-14 | ライボルト オプティクス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 積層プロセス用の光学式モニタリングシステム |
| JP2009079987A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Fujifilm Corp | 測距方法および装置 |
| JP2009079988A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Fujifilm Corp | 測距方法および装置ならびにこれに用いられる撮像素子 |
| JP2009085706A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Fujifilm Corp | 測距装置および測距方法並びにプログラム |
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Families Citing this family (14)
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|---|---|---|---|---|
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| US20030115214A1 (en) * | 2001-12-17 | 2003-06-19 | Nir Essar | Medical reporting system and method |
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| DE102005021654A1 (de) * | 2005-05-06 | 2006-11-09 | Laser 2000 Gmbh | Verfahren und Anordnung zum Aufbringen einer sichtbaren Kennzeichnung auf transparente Substrate |
| KR100853196B1 (ko) * | 2007-12-11 | 2008-08-20 | (주)실리콘화일 | 스펙트럼센서를 구비하는 이미지 센서 |
| JP4637942B2 (ja) * | 2008-09-30 | 2011-02-23 | 富士フイルム株式会社 | ３次元表示装置および方法並びにプログラム |
| US8723923B2 (en) * | 2010-01-14 | 2014-05-13 | Alces Technology | Structured light system |
| JP5387856B2 (ja) * | 2010-02-16 | 2014-01-15 | ソニー株式会社 | 画像処理装置、画像処理方法、画像処理プログラムおよび撮像装置 |
| WO2013133286A1 (ja) * | 2012-03-06 | 2013-09-12 | 株式会社ニコン | 形状測定装置、構造物製造システム、走査装置、形状測定方法、構造物製造方法、及び形状測定プログラム |
| US9389069B2 (en) | 2014-03-26 | 2016-07-12 | Alces Technology, Inc. | Compact 3D depth capture systems |
| CN104034284A (zh) * | 2014-06-30 | 2014-09-10 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 大型环抛机抛光胶盘面形检测装置 |
| CN112268522B (zh) * | 2020-09-30 | 2022-03-15 | 西安理工大学 | 基于双光路同步相移干涉的螺旋曲面形状误差的测量方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3633987A (en) * | 1970-06-01 | 1972-01-11 | Trw Inc | Method of and apparatus for holographically contour mapping of distant objects |
| DE2457253C2 (de) * | 1974-12-04 | 1982-09-02 | Krautkrämer, GmbH, 5000 Köln | Optisches interferometrisches Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Messung der durch Ultraschallwellen verursachten Oberflächenauslenkung eines Prüflings |
| DE2546714A1 (de) * | 1975-10-17 | 1977-04-21 | Siemens Ag | Verfahren zum messen des abstandes von und der geschwindigkeitskomponente eines objektes senkrecht zu einer bezugslinie |
| JPS5930233A (ja) | 1982-08-10 | 1984-02-17 | Fuji Photo Film Co Ltd | 磁気記録媒体 |
| JPH061167B2 (ja) * | 1988-05-17 | 1994-01-05 | 日本鋼管株式会社 | ３次元曲面形状の測定方法及び装置 |
| US4999681A (en) * | 1988-06-24 | 1991-03-12 | Mader David L | Real-time halographic interferometry with a pulsed laser and flicker-free viewing |
-
1998
- 1998-12-21 JP JP36319998A patent/JP3695188B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-12-06 US US09/455,455 patent/US6388754B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6721679B2 (en) | 2000-10-27 | 2004-04-13 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Distance measuring apparatus and distance measuring method |
| JP2008531999A (ja) * | 2005-02-26 | 2008-08-14 | ライボルト オプティクス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 積層プロセス用の光学式モニタリングシステム |
| JP2009079987A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Fujifilm Corp | 測距方法および装置 |
| JP2009079988A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Fujifilm Corp | 測距方法および装置ならびにこれに用いられる撮像素子 |
| JP2009085706A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Fujifilm Corp | 測距装置および測距方法並びにプログラム |
| JP2009085705A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Fujifilm Corp | 測距装置および測距方法並びにプログラム |
| CN111207679A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-29 | 四川大学 | 一种大测量跨度的高精度反射元件检测方法 |
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