JP2001227923A - 輪郭形状測定方法及び輪郭形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ぼけた画像とならず（測定精度低下せず）、
測定領域や測定分解能が制限され難く、倍率補正が必要
でなく、多重反射による誤測定が生じ難く、撮像光学系
と測定対象物の相対位置関係が限定され難く、測定不可
能な部位がなく、測定対象物の輪郭形状を求め得る輪郭
形状測定装置及び方法を提供する。 【解決手段】 シート光源２と、シート光面に平行な受
光面を有する受光素子４と、シート光面に垂直な光軸を
有し、該光軸から外れた位置に測定対象物１及び受光素
子４が配置され、測定対象物１のシート光に照射されて
いる領域を受光素子４の受光面に結像させる結像光学系
３と、受光素子４で検出された映像信号を画像処理して
測定対象物１の輪郭形状を求める画像処理手段とを有す
ることを特徴とする輪郭形状測定装置等、及び、かかる
装置を用いた輪郭形状測定方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、輪郭形状測定方法
及び輪郭形状測定装置に関する技術分野に属し、詳細に
は、測定対象物の輪郭形状の測定方法及び測定装置に関
する技術分野に属し、更には、測定対象物の三次元形状
の測定方法及び測定装置に関する技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】三次元画像計測法としてスリット光投影
法がある。このスリット光投影法は、光切断法とも呼ば
れ、最も知られた三次元画像計測法である。このスリッ
ト光投影法（光切断法）については、例えば文献「井口
征士，佐藤宏介：三次元画像計測，p.36−40，昭光堂(1
990)」に詳細な説明がされている。この方法は、上記文
献に記載されている如く、スリット光源からスリット光
すなわちシート状の参照光（以下、光シート又はシート
光ともいう）を測定対象物に照射し、この光シート（シ
ート光）が測定対象物を切断するときの切断線像（以
下、光切断像ともいう）をカメラで撮像し、かかる光シ
ートの照射及び光切断像の撮像を光シートの照射方向を
少しずつ変化させて行い、これにより三次元画像を計測
し、三次元形状を求めようとするものである（以下、こ
の方法を従来の光切断法という）。

【０００３】特開平10-221012 号公報には、光切断法に
よる測定対象物のエッジ位置の計測方法が記載されてい
る。この方法での光切断法（以下、公報記載の光切断法
という）は、前記従来の光切断法を改良した光切断法で
あり、カメラの撮像方向（光軸方向）がシート光（光シ
ート）の照射方向に対して約90°となるようにし、これ
により、画像にぼけを生じないようにしている。また、
シート光の照射方向に対するカメラの光軸方向の角度を
可変とし、これにより、撮影倍率すなわち計測倍率（分
解能）を変化させ得るようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の光切断法に
おいては、下記(A) 〜(D) の如き問題点がある。

【０００５】(A) 被写界深度をはずれた領域において
は、ぼけた画像となり、測定精度が低下する。この詳細
を以下に説明する。測定位置は測定対象物上のシート光
が照射されている部分である。被写界深度は、撮像光学
系の光学倍率や受光素子等により決定され、通常は、図
３に示す如く、受光素子の受光面（以下、受光素子面と
もいう）と平行で奥行き方向に限定された領域が被写界
深度内の領域となる。この領域をはずれた位置の画像
は、像面上でぼけた画像となり、位置測定精度が悪くな
る。尚、被写界深度とは、焦点が合った状態で撮像する
ことが可能であって、画像にぼけを生じることなく撮像
し得る被写体の領域の大きさ（幅等）のことである。図
３において、付番の５はシート光を照射する光源（以
下、シート光源ともいう）、６はレンズ、７は受光素子
を示すものである。シート光の光面（以下、シート光面
ともいう）は紙面に垂直である。被写界深度内領域は線
Ａと線Ｂとの間の領域である。測定位置の中、焦点が合
うのはａとｂとの間の部分であり、ｂより奥やａより手
前では画像がぼける。

【０００６】(B) 測定領域／測定分解能が制限される。
この詳細を以下に説明する。通常の受光素子は画素数が
固定されている。従って、測定対象物の測定可能な領域
の大きさと測定分解能とはトレードオフ（trade-off)の
関係（即ち、一方を良くすると他方が悪くなる関係）に
あり、測定領域、測定分解能のいずれかが制限される。
例えば、512 画素×480 画素の大きさの受光素子では、
１画素あたり0.1mm の分解能で測定しようとすると、5
1.2mm×48mmの大きさしか測定領域をとることができな
い。

【０００７】(C) 画像全面が等倍ではない場合があり、
この場合は倍率補正が必要である。この詳細を以下に説
明する。測定対象物上のシート光が照射されている部分
は必ずしも撮像光学系から等距離にあるわけではない。
撮像光学系から遠い部分は画像上の大きさが小さく、近
い部分は画像上の大きさが大きい。従って、画像上の位
置によって、ある係数をかけて倍率補正をする必要があ
る。例えば、図４に示す如く、撮像光学系から近いの
部分は撮像光学系から遠いの部分よりも小さい（短
い）が、受光素子面（受光素子７の受光面）上では同じ
大きさとなるので、倍率補正が必要である。尚、図４に
おいて、付番の６はレンズ、７は受光素子を示すもので
ある。

【０００８】(D) 多重反射による誤測定が生じる。この
詳細を以下に説明する。シート光が多重反射し、２回以
上反射した光を撮像光学系で撮影することがあり、特に
反射率の高い測定対象物で、かつ、シート光の照射され
る部位が凹形状をなしている場合には、シート光が多重
反射しやすく、２回以上反射した光を撮像光学系で撮影
する可能性がある。この２回以上反射した光と１回反射
の光とは受光素子上では区別がつかない場合が多く、誤
った測定値を得てしまう。例えば、図５に示す如く、
の点及びの点の中、本来はの点だけが計測されるは
ずであるにもかかわらず、の点も計測されてしまう。
あるいは、の点が計測されず、の点だけが計測され
る場合もある。この結果、誤測定が生じる。尚、図５に
おいて付番の５はシート光源、６はレンズ、７は受光素
子を示すものである。シート光面は紙面に垂直である。

【０００９】前記公報記載の光切断法においては、画像
にぼけを生じないようにしているので、前記従来の光切
断法の有する問題点(A) 〜(D) の中、問題点(A) は解消
されるが、問題点(B), (C)は部分的に改善されるだけで
あって、依然として下記の如き問題点(B-1), (C-1)とし
て残され、また、問題点(D) はそのまま残る他、下記の
如き新たな問題点(E), (F)が生じる。

【００１０】(B-1) 測定領域／測定分解能が制限され
る。この詳細を以下に説明する。シート光照射方向に対
するカメラの光軸方向の角度を可変とすることにより、
撮影倍率（分解能）を変化させ得るようにしている。し
かし、この角度の変え得る範囲は、焦点ぼけが生じない
範囲に限定される。従って、光学倍率や撮像光学系のＦ
ナンバー等によっては被写界深度が非常に浅くなり、こ
のため、ほとんど撮影倍率を変化させ得ない場合があ
り、測定領域や測定分解能が制限される。

【００１１】(C-1) 画像全面が等倍ではない場合があ
り、この場合には倍率補正が必要である。即ち、撮影倍
率（分解能）を変化させる際に、シート光の照射方向に
対するカメラの撮像方向（光軸方向）の角度を90°から
大きく傾けた場合は、カメラから遠い部分と近い部分で
は倍率補正が必要になる。

【００１２】(E) 撮像光学系と測定対象物の相対位置関
係が限定される。この詳細を以下に説明する。シート光
の入射光軸とカメラの光軸（撮影方向）の角度は、カメ
ラ倍率によって決定する。この角度を例えば90°に決定
した場合、シート光源と測定対象部位が決定されると、
撮像光学系の位置が限定される。従って、もし、測定対
象物が大きいこと等によって空間的制約が大きい場合
は、撮像光学系を配置することができず、測定不可能と
なることがある。このため、撮像光学系と測定対象物の
相対位置関係が限定される。例えば、図６に示す如く、
測定対象物が長い棒状体９であり、その軸方向に対して
垂直な方向からシート光を照射して輪郭形状あるいは三
次元形状を測定したい場合、カメラ10の光軸と棒状体９
の軸方向とが重なるためにカメラ10の配置が不可能とな
り、測定し得ない。尚、図６において、付番の８はシー
ト光源を示すものである。シート光面は紙面に垂直であ
る。

【００１３】(F) 測定対象物の形状や測定位置等によっ
ては、測定し得ない部位がある。この詳細を以下に説明
する。光切断法では、シート光の測定対象物による反射
光を撮像光学系で撮影して測定を行うため、反射光が撮
像光学系に入射しない位置関係では測定し得ない。シー
ト光の入射光軸とカメラの光軸との角度が約90°或いは
それに近い角度であるので、測定対象物の形状や測定位
置等によっては、上記の如く反射光が撮像光学系に入射
しない位置関係になる場合があり、この場合には測定を
し得ない。例えば、図７の(A) に示す如く、測定対象物
11からの反射光がカメラ10に入射する場合には測定し得
るが、図７の(B) に示す如く、シート光が当たっている
ポイントがカメラ10から見えない場合には、反射光がカ
メラ10に入射しないので、測定し得ない。尚、図７にお
いて、付番の８はシート光源を示すものである。シート
光面は紙面に垂直である。

【００１４】本発明はこの様な事情に着目してなされた
ものであって、その目的は、前記従来の光切断法および
前記公報記載の光切断法の有する問題点を解消し、ぼけ
た画像となって測定精度が低下することがなく、測定領
域や測定分解能が制限され難く、倍率補正が必要でな
く、多重反射による誤測定が生じ難く、撮像光学系と測
定対象物の相対位置関係が限定され難く、前記公報記載
の光切断法の場合の如き測定不可能な部位がなく、測定
対象物の輪郭形状を求めることができる輪郭形状測定方
法及び輪郭形状測定装置を提供しようとするものであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る輪郭形状測定方法及び輪郭形状測定
装置は、請求項１記載の輪郭形状測定方法、請求項２〜
１０記載の輪郭形状測定装置としており、それは次のよ
うな構成としたものである。

【００１６】即ち、請求項１記載の輪郭形状測定方法
は、測定対象物にシート状の参照光を照射し、結像光学
系をその光軸を前記シート状参照光の光面に対して垂直
にさせて配置すると共に、受光素子をその受光面を前記
シート状参照光の光面に対して平行にさせ、且つ、前記
測定対象物のシート状参照光に照射されている領域が前
記結像光学系によって前記受光素子の受光面に結像する
位置に配置して、前記測定対象物のシート状参照光に照
射されている領域を前記受光素子の受光面に結像させ、
前記受光素子の受光面からの映像信号を画像処理するこ
とにより、前記測定対象物の輪郭形状を求めることを特
徴とする輪郭形状測定方法である（第１発明）。

【００１７】請求項２記載の輪郭形状測定装置は、測定
対象物にシート状の参照光を照射する光源と、前記シー
ト状参照光の光面に対して平行の受光面を有する受光素
子と、前記シート状参照光の光面に対して垂直方向の光
軸を有し、前記光軸から外れた位置に前記測定対象物及
び前記受光素子の受光面が配置され、前記測定対象物の
シート状参照光に照射されている領域を前記受光素子の
受光面に結像させる結像光学系と、前記受光素子で検出
された映像信号を画像処理して前記測定対象物の輪郭形
状を求める画像処理手段とを有することを特徴とする輪
郭形状測定装置である（第２発明）。

【００１８】請求項３記載の輪郭形状測定装置は、前記
受光素子および／または前記結像光学系を前記シート状
参照光の光面に対して平行に移動させる移動手段を有す
る請求項２記載の輪郭形状測定装置である（第３発
明）。

【００１９】請求項４記載の輪郭形状測定装置は、測定
対象物にシート状の参照光を照射する光源と、前記シー
ト状参照光の光面に対して平行の受光面を有する透過ス
クリーンと、前記シート状参照光の光面に対して垂直方
向の光軸を有し、前記測定対象物のシート状参照光に照
射されている領域を前記透過スクリーンの受光面に結像
させる第一結像光学系と、前記透過スクリーンに対して
前記第一結像光学系と反対側に配置された受光素子と、
前記透過スクリーンの受光面の像を前記受光素子の受光
面に結像させる第二結像光学系と、前記受光素子で検出
された映像信号を画像処理して前記測定対象物の輪郭形
状を求める画像処理手段とを有すると共に、前記測定対
象物及び前記透過スクリーンの受光面が前記第一結像光
学系の光軸から外れた位置に配置されていることを特徴
とする輪郭形状測定装置である（第４発明）。請求項５
記載の輪郭形状測定装置は、測定対象物にシート状の参
照光を照射する光源と、前記シート状参照光の光面に対
して平行の受光面を有する反射スクリーンと、前記シー
ト状参照光の光面に対して垂直方向の光軸を有し、前記
測定対象物のシート状参照光に照射されている領域を前
記反射スクリーンの受光面に結像させる第一結像光学系
と、前記反射スクリーンに対して前記第一結像光学系と
同じ側に配置された受光素子と、前記反射スクリーンの
受光面の像を前記受光素子の受光面に結像させる第二結
像光学系と、前記受光素子で検出された映像信号を画像
処理して前記測定対象物の輪郭形状を求める画像処理手
段とを有すると共に、前記測定対象物及び前記反射スク
リーンの受光面が前記第一結像光学系の光軸から外れた
位置に配置されていることを特徴とする輪郭形状測定装
置である（第５発明）。

【００２０】請求項６記載の輪郭形状測定装置は、測定
対象物にシート状の参照光を照射する光源と、前記シー
ト状参照光の光面に対して平行の受光面を有するファイ
バープレートと、前記ファイバープレートの受光面と反
対側の出射面に接して配置された受光面を有する受光素
子と、前記シート状参照光の光面に対して垂直方向の光
軸を有し、前記測定対象物のシート状参照光に照射され
ている領域を前記ファイバープレートの受光面に結像さ
せる結像光学系と、前記受光素子で検出された映像信号
を画像処理して前記測定対象物の輪郭形状を求める画像
処理手段とを有すると共に、前記測定対象物及び前記フ
ァイバープレートの受光面が前記結像光学系の光軸から
外れた位置に配置されていることを特徴とする輪郭形状
測定装置である（第６発明）。請求項７記載の輪郭形状
測定装置は、測定対象物にシート状の参照光を照射する
光源と、前記シート状参照光の光面に対して平行の受光
面を一方の末端面に有するイメージファイバーと、前記
イメージファイバーの受光面と反対側の他方の末端面に
接して配置された受光面を有する受光素子と、前記シー
ト状参照光の光面に対して垂直方向の光軸を有し、前記
測定対象物のシート状参照光に照射されている領域を前
記イメージファイバーの受光面に結像させる結像光学系
と、前記受光素子で検出された映像信号を画像処理して
前記測定対象物の輪郭形状を求める画像処理手段とを有
すると共に、前記測定対象物及び前記イメージファイバ
ーの受光面が前記結像光学系の光軸から外れた位置に配
置されていることを特徴とする輪郭形状測定装置である
（第７発明）。

【００２１】請求項８記載の輪郭形状測定装置は、前記
受光素子および／または前記第二結像光学系を前記シー
ト状参照光の光面に対して垂直に移動させる移動手段を
有する請求項４又は５記載の輪郭形状測定装置である
（第８発明）。

【００２２】請求項９記載の輪郭形状測定装置は、前記
シート状参照光の測定対象物からの反射光を反射する反
射手段を一つ以上配置し、前記反射光の光路を少なくと
も一回折り返してから前記受光素子の受光面に結像させ
る請求項２、３、４、５、６、７又は８記載の輪郭形状
測定装置である（第９発明）。請求項１０記載の輪郭形
状測定装置は、前記シート状参照光を反射し得る位置に
少なくとも一つの反射手段を配置し、二以上の異なった
方向から測定対象物への光照射をする請求項２、３、
４、５、６、７又は８記載の輪郭形状測定装置である
（第１０発明）。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明は例えば次のようにして実
施する。図１に示す如く、測定対象物１にシート光（シ
ート状の参照光）SLを照射する光源２を配する。そし
て、前記シート光SLの光面に対して平行の受光面を有す
る受光素子４と、前記シート光SLの光面に対して垂直方
向の光軸を有し、前記測定対象物１のシート光SLに照射
されている領域を前記受光素子４の受光面に結像させる
結像光学系３（例えば、レンズ）とを配する。即ち、結
像光学系３をその光軸を前記シート光SLの光面に対して
垂直にさせて配置すると共に、受光素子４をその受光面
を前記シート光SLの光面に対して平行にさせて配置す
る。このとき、結像光学系３の光軸から外れた位置に測
定対象物１及び受光素子４の受光面が位置するようにす
る。

【００２４】更に、前記受光素子４で検出された映像信
号を画像処理して前記測定対象物１の輪郭形状を求める
画像処理手段（図示していない）を配する。そうする
と、本発明に係る輪郭形状測定装置が得られる。尚、こ
の輪郭形状測定装置において結像光学系の光軸は受光素
子の受光面に対して垂直であるが、受光素子の受光面か
ら外れた位置（シフトした位置）にあり、換言すれば、
受光素子の受光面は結像光学系の光軸からシフトした位
置にある。このような位置関係にあるときの結像光学系
を、以下、シフトレンズともいう。また、このような位
置関係にある光学系を、以下、シフトレンズ光学系とも
いう。かかるシフトレンズ光学系においては、結像光学
系の光軸上の像が用いられるのではなく、結像光学系
（シフトレンズ）の光軸からずれた（シフトした）位置
での画像が用いられる。

【００２５】かかる輪郭形状測定装置を用いる場合、測
定対象物１にシート光（シート状の参照光）SLを照射
し、受光素子４を前記測定対象物１のシート光SLに照射
されている領域が前記結像光学系３によって前記受光素
子４の受光面に結像する位置に配置して、前記測定対象
物１のシート光SLに照射されている領域を前記受光素子
４の受光面に結像させ、前記受光素子４の受光面からの
映像信号を画像処理することにより、前記測定対象物１
の輪郭形状を求める。このようにして本発明に係る輪郭
形状測定方法が実施される。このとき、求められる輪郭
形状の画像の例を図１に示す。

【００２６】このような形態で本発明に係る輪郭形状測
定装置が得られ、そして本発明に係る輪郭形状測定方法
が実施される。

【００２７】以下、本発明について主にその作用効果を
説明する。

【００２８】（１）シート光が測定対象物に照射される
位置が常に撮像光学系の被写界深度内であるという条件
を満たせば、ぼけた画像となって測定精度が低下すると
いう問題点は解消される。シート光面（シート光の光
面）が全て被写界深度内に入っていれば、この条件は満
たされる。

【００２９】本発明に係る輪郭形状測定装置は、前述の
ように、測定対象物にシート状参照光（シート光）を照
射する光源と、前記シート光の光面（シート光面）に対
して平行の受光面を有する受光素子と、前記シート光面
に対して垂直方向の光軸を有し、前記光軸から外れた位
置に前記測定対象物及び前記受光素子が配置され、前記
測定対象物のシート光に照射されている領域を前記受光
素子の受光面（受光素子面）に結像させる結像光学系
と、前記受光素子面からの映像信号を画像処理して前記
測定対象物の輪郭形状を求める画像処理手段を有してい
るので、シート光面の像が受光素子面に結像する光学系
となっており、このため、シート光面が全て被写界深度
内に入るようになっている（第２発明）。

【００３０】従って、本発明に係る輪郭形状測定装置に
よれば、シート光が測定対象物に照射される位置が常に
撮像光学系の被写界深度内であるという条件を満たすこ
とができ、このため、ぼけた画像となって測定精度が低
下するという問題点は解消され、ひいては、かかる問題
点を生じることなく、測定対象物の輪郭形状を求めるこ
とができる。

【００３１】例えば、図８に示す如く、シート光面の像
が受光素子14の受光面に結像するため、シート光面は全
て被写界深度内にあり、物面（シート光が照射される測
定対象物の表面）はシート光面に含まれ、故に、この物
面は被写界深度内にあり、従って、ぼけた画像となって
測定精度が低下するという問題点を生じることなく、測
定対象物の輪郭形状を求めることができる。尚、図８に
おいて、付番12はシート光源、13は結像光学系を示すも
のである。シート光面は紙面に垂直である。

【００３２】また、本発明に係る輪郭形状測定装置は、
前記受光素子および／または結像光学系を前記シート光
面に対して平行に移動させるようにすると、移動に要す
る時間中、測定対象が静止しているとみなせれば、受光
素子の分解能そのままで受光素子の面積より大きい範囲
を測定し得るようになる。即ち、この移動によって、小
さい受光素子面でも測定分解能そのままで、大きな測定
領域をカバーすることができる（広い範囲を測定可能範
囲内に入れることができる）。従って、測定領域や測定
分解能が制限され難くなる。

【００３３】例えば、図９に示す如く、受光素子14をシ
ート光面に対して平行に移動させることができ、この受
光素子14を移動させることによって、受光素子が固定さ
れている場合よりも、測定領域が大きくなる。尚、図９
において、付番12はシート光源、13は結像光学系を示す
ものである。シート光面は紙面に垂直である。

【００３４】更に、本発明に係る輪郭形状測定装置は、
前記の如く、シート光面の像が受光素子面に倍率変化な
く結像する光学系となっているので、画像上の位置によ
って倍率が異なるということはなく、画像面全体で倍率
が一定であり、よって、倍率補正が必要でない。

【００３５】例えば、図10に示す如く、の部分との
部分とは同一の長さであり、画像上においても同一の長
さとなる。即ち、の部分は撮像光学系から近く、の
部分は撮像光学系から遠いが、両者は画像上の大きさが
同一となるので、画像上において同一の長さとなる。従
って、倍率補正が必要でない。尚、図10において、付番
12はシート光源、13は結像光学系、14は受光素子を示す
ものである。シート光面は紙面に垂直である。

【００３６】また、本発明に係る輪郭形状測定装置は、
前記の如く、シート光面の像が受光素子面に合焦条件を
満たしつつ結像する光学系となっているので、シート光
面に垂直な方向の被写界深度を極度に小さくし得、これ
に起因して多重反射による誤測定が生じ難くなる。この
詳細を以下に説明する。

【００３７】前記従来の光切断法や前記公報記載の光切
断法において多重反射による誤測定が生じるのは、２回
以上の反射点からの画像を１回反射点からの画像と同程
度に撮像してしまうからである。

【００３８】これに対し、本発明に係る輪郭形状測定装
置においては、前記の如くシート光面に垂直な方向の被
写界深度を極度に小さくし得、このため、シート光の照
射されていない位置の画像をピントの合っていないぼけ
た状態にすることができる。従って、２回以上の反射点
がシート光面上にあるという極めて限られた状態以外で
は、多重反射による誤測定を除去し得る。故に、多重反
射による誤測定が生じ難くなる。

【００３９】例えば、図11に示す如く、シート光面に垂
直な方向の被写界深度を小さくすることができ、２回目
の反射点は上記被写界深度の領域内になく、領域外にあ
り、かかる被写界深度の領域から外れるので、２回目の
反射点はピントの合っていないぼけた画像として除去さ
れる。尚、図11において、付番12はシート光源、13は結
像光学系、14は受光素子を示すものである。シート光面
は紙面に垂直である。

【００４０】また、本発明に係る輪郭形状測定装置は、
前記の如きシート光源、受光素子、結像光学系、及び、
画像処理手段を有していること、特に、前記の如くシー
ト光面の像が受光素子面に結像する光学系となってお
り、且つ、結像光学系の光軸から外れた位置に測定対象
物及び受光素子が配置され、このため、結像光学系の光
軸上に受光素子及び測定対象物のシート状参照光に照射
されている領域が位置しない光学系となっていることか
ら、シート光源と測定対象部位が決定されても、撮像光
学系（受光素子及び結像光学系）の焦点距離やイメージ
サークルの大きさを適当に選択することにより、結像光
学系及び受光素子の配置を許容範囲大きくとることがで
き、その配置位置の許容範囲が大きい。従って、撮像光
学系（受光素子及び結像光学系）の配置位置の選択範囲
が拡がり、撮像光学系と測定対象物の相対位置関係が限
定され難くなる。

【００４１】例えば、図12に示す如く、測定対象物が長
い棒状体15であり、その軸方向に対して垂直な方向から
シート光を照射して輪郭形状あるいは三次元形状を測定
したい場合においても、受光素子14及び結像光学系13を
有してなる撮像光学系すなわちカメラ16を測定対象物か
ら距離をおいて配置することができ、撮像光学系（カメ
ラ）16の配置位置の許容範囲が大きい。即ち、長い棒状
体15が例えば表面温度900 ℃以上の熱間圧延中の棒鋼ま
たは線材であっても、測定装置が測定対象からの放射熱
によりダメージをうけない程度に距離をおいて配置する
ことができる。尚、図12において、付番12はシート光源
を示すものである。シート光面は紙面に垂直である。

【００４２】また、本発明に係る輪郭形状測定装置は、
図13に示すようなシート光反射を撮影し得ない位置関
係、即ち、シート光の測定対象物からの反射光が撮像光
学系に入射しない位置関係になることを避けて、図14に
示すように撮像光学系を配置することができる。従っ
て、前記公報記載の光切断法の場合の如き測定不可能な
部位がなく、測定対象物の輪郭形状を測定することがで
きる。尚、図13、図14において、付番17は棒状体を示す
ものである。

【００４３】以上のことからわかるように、本発明に係
る輪郭形状測定装置によれば、前記従来の光切断法およ
び前記公報記載の光切断法の有する問題点を解消し得
る。即ち、ぼけた画像となって測定精度が低下すること
（ぼけた画像となることによって測定精度が低下するこ
と）がなく、測定領域や測定分解能が制限され難く、倍
率補正が必要でなく、多重反射による誤測定が生じ難
く、撮像光学系と測定対象物の相対位置関係が限定され
難く、前記公報記載の光切断法の場合の如き測定不可能
な部位がなく、測定対象物の輪郭形状を求めることがで
きるようになる。

【００４４】（２）前記受光素子および／または結像光
学系を前記シート光面に対して平行に移動させる移動手
段を有するようにすると、前記受光素子および／または
結像光学系をシート光面に対して平行に移動させること
ができ、この移動によって、小さい受光素子面でも測定
分解能そのままで、大きな測定領域をカバーし得、ひい
ては、測定領域や測定分解能が制限され難くなる（第３
発明）。

【００４５】（３）本発明に係る輪郭形状測定方法は、
前述の如く、測定対象物にシート状の参照光を照射し、
結像光学系をその光軸を前記シート状参照光の光面に対
して垂直にさせて配置すると共に、受光素子をその受光
面を前記シート状参照光の光面に対して平行にさせ、且
つ、前記測定対象物のシート状参照光に照射されている
領域が前記結像光学系によって前記受光素子の受光面に
結像する位置に配置して、前記測定対象物のシート状参
照光に照射されている領域を前記受光素子の受光面に結
像させるようにしている。つまり、シート光面の像が受
光素子面に結像する光学系となるようにしておき、シー
ト光面の像を受光素子面に結像させるようにしている。
そして、前記受光素子の受光面からの映像信号を画像処
理することにより、前記測定対象物の輪郭形状を求める
ようにしている（第１発明）。

【００４６】従って、前記シート状参照光（シート光）
に照射されている領域は常に撮像光学系の被写界深度内
の領域にあり、このため、ぼけを生じることなく受光素
子面に結像する。故に、本発明に係る輪郭形状測定方法
によれば、ぼけた画像となって測定精度が低下するとい
う問題点を生じることなく、測定対象物の輪郭形状を求
めることができる。

【００４７】また、本発明に係る輪郭形状測定方法にお
いては、前記の如く、シート光面の像を受光素子面に倍
率変化なく結像させるので、画像上の位置によって倍率
が異なるということはなく、画像面全体で倍率が一定で
あり、よって、倍率補正が必要でない。

【００４８】また、本発明に係る輪郭形状測定方法にお
いては、前記の如く、シート光面の像を受光素子面に合
焦条件を満たしつつ結像させるので、シート光面に垂直
な方向の被写界深度を極度に小さくし得、これに起因し
て多重反射による誤測定が生じ難くなる。

【００４９】また、本発明に係る輪郭形状測定方法にお
いては、前記の如く、シート光面の像を受光素子面に結
像させるので、シート光源と測定対象部位が決定されて
も、撮像光学系の焦点距離やイメージサークルの大きさ
を適当に選択することにより、撮像光学系の配置位置の
選択範囲が拡がり、このため、撮像光学系と測定対象物
の相対位置関係が限定され難くなる。

【００５０】また、本発明に係る輪郭形状測定方法にお
いては、前記の如く撮像光学系の配置位置の選択範囲が
拡いので、シート光反射を撮影し得ない位置関係になる
ことを避けて撮像光学系を配置することができ、このた
め、前記公報記載の光切断法の場合の如き測定不可能な
部位がなく、測定対象物の輪郭形状を測定することがで
きる。

【００５１】更に、本発明に係る輪郭形状測定方法にお
いては、前記受光素子および／または結像光学系を前記
シート光面に対して平行に移動させることによって、小
さい受光素子面でも測定分解能そのままで、大きな測定
領域をカバーすることができる。このため、測定領域や
測定分解能が制限され難い。

【００５２】以上のことからわかるように、本発明に係
る輪郭形状測定方法によれば、前記従来の光切断法およ
び前記公報記載の光切断法の有する問題点を解消し得
る。即ち、ぼけた画像となって測定精度が低下するとい
うこと（ぼけた画像となることによって測定精度が低下
すること）がなく、測定領域や測定分解能が制限され難
く、倍率補正が必要でなく、多重反射による誤測定が生
じ難く、撮像光学系と測定対象物の相対位置関係が限定
され難く、前記公報記載の光切断法の場合の如き測定不
可能な部位がなく、測定対象物の輪郭形状を求めること
ができるようになる。

【００５３】（４）前記発明（第１〜第３発明）によれ
ば、上記の如く測定対象物の輪郭形状を求めることがで
きるが、更には、三次元形状を求めることができる。即
ち、シート光面に対して垂直な方向に測定対象物あるい
は測定系（シート光源、受光素子、結像光学系）を平行
に移動させて多くの個所（シート光の照射領域）につい
ての輪郭形状の測定を行うことにより、三次元画像を計
測し得、三次元形状を求めることができる。

【００５４】かかる三次元形状の測定を、前記従来の光
切断法および前記公報記載の光切断法の有する問題点を
解消した状態で、行うことができる。即ち、ぼけた画像
となって測定精度が低下するということがなく、測定領
域や測定分解能が制限され難く、倍率補正が必要でな
く、多重反射による誤測定が生じ難く、撮像光学系と測
定対象物の相対位置関係が限定され難く、前記公報記載
の光切断法の場合の如き測定不可能な部位がなく、測定
対象物の三次元形状を求めることができる。

【００５５】（５）前記発明（第１〜第３発明）におい
て、結像光学系とは、撮像対象部位や領域を受光素子の
受光面に結像させるための光学系のことである。結像光
学系としては、特には限定されるものではなく、例え
ば、結像面のイメージサークルを大きくとるように設計
された複数枚の組合せレンズ等を使用することができ
る。

【００５６】受光素子としては、特には限定されるもの
ではなく、例えば、CCD 素子等を使用することができ
る。

【００５７】（６）さらに、最近のCCD 素子は受光効率
を高めるために素子前にマイクロレンズを備えたものが
多い。このようなマイクロレンズ付きCCD 素子は、受光
面に垂直な入射（以下、垂直入射）に対しては感度がよ
いが、垂直から離れた角度からの入射、即ち、斜めの入
射（以下、斜め入射）に対しては極端に感度が低くな
り、受光面に結像しても像が見えなくなる。一般的に、
受光素子の感度は入射の角度が受光素子面の垂直方向か
ら離れるにしたがって低くなり、理論上、垂直からの角
度のCos ４乗に比例する。

【００５８】前記発明（第１〜第３発明）においては、
その構成からわかる如く、光学系がシフトレンズ光学系
であり、シート状参照光の測定対象物からの反射光（シ
ート状）は、結像光学系（シフトレンズ）を介して受光
素子の受光面に対して垂直ではなく斜めに入射する。こ
のため、受光素子としてマイクロレンズ付きCCD 素子の
如く斜め入射に対して極めて感度が低い受光素子を用い
た場合には、受光面に結像しても像が暗くて見えなくな
り、その結果、前記発明の効果が得られなくなる。

【００５９】第４〜第７発明に係る輪郭形状測定装置
は、このような斜め入射に対して感度が極めて低い受光
素子を用いた場合であっても、前記発明の場合と同等の
優れた効果が得られるようにしたものである。

【００６０】即ち、第４発明に係る輪郭形状測定装置
は、前述の如く、測定対象物にシート状の参照光を照射
する光源と、前記シート状参照光の光面に対して平行の
受光面を有する透過スクリーンと、前記シート状参照光
の光面に対して垂直方向の光軸を有し、前記測定対象物
のシート状参照光に照射されている領域を前記透過スク
リーンの受光面に結像させる第一結像光学系と、前記透
過スクリーンに対して前記第一結像光学系と反対側に配
置された受光素子と、前記透過スクリーンの受光面の像
を前記受光素子の受光面に結像させる第二結像光学系
と、前記受光素子で検出された映像信号を画像処理して
前記測定対象物の輪郭形状を求める画像処理手段とを有
すると共に、前記測定対象物及び前記透過スクリーンの
受光面が前記第一結像光学系の光軸から外れた位置に配
置されていることとしたものである。この輪郭形状測定
装置によれば、結像面（受光面）への斜め入射を受光素
子で受けるのはなく、透過スクリーンで受けることによ
り、その後段の受光素子の受光面には垂直に近い方向か
ら光（シート状）が入射し、結像する。従って、マイク
ロレンズ付きCCD 素子の如く斜め入射に対して感度が極
めて低い受光素子を用いた場合であっても、前記発明
（第１〜第３発明）の場合と同等の優れた効果が得られ
る。

【００６１】上記第４発明に係る装置の例を図15に示
す。尚、この例において、棒鋼は測定対象物の一種、シ
ート光レーザ投光器はシート状参照光照射用光源の一
種、レンズ１は第一結像光学系（シフトレンズ）の一
種、レンズ２は第二結像光学系の一種に該当する。

【００６２】第５発明に係る輪郭形状測定装置は、前記
第４発明に係る輪郭形状測定装置での透過スクリーンに
代えて反射スクリーンを用いたものである。この輪郭形
状測定装置によれば、斜め入射を受光素子で受けるのは
なく反射スクリーンで受けることにより、受光素子受光
面には垂直に近い方向から光が入射し結像する。従っ
て、マイクロレンズ付きCCD 素子の如く斜め入射に対し
て感度が極めて低い受光素子を用いた場合であっても、
前記発明（第１〜第３発明）の場合と同等の優れた効果
が得られる。尚、前記第４発明の場合、透過スクリーン
に入射し受光素子へ向かう光束が透過スクリーン中を透
過する間の吸収、錯乱等により光束の強度低下が起こる
が、第５発明の場合、かかる強度低下を軽減し得るとい
う利点がある。また、第５発明の場合、第４発明の場合
よりも光学系のコンパクト化が可能となるという利点が
ある。上記第５発明に係る装置の例を図16に示す。この
例において、レンズ１は第一結像光学系（シフトレン
ズ）の一種、レンズ２は第二結像光学系の一種に該当す
る。

【００６３】上記第４発明、第５発明において、スクリ
ーンは、スクリーンに光が入射された場合に、垂直から
離れた入射角度に対して、その入射光を入射角度を保っ
たまま又は鏡面反射せずに、散乱する作用をもつもので
あればよい。受光素子方向に散乱する割合が大きければ
大きいほど、その効果は大きく、望ましい。第４発明に
係る透過スクリーンとしては、受光素子方向に大きな割
合で透過散乱するスクリーンを用いることが望ましく、
第５発明に係る反射スクリーンとしては、受光素子方向
に大きな割合で散乱するスクリーンを用いることが望ま
しい（図24、図25参照）。透過スクリーンとしては、例
えばスリガラス、オパール光拡散グラス、ディフューザ
ー等が使用できる。反射スクリーンとしては、例えば拡
散反射板等が使用できる。

【００６４】第６発明に係る輪郭形状測定装置は、前述
のように、測定対象物にシート状の参照光を照射する光
源と、前記シート状参照光の光面に対して平行の受光面
を有するファイバープレートと、前記ファイバープレー
トの受光面と反対側の出射面に接して配置された受光面
を有する受光素子と、前記シート状参照光の光面に対し
て垂直方向の光軸を有し、前記測定対象物のシート状参
照光に照射されている領域を前記ファイバープレートの
受光面に結像させる結像光学系と、前記受光素子で検出
された映像信号を画像処理して前記測定対象物の輪郭形
状を求める画像処理手段とを有すると共に、前記測定対
象物及び前記ファイバープレートの受光面が前記結像光
学系の光軸から外れた位置に配置されていることとした
ものである。この輪郭形状測定装置によれば、斜め入射
を受光素子で受けるのはなくファイバープレートで受け
ることにより、受光素子受光面には光が垂直入射し、結
像する。従って、マイクロレンズ付きCCD 素子の如く斜
め入射に対して感度が極めて低い受光素子を用いた場合
であっても、前記発明（第１〜第３発明）の場合と同等
の優れた効果が得られる。尚、第６発明の場合、透過ス
クリーンでの反射、吸収、錯乱等による光束の強度低下
も反射スクリーンでの反射による光束の強度低下もな
く、光束の強度低下を軽減し得るという利点がある。ま
た、第４発明や第５発明の場合よりも光学系のコンパク
ト化、部品点数の減少による簡素化が可能となるという
利点がある。上記第６発明に係る装置の例を図17に示
す。この例において、レンズは結像光学系（シフトレン
ズ）の一種に該当する。

【００６５】上記第６発明において、ファイバープレー
トとは、像を伝達するガラスファイバーのファイバー束
をプレート状に成形したものを意味する。これによれば
入射面からの像を出射側に正確に伝達することができ
る。

【００６６】第７発明に係る輪郭形状測定装置は、前記
第６発明に係る輪郭形状測定装置でのファイバープレー
トに代えてイメージファイバーを用いたものである。こ
の輪郭形状測定装置によれば、斜め入射を受光素子で受
けるのはなくイメージファイバーの受光面で受けること
により、受光素子受光面には光が垂直入射し、結像す
る。従って、マイクロレンズ付きCCD 素子の如く斜め入
射に対して感度が極めて低い受光素子を用いた場合であ
っても、前記発明（第１〜第３発明）の場合と同等の優
れた効果が得られる。尚、第７発明の場合、第６発明の
場合に比べ、受光素子の位置の制約が小さくなるため、
構成部品配置の自由度が大きくなり、更なる光学系のコ
ンパクト化が可能となるという利点がある。また、適用
対象の現場の装置配置にあわせて測定装置の構成を変え
ることができ、その設置場所の制約が緩和され、測定対
象が拡大するという利点がある。上記第７発明に係る装
置の例を図18に示す。この例において、レンズは結像光
学系（シフトレンズ）の一種に該当する。

【００６７】上記第７発明において、イメージファイバ
ーとは、ガラスファイバー素線が線状に束ねられたもの
を意味する。これによれば一方の末端面に映った像がそ
の反対側の他方の末端面に映し出される。

【００６８】（７）測定対象によっては、測定分解能ま
たは測定できる視野を変更する必要がある。これは第一
結像光学系（シフトレンズ）の焦点距離と位置関係を変
更すること（即ちシフトレンズを交換すること）で実現
可能であるが、シフトレンズは広いイメージサークルを
持つ必要があるため、レンズの選択範囲が狭く、一般に
高価である。測定分解能、視野の選択数だけ、レンズを
準備する必要があり、コスト高になる。

【００６９】第８発明に係る輪郭形状測定装置は、シフ
トレンズを複数準備することなく、測定分解能や測定で
きる視野を変更することができるようにしたものであ
る。

【００７０】即ち、第８発明に係る輪郭形状測定装置
は、前述の如く、第４発明、第５発明における受光素子
および／または第二結像光学系をシート状参照光の光面
に対して垂直に移動させる移動手段を有することとした
ものである。この輪郭形状測定装置によれば、受光素子
および／または第二結像光学系をシート状参照光の光面
に対して垂直に移動させることにより、測定分解能や測
定できる視野を変更することができる。このため、測定
分解能や測定できる視野の変更のためにイメージサーク
ルの広い特殊なシフトレンズを複数備える必要がなく、
シフトレンズの選択範囲が広い。また、使用するレンズ
（第二結像光学系）が安価なものでよい。第一結像光学
系の物面と像面の位置関係を変更することなく、第一結
像光学系、第二結像光学系を通した光学倍率だけを変更
することができる。構成レンズ（第二結像光学系）が可
動なものでよく、例えば市販のズームレンズ等でよい。
レンズ（第二結像光学系）の移動方向が光軸と平行でよ
く、機構が簡素化される。

【００７１】（８）必要とする測定視野、分解能と、選
択された結像光学系としてのシフトレンズの組み合わせ
によっては、光学系のサイズが大きくなり、設置場所が
制限される。これをコンパクト化することが望まれる。

【００７２】第９発明に係る輪郭形状測定装置は、かか
るコンパクト化をはかることができるようにしたもので
ある。即ち、第９発明に係る輪郭形状測定装置は、前述
の如く、第２発明〜第８発明におけるシート状参照光の
測定対象物からの反射光を反射する反射手段を一つ以上
配置し、前記反射光の光路を少なくとも一回折り返して
から受光素子の受光面に結像させることとしたものであ
る。この輪郭形状測定装置によれば、光学系がコンパク
ト化される。これによって設置場所の制限が緩和され
る。上記第９発明に係る装置の例を図20に示す。比較の
ために、上記反射手段をもたない場合の装置の例を図19
に示すが、この図19の装置に比べ図20の装置は光学系サ
イズが小さいことがわかる。

【００７３】（９）一組の光学系では同時に測定対象物
の全周（即ち360 °）を計測することはできないため、
同時に全周を計測するには複数組の光学系を組み合わせ
る必要がある。このように複数組を組み合わせる場合、
各構成部品を複数組分だけ配置することになり、コスト
高になる。

【００７４】第10発明に係る輪郭形状測定装置は、複数
組の光学系の組み合わせをすることなく、同時に全周を
計測することができるようにしたものである。即ち、第
10発明に係る輪郭形状測定装置は、前述の如く、第２発
明〜第８発明におけるシート状参照光を反射し得る位置
に少なくとも一つの反射手段を配置し、二以上の異なっ
た方向から測定対象物への光照射をすることとしたもの
である。この輪郭形状測定装置によれば、複数組の光学
系の組み合わせをすることなく、一組の光学系でも同時
に全周を計測することができる。このため、高価なレー
ザ等の台数を減らすことができ、コストダウンがはかれ
る。上記第10発明に係る装置の例を図22に示す。比較の
ために、上記反射手段をもたない場合の装置の例を図21
に示す。

【００７５】

【実施例】（１）第１〜第３発明における撮像光学系と
測定対象物の相対位置関係を決定する計算の一例を、以
下に示す。

【００７６】図２に示す如く、測定対象物１にシート光
（シート状の参照光）SLを照射する光源２を配する。そ
して、前記シート光SLの光面に対して平行の受光面を有
する受光素子４（CCD 素子）と、前記シート光SLの光面
に対して垂直方向の光軸を有し、前記測定対象物１のシ
ート光SLに照射されている領域を前記受光素子４の受光
面に結像させる結像光学系３（レンズ）とを配する。即
ち、結像光学系３をその光軸を前記シート光SLの光面に
対して垂直にさせて配置すると共に、受光素子４をその
受光面（CCD 素子面）を前記シート光SLの光面に対して
平行にさせて配置する。

【００７７】このとき、結像光学系（レンズ）３として
は、光学倍率（β）：4.8 、焦点距離（ｆ）：90mm、イ
メージサークル（EC）：235mm （F16 での数値）の大判
カメラ用市販レンズを想定する。光源２としては、レー
ザ光源とその前方に配されたシリンドリカルレンズとか
らなるスリット光源を用いる。

【００７８】尚、図２において、ａは、結像光学系（レ
ンズ）３と受光素子４の受光面との間の距離、ｂは、結
像光学系（レンズ）３とシート光面との間の距離、Ｌ
は、結像光学系（レンズ）３の光軸と測定対象物１の被
測定面中心（シート光SLに照射されている線状部分の中
央部）との間の距離、Ｄは、受光素子４の受光面のシフ
ト量、即ち、受光素子４の受光面の中心部と結像光学系
（レンズ）３の光軸との間の距離を示すものである。こ
れらのａ、ｂ、Ｌ、Ｄについては、次のようにして設定
することができる。

【００７９】ｂ／ａ＝β（：結像光学系３の光学倍率）
であり、β＝4.8 であることから、下記式が得られ
る。 ｂ／ａ＝4.8 ---- 式

【００８０】結像の近軸公式より、下記式が成り立
つ。 １／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ ---- 式

【００８１】上記式及び式より、下記式が得られ
る。 ｆ＝ｂ／5.8 ---- 式

【００８２】ここで、ｆ（焦点距離）＝90mmであるの
で、ｂ＝522mm となる。このｂと上記式とから、ａ＝
108.75mmとなる。

【００８３】Ｌ、Ｄ、ａ、ｂの間には、下記式の関係
が成立する。そして、この式より下記式、式を導
くことができる。 Ｌ／Ｄ＝ｂ／ａ ---- 式 Ｌ＝Ｄ×ｂ／ａ ---- 式 Ｄ＝Ｌ×ａ／ｂ ---- 式

【００８４】結像光学系３（レンズ）としては、前記の
如く、ｆ＝90mm、EC＝235mm （F16での数値）の大判カ
メラ用市販レンズを用いることから（結像光学系３のEC
は、前記の如く、235mm （F16 での数値）であることか
ら）、許容できるＤの上限値は、受光素子の大きさを無
視した場合で、Ｄ_max ＝235mm ／２＝117.5mm となる。
現実には、受光素子は有限の値をもつため、Ｄ_max は、
より小さい値となる。

【００８５】Ｌ≧400mm を満たす光学系にする方向で検
討するに、Ｌ＝400mm のとき、このＬ＝400mm と上記
式とから、Ｄ＝83.3mmとなる。このＤ＝83.3mmは許容で
きるＤの上限値（Ｄ_max ＝117.5mm ）よりも小さく、充
分に許容範囲内にある。

【００８６】そこで、例えば、Ｌ、Ｄの値として、Ｌ＝
400mm 、Ｄ＝83.3mmを選定する。

【００８７】このようにして、ａ＝108.75mm、ｂ＝522m
m 、Ｄ＝83.3mm、Ｌ＝400mm という値が選定できる。な
お、光源２と測定対象物１との間の距離は、照射光量が
測定に充分な値であればよく、特に制約はない。

【００８８】また、例えば撮像光学系と測定対象物の間
の距離を可能な限り大きくとりたいと考えた場合、許容
範囲内のＤ（Ｄ≦117.5mm を満足するＤ）として、上限
値の117.5mm より、素子の大きさを考慮して、少し小さ
いＤ＝110mm を選定すれば、このＤ＝110mm と前記式
とから、Ｌ＝528mm となる。このようにして、ａ＝108.
75mm、ｂ＝522mm 、Ｄ＝110mm 、Ｌ＝528mm が決定でき
る。

【００８９】尚、結像光学系３の被写界深度は、下記
式より求めることができ、3.07mmとなる。 被写界深度＝δ×Ｆ／(1／β)²＝（6.4/768)×16／(1/4.8)²＝3.07mm ---式 但し、上記式において、δ：最小錯乱円（１画素に相
当）、Ｆ：レンズのＦナンバー（F16 での使用の場
合）、β：光学倍率である。

【００９０】上記の如く、シート光面に垂直な方向の被
写界深度は3.07mmであることから、光源２のレーザ光源
を構成するレーザ発信器の光軸振動に起因する測定対象
物の測定対象点のシート光面に垂直な方向の移動の許容
量は、3.07mmであることになる。

【００９１】（２）図23に示す装置（第４発明において
第８発明に係る移動手段を備えるようにした装置）の光
学系及びその光学倍率変換機構の具体例を、以下に示
す。

【００９２】受光素子として、１画素あたりの大きさ：
ｄ(mm)×ｄ(mm)、画素数：ｎ×ｍ画素のCCD 素子を用い
ることとする。測定対象物面上で１画素あたりＤ(mm)×
Ｄ(mm)の大きさの視野を得ようとすると、光学倍率β
は、β＝ｄ／Ｄである必要がある。図23に示すレンズ１
により測定対象物が透過スクリーン上に結像する光学倍
率β１は、β１＝ａ１／ｂ１であり、レンズ２により透
過スクリーン上の像が受光素子上に結像する光学倍率β
２は、β２＝ａ２／ｂ２である。測定対象物が受光素子
上に結像する光学倍率βは、β＝β１＊β２であるの
で、ｄ、Ｄ、ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２の関係は、ｄ／Ｄ
＝（ａ１／ｂ１）＊（ａ２／ｂ２）となる。ここで、レ
ンズ１の焦点距離をｆ１、レンズ２の焦点距離をｆ２と
すると、結像関係から、 １／ｆ１＝１／ａ１＋１／ｂ１ １／ｆ２＝１／ａ２＋１／ｂ２ である。

【００９３】従って、ｆ１、ｆ２を選択することで、任
意の光学倍率を実現できる。また、系全体の光学倍率β
を変更したいときに、β１を固定し、β２だけを変更す
ることで、実現可能である。即ち、透過スクリーンの性
能、位置関係を変更せずに、レンズ２の焦点距離ｆ２と
位置関係を変更するのみで、系全体の光学倍率βを変更
することができる。

【００９４】

【発明の効果】本発明によれば、前記従来の光切断法お
よび前記公報記載の光切断法の有する問題点を解消し
得、ぼけた画像となって測定精度が低下することがな
く、測定領域や測定分解能が制限され難く、倍率補正が
必要でなく、多重反射による誤測定が生じ難く、撮像光
学系と測定対象物の相対位置関係が限定され難く、前記
公報記載の光切断法の場合の如き測定不可能な部位がな
く、測定対象物の輪郭形状を求めることができるように
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る輪郭形状測定装置の例の概要を
示す模式図である。

【図２】 本発明の実施例に係る輪郭形状測定装置の概
要を示す模式図である。

【図３】 従来の一般的な光切断法での問題点を示す説
明図であって、被写界深度の領域外の個所はぼけた画像
になることを示す説明図である。

【図４】 従来の一般的な光切断法での問題点を示す説
明図であって、倍率補正が必要であることを示す説明図
である。

【図５】 従来の一般的な光切断法での問題点を示す説
明図であって、多重反射による誤測定が生じることを示
す説明図である。

【図６】 特開平10-221012 号公報に記載の光切断法で
の問題点を示す説明図であって、撮像光学系と測定対象
物の相対位置関係が限定されることを示す説明図であ
る。

【図７】 特開平10-221012 号公報に記載の光切断法に
より棒状体端部の形状を測定する際に形状測定の可能な
場合と不可能な場合とがあることを示す説明図であっ
て、図７の(A) は形状測定が可能である場合を示す説明
図であり、図７の(B) は形状測定が不可能である場合を
示す説明図である。

【図８】 本発明の作用効果を示す説明図であって、ぼ
けた画像となって測定精度が低下することがなく、測定
対象物の輪郭形状を求めることができることを示す説明
図である。

【図９】 本発明の作用効果を示す説明図であって、測
定領域や測定分解能が制限され難いことを示す説明図で
ある。

【図１０】 本発明の作用効果を示す説明図であって、
倍率補正が必要でないことを示す説明図である。

【図１１】 本発明の作用効果を示す説明図であって、
多重反射による誤測定が生じ難くなることを示す説明図
である。

【図１２】 本発明の作用効果を示す説明図であって、
撮像光学系の配置位置の選択範囲が拡いことを示す説明
図である。

【図１３】 シート光反射を撮影し得ない撮像光学系の
位置関係を示す説明図である。

【図１４】 本発明の作用効果を示す説明図であって、
撮像光学系の配置位置の選択範囲が拡いことを示す説明
図である。

【図１５】 本発明に係る輪郭形状測定装置の中の透過
スクリーン使用型装置の例を示す模式図である。

【図１６】 本発明に係る輪郭形状測定装置の中の反射
スクリーン使用型装置の例を示す模式図である。

【図１７】 本発明に係る輪郭形状測定装置の中のファ
イバープレート使用型装置の例を示す模式図である。

【図１８】 本発明に係る輪郭形状測定装置の中のイメ
ージファイバー使用型装置の例を示す模式図である。

【図１９】 本発明に係る輪郭形状測定装置の例を示す
模式図である。

【図２０】 本発明に係る輪郭形状測定装置の中の測定
対象物反射光の反射手段使用型装置の例を示す模式図で
ある。

【図２１】 本発明に係る輪郭形状測定装置の例を示す
模式図である。

【図２２】 本発明に係る輪郭形状測定装置の中の参照
光反射手段使用型装置の例を示す模式図である。

【図２３】 本発明の実施例（２）に係る輪郭形状測定
装置を示す模式図である。

【図２４】 本発明に係る輪郭形状測定装置での透過ス
クリーンの特性を示す模式図である。

【図２５】 本発明に係る輪郭形状測定装置での反射ス
クリーンの特性を示す模式図である。

【符号の説明】

１--測定対象物、２--シート光源、３--結像光学系、４
--受光素子、５--シート光源、６--レンズ、７--受光素
子、８--シート光源、９--長い棒状体、10--カメラ、11
--測定対象物、12--シート光源、13--結像光学系、14--
受光素子、15--長い棒状体、16--カメラ、17--棒状体、
SL--シート光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA53 BB06 CC00 DD02 FF01 FF02 FF09 GG04 HH05 HH13 JJ03 JJ08 JJ14 JJ26 LL00 LL03 LL04 LL10 LL12 LL49 PP02 UU07

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象物にシート状の参照光を照射
   し、結像光学系をその光軸を前記シート状参照光の光面
   に対して垂直にさせて配置すると共に、受光素子をその
   受光面を前記シート状参照光の光面に対して平行にさ
   せ、且つ、前記測定対象物のシート状参照光に照射され
   ている領域が前記結像光学系によって前記受光素子の受
   光面に結像する位置に配置して、前記測定対象物のシー
   ト状参照光に照射されている領域を前記受光素子の受光
   面に結像させ、前記受光素子の受光面からの映像信号を
   画像処理することにより、前記測定対象物の輪郭形状を
   求めることを特徴とする輪郭形状測定方法。
2. 【請求項２】 測定対象物にシート状の参照光を照射す
   る光源と、前記シート状参照光の光面に対して平行の受
   光面を有する受光素子と、前記シート状参照光の光面に
   対して垂直方向の光軸を有し、前記光軸から外れた位置
   に前記測定対象物及び前記受光素子の受光面が配置さ
   れ、前記測定対象物のシート状参照光に照射されている
   領域を前記受光素子の受光面に結像させる結像光学系
   と、前記受光素子で検出された映像信号を画像処理して
   前記測定対象物の輪郭形状を求める画像処理手段とを有
   することを特徴とする輪郭形状測定装置。
3. 【請求項３】 前記受光素子および／または前記結像光
   学系を前記シート状参照光の光面に対して平行に移動さ
   せる移動手段を有する請求項２記載の輪郭形状測定装
   置。
4. 【請求項４】 測定対象物にシート状の参照光を照射す
   る光源と、前記シート状参照光の光面に対して平行の受
   光面を有する透過スクリーンと、前記シート状参照光の
   光面に対して垂直方向の光軸を有し、前記測定対象物の
   シート状参照光に照射されている領域を前記透過スクリ
   ーンの受光面に結像させる第一結像光学系と、前記透過
   スクリーンに対して前記第一結像光学系と反対側に配置
   された受光素子と、前記透過スクリーンの受光面の像を
   前記受光素子の受光面に結像させる第二結像光学系と、
   前記受光素子で検出された映像信号を画像処理して前記
   測定対象物の輪郭形状を求める画像処理手段とを有する
   と共に、前記測定対象物及び前記透過スクリーンの受光
   面が前記第一結像光学系の光軸から外れた位置に配置さ
   れていることを特徴とする輪郭形状測定装置。
5. 【請求項５】 測定対象物にシート状の参照光を照射す
   る光源と、前記シート状参照光の光面に対して平行の受
   光面を有する反射スクリーンと、前記シート状参照光の
   光面に対して垂直方向の光軸を有し、前記測定対象物の
   シート状参照光に照射されている領域を前記反射スクリ
   ーンの受光面に結像させる第一結像光学系と、前記反射
   スクリーンに対して前記第一結像光学系と同じ側に配置
   された受光素子と、前記反射スクリーンの受光面の像を
   前記受光素子の受光面に結像させる第二結像光学系と、
   前記受光素子で検出された映像信号を画像処理して前記
   測定対象物の輪郭形状を求める画像処理手段とを有する
   と共に、前記測定対象物及び前記反射スクリーンの受光
   面が前記第一結像光学系の光軸から外れた位置に配置さ
   れていることを特徴とする輪郭形状測定装置。
6. 【請求項６】 測定対象物にシート状の参照光を照射す
   る光源と、前記シート状参照光の光面に対して平行の受
   光面を有するファイバープレートと、前記ファイバープ
   レートの受光面と反対側の出射面に接して配置された受
   光面を有する受光素子と、前記シート状参照光の光面に
   対して垂直方向の光軸を有し、前記測定対象物のシート
   状参照光に照射されている領域を前記ファイバープレー
   トの受光面に結像させる結像光学系と、前記受光素子で
   検出された映像信号を画像処理して前記測定対象物の輪
   郭形状を求める画像処理手段とを有すると共に、前記測
   定対象物及び前記ファイバープレートの受光面が前記結
   像光学系の光軸から外れた位置に配置されていることを
   特徴とする輪郭形状測定装置。
7. 【請求項７】 測定対象物にシート状の参照光を照射す
   る光源と、前記シート状参照光の光面に対して平行の受
   光面を一方の末端面に有するイメージファイバーと、前
   記イメージファイバーの受光面と反対側の他方の末端面
   に接して配置された受光面を有する受光素子と、前記シ
   ート状参照光の光面に対して垂直方向の光軸を有し、前
   記測定対象物のシート状参照光に照射されている領域を
   前記イメージファイバーの受光面に結像させる結像光学
   系と、前記受光素子で検出された映像信号を画像処理し
   て前記測定対象物の輪郭形状を求める画像処理手段とを
   有すると共に、前記測定対象物及び前記イメージファイ
   バーの受光面が前記結像光学系の光軸から外れた位置に
   配置されていることを特徴とする輪郭形状測定装置。
8. 【請求項８】 前記受光素子および／または前記第二結
   像光学系を前記シート状参照光の光面に対して垂直に移
   動させる移動手段を有する請求項４又は５記載の輪郭形
   状測定装置。
9. 【請求項９】 前記シート状参照光の測定対象物からの
   反射光を反射する反射手段を一つ以上配置し、前記反射
   光の光路を少なくとも一回折り返してから前記受光素子
   の受光面に結像させる請求項２、３、４、５、６、７又
   は８記載の輪郭形状測定装置。
10. 【請求項１０】 前記シート状参照光を反射し得る位置
    に少なくとも一つの反射手段を配置し、二以上の異なっ
    た方向から測定対象物への光照射をする請求項２、３、
    ４、５、６、７又は８記載の輪郭形状測定装置。