JP2003014430A - ３次元測定方法および３次元測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】人体に対する安全性を向上しつつ、精度の高い
３次元測定を行う。 【解決手段】互いに異なる複数の波長の光を３次元測定
の対象物に投射し（＃１０４）、投射した各波長の光の
対象物による反射光を受光素子で受光し（＃１０５）、
ステップ＃１０５における各受光の強さおよびそれぞれ
に対応するステップ＃１０４で投射した各波長の光の強
さに基づいて、投射した光の単位パワー当たりの受光の
強さが最も大きいものに対応する波長の光を選び（＃１
１３）、選んだ波長の光を対象物に投射し、その投射し
た光の対象物による反射光を受光し、受光により受光素
子から出力される信号に基づいて三角測量法を用いて対
象物の距離データを取得する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体にスリット光
などの光を投射して物体形状を非接触で測定する３次元
測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、３次元測定の対象物にスリッ
ト光などの光を投射し、対象物による反射光に基づいて
対象物の形状を測定する３次元測定装置が提案されてい
る。この３次元測定装置によると、投射された光の対象
物による反射光を受光素子で受光し、受光素子から出力
される信号に基づいて対象物の形状を特定するための距
離データを生成する。正確な距離データを生成するため
に、受光素子から出力される信号のＳ／Ｎ比を良くする
必要がある。それには、できるだけ強い反射光を得られ
ることが必要である。

【０００３】強い反射光を得るには、対象物における分
光反射率の高い波長の光を投射する方法が考えられる。
例えば、特開平４−１１５１０８号に開示されている発
明によると、複数の波長の光を同時に投射し、各波長の
光に対応する反射光を受光した受光素子から出力される
信号のうち最も大きい出力の信号に基づいて距離データ
を生成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、対象物に投
射する光がレーザ光である場合は、そのレーザ光が人体
に悪影響を及ぼす可能性がある。そこで、安全性を図る
ために、ＪＩＳ（日本工業規格）またはＩＥＣ（国際電
気標準会議）などは、レーザ光を使用する製品（レーザ
製品）に関するクラス（基準）を定めている。これによ
ると、レーザ製品は、危険性の度合いに応じて幾つかの
クラスに分けられており、投射するレーザ光がそのクラ
スの許容レベルを超えてはならないとされている。しか
しながら、そのレーザ製品が分類されたクラスの許容レ
ベル内であっても、安全性を考慮すれば、投射するレー
ザ光は弱ければ弱いほどよい。

【０００５】しかし、髪の毛のように、反射率が低い物
を測定の対象物とした場合は、強い光を投射しなければ
ならない。さもなければ、充分な強さの反射光が得られ
ず、３次元測定の精度が低くなるからである。例えば、
特開平４−１１５１０８号の発明によると、すべての波
長について強い光を投射しなければならない。しかし、
安全性の問題から、結局、光の強さや投射時間を制限せ
ざるを得ない。

【０００６】このように、人体の安全性を向上させるた
めには対象物に投射する光は弱いほどよいが、精度の高
い３次元測定を行うためには強い光を投射する必要があ
る。本発明は、このような問題点に鑑み、人体に対する
安全性を向上しつつ、精度の高い３次元測定を行う方法
および装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る３次元測定
方法は、互いに異なる複数の波長の光を３次元測定の対
象物に投射する第一の投射ステップと、前記第一の投射
ステップにおいて投射した前記各波長の光の前記対象物
による反射光を受光素子で受光する第一の受光ステップ
と、前記第一の受光ステップにおける各受光の強さおよ
びそれぞれに対応する前記第一の投射ステップにおいて
投射した前記各波長の光の強さに基づいて、投射した光
の単位パワー当たりの受光の強さが最も大きいものに対
応する波長の光を選ぶ波長選択ステップと、前記波長選
択ステップによって選ばれた波長の光を前記対象物に投
射する第二の投射ステップと、前記第二の投射ステップ
において投射した光の前記対象物による反射光を受光す
る第二の受光ステップと、前記第二の受光ステップにお
ける受光により前記受光素子から出力される信号に基づ
いて三角測量法を用いて前記対象物の距離データを取得
するデータ取得ステップと、を有する。

【０００８】本発明に係る３次元測定装置は、投光光学
系から互いに異なる複数の波長の光を３次元測定の対象
物に投射し、投射された前記各波長の光の強さおよびそ
れぞれに対応する前記対象物による各反射光の強さに基
づいて、投射された光の単位パワー当たりの反射光の強
さが最も大きいものに対応する波長を選ぶ、予備測定手
段と、前記予備測定手段によって選ばれた波長の光を投
光光学系から前記対象物に投射し、投射された光に対応
する前記反射光を受光した受光素子から出力される信号
に基づいて三角測量法を用いて前記対象物の距離データ
を取得する本測定手段と、を有する。

【０００９】より具体的な構成として、３次元測定の対
象物に光を投射する投光光学系と、投射された光の前記
対象物による反射光を受光素子で受光する受光光学系
と、を備えた３次元測定装置であって、互いに異なる複
数の波長の光を前記対象物に投射するように前記投光光
学系を制御し、投射された前記各波長の光の強さおよび
それぞれに対応する前記各反射光の前記受光素子による
受光の強さに基づいて、投射された光の単位パワー当た
りの受光の強さが最も大きいものに対応する波長を選ぶ
予備測定制御手段と、前記予備測定制御手段に選ばれた
波長の光を前記対象物に投射するように前記投光光学系
を制御し、当該制御をされた前記投光光学系から投射さ
れた光に対応する前記反射光を受光した前記受光素子か
ら出力される信号に基づいて三角測量法を用いて前記対
象物の距離データを取得する本測定制御手段と、を有す
る。

【００１０】好ましくは、前記投光光学系には、互いに
異なる波長の光を投射する複数の光源と、前記各光源の
位置を制御する駆動手段と、が設けられ、前記予備測定
制御手段は、前記対象物への光の投射が可能な投射位置
に前記各光源を順次移動させるように前記駆動手段を制
御し、前記光源が前記投射位置に移動したときに前記対
象物に光を投射するように当該光源を制御する。

【００１１】または、前記投光光学系には、互いに異な
る波長の光を投射する複数の光源と、前記各光源から投
射された光が前記対象物に向かう同じ１つの光路を通る
ようにする光路変更手段と、が設けられ、前記予備測定
制御手段は、互いに異なるタイミングで前記対象物に光
を投射するように前記各光源を制御する。

【００１２】または、前記受光光学系には、前記波長ご
とに対応して、入射した光から当該波長のみの光を抽出
して前記受光素子で受光するようにする抽出手段が設け
られ、前記予備測定制御手段は、前記すべての波長が含
まれる光を前記対象物に投射するように前記投光光学系
を制御し、投射された光の前記反射光から前記各波長の
光を順次抽出するように前記各抽出手段を制御する。

【００１３】または、前記受光光学系には、入射した光
を前記各波長の光に分光する分光手段が設けられ、か
つ、分光された前記各波長の光をそれぞれ受光するため
の前記受光素子が１つずつ設けられ、前記予備測定制御
手段は、前記すべての波長が含まれる光を前記対象物に
投射するように前記投光光学系を制御し、投射された光
の前記反射光が前記分光手段によって分光されて得られ
る各波長の光を受光した前記各受光素子から出力される
信号に基づいて波長を選ぶ。

【００１４】

【発明の実施の形態】〔第一の実施形態〕図１は本発明
に係る測定システム１の構成図である。

【００１５】図１に示すように、測定システム１は、ス
リット光投影法によって３次元測定を行う３次元カメラ
２と、３次元カメラ２の出力データを処理するホスト８
とから構成されている。

【００１６】３次元カメラ２は、物体Ｑ上の複数のサン
プリング点の３次元位置を特定する測定データ（スリッ
ト画像データ）、物体Ｑのカラー情報を示す２次元画像
（２次元画像データ）、およびキャリブレーションに必
要なデータを出力する。以下、物体Ｑ上の３次元位置を
特定するための測定を「本測定」と呼称することがあ
る。三角測量法を用いてサンプリング点の座標を求める
演算処理はホスト８が担う。

【００１７】ホスト８は、ＣＰＵ８ａ、ディスプレイ８
ｂ、キーボード８ｃ、およびマウス８ｄなどから構成さ
れたコンピュータシステムである。ＣＰＵ８ａには本測
定で得られる測定データの処理のためのソフトウェアが
組み込まれている。ホスト８と３次元カメラ２との間で
は、オンラインおよび可搬型の記録メディア８Ｍによる
オフラインの両方の形態のデータ受渡しが可能である。
記録メディア８Ｍとしては、光磁気ディスク（ＭＯ）、
ミニディスク（ＭＤ）、メモリカードなどがある。

【００１８】図２は３次元カメラ２の外観を示す図であ
る。図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は背面に設けられ
たオペレーションパネルの平面図である。図２に示すよ
うに、３次元カメラ２のハウジング２５の前面には、投
光窓２５ａおよび受光窓２５ｂが設けられている。

【００１９】３次元カメラ２の内部の光学ユニット２６
は、投光光学系２０、受光光学系４０、およびこれらを
統括的に制御するシステムコントローラ５２などからな
り（図１０参照）、投光窓２５ａを通して所定幅Ｗの帯
状のレーザビーム（測定スリット光）Ｕを測定の対象物
（被写体）である物体Ｑに向けて投射し、物体Ｑの表面
で反射した測定スリット光Ｕを受光窓２５ｂを通して受
光する。以下、物体Ｑに向けて投射される測定スリット
光Ｕを「投射光Ｕ１」と、物体Ｑの表面で反射した測定
スリット光Ｕを「反射光Ｕ２」と区別して呼称すること
がある。

【００２０】ハウジング２５の上面には、ズーミングボ
タン２７ａ、２７ｂ、フォーカシング切替えボタン２７
ｃ、２７ｄ、手動フォーカシングボタン２７ｅ、２７
ｆ、およびレリーズボタン２７ｇが設けられている。図
２（ｂ）に示すように、ハウジング２５の背面には、液
晶ディスプレイ２８、カーソルボタン２９ａ、セレクト
ボタン２９ｂ、レコードボタン２９ｃ、アナログ出力端
子２９ｄ、２９ｅ、デジタル出力端子２９ｆ、および記
録メディア４の着脱口２９ｇが設けられている。レコー
ドボタン２９ｃはフォーカシングロックボタンを兼ね
る。

【００２１】液晶ディスプレイ２８は、操作画面の表示
手段および電子ファインダとして用いられる。測定者で
あるユーザは、背面の各ボタン２９ａ、２９ｂによって
測定のための設定を行うことができる。アナログ出力端
子２９ｄからは測定データが出力され、アナログ出力端
子２９ｅからは２次元画像信号が例えばＮＴＳＣ形式で
出力される。デジタル出力端子２９ｆは例えばＳＣＳＩ
端子である。

【００２２】図３は投光光学系２０の構成を模式的に示
す図である。図３（ａ）は正面図であり、図３（ｂ）は
側面図である。図３に示すように、投光光学系２０は、
半導体レーザ群２１、半導体レーザ群２１の駆動系２１
Ｋ、投光レンズ系２２、投光レンズ系２２の駆動系２２
Ｋ、走査系２３、および走査系２３の駆動系２３Ｋなど
によって構成される。

【００２３】駆動系２１Ｋ、２２Ｋ、および２３Ｋは、
システムコントローラ５２によって制御され、それぞ
れ、半導体レーザ群２１、投光レンズ系２２、および走
査系２３の位置姿勢を調整する。

【００２４】半導体レーザ群２１は、複数の半導体レー
ザ（ＬＤ）によって構成される。本実施形態では、互い
に異なる波長の光を発する２つの半導体レーザ２１ａ、
２１ｂによって構成される。半導体レーザ２１ａ、２１
ｂは、それぞれ、波長が６８０ｎｍ、７８０ｎｍの光を
発する。半導体レーザ２１ａ、２１ｂの位置は、駆動系
２１ＫによってＸ軸方向に変更される。そして、位置Ａ
から光を発することによって、その光を物体Ｑに向けて
投射することができる。すなわち、位置Ａにセットされ
る半導体レーザを選択することによって、物体Ｑに投射
する光の波長を６８０ｎｍ、７８０ｎｍのいずれかに変
更することができる。以下、λ１＝６８０ｎｍ、λ２＝
７８０ｎｍとする。

【００２５】半導体レーザ２１ａ、２１ｂが発する光の
強さすなわち光度の調整および点灯／消灯の切替えなど
は、ＬＤドライバ２１Ｄによって制御される。投光レン
ズ系２２は、コリメータレンズ群２２１、レーザビーム
のスリット幅Ｗの方向にのみパワーを有するシリンドリ
カルレンズで構成されるバリエータレンズ群２２２、お
よび、スリットの長さ方向Ｍにのみパワーを有するシリ
ンドリカルレンズで構成されたエキスパンダレンズ群２
２３の３つのレンズ群から構成されている。

【００２６】半導体レーザ２１ａまたは２１ｂから投射
されたレーザビームに対して、次の順序で適切な測定ス
リット光Ｕを得るための光学的処理が行われる。まず、
コリメータレンズ群２２１によってレーザビームを概ね
平行にする。次に、バリエータレンズ群２２２によっ
て、レーザビームのスリット幅Ｗが調整される。最後
に、エキスパンダレンズ群２２３によって、レーザビー
ムがスリット長さ方向Ｍに拡げられる。

【００２７】駆動系２２Ｋは、システムコントローラ５
２の指示に従って、受光素子４３（図４参照）上での測
定スリット光Ｕの幅Ｗを一定に保つようにバリエータレ
ンズ群２２２を移動させる。

【００２８】走査系２３として、ガルバノミラー２３１
が用いられる。走査系２３による偏向の以前にスリット
の長さを拡げることにより、偏向の後で行う場合と比較
して測定スリット光Ｕの歪みを低減することができる。
エキスパンダレンズ群２２３を投光レンズ系２２の最終
段に配置することにより、すなわちガルバノミラー２３
に近づけることにより、ガルバノミラー２３を小型化す
ることができる。

【００２９】このような構成によって、半導体レーザ２
１ａまたは２１ｂから投射されるレーザビームを、投光
レンズ系２２を通過させて測定スリット光Ｕに変換し、
走査手段として用いられるガルバノミラー２３１によっ
てスリット長さ方向と直交する方向に偏向させ、物体Ｑ
に投射することが可能となる。

【００３０】図４は受光光学系４０の構成を模式的に示
す図、図５はレンズ検出器４４を模式的に示す図、図６
は赤外カットフィルタ４１２の光の波長と透過率との関
係を示す図である。

【００３１】図４に示すように、受光光学系４０は、受
光レンズ系４１、レンズ検出器４４、および受光素子４
３などによって構成される。受光レンズ系４１は、７枚
のレンズにより構成される単焦点の受光レンズ４１１と
赤外カットフィルタ４１２とによって構成される。受光
レンズ系４１のオートフォーカシング動作は、受光レン
ズ４１１を受光軸ＡＸの方向に沿って移動させることに
より行われる。係る動作は、ＡＦ駆動系４１Ｋによって
制御される。なお、受光レンズ４１１としてズームレン
ズが使用される場合は、ズーム駆動系４１Ｌによって電
動ズーミングが行われる。ＡＦ駆動系４１Ｋおよびズー
ム駆動系４１Ｌは、ともにレンズコントローラ５１の指
示に従う。

【００３２】受光レンズ系４１によって集光された光
は、赤外カットフィルタ４１２を透過して受光素子４３
に入射する。赤外カットフィルタ４１２は、図６に示す
ように、およそ８１０ｎｍ以上の波長の光（赤外線）を
透過させない性質を有する。受光素子４３はＣＣＤエリ
アセンサ（イメージセンサ）である。

【００３３】図５に示すように、レンズ検出器４４は、
受光レンズマウント４４１、接点４４２、および判別器
４４３から構成される。接点４４２は電気的接点または
機械的接点である。レンズマウント４４１には、受光レ
ンズ系４１が着脱可能に取り付けられ、取り付けられた
受光レンズ系４１のパラメータ、例えば、Ｆナンバー、
焦点距離、ズーム範囲およびズームの現在位置などが、
接点４４２を介して判別器４４３に入力される。判別器
４４３は、受光レンズ系４１が取り付けられているか否
かの判断を行い、取り付けられている場合に、そのパラ
メータをシステムコントローラ５２に出力する。

【００３４】このように、受光レンズ系４１は交換可能
である。したがって、物体Ｑの大きさ、形状、距離、ま
たは明るさなどにより、それらに応じた適切な画角（焦
点距離）の受光レンズ系４１を用いることができる。

【００３５】次に、スリット光投影法による３次元測定
すなわち本実施形態における本測定の概要について説明
する。図７はスリット光投影法の概要を示す図、図８は
スリット光投影法による測定の原理を説明するための図
である。

【００３６】図７（ａ）に示すように、投光光学系２０
から測定スリット光Ｕ（投射光Ｕ１）を物体Ｑに投射
し、その反射光Ｕ２を受光光学系４０の受光素子４３の
撮像面Ｓに入射させる。物体Ｑの投射部分が平坦であれ
ば、図７（ｂ）に示すように撮影像（スリット画像）は
直線になる。投射部分に凹凸があれば、図７（ｃ）に示
すように直線が曲がったり階段状になったりする。つま
り、図７（ｄ）に示すように、３次元カメラ２と物体Ｑ
との距離の大小が撮像面Ｓにおける反射光Ｕ２の入射位
置に反映する。投射光Ｕ１をその幅方向に偏向すること
により、受光側から見える範囲の物体表面を走査して３
次元位置をサンプリングすることができる。サンプリン
グ点数は受光素子４３の画素数に依存する。

【００３７】図８において、投射の起点Ａと撮像面Ｓと
を結ぶ基線ＡＳが受光軸と垂直になるように、投光光学
系２０と受光光学系４０とが配置されている。受光軸は
撮像面Ｓに対して垂直であり、受光軸と撮像面Ｓとの交
点Ｓ０を３次元直交座標系の原点とする。受光軸がＺ
軸、基線ＡＳがＹ軸、投射光Ｕ１の長さ方向がＸ軸であ
る。

【００３８】受光レンズの前側主点Ｈと後側主点Ｈ' と
の主点間距離をＨＨ' 、点Ｓ０から受光レンズの後側主
点Ｈ' までの距離をｂとする。前側主点と後側主点との
距離ＨＨ' 、および距離ｂは、受光光学系４０を構成す
るレンズ群（７枚の受光レンズ４１１）の相対位置関係
により決まる。

【００３９】一般に、受光系と対象物との距離関係が可
変な３次元測定装置では、受光系を構成するレンズ群の
一部または全部を受光軸に沿って移動しピント合わせを
おこなう必要がある。また受光系の画角を可変に設定可
能な３次元測定装置では、レンズ群の一部または全部を
受光軸に沿って移動することでレンズの焦点距離を変え
るズーム機構を有する。

【００４０】これらの場合、レンズ群の位置を知るため
のポテンショメータ（位置センサ）を設け、またはモー
タを使用した自動レンズ駆動ではモータと関連づけられ
たエンコーダを設ることにより、レンズ群の相対位置を
知り、予め記憶しているテーブルから前側主点と後側主
点との距離ＨＨ' 、および距離ｂを得ることができる。
本実施形態の場合は、図４に示すＡＦ駆動系４１Ｋおよ
びレンズコントローラ５１などが後者の自動レンズ駆動
に相当する。

【００４１】距離ｂは、いわゆる像距離のことであり、
有限遠の対象物の像が撮像面Ｓに結像したときのレンズ
の後側主点Ｈ' から撮像面Ｓまでの距離である。像距離
ｂは、受光レンズの焦点距離とピント調整のためのレン
ズ繰出し量との関係により決まる。

【００４２】なお、ズーム機構がなくて距離ＨＨ' およ
び距離ｂが固定の３次元カメラの場合には、テーブルを
用いる必要はなく、予め設定された一定の値を用いれば
よい。

【００４３】投射光Ｕ１が物体Ｑ上の点Ｐ（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）を投射したときの投光軸と投光基準面（受光軸と平
行な投光面）との角度を投光角θａとし、点Ｐと前側主
点Ｈとを結ぶ直線と受光軸を含む平面（受光軸平面）と
のなす角度を受光角θｐとすると、点Ｐの座標Ｚは次の
式で表される。

【００４４】 Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２ ＝Ｚｔａｎθａ＋（Ｚ−ＨＨ' −ｂ）ｔａｎθｐ ∴Ｚ＝｛Ｌ＋（ＨＨ' ＋ｂ）ｔａｎθｐ｝／｛ｔａｎθ
ａ＋ｔａｎθｐ｝ 点Ｐの受光位置をＰ' （ｘｐ，ｙｐ，０）とし（図８
（ａ））、受光レンズの撮像倍率をβとすれば、点Ｐの
座標Ｘ，Ｙは、 Ｘ＝ｘｐ／β Ｙ＝ｙｐ／β となる。上式において、基線長Ｌは投光光学系２０と受
光光学系４０との配置により決まるものであり、予め既
知の値である。受光角θｐは、ｔａｎθｐ＝ｂ／ｙｐの
関係から算出できる。受光レンズの撮像倍率βは、β＝
−ｂ／（Ｚ−ＨＨ' −ｂ）で算出できる。

【００４５】投光角θａは測定スリット光Ｕの偏向角に
よって決まる。偏向手段としてガルバノミラーを用いた
３次元測定装置では、受光素子の撮像タイミング、ガル
バノミラーの回転開始角度、および回転角速度を同期制
御することにより、撮像時の測定スリット光Ｕの偏向角
を認識し、投光角θａを算出する方法が知られている。

【００４６】以上の原理に基づいて撮像面Ｓ上での位置
Ｐ' （ｘｐ，ｙｐ）を測定することにより、点Ｐの３次
元位置を求めることができる。次に、予備測定の概要に
ついて説明する。図９は撮影像Ｇを示す図である。

【００４７】まず、１本の測定スリット光Ｕを物体Ｑに
投射する。その際に、物体Ｑの表面が平面であると仮定
した場合に、撮影像（スリット画像）が受光素子４３の
撮像面Ｓの上下方向のほぼ中央で得られるように、投射
角度を決めて測定スリット光Ｕを投射する。測定スリッ
ト光Ｕの波長を変えて、複数回投射を行う。本実施形態
では、λ１（６８０ｎｍ）、λ２（７８０ｎｍ）のそれ
ぞれの波長について投射を行う。

【００４８】実際には、物体Ｑの表面は平面ではなく凹
凸があるので、撮影像（スリット画像）Ｇは図９に示す
ように曲線となる。つまり、各波長λ１、λ２につい
て、図９のような撮影像Ｇが得られる。以下、予備測定
において投射されるλ１、λ２の測定スリット光Ｕの強
さをそれぞれ、ρ１、ρ２とする。λ１、λ２の各波長
に対応する撮影像Ｇを、それぞれ、撮影像Ｇ１、Ｇ２と
する。投射する光の強さは、次に説明する撮影像Ｇ１、
Ｇ２の比較ができる最小の画素出力が得られる程度にす
る。

【００４９】撮影像Ｇ１、Ｇ２を次のように比較して、
λ１、λ２のうち、いずれの波長の光が本測定に適して
いるのかを求める。まず、撮影像Ｇ１、Ｇ２をサンプリ
ングするために、垂直方向のラインを複数抽出する。

【００５０】例えば、図９に示すように、水平方向６４
０画素、垂直方向４８０画素の場合に、水平方向の中央
付近（約１２０画素分）において、１５画素程度おきに
９本の垂直方向のラインを抽出する。１つのラインは４
８０画素である。抽出されたラインについて、それぞれ
の出力値を、左から順に、Ｅａ、Ｅｂ、…、Ｅｉとす
る。Ｅａ〜Ｅｉの各値は、各部分の画素が受光した光の
強さに応じて大きくなる。

【００５１】そのままの状態では、Ｅａ〜Ｅｉには背景
光の強さが含まれている。そこで、測定スリット光Ｕを
投射しない状態で同様の測定を行ってＥａ' 〜Ｅｉ' を
取得し、Ｅａ〜ＥｉからＥａ' 〜Ｅｉ' をそれぞれ減算
する。これによって測定スリット光Ｕによる受光の強さ
を取得する。

【００５２】撮影像Ｇ１、Ｇ２について、それぞれ、減
算されたＥａ〜Ｅｉのうち最も値の大きいものを判別
し、Ｅｍａｘ１、Ｅｍａｘ２を得る。ρ１＝ρ２の場合
は、Ｅｍａｘ１とＥｍａｘ２とを比較し、大きいほうに
対応する波長を本測定に適した波長とする。ρ１≠ρ２
の場合は、投射した光の単位パワー（強さ）当たりの出
力値ＥＭ１（＝Ｅｍａｘ１／ρ１）とＥＭ２（＝Ｅｍａ
ｘ２／ρ２）とを比較し、大きいほうに対応する波長を
本測定に適した波長とする。つまり、選択された波長
は、λ１、λ２のうち、物体Ｑにおける分光反射率の高
いほうの波長に相当する。以下、説明を簡単にするた
め、ρ１＝ρ２として予備測定を行うこととする。

【００５３】次に、測定システム１における電気信号の
制御および測定の処理手順などについて、ブロック図お
よびフローチャートを参照して説明する。図１０は３次
元カメラ２の機能構成を示すブロック図、図１１は３次
元測定の処理の流れを説明するフローチャート、図１２
は第一の実施形態における予備測定の処理の流れを説明
するフローチャート、図１３は本測定の処理の流れを説
明するフローチャートである。図１０の実線矢印は電気
信号の流れを示し、破線矢印は光の流れを示す。

【００５４】図１０に示すように、システムコントロー
ラ５２は、駆動系２１Ｋ〜２３Ｋ、撮影コントローラ５
０、レンズコントローラ５１、出力処理回路５３、およ
び予備測定処理回路５７などを制御し、これにより３次
元カメラ２の全体の処理を制御する。

【００５５】本実施形態における３次元測定は、図１１
に示す手順で行われる。すなわち、予備測定を行って本
測定に適した波長を求め（＃１）、求められた波長に基
づいて本測定を行って物体Ｑの測定データを取得する
（＃２）。

【００５６】ステップ＃１の予備測定は、図１２に示す
手順で行われる。予備測定の準備として、ＡＦ駆動系４
１Ｋは、レンズコントローラ５１の指示に従ってオート
フォーカシング動作を行い、受光レンズ系４１のフォー
カスを調整する（＃１０１）。このとき、レンズ検出器
４４は、必要に応じて、受光レンズ系４１のＦナンバ
ー、焦点距離、ズーム範囲およびズームの現在位置など
のパラメータおよびレンズ種別を示す種別情報Ｌｋをシ
ステムコントローラ５２に出力する。駆動系２３Ｋは、
測定スリット光Ｕが物体Ｑの中心付近に当たるようにス
キャナミラー（走査系）２３の角度を設定する（＃１０
２）。カウンタＮには、「１」がセットされる（＃１０
３）。

【００５７】Ｎ番目のレーザダイオード（半導体レー
ザ）から光が発せられ、その光は投光レンズ系２２およ
び走査系２３を介して測定スリット光Ｕに変換され物体
Ｑに投射される（＃１０４）。１回目は、ＬＤドライバ
２１Ｄおよび駆動系２１Ｋによって半導体レーザ２１ａ
を発光させ、λ１（６８０ｎｍ）の波長の測定スリット
光Ｕを投射させる。

【００５８】物体Ｑで反射した測定スリット光Ｕは、受
光レンズ系４１を通り、受光素子４３で受光される（＃
１０５）。受光素子４３は、受光により得られた各画素
の出力値Ｅａ〜Ｅｉを、ＣＣＤドライバ４５の指示に従
って予備測定処理回路５７に出力する。なお、ＣＣＤド
ライバ４５は、撮影コントローラ５０によって制御され
る。

【００５９】レーザダイオードを消灯し（＃１０６）、
物体Ｑに測定スリット光Ｕを投射しない状態で測定を行
い、各画素の出力値Ｅａ' 〜Ｅｉ' を得る（＃１０
７）。出力値Ｅａ〜ＥｉおよびＥａ' 〜Ｅｉ' は、予備
測定処理回路５７に一時記憶される。

【００６０】ステップ＃１０５では、受光素子４３は、
物体Ｑで反射した測定スリット光Ｕだけでなく背景光を
も受光している。そこで、出力値Ｅａ〜Ｅｉから背景光
に相当する出力値Ｅａ' 〜Ｅｉ' を減算して、測定スリ
ット光Ｕのみに対応する出力値を得る。この減算された
出力値に基づいて受光素子４３の所定部分の最大出力を
求め、Ｅｍａｘ１を取得する（＃１０８）。Ｅｍａｘ１
は、予備測定処理回路５７内のメモリに一時記憶される
（＃１０９）。

【００６１】カウンタＮに「１」を加算し（＃１１
０）、すべてのレーザダイオードについて最大出力を求
めたか否かを判別する（＃１１１）。すなわち、本実施
形態ではレーザダイオードは２つなので、カウンタＮが
「３」になったか否かを判別する。「３」になっていな
ければつまり「２」であれば（＃１１１でＮｏ）、半導
体レーザ２１ｂから測定スリット光Ｕを投射し、再度ス
テップ＃１０４〜＃１０９の処理を行い、Ｅｍａｘ２を
取得する。

【００６２】そして、予備測定処理回路５７によってＥ
ｍａｘ１とＥｍａｘ２とを比較し（＃１１２）、大きい
ほうに対応する波長を本測定の波長として選択する（＃
１１３）。図１２に示された処理が、本発明における予
備測定手段の処理に相当する。

【００６３】ステップ＃２の本測定においては、図１３
に示す手順で処理が行われる。予備測定で選択された波
長の測定スリット光Ｕを物体Ｑに投射し、物体Ｑを走査
する（＃２０１）。

【００６４】物体Ｑに投射する測定スリット光Ｕの強さ
は、例えば、予備測定のときの測定スリット光Ｕの強さ
ρ１またはρ２、および各画素の出力値Ｅａ〜Ｅｉなど
に基づいて決めればよい。予備測定によって、測定スリ
ット光Ｕの波長として物体Ｑでよく反射する（分光反射
率の高い）波長が、本測定の波長として選ばれる。した
がって、投射する測定スリット光Ｕを従来よりも弱くす
ることができる。これにより、安全性を高めつつ精度の
高い３次元測定を行うことができる。

【００６５】物体Ｑで反射した測定スリット光Ｕは、受
光レンズ系４１を通り、受光素子４３で受光される。こ
のとき、受光素子４３は、測定スリット光Ｕに基づいて
撮影情報を出力する（＃２０２）。係る撮影情報は出力
処理回路５３へ送られ、出力処理回路５３によって受光
素子４３の各画素毎に対応する測定データＤｓが生成さ
れ、出力処理回路５３内のメモリに一時記憶される。

【００６６】出力処理回路５３は、測定データＤｓに基
づいて測定結果を示す距離画像データＤｄを生成する
（＃２０３）。係る距離画像データＤｄは、Ｄ／Ａ変換
器６３を経てアナログのモニタ表示信号としてキャラク
タジェネレータ６４に転送される。

【００６７】キャラクタジェネレータ６４は、モニタ表
示信号が示す画像とシステムコントローラ５２が指定し
た文字や記号とを合成し、合成画像を液晶ディスプレイ
２８に出力する（＃２０４）。

【００６８】ユーザが図２に示すレコードボタン２９ｃ
を操作してデータ出力（測定）を指示すると、出力処理
回路５３内の測定データＤｓが、ＳＣＳＩコントローラ
５９又はＮＴＳＣ変換回路６５によって所定形式でオン
ライン出力され、または記録メディア８Ｍに格納される
（＃２０５）。測定データＤｓのオンライン出力には、
アナログ出力端子２９ｄまたはデジタル出力端子２９ｆ
が用いられる。

【００６９】そして、ホスト８において、オンラインま
たは記録メディア８Ｍから得た測定データＤｓに基づい
て三角測量法を用いてサンプリング点の座標を求める演
算処理が行われ、物体Ｑの距離データＫＤが生成される
（＃２０６）。図１３に示されたステップ＃２０１〜２
０６の処理が、本発明における本測定手段の処理に相当
する。

【００７０】本実施形態によると、予備測定を行って３
次元測定に適した波長を求め、その波長の測定スリット
光を用いて３次元測定を行うので、測定スリット光の強
さを従来よりも弱くしつつその反射光を受光した受光素
子からの出力信号のレベルを高めることができる。した
がって、人体に対する安全性を向上しつつ、精度の高い
３次元測定を行うことができる。なお、予備測定におい
ては、本測定（３次元測定）ほどの精度が要求されない
ので、投射する測定スリット光を本測定の場合よりも弱
くすることができる。したがって、予備測定の安全性は
一層高い。 〔第二の実施形態〕図１４は第二の実施形態における投
光光学系２０Ｂを説明する図、図１５は色分離機構２２
４における光の透過および反射を説明する図、図１６は
色分離機構２２４に用いられる特殊フィルタの入射角４
５度の場合の光の波長と透過率との関係を示す図であ
る。

【００７１】第一の実施形態では、２つのレーザダイオ
ード（半導体レーザ２１ａ、２１ｂ）を順次点灯させて
予備測定を行った。駆動系２１Ｋによってレーザダイオ
ードの位置を変更し、これにより、投射するスリット光
の波長を変更した。第二の実施形態に係る測定システム
１Ｂは、２つのレーザダイオードを順次点灯させて予備
測定を行う点は第一の実施形態と同じであるが、レーザ
ダイオードの位置を変更することなく光の波長が変更で
きるように構成される。

【００７２】本実施形態に係る測定システム１Ｂは、基
本的に図１には示す測定システム１と同様の構成であ
る。ただし、３次元カメラの投光光学系の構成などが相
違する。本実施形態における投光光学系２０Ｂは、図１
４に示すように構成される。

【００７３】図１４において、半導体レーザ２１ａは、
バリエータレンズ群２２２の中心とエキスパンダレンズ
群２２３の中心とを結ぶ直線（光路Ｌａ）に一致するよ
うに光を投射できるような位置Ａに設置されている。

【００７４】一方、半導体レーザ２１ｂは、光路Ｌａと
直交する直線（光路Ｌｂ）に一致するように光を投射可
能な位置Ａ' に設置されている。そこで、半導体レーザ
２１ｂから発せられた光が光路Ｌａに沿ってバリエータ
レンズ群２２２およびエキスパンダレンズ群２２３を通
過できるように、色分離機構２２４が設けられている。

【００７５】例えば、色分離機構２２４として、図１６
に示す性質を有する特殊フィルタ（ダイクロイック膜）
が用いられる。この特殊フィルタは、図１６（ａ）
（ｂ）に示すように、６８０ｎｍの波長の光を透過し、
７８０ｎｍの波長の光を反射する。

【００７６】したがって、半導体レーザ２１ａから発せ
られた光は、図１５（ａ）に示すように、色分離機構２
２４を透過し直進する。半導体レーザ２１ｂから発せら
れた光は、図１５（ｂ）に示すように、色分離機構２２
４に４５度の角度で入射して反射し、光路Ｌａを直進す
る。

【００７７】半導体レーザ２１ａ、２１ｂのそれぞれに
対応してコリメータレンズ群２２１ａ、２２１ｂが設け
られている。対象物に投射する波長を変えるための手段
として、第一の実施形態では駆動系を用いて機械的に行
った。これに対して、第二の実施形態では、駆動系の代
わりに色分離機構を用いて光学的に行うので、測定シス
テム１Ｂの機械の制御系の仕組みを簡単にすることがで
きる。

【００７８】なお、色分離機構２２４として、色分離用
ビームスプリッタ（プリズム）またはハーフミラーなど
を用いてもよい。 〔第三の実施形態〕図１７は第三の実施形態における受
光光学系４０Ｃの構成を模式的に示す図、図１８は色分
解膜７０１の光の波長と透過率および反射率との関係を
示す図、図１９は第三の実施形態における予備測定の処
理の流れを説明するフローチャートである。

【００７９】第一および第二の実施形態では、２つのレ
ーザダイオード（半導体レーザ２１ａ、２１ｂ）を順次
点灯させて予備測定を行った。第三の実施形態では、２
つのレーザダイオードを同時に点灯させて予備測定を行
う。

【００８０】本実施形態に係る測定システム１Ｃは、基
本的に図１に示す測定システム１と同様の構成である。
ただし、３次元カメラの受光光学系として図１７に示す
受光光学系４０Ｃが用いられる。また、投光光学系とし
て、第二の実施形態と同様の投光光学系２０Ｂ（図１
４）が用いられる。

【００８１】図１４において、投光光学系２０Ｂの半導
体レーザ２１ａ、２１ｂは、本実施形態の予備測定の際
に同時に発光するように制御される。半導体レーザ２１
ａ、２１ｂから発せられた光は、ともに光路Ｌａを進
む。したがって、測定スリット光Ｕは、λ１（６８０ｎ
ｍ）およびλ２（７８０ｎｍ）の両方の波長の光（成
分）を含む。

【００８２】図１７に示すように、受光光学系４０Ｃ
は、受光レンズ系４１、この受光レンズ系４１によって
集光された光をλ１の成分とλ２の成分とに分光するビ
ームスプリッタ４７、および２つの受光素子４３α、４
３βによって構成される。

【００８３】ビームスプリッタ４７は、色分解膜（ダイ
クロイック膜）７０１および色分解膜７０１を挟む２つ
のプリズム７０２、７０３などからなる。この色分解膜
７０１は、図１８に示すように、λ１の光を透過し、λ
２の光を反射する性質を有する。

【００８４】したがって、予備測定において、プリズム
７０２を通って色分解膜７０１に入射した測定スリット
光Ｕのうち、λ１の成分は色分解膜７０１を透過して受
光素子４３αによって受光される。λ２の成分は、色分
解膜７０１で反射して受光素子４３βによって受光され
る。

【００８５】次に、測定の処理手順について、図１９に
示すフローチャートを参照して説明する。予備測定を行
った後に本測定を行う点は、図１１に示す第一の実施形
態の場合と同じである。

【００８６】本実施形態の予備測定において、まず、受
光レンズ系４１のフォーカスを調整し（＃１２１）、測
定スリット光Ｕが物体Ｑの中心付近に当たるようにスキ
ャナミラー（走査系）２３の角度を設定し（＃１２
２）、２つのレーザダイオード（半導体レーザ２１ａ、
２１ｂ）を同時に点灯する（＃１２３）。

【００８７】物体Ｑで反射した測定スリット光Ｕは、色
分解膜７０１によってλ１、λ２の成分に分けられ、そ
れぞれ、受光素子４３α、４３βによって受光される。
このとき、受光素子４３α、４３βごとに、各画素の出
力値Ｅａ〜Ｅｉが得られる（＃１２４）。

【００８８】両方のレーザダイオードを消灯し（＃１２
５）、物体Ｑに測定スリット光Ｕを投射しない状態で測
定を行い、λ１、λ２のそれぞれについて出力値Ｅａ'
〜Ｅｉ' を得る（＃１２６）。λ１、λ２の各出力値Ｅ
ａ〜Ｅｉから出力値Ｅａ' 〜Ｅｉ' の分を減算し、これ
に基づいて受光素子４３α、４３βの所定部分の最大出
力を求め、Ｅｍａｘ１、Ｅｍａｘ２を取得する（＃１２
７、＃１２８）。

【００８９】Ｅｍａｘ１とＥｍａｘ２とを比較し（＃１
２９）、大きいほうに対応する波長を本測定の波長とし
て選択する（＃１３０）。本測定は、第一の実施形態と
同様に、図１３に示す手順で行われる。

【００９０】第三の実施形態によると、投光光学系から
すべての波長の光を同時に投射し、それらの反射光を複
数の受光素子で同時に受光するので、予備測定に要する
時間を短縮することができる。 〔第四の実施形態〕図２０は第四の実施形態における受
光光学系４０Ｄの構成を模式的に示す図、図２１はフィ
ルタ４２ａ、４２ｂの光の波長と透過率を示す図、図２
２は第四の実施形態における予備測定の処理の流れを説
明するフローチャートである。

【００９１】第三の実施形態では、予備測定において、
測定スリット光Ｕに含まれるλ１、λ２の成分をそれぞ
れ２つの受光素子によって同時に受光した。第四の実施
形態では、測定スリット光Ｕに含まれるλ１、λ２の成
分を１つの受光素子によって順次受光する。

【００９２】本実施形態に係る測定システム１Ｄは、基
本的に図１に示す測定システム１と同様の構成である。
ただし、３次元カメラの受光光学系として図２０に示す
受光光学系４０Ｄが用いられる。また、投光光学系とし
て、第二および第三の実施形態と同様の投光光学系２０
Ｂ（図１４）が用いられる。

【００９３】第三の実施形態と同様に、予備測定におい
て、投光光学系２０Ｂから投射される測定スリット光Ｕ
は、λ１、λ２の両方の波長を含んでいる。図２０に示
すように、受光光学系４０Ｄは、受光レンズ系４１、フ
ィルタ交換器４２、受光素子４３、およびレンズ検出器
４４などによって構成される。フィルタ交換器４２は、
フィルタ板４２１、駆動系４２２、および４枚のフィル
タ４２ａ〜４２ｄによって構成される。

【００９４】フィルタ板４２１は、その中心を通る軸を
回転軸として回転可能に取り付けられている。また、フ
ィルタ板４２１には、フィルタ板４２１の回転軸を中心
として互いに異なる回転角度位置毎に、ここでは９０度
毎に、４つの貫通した穴が設けられている。その穴に上
述の４つのフィルタ４２ａ〜４２ｄがそれぞれ装着され
ている。これら４つのフィルタが取り付けられたフィル
タ板４２１は、回転部材４２０を構成する。本実施形態
では、４つのフィルタのうち、特にフィルタ４２ａ、４
２ｂが用いられる。

【００９５】駆動系４２２は、システムコントローラ５
２からの指令に従って回転部材４２０を回転させる。こ
れにより、受光レンズ系４１の光路中に４つのフィルタ
４２ａ〜４２ｄのいずれかを挿入した状態に位置決めさ
れる。

【００９６】なお、フィルタ板４２１に設けられた穴の
内径および各フィルタの有効径は、受光レンズ系４１か
ら入射する光Ｕのフィルタ面での最大光路径Ｄａよりも
充分に大きく設定されている。したがって、駆動系４２
２によるフィルタ板４２１の位置決め精度が悪い場合で
も、入射した測定スリット光Ｕはフィルタ板４２１で遮
られることなく、全てがフィルタを通過して受光素子４
３上に結像する。

【００９７】フィルタ４２ａは、図２１（ａ）に示すよ
うに、λ１の光を透過するがλ２の光を透過しない。こ
れとは対照的に、フィルタ４２ｂは、図２１（ｂ）に示
すように、λ２の光を透過するがλ１の光を透過しな
い。

【００９８】次に、測定の処理手順について、図２２に
示すフローチャートを参照して説明する。予備測定を行
った後に本測定を行う点は、図１１に示す第一の実施形
態の場合と同じである。

【００９９】本実施形態の予備測定において、まず、図
１９に示す第三の実施形態のステップ＃１２１〜＃１２
３と同様に、受光レンズ系４１のフォーカスの調整など
を行い、２つのレーザダイオードを同時に点灯する（＃
１４１〜１４３）。このとき、カウンタＮには、「１」
がセットされる（＃１４４）。

【０１００】フィルタ４２ａが受光レンズ系４１の光路
中に挿入された状態に回転部材４２０を位置決めし（＃
１４５）、物体Ｑで反射した測定スリット光Ｕを受光素
子４３によって受光し、λ１の成分について各画素の出
力値Ｅａ〜Ｅｉを取得し（＃１４６）、メモリに記憶す
る（＃１４７）。

【０１０１】カウンタＮに「１」を加算し（＃１４
８）、フィルタ４２ｂについてステップ＃１４５〜＃１
４８の処理を繰り返す。なお、両方のフィルタについて
ステップ＃１４５〜＃１４８の処理が終わっていれば
（＃１４９でＹｅｓ）、ステップ＃１５０以降の処理を
行う。

【０１０２】両方のレーザダイオードを消灯し（＃１５
０）、カウンタＮに「１」をセットしなおし（＃１５
１）、物体Ｑに測定スリット光Ｕを投射しない状態でス
テップ＃１４５〜＃１４９と同様の処理を行う（＃１５
２〜＃１５６）。

【０１０３】そして、これらの処理によって得られたデ
ータに基づいて、第一および第三の実施形態と同様の方
法で本測定のための波長を選択する（＃１５７〜＃１６
０）。

【０１０４】第三の実施形態では、予備測定において複
数の受光素子を用いて各波長の光を同時受光した。これ
に対して、第四の実施形態では、受光素子を１つしか用
いないので、３次元カメラのコストを抑えることができ
る。

【０１０５】図２３は投光光学系の変形例を示す図、図
２４は受光光学系の変形例を示す図、図２５は色分解膜
７２８の光の波長と透過率および反射率との関係を示す
図、図２６は色分解膜７２９の光の波長と透過率および
反射率との関係を示す図である。

【０１０６】上記各実施形態では、波長が６８０ｎｍ、
７８０ｎｍである測定スリット光を用いた３次元測定を
例に説明したが、他の波長であってもよい。また、波長
の種類は２つに限られない。例えば、図２３に示すよう
に、それぞれ異なる波長の光を発する３つの半導体レー
ザ（ＬＤ）２１ａ〜２１ｃ設けてもよい。この場合は、
三板式のプリズム７２０および半導体レーザ２１ａ〜２
１ｃからの光が光路Ｌ９を進むようにするために、適当
な反射率または透過率を有するダイクロイック膜７２
１、７２２を組み合わせて用いればよい。

【０１０７】第三の実施形態において、物体Ｑのカラー
情報を示す２次元画像を取得するための受光素子を設け
てもよい。すなわち、図２４に示すように、３つの受光
素子４３α、４３β、４３γ、３つのプリズム７３１〜
７３３、２枚の色分解膜（ダイクロイック膜）７２８、
７２９、および受光レンズ系４１などによって受光光学
系４０Ｘを構成する。色分解膜７２８はプリズム７３
１、７３２に挟まれ、色分解膜７２９はプリズム７３
２、７３３に挟まれている。色分解膜７２８、７２９
は、それぞれ、図２５、図２６に示すような性質を有す
る。このような構成により、測定スリット光のうちλ１
の成分は受光素子４３αで受光され、λ２の成分は受光
素子４３βで受光される。そして、受光素子４３γによ
って２次元画像が取得される。

【０１０８】上記各実施形態では、予備測定において、
波長λ１、λ２のいずれが本測定に適しているかを３次
元カメラ２によって演算して求めたが、ホスト８で演算
を行ってもよい。

【０１０９】その他、本発明の測定システム１、１Ｃ、
１Ｄ、３次元カメラ２、またはホスト８の全体または各
部の構成、処理内容、処理順序などは、本発明の趣旨に
沿って適宜変更することができる。

【０１１０】

【発明の効果】本発明によると、対象物に投射する光の
強さを従来よりも弱くしても受光素子から高いレベルの
出力信号を得ることができるので、人体に対する安全性
を向上しつつ高い精度の３次元測定を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る測定システムの構成図である。

【図２】３次元カメラの外観を示す図である。

【図３】投光光学系の構成を模式的に示す図である。

【図４】受光光学系の構成を模式的に示す図である。

【図５】レンズ検出器を模式的に示す図である。

【図６】赤外カットフィルタの光の波長と透過率との関
係を示す図である。

【図７】スリット光投影法の概要を示す図である。

【図８】スリット光投影法による測定の原理を説明する
ための図である。

【図９】撮影像を示す図である。

【図１０】３次元カメラの機能構成を示すブロック図で
ある。

【図１１】３次元測定の処理の流れを説明するフローチ
ャートである。

【図１２】第一の実施形態における予備測定の処理の流
れを説明するフローチャートである。

【図１３】本測定の処理の流れを説明するフローチャー
トである。

【図１４】第二の実施形態における投光光学系を説明す
る図である。

【図１５】色分離機構における光の透過および反射を説
明する図である。

【図１６】色分離機構に用いられる特殊フィルタの入射
角４５度の場合の光の波長と透過率との関係を示す図で
ある。

【図１７】第三の実施形態における受光光学系の構成を
模式的に示す図である。

【図１８】色分解膜の光の波長と透過率および反射率と
の関係を示す図である。

【図１９】第三の実施形態における予備測定の処理の流
れを説明するフローチャートである。

【図２０】第四の実施形態における受光光学系の構成を
模式的に示す図である。

【図２１】フィルタの光の波長と透過率との関係を示す
図である。

【図２２】第四の実施形態における予備測定の処理の流
れを説明するフローチャートである。

【図２３】投光光学系の変形例を示す図である。

【図２４】受光光学系の変形例を示す図である。

【図２５】色分解膜の光の波長と透過率および反射率と
の関係を示す図である。

【図２６】色分解膜の光の波長と透過率および反射率と
の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 測定システム（３次元測定装置） ２０ 投光光学系 ２１ａ、２１ｂ 半導体レーザ（光源） ２１Ｋ 駆動系（駆動手段） ２２４ 色分離機構（光路変更手段） ４０ 受光光学系 ４２ａ、４２ｂ フィルタ（抽出手段） ４３ 受光素子 ４７ ビームスプリッタ（分光手段） ５２ システムコントローラ（予備測定手段、予備測定
制御手段、本測定手段、本測定制御手段） ８ ホスト（本測定手段、本測定制御手段） ＫＤ 距離データ Ｌａ 光路 Ｑ 対象物 Ｕ 測定スリット光 Ｕ１ 投射光 Ｕ２ 反射光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA04 BB05 FF09 FF42 GG06 GG23 HH05 HH12 JJ03 JJ26 LL20 LL29 MM26 NN06 QQ04 QQ25 QQ28 SS03 SS13 2F112 AA09 CA08 DA13 DA21 DA25 FA08 FA35 FA39 FA45 5B057 BA02 BA15 CA12 CA16 CB13 CB16

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに異なる複数の波長の光を３次元測定
   の対象物に投射する第一の投射ステップと、 前記第一の投射ステップにおいて投射した前記各波長の
   光の前記対象物による反射光を受光素子で受光する第一
   の受光ステップと、 前記第一の受光ステップにおける各受光の強さおよびそ
   れぞれに対応する前記第一の投射ステップにおいて投射
   した前記各波長の光の強さに基づいて、投射した光の単
   位パワー当たりの受光の強さが最も大きいものに対応す
   る波長の光を選ぶ波長選択ステップと、 前記波長選択ステップによって選ばれた波長の光を前記
   対象物に投射する第二の投射ステップと、 前記第二の投射ステップにおいて投射した光の前記対象
   物による反射光を受光する第二の受光ステップと、 前記第二の受光ステップにおける受光により前記受光素
   子から出力される信号に基づいて三角測量法を用いて前
   記対象物の距離データを取得するデータ取得ステップ
   と、 を有することを特徴とする３次元測定方法。
2. 【請求項２】投光光学系から互いに異なる複数の波長の
   光を３次元測定の対象物に投射し、投射された前記各波
   長の光の強さおよびそれぞれに対応する前記対象物によ
   る各反射光の強さに基づいて、投射された光の単位パワ
   ー当たりの反射光の強さが最も大きいものに対応する波
   長を選ぶ、予備測定手段と、 前記予備測定手段によって選ばれた波長の光を投光光学
   系から前記対象物に投射し、投射された光に対応する前
   記反射光を受光した受光素子から出力される信号に基づ
   いて三角測量法を用いて前記対象物の距離データを取得
   する本測定手段と、 を有することを特徴とする３次元測定装置。
3. 【請求項３】３次元測定の対象物に光を投射する投光光
   学系と、投射された光の前記対象物による反射光を受光
   素子で受光する受光光学系と、を備えた３次元測定装置
   であって、 互いに異なる複数の波長の光を前記対象物に投射するよ
   うに前記投光光学系を制御し、投射された前記各波長の
   光の強さおよびそれぞれに対応する前記各反射光の前記
   受光素子による受光の強さに基づいて、投射された光の
   単位パワー当たりの受光の強さが最も大きいものに対応
   する波長を選ぶ予備測定制御手段と、 前記予備測定制御手段によって選ばれた波長の光を前記
   対象物に投射するように前記投光光学系を制御し、投射
   された光に対応する前記反射光を受光した前記受光素子
   から出力される信号に基づいて三角測量法を用いて前記
   対象物の距離データを取得する本測定制御手段と、 を有することを特徴とする３次元測定装置。
4. 【請求項４】前記予備測定制御手段は、前記各波長の光
   をそれぞれ異なるタイミングで前記対象物に投射するよ
   うに前記投光光学系を制御する、 請求項３記載の３次元測定装置。
5. 【請求項５】前記投光光学系には、互いに異なる波長の
   光を投射する複数の光源と、前記各光源の位置を制御す
   る駆動手段と、が設けられ、 前記予備測定制御手段は、前記対象物への光の投射が可
   能な投射位置に前記各光源を順次移動させるように前記
   駆動手段を制御し、前記光源が前記投射位置に移動した
   ときに前記対象物に光を投射するように当該光源を制御
   する、 請求項３記載の３次元測定装置。
6. 【請求項６】前記投光光学系には、互いに異なる波長の
   光を投射する複数の光源と、前記各光源から投射された
   光が前記対象物に向かう同じ１つの光路を通るようにす
   る光路変更手段と、が設けられ、 前記予備測定制御手段は、互いに異なるタイミングで前
   記対象物に光を投射するように前記各光源を制御する、 請求項３記載の３次元測定装置。
7. 【請求項７】前記受光光学系には、前記波長ごとに対応
   して、入射した光から当該波長のみの光を抽出して前記
   受光素子で受光するようにする抽出手段が設けられ、 前記予備測定制御手段は、前記すべての波長が含まれる
   光を前記対象物に投射するように前記投光光学系を制御
   し、投射された光の前記反射光から前記各波長の光を順
   次抽出するように前記各抽出手段を制御する、 請求項３記載の３次元測定装置。
8. 【請求項８】前記受光光学系には、入射した光を前記各
   波長の光に分光する分光手段が設けられ、かつ、分光さ
   れた前記各波長の光をそれぞれ受光するための前記受光
   素子が１つずつ設けられ、 前記予備測定制御手段は、前記すべての波長が含まれる
   光を前記対象物に投射するように前記投光光学系を制御
   し、投射された光の前記反射光が前記分光手段によって
   分光されて得られる各波長の光を受光した前記各受光素
   子から出力される信号に基づいて波長を選ぶ、 請求項３記載の３次元測定装置。
9. 【請求項９】前記投光光学系には、互いに異なる波長の
   光を投射する複数の光源と、前記各光源から投射された
   光が前記対象物に向かう同じ１つの光路を通るようにす
   る光路変更手段と、が設けられ、 前記予備測定制御手段は、前記すべての光源から同時に
   光を投射することによって前記すべての波長の光を前記
   対象物に投射するように前記投光光学系を制御する、 請求項７または請求項８記載の３次元測定装置。