JP2003121125A - ３次元測定装置における露光制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】対象物の変化に対して迅速に露光時間を変更す
ることができるようにする。 【解決手段】対象物に光を照射する光照射手段と、上記
光照射手段により光が照射された上記対象物からの反射
光を露光時間だけ受光し、該受光した反射光に応じた受
光波形信号を出力する受光手段と、上記受光手段から出
力された受光波形信号を上記受光手段が上記対象物から
の反射光を受光した位置毎の明るさからなる受光波形デ
ータに変換する変換手段と、上記受光手段が上記対象物
からの反射光を受光した位置毎の明るさからなる所定の
受光波形データを記憶する記憶手段と、上記記憶手段に
記憶された所定の受光波形データの位置毎の明るさの総
和と、上記受光手段が今回の露光時間で上記対象物から
の反射光を受光して出力した上記受光波形信号が、上記
変換手段によって変換された受光波形データの位置毎の
明るさの総和との比率から次回の露光時間を算出する算
出手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、３次元測定装置に
おける露光制御装置に関し、さらに詳細には、レーザー
・ビームなどの光を対象物に照射して、当該対象物から
の反射光に基づいて当該対象物との距離を測定する三角
測量法を用いた距離測定により、対象物の変位を測定す
る３次元測定装置における露光制御装置に関する。 【０００２】なお、本明細書において「対象物」とは、
３次元の空間的広がりをもつ物体であり、当該物体は所
定の材料より構成されて所定の形状を有し、また、当該
物体の表面には所定の単数または複数の色（色彩）が施
されているものとする。 【０００３】 【従来の技術】従来より、測定の対象物としての物体の
移動量や物体の寸法あるいは物体の形状など、即ち、対
象物の変位を測定するための３次元測定装置として、例
えば、三角測量法を応用した光学式の３次元測定装置が
知られている。 【０００４】こうした３次元測定装置においては、対象
物にレーザー・ビームを照射するレーザー・ダイオード
と、レーザー・ダイオードからレーザー・ビームを照射
された対象物からの反射光の画像を結像させるイメージ
・センサとが設けられたヘッドを備えている。 【０００５】そして、ヘッドをＺ軸方向（高さ方向）に
おいて上下に移動させることと３次元形状の対象物をＺ
軸方向周りに回転させることとを適宜に繰り返しなが
ら、受光した対象物からの反射光に応じてイメージ・セ
ンサから出力される受光波形に基づいて、対象物とヘッ
ドとの距離が測定される。さらに、測定された対象物と
ヘッドとの距離から、所定の処理により対象物全体の距
離画像を得ることができる。 【０００６】上記した３次元測定装置においては、対象
物の材質や、色、あるいは、角度（即ち、形状）の変化
（以下、「対象物の材質の変化、対象物の色の変化、対
象物の角度（即ち、形状）の変化」を単に「対象物の変
化」と適宜に称することとする。）により、イメージ・
センサから出力される受光波形にノイズが含まれてしま
うので、イメージ・センサからの受光波形に基づいた測
定結果が安定せず、不正確なものとなってしまう恐れが
ある。 【０００７】このため、対象物の変化に応じて、イメー
ジ・センサが対象物からの反射光をを受光する時間（以
下、「イメージ・センサが対象物からの反射光を受光す
る時間」を「露光時間」と適宜に称することとする。）
の変更を繰り返しながら測定を行うようにして、測定結
果を安定させ正確なものとしている。 【０００８】しかしながら、従来の３次元測定装置にお
いては、対象物の変化に対して露光時間の変更の追従が
遅く、測定に長時間を費やしてしまうので、リアルタイ
ムでの測定ができないという問題点があった。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うな従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、対象物の変化に対して
迅速に露光時間を変更することができるようにした３次
元測定装置における露光制御装置を提供しようとするも
のである。 【００１０】また、本発明の目的とするところは、露光
時間の変更の高速処理を可能にして、リアルタイムでの
測定を実現することができるようにした３次元測定装置
における露光制御装置を提供しようとするものである。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうち請求項１に記載の発明は、対象物に光
を照射する光照射手段と、上記光照射手段により光が照
射された上記対象物からの反射光を露光時間だけ受光
し、該受光した反射光に応じた受光波形信号を出力する
受光手段と、上記受光手段から出力された受光波形信号
を上記受光手段が上記対象物からの反射光を受光した位
置毎の明るさからなる受光波形データに変換する変換手
段と、上記受光手段が上記対象物からの反射光を受光し
た位置毎の明るさからなる所定の受光波形データを記憶
する記憶手段と、上記記憶手段に記憶された所定の受光
波形データの位置毎の明るさの総和と、上記受光手段が
今回の露光時間で上記対象物からの反射光を受光して出
力した上記受光波形信号が、上記変換手段によって変換
された受光波形データの位置毎の明るさの総和との比率
から次回の露光時間を算出する算出手段とを有するよう
にしたものである。 【００１２】従って、本発明のうち請求項１に記載の発
明によれば、所定の受光波形データの位置毎の明るさの
総和と今回の露光時間での受光波形データの位置毎の明
るさの総和とから次回の露光時間が算出されるので、対
象物の変化に対して露光時間の変更の追従が速く、露光
時間の変更の高速処理が可能になり、リアルタイムでの
測定ができる。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下、添付の図面に基づいて、本
発明による３次元測定装置における露光制御装置の実施
の形態の一例を詳細に説明するものとする。 【００１４】図１には、本発明による３次元測定装置に
おける露光制御装置の実施の形態の一例を備えた３次元
測定装置のブロック構成図が示されている。 【００１５】この３次元測定装置１０は、中央処理装置
（ＣＰＵ）１２により全体の動作の制御が行われるもの
であり、ＣＰＵ１２を動作するためのプログラムなどが
記憶されたリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）１４と、
ＣＰＵ１２の制御によって後述する受光波形データを記
憶する受光波形データ記憶部１６−１やＣＰＵ１２の制
御によって３次元測定装置１０における距離測定処理が
行われる際のワーキング・エリアとしての領域などが設
定されたランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）１６
と、ＣＰＵ１２の制御によって後述する距離データを記
憶する距離データ・メモリ１８と、所定のタイミング信
号を出力するタイミング信号発生回路２０と、後述する
ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃ
ｅ）４４から出力されたアナログ信号たる受光波形信号
をデジタル信号たる受光波形データに変換するアナログ
／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２２と、互いに直交す
るＸ軸とＹ軸とＺ軸とにより定義されるＸＹＺ直交座標
系におけるＸ−Ｙ平面を形成するとともにＺ軸方向周り
における時計周り方向と反時計周り方向とにそれぞれ回
転自在に配置され測定の対象物１００を載置するターン
・テーブル２４と、Ｚ軸方向周りにおける時計周り方向
と反時計周り方向とにそれぞれ回転自在に配置された回
転支柱（図示せず）に直動ベアリング（図示せず）を介
してＺ軸方向に沿って上下方向に移動自在に配設される
とともに、当該回転支柱のＺ軸方向周りの回転に伴って
回転するヘッド２６と、ヘッド２６が配設された回転支
柱（図示せず）を駆動するためのＸモーター３０と、ヘ
ッド２６をＺ軸方向に沿って上下方向に駆動するための
Ｙモーター３２と、ターン・テーブル２４を駆動するた
めのＢモーター３４とを有して構成されている。 【００１６】そして、ヘッド２６は、ターン・テーブル
２４上に配置された対象物１００に、投光レンズ４２を
介して、光としてレーザー・ビームを照射するレーザー
・ダイオード４０と、レーザー・ダイオード４０からレ
ーザー・ビームを照射された対象物１００からの反射光
の画像を結像するイメージ・センサとしてのＣＣＤ４４
と、レーザー・ダイオード４０を駆動するレーザー・ダ
イオード駆動回路４６と、ＣＣＤ４４を駆動するＣＣＤ
駆動回路４８とを備えている。 【００１７】なお、３次元測定装置１０のＣＰＵ１２
は、通信回路５２を介して外部のコンピューター５４と
接続されている。このため、３次元測定装置１０の各種
データは、通信回路５２を介してコンピューター５４に
出力され、コンピュータ５４によって処理可能となされ
ている。 【００１８】ＣＰＵ１２は、レーザー・ダイオード４０
からのレーザー・ビームの出射とＣＣＤ４４による反射
光の受光とを制御する測定制御信号を、所定のタイミン
グでタイミング信号発生回路２０に出力するようになさ
れている。 【００１９】また、ＣＰＵ１２は、Ｘモーター３０、Ｙ
モーター３２ならびにＢモーター３４の駆動する駆動信
号を、所定のタイミングでＸモーター３０、Ｙモーター
３２ならびにＢモーター３４のそれぞれに出力するよう
になされている。なお、ターン・テーブル２４用のＢモ
ーター３４とヘッド２６が配設された回転支柱（図示ぜ
す）用のＸモーター３０とは、ターン・テーブル２４と
回転支柱（図示せず）とがＺ軸方向周りに同じ角度ずつ
同じ向きに回転するように、その回転方向と回転角度と
がＣＰＵ１２により制御されている。 【００２０】そして、タイミング信号発生回路２０は、
ＣＰＵ１２からの測定制御信号に従った所定のタイミン
グで、タイミング信号をレーザー・ダイオード駆動回路
４６とＣＣＤ駆動回路４８とのそれぞれに出力するもの
である。また、タイミング信号発生回路２０によってＲ
ＡＭ１６ならびにＡ／Ｄコンバータ２２が制御されるよ
うになされている。 【００２１】ターン・テーブル２４は、ターン・テーブ
ル２４を回転するためのＢモーター３４が、ＣＰＵ１２
からの駆動信号によって駆動するのに伴って、Ｚ軸方向
周りに回転するようになされている。従って、ターン・
テーブル２４のＺ軸方向周りにおける回転方向や回転角
度はＣＰＵ１２により制御されている。 【００２２】一方、ヘッド２６は、ヘッド２６が配設さ
れた回転支柱用のＸモーター３０が、ＣＰＵ１２からの
駆動信号によって駆動するのに伴って、回転支柱のＺ軸
方向周りの回転に伴って回転するようになされている。
また、ヘッド２６を上下するためのＹモーター３２が、
ＣＰＵ１２からの駆動信号によって駆動するのに伴っ
て、Ｚ軸方向に沿って上下方向に移動自在になされてい
る。従って、ヘッド２６のＺ軸方向周りの回転方向や回
転角度ならびにＺ軸方向に沿った移動方向や移動距離は
ＣＰＵ１２により制御されている。 【００２３】ヘッド２６のレーザー・ダイオード４０
は、タイミング信号発生回路２０から出力されたタイミ
ング信号がレーザー・ダイオード駆動回路４６に入力さ
れると、レーザー・ダイオード駆動回路４６によって駆
動される。この際、レーザー・ダイオード４０は、タイ
ミング信号に従った所定のタイミングでレーザー・ビー
ムを所定の時間出射するものである。 【００２４】ヘッド２６のＣＣＤ４４は、受光レンズ５
０が受光した反射光の拡散反射成分を受光するとともに
電子シャッターを備えた受光バッファ４４ａと、蓄積さ
れた電荷をＣＣＤ４４の外部に転送する転送バッファ４
４ｂとを備えるものである。 【００２５】ＣＣＤ４４の受光バッファ４４ａが対象物
１００からの反射光（反射光の拡散反射成分）を受光す
る時間、即ち、ＣＣＤ４４の露光時間は、タイミング信
号発生回路２０から出力される露光時間制御信号により
制御されている。 【００２６】より詳細には、後述する距離測定処理ルー
チンにおいて算出される露光時間に応じてタイミング信
号発生回路２０から出力される露光時間制御信号は、タ
イミング信号発生回路２０から出力されるタイミング信
号とともにＣＣＤ駆動回路４８に入力される。すると、
ＣＣＤ４４は、ＣＣＤ駆動回路４８によって駆動され、
タイミング信号に従った所定のタイミングで、露光時間
制御信号に従った露光時間だけ、受光バッファ４４ａの
電子シャッターを開放して、受光レンズ５０が受光した
反射光の拡散反射成分を受光するものである。 【００２７】そして、ＣＣＤ４４の転送バッファ４４ｂ
は、受光バッファ４４ａが反射光の拡散反射成分を受光
することにより蓄積された電荷を外部に転送するもので
ある。これにより、ＣＣＤ４４は、受光バッファ４４ａ
での受光に基づいてアナログ信号たる受光波形信号をＡ
／Ｄコンバータ２２に出力する。 【００２８】以上の構成において、図２乃至図４を参照
しながら、上記した３次元測定装置１０の動作の説明を
行うものとする。 【００２９】この３次元測定装置１０を用いて対象物１
００とヘッド２６との距離を測定する場合には、まず、
作業者が対象物１００をターン・テーブル２４のＸ−Ｙ
平面上の中心付近に載置する。 【００３０】一方、ヘッド２６のレーザー・ダイオード
４０から照射されるレーザー・ビームの光軸の初期位置
は、ターン・テーブル２４の回転中心を通過するような
位置に設定される。 【００３１】そして、ターン・テーブル２４上に配置さ
れた対象物１００の初期位置Ａは、対象物１００の表面
上の任意の位置に設定されている。 【００３２】ここで、対象物１００の測定面を測定ポイ
ントＰ０、測定ポイントＰ１、測定ポイントＰ３、・・
・測定ポイントＰｍ（ただし、「ｍ」は測定ポイントの
総数を示す正の整数である。）毎に測定するものとした
場合に、「角度θ＝１°」に設定するならば、測定ポイ
ントＰ０から測定ポイントＰｍまでの測定面における角
度を１°づつ変化させた各測定ポイントにおいてそれぞ
れ距離を測定する。実施例では、測定ポイントの微小前
後も測定して参考にしている。 【００３３】つまり、ターン・テーブル２４とヘッド２
６とを所定の角度θづつ変化させながら行う距離測定
を、ヘッド２６のＺ軸方向における上下の高さを変化さ
せながら繰り返すことで、ヘッド２６と対象物１００の
測定面の距離を測定する。 【００３４】より詳細には、ＣＰＵ１２の駆動信号に従
ったＸモーター３０、Ｙモーター３２ならびにＢモータ
ー３４の駆動により、ターン・テーブル２４の回転に伴
うＺ軸方向周りの対象物１００の回転と同期して、レー
ザー・ダイオード４０から照射されるレーザー・ビーム
の光軸が対象物１００の回転方向と同一の方向かつ同一
の回転角度を保持するようにして、ヘッド２６をＺ軸方
向周りに回転させる。 【００３５】これによりレーザー・ダイオード４０から
レーザー・ビームを照射される対象物１００の測定面の
領域をレーザー・ダイオード４０により照射されるレー
ザー・ビームの光軸に対して直交させることができ、測
定の精度の向上を図ることができるようになされてい
る。 【００３６】次に、図２に示す距離測定処理ルーチンの
フローチャートならびに図３を参照しながら、距離測定
処理についてより詳細に説明することとする。なお、こ
の距離測定処理ルーチンは、３次元測定装置１０に電源
が投入された状態でコンピューター５４からの指示を受
けると起動されて実行されるものである。 【００３７】この距離測定処理ルーチンが起動される
と、まず、ステップＳ２０２において、測定準備処理が
行われる。この測定準備処理においては、測定ポイント
Ｐ０の直前に位置する直前位置Ｂ（直前位置Ｂ１，Ｂ
２，Ｂ３，Ｂ４）において、測定ポイントＰ０から距離
測定を開始するときの露光時間Ｔ_０が決定される。 【００３８】具体的には、まず、タイミング信号発生回
路２０から出力されたタイミング信号に従って、ヘッド
２６のレーザー・ダイオード４０からのレーザー・ビー
ムが、投光レンズ４２を介して対象物１００の直前位置
Ｂ１に照射される。 【００３９】そして、レーザー・ダイオード４０からレ
ーザー・ビームを照射された対象物１００からの反射光
が受光レンズ５０に受光される。 【００４０】こうして受光レンズ５０に受光された反射
光の拡散反射成分が、タイミング信号発生回路２０から
出力されたタイミング信号に従ったタイミングで、具体
的には、レーザー・ダイオード４０からのレーザー・ビ
ームの照射と同期して、ＣＣＤ４４の受光バッファ４４
ａに受光される。 【００４１】この際、予め設定された露光時間Ｔ
_{ｄｕｍｍｙ}に応じた露光時間制御信号に従ってＣＣＤ駆
動回路４８が駆動され、露光時間Ｔ_{ｄｕｍｍｙ}だけＣＣ
Ｄ４４の電子シャッターが開放されて、反射光の拡散反
射成分がＣＣＤ４４の受光バッファ４４ａに受光され
る。 【００４２】こうして受光バッファ４４ａが反射光の拡
散反射成分を受光すると、蓄積された電荷がＣＣＤ４４
の転送バッファ４４ｂによって外部に転送され、受光波
形信号がＡ／Ｄコンバータ２２に出力される。 【００４３】そして、受光波形信号はＡ／Ｄコンバータ
２２によって受光波形データに変換されて、直前位置Ｂ
１において露光時間Ｔ_{ｄｕｍｍｙ}の場合の受光波形デー
タが受光波形データ記憶部１６−１に記憶される。こう
して得られる受光波形データは、ＣＣＤ４４のアドレス
毎の明るさ（受光量）を示すものである。 【００４４】一方、図４（ａ）には、理想受光波形デー
タの示す理想受光波形が示されている。この理想受光波
形データは、３次元測定装置１０における距離測定を正
確に行う際に最適な受光波形データとして、予めＲＡＭ
１６の所定の領域に記憶されているものである。 【００４５】より詳細には、理想受光波形データは、Ｃ
ＣＤ４４のアドレス毎の明るさ（受光量）を示すもので
あり、露光不足ではなく、かつ、飽和していないととも
に、明るさの最小値から最大値を経て最小値に到るまで
のＣＣＤアドレスの幅Ｗが狭く、明るさの最大値と明る
さの最小値との差たるレンジＲが長いものである。 【００４６】ただし、対象物１００の種類や３次元測定
装置１０が配設される環境温度、レーザー・ダイオード
４０の出力、ＣＣＤ４４の感度、あるいは、装置の組み
付け誤差によって、理想受光波形データは異なるもので
ある。 【００４７】そのため、例えば、３次元測定装置１０の
工場出荷時に、石膏よりなる対象物１００を用いて距離
測定を行い、図４（ａ）に近似する受光波形データを得
て、当該得られた受光波形データを理想受光波形データ
として記憶しておく。なお、こうして得られた理想受光
波形データは、例えば、 環境温度：２８℃ レーザー・ダイオード４０の出力：７０μＷ ＣＣＤ４４の感度：１３Ｖ／ｌｘ・ｓ の条件下において、 理想受光波形の最大値：１４０ 理想受光波形の最小値：７０ ＣＣＤアドレスの幅Ｗ：１２ レンジＲ：７０ 理想受光波形の面積：２５０ を有するものである。 【００４８】そして、直前位置Ｂ１において露光時間Ｔ
_{ｄｕｍｍｙ}の場合の受光波形データが示す受光波形が、
例えば、図４（ｂ）において実線で示された受光波形で
あった場合に、この直前位置Ｂにおいて露光時間Ｔ
_{ｄｕｍｍｙ}の場合の受光波形データが示す受光波形（図
４（ｂ）における実線参照）と、理想受光波形データの
示す理想受光波形（図４（ａ）ならびに図４（ｂ）にお
ける破線参照）とから次回の露光時間Ｔ_{ｔｅｓｔ２}を算
出する。 【００４９】具体的には、理想受光波形の面積をＳ
_{ｉｄｅａｌ}（図４（ａ）における斜線領域参照）とし、
直前位置Ｂ１において露光時間Ｔ_{ｄｕｍｍｙ}の場合の受
光波形データが示す受光波形、即ち、今回の受光波形の
面積をＳ_ｎ−１（図４（ｂ）における網掛け領域参照）
とする。 【００５０】ここで、面積Ｓ_{ｉｄｅａｌ}は、受光波形の
ノイズをカットをするために、理想受光波形データの示
す受光波形（図４（ａ）参照）のレンジＲの１／８を明
るさの最小値に加えた値を閾値とし、閾値と明るさの最
大値との間におけるＣＣＤ４４のアドレス毎の明るさ
（受光量）の総和としている。同様に、面積Ｓ
_ｎ−１も、直前位置Ｂ１において露光時間Ｔ_{ｄｕｍｍｙ}
の場合の受光波形データの示す受光波形（図４（ｂ）に
おける実線参照）のレンジＲの１／８を明るさの最小値
に加えた値を閾値とし、閾値と明るさの最大値との間に
おけるＣＣＤ４４のアドレス毎の明るさ（受光量）の総
和とする。 【００５１】そして、直前位置Ｂ１において図４（ｂ）
に示す受光波形を得たときの露光時間Ｔ_{ｄｕｍｍｙ}、即
ち、今回の露光時間をＴ_ｎ−１とすると、次回の露光時
間Ｔ _ｎは、 Ｔ_ｎ＝Ｓ_{ｉｄｅａｌ}／Ｓ_ｎ−１×Ｔ_ｎ−１ ・・・数式１ により求められる。 【００５２】こうして求められた次回の露光時間Ｔ
_ｎは、直前位置Ｂ２におけるレーザー・ビームの照射の
ときの露光時間Ｔ_{ｔｅｓｔ２}として用いられる。 【００５３】つまり、直前位置Ｂ２において露光時間Ｔ
_{ｄｕｍｍｙ}の場合の受光波形（図４（ｂ）参照）から露
光時間Ｔ_{ｔｅｓｔ２}を算出した後に、対象物１００とヘ
ッド２６とを移動して、ヘッド２６のレーザー・ダイオ
ード４０からのレーザー・ビームを、投光レンズ４２を
介して対象物１００の直前位置Ｂ２に照射する。 【００５４】この際、直前位置Ｂ１における照射から算
出された直前位置Ｂ２における露光時間Ｔ_{ｔｅｓｔ２}に
応じた露光時間制御信号に従って、直前位置Ｂ２におけ
る露光時間Ｔ_{ｔｅｓｔ２}だけＣＣＤ４４の電子シャッタ
ーが開放されて、反射光の拡散反射成分がＣＣＤ４４の
受光バッファ４４ａに受光される。 【００５５】そして、直前位置Ｂ１におけるレーザー・
ビームの照射（即ち、露光時間Ｔ_{ｄ ｕｍｍｙ}の場合）と
同様にして、この直前位置Ｂ２におけるレーザー・ビー
ムの照射（即ち、露光時間Ｔ_{ｔｅｓｔ２}の場合）によっ
て得られた受光波形データから、数式１を用いて次回の
露光時間Ｔ_ｎを算出する。 【００５６】こうして求められた次回の露光時間Ｔ
_ｎは、直前位置Ｂ３におけるレーザー・ビームの照射の
ときの露光時間Ｔ_{ｔｅｓｔ３}として用いられる。 【００５７】つまり、対象物１００とヘッド２６とを移
動して、直前位置Ｂ３においてレーザー・ビームの照射
が行われ、算出された露光時間Ｔ_{ｔｅｓｔ３}だけＣＣＤ
４４の電子シャッターが開放されて、反射光の拡散反射
成分がＣＣＤ４４の受光バッファ４４ａに受光される。 【００５８】さらに、直前位置Ｂ１におけるレーザー・
ビームの照射（即ち、露光時間Ｔ_{ｄ ｕｍｍｙ}の場合）と
同様にして、この直前位置Ｂ３におけるレーザー・ビー
ムの照射（即ち、露光時間Ｔ_{ｔｅｓｔ３}の場合）によっ
て得られた受光波形データから、数式１を用いて次回の
露光時間Ｔ_ｎを算出し、算出された次回の露光時間Ｔ _ｎ
を、直前位置Ｂ４におけるレーザー・ビームの照射のと
きの露光時間Ｔ_{ｔｅｓ ｔ４}として用いる。 【００５９】そして、対象物１００とヘッド２６とを移
動して、直前位置Ｂ４においてレーザー・ビームの照射
が行われ、算出された露光時間Ｔ_{ｔｅｓｔ４}だけＣＣＤ
４４の電子シャッターが開放されて、反射光の拡散反射
成分がＣＣＤ４４の受光バッファ４４ａに受光される。 【００６０】それから、直前位置Ｂ１におけるレーザー
・ビームの照射（即ち、露光時間Ｔ _{ｄｕｍｍｙ}の場合）
と同様にして、この直前位置Ｂ４におけるレーザー・ビ
ームの照射（即ち、露光時間Ｔ_{ｔｅｓｔ４}の場合）によ
って得られた受光波形データから、数式１を用いて次回
の露光時間Ｔ_ｎを算出する。 【００６１】こうして直前位置Ｂたる直前位置Ｂ１，Ｂ
２，Ｂ３，Ｂ４において４回のレーザー・ビームの照射
が繰り返されて、最後に算出された次回の露光時間Ｔ_ｎ
が、距離測定の開始時の露光時間Ｔ_０として用いられ
る。 【００６２】そして、ステップＳ２０２の処理が終了す
ると、ステップＳ２０４に進み、距離測定の開始位置た
る対象物１００の測定面の測定ポイントＰ０に、レーザ
ー・ダイオード４０から照射されるレーザー・ビームの
光軸が直交するようにして、対象物１００とヘッド２６
とを移動する。 【００６３】ステップＳ２０４の処理に続いて、ステッ
プＳ２０６においては、設定された今回の露光時間で受
光波形データが得られる。なお、この距離測定処理ルー
チンが起動されて、最初にステップＳ２０６の処理が行
われる場合には、ステップＳ２０２において算出された
距離測定の開始時の露光時間Ｔ_０が用いられる。 【００６４】つまり、タイミング信号発生回路２０から
出力されたタイミング信号に従って、ヘッド２６のレー
ザー・ダイオード４０からのレーザー・ビームが、投光
レンズ４２を介して対象物１００の測定ポイントＰ_０に
照射される。 【００６５】そして、レーザー・ダイオード４０からの
レーザー・ビームの照射と同期して、受光レンズ５０が
受光した対象物１００からの反射光の拡散反射成分が、
ＣＣＤ４４の受光バッファ４４ａに受光される。 【００６６】この際、ステップＳ２０２において算出さ
れた露光時間Ｔ_０に応じた露光時間制御信号に従ってＣ
ＣＤ駆動回路４８が駆動され、露光時間Ｔ_０だけＣＣＤ
４４の電子シャッターが開放されて、反射光の拡散反射
成分がＣＣＤ４４の受光バッファ４４ａに受光される。 【００６７】そして、測定ポイントＰ０において露光時
間Ｔ_０の場合の受光波形データが受光波形データ記憶部
１６−１に記憶される。なお、図４（ｃ）には、測定ポ
イントＰ０において露光時間Ｔ_０の場合の受光波形デー
タが示す受光波形の一例が示されている（図４（ｃ）に
おける実線参照）。 【００６８】ステップＳ２０６が終了すると、ステップ
Ｓ２０８に進み、距離データの算出処理が行われる。こ
の距離データの算出処理においては、ステップＳ２０６
において受光波形データが受光波形データ記憶部１６−
１に記憶された測定ポイントとヘッド２６との距離を示
す距離データが、当該測定ポイントにおける受光波形デ
ータから算出されるものである。 【００６９】つまり、この距離測定処理ルーチンが起動
されて、最初にステップＳ２０８の処理が行われる場合
には、ステップＳ２０６において受光波形データが受光
波形データ記憶部１６−１に記憶された測定ポイントＰ
０とヘッド２６との距離を示す距離データが、測定ポイ
ントＰ０において露光時間Ｔ_０の場合の受光波形データ
（図４（ｃ）における実線参照）から算出されるもので
ある。 【００７０】なお、受光波形データからの距離データの
算出は、受光波形データの示す受光波形のピーク位置を
算出し、算出されたピーク位置と所定の距離変換テーブ
ルとを用いて算出するなど、各種公知の方法を用いるこ
とができ、詳細な説明は省略することとする。 【００７１】そして、算出された距離データを、距離デ
ータ・メモリ１８に記憶すると、ステップＳ２０８の処
理を終了して、ステップＳ２１０の処理に進む。 【００７２】ステップＳ２１０の処理においては、次回
の露光時間の算出処理が行われる。具体的には、ステッ
プＳ２０６において受光波形データが受光波形データ記
憶部１６−１に記憶された測定ポイントにおける受光波
形データから、上記したステップＳ２０２における測定
準備処理と同様にして、次の測定ポイントにおける露光
時間が算出されるものである。 【００７３】つまり、この距離測定処理ルーチンが起動
されて、最初にステップＳ２１０の処理が行われる場合
には、ステップＳ２０６において受光波形データ記憶部
１６−１に記憶された測定ポイントＰ０において露光時
間Ｔ_０の場合の受光波形データ（図４（ｃ）における実
線参照）から、次の測定ポイントＰ１における露光時間
が算出されるものである。 【００７４】つまり、測定ポイントＰ０において露光時
間Ｔ_０の場合の受光波形データが示す受光波形（図４
（ｃ）における実線参照）と、理想受光波形データの示
す理想受光波形（図４（ａ）ならびに図４（ｃ）におけ
る破線参照）とから、次の測定ポイントＰ１における露
光時間、即ち、次回の露光時間Ｔ_ｎを算出する。 【００７５】そして、測定ポイントＰ０において露光時
間Ｔ_０の場合の受光波形データの示す受光波形（図４
（ｃ）における実線参照）のレンジＲの１／８を明るさ
の最小値に加えた値を閾値とし、閾値と明るさの最大値
との間におけるＣＣＤ４４のアドレス毎の明るさ（受光
量）の総和を面積Ｓ_ｎ−１とする。 【００７６】また、測定ポイントＰ０において図４
（ｃ）に示す受光波形を得たときの露光時間Ｔ_０を今回
の露光時間Ｔ_ｎ−１とすると、次回の露光時間Ｔ_ｎは上
記した数式１により求められる。ここで求められた次回
の露光時間Ｔ_ｎは、測定ポイントＰ０の次の測定ポイン
トである測定ポイントＰ１における露光時間Ｔ_１として
用いられるものであり、ステップＳ２０６における今回
の露光時間として設定される。 【００７７】ステップＳ２１０を終了すると、ステップ
Ｓ２１２の処理に進み、測定ポイントは最後の測定ポイ
ントか否かを判断し、測定ポイントが最後の測定ポイン
ト、即ち、測定ポイントＰｍであると判断された場合に
は、この距離測定処理ルーチンを終了する。 【００７８】一方、測定ポイントが最後の測定ポイン
ト、即ち、測定ポイントＰｍではないと判断された場合
には、ステップＳ２１４の処理に進み、次の測定ポイン
トに、レーザー・ダイオード４０から照射されるレーザ
ー・ビームの光軸が直交するようにして、対象物１００
とヘッド２６とを移動する。 【００７９】ステップＳ２１４の処理が終了すると、ス
テップＳ２０６の処理に戻り、ステップＳ２１２の処理
において、測定ポイントが最後の測定ポイントであると
判断されるまで、即ち、対象物１００の全ての測定ポイ
ントにおいてステップＳ２０６乃至ステップＳ２１０の
処理が繰り返される。 【００８０】そして、この距離測定処理ルーチンの処理
により、距離データ・メモリ１８に記憶された距離デー
タは、ＣＰＵ１２により通信回路５２を介してコンピュ
ーター５４に出力され、コンピュータ５４によって対象
物１００全体の距離画像を得る処理がなされる。 【００８１】上記したように、本発明による３次元測定
装置における露光制御装置の実施の形態の一例を備えた
３次元測定装置１０においては、理想受光波形データの
示す受光波形の面積Ｓ_{ｉｄｅａｌ}を今回の露光時間Ｔ
_ｎ−１のときの面積Ｓ_ｎ−１で除算した商に、今回の露
光時間Ｔ_ｎ−１を乗算して次回の露光時間Ｔ_ｎを算出す
るようにしたので、対象物１００の変化に対して露光時
間の変更の追従が速く、露光時間の変更の高速処理が可
能になり、リアルタイムでの測定ができる。 【００８２】ここで、本発明による３次元測定装置にお
ける露光制御装置とは異なる他の方法の一例として、受
光波形のピーク値から次回の露光時間を算出する方法が
ある。 具体的には、受光波形の明るさの最大値と最小
値とからレンジＲの中位Ｒ_{ｍ ｉｄ}を算出する。そして、
今回の露光時間をＴ_ｎ−１とすると、次回の露光時間Ｔ
_ｎは、 Ｔ_ｎ＝Ｒ_ｍｉｄ／Ｒ×Ｔ_ｎ−１ ・・・数式２ により求められる。 【００８３】しかしながら、こうして数式２により受光
波形のピーク値から次回の露光時間を算出する方法は、
本願の数式１により受光波形の面積から次回の露光時間
を算出する方法に比べて、次工程に送るための時間の変
動が大きいものである。 【００８４】例えば、受光波形のピーク値から次回の露
光時間を算出する方法においては、レンジＲはＣＣＤの
性能から最大でも７０までの値しかとることができな
い。このため、レンジＲの値が１変化した場合、例え
ば、今回のレンジＲ＝６０（数式３参照）で次回のレン
ジＲ＝５９（数式４参照）に変化した場合には、今回の
露光時間Ｔ_ｎ−１＝１０００として、 Ｔ_ｎ＝３０／６０×１０００＝５００ Ｔ_ｎ＝３０／５９×１０００＝５０８ となり、数式２より得られる次回の露光時間Ｔ_ｎの差は
「８」になってしまう。 【００８５】これに対して、本願の数式１により受光波
形の面積から次回の露光時間を算出する方法は、今回の
受光波形の面積Ｓ_ｎ−１の値が１変化した場合、例え
ば、今回のＳ_ｎ−１＝５００（数式５参照）で次回のＳ
_ｎ−１＝４９９（数式６参照）に変化した場合には、今
回の露光時間Ｔ_ｎ−１＝１０００ならびに理想受光波形
の面積Ｓ_{ｉｄｅａｌ}＝２５０として、 Ｔ_ｎ＝２５０／５００×１０００＝５００ Ｔ_ｎ＝２５０／４９９×１０００＝５０１ となり、数式１より得られる次回の露光時間Ｔ_ｎの差は
「１」である。このようにして、本願の数式１により受
光波形の面積から次回の露光時間を算出する方法によれ
ば、次工程に送るための時間の変動を小さくおさえるこ
とができる。 【００８６】なお、上記した実施の形態は、以下の
（１）乃至（５）に説明するように変形してもよい。 【００８７】（１）上記した実施の形態においては、光
照射手段としてレーザー・ダイオード４０を用いたが、
これに限られるものではないことは勿論であり、例え
ば、マルチ・モード・レーザー発振器などのような各種
のレーザー発振器やランプなどを用いるようにしてもよ
い。 【００８８】（２）上記した実施の形態においては、Ｃ
ＣＤ４４において受光バッファ４４ａが反射光の拡散反
射成分を受光し、その後、転送バッファ４４ｂによって
蓄積された電荷が外部に転送されるようにしたが、これ
に限られるものではないことは勿論であり、受光バッフ
ァ４４ａが反射光の拡散反射成分を受光するのと同時
に、転送バッファ４４ｂによって蓄積された電荷をＣＣ
Ｄ４４の外部に転送するようにしてもよい。この際、得
られる受光波形は前回のレーザー・ビームの照射のとき
のものであるが、処理に費やす時間が半分で済むので、
より高速な処理を実現することができる。 【００８９】また、上記した実施の形態においては、イ
メージ・センサとしてＣＣＤ４４を用いたが、これに限
られるものではないことは勿論であり、各種のイメージ
・センサを適宜に用いるようにしてもよい。 【００９０】（３）上記した実施の形態においては、受
光波形データや距離データをぞれぞれ受光波形データ記
憶部１６−１や距離データ・メモリ１８に記憶するよう
にしたが、これに限られるものではないことは勿論であ
り、各種データを記憶する領域、この３次元測定装置の
内部あるいは外部において処理するかなどは適宜変更す
るようにしてもよい。 【００９１】（４）上記した実施の形態においては、
「角度θ＝１°」の場合について説明したが、これに限
られるものではないことは勿論であり、角度θとして任
意の角度を設定することができる。また、ヘッド２６や
ターン・ターブル２４の駆動方法や駆動方向は、上記し
た実施の形態に限られるものではないことは勿論であ
り、対象物１００の種類などに応じて全ての測定ポイン
トが測定可能なように適宜変更してもよい。 【００９２】（５）上記した実施の形態ならびに上記
（１）乃至（４）に示す変形例は、適宜に組み合わせる
ようにしてもよい。 【００９３】 【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、対象物の変化に対して迅速に露光時間を変
更することができるという優れた効果を奏する。 【００９４】また、本発明は、露光時間の変更の高速処
理を可能にし、リアルタイムでの測定を実現することが
できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明による３次元測定装置における露光制御
装置の実施の形態の一例を備えた３次元測定装置のブロ
ック構成図である。 【図２】本発明による３次元測定装置における露光制御
装置の実施の形態の一例を備えた３次元測定装置の距離
測定処理ルーチンのフローチャートである。 【図３】本発明による３次元測定装置における露光制御
装置の実施の形態の一例を備えた３次元測定装置の距離
測定のときの動作を説明する説明図である。 【図４】受光波形データの示す受光波形を示す波形図で
あり、（ａ）は理想受光波形データの示す受光波形を示
す波形図であり、（ｂ）は直前位置における受光波形デ
ータの示す受光波形の一例を示す波形図であり、（ｃ）
は測定ポイントにおける受光波形データの示す受光波形
の一例を示す波形図である。 【符号の説明】 １０ ３次元測定装置 １２ 中央制御装置（ＣＰＵ） １４ リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ） １６ ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ） １６−１ 受光波形データ記憶部 １８ 距離データ・メモリ ２０ タイミング信号発生回路２０ ２２ アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバー
タ ２４ ターン・テーブル ２６ ヘッド ３０ Ｘモーター ３２ Ｙモーター ３４ Ｂモーター ４０ レーザー・ダイオード ４２ 投光レンズ ４４ ＣＣＤ ４４ａ 受光バッファ ４４ｂ 転送バッファ ４６ レーザー・ダイオード駆動回路 ４８ ＣＣＤ駆動回路 ５０ 受光レンズ ５２ 通信回路 ５４ コンピューター １００ 対象物

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 対象物に光を照射する光照射手段と、 前記光照射手段により光が照射された前記対象物からの
   反射光を露光時間だけ受光し、該受光した反射光に応じ
   た受光波形信号を出力する受光手段と、 前記受光手段から出力された受光波形信号を前記受光手
   段が前記対象物からの反射光を受光した位置毎の明るさ
   からなる受光波形データに変換する変換手段と、 前記受光手段が前記対象物からの反射光を受光した位置
   毎の明るさからなる所定の受光波形データを記憶する記
   憶手段と、 前記記憶手段に記憶された所定の受光波形データの位置
   毎の明るさの総和と、前記受光手段が今回の露光時間で
   前記対象物からの反射光を受光して出力した前記受光波
   形信号が、前記変換手段によって変換された受光波形デ
   ータの位置毎の明るさの総和との比率から次回の露光時
   間を算出する算出手段とを有する３次元測定装置におけ
   る露光制御装置。