JP2010048629A - ３次元形状測定装置および３次元形状測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 受光器や受光器が出力する信号を処理する回路の数の増加をせずに、２次反射による反射光の影響を除外することができる３次元形状測定装置を提供すること。
【解決手段】 異なった照射角度で２回の測定が行われ、そのときの反射光は同一の受光器に受光される。１回目の測定により求められた第一形状データに属する座標値が対象座標値とされ、２回目の測定により求められた第二形状データに属する座標値が比較座標値とされる。全ての対象座標値のそれぞれについて、その対象座標値により表される点を中心とした所定空間範囲内に存在する座標点を表す比較座標値の数Ｃがカウントされる。ＣがＭ以下であれば、その対象座標値が除外される。除外されなかった対象座標値が正規の座標値として抽出される。抽出された座標値を用いて精度の良好な３次元画像が生成される。
【選択図】 図１５

Description

本発明は、測定対象物にレーザー光を照射して、その反射光を受光することにより測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置および３次元形状測定方法に関する。

測定対象物の３次元形状を非接触測定する場合には、レーザー光を用いた測定がよく行われる。この方法は、例えば以下のように行われる。まず、３次元測定カメラに内蔵されたレーザー光源から出射されたレーザー光が測定対象物に照射される。測定対象物上の照射点の位置は、ガルバノミラーなどの走査手段の駆動によって移動される。移動されるそれぞれの照射点にて発生する散乱光の一部である反射光が受光器に受光され、受光器は受光した反射光強度に応じた受光信号を出力する。この受光信号が所定のタイミングで３次元画像処理装置に取り込まれる。取り込まれた受光信号に基づき三角測量の原理によって、受光信号が得られた照射点である測定点から３次元測定カメラまでの距離（照射間距離）が計算される。

上記照射間距離は、受光器が出力する受光信号から得られる受光器内の受光位置に基づいて計算される。また、そのときの測定点の移動位置に関連する情報（例えばレーザー光の走査方向や移動方向を表す位置ベクトル）も検出されており、照射間距離および移動位置に関連する情報に基づいて、測定点を表す座標値が計算される。この座標値の計算が各測定点について行われ、計算された各座標値を用いて測定対象物の３次元画像が生成される。このようにして測定対象物の３次元形状が測定される。

測定対象物にレーザー光を照射するときに、測定対象物の反射率が高く且つ測定対象物の表面形状が入組んでいる場合には、その照射点における反射光が測定対象物の別の位置にも照射され、その別の位置でも反射する（以下、この反射を２次反射という）現象が生じることがある。受光器が正規の反射光に加えてこの２次反射による反射光（２次反射光）も受光した場合には、一つの照射点における反射光が複数の受光位置にて受光器に受光されてしまう。したがって、受光信号が取り込まれる測定点にて２次反射が起こってしまった場合には、それぞれの反射光から得られた受光位置に基づいて、複数の座標値が計算されてしまう。よって、２次反射光は測定対象物の３次元形状を測定するときにその精度に悪影響を及ぼす。

このため、２次反射光の影響を除外する３次元形状測定装置が考案されている。例えば、特許文献１には、レーザー光源を中心に対称配置された２つの受光器を備え、この２つの受光器に受光された反射光の受光位置から計算された測定点の座標値のうち、測定対象物の中心を表す原点位置に近いものを正規の座標値として選択する選択手段を備えた３次元形状測定装置が記載されている。この３次元形状測定装置では、２次反射の生じる多重反射領域においては、求められた複数の座標値のうち測定対象物の中心（座標原点）に近い座標値が正規の反射光に基づき計算された座標値である可能性が高いという特性を利用している。この特性を利用して、複数の座標値のうち座標原点に近い座標値を正規の座標値として選択し、選択座標値を用いて３次元画像を生成することで、２次反射光の影響が除外された３次元形状測定を行うことができるというものである。その他、一つの測定点における反射光を異なった位置に配置された２つの受光器で受光し、その測定点について複数の座標値が求められた場合に、２つの受光器から得られる受光信号のうちより強い受光信号に基づいて計算された座標値を正規の座標値として選択する３次元形状測定装置も提案されている。
特開２００４−２５７８０３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の３次元形状測定装置等は、別々の受光器にそれぞれ反射光を受光させているため、受光器が少なくとも２つ必要となる。また、受光器が出力する信号を処理する受光回路も２つ必要となる。このため装置がコスト高になるという問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、受光器の数を増加させずに２次反射光の影響を除外することができて、装置のコストアップが抑えられた３次元形状測定装置および３次元形状測定方法を提供することにある。

本発明の特徴は、レーザー光を出射するレーザー光源と、前記レーザー光源から出射されたレーザー光が測定対象物に照射されたときにその照射点にて発生する散乱光の一部である反射光を受光し、受光した反射光の強度に応じた受光信号を出力する一つの受光手段と、を備える３次元測定カメラと、レーザー光が測定対象物の計測領域の全体に照射されるように、測定対象物へのレーザー光の照射点を移動させるレーザー光移動手段と、前記レーザー光移動手段により移動されるレーザー光の照射点の移動位置に関する情報を検出する移動位置情報検出手段と、測定対象物の同一部位にレーザー光を照射した場合に異なった照射角度でレーザー光が照射されるように、測定対象物に対する前記３次元測定カメラの配置状態を第一の配置状態と第二の配置状態に切り換える配置状態切り換え手段と、前記３次元測定カメラの配置状態が前記第一の配置状態であるときに前記レーザー光移動手段によってレーザー光が測定対象物の計測領域の全体に照射された場合に、前記受光信号が得られる照射点である各測定点について、前記受光信号に基づいて計算される照射間距離および前記移動位置情報検出手段により検出される前記測定点の移動位置に関する情報に基づき座標値を計算することにより、測定対象物表面の座標値を含む座標値の集合である第一形状データを生成する第一形状データ生成手段と、前記３次元測定カメラの配置状態が前記第二の配置状態であるときに前記レーザー光移動手段によってレーザー光が測定対象物の計測領域の全体に照射された場合に、前記受光信号が得られる各測定点について、前記受光信号に基づいて計算される照射間距離および前記移動位置情報検出手段により検出される移動位置に関する情報に基づき座標値を計算することにより、測定対象物表面の座標値を含む座標値の集合である第二形状データを生成する第二形状データ生成手段と、前記第一形状データ生成手段により生成された第一形状データに属する座標値と、前記第二形状データ生成手段により生成された第二形状データに属する座標値とを、統一座標系における座標値に変換する座標変換手段と、前記統一座標系により表された前記第一形状データに属する各座標値をそれぞれ対象座標値とし、前記統一座標系により表された前記第二形状データに属する各座標値をそれぞれ比較座標値とし、それぞれの前記対象座標値について、その対象座標値により表される座標点を中心として設定された空間範囲内に存在する座標点を表す前記比較座標値の数が予め設定された数以下である場合に、その対象座標値を除外することによって、除外されなかった対象座標値を抽出する第一座標値抽出手段と、前記第一座標値抽出手段により抽出された座標値を用いて測定対象物の３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、を備える３次元形状測定装置とすることにある。

上記発明に係る３次元形状測定装置によれば、３次元測定カメラの配置状態が第一の配置状態であるときにレーザー光移動手段によるレーザー光の照射点の移動によってレーザー光が測定対象物の計測領域の全体に照射された場合に、受光信号が得られた各測定点について、照射間距離（その受光信号に対応する測定点と３次元測定カメラとの間の距離）とその測定点の移動位置に関する情報とに基づき座標値が計算される。この座標値の集合により第一形状データが生成される。また、３次元測定カメラの配置状態が第二の配置状態であるときにレーザー光移動手段によってレーザー光の照射点が測定対象物の計測領域の全体に照射された場合に、受光信号が得られた各測定点について、照射間距離とその測定点の移動位置に関する情報とに基づき座標値が計算される。この座標値の集合により第二形状データが生成される。すなわち、本発明では、３次元測定カメラの配置状態が異なる状態で複数回（少なくとも２回）のレーザー光照射による測定が行われ、各回の測定において座標値が形状データとして求められる。これら複数の形状データは座標変換手段により座標変換されて統一座標系上における座標値に変換される。

ここで、ある測定点にて発生する反射光のうち、正規の反射光（２次反射光ではない反射光）に基づいてその測定点を表す正規の座標値が計算された場合、計算された正規の座標値は測定対象物表面上の点を表す。したがって、１回目の測定時、例えば３次元測定カメラが第一の配置状態（または第二の配置状態）であるときに計算された座標値が正規の反射光に基づいて計算されたものである場合には、その座標値が表す座標点の近傍に測定対象物表面上の点が多数存在することになる。また、正規の反射光に基づいて座標値を計算していれば、３次元測定カメラがどのような配置状態であっても（たとえば測定対象物に対するレーザー光の照射角度がどのような角度であっても）、計算された座標値はその測定点の座標値を正しく表す。これらのことから、１回目の測定時にある測定点の座標値が正規の反射光に基づいて計算された場合には、２回目の測定時（例えば３次元測定カメラが第二の配置状態（または第一の配置状態）であるとき）にその測定点やその近傍の測定点の座標値が正規の反射光に基づいて計算されている可能性が高いものと推定することができる。つまり、１回目の測定により求められた座標値が正規の反射光に基づいて計算された正規の座標値であるときは、その座標値により表される座標点を中心として設定された空間範囲内には、２回目の測定により正規の反射光に基づいて求められた座標値により表わされる座標点が数多く存在することになる。

一方、ある測定点にて発生する反射光のうち、２次反射光に基づいてその測定点の座標値が計算された場合は、計算された座標値はその測定点を正確に表さずに測定対象物表面とは異なる点を表す可能性が高い。このため、１回目の測定時に計算された座標値が２次反射光に基づいて計算されたものである場合には、その座標値によって表される座標点の近傍に測定対象物表面上の点はほとんど存在しないものと考えられる。したがって、１回目の測定により求められた座標値が２次反射光に基づいて計算されたものであるときは、その座標値により表される座標点を中心として設定された空間範囲内には、２回目の測定により正規の反射光に基づいて計算された座標値により表される座標点（すなわち測定対象物表面上の点）はほとんど存在しないことになる。

また、１回目の測定時と２回目の測定時とでは、測定対象物に対する３次元測定カメラの配置状態が異なる。例えば、１回目の測定時には３次元測定カメラは第一の配置状態（または第二の配置状態）とされ、２回目の測定時には第二の配置状態（または第一の配置状態）とされている。また、３次元測定カメラが両配置状態であるときにそれぞれ測定対象物の同一部分にレーザー光が照射された場合には、レーザー光の照射角度が異なる。このため、１回目の測定時にある測定点で発生する２次反射と、２回目の測定時にその測定点またはその近傍の測定点で発生する２次反射とでは、その発生の仕方（２次反射光の発生方向）が異なる。よって、１回目の測定時にある測定点にて発生する２次反射光に基づいて計算された偽の座標値により表される座標点は、２回目の測定時にその測定点またはその近傍の測定点にて発生する２次反射光に基づいて計算された座標値により表される座標点とも離れている可能性が高い。つまり、１回目の測定により求められた座標値が２次反射光に基づいて計算されたものであるときは、その座標値により表わされる座標点を中心として設定された空間範囲内に、２回目の測定により２次反射光に基づいて計算された座標値により表わされる座標点もほとんど存在しないことになる。

このようなことを踏まえ、本発明においては、１回目（または２回目）の測定により求められ統一座標系により表わされた第一形状データに属する座標値を対象座標値、２回目（または１回目）の測定により求められ統一座標系により表わされた第二形状データに属する座標値を比較座標値とし、すべての対象座標値のそれぞれについて、その対象座標値により表される点を中心とした所定の空間範囲内に存在する座標点を表す比較座標値の数がカウントされる。カウントされた数が予め設定された数以下であれば、その対象座標値は２次反射光に基づいて計算された偽の座標値と推定され、除外される。そして、除外されなかった対象座標値が正規の座標値として抽出され、抽出された座標値を用いて精度の良好な測定対象物の３次元画像が生成されるのである。

このように本発明の３次元形状測定装置は、測定対象物の同一部位にレーザー光が照射される場合にその照射角度が異なるように３次元測定カメラの配置状態を変えて測定対象物に複数回のレーザー光照射を行い、それぞれの回の測定により求められた座標値を比較して正規の座標値を抽出する。このとき複数回のレーザー光照射は時間的に前後して行われるため、反射光は一つの受光器で受光することができる。よって、受光器および受光回路が一つであっても、２次反射光の影響が除外された３次元形状測定を行うことができ、製造コストを抑えることができる。

上記レーザー光移動手段は、レーザー光の照射方向を変化させてレーザー光を測定対象物の計測領域の全ての部分に余すことなく照射するものでもよいが、計測領域の全体に亘り照射するものであれば、レーザー光の照射方向を変化させても照射されていない部分が存在してもよい。たとえば、測定対象物に対して一方向（たとえばｘ軸方向）にレーザー光の照射点を往復させるとともに、上記一方向に直交する方向（たとえばｙ軸方向）にレーザー光の照射点を移動させることにより、ジグザグ状にレーザー光を測定対象物の計測領域の全体に照射するものであってもよい。

上記移動位置情報検出手段は、レーザー光移動手段により照射点が移動したときに、その移動位置を把握することができる情報を検出するものであるのがよい。例えばレーザー光移動手段によって、レーザー光の光軸が、ｘ−ｙ−ｚ座標系におけるｘ軸方向（ｙ軸周り）に揺動される場合には、その揺動角度を検出するものであるのがよい。また、レーザー光の光軸がｙ軸方向に平行移動される場合には、ｙ軸方向への移動量を検出するものであるのがよい。

上記配置状態切り換え手段は、上述のように測定対象物の同一部位にレーザー光が照射された場合に、それぞれ異なった照射角度となるように、３次元測定カメラを第一の配置状態と第二の配置状態とに切り換える。ここで、配置状態とは、測定対象物から見た３次元測定カメラの配置や傾斜角度などの姿勢の様子を意味する。また、３次元測定カメラの配置状態は、１回目の測定のときには第一の配置状態または第二の配置状態に維持され、２回目の測定のときには１回目の測定時とは異なった配置状態に維持されるが、これらの配置状態は、各回の測定において、３次元測定カメラをある一方向から見たときに維持されていればよい。なお、第一の配置状態と第二の配置状態は、仮に測定対象物の同一部位にレーザー光が照射された場合に異なった照射角度となるような配置状態であり、両配置状態にて必ずしも測定対象物の同一部位にレーザー光が照射されなければならないわけではない。

また、上記第一座標値抽出手段にて対象座標値の抽出に用いられる設定された空間範囲は、統一座標系における空間範囲である。その大きさは、測定対象物の形状や測定点の数などにより適宜決められるべきものであるので一概には定義できないが、対象座標値が正規の座標値である場合にその測定点の近傍の測定点が十分に存在する程度の大きさであるのがよい。また、この第一座標値抽出手段にて対象座標値の抽出に用いられる予め設定された数も、同様な理由から一概には定義できない。しかし、第一座標値抽出手段によって抽出された対象座標値が正規の反射光に基づいて計算されたものの割合が高く、且つ除外された対象座標値が２次反射光に基づいて計算されたものの割合が高くなるように決定されるものであるとよい。

また、本発明においては上述したように、３次元測定カメラの配置状態を変えて測定対象物にレーザー光を複数回照射することにより、複数回の測定が行われるが、３次元測定カメラの配置状態が第一の配置状態であるときのレーザー光照射と第二の配置状態であるときのレーザー光照射は、どちらが先に行われてもよい。つまり、３次元測定カメラの配置状態が第一の配置状態であるときに１回目の測定を行い、第二の配置状態であるときに２回目の測定を行ってもよいし、３次元測定カメラの配置状態が第二の配置状態であるときに１回目の測定を行い、第一の配置状態であるときに２回目の測定を行ってもよい。要するに、対象座標値に係る測定と比較座標値に係る測定は、どちらを先に行ってもよい。

また、前記第一の配置状態は、レーザー光の照射角度が特定の方向から見た場合に第一照射角度となる配置状態であり、前記第二の配置状態は、レーザー光の照射角度が前記特定の方向から見た場合に前記第一照射角度とは異なる第二照射角度となる配置状態であるのがよい。これによれば、３次元測定カメラを上記特定の方向を軸として傾斜機構等を用いて傾斜させることにより、第一の配置状態と第二の配置状態とを作り出すことができる。この場合、上記特定の方向は、レーザー光移動手段によりレーザー光の照射点の位置が移動されても、照射角度が変化しない方向であるのがよい。例えばｘ−ｙ−ｚ座標系において、レーザー光の光軸がｘ軸方向（ｙ軸周り）に揺動するとともにｙ軸方向に平行移動することによって、レーザー光の照射点が移動される場合、上記特定の方向は、ｘ軸方向（ｙ−ｚ平面に垂直な方向）とするのがよい。

また、３次元形状測定装置は、前記第一座標値抽出手段によって抽出された座標値中に、一の測定点から得られる受光信号に基づいて計算された座標値が一つのみ存在するときは、その座標値をその測定点を表す正規の座標値に設定する正規座標値設定手段と、前記第一座標値抽出手段によって抽出された座標値中に、一の測定点から得られる受光信号に基づいて計算された座標値が複数存在するときは、前記複数存在する座標値のうち、その測定点の近傍の測定点を表す正規の座標値の計算に用いられた照射間距離に最も近い照射間距離に基づいて計算された座標値を、その測定点を表す正規の座標値として選択する正規座標値選択手段を備えるのがよい。そして、前記３次元画像生成手段は、前記正規座標値設定手段により設定された正規の座標値および前記正規座標値選択手段により選択された正規の座標値を用いて測定対象物の３次元画像を生成するものであるのがよい。

第一座標値抽出手段によって抽出された座標値中に、一の測定点から得られた受光信号により計算される照射間距離およびその測定点の移動位置に関する情報に基づいて計算された座標値が複数存在するときは、それら複数の座標値のうち、一つのみが正規の反射光に基づいて計算された正規の座標値であり、それ以外は２次反射光に基づいて計算された偽の座標値である。したがって、複数の座標値から偽の座標値を除外して正規の座標値のみを選択することにより、より精度の高い３次元形状データを得ることができる。本発明ではこの選択を行うために、一の測定点から得られた受光信号に基づいて計算された座標値が複数存在するときは、その測定点の近傍の測定点を表す正規の座標値の計算に用いられた照射間距離に最も近い照射間距離に基づいて計算された座標値が、正規の座標値として選択される。このように、近傍の正規座標値に基づいて正規の座標値を選択することにより、正規座標値を選択するときの正確性が高まる。

上記近傍の測定点とは、対象とされる測定点から予め定められる所定の範囲内に存在する他の測定点である。この場合、測定点はレーザー光移動手段により順に移動されているので、受光信号が得られる測定点を順に番号付けした場合に、測定点番号が近い測定点は互いに近傍に存在する測定点であることがわかる。したがって、上記近傍の測定点としては、対象とされる測定点についての測定点番号よりも一個〜ｎ個前の測定点番号により表わされる測定点を選択するとよい。また、対象とされる測定点の測定点番号よりも後に測定された測定点についてもすでに正規の座標値が計算されている場合であれば、近傍の測定点として、対象とされる測定点についての測定点番号よりも１個〜ｎ個後の測定点番号により表わされる測定点を選択してもよい。上記ｎは任意であるが、１〜３程度が好ましい。また、対象となる測定点と他の測定点との間の距離が判明しているのであれば、上記近傍の測定点は、対象となる測定点から予め設定された所定の距離範囲内に存在する測定点であってもよい。また、上記近傍の測定点が複数の点であるときは、これらの測定点を表す正規の座標値の計算に用いられた照射間距離の平均距離を計算し、この平均距離に最も近い照射間距離に基づいて計算された座標値を、正規の座標値として選択するとよい。

また、前記３次元画像生成手段は、前記第一座標値抽出手段によって除外された前記対象座標値の数が予め設定された数以上である場合に、前記正規座標値設定手段により設定された正規の座標値および前記正規座標値選択手段により選択された正規の座標値を用いて測定対象物の３次元画像を生成するものであるとよい。第一座標値抽出手段によって除外された偽の座標値が多いときには、抽出された座標値中にも２次反射光に基づいて計算された座標値が多い可能性が高いため、第一座標値抽出手段による抽出のみでは不十分である。したがって、この場合は正規座標値選択手段によりさらに偽の座標値が除外される。しかし、第一座標値抽出手段によって除外された偽の座標値が少ないときは、抽出された座標値中に２次反射光に基づいて計算された座標値が少なく、第一座標値抽出手段による座標値の抽出のみで偽の座標値は充分に除外されたものと推定できる。したがって、正規座標値選択手段および正規座標値設定手段により座標値の選択および設定をする場合を第一座標値抽出手段により除外された対象座標値の数が所定数以上であるときのみとし、除外された対象座標値の数が所定数未満であるときはそれ以上の処理を行わないようにすることで、３次元画像生成までのデータ処理時間を短くすることができる。

また、本発明の３次元形状測定装置は、前記統一座標系により表された前記第二形状データの各座標値をそれぞれ対象座標値とし、前記統一座標系により表された前記第一形状データの各座標値をそれぞれ比較座標値とし、それぞれの前記対象座標値について、その対象座標値により表される座標点を中心として設定された空間範囲内に存在する座標点を表す前記比較座標値の数が予め設定された数以下である場合に、その対象座標値を除外することによって、除外されなかった対象座標値を抽出する第二座標値抽出手段と、前記第一座標値抽出手段により除外された座標値の数と前記第二座標値抽出手段により除外された座標値の数に基づいて、前記第一座標値抽出手段により抽出された座標値の集合である抽出済み第一形状データと前記第二座標値抽出手段により抽出された座標値の集合である抽出済み第二形状データの一方または双方を選定する形状データ選定手段と、をさらに備えるのがよい。そして、前記３次元画像生成手段は、前記抽出済み第一形状データと前記抽出済み第二形状データのうち、前記形状データ選定手段により選定された形状データに属する座標値を用いて測定対象物の３次元画像を生成するものであるのがよい。

これによれば、第一座標値抽出手段により除外された座標値の数と、第二座標値抽出手段により除外された座標値の数に基づいて、第一座標値抽出手段により抽出された座標値の集合である抽出済み第一形状データと第二座標値抽出手段により抽出された座標値の集合である抽出済み第二形状データとの一方または双方が選択され、選択された形状データに属する座標値を用いて測定対象物の３次元画像が生成される。このように除外された座標値の数によって用いる形状データを選択することにより、より精度の高い３次元画像を生成することができる。

この場合、前記形状データ選定手段は、前記第一座標値抽出手段によって除外された座標値の数が予め設定された数未満であり、且つ前記第二座標値抽出手段によって除外された座標値の数が前記予め設定された数以上である場合に、前記抽出済み第一形状データを選定し、前記第一座標値抽出手段によって除外された座標値の数が前記予め設定された数以上であり、且つ前記第二座標値抽出手段によって除外された座標値の数が前記予め設定された数未満である場合に、前記抽出済み第二形状データを選定するのがよい。第一座標値抽出手段および第二座標値抽出手段により除外された座標値は、２次反射光に基づいて計算された座標値である可能性が高い。このような除外された座標値が多い場合には、抽出済み形状データ（抽出済み第一形状データまたは抽出済み第二形状データ）の中に、第一座標値抽出手段または第二座標値抽出手段によって除外できなかった偽の座標値が存在する可能性が高く、抽出済みの形状データ自体の信頼性が低い。したがって、本発明においては、抽出済み第一形状データおよび抽出済み第二形状データのうち、除外された座標値の数が設定数未満である形状データが選択され、選択された形状データに属する座標値を用いて精度の良好な３次元画像が生成される。

また、前記形状データ選定手段は、前記第一座標値抽出手段によって除外された座標値の数が予め設定された数未満であり、且つ前記第二座標値抽出手段によって除外された座標値の数が前記予め設定された数未満である場合に、前記抽出済み第一形状データおよび前記抽出済み第二形状データの双方を選定するものであるのがよい。第一および第二座標値抽出手段によって除外された座標値が双方とも設定数未満であれば、抽出済み第一形状データおよび抽出済み第二形状データの双方の形状データの信頼性が高い。よって、この場合は双方の形状データに属する座標値を用いても、精度の良好な３次元画像を生成することができる。

また、前記形状データ選定手段は、前記第一座標値抽出手段によって除外された座標値の数が予め設定された数以上であり、且つ前記第二座標値抽出手段によって除外された座標値の数が前記予め設定された数以上である場合に、前記抽出済み第一形状データと前記抽出済み第二形状データのうち、除外された座標値の数が少ない形状データを選定するものであるのがよい。第一および第二座標値抽出手段によって除外された座標値が双方とも設定数以上である場合は、抽出済み第一形状データも抽出済み第二形状データもデータとしての信頼性が低い。しかし、除外された座標値が少ない方が多い方よりも信頼性が高い。よって、除外された座標値が少ない側の形状データに属する座標値を用いて３次元画像を生成することにより、少なくとも除外された座標値が多い側の形状データに属する座標値を用いて３次元画像を生成する場合に比べて精度の高い３次元画像を生成することができる。

この場合、３次元形状測定装置は、前記形状データ選定手段によって選定された形状データに属する座標値中に、一の測定点から得られる受光信号に基づいて計算された座標値が一つのみ存在するときは、その座標値をその測定点を表す正規の座標値に設定する選定済み正規座標値設定手段と、前記形状データ選定手段によって選定された形状データに属する座標値中に、一の測定点から得られる受光信号に基づいて計算された座標値が複数存在するときは、前記複数存在する座標値のうち、その測定点の近傍の測定点を表す正規の座標値の計算に用いられた照射間距離に最も近い照射間距離に基づいて計算された座標値を、その測定点を表す正規の座標値として選択する選定済み正規座標値選択手段を備え、前記３次元画像生成手段は、前記選定済み正規座標値設定手段により設定された正規の座標値および前記選定済み正規座標値選択手段により選択された正規の座標値を用いて測定対象物の３次元画像を生成するものであるとよい。形状データ選定手段により選定された抽出済み形状データに属する座標値中に、一の測定点から得られた受光信号により計算される照射間距離およびその測定点についての移動位置に関する情報に基づいて計算された座標値が複数存在するときは、それら複数の座標値のうち、一つのみが正規の座標値である。したがって、本発明においては、上述した正規座標値選択手段と同様な手段である選定済み正規座標値選択手段により、その複数の座標値から正規の座標値が選択される。具体的には、複数の座標値のうち、その測定点の近傍の測定点を表す正規の座標値の計算に用いられた照射間距離に最も近い照射間距離に基づいて計算された座標値が正規の座標値として選択される。選択されなかった座標値は除外される。このようにして２次反射光に基づいて計算された座標値を除外することにより、より精度の高い３次元画像を生成することができる。

また、本発明の３次元形状測定装置は、前記３次元画像生成手段により測定対象物の３次元画像を生成するために用いられるものとされた座標値のそれぞれについて、その座標値に隣接する座標値に基づいて、その座標値が正規の座標値であるか否かを判定する正規座標値判定手段を更に備え、前記３次元画像生成手段は、前記正規座標値判定手段により正規の座標値であると判定された座標値のみにより測定対象物の３次元画像を生成するものであるのがよい。これによれば、上述した第一座標値抽出手段、第二座標値抽出手段、正規座標値設定手段、正規座標値選択手段、形状データ選定手段、選定済み正規座標値設定手段、選定済み正規座標値選択手段によって、測定対象物の３次元画像生成のために用いられるものとされた座標値のそれぞれについて、正規座標値判定手段により正規の座標値であるか否かについてさらに判定される。この判定により正規の座標値であると判定された座標値のみにより、３次元画像が生成される。これにより、より精度の高い３次元画像を生成することができる。

上記正規座標値判定手段による判定は、判定対象となる座標値と、それに隣接する座標値との関係に基づいて行われる。例えば、正規座標値判定手段は、ｘ−ｙ−ｚ座標系において、判定対象となる座標値のｚ座標と、比較対象となる隣接した座標値のｚ座標との差が所定値以下である場合に、その座標値が正規の座標値であると判定するものであってもよい。また、判定対象となる座標値と比較対象となる隣接した座標値との距離が所定値以下である場合に、その座標値が正規の座標値であると判定するものであってもよい。さらに、判定対象となる複数の座標値のデータから最小二乗法などによって近似直線を求め、その近似直線の勾配が所定値以下である場合に、その複数の座標値が正規の座標値であると判定するものであってもよい。

また、本発明の他の特徴は、測定対象物にレーザー光を照射するとともに、レーザー光の照射点を移動することにより、測定対象物の計測領域の全体にレーザー光を照射する第一照射工程と、前記第一照射工程にて移動する照射点の移動位置に関する情報を検出する第一移動位置情報検出工程と、前記第一照射工程にて移動する各照射点で発生する散乱光の一部である反射光を受光し、受光した反射光の強度に応じた受光信号を出力する第一受光工程と、前記第一受光工程にて前記受光信号が得られる照射点である各測定点について、前記受光信号に基づいて計算される照射間距離および前記第一移動位置情報検出工程にて検出される前記測定点の移動位置に関する情報に基づき座標値を計算することにより、測定対象物表面の座標値を含む座標値の集合である第一形状データを生成する第一形状データ生成工程と、測定対象物の同一部位にレーザー光が照射された場合に前記第一照射工程により照射されるレーザー光の照射角度とは異なる照射角度でレーザー光が照射されるように、測定対象物にレーザー光を照射するとともに、レーザー光の照射点を移動することにより、測定対象物の計測領域の全体にレーザー光を照射する第二照射工程と、前記第二照射工程にて移動する照射点の移動位置に関する情報を検出する第二移動位置情報検出工程と、前記第二照射工程にて移動する各照射点で発生する反射光を受光し、受光した反射光の強度に応じた受光信号を出力する第二受光工程と、前記第二受光工程にて前記受光信号が得られる照射点である各測定点について、前記受光信号に基づいて計算される照射間距離および前記第二移動位置情報検出工程にて検出される前記測定点の移動位置に関する情報に基づき座標値を計算することにより、測定対象物表面の座標値を含む座標値の集合である第二形状データを生成する第二形状データ生成工程と、前記第一形状データ生成工程にて生成された第一形状データに属する各座標値と、前記第二形状データ生成工程により生成された第二形状データに属する各座標値とを、統一座標系における座標値に変換する座標変換工程と、前記統一座標系により表された前記第一形状データに属する各座標値をそれぞれ対象座標値とし、前記統一座標系により表された前記第二形状データに属する各座標値をそれぞれ比較座標値とし、それぞれの前記対象座標値について、その対象座標値により表される座標点を中心として設定された空間範囲内に存在する座標点を表す前記比較座標値の数が予め設定された数以下である場合に、その対象座標値を除外することによって、除外されなかった対象座標値を抽出する第一座標値抽出工程と、前記第一座標値抽出工程により抽出された前記対象座標値を用いて測定対象物の３次元画像を生成する３次元画像生成工程と、を含む３次元形状測定方法とすることにある。

この場合、前記第一照射工程は、レーザー光を出射するレーザー光源が内蔵された３次元測定カメラを、測定対象物に対して第一の配置状態となるように配置する第一配置工程と、前記第一配置工程にて前記第一の配置状態となるように配置された前記３次元測定カメラに内蔵された前記レーザー光源からレーザー光を出射させる第一レーザー光出射工程と、測定対象物に対する前記３次元測定カメラの配置状態を前記第一の配置状態に維持しつつレーザー光が測定対象物の計測領域の全体に照射されるように、測定対象物に対するレーザー光の照射点を移動させる第一レーザー光移動工程と、を含み、前記第二照射工程は、前記３次元測定カメラを、測定対象物の同一部位にレーザー光が照射された場合に前記第一の配置状態である場合に照射されるレーザー光の照射角度とは異なる照射角度で照射される配置状態である第二の配置状態となるように配置する第二配置工程と、前記第二配置工程にて前記第二の配置状態となるように配置された前記３次元測定カメラに内蔵された前記レーザー光源からレーザー光を出射させる第二レーザー光出射工程と、測定対象物に対する前記３次元測定カメラの配置状態が前記第二の配置状態である状態を維持しつつレーザー光が測定対象物の計測領域の全体に照射されるように、測定対象物に対するレーザー光の照射点を移動させる第二レーザー光移動工程と、を含むものであるのがよい。

また、前記第一座標値抽出工程によって抽出された座標値中に、一の測定点から得られる受光信号に基づいて計算された座標値が一つのみ存在するときは、その座標値をその測定点を表す正規の座標値に設定する正規座標値設定工程と、前記第一座標値抽出手段によって抽出された座標値中に、一の測定点から得られる受光信号に基づいて計算された座標値が複数存在するときは、前記複数存在する座標値のうち、その測定点の近傍の測定点を表す正規の座標値の計算に用いられた照射間距離に最も近い照射間距離に基づいて計算された座標値を、その測定点を表す正規の座標値として選択する正規座標値選択工程とをさらに含み、前記３次元画像生成工程は、前記正規座標設定工程にて設定された正規の座標値および前記正規座標値選択工程にて選択された正規の座標値を用いて測定対象物の３次元画像を生成するものであるとよい。

このような方法の発明においても、上記した３次元形状測定装置の発明において得られる作用効果を奏することができる。なお、上記方法の発明において、第一照射工程と第二照射工程は、どちらが先に行われるものであってもよい。つまり、１回目の測定にて第一照射工程が行われ、２回目の測定にて第二照射工程が行われてもよいし、１回目の測定にて第二照射工程が行われ、２回目の測定において第一照射工程が行われてもよい。

図１は、本発明が適用される３次元形状測定装置の一実施形態の全体構成を示す図である。図に示されるように、３次元形状測定装置１は、平板状の測定台２と、この測定台２上に取付けられた支持体３と、支持体３に移動可能に取付けられた３次元測定カメラ１０と、３次元測定カメラ１０を移動するためのフィードモータ４０とを備えている。

測定台２は図に示されるように平板状に形成されている。支持体３は、２本の脚部３ａ，３ａおよび支持部３ｂからなる。２本の脚部３ａ，３ａは、測定台２の上面から立設しており、この２本の脚部３ａ，３ａの上端を連結するように、長尺状の支持部３ｂが測定台２の長手方向に沿って設けられている。支持部３ｂは測定台２の上面とほぼ平行に延設されている。また支持部３ｂには、その軸方向に沿って上下に貫通した長孔３ｃが形成されている。３次元測定カメラ１０はこの長孔３ｃ内に配設されている。

フィードモータ４０は、支持部３ｂに形成された長孔３ｃの一方端側に取付けられている。このフィードモータ４０の出力軸は、長孔３ｃに長手方向に沿って配設された図示しないベルトあるいはボールネジ送り機構などの公知の動力伝達手段を介して３次元測定カメラ１０に連結されている。したがって、３次元測定カメラ１０は、フィードモータ４０の駆動によって長孔３ｃ内にて支持部３ｂの長手方向に移動可能となるように配設されている。また、３次元測定カメラ１０は内部にレーザー光源を備えており、このレーザー光源から出射されるレーザー光は測定台２の上面に照射されるとともに、支持部３ｂの長手方向に直交する面内にて光軸の向きを変化することができるようにされている。この光軸の向きの変化と、フィードモータ４０の駆動による３次元測定カメラ１０の移動により、測定台２の上面の広い領域に亘って３次元測定カメラ１０からレーザー光が照射される。

測定台２の上面には測定対象物ＯＢが載置される。３次元形状測定装置１は、測定台２上に載置された測定対象物ＯＢの外形形状、特に測定対象物ＯＢの上面側の形状を測定する。なお、本実施形態では、測定した測定対象物ＯＢの形状データを座標値として表示するために、図１に示されるように、測定台２の上面に平行な方向であって３次元測定カメラ１０がフィードモータ４０の駆動により移動する方向（すなわち支持部３ｂの長手方向）をｙ軸方向、ｙ軸方向に直交する方向であって測定台２の上面に平行な方向をｘ軸方向、ｘ軸方向およびｙ軸方向に直交する方向（すなわち測定台２の上面と垂直な方向）をｚ軸方向と定めておく。

図２は３次元測定カメラ１０をｙ軸方向から見た内部透視図、図３は３次元測定カメラ１０をｚ軸方向から見た内部透視図である。図に示されるように、この３次元測定カメラ１０は、外側ケース１１と内側ケース１２を備える。外側ケース１１は３次元測定カメラ１０の外郭を構成する筐体である。外側ケース１１は直方体状に形成され、図２において下面部分、すなわち測定台２の上面に面する部分には、開口部またはレーザー光が透過可能なガラスなどにより窓部１１ａが形成されている。内側ケース１２は外側ケース１１の内部に配されている。この内側ケース１２も直方体状に形成され、図２において下面部分、すなわち測定台２の上面に面する部分には、開口部またはレーザー光が透過可能なガラスなどにより窓部１２ａが形成されている。

内側ケース１２内には、レーザー光源２１、コリメートレンズ２２、ガルバノミラー２３、揺動モータ２４、集光レンズ２５、ラインセンサ２６、受光回路２７が配設されている。レーザー光源２１は、図示省略されたレーザー駆動回路から供給される電流に応じた強度のレーザー光を外部に出射する光学素子であり、レーザーダイオードその他の発光素子などにより構成することができる。コリメートレンズ２２はレーザー光源２１に対面配置され、レーザー光源２１から出射されるレーザー光はこのコリメートレンズ２２により平行光とされる。

図３に示されるように、ガルバノミラー２３は長尺状の平板形状とされ、長手方向がｙ軸方向に平行な方向となるように内側ケース１２内に配置されている。このガルバノミラー２３には、コリメートレンズ２２により平行光とされたレーザー光が入射する。入射したレーザー光の反射光は内側ケース１２の窓部１２ａおよび外側ケース１１の窓部１１ａを経て外部に出射される。このようにして３次元測定カメラ１０からレーザー光が出射される。外部に出射されたレーザー光は測定台２上の測定対象物ＯＢに照射される。

揺動モータ２４は、ガルバノミラー２３の長手方向の一端（図３において左端）側に配置されている。揺動モータ２４の出力軸２４ａはガルバノミラー２３に接続されている。揺動モータ２４は、その出力軸２４ａが正回転と逆回転を交互に繰り返すように駆動される。このような正逆回転駆動によって、ガルバノミラー２３はその長軸周りに揺動する。ガルバノミラー２３の揺動動作によって、ガルバノミラー２３に入射するレーザー光の入射角度および反射角度が連続的に変化する。このため、図２の矢印Ａ，Ｂ，Ｃにより示されるように、ガルバノミラー２３にて反射したレーザー光の光軸もガルバノミラー２３の揺動動作に連動して揺動する。この光軸の揺動によりレーザー光がｘ軸方向に走査される。この光軸の揺動は、図からわかるようにｙ軸周りの揺動である。光軸の揺動角度は、ｙ軸方向から見てｚ軸と光軸とのなす角度であるｙ軸周り照射角度θｙにより表される。

集光レンズ２５は凸レンズであり、外部から窓部１１ａおよび１２ａを経て入射してきた光、特に３次元測定カメラ１０から出射されたレーザー光が測定対象物ＯＢに照射された場合における散乱光の一部である反射光を集光する。ラインセンサ２６はＣＣＤなどの画素を一列に並べた受光センサであり、集光レンズ２５によって集光された光を受光する。また、ラインセンサ２６は、画素ごとに受光した光を、受光強度を表す電気信号（受光信号）に変換して出力する。受光回路２７はラインセンサ２６に接続されている。受光回路２７は、ラインセンサ２６から入力された受光信号を増幅し、増幅した受光信号の強度を画素ごとのデジタルデータに変換して出力する。ラインセンサ２６および受光回路２７が、本発明の受光手段に相当する。

また、３次元測定カメラ１０は、内側ケース１２を傾斜させるための傾斜機構３０を備えている。この傾斜機構３０は、傾斜モータ３１と、第一駆動軸３２と、減速器３３と、第二駆動軸３４とを備える。

第一駆動軸３２は、図３に示されるようにｙ軸方向に沿って延設されている。また、第一駆動軸３２は、外側ケース１１の内部であって且つ内側ケース１２の外部に配設されている。そして、一端が外側ケース１１の内壁にベアリングなどの軸受けを介して支持され、他端が傾斜モータ３１に接続されている。傾斜モータ３１は外側ケース１１の内壁に固定されている。第二駆動軸３４は、図３からわかるように第一駆動軸３２に直交するようにｘ軸方向に延設され、その両端がベアリングなどの軸受けを介して外側ケース１１の内壁に支持されている。また、第二駆動軸３４は、その中間部分が内側ケース１２内の空間に位置するように、内側ケース１２の内部を突き抜けてｘ軸方向に延びており、内側ケース１２と第二駆動軸３４との接続部位にて両者が固着されている。したがって、内側ケース１２は、第二駆動軸３４に支えられる状態で外側ケース１１内に配設されており、第二駆動軸３４が回転した場合に外側ケース１１内で傾斜する。なお、第二駆動軸３４は、内側ケース１２内においてレーザー光の導光路を遮らないような位置に設けられる。

減速器３３は第一駆動軸３２と第二駆動軸３４との交差部位に設けられている。この減速器３３として、例えば図に示すような公知のウォーム減速機構などを用いることができる。この減速器３３は、第一駆動軸３２に同軸回転可能に固定されたウォームギアと、第二駆動軸３４に同軸回転可能に固定されたウォームホイールからなり、これらは交差した状態で噛み合っている。この噛み合いによって、傾斜モータ３１の回転が減速されて第二駆動軸３４に伝達される。

図４は、３次元測定カメラ１０をｘ軸方向から見た内部透視図である。この図からわかるように、傾斜モータ３１の駆動は第一駆動軸３２に伝達され、これにより第一駆動軸３２がｙ軸周りに回転する。この回転は減速器３３によって減速されるとともに第二駆動軸３４に伝達され、第二駆動軸３４がｘ軸周りに回転する。この回転により、第二駆動軸３４に固着された内側ケース１２が第二駆動軸３４を中心としてｘ軸周りに傾斜する。内側ケース１２の傾斜により、内側ケース１２内に配設されたレーザー光源２１、コリメートレンズ２２、ガルバノミラー２３、揺動モータ２４、集光レンズ２５、ラインセンサ２６、受光回路２７などの光学部品が、それぞれの配置関係を保ったまま傾斜する。この傾斜によって、測定対象物ＯＢに対する３次元測定カメラ１０の傾斜状態が変更される。

図４において、内側ケース１２が実線で示されている状態であるときに出射されるレーザー光の光軸が実線矢印Ｄにより示され、点線で示されている傾斜状態であるときに出射されるレーザー光の光軸が点線矢印Ｅにより示されている。このように、内側ケース１２が実線で示される状態から点線で示される状態に変化するように傾斜モータ３１を駆動させることによって、出射レーザー光の光軸がｙ軸方向に（ｘ軸周りに）変化する。つまり出射レーザー光の照射方向がｙ−ｚ平面内で変化する。この出射レーザー光の照射方向は、本実施形態では、ｙ−ｚ平面において光軸とｚ軸とのなす角、すなわちｘ軸方向から見たレーザー光の光軸とｚ軸とのなす角であるｘ軸周り照射角度θｘにより表される。後述するように本実施形態においては、傾斜機構３０の駆動によって、測定対象物ＯＢに対する３次元測定カメラ１０の配置状態が、ｘ軸周り照射角度θｘが第一照射角度θｘ１となる第一の配置状態と、第二照射角度θｘ２となる第二の配置状態とに切り換えられる。なお、ｘ軸周り照射角度θｘが３つ以上の異なる角度となるように、３次元測定カメラ１０の配置状態が切り換えられるようになっていてもよい。また、ｘ軸周り照射角度θｘが少なくとも異なる２つの角度に切り換え可能であれば、本実施形態のようにモータおよび減速器を用いて連続的にｘ軸周り照射角度θｘが変化できるようなものでなくてもよい。例えば内側ケース１２をｘ軸周りに回動可能に外側ケース１１に取付けておき、ストッパなどを用いて２箇所の回動位置にて内側ケース１２を固定できるようにしておいてもよい。

図１に示されるように、３次元形状測定装置１は、３次元画像処理装置６０、コントローラ５０、入力装置５２および表示装置５４を備えている。コントローラ５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えるマイクロコンピュータにより構成される。このコントローラ５０は、入力装置５２から入力される入力指令に基づいて、フィードモータ４０、揺動モータ２４および傾斜モータ３１に駆動制御信号を、レーザー光源２１（詳しくはレーザー光源２１に接続されたレーザー光駆動回路）にレーザー光の出射を制御する出射制御信号を、それぞれ出力するとともに、これらの制御情報を３次元画像処理装置６０に入力する。

３次元画像処理装置６０もＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えるマイクロコンピュータにより構成される。３次元画像処理装置６０は、フィードモータ４０、揺動モータ２４、傾斜モータ３１、受光回路２７に電気的に接続されている。フィードモータ４０はエンコーダを備えており、このエンコーダから出力されるパルス信号が３次元画像処理装置６０に入力される。このパルス信号から、３次元測定カメラ１０のｙ軸方向移動量、すなわち３次元測定カメラ１０から出射されるレーザー光の照射点のｙ軸方向移動量Ｙが計算される。また、揺動モータ２４もエンコーダを備えており、このエンコーダから出力されるパルス信号が３次元画像処理装置６０に入力される。このパルス信号から、ガルバノミラーの回転角度、すなわちレーザー光のｙ軸周り照射角度θｙが計算される。また、傾斜モータ３１もエンコーダを備えており、このエンコーダから出力されるパルス信号も３次元画像処理装置６０に入力される。このパルス信号から、内側ケース１２の傾斜角度、すなわちレーザー光のｘ軸周り照射角度θｘが計算される。また、受光回路２７からは受光信号の強度を表すデジタルデータが３次元画像処理装置６０に入力される。３次元画像処理装置６０はこれらの入力信号およびコントローラ５０から入力された制御情報を基に、測定対象物ＯＢの形状データを座標値として計算し、計算した座標値を用いて表される測定対象物ＯＢの３次元画像を生成して表示装置５４に出力する。

上記構成の３次元形状測定装置１において、作業者が入力装置５２を介してコントローラ５０に測定対象物ＯＢの３次元形状測定の開始指令を入力すると、コントローラ５０は図５のフローチャートに示される３次元測定プログラムを実行する。これにより、測定対象物ＯＢは３次元測定カメラ１０によって２回の測定が行われることになる。以下、この３次元測定プログラムについて説明する。このプログラムは図のステップ１００（以下、ステップ番号をＳと略記する）にて開始され、次のＳ１０２にて、３次元測定カメラ１０のｙ軸方向位置が第一初期位置Ｓｔ１となるようにフィードモータ４０の駆動制御が行われる。これによりフィードモータ４０が駆動し、３次元測定カメラ１０が指定された第一初期位置Ｓｔ１までｙ軸方向に移動される。続いて、Ｓ１０４にて、レーザー光のｘ軸周り照射角度θｘが所定の第一照射角度θｘ１となるように、傾斜モータ３１の駆動制御が行われる。これにより傾斜モータ３１が駆動して、レーザー光のｘ軸周り照射角度θｘが第一照射角度θｘ１となるように内側ケース１２が傾斜される。なお、最初からθｘがθｘ１となっている場合は、この処理を省略することができる。Ｓ１０２およびＳ１０４の処理によって３次元測定カメラ１０のｙ軸方向初期位置およびレーザー光のｘ軸周り照射角度θｘ（＝θｘ１）が定められる。これにより１回目の測定においてレーザー光が最初に照射される測定台２上の位置である第一照射初期位置が設定される。第一照射初期位置は、その後に行われるレーザー光の照射によって測定対象物ＯＢの上面の全面にレーザー光が照射されるような位置に設定される。測定対象物ＯＢの大きさが未知であれば、第一照射初期位置のｙ軸方向位置は測定台２の端部に設定してもよい。なお、ｘ軸周り照射角度が第一照射角度θｘ１である３次元測定カメラ１０の配置状態が、本発明の第一の配置状態に相当し、Ｓ１０４の処理が、本発明の第一配置工程に相当する。

次に、Ｓ１０６にて、コントローラ５０がレーザー光源２１（レーザー光駆動回路）にレーザー光の出射制御信号を出力する（第一レーザー光出射工程）。レーザー光源２１はこの出射制御信号を受けてレーザー光を出射する。レーザー光源２１からのレーザー光はコリメートレンズ２２を経てガルバノミラー２３に入射し、ガルバノミラー２３にて反射してから３次元測定カメラ１０の外部に出射する。外部に出射したレーザー光は測定台２上の測定対象物ＯＢに照射される。次に、Ｓ１０８にて、コントローラ５０が揺動モータ２４およびフィードモータ４０に駆動制御信号を出力することによりレーザー光の走査および移動が行われる（第一レーザー光移動工程）。このステップにて、揺動モータ２４はガルバノミラー２３をｙ軸周りに揺動させ、このガルバノミラー２３の揺動によりレーザー光がｘ軸方向に走査される。また、フィードモータ４０は３次元測定カメラ１０を所定の微小速度で初期位置Ｓｔ１からｙ軸方向に沿って平行移動させる。この移動によりレーザー光がｙ軸方向にも移動する。レーザー光のｘ軸方向への走査とｙ軸方向への移動を同時に行うことによって、測定対象物ＯＢに対するレーザー光の照射点の位置は、測定対象物ＯＢの表面上をｘ軸方向に往復してジグザグ状に順次移動する。このようにレーザー光の照射点が移動されることにより、測定台２上に載置された測定対象物ＯＢの上面の全面にレーザー光が照射される。なお、このようなレーザー光の照射点の移動中、ｘ軸周り照射角度θｘは第一照射角度θｘ１に維持されている。フィードモータ４０、揺動モータ２４、ガルバノミラー２３が、本発明におけるレーザー光移動手段に相当する。

測定対象物ＯＢの上面に照射されたレーザー光は、その照射点にて散乱する。散乱光の一部の反射光は３次元測定カメラ１０内のガルバノミラー２３に入射し、さらにガルバノミラー２３で反射して、集光レンズ２５を介してラインセンサ２６に受光される（第一受光工程）。ラインセンサ２６からは、受光した光の強度に相当する受光信号が出力される。出力された受光信号は受光回路２７に入力されて増幅され、さらに増幅された受光信号の強度が画素ごとのデジタルデータにされる。この画素ごとのデジタルデータが３次元画像処理装置６０に入力される。

３次元画像処理装置６０は、レーザー光の照射中に、図６に示される距離計算プログラムを実行する。このプログラムは図６のＳ１５０にて開始され、Ｓ１５２にて、受光回路２７から反射光強度に応じた受光信号の強度を表す画素ごとのデジタルデータを所定の微小間隔ごとに取り込む。取り込んだデジタルデータは、受光波形データとして表される。続いて、Ｓ１５４にて、ラインセンサ２６におけるピークの受光位置が計算される。次いで、Ｓ１５６にて、計算した受光位置を用いて三角測量の原理に基づき照射間距離Ｌが計算される。この照射間距離Ｌは、計算に用いられた受光波形（すなわち受光信号）が得られた照射点である測定点と、３次元測定カメラ１０との間の距離である。その後、Ｓ１５８にて、その受光信号の取込時点に入力されるフィードモータ４０のエンコーダからのパルス信号および揺動モータ２４のエンコーダからのパルス信号に基づいて、受光信号が得られた測定点のｙ軸方向移動量Ｙおよびｙ軸周り照射角度θｙが計算される。Ｙ，θｙおよび設定されている第一照射角度θｘ１（ｘ軸周り照射角度θｘ）は、これらにより測定点の位置ベクトルが表される量であり、測定点の移動位置に関する情報である。次いで、Ｓ１６０にて、照射間距離Ｌと、これに対応するｙ軸方向移動量Ｙ、ｙ軸周り照射角度θｙおよび設定されている第一照射角度θｘ１を関連付けて記憶する。その後、このプログラムを終了する。このプログラムは、３次元画像処理装置６０が受光信号のデジタルデータを取り込むごとに行われる。なお、ｙ軸方向移動量Ｙ、ｙ軸周り照射角度θｙおよび設定されている第一照射角度θｘ１は、上述のように測定対象物ＯＢに対するレーザー光の照射点の移動位置、すなわち位置ベクトルを表す。したがって、これらを検出するフィードモータ４０のエンコーダ、揺動モータ２４のエンコーダおよび傾斜モータ３１のエンコーダは、レーザー光移動手段により移動されるレーザー光の照射点の移動位置に関する情報を検出する移動位置情報検出手段に相当する。

一方、コントローラ５０は、Ｓ１０８にてレーザー光の移動を開始させた後は、Ｓ１１０にて、ｙ軸方向移動量ＹがＹ１以上であるか否かについて判定する。ＹがＹ１未満（Ｓ１１０：Ｎｏ）であれば、再度この判定が繰り返される。ここで、Ｙ１は、１回目の測定において、レーザー光を測定対象物ＯＢの上面の全面に照射するために必要なｙ軸方向距離を表し、概ね測定対象物ＯＢのｙ軸方向に沿った長さよりも若干長い値として予め設定されている。Ｓ１１０にてＹがＹ１以上であると判定された場合（Ｓ１１０：Ｙｅｓ）には、測定対象物ＯＢの上面の全面にレーザー光が照射されたものとみなされる。この場合はＳ１１２に進み、レーザー光源２１からのレーザー光の出射が停止され、１回目の測定が終了される。

その後、Ｓ１１４に進み、３次元測定カメラ１０のｙ軸方向位置が第二初期位置Ｓｔ２となるようにフィードモータ４０の駆動制御が行われる。次に、Ｓ１１６にて、レーザー光のｘ軸周り照射角度θｘが第二照射角度θｘ２となるように、傾斜モータ３１が駆動制御される。第二照射角度θｘ２は、第一照射角度θｘ１とは異なる角度である。Ｓ１１４およびＳ１１６の処理によって３次元測定カメラ１０のｙ軸方向位置およびｘ軸周り照射角度θｘ（＝θｘ２）が定められる。これにより２回目の照射においてレーザー光が最初に照射される測定台２上の位置（第二照射初期位置）が設定される。第二照射初期位置は第一照射初期位置と同一の位置でもよいし、異なった位置でもよい。また、第二照射初期位置は、その後のレーザー光照射によって測定対象物ＯＢの上面の全面にレーザー光が照射されるような位置に設定される。なお、ｘ軸周り照射角度が第二照射角度θｘ２である３次元測定カメラ１０の配置状態が、本発明の第二の配置状態に相当し、Ｓ１１６の処理が、本発明の第二配置工程に相当する。

続いて、Ｓ１１８にて、レーザー光源２１からレーザー光が出射されて、２回目の測定が開始される（第二レーザー光出射工程）。次いで、Ｓ１２０にて、レーザー光がｘ軸方向に走査されるとともに、ｙ軸方向に移動される（第二レーザー光移動工程）。これにより測定対象物ＯＢに対する照射点が順次移動する。移動する照射点で発生する反射光はラインセンサ２６に受光される（第二受光工程）。ラインセンサ２６は受光した光の強度に相当する受光信号を受光回路２７に出力する。受光回路２７は入力した受光信号を増幅するとともに、増幅した受光信号の強度を画素ごとのデジタルデータにして３次元画像処理装置６０に出力する。そして、３次元画像処理装置６０は、図６に示される計算プログラムを実行して、照射間距離Ｌと、これに対応する移動量Ｙ、ｙ軸周り照射角度θｙ、設定されている第二照射角度θｘ２とを関連付けて記憶する。このようにして、２回目の測定が行われる。

続いて、Ｓ１２２にて、ｙ軸方向移動量ＹがＹ２以上であるか否かについて判定される。Ｙ２は、２回目の測定において、レーザー光を測定対象物ＯＢの上面の全面に照射するために必要なｙ軸方向距離であり、ほぼＹ１と同じ程度の値として予め設定されている。ＹがＹ２未満（Ｓ１２２：Ｎｏ）であれば、再度この判定が繰り返される。ＹがＹ２以上であると判定された場合（Ｓ１２２：Ｙｅｓ）には、Ｓ１２４に進み、レーザー光源２１からのレーザー光の出射が停止されて、２回目の測定が終了される。

以上のステップによって、測定対象物ＯＢに対してｘ軸周り照射角度θｘを変えた２回の測定が行われる。図７は、上記のようにして行われた３次元形状測定において、３次元測定カメラ１０の動作およびレーザー光の照射方向をｘ軸方向から見て表した概念図である。図において、１回目の測定時における３次元測定カメラ１０の姿勢、動作およびそのときのレーザー光の光軸が実線で示され、２回目の測定時における３次元測定カメラ１０の姿勢、動作およびそのときのレーザー光の光軸が点線で示されている。

図に示されるように、１回目の測定時には、３次元測定カメラ１０のｙ軸方向初期位置がＳｔ１にて示された位置とされ、この位置から、ｘ軸周り照射角度がθｘ１であるレーザー光が出射される。図の例ではθｘ１は０°である。つまりｘ軸方向から見てレーザー光の照射方向がｚ軸に平行とされており、レーザー光が測定対象物ＯＢに垂直に照射される。そして、３次元測定カメラ１０が図の矢印で示すようにｙ軸方向に移動し、移動距離がＹ１になった時点で１回目の測定が終了する。次に、３次元測定カメラ１０は図のＳｔ２で示されるｙ軸方向初期位置に移動される。そして、傾斜モータ３１の駆動によりレーザー光のｘ軸周り照射角度がθｘ２に変更された後、レーザー光が出射される。図の例では、照射角度がθｘ２とされた場合には、レーザー光は測定対象物ＯＢに斜め方向から照射される。そして、３次元測定カメラ１０が図の矢印で示すようにｙ軸方向に移動し、移動距離がＹ２になった時点で２回目の測定が終了する。

このように本実施形態においては、１回目の測定時には、３次元測定カメラ１０が第一の配置状態、すなわちｘ軸周り照射角度が第一照射角度θｘ１であるときにレーザー光が測定対象物ＯＢに照射されて測定対象物ＯＢの３次元形状が測定される。また、２回目の測定時には、３次元測定カメラ１０が第二の配置状態、すなわちｘ軸周り照射角度が第二照射角度θｘ２であるときにレーザー光が測定対象物ＯＢに照射されて測定対象物ＯＢの３次元形状が測定される。ここで、第一の配置状態と第二の配置状態は、それぞれ測定対象物ＯＢの同一部位にレーザー光が照射された場合の照射角度が異なるような配置状態である。そして、いずれの回の測定においても測定対象物ＯＢの上面の全面にレーザー光が照射されるように、レーザー光の照射点が移動される。また、３次元測定カメラ１０は、傾斜機構３０（傾斜モータ３１、第一駆動軸３２、減速器３３、第二駆動軸３４）を備え、この傾斜機構３０によって、その配置状態が第一の配置状態から第二の配置状態へ切り換えられる。したがって、この傾斜機構３０が本発明の配置状態切り換え手段に相当する。なお、１回目の測定時と２回目の測定時とで、レーザー光は測定対象物ＯＢの同一の点を照射する必要はない。

上記説明した３次元形状測定の結果、３次元画像処理装置６０には、取り込んだ受光信号が得られる照射点である測定点ごとに、照射間距離Ｌ、ｙ軸方向移動量Ｙ、ｙ軸周り照射角度θｙおよびｘ軸周り照射角度θｘが記憶される。３次元画像処理装置６０に記憶されたこれらの記憶内容の概念図を図８に示す。図８において、θｙ（ａ，ｂ）は、ａ回目の測定（ａは１または２）においてｂ番目に得られた受光信号に対応する測定点についてのｙ軸周り照射角度θｙであり、Ｙ（ａ，ｂ）は、ａ回目の測定（ａは１または２）においてｂ番目に得られた受光信号に対応する測定点についてのｙ軸方向移動量である。また、Ｌ（ａ，ｂ，ｃ）は、ａ回目の測定（ａは１または２）においてｂ番目に得られた受光信号から形成される受光波形中のｃ番目のピーク位置から算出した照射間距離である。また、ｘ軸周り照射角度がθｘ１であるデータは１回目の測定から得られたデータであり、θｘ２であるデータは２回目の測定から得られたデータである。

ここで、照射間距離Ｌは、その測定点の座標値の計算に用いられるものであるので、通常一つの測定点に対応して一つの照射間距離が定まる。しかし、図８に示されるデータの中には、一つの測定点に対して複数の照射間距離Ｌが記憶されている場合がある。例えば、図８の一番上の記憶データにおいては、１回目の測定における１番目の測定点において、複数の照射間距離Ｌ（１，１，１），Ｌ（１，１，２），Ｌ（１，１，３）・・・Ｌ（１，１，ｐ_１）が記憶されている。これは、ラインセンサ２６が正規の反射光のみならず２次反射光も受光してしまうことに起因している。

図９は、レーザー光が測定対象物ＯＢに照射された際に生じる正規の反射光および２次反射光がラインセンサ２６に受光される状態を示した概略図である。図に示されるように、レーザー光源２１から出射されたレーザー光が測定対象物ＯＢの例えば傾斜している面内の点ａに照射された場合、この点ａにてレーザー光は散乱し、散乱光の一部が反射光として集光レンズ２５を介してラインセンサ２６に入射する。このようにして入射した反射光、すなわち図の一点鎖線にて示された反射光は正規の反射光である。しかし、点ａの部分が例えば鏡面加工されていて反射率が高い場合には、点ａに入射したレーザー光の多くは入射角と等しい角度で反射し、この反射光が測定対象物ＯＢの別の箇所（図９に示す点ｂ）に再度照射され、そこで再度散乱光が発生する（これを２次反射という）。この２次反射部位における散乱光の一部が集光レンズ２５を介してラインセンサ２６に入射する。つまり、２次反射が起こって２次反射部位における反射光（図の点線で示される反射光）もラインセンサ２６に入射された場合には、ラインセンサ２６は反射光を異なる２箇所の受光位置にて受光する。さらにレーザー光が反射を繰り返せば、ラインセンサ２６はより多くの受光位置にて反射光を受光する（本実施形態ではこれらの反射を繰り返してラインセンサ２６に入射する反射光も２次反射光と呼ぶ）。この場合には、受光回路２７が出力する受光波形（横軸が受光位置、縦軸が受光強度の受光波形）は図１０に示されるように、複数の受光強度のピーク位置を持つ波形形状となる。照射間距離は、受光波形のそれぞれのピーク位置に基づいて計算されるために、図１０のような受光波形が得られる測定点においては、それぞれのピーク位置に基づいて、複数の照射間距離が計算されるのである。

１つの受光信号の中に複数のピーク位置が検出された場合、そのうちの１つのピーク位置が正規の反射光を表すピーク位置であり、その他は２次反射光を表すピーク位置である。正規の反射光を表すピーク位置を用いて三角測量の原理に基づき計算された照射間距離は、３次元測定カメラ１０と測定点との間の距離を正しく表しているが、２次反射光を表すピーク位置を用いて三角測量の原理に基づき計算された照射間距離は、３次元測定カメラ１０と測定点との間の距離を正しく表していない。２次反射光を表すピーク位置を用いて照射間距離を計算すると、図９に示されるように三角測量における三角形の頂点の位置が図の点ｃとなるために、求められる照射間距離は、３次元測定カメラ１０から点ｃまでの距離となる。この距離は図からわかるように正規の照射間距離とは全く異なる距離である。このような２次反射光に基づいて計算された照射間距離を用いて測定対象物ＯＢの形状を表す座標値を求めてしまった場合には、その形状測定精度が悪くなる。したがって、一つの受光信号に複数のピーク位置が認められ、これらのピーク位置に基づいて複数の座標値が計算されている場合には、どの座標値が正規の反射光または正規の照射間距離に基づくものであるのかを決定する必要がある。本実施形態では、コントローラ５０が図５に示される３次元測定プログラムのＳ１２４にて２回目の測定を終了させた後に、Ｓ１２６にて３次元画像処理装置６０に後述のデータ処理を実行させることによって、正規の反射光に基づいて計算される照射間距離により表わされる座標値を抽出し、抽出した座標値を用いて精度の高い３次元画像を生成するようにしている。

図５のＳ１２６においては、コントローラ５０は３次元画像処理装置６０に対し、図１１に示される正規座標値選択プログラムを実行させる。この正規座標値選択プログラムは、図１１のＳ２００にて開始され、次のＳ２０２にて、第一無効データカウンタｒｅ１、第二無効データカウンタｒｅ２および判別フラグＵｓが０に設定される。次に、Ｓ２０４にて、１回目の測定時に各測定点にて得られた照射間距離Ｌと、測定点についての移動位置情報であるｘ軸周り照射角度θｘ（＝θｘ１）、ｙ軸周り照射角度θｙ、ｙ軸方向移動量Ｙとに基づいて、１回目の測定における各測定点についての座標値Ｄ’（１，１，１）〜Ｄ’（１，ｎ，ｐ_ｎ）が計算される（第一形状データ生成工程）。この場合において、座標値Ｄ’のｘ座標Ｄｘ’、ｙ座標Ｄｙ’、ｚ座標Ｄｚ’は、それぞれ以下の式により計算される。
Ｄｘ’＝Ｌ・ｓｉｎθｙ
Ｄｙ’＝Ｙ−Ｌ・ｃｏｓθｙ・ｓｉｎθｘ
Ｄｚ’＝Ｌ・ｃｏｓθｙ・ｃｏｓθｘ
計算された座標値の集合が本発明の第一形状データＤ’１である。また、このＳ２０４の処理が、本発明の第一形状データ生成手段である。

次に、Ｓ２０６にて、２回目の測定時に各測定点にて得られた照射間距離Ｌ、ｘ軸周り照射角度θｘ（＝θｘ２）、ｙ軸周り照射角度θｙ、ｙ軸方向移動量Ｙに基づいて、上記と同様にして２回目の測定における各測定点についての座標値Ｄ’（２，１，１）〜Ｄ’（２，ｍ，ｑ_ｍ）が計算される（第二形状データ生成工程）。計算された座標値の集合が本発明の第二形状データＤ’２である。また、このＳ２０６の処理が、本発明の第二形状データ生成手段である。

上記のように計算された座標値Ｄ’は、３次元画像処理装置６０に記憶される。座標値Ｄ’は、３次元画像処理装置６０内に記憶されている全ての照射間距離に基づき計算される。したがって、一つの測定点から複数の照射間距離Ｌが計算されているものについては、一つの測定点につき複数の座標値Ｄ’が計算される。図１２は、計算された座標値Ｄ’のデータを表にまとめた図である。図１２において上欄に記載の座標値は第一形状データＤ’１に属する座標値、下欄に記載の座標値は第二形状データＤ’２に属する座標値である。また、表中、Ｄ’（ａ，ｂ，ｃ）は、ａ回目の測定（ａは１または２）にて、ｂ番目に得られた受光信号に対応する測定点について、その受光信号の受光波形におけるｃ番目のピーク位置に基づいて算出した照射間距離を用いて計算した座標値を表す。

ここで、第一形状データＤ’１に属する座標値Ｄ’（１，１，１）〜Ｄ’（１，ｎ，ｐ_ｎ）と第二形状データＤ’２に属する座標値Ｄ’（２，１，１）〜Ｄ’（２，ｍ，ｑ_ｎ）は、それぞれ座標値の基準となるカメラ座標系が異なっている。このためそれぞれの座標値を直接比較することはできない。よって、３次元画像処理装置６０は、図１１のＳ２０８にて、第一形状データＤ’１に属する座標値Ｄ’（１，１，１）〜Ｄ’（１，ｎ，ｐ_ｎ）と第二形状データＤ’２に属する座標値Ｄ’（２，１，１）〜Ｄ’（２，ｍ，ｑ_ｍ）のいずれか一方または双方を座標変換し、統一座標系により表された第一形状データＤ’１に属する座標値Ｄ（１，１，１）〜Ｄ（１，ｎ，ｐ_ｎ）および、統一座標系により表わされた第二形状データＤ’２に属する座標値Ｄ（２，１，１）〜（２，ｍ，ｑ_ｍ）を求める（座標変換工程）。図１３は、統一座標系上で表された座標値を表にまとめた図である。図において、上欄に記載された座標値の集合が、統一座標系により表わされた第一形状データＤ’１に属する座標値の集合である統一済み第一形状データＤ１であり、下欄に記載された座標値の集合が、統一座標系により表わされた第二形状データＤ’２に属する座標値の集合である統一済み第二形状データＤ２である。これらの座標値も、３次元画像処理装置６０に記憶される。このＳ２０８の処理が、本発明における座標変換手段に相当する。

座標変換は公知の座標変換の手法を用いて行うことができる。この場合、第一形状データＤ’１に属する座標値Ｄ’（１，１，１）〜Ｄ’（１，ｎ，ｐ_ｎ）の座標系の座標原点と、第二形状データＤ’２に属する座標値Ｄ’（２，１，２）〜Ｄ’（２，ｍ，ｑ_ｍ）の座標系の座標原点が、図１に示す空間座標系においてｘ軸方向およびｚ軸方向に変化しない場合であれば、座標値のｙ座標成分のみを補正することにより統一座標系の座標値に変換することができる。具体的には、１回目の測定時におけるｙ軸方向初期位置はＳｔ１であり、２回目の測定時におけるｙ軸方向初期位置はＳｔ２であるので、これらの差（Ｓｔ２−Ｓｔ１）を第二形状データＤ’２に属する座標値のｙ座標成分に加算することにより、第二形状データを第一形状データの座標値によるデータとすることができる。

しかし、両座標系の座標原点がｘ軸方向および／またはｚ軸方向にも変化する場合、あるいは後述する変形例などのように１回目の測定により求められた座標値と２回目の測定により求められた座標値とで座標軸の方向が異なる場合などは、上記のように簡単に統一座標系によるデータにすることはできない。この場合は座標変換係数を予め計算して３次元画像処理装置６０に記憶させておく必要がある。そして、記憶された座標変換係数を用いて座標変換を行うことにより、各座標値Ｄ’が統一座標系における座標値Ｄに変換される。座標変換係数は、例えば以下の方法により算出することができる。まず、図１４に示されるように、測定台２上に３つの大きさの異なる球体Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３を測定対象物として設置し、所定位置に固定する。そして、３次元形状測定装置１はこの測定対象物について、上記した１回目の測定と同じ条件下でレーザー光を照射して１回目の測定を行い、その測定結果を基に３つの球体Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の中心座標値を算出する。次に、上記した２回目の測定と同じ条件下でレーザー光照射して２回目の測定を行い、その測定結果を基に３つの球体Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の中心座標値を算出する。そして、１回目の測定結果から求められた中心座標値と２回目の測定結果から求められた中心座標値とにより導かれる３つの連立方程式を解くことにより、座標変換係数が算出される。

上記した座標変換係数の算出方法は、具体的には特開２００５−２４９４０２号公報の段落番号００６２〜００８０に詳述されているのでここでは詳細な説明は省略するが、座標変換係数の回転成分を行列Ｍ、平行移動成分を行列Ａとすると、座標変換の式は式１により表される。また、Ｍの成分は式２に、Ａの成分は式３により表される。

また、Ｍの各成分は、式４〜式６により示される連立方程式を解くことにより求められ、Ａの各成分は、求められたＭの成分を式１に代入して求めることができる。

上記式において、１回目の測定により求められた３つの球体Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の中心座標のｘ成分はｘ_ａ１，ｘ_ａ２，ｘ_ａ３と、ｙ成分はｙ_ａ１，ｙ_ａ２，ｙ_ａ３と、ｚ成分はｚ_ａ１，ｚ_ａ２，ｚ_ａ３と表されている。また、２回目の測定により求められた３つの球体Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の中心座標のｘ成分はｘ_ｂ１，ｘ_ｂ２，ｘ_ｂ３と、ｙ成分はｙ_ｂ１，ｙ_ｂ２，ｙ_ｂ３と、ｚ成分はｚ_ｂ１，ｚ_ｂ２，ｚ_ｂ３と表されている。なお、実際にはこれらの測定および計算は事前に行われ、その結果得られた座標変換係数がｘ軸周り照射角度θｘやｙ軸方向初期位置に対応して３次元画像処理装置６０に記憶されている。

Ｓ２０８にて統一座標系における座標値が計算された後は、Ｓ２１０に進んで第一座標値抽出処理が行われる（第一座標値抽出工程）。この第一座標値抽出処理は本発明の第一座標値抽出手段に相当し、統一済み第一形状データＤ１に属する座標値のうちから正規の反射光に基づき計算された正規の座標値と考えられるものを抽出する処理である。具体的には、統一済み第一形状データＤ１に属する座標値Ｄ（１，１，１）〜Ｄ（１，ｎ，Ｐ_ｎ）の各座標値を一つずつ、統一済み第二形状データＤ２に属する座標値Ｄ（２，１，１）〜Ｄ（２，ｍ，ｑ_ｍ）の全てと比較する。比較の結果、座標値Ｄ（１，１，１）〜Ｄ（１，ｎ，Ｐ_ｎ）のうち、２次反射光に基づいて計算されたものと考えられるものが除外され、除外されなかったものが抽出される。

図１５は、第一座標値抽出処理の流れを示すフローチャートである。この第一座標値抽出処理においては、まずＳ３０２にて、１回目の測定における測定点番号ｎおよび受光波形のピーク番号ｐが１に設定される。次に、Ｓ３０４にて、２回目の測定における測定点番号ｍおよび受光波形のピーク番号ｑが１に設定され、さらに座標値計数カウンタＣが０に設定される。なお、測定点番号は、３次元画像処理装置６０が受光回路２７から取り込んだ受光信号の順番に対応し、各回の測定において座標値が計算された測定点の測定順を表す。ピーク番号は、受光波形におけるピーク位置の番号を表す。次いで、Ｓ３０６にて、統一済み第二形状データＤ２に属する座標値のうちの一つの座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）のｘ座標成分Ｘ（Ｄ（２，ｍ，ｑ））と、統一済み第一形状データＤ１に属する座標値のうちの一つの座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）のｘ座標成分Ｘ（Ｄ（１，ｎ，ｐ））との差の絶対値が所定の値Ａ以下であるか否かについて判定される。この判定結果がＮｏである場合はＳ３１８に進む。この判定結果がＹｅｓである場合にはＳ３０８に進み、Ｓ３０８にて、座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）のｙ座標成分Ｙ（Ｄ（２，ｍ，ｑ））と座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）のｙ座標成分Ｙ（Ｄ（１，ｎ，ｐ））との差の絶対値が上記所定の値Ａ以下であるか否かについて判定される。この判定結果がＮｏである場合はＳ３１８に進む。この判定結果がＹｅｓである場合はＳ３１０に進み、Ｓ３１０にて、座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）のｚ座標成分Ｚ（Ｄ（２，ｍ，ｑ））と座標値Ｄ（ｎ，ｐ，１）のｚ座標成分Ｚ（Ｄ（１，ｎ，ｐ））との差の絶対値が上記所定の値Ａ以下であるか否かについて判定される。この判定結果がＮｏである場合はＳ３１８に進む。なお、上記値Ａは微小な値（例えば０．５ｍｍ）であり、予め設定される。

Ｓ３０６，Ｓ３０８およびＳ３１０における処理は、座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）と座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）とのｘ軸方向距離、ｙ軸方向距離およびｚ軸方向距離がＡ以下であるか否かについての判定処理である。これらの判定の結果が全てＹｅｓであるということは、図１９に示されるように、統一座標系において座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）により表される座標点を中心とした１辺の長さが２Ａの立方体空間内に、座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）により表される座標点が存在しているということを示している。

Ｓ３１０の判定結果がＹｅｓである場合はＳ３１２に進む。Ｓ３１２では、座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）と座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）との距離ｄが計算される。この距離ｄは、Ｓ３０６，Ｓ３０８，Ｓ３１０にて求められる差に基づいて計算することができる。次いで、Ｓ３１４にて、計算した距離ｄが所定値Ａ以下であるか否かについて判定される。なお、この判定がＹｅｓであるということは、図２０に示されるように、統一座標系において座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）により表される座標点を中心とした半径がＡの球体空間中に、座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）により表される座標点が存在しているこということを示している。なお、Ｓ３１２およびＳ３１４の処理は省略してもよい。

Ｓ３１４の判定結果がＹｅｓである場合（Ｓ３１２およびＳ３１４の処理を省略する場合は、Ｓ３１０の判定結果がＹｅｓである場合）は、Ｓ３１６に進む。Ｓ３１６では、座標値計数カウンタＣがインクリメントされる。その後Ｓ３１８に進む。また、Ｓ３１４の判定結果がＮｏである場合は、Ｓ３１６の処理を飛ばしてＳ３１８に進む。Ｓ３１８ではピーク番号ｑがインクリメントされる。この処理の流れからわかるように、座標値計数カウンタＣは、座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）により表される座標点を中心とした立方体空間や球体空間内、すなわち中心点によって定められる設定空間範囲内に、座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）により表される座標点が存在すると判断された場合にのみ、インクリメントされる。

Ｓ３１８にてｑがインクリメントされた後はＳ３２０に進み、ピーク番号ｑがｑ_ｍ以下であるか否かが判定される。判定結果がＹｅｓである場合はＳ３０６に戻り、上記と同様にして、ピーク番号ｑがインクリメントされた次の座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）と座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）が比較される。

Ｓ３０６〜Ｓ３２０の処理の繰り返しによって、統一済み第一形状データＤ１に属する一つの座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）が、統一済み第二形状データに属する座標値のうちｍ番目の測定点の座標値Ｄ（２，ｍ，１）〜Ｄ（２，ｍ，ｑ_ｍ）の全てと比較される。

Ｓ３２０において、ｑがｑ_ｍより大きい（Ｓ３２０：Ｎｏ）と判定された場合、すなわち２回目の測定におけるｍ番目の測定点についての全ての座標値Ｄ（２，ｍ，１）〜座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ_ｍ）が座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）と比較され、インクリメントされたｑに対応する座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）が存在しない場合は、Ｓ３２２に進んでピーク番号ｑが初期化（ｑ＝１）される。次いで、測定点番号ｍがインクリメントされる（Ｓ３２４）。そして、次のＳ３２６にて、ｍがｍ_ｍａｘ以下であるか否かが判定される。ここで、ｍ_ｍａｘは、２回目の測定において最後に測定した測定点の番号である。ｍがｍ_ｍａｘ以下である場合（Ｓ３２６：Ｙｅｓ）はＳ３０６に戻り、上記と同様にして、測定点番号ｍがインクリメントされた次の測定点についての座標値Ｄ（２，ｍ，１）〜Ｄ（２，ｍ，ｑ_ｍ）が座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）と比較される。

Ｓ３０６〜Ｓ３２６の処理の繰り返しによって、統一済み第一形状データＤ１に属する一つの座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）が、統一済み第二形状データＤ２に属する全ての座標値と比較される。つまり、統一済み第一形状データＤ１に属する一つの座標値を対象座標値とし、統一済み第二形状データＤ２に属する全ての座標値を比較座標値とし、それぞれの比較座標値により表わされる座標点が、対象座標値により表される座標点を中心とした設定空間（一辺が２Ａの立方体空間あるいは半径がＡの球体空間）の範囲内に存在するか否かが判定される。そして、上記空間範囲内に存在する座標点を表す比較座標値の数が座標値計数カウンタＣに記憶される。したがって、一つの対象座標値と全ての比較座標値との比較が終了したときには、座標値計数カウンタＣの値は、その対象座標値により表される座標点を中心とした設定空間範囲内に存在する座標点を表す比較座標値の数を示す。

Ｓ３２６にてｍがｍ_ｍａｘよりも大きい（Ｓ３２６：Ｎｏ）と判定された場合、すなわち対象座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）が全ての比較座標値と比較されて、インクリメントされたｍに対応する比較座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）が存在しない場合はＳ３２８に進む。Ｓ３２８では、座標値計数カウンタＣの値、すなわち対象座標値により表される座標点を中心とした設定空間範囲内に存在する座標点を表す比較座標値の数が、予め決められた設定数Ｍ以上であるか否かについて判定される。ここで、対象座標値が正規の反射光に基づいて計算されたものである場合には、その対象座標値により表される座標点は測定対象物表面上の点であり、まさに測定点の座標値を正確に表している。よって、その対象座標値により表される座標点の近傍に位置する測定対象物表面上の点は、正規の反射光に基づいて計算された比較座標値によっても表される。このことは、対象座標値が正規の反射光に基づいて計算された正規の座標値である場合には、その座標値により表される座標点を中心として予め設定された設定空間範囲内の近傍点を表す比較座標値の数が一定量存在することを示している。

一方、対象座標値が２次反射光に基づいて計算された場合、計算された座標値はその照射点を正確に表さずに、測定対象物表面とは異なる点を表す可能性が高い。このため、その対象座標値により表される座標点の近傍には測定対象物表面上の点はほとんど存在しないものと考えられる。したがって、対象座標値が２次反射光に基づいて計算されたものであるときには、その座標値により表される座標点を中心とした設定空間範囲内に、正規の反射光に基づいて計算された比較座標値により表される座標点（すなわち測定対象物表面上の点）はほとんど存在しないことになる。また、１回目の測定と２回目の測定とでは、レーザー光のｘ軸周り照射角度θｘが異なるので、１回目の測定時において、ある測定点にて発生する２次反射と、２回目の測定時においてその測定点またはその近傍点にて発生する２次反射とは、図２１に示されるようにその発生の仕方（２次反射光の反射方向）が異なる。このため、１回目の測定にて、ある測定点における２次反射光に基づいて求められた対象座標値により表される座標点と、２回目の測定にて、その測定点またはその近傍点における２次反射光に基づいて求められた比較座標値により表される座標点とは離れた位置関係となる可能性が高い。このことは、対象座標値が２次反射光に基づいて計算されたものである場合には、その座標値により表される座標点を中心とした設定空間範囲内に、２次反射光に基づいて計算された比較座標値により表わされる座標点もほとんど存在しないことを示している。

以上のことから、対象座標値が正規の反射光に基づいて計算された正規の座標値である場合は、その対象座標値についての座標値計数カウンタＣの値が大きくなり、対象座標値が２次反射光に基づいて計算された偽の座標値である場合は、その対象座標値についての座標値計数カウンタＣの値が小さくなると考えられる。したがって、Ｃの値を実験などにより適宜決定された設定数Ｍと比較し、Ｃの値がＭ以上であれば対象座標値は正規の反射光に基づいて計算されたものであり、Ｃの値がＭ未満であれば対象座標値は２次反射光に基づいて計算されたものであると、判断できる。

Ｓ３２８にて、ＣがＭ未満である場合（Ｓ３２８：Ｎｏ）、すなわち対象座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）が２次反射光に基づき計算されたものである可能性が高い場合は、Ｓ３３０に進み、その対象座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）に、それが２次反射光によるピークに基づき計算された偽の座標値であることを表すｆａｌｓｅのラベルを付与する。これにより、その対象座標値が除外される。その後Ｓ３３２にて第一データ無効カウンタｒｅ１をインクリメントし、Ｓ３３４に進む。一方、Ｓ３２８にてＣがＭ以上であると判定された場合（Ｓ３２８：Ｙｅｓ）、すなわち対象座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）が正規の反射光によるピークに基づき計算されたものである可能性が高い場合は、Ｓ３３０およびＳ３３２の処理を飛ばして直接Ｓ３３４に進む。Ｓ３３４ではピーク番号ｐがインクリメントされる。そして、次のＳ３３６にて、ピーク番号ｐがｐ_ｎ以下であるか否かについて判定される。ｐがｐ_ｎ以下である（Ｓ３３６：Ｙｅｓ）と判定された場合はＳ３０４に戻り、ピーク番号ｐがインクリメントされた次の対象座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）について、比較座標値の測定点番号ｍおよびピーク番号ｑを初期化し、座標値計数カウンタＣを０とした上で、上述の比較がさらに行われる。

Ｓ３３６にて、ｐがｐ_ｎよりも大きい（Ｓ３３６：Ｎｏ）と判定された場合、すなわち１回目の測定におけるｎ番目の測定点の全ての対象座標値Ｄ（１，ｎ，１）〜Ｄ（１,ｎ，ｐ_ｎ）についての上記比較が終了して、インクリメントされたｐに対応する対象座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）が存在しない場合は、Ｓ３３８に進み、ピーク番号ｐが１に戻され、さらにＳ３４０にて測定点番号ｎがインクリメントされる。次いでＳ３４２に進み、ｎがｎ_ｍａｘ以下であるか否かが判定される。ここで、ｎ_ｍａｘは、１回目の測定において最後に測定した測定点の番号である。ｎがｎ_ｍａｘ以下である場合（Ｓ３４２：Ｙｅｓ）はＳ３０４に戻り、上記と同様にして、測定点番号ｎがインクリメントされた次の測定点についての対象座標値Ｄ（１，ｎ，１）〜Ｄ（１，ｎ，ｐ_ｎ）について、比較座標値の測定点番号ｍおよびピーク番号ｑを初期化し、座標値計数カウンタＣを０として上で、上述の比較がさらに行われる。Ｓ３４２にてｎがｎ_ｍａｘよりも大きい（Ｓ３４２：Ｎｏ）と判定された場合、すなわちすべての対象座標値についての比較が終了して、インクリメントされたｎに対応する対象座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）が存在しない場合はこの処理が終了される。

Ｓ３０４〜Ｓ３４２の処理が繰り返されることによって、統一済み第一形状データＤ１に属する全ての対象座標値Ｄ（１，１，１）〜Ｄ（１,ｎ，ｐ_ｎ）ついて、座標値計数カウンタＣの値が求められる（Ｓ３１６）。また、求められたＣの値がＭ未満である場合にはその対象座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）にｆａｌｓｅのラベルが付され（Ｓ３３０）、さらに第一データ無効カウンタｒｅ１がインクリメントされる（Ｓ３３２）。したがって、この第一座標値抽出処理の実行によって、統一済み第一形状データＤ１に属する座標値のうち、２次反射光に基づいて計算されたものと考えられる座標値にｆａｌｓｅラベルを付すことによってこれらの座標値が除外され（無効にされ）、除外された座標値の数が第一データ無効カウンタｒｅ１に記録される。換言すれば、この第一座標値抽出処理によって、除外されなかった対象座標値、すなわち正規の反射光に基づいて計算された可能性が高い座標値が抽出される。このように抽出された座標値の集合により、抽出済み第一形状データＤｅ１が生成される。

上述した第一座標値抽出処理は、正規座標選択処理のＳ２１０にて行われる。この第一座標値抽出処理により除外されなかった座標値のみにより測定対象物ＯＢの３次元画像を生成してもよい。しかし、本実施形態ではさらに精度の良好な３次元画像を生成するための処理が行われる。すなわち、Ｓ２１０にて第一座標値抽出処理が行われた後に、Ｓ２１２にて第二座標値抽出処理が行われる（第二座標値抽出工程）。この第二座標値抽出処理は本発明の第二座標値抽出手段に相当し、統一済み第二形状データＤ２に属する座標値のうちから正規の反射光に基づき計算された正規の座標値と考えられるものを抽出する処理である。具体的には、統一済み第二形状データＤ２に属する座標値Ｄ（２，１，１）〜Ｄ（２，ｍ，ｑ_ｍ）の各座標値を一つずつ、統一済み第一形状データＤ１に属する座標値Ｄ（１，１，１）〜Ｄ（１，ｎ，ｐ_ｎ）の全てと比較する。比較の結果、座標値Ｄ（２，１，１）〜Ｄ（２，ｍ，ｑ_ｍ）のうち、２次反射光に基づいて計算されたものと考えられるものを除外し、除外されなかったものを抽出する。

図１６は、第二座標値抽出処理の流れを示すフローチャートである。この第二座標値抽出処理においては、上記した第一座標値抽出処理における対象座標値と比較座標値とが入れ替えられる。すなわち、統一済み第二形状データＤ２に属する座標値Ｄ（２，１，１）〜Ｄ（２，ｍ，ｑ）を対象座標値とし、統一済み第一形状データＤ１に属する座標値Ｄ（１，１，１）〜Ｄ（１，ｎ，ｐ）を比較座標値とし、対象座標値のそれぞれが比較座標値の全てと比較される。この処理においては、まず図１６のＳ４０２にて２回目の測定における測定点番号ｍおよび受光波形のピーク番号ｑが１に設定され、次にＳ４０４にて１回目の測定における測定点番号ｎおよび受光波形のピーク番号ｐが１に設定され、さらに座標値計数カウンタＣが０に設定される。次いで、Ｓ４０６，Ｓ４０８およびＳ４１０にて、比較座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）と対象座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）とのｘ軸方向距離｜Ｘ（Ｄ，１，ｎ，ｐ））−Ｘ（Ｄ（２，ｍ，ｑ））｜、ｙ軸方向距離｜Ｙ（Ｄ，１，ｎ，ｐ））−Ｙ（Ｄ（２，ｍ，ｑ））｜およびｚ軸方向距離｜Ｚ（Ｄ（１，ｎ，ｐ））−Ｚ（Ｄ（２，ｍ，ｑ））｜がＡ以下であるか否かについて判定される。これらの判定の結果が全てＹｅｓである場合はＳ４１２に進み、そうでない場合はＳ４１８に進む。

Ｓ４１２では、比較座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）と対象座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）との距離ｄが計算される。次いで、Ｓ４１４にて、計算した距離ｄが所定値Ａ以下であるか、すなわち対象座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）により表される座標点を中心とした半径Ａの球体空間内に、比較座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）により表される座標点が存在するか否かについて判定される。Ｓ４１４の判定結果がＹｅｓである場合はＳ４１６に進み、座標値計数カウンタＣがインクリメントされる。その後Ｓ４１８に進む。また、Ｓ４１４の判定結果がＮｏである場合は、Ｓ４１６の処理を飛ばしてＳ４１８に進む。この処理の流れからわかるように、対象座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）により表される座標点を中心とした半径Ａの球体空間内に比較座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）により表される座標点が存在すると判断された場合にのみ、座標値計数カウンタＣがインクリメントされる。

Ｓ４１８ではピーク番号ｐがインクリメントされる。次にＳ４２０に進み、ピーク番号ｐがｐ_ｎ以下であるか否かについて判定される。判定結果がＹｅｓである場合はＳ４０６に戻り、ピーク番号ｐがインクリメントされた次の比較座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）が対象座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）と比較される。

Ｓ４０６〜Ｓ４２０の処理の繰り返しによって、統一済み第二形状データＤ２に属する一つの座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）が、統一済み第一形状データＤ１に属する座標値のうちｎ番目の測定点の座標値Ｄ（１，ｎ，１）〜Ｄ（１，ｎ，ｐ_ｎ）の全てと比較される。

Ｓ４２０において、ｐがｐ_ｎより大きい（Ｓ４２０:Ｎｏ）と判定された場合、すなわち統一済み第一形状データＤ１に属するｎ番目の測定点の全ての座標値Ｄ（１，ｎ，１）〜Ｄ（１，ｎ，ｐ_ｎ）が座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）と比較され、インクリメントされたｐに対応する比較座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）が存在しない場合は、Ｓ４２２に進んでピーク番号ｐが初期化（ｐ＝１）される。次いで、測定点番号ｎがインクリメントされる（Ｓ４２４）。続いて、Ｓ４２６にて、ｎがｎ_ｍａｘ以下であるか否かが判定される。ｎがｎ_ｍａｘ以下である場合（Ｓ４２６：Ｙｅｓ）はＳ４０６に戻り、上記と同様にして、測定点番号ｎがインクリメントされた次の測定点についての比較座標値Ｄ（１，ｎ，１）〜Ｄ（１，ｎ，ｐ_ｎ）が対象座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）と比較される。

Ｓ４０６〜Ｓ４２６の処理の繰り返しによって、統一済み第二形状データＤ２に属する一つの対象座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）が、統一済み第一形状データＤ１に属する全ての比較座標値と比較される。そして、対象座標値により表される座標点を中心とした設定空間範囲内の座標点を表す比較座標値の総数が、座標値計数カウンタＣに記憶される。

Ｓ４２６の判定にて、ｎがｎ_ｍａｘよりも大きい（Ｓ４２６：Ｎｏ）と判定された場合、すなわち対象座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）が全ての比較座標値と比較されて、インクリメントされたｎに対応する比較座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）が存在しない場合はＳ４２８に進む。Ｓ４２８では、座標値計数カウンタＣの値が設定数Ｍ以上であるか否かについて判定される。ＣがＭ未満であると判定された場合（Ｓ４２８：Ｎｏ）、すなわち対象座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）が２次反射光に基づき計算されたものである可能性が高い場合は、Ｓ４３０に進み、対象座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）に、それが２次反射光によるピークに基づき算出された偽の座標値であることを表すｆａｌｓｅのラベルが付与される。その後Ｓ４３２にて第二データ無効カウンタｒｅ２がインクリメントされる。その後Ｓ４３４に進む。一方、Ｓ４２８にてＣがＭ以上であると判定された場合（Ｓ４２８：Ｙｅｓ）、すなわち対象座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）が正規の反射光に基づき計算されたものである可能性が高い場合は、Ｓ４３０およびＳ４３２の処理を飛ばして直接Ｓ４３４に進む。Ｓ４３４ではピーク番号ｑがインクリメントされる。そして、次のＳ４３６にて、ピーク番号ｑがｑ_ｍ以下であるか否かについて判定される。ｑがｑ_ｍ以下である（Ｓ４３６：Ｙｅｓ）と判定された場合はＳ４０４に戻り、ピーク番号ｑがインクリメントされた次の対象座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）について、比較座標値の測定点番号ｎおよびピーク番号ｐを初期化し、座標値計数カウンタＣを０とした上で、上述の比較がさらに行われる。

また、Ｓ４３６にて、ｑがｑ_ｍよりも大きい（Ｓ４３６：Ｎｏ）と判定された場合、すなわち２回目の測定におけるｍ番目の測定点の全ての対象座標値Ｄ（２，ｍ，１）〜Ｄ（２，ｍ，ｑ_ｍ）についての上記比較が終了して、インクリメントされたｑに対応する対象座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）が存在しない場合は、Ｓ４３８に進み、ピーク番号ｑが１に戻され、さらにＳ４４０にて測定点番号ｍがインクリメントされる。次いでＳ４４２に進み、ｍがｍ_ｍａｘ以下であるか否かが判定される。ｍがｍ_ｍａｘ以下である場合（Ｓ４４２：Ｙｅｓ）はＳ４０４に戻り、上記と同様にして、測定点番号ｍがインクリメントされた次の測定点についての対象座標値Ｄ（２，ｍ，１）〜Ｄ（２，ｍ，ｑ_ｍ）について、比較座標値の測定点番号ｎおよびピーク番号ｐを初期化し、座標値計数カウンタＣを０として上で、上述の比較がさらに行われる。Ｓ４４２にてｍがｍ_ｍａｘよりも大きい（Ｓ３４２：Ｎｏ）と判定された場合、すなわちすべての対象座標値についての比較が終了して、インクリメントされたｍに対応する対象座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）が存在しない場合はこの処理が終了される。

Ｓ４０４〜Ｓ４４２の処理が繰り返されることによって、統一済み第二形状データＤ２に属する全ての対象座標値Ｄ（２，１，１）〜Ｄ（２，ｍ，ｑ_ｍ）についての座標値計数カウンタＣの値が求められる（Ｓ４１６）。また、求められたＣの値がＭと比較され（Ｓ４２８）、ＣがＭ未満である場合にはその対象座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）にｆａｌｓｅのラベルが付され（Ｓ４３０）、第二データ無効カウンタｒｅ２がインクリメントされる（Ｓ４３２）。したがって、この第二座標値抽出処理の実行によって、統一済み第二形状データＤ２に属する座標値のうち、２次反射光に基づいて計算されたものと考えられる座標値が除外される（無効にされる）とともに、除外された座標値の数が第二データ無効カウンタｒｅ２に記憶される。換言すれば、この第二座標値抽出処理の実行によって、除外されなかった座標値、すなわち正規の反射光に基づいて計算された可能性が高い座標値が抽出される。このように抽出された座標値の集合により、抽出済み第二形状データＤｅ２が生成される。

上述した第二座標値抽出処理は、正規座標選択処理のＳ２１２にて行われる。その後、３次元画像処理装置６０は図１１のＳ２１４に処理を進める。このＳ２１４では、データ選定・再抽出処理が行われる。このデータ選定・再抽出処理は、形状データ選定処理、第一再抽出処理、第二再抽出処理からなる。これら３つの処理のうち、形状データ選定処理がまず行われる。この形状データ選定処理では、第一データ無効カウンタｒｅ１の値と第二データ無効カウンタｒｅ２の値に基づいて、抽出済み第一形状データＤｅ１と抽出済み第二形状データＤｅ２のうち、２次反射光に基づいて計算された座標値が少ない形状データが選定される。この形状データ選定処理が、本発明の形状データ選定手段に相当する。

図１７（Ａ）は、この形状データ選定処理の流れを示すフローチャートである。この形状データ選定処理においては、まず図１７（Ａ）のＳ５０２にて、１回目の測定により求められる統一済み第一形状データＤ１に属する全ての座標値Ｄ（１，１，１）〜Ｄ（１，ｎ，ｐ）のうち、第一座標値抽出処理にてｆａｌｓｅのラベルが付された座標値が全て削除される。これにより残りの座標値によって抽出済み第一形状データＤｅ１が作成される。次いで、Ｓ５０４にて、２回目の測定により求められる統一済み第二形状データＤ２に属する全ての座標値Ｄ（２，１，１）〜Ｄ（２，ｍ，ｑ）のうち、第二座標値抽出処理にてｆａｌｓｅラベルが付された座標値が全て削除される。これにより残りの座標値によって抽出済み第二形状データＤｅ２が作成される。

その後、Ｓ５０６にて、第一データ無効カウンタｒｅ１の値が設定値Ｍｅ以上であるか否かについて判定される。Ｓ５０６の判定結果がＹｅｓである場合はＳ５１４に、Ｎｏである場合はＳ５０８に進む。Ｓ５１４またはＳ５０８では、第二データ無効カウンタｒｅ２の値が設定値Ｍｅ以上であるか否かについて判定される。

ここで、ｒｅ１およびｒｅ２は、座標値抽出処理（第一座標値抽出処理および第二座標値抽出処）にてｆａｌｓｅラベルの付された座標値のデータ数、すなわち２次反射光に基づいて計算されたものと考えられる偽の座標値の数を示している。この数が多い、つまりｒｅ１，ｒｅ２の数が大きいということは、計算された元々の形状データ（第一形状データまたは第二形状データ）に属する座標値の中に、偽の座標値が多数含まれていたことを示す。元の形状データを構成する座標値が偽の座標値を多量に含む場合には、座標値抽出処理によって抽出した座標値の中にも依然として偽の座標値が多数存在する可能性が高い。そこで、本実施形態においては、上述のようにｒｅ１またはｒｅ２を設定値Ｍｅと比較して、抽出済み第一形状データＤｅ１および抽出済み第二形状データＤｅ２の中に偽の座標値が多く含まれているか否かについての調査を行う。ｒｅ１またはｒｅ２がＭｅ未満であれば、そのデータ無効カウンタに対応する抽出済み形状データ中に存在する偽の座標値は小数であると判断される。Ｍｅ以上であれば、抽出済み形状データ中に存在する偽の座標値が多数であると判断される。このような判断に基づいて、より信頼性の高い抽出済み形状データが選定される。なお、設定値Ｍｅは、抽出済み形状データ中に偽の座標値が多数存在するか否かの判断の閾値として予め実験等によって求められる。

Ｓ５１４における判定結果がＮｏである場合、すなわちＳ５０６にてｒｅ１がＭｅ以上（Ｓ５０６：Ｙｅｓ）と判定され、且つＳ５１４にてｒｅ２がＭｅ未満（Ｓ５１４：Ｎｏ）と判定される場合は、抽出済み第一形状データＤｅ１中に存在する偽の座標値は多く、抽出済み第二形状データＤｅ２中に存在する偽の座標値が少ない場合である。この場合は次のＳ５１６にて判別フラグＵｓを２*に設定する。また、Ｓ５０８における判定結果がＹｅｓである場合、すなわちＳ５０６にてｒｅ１がＭｅ未満（Ｓ５０６：Ｎｏ）と判定され、且つＳ５０８にてｒｅ２がＭｅ以上（Ｓ５０８：Ｙｅｓ）と判定される場合は、抽出済み第一形状データＤ１中に存在する偽の座標値は少なく、抽出済み第二形状データＤ２中に存在する偽の座標値が多い場合である。この場合は次のＳ５１０にて判別フラグＵｓを１*に設定する。なお、判別フラグＵｓは、後述する３次元画像生成処理に用いる形状データを表すフラグである。Ｕｓが１*に設定されている場合、３次元画像生成処理にて抽出済み第一形状データＤｅ１を用いて３次元画像が生成され、Ｕｓが２*に設定されている場合、３次元画像生成処理にて抽出済み第二形状データＤｅ２を用いて３次元画像が生成される。Ｓ５１６またはＳ５１０にて判別フラグＵｓが設定された後は、この形状データ選定処理が終了される。

また、Ｓ５０８における判定結果がＮｏである場合、すなわちＳ５０６にてｒｅ１がＭｅ未満（Ｓ５０６：Ｎｏ）と判定され、且つＳ５０８にてｒｅ２もＭｅ未満（Ｓ５０８：Ｎｏ）と判定される場合は、抽出済み第一形状データＤｅ１中にも抽出済み第二形状データ中Ｄｅ２にも偽の座標値が少ない場合である。この場合は次のＳ５１２にて判別フラグＵｓが０*に設定される。Ｕｓが０*に設定されている場合、３次元画像生成処理にて抽出済み第一形状データＤｅ１および抽出済み第二形状データＤｅ２の双方を用いて３次元画像が生成される。

また、Ｓ５１４の判定結果がＹｅｓである場合、すなわちＳ５０６にてｒｅ１がＭｅ以上（Ｙｅｓ）と判定され、且つＳ５１４にてｒｅ２もＭｅ以上（Ｓ５１４：Ｙｅｓ）であると判定される場合は、抽出済み第一形状データＤｅ１中にも抽出済み第二形状データＤｅ２中にも偽の座標値が多数存在している場合である。この場合は、ｒｅ１の値とｒｅ２の値の相対比較によって、より無効データの少ない抽出済み形状データを選定し、さらに以降の処理にて選定された形状データの中から２次反射光に基づき計算された座標値のデータをさらに除去する処理が行われる。

すなわち、Ｓ５１４の判定結果がＹｅｓであったときは、Ｓ５１８に進んでｒｅ１とｒｅ２との差の絶対値が所定の値Ｒｅ以上であるか否かについて判定される。ここで、値Ｒｅは１以上の任意の数に設定することができるが、ｒｅ１とｒｅ２が明らかにかけ離れていることを示す数（例えば測定点数の総計の５％程度の数）に設定されるものであるとよい。なお、図１７（Ａ）に示されるＳ５１８においてはｒｅ１とｒｅ２の差の絶対値が設定値以上であるか否かを判定しているが、両者の比が設定範囲内であるか否かを判定するものであってもよい。

Ｓ５１８にて、ｒｅ１とｒｅ２との差の絶対値がＲｅ以上であると判定された場合（Ｓ５１８：Ｙｅｓ）は、次にＳ５２０にてｒｅ１とｒｅ２の大小関係が比較される。ｒｅ１の値がｒｅ２の値以下である場合（Ｓ５２０：Ｎｏ）はＳ５２２に進み、判別フラグＵｓが１に設定される。ここで、ｒｅ１の値がｒｅ２の値以下であるということは、抽出済み第一形状データＤｅ１に含まれる偽の座標値の数が、抽出済み第二形状データＤｅ２に含まれる偽の座標値の数以下である可能性が高いことを示す。したがって、抽出済み第一形状データＤｅ１を用いて３次元画像を生成した方が、抽出済み第二形状データＤｅ２を用いて３次元画像を生成するよりも、良好な精度の３次元画像を生成することができる。しかし、所詮抽出済み第一形状データＤｅ１にも偽の座標値が数多く含まれているので、このデータをそのまま用いて３次元画像を生成しても、精度の良好な３次元画像を生成することはできない。そこで、このような場合にはＳ５２２にて判別フラグＵｓに１が設定された後、Ｓ５２６に進んで第一再抽出処理が行われる。この第一再抽出処理によって抽出済み第一形状データＤｅ１に属する座標値から更に正規の反射光に基づいて計算された正規の座標値が抽出される。なお、Ｕｓが１である場合は、第一再抽出処理にて抽出された座標値の集合である再抽出済み第一形状データＤｆに属する座標値を用いて３次元画像が生成される。

また、Ｓ５２０の判定結果がＹｅｓである場合は、抽出済み第二形状データＤｅ２に属する座標値を用いて３次元画像を生成した方が、抽出済み第一形状データＤｅ１に属する座標値を用いて３次元画像を生成するよりも、良好な精度の３次元画像を生成することができる。しかし、抽出済み第二形状データＤｅ２にも偽の座標値が多く含まれているので、Ｄｅ２に属する座標値をそのまま用いて３次元画像を生成しても精度の良好な３次元画像は生成されない。したがって、この場合はＳ５２４に進んで判別フラグＵｓが２に設定された後に、Ｓ５２８に進んで第二再抽出処理が行われる。この第二再抽出処理にて抽出済み第二形状データＤｅ２に属する座標値から正規の反射光に基づいて計算された座標値が抽出される。なお、Ｕｓが２に設定されている場合は、第二再抽出処理にて抽出された座標値の集合である再抽出済み第二形状データＤｓに属する座標値を用いて３次元画像が生成される。

また、Ｓ５１８にて、ｒｅ１とｒｅ２との差の絶対値がＲｅ未満であると判定された場合（Ｓ５１８：Ｎｏ）は、抽出済み第一形状データＤｅ１に属する座標値を用いて３次元画像を生成した場合でも、抽出済み第二形状データＤｅ２に属する座標値を用いて３次元画像を生成した場合でも、精度的にそれほど違いはない。したがって、この場合は、判別フラグの設定を初期設定のまま（すなわちＵｓフラグを０に設定）とし、その後第一再抽出処理にて再抽出済み第一形状データＤｆを作成し、さらに第二再抽出処理にて再抽出済み第二形状データＤｓを作成する。なお、Ｕｓが０に設定されている場合は、再抽出済み第一形状データＤｆおよび再抽出済み第二形状データＤｓの双方に属する座標値を用いて３次元画像が生成される。

図１７（Ｂ）は、第一再抽出処理の流れを示すフローチャートである。この第一再抽出処理は、抽出済み第一形状データＤｅ１に属する座標値のうち、同一の測定点についての座標値のデータが１つのみ存在する場合には、その座標値を正規の座標値に設定し、２つ以上存在する場合には、その中から正規の反射光に基づいて計算された正規の座標値を選択する処理である。具体的には、まずＳ６０２にて１回目の測定における測定点番号ｎが１に設定され、次いで、Ｓ６０４にて、抽出済み第一形状データＤｅ１に属する座標値のうち、ｎ番目の測定点を表す座標値Ｄ（１，ｎ，１）〜Ｄ（１，ｎ，ｐ_ｎ）の総数Ｎが算出される。続いて、Ｓ６０６にてＮが１以下か否かについて判定される。Ｎが１以下である場合（Ｓ６０６：Ｙｅｓ）は、Ｓ６０８に進んでＮが０であるか否かについて判定される。Ｎが０である場合（Ｓ６０８：Ｙｅｓ）は、座標値Ｄ（１，ｎ，１）〜Ｄ（１，ｎ，ｐ_ｎ）が存在しないことになる。この場合は再抽出すべき対象が存在しないため、後述の処理を行わずにＳ６４４に進む。

また、Ｓ６０８にてＮが０ではない（Ｓ６０８：Ｎｏ）と判定された場合は、Ｎが１の場合である。この場合は、その一つの座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）が、ｎ番目の測定点にて正規の反射光に基づき計算された正規の座標値であると考えられる。したがって、次のＳ６１０にて、その座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）が、ｎ番目の測定点における第一正規座標値Ｄｆ（１，ｎ）に代入される。このステップが本発明の選定済み正規座標値設定手段に相当する。さらに次のＳ６１２にて、その座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）の計算に用いられた照射間距離Ｌ（１，ｎ，ｐ）が、ｎ番目の測定点における第一正規距離データＬｆ（１，ｎ）に代入される。その後Ｓ６４４に進む。

また、Ｓ６０６にてＮが１以下ではない（Ｓ６０６：Ｎｏ）と判定された場合、すなわちＮが２以上である場合は、ｎ番目の測定点を表す座標値が複数存在するということになるため、これら複数の座標値から、ｎ番目の測定点にて正規の反射光に基づき計算された正規の座標値である第一正規座標値Ｄｆ（１，ｎ）を選び出す必要がある。このためＳ６１４に進み、Ｓ６１４にて、ｎ−１番目の測定点についての第一正規座標値Ｄｆ（１，ｎ−１）、ｎ−２番目の測定点についての第一正規座標値Ｄｆ（１，ｎ−２）、ｎ−３番目の測定点についての第一正規座標値Ｄｆ（１，ｎ−３）の合計個数Ｆが算出される。この場合、測定点番号ｎが１であれば、それよりも前の番号の測定点は存在しないのでＦは０となる。ｎが２であればＦは１以下、ｎが３であればＦは２以下、ｎが４以上であればＦは３以下である。ｎが４以上であっても、Ｄｆ（１，ｎ−１），Ｄｆ（１，ｎ−２），Ｄｆ（１，ｎ−３）のいずれかまたは全てが存在しない場合もあり、そのような場合はＦが２以下となる。

Ｆが算出された後は、Ｓ６１６にてＦが０であるか否かについて判定される。Ｆが０である場合（Ｓ６１６：Ｙｅｓ）は複数の座標値から正規の座標値を選択することができない。したがって、この場合は第一正規座標値Ｄｆ（１，ｎ）を決定せずに、Ｓ６４４に進む。

一方、Ｓ６１６にてＦが０ではない（Ｓ６１６：Ｎｏ）、すなわちＦが１，２，３のいずれかであると判定された場合には、Ｓ６１８に進む。このＳ６１８にて、ｎ−１番目の測定点についての第一正規距離データＬｆ（１，ｎ−１）と、ｎ−２番目の測定点についての第一正規距離データＬｆ（１，ｎ−２）と、ｎ−３番目の測定点についての第一正規距離データＬｆ（１，ｎ−３）の和をＦで除すことにより、平均距離を求め、求めた平均距離がＬｃに代入される。

その後、Ｓ６２０にて、正規候補カウンタｓが１に設定され、Ｓ６２２にて、ピーク番号ｐが１に設定される。続いて、Ｓ６２４にて、座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）の計算に用いられた照射間距離Ｌ（１，ｎ，ｐ）とＬｃとの差の絶対値が計算され、この計算結果が仮基準誤差Ｅとされる。ここで、Ｓ６２４の計算時においてピーク番号ｐは１であるので、仮基準誤差Ｅは、照射間距離Ｌ（１，ｎ，１）とＬｃとの差の絶対値となる。なお、Ｌ（１，ｎ，１）が存在しない場合は、仮基準誤差ＥはＬｃとなる。次いで、Ｓ６２６にてピーク番号ｐを２に設定し、Ｓ６２８にて、Ｌ（１，ｎ，ｐ）とＬｃとの差の絶対値を計算し、この計算結果が比較誤差Ｄとされる。

比較誤差Ｄを計算した後は、Ｓ６３０にて仮基準誤差Ｅと比較誤差Ｄとの大小が比較される。ＤがＥよりも小さい場合（Ｓ６３０：Ｙｅｓ）には、Ｓ６３２にてそのときのピーク番号ｐの値が正規候補カウンタｓに代入される。次いで、Ｓ６３４にて比較誤差Ｄが仮基準誤差Ｅに代入される。そして、Ｓ６３６に進む。一方、Ｓ６３０にてＤがＥ以上であると判定された場合（Ｓ６３０：Ｎｏ）は、Ｓ６３２およびＳ６３４の処理を行わずに直接Ｓ６３６に進む。Ｓ６３６ではピーク番号ｐがインクリメントされる。次に、Ｓ６３８にて、ピーク番号ｐがｐ_ｎ以下であるか否かについて判定される。ピーク番号ｐがｐ_ｎ以下である場合（Ｓ６３８：Ｙｅｓ）は、未だ仮基準誤差Ｅと比較されていない距離データが存在している可能性があるので、Ｓ６２８に戻り、インクリメントされたピーク番号ｐに対応する照射間距離Ｌ（１，ｎ，ｐ）から新たに比較誤差Ｄが計算され、仮基準誤差Ｅと大小比較される。

Ｓ６２８〜Ｓ６３８の処理の繰り返しにより、１回目の測定におけるｎ番目の測定点を表す複数の座標値の計算に用いた照射間距離が順に比較される。そして、比較誤差Ｄが仮基準誤差Ｅよりも小さい場合に仮基準誤差Ｅが比較誤差Ｄに更新される。この更新が繰り返されることにより、Ｌｃとの差の絶対値が最も小さい照射間距離に基づいて計算された座標値に対応するピーク番号ｐが、最終的にＳ６３２にて正規候補カウンタｓに代入される。

Ｓ６３８の判定結果がＮｏとなった場合、すなわち、１回目の測定におけるｎ番目の測定点を表す全ての座標値の比較が終了して、インクリメントされたｐに対応する座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）が存在しない場合には、Ｓ６４０に進む。Ｓ６４０では、座標値Ｄ（１，ｎ，ｓ）が、１回目の測定におけるｎ番目の測定点についての第一正規座標値Ｄｆ（１，ｎ）として選択される。この場合において、座標値Ｄ（１，ｎ，ｓ）は、１回目の測定におけるｎ番目の測定点を表す複数の座標値のうち、Ｌｃに最も近い照射間距離に基づいて計算された座標値である。Ｌｃは、現在評価中のｎ番目の測定点の近傍の測定点であるｎ−１番目、ｎ−２番目およびｎ−３番目の測定点についての正規の座標値の計算に用いられた照射間距離の平均値である。したがって、現在評価中の測定点の座標値計算に用いられた照射間距離がこの平均値に近いということは、その測定点と近傍点が連続している可能性が高く、この測定点と近傍点により測定対象物の表面形状が表されるという信憑性が高いことを示す。したがって、このようにして選択された座標値Ｄ（１，ｎ，ｓ）が第一正規座標値Ｄｆ（１，ｎ）とされるのである。Ｓ６１４〜Ｓ６４２までの処理が、本発明の選定済み正規座標値選択手段に相当する。

Ｓ６４０にて座標値Ｄ（１，ｎ，ｓ）がｎ番目の測定点についての第一正規座標値Ｄｆ（１，ｎ）に代入された後は、Ｓ６４２に進み、座標値Ｄ（１，ｎ，ｓ）の計算に用いられた照射間距離Ｌ（１，ｎ，ｓ）が、ｎ番目の測定点についての第一正規距離データＬｆ（１，ｎ）に代入される。次にＳ６４４にて測定点番号ｎがインクリメントされる。続いて、Ｓ６４６にて、測定点番号ｎがｎ_ｍａｘ以下であるか否かについて判定される。ｎがｎ_ｍａｘ以下であると判定された場合（Ｓ６４６：Ｙｅｓ）はＳ６０４に戻り、インクリメントされたｎ番目の測定点を表す座標値について、正規の座標値の設定あるいは選択が行われる。

一方、Ｓ６４６にて、ｎがｎ_ｍａｘよりも大きいと判定された場合（Ｓ６４６：Ｎｏ）、すなわち抽出済み第一形状データＤｅ１に属する全ての測定点を表す座標値について、正規の座標値の設定あるいは選択が終了し、インクリメントされたｎに対応する座標値Ｄ（１，ｎ，ｐ）が存在しない場合はＳ６４８に進む。Ｓ６４８では、判別フラグＵｓが１に設定されているか否かについて判定される。Ｕｓが１に設定されている場合（Ｓ６４８：Ｙｅｓ）は、この処理が終了される。Ｕｓが１に設定されていない場合（Ｓ６４８：Ｎｏ）は、さらに第二再抽出処理が行われる。ここで、Ｓ６４８にてＵｓが１に設定されていないと判定される場合は、図１７（Ａ）のＳ５１８の判定結果がＮｏである場合のみである。この場合はＵｓが０に設定されている。

以上のＳ６０２〜Ｓ６４６までの処理により、１回目の測定におけるそれぞれの測定点を表す正規の座標値として、抽出済み第一形状データＤｅ１に属する座標値の中から第一正規座標値Ｄｆ（１，ｎ）が設定あるいは選択される。この第一正規座標値Ｄｆ（１，ｎ）の集合によって、再抽出済み第一形状データＤｆが生成される。

図１７（Ｂ）のＳ６４８の判定結果がＮｏである場合、および、図１７（Ａ）のＳ５２０の判定結果がＹｅｓである場合は、第二再抽出処理が行われる。図１７（Ｃ）は、第二再抽出処理の流れを示すフローチャートである。この第二再抽出処理は、抽出済み第二形状データＤｅ２に属する座標値のうち、同一の照射点についての座標値のデータが１つのみ存在する場合には、その座標値を正規の座標値に設定し、２つ以上存在する場合には、その中から正規の反射光に基づいて計算された正規の座標値を選択する処理であり、基本的な処理内容は上記した第一再抽出処理と同一である。この処理を図１７（Ｃ）にしたがって説明すると、まずＳ７０２にて２回目の測定における測定点番号ｍが１に設定され、次いで、Ｓ７０４にて、抽出済み第二形状データＤｅ２に属する座標値のうち、ｍ番目の測定点を表す座標値Ｄ（２，ｍ，１）〜Ｄ（２，ｍ，ｑ_ｍ）の総数Ｎが算出される。続いて、Ｓ７０６にてＮが１以下か否かについて判定される。Ｎが１以下である場合（Ｓ７０６：Ｙｅｓ）は、Ｓ７０８に進んでＮが０であるか否かについて判定される。Ｎが０である場合（Ｓ７０８：Ｙｅｓ）は、座標値Ｄ（２，ｍ，１）〜Ｄ（２，ｍ，ｑ_ｍ）が存在しないことになる。この場合は再抽出すべき対象が存在しないため、後述の処理を行わずにＳ７４４に進む。

また、Ｓ７０８にてＮが０ではない（Ｓ７０８：Ｎｏ）と判定された場合は、Ｎが１の場合である。この場合は、その一つの座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）が、ｍ番目の測定点にて正規の反射光に基づき計算された正規の座標値であると考えられる。したがって、次のＳ７１０にて、その座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）が、ｍ番目の測定点における第二正規座標値Ｄｓ（２，ｍ）に代入される。さらに次のＳ６１２にて、その座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）の計算に用いられた照射間距離Ｌ（２，ｍ，ｑ）が、ｍ番目の測定点における第二正規距離データＬｓ（２，ｍ）に代入される。その後Ｓ７４４に進む。

また、Ｓ７０６にてＮが１以下ではない（Ｓ７０６：Ｎｏ）と判定された場合、すなわちＮが２以上である場合は、ｍ番目の測定点を表す座標値が複数存在するということになるため、これら複数の座標値から、ｍ番目の測定点にて正規の反射光に基づき計算された正規の座標値である第二正規座標値Ｄｓ（２，ｍ）を選び出す必要がある。このためＳ７１４に進み、Ｓ７１４にて、ｍ−１番目の測定点についての第二正規座標値Ｄｓ（１，ｍ−１）、ｍ−２番目の測定点についての第二正規座標値Ｄｓ（２，ｍ−２）、ｍ−３番目の測定点についての第二正規座標値Ｄｓ（２，ｍ−３）の合計個数Ｆが算出される。

Ｆが算出された後は、Ｓ７１６にてＦが０であるか否かについて判定される。Ｆが０である場合（Ｓ６１６：Ｙｅｓ）は、複数の座標値から正規の座標値を選択することができない。したがって、この場合は第二正規座標値Ｄｓ（２，ｍ）を決定せずに、Ｓ７４４に進む。

一方、Ｓ７１６にてＦが０ではない（Ｓ６１６：Ｎｏ）、すなわちＦが１，２，３のいずれかであると判定された場合には、Ｓ７１８に進む。このＳ７１８にて、ｍ−１番目の測定点についての第二正規距離データＬｓ（２，ｍ−１）と、ｍ−２番目の測定点についての第二正規距離データＬｓ（２，ｍ−２）と、ｍ−３番目の測定点についての第二正規距離データＬｓ（２，ｍ−３）の和をＦで除すことにより、これらの距離の平均距離を求め、求めた平均距離がＬｃに代入される。

その後、Ｓ７２０にて、正規候補カウンタｓが１に設定され、Ｓ７２２にて、ピーク番号ｑが１に設定される。続いて、Ｓ７２４にて、座標値Ｄ（２，ｍ、ｑ）の計算に用いられた照射間距離Ｌ（２，ｍ，ｑ）とＬｃとの差の絶対値が計算され、この計算結果が仮基準誤差Ｅとされる。次いで、Ｓ７２６にてピーク番号ｑが２に設定され、Ｓ７２８にて、Ｌ（２，ｍ，ｑ）とＬｃとの差の絶対値を計算し、この計算結果が比較誤差Ｄとされる。

比較誤差Ｄを計算した後は、Ｓ７３０にて仮基準誤差Ｅと比較誤差Ｄとの大小が比較される。ＤがＥよりも小さい場合（Ｓ７３０：Ｙｅｓ）には、Ｓ７３２にてそのときのピーク番号ｑの値が正規候補カウンタｓに代入される。次いで、Ｓ７３４にて比較誤差Ｄが仮基準誤差Ｅに代入される。そして、Ｓ７３６に進む。一方、Ｓ７３０にてＤがＥ以上であると判定された場合（Ｓ７３０：Ｎｏ）は、Ｓ７３２およびＳ７３４の処理を行わずに直接Ｓ７３６に進む。Ｓ７３６ではピーク番号ｑがインクリメントされる。次に、Ｓ７３８にて、ピーク番号ｑがｑ_ｍ以下であるか否かについて判定される。ピーク番号ｑがｑ_ｍ以下である場合（Ｓ７３８：Ｙｅｓ）はＳ７２８に戻り、インクリメントされたピーク番号ｑに対応する照射間距離Ｌ（２，ｍ，ｑ）から新たに比較誤差Ｄが計算され、仮基準誤差Ｅと大小比較される。

Ｓ７２８〜Ｓ７３８の処理の繰り返しにより、２回目の測定におけるｍ番目の測定点を表す複数の座標値の計算に用いた照射間距離が比較される。そして、Ｌｃとの差の絶対値が最も小さい照射間距離に基づいて計算された座標値に対応するピーク番号ｑが、Ｓ７３２にて正規候補カウンタｓに代入される。

Ｓ７３８の判定結果がＮｏとなった場合、すなわち、２回目の測定におけるｍ番目の測定点を表す全ての座標値の比較が終了して、インクリメントされたｑに対応する座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）が存在しない場合には、Ｓ７４０に進む。Ｓ７４０では、座標値Ｄ（２，ｍ，ｓ）が、２回目の測定におけるｍ番目の測定点についての第二正規座標値Ｄｓ（２，ｍ）として選択される。この座標値Ｄ（２，ｍ，ｑ）は、Ｌｃに最も近い照射間距離に基づいて計算された座標値である。Ｓ７１４〜Ｓ７４２までの処理が、本発明の選定済み正規座標値選択手段に相当する。

その後、Ｓ７４２に進み、座標値Ｄ（２，ｍ，ｓ）の計算に用いられた照射間距離Ｌ（２，ｍ，ｓ）が、ｍ番目の測定点についての第二正規距離データＬｓ（２，ｍ）に代入される。次に、Ｓ７４４にて測定点番号ｍがインクリメントされる。続いて、Ｓ７４６にて、測定点番号ｍがｍ_ｍａｘ以下であるか否かについて判定される。ｍがｍ_ｍａｘ以下であると判定された場合（Ｓ７４６：Ｙｅｓ）はＳ７０４に戻り、インクリメントされたｍ番目の測定点を表す座標値について、正規の座標値の設定あるいは選択が行われる。一方、ｍがｍ_ｍａｘよりも大きいと判定された場合は、この処理が終了される。

以上のＳ７０２〜Ｓ７４６までの処理により、２回目の測定におけるそれぞれの測定点を表す正規の座標値として、抽出済み第二形状データＤｅ２に属する座標値の中から第二正規座標値Ｄｓ（２，ｍ）が設定あるいは選択される。この第二正規座標値Ｄｓ（２，ｍ）の集合によって、再抽出済み第二形状データＤｓが作成される。

３次元画像処理装置６０は、図１１のＳ２１４にて上述のようなデータ選定・再抽出処理（形状データ選定処理、第一再抽出処理、第二再抽出処理）を行い。その後Ｓ２１６にて３次元画像生成処理を行う。図１８は、３次元画像生成処理の流れを示すフローチャートである。この処理においては、まずＳ８０２にて判別フラグＵｓが１*に設定されているか否かについて判定される。Ｕｓが１*である場合（Ｓ８０２：Ｙｅｓ）には、Ｓ８０４に進む。このＳ８０４にて、抽出済み第一形状データＤｅ１に属する座標値を用いて３次元画像データが生成される。その後、この処理を終了する。

一方、Ｓ８０２の判定結果がＮｏである場合はＳ８０６に進み、判別フラグＵｓが２*に設定されているか否かについて判定される。Ｕｓが２*である場合（Ｓ８０６：Ｙｅｓ）にはＳ８０８に進む。このＳ８０８にて、抽出済み第二形状データＤｅ２に属する座標値を用いて３次元画像データが生成される。その後、この処理を終了する。

Ｓ８０６の判定結果がＮｏである場合はＳ８１０に進み、判別フラグＵｓが０*に設定されているか否かについて判定される。Ｕｓが０*である場合（Ｓ８１０：Ｙｅｓ）は、Ｓ８１２に進む。このＳ８１２にて、抽出済み第一形状データＤｅ１および抽出済み第二形状データＤｅ２の双方に属する座標値を用いて３次元画像データが生成される。その後この処理を終了する。

Ｓ８１０の判定結果がＮｏである場合はＳ８１４に進み、判別フラグＵｓが１に設定されているか否かについて判定される。Ｕｓが１である場合（Ｓ８１４：Ｙｅｓ）は、Ｓ８１６に進む。このＳ８１６にて、再抽出済み第一形状データＤｆに属する座標値を用いて３次元画像データが生成される。その後、この処理を終了する。

Ｓ８１４の判定結果がＮｏである場合はＳ８１８に進み、判別フラグＵｓが２に設定されているか否かについて判定される。Ｕｓが２である場合（Ｓ８１８：Ｙｅｓ）は、Ｓ８２０に進む。このＳ８２０にて、再抽出済み第二形状データＤｓに属する座標値を用いて３次元画像データが生成される。その後、この処理を終了する。

Ｓ８１８の判定結果がＮｏである場合は、判別フラグＵｓが０である場合である。この場合はＳ８２２に進む。そして、Ｓ８２２にて、再抽出済み第一形状データＤｆおよび再抽出済み第二形状データＤｓの双方に属する座標値を用いて３次元画像データが生成される。その後、この処理を終了する。このように、判別フラグＵｓの設定値にしたがって使用する形状データを振り分け、振り分けられた形状データに属する座標値を用いて３次元画像を生成することにより、精度の高い３次元画像を生成することができる。

以上の説明からわかるように、本実施形態によれば、測定対象物の形状測定を行うにあたり、異なった照射角度で２回の測定が行われる。また、１回目の測定により第一形状データＤ’１が求められ、２回目の測定により第二形状データＤ’２が求められる。また、統一座標系により表された第一形状データである統一済み第一形状データＤ１に属する座標値を対象座標値、統一座標系により表された第二形状データである統一済み第二形状データＤ２に属する座標値を比較座標値とし、すべての対象座標値のそれぞれについて、その対象座標値により表される座標点を中心とした設定空間範囲内に存在する座標点を表す比較座標値の数Ｃがカウントされる。カウントされた数Ｃが設定数Ｍ以下であれば、その対象座標値は２次反射光に基づいて計算された偽の座標値と推定され、その対象座標値が除外される。除外されなかった対象座標値が正規の座標値として抽出される。このような第一座標値抽出処理によって座標値が抽出され、抽出された座標値の集合である抽出済み第一形状データＤｅ１が作成される。この抽出済み第一形状データＤｅ１に属する座標値の全てあるいは一部（例えば更に抽出された座標値）を用いて３次元画像を生成することにより、精度の良好な３次元画像が得られる。また、１回目の測定におけるレーザー光照射による反射光も、２回目の測定におけるレーザー光照射による反射光も、同一のラインセンサ２６に受光される。このため一つのラインセンサ２６および受光回路２７のみで、測定対象物ＯＢの３次元形状を測定することができる。したがって、精度の良好な３次元測定を行うための装置コストの増加を抑制することができる。

また、本実施形態の３次元形状測定装置１によれば、統一座標系上に表された第二形状データ（統一済み第二形状データＤ２）に属する座標値をそれぞれ対象座標値とし、統一座標系上に表された第一形状データ（統一済み第一形状データＤ１）に属する座標値をそれぞれ比較座標値とし、それぞれの対象座標値について、その対象座標値により表される座標点を中心として設定された空間範囲内に存在する座標点を表す比較座標値の数Ｃがカウントされる。カウントされた数Ｃが設定数Ｍ以下であれば、その対象座標値は２次反射光に基づいて計算された偽の座標値と推定されてその対象座標値が除外される。除外されなかった対象座標値が正規の座標値として抽出される。このような第二座標値抽出処理によって座標値が抽出され、抽出された座標値の集合である抽出済み第二形状データＤｅ２が作成される。さらに、第一座標値抽出処理にて除外された座標値の数ｒｅ１と、第二座標値抽出処理にて除外された座標値の数ｒｅ２に基づいて、抽出済み第一形状データＤｅ１と抽出済み第二形状データＤｅ２の一方または双方が選定される。そして、選定された形状データに属する対象座標値を用いて、より精度の良好な３次元画像が生成される。

また、本実施形態の３次元形状測定装置１によれば、第一座標値抽出処理にて除外された座標値の数ｒｅ１が予め設定された数Ｍｅ未満であり、且つ第二座標値抽出処理にて除外された座標値の数ｒｅ２がＭｅ以上である場合に、抽出済み第一形状データＤｅ１が選定される。また、第一座標値抽出処理にて除外された座標値の数ｒｅ１がＭｅ以上であり、且つ第二座標値抽出処理にて除外された座標値の数ｒｅ２がＭｅ未満である場合に、抽出済み第二形状データＤｅ２が選定される。このように形状データを選定することで、精度の高い側の形状データを用いて３次元画像の生成を行うことができる。

また、本実施形態の３次元形状測定装置１によれば、第一座標値抽出処理にて除外された座標値の数ｒｅ１がＭｅ未満であり、且つ第二座標値抽出処理にて除外された座標値の数ｒｅ２がＭｅ未満である場合に、抽出済み第一形状データＤｅ１および抽出済み第二形状データＤｅ２の双方が選定される。上記の場合は双方の形状データに属する座標値を用いて３次元画像を生成しても、精度の高い３次元画像の生成を行うことができる。

また、本実施形態の３次元形状測定装置１によれば、第一座標値抽出処理にて除外された座標値の数ｒｅ１がＭｅ以上であり、且つ第二座標値抽出処理にて除外された座標値の数ｒｅ２がＭｅ以上である場合に、抽出済み第一形状データＤｅ１と抽出済み第二形状データＤｅ２のうち、除外された座標値の数が少ない形状データが選定される。このように形状データを選定することにより、少なくとも除外された座標値が多い側の形状データに属する座標値を用いて３次元画像を生成する場合に比べて精度の高い３次元画像を生成することができる。

この場合、本実施形態の３次元形状測定装置１によれば、選定された形状データに属する座標値中に、一の測定点から得られる受光信号に基づいて計算された座標値が一つのみ存在するときは、その座標値がその測定点を表す正規の座標値に設定される。また、選定された形状データに属する座標値中に、一の測定点から得られる受光信号に基づいて計算された座標値が複数存在するときは、まず、その測定点の近傍の複数の測定点、具体的には、その測定点についての測定点番号（例えば測定点番号ｎ）よりも１個〜３個前の測定点番号（例えば測定点番号ｎ−１，ｎ−２，ｎ−３）により表わされる測定点が選択され、選択された測定点を表す正規の座標値の計算に用いられた照射間距離である正規距離データの平均値Ｌｃが求められる。そして、複数の座標値のうち、Ｌｃに最も近い照射間距離に基づいて計算された座標値が正規の座標値として選択される。このように設定または選択された正規の座標値を用いて測定対象物の３次元画像が生成される。このため精度のより良好な３次元画像の生成を行うことができる。

上記実施形態は、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、２次反射光に基づいて計算された座標値を除外するために、抽出処理（第一座標値抽出処理および第二座標値抽出処理）および再抽出処理（第一再抽出処理および第二再抽出処理）を行っているが、上記の抽出以外に別の抽出処理を採用あるいは付加しても良い。例えば、第一座標値抽出処理、第二座標値抽出処理、第一再抽出処理、第二再抽出処理にて抽出されたいずれかの座標値を対象の座標値とし、一の座標値をその近傍位置の隣接する座標値と比較し、その比較結果に基づいて、その対象座標値が２次反射光に基づいて計算されたものであるか否かが判定され、その判定結果に基づいて座標値を更に抽出するような処理（正規座標値判定処理）を採用あるいは付加し、この正規座標値判定処理により正規の座標値と判定された座標値のみにより測定対象物の３次元画像を生成するようにしても良い。

正規座標値判定処理の具体的内容の一例を以下に説明する。この処理においては、まず判定の対象とされる形状データに属する座標値がｘ座標値順またはｙ座標値順に整列される。整列された点のうち、任意の点が検査点として選ばれ、選ばれた検査点を表す座標値のｚ座標値と、その検査点の両側に隣接する点を表す座標値のｚ座標値との差が求められる。そして、この差の絶対値がいずれも所定値βより大きい場合には、この検査点を表す座標値が異常値（２次反射光に基づいて計算された座標値）であると判定され、この座標値が除外される。このような処理が全ての座標値について行われ、除外されなかった座標値が抽出される。図２２は、整列された抽出対象の座標値をｘ（またはｙ）−ｚ平面上に表した図であり、上記の方法による異常値の除外を示した概念図である。図中、正常値（抽出される座標値）が黒丸の点で、異常値が白抜きの点で表されている。図において、点Ｄ１を検査点とした場合、この検査点と隣接する点Ｄ０との間のｚ座標値の差は所定値β未満である。一方、上記点Ｄ０とは反対側にて隣接する点Ｄ２との間のｚ座標値の差は所定値β以上である。この場合は、隣接する一方の点との間のｚ座標値の差が所定値β未満であるため、点Ｄ１を表す座標値は正常値であると判定される。同様に、点Ｄ３，Ｄ４も正常値であると判定される。しかし、点Ｄ２を検査点とした場合、この検査点に隣接する点Ｄ１との間のｚ座標値の差は所定値β以上であり、且つこの検査点Ｄ２に点Ｄ１とは反対側にて隣接する点Ｄ３との間のｚ座標値の差も所定値β以上である。この場合は点Ｄ２を表す座標値が異常値と判定され、この座標値が除外される。

ｚ軸方向の長さは、図１に示されるように、測定対象物ＯＢと３次元測定カメラ１０との間の距離を表すので、隣接する測定点間ではこの長さ、すなわちｚ座標値の差は少ないものと考えられる。したがって、この差が所定値β以上かけ離れている場合には、検査点を表す座標値が偽の座標値であって、２次反射光に基づいて計算されているものである可能性が大きい。よって、このようなことを踏まえて上記の処理を行い、異常値を除外することにより、正規の反射光に基づいて計算された座標値を抽出することができる。なお、上記において、所定値βの大きさは、測定対象物の形状によって適宜選択することができる。

また、上記以外の別の正規座標値判定処理を採用することもできる。この一例を以下に説明する。この正規座標値判定処理においては、上記と同様にまず抽出対象の座標値がｘ座標値順またはｙ座標値順に整列される。整列された点のうち、任意の点が基準点として選ばれ、選ばれた基準点およびこの基準点に隣接する点を含むように、複数の点がさらに選出される。選出された複数の点を表す座標値のｘ座標値（またはｙ座標値）およびｚ座標値に基づいて最小二乗法により近似直線が導出される。次に、導出された近似直線とｚ軸とのなす角度γが計算される。そして、角度γが所定角度γ０以下である場合には、選出された座標値が異常値であると判断され、それらの座標値が除外される。このような処理が全ての座標値について行われ、除外されなかった座標値が抽出される。図２３は、整列された抽出対象の座標値をｘ（またはｙ）−ｚ平面上に表した図であり、上記の方法による異常値の除外を示した概念図である。図中、正常値が黒丸の点で、異常値が白抜きの点で示されている。このような処理によっても正規の反射光に基づく座標値を抽出することができる。なお、所定角度γ０は、測定対象物の表面とｚ軸とのなす角の最小値よりも若干小さい角度としておくのがよい。

また、上記した正規座標値判定処理によって異常値を除外した後に、さらに除外した異常値が示す座標点の近傍点を表す座標値も異常値として追加的に除外することもできる。図２４は、このような追加的な異常値の除外を示す概念図である。この図は、ｘ−ｙ座標系上に求められた座標値により表される点を示したものであり、図中、正常値を表す点が黒丸の点で、異常値を表す点が白抜きの点で表されている。また、追加的に算出された異常値は、輪郭が点線とされた白抜きの点で表されている。

図２４において、測定点は、Ｄ１〜Ｄ１６の順に測定対象物上を移動していく。また、異常値が表す点は点Ｄ９とされている。このとき、ｘ座標値が点Ｄ９のｘ座標値と所定範囲内で一致する点のうち、ｙ軸方向に沿って点Ｄ９に隣接している２つの点を表す座標値が、追加的に異常値とされる。このようなｙ方向追加異常値は、図２４においては点Ｄ３および点Ｄ１３を表す座標値である。また、ｙ座標値が点Ｄ９のｙ座標値と所定範囲内で一致する点のうち、ｘ方向に沿って点Ｄ９に隣接している２つの点を表す座標値も、追加的に異常値とされる。このようなｘ方向追加異常値は、図２４においては点Ｄ８および点Ｄ１０を表す座標値である。このようにして追加的な異常値をも除外することによって、より精度の高い３次元画像を生成することができる。

また、上記実施形態では、レーザー光の照射方向（照射角度）を変えて行う測定の回数を２回としたが、例えばレーザー光の照射方向をｎ（ｎは３以上）回変えて測定を行ってもよい。この場合、レーザー光の照射方向がある１つの方向である場合に測定した座標値が対象座標値とされ、それ以外の照射方向である場合に測定した座標値がそれぞれ第１比較座標値〜第（ｎ−１）比較座標値とされる。また、対象座標値により表される点を中心とした設定空間範囲内に存在する座標点を表す比較座標値の数が、第１比較座標値〜第（ｎ−１）比較座標値ごとにそれぞれ計算される。そして、計算された数が一つでも所定数未満でない場合には、その対象座標値が除外される。このようにして２次反射光に基づいて計算された可能性の高い座標値が除外され、除外されなかった座標値が抽出される。そして、抽出された座標値を用いて３次元画像が生成される。このように対象座標値を複数の比較座標値と比較することにより、抽出される座標値が正規の反射光に基づいて計算されたものである可能性がより高まるので、より精度の高い３次元画像を生成することができる。

また、上記実施形態では、第一座標値抽出処理にて除外した座標値の数ｒｅ１および第二座標値抽出処理にて除外した座標値の数ｒｅ２により、１回目の測定により求められた抽出済み第一形状データＤｅ１と２回目の測定により求められた抽出済み第二形状データＤｅ２のうち２次反射光に基づいて計算された座標値が少ない形状データを選定している。そして、選定結果に基づいて３次元画像生成に用いる形状データを決定している。しかし、高い精度を要しない場合には、無条件に１回目の測定により求められた抽出済み第一形状データＤｅ１を用いて３次元画像を生成してもよい。これによれば、第二座標値抽出処理、形状データ選定処理、第二再抽出処理等を省略することができるために、データ処理時間の短縮を図ることができる。また、第一座標値抽出処理により抽出済み第一形状データＤｅ１を生成した後に、上記した第一再抽出処理を行って、抽出済み第一形状データＤｅ１に属する座標値からさらに２次反射光に基づいて計算された座標値が除外された再抽出済み第一形状データＤｆを作成することができる。この再抽出済み第一形状データＤｆに属する座標値を用いれば、より精度の高い３次元画像を生成することができる。

また、上記実施形態では、１回目の測定にてｘ軸周り照射角度がθｘ１となるように、３次元測定カメラ１０が第一の配置状態とされ、２回目の測定にてｘ軸周り照射角度がθｘ２となるように、３次元測定カメラ１０が第二の配置状態とされている。しかし、３次元測定カメラ１０の配置状態は、測定対象物ＯＢの同一部位にレーザー光が照射される場合に１回目の測定と２回目の測定とで照射角度が異なるような配置状態であれば、上記以外の配置状態でもよい。

図２５は、３次元測定カメラ１０を１回目の測定と２回目の測定とで上記の実施形態とは異なる配置状態とした変形例を示す図である。この変形例においては、測定対象物ＯＢの測定時にレーザー光の光軸がｙ軸方向に沿って（ｘ軸周りに）揺動されるとともに、３次元測定カメラ１０がｘ軸方向に沿って移動される。また、１回目の測定時には、３次元測定カメラ１０のｙ軸方向位置が実線で示される位置とされ、２回目の測定時には３次元測定カメラ１０のｙ軸方向位置が実線位置から平行移動した点線で示される位置とされる。つまり、１回目の測定時と２回目の測定時とで、３次元測定カメラ１０の配置状態は、ｘ軸方向から見てｙ軸方向に異なる位置に配置された状態とされる。

このように３次元測定カメラ１０を配置した場合でも、測定対象物の同一部位に照射されるレーザー光の照射角度は、１回目の測定時と２回目の測定時とで異なる。たとえば図からわかるように、測定対象物ＯＢの図示右端の部分に照射されるレーザー光は、１回目の測定時にはｘ軸方向から見てほぼ垂直方向に照射されているが、２回目の測定時にはｘ軸方向から見て傾斜した状態で照射されている。また、測定対象物ＯＢの図示左端の部分に照射されるレーザー光は、１回目の測定時にも２回目の測定時にもｘ軸方向から見て傾斜した状態で照射されているが、各々の傾斜角度（照射角度）が異なる。したがって、１回目の測定時と２回目の測定時とで２次反射光の反射の仕方が異なるため、上記実施形態で示した方法を用いて正規の反射光に基づいて計算された座標値を抽出することができる。

図２６は、３次元測定カメラ１０の配置状態が１回目の測定と２回目の測定とで異なるさらに別の変形例を示す図である。この変形例においても上記変形例と同様に、測定対象物ＯＢの測定時にレーザー光の光軸がｙ軸方向に沿って揺動されるとともに、３次元測定カメラ１０がｘ軸方向に沿って移動される。また、１回目の測定時には、３次元測定カメラ１０のｙ軸方向位置および傾斜姿勢が実線で示される位置および姿勢とされる。一方、２回目の測定時には、３次元測定カメラ１０がｙ軸方向に移動されるとともに、その傾斜姿勢も変更される。この場合、１回目の測定時と２回目の測定時とで、ｙ軸方向への光軸の揺動角度範囲が等しくなるように、３次元測定カメラ１０のｙ軸方向位置および傾斜姿勢が異なるものであるとよい。

図２６に示されるように３次元測定カメラ１０を配置した場合でも、測定対象物の同一部位に照射されるレーザー光の照射角度は、１回目の測定時と２回目の測定時とで異なる。すなわち１回目の測定時と２回目の測定時とで２次反射光の反射の仕方が異なり、上記実施形態で示した方法を用いて正規の反射光に基づいて計算された座標値を抽出することができる。

また、上記実施形態においては、１回目の測定により計算された座標値を対象座標値、２回目の測定により計算された座標値を比較座標値としているが、１回目の測定により計算された座標値を比較座標値、２回目の測定により計算された座標値を対象座標値としてもよい。つまり、１回目の測定にて３次元測定カメラを第二の配置状態（ｘ軸周り照射角度θｘが第二照射角度θｘ２である状態）としてレーザー光を測定対象物に照射し、２回目の測定にて３次元測定カメラを第一の配置状態（ｘ軸周り照射角度θｘが第一照射角度θｘ１である状態）としてレーザー光を測定対象物に照射してもよい。要するに、対象座標値の計算に係る測定と、比較座標値の計算に係る測定の順序は問わない。

また、上記実施形態では、レーザー光を操作して反射光をラインセンサである受光センサで受光する３次元形状測定装置について説明したが、レーザー光を照射して反射光を受光センサで受光し、レーザー光の照射位置の移動位置に関する情報（位置ベクトル）と、照射間距離（３次元測定カメラから照射位置までの距離）を検出する３次元形状測定装置であれば、どのような構成の３次元形状測定装置にも適用することができる。例えば、レーザー光をシリンドリカルレンズ等によりライン状のレーザー光とし、このライン光を測定対象物に照射し、反射光をエリアセンサで受光する３次元形状測定装置にも本発明を適用することができる。また、レーザー光を走査して反射光をエリアセンサで受光する３次元形状測定装置にも本発明を適用することができる。このように、本発明は、その目的を逸脱しない限りにおいて、様々な変形が可能である。

本実施形態に係る３次元形状測定装置の全体構成図である。 ３次元測定カメラをｙ軸方向から見た内部透視図である。 ３次元測定カメラをｚ軸方向から見た内部透視図である。 ３次元測定カメラをｘ軸方向から見た内部透視図である。 コントローラが実行する３次元測定プログラムのフローチャートである。 ３次元画像処理装置が実行する計算プログラムのフローチャートである。 ３次元形状測定における３次元測定カメラの動作および３次元測定カメラから出射されるレーザー光の照射方向を示した概念図である。 ３次元形状測定によって、コントローラに記憶された記憶内容を示す概念図である。 レーザー光が測定対象物に照射された際に生じる正規の反射光および２次反射光がラインセンサに受光される状態を示した概念図である。 ラインセンサが出力する受光信号を波形により表した図である。 ３次元画像処理装置が行う正規座標選択処理の流れを示すフローチャートである。 測定点の座標値Ｄ’のデータを表にまとめた図である。 統一座標系における座標値Ｄのデータを表にまとめた図である。 座標変換係数を算出するため用いられる測定装置の概略図である。 第一座標値評価処理の流れを示すフローチャートである。 第二座標値評価処理の流れを示すフローチャートである。 形状データ選定処理の流れを示すフローチャートである。 第一再抽出処理の流れを示すフトーチャートである。 第二再抽出処理の流れを示すフローチャートである。 ３次元画像生成処理の流れを示すフローチャートである。 対象座標値により表される座標点を中心とした一辺が２Ａの立方体空間を示す模式図である。 対象座標値により表される座標点を中心とした半径がＡの球体空間を示す模式図である。 異なった照射角度で同一の照射点を照射したときの２次反射光の方向の違いを示す模式図である。 正規座標値判定処理による異常値の除外を示した概念図である。 別の正規座標値判定処理による異常値の除外を示した概念図である。 異常値の近傍点の追加的な除外を示した概念図である。 １回目の測定と２回目の測定において、３次元測定カメラの配置状態の変形例を示した図である。 １回目の測定と２回目の測定において、３次元測定カメラの配置状態の他の変形例を示した図である。

符号の説明

１…３次元形状測定装置、２…測定台、１０…３次元測定カメラ、１１…外側ケース、１２…内側ケース、２１…レーザー光源、２４…揺動モータ、２６…ラインセンサ（受光手段）、２７…受光回路（受光手段）、３０…傾斜機構（配置状態切り換え手段）、３１…傾斜モータ、３１…傾斜モータ、３２…第一駆動軸、３３…減速器、３４…第二駆動軸、４０…フィードモータ、５０…コントローラ、５２…入力装置、５４…表示装置、６０…３次元画像処理装置、Ｄ１…抽出済み第一形状データ、Ｄｆ…選定済み第一形状データ、θｘ１…第一照射角度、Ｌｆ…第一正規距離データ、Ｄ２…抽出済み第二形状データ、Ｄｓ…選定済み第二形状データ、θｘ２…第二照射角度、Ｌｓ…第二正規距離データ、Ｌｃ…平均値

Claims (13)

1. レーザー光を出射するレーザー光源と、前記レーザー光源から出射されたレーザー光が測定対象物に照射されたときにその照射点にて発生する散乱光の一部である反射光を受光し、受光した反射光の強度に応じた受光信号を出力する一つの受光手段と、を備える３次元測定カメラと、
   レーザー光が測定対象物の計測領域の全体に照射されるように、測定対象物へのレーザー光の照射点を移動させるレーザー光移動手段と、
   前記レーザー光移動手段により移動されるレーザー光の照射点の移動位置に関する情報を検出する移動位置情報検出手段と、
   測定対象物の同一部位にレーザー光を照射した場合に異なった照射角度でレーザー光が照射されるように、測定対象物に対する前記３次元測定カメラの配置状態を第一の配置状態と第二の配置状態に切り換える配置状態切り換え手段と、
   前記３次元測定カメラの配置状態が前記第一の配置状態であるときに前記レーザー光移動手段によってレーザー光が測定対象物の計測領域の全体に照射された場合に、前記受光信号が得られる照射点である各測定点について、前記受光信号に基づいて計算される照射間距離および前記移動位置情報検出手段により検出される前記測定点の移動位置に関する情報に基づき座標値を計算することにより、測定対象物表面の座標値を含む座標値の集合である第一形状データを生成する第一形状データ生成手段と、
   前記３次元測定カメラの配置状態が前記第二の配置状態であるときに前記レーザー光移動手段によってレーザー光が測定対象物の計測領域の全体に照射された場合に、前記受光信号が得られる各測定点について、前記受光信号に基づいて計算される照射間距離および前記移動位置情報検出手段により検出される移動位置に関する情報に基づき座標値を計算することにより、測定対象物表面の座標値を含む座標値の集合である第二形状データを生成する第二形状データ生成手段と、
   前記第一形状データ生成手段により生成された第一形状データに属する座標値と、前記第二形状データ生成手段により生成された第二形状データに属する座標値とを、統一座標系における座標値に変換する座標変換手段と、
   前記統一座標系により表された前記第一形状データに属する各座標値をそれぞれ対象座標値とし、前記統一座標系により表された前記第二形状データに属する各座標値をそれぞれ比較座標値とし、それぞれの前記対象座標値について、その対象座標値により表される座標点を中心として設定された空間範囲内に存在する座標点を表す前記比較座標値の数が予め設定された数以下である場合に、その対象座標値を除外することによって、除外されなかった対象座標値を抽出する第一座標値抽出手段と、
   前記第一座標値抽出手段により抽出された座標値を用いて測定対象物の３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、
   を備えることを特徴とする、３次元形状測定装置。
2. 請求項１に記載の３次元形状測定装置において、
   前記第一の配置状態は、レーザー光の照射角度が特定の方向から見た場合に第一照射角度となる配置状態であり、前記第二の配置状態は、レーザー光の照射角度が前記特定の方向から見た場合に前記第一照射角度とは異なる第二照射角度となる配置状態であることを特徴とする、３次元形状測定装置。
3. 請求項１または２に記載の３次元形状測定装置において、
   前記第一座標値抽出手段によって抽出された座標値中に、一の測定点から得られる受光信号に基づいて計算された座標値が一つのみ存在するときは、その座標値をその測定点を表す正規の座標値に設定する正規座標値設定手段と、
   前記第一座標値抽出手段によって抽出された座標値中に、一の測定点から得られる受光信号に基づいて計算された座標値が複数存在するときは、前記複数存在する座標値のうち、その測定点の近傍の測定点を表す正規の座標値の計算に用いられた照射間距離に最も近い照射間距離に基づいて計算された座標値を、その測定点を表す正規の座標値として選択する正規座標値選択手段を備え、
   前記３次元画像生成手段は、前記正規座標値設定手段により設定された正規の座標値および前記正規座標値選択手段により選択された正規の座標値を用いて測定対象物の３次元画像を生成することを特徴とする、３次元形状測定装置。
4. 請求項３に記載の３次元形状測定装置において、
   前記３次元画像生成手段は、前記第一座標値抽出手段によって除外された前記対象座標値の数が予め設定された数以上である場合に、前記正規座標値設定手段により設定された正規の座標値および前記正規座標値選択手段により選択された正規の座標値を用いて測定対象物の３次元画像を生成することを特徴とする、３次元形状測定装置。
5. 請求項１または２に記載の３次元形状測定装置において、
   前記統一座標系により表された前記第二形状データの各座標値をそれぞれ対象座標値とし、前記統一座標系により表された前記第一形状データの各座標値をそれぞれ比較座標値とし、それぞれの前記対象座標値について、その対象座標値により表される座標点を中心として設定された空間範囲内に存在する座標点を表す前記比較座標値の数が予め設定された数以下である場合に、その対象座標値を除外することによって、除外されなかった対象座標値を抽出する第二座標値抽出手段と、
   前記第一座標値抽出手段により除外された座標値の数と前記第二座標値抽出手段により除外された座標値の数に基づいて、前記第一座標値抽出手段により抽出された座標値の集合である抽出済み第一形状データと前記第二座標値抽出手段により抽出された座標値の集合である抽出済み第二形状データの一方または双方を選定する形状データ選定手段と、をさらに備え、
   前記３次元画像生成手段は、前記抽出済み第一形状データと前記抽出済み第二形状データのうち、前記形状データ選定手段により選定された形状データに属する座標値を用いて測定対象物の３次元画像を生成することを特徴とする、３次元形状測定装置。
6. 請求項５に記載の３次元形状測定装置において、
   前記形状データ選定手段は、前記第一座標値抽出手段によって除外された座標値の数が予め設定された数未満であり、且つ前記第二座標値抽出手段によって除外された座標値の数が前記予め設定された数以上である場合に、前記抽出済み第一形状データを選定し、前記第一座標値抽出手段によって除外された座標値の数が前記予め設定された数以上であり、且つ前記第二座標値抽出手段によって除外された座標値の数が前記予め設定された数未満である場合に、前記抽出済み第二形状データを選定することを特徴とする、３次元形状測定装置。
7. 請求項５または６に記載の３次元形状測定装置において、
   前記形状データ選定手段は、前記第一座標値抽出手段によって除外された座標値の数が予め設定された数未満であり、且つ前記第二座標値抽出手段によって除外された座標値の数が前記予め設定された数未満である場合に、前記抽出済み第一形状データおよび前記抽出済み第二形状データの双方を選定することを特徴とする、３次元形状測定装置。
8. 請求項５乃至７のいずれか１項に記載の３次元形状測定装置において、
   前記形状データ選定手段は、前記第一座標値抽出手段によって除外された座標値の数が予め設定された数以上であり、且つ前記第二座標値抽出手段によって除外された座標値の数が前記予め設定された数以上である場合に、前記抽出済み第一形状データと前記抽出済み第二形状データのうち、除外された座標値の数が少ない形状データを選定することを特徴とする、３次元形状測定装置。
9. 請求項８に記載の３次元形状測定装置において、
   前記形状データ選定手段によって選定された形状データに属する座標値中に、一の測定点から得られる受光信号に基づいて計算された座標値が一つのみ存在するときは、その座標値をその測定点を表す正規の座標値に設定する選定済み正規座標値設定手段と、
   前記形状データ選定手段によって選定された形状データに属する座標値中に、一の測定点から得られる受光信号に基づいて計算された座標値が複数存在するときは、前記複数存在する座標値のうち、その測定点の近傍の測定点を表す正規の座標値の計算に用いられた照射間距離に最も近い照射間距離に基づいて計算された座標値を、その測定点を表す正規の座標値として選択する選定済み正規座標値選択手段を備え、
   前記３次元画像生成手段は、前記選定済み正規座標値設定手段により設定された正規の座標値および前記選定済み正規座標値選択手段により選択された正規の座標値を用いて測定対象物の３次元画像を生成することを特徴とする、３次元形状測定装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の３次元形状測定装置において、
    前記３次元画像生成手段により測定対象物の３次元画像を生成するために用いられるものとされた座標値のそれぞれについて、その座標値に隣接する座標値に基づいて、その座標値が正規の座標値であるか否かを判定する正規座標値判定手段を更に備え、
    前記３次元画像生成手段は、前記正規座標値判定手段により正規の座標値であると判定された座標値のみにより測定対象物の３次元画像を生成することを特徴とする、３次元形状測定装置。
11. 測定対象物にレーザー光を照射するとともに、レーザー光の照射点を移動することにより、測定対象物の計測領域の全体にレーザー光を照射する第一照射工程と、
    前記第一照射工程にて移動する照射点の移動位置に関する情報を検出する第一移動位置情報検出工程と、
    前記第一照射工程にて移動する各照射点で発生する散乱光の一部である反射光を受光し、受光した反射光の強度に応じた受光信号を出力する第一受光工程と、
    前記第一受光工程にて前記受光信号が得られる照射点である各測定点について、前記受光信号に基づいて計算される照射間距離および前記第一移動位置情報検出工程にて検出される前記測定点の移動位置に関する情報に基づき座標値を計算することにより、測定対象物表面の座標値を含む座標値の集合である第一形状データを生成する第一形状データ生成工程と、
    測定対象物の同一部位にレーザー光が照射された場合に前記第一照射工程により照射されるレーザー光の照射角度とは異なる照射角度でレーザー光が照射されるように、測定対象物にレーザー光を照射するとともに、レーザー光の照射点を移動することにより、測定対象物の計測領域の全体にレーザー光を照射する第二照射工程と、
    前記第二照射工程にて移動する照射点の移動位置に関する情報を検出する第二移動位置情報検出工程と、
    前記第二照射工程にて移動する各照射点で発生する反射光を受光し、受光した反射光の強度に応じた受光信号を出力する第二受光工程と、
    前記第二受光工程にて前記受光信号が得られる照射点である各測定点について、前記受光信号に基づいて計算される照射間距離および前記第二移動位置情報検出工程にて検出される前記測定点の移動位置に関する情報に基づき座標値を計算することにより、測定対象物表面の座標値を含む座標値の集合である第二形状データを生成する第二形状データ生成工程と、
    前記第一形状データ生成工程にて生成された第一形状データに属する各座標値と、前記第二形状データ生成工程により生成された第二形状データに属する各座標値とを、統一座標系における座標値に変換する座標変換工程と、
    前記統一座標系により表された前記第一形状データに属する各座標値をそれぞれ対象座標値とし、前記統一座標系により表された前記第二形状データに属する各座標値をそれぞれ比較座標値とし、それぞれの前記対象座標値について、その対象座標値により表される座標点を中心として設定された空間範囲内に存在する座標点を表す前記比較座標値の数が予め設定された数以下である場合に、その対象座標値を除外することによって、除外されなかった対象座標値を抽出する第一座標値抽出工程と、
    前記第一座標値抽出工程により抽出された前記対象座標値を用いて測定対象物の３次元画像を生成する３次元画像生成工程と、
    を含む、３次元形状測定方法。
12. 請求項１１に記載の３次元形状測定方法において、
    前記第一照射工程は、
    レーザー光を出射するレーザー光源が内蔵された３次元測定カメラを、測定対象物に対して第一の配置状態となるように配置する第一配置工程と、
    前記第一配置工程にて前記第一の配置状態となるように配置された前記３次元測定カメラに内蔵された前記レーザー光源からレーザー光を出射させる第一レーザー光出射工程と、
    測定対象物に対する前記３次元測定カメラの配置状態を前記第一の配置状態に維持しつつレーザー光が測定対象物の計測領域の全体に照射されるように、測定対象物に対するレーザー光の照射点を移動させる第一レーザー光移動工程と、を含み、
    前記第二照射工程は、
    前記３次元測定カメラを、測定対象物の同一部位にレーザー光が照射された場合に前記第一の配置状態である場合に照射されるレーザー光の照射角度とは異なる照射角度で照射される配置状態である第二の配置状態となるように配置する第二配置工程と、
    前記第二配置工程にて前記第二の配置状態となるように配置された前記３次元測定カメラに内蔵された前記レーザー光源からレーザー光を出射させる第二レーザー光出射工程と、
    測定対象物に対する前記３次元測定カメラの配置状態が前記第二の配置状態である状態を維持しつつレーザー光が測定対象物の計測領域の全体に照射されるように、測定対象物に対するレーザー光の照射点を移動させる第二レーザー光移動工程と、を含むことを特徴とする、３次元形状測定方法。
13. 請求項１１または１２に記載の３次元形状測定方法において、
    前記第一座標値抽出工程によって抽出された座標値中に、一の測定点から得られる受光信号に基づいて計算された座標値が一つのみ存在するときは、その座標値をその測定点を表す正規の座標値に設定する正規座標値設定工程と、
    前記第一座標値抽出手段によって抽出された座標値中に、一の測定点から得られる受光信号に基づいて計算された座標値が複数存在するときは、前記複数存在する座標値のうち、その測定点の近傍の測定点を表す正規の座標値の計算に用いられた照射間距離に最も近い照射間距離に基づいて計算された座標値を、その測定点を表す正規の座標値として選択する正規座標値選択工程とをさらに含み、
    前記３次元画像生成工程は、前記正規座標設定工程にて設定された正規の座標値および前記正規座標値選択工程にて選択された正規の座標値を用いて測定対象物の３次元画像を生成することを特徴とする、３次元形状測定方法。

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