JP3410323B2 - 回折を用いた３次元計測方法並びに装置 - Google Patents

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次元的な形状や
距離を非接触に計測する３次元情報計測技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、３次元形状を計測する手法として
広く使われている装置として、レーザレンジセンサがあ
る。レーザレンジセンサは、図９に示すように、測定対
象物９２に対して、レーザ照射手段９１からレーザ光を
照射し、測定対象物９２上で拡散反射したレーザ光を反
射光集光レンズ９３で集光し、その光強度分布を反射光
検出手段である受光デバイス９４により計測する。そし
て、受光デバイス９４より得られた光強度分布９５の重
心位置を計算し、この重心位置とレーザ照射手段９１、
反射光集光レンズ９３の位置との関係から、三角測量の
原理により測定対象物９２までの距離を計測するという
方法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の３次元形状
を計測する手法では、ある大きさを持つ物体の形状を計
測しようとする場合、レーザ光を様々な方向に走査する
ための、機械的な装置が必要とされた。例えば、レーザ
光をミラーに反射させるようにし、このミラーの傾きを
逐次変化させることで、走査を行なっていた。また、三
角測量の原理に基づいた計測であるため、光学系の設置
に関して、高精度が要求され、ミラーの傾きを変えるた
めの機械的な構造が必要であり、小型化が難しいという
問題があった。また、計測対象によって、レーザ光の照
射方向を変更するためには、前記光学系や機械的な構造
から再設計する必要があり、計測対象毎に装置を固定／
特定する必要があるという問題があった。

【０００４】本発明は、上述したような従来システムの
有する問題点に鑑みてなされたもので、装置の小型化並
びに計測対象に依存しない３次元計測方法並びに装置を
提供することをその課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の方法として本発明は、計測対象物に計測ビームを照射
し、前記照射された計測ビームの反射ビーム強度を計測
することにより、３次元的な距離、形状を計測する３次
元計測方法であって、前記照射された計測ビームを特定
の計測領域に集める機能と前記照射された計測ビームの
照射された物体からの反射ビームを特定の領域に集める
機能を有し、該計測領域での照射ビームの集まる焦点の
位置が異なる複数の回折パターンを用意し、前記照射ビ
ームの進路中に前記回折パターンを配置し、前記複数の
回折パターンを逐次変更させながら前記計測領域に計測
ビームを照射し、前記回折パターンの変更に同期させて
前記反射ビームの集まる特定の位置で該反射ビームの強
度を計測することにより前記計測対象物からの反射ビー
ム強度が極大となる回折パターンの焦点の位置を前記計
測対象物の３次元位置として計測することを特徴とす
る。

【０００６】あるいは、計測対象物に計測ビームを照射
し、前記照射された計測ビームの反射ビーム強度を計測
することにより、３次元的な距離、形状を計測する３次
元計測方法であって、前記照射された計測ビームを特定
の計測領域に集める機能と前記照射された計測ビームの
照射された物体からの反射ビームを特定の領域に集める
機能を有し、該計測領域での照射ビームの集まる焦点の
位置が異なる複数の回折パターンを用意し、前記照射ビ
ームの進路中に前記回折パターンを配置し、前記複数の
回折パターンを逐次変更させながら前記計測領域に計測
ビームを照射し、前記回折パターンの変更に同期させ、
前記反射ビームの集まる特定の位置でカメラを用いて前
記計測ビームが照射された計測対象物を撮像し、該撮像
された計測対象物中の前記計測ビームのスポット領域の
面積が最小となる回折パターンの焦点の位置を前記計測
対象物の３次元位置として計測することを特徴とする。

【０００７】上記課題を解決するための装置として本発
明は、計測対象物に計測ビームを照射し、前記計測対象
物から反射してきた反射ビームを計測することにより、
３次元的な距離、形状を計測する３次元計測装置であっ
て、前記照射された計測ビームを特定の計測領域に集め
る機能を有し、該計測領域での前記計測ビームの集まる
焦点の位置が異なる複数の回折パターン並びに前記計測
対象物からの反射ビームを特定の位置に集める回折パタ
ーンを計算する手段と、前記計測ビーム用の回折パター
ンと前記反射ビーム用の回折パターンを合成する手段
と、前記合成した複数の回折パターンを逐次変更させな
がら前記計測ビームの進路上に表示する手段と、前記計
測対象物からの反射ビームが集まる位置に配置され、該
反射ビーム強度を計測する手段と、前記回折パターンを
表示する手段に表示された回折パーンの変更に前記反射
ビーム強度を計測する手段による計測を同期させる手段
と、前記表示された回折パターンの変更に同期されて計
測された反射ビーム強度が極大となる回折パターンの焦
点の位置を前記計測対象物の３次元位置として検出する
手段と、を備えることを特徴とする。

【０００８】また、前記合成した複数の回折パターンを
前記計測ビームの進路上に表示する手段と、前記計測対
象物からの反射ビームが集める位置に配置され、該反射
ビーム強度を計測する手段と、を３次元的位置／姿勢を
検出する手段を設けたプローブに組み込み、前記検出さ
れた３次元的位置／姿勢の情報に基づいて異なる３次元
的位置／姿勢で検出された前記計測対象物について位置
を共通の座標系に統合する手段を新たに設けることを特
徴とする。

【０００９】本発明における回折パターンは、入射して
きた（或いは反射して返ってきた）ビームをある特定領
域（例えば一点）に集めるレンズの機能をもつため、こ
のビームの集まる位置に反射ビーム強度計測手段を設置
することで、計測対象物の形状／位置には関係なく、同
じ位置に反射光強度計測手段を設置することが可能とな
る。

【００１０】また、面積当たりのビーム強度が大きいほ
ど反射ビーム強度も大きくなるから、計測ビームが特定
領域に集まるような機能を持たせることで、計測対象物
が計測ビームの集まる位置近傍であるほど、反射ビーム
強度が増大するようになる。そのため、計測対象空間の
中で、計測ビームの集まる位置を回折パターンにより逐
次変化させ（空間中を走査し）、反射ビーム強度を測定
していくと、計測対象物の表面に計測ビームの集まる位
置がある場合のみ、反射ビーム強度が強くなることか
ら、この反射ビーム強度を計測し、極大点をサンプリン
グしていくことで、計測対象物の３次元的な位置を特定
できるようになる。また、回折パターンを逐次変更する
ことで、計測ビームを計測領域に対して走査するための
機械的／電子的仕組みが不要となる。そのため、装置の
小型化が可能になる。

【００１１】また、上記の回折パターンは、計算機によ
り作成することができるため、この回折パターンの変更
は用意であり、回折パターンを変更するだけで、計測対
象となる走査領域を容易に変更可能となり、計測対象に
依存しない計測装置が実現できる。

【００１２】また、計測対象位置に計測ビームを集める
ようにすることで、当該対象物から反射してくるビーム
強度が大きくなり、他の物体からの反射ビームによるノ
イズを低減することができる。

【００１３】また、回折格子表示手段と反射ビーム強度
計測手段とを、３次元的位置／姿勢検出手段を設けたプ
ローブに組み込んで、異なる３次元的位置／姿勢で計測
した計測対象物についての位置を共通の座標系に統合す
ることで、任意の位置での計測が可能になり、計測対象
物の形状等に依存しない３次元計測が可能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて詳細に説明する。

【００１５】図１、図２、図３は本発明での原理的な一
実施形態例を説明する図である。図１（ａ）は、点光源
１０からの等位相面１１が伝搬し、投影面１２に到達す
る様子を示している。この点光源１０により、投影面１
２上に生成する光強度分布は、１３のような同心円上の
模様を生成する。この模様は、フレネルレンズの機能を
持ち、この模様の記録された投影面１２を回折格子とし
て利用する。図１（ｂ）に示すように、この投影面（回
折格子）１２に対して１４の方向からレーザ光を当てる
と、点光源１０と等距離の位置１５に光が集光するよう
になる。つまり、回折格子１２は、１５の位置に焦点を
持つフレネルレンズとなる。

【００１６】次に、図２（ａ）に示すように、２つの異
なる位置に点光源２１及び２２を配置したとき、２つの
点光源２１及び２２からの光は干渉を起こす。この２つ
の点光源２１及び２２により、投影面１２上に生成する
干渉縞は２３に示すような模様になる。これを回折格子
として利用した場合は、２つのフレネルレンズを合成し
た機能を持ち、この回折格子１２を通過した光は、図２
（ｂ）に示すように、２つの点に集光する。つまり、回
折格子１２に対して、２４から光を当てると、点光源２
１、２２と等価な位置である２５、２６に集光するよう
になる。そこで、２４から光を投射し、その光が２６の
点に集光するとき、２６の位置に、図２（ｃ）に示すよ
うに、２７の様な物体があると、その集光した光は、物
体２７の表面を反射して、再度回折格子１２に反射光と
して入射する。入射した光は、図２（ａ）の点光源２
１、２２と等価な位置（２８など）の所に集光するよう
になる。ここでは、２８の位置に集光することに着目す
る。物体が照射光到達範囲内にあると、物体２７にぶつ
かった照射光は、反射光として２８の位置に集光するた
め、２８の位置に光強度計等を置き、光強度の極大値を
検出することで、対象物の空間的な位置を求めることが
できる。

【００１７】つまり、回折格子１２を透過した光は、図
３（ａ）の３１に示すように、ｂ点（図２の２６の点）
に集光するように進んでいく。つまり、点ｂで光の強度
が最大になり、その点の前後ａ，ｃ等では、離れるにつ
れ、単位面積当たりの光強度が減衰していく。そのた
め、反射光強度を逐次計測していると、図３（ｂ）の３
２に示すように、例えば、上記ａ或いはｃの位置に物体
があったとき反射する光に比べ、ｂ点にある物体からの
反射光強度の方が強くなることがわかる。例えば、回折
格子１２の近傍から、ｚ方向に走査していき（焦点を遠
ざけていき）、反射光強度が最大になったときの、集光
位置（即ち焦点位置）が対象物の存在位置として特定で
きる。

【００１８】図４は、本発明の装置の具体的な一実施形
態例を示した図である。図において、４１はレーザ照射
手段、４２はレーザ照射手段４１から照射されたレーザ
光を球面波に変換するスペイシャルフィルタ、４３はス
ペイシャルフィルタ４２の位置に焦点を持ち前記球面波
に変換されたレーザ光を平面波に変換するレンズ、４４
は平面波に変換されたレーザ光の光路に介設された回折
格子表示手段、４５は回折格子表示手段４４からのレー
ザ光が計測対象物に照射されて反射した反射光が集光さ
れる位置に配置されその集光された反射光強度を計測す
る反射光強度計測手段、４６は平面波のレーザ光を特定
の計測領域に集光する機能を有しその計測領域でのレー
ザ光の集光位置が異なる複数の回折格子パターン並びに
計測対象物からの反射光を特定の位置に集光する回折パ
ターンを計算しこの２種のパターンを合成してリアルタ
イムに回折格子表示手段４４に表示する波面計算手段、
または全ての計測領域に対するその合成された回折格子
を保持して回折格子表示手段４４に逐次変更しながら表
示する回折格子保持手段、４７は回折格子表示手段４４
並びに反射光強度計測手段４５を同期させる同期手段、
４８は同期されて表示された回折格子パターンでのレー
ザ光の計測領域への集光位置情報に基づいて計測された
反射光強度が極大となる位置を検出する３次元位置特定
手段、４９は計測対象空間である。

【００１９】以下に上記構成の実施形態例の動作例を、
本発明の方法の一実施形態例として説明する。図５に本
発明の方法による処理フローの一実施形態例を示す。

【００２０】まず、波面計算手段４６において、４５の
位置に点光源があるとしたときの、回折格子表示手段４
４の回折格子面上での波面Ａを計算する（ステップ５０
１）。次に、測定対象空間を図４の４９に示すように、
定義する（ステップ５０２）。

【００２１】そして、測定対象空間４９を図６に示すよ
うに、ａ→ｂ→ｃ→ｄ…ｅ→ｆ→ｇ→ｈ…といった順番
に走査し、特定の間隔毎（例えばｘｙｚ方向それぞれΔ
ｘ，Δｙ，Δｚ間隔）に点光源が配置されているとして
（ステップ５０３）、各点光源の回折格子表示手段４４
の回折格子面上での波面Ｂを計算する（ステップ５０
４）。

【００２２】そして、計測対象空間４９中に点光源があ
るとしたときのそれぞれの位置での波面Ｂと波面Ａとを
合成させた波面を作成する（ステップ５０５、５０
６）。つまり、個々の合成波面は２つの点光源の干渉縞
が記録されることになり、図２（ｂ）の２３に示すよう
な模様の干渉縞が生成される。

【００２３】ここで、この干渉縞はリアルタイムに、回
折格子パターンとして、回折格子表示手段４４に順番に
提示するか、または、４６を回折格子保持手段として、
これに保持させ（ステップ５０７）、この作成した合成
波面による回折格子を回折格子表示手段４４に順番に提
示する（ステップ５０８）。図５の処理フローは後者の
場合を示している。後者の場合には、波面計算手段は回
折格子保持手段４６内に備えるようにしてもよいし、別
途設けてもよい。

【００２４】回折格子表示手段４４に提示された回折格
子に対して例えば、平面波に変換したレーザ光を照射す
る（ステップ５０９）。つまり、レーザ照射手段４１か
ら照射された光は、スペイシャルフィルタ４２を通過す
ると球面波に変換される。この球面波を４２の位置に焦
点を持つレンズ４３により平面波に変換されたレーザ光
となり、回折格子表示手段４４を通過する。

【００２５】回折格子表示手段４４を通過したレーザ光
は、それぞれの回折格子生成時に設定した点光源の各位
置を焦点として集光し、この位置に計測対象物が存在す
ると、レーザ光は反射して、再度回折格子表示手段４４
に入射する。回折格子表示手段４４に入射してきた反射
光は、４５の位置に焦点を有するフレネルレンズの機能
により、反射光強度計測手段４５の位置に集光する。

【００２６】反射光強度計測手段４５は、入射してきた
反射光の強度を逐次計測する（ステップ５１０）。反射
光強度計測手段４５並びに回折格子保持手段４６は、同
期手段４７の制御により同期して作動しているため、
（例えば、ｚ方向に焦点をずらしていったときの）反射
光強度が極大となった時の回折格子パターンがどれであ
ったかを容易に検出でき、この回折格子パターンの集光
位置が特定できる。３次元位置特定手段４８は、計測さ
れた反射光強度の極大値部分をサンプリングしていく
（ステップ５１１、５１２）。以上の処理（ステップ５
０８から５１０）を繰り返し（ステップ５１３）、計測
対象空間４９の全ての計測位置について極大反射光強度
を計測していくことで、３次元位置特定手段４８により
計測対象空間４９での３次元的座標が決定される（ステ
ップ５１４）。

【００２７】本実施形態例では、回折格子として、一つ
の面に２つの波面を合成した例を示したが、図７に示す
ように、個々の機能を有する回折格子を提示画面領域を
分割して、別々に提示することも考えられ、回折格子の
合成方法は本実施形態例に限定されない。

【００２８】また、本実施形態例では、計測対象空間並
びに回折格子表示手段等は固定した構成で説明したが、
図８に示すように、図４の４２、４３、４４、４５を小
型プローブ８１として一つのきょう体に組み込み、レー
ザ照射手段４１からのレーザ光を光ファイバ等を使っ
て、スペイシャルフィルタ４２に送り込むようにして、
このプローブの３次元的姿勢／位置をジャイロ８２等の
３次元位置／姿勢特定手段で検出出来るようにすれば、
任意の位置での計測が可能になり、固定されたレーザ光
では照射できなかった対象部分の計測も可能となる。つ
まり、基本姿勢（ワールド座標系）に対するプローブの
移動後の姿勢を計測し、この姿勢をワールド座標系から
の変換後のローカル座標系として、座標変換マトリック
スＭにより表現し、計測された３次元座標データを、マ
トリックスＭで逆変換し、もとのワールド座標系での位
置を求める。そして、他の姿勢での計測結果とワールド
座標系において統合することで、計測対象物の形状に依
存しない３次元計測が可能となる。

【００２９】本実施形態例では、球面波の干渉を利用し
たフレネルレンズを応用した例を説明したが、特定形状
の光源を使って、当該形状に光が集光するようにするこ
とも可能である。つまり、計測対象の形状に特化して、
回折格子のパターンを点光源ではなく、線光源、あるい
は面光源、多面体光源などによる波面を回折格子に用い
ることも可能である。また、本実施形態例では、反射光
強度の計測手段により、３次元座標の計測を行っている
が、この部分を、カメラに置き換え、レーザ光が対象物
に当たったときにできる光のスポット領域の面積を計測
する様にすることもできる。この場合、スポット領域の
面積が最小となった時を検出し、この時の回折格子の焦
点位置が対象物の３次元座標として判断することも可能
である。カメラを利用することで、対象物がレーザ光な
ど投射した光を殆ど吸収してしまう物体、反射光を殆ど
出さない物体であっても、カメラの映像として、スポッ
ト光領域を捉えることができれば、当該対象物の計測も
可能となる。さらに、本実施形態例では、点光源を用い
ているため、集光点の形状は、点となるが、集光点の形
状を特定形状（例えば十字形、三角形など）になるよう
に回折格子パターンを生成することも可能である。この
場合、照射光が計測対象物に当たってできる領域の形状
をカメラで観察し、集光部の形状の大きさや歪み方か
ら、計測対象の空間的位置並びに、面の傾き、曲率など
を求めることも可能である。

【００３０】また、本実施形態例では、計測用ビームと
してレーザ光を用いているが、他に超音波や赤外線など
でも、コヒーレントな光源であれば、回折効果を得るこ
とは可能であり、計測用ビームの種類は本実施形態例に
限定されない。

【００３１】また、上記実施形態例では、回折格子表示
手段として、透過型ディスプレイの形態で説明をしてい
るが、反射型ディスプレイを用いることも可能であり、
また、走査に利用する回折パターンをフィルムに予め記
録し、このフィルムを時分割でスクロールあるいは回転
させることも可能であり、回折格子表示手段の形態は限
定されない。

【００３２】計測対象空間の範囲は、回折パターンの表
示面積に限定されるわけではなく、計算に用いる点光源
の位置は自由に配置する事が可能であり、計測対象空間
範囲は限定されない。また、解像度も限定されない。微
細領域から大きな空間まで可能であり、これは回折パタ
ーンを計算する際の解像度に依存するものであり、本実
施形態例で限定するものではない。

【００３３】また、本実施形態例では、計測対象領域
を、直方形として説明したが、計測対象となる領域に点
光源を配置すれば、本発明は適用できるため、計測対象
領域の形状は特定されない。また、計測対象領域内で
の、走査順序も、本実施形態例に限定されない。たとえ
ば、対象領域をランダムに計測し、反射光強度が閾値以
上の座標を求めることにより、対象物の表面座標を計測
することも可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、計
測対象物に依存せず、計測範囲の変更を容易に変更が可
能となる。また、計測ビームの照射方向を回折により行
なっているため、光学部品や機械的構造が必要なく、装
置の小型化が可能となる。また、物体から反射してくる
ビームは、広がりをもったビームとなってしまうが、回
折格子表示手段を介すことにより、広がったビームを集
光させることができるため、精度良く計測することが可
能になる。

【００３５】従来の三角測量の手法を用いないため、計
測装置の位置関係を正確に固定させる必要が無く、対象
物の任意形状、計測装置の自由な位置での計測が可能と
なる。

【００３６】また、従来の三角測量では難しかった測定
対象面の傾きや曲率等を容易に計測することが可能とな
る。

【００３７】また、カメラを使用した方法では、従来計
測出来なかった、光を殆ど吸収してしまう物体に対して
の計測も可能となる。

【００３８】また、回折格子表示手段と反射ビーム強度
計測手段とを、３次元的位置／姿勢検出手段を設けたプ
ローブに組み込んで、異なる３次元的位置／姿勢で計測
した計測対象物についての位置を共通の座標系に統合す
ることで、任意の位置での計測が可能になり、計測対象
物の形状等に依存しない３次元計測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）は、本発明の原理的な一実施形
態例を示す図（その１）である。

【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の原理的な
一実施形態例を示す図（その２）である。

【図３】（ａ），（ｂ）は、上記実施形態例での回折格
子透過光と計測対象物の関係を説明する図である。

【図４】本発明の装置での一実施形態例を示すブロック
図である。

【図５】本発明の方法での一実施形態例を示すフロー図
である。

【図６】本発明の実施形態例での計測対象空間での走査
順序を表した図である。

【図７】（ａ），（ｂ）は、本発明での回折格子の構成
の仕方の一例を示す図である。

【図８】本発明の装置での別の実施形態例を示すブロッ
ク図である。

【図９】従来のレーザレンジセンサを示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１０…点光源 １１…球面波の等位相面 １２…投影面（回折格子） １３…投影面１２を正面から見たときの点光源１０によ
る波面 １４…レーザ光 １５…レーザ光の集光位置 ２１、２２…点光源 ２３…２つの点光源２１、２２により投影面１２上に生
成される波面 ２４…レーザ光 ２５、２６…レーザ光２４の集光位置 ２７…物体 ２８…反射光の集光位置 ３１…回折格子表示手段を透過した光の集光状態 ３２…計測点ａ，ｂ，ｃそれぞれの反射光強度を示した
グラフ ４１…レーザ照射手段 ４２…スペイシャルフィルタ ４３…レンズ ４４…回折格子表示手段 ４５…反射光強度計測手段 ４６…回折格保持手段または波面計算手段 ４７…同期手段 ４８…３次元位置特定手段 ４９…計測対象空間 ７１…２つの波面パターンを並列に並べた例 ７２…１つの波面パターンを、もう一つの波面パターン
の中央に配置した例 ８１…プローブ ８２…ジャイロ（３次元位置／姿勢特定手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 智 東京都新宿区西新宿３丁目19番２号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−52619（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−142588（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−55908（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G02F 1/13

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計測対象物に計測ビームを照射し、前記
   照射された計測ビームの反射ビーム強度を計測すること
   により、３次元的な距離、形状を計測する３次元計測方
   法であって、 前記照射された計測ビームを特定の計測領域に集める機
   能と前記照射された計測ビームの照射された物体からの
   反射ビームを特定の領域に集める機能を有し、該計測領
   域での照射ビームの集まる焦点の位置が異なる複数の回
   折パターンを用意し、 前記照射ビームの進路中に前記回折パターンを配置し、 前記複数の回折パターンを逐次変更させながら前記計測
   領域に計測ビームを照射し、 前記回折パターンの変更に同期させて前記反射ビームの
   集まる特定の位置で該反射ビームの強度を計測すること
   により前記計測対象物からの反射ビーム強度が極大とな
   る回折パターンの焦点の位置を前記計測対象物の３次元
   位置として計測することを特徴とする回折を用いた３次
   元計測方法。
2. 【請求項２】 計測対象物に計測ビームを照射し、前記
   照射された計測ビームの反射ビーム強度を計測すること
   により、３次元的な距離、形状を計測する３次元計測方
   法であって、 前記照射された計測ビームを特定の計測領域に集める機
   能と前記照射された計測ビームの照射された物体からの
   反射ビームを特定の領域に集める機能を有し、該計測領
   域での照射ビームの集まる焦点の位置が異なる複数の回
   折パターンを用意し、 前記照射ビームの進路中に前記回折パターンを配置し、 前記複数の回折パターンを逐次変更させながら前記計測
   領域に計測ビームを照射し、 前記回折パターンの変更に同期させ、前記反射ビームの
   集まる特定の位置で カメラを用いて前記計測ビームが照
   射された計測対象物を撮像し、 該撮像された計測対象物中の前記計測ビームのスポット
   領域の面積が最小となる回折パターンの焦点の位置を前
   記計測対象物の３次元位置として計測することを特徴と
   する回折を用いた３次元計測方法。
3. 【請求項３】 計測対象物に計測ビームを照射し、前記
   計測対象物から反射してきた反射ビームを計測すること
   により、３次元的な距離、形状を計測する３次元計測装
   置であって、 前記照射された計測ビームを特定の計測領域に集める機
   能を有し、該計測領域での前記計測ビームの集まる焦点
   の位置が異なる複数の回折パターン並びに前記計測対象
   物からの反射ビームを特定の位置に集める回折パターン
   を計算する手段と、 前記計測ビーム用の回折パターンと前記反射ビーム用の
   回折パターンを合成する手段と、 前記合成した複数の回折パターンを逐次変更させながら
   前記計測ビームの進路上に表示する手段と、 前記計測対象物からの反射ビームが集まる位置に配置さ
   れ、該反射ビーム強度を計測する手段と、 前記回折パターンを表示する手段に表示された回折パー
   ンの変更に前記反射ビーム強度を計測する手段による計
   測を同期させる手段と、 前記表示された回折パターンの変更に同期されて計測さ
   れた反射ビーム強度が極大となる回折パターンの焦点の
   位置を前記計測対象物の３次元位置として検出する手段
   と、 を備えることを特徴とする回折を用いた３次元計測装
   置。
4. 【請求項４】 前記合成した複数の回折パターンを前記
   計測ビームの進路上に表示する手段と、 前記計測対象物からの反射ビームが集める位置に配置さ
   れ、該反射ビーム強度を計測する手段と、 を３次元的位置／姿勢を検出する手段を設けたプローブ
   に組み込み、 前記検出された３次元的位置／姿勢の情報に基づいて異
   なる３次元的位置／姿勢で検出された前記計測対象物に
   ついて位置を共通の座標系に統合する手段を新たに設け
   る、 ことを特徴とする請求項３に記載の回折を用いた３次元
   計測装置。