JP3428122B2 - 三次元形状計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、画像を基にして物体
の三次元形状の計測を行う装置に係わり、計測性能を向
上すべく改良されたその構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】広く産業界において行われている画像を
基にして計測対象物体（以降、単に物体と略称すること
がある。）の三次元形状を計測する方法の一つとして、
２台のＩＴＶカメラ等の撮像手段（以降、単にカメラと
略称することがある。）を物体に対して既知の角度で設
置して撮影する両眼立体視法（ステレオ法）と呼ばれる
方法がある。２つの画像間において対応点を捜し出し、
その点の各画像における位置の差異によってその点の高
さを算出する方法である。また、上記の２台のカメラの
内、一方のカメラを光源に代えた方法として光投影法が
ある。光源には半導体レーザーなどが使用されるが、光
源から照射される光束の形状としてスポット状の光束や
スリット状の光束（以降、単にスリット光と略称するこ
とがある。）が用いられ、移動あるいは回転しながら撮
影を行って、全体の形状を計測する方法である。いずれ
の場合においても、物体の高さや奥行きを算出する原理
には、よく知られているところの三角測量の原理が用い
られている。しかし、ステレオ法の場合では対応点の検
出が困難である場合があるため、従来の多くの事例で
は、光切断法が利用されており、光源としてはスリット
光を使用して，物体もしくはカメラが移動する方向に対
して直交する方向からスリット光を照射し、カメラは物
体の斜め上方から物体を撮影し、物体もしくはカメラを
移動しながら間隔を置いて複数回数撮影することで、複
数の物体の画像から，物体の三次元形状を計測する方法
が用いられている。

【０００３】また、三次元形状を入力する手段としてレ
ンジファインダも知られている。これは、通常の画像を
入力する場合と同様の手段で三次元形状を計測する装置
である。原理的には、スリット光をガルバノミラー等で
高速に走査し、物体までの距離を計測することで三次元
形状を計測する。さらに、液晶等を用いて複数のパター
ン光を照射して空間コード化することにより三次元形状
を計測する方法も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来例の三次
元形状の計測方法あるいはそれに用いられる三次元形状
計測装置は、物体の三次元形状の計測を行うことは可能
ではあるが、次記するような問題点が残存している。す
なわち、 （１）スリット光等を用いる三次元形状計測装置の場合
には、物体の形状によっては、スリット光の反射光のカ
メラへの到達が物体自身により妨げられてしまうことが
あり、その場合には、カメラにより取得できる物体の画
像が一部欠落することとなって、物体形状の計測精度が
低下していた。また、 （２）物体の形状や性状（表面粗さ，反射率等）によっ
ては、物体の周縁部等の端部の画像が欠落することがし
ばしば発生し、この場合にも物体形状の正確な計測が困
難になっていた。また、 （３）端部を含めて，物体の一部の画像が欠落した場合
には、取得できた画像を用いて欠落した部分を補正する
補正処理が行われるのであるが、物体の形状や性状によ
っては物体からの反射光が弱くなることがあり、その場
合には端部等の存在位置が不確定となり、所望の補正処
理の実行が困難になっていた。また （４）光切断法による三次元形状計測装置の場合には、
各断面の画像情報を得るためには、物体またはカメラ等
を移動させながら撮影する必要があるので、物体に関す
る全ての三次元形状の情報を得るためには、長い計測時
間を要していた。さらにまた、 （５）レンジファインダによる三次元形状計測装置の場
合には、高い解像度をえることが原理的に困難であり、
また、液晶等を用いる三次元形状計測装置の場合には、
解像度を高めるために、複数の画像を得る必要が有るの
で、長い計測時間を要していた。

【０００５】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その目的は、計測性能（計測精
度，計測所要時間等）を向上すべく改良された三次元形
状計測装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、 １）計測対象物体からの反射光等を入力してこの反射光
等に対応する画像信号を出力する撮像手段と、計測対象
物体または撮像手段を平面状をそした載置面上に載置し
て搬送する搬送手段と、搬送手段の搬送方向に関する垂
直方向から計測対象物体にスリット状の第１の光束を照
射すると共に，この第１の光束の幅方向が搬送手段の搬
送方向に対して垂直方向となるように設置された第１の
光源装置と、第１の光源装置からの前記の第１の光束が
計測対象物体に当たって反射した反射光を撮像手段に導
く反射光用の伝達手段と、撮像手段が出力する画像信号
を処理して計測対象物体の形状を演算する画像信号の処
理手段とを備えた三次元形状計測装置において、撮像手
段は、第１の光源装置から照射された第１の光束の幅方
向を含む平面内に，その受光部を計測対象物体側に向け
て設置されたものであり、反射光用の伝達手段は、撮像
手段が位置する第１の光束の幅方向を含む前記平面に関
して互いに反対面側となる領域に，それぞれが二次元平
面をなす反射面を持つ２枚の反射鏡を備えた一対の反射
鏡構成体でなり、それぞれの反射鏡構成体が備える第１
の反射鏡は、その反射面を撮像手段の受光部側に向けて
その二次元平面の一方の座標軸を第１の光束の幅方向に
平行させると共に，その反射面の他方の座標軸と第１の
光束の幅方向を含む前記の平面とのなす角度が鈍角をな
し，しかも，それぞれの反射鏡構成体が備える第１の反
射鏡の，第１の光源装置からの第１の光束の幅方向を含
む平面側の相互間に間隙を介在させて設置され、それぞ
れの反射鏡構成体が備える第２の反射鏡は、その反射面
を計測対象物体側に向けてその一方の座標軸を第１の光
束の幅方向に平行させると共に，その反射面で受けた計
測対象物体が反射した第１の光束の反射光を第１の反射
鏡の反射面に向けて反射する位置に設置され、第１の光
束の幅方向を含む前記平面に関して互いに反対面側とな
る領域に計測対象物体からそれぞれ反射された前記の反
射光が，撮像手段によって受光されるようにするもので
あり、計測対象物体の搬送に供せられる搬送手段または
計測対象物体を載置する載置台は、少なくとも計測対象
物体を載置する部位に，この第１の光束の持つ幅方向と
平行させた幅方向を有するスリット状の開口部を設ける
ものであり、搬送手段の撮像手段の受光部に関する反対
側には，前記開口部および第１の反射鏡の相互間の前記
の間隙を通して撮像手段の受光部に向けてスリット状の
第２の光束を照射する第２の光源装置が設置されてお
り、この第２の光源装置が供給するスリット状の前記の
第２の光束は、スリット状の第１の光束の幅方向と平行
する幅方向を有するものであり、画像信号の処理手段
は、それぞれの反射鏡構成体からの前記反射光に対応す
る画像信号と，スリット状の第２の光束に対応する画像
信号を入力し，それぞれの画像信号を互いに補間させて
処理して計測対象物体の形状を演算するものである構成
としたこと、または ２）計測対象物体からの反射光を入力してこの反射光に
対応する画像信号を出力する撮像手段と、計測対象物体
または撮像手段を平面状をした載置面上に載置して搬送
する搬送手段と、搬送手段の搬送方向に関する垂直方向
から計測対象物体にスリット光を照射すると共に，この
光束の幅方向が搬送手段の搬送方向に対して垂直方向と
なるように設置された光源装置と、光源装置からの前記
光束が計測対象物体に当たって反射した反射光を撮像手
段に導く反射光用の伝達手段と、撮像手段が出力する画
像信号を処理して計測対象物体の形状を演算する画像信
号の処理手段とを備えた三次元形状計測装置において、
光源装置は、スリット状の前記の光束を照射する複数の
個別光源装置でなり、それぞれの個別光源装置は、照射
する前記光束の幅方向がいずれも，搬送手段の搬送方向
に対して垂直方向になると共に，搬送手段の搬送方向に
沿って互いに平行かつ相互間隔が等間隔に設置されるも
のであり、撮像手段は、光源装置が備えた複数の個別光
源装置が照射する前記光束の内の，搬送手段の搬送方向
に関してほぼ中央部に存在するスリット光の幅方向を含
む平面内に，その受光部を計測対象物体側に向けて設置
されたものであり、また、撮影制御手段を備え、この撮
影制御手段は、撮像手段による撮像の実行を，搬送手段
により搬送される計測対象物体または撮像手段が，複数
の個別光源装置によるスリット状の光束の搬送手段の搬
送方向に関して，それぞれのスリット状の前記の光束間
の相互間隔に等しい距離だけ移動するに要する時間と同
一の周期で行わせる動作信号を撮像手段に与えるもので
あり、反射光用の伝達手段は、撮像手段の位置に存在す
る光束の幅方向を含む平面に関して互いに反対面側とな
る領域に，それぞれが二次元平面をなす反射面を持つ２
枚の反射鏡を備えた一対の反射鏡構成体でなり、それぞ
れの反射鏡構成体が備える第１の反射鏡は、その反射面
を撮像手段の受光部側に向けてその二次元平面の一方の
座標軸を光束の幅方向を含む前記平面に平行させると共
に，その反射面の他方の座標軸と光束の幅方向を含む前
記平面とのなす角度が鈍角をなして設置され、それぞれ
の反射光用の伝達手段が備える第２の反射鏡は、その反
射面を計測対象物体側に向けてその一方の座標軸を第１
の反射鏡一方の座標軸に平行させると共に，その反射面
で受けた計測対象物体から反射された前記光束の反射光
を第１の反射鏡の反射面に向けて反射する位置に設置さ
れ、前記光束の幅方向を含む前記平面に関して互いに反
対面側となる領域に計測対象物体からそれぞれ反射され
た前記反射光が，撮像手段によって受光されるようする
ものであり、画像信号の処理手段は、それぞれの反射鏡
構成体からの複数の個別光源装置を光源とする前記反射
光に対応する画像信号を互いに補間させて処理して計測
対象物体の形状を演算するものである構成としたこと、
または３ ）計測対象物体からの反射光を入力してこの反射光に
対応する画像信号を出力する撮像手段と、計測対象物体
または撮像手段を平面状をした載置面上に載置して搬送
する搬送手段と、計測対象物体にスリット光を照射する
光源装置と、光源装置からの前記光束が計測対象物体に
当たって反射した反射光を撮像手段に導く反射光用の伝
達手段と、撮像手段が出力する画像信号を処理して計測
対象物体の形状を演算する画像信号の処理手段と、を備
えた三次元形状計測装置において、光源装置は、スリッ
ト状の第１の光束群を照射する複数の個別光源装置を持
つ第１の光源装置群でなり、それぞれの個別光源装置
は、照射する光束の幅方向が，いずれも計測対象物体が
載置される載置面に対して水平方向になると共に，それ
ぞれの幅方向が互いに平行かつ互いに間隔を設けらるよ
うに設置されるものであり、反射光用の伝達手段は、共
に円錐形状の反射面を有すると共に，それ等の中心軸線
が搬送手段が持つ載置面に対して垂直となり，しかも，
それ等の中心軸線が同心となるように設置された２個の
反射鏡を備え、反射光用の伝達手段が備える第１の反射
鏡は、その反射面を撮像手段の受光部側に向けて設置さ
れ、反射光用の伝達手段が備える第２の反射鏡は、その
反射面を計測対象物体側に向けると共に，その反射面で
受けた計測対象物体から反射された前記第１の光束群の
反射光を第１の反射鏡の反射面に向けて反射する位置に
設置されてなり、撮像手段は、その受光部を計測対象物
体側に向けると共に，２個の前記反射鏡が持つ円錐形状
をなす反射面の，その円錐形の中心軸線上にその受光部
が位置するよう設置されたものであり、画像信号の処理
手段は、反射光用の伝達手段を介して入力された計測対
象物体からの前記反射光に対応する複数の画像信号を入
力し，これ等の画像信号を互いに補間させて処理して計
測対象物体の形状を演算するものである構成としたこ
と、さらにまたは４ ）前記３項に記載の手段において、搬送手段の搬送方
向に関する垂直方向から物体にそれぞれ第２のスリット
光群を照射する複数の個別光源装置からなる第２の光源
装置群を備え、第２の光源装置群の持つ複数の個別光源
装置は、それぞれの光束の幅方向が搬送手段の搬送方向
に対して垂直方向となると共に，これ等の光束がその幅
方向で，搬送手段の搬送方向に沿って互いに平行するよ
うに設置されたものであり、画像信号の処理手段は、反
射光用の伝達手段を介して入力された物体からの第１の
光源装置群よりの第１の光束群の反射光，および，前記
の第２の光束群の反射光に対応する画像信号を入力し，
それぞれの反射光に対応する画像信号を互いに補間させ
て処理して物体の形状を演算するものである構成とした
こと、により達成される。

【０００７】

【作用】この発明においては、 （１）第２の光源装置が供給する第２のスリット光は、
搬送手段または載置台の物体を載置する載置面に設けら
れたスリット状の開口部と、それぞれの反射鏡構成体が
備える第１の反射鏡の相互間に設置された間隙とを通し
て、撮像手段の受光部に向けて照射される。またこの第
２のスリット光は、撮像手段の受光部において、第１の
光源装置が供給した第２のスリット光による，それぞれ
の反射鏡構成体を介して入射されるそれぞれの反射光に
領域に挟まれた、中間の領域に入射される。

【０００８】撮像手段の中間の領域に得られる画像は、
前記の開口部上に物体が存在していない場合には、第２
のスリット光そのままのスリット状の画像である。しか
し、前記開口部上に物体が載置されている場合には、物
体によって第２のスリット光の一部が遮蔽されることに
なるので、中間の領域に得られる画像も、物体により遮
蔽された部分が欠落したものとなる。例えば、物体をそ
の最大幅が開口部上に位置するように載置すれば、この
第２のスリット光の欠落した部分が物体の最大幅である
ことで、第２のスリット光の画像によって、物体の幅方
向寸法の情報を正確に得ることが可能となる。

【０００９】物体の端部周辺部位において、反射光が弱
いとか，物体形状の変化が激しい等のために、第１のス
リット光による画像からだけでは計測精度の維持が困難
である場合に、第１のスリット光による画像信号の補
正，補間処理に、第２のスリット光の画像信号を用いる
ことで、計測精度を向上させることが可能となる。

【００１０】（２）それぞれの個別光源装置から照射さ
れたスリット光は、撮像手段に入射される。ただし、こ
れ等の個別光源装置は、搬送手段の搬送方向に沿って互
いに平行かつ相互間隔が等間隔に設置されている。この
ために、個別光源装置から照射されたスリット光によっ
て撮像手段で得られる画像は、前記間隔に対応する間隔
を隔てられたものとして得られることになる。このため
に、撮像手段には、物体に対して，複数の個別光源装置
によるスリット光が当たっている範囲分の複数のスリッ
ト光に対応する複数の画像が、１回の撮影によって得ら
れることになる。

【００１１】また、撮影制御手段を備え、この撮影制御
手段から出力された動作信号により、撮像手段は、複数
の個別光源装置によるスリット光間の相互間隔に等しい
距離だけ移動するに要する時間と同一の周期で連続して
撮影を行う。 これにより、物体の１つの部位の画像が、
個別光源装置の設置されている台数と同じ数だけ得られ
ることになる。ところで、これ等の画像は、最初に得ら
れた画像と、この画像が得られた際の物体の位置から，
物体が順次個別光源装置によるスリット光の相互間隔だ
け移動した後の画像とからなる。従って、これ等の画像
においては、スリット光の照射を受けている前記の物体
の１つの個所と、第２の反射鏡とのなす角度は、順次異
なったものとなる。すなわち、同一個所を、互いに異な
る多数の角度から観測した場合の画像信号を得ることが
可能となる。

【００１２】物体を撮像手段で撮影する場合に、物体の
形状が凹凸を持つ場合等に、物体からの反射光を受光す
る位置と物体の形状との関係で、ある部位の物体で反射
した反射光を入射させることができないことが有るが、
この発明による撮像手段で得られる画像では、ある角度
で受光した場合の反射光であっては陰になることで画像
が欠落する物体部位が有っても、この部位の画像は他の
角度で受光した他の画像により得ることができる可能性
を持つ。

【００１３】これにより、同一部位を互いに異なる多数
の角度から観測した場合の画像信号を互いに補間させて
処理して、欠落された物体部分の画像を補間し合うこと
で，大きな凹凸を持つ形状の物体であっても正確な計測
が可能となるのである。 （３）第１の光源装置群が備える複数の個別光源装置に
よる第１のスリット光群のそれぞれの光束は、スリット
状であり，しかも物体が載置されている載置面に対し
て，その幅方向がいずれも水平方向であり，しかも互い
に平行かつ間隔が設けられたスリット光である。それぞ
れのスリット光による反射光は、物体の周囲を一巡する
環状のものとなる。このそれぞれの反射光は、第２の反
射鏡と第１の反射鏡に順次入射して、第１の反射鏡から
反射される。ところで、反射光用の伝達手段が備える第
１の反射鏡と第２の反射鏡が、共に円錐形であること等
により、第１の反射鏡から反射する反射光は、スリット
光が物体から反射したままの状態を維持する。

【００１４】このために前記反射光は、物体の周囲を一
巡する環状であり、それぞれの第１のスリット光群によ
る反射光は、それぞれのスリット光の相互間隔に従う物
体の等高位置で反射した反射光に対応する。この第１の
反射鏡からの反射光が、撮像手段の受光部に入射する。
従って、撮像手段では、複数のスリット光が照射された
部位のそれぞれの等高位置の物体の形状を表す画像が、
１台の撮像手段での１回の撮影による画像で得られるこ
とになり、１台の撮像手段を用いての１回の撮影によっ
て、物体の三次元形状の計測が可能となる。

【００１５】（４）第１の光源装置群による前記（３）
項による作用に、第２の光源装置群の備える複数の個別
光源装置による第２のスリット光群による作用が加えら
れる。この第２のスリット光群による反射光は、前記
（２）項で述べたスリット光による反射光と同様にし
て、撮像手段に入射される。このために、第１の光源装
置群の第１のスリット光群の反射光による画像と、第２
のスリット光群の反射光による画像とは、互いに交差し
た状態で得られる。

【００１６】第１のスリット光群による画像と、第２の
スリット光群による画像とが交差した交点に着目する
と、第２のスリット光群の画像上の交点側ついて考察し
た場合に、互いに隣接する交点間の画像は、互いに隣接
する第１のスリット光群によるスリット光が照射された
異なる等高位置の間の物体の形状を表すものである。従
って、第１のスリット光群による画像信号に加えて、第
２のスリット光群による画像信号を用いることで、等高
線間の物体形状が補間された、精度の一層高い物体の三
次元形状の計測が可能となる。

【００１７】

【実施例】先ず、三次元形状計測装置の基本原理につい
て説明する。図１は、三次元形状計測装置を説明する側
面図であり、図２は、図１中に示した処理手段のブロッ
ク図である。図３は、図１中に示した三次元形状計測装
置で得られる一例としての画像のグラフであり、（ａ）
は、物体の先端部にスリット光が照射されている場合で
あり、（ｂ）は物体の中心部にスリット光が照射されて
いる場合であり、（ｃ）は、スリット光の照射位置を物
体が通過してしまった場合である。

【００１８】図１，図２において、１は、撮像手段であ
る既知のＩＴＶカメラ２と、計測対象物体３を載置して
搬送する搬送手段である既知のコンベア４と、光源装置
５と、一対の反射鏡構成体６Ａ，６Ｂでなる反射光用の
伝達手段と、ＩＴＶカメラ２が出力する画像信号の処理
手段７とを備える三次元形状計測装置である。光源装置
５は、カメラ２の撮影の邪魔にならないように，コンベ
ア４の搬送方向（図１中に矢印Ｘで示した。）に対して
直角方向の斜め上方からコンベア４の載置面４ａに対し
てスリット光５１を照射する装置であり、例えば、レー
ザー光源装置とシリンドリカルレンズとを組み合わせた
装置である。光源装置５は、スリット光５１のスリット
状の幅方向がコンベア４の搬送方向に対して垂直方向と
なるように設置されている。カメラ２は、スリット光５
１の幅方向を含む平面１ａ（載置面４ａに対して垂直な
平面である。）内に、その受光部２１を物体３側に向け
て設置されたものであり、受光部２１に入射された，物
体４から反射したスリット光５１の反射光に対応する画
像信号２ａを出力する。

【００１９】一対の反射鏡構成体６Ａ，６Ｂのそれぞれ
は、平面１ａに関して互いに反対面側となる領域に設置
され、それぞれが平面をなす反射面を持つ２枚の矩形状
の反射鏡を備えている。一方の反射鏡構成体６Ａの備え
る第１の反射鏡６１Ａは、その反射面６１Ａａを受光部
２１側に向けて、矩形状の一辺を平面１ａに平行させる
と共に，矩形状の反射面６１Ａａの平面１ａとのなす角
度θ_61A が鈍角をなして設置されている。一方の反射鏡
構成体６Ａの備える第２の反射鏡６２Ａは、その反射面
６２Ａａを物体３側に向けて、その矩形状の一辺を，反
射鏡６１Ａの矩形状の一辺に平行させると共に、その反
射面６２Ａａで受けた物体３から反射されたスリット光
５１の反射光５１Ａを反射鏡６１Ａの反射面６１Ａａに
向けて反射する位置に設置されている。他方の反射鏡構
成体６Ｂの備える第１の反射鏡６１Ｂは、その反射面６
１Ｂａを受光部２１側に向けて、矩形状の一辺を平面１
ａに平行させると共に，矩形状の反射面６１Ｂａの平面
１ａとのなす角度θ_61B が鈍角をなして設置されてい
る。一方の反射鏡構成体６Ｂの備える第２の反射鏡６２
Ｂは、その反射面６２Ｂａを物体３側に向けて、その矩
形状の一辺を，反射鏡６１Ｂの矩形状の一辺に平行させ
ると共に、その反射面６２Ｂａで受けた物体３から反射
されたスリット光５１の反射光５１Ｂを反射鏡６１Ｂの
反射面６１Ｂａに向けて反射する位置に設置されてい
る。すなわち、反射鏡構成体６Ａと反射鏡構成体６Ｂと
は、平面１ａに関して、互いに面対称となるように構成
されている。反射鏡構成体６Ａ，６Ｂは、物体３から反
射されたそれぞれの反射光５１Ａ，５１Ｂを、反射鏡６
２Ａ，６２Ｂで受光して、反射鏡６１Ａ，６１Ｂに向け
て反射し、反射鏡６１Ａ，６１Ｂは、反射鏡６２Ａ，６
２Ｂに映る物体３の像の全体が、カメラ２の受光部２１
によって受光されるようにしている。なお、反射鏡６１
Ｂの平面１ａ側の辺と、反射鏡６１Ａの平面１ａ側の辺
との間には、間隙が存在していても、また間隙が存在し
ていなくても、どちらでも差し支えは無い。

【００２０】画像信号２ａの処理手段７は、Ａ／Ｄ変換
回路部７１と、複数のフレームメモリ７２と、処理回路
部７３と、データバス７４とを備えている。Ａ／Ｄ変換
回路部７１は、アナログ信号である画像信号２ａを入力
して、デジタル信号に変換したうえでフレームメモリ７
２に出力する。フレームメモリ７２は、デジタル化され
た画像信号２ａを入力して格納する。処理回路部７３
は、フレームメモリ７２に格納されているデジタル化さ
れた画像信号２ａを、データバス７４を介して取り出
し、よく知られた三角測量の原理により、画像信号２ａ
に従う物体３の高さの算出等の演算を行う。

【００２１】図１，図２に示した三次元形状計測装置１
は前述の構成としており、光切断法を利用して物体３の
三次元形状を計測する装置である。この三次元形状計測
装置１では、物体３は、コンベア４の載置面４ａ上に載
置されて、図１において紙面に向かって左から右へと搬
送される。その間に平面１ａを垂直に横切り、その際
に、スリット光５１の照射を受ける。このため、まずそ
の先端部がスリット光５１の照射を受ける〔この状態の
物体３の位置は、図１（ａ）中で点線で描いた物体３の
中央線が符号Ｘ₁ で示した部位に在る位置である。〕。
この状態においては、物体３がこの事例ではドーム状の
形状をしているので、反射光５１Ａの反射鏡６１Ａへの
到達は、物体３自身により妨げられる。従って、カメラ
２の受光部２１によって受光されるのは、反射光５１Ｂ
だけとなる。

【００２２】ここでカメラ２で得られる画像フレーム９
を説明する。図３において、９１１は、反射光５１Ａに
対する画像フレームであり、９１２は、反射光５１Ｂに
対する画像フレームである。三次元形状計測装置１で
は、１台のカメラ２によって、反射光５１Ａと反射光５
１Ｂの両反射光に対する画像を得ることができるのであ
る。ところで物体３の中央線がＸ₁ の位置に有る場合で
は、カメラ２で得られる画像フレーム９は、前記した理
由により、画像フレーム９１１中には何の画像も存在せ
ず、画像フレーム９１２中に、物体３の中央線がＸ₁ の
位置に有る場合に対応する反射光５１Ｂによる画像３１
１ｂが存在するのみである。この画像フレーム９中の画
像は、画像信号２ａとしてカメラ２から出力され、Ａ／
Ｄ変換回路部７１を介してデジタル化されたうえで、フ
レームメモリ７２の１枚に格納される。

【００２３】物体３の搬送が進み、物体３の中央線が符
号Ｘ₂ で示した部位にある位置、すなわち、物体３の中
央線が平面１ａに合致する位置〔この状態の物体３の位
置を、図１（ａ）中で実線で描いて示してある。〕に到
達すると、反射光５１Ａ，５１Ｂはそれぞれ反射鏡６１
Ａ，６１Ｂに到達する。この場合には、図３（ｂ）中に
示すごとく、画像フレーム９１１中には、物体３の中央
線がＸ₂ の位置に有る場合に対応する反射光５１Ａによ
る画像３１２ａが存在し、画像フレーム９１２中には、
物体３の中央線がＸ₂ の位置に有る場合に対応する反射
光５１Ｂによる画像３１２ｂが存在することになる。こ
の画像フレーム９中の画像も、画像信号２ａとしてカメ
ラ２から出力され、別のフレームメモリ７２の１枚に格
納される。

【００２４】さらに、物体３の搬送が進み、物体３の後
端部が平面１ａの位置を通過する〔この状態の物体３の
位置を、図１（ａ）中で点線で描いた物体３の中央線が
符号Ｘ₃ で示した部位に在る位置．〕と、反射光５１
Ａ，５１Ｂはそれぞれ載置面４ａで反射したうえで、反
射鏡６１Ａ，６１Ｂに到達する。この場合には、図３
（ｃ）中に示すごとく、画像フレーム９１１中には、載
置面４ａの位置に対応する反射光５１Ａによる画像３１
３ａが存在し、画像フレーム９１２中には、載置面４ａ
の位置に対応する反射光５１Ｂによる画像３１３ｂが存
在することになる。この画像フレーム９中の画像も、画
像信号２ａとしてカメラ２から出力され、さらに別のフ
レームメモリ７２の１枚に格納される。

【００２５】なお、図１中には煩雑になることを避ける
ために記載を省略したが、図１（ａ）中に示した位置Ｘ
₁ 〜Ｘ₃ 以外の場所における物体３の画像信号２ａも、
必要に応じてフレームメモリ７２にそれぞれ格納される
ことは勿論である。このようにしてフレームメモリ７２
に格納された物体３等に関する画像信号２ａを整理して
記述すると、位置Ｘ₁ 付近，および位置Ｘ₁ と位置Ｘ₂
との中間の位置では、反射光５１Ａによる画像は存在し
ないが、この場合には、反射光５１Ｂによる画像が存在
する。また、位置Ｘ₂ およびその付近の位置では、反射
光５１Ａによる画像と，反射光５１Ｂによる画像が存在
する。さらに、位置Ｘ₂ 付近から位置Ｘ₃ に至る間の物
体３の位置では、反射光５１Ｂによる画像は存在しない
が、この場合には、反射光５１Ａによる画像が存在す
る。

【００２６】これらのフレームメモリ７２に格納された
画像信号２ａが、処理回路部７３に取り出されて、演算
処理が行われる。例えば、位置３１３における画像信号
２ａに記録されている載置面４ａの位置に関する画像信
号２ａを基にして、位置３１１における画像信号２ａに
記録されているその位置においてスリット光５１が照射
されている物体３に部位の高さが、三角測量の原理によ
り演算される。また、位置Ｘ₁ 付近の反射光５１Ｂによ
る画像信号２ａと、位置Ｘ₂ およびその付近における反
射光５１Ａ，５１Ｂによる画像信号２ａと、位置Ｘ₂ 付
近から位置Ｘ₃に至る間の反射光５１Ａによる画像信号
２ａが総合されて処理される。反射光５１Ａによる画像
信号２ａと反射光５１Ｂによる画像信号２ａとが、搬送
方向に関して、物体３の互いに反対側となる部位に関す
る画像信号２ａであることに留意すると、カメラ２によ
り取得できる物体３の画像が一部欠落することがあって
も、三次元形状計測装置１で得られたこれ等の画像信号
２ａを総合して処理することで、欠落された物体部分の
画像を補間し合うことが可能となり、これにより、物体
３の形状がドーム状のような形状であっても、物体３全
体の形状計測を正確に行うことが可能となるのである。

【００２７】次に、以下この発明の実施例を詳細に説明
する。 実施例１；図４は、請求項１に対応するこの発明の一実
施例による三次元形状計測装置を説明する側面図であ
り、図５は、図４中に示した三次元形状計測装置で得ら
れる一例としての画像のグラフであり、図６は、画像の
補間方法を説明するグラフである。図４〜図６におい
て、図１〜図３に示した三次元形状計測装置と同一部分
には同じ符号を付し、その説明を省略する。図４におい
て、１Ａは、図１，図２に示した三次元形状計測装置１
に対して、反射鏡構成体６Ａ，６Ｂとコンベア４に替え
て、反射鏡構成体６Ｃ，６Ｄとコンベア４Ａを用いるよ
うにすると共に、第２の光源装置５Ｙを備えるようにし
た三次元形状計測装置装置である。なおこの場合、光源
装置５が第１の光源装置である。

【００２８】反射鏡Ｃ，６Ｄの反射鏡構成体６Ａ，６Ｂ
に対する相違点は、反射鏡構成体６Ｃ，６Ｄでは、反射
鏡６１Ｂの平面１ａ側の辺と、反射鏡６１Ａの平面１ａ
側の辺との間には、間隙Ｇが必ず形成される必要が有る
ことである。コンベア４Ａのコンベア４に対する相違点
は、少なくとも物体３を載置する部位に、開口部４１が
形成されたことである。この開口部４１は、平面１ａに
平行させた幅方向を有するスリット状をなしている。光
源装置５Ｙは、コンベア４Ａのカメラ２の受光部２１に
関する反対面側に設置され、開口部４１および間隙Ｇを
通して、受光部２１に向けて平行光線による第２のスリ
ット光５９を照射する。このスリット光５９は、第１の
スリット光５１の幅方向と平行する幅方向を有するもの
である。

【００２９】図４に示した三次元形状計測装置１Ａは前
述の構成としており、光切断法を利用して物体３の三次
元形状を計測する装置である。ここで、三次元形状計測
装置１Ａにおいて、カメラ２で得られる画像フレーム９
Ａを説明する。図５中に示したごとく、三次元形状計測
装置１Ａにおいては、三次元形状計測装置１の場合とは
異なり、間隙Ｇが存在していることにより、反射光５１
Ａに対する画像フレーム９２１と、反射光５１Ｂに対す
る画像フレーム９２２との間に、間隙Ｇに対応する間隔
が存在することになる。この間隔の部位にスリット光５
９による画像が形成される画像フレーム９２３が得られ
ることになる。

【００３０】画像フレーム９２３に得られるスリット光
５９の画像は、開口部４１上に物体３が存在していない
場合には、スリット光５９が持つそのままのスリット状
の画像である。しかし、図４に示した開口部４１上に物
体３が載置されている場合には、物体３によってスリッ
ト光５９の中間部が遮蔽されることになるので、画像フ
レーム９２３に得られるスリット光５９による画像は、
図５中に符号５９１で示したごとく、物体３により遮蔽
された部分Ｗが欠落したものとなる。例えば、物体３を
その最大幅が開口部４１上に位置するように載置すれ
ば、このスリット光５９の欠落した部分Ｗが物体３の最
大幅であるとして直接得ることが可能になるのである。

【００３１】物体３の形状によっては、画像フレーム９
２１，画像フレーム９２２で得られる物体３の画像で
は、物体３の端部部分を含む全ての画像を得ることはで
きないことが多いものである。しかし、三次元形状計測
装置１Ａでは、画像フレーム９Ａに対応する画像信号２
ａを用いて処理回路部７３において演算処理を行うこと
ができる。三次元形状計測装置１Ａにおける処理回路部
７３における演算処理方法を図６によって説明する。図
６中に示した物体３の画像３１１ｂでは、物体３の形状
・性状等が原因で物体３の端部部分の反射光５１Ｂが弱
くなったために、物体３の端部部分の画像が得られてい
ない。すなわち、画像３１１ｂでは、載置面４ａ相当す
る面上で、図６中のＡ点に相当する画像３１１ｂのＰ点
から端部Ｂ点までの間の画像が欠落している。このため
に、Ｐ点からＢ点の間を補間する必要がある。この場
合、Ｂ点に関するデータが無いので，この補間作業は推
定等により実施しなければならず、Ｐ点以降をどのよう
に補間するかにより物体３の形状の計測精度に影響を受
けざるをえないところである。三次元形状計測装置１Ａ
においては、物体３の最大幅Ｗを欠落部分として持つス
リット光５９による画像５９１が同時に得られており、
物体３の最大幅Ｗが正確に計測される。画像３１１ｂの
端部Ｂ点は、この画像５９１の欠落個所の境界点として
得ることができる。この実測データによるＢ点を基にし
て，Ｐ点からＢ点の間を補間することができることで、
物体３の端部および端部付近の形状を正確に補間するこ
とが可能となるのである。なお、このＰ点からＢ点間の
補間方法は、直線補間，曲線補間、または、物体３の特
長に適合した適宜の補間方法を用いることができるもの
である。

【００３２】実施例２；図７は、請求項２に対応するこ
の発明の一実施例による三次元形状計測装置を説明する
側面図であり、図８は、図７中に示した三次元形状計測
装置で得られる一例としての画像のグラフであり、図９
は、図７におけるＲ部の詳細図である。図７〜図９にお
いて、図１〜図３に示した三次元形状計測装置と同一部
分には同じ符号を付し、その説明を省略する。

【００３３】図７において、１Ｂは、図１，図２に示し
た三次元形状計測装置１に対して、光源装置として光源
装置５に加えて、光源装置５Ｃ〜５Ｆを備えるようにす
ると共に、必要に応じて、撮影制御手段８を備えるよう
にした三次元形状計測装置装置である。それぞれの光源
装置５Ｃ〜５Ｆは、光源装置５と同一の光源装置であ
り、光源装置５と同様に，カメラ２の撮影の邪魔になら
ないように，コンベア４の搬送方向に対して直角方向の
斜め上方から、光源装置５によるスリット光５１と平行
させて、スリット光５１Ｃ〜５１Ｆをそれぞれ出射す
る。光源装置５Ｃ〜５Ｆは、スリット光５１とスリット
光５１Ｃ〜５１Ｆとが、図７中の示したごとく、互いに
等しい間隔Ｌ₀ となるように設置される。

【００３４】撮影制御手段８は、カメラ２による撮影の
実行を、スリット光群５１Σ（以降、スリット光５１，
５１Ｃ〜５１Ｆを総称する場合には、このように言うこ
とがある。）の相互間隔が等間隔Ｌ ₀ に等しい距離だけ
物体３が移動するに要する時間と同一の周期でカメラ２
による撮影の実行を行わせる撮影信号８ａを、カメラ２
に与える装置である。

【００３５】図７に示した三次元形状計測装置１Ｂは前
述の構成としており、光切断法を利用して物体３の三次
元形状を計測する装置である。光源装置５Ｃ〜５Ｆから
出射されるスリット光５１Ｃ〜５１Ｆは、光源装置５に
よるスリット光５１と同様にして、物体３を照射する。
スリット光５１Ｃ〜５１Ｆの照射を受けた物体３は、そ
れぞれに対応する反射光５１ＣＡ〜５１ＦＡおよび５１
ＣＢ〜５１ＦＢを反射する。スリット光５１による反射
光５１Ａ，５１Ｂを含めた反射光群５１ΣＡ（以降、反
射光５１Ａ，５１ＣＡ〜５１ＦＡを総称する場合には、
このように言うことがある。）と、反射光群５１ΣＢ
（以降、反射光５１Ｂ，５１ＣＢ〜５１ＦＢを総称する
場合には、このように言うことがある。）は、スリット
光５１，５１Ｃ〜５１Ｆの等間隔Ｌ₀ である関係を保持
したまま、反射鏡構成体６Ａ，６Ａを介して受光部２１
に入射する。

【００３６】ここで、三次元形状計測装置１Ｂにおい
て、カメラ２で得られる画像フレーム９Ｂを説明する。
図８中に示したごとく、三次元形状計測装置１Ｂにおい
ては、三次元形状計測装置１の場合とは異なり、光源装
置として光源装置５，５Ａ〜５Ｆが設置されていること
により、画像フレーム９３１には反射光５１ΣＡによる
画像３１２Σａが存在し、画像フレーム９３２には反射
光５１ΣＢによる画像３１２Σｂが存在する。この画像
フレーム９Ｂ中の画像は、画像信号２ａとしてカメラ２
から出力され、Ａ／Ｄ変換回路部７１を介してデジタル
化されたうえで、フレームメモリ７２の１枚に格納され
る。

【００３７】撮影制御手段８として、間隔Ｌ₀ に等しい
距離だけ物体３が移動するに要する時間と同一の周期で
カメラ２に撮影を行わせる撮影信号８ａを出力するもの
を用いた場合について、図９により説明する。ある撮影
タイミングにおいて、物体３の位置が、図９中に実線で
示した位置に在ったものとする。その際のスリット光５
Ｄにより照射を受ける位置を位置Ｑとする。物体３が例
えばＬ₀ ×ｍ（図９に示した場合では、ｍ＝２であ
る。）だけ移動した後の物体３上の位置Ｑは、スリット
光５Ｅにより照射を受けることになる。

【００３８】載置面４ａで反射したスリット光５Ｄに対
応する反射光を、第２の反射鏡６２Ａおよび第２の反射
鏡６２Ｂで受光する角度は、それぞれ角度θ_1A，θ_1Bで
あり、載置面４ａで反射したスリット光５Ｅに対応する
反射光を、第２の反射鏡６２Ａおよび第２の反射鏡６２
Ｂで受光する角度は、それぞれ角度θ_2A, θ_2Bである。
すなわち、物体３が間隔Ｌ₀ に等しい距離だけ移動する
毎にカメラ２で物体３を撮影して、それ等に対応する画
像信号２ａをフレームメモリ７２に格納するようにする
ことで、それぞれ観測する角度が異なる物体３の同一部
位の画像を得ることができるのである。

【００３９】物体３をカメラ２で撮影する場合に、物体
３の形状が凹凸を持つ場合等に、物体３からの反射光を
受光する位置と物体３の形状との関係で、ある部位の物
体３で反射した反射光を入射させることができないこと
が有るが、三次元形状計測装置装置１Ｂで得られる画像
では、ある角度で受光した場合の反射光であっては陰に
なることで画像が欠落する物体部位が有っても、この部
位の画像は他の角度で受光した他の画像により得ること
ができる可能性を持つことになる。

【００４０】これにより、同一個所を互いに異なる多数
の角度から受光した場合の画像信号２ａを互いに補間さ
せて処理して、欠落された物体部分の画像を補間し合う
ことで，大きな凹凸を持つ形状の物体３の正確な計測が
可能となるのである。実施例３；図１０は、請求項３に
対応するこの発明の一実施例による三次元形状計測装置
を説明する側面図であり、図１１は、図１０中に示した
三次元形状計測装置で得られる一例としての画像のグラ
フである。なお、図１０は、コンベアの搬送方向が紙面
に垂直であるとして描かれている。図１０，図１１にお
いて、図１〜図３に示した三次元形状計測装置と同一部
分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１０に
おいて、１Ｃは、図１，図２に示した三次元形状計測装
置１に対して、光源装置５と、反射光用の伝達手段であ
る反射鏡構成体６Ａ，６Ｂに替えて、第１の光源装置群
５Ｇと、反射光用の伝達手段である反射鏡構成体６Ｇを
用いるようにした三次元形状計測装置装置である。

【００４１】第１の光源装置群５Ｇは、光源装置５を個
別光源装置装置として用い、それぞれの光源装置５が照
射するスリット光５１ａ，５１ｂ，５１ｃの幅方向が，
いずれも物体３が載置される載置面４ａに対して水平方
向になると共に，互いに平行かつ相互間隔Ｈ₀ による等
間隔となるように設置されるものである。なお、光源装
置５は、それぞれのスリット光５１ａ，５１ｂ，５１ｃ
が物体３の全周を隈なく照射するようにするために、そ
れぞれのスリット光５１ａ，５１ｂ，５１ｃ毎に複数台
数が設置される。

【００４２】反射鏡構成体６Ｇは、共に円錐形状の反射
面を有する一対となる第１の反射鏡６１Ｇと第２の反射
鏡６２Ｇとを備えている。反射鏡６１Ｇは、その反射面
６１Ｇａを受光部２１側に向けて、その中心軸線がコン
ベア４の載置面４ａに対して垂直となり、しかもこの中
心軸線が受光部２１の中心に一致するように設置されて
いる。また、反射鏡６２Ｇは、その反射面６２Ｇａを物
体３側に向けて、その中心軸線が反射鏡６１Ｇの中心軸
線と同心と共に、その反射面６２Ｇａで受けた物体３か
ら反射された前記第１のスリット光群５１Ｇ（以降、ス
リット光５１ａ，５１ｂ，５１ｃを総称する場合には、
このように言うことがある。）の反射光群５１ＧＡを反
射鏡６１Ｇの反射面６１Ｇａに向けて反射する位置に設
置されている。すなわち、反射鏡構成体６Ｇは、物体３
から反射された反射光群５１ＧＡを、反射鏡６２Ｇで受
光して、反射鏡６１Ｇに向けて反射し、反射鏡６１Ｇ
は、反射鏡６２Ｇに映る物体３の像の全体が、カメラ２
の受光部２１によって受光されるようにしている。

【００４３】スリット光群５１Ｇが物体３で反射した反
射光群５１ＧＡの持つ個々の反射光は、いずれも物体３
の周囲を一巡する環状であり、それぞれの反射光群５１
ＧＡの持つ個々の反射光は、スリット光群５１Ｇのそれ
ぞれのスリット光５１ａ，５１ｂ，５１ｃの相互間隔Ｈ
₀ に従う物体３の等高位置で反射した反射光に対応す
る。ところで、反射鏡６１Ｇと反射鏡６２Ｇがその中心
軸を同心とした円錐形であることにより、反射鏡６１Ｇ
が反射する反射光は、物体３で反射した反射光群５１Ｇ
Ａの状態のままが保持される。

【００４４】図１０に示した三次元形状計測装置１Ｃは
前述の構成としており、光切断法を利用して物体３の三
次元形状を計測する装置である。三次元形状計測装置１
Ｃにおいては、コンベア４の載置面４ａ上に載置された
物体３がコンベア４により搬送されて、受光部２１の直
下付近に物体３の中心部が到達したタイミングで、カメ
ラ２による撮影を行い、物体３の画像を得る。ここで、
三次元形状計測装置１Ｃにおいて、カメラ２で得られる
画像フレーム９Ｃを説明する。図１１中に示したごと
く、三次元形状計測装置１Ｃにおいては、三次元形状計
測装置１の場合とは異なり、物体３の周囲から水平なス
リット光群５１Ｇが照射されるので、それによる反射光
群５１ＧＡも物体３の周囲を一巡する環状となる。それ
ぞれの反射光群５１ＧＡによる反射光は、スリット光群
５１Ｇのそれぞれのスリット光５１ａ，５１ｂ，５１ｃ
の相互間隔Ｈ₀ に従う物体３の等高線となって現れる。
すなわち、画像フレーム９Ｃには、それぞれ、スリット
光５１ａ，５１ｂ，５１ｃに対応する物体３の画像が、
等高線である画像３８ａ，３８ｂ，３８ｃとして得られ
る。画像フレーム９Ｃによる画像が画像信号２ａとして
カメラ２から出力され、フレームメモリ７２の１枚に格
納される。

【００４５】このフレームメモリ７２に格納された画像
信号２ａを、処理回路部７３に取り出し、これに相互間
隔Ｈ₀ の寸法等の既知の値も合わせて使用して、物体３
の三次元形状の演算処理が行われる。三次元形状計測装
置１Ｃでは、１台のカメラ２を用いての１回の撮影によ
って、複数の等高位置の物体３の形状を表す画像が得ら
れることで、物体３の三次元形状の計測を短時間で遂行
することが可能となるのである。

【００４６】実施例３における今までの説明では、第１
の光源装置群５Ｇの備えるスリット光群５１Ｇの本数は
３本であるとしてきたが、これに限定されるものではな
く、例えば、４本以上であってもよいものである。スリ
ット光５１Ｇの本数を増やすことにより、物体３の三次
元形状の計測精度を向上させることが可能である。実施
例４；図１２は、請求項４に対応するこの発明の一実施
例による三次元形状計測装置を説明する側面図であり、
図１３は、図１２においてＳ矢から見た側面図であり、
図１４は、図１２，図１３中に示した三次元形状計測装
置で得られる一例としての画像のグラフである。なお、
図１２は、コンベアの搬送方向が紙面に垂直であるとし
て描かれている。図１２，図１３において、図１〜図３
に示した三次元形状計測装置、および、図１０，図１１
に示した請求項５に対応するこの発明の一実施例による
三次元形状計測装置と同一部分には同じ符号を付し、そ
の説明を省略する。

【００４７】図１２，図１３において、１Ｄは、図１０
に示した請求項６に対応するこの発明の一実施例による
三次元形状計測装置１Ｃに対して、第２の光源装置群５
Ｈを追加して用いるようにした三次元形状計測装置装置
である。第２の光源装置群５Ｈは、少なくとも２組の光
源装置５を個別光源装置として用いており、それぞれの
光源装置５は、カメラ２の撮影の邪魔にならないよう
に、コンベア４の搬送方向（図１３中の矢印Ｘで示し
た。）に対して直角方向の，相対する斜め上方から，コ
ンベア４の載置面４ａに対してスリット光５１ｄ，５１
ｅを照射するよう設置される。また、第２の光源装置群
５Ｈは、スリット光５１ｄ，５１ｅのスリット状の幅方
向がコンベア４の搬送方向に対して垂直方向となると共
に、これ等のスリット光５１ｄ，５１ｅがその幅方向
で、コンベア４の搬送方向に沿って間隔Ｌ_D を保って互
いに平行するように設置される。

【００４８】第２の光源装置群５Ｈが照射する第２のス
リット光群５１Ｈ（以降、スリット光５１ｄ，５１ｅを
総称する場合には、このように言うことがある。）は、
物体３に当たって反射光群５１ＨＡとなって反射され
る。この反射光群５１ＨＡは、第１の光源装置群５Ｇに
よる反射光群５１ＧＡと同様に、反射鏡構成体６Ｇを介
してカメラ２の受光部２１に受光される。これら反射光
によってカメラ２で得られた画像が画像信号２ａとして
カメラ２から出力され、フレームメモリ７２の１枚に格
納されることになる。

【００４９】図１２，図１３に示した三次元形状計測装
置１Ｄは前述の構成としており、光切断法を利用して物
体３の三次元形状を計測する装置である。三次元形状計
測装置１Ｄにおいても、物体３がコンベア４により搬送
されて、受光部２１の直下付近にその中心部が到達した
タイミングで、カメラ２の撮影を行い、物体３の画像を
得る。ここで、三次元形状計測装置１Ｄにおいて、カメ
ラ２で得られる画像フレーム９Ｄについて説明する。図
１４中に示したごとく、三次元形状計測装置１Ｄにおい
ては、三次元形状計測装置１Ｃの場合の画像に、反射光
群５１ＨＡによる画像が加えられた状態の画像が得られ
る。すなわち、画像フレーム９Ｄには、それぞれ、スリ
ット光５１ｄ，５１ｅに対応する物体３の画像３８ｄ，
３８ｅが図１４中に示すように得られる。画像３８ａ，
３８ｂ，３８ｃが物体３をいわば水平に切断した場合の
輪郭線を示すものであるのに対し、画像３８ｄ，３８ｅ
は物体３をいわば垂直方向に切断した場合の輪郭線を示
すものである。このために、画像３８ａ，３８ｂ，３８
ｃと画像３８ｄあるいは画像３８ｅとが交差する交点
は、同一の垂直平面上に存在することになる。

【００５０】従って、それぞれが等高線である画像３８
ａ，３８ｂ，３８ｃに画像３８ｄ，３８ｅを追加するこ
とで、これら等高線の相互間の，物体３の形状に関する
情報が得られることになるので、等高線間の形状が補正
された、精度の一層高い物体の三次元形状の計測が可能
となる。実施例４における今までの説明では、第２の光
源装置群５Ｈの備えるスリット光群５１Ｈの本数は２本
であるとしてきたが、これに限定されるものではなく、
例えば、３本以上であってもよいものである。スリット
光５１Ｈの本数を増加することにより、物体３の三次元
形状の計測精度を一層向上させることが可能である。な
お、スリット光５１Ｈの本数を増加する場合には、本数
を増加した分に応じて、画像データ上において、それぞ
れの画像線分の分離処理等を追加する必要がある。

【００５１】実施例１〜実施例４における今までの説明
では、コンベア４は物体３を搬送するものであるとして
きたが、これに限定されるものではなく、例えば、物体
３は静止させておいて、カメラ２をコンベア４に載置し
て移動させてもよいものである。

【００５２】

【発明の効果】この発明においては、前述の構成とした
ので次記する効果が有る。すなわち、 撮像手段は、
第１の光源装置から照射された第１のスリット光の幅方
向を含む平面内に，その受光部を計測対象物体側に向け
て設置されたものであり、反射光用の伝達手段は、撮像
手段が位置する第１のスリット光の幅方向を含む平面に
関して互いに反対面側となる領域に，それぞれが二次元
平面をなす反射面を持つ２枚の反射鏡を備えた一対の反
射鏡構成体でなり、それぞれの反射鏡構成体が備える第
１の反射鏡は、その反射面を撮像手段の受光部側に向け
てその二次元平面の一方の座標軸を第１のスリット光の
幅方向に平行させると共に，その反射面の他方の座標軸
と第１のスリット光の幅方向を含む前記平面とのなす角
度が鈍角をなし，しかも，それぞれの反射鏡構成体が備
える第１の反射鏡の，第１の光源装置からの第１のスリ
ット光の幅方向を含む前記平面側の相互間に間隙を介在
させて設置され、それぞれの反射鏡構成体が備える第２
の反射鏡は、その反射面を計測対象物体側に向けてその
一方の座標軸を第１のスリット光の幅方向に平行させる
と共に，その反射面で受けた計測対象物体から反射され
た第１のスリット光の反射光を第１の反射鏡の反射面に
向けて反射する位置に設置され、第１のスリット光の幅
方向を含む前記平面に関して互いに反対面側となる領域
に計測対象物体からそれぞれ反射された前記の反射光
が，前記の撮像手段によって受光されるようにするもの
であり、計測対象物体の搬送に供せられる搬送手段また
は計測対象物体を載置する載置台は、少なくとも計測対
象物体を載置する部位に，この第１のスリット光の持つ
幅方向と平行させた幅方向を有するスリット状の開口部
を設けるものであり、搬送手段の撮像手段の受光部に関
する反対側には，前記開口部および第１の反射鏡の相互
間の前記の間隙を通して撮像手段の受光部に向けて第２
のスリット光を照射する第２の光源装置が設置されてお
り、この第２の光源装置が供給する第２のスリット光
は、第１のスリット光の幅方向と平行する幅方向を有す
るものであり、画像信号の処理手段は、それぞれの反射
鏡構成体からの反射光に対応する画像信号と，第２のス
リット光に対応する画像信号を入力し，それぞれの画像
信号を互いに補間させて処理して計測対象物体の形状を
演算するものである構成とすることにより、この場合に
は、第１の光源装置からの第１のスリット光に加えて、
第２の光源装置が供給する第２のスリット光が供給され
る。この第２のスリット光は、物体を介して撮像手段の
受光部に向けて照射されるものであるので、受光部で受
光される第２のスリット光は、物体によってその一部が
遮蔽されたものになる。

【００５３】従って、物体をその最大幅が開口部上に位
置するように載置するならば、第２のスリット光の欠落
した部分が物体の最大幅であることとなり、第２のスリ
ット光による画像によって、物体の幅方向寸法の正確な
情報を得ることが可能となる。この物体の幅方向寸法の
情報を使用することで、物体の端部部分の形状に対する
補正処理の実行が容易になり、しかもその演算処理を短
時間に実行することが可能となる。

【００５４】 光源装置は、スリット光を照射する複
数の個別光源装置でなり、それぞれの光源装置は、照射
する前記スリット光の幅方向がいずれも，搬送手段の搬
送方向に対して垂直方向になると共に，搬送手段の搬送
方向に沿って互いに平行かつ相互間隔が等間隔に設置さ
れるものであり、撮像手段は、光源装置が備えた複数の
個別光源装置が照射する前記スリット光の内の，搬送手
段の搬送方向に関してほぼ中央部に存在するスリット状
のスリット光の幅方向を含む平面内に，その受光部を計
測対象物体側に向けて設置されたものであり、また、撮
影制御手段を備え、この撮影制御手段は、撮像手段によ
る撮影の実行を，搬送手段により搬送される計測対象物
体または撮像手段が，複数の個別光源装置によるスリッ
ト光の，それぞれの前記スリット光間の相互間隔に等し
い距離だけ移動するに要する時間と同一の周期で行わせ
る動作信号を撮像手段に与えるものであり、反射光用の
伝達手段は、撮像手段の位置する前記スリット光の幅方
向を含む前記平面に関して互いに反対面側となる領域
に，それぞれが二次元平面をなす反射面を持つ２枚の反
射鏡を備えた一対の反射鏡構成体でなり、それぞれの反
射鏡構成体が備える第１の反射鏡は、その反射面を撮像
手段の受光部側に向けてその二次元平面の一方の座標軸
を前記スリット光の幅方向に平行させると共に，その反
射面の他方の座標軸と前記スリット光の幅方向を含む前
記平面とのなす角度が鈍角をなして設置され、それぞれ
の反射光用の伝達手段が備える第２の反射鏡は、その反
射面を計測対象物体側に向けてその一方の座標軸を前記
スリット光の幅方向に平行させると共に，その反射面で
受けた計測対象物体が反射した前記スリット光の反射光
を第１の反射鏡の反射面に向けて反射する位置に設置さ
れ、前記スリット光の幅方向を含む前記平面に関して互
いに反対面側となる領域に計測対象物体からそれぞれ反
射された前記の反射光が，前記の撮像手段によって受光
されるようにするものであり、画像信号の処理手段は、
それぞれの反射鏡構成体からの複数の個別光源装置を光
源とする反射光に対応する画像信号を互いに補間させて
処理して計測対象物体の形状を演算するものである構成
とすることにより、個別光源装置の設置台数と同数の物
体の同一部位の画像が、互いに異なる角度で同一部位を
観測した場合の画像が得られる。一般に、凹凸を持つ物
体の形状を観測する場合に、物体からの反射光を受光す
る位置と物体の形状との関係で、物体の一部の部位の画
像が得られない場合が有るが、このような場合であって
も、この発明による三次元形状計測装置によれば、異な
る角度で観測した画像が得られることで、そのような部
位の画像を得られる可能性が有る。

【００５５】従って、互いに異なる角度で同一部位を観
測した場合の画像信号を使用して、互いに補間させて処
理することで、欠落された部位の画像信号を補間し合う
ことで、大きな凹凸を持つ物体の形状の、３次元形状の
計測を正確に行うことが可能となる。 光源装置は、
第１のスリット光群を照射する複数の個別光源装置を持
つ第１の光源装置群でなり、それぞれの個別光源装置
は、照射するスリット光の幅方向が，いずれも計測対象
物体が載置される載置面に対して水平方向になると共
に，互いに平行かつ間隔を設けて設置されるものであ
り、反射光用の伝達手段は、共に円錐形状の反射面を有
すると共に，その中心軸線が物体が載置される載置面に
対して垂直となり，しかも，その中心軸線が同心となる
ように設置された２個の反射鏡を備え、反射光用の伝達
手段が備える第１の反射鏡は、その反射面を撮像手段の
受光部側に向け設置され、反射光用の伝達手段が備える
第２の反射鏡は、その反射面を計測対象物体側に向ける
と共に，その反射面で受けた計測対象物体から反射され
た前記第１のスリット光群の反射光を第１の反射鏡の反
射面に向けて反射する位置に設置されてなり、撮像手段
は、その受光部を計測対象物体側に向けると共に，２個
の前記反射鏡が持つ円錐形状をなす反射面の，その円錐
形の中心軸線上に受光部の中心が位置するよう設置され
たものであり、画像信号の処理手段は、反射光用の伝達
手段を介して入力された計測対象物体からの前記反射光
に対応する複数の画像信号を入力し，これ等の画像信号
を互いに補間させて処理して計測対象物体の形状を演算
するものである構成とすることにより、その幅方向が間
隔を置いて互いに水平となる複数のスリット光群が、物
体の全周囲に照射されされることで、物体の等高線位置
に対応する画像を１回の撮影によって得ることが可能と
なる。これにより、物体の３次元形状の計測に要する時
間を短縮することが可能となる。

【００５６】 前記項において、搬送手段の搬送方
向に関する垂直方向から計測対象物体にそれぞれ第２の
スリット光群を照射する複数の個別光源装置からなる第
２の光源装置群を備え、第２の光源装置群の持つ複数の
個別光源装置は、それぞれのスリット光の幅方向が搬送
手段の搬送方向に対して垂直方向となると共に，これ等
のスリット光がその幅方向で，搬送手段の搬送方向に沿
って互いに平行するように設置されたものであり、画像
信号の処理手段は、反射光用の伝達手段を介して入力さ
れた計測対象物体からの第１の光源装置群による第１の
スリット光群の反射光，および，前記の第２のスリット
光群の反射光に対応する画像信号を入力し，それぞれの
反射光に対応する画像信号を互いに補間させて処理して
計測対象物体の形状を演算するものである構成とするこ
とにより、第１の光源装置群による物体の等高線位置に
対応する画像に加えて、第２の光源装置群が照射するス
リット光群により、前記の等高線位置の間の物体の形状
に関する画像を得られる。この第２のスリット光群によ
る画像信号を用いて、等高線間の物体の形状の補間演算
を行うことで、三次元形状計測に際して、計測精度を一
層高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】三次元形状計測装置の基本原理を説明する側面
図

【図２】図１中に示した処理手段のブロック図

【図３】図１中に示した三次元形状計測装置で得られる
一例としての画像のグラフであり、（ａ）は物体の先端
部にスリット光が照射されている場合、（ｂ）は物体の
中心部にスリット光が照射されている場合、（ｃ）はス
リット光の照射位置を物体が通過してしまった場合

【図４】請求項１に対応するこの発明の一実施例による
三次元形状計測装置を説明する側面図

【図５】図４中に示した三次元形状計測装置で得られる
一例としての画像のグラフ

【図６】画像の補間方法を説明するグラフ

【図７】請求項２に対応するこの発明の一実施例による
三次元形状計測装置を説明する側面図

【図８】図７中に示した三次元形状計測装置で得られる
一例としての画像のグラフ

【図９】図７におけるＲ部の詳細図

【図１０】請求項３に対応するこの発明の一実施例によ
る三次元形状計測装置を説明する側面図

【図１１】図１０中に示した三次元形状計測装置で得ら
れる一例としての画像のグラフ

【図１２】請求項４に対応するこの発明の一実施例によ
る三次元形状計測装置を説明する側面図

【図１３】図１２においてＳ矢から見た側面図

【図１４】図１２，図１３中に示した三次元形状計測装
置で得られる一例としての画像のグラフ

【符号の説明】

１ 三次元形状計測装置 １ａ 平面 ２ ＩＴＶカメラ（撮像手段） ２１ 受光部 ２ａ 画像信号 ３ 物体（測定対象物体） ４ コンベア（搬送手段） ４ａ 載置面 ５ 光源装置 ５１ スリット光（スリット状の光束） ５１Ａ 反射光 ５１Ｂ 反射光 ６Ａ 反射鏡構成体（反射光の伝達手段） ６Ｂ 反射鏡構成体（反射光の伝達手段） ７ 処理手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−322526（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−124006（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−89505（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−15748（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/24

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計測対象物体からの反射光等を入力して
   この反射光等に対応する画像信号を出力する撮像手段
   と、計測対象物体または撮像手段を平面状をした載置面
   上に載置して搬送する搬送手段と、搬送手段の搬送方向
   に関する垂直方向から計測対象物体にスリット状の第１
   の光束を照射すると共に，この第１の光束の幅方向が搬
   送手段の搬送方向に対して垂直方向となるように設置さ
   れた第１の光源装置と、第１の光源装置からの前記の第
   １の光束が計測対象物体に当たって反射した反射光を撮
   像手段に導く反射光用の伝達手段と、撮像手段が出力す
   る画像信号を処理して計測対象物体の形状を演算する画
   像信号の処理手段とを備えた三次元形状計測装置におい
   て、 撮像手段は、第１の光源装置から照射された第１の光束
   の幅方向を含む平面内に，その受光部を計測対象物体側
   に向けて設置されたものであり、反射光用の伝達手段
   は、撮像手段が位置する第１の光束の幅方向を含む前記
   平面に関して互いに反対面側となる領域に，それぞれが
   二次元平面をなす反射面を持つ２枚の反射鏡を備えた一
   対の反射鏡構成体でなり、それぞれの反射鏡構成体が備
   える第１の反射鏡は、その反射面を撮像手段の受光部側
   に向けてその二次元平面の一方の座標軸を第１の光束の
   幅方向に平行させると共に，その反射面の他方の座標軸
   と第１の光束の幅方向を含む前記の平面とのなす角度が
   鈍角をなし，しかも，それぞれの反射鏡構成体が備える
   第１の反射鏡の，第１の光源装置からの第１の光束の幅
   方向を含む平面側の相互間に間隙を介在させて設置さ
   れ、それぞれの反射鏡構成体が備える第２の反射鏡は、
   その反射面を計測対象物体側に向けてその一方の座標軸
   を第１の光束の幅方向に平行させると共に，その反射面
   で受けた計測対象物体が反射した第１の光束の反射光を
   第１の反射鏡の反射面に向けて反射する位置に設置さ
   れ、第１の光束の幅方向を含む前記平面に関して互いに
   反対面側となる領域に計測対象物体からそれぞれ反射さ
   れた前記の反射光が，撮像手段によって受光されるよう
   にするものであり、計測対象物体の搬送に供せられる搬
   送手段または計測対象物体を載置する載置台は、少なく
   とも計測対象物体を載置する部位に，この第１の光束の
   持つ幅方向と平行させた幅方向を有するスリット状の開
   口部を設けるものであり、搬送手段の撮像手段の受光部
   に関する反対側には，前記開口部および第１の反射鏡の
   相互間の前記の間隙を通して撮像手段の受光部に向けて
   スリット状の第２の光束を照射する第２の光源装置が設
   置されており、この第２の光源装置が供給するスリット
   状の前記の第２の光束は、スリット状の第１の光束の幅
   方向と平行する幅方向を有するものであり、画像信号の
   処理手段は、それぞれの反射鏡構成体からの前記反射光
   に対応する画像信号と，スリット状の第２の光束に対応
   する画像信号を入力し，それぞれの画像信号を互いに補
   間させて処理して計測対象物体の形状を演算するもので
   ある、ことを特徴とする三次元形状計測装置。
2. 【請求項２】 計測対象物体からの反射光を入力してこ
   の反射光に対応する画像信号を出力する撮像手段と、計
   測対象物体または撮像手段を平面状をした載置面上に載
   置して搬送する搬送手段と、搬送手段の搬送方向に関す
   る垂直方向から計測対象物体にスリット状の光束を照射
   すると共に，この光束の幅方向が搬送手段の搬送方向に
   対して垂直方向となるように設置された光源装置と、光
   源装置からの前記光束が計測対象物体に当たって反射し
   た反射光を撮像手段に導く反射光用の伝達手段と、撮像
   手段が出力する画像信号を処理して計測対象物体の形状
   を演算する画像信号の処理手段とを備えた三次元形状計
   測装置において、 光源装置は、スリット状の前記の光束を照射する複数の
   個別光源装置でなり、それぞれの個別光源装置は、照射
   する前記光束の幅方向がいずれも，搬送手段の搬送方向
   に対して垂直方向になると共に，搬送手段の搬送方向に
   沿って互いに平行かつ相互間隔が等間隔に設置されるも
   のであり、撮像手段は、光源装置が備えた複数の個別光
   源装置が照射する前記光束の内の，搬送手段の搬送方向
   に関してほぼ中央部に存在するスリット状の光束の幅方
   向を含む平面内に，その受光部を計測対象物体側に向け
   て設置されたものであり、また、撮影制御手段を備え、
   この撮影制御手段は、撮像手段による撮像の実行を，搬
   送手段により搬送される計測対象物体または撮像手段
   が，複数の個別光源装置によるスリット状の光束の搬送
   手段の搬送方向に関して，それぞれのスリット状の前記
   の光束間の相互間隔に等しい距離だけ移動するに要する
   時間と同一の周期で行わせる動作信号を撮像手 段に与え
   るものであり、反射光用の伝達手段は、撮像手段の位置
   に存在する光束の幅方向を含む平面に関して互いに反対
   面側となる領域に，それぞれが二次元平面をなす反射面
   を持つ２枚の反射鏡を備えた一対の反射鏡構成体でな
   り、それぞれの反射鏡構成体が備える第１の反射鏡は、
   その反射面を撮像手段の受光部側に向けてその二次元平
   面の一方の座標軸を光束の幅方向を含む前記平面に平行
   させると共に，その反射面の他方の座標軸と光束の幅方
   向を含む前記平面とのなす角度が鈍角をなして設置さ
   れ、それぞれの反射光用の伝達手段が備える第２の反射
   鏡は、その反射面を計測対象物体側に向けてその一方の
   座標軸を第１の反射鏡一方の座標軸に平行させると共
   に，その反射面で受けた計測対象物体から反射された前
   記光束の反射光を第１の反射鏡の反射面に向けて反射す
   る位置に設置され、前記光束の幅方向を含む前記平面に
   関して互いに反対面側となる領域に計測対象物体からそ
   れぞれ反射された前記反射光が，撮像手段によって受光
   されるようするものであり、画像信号の処理手段は、そ
   れぞれの反射鏡構成体からの複数の個別光源装置を光源
   とする前記反射光に対応する画像信号を互いに補間させ
   て処理して計測対象物体の形状を演算するものである、
   ことを特徴とする三次元形状計測装置。
3. 【請求項３】 計測対象物体からの反射光を入力してこ
   の反射光に対応する画像信号を出力する撮像手段と、計
   測対象物体または撮像手段を平面状をした載置面上に載
   置して搬送する搬送手段と、計測対象物体にスリット状
   の光束を照射する光源装置と、光源装置からの前記光束
   が計測対象物体に当たって反射した反射光を撮像手段に
   導く反射光用の伝達手段と、撮像手段が出力する画像信
   号を処理して計測対象物体の形状を演算する画像信号の
   処理手段と、を備えた三次元形状計測装置において、 光源装置は、スリット状の第１の光束群を照射する複数
   の個別光源装置を持つ第１の光源装置群でなり、それぞ
   れの個別光源装置は、照射する光束の幅方向が，いずれ
   も計測対象物体が載置される載置面に対して水平方向に
   なると共に，それぞれの幅方向が互いに平行かつ互いに
   間隔を設けらるように設置されるものであり、反射光用
   の伝達手段は、共に円錐形状の反射面を有すると共に，
   それ等の中心軸線が搬送手段が持つ載置面に対して垂直
   となり，しかも，それ等の中心軸線が同心となるように
   設置された２個の反射鏡を備え、反射光用の伝達手段が
   備える第１の反射鏡は、その反射面を撮像手段の受光部
   側に向けて設置され、反射光用の伝達手段が備える第２
   の反射鏡は、その反射面を計測対象物体側に向けると共
   に，その反射面で受けた計測対象物体から反射された前
   記第１の光束群の反射光を第１の反射鏡の反射面に向け
   て反射する位置に設置されてなり、撮像手段は、その受
   光部を計測対象物体側に向けると共に，２個の前記反射
   鏡が持つ円錐形状をなす反射面の，その円錐形の中心軸
   線上にその受光部が位置するよう設置されたものであ
   り、画像信号の処理手段は、反射光用の伝達手段を介し
   て入力された計測対象物体からの前記反射光に対応する
   複数の画像信号を入力し，これ等の画像信号を互いに補
   間させて処理して計測対象物体の形状を演算するもので
   ある、ことを特徴とする三次元形状計測装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の三次元形状計測装置に
   おいて、搬送手段の搬送方向に関する垂直方向から計測
   対象物体にそれぞれスリット状の第２の光束群を照射す
   る複数の個別光源装置からなる第２の光源装置群を備
   え、第２の光源装置群の持つ複数の個別光源装置は、そ
   れぞれの光束の幅方向が搬送手段の搬送方向に対して垂
   直方向となると共に，これ等の光束がその幅方向で，搬
   送手段の搬送方向に沿って互いに平行するように設置さ
   れたものであり、画像信号の処理手段は、反射光用の伝
   達手段を介して入力された計測対象物体からの第１の光
   源装置群による第１の光束群の反射光，および，前記の
   第２の光束群の反射光に対応する画像信号を入力し，そ
   れぞれの反射光に対応する画像信号を互いに補間させて
   処理して計測対象物体の形状を演算するものであること
   を特徴とする三次元形状計測装置。