JP4872948B2 - ３次元形状測定装置および３次元形状測定方法 - Google Patents

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。

従来から、レーザー光を測定対象物に照射することにより測定対象物の３次元形状を測定することが行われている。この３次元形状測定は３次元形状測定装置によって次のような手順で行われる。まず３次元形状測定装置は、測定対象物にレーザー光を照射すると共にレーザー光の照射方向を変化させるかまたはレーザー光源を移動させることによりレーザー光を走査してレーザー光の照射スポットの形成位置を変化させ、形成位置が変化されたそれぞれの照射スポットにおける反射光を受光する。そして、三角測量の原理によりレーザー光源からそれぞれの照射スポットが形成された測定対象物の部位（照射ポイント）までの距離を検出することで測定対象物の３次元形状を測定する。

また、測定の結果得られた３次元形状データに色彩や陰影を付して３次元画像を生成する３次元形状測定装置も開発されている。例えば、特許文献１には、反射光の受光量を利用して色を表示するものが、特許文献２には、反射光の受光幅を利用して陰影を表示するものが、さらに特許文献３には、３次元形状測定とは別に色画像データを取得し、３次元形状に色画像を合成するものが、それぞれ記載されている。
特開２００３−３５５２４号公報 特開２００２−９２６３２号公報 特開平１１−２８１３３５号公報

特許文献３に記載の発明のように、色画像データを取得して３次元形状に色画像を合成する手段は、精度よく３次元画像に色彩を付与することができるが、色画像データはカメラ撮影により得られるため、３次元形状測定の測定領域を広くすることが困難であるという問題がある。

これに対し、反射光の受光量や反射光の受光幅を利用して色彩や陰影を表示する手段は、レーザー光走査によりレーザー光の照射位置を広い範囲で変化させることができるので３次元形状測定の測定領域を広くすることができる。しかし、この手段は、色情報取得の際に反射光の受光量や反射光の受光幅を利用しているので、照射するレーザー光の強度を常に一定の強度にして測定対象物の色情報を反射光に反映させなければならない。照射強度を一定にすると、測定対象物表面の照射箇所のうち反射率が小さい箇所では反射光の強度不足となり、受光強度分布のピーク位置を精度よく得ることができない。また、反射率が大きい箇所では反射光の強度が過剰となるため受光強度分布のピーク位置付近一帯が最高の強度になってしまってピーク位置を精度よく得ることができない。測定対象物の３次元形状（座標）は上記ピーク位置に基づいて求められるので、照射レーザー光の強度を一定にして測定する手段では反射光の強弱によって精度のよい３次元形状測定を行うのが困難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、レーザー光走査により広範に３次元形状測定を行うことができる３次元形状測定において、３次元形状に色彩や陰影を付しても精度が良好な３次元形状測定を行うことができる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。

上記目的を達成するため、本発明の特徴は、測定対象物に向けてレーザー光源からレーザー光を出射して前記測定対象物の表面に照射スポットを形成するレーザー光照射手段と、レーザー光の照射方向または前記レーザー光源の位置を変化させることにより、前記照射スポットを移動させるレーザー光照射位置変更手段と、前記照射スポットにおける散乱光の一部である反射光を受光し、前記レーザー光源から前記照射スポットの形成部位である照射ポイントまでの距離に応じた信号を出力する受光器と、前記レーザー光照射位置変更手段により変化するレーザー光の照射方向または前記レーザー光源の位置と前記受光器が出力する信号とに基づいて、前記照射ポイントの座標値である３次元形状データを生成する３次元形状データ生成手段とを備えた３次元形状測定装置において、前記受光器に入射する反射光の強度を検出する反射光強度検出手段と、前記反射光強度検出手段により検出された反射光の強度が設定された強度になるように前記レーザー光源が出射するレーザー光の強度を制御する出射レーザー光強度制御手段と、前記受光器が出力する信号に基づいて前記距離を計算する距離計算手段と、前記出射レーザー光強度制御手段により制御されたレーザー光の強度と前記反射光強度検出手段により検出された反射光の強度との強度比を、前記距離計算手段により計算された前記距離と、予め求められている複数の前記距離と前記強度比との関係とに基づいて、前記距離が予め設定された基準距離である場合に得られるべき強度比に補正し、補正した強度比に基づいて前記照射ポイントの明度を計算する明度計算手段と、前記３次元形状データおよび前記明度に基づいて前記測定対象物の３次元画像を生成する３次元画像生成手段とを備えた３次元形状測定装置とすることにある。

上記発明によれば、測定対象物表面の色彩や陰影を表す明度は出射レーザー光強度制御手段により制御されたレーザー光の強度に基づいて計算される。ここで、出射レーザー光強度制御手段は、反射光強度検出手段により検出された反射光の強度が所定の設定強度になるようにレーザー光源からの出射レーザー光の強度を制御している。このため反射光強度が上記設定強度よりも弱い場合は出射レーザー光強度が強くされ、上記設定強度よりも強い場合は出射レーザー光強度が弱くされる。つまり、反射光強度と制御された出射レーザー光強度とは相関しており、反射光の強度は出射レーザー光の強度に反映される。このように反射光強度を反映した出射レーザー光強度を利用することにより明度を計算することができる。また、本発明によれば、反射光強度の強弱に応じて適宜出射レーザー光の強度を制御することにより反射光強度が所定の設定強度に維持される。よって、反射光の強弱により３次元形状測定の精度が悪くなる箇所を極めて少なくすることができ、照射ポイントの反射率の高低に関わらず３次元形状データを精度良く生成することができる。さらに、本発明によれば、レーザー光の照射方向あるいはレーザー光源の位置を変化させてレーザー光を測定対象物上で走査する方式により測定対象物の３次元形状測定および明度を計算するので、広い領域で測定対象物の３次元形状測定および明度計算を行うことができる。

上記明度計算手段は、出射レーザー光強度制御手段により制御されたレーザー光の強度に加え、さらに反射光強度検出手段により検出された反射光の強度にも基づいて明度を計算する。それは次の理由による。照射ポイントの反射率が低い場合には出射レーザー光の強度は高くされるが、反射率が低くなっていくと、ある反射率で出射レーザー光強度は上限に達する。そして、これ以下の反射率では出射レーザー光強度が上限値で一定となるため、出射レーザー光強度のみに基づいて明度計算を行っていると計算精度が劣る。これに対して本発明では出射レーザー光強度に加えて反射光強度にも基づいて明度を計算する。出射レーザー光強度が上限値に達する反射率以下の反射率の領域においては上記のように出射レーザー光強度は上限値で一定となるが、反射光強度はこの反射率領域においても反射率に応じて変化する。このため、この反射率領域における明度計算において反射光強度を加味することで明度がより正確に計算される。この場合、出射レーザー光の強度をＩとし、反射光強度をＲとすると、これらの強度比（Ｒ／Ｉ）に基づいて明度を計算するとよい。

また、上記明度計算手段は、さらに上記受光器が出力する信号に基づいて、より詳しくはこの信号から計算されるレーザー光源から照射ポイントまでの距離にも基づいて明度を計算する。それは次の理由による。照射ポイントが受光器に近ければ近いほど受光器が受光可能な散乱角度範囲が大きくなる。このため反射率が同一であっても照射ポイントと受光器との間の距離の違いにより受光器に入射する反射光強度は異なる。したがって、出射レーザー光強度と反射光強度とに基づいて明度を計算する場合、反射光強度を反映した出射レーザー光強度が上記距離の違いによって異なることにより、同一反射率を有する部位であっても異なる明度になる。これに対して本発明によれば、受光器が出力する信号にも基づいて明度を計算するようにしている。受光器が出力する信号はレーザー光源から照射ポイントまでの距離が計算される信号であり、この距離は照射ポイントと受光器との間の距離に関係している。よって、この受光器が出力する信号にも基づいて明度を計算することで、距離の違いによって反射率が同じでも明度が異なって計算されるといった不具合を防止でき、より精度の高い明度計算を行うことができる。この場合、本発明では、上記強度比（Ｒ／Ｉ）を受光器が出力する信号に基づいて補正した補正強度比（Ｒ／Ｉ）’を求め、この補正強度比（Ｒ／Ｉ）’により明度を計算する。より詳細には、本発明の明度計算手段は、前記出射レーザー光強度制御手段により制御されたレーザー光の強度と前記反射光強度検出手段により検出された反射光の強度との強度比を、前記距離計算手段により計算された前記距離と、予め求められている複数の前記距離と前記強度比との関係とに基づいて、前記距離が予め設定された基準距離である場合に得られるべき強度比に補正し、補正した強度比に基づいて前記照射ポイントの明度を計算する。

また、３次元形状測定装置は、受光器が出力する信号から受光器が受光した反射光の受光幅を検出する反射光受光幅検出手段を備え、明度計算手段は、さらに上記反射光受光幅検出手段により検出された反射光の受光幅にも基づいて前記明度を計算するものであるとよい。それは次の理由による。出射レーザー光の照射方向と照射ポイントの照射面の法線とのなす角度（照射角度）が異なる２つの部位においては、両部位における反射率が同じであっても散乱方向が異なるために受光器が受ける反射光の受光強度が異なる。具体的には照射角度が直角である部位が最も反射光強度が強く、照射角度が直角からずれるにつれて反射光強度が弱くなっていく。このため出射レーザー光強度と反射光強度とに基づいて明度を計算する場合であっても、照射角度の違いによって出射レーザー光強度が異なり、これにより同じ反射率を持つ部位であっても異なる明度とされてしまう。これに対して本発明によれば、受光幅検出手段が検出する反射光の受光幅にも基づいて明度を計算している。受光幅は照射角度によって変化するので、この受光幅にも基づいて明度を計算することにより、照射角度の違いによって反射率が同じでも明度が異なって計算されるといった不具合を防止でき、より精度の高い明度計算を行うことができる。この場合、上記強度比（Ｒ／Ｉ）を受光幅に基づいて補正した補正強度比（Ｒ／Ｉ）’’を求め、この補正強度比（Ｒ／Ｉ）’’により明度を計算する。より詳細には、本発明の明度計算手段は、前記出射レーザー光強度制御手段により制御されたレーザー光の強度と前記反射光強度検出手段により検出された反射光の強度との強度比を、前記距離計算手段により計算された前記距離と、前記反射光受光幅計算手段により計算された前記受光幅と、複数の前記距離ごとに予め求められている複数の前記受光幅と前記強度比との関係とに基づいて、前記距離が前記距離計算手段により計算された前記距離に相当する距離であって且つ前記受光幅が予め設定された基準受光幅である場合に得られるべき強度比に補正し、補正した強度比に基づいて前記照射ポイントの明度を計算する。

また、３次元形状測定装置は、反射光強度検出手段により検出された反射光の強度を所定の設定値と比較した結果に基づき、３次元形状データの作成の有無を判定する判定手段をさらに備えるものであるのがよい。これによれば、上記所定の設定値を閾値として反射光をこの閾値と比較し、比較結果に基づき３次元形状データの作成有無を判定することで、効率的に３次元形状データを生成することができる。この場合、上記判定手段は、反射光強度が上記所定の設定値以上であるときに３次元形状データの作成を行い、反射光強度が上記所定の設定値未満であるとき、すなわち反射光強度がほとんど０である極端に低い反射率領域を照射しているような場合に３次元形状データの作成を行わないようにするとよい。

また、本発明の他の特徴は、測定対象物に向けてレーザー光源からレーザー光を出射して前記測定対象物の表面に照射スポットを形成するレーザー光照射ステップと、レーザー光の照射方向または前記レーザー光源の位置を変化させることによって前記照射スポットを移動する照射スポット移動ステップと、前記照射スポットにおける散乱光の一部である反射光を受光する受光ステップと、前記受光ステップにて受光した反射光の強度を検出する反射光強度検出ステップと、前記反射光強度検出ステップにより検出された反射光の強度が設定された強度になるように前記レーザー光源が出射するレーザー光の強度を制御するレーザー光強度制御ステップと、前記受光ステップにて受光した反射光に基づいて前記レーザー光源から前記照射スポットの形成部位である照射ポイントまでの距離を取得する距離取得ステップと、レーザー光の照射方向または前記レーザー光源の位置、および前記距離取得ステップにより取得した距離に基づいて前記照射ポイントの座標値である３次元形状データを生成する３次元形状データ生成ステップと、前記レーザー光強度制御ステップにより制御されたレーザー光の強度と前記反射光強度検出ステップにより検出された反射光の強度との強度比を、前記距離取得ステップにより取得された前記距離と、予め求められている複数の前記距離と前記強度比との関係とに基づいて、前記距離が予め設定された基準距離である場合に得られるべき強度比に補正し、補正した強度比に基づいて前記照射ポイントの明度を計算する明度計算ステップと、前記３次元形状データおよび前記明度に基づいて前記測定対象物の３次元画像を生成する３次元画像生成ステップとを含むことを特徴とする３次元形状測定方法とすることにある。この場合、前記受光ステップにより受光した反射光の受光幅を検出する反射光受光幅検出ステップをさらに含み、上記明度計算ステップは、前記レーザー光強度制御ステップにより制御されたレーザー光の強度と前記反射光強度検出ステップにより検出された反射光の強度との強度比を、前記距離取得ステップにより取得された前記距離と、前記反射光受光幅検出ステップにより検出された前記受光幅と、複数の前記距離ごとに予め求められている複数の前記受光幅と前記強度比との関係とに基づいて、前記距離が前記距離取得ステップにより取得された前記距離に相当する距離であって且つ前記受光幅が予め設定された基準受光幅である場合に得られるべき強度比に補正し、補正した強度比に基づいて前記照射ポイントの明度を計算するようにするとよい。このような３次元形状測定方法の発明によれば、上記した３次元形状測定装置の発明において奏し得る作用効果を奏する。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る３次元形状測定装置の全体構成を示す図である。この３次元形状測定装置は、レーザー光を測定対象物に照射するとともにレーザー光を走査し、照射スポットの反射光を受光し、受光した光に基づいて測定対象物の形状に色彩や陰影を付して画像データを生成するものである。３次元形状測定装置１は、３次元センサ１０と、データ処理装置２０と、コントローラ３０と、入力装置３２と、表示装置３４を備える。

３次元センサ１０とデータ処理装置２０にはコントローラ３０からの信号線が接続されている。作業者は入力装置３２から測定開始や３次元画像の表示方向等の指令をコントローラ３０に入力する。すると、コントローラ３０は信号線を通じて３次元センサ１０やデータ処理装置２０を制御するための信号を出力する。また、データ処理装置２０により生成された３次元形状の画像データは表示装置３４に入力され、この表示装置３４により３次元画像データが表示される。

３次元センサ１０は、レーザー光を直交する２方向に走査して測定対象物ＯＢに照射するとともに、測定対象物ＯＢからの反射光を受光して、測定対象物ＯＢの３次元画像データを作成するために必要な信号をデータ処理装置２０に出力するものである。この３次元センサ１０は、レーザー光源１０２、コリメーティングレンズ１０４、走査用光学系１０６、集光レンズ１０８、ラインセンサ１１０およびフォトセンサ１１２を備える。レーザー光源１０２は半導体レーザーなどで構成されており、後述するレーザー駆動回路１２６から所定の電圧および電流が供給されることによりレーザー光をコリメーティングレンズ１０４に向けて出射する。コリメーティングレンズ１０４は測定対象物ＯＢの表面に小さな照射スポットを形成するために、レーザー光源１０２から出射されたレーザー光を平行光にする。

コリメーティングレンズ１０４を通過したレーザー光は走査用光学系１０６に入射する。走査用光学系１０６は、ガルバノミラーまたはポリゴンミラーとこれを駆動させるモータ等で構成されており、モータが駆動することで入射したレーザー光の測定対象物ＯＢへの照射方向を２方向に変化させ、照射スポットを移動させる。例えば、走査用光学系１０６に入射してくるレーザー光の入射方向をＸＹＺ直交座標形におけるＺ方向とすると、走査用光学系１０６は、入射したレーザー光をモータにより駆動しているガルバノミラーまたはポリゴンミラーにて反射させ、出射方向がＸ方向に往復するとともにＹ方向に順次移動していくようにレーザー光を走査する。このようにして走査用光学系１０６から出射するレーザー光の照射方向を変化させることで、測定対象物ＯＢの全体にレーザー光が照射される。

集光レンズ１０８は、走査用光学系１０６に走査されて測定対象物ＯＢに照射されたレーザー光の照射スポットにおける散乱光の一部である反射光を集光し、受光器であるラインセンサ１１０上に結像させる。ラインセンサ１１０は集光レンズ１０８を介して照射スポットにおける反射光を受光するものであり、ＣＣＤなどの複数の受光素子を一列に配置して長尺状に構成されている。このラインセンサ１１０は、図１に示されるように受光する反射光の光軸に対して傾斜して設置され、複数の受光素子のうちで反射光を受光した受光素子の位置に基づいて、レーザー光源１０２から走査用光学系１０６を介した測定対象物ＯＢ上の照射ポイントまでの光路距離を検出するセンサである。フォトセンサ１１２は、長尺の直方体状に形成した基板上に、長尺状の方形に形成されてフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォト抵抗などからなる光学センサ素子を固着させたものである。固着させた光学センサ素子は、ラインセンサ１１０の受光面からの反射光が垂直に近い状態で入射するように配置されており、反射光を受けたラインセンサ１１０の受光素子表面上での反射光（２次反射光）を受光する。このように２次反射光がフォトセンサ１１２に受光されることで、ラインセンサ１１０に入射する反射光の強度がフォトセンサ１１２により検出される。

また、３次元センサ１０は、増幅回路１２０、補正信号発生回路１２２、レーザー光量補正回路１２４、レーザー駆動回路１２６、走査用光学系駆動回路１２８といった各種回路を備えている。増幅回路１２０は、フォトセンサ１１２が出力する２次反射光の強度（光量）に相当する大きさの信号を入力し、これを設定された増幅率で増幅して反射光強度に相当する強度の信号として出力する。補正信号発生回路１２２は、コントローラ３０から入力した基準反射光強度に相当する信号の強度を記憶しており、コントローラ３０からレーザー照射開始指令が入力されたときに作動開始して、記憶している信号強度と増幅回路１２０から入力する信号強度との差に相当する強度の信号を出力する。例えば、基準反射光強度に相当する信号強度をＡ、増幅回路１２０から入力する信号強度をＢとすると、補正信号発生回路１２２はＡ−Ｂに相当する強度の信号を出力する。

レーザー光量補正回路１２４は、コントローラ３０からレーザー照射開始指令が入力されたときに作動開始し、初期には記憶しているレーザー光強度（デフォルト値）に相当する信号を出力するが、それ以後は、補正信号発生回路１２２から入力する信号に基づいて現在出力している信号を補正し、補正後の出射レーザー光強度に相当する強度の信号を出力する。例えば、直前に出力した信号強度をＣ、補正信号発生回路１２２から入力する信号を上記Ａ−Ｂとすると、レーザー光量補正回路１２４はＣ＋Ｋ・（Ａ−Ｂ）に相当する強度の信号を出力する。ここで、Ｋは反射光強度に相当する信号強度を出射レーザー光強度に相当する信号強度に変換するための係数であり、予め記憶されている。

レーザー駆動回路１２６は、コントローラ３０からレーザー照射開始指令が入力されたときに作動開始し、レーザー光量補正回路１２４から入力される信号に基づいて定まる強度のレーザー光がレーザー光源１０２から出射されるように、所望の電圧および電流をレーザー光源１０２に供給する。レーザー駆動回路１２６、レーザー光源１０２およびコリメーティングレンズ１０４が、本発明のレーザー光照射手段に相当する。

走査用光学系駆動回路１２８は、コントローラ３０から作動開始指令が入力されたときに作動開始して、走査用光学系１０６のモータを初期位置まで回転駆動させる。初期位置までモータを回転駆動すると、初期位置を表す信号をコントローラ３０に出力し、その後モータを設定された速度で定められた方向に回転駆動する。これによりレーザー光源１０２から出射したレーザー光が測定対象物ＯＢの全体を走査する。また走査用光学系駆動回路１２８は、モータの回転駆動時にモータ内に配置されたエンコーダが出力するパルス信号を入力してパルス数をカウントし、カウント値からモータの回転位置を検出し、検出結果からモータの回転位置が最終位置に達したと判定すると終了を表す信号をコントローラ３０に出力して作動を終了する。走査用光学系駆動回路１２８および走査用光学系１０６が、本発明のレーザー光照射位置変更手段に相当する。

データ処理装置２０は３次元センサ１０からの信号を入力するとともに入力した信号をデジタルデータに変換してデータ処理し、３次元形状の画像データを生成するものである。このデータ処理装置２０は、センサ信号取出し回路２０２、データ演算回路２０４、角度計算回路２０６、Ａ／Ｄ変換器２０８、Ａ／Ｄ変換器２１０、３次元画像生成装置２１２を備える。

センサ信号取出し回路２０２は、コントローラ３０から作動開始指令が入力すると作動開始して、設定された時間間隔でラインセンサ１１０の各受光素子（画素またはピクセル）が出力する信号を入力し、入力した各受光素子からの信号を増幅し、増幅した信号をデジタルデータ（ラインセンサデータＤ）にしてデータ演算回路２０４へ出力する。角度計算回路２０６は、コントローラ３０から作動開始指令を入力すると作動開始して、走査用光学系１０６のモータのエンコーダが出力するパルス信号を入力してパルス数をカウントし、このパルス数から、図２に示されるように基準線（Ｚ軸）に対する出射レーザー光のＸ方向への傾き角度θｘとＹ方向への傾き角度θｙを計算し、角度θｘ、θｙのデジタルデータをデータ演算回路２０４へ出力する。これらの角度θｘおよびθｙにより、測定対象物ＯＢに対する出射レーザー光の照射方向が定められる。

Ａ／Ｄ変換器２０８は、コントローラ３０から作動開始指令が入力すると作動開始して、レーザー光量補正回路１２４が出力するレーザー光強度に相当する強度の信号を入力し、入力した信号の強度をデジタルデータ（出射レーザー光強度データＩ）にしてデータ演算回路２０４に出力する。Ａ／Ｄ変換器２１０はコントローラ３０から作動開始指令が入力すると作動開始して、増幅回路１２０が出力する反射光強度に相当する強度の信号を入力し、入力した信号の強度をデジタルデータ（反射光強度データＲ）にしてデータ演算回路２０４に出力する。

データ演算回路２０４は、コントローラ３０からデータ取り込み開始指令が入力すると作動開始して、センサ信号取出し回路２０２、角度計算回路２０６、Ａ／Ｄ変換器２０８およびＡ／Ｄ変換器２１０が出力するデジタルデータを一定時間間隔で取り込む。そして、取り込んだデータに基づいて、測定対象物ＯＢ上におけるレーザー光の照射ポイントの座標（ｘ，ｙ，ｚ）と明度Ｍを計算し、３次元画像生成装置２１２に出力する。データ演算回路２０４が上記計算のために行うプログラム処理は後述する。

３次元画像生成装置２１２は、データ演算回路２０４から入力した座標データおよび明度データをメモリに記憶し、コントローラ３０からデータ処理開始指令が入力すると、メモリに記憶したデータに基づいて色彩や陰影のついた３次元画像データを作成し、メモリに記憶するとともに表示装置３４に出力してデータ処理を終了する。また、入力装置３２から作業者が３次元画像表示の指示を入力すると、記憶してある３次元画像データを表示装置３４に出力する。

このように構成された３次元形状測定装置１において、作業者が入力装置３２から測定開始の指示を入力すると、コントローラ３０は図３のフローチャートにより表されるプログラムをスタートさせる。以下、このフローチャートに従って測定対象物ＯＢの３次元画像測定手順を説明する。

このプログラムはまずステップＳ１００（以下、Ｓ１００と略述する。他のステップも同様に略述する）にて開始され、次のＳ１０２にてセンサ信号取出し回路２０２、角度計算回路２０６、Ａ／Ｄ変換器２０８、Ａ／Ｄ変換器２１０および走査用光学系駆動回路１２８を作動させる。なお、この時点ではデータ演算回路２０４が作動していないので、センサ信号取出し回路２０２、角度計算回路２０６、Ａ／Ｄ変換器２０８およびＡ／Ｄ変換器２１０はデータを出力するのみである。走査用光学系駆動回路１２８は、走査用光学系１０６のモータを初期位置まで回転駆動する。これによりレーザー光源１０２からレーザー光が出射された場合のレーザー光の出射方向の初期設定がなされる。

次いで、コントローラ３０はＳ１０４に進み、走査用光学系１０６のモータが初期位置に達したか、すなわち走査用光学系駆動回路１２８から初期位置を表す信号が入力されているかを判定する。初期位置に達していない場合はＳ１０４を繰り返し、達した場合はＳ１０６に進む。Ｓ１０６では、コントローラ３０はレーザー照射開始指令を各回路に出力する。これによりレーザー駆動回路１２６、レーザー光量補正回路１２４、補正信号発生回路１２２が作動して、レーザー光がレーザー光源１０２から出射される（レーザー光照射ステップ）。

レーザー光源１０２から出射したレーザー光はコリメーティングレンズ１０４および走査用光学系１０６を経由して測定対象物ＯＢに照射される。測定対象物ＯＢ上に形成される照射スポットは走査用光学系１０６によるレーザー光の走査により適宜移動していき、測定対象物ＯＢの全体にレーザー光が照射される（照射スポット移動ステップ）。また、照射スポットにおけるレーザー光の反射光は走査用光学系１０６および集光レンズ１０８を経由してラインセンサ１１０に受光される（受光ステップ）。ラインセンサ１１０に受光された反射光のラインセンサ１１０の表面での反射光（２次反射光）はフォトセンサ１１２に受光される。フォトセンサ１１２は受光した反射光の強度に相当する信号を出力する（反射光強度検出ステップ）。増幅回路１２０はフォトセンサ１１２が出力した信号を増幅するとともにその強度に相当する信号を補正信号発生回路１２２に出力する。補正信号発生回路１２２は入力した信号と基準反射光強度に相当する信号の差に相当する強度の信号をレーザー光量補正回路１２４に出力する。レーザー光量補正回路１２４は入力した信号強度に基づいて、フォトセンサ１１２に受光される反射光の強度が基準反射光強度となるような強度のレーザー光がレーザー光源１０２から出射されるように、出射レーザー光強度に相当する信号を補正して出力する。レーザー駆動回路１２６はレーザー光量補正回路１２４から入力した信号に基づいて電圧および電流をレーザー光源１０２に供給する。このようにして、レーザー光源１０２が出射するレーザー光の強度は、補正信号発生回路１２２およびレーザー光量補正回路１２４の作動により、フォトセンサ１１２にて受光する２次反射光の強度が設定された基準反射光強度になるように制御される（レーザー光強度制御ステップ）。

コントローラ３０はＳ１０６にてレーザー照射の開始指令を各回路に出力した後は、Ｓ１０８に進んでデータ演算回路２０４を作動させる。これによりデータ演算回路２０４はセンサ取出し回路２０２、角度計算回路２０６、Ａ／Ｄ変換器２０８およびＡ／Ｄ変換器２１０からそれぞれラインセンサデータＤ、角度データθｘおよびθｙ、出射レーザー光強度データＩ、反射光強度データＲを取り込むと共に、取り込んだデータを処理して測定対象物ＯＢ上におけるレーザー光の照射スポットが形成された部位（照射ポイント）の座標（ｘ，ｙ，ｚ）と明度Ｍを計算し、３次元画像生成装置２１２に出力する。この計算および出力は、取り込んだデータの処理がすべて完了するまで行われる。３次元画像生成装置２１２は入力したデータをメモリに記憶する。

次いでコントローラ３０はＳ１１０に進み、レーザー光が測定対象物ＯＢの全体に亘る走査を終了して走査用光学系１０６のモータの回転位置が終了位置となり、走査用光学系駆動回路１２８から終了を表す信号が出力されているかを判定する。出力されていない場合は出力されるまで待つ。出力されていると判定した場合には、次のＳ１１２に進んでレーザー照射を停止し（すなわちレーザー駆動回路１２６、レーザー光量補正回路１２４、補正信号発生回路１２２に作動停止指令を出力して作動を停止させ）、Ｓ１１４にてデータ演算回路２０４にデータ取り込み終了信号を出力してデータの取り込みを停止させ、Ｓ１１６にてセンサ信号取出し回路２０２、角度計算回路２０６、Ａ／Ｄ変換器２０８およびＡ／Ｄ変換器２１０に作動停止指令を出力して作動を停止させる。そして、Ｓ１１８に進んで３次元画像生成装置２１２にデータ処理開始を指令した後、Ｓ１２０にてこのプログラムを終了する。３次元画像生成装置２１２は記憶したデータに基づいて３次元画像データを作成する（３次元画像生成ステップ）。このとき３次元画像生成装置２１２は、照射ポイントの座標データから測定対象物ＯＢの形状を生成し、明度からその位置における色彩や陰影を生成する。そして、得られた３次元画像を表示装置３４に出力してデータ処理を終了する。以上の処理によって自動的に測定対象物ＯＢの３次元形状測定が行われ、表示装置３４に色彩や陰影付きの３次元画像が表示される。

上記処理中、Ｓ１０８にてデータ演算回路２０４が実行するデータ取り込みおよびデータ処理を以下に説明する。データ演算回路２０４は、コントローラ３０からデータ取り込み開始指令が入力すると、図４のフローチャートに示されるプログラムおよび図５のフローチャートに示されるプログラムを同時に実行する。

図４のプログラムは一定時間間隔でデジタルデータを入力し、メモリに記憶させていくためのプログラムである。このプログラムは図４のＳ２００にて開始され、次のＳ２０２にて、データ演算回路２０４はカウンタｎを０に設定する。次にＳ２０４にて時間計測を開始し、Ｓ２０６にて時間計測開始から時間Δｔが経過したかを判定する。時間Δｔが経過していないと判定した場合はＳ２１４に進み、コントローラ３０からデータ取り込み終了信号が入力されているか判定する。プログラムを開始した直後は、このデータ取り込み終了信号は入力されていないので判定結果はＮｏとなり、Ｓ２０６に戻る。すなわちレーザー光の走査が終了するまでデータ取り込み終了信号は入力されないので、データ演算回路２０４はＳ２０６にて計測開始から時間Δｔが経過するまで待つ。

Ｓ２０６にて時間Δｔが経過したと判定した場合には、データ演算回路２０４はＳ２０８に進み、このＳ２０８にて以下のデータを取り込む。
・センサ信号取出し回路２０２が出力するラインセンサデータＤ（ｎ，ｐ） （ここで、ｐはラインセンサ１１０における受光素子（画素）の位置を表す）
・角度計算回路２０６が出力する角度データθｘ（ｎ），θｙ（ｎ）
・Ａ／Ｄ変換器２０８が出力する出射レーザー光強度データＩ（ｎ）
・Ａ／Ｄ変換器２１０が出力する反射光強度データＲ（ｎ）

Ｓ２０８にて上記データを取り込んだ後は、データ演算回路２０４はＳ２１０に進み、計測時間をリセットする。次いで、Ｓ２１２に進んでカウンタｎをインクリメントし、Ｓ２０６に戻る。そして、再び時間Δｔの経過を待ってから上記のデータを取り込む。Ｓ２０６〜Ｓ２１２を繰り返すことによりデータ演算回路２０４のメモリには時間Δｔごとに入力される上記データが次々に記憶されていく。そして、コントローラ３０からデータ取り込み終了信号が入力されると、Ｓ２１４の判定がＹｅｓとなり、Ｓ２１６に進んでこのプログラムの実行を終了する。

図５のプログラムは、データ演算回路２０４のメモリに記憶された上記のデジタルデータをカウンタｎの値が小さい方から順に取り出して、測定対象物ＯＢ上でのレーザー照射ポイントの座標（ｘ，ｙ，ｚ）と明度Ｍを計算し、３次元画像生成装置２１２に出力するためのプログラムである。このプログラムは図５のＳ３００にて開始され、次のＳ３０２にてデータ演算回路２０４はカウンタｎを０に設定し、Ｓ３０４にてｎ番目のデータ（Ｄ（ｎ，ｐ）、θｘ（ｎ）、θｙ（ｎ）、Ｉ（ｎ）、Ｒ（ｎ））が現在メモリ内に記憶されているか判定する。ｎ番目のデータがメモリ内に記憶されていない場合はＳ３１８に進み、Ｓ３１８にてコントローラ３０からデータ取り込み終了信号が入力されているか判定する。プログラムを開始した直後は、データ取り込み終了信号は入力されていないので判定結果はＮｏとなり、Ｓ３０４に戻る。すなわちレーザー光の走査が終了するまでデータ取り込み終了信号は入力されないので、データ演算回路２０４はＳ３０４にてｎ番目のデータがメモリに記憶されていないときは記憶されるまで待つ。

Ｓ３０４にてｎ番目のデータがメモリに記憶されていると判定した場合はＳ３０６に進む。Ｓ３０６にてデータ演算回路２０４は、反射光強度データＲ（ｎ）が最小強度Ｒｍｉｎよりも小さいかを判定する。この最小強度Ｒｍｉｎは、ラインセンサ１１０にて受光した反射光の強度がラインセンサデータＤに基づいて反射光の受光位置を特定することができる下限の強度であるときに、そのラインセンサ１１０の表面にて反射した２次反射光をフォトセンサ１１２が受光したときの受光強度の値である。すなわち最小強度Ｒｍｉｎは、データ演算回路２０４がラインセンサ１１０にて反射光を受光した受光素子の位置を正確に特定し、特定した位置に基づいて測定対象物ＯＢまでの光路距離を正確に得ることを保証するための、フォトセンサ１１２における最小の受光強度の値である。

ここで、レーザー光源１０２から出射されるレーザー光の強度は、補正信号発生回路１２２およびレーザー光量補正回路１２４によって、フォトセンサ１１２が受光する２次反射光の強度が一定になるように制御されている。したがって、例えば測定対象物ＯＢの反射率の低い部位にレーザー光が照射されているときは、それを補正信号発生回路１２２が検知するとともにレーザー光量補正回路１２４により出射レーザー光強度が強くなるように補正される。反対に、反射率の高い部位にレーザー光が照射されているときは、出射レーザー光強度が弱くなるように補正される。このようにして出射レーザー光強度が補正されるために、フォトセンサ１１２にて受光する２次反射光の強度は測定対象物ＯＢの反射率の高低にかかわらず上記Ｒｍｉｎよりも大きい一定値となるはずである。それにもかかわらずＲ（ｎ）がＲｍｉｎよりも小さくなる場合とは、例えば穴部のように反射率がほとんど０であり、その位置における反射光がほとんど得られない極端に低い反射率領域をレーザー光が照射している場合である。このように、反射率がほとんど０である極端に低い反射率領域にレーザー光が照射されたときには、出射レーザー光強度は上限値に達してしまい、その上限値のレーザー光強度で照射した場合でも反射光強度はほとんど０である。このような場合にＲ（ｎ）がＲｍｉｎよりも小さくなる。

Ｓ３０６にてＲ（ｎ）がＲｍｉｎよりも小さい（Ｓ３０６：Ｙｅｓ）と判定した場合は反射光がほとんど得られていないので、後述するラインセンサデータＤ（ｎ）から距離データＬ（ｎ）を計算することは不可能である。したがって、この場合は距離データＬ（ｎ）の計算は行わずにＳ３１６に進む。Ｓ３１６ではカウンタｎをインクリメントする。そして、Ｓ３０４に戻る。なお、Ｓ３０６が本発明の判定手段である。

一方、Ｓ３０６にてＲ（ｎ）がＲｍｉｎ以上（Ｓ３０６：Ｎｏ）と判定した場合は、反射光強度がこれ以降の計算が可能であることを保証する強度である場合である。この場合はＳ３０８に進み、データ演算回路２０４はラインセンサデータＤ（ｎ，ｐ）から距離データＬ（ｎ）を計算する（距離取得ステップ）。図６にラインセンサデータＤ（ｎ，ｐ）をグラフに表した場合の一例を示す。図において横軸がラインセンサ１１０における各受光素子ｐの位置、縦軸が各受光素子が受光した光の強度である。このグラフはラインセンサ１１０における受光強度分布を表す。図に示されるようにラインセンサ１１０における受光強度分布はピークを持つ波形となる。ピーク部の横軸方向位置は、レーザー光源１０２から照射ポイントまでの光路距離（距離Ｌ（ｎ））に対応するので、これに基づいて距離データＬ（ｎ）が算出される。距離を算出する詳細は公知であるので省略する。

次に、データ演算回路２０４はＳ３１０に進み、上記のように計算した距離データＬ（ｎ）と、メモリに記憶されている角度データθｘ（ｎ），θｙ（ｎ）とから照射ポイントの３次元座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を計算する（３次元形状データ生成ステップ）。この計算は、極座標（球座標）を直交座標に変換する処理であり、詳細は公知であるので省略する。なお、Ｓ３０８およびＳ３１０は、レーザー光の照射方向（角度データθｘ（ｎ）、θｙ（ｎ））とラインセンサ１１０が出力するラインセンサデータＤ（ｎ）から求められる距離データＬ（ｎ）に基づいて、照射ポイントの座標値（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）である３次元形状データを生成する３次元形状データ生成手段に相当する。

次いで、データ演算回路２０４はＳ３１２に進み、明度データＭ（ｎ）を計算する（明度計算ステップ）。ここで、上述のように反射率が低い（明度が小さい）部分に出射レーザー光が照射された場合には反射光の強度は弱いので、補正信号発生回路１２２およびレーザー光量補正回路１２４は反射光の強度が強くなるように（反射光強度が基準反射光強度となるように）出射レーザー光の強度を強くする。このため出射レーザー光強度データＩ（ｎ）も大きくなる。一方、反射率が高い（明度が大きい）部分に出射レーザー光が照射された場合は反射光の強度が強いので、補正信号発生回路１２２およびレーザー光量補正回路１２４は反射光の強度が弱くなるように（基準反射光強度となるように）出射レーザー光の強度を弱くする。このため出射レーザー光強度データＩ（ｎ）も小さくなる。このように、明度の大小と出射レーザー光強度の強弱は反比例の関係となる。よって、明度データＭ（ｎ）は出射レーザー光強度データＩ（ｎ）に基づいて求めることができる。Ｓ３１２が本発明の明度計算手段に相当する。

ところで、補正信号発生回路１２２およびレーザー光量補正回路１２４は、フォトセンサ１１２が受光する反射光の強度が基準反射光強度で一定になるように出射レーザー光の強度を制御しているために、反射光強度データＲ（ｎ）は通常は一定の値（基準反射光強度）となる。しかし、反射率が距離データＬ（ｎ）の計算が可能である反射光強度が得られる下限の反射率よりも大きい反射率ではあるが（すなわちＲ（ｎ）がＲｍｉｎ以上ではあるが）、かろうじて３次元形状データを測定できる程度の低い反射率である領域（以下、極低反射率領域という）をレーザー光が照射した場合には、反射光強度データＲ（ｎ）が変化する（反射光強度データＲ（ｎ）が基準反射光強度未満となる）場合もある。具体的には、極低反射率領域における反射光強度は非常に弱いので、基準反射光強度が得られるように出射レーザー光強度を制御しても出射レーザー光強度が上限値に達してしまう場合があり、この場合は出射レーザー光強度が上限値で一定になるため反射光強度は反射率の変化に従って基準反射光強度未満で変化することになる。この場合に反射光強度データＲ（ｎ）の値がＲｍｉｎ以上であるが基準反射光強度未満となる。

この場合に明度データＭ（ｎ）を出射レーザー光強度データＩ（ｎ）に基づいて算出しても、出射レーザー光強度は上限値で一定になっているため、明度データＭ（ｎ）も一定になってしまう。しかし、出射レーザー光強度データＩ（ｎ）は上限値で一定となるが反射光強度データＲ（ｎ）は変化する。具体的には反射光強度が弱いほど明度が小さくなる。よって、極低反射率領域において出射レーザー光強度が上限値に達してしまう場合は、明度データＭ（ｎ）は反射光強度データＲ（Ｉ）に基づいて求めることができる。

したがって、極低反射率領域を含めた３次元形状測定可能な全ての反射率領域における明度計算を行う場合には、明度データＭ（ｎ）を出射レーザー光強度データＩ（ｎ）と反射光強度データＲ（ｎ）に基づいて、特にＩ（ｎ）とＲ（ｎ）との強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））に基づいて求めることにより、精度の良い明度データＭ（ｎ）を得ることができる。すなわち出射レーザー光強度が上限値に達しない反射率領域の３次元形状を測定する際には、Ｒ（ｎ）が一定であるから明度データＭ（ｎ）はＩ（ｎ）に基づいて（特にＩ（ｎ）の逆数に基づいて）求められ、出射レーザー光強度が上限値に達してしまう極低反射率領域の３次元形状を測定する際には、Ｉ（ｎ）が一定であるから明度データＭ（ｎ）はＲ（ｎ）に基づいて求められる。

上記に基づき、Ｓ３１２では、データ演算回路２０４はまず強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））を求め、次いで求めた強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））に基づいて明度Ｍデータ（ｎ）を求める。なお、明度データＭ（ｎ）は、コンピュータの画像の明度に使用される０〜２５５階調に区分された明度（輝度）とすれば、後のデータ処理に便宜である。また、データ演算回路２０４のメモリには強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））を明度データＭ（ｎ）に変換するための関係式が記憶されており、この関係式を用いて明度データＭ（ｎ）が算出される。この関係式は例えば以下のように決めることができる。まず、予め反射率が非常に高い物体にレーザー光を照射したときの出射レーザー光強度データＩとそのときの反射光強度データＲ（基準反射光強度となる）との強度比Ｒ／Ｉの値を求めておき、その値を所定の高い明度（例えば２００）に対応させる。次いで、対応させた明度（例えば２００）を上記強度比Ｒ／Ｉの値で除算した値を比例定数ａ（例えば２００／（Ｒ／Ｉ））とする。明度データＭ（ｎ）は、Ｍ（ｎ）＝ａ・（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））として求めることができる。

Ｓ３１２にて明度データＭ（ｎ）を計算した後は、データ演算回路２０４はＳ３１４に進み、照射ポイントの座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）とその座標における明度Ｍデータ（ｎ）を３次元画像生成装置２１２に出力し、次いでＳ３１６にてｎをインクリメントし、その後Ｓ３０４に戻る。そして、次のデータについて上記した処理を行う。全てのｎについて座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）と明度データＭ（ｎ）を出力し、Ｓ３１８の判定にてコントローラ３０からデータ取り込み終了信号が入力されているとＳ３２０に進んでこのプログラムを終了する。

以上のように、本実施形態によれば、測定対象物表面の色彩や陰影を表す明度データＭ（ｎ）は出射レーザー光強度データＩ（ｎ）に基づいて計算される。この出射レーザー光の強度は、補正信号発生回路１２２およびレーザー光量補正回路１２４によりフォトセンサ１１２にて受光する反射光強度が基準反射光強度となるように制御される。反射光強度が一定とされるので、反射率の高低により３次元形状測定の精度が悪くなる部分を極めて少なくすることができ、精度の良い３次元形状測定を行うことができる。さらに、レーザー光の照射方向を走査用光学系１０６で走査する方式にて測定対象物の３次元形状測定および明度計算を行うので、広い領域で測定対象物ＯＢの３次元形状測定および明度計算を行うことができる。

また、上記明度データＭ（ｎ）は、出射レーザー光強度データＩ（ｎ）に加え、さらに反射光強度データＲ（ｎ）にも基づいて計算される。このため上記のように出射レーザー光強度が上限に達しない反射率領域の３次元形状を測定する際および出射レーザー光強度が上限に達する極低反射率領域の３次元形状を測定する際のいずれにおいても精度の良い明度計算を行うことができる。この場合、明度データＭ（ｎ）を強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））に基づいて計算する。特に強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））に補正係数ａを乗じて計算することにより、精度のより良い明度データＭ（ｎ）を得ることができる。

上記実施形態においては、出射レーザー光強度データＩ（ｎ）に対する反射光強度データＲ（ｎ）の強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））から明度データＭ（ｎ）を計算している。明度データＭ（ｎ）の計算にＲ（ｎ）を利用しているのは、上記極低反射率領域の３次元形状測定の際に精度のよい明度測定を行うためである。しかし、測定対象物ＯＢの反射率が決まっているなどして出射レーザー光の強度が上限に達することがないものであれば、明度データＭ（ｎ）の計算にＲ（ｎ）を用いる必要はない。したがって、この場合には、データ演算回路２０４が取り込むデータから反射光強度データＲ（ｎ）を除外し、出射レーザー光強度データＩ（ｎ）の逆数から明度データＭ（ｎ）を計算するようにしてもよい。この場合の明度データＭ（ｎ）を計算するための関係式は、Ｍ（ｎ）＝ａ・（１／Ｉ（ｎ））であり、比例定数ａは上記実施形態と同様にして求めればよい。この例によれば、反射光強度をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２１０が不要となるので、装置のコストを低減することができる。

上記実施形態においては、出射レーザー光強度データＩ（ｎ）に対する反射光強度データＲ（ｎ）の強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））から明度データＭ（ｎ）を計算している。しかし、明度は、照射ポイントと３次元センサ１０（ラインセンサ１１０）との間の距離にも依存する。このためレーザー光の照射方向（Ｚ方向）に奥行きがあり、Ｚ方向に長い測定領域を持つ測定対象物を測定する場合は、レーザー光の照射ポイントの反射率が同じであってもその照射ポイントが３次元センサ１０の近くにある場合と遠くにある場合とで強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））の値が変化する。具体的には、照射ポイントがラインセンサ１１０から遠く離れている場合には、ラインセンサ１１０にて受光される反射光の散乱角度が小さくなるために受光強度も小さくなり、その結果、基準反射光強度を得るために出射レーザー光強度が大きくなる。一方、照射ポイントがラインセンサ１１０に近い場合には、ラインセンサ１１０にて受光される反射光の散乱角度は相対的に大きくなるので受光強度も大きくなり、その結果、基準反射光強度を得るために出射レーザー光強度が小さくなる。このように照射ポイントとラインセンサ１１０との間の距離の遠近により出射レーザー光強度が変化するために強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））も変化するのである。したがって、明度計算の際に上記距離を考慮せずに３次元形状を測定した場合、同じ反射率を持つ複数の部位が３次元センサ１０との間の距離の違いによりそれぞれ異なった明度で表示されることになり、測定対象物表面の模様を精度よく表示する３次元形状測定を行う場合には明度の表示精度が劣る。このような場合は、強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））の値を距離データＬ（ｎ）により補正することにより明度の表示精度を維持することができる。補正はデータ演算回路２０４にて次のように行われる。

まず事前準備として、図７に示されるように、一様な反射率を持つ平板状物体ＰＬに対して３次元センサ１０からレーザー光を走査せずに垂直に照射し、そのときの出射レーザー光強度データＩと反射光強度データＲとの強度比（Ｒ／Ｉ）とＺ方向（レーザー光の照射方向）における距離データＬを取得する。この強度比（Ｒ／Ｉ）および距離データＬを、Ｚ方向に距離を変えた複数の距離においてそれぞれ取得する。例えば図７に示されるように距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４においてそれぞれ（Ｒ１／Ｉ１），（Ｒ２／Ｉ２），（Ｒ３／Ｉ３），（Ｒ４／Ｉ４）を取得する。

その後、距離データＬが中間付近であるもの（例えば距離Ｌ２）を基準距離Ｌｓとし、基準距離Ｌｓのときに得られた強度比（例えばＲ２／Ｉ２）を基準強度比（Ｒ／Ｉ）ｓとする。さらに各距離と基準距離との距離比（Ｌ／Ｌｓ）と、各強度比と基準強度比との比（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）を求める。そして、距離比（Ｌ／Ｌｓ）と比（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）を関係づける関係式（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）＝Ｆ（Ｌ／Ｌｓ）を作成し、基準距離Ｌｓとともにメモリに記憶しておく。あるいは、距離比（Ｌ／Ｌｓ）を比（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）に変換できるように両者の関係を表すテーブルをメモリに記憶しておいてもよい。これで距離データＬ（ｎ）による補正の事前準備ができる。

そして、実際の測定の際のデータ処理において、データ演算回路２０４は計算した距離データＬ（ｎ）から距離比（Ｌ（ｎ）／Ｌｓ）を計算し、記憶している関係式（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）＝Ｆ（Ｌ／Ｌｓ）に距離比（Ｌ（ｎ）／Ｌｓ）の値を代入する。あるいは記憶している距離比（Ｌ／Ｌｓ）と比（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）との相関テーブルに基づいて、比（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）に相当する値を求める。そして、入力したＲ（ｎ）とＩ（ｎ）から計算される強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））の値を上記求められた（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）の値で除算する。除算して求めた値が、距離データＬ（ｎ）を基準距離Ｌｓに置き換えた場合における強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））に相当する補正強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））’である。この補正強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））’の値を用いて明度データＭ（ｎ）を求めることにより、距離Ｌ（ｎ）により補正された正確な明度データＭ（ｎ）を算出することができる。図８に、上記補正のためにデータ演算回路２０４が行うサブプログラムのフローチャートを示す。このフローチャートに示されるＳ４００〜Ｓ４０８の処理は図５に示されるフローチャートにおけるＳ３１２内において行われ、明度データ計算の際に図８のフローチャートに従って算出した補正強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））’に基づいて明度データＭ（ｎ）を計算する。なお、図８のフローチャートにおいては、求めた距離比Ｌ（ｎ）／ＬｓをＡ、求めた比（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）をＢと表示している。

なお、上記補正はレーザー光照射部位の反射率が低い場合であっても高い場合であっても関係式（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）＝Ｆ（Ｌ／Ｌｓ）が一定であると仮定して明度を補正するものである。しかし、測定装置によっては反射率が変化すると上記関係式も変化することがある。この場合には、一組の関係式（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）＝Ｆ（Ｌ／Ｌｓ）・・・関係式１、および、（Ｒ／Ｉ）＝Ｆ’（Ｌ）・・・関係式２）を反射率ごとに分けてメモリに記憶しておくとよい。そして、距離データＬ（ｎ）をそれぞれの反射率における関係式２に代入し、求められた値（Ｒ／Ｉ）が比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））に最も近い組の関係式１を使用して補正するとよい。

このように、変形例２によれば、距離データＬ（ｎ）により明度が補正される。換言すれば、明度は、出射レーザー光強度データＩ（ｎ）および反射光強度データＲ（ｎ）に加え、ラインセンサ１１０が出力する信号に基づいて求められる距離データＬ（ｎ）にも基づいて計算される。したがって、照射ポイントとラインセンサ１１０との間の距離の違いによって同一反射率を有する部位であっても異なる明度となるような不具合が防止される。よって、レーザー光の照射方向（Ｚ方向）に奥行きを持つ測定対象物について３次元形状測定を行う場合でも、３次元画像に測定対象物の表面の反射率に基づいた色彩や陰影を付与することができる。

上記実施形態においては、出射レーザー光強度データＩ（ｎ）に対する反射光強度データＲ（ｎ）の強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））から明度データＭ（ｎ）を計算している。しかし、明度は、照射ポイントにおける出射レーザー光の光軸と照射面の法線とのなす角である照射角度にも依存する。このため測定領域内において照射角度が大きく変わる場合は、レーザー光の照射ポイントの反射率が同じであってもその照射角度の違いによって強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））の値が変化する。具体的には、照射角度が直角であるときには反射光の強度が強いために受光強度も強くなり、その結果、基準反射光強度を得るために出射レーザー光強度が小さくなる。一方、照射角度が直角から離れる角度になるほど反射光の強度が弱くなり、その結果、基準反射光を得るために出射レーザー光強度が大きくなる。このようにして照射角度の違いにより出射レーザー光強度が変化するために強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））も変化するのである。したがって、明度計算の際に照射角度を考慮せずに３次元形状を測定した場合、同じ明度を持つ複数の部位がその照射角度の違いによりそれぞれ異なった明度で表示されることになり、測定対象物表面の模様を精度よく表示する３次元形状測定を行う場合には明度の表示精度が劣る。このような場合は、ラインセンサデータＤ（ｎ，ｐ）から距離データＬ（ｎ）と共に受光幅Ｗ（ｎ）を求め、強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））の値を距離データＬ（ｎ）と反射光の受光幅Ｗ（ｎ）により補正することにより明度の表示精度を維持することができる。補正はデータ演算回路２０４にて次のように行われる。

まず事前準備として、図９に示されるように、一様な反射率を持つ平板状物体ＰＬに対して３次元センサ１０からレーザー光を走査せずに照射する。そして、その照射点を通る鉛直軸を中心として平板状物体ＰＬを回転させて、複数の照射角度φにてレーザー光の照射を行い、それぞれの照射角度φについて強度比（Ｒ／Ｉ）と距離データＬと受光幅データＷを取得する。ここで、受光幅データＷは、図６に示されるようにラインセンサデータＤから得られる受光強度分布を表す波形の半値幅とすることができる。また、平板状物体ＰＬは照射点を含む鉛直軸線回りを回転することにより照射角を変えているので、レーザー光源と照射ポイントとの間の距離は一定に保たれる。これにより所定の距離Ｌにおける複数の照射角度φについての強度比（Ｒ／Ｉ）および受光幅データＷが得られる。このようなデータ取得を上記レーザー光源と平板状物体ＰＬとの間の距離が異なった複数の距離Ｌ（例えば距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）について行う。そして、距離Ｌごとに、照射角度φが直角であるときの強度比（Ｒ／Ｉ）を基準強度比（Ｒ／Ｉ）ｓ、受光幅Ｗを基準受光幅Ｗｓと定め、各強度比（Ｒ／Ｉ）と基準強度比（Ｒ／Ｉ）ｓとの比（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ））および各受光幅Ｗと基準受光幅Ｗｓとの幅比（Ｗ／Ｗｓ）を求める。

次に、幅比（Ｗ／Ｗｓ）と比（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）を関係づける関係式（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）＝Ｆ（Ｗ／Ｗｓ）を作成し、基準の受光幅Ｗｓとともにメモリに記憶しておく。あるいは、幅比（Ｗ／Ｗｓ）を比（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）に変換できるように両者の関係を表すテーブルを記憶しておいてもよい。この関係式やテーブルを距離Ｌごとに作成し、メモリに記憶しておく。したがって、メモリには距離Ｌｍ（例えば距離Ｌｍ＝Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）ごとに、基準受光幅Ｗｓｍ、関係式（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）ｍ＝Ｆｍ（Ｗ／Ｗｓｍ）が記憶されていることになる。これで距離データＬ（ｎ）と受光幅Ｗ（ｎ）による補正の準備ができる。

実際の測定の際のデータ処理において、データ演算回路２０４はメモリに記憶した距離Ｌｍのうちから計算した距離データＬ（ｎ）に最も近い距離Ｌｍを特定し、特定した距離Ｌｍについての関係式（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）ｍ＝Ｆｍ（Ｗ／Ｗｓ）および基準受光幅Ｗｓｍを選択する。次に、受光幅データＷ（ｎ）を計算し、さらに選択した基準受光幅Ｗｓｍを用いて幅比（Ｗ（ｎ）／Ｗｓｍ）を計算し、選択した関係式に幅比（Ｗ（ｎ）／Ｗｓｍ）を代入して比（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）ｍの値を求める。そして、入力したＲ（ｎ）とＩ（ｎ）から計算される強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））の値を上記求められた比（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）ｍの値で除算する。除算して求めた値が、照射角度を直角とした場合における強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））に相当する補正強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））’’である。この補正強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））’’を用いて明度データＭ（ｎ）を求めることにより、受光幅Ｗ（ｎ）により補正された正確な明度データＭ（ｎ）を算出することができる。図１０に、上記補正のためにデータ演算回路２０４が行うサブプログラムのフローチャートを示す。図１０のフローチャートに示されたＳ５００〜Ｓ５１４の処理は図５に示されるフローチャートのＳ３１２にて行われ、明度データ計算の際に図１０の処理に従い算出した補正強度比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））’’に基づいて明度データを計算する。なお、図１０のフローチャートにおいては、幅比Ｗ（ｎ）／ＷｓｍをＡ、比（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）ｍをＢと表示している。

なお、上記補正はレーザー光照射部位の反射率が低い場合であっても高い場合であっても関係式（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）ｍ＝Ｆｍ（Ｗ／Ｗｓｍ）が一定であると仮定して明度を補正するものである。しかし、測定装置によっては反射率が変化すると上記関係式も変化することがある。この場合には、一組の関係式（（Ｒ／Ｉ）／（Ｒ／Ｉ）ｓ）ｍ＝Ｆｍ（Ｗ／Ｗｓ）・・・関係式１、および、（Ｒ／Ｉ）ｍ＝Ｆｍ’（Ｗ）・・・関係式２）を反射率ごとに分けて複数の距離Ｌｍごとにメモリに記憶しておくとよい。そして、距離データＬ（ｎ）に最も近い距離Ｌｍについての一組の関係式の群を選択し、その群の中から、比（Ｒ（ｎ）／Ｉ（ｎ））と、計算により得られたＷ（ｎ）を関係式２に代入して求めた値（Ｒ／Ｉ）ｍとが最も近い一組の関係式をさらに選択する。こうして選択された一組の関係式中の関係式１を使用して補正するとよい。

この変形例によれば、データ演算回路２０４はラインセンサ１１０が出力する信号から反射光の受光幅Ｗを検出する反射光受光幅検出手段（図１０のＳ５０６）を備えており、この反射光受光幅検出手段により検出された反射光の受光幅Ｗにより明度が補正される。換言すれば、明度は、出射レーザー光強度データＩ（ｎ）および反射光強度データＲ（ｎ）に加え、受光幅Ｗ（ｎ）にも基づいて計算される。したがって、レーザー光の照射角度が大きく変わる測定対象物について３次元形状測定を行う場合でも、３次元画像に測定対象物の表面の反射率に基づいた色彩や陰影を付与することができる。

なお、本発明は上記実施形態および変形例に限定されるべきものではなく、さらに様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態の３次元センサ１０は、レーザー光の照射方向を走査用光学系１０６によりＸ方向、Ｙ方向の直交する２方向に変えるようにしたが、照射方向はＸ方向（Ｙ方向）のみ変えるようにし、３次元センサ１０をＹ方向（Ｘ方向）に移動して３次元形状測定するものでもよい。また照射方向は変化させず、３次元センサ１０をＸ，Ｙ方向に移動させて３次元形状測定するものでもよい。３次元センサ１０がこのような構成でも上記実施形態と同様の作用効果を奏し得る。

また、上記実施形態の３次元センサ１０はラインセンサ１１０で反射した２次反射光をフォトセンサ１１２で受光するようにしたが、ラインセンサ１１０の手前にビームスプリッタを設け、ラインセンサ１１０に入射する反射光の一部を分岐させてフォトセンサ１１２で受光するようにしてもよい。３次元センサ１０がこのような構成であっても上記実施形態と同様の作用効果を奏し得る。

また、上記実施形態の３次元センサ１０は反射光をラインセンサ１１０で受光するようにしたが、ラインセンサ１１０の代わりにエリアセンサとして、反射光を走査用光学系１０６を介することなく受光するようにしてもよい。３次元センサ１０がこのような構成であっても上記実施形態と同様の作用効果を奏し得る。また、上記実施形態ではデータの取り込みを所定時間間隔Δｔで行うようにしたが、レーザー光の照射方向が所定量変わるごとに、すなわち走査用光学系１０６にあるモータが所定の角度だけ回転するごとにデータの取り込みを行うようにしてもよい。データの取り込みがこのような構成でも上記実施形態と同様の作用効果を奏し得る。このように本発明は、その目的および趣旨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。 角度θｘおよび角度θｙの説明図である。 ３次元形状測定においてコントローラが実行するプログラムのフローチャートである。 データ入力およびメモリへの記憶のためにデータ演算回路が実行するプログラムのフローチャートである。 照射ポイントの座標および明度を計算して３次元画像生成装置に出力するためにデータ演算回路が実行するプログラムである。 ラインセンサによって得られるラインセンサデータをグラフに表した強度分布波形である。 距離比と強度比との関係を求めるための実験構成を示す図である。 距離による補正を行うためにデータ演算回路が実行するサブプログラムのフローチャートである。 受光幅比と強度比との関係を求めるための実験構成を示す図である。 距離および受光幅による補正を行うためにデータ演算回路が実行するサブプログラムのフローチャートである。

符号の説明

１…３次元形状測定装置、１０…３次元センサ、２０…データ処理装置、３０…コントローラ、１０２…レーザー光源（レーザー光照射手段）、１０４…コリメーティングレンズ（レーザー光照射手段）、１０６…走査用光学系（レーザー照射位置変更手段）、１０８…集光レンズ、１１０…ラインセンサ（受光器）、１１２…フォトセンサ（反射光強度検出手段）、１２０…増幅回路、１２２…補正信号発生回路（出射レーザー光強度制御手段）、１２４…レーザー光量補正回路（出射レーザー光強度制御手段）、１２６…レーザー駆動回路（レーザー光照射手段）、１２８…走査用光学系駆動回路（レーザー照射位置変更手段）、２０２…信号取出し回路、２０４…データ演算回路、２０６…角度計算回路、２１２…３次元画像生成装置（３次元画像生成手段）、Ｓ３０６…判定手段、Ｓ３０８，Ｓ３１０…３次元形状データ生成手段、Ｓ３１２…明度計算手段、Ｓ５０６…受光幅計算手段

Claims (6)

1. 測定対象物に向けてレーザー光源からレーザー光を出射して前記測定対象物の表面に照射スポットを形成するレーザー光照射手段と、
   レーザー光の照射方向または前記レーザー光源の位置を変化させることにより、前記照射スポットを移動させるレーザー光照射位置変更手段と、
   前記照射スポットにおける散乱光の一部である反射光を受光し、前記レーザー光源から前記照射スポットの形成部位である照射ポイントまでの距離に応じた信号を出力する受光器と、
   前記レーザー光照射位置変更手段により変化するレーザー光の照射方向または前記レーザー光源の位置と前記受光器が出力する信号とに基づいて、前記照射ポイントの座標値である３次元形状データを生成する３次元形状データ生成手段とを備えた３次元形状測定装置において、
   前記受光器に入射する反射光の強度を検出する反射光強度検出手段と、
   前記反射光強度検出手段により検出された反射光の強度が設定された強度になるように前記レーザー光源が出射するレーザー光の強度を制御する出射レーザー光強度制御手段と、
   前記受光器が出力する信号に基づいて前記距離を計算する距離計算手段と、
   前記出射レーザー光強度制御手段により制御されたレーザー光の強度と前記反射光強度検出手段により検出された反射光の強度との強度比を、前記距離計算手段により計算された前記距離と、予め求められている複数の前記距離と前記強度比との関係とに基づいて、前記距離が予め設定された基準距離である場合に得られるべき強度比に補正し、補正した強度比に基づいて前記照射ポイントの明度を計算する明度計算手段と、
   前記３次元形状データおよび前記明度に基づいて前記測定対象物の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. 測定対象物に向けてレーザー光源からレーザー光を出射して前記測定対象物の表面に照射スポットを形成するレーザー光照射手段と、
   レーザー光の照射方向または前記レーザー光源の位置を変化させることにより、前記照射スポットを移動させるレーザー光照射位置変更手段と、
   前記照射スポットにおける散乱光の一部である反射光を受光し、前記レーザー光源から前記照射スポットの形成部位である照射ポイントまでの距離に応じた信号を出力する受光器と、
   前記レーザー光照射位置変更手段により変化するレーザー光の照射方向または前記レーザー光源の位置と前記受光器が出力する信号とに基づいて、前記照射ポイントの座標値である３次元形状データを生成する３次元形状データ生成手段とを備えた３次元形状測定装置において、
   前記受光器に入射する反射光の強度を検出する反射光強度検出手段と、
   前記反射光強度検出手段により検出された反射光の強度が設定された強度になるように前記レーザー光源が出射するレーザー光の強度を制御する出射レーザー光強度制御手段と、
   前記受光器が出力する信号に基づいて前記距離を計算する距離計算手段と、
   前記受光器が受光した反射光の受光幅を検出する反射光受光幅検出手段と、
   前記出射レーザー光強度制御手段により制御されたレーザー光の強度と前記反射光強度検出手段により検出された反射光の強度との強度比を、前記距離計算手段により計算された前記距離と、前記反射光受光幅検出手段により検出された前記受光幅と、複数の前記距離ごとに予め求められている複数の前記受光幅と前記強度比との関係とに基づいて、前記距離が前記距離計算手段により計算された前記距離に相当する距離であって且つ前記受光幅が予め設定された基準受光幅である場合に得られるべき強度比に補正し、補正した強度比に基づいて前記照射ポイントの明度を計算する明度計算手段と、
   と、
   前記３次元形状データおよび前記明度に基づいて前記測定対象物の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。
3. 測定対象物に向けてレーザー光源からレーザー光を出射して前記測定対象物の表面に照射スポットを形成するレーザー光照射手段と、
   レーザー光の照射方向または前記レーザー光源の位置を変化させることにより、前記照射スポットを移動させるレーザー光照射位置変更手段と、
   前記照射スポットにおける散乱光の一部である反射光を受光し、前記レーザー光源から前記照射スポットの形成部位である照射ポイントまでの距離に応じた信号を出力する受光器と、
   前記レーザー光照射位置変更手段により変化するレーザー光の照射方向または前記レーザー光源の位置と前記受光器が出力する信号とに基づいて、前記照射ポイントの座標値である３次元形状データを生成する３次元形状データ生成手段とを備えた３次元形状測定装置において、
   前記受光器に入射する反射光の強度を検出する反射光強度検出手段と、
   前記反射光強度検出手段により検出された反射光の強度が設定された強度になるように前記レーザー光源が出射するレーザー光の強度を制御する出射レーザー光強度制御手段と、
   前記受光器が受光した反射光の受光幅を検出する反射光受光幅検出手段と、
   前記出射レーザー光強度制御手段により制御されたレーザー光の強度と前記反射光強度検出手段により検出された反射光の強度との強度比を、前記反射光受光幅検出手段により検出された前記受光幅と、予め求められている複数の前記受光幅と前記強度比との関係とに基づいて、前記受光幅が予め設定された基準受光幅である場合に得られるべき強度比に補正し、補正した強度比に基づいて前記照射ポイントの明度を計算する明度計算手段と、
   と、
   前記３次元形状データおよび前記明度に基づいて前記測定対象物の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。
4. 測定対象物に向けてレーザー光源からレーザー光を出射して前記測定対象物の表面に照射スポットを形成するレーザー光照射ステップと、
   レーザー光の照射方向または前記レーザー光源の位置を変化させることによって前記照射スポットを移動する照射スポット移動ステップと、
   前記照射スポットにおける散乱光の一部である反射光を受光する受光ステップと、
   前記受光ステップにて受光した反射光の強度を検出する反射光強度検出ステップと、
   前記反射光強度検出ステップにより検出された反射光の強度が設定された強度になるように前記レーザー光源が出射するレーザー光の強度を制御するレーザー光強度制御ステップと、
   前記受光ステップにて受光した反射光に基づいて前記レーザー光源から前記照射スポットの形成部位である照射ポイントまでの距離を取得する距離取得ステップと、
   レーザー光の照射方向または前記レーザー光源の位置、および前記距離取得ステップにより取得した距離に基づいて前記照射ポイントの座標値である３次元形状データを生成する３次元形状データ生成ステップと、
   前記レーザー光強度制御ステップにより制御されたレーザー光の強度と前記反射光強度検出ステップにより検出された反射光の強度との強度比を、前記距離取得ステップにより取得された前記距離と、予め求められている複数の前記距離と前記強度比との関係とに基づいて、前記距離が予め設定された基準距離である場合に得られるべき強度比に補正し、補正した強度比に基づいて前記照射ポイントの明度を計算する明度計算ステップと、
   前記３次元形状データおよび前記明度に基づいて前記測定対象物の３次元画像を生成する３次元画像生成ステップとを含むことを特徴とする３次元形状測定方法。
5. 測定対象物に向けてレーザー光源からレーザー光を出射して前記測定対象物の表面に照射スポットを形成するレーザー光照射ステップと、
   レーザー光の照射方向または前記レーザー光源の位置を変化させることによって前記照射スポットを移動する照射スポット移動ステップと、
   前記照射スポットにおける散乱光の一部である反射光を受光する受光ステップと、
   前記受光ステップにて受光した反射光の強度を検出する反射光強度検出ステップと、
   前記反射光強度検出ステップにより検出された反射光の強度が設定された強度になるように前記レーザー光源が出射するレーザー光の強度を制御するレーザー光強度制御ステップと、
   前記受光ステップにて受光した反射光に基づいて前記レーザー光源から前記照射スポットの形成部位である照射ポイントまでの距離を取得する距離取得ステップと、
   レーザー光の照射方向または前記レーザー光源の位置、および前記距離取得ステップにより取得した距離に基づいて前記照射ポイントの座標値である３次元形状データを生成する３次元形状データ生成ステップと、
   前記受光ステップにより受光した反射光の受光幅を検出する反射光受光幅検出ステップと、
   前記レーザー光強度制御ステップにより制御されたレーザー光の強度と前記反射光強度検出ステップにより検出された反射光の強度との強度比を、前記距離取得ステップにより取得された前記距離と、前記反射光受光幅検出ステップにより検出された前記受光幅と、複数の前記距離ごとに予め求められている複数の前記受光幅と前記強度比との関係とに基づいて、前記距離が前記距離取得ステップにより取得された前記距離に相当する距離であって且つ前記受光幅が予め設定された基準受光幅である場合に得られるべき強度比に補正し、補正した強度比に基づいて前記照射ポイントの明度を計算する明度計算ステップと、
   前記３次元形状データおよび前記明度に基づいて前記測定対象物の３次元画像を生成する３次元画像生成ステップとを含むことを特徴とする３次元形状測定方法。
6. 測定対象物に向けてレーザー光源からレーザー光を出射して前記測定対象物の表面に照射スポットを形成するレーザー光照射ステップと、
   レーザー光の照射方向または前記レーザー光源の位置を変化させることによって前記照射スポットを移動する照射スポット移動ステップと、
   前記照射スポットにおける散乱光の一部である反射光を受光する受光ステップと、
   前記受光ステップにて受光した反射光の強度を検出する反射光強度検出ステップと、
   前記反射光強度検出ステップにより検出された反射光の強度が設定された強度になるように前記レーザー光源が出射するレーザー光の強度を制御するレーザー光強度制御ステップと、
   前記受光ステップにて受光した反射光に基づいて前記レーザー光源から前記照射スポットの形成部位である照射ポイントまでの距離を取得する距離取得ステップと、
   レーザー光の照射方向または前記レーザー光源の位置、および前記距離取得ステップにより取得した距離に基づいて前記照射ポイントの座標値である３次元形状データを生成する３次元形状データ生成ステップと、
   前記受光ステップにより受光した反射光の受光幅を検出する反射光受光幅検出ステップと、
   前記レーザー光強度制御ステップにより制御されたレーザー光の強度と前記反射光強度検出ステップにより検出された反射光の強度との強度比を、前記反射光受光幅検出ステップにより検出された前記受光幅と、予め求められている複数の前記受光幅と前記強度比との関係とに基づいて、前記受光幅が予め設定された基準受光幅である場合に得られるべき強度比に補正し、補正した強度比に基づいて前記照射ポイントの明度を計算する明度計算ステップと、
   前記３次元形状データおよび前記明度に基づいて前記測定対象物の３次元画像を生成する３次元画像生成ステップとを含むことを特徴とする３次元形状測定方法。

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