JPH01121707A - 三次元形状計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は人体等の被測定物の三次元形状を計測するため
の三次元形状計測装置に関するものである。

〔従来の技術〕

被測定物の三次元形状を計測する従来技術として、ステ
レオ写真法、モアレトポグラフィ法および光切断法など
がある。

上記の従来技術のうち、ステレオ写真法およびモアレト
ポグラフィによれば、測定時間を短かくすることができ
る長所がある。しかしながら、三次元座標系へのデータ
変換に多大の時間と労力が必要になるだけでなく、高精
度の絶対位置を得るのが難しくなるという欠点があった
。

これに対して光切断法によれば、複数のテレビカメラと
レーザ光を用いることにより、比較的精度の高い計測が
可能になるという長所がある。しかしながら、ビデオ信
号を白と黒のレベルに２値化する際に、被測定物の反射
率に合わせてスレッショルドレベルを設定しなければな
らず、この作業が煩雑である。また、光源との関係で、
被？ｉｐＩ定物が人体であるときには安全性の点から保
護メガネを着用することが必要になり、また被測定物を
長時間にわたって静止させなければならない短所があっ
た。

そこで本出願人は、被測定物の静止を短い時間だけ保つ
ことにより測定を可能とし、また被測定物に応じた調整
を不要とし、さらに被測定物が人体などであるときにも
高い安全性を維持することのできる装置として、先に三
次元形状計測装置（未公開）を出願した（特願昭６２−
１９２３７２号）。

この特許出願に係る三次元形状計ｎ１装置は、第６図の
ようになっている。図示の通り、この装置は、所定の軸
（２方向の軸）に垂直な平面（ｘ　−ｙ平面）に配設さ
れた距離計測リング１２と、光源および半導体装置検出
器をそれぞれ含み、所定の軸までの距離がほぼ同一とな
るように距離計測リング１２の内側面に取り付けられた
複数の検出へラド１１と、距離計測リング１２を所定の
軸方向に案内する３本のガイドロッド５１と、距離計測
リング１２をガイドロッド５１に沿って移動させる駆動
機構（図示せず）と、複数の検出へラド１１のそれぞれ
からの検出信号にもとづいて被測定物２３までの距離を
それぞれ算出し、当該被測定物の三次元形状を計測する
計測手段（図示せず）とを備える。

この構成によれば、距離計測リング１２の内側面に設け
られた複数の検出ヘッド１１は、被測定物２３までの距
離に対応する検出゛信号をそれぞれ出力する。そして、
この検出ヘッド１１はガイドロッド５１に沿って距離計
測リング１２と共に移動するので、被測定物２３の三次
元形状に応じた検出信号が得られることになり、従って
この検出信号にもとづいて三次元形状が計測されること
になる。

しかしながら、上記の三次元形状計測装置においては、
距離計測リング１２の移動速度は移動開始の時と停止前
において等速度でなく、第７図の如くなる。同図におい
て、駆動モータ（図示せず）の駆動力に対して距離計測
リング１２の重量が大きいほど、時間１　−１　　およ
びｔ’−ｔ　　が長くなる。ところが、前出の特許出願
の如く、測距動作を一定周期で実行させると、ｚ軸方向
における測定点の間隔が時間ｔ。−ｔｌおよびｔ２〜ｔ
　の間で狭くなり、ｔ　　−ｔ　２の間で一定となる。

すなわち、２軸方向の測定点の間隔を一定に保った計測
をするためには、測定範囲を時間ｔ１〜ｔ２の時間のみ
に制限しなければならないという欠点があった。

そこで本発明は、距離計ｎ１リングの移動速度が一定で
なくても、設定された範囲で正確に三次元形状を計測す
ることができる三次元形状計測装置を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る三次元形状計測装置は、所定の軸に垂直な
平面に配設され、所定の軸上もしくはその近傍の被測定
物までの距離検出用の複数の検出ヘッドが内側面に取り
付けられた距離計測リングと、距離計測リングを所定の
軸方向に案内するガイド部材と、距離計測リングをガイ
ド部材に沿って移動させる駆動機構と、距離計測リング
の所定の軸方向の位置を検出する位置検出手段と、この
位置検出手段の出力信号にもとづき複数の検出ヘッドの
検出信号が所定の軸方向に所定間隔（例えば、はぼ一定
間隔）で出力されるよう測距動作のタイミングを制御す
るタイミング制御手段と、複数の検出ヘッドのそれぞれ
からの検出信号にもとづいて被測定物までの距離をそれ
ぞれ算出し、当該被測定物の三次元形状を計測する計測
手段とを備えることを特徴とする。

〔作用〕

本発明によれば、距離計測リングの位置が検出され、こ
の検圧位置にもとづいて検出ヘッドの測距動作のタイミ
ングが定められ、従って、距離計測リングの移動速度に
かかわりなく、所定の軸方向に所定間隔で検出ヘッドか
ら検出信号が得られる。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の
符号を付し、重複する説明を省略する。

第１図は本発明の一実施例に係る三次元形状計測装置の
要部の側面図であり、第２図はその基本構成を示すブロ
ック図である。図示の通り、本実施例は被測定物３３を
囲むように配設された距離計測リング１２を有し、この
リングの内側面には複数の検出ヘッド（距離検出用ヘッ
ド）１１、〜１１　が配設されている。そして、この検
出ヘラドからの検出信号に対して後述の演算処理を行な
うことにより、被測定物の三次元形状を求めるものであ
る。

この検出ヘッドとしては、従来から公知の距離検出装置
を用いることができ、また本出願人が昭和６２年６月１
９日付で特許出願（特願昭６２−１５２８８１号）した
距離検出装置なども用いることができ、本発明はこれら
を三次元形状の計測に応用したものである。そこで、具
体的な実施例の説明に先立って、上記の距離検出装置に
ついて、第８図ないし第１３図を参照して説明する。

第８図は従来から公知の一般的な半導体装置検出器の構
成図であり、第９図は第８図の半導体装置検出器を用い
た一般的な距離検出装置の構成図である。第９図に示さ
れるように、距離検出装置は光源１、投光レンズ２、受
光レンズ３および半導体装置検出器４を有し、被測定物
５までの距離を半導体装置検出器４上の光点位置ｓｐか
ら求められるよう−になっている。そこで、まず半導体
装置検出器４の構成と作用について説明する。

第８図において、半導体装置検出器４はＮ＋型型環導体
層４１、高抵抗のＮ型半導体層４２と、抵抗率が均一な
Ｐ型半導体層４３とが順次に積層されて形成されている
。Ｎ型半導体層４２およびＰ型半導体層４３はフォトダ
イオードを構成しており、Ｎ　型半導体層４１にはフォ
トダイオードに逆バイアスの電圧を印加するための共通
電極４４が設けられている。また、Ｐ型半導体層４３の
両端部には一対の電極４５．４６が設けられている。こ
の半導体装置検出器４の共通電極４４に所定の電圧を印
加し、第８図中の位置ＳＰのところに光点として光が入
射したとすると、位置ＳＰの下方のＰ型半導体層４３と
Ｎ型半導体層４２とのＰＮ接合部には電子−正孔対が生
じ、これにより光点の入射エネルギーに比例した光電流
Ｉ。が共通電極４４からＰ型半導体層４３に向かって流
れる。

ところで、第８図に示すように、電極４５゜４６間の距
離をＣとし、その間のＰ型半導体層４３の抵抗をＲ６と
じ、さらに光点入射位置ＳＰと電極４６との間の距離を
Ｘとし、その間のＰ型半導体層４３の抵抗をＲｘとすれ
ば、光電流Ｉ。

は光点入射位置ＳＰのところで、Ｐ型半導体層４３°の
有する抵抗によって分割される。すなわち、電極４５へ
の電流ＩＡおよび電極４６への電流Ｉｎは、電極４５と
光点入射位置ＳＰとの間の　。

Ｐ型半導体層４３の抵抗（Ｒ−ＲＸ）と、電極４６と光
点入射位置ＳＰとの間のＰ型半導体装置４３の抵抗Ｒｘ
のそれぞれに反比例するように分割され、 Ｉ　　−１・［ＲＸ　／Ｒｃ　］ Ｏ ｒ　　−ｘ　　−［（Ｒｏ−Ｒｘ）／Ｒｏ］・（１）Ｏ のようになる。

前述のように、Ｐ型半導体層４３の抵抗率は均一に分布
しているので、抵抗Ｒ，Ｒｃは距離Ｘ。

Ｃにそれぞれ同じ比例定数で比例する。従って、上記（
１）式は、 ！　■■　・Ｘ／Ｃ Ｏ Ｉ　　−１・　［（Ｃ−Ｘ）／Ｃ１・・・（２）Ｏ のように表現される。上記（２）式かられかるように、
電流１　　、ＩＢを電極４５．４６から取出し、所定の
演算回路（図示せず。）において所定のアナログ演算処
理を施すことで、電極４６から光点入射位置ＳＰまでの
距離Ｘを求めることができる。

次に、第９図を参照して一般的な距離検出装置の構成と
作用を説明する。

同図において、距離検出装置は被測定物５を照射するた
めの光を出力する光源１と、光源１で出力された光を被
測定物５に集光させる投光レンズ２と、被測定物５で反
射された光を集光させる受光レンズ３と、受光レンズ３
１とより集光された反射光が光点として入射し、その光
点入射位置ＳＰを検出する前°述の半導体装置検出器４
とから構成されている。ここで、光源１は発光ダイオー
ドあるいは□半導体レーザからなっている。また、受光
レンズ３は投光レンズ２に対して基線長Ｂだけ間隔をあ
けて配置されており、半導体装置検出器４は受光レンズ
３に対して焦点距離ｆだけ間隔をあけて配置されている
。なお、受光レンズ３の光軸Ａは半導体装置検出器４の
電極４６と整合しておらず、電極４６から距離Ｘｏだけ
間隔をあけているとする。

第９図の距離検出装置において、被測定物５が投光レン
ズ２から距離りのところに位置し、このとき受光レンズ
３からの光点が半導体装置検出器４の位置ＳＰのところ
（電極４６から距離Ｘのところ）に入射したとすると、
距離Ｘは第９図に基づき、被測定物５までの距離りに対
してＸ−Ｘ　　　　　糟−Ｘ　　　　　自　ｆ　　番　
Ｂ／Ｌ　　　　　　　　　　　　　　　・・・　（３）
０■ として求められる。従って、前述の（２）式の電流１　
　、Ｉ　　に所定のアナログ演算処理を施してＶＢ 距１ｘが求まるので、上記（３）式を用いて被測定物５
までの距離りを検出することができる。

すなわち、電流１　　’＋　　１　　をＶＢ （Ｉ　　−１）／（ＩＡ＋ＩＢ） ＶＢ −１−２Ｘ／Ｃ・・・（４） のように割り算の演算処理を行なうことにより、前述の
距離Ｘを求める。そして、前述の（３）式と（４）式か
ら距離Ｘを消去すると、 （１−Ｉ　　）／（ＩＡ＋ＩＢ） 八　　Ｂ −１−２Ｘｏ／Ｃ−２ｆ−Ｂ／（Ｃ−Ｌ）・・・（５） の関係が得られるので、電流演算値（工い−ＩＢ）／（
Ｉ□＋ｌＢ）は被測定物５までの距離りに反比例してい
ることがわかり、従って間接的に距離りを求めることが
できる。

一方、前述の昭和６２年６月１９日付の特許出願に示さ
れる方式によれば、より簡単な構成で広い範囲の距離検
出が可能になる。

第１０図は当該出願に係る距離検出装置の基本構成図で
ある。図示の通り、距離検出装置は光源１と、この発光
光束を集光する投光レンズ２と、この投光レンズ２に対
して基線長Ｂだけ隔てて配置された受光レンズ３と、受
光レンズ３からの光を受ける半導体装置検出器４と、こ
の半導体装置検出器４からの光電流を受けて後述の演算
を行なう演算回路２０により構成される。そして、演算
回路２０は努割された電流Ｉ　、■　を電圧信号Ｂ ｖＡ、ＶＢに変換する■／ｖ変換器２１Ａ。

２１Ｂと、電圧信号ｖ　、■　を加算する加算器Ｂ ２２と、電圧信号Ｖ　と電圧信号の和ｖ＋ｖの割り算を
行なうアナログ割算器２３を有している。

上記の構成によれば、演算回路２０の出力（Ｖ　　＋Ｖ
　　）／Ｖ　　１ｔ（１＋Ｉ　　）／ＩＡ１；：ＡＢ　
　　　Ａ　　　　ＡＢ 比例し、かつ（１＋１　　）／ＩＡは後述の如くＡＢ 第９図中のＣ，ｆ、Ｂ、Ｌ、により定まる数値を比例定
数とする距離りに等しくなるので、被測定物５までの距
離りを簡単に求めることが可能である。そこで、距離検
出の原理から、第１０図の距離検出装置の構成と作用を
、順次に説明する。

第１１図は測距範囲をＬ　からＬＰに設定した時の距離
検出用光学系を示す図である。光源１の発光光束を投光
レンズ２によって集光し、被測定物５を照射する。被測
定物５からの反射光は投光レンズ２に対して基線長Ｂだ
け隔てて配置された受光レンズ３により集光される。半
導体装置検出器４は受光レンズ３から距離ｆの集光位置
（光点位置）に配置されている。

ここで、測距範囲内の最至近距離および最遠距離をそれ
ぞれＬ　およびＬｐとし、被測定物５までの距離をＬと
する。また、受光レンズ３の光軸から半導体装置検出器
４の受光部の一方の端までの距離をＸ、とし、被測定物
５からの反射光が受光レンズ３によって集光される光点
ＳＰの位置から受光レンズ３の光軸までの距離をＸとし
、光点ＳＰの位置から半導体装置検出器４の受光部の一
方の端までの距離をＸｌとし、半導体装置検出器４の受
光部の長さ（一対の電極の間隔）をＣとすると、それぞ
れ以下の関係式が成り立つ。

ム ｘ　　−ｘ−ｘＦ 第１２図は半導体装置検出器４の一方の電極に抵抗Ｒｘ
Ｆを付加させた図である。電極４６から光点入射位置Ｓ
Ｐまでの距離をＸｌとし、この部分のＰ型半導体層の抵
抗をＲｘ□とし、半導位置検出器４の受光部の長さをＣ
とし、この抵抗をＲＣとし、光点入射位置で発生した電
流をＩ。とする。

また、付加抵抗をＲｘ、を第１１図に示すＸ、に対応さ
せると、この値は下記の（１０）式の関係になる。

・・・（ｌＯ） ここで電極４５．４６から取出される電流をそれぞれ１
　　、Ｉ　　とする時には、その値は下記の八　　Ｂ （１１）式及び（１２）式より求めることができる。

そこで、第１０図の演算回路２０のアナログ割算部にて
（１３）式の演算を実行させると、下記（１３）式のよ
うになる。

ＩＡＲｘｌ＋ＲＸＦ ここで、（８）式よりＸｌＸ　＋ＸＦであるから、■ これを（１３）式に代入すると、次の（１４）式を得る
ことができる。

ＩＡ　　　　　　　Ｘ Ｃ１ ・・・（１４） （１４）式の右辺のカッコ内は全て定数となるので、ア
ナログ割算部の出力は被測定物５までの距離りに比例し
ていることがわかる。従って、任意の測定範囲に対して
（ｌＯ）式で示す付加抵抗ＲｘＰの値を決定すれば、（
Ｉ４）式で示すアナログ割算部の出力値は被測定物５ま
での距離りに比例していることがわかる。

本発明に係る三次元形状計測装置は、以上のように構成
される距離検出装置を検出ヘッドに用いる。そこで、以
上の説明を前提にして、第１図および第２図により本発
明の一実施例の構成を説明する。

第１図に示す通り、実施“例の三次、光計測装置では、
計測時の外乱光の影響を除去するために、装置の外側は
遮光用カーテン１０８で囲まれている。

被検者（被測定物）３３は距離計測リング１２の中心位
置（前述の所定の軸の位置）に立ってハンドル１０５に
掴まり、一定時間静止状態を保つことができる。

支持台１０１に取付けられた駆動モータ３２を回転させ
ると、ボールネジとなっている駆動シャフト１０２が回
転し、キャリアーボックス１０３が上下に移動する。距
離計測リング１２は６個の滑車１０７と駆動ワイヤ１０
６を介してキャリアーボックス１０３に連結されている
。この構成によれば、キャリアーボックス１０３が上方
から１０国下降すると、距離計測リング１２はガイド部
材（ガイドロッド５１）に沿って２０（至）上昇するこ
とになる。

また、駆動シャフト１０２には位置検出器としてのロー
タリーエンコーダ１０４が取付けられており、この出力
パルスを用いて距離計測リング１２に取付けられた複数
の距離検出器（検出ヘッド）の測距動作のタイミングを
制御すると共に、距離計測リング１２の高さを検出する
ようになっている。

第２図に示すように、ｎ個の検出ヘッド１１１゜１１　
、・・・、１１　は円環状の距離計測リングｎ １２の内側面に固設される。そして、各検出ヘッド１１
　．１１　　、・・・、１１　は、赤外線ＬＥＤ１　　
　２　　　　　　ｎ の如き光源と、光源からの光を距離計測リング１２の中
央に配置された被測定物３３の表面に入射する投光レン
ズと、被測定物３３からの反射光を集光する受光レンズ
と、受光レンズからの光を光点として入射する半導体装
置検出器とを備えている。そして半導体装置検出器に流
れる光電流が、検出信号としてアナログマルチプレクサ
１３を介して出力される。次に、検出信号は信号処理回
路１４に送られ、その結果がＡ／Ｄコンバータ１５を介
してメモリ１６に記憶され、Ｉ１０インターフェース回
路１７を介してコンピュータ１８に送られ、表示装置１
９で三次元表示されるようになっている。

一方、距離計測リング１２はガイドロッド５１に取り付
けられ、これに沿ってリング１２の軸方向に移動可能に
なっている。このため、システムシーケンスコントロー
ラ３０およびモータ駆動回路３１によりモータ３２か作
動させられると、距離計測リング１２は第２図の紙面に
垂直な軸方向（距離計測リング１２の軸に平行な方向）
に移動を行なう。さらに、第１図にも示したロータリー
エンコーダ１０４は、システムシーケンスコントローラ
３０に接続され、従って距離計測リング１２のＺ軸方向
の位置に応じた信号がコントローラ３０に与えられるよ
うにっている。

次に、上記実施例に係る三次元形状計測装置の動作を説
明する。

前述の通り、駆動モータ３２により駆動シャフト１０２
は回転させられ、これにより距離計測リング１２は同図
の紙面に垂直方向（紙面をＸ−Ｙ平面に指定した時の２
軸方向）に移動することができる機構になっている。距
離計測リング１２は前もって計測スタート位置に設定さ
れており、システムシーケンスコントローラ３０からの
計測スタート信号により、Ｚ軸方向の移動を開始する。

距離計測リング１２が移動するときには駆動シャフト１
０２は回転しており、従ってロータリーエンコーダ１０
４からは移動量に応じた数のパルスが出力される。そこ
で、システムシーケンスコントローラ３０は上記パルス
の数のカウントし、あらかじめ設定した所定値になった
ところでアナログマルチプレクサ１３に測距指令を出力
する。

そして、アナログマルチプレクサ１３により距離検出ヘ
ッド１１１の信号ラインがＯＮになる。

次に、距離検出ヘッド１１１の光源をパルス点燈させ、
投光レンズにより被測定物３３の表面上に集光させる。

被測定物３３の表面で反射された光束は、受光レンズに
より半導体装置検出器の受光面上に集光される。そして
、この半導体装置検出器から得られる信号電流（検出信
号）は、電流−電圧変換後にアナログマルチプレクサ１
３を介して信号処理回路１４に送られる。

信号処理回路１４では外乱光のノイズ成分が重畳された
信号のうち、ノイズを除いた成分のみが抜き取られる。

このノイズの除去は、例えば第１３図に示すような信号
処理により行なうことができる。同図において、タイミ
ングφ０は光源がパルス点燈するタイミングであり、Ｖ
　　、Ｖ　　＋Ａ ｖＢそれぞれ半導体装置検出器の電極から得られる光電
流に対応した検出信号（電圧信号）である。

このような状態において、タイミングφ１で信号のサン
プリングを行なうと、サンプリングされた信号にはノイ
ズのみが含まれる。また、タイミングφ２でサンプリン
グを行なうと、′サンプリングされた信号にはノイズ成
分と信号成分とが含まれる。そこで、タイミングφ２で
サンプリングされた信号からタイミングφ１でサンプリ
ングされた信号を引くと、ノイズを含まない信号成分の
みを抽出できる。

次に、信号処理回路１４中のアナログ割算器により、演
算されたアナログ出力が得られる。このアナログ出力は
距離検出へラド１１から被測定部１３の表面の照射位置
までの距離に対応している。

このアナログ出力はＡ／Ｄコンバーター５によりデジタ
ル信号に変換され、−時的に記憶しておくためのメモリ
ー６に記憶される。

以上述べた測距動作が、距離検出へラド１１、に関する
ものであるが、同様の動作を距離検出ヘッド１１　．１
１　　、・・・、１１　で時系列に実行２　　　　　　
３　　　　　　　　　　　ｎして行く。そして、ｎ番目
の距離検出ヘッド１１　による測距動作が完了すると、
被測定物３３を一周した測定が完了する。この計測時点
において距離計測リング１２はＺ軸方向に移動しており
、第１肩口の計測の開始時点においてリセットされたシ
ステムシーケンスコントローラ３０のカウント値（ロー
タリーエンコーダ１０４の出力パルスのカウント値）が
再び前述の所定値になったら、同様にして第２肩口の計
測が実行される。

以下、同様の計測が繰り返され、計測完了するまでの全
てのデータが一時記憶のためのメモリ１６に格納される
。

計測完了の後には、メモリ１６に格納された距離データ
はＩ１０インターフェース回路１７を介してコンピュー
タ１８の主記憶メモリに転送され、ｘ、ｙ、ｚの三次元
座標の数値データに変換される。この変換されたデータ
は被測定物３３の三次元形状のためのデータであり、表
示装置１９にグラフィック表示するために、任意に設定
されたビューポイントに対する表示が可能なデータに変
換され、被測定物３３の三次元形状が表示装置１９によ
って表示される。

次に、上記の実施例に係る三次元形状計測装置を、人体
の三次元形状の計測に応用した例を説明する。第３図は
計４−１動作を説明するためのタイムチャートである。

この応用例では、第１図の装置において、内径が１２０
０　ｍ＋ｓの距離計測リング１２の内側面には、１８０
個の検出ヘッド１１〜１１　　が組み込まれでいる。距
離計測リング１２は少なくとも１本のガイドロッド５１
に摺動自在に取り付けられ、駆動モータ３２により第３
図（ａ）に示す速度で２軸方向に移動する。すなわち、
時点ｔ　で移動を開始した後は時点ｔ１まで一定加速度
で加速され、時点ｔ　からｔ２までの間は０．５ｍ／秒
の等速度となる。そして、時点ｔ２になると一定加速で
減速され、時点ｔｔで停止する。

このとき、ロータリーエンコーダ１０４からは第３図（
ｂ）のようなパルスが出力され、システムシーケンスコ
ントローラ３０に内蔵されたカウンタ（図示せず）に与
えられる。このカウンタのカウント値が０“から“８”
までカウントアツプされたときに、システムシーケンス
コントローラ３０から７１−１距タイミング信号が出力
されるとすると、この信号出力時点は第３図（Ｃ）のｔ
３゜ｔ　　、ｔ　　、ｔｅ＋ｔ７となる。このとき１．
距離計測リング１２の２軸方向位置は第３図（ｃ）のｚ
　　、ｚ　　、ｚ　　、ｚ　　、ｚ　　となり、これら
は等間隔である。

第３図の時点ｔ　において計測スタート信号が入力され
ると、第２図に示すシステムシーケンスコントローラ３
０が動作を開始し、距離計測リング１２があらかじめ設
定された上部スタート位置２　（第３図（ｃ）図示）よ
り動き出し、同時にロータリーエンコーダ１０４からパ
ルス（第３図（ｂ）図示）が出力される。上記パルスの
カウント値が時点ｔ３で８”になったとき、システムシ
ーケンスコントローラ３０は測距タイミングパルスを出
力し、これによってアナログマルチプレクサは具体的な
測距を行なう。同時に、上記カウンタはリセットされ、
再びロータリーエンコーダ１０４の出力パルスのカウン
トを開始する。そして、時点ｔ４でスカウント値が“８
″になったら、再び上記の動作を繰り返す。しかる後、
１００ミリ秒以内に移動速度が０．５ｍ／ｓの等速度に
なり安定するが、上記の動作は等速切間中も継続し、減
速期間中も同様に継続する。

第４図はこの具体例の計測動作において、等速切間中の
各信号のタイミングを示す図である。第４図において、
計測スタート信号が起動された後の１００ミリ秒は、前
述の移動速度が一定になるまでの時間である。この時間
および減速の際の１００ミリ秒は、前出の特願昭６２−
１９２３７２号においては計ｎ１のために用いることが
できなかった。しかし、本発明は上記のように作用する
ので、この期間をも計測期間とすることができる。

各距離検出へラド１１内の半導体装置検出器から得られ
る光電流には、信号電流（ＩＡおよび１８）以外に、外
乱光による光電流（Ｉｎ）が重畳されている。それ故、
Ｉ−Ｖ変換後に信号成分のみを抜き取る必要があり、こ
れを実行するのが第２図中に示す信号処理回路１４内の
パルス信号抜取回路（図示せず）である。パルス信号抜
取口路は２個のサンプルアンドホールド回路と１つの作
動オペアンプで構成されており、一方のサンプルホール
ド回路（Ｓ／Ｈ１）でパルス点燈する直前の電圧レベル
を第４図に示す信号波形φ１−１〜φ１８０−１のタイ
ミングでサンプルしてホールドし、もう一方のサンプル
アンドホールド回路（Ｓ／Ｈ２）でパルス点燈時の電圧
レベルを、信号波形φ　　〜φ　　　のタイミングでサ
ンプルホールＬ−２１８０−２ ドする。これら２つのサンプリングアンドホールド回路
（Ｓ／Ｈ、Ｓ／Ｈ２）の出力は、差動オ■ ベアングによってその差分（Ｖ　　　−ＶＳ／Ｈ２Ｓ／
Ｈ１）　カー 演算され、信号成分（Ｖ、Ｖ）のみが抜き取Ｂ られる。なお、このノイズ除去の原理については、第１
３図を参照してすでに説明した。

次に、信号成分の演算として（ｖＡ＋ＶＢ）／ＶＡ）、
（ｖＡ＋ＶＢ）／ｖＢあるいは（ｖ八−ＶＢ）／（ＶＡ
＋ｖＡ）などを実行する。このようにすれば、先に説明
したようにいずれの演算であっても、出力特性上の差異
はあるが、距離に対応したアナログ出力が得られる。ア
ナログ出力は第２図に示すＡ／Ｄコンバーター５にょリ
デジタル信号に変換され、第４図に示す信号波形Ａ／Ｄ
　　−Ａ／Ｄ　　　のタイミングで一時記憶用１　　　
　１８Ｇ のメモリ１６に格納される。各距離検出ヘッド１１□の
測距動作は５０マイクロ秒以内に完了し、次の１ｌｌＪ
距動作に移る。

距離計測リング１２における一周期の計測時間は約９ミ
リ秒であり、身長１７０ｃｍの被検者３３の全身の計測
に要する時間は、等速切間のみについて考えると次のよ
うになる。

■−周期の計測動作時間（９ミリ秒）に移動する距離計
ａＰ１リングの距離 ５００　（ｍｍ／ｓ〕Ｘ０．００９　（ｓ）−４，５ｍ
ｍ　　　　　　　　　　＝（２１）■被検者全身の計測
に必要な周期回数 １７００（ｍｍ）÷４．５　（ｍｍ） −３７８回　　　　　　　　　・・・（２２）■計測時
間 ９　（ｍｓ）Ｘ３７８　（回）−３，４［８］・・・（
２３） 以上の結果より、被検者が一定の姿勢で３．４秒間静止
状態を保つことは容易であり、計測精度を向上させるこ
とが可能であることがわかる。ここで、ある距離検出ヘ
ッドを基準に設定し、それぞれの番号をＮ計測時の周期
番号をＴとし、各距離データをＬ　（Ｔ、Ｎ）の形で表
わすと、この具体例ではそれぞれの番号の最大値がＮ−
１８０゜Ｔ−３７８で、−時記憶メモリ−６に格納され
る距離データは第５図に示すデータ構成となる。

コンピューター８において第５図に示す距離データによ
りｘ、ｙ、ｚ三次元座標系に変換するには、以下の方式
を用いる。すなわち、Ｘ−Ｙ平面の原点は距離計測リン
グ１２の内径中心に一致させ、またこの内径の半径をＲ
とし、Ｚ軸の原点はＬ　（１，１）の測定位置に選ぶと
次の関係式が成り立つ。

Ｘ　（Ｔ、Ｎ） −（Ｒ−Ｌ　（Ｔ、　Ｎ）　ｌ　ＣＯ３θ　・・・（２
４）Ｙ　（Ｔ、Ｎ） −（Ｒ−Ｌ　（Ｔ、Ｎ））　ＳＩＮθ　　・・・（２５
）Ｚ　　（Ｔ、　　Ｎ） −４，５・ｘ（Ｔ−１） ＋４．　５ｘ　　（Ｎ−１）／１８０　　　−（２［ｉ
）但し、θＮ−２（度）ＸＮ　　　　　　　・・・（２
７）上記の方式によって得られる被検者の三次元形状デ
ータに対して、任意の観察をするための視点を設定し、
二次元表示用演算を実行することにより、表示装置１９
で任意の角度から見た時の形状を表示することができる
。−またこの具体例においては、安全確保のために、計
測スタートおよび停止の制御が被検者とオペレータとの
両方から実行可能になっている。

本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、種々
の変形が可能である。

例えば、検出ヘッドの具体的な構成については、被測定
物からの光を光点として入射し、その光電流を検出信号
として出力するものであれば、種々の構成とすることが
できる。また、距離計測リングの具体的な構成について
も、図示されるものに限らない。さらに、計測手段の具
体的な構成についても、第２図でブロックにより示した
ものに限られない。

距離計測リングの位置検出については、例えばガイドロ
ッドに等間隔にセンサを配置し、これによって距離計測
リングの通過を検知してもよい。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り本発明によれば、距離計測リ
ングの位置が検出され、この検出位置にもとづいて検出
ヘッドのａ１ｊ距タイミングが定められるので、距離計
測リングの移動速度にかかわりなく、所定の軸方向にほ
ぼ一定間隔で検出ヘッドから検出信号が得られる。従っ
て、距離計測リングの移動速度が一定でなくても、設定
された範囲で正確に三次元形状を計測することができる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る三次元形状計測装置の
要部の側面図、第２図はその基本構成のブロック図、第
３図は実施例による計測動作のタイムチャート、第４図
は具体例による計測動作を等期間中について説明するタ
イミング図、第５図は距離データの構成図、第６図は別
途に特許出願した装置を人体の三次元形状の計測に応用
した例の要部の斜視図、第７図は距離計測リングの移動
速度の説明図、第８図は一般的な半導体装置検出器の構
成図、第９図は第８図の半導体装置検出器を用いた検出
装置の構成図、第１０図は別途に特許出願した距離検出
装置の基本構成図、第１１図は測距範囲を広くしたとき
の距離検出用光学系の説明図、第１２図は半導体装置検
出器の一方の電極に抵抗を付加した図、第１３図はノイ
ズ除去のための信号処理を説明する波形図である。 １・・・光源、２・・・投光レンズ、３・・・受光レン
ズ、４・・・半導体装置検出器、５，３３・・・被測定
物、１１１〜１１ｎ・・・検出ヘッド、１２・・・距離
計測リング、１３・・・アナログマルチプレクサ、１４
・・・信号処理回路、１５・・・Ａ／Ｄコンバータ、１
６・・・メモリ、１７・・・Ｉ１０インタフェース回路
、１８・・・コンピュータ、１９・・・表示装置、３０
・・・システムシーケンスコントローラ、３１・・・モ
ータ駆動回路、３２・・・モータ、５１・・・ガイドロ
ッド、１０１・・・支持台、１０２・・・駆動シャフト
、１０３・・・キャリアーボックス、１０４・・・ロー
タリーエンコーダ、１０５・・・ハンドル、１０８・・
・遮光用カーテン。 特許出願人　　浜松ホトニクス株式会社代理人弁理士　
　　長谷用　　芳　　樹実施例の三次元計測装置の側面
図 第１図 人体の三次元形状の計測 第６図 計測リングの移動速度の変化 第７図 一般的な半導体装置検出器 付加抵抗のっ（・た半導体装置検出器 筒　　１９　Ｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の軸に垂直な平面に配設され、前記所定の軸上
   もしくはその近傍の被測定物までの距離検出用の複数の
   検出ヘッドが内側面に取り付けられた距離計測リングと
   、前記距離計測リングを前記所定の軸方向に案内するガ
   イド部材と、前記距離計測リングを前記ガイド部材に沿
   って移動させる駆動機構と、前記距離計測リングの前記
   所定の軸方向の位置を検出する位置検出手段と、この位
   置検出手段の出力信号にもとづき前記複数の検出ヘッド
   の検出信号が前記所定の軸方向に所定間隔で出力される
   よう測距動作のタイミングを制御するタイミング制御手
   段と、前記複数の検出ヘッドのそれぞれからの前記検出
   信号にもとづいて前記被測定物までの距離をそれぞれ算
   出し、当該被測定物の三次元形状を計測する計測手段と を備えることを特徴とする三次元形状計測装置。 ２、前記複数の検出ヘッドのそれぞれは、前記被測定物
   に光を入射させる光源と、前記被測定物からの反射光が
   光点として受光部に入射され、前記受光部の半導体層に
   流れる光電流にもとづいて前記検出信号を出力する半導
   体装置検出器とを有することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の三次元形状計測装置。 ３、前記駆動機構は、前記距離計測リングを上下動させ
   るよう回転するシャフトを有し、前記位置検出手段は前
   記シャフトに取り付けられたロータリーエンコーダを有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の三次元形状計測装置。 ４、前記計測手段は、前記複数の検出ヘッドの動作を順
   次時系列に切り換えるマルチプレクサと、このマルチプ
   レクサを介して前記複数の検出ヘッドから順次時系列に
   送られてくる前記検出信号にもとづいて前記被測定物ま
   での距離をそれぞれ算出する信号処理部とを有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいず
   れかに記載の三次元形状計測装置。