JPH07229725A - 光パルスを用いた三次元形状測定装置 - Google Patents
光パルスを用いた三次元形状測定装置Info
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- JPH07229725A JPH07229725A JP6040452A JP4045294A JPH07229725A JP H07229725 A JPH07229725 A JP H07229725A JP 6040452 A JP6040452 A JP 6040452A JP 4045294 A JP4045294 A JP 4045294A JP H07229725 A JPH07229725 A JP H07229725A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 形状が変化する物体や運動している物体の三
次元形状を高精度に測定できると共に、反射パルスの形
状を変化させるような物体の三次元形状測定も行い得る
光パルスを用いた三次元形状測定装置を提供する。 【構成】 パルス光源１より発された光パルスをチャー
プ導入装置２でチャープしたチャープ光パルスをビーム
エクスパンダ４で拡張して対象物体５に照射し、該対象
物体５の表面で反射した反射光をシャッタ６の開閉によ
り切り取り、カラー二次元検出器７で画像検出すること
により、色付き等高線マップの二次元画像として取得す
る。
次元形状を高精度に測定できると共に、反射パルスの形
状を変化させるような物体の三次元形状測定も行い得る
光パルスを用いた三次元形状測定装置を提供する。 【構成】 パルス光源１より発された光パルスをチャー
プ導入装置２でチャープしたチャープ光パルスをビーム
エクスパンダ４で拡張して対象物体５に照射し、該対象
物体５の表面で反射した反射光をシャッタ６の開閉によ
り切り取り、カラー二次元検出器７で画像検出すること
により、色付き等高線マップの二次元画像として取得す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光パルスを用いて被測
定物の三次元形状を測定するものであって、特に、動的
な物体の測定および透光性物体の内部構造の測定を可能
とすることにより、工業製品や生体の形状計測や欠陥検
査等に好適な三次元形状測定装置に関する。
定物の三次元形状を測定するものであって、特に、動的
な物体の測定および透光性物体の内部構造の測定を可能
とすることにより、工業製品や生体の形状計測や欠陥検
査等に好適な三次元形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光パルスを用いて物体の形状を測
定する方法として、物体上の一測定点に光りパルスを照
射し、該光パルスが物体表面で反射した光が戻るまでの
飛行時間を測定することにより、対象物の表面形状を計
測するものがある。すなわち、パルス照射位置から測定
対象物までの距離の違い（被測定物の奥行）を光パルス
の飛行時間に置き換えて、対象物の三次元形状を測定す
るのである。
定する方法として、物体上の一測定点に光りパルスを照
射し、該光パルスが物体表面で反射した光が戻るまでの
飛行時間を測定することにより、対象物の表面形状を計
測するものがある。すなわち、パルス照射位置から測定
対象物までの距離の違い（被測定物の奥行）を光パルス
の飛行時間に置き換えて、対象物の三次元形状を測定す
るのである。
【０００３】斯かる三次元形状の測定方法においては、
光パルスの飛行時間を高精度に求める必要があるため
に、例えば、基準となる光路長を有する参照パルスを走
査させることによって光パルスの飛行距離を求め、該光
パルスの飛行距離から飛行時間を求める方法が採られて
いる。これを各測定点に対して順次行いながら、さら
に、被測定物の一定方向に対して光パルスによる走査を
行うと当該走査位置における二次元形状が得られるの
で、光パルスの走査位置を適宜な幅で変化させながら走
査を順次繰り返すことにより、三次元形状が得られる。
光パルスの飛行時間を高精度に求める必要があるため
に、例えば、基準となる光路長を有する参照パルスを走
査させることによって光パルスの飛行距離を求め、該光
パルスの飛行距離から飛行時間を求める方法が採られて
いる。これを各測定点に対して順次行いながら、さら
に、被測定物の一定方向に対して光パルスによる走査を
行うと当該走査位置における二次元形状が得られるの
で、光パルスの走査位置を適宜な幅で変化させながら走
査を順次繰り返すことにより、三次元形状が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したよう
な従来の三次元形状測定方法においては、干渉法や相関
法を用いる必要があることから、参照パルスの光路長を
走査させることが必要となる。しかも、光パルスによる
走査を被測定物の全領域に亘って行う必要があるため
に、測定においても長時間を要することとなる。
な従来の三次元形状測定方法においては、干渉法や相関
法を用いる必要があることから、参照パルスの光路長を
走査させることが必要となる。しかも、光パルスによる
走査を被測定物の全領域に亘って行う必要があるため
に、測定においても長時間を要することとなる。
【０００５】このように、三次元形状測定に比較的長時
間を要することとなると、この測定時間に対して形状変
化が著しい物体や運動している物体の三次元形状を精度
良く測定することはできない。また、二次元面の走査を
繰り返して三次元形状を得るという測定原理を用いるこ
とから、光源の状態、測定環境、測定機器の条件等の測
定条件の変化が完全に無視しうる程度でなければ、光パ
ルス走査における測定条件の整合性が採られているとは
いえず、測定誤差の要因にもなる危険性がある。
間を要することとなると、この測定時間に対して形状変
化が著しい物体や運動している物体の三次元形状を精度
良く測定することはできない。また、二次元面の走査を
繰り返して三次元形状を得るという測定原理を用いるこ
とから、光源の状態、測定環境、測定機器の条件等の測
定条件の変化が完全に無視しうる程度でなければ、光パ
ルス走査における測定条件の整合性が採られているとは
いえず、測定誤差の要因にもなる危険性がある。
【０００６】また、従来の測定方法においては、光パル
スのピークを高精度に検出しなければならないが、反射
光の強度情報のみでピークを判定する場合、光パルスを
形状が被測定物からの反射によって大きく変化しないと
いう条件を備えている必要がある。したがって、反射面
が均一であると共に光路の途中に散乱体が位置しないと
いった条件を満たす物体でなければ、三次元形状測定の
対象とすることができず、三次元形状測定の応用対象を
著しく狭めることになってしまう。
スのピークを高精度に検出しなければならないが、反射
光の強度情報のみでピークを判定する場合、光パルスを
形状が被測定物からの反射によって大きく変化しないと
いう条件を備えている必要がある。したがって、反射面
が均一であると共に光路の途中に散乱体が位置しないと
いった条件を満たす物体でなければ、三次元形状測定の
対象とすることができず、三次元形状測定の応用対象を
著しく狭めることになってしまう。
【０００７】そこで、本発明は、形状が変化する物体や
運動している物体の三次元形状を高精度に測定できると
共に、反射パルスの形状を変化させるような物体の三次
元形状測定も行い得る光パルスを用いた三次元形状測定
装置の提供を目的とするものである。
運動している物体の三次元形状を高精度に測定できると
共に、反射パルスの形状を変化させるような物体の三次
元形状測定も行い得る光パルスを用いた三次元形状測定
装置の提供を目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る光パルスを用いた三次元形状測定装置
は、色が規則的に経時変化するチャープ光パルスを生成
するチャープ光パルス生成手段（例えばパルス光源１お
よびチャープ導入装置２）と、該チャープ光生成手段か
らのチャープ光を被測定物を介して取得し、取得した測
定基準時における取得光の二次元情報を光色に基づいて
三次元化する三次元情報取得手段（例えばシャッタ６お
よびカラー二次元検出器７）と、を備えるものとした。
に、本発明に係る光パルスを用いた三次元形状測定装置
は、色が規則的に経時変化するチャープ光パルスを生成
するチャープ光パルス生成手段（例えばパルス光源１お
よびチャープ導入装置２）と、該チャープ光生成手段か
らのチャープ光を被測定物を介して取得し、取得した測
定基準時における取得光の二次元情報を光色に基づいて
三次元化する三次元情報取得手段（例えばシャッタ６お
よびカラー二次元検出器７）と、を備えるものとした。
【０００９】
【作用】チャープ光生成手段によって生成したチャープ
光パルスを被測定物に照射すると、被測定物を介して取
得光が得られる。測定基準時に三次元情報取得手段によ
って取得された取得光の色情報は被測定物の三次元形状
と関係づけられる。
光パルスを被測定物に照射すると、被測定物を介して取
得光が得られる。測定基準時に三次元情報取得手段によ
って取得された取得光の色情報は被測定物の三次元形状
と関係づけられる。
【００１０】
【実施例】次に、本発明に係る光パルスを用いた三次元
形状測定装置の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明
する。
形状測定装置の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明
する。
【００１１】図１は、光パルスを用いた三次元形状測定
装置の第１実施例を示す概略構成図である。この三次元
形状測定装置においては、パルス光源１より発されたパ
ルス光をチャープ導入装置２でチャープすることによっ
てチャープ光パルスを生成し、該チャープ導入装置２よ
り出力されたチャープ光パルスはビームスプリッタ３を
介してビームエクスパンダ４へ供給され、該ビームエク
スパンダ４によって適宜な照射領域に拡げられ、被測定
物たる対象物体５の測定領域全面に照射するものとして
ある。なお、チャープ光パルスを照射する測定領域は、
必ずしも対象物体５の外観形状を包含するものに限定さ
れず、対象物体５の一部分における三次元形状を測定す
る場合には、少なくとも当該測定領域を包含し得るチャ
ープ光パルスの照射領域が確保できれば良い。
装置の第１実施例を示す概略構成図である。この三次元
形状測定装置においては、パルス光源１より発されたパ
ルス光をチャープ導入装置２でチャープすることによっ
てチャープ光パルスを生成し、該チャープ導入装置２よ
り出力されたチャープ光パルスはビームスプリッタ３を
介してビームエクスパンダ４へ供給され、該ビームエク
スパンダ４によって適宜な照射領域に拡げられ、被測定
物たる対象物体５の測定領域全面に照射するものとして
ある。なお、チャープ光パルスを照射する測定領域は、
必ずしも対象物体５の外観形状を包含するものに限定さ
れず、対象物体５の一部分における三次元形状を測定す
る場合には、少なくとも当該測定領域を包含し得るチャ
ープ光パルスの照射領域が確保できれば良い。
【００１２】上記のようにして、対象物体５に到達した
チャープ光パルスは、対象物体５の外表面で反射されて
再びビームエクスパンダ４に到達する。そして、ビーム
エクスパンダ４を逆方向に透過した反射光は収束されて
ビームスプリッタ３へ至り、該ビームスプリッタ３に反
射されてシャッタ６に導入される。そして、シャッタ６
が開いた瞬間たる測定基準時に該シャッタ６へ到達した
反射光が切り出され、カラー二次元検出器７へ導入され
ることとなる。なお、パルス光源１のパルス生成タイミ
ングとシャッタ６の開閉タイミングとは、タイミング装
置８によって制御されるものとしてあり、チャープ光パ
ルスの到達時刻に応じて適宜なタイミングでシャッタ６
の開閉制御を可能にしてある。また、ビームスプリッタ
３での反射光をシャッタ６へ導くために、反射係数の高
い反射手段を適宜に用いても良いが、反射光の減衰量を
抑えるためにはダイレクトにシャッタ６へ導くことが望
ましい。
チャープ光パルスは、対象物体５の外表面で反射されて
再びビームエクスパンダ４に到達する。そして、ビーム
エクスパンダ４を逆方向に透過した反射光は収束されて
ビームスプリッタ３へ至り、該ビームスプリッタ３に反
射されてシャッタ６に導入される。そして、シャッタ６
が開いた瞬間たる測定基準時に該シャッタ６へ到達した
反射光が切り出され、カラー二次元検出器７へ導入され
ることとなる。なお、パルス光源１のパルス生成タイミ
ングとシャッタ６の開閉タイミングとは、タイミング装
置８によって制御されるものとしてあり、チャープ光パ
ルスの到達時刻に応じて適宜なタイミングでシャッタ６
の開閉制御を可能にしてある。また、ビームスプリッタ
３での反射光をシャッタ６へ導くために、反射係数の高
い反射手段を適宜に用いても良いが、反射光の減衰量を
抑えるためにはダイレクトにシャッタ６へ導くことが望
ましい。
【００１３】ここで、チャープ光パルスのパルス幅は、
対象物体５の最凹部から最凸部（チャープ光パルスの照
射方向に対する凹凸）まで光パルスが飛行するのに要す
る時間幅以上に設定する必要がある。すなわち、チャー
プ光パルスのパルス幅に対して十分短い時間であるシャ
ッタ６の開放時間内に、対象物体５の最凹部で反射した
反射光と最凸部で反射した反射光とが共にシャッタ６ま
で到達していなければならず、対象物体５の最凸部から
の反射光が過ぎ去った後や対象物体５の最凹部からの反
射光が到達する前にシャッタ６が動作してしまうと、適
正な三次元情報が得られないこととなる。
対象物体５の最凹部から最凸部（チャープ光パルスの照
射方向に対する凹凸）まで光パルスが飛行するのに要す
る時間幅以上に設定する必要がある。すなわち、チャー
プ光パルスのパルス幅に対して十分短い時間であるシャ
ッタ６の開放時間内に、対象物体５の最凹部で反射した
反射光と最凸部で反射した反射光とが共にシャッタ６ま
で到達していなければならず、対象物体５の最凸部から
の反射光が過ぎ去った後や対象物体５の最凹部からの反
射光が到達する前にシャッタ６が動作してしまうと、適
正な三次元情報が得られないこととなる。
【００１４】而して、シャッタ６の開閉によってカラー
二次元検出器７に取り込まれた反射光は、対象物体５の
測定領域の二次元形状についての情報と、対象物体５の
外形の凹凸に応じた反射光の飛行時間の差に基づく色情
報とが含まれる。したがって、カラー二次元検出器７に
よって得たカラー二次元画像は、色付き等高線マップと
なるので、三次元形状の測定が成されたことになるので
ある。
二次元検出器７に取り込まれた反射光は、対象物体５の
測定領域の二次元形状についての情報と、対象物体５の
外形の凹凸に応じた反射光の飛行時間の差に基づく色情
報とが含まれる。したがって、カラー二次元検出器７に
よって得たカラー二次元画像は、色付き等高線マップと
なるので、三次元形状の測定が成されたことになるので
ある。
【００１５】上述したように、第１実施例に係る三次元
形状測定装置においては、チャープ光パルスを生成する
チャープ光パルス生成手段として機能するパルス光源１
およびチャープ導入装置２と、チャープ光パルスを対象
物体５の測定領域全面へ照射するように拡張する照射領
域拡張手段として機能するビームエクスパンダ４と、対
象物５を経て反射された反射光を取得する反射光取得手
段として機能するビームエクスパンダ４およびビームス
プリッタ３と、タイミング装置８の動作制御により決定
される測定基準時における反射光の二次元情報を光色に
基づいて三次元化する三次元情報取得手段として機能す
るシャッタ６およびカラー二次元検出器７と、を備える
ものとしたので、極く短時間で対象物体５の三次元情報
を取得することができる。
形状測定装置においては、チャープ光パルスを生成する
チャープ光パルス生成手段として機能するパルス光源１
およびチャープ導入装置２と、チャープ光パルスを対象
物体５の測定領域全面へ照射するように拡張する照射領
域拡張手段として機能するビームエクスパンダ４と、対
象物５を経て反射された反射光を取得する反射光取得手
段として機能するビームエクスパンダ４およびビームス
プリッタ３と、タイミング装置８の動作制御により決定
される測定基準時における反射光の二次元情報を光色に
基づいて三次元化する三次元情報取得手段として機能す
るシャッタ６およびカラー二次元検出器７と、を備える
ものとしたので、極く短時間で対象物体５の三次元情報
を取得することができる。
【００１６】従って、比較的急速に形状が変化する物体
や高速で運動している物体が対象物体５として選定され
た場合であっても三次元形状を測定することができる。
しかも、シャッタ６が開閉された測定基準時における反
射光に基づいて三次元形状の情報を取得するので、従来
の光パルス走査による測定装置のように測定条件の整合
性が崩れることが無く、高精度に対象物体５の三次元形
状を測定することができる。加えて、三次元情報の取得
には反射パルスの色情報を用いるものとしたので、反射
パルスの形状を変化させるような物体を対象物体５に選
定した場合であっても、三次元形状測定を行うことがで
きる。
や高速で運動している物体が対象物体５として選定され
た場合であっても三次元形状を測定することができる。
しかも、シャッタ６が開閉された測定基準時における反
射光に基づいて三次元形状の情報を取得するので、従来
の光パルス走査による測定装置のように測定条件の整合
性が崩れることが無く、高精度に対象物体５の三次元形
状を測定することができる。加えて、三次元情報の取得
には反射パルスの色情報を用いるものとしたので、反射
パルスの形状を変化させるような物体を対象物体５に選
定した場合であっても、三次元形状測定を行うことがで
きる。
【００１７】なお、本実施例においては、カラー二次元
検出器７で得たカラー二次元画像を三次元形状測定結果
として用いることにより、高度な画像処理装置等を必要
とせず、測定結果を迅速に得られるものとしたが、カラ
ー二次元画像に画像処理を更に施すことで、ワイヤフレ
ーム構造やレンダリング等により三次元形状を視覚的に
表示するような三次元情報取得手段を備えるものとして
も良い。また、上記チャープ導入装置２としては、種々
の非線形光学現象および群速度分散を用いたスペクトル
幅拡大機能と、色による伝搬速度の違いを発生させてパ
ルス幅を拡大させる機能とを備える装置を適用すればよ
い。また、ビームスプリッタ３は、光に対する透過性と
反射性とを兼ね備えたミラーであり、透過性対反射性が
１：１であるハーフミラーを用いた場合に、カラー二次
元検出器７で取得できる光量が最大になる。また、シャ
ッタ６としては、電気光学効果等を用いたナノ秒以下の
短い応答時間を持ち、しかも開閉時刻に空間分布のない
高速シャッタを用いることが望ましい。
検出器７で得たカラー二次元画像を三次元形状測定結果
として用いることにより、高度な画像処理装置等を必要
とせず、測定結果を迅速に得られるものとしたが、カラ
ー二次元画像に画像処理を更に施すことで、ワイヤフレ
ーム構造やレンダリング等により三次元形状を視覚的に
表示するような三次元情報取得手段を備えるものとして
も良い。また、上記チャープ導入装置２としては、種々
の非線形光学現象および群速度分散を用いたスペクトル
幅拡大機能と、色による伝搬速度の違いを発生させてパ
ルス幅を拡大させる機能とを備える装置を適用すればよ
い。また、ビームスプリッタ３は、光に対する透過性と
反射性とを兼ね備えたミラーであり、透過性対反射性が
１：１であるハーフミラーを用いた場合に、カラー二次
元検出器７で取得できる光量が最大になる。また、シャ
ッタ６としては、電気光学効果等を用いたナノ秒以下の
短い応答時間を持ち、しかも開閉時刻に空間分布のない
高速シャッタを用いることが望ましい。
【００１８】さらに、本実施例においては、不透光性の
対象物５の測定を行うものとしたので、三次元情報取得
手段が取得する取得光は、対象物体５からの反射光とな
るが、透光性のものを被測定物に選定した場合には、被
測定物を透過した透過光が取得光として得られることと
なる。従って、反射光取得手段は取得光を得るための必
須構成要件ではない。また、三次元情報を取得するため
の測定領域が狭小な場合には、チャープ光パルスを被測
定物に直接照射すれば良いので、照射領域拡張手段も必
須構成要件ではない。
対象物５の測定を行うものとしたので、三次元情報取得
手段が取得する取得光は、対象物体５からの反射光とな
るが、透光性のものを被測定物に選定した場合には、被
測定物を透過した透過光が取得光として得られることと
なる。従って、反射光取得手段は取得光を得るための必
須構成要件ではない。また、三次元情報を取得するため
の測定領域が狭小な場合には、チャープ光パルスを被測
定物に直接照射すれば良いので、照射領域拡張手段も必
須構成要件ではない。
【００１９】次に、図２に基づいて第２実施例の三次元
形状測定装置を説明する。なお、上述した図１と同様な
構成には同一符号を付して説明を省略する。
形状測定装置を説明する。なお、上述した図１と同様な
構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００２０】本実施例においては、透光性の対象物体
５′の三次元形状を測定するものとしてあり、ここでい
う三次元形状とは、チャープ光パルスの照射方向におけ
る対象物体５′（透光性物体）の厚み形状である。すな
わち、対象物体５′を透過したチャープ光パルスの透過
光を反射させるために、透過光反射手段としてミラー９
を配置してあり、該ミラー９によって反射された反射光
は更に対象物体５′を透過した後にビームエクスパンダ
４およびビームスプリッタ３を経てシャッタ６へ至り、
該シャッタ６の開閉動作によってカラー二次元検出器７
に取り込まれることとなる。
５′の三次元形状を測定するものとしてあり、ここでい
う三次元形状とは、チャープ光パルスの照射方向におけ
る対象物体５′（透光性物体）の厚み形状である。すな
わち、対象物体５′を透過したチャープ光パルスの透過
光を反射させるために、透過光反射手段としてミラー９
を配置してあり、該ミラー９によって反射された反射光
は更に対象物体５′を透過した後にビームエクスパンダ
４およびビームスプリッタ３を経てシャッタ６へ至り、
該シャッタ６の開閉動作によってカラー二次元検出器７
に取り込まれることとなる。
【００２１】すなわち、大気中から対象物体５′内に侵
入したチャープ光パルスの速度は、当該対象物体５′の
材質に応じて変化することから、対象物体５′内におけ
る通過距離の長短に応じて、シャッタ６に到達するまで
に要する時間が変化する。すなわち、この時間変化を色
情報として取得することにより、採用物体５′の三次元
形状（チャープ光照射方向における厚み）を測定できる
のである。従って、本実施例においても、上記第１実施
例と同様の効果が得られる。
入したチャープ光パルスの速度は、当該対象物体５′の
材質に応じて変化することから、対象物体５′内におけ
る通過距離の長短に応じて、シャッタ６に到達するまで
に要する時間が変化する。すなわち、この時間変化を色
情報として取得することにより、採用物体５′の三次元
形状（チャープ光照射方向における厚み）を測定できる
のである。従って、本実施例においても、上記第１実施
例と同様の効果が得られる。
【００２２】なお、本実施例においては、対象物体５′
を透過した透過光を、比較的反射率の高いミラー等の透
過光反射手段を用いて再び対象物体５′を透過させるも
のとしたが、対象物体５′内を一度透過していれば、通
過距離に応じた時間差が生じているので、この透過光を
用いて三次元形状を測定することも可能である。しか
し、本第２実施例の如く再び反射させるものとすれば、
対象物体５′内の通過による時間差が広まって、色情報
による三次元形状の認識が容易になると共に、拡散した
光を収束させるための機能をビームエクスパンダ４で共
用できるという利点がある。
を透過した透過光を、比較的反射率の高いミラー等の透
過光反射手段を用いて再び対象物体５′を透過させるも
のとしたが、対象物体５′内を一度透過していれば、通
過距離に応じた時間差が生じているので、この透過光を
用いて三次元形状を測定することも可能である。しか
し、本第２実施例の如く再び反射させるものとすれば、
対象物体５′内の通過による時間差が広まって、色情報
による三次元形状の認識が容易になると共に、拡散した
光を収束させるための機能をビームエクスパンダ４で共
用できるという利点がある。
【００２３】次に、図３に基づいて第３実施例の三次元
形状測定装置を説明する。なお、上述した図１と同様な
構成には同一符号を付して説明を省略する。
形状測定装置を説明する。なお、上述した図１と同様な
構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】本実施例においては、内部に界面を有する
透光性の対象物体５″の三次元形状を測定するものとし
てあり、ここでいう三次元形状とは、チャープ光パルス
の照射方向における対象物体５″（透光性物体）の厚み
形状や内部界面の形状や内部各層間の厚さである。すな
わち、対象物体５″の表面で反射した反射光，対象物体
５″を透過して前面側の界面で反射した反射光，対象物
体５″の前面側界面を透過して裏面側界面で反射した反
射光，対象物体５″の内部界面を透過して裏面で反射し
た反射光は、各々ビームエクスパンダ４およびビームス
プリッタ３を経てシャッタ６へ至り、該シャッタ６の開
閉動作によって測定基準時に切り取られる。
透光性の対象物体５″の三次元形状を測定するものとし
てあり、ここでいう三次元形状とは、チャープ光パルス
の照射方向における対象物体５″（透光性物体）の厚み
形状や内部界面の形状や内部各層間の厚さである。すな
わち、対象物体５″の表面で反射した反射光，対象物体
５″を透過して前面側の界面で反射した反射光，対象物
体５″の前面側界面を透過して裏面側界面で反射した反
射光，対象物体５″の内部界面を透過して裏面で反射し
た反射光は、各々ビームエクスパンダ４およびビームス
プリッタ３を経てシャッタ６へ至り、該シャッタ６の開
閉動作によって測定基準時に切り取られる。
【００２５】ここで、本実施例においては、測定基準時
におけるシャッタ６の開閉動作により光パルスビームを
像変換ファイバ１０へ導入し、該像変換ファイバ１０を
介して収差補正分光器１１へ供給された画像情報を、該
収差補正分光器１１で並列分光処理することにより二次
元色分布として取得する。すなわち、収差補正分光器１
１で並列分光することにより、内部界面からの異なる色
を持つ反射光が重なっていても、分光により各反射光を
分離することが可能となり、対象物体５″の三次元形状
を良好に測定することができるのである。
におけるシャッタ６の開閉動作により光パルスビームを
像変換ファイバ１０へ導入し、該像変換ファイバ１０を
介して収差補正分光器１１へ供給された画像情報を、該
収差補正分光器１１で並列分光処理することにより二次
元色分布として取得する。すなわち、収差補正分光器１
１で並列分光することにより、内部界面からの異なる色
を持つ反射光が重なっていても、分光により各反射光を
分離することが可能となり、対象物体５″の三次元形状
を良好に測定することができるのである。
【００２６】また、収差補正分光器１１で得た画像情報
は二次元光強度検出器１２で検出するものとしてあり、
対象物体５が特に散乱の強い内部構造を有する場合であ
っても、高感度に画像情報を取得することが可能とな
る。斯くすれば、測定対象と成し得る対象物体５″の幅
を広げることができ、光パルスを用いた三次元形状測定
装置としての実用的価値を一層高めることに寄与し得
る。
は二次元光強度検出器１２で検出するものとしてあり、
対象物体５が特に散乱の強い内部構造を有する場合であ
っても、高感度に画像情報を取得することが可能とな
る。斯くすれば、測定対象と成し得る対象物体５″の幅
を広げることができ、光パルスを用いた三次元形状測定
装置としての実用的価値を一層高めることに寄与し得
る。
【００２７】上述した第３実施例においても、上記第
１，第２実施例と同様な効果を期せるものの、簡便さの
点で上記第１，第２実施例の構成に劣る。しかし、複雑
な内部構造の対象物体５″の三次元形状を高精度に測定
できるという利点がある。
１，第２実施例と同様な効果を期せるものの、簡便さの
点で上記第１，第２実施例の構成に劣る。しかし、複雑
な内部構造の対象物体５″の三次元形状を高精度に測定
できるという利点がある。
【００２８】次に、図４に基づいて第４実施例の三次元
形状測定装置を説明する。なお、上述した図１と同様な
構成には同一符号を付して説明を省略する。
形状測定装置を説明する。なお、上述した図１と同様な
構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００２９】本実施例においては、パルス幅ピコ秒〜フ
ェムト秒程度の超短パルスを生成する超短パルス光源１
３を用い、該超短パルスをチャープ導入装置２へ供給す
ることで、超短パルス幅のチャープ光パルスを生成する
ものとしてある。また、上記超短パルス光源１３の発生
させた超短パルスは第１ビームスプリッタ１４ａを介し
て超高速非線形光学シャッタ１５へ供給し、該超短パル
スを超高速非線形光学シャッタ１５の開閉制御に用いる
励起光に充てるものとしてある。この超高速非線形光学
シャッタ１５は励起光が到達したときにのみ開かれる超
高速のシャッタとして機能し、ピコ秒〜フェムト秒程度
の応答時間を実現できるものである。
ェムト秒程度の超短パルスを生成する超短パルス光源１
３を用い、該超短パルスをチャープ導入装置２へ供給す
ることで、超短パルス幅のチャープ光パルスを生成する
ものとしてある。また、上記超短パルス光源１３の発生
させた超短パルスは第１ビームスプリッタ１４ａを介し
て超高速非線形光学シャッタ１５へ供給し、該超短パル
スを超高速非線形光学シャッタ１５の開閉制御に用いる
励起光に充てるものとしてある。この超高速非線形光学
シャッタ１５は励起光が到達したときにのみ開かれる超
高速のシャッタとして機能し、ピコ秒〜フェムト秒程度
の応答時間を実現できるものである。
【００３０】斯く構成した本実施例においては、上記チ
ャープ光導入装置２から発されたチャープ光が第２ビー
ムスプリッタ１４ｂおよびビームエクスパンダ４を介し
て対象物体５に照射された後に、再びビームエクスパン
ダ４および第２ビームスプリッタ１４ｂを介して超高速
非線形光学シャッタ１５に到達する。そして、適宜な入
射タイミングとなるように設定した励起光が超高速非線
形光学シャッタ１５に到達した測定基準時に、超高速非
線形光学シャッタ１５が開閉されて、画像情報がカラー
二次元検出器７へ供給されることとなる。このように、
超高速で反射光の鋭い切り出しを行うと、こう分解能の
画像情報を取得することが可能となる。また、本実施例
の超短パルス光源１３と超高速非線形光学シャッタ１５
を上記第２，第３実施例で用いることによっても、高分
解能化を期せる。
ャープ光導入装置２から発されたチャープ光が第２ビー
ムスプリッタ１４ｂおよびビームエクスパンダ４を介し
て対象物体５に照射された後に、再びビームエクスパン
ダ４および第２ビームスプリッタ１４ｂを介して超高速
非線形光学シャッタ１５に到達する。そして、適宜な入
射タイミングとなるように設定した励起光が超高速非線
形光学シャッタ１５に到達した測定基準時に、超高速非
線形光学シャッタ１５が開閉されて、画像情報がカラー
二次元検出器７へ供給されることとなる。このように、
超高速で反射光の鋭い切り出しを行うと、こう分解能の
画像情報を取得することが可能となる。また、本実施例
の超短パルス光源１３と超高速非線形光学シャッタ１５
を上記第２，第３実施例で用いることによっても、高分
解能化を期せる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光パ
ルスを用いた三次元形状測定装置においては、チャープ
光生成手段によって生成したチャープ光パルスを被測定
物に照射し、測定基準時に三次元情報取得手段によって
取得された取得光の色情報を用いて被測定物の三次元形
状を特定するものとしたので、極く短時間で被測定物の
三次元情報を取得することが可能となる。
ルスを用いた三次元形状測定装置においては、チャープ
光生成手段によって生成したチャープ光パルスを被測定
物に照射し、測定基準時に三次元情報取得手段によって
取得された取得光の色情報を用いて被測定物の三次元形
状を特定するものとしたので、極く短時間で被測定物の
三次元情報を取得することが可能となる。
【００３２】従って、比較的急速に形状が変化する物体
や高速で運動している物体の三次元形状を測定すること
ができる。しかも、測定基準時の反射光に基づいて三次
元形状の情報を取得するので、従来の光パルス走査によ
る測定装置のように測定条件の整合性が崩れることが無
く、高精度に被測定物の三次元形状を測定することがで
きる。加えて、三次元情報の取得には反射パルスの色情
報を用いるものとしたので、反射パルスの形状を変化さ
せるような物体の三次元形状測定を行うことも可能であ
る。
や高速で運動している物体の三次元形状を測定すること
ができる。しかも、測定基準時の反射光に基づいて三次
元形状の情報を取得するので、従来の光パルス走査によ
る測定装置のように測定条件の整合性が崩れることが無
く、高精度に被測定物の三次元形状を測定することがで
きる。加えて、三次元情報の取得には反射パルスの色情
報を用いるものとしたので、反射パルスの形状を変化さ
せるような物体の三次元形状測定を行うことも可能であ
る。
【図１】第１実施例に係る光パルスを用いた三次元形状
測定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
測定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２】第２実施例に係る光パルスを用いた三次元形状
測定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
測定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図３】第３実施例に係る光パルスを用いた三次元形状
測定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
測定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図４】第４実施例に係る光パルスを用いた三次元形状
測定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
測定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
１ パルス光源 ２ チャープ導入装置 ３ ビームスプリッタ ４ ビームエクスパンダ ５ 対象物体 ６ シャッタ ７ カラー二次元検出器
Claims (8)
- 【請求項１】 色が規則的に経時変化するチャープ光パ
ルスを生成するチャープ光パルス生成手段と、該チャー
プ光生成手段からのチャープ光を被測定物を介して取得
し、取得した測定基準時における反射光の二次元情報を
光色に基づいて三次元化する三次元情報取得手段と、を
備えることを特徴とする光パルスを用いた三次元形状測
定装置。 - 【請求項２】 チャープ光パルス生成手段からのチャー
プ光パルスを被測定物の測定領域全面へ照射するように
拡張する照射領域拡張手段を備えることを特徴とする請
求項１に記載の光パルスを用いた三次元形状測定装置。 - 【請求項３】 チャープ光パルス生成手段から被測定物
に照射されて反射された反射光を取得する反射光取得手
段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載の光パルスを用いた三次元形状測定装置。 - 【請求項４】 三次元情報取得手段は、測定基準時にお
ける反射光の色の違いによる三次元情報を色付き等高線
マップとして取得することを特徴とする請求項１〜請求
項３の何れかに記載の光パルスを用いた三次元形状測定
装置。 - 【請求項５】 透光性の物体を透過したチャープ光を透
過光反射手段によって反射させることにより、透光性の
被測定物の三次元形状を測定可能としたことを特徴とす
る請求項１〜請求項４の何れかに記載の光パルスを用い
た三次元形状測定装置。 - 【請求項６】 内部に界面を有する透光性の物体の界面
からの反射光を用いて被測定物の内部構造の三次元形状
を測定可能としたことを特徴とする請求項１〜請求項４
の何れかに記載の光パルスを用いた三次元形状測定装
置。 - 【請求項７】 三次元情報取得手段は、非線形光学効果
を用いた超高速非線形光学シャッタにより、測定基準時
における反射光を取得するようにしたことを特徴とする
請求項１〜請求項６の何れかに記載のパルス光を用いた
三次元形状測定装置。 - 【請求項８】 チャープ光生成手段によって、超高速非
線形光学シャッタの開閉用励起光を生成するようにした
ことを特徴とする請求項７に記載のパルス光を用いた三
次元形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6040452A JP2500379B2 (ja) | 1994-02-15 | 1994-02-15 | 光パルスを用いた三次元形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6040452A JP2500379B2 (ja) | 1994-02-15 | 1994-02-15 | 光パルスを用いた三次元形状測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07229725A true JPH07229725A (ja) | 1995-08-29 |
| JP2500379B2 JP2500379B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=12581036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6040452A Expired - Lifetime JP2500379B2 (ja) | 1994-02-15 | 1994-02-15 | 光パルスを用いた三次元形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2500379B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000121339A (ja) * | 1998-10-15 | 2000-04-28 | Hamamatsu Photonics Kk | 立体情報検出方法及び装置 |
| WO2003074967A1 (fr) * | 2002-03-07 | 2003-09-12 | Takaoka Electric Mfg.Co., Ltd. | Detecteur a synchronisation de photo-reception bidimensionnelle du type a detection d'angle de polarisation, et dispositif de mesure de forme superficielle l'utilisant |
| US8319976B2 (en) | 2009-06-23 | 2012-11-27 | Honda Motor Co., Ltd. | Three-dimensional shape measuring system and three-dimensional shape measuring method |
| US10760900B2 (en) | 2016-03-02 | 2020-09-01 | The University Of Electro-Communications | Shape measurement method and shape measurement device |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5156695B2 (ja) * | 2009-06-25 | 2013-03-06 | 本田技研工業株式会社 | 三次元形状測定システム |
| JP2011007511A (ja) * | 2009-06-23 | 2011-01-13 | Honda Motor Co Ltd | 三次元形状測定装置 |
| JP2011022034A (ja) * | 2009-07-16 | 2011-02-03 | Honda Motor Co Ltd | 三次元形状測定システム及び三次元形状測定方法 |
| JP5164938B2 (ja) * | 2009-07-02 | 2013-03-21 | 本田技研工業株式会社 | 三次元形状測定装置 |
-
1994
- 1994-02-15 JP JP6040452A patent/JP2500379B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000121339A (ja) * | 1998-10-15 | 2000-04-28 | Hamamatsu Photonics Kk | 立体情報検出方法及び装置 |
| US7486804B2 (en) | 1998-10-15 | 2009-02-03 | Nippon Hoso Kyokai | Method and device for detecting three-dimensional information |
| WO2003074967A1 (fr) * | 2002-03-07 | 2003-09-12 | Takaoka Electric Mfg.Co., Ltd. | Detecteur a synchronisation de photo-reception bidimensionnelle du type a detection d'angle de polarisation, et dispositif de mesure de forme superficielle l'utilisant |
| EP1482273A1 (en) * | 2002-03-07 | 2004-12-01 | Takaoka Electric Mfg. Co., Ltd. | Polarization bearing detection type two-dimensional light reception timing detecting device and surface shape measuring device using it |
| US7092093B2 (en) | 2002-03-07 | 2006-08-15 | Takaoka Electric Mfg. Co., Ltd. | Polarization bearing detection type two-dimensional light reception timing detecting device and surface form measuring device using the same |
| EP1482273A4 (en) * | 2002-03-07 | 2008-02-27 | Takaoka Electric Mfg Co Ltd | TWO-DIMENSIONAL PHOTO-RECEPTION SYNCHRONIZATION DETECTOR OF POLARIZATION ANGLE DETECTING TYPE, AND SURFACE-SHAPING MEASURING DEVICE USING THE SAME |
| US8319976B2 (en) | 2009-06-23 | 2012-11-27 | Honda Motor Co., Ltd. | Three-dimensional shape measuring system and three-dimensional shape measuring method |
| US10760900B2 (en) | 2016-03-02 | 2020-09-01 | The University Of Electro-Communications | Shape measurement method and shape measurement device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2500379B2 (ja) | 1996-05-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |