JPH09236407A - 立体形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空間分解能や精度及び再現性が高く、測定処
理時間も短くて済む立体形状測定装置を提供する。 【解決手段】 レーザー光源１からの光ビームは、ＡＯ
Ｄ６により第１の方向に、またミラー１７により第１の
方向とは直交する第２の方向に走査される。２次元的に
走査された光ビームは、対象物（眼底）に対向する結像
レンズ（被検眼の角膜水晶体）１４ａの光学的な瞳をほ
ぼ中心にして２次元的に旋回し対象物を照射する。対象
物からの反射光の焦点位置の変位に基づいて、光軸方向
に沿った対象物の凹凸情報を検出する検出開口２２、２
７が設けられ、この検出開口を介して受光される対象物
からの反射光強度から反射特性の影響を除去して対象物
の立体形状が測定される。対象物に対向する結像レンズ
の光学的な瞳をほぼ中心にして２次元的に旋回し対象物
を照射するので、対象物を効率良く照射でき、Ｓ／Ｎ比
の高い立体形状測定が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は立体形状測定装置、
特に対象物に光を照射し、その反射光を受光して光電変
換した後、信号処理を行なうことにより対象物の３次元
情報を得る立体形状測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、対象物の立体的な形状を非接
触で測定するために、光学的な測定方法が数多く存在す
る。そのような光学的３次元計測法の医療分野への応用
例として、最近特に注目されているものの一つは、人間
の眼底の３次元情報を取得するための装置である。

【０００３】すなわち、眼底の検査は眼科においては勿
論のこと、内科においても高血圧症や糖尿病、脳神経疾
患等の診断のために有用とされ、従来より眼底カメラ等
を使って眼底を撮影検査する方法が広く普及している。
しかし眼底の特に乳頭部の陥没状態を定量的に計測する
ことが緑内障の早期発見に有効であり失明予防にも直結
することから、近年通常の眼底カメラ等による２次元情
報とは別に、眼底の立体的な３次元情報を取得しようと
する試みがなされるようになった。

【０００４】このような眼底立体計測法の１つはある一
定の格子パターンを眼底に投影し、それを所定の角度離
れた方向から観測することにより、格子像の直線からの
ずれを測定する。このずれ量を三角測量法の原理によっ
て深さ方向に換算することにより眼底の陥没状態を定量
的に評価するものである。

【０００５】眼底立体計測法のもう１つは、立体写真の
原理に基づくもので、例えば眼底カメラにより入射瞳を
異ならせて角度を違えて眼底を２回写真撮影する。その
２枚の眼底写真を画像解析することにより深さ情報を抽
出して定量化する。また眼底カメラの写真フィルムの代
りに観測角度の異なる２台のテレビカメラを配置し、コ
ンピュータと連動して立体的な情報を自動的に採取する
ような装置の開発も行なわれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようない
ずれの方法も現状においてはまだ空間分解能が低く、ま
た精度や再現性の高さという点でも難があり、必ずしも
臨床用として実用になるには至っていない。その原因の
一つは人間の眼底では小さな瞳という限られた窓を通し
て、比較的に大きな球状物体の内面を観測するという物
理的な制約があるからであり、三角測量の原理によって
も、立体写真の原理によっても観測のための角度差を大
きく取ることはできないためである。もう一つの原因は
眼底の反射率とコントラストは極めて低く、その一方で
眼底の乳頭部は反射強度の変化が激しいという対象物の
特異な反射特性によるもので、主にこのような２つの原
因から立体形状を測定する場合の空間分解能や精度及び
再現性の向上は困難になっている。

【０００７】従来装置による計測法の別の問題点は、い
ずれの原理によっても深さ情報を直接測定する方法では
ないために、演算処理に時間がかかるということであ
る。すなわち三角測量の原理によるものでは格子像のず
れ量を深さ情報に換算するための演算時間、また立体写
真によるものでは２枚の画像情報から深さ情報を算出す
るまでの解析時間を必要とし、これら処理時間の短縮は
空間分解能の向上と相反する関係にもある。このような
演算処理に要する時間はコンピュータの進歩によってか
なり短縮化させることは可能であるが、まだ臨床用とし
て必ずしも十分なものではない。

【０００８】一方、人間の眼底の検査を行なうための装
置の１つとして米国の眼科研究機関：レティナ・ファウ
ンデーション（Retina Foundation）において開発され
たレーザー走査による電子的な検眼装置が知られている
（参照：米国特許USP-4213678及び特開昭62-117524）。
この装置では、低照度の照明によって高コントラストの
眼底像をリアルタイムでＴＶモニター上に映し出せるこ
と等の多くの優れた特徴を有し非常に注目される。この
レーザー走査法によっても眼底の立体形状を捉えられる
可能性があることを、同研究機関では、論文、アプライ
ド・オプティクス（Applied Optics）Vol.19(1980)p299
7に述べている。しかし、それはあくまでも、先に説明
した入射瞳を異ならせる立体写真法と同じ原理に基づく
もので、分解能や精度等の問題があり、眼底の立体形状
を直接的に捉えるという点で実用化されるには到ってい
ない。

【０００９】本発明の課題は、上記問題点を解決するた
めになされたもので、人間の眼底のように、例えば三角
測量法で必要とするような観測のための角度差を大きく
取ることができず、反射率の変化が激しいような対象物
に対しても適用可能で、空間分解能や精度及び再現性が
高く、測定処理時間も短くて済む新しい実用的な立体形
状測定装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、対象物に光を照射し、その反射光を受
光して光電変換した後信号処理を行うことにより対象物
の３次元情報を得る立体形状測定装置において、レーザ
ー光源からの光ビームを第１の方向及びそれと直交する
第２の方向にそれぞれ所定周波数で２次元的に走査する
レーザー光走査手段と、前記レーザー光走査手段で２次
元的に走査された光ビームを対象物に対向する結像レン
ズの光学的な瞳をほぼ旋回中心として対象物に照射する
ための光学系と、前記光学系を介した対象物からの反射
光を走査して、少なくとも前記第２の方向に対しては走
査が固定するように導く光学的手段と、対象物からの反
射光の焦点位置の変位に基づいて、前記第１と第２の方
向とは直交する光軸方向に沿った対象物の距離情報を検
出するための検出開口と、前記検出開口を介して対象物
からの反射光を受光する受光素子と、前記受光素子の出
力信号から対象物における光学的な反射特性の影響を除
去することによって対象物の距離情報を演算するための
信号処理手段と、前記受光素子からの出力信号あるいは
演算された距離情報を選択して表示装置に出力する手段
とを有し、選択された受光素子からの出力信号あるいは
演算された距離情報を前記第１と第２の方向のレーザー
光走査と同期して表示装置に表示する構成を採用した。

【００１１】更に、本発明では、対象物に光を照射し、
その反射光を受光して光電変換した後信号処理を行うこ
とにより対象物の３次元情報を得る立体形状測定装置に
おいて、レーザー光源からの光ビームを第１の方向及び
それと直交する第２の方向にそれぞれ所定周波数で２次
元的に走査するレーザー光走査手段と、前記レーザー光
走査手段で２次元的に走査された光ビームを対象物に対
向する結像レンズの光学的な瞳をほぼ旋回中心として対
象物に照射するための光学系と、前記光学系を介した対
象物からの反射光を走査して、少なくとも前記第２の方
向に対しては走査が固定するように導く光学的手段と、
走査が固定されている向きに調整され、かつ第１と第２
の方向とは直交する光軸方向に沿って対象物と光学的に
共役な位置の前方および後方にそれぞれ配置された２つ
の検出開口と、前記２つの検出開口のそれぞれの通過光
を受光するための２つの受光素子と、前記２つの受光素
子からの出力信号の間で除算処理を行ない、対象物にお
ける反射特性の影響を除去することによって前記光軸方
向に沿った対象物の距離情報を演算する手段と、受光素
子からの出力信号あるいは演算された距離情報を選択し
て表示装置に出力する手段とを有し、選択された受光素
子からの出力信号あるいは演算された距離情報を前記第
１と第２の方向のレーザー光走査と同期して表示装置に
表示する構成も採用している。

【００１２】また、本発明では、対象物に光を照射し、
その反射光を受光して光電変換した後信号処理を行うこ
とにより対象物の３次元情報を得る立体形状測定装置に
おいて、レーザー光源からの光ビームを第１の方向及び
それと直交する第２の方向にそれぞれ所定周波数で２次
元的に走査するレーザー光走査手段と、前記レーザー光
走査手段で２次元的に走査された光ビームを対象物に対
向する結像レンズの光学的な瞳をほぼ旋回中心として対
象物に照射するための光学系と、前記光学系を介した対
象物からの反射光を走査して、少なくとも前記第２の方
向に対しては走査が固定するように導く光学的手段と、
走査が固定されている向きに調整され、かつ第１と第２
の方向とは直交する光軸方向に沿って対象物と光学的に
共役な位置の前方および後方にそれぞれ配置された２つ
の検出開口と、前記２つの検出開口のそれぞれの通過光
を受光するための２つの受光素子と、前記２つの受光素
子からの出力信号の間で除算処理を行ない、対象物にお
ける反射特性の影響を除去するための割算回路と、前記
割算回路の出力信号に生じる所定の非線形を修正するた
めの補正手段とを有し、前記光軸方向に沿った対象物の
距離情報を計測する構成も採用している。

【００１３】このような構成によれば対象物からの反射
光を走査して、走査が固定するように導く光学的手段に
より検出手段の側で反射光は少なくとも１次元方向に走
査が固定したものとなり、それによって検出開口（スリ
ット等）を用いた焦点位置による光軸方向の情報検出が
可能になる。従って人間の眼底のように例えば三角測量
法で必要とするような観測のための角度差を大きく取る
ことができない対象物にも適用可能であり、かつ割算回
路を用いて対象物における光学的な反射特性の情報を打
ち消す手段を有しているから、対象物の反射率の変化が
激しいような場合にもその影響がなく、精度や再現性が
高い。更に光偏向器による走査手段によって多くの測定
点での高い空間分解能での測定が可能になり、また光軸
方向の情報を直接的に検出しているから、その測定処理
に要する時間も比較的短く済ませることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図５に従って詳細に説明する。

【００１５】図１には本発明による立体形状測定装置の
光学系の概略構成が示されており、被測定物として人間
の眼底を対象にしている。図１において符号１で示すも
のはヘリウム・ネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）またはアルゴン
（Ａｒ+）等のレーザー光源である。レーザー光源１か
ら発せられたレーザー光束２はビームエキスパンダー３
を通って所定の大きさにまで拡大された後、ミラー４に
よって折り返され、レンズ５に入射する。レンズ５はそ
れに続く符号６で示される音響光学偏向素子（Acousto-
Optic Deflector : AOD、以下ＡＯＤと略記する）の矩
形状開口にレーザービームを整形して入射するためのも
のであり複数の円筒レンズの組み合せを含んでいる。Ａ
ＯＤ６の前後にはレーザービームに対するＡＯＤの入射
角及び出射角の光波長依存性を補正するためにプリズム
７、８が配置される。ＡＯＤによって１次元方向（水平
方向）の偏向を受けたレーザー光はレンズ５と類似の構
成を有するレンズ９によってＡＯＤの開口に適した矩形
状光束から本来の円形光束に整形された後、レンズ１０
とスリット１１を通過する。スリット１１はＡＯＤ６の
０次光（図示せず）を遮断して１次回折光のみを利用す
るためのものである。スリット１１を通過した１次回折
光１２はレンズ１３によって被検眼１４の瞳と光学的に
共役な位置に置かれたミラー１５の中心部を旋回中心と
して１次元的に走査するように導かれる。

【００１６】ＡＯＤ６によるレーザー光の走査周波数は
通常のＮＴＳＣ方式のテレビの水平走査に対応して１
５．７５ＫＨｚに選ばれる。またＡＯＤ６の前後に配置
されるプリズム７、８についてはレーザー光として単一
波長のものしか使用しないのであれば必ずしも必要では
ない。

【００１７】ミラー１５によって反射されたレーザー光
束はレンズ作用を有する凹面ミラー１６によって反射さ
れミラー１７に導かれる。ミラー１７はガルバノメータ
１８に取り付けられレーザー光束を垂直方向に走査する
ためのものである。ミラー１７は振動ミラーまたはガル
バノミラーとも呼ばれる。ミラー１７によって２次元的
に走査されたレーザービームは対物レンズ１９を通過し
てそれによって被検眼１４の瞳孔中心部、すなわち被検
眼の角膜や水晶体等１４ａの中心部を通り眼底に照射さ
れる。眼底が測定の対象となる場合は、被検眼の前眼部
の角膜水晶体１４ａがレーザービームの最終的な結像レ
ンズの役割を果たす。

【００１８】眼底からの反射光（図１において点線で図
示）は再び対物レンズ１９を通り振動ミラー１７に導か
れて反射し、更に凹面ミラー１６によって反射する。眼
底からの反射光は２次元的に走査される状態にあるが、
振動ミラー１７で反射され、凹面ミラー１６の側に導か
れた後は、振動ミラー１７の偏向作用によって垂直方向
の走査が固定された状態、すなわち１次元方向のみに走
査される反射光となっている。

【００１９】振動ミラー１７によるレーザー光の走査周
波数は通常のテレビの垂直走査に対応して６０Ｈｚに選
ばれる。

【００２０】凹面ミラー１６によって反射された眼底か
らの反射光はミラー１５の周辺部を通過して、ここで照
射レーザー光と分離される。ミラー１５の周辺部を通過
した１次元的に走査される眼底からの反射光はレンズ２
０を通って、その後、半分がミラー（ハーフミラー）２
１によって反射され、検出スリット２２とレンズ２３を
通過して受光素子２４により検出される。受光素子２４
の前面にはレーザー光の波長に対応したフィルター２５
が配置される。また、レンズ２０とハーフミラー２１と
の間には対物レンズ１９の表面からの反射光の影響を除
去するための黒点２６が置かれている。

【００２１】一方眼底からの反射光のもう半分はハーフ
ミラー２１を通過しミラー２１の反射光と同様に検出ス
リット２７、レンズ２８、フィルター２９を通って受光
素子３０により検出される。フィルター２９はレーザー
光の波長に対応したフィルター２５と全く同じ特性を有
するものである。

【００２２】図１から明らかなように２つの検出スリッ
ト２２、２７は被検眼１４の眼底と光学的に共役な位置
２２ａ、２７ａよりも少しずらして配置される。しか
も、そのずらし方の方向は光軸に沿って被検眼に向い、
それぞれ眼底と光学的に共役な位置よりも僅かに前方、
及び僅かに後方に設定されている。

【００２３】図２はすでに図１において示した光学系の
特に眼底からの反射光を導く部分について、より現実の
配置に近い形で再現した光学系の構成図である。図２に
おいてＡＯＤ６によって１次元方向（水平方向）に偏向
されたレーザー光（１次回折光）１２はレンズ１３によ
って被検眼瞳と光学的に共役な位置に置かれたミラー１
５を旋回中心として走査するように導かれる。図２では
１次回折光１２の走査方向は紙面と垂直な方向であり、
従って光束は光学系の中心軸に沿った形で描かれてい
る。ミラー１５で反射された水平方向（図２の紙面と垂
直方向）に走査されるレーザー光は凹面ミラー１６で反
射され、更にガルバノメータ１８に取り付けられたミラ
ー（振動ミラー）１７によって反射されると共に、垂直
方向（紙面と水平方向）に走査される。振動ミラー１７
によって２次元方向（水平及び垂直方向）に走査された
レーザービームは対物レンズ１９によって被検眼１４の
眼底に照射され、眼底からの反射光（図２において点線
で示す）は入射光と同じ光学系１９、１７、１６を通っ
て返って来る。

【００２４】すでに述べたように、眼底が測定対象とな
る場合は、被検眼のレンズ（角膜水晶体）１４ａが光ビ
ームの最終的な結像レンズの役割を果たしており、光ビ
ームは、この結像レンズの光学的な瞳をほぼ旋回中心と
して導かれる。

【００２５】ミラー１５の部分で入射光と分離された眼
底からの反射光はレンズ２０を通過した後ハーフミラー
２１で反射光と通過光とにそれぞれ光量が半分ずつにさ
れ、光路が分岐する。ミラー２１の反射光は検出スリッ
ト２２、レンズ２３、フィルター２５を通って受光素子
２４により検出され、一方ミラー２１の通過光は検出ス
リット２７、レンズ２８、フィルター２９を通って受光
素子３０により検出される。図２において振動ミラー１
７より受光素子２４、３０までの点線で示された眼底か
らの反射光は水平方向（図２の紙面と垂直方向）のみに
走査される状態にあり、従って光束は光学系の中心軸に
沿った形で、あたかも走査はされていないような状態に
描かれている。この図から明らかなように２つの検出ス
リットはその間隙と平行な方向には反射光が走査され、
間隙と垂直な方向には走査が固定するような向きに置か
れ、かつ光軸に沿って被検眼に向かい、眼底と共役な位
置２２ａ、２７ａよりも少し前方及び少し後方にそれぞ
れずらして配置されている。

【００２６】受光素子２４、３０により検出され光電変
換された結果得られる電気信号は被検眼１４の眼底の反
射特性を反映したものである。しかもＡＯＤ６と振動ミ
ラー１７によるレーザー光の水平及び垂直走査周波数は
通常のＴＶスキャンに対応しているから、受光素子２４
及び３０の出力信号を適度に増幅してＴＶモニターに供
給すれば、そのいずれによってもモニター上には被検眼
の通常の２次元的な眼底画像を映しだすことができる。
要するにモニター上には使用するレーザー光の波長に対
応した眼底の組織層の光学的な反射特性に依存した画像
が得られる。

【００２７】ただし、この場合２つの検出スリット２
２、２７が眼底と光学的に共役な位置よりも少しずれて
配置されているために、それら２つのスリットを通して
眼底からの反射光を受光する２つの受光素子の出力信号
は検出スリットと眼底との光学的な共役関係のある状態
によってはお互いの信号強度が異なって来る。すなわち
２つの検出スリットの間隙がそれぞれ等しいとして、眼
底と光学的に共役な位置、つまり眼底の焦点位置が２つ
の検出スリット２２、２７に対して等距離にある状態で
は、２つの受光素子の出力信号はほぼ同じ強度となる
が、レーザー光の走査に伴なって、対象物眼底の場所に
よる凹凸により眼底の共役位置が僅かにずれたような場
合には、２つの受光素子の出力信号は強度差を生じるよ
うになる。

【００２８】図３はこのような２つの受光素子２４、３
０の出力信号の特性を模式的に示した図である。図３の
横軸はレーザー光が走査される水平：ｘ、垂直：ｙ両方
向に垂直な光軸方向の距離：Ｚを、また縦軸は受光素子
の出力信号強度：Ｉを表わす。２つの波形Ｉ1、Ｉ2は例
えば眼底の陥没等によって眼底と光学的に共役な位置が
光軸方向：Ｚに対して移動した場合に受光素子２４及び
受光素子３０の出力信号がそれぞれどのように変化する
かを示している。図２を参照すれば明らかなように、眼
底と光学的に共役な位置２２ａが検出スリット２２の位
置に一致した場合（図３のＡ点）、受光素子２４の出力
信号の強度：Ｉ1は最大となりその前後においてＩ1はな
だらかに減衰する。一方受光素子３０の出力信号の強度
Ｉ2は眼底と光学的に共役な位置２７ａが検出スリット
２７の位置に一致した場合（図３のＢ点）に最大とな
り、その前後においてはＩ1の場合と同様に減衰する。
ただし気付かねばならないことはこれらの信号強度は対
象物眼底の反射率に完全に依存しているということであ
る。すなわち眼底の反射率が大きい部分をレーザー光が
走査した場合は、図３の波形はそれに比例して大きくな
り反射率が小さい場合は反対に小さくなる。

【００２９】図４は図３のような特性を有する受光素子
２４、３０の出力信号を演算した結果得られる特性の模
式図である。横軸は図３と同じ光軸方向の距離：Ｚを、
また縦軸は演算結果の信号強度：Ｉ′を表わしている。
２つの波形はそれぞれＩ1−Ｉ2及びＩ2／Ｉ1を演算した
結果を示す。この２つの波形の内Ｉ1−Ｉ2のような差動
型の特性についてはその強度値が零になる点がありＺと
部分的に比例するという特徴を有することから、しばし
ば光学式ビデオディスク等においてＺ方向の焦点位置検
出のために使用される。しかしこのＩ1−Ｉ2の値につい
てはすでに述べたことから明らかなように、それが眼底
の反射率に完全に依存しているために、眼底からの反射
光強度が分らないと、Ｉ1−Ｉ2の値からＺ方向の値を決
定することはできない。一方Ｉ2／Ｉ1についてはＩ1及
びＩ2の強度が眼底の反射率に依存していても、それぞ
れが分母、分子で打ち消し合って、その値が眼底の反射
率とは無関係なものとなり、従ってＩ2／Ｉ1の値からＺ
方向の値を決定することができる。これを数学的に表現
すれば、Ｉ0（ｘ，ｙ）を眼底からの反射光強度とし
て、 Ｉ1＝ｆ1（Ｚ）・Ｉ0（ｘ，ｙ） Ｉ2＝ｆ2（Ｚ）・Ｉ0（ｘ，ｙ） としたときに、Ｉ2／Ｉ1＝ｆ2（Ｚ）／ｆ1（Ｚ）である
から、Ｉ2／Ｉ1の値は反射率によらずＺの値のみに依存
した所定の関数となり、Ｉ2／Ｉ1の値からＺの値が求め
られることは明らかである。すなわちＩ2／Ｉ1の値を演
算して求めることにより、眼底と光学的に共役な位置が
光軸方向：Ｚに対してどれだけ変位しているか、つまり
レーザー光のｘ，ｙ方向の走査に伴ない、対象物眼底が
場所によってどれだけＺ方向に変位しているかという３
次元的な凹凸の程度を定量化することができる。

【００３０】このような特性を利用してＺ方向の値を決
定できる範囲は図４に示したようなＡ点とＢ点よりも内
側にある一定の測定範囲となる。またＩ2／Ｉ1の値はＺ
の値と比例関係にはなく相当な非線形性を有しているこ
とから、実際の測定装置に利用する場合は、その非線形
性の補正手段が必要となる。

【００３１】図５は本発明による立体形状測定装置の電
気系の構成を示すブロック図である。レーザー光源１か
らのレーザー光はＡＯＤ６及び振動ミラー１７により水
平方向及び垂直方向に偏向走査された後、被検眼１４に
照射される。ＡＯＤ６には対応したドライバー３１が接
続され、ドライバー３１は鋸歯状波生成器３２で生成さ
れたのこぎり波信号により制御される。一方ミラー１７
を振動させるガルバノメータ１８には対応したドライバ
ー３３が接続され、ドライバー３３は鋸歯状波生成器３
４により生成されたのこぎり波信号により制御される。

【００３２】被検眼１４からの反射光は受光素子２４、
３０によって検出され、その出力信号は符号３５、３６
で示される増幅器により所定のレベルにまで増幅され
る。２つの増幅器からの出力信号Ｉ1、Ｉ2は割算器３７
に入力されてＩ2／Ｉ1の演算がなされた後、その結果は
関数発生器３８に入力される。すでに説明したように受
光素子２４及び３０からの出力信号の演算結果は図４に
示すような強度特性を有しており、関数発生器３８はそ
の図４におけるＩ2／Ｉ1の非線形性を打ち消すためのも
のである。関数発生器の出力信号はその強度が対象物眼
底における光軸：Ｚ方向の変位、すなわち眼底の凹凸の
程度に比例したものとなる。割算器３７と関数発生器３
８はすべてアナログＩＣを用いて構成することもできる
し、またＡ／Ｄ・Ｄ／Ａ変換器とディジタル演算回路等
によって構成することも可能である。

【００３３】関数発生器３８の出力信号及び増幅器３
５、３６の出力信号は信号処理装置３９に入力して情報
の選択と所定の処理がなされた後、ＴＶモニター等の出
力装置４０に送られ出力画像の表示が行なわれる。すな
わち増幅器３５または３６からの信号が選択された場合
は、出力画像は通常の２次元の対象物眼底の反射特性を
表したものとなり、一方関数発生器３８からの信号が選
択された場合は対象物眼底における凹凸の程度を場所に
よる濃度の違い、あるいは色の違いとして表示した画像
となる。また、信号処理装置３９においてはその内部に
設けられたマイクロプロセッサーとソフトウエアによる
処理によって関数発生器３８の出力信号を元に３次元の
グラフィックパターンを生成し、たとえば眼底を斜めか
ら観測した場合の立体鳥瞰図としてその画像を出力装置
４０に表示することも可能である。

【００３４】レーザー光の２次元的な偏向走査を行なう
制御系と、眼底からの反射光の受光・処理を行なう出力
系とは同期信号発生器４１からの水平同期信号４１ａ及
び垂直同期信号４１ｂとによって同期が取られ、システ
ムの全体的な時間的制御が可能になる。

【００３５】なお本実施形態においては対称物（眼底）
からの反射光を振動ミラーによる垂直方向のみに走査し
て、その走査を固定しているので、反射光の焦点位置の
変位の検出のために２つの検出スリットを使用したが、
仮に水平方向の光偏向器として回転多面鏡等を採用して
反射光の走査を行ない、水平方向の走査も固定した場合
は検出スリットは円形開口に置き換えられることはいう
までもない。すなわち、対象物からの反射光を２つの光
偏向器の１方向に対して走査してその走査を１方向にの
み固定するものは勿論、両方向に対して走査を行ない、
反射光の走査を両方向に完全に固定するものでも、対象
物からの反射光の焦点位置の変位に基づいて、２つの光
偏向器の走査方向とは直交する光軸方向の対象物におけ
る形状特性に関連した情報を検出するものであれば本発
明に含まれる。

【００３６】また本実施形態では対象物を眼底に特定し
て説明を行なったが、本発明の内容はそれだけに限定さ
れるものではなく、例えば走査型レーザー顕微鏡等に応
用して微生物や細胞あるいは集積回路内部の微細な配線
パターン等の３次元的な立体形状を捉えるために利用す
るということも当然可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、レー
ザー光源からの光ビームは、対象物に対向する結像レン
ズの光学的な瞳をほぼ中心にして２次元的に旋回し対象
物を照射するので、対象物を効率良く照射し走査するこ
とが可能になる。従って、走査によって得られる画像情
報の空間分解能が高く、また走査された対象物からの反
射光を効率的に受光しているので、対象物における反射
特性の影響も除去しやすくなり、Ｓ／Ｎ比が高く精度再
現性に優れた立体形状測定が可能になる。

【００３８】更に、凹凸情報を演算するための信号処理
も簡単な計算式に基づき容易に実行可能なため、従来の
立体形状計測法に比較して極めて短時間に凹凸情報を得
ることができ、２次元的な反射特性の情報と共に、３次
元的な凹凸情報の測定結果をリアルタイムに得られる、
という優れた作用効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の光学系全体の構成を示す構成図で
ある。

【図２】図１光学系の一部を詳細に示した部分構成図で
ある。

【図３】図２の受光素子の出力信号の特性を示した特性
図である。

【図４】受光素子の出力信号の演算結果を示した特性図
である。

【図５】本発明装置の電気系の構成を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

６ 音響光学偏向素子（ＡＯＤ） １７ 振動ミラー ２２、２７ 検出スリット ２４、３０ 受光素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物に光を照射し、その反射光を受光
   して光電変換した後信号処理を行うことにより対象物の
   ３次元情報を得る立体形状測定装置において、 レーザー光源からの光ビームを第１の方向及びそれと直
   交する第２の方向にそれぞれ所定周波数で２次元的に走
   査するレーザー光走査手段と、 前記レーザー光走査手段で２次元的に走査された光ビー
   ムを対象物に対向する結像レンズの光学的な瞳をほぼ旋
   回中心として対象物に照射するための光学系と、 前記光学系を介した対象物からの反射光を走査して、少
   なくとも前記第２の方向に対しては走査が固定するよう
   に導く光学的手段と、 対象物からの反射光の焦点位置の変位に基づいて、前記
   第１と第２の方向とは直交する光軸方向に沿った対象物
   の距離情報を検出するための検出開口と、 前記検出開口を介して対象物からの反射光を受光する受
   光素子と、 前記受光素子の出力信号から対象物における光学的な反
   射特性の影響を除去することによって対象物の距離情報
   を演算するための信号処理手段と、 前記受光素子からの出力信号あるいは演算された距離情
   報を選択して表示装置に出力する手段とを有し、 選択された受光素子からの出力信号あるいは演算された
   距離情報を前記第１と第２の方向のレーザー光走査と同
   期して表示装置に表示することを特徴とする立体形状測
   定装置。
2. 【請求項２】 対象物に光を照射し、その反射光を受光
   して光電変換した後信号処理を行うことにより対象物の
   ３次元情報を得る立体形状測定装置において、 レーザー光源からの光ビームを第１の方向及びそれと直
   交する第２の方向にそれぞれ所定周波数で２次元的に走
   査するレーザー光走査手段と、 前記レーザー光走査手段で２次元的に走査された光ビー
   ムを対象物に対向する結像レンズの光学的な瞳をほぼ旋
   回中心として対象物に照射するための光学系と、 前記光学系を介した対象物からの反射光を走査して、少
   なくとも前記第２の方向に対しては走査が固定するよう
   に導く光学的手段と、 走査が固定されている向きに調整され、かつ第１と第２
   の方向とは直交する光軸方向に沿って対象物と光学的に
   共役な位置の前方および後方にそれぞれ配置された２つ
   の検出開口と、 前記２つの検出開口のそれぞれの通過光を受光するため
   の２つの受光素子と、 前記２つの受光素子からの出力信号の間で除算処理を行
   ない、対象物における反射特性の影響を除去することに
   よって前記光軸方向に沿った対象物の距離情報を演算す
   る手段と、 受光素子からの出力信号あるいは演算された距離情報を
   選択して表示装置に出力する手段とを有し、 選択された受光素子からの出力信号あるいは演算された
   距離情報を前記第１と第２の方向のレーザー光走査と同
   期して表示装置に表示することを特徴とする立体形状測
   定装置。
3. 【請求項３】 対象物に光を照射し、その反射光を受光
   して光電変換した後信号処理を行うことにより対象物の
   ３次元情報を得る立体形状測定装置において、 レーザー光源からの光ビームを第１の方向及びそれと直
   交する第２の方向にそれぞれ所定周波数で２次元的に走
   査するレーザー光走査手段と、 前記レーザー光走査手段で２次元的に走査された光ビー
   ムを対象物に対向する結像レンズの光学的な瞳をほぼ旋
   回中心として対象物に照射するための光学系と、 前記光学系を介した対象物からの反射光を走査して、少
   なくとも前記第２の方向に対しては走査が固定するよう
   に導く光学的手段と、 走査が固定されている向きに調整され、かつ第１と第２
   の方向とは直交する光軸方向に沿って対象物と光学的に
   共役な位置の前方および後方にそれぞれ配置された２つ
   の検出開口と、 前記２つの検出開口のそれぞれの通過光を受光するため
   の２つの受光素子と、 前記２つの受光素子からの出力信号の間で除算処理を行
   ない、対象物における反射特性の影響を除去するための
   割算回路と、 前記割算回路の出力信号に生じる所定の非線形を修正す
   るための補正手段とを有し、 前記光軸方向に沿った対象物の距離情報を計測すること
   を特徴とする立体形状測定装置。