JP2000241134A - 形状計測装置および形状計測方法 - Google Patents

形状計測装置および形状計測方法

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JP2000241134A
JP2000241134A JP11043410A JP4341099A JP2000241134A JP 2000241134 A JP2000241134 A JP 2000241134A JP 11043410 A JP11043410 A JP 11043410A JP 4341099 A JP4341099 A JP 4341099A JP 2000241134 A JP2000241134 A JP 2000241134A
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Yoshinori Yamaguchi
義紀 山口
Osamu Nishikawa
修 西川
Ken Tokai
研 東海
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Fuji Xerox Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 物体までの距離計測を高精度の行うことが可
能な形状計測装置および形状計測方法を提供する。 【解決手段】 半導体レーザ３は、変調信号Ｓm によっ
て強度変調された照明光４ａを出射すると、照明光４ａ
の一部はハーフミラー１１で反射し、残りはハーフミラ
ー１１を透過して物体６に照射される。透過率制御回路
１３は、物体６からの反射光４ｃの光強度とハーフミラ
ー１１で反射した参照光４ｃの光強度とがほぼ等しくな
るように第２の液晶シャッタ１２Ｂの透過率を制御す
る。平面センサ９には、光強度がほぼ等しい反射光４ｃ
と参照光４ｃとの合成光が入射する。距離演算部１０
は、平面センサ９からの出力信号に基づいて平面センサ
９から対象物６の表面上の各点までの距離を２次元的に
演算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強度変調された光
を物体に照射してその反射光を検出するとともに、強度
変調された参照光を検出し、反射光と参照光との合成光
に基づいて物体までの距離を計測する形状計測装置およ
び形状計測方法に関し、特に、物体までの距離計測を高
精度に行うことが可能な形状計測装置および形状計測方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】強度変調された光を対象物体に照射し、
その反射光の位相を検出することにより、物体までの距
離を計測する従来の形状計測装置としては、例えば、特
公昭５９−３０２３３号公報に示されている。
【０００３】図９は、この形状計測装置を示す。この形
状計測装置１００は、発振器１２０の信号に基づく駆動
回路１２１からの駆動信号によって所定の周波数で強度
変調された光を出射する発光素子１２３と、発光素子１
２３から投影レンズ１２４を介して入射した光を透過お
よび反射させるビームスプリッタ１２５と、ビームスプ
リッタ１２５を透過して物体６で反射し、再びビームス
プリッタ１２５で反射した光、およびビームスプリッタ
１２５で反射して反射鏡１２２で反射し、再びビームス
プリッタ１２５を透過した光を集光レンズ１２６を介し
て受光する受光素子１２７と、受光素子１２７の出力信
号を増幅する増幅器１２８と、増幅器１２８の出力信号
を検波する検波器１２９と、検波器１２９の出力信号か
ら振幅を読み取るレベル計１３０とを有する。
【０００４】このような構成において、発振器１２０の
信号に基づく駆動回路１２１からの駆動信号によって所
定の周波数で強度変調された光が発光素子１２３から放
射されると、その光は投影レンズ１２４を介してビーム
スプリッタ１２５に入射される。ビームスプリッタ１２
５を透過した一方の光（照明光）は、物体６で反射し、
再びビームスプリッタ１２５で反射され、その反射光は
集光レンズ１２６を介して受光素子１２７に入射する。
ビームスプリッタ１２５により反射された他方の光（参
照光）は、既知の距離に設置された反射鏡１２２により
反射され、ビームスプリッタ１２５で透過され、同じく
受光素子１２７に入射する。この２つの反射光と参照光
は受光素子１２７上で光学的に合成され、その波形が電
気信号に変換され、増幅器１２８に送られる。この波形
の振幅は、受光素子１２７から物体６までの距離と受光
素子１２７から反射鏡１２２までの距離との差により変
化する。増幅された波形信号を検波器１２９により検波
し、レベル計１３０で振幅を読み取ることにより物体６
までの距離を算出することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の形状計
測装置によれば、受光素子１２７から物体６までの距離
と反射鏡１２２までの距離が異なる場合や物体６と反射
鏡１２２の反射率が異なる場合、またはその両方の場合
は、物体６からの反射光の光強度と反射鏡１２２からの
参照光の光強度とが異なるが、このような場合、本発明
者らによるシュミレーション結果によると、反射光と参
照光の合成光の位相変化に対して受光素子の出力信号の
変化が小さくなり、高精度な距離計測が行えないことが
判明した。
【０００６】従って、本発明の目的は、物体までの距離
計測を高精度の行うことが可能な形状計測装置および形
状計測方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、所定の周波数で強度変調された照明光を出
射する照明光光源を有し、前記照明光を物体に照射して
前記物体から反射光を発生させる反射光発生手段と、前
記所定の周波数によって強度変調された参照光を出射す
る参照光出射手段と、前記反射光と前記参照光との合成
光を受光してその検出信号を出力する検出手段と、前記
反射光の光強度と前記参照光の光強度とが前記検出手段
の検出面でほぼ等しくなるように前記反射光発生手段お
よび前記参照光出射手段を制御する制御手段と、前記光
強度がほぼ等しい前記反射光と前記参照光との前記合成
光を受光した前記検出手段からの検出信号に基づいて前
記検出面から前記物体までの距離を演算する演算手段と
を備えたことを特徴とする形状計測装置を提供する。上
記構成によれば、反射光と参照光の光強度が検出面でほ
ぼ等しくなるように設定することにより、反射光と参照
光による合成光の位相変化に対して検出信号の変化が最
も大きくなる。
【０００８】本発明は、上記目的を達成するため、所定
の周波数で強度変調された照明光を物体に照射して前記
物体からの反射光を検出するとともに、前記所定の周波
数で強度変調された参照光を検出し、前記反射光と前記
参照光との合成光に基づいて検出面から前記物体までの
距離を計測する形状計測方法において、前記反射光の光
強度と前記参照光の光強度とを前記検出面でほぼ等しく
なるように設定し、前記光強度が等しい前記反射光と前
記参照光との前記合成光の検出に基づいて前記距離を計
測することを特徴とする形状計測方法を提供する。
【０００９】 〔発明の詳細な説明〕図１は、本発明の第１の実施の形
態に係る三次元形状計測装置を示す。この装置１は、変
調信号Ｓm を発生する変調信号発生器２と、変調信号発
生器２からの変調信号Ｓm によって強度変調されたレー
ザ光からなる照明光４ａを出射する半導体レーザ３と、
半導体レーザ３からの照明光４ａを対象物体６に向けて
照射する投影レンズ５と、対象物体６で反射した反射光
４ｂを、レーザ光のみを選択的に透過させる光学フィル
タ８を介して平面センサ９上に結像させる結像レンズ７
と、平面センサ９の出力信号に基づいて対象物体６の表
面形状に関する距離データを２次元的に演算する距離演
算部１０と、半導体レーザ３からの照明光４ａを透過さ
せるとともに、反射させ、その反射させたレーザ光を参
照光４ｃとして光学フィルタ８を介して平面センサ９上
に導くハーフミラー１１と、対象物体６と光学フィルタ
８との間に配置された２次元状の第１の液晶シャッタ１
２Ａと、ハーフミラー１０と光学フィルタ８との間に配
置された２次元状の第２の液晶シャッタ１２Ｂと、平面
センサ９の出力信号に基づいて第２の液晶シャッタ１２
Ｂを構成する各画素毎に透過率を制御する透過率制御回
路１３と、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備え、本装置１
の各部を制御して距離演算部１０の演算結果を表示する
コンピュータ１４とを有する。
【００１０】半導体レーザ３は、変調信号発生器２から
の変調信号Ｓm に基づいて強度変調されたレーザ光から
なる照明光４ａを出射するとともに、変調信号発生器２
からの定常信号Ｓcoに基づいて強度変調されていない定
常光からなる照明光４ａを出射するものである。この定
常光は、強度変調された照明光４ａの平均強度に一致し
た光強度を有する。
【００１１】第１および第２の液晶シャッタ１２Ａ，１
２Ｂは、画素毎に印加電圧を制御することにより透過率
を０〜１００％の範囲で制御できるようになっている。
【００１２】図２は、変調信号発生器２を示す。変調信
号発生器２は、変調信号を出力する変調電流源２０と、
定常信号を出力する直流電流源２１と、変調電流源２０
の出力信号と直流電流源２１の出力信号とを合成して半
導体レーザ３に出力する電流信号ミキサ２２とを備え
る。
【００１３】図３は、平面センサ９を構成する１つの画
素回路を示す。平面センサ９は、２次元状に配列された
複数の画素を有し、１つの画素は、同図に示すように、
フォトダイオード９０と、第１のバイパス回路切り替え
部９１Ａと、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ:High Pass Fil
ter)９２と、比較器９３ａ，ダイオード９３ｂ，コンデ
ンサ９３ｃからなるピークホールド回路９３と、電流変
換回路９４と、第２のバイパス回路切り替え部９１Ｂ
と、第１のバイパス回路切り替え部９１Ａと第２のバイ
パス回路切り替え部９１Ｂとに接続され、ＨＰＦ９２と
ピークホールド回路９３をバイパスするバイパス配線９
５と、スイッチ９６と、電荷蓄積回路９７とを備える。
また、平面センサ９は、振幅検出モードと光量検出モー
ドとを有する。
【００１４】図４（ａ）〜（ｄ）は、平面センサ９の動
作を示す。第１および第２のバイパス回路切り替え部９
１Ａ，９１Ｂが、コンピュータ１４の制御によりＡ側に
設定されると、同図（ａ）に示すように、フォトダイオ
ード９０から信号Ｓａが出力され、そのフォトダイオー
ド９０の出力信号Ｓａは、ＨＰＦ９２でＤＣ成分Ｖ0が
カットされて同図（ｂ）に示す高周波信号Ｓｂとなり、
ピークホールド回路９３に入力される。ピークホールド
回路９３により同図（ｃ）に示すように振幅のピーク値
が保持されたピーク値信号Ｓｃが出力される。このピー
ク値信号Ｓｃは非常に低電圧であり、検出が困難である
ため、電流変換回路９４により電流に変換してから電荷
蓄積回路９７に一定時間蓄積している。電荷蓄積回路９
７の蓄積電圧Ｓｄは、同図（ｄ）に示すように、直線的
に増加し、レーザ光の変調周波数ω／２πと比較して十
分大きな時間Ｔ1 の期間積分すると、容易に検出可能な
電圧値Ｖとなる。この電圧値Ｖは合成光の振幅に比例す
ることは明らかである。データ転送期間Ｔ2 に電圧値Ｖ
は距離演算部１３に転送される。電荷蓄積回路９７から
は、対象物体６からの強度変調光の振幅が検出され、対
象物体６までの距離に対応した位相データを含んだ画像
信号が得られる。放電期間Ｔ3 で電荷蓄積回路９７はス
イッチ９６により接地され、蓄積された電荷は放出さ
れ、その後再び蓄積が開始される。これらの回路により
フォトダイオード９０の出力信号Ｓａの高周波成分の振
幅を電圧の形で検出することが可能となる。一方、第１
および第２のバイパス回路切り替え部９１Ａ，９１Ｂ
が、コンピュータ１４の制御によりＢ側に設定される
と、フォトダイオード９０の出力信号Ｓａは直接電荷蓄
積回路９７に入力され、対象物体６からの反射光４ｂの
平均輝度が検出され、対象物体６の輝度データが得られ
る。
【００１５】次に、第１の実施の形態に係る装置１の動
作を説明する。
【００１６】（１）第２の液晶シャッタ１２Ｂの透過率
調整モード コンピュータ１４のＣＰＵは、ＲＯＭ内のプログラムに
従い、透過率調整モードを実行する。ＣＰＵは、変調信
号発生器２への制御信号により、変調信号発生器２から
定常信号Ｓcoを発生させる。すなわち、変調信号発生器
２の電流信号ミキサ２２は、ＣＰＵの制御により、直流
電流源２１のみの定常信号Ｓcoを半導体レーザ３に出力
する。半導体レーザ３は、変調信号発生器２からの定常
信号Ｓcoによって定常光からなる照明光４ａを出射す
る。ＣＰＵは、第１および第２の液晶シャッタ１２Ａ，
１２Ｂへの制御信号により、第１の液晶シャッタ１２Ａ
を開状態にし、第２の液晶シャッタ１２Ｂを閉状態に
し、対象物体６からの反射光４ｂを透過させ、参照光４
ｃを遮光する。平面センサ９には、反射光４ｂのみが入
射する。このとき、ＣＰＵは、平面センサ９への制御信
号により、平面センサ９の光検出モードを光量検出モー
ドに設定する。これにより、反射光４ｂのみの光量が１
画素ごとに検出される。この光量データは、透過率制御
回路１３内の図示しないメモリに記憶される。
【００１７】ＣＰＵは、変調信号発生器２から定常信号
Ｓcoを発生させた状態で、第１および第２の液晶シャッ
タ１２Ａ，１２Ｂへの制御信号により、第１の液晶シャ
ッタ１２Ａを閉状態にし、第２の液晶シャッタ１２Ｂを
開状態にし、対象物体６からの反射光４ｂを遮光し、参
照光４ｃを透過させる。平面センサ９には、参照光４ｃ
のみが入射する。これにより、参照光４ｃのみの光量が
１画素ごとに検出される。透過率制御回路１３は、既に
メモリに記憶されている反射光４ｂの光量データと参照
光４ｃの光量データとが一致するように画素ごとに第２
の液晶シャッタ１２Ｂの透過率を設定する。反射光４ｂ
の光量データと参照光４ｃの光量データとを一致させる
ことにより、後述する距離計測モードにおいて、平面セ
ンサ９における反射光４ｂの光強度と参照光４ｃの光強
度とが一致することになる。
【００１８】（２）対象物体６までの距離計測モード コンピュータ１４のＣＰＵは、ＲＯＭ内のプログラムに
従い、距離計測モードを実行する。ＣＰＵは、変調信号
発生器２への制御信号により、変調信号発生器２から変
調信号Ｓm を発生させる。すなわち、変調信号発生器２
の電流信号ミキサ２２は、変調電流源２０の出力信号と
直流電流源２１の出力信号とを合成した変調信号Ｓm を
半導体レーザ３に出力する。半導体レーザ３は、変調信
号発生器２からの変調信号Ｓm によって強度変調された
照明光４ａを出射する。ＣＰＵは、第１の液晶シャッタ
１２Ａへの制御信号により、第１の液晶シャッタ１２Ａ
を開状態にし、第２の液晶シャッタ１２Ｂの各画素を透
過率調整モードで設定した透過率のままの状態にし、対
象物体６からの反射光４ｂを透過させるとともに、参照
光４ｃを透過率調整モードで設定した透過率で透過させ
る。半導体レーザ３から出射された照明光４ａは、ハー
フミラー１１に入射し、透過する光と反射する光に２分
される。ハーフミラー１１を透過した照明光４ａは、対
象物体６に照射され、対象物体６で反射した反射光４ｂ
は、結像レンズ７および第１の液晶シャッタ１２Ａを通
り、光学フィルタ８を介して平面センサ９上に結像す
る。ハーフミラー１１で反射した参照光４ｃは、第２の
液晶シャッタ１２Ｂおよび光学フィルタ８を介して平面
センサ９に入射する。従って、平面センサ９には、光強
度がほぼ等しい反射光４ｂと参照光４ｃの合成光が入射
する。このとき、ＣＰＵは、平面センサ９への制御信号
により、平面センサ９の光検出モードを振幅検出モード
に設定する。これにより、平面センサ９の各画素は、反
射光４ｂと参照光４ｃとの合成光の振幅に対応する電圧
Ｖn を距離演算部１０に出力する。距離演算部１０は、
後述する式（９）から平面センサ９から対象物６の表面
上の各点までの距離を２次元的に演算する。
【００１９】以下、この距離演算部１０による演算つい
て詳細に説明する。半導体レーザ３からの照明光４ａの
強度変調の角周波数をω、振幅を２Ｅとすると、半導体
レーザ３から出射される照明光４ａの光強度Ｉo は、次
の式（１）のように表される。 Ｉo ＝Ｅ（ｓｉｎωt ＋１） …（１）
【００２０】対象物体６までの距離が０〜２．５ｍとす
ると、必要とされる変調周波数は３０ＭＨｚとなる。ハ
ーフミラー１１の光透過率をａ、対象物体６上のある点
での反射係数をＣn とすると、その点が平面センサ９上
に結像された地点ｎに入射する反射光４ｂの光強度は、
次の式（２）のように表される。 Ａn ＝Ｃn ・ａＥ｛ｓｉｎ（ωt ＋φn ）＋１｝ …（２） ここで、φn は、平面センサ９上に入射する光の半導体
レーザ３からの飛行距離に起因する位相遅れである。
（半導体レーザ３〜対象物体６）＋（対象物体６〜平面
センサ９）間の距離をＬとすると、位相遅れφn は、次
のように表される。 φn ＝ωＬ／Ｃ 但し、Ｃは光速を表す。
【００２１】一方、ハーフミラー１１の反射率をｂと
し、半導体レーザ３から平面センサ９までの光路が変調
波の波長と比較して十分に小さいとすると、平面センサ
９上のある地点ｎ上での参照光４ｃの光強度Ｂn は、次
の式（３）のように表される。 Ｂn ＝ｂＥ（ｓｉｎωt ＋１） …（３）
【００２２】平面センサ９のある地点ｎ上での合成光の
光強度Ｐn は、式（２）で表される反射光４ｂと式
（３）で表される参照光４ｃとの単なる加算により次の
式（４）のように表される。
【数１】 式（４）は、ＤＣ成分（Ｃn ａ＋ｂ）Ｅ、および高周波
成分
【数２】 との和となる。
【００２３】上記式において、振幅項の中に現れるＣn
ａＥおよびｂＥは、強度変調しない光を照射したときの
反射光４ｂおよび参照光４ｃ成分であるので、予め測定
しておくことが可能である。従って、半導体レーザ３か
らの飛行距離に起因する位相遅れφn を獲得するには、
高周波成分の振幅を検出できればよい。ＨＰＦ９２によ
りＤＣ成分（Ｃn ａ＋ｂ）Ｅをカットし、ピークホール
ド回路９３あるいは後述する整流回路により、高周波成
分の振幅を検出する。
【００２４】式（４）からも分かるように、高周波成分
の振幅が大きいほど、計測精度の点で有利になる。式
（４）の振幅項を取り出し、次の式（５）のように表
す。
【数３】 ここで、Ｃn ａＥおよびｂＥは、強度変調しない光を照
射したときの反射光４ｂおよび参照光４ｃ成分であり、
その比をｋと置くと、反射係数Ｃn は、次に式（６）の
ように表される。 Ｃn ・ａＥ＝ｋｂＥ …（６） 平面センサ９から出力される電圧値Ｖn は、次の式
（７）に示すように表される。
【数４】 これをθで微分すると、次の式（８）となる。
【数５】
【００２５】図５は、反射光４ｂと参照光４ｃの光強度
比と振幅変化率（ｄＶn ／ｄθ）との関係を示す。ｋ＝
１のとき、振幅変化率（ｄＶn ／ｄθ）が最も大きくな
るのが分かる。従って、上記透過率調整モードにおい
て、第２の液晶シャッタ１２Ｂの透過率を制御して反射
光４ｂの光強度と参照光４ｃの光強度とをほぼ等しくす
ることにより、計測精度が最も向上する。光強度比は、
例えば、０．８〜１の間が望ましく、本実施の形態で
は、ｋ＝１にした。
【００２６】求める距離Ｌについては、式（５）から次
の式（９）のように求めることができる。
【数６】
【００２７】上述した第１の実施の形態によれば、以下
の効果が得られる。 (イ) 平面センサ９に照射される反射光４ｂと参照光４ｃ
の光強度をほぼ等しくしているので、振幅変化率（ｄＶ
n ／ｄθ）が大きくなり、計測精度の向上が図れる。 (ロ) 光を復調する手段として従来用いられてきた結晶に
よる光強度復調器、イメージインテンシファイア等の高
価で大型な手段を必要とせずに、物体６までの距離に応
じた位相分布が得られるため、安価で小型の三次元形状
計測装置を提供することができる。 (ハ) 平面センサ９の前面にレーザ光のみを選択的に透過
する光学フィルタ８を設けているので、外光の影響によ
る誤差の小さい、高精度な三次元形状を計測することが
できる。 (ニ) 対象物体６までの距離に応じた位相分布を電圧値と
して計測できるため、三次元形状を容易に計測すること
ができる。 (ホ) １つの平面センサ９で距離画像と輝度画像の両方を
得ることができ、この二つの画像は画素が１対１に対応
しているため、距離画像を用いた輝度画像の画像処理を
容易に行うことができる。
【００２８】図６は、図３のピークホールド回路９３の
代わりに、抵抗９８ａ，ダイオード９８ｂからなる整流
回路９８を用いた回路例である。整流回路９８の出力信
号が図７に示すように整流信号Ｓとなる以外、動作は図
４の場合と同様である。
【００２９】図８は、本発明の第２の実施の形態に係る
形状計測装置を示す。この第２の実施の形態は、ハーフ
ミラーを設けずに参照光出射用の半導体レーザを用いた
ものである。すなわち、この第２の実施の形態は、変調
信号Ｓm に基づいて照明光４ａを出射する第１の半導体
レーザ３Ａと、同じく変調信号Ｓm に基づいて参照光４
ｃを出射する第２の半導体レーザ３Ａとを有し、他は第
１の実施の形態と同様に構成されている。この第２の実
施の形態によれば、第２の半導体レーザ３Ａから出射さ
れる参照光４ｃの光強度を物体６からの反射光４ｂの光
強度にほぼ等しくなるように第２の液晶シャッタ１２Ｂ
の透過率を画素ごとに制御することにより、平面センサ
９に照射される反射光４ｂと参照光４ｃの光強度がほぼ
等しくなり、第１の実施の形態と同様に、高精度な距離
計測が可能になる。
【００３０】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れず、種々に変形実施が可能である。例えば、上記実施
の形態では、光源として半導体レーザを使用している
が、原理的にコヒーレントな光を必要としないため、一
般的な光源、例えば、キセノンランプ，ストロボ等を用
いることも可能である。また、光源として赤外線もしく
は紫外線などを用い、光学フィルタ８をその光源からの
光のみを選択的に透過するものを用いてもよい。これに
より、外光の影響による誤差の小さい、高精度な三次元
形状を計測することができる。また、第１の実施の形態
では、ハーフミラー１１を用いたが、入射光を所定の比
率で透過および反射させるビームスプリッタでもよい。
また、上記第１の実施の形態のハーフミラー１１の代わ
りに、対象物体６に照射される照明光４ａの光路から外
れた位置に半導体レーザ３からの照明光４ａを反射する
反射ミラーを配置してもよい。これにより、平面センサ
９に入射する反射光４ｂの光量がハーフミラー１１によ
って半減しないため、平面センサ９の出力信号が大きく
なり、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の形状計測
装置および形状計測方法によれば、反射光と参照光の光
強度が検出面でほぼ等しくなるようにしたので、反射光
と参照光との合成光の位相変化に対して検出信号の変化
が最も大きくなり、この結果、物体までの距離計測を高
精度に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る三次元形状計
測装置の構成図
【図２】第１の実施の形態に係る変調信号発生器のブロ
ック図
【図３】第１の実施の形態に係る平面センサを構成する
画素回路を示すブロック図
【図４】（ａ）〜（ｄ）は第１の実施の形態に係る平面
センサの動作を説明するためのタイミングチャート
【図５】反射光と参照光の光強度比と振幅変化率との関
係を表した図
【図６】本発明の他の実施の形態に係る平面センサのブ
ロック図
【図７】図６に示す平面センサの動作を説明するための
タイミングチャート
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る三次元形状計
測装置の構成図
【図９】従来の形状計測装置の構成図
【符号の説明】
１ 三次元形状計測装置 ２ 変調信号発生器 ３，３Ａ，３Ｂ 半導体レーザ ４ａ 照明光 ４ｂ 反射光 ４ｃ 参照光 ５ 投影レンズ ６ 対象物体 ７ 結像レンズ ８ 光学フィルタ ９ 平面センサ １０ 距離演算部 １１ ハーフミラー １２Ａ 第１の液晶シャッタ １２Ｂ 第１の液晶シャッタ １３ 透過率制御回路 １４ コンピュータ ９０ フォトダイオード ９１Ａ，９１Ｂ バイパス回路切り替え部 ９２ ハイパスフィルタ（ＨＰＦ） ９３ ピークホールド回路 ９３ａ 比較器 ９３ｂ ダイオード ９３ｃ コンデンサ ９４ 電流変換回路 ９５ バイパス配線 ９６ スイッチ ９７ 電荷蓄積回路 ９８ 整流回路 ９８ａ 抵抗 ９８ｂ ダイオード Ｓ，Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ 信号 Ｓm 変調信号 Ｓco 定常信号 Ｔ1 積分期間 Ｔ2 データ転送期間 Ｔ3 放電期間 Ｖ0 ＤＣ成分 Ｖa 高周波成分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東海 研 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい富士ゼロックス株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA53 BB05 FF51 GG06 JJ03 JJ26 LL04 LL21 LL30 NN01 NN08 UU07

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】所定の周波数で強度変調された照明光を出
    射する照明光光源を有し、前記照明光を物体に照射して
    前記物体から反射光を発生させる反射光発生手段と、 前記所定の周波数によって強度変調された参照光を出射
    する参照光出射手段と、 前記反射光と前記参照光との合成光を受光してその検出
    信号を出力する検出手段と、 前記反射光の光強度と前記参照光の光強度とが前記検出
    手段の検出面でほぼ等しくなるように前記反射光発生手
    段および前記参照光出射手段を制御する制御手段と、 前記光強度がほぼ等しい前記反射光と前記参照光との前
    記合成光を受光した前記検出手段からの検出信号に基づ
    いて前記検出面から前記物体までの距離を演算する演算
    手段とを備えたことを特徴とする形状計測装置。
  2. 【請求項２】前記参照光出射手段は、前記照明光光源か
    ら出射された前記照明光の一部を前記参照光として前記
    検出手段に導く反射部材を備えた構成の請求項１記載の
    形状計測装置。
  3. 【請求項３】前記反射部材は、前記出射光を所定の割合
    で透過および反射させるビームスプリッタである構成の
    請求項２記載の形状計測装置。
  4. 【請求項４】前記反射部材は、前記物体への前記照明光
    の照射を妨げない位置に設けられた反射ミラーである構
    成の請求項２記載の形状計測装置。
  5. 【請求項５】前記参照光出射手段は、前記反射部材と前
    記検出手段との間の光路上に設けられた、前記参照光の
    透過率を可変可能な光透過率可変手段を備え、 前記制御手段は、前記光透過率可変手段の透過率を制御
    して前記反射光の光強度と前記参照光の光強度とが前記
    検出面でほぼ等しくなるようにする構成の請求項２記載
    の形状計測装置。
  6. 【請求項６】前記反射光発生手段は、前記照明光あるい
    は前記反射光の光路上に設けられた、開閉動作により前
    記照明光あるいは前記反射光の光路を開放あるいは遮光
    する第１のシャッタ手段を備え、 前記参照光出射手段は、前記参照光の光路上に設けられ
    た、開閉動作により前記参照光の光路を開放あるいは遮
    断する第２のシャッタ手段を備え、 前記制御手段は、前記第１および第２のシャッタ手段を
    制御して前記反射光のみを受光した前記検出手段からの
    検出信号と前記参照光のみを受光した前記検出手段から
    の検出信号に基づいて、前記反射光の光強度と前記参照
    光の光強度とが前記検出面でほぼ等しくなるように制御
    する構成の請求項１記載の形状計測装置。
  7. 【請求項７】前記第２のシャッタ手段は、前記参照光の
    透過率を可変可能な光透過率可変手段を兼ねた構成の請
    求項６記載の形状計測装置。
  8. 【請求項８】前記制御手段は、前記反射光発生手段の前
    記照明光光源を制御して強度変調されていない定常光か
    らなる前記照明光を前記物体に向けて照射させ、前記反
    射光のみを前記検出手段に照射させるとともに、前記参
    照光出射手段を制御して強度変調されていない定常光か
    らなる前記参照光を出射させて前記参照光のみを前記検
    出手段に照射させ、前記反射光のみを受光した前記検出
    手段からの検出信号と前記参照光のみを受光した前記検
    出手段からの検出信号に基づいて、前記反射光の光強度
    と前記参照光の光強度とが前記検出面でほぼ等しくなる
    ように制御する構成の請求項１記載の形状計測装置。
  9. 【請求項９】前記検出手段は、２次元状に配列され、前
    記検出信号を出力する複数の検出素子を備え、 前記演算手段は、前記検出面から前記物体表面上の複数
    の点までの前記距離を演算する構成の請求項１記載の形
    状計測装置。
  10. 【請求項１０】前記参照光出射手段は、前記参照光を前
    記物体に照射する参照光光源を備えた構成の請求項１記
    載の形状計測装置。
  11. 【請求項１１】前記参照光出射手段は、前記参照光光源
    と前記検出手段との間の光路上に設けられた、前記参照
    光の透過率を可変可能な光透過率可変手段を備え、 前記制御手段は、前記光透過率可変手段の透過率を制御
    して前記反射光の光強度と前記参照光の光強度とが前記
    検出面でほぼ等しくなるようにする構成の請求項１０記
    載の形状計測装置。
  12. 【請求項１２】前記光透過率可変手段は、液晶を用いた
    構成の請求項５、７または１１記載の形状計測装置。
  13. 【請求項１３】所定の周波数で強度変調された照明光を
    物体に照射して前記物体からの反射光を検出するととも
    に、前記所定の周波数で強度変調された参照光を検出
    し、前記反射光と前記参照光との合成光に基づいて検出
    面から前記物体までの距離を計測する形状計測方法にお
    いて、 前記反射光の光強度と前記参照光の光強度とを前記検出
    面でほぼ等しくなるように設定し、 前記光強度が等しい前記反射光と前記参照光との前記合
    成光の検出に基づいて前記距離を計測することを特徴と
    する形状計測方法。
  14. 【請求項１４】前記設定は、強度変調されていない定常
    光からなる前記照明光を前記物体に照射し、前記反射光
    のみを検出するとともに、強度変調されていない定常光
    からなる前記参照光を出射させて前記参照光のみを検出
    し、検出した前記反射光と前記参照光に基づいて行う構
    成の請求項１３記載の形状計測方法。
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