JP2006242571A - 三次元形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 構成が簡素で距離分解能が高く、測定対象物の三次元形状を短時間で測定することが可能な三次元形状測定装置を提供する。
【解決手段】 測定対象物１７に信号光パルスＬsを照射すると、測定対象物１７の表面１７ａで反射した反射光パルスＬs₁₀は、測定対象物１７の表面１７ａの距離（高さ）が反映して変形した形状となる。その反射光パルスＬs₁₀を光スイッチ３０によってタイミングＴ₁〜Ｔ₄で切り出し、その切り出された反射光パルスＬs₁₁，Ｌs₁₂，Ｌs₁₃，Ｌs₁₄を計測用カメラ３５によって撮像すると、等高線Ｌs₁₁’〜Ｌs₁₄’からなる等高線画像４０ａ〜４０ｄが得られる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、測定対象物に光を照射し、測定対象物からの反射光を受光して測定対象物の三次元測定する三次元形状測定装置に関する。

光を用いて物体の三次元形状を測定する方法として、従来より三次元カメラを用いた三角計測によるものが多く、光源と対象物と受光素子との位置関係から距離を割り出す（例えば、特許文献１、２参照。）。

また、その他の従来の三次元形状測定方法として、照明光に強度変調光を用い、反射光の切り出しに電気シャッターを用いたものや（例えば、特許文献３、４参照。）、チャープした超短パルスを用いる方法（例えば、特許文献５参照。）が知られている。

チャープした超短パルスを用いる従来の方法は、パルス光源から出射されたパルス光を２つの光パルスに分割し、一方の光パルスから色が規則的に変化するチャープ光パルスを生成する。このチャープ光パルスを被測定対象物に照射し、他方の光パルスを励起光とし、被測定対象物で反射した反射光を、上記励起光で開閉する超高速非線形光学シャッタでカラー二次元検出器に導き、色付き等高線マップを取得して三次元形状を測定するものである。

特開２００３−８５５３４号公報 特開２００３−３２９４２４号公報 特開２０００−１２１３３９号公報（図１０） 特開２００４−４５２６６号公報（図１４） 特開平７−２２９７２５号公報（［００２９］、［００３０］、図４）

しかし、三角計測による従来の測定方法では、対象物の距離が遠くなればなるほど、精度が劣化するという欠点がある。また、画像間の差分演算など時間のかかる情報処理が必要となる。電気シャッターを用いた従来の測定方法では、電気シャッターの開閉速度が遅いためにｃｍレベルの距離分解能が限界である。また、照明光に強度変調光を用い、得られた明暗映像から距離を求めているため、高精度な距離計測を行うことは難しい。また、チャープした超短光パルスを用いる従来の測定方法では、波長による距離検出は分光受光装置が必要になるなど、複雑な装置が必要となる。

従って、本発明の目的は、構成が簡素で距離分解能が高く、測定対象物の三次元形状を短時間で測定することが可能な三次元形状測定装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、光パルスを測定対象物に照射する照射手段と、前記光パルスの照射によって前記測定対象物から反射した反射光パルスを所定のタイミングで切り出して撮像する撮像手段とを備えたことを特徴とする三次元形状測定装置を提供する。

上記装置によれば、測定対象物から反射した反射光パルスは、測定対象物の表面の凹凸形状を反映して変形する。その変形した反射光パルスを所定のタイミングで切り出して撮像することにより、等高線画像を取得することができる。

上記照射手段は、光パルスを出射するパルス光源と、パルス光源から出射された光パルスを測定対象物に照射する光パルスと制御光パルスとに分割する分割光学系とを備え、上記撮像手段は、反射光パルスの光路に設けられ、制御光パルスによって開閉動作する光学シャッターと、反射光パルスを光学シャッターの開閉動作によって切り出して撮像するカメラとを備えた構成とするのが好ましい。光学シャッターを用いることにより、高速に開閉動作することができる。また、振動等の外乱の影響を受け難いため、安定した撮像が可能となる。

上記撮像手段は、制御光パルスの光路長を所定の範囲で走査して光学シャッターを複数回開閉動作させる光路長走査部を備え、上記カメラは、反射光パルスを複数のタイミングで切り出して撮像する構成としてもよい。この構成によれば、連続的にあるいは間欠的に反射光パルスを撮像することができる。

上記撮像手段は、反射光パルス又は制御光パルスの波長を変換する波長変換部と、光シャッターの後段に設けられ、制御光パルスの波長をカットする制御光カットフィルタと、制御光カットフィルタを透過した反射光パルスを撮像するカメラとを備えた構成としてもよい。この構成によれば、反射光パルスのみを撮像することができ、Ｓ／Ｎ比が向上する。

上記撮像手段は、光学シャッターの前段で反射光パルスを撮像して輝度画像を取得する参照用カメラと、光学シャッターの後段で反射光パルスを撮像して等高線画像を取得する計測用カメラと、等高線画像に輝度画像が有する輝度情報を付加して処理画像を形成する処理部とを備えた構成としてもよい。等高線画像に輝度情報を付加するとにより、測定対象物の表面の反射率が反映した処理画像を得ることができる。

上記照射手段は、光パルスを出射するパルス光源と、パルス光源から出射された光パルスから連続した複数の光パルスを発生して測定対象物に照射する連続パルス発生部とを備えた構成が好ましい。これにより、光パルスの間隔が一定の複数の光パルスを発生することができる。

上記連続パルス発生部は、パルス光源から導入した光パルスを２つの光パルスに分割するハーフミラーと、所定の位置に設けられ、２つの光パルスをそれぞれ折り返してハーフミラーにより分割させて連続する２つの光パルスを発生する一対の直角反射面とを備えた構成としてもよい。一対の直角反射面を増やすことで、連続する光パルスの数を増やすことができる。

上記ハーフミラーと一対の直角反射面を備えた連続パルス発生部は、ハーフミラーと一対の直角反射面との間の光路を透明媒質により構成とするのが好ましい。これにより、ハーフミラーと直角反射面の位置精度が高くなり、光パルスの間隔や出射方向の精度を確保することが容易となる。

上記照射手段は、光パルス列を観察用ファイバを介して測定対象物に照射し、上記撮像手段は、測定対象物から反射した光パルス列を観察用ファイバを介して撮像するようにしてもよい。これにより、医療用ファイバースコープや工業用ファイバースコープ等に適用することができる。

本発明の三次元形状測定装置によれば、構成が簡素で距離分解能が高く、測定対象物の三次元形状を短時間で測定することが可能となる。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る三次元形状測定装置の構成を示す。この三次元形状測定装置１０は、光パルスＬを出射するパルス光源１１と、パルス光源１１の光パルスＬの偏光方向を所定の方向に傾ける半波長板１２と、半波長板１２からの光パルスＬを偏光方向に応じて信号光パルスＬsと制御光パルスＬcとに分割する分割光学系としての第１の偏光ビームスプリッタ１３Ａとを有する。

また、信号光パルスＬsの光路上に、第１の偏光ビームスプリッタ１３Ａから信号光パルスＬsを入力して連続した複数の信号光パルスＬs₁〜Ｌs₄を発生する連続パルス発生部１４と、連続パルス発生部１４から拡大光学系１５を介して出射された信号光パルスＬs₁〜Ｌs₄を測定対象物１７側に、第２の偏光ビームスプリッタ１３Ｂとλ／４波長板１６を介して照射する。測定対象物１７から反射された信号光パルスＬs₁〜Ｌs₄は再びλ／４波長板１６を介して偏光ビームスプリッタ１３Ｂに入射され、計測用カメラ３５側に反射される。

また、制御光パルスＬcの光路上に、第１の偏光ビームスプリッタ１３Ａから反射ミラー１８を介して出射された制御光パルスＬcの光路長を所定の範囲で走査する光路長走査部１９と、制御光パルスＬcの波長を信号光パルスＬsとは異なる波長に変換する波長変換部２０とを配設している。

さらに、この装置１０は、第２の偏光ビームスプリッタ１３Ｂで反射し、集光レンズ２１、コリメートレンズ２２、偏光子２３およびビームスプリッタ２４を介して導入した測定対象物１７からの反射光パルスＬs₁₀〜Ｌs₄₀と波長変換部２０からの制御光パルスＬcとを合成するダイクロイックプリズム２７と、合成された光を集光レンズ２８およびピンホール２９を介して導入して反射光パルスＬs₁₀〜Ｌs₄₀の偏光状態を変更する光スイッチ３０と、光スイッチ３０からの反射光パルスＬs₁₀〜Ｌs₄₀をコリメートレンズ３１を介して導入する検光子３２と、検光子３２を透過した光のうち制御光パルスの周波数成分をカットする制御光カットフィルタ３３と、制御光カットフィルタ３３を透過した反射光パルスを結像光学系３４を介して撮像する計測用カメラ３５と、測定対象物１７からの反射光パルスを輝度画像としてビームスプリッタ２４および結合光学系２５を介して撮像する参照用カメラ２６と、計測用カメラ３５の撮像結果を参照用カメラ２６の撮像結果を用いて処理する信号処理部３６とを備える。

次に、この装置１０の各部の詳細を説明する。

パルス光源１１は、パルス幅がピコ秒〜フェムト秒程度の超短パルス光を出射するモード同期チタンサファイアレーザやエルビウム又はイットリビウム添加モード同期ファイバーレーザ等のパルス光源を用いることができる。

光路長走査部１９は、導入した制御光パルスＬcを反射する一対の反射ミラー１９０ａ，１９０ｂを所定の範囲で走査するピエゾ素子、モータ等の駆動部を備え、走査範囲に応じた位置信号を出力するように構成されている。

波長変換部２０は、超短パルス光の入射光強度とファイバ長に応じた波長シフト特性を有する偏波保持光ファイバを用いることができる。

参照用カメラ２６は、ＣＣＤカメラ等の面型光電変換素子により、測定対象物１７からの反射光パルスＬs₁₀〜Ｌs₄₀をビームスプリッタ２４および結合光学系２５を介して撮像し、測定対象物１７の表面１７ａの反射率を反映した輝度画像を取得するものである。

光スイッチ３０、偏光子２３および検光子３２により光学シャッターの１つであるＫｅｒｒシャッターを構成する。Ｋｅｒｒシャッターに用いられる光スイッチ３０としては、面型で、かつ実用上好適な非線形光学特性を有し、シャッターの開閉時間が使用している光パルスのパルス幅程度に短く、化学的、熱的、及び光学的に安定であることが望ましい。以上のような観点から、光スイッチ３０としては、例えば、特開平１１−２８２０３４号公報に開示されているようなスクエアリリウムＪ会合体からなる色素会合体薄膜、特開２０００−３１４９０１号公報に開示されているような、二光子吸収による光学特性変化を生じるスクエアリリウム色素等からなる色素会合体膜を用いることができ、その他に、高速応答性を持つ光スイッチ材料として、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ、ＣｄＴｅ等の半導体、フタロシアニン類の色素、ポリジアセチレンやポリチオフェン等のπ共役系高分子、Ｃ６０やＣ７０等のフラーレン薄膜などを用いることができる。

計測用カメラ３５は、光スイッチ３０の開閉動作によって切り取られた信号光パルスを撮像するＣＣＤカメラ等の面型光電変換素子であり、測定対象物１７の表面１７ａまでの距離情報を含む等高線画像を撮像する。

信号処理部３６は、計測用カメラ３５によって連続的に撮像される複数の等高線画像、および光路長走査部１９からの位置信号に基づいて、距離画像を生成し、参照用カメラ２６からの輝度画像に基づいて距離画像に輝度情報を付加した処理画像を生成するものである。距離画像としては、複数の等高線画像を合成し、距離（高さ）に応じた濃淡情報あるいはカラー情報を付加した画像が考えられる。例えば、測定対象物１７の表面１７ａまでの距離が短い等高線ほど明るい輝線、あるいは波長の長い色で表わしてもよい。

（連続パルス発生部）
図２は、連続パルス発生部１４の詳細な構成を示す。この連続パルス発生部１４は、ハーフミラー１４２を介して斜面で接合された第１および第２の直角プリズム１４０，１４１と、第１の直角プリズム１４０の第１面１４０ａに第１の光路長調整用平行板１４３Ａを介して接合された第３の直角プリズム１４４と、第１の直角プリズム１４０の第２面１４０ｂに接合された第４の直角プリズム１４５と、第２の直角プリズム１４１の第１面１４１ａに接合された第５の直角プリズム１４６と、第２の直角プリズム１４１の第２面１４１ｂに第２の光路長調整用平行板１４３Ｂを介して接合された第６の直角プリズム１４７とを備える。なお、第３乃至第６の直角プリズム１４４〜１４７のパルスを折り返す一対の面は、一対の直角反射面を構成する。

以上のように構成された連続パルス発生部１４の第１の直角プリズム１４０の第１面１４０ａに入射パルス（信号光パルスＬs）が入射すると、ハーフミラー１４２によってパルスａとパルスｂに分割され、パルスａは、第４の直角プリズム１４５で折り返した後、ハーフミラー１４２によってパルスａ_１とパルスａ_２に分割される。一方、パルスｂは、第２の光路長調整用平行板１４３Ｂを介して第６の直角プリズム１４７で折り返した後、ハーフミラー１４２によってパルスｂ_１とパルスｂ_２に分割される。第１の直角プリズム１４０内に２連パルスａ_１，ｂ_１が生成され、第２の直角プリズム１４１内に２連パルスａ_２，ｂ_２が生成される。２連パルスａ_１，ｂ_１の間隔、２連パルスａ_２，ｂ_２の間隔は、第２の光路長調整用平行板１４３Ｂの厚さをΔＬ、屈折率をｎとすると、それぞれ２ｎΔＬとなる。

第１の直角プリズム１４０内に生成した２連パルスａ_１，ｂ_１は、第１の光路長調整用平行板１４３Ａを介して第３の直角プリズム１４４で折り返した後、ハーフミラー１４２によって２連パルスａ_３，ｂ_３と２連パルスａ_４，ｂ_４に分割される。一方、第２の直角プリズム１４１内に生成した２連パルスａ_２，ｂ_２は、第５の直角プリズム１４６で折り返した後、ハーフミラー１４２によって２連パルスａ_５，ｂ_５と２連パルスａ_６，ｂ_６に分割される。第１の直角プリズム１４０の第２面１４０ｂからは４連パルスａ_５，ｂ_５，ａ_４，ｂ_４が出射され、第２の直角プリズム１４１の第２面１４１ｂからは４連パルスａ_６，ｂ_６，ａ_３，ｂ_３が出射される。４連パルスａ_５，ｂ_５，ａ_４，ｂ_４の間隔、および４連パルスａ_６，ｂ_６，ａ_３，ｂ_３の間隔は、第１の光路長調整用平行板１４３Ａの厚さを２ΔＬ、屈折率をｎとすると、それぞれ２ｎΔＬとなる。４連パルスａ_６，ｂ_６，ａ_３，ｂ_３は、信号光パルスＬs₁〜Ｌs₄として形状測定に利用される。

なお、連続パルスの数は４つに限定されず、任意の数の連続パルスを生成することができる。例えば、第１および第２の直角プリズム１４０，１４１を大きくし、第１の直角プリズム１４０の第２面１４０ｂに２つの直角プリズムを設け、第２の直角プリズム１４１の第２面１４１ｂに２つの直角プリズムを設けることによって、８連パルスを生成することができる。また、連続パルス発生部１４は、透明媒質を用いずにハーフミラーと反射ミラーから構成することもできる。

（測定原理）
次に、測定原理について、図３および図４を参照して説明する。図３は、単一の信号光パルスを用いた場合を示し、図４は、連続した複数の信号光パルスを用いた場合を示す。ここでは、測定対象物１７を球体として説明する。図３に示すように、球体の測定対象物１７に１つの信号光パルスＬsを照射すると、測定対象物１７の表面１７ａで反射した反射光パルスＬs₁₀は、測定対象物１７の表面１７ａの距離（高さ）が反映して変形した形状となる。光路長走査部１９によって制御光パルスＬcを走査し、タイミングＴ₁〜Ｔ₄で光スイッチ３０を動作させると、光スイッチ３０は、反射光パルスＬs₁₀を各タイミングＴ₁〜Ｔ₄で切り出して反射光パルスＬs₁₁，Ｌs₁₂，Ｌs₁₃，Ｌs₁₄を出射する。その切り出された反射光パルスＬs₁₁，Ｌs₁₂，Ｌs₁₃，Ｌs₁₄は、計測用カメラ３５によって撮像され、同図に示すような４つの等高線画像４０ａ〜４０ｄが得られる。各画像４０ａ〜４０ｄには、等高線Ｌs₁₁’〜Ｌs₁₄’が現れる。

次に、図４に示すように、球体の測定対象物１７に４つの信号光パルスＬs₁〜Ｌs₄を照射する場合について説明する。測定対象物１７に４つの信号光パルスＬs₁〜Ｌs₄を照射すると、測定対象物１７の表面１７ａで反射した反射光パルスＬs₁₀〜Ｌs₄₀は、それぞれ測定対象物１７の表面１７ａの距離（高さ）が反映した形状となる。光路長走査部１９によって制御光パルスＬcを走査し、タイミングＴ_１〜Ｔ_４で光スイッチ３０を動作させると、光スイッチ３０は、最初のタイミングＴ_１で反射光パルスＬs₁₁を出射し、次のタイミングＴ_２で反射光パルスＬs₁₂，Ｌs₂₁を出射し、次のタイミングＴ_３で反射光パルスＬs₁₃，Ｌs₂₂，Ｌs₃₁を出射し、次のタイミングＴ_４で反射光パルスＬs₁₄，Ｌs₂₃，Ｌs₃₂，Ｌs₄₁を出射し、次のタイミングＴ_５で反射光パルスＬs₂₄，Ｌs₃₃，Ｌs₄₂を出射し、次のタイミングＴ_６で反射光パルスＬs₃₄，Ｌs₄₃を出射し、最後のタイミングＴ_６で反射光パルスＬs₄₄を出射する。各タイミングで反射光パルスが計測用カメラ３５によって撮像され、７つの等高線画像４０ａ〜４０ｇが得られる。各画像４０ａ〜４０ｇには、等高線Ｌs₁₀〜Ｌs₄₀’，Ｌs₁₁〜Ｌs₁₄’，Ｌs₂₂〜Ｌs₂₄’，Ｌs₃₂〜Ｌs₃₄’，Ｌs₄₁〜Ｌs₄₄’が現れる。

（第１の実施の形態の動作）
次に、第１の実施の形態の動作を説明する。パルス光源１１から光パルスＬが出射されると、その光パルスＬは、半波長板１２によって光パルスＬの偏光方向が所定の方向に傾けられ、第１の偏光ビームスプリッタ１３Ａによって信号光パルスＬsと制御光パルスＬcとに分割される。

第１の偏光ビームスプリッタ１３Ａからの信号光パルスＬsが連続パルス発生部１４に入射すると、連続パルス発生部１４は、図２で説明したように連続する４つの信号光パルスＬs₁〜Ｌs₄を発生し、この信号光パルスＬs₁〜Ｌs₄は、拡大光学系１５によってビーム径が拡大された後、第２の偏光ビームスプリッタ１３Ｂを介してλ／４波長板１６に入射し、λ／４波長板１６にて円偏光となり、測定対象物１７に照射される。測定対象物１７の表面１７ａで反射した光は、λ／４波長板１６にて直線偏光となり、第２の偏光ビームスプリッタ１３Ｂで計測用カメラ３５側に反射する。

第２の偏光ビームスプリッタ１３Ｂで反射した測定対象物１７からの反射光パルスＬs₁₀〜Ｌs₄₀は、集光レンズ２１、コリメートレンズ２２、偏光子２３およびビームスプリッタ２４を介してダイクロイックプリズム２７に入射する。

一方、第１の偏光ビームスプリッタ１３Ａからの制御光パルスＬcは、光路長走査部１９によって所定の光路長が走査された後、波長変換部２０によって波長変換された後、ダイクロイックプリズム２７に入射し、測定対象物１７からの反射光パルスＬs₁₀〜Ｌs₄₀と合成される。

その合成光は、集光レンズ２８およびピンホール２９を介して光スイッチ３０に入射する。光スイッチ３０は、反射光パルスＬs₁₀〜Ｌs₄₀と制御光パルスＬcとの入射タイミングが一致したときにのみ異方性が誘起され、反射光パルスＬs₁₀〜Ｌs₄₀の偏光状態を変化させ、コリメートレンズ３１を介して検光子３２を透過させる。

計測用カメラ３５は、光スイッチ３０の開閉動作によって切り出された反射光パルスＬs₁₀〜Ｌs₄₀で撮影し、図４で説明したように複数の等高線画像４０ａ〜４０ｇを取得する。一方、参照用カメラ２６は、測定対象物１７からの反射光パルスＬs₁₀〜Ｌs₄₀を撮像し、測定対象物１７の表面１７ａの反射率が反映した輝度画像を取得する。

信号処理部３６は、計測用カメラ３５によって連続的に撮像される複数の等高線画像、および光路長走査部１９からの位置信号に基づいて、距離画像を生成し、参照用カメラ２６からの輝度画像に基づいて距離画像に輝度情報を付加した処理画像を生成する。

（第１の実施の形態の効果）
この第１の実施の形態によれば、パルス幅がピコ秒〜フェムト秒程度の超短光パルスを用いているので、測定対象物の表面形状を高分解能で測定することができる。また、計測用カメラ３５の前段に反射光パルスのみを透過させる制御光カットフィルタ３３を配置しているので、形状測定におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。また、光シャッターは電気シャッターと比較して高速に応答するため、表面形状を高分解能で測定することができる。

［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る三次元形状測定装置を示す。この第２の実施の形態に係る三次元形状測定装置１０は、第１の実施の形態において、波長変換部２０を信号光パルスＬsの光路に配置したものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。この構成によっても、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る三次元形状測定装置を示す。この第３の実施の形態に係る三次元形状測定装置１０は、第１の実施の形態をファイバースコープに応用したものである。但し、第１の実施の形態とは異なり、拡大光学系１５、集光レンズ２１、コリメートレンズ２２は、省略され、λ／４波長板１６と測定対象物１７との間に、ファイバー結合用レンズ３７、イメージングファイバー３８およびコリメートレンズ３９を配置している。この構成によれば、胃カメラ等の医療用ファイバースコープ、管内探査等の工業用ファイバースコープ等に適用することができる。

［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々に変形実施が可能である。例えば、各実施の形態の構成要素を本発明の要旨を変更しない範囲内で任意に組み合わせることは可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る三次元形状測定装置の構成を示す図である。 連続パルス発生部の詳細な構成を示す図である。 本発明の単一の信号光パルスを用いた場合の測定原理を示す図である。 本発明の連続した信号光パルスを用いた場合の測定原理を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る三次元形状測定装置の構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る三次元形状測定装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０ 三次元形状測定装置
１１ パルス光源
１２ 半波長板
１３Ａ，１３Ｂ 偏光ビームスプリッタ
１４ 連続パルス発生部
１５ 拡大光学系
１６ λ／４波長板
１７ 測定対象物
１７ａ 表面
１８ 反射ミラー
１９ 光路長走査部
２０ 波長変換部
２１ 集光レンズ
２２ コリメートレンズ
２３ 偏光子
２４ ビームスプリッタ
２５ 結合光学系
２６ 参照用カメラ
２７ ダイクロイックプリズム
２８ 集光レンズ
２９ ピンホール
３０ 光スイッチ
３１ コリメートレンズ
３２ 検光子
３３ 制御光カットフィルタ
３４ 結像光学系
３５ 計測用カメラ
３６ 信号処理部
３７ ファイバー結合用レンズ
３８ イメージングファイバー
３９ コリメートレンズ
４０ａ〜４０ｇ 等高線画像
１４０，１４１ 直角プリズム
１４０ａ，１４０ｂ，１４１ａ，１４１ｂ 面
１４２ ハーフミラー
１４３Ａ，１４３Ｂ 光路長調整用平行板
１４４〜１４７ 直角プリズム
１９０ａ，１９０ｂ 反射ミラー
Ｌc 制御光パルス
Ｌs 信号光パルス
Ｌs₁₀〜Ｌs₄₀，Ｌs₁₁〜Ｌs₁₄，Ｌs₂₂〜Ｌs₂₄，Ｌs₃₂〜Ｌs₃₄，Ｌs₄₁〜Ｌs₄₄ 反射光パルス
Ｔ_１〜Ｔ_６ タイミング

Claims (9)

1. 光パルスを測定対象物に照射する照射手段と、
   前記光パルスの照射によって前記測定対象物から反射した反射光パルスを所定のタイミングで切り出して撮像する撮像手段とを備えたことを特徴とする三次元形状測定装置。
2. 前記照射手段は、光パルスを出射するパルス光源と、前記パルス光源から出射された前記光パルスを前記測定対象物に照射する前記光パルスと制御光パルスとに分割する分割光学系とを備え、
   前記撮像手段は、前記反射光パルスの光路に設けられ、前記制御光パルスによって開閉動作する光学シャッターと、前記反射光パルスを前記光学シャッターの開閉動作によって切り出して撮像するカメラとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の三次元形状測定装置。
3. 前記撮像手段は、前記制御光パルスの光路長を所定の範囲で走査して前記光学シャッターを複数回開閉動作させる光路長走査部を備え、
   前記カメラは、前記反射光パルスを複数のタイミングで切り出して撮像することを特徴とする請求項２に記載の三次元形状測定装置。
4. 前記撮像手段は、前記反射光パルス又は前記制御光パルスの波長を変換する波長変換部と、前記光シャッターの後段に設けられ、前記制御光パルスの波長をカットする制御光カットフィルタと、前記制御光カットフィルタを透過した前記反射光パルスを撮像するカメラとを備えたことを特徴とする請求項２に記載の三次元形状測定装置。
5. 前記撮像手段は、前記光学シャッターの前段で前記反射光パルスを撮像して輝度画像を取得する参照用カメラと、前記光学シャッターの後段で前記反射光パルスを撮像して等高線画像を取得する計測用カメラと、前記等高線画像に前記輝度画像が有する輝度情報を付加して処理画像を形成する処理部とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の三次元形状測定装置。
6. 前記照射手段は、光パルスを出射するパルス光源と、前記パルス光源から出射された前記光パルスから連続した複数の光パルスを発生して前記測定対象物に照射する連続パルス発生部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の三次元形状測定装置。
7. 前記連続パルス発生部は、前記パルス光源から導入した前記光パルスを２つの光パルスに分割するハーフミラーと、所定の位置に設けられ、前記２つの光パルスをそれぞれ折り返して前記ハーフミラーにより分割させて連続する２つの光パルスを発生する一対の直角反射面とを備えたことを特徴とする請求項６に記載の三次元形状測定装置。
8. 前記連続パルス発生部は、前記ハーフミラーと前記一対の直角反射面との間の光路を透明媒質により構成したことを特徴とする請求項６に記載の三次元形状測定装置。
9. 前記照射手段は、前記光パルスを観察用ファイバを介して前記測定対象物に照射し、
   前記撮像手段は、前記反射光パルスを前記観察用ファイバを介して撮像することを特徴とする請求項１に記載の三次元形状測定装置。