JPH08327338A - ３次元形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 被測定物の被測定面の傾きに起因する測定誤
差を低減し、安定して高い精度で被測定物の３次元形状
を測定できる３次元形状測定装置を提供する。 【構成】 被測定物１７に対してスリット状の照射光を
照射する照射部１６ａと、２次元配列された複数の受光
素子からなる受光部１６ｂとを備えた光距離測定器１６
と、光距離測定器１６と被測定物１７との間の相対位置
を設定及び変更する位置設定変更機構１１、１３〜１５
と、所定の相対位置となるよう位置設定変更機構を制御
する第１の制御部２０ａと、受光センサの出力信号を用
いて、データ作成用の出力信号を選択する信号選択部２
０ｂと、信号選択部２０ｂから測定不能を示す信号が出
力された場合修正した相対位置となるよう位置設定変更
機構を制御する第２の制御部２０ａ’と、信号選択部２
０ｂの出力信号に基づいて、３次元形状データを作成す
る形状データ作成部２０ｃとを備えた制御・処理部２０
で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スリット状の照射光を
利用した光距離測定器（例えば、レーザー変位計）を用
いて、被測定物の３次元形状を測定する３次元形状測定
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、３次元形状測定の対象は、従来の
高さ測定、長さ測定等の１次元測定を組み合わせたもの
だけでなく、自由曲面を有する３次元物体にも及んでき
ておりそれらに関する研究も進んでいる。測定方法とし
ては、接触式プローブを被測定物に接触させながら行う
従来の接触式の測定方法に加えて、最近めざましく発展
しているレーザ変位計等の光距離測定器を用いた非接触
の測定方法がある。

【０００３】このような非接触の測定方法では、プロー
ブを被測定物に接触させる必要がないので、ゴムのよう
に軟らかい物でも精度よく測定を行うことが可能であ
り、また従来の接触式の測定方法と比較して、測定時間
が短縮できるという利点を有する。しかしながら、レー
ザ変位計等の光距離測定器を用いた非接触の測定方法で
も任意の自由曲面を有する物体を精度良く、全周にわた
ってくまなく測定できるまでには至っていない。

【０００４】その理由は、被測定物上にある点（被測定
点）の法線の傾きは不可知であり、レーザー等の光を照
射して行う測定では、被測定物への光の照射角度や被測
定物からの反射光の角度に（即ち、被測定点がある面の
傾きにより）測定精度が大きく左右され、前記角度が所
定の大きさ以上になると、測定不能となる場合があるか
らである。

【０００５】なお、当然のことながら、照射光の届かな
い範囲にある被測定物の測定は不可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】光投射による３次元形
状測定においては、例えばスリット状の照射光を被測定
物の被測定面に投射して、その反射光をＣＣＤ等の受光
部により受けて照射光の反射像を検出し、その反射像の
中心位置から３次元座標を求めている。しかし、同じ測
定装置を用いても、被測定物の被測定面の傾き（即ち、
被測定物への光の照射角度や被測定物からの反射光の角
度）により、測定精度が大きく影響を受ける場合がある
という問題点があった。

【０００７】例えば、被測定面の傾きによっては、反射
像が非常に幅広になる、反射像の輝度が極度に低下す
る、反射光が受光部に入射しない、などの事態が発生し
て、その結果、被測定物の一部の測定ができない、測定
できたとしても測定精度が悪く測定誤差の原因となると
いう問題点があった。特に、被測定面の傾きが大きくな
り照射光の斜入射角度がゼロに近づくと、反射像の全体
がＣＣＤ等の受光部に収まらなくなる場合があり、この
場合に、反射像の中心位置を正確に検出することができ
なかった。そのため、求めた３次元座標が不正確とな
り、測定誤差の原因となるという問題点があった。

【０００８】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、被測定物の被測定面の傾きに起因する測定
誤差を低減し、安定して高い精度で被測定物の３次元形
状を測定することができる３次元形状測定装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に「少なくとも、被測定物に対してスリット状の照射光
を照射する照射部と、２次元配列された複数の受光素子
からなる２次元受光センサを有する受光部であって、前
記照射光による前記被測定物からの反射光を前記２次元
受光センサ上で受光する受光部とを備えた光距離測定器
と、前記光距離測定器と前記被測定物との間の相対位置
を設定及び変更する位置設定変更機構と、前記相対位置
が所定の複数の相対位置となるように前記位置設定変更
機構を制御する第１の制御部と、各相対位置における前
記２次元受光センサの出力信号を用いて、被測定物から
の反射光像の幅及び最大輝度が所定範囲内にあるか否か
を検知することにより、データ作成用の出力信号を選択
する信号選択部であり、データ作成用の出力信号が選択
できないときに、測定不能を示す信号を出力する機能を
有する信号選択部と、前記信号選択部から測定不能を示
す信号が出力された相対位置に対して位置の修正を行う
と共に、修正した相対位置となるように前記位置設定変
更機構を制御する第２の制御部と、前記信号選択部によ
り選択された出力信号に基づいて、前記被測定物の３次
元形状データを作成する形状データ作成部と、を備えた
３次元形状測定装置（請求項１）」を提供する。

【００１０】また、本発明は第二に「少なくとも、被測
定物に対してスリット状の照射光を照射する照射部と、
２次元配列された複数の受光素子からなる２次元受光セ
ンサを有する受光部であって、前記照射光による前記被
測定物からの反射光を前記２次元受光センサ上で受光す
る受光部とを備えた光距離測定器と、前記光距離測定器
と前記被測定物との間の相対位置を設定及び変更する位
置設定変更機構と、前記相対位置が所定の複数の相対位
置となるように前記位置設定変更機構を制御する第１の
制御部と、各相対位置における前記２次元受光センサの
出力信号を用いて、被測定物からの反射光像の位置、幅
及び最大輝度が所定範囲内にあるか否かを検知すること
により、データ作成用の出力信号を選択する信号選択部
であり、データ作成用の出力信号が選択できないとき
に、測定不能を示す信号を出力する機能を有する信号選
択部と、前記信号選択部から測定不能を示す信号が出力
された相対位置に対して修正を行うと共に、修正した相
対位置となるように前記位置設定変更機構を制御する第
２の制御部と、前記信号選択部により選択された出力信
号に基づいて、前記被測定物の３次元形状データを作成
する形状データ作成部と、を備えた３次元形状測定装置
（請求項２）」を提供する。

【００１１】また、本発明は第三に「前記位置設定変更
機構及び前記照射部の動作を制御する第３の制御部と前
記位置設定変更機構の位置または駆動量を検出する位置
検出機構とを更に備えたことを特徴とする請求項１また
は２記載の３次元形状測定装置（請求項３）」を提供す
る。また、本発明は第四に「前記スリット状の照射光
は、半導体レーザー光をシリンドリカルレンズによりス
リット状にした照射光であることを特徴とする請求項１
〜３記載の３次元形状測定装置（請求項４）」を提供す
る。

【００１２】

【作用】本発明の３次元形状測定装置では、被測定物か
らの反射光像の幅及び最大輝度が所定範囲内にあるか否
かを検知することにより、或いは、被測定物からの反射
光像の位置、幅及び最大輝度が所定範囲内にあるか否か
を検知することにより、データ作成用の出力信号を選択
し、該選択した出力信号に基づいて、被測定物の３次元
形状データを作成する。

【００１３】また、データ作成用の出力信号が選択でき
ないときは、測定不能を示す信号を出力し、測定不能を
示す信号が出力された相対位置に対して位置関係の修正
を行っている。そのため、誤った形状測定データが作成
されることがなく、また再測定が必要な測定点を知るこ
とができる。或いは、再測定が必要な測定点を知ること
ができると共に、再測定が必要な測定点に対して、相対
位置を変えて再測定を行うことにより、データ作成用の
出力信号が得られるようにすることができるので、より
正確な形状測定データを得ることができる。

【００１４】従って、本発明の３次元形状測定装置で
は、被測定物の被測定面の傾きに起因する測定誤差を低
減し、安定して高い精度で被測定物の３次元形状を測定
することができる。本発明の３次元形状測定装置は、位
置設定変更機構及び前記照射部の動作を制御する第３の
制御部と前記位置設定変更機構の位置または駆動量を検
出する位置検出機構とを更に備えていることが好ましい
（請求項３）。

【００１５】本発明の３次元形状測定装置にかかるスリ
ット状の照射光は、輝度の低下及び装置の大型化を抑制
するために、半導体レーザー光をシリンドリカルレンズ
によりスリット状にした照射光とすることが好ましい
（請求項４）。以下、本発明にかかる測定原理を図を参
照して説明するが、本発明はこの図の例に限定されるも
のではない。

【００１６】測定方法は、光切断法をベースにしてい
る。先ず、スリット状のレーザー照射光２が被測定物１
の被測定面に向けて照射部３から照射される。被測定面
により反射された光の一部は、各受光部４、５により受
光される（図１参照）。図１の例においては、各受光部
４、５の各光軸４ａ、５ａまわりの位置関係は被測定物
の被測定面が照射光２の光軸に対して垂直な平面である
場合に、被測定物からの反射光の像が各受光部４、５の
２次元受光素子（センサ）受光面７上の走査線８に垂直
になるように設定されている。

【００１７】被測定面が平面であり、しかも照射光２の
光軸３ａに対して垂直であるならば受光された反射光の
像６は直線的な帯状となり、２次元受光素子の受光面７
の中央部に位置するようになるが（図２（ａ）参照）、
図４の被測定物１７のように被測定面が曲面である場合
の反射光の像６’は、歪曲した帯状となる（図２（ｂ）
参照）。

【００１８】反射光の像６、６’の幅（Ｘ１方向）は、
照射光の幅、被測定面の形状、被測定面の焦点面からの
距離等によって変化するが、おおよそ数ピクセル（素
子）から数十ピクセル程度となる。反射光の像は、受光
部の受光面に投影されるが、例えば図１に示すように受
光部が複数ある場合には、受光部４、５の各受光面に像
が投影されるので、被測定物の各被測定点について複数
の像がそれぞれ得られる。

【００１９】図１のように、二つの受光部４、５がその
光軸４ａ，５ａと照射部３の光軸３ａとなす角度θ₁ ，
θ₂ が等しくなるように配置されているときに、被測定
面が平面である場合には、各受光部４、５の受光面には
同じ（または略同じ）像が投影される。しかし、被測定
面が３次元自由曲面である場合には、同一被測定点から
の像であっても、被測定点がある面（被測定面）が傾斜
しているので、各受光面には異なる像が投影される。そ
の違いとして顕著なものは、像の幅と最大輝度である。

【００２０】例えば、被測定面が右下がりに傾斜してい
る場合、反射光は受光部５よりも受光部４の方に向かい
やすい。そのため、受光部４で高輝度の像が得られる一
方、受光部５では低輝度の像しか得られないので、ノイ
ズの影響を受けやすくなって測定の信頼性が低下する。
また、受光部４で得られる高輝度の像も前記傾斜が特に
大きい場合には、像の幅が大きくなりすぎて、像の中心
位置を求めることが困難となり、測定の信頼性が低下す
ることもある。

【００２１】像の中心位置を求める場合、輝度分布の図
形中心をサブピクセル処理により求めるが、像が受光面
７上の端部に接近した位置にあり、しかも像の幅が拡大
されると、像の一部が受光面の端にかかる場合が生じ
る。例えば、受光面７上の各走査線８における、受光面
端部にある数ピクセルの輝度が所定値以上である場合
に、像の位置が受光面７上の端部にかかっていると判断
することができる。

【００２２】この場合には、サブピクセル処理により中
心位置を求めても、正確な値とはならず、測定の信頼性
が低下する。従って、反射光像の幅及び最大輝度が適切
な範囲にあるときに、或いは、位置、幅及び最大輝度が
適切な範囲にあるときに、測定の信頼性が高いというこ
とができる。

【００２３】そこで、本発明では、受光部に投影された
反射光像の幅及び最大輝度を目安として測定の信頼性を
判断することで、或いは、受光部に投影された反射光像
の位置、幅及び最大輝度を目安として測定の信頼性を判
断することで、受光部からの出力信号の中から信頼性が
高い信号を選択して、これを形状データとするのであ
る。

【００２４】また、データ作成用の出力信号が選択でき
ないときは、測定不能を示す信号を出力し、測定不能を
示す信号が出力された相対位置に対して位置関係の修正
を行っている。そのため、誤った形状測定データが作成
されることがなく、また再測定が必要な測定点を知るこ
とができる。或いは、再測定が必要な測定点を知ること
ができると共に、再測定が必要な測定点に対して、相対
位置を変えて再測定を行うことにより、データ作成用の
出力信号が得られるようにすることができるので、より
正確な形状測定データを得ることができる。

【００２５】ところで、反射光の像６、６’の輝度分布
はガウス分布となるので、中央部で高輝度、周辺部で低
輝度となる。反射光の像６、６’の中心位置（Ｘ１方
向）をサブピクセル処理により推定することで、被測定
点までの距離を求める。ここで、サブピクセル処理につ
いて図を参照して説明する。被測定物１７に照射部１６
ａからスリット状の照射光を照射させると、被測定物１
７の形状に沿った切断線が形成され、この切断線が受光
部１６ｂにより撮像される。即ち、例えば図２（ｂ）に
示すように、受光部１６ｂの２次元受光素子の受光面７
上には、前記切断線の像６’が投影される。

【００２６】図２（ａ）、（ｂ）中の縦軸は、図１中の
Ｙ方向（即ち、スリット状の照射光の拡がり方向）に対
応するＹ１方向の前記受光面上の位置を示している。図
２（ａ）、（ｂ）中の横軸は、前記Ｙ１方向に垂直なＸ
１方向の位置を示している。像６’の幅（Ｘ１方向）
は、通常一つの受光素子のＸ１方向の長さよりも大き
く、例えば約１０素子（ピクセル）分程度の長さになっ
ている。図２（ｂ）のＹ１方向のある位置においてＸ１
方向に並んだ１列の受光素子に対応する２次元受光素子
の出力レベルの分布（２次元受光素子の受光面７上の、
Ｙ１方向のある位置においてＸ１方向に沿った、受光量
の分布に相当）は、図２（ｃ）に示すようになる。

【００２７】Ｙ１方向のこの位置における像６’のＸ１
方向の位置は、図２（ｃ）中の出力レベルが大きい位置
に相当することになる。図２（ｃ）に示すような分布の
形状から像６’のＸ１方向の中心位置を推定する処理
が、いわゆるサブピクセル処理である。具体的には、図
２（ｃ）中の所定の閾値（受光量）以上の部分の加重平
均を以て、像６’のＸ１方向の中心位置とする。この中
心位置がＹ１方向のある位置に対応する被測定物１７の
測定点までの距離を示すことになる。

【００２８】本発明では、信号選択部により選択された
出力信号に基づいて、前記被測定物の３次元形状データ
を作成する形状データ作成部により前記サブピクセル処
理が行われる。即ち、本発明では、信号選択部により、
受光部の２次元受光素子の出力信号の中から、反射光像
の幅及び最大輝度が所定範囲内にあるか否かを検知する
ことにより、或いは、反射光像の位置、幅及び最大輝度
が所定範囲内にあるか否かを検知することにより、デー
タ作成用の出力信号を選択した上で、３次元形状データ
作成部により、前記サブピクセル処理を行って各距離デ
ータを求めている。

【００２９】また、データ作成用の出力信号が選択でき
ないときは、信号選択部が測定不能を示す信号を出力
し、第２の制御部が測定不能を示す信号が出力された相
対位置に対して位置関係の修正を行っている。そのた
め、誤った形状測定データが作成されることがなく、ま
た再測定が必要な測定点を知ることができる。或いは、
再測定が必要な測定点を知ることができると共に、再測
定が必要な測定点に対して、相対位置を変えて再測定を
行うことにより、データ作成用の出力信号が得られるよ
うにすることができるので、より正確な形状測定データ
を得ることができる。

【００３０】以下、本発明を実施例により更に詳細に説
明するが、本発明はこの例に限定されるものではない。

【００３１】

【実施例】図４は本実施例の３次元形状測定装置の全体
構成を模式的に示す図である。本実施例の３次元形状測
定装置は、図４に示すように、本体基板（不図示）の上
に取り付けられたＸ方向に移動可能なＸステージ１１
と、Ｘステージ１１上に取り付けられ、Ｘ方向に延びる
回転軸１３ｃの回りに回動可能な回転ステージ１３と、
回転ステージ１３の上方において前記本体基板に取り付
けられ、Ｘステージ１１表面に垂直なＺ方向に移動可能
なＺステージ１４と、Ｚステージ１４に取り付けられＹ
方向に延びる回転軸１５ｃの回りに回動可能な回転ステ
ージ１５と、回転ステージ１５に取り付けられた光距離
測定器としてのレーザー変位計１６とを備えている。

【００３２】被測定物１７は、回転ステージ１３の上に
載せられる。本実施例では、これらのステージ１１、１
３〜１５がレーザー変位計１６と被測定物１７との間の
相対位置を設定及び変更させる位置設定変更機構を構成
している。なお、図４において、各ステージ１１、１３
〜１５の動きの理解を容易にするため、Ｘステージ１１
の固定部を１１ａ、Ｘステージ１１の可動部を１１ｂ、
回転ステージ１３の固定部を１３ａ、回転ステージ１３
の可動部を１３ｂ、Ｚステージ１４の固定部を１４ａ、
Ｚステージ１４の可動部を１４ｂ、回転ステージ１５の
固定部を１５ａ、回転ステージ１５の可動部を１５ｂ
で、それぞれ示している。

【００３３】レーザー変位計１６は、被測定物１７に対
してＸ方向に垂直なＹ方向に拡がったスリット状の照射
光を照射する照射部１６ａと、被測定物１７からの反射
光を受光する受光部１６ｂを有している。照射部１６ａ
から照射されるレーザー光は、６７０ｎｍの半導体レー
ザー光であるが、感度特性が大きい受光部１６ｂとする
ことにより、他の波長のレーザーを用いることもでき
る。

【００３４】本実施例ではシリンドリカルレンズを用い
て、半導体レーザー光をスリット状の照射光としてい
る。そのため、スリットを用いてスリット状にする場合
のように、輝度が低下することがなく、またポリゴンミ
ラーを用いる場合のように、装置の大型化を招くことが
ない。図には示していないが、受光部１６ｂは、２次元
配列された複数の受光素子からなる２次元ＣＣＤなどの
２次元受光センサを有し、受光部１６ｂとして例えばＣ
ＣＤカメラを使用することができる。

【００３５】受光部１６ｂの光軸まわりの位置関係は、
被測定物１７の被測定面が照射光の光軸に対して垂直な
平面である場合に、被測定物からの反射光の像が受光部
１６ｂの２次元受光センサ面７の走査線８に垂直になる
ように設定されている。また、本実施例の３次元形状測
定装置は、図４に示すように、各ステージ１１、１３〜
１５の駆動モータ（不図示）を駆動するモータ駆動回路
１８と、レーザー変位計１６を駆動するセンサ駆動回路
１９と、制御・処理部２０と、測定者が制御・処理部２
０に各種の指令を与えるための入力部（例えば、キーボ
ード）２１と、各ステージ１１、１３〜１５の位置（ま
たは駆動量）を検出する位置検出器（例えばエンコー
ダ、不図示）と、を備えている。

【００３６】ここで、制御・処理部２０は、不図示の記
憶装置やＣＰＵ等を内蔵したマイクロコンピュータ等か
ら構成され、 モータ駆動回路１８及びセンサ駆動回路１９の動作を
制御する第３の制御部２０ａ’’としての機能、相対
位置が所定の複数の相対位置となるように位置設定変更
機構（各ステージ１１、１３〜１５）を制御する第１の
制御部２０ａとしての機能、 受光部１６ｂを構成する２次元受光素子の出力信号を
用いて、被測定物からの反射光像の幅及び最大輝度が所
定範囲内にあるか否かを検知することにより、或いは、
被測定物からの反射光像の位置、幅及び最大輝度が所定
範囲内にあるか否かを検知することにより、データ作成
用の出力信号を選択する機能、データ作成用の出力信号
が選択できないときは、測定不能を示す信号を出力する
機能（信号選択部２０ｂとしての機能）、 測定不能を示す信号が出力された相対位置に対して位
置関係の修正を行うと共に修正した相対位置となるよう
に、前記位置設定変更機構を制御する第２の制御部２０
ａ’としての機能、 信号選択部２０ｂにより選択された出力信号に基づい
て、前記サブピクセル処理を行うとともに、信号選択部
２０ｂにより選択された出力信号と位置検出器からの出
力信号（各ステージ１１、１３〜１５の位置検出信号）
に基づいて、被測定物の３次元形状データを作成する形
状データ作成部２０ｃとしての機能、などの各種の機能
を担う。

【００３７】なお、本実施例では、形状データ作成部２
０ｃにて作成された３次元形状データは、これを利用す
るＣＡＤ装置２２に供給されるようになっている。以
下、本実施例の３次元形状測定装置の動作の一例につい
て説明する。先ず、被測定物である歯科用模型（図３参
照）の測定に必要な測定箇所は、歯の咬合面及び側面で
あるから、測定不要な面が下になるように、被測定物１
７を回転ステージ１３に仮り止めする。なお、図４で
は、歯科用模型（図３参照）を構成する１歯牙のみを被
測定物１７として図示している。

【００３８】次に、測定者は、入力部２１により制御・
処理部２０に指令を与えることにより、初期設定を行
う。即ち、制御・処理部２０は、入力部２１からの指令
に従って、モータ駆動回路１８を介して各ステージ１
１、１３〜１５を制御し、回転ステージ１３は水平位置
のまま、回転ステージ１５はレーザー変位計１６の照射
部１６ａからのレーザー照射光がＸステージ１１表面に
垂直となる原点位置、Ｚステージ１４は、標準的な被測
定物がレーザー変位計１６の受光部１６ｂの受光レンズ
（不図示）の焦点深度の中に収まる原点位置にセットす
る。また、レーザー変位計１６の照射部１６ａからのス
リット状のレーザー照射光が被測定物１７に照射される
範囲に来るように、Ｘステージ１１を用いて、被測定物
１７を移動させる。

【００３９】次に、測定者は、入力部２１により、制御
・処理部２０に測定開始指令を与える。この状態で、制
御・処理部２０の中の第３の制御部２０ａ’’は、測定
者により入力装置２１から与えられた測定開始指令に応
答して、センサ駆動回路１９に制御信号を与えて、照射
部１６ａから被測定物１７にスリット光を照射させる。
そして、被測定物１７の形状に沿った切断線が形成され
る。

【００４０】この切断線が受光部１６ｂにより斜めから
撮像される。即ち、図２（ｂ）に示すように、受光部１
６ｂの２次元受光センサの受光面７上には、切断線の像
６’が投影される。その結果、その像に応じた出力信号
が受光部１６ｂの２次元受光センサから得られる。制御
・処理部２０の中の信号選択部２０ｂは、受光部１６ｂ
の２次元受光センサからの出力の中から、反射光像の幅
及び最大輝度が所定範囲内にあるか否かを検知すること
により、或いは、反射光像の位置、幅及び最大輝度が所
定範囲内にあるか否かを検知することにより、データ作
成用の出力信号を選択する。

【００４１】データ作成用の出力信号が選択できないと
きは、信号選択部２０ｂは、測定不能を示す信号を出力
する。また、制御・処理部２０の中の形状データ作成部
２０ｃは、信号選択部２０ｂにより選択された出力信号
をフレームメモリ（不図示）に一旦記憶する。そして、
この出力信号としての画像データに対して、前記サブピ
クセル処理を行うことにより、Ｙ１方向の各位置におい
て切断線の像６’のＸ１方向の中心位置を求め、そのデ
ータを各ステージ１１、１３〜１５の位置データと対応
させてメモリ（不図示）に記憶させる。

【００４２】これで、一つの切断線に対する測定が終了
する。被測定物１７の全体を測定するためには、即ち、
被測定面１ａ（図３参照）の全域での測定を行うために
は、Ｘステージ１１を所定量のピッチで動かした後、同
様の手順で測定を繰り返せば良い。測定により得られた
各データは、同様にメモリに記憶させる。

【００４３】被測定物１７の全域が所定のピッチで測定
できたならば（被測定面１ａ全域での測定ができたなら
ば）、測定不能を示す信号が出力された相対位置に対し
て第２の制御部２０ａ’は、位置関係の修正を行うと共
に、修正した相対位置となるように前記位置設定変更機
構を制御する。相対位置の修正は、例えば、照射部１６
ａから被測定物１７に照射するスリット光２の照射角が
元の相対位置の場合に対して９０°回転した関係になる
ように修正すればよい（スリット光２ａとする、図３参
照）が、これに限定されるものではない。

【００４４】修正した相対位置における各測定を同様に
行うことにより、或いは、測定及び相対位置変更を繰り
返すことにより、必要なすべての測定データを得ること
ができる。測定により得られた各測定データは、同様に
メモリに記憶させる。そして、メモリに記憶された各測
定データを用いて、形状データ作成部２０ｃは、被測定
物１７の３次元形状データを作成する。

【００４５】本実施例の３次元形状測定装置では、被測
定物からの反射光像の幅及び最大輝度が所定範囲内にあ
るか否かを検知することにより、或いは、被測定物から
の反射光像の位置、幅及び最大輝度が所定範囲内にある
か否かを検知することにより、データ作成用の出力信号
を選択し、該選択した出力信号に基づいて、被測定物の
３次元形状データを作成している。

【００４６】即ち、本実施例では、信号選択部２０ｂに
より、受光部１６ｂの２次元受光素子の出力信号の中か
ら、反射光像の幅及び最大輝度が所定範囲内にあるか否
かを検知することにより、或いは、反射光像の位置、幅
及び最大輝度が所定範囲内にあるか否かを検知すること
により、データ作成用の出力信号を選択した上で、形状
データ作成部２０ｃにより、前記サブピクセル処理を行
って各距離データを求めている。

【００４７】また、データ作成用の出力信号が選択でき
ないときは、信号選択部２０ｂが測定不能を示す信号を
出力し、第２の制御部２０ａ’が測定不能を示す信号が
出力された相対位置に対して位置関係の修正を行ってい
る。そのため、誤った形状測定データが作成されること
がなく、また再測定が必要な測定点を知ることができ
る。或いは、再測定が必要な測定点を知ることができる
と共に、再測定が必要な測定点に対して、相対位置を変
えて再測定を行うことにより、データ作成用の出力信号
が得られるようにすることができるので、より正確な形
状測定データを得ることができる。

【００４８】従って、本実施例の３次元形状測定装置で
は、被測定物の被測定面の傾きに起因する測定誤差を低
減し、安定して高い精度で被測定物の３次元形状を測定
することができる。以上、本実施例について説明した
が、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

【００４９】例えば、本実施例では、単一のレーザー変
位計（光距離測定器）を用いているが、複数のレーザー
変位計を用いてもよい。また、本実施例では、レーザー
変位計と被測定物との間の相対位置を設定及び変更させ
る位置設定変更機構として各ステージ１１、１３〜１５
を採用しているが、その相対位置を所望の３次元形状を
得るのに必要な位置にすることができれば、位置設定変
更機構として任意の構成を採用することができる。

【００５０】

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、本発明の３次
元形状測定装置によれば、被測定物の被測定面の傾きに
起因する測定誤差を低減し、安定して高い精度で被測定
物の３次元形状を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明にかかる測定原理を説明するための
概略側面図である。

【図２】は、受光部の受光面に投影された像の様子を示
す説明図（ａ），（ｂ）と像におけるＸ１方向の輝度分
布を示す説明図（ｃ）である。

【図３】は、実施例の被測定物である歯科用模型を示す
平面図である。

【図４】は、実施例の３次元形状測定装置の全体構成を
模式的に示す図である。

【主要部分の符号の説明】

１・・・被測定物 １ａ’・・被測定物である歯科用模型の被測定面 ２・・・スリット状の照射光 ２ａ・・スリット状の照射光 ３・・・照射部 ３ａ・・照射光２の光軸 ４・・・受光部 ４ａ・・受光部４の光軸 ５・・・受光部 ５ａ・・受光部５の光軸 ６・・・被測定物からの反射光像 ６’・・被測定物からの反射光像 ７・・・２次元受光素子の受光面 ８・・・走査線 １１・・Ｘステージ １３・・回転ステージ １４・・Ｚステージ １５・・回転ステージ １６・・光距離測定器 １６ａ・・照射部 １６ｂ・・受光部 １７・・被測定物 １８・・モータ駆動回路 １９・・センサ駆動回路 ２０・・制御処理部 ２０ａ・・第１の制御部 ２０ａ’・・第２の制御部 ２０ａ’’・・第３の制御部 ２０ｂ・・信号選択部 ２０ｃ・・形状データ作成部 ２１・・入力部 ２２・・ＣＡＤ装置 以 上

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、 被測定物に対してスリット状の照射光を照射する照射部
   と、２次元配列された複数の受光素子からなる２次元受
   光センサを有する受光部であって、前記照射光による前
   記被測定物からの反射光を前記２次元受光センサ上で受
   光する受光部とを備えた光距離測定器と、 前記光距離測定器と前記被測定物との間の相対位置を設
   定及び変更する位置設定変更機構と、 前記相対位置が所定の複数の相対位置となるように前記
   位置設定変更機構を制御する第１の制御部と、 各相対位置における前記２次元受光センサの出力信号を
   用いて、被測定物からの反射光像の幅及び最大輝度が所
   定範囲内にあるか否かを検知することにより、データ作
   成用の出力信号を選択する信号選択部であり、データ作
   成用の出力信号が選択できないときに、測定不能を示す
   信号を出力する機能を有する信号選択部と、 前記信号選択部から測定不能を示す信号が出力された相
   対位置に対して修正を行うと共に、修正した相対位置と
   なるように前記位置設定変更機構を制御する第２の制御
   部と、 前記信号選択部により選択された出力信号に基づいて、
   前記被測定物の３次元形状データを作成する形状データ
   作成部と、を備えた３次元形状測定装置。
2. 【請求項２】 少なくとも、 被測定物に対してスリット状の照射光を照射する照射部
   と、２次元配列された複数の受光素子からなる２次元受
   光センサを有する受光部であって、前記照射光による前
   記被測定物からの反射光を前記２次元受光センサ上で受
   光する受光部とを備えた光距離測定器と、 前記光距離測定器と前記被測定物との間の相対位置を設
   定及び変更する位置設定変更機構と、 前記相対位置が所定の複数の相対位置となるように前記
   位置設定変更機構を制御する第１の制御部と、 各相対位置における前記２次元受光センサの出力信号を
   用いて、被測定物からの反射光像の位置、幅及び最大輝
   度が所定範囲内にあるか否かを検知することにより、デ
   ータ作成用の出力信号を選択する信号選択部であり、デ
   ータ作成用の出力信号が選択できないときに、測定不能
   を示す信号を出力する機能を有する信号選択部と、 前記信号選択部から測定不能を示す信号が出力された相
   対位置に対して位置の修正を行うと共に、修正した相対
   位置となるように前記位置設定変更機構を制御する第２
   の制御部と、 前記信号選択部により選択された出力信号に基づいて、
   前記被測定物の３次元形状データを作成する形状データ
   作成部と、を備えた３次元形状測定装置。
3. 【請求項３】 前記位置設定変更機構及び前記照射部の
   動作を制御する第３の制御部と前記位置設定変更機構の
   位置または駆動量を検出する位置検出機構とを更に備え
   たことを特徴とする請求項１または２記載の３次元形状
   測定装置。
4. 【請求項４】 前記スリット状の照射光は、半導体レー
   ザー光をシリンドリカルレンズによりスリット状にした
   照射光であることを特徴とする請求項１〜３記載の３次
   元形状測定装置。