JP4097038B2

JP4097038B2 - 文化財、彫刻品等の立体形状測定方法と装置

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Publication number: JP4097038B2
Application number: JP2004364408A
Authority: JP
Inventors: 俊治村井; 章茂白澤; 正樹岩倉; 晴展小日置
Original assignee: Kokusai Kogyo Co Ltd
Current assignee: Kokusai Kogyo Co Ltd
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2024-12-16
Also published as: JP2005208048A

Description

本発明は、埋蔵文化財、彫刻品等の立体形状の測定方法と装置に関し、特に、奥行きのある文化財、彫刻品等の立体形状を正確に再現することのできる文化財、彫刻品等の立体形状測定方法と装置に関するものである。

近年、埋蔵文化財の調査物件が爆発的に増加しているが、その調査は報告書の提出が義務付けられており、これに付随する膨大な出土遺物実測図の製作が大きな負担になっている。しかもこの実測図製作には、対象物に関する知識、図化の方法に関する知識、図化の技術など、複合的な熟練が必要であり、作業の効率化を妨げている。

また、このような文化財の形状の計測は、直接、人がスケールやデバイス等を当てて測りながらスケッチするか、接触式の計測器で土器などの表面をなぞるようにして形状を計測するなどの方法と、ステレオ撮影装置や、スリット光をあてて撮影したりレーザー光をあてるなどの種々の手段によって画像として取り込み、その画像を計測する方法などがあるが、文化財や彫刻などの芸術品における計測の場合、直接、被測定体にスケールやデバイス等を当てたり接触式の計測器で形状を計測するなどの測定子を接触させることが困難であることが多い。そのため、種々の手段によって画像として取り込んで、その画像を計測する方法が有効である。

例えば特許文献１に示されているステレオ撮影装置は、対象物を撮影するステレオ撮影部と、対象物との位置関係を相対的に移動させる相対位置変更部と、ステレオ撮影部が対象物を撮影する複数の方向におけるステレオ撮影パラメータを記憶する手段と、前記ステレオ撮影パラメータの記憶された前記複数の方向から、ステレオ撮影部により対象物を撮影して、対象物のステレオ画像を生成するステレオ画像生成手段と、対象物のステレオ画像から対象物の表面形状を測定する表面形状演算処理手段とを備えて表面形状を測定するようにしている。

しかしながら、被測定体をこのようにして画像として取り込む方法では、精度がその画像取り込み方法に大きく依存し、精度を上げようとすると高額になって産業上、有効な手段が得られ難いのが現状である。すなわち一般的なフィルムや撮像素子と、光学系として収束光学系を用いたシステムでは、立体形状では奥行きの距離差があるため、正確な形状の再現ができない。これを補正するため、距離差を計算によって補正する方法もあるが容易ではなく、特に大量の埋蔵文化財の計測作業は迅速性を求められるため、適当ではない。

そのため、特許文献２に示されたようなテレセントリック光学系を用いた形状寸法測定機が提案されている。すなわちテレセントリック光学系は図１７に示したように、レンズ１１とレンズ１２の焦点位置（ｆｏ、ｆｉ）１３に設けられた絞り１４により、高さｈｏの被測定体１５側から光軸１６に対して斜めにレンズ１１に入射した光線は焦点１３を通過できず、光軸１６に平行にレンズ１１に入射する光線１７のみが、絞り１４を通過してレンズ１２により結像面１８に高さｈｉの像１９として結像される。従って、被測定体１５は焦点深度が非常に深くなると共に、被測定体１５はどの位置にあっても結像面１８では像高ｈｉが維持される。

特開２００３−４２７３０公報特開２００１−２７７２６公報

しかしながらこのテレセントリック光学系も、平行光線を導くために被測定体１５の大きさ（高さｈｏ）を超える口径の光学系を必要とし、例えば２００ｍｍ程度の被測定体を対象とする場合、これ以上の口径のレンズを用意する必要があって、非常に高価となってしまう。そのため、被測定体１５、又はカメラを移動して複数の画像を取り込み、それを合成して一枚の画像とする方法もあるが、被測定体１５、又はカメラを正確に移動させる装置が必要になると共に移動量を計測して指標を合わせるための装置が必要となり、必然的に高価になると共に画像を合成するためそれだけ精度が落ちてしまう。

なお、このテレセントリック光学系は図１８に示したように、凹面反射鏡２１を用いた場合もレンズを用いた場合と同様に成立するから、天体観測用に使用される大口径の凹面反射鏡を使用して構成することもできる。この場合、凹面反射鏡２１とレンズ２２の焦点位置２３に設けられた絞り２４により、図１７における２５’の位置に被測定体を置いたレンズの場合と同様に、被測定体２５側から光軸２６に対して斜めに凹面反射鏡２１に入射した光線は焦点２３を通過できず、光軸２６に平行に凹面反射鏡２１に入射する光線２７のみが、絞り２４を通過してレンズ２２により結像面２８に像２９として結像される。

また凹面反射鏡２１は、レンズ１１のような色収差の心配がないから大口径としても安価に構成できるが、反面、凹面反射鏡２１の中央部は絞り２４が置かれてレンズ２２へ入射する光線の光路となり、被測定体２５を置くことができないから、被測定体２５を撮影できる範囲は口径の１／３以下となり、非常に大きな凹面反射鏡２１を用いる必要がある。望遠鏡の場合はこのような形式でも大きな問題はないが、近接物体の測定に於いては口径の増大は実用的ではない。

上記事情に鑑み本発明は、奥行きのある文化財、彫刻品等の被測定体の立体形状を、小型、安価で、しかも正確に再現することのできる文化財、彫刻品等の立体形状測定方法と装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明になる文化財、彫刻品等の立体形状測定方法は、
凹面反射鏡と、被測定体像を撮影する撮影装置の光学系とで構成したテレセントリック光学系により、前記被測定体像を前記撮影装置に結像させて測定する文化財、彫刻品等の立体形状測定方法であって、
前記テレセントリック光学系を構成する凹面反射鏡への被測定体像の入射光軸線と、出射光軸線とが異なるよう前記凹面反射鏡を傾斜させ、前記凹面反射鏡への被測定体像の入射光軸線を、反射鏡で反射した後前記凹面反射鏡へ入射させて測定することを特徴とする。

そして、前記凹面反射鏡からの出射光軸線を反射鏡で反射した後、前記撮影装置へ送るようにする。

また、前記凹面反射鏡への入射光軸線と出射光軸線のなす角度は、略２０度以下とする。
また本発明になる文化財、彫刻品等の立体形状測定方法は、凹面反射鏡と、被測定体像を撮影する撮影装置の光学系とで構成したテレセントリック光学系により、前記被測定体像を前記撮影装置に結像させて測定する文化財、彫刻品等の立体形状測定方法であって、
前記テレセントリック光学系を構成する凹面反射鏡への被測定体像を、ハーフミラーで反射した後前記凹面反射鏡へ入射させ、該凹面反射鏡で反射した被測定体像を前記ハーフミラーを透過して前記撮影装置へ導いて測定することを特徴とする。

そして本発明になる文化財、彫刻品等の立体形状測定装置は、
凹面反射鏡と、被測定体像を撮影して測定する撮影装置の光学系とで構成したテレセントリック光学系とで構成された文化財、彫刻品等の立体形状測定装置であって、
前記凹面反射鏡から見て、前記撮影装置と前記被測定体とが重ならないよう光学系が構成されるとともに、前記テレセントリック光学系は、両側テレセントリック光学系からなること特徴とする。

（削除）

また本発明では、凹面反射鏡と、被測定体像を撮影して測定する撮影装置の光学系とで構成したテレセントリック光学系とで構成された文化財、彫刻品等の立体形状測定装置であって、前記凹面反射鏡から見て、前記撮影装置と前記被測定体とが重ならないよう光学系が構成されるとともに、前記被測定体像を、反射した後前記凹面反射鏡へ入射させる反射鏡を設けてなることを特徴とする。
さらに、前記凹面反射鏡からの被測定体像を、反射した後前記撮影装置へ送る反射鏡を設ける。

さらに、前記立体形状測定装置を構成する凹面反射鏡と撮影装置の光学系、及び撮影装置を筐体に収容し、該筐体に、前記被測定体を載置して、前記被測定体から前記凹面反射鏡までの距離と凹面反射鏡への入射光軸線に対する位置を変化可能とする機構を設ける。また前記被測定体像を反射した後前記凹面反射鏡へ入射させ、同凹面反射鏡で反射した被測定体像を透過して前記撮影装置に導くハーフミラーを設ける。

また、前記立体形状測定装置を構成する凹面反射鏡と撮影装置の光学系、及び撮影装置を筐体に収容し、該筐体の撮影用開口に、スライド、または任意角度回動可能な反射ミラーを設ける。

さらに、前記立体形状測定装置を載置し、前記立体形状測定装置の前記被測定体に対する距離と高さを変更する機構を有する架台を設けてもよい。

そして、前記立体形状測定装置を構成する凹面反射鏡と撮影装置の光学系、及び撮影装置を筐体に収容し、該筐体の撮影用開口に、所定部分を遮光可能としたリング状ライトを設ける。

本発明においては、凹面反射鏡と、被測定体像を撮影する撮影装置の光学系とで構成したテレセントリック光学系を用い、このテレセントリック光学系を構成する凹面反射鏡への被測定体像の入射光軸線と、出射光軸線とが異なるよう前記凹面反射鏡を傾斜させ、凹面反射鏡から見て、撮影装置と被測定体とが重ならないよう光学系を構成することにより、従来の凹面反射鏡を用いたテレセントリック光学系の場合のように、凹面反射鏡の中央部に被測定体を置くことができなくなることによって撮影できる範囲が口径の１／３以下となり、非常に大きな凹面反射鏡を用いる必要があるといった問題を起こさず、小型、安価で、しかも正確に被測定体を再現して測定することのできる、文化財、彫刻品等の立体形状測定方法と装置を提供することができる。

そして、前記凹面反射鏡への被測定体像の入射光軸線を、反射鏡で反射した後前記凹面反射鏡へ入射させるようにしたり、前記凹面反射鏡からの出射光軸線を反射鏡で反射した後、前記撮影装置へ送るようにしたりすることにより、被測定体を任意の位置に設置したり小型化が可能な立体形状測定方法と装置を提供することができる。
また前記被測定体像を反射した後前記凹面反射鏡へ入射させ、同凹面反射鏡で反射した被測定体像を透過して前記撮影装置に導くハーフミラーを設けることにより、前記凹面反射鏡に入射画像光に対して角度を付ける必要がなくなり、このため画像が角度を付けた方向に長くなることを是正することができる。

また、前記凹面反射鏡への入射光軸線と出射光軸線のなす角度は、略２０度以下とすることで、収差及び歪曲は無視できる程度となる。

そして、前記テレセントリック光学系は、両側テレセントリック光学系であることにより、被測定体像を正確に縮小した画像を得ることができる。

さらに、前記立体形状測定装置を構成する凹面反射鏡と撮影装置の光学系、及び撮影装置を筐体に収容し、該筐体に、前記被測定体を載置して前記被測定体から前記凹面反射鏡までの距離と凹面反射鏡への入射光軸線に対する位置を変更する機構を設けることにより、屋外においても好適な条件で立体形状が測定できる装置を提供することができる。

また、前記立体形状測定装置を構成する凹面反射鏡と撮影装置の光学系、及び撮影装置を筐体に収容し、該筐体の撮影用開口に、スライド、または任意角度回動可能な反射ミラーを設けたり、立体形状測定装置を載置し、前記立体形状測定装置の前記被測定体に対する距離と高さを変更する機構を有する架台を設けたりすることにより、被測定体を動かさずに反射ミラーや架台を動かし、種々の角度から測定することができるようにすることができる。

そして、前記立体形状測定装置を構成する凹面反射鏡と撮影装置の光学系、及び撮影装置を筐体に収容し、該筐体の撮影用開口に、所定部分を遮光可能としたリング状ライトを設けることにより、被測定体に最も適した照明状態で測定を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明になる文化財、彫刻品等の立体形状測定方法と装置に用いる反射鏡を用いたテレセントリック光学系の構成を説明するための第１実施例の図、図２は光路の比較例を示す概略図、図３は第２実施例の構成概略図、図４は第３実施例の構成概略図、図５、図６は本発明になる文化財、彫刻品等の立体形状測定装置における第４実施例の構成概略図、図７は本発明になる文化財、彫刻品等の立体形状測定装置における第４実施例を用い、被測定体を側面から測定する場合（Ａ）と、上面から測定する場合（Ｂ）の測定方法を説明するための図、図８は本発明になる文化財、彫刻品等の立体形状測定装置における第５実施例を用い、被測定体を側面から測定する場合（Ａ）、（Ｂ）と、上面から測定する場合（Ｃ）、（Ｄ）の測定方法を説明するための図、図９はハーフミラーを用いた本発明装置の第６実施例を示す概略構成図、図１０は、本発明に用いるラボジャッキの一例、図１１は本発明に用いるＺステージの一例、図１２は本発明に用いるパノラマボールヘッドの一例、図１３は本発明おける被測定体を保持する、ジンバル構造を用いたステージの一例、図１４は本発明に用いる被測定体を保持するステージを上下させる機構の一例、図１５は本発明に用いる被測定体を任意の方向から照明できるようにした照明装置の一例、図１６は被測定体からの光を本発明の立体形状測定装置方向へ向けるための反射ミラー装置の一例である。

本発明になる文化財、彫刻品等の立体形状測定方法と装置は、図１にその構成の考え方を示したように、凹面反射鏡３１と、撮影装置であるカメラ３２の像側レンズ３３との焦点位置３４に設けられた絞り３５によりテレセントリック光学系を構成し、被測定体３６は、凹面反射鏡３１からこのカメラ３２側への出射光軸３７とは異なった入射光軸３８上の３６_１、または反射鏡３９によって光路を曲げられた３６_２の位置に置き、凹面反射鏡３１を用いたテレセントリック光学系への入射光軸３８と、出射光軸３７とを異ならせるよう凹面反射鏡３１を傾斜させて測定するようにしたものである。すなわち、このテレセントリック光学系を構成する凹面反射鏡３１から見て、被測定体３６_１、または被測定体３６_２からの光路を曲げる反射鏡３９からの像を撮影するカメラ３２と、被測定体３６とが、互いに重ならずに配置できるようにしたものである。

このようにすることにより、凹面反射鏡３１の中央部の光路を邪魔する物がないから、凹面反射鏡３１の口径とほぼ同じ大きさの被測定体３６を測定することが可能となり、図１７に示した構成の場合のように、非常に大きな凹面反射鏡２１を用いる必要がなくなる。しかも、例えば口径２００ｍｍ、焦点距離９００ｍｍ程度の凹面反射鏡３１を用い、撮影装置としてのカメラ３２と被測定体３６、すなわち出射光軸３７と入射光軸３８とを、凹面反射鏡３１の光軸に対してそれぞれ１０度傾けて反射角２０度とした場合の収差及び歪曲は無視できる程度であり、また焦点距離が大きいことで焦点深度も大きく、奥行きのある文化財、彫刻品等の被測定体３６の立体形状を、小型、安価で、しかも正確に再現して測定することのできる文化財、彫刻品等の立体形状測定方法と装置を提供することができる。

図２は、光路の比較例を示す概略図である。この比較例においては、文化財、彫刻品等の立体形状測定装置の筐体４０内に、主鏡である凹面（放物面）反射鏡４１、平面反射鏡、または反射面を設けたプリズムなどで構成した副鏡４２、テレセントリック光学系の後部を構成するレンズ系４３と主鏡４１の焦点位置に置かれた絞り４４、画像取り込み用のフィルム、又はＣＣＤやＣＭＯＳなどの電子撮像素子を使ったカメラ４５、雲台を有する三脚４６へ筐体４０を取り付ける機構などが設けられ、被測定体４７の像をカメラ４５で撮影できるようになっている。

（削除）

図３は、本発明になる文化財、彫刻品等の立体形状測定装置における第２実施例の構成概略図である。図２に示した比較例では、副鏡４２によって光路を折り曲げていたが、大きさの制限がない場合はこの図３の第２実施例のように、光路を折り曲げずに凹面（放物面）反射鏡５１からの反射光を、レンズ５２を通して撮像素子などで構成したカメラ５３に直接入るようにしても良い。

この図３において、５４は凹面反射鏡５１とレンズ５２の焦点位置に置いた絞り、５５は被測定体５６からの光路を曲げる副鏡としての反射ミラーで、被測定体５６からの光は反射ミラー５５で凹面反射鏡５１側に向けられ、この凹面反射鏡５１で反射されてレンズ５２を通してカメラ５３に入射する。そしてこの図３に示した第２実施例においては、被測定体５６の大きさに対応して被測定体５６の撮影高さや凹面反射鏡５１（反射ミラー５５）までの距離を容易に変えられるよう、ラック５７と噛み合うピニオンを設けた上下ハンドル５８の操作によって上下するアーム５９上に、合焦ハンドル６０によって回転されるボールネジ６１のような精密移動機構で移動され、回転テーブル６２によって回転可能としたワークホルダ６３が設けられ、更に被測定体５６を照明するため、リングライト６４などが設けられている。

そのため、この図３に示した第２実施例の立体形状測定装置では、ワークホルダ６３に被測定体５６を載置し、上下ハンドル５８によってワークホルダ６３を上下させて被測定体５６を最適な高さとすると共に、合焦ハンドル６０を操作して反射ミラー５５に対して前後させ、最適なピント位置に移動させる。そしてリングライト６４を点灯して被測定体５６を照明し、さらに必要に応じて回転テーブル６２を回転させることで、被測定体５６をワークホルダ６３に載置した後は、被測定体５６に全く手を触れずにその全周の撮影ができるようになっている。

このように立体形状測定装置を構成することにより、比較的小さな文化財、彫刻品等を簡単、迅速にその形状を測定することができる。なお、上下ハンドル５８や合焦ハンドル６０でワークホルダ６３を上下、前後させる機構は、ラックピニオンやボールネジだけに限らず、例えばパンタグラフ式の上下機構やスライド式の移動機構など、一般的に用いられる上下機構や移動機構を用いることができることは自明である。

図４は、本発明になる文化財、彫刻品等の立体形状測定装置における第３実施例の構成概略図で、図中、図３の第２実施例と同じ構成要素には同一番号を付してある。この第３実施例は、図３に示した第２実施例の形状測定装置における被測定体５６を載置する機構を形状測定装置内に入れ、図３に於ける反射ミラー５５を使わずに測定ができるようにしたもので、凹面反射鏡５１で反射した光を、焦点位置に設けた絞り５４、撮影レンズ５２を通してカメラ５３で撮影する点は同一である。

そして図３に於けるワークホルダ６３は、この図４においてはステージ６５としてステージリフトハンドル６６によって上下できるようにされ、左右微動ノブ６７により図上手前と奥側への微動が、前後微動ノブ６８の動きがクラッチ６９で伝えられて図上左右方向への微動が、そして引き出しハンドル７０によってステージ６５が図上左方向に引き出せるようになっており、その引き出した状態で、被測定体をステージ６５上に載置し、ステージ６５を図上右方向に押し込んで被測定体を測定位置に位置させることで測定がおこなえるようになっている。そして立体形状測定装置内の測定位置に被測定体が位置したとき、その被測定体を照明するため、リング蛍光灯７１の光を拡散して被測定体を照明できるよう、拡散シート７２、拡散板７３が設けられ、蛍光灯の熱を排出するために冷却ファン７４が設置されている。また、そのリング蛍光灯７１は、照明調光ノブ７５によって明るさが調節できるようにされ、カメラ５３で撮影された被測定体の像は、モニター７６で見られるようになっている。そして撮影が行われているとき、振動がこの立体形状測定装置に伝わって像がぶれないよう、足部に防振パッド７７が設けられている。

このようにすることにより、図３における反射ミラー５５を使わずに済む分、立体形状測定装置を安価に構成できると共に、外光に影響されずに一定の光量のもと、光量損失を最小限に押さえ、さらにモニター７６によって撮影状況を確認しながら撮影することが可能となる。

図５は、図２の比較例で示した文化財、彫刻品等の立体形状測定装置における、平面反射鏡、または反射面を設けたプリズムなどで構成した副鏡４２、テレセントリック光学系の後部を構成するレンズ系４３と主鏡（凹面反射鏡）４１の焦点位置に置かれた絞り４４、画像取り込み用のフィルム、又はＣＣＤやＣＭＯＳなどの電子撮像素子を使ったカメラ４５を、図６に示したように、筐体８０内に設けた主鏡である凹面（放物面）反射鏡４１の上側に設置し、被測定体を動かさずに側面と上面からの計測を可能にする架台８１に設置できるようにした本発明の第４実施例である。なお、主鏡（凹面反射鏡）４１は、筐体８０内で画角の変更などに対応できるよう、取り外し可能に構成されている。

この第４実施例では、立体形状測定装置の筐体８０の撮影用開口８２前面にハンドル８３によって所定角度回動できるよう構成した反射ミラー８４が設けられ、この反射ミラー８４を跳ね上げたときは図７（Ａ）に示したように被測定体８５の側面を、また、図７（Ｂ）のように反射ミラー８４を撮影用開口８２に対して４５度とすることで、被測定体８５の上面を測定することができるよう構成してある。

すなわちこの第４実施例における架台８１は、立体形状測定装置の筐体８０を載置する上部枠８６が、足部８７に取り付けた油入りダンパーやガス入りスプリングなどの緩衝機構８８により、図５（Ｂ）の状態から図５（Ａ）の状態に立ち上がれるよう構成され、さらにハンドル８９で回転できるようにされた軸９０に切られたネジにより、立体形状測定装置の筐体８０を載置する載置台９１が移動して、ピントの調節や被測定体に対する距離の調節を行えるようになっている。

そのため図７（Ａ）に示したように、被測定体８５の側面を測定するときは足部８７を寝た状態として反射ミラー８４を跳ね上げ、ハンドル８９によって立体形状測定装置の筐体８０を前後に移動させて、被測定体８５との距離を調節して最適な測定位置とし、被測定体８５の上面を測定するときは、緩衝機構８８を用いて足部８７を立ち上げ、さらに反射ミラー８４を撮影用開口８２に対して４５度とすると、足部８７の立ち上がりによって立体形状測定装置の筐体８０が被測定体８５に近づくと共に、反射ミラー８４を被測定体８５の上に位置させることができ、被測定体８５の上面からの光は反射ミラー８４で反射されて撮影用開口８２から立体形状測定装置の筐体８０内に送り込まれる。

そのため、被測定体８５を寝かせたり高さや位置を調節することなく、また、被測定体８５からの距離を調節することなく側面からの測定距離と、上面からの測定距離を略一定に測定することも可能となり、非常に簡単に被測定体８５の側面、上面の測定をおこなうことができる。

なお、この図５、図７に示した第４実施例においては、反射ミラー８４を跳ね上げ式としたが、この場合、図７（Ｂ）のように４５度の位置での位置決めが難しいことも考えられる。そのため、この第４実施例の変形例としての図８に示した第５実施例では、反射ミラー９２を一定角度で（例えば４５度）固定とし、スライド式としたものである。すなわち、図８（Ａ）のように被測定体８５の側面を測定するときは、図７（Ａ）に示した場合と同様足部８７を寝た状態として反射ミラー９２を図８（Ｂ）のようにスライドさせ、ハンドル８９によって立体形状測定装置の筐体８０を前後に移動させて、被測定体８５との距離を調節して最適な測定位置とする。そして被測定体８５の上部を測定するときは、図８（Ｃ）のように緩衝機構８８を用いて足部８７を立ち上げ、さらに図８（Ｄ）のように反射ミラー９２を撮影用開口８２の位置とし、足部８７の立ち上がりによって立体形状測定装置の筐体８０を被測定体８５に近づけると共に、反射ミラー９２により、被測定体８５の上面からの光を反射ミラー９２で反射して撮影用開口８２から立体形状測定装置の筐体８０内に送り込むようにする。このようにすることで、反射ミラー９２は常に一定角度のまま測定をおこなうことができる。

図９は、ハーフミラーを用いた本発明装置の第６実施例を示す。図６において、この第６実施例においては、文化財、彫刻品等の立体形状測定装置の筐体１１０内に、主鏡である凹面（放物面）反射鏡１１１、平面反射鏡、または反射面を設けたプリズムなどで構成した副鏡１１２、撮影装置であるカメラ１１３の像側レンズ１１４との焦点位置１１５に設けられた絞り１１６、及び凹面反射鏡１１１と副鏡１１２との間に凹面反射鏡１１１の出射光軸１１７に対して４５度に角度で配置されたハーフミラー１１９によりテレセントリック光学系が構成されている。
かかる装置において、被測定体１２０の像はハーフミラー１１９に当って直角方向に曲げられ、凹面反射鏡１１１に当り、凹面反射鏡１１１で反射されて、ハーフミラー１１９を透過した後、副鏡１１２で光軸１１８の方向に反射され、焦点位置１１５にある絞り１１６を通って被測定体１２０の像をカメラ１１３で撮影できるようになっている。

凹面反射鏡に入射する被測定体の画像に対し、凹面反射鏡に角度を付けて入射させる場合、画像が角度を付けた方向に長くなる欠点があるが、本第６実施例によれば、ハーフミラー１１９により被測定体１２０の画像を凹面反射鏡１１１側に反射させ、かつ凹面反射鏡１１１からの反射光を透過した副鏡１１２に当てるようにしているので、前述の欠点を解消することができるという利点がある。

なお、前記第４、第５実施例の説明に於いては、被測定体８５を載置する台９６については特に説明してこなかったが、この台９６は、図１０に示したような市販のラボジャッキや図１１に示したようなＺステージ９４などを用いることができる。

この図１０（Ａ）に示したラボジャッキ９３は、パンタグラフ１０１の支持部材１０２に切られたメネジにハンドル１０３で回転可能にした軸１０４に切られたネジを螺合させ、ステージ１０５を上下できるようにして被測定体８５を上下させるもので、図１０（Ｂ）のものは更にステージ１０５に、ウオームギアを組み込んだハンドル１０６によって回転可能に構成された回転ステージ１０７を載せ、ハンドル１０６の操作によって、回転ステージ１０７に載せた被測定体８５を回転できるようにしたものである。

また図１１に示したＺステージ９４は、回転環１２１の内側に切られたメネジに軸１２２に切られたネジが螺合し、回転環１２１を回転させることでステージ１２３が上下できるようにしたものである。この場合も、ステージ１２３に図１０（Ｂ）に示した、ウオームギアを組み込んだハンドル１０６によって回転可能に構成された回転ステージ１０７を載せ、ハンドル１０６の操作によって、回転ステージ１０７に載せた被測定体８５を回転できるようにしても良いことは勿論である。

また、このようなラボジャッキ９３やＺステージ９４だけでなく、例えば図１２に示したようなカメラ用のパノラマボールヘッド９５を用いても良い。このパノラマボールヘッド９５は、ステージ１２５の支持部材１２６にボール１２７が設けてあり、このボール１２７をレバー１２８の回転で締め付けられるようになっていて、ステージ１２５を任意の方向、角度で固定できるようになっている。そのため、ステージ１２５上に被測定体８５を載置すれば、任意の方向から測定することが可能となる。なお、この図１２において、１２９はスペース板、１３０は三脚用ネジである。

また図１３は、ステージ１３５をジンバル構造で保持して被測定体８５を自由な角度から測定できるようにしたもので、基台１３６に立設した支柱１３７にネジ１３８で回動可能に取り付けた枠体１３９に、ステージ１３５を固定した支持枠１４０をネジ１４１で回動可能に取り付けてある。そして、枠体１３９に取り付けた半円状の孔１４２を有する板１４３をネジ１４４で締め付け、枠体１３９の回動を固定できるようにすると共に、枠体１３９に取り付けた半円状の孔１４５を有する板１４６をネジ１４７で締め付け、支持枠１４０の回動を固定できるようにして、ステージ１３５を任意角度で固定できるようにしたものである。

さらに、ステージを単に上下させるだけなら図１４に示したように、ベース１５１に立設したスタンド１５２に取り付けたギアボックス１５３内に、ハンドル１５４で回転するピニオンを設け、支柱１５５に設けたラックと噛合させてハンドル１５４で上下できるようにしても良い。この場合ステージは、ネジ１５６に取り付ける。

図１５は、図２または図５に示した立体形状測定装置の筐体４０または８０の撮影用開口に取り付け、被測定体８５を任意の方向から照明できるようにした照明装置の一例である。すなわちこういった立体形状測定装置では、照明の役割は非常に重要であるが、卓上スタンドや各種の照明セットでは満足な結果が得られないことが多い。そのためこの図１５に示した照明装置は、拡散板等を付けた高照度蛍光灯などのリングライト１６１の周りにフラップアップ式遮光板１６２を蝶番で開閉できるように取り付け、この遮光板１６２の全てを開いたとき、被測定体８５に影ができないようにして撮影ができるようにすると共に、任意の位置の遮光板１６２で光を遮ることで、被測定体８５を最適な照明状態で撮影することができるようになっており、さらにこのリングライト１６１の支持板１６３に設けた支柱１６４が、任意量筐体８０に挿入して固定できるように構成することで、設定ガイド１６５によってリングライト１６１の位置を設定して測定ができるようになっている。

また、前記図５、図８に示した第４実施例、第５実施例においては、立体形状測定装置の筐体８０に反射ミラー８４を直接取り付ける構成としたが、図１６のように独立して設けられた反射ミラー１７１を用いるようにしても良い。すなわちこの図１６に示した反射ミラーは、ベース１７２に立設した支柱１７３に取り付けたクランプホルダー１７４により、ミラー１７１を任意角度に向けられるようにしたもので、前記図５、図８に示した第４実施例、第５実施例の立体形状測定装置と組み合わせることで、特定位置に固定されているような文化財や彫刻品等であっても測定を可能とすることができる。

以上種々述べてきたように、凹面反射鏡と、被測定体像を撮影する撮影装置の光学系とで構成したテレセントリック光学系を用い、このテレセントリック光学系を構成する凹面反射鏡への被測定体像の入射光軸線と、出射光軸線とが異なるよう前記凹面反射鏡を傾斜させ、凹面反射鏡から見て、撮影装置と被測定体とが重ならないよう光学系を構成することにより、従来の凹面反射鏡を用いたテレセントリック光学系の場合のように、凹面反射鏡の中央部に被測定体を置くことができなくなることによって撮影できる範囲が口径の１／３以下となり、非常に大きな凹面反射鏡を用いる必要があるといった問題を起こさず、小型、安価で、しかも正確に被測定体を再現することのできる、文化財、彫刻品等の立体形状測定方法と装置を提供することができる。

そして、前記凹面反射鏡への被測定体像の入射光軸線を、反射鏡で反射した後前記凹面反射鏡へ入射させるようにしたり、前記凹面反射鏡からの出射光軸線を反射鏡で反射した後、前記撮影装置へ送るようにしたりすることにより、被測定体を任意の位置に設置したり小型化が可能な立体形状測定方法と装置を提供することができる。

また前記被測定体像を反射した後前記凹面反射鏡へ入射させ、同凹面反射鏡で反射した被測定体像を透過して前記撮影装置に導くハーフミラーを設けることにより、前記凹面反射鏡に入射画像光に対して角度を付ける必要がなくなり、このため画像が角度を付けた方向に長くなることを是正することができる。

本発明によれば、従来の凹面反射鏡を用いたテレセントリック光学系の場合のように、凹面反射鏡の中央部に被測定体を置くことができなくなることによって撮影できる範囲が口径の１／３以下となり、非常に大きな凹面反射鏡を用いる必要があるといった問題を起こさず、小型、安価で、しかも正確に被測定体を再現することのできる、文化財、彫刻品等の立体形状測定方法と装置を提供することができる。

本発明になる文化財、彫刻品等の立体形状測定方法と装置に用いる反射鏡を用いたテレセントリック光学系の構成を説明するための第１実施例の図である。光路の比較例の概略図である。本発明になる文化財、彫刻品等の立体形状測定装置における第２実施例の構成概略図である。本発明になる文化財、彫刻品等の立体形状測定装置における第３実施例の構成概略図である。本発明になる文化財、彫刻品等の立体形状測定装置における第４実施例の構成概略図である。本発明になる文化財、彫刻品等の立体形状測定装置における第４実施例の構成概略図である。本発明になる文化財、彫刻品等の立体形状測定装置における第４実施例を用い、被測定体を側面から測定する場合（Ａ）と、上面から測定する場合（Ｂ）の測定方法を説明するための図である。本発明になる文化財、彫刻品等の立体形状測定装置における第５実施例を用い、被測定体を側面から測定する場合（Ａ）、（Ｂ）と、上面から測定する場合（Ｃ）、（Ｄ）の測定方法を説明するための図である。ハーフミラーを用いた本発明装置の第６実施例を示す概略構成図である。本発明に用いるラボジャッキの一例である。本発明に用いるＺステージの一例である。本発明に用いるパノラマボールヘッドの一例である。本発明おける被測定体を保持する、ジンバル構造を用いたステージの一例である。本発明に用いる被測定体を保持するステージを上下させる機構の一例である。本発明に用いる被測定体を任意の方向から照明できるようにした照明装置の一例である。被測定体からの光を本発明の立体形状測定装置方向へ向けるための反射ミラー装置の一例である。テレセントリック光学系の説明図である。凹面反射鏡を用いたテレセントリック光学系の説明図である。

符号の説明

３１凹面反射鏡
３２カメラ
３３像側レンズ
３４焦点位置
３５絞り
３６被測定体
３７出射光軸
３８入射光軸
３９反射鏡

Claims

凹面反射鏡と、被測定体像を撮影する撮影装置の光学系とで構成したテレセントリック光学系により、前記被測定体像を前記撮影装置に結像させて測定する文化財、彫刻品等の立体形状測定方法であって、
前記テレセントリック光学系を構成する凹面反射鏡への被測定体像の入射光軸線と、出射光軸線とが異なるよう前記凹面反射鏡を傾斜させ、前記凹面反射鏡への被測定体像の入射光軸線を、反射鏡で反射した後前記凹面反射鏡へ入射させて測定することを特徴とする文化財、彫刻品等の立体形状測定方法。
前記凹面反射鏡からの出射光軸線を反射鏡で反射した後、前記撮影装置へ送ることを特徴とする請求項１に記載した文化財、彫刻品等の立体形状測定方法。
前記凹面反射鏡への入射光軸線と出射光軸線のなす角度は、略２０度以下としたことを特徴とする請求項１に記載した文化財、彫刻品等の立体形状測定方法。
凹面反射鏡と、被測定体像を撮影する撮影装置の光学系とで構成したテレセントリック光学系により、前記被測定体像を前記撮影装置に結像させて測定する文化財、彫刻品等の立体形状測定方法であって、
前記テレセントリック光学系を構成する凹面反射鏡への被測定体像を、ハーフミラーで反射した後前記凹面反射鏡へ入射させ、該凹面反射鏡で反射した被測定体像を前記ハーフミラーを透過して前記撮影装置へ導いて測定することを特徴とする文化財、彫刻品等の立体形状測定方法。
凹面反射鏡と、被測定体像を撮影して測定する撮影装置の光学系とで構成したテレセントリック光学系とで構成された文化財、彫刻品等の立体形状測定装置であって、
前記凹面反射鏡から見て、前記撮影装置と前記被測定体とが重ならないよう光学系が構成されるとともに、前記テレセントリック光学系は、両側テレセントリック光学系からなること特徴とする文化財、彫刻品等の立体形状測定装置。
凹面反射鏡と、被測定体像を撮影して測定する撮影装置の光学系とで構成したテレセントリック光学系とで構成された文化財、彫刻品等の立体形状測定装置であって、
前記凹面反射鏡から見て、前記撮影装置と前記被測定体とが重ならないよう光学系が構成されるとともに、前記被測定体像を、反射した後前記凹面反射鏡へ入射させる反射鏡を設けてなることを特徴とする文化財、彫刻品等の立体形状測定装置。
凹面反射鏡と、被測定体像を撮影して測定する撮影装置の光学系とで構成したテレセントリック光学系とで構成された文化財、彫刻品等の立体形状測定装置であって、
前記凹面反射鏡から見て、前記撮影装置と前記被測定体とが重ならないよう光学系が構成されるとともに、前記被測定体像を反射した後前記凹面反射鏡へ入射させ、同凹面反射鏡で反射した被測定体像を透過して前記撮影装置に導くハーフミラーを設けてなることを特徴とする文化財、彫刻品等の立体形状測定装置。
前記凹面反射鏡からの被測定体像を、反射した後前記撮影装置へ送る反射鏡を設けたことを特徴とする請求項５または６に記載した文化財、彫刻品等の立体形状測定装置。
凹面反射鏡と、被測定体像を撮影して測定する撮影装置の光学系とで構成したテレセントリック光学系とで構成された文化財、彫刻品等の立体形状測定装置であって、
前記凹面反射鏡から見て、前記撮影装置と前記被測定体とが重ならないよう光学系が構成され、前記立体形状測定装置を構成する凹面反射鏡と撮影装置の光学系、及び撮影装置を筐体に収容し、該筐体に、前記被測定体を載置して、前記被測定体から前記凹面反射鏡までの距離と凹面反射鏡への入射光軸線に対する位置を変化可能とする機構を設けたことを特徴とする文化財、彫刻品等の立体形状測定装置。
凹面反射鏡と、被測定体像を撮影して測定する撮影装置の光学系とで構成したテレセントリック光学系とで構成された文化財、彫刻品等の立体形状測定装置であって、
前記凹面反射鏡から見て、前記撮影装置と前記被測定体とが重ならないよう光学系が構成され、前記立体形状測定装置を構成する凹面反射鏡と撮影装置の光学系、及び撮影装置を筐体に収容し、該筐体の撮影用開口に、スライド、または任意角度回動可能な反射ミラーを設けたことを特徴とする文化財、彫刻品等の立体形状測定装置。
凹面反射鏡と、被測定体像を撮影して測定する撮影装置の光学系とで構成したテレセントリック光学系とで構成された文化財、彫刻品等の立体形状測定装置であって、
前記凹面反射鏡から見て、前記撮影装置と前記被測定体とが重ならないよう光学系が構成され、前記立体形状測定装置を載置し、前記立体形状測定装置の前記被測定体に対する距離と高さを変更する機構を有する架台を設けたことを特徴とする文化財、彫刻品等の立体形状測定装置。
凹面反射鏡と、被測定体像を撮影して測定する撮影装置の光学系とで構成したテレセントリック光学系とで構成された文化財、彫刻品等の立体形状測定装置であって、
前記凹面反射鏡から見て、前記撮影装置と前記被測定体とが重ならないよう光学系が構成され、前記立体形状測定装置を構成する凹面反射鏡と撮影装置の光学系、及び撮影装置を筐体に収容し、該筐体の撮影用開口に、所定部分を遮光可能としたリング状ライトを設けたことを特徴とする文化財、彫刻品等の立体形状測定装置。