JPH01113605A - 立体形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 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。

［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。

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。

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。

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、コンピューター
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。

［発明が解決しようとする問題点］ 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
空間分解能や精度笈び再現性の向上は困難になている。

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。

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・オブティクス（＾ｐｐｌ
ｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ）　Ｖｏｌ、１９（１９８０）ｐ
２９９７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。

［発明の目的］ 本発明の目的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。

［問題点を解決するための手段］ 本発明においては上述した問題点を解決するために対象
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おいて、光ビームを放射するレーザ
ー光源と、前記光ビームを１方向に所定周波数で走査す
るための第１の光偏向器と、前記光ビームを前記第１の
光偏向器の走査方向とは直交する方向に所定周波数で走
査するための第２の光偏向器と、前記第１と第２の光偏
向器によって２次元的に走査された光ビームを対象物に
照射するための光学系と、対象物からの反射光を走査し
て、少なくとも前記第２の光偏向器の走査方向に対して
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及び第
２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取得する検出手段
と、前記検出手段の出力信号から、対象物における光学
的な反射特性の影響を除去するための信号処理手段とを
有する構成を採用した。更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お
いて、光ビームを放射するレーザー光源と、前記光ビー
ムを所定周波数で走査するための光偏向器と、前記光偏
向器によって走査された光ビームを対象物に照射するた
めの光学系と、対象物からの反射光が走査される方向に
対して平行な方向の間隙を有し、前記光偏向器の走査方
向とは直交する方向の光軸に沿って対象物に向かい、対
象物と光学的に共役な位置の近傍にお互いに所定距離ず
らして配置された２つの検出スリットと、前記検出スリ
ット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つの受光素子の出力信号から対象物におけ
る光学的な反射特性の情報を打ち消し、前記光偏向器の
走査方向とは直交して対象物に向かう光軸方向の対象物
における形状特性に関連した情報のみを取得するための
信号処理手段とを有する構成を採用した。

更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おいて、光ビームを放射す
るレーザー光源と、前記レーザー光源からの光ビームを
対象物に照射するための光学系と、対象物と光学的に共
役な位置の近傍に、お互いに所定距離ずらして配置され
た２つの検出開口と、対象物からの反射光を、前記検出
開口を通してそれぞれ受光するための２つの受光素子と
、前記２つの受光素子の出力信号の一方を他方で除算す
るための割算回路と、前記割算回路の出力信号の所定の
非線形性を修正するための補正手段とを有する構成を採
用した。

［作　用］ 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。従フて人
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。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を′ｓ１図〜第５図に従って詳細
に説明する。

第１図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。第１図において符号１で示すものはヘリ
ウム・ネオン（Ｈｅ−Ｎａ）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から発つせら
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　
−０ｐｔｉｃ　Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ　：　Ａ　ＯＤ　、
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。ＡＯＤ６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。ＡＯ
Ｄ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。

ＡＯＤ６によるレーザー光の走査周波数は通常のＮＴＳ
Ｃ方式のテレビの水平走査に対応して１５．７５ＫＨｚ
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。

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１
７に導かれる。ミラー１７はガルバノメーター８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１フは振動ミラーまたはガルバノミラ−
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
の瞳孔中心部を通り眼底に照射される。眼底からの反射
光（第１図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１
７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。

振動ミラー１フ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１ゝ 選ばれる。

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１５０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２０を通って、
その後、半分がミラー（ハーフミラ−）２１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−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。

一方眼底からの反射光のもう半分はハーフミラ−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。

第１図から明らかなように２つの検出スリット２２．２
７は被検眼１４の眼底と光学的に共役な位置２２ａ、２
７ａ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。

第２図はすでに第１図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。第２図において
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１５を旋
回中心として走査するように導かれる。第２図では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（第２図の紙面と垂直方
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（
Ｓ勤ミラー）１フ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（第２図において点線で
示す）は入射光と同じ光学系１９．１７．１６を通って
返って来る。

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−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３゜によ
り検出される。第２図において振動ミラー１７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（第２図の紙面と垂直方向）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２７ａ
、２２ａ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。

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。

ただし、この場合２つの検出スリット２２．２７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。

第３図はこのような２つの受光素子２４．３゜の出力信
号の特性を模式的に示した図である。第３図の横軸はレ
ーザー光が走査される水平：ｘ。

１′ 垂直：７両方向に垂直な光軸方向の距１１ｔ：Ｚを１１
．・°。

また縦軸は受光素子の出カ信号強度：工を表わす。２つ
の波形１１．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二Ｚに対して穆動した場
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。第２図を参照す
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（第３図の０
点）、受光素子２４の出力信号の強度：Ｉｌは最大とな
りその前後において１１はなだらかに減衰する。−力受
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
（第３図の０点）に最大となり、その前後においては１
１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、第３図の
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。

第４図は第３図のような特性を有する受光素子２４．３
０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。横軸は第３図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：■′を表わしている。２つの
波形はそれぞれ１１−１２及びＩ　２　／　Ｉ　１を演
算した結果を示す。この２つの波形の内ｌｌ−１２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１１−１２
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、１ｌ−Ｉ２の値から２
方向の値を決定することはできない。一方Ｉ　２　／　
Ｉ　ｓについてはＩＩ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Ｉ　２　／　Ｉ　１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、Ｉｏ　　（
ｘ、ｙ）を眼底からの反射光強度として、Ｉｆ　　＝ｆ
　１　（Ｚ）　　・　Ｉｏ　　（ｘ、ｙ）Ｉ２＝ｆ２　
（Ｚ）　　・　Ｉｏ　　（ｘ、ｙ）としたときに、Ｉ　
２　／　Ｉ　ｓ　＝　ｆ　２　　（Ｚ　）　／　ｆ　１
（Ｚ）であるから、Ｉ　２　／　Ｉ　１の値は反射率に
よらず２の値のみに依存した所定の関数となり、Ｉ　２
　／　Ｉ　１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Ｉ　２　／　Ｉ　１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
＝２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かできる。

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
は第４図に示したような０点と０点よりも内側にある一
定の測定範囲となる。またＩ　２　／　Ｉ　１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。

第５図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及び撮動ミラー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３４により生
成されたのこぎり波信号により制御される。

被検眼１４からの反射光は受光素子２４．３゜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１１、■２は割算器３７に入力されて
Ｉ２／１１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第４図に示すよう
な強度特性を有しており、関数発生器３８はその第４図
におけるＩ　２　／　Ｉ　ｌ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：２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０割算器３７と関数発生
器３８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。

関数発生器３８の出力信号及び増幅器３５．３６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２　　
　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−とソフトウェアによる処理に
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
した場合の立体鳥臘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。

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とによりて同期が取られ、システムの全体的な
時間的制御が可能になる。

なお本実施例においては対象物（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。

また本実施例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。

［効　果］ 以上の説明から明らかなように本発明によれば人間の眼
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ＴＶモニタ
ー上の画素数に相当するだけの高い分解能での測定が可
能であり、かつ精度や再現性も高い。また測定処理時間
も短くて済み、仮に対象物における３次元的な凹凸の程
度を場所による濃度差として表示するだけであれば、完
全にリアルタイムでその結果を得ることができ、更に対
象物における通常の２次元的な反射特性の情報も同時に
得られるという、極めて優れた新しい実用的な立体形状
測定装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の光学系全体の構成を示す構成図、
第２図は第１図光学系の一部を詳細に示した部分構成図
、第３図は第２図の受光素子の出力信号の特性を示した
特性図、第４図は受光素子の出力信号の演算結果を示し
た特性図、第５図は本発明装置の電気系の構成を示す構
成図である。 ６・・・音響光学偏向素子（ＡＯＤ） １フ・・・振動ミラー ２２．２７・・・検出スリット ２４．３０・・・受光素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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おいて、光ビームを放射す
   るレーザー光源と、前記光ビームを１方向に所定周波数
   で走査するための第１の光偏向器と、前記光ビームを前
   記第１の光偏向器の走査方向とは直交する方向に所定周
   波数で走査するための第２の光偏向器と、前記第１と第
   ２の光偏向器によって２次元的に走査された光ビームを
   対象物に照射するための光学系と、対象物からの反射光
   を走査して、少なくとも前記第２の光偏向器の走査方向
   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及び第２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取得する
   検出手段と、前記検出手段の出力信号から、対象物にお
   ける光学的な反射特性の影響を除去するための信号処理
   手段とを有することを特徴とする立体形状測定装置。 ２）前記第１の光偏向器は音響光学偏向素子であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の立体形状測
   定装置。 ３）前記第２の光偏向器は振動ミラーであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の立体
   形状測定装置。 ４）前記光学的手段には前記第２の光偏向器が含まれる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第３項まで
   のいずれか１項に記載の立体形状測定装置。 ５）前記第２の光偏向器の走査周波数が前記第１の光偏
   向器の走査周波数よりも低いことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項から第４項までのいずれか１項に記載の立
   体形状測定装置。 ６）前記検出手段には、前記第１及び第２の光偏向器の
   走査方向とは直交する方向の光軸に沿って対象物に向か
   い、対象物と光学的に共役な位置の近傍に、お互いに所
   定距離ずらして配置された２つの検出スリットが含まれ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第５項ま
   でのずれか１項に記載の立体形状測定装置。 ７）前記２つの検出スリットの一方は前記共役な位置よ
   り前方に、また他方は後方に配置されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項に記載の立体形状測定装置。 ８）前記信号処理手段は、割算回路と関数発生回路とを
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第７項
   までのいずれか１項に記載の立体形状測定装置。 ９）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おいて、光ビームを放射す
   るレーザー光源と、前記光ビームを所定周波数で走査す
   るための光偏向器と、前記光偏向器によって走査された
   光ビームを対象物に照射するための光学系と、対象物か
   らの反射光が走査される方向に対して平行な方向の間隙
   を有し、前記光偏向器の走査方向とは直交する方向の光
   軸に沿って対象物に向かい、対象物と光学的に共役な位
   置の近傍に、お互いに所定距離ずらして配置された２つ
   の検出スリットと、前記検出スリットのそれぞれの通過
   光を受光するための２つの受光素子と、前記２つの受光
   素子の出力信号から対象物における光学的な反射特性の
   情報を打ち消し、前記光偏向器の走査方向とは直交して
   対象物に向かう光軸方向の、対象物における形状特性に
   関連した情報のみを取得するための信号処理手段とを有
   することを特徴とする立体形状測定装置。 １０）前記光偏向器は音響光学偏向素子であることを特
   徴とする特許請求の範囲第９項に記載の立体形状測定装
   置。 １１）前記２つの検出スリットの一方は、前記共役な位
   置より前方に、また他方は後方に配置されることを特徴
   とする特許請求の範囲第９項または第１０項に記載の立
   体形状測定装置。 １２）前記信号処理手段は、割算回路と関数発生回路と
   を含むことを特徴とする特許請求の範囲第９項から第１
   １項までのいずれか１項に記載の立体形状測定装置。 １３）前記光ビームを前記光偏向器の走査方向とは直交
   する方向に前記周波数よりも低い周波数で走査するため
   に、前記光偏向器とは異なる第２の光偏向器が配置され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第９項から第１２項
   までのいずれか１項に記載の立体形状測定装置。 １４）前記第２の光偏向器は、対象物からの反射光を走
   査するためにも使用され、前記検出スリット上で、その
   間隙と垂直な方向に対しては走査が固定されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載の立体形状
   測定装置。 １５）前記第２の光偏向器は振動ミラーであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１３項または第１４項に記載
   の立体形状測定装置。 １６）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おいて、光ビームを放射
   するレーザー光源と、前記レーザー光源からの光ビーム
   を対象物に照射するための光学系と、対象物と光学的に
   共役な位置の近傍に、お互いに所定距離ずらして配置さ
   れた２つの検出開口と、対象物からの反射光を、前記検
   出開口を通してそれぞれ受光するための２つの受光素子
   と、前記２つの受光素子の出力信号の一方を他方で除算
   するための割算回路と、前記割算回路の出力信号の所定
   の非線形性を修正するための補正手段とを有することを
   特徴とする立体形状測定装置。 １７）前記２つの検出開口は２つの検出スリットである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載の立体
   形状測定装置。 １８）前記２つの検出開口は、前記共役な位置より対象
   物に向かって、一方は前方に、また他方は後方に配置さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１６項または第
   １７項に記載の立体形状測定装置。 １９）前記補正手段は関数発生回路であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１６項から第１８項までのいずれ
   か１項に記載の立体形状測定装置。 ２０）前記光学系は、前記光ビームを２次元的に走査す
   るための第１と第２の光偏向器を含むことを特徴とする
   特許請求の範囲第１６項から第１９項までのいずれか１
   項に記載の立体形状測定装置。 ２１）前記第１の光偏向器は音響光学偏向素子であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２０項に記載の立体形
   状測定装置。 ２２）前記第２の光偏向器は振動ミラーであることを特
   徴とする特許請求の範囲第２０項または第２１項に記載
   の立体形状測定装置。 ２３）前記第２の光偏向器は、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ためにも利用される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２０項から第２２項
   までのいずれか１項に記載の立体形状測定装置。 ２４）前記第１と第２の光偏向器による光ビームの走査
   方向は互いに直交し、かつ第２の光偏向器の走査周波数
   が第１の光偏向器の走査周波数よりも低いことを特徴と
   する特許請求の範囲第２０項から第２３項までのいずれ
   か１項に記載の立体形状測定装置。