JPH0625653B2 - 形状計測方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は形状計測方法及び装置、特に光ビームを被測定
物体の表面に照射し、これを走査することによってその
被測定物体表面の光学像から物体の形状を計測する非接
触による形状計測方法及び装置の改良に関するものであ
る。

［従来の技術］ 光学系を利用した３次元物体の形状計測はＣＡＤ／ＣＡ
Ｍ，コンピュータビジョンあるいはロボットの目をはじ
め医学、服飾学等の分野における生体や自然物の計測と
解析あるいは、グラフィックデザインなどの各方面にお
いてその応用が期待されている。

従来の光学的方法による形状計測は幾つかの方式に分け
られるが、代表的な方法としてはステレオ法が知られて
いる。このステレオ法によれば、いったん被測定物体を
複数の工業用カメラなどによって複数の視方向から撮像
し、その画面から被測定物体の形状を抽出するものであ
る。

この方式は、両眼立体視の原理に基づくものであり、撮
像された画像データは撮像面全域にわたっての濃淡信号
データとして取り込まれており、このような情報から必
要な形状のみを抽出するためには、対応点検処理が不可
避であり、そのためには各種画像処理を必要とし、膨大
な記憶容量と長い処理時間を必要とするため、高速かつ
簡便な装置としての具体化は未だ実現していない状態に
ある。

従来の他の方式としては、光切断法が最も一般的で実用
性が高いと考えられている。この光切断法では、被測定
物体に対してスポット状あるいはスリット状の光ビーム
を照射し、その光ビームに対応する被測定物体表面の光
学像に基づく映像信号を撮像装置にて計算機に入力し、
これを処理した結果として得られる撮像面上での光学像
の位置情報と、光ビームと撮像装置との相対的配置関係
とから被測定物体表面の空間座標が求められる。

すなわち、前記従来の光切断法によれば、例えば、偏向
走査される光ビームを被測定物体の表面に照射し、この
光ビームによる被測定物体表面の光学像をＩＴＶカメラ
あるいはＣＣＤカメラ等の走査型の画像入力装置にて映
像信号の形で計算機内に取り込む。

従って、この従来方式によれば、被測定物体表面の光学
像の位置は、前記撮像面全体を順次電気的に走査するこ
とによって特定され、これを偏向走査されている各光ビ
ーム毎に行い、このようにして得られた多数のデータか
ら３次元物体の形状が測定される。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、前記従来の光切断法によれば、前述した
ごとく、被測定物体表面の各点を検出し特定するために
は、その都度、撮像面全体を走査する必要があり、この
結果、形状計測に著しく長い時間がかかり、リアルタイ
ムの計測が不可能であるという問題があった。通常、一
画面の走査に要する時間は、例えば、通常の工業的テレ
ビカメラの場合、１／６０〜１／３０秒程度であり、こ
のような遅い計測動作では、リアルタイムで被測定物体
の形状計測をしたり、あるいは動きのある被測定物体の
計測を行うことはほとんど不可能であった。

特に、実際上十分な分解能を持つ３次元物体の形状計測
のためには計測点数が多くなければならず、前述したご
とき撮像面全体の走査を必要とする従来の光切断法によ
れば、光ビームの偏向走査自体を極めてゆっくりとしな
ければならず、十分な分解能をもつ計測をリアルタイム
で行うことはできなかった。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、光ビームを用いて被測定物体の表面形状を高
速度で計測するための改良された計測方法及び装置を提
供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的、すなわち、被測定物体に対して非接触でかつ
高速でその表面形状を知るために、本発明は、被測定物
体の表面を測定光例えばスリット状光ビーム（以後スリ
ット光と呼ぶ）でなでながら被測定物体表面の光学像の
位置情報とスリット光の識別情報とをリアルタイムで検
出し、順次表面形状を読み取って行くことを特徴とし、
従来のような撮像面全体に対して電気的走査を繰り返す
ことなく形状計測を可能とするものである。

前記スリット光によって物体表面をなでること自体は従
来の光切断法と類似するが、本発明によれば、前記なで
走査をしながら、そのスリット光に対応した被測定物体
表面の光学像の撮像面上での位置情報が、撮像面全域を
電気的に走査することなく、かつ、各光学像に対応する
画像アドレス全部が同時に検出できることを特徴とす
る。

すなわち、前記位置情報は撮像面を構成する各フォトセ
ンサの光受信時における出力信号に基づき他のフォトセ
ンサとは独立にリアルタイムで検出され、これとスリッ
ト光自体の識別情報とから被測定物体の表面形状が連続
的に読み取られ、これによって高速処理を可能とし、従
来のような各光ビーム照射毎に撮像面全体の電気的走査
を繰り返して表面形状を認識する方式と異なり、物体表
面を光ビームによってなでる走査時間を著しく短縮し、
これによって動きのある物体に対しても実用性に優れた
形状計測を可能とする。

前述した光ビームをスポット状の点として物体表面をな
で回す方式も考えられるが、その場合には物体表面全体
を２次元的に走査することになるので、この走査に要す
る時間に起因して計測時間を大幅に短縮することは期待
できない。これに対して、前述のようにスリット光を用
いる方式は１回の走査で物体表面を全てなで回すことも
できるので、計測時間が著しく短縮できる。従って、本
発明の実施に際しては通常、スリット光を使用すること
が適当である。このスリット光には、所定の偏向走査が
与えられるが、通常このような偏向走査は光源あるいは
ミラーを回転させて行うことが好適である。もちろん本
発明においてはこのようなスリット光の偏向走査は、他
の偏向方式、例えばスリット光を平行に移動させたり、
定点に向けて扇形に移動させるなどによることも可能で
ある。

前述した識別信号は前記スリット光の偏向走査位置の識
別を行うものであり、例えばスリット光が固定されてい
れば、このスリット光に対しては常に一定の識別信号が
対応しており、一方、前述した偏向走査をすれば、各偏
向位置ごとに異なる識別信号がスリット光に対応するこ
ととなる。

具体的には、光源あるいはミラーを回転させて偏向走査
されたスリット光を得る場合には、前記識別信号はミラ
ーの回転角度信号として電気的に検出可能であり、また
前記偏向走査が定速度で行われれば、所定のリセットタ
イミングからの経過時間を識別信号とすることができ
る。従ってタイマ及びカウンタなどの使用により、スリ
ット光の識別情報を容易に、かつ、リアルタイムで検出
し、出力することができる。

以上のようにして、スリット光が被測定物体の表面に照
射されかつ走査されると、このスリット光に対応する被
測定物体表面の光学像は、物体表面からの当該スリット
光の反射光を受光する光学系とその位置によって特定さ
れることから、本発明では、これを後述する非走査型撮
像素子の撮像面上に結像させ、前記スリット光の走査に
ともない前記撮像面上を移動する前記光学像の位置情報
を、撮像面全域の電気的な走査制御を用いることなく、
撮像面を構成する各フォトセンサの光受信時の出力信号
自体に基づいてリアルタイムで検出することを可能とす
る。

すなわち、本発明においては撮像面は互いに独立した多
数のフォトセンサをアレイ状に整列位置して構成され
る。従って撮像面上の光学像の位置情報はセンサのアド
レスに対応し、更にフォトセンサが独立に信号を検出す
る方式となっているため、スリット光の使用による前述
の利点を生かすことができ、かつ、撮像面全体の電気的
な走査を何ら行うことなく光学像の位置情報をリアルタ
イムで得ることができる。

また、前記スリット光照射装置と非走査型撮像素子そし
て被測定物体がある瞬間においてそれぞれ固定されてい
ると考えれば、スリット光による被測定物体表面の光学
像の撮像面上での位置は物体の表面形状によって一義的
に定まるから、前記スリット光の識別情報と、前述の方
法で得た撮像素子からの被測定物体表面の撮像面上での
光学像の位置情報との両情報から、極めて容易に表面形
状を計測することが可能となる。

以上により、本発明の方式によれば、各スリット光毎
に、前記撮像素子を電気的に走査制御することなく、所
望の情報をリアルタイムで得ることができるので３次元
物体の表面形状を高速で計測することが可能となる。

本発明に基づく具体的実施例においては、スリット光は
レーザなどを用いて形成され、偏向照射装置から被測定
物体に照射される。また、そのスリット光によって生じ
た物体表面からの反射像はフォトセンサの配列より成る
撮像面上に結像する。そして、前記撮像面上の各フォト
センサを光学像が通過する際の当該フォトセンサの光応
答出力をトリガとして、前記スリット光の識別情報が各
センサに１対１に対応したメモリ、フリップフロップあ
るいはシフトレジスタなどにより成る記憶素子群の配列
に格納される。従って、各メモリ要素のアドレスか光学
像の撮像面上での位置情報に、また、そのメモリ要素が
保持するデータがスリット光識別情報に対応することに
なる。

［作用］ 以上のように、本発明では、スリット光を偏向走査させ
ながら被測定物体表面に照射して、物体表面を当該スリ
ット光にてなで回し、これに対応して撮像面上を移動す
る被測定物体表面の光学像の撮像面上での位置を、従来
のごとく撮像面全域にて電気的走査を繰り返すことな
く、撮像面を構成する互いに独立した多数のフォトセン
サの光受信時の出力信号に基づいてリアルタイムで検出
し、この位置情報と同じくリアルタイムで検出される当
該スリット光の識別情報とから被測定物体表面の空間座
標を特定することにより、スリット光を高速度で走査し
ても充分に追従できる計測装置の構成を可能とするの
で、本発明によれば、３次元物体表面形状を高速度で計
測することが可能となる。

［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する。

第１図にはスリット光から成る光ビームにて被測定物体
４の表面形状を計測する基本的なシステム構成例が示さ
れている。

レーザ光源１からのレーザ光はシリンドリカルレンズを
含むレンズ系２によって垂直に拡大されてスリット光を
成し、ポリゴンミラー３を経て被測定物体４の表面に照
射される。スリット光は前記ポリゴンミラー３の回転に
よって順次図のごとくその照射角を時間的に変化させる
ことによって偏向され、被測定物体４の表面をなでてい
くことができる。スリット光の偏向角はポリゴンミラー
の回転角によって一義的に定まる。従って、スリット光
の識別にあたってはポリゴンミラーの回転角を直接的に
測定してもよいが、ポリゴンミラーは通常、一定角速度
で回転運動として制御され、それゆえスリット光も等角
速度ωで偏向走査されるため、スリット光の識別は、あ
る基準位置を光が通過したときに出力されるリセット
（トリガ）信号６からの経過時間ｔを計測することによ
って実現され得る。このようにして偏向されたスリット
光の識別情報は時間ｔに依存するから時間ｔをスリット
光の識別情報としてその後の演算に用いることができ
る。また、第１図においてスリット光をｎ（ｔ）として
示す。

第１図の例では基準位置検出用にフォトセンサ５，例え
ばフォトトランジスタが設けられており、前記スリット
光が、このフォトセンサ５を横切るときにリセット（ト
リガ）信号６が出力され、この信号によってタイマ７及
びクロックカウンタ８を起動させ、スリット光ｎ（ｔ）
の識別情報を与える経過時間ｔをリアルタイムで出力す
ることができる。

従って、本発明によれば、被測定物体４の表面をなで回
すスリット光ｎ（ｔ）はその偏向角がそれぞれ前記経過
時間ｔなる識別情報によって特定されていることが理解
される。

一方、物体４の表面から反射した反射光は、この実施例
において、撮像装置９にて受光され、スリット光ｎ
（ｔ）に対応した被測定物体４の表面のスリット状光学
像が撮像装置９の撮像素子１０の撮像面１１上に結像さ
れる。

実施例において、この撮像素子１０は映像同期型撮像素
子などの非走査型撮像素子から形成されており、その撮
像面１１は整列して配置された互いに独立したフォトセ
ンサの１次元あるいは２次元状の配列として構成されて
いる。このため、撮像面１１の映像情報を各画素ごとに
個々独立して検出できるので、並列的な処理が可能とな
る。従って、その撮像面１１上を前記スリット状光学像
が移動するとき、前記撮像面１１を構成する各フォトセ
ンサの光学的映像受信時の出力信号に基づいて前記スリ
ツット状光学像全体の位置情報、例えばスリット状光学
像に対応する画素全部のアドレスを、同時にかつリアル
タイムで検出することができる。

従って、物体４の表面の光学像の位置情報の検出に従来
のごとき撮像面１１のその都度の走査制御を必要とせず
リアルタイムで検出できる利点がある。

以上のようにして検出されたスリット光ｎ（ｔ）の識別
情報ｔと、それに対応する被測定物体表面の光学像の撮
像面１１上での位置情報は、撮像素子１０の記憶保持部
１２に各々対応づけしてラッチ記憶され次につき合わせ
演算処理部１３でつき合わせ演算された後、被測定物体
表面の空間座標に変換される。

すなわち、本発明によれば、前記スリット光ｎ（ｔ）の
識別情報ｔと、それに対応するスリット状光学像の位置
情報の両者がリアルタイムで、かつ、対応づけて検出で
き、両情報から物体４の表面形状で高速で計測すること
が可能となる。

第１図において、偏向照射装置１，２，３、撮像装置９
及び撮像素子１０の相対位置が固定しており、また予め
その位置関係が既知であるならば、本発明による偏向走
査を高速度で行うことによって物体４自体が測定期間中
静止しているものと考えることができ、この測定時間を
物体４のそれ自体の動きより充分に高速度で行うことに
よって動きのある物体４に対しても測定時間中は静止状
態と見なすことが可能である。

第２，３図には前記第１図に示した実施例において、物
体４の表面形状が前記スリット光の識別情報と光学像の
位置情報とから特定できることが示されている。すなわ
ち、第２図、第３図は第１図に示したミラー反射中心Ｍ
（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）から反射されたスリット光ｎ
（ｔ）、それによって照射される被測定物体４の表面上
の点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、及びその光学像Ｉ（ｘ，０，ｚ
ｉ）の間の幾何光学的関係をｘｙ平面（第２図）及びｘ
ｚ平面（第３図）へ投影したものである。

第２，３図において実線は単一の偏向照射装置を用いて
被測定物体に対して単一スリット光を走査する状態を示
し、また鎖線は更に第２の偏向照射装置を異なる位置に
配置して第２のスリット光によって被測定物体を偏向走
査するものであり、このように２つの偏向照射装置を用
いれば被測定物体に凹凸がある場合においても一方のス
リット光走査では影となる形状計測不能な表面を大幅に
除去することが可能となる。

第２，３図において、直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の原点
を例えば撮像面１１の中心Ｏとし、ｘ軸は水平方向であ
って更に撮像面１１と平行に設定され、ｙ軸は撮像装置
９のレンズ光軸と一致して設定され、更にｚ軸は鉛直方
向に設定されている。

従って物体４の表面上の点Ｐの座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は
図示のごとく、スリット光ｎ（ｔ）と反射光Ｒ（ｔ）と
によって特定され、計測条件として設定できるレンズ位
置Ｌ、ミラー位置Ｍの座標値及びスリット光の回転角速
度ωと、計測結果として得られるスリット光ｎ（ｔ）の
識別情報ｔ及び点Ｐの光学像Ｉの座標値（ｘｉ，０，ｚ
ｉ）を使って以下のごとく求められる。

Ｏ：撮像面中心（直角座標系原点） Ｏ（０，０，０） Ｌ：撮像装置９のレンズ中心 Ｌ（０，ｙ_ｌ，０） Ｍ，Ｍ′：ミラー反射中心 Ｍ（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）， Ｍ′（ｘｍ′，ｙｍ′，ｚｍ′） Ｐ，Ｐ′：被測定物体表面上の点 Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）， Ｐ′（Ｘ′，Ｙ′，Ｚ′） Ｉ，Ｉ′：点Ｐ、点Ｐ′の光学像 Ｉ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ） Ｉ′（ｘｉ′，ｙｉ′，ｚｉ′） Ｐ．Ｄ．：光ビームの基準位置（カウンタセットタイミ
ング位置） α_０，α_０′：スリット光の基準位置がｘ軸となす角度 α，α′：スリット光が前記スリット光基準位置となす
角度 ω，ω′：スリット光の回転角速度 ｔ，ｔ′：スリット光基準位置通過後の経過時間 添示ｘｙ，添示ｘｚ：前記Ｌ，Ｍ，Ｍ′，Ｐ，Ｐ′，Ｉ
及びＩ′各点のｘｙ平面、ｘｚ平面への投影点を表す。

直線ＩｘｙＬｘｙＰｘｙ： 従って、 よって、 直線ＭｘｙＰｘｙ： ｙ−ｙｍ＝ｔan（α＋α_０）・（ｘ−ｘｍ） よって、 Ｙ＝ｔan（α＋α_０）・（Ｘ−ｘｍ）＋ｙｍ …（２） 直線ＩｘｚＬｘｚＰｘｚ： よって （１），（２）より 前記（２）、（４）式において、αはスリット光の回転
角速度ωと識別情報ｔとの積すなわちα＝ω・ｔであ
り、この結果（２），（４）式は 従って、上記（３），（５），（６）式により、物体４
の表面上の点Ｐの３次元座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）はスリッ
ト光ｎ（ｔ）の識別情報すなわち所定のリセットタイミ
ングからの経過時間ｔと光学像Ｉの撮像面１１上におけ
る位置情報（ｘｉ，０，ｚ）の両者によって決定される
ことが理解される。

第４図には前記光スリット光ｎ（ｔ）の識別情報ｔと撮
像素子１０の撮像面１１上の光学像の位置情報を同時に
ラッチして記憶する非走査型撮像素子の好適な実施例が
示されている。

この非走査型撮像素子は基本的には、撮像面１１と記憶
保持部１２より成る。

第４図において、撮像面１１は複数の整列配置された互
いに独立したフォトトランジスタ１５によって構成され
ている。

従って、前述した説明から明らかなごとく、物体４の表
面からの反射光は撮像装置９によって受光され、物体４
の表面の光学像が撮像面１１のいずれかのフォトトラン
ジスタ１５上に結像することとなる。

そして、このフォトトランジスタ１５の光応答出力は、
記憶保持部１２へ送られる。

記憶保持部１２は撮像面１１の各フォトトランジスタ１
５と１対１に対応づけて配列された要素メモリ１６によ
って構成されている、この記憶保持部１２の各要素メモ
リ１６は例えば複数ビットのＤ型フリップフロップ、あ
るいはシフトレジスタその他から形成可能である。

いずれの場合においても、この要素メモリ１６は前記フ
ォトトランジスタ１５と対応して設けられており、その
書込み制御入力には対応するフォトトランジスタ１５か
らの光受信時の出力信号が入力されており、また、その
データ入力バス１７に前述したスリット光ｎ（ｔ）の識
別情報１４が入力されている。

実施例において、前記識別情報１４は前述した偏向照射
装置から得られたリセットトリガ信号６によって計数を
開始するカウンタ８の出力から成り、前述したごとく、
ポリゴンミラー３の初期位置からカウンタ８が計数動作
を開始し、その出力である時間経過信号ｔがそのままス
リット光ｎ（ｔ）の識別情報１４として入力バス１７か
ら各メモリ要素１６に供給されている。

従って、前記光学像が結像したフォトトランジスタ１５
はその出力に光受信信号を出力し、これに対応するメモ
リ要素１６をトリガしそのときの経過時間ｔをスリット
光ｎ（ｔ）の識別情報としてラッチする。

従って、スリット光ｎ（ｔ）の偏向走査によって、物体
４の表面がなでられると、この走査中に記憶保持部１２
には、各結像位置に対応する各メモリ要素１６にスリッ
ト光ｎ（ｔ）の識別情報がそれぞれに記憶保持されるこ
ととなる。このとき、各メモリ要素１６のアドレスが撮
像面１１上での光学像の位置情報を与えるから、前記過
程はスリット光ｎ（ｔ）の識別情報とそれに対応する光
学像の撮像面上で位置情報を対応づけて記憶保持する過
程に他ならない。

この情報記憶過程には、従来方式のような撮像素子の電
気的走査過程が介在しないので、前記物体４の表面の光
ビームによる走査を高速度で行っても充分に情報記憶過
程を追従させることが可能となる。

従って、このようにして記憶されたデータは他の周知の
手法によって各メモリ要素１６から読み出され、前述の
測定原理に基づき、３次元物体表面の空間座標（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）に変換される。

第５図には撮像素子としてフォトダイオードを用いた第
４図に類似した撮像装置の他の好適な実施例が示されて
いる。

この実施例によれば、撮像素子１０はフォトダイオード
２０を整列配置して構成されるので、その出力はトラン
ジスタ２１にて増幅される。すなわち、トランジスタ２
１のベースとコレクタには、それぞれ各フォトダイオー
ド２０と抵抗２２とが直列に接続され、また各トランジ
スタ２１のエミッタは接地されている。

そして、第４図と同様に、Ｄ型フリップフロップあるい
はレジスタなどで構成された記憶保持部１２は前記各フ
ォトダイオード、トランジスタ組と対応して接続されて
おり、それぞれのメモリ要素１６の書込み制御入力には
トランジスタ２１のコレクタ端子が接続されている。

従って、撮像装置の撮像面上にあるフォトダイオード２
０はその受光面に光学像が結像するとこれに接続されて
いるトランジスタ２１がスイッチオン状態となり、その
コレクタ出力電圧が「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変
化し、この結果対応するメモリ要素１６がトリガされ、
前述した第４図と同様に、データ入力バス１７に接続さ
れているスリット光の識別情報を示す時間データがラッ
チ記憶されることとなる。

従って、第５図の実施例においても、スリット光識別情
報と光学像の位置情報との両者は直ちに遅れなく記憶保
持され、この結果、スリット光ｎ（ｔ）の物体４表面上
を走査する速度を高速で制御することが可能である。

前述した第４，５図の非走査型撮像素子は、現在の技術
をもってすれば、ＩＣチップに一体化することも可能で
あり、これによって小型化した撮像装置を得ることが期
待できる。

しかし、フォトセンサが２次元状に配列された非走査型
撮像素子を通常の個別素子を組み合わせて構成する場合
には、信号処理素子、記憶素子の占める容積などのため
に実際上素子が大型化してしまう場合がある。このよう
な場合の対策として第６図のような構成例が考えられ
る。

第６図において、撮像素子は２次元状に整列配置されて
所望の撮像面を形成しているＭ×Ｎ個の画素フォトセン
サ群を含み、これ等のフォトセンサ群は図示のごとくｉ
＝０，１，２，…Ｍ−１なるＭ個の行アドレスそしてｊ
＝０，１，２，……Ｎ−１なるＮ個の列アドレスによっ
て番地付けされている。

そして、これ等のフォトセンサ群は同一行アドレスｉを
有するフォトセンサ群がこれら各行ごとにグループ化さ
れ、マルチプレクサなどのスイッチング素子３１によっ
て各グループごとに選択的に駆動される。前記スイッチ
ング素子３１による前述した選択的駆動は、行アドレス
信号線３２からスイッチング素子３１へ供給される行ア
ドレス信号によって制御されている。

一方、同一の列アドレスｊを共有するフォトセンサ群の
出力端子はそれぞれ共通の出力線３３に接続され、この
結果、同一の列アドレスｊを有するグループが共通出力
線３３によってＮ組形成されることが理解される。

そして、前記各共通出力線３３から取り出されたフォト
センサ群の出力はそれぞれ信号処理素子３４を介してそ
れぞれ対応する記憶素子３５の書き込み制御入力端子に
供給される。信号処理素子３４及び記憶素子３５はそれ
ぞれ前記共通出力線３３と対応してＮ個設けられてい
る。

記憶素子３５のアドレスバスには前記行アドレス信号線
３２から行アドレス信号が供給されており、またデータ
バス３６には前述したスリット光識別信号が供給されて
いる。

従って、図示した撮像装置においては、行アドレス信号
に基づいて所望の行アドレスグループが選択的に駆動さ
れると、これらの駆動と同時に、記憶素子３５内の前記
選択されている行アドレスに対応するメモリ要素が駆動
状態となる。

そして、この状態でスリット光によって被測定物体表面
が１回走査されると、前述したごとく、選択駆動されて
いる行アドレスグループの各画素フォトセンサ上を光学
像が通過した瞬間の当該スリット光識別信号が前記記憶
素子３５に格納保持されることとなる。

従って、この走査を各行アドレスグループに対応してＭ
回繰り返すことによって、前述したと同様に、被定物体
の形状を計測するために必要な全情報が取り込まれる。

第６図に示した実施例においては、前述した第４図の実
施例と異なり、各画素フォトセンサごとに信号処理素子
及び記憶素子が必要でなく、また出力線数が著しく減少
するので、装置の大幅な小型化が可能であり、特に個別
素子で装置を形成する場合に極めて有用である。

第７図には光ファイバを用いた本発明に好適な撮像装置
の実施例が示されており、撮像面５０には光ファイバ５
１群の一端が整列配置されており、光学像はこの光ファ
イバ５１の端面が整列された前記撮像面５０上に結像す
る。そして、光ファイバ５１群はその他端がフォトセン
サアレイ５２の配列面に導かれており、光ファイバ５１
を介した導光にてフォトセンサアレイ５２が作用する。

従って、第７図の実施例において、フォトセンサアレイ
５２を整列配置する部分は大型であっても、実際の撮像
面５０自体は小型コンパクトに形成可能であり、装置の
撮像部を小型化できるという利点がある。

本発明は、以上のように、光学像の位置情報と測定光の
識別情報とを突合せ演算して所望の形状計測を行うもの
であるが、第４，５図に示した撮像素子は、このような
実施例ばかりでなく、第８図に示す構成とすることも可
能である。

第８図において、非走査型撮像素子は符号１１１で示さ
れる撮像面を有し、この撮像面１１１は互いに独立した
１次元状あるいは２次元状に配列された複数のフォトセ
ンサ１１５から成る。前記各フォトセンサ１１５には、
信号処理素子１１８及びメモリ要素１１６がそれぞれ１
対１に対応づけられて接続されている。

これらのメモリ要素１１６は記憶保持部１１２を形成
し、前記フォトセンサ１１５及び信号処理装置１１８と
同様に碁盤状に整列配置されている。

前記信号処理素子１１８は、実際上、実施例において、
前記フォトセンサ１１５と同様に碁盤状に配列されてお
り、対応する各フォトセンサ１１５の光応答出力を増
幅、波形整形及びレベル変換する作用を行い、この変換
された電気的な信号をそれぞれ対応するメモリ要素１１
６の入力端子に供給する。

通常、前記信号処理素子１１８から出力される信号はメ
モリ要素１１６の書込み制御端子に供給される。

前記メモリ要素１１６はアナログあるいはデジタルメモ
リによって形成されおり、各データ入力バス１１７には
アナログあるいはデジタル信号としての外部情報、例え
ば識別情報１１４が供給されている。

従って撮像面１１１上に能動的あるいは受動的な光学像
が投射されると、この光学像に対応して、活性化された
フォトセンサ１１５は光応答信号を出力する。

そして、この光応答信号出力は、前述したごとく、信号
処理素子１１８を介して対応するメモリ要素１１６の書
込み制御端子をトリガする。従って、この結果、それぞ
れトリガされたメモリ要素１１６は、このときデータ入
力バス１１７に供給されている外部情報例えば識別情報
１１４をラッチ記憶することとなる。

このように、実施例に示した非走査型撮像素子はその撮
像面１１１上に投射される光学像によってメモリ要素１
１６のランダムなアドレス制御を行うことが理解でき
る。従って、このような撮像素子によれば、その書込み
動作中、複数のフォトセンサ１１５から成る撮像面１１
１を有することから、同時に複数個のメモリ要素１１６
をそれぞれ独立にアクセス可能となり、このときに与え
られている外部情報すなわち識別情報を対応するメモリ
要素１１６がラッチ記憶することが可能となる。すなわ
ち、本発明によれば、記憶保持部１１２にランダムなア
ドレス制御で所望の情報記録が可能となる利点を有す
る。

従って、本発明によれば、このような計測方法及び装置
は前述した実施例における３次元物体の形状計測ばかり
でなく他の任意の形状、このような形状は通常の単なる
情報としても把持可能であるが、広範囲な意味での形状
計測に適用可能である。

更に、第８図において、信号処理素子１１８の出力は記
憶保持部１１２の各メモリ要素１１６の読出し制御端子
に供給することも可能であり、このような読出し制御に
より、撮像面１１１上を光学的にランダムに走査するこ
とによって、各メモリ要素１１６に格納されている情報
の読出し制御することも可能となる。

このような情報の読出しを、撮像面１１１で受光される
光学像の位置情報と前記データ入力バス１１７に供給さ
れている識別情報との突合せ演算から所望のランダムア
クセス動作を行うものであり、このようにして記憶保持
部１１２から読出されたデータがデータ出力バス１１９
から外部へ出力される。

第８図において、前記撮像面１１１に投射される光学像
はハッチングを施した十字形状で示され、記憶保持部１
１２の記憶情報も同様の形状を示すことが理解される。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、スリット光によ
り被測定物体の表面をなで回し、これにともなって撮像
面上を移動する被測定物体表面の光学像の撮像面上での
位置情報を、従来のような撮像面全域を繰返して電気的
に走査を行うことなく、撮像面を構成する各フォトセン
サの光受信時の出力信号自体に基づいてリアルタイムで
検出でき、これと同じくリアルタイムで検出されるスリ
ット光の識別情報とから物体表面の形状が高速で計測可
能となり、高速度で物体表面をスリット光にて走査する
ことによって、動きのある物体に対しても極めて良好な
形状計測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る物体表面計測方式の好適な実施例
を示す計測装置の説明図、 第２，３図は第１図による物体表面計測方式の原理を示
す説明図、 第４図は第１図に好適な撮像素子の具体例を示す説明
図、 第５図は第４図と類似するが更に詳細な撮像素子の他の
実施例を示す説明図、 第６図は撮像装置の好適な他の実施例を示す撮像素子配
置図、 第７図は光ファイバを用いた本発明に好適な撮像装置の
他の実施例を示す説明図、 第８図は本発明に好適な撮像素子の他の実施例を示す説
明図である。 １……レーザ源 ３……ポリゴンミラー ４……被測定物体 ９……撮像装置 １０……撮像素子 １４……識別情報

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−44810（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定光を被測定物の表面に沿って走査し、
   前記測定光による被測定物の表面の光学像を互いに独立
   して配列された複数のフォトセンサよりなる非走査型撮
   像素子の撮像面上に結像させ、 前記測定光の走査にともなって前記撮像面上に結像する
   前記光学像の位置情報を各フォトセンサ毎の光検出信号
   としてリアルタイムで検出し、 この光検出時に測定光の走査方向を示す識別情報を各フ
   ォトセンサ毎に記憶し、 測定光の走査中に得られる前記位置情報と識別情報の組
   合せから被測定物の形状を求める形状計測方法。
2. 【請求項２】測定光を所定の走査制御下で被測定物の表
   面に向けて偏向走査する偏向照射装置と、 前記偏向照射装置によって偏向された測定光の偏向位置
   をリアルタイムで検出し、その情報を測定光の走査方向
   を示す識別情報として出力する識別情報検出器と、 前記測定光による被測定物の表面の光学像を結像させる
   １次元あるいは２次元状に配列されたフォトセンサ群か
   ら成る撮像面と、測定光の偏向に応じて前記撮像素子の
   各センサの光応答出力をトリガとしてこのときの測定光
   の識別情報をラッチする記憶装置とを有する非走査型撮
   像素子と、を含む形状計測装置。