JPH0625655B2 - ３次元曲面形状の測定方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、３次元曲面の形状を非接触で測定する方法
及び装置に関するものである。

［従来の技術］ ３次元曲面形状の計測は、３次元ＣＡＤ入力、ロボット
ビジョン、或いは医用乃至服飾デザイン用人体形状計測
等、広い分野への応用が考えられることから、従来より
様々な手法が提案されてきている。

中でも光切断法として一般に知られる方法は、例えば
「画像処理ハンドブック（株式会社昭晃堂）」の第398,
399頁にも記載されているが、第２図に示すように被測
定物(51)に対して、スリット光源(52)からのスリット光
(53)を照射した時に物体表面に形成される光ビームパタ
ンが、これを照射方向と異なる方向から観察した時、被
測定物体(51)のスリット光照射位置での断面形状に対応
するという現象に着目した方式であり、その簡便性、非
接触性及び定量性故に従来より広く用いられている方法
である。

この光切断法を用いて３次元自由曲面の形状を測定する
にあたっては、第２図においてスリット光(53)を回転ミ
ラー(58)等を用いて矢印(54)の方向に移動させながら、
光ビームパタンをテレビカメラ(55)で観察し、得られた
ビデオ信号を処理することによって、時々刻々画面内の
光切断線（光ビームパタンの形）を抽出し(56)、これを
再構成することにより曲面形状を構築する(57)。

光学系の構成としては、光源としてスリット光源(52)の
替りに光スポットスキャナを用い、撮像系として、テレ
ビカメラ(55)の代わりに例えばＰＳＤ（Position Sensi
tive Detector）センサとして知られているような高速
の光スポット位置検出装置を用いる方法もあるが、基本
原理としては、第２図のものと同一である。

［発明が解決しようとする課題］ 前述の光切断法は種々の利点をもった方法ではあるが、
被測定物上の各点を検出し特定するためには、各画面毎
に画面内の光切断線を抽出するプロセスが不可欠であ
り、これに起因して以下に示すように測定精度の上で、
或いは信頼性の上での問題が生じている。

(1) 被測定対象の形状による測定精度及び空間分解能の
劣化； 光切断法においては第３図（ａ）に示すようにスリット
光(53)の光軸に対して、被測定物(51)の面が直角に近い
角度の斜面である場合には、物体表面での光ビームパタ
ンの幅ｗが狭いため、精度の高い測定が可能である。し
かしながら、第３図（ｂ）に示すように被測定物の面が
スリット光(53)の光軸に平行に近い角度の斜面になる
と、物体表面での光ビームパタンの幅ｗが拡がり、光切
断線抽出時の位置の不確定性が増し、精度が劣化すると
共に、スリット光源(53)を移動した時の物体表面上での
光ビームパタンの移動量が大きくなり、これによって空
間的な測定の分解能も同時に劣化する。

(2) 被測定対象の表面反射率による測定信頼性の低下； 光切断法においては、画面内の光切断線を抽出するプロ
セスにおいて、光ビームパタンが周囲よりも十分明るい
ことが前提となっているために、例えば物体表面に、反
射率の大きなムラがあったり、また、物体表面の斜面角
度がスリット光の光軸に近く、反射光強度が低い場合に
は、光切断線抽出時に往々にして断点を生じたり、或い
は、全く別の点を光切断線と誤検出するケースが起き
る。このような現象は測定時に、スリット光以外の背景
光が存在する場合にも生じ、いずれも測定の信頼性の低
下や適用対象測定環境に対する制約となっている。

このように光切断法には、光切断線抽出プロセスに起因
して生じる測定上のいくつかの問題のために、被測定対
象の形状、表面性状或いは測定環境など適用上の制約が
多く、その簡便性、非接触性、定量性等の優位性の割に
は、その用途が限定されており、これまで汎用の３次元
曲面形状計測装置としてアセンブルされて広く実用化さ
れる迄には至っていなかった。

この発明は、光切断法の有する前述の問題点を解消する
ためになされたものであり、光切断法と同様の光学系を
用いながらも、スリット光を媒体として被測定対象表面
をスリット光投光角度でコーティングするという新しい
方式を導入することにより、光切断線抽出プロセスを全
く必要としない新たな測定原理に基づいた３次元曲面形
状の測定方法及び装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る３次元曲面形状の測定方法（請求項１）
は、線状のスリット光を被測定対象の全面に亘って回転
走査する工程と、スリット光の投光角度を測定する工程
と、スリット光とは異なった角度からテレビカメラによ
って被測定対象表面を撮像してビデオ信号を生成する工
程と、ビデオ信号の画面内の各画素の信号を順次取り込
んで記憶し、同一画素について後から入力される信号の
レベルと既に記憶されている信号のレベルとを比較し、
後から入力される信号のレベルの方が高いときにそのレ
ベルによってその画素の記憶内容を更新する工程と、ビ
デオ信号の画面内の各画素について、前記工程において
画素の記憶内容が更新されたとき、その時のスリット光
の投光角度に関する情報を取り込んで記憶することによ
り、ビデオ信号の画面内の各画素に対応する被測定対象
表面の各位置毎に、その位置をスリット光が通過した瞬
間のスリット光の投光角度に関する情報をその画素の値
とする合成画像を生成する工程と、合成画像に基づいて
被測定対象の３次元曲面形状を求める工程とを有する。

この発明に係る３次元曲面形状の測定装置（請求項２）
は、被測定対象表面に線状のスリット光を投光するスリ
ット光投光手段と、スリット光線の面内で、かつ基準面
に平行な直線を回転軸としてスリット光投光手段を回転
させ、被測定対象表面の全面に亘ってスリット光を走査
させるスリット光回転走査手段と、スリット光の投光角
度を測定するスリット光角度測定手段と、被測定対象表
面をスリット光投光手段とは異なる方向から撮像してビ
デオ信号を生成するテレビカメラと、ビデオ信号の画面
内の各画素の信号を順次取り込んで記憶し、同一画素に
ついて後から入力された信号のレベルと既に記憶されて
いる信号のレベルとを比較し、後から入力される信号の
レベルの方が高いときにそのレベルによってその画素の
記憶内容を更新して、各画素についての最大レベルを求
める最大輝度画像演算手段と、ビデオ信号の画面内の各
画素について、最大輝度画像演算手段が画素の記憶内容
を更新したとき、そのときのスリット光の投光角度に関
する情報をその画素の値として求めることにより、ビデ
オ信号の画面内の各画素に対応する被測定対象表面の各
位置毎に、その位置をスリット光が通過した瞬間のスリ
ット光の投光角度に関する情報をその画素の値とする合
成画像を生成する合成画像演算手段と、合成画像に基づ
いて被測定対象の３次元曲面形状を求める画像演算手段
とを有する。

また、この発明に係る３次元曲面形状の測定装置におい
て、テレビカメラは、基準面に対して垂直な方向から被
測定対象を撮像する（請求項３）。

また、この発明に係る３次元曲面形状の測定装置におい
て、画像演算手段は、被測定対象表面に対してスリット
光を走査した時に合成画像演算手段によって得られる合
成画像θ(x,y) （(x,y) は基準面の座標）をもとに、被
測定対象表面の３次元形状ｆ(x,y) を、基準面の原点に
対するスリット光回転中心軸の水平変位ｘ_０及び垂直変
位ｚ_０を用いて、 ｆ(x,y)＝ｚ_０−（ｘ−ｘ_０）tan θ(x,y) なる式に基
づいて求める（請求項４）。

また、この発明に係る３次元曲面形状の測定装置におい
て、画像演算手段は、被測定対象表面に対してスリット
光を走査した時に合成画像演算手段によって得られる合
成画像θ(x,y) と、基準面に対してスリット光を走査し
た時に画像合成手段によって得られる合成画像θ_０(x,
y) とをもとにして、被測定対象表面の３次元形状(x,y)
を、基準面の原点に対するスリット光回転中心軸の水
平変位ｘ_０を用いて、 ｆ(x,y) ＝ ｛tan θ_０(x,y) −tan θ(x,y) ｝（ｘ_０
−ｘ） なる式に基づいて求める（請求項５）。

また、この発明に係る３次元曲面形状の測定装置におい
て、画像演算手段は、被測定対象表面に対してスリット
光を走査した時に合成画像演算手段によって得られるス
リット合成画像θ(x,y) と、基準面に対してスリット光
を走査した時に合成画像演算手段によって得られる合成
画像θ_０(x,y) とをもとにして、被測定対象表面の３次
元形状ｆ(x,y) を、基準面の原点に対するスリット光回
転中心軸の垂直変位ｚ_０を用いて、 なる式に基づいて求める（請求項６）。

また、この発明に係る３次元曲面形状の測定装置におい
て、画像演算手段は、被測定対象表面に対してスリット
光を走査した時に合成画像演算手段によって得られる合
成画像θ(x,y) と、基準面に対してスリット光を走査し
た時に合成画像演算手段によって得られる合成画像θ_０
(x,y) と、更に、基準面と平行でかつ距離ｄ（テレビカ
メラに近づく側を＋、遠ざかる側を−とする）離れた第
２基準面に対してスリット光を走査した時に画像合成手
段によって得られる合成画像θ_１(x,y) とを用いて、被
測定対象面の３次元形状ｆ(x,y) を なる式に基づいて求める（請求項７）。

［作用］ この発明においては、スリット光の線状の反射パタンが
被測定対象物表面上を移動していく状態をテレビカメラ
で撮像し、画面内の各画素毎にその画素に対応する被測
定対象物表面の位置をスリット光が通過した瞬間のスリ
ット光投光角度をその画素の値とするスリット光投光角
度合成画像を作成する。そして、その合成画像に基づい
て被測定対象の３次元形状が測定される。

また、基準面又は第２基準面についても同様にして合成
画像を作成して、これらの合成画像も利用して被測定対
象の３次元形状が測定される。この場合には計測定数の
一部又は全部が省略される。

［実施例］ この発明の実施例の説明に先立って、以下この発明の測
定原理を第１図に基づいて先ず概念的に説明する。

第１図に示すように、基準面(1) 上に置かれた被測定対
象物(2) の表面に斜め上方から紙面に垂直方向に拡がっ
たスリット光(3a)を投光し、このスリット光(3a)を例え
ば回転ミラー(4) を用いて紙面横方向に移動させなが
ら、例えば被測定対象(2) 直上よりテレビカメラ(8) で
撮像する。この時、テレビカメラ(8) に接続されたモニ
タテレビ(8a)上では、物体表面でのスリット光の線状の
反射パタンが画面横方向に移動していく様子が観察され
る。

前述のように、スリット光(3a)の反射パタンの線形状
は、物体表面の凹凸情報を反映しており、従来の光切断
法においては、反射パタンの線形状を時々刻々抽出し、
これを再構成することにより、被測定対象の３次元形状
を測定していた。

この発明においては、スリット光(3a)の線状の反射パタ
ンが物体表面上を移動していく様子を写すテレビカメラ
(8) から出力されるビデオ信号をもとにして、画面内の
各画素毎に、その画素に対応する物体表面の位置をスリ
ット光が通過した瞬間のスリット光投光角度をその画素
の値とする画像を合成する。

このようにして合成された画像は、その各画像における
値が、その画素に対応する物体表面の位置から回転ミラ
ー(4) のスリット光回転中心を見上げた時の仰角に対応
した画像となっている。従って、合成画像を、それに対
応する物体表面の座標系(x,y) を用いてθ(x,y) で表現
すると、物体表面のプロフィルｆ(x,y) は、第１図を基
にした簡単な幾何計算により、次式により求めることが
できる。

ｆ(x,y) ＝ｚ_０−（ｘ_０−ｘ）tan θ(x,y) …(1) なお、この測定原理の応用例として、以下の測定方法も
容易に考えられる。まず、第１の応用例としては、基準
面(1) について上記測定を行ない、得られる合成画像を
用いることにより、パラメータｘ_０乃至ｚ_０を省略する
方法である。即ち、基準面(1) における合成画像θ
_０(x,y) は、(1) 式においてｆ(x,y) ＝０におくことに
より、 従って(1) 式からｚ_０或いはｘ_０を消去することによ
り、物体面プロフィルｆ(x,y) は次式の関係で求まる。

更に、第２の応用例としては、２つの基準面ｆ(x,y) ＝
０及びｆ(x,y) ＝ｄについて上記測定を行ない、得られ
る合成画像を用いることにより、パラメータｘ_０及びｚ
_０の両方を省略する方法である。即ち、第２の基準面に
おける合成画像θ_１(x,y) は、(1) 式においてｆ(x,y)
＝ｄとおくことにより次式が得られる。

従って、(2) 式及び(5) 式の関係を(1) 式に代入するこ
とによりｘ_０及びｚ_０を消去してｆ(x,y)は次式の形に
求まる。

なお、この発明において、被測定対象表面をスリット光
投光角度でコーティングするが、その手段としては、必
ずしも直接スリット光投光角度を測定する必要はなく、
それと等価な例えば回転ミラーの回転角度、あるいは回
転ミラーの回転角速度が等速であるという前提のもとに
回転ミラーの走査開始後の時間等で被測定対象表面を一
旦コーディングした後、これを演算処理してスリット光
投光角度に変換してもよい。

更に、(1) 式〜(6) 式からも分かるように、スリット光
投光角度でコーディングした合成画像θ(x,y) は、以後
の形状演算では全てその正接であるtan θ(x,y)の形で
用いられるので、当初の画像合成時に、スリット光投光
角度の代わりに、いきなりスリット光投光角度の正接で
コーディングしておいてもよい。

次に、この発明の一実施例を第４図〜第６図に基づいて
説明する。

第４図は前記実施例に係る３次元形状計測装置の構成図
である。測定の基準となる基準面(1) 上に被測定対象
(2) が載置される。スリット光源(3) からでたスリット
光は、回転ミラー(4) で反射されて被測定対象(2) に斜
め上方より投光される。回転ミラー(4) はモータコント
ローラ(5) によって制御されるモータ(6) によって駆動
され、スリット光(3a)が基準面(1) 上の被測定対象(2)
を全面に亘って走査するように駆動される。

この時、回転ミラー(4) の回転中心軸の基準面(1) に対
する位置（ｘ_０，ｚ_０）は正確に測定されるものとす
る。また、回転ミラー(4) の基準面(1) に対する角度
は、モータ(6) のシャフトに連動して取り付けられた回
転角度センサ(7) により検出されるように構成されてお
り、モータコントローラ(5) を介して形状計測装置(9)
に入力されて、被測定対象(2) に対する時々刻々のスリ
ット光投光角度θが演算できるようになっている。

一方、被測定対象物(2) の表面は、光軸が基準面(1) と
直交するようにに配設されたテレビカメラ(8) によって
撮影され、得られるビデオ信号は形状計測装置(9) に入
力される。

形状計測装置(9) は、大別して画像合成による形状演算
を行なう画像演算手段としての形状演算回路(10)と、回
転角度センサ(7) の出力からスリット光投光角度θを演
算して形状演算回路(10)に入力する投光角度演算回路(1
1)と、モータコントローラ(5) に対する指令や形状演算
回路(10)に対する演算タイミング制御を行なうシーケン
スコントローラ(11)からなっている。

形状測定に際しては、形状計測装置(9) は外部から与え
られるスタート信号に基づいて、シーケンスコントロー
ラ(11)を介してモータ(6) を駆動し、回転ミラー(4) を
初期位置にセットする。しかる後、回転ミラー(4) の回
転を開始し、スリット光(3a)による走査を開始する。

形状演算回路(10)はその入力部に、後述する画像合成回
路(13)を有しており、スリット光源(3) の走査開始と同
時に、テレビカメラ(8) より入力されるビデオ信号を時
々刻々処理して、画面内の各画素毎に、その画素をスリ
ット光が通過した瞬間の投光角度を、投光角度演算回路
(11)より読み込んでその画素の値とする画像合成演算を
スリット光(3a)の１走査期間中行なう。

合成画像θ(x,y) 演算完了後、形状演算回路(10)はシー
ケンスコントローラ(12)の指示に基づいて、高さ演算回
路(14)を用いて(1) 式に従って高さプロフィルｆ(x,y)
を演算し、このデータを３次元形状メモリ(15)に格納
し、蓄積する。

３次元形状メモリ(15)に蓄えられた高さプロフィルデー
タは、上位の計算機乃至ＣＡＤシステムからの指令に基
づいて適宜計算機乃至ＣＡＤシステムに転送される。

この実施例においては、例えば第５図に示すようにスリ
ット光の投光角度に近い角度の斜面をもった被測定対象
(2) について測定すると、斜面の傾きがスリット光の投
光角度に非常に近いので、スリット光が図中“１”で示
す位置に来た時、斜面全体が一様に明るくなる。しか
し、この角度コーデイングされた合成画像を(1) 式に基
づいて演算すれば、図示のような測定結果が得られる。
このことから、スリット光の角度に近い面をもった形状
に対しても十分高い分解能が得られていることが分か
る。

従来このような画像から光切断線を抽出することは先に
も説明したように困難であり、このような斜面に対して
光切断法を適用しようとすると、測定精度、空間分解能
共に期待できなかったが、この実施例では、このような
斜面に対しても、スリット光のビーム幅乃至サンプリン
グピッチ程度の測定精度及び空間分解能での測定が可能
であり、 一般に、被測定対象の形状に依らない形状測定が実現で
きる。

第６図は形状計測装置(9) の一構成要素である画像合成
回路(13)の一例を示す構成図である。

画像合成回路(13)は、テレビカメラ(8) より入力される
ビデオ信号を処理して各画素毎に、最も明るくなった瞬
間の輝度を演算する最大輝度画像演算部(18)と、各画素
が時間的に最大の輝度をとる瞬間のスリット光投光角度
θをその画素の値とする画像合成演算を行なう画像合成
演算部(19)とから構成されており、これらの制御用とし
て同期回路(20)、メモリアドレス発生回路(21)及び出力
制御回路(22)を備えている。

最大輝度演算部(18)は、最大輝度画像演算のバッファメ
モリである最大輝度画像メモリ(23)を中心として同期回
路(20)より出力されるタイミング信号に基づいてビデオ
信号をＡ／Ｄ変換しディジタル化するＡ／Ｄ変換回路(2
4)、メモリアドレス発生回路(21)より指定される最大輝
度画像メモリのアドレスのデータの読出し、書込みを制
御する最大輝度画像メモリ(25)、更に、テレビカメラか
ら入力される画像と最大輝度メモリの画像の対応する画
素の値を比較し、大きい方の値を選択出力する比較回路
(26)及びスイッチ回路(27)より構成されている。

一方、合成画像演算部(19)は、合成画像演算結果を格納
する合成画像メモリ(28)を中心として構成されており、
最大輝度画像演算部(18)の中の比較回路(26)の出力信号
に基づいて、テレビカメラから入力される信号レベルが
それに対応する最大輝度画像メモリ(23)のアドレスの画
素の値よりも大きかった時にそのスリット光投光角度θ
を合成画像メモリ(28)に書込む機能を有する合成画像メ
モリ制御回路(29)を備えている。

この回路は、演算の開始のタイミングで、最大輝度画像
メモリ(13)及び合成画像メモリ(28)が零にクリアされた
状態からスタートし、テレビカメラから入力されるビデ
オ信号をＡ／Ｄ変換回路(24)を用いてディジタル化しな
がら、ビデオ信号の値と、その画素の位置に対応する最
大輝度画像メモリ(13)の画素の値とを比較してビデオ信
号の値のほうが大きい時にのみ最大輝度画像メモリ(13)
のその画素の値をビデオ信号の値で更新すると同時に、
合成画像の対応する画素にその時のスリット光投光角度
θを書込む機能を有している。

このようにして外部からの演算制御信号によって指示さ
れている間、上記の演算が行なわれる結果、演算終了時
に、合成画像メモリ(28)に、先に説明した所定の画像が
生成されている。このようにして演算された合成画像
は、出力制御回路(22)を介して、次の演算回路へと転送
される。

ところで、上記の実施例においては高さ演算回路(14)に
おいて(1) 式を演算しているが、上述したように演算精
度を高めるために、この(1) 式のｚ_０又はｘ_０を省略す
る事ができる。

この場合は、基準面(1) についても被測定対象と同様に
して合成画像を求め、その合成画像をθ_０(x,y) とし、
第７図に示すように被測定対象の合成画像θ(x,y) と基
準面の合成画像θ_０(x,y) とをそれぞれ一旦物体面合成
メモリ(30)及び基準面合成メモリ(31)にそれぞれ格納し
た後、高さ演算回路(14a) で(3) 式又は(4) 式を演算す
ることにより３次元形状を得る。

更に、この(1) 式のｚ_０及びｘ_０の双方を省略すること
もできる。この場合は、基準面(1) の他に、第２の基準
面を設け（基準面(1) に対して平行で、距離ｄだけ離れ
ている）、被測定対象(2) の合成画像θ(x,y) 、基準面
(1) の合成画像θ_０(x,y) 及び第２の基準面の合成画像
θ_１(x,y) をそれぞれ同様にして求め、第７図に示すよ
うにそれぞれ一旦物体面合成メモリ(30)、基準面合成メ
モリ(31)及び第２基準面合成メモリ(32)に格納した後、
高さ演算回路(14a) で(6) 式を演算することにより３次
元形状を得る。

なお、基準面(1) 及び第２の基準面の合成画像は一度作
成すればよいから、２回目以降の測定時には最初に作成
した合成画像をそのまま使用すればよい。また、この基
準面(1) 及び第２の基準面の合成画像は単純な構成であ
るから、形状演算回路(10)に演算機能を付加し、仮想の
基準面を(2) 式及び(5) 式により計算で求めてその合成
画像を作成し、それぞれメモリ(31)(32)に格納するよう
にしてもよい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、光切断法と同様の光学
系を用いながらも、スリット光投光角度をコーデイング
した被測定対象の合成画像により３次元形状を得るよう
にしたので、例えば被測定対象がスリット光の投光角度
に近い角度の斜面の形状をもっている場合であっても、
そのような斜面に対してもスリット光のビーム幅乃至サ
ンプリングピッチ程度の測定精度及び空間分解能での測
定が可能であり、被測定対象の形状に依らない形状測定
ができる。

また、この発明によれば、スリット光の線状の反射パタ
ンが被測定対象面上を移動していく様子をテレビカメラ
で撮像し、画面内の各画素毎にその画素に対応する物体
表面の位置をスリット光が通過した瞬間のスリット光投
光角度をその画素の値とする画像合成演算を行うが、こ
の画像合成演算が成立し、形状情報が正しく求まるため
の必要条件は、各画素に対応する物体表面の各位置の明
るさが、スリット光がその位置を通過した瞬間に最大に
なるという条件のみである。

従って、被測定対象の空間的な表面反射率のむらは測定
に影響を及ぼさないばかりでなく、背景光があったとし
ても、その光量が時間的に一定でかつテレビカメラの信
号が飽和しない程度の明るさでありさえすれば、物体表
面上の各点の明るさはやはりスリット光が通過した瞬間
に最大になることから、測定対象の表面反射率や背景光
の影響を受けない測定が可能である。

更に、この発明によれば基準面の合成画像、或いは第２
の合成画像も被測定対象の場合と同様にして作成してこ
れらの合成画像を用いて被測定対象の３次元形状を求め
るので、高さプロフイルを演算する際の計測定数の一部
を省略することができ、このため測定精度が高められて
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の測定原理を示す説明図、第２図は従
来の光切断法の概念図、第３図（ａ）（ｂ）は従来の光
切断法の斜面角度による測定精度の変化を示す説明図で
ある。 第４図はこの発明の一実施例に係る３次元形状計測装置
の構成図、第５図は斜面形状の測定例を示す説明図、第
６図は第４図の画像合成回路の詳細を示したブロック
図、第７図は形状演算回路の他の例を示すブロック図で
ある。 (1) ：基準面、(2) ：被測定対象、(3) ：スリット光
源、(4) ：回転ミラー、(5) ：モータコントローラ、
(6) ：モータ、(7) ：回転角度センサ、(8) ：テレビカ
メラ、(9) ：形状計測装置、(10)：形状演算回路、(1
1)：投光角度演算回路、(12)：シーケンスコントロー
ラ、(13)：画像合成演算回路、(14)：高さ演算回路、(1
5)：３次元形状メモリ、(18)：最大輝度画像演算部、(1
9)：合成画像演算部、(20)：同期回路、(21)：メモリア
ドレス発生回路、(22)：出力制御回路、(23)：最大輝度
画像メモリ、(24)：Ａ／Ｄ変換回路、(25)：最大輝度画
像メモリ制御回路、(26)：比較回路、(27)：スイッチ回
路、(28)：合成画像メモリ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】線状のスリット光を被測定対象の全面に亘
   って回転走査する工程と、 前記スリット光の投光角度を測定する工程と、 前記スリット光とは異なった角度からテレビカメラによ
   って被測定対象表面を撮像してビデオ信号を生成する工
   程と、 前記ビデオ信号の画面内の各画素の信号を順次取り込ん
   で記憶し、同一画素について後から入力される信号のレ
   ベルと既に記憶されている信号のレベルとを比較し、後
   から入力される信号のレベルの方が高いときにそのレベ
   ルによってその画素の記憶内容を更新する工程と、 前記ビデオ信号の画面内の各画素について、前記工程に
   おいて画素の記憶内容が更新されたとき、その時のスリ
   ット光の投光角度に関する情報を取り込んで記憶するこ
   とにより、前記ビデオ信号の画面内の各画素に対応する
   被測定対象表面の各位置毎に、その位置をスリット光が
   通過した瞬間のスリット光の投光角度に関する情報をそ
   の画素の値とする合成画像を生成する工程と、 前記合成画像に基づいて被測定対象の３次元曲面形状を
   求める工程と を有する３次元曲面形状の測定方法。
2. 【請求項２】被測定対象表面に線状のスリット光を投光
   するスリット光投光手段と、 スリット光線の面内で、かつ基準面に平行な直線を回転
   軸としてスリット光投光手段を回転させ、被測定対象表
   面の全面に亘ってスリット光を走査させるスリット光回
   転走査手段と、 スリット光の投光角度を測定するスリット光角度測定手
   段と、 被測定対象表面を前記スリット光投光手段とは異なる方
   向から撮像してビデオ信号を生成するテレビカメラと、 前記ビデオ信号の画面内の各画素の信号を順次取り込ん
   で記憶し、同一画素について後から入力された信号のレ
   ベルと既に記憶されている信号のレベルとを比較し、後
   から入力される信号のレベルの方が高いときにそのレベ
   ルによってその画素の記憶内容を更新して、各画素につ
   いての最大レベルを求める最大輝度画像演算手段と、 前記ビデオ信号の画面内の各画素について、前記最大輝
   度画像演算手段が画素の記憶内容を更新したとき、その
   ときのスリット光の投光角度に関する情報をその画素の
   値として求めることにより、ビデオ信号の画面内の各画
   素に対応する被測定対象表面の各位置毎に、その位置を
   スリット光が通過した瞬間のスリット光の投光角度に関
   する情報をその画素の値とする合成画像を生成する合成
   画像演算手段と、 前記合成画像に基づいて被測定対象の３次元曲面形状を
   求める画像演算手段と を有する３次元曲面形状の測定装置。
3. 【請求項３】テレビカメラは、基準面に対して垂直な方
   向から被測定対象を撮像する請求項２記載の３次元曲面
   形状の測定装置。
4. 【請求項４】画像演算手段は、被測定対象表面に対して
   スリット光を走査した時に合成画像演算手段によって得
   られる合成画像θ(x,y) （(x,y) は基準面の座標）をも
   とに、被測定対象表面の３次元形状ｆ(x,y) を、基準面
   の原点に対するスリット光回転中心軸の水平変位ｘ_０及
   び垂直変位ｚ_０を用いて、 ｆ(x,y) ＝ｚ_０−（ｘ−ｘ_０）tan θ(x,y) なる式に基づいて求める請求項２記載の３次元曲面形状
   の測定装置。
5. 【請求項５】画像演算手段は、被測定対象表面に対して
   スリット光を走査した時に合成画像演算手段によって得
   られる合成画像θ（ｘ，ｙ）と、基準面に対してスリッ
   ト光を走査した時に合成画像演算手段によって得られる
   合成画像θ_０(x,y) とをもとにして、被測定対象表面の
   ３次元形状ｆ(x,y) を、基準面の原点に対するスリット
   光回転中心軸の水平変位ｘ_０を用いて、 ｆ(x,y) ＝ ｛tan θ_０(x,y) −tan θ(x,y) ｝（ｘ_０
   −ｘ） なる式に基づいて求める請求項２記載の３次元曲面形状
   の測定装置。
6. 【請求項６】画像演算手段は、被測定対象表面に対して
   スリット光を走査した時に合成画像演算手段によって得
   られる合成画像θ(x,y) と、基準面に対してスリット光
   を走査した時に合成画像演算手段によって得られる合成
   画像θ_０(x,y)とをもとにして、被測定対象表面の３次
   元形状ｆ(x,y) を、基準面の原点に対するスリット光回
   転中心軸の垂直変位ｚ_０を用いて、 なる式に基づいて求める請求項２記載の３次元曲面形状
   の測定装置。
7. 【請求項７】画像演算手段は、被測定対象表面に対して
   スリット光を走査した時に合成画像演算手段によって得
   られる合成画像θ(x,y) と、基準面に対してスリット光
   を走査した時に合成画像演算手段によって得られる合成
   画像θ_０(x,y) と、更に、基準面と平行でかつ距離ｄ
   （テレビカメラに近づく側を＋、遠ざかる側を−とす
   る）離れた第２基準面に対してスリット光を走査した時
   に合成画像演算手段によって得られる合成画像θ_１(x,
   y) とを用いて、被測定対象面の３次元形状ｆ(x,y) を なる式に基づいて求める請求項２記載の３次元曲面形状
   の測定装置。