(57)【要約】  三次元物体計測装置（２０００）は、レーザビームを照射するレーザビーム照射部（２０２０）、上記レーザビームの焦点距離を変更する焦点距離変更部（２０４０）、計測対象の物体（３０００）の計測点上で反射した上記レーザビームを撮像して画像データを生成する撮像部（２０６０）、制御部（２０８０）、及び距離算出部（２１００）を有する。制御部（２０８０）は、焦点距離変更部（２０４０）及び撮像部（２０６０）を制御し、計測対象の物体（３０００）上の同一計測点に異なる焦点距離に変更した複数のレーザビームをそれぞれ照射して、その反射光をそれぞれ撮像した画像データを取得する。そして距離算出部（２１００）は、上記画像データを処理し、上記計測点までの距離を算出する。
2014016995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、
前記レーザビームの焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、
前記レーザビームが物体に当たって反射した反射光を撮像して画像データを生成する撮像手段と、
前記焦点距離変更手段を制御することによって焦点距離を異ならせつつ、前記レーザビームを計測対象の物体上の同一点に複数回照射し、前記撮像手段に、複数の前記画像データを生成させる制御手段と、
前記複数の画像データを処理し、前記計測対象の物体までの距離を算出する距離算出手段を有する三次元物体計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の三次元物体計測装置であって、
前記レーザビームの照射方向を変更する走査手段をさらに有し、
前記計測対象の物体上の複数の計測点との距離を計測する場合は、
前記制御手段は、
前記焦点距離変更手段を制御して焦点距離を固定し、前記走査手段及び前記撮像手段を制御して、前記複数の計測点のそれぞれに前記レーザビームを照射し、前記複数の計測点別に前記画像データを取得し、
前記焦点距離変更手段を制御して焦点距離を変更した後、再度前記走査手段及び前記撮像手段を制御して、前記複数の計測点のそれぞれに前記レーザビームを照射して前記画像データを取得し、
前記距離算出手段は、前記画像データを処理し、前記複数の計測点までの距離をそれぞれ算出する三次元物体計測装置。
【請求項３】
レーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、
前記レーザビームの焦点距離を、該レーザビームの照射方向に対して垂直な平面における第１の軸において変更する第１焦点距離変更手段と、前記第１焦点距離変更手段を通過した前記レーザビームの焦点距離を、前記平面における前記第１の軸とは異なる軸である第２の軸において変更する第２焦点距離変更手段を有する焦点距離変更手段と、
前記レーザビームが物体に当たって反射した反射光を撮像して画像データを生成する撮像手段と、
前記焦点距離変更手段を制御することにより、前記第１焦点距離変更手段と前記第２焦点距離変更手段に異なる焦点距離を設定し、前記画像データを取得する制御手段と、
該画像データに基づいて、前記物体までの距離を算出する距離算出手段を有する三次元物体計測装置。
【請求項４】
請求項３記載の三次元物体計測装置であって、
前記レーザビームの照射方向を変更する走査手段をさらに有し、
前記計測対象の物体上の複数の計測点との距離を計測する場合は、
前記制御手段は、前記走査手段及び前記撮像手段を制御して、前記複数の計測点のそれぞれに向けて前記レーザビームを照射して前記画像データを取得し、
前記距離算出手段は、該画像データに基づいて、前記複数の計測点までの距離をそれぞれ算出する三次元物体計測装置。
【請求項５】
前記レーザビーム照射手段は、前記計測対象の物体上の複数の計測点に対して同時にレーザビームを照射する請求項２又は４に記載の三次元物体計測装置。
【請求項６】
前記焦点距離変更手段は、前記レーザビームが通過する複数の光学素子を有し、前記複数の光学素子間の距離を変更することで、前記レーザビームの焦点距離を変更する請求項１乃至５いずれか一項に記載の三次元物体計測装置。
【請求項７】
前記焦点距離変更手段は、焦点距離が異なる複数の光学素子を有し、前記レーザビームを通過させる前記光学素子を変更することで、前記レーザビームの焦点距離を変更する請求項１乃至６いずれか一項に記載の三次元物体計測装置。
【請求項８】
前記焦点距離変更手段は、焦点距離可変光学系を有し、前記焦点距離可変光学系の焦点距離を変更することで、前記レーザビームの焦点距離を変更する請求項２、４、又は５に記載の三次元物体計測装置。
【請求項９】
コンピュータを、計測対象の物体までの距離を計測する三次元物体計測装置を制御する制御装置として機能させる三次元物体計測装置制御プログラムであって、
前記三次元物体計測装置は、
レーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、
前記レーザビームの焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、
前記レーザビームが物体に当たって反射した反射光を撮像して画像データを生成する撮像手段を有し、
前記三次元計測装置制御プログラムは、前記コンピュータに、
前記焦点距離変更手段を制御し、焦点距離を異ならせつつ前記レーザビームを測定対象の物体上の同一点に複数回照射させる機能と、
前記撮像手段を制御し、前記画像データを生成させる機能と、
前記画像データを処理して、前記計測対象の物体までの距離を算出する機能を持たせる三次元物体計測装置制御プログラム。
【請求項１０】
計測対象の物体までの距離を計測する三次元物体計測装置によって実行される制御方法であって、
前記三次元物体計測装置は、
レーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、
前記レーザビームの焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、
前記レーザビームが物体に当たって反射した反射光を撮像して画像データを生成する撮像手段と、
前記画像データを処理して、前記計測対象の物体までの距離を算出する距離算出手段を有し、
当該制御方法は、
前記焦点距離変更手段が、前記レーザビームの焦点距離を複数の異なる値に変更するステップと、
前記撮像手段が、焦点距離が異なる前記レーザビームのそれぞれについて前記画像データを生成するステップと、
前記距離算出手段が、前記計測対象の物体までの距離を算出するステップを有する三次元物体計測装置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元物体計測装置、三次元物体計測装置制御プログラム、三次元物体計測装置制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、手や腕などの体の動作であるジェスチャーを入力手段とするヒューマンマシンインターフェース装置の開発が活発化している。このようなインターフェース装置は、ユーザのジェスチャーを入力として受け取って認識し、映像や音、機器の動作などで応答する。【０００３】
ジェスチャーを入力手段とするインターフェース装置は、入力を与える三次元物体上の各点（ユーザの体の各部分など）と自身との距離を計測する三次元物体計測装置を有する。上記インターフェース装置は、三次元物体計測装置を用いてユーザの体の各部分と自身の距離を繰り返し計測し、その距離の変化によってユーザの動作を認識する。現在、様々な三次元物体計測装置が開発されている。【０００４】
特許文献１記載の装置は、三角計量を用いて計測対象との距離を算出する。上記装置は、ランダムなパターンの光を発生するパターン発生器と、パターン発生器から照射された光が計測対象の物体に当たって反射した反射光を撮像するカメラを備えている。そして、撮像した画像内における各パターンの位置に基づき、三角計量を用いて計測対象との距離を算出する。【０００５】
特許文献２記載の装置は、次のようにして、計測対象までの距離を算出する。まず上記装置は、レーザビームを複数のレーザビームに分光する。次に上記装置は、分光した各レーザビームについて、レーザビームの進行方向に対して垂直な平面において相違する一つの軸についてのみ収束し、かつそれぞれのレーザビームの焦点距離が異なるように、各レーザビームの焦点距離を変更する。そして上記装置は、分光した全てのレーザビームが計測対象の物体に当たって反射した反射光を撮像し、反射光の断面形状に基づいて上記計測対象の物体との距離を算出する。【０００６】
特許文献３記載の位置計測方法は、計測対象の物体を異なる倍率でズームして複数回撮像し、撮像結果の画像における計測対象の物体上の同一点の位置を比較することで、上記計測対象の物体との距離を算出する方法である。【０００７】
特許文献４記載の装置は、被写体表面の形状を三次元で取得する三次元計測装置である。上記装置は撮像手段を有し、被写体を複数回撮像する。具体的には上記装置は、画像フレームを形成するｘｙ平面上におけるｘｙ座標ごとに撮像手段のフォーカスとズームを調節しながら、被写体を撮像する。そして上記装置は、撮像結果に基づいて、各ｘｙ座標における被写体表面のｚ座標を算出する。【０００８】
特許文献５記載の装置は、焦点位置が異なる複数の共焦点光学系を利用して、計測対象の物体上の各部分までの距離を算出する。上記共焦点光学系は、レーザ光源と光電センサで構成される。上記装置は、各共焦点光学系の位置を変えながら、各共焦点光学系のレーザ光源からレーザビームを照射して計測物体を走査する。そして、各共焦点光学系の光電センサでレーザビームの反射光の強度を計測し、その強度に基づいて計測対象の物体までの距離を測定する。【０００９】
特許文献６記載の装置は、レーザビームを計測対象に照射し、レーザビームが計測対象に当たって反射した反射光が受光器で検知されるまでの時間に基づいて、計測物体までの距離を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第ＵＳ２０１０／０１１８１２３Ａ１号明細書
【特許文献２】特開２００８−３２７０７号公報
【特許文献３】特開２００４−２３９７９１号公報
【特許文献４】特許第３６３５３２７号公報
【特許文献５】特開２００９−２７０９３７号公報
【特許文献６】特開平８−１２９０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
第１に、三次元物体計測装置を有するインターフェース装置を携帯端末等の小型機器に搭載可能にするため、上記三次元物体計測装置は小型である必要がある。第２に、上記インターフェース装置を携帯端末等におけるインターフェース装置として利用する場合、上記三次元物体計測装置は、自身から近い距離に位置する計測対象までの距離を計測できる必要がある。例えばユーザが指で携帯端末を操作する場合、ユーザの指は携帯端末からごく近い距離に位置する。上記インターフェース装置がこのようなユーザの指の動きを認識するためには、上記三次元物体計測装置は、近距離にあるユーザの指までの距離を計測できる必要がある。第３に、三次元物体計測装置の低コスト化が求められている。【００１２】
しかしながら、従来の技術では、上記３つの課題を同時に解決することが難しい。【００１３】
本発明の目的は、小型であり、近距離に位置する物体までの距離を計測可能であり、低コストである三次元物体計測装置、及びその三次元物体計測装置を制御する三次元物体計測装置制御プログラムと三次元物体計測装置制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、レーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、前記レーザビームの焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、前記レーザビームが物体に当たって反射した反射光を撮像して画像データを生成する撮像手段と、前記焦点距離変更手段を制御することによって焦点距離を異ならせつつ、前記レーザビームを計測対象の物体上の同一点に複数回照射し、前記撮像手段に、複数の前記画像データを生成させる制御手段と、前記複数の画像データを処理し、前記計測対象の物体までの距離を算出する距離算出手段を有する三次元物体計測装置を提供する。【００１５】
本発明は、コンピュータを計測対象の物体までの距離を計測する三次元物体計測装置を制御する制御装置として機能させる三次元物体計測装置制御プログラムを提供する。前記三次元物体計測装置は、レーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、前記レーザビームの焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、前記レーザビームが物体に当たって反射した反射光を撮像して画像データを生成する撮像手段を有する。そして当該プログラムは、前記コンピュータに、前記焦点距離変更手段の焦点距離を異ならせつつ、前記レーザビーム照射手段に前記レーザビームを測定対象の物体上の同一点に複数回照射させる機能と、前記撮像手段に前記画像データを生成させる機能と、前記画像データを処理して前記計測対象の物体までの距離を算出する機能を持たせる。【００１６】
本発明は、計測対象の物体までの距離を計測する三次元物体計測装置を制御する制御方法を提供する。前記三次元物体計測装置は、レーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、前記レーザビームの焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、前記レーザビームが物体に当たって反射した反射光を撮像して画像データを生成する撮像手段と、前記画像データを処理して、前記計測対象の物体までの距離を算出する距離算出手段を有する。そして、当該制御方法は、前記焦点距離変更手段の焦点距離を異ならせつつ、前記レーザビーム照射手段が前記レーザビームを測定対象の物体上の同一点に複数回照射するステップと、前記撮像手段が、前記画像データを生成するステップと、前記距離算出手段が、前記計測対象の物体までの距離を算出するステップを有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、小型であり、近距離に位置する物体までの距離を計測可能であり、低コストで実現できる三次元物体計測装置、及びその三次元物体計測装置を制御する三次元物体計測装置制御プログラムと三次元物体計測装置制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００１９】
【図１】実施形態１に係る三次元物体計測装置を計測対象の物体と共に示すブロック図である。
【図２】レーザビームとそのレーザビームによって計測点上にできるスポットの関係を表す図である。
【図３】計測点までの距離とスポット径の関係を表す図である。
【図４】計測点までの距離とスポットを見込む角度の関係を表す図である。
【図５】焦点距離変更部の第１の構成例を表す図である。
【図６】焦点距離変更部の第２の構成例を表す図である。
【図７】焦点距離変更部の第３の構成例を表す図である。
【図８】偏光ビームスプリッタを利用した三次元物体計測装置を表すブロック図である。
【図９】実施形態１に係る三次元物体計測装置による距離計測処理の流れを表すフローチャートである。
【図１０】実施形態２に係る三次元物体計測装置を計測対象の物体と共に示すブロック図である。
【図１１】走査部の構成例を表す図である。
【図１２】焦点距離変更部を内部に有する走査部の構成例を表す図である。
【図１３】実施形態２に係る三次元物体計測装置による距離計測処理の流れを表すフローチャートである。
【図１４】水平方向に重なり合う複数のスポットを撮像する様子とその撮像結果の画像データを表す図である。
【図１５】実施形態３に係る三次元物体計測装置による距離計測処理の流れを表すフローチャートである。
【図１６】実施形態４に係る三次元物体計測装置を計測対象の物体と共に示すブロック図である。
【図１７】実施形態４に係る焦点距離変更部の構成例を表す図である。
【図１８】実施形態４に係る三次元物体計測装置におけるスポットの形状の変化を表す図である。
【図１９】実施形態４に係る三次元物体計測装置による距離計測処理の流れを表すフローチャートである。
【図２０】実施形態５に係る三次元物体計測装置を計測対象の物体と共に示すブロック図である。
【図２１】実施形態５に係る三次元物体計測装置による距離計測処理の流れを表すフローチャートである。
【図２２】実施形態６に係る三次元物体計測装置による距離計測処理の流れを表すフローチャートである。
【図２３】実施形態７に係る三次元物体計測装置がレーザビームを照射する様子を表す図である。
【図２４】カメラが異なる大きさのスポットを同じ大きさの物体として撮像する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２１】
なお、以下に示す説明において、各装置の各構成要素は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。各装置の各構成要素は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インターフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。
【００２２】
[実施形態１]
＜概要＞
図１は、実施形態１に係る三次元物体計測装置２０００を、計測対象の物体３０００と共に示すブロック図である。ここで、図１における実線の矢印は後述するレーザビームの流れを表し、点線の矢印は情報の流れを表す。
【００２３】
三次元物体計測装置２０００は、互いに異なる焦点距離に変更した複数のレーザビームのそれぞれを、計測対象の物体３０００上の同一計測点上に照射し、その反射光をそれぞれ撮像する。そして三次元物体計測装置２０００は、撮像結果である複数の画像データを処理することで、上記計測点までの距離を算出する。ここで、画像データに記録されるレーザビームの反射光は、計測対象の物体３０００の計測点上におけるレーザビームの断面を示している。以下、レーザビームの断面のことをスポットと呼ぶ。
【００２４】
三次元物体計測装置２０００は、レーザビーム照射部２０２０、焦点距離変更部２０４０、及び撮像部２０６０を有する。レーザビーム照射部２０２０は、レーザビームを照射する。焦点距離変更部２０４０は、レーザビーム照射部２０２０が照射したレーザビームの焦点距離を変更する。撮像部２０６０は、上記レーザビームによって生じる計測対象の物体３０００上の計測点におけるスポットを撮像し、画像データを生成する。
【００２５】
また、三次元物体計測装置２０００は、制御部２０８０を有する。制御部２０８０は、焦点距離変更部２０４０及び撮像部２０６０を制御する。具体的には、制御部２０８０は、焦点距離変更部２０４０を制御することで、計測対象の物体３０００上の同一計測点に、異なる焦点距離に変更した複数のレーザビームをそれぞれ照射する。そして、制御部２０８０は、撮像部２０６０を制御して、上記焦点距離が異なる複数のレーザビームのそれぞれによる計測対象の物体３０００上の同一計測点におけるスポットを撮像させ、各スポットを撮像した画像データをそれぞれ取得する。
【００２６】
さらに三次元物体計測装置２０００は、距離算出部２１００を有する。距離算出部２１００は、上記複数の画像データを処理し、計測対象の物体３０００上の計測点までの距離を算出する。
【００２７】
以上のように本実施形態の三次元物体計測装置２０００は、焦点距離変更部２０４０によって異なる焦点距離に変更した複数のレーザビームをそれぞれ計測対象の物体３０００上の同一計測点に照射する。そして三次元物体計測装置２０００は、撮像部２０６０によって、各レーザビームによって同一計測点上に生じる各スポットを撮像する。そして三次元物体計測装置２０００は、距離算出部２１００によって、撮像結果である画像データを処理して計測対象の物体３０００上の計測点までの距離を算出する。この構成により、三次元物体計測装置２０００は、小型であり、近距離に位置する計測対象の物体３０００の計測が可能であり、低コストで実現できる。まず、三次元物体計測装置２０００は、三角計量を行う装置とは異なり、レーザビーム照射部２０２０と撮像部２０６０の間に距離を空ける必要がない。そのため、三次元物体計測装置２０００は小型な装置にすることができる。また、スポットは近距離でも撮像可能であるため、三次元物体計測装置２０００から近い位置にある計測対象の物体３０００までの距離を計測できる。さらに、スポットの断面形状は円形等の単純な形状でよいため、距離算出部２１００は、低解像度なカメラで生成した画像データであっても計測対象の物体３０００までの距離を算出できる。したがって、三次元物体計測装置２０００は低コストで作成することができる。
【００２８】
以下、本実施形態の詳細を述べる。
【００２９】
＜計測点におけるスポットを利用した距離算出の原理＞
上述したように三次元物体計測装置２０００は、焦点距離が異なる複数のレーザビームを計測対象の物体３０００上の同一計測点にそれぞれ照射し、計測点上のスポットを撮像し、その撮像結果である画像データを処理することで計測点までの距離を算出する。以下では、その算出方法の原理を説明する。
【００３０】
まず、レーザビームの光学的性質について図２を用いて説明する。図２（ａ）はレーザビームのスポット径の位置による変化を示している。レーザビーム５０１０はコリメートされたレーザビームである。スポット５０２０は、レンズ５０４０を通過する前のレーザビーム５０１０の断面であり、Ｄはそのスポット５０２０の直径である。レンズ５０４０はレーザビーム５０１０の焦点距離を変更するレンズである。ｆはレンズ５０４０通過後のレーザビーム５０１０の焦点距離、ｄはレーザビーム５０１０の焦点位置におけるスポット径である。スポット５０３０は、焦点から距離Ｚの位置におけるスポットであり、ω（ｚ）はスポット５０３０の半径を示す。
【００３１】
レンズ５０４０に入射する直径Ｄのレーザビーム５０１０は、焦点位置で最小の径ｄとなる。この部分をビームウエストと呼ぶ。理想的なガウシアンビームを仮定した場合ｄは以下の数式１で与えられる。ここでλはレーザビームの波長である。
【数１】
2014016995.tif 000003
【００３２】
ビームウエスト半径をω０（ω０＝ｄ／２）とすると、ω（ｚ）は以下の式で与えられる。図２と数式２から、ビームウエストより先のレーザビーム５０１０は拡がっていくことが分かる。
【数２】
2014016995.tif 000004
【００３３】
ここで、ビームウエストより先のレーザビーム５０１０の拡がり度合いを示す値として、レンズ５０４０の中心位置からスポット５０３０を見込んだ角度θを定義する（図２（ｂ）参照）。
【００３４】
図３は、スポット５０２０の径Ｄが１．５ｍｍであった場合におけるスポット５０３０のスポット径の距離依存性を示す。図２でも説明したように、スポット５０３０のスポット径は、ビームウエストまで減少し、ビームウエスト後に拡大している。
【００３５】
図４は、スポット５０３０を見込んだ角度θの距離依存性を示す。θは、レンズ５０４０の近くで大きくなり、ビームウエストで最小になる。そしてビームウエスト後のθの値は、増加しつつも、その増加度合いは徐々に小さくなっていく。ここで、例えばスポットを撮像する場所から単調に拡大するスポットの場合、スポットを見込んだ角度θは、距離によらず一定となる。そのためこの場合は、角度θに基づいてスポットの位置を算出することができない。そこで図２に示した様に、スポット５０３０の大きさが、焦点まで縮小した後に拡がっていくように、レーザビーム５０１０の焦点距離を変更する。こうすることで角度θは、図４に示す様に距離によって変化する。
【００３６】
スポット５０３０を見込んだ角度θは、二次元の画像データを処理することで算出できる。例えば角度θは、撮像手段の画角と画像データ上のスポット径から算出することができる。
【００３７】
一方、計測点上における実際のスポット径は、二次元の画像データから直接算出することはできない。例えば図２４におけるカメラがスポット３１０を撮像した画像データとスポット３２０を撮像した画像データを比較すると、画像データ内における両スポットの大きさは同じになる。このように、画像データ内における大きさだけでは、実際のスポットの径を決定することができない。
【００３８】
そこで三次元物体計測装置２０００は、三次元物体計測装置２０００から計測対象の物体３０００上の計測点におけるスポット５０３０を見込んだ角度θを算出し、算出した角度θを用いることで、計測点までの距離を算出する。具体的には例えば、三次元物体計測装置２０００は、図４に示す様な角度θとスポット５０３０までの距離の関係を参照して、角度θから計測対象の物体３０００上の計測点までの距離を算出できる。
【００３９】
ただし、角度θを１つ算出しただけでは、スポット５０３０までの距離を算出できない場合がある。これは、ビームウエスト前のスポット５０３０を見込んだ角度θと、ビームウエスト後のスポット５０３０を見込んだ角度θが等しくなる場合があるためである。例えば図４において、焦点距離ｆが５ｃｍの場合、３．１ｃｍと１２ｃｍのところでθ＝１０°となっている。このようにレーザビーム５０１０の焦点距離を１通りに変更してスポットを撮像した画像データのみでは、撮像したスポットが、ビームウエスト前にあるものなのか、ビームウエスト後にあるものなのかを判別することができない。
【００４０】
そこで本実施形態の三次元物体計測装置２０００は、焦点の異なる２つ以上のレーザビームを計測対象の物体３０００上の同一計測点に照射し、それぞれについて画像データを取得する。例えば、焦点距離ｆ＝５ｃｍに変更したレーザビーム５０１０と、焦点距離ｆ＝１０ｃｍに変更したレーザビーム５０１０を２つ用いるとする。まず、焦点距離ｆ＝５ｃｍにしたレーザビーム５０１０を計測点に照射して観測を行う。その結果、角度θ＝１０°であったとする。この場合、図４より、計測点までの距離は３．１ｃｍ又は１２ｃｍとなる。次に、焦点距離ｆ＝１０ｃｍに変更したレーザビーム５０１０を計測点に照射して観測を行う。ここで図４より、計測対象の物体３０００に焦点距離ｆ＝１０ｃｍに変更したレーザビーム５０１０を照射した場合、計測点までの距離が３．１ｃｍであれば角度θ＝２０°であり、距離が１２ｃｍであれば、角度θ＝１．５°である。したがって、焦点距離ｆ＝１０ｃｍに変更したレーザビーム５０１０を照射した場合の角度θを算出し、上記１．５°か２０°のどちらであるかを決定することで、計測対象の物体３０００上の計測点までの距離を決定することができる。
【００４１】
実施形態１における三次元物体計測装置２０００は、上記の計測原理に従って画像データを処理することで、計測点までの距離を算出する。具体的には例えば、三次元物体計測装置２０００は、画像データごとに、三次元物体計測装置２０００から計測点上のスポットを見込んだ角度θをそれぞれ算出し、角度θを比較することで計測対象の物体３０００までの距離を算出する。
【００４２】
ただし本実施形態における三次元物体計測装置２０００が計測対象の物体３０００上の計測点までの距離を測定する方法は、角度θを算出する方法に限られない。例えば三次元物体計測装置２０００は、「カメラの画角，画像データ上のスポット径」のペアの距離依存性を記憶しておき、「カメラの画角，画像データ上のスポット径」から計測点までの距離を算出してもよい。また、カメラの画角が固定であれば、画像データ上のスポット径の距離依存性を記憶しておき、画像データ上のスポット径から計測点までの距離を算出してもよい。
【００４３】
＜構成詳細＞
レーザビーム照射部２０２０が照射するレーザビームは、人の目に見えないレーザビームが好ましい。その例として、赤外線ビームがある。しかしレーザビーム照射部２０２０が照射するビームは、特定の種類のビームに限定されない。赤外線以外の不可視なビームでも良いし、可視光線でも構わない。レーザビーム照射部２０２０は、上記種々のビームを少なくとも１種類以上照射できればよい。
【００４４】
またレーザビーム照射部２０２０は、レーザビームを照射し続けていてもよいし、断続的にレーザビームを照射してもよい。断続的にレーザビームを照射する場合、例えば、予め定めたタイミングで繰り返しレーザビームを照射する、他の機能構成部からの通知を受けたタイミングでレーザビームを照射するという方法がある。他の機能構成部からの通知を受ける例としては、三次元物体計測装置２０００による距離の計測が開始された際、制御部２０８０から通知を受けることが挙げられる。
【００４５】
焦点距離変更部２０４０は、照射されたレーザビームの焦点距離を変更することができる光学素子を有する。このような光学素子の例として、レンズがある。
【００４６】
焦点距離変更部２０４０の構成方法は一つに限定されない。例えば図５、図６、及び図７に示す構成がある。図５における焦点距離変更部２０４０は、位置が固定である位置固定光学素子２０４１と位置が可変である位置可変光学素子２０４２を有する構成の一例である。焦点距離変更部２０４０を通過するレーザビームの焦点距離は、位置可変光学素子２０４２の位置によって定まる。したがって、位置可変光学素子２０４２の位置は、通過するレーザビームに設定する焦点距離の値に基づいて変更される。
【００４７】
位置固定光学素子２０４１は、例えばレンズである。位置可変光学素子２０４２は例えば、レンズと、圧電素子などを用いた可動機構とを組み合わせることで構成される。ここで図５において、焦点距離変更部２０４０は、位置可変光学素子２０４２を２つ備えているものの、位置可変光学素子２０４２の数は２つに限定されない。焦点距離変更部２０４０が備える位置可変光学素子２０４２の数は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
【００４８】
図６における焦点距離変更部２０４０は、焦点距離が異なる光学素子を複数有する構成の一例である。図６では、焦点距離が異なる複数の光学素子２０４３が円盤状に配置されている。図６の焦点距離変更部２０４０において、レーザビームの焦点距離の変更は、この円盤を回転させてレーザビームを通過させる光学素子２０４３を変更することで行うことができる。
【００４９】
焦点距離が異なる光学素子を複数有する焦点距離変更部２０４０の別の構成例として、図７に示す構成がある。図７では、焦点距離が異なる光学素子２０４４がストライプ状に配置されている。図７の焦点距離変更部２０４０において、レーザビームの焦点距離の変更は、ストライプ状に配置された光学素子２０４４を上下に移動させ、レーザビームを通過させる光学素子２０４４を変更することで行うことができる。
【００５０】
さらに焦点距離変更部２０４０の別の構成方法として、焦点距離を変更可能な光学素子を利用して構成する方法がある。そのような光学素子の例として、ダイナモルフレンズなど、形状を変更することができるレンズがある。
【００５１】
撮像部２０６０は、計測対象の物体３０００の計測点上のスポットを撮像する。言い換えれば、レーザビーム照射部２０２０が照射したレーザビームが、計測対象の物体３０００上の計測点に当たって反射した反射光を撮影する。撮像部２０６０の具体例は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサや、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどを有するカメラなどである。
【００５２】
撮像部２０６０は、計測対象の物体３０００上の計測点におけるスポットを撮像するために、レーザビームが計測対象の物体３０００上の計測点に当たって反射した反射光を受光する必要がある。そのために例えば三次元物体計測装置２０００は、撮像部２０６０の位置、又は垂直方向や水平方向の傾きなどを変更することで、撮像部２０６０に上記反射光を受光させる。
【００５３】
また例えば三次元物体計測装置２０００は、図８に示すように、上記反射光を撮像部２０６０の方向へ導く光学素子２０７０を有する。ここで図８において、実線の矢印はレーザビーム照射部２０２０から照射されたレーザビームを表し、点線の矢印は上記レーザビームが計測対象の物体３０００に当たって反射した反射光を表す。三次元物体計測装置２０００は、光学素子２０７０によって上記反射光の方向を変更することで、撮像部２０６０に上記反射光を受光させる。光学素子２０７０は、例えば偏光ビームスプリッタである。光学素子２０７０は例えば、レーザビーム照射部２０２０から照射されたレーザビームは通過させ、計測対象の物体３０００に当たった反射光は撮像部２０６０の方向へ反射することで、撮像部２０６０へ上記反射光を導く。
【００５４】
制御部２０８０は、撮像部２０６０が撮像する画像データを、焦点距離変更部２０４０に設定した焦点距離と紐づける。前述した計測原理の通り、計測点までの距離を算出するためには、計測点上に照射したレーザビームによってできるスポットを見込んだ角度θと、その時にレーザビームに設定した焦点距離のペアが必要である。そこで制御部２０８０は、角度θを算出するための上記画像データと、焦点距離変更部２０４０に設定した焦点距離を紐づける。
【００５５】
距離算出部２１００は、焦点距離と紐づけられた複数の画像データを処理することで、計測対象の物体３０００までの距離を算出する。具体的には、上記画像データを処理することでスポットを見込む角度θを算出し、焦点距離と角度θのペアを決定する。そして、焦点距離と角度θの各ペアを比較することで、計測対象の物体３０００上の計測点までの距離を算出する。
【００５６】
距離算出部２１００が上記画像データを処理して計測対象の物体３０００上の計測点までの距離の算出処理を始める契機は様々である。例えば、計測に必要な画像データを取得した制御部２０８０から通知を受けて算出処理を始めてもよいし、定期的に画像データの有無を監視することで自ら算出処理を開始してもよい。
【００５７】
＜距離計測処理の流れ＞
図９は、三次元物体計測装置２０００が計測対象の物体３０００までの距離を計測する流れの一例を示すフローチャートである。
【００５８】
まず、ステップＳ１０２において、レーザビーム照射部２０２０は、レーザビームを照射する。
【００５９】
ステップＳ１０４において、焦点距離の番号を表す焦点距離番号ｉを１に初期化する。
【００６０】
ステップＳ１０６からステップＳ１１２は、レーザビームに設定する異なる焦点距離ｉのそれぞれについて、計測対象の物体３０００の計測点上のスポットを撮像した画像データを取得するためのループ処理である。ここでｉが、設定する焦点距離の総数を超えていなければ、ステップＳ１０８に進む。ｉが設定する焦点距離の総数を超えていれば、ループ処理を終え、ステップＳ１１４に進む。
【００６１】
設定する焦点距離の総数は、例えば２である。これは前述した通り、計測対象の物体３０００までの距離を算出するためには、２つの異なる焦点距離のレーザビームによって計測対象の物体３０００上に形成されるスポットをそれぞれ撮像する必要があるためである。ただし、焦点距離の総数は２以上であればよく、２には限定されない。
【００６２】
ステップＳ１０８において、制御部２０８０は、焦点距離変更部２０４０の焦点距離を焦点距離ｉに変更する。ｉの値に対応した焦点距離ｉは予め設定しておいてもよいし、三次元物体計測装置２０００を扱うオペレータがステップＳ１０８で設定してもよい。
【００６３】
ステップＳ１１０において、制御部２０８０は、撮像部２０６０に、レーザビームによって計測対象の物体３０００上にできるスポットを撮像させ、画像データを取得する。
【００６４】
ステップＳ１１２は、ステップＳ１０６から始まるループ処理の終端である。焦点距離番号ｉを１増やし、ステップＳ１０６に戻る。
【００６５】
前述したループ処理を終えた後は、ステップＳ１１４に進む。ステップＳ１１４において、距離算出部２１００は、上記ループ処理で得た画像データを処理し、計測対象の物体３０００上の計測点までの距離を算出する。
【００６６】
＜作用・効果＞
以上の構成により、本実施形態によれば、三次元物体計測装置２０００は、焦点距離変更部２０４０によって異なる焦点距離に変更した複数のレーザビームをそれぞれ計測対象の物体３０００上の計測点に照射し、計測点上のスポットを撮像部２０６０が撮像し、距離算出部２１００が撮像結果である画像データを処理して計測対象の物体３０００上の計測点までの距離を算出する。この構成により、三次元物体計測装置２０００は、小型であり、近距離に位置する計測対象の物体３０００の計測が可能であり、低コストで実現できる。
【００６７】
[実施形態２]
図１０は、実施形態２に係る三次元物体計測装置２０００を、計測対象の物体３０００と共に示す図である。ここで図１０における機能ブロックの内、図１に同符号の機能ブロックがあるものは、特に説明しない限り図１における同符号の機能ブロックと同じ機能を有するとし、説明を省略する。また、矢印の意味は、図１と同様であるため、説明を省略する。
【００６８】
実施形態２に係る三次元物体計測装置２０００は、走査部２１２０をさらに有する。走査部２１２０は、レーザビーム照射部２０２０が照射したレーザビームの照射方向を変更する。
【００６９】
三次元物体計測装置２０００は、計測対象の物体３０００上の複数の計測点との距離を計測する。具体的にはまず、制御部２０８０は、焦点距離変更部２０４０の焦点距離を第１の焦点距離に設定する。制御部２０８０は、走査部２１２０を制御し、レーザビーム照射部２０２０が照射したレーザビームを上記複数の計測点のそれぞれへ照射させる。撮像部２０６０は、上記複数の計測点のそれぞれにおけるスポットを撮像して画像データを生成する。次に制御部２０８０は、焦点距離変更部２０４０の焦点距離を、第１の焦点距離とは異なる第２の焦点距離に設定する。そして制御部２０８０は、上記複数の計測点におけるスポットを撮像した画像データを生成する。
【００７０】
距離算出部２１００は、上記複数の画像データを処理して、上記複数の計測点のそれぞれまでの距離を算出する。
【００７１】
以上により、三次元物体計測装置２０００は、計測対象の物体３０００上の複数の計測点までの距離をそれぞれ計測する場合は、焦点距離変更部２０４０の焦点距離を第１の焦点距離に設定した状態で上記複数の計測点におけるスポットを撮像した後、焦点距離変更部２０４０の焦点距離を第１の焦点距離とは異なる第２の焦点距離に変更して、上記複数の計測点におけるスポットをさらに撮像する。そして距離算出部２１００は、上記で生成された複数の画像データを処理することで、上記複数の計測点までの距離をそれぞれ算出する。こうすることで、実施形態１における三次元物体計測装置２０００によって個々の計測点までの距離を１つずつ計測する場合と比べ、焦点距離変更部２０４０による焦点距離の変更回数を少なくすることができるため、複数の計測点までの距離の計測にかかる時間が短くなる。また、一度に複数の計測点までの距離を算出できるため、三次元物体計測装置２０００を操作するオペレータの負担が軽減される。
【００７２】
以下、本実施形態の詳細を説明する。
【００７３】
＜構成詳細＞
走査部２１２０は、レーザビーム照射部２０２０が照射したレーザビームの照射方向を変更する。走査部２１２０は例えば図１１のように、レーザビームの照射方向を水平方向に変更する水平方向走査部２１２１と、垂直方向に変更する垂直方向走査部２１２２を有する。水平方向走査部２１２１及び垂直方向走査部２１２２は、例えばレーザビームを反射するミラーである。図１１において、水平方向走査部２１２１の回転軸と垂直方向走査部２１２２の回転軸は互いに直交している。まず走査部２１２０は、レーザビームを水平方向走査部２１２１によって反射することで、レーザビームの照射方向を、水平方向について所望の方向に変更する。次に走査部２１２０は、垂直方向走査部２１２２によってレーザビームを反射することで、レーザビームの照射方向を、垂直方向について所望の方向に変更する。このようにすることで、走査部２１２０は、レーザビームを計測対象の物体３０００上の所望の位置に照射する。なお、水平方向走査部２１２１と垂直方向走査部２１２２にレーザビームを反射させる順番は、逆であっても構わない。
【００７４】
走査部２１２０の構成は、図１１の構成に限られない。走査部２１２０の別の構成例として、１点を軸として垂直方向及び水平方向に回転可能なミラーを１枚有する構成がある（図示せず）。
【００７５】
ここで厳密に考えると、走査部２１２０を高速に動作させた場合、レーザビームの照射位置は、計測点に対して多少ぶれることがある。距離算出部２１００における距離計算は、このぶれを考慮に入れて計測点までの距離を計算することが望ましい。
【００７６】
本実施形態において、焦点距離変更部２０４０は、走査部２１２０の一部として構成することも可能である。その一例は、図１２に示す構成である。図１２において、焦点距離変更部２０４０は、水平方向走査部２１２１と垂直方向走査部２１２２の間に位置している。
【００７７】
ここで走査部２１２０の内部に設ける焦点距離変更部２０４０の構成は、例えば実施形態１において図７を用いて説明した構成であることが好ましい。これは、水平方向走査部２１２１と垂直方向走査部２１２２の間隔を狭くすることができるため、三次元物体計測装置２０００をさらに小型化できるためである。ただし、焦点距離変更部２０４０を走査部２１２０の内部に構成する場合においても、焦点距離変更部２０４０の構成は図７のものに限定されない。焦点距離変更部２０４０の構成は、図５及び図６の構成を始め、様々な構成が可能である。
【００７８】
本実施形態において、三次元物体計測装置２０００は、焦点距離変更部２０４０を複数有しても構わない。この場合制御部２０８０は、走査部２１２０を操作し、レーザビームを通過させる焦点距離変更部２０４０を切り替えることでレーザビームの焦点距離を変更することができる。このように、複数の焦点距離変更部２０４０を切り替えて利用することで、変更できる焦点距離の範囲をより広くすることができる。また、焦点距離変更部２０４０の構成次第では、走査部２１２０を制御して利用する焦点距離変更部２０４０を切り替えることで焦点距離を変更する方法の方が、焦点距離変更部２０４０が内部に備える焦点距離変更機構を制御して焦点距離を変更する方法に比べ、高速に焦点距離を変更できる場合がある。
【００７９】
＜距離計測処理の流れ＞
図１３は、三次元物体計測装置２０００が、計測対象の物体３０００上の複数の計測点までのそれぞれの距離を算出する流れを示すフローチャートである。
【００８０】
まず、ステップＳ２０２でレーザビーム照射部２０２０がレーザビームを照射する。そして、ステップＳ２０４で焦点距離番号ｉを１に初期化する。
【００８１】
ステップＳ２０６〜ステップＳ２２０は、レーザビームの焦点距離を変更しながらループ処理Ｂを繰り返し行うループ処理Ａである。ループ処理Ｂは、ステップＳ２１２〜ステップＳ２１８で実行されるループ処理であり、レーザビームの焦点距離を固定した状態で各計測点におけるスポットを撮像する処理である。したがってループ処理Ａを行うことで、焦点距離ごとに、各計測点におけるスポットを撮像する。
【００８２】
まずステップＳ２０６において、焦点距離番号ｉが、設定する焦点距離の総数以下であるかをチェックする。焦点距離番号ｉが、設定する焦点距離の総数以下であれば、ステップＳ２０８に進む。焦点距離番号ｉが、設定する焦点距離の総数より大きければ、ステップＳ２２２に進み、各計測点までの距離を算出する。
【００８３】
ステップＳ２０８において、レーザビーム照射部２０２０は、焦点距離変更部２０４０の焦点距離を、焦点距離ｉに設定する。焦点距離番号ｉと焦点距離の対応付けは、実施形態１と同様に、予め設定しておいてもよいし、三次元物体計測装置２０００を扱うオペレータがその都度設定しても良い。
【００８４】
ステップＳ２１０において、計測点番号ｊを１に初期化する。
【００８５】
ステップＳ２１２は、ループ処理Ｂの先頭の処理である。前述した通り、ループ処理Ｂは、レーザビームの焦点距離を固定した状態で各計測点におけるスポットを撮像する処理である。ステップＳ２１２において、計測点番号ｊが、計測点の総数以下であるかをチェックする。ｊが計測点の総数以下であれば、ステップＳ２１４に進む。ｊが計測点の総数より大きければ、ステップＳ２２０に進む。
【００８６】
ステップＳ２１４において、制御部２０８０は、走査部２１２０を制御し、レーザビームの照射位置を計測点ｊに設定する。ここで計測点ｊは各焦点距離ｉで共通である必要があるため、計測点番号ｊと計測点ｊの対応は予め与えておくことが好ましい。しかし、オペレータがその都度設定することも可能である。
【００８７】
ステップＳ２１６において、制御部２０８０は、撮像部２０６０を制御し、計測点ｊにおけるスポットを撮像した画像データを取得する。
【００８８】
ステップＳ２１８は、ループ処理Ｂの終端である。ｊを１増加し、ステップＳ２１２に戻る。
【００８９】
ループ処理Ｂを終了すると、ステップＳ２２０に進む。ステップＳ２２０は、ループ処理Ａの終端である。ｉを１増加し、ステップＳ２０６に戻る。
【００９０】
ループ処理Ａを終了すると、ステップＳ２２２に進む。ステップＳ２２２において、距離算出部２１００は、取得した画像データを処理することで、各計測点ｊまでの距離を算出する。例えば、取得した画像データを計測点ｊごとのグループに分け、各グループについて、実施形態１で説明した計測原理を適用することで、各計測点ｊまでの距離を算出する。
【００９１】
＜作用・効果＞
以上の構成により、本実施形態によれば、三次元物体計測装置２０００は、計測対象の物体３０００上の複数の計測点までの距離をそれぞれ計測する。これによりまず、本実施形態の三次元物体計測装置２０００は、実施形態１と同様の作用・効果を奏する。さらに本実施形態の三次元物体計測装置２０００は、実施形態１に係る三次元物体計測装置２０００と比べ、焦点距離変更部２０４０による焦点距離の変更回数を少なくすることができる。そのため、複数の計測点までの距離の計測にかかる時間が短くなる。さらに本実施形態の三次元物体計測装置２０００は、複数の計測点までの距離を一度に計測できる。そのため、三次元物体計測装置２０００を操作するオペレータの負担が軽減される。
【００９２】
[実施形態３]
実施形態３における三次元物体計測装置２０００の構成は、例えば実施形態２における三次元物体計測装置２０００と同様に図１０で表される。そのため、特に説明を要する機能ブロックを除いて、機能ブロックの説明は省略する。
【００９３】
実施形態２の三次元物体計測装置２０００は、焦点距離ごと及び計測点ごとに画像データを生成する。これにより、１つの画像データに１つのスポットが写る。つまり実施形態２の三次元物体計測装置２０００は、「焦点距離，計測点，１つの計測点におけるスポットを撮像した画像データ」という組み合わせを生成することで、各計測点までの距離を算出していた。一方、本実施形態における三次元物体計測装置２０００は、各焦点距離のレーザビームについて、計測対象の物体３０００上の複数の計測点におけるスポットを１つの画像にまとめて撮像する。これにより、１つの画像データに複数のスポットが写る。つまり実施形態３における三次元物体計測装置２０００は、「焦点距離，複数の計測点におけるスポットを撮像した画像データ」という組み合わせを生成する。
【００９４】
上記のような画像データを生成するために、本実施形態における撮像部２０６０は、撮像状態を持続する機能を有する。例えば撮像部２０６０が、ＣＣＤイメージセンサによって光を受光し、ＣＣＤイメージセンサが受光した光を画像として記録するカメラである場合を考える。この場合撮像部２０６０は、複数のスポットを撮像する間、ＣＣＤイメージセンサを受光状態に保ち続けることで、複数のスポットを１枚の画像に記録することができる。
【００９５】
距離算出部２１００は、焦点距離ごとに１つずつ生成される上記画像データを処理することで、複数の各計測点までの距離を算出する。
【００９６】
以上により、三次元物体計測装置２０００は、各焦点距離のレーザビームについて、計測対象の物体３０００上の複数の計測点におけるスポットをまとめて撮像した１つの画像データを生成し、それらの画像データを処理することで上記複数の計測点それぞれまでの距離を算出する。これにより、画像データの生成処理を行う回数が少なくなるため、計測に要する時間がさらに短縮される。また、生成する画像データの数が少なくなるため、計測処理に要する計算資源量が少なくなる。
【００９７】
以下、本実施形態に詳細に説明する。
【００９８】
＜複数のスポットをまとめて撮像した画像データを利用した距離算出の原理＞
本実施形態では、焦点距離ごとに、複数の計測点におけるスポットを１枚の画像データで撮像し、その画像データを処理することで、上記複数の計測点までの距離をそれぞれ算出する。そのためには、１枚の画像データを用いて、各計測点におけるスポットを見込んだ角度θをそれぞれ算出する必要がある。以下、その方法を説明する。
【００９９】
まず、複数の計測点におけるスポットが互いに重ならない場合は、各スポットを独立に処理することで、各スポットを見込んだ角度θを算出できる。
【０１００】
次に、スポット同士が重なっている場合に、各スポットを見込んだ角度θをそれぞれ算出する方法を説明する。例えば図１４は、計測対象の物体３０００上の複数の計測点が、水平方向に連続している場合における計測の様子と撮像結果を示している。三次元物体計測装置２０００は、円柱状の計測対象の物体３０００から最短距離が１０ｃｍの場所に位置している。そして、計測対象の物体３０００に向け、水平方向に連続してレーザビームを照射してスポットを撮像する。
【０１０１】
画像データ１１０は、焦点距離１０ｃｍの場合に取得する画像データ、画像データ１２０は、焦点距離２０ｃｍの場合に取得する画像データである。この場合、各計測点におけるスポットが水平方向に重なり合っているため、スポットは円形にならない。しかし、スポットを見込む角度θの算出は、スポット全体を必要としない。図２に示したように、スポットを見込む角度θは、スポットの直径部分と対応するためである。したがって、スポット同士が重なっていても、各スポットの直径部分が分かれば、各スポットを見込んだ角度θを算出できる。例えば図１４の場合、画像データ１１０及び画像データ１２０における各スポットは、垂直方向には重なりあっていないため、各スポットの垂直方向の直径部分を用いることで角度θを算出できる。また、画像データ内のスポットが直径部分を含んでいなくても、撮像されているスポットの断片から角度θを算出することができる。例えばスポットの形状が円形であれば、画像データに写っている一部の円から円全体を復元し、復元した円を用いて角度θを算出するといった方法がある。
【０１０２】
本実施形態の距離算出部２１００は上述の原理に従って、焦点距離ごとに１枚取得した画像データを処理し、計測対象の物体３０００上の複数の計測点までの距離をそれぞれ算出する。例えば図１４の例に示す２枚の画像データを取得した場合、距離算出部２１００はまず、焦点距離１０ｃｍの場合の画像データについて、各計測点における角度θを算出する。次に、焦点距離２０ｃｍの場合の画像データについて、各計測点における角度θを算出する。そして距離算出部２１００は、計測点ごとに２つずつ算出した角度θをそれぞれ比較することで、各計測点までの距離を算出する。
【０１０３】
なお上述したように、焦点距離ごとに１枚の画像データを取得すれば距離の計測が可能であるものの、焦点距離ごとに複数枚画像データを生成しても構わない。そうすることで、計測精度の向上といった効果が期待できる。
【０１０４】
＜距離計測処理の流れ＞
図１５は、本実施形態において、計測対象の物体３０００上の複数の計測点までの距離をそれぞれ算出する処理の流れを表している。図１５において、ステップＳ３０２、ステップＳ３０４、及びステップＳ３０６を除く各ステップは、図１３における各ステップと同様の処理を行う。そのため、ステップＳ３０２、ステップＳ３０４、及びステップＳ３０６以外の各ステップの詳細な説明は省略する。
【０１０５】
ステップＳ２０２及びステップＳ２０４を終えた後、ループ処理Ａを開始する。図１５におけるループ処理Ａは、図１３におけるループ処理Ａと同様、各焦点距離ｉについてループ処理Ｂを行う。
【０１０６】
ループ処理Ｂを開始する前であるステップＳ３０２において、制御部２０８０は、撮像部２０６０を撮像持続状態に固定する。撮像部２０６０の撮像持続状態は、前述した例で言うと、カメラの絞りを開けたまま映像を記録し続ける状態である。撮像部２０６０は、撮像持続状態を開始してから終了するまでの間に撮像した映像を、１つの画像データとして記録する。
【０１０７】
ループ処理Ｂにおいて、制御部２０８０は、レーザビームを各計測点ｊへそれぞれ照射する。
【０１０８】
ループ処理Ｂを終えた後、ステップＳ３０４において、撮像部２０６０の撮像状態を終了する。
【０１０９】
以上のように、撮像部２０６０を撮像持続状態にしたままループ処理Ｂを行うことにより、全ての計測点ｊにおけるスポットが１つの画像データにまとめて撮像される。つまり、「焦点距離ｉ，全ての計測点におけるスポットを撮像した画像データ」の組み合わせを生成することになる。
【０１１０】
距離算出部２１００は、ステップＳ３０６において、焦点距離ｉごとに生成した「焦点距離ｉ，全ての計測点におけるスポットを撮像した画像データ」のペアを処理することで、計測対象の物体３０００上の複数の計測点それぞれまでの距離を算出する。
【０１１１】
＜作用・効果＞
以上の構成により、本実施形態によれば、三次元物体計測装置２０００は、各焦点距離のレーザビームについて、計測対象の物体３０００上の複数の計測点におけるスポットをまとめて撮像した１つの画像データを生成し、それらの画像データを処理することで上記複数の計測点それぞれまでの距離を算出する。これによりまず、三次元物体計測装置２０００は、実施形態２の三次元物体計測装置２０００と同様の作用・効果を奏する。さらに本実施形態の三次元物体計測装置２０００は、実施形態２の三次元物体計測装置２０００と比べ、画像データの生成処理を行う回数が少なくなる。そのため、計測に要する時間がさらに短縮される。また本実施形態の三次元物体計測装置２０００は、生成する画像データの数が少なくなる。そのため、処理に要する計算資源量が少なくなる。
【０１１２】
[実施形態４]
図１６は、実施形態４に係る三次元物体計測装置２０００を、計測対象の物体３０００と共に示す図である。ここで図１６における機能ブロックの内、図１に同符号の機能ブロックがあるものは、特に説明しない限り図１における同符号の機能ブロックと同じ機能を有するとし、説明を省略する。また、矢印の意味は、図１と同様であるため、説明を省略する。
【０１１３】
本実施形態における焦点距離変更部２０４０は、第１焦点距離変更部２１４０及び第２焦点距離変更部２１６０を有する。第１焦点距離変更部２１４０は、レーザビーム照射部２０２０が照射したレーザビームの焦点距離を、レーザビームの照射方向に対して垂直な平面における１つの軸である第１の軸について変更する。そして第２焦点距離変更部２１６０は、第１焦点距離変更部２１４０によって第１の軸について焦点距離が変更されたレーザビームの焦点距離を、レーザビームの照射方向に対して垂直な平面にあって第１の軸とは異なる第２の軸について変更する。
【０１１４】
制御部２０８０は、第１焦点距離変更部２１４０と第２焦点距離変更部２１６０に、異なる焦点距離を設定する。これにより、計測対象の物体３０００上の計測点上に現れるスポットのスポット径は、上記２つの軸についてそれぞれ異なるようになる。距離算出部２１００は、上記２つの軸について異なるスポット径を持つスポットを撮像した画像データに基づいて、計測対象の物体３０００上の計測点までの距離を算出する。したがって本実施形態では、焦点距離ごとに異なる画像データを生成する実施形態１〜３とは違い、２つの焦点距離に変更されたレーザビームのスポットが１つの画像データに記録される。
【０１１５】
以上により、本実施形態における三次元物体計測装置２０００は、第１焦点距離変更部２１４０と第２焦点距離変更部２１６０によって、異なる軸について異なる焦点距離に変更されたレーザビームを計測対象の物体３０００上の計測点にし、計測点におけるスポットを撮像した画像データに基づいて、計測点までの距離を算出する。これにより、焦点距離ごとに画像データを生成する必要がないため、計測にかかる時間の短縮、及び計測に必要な計算資源の削減という効果が得られる。
【０１１６】
以下、本実施形態の詳細を説明する。
【０１１７】
＜構成詳細＞
第１焦点距離変更部２１４０及び第２焦点距離変更部２１６０を有する焦点距離変更部２０４０の構成は、例えば図１７のようになる。第１焦点距離変更部２１４０及び第２焦点距離変更部２１６０は、例えば円筒面レンズで構成される。
【０１１８】
＜本実施形態における距離計測の原理＞
本実施形態における三次元物体計測装置２０００は、上述した第１の軸及び第２の軸について、それぞれ異なる焦点距離に変更したレーザビームを計測対象の物体３０００上の計測点に照射し、そのスポットを撮像した画像データを生成する。そしてこの、１つのスポットを撮像した画像データに基づいて、上記計測点までの距離を算出する。以下では、このようにして得た１つの画像データに基づいて、計測点までの距離を算出する原理を説明する。
【０１１９】
まず、実施形態１で説明したように、計測対象の物体３０００上の計測点までの距離は、「レーザビームの焦点距離，計測点上のスポットを見込む角度θ」のペアを２つ以上算出し、これらを比較することで算出することができる。そして、実施形態３で説明したように、スポットを見込む角度θは、画像データ上のスポット径から算出することができる。したがって、１つのスポットから、「焦点距離，画像データ上のスポット径」のペアを２つ取得することができれば、１つのスポットを撮像した画像データに基づいて計測点までの距離を算出することができる。
【０１２０】
本実施形態における三次元物体計測装置２０００は、レーザビームの焦点距離を第１の軸と第２の軸で異なる大きさに変更することで、画像データ上の１つのスポットから、「焦点距離，画像データ上のスポット径」のペアを２つ取得する。以下、その方法を説明する。
【０１２１】
レーザビームの焦点距離を第１の軸と第２の軸についてそれぞれ異なる値に変更すると、計測点上に現れるスポットのスポット径が、上記第１の軸と第２の軸についてそれぞれ異なる。これは、上記２つの各軸について焦点距離が異なるために、上記レーザビームは、上記２つの軸について異なる度合いで収束・拡散するためである。この様子を、図１８を用いて説明する。図１８は、本実施形態における三次元物体計測装置２０００が照射したレーザビームの第１の軸及び第２の軸それぞれにおける収束・拡散の様子と、様々な位置におけるスポットを図示したものである。図１８において、実線は、第１の軸について見たレーザビームの収束・拡散の様子を、点線は、第２の軸について見たレーザビームの収束・拡散の様子をそれぞれ表している。第１の軸における焦点距離の方が、第２の軸における焦点距離より短い。ここで図１８では、第１の軸は垂直方向の軸、第２の軸は水平方向の軸としている。
【０１２２】
スポット２１０の位置は、第１の軸及び第２の軸の両方について焦点より近い位置である。スポット２２０の位置は、第１の軸における焦点である。スポット２３０の位置は、第１の軸の焦点より遠く、第２の軸の焦点より近い位置である。スポット２４０の位置は、第２の軸の焦点である。スポット２５０は、双方の軸の焦点より遠い位置である。
【０１２３】
図１８に示すように、各スポットのスポット径は、２つの軸について異なる大きさになる。２つの軸について焦点距離が異なるため、スポット径が、２つの軸について異なる度合いで変化するためである。まず第１の軸についてはスポット２２０の位置が焦点位置となっているため、第１の軸におけるスポット径は、スポット２２０が最小であり、スポット２２０の位置から遠くなるにつれて大きくなっていく。一方第２の軸についてはスポット２４０の位置が焦点位置となっているため、第２の軸におけるスポット径は、スポット２４０の位置までは小さくなっていき、それ以降は大きくなっていく。
【０１２４】
以上のように、レーザビームの焦点距離を第１の軸と第２の軸で異なる大きさに変更すると、各位置におけるスポットのスポット径は、第１の軸と第２の軸について異なる。そのためまず、第１の軸におけるスポット径に基づいて、「焦点距離，角度θ」のペアが一つ求まる。さらに、第２の軸におけるスポット径に基づいて、「焦点距離，角度θ」のペアがもう一つ求まる。よって、１つのスポットから、「焦点距離，角度θ」のペアが２つ求まる。前述したように、「焦点距離，角度θ」のペアを２つ求めれば、計測点までの距離の算出が可能である。したがって、第１の軸と第２の軸で異なる大きさに変更したレーザビームによる計測点上のスポットを１つ撮像した画像データに基づいて、計測点までの距離が算出できる。
【０１２５】
本実施形態の三次元物体計測装置２０００は、上述した原理に基づき、計測対象の物体３０００上の計測点までの距離を算出する。なお、図１８では説明を簡単にするために第１の軸と第２の軸を互いに直交な軸としているが、実際の使用時は、２つの軸は異なる軸であればよく、直交する必要はない。
【０１２６】
＜距離計測処理の流れ＞
図１９は、実施形態４に係る三次元物体計測装置２０００が、計測対象の物体３０００上の計測点までの距離を計測する流れの一例を示している。
【０１２７】
まず、ステップＳ４０２において、レーザビーム照射部２０２０は、レーザビームを照射する。
【０１２８】
ステップＳ４０４において、制御部２０８０は、第１焦点距離変更部２１４０に焦点距離を設定する。
【０１２９】
ステップＳ４０６において、制御部２０８０は、第２焦点距離変更部２１６０に焦点距離を設定する。第２焦点距離変更部２１６０に設定する焦点距離は、第１焦点距離変更部２１４０に設定した焦点距離とは異なる値である。
【０１３０】
ステップＳ４０８において、制御部２０８０は、撮像部２０６０に、レーザビームによって計測対象の物体３０００の計測点上にできるスポットを撮像させ、画像データを取得する。
【０１３１】
ステップＳ４１０において、距離算出部２１００は、ステップＳ４０８で得られた画像データに基づいて、計測対象の物体３０００上の計測点までの距離を算出する。
【０１３２】
＜作用・効果＞
以上の構成により、本実施形態によれば、三次元物体計測装置２０００は、第１焦点距離変更部２１４０と第２焦点距離変更部２１６０によって、異なる軸について異なる焦点距離に変更されたレーザビームを計測対象の物体３０００上の計測点に照射する。そして、上記計測点におけるスポットを撮像した画像データに基づいて、計測点までの距離を算出する。これによりまず、本実施形態の三次元物体計測装置２０００は、実施形態１の三次元物体計測装置２０００と同様の作用・効果を奏する。さらに本実施形態に係る三次元物体計測装置２０００は、実施形態１のように焦点距離ごとに画像データを生成する必要がなく、一つの画像データから計測点までの距離を求めることができる。そのため、計測にかかる時間の短縮、及び計測に必要な計算資源の削減という効果が得られる。
【０１３３】
[実施形態５]
図２０は、実施形態５に係る三次元物体計測装置２０００を、計測対象の物体３０００と共に示すブロック図である。ここで図２０における機能ブロックの内、図１０、図１６に同符号の機能ブロックがあるものは、特に説明しない限り図１０及び図１６における同符号の機能ブロックと同じ機能を有するとし、説明を省略する。また、矢印の意味は、図１と同様であるため、説明を省略する。
【０１３４】
本実施形態における三次元物体計測装置２０００は、実施形態４に係る三次元物体計測装置２０００に、走査部２１２０が追加されたものである。ここで、走査部２１２０の機能は、実施形態２に係る三次元物体計測装置２０００が有する走査部２１２０の機能と同じであるため、説明を省略する。
【０１３５】
本実施形態に係る三次元物体計測装置２０００は、走査部２１２０を用いることで、計測対象の物体３０００上の複数の計測点までの距離を算出する。まず制御部２０８０は、第１焦点距離変更部２１４０及び第２焦点距離変更部２１６０に異なる焦点距離を設定することで、レーザビームの焦点距離を第１の軸と第２の軸について異なる値にする。そして、制御部２０８０は、走査部２１２０を制御することにより、上記レーザビームを計測対象の物体３０００上の複数の計測点に照射する。そして、制御部２０８０は、撮像部２０６０を制御し、それぞれの計測点のスポットについて１つずつ画像データを取得する。そして、距離算出部２１００は、生成された画像データに基づいて各計測点までの距離をそれぞれ算出する。
【０１３６】
＜距離計測処理の流れ＞
図２１は、実施形態４に係る三次元物体計測装置２０００が、計測対象の物体３０００上の計測点までの距離を計測する流れの一例を示している。
【０１３７】
まず、ステップＳ５０２において、レーザビーム照射部２０２０は、レーザビームを照射する。
【０１３８】
ステップＳ５０４において、制御部２０８０は、第１焦点距離変更部２１４０に、焦点距離を設定する。
【０１３９】
ステップＳ５０６において、制御部２０８０は、第２焦点距離変更部２１６０に、焦点距離を設定する。第２焦点距離変更部２１６０に設定する焦点距離は、第１焦点距離変更部２１４０に設定した焦点距離とは異なる値である。
【０１４０】
ステップＳ２１０〜ステップＳ２１８までの処理は、図１３に示したステップＳ２１０〜ステップＳ２２０と同様の処理である。具体的には、各計測点ｊについて、走査部２１２０がレーザビームを計測点ｊに照射し、撮像部２０６０が計測点ｊにおけるスポットを撮像するという処理を行う。
【０１４１】
そしてステップＳ５０８において、距離算出部２１００は、各計測点ｊにおけるスポットを撮像した画像データに基づいて、計測対象の物体３０００上の各計測点ｊまでの距離を算出する。
【０１４２】
＜作用・効果＞
以上の構成により、本実施形態によれば、三次元物体計測装置２０００は、走査部２１２０をさらに有する。そして三次元物体計測装置２０００は、制御部２０８０が撮像部２０６０を制御することで、それぞれの計測点のスポットについて１つずつ画像データを生成させる。そして三次元物体計測装置２０００は、距離算出部２１００が生成された画像データに基づいた処理を行うことで、各計測点までの距離をそれぞれ算出する。これによりまず、本実施形態の三次元物体計測装置２０００は、実施形態４と同様の作用・効果を奏する。さらに本実施形態の三次元物体計測装置２０００は、複数の計測点までの距離を一度に計測できる。そのため、三次元物体計測装置２０００を操作するオペレータの負担が軽減される。
【０１４３】
[実施形態６]
実施形態６に係る三次元物体計測装置２０００の構成は、例えば実施形態５と同様に図２０に示す構成である。そのため、三次元物体計測装置２０００の構成の説明は省略する。
【０１４４】
実施形態６に係る制御部２０８０は、実施形態３に係る制御部２０８０と同様に、計測対象の物体３０００上の複数の計測点におけるスポットを１つの画像として撮像する。そして距離算出部２１００は、生成された１つの画像データに基づき、上記計測対象の物体３０００上の複数の計測点までの距離を算出する。
【０１４５】
＜距離計測処理の流れ＞
図２２は、実施形態６に係る三次元物体計測装置２０００が、計測対象の物体３０００上の計測点までの距離を計測する流れの一例を示している。
【０１４６】
ステップＳ５０２〜ステップＳ５０６は、実施形態５に係る三次元物体計測装置２０００が行う処理と同様である。レーザビーム照射部２０２０がレーザビームを照射し、制御部２０８０が第１焦点距離変更部２１４０と第２焦点距離変更部２１６０に異なる焦点距離を設定する。
【０１４７】
続いて行うステップＳ３０２〜ステップＳ３１０は、実施形態３に係る三次元物体計測装置２０００が行う処理と同様である。制御部２０８０は、撮像部２０６０の撮像持続状態にしたまま、走査部２１２０を制御して計測対象の物体３０００上の各計測点へレーザビームを照射する。そして、全ての計測点へレーザビームを照射し終えたら、撮像部２０６０の撮像持続状態を終了する。これにより、全ての計測点におけるスポットが撮像された１つの画像データを生成する。
【０１４８】
続いて行うステップＳ５０８は、実施形態５に係る三次元物体計測装置２０００が行う処理と同様である。上記１つの画像データに基づいて、計測対象の物体３０００上の複数の計測点までの距離をそれぞれ算出する。
【０１４９】
＜作用・効果＞
以上の構成により、本実施形態によれば、三次元物体計測装置２０００は、計測対象の物体３０００上の複数の計測点におけるスポットを１つの画像データにまとめて記録する。そして三次元物体計測装置２０００は、上記１つの画像データに基づいて、複数の計測点までの距離をそれぞれ算出する。これによりまず、本実施形態の三次元物体計測装置２０００は、実施形態５の三次元物体計測装置２０００と同様の作用・効果を奏する。さらに本実施形態における三次元物体計測装置２０００は、複数の計測点におけるスポットを１つの画像データに記憶するため、画像データの生成処理を行う回数が少なくなる。したがって、計測に要する時間がさらに短縮される。また、本実施形態の三次元物体計測装置２０００は、撮像部２０６０によって生成される画像データの数が少なくなる。そのため、処理に要する計算資源量がさらに少なくなる。
【０１５０】
[実施形態７]
実施形態７に係る三次元物体計測装置２０００は、図１０又は図２０で表される。そのため、特に説明しない限り、各機能ブロックの説明は省略する。
【０１５１】
実施形態７に係る三次元物体計測装置２０００におけるレーザビーム照射部２０２０は、計測対象の物体３０００上の複数の計測点の一部又は全部に対して同時にレーザビームを照射する。こうすることで、複数の計測点上のスポットを同時に撮像することができる。
【０１５２】
レーザビーム照射部２０２０は例えば、図２３に示す様に、水平方向に拡がるレーザビームを照射する。これにより、水平方向に並ぶ計測点へ同時にレーザビームを照射できる。
【０１５３】
レーザビーム照射部２０２０が複数の計測点へ向けてレーザビームを照射する方法は、上記方法に限られない。例えば、垂直方向に拡がるレーザビームを照射してもよい。また、水平方向や垂直方向などのように規則正しく並んでいる複数の計測点ではなく、ランダムに位置する複数の計測点へ向けてレーザビームを照射してもよい。その実現方法は例えば、レーザビーム照射部２０２０に複数のレーザ光源を持たせ、かつ走査部２１２０に複数の走査機構を持たせ、各レーザ光源が照射するレーザビームを複数の走査機構のそれぞれで各計測点へ照射する方法がある。
【０１５４】
＜作用・効果＞
以上の構成により、本実施形態によれば、レーザビーム照射部２０２０は計測対象の物体３０００上の複数の計測点の一部又は全部に向け、同時にレーザビームを照射する。これにより、複数の計測点までの距離を同時に算出する場合に、走査部２１２０がレーザビームの方向を変更する回数を減らすことができるため、計測時間を短縮することができる。
【０１５５】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【０１５６】
以下、参考形態の例を付記する。
１．  レーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、
前記レーザビームの焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、
前記レーザビームが物体に当たって反射した反射光を撮像して画像データを生成する撮像手段と、
前記焦点距離変更手段を制御することによって焦点距離を異ならせつつ、前記レーザビームを計測対象の物体上の同一点に複数回照射し、前記撮像手段に、複数の前記画像データを生成させる制御手段と、
前記複数の画像データを処理し、前記計測対象の物体までの距離を算出する距離算出手段を有する三次元物体計測装置。
２．  １．に記載の三次元物体計測装置であって、
前記レーザビームの照射方向を変更する走査手段をさらに有し、
前記計測対象の物体上の複数の計測点との距離を計測する場合は、
前記制御手段は、
前記焦点距離変更手段を制御して焦点距離を固定し、前記レーザビーム照射手段、前記走査手段、及び前記撮像手段を制御して、前記複数の計測点のそれぞれに前記レーザビームを照射し、前記複数の計測点別に前記画像データを取得し、
前記焦点距離変更手段を制御して焦点距離を変更した後、再度前記レーザビーム照射手段、前記走査手段、及び前記撮像手段を制御して、前記複数の計測点のそれぞれに前記レーザビームを照射して前記画像データを取得し、
前記距離算出手段は、前記画像データを処理し、前記複数の計測点までの距離をそれぞれ算出する三次元物体計測装置。
３．  レーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、
前記レーザビームの焦点距離を、該レーザビームの照射方向に対して垂直な平面における第１の軸において変更する第１焦点距離変更手段と、前記第１焦点距離変更手段を通過した前記レーザビームの焦点距離を、前記平面における前記第１の軸とは異なる軸である第２の軸において変更する第２焦点距離変更手段を有する焦点距離変更手段と、
前記レーザビームが物体に当たって反射した反射光を撮像して画像データを生成する撮像手段と、
前記焦点距離変更手段を制御することにより、前記第１焦点距離変更手段と前記第２焦点距離変更手段に異なる焦点距離を設定し、前記画像データを取得する制御手段と、
該画像データに基づいて、前記計測対象の物体までの距離を算出する距離算出手段を有する三次元物体計測装置。
４．  ３．に記載の三次元物体計測装置であって、
前記レーザビームの照射方向を変更する走査手段をさらに有し、
前記計測対象の物体上の複数の計測点との距離を計測する場合は、
前記制御手段は、前記レーザビーム照射手段、前記走査手段及び前記撮像手段を制御して、前記複数の計測点のそれぞれに向けて前記レーザビームを照射して前記画像データを取得し、
前記距離算出手段は、該画像データに基づいて、前記複数の計測点までの距離をそれぞれ算出する三次元物体計測装置。
５．  前記レーザビーム照射手段は、前記計測対象の物体上の複数の計測点に対して同時にレーザビームを照射する２．又は４．に記載の三次元物体計測装置。
６．  前記焦点距離変更手段は、前記レーザビームが通過する複数の光学素子を有し、前記複数の光学素子間の距離を変更することで、前記レーザビームの焦点距離を変更する１．乃至５．いずれか一つに記載の三次元物体計測装置。
７．  前記焦点距離変更手段は、焦点距離が異なる複数の光学素子を有し、前記レーザビームを通過させる前記光学素子を変更することで、前記レーザビームの焦点距離を変更する１．乃至６．いずれか一つに記載の三次元物体計測装置。
８．  前記焦点距離変更手段は、焦点距離可変光学系を有し、前記焦点距離可変光学系の焦点距離を変更することで、前記レーザビームの焦点距離を変更する２．、４．、又は５．に記載の三次元物体計測装置。
９．  コンピュータを、計測対象の物体までの距離を計測する三次元物体計測装置を制御する制御装置として機能させる三次元物体計測装置制御プログラムであって、
前記三次元物体計測装置は、
レーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、
前記レーザビームの焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、
前記レーザビームが物体に当たって反射した反射光を撮像して画像データを生成する撮像手段を有し、
当該三次元計測装置制御プログラムは、前記コンピュータに、
前記焦点距離変更手段を制御することで、焦点距離を異ならせつつ前記レーザビームを測定対象の物体上の同一点に複数回照射させる機能と、
前記撮像手段を制御して、前記画像データを生成させる機能と、
前記画像データを処理して、前記計測対象の物体までの距離を算出する機能を持たせる三次元計測装置制御プログラム。
１０．  ９．に記載の三次元計測装置制御プログラムであって、
前記三次元物体計測装置は、前記レーザビームの照射方向を変更する走査手段をさらに有し、
当該三次元物体計測装置制御プログラムは、前記コンピュータに、前記計測対象の物体上の複数の計測点との距離を計測する場合は、
前記焦点距離変更手段を制御して焦点距離を固定し、前記走査手段及び前記撮像手段を制御して、前記複数の計測点のそれぞれに前記レーザビームを照射し、前記複数の計測点別に前記画像データを取得する機能と、
前記焦点距離変更手段を制御して焦点距離を変更した後、前記走査手段及び前記撮像手段を制御して、前記複数の計測点のそれぞれに前記レーザビームを照射し、前記複数の計測点別に前記画像データを取得する機能と、
取得した前記画像データを処理し、前記複数の計測点までの距離をそれぞれ算出する機能をさらに持たせる前記三次元物体計測装置制御プログラム。
１１．  コンピュータを、計測対象の物体までの距離を計測する三次元物体計測装置を制御する制御装置として機能させる三次元物体計測装置制御プログラムであって、
前記三次元物体計測装置は、
レーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、
前記レーザビームの焦点距離を、該レーザビームの照射方向に対して垂直な平面における第１の軸において変更する第１焦点距離変更手段と、前記第１焦点距離変更手段を通過した前記レーザビームの焦点距離を、前記平面における前記第１の軸とは異なる軸である第２の軸において変更する第２焦点距離変更手段を有する焦点距離変更手段と、
前記レーザビームが物体に当たって反射した反射光を撮像して画像データを生成する撮像手段を有し、
当該三次元物体計測装置制御プログラムは、前記コンピュータに、
前記焦点距離制御手段を制御することにより、前記第１焦点距離変更手段及び前記第２焦点距離変更手段に異なる焦点距離を設定する機能と、
前記撮像手段を制御して前記画像データを取得する機能と、
該画像データに基づいて、前記計測対象の物体までの距離を算出する機能を持たせる三次元物体計測装置制御プログラム。
１２．  １１．に記載の三次元物体計測装置制御プログラムであって、
前記三次元物体計測装置は、前記レーザビームの照射方向を変更する走査手段をさらに有し、
当該三次元物体計測装置制御プログラムは、前記コンピュータに、前記計測対象の物体上の複数の計測点との距離を計測する場合は、
前記走査手段及び前記撮像手段を制御して、前記複数の計測点のそれぞれに向けて前記レーザビームを照射し、前記複数の計測点別に前記画像データを取得する機能と、
該画像データに基づいて、前記複数の計測点までの距離をそれぞれ算出する機能をさらに持たせる三次元物体計測装置制御プログラム。
１３．  計測対象の物体までの距離を計測する三次元物体計測装置によって実行される制御方法であって、
前記三次元物体計測装置は、
レーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、
前記レーザビームの焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、
前記レーザビームが物体に当たって反射した反射光を撮像して画像データを生成する撮像手段と、
前記画像データを処理して、前記計測対象の物体までの距離を算出する距離算出手段を有し、
当該制御方法は、
前記焦点距離変更手段が、前記レーザビームの焦点距離を複数の異なる値に変更するステップと、
前記撮像手段が、焦点距離の異なる前記レーザビームのそれぞれについて、前記画像データを生成するステップと、
前記距離算出手段が、前記計測対象の物体までの距離を算出するステップを有する三次元物体計測装置制御方法。
１４．  １３．に記載の三次元物体計測装置制御方法であって、
前記三次元物体計測装置は、前記レーザビームの照射方向を変更する走査手段をさらに有し、
当該三次元物体計測装置制御方法はさらに、前記計測対象の物体上の複数の計測点との距離を計測する場合は、
前記焦点距離変更手段が焦点距離を固定し、前記走査手段が前記レーザビームを前記複数の計測点のそれぞれに照射し、前記撮像手段が前記複数の計測点別に前記画像データを生成するステップと、
前記焦点距離変更手段が焦点距離を変更し、前記走査手段が前記レーザビームを前記複数の計測点のそれぞれに照射し、前記撮像手段が前記複数の計測点別に前記画像データを生成するステップと、
前記距離算出手段が、前記画像データを処理し、前記複数の計測点までの距離をそれぞれ算出するステップをさらに有する三次元物体計測装置制御方法。
１５．  計測対象の物体までの距離を計測する三次元物体計測装置によって実行される制御方法であって、
前記三次元物体計測装置は、
レーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、
前記レーザビームの焦点距離を、該レーザビームの照射方向に対して垂直な平面における第１の軸において変更する第１焦点距離変更手段と、前記第１焦点距離変更手段を通過した前記レーザビームの焦点距離を、前記平面における前記第１の軸とは異なる軸である第２の軸において変更する第２焦点距離変更手段を有する焦点距離変更手段と、
前記レーザビームが物体に当たって反射した反射光を撮像して画像データを生成する撮像手段と、
前記画像データを処理して、前記計測対象の物体までの距離を算出する距離算出手段を有し、
当該制御方法は、
前記第１焦点距離変更手段が、前記レーザビームの第１の軸における焦点距離を変更するステップと、
前記第２焦点距離変更手段が、前記レーザビームの第２の軸における焦点距離を、前記第１の軸の焦点距離と異なる焦点距離に変更するステップと、
前記撮像手段が、前記画像データを生成するステップと、
前記距離算出手段が、前記計測対象の物体までの距離を算出するステップを有する三次元物体計測装置制御方法。
１６．  １５．に記載の三次元物体計測装置制御方法であって、
前記三次元物体計測装置は、前記レーザビームの照射方向を変更する走査手段をさらに有し、
当該三次元物体計測装置制御方法は、前記計測対象の物体上の複数の計測点との距離を計測する場合は、
前記走査手段が、前記複数の計測点のそれぞれに向けて前記レーザビームを照射するステップと、
前記撮像手段が、前記複数の計測点別に前記画像データを取得するステップと、
前記距離算出手段が、該画像データに基づいて、前記複数の計測点までの距離をそれぞれ算出するステップをさらに有する三次元物体計測装置制御方法。
【０１５７】
この出願は、２０１２年７月２６日に出願された日本出願特願２０１２−１６５９４０号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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