(57)【要約】【課題】遮蔽物の裏側に存在する物体の形状を高精度に計測できること。【解決手段】複数の開口１Ａ、１Ｂを備える遮蔽物１により隔てられた照射対象１７に複数の開口の少なくともいずれかを通じてレーザ光を照射可能に構成されたレーザ光源１１、１２と、レーザ光の照射により照射対象１７に生じる散乱光の散乱位置を複数の開口の少なくともいずれかを通じて計測する散乱位置計測手段としての高速度カメラ１３及び距離測定手段１４とを有し、レーザ光源及び散乱位置検出手段は、複数の開口のうちの一の開口を通じて照射したレーザ光による散乱光の散乱位置を他の開口を通じて計測可能であり、かつ、一の開口及び他の開口のいずれか一方のみを通じて前記レーザ光を照射して前記散乱光の前記散乱位置を計測可能であるよう構成したものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の開口を備える遮蔽物により隔てられた照射対象に前記複数の開口の少なくともいずれかを通じてレーザ光を照射可能に構成されたレーザ光源と、
前記レーザ光の照射により前記照射対象に生じる散乱光の散乱位置を前記複数の開口の少なくともいずれかを通じて計測する散乱位置計測手段とを有する形状計測装置であって、
前記レーザ光源及び前記散乱位置検出手段は、前記複数の開口のうちの一の開口を通じて照射した前記レーザ光による前記散乱光の前記散乱位置を他の開口を通じて計測可能であり、かつ、前記一の開口及び前記他の開口のいずれか一方のみを通じて前記レーザ光を照射して前記散乱光の前記散乱位置を計測可能であるよう構成されたことを特徴とする形状計測装置。
【請求項２】
前記散乱位置計測手段は、前記レーザ光が前記照射対象に照射されて生じる１次散乱光、及び当該１次散乱光が前記遮蔽物と前記照射対象の間に存在する物体に散乱した後さらに前記照射対象で散乱した２次散乱光の前記散乱位置をそれぞれ計測可能に構成されることを特徴とする請求項１記載の形状計測装置。
【請求項３】
前記散乱位置計測手段は、前記１次散乱光の前記散乱位置を計測する距離測定手段と、前記２次散乱光の前記散乱位置を計測する高速度カメラを備えることを特徴とする請求項２記載の形状計測装置。
【請求項４】
前記レーザ光源及び前記高速度カメラのいずれかは、前記一の開口を通じる位置及び前記他の開口を通じる位置に移動可能に設けられることを特徴とする請求項３記載の形状計測装置。
【請求項５】
前記レーザ光源は、前記一の開口を通じて前記レーザ光を照射する第１レーザ光源と、前記他の開口を通過させてレーザ光を照射する第２レーザ光源とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の形状計測装置。
【請求項６】
前記散乱位置計測手段は、前記一の開口に通じて前記散乱光を計測可能な第１高速度カメラと、前記他の開口に通じて前記散乱光を計測可能な第２高速度カメラから構成されることを特徴とする請求項１に記載の形状計測装置。
【請求項７】
複数の開口を備える遮蔽物により隔てられた照射対象に前記複数の開口のすくなくともいずれかを通じてレーザ光を照射し、
前記レーザ光の照射により前記照射対象に生じる散乱光の散乱位置を、前記複数の開口の少なくともいずれかを通じて計測する形状計測方法であって、
前記計測ステップは、前記複数の開口のうちの一の開口を通じて照射した前記レーザ光による前記散乱光の前記散乱位置を他の開口を通じて計測するとともに、前記一の開口及び前記他の開口のいずれか一方の開口を通じて照射した前記レーザ光による前記散乱光の前記散乱位置を当該一方の開口を通じて計測することを特徴とする形状計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、散乱光を計測することで物体の形状を計測する形状計測装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラント内や野外の測量分野では、形状データを簡易かつ高速に収集するために、レーザ光を利用した形状計測技術が利用されている。しかしながら、このような光学的な手法を用いた形状計測では、測定可能な範囲は視線が直接通る範囲に限定される。そのため、遮蔽物が多い場合には、計測時に遮蔽物で死角となっていた部分をカバーするために何度も計測を行う必要がある。また、曲がった配管やカバー等に覆われた装置の内部などのような狭小部を持つ構造物の内部構造の計測では、死角をカバーできる位置に装置を設置できないため、計測を行うことができない。
【０００３】
遮蔽物を透過して形状を計測する技術としては、Ｘ線等の放射線を利用した撮影や超音波計測などがある。しかしながら、放射線を利用した撮影は管理区域の設定が必要となって、長時間を要する等の問題がある。また、超音波は空気中の減衰が大きく、使用できる対象が限られてしまう。
【０００４】
一方、複数回散乱した短パルスレーザ光を時間分解で捉えることで、遮蔽物の裏側や狭小部の内側の形状を計測する従来の手法を、図５を用いて説明する。
図５に示すように、レーザ光を用いて遮蔽物１０１の裏側にある物体１０２の形状を計測する場合、まず、レーザ光源１０３からのレーザ光を照射対象１０５に照射する。レーザ光が照射された第１散乱点Ｐ１ではレーザ光が散乱を起こし、その一部が計測対象の物体１０２に到達し、この物体１０２の表面の第２散乱点Ｐ２で散乱を起こす。その散乱光の一部が第３散乱点Ｐ３で更に散乱し、この散乱光の一部が検出器（高速度カメラ）１０４に到達する。このとき、第１散乱点Ｐ１及び第３散乱点Ｐ３は、検出器１０４により時間分解で検出される。
【０００５】
第２散乱点Ｐ２の位置は不明であるが、第１散乱点Ｐ１と第３散乱点Ｐ３との時間差から、第１散乱点Ｐ１から第２散乱点Ｐ２を経て第３散乱点Ｐ３までの光路長が分かる。このとき、第２散乱点Ｐ２は、上記光路長を長径（長軸）とし、且つ第１散乱点Ｐ１、第３散乱点Ｐ３を焦点とする楕円上に存在する。レーザ光源１０３や検出器１０４の位置を変更することで複数回の計測を行い、導出した楕円Ａ、Ｂ、…を重ね合わせることで、これらの交点から第２散乱点Ｐ２の位置を特定して、物体１０２の形状を計測する。
【０００６】
図５に示したような従来の手法を適用すれば、例えば視界の悪い道路の角からの飛び出し検知や、事故を起こした原子力発電所において人やセンサが近づくことが困難な高線量区域の破損状況の調査等が可能になる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ａｎｄｒｅａｓ  Ｖｅｌｔｅｎｅｔ．ａｌ．，  “Ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ  Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｓｈａｐｅ  Ａｒｏｕｎｄ  ａ  Ｃｏｒｎｅｒ  ｕｓｉｎｇ  Ｕｌｔｒａｆａｓｔ  Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ  Ｉｍａｇｉｎｇ”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら図５に示した従来の手法では、レーザ光源１０３がレーザ光を照射できる範囲や検出器１０４で散乱光を計測できる範囲が狭い場合には、導出した複数の楕円Ａ、Ｂ、…が浅い角度でしか交差しない。従って、これらの楕円Ａ、Ｂ、…の交点が不明瞭になって、第２散乱点Ｐ２の位置を特定するために必要な位置分解能を十分に得られないという課題がある。
【０００９】
本発明における実施形態の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、遮蔽物の裏側に存在する物体の形状を高精度に計測できる形状計測装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態における形状計測装置は、複数の開口を備える遮蔽物により隔てられた照射対象に前記複数の開口の少なくともいずれかを通じてレーザ光を照射可能に構成されたレーザ光源と、前記レーザ光の照射により前記照射対象に生じる散乱光の散乱位置を前記複数の開口の少なくともいずれかを通じて計測する散乱位置計測手段とを有する形状計測装置であって、前記レーザ光源及び前記散乱位置検出手段は、前記複数の開口のうちの一の開口を通じて照射した前記レーザ光による前記散乱光の前記散乱位置を他の開口を通じて計測可能であり、かつ、前記一の開口及び前記他の開口のいずれか一方のみを通じて前記レーザ光を照射して前記散乱光の前記散乱位置を計測可能であるよう構成されたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の実施形態における形状計測方法は、複数の開口を備える遮蔽物により隔てられた照射対象に前記複数の開口の少なくともいずれかを通じてレーザ光を照射し、前記レーザ光の照射により前記照射対象に生じる散乱光の散乱位置を、前記複数の開口の少なくともいずれかを通じて計測する形状計測方法であって、前記計測ステップは、前記複数の開口のうちの一の開口を通じて照射した前記レーザ光による前記散乱光の前記散乱位置を他の開口を通じて計測するとともに、前記一の開口及び前記他の開口のいずれか一方の開口を通じて照射した前記レーザ光による前記散乱光の前記散乱位置を当該一方の開口を通じて計測することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施形態によれば、遮蔽物の裏側に存在する物体の形状を高精度に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る形状計測装置の構成を作用と共に示す構成図。
【図２】第２実施形態に係る形状計測装置の構成を作用と共に示す構成図。
【図３】図２の形状計測装置における変形形態の構成を作用と共に示す構成図。
【図４】第３実施形態に係る形状計測装置の構成を作用と共に示す構成図。
【図５】従来の形状計測装置を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１）
図１は、第１実施形態に係る形状計測装置の構成を作用と共に示す構成図である。この図１に示す形状計測装置１０は、遮蔽物１の裏側に存在する計測対象としての物体２の形状を計測するものであり、第１レーザ光源１１、第２レーザ光源１２、散乱位置計測手段としての高速度カメラ１３及び距離測定手段１４、位置関係把握手段１５、演算手段１６並びに照射対象１７を有して構成される。
【００１５】
遮蔽物１は、複数の開口（例えば第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）を備える。この遮蔽物１は、具体的には各種プラントにおける配管等の構造物が想定される。物体２は、この遮蔽物１に対し第１レーザ光源１１、第２レーザ光２２及び高速度カメラ１３等と反対側、即ち遮蔽物１の裏側に存在する。照射対象１７は、遮蔽物１の裏側で且つ物体２の後方に設けられ、遮蔽物１の第１開口１Ａ、第２開口１Ｂのそれぞれを通して観察可能な位置に第１観察面１７Ａ、第２観察面１７Ｂがそれぞれ設定される。すなわち、照射対象１７は、第１レーザ光源１１、第２レーザ光２２及び高速度カメラ１３等に対し、複数の開口を備える遮蔽物１により隔てられている。この実施形態においては、第１レーザ光源１１及び第２レーザ光源２２により、２つの開口である第１開口１Ａ及び第２開口１Ｂの両者を通じてレーザ光が照射される。
【００１６】
遮蔽物１を挟んで物体２と反対側で、且つ照射対象１７の第１観察面１７Ａを観察可能な位置に、第１レーザ光源１１及び高速度カメラ１３が配置される。また、遮蔽物１を挟んで物体２と反対側で、且つ照射対象１７の第２観察面１７Ｂを観察可能な位置に、第２レーザ光源１２及び距離測定手段１４が配置される。
【００１７】
第１レーザ光源１１は、フェムトからナノ秒の短パルスレーザ光を出射し、遮蔽物１における一の開口としての第１開口１Ａを通過させて、照射対象１７の第１観察面１７Ａに上記レーザ光を照射する。この第１レーザ光源１１からのレーザ光が、照射対象１７の第１観察面１７Ａ上の第１散乱点（第１散乱位置）Ｐ１１で散乱する。また、第２レーザ光源１２は、フェムトからナノ秒の短パルスレーザ光を出射し、遮蔽物１における他の開口としての第２開口１Ｂを通過させて、照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上に上記レーザ光を照射する。この第２レーザ光源１２からのレーザ光が、照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上の第４散乱点（第４散乱位置）Ｐ１４で散乱する。
【００１８】
第１レーザ光源１１からのレーザ光は、照射対象１７の第１観察面１７Ａ上の第１散乱点Ｐ１１で散乱した後、その一部が物体２の表面の第２散乱点Ｐ１２（第２散乱位置）Ｐ１２で散乱し、その後、その一部が照射対象１７の第一観察面１７Ａ上の第３散乱点（第３散乱位置）Ｐ１３で散乱する。また、第２レーザ光源１２からのレーザ光は、照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上の第４散乱点Ｐ１４で散乱した後、その一部が物体２の表面の第２散乱点Ｐ１２で散乱し、その後、その一部が照射対象１７の第１観察面１７Ａ上の第５散乱点Ｐ１５で散乱する。ここで、第１レーザ光源１１から照射されて照射対象１７の第１観察面１７Ａ上の第１散乱点Ｐ１１で散乱した散乱光や、第２レーザ光源１２から照射されて照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上の第４散乱点Ｐ１４で散乱した散乱光などのように、レーザ光が直接的に照射対象１７に照射されて散乱する散乱光を１次散乱光と称する。
【００１９】
第２散乱点Ｐ１２については、物体２の表面のうち、第１レーザ光源１１や第２レーザ光源１２からのレーザ光を特に反射しやすい特徴点などである。１次散乱光が物体２の特徴点（第２散乱点Ｐ１２）などで散乱し、その後さらに照射対象１７上で散乱した以降の散乱光を２次散乱光と称する。第２散乱光については、例えば第１レーザ光源１１から照射された後、少なくとも照射対象１７の第１散乱点Ｐ１１、物体２の第２散乱点Ｐ１２及び照射対象１７の第３散乱点Ｐ１３でそれぞれ散乱するので、合計３回以上散乱することとなる。
【００２０】
なお、第１レーザ光源１１からのレーザ光と第２レーザ光源１２からのレーザ光の波長などが異なると、物体２の表面のうちの特徴点が異なる可能性があるため、第１レーザ光源１１からのレーザ光と第２レーザ光源１２からのレーザ光は同じ性状（波長やパルス周波数など）を用いるとよいが、レーザ光の性状の違いによる特徴点の変化を予めシミュレーション等しておき、計測結果を適宜補正しても構わない。
【００２１】
このように、第１レーザ光源１１と第２レーザ光源１２が遮蔽物１の異なる開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）を通過させてレーザ光を照射することで、２次散乱光、すなわち３回以上散乱した散乱光の散乱位置（例えば第３散乱点Ｐ１３及び第５散乱点Ｐ１５）が、遮蔽物１の複数の開口（例えば第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）に対応して設定される。
【００２２】
散乱位置計測手段の一部を構成する高速度カメラ１３は、第１レーザ光源１１、第２レーザ光源１２からのレーザ光が照射対象１７の第１観察面１７Ａ上で散乱したときの散乱光の散乱位置（２次元分布）を、遮蔽物１の第１開口１Ａを通して時間分解で計測する。このときの高速度カメラ１３の計測範囲の境界を図１の破線１８で示す。従って、この第１実施形態では、高速度カメラ１３は、照射対象１７の第１観察面１７Ａ上における第１散乱点Ｐ１１、第３散乱点Ｐ１３、及び第５散乱点Ｐ１５のそれぞれの位置及び時間を計測する。この高速度カメラ１３は、ナノ秒以下の時間分解能を備え、例えばストリームカメラなどが好ましい。
【００２３】
散乱位置計測手段の別の一部を構成する距離測定手段１４は第２レーザ光源１２に併設され、この第２レーザ光源１２が照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上にレーザ光を照射したときの照射位置（つまり第２観察面１７Ｂ上の第４散乱点Ｐ１４）と第２レーザ光源１２との距離を計測する。この距離測定手段１４は、例えばレーザ距離計などが好ましい。
【００２４】
位置関係把握手段１５は、高速度カメラ１３（またはこの高速度カメラ１３の近傍に配置された第１レーザ光源１１）と第２レーザ光源１２との位置関係を計測して把握するものである。この位置関係把握手段１５は、例えばＧＰＳ（全地球測位システム）や長尺な棒などである。本実施形態において、位置関係把握手段１５は上述の散乱位置計測手段のさらに別の一部として構成されているが、これには限定されるものではない。
【００２５】
演算手段１６は、第１レーザ光源１１及び第２レーザ光源１２によるレーザ光の発光タイミング、高速度カメラ１３からの信号、並びに距離測定手段１４及び位置関係把握手段１５からの計測値に基づいて、物体２の形状を再構成する。この再構成は、後に詳説するように、第１散乱点Ｐ１１から第２散乱点Ｐ１２を経て第３散乱点Ｐ１３までの光路長を長径（長軸）とし、且つ第１散乱点Ｐ１１、第３散乱点Ｐ１３を焦点とする楕円Ａ１と、第４散乱点Ｐ１４から第２散乱点Ｐ１２を経て第５散乱点Ｐ１５までの光路長を長径（長軸）とし、且つ第４散乱点Ｐ１４、第３散乱点Ｐ１５を焦点とする楕円Ｂ１と、を含む複数の楕円を求め、これら複数の楕円Ａ１、Ｂ１、…の交点から第２散乱点Ｐ１２を特定し、この第２散乱点Ｐ１２を複数特定することで、物体２の形状を再構成する。
【００２６】
このようにして本実施形態においては、複数の開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）のうちの一の開口である第２開口１Ｂを通じて第２レーザ光源１２により照射したレーザ光による２次散乱光の散乱位置を複数の開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）のうちの他の開口である第１開口１Ａを通じて散乱位置計測手段である高速度カメラ１３により計測可能であり、さらに、複数の開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）のうちの他の開口である第１開口１Ａのみを通じて第１レーザ光源１１により照射したレーザ光による１次散乱光及び２次散乱光の散乱位置を散乱位置計測手段である高速度カメラ１３により計測可能なように、第１レーザ光源１１、第２レーザ光源１２、及び散乱位置計測手段である高速度カメラ１３が配置される構成となっている。
【００２７】
次に、形状計測装置１０の作用を説明する。
第１レーザ光源１１から出射したレーザ光は、第１開口１Ａを通じて照射対象１７の第１観察面１７Ａ上に照射されて１回目の散乱を起こし、第１観察面１７Ａ上で第１散乱点Ｐ１１を生成する。この１回目の散乱光の一部は物体２に到達し、この物体２の表面上の例えばレーザ光を特に反射しやすい特徴点などの第２散乱点Ｐ１２で２回目の散乱を起こし、物体２の表面上に第２散乱点Ｐ１２が生成される。更に、この２回目の散乱光の一部は、照射対象１７の第１観察面１７Ａ上に到達して第１観察面１７Ａ上で３回目の散乱を起こし、第１観察面１７Ａ上に第３散乱点Ｐ１３が生成される。この第３散乱点Ｐ１３において３回目に散乱した２次散乱光の一部が高速度カメラ１３に到達する。
【００２８】
第２散乱点Ｐ１２は高速度カメラ１３の計測範囲外であるものの、第１散乱点Ｐ１１及び第３散乱点Ｐ１３は高速度カメラ１３の計測範囲内にある。このことから、高速度カメラ１３は、第１散乱点Ｐ１１と第３散乱点Ｐ１３のそれぞれの位置及び時間を計測する。演算手段１６は、高速度カメラ１３からの計測信号を入力して、第１散乱点Ｐ１１と第３散乱点Ｐ１３との時間差から、第１散乱点Ｐ１１から第２散乱点Ｐ１２を経て第３散乱点Ｐ１３までの光路長を算出する。更に、この演算手段１６は、算出した光路長を長径（長軸）とし、且つ１次散乱光の散乱位置である第１散乱点Ｐ１１、２次散乱光の散乱位置である第３散乱点Ｐ１３を焦点とする楕円Ａ１を算出し、この楕円Ａ１上に第２散乱点Ｐ１２が存在すると判断する。
【００２９】
また、第２レーザ光源１２から出射したレーザ光は、第２開口１Ｂを通じて照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上に照射されて１回目の散乱を起こし、第２観察面１７Ｂ上に第４散乱点Ｐ１４を生成する。この１回目の散乱光の一部は物体２に到達し、この物体２の表面上の上述の第２散乱点Ｐ１２で２回目の散乱を起こす。更に、この２回目の散乱光の一部は、照射対象１７の第１観察面１７Ａ上に到達してこの第１観察面１７Ａ上で３回目の散乱を起こし、この第１観察面１７Ａ上に第５散乱点Ｐ１５が生成される。この第５散乱点Ｐ１５において３回目に散乱した２次散乱光の一部が高速度カメラ１３に到達する。
【００３０】
照射対象１７における第２観察面１７Ｂ上の第４散乱点Ｐ１４と第２レーザ光源１２との距離は距離測定手段１４により計測される。また、第２レーザ光源１２と高速度カメラ１３との位置関係は位置関係把握手段１５により計測される。そこで、演算手段１６は、距離測定手段１４による計測距離と位置関係把握手段１５により計測された位置関係とから、高速度カメラ１３を基準とした第４散乱点Ｐ１４の位置を算出する。また、演算手段１６は、距離測定手段１４による計測距離とレーザ光の光速と第２レーザ光源１２によるレーザ光の発光タイミングとから、第４散乱点Ｐ１４の時間（散乱時間）を算出する。一方、第５散乱点１５は、前述の第３散乱点１３と同様に高速度カメラ１３の計測範囲内にあることから、その位置及び時間が高速度カメラ１３により計測される。
【００３１】
従って、演算手段１６は、第４散乱点Ｐ１４と第３散乱点Ｐ１３との時間差を求めて、第４散乱点Ｐ１４から第２散乱点Ｐ１２を経て第５散乱点Ｐ１５までの光路長を算出する。更に、演算手段１６は、算出した光路長を長径（長軸）とし、且つ１次散乱光の散乱位置である第４散乱点Ｐ１４、２次散乱光の散乱位置である第５散乱点Ｐ１５を焦点とする、楕円Ａ１とは非類似な楕円Ｂ１を導出し、この楕円Ｂ１上に第２散乱点Ｐ１２が存在すると判断する。ここで、楕円Ａ１の焦点となる第１散乱点Ｐ１１と第３散乱点Ｐ１３は、いずれも高感度カメラ１３から第１開口１Ａを通じて観測が可能な第１観察面１７Ａ上にあるのに対して、楕円Ｂ１の焦点となる第４散乱点Ｐ１４と第５散乱点Ｐ１５は、第４散乱点Ｐ１４が高感度カメラ１３から第１開口１Ａを通じて観測が可能な第２観察面１７Ｂ上にあり、第５散乱点Ｐ１５は第１観察面１７Ａ上にある。このため、楕円Ｂ２についての第４散乱点Ｐ１４と第５散乱点Ｐ１５の間の焦点間距離は、楕円Ａ１についての第１散乱点Ｐ１１と第３散乱点Ｐ１３の間の焦点間距離に比べて大きくなり、したがって楕円Ａ１と楕円Ｂ２はその形状（すなわち離心率や扁平率）が大きく異なる。
【００３２】
第１散乱点Ｐ１１、第３散乱点Ｐ１３、第４散乱点Ｐ１４、第５散乱点Ｐ１５の位置及び時間を異ならせるように第１レーザ光源１１、第２レーザ光源２１、高速度カメラ１３の位置が微小に変更されることで、演算手段１６は、楕円Ａ１、Ｂ１をそれぞれ複数導出し、この複数導出した楕円Ａ１…、楕円Ｂ１…の交点から第２散乱点Ｐ１２の位置を特定する。このとき同時に、物体２の表面上で異なる第２散乱点Ｐ１２の位置も特定されるので、演算手段１６は、物体２の形状を再構成して求める。
【００３３】
以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば、次の効果（１）を奏する。
（１）３回以上散乱した２次散乱光の散乱位置（第３散乱点Ｐ１３及び第５散乱点Ｐ１５）を、遮蔽物１の複数の開口（例えば第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）に対応してそれぞれ設定することで、１次散乱光と２次散乱光の散乱位置から導出される楕円（例えば楕円Ａ１、Ｂ１）を非類似な、すなわち、焦点間の距離、あるいは離心率や扁平率が大きく異なる形状にできる。
【００３４】
例えば、背景技術として図５に示した例においては、１つの開口のみを用いてレーザ光源１０３や検出器１０４の位置を変更することで複数回の計測を行って楕円Ａ、Ｂ、…を導出して重ね合わせることで第２散乱点Ｐ２の位置を求めている。ところが、楕円Ａ、Ｂ、…は、いずれもその焦点（第１散乱点Ｐ１及び第３散乱点Ｐ３）が開口を通じて検出器１０４により観測可能な範囲にあることとなるため、楕円Ａ、Ｂ、…の焦点間の距離の差は小さく、例えば離心率や扁平率で定義される形状が類似してしまう。
【００３５】
これに対して、本実施形態においては、遮蔽物１の第１開口１Ａに対応して配置された第１レーザ光源１１からのレーザ光による１次散乱光及び２次散乱光の散乱位置（第１散乱点Ｐ１１及び第３散乱点Ｐ１３）から導出された楕円Ａ１と、遮蔽物１の第２開口１Ｂに対応して配置された第２レーザ光源１２からのレーザ光による１次散乱光及び２次散乱光の散乱位置（第４散乱点Ｐ１４及び第５散乱点Ｐ１５）から導出された楕円Ｂ１とは、第１開口１Ａ及び第２開口１Ｂを用いて計測を行なうことにより上述のように焦点間の距離を大きく異ならせることができ、よって、例えば離心率や扁平率で定義される形状が非類似となる。
【００３６】
従って、これらの非類似な複数の楕円Ａ１、Ｂ１…の交点でのなす角（交差角）が大きくなるので、この交点の位置が明瞭になってその交点の特定が容易になる。この結果、これらの楕円Ａ１、Ｂ１…の交点から求められある物体２の形状を、高い位置分解能で高精度に計測できる。
【００３７】
［Ｂ］第２実施形態（図２、図３）
図２は、第２実施形態に係る形状計測装置の構成を作用と共に示す構成図である。この第２実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００３８】
この第２実施形態の形状計測装置２０が第１実施形態と異なる点は、第１実施形態の第１レーザ光源１１及び第２レーザ光源１２と同様な構成のレーザ光源２１が、高速度カメラ１３と同様に１個設けられ、しかも、このレーザ光源２１と高速度カメラ１３とが独立して配置可能に構成された点である。
【００３９】
ここで、レーザ光源２１と高速度カメラ１３とが独立して配置とは、遮蔽物１の異なる開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）を通して照射対象１７の異なる観察面（第１観察面１７Ａ．第２観察面１７Ｂ）を観察可能な位置に、レーザ光源２１と高速度カメラ１３とが別々に配置され、または、遮蔽物１の同一の開口（第１開口１Ａまたは第２開口１Ｂ）を通して照射対象１７の同一の観察面（第１観察面１７Ａまたは第２観察面１７Ｂ）を観察可能な位置に、レーザ光源２１及び高速度カメラ１３が配置されることである。すなわち、図２に示したこの第２実施形態においては、高速度カメラ１３が第１開口１Ａを通じて第１観察面１７Ａを観察可能な位置に設けられる一方、レーザ光源２１（及び距離測定手段１４）が第１開口１Ａを通じる位置と、第２開口１Ｂを通じる位置とに移動可能に設けられる。
【００４０】
レーザ光源２１は、照射対象１７の第２観察面１７Ｂを観察可能な位置に配置されたときには、短パルスレーザ光を、遮蔽物１の第２開口１Ｂを通して照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上に照射し、この第２観察面１７Ｂ上の第１散乱点Ｐ２１にて上記レーザ光が散乱する。また、レーザ光源２１は、照射対象１７の第１観察面１７Ａを観察可能な位置に配置されたときには、２点鎖線に示すように、短パルスレーザ光を、遮蔽物１の第１開口１Ａを通して照射対象１７の第１観察面１７Ａ上に照射し、この第１観察面１７Ａ上の第４散乱点Ｐ２４にて上記レーザ光が散乱する。
【００４１】
ここで、照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上の第１散乱点Ｐ２１で散乱した散乱光は、その一部が物体２の表面の第２散乱点Ｐ２２で散乱し、その一部が照射対象１７の第１観察面１７Ａ上の第３散乱点Ｐ２３で散乱する。また、照射対象１７の第１観察面１７Ａ上の第４散乱点Ｐ２４で散乱した散乱光は、その一部が物体２の表面の第２散乱点Ｐ２２で散乱し、その後、その一部が照射対象１７の第１観察面１７Ａ上の第５散乱点Ｐ２５で散乱する。
【００４２】
このように、１個のレーザ光源２１が遮蔽物１の異なる開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）を通過させてレーザ光を照射することで、１次散乱光の散乱位置（第１散乱点Ｐ２１及び第４散乱点Ｐ２４）が、遮蔽物１の異なる複数の開口（例えば第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）に対応して設定される。
【００４３】
距離測定手段１４はレーザ光源２１に併設され、このレーザ光源２１が照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上にレーザ光を照射したときには、その照射位置（つまり第１散乱点Ｐ２１）とレーザ光源２１との距離を計測する。また、距離測定手段１４は、レーザ光源２１が照射対象１７の第１観察面１７Ａ上にレーザ光を照射したときには、その照射位置（つまり第４散乱点Ｐ２４）とレーザ光源２１との距離を計測する。
【００４４】
高速度カメラ１３は、破線１８で示す計測範囲に第３散乱点Ｐ２３、第４散乱点Ｐ２４、及び第５散乱点Ｐ２５が含まれることから、これらの第３散乱点Ｐ２３、第４散乱点Ｐ２４及び第５散乱点Ｐ２５の位置を時間分解で計測して、第３散乱点Ｐ２３、第４散乱点Ｐ２４及び第５散乱点Ｐ２５の位置及び時間を求める。この高速度カメラ１３とレーザ光源２１との位置関係が、位置関係把握手段１５により計測されて把握される。なお、第４散乱点Ｐ２４については、距離測定手段１４及び高速度カメラ１３の一方のみでその位置を求めるように構成してもよい。
【００４５】
演算手段１６は、レーザ光源２１によるレーザ光の発光タイミング、高速度カメラ１３からの信号、並びに距離測定手段１４及び位置関係把握手段１５からの計測値に基づいて、物体２の形状を再構成する。この再構成は、後に詳説するように、第１散乱点Ｐ２１から第２散乱点Ｐ２２を経て第３散乱点Ｐ２３までの光路長を長径（長軸）とし、且つ第１散乱点Ｐ２１、第３散乱点Ｐ２３を焦点とする楕円Ａ２と、第４散乱点Ｐ２４から第２散乱点Ｐ２２を経て第５散乱点Ｐ２５までの光路長を長径（長軸）とし、且つ第４散乱点Ｐ２４、第５散乱点Ｐ２５を焦点とする楕円Ｂ２と、を含む複数の楕円を求め、これら複数の楕円Ａ２、Ｂ２、…の交点から第２散乱点Ｐ２２を特定し、この第２散乱点Ｐ２２を複数特定することで、物体２の形状を再構成する。
【００４６】
このようにして、レーザ光源２１が照射対象１７の第２観察面１７Ｂを観察可能な位置に配置されたときには、複数の開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）のうちの一の開口である第２開口１Ｂを通じてレーザ光源２１により照射したレーザ光による２次散乱光の散乱位置を、複数の開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）のうちの他の開口である第１開口１Ａを通じて散乱位置計測手段である高速度カメラ１３により計測できる構成となる。さらに、レーザ光源２１が照射対象１７の第１観察面１７Ａを観察可能な位置に配置されたときには、複数の開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）のうちの他の開口である第１開口１Ａのみを通じてレーザ光源２１により照射したレーザ光による１次散乱光及び２次散乱光の散乱位置を、散乱位置計測手段である高速度カメラ１３や距離計測手段１４により計測できる構成となる。
【００４７】
次に、形状計測装置２０の作用を説明する。
まず、レーザ光源２１及び距離測定手段１４が照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上を観察可能な位置に配置され、高速度カメラ１３が照射対象１７の第１観察面１７Ａを観察可能な位置に配置されている場合について説明する。
【００４８】
この場合、レーザ光源２１から出射したレーザ光は、照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上に照射されて１回目の散乱を起こし、第２観察面１７Ｂ上に第１散乱点Ｐ２１を生成する。この１回目の散乱による１次散乱光の一部は物体２に到達し、この物体２の表面で２回目の散乱を起こし、この物体２の表面上に第２散乱点Ｐ２２を生成する。更に、この２回目の散乱光の一部は、照射対象１７の第１観察面１７Ａ上に到達してこの第１観察面１７Ａ上で３回目の散乱を起こし、この第１観察面１７Ａ上に第３散乱点Ｐ２３を生成する。この３回目の散乱による２次散乱光の一部が高速度カメラ１３に到達する。
【００４９】
照射対象１７における第２観察面１７Ｂ上の第１散乱点Ｐ２１とレーザ光源２１との距離は距離測定手段１４により計測される。また、レーザ光源２１と高速度カメラ１３との位置関係は位置関係把握手段１５により計測される。そこで、演算手段１６は、距離測定手段１４による計測距離と位置関係把握手段１５により計測された位置関係とから、高速度カメラ１３を基準とした第１散乱点Ｐ２１の位置を算出する。また、演算手段１６は、距離測定手段１４による計測距離とレーザ光の光速とレーザ光源２１によるレーザ光の発光タイミングとから、第１散乱点Ｐ２１の時間（散乱時間）を算出する。一方、第３散乱点２３は、前述の如く高速度カメラ１３の計測範囲内にあることから、その位置及び時間が高速度カメラ１３により計測される。
【００５０】
従って、演算手段１６は、第１散乱点Ｐ２１と第３散乱点Ｐ２３との時間差を求めて、第１散乱点Ｐ２１から第２散乱点Ｐ２２を経て第３散乱点Ｐ２３までの光路長を算出する。更に、演算手段１６は、算出した光路長を長径（長軸）とし、且つ第１散乱点Ｐ２１、第３散乱点Ｐ２３を焦点とする楕円Ａ２を導出し、この楕円Ａ２上に第２散乱点Ｐ２２が存在すると判断する。
【００５１】
次に、レーザ光２１及び距離測定手段１４が高速度カメラ１３と共に、２点鎖線に示すように、照射対象１７の第１観察面１７Ａを観察可能な位置に配置された場合について説明する。
【００５２】
この場合、レーザ光源２１から出射したレーザ光は、照射対象１７の第１観察面１７Ａ上に照射されて１回目の散乱を起こし、第１観察面１７Ａ上で１次散乱光の散乱点である第４散乱点Ｐ２４を生成する。この１回目の散乱による１次散乱光の一部は物体２に到達し、この物体２の表面で２回目の散乱を起こし、物体２の表面上に第２散乱点Ｐ２２を生成する。更に、この２回目の散乱光の一部は、照射対象１７の第１観察面１７Ａ上に到達してこの第１観察面１７Ａ上で３回目の散乱を起こし、この第１観察面１７Ａ上に第５散乱点Ｐ２５を生成する。この３回目の散乱による２次散乱光の一部が高速度カメラ１３に到達する。
【００５３】
第２散乱点Ｐ２２は高速度カメラ１３の計測範囲外であるものの、第４散乱点Ｐ２４及び第５散乱点Ｐ２５は高速度カメラ１３の計測範囲内にある。このことから、高速度カメラ１３は、第４散乱点Ｐ２４と第５散乱点Ｐ２５のそれぞれの位置及び時間を計測する。演算手段１６は、高速度カメラ１３からの計測信号を入力して、第４散乱点Ｐ２４と第５散乱点Ｐ２５との時間差から、第４散乱点Ｐ２４から第２散乱点Ｐ２２を経て第５散乱点Ｐ２５までの光路長を算出する。更に、この演算手段１６は、算出した光路長を長径（長軸）とし、且つ第４散乱点Ｐ２４、第５散乱点Ｐ２５を焦点とする、楕円Ａ１とは非類似な楕円Ｂ２を算出し、この楕円Ｂ２上に第２散乱点Ｐ２２が存在すると判断する。
【００５４】
第１散乱点Ｐ２１、第３散乱点Ｐ２３、第４散乱点Ｐ２４、第５散乱点Ｐ２５の位置及び時間を異ならせるようにレーザ光源２１、高速度カメラ１３の位置が微小に変更されることで、演算手段１６は、楕円Ａ２、Ｂ２をそれぞれ複数導出し、この複数導出した楕円Ａ２…、楕円Ｂ２…の交点から第２散乱点Ｐ２２の位置を特定する。このとき同時に、物体２の表面上で異なる第２散乱点Ｐ２２の位置も特定されるので、演算手段１６は、物体２の形状を再構成して求める。
【００５５】
上述の図２では、高速度カメラ１３の位置が遮蔽物１の第１開口１Ａに対応して、照射対象１７の第１観察面１７Ａを観察可能な位置に配置された状態で、レーザ光源２１及び距離測定手段１４が、遮蔽物１の第２開口１Ｂに対応して照射対象１７の第２観察面１７Ｂを、または遮蔽物１の第１開口１Ａに対応して照射対象１７の第１観察面１７Ａを、それぞれ観察可能な位置に移動可能に配置される場合について述べた。ところが、図３に示すように、レーザ光源２１及び距離測定手段１４が遮蔽物１の第２開口１Ｂに対応して、照射対象１７の第２観察面１７Ａを観察可能な位置に配置された状態で、高速度カメラ１３が、遮蔽物１の第１開口１Ａに対応して照射対象１７の第１観察面１７Ａを、または遮蔽物１の第２開口１Ｂに対応して照射対象１７の第２観察面１７Ｂを、それぞれ観察可能な位置に移動可能に配置されてもよい。
【００５６】
この図３で高速度カメラ１３が、遮蔽物１の第１開口１Ａに対応して照射対象１７の第１観察面１７Ａを観察可能な位置に配置されているときには、図２の場合と同様に、レーザ光源２１から出射したレーザ光は、照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上の第１散乱点Ｐ２１で１回目の散乱を起こし、その散乱光の一部が物体２の表面の第２散乱点Ｐ２２で１回目の散乱を起こし、その後、その散乱光の一部が照射対象１７の第１観察面１７Ａ上の第３散乱点Ｐ２３で３回目の散乱を起こし、この３回目の散乱光の一部が高速度カメラ１３に到達する。この２次散乱光の散乱位置である第３散乱点Ｐ２３の位置が高速度カメラ１３により時間分解で計測される。
【００５７】
また、図３の２点鎖線に示すように、高速度カメラ１３が遮蔽物１の第２開口１Ｂに対応して、照射対象１７の第２観察面１７Ｂを観察可能な位置に配置されたときには、レーザ光源２１から出射したレーザ光は、照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上の第１散乱点Ｐ２１で１回目の散乱を起こし、その散乱光の一部が物体２の表面の第２散乱点Ｐ２２で２回目の散乱を起こし、その後、その散乱光の一部が照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上の第４散乱点Ｐ２４で３回目の散乱を起こし、この３回目の散乱による２次散乱光の一部が高速度カメラ１３に到達する。この第４散乱点Ｐ２４の位置が高速度カメラ１３により時間分解で計測される。
【００５８】
なお、レーザ光源２１から出射したレーザ光が照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上の第１散乱点Ｐ２１で１回目の散乱を起こした１次散乱光の一部が物体２の表面の第２散乱点Ｐ２２で２回目の散乱を起こす際の散乱光は指向性が低いため、一部は第１観察面１７Ａ上、また別の一部は第２観察面１７Ｂ上に到達することになる。このため図３のように、物体２の表面の第２散乱点Ｐ２２で２回目の散乱を起こした散乱光を第１観察面１７Ａ上、第２観察面１７Ｂ上の両者でさらに散乱させて２次散乱光とすることができる。
【００５９】
このようにして、図３の場合においては、高速度カメラ１３が照射対象１７の第１観察面１７Ａを観察可能な位置に配置されたときに、複数の開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）のうちの一の開口である第２開口１Ｂを通じてレーザ光源２１により照射したレーザ光による２次散乱光の散乱位置を、複数の開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）のうちの他の開口である第１開口１Ａを通じて散乱位置計測手段である高速度カメラ１３により計測できる構成となる。さらに、高速度カメラ１３が照射対象１７の第２観察面１７Ｂを観察可能な位置に配置されたときには、複数の開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）のうちの一の開口である第２開口１Ｂのみを通じてレーザ光源２１により照射したレーザ光による１次散乱光及び２次散乱光の散乱位置を、散乱位置計測手段である高速度カメラ１３や距離計測手段１４により計測できる構成となる。
【００６０】
以上の構成されたことから、この第２実施形態によれば、次の効果（２）を奏する。
（２）図２に示すように、高速度カメラ１３が遮蔽物１の一方の開口（例えば第１開口１Ａ）に配置された状態で、レーザ光源２１を移動可能に構成して、遮蔽物１の複数の開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）をそれぞれ通過させてレーザ光を照射する場合には、１次散乱光の散乱位置（図２に示した第１散乱点Ｐ２１及び第４散乱点Ｐ２４）が遮蔽物１の複数の開口（例えば第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）に対応して設定される。また、図３に示すように、レーザ光源２１及び距離測定手段１４が遮蔽物１の一方の開口（例えば第２開口１Ｂ）に配置された状態で、高速度カメラ１３を移動可能に構成して、遮蔽物１の複数の開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）をそれぞれ通して散乱光の散乱位置を時間分解で計測する場合には、３回以上散乱した２次散乱光の散乱位置（図３に示した第３散乱点Ｐ２３と及び第４散乱点Ｐ２４）が、遮蔽物１の複数の開口（例えば第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）に対応して設定される。
【００６１】
従って、これらの散乱位置から導出される楕円Ａ２と楕円Ｂ２（すなわち図２においては第１散乱点Ｐ２１及び第３散乱点Ｐ２３から導出される楕円Ａ２と、第４散乱点Ｐ２４及び第５散乱点Ｐ２５から導出される楕円Ｂ２、また図３においては第１散乱点Ｐ２１及び第３散乱点Ｐ２３から導出される楕円Ａ２と、第１散乱点Ｐ２１及び第４散乱点Ｐ２４から導出される楕円Ｂ２）とを、非類似な形状にできる。このため、これら非類似な複数の楕円Ａ２、Ｂ２、…の交点でのなす角（交差角）が大きくなるので、この交点の位置が明瞭になってその交点の特定が容易になる。この結果、これらの楕円Ａ２、Ｂ２、…の交点から求められる物体２の形状を、高い位置分解能で高精度に計測できる。
【００６２】
［Ｃ］第３実施形態（図４）
図４は、第３実施形態に係る形状計測装置の構成を作用と共に示す構成図である。この第３実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００６３】
この第３実施形態の形状計測装置３０が第１実施形態と異なる点は、第１実施形態の第１レーザ光源１１及び第２レーザ光源１２と同様な構成の１個のレーザ光源３３が第１実施形態の第１レーザ光源１１に置き換えて配置され、更に、第１実施形態の高速度カメラ１３と同様な構成の複数の高速度カメラ（例えば第１高速度カメラ３１及び第２高速度カメラ３２）のうち、一方の第１高速度カメラ３１が第１実施形態の高速度カメラ１３に置き換えて配置され、他方の第２高速度カメラ３２が第１実施形態の第２レーザ光源１２及び距離測定手段１４に置き換えて配置された点である。すなわち本実施形態においては、散乱位置計測手段は、複数の高速度カメラ（第１高速度カメラ３１及び第２高速度カメラ３２）から構成され、第１高速度カメラ３１が第１開口１Ａに通じる位置に配置され、第２高速度カメラ３２が第２開口２Ａに通じる位置に配置される。
【００６４】
この第３実施形態では、レーザ光源３３から出射されたレーザ光は、遮蔽物１の第１開口１Ａを通過して照射対象１７の第１観察面１７Ａ上の第１散乱点Ｐ３１で散乱し、この散乱光の一部が物体２の表面の第２散乱点Ｐ３２で散乱し、その後、その散乱光の一部が照射対象１７の第１観察面１７Ａ上の第３散乱点Ｐ３３で散乱し、この２次散乱光の一部が第１高速度カメラ３１に到達する。これにより、第３散乱点Ｐ３３の位置が、遮蔽物１の第１開口１Ａを通して第１高速度カメラ３１により時間分解で計測される。
【００６５】
更に、第２散乱点Ｐ３２で散乱した散乱光の一部は、照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上にも届き、第２観察面１７Ｂ上の第４散乱点Ｐ３４で散乱して２次散乱光となる。この２次散乱光の一部が第２高速度カメラ３２に到達する。これにより、第４散乱点Ｐ３４の一部が、遮蔽物１の第２開口１Ｂを通して第２高速度カメラ３２により時間分解で計測される。尚、第１散乱点Ｐ３１が第２高速度カメラ３１の計測範囲内にあることから、この第１散乱点Ｐ３１の位置についても、遮蔽物１の第１開口１Ａを通して第１高速度カメラ３１により時間分解で計測される。
【００６６】
上述のように、２個の高速度カメラ（第１高速度カメラ３１、第２高速度カメラ３２）が、遮蔽物１の異なる開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）を通して、散乱光の散乱位置（例えば第１散乱点３１、第３散乱点３３、第４散乱点３４）を時間分解で計測することで、３回以上散乱した散乱光の散乱位置（例えば第１散乱点Ｐ３１、第２散乱点Ｐ３２及び第３散乱点Ｐ３３と、第１散乱点Ｐ３１、第２散乱点Ｐ３２及び第４散乱点Ｐ３４）が、遮蔽物１の異なる複数の開口（例えば第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）に対応して設定される。
【００６７】
また、第１高速度カメラ３１と第２高速度カメラ３２の位置関係は、位置関係把握手段１５を用いて計測されて把握される。更に、演算手段１６は、レーザ光源３３の発光タイミング、第１高速度カメラ３１及び第２高速度カメラ３２からの信号、並びに位置関係把握手段１５からの計測値に基づいて、物体２の形状を再構成する。
【００６８】
この再構成は、後に詳説するように、第１散乱点Ｐ３１から第２散乱点Ｐ３２を経て第３散乱点Ｐ３３までの光路長を長径（長軸）とし、且つ第１散乱点Ｐ３１、第３散乱点Ｐ３３を焦点とする楕円Ａ３と、第１散乱点Ｐ３１から第２散乱点Ｐ３２を経て第４散乱点Ｐ３４までの光路長を長径（長軸）とし、且つ第１散乱点Ｐ３１、第４散乱点Ｐ３４を焦点とする楕円Ｂ３と、を含む複数の楕円を求め、これら複数の楕円Ａ３、Ｂ３、…の交点から第２散乱点Ｐ３２を特定し、この第２散乱点Ｐ３２を複数特定することで、物体２の形状を再構成する。
【００６９】
このようにして本実施形態においては、複数の開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）のうちの一の開口である第２開口１Ａを通じてレーザ光源３３により照射したレーザ光による２次散乱光の散乱位置を、複数の開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）のうちの他の開口である第１開口１Ｂを通じて散乱位置計測手段である第２高速度カメラ３２により計測可能であり、さらに、複数の開口（第１開口１Ａ、第２開口１Ｂ）のうちの一の開口である第１開口１Ａのみを通じてレーザ光源３３により照射したレーザ光による１次散乱光及び２次散乱光の散乱位置を、散乱位置計測手段である第１高速度カメラ３１により計測可能なように、散乱位置検出手段である第１高速度カメラ３１及び第２高速度カメラ３２、及びレーザ光源３３がそれぞれ配置される構成となっている。
【００７０】
次に、形状計測装置３０の作用を説明する。
第１レーザ光源３３から出射したレーザ光は、照射対象１７の第１観察面１７Ａ上に照射されて１回目の散乱を起こし、第１観察面１７Ａ上で第１散乱点Ｐ３１を生成する。この１回目の散乱光の一部は物体２に到達し、この物体２の表面で２回目の散乱を起こし、物体２の表面上に第２散乱点Ｐ３２を生成する。更に、この２回目の散乱光の一部は、照射対象１７の第１観察面１７Ａ上に到達してこの第１観察面１７Ａ上で３回目の散乱を起こし、この第１観察面１７Ａ上に第３散乱点Ｐ３３を生成する。この３回目の散乱による２次散乱光の一部が第１高速度カメラ３１に到達する。
【００７１】
第２散乱点Ｐ３２は第１高速度カメラ３１の計測範囲外であるものの、第１散乱点Ｐ３１及び第３散乱点Ｐ３３は第１高速度カメラ３１の計測範囲内にある。このことから、第１高速度カメラ３１は、第１散乱点Ｐ３１と第３散乱点Ｐ３３のそれぞれの位置及び時間を計測する。演算手段１６は、第１高速度カメラ３１からの計測信号を入力して、第１散乱点Ｐ３１と第３散乱点Ｐ３３との時間差から、第１散乱点Ｐ３１から第２散乱点Ｐ３２を経て第３散乱点Ｐ３３までの光路長を算出する。更に、この演算手段１６は、算出した光路長を長径（長軸）とし、且つ第１散乱点Ｐ３１、第３散乱点Ｐ３３を焦点とする楕円Ａ３を算出し、この楕円Ａ３上に第２散乱点Ｐ３２が存在すると判断する。
【００７２】
また、物体２の表面上の第２散乱点Ｐ３２で２回目の散乱をした散乱光の一部は、照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上に到達して、この第２観察面１７Ｂ上で３回目の散乱を起こし、この第２観察面１７Ｂ上に第４散乱点Ｐ３４を生成する。この３回目の散乱による２次散乱光の一部が第２高速度カメラ３２に到達する。
【００７３】
第２散乱点Ｐ３２は、第１高速度カメラ３１及び第２高速度カメラ３２の計測範囲外にあるものの、第１散乱点Ｐ３１は第１高速度カメラ３１の計測範囲内に、第４散乱点Ｐ３４は第２高速度カメラ３２の計測範囲内にある。これらのことから、第１高速度カメラ３１は、第１散乱点Ｐ３１の位置及び時間を計測し、第２高速度カメラ３２は、第４散乱点Ｐ３４の位置及び時間を計測する。また、位置関係把握手段１５が、第１高速度カメラ３１と第２高速度カメラ３２の位置関係を把握し、演算手段１６は、この位置関係把握手段１５の計測値から、第１高速度カメラ３１を基準とした第４散乱点Ｐ３４の位置を求める。
【００７４】
従って、演算手段１６は、第１散乱点Ｐ３１と第４散乱点Ｐ３４との時間差を求めて、第１散乱点Ｐ３１から第２散乱点Ｐ３２を経て第４散乱点Ｐ３４までの光路長を算出する。更に、演算手段１６は、算出した光路長を長径（長軸）とし、且つ第１散乱点Ｐ３１、第４散乱点Ｐ３４を焦点とする、楕円Ａ３とは非類似な楕円Ｂ３を導出し、この楕円Ｂ３上に第２散乱点Ｐ３２が存在すると判断する。
【００７５】
第１散乱点Ｐ３１、第３散乱点Ｐ３３、第４散乱点Ｐ３４の位置及び時間を異ならせるように、第１高速度カメラ３１、第２高速度カメラ３２、レーザ光源３３の位置が微小に変更されることで、演算手段１６は、楕円Ａ３、Ｂ３をそれぞれ複数導出し、この複数導出した楕円Ａ３…、楕円Ｂ３…の交点から、第２散乱点Ｐ３２の位置を特定する。このとき同時に、物体２の表面上で異なる第２散乱点Ｐ３２の位置も特定されることになるので、演算手段１６は、物体２の形状を再構成して求める。
【００７６】
以上のように構成されたことから、本第３実施形態によれば、次の効果（３）を奏する。
（３）遮蔽物１の第１開口１に対応して照射対象１７の第１観察面１７Ａを観察可能な位置に配置された第１高速度カメラ３１と、遮蔽物１の第２開口１Ｂに対応して照射対象１７の第２観察面１７Ｂを観察可能な位置に配置された第２高速度カメラ３２とにより、３回以上散乱した２次散乱光の散乱位置（例えば第１散乱点Ｐ３１、第２散乱点Ｐ３２及び第３散乱点Ｐ３３と、第１散乱点Ｐ３１、第２散乱点Ｐ３２及び第４散乱点Ｐ３４）は、遮蔽物１の複数の開口１Ａ、１Ｂに対応して設定される。
【００７７】
従って、これらの散乱位置から導出される楕円、例えば第１散乱点Ｐ３１、第２散乱点Ｐ３２、第３散乱点Ｐ３３から導出される楕円Ａ３と、第１散乱点Ｐ３１、第２散乱点Ｐ３２、第４散乱点Ｐ３４から導出される楕円Ｂ３とを非類似な形状にできる。このため、これら非類似な複数の楕円Ａ３、Ｂ３、…の交点でのなす角（交差角）が大きくなるので、この交点の位置が明瞭になってその交点の特定が容易になる。この結果、これらの楕円Ａ３、Ｂ３、…の交点から求められる物体２の形状を、高い位置分解能で高精度に計測できる。
【００７８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００７９】
例えば、図１に示す第１実施形態において、距離測定手段１４に代えて第２高速度カメラを用いてもよい。この第２高速度カメラは高速度カメラ１３と同様な構成であり、第２レーザ光源１２からのレーザ光が照射対象１７の第２観察面１７Ｂ上で散乱した散乱光の散乱位置（即ち第４散乱点Ｐ１４の位置）を、遮蔽物１の第２開口１Ｂを通して時間分解で計測する。この第２高速度カメラによって、第４散乱点Ｐ１４の位置及び時間を容易に計測できる。尚、この第２高速度カメラを用いる場合にも、第２高速度カメラにより計測された第４散乱点Ｐ１４の位置は、位置関係把握手段１５により求められた高速度カメラ１３と第２レーザ光源１２との距離から、演算手段１６によって、高速度カメラ１３を基準にした位置として求められる。
【符号の説明】
【００８０】
１…遮蔽物、１Ａ…第１開口、１Ｂ…第２開口、２…物体、１０…形状計測装置、１１…第１レーザ光源、１２…第２レーザ光源、１３…高速度カメラ、１４…距離測定手段、１５…位置関係把握手段、１６…演算手段、１７…照射対象、Ｐ１１…第１散乱点、Ｐ１２…第２散乱点、Ｐ１３…第３散乱点、Ｐ１４…第４散乱点、Ｐ１５…第５散乱点、２０…形状計測装置、２１…レーザ光源、Ｐ２１…第１散乱点、Ｐ２２…第２散乱点、Ｐ２３…第３散乱点、Ｐ２４…第４散乱点、Ｐ２５｝第５散乱点、３０…形状計測装置、３１…第１高速度カメラ、３２…第２高速度カメラ、３３…レーザ光源、Ｐ３１…第１散乱点、Ｐ３２…第２散乱点、Ｐ３３…第３散乱点、Ｐ３４…第４散乱点。
【図１】
2018179935.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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