(57)【要約】【課題】測定領域が狭小の場合のみならず比較的広大の場合であっても、被測定物の三次元形状を測定可能とする三次元形状測定装置を提供する。【解決手段】色が規則的に経時変化する光パルスを生成するパルス光源３０及びチャープ導入装置３２と、生成された前記光パルスをワーク２４の表面２６に照射し、前記ワーク２４で反射された前記パルス光を所定のタイミングで所定の光量だけ切り出し、前記光パルスの反射光像を取得する反射光像取得部７０と、取得された前記反射光像の二次元情報及び色情報を用いてワーク２４の三次元情報を取得するカラー二次元検出器５２とを備え、反射光像取得部７０は、ワーク２４に照射される前記光パルスの照射領域４２を拡縮する焦点位置補正部６６と、拡縮された照射領域４２に応じて前記光パルスを切り出す前記所定の光量を調整するシャッタ動作補正部６８とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
色が規則的に経時変化する光パルスを生成する光パルス生成手段と、
前記光パルス生成手段により生成された前記光パルスを被測定物に照射し、前記被測定物で反射された前記光パルスを所定のタイミングで所定の光量だけ切り出し、前記光パルスの反射光像を取得する反射光像取得手段と、
前記反射光像取得手段により取得された前記反射光像の二次元情報及び色情報を用いて前記被測定物の三次元情報を取得する三次元情報取得手段と、を備え、
前記反射光像取得手段は、
前記被測定物に照射される前記光パルスの照射領域を拡縮する照射領域拡縮手段と、
前記照射領域拡縮手段により拡縮された前記照射領域に応じて前記光パルスを切り出す前記所定の光量を調整する光量調整手段と、を有する
ことを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の三次元形状測定装置において、
前記光量調整手段は、前記反射光像の取得位置から前記被測定物までの距離に応じて前記光パルスを切り出す前記所定のタイミングを調整する
ことを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の三次元形状測定装置において、
前記光量調整手段は、前記反射光像の取得位置から前記被測定物までの距離に応じて前記パルス光を切り出す前記所定の光量を調整する
ことを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置において、
前記反射光像の取得位置から前記被測定物までの距離を測定する距離計を、さらに備える
ことを特徴とする三次元形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の三次元形状、例えばワークの塗装面等の表面欠陥やその平滑さを測定する方法の一つとして、パルス光を用いたＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）法が挙げられる。
【０００３】
パルス光を用いたＴＯＦ法とは、パルス光源から照射されたパルス光が、被測定物の表面の照射領域で反射され、検出器により検出されるまでの飛行時間（ＴＯＦ）と光速度とから、奥行き方向の距離差として換算し、被測定物の三次元形状を測定するものである。
【０００４】
例えば、特許文献１には、色が規則的に経時変化する光パルス（いわゆるチャープ光パルス）を用い、三次元情報を二次元画像である色付き等高線マップに変換して検出する技術が開示されている。このように構成すれば、被測定物の三次元形状を高精度且つ高速で測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２５００３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された装置を用いることにより被測定物の三次元形状を高精度に測定できる反面、その測定精度を確保するために、パルス光の照射領域（面積）を狭小の空間内に設定する必要がある。かかる場合、１回の照射動作で測定可能な領域（測定領域）が限定されるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、測定領域が狭小の場合のみならず比較的広大の場合であっても、被測定物の三次元形状を測定可能とする三次元形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明に係る三次元形状測定装置は、色が規則的に経時変化する光パルスを生成する光パルス生成手段と、前記光パルス生成手段により生成された前記光パルスを被測定物に照射し、前記被測定物で反射された前記パルス光を所定のタイミングで所定の光量だけ切り出し、前記光パルスの反射光像を取得する反射光像取得手段と、前記反射光像取得手段により取得された前記反射光像の二次元情報及び色情報を用いて前記被測定物の三次元情報を取得する三次元情報取得手段と、を備え、前記反射光像取得手段は、前記被測定物に照射される前記光パルスの照射領域を拡縮する照射領域拡縮手段と、前記照射領域拡縮手段により拡縮された前記照射領域に応じて前記光パルスを切り出す前記所定の光量を調整する光量調整手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、照射領域の拡縮に応じて光パルスを切り出す光量を調整する光量調整手段を設けたので、照射領域の拡縮に応じて単位面積当たりの光パルスの光量が変化する場合であっても、その照射領域に適した光パルスの光量を切り出し可能となり、測定範囲が狭小の場合のみならず比較的広大の場合であっても被測定物の三次元形状を測定できる。
【００１０】
請求項２記載の発明に係る三次元形状測定装置は、請求項１記載の三次元形状測定装置において、前記光量調整手段は、前記反射光像の取得位置から前記被測定物までの距離に応じて前記光パルスを切り出す前記所定のタイミングを調整することを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、被測定物までの距離に応じて光パルスを切り出すタイミングを調整する光量調整手段を設けたので、被測定物までの距離の長短に応じて光パルスの飛行距離が変化する場合であっても、その距離に適した光パルスの切り出しタイミングを設定できる。
【００１２】
請求項３記載の発明に係る三次元形状測定装置は、請求項１又は２に記載の三次元形状測定装置において、前記光量調整手段は、前記反射光像の取得位置から前記被測定物までの距離に応じて前記光パルスを切り出す前記所定の光量を調整することを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、被測定物までの距離の長短に応じて照射領域あるいは単位面積当たりの光パルスの光量が変化する場合であっても、その距離に適した光パルスの切り出し光量を設定できる。
【００１４】
請求項４記載の発明に係る三次元形状測定装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置において、前記反射光像の取得位置から前記被測定物までの距離を測定する距離計を、さらに備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、被測定物までの距離を測定する距離計を設けたので、被測定物までの距離を正確に測定可能となり、その距離に応じた光パルスの飛行距離や単位面積当たりの光量を精度良く把握できるため、より一層適した切り出し光量又は切り出しタイミングを設定できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る三次元形状測定装置によれば、色が規則的に経時変化する光パルスを生成する光パルス生成手段により生成された前記光パルスを被測定物に照射し、前記被測定物で反射された前記パルス光を所定のタイミングで所定の光量だけ切り出し、前記光パルスの反射光像を取得する反射光像取得手段により取得された前記反射光像の二次元情報及び色情報を用いて前記被測定物の三次元情報を取得する際、前記反射光像取得手段が、前記被測定物に照射される前記光パルスの照射領域を拡縮する照射領域拡縮手段と、前記照射領域拡縮手段により拡縮された前記照射領域に応じて前記光パルスを切り出す前記所定の光量を調整する光量調整手段と、を有するように構成したので、照射領域の拡縮に応じて単位面積当たりの光パルスの光量が変化する場合であっても、その照射領域に適した光パルスの光量を切り出し可能となり、測定範囲が狭小の場合のみならず比較的広大の場合であっても被測定物の三次元形状を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る三次元形状測定装置が組み込まれた三次元形状測定システムの概略側面図である。
【図２】本実施形態に係る三次元形状測定装置の構成ブロック図である。
【図３】図３Ａは被測定物の表面の一部省略正面図、図３Ｂは図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図である。
【図４】図４Ａは近距離モードにより取得された照射領域内の撮像信号のプロファイルである。図４Ｂは遠距離モードにより取得された照射領域内の撮像信号のプロファイルである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る三次元形状測定装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
先ず、本実施形態に係る三次元形状測定装置が組み込まれた三次元形状測定システムについて図１を参照しながら説明する。三次元形状測定システム１０は、三次元形状測定装置１２と、距離計１４と、ケーブル１６と、画像処理装置１８と、モニタ１９と、上位制御装置２０と、ロボット制御装置２１とを備える。
【００２０】
三次元形状測定装置１２の撮像面２２は、被測定物としてのワーク２４の表面２６側を指向する。また、三次元形状測定装置１２は、図示しないロボットのアームに装着されているので、前記ロボット制御装置２１による制御下に前記ロボットのアームの駆動に従って上下・左右方向に移動が自在である。
【００２１】
レーザ距離計等の非接触型であり、ワーク２４の表面２６と撮像面２２との距離（以下、離間距離という。）を測定する距離計１４は、三次元形状測定装置１２の側面に固定設置されている。距離計１４は、三次元形状測定装置１２にケーブル１６を介して電気的に接続されている。
【００２２】
画像処理装置１８は、三次元形状測定装置１２に電気的に接続されており、三次元形状測定装置１２から供給される撮像信号に対して種々の画像処理を行う。
【００２３】
モニタ１９は、画像処理装置１８に接続されており、画像処理装置１８により画像処理された画像や測定情報等を表示する。
【００２４】
上位制御装置２０は、例えばＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）で構成され、画像処理装置１８や、図示しないロボットの駆動制御を行うロボット制御装置２１に対して各種の指令を送信する。また、上位制御装置２０が備える図示しない操作部から複数の測定モード、例えば、通常モード、近距離モード、又は遠距離モードのうちいずれかを設定可能である。
【００２５】
図２は、本実施形態に係る三次元形状測定装置１２の構成ブロック図である。
【００２６】
この三次元形状測定装置１２は、パルス光を射出するパルス光源３０と、該パルス光源３０により射出されたパルス光をチャープすることでチャープ光パルスを生成するチャープ導入装置３２と、該チャープ導入装置３２により生成されたチャープ光パルスのビーム径を拡大する拡大光学系３４と、拡大光学系３４によりビーム径が拡大されたチャープ光パルスを偏光方向に応じて分割する偏光ビームスプリッタ３６と、該偏光ビームスプリッタ３６を透過された前記チャープ光パルスを平行化するコリメートレンズ３８と、該コリメートレンズ３８により平行化されたチャープ光パルスの偏光方向を所定の方向に傾けるλ／４波長板４０と、該λ／４波長板４０により偏光されたチャープ光パルスの光束を集光してワーク２４の表面２６上に焦点像（以下、照射領域４２という。）を形成するとともに、図示しない駆動機構によってＡ方向（ワーク２４に対する鉛直方向）に沿って移動自在な対物レンズ４４と、を備える。
【００２７】
また、光路Ｌ上に、偏光ビームスプリッタ３６により反射されたチャープ光パルスを所定の角度方向に反射する反射ミラー４６と、図示しない遮光性のシャッタ幕の開閉が自在であって前記反射ミラー４６からの反射光を切り出し可能なシャッタ４８と、該シャッタ４８により切り出されたチャープ光パルスから適切な反射光像を形成する結像光学系５０と、該結像光学系５０により生成された反射光像を撮像信号に変換するカラー二次元検出器５２と、画像処理装置１８と電気的に接続され、且つ前記カラー二次元検出器５２により変換された撮像信号を画像処理装置１８に送信するＩ／Ｆ５４とを備える。
【００２８】
さらに、この三次元形状測定装置１２は、パルス光源３０によるパルス光の射出動作を制御するパルス光射出制御部５６と、シャッタ４８による図示しないシャッタ幕の開閉動作を制御するシャッタ開閉制御部５８と、パルス光源３０の射出動作とシャッタ４８の開閉動作とのタイミングを制御するタイミング制御部６０と、対物レンズ４４をＡ方向（Ｚ軸方向）に駆動し焦点位置を制御する自動焦点制御部６２とを備える。
【００２９】
さらに、この三次元形状測定装置１２は、距離計１４とケーブル１６を介し電気的に接続され且つ距離計１４により測定された離間距離ｈを取得可能であるＩ／Ｆ６４と、該Ｉ／Ｆ６４により取得された離間距離ｈ及びＩ／Ｆ５４により取得された測定モードの設定に基づき焦点位置情報（対物レンズ４４の位置）を補正し、自動焦点制御部６２に前記補正された焦点位置情報を供給する焦点位置補正部６６と、前記離間距離ｈ及び前記測定モードの設定に基づきシャッタ４８の開閉タイミング及び速度（以下、シャッタ制御情報という。）を補正し、シャッタ開閉制御部５８に前記補正されたシャッタ制御情報を供給するシャッタ動作補正部６８とを備える。
【００３０】
なお、色が規則的に経時変化する光パルスを生成する光パルス生成手段は、パルス光源３０とチャープ導入装置３２とから構成される。また、ワーク２４で反射された光路Ｌ上のチャープ光パルスを所定のタイミングで所定の光量だけ切り出し、前記チャープ光パルスの反射光像を取得する反射光像取得手段としての反射光像取得部７０は、偏光ビームスプリッタ３６と、コリメートレンズ３８と、λ／４波長板４０と、対物レンズ４４と、反射ミラー４６と、シャッタ４８と、シャッタ開閉制御部５８と、自動焦点制御部６２と、焦点位置補正部６６と、シャッタ動作補正部６８とから構成される。さらに、三次元情報取得手段は、カラー二次元検出器５２から構成される。
【００３１】
また、ワーク２４に照射される光パルスの照射領域４２を拡縮｛拡大（広げる）又は縮小（狭める）｝する照射領域拡縮手段は焦点位置補正部６６から構成され、拡縮された照射領域４２に応じて光パルスを切り出す所定のタイミング又は所定の光量を調整する光量調整手段は、シャッタ動作補正部６８から構成される。
【００３２】
この実施形態に係る三次元形状測定装置１２は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作について説明する。
【００３３】
先ず、ユーザである作業者は、三次元形状測定システム１０によるワーク２４の表面２６の三次元形状測定の準備を行う。
【００３４】
図１に示すように、作業者は、上位制御装置２０の図示しない操作部から通常モード、近距離モード、又は遠距離モードのうちいずれかの測定モードを設定する。ここで、通常モードとは、深さ方向（Ｚ軸方向）の空間分解能が高い測定が可能であり、詳細な三次元形状を把握する場合に設定する測定モードである。
【００３５】
また、近距離モードとは、離間距離ｈを通常モードと比較して小さくする測定モードである。このモードは、通常モードと比較して照射領域４２（図２参照）は狭くなるが深さ方向（Ｚ軸方向）の空間分解能を向上させることが可能であり、Ｘ−Ｙ軸平面に対して微視的な領域についてその三次元形状を詳細に把握したい場合に適切である。
【００３６】
さらに、遠距離モードとは、離間距離ｈを通常モードと比較して大きくする測定モードである。このモードは、通常モードと比較して深さ方向（Ｚ軸方向）の空間分解能は低くなるが照射領域４２（図２参照）を広くすることが可能であり、Ｘ−Ｙ軸平面に対して巨視的な領域についてその三次元形状を大局的に把握したい場合に適切である。
【００３７】
このように、作業者による測定モードの設定に従って、照射領域４２の大きさの目標値（以下、単に「照射領域４２の大きさ」という。）が決定される。例えば、選択される各測定モードと照射領域４２の大きさとを予め対応付けておくことが好ましい。上位制御装置２０の図示しない操作部を利用して決定された照射領域４２の大きさは、画像処理装置１８、Ｉ／Ｆ５４を介し、三次元形状測定装置１２側に供給され、図示しない記憶部に記憶される。
【００３８】
次いで、上位制御装置２０からの指令を受けたロボット制御装置２１は、三次元形状測定装置１２が装着されている図示しないロボットのアームを所定の位置・姿勢になるように駆動する。これにより、三次元形状測定装置１２の撮像面２２がワーク２４の表面２６側に指向し、表面２６上の所定の測定箇所に照射領域４２（図２参照）が設定される。
【００３９】
次いで、自動又は手動により、距離計１４を用いて離間距離ｈを測定する。距離計１４により測定された離間距離ｈは、ケーブル１６、Ｉ／Ｆ６４を介し、三次元形状測定装置１２側に供給され、図示しない記憶部に記憶される。
【００４０】
このようにして、三次元形状測定システム１０によるワーク２４の表面２６の三次元形状測定の準備は完了する。
【００４１】
続いて、作業者が上位制御装置２０の図示しない操作部から測定開始指示を行うと、ワーク２４の表面２６上の三次元形状測定が開始される。
【００４２】
図２に示すように、パルス光射出制御部５６によるパルス射出指示を受信したパルス光源３０からパルス光が射出されると、該パルス光は、チャープ導入装置３２によりチャープされ、チャープ光パルスが生成される。該チャープ光パルスは、拡大光学系３４によりビーム径が拡大された後、偏光ビームスプリッタ３６を介して、コリメートレンズ３８により平行化され、λ／４波長板４０により直線偏光から円偏光とされ、対物レンズ４４により前記チャープ光パルスの光束が集光され、ワーク２４の表面２６上の照射領域４２に照射される。
【００４３】
ここで、パルス光源３０からパルス光が射出される前に、照射領域４２を所望の大きさになるように予め設定しておく。上述した測定準備の過程で設定された照射領域４２の大きさ及び測定された離間距離ｈが標準設定値と同じ値である場合は、対物レンズ４４を移動させず予め設定されたＺ軸座標に据え置く。
【００４４】
一方、照射領域４２の大きさ又は測定された離間距離ｈが標準設定値と異なる値である場合は、三次元形状測定装置１２から照射される光束の焦点位置が変化するので、対物レンズ４４の位置をＡ方向（Ｚ軸方向）に沿って移動することで前記焦点位置を補正する必要が生じる。
【００４５】
かかる場合、記憶された照射領域４２の大きさ及び離間距離ｈは、図示しない記憶部から読み出され、焦点位置補正部６６に供給される。供給された照射領域４２の大きさ及び離間距離ｈに基づいて、焦点位置補正部６６により対物レンズ４４の補正されたＺ軸座標、すなわちＺ軸変位量が算出される。算出された該Ｚ軸変位量は自動焦点制御部６２に供給される。対物レンズ４４は、図示しない駆動機構により、Ａ方向（Ｚ軸方向）に沿って前記Ｚ軸変位量だけ移動させられる。
【００４６】
Ｚ軸変位量は、拡大光学系３４と、コリメートレンズ３８と、対物レンズ４４と、対物レンズ４４の中心位置からワーク２４の表面２６までの距離（ｈ＋ｄ）との組み合わせによって決定される。例えば、離間距離ｈに応じた適切な対物レンズ４４のＺ軸変位量との関係を焦点補正ＬＵＴ（Ｌｏｏｋ  Ｕｐ  Ｔａｂｌｅ）として予め記憶しておくことが好ましい。この焦点補正ＬＵＴに基づいて、離間距離ｈに対応する適切な対物レンズ４４のＺ軸変位量を容易に決定することができる。
【００４７】
このようにして、照射領域４２を所望の大きさになるように予め設定できる。
【００４８】
図２に示すように、ワーク２４の表面２６上の照射領域４２で反射したチャープ光パルスは、対物レンズ４４により集光され、λ／４波長板４０により円偏光から直線偏光とされ、コリメートレンズ３８により平行化され、偏光ビームスプリッタ３６により光路Ｌ方向に反射され、反射ミラー４６により所定の角度方向に反射され、シャッタ４８により所定のタイミングで所定の光量だけ切り出され、結像光学系５０により適切な反射光像が形成され、カラー二次元検出器５２により撮像信号に変換される。該撮像信号は、Ｉ／Ｆ５４を介し、外部装置である画像処理装置１８に送信される。
【００４９】
ここで、パルス光源３０からパルス光が射出される前に、シャッタ４８が所望の動作をするように設定しておく。なお、シャッタ４８の開閉動作の開始タイミングとパルス光源３０の射出動作の開始タイミングは、タイミング制御部６０によって制御される。
【００５０】
上述した測定準備の過程で設定された照射領域４２の大きさ及び測定された離間距離ｈが標準設定値と同じ値である場合は、予め設定されたシャッタ４８のシャッタ制御情報に基づいて動作をさせる。
【００５１】
一方、照射領域４２の大きさ又は測定された離間距離ｈが標準設定値と異なる値である場合は、光路Ｌ上のチャープ光パルスがシャッタ４８に到達するタイミング又は光量が変化するので、シャッタ４８のシャッタ制御情報を補正する必要が生じる。
【００５２】
かかる場合、記憶された照射領域４２の大きさ及び離間距離ｈは、図示しない記憶部から読み出され、シャッタ動作補正部６８に供給される。供給された照射領域４２の大きさ及び離間距離ｈに基づいて、シャッタ動作補正部６８により補正されたシャッタ制御情報が算出される。算出された前記補正されたシャッタ制御情報は、シャッタ開閉制御部５８に供給される。シャッタ４８は、前記補正されたシャッタ制御情報に基づいてシャッタ開閉制御部５８により制御される。
【００５３】
シャッタ制御情報のうちシャッタ４８の開閉タイミングは、離間距離ｈの標準設定値からの変化量Δｈによって決定される。離間距離ｈからΔｈだけ遠ざかる場合は、シャッタ４８の開閉タイミングの標準設定値に対して、２Δｈ／ｃだけ時間を遅らせればよい。同様にして、離間距離ｈからΔｈだけ近づく場合は、シャッタ４８の開閉タイミングの標準設定値に対して、２Δｈ／ｃだけ時間を早めればよい。ここで、ｃは光速度を表す。
【００５４】
シャッタ制御情報のうちシャッタ４８の速度は、照射領域４２の面積の標準設定値との比ｋによって決定される。かかる場合は、シャッタ４８の開閉動作により切り出される光量がｋ倍になるようにシャッタ４８の速度を早く又は遅くすればよい。そうすれば、照射領域４２内の単位面積当たりの光量、すなわち、カラー二次元検出器５２での検出光量を略一定に保てるので、光量不足に伴う撮像信号のＳ／Ｎ比の低下を防止可能となり、電気ノイズ等の影響を受けない撮像ができる。
【００５５】
なお、上述のように、照射領域４２の面積は離間距離ｈに応じて変化することから、シャッタ４８の適切な速度は、離間距離ｈとの関係においても定まることはいうまでもない。よって、照射領域４２の大きさ又は離間距離ｈに応じた適切なシャッタ４８の開閉タイミングとの関係をシャッタタイミング補正ＬＵＴとして、照射領域４２の大きさ又は離間距離ｈに応じた適切なシャッタ４８の速度との関係をシャッタ速度補正ＬＵＴとして予め記憶しておき、このシャッタタイミング補正ＬＵＴ及びシャッタ速度補正ＬＵＴに基づいてシャッタ制御情報を決定することがより好ましい。
【００５６】
このようにして、シャッタ４８が所望の動作をするように予め設定できる。
【００５７】
以上のように、ワーク２４の表面２６上の照射領域４２内において三次元形状を測定することができる。すなわち、Ｘ−Ｙ軸平面上の各位置におけるチャープ光パルスの飛行時間の差（Ｚ軸方向の奥行き）が、シャッタ４８の開閉動作により同時に切り出された光色（波長）によって画像の階調が表現される。具体的には、前縁である長波長側（赤色）から後縁である短波長側（紫色）まで色が連続的に変化するチャープ光パルスを用いる場合、Ｚ方向の奥行きが大きいＸ−Ｙ軸平面上の位置において、チャープ光パルスがシャッタ４８に到達する時間が遅延する。従って、カラー二次元検出器５２では、チャープ光パルスの前縁の方である長波長側の光色が検出される傾向がある。
【００５８】
図１に示すように、Ｉ／Ｆ５４を介して送信された撮像信号は、画像処理装置１８により所望の画像処理が施され、モニタ１９により可視画像として表示される。
【００５９】
三次元形状測定装置１２により１回の測定が終了した後、上位制御装置２０の指令を受けたロボット制御装置２１は、三次元形状測定装置１２が装着されている図示しないロボットのアームを所定の位置・姿勢になるように駆動する。これにより、三次元形状測定装置１２の撮像面２２がワーク２４の表面２６側に指向し、表面２６上の次の測定箇所に照射領域４２（図２参照）が設定される。以下、三次元形状測定装置１２による測定と、ロボット制御装置２１による測定箇所の設定と、を繰り返し行うことにより一連の測定動作が終了する。
【００６０】
続いて、このようにして取得した三次元形状についての撮像画像の概要について図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ及び図４Ｂを参照しながら説明する。
【００６１】
図３Ａはワーク２４の表面２６の一部省略正面図、図３Ｂは図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図である。
【００６２】
図３Ａに示すように、ワーク２４の表面２６上には、平坦部７２の略中央部に半球状の凹部７４が設けられている（図３Ｂ参照）。ここで、遠距離モードによる照射領域は４２ａ、近距離モードによる照射領域は４２ｂとする。照射領域４２ａの面積は、照射領域４２ｂの面積に対して約９倍に相当する。
【００６３】
図４Ａは近距離モードにより取得された照射領域４２ａ内の撮像信号のプロファイル、図４Ｂは遠距離モードにより取得された照射領域４２ｂ内の撮像信号のプロファイルである。ここでは、撮像信号が有する画素値が大きいほど表面２６は撮像面２２に近く、画素値が小さいほど表面２６は撮像面２２に遠いことを示すものとする。
【００６４】
図４Ａに示すように、近距離モードは、遠距離モードと比較して照射領域４２ａは狭くなるが、深さ方向（Ｚ軸方向）の空間分解能が高いため、凹部７４の半球形状をほぼ再現している（図３Ｂ参照）。従って、近距離モードは、Ｘ−Ｙ軸平面（図３Ａ参照）に対して微視的な領域（照射領域４２ａ）についてその三次元形状を詳細に把握したい場合に適切である。
【００６５】
図４Ｂに示すように、遠距離モードは、近距離モードと比較して深さ方向（Ｚ軸方向）の空間分解能は低いので凹部７４の半球形状を再現できないが（図３Ｂ参照）、照射領域４２ｂを広くできるため、平坦部７２と凹部７４との三次元形状の比較が容易である。従って、遠距離モードは、Ｘ−Ｙ軸平面（図３Ａ参照）に対して巨視的な領域（照射領域４２ｂ）についてその三次元形状を大局的に把握したい場合に適切である。
【００６６】
なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
【００６７】
例えば、本実施形態では、光源部としてのパルス光源３０と、検出部としてのカラー二次元検出器５２と、が三次元形状測定装置１２に一体的に組み込まれている構成を採っているが、光源部と検出部を別々の装置として構成してもよい。
【００６８】
また、三次元形状の測定に用いられるチャープ光パルスは、可視領域の光波長に限定されることなく、紫外線や赤外線等を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１０…三次元形状測定システム              １２…三次元形状測定装置
１４…距離計                              １８…画像処理装置
２２…撮像面                              ２４…ワーク
２６…表面                                ３０…パルス光源
３２…チャープ導入装置                    ３６…偏光ビームスプリッタ
３８…コリメートレンズ                    ４０…λ／４波長板
４２、４２ａ、４２ｂ…照射領域            ４４…対物レンズ
４６…反射ミラー                          ４８…シャッタ
５０…結像光学系                          ５２…カラー二次元検出器
５４、６４…Ｉ／Ｆ                        ５６…パルス光射出制御部
５８…シャッタ開閉制御部                  ６０…タイミング制御部
６２…自動焦点制御部                      ６６…焦点位置補正部
６８…シャッタ動作補正部                  ７０…反射光像取得部
７２…平坦部                              ７４…凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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