(57)【要約】【課題】装置の小型化に適した光学構成を備えた光切断型の三次元測定装置を提供する。【解決手段】携帯型三次元測定装置１は、被測定物の三次元形状を光切断法により計測するものであって、本体ハウジング１０、スリット光Ｓを発生するスリット光発生手段２、投光光学系３、撮像手段４及び制御部５を含む。投光光学系３は、スリット光Ｓを反射させる反射面Ｒ１、Ｒ２を含む。これらのうち、反射面Ｒ１が被測定物側から見て撮像手段４の受光面の配置位置よりも遠い位置に配置されている。かかる配置により、スリット光を被測定物まで導く光路長が自ずと長くなるので、小型の測定ヘッド部であっても、強い光学パワーのレンズを用いることなくスリット光Ｓのスリット長を十分に拡張できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の三次元形状を光切断法により計測する三次元測定装置であって、
扇型に広がるスリット光を発生するスリット光発生手段と、
前記スリット光を前記被測定物に向けて照射させる投光光学系と、
前記スリット光を含む前記被測定物からの反射光が結像される受光面を有する撮像手段と、を備え、
前記投光光学系は、前記スリット光を前記撮像手段の近傍で迂回させて前記被測定物へ向かわせる迂回光路を備えていることを特徴とする三次元測定装置。
【請求項２】
前記撮像手段の受光面が、前記被測定物に対して正対するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の三次元測定装置。
【請求項３】
前記受光面に前記反射光を結像させる受光光学系をさらに含み、
前記スリット光発生手段及び投光光学系による前記スリット光の合焦位置と、前記受光光学系による前記受光面に対する合焦位置とが一致していることを特徴とする請求項１に記載の三次元測定装置。
【請求項４】
前記迂回光路は、前記スリット光を反射させる反射面を含み、
該反射面は、前記被測定物側から見て前記受光面の配置位置と同等の位置若しくはそれよりも遠い位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の三次元測定装置。
【請求項５】
前記撮像手段は、前記受光面を有する撮像センサと、前記反射光を前記受光面に結像させるための受光光学系とを含む撮像ユニットからなり、
前記反射面は、前記撮像ユニットの近傍に配置され、
前記迂回光路は、前記スリット光を、前記撮像ユニットの背面又は側面を経由して前記反射面に導き、該反射面での反射を経て前記被測定物に向けて照射させるものであることを特徴とする請求項４に記載の三次元測定装置。
【請求項６】
前記迂回光路は、前記スリット光を反射させる反射面を含み、
前記撮像手段は、前記受光面を有する撮像センサと、前記反射光を前記受光面に結像させるための受光光学系とを含む撮像ユニットからなり、
該反射面は、前記受光面の面方向において前記撮像ユニットの近傍から遠ざかる方向に一旦放射されたスリット光を前記被測定物に向けて照射させるものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の三次元測定装置。
【請求項７】
前記迂回光路は、前記スリット光を導光可能な導光部材を含み、
前記撮像手段は、前記受光面を有する撮像センサと、前記反射光を前記受光面に結像させるための受光光学系とを含む撮像ユニットからなり、
前記導光部材は、前記スリット光を前記撮像ユニットの背面又は側面を経由して前記被測定物に向けて照射させるものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の三次元測定装置。
【請求項８】
前記スリット光が複数発生され、
前記迂回光路は、各スリット光をそれぞれ反射させる複数の反射面を含み、前記被測定物上における投影スリットが互いに異なる方向となるように、前記被測定物に対して各スリット光を照射させることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の三次元測定装置。
【請求項９】
前記投光光学系が光分割手段を含み、
前記スリット光発生手段から発生された１のスリット光が、前記光分割手段により複数のスリット光に分割されることを特徴とする請求項８に記載の三次元測定装置。
【請求項１０】
第１スリット光と第２スリット光とが発生され、
前記投光光学系は、前記受光面の受光領域の中央付近において両スリット光が交差するように、前記被測定物に対して前記第１スリット光及び第２スリット光を照射させることを特徴とする請求項８又は９に記載の三次元測定装置。
【請求項１１】
前記第１スリット光の光軸と前記受光面の受光光軸との交差角度と、前記第２スリット光の光軸と前記受光面の受光光軸との交差角度とが同一となるように、前記被測定物に対して前記第１スリット光及び第２スリット光が照射されることを特徴とする請求項１０に記載の三次元測定装置。
【請求項１２】
被測定物の三次元形状を光切断法により計測する三次元測定装置であって、
１つの光源と、
前記光源からの光を扇型に広がるスリット光とし、該スリット光を前記被測定物に向けて照射させるスリット投光光学系と、
前記スリット光を含む前記被測定物からの反射光を受光する受光面を有する撮像センサ、及び前記反射光を前記受光面に結像させるための受光光学系を具備する撮像ユニットと、を備え、
前記撮像センサの受光面が、前記被測定物に対して正対するように配置され、
前記光源は、前記撮像ユニットの背面側に配置され、
前記スリット投光光学系は、
前記撮像ユニットの背面側に配置され、前記スリット光を２方向に分離し第１スリット光及び第２スリット光を生成する光分割部材と、
前記撮像ユニットの近傍であって、前記被測定物側から見て前記受光面の配置位置と同等の位置若しくはそれよりも遠い位置に配置され、前記第１スリット光を前記被測定物の方向へ向けて反射する第１反射部材及び第２スリット光を前記被測定物の方向へ向けて反射する第２反射部材と、
を含むことを特徴とする三次元測定装置。
【請求項１３】
被測定物の三次元形状を光切断法により計測する三次元測定装置であって、
第１光源及び第２光源と、
前記第１光源及び第２光源からの光を各々扇型に広がる第１スリット光及び第２スリット光とし、該スリット光を前記被測定物に向けて照射させる第１スリット投光光学系及び第２スリット投光光学系と、
前記スリット光を含む前記被測定物からの反射光を受光する受光面を有する撮像センサ、及び前記反射光を前記受光面に結像させるための受光光学系を具備する撮像ユニットと、を備え、
前記撮像センサの受光面が、前記被測定物に対して正対するように配置され、
前記第１光源及び第２光源は、光の放射方向を異ならせて前記撮像ユニットの背面側に配置され、
前記第１スリット投光光学系は、前記撮像ユニットの近傍であって、前記被測定物側から見て前記受光面の配置位置と同等の位置若しくはそれよりも遠い位置に配置され、前記第１スリット光を前記被測定物の方向へ向けて反射する第１反射部材を含み、
前記第２スリット投光光学系は、前記撮像ユニットの近傍であって、前記被測定物側から見て前記受光面の配置位置と同等の位置若しくはそれよりも遠い位置に配置され、前記第２スリット光を前記被測定物の方向へ向けて反射する第２反射部材を含むことを特徴とする三次元測定装置。
【請求項１４】
前記第１反射部材で反射された前記第１スリット光をさらに反射し、前記受光面の受光光軸に対して所定角度だけ傾斜させて前記被測定物に向けて照射する第１リレー反射部材と、
前記第２反射部材で反射された前記第２スリット光をさらに反射し、前記受光面の受光光軸に対して所定角度だけ傾斜させて前記被測定物に向けて照射する第２リレー反射部材と、をさらに含むことを特徴とする請求項９又は１０に記載の三次元測定装置。
【請求項１５】
前記撮像センサが１次元撮像センサからなり、前記受光光学系が視野域を走査して順次スリット反射光を前記１次元撮像センサに導く駆動ミラーを含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の三次元測定装置。
【請求項１６】
被測定物の三次元形状を光切断法により計測する三次元測定装置であって、
光源と、
前記光源からの光を扇型に広がるスリット光とし、該スリット光を前記被測定物に向けて照射させるスリット投光光学系と、
前記スリット光を含む前記被測定物からの反射光を受光する受光面を有する撮像センサ、及び前記反射光を前記受光面に結像させるための受光光学系を具備する撮像ユニットと、を備え、
前記撮像センサの受光面が、前記被測定物に対して正対するように配置され、
前記光源は、前記撮像ユニットの側面側に、光の放射方向が前記被測定物の方向とは反対の方向となるよう配置され、
前記スリット投光光学系は、
前記撮像ユニットの近傍であって、前記被測定物側から見て前記受光面の配置位置と同等の位置若しくはそれよりも遠い位置に配置され前記スリット光を反射する第１反射面と、
前記第１反射面よりも前記被測定物に近い位置に配置され、前記第１反射面で反射されたスリット光をさらに反射し、前記受光面の受光光軸に対して所定角度だけ傾斜させて前記被測定物に向けて照射する第２反射面と、
を含むことを特徴とする三次元測定装置。
【請求項１７】
ユーザが把持可能な棒状のグリップ部と、
前記グリップ部に一体的に取り付けられた測定ヘッド部と、
前記測定ヘッド部に組み付けられた請求項１〜１６のいずれかに記載の三次元測定装置と、を具備することを特徴とする携帯型計測器。
【請求項１８】
前記グリップ部が棒状とされ、前記測定ヘッド部は棒状グリップ部の一端側に一体的に取り付けられていることを特徴とする請求項１７に記載の携帯型計測器。
【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光切断法により計測する三次元測定装置、及びこれを用いた携帯型計測器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザが手持ちで長さ計測を行い得るツールとしては、ノギスやマイクロメータなどがある。これらのツールは、片手で操作でき取り扱い性に優れるが、計測に際して基本的に被測定物へ接触することが必要となる。一方、非接触で長さ計測を行い得る機器としては、光学的な手法に基づき計測を行う三次元測定装置がある。この中で、光切断法を採用した三次元測定装置が汎用されている（例えば特許文献１参照）。しかし、現状で上市されている三次元測定装置は概して大がかりな装置であり、その殆どが据え置き型のものである。
【０００３】
例えば歯科用途においては、歯冠材の形成のために正確な歯形状の計測が必要となる。この場合、ノギスやマイクロメータを扱う感覚で、非接触で歯形状の計測が行える測定装置が存在すれば極めて便利である。特許文献２には、このような要望に応え得るハンディタイプの光切断型三次元測定装置が開示されている。
【特許文献１】特開平８−２３３５２０号公報
【特許文献２】ＵＳＰ６，４８０，２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光切断法を採用した三次元測定装置では、レーザ光のような点光源を扇型に広がるスリット光に変換して被測定物に照射する。このスリット光は、測定視野に応じたスリット長に拡張された状態で、被測定物に照射することが必要となる。ここで、スリット長を拡張するためには、点光源から被測定物に至る投光光学系において相応の光路長が必要である。
【０００５】
しかし、特許文献２に開示された三次元測定装置は、光源を含む投光光学系を被測定物側に配置し、受光光学系をその背面側に配置している。このため、ノギスやマイクロメータのような使い勝手を実現できる程度の小型化を図ろうとする場合、このような光学配置ではスリット長を十分に拡張できる光路長を確保することが困難である。なお、投光光学系に強い光学パワーを有するレンズを配置すれば、比較的短距離でスリット長を拡張することは可能であるが、スリット像に歪みが生じたり、レンズ設計が困難になったりする問題が新たに生じることとなる。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、装置の小型化に適した光学構成を備えた光切断型の三次元測定装置、及びこれを用いた携帯型計測器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】
【０００７】
上記問題を解決する本発明の一局面に係る三次元測定装置は、被測定物の三次元形状を光切断法により計測する三次元測定装置であって、扇型に広がるスリット光を発生するスリット光発生手段と、前記スリット光を前記被測定物に向けて照射させる投光光学系と、前記スリット光を含む前記被測定物からの反射光が結像される受光面を有する撮像手段と、を備え、前記投光光学系は、前記スリット光を前記撮像手段の近傍で迂回させて前記被測定物へ向かわせる迂回光路を備えていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、スリット光発生手段で生成されたスリット光は、迂回光路によって、撮像手段の近傍において所定長だけ迂回された上で、被測定物に向かうようになる。従って、コンパクトさを維持しつつ、スリット光発生手段から被測定物（焦点位置）までの光路長を長くすることができるので、強い光学パワーのレンズを用いることなくスリット光のスリット長を十分に拡張できる。
【０００９】
この場合、前記撮像手段の受光面が、前記被測定物に対して正対するように配置されていることが望ましい（請求項２）。
【００１０】
光切断法では、投光方向と受光方向とに角度をつける必要がある。原理的には、両者に角度差さえあれば良いのであるが、受光方向（受光面）が被測定面の法線に対して傾斜していると「あおり」によって撮影画像に台形歪みや焦点ムラが生じ易い。そこで、受光面を被測定面の法線方向に配置する、つまり受光面を被測定物に対して正対させることで、あおりの問題を解消できる。
【００１１】
上記構成において、前記受光面に前記反射光を結像させる受光光学系をさらに含み、前記スリット光発生手段及び投光光学系による前記スリット光の合焦位置と、前記受光光学系による前記受光面に対する合焦位置とが一致していることが望ましい（請求項３）。
【００１２】
この構成によれば、スリット光の投光系と反射光の受光系とが一致した合焦関係とされるので、スリット光を被測定物に合焦させれば、その反射光を合焦状態で検知できる。従って、ユーザの操作性を向上させることができる。
【００１３】
上記いずれかの構成において、前記迂回光路は、前記スリット光を反射させる反射面を含み、該反射面は、前記被測定物側から見て前記受光面の配置位置と同等の位置若しくはそれよりも遠い位置に配置されていることが望ましい（請求項４）。
【００１４】
この構成によれば、スリット光発生手段で生成されたスリット光は、受光面の配置位置と同等の位置若しくはそれよりも遠い位置に配置された反射面を経由するルートを経由して、被測定物に向かうようになる。従って、スリット光発生手段から被測定物（焦点位置）までの光路長が自ずと長くなり、強い光学パワーのレンズを用いることなくスリット光のスリット長を十分に拡張できる。
【００１５】
この場合、前記撮像手段は、前記受光面を有する撮像センサと、前記反射光を前記受光面に結像させるための受光光学系とを含む撮像ユニットからなり、前記反射面は、前記撮像ユニットの近傍に配置され、前記迂回光路は、前記スリット光を、前記撮像ユニットの背面又は側面を経由して前記反射面に導き、該反射面での反射を経て前記被測定物に向けて照射させるものであることが望ましい（請求項５）。
【００１６】
この構成によれば、反射面が撮像ユニットの近傍に配置されるので、いわゆる測定ヘッド部分の小型化を図ることができる。さらに、スリット光は、撮像ユニットの背面又は側面を経由して反射面に導かれ、その後被測定物に向かうので、スリット長を拡張するのに十分な光路長を確保することができる。
【００１７】
上記いずれかの構成において、前記迂回光路は、前記スリット光を反射させる反射面を含み、前記撮像手段は、前記受光面を有する撮像センサと、前記反射光を前記受光面に結像させるための受光光学系とを含む撮像ユニットからなり、該反射面は、前記受光面の面方向において前記撮像ユニットの近傍から遠ざかる方向に一旦放射されたスリット光を前記被測定物に向けて照射させるものであることが望ましい（請求項６）。
【００１８】
この構成によれば、撮像センサの受光面の面方向において、スリット光は、一旦撮像ユニットの近傍から遠ざかる方向に放射させた後、反射面で反射させて被測定物に向わせられる。従って、撮像ユニットの周辺部位でスリット長を拡張するのに十分な光路長を確保し易くなる。
【００１９】
上記いずれかの構成において、前記迂回光路は、前記スリット光を導光可能な導光部材を含み、前記撮像手段は、前記受光面を有する撮像センサと、前記反射光を前記受光面に結像させるための受光光学系とを含む撮像ユニットからなり、前記導光部材は、前記スリット光を前記撮像ユニットの背面又は側面を経由して前記被測定物に向けて照射させるものであることが望ましい（請求項７）。
【００２０】
この構成によれば、スリット光は、導光部材により撮像ユニットの背面又は側面を経由するルートでガイドされ、被測定物に照射される。従って、撮像ユニットの周辺部位でスリット長を拡張するのに十分な光路長を確保し易くなる。
【００２１】
上記いずれかの構成において、前記スリット光が複数発生され、前記迂回光路は、各スリット光をそれぞれ反射させる複数の反射面を含み、前記被測定物上における投影スリットが互いに異なる方向となるように、前記被測定物に対して各スリット光を照射させることが望ましい（請求項８）。
【００２２】
この構成によれば、被測定物に対して複数の異なる方向のスリット光を照射することができる。そして、これらスリット光に基づき、被測定物の三次元形状を一層正確に求めることが可能となる。
【００２３】
この場合、前記投光光学系が光分割手段を含み、前記スリット光発生手段から発生された１のスリット光が、前記光分割手段により複数のスリット光に分割される構成とすることが望ましい（請求項９）。
【００２４】
この構成によれば、１のスリット光を光分割手段により複数のスリット光に分割するので、スリット光発生源は１個あれば足りる。従って、当該三次元測定装置のコストダウンを図ることができる。
【００２５】
また、第１スリット光と第２スリット光とが発生され、前記投光光学系は、前記受光面の受光領域の中央付近において両スリット光が交差するように、前記被測定物に対して前記第１スリット光及び第２スリット光を照射させることが望ましい（請求項１０）。
【００２６】
この構成によれば、２つのスリット光を用いて被測定物の２方向の奥行きプロファイルを求めることができる。さらに、両スリット光が受光領域の中央付近で交差している状態をもって、少なくとも投光光学系が合焦状態にあることを確認できるようになる。言わばユーザは、スリット投影像を合焦マーカーとして利用できるので、合焦操作を容易に行える。特に被測定物が、テクスチャがなく空間周波数が低いものである場合に有用である。
【００２７】
この場合、前記第１スリット光の光軸と前記受光面の受光光軸との交差角度と、前記第２スリット光の光軸と前記受光面の受光光軸との交差角度とが同一となるように、前記被測定物に対して前記第１スリット光及び第２スリット光が照射されることが望ましい（請求項１１）。
【００２８】
この構成によれば、第１スリット光及び第２スリット光の受光光軸との交差角度が同一とされているので、同じスケールで２方向の奥行きプロファイルを求めることができる。従って、三次元形状を求めるための演算処理を簡素化することができる。
【００２９】
本発明の他の局面に係る三次元測定装置は、被測定物の三次元形状を光切断法により計測する三次元測定装置であって、１つの光源と、前記光源からの光を扇型に広がるスリット光とし、該スリット光を前記被測定物に向けて照射させるスリット投光光学系と、前記スリット光を含む前記被測定物からの反射光を受光する受光面を有する撮像センサ、及び前記反射光を前記受光面に結像させるための受光光学系を具備する撮像ユニットと、を備え、前記撮像センサの受光面が、前記被測定物に対して正対するように配置され、前記光源は、前記撮像ユニットの背面側に配置され、前記スリット投光光学系は、前記撮像ユニットの背面側に配置され、前記スリット光を２方向に分離し第１スリット光及び第２スリット光を生成する光分割部材と、前記撮像ユニットの近傍であって、前記被測定物側から見て前記受光面の配置位置と同等の位置若しくはそれよりも遠い位置に配置され、前記第１スリット光を前記被測定物の方向へ向けて反射する第１反射部材及び第２スリット光を前記被測定物の方向へ向けて反射する第２反射部材と、を含むことを特徴とする（請求項１２）。
【００３０】
この構成によれば、１のスリット光を光分割部材により複数のスリット光に分割するので、光源は１個あれば足り、コストダウンを図ることができる。また、受光面が被測定物に対して正対しているので、あおりの問題は生じない。さらに、光源は撮像ユニットの背面側に配置され、第１、第２スリット光は撮像ユニットの近傍に配置された第１、第２反射部材を経由して被測定物へ向かうので、自ずとその光路長は長くなる。従って、強い光学パワーのレンズを用いることなく第１、第２スリット光の各スリット長を十分に拡張できる。
【００３１】
本発明のさらに他の局面に係る三次元測定装置は、被測定物の三次元形状を光切断法により計測する三次元測定装置であって、第１光源及び第２光源と、前記第１光源及び第２光源からの光を各々扇型に広がる第１スリット光及び第２スリット光とし、該スリット光を前記被測定物に向けて照射させる第１スリット投光光学系及び第２スリット投光光学系と、前記スリット光を含む前記被測定物からの反射光を受光する受光面を有する撮像センサ、及び前記反射光を前記受光面に結像させるための受光光学系を具備する撮像ユニットと、を備え、前記撮像センサの受光面が、前記被測定物に対して正対するように配置され、前記第１光源及び第２光源は、光の放射方向を異ならせて前記撮像ユニットの背面側に配置され、前記第１スリット投光光学系は、前記撮像ユニットの近傍であって、前記被測定物側から見て前記受光面の配置位置と同等の位置若しくはそれよりも遠い位置に配置され、前記第１スリット光を前記被測定物の方向へ向けて反射する第１反射部材を含み、前記第２スリット投光光学系は、前記撮像ユニットの近傍であって、前記被測定物側から見て前記受光面の配置位置と同等の位置若しくはそれよりも遠い位置に配置され、前記第２スリット光を前記被測定物の方向へ向けて反射する第２反射部材を含むことを特徴とする（請求項１３）。
【００３２】
この構成によれば、受光面が被測定物に対して正対しているので、あおりの問題は生じない。また、第１、第２光源は撮像ユニットの背面側に配置され、第１、第２スリット光は撮像ユニットの近傍に配置された第１、第２反射部材を経由して被測定物へ向かうので、自ずとその光路長は長くなる。従って、強い光学パワーのレンズを用いることなく第１、第２スリット光の各スリット長を十分に拡張できる。
【００３３】
これらの構成において、前記第１反射部材で反射された前記第１スリット光をさらに反射し、前記受光面の受光光軸に対して所定角度だけ傾斜させて前記被測定物に向けて照射する第１リレー反射部材と、前記第２反射部材で反射された前記第２スリット光をさらに反射し、前記受光面の受光光軸に対して所定角度だけ傾斜させて前記被測定物に向けて照射する第２リレー反射部材とをさらに含むことが望ましい（請求項１４）。
【００３４】
この構成によれば、第１、第２反射部材と被測定物との間に、さらに第１、第２リレー反射部材が介在するので、光路設計の自由度が増加し、装置のコンパクトさを確保しつつ、より光路長を伸ばすことが可能となる。
【００３５】
上記構成において、前記撮像センサが１次元撮像センサからなり、前記受光光学系が視野域を走査して順次スリット反射光を前記１次元撮像センサに導く駆動ミラーを含む構成とすることができる（請求項１５）。
【００３６】
この構成によれば、駆動ミラーを用いるので受光光軸を直角に折り曲げることが可能となり、測定装置の厚さ方向のサイズを抑制できる。
【００３７】
本発明のさらに他の局面に係る三次元測定装置は、被測定物の三次元形状を光切断法により計測する三次元測定装置であって、光源と、前記光源からの光を扇型に広がるスリット光とし、該スリット光を前記被測定物に向けて照射させるスリット投光光学系と、前記スリット光を含む前記被測定物からの反射光を受光する受光面を有する撮像センサ、及び前記反射光を前記受光面に結像させるための受光光学系を具備する撮像ユニットと、を備え、前記撮像センサの受光面が、前記被測定物に対して正対するように配置され、前記光源は、前記撮像ユニットの側面側に、光の放射方向が前記被測定物の方向とは反対の方向となるよう配置され、前記スリット投光光学系は、前記撮像ユニットの近傍であって、前記被測定物側から見て前記受光面の配置位置と同等の位置若しくはそれよりも遠い位置に配置され前記スリット光を反射する第１反射面と、前記第１反射面よりも前記被測定物に近い位置に配置され、前記第１反射面で反射されたスリット光をさらに反射し、前記受光面の受光光軸に対して所定角度だけ傾斜させて前記被測定物に向けて照射する第２反射面と、を含むことを特徴とする（請求項１６）。
【００３８】
この構成によれば、受光面が被測定物に対して正対しているので、あおりの問題は生じない。また、光源は撮像ユニットの側面側に、光の放射方向が前記被測定物の方向とは反対の方向となるよう配置され、スリット光は撮像ユニットの近傍に配置された第１、第２反射部材を経由して被測定物へ向かうので、自ずとその光路長は長くなる。従って、強い光学パワーのレンズを用いることなくスリット光のスリット長を十分に拡張できる。
【００３９】
本発明の他の局面に係る携帯型計測器は、ユーザが把持可能な棒状のグリップ部と、前記グリップ部に一体的に取り付けられた測定ヘッド部と、前記測定ヘッド部に組み付けられた請求項１〜１６のいずれかに記載の三次元測定装置とを具備する（請求項１７）。
【００４０】
この構成によれば、上述のように小型化に適した三次元測定装置を測定ヘッド部に内蔵した、手持ち型の携帯型計測器を実現できる。このような携帯型計測器は、被測定物に対する測定姿勢の自由度が高く、被測定物に非接触・非破壊で、固形物に限らず軟性物、毒性物等の三次元形状を測定できる。
【００４１】
この場合、前記グリップ部が棒状とされ、前記測定ヘッド部は棒状グリップ部の一端側に一体的に取り付けられていることが望ましい（請求項１８）。
【００４２】
この構成によれば、ユーザは棒状グリップ部を摘み持って、ノギスやマイクロメータのような使い勝手で、三次元測定装置を測定ヘッド部に内蔵した携帯型計測器を取り扱うことができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明に係る三次元測定装置及び携帯型計測器によれば、スリット光を前記撮像手段の近傍で迂回させて前記被測定物へ向かわせる迂回光路を備えた投光光学系を具備しているので、スリット光が被測定物に向かう光路長を長くすることが容易となり、スリット光のスリット長を十分に拡張できる。従って、装置の小型化を図りながらも、歪みのない十分な長さのスリット光を被測定物に照射できることから、小型で高性能の光切断型三次元測定装置、及びこれを用いた携帯型計測器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態につき詳細に説明する。
［携帯型三次元測定装置の概観及び測定原理の説明］
図１は、本発明の実施形態に係る携帯型三次元測定装置１を示す斜視図、図２はその側面図、図３は当該測定装置１の測定領域を示す斜視図、図４は被測定物１００に対するスリット光Ｓの照射状況を示す斜視図である。この携帯型三次元測定装置１は、被測定物１００の三次元形状を光切断法により計測するものであって、本体ハウジング１０と、この中に収納されるスリット光発生手段２、投光光学系３、撮像手段４及び制御部５とを含んでいる。ここで例示している携帯型三次元測定装置１は、一般的なノギス程度の大きさの棒状を呈し、一方の端部側はスリット光Ｓの投受光を行う測定ヘッド部Ｈとされ、他方の端部側はユーザが把手するためのグリップ部Ｇとされている。
【００４５】
図１に示すように、本体ハウジング１０は、測定ヘッド部Ｈに対応するヘッドハウジング部１１と、中間ハウジング部１２と、グリップ部Ｇに対応するグリップハウジング部１３とが一体化されたハウジングである。ヘッドハウジング部１１は矩形状とされ、その内部には三次元測定に必要な測定エレメントであるスリット光発生手段２、投光光学系３及び撮像手段４などが搭載される。中間ハウジング部１２の内部には、前記測定エレメントの動作を制御する制御部５が搭載される。グリップハウジング部１３は手持ち具合が良いように円筒型とされ、その内部には図略の電源電池などが収納される。また、グリップハウジング部１３の端縁部１０３Ｂには、外部装置とのデータ通信を行う際に用いられるＵＳＢ端子１４が設けられている。なお、グリップハウジング部１３の外周面は、滑り止めのための粗面化加工が施されている。
【００４６】
スリット光発生手段２は、被測定物に照射するための、扇形に広がるスリット光Ｓを発生する。スリット光発生手段２は、例えばＬＤ（Laser diode）、ＬＥＤ（Light-emitting diode）又はランプ等の点光源と、この点光源が発した光をスリット光に変換する光学部材とを含む。かかる光学部材としては、例えばシリンドリカルレンズ、円柱レンズ或いはスリット板等を例示することができる。このスリット光発生手段２は、撮像手段４の受光面の背面側に配置されている。このことは、測定ヘッド部Ｈの図１におけるＸ方向のサイズのコンパクト化に寄与している。
【００４７】
投光光学系３は、スリット光Ｓを被測定物１００（図４）に向けて照射させるためのものである。すなわち投光光学系３は、撮像手段４の受光面の背面側に配置されたスリット光発生手段２から発せられたスリット光Ｓを、撮像手段４の近傍を迂回し、撮像手段４の正面方向に向かわせる迂回光路を提供するものである。
【００４８】
投光光学系３は、スリット光Ｓを反射させる反射面を含む。この反射面の少なくとも１つは、被測定物１００側から見て撮像手段４の受光面の配置位置と同等の位置若しくはそれよりも遠い位置に配置される。このようにするのは、スリット光発生手段２から被測定物１００までの光路長が自ずと長くなるようにし、小型の測定ヘッド部Ｈであっても、強い光学パワーのレンズを用いることなくスリット光Ｓのスリット長を十分に拡張できるようにするためである。ここでは投光光学系３が、２つの反射面Ｒ１、Ｒ２を備え、そのうちの反射面Ｒ１が撮像手段４の受光面の配置位置よりも遠い位置に配置されている例を示している。
【００４９】
撮像手段４は、例えばＣＣＤ（Charge coupled device）エリアセンサのような２次元撮像センサと、この撮像センサの受光面にスリット光Ｓを含む被測定物１００からの反射光を結像させる受光光学系とを含む。撮像手段４の受光面は、被測定物１００に正対するように配置されている（この点については、図１３に基づき後記で詳述する）。その結果、図２に示すように、撮像手段４の受光光軸Ａ２は真下（Ｚ方向）に延びている。これに対し、スリット光Ｓの投光光軸Ａ１は傾きを持って下方向に延びている。すなわち、投光光軸Ａ１は、受光光軸Ａ２に対して所定の交差角で交差している。光切断法では、このような光軸の交差が必須である。なお、この投光光軸Ａ１と受光光軸Ａ２との交差点が、投光光学系及び受光光学系の焦点面とされる。因みに図３は、撮像手段４の撮像領域である測定領域（焦点面）を示している。
【００５０】
制御部５は、ＣＰＵ（Central processing unit）や各種回路等を含み、スリット光発生手段２の発光動作、撮像手段４の撮像動作などを制御する。この制御部５の構成については、図１４に基づき後記で詳述する。
【００５１】
次に、このような携帯型三次元測定装置１の測定原理、つまり光切断法の測定原理について説明しておく。図５（ａ）は、光切断法の測定原理を説明するための模式図である。ここでは、図中のＸＹ方向に直交する２本のスリット光ＳＡ、ＳＢを用いる場合を例に挙げて説明する。また、被測定物１００が、上段部１０１と下段部１０２とを持ち両者間に高さｄの段差部１０３が形成されている場合を例示する。
【００５２】
Ｘ方向スリット光ＳＡは、Ｘ方向光源２Ａ及びＸ方向スリット投光光学系３Ａにより生成され、試料面法線方向（図中のＺ方向）に対して所定角度だけ傾斜した方向から被測定物１００に照射される。これにより被測定物１００の表面には、Ｘ方向スリット光ＳＡの投影像ＳＡｐが現れる。なお、ここでのスリット投光光学系３Ａは、図１〜図４で先に説明したスリット光発生手段２のうち、点光源が発した光をスリット光に変換する光学部材を含む概念である。
【００５３】
Ｙ方向スリット光ＳＢは、Ｙ方向光源２Ｂ及びＹ方向スリット投光光学系３Ｂにより生成され、同様に試料面法線方向に対して所定角度だけ傾斜した方向であって、Ｘ方向スリット光ＳＡの投光方向とは異なる方向から被測定物１００に照射される。これにより被測定物１００の表面には、前記投影像ＳＡｐと直交する態様で、Ｙ方向スリット光ＳＢの投影像ＳＢｐが現れる。
【００５４】
一方、カメラ（撮像手段）４は、試料面法線方向に受光光軸Ａ２を持つように配置される。つまり、Ｘ方向スリット光ＳＡ及びＹ方向スリット光ＳＢの投光方向に対して角度を持たせて受光方向が設定されている。図５（ｂ）は、図５（ａ）の測定系の配置で得られる、カメラ４による被測定物１００の撮影画像ＩＧを示す平面図である。投光方向（光切断面）と受光方向とに角度差があることから、この撮影画像ＩＧに基づき、段差部１０３の高さｄを求めることができる。
【００５５】
被測定物１００は、Ｙ方向に段差を有している。そして、Ｘ方向スリット光ＳＡは平坦な上段部１０１に投影され、Ｙ方向スリット光ＳＢは、段差部１０３を横切り上段部１０１及び下段部１０２に跨って投影されている。この結果、Ｘ方向スリット光ＳＡの投影像ＳＡｐは途切れのない直線であるが、Ｙ方向スリット光ＳＢの投影像ＳＢｐは、段差部１０３を境として、その高さｄに比例した距離Ｌだけシフトした投影像となる。
【００５６】
図６に示すように、この撮影画像ＩＧ上の距離Ｌは、投光光軸Ａ１の受光光軸Ａ２に対する投光角α（入射角）に依存する。すなわち、段差高さｄと距離Ｌとの関係は次式の通りとなる。
ｄ＝Ｌ／ｔａｎα
【００５７】
従って、α＝４５度のとき、ｄ＝Ｌとなり、この場合は撮影画像ＩＧ上のスケールを実際の寸法に単純変換するだけで、高さｄを導出することができる。また、α＝６０度のとき、ｄ＝Ｌ／√３となる。このことから、投光角αを大きくするほど、段差高さｄに対応するＬが大きくなるので、分解能は向上する。反面、検出可能な段差高さｄの範囲は狭くなる。
【００５８】
以上の通り構成された携帯型三次元測定装置１を、ユーザは、グリップ部Ｇを摘み持ち、三次元形状を測定すべき部位に測定ヘッド部Ｈを向けるという、ノギスに似た手法で使用することができる。例えば歯冠材の形成用途では、グリップ部Ｇを摘み持って測定ヘッド部Ｈを患者の口腔内へ挿入し、対象となる歯に測定ヘッド部Ｈを対向させ、スリット光Ｓの投受光を行えば良い。
【００５９】
［測定ヘッド部の第１実施形態］
次に、ヘッドハウジング部１１に搭載される測定ヘッド部Ｈの具体的実施形態について説明する。図７は、第１実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ１の正面図（図１のＸ方向視）、図８は、その側面図（図１のＹ方向視）である。この測定ヘッド部Ｈ１は、基材２０１、レーザ光源２１、スリット投光光学系３１及び撮像ユニット４１を備えている。なお図９は、被測定物１００に対するスリット光の照射状況を簡略的に示した斜視図である。
【００６０】
レーザ光源２１は、例えば可視波長のレーザ光を発生する小型のＨｅ−Ｎｅレーザからなる。この他、各種の小型レーザを用いることができる。
【００６１】
スリット投光光学系３１は、レーザ光源２１から発せられたレーザ光を扇型に広がるスリット光とし、該スリット光を被測定物に向けて照射させるものである。本実施形態では、スリット投光光学系３１は、１つのレーザ光を２方向に分離して得た互いに直交するＸ方向スリット光ＳＸ及びＹ方向スリット光ＳＹを被測定物１００に向けて照射し、十字にクロスするＸ方向スリット投影像ＳＸｐ及びＹ方向スリット投影像ＳＹｐを被測定物１００表面に投影させる（図９参照）。
【００６２】
このような投影を行うため、スリット投光光学系３１は、レーザ光を扇型に広がるスリット光に変換する変換光学系３１０（図１０参照）と、前記スリット光をＸ方向とＹ方向との２方向に分離しＸ方向スリット光ＳＸ（第１スリット光）及びＹ方向スリット光ＳＹ（第２スリット光）を生成するハーフプリズム３１１（光分割部材）と、Ｘ方向スリット光ＳＸを照射するためのＸ方向ミラー３１２Ｘ（第１反射部材）及びＸ方向リレーミラー３１３Ｘ（第１リレー反射部材）と、Ｙ方向スリット光ＳＹを照射するためのＹ方向ミラー３１２Ｙ（第２反射部材）及びＹ方向リレーミラー３１３Ｙ（第２リレー反射部材）と、を備えている。
【００６３】
撮像ユニット４１は、Ｘ方向スリット光ＳＸ及びＹ方向スリット光ＳＹを含む被測定物１００からの反射光を受光する受光面を有する撮像センサ４１１と、前記反射光を撮像センサ４１１の受光面に結像させるレンズを含む受光光学系４１２とを具備する。撮像センサ４１１は、例えばＣＣＤエリアセンサである。
【００６４】
続いて、上記各構成要素の配置関係について説明する。撮像ユニット４１は、撮像センサ４１１の受光面が、被測定物１００に対して正対するように、基材２０１に組み付けられている。レーザ光源２１は、基材２０１の上面側、つまり図中のＺ方向に重なるように、撮像ユニット４１の背面側に配置されている。
【００６５】
スリット投光光学系３１の変換光学系３１０は、図７〜図９では図示省略しているが、レーザ光源２１の光射出端に配置されている。変換光学系３１０は、図１０に示すように、レーザ光を平行光に変換するコリメータレンズ３１４と、平行レーザ光を扇型に広がるスリット光に変換する第１シリンドリカルレンズ３１５（又は円柱レンズ）と、スリット光のスリット幅を絞るための第２シリンドリカルレンズ３１６とを含んでいる。なお、第１、第２シリンドリカルレンズ３１５、３１６の順序は入れ替えても良い。また、この変換光学系３１０に焦点調節機能を具備させることが望ましい。
【００６６】
ハーフプリズム３１１は、光路上、レーザ光源２１（変換光学系３１０）の次段に配置される。ハーフプリズム３１１の実際の配置位置は、撮像ユニット４１の真上の位置である。図９に示すようにハーフプリズム３１１は、その内部にハーフ反射面３１１Ｒを有し、入射面３１１ＩＮから入射したレーザ光の半分を９０度屈曲反射させて第１出射面３１１Ｘから出射させる一方で、残りの半分を直進させて第２出射面３１１Ｙから出射させる。これにより、Ｘ方向スリット光ＳＸ及びＹ方向スリット光ＳＹが生成される。
【００６７】
Ｘ方向ミラー３１２Ｘは、撮像ユニット４１の背面近傍に配置されている。その結果、被測定物１００側から見て撮像センサ４１１の受光面配置位置よりも遠い位置に配置されている。Ｘ方向ミラー３１２Ｘは、ハーフプリズム３１１の第１出射面３１１Ｘと対向して配置され、Ｘ方向スリット光ＳＸを被測定物１００の方向へ向けて反射させる。すなわち、レーザ光源２１及びハーフプリズム３１１よりＸ方向から入射したＸ方向スリット光ＳＸを、Ｚ方向へ反射させる。
【００６８】
Ｙ方向ミラー３１２Ｙも同様に、撮像ユニット４１の背面近傍に配置され、撮像センサ４１１の受光面配置位置よりも遠い位置に配置されている。Ｙ方向ミラー３１２Ｙは、ハーフプリズム３１１の第２出射面３１１Ｙと対向して配置され、Ｙ方向スリット光ＳＹを被測定物１００の方向へ向けて反射させる。
【００６９】
Ｘ方向ミラー３１２Ｘ及びＹ方向ミラー３１２Ｙとしては、鏡面反射面を有する平板ミラーを用いることができる。これに代えて、三角プリズム等を用いるようにしても良い。また、Ｘ方向ミラー３１２Ｘ及びＹ方向ミラー３１２Ｙは、投影像ＳＸｐ、ＳＹｐの投影位置を調整可能とするために、それぞれＸ方向、Ｙ方向に延びる軸回りに回動可能とされていると共に、それらの軸方向へも移動可能とされている。
【００７０】
Ｘ方向リレーミラー３１３Ｘは、撮像ユニット４１の前方側近傍に配置されている。Ｘ方向リレーミラー３１３Ｘは、Ｘ方向ミラー３１２Ｘで反射されたＸ方向スリット光ＳＸを、撮像センサ４１１の受光光軸に対して所定角度だけ傾斜させて被測定物１００に向けて照射する。同様に、Ｙ方向リレーミラー３１３Ｙも、撮像ユニット４１の前方側近傍に配置されている。Ｙ方向リレーミラー３１３Ｙは、Ｙ方向ミラー３１２Ｙで反射されたＹ方向スリット光ＳＹを、撮像センサ４１１の受光光軸に対して所定角度だけ傾斜させて被測定物１００に向けて照射する。Ｘ方向リレーミラー３１３Ｘ及びＹ方向リレーミラー３１３Ｙとしては、鏡面反射面を有する平板ミラーを用いることができる。なお、図示簡略化のため、図９ではＸ方向リレーミラー３１３Ｘ及びＹ方向リレーミラー３１３Ｙを省略して描いている。
【００７１】
Ｘ方向スリット光ＳＸの投光光軸と撮像センサ４１１の受光光軸との交差角度（投光角）と、Ｙ方向スリット光ＳＹの投光光軸と撮像センサ４１１の受光光軸との交差角度とは同一とされている。これら交差角度は、例えば４５度とすることができる。同一の交差角度とすることで、同じスケールで２方向の奥行きプロファイルを求めることができ、三次元形状を求めるための演算処理を簡素化することができる。
【００７２】
以上のようにスリット投光光学系３１は、スリット光を、撮像ユニット４１の背面及び側面を経由して被測定物１００に向かわせる迂回光路を有する。このような迂回光路を有することで、測定ヘッド部Ｈ１の小型化を図りつつ、Ｘ方向スリット光ＳＸ及びＹ方向スリット光ＳＹのスリット長が十分に拡張された状態で、被測定物１００に照射することが可能となる。
【００７３】
次に、スリット投光光学系３１と受光光学系４１２との合焦関係について説明する。図１０に示すように、スリット投光光学系３１によるＸ方向スリット光ＳＸ（及びＹ方向スリット光ＳＹ）の合焦位置と、受光光学系４１２による撮像センサ４１１の受光面に対する合焦位置とが一致している。なお、図１０では、光学的パワーを有さないＸ方向ミラー３１２Ｘ及びＸ方向リレーミラー３１３Ｘは省略している。
【００７４】
Ｘ方向スリット光ＳＸは次のようにして投光光軸Ａ１に沿って焦点面（被測定物１００の表面）に結像する。レーザ光源２１から発せられたレーザ光は、コリメータレンズ３１４で円形スポットを持つ平行光束に変換される。そして、第１シリンドリカルレンズ３１５により、前記平行光束が扇型に広がるスリット光束に変換される。このスリット光束は、前記円形スポットに応じたスリット幅を持っている。しかる後、第２シリンドリカルレンズ３１６により、スリット光束のスリット幅が絞られ、焦点面上にＸ方向スリット光ＳＸが結像する。
【００７５】
受光光学系４１２は、このようなスリット投光光学系３１の焦点面上に焦点位置が合わされている。従って、Ｘ方向スリット光ＳＸを被測定物１００に合焦させれば、その反射光を撮像センサ４１１にて合焦状態で検知できる。このため、スリット投光光学系３１と受光光学系４１２とを、個別に合焦調整する必要がなく、ユーザの操作性を向上させることができる。
【００７６】
図１１、図１２は、合焦状態におけるＸ方向スリット投影像ＳＸｐ及びＹ方向スリット投影像ＳＹｐの位置を説明するための模式図である。図１１及び図１２に示すように、Ｘ方向スリット光ＳＸ及びＹ方向スリット光ＳＹは、合焦状態のとき、撮像センサ４１１の受光領域の中央付近において両スリット光が交差するものとされている。
【００７７】
図７、図８に示すように、焦点面に相当する離間距離をｆ１、合焦位置ではなくｆ１よりも長い離間距離をｆ２とする。そして、Ｘ方向スリット光ＳＸの投光光軸の、離間距離＝ｆ１のときの撮像センサ４１１の視野面（以下、ｆ１視野）との交点をａ１、離間距離＝ｆ２のときの撮像センサ４１１の視野面（ｆ２視野）との交点をａ２とする（図７）。また、Ｙ方向スリット光ＳＹの投光光軸の、ｆ１視野との交点をａ３、ｆ２視野との交点をａ４とする（図８）。
【００７８】
スリット投光光学系３１は、交点ａ１が、ｆ１視野におけるＹ方向視野の中央に位置するよう調整されている。このため、交点ａ２は、ｆ２視野におけるＹ方向視野の中央から外れたポイントに位置している。この結果、ｆ１視野におけるＸ方向スリット光ＳＸの投影像ＳＸｐ−１は、Ｙ方向視野の中央を横切るように投影されるが、ｆ２視野におけるＸ方向スリット光ＳＸの投影像ＳＸｐ−２は、Ｙ方向視野の端部寄りに投影されるようになる。
【００７９】
また、スリット投光光学系３１は、交点ａ３が、ｆ１視野におけるＸ方向視野の中央に位置するよう調整されている。このため、交点ａ４は、ｆ２視野におけるＸ方向視野の中央から外れたポイントに位置している。この結果、ｆ１視野におけるＹ方向スリット光ＳＹの投影像ＳＹｐ−１は、Ｘ方向視野の中央を横切るように投影されるが、ｆ２視野におけるＹ方向スリット光ＳＹの投影像ＳＹｐ−２は、Ｘ方向視野の端部寄りに投影されるようになる。
【００８０】
従って、合焦状態におけるＸ方向スリット投影像ＳＸｐ−１及びＹ方向スリット投影像ＳＹｐ−１は、ｆ１視野の中央付近において交差する。これに対し、非合焦状態におけるＸ方向スリット投影像ＳＸｐ−２及びＹ方向スリット投影像ＳＹｐ−２は、ｆ２視野の中央から外れた角部寄りで交差することとなる。
【００８１】
このことからユーザは、撮像センサ４１１の撮影画像をモニターし、スリット投影像が画像中心で交差している状態をもって、スリット投光光学系３１及び受光光学系４１２合焦状態にあることを確認できる。言わばユーザは、スリット投影像を合焦マーカーとして利用できるので、合焦操作を容易に行える。このことは、被測定物１００が、一色で塗装された立体物のような、テクスチャがなく空間周波数が低いものである場合に特に有用である。
【００８２】
ここで、撮像センサ４１１の受光面が、被測定物１００に対して正対するように配置している意義について説明する。光切断法では、先に説明したように、投光方向と受光方向とに角度をつける必要がある。原理的には、両者に角度差さえあれば良く、図１３（ａ）に示すように、撮像センサ４１１の受光面を被測定物１００に対して正対させる一方で、スリット光を斜め方向から投光する態様、図１３（ｂ）に示すように、撮像センサ４１１の受光方向及びスリット光の投光方向の双方を被測定物１００の法線に対して傾斜させる態様でも良い。このほか、スリット光の投光方向を法線方向とし、受光方向を法線から傾斜した方向としても良い。本発明は、これら態様を除外するものではない。
【００８３】
しかし、図１３（ｂ）に示すように、撮像センサ４１１の受光面が被測定物１００に対して正対していないと、「あおり」によって撮影画像に台形歪みや焦点ムラが生じ易い。すなわち、視野の近端側と遠端側との距離差が大きくなるため、綺麗な画像を得にくくなる。このことは、三次元形状の測定精度にも影響を与える。一方、図１３（ａ）に示すように、撮像センサ４１１の受光面を被測定物１００に正対させると、前記距離差は緩和され、あおりの問題を実質的に解消できるようになる。
【００８４】
以上の通り構成された測定ヘッド部Ｈ１によれば、レーザ光源２１から発せられたレーザ光は、スリット投光光学系３１の変換光学系３１０により扇型に広がるスリット光に変換され、ハーフプリズム３１１によりＸ方向スリット光ＳＸ及びＹ方向スリット光ＳＹに分割される。Ｘ方向スリット光ＳＸは、Ｘ方向ミラー３１２Ｘ及びＸ方向リレーミラー３１３Ｘを経由する迂回光路を通して、被測定物１００に照射される。また、Ｙ方向スリット光ＳＹは、Ｙ方向ミラー３１２Ｙ及びＹ方向リレーミラー３１３Ｙを経由する迂回光路を通して、被測定物１００上に照射される。
【００８５】
そして、撮像ユニット４１により、Ｘ方向スリット光ＳＸ及びＹ方向スリット光ＳＹの投影像ＳＸｐ、ＳＹｐを含む被測定物１００の画像が撮影される。この撮影画像に基づき、つまりスリット投影像ＳＸｐ、ＳＹｐの段点若しくは断点等に基づき、被測定物１００が具備している段差や隙間等の奥行きプロファイルが求められるものである。
【００８６】
続いて、携帯型三次元測定装置１の電気的構成について説明する。図１４は、携帯型三次元測定装置１の電気的構成を示すブロック図である。携帯型三次元測定装置１は、上述したレーザ光源２１、撮像センサ４１１及び制御部５の他、ミラー駆動モータ５２Ｍと、外部インターフェイス部１５とを備えている。
【００８７】
ミラー駆動モータ５２Ｍは、Ｘ方向ミラー３１２Ｘ及びＹ方向ミラー３１２Ｙを回動させるためのモータである。このミラー駆動モータ５２Ｍは、スリット投影像ＳＸｐ、ＳＹｐの投影位置を調整する場合、あるいは視野内でスリット投影像ＳＸｐ、ＳＹｐを走査させる場合等に用いられる。
【００８８】
外部インターフェイス部１５は、ＵＳＢ端子１４を介して、当該携帯型三次元測定装置１とパーソナルコンピュータ等の外部装置１６とをデータ通信可能に接続するためのインターフェイスである。
【００８９】
制御部５は、発光制御部５１、ミラー制御回路５２、タイミングジェネレータ（ＴＧ）５３、ＡＤコンバータ５４、デジタル演算処理部５５、画像用フレームメモリ５６及びＣＰＵ５７を含んで構成されている。
【００９０】
発光制御部５１は、レーザ光源２１の発光動作を制御するもので、レーザ発振を行わせるためのレーザ駆動回路を含んでいる。ミラー制御回路５２は、ミラー駆動モータ５２Ｍの駆動状態を制御するための制御回路である。
【００９１】
タイミングジェネレータ５３は、ＣＰＵ５７から与えられる基準クロックに基づいて所定のタイミングパルス（垂直転送パルス、水平転送パルス、電荷掃き出しパルス等）を生成して撮像センサ４１１に出力し、撮像センサ４１１の撮像動作を制御する。また、所定のタイミングパルスをＡＤコンバータ５４に出力することにより、ＡＤコンバータ５４におけるアナログ／デジタル変換動作を制御する。
【００９２】
ＡＤコンバータ５４は、撮像センサ４１１から出力されるアナログのＲ，Ｇ，Ｂの画像信号を、タイミングジェネレータ５３から出力されるタイミングパルスに基づいて、複数のビット（例えば１２ビット）からなるデジタルの画像信号に変換する。なお、ＡＤコンバータ５４には、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路及びクランプ回路（クランプ手段）等が備えられている。
【００９３】
デジタル演算処理部５５は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等からなり、ＡＤコンバータ５４から出力される画像データに所定の信号処理を行って画像ファイルを作成するもので、黒レベル補正回路、ホワイトバランス制御回路、ガンマ補正回路等を備えて構成されている。画像用フレームメモリ５６は、ＲＡＭ（Random Access memory）等からなり、撮像センサ４１１により撮像されたフレーム画像テータが格納される。なお、デジタル演算処理部５５へ取り込まれた画像データは、撮像センサ４１１の読み出しに同期して画像用フレームメモリ５６に一旦書き込まれ、以後この画像用フレームメモリ５６に書き込まれた画像データにアクセスして、デジタル演算処理部５５の各回路ブロックにおいて処理が行なわれる。
【００９４】
また、デジタル演算処理部５５は、図１５に基づき後述する被測定物１００の三次元形状を求めるための演算処理を行う機能を備えていても良い。かかる演算処理機能を当該携帯型三次元測定装置１に具備させず、或いは具備させつつ、画像用フレームメモリ５６に書き込まれた画像データを、外部インターフェイス部１５を介して外部装置１６にダウンロードさせ、外部装置１６において三次元形状を求めるための演算処理を行わせるようにしても良い。
【００９５】
ＣＰＵ５７は、図略の操作部から与えられる操作信号に従い、発光制御部５１、ミラー制御回路５２、タイミングジェネレータ５３及びデジタル演算処理部５５の動作を制御する制御信号を生成するものである。
【００９６】
次に、デジタル演算処理部５５若しくは外部装置１６において実行される、三次元形状を求めるための演算処理の一例を、図１５のフローチャートに基づいて説明する。先ず、デジタル演算処理部５５若しくは外部装置１６内の演算処理部により、三次元形状を求めるための画像解析の対象となるフレーム画像データが読み出される（ステップＳ１）。図１６は、例えば外部装置１６に備えられているデイスプレイ６０における表示画面の一例を示すものであり、読み出されたフレーム画像６１が中央部に表示されている状態を示している。
【００９７】
続いて、フレーム画像６１に含まれているスリット投影像ＳＸｐ、ＳＹｐの部分を抽出する処理が行われる（ステップＳ２）。具体的には、スリット投影像ＳＸｐ、ＳＹｐに相当する画像上のエッジを抽出するフィルタ処理が行われる。エッジ抽出のためのフィルタとしては、例えば微分フィルタ、ソーベルフィルタ、勾配フィルタ、ラプシアンフィルタ等を用いることができる。
【００９８】
次に、スリット投影像ＳＸｐ、ＳＹｐ内に、一本のライン（重心スリット）を定義する処理が行われる（ステップＳ３）。これは、合焦されたスリットの投影像とはいえ、一定の幅を持っていることから、スリット投影像ＳＸｐ、ＳＹｐのどの部分について段点若しくは断点等を求めるのかを特定する必要があるためである。このライン定義としては、図１７に示すように、スリット投影像ＳＸｐ（ＳＹｐ）の幅方向における輝度分布６４を求め、その重心ライン６５（重心スリット）を算出する方法を採用することができる。
【００９９】
このようにして求められた重心スリットについて、段点若しくは断点が求められる。例示したフレーム画像６１のスリット投影像ＳＹｐには段点が存在している。この段点間のフレーム画像６１の距離を被測定物が持つ奥行きプロファイルとして求め、これをスリット光の投光角α（図６参照）に応じたスケールに変換する（ステップＳ４）。これにより、被測定物におけるスリット投影像ＳＸｐ、ＳＹｐ（重心スリット）が投影されたラインの断面が求められることとなる。
【０１００】
上記の奥行きプロファイルに基づき、被測定物の様々な画像表示が可能となる。例えば、図１６に示すように、デイスプレイ６０にＸ方向、Ｙ方向の投影ラインの奥行きプロファイル画像６２、６３を、フレーム画像６１の側辺位置に表示させる（ステップＳ５）。さらに、段差等がどの程度の長さであるのかをユーザに判読させるために、スケール画像６２Ｓ、６３Ｓを付随的に追加表示させる（ステップＳ６）。
【０１０１】
その後、ユーザの指示を受け付けて、重心スリットの特定領域の段差、隙間等の寸法が求められる（ステップＳ７）。例えば、２つの段点の指定を受け付け、その段点間の寸法を求めたり、領域指定を受け付け、その領域内において最も突出している点を求めたりする処理が実行される。しかる後、次のフレーム画像について三次元形状解析を行うか否かが確認される（ステップＳ８）。続けて解析が行われる場合（ステップＳ８でＹＥＳ）は、ステップＳ１に戻って処理が繰り返される。解析が行われない場合（ステップＳ８でＮＯ）は、処理が終了される。
【０１０２】
［測定ヘッド部の第２実施形態］
続いて、測定ヘッド部の第２実施形態について説明する。第１実施形態では１つの光源をハーフプリズム３１１で光路分割する例を示したが、この第２実施形態は、投光するスリット光の数（ここでは２個）に応じて光源を配置する例を示す。図１８は、第２実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ２の正面図（図１のＸ方向視）、図１９は、その側面図（図１のＹ方向視）である。この測定ヘッド部Ｈ２は、基材２０２、Ｘ方向レーザ光源２２ＸとＹ方向レーザ光源２２Ｙ（第１光源及び第２光源）、Ｘ方向スリット投光光学系３２ＸとＹ方向スリット投光光学系３２Ｙ（第１スリット投光光学系及び第２スリット投光光学系）、及び撮像ユニット４２を備えている。
【０１０３】
Ｘ方向レーザ光源２２Ｘ及びＹ方向レーザ光源２２Ｙは、半導体発光素子（ＬＤ）をレーザ発生源とする超小型のレーザ光源である。これら光源は、基材２０２（撮像ユニット４２）の背面側に、互いに９０度だけ光放射方向を異ならせて各々マウントされている。図２０に示すように、実際は、Ｘ方向レーザ光源２２Ｘ（Ｙ方向レーザ光源２２Ｙ）はハウジング構造を備え、その内部にＬＤ２２１Ｘ（２２１Ｙ）と、Ｘ方向スリット投光光学系３２Ｘの一部を構成する変換光学系３２１Ｘ（３２１Ｙ）とが組み付けられてなる。
【０１０４】
変換光学系３２１Ｘ（３２１Ｙ）は、ＬＤ２２１Ｘ（２２１Ｙ）の光放射端側に配置され、ＬＤ２２１Ｘ（２２１Ｙ）から発せられたレーザ光を扇型に広がるスリット光に変換する機能を有する。また、変換光学系３２１Ｘ（３２１Ｙ）には、投光光学系の焦点調整を行うための光学部材も含まれている。従って、Ｘ方向レーザ光源２２Ｘ及びＹ方向レーザ光源２２Ｙからは、互いに直交するＸ方向スリット光ＳＸ（第１スリット光）及びＹ方向スリット光ＳＹ（第２スリット光）が放射される。
【０１０５】
上記以外の構成は、第１実施形態と実質的に同じであるので簡略的に説明する。撮像ユニット４２は、撮像センサ４２１及び受光光学系４２２を含み、撮像センサ４２１の受光面が被測定物に対して正対するように、基材２０２に組み付けられている。
【０１０６】
Ｘ方向スリット投光光学系３２Ｘは、上記変換光学系３２１Ｘ、Ｘ方向ミラー３２２Ｘ（第１反射部材）及びＸ方向リレーミラー３２３Ｘを含む。Ｘ方向ミラー３２２Ｘは、撮像ユニット４２の背面近傍に配置され、結果として被測定物側から見て撮像センサ４２１の受光面配置位置よりも遠い位置に配置されている。Ｘ方向リレーミラー３２３Ｘは、撮像ユニット４２の前方側近傍に配置されている。
【０１０７】
Ｙ方向スリット投光光学系３２Ｙは、上記変換光学系３２１Ｙ、Ｙ方向ミラー３２２Ｙ（第２反射部材）及びＹ方向リレーミラー３２３Ｙを含む。同様に、Ｙ方向ミラー３２２Ｙは、撮像センサ４２１の受光面配置位置よりも遠い位置に配置されている。Ｙ方向リレーミラー３２３Ｙは、撮像ユニット４２の前方側近傍に配置されている。
【０１０８】
Ｘ方向レーザ光源２２Ｘから発せられたスリット光ＳＸは、Ｘ方向ミラー３２２Ｘで反射され、さらにＸ方向リレーミラー３２３Ｘで反射されて、撮像センサ４２１の視野内へ照射される。また、Ｙ方向レーザ光源２２Ｙから発せられたスリット光ＳＹは、Ｙ方向ミラー３２２Ｙで反射され、さらにＹ方向リレーミラー３２３Ｙで反射されて、撮像センサ４２１の視野内へ照射される。結果として、第１実施形態と同様な十字にクロスするスリット投影像を被測定物に投影することが可能となる。
【０１０９】
Ｘ方向スリット投光光学系３２Ｘ及びＹ方向スリット投光光学系３２Ｙは、スリット光を、撮像ユニット４２の背面及び側面を経由して被測定物に向かわせる迂回光路を有する。このような迂回光路を有することで、測定ヘッド部Ｈ２の小型化を図りつつ、Ｘ方向スリット光ＳＸ及びＹ方向スリット光ＳＹのスリット長が十分に拡張された状態で、被測定物に照射することが可能となる。
【０１１０】
［測定ヘッド部の第３実施形態］
次に、測定ヘッド部の第３実施形態について説明する。第１実施形態では受光光学系の光路が直線である場合を例示したが、この第３実施形態は、受光光学系の光路を直角に折り曲げる例を示す。図２１は、第３実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ３の正面図（図１のＸ方向視）、図２２は、その側面図（図１のＹ方向視）である。この測定ヘッド部Ｈ３は、基材２０３、レーザ光源２３、スリット投光光学系３３及び撮像ユニット４３を備えている。第１実施形態と相違するのは撮像ユニット４３のみであるので、撮像ユニット４３以外の構成については説明を簡略に行う。
【０１１１】
撮像ユニット４３は、１次元撮像センサ４３１、受光レンズ４３２及びガルバノミラー４３３（駆動ミラー）を含んでいる。１次元撮像センサ４３１は、画素が一列に配列されたラインＣＣＤセンサ等からなる。ガルバノミラー４３３は、視野域を走査して順次スリット反射光を１次元撮像センサ４３１に導く駆動ミラーである。ガルバノミラー４３３は、被測定物に正対する位置に基材２０３に取り付けられており、この第３実施形態でも、スリット光を含む反射光が被測定物に正対する方向で受光されることに変わりはない。
【０１１２】
スリット投光光学系３３は、１つのスリット光を分離してＸ方向スリット光ＳＸ及びＹ方向スリット光ＳＹを生成するハーフプリズム３３１と、Ｘ方向スリット光ＳＸを照射するためのＸ方向ミラー３３２Ｘ及びＸ方向リレーミラー３３３Ｘと、Ｙ方向スリット光ＳＹを照射するためのＹ方向ミラー３３２Ｙ及びＹ方向リレーミラー３３３Ｙとを備えている。このような迂回光路を経て、Ｘ方向スリット光ＳＸ及びＹ方向スリット光ＳＹは、１次元撮像センサ４３１の視野域、つまりガルバノミラー４３３の走査域内に照射される。
【０１１３】
視野域からのスリット反射光は、ガルバノミラー４３３により進行方向を９０度近く折り曲げられ、受光レンズ４３２を介して１次元撮像センサ４３１の受光面に結像される。ガルバノミラー４３３の回動に従って、視野域の一辺側から他辺側に向けて、順次スリット反射光が１次元撮像センサ４３１に導かれる。１次元撮像センサ４３１で受光される１次元画像をつなぎ合わせることで、Ｘ方向スリット光ＳＸ及びＹ方向スリット光ＳＹの投影像を含む視野域（被測定物）の２次元画像が取得されるものである。
【０１１４】
このような構成の測定ヘッド部Ｈ３によれば、ガルバノミラー４３３を用いて受光光軸を略直角に折り曲げているので、測定装置の厚さ方向のサイズ（図中のＺ方向のサイズ）を抑制することができる。
【０１１５】
［測定ヘッド部の第４実施形態］
次に、測定ヘッド部の第４実施形態について説明する。第１〜第３実施形態では光源が撮像ユニットの背面側に配置されている場合を例示したが、この第４実施形態は、撮像ユニットの側面側に光源が配置されている例を示す。図２３は、第４実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ４の側面図である。この測定ヘッド部Ｈ４は、ＬＤ（レーザダイオード）２４、スリット投光光学系３４及び撮像ユニット４４を備えている。
【０１１６】
撮像ユニット４４は、第１、第２実施形態と同様に被測定物に正対して配置され、ＣＣＤエリアセンサからなる撮像センサ４４１と、受光光学系４４２とを備えている。なお、符号５０１は、撮像センサ４４１と制御部５とを電気的に接続するためのフレキケーブルである。
【０１１７】
ＬＤ２４は、撮像ユニット４４の側面側に、光の放射方向が被測定物の方向とは反対の方向となるよう配置されている。
【０１１８】
スリット投光光学系３４は、ＬＤ２４が発するレーザ光を扇型に広がるスリット光Ｓに変換する変換光学系３４１と、スリット光Ｓを反射して出力する多角形プリズム３４２とを備えている。多角形プリズム３４２は、本実施形態において迂回光路を構成するもので、撮像ユニット４４の側面近傍に沿うように配置され、被測定物側から見て撮像ユニット４４の受光面の配置位置よりも遠い位置に配置されスリット光Ｓを反射する第１反射面３４３と、第１反射面３４３よりも被測定物に近い位置に配置され、第１反射面３４３で反射されたスリット光Ｓをさらに反射する第２反射面３４４とを含んでいる。第２反射面３４４で反射されたスリット光Ｓは、前記受光面の受光光軸に対して所定角度だけ傾斜させて被測定物に向けて照射される。
【０１１９】
この構成によれば、ＬＤ２４及びスリット投光光学系３４の双方が撮像ユニット４４の側面側に配置されているので、第１〜第３実施形態のように光源を撮像ユニットの背面側に配置する場合に比べて、測定装置の厚さ方向のサイズを抑制することができる。さらに、スリット光Ｓは撮像ユニット４４の近傍に配置された多角形プリズム３４２の第１、第２反射面３４３、３４４を経由する迂回光路を通して被測定物へ向かうので、自ずとその光路長は長くなる。従って、強い光学パワーのレンズを用いることなくスリット光のスリット長を十分に拡張できる。なお、この第４実施形態（図２３）では、１つのスリット光Ｓが焦点面に照射される例を示しているが、実施形態１〜３と同様に、複数のスリット光Ｓを焦点面に照射させるようにしても良い（以下の実施形態でも同様）。
【０１２０】
［測定ヘッド部のその他実施形態の説明］
以下、測定ヘッド部の各種実施形態（第５〜第１１実施形態）を図２４〜図３０に基づき説明する。これらの図において、図中のＸ、Ｚの方向表示は、図１の方向表示に沿ったものである。図２４〜図３０に示す測定ヘッド部Ｈ５〜Ｈ１１において、ＬＤ（レーザダイオード）２５、迂回光路を含むスリット投光光学系３５Ａ〜３５Ｇ、及び撮像ユニット４５を備えている点は共通である。また、撮像ユニット４５が被測定物に正対して配置され、ＣＣＤエリアセンサからなる撮像センサ４５１と、受光光学系４５２とを備えている点も共通である。さらに、図２４〜図２９に示す測定ヘッド部Ｈ５〜Ｈ１０において、スリット投光光学系３５Ａ〜３５Ｆが、ＬＤ２５が発するレーザ光を扇型に広がるスリット光Ｓに変換する変換光学系３５１を備えている点も共通である。これらの共通構成については、以下の各実施形態の説明において、その説明を省略する。
【０１２１】
図２４は、第５実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ５のＸ−Ｚ方向の配置図である。この測定ヘッド部Ｈ５が備えるスリット投光光学系３５Ａは、撮像ユニット４５の上部近傍に配置された第１ミラー３５２と、撮像ユニット４５の下部側であって撮像ユニット４５から所定距離だけ離間した位置（投光角を確保できる位置）に、第１ミラー３５２と対向する方向に配置された第２ミラー３５３とを含む。ＬＤ２５及び変換光学系３５１は、第１ミラー３５２と同じ高さ位置のグリップ部Ｇの側に配置されている。
【０１２２】
この測定ヘッド部Ｈ５によれば、スリット光Ｓは、先ず第１ミラー３５２で反射され、撮像センサ４５１の受光面の面方向（この場合、Ｘ方向）において、撮像ユニット４５の近傍から遠ざかる方向（第２ミラー３５３に向かう方向）に一旦放射される。その後、スリット光Ｓは、第２ミラー３５３で反射され、焦点面（被測定物）に向けて照射される。このような、第１ミラー３５２及び第２ミラー３５３を経由する迂回光路を通ることにより、スリット光Ｓは、そのスリット長が拡張されるようになる。
【０１２３】
図２５は、第６実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ６のＸ−Ｚ方向の配置図である。この測定ヘッド部Ｈ６が備えるスリット投光光学系３５Ｂは、撮像ユニット４５の上下方向中央位置であって、撮像ユニット４５からＸ方向に所定距離だけ離間した位置に配置されたミラー３５４を含む。ＬＤ２５は、ミラー３５４に向けてスリット光Ｓを放射できる向きで、撮像ユニット４５の上部近傍に配置されている。
【０１２４】
この測定ヘッド部Ｈ６によれば、スリット光Ｓは、ＬＤ２５より撮像ユニット４５の上部近傍からＸ方向に向けて、撮像ユニット４５から遠ざかる方向に一旦放射される。その後、スリット光Ｓは、ミラー３５４で反射され、焦点面に向けて照射される。このような、ミラー３５４を経由する迂回光路を通ることにより、スリット光Ｓは、そのスリット長が拡張されるようになる。
【０１２５】
図２６は、第７実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ７のＹ−Ｚ方向の配置図である。この測定ヘッド部Ｈ７が備えるスリット投光光学系３５Ｃは、撮像ユニット４５の下方位置付近であって、撮像ユニット４５からＹ方向に所定距離だけ離間した位置に配置されたミラー３５５を含む。ＬＤ２５は、Ｙ方向の厚さサイズを抑制するために、撮像ユニット４５の背面側近傍に、且つ、ミラー３５５に向けてスリット光Ｓを放射可能に配置されている。
【０１２６】
この測定ヘッド部Ｈ７によれば、スリット光Ｓは、ＬＤ２５より撮像ユニット４５の上部近傍からＹ方向に向けて、撮像ユニット４５から遠ざかる方向に一旦放射される。その後、スリット光Ｓは、ミラー３５５で反射され、焦点面に向けて照射される。このような、ミラー３５５を経由する迂回光路を通ることにより、スリット光Ｓは、そのスリット長が拡張されるようになる。
【０１２７】
図２７は、第８実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ８を示し、図２７（ａ）はＸ−Ｙ方向の配置図、図２７（ｂ）はＸ−Ｚ方向の配置図である。この測定ヘッド部Ｈ８が備えるスリット投光光学系３５Ｄは、撮像ユニット４５の上下方向中央位置であって、ヘッドハウジング部１１のＹ方向側壁付近に配置された第１ミラー３５６と、同じく撮像ユニット４５の上下方向中央位置であって、撮像ユニット４５からＸ方向に所定距離だけ離間した位置に配置された第２ミラー３５７とを含む。ＬＤ２５は、第１ミラー３５６に対向するよう、ヘッドハウジング部１１のもう一方のＹ方向側壁付近に配置されている。
【０１２８】
この測定ヘッド部Ｈ８によれば、スリット光Ｓは、ＬＤ２５より撮像ユニット４５の中央部近傍からＹ方向に向けて放射され、第１ミラー３５６により第２ミラー３５７に向けて反射される。これによりスリット光Ｓは、撮像ユニット４５からＸ方向に向けて、撮像ユニット４５から遠ざかる方向に一旦放射される。その後、スリット光Ｓは、第２ミラー３５７で反射され、焦点面に向けて照射される。このような、第１ミラー３５６及び第２ミラー３５７を経由する迂回光路を通ることにより、スリット光Ｓは、そのスリット長が拡張されるようになる。
【０１２９】
図２８は、第９実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ９のＸ−Ｚ方向の配置図である。この測定ヘッド部Ｈ９が備えるスリット投光光学系３５Ｅは、撮像ユニット４５の上側位置であって、撮像ユニット４５からＸ方向に所定距離だけ離間した位置に配置されたミラー３５８を含む。ＬＤ２５は、ミラー３５８に向けてスリット光Ｓを放射できる向きで、撮像ユニット４５の下側に配置されている。
【０１３０】
この測定ヘッド部Ｈ９によれば、スリット光Ｓは、ＬＤ２５より焦点面とは逆のＺ方向に向けて放射される。その後、スリット光Ｓは、ミラー３５８で反射され、焦点面に向けて照射される。このような、ミラー３５８を経由する迂回光路を通ることにより、スリット光Ｓは、そのスリット長が拡張されるようになる。
【０１３１】
図２９は、第１０実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ１０のＸ−Ｚ方向の配置図である。この測定ヘッド部Ｈ１０が備えるスリット投光光学系３５Ｆは、撮像ユニット４５の下方及び上方位置付近であって、撮像ユニット４５からＹ方向に徐々に遠ざかるように順次配置された第１ミラー３５９ａ〜第７ミラー３５９ｇを含む。ＬＤ２５は、Ｚ方向の厚さサイズを抑制するために、撮像ユニット４５の側周壁に沿うように、且つ、第１ミラー３５９ａに向けてスリット光Ｓを放射可能に配置されている。
【０１３２】
この測定ヘッド部Ｈ１０によれば、スリット光Ｓは、第１ミラー３５９ａで反射され、第２ミラー３５９ｂ〜第６ミラー３５９ｆで順次反射されながら、Ｘ方向に向けて、撮像ユニット４５から遠ざかる方向に導かれてゆく。最後に、スリット光Ｓは、第７ミラー３５９ｇで反射され、焦点面に向けて照射される。このような、第１ミラー３５９ａ〜第７ミラー３５９ｇを経由する迂回光路を通ることにより、スリット光Ｓは、そのスリット長が十分に拡張されるようになる。
【０１３３】
図３０は、第１１実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ１１のＸ−Ｚ方向の配置図である。この測定ヘッド部Ｈ１１が備えるスリット投光光学系３５Ｇは、スリット光Ｓを導光可能な導光部材３６０を含む。導光部材３６０は、その入射端３６１が狭幅である一方で、出射端３６２が広幅とされたテーパ形状の導光路を有する薄肉ライトガイドである。入射端３６１はＬＤ２５のレーザ射出端に対向され、出射端３６２は焦点面に向かうように配向されており、導光部材３６０は、入射端３６１に入射されたレーザ光をその導光路の形状に基づきスリット光Ｓの状態にして出射端３６２から放射させる。
【０１３４】
ＬＤ２５は、撮像ユニット４５の背面側近傍に配置されている。また、導光部材３６０は、撮像ユニット４５の背面を経由して撮像ユニット４５の前方（下方）に回り込むように湾曲して組み付けられている。なお、導光部材３６０の組み付け態様は任意であり、例えば撮像ユニット４５の側面を経由させるようにしても良い。
【０１３５】
この測定ヘッド部Ｈ１１によれば、ＬＤ２５から発せられたレーザ光は、導光部材３６０により撮像ユニット４５の背面を通り、大きく湾曲した光路を経由して、出射端３６２からスリット光Ｓとして焦点面に向けて照射される。このような、導光部材３６０を経由する迂回光路を通ることにより、スリット光Ｓは、そのスリット長が拡張されるようになる。
【０１３６】
［その他変形実施形態の説明］
以上、本発明に係る三次元測定装置及び携帯型計測器の実施形態につき説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば下記［１］〜［６］のような変形実施形態を取ることができる。
【０１３７】
［１］携帯型三次元測定装置１に、小型の液晶表示部等を設け、操作ナビゲート情報を表示させたり、測定状況を表示させたり、或いは三次元形状の測定結果等を表示させるようにしても良い。このような表示部は、本体ハウジング１０のヘッドハウジング部１１、又は中間ハウジング部１２に設けることが望ましい。
【０１３８】
［２］上記実施形態では、測定ヘッド部Ｈ１〜Ｈ４を、携帯型三次元測定装置１に組み込む例を示した。測定ヘッド部Ｈ１〜Ｈ４の組み込み先はこれに限られるものではなく、例えば計測用ロボットハンドの先端、工業用イメージガイドの先端ヘッド、或いは医療用内視鏡の先端ヘッド等に組み込むようにしても良い。
【０１３９】
［３］本体ハウジング１０のヘッドハウジング部１１を取り替え自在とし、測定対象に応じた測定ヘッド部を装着できるようにしても良い。
【０１４０】
［４］上記の実施形態では、携帯型三次元測定装置１のグリップ部Ｇが棒状である例を示した。これに限らず、例えばリング状のグリップ部やピストル型のグリップ部としても良い。また、本体ハウジング１０を、棒状ではなく、矩形状、球状、円筒状などの形状としても良い。
【０１４１】
［５］上記の実施形態では、Ｘ方向ミラー３１２Ｘ、３２２Ｘ、３３２ＸとＸ方向リレーミラー３１３Ｘ、３２３Ｘ、３３３Ｘとを用い、投光光学系においてスリット光を２回反射させる例を示した（Ｙ方向も同様）。これに加えて、他のミラーやプリズム等を光路内に配置し、３回以上反射させ、さらに光路長を長くするようにしても良い。あるいは、Ｘ方向リレーミラー３１３Ｘ、３２３Ｘ、３３３Ｘを省くようにしても良い。
【０１４２】
［６］上記の実施形態では、Ｘ方向ミラー３１２Ｘ、３２２Ｘ、３３２Ｘ、Ｙ方向ミラー３１２Ｙ、３２２Ｙ、３３２Ｙを、被測定物側から見て撮像センサの受光面よりも遠い位置に配置された具体例を示した。これに代えて、撮像センサの受光面と同じ程度の位置にＸ方向ミラー３１２Ｘ、３２２Ｘ、３３２Ｘ、Ｙ方向ミラー３１２Ｙ、３２２Ｙ、３３２Ｙを配置しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明に係る三次元測定装置及び携帯型計測器は、例えば自動車、航空、建築等の工業計測の用途、歯科や外科等の医療用計測の用途、バイオテクノロジー等の研究用計測の用途など、各種の三次元形状測定に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明の実施形態に係る携帯型三次元測定装置を示す斜視図である。
【図２】図１の測定装置の側面図である。
【図３】図１の測定装置の測定領域を示す斜視図である。
【図４】図１の測定装置の、被測定物に対するスリット光Ｓの照射状況を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は、光切断法の測定原理を説明するための模式図、（ｂ）は、（ａ）の測定系の配置で得られる、被測定物の撮影画像を示す平面図である。
【図６】投光光軸Ａ１の投光角αを説明するための模式図である。
【図７】第１実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ１の正面図である。
【図８】測定ヘッド部Ｈ１の側面図である。
【図９】被測定物に対するスリット光の照射状況を簡略的に示した斜視図である。
【図１０】スリット投光光学系と受光光学系との合焦関係を示す光路図である。
【図１１】合焦状態におけるＸ方向スリット投影像ＳＸｐ及びＹ方向スリット投影像ＳＹｐの位置を説明するための模式図である。
【図１２】合焦状態におけるＸ方向スリット投影像ＳＸｐ及びＹ方向スリット投影像ＳＹｐの位置を説明するための模式図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、撮像センサの受光面と被測定物との対向関係を説明するための模式図である。
【図１４】携帯型三次元測定装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図１５】三次元形状を求めるための演算処理の一例を示すフローチャートである。
【図１６】デイスプレイにおける表示画面の一例を示す平面図である。
【図１７】重心スリットの説明図である。
【図１８】第２実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ２の正面図である。
【図１９】測定ヘッド部Ｈ２の側面図である。
【図２０】レーザ光源の内部構造を簡略的に示す模式図である。
【図２１】第３実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ３の正面図である。
【図２２】測定ヘッド部Ｈ３の側面図である。
【図２３】第４実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ４の側面図である。
【図２４】第５実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ５のＸ−Ｚ方向の配置図である。
【図２５】第６実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ６のＸ−Ｚ方向の配置図である。
【図２６】第７実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ７のＹ−Ｚ方向の配置図である。
【図２７】（ａ）は第８実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ８のＸ−Ｙ方向の配置図、（ｂ）はＸ−Ｚ方向の配置図である。
【図２８】第９実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ９のＸ−Ｚ方向の配置図である。
【図２９】第１０実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ１０のＸ−Ｚ方向の配置図である。
【図３０】第１１実施形態に係る測定ヘッド部Ｈ１１のＸ−Ｚ方向の配置図である。
【符号の説明】
【０１４５】
１  携帯型三次元測定装置（携帯型計測器）
１０  本体ハウジング
２１  レーザ光源（光源）
２２Ｘ、２２Ｙ  Ｘ方向レーザ光源、Ｙ方向レーザ光源（第１光源、第２光源）
２３  レーザ光源
３１、３３、３４  スリット投光光学系
３２Ｘ  Ｘ方向スリット投光光学系（第１方向スリット投光光学系）
３２Ｙ  Ｙ方向スリット投光光学系（第２方向スリット投光光学系）
３１０  変換光学系（スリット光発生手段）
３１１  ハーフプリズム（光分割手段）
３１２Ｘ、３２２Ｘ、３３２Ｘ  Ｘ方向ミラー（反射面／第１反射部材）
３１２Ｙ、３２２Ｙ、３３２Ｙ  Ｙ方向ミラー（反射面／第２反射部材）
３１３Ｘ、３２３Ｘ、３３３Ｘ  Ｘ方向リレーミラー（第１リレー反射部材）
３１３Ｙ、３２３Ｙ、３３３Ｙ  Ｙ方向リレーミラー（第２リレー反射部材）
４１、４２、４３、４４  撮像ユニット
４１１、４２１、４４１  撮像センサ
４３１  １次元撮像センサ
４１２、４２２、４４１  受光光学系
４３３  ガルバノミラー（駆動ミラー）
５  制御部
Ａ１  投光光軸
Ａ２  受光光軸
Ｈ、Ｈ１〜Ｈ４  測定ヘッド部
Ｇ  グリップ部
Ｓ  スリット光
ＳＸ、ＳＹ  Ｘ方向スリット光、Ｙ方向スリット光
ＳＸｐ、ＳＸｐ  Ｘ方向スリット投影像、Ｙ方向スリット投影像
【図１】
2008175625.tif 000003
【図２】
2008175625.tif 000004
【図３】
2008175625.tif 000005
【図４】
2008175625.tif 000006
【図５】
2008175625.tif 000007
【図６】
2008175625.tif 000008
【図７】
2008175625.tif 000009
【図８】
2008175625.tif 000010
【図９】
2008175625.tif 000011
【図１０】
2008175625.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2008175625.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2008175625.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2008175625.tif 000021
【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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