(57)【要約】【課題】装置構造を大型化することなく、光切断法によって至近距離から大型な被測定物の形状を精度よく測定できること。【解決手段】本発明の一態様である形状測定装置１は、被測定物１５にスリット光Ｌ１を照射し、フィルタ３およびレンズ４を介して被測定物１５からのスリット光Ｌ１を撮像して、被測定物１５の形状を測定する。フィルタ３は、レンズ４の物体側主点４ａを中心として被測定物１５側に凸な弧形状をなし、スリット光Ｌ１を透過するとともにスリット光Ｌ１以外を遮光する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物にスリット光を照射し、前記被測定物から反射した前記スリット光の反射光をレンズを介して撮像するとともに前記反射光以外を遮光して、前記被測定物の形状を測定する形状測定装置において、
前記レンズの収束点に対して前記被測定物側に凸な弧形状をなし、前記反射光を透過するとともに前記反射光以外を遮光する透光性膜を有する光学フィルタを備えたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記透光性膜は、前記収束点を含む軸を中心軸とする円筒の一部分をなすことを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記円筒の中心軸は、前記スリット光の中心光軸と直交することを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記中心軸は、前記スリット光の長軸方向に対して垂直であることを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記透光性膜は、前記収束点を中心とする球面体の一部分をなすことを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記透光性膜は、連続的な円弧形状に形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記透光性膜は、前記反射光を透過する板状光学部材の内部に、前記反射光の長軸方向に沿って離散した状態で配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の形状測定装置。
【請求項８】
被測定物に照射したスリット光の反射光を集光するレンズを有し、光切断法によって前記被測定物の形状を測定する形状測定装置の光学フィルタにおいて、
前記レンズの収束点に対して前記被測定物側に凸な弧形状をなし、前記反射光を透過するとともに前記反射光以外を遮光する透光性膜を備えたことを特徴とする光学フィルタ。
【請求項９】
前記透光性膜は、前記収束点を含む軸を中心軸とする円筒の一部分をなすことを特徴とする請求項８に記載の光学フィルタ。
【請求項１０】
前記円筒の中心軸は、前記スリット光の中心光軸と直交することを特徴とする請求項９に記載の光学フィルタ。
【請求項１１】
前記中心軸は、前記スリット光の長軸方向に対して垂直であることを特徴とする請求項９に記載の光学フィルタ。
【請求項１２】
前記透光性膜は、前記収束点を中心とする球面体の一部分をなすことを特徴とする請求項８に記載の光学フィルタ。
【請求項１３】
前記透光性膜は、連続的な円弧形状に形成されたことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一つに記載の光学フィルタ。
【請求項１４】
前記透光性膜は、前記反射光を透過する板状光学部材の内部に、前記反射光の長軸方向に沿って離散した状態で配置されることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一つに記載の光学フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光切断法によって被測定物の形状を測定する形状測定装置およびこれに用いる光学フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、被測定物の立体形状を測定する手法として光切断法が公知である。光切断法は、一般に、レーザ光等の高輝度スリット光を被測定物に照射し、得られたスリット光像をもとに、被測定物の凹凸等の表面形状を測定する。
【０００３】
例えば、光切断法では、図１６に示すように、スリット光源１０１によって被測定物１００の表面にスリット光を照射し、スリット光の照射方向とは別の方向から、撮像装置１０２によって被測定物１００から反射したスリット光を撮像し、得られた被測定物１００のスリット光像を表示装置１０３に表示する。この被測定物１００の表面形状は、得られたスリット光像の変形量および撮像光学系の幾何学的配置等をもとに算出される。
【０００４】
このような光切断法は、単純な光学系によって大型な物体の測定も可能であり、また、光学系の配置によって凹凸の測定感度を大幅に調整できる等の利点がある。このため、近年の画像処理技術の進歩に伴い、ロボット用の視覚センサなどに適用される立体形状入力法として注目されている。
【０００５】
また、鉄鋼業においても、光切断法は、冷却せずに高温状態を維持しつつスリット光に沿った方向の形状を取得できるという利点から、鋼管等の鉄鋼製品を製造する際に生成される高温な中間製品の形状検査に応用されている（特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３２２５１３号公報
【特許文献２】特開２００４−１８１４７１号公報
【特許文献３】特開２００４−１１７０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年の鉄鋼業においては、鋼管等の鉄鋼製品のみならず、コークス炉等の大型且つ高温な設備の点検に好適な光切断法による形状測定が要望されている。例えば、光切断法によってコークス炉内の形状を測定し、コークス炉内壁面の凹凸状態を検査することが可能な形状測定装置が必要とされている。コークス炉内の点検においては、高温なコークス炉に形状測定装置を接近させて、コークス炉内壁面の凹凸状態を広範囲に測定しなければならない。
【０００８】
このため、形状測定装置の投光範囲および受光範囲をより大きくする必要がある。このうち、投光範囲については、形状測定装置のスリット光源を変更して、より広範囲にスリット光を照射すればよいが、これは、スリット光源のスリット長を変更する等の手法によって容易に達成できる。
【０００９】
一方、受光範囲については、形状測定装置の光学系を変更して、受光角範囲すなわち画角をより大きくする必要がある。この場合、形状測定装置は、今まで以上に大きい入射角の範囲に亘って、被測定物から反射したスリット光を受光することになる。
【００１０】
ここで、形状測定装置には、一般に、被測定物から反射したスリット光を感度よく受光するために、干渉フィルタ等の光学フィルタを備えている。ところが、光学フィルタの光透過特性は、光の入射角の増加に伴って低くなる。
【００１１】
このため、被測定物に照射するスリット光の波長に限定した光透過特性を有する光学フィルタを用いた場合、この光学フィルタは、入射角の大きなスリット光、すなわち、光軸部位から縁側へ所定の距離以上離れた領域に入射したスリット光を遮断してしまう。この結果、被測定物から反射したスリット光を感度よく検出できないことから、光切断法によって至近距離から大型な被測定物の形状を精度よく測定できないという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、装置構造を大型化することなく、光切断法によって至近距離から大型な被測定物の形状を精度よく測定できる形状測定装置およびこれに用いる光学フィルタ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】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる形状測定装置は、被測定物にスリット光を照射し、前記被測定物から反射した前記スリット光の反射光をレンズを介して撮像するとともに前記反射光以外を遮光して、前記被測定物の形状を測定する形状測定装置において、前記レンズの収束点に対して前記被測定物側に凸な弧形状をなし、前記反射光を透過するとともに前記反射光以外を遮光する透光性膜を有する光学フィルタを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる形状測定装置は、上記の発明において、前記透光性膜は、前記収束点を含む軸を中心軸とする円筒の一部分をなすことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる形状測定装置は、上記の発明において、前記円筒の中心軸は、前記スリット光の中心光軸と直交することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる形状測定装置は、上記の発明において、前記中心軸は、前記スリット光の長軸方向に対して垂直であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明にかかる形状測定装置は、上記の発明において、前記透光性膜は、前記収束点を中心とする球面体の一部分をなすことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にかかる形状測定装置は、上記の発明において、前記透光性膜は、連続的な円弧形状に形成されたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明にかかる形状測定装置は、上記の発明において、前記透光性膜は、前記反射光を透過する板状光学部材の内部に、前記反射光の長軸方向に沿って離散した状態で配置されることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明にかかる光学フィルタは、被測定物に照射したスリット光の反射光を集光するレンズを有し、光切断法によって前記被測定物の形状を測定する形状測定装置の光学フィルタにおいて、前記レンズの収束点に対して前記被測定物側に凸な弧形状をなし、前記反射光を透過するとともに前記反射光以外を遮光する透光性膜を備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明にかかる光学フィルタは、上記の発明において、前記透光性膜は、前記収束点を含む軸を中心軸とする円筒の一部分をなすことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明にかかる光学フィルタは、上記の発明において、前記円筒の中心軸は、前記スリット光の中心光軸と直交することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明にかかる光学フィルタは、上記の発明において、前記中心軸は、前記スリット光の長軸方向に対して垂直であることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明にかかる光学フィルタは、上記の発明において、前記透光性膜は、前記収束点を中心とする球面体の一部分をなすことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明にかかる光学フィルタは、上記の発明において、前記透光性膜は、連続的な円弧形状に形成されたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明にかかる光学フィルタは、上記の発明において、前記透光性膜は、前記反射光を透過する板状光学部材の内部に、前記反射光の長軸方向に沿って離散した状態で配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明にかかる形状測定装置によれば、より広範囲な画角に亘って、被測定物から反射したスリット光を感度よく検出できるため、装置構造を大型化することなく、光切断法によって至近距離から大型な被測定物の形状を精度よく測定できるという効果を奏する。
【００２８】
また、本発明にかかる光学フィルタによれば、被測定物から反射したスリット光を感度よく検出できる画角を一層広範囲にすることができるため、装置構造を大型化することなく、光切断法によって至近距離から大型な被測定物の形状を精度よく測定可能な形状測定装置を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる形状測定装置の一構成例を模式的に示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかる光学フィルタの一構成例を示す模式図である。
【図３】図３は、従来のフィルタの光軸近傍にスリット光が入射する状態を示す模式図である。
【図４】図４は、従来のフィルタの縁部近傍にスリット光が入射する状態を示す模式図である。
【図５】図５は、本実施の形態１にかかる光学フィルタにスリット光が入射する状態を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１にかかる光学フィルタを取り外した形状測定装置によるスリット光の検出結果の一例を示す図である。
【図７】図７は、図６の状態に外乱光を追加した場合のスリット光の検出結果を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１にかかる形状測定装置によるスリット光の検出結果の一例を示す図である。
【図９】図９は、従来の形状測定装置によるスリット光の検出結果の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、従来の形状測定装置によるスリット光の検出結果の別例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態２にかかる形状測定装置の一構成例を模式的に示すブロック図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態２にかかる光学フィルタの一構成例を示す模式図である。
【図１３】図１３は、本実施の形態２にかかる光学フィルタにスリット光が入射する状態を示す模式図である。
【図１４】図１４は、本発明にかかる光学フィルタの一変形例の構成を示す断面模式図である。
【図１５】図１５は、本発明にかかる光学フィルタの別変形例の構成を示す断面模式図である。
【図１６】図１６は、光切断法による従来の形状測定装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、添付図面を参照して、この発明にかかる形状測定装置およびこれに用いる光学フィルタの好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。
【００３１】
(実施の形態１)
まず、本発明の実施の形態１にかかる形状測定装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる形状測定装置の一構成例を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、この形状測定装置１は、被測定物１５にスリット光Ｌ１を照射するスリット光源２と、被測定物１５から反射したスリット光Ｌ１を透過するフィルタ３と、フィルタ３を透過したスリット光Ｌ１を結像するレンズ４と、レンズ４によって結像されたスリット光Ｌ１を撮像する撮像部５と、を備える。また、形状測定装置１は、オンオフ状態を切り替えるための入力部６と、入力部６からの入力信号に対応してスリット光源２および撮像部５を制御する制御部７と、撮像部５によって撮像されたスリット光Ｌ１の画像処理を行う画像処理部８と、被測定物１５に照射されたスリット光Ｌ１の形状を表示する表示部９と、防塵および遮光等のための筐体１０とを備える。
【００３２】
スリット光源２は、被測定物１５の測定範囲にわたって概平面状の光を照射するものである。具体的には、スリット光源２は、半導体レーザ素子およびレンズを一体化したスリットレーザ光源を用いて実現され、所定の波長帯域のスリット光Ｌ１を被測定物１５の測定表面１５ａに照射する。
【００３３】
フィルタ３は、被測定物１５の形状測定に必要な光を選択的に透過する光学フィルタである。具体的には、フィルタ３は、干渉フィルタ等を用いて実現され、図１に示すように、レンズ４の前段（被測定物１５側）に固定配置される。この場合、フィルタ３は、レンズ４によって規定される画角の範囲内に配置される。さらには、フィルタ３は、スリット光Ｌ１の反射光の入射範囲内、すなわち図１に示す測定表面１５ａ上のスリット光Ｌ１の両端とレンズ４の物体側主点４ａとを結ぶ破線の範囲内に配置される。
【００３４】
また、フィルタ３は、物体側主点４ａに対して被測定物１５側に凸な弧形状をなしており、被測定物１５から反射したスリット光Ｌ１をレンズ４側に透過するとともに、外乱光等の被測定物１５の形状測定に不要な光成分を遮光する。
【００３５】
レンズ４は、図１に示すように、フィルタ３と撮像部５との間に配置され、フィルタ３によって選択的に透過されたスリット光Ｌ１の反射光を集光し、この集光した反射光を撮像部５の受光面に結像する。
【００３６】
撮像部５は、撮像素子５ａを有し、レンズ４によって結像されたスリット光Ｌ１の反射光像を撮像する。この場合、撮像素子５ａは、レンズ４によって結像された反射光を受光し、受光した反射光の強弱を画素アドレスに対応した電気信号に変換する。その後、撮像部５は、撮像素子５ａによって得られた電気信号を画像処理部８に送信する。
【００３７】
なお、上述したレンズ４および撮像部５は、各々公知のカメラレンズおよびエリアセンサカメラ等を用いればよく、測定範囲と分解能、すなわち被測定物１５上における撮像素子５ａの縦画素数および横画素数あたりの寸法を勘案して選択すればよい。
【００３８】
入力部６は、オンオフを切り替えるスイッチ等を用いて実現され、操作者の入力操作に対応して、測定開始を指示する開始指示信号または測定終了を指示する終了指示信号を制御部７に入力する。
【００３９】
制御部７は、入力部６によって入力された指示情報をもとに、スリット光源２および撮像部５の動作タイミングを制御する。具体的には、制御部７は、開始指示信号が入力された場合、スリット光Ｌ１を照射するようスリット光源２を制御するとともに、スリット光Ｌ１の反射光像を撮像して、得られた画像データを画像処理部８に順次送信するよう撮像部５を制御する。一方、制御部７は、終了指示信号が入力された場合、スリット光Ｌ１の照射動作を停止するようスリット光源２を制御するとともに、撮像動作を停止するよう撮像部５を制御する。
【００４０】
画像処理部８は、スリット光Ｌ１の画像データに対して所定の画像処理を行って、被測定物１５の形状を測定するためのものである。具体的には、画像処理部８は、撮像素子５ａによって電気信号に変換された画像データを撮像部５から取得し、得られた画像データを数値データに変換する。その後、画像処理部８は、この数値データをもとに、測定表面１５ａ上のスリット光Ｌ１の形状を算出し、この算出結果をもとに、被測定物１５の凹凸等の形状を算出する。
【００４１】
なお、このような画像処理部８は、公知な画像入力回路および画像処理回路を用いて実現でき、あるいは画像インターフェイスボードおよびパーソナルコンピュータの組合せによって簡易に実現できる。また、上述したスリット光Ｌ１の形状算出結果に基づく被測定物１５の形状算出処理は、公知な細線化処理および初等演算処理の組合せによって実現可能であり、さらには必要に応じて、公知なシェーディング補正によって元の画像のムラを補正する前処理を加えればよい。
【００４２】
表示部９は、画像処理部８からスリット光Ｌ１の画像データおよび被測定物１５の形状測定データを取得し、得られたデータをもとに、スリット光Ｌ１の反射光像および被測定物１５の形状測定結果等を表示する。
【００４３】
筐体１０は、上述したスリット光源２、フィルタ３、レンズ４、撮像部５および制御部７を収容する。ここで、コークス炉等の製造現場においては、鉄鋼製品または設備から高い熱または粉塵等が発生する。これに対し、筐体１０は、製造現場において形状測定装置１を使用する際に、これら形状装置測定装置１の内部構成部の耐熱（さらには冷却）および防塵を確保する。
【００４４】
また、筐体１０には、図１に示したように、被測定物１５にスリット光Ｌ１を照射するための開口部１０ａがスリット光源２の近傍に形成され、被測定物１５から反射したスリット光Ｌ１を入射するための開口部１０ｂがフィルタ３の近傍に形成されている。
【００４５】
なお、開口部１０ａ、１０ｂには、各々透光部１１、１２が設けられる。透光部１１、１２は、スリット光Ｌ１の波長帯域に対して透明なガラス部材または樹脂部材等によって実現される。透光部１１は、スリット光Ｌ１の照射を阻害せずに筐体１０による内部の防塵性を高める。一方、透光部１２は、スリット光Ｌ１の入射を阻害せずに筐体１０による内部の防塵性を高める。
【００４６】
つぎに、図１に示したフィルタ３の構成について詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態１にかかる光学フィルタの一構成例を示す模式図である。図２に示すように、フィルタ３は、スリット光Ｌ１の波長帯域に対して透明なガラス基板３ａと、光の干渉を発生させるための透光性膜である誘電体金属膜３ｂとを用いて実現される。誘電体金属膜３ｂは、蒸着等の製法によってガラス基板３ａの一表面に形成される。また、フィルタ３は、上述したレンズ４の物体側主点４ａを含む軸を円筒中心軸とし、ガラス基板３ａの外側に誘電体金属膜３ｂが位置する部分的な円筒形状に形成される。
【００４７】
ここで、図２に示すように、このフィルタ３に対して、図１に示したレンズ４の光軸Ｃ、Ｘ軸およびＹ軸による３軸の直交座標系を設定する。この直交座標系の３軸のうち、Ｘ軸は、スリット光Ｌ１の長軸方向に対して平行な軸とし、Ｙ軸は、物体側主点４ａを含む円筒中心軸に対して平行な軸とする。
【００４８】
まず、Ｘ軸方向について、誘電体金属膜３ｂは、物体側主点４ａに対して連続的な円弧形状に形成される。詳細には、誘電体金属膜３ｂは、図２に示す３軸の直交座標系において、上述した被測定物１５側に凸であり、物体側主点４ａを含む円筒中心軸を中心とする円筒の一部分をなす。一方、Ｙ軸方向について、この円筒中心軸は、上述したスリット光Ｌ１の長軸方向に対して垂直である。さらに、この円筒中心軸は、上述したスリット光Ｌ１の中心光軸と直交する。
【００４９】
つぎに、フィルタ３の光透過作用について詳細に説明する。図３は、従来のフィルタの光軸近傍にスリット光が入射する状態を示す模式図である。図４は、従来のフィルタの縁部近傍にスリット光が入射する状態を示す模式図である。図５は、本実施の形態１にかかる光学フィルタにスリット光が入射する状態を示す模式図である。なお、図３、４に示す従来のフィルタ１１０は、平板形状の光学フィルタであり、フィルタ形状が異なること以外、本実施の形態１にかかるフィルタ３と同様の構成を有する。
【００５０】
図３に示すように、被測定物１５（図１参照）から反射したスリット光Ｌ１がフィルタ１１０の光軸Ｃ近傍に入射した場合、フィルタ１１０に対するスリット光Ｌ１の入射角θは、ほぼ零に近い値となる。この場合、誘電体金属膜３ｂの膜厚ｄと誘電体金属膜３ｂ内を通過するスリット光Ｌ１の経路長（ｄ×ｃｏｓθ）とは、ほぼ同等の長さになる。このため、スリット光Ｌ１は、フィルタ１１０の光軸Ｃ近傍に入射した後、膜厚ｄの誘電体金属膜３ｂ本来の干渉作用を受けて透過し、その後、ガラス基板３ａ内を通過する。
【００５１】
一方、図４に示すように、スリット光Ｌ１がフィルタ１１０の縁部近傍に入射した場合、入射角θは、上述した光軸Ｃ近傍への入射の場合に比して大きい値となる。この場合、スリット光Ｌ１の経路長（ｄ×ｃｏｓθ）は、誘電体金属膜３ｂの膜厚ｄに比して無視できない程に大きい値となる。このため、スリット光Ｌ１が通過する誘電体金属膜３ｂの膜厚が等価的に大きな値となる。
【００５２】
ここで、図３、４に示すような平板形状のフィルタ１１０では、スリット光Ｌ１の入射位置が光軸Ｃからフィルタ１１０の縁側へ変位した場合、この変位に伴い、スリット光Ｌ１の入射角θが増大する。このような入射角θの増大に伴って、誘電体金属膜３ｂ内でのスリット光Ｌ１の経路長が増大し、この結果、フィルタ１１０本来の透過波長帯域がスリット光Ｌ１の波長帯域から外れてしまう。これによって、本来透過するべきスリット光Ｌ１がフィルタ１１０の縁部近傍において透過しなくなる。
【００５３】
これに対し、本実施の形態１にかかるフィルタ３では、上述したように、誘電体金属膜３ｂが、物体側主点４ａを含む円筒中心軸を中心にして円筒の一部分をなし、連続的な円弧形状に形成されている。このため、スリット光Ｌ１の入射位置が光軸Ｃからフィルタ３の縁側へ変位した場合であっても、スリット光Ｌ１の入射角θの増大を抑制でき、この結果、光軸Ｃから縁部に至るフィルタ３の全受光範囲において、入射角θを低減できる。
【００５４】
具体的には、図５に示すように、Ｘ軸方向について光軸Ｃから縁部に至るフィルタ３の受光範囲（斜線部）では、いずれの位置にスリット光Ｌ１が入射しても、入射角θは、スリット光Ｌ１が光軸Ｃの位置に入射した場合と同様の角度、好適には零度になる。
【００５５】
この結果、誘電体金属膜３ｂ内を透過するスリット光Ｌ１の経路長の増大を抑制できるため、フィルタ３の全受光範囲において、スリット光Ｌ１の検出に適した透過波長帯域を確保できる。これによって、フィルタ３は、被測定物１５の両端の範囲に亘って広範囲から反射してきたスリット光Ｌ１を感度よく透過できるとともに、外乱光等のスリット光Ｌ１以外の不要な光を遮断できる。
【実施例】
【００５６】
つぎに、本発明の実施の形態１にかかる形状測定装置１の実施例を示して、この実施の形態１による作用効果を具体的に説明する。図６は、本発明の実施の形態１にかかる光学フィルタを取り外した形状測定装置によるスリット光の検出結果の一例を示す図である。図７は、図６の状態に外乱光を追加した場合のスリット光の検出結果を示す図である。図８は、本発明の実施の形態１にかかる形状測定装置によるスリット光の検出結果の一例を示す図である。図９は、従来の形状測定装置によるスリット光の検出結果の一例を示す図である。図１０は、従来の形状測定装置によるスリット光の検出結果の別例を示す図である。
【００５７】
図１に示した形状測定装置１において、物体側主点４ａはレンズ４の先端から内側に１２０ｍｍの位置にあり、レンズ４の先端径は８５ｍｍであった。このため、レンズ４とフィルタ３との物理的干渉等を考慮して、円筒形状のフィルタ３の半径は１３０ｍｍとした。なお、この半径は、フィルタ３の外表面から物体側主点４ａまでの距離、すなわち図２に示したように、物体側主点４ａを中心とした円弧形状の誘電体金属膜３ｂの半径である。
【００５８】
一方、スリット光源２は、主ピーク波長が５３２ｎｍであり、半値幅が３ｎｍであるスリット光Ｌ１を照射する。これに対応して、フィルタ３は、中心透過波長が５３２ｎｍであり、半値幅が５ｎｍである光透過特性を有する干渉フィルタとした。
【００５９】
まずは、比較例として、この形状測定装置１からフィルタ３を取り外し、被測定物１５の一例として平面パネルを用いてスリット光Ｌ１の検出を行った。具体的には、この形状測定装置１の前方１０００ｍｍの位置に平面パネルを配置し、この平面パネルにスリット光源２によってスリット光Ｌ１を照射して、この平面パネルから反射したスリット光Ｌ１をフィルタ３を介さずに撮像した。この結果、図６に示すように、平面パネルの両端に亘ってスリット光が検出された。
【００６０】
つぎに、上述した状態に、広帯域のハロゲンランプによる外乱光を平面パネルに更に照射しつつ、この平面パネルから反射したスリット光Ｌ１および外乱光をフィルタ３を介さずに撮像した。この結果、図７に示すように、スリット光Ｌ１に比して外乱光の影響度合いが酷く、そのため、外乱光の照射位置においてスリット光Ｌ１と外乱光とが区別できなくなっていた。
【００６１】
これに対し、形状測定装置１にフィルタ３を取り付けてスリット光Ｌ１および外乱光を照射した状態にし、同一の平面パネルを撮像した。この結果、図８に示すようなスリット光検出結果が得られた。すなわち、フィルタ３は、測定に不要な光成分である外乱光を遮断しつつ、平面パネルから反射したスリット光Ｌ１を撮像視野の全域に亘って明瞭に透過できる。
【００６２】
このフィルタ３を備えることによって、形状測定装置１は、外乱光等の形状測定に不要な光を除外しつつ、画角の広い受光範囲から入射したスリット光Ｌ１を感度よく検出できる。このような形状測定装置１は、コークス炉の内壁面等の高温且つ広範囲な被測定物の形状を精度よく測定することができる。
【００６３】
なお、上述したフィルタ３に代えて、平板形状に形成された従来の干渉フィルタを形状測定装置１に取り付けた場合、図９に示すようなスリット光Ｌ１の検出結果が得られた。この場合、従来の干渉フィルタによって外乱光を遮断することは可能だが、図９に示すように、平面パネルの中心部近傍から反射したスリット光Ｌ１を辛うじて検出できる程度である。一方、平面パネルの縁側近傍から反射したスリット光Ｌ１は、その検出強度が著しく低下し、その結果、図９に示すように検出できなかった。
【００６４】
一方、別の比較例として、上述したフィルタ３に代えて、Ｓ／Ｎ比の低下を防ぐために透過波長帯域を５２８〜５７０ｎｍに広げた平面形状の干渉フィルタを形状測定装置１に取り付けて、同様のスリット光検出実験を行った。この結果、図１０に示すように、スリット光Ｌ１を検出することはできたが、同時に外乱光を検出してしまい、形状測定精度は不十分であった。
【００６５】
以上、説明したように、本発明の実施の形態１では、フィルタ３が、レンズ４の物体側主点４ａに対し、スリット光Ｌ１の長軸方向に沿って被測定物１５側に凸な円弧形状をなしている。このため、光軸Ｃの位置から縁部に至るフィルタ３の全受光範囲内のいずれの位置においても、フィルタ３に対するスリット光Ｌ１の入射角θは、入射位置が光軸Ｃの位置である場合と同様になる。
【００６６】
この結果、フィルタ３の全受光範囲において、スリット光Ｌ１の検出に適した透過波長帯域を確保できる。これによって、被測定物１５の両端の範囲に亘って広範囲から反射してきたスリット光Ｌ１を感度よく透過できるとともに、外乱光等のスリット光Ｌ１以外の不要な光を遮断でき、この結果、装置構造を大型化することなく、光切断法によって至近距離からコークス炉等の大型な被測定物の形状を精度よく測定することができる。
【００６７】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、円筒の一部分をなす形状のフィルタ３を用いていたが、この実施の形態２では、球面体の一部分をなす形状の干渉フィルタを用いている。
【００６８】
図１１は、本発明の実施の形態２にかかる形状測定装置の一構成例を模式的に示すブロック図である。図１１に示すように、この形状測定装置２１は、上述した実施の形態１にかかる形状測定装置１のフィルタ３に代えてフィルタ２３を備える。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００６９】
フィルタ２３は、被測定物１５の形状測定に必要な光を選択的に透過する光学フィルタであり、上述した実施の形態１にかかるフィルタ３と同様に、レンズ４の前段に固定配置される。なお、フィルタ２３は、その形状が球面体の一部分をなすものであること以外、実施の形態１にかかるフィルタ３と同様である。
【００７０】
つぎに、フィルタ２３の構成について詳細に説明する。図１２は、本発明の実施の形態２にかかる光学フィルタの一構成例を示す模式図である。なお、図１２では、フィルタ２３の構成を説明し易くするために、フィルタ２３の一部破断面が示されている。
【００７１】
図１２に示すように、フィルタ２３は、ガラス基板３ａの一表面に誘電体金属膜３ｂが蒸着等の製法によって形成されており、ガラス基板３ａの外側に誘電体金属膜３ｂが位置する部分的な球面体形状に形成される。
【００７２】
ここで、図１２に示すように、このフィルタ２３に対して、図１１に示したレンズ４の光軸Ｃ、Ｘ軸およびＹ軸による３軸の直交座標系を設定する。この直交座標系の３軸のうち、Ｘ軸はスリット光Ｌ１の長軸方向に対して平行な軸とし、Ｙ軸はスリット光Ｌ１の長軸方向に対して垂直な軸とする。
【００７３】
この場合、誘電体金属膜３ｂは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の双方について、物体側主点４ａに対して連続的な円弧形状をなす。詳細には、誘電体金属膜３ｂは、図１２に示す３軸の直交座標系において、上述した被測定物１５側に凸であり、物体側主点４ａを中心点とする連続的な球面体の一部分をなす。
【００７４】
つぎに、フィルタ２３の光透過作用について詳細に説明する。図１３は、本実施の形態２にかかる光学フィルタにスリット光が入射する状態を示す模式図である。図１３には、フィルタ２３の凸形状側、すなわち誘電体金属膜３ｂ側からスリット光Ｌ１が入射する状態が示されている。
【００７５】
ここで、平板形状に形成された従来のフィルタ１１０では、図３、４に示したように、スリット光Ｌ１の入射位置の変位に伴い、スリット光Ｌ１の入射角θが増大し、この入射角θの増大に伴って、誘電体金属膜３ｂ内でのスリット光Ｌ１の経路長が増大する。この結果、フィルタ１１０本来の透過波長帯域がスリット光Ｌ１の波長帯域から外れてしまい、本来透過するべきスリット光Ｌ１がフィルタ１１０の縁部近傍において透過しなくなる。
【００７６】
これに対し、本実施の形態２にかかるフィルタ２３では、上述したように、誘電体金属膜３ｂが、物体側主点４ａに対して球面体の一部分をなしており、少なくともスリット光Ｌ１の長軸方向について連続的な円弧形状をなす。このため、フィルタ２３は、実施の形態１にかかるフィルタ３と同様の光透過作用を享受し、この結果、光軸Ｃから縁部に至るフィルタ２３の全受光範囲において、入射角θを低減できる。
【００７７】
具体的には、図１３に示すように、Ｘ軸方向すなわちスリット光Ｌ１の長軸方向について光軸Ｃから縁部に至るフィルタ３の受光範囲（斜線部）では、いずれの位置にスリット光Ｌ１が入射しても、入射角θは、スリット光Ｌ１が光軸Ｃの位置に入射した場合と同様の角度、好適には零度になる。
【００７８】
この結果、誘電体金属膜３ｂ内を透過するスリット光Ｌ１の経路長の増大を抑制できるため、フィルタ２３の全受光範囲において、スリット光Ｌ１の検出に適した透過波長帯域を確保できる。これによって、フィルタ２３は、被測定物１５の両端の範囲に亘って広範囲から反射してきたスリット光Ｌ１を感度よく透過できるとともに、外乱光等のスリット光Ｌ１以外の不要な光を遮断できる。
【００７９】
以上、説明したように、本発明の実施の形態２では、フィルタ２３が、レンズ４の物体側主点４ａに対して球面形状の一部分をなすことによって、少なくともスリット光Ｌ１の長軸方向に沿って、被測定物１５側に凸な円弧形状をなしている。このため、上述した実施の形態１の場合と同様の作用効果を享受するとともに、球面体の一部をなすことによって、フィルタ２３の全面について被測定物１５側に凸な円弧形状をなすことから、被測定物１５に対して、フィルタ２３の光軸Ｃ周りの位置調整を容易に行うことができる。
【００８０】
なお、上述した実施の形態１、２では、誘電体金属膜３ｂが連続的な円弧形状に形成されていたが、これに限らず、被測定物１５側に凸な弧形状であれば、図１４、１５に示すように不連続な形状の誘電体金属膜であってもよい。
【００８１】
図１４に示すフィルタ３３の誘電体金属膜３３ｂは、物体側主点４ａを中心としてＸ軸方向に断続的に弧形状をなし、上述した被測定物１５側に凸に形成される。この誘電体金属膜３３ｂの断面形状は、例えばフレネルレンズ状である。なお、この誘電体金属膜３３ｂは、図１４に示すように、スリット光Ｌ１に対して透明なガラス基板３３ａの一表面に形成される。
【００８２】
一方、図１５に示すフィルタ４３では、スリット光Ｌ１を透過する板状光学部材４３ａの内部に、Ｘ軸方向に沿って離散した状態で誘電体金属膜４３ｂ−１〜４３ｂ−７が配置される。誘電体金属膜４３ｂ−１〜４３ｂ−７の各々は、物体側主点４ａを中心として被測定物１５側に凸な弧形状をなしている。また、誘電体金属膜４３ｂ−１は、隣り合う誘電体金属膜４３ｂ−２、４３ｂ−５と光軸Ｃの方向について重なる。同様に、誘電体金属膜４３ｂ−３は、隣り合う誘電体金属膜４３ｂ−２、４３ｂ−４と光軸Ｃの方向について重なり、誘電体金属膜４３ｂ−６は、隣り合う誘電体金属膜４３ｂ−５、４３ｂ−７と光軸Ｃの方向について重なる。
【００８３】
すなわち、図１４、１５に例示したように、本発明にかかる光学フィルタの全体的な外形は、物体側主点４ａに対して被測定物１５側に凸な弧形状の誘電体金属膜を備えていれば、円筒形状または球面形状に限らず、板状であってもよい。
【００８４】
また、上述した実施の形態１、２では、レンズ４の物体側主点４ａをフィルタ形状の中心としていたが、これに限らず、レンズ４の収束点をフィルタ形状の中心とすればよい。すなわち、上述した物体側主点４ａに代えてレンズ４の像側主点をフィルタ形状の中心としてもよい。
【００８５】
さらに、上述した実施の形態１、２では、ガラス基板の表面に誘電体金属膜を形成したフィルタを用いていたが、これに限らず、ガラス基板に代えて樹脂基板等のスリット光Ｌ１に対して透明な透光性部材の表面に誘電体金属膜を形成したフィルタであってもよい。
【００８６】
また、上述した実施の形態１、２では、ガラス基板の表面に誘電体金属膜を形成したフィルタを用いていたが、これに限らず、誘電体金属膜に代えて誘電体膜をガラス基板等の透光性部材の表面に形成したフィルタであってもよい。
【００８７】
さらに、上述した実施の形態１、２では、スリット光源２として、半導体レーザ素子およびレンズを一体化したスリットレーザ光源を用いていたが、これに限らず、図１６に示すように、所定の光源からの光をスリット板を介して照射するスリット光源であってもよいし、点光源から発するスポット光を振動ミラー等の光学部材によって高速に扇状または平行に走査させるスキャン光の光源であってもよい。
【００８８】
また、上述した実施の形態１、２では、入力部６を用いて操作する形状測定装置を例示したが、これに限らず、上述した入力部６および制御部７を設けずに、スリット光源２および撮像部５に各々オンオフのスイッチを設けて、各スイッチを操作するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１、２１  形状測定装置
２  スリット光源
３、２３、３３、４３  フィルタ
３ａ、３３ａ  ガラス基板
３ｂ、３３ｂ、４３ｂ−１〜４３ｂ−７  誘電体金属膜
４  レンズ
４ａ  物体側主点
５  撮像部
５ａ  撮像素子
６  入力部
７  制御部
８  画像処理部
９  表示部
１０  筐体
１０ａ、１０ｂ  開口部
１１、１２  透光部
１５  被測定物
１５ａ  測定表面
４３ａ  板状光学部材
１００  被測定物
１０１  スリット光源
１０２  撮像装置
１０３  表示装置
Ｃ  光軸
Ｌ１  スリット光
【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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