(57)【要約】【課題】  レーザ光を走査する３角測量法の測定原理の３次元形状測定装置において、簡易の方法でラインセンサの中心線と反射光の光路とが常に交差するようにする。【解決手段】  入射口板状部材２０の厚さを、出射口板状部材１８の外面と入射口板状部材２０の外面が同一平面内に含まれ、入射口板状部材２０に入射する反射光の光路は、結像レンズの光軸と一致しており、入射する反射光の入射位置と入射方向の逆方向を走査したレーザ光の走査平面に投影した位置と方向が、走査したレーザ光の出射口板状部材１８から出射する位置と方向と一致するとしたときの、出射口板状部材１８に入射する前のレーザ光の光路を延長させたラインと、入射口板状部材２０に入射した反射光の光路を走査平面に投影した光路と、が交差する点Ｓから出射口板状部材１８の外面までの距離で設定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査手段を用いて走査したレーザ光を第１の透光性板状部材を介して測定対象物に照射し、測定対象物で発生した散乱光の一部である反射光を、第２の透光性板状部材、前記走査手段および結像レンズを介してラインセンサで受光し、前記ラインセンサにおける受光位置を用いて前記測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、
前記第２の透光性板状部材は、前記第１の透光性板状部材と平行であり、
前記第２の透光性板状部材の厚さは、
前記第１の透光性板状部材の外面と前記第２の透光性板状部材の外面が同一平面内に含まれ、  前記第２の透光性板状部材に入射する反射光の光路は、前記結像レンズの光軸と一致しており、前記入射する反射光の入射位置と入射方向の逆方向を前記走査したレーザ光の走査平面に投影した位置と方向が、前記走査したレーザ光の前記第１の透光性板状部材から出射する位置と方向と一致するとしたときの、
前記走査したレーザ光の前記第１の透光性板状部材に対する入射角が０以外の値であるときの、前記第１の透光性板状部材に入射する前の前記走査したレーザ光の光路を延長させたラインと、前記第２の透光性板状部材に入射した反射光の光路を前記走査したレーザ光の走査平面に投影した光路と、が交差する点から前記第１の透光性板状部材の外面までの距離で設定されていることを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項２】
走査手段を用いて走査したレーザ光を第１の透光性板状部材を介して測定対象物に照射し、測定対象物で発生した散乱光の一部である反射光を、第２の透光性板状部材、前記走査手段および結像レンズを介してラインセンサで受光し、前記ラインセンサにおける受光位置を用いて前記測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、
前記第２の透光性板状部材は、前記第１の透光性板状部材と平行であるとともに厚さが同じであり、
前記第１と第２の透光性板状部材は、前記第１と第２の透光性板状部材の屈折率の関係が、
前記第１の透光性板状部材の両面と前記第２の透光性板状部材の両面が同一平面内に含まれ、前記第２の透光性板状部材に入射する反射光の光路は前記結像レンズの光軸と一致しており、前記入射する反射光の入射位置と入射方向の逆方向を前記走査したレーザ光の走査平面に投影した位置と方向が、前記走査したレーザ光の前記第１の透光性板状部材から出射する位置と方向と一致するとしたときの、
前記走査したレーザ光の前記第１の透光性板状部材に対する入射角が０以外の値であるときの、前記走査したレーザ光の光路と、前記反射光の光路を前記走査したレーザ光の走査平面に投影した光路とが一致する屈折率の関係になるものが選択されていることを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項３】
走査手段を用いて走査したレーザ光を第１の透光性板状部材を介して測定対象物に照射し、測定対象物で発生した散乱光の一部である反射光を、第２の透光性板状部材、前記走査手段および結像レンズを介してラインセンサで受光し、前記ラインセンサにおける受光位置を用いて前記測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、
前記第２の透光性板状部材は、前記第１の透光性板状部材と前記走査したレーザ光の走査平面とが交差するラインに平行な軸周りに前記第１の透光性板状部材と所定の角度を有し、
前記第２の透光性板状部材の厚さは、
前記第１の透光性板状部材の外面と前記第２の透光性板状部材の外面が交差するラインは、前記結像レンズの光軸と交差し、前記第２の透光性板状部材に入射する反射光の光路は前記結像レンズの光軸と一致しており、前記入射する反射光の入射位置と入射方向の逆方向を前記走査したレーザ光の走査平面に投影した位置と方向が、前記走査したレーザ光の前記第１の透光性板状部材から出射する位置と方向と一致するとしたときの、
前記走査したレーザ光の前記第１の透光性板状部材に対する入射角が０以外の値であるときの、前記第１の透光性板状部材に入射する前の前記走査したレーザ光の光路を延長させたラインと、前記第２の透光性板状部材に入射した反射光の光路を前記走査したレーザ光の走査平面に投影した光路とが交差する点を含む前記走査平面の法線、および前記第２の透光性板状部材に入射した反射光の光路を、前記走査平面と前記第１の透光性板状部材に垂直な平面に投影したときの交点から前記第２の透光性板状部材の外面までの距離で設定されていることを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項４】
走査手段を用いて走査したレーザ光を第１の透光性板状部材を介して測定対象物に照射し、測定対象物で発生した散乱光の一部である反射光を、第２の透光性板状部材、前記走査手段および結像レンズを介してラインセンサで受光し、前記ラインセンサにおける受光位置を用いて前記測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、
前記第２の透光性板状部材は、前記第１の透光性板状部材と前記走査したレーザ光の走査平面とが交差するラインに平行な軸周りに前記第１の透光性板状部材と所定の角度を有するとともに、前記第１の透光性板状部材と厚さが同じであり、
前記第１と第２の透光性板状部材は、前記第１と第２の透光性板状部材の屈折率の関係が、
前記第１の透光性板状部材の外面と前記第２の透光性板状部材の外面が交差するラインは、前記結像レンズの光軸と交差し、前記第２の透光性板状部材に入射する反射光の光路は前記結像レンズの光軸と一致しており、前記入射する反射光の入射位置と入射方向の逆方向を前記走査したレーザ光の走査平面に投影した位置と方向が、前記走査したレーザ光の前記第１の透光性板状部材から出射する位置と方向と一致するとしたときの、
前記走査したレーザ光の前記第１の透光性板状部材に対する入射角が０以外の値であるときの、前記走査したレーザ光の前記第１の透光性板状部材の内面から前記走査手段側の光路と、前記反射光の前記第２の透光性板状部材の内面から前記走査手段側の光路を前記走査したレーザ光の走査平面に投影した光路とが一致する屈折率の関係になるものが選択されていることを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項５】
走査手段を用いて走査したレーザ光を第１の透光性板状部材を介して測定対象物に照射し、測定対象物で発生した散乱光の一部である反射光を、第２の透光性板状部材、前記走査手段および結像レンズを介してラインセンサで受光し、前記ラインセンサにおける受光位置を用いて前記測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、
前記第２の透光性板状部材は、前記第１の透光性板状部材と前記走査したレーザ光の走査平面とが交差するラインに平行な軸周りに前記第１の透光性板状部材と所定の角度γを有するとともに、前記第１の透光性板状部材と厚さ及び屈折率が同じであり、前記所定の角度γは、
前記第１の透光性板状部材の外面と前記第２の透光性板状部材の外面が交差するラインは、前記結像レンズの光軸と交差し、前記第２の透光性板状部材に入射する反射光の光路は前記結像レンズの光軸と一致しており、前記入射する反射光の入射位置と入射方向の逆方向を前記走査したレーザ光の走査平面に投影した位置と方向が、前記走査したレーザ光の前記第１の透光性板状部材から出射する位置と方向と一致するとしたときの、
前記走査したレーザ光の前記第１の透光性板状部材に対する入射角が０以外の値であるときの、前記走査したレーザ光の前記第１の透光性板状部材の内面から前記走査手段側の光路と、前記反射光の前記第２の透光性板状部材の内面から前記走査手段側の光路を前記走査したレーザ光の走査平面に投影した光路とが一致する角度に設定されていることを特徴とする３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、走査されたレーザ光を測定対象物に照射して測定対象物の照射箇所で発生する散乱光の一部を受光し、３角測量法の測定原理により測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザ光をガルバノミラーやポリゴンミラー等の走査機器を用いて走査しながら測定対象物に照射し、測定対象物の照射箇所で発生する散乱光の一部を、該走査機器と結像レンズを介してラインセンサで受光し、測定対象物の３次元形状を測定する装置が知られている。この３次元形状測定装置は、走査されたレーザ光の照射方向とラインセンサの受光位置とを同じタイミングで検出し、ラインセンサの受光位置から３角測量法の測定原理により測定対象物までの距離を検出して、それぞれのレーザ光の照射点における座標を算出することで、測定対象物の３次元形状を測定している。このような３次元形状測定装置としては、例えば特許文献１に示されているように、レーザ光を走査するとともに、走査範囲の中心におけるレーザ光の光軸に垂直でレーザ光を走査する平面（以下、走査平面という）に平行な回転軸周りにレーザ光出射器、走査機器、結像レンズ及びラインセンサ等を含む筐体を回転させることで、走査平面の方向を変化させる装置がある。また、例えば特許文献２に示されているように、走査平面に垂直な方向に該筐体を移動させることで、走査平面の位置を変化させる装置がある。また、例えば特許文献３に示されているように、該筐体をアーム式移動装置に取付け、該筐体の位置と方向を検出しながら、該筐体を移動させることで、走査平面の位置と方向を変化させる装置がある。どの方式も、レーザ光の照射方向、走査平面の位置または方向、及びラインセンサの受光位置を精度よく検出し、ラインセンサの受光位置と測定対象物までの距離との関係を精度よく求めておけば、測定対象物の３次元形状を精度よく測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２１８０２０号公報
【特許文献２】特開２００８−１８０６４６号公報
【特許文献３】特開２００４−３３３３６７号公報
【発明の概要】
【０００４】
図１はレーザ光源１０から出射され、コリメーティングレンズ１２で平行光になったレーザ光をガルバノミラー１４とモータ１６を用いて走査しながら測定対象物ＯＢに照射し、測定対象物ＯＢの照射箇所で発生する散乱光の一部（以下、反射光という）を、ガルバノミラー１４と結像レンズ２２を介してラインセンサ２４で受光し、測定対象物ＯＢの３次元形状を測定する装置の構成を簡略的に示す図である。図１に示すように、３次元形状測定装置は、レーザ光の出射口１８と反射光の入射口２０をガラス板等の透光性板状部材からなる窓にし、筐体に開口を設けず、筐体内にゴミや水分が入るのを防止することが多い。特に、屋外にある測定対象物を高い頻度で測定する３次元形状測定装置や、屋外に設置する３次元形状測定装置は、そのようにする必要がある。
【０００５】
しかしながら、発明者は、レーザ光の出射口１８と反射光の入射口２０を透光性板状部材にした場合、レーザ光の出射口１８の透光性板状部材（以下、出射口板状部材１８という）に対する入射角が大きくなるほど、反射光の入射口２０の透光性板状部材（以下、入射口板状部材２０という）に入射した後の反射光の光路は走査平面に投影して見ると、レーザ光の光路からずれることを見出した。そして、これにより、レーザ光の出射口板状部材１８に対する入射角が大きくなるほど、ラインセンサ２４に入射する反射光の光路はその手前の結像レンズ２２の光軸からずれ、ラインセンサ２４における反射光の強度分布の形が悪くなり、測定精度に影響することを見出した。
【０００６】
また、発明者は、上記の現象は理論的に説明できることも見出した。図２は走査平面に投影して見たときのレーザ光の光路と反射光の光路を示しており、実線はレーザ光の光路、点線は反射光の光路である。レーザ光は図２の紙面に対して平行であるのに対し、反射光は図２の紙面に対して測定対象物での反射位置に基づく角度を有する。これは、図１に示すように３角測量法の測定原理を用いた３次元形状測定装置は、レーザ光の光軸と結像レンズ２２を介してラインセンサ２４に入射する反射光の光軸とは、レーザ光反射位置に基づく角度を有するためである。図２において入射口板状部材２０に入射する反射光が紙面に対し平行であれば、走査平面に投影して見たとき、入射した後も反射光の光路はレーザ光の光路と同じになる。しかし、入射口板状部材２０に入射する反射光は紙面に対して角度を有しているので、反射光の入射口板状部材２０に対する入射角は、レーザ光の出射口板状部材１８に対する入射角とは異なり、反射光が入射口板状部材２０に入射した後の光路は図２の点線が示すようにレーザ光の光路に対してずれる。そして、反射光が入射口板状部材２０の内側面から出射する時点のずれがそのまま、ラインセンサの中心線に対する反射光の光路のずれになる。そして、このずれは、レーザ光の出射口板状部材１８に対する入射角が０（すなわち垂直入射）のときは、走査平面に投影して見ると反射光の光路は入射口板状部材２０に垂直であるので発生せず、レーザ光の出射口板状部材１８に対する入射角が大きくなるほど大きくなる。すなわち、レーザ光の走査範囲の中心付近ではずれは発生せず、レーザ光の走査範囲の両端で最も大きいずれが発生する。
【０００７】
図２においては、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０が、走査平面に投影して見たとき、重なっている状態であるが、重なっていなくても、反射光の光路のずれは発生する。これは、図３に示すように、透光性板状部材１がＡの位置にあってもＢの位置にあっても、透光性板状部材１の姿勢が同じで入射する光Ｌｉの光路が同じであれば、出射した後の光Ｌｏの光路は同じになることからも理解できる。
【０００８】
上述した反射光の光路ずれの問題に対応するには、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０を可能な限り薄くする方法が考えられるが、強度の点で問題がある。特に屋外に設置する３次元形状測定装置は所定の強度を有する必要があるので不可能である。また、反射光の光路のずれが発生する分、反射光の光路を補正するシステムを設ける方法が考えられるが、レーザ光の走査速度は高速であるので、そのようなシステムを設けると装置のコストが大幅にアップするという問題がある。
【０００９】
本発明はこの問題を解消するためなされたもので、その目的は、走査されたレーザ光を測定対象物に照射して測定対象物の照射箇所で発生する散乱光の一部を受光し、３角測量法の測定原理により測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、装置をコストアップさせることなく、出射口板状部材と入射口板状部材の強度を保ったままで、常にラインセンサの中心線と反射光の光路が交差するようにした３次元形状測定装置を提供することにある。言い換えると、走査平面に投影した反射光の光路が、常にレーザ光の光路からずれないようにした３次元形状測定装置を提供することにある。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、走査手段を用いて走査したレーザ光を第１の透光性板状部材を介して測定対象物に照射し、測定対象物で発生した散乱光の一部である反射光を、第２の透光性板状部材、走査手段および結像レンズを介してラインセンサで受光し、ラインセンサにおける受光位置を用いて測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、第２の透光性板状部材は、第１の透光性板状部材と平行であり、第２の透光性板状部材の厚さは、第１の透光性板状部材の外面と第２の透光性板状部材の外面が同一平面内に含まれ、第２の透光性板状部材に入射する反射光の光路は、結像レンズの光軸と一致しており、入射する反射光の入射位置と入射方向の逆方向を走査したレーザ光の走査平面に投影した位置と方向が、走査したレーザ光の第１の透光性板状部材から出射する位置と方向と一致するとしたときの、走査したレーザ光の第１の透光性板状部材に対する入射角が０以外の値であるときの、第１の透光性板状部材に入射する前の走査したレーザ光の光路を延長させたラインと、第２の透光性板状部材に入射した反射光の光路を走査したレーザ光の走査平面に投影した光路と、が交差する点から第１の透光性板状部材の外面までの距離で設定されているようにしたことにある。
【００１１】
これによれば、第２の透光性板状部材である入射口板状部材の厚さを適切な値に設定するという極めて簡単な方法により、走査平面に投影した反射光の光路が常にレーザ光の光路からずれないようにすることができる。発明者は、上述のように第２の透光性板状部材である入射口板状部材の厚さを設定すると、理論的に、走査範囲すべてにおいて走査平面に投影した反射光の光路のレーザ光の光路からのずれは、無視できるレベルにまで小さくなることを見出した。該理論は、発明を実施するための形態で説明する。
【００１２】
また、本発明の他の特徴は、走査手段を用いて走査したレーザ光を第１の透光性板状部材を介して測定対象物に照射し、測定対象物で発生した散乱光の一部である反射光を、第２の透光性板状部材、走査手段および結像レンズを介してラインセンサで受光し、ラインセンサにおける受光位置を用いて測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、第２の透光性板状部材は、第１の透光性板状部材と平行であるとともに厚さが同じであり、第１と第２の透光性板状部材は、第１と第２の透光性板状部材の屈折率の関係が、第１の透光性板状部材の両面と第２の透光性板状部材の両面が同一平面内に含まれ、第２の透光性板状部材に入射する反射光の光路は結像レンズの光軸と一致しており、入射する反射光の入射位置と入射方向の逆方向を走査したレーザ光の走査平面に投影した位置と方向が、走査したレーザ光の第１の透光性板状部材から出射する位置と方向と一致するとしたときの、走査したレーザ光の第１の透光性板状部材に対する入射角が０以外の値であるときの、走査したレーザ光の光路と、反射光の光路を走査したレーザ光の走査平面に投影した光路とが一致する屈折率の関係になるものが選択されているようにしたことにある。
【００１３】
これによっても、第１の透光性板状部材である出射口板状部材と第２の透光性板状部材である入射口板状部材の屈折率の関係を適切な関係にするという極めて簡単な方法により、走査平面に投影した反射光の光路が常にレーザ光の光路からずれないようにすることができる。発明者は、第１と第２の透光性板状部材である出射口板状部材と入射口板状部材の屈折率の関係には、理論的に、走査範囲すべてにおいて走査平面に投影した反射光の光路のレーザ光の光路からのずれが、無視できるレベルにまで小さくなる関係があることを見出した。該理論は、発明を実施するための形態で説明する。
【００１４】
また、本発明の他の特徴は、走査手段を用いて走査したレーザ光を第１の透光性板状部材を介して測定対象物に照射し、測定対象物で発生した散乱光の一部である反射光を、第２の透光性板状部材、前記走査手段および結像レンズを介してラインセンサで受光し、ラインセンサにおける受光位置を用いて測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、第２の透光性板状部材は、第１の透光性板状部材と走査したレーザ光の走査平面とが交差するラインに平行な軸周りに第１の透光性板状部材と所定の角度を有し、第２の透光性板状部材の厚さは、第１の透光性板状部材の外面と第２の透光性板状部材の外面が交差するラインは、結像レンズの光軸と交差し、第２の透光性板状部材に入射する反射光の光路は結像レンズの光軸と一致しており、入射する反射光の入射位置と入射方向の逆方向を走査したレーザ光の走査平面に投影した位置と方向が、走査したレーザ光の第１の透光性板状部材から出射する位置と方向と一致するとしたときの、走査したレーザ光の第１の透光性板状部材に対する入射角が０以外の値であるときの、第１の透光性板状部材に入射する前の走査したレーザ光の光路を延長させたラインと、第２の透光性板状部材に入射した反射光の光路を走査したレーザ光の走査平面に投影した光路とが交差する点を含む走査平面の法線、および第２の透光性板状部材に入射した反射光の光路を、走査平面と第１の透光性板状部材に垂直な平面に投影したときの交点から前記第２の透光性板状部材の外面までの距離で設定されているようにしたことにある。
【００１５】
これによれば、第２の透光性板状部材である入射口板状部材が第１の透光性板状部材である出射口板状部材に対して角度を有する場合であっても、第２の透光性板状部材である入射口板状部材の厚さを適切な値に設定するという極めて簡単な方法により、走査平面に投影した反射光の光路が常にレーザ光の光路からずれないようにすることができる。発明者は、入射口板状部材が出射口板状部材に対して角度を有する場合でも、上述のように第２の透光性板状部材である入射口板状部材の厚さを設定すると、理論的に、走査範囲すべてにおいて走査平面に投影した反射光の光路のレーザ光の光路からのずれは、無視できるレベルにまで小さくなることを見出した。該理論は、発明を実施するための形態で説明する。
【００１６】
また、本発明の他の特徴は、走査手段を用いて走査したレーザ光を第１の透光性板状部材を介して測定対象物に照射し、測定対象物で発生した散乱光の一部である反射光を、第２の透光性板状部材、走査手段および結像レンズを介してラインセンサで受光し、ラインセンサにおける受光位置を用いて測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、第２の透光性板状部材は、第１の透光性板状部材と走査したレーザ光の走査平面とが交差するラインに平行な軸周りに第１の透光性板状部材と所定の角度を有するとともに、第１の透光性板状部材と厚さが同じであり、第１と第２の透光性板状部材は、第１と第２の透光性板状部材の屈折率の関係が、第１の透光性板状部材の外面と第２の透光性板状部材の外面が交差するラインは、結像レンズの光軸と交差し、第２の透光性板状部材に入射する反射光の光路は結像レンズの光軸と一致しており、入射する反射光の入射位置と入射方向の逆方向を走査したレーザ光の走査平面に投影した位置と方向が、走査したレーザ光の第１の透光性板状部材から出射する位置と方向と一致するとしたときの、走査したレーザ光の第１の透光性板状部材に対する入射角が０以外の値であるときの、走査したレーザ光の第１の透光性板状部材の内面から走査手段側の光路と、反射光の第２の透光性板状部材の内面から走査手段側の光路を走査したレーザ光の走査平面に投影した光路とが一致する屈折率の関係になるものが選択されているようにしたことにある。
【００１７】
これによっても、第２の透光性板状部材である入射口板状部材が第１の透光性板状部材である出射口板状部材に対して角度を有する場合であっても、第１の透光性板状部材である出射口板状部材と第２の透光性板状部材である入射口板状部材の屈折率の関係を適切な関係にするという極めて簡単な方法により、走査平面に投影した反射光の光路が常にレーザ光の光路からずれないようにすることができる。発明者は、入射口板状部材が出射口板状部材に対して角度を有する場合でも、第１と第２の透光性板状部材である出射口板状部材と入射口板状部材の屈折率の関係には、理論的に、走査範囲すべてにおいて走査平面に投影した反射光の光路のレーザ光の光路からのずれが、無視できるレベルにまで小さくなる関係があることを見出した。該理論は、発明を実施するための形態で説明する。
【００１８】
また、本発明の他の特徴は、走査手段を用いて走査したレーザ光を第１の透光性板状部材を介して測定対象物に照射し、測定対象物で発生した散乱光の一部である反射光を、第２の透光性板状部材、走査手段および結像レンズを介してラインセンサで受光し、ラインセンサにおける受光位置を用いて測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、第２の透光性板状部材は、第１の透光性板状部材と走査したレーザ光の走査平面とが交差するラインに平行な軸周りに第１の透光性板状部材と所定の角度γを有するとともに、第１の透光性板状部材と厚さ及び屈折率が同じであり、所定の角度γは、第１の透光性板状部材の外面と第２の透光性板状部材の外面が交差するラインは、結像レンズの光軸と交差し、第２の透光性板状部材に入射する反射光の光路は結像レンズの光軸と一致しており、入射する反射光の入射位置と入射方向の逆方向を走査したレーザ光の走査平面に投影した位置と方向が、走査したレーザ光の第１の透光性板状部材から出射する位置と方向と一致するとしたときの、走査したレーザ光の第１の透光性板状部材に対する入射角が０以外の値であるときの、走査したレーザ光の第１の透光性板状部材の内面から走査手段側の光路と、反射光の第２の透光性板状部材の内面から走査手段側の光路を走査したレーザ光の走査平面に投影した光路とが一致する角度に設定されているようにしたことにある。
【００１９】
これによれば、第２の透光性板状部材である入射口板状部材の第１の透光性板状部材である出射口板状部材に対する角度γを適切な角度に設定するという極めて簡単な方法により、走査平面に投影した反射光の光路が常にレーザ光の光路からずれないようにすることができる。発明者は、角度γには、理論的に、走査範囲すべてにおいて走査平面に投影した反射光の光路のレーザ光の光路からのずれが、無視できるレベルにまで小さくなる値があることを見出した。該理論は、発明を実施するための形態で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】レーザ光を走査して測定対象物に照射し、反射光をラインセンサで受光する３角測量法の測定原理を用いた３次元形状測定装置の構成を簡略的に示す図である。
【図２】図１の３次元形状測定装置においてレーザ光の走査平面に投影したときのレーザ光の光路と反射光の光路を示す図である。
【図３】透光性板状部材の位置が変わっても透光性板状部材から出射した光の光路に変化がないことを示す図である。
【図４】第１実施形態において、レーザ光と反射光の光路にずれが発生しないための入射口板状部材の厚さの計算方法を説明する図である。
【図５】第１実施形態における、出射レーザ光の走査角度とレーザ光の光路に対する反射光の光路のずれとの関係を示す図であり、（Ａ）は走査角度が３５°の場合で入射口板状部材の厚さを最適にした場合、（Ｂ）は走査角度が１°の場合で入射口板状部材の厚さを最適にした場合である。
【図６】第１実施形態における、反射光の走査平面に対する角度とレーザ光の光路に対する反射光の光路のずれとの関係を示す図である。
【図７】第２実施形態における、レーザ光と反射光の光路にずれが発生しないための入射口板状部材と出射口板状部材の屈折率の関係を示す図である。
【図８】第２実施形態における、反射光の走査平面に対する角度とレーザ光の光路に対する反射光の光路のずれとの関係を示す図である。
【図９】第３実施形態における、レーザ光と反射光の光路にずれが発生しないための入射口板状部材の厚さの計算方法を説明する第１の図である。
【図１０】第３実施形態における、レーザ光と反射光の光路にずれが発生しないための入射口板状部材の厚さの計算方法を説明する第２の図である。
【図１１】第３実施形態における、出射レーザ光の走査角度とレーザ光の光路に対する反射光の光路のずれとの関係を示す図であり、（Ａ）は走査角度が３５°の場合で入射口板状部材の厚さを最適にした場合、（Ｂ）は走査角度が１°の場合で入射口板状部材の厚さを最適にした場合である。
【図１２】第３実施形態における、反射光の走査平面に対する角度とレーザ光の光路に対する反射光の光路のずれとの関係を示す図である。
【図１３】第４実施形態における、レーザ光と反射光の光路にずれが発生しないための入射口板状部材と出射口板状部材の屈折率の関係を示す図である。
【図１４】第４実施形態における、出射レーザ光の走査角度とレーザ光の光路に対する反射光の光路のずれとの関係を示す図であり、（Ａ）は走査角度が３５°の場合で入射口板状部材と出射口板状部材の屈折率の関係を最適な関係にした場合、（Ｂ）は走査角度が１°の場合で入射口板状部材と出射口板状部材の屈折率の関係を最適な関係にした場合である。
【図１５】第４実施形態における、反射光の走査平面に対する角度とレーザ光の光路に対する反射光の光路のずれとの関係を示す図である。
【図１６】第５実施形態における、出射レーザ光の走査角度とレーザ光の光路に対する反射光の光路のずれとの関係を示す図であり、（Ａ）は走査角度が３５°の場合で入射口板状部材の出射口板状部材に対する角度を最適にした場合、（Ｂ）は走査角度が１°の場合で入射口板状部材の出射口板状部材に対する角度を最適にした場合である。
【図１７】第５実施形態における、反射光の走査平面に対する角度とレーザ光の光路に対する反射光の光路のずれとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。第１実施形態は、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０が平行になっている３次元形状測定装置において、入射口板状部材２０の厚さを適切に設定することで、走査平面に投影した反射光の光路がレーザ光の光路からずれないようにする形態である。なお、レーザ光を走査して測定対象物ＯＢに照射し、反射光をラインセンサで受光して３角測量法の測定原理を用いて測定対象物ＯＢの形状を測定する３次元形状測定装置（以下、レーザ走査式３次元形状測定装置という）の構成は、先行技術文献である特許文献１乃至特許文献３で説明されており、公知技術であるので、入射口板状部材２０の厚さを適切に設定する方法のみを説明する。
【００２２】
図４はレーザ走査式３次元形状測定装置において、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０を通過するレーザ光と反射光の光路を走査平面に投影して見た図であり、レーザ光は実線、反射光は点線で示されている。出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の両面は、走査平面に対し垂直で、走査平面に投影して見たとき両面が同一位置にある。レーザ光は、出射口板状部材１８の点Ｌへ入射角Θで入射し、屈折角αで屈折して反対側の面に入射角αで入射して屈折角Θで出射する。走査平面は出射口板状部材１８に対し垂直であるので、レーザ光は出射口板状部材１８に入射して屈折しても走査平面内にある。すなわち、レーザ光は図４の紙面内にあると見なせる。
【００２３】
反射光は、レーザ光照射点で発生する散乱光の内、結像レンズ２２を介してラインセンサ２４で受光する光であるが、走査平面に投影して見たときラインセンサ２４で受光される光は、結像レンズ２２の光軸と略一致する光路の散乱光のみである。また、レーザ走査式３次元形状測定装置においては、走査平面に投影して見たとき結像レンズ２２の光軸はレーザ光の光軸と一致するように調整されているので、走査平面に投影して見たとき、反射光はレーザ光と同じ光路で戻ると見なせる。すなわち、図４において、入射口板状部材２０に入射する反射光は、出射口板状部材１８から出射するレーザ光と重なっている。
【００２４】
図４においては（走査平面に投影して見た場合は）、入射口板状部材２０に入射する反射光の光路はレーザ光の光路と同じであるが、図１に示すように、反射光の光路は走査平面に対し角度を有している。この反射光の光路の走査平面に対する角度をβとすると、反射光の方向は図４の紙面に対して角度βを成している。この角度βを成しているため、走査平面に投影して見たときの反射光の屈折角は、レーザ光の屈折角αより小さくなり、入射口板状部材２０に入射した反射光は図４の点線の光路を進み、点Ｒから出射する。点Ｒから出射した反射光は、走査平面に投影して見るとレーザ光と平行に進む。これは、図３に示すように、平行な透光性板状部材１に光Ｌｉが入射した場合、出射する光Ｌｏは光Ｌｉと平行であり、入射口板状部材２０に入射する反射光は、走査平面に投影して見るとレーザ光と光路が同じであることから理解できる。すなわち、走査平面に投影して見たときの反射光の光路のレーザ光の光路からのずれは、点Ｌと点Ｒの間の距離にｃｏｓΘを乗算した値である。
【００２５】
出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の厚さがＴ１で同じであれば、上述したように入射口板状部材２０から出射した反射光の光路はレーザ光の光路に対してずれる。しかし、図４に示すように、反射光の入射口板状部材２０から出射する点を、出射口板状部材１８に入射するレーザ光の光路を延長させたライン（２点鎖線で示されるライン）と入射口板状部材２０に入射した反射光の光路が交差する点である点Ｓにすると、出射した反射光の光路はレーザ光の光路に一致する。すなわち、図４に示すように、入射口板状部材２０の厚さをＴ２にすれば反射光は点Ｓから出射し、反射光の光路はレーザ光の光路に一致する。以下、反射光の光路がレーザ光の光路に対してずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２を計算する方法について説明する。
【００２６】
図４に示すように反射光の入射口板状部材２０への入射点を原点（０，０，０）にし、入射口板状部材２０の外面の垂直方向をＸ軸、入射口板状部材２０の外面と走査平面とが交差するラインの方向をＹ軸、走査平面（図４の紙面）に垂直な方向をＺ軸とした座標軸を考える。そして、反射光の入射口板状部材２０に入射する前の光路に平行な単位ベクトルＶｒを考えると、この単位ベクトルＶｒのベクトル成分（ａ，ｂ，ｃ）は、レーザ光の点Ｌにおける入射角Θ（出射口板状部材１８から出射するときの屈折角Θ）と、反射光の走査平面（図４の紙面であり、Ｘ−Ｙ平面）に対する角度βとを用いて、以下の数１で表すことができる。
（数１）
（ａ，ｂ，ｃ）＝（ｃｏｓβ・ｃｏｓΘ，ｃｏｓβ・ｓｉｎΘ，−ｓｉｎβ）
また、反射光の原点（０，０，０）における入射角Θｋは、入射口板状部材２０に入射する前の反射光の光路と入射口板状部材２０の外面の法線とが成す角度であるので、これは、単位ベクトルＶｒと単位ベクトル（１，０，０）とが成す角度であり、ベクトルの内積の式を用いて、以下の数２で表すことができる。
（数２）
Θｋ  ＝  ｃｏｓ−１（ｃｏｓβ・ｃｏｓΘ）
また、反射光の原点（０，０，０）における屈折角αｋは、入射口板状部材２０の屈折率ｎと入射角Θｋを用いて以下の数３で表すことができる。
（数３）
αｋ  ＝  ｓｉｎ−１（ｓｉｎΘｋ／ｎ）
【００２７】
次に、反射光の入射口板状部材２０に入射した後の光路に平行な単位ベクトルＶｉを考え、この単位ベクトルＶｉのベクトル成分を（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、単位ベクトルＶｉは大きさ１であるので、まず以下の数４が成り立つ。
（数４）
ｘ２＋ｙ２＋ｚ２  ＝  １
そして、単位ベクトルＶｒと単位ベクトルＶｉが成す角度は、入射角Θｋから屈折角αｋを減算した角度であるので、ベクトルの内積の式から、以下の数５が成り立つ。
（数５）
ａ・ｘ＋ｂ・ｙ＋ｃ・ｚ  ＝  ｃｏｓ（Θｋ−αｋ）
また、単位ベクトルＶｒと単位ベクトルＶｉの外積のベクトルは、入射口板状部材２０の外面に平行なベクトルになるので、ベクトルのＸ成分は０になり、以下の数６が成り立つ。
（数６）
ｃ・ｙ−ｂ・ｚ  ＝  ０
数４乃至数６において、単位ベクトルＶｒのベクトル成分（ａ，ｂ，ｃ）、入射角Θｋ及び屈折角αｋは数１乃至数３で得られるので、未知数は単位ベクトルＶｉのベクトル成分（ｘ，ｙ，ｚ）のみである。よって、数４乃至数６の連立方程式を解くことで、単位ベクトルＶｉのベクトル成分（ｘ，ｙ，ｚ）を求めることができる。
【００２８】
ここまでの説明で、レーザ光の点Ｌにおける入射角Θ（出射口板状部材１８から出射するときの屈折角Θ）と、反射光の走査平面（図４の紙面であり、Ｘ−Ｙ平面）に対する角度βと入射口板状部材２０の屈折率ｎから、単位ベクトルＶｉのベクトル成分（ｘ，ｙ，ｚ）を求めることができることがわかる。次に、Ｘ−Ｙ平面（図４の紙面）において原点を通り、単位ベクトルＶｉに平行な直線を考えると、この直線の式は以下の数７である。
（数７）
Ｙ  ＝  （ｙ／ｘ）・Ｘ
そして、出射口板状部材１８に入射する前のレーザ光の光路のＸ−Ｙ平面における直線の式は、角度Θ、角度α、出射口板状部材１８の厚さＴ１を用いて以下の数８で表すことができる。
（数８）
Ｙ  ＝  ｔａｎΘ・Ｘ  −  Ｔ１・（ｔａｎΘ−ｔａｎα）
数７と数８の連立方程式を解いてＸとＹを求めると、これは図４の点Ｓの座標であり、点ＳとＹ軸（入射口板状部材２０の外面）との間の距離が、反射光の光路がレーザ光の光路に対してずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２である。そして、点ＳとＹ軸との間の距離は点ＳのＸ座標であるので、数７と数８の連立方程式を解いてＸを求めれば、それは、反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２である。よって、厚さＴ２は、数７と数８からＸを求め、ＸをＴ２にした以下の数９で求めることができる。
（数９）
Ｔ２  ＝  Ｔ１・［（ｔａｎΘ−ｔａｎα）／｛ｔａｎΘ−（ｙ／ｘ）｝］
そして、角度αはレーザ光の点Ｌにおける屈折角であり出射口板状部材１８から出射するときの入射角であるが、これは角度Θと出射口板状部材１８の屈折率ｎから以下の数１０で求めることができる。
（数１０）
α  ＝  ｓｉｎ−１（ｓｉｎΘ／ｎ）
【００２９】
ここまでの説明により、レーザ光の出射口板状部材１８への入射角Θ、反射光の走査平面に対する角度β、出射口板状部材１８の厚さＴ１、および出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率ｎから、反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２を求めることができることがわかる。例として、入射角Θ＝３５°、角度β＝２３°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５２７５の場合で計算すると、反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２＝１．３９５ｍｍとなる。
【００３０】
なお、図４を用いて反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２の計算方法について別の表現をすると、以下のようになる。まず、出射口板状部材１８に入射する前の走査したレーザ光の光路を延長させたラインと、入射口板状部材２０に入射した反射光の光路を走査したレーザ光の走査平面に投影した光路とが交差する点Ｓを求める。次に交点Ｓから出射口板状部材１８の外面までの距離を求め、この距離を入射口板状部材２０の厚さＴ２とする。
【００３１】
本第１実施形態ではレーザ光の走査角度を出射口板状部材１８の法線方向とレーザ光が成す角度で表す。後述する第２実施形態以降の実施形態でも同様である。すなわち、以下、走査角度は入射角Θに等しいとして説明する。走査されたレーザ光は、走査角度が変化するので出射口板状部材１８への入射角Θも変化する。よって、入射角Θをある値に設定して反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２を求めても、他の入射角Θでは厚さＴ２は別の値になる。しかし、走査角度Θの範囲の最大値付近の値（最大の入射角Θ付近の値）を用いて厚さＴ２を計算すれば、走査角度Θの範囲全般にわたって、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを無視できるほど小さくすることができる。以下に、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを求める計算式を説明し、入射口板状部材２０の厚さが出射口板状部材１８と同じＴ１である場合と、反射光の光路がずれない厚さＴ２である場合で、走査角度Θの範囲全般における反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを示す。
【００３２】
入射口板状部材２０の厚さが出射口板状部材１８と同じＴ１の場合、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれＤｅｖは、図４における点Ｌと点Ｒの間の距離にｃｏｓΘを乗算した値であり、これは数７と数８のＸにＴ１を代入したときのＹの値の差にｃｏｓΘを乗算した値であるので、以下の数１１で表すことができる。
（数１１）
Ｄｅｖ  ＝  ｃｏｓΘ・Ｔ１・｛ｔａｎα−（ｙ／ｘ）｝
また、入射口板状部材２０の厚さをＴ２にした場合、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれＤｅｖは、図４においてＹ軸からの距離がＴ２であるＹ軸に平行なラインが、レーザ光の光路の延長線のラインと交差する点、および反射光の光路と交差する点の２つの点間の距離にｃｏｓΘを乗算した値である。これは、数７と数８のＸにＴ２を代入したときのＹの値の差にｃｏｓΘを乗算した値であるので、以下の数１２で表すことができる。
（数１２）
Ｄｅｖ  ＝  ｃｏｓΘ・｛Ｔ１・ｔａｎα−（Ｔ１−Ｔ２）・ｔａｎΘ−Ｔ２・（ｙ／ｘ）｝
【００３３】
図５（Ａ）は、例として、走査角度Θの範囲を０〜３５°、角度β＝２３°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、厚さＴ２＝１．３９５ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５２７５とし、走査角度Θに対する反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを計算してグラフにしたものである。点線は、入射口板状部材２０の厚さが出射口板状部材１８と同じＴ１の場合であり、数１１により計算したずれである。実線は、入射口板状部材２０の厚さがＴ２＝１．３９５ｍｍの場合であり、数１２により計算したずれである。厚さＴ２＝１．３９５ｍｍは、上述したように、角度β、厚さＴ１および屈折率ｎが上記の値で走査角度Θ（入射角Θ）＝３５°のとき、反射光の光路がずれない厚さである。
【００３４】
図５（Ａ）を見ると分かるように、入射口板状部材２０の厚さをＴ２＝１．３９５ｍｍにすると走査角度Θ（入射角Θ）が３５°のとき、ずれは０であり、それ以外の走査角度Θ（入射角Θ）のときは０以外の値になるが、入射口板状部材２０の厚さが出射口板状部材１８と同じＴ１の場合に比べ、ずれは極めて小さい。よって、入射口板状部材２０の厚さを、走査角度の範囲の最大値付近の値（最大の入射角付近の値）を用いて計算した厚さＴ２で設定すれば、走査角度の範囲全般において反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを無視できるほど小さくすることができる。
【００３５】
なお、厚さＴ２は、レーザ光の入射角Θとして走査角度Θの範囲の最大値付近の値（最大の入射角Θ付近の値）を用いて計算した値を用いるのが好ましいが、そうでないレーザ光の入射角Θを用いて計算した値を用いても、入射口板状部材２０の厚さが出射口板状部材１８と同じＴ１の場合に比べてずれを小さくすることができる。例として、走査角度Θ（入射角Θ）＝１°、角度β＝２３°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５２７５の場合で計算すると、反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２＝１．３７５ｍｍとなる。そして、入射口板状部材２０の厚さをＴ２＝１．３７５ｍｍにして同様のグラフを作成すると、図５（Ｂ）のようになり、走査角度Θの範囲の最大値付近でずれは大きくなるが、入射口板状部材２０の厚さが出射口板状部材１８と同じＴ１の場合に比べれば、ずれはかなり小さくすることができる。
【００３６】
また、反射光の走査平面に対する角度βは、３次元形状測定装置に対する測定対象物ＯＢの位置により変化するため、角度βをある値に設定して反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２を求めても、他の角度βでは厚さＴ２は別の値になる。しかし、３次元形状測定装置の測定可能範囲の中心付近の角度βは、結像レンズ２２の光軸と一致する反射光の光路の角度βであり、この角度βを用いて厚さＴ２を計算すれば、３次元形状測定装置の測定可能範囲全般にわたって、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを無視できるほど小さくすることができる。この場合の反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを求める計算式は、上記数１１と数１２と同じであるので、走査角度Θ（入射角Θ）、厚さＴ１および屈折率ｎを定め、角度βの値を振れば、走査角度Θの場合と同様のグラフを作成することができる。
【００３７】
図６は、例として、走査角度Θ（入射角Θ）＝３５°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、厚さＴ２＝１．３９５ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５２７５とし、角度βに対する反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを計算してグラフにしたものである。点線は、入射口板状部材２０の厚さが出射口板状部材１８と同じＴ１の場合であり、数１１により計算したずれであり、実線は、入射口板状部材２０の厚さがＴ２＝１．３９５ｍｍの場合であり、数１２により計算したずれである。厚さＴ２＝１．３９５ｍｍは、上述したように、走査角度Θ（入射角Θ）、厚さＴ１および屈折率ｎが上記の値で角度β＝２３°のとき、反射光の光路がずれない厚さである。
【００３８】
図６を見ると分かるように、入射口板状部材２０の厚さをＴ２＝１．３９５ｍｍにすると角度βが２３°のとき、ずれは０であり、角度βが２３°からずれるほどずれは大きくなるが、入射口板状部材２０の厚さが出射口板状部材１８と同じＴ１の場合に比べてずれは小さい。よって、入射口板状部材２０の厚さを、結像レンズ２２の光軸と一致する反射光の光路の角度βの値を用いて計算した厚さＴ２で設定すれば、３次元形状測定装置の測定可能範囲全般にわたって、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを無視できるほど小さくすることができる。
【００３９】
なお、これまでの説明では、出射口板状部材１８の外面と入射口板状部材２０の外面とは、走査平面に投影すると同じラインになる、すなわち、出射口板状部材１８の外面と入射口板状部材２０の外面とは、同一平面内に含まれるとして説明した。しかし、この条件は、反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２、および反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれＤｅｖを計算するための便宜上のものであり、実際の３次元形状測定装置の入射口板状部材２０の外面は、出射口板状部材１８の外面と平行になっていれば位置は制限されない。ずなわち、図４において、入射口板状部材２０の外面が上下方向に移動した位置であっても、上述した計算結果は変わらない。このことは、図３に示すように透光性板状部材１の位置が変化しても、姿勢が変化しなければ、出射した光の光路は変化しないことから理解できる。
【００４０】
上記説明からも理解できるように、上記第１実施形態においては、走査機器１４，１６を用いて走査したレーザ光を出射口板状部材１８を介して測定対象物ＯＢに照射し、測定対象物ＯＢで発生した散乱光の一部である反射光を、入射口板状部材２０、走査機器１４，１６および結像レンズ２２を介してラインセンサ２４で受光し、ラインセンサ２４における受光位置を用いて測定対象物ＯＢの３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、入射口板状部材２０は出射口板状部材１８と平行であり、入射口板状部材２０の厚さは、出射口板状部材１８の外面と入射口板状部材２０の外面が同一平面内に含まれ、入射口板状部材２０に入射する反射光の光路は、結像レンズ２２の光軸と一致しており、入射する反射光の入射位置と入射方向の逆方向を走査したレーザ光の走査平面に投影した位置と方向が、走査したレーザ光の出射口板状部材１８から出射する位置と方向と一致するとしたときの、走査したレーザ光の出射口板状部材１８に対する入射角が０以外の値であるときの、出射口板状部材１８に入射する前の走査したレーザ光の光路を延長させたラインと、入射口板状部材２０に入射した反射光の光路を走査したレーザ光の走査平面に投影した光路と、が交差する点Ｓから出射口板状部材１８の外面までの距離で設定されているようにしている。
【００４１】
これによれば、入射口板状部材１８の厚さを適切な値に設定するという極めて簡単な方法により、走査平面に投影した反射光の光路のレーザ光の光路からのずれを、無視できるレベルにまで小さくすることができる。
【００４２】
なお、上記第１実施形態においては、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率ｎは等しいとした。すなわち、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０は、同じ材質のものとした。しかし、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の材質を変え、屈折率ｎが異なる値であったとしても、上記第１実施形態で示した、反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２、および反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれＤｅｖの計算方法は変わらない。この場合は、出射口板状部材１８の屈折率をｎ１とし、入射口板状部材２０の屈折率をｎ２とすると、数３の屈折率ｎに屈折率ｎ２を使用し、数１０の屈折率ｎに屈折率ｎ１を使用すればよい。
【００４３】
（第２実施形態）
上記第１実施形態は、入射口板状部材２０の厚さを適切な値に設定することで、走査平面に投影した反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくした。しかし、これに替えて、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０を同一厚さにして材質を異ならせ、双方の屈折率の関係を適切な関係にすることでも上記第１実施形態と同じ効果を得ることができる。本第２実施形態は、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係を、反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくす適切な関係にする形態である。以下、反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくす出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係を求める方法を説明する。
【００４４】
上記第１実施形態で説明したように、入射口板状部材２０の厚さが出射口板状部材１８と同じ場合、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれＤｅｖは、図４における点Ｌと点Ｒの間の距離にｃｏｓΘを乗算した値であり、数１１で表すことができる。数１１において入射口板状部材２０の厚さと出射口板状部材１８の厚さはＴ１で既知であり、レーザ光の走査角度Θ（出射口板状部材１８への入射角Θ）を設定すると、未知数は屈折角αと単位ベクトルＶｉのｘ，ｙ成分の比、（ｙ／ｘ）である。屈折角αは数１０を見るとわかるように、入射角Θと出射口板状部材１８の屈折率ｎ（以下、屈折率ｎ１という）から求めることができる。また、単位ベクトルＶｉのｘ，ｙ成分は、数１乃至数６から、レーザ光の走査角度Θ（入射角Θ）、反射光の走査平面（図４の紙面であり、Ｘ−Ｙ平面）に対する角度β、及び入射口板状部材２０の屈折率ｎ（以下、屈折率ｎ２という）から求めることができる。すなわち、レーザ光の走査角度Θ（入射角Θ）、および反射光の走査平面に対する角度βを設定し、出射口板状部材１８の屈折率ｎ１を決めると、数１１でずれＤｅｖが０になる屈折率ｎ２は一義的に決まる。よって、屈折率ｎ１の様々な値においてＤｅｖが０になる屈折率ｎ２を求めれば、反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくす出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係を求めることができる。
【００４５】
図７は、例として、走査角度Θ（入射角Θ）＝３５°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、角度β＝２３°と設定した場合における、反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくす出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係である。図７を見るとわかるように、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係はほぼ直線の関係にある。
【００４６】
本第２実施形態においても、走査角度Θ（入射角Θ）と反射光の走査平面に対する角度βを設定したうえで、反射光の光路のずれをなくす出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係を求めた。しかし、本第２実施形態においては、走査角度Θ（入射角Θ）が０以外の別の値であれば、屈折率の関係は異ならない。また、反射光の走査平面に対する角度βについては、上記第１実施形態同様、結像レンズ２２の光軸と一致する反射光の光路の角度βを用いて屈折率の関係を求めれば、３次元形状測定装置の測定可能範囲全般にわたって、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを無視できるほど小さくすることができる。
【００４７】
下記表１は、例として、走査角度Θ（入射角Θ）の範囲を０〜３５°、角度β＝２３°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、とし、走査角度Θに対する反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを計算して表にしたものである。「屈折率異」は、出射口板状部材１８の屈折率ｎ１＝１．６０４２、入射口板状部材２０の屈折率ｎ２＝１．５２７５の場合であり、角度βおよび厚さＴ１が上記の値で走査角度Θ（入射角Θ）＝３５°のとき、反射光の光路のずれが発生しない屈折率の関係である。また、「屈折率同」は、出射口板状部材１８、入射口板状部材２０とも屈折率ｎ＝１．５２７５の場合である。この場合も、反射光の光路のずれは数１１により計算することができ、「屈折率同」の値は図５のグラフの点線上の値である。表１を見るとわかるように、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係を適切に設定すると、走査角度Θの範囲全般にわたって、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを無視できるほど小さくすることができる。また、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを上記実施形態１の場合よりも小さくすることができる。
【００４８】
【表１】
2017096818.tif 000003
【００４９】
上記表１の「屈折率異」における、出射口板状部材１８の屈折率ｎ１と入射口板状部材２０の屈折率ｎ２の関係は、走査角度Θ（入射角Θ）＝３５°のとき反射光の光路のずれが発生しない屈折率の関係として求めたが、走査角度Θ（入射角Θ）が０以外の別の値であっても、同じ関係を求めることができる。これは、上記表１においてそれぞれの走査角度Θにおける反射光の光路のずれが殆ど０であることからも理解できる。
【００５０】
また、図８は、例として、走査角度Θ（入射角Θ）＝３５°、厚さＴ１＝１．５ｍｍとし、角度βに対する反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを計算してグラフにしたものである。実線は、出射口板状部材１８の屈折率ｎ１＝１．６０４２、入射口板状部材２０の屈折率ｎ２＝１．５２７５の場合であり、走査角度Θ（入射角Θ）と厚さＴ１が上記の値で角度β＝２３°のとき、反射光の光路のずれが発生しない屈折率の関係である。点線は、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率が１．５２７５で同一の場合であり、図６のグラフの点線と同一である。図８を見ると分かるように、図６とほぼ同一の関係であり、反射光の走査平面に対する角度βが２３°からずれるほどずれは大きくなるが、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率が同一の場合に比べてずれは小さい。よって、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係を、結像レンズ２２の光軸と一致する反射光の光路における角度βの値を用いて計算した関係にすれば、３次元形状測定装置の測定可能範囲全般にわたって、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを無視できるほど小さくすることができる。
【００５１】
なお、本第２実施形態においても、出射口板状部材１８の外面と入射口板状部材２０の外面とは、同一平面内に含まれるとした計算式を用いて説明したが、この条件は、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係、および反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれＤｅｖを計算するための便宜上のものである。よって、本第２実施形態においても、実際の３次元形状測定装置の入射口板状部材２０の外面は、出射口板状部材１８の外面と平行になっていれば位置は制限されない。
【００５２】
上記説明からも理解できるように、上記第２実施形態においては、走査機器１４，１６を用いて走査したレーザ光を出射口板状部材１８を介して測定対象物ＯＢに照射し、測定対象物ＯＢで発生した散乱光の一部である反射光を、入射口板状部材２０、走査機器１４，１６および結像レンズ２２を介してラインセンサ２４で受光し、ラインセンサ２４における受光位置を用いて測定対象物ＯＢの３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、入射口板状部材２０は出射口板状部材１８と平行であるとともに厚さが同じであり、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０は、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係が、出射口板状部材１８の両面と入射口板状部材２０の両面が同一平面内に含まれ、入射口板状部材２０に入射する反射光の光路は結像レンズ２２の光軸と一致しており、入射する反射光の入射位置と入射方向の逆方向を走査したレーザ光の走査平面に投影した位置と方向が、走査したレーザ光の出射口板状部材１８から出射する位置と方向と一致するとしたときの、走査したレーザ光の出射口板状部材１８に対する入射角が０以外の値であるときの、走査したレーザ光の光路と、反射光の光路を走査したレーザ光の走査平面に投影した光路とが一致する屈折率の関係になるものが選択されているようにしている。
【００５３】
これによっても、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係を適切な関係にするという極めて簡単な方法により、走査平面に投影した反射光の光路のレーザ光の光路からのずれを、無視できるレベルにまで小さくすることができる。
【００５４】
（第３実施形態）
上記第１実施形態は、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０が平行である場合において、入射口板状部材２０の厚さを適切な値に設定することで、走査平面に投影した反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくした。しかし、入射口板状部材２０が、出射口板状部材１８と走査平面が交差するラインに平行な軸周りに所定の角度γだけ回転している（傾いている）場合でも、入射口板状部材２０の厚さを適切な値に設定することで、反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくすことができる。本第３実施形態は、入射口板状部材２０が、出射口板状部材１８と走査平面が交差するラインに平行な軸周りに所定の角度γだけ傾いている場合において、反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくす入射口板状部材２０の厚さを設定する形態である。
【００５５】
図９は、入射口板状部材２０が、出射口板状部材１８と走査平面が交差するラインに平行な軸周りに、所定の角度γだけ傾いているレーザ走査式３次元形状測定装置において、出射口板状部材１８を通過するレーザ光と入射口板状部材２０を通過する反射光の光路を走査平面に投影して見た図であり、レーザ光は実線、反射光は点線で示されている。出射口板状部材１８の両面は走査平面に対し垂直であるが、入射口板状部材２０は走査平面と（９０°−γ）の角度を成しているため、走査平面に投影して見た図では出射口板状部材１８の両面のラインのみが表示されている。レーザ光は、第１実施形態と同様、出射口板状部材１８の点Ｌへ入射角Θで入射し、屈折角αで屈折して反対側の面に入射角αで入射して屈折角Θで出射する。
【００５６】
反射光が入射口板状部材２０に入射する点は、走査平面に投影して見たとき、レーザ光が入射口板状部材２０から出射する点とする。これは、反射光の光路のずれをなくす入射口板状部材２０の厚さを計算するための便宜上のものである。よって、第１、第２実施形態と同様、入射口板状部材２０に入射する反射光は、出射口板状部材１８から出射するレーザ光と重なっている。また、第１、第２実施形態と同様、反射光の光路は走査平面に対し角度βを成しており、反射光の方向は図９の紙面に対して角度βを成している。しかし、第３実施形態においては、入射口板状部材２０が出射口板状部材１８に対して角度γを成しているため、走査平面に投影して見たときの反射光の屈折角は、角度γの大きさによりレーザ光の屈折角αより小さくなる場合と大きくなる場合がある。図９では大きくなる場合で示してあり、入射口板状部材２０に入射した反射光は図９の点線の光路を進む。そして、反射光は点線の光路上のどこかの点から出射するが、この出射点は角度γの大きさにより変化するため、計算により求める必要がある。ただし、入射口板状部材２０の厚さが出射口板状部材１８と同じＴ１であれば、必ず出射口板状部材１８の内面より手前で出射する。入射口板状部材２０から出射した反射光は、第１、第２実施形態と同様、走査平面に投影して見るとレーザ光と平行に進むので、反射光の光路のレーザ光の光路からのずれは、出射した反射光の光路が出射口板状部材１８の内面と交差する点と点Ｌの間の距離にｃｏｓΘを乗算した値である。
【００５７】
図９から分かるように、反射光の入射口板状部材２０からの出射点が出射口板状部材１８の内面より手前であると、反射光の光路のレーザ光の光路からのずれは発生するが、入射口板状部材２０の厚さを出射口板状部材１８の厚さＴ１より大きくし、反射光の出射点を点Ｓにすると、出射した反射光の光路はレーザ光の光路に一致する。すなわち、反射光の出射点が点Ｓになるための入射口板状部材２０の厚さＴ２を求め、入射口板状部材２０の厚さをＴ２で設定すれば、反射光の光路はレーザ光の光路に一致する。以下、反射光の光路がレーザ光の光路に対してずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２を計算する方法について説明する。
【００５８】
図９に示すように、反射光が入射口板状部材２０に入射する点を原点（０，０，０）にし、出射口板状部材１８の外面の垂直方向をＸ軸、出射口板状部材１８の外面と走査平面とが交差するラインの方向をＹ軸、走査平面（図９の紙面）に垂直な方向をＺ軸とした座標軸を考える。反射光の入射口板状部材２０に入射する前の光路に平行な単位ベクトルＶｒのベクトル成分は、第１実施形態で示されている数１である。反射光の原点（０，０，０）における入射角Θｋは、単位ベクトルＶｒと入射口板状部材２０の外面の法線ベクトルの単位ベクトル（ｃｏｓγ，０，−ｓｉｎγ）とが成す角度であり、ベクトルの内積の式を用いて、以下の数１３で表すことができる。
（数１３）
Θｋ  ＝  ｃｏｓ−１（ｃｏｓγ・ｃｏｓβ・ｃｏｓΘ  ＋  ｓｉｎβ・ｓｉｎγ）
また、反射光の原点（０，０，０）における屈折角αｋは、第１実施形態で示されている数３である。
【００５９】
次に、反射光の入射口板状部材２０に入射した後の光路に平行な単位ベクトルＶｉを考え、この単位ベクトルＶｉのベクトル成分を（ｘ，ｙ，ｚ）とする。ここで、反射光が入射口板状部材２０に入射する点を原点（０，０，０）にし、入射口板状部材２０の外面の垂直方向をＸ’軸、入射口板状部材２０の外面と走査平面とが交差するラインの方向をＹ’軸、入射口板状部材２０の外面に沿ったＹ’軸に垂直な方向をＺ’軸とした座標軸を考える。すなわち、ＸＹＺ座標軸を、Ｙ軸周りにＹ軸方向に見て右回りに角度γだけ回転させた座標軸である、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標軸を考える。単位ベクトルＶｒのベクトル成分をＸ’Ｙ’Ｚ’座標軸で表したベクトル成分を（ａ’，ｂ’，ｃ’）とすると、（ａ’，ｂ’，ｃ’）は座標変換の式である以下の数１４で求めることができる。
【数１４】
2017096818.tif 000004
【００６０】
そして、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標軸で表した単位ベクトルＶｉのベクトル成分を（ｘ’，ｙ’，ｚ’）とすると、第１実施形態で示される数４乃至数６において、ａ，ｂ，ｃをａ’，ｂ’，ｃ’にし、ｘ，ｙ，ｚをｘ’，ｙ’，ｚ’にした式が成り立つ。入射角Θｋ、屈折角αｋおよび単位ベクトルＶｒのベクトル成分（ａ’，ｂ’，ｃ’）は求められているので、第１実施形態同様、数４乃至数６からなる連立方程式を解くことで、単位ベクトルＶｉのベクトル成分（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を求めることができる。得られた（ｘ’，ｙ’，ｚ’）はＸ’Ｙ’Ｚ’座標軸で表したベクトル成分であるので、これをＸＹＺ座標軸で表したベクトル成分（ｘ，ｙ，ｚ）にする。これは、数１４の逆の座標変換を行えばよく、以下の数１５の座標変換の式で計算することができる。
【数１５】
2017096818.tif 000005
【００６１】
ここまでの説明で、レーザ光の点Ｌにおける入射角Θ（出射口板状部材１８から出射するときの屈折角Θ）と、反射光の走査平面（図９の紙面であり、Ｘ−Ｙ平面）に対する角度βと入射口板状部材２０の屈折率ｎと、入射口板状部材２０が出射口板状部材１８に対して成す角度γから、単位ベクトルＶｉのベクトル成分（ｘ，ｙ，ｚ）を求めることができることがわかる。次に、Ｘ−Ｙ平面（図９の紙面）において原点を通り、単位ベクトルＶｉに平行な直線を考えると、この直線の式は、第１実施形態で示される数７である。そして、出射口板状部材１８に入射する前のレーザ光の光路のＸ−Ｙ平面における直線の式は、第１実施形態で示される数８である。数７と数８の連立方程式を解いてＸとＹを求めためものが、図９の点Ｓのｘ，ｙ座標であり、ｘ座標をＴ２にした式が第１実施形態で示される数９である。ただし、第３実施形態ではｘ座標イコール厚さＴ２ではないので、以下の数１６のように数９のＴ２を点Ｓのｘ座標であるＸｓとした式で表す。
（数１６）
Ｘｓ  ＝  Ｔ１・［（ｔａｎΘ−ｔａｎα）／｛ｔａｎΘ−（ｙ／ｘ）｝］
角度αは第１実施形態と同様、レーザ光の点Ｌにおける屈折角（出射口板状部材１８から出射するときの入射角）であり、第１実施形態で示される数１０で求めることができる。
【００６２】
次に点Ｓのｘ座標であるＸｓから入射口板状部材２０の厚さＴ２を計算する方法を説明する。図１０は反射光の光路をＸ−Ｚ平面に投影して見た図である。すなわち、反射光の光路を、走査平面と出射口板状部材１８の両面に垂直な面に投影して見た図である。反射光の出射点Ｐのｚ座標をＺｓとすると、原点から点Ｑまでの距離は、ＸｓにＺｓ・ｔａｎγを加算した値であることがわかり、入射口板状部材２０の厚さＴ２は、原点から点Ｑまでの距離にｃｏｓγを乗算した値であることがわかる。よって、入射口板状部材２０の厚さＴ２は、以下の数１７で表される。
（数１７）
Ｔ２  ＝  （Ｘｓ＋Ｚｓ・ｔａｎγ）・ｃｏｓγ
点Ｓのｘ座標であるＸｓは上述した計算で得られている。点Ｐのｚ座標であるＺｓは、単位ベクトルＶｉに平行で原点を通る直線の、ｘ座標がＸｓのときのｚ座標として求めることができるので、単位ベクトルＶｉのベクトル成分（ｘ，ｙ，ｚ）を用いて、以下の数１８で求めることができる。
（数１８）
Ｚｓ  ＝  （ｚ／ｘ）・Ｘｓ
数１７と数１８から以下の数１９が成り立ち、この式で反射光の光路がレーザ光の光路からずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２を計算することができる。
（数１９）
Ｔ２  ＝  Ｘｓ・｛１＋（ｚ／ｘ）・ｔａｎγ｝・ｃｏｓγ
【００６３】
ここまでの説明で、レーザ光の出射口板状部材１８への入射角Θ、反射光の走査平面に対する角度β、出射口板状部材１８の厚さＴ１、および出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率ｎ、入射口板状部材２０が出射口板状部材１８に対して成す角度γから、反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２を求めることができることがわかる。例として、入射角Θ＝３５°、角度β＝２３°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５２７５、角度γ＝２６°の場合で計算すると、反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２＝１．７２５ｍｍとなる。
【００６４】
なお、図９および図１０を用いて反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２の計算方法について別の表現をすると、以下のようになる。最初に出射口板状部材１８に入射する前の走査したレーザ光の光路を延長させたラインと、入射口板状部材２０に入射した反射光の光路を走査したレーザ光の走査平面に投影した光路とが交差する点Ｓを求める。次に求めた交点Ｓを含む走査平面の法線と入射口板状部材２０に入射した反射光の光路とを、走査平面と出射口板状部材１８の面に垂直な平面に投影したときの交点Ｐを求める。そして、交点Ｐから入射口板状部材２０の外面までの距離を求め、この距離を入射口板状部材２０の厚さＴ２とする。
【００６５】
第３実施形態においても、走査されたレーザ光は走査角度Θが変化するので出射口板状部材１８への入射角Θも変化する。よって、走査角度Θ（入射角Θ）をある値に設定して反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２を求めても、他の入射角Θでは厚さＴ２は別の値になる。しかし、第１実施形態同様、走査角度Θの範囲の最大値付近の値（最大の入射角Θ付近の値）を用いて厚さＴ２を計算すれば、走査角度Θの範囲全般にわたって、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを無視できるほど小さくすることができる。以下に、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを求める計算式を説明し、入射口板状部材２０の厚さが出射口板状部材１８と同じＴ１の場合と、反射光の光路がずれない厚さＴ２の場合で、走査角度Θ（入射角Θ）の範囲全般における反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを示す。
【００６６】
入射口板状部材２０の厚さをＴとすると、図１０に示される反射光が入射口板状部材２０から出射する点のＸ座標は、入射口板状部材２０の内面を表す平面式と、原点を通り、単位ベクトルＶｉ（ベクトル成分（ｘ，ｙ，ｚ））に平行な直線の式の交点座標を求めることで得ることができる。平面式は以下の数２０であり、直線の式は以下の数２１である。
（数２０）
ｃｏｓγ・Ｘ  −ｓｉｎγ・Ｚ−Ｔ  ＝  ０
（数２１）
Ｘ／ｘ  ＝  Ｙ／ｙ  ＝  Ｚ／ｚ
反射光の出射点のＸ座標をＸｐとし、数２０と数２１の連立方程式を解いてＸを求めることで反射光の出射点のＸ座標を求めると、以下の数２２になる。
（数２２）
Ｘｐ  ＝  Ｔ／｛ｃｏｓγ  −  ｓｉｎγ・（ｚ／ｘ）｝
【００６７】
反射光の光路を走査平面に投影して見ると、入射口板状部材２０から出射した後の光路は、レーザ光の光路と平行である。したがって、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれＤｅｖは、反射光の出射点のＹ座標と、Ｘ座標がＸｐのときのレーザ光の出射口板状部材１８に入射する前の光路又は該光路を延長させた線のＹ座標との差にｃｏｓΘを乗算した値である。これは第１実施形態に示される数７と数８のＸにＸｐを代入したときのＹの値の差にｃｏｓΘを乗算した値であるので、ずれＤｅｖは以下の数２３で表すことができる。
（数２３）
Ｄｅｖ  ＝  ｃｏｓΘ・｛Ｔ１・ｔａｎα−（Ｔ１−Ｘｐ）・ｔａｎΘ−Ｘｐ・（ｙ／ｘ）｝
【００６８】
すなわち、入射口板状部材２０の厚さを数２２のＴに代入して得られる反射光の出射点のＸ座標Ｘｐを数２３に代入することで、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれＤｅｖを求めることができる。そして、入射口板状部材２０の厚さにＴ１を代入すれば、入射口板状部材２０の厚さを出射口板状部材１８と同じにしたときのずれＤｅｖを求めることができ、入射口板状部材２０の厚さに数１９で得られるＴ２を代入すれば、入射口板状部材２０の厚さを反射光の光路がずれない厚さＴ２にしたときのずれＤｅｖを求めることができる。
【００６９】
図１１（Ａ）は、例として、走査角度Θ（入射角Θ）の範囲を０〜３５°、角度β＝２３°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、厚さＴ２＝１．７２５ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５２７５、角度γ＝２６°とし、走査角度Θに対する反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを計算してグラフにしたものである。点線は、入射口板状部材２０の厚さを出射口板状部材１８と同じＴ１にした場合であり、実線は、入射口板状部材２０の厚さを、Ｔ２＝１．７２５ｍｍにした場合である。厚さＴ２＝１．７２５ｍｍは、上述したように、角度β、厚さＴ１、屈折率ｎ及び角度γが上記の値で走査角度Θ（入射角Θ）＝３５°のとき、反射光の光路がずれない厚さＴ２である。
【００７０】
図１１（Ａ）を見ると分かるように、第１実施形態の図５（Ａ）と同様の関係を示している。すなわち、入射口板状部材２０の厚さをＴ２＝１．７２５ｍｍにすると、走査角度Θ（入射角Θ）が３５°のときずれは０であり、それ以外の走査角度Θ（入射角Θ）のときは０以外の値になるが、入射口板状部材２０の厚さが出射口板状部材１８と同じ場合に比べ、ずれは極めて小さい。よって、入射口板状部材２０の厚さを、走査角度の範囲の最大値付近の値（最大の入射角付近の値）を用いて計算した厚さＴ２で設定すれば、走査角度の範囲全般において反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを無視できるほど小さくすることができる。
【００７１】
なお、第３実施形態においても、厚さＴ２には、レーザ光の走査角度Θ（入射角Θ）として走査角度の範囲の最大値付近の値（最大の入射角付近の値）を用いて計算した値を用いるのが好ましいが、そうでないレーザ光の走査角度Θ（入射角Θ）を用いて計算した値を用いても、入射口板状部材２０の厚さが出射口板状部材１８と同じＴ１の場合に比べてずれを小さくすることができる。例として、走査角度Θ（入射角Θ）＝１°、角度β＝２３°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５２７５、角度γ＝２６°の場合で計算すると、反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２＝１．６６６ｍｍとなる。そして、入射口板状部材２０の厚さをＴ２＝１．６６６ｍｍにして同様のグラフを作成すると、図１１（Ｂ）のようになり、走査角度Θの範囲の最大値付近でずれは大きくなるが、入射口板状部材２０の厚さが出射口板状部材１８と同じＴ１の場合に比べれば、ずれはかなり小さくすることができる。
【００７２】
また、第３実施形態においても、反射光の走査平面に対する角度βは、３次元形状測定装置に対する測定対象物ＯＢの位置により変化するため、角度βをある値に設定して反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２を求めても、他の角度βでは厚さＴ２は別の値になる。しかし、３次元形状測定装置の測定可能範囲の中心付近の角度βは、結像レンズ２２の光軸と一致する反射光の光路の角度βであり、この角度βを用いて厚さＴ２を計算すれば、３次元形状測定装置の測定可能範囲全般にわたって、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを無視できるほど小さくすることができる。この場合の反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを求める計算式は、上記数２２および数２３と同じであるので、走査角度Θ（入射角Θ）、厚さＴ１、屈折率ｎおよび角度γを定め、角度βの値を振れば、第１実施形態の図６と同様のグラフを作成することができる。
【００７３】
図１２は、例として、走査角度Θ（入射角Θ）＝３５°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、厚さＴ２＝１．７２５ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５２７５、角度γ＝２６°とし、角度βに対する反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを計算してグラフにしたものである。点線は、入射口板状部材２０の厚さが出射口板状部材１８と同じＴ１の場合であり、実線は、入射口板状部材２０の厚さを、Ｔ２＝１．７２５ｍｍにした場合である。厚さＴ２＝１．７２５ｍｍは、走査角度Θ（入射角Θ）、厚さＴ１、屈折率ｎおよび角度γが上記の値で角度β＝２３°のとき、反射光の光路がずれない厚さである。
【００７４】
図１２を見ると分かるように、入射口板状部材２０の厚さをＴ２＝１．７２５ｍｍにすると角度βが２３°のとき、ずれは０であり、角度βが２３°からずれるほどずれは大きくなるが、入射口板状部材２０の厚さが出射口板状部材１８と同じ場合に比べてずれは極めて小さい。よって、入射口板状部材２０の厚さを、結像レンズ２２の光軸と一致する反射光の光路の角度βの値を用いて計算した厚さＴ２で設定すれば、３次元形状測定装置の測定可能範囲全般にわたって、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを無視できるほど小さくすることができる。
【００７５】
なお、これまでの説明において、反射光が入射口板状部材２０に入射する点は、走査平面に投影して見たとき、レーザ光が入射口板状部材２０から出射する点と同じであるとした。しかし、この条件は、反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２、および反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれＤｅｖを計算するための便宜上のものであり、実際の３次元形状測定装置の入射口板状部材２０の外面は、出射口板状部材１８と走査平面とが交差するライン周りに傾いていれば位置は制限されない。ずなわち、図９において、反射光が入射口板状部材２０に入射する点が出射口板状部材１８から出射したレーザ光の光路上の、又は該光路を延長させたライン上のいかなる点であっても、上述した計算結果は変わらない。このことは、図３に示すように透光性板状部材１の位置が変化しても、姿勢が変化しなければ、出射した光の光路は変化しないことから理解できる。
【００７６】
上記説明からも理解できるように、上記第３実施形態においては、走査機器１４，１６を用いて走査したレーザ光を出射口板状部材１８を介して測定対象物ＯＢに照射し、測定対象物ＯＢで発生した散乱光の一部である反射光を、入射口板状部材２０、走査機器１４，１６および結像レンズ２２を介してラインセンサ２４で受光し、ラインセンサ２４における受光位置を用いて測定対象物ＯＢの３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、入射口板状部材２０は、出射口板状部材１８と走査したレーザ光の走査平面とが交差するラインに平行な軸周りに出射口板状部材１８と所定の角度γを有し、入射口板状部材２０の厚さは、出射口板状部材１８の外面と入射口板状部材２０の外面が交差するラインは、結像レンズ２２の光軸と交差し、入射口板状部材２０に入射する反射光の光路は結像レンズ２２の光軸と一致しており、入射する反射光の入射位置と入射方向の逆方向を走査したレーザ光の走査平面に投影した位置と方向が、走査したレーザ光の出射口板状部材１８から出射する位置と方向と一致するとしたときの、走査したレーザ光の出射口板状部材１８に対する入射角が０以外の値であるときの、出射口板状部材１８に入射する前の走査したレーザ光の光路を延長させたラインと、入射口板状部材２０に入射した反射光の光路を走査したレーザ光の走査平面に投影した光路とが交差する点を含む走査平面の法線、および入射口板状部材２０に入射した反射光の光路を、走査平面と出射口板状部材１８の面に垂直な平面に投影したときの交点から入射口板状部材２０の外面までの距離で設定されているようにしている。
【００７７】
これによれば、入射口板状部材２０が出射口板状部材１８に対して角度γを有する場合であっても、入射口板状部材１８の厚さを適切な値に設定するという極めて簡単な方法により、走査平面に投影した反射光の光路のレーザ光の光路からのずれを、無視できるレベルにまで小さくすることができる。
【００７８】
なお、上記第３実施形態においては、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率ｎは等しいとした。すなわち、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０は、同じ材質のものとした。しかし、上記第１実施形態と同様、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の材質を変え、屈折率ｎが異なる値であったとしても、上記第３実施形態で示した、反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の厚さＴ２、および反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれＤｅｖの計算方法は変わらない。この場合は、上記第１実施形態と同様、数３の屈折率ｎに入射口板状部材２０の屈折率を使用し、数１０の屈折率ｎに出射口板状部材１８の屈折率を使用すればよい。
【００７９】
（第４実施形態）
上記第２実施形態は、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０が平行で、厚さが同じ場合において、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係を適切に設定することで、走査平面に投影した反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくした。しかし、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０が厚さが同じで、入射口板状部材２０が出射口板状部材１８と走査平面が交差するラインに平行な軸周りに所定の角度γだけ回転している（傾いている）場合でも、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係を適切に設定することで、反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくすことができる。本第４実施形態は、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０が厚さが同じで、入射口板状部材２０が出射口板状部材１８と走査平面が交差するラインに平行な軸周りに所定の角度γだけ傾いている場合において、反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくす、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係を設定する形態である。以下、反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくす出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係を求める方法を説明する。
【００８０】
上記第３実施形態で説明したように、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれＤｅｖは、数２２と数２３で求めることができる。数２２と数２３において、入射口板状部材２０の厚さＴと出射口板状部材１８の厚さＴ１は同じで既知である。また、入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する傾き角度γも既知であり、レーザ光の走査角度Θ（入射口板状部材２０への入射角Θ）を設定すると、未知数は屈折角αと、単位ベクトルＶｉのｘ，ｙ成分の比である（ｙ／ｘ）と、単位ベクトルＶｉのｘ，ｚ成分の比である（ｚ／ｘ）である。屈折角αは数１０を用いて、入射角Θと出射口板状部材１８の屈折率ｎ（以下、屈折率ｎ１という）から求めることができる。また、単位ベクトルＶｉのｘ，ｙ，ｚ成分は、上述した説明の通り、数１、数３乃至数６、数１４及び数１５から、レーザ光の走査角度Θ（入射角Θ）、反射光の走査平面（図９の紙面であり、Ｘ−Ｙ平面）に対する角度β、及び入射口板状部材２０の屈折率ｎ（以下、屈折率ｎ２という）、入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する傾き角度γから求めることができる。すなわち、レーザ光の走査角度Θ（入射角Θ）、反射光の走査平面に対する角度βを設定し、出射口板状部材１８の屈折率ｎ１を決めると、数２３でずれＤｅｖが０になる屈折率ｎ２は一義的に決まる。よって、屈折率ｎ１の様々な値においてＤｅｖが０になる屈折率ｎ２を求めれば、反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくす出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係を求めることができる。
【００８１】
図１３は、例として、走査角度Θ（入射角Θ）＝３５°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、角度β＝２３°、角度γ＝２６°と設定した場合における、反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくす出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係である。図１３を見るとわかるように、第２実施形態と同様、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係はほぼ直線の関係にある。
【００８２】
第４実施形態においても、走査角度Θ（入射角Θ）と反射光の走査平面に対する角度βを設定したうえで、反射光の光路のずれをなくす出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係を求めたので、第１乃至第３実施形態と同様、走査角度Θ（入射角Θ）と反射光の走査平面に対する角度βに対する反射光の光路のずれを示す。この場合も、反射光の光路のずれは数２２と数２３で求めることができる。
【００８３】
図１４（Ａ）は、例として、走査角度Θ（入射角Θ）の範囲を０〜３５°、角度β＝２３°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、角度γ＝２６°とし、走査角度Θに対する反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれをグラフにしたものである。実線は、出射口板状部材１８の屈折率ｎ１＝１．５２７５、入射口板状部材２０の屈折率ｎ２＝１．６８３５の場合であり、角度β、厚さＴ１および角度γが上記の値で走査角度Θ（入射角Θ）＝３５°のとき、反射光の光路のずれが発生しない屈折率の関係である。また、点線は、出射口板状部材１８、入射口板状部材２０とも屈折率ｎ＝１．５２７５の場合である。第４実施形態は、第２実施形態とは異なり、３５°以外の走査角度Θ（入射角Θ）のときは反射光の光路のずれは０以外の値になるが、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率が同じ場合に比べ、ずれは小さい。よって、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係を適切に設定すると、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを無視できるほど小さくすることができる。
【００８４】
なお、第４実施形態においても、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係は、走査角度Θ（入射角Θ）として走査角度の範囲の最大値付近の値（最大の入射角付近の値）を用いて計算した値を用いるのが好ましいが、そうでない走査角度Θ（入射角Θ）を用いて計算した屈折率の関係を用いても、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率が同じ場合に比べてずれを小さくすることができる。例として、入射角Θ＝１°、角度β＝２３°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、角度γ＝２６°とし、出射口板状部材１８の屈折率ｎ１＝１．５２７５のときの、反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の屈折率ｎ２を計算すると、ｎ２＝１．６２２６となる。そして、入射口板状部材２０の屈折率ｎ２＝１．６２２６にして同様のグラフを作成すると、図１４（Ｂ）のようになり、走査角度の範囲の最大値付近でずれは大きくなるが、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率が同じ場合に比べれば、ずれは小さくすることができる。
【００８５】
また、図１５は、例として、走査角度Θ（入射角Θ）＝３５°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、角度γ＝２６°とし、角度βに対する反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを計算してグラフにしたものであり、実線は、出射口板状部材１８の屈折率ｎ１＝１．５２７５、入射口板状部材２０の屈折率ｎ２＝１．６８３５の場合であり、走査角度Θ（入射角Θ）、厚さＴ１及び角度γが上記の値で角度β＝２３°のとき、反射光の光路のずれが発生しない屈折率の関係である。点線は、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率が１．５２７５で同一の場合であり、図１２のグラフの点線と同一である。図１５を見ると分かるように、反射光の走査平面に対する角度βが２３°からずれるほどずれは大きくなるが、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率が同一の場合に比べてずれは極めて小さい。よって、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係を、結像レンズ２２の光軸と一致する反射光の光路における角度βの値を用いて計算した関係にすれば、３次元形状測定装置の測定可能範囲全般にわたって、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを無視できるほど小さくすることができる。
【００８６】
なお、第４実施形態においても、反射光が入射口板状部材２０に入射する点は、走査平面に投影して見たとき、レーザ光が入射口板状部材２０から出射する点と同じであるとした計算式を用いたが、この条件は、反射光の光路がずれない出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係、および反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれＤｅｖを計算するための便宜上のものである。第４実施形態においても、実際の３次元形状測定装置の入射口板状部材２０の外面は、出射口板状部材１８と走査平面とが交差するライン周りに傾いていれば位置は制限されない。
【００８７】
上記説明からも理解できるように、上記第４実施形態においては、走査機器１４，１６を用いて走査したレーザ光を出射口板状部材１８を介して測定対象物ＯＢに照射し、測定対象物ＯＢで発生した散乱光の一部である反射光を、入射口板状部材２０、走査機器１４，１６および結像レンズ２２を介してラインセンサ２４で受光し、ラインセンサ２４における受光位置を用いて測定対象物ＯＢの３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、入射口板状部材２０は、出射口板状部材１８と走査したレーザ光の走査平面とが交差するラインに平行な軸周りに出射口板状部材１８と所定の角度を有するとともに、出射口板状部材１８と厚さが同じであり、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０は、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係が、出射口板状部材１８の入射口板状部材２０の外面が交差するラインは、結像レンズ２２の光軸と交差し、入射口板状部材２０に入射する反射光の光路は結像レンズ２２の光軸と一致しており、入射する反射光の入射位置と入射方向の逆方向を走査したレーザ光の走査平面に投影した位置と方向が、走査したレーザ光の出射口板状部材１８から出射する位置と方向と一致するとしたときの、走査したレーザ光の出射口板状部材１８に対する入射角が０以外の値であるときの、走査したレーザ光の出射口板状部材１８の内面から走査機器１４、１６側の光路と、反射光の入射口板状部材２０の内面から走査機器１４、１６側の光路を走査したレーザ光の走査平面に投影した光路とが一致する屈折率の関係になるものが選択されているようにしている。
【００８８】
これによっても、入射口板状部材２０が出射口板状部材１８に対して角度γを有する場合であっても、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係を適切な関係にするという極めて簡単な方法により、走査平面に投影した反射光の光路のレーザ光の光路からのずれを、無視できるレベルにまで小さくすることができる。
【００８９】
（第５実施形態）
上記第１乃至第４実施形態は、入射口板状部材２０の厚さを適切な値に設定する、または出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の厚さは同じで、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の屈折率の関係を適切な関係にする、のいずれかにより、走査平面に投影した反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくした。しかし、出射口板状部材１８と入射口板状部材２０の厚さと屈折率が同じであっても、入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γを適切な値に設定することで、反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくすことができる。本第５実施形態は、反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくす、入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γｓを設定する形態である。
【００９０】
上記第３実施形態で述べたように、入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γの大きさにより、走査平面に投影して見たときの反射光の屈折角は、レーザ光の屈折角αより小さくなる場合と大きくなる場合がある。詳しく説明すると、入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γが０であるときは、走査平面に投影して見たときの反射光の屈折角は、レーザ光の屈折角αより小さく、図４に示すように入射口板状部材２０に入射した後の反射光の光路は、反射光の進行方向に向かってレーザ光の光路より右側にある。この状態から入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γを大きくしていくと、走査平面に投影して見たときの反射光の屈折角は、大きくなっていき、入射口板状部材２０に入射した後の反射光の光路は、反射光の進行方向に向かって左側に移動していく。そして、図９に示すように、反射光の光路は反射光の進行方向に向かってレーザ光の光路より左側になる。
【００９１】
また、反射光の出射点は、入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γが０であるときは、走査平面に投影して見たとき、出射口板状部材１８の内面であるライン上にあるが、入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γを大きくしていくと、反射光の進行方向に向かって手前側に移動していく。すなわち、角度γを０から大きくしていき、反射光の光路が進行方向に向かって左側に移動し、反射光の出射点が進行方向に向かって手前側に移動していくと、反射光の出射点が出射口板状部材１８に入射する前のレーザ光の光路を延長させたラインに含まれるときがある。このときの角度γが、反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくす、入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γｓである。以下、反射光の光路のレーザ光の光路からのずれをなくす入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γｓを求める方法を説明する。
【００９２】
上記第３実施形態で説明したように、入射口板状部材２０が出射口板状部材１８に対して角度γを有する場合、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれＤｅｖは、数２２と数２３で求めることができる。数２２と数２３において、入射口板状部材２０の厚さＴと出射口板状部材１８の厚さＴ１は同じで既知である。また、レーザ光の走査角度Θ（入射角Θ）を設定すると、屈折角αは出射口板状部材１８の屈折率ｎから求めることができ、また、単位ベクトルＶｉのｘ，ｙ，ｚ成分は、上述した説明の通り、数１、数３乃至数６、数１４及び数１５から、レーザ光の走査角度Θ（入射角Θ）、反射光の走査平面（図４，図９の紙面であり、Ｘ−Ｙ平面）に対する角度β、及び入射口板状部材２０の屈折率ｎ、および入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する傾き角度γから求めることができる。すなわち、レーザ光の走査角度Θ（入射角Θ）と反射光の走査平面に対する角度βを設定し、入射口板状部材２０と出射口板状部材１８の厚さＴ１と入射口板状部材２０と出射口板状部材１８の屈折率ｎが既知であれば、数２３でずれＤｅｖが０になる角度γｓを求めることができる。例として、走査角度Θ（入射角Θ）＝３５°、角度β＝２３°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５２７５の場合で計算すると、反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γｓ＝９．３°となる。
【００９３】
第５実施形態においても、走査角度Θ（入射角Θ）と反射光の走査平面に対する角度βを設定したうえで、反射光の光路のずれをなくす入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γｓを求めたので、第１乃至第４実施形態と同様、走査角度Θ（入射角Θ）と反射光の走査平面に対する角度βに対する反射光の光路のずれを示す。この場合も、反射光の光路のずれは数２２と数２３で求めることができる。
【００９４】
図１６（Ａ）は、例として、走査角度Θ（入射角Θ）の範囲を０〜３５°、角度β＝２３°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５２７５とし、走査角度Θに対する反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれをグラフにしたものである。実線は、入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γ＝９．３°の場合であり、角度β、厚さＴ１および屈折率ｎが上記の値で走査角度Θ（入射角Θ）＝３５°のとき、反射光の光路がずれない角度γｓである。また、点線は、角度γ＝０の場合であり、図５の点線と同じである。図１６（Ａ）を見るとわかるように、３５°以外の走査角度Θ（入射角Θ）のときは反射光の光路のずれは０以外の値になるが、出射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γ＝０（すなわち平行）の場合に比べ、ずれは極めて小さい。よって、出射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γを適切に設定すると、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを無視できるほど小さくすることができる。
【００９５】
なお、第５実施形態においても、反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γｓは、レーザ光の走査角度Θ（入射角Θ）として走査角度の範囲の最大値付近の値（最大の入射角付近の値）を用いて計算した値を用いるのが好ましいが、そうでないレーザ光の走査角度Θ（入射角Θ）を用いて計算した角度γｓを用いても、入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γ＝０（すなわち平行）の場合に比べてずれを小さくすることができる。例として、走査角度Θ（入射角Θ）＝１°、角度β＝２３°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５２７５とし、角度γｓを計算すると、角度γｓ＝１１．７°となる。そして、角度γ＝１１．７°にして同様のグラフを作成すると、図１６（Ｂ）のようになり、走査角度Θの範囲の最大値付近でずれは大きくなるが、角度γ＝０の場合に比べれば、ずれはかなり小さくすることができる。
【００９６】
また、図１７は、例として、走査角度Θ（入射角Θ）＝３５°、厚さＴ１＝１．５ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５２７５とし、角度βに対する反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを計算してグラフにしたものであり、実線は、入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γ＝９．３°の場合であり、走査角度Θ（入射角Θ）、厚さＴ１および屈折率ｎが上記の値で角度β＝２３°のとき、反射光の光路がずれない角度γｓである。点線は、角度γ＝０の場合であり、図６のグラフの点線と同一である。図１７を見ると分かるように、反射光の走査平面に対する角度βが２３°からずれるほどずれは大きくなるが、角度γ＝０の場合に比べてずれは小さい。よって、反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γｓを、結像レンズ２２の光軸と一致する反射光の光路における角度βの値を用いて計算すれば、３次元形状測定装置の測定可能範囲全般にわたって、反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれを無視できるほど小さくすることができる。
【００９７】
なお、第５実施形態においても、反射光が入射口板状部材２０に入射する点は、走査平面に投影して見たとき、レーザ光が入射口板状部材２０から出射する点と同じであるとした計算式を用いたが、この条件は、反射光の光路がずれない入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γｓ、および反射光の光路のレーザ光の光路に対するずれＤｅｖを計算するための便宜上のものである。第５実施形態においても、実際の３次元形状測定装置の入射口板状部材２０の外面は、出射口板状部材１８と走査平面とが交差するライン周りに傾いていれば位置は制限されない。
【００９８】
上記説明からも理解できるように、上記第５実施形態においては、走査機器１４，１６を用いて走査したレーザ光を出射口板状部材１８を介して測定対象物ＯＢに照射し、測定対象物ＯＢで発生した散乱光の一部である反射光を、入射口板状部材２０、走査機器１４，１６および結像レンズ２２を介してラインセンサ２４で受光し、ラインセンサ２４における受光位置を用いて測定対象物ＯＢの３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、入射口板状部材２０は、出射口板状部材１８と走査したレーザ光の走査平面とが交差するラインに平行な軸周りに出射口板状部材１８と所定の角度γを有するとともに、出射口板状部材１８と厚さ及び屈折率が同じであり、所定の角度γは、出射口板状部材１８の外面と入射口板状部材２０の外面が交差するラインは、結像レンズ２２の光軸と交差し、入射口板状部材２０に入射する反射光の光路は結像レンズ２２の光軸と一致しており、入射する反射光の入射位置と入射方向の逆方向を走査したレーザ光の走査平面に投影した位置と方向が、走査したレーザ光の出射口板状部材１８から出射する位置と方向と一致するとしたときの、走査したレーザ光の出射口板状部材１８に対する入射角が０以外の値であるときの、走査したレーザ光の出射口板状部材１８の内面から走査機器１４，１６側の光路と、反射光の入射口板状部材２０の内面から走査機器１４，１６側の光路を走査したレーザ光の走査平面に投影した光路とが一致する角度に設定されているようにしている。
【００９９】
これによっても、入射口板状部材２０の出射口板状部材１８に対する角度γを適切な角度にするという極めて簡単な方法により、走査平面に投影した反射光の光路のレーザ光の光路からのずれを、無視できるレベルにまで小さくすることができる。
【符号の説明】
【０１００】
１…透光性板状部材、１０…レーザ光源、１２…コリメーティングレンズ、１４…ガルバノミラー、１６…モータ、１８…出射口透光部材、２０…入射口透光部材、２２…結像レンズ、２４…ラインセンサ、ＯＢ…測定対象物
【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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