３次元形状測定装置
【課題】出射光学系の部品の取り付け角度がずれたとき、出射光学系から出射されるレーザ光の光軸方向のずれを相殺するように出射光学系に入射するレーザ光の光軸の方向を調整することができる３次元形状測定装置を提供する。
【解決手段】レーザ光を出射するレーザ光源１０とレーザ光を走査する第１ミラー１６との間に、直交する２つの回転軸回りに回転可能に支持されたミラー１４ａを設ける。測定対象物ＯＢからの反射光を受光して受光位置に応じた信号を出力する第１受光センサ２４と、第１受光センサ２４にて反射した反射光を受光して受光位置に応じた信号を出力する第２受光センサ２６を設ける。３次元カメラＣＡと測定対象物ＯＢが所定の位置関係になるようにセットし、反射光が第２受光センサ２６の所定の範囲内にて受光されるように、ミラー１４ａを回転させる。
【解決手段】レーザ光を出射するレーザ光源１０とレーザ光を走査する第１ミラー１６との間に、直交する２つの回転軸回りに回転可能に支持されたミラー１４ａを設ける。測定対象物ＯＢからの反射光を受光して受光位置に応じた信号を出力する第１受光センサ２４と、第１受光センサ２４にて反射した反射光を受光して受光位置に応じた信号を出力する第２受光センサ２６を設ける。３次元カメラＣＡと測定対象物ＯＢが所定の位置関係になるようにセットし、反射光が第２受光センサ２６の所定の範囲内にて受光されるように、ミラー１４ａを回転させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物にレーザ光を走査しながら照射し、その反射光である散乱光を受光センサで受光して、レーザ光の照射位置又は照射方向と、反射光の受光位置との関係から、３角測量の原理により、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、例えば下記特許文献１に示されているように、測定対象物にレーザ光を走査しながら照射し、照射したレーザ光の照射位置又は照射方向と、測定対象物からの反射光（散乱光）の受光位置との関係から、３角測量の原理により、測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置は知られている。上記のような３次元形状測定装置において測定精度を高く保つためには、測定対象物に照射されるレーザ光の光軸の方向が一定に保たれている必要があるが、３次元形状測定装置を使用しているうちに、レーザ光の出射光学系を構成する部品の取り付け位置がずれ、測定対象物に照射されるレーザ光の光軸の方向がずれることがある。この問題に対応するために、例えば下記特許文献２に示されているように、レーザ光の光軸の位置を自動調整する機能を備えた３次元形状測定装置も知られている。この３次元形状測定装置においては、レーザ光源から出射されたレーザ光を、回転可能に設けられたガラス板に入射させ、ガラス板の回転角度を調整して、レーザ光の光軸の位置を変更可能にしている。これにより、出射光学系を構成する部品の取り付け位置がずれてレーザ光の光軸の位置がずれたとしても、測定対象物からの反射光を、ラインセンサの中心線位置（すなわち、受光光量が最大になる位置）で受光するように、レーザ光の光軸の位置を調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５５４２６４号公報
【特許文献２】特開２００９−９８０４６号公報
【発明の概要】
【０００４】
しかし、上記特許文献２に記載されたレーザ光の光軸の位置調整機能は、３次元形状測定装置の製造段階におけるレーザ光の光軸の位置調整のために設けられているものであり、レーザ光の光軸の位置を１方向に平行移動させることしかできない。したがって、例えば、出射光学系を構成する部品の取り付け角度がずれることにより、測定対象物に照射されるレーザ光の光軸の方向（角度）がずれたときには、上記特許文献２に記載されたレーザ光の光軸の位置調整機能によっては対処することができない。
【０００５】
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、出射光学系の部品の取り付け角度がずれたとき、出射光学系から出射されるレーザ光の光軸方向のずれを相殺するように出射光学系に入射するレーザ光の光軸の方向を調整することができる３次元形状測定装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、後述する実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、測定対象物（ＯＢ）に照射されるレーザ光を出射するレーザ光源（１０）と、レーザ光源から出射されたレーザ光を入射し、前記入射したレーザ光の光軸方向を変更して出射する光学部品（１６）と、光学部品を駆動して、レーザ光が、測定対象物の表面を走査しながら照射されるようにする走査手段（２０，３２）と、測定対象物の表面にて反射したレーザ光の散乱光を受光して、受光位置に応じた第１の位置信号を出力する第１の受光センサ（２４）と、走査手段による光学部品の駆動量及び第１の位置信号が表す受光位置を用いて、３角測量の原理に基づいて測定対象物の表面の形状を表す３次元座標データを算出する座標データ算出手段（６８）とを備えた３次元形状測定装置において、レーザ光源と光学部品の間に設けられ、光学部品に入射するレーザ光の光軸方向を変更可能な光軸方向変更手段（１４）と、第１の受光センサにて反射した散乱光を受光して、受光位置に応じた第２の位置信号を出力する第２の受光センサ（２６）と、光学部品から測定対象物までの距離を所定の距離に設定したとき、第１の受光センサにて反射した散乱光を第２の受光センサの所定の位置にて受光するように、光軸方向変更手段によって光軸方向を調整する光軸方向調整手段（Ｓ１００〜Ｓ１６２）を備えたことにある。
【０００７】
上記のように構成した３次元形状測定装置によれば、第２の受光センサにおける測定対象物で発生した散乱光の受光位置に基づいて、光学部品に入射するレーザ光の光軸方向を調整することができる。したがって、光学部品の取り付け角度がずれて、測定対象物に照射されるレーザ光の光軸方向がずれたとしても、このずれを相殺するように光学部品に入射するレーザ光の光軸方向を調整することができる。これにより、３次元形状測定の精度を保つことができる。
【０００８】
また、本発明の他の特徴は、第２の位置信号の強度に応じて、レーザ光源から出射するレーザ光の強度を制御するレーザ光強度制御手段（６２）を備えたことにある。これによれば、第２の位置信号の強度が一定になるよう、レーザ光源から出射されるレーザ光の強度を制御することができる。これにより、第１の受光センサで受光する測定対象物からの反射光（散乱光）の強度を一定にでき、３次元形状測定の精度をより高くすることができる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、光軸方向変更手段は、レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸に垂直な第１の回転軸（Ｘ１）及び第１の回転軸に垂直な第２の回転軸（Ｙ１）回りに回転可能に支持されたレーザ光を反射するミラー部（１４ａ）と、供給された駆動信号に応じてミラー部を第１の回転軸及び第２の回転軸回りに回転させて変位させる駆動装置（１４ｂ）とが一体的に形成されていることにある。これによれば、レーザ光の光軸方向調整のためのモータ、減速装置などの大きな部品が不要なので、３次元形状測定装置を小型化できる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、第２の位置信号を所定の時間間隔で取得し、前記取得した第２の位置信号を演算して、光軸方向変更手段による光軸方向の調整が必要か否かを表す情報を出力する演算手段（Ｓ２４８）を備えたことにある。これによれば、ユーザは、出力された演算結果によって、光軸方向の調整が必要か否かを判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る３次元形状測定装置の全体概略図である。
【図２Ａ】図１の３次元カメラの正面図である。
【図２Ｂ】図１の３次元カメラの平面図である。
【図３】図１の第１ミラーの正面図である。
【図４】第２受光センサの正面図である。
【図５】図１の第１増幅回路、第２増幅回路、第１受光位置検出回路、第２受光位置検出回路及びレーザ光量補正回路の具体的構成を示すブロック図である。
【図６】コントローラが実行する光軸方向調整処理のフローチャートである。
【図７】コントローラが実行する３次元形状測定処理のフローチャートである。
【図８Ａ】光軸方向がずれた状態の一例を示す説明図である。
【図８Ｂ】図８Ａの光軸方向のずれを調整した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態に係る３次元形状測定装置の全体構成について図１を用いて説明する。この３次元形状測定装置は、レーザ光を走査しながら測定対象物ＯＢに照射するとともに、同照射による測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）を受光する３次元カメラＣＡを備えている。
【００１３】
３次元カメラＣＡは、レーザ光源１０、コリメートレンズ１２、光軸方向調整ミラー１４、第１ミラー１６、第２ミラー１８、モータ２０、結像レンズ２２及び第１受光センサ２４を備えた筐体３０を有する。レーザ光源１０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ１２、光軸方向調整ミラー１４及び第1ミラー１６を介して測定対象物ＯＢに照射される。そして、測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）は、第２ミラー１８及び結像レンズ２２を介して、第１受光センサ２４に導かれて受光される。また、筐体３０は、第２受光センサ２６も備えている。第２受光センサは、第１受光センサ２４にて反射した測定対象物からの反射光（散乱光）を受光する。また、３次元カメラＣＡは、筐体３０を回転させるモータ３２及び減速装置３４も有する。この３次元形状測定装置は、第１ミラー１６の取り付け角度がずれて、測定対象物ＯＢに照射されるレーザ光の光軸方向がずれたときに、後述する光軸方向調整処理により、光軸方向調整ミラー１４の回転角度を調整して、光軸方向を調整する。
【００１４】
つぎに、３次元カメラＣＡを構成する各部品の機能及び配置について、図２Ａ及び図２Ｂを用いて説明する。図２Ａは、３次元カメラＣＡの正面図であり、図２Ｂは、３次元カメラＣＡの平面図である。以下の説明においては、３次元カメラＣＡの上下方向及び左右方向を、図２Ａの上下方向及び左右方向とする。また、３次元カメラＣＡの奥行き方向を、図２Ｂの上下方向とする。すなわち、図２Ｂの上側が３次元カメラＣＡの背面側であり、図２Ｂの下側が３次元カメラＣＡの正面側である。図２Ａにおいては、測定対象物ＯＢは、紙面の表面側に位置していて、図示されていない。また、図２Ａ及び図２Ｂにおいては、奥行き方向及び上下方向に重なって配置される部品の図示を適宜省略している。
【００１５】
レーザ光源１０は、筐体３０の上部の中央に固定されていて、３次元カメラＣＡから測定対象物ＯＢまでの距離を測定するためのレーザ光を筐体３０の背面側（図２Ｂにおいて上側）へ出射する。コリメートレンズ１２は、レーザ光源１０のレーザ出射口側にて筐体３０に固定されていて、レーザ光源１０からのレーザ光を平行光に変換する。光軸方向調整ミラー１４は、図３に示すように、回転軸１４ａ１及び回転軸１４ａ２回りに回転可能に支持されたミラー１４ａと、ミラー１４ａを供給される電気信号の強度に応じた回転角度に変位させる駆動装置１４ｂとが一体的に形成されたＭＥＭＳミラー（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｍｉｒｒｏｒ（微小電気機械システムミラー））である。以下の説明においては、回転軸１４ａ１をＸ１軸と呼び、回転軸１４ａ２をＹ１軸と呼ぶ。Ｘ１軸とＹ１軸は、直交している。駆動装置１４ｂは、ミラー１４ａをＸ１軸回りに正転逆転駆動する第１駆動装置１４ｂ１とミラー１４ａをＹ１軸回りに正転逆転駆動する第２駆動装置１４ｂ２からなる。光軸方向調整ミラー１４は、ミラー１４ａのＸ１軸回り及びＹ１軸回りの回転角度が０°のとき、Ｘ１軸とコリメートレンズ１２からのレーザ光の光軸が直交し、かつＹ１軸とコリメートレンズ１２からのレーザ光の光軸が４５°の角度をなすようにして筐体３０に固定されている。コリメートレンズ１２によって平行光とされたレーザ光は、ミラー１４ａによって反射され、第１ミラー１６に入射する。
【００１６】
第１ミラー１６は、モータ２０の駆動軸に組み付けられていて、モータ２０によって駆動軸周りに正転逆転駆動される。モータ２０内には、モータ２０の回転軸の回転を検出して、同回転を表す回転検出信号を出力するエンコーダ２０ａが組み込まれている。この回転検出信号は、モータ２０の回転軸の回転位置が基準回転位置に来るごとに発生されるｚ相信号φＺと、所定の微小な回転角度ずつハイレベルとローレベルを繰り返す互いにπ／２だけ位相のずれたＡ相信号φＡ及びＢ相信号φＢからなるパルス列信号とからなる。第１ミラー１６に入射した測定対象物ＯＢからの反射光は、第１ミラー１６によって反射されて、筐体３０の正面部に設けられた開口部３０ａ及びフレームＦＲの正面部に設けられた開口部ＦＲａから外側へ向けて出射され、測定対象物ＯＢに照射される。以下の説明においては、モータ２０の駆動軸をＸ２軸と呼ぶ。また、ミラー１４ａのＸ１軸回り及びＹ１軸回りの回転角度が０°のときに、第１ミラー１６に入射するレーザ光の光軸をＹ２軸と呼ぶ。
【００１７】
第２ミラー１８は、第１ミラー１６の下方にてモータ２０の駆動軸に組み付けられていて、モータ２０の駆動軸回りに正転逆転駆動される。第１ミラー１６と第２ミラー１８の向き（回転角度）は同一である。第２ミラー１８は、モータ２０の駆動軸方向に延設された長尺状に形成されている。第２ミラー１８は、測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）を図２Ａにおいて右斜め下方へ反射する。結像レンズ２２は、第２ミラー１８の右斜め下方にて筐体３０に固定されていて、第２ミラー１８からの反射光を受光センサ２４上に結像させる。受光センサ２４は、筐体３０の下部の右奥に固定されていて、測定対象物ＯＢからの反射光を第２ミラー１８及び結像レンズ２２を介して受光する。第１受光センサ２４は、受光量に応じた電気信号を出力する複数の受光素子を１列に配置したラインセンサである。第１受光センサ２４は、複数の受光素子が配置された面が左斜め下方を向くようにして筐体３０に固定されている。
【００１８】
第２受光センサ２６は、第１受光センサ２４の左斜め下方にて筐体３０に固定されていて、第１受光センサ２４にて反射した反射光を受光する。第２受光センサ２６は、図４に示すように、レーザ光を受光する正方形状の受光面を備え、受光面の各辺に１つずつ設けられた電極２６ａ１，２６ａ２，２６ｂ１，２６ｂ２から受光面における受光位置を表す受光信号を出力するＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ（半導体位置検出素子））である。電極２６ａ１と電極２６ａ２は、対向しており、電極２６ｂ１と電極２６ｂ２も対向している。各電極からは、各電極から受光位置までの距離に反比例した強度の受光信号が出力される。ここで、第２受光センサ２６における受光位置の座標を表すために、第２受光センサ２６の受光面における座標軸としてＹ３軸及びＺ３軸を定義する。Ｙ３軸の方向は、電極２６ａ１及び電極２６ａ２が設けられた辺に直交する方向（すなわち、電極２６ｂ１及び電極２６ｂ２が設けられた辺に平行な方向）であり、Ｚ３軸の方向は、電極２６ｂ１及び電極２６ｂ２が設けられた辺に直交する方向（すなわち、電極２６ａ１及び電極２６ａ２が設けられた辺に平行な方向）である。第２受光センサ２６は、Ｚ３軸方向が筐体３０の奥行き方向に一致し、かつ電極２６ａ１側が電極２６ａ２側よりも上方に位置して受光面が右斜め上方を向くようにして筐体３０に固定されている。
【００１９】
この３次元形状測定装置の製造時においては、第１受光センサ２４で反射した反射光の第２受光センサ２６における受光位置が、Ｙ３軸上であって３次元カメラＣＡと測定対象物ＯＢの距離に応じた位置になるように、第１ミラー１６の取り付け角度が調整されている。しかし、第１ミラー１６の取り付け角度がずれて、測定対象物ＯＢに照射されるレーザ光の光軸の方向がずれると、測定対象物ＯＢからの反射光の光軸の方向もずれるので、第１受光センサ２４で反射した反射光の第２受光センサ２６における受光位置もずれる。このとき、第２受光センサ２６の受光位置が本来の受光位置（すなわち、第１ミラー１６の取り付け位置及び取り付け角度がずれていないときの受光位置）になるように、光軸方向調整ミラー１４のＸ１軸回りの回転角度θｘ１及びＹ１軸回りの回転角度θｙ１を調整することにより、第１ミラー１６のずれによる光軸方向のずれを相殺することができる。
【００２０】
筐体３０は、軸３０ｂによってＹ２軸周りに回転可能に３次元カメラＣＡのフレームＦＲに支持されている。軸３０ｂは、減速装置３４を介してモータ３２の回転軸に組み付けられている。モータ３２内には、エンコーダ２０ａと同様のエンコーダ３２ａが組み込まれている。
【００２１】
また、この３次元カメラＣＡは、ミラー駆動回路４０、ミラー角度検出回路４２、筐体駆動回路４４、筐体角度検出回路４６、レーザ駆動回路４８、センサ信号取り込み回路５０、第１増幅回路５４、第１受光位置検出回路５６、第２増幅回路５８、第２受光位置検出回路６０、レーザ光量調整回路６２、光軸方向調整ミラー駆動回路６４及びコントローラ６８も備えている。
【００２２】
ミラー駆動回路４０は、コントローラ６８によって制御されて、エンコーダ２０ａから入力する回転検出信号のうちのパルス列信号の所定時間あたりのパルス数が設定された値になるよう、モータ２０を駆動する信号を出力する。ミラー角度検出回路４２は、エンコーダ２０ａから回転検出信号を入力し、入力した回転検出信号のうちのパルス列信号を用いて、第１ミラー１６及び第２ミラー１８のＸ２軸回りの回転角度θｘ２を算出する。ミラー角度検出回路４２は、コントローラ６８から、第１ミラー１６及び第２ミラー１８の回転角度θｘ２を出力するよう指示されると、前記算出した回転角度θｘ２を表すデジタルデータをコントローラ６８に出力する。また、前記算出した回転角度θｘ２は、ミラー駆動回路４０にも出力され、ミラー駆動回路４０によるモータ２０の回転駆動の制御にも利用される。
【００２３】
筐体駆動回路４４は、モータ３２を駆動するための駆動信号を出力する。筐体駆動回路４４は、エンコーダ３２ａから入力する回転検出信号のうちのパルス列信号の所定時間あたりのパルス数が設定された値になるよう、駆動信号を制御する。すなわち、モータ３２の回転速度が一定になるよう、駆動信号を制御する。モータ３２は、筐体駆動回路４４から駆動信号を供給されて一定の速度で回転し、減速装置３４を介して筐体３０を回転させる。筐体３０は、３次元形状測定の開始から終了まで一定の回転速度で一定の方向へ回転する。筐体３０の回転速度は、第１ミラー１６の回転速度よりも遅い。筐体角度検出回路４６は、エンコーダ３２ａから回転検出信号を入力し、入力した回転検出信号のうちのパルス列信号を用いて、筐体３０のＹ２軸回りの回転角度θｙ２を算出する。筐体角度検出回路４６は、コントローラ６８から、筐体３０の回転角度θｙ２を出力するよう指示されると、前記算出した回転角度θｙ２を表すデジタルデータをコントローラ６８に出力する。また、前記算出した回転角度θｙ２は、筐体駆動回路４４にも出力され、筐体駆動回路４４によるモータ３２の回転駆動の制御にも利用される。
【００２４】
レーザ駆動回路４８は、コントローラ６８から測定開始の指示を入力すると、予め設定された強度の駆動信号をレーザ光源１０に供給する。そして、後述するレーザ光量調整回路６２から供給されるレーザ強度調整信号を入力すると、このレーザ強度調整信号に基づいて、第２受光センサ２６が受光する反射光の強度が設定された強度になるよう、レーザ光源１０に供給される駆動信号を制御する。具体的には、レーザ強度調整信号の強度が「０」になるように、レーザ光源１０に供給する電圧及び電流を制御する。これにより、第１受光センサ２４が受光する測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）の強度を一定にできる。センサ信号取り込み回路５０は、第１受光センサ２４に接続されていて、コントローラ６８からの指示に応答して、第１受光センサ２４の各受光素子が出力する信号を設定された周期で取り込んで、前記取り込んだ信号の強度に相当するデジタルデータをコントローラ６８へ出力する。
【００２５】
第１増幅回路５４は、図５に示すように、第２受光センサ２６の電極２６ａ１から出力された受光信号を増幅して受光信号Ｙａとして出力する増幅回路５４ａと、第２受光センサ２６の電極２６ａ２から出力された受光信号を増幅して受光信号Ｙｂとして出力する増幅回路５４ｂからなる。受光信号Ｙａ及び受光信号Ｙｂは、第１受光位置検出回路５６に供給される。第１受光位置検出回路５６は、減算回路５６ａ、加算回路５６ｂ、除算回路５６ｃ及びＡ／Ｄ変換回路５６ｄからなる。減算回路５６ａは、受光信号Ｙａの強度から受光信号Ｙｂの強度を減算した減算値Ｙａ−Ｙｂを出力する。加算回路５６ｂは、受光信号Ｙａの強度と受光信号Ｙｂの強度を加算した加算値Ｙａ＋Ｙｂを出力する。除算回路５６ｃは、減算回路５６ａが出力した減算値Ｙａ−Ｙｂを加算回路５６ｂが出力した加算値Ｙａ＋Ｙｂで除した除算値（Ｙａ−Ｙｂ）／（Ｙａ＋Ｙｂ）を出力する。この除算値（Ｙａ−Ｙｂ）／（Ｙａ＋Ｙｂ）は、受光位置の座標のＹ３軸成分に対応している。Ａ／Ｄ変換回路５６ｄは、コントローラ６８からの指示に応答して、除算回路５６ｃから出力された除算値（Ｙａ−Ｙｂ）／（Ｙａ＋Ｙｂ）をデジタル信号に変換してコントローラ６８に出力する。
【００２６】
第２増幅回路５８の構成は、第１増幅回路５４と同様である。すなわち、第２増幅回路５８は、電極２６ｂ１から出力された受光信号を増幅して受光信号Ｚａとして出力する増幅回路５８ａと、電極２６ｂ２から出力された受光信号を増幅して受光信号Ｚｂとして出力する増幅回路５８ｂからなる。また、第２受光位置検出回路６０の構成は、第１受光位置検出回路５６と同様である。すなわち、第２受光位置検出回路６０は、第１受光位置検出回路５６と同様の減算回路６０ａ、加算回路６０ｂ、除算回路６０ｃ及びＡ／Ｄ変換回路６０ｄからなり、受光信号Ｚａ及び受光信号Ｚｂを用いて受光位置の座標のＺ３軸成分に対応する除算値（Ｚａ−Ｚｂ）／（Ｚａ＋Ｚｂ）を算出し、コントローラ６８からの指示に応答して、除算値（Ｚａ−Ｚｂ）／（Ｚａ＋Ｚｂ）をデジタル信号に変換してコントローラ６８に出力する。
【００２７】
レーザ光量調整回路６２は、合算回路６２ａ及び減算回路６２ｂからなる。合算回路６２ａは、受光信号Ｙａ、受光信号Ｙｂ、受光信号Ｚａ及び受光信号Ｚｂを入力して、これらの信号の強度を合算した合算値Ｙａ＋Ｙｂ＋Ｚａ＋Ｚｂを出力する。減算回路６２ｂは、合算回路６２ａから出力された合算値Ｙａ＋Ｙｂ＋Ｚａ＋Ｚｂを入力する。また、減算回路６２ｂは、測定開始の前に予め、コントローラ６８から第２受光センサ２６が受光する反射光の強度に相当する基準信号の強度を入力して記憶している。減算回路６２ｂは、基準信号の強度から合算値の強度を減算した減算値に相当する信号をレーザ強度調整信号としてレーザ駆動回路４８に供給する。
【００２８】
光軸方向調整ミラー駆動回路６４は、コントローラ６８によって制御されて、光軸方向調整ミラー１４を駆動する信号を出力する。光軸方向調整ミラー駆動回路６４は、ミラー１４ａのＸ１軸回りの回転角度θｘ１を目標の回転角度に設定する駆動信号を第１駆動装置１４ｂ１に供給する第１駆動信号出力回路６４ａと、ミラー１４ａのＹ１軸回りの回転角度θｙ１を目標の角度に設定する駆動信号を第２駆動装置１４ｂ２に供給する第２駆動信号出力回路６４ｂとからなる。第１駆動信号出力回路６４ａ及び第２駆動信号出力回路６４ｂは、前回の光軸方向調整処理において決定した光軸方向調整ミラー１４に供給する駆動信号の信号強度を記憶するメモリ６４ａ１及びメモリ６４ｂ１をそれぞれ備える。ただし、一度も光学調整処理を実行していない場合、メモリ６４ａ１及びメモリ６４ｂ１に記憶されている駆動信号の強度は「０」である。光軸方向調整ミラー駆動回路６４は、コントローラ６８から測定開始の指示に応答して、メモリ６４ａ１及びメモリ６４ｂ１に記憶されている強度の駆動信号を光軸方向調整ミラー１４に供給する。
【００２９】
コントローラ６８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、キーボード、マウスなどからなる入力装置７０からの指示に従って図６の光軸方向調整プログラム及び図７の３次元形状測定処理プログラムを実行する。コントローラ６８は、光軸方向調整プログラムの実行により、第１ミラー１６に入射する光軸の方向を調整する。また、コントローラ６８は、３次元形状測定処理プログラムの実行により、測定対象物ＯＢの３次元画像データを作成して、測定対象物ＯＢの３次元画像を表示装置７２に表示する。
【００３０】
つぎに、上記のように構成した３次元形状測定装置の光軸方向調整処理について、図６を用いて、説明する。まず、外乱光のない暗室内において、３次元カメラＣＡと、３次元カメラＣＡから出射されたレーザ光を反射する反射板とを光軸方向調整用の治具に取り付ける。この治具は、反射板からの反射光が、第２受光センサ２６の中心部付近で受光されるような位置に、３次元カメラＣＡ及び反射板を取り付けることができるようになっている。つぎに、作業者が、入力装置７０を用いて光軸方向調整処理の開始を指示すると、コントローラ６８は、ステップＳ１００にて、光軸方向調整処理を開始する。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ１０２にて、光軸方向調整ミラー１４の第１駆動装置１４ｂ１に供給する駆動信号の信号強度Ｆθｘ１及び光軸方向調整ミラー１４の第２駆動装置１４ｂ２に供給する駆動信号の信号強度Ｆθｙ１を「０」に初期化する。後述するように、光軸方向調整処理においては、反射光が第２受光センサ２６の所定の範囲内にて受光されるようになるまで、光軸方向調整ミラー１４に供給する駆動信号の強度を繰り返し増減させるが、信号強度Ｆθｘ１及び信号強度Ｆθｙ１は、１つ前に光軸方向調整ミラー１４に供給していた駆動信号の強度を表す。
【００３１】
つぎに、ステップＳ１０４にて、レーザ駆動回路４８を作動開始させ、レーザ光源１０からレーザ光を出射させる。つぎに、ステップＳ１０６にて、第１受光位置検出回路５６の作動を開始させる。また、ステップＳ１０８にて、第２受光位置検出回路６０の作動を開始させる。そして、コントローラ６８は、ステップＳ１１０にて、第１受光位置検出回路５６から第２受光センサ２６にて受光された反射光の受光位置の座標のＹ３軸成分Ｐｙ３を取り込み、ステップＳ１１２にて、第２受光位置検出回路６０から前記受光位置の座標のＺ３軸成分Ｐｚ３を取り込む。つぎに、ステップＳ１１４にて、前記取り込んだ受光位置のＹ３軸成分Ｐｙ３を、１つ前の受光位置の座標のＹ３軸成分ＦＰｙ３として記憶する。また、ステップＳ１１６にて、前記取り込んだ受光位置のＺ３軸成分Ｐｚ３を、１つ前の受光位置の座標のＺ３軸成分ＦＰｚ３として記憶する。
【００３２】
つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ１１８にて、第１駆動信号出力回路６４ａのメモリ６４ａ１及び第２駆動信号出力回路６４ｂのメモリ６４ｂ１から、前回の光軸方向調整処理において決定した駆動信号の強度を読み出し、現在の駆動信号の強度を表す信号強度Ｍθｘ１及び信号強度Ｍθｙ１として記憶する。そして、コントローラ６８は、ステップＳ１２０にて、第１駆動信号出力回路６４ａ及び第２駆動信号出力回路６４ｂを作動開始させる。すなわち、第１駆動信号出力回路６４ａ及び第２駆動信号出力回路６４ｂは、前記読み出した強度の駆動信号を第１駆動装置１４ｂ１及び第２駆動装置１４ｂ２に供給する。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ１２２にて、第１受光位置検出回路５６から第２受光センサ２６における反射光の受光位置の座標のＹ３軸成分Ｐｙ３を取り込む。そして、コントローラ６８は、ステップＳ１２４にて、前記ステップＳ１２２において取り込んだＹ３軸成分Ｐｙ３と基準位置ＳＰｙ３との差を算出し、前記算出した差と許容限界値を比較する。基準位置ＳＰｙ３は、この３次元形状測定装置の製造時において、第１ミラー１６の取り付け角度が調整された状態で反射光を受光したときの受光位置の座標のＹ３軸成分である。Ｙ３軸成分Ｐｙ３と基準位置ＳＰｙ３との差が許容限界値以下である場合、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１２６にて、調整済みフラグＥｘを「１」にセットして、ステップＳ１３８に進む。調整済みフラグＥｘは、光軸方向の調整が終了したか否かを表すフラグであって、「１」のとき調整が終了したことを表し、「０」のとき未だ調整が終了していないことを表す。一方、前記ステップＳ１２４において、Ｙ３軸成分Ｐｙ３と基準位置ＳＰｙ３との差が許容限界値を超える場合、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１２８に進む。
【００３３】
コントローラ６８は、ステップＳ１２８にて、次に第１駆動装置１４ｂ１に供給する駆動信号の強度を表す信号強度Ｎθｘ１を補間演算により算出する。具体的には、Ｍθｘ１−｛（Ｍθｘ１−Ｆθｘ１）／（Ｐｙ３−ＦＰｙ３）｝×（Ｐｙ３−ＳＰｙ３）の演算を実行する。そして、コントローラ６８は、ステップＳ１３０にて、信号強度Ｍθｘ１を信号強度Ｆθｘ１として記憶し、ステップＳ１３２にて、前記算出した信号強度Ｎθｘ１を信号強度Ｍθｘ１として記憶する。また、ステップＳ１３４にて、第２受光センサ２６における現在の受光位置の座標のＹ３軸成分Ｐｙ３を１つ前の受光位置の座標のＹ３軸成分ＦＰｙ３として記憶する。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ１３６にて、第１駆動信号出力回路６４ａから出力する駆動信号の強度を信号強度Ｍθｘ１に設定する。すなわち、コントローラ６８は、第１駆動信号出力回路６４ａに信号強度Ｍθｘ１を供給し、第１駆動信号出力回路６４ａは、コントローラ６８から供給された信号強度Ｍθｘ１をメモリ６４ａ１に記憶するとともに第１駆動装置１４ｂ１に供給する駆動信号の強度を信号強度Ｍθｘ１に設定し、ステップＳ１３８に進む。
【００３４】
つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ１３８にて、第２受光位置検出回路６０から第２受光センサ２６における反射光の受光位置の座標のＺ３軸成分Ｐｚ３を取り込む。そして、コントローラ６８は、ステップＳ１４０にて、前記ステップＳ１３８において取り込んだＺ３軸成分Ｐｚ３と基準位置ＳＰｚ３との差を算出し、前記算出した差と許容限界値を比較する。基準位置ＳＰｚ３は、この３次元形状測定装置の製造時において、第１ミラー１６の取り付け角度が調整された状態で反射光を受光したときの受光位置の座標のＺ３軸成分である。Ｚ３軸成分Ｐｚ３と基準位置ＳＰｚ３との差が許容限界値以下である場合、「Ｙｅｓ」と判定し、後述のステップＳ１５４に進む。一方、前記ステップＳ１４０において、Ｚ３軸成分Ｐｚ３と基準位置ＳＰｚ３との差が許容限界値を超える場合、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１４２に進む。
【００３５】
コントローラ６８は、ステップＳ１４２にて、次に第２駆動装置１４ｂ２に供給する駆動信号の強度Ｎθｙ１を補間演算により算出する。具体的には、Ｍθｙ１−｛（Ｍθｙ１−Ｆθｙ１）／（Ｐｚ３−ＦＰｚ３）｝×（Ｐｚ３−ＳＰｚ３）の演算を実行する。そして、コントローラ６８は、ステップＳ１４４にて、信号強度Ｍθｙ１を信号強度Ｆθｙ１として記憶し、ステップＳ１４６にて、前記算出した信号強度Ｎθｙ１を信号強度Ｍθｙ１として記憶する。また、ステップＳ１４８にて、第２受光センサ２６における現在の受光位置の座標のＺ３軸成分Ｐｚ３を１つ前の受光位置の座標のＺ３軸成分ＦＰｚ３として記憶する。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ１５０にて、第２駆動信号出力回路６４ｂから出力する駆動信号の強度を信号強度Ｍθｙ１に設定する。すなわち、コントローラ６８は、信号強度Ｍθｙ１を第２駆動信号出力回路６４ｂに供給し、第２駆動信号出力回路６４ｂは、コントローラ６８から供給された信号強度Ｍθｙ１をメモリ６４ｂ１に記憶するとともに、第２駆動装置１４ｂ２に供給する駆動信号の強度を信号強度Ｍθｙ１に設定する。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ１５２にて、調整済みフラグＥｘを「０」にセットして、ステップＳ１２２にもどる。
【００３６】
また、ステップＳ１４０において「Ｙｅｓ」と判定した場合、ステップＳ１５４にて、調整済みフラグＥｘの値によって、光軸方向の調整が終了したか否かを判定する。すなわち、調整済みフラグＥｘが「０」であれば、未だ光軸方向の調整が終了していないので、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１２２にもどる。一方、ステップＳ１５４において、調整済みフラグＥｘが「１」であれば、光軸方向の調整が終了したこと表しているので、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１５６に進み、光軸方向調整ミラー駆動回路６４の作動を停止させる。そして、ステップＳ１５８にて、第１受光位置検出回路５６及び第２受光位置検出回路６０の作動を停止させる。さらに、ステップＳ１６０にて、レーザ駆動回路４８の作動を停止させ、ステップＳ１６２にて、光軸方向調整処理を終了する。
【００３７】
上記のように、光軸方向調整処理においては、第２受光センサ２６における受光位置の座標のＹ３軸成分Ｐｙ３及びＺ３軸成分Ｐｚ３を取り込み、いずれもが許容限度値以下になるように、ミラー１４ａの回転角度を調整する。まず、Ｙ３軸成分Ｐｙ３に応じてミラー１４ａのＸ１軸回りの回転角度を調整しておき、次にＺ３軸成分Ｐｚ３に応じてＹ１軸回りの回転角度を調整する。この場合、光軸方向調整ミラー１４自体の取り付け角度がずれていると、Ｘ１軸回りの回転角度を調整しても、Ｙ１軸回りの回転角度を調整したときに、Ｙ３軸成分Ｐｙ３が許容限度値を超えてしまうことがある。そこで、調整済みフラグＥｘを用いて、Ｘ１軸回り及びＹ１軸回りの回転角度を調整するステップを経ることなく、第２受光センサ２６における受光位置の座標のＹ３軸成分Ｐｙ３及びＺ３軸成分Ｐｚ３を連続して取り込んでいずれもが許容限度内であるとき（すなわち、ステップＳ１２２，Ｓ１２４，Ｓ１２６，Ｓ１３８，Ｓ１４０，Ｓ１５４の順に進んだとき）に光軸方向の調整が終了したと判断するようにしている。
【００３８】
つぎに、３次元形状測定処理について図７を用いて説明する。作業者が、入力装置７０を用いて測定開始を指示すると、コントローラ６８は、ステップＳ２００にて、３次元形状測定処理を開始する。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２０２にて、各測定ポイントの番号を表す測定ポイント番号ｎを「０」に初期化する。つぎに、ステップＳ２０４にて、第１駆動信号出力回路６４ａの作動を開始させ、ステップＳ２０６にて、第２駆動信号出力回路６４ｂの作動を開始させる。このステップＳ２０４及びステップＳ２０６により、第１駆動信号出力回路６４ａ及び第２駆動信号出力回路６４ｂは、メモリ６４ａ１及びメモリ６４ｂ１に記憶されている強度の駆動信号を光軸方向調整ミラー１４に供給する。これにより、光軸方向調整ミラー１４が駆動され、光軸方向が調整される。
【００３９】
つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２０８にて、筐体３０の回転角度を初期の回転角度にセットする。つぎに、ステップＳ２１０にて、レーザ駆動回路４８の作動を開始させる。つぎに、ステップＳ２１２にて、第２受光位置検出回路６０の作動を開始させ、ステップＳ２１４にて、ミラー駆動回路４０の作動を開始させる。また、ステップＳ２１６にて、筐体駆動回路４４の作動を開始させる。つぎに、ステップＳ２１８にて時間計測を開始する。
【００４０】
つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２２０にて、現在の時刻が測定ポイント番号ｎと所定の時間間隔Ｔとを乗算して算出される時刻を経過しているか否かを判定する。最初、測定ポイント番号ｎは「０」に初期化されているので、ステップＳ２２０においては、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ２２２に進む。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２２２にて、ミラー角度検出回路４２から、第１ミラー１６の回転角度θｘ２を取り込む。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２２４にて、筐体角度検出回路４６から、筐体３０の回転角度θｙ２を取り込む。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２２６にて、センサ信号取り込み回路５０から、第１受光センサ２４における反射光の受光位置を表すデジタルデータを取り込む。
【００４１】
つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２２８にて、第２受光位置検出回路６０から、第２受光センサ２６における反射光の受光位置の座標のＺ３軸成分Ｐｚ３を取り込む。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２３０にて、前記ステップＳ２２４において取り込んだ回転角度θｙ２が、予め設定された限界角度よりも大きいか否かを判定する。限界角度とは、筐体３０が回転可能な最大の角度よりもやや小さい角度である。回転角度θｙ２が限界角度以下である場合は、ステップＳ２３２に進んで、測定ポイント番号ｎをインクリメントし、ステップＳ２２０に戻る。ステップＳ２３２の処理により、測定ポイント番号ｎは「１」となっているので、ステップＳ２２０において、現在の時刻がＴ（すなわち、１×Ｔ）を経過しているかを判定する。判定結果が「Ｎｏ」のときは、再びステップＳ２２０を実行する。すなわち、判定結果が「Ｙｅｓ」となるまでステップＳ２２０を繰り返し実行する。そして、ステップＳ２２０の判定結果が「Ｙｅｓ」になると、上記のステップＳ２２６乃至ステップＳ２３０を実行する。このように、コントローラ６８は、回転角度θｙ２が限界角度に達するまで、ステップＳ２２６乃至ステップＳ２３２を繰り返し実行する。上記の通り、筐体３０の回転速度は、第１ミラー１６の回転速度よりも遅く、第１ミラー１６は、モータ２０により正転逆転駆動される。すなわち、筐体３０の回転角度θｙ２が限界角度に達するまで上記ステップＳ２２６乃至ステップＳ２３２を繰り返している間に、第１ミラー１６の回転方向は何度も反転する。このように、コントローラ６８は、レーザ光を走査しながら測定対象物ＯＢに照射して、ステップＳ２２６乃至ステップＳ２３２からなる処理を繰り返し実行し、一定の時間間隔Ｔで第１ミラー１６の回転角度θｘ２、筐体３０の回転角度θｙ２、第１受光センサ２４の受光素子が出力する信号の強度及び第２受光センサ２６における受光位置の座標のＺ３軸成分Ｐｚ３を取り込む。そして、前記取り込んだデータを測定ポイント番号ｎごとにコントローラ６８が備えるメモリに記憶する。
【００４２】
そして、筐体３０の回転角度θｙ２が限界角度に達すると、コントローラ６８は、ステップＳ２３０にて、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ２３４に進み、レーザ駆動回路４８の作動を停止させる。また、ステップＳ２３６にて、ミラー駆動回路４０の作動を停止させ、ステップＳ２３８にて、筐体駆動回路４４の作動を停止させる。また、ステップＳ２４０にて、第２受光位置検出回路６０の作動を停止させる。さらに、ステップＳ２４２にて、第１駆動信号出力回路６４ａの作動を停止させ、ステップＳ２４４にて第２駆動信号出力回路６４ｂの作動を停止させる。
【００４３】
つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２４６にて、各測定ポイントごとにメモリに記憶されている第１受光センサ２４の受光素子が出力した信号の強度を表すデジタルデータを用いて、３角測量の原理に基づいて、各測定ポイントごとの３次元カメラＣＡから測定対象物ＯＢまでの距離を表す距離データＬを算出する。そして、各測定ポイントごとの距離データＬ、回転角度θｘ２及び回転角度θｙ２を用いて、測定対象物ＯＢの表面形状を表す座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）群を算出する。そして、算出した座標データ群から測定対象物ＯＢの３次元画像を表示装置７２に表示するための３次元画像データを作成する。作成された３次元画像データは、表示装置７２に供給され、表示装置７２に測定対象物ＯＢの３次元画像が表示される。
【００４４】
つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２４８にて、各測定ポイントごとにメモリに記憶されている第２受光センサ２６における受光位置の座標のＺ３軸成分Ｐｚ３の平均値ＡｖｅＰｚを算出し、現在時刻と共にメモリに記憶する。メモリには、３次元形状測定装置の納品時におけるＺ３軸成分Ｐｚ３の平均値である初期平均値ＡｖｅＰｚ０が記憶されていて、コントローラ６８は、ステップＳ２５０にて、初期平均値ＡｖｅＰｚ０と前記算出した平均値ＡｖｅＰｚの差を算出し、前記算出した差と許容限界値とを比較する。そして、前記算出した差が許容限界値を超えていれば、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ２５２に進み、表示装置７２に光軸方向の調整が必要な旨を表示して、ステップＳ２５４にて、３次元形状測定を終了する。一方、ステップＳ２５０における比較の結果、前記算出した差が許容限界値以下であれば、ステップＳ２５４に進み、３次元形状測定を終了する。
【００４５】
上記のように構成した３次元形状測定装置においては、第１受光センサ２４にて反射した反射光を第２受光センサ２６の所定の範囲内にて受光するように光軸方向調整ミラー１４のミラー１４ａを駆動することにより、測定対象物ＯＢに照射されるレーザ光の光軸方向を調整できるようにした。すなわち、第１ミラー１６の取り付け角度がずれて、測定対象物ＯＢに照射されるレーザ光の光軸方向がずれても、そのずれを相殺するようにミラー１４ａを駆動して第１ミラー１６に入射するレーザ光の光軸方向を調整することができるので、３次元形状測定の測定精度を一定に保つことができる。また、３次元形状測定の各測定ポイントにおいて、第２受光センサ２６における反射光の受光位置の座標のＺ３軸成分Ｐｚ３を取り込み、取り込んだＺ３軸成分Ｐｚ３の平均値ＡｖｅＰｚを算出し、前記算出した平均値ＡｖｅＰｚを用いて光軸方向の調整が必要か否かを判定し、判定結果を表示するようにした。これは、３次元形状測定を同一の場所で同一の明るさに設定して実施している場合に特に有効である。すなわち、第２受光センサ２６は、外乱光の影響を受けるが、同一の場所で同一の明るさに設定されて測定すれば、外乱光の影響がほぼ一定であるので、Ｚ３軸成分Ｐｚ３の平均値ＡｖｅＰｚの変化から測定対象物ＯＢに照射されるレーザ光の光軸方向の変化を判断することができる。なお、平均値ＡｖｅＰｚの時間的変化を表示装置７２に表示するようにしてもよい。このように構成すれば、作業者は、平均値ＡｖｅＰｚの変化を見て、光軸方向の調整の必要性を判断することができる。
【００４６】
また、確率的には低いが、第２受光センサ２６における反射光の受光位置がＺ３軸方向にはほとんどずれることなく、Ｙ３軸方向に大きくずれることが考えられる。すなわち、図８Ａの紙面内において光軸方向がずれる場合が考えられる。なお、図８Ａ及び図８Ｂにおいては、本来の光軸を実線で示し、方向がずれた光軸を破線で示している。また、図８Ａ及び図８Ｂにおいては、第２ミラー１８、モータ２０などの部品の図示を省略している。したがって、作業者は、平均値ＡｖｅＰｚが変化していなくとも、一定期間を経過する毎に、光軸方向の調整処理を実行して、図８Ｂに示すように、光軸の方向を本来の方向に補正することが望ましい。
【００４７】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００４８】
上記実施形態においては、Ｚ３軸成分Ｐｚ３の平均値ＡｖｅＰｚを用いて、光軸方向の調整の必要性を判定するようにした。しかし、平均値に代えてメジアン値又は最大度数値を用いて、光軸方向の調整の必要性を判定するようにしてもよい。また、光軸方向の調整の必要性を判定する機能を設けることなく、所定の期間を経過する毎に、光軸方向の調整処理を実行するようにしてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態においては、３次元形状測定装置を小型化するために、光軸方向調整ミラー１４として、ＭＥＭＳミラーを用いた。しかし、３次元形状測定装置が大型化しても問題なければ、光軸方向調整ミラー１４を、それぞれモータで回転する２つのミラーで構成してもよい。
【００５０】
また、上記実施形態においては、第２受光センサ２６として、ＰＳＤを用いた。しかし、第２受光センサ２６による受光信号を用いてレーザ光源１０から出射されるレーザ光の強度を制御しない場合は、第２受光センサ２６として、ＣＣＤイメージセンサ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）、ＣＭＯＳイメージセンサ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｎｓｏｒ）などの画素が２次元に配列されたセンサを用いてもよい。そして、この場合、外乱光がない暗室にて３次元形状測定装置の光軸方向を調整する必要はなく、外乱光の存在する場所においても、光軸方向を調整することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、筐体３０を第１ミラー１６によるレーザ光の走査方向に対して直角方向に回転させてレーザ光を２次元的に走査する構造にしているが、第１ミラー１６によるレーザ光の走査方向とは直角方向にレーザ光を走査できれば、どのような構造を採用してもよい。例えば、Ｙ２軸方向を回転軸とする長尺のミラーを第１ミラー１６の正面側に設け、第１ミラー１６で反射したレーザ光をさらに下方へ反射させる。そして、筐体３０及びフレームＦＲの下面側（図２Ａにおいて下側）に開口部を設けておき、この長尺のミラーにて反射したレーザ光を測定対象物ＯＢに照射する。そして、測定対象物ＯＢからの反射光を、この長尺のミラー、第２ミラー１８及び結像レンズ２２を介して第１受光センサ２４及び第２受光センサ２６で受光してもよい。また、筐体３０をＹ２軸回りに回転させるのではなく、Ｘ２軸方向に３次元カメラＣＡを平行移動させてもよい。また、上記実施形態においては、測定対象物ＯＢからの反射光を第２ミラー１８及び結像レンズ２２を介してラインセンサである第１受光センサ２４にて受光するようにした。しかし、第１受光センサ２４として、エリアセンサを用いてもよい。この場合、第２ミラー１８を省略できる。そして、この場合、エリアセンサで反射した反射光をすべて受光可能な程度の受光面積を備えた第２受光センサ２６を用いればよい。また、出射レーザ光の強度を制御せず、第２受光センサ２６の出力を光軸方向の調整にのみ用いるのであれば、第２受光センサ２６として、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの画素が２次元に配列されたセンサを用いることができる。
【００５２】
また、上記実施形態においては、第２受光センサ２６における受光位置の座標のＹ３軸成分Ｐｙ３及びＺ３軸成分Ｐｚ３を用いて光軸方向を調整するようにしたが、Ｙ３軸成分Ｐｙ３に代えて、第１受光センサ２４の受光位置を用いてもよい。
【００５３】
また、上記実施形態においては、第２受光センサ２６における受光位置をデジタルデータとしてコントローラ６８に供給し、コントローラ６８は前記供給されたデータを用いて、光軸方向調整ミラー１４を駆動する駆動信号の強度を算出するようにした。しかし、第２受光センサ２６の出力をアナログ信号のまま入力し、このアナログ信号の強度が所定の値になるように光軸方向調整ミラー１４を駆動する制御回路を設けて、光軸方向を調整するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０…レーザ光源、１２…コリメートレンズ、１４…光軸方向調整ミラー、１６…第１ミラー、１８…第２ミラー、２０…モータ、２４…第１受光センサ、２６…第２受光センサ、３０…筐体、３２…モータ、４０…ミラー駆動回路、４２…ミラー角度検出回路、４４…筐体駆動回路、４６…筐体角度検出回路、４８…レーザ駆動回路、５６・・・第１受光位置検出回路、６０・・・第２受光位置検出回路、６４・・・光軸方向調整ミラー駆動回路、６８…コントローラ、ＯＢ…測定対象物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物にレーザ光を走査しながら照射し、その反射光である散乱光を受光センサで受光して、レーザ光の照射位置又は照射方向と、反射光の受光位置との関係から、３角測量の原理により、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、例えば下記特許文献１に示されているように、測定対象物にレーザ光を走査しながら照射し、照射したレーザ光の照射位置又は照射方向と、測定対象物からの反射光（散乱光）の受光位置との関係から、３角測量の原理により、測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置は知られている。上記のような３次元形状測定装置において測定精度を高く保つためには、測定対象物に照射されるレーザ光の光軸の方向が一定に保たれている必要があるが、３次元形状測定装置を使用しているうちに、レーザ光の出射光学系を構成する部品の取り付け位置がずれ、測定対象物に照射されるレーザ光の光軸の方向がずれることがある。この問題に対応するために、例えば下記特許文献２に示されているように、レーザ光の光軸の位置を自動調整する機能を備えた３次元形状測定装置も知られている。この３次元形状測定装置においては、レーザ光源から出射されたレーザ光を、回転可能に設けられたガラス板に入射させ、ガラス板の回転角度を調整して、レーザ光の光軸の位置を変更可能にしている。これにより、出射光学系を構成する部品の取り付け位置がずれてレーザ光の光軸の位置がずれたとしても、測定対象物からの反射光を、ラインセンサの中心線位置（すなわち、受光光量が最大になる位置）で受光するように、レーザ光の光軸の位置を調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５５４２６４号公報
【特許文献２】特開２００９−９８０４６号公報
【発明の概要】
【０００４】
しかし、上記特許文献２に記載されたレーザ光の光軸の位置調整機能は、３次元形状測定装置の製造段階におけるレーザ光の光軸の位置調整のために設けられているものであり、レーザ光の光軸の位置を１方向に平行移動させることしかできない。したがって、例えば、出射光学系を構成する部品の取り付け角度がずれることにより、測定対象物に照射されるレーザ光の光軸の方向（角度）がずれたときには、上記特許文献２に記載されたレーザ光の光軸の位置調整機能によっては対処することができない。
【０００５】
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、出射光学系の部品の取り付け角度がずれたとき、出射光学系から出射されるレーザ光の光軸方向のずれを相殺するように出射光学系に入射するレーザ光の光軸の方向を調整することができる３次元形状測定装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、後述する実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、測定対象物（ＯＢ）に照射されるレーザ光を出射するレーザ光源（１０）と、レーザ光源から出射されたレーザ光を入射し、前記入射したレーザ光の光軸方向を変更して出射する光学部品（１６）と、光学部品を駆動して、レーザ光が、測定対象物の表面を走査しながら照射されるようにする走査手段（２０，３２）と、測定対象物の表面にて反射したレーザ光の散乱光を受光して、受光位置に応じた第１の位置信号を出力する第１の受光センサ（２４）と、走査手段による光学部品の駆動量及び第１の位置信号が表す受光位置を用いて、３角測量の原理に基づいて測定対象物の表面の形状を表す３次元座標データを算出する座標データ算出手段（６８）とを備えた３次元形状測定装置において、レーザ光源と光学部品の間に設けられ、光学部品に入射するレーザ光の光軸方向を変更可能な光軸方向変更手段（１４）と、第１の受光センサにて反射した散乱光を受光して、受光位置に応じた第２の位置信号を出力する第２の受光センサ（２６）と、光学部品から測定対象物までの距離を所定の距離に設定したとき、第１の受光センサにて反射した散乱光を第２の受光センサの所定の位置にて受光するように、光軸方向変更手段によって光軸方向を調整する光軸方向調整手段（Ｓ１００〜Ｓ１６２）を備えたことにある。
【０００７】
上記のように構成した３次元形状測定装置によれば、第２の受光センサにおける測定対象物で発生した散乱光の受光位置に基づいて、光学部品に入射するレーザ光の光軸方向を調整することができる。したがって、光学部品の取り付け角度がずれて、測定対象物に照射されるレーザ光の光軸方向がずれたとしても、このずれを相殺するように光学部品に入射するレーザ光の光軸方向を調整することができる。これにより、３次元形状測定の精度を保つことができる。
【０００８】
また、本発明の他の特徴は、第２の位置信号の強度に応じて、レーザ光源から出射するレーザ光の強度を制御するレーザ光強度制御手段（６２）を備えたことにある。これによれば、第２の位置信号の強度が一定になるよう、レーザ光源から出射されるレーザ光の強度を制御することができる。これにより、第１の受光センサで受光する測定対象物からの反射光（散乱光）の強度を一定にでき、３次元形状測定の精度をより高くすることができる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、光軸方向変更手段は、レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸に垂直な第１の回転軸（Ｘ１）及び第１の回転軸に垂直な第２の回転軸（Ｙ１）回りに回転可能に支持されたレーザ光を反射するミラー部（１４ａ）と、供給された駆動信号に応じてミラー部を第１の回転軸及び第２の回転軸回りに回転させて変位させる駆動装置（１４ｂ）とが一体的に形成されていることにある。これによれば、レーザ光の光軸方向調整のためのモータ、減速装置などの大きな部品が不要なので、３次元形状測定装置を小型化できる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、第２の位置信号を所定の時間間隔で取得し、前記取得した第２の位置信号を演算して、光軸方向変更手段による光軸方向の調整が必要か否かを表す情報を出力する演算手段（Ｓ２４８）を備えたことにある。これによれば、ユーザは、出力された演算結果によって、光軸方向の調整が必要か否かを判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る３次元形状測定装置の全体概略図である。
【図２Ａ】図１の３次元カメラの正面図である。
【図２Ｂ】図１の３次元カメラの平面図である。
【図３】図１の第１ミラーの正面図である。
【図４】第２受光センサの正面図である。
【図５】図１の第１増幅回路、第２増幅回路、第１受光位置検出回路、第２受光位置検出回路及びレーザ光量補正回路の具体的構成を示すブロック図である。
【図６】コントローラが実行する光軸方向調整処理のフローチャートである。
【図７】コントローラが実行する３次元形状測定処理のフローチャートである。
【図８Ａ】光軸方向がずれた状態の一例を示す説明図である。
【図８Ｂ】図８Ａの光軸方向のずれを調整した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態に係る３次元形状測定装置の全体構成について図１を用いて説明する。この３次元形状測定装置は、レーザ光を走査しながら測定対象物ＯＢに照射するとともに、同照射による測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）を受光する３次元カメラＣＡを備えている。
【００１３】
３次元カメラＣＡは、レーザ光源１０、コリメートレンズ１２、光軸方向調整ミラー１４、第１ミラー１６、第２ミラー１８、モータ２０、結像レンズ２２及び第１受光センサ２４を備えた筐体３０を有する。レーザ光源１０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ１２、光軸方向調整ミラー１４及び第1ミラー１６を介して測定対象物ＯＢに照射される。そして、測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）は、第２ミラー１８及び結像レンズ２２を介して、第１受光センサ２４に導かれて受光される。また、筐体３０は、第２受光センサ２６も備えている。第２受光センサは、第１受光センサ２４にて反射した測定対象物からの反射光（散乱光）を受光する。また、３次元カメラＣＡは、筐体３０を回転させるモータ３２及び減速装置３４も有する。この３次元形状測定装置は、第１ミラー１６の取り付け角度がずれて、測定対象物ＯＢに照射されるレーザ光の光軸方向がずれたときに、後述する光軸方向調整処理により、光軸方向調整ミラー１４の回転角度を調整して、光軸方向を調整する。
【００１４】
つぎに、３次元カメラＣＡを構成する各部品の機能及び配置について、図２Ａ及び図２Ｂを用いて説明する。図２Ａは、３次元カメラＣＡの正面図であり、図２Ｂは、３次元カメラＣＡの平面図である。以下の説明においては、３次元カメラＣＡの上下方向及び左右方向を、図２Ａの上下方向及び左右方向とする。また、３次元カメラＣＡの奥行き方向を、図２Ｂの上下方向とする。すなわち、図２Ｂの上側が３次元カメラＣＡの背面側であり、図２Ｂの下側が３次元カメラＣＡの正面側である。図２Ａにおいては、測定対象物ＯＢは、紙面の表面側に位置していて、図示されていない。また、図２Ａ及び図２Ｂにおいては、奥行き方向及び上下方向に重なって配置される部品の図示を適宜省略している。
【００１５】
レーザ光源１０は、筐体３０の上部の中央に固定されていて、３次元カメラＣＡから測定対象物ＯＢまでの距離を測定するためのレーザ光を筐体３０の背面側（図２Ｂにおいて上側）へ出射する。コリメートレンズ１２は、レーザ光源１０のレーザ出射口側にて筐体３０に固定されていて、レーザ光源１０からのレーザ光を平行光に変換する。光軸方向調整ミラー１４は、図３に示すように、回転軸１４ａ１及び回転軸１４ａ２回りに回転可能に支持されたミラー１４ａと、ミラー１４ａを供給される電気信号の強度に応じた回転角度に変位させる駆動装置１４ｂとが一体的に形成されたＭＥＭＳミラー（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｍｉｒｒｏｒ（微小電気機械システムミラー））である。以下の説明においては、回転軸１４ａ１をＸ１軸と呼び、回転軸１４ａ２をＹ１軸と呼ぶ。Ｘ１軸とＹ１軸は、直交している。駆動装置１４ｂは、ミラー１４ａをＸ１軸回りに正転逆転駆動する第１駆動装置１４ｂ１とミラー１４ａをＹ１軸回りに正転逆転駆動する第２駆動装置１４ｂ２からなる。光軸方向調整ミラー１４は、ミラー１４ａのＸ１軸回り及びＹ１軸回りの回転角度が０°のとき、Ｘ１軸とコリメートレンズ１２からのレーザ光の光軸が直交し、かつＹ１軸とコリメートレンズ１２からのレーザ光の光軸が４５°の角度をなすようにして筐体３０に固定されている。コリメートレンズ１２によって平行光とされたレーザ光は、ミラー１４ａによって反射され、第１ミラー１６に入射する。
【００１６】
第１ミラー１６は、モータ２０の駆動軸に組み付けられていて、モータ２０によって駆動軸周りに正転逆転駆動される。モータ２０内には、モータ２０の回転軸の回転を検出して、同回転を表す回転検出信号を出力するエンコーダ２０ａが組み込まれている。この回転検出信号は、モータ２０の回転軸の回転位置が基準回転位置に来るごとに発生されるｚ相信号φＺと、所定の微小な回転角度ずつハイレベルとローレベルを繰り返す互いにπ／２だけ位相のずれたＡ相信号φＡ及びＢ相信号φＢからなるパルス列信号とからなる。第１ミラー１６に入射した測定対象物ＯＢからの反射光は、第１ミラー１６によって反射されて、筐体３０の正面部に設けられた開口部３０ａ及びフレームＦＲの正面部に設けられた開口部ＦＲａから外側へ向けて出射され、測定対象物ＯＢに照射される。以下の説明においては、モータ２０の駆動軸をＸ２軸と呼ぶ。また、ミラー１４ａのＸ１軸回り及びＹ１軸回りの回転角度が０°のときに、第１ミラー１６に入射するレーザ光の光軸をＹ２軸と呼ぶ。
【００１７】
第２ミラー１８は、第１ミラー１６の下方にてモータ２０の駆動軸に組み付けられていて、モータ２０の駆動軸回りに正転逆転駆動される。第１ミラー１６と第２ミラー１８の向き（回転角度）は同一である。第２ミラー１８は、モータ２０の駆動軸方向に延設された長尺状に形成されている。第２ミラー１８は、測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）を図２Ａにおいて右斜め下方へ反射する。結像レンズ２２は、第２ミラー１８の右斜め下方にて筐体３０に固定されていて、第２ミラー１８からの反射光を受光センサ２４上に結像させる。受光センサ２４は、筐体３０の下部の右奥に固定されていて、測定対象物ＯＢからの反射光を第２ミラー１８及び結像レンズ２２を介して受光する。第１受光センサ２４は、受光量に応じた電気信号を出力する複数の受光素子を１列に配置したラインセンサである。第１受光センサ２４は、複数の受光素子が配置された面が左斜め下方を向くようにして筐体３０に固定されている。
【００１８】
第２受光センサ２６は、第１受光センサ２４の左斜め下方にて筐体３０に固定されていて、第１受光センサ２４にて反射した反射光を受光する。第２受光センサ２６は、図４に示すように、レーザ光を受光する正方形状の受光面を備え、受光面の各辺に１つずつ設けられた電極２６ａ１，２６ａ２，２６ｂ１，２６ｂ２から受光面における受光位置を表す受光信号を出力するＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ（半導体位置検出素子））である。電極２６ａ１と電極２６ａ２は、対向しており、電極２６ｂ１と電極２６ｂ２も対向している。各電極からは、各電極から受光位置までの距離に反比例した強度の受光信号が出力される。ここで、第２受光センサ２６における受光位置の座標を表すために、第２受光センサ２６の受光面における座標軸としてＹ３軸及びＺ３軸を定義する。Ｙ３軸の方向は、電極２６ａ１及び電極２６ａ２が設けられた辺に直交する方向（すなわち、電極２６ｂ１及び電極２６ｂ２が設けられた辺に平行な方向）であり、Ｚ３軸の方向は、電極２６ｂ１及び電極２６ｂ２が設けられた辺に直交する方向（すなわち、電極２６ａ１及び電極２６ａ２が設けられた辺に平行な方向）である。第２受光センサ２６は、Ｚ３軸方向が筐体３０の奥行き方向に一致し、かつ電極２６ａ１側が電極２６ａ２側よりも上方に位置して受光面が右斜め上方を向くようにして筐体３０に固定されている。
【００１９】
この３次元形状測定装置の製造時においては、第１受光センサ２４で反射した反射光の第２受光センサ２６における受光位置が、Ｙ３軸上であって３次元カメラＣＡと測定対象物ＯＢの距離に応じた位置になるように、第１ミラー１６の取り付け角度が調整されている。しかし、第１ミラー１６の取り付け角度がずれて、測定対象物ＯＢに照射されるレーザ光の光軸の方向がずれると、測定対象物ＯＢからの反射光の光軸の方向もずれるので、第１受光センサ２４で反射した反射光の第２受光センサ２６における受光位置もずれる。このとき、第２受光センサ２６の受光位置が本来の受光位置（すなわち、第１ミラー１６の取り付け位置及び取り付け角度がずれていないときの受光位置）になるように、光軸方向調整ミラー１４のＸ１軸回りの回転角度θｘ１及びＹ１軸回りの回転角度θｙ１を調整することにより、第１ミラー１６のずれによる光軸方向のずれを相殺することができる。
【００２０】
筐体３０は、軸３０ｂによってＹ２軸周りに回転可能に３次元カメラＣＡのフレームＦＲに支持されている。軸３０ｂは、減速装置３４を介してモータ３２の回転軸に組み付けられている。モータ３２内には、エンコーダ２０ａと同様のエンコーダ３２ａが組み込まれている。
【００２１】
また、この３次元カメラＣＡは、ミラー駆動回路４０、ミラー角度検出回路４２、筐体駆動回路４４、筐体角度検出回路４６、レーザ駆動回路４８、センサ信号取り込み回路５０、第１増幅回路５４、第１受光位置検出回路５６、第２増幅回路５８、第２受光位置検出回路６０、レーザ光量調整回路６２、光軸方向調整ミラー駆動回路６４及びコントローラ６８も備えている。
【００２２】
ミラー駆動回路４０は、コントローラ６８によって制御されて、エンコーダ２０ａから入力する回転検出信号のうちのパルス列信号の所定時間あたりのパルス数が設定された値になるよう、モータ２０を駆動する信号を出力する。ミラー角度検出回路４２は、エンコーダ２０ａから回転検出信号を入力し、入力した回転検出信号のうちのパルス列信号を用いて、第１ミラー１６及び第２ミラー１８のＸ２軸回りの回転角度θｘ２を算出する。ミラー角度検出回路４２は、コントローラ６８から、第１ミラー１６及び第２ミラー１８の回転角度θｘ２を出力するよう指示されると、前記算出した回転角度θｘ２を表すデジタルデータをコントローラ６８に出力する。また、前記算出した回転角度θｘ２は、ミラー駆動回路４０にも出力され、ミラー駆動回路４０によるモータ２０の回転駆動の制御にも利用される。
【００２３】
筐体駆動回路４４は、モータ３２を駆動するための駆動信号を出力する。筐体駆動回路４４は、エンコーダ３２ａから入力する回転検出信号のうちのパルス列信号の所定時間あたりのパルス数が設定された値になるよう、駆動信号を制御する。すなわち、モータ３２の回転速度が一定になるよう、駆動信号を制御する。モータ３２は、筐体駆動回路４４から駆動信号を供給されて一定の速度で回転し、減速装置３４を介して筐体３０を回転させる。筐体３０は、３次元形状測定の開始から終了まで一定の回転速度で一定の方向へ回転する。筐体３０の回転速度は、第１ミラー１６の回転速度よりも遅い。筐体角度検出回路４６は、エンコーダ３２ａから回転検出信号を入力し、入力した回転検出信号のうちのパルス列信号を用いて、筐体３０のＹ２軸回りの回転角度θｙ２を算出する。筐体角度検出回路４６は、コントローラ６８から、筐体３０の回転角度θｙ２を出力するよう指示されると、前記算出した回転角度θｙ２を表すデジタルデータをコントローラ６８に出力する。また、前記算出した回転角度θｙ２は、筐体駆動回路４４にも出力され、筐体駆動回路４４によるモータ３２の回転駆動の制御にも利用される。
【００２４】
レーザ駆動回路４８は、コントローラ６８から測定開始の指示を入力すると、予め設定された強度の駆動信号をレーザ光源１０に供給する。そして、後述するレーザ光量調整回路６２から供給されるレーザ強度調整信号を入力すると、このレーザ強度調整信号に基づいて、第２受光センサ２６が受光する反射光の強度が設定された強度になるよう、レーザ光源１０に供給される駆動信号を制御する。具体的には、レーザ強度調整信号の強度が「０」になるように、レーザ光源１０に供給する電圧及び電流を制御する。これにより、第１受光センサ２４が受光する測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）の強度を一定にできる。センサ信号取り込み回路５０は、第１受光センサ２４に接続されていて、コントローラ６８からの指示に応答して、第１受光センサ２４の各受光素子が出力する信号を設定された周期で取り込んで、前記取り込んだ信号の強度に相当するデジタルデータをコントローラ６８へ出力する。
【００２５】
第１増幅回路５４は、図５に示すように、第２受光センサ２６の電極２６ａ１から出力された受光信号を増幅して受光信号Ｙａとして出力する増幅回路５４ａと、第２受光センサ２６の電極２６ａ２から出力された受光信号を増幅して受光信号Ｙｂとして出力する増幅回路５４ｂからなる。受光信号Ｙａ及び受光信号Ｙｂは、第１受光位置検出回路５６に供給される。第１受光位置検出回路５６は、減算回路５６ａ、加算回路５６ｂ、除算回路５６ｃ及びＡ／Ｄ変換回路５６ｄからなる。減算回路５６ａは、受光信号Ｙａの強度から受光信号Ｙｂの強度を減算した減算値Ｙａ−Ｙｂを出力する。加算回路５６ｂは、受光信号Ｙａの強度と受光信号Ｙｂの強度を加算した加算値Ｙａ＋Ｙｂを出力する。除算回路５６ｃは、減算回路５６ａが出力した減算値Ｙａ−Ｙｂを加算回路５６ｂが出力した加算値Ｙａ＋Ｙｂで除した除算値（Ｙａ−Ｙｂ）／（Ｙａ＋Ｙｂ）を出力する。この除算値（Ｙａ−Ｙｂ）／（Ｙａ＋Ｙｂ）は、受光位置の座標のＹ３軸成分に対応している。Ａ／Ｄ変換回路５６ｄは、コントローラ６８からの指示に応答して、除算回路５６ｃから出力された除算値（Ｙａ−Ｙｂ）／（Ｙａ＋Ｙｂ）をデジタル信号に変換してコントローラ６８に出力する。
【００２６】
第２増幅回路５８の構成は、第１増幅回路５４と同様である。すなわち、第２増幅回路５８は、電極２６ｂ１から出力された受光信号を増幅して受光信号Ｚａとして出力する増幅回路５８ａと、電極２６ｂ２から出力された受光信号を増幅して受光信号Ｚｂとして出力する増幅回路５８ｂからなる。また、第２受光位置検出回路６０の構成は、第１受光位置検出回路５６と同様である。すなわち、第２受光位置検出回路６０は、第１受光位置検出回路５６と同様の減算回路６０ａ、加算回路６０ｂ、除算回路６０ｃ及びＡ／Ｄ変換回路６０ｄからなり、受光信号Ｚａ及び受光信号Ｚｂを用いて受光位置の座標のＺ３軸成分に対応する除算値（Ｚａ−Ｚｂ）／（Ｚａ＋Ｚｂ）を算出し、コントローラ６８からの指示に応答して、除算値（Ｚａ−Ｚｂ）／（Ｚａ＋Ｚｂ）をデジタル信号に変換してコントローラ６８に出力する。
【００２７】
レーザ光量調整回路６２は、合算回路６２ａ及び減算回路６２ｂからなる。合算回路６２ａは、受光信号Ｙａ、受光信号Ｙｂ、受光信号Ｚａ及び受光信号Ｚｂを入力して、これらの信号の強度を合算した合算値Ｙａ＋Ｙｂ＋Ｚａ＋Ｚｂを出力する。減算回路６２ｂは、合算回路６２ａから出力された合算値Ｙａ＋Ｙｂ＋Ｚａ＋Ｚｂを入力する。また、減算回路６２ｂは、測定開始の前に予め、コントローラ６８から第２受光センサ２６が受光する反射光の強度に相当する基準信号の強度を入力して記憶している。減算回路６２ｂは、基準信号の強度から合算値の強度を減算した減算値に相当する信号をレーザ強度調整信号としてレーザ駆動回路４８に供給する。
【００２８】
光軸方向調整ミラー駆動回路６４は、コントローラ６８によって制御されて、光軸方向調整ミラー１４を駆動する信号を出力する。光軸方向調整ミラー駆動回路６４は、ミラー１４ａのＸ１軸回りの回転角度θｘ１を目標の回転角度に設定する駆動信号を第１駆動装置１４ｂ１に供給する第１駆動信号出力回路６４ａと、ミラー１４ａのＹ１軸回りの回転角度θｙ１を目標の角度に設定する駆動信号を第２駆動装置１４ｂ２に供給する第２駆動信号出力回路６４ｂとからなる。第１駆動信号出力回路６４ａ及び第２駆動信号出力回路６４ｂは、前回の光軸方向調整処理において決定した光軸方向調整ミラー１４に供給する駆動信号の信号強度を記憶するメモリ６４ａ１及びメモリ６４ｂ１をそれぞれ備える。ただし、一度も光学調整処理を実行していない場合、メモリ６４ａ１及びメモリ６４ｂ１に記憶されている駆動信号の強度は「０」である。光軸方向調整ミラー駆動回路６４は、コントローラ６８から測定開始の指示に応答して、メモリ６４ａ１及びメモリ６４ｂ１に記憶されている強度の駆動信号を光軸方向調整ミラー１４に供給する。
【００２９】
コントローラ６８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、キーボード、マウスなどからなる入力装置７０からの指示に従って図６の光軸方向調整プログラム及び図７の３次元形状測定処理プログラムを実行する。コントローラ６８は、光軸方向調整プログラムの実行により、第１ミラー１６に入射する光軸の方向を調整する。また、コントローラ６８は、３次元形状測定処理プログラムの実行により、測定対象物ＯＢの３次元画像データを作成して、測定対象物ＯＢの３次元画像を表示装置７２に表示する。
【００３０】
つぎに、上記のように構成した３次元形状測定装置の光軸方向調整処理について、図６を用いて、説明する。まず、外乱光のない暗室内において、３次元カメラＣＡと、３次元カメラＣＡから出射されたレーザ光を反射する反射板とを光軸方向調整用の治具に取り付ける。この治具は、反射板からの反射光が、第２受光センサ２６の中心部付近で受光されるような位置に、３次元カメラＣＡ及び反射板を取り付けることができるようになっている。つぎに、作業者が、入力装置７０を用いて光軸方向調整処理の開始を指示すると、コントローラ６８は、ステップＳ１００にて、光軸方向調整処理を開始する。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ１０２にて、光軸方向調整ミラー１４の第１駆動装置１４ｂ１に供給する駆動信号の信号強度Ｆθｘ１及び光軸方向調整ミラー１４の第２駆動装置１４ｂ２に供給する駆動信号の信号強度Ｆθｙ１を「０」に初期化する。後述するように、光軸方向調整処理においては、反射光が第２受光センサ２６の所定の範囲内にて受光されるようになるまで、光軸方向調整ミラー１４に供給する駆動信号の強度を繰り返し増減させるが、信号強度Ｆθｘ１及び信号強度Ｆθｙ１は、１つ前に光軸方向調整ミラー１４に供給していた駆動信号の強度を表す。
【００３１】
つぎに、ステップＳ１０４にて、レーザ駆動回路４８を作動開始させ、レーザ光源１０からレーザ光を出射させる。つぎに、ステップＳ１０６にて、第１受光位置検出回路５６の作動を開始させる。また、ステップＳ１０８にて、第２受光位置検出回路６０の作動を開始させる。そして、コントローラ６８は、ステップＳ１１０にて、第１受光位置検出回路５６から第２受光センサ２６にて受光された反射光の受光位置の座標のＹ３軸成分Ｐｙ３を取り込み、ステップＳ１１２にて、第２受光位置検出回路６０から前記受光位置の座標のＺ３軸成分Ｐｚ３を取り込む。つぎに、ステップＳ１１４にて、前記取り込んだ受光位置のＹ３軸成分Ｐｙ３を、１つ前の受光位置の座標のＹ３軸成分ＦＰｙ３として記憶する。また、ステップＳ１１６にて、前記取り込んだ受光位置のＺ３軸成分Ｐｚ３を、１つ前の受光位置の座標のＺ３軸成分ＦＰｚ３として記憶する。
【００３２】
つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ１１８にて、第１駆動信号出力回路６４ａのメモリ６４ａ１及び第２駆動信号出力回路６４ｂのメモリ６４ｂ１から、前回の光軸方向調整処理において決定した駆動信号の強度を読み出し、現在の駆動信号の強度を表す信号強度Ｍθｘ１及び信号強度Ｍθｙ１として記憶する。そして、コントローラ６８は、ステップＳ１２０にて、第１駆動信号出力回路６４ａ及び第２駆動信号出力回路６４ｂを作動開始させる。すなわち、第１駆動信号出力回路６４ａ及び第２駆動信号出力回路６４ｂは、前記読み出した強度の駆動信号を第１駆動装置１４ｂ１及び第２駆動装置１４ｂ２に供給する。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ１２２にて、第１受光位置検出回路５６から第２受光センサ２６における反射光の受光位置の座標のＹ３軸成分Ｐｙ３を取り込む。そして、コントローラ６８は、ステップＳ１２４にて、前記ステップＳ１２２において取り込んだＹ３軸成分Ｐｙ３と基準位置ＳＰｙ３との差を算出し、前記算出した差と許容限界値を比較する。基準位置ＳＰｙ３は、この３次元形状測定装置の製造時において、第１ミラー１６の取り付け角度が調整された状態で反射光を受光したときの受光位置の座標のＹ３軸成分である。Ｙ３軸成分Ｐｙ３と基準位置ＳＰｙ３との差が許容限界値以下である場合、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１２６にて、調整済みフラグＥｘを「１」にセットして、ステップＳ１３８に進む。調整済みフラグＥｘは、光軸方向の調整が終了したか否かを表すフラグであって、「１」のとき調整が終了したことを表し、「０」のとき未だ調整が終了していないことを表す。一方、前記ステップＳ１２４において、Ｙ３軸成分Ｐｙ３と基準位置ＳＰｙ３との差が許容限界値を超える場合、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１２８に進む。
【００３３】
コントローラ６８は、ステップＳ１２８にて、次に第１駆動装置１４ｂ１に供給する駆動信号の強度を表す信号強度Ｎθｘ１を補間演算により算出する。具体的には、Ｍθｘ１−｛（Ｍθｘ１−Ｆθｘ１）／（Ｐｙ３−ＦＰｙ３）｝×（Ｐｙ３−ＳＰｙ３）の演算を実行する。そして、コントローラ６８は、ステップＳ１３０にて、信号強度Ｍθｘ１を信号強度Ｆθｘ１として記憶し、ステップＳ１３２にて、前記算出した信号強度Ｎθｘ１を信号強度Ｍθｘ１として記憶する。また、ステップＳ１３４にて、第２受光センサ２６における現在の受光位置の座標のＹ３軸成分Ｐｙ３を１つ前の受光位置の座標のＹ３軸成分ＦＰｙ３として記憶する。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ１３６にて、第１駆動信号出力回路６４ａから出力する駆動信号の強度を信号強度Ｍθｘ１に設定する。すなわち、コントローラ６８は、第１駆動信号出力回路６４ａに信号強度Ｍθｘ１を供給し、第１駆動信号出力回路６４ａは、コントローラ６８から供給された信号強度Ｍθｘ１をメモリ６４ａ１に記憶するとともに第１駆動装置１４ｂ１に供給する駆動信号の強度を信号強度Ｍθｘ１に設定し、ステップＳ１３８に進む。
【００３４】
つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ１３８にて、第２受光位置検出回路６０から第２受光センサ２６における反射光の受光位置の座標のＺ３軸成分Ｐｚ３を取り込む。そして、コントローラ６８は、ステップＳ１４０にて、前記ステップＳ１３８において取り込んだＺ３軸成分Ｐｚ３と基準位置ＳＰｚ３との差を算出し、前記算出した差と許容限界値を比較する。基準位置ＳＰｚ３は、この３次元形状測定装置の製造時において、第１ミラー１６の取り付け角度が調整された状態で反射光を受光したときの受光位置の座標のＺ３軸成分である。Ｚ３軸成分Ｐｚ３と基準位置ＳＰｚ３との差が許容限界値以下である場合、「Ｙｅｓ」と判定し、後述のステップＳ１５４に進む。一方、前記ステップＳ１４０において、Ｚ３軸成分Ｐｚ３と基準位置ＳＰｚ３との差が許容限界値を超える場合、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１４２に進む。
【００３５】
コントローラ６８は、ステップＳ１４２にて、次に第２駆動装置１４ｂ２に供給する駆動信号の強度Ｎθｙ１を補間演算により算出する。具体的には、Ｍθｙ１−｛（Ｍθｙ１−Ｆθｙ１）／（Ｐｚ３−ＦＰｚ３）｝×（Ｐｚ３−ＳＰｚ３）の演算を実行する。そして、コントローラ６８は、ステップＳ１４４にて、信号強度Ｍθｙ１を信号強度Ｆθｙ１として記憶し、ステップＳ１４６にて、前記算出した信号強度Ｎθｙ１を信号強度Ｍθｙ１として記憶する。また、ステップＳ１４８にて、第２受光センサ２６における現在の受光位置の座標のＺ３軸成分Ｐｚ３を１つ前の受光位置の座標のＺ３軸成分ＦＰｚ３として記憶する。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ１５０にて、第２駆動信号出力回路６４ｂから出力する駆動信号の強度を信号強度Ｍθｙ１に設定する。すなわち、コントローラ６８は、信号強度Ｍθｙ１を第２駆動信号出力回路６４ｂに供給し、第２駆動信号出力回路６４ｂは、コントローラ６８から供給された信号強度Ｍθｙ１をメモリ６４ｂ１に記憶するとともに、第２駆動装置１４ｂ２に供給する駆動信号の強度を信号強度Ｍθｙ１に設定する。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ１５２にて、調整済みフラグＥｘを「０」にセットして、ステップＳ１２２にもどる。
【００３６】
また、ステップＳ１４０において「Ｙｅｓ」と判定した場合、ステップＳ１５４にて、調整済みフラグＥｘの値によって、光軸方向の調整が終了したか否かを判定する。すなわち、調整済みフラグＥｘが「０」であれば、未だ光軸方向の調整が終了していないので、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１２２にもどる。一方、ステップＳ１５４において、調整済みフラグＥｘが「１」であれば、光軸方向の調整が終了したこと表しているので、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１５６に進み、光軸方向調整ミラー駆動回路６４の作動を停止させる。そして、ステップＳ１５８にて、第１受光位置検出回路５６及び第２受光位置検出回路６０の作動を停止させる。さらに、ステップＳ１６０にて、レーザ駆動回路４８の作動を停止させ、ステップＳ１６２にて、光軸方向調整処理を終了する。
【００３７】
上記のように、光軸方向調整処理においては、第２受光センサ２６における受光位置の座標のＹ３軸成分Ｐｙ３及びＺ３軸成分Ｐｚ３を取り込み、いずれもが許容限度値以下になるように、ミラー１４ａの回転角度を調整する。まず、Ｙ３軸成分Ｐｙ３に応じてミラー１４ａのＸ１軸回りの回転角度を調整しておき、次にＺ３軸成分Ｐｚ３に応じてＹ１軸回りの回転角度を調整する。この場合、光軸方向調整ミラー１４自体の取り付け角度がずれていると、Ｘ１軸回りの回転角度を調整しても、Ｙ１軸回りの回転角度を調整したときに、Ｙ３軸成分Ｐｙ３が許容限度値を超えてしまうことがある。そこで、調整済みフラグＥｘを用いて、Ｘ１軸回り及びＹ１軸回りの回転角度を調整するステップを経ることなく、第２受光センサ２６における受光位置の座標のＹ３軸成分Ｐｙ３及びＺ３軸成分Ｐｚ３を連続して取り込んでいずれもが許容限度内であるとき（すなわち、ステップＳ１２２，Ｓ１２４，Ｓ１２６，Ｓ１３８，Ｓ１４０，Ｓ１５４の順に進んだとき）に光軸方向の調整が終了したと判断するようにしている。
【００３８】
つぎに、３次元形状測定処理について図７を用いて説明する。作業者が、入力装置７０を用いて測定開始を指示すると、コントローラ６８は、ステップＳ２００にて、３次元形状測定処理を開始する。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２０２にて、各測定ポイントの番号を表す測定ポイント番号ｎを「０」に初期化する。つぎに、ステップＳ２０４にて、第１駆動信号出力回路６４ａの作動を開始させ、ステップＳ２０６にて、第２駆動信号出力回路６４ｂの作動を開始させる。このステップＳ２０４及びステップＳ２０６により、第１駆動信号出力回路６４ａ及び第２駆動信号出力回路６４ｂは、メモリ６４ａ１及びメモリ６４ｂ１に記憶されている強度の駆動信号を光軸方向調整ミラー１４に供給する。これにより、光軸方向調整ミラー１４が駆動され、光軸方向が調整される。
【００３９】
つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２０８にて、筐体３０の回転角度を初期の回転角度にセットする。つぎに、ステップＳ２１０にて、レーザ駆動回路４８の作動を開始させる。つぎに、ステップＳ２１２にて、第２受光位置検出回路６０の作動を開始させ、ステップＳ２１４にて、ミラー駆動回路４０の作動を開始させる。また、ステップＳ２１６にて、筐体駆動回路４４の作動を開始させる。つぎに、ステップＳ２１８にて時間計測を開始する。
【００４０】
つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２２０にて、現在の時刻が測定ポイント番号ｎと所定の時間間隔Ｔとを乗算して算出される時刻を経過しているか否かを判定する。最初、測定ポイント番号ｎは「０」に初期化されているので、ステップＳ２２０においては、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ２２２に進む。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２２２にて、ミラー角度検出回路４２から、第１ミラー１６の回転角度θｘ２を取り込む。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２２４にて、筐体角度検出回路４６から、筐体３０の回転角度θｙ２を取り込む。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２２６にて、センサ信号取り込み回路５０から、第１受光センサ２４における反射光の受光位置を表すデジタルデータを取り込む。
【００４１】
つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２２８にて、第２受光位置検出回路６０から、第２受光センサ２６における反射光の受光位置の座標のＺ３軸成分Ｐｚ３を取り込む。つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２３０にて、前記ステップＳ２２４において取り込んだ回転角度θｙ２が、予め設定された限界角度よりも大きいか否かを判定する。限界角度とは、筐体３０が回転可能な最大の角度よりもやや小さい角度である。回転角度θｙ２が限界角度以下である場合は、ステップＳ２３２に進んで、測定ポイント番号ｎをインクリメントし、ステップＳ２２０に戻る。ステップＳ２３２の処理により、測定ポイント番号ｎは「１」となっているので、ステップＳ２２０において、現在の時刻がＴ（すなわち、１×Ｔ）を経過しているかを判定する。判定結果が「Ｎｏ」のときは、再びステップＳ２２０を実行する。すなわち、判定結果が「Ｙｅｓ」となるまでステップＳ２２０を繰り返し実行する。そして、ステップＳ２２０の判定結果が「Ｙｅｓ」になると、上記のステップＳ２２６乃至ステップＳ２３０を実行する。このように、コントローラ６８は、回転角度θｙ２が限界角度に達するまで、ステップＳ２２６乃至ステップＳ２３２を繰り返し実行する。上記の通り、筐体３０の回転速度は、第１ミラー１６の回転速度よりも遅く、第１ミラー１６は、モータ２０により正転逆転駆動される。すなわち、筐体３０の回転角度θｙ２が限界角度に達するまで上記ステップＳ２２６乃至ステップＳ２３２を繰り返している間に、第１ミラー１６の回転方向は何度も反転する。このように、コントローラ６８は、レーザ光を走査しながら測定対象物ＯＢに照射して、ステップＳ２２６乃至ステップＳ２３２からなる処理を繰り返し実行し、一定の時間間隔Ｔで第１ミラー１６の回転角度θｘ２、筐体３０の回転角度θｙ２、第１受光センサ２４の受光素子が出力する信号の強度及び第２受光センサ２６における受光位置の座標のＺ３軸成分Ｐｚ３を取り込む。そして、前記取り込んだデータを測定ポイント番号ｎごとにコントローラ６８が備えるメモリに記憶する。
【００４２】
そして、筐体３０の回転角度θｙ２が限界角度に達すると、コントローラ６８は、ステップＳ２３０にて、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ２３４に進み、レーザ駆動回路４８の作動を停止させる。また、ステップＳ２３６にて、ミラー駆動回路４０の作動を停止させ、ステップＳ２３８にて、筐体駆動回路４４の作動を停止させる。また、ステップＳ２４０にて、第２受光位置検出回路６０の作動を停止させる。さらに、ステップＳ２４２にて、第１駆動信号出力回路６４ａの作動を停止させ、ステップＳ２４４にて第２駆動信号出力回路６４ｂの作動を停止させる。
【００４３】
つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２４６にて、各測定ポイントごとにメモリに記憶されている第１受光センサ２４の受光素子が出力した信号の強度を表すデジタルデータを用いて、３角測量の原理に基づいて、各測定ポイントごとの３次元カメラＣＡから測定対象物ＯＢまでの距離を表す距離データＬを算出する。そして、各測定ポイントごとの距離データＬ、回転角度θｘ２及び回転角度θｙ２を用いて、測定対象物ＯＢの表面形状を表す座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）群を算出する。そして、算出した座標データ群から測定対象物ＯＢの３次元画像を表示装置７２に表示するための３次元画像データを作成する。作成された３次元画像データは、表示装置７２に供給され、表示装置７２に測定対象物ＯＢの３次元画像が表示される。
【００４４】
つぎに、コントローラ６８は、ステップＳ２４８にて、各測定ポイントごとにメモリに記憶されている第２受光センサ２６における受光位置の座標のＺ３軸成分Ｐｚ３の平均値ＡｖｅＰｚを算出し、現在時刻と共にメモリに記憶する。メモリには、３次元形状測定装置の納品時におけるＺ３軸成分Ｐｚ３の平均値である初期平均値ＡｖｅＰｚ０が記憶されていて、コントローラ６８は、ステップＳ２５０にて、初期平均値ＡｖｅＰｚ０と前記算出した平均値ＡｖｅＰｚの差を算出し、前記算出した差と許容限界値とを比較する。そして、前記算出した差が許容限界値を超えていれば、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ２５２に進み、表示装置７２に光軸方向の調整が必要な旨を表示して、ステップＳ２５４にて、３次元形状測定を終了する。一方、ステップＳ２５０における比較の結果、前記算出した差が許容限界値以下であれば、ステップＳ２５４に進み、３次元形状測定を終了する。
【００４５】
上記のように構成した３次元形状測定装置においては、第１受光センサ２４にて反射した反射光を第２受光センサ２６の所定の範囲内にて受光するように光軸方向調整ミラー１４のミラー１４ａを駆動することにより、測定対象物ＯＢに照射されるレーザ光の光軸方向を調整できるようにした。すなわち、第１ミラー１６の取り付け角度がずれて、測定対象物ＯＢに照射されるレーザ光の光軸方向がずれても、そのずれを相殺するようにミラー１４ａを駆動して第１ミラー１６に入射するレーザ光の光軸方向を調整することができるので、３次元形状測定の測定精度を一定に保つことができる。また、３次元形状測定の各測定ポイントにおいて、第２受光センサ２６における反射光の受光位置の座標のＺ３軸成分Ｐｚ３を取り込み、取り込んだＺ３軸成分Ｐｚ３の平均値ＡｖｅＰｚを算出し、前記算出した平均値ＡｖｅＰｚを用いて光軸方向の調整が必要か否かを判定し、判定結果を表示するようにした。これは、３次元形状測定を同一の場所で同一の明るさに設定して実施している場合に特に有効である。すなわち、第２受光センサ２６は、外乱光の影響を受けるが、同一の場所で同一の明るさに設定されて測定すれば、外乱光の影響がほぼ一定であるので、Ｚ３軸成分Ｐｚ３の平均値ＡｖｅＰｚの変化から測定対象物ＯＢに照射されるレーザ光の光軸方向の変化を判断することができる。なお、平均値ＡｖｅＰｚの時間的変化を表示装置７２に表示するようにしてもよい。このように構成すれば、作業者は、平均値ＡｖｅＰｚの変化を見て、光軸方向の調整の必要性を判断することができる。
【００４６】
また、確率的には低いが、第２受光センサ２６における反射光の受光位置がＺ３軸方向にはほとんどずれることなく、Ｙ３軸方向に大きくずれることが考えられる。すなわち、図８Ａの紙面内において光軸方向がずれる場合が考えられる。なお、図８Ａ及び図８Ｂにおいては、本来の光軸を実線で示し、方向がずれた光軸を破線で示している。また、図８Ａ及び図８Ｂにおいては、第２ミラー１８、モータ２０などの部品の図示を省略している。したがって、作業者は、平均値ＡｖｅＰｚが変化していなくとも、一定期間を経過する毎に、光軸方向の調整処理を実行して、図８Ｂに示すように、光軸の方向を本来の方向に補正することが望ましい。
【００４７】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００４８】
上記実施形態においては、Ｚ３軸成分Ｐｚ３の平均値ＡｖｅＰｚを用いて、光軸方向の調整の必要性を判定するようにした。しかし、平均値に代えてメジアン値又は最大度数値を用いて、光軸方向の調整の必要性を判定するようにしてもよい。また、光軸方向の調整の必要性を判定する機能を設けることなく、所定の期間を経過する毎に、光軸方向の調整処理を実行するようにしてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態においては、３次元形状測定装置を小型化するために、光軸方向調整ミラー１４として、ＭＥＭＳミラーを用いた。しかし、３次元形状測定装置が大型化しても問題なければ、光軸方向調整ミラー１４を、それぞれモータで回転する２つのミラーで構成してもよい。
【００５０】
また、上記実施形態においては、第２受光センサ２６として、ＰＳＤを用いた。しかし、第２受光センサ２６による受光信号を用いてレーザ光源１０から出射されるレーザ光の強度を制御しない場合は、第２受光センサ２６として、ＣＣＤイメージセンサ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）、ＣＭＯＳイメージセンサ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｎｓｏｒ）などの画素が２次元に配列されたセンサを用いてもよい。そして、この場合、外乱光がない暗室にて３次元形状測定装置の光軸方向を調整する必要はなく、外乱光の存在する場所においても、光軸方向を調整することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、筐体３０を第１ミラー１６によるレーザ光の走査方向に対して直角方向に回転させてレーザ光を２次元的に走査する構造にしているが、第１ミラー１６によるレーザ光の走査方向とは直角方向にレーザ光を走査できれば、どのような構造を採用してもよい。例えば、Ｙ２軸方向を回転軸とする長尺のミラーを第１ミラー１６の正面側に設け、第１ミラー１６で反射したレーザ光をさらに下方へ反射させる。そして、筐体３０及びフレームＦＲの下面側（図２Ａにおいて下側）に開口部を設けておき、この長尺のミラーにて反射したレーザ光を測定対象物ＯＢに照射する。そして、測定対象物ＯＢからの反射光を、この長尺のミラー、第２ミラー１８及び結像レンズ２２を介して第１受光センサ２４及び第２受光センサ２６で受光してもよい。また、筐体３０をＹ２軸回りに回転させるのではなく、Ｘ２軸方向に３次元カメラＣＡを平行移動させてもよい。また、上記実施形態においては、測定対象物ＯＢからの反射光を第２ミラー１８及び結像レンズ２２を介してラインセンサである第１受光センサ２４にて受光するようにした。しかし、第１受光センサ２４として、エリアセンサを用いてもよい。この場合、第２ミラー１８を省略できる。そして、この場合、エリアセンサで反射した反射光をすべて受光可能な程度の受光面積を備えた第２受光センサ２６を用いればよい。また、出射レーザ光の強度を制御せず、第２受光センサ２６の出力を光軸方向の調整にのみ用いるのであれば、第２受光センサ２６として、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの画素が２次元に配列されたセンサを用いることができる。
【００５２】
また、上記実施形態においては、第２受光センサ２６における受光位置の座標のＹ３軸成分Ｐｙ３及びＺ３軸成分Ｐｚ３を用いて光軸方向を調整するようにしたが、Ｙ３軸成分Ｐｙ３に代えて、第１受光センサ２４の受光位置を用いてもよい。
【００５３】
また、上記実施形態においては、第２受光センサ２６における受光位置をデジタルデータとしてコントローラ６８に供給し、コントローラ６８は前記供給されたデータを用いて、光軸方向調整ミラー１４を駆動する駆動信号の強度を算出するようにした。しかし、第２受光センサ２６の出力をアナログ信号のまま入力し、このアナログ信号の強度が所定の値になるように光軸方向調整ミラー１４を駆動する制御回路を設けて、光軸方向を調整するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０…レーザ光源、１２…コリメートレンズ、１４…光軸方向調整ミラー、１６…第１ミラー、１８…第２ミラー、２０…モータ、２４…第１受光センサ、２６…第２受光センサ、３０…筐体、３２…モータ、４０…ミラー駆動回路、４２…ミラー角度検出回路、４４…筐体駆動回路、４６…筐体角度検出回路、４８…レーザ駆動回路、５６・・・第１受光位置検出回路、６０・・・第２受光位置検出回路、６４・・・光軸方向調整ミラー駆動回路、６８…コントローラ、ＯＢ…測定対象物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に照射されるレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を入射し、前記入射したレーザ光の光軸方向を変更して出射する光学部品と、
前記光学部品を駆動して、前記レーザ光が、前記測定対象物の表面を走査しながら照射されるようにする走査手段と、
前記測定対象物の表面にて反射した前記レーザ光の散乱光を受光して、受光位置に応じた第１の位置信号を出力する第１の受光センサと、
前記走査手段による前記光学部品の駆動量及び前記第１の位置信号が表す受光位置を用いて、３角測量の原理に基づいて前記測定対象物の表面の形状を表す３次元座標データを算出する座標データ算出手段とを備えた３次元形状測定装置において、
前記レーザ光源と前記光学部品の間に設けられ、前記光学部品に入射するレーザ光の光軸方向を変更可能な光軸方向変更手段と、
前記第１の受光センサにて反射した前記散乱光を受光して、受光位置に応じた第２の位置信号を出力する第２の受光センサと、
前記光学部品から前記測定対象物までの距離を所定の距離に設定したとき、前記第１の受光センサにて反射した前記散乱光を前記第２の受光センサの所定の位置にて受光するように、前記光軸方向変更手段によって光軸方向を調整する光軸方向調整手段を備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元形状測定装置において、
前記第２の位置信号の強度に応じて、前記レーザ光源から出射するレーザ光の強度を制御するレーザ光強度制御手段を備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の３次元形状測定装置において、
前記光軸方向変更手段は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸に垂直な第１の回転軸及び前記第１の回転軸に垂直な第２の回転軸回りに回転可能に支持された前記レーザ光を反射するミラー部と、供給された駆動信号に応じて前記ミラー部を前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸回りに回転させて変位させる駆動装置とが一体的に形成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】
前記請求項１乃至請求項３のうちのいずれか１つに記載の３次元形状測定装置において、
前記第２の位置信号を所定の時間間隔で取得し、前記取得した第２の位置信号を演算して、前記光軸方向変更手段による光軸方向の調整が必要か否かを表す情報を出力する演算手段を備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項１】
測定対象物に照射されるレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を入射し、前記入射したレーザ光の光軸方向を変更して出射する光学部品と、
前記光学部品を駆動して、前記レーザ光が、前記測定対象物の表面を走査しながら照射されるようにする走査手段と、
前記測定対象物の表面にて反射した前記レーザ光の散乱光を受光して、受光位置に応じた第１の位置信号を出力する第１の受光センサと、
前記走査手段による前記光学部品の駆動量及び前記第１の位置信号が表す受光位置を用いて、３角測量の原理に基づいて前記測定対象物の表面の形状を表す３次元座標データを算出する座標データ算出手段とを備えた３次元形状測定装置において、
前記レーザ光源と前記光学部品の間に設けられ、前記光学部品に入射するレーザ光の光軸方向を変更可能な光軸方向変更手段と、
前記第１の受光センサにて反射した前記散乱光を受光して、受光位置に応じた第２の位置信号を出力する第２の受光センサと、
前記光学部品から前記測定対象物までの距離を所定の距離に設定したとき、前記第１の受光センサにて反射した前記散乱光を前記第２の受光センサの所定の位置にて受光するように、前記光軸方向変更手段によって光軸方向を調整する光軸方向調整手段を備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元形状測定装置において、
前記第２の位置信号の強度に応じて、前記レーザ光源から出射するレーザ光の強度を制御するレーザ光強度制御手段を備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の３次元形状測定装置において、
前記光軸方向変更手段は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸に垂直な第１の回転軸及び前記第１の回転軸に垂直な第２の回転軸回りに回転可能に支持された前記レーザ光を反射するミラー部と、供給された駆動信号に応じて前記ミラー部を前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸回りに回転させて変位させる駆動装置とが一体的に形成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】
前記請求項１乃至請求項３のうちのいずれか１つに記載の３次元形状測定装置において、
前記第２の位置信号を所定の時間間隔で取得し、前記取得した第２の位置信号を演算して、前記光軸方向変更手段による光軸方向の調整が必要か否かを表す情報を出力する演算手段を備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−７８０９８（Ｐ２０１２−７８０９８Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２０７３７（Ｐ２０１０−２２０７３７）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００１１２００４）パルステック工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００１１２００４）パルステック工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]