特開 2022-186185 形状計測システムおよび形状計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022186185

(43)【公開日】2022-12-15

(54)【発明の名称】形状計測システムおよび形状計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20221208BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20221208BHJP

【ＦＩ】

G01B11/24 A

G01C3/06 120S

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021094275

(22)【出願日】2021-06-04

(71)【出願人】

【識別番号】000232955

【氏名又は名称】株式会社日立ビルシステム

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】特許業務法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】内山 允史

(72)【発明者】

【氏名】中村 俊輝

(72)【発明者】

【氏名】大西 義人

【テーマコード（参考）】

2F065

2F112

【Ｆターム（参考）】

2F065AA02

2F065AA06

2F065AA52

2F065BB05

2F065BB15

2F065DD03

2F065FF01

2F065FF41

2F065FF65

2F065GG04

2F065HH04

2F065LL04

2F065MM06

2F065QQ25

2F112AD10

2F112BA06

2F112CA08

2F112CA12

2F112DA04

2F112DA25

2F112FA35

(57)【要約】

【課題】振動等が発生した場合でも高精度な形状計測が可能な形状計測システムの提供。
【解決手段】形状計測システム１は、所定の方向にビーム光２００を出射する基準光源部２と、移動機構５により一体にビーム光軸２１０に沿って移動される距離計測部３および位置検出部４とを備える。距離計測部３は、ビーム光軸２１０に対して垂直な面８内において、計測対象までの距離を計測する。位置検出部４は、基準光源部２のビーム光２００が入射する検出光学系４２と、検出光学系４２の焦点面よりも検出光学系４２に近い位置に配置され、検出光学系４２を介して基準光源部２のビーム光２００を受光し、受光位置を相対位置情報として出力する位置検出センサ４１とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の方向にビーム光を出射する基準光源部と、
前記ビーム光のビーム光軸に対して垂直な面内において、計測対象までの距離を計測する距離計測部と、
前記距離計測部に設けられ、前記ビーム光を受光して前記ビーム光軸に対する前記距離計測部の相対位置情報を検出する位置検出部と、
前記距離計測部および前記位置検出部を、一体で前記ビーム光軸に沿って移動させる移動機構と、
前記距離計測部で計測した距離情報と前記位置検出部で検出した前記相対位置情報とに基づいて、前記計測対象の３次元形状を算出する演算部と、を備え、
前記位置検出部は、
前記基準光源部のビーム光が入射する検出光学系と、
前記検出光学系の焦点面よりも前記検出光学系に近い位置に配置され、前記検出光学系を介して前記基準光源部のビーム光を受光し、受光位置を前記相対位置情報として出力する位置検出センサとを備える、形状計測システム。

【請求項2】

請求項１に記載の形状計測システムであって、
前記位置検出センサと前記焦点面との距離は、前記検出光学系の焦点距離の１０％～１５％に設定されている、形状計測システム。

【請求項3】

請求項１に記載の形状計測システムにおいて、
前記基準光源部と前記検出光学系との間の距離をＨ、前記ビーム光の波長をλ、前記ビーム光のビーム径が最も狭まる所のビーム径をω０、前記検出光学系の開口直径をＤとしたときに、条件式「Ｄ＞Ｈ×tan(λ/πω０)」を満足している、形状計測システム。

【請求項4】

請求項３に記載の形状計測システムにおいて、
前記距離をＨ（ｍ）、前記開口直径をＤ（ｍｍ）としたときに、条件式「Ｄ＞Ｈ×０．４」を満足している、形状計測システム。

【請求項5】

請求項１に記載の形状計測システムであって、
前記検出光学系は、２枚以上の球面レンズ、または１枚以上の非球面レンズで構成される、形状計測システム。

【請求項6】

請求項１に記載の形状計測システムであって、
前記基準光源部は略コリメートされたビーム光を出射する、形状計測システム。

【請求項7】

請求項１に記載の形状計測システムであって、
前記基準光源部は、前記ビーム光の断面形状を円形に調整するビームシェイパー光学系を備える、形状計測システム。

【請求項8】

請求項１に記載の形状計測システムであって、
前記基準光源部を移動して、前記基準光源部から出射されるビーム光の方向、および、前記ビーム光軸に垂直な面における前記基準光源部の位置を変更する変更部をさらに備える、形状計測システム。

【請求項9】

請求項１に記載の形状計測システムであって、
前記位置検出部は、前記距離計測部の傾きを検出する傾斜角センサをさらに備え、前記傾斜角センサで検出した傾きと前記位置検出センサの前記受光位置とを前記相対位置情報として出力する、形状計測システム。

【請求項10】

請求項１に記載の形状計測システムにおいて、
前記基準光源部と前記検出光学系との間のビーム光軸方向距離に応じた複数種類の補正データが記憶される記憶部と、
前記ビーム光軸方向距離を計測するビーム光軸方向距離計測部と、
前記ビーム光軸方向距離計測部で計測される距離に基づいて前記複数種類の補正データのいずれか一つを選択し、選択した前記補正データにより前記受光位置を補正して前記検出光学系のビーム入射位置を算出する補正部と、をさらに備え、
前記演算部は、前記補正部で算出される前記ビーム入射位置に基づいて前記３次元形状を算出する、形状計測システム。

【請求項11】

請求項１０に記載の形状計測システムによる形状計測方法であって、
前記補正データに対応付けられた距離の範囲内に１以上の停止位置を設定して、設定した停止位置の各々に前記距離計測部および前記位置検出部を停止させ、
前記基準光源部を前記ビーム光軸に対して垂直な方向に所定量だけ移動させ、
前記所定量の移動の前後における前記受光位置の変化量と前記所定量とに基づいて前記補正データを校正し、
前記補正データに代えて校正後の補正データにより前記受光位置を補正して前記ビーム入射位置を算出し、
算出したビーム入射位置に基づいて前記３次元形状を算出する、形状計測方法。

【請求項12】

請求項１に記載の形状計測システムにおいて、
前記基準光源部、前記位置検出センサおよび前記検出光学系はそれぞれ２つずつ設けられ、
前記位置検出部は、
第１の基準光源部のビーム光軸上に配置され、前記第１の基準光源部のビーム光が入射する第１の検出光学系、および、前記第１の検出光学系の焦点面よりも前記第１の検出光学系に近い位置に配置され、前記第１の検出光学系を介して前記第１の基準光源部のビーム光を受光する第１の位置検出センサを含む第１の検出部と、
第２の基準光源部のビーム光軸上に配置され、前記第２の基準光源部のビーム光が入射する第２の検出光学系、および、前記第２の検出光学系の焦点面よりも前記第２の検出光学系に近い位置に配置され、前記第２の検出光学系を介して前記第２の基準光源部のビーム光を受光する第２の位置検出センサを含む第２の検出部と、を備え、
前記演算部は、前記距離計測部で計測した前記距離情報と前記第１および第２の検出部の各々で検出した前記相対位置情報に基づいて、前記計測対象の３次元形状を算出する、形状計測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、形状計測システムおよび形状計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

エレベーター昇降路内の寸法を自動計測し、作業者の労力を低減する昇降路内計測システムが特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の昇降路内計測システムには、エレベーターの昇降路の天井又は上部の構造物に設置され、最下部に向けてレーザー光を照射する基準レーザー装置と、昇降路内の水平方向の寸法を計測する平面計測装置を有する移動計測装置と、昇降路の天井又は上部の構造物に設置され、移動計測装置を昇降させる移動装置と、を有し、移動計測装置は、基準レーザー装置から照射されるレーザー光を検出する基準レーザー検出装置と、自身の姿勢を検出する姿勢検出装置と、を有することが記載されている。

【0003】

基準レーザー装置から照射されるレーザー光を検出する基準レーザー検出装置により、移動計測装置の昇降路内における三次元座標（位置）を把握している。基準レーザー装置と移動計測装置との間の距離が大きい場合には、レーザー光がその距離の大きさに伴い拡がってしまうので、ビームコンプレッサ等を基準レーザー検出装置の上部に設置することにより、拡がったレーザー光を収束させるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０―５９５６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

移動計測装置は、移動装置として用いられる巻上装置の紐により懸架され、巻上装置により紐を巻き上げる、または、送出することにより昇降路内を上下に昇降移動する。そのため、紐により懸架された移動計測装置が揺れると計測装置による計測精度が悪化するという課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様による形状計測システムは、所定の方向にビーム光を出射する基準光源部と、前記ビーム光のビーム光軸に対して垂直な面内において、計測対象までの距離を計測する距離計測部と、前記距離計測部に設けられ、前記ビーム光を受光して前記ビーム光軸に対する前記距離計測部の相対位置情報を検出する位置検出部と、前記距離計測部および前記位置検出部を、一体で前記ビーム光軸に沿って移動させる移動機構と、前記距離計測部で計測した距離情報と前記位置検出部で検出した前記相対位置情報とに基づいて、前記計測対象の３次元形状を算出する演算部と、を備え、前記位置検出部は、前記基準光源部のビーム光が入射する検出光学系と、前記検出光学系の焦点面よりも前記検出光学系に近い位置に配置され、前記検出光学系を介して前記基準光源部のビーム光を受光し、受光位置を前記相対位置情報として出力する位置検出センサとを備える。
本発明の第２の態様による形状計測方法は、上記態様の形状計測システムによる形状計測方法であって、前記補正データに対応付けられた距離の範囲内に１以上の停止位置を設定して、設定した停止位置の各々に前記距離計測部および前記位置検出部を停止させ、前記基準光源部を前記ビーム光軸に対して垂直な方向に所定量だけ移動させ、前記所定量の移動の前後における前記受光位置の変化量と前記所定量とに基づいて前記補正データを校正し、前記補正データに代えて校正後の補正データにより前記受光位置を補正して前記ビーム入射位置を算出し、算出したビーム入射位置に基づいて前記３次元形状を算出する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、振動等が発生した場合でも高精度な形状計測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明に係る形状計測システムの一実施の形態を示す図である。

【図2】図２は、位置計測部の要部を示す模式図である。

【図3】図３は、検出光学系の構成の他の例を示す図である。

【図4】図４は、基準光源部の概要を示す模式図である。

【図5】図５は、ビーム光軸に対する位置ずれを説明する図である。

【図6】図６は、形状計測システムの機能ブロック図の一例を示す図である。

【図7】図７は、入射位置と受光位置との関係を説明する図である。

【図8】図８は、演算部における演算処理手順の一例を示すフローチャートである。

【図9】図９は、校正処理の一例を説明するためのフローチャートである。

【図10】図１０は、変形例２を示す図である。

【図11】図１１は、ヨー方向の回転ずれを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。そのため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

【0010】

図１は本発明に係る形状計測システムの一実施の形態を示す図であり、エレベーター昇降路の３次元形状計測を行う形状計測システム１の概略構成を示す模式図である。エレベーター新設の際には、まず始めにエレベーター据付工事全行程における基準位置を決定する作業を行う。そのためには、エレベーター昇降路１００の形状計測が必要となり、形状計測システム１を使用してエレベーター昇降路１００の３次元形状計測を行う。形状計測システム１は、基準光源部２と、距離計測部３と、位置検出部４と、移動機構５と、データ処理部６と、通信機７とを備える。

【0011】

エレベーター昇降路１００の形状計測を行う距離計測部３には、レーザー変位計等の測距センサ３１が内蔵され、昇降路内壁１０１までの距離を計測する。測距センサ３１は回転ステージ３２の上に載っている。回転ステージ３２は、回転ステージ３２の回転軸が位置検出部４に設けられた検出光学系４２の光軸と一致するように設定されている。回転ステージ３２が１回転することで、測距センサ３１は、昇降路内壁１０１における、鉛直方向に垂直な面８と交差する位置の３６０度全域に亘る形状を計測することができる。距離計測部３の計測データは、後述する位置検出部４に設けられた通信機４４から、エレベーター昇降路１００内に配置された通信機７を介して昇降路外に設けられたデータ処理部６へ送られる。

【0012】

距離計測部３は、移動機構５によってエレベーター昇降路１００の鉛直方向に移動させることができる。移動機構５は、エレベーター昇降路１００の上部に固定されるウインチ５１と、ウインチ５１により巻き上げおよび送り出しされるロープ５２とを備えている。エレベーター昇降路１００の計測作業はエレベーター新設前に行われるので、エレベーター昇降路１００内には乗りかごレール等の構造物が一切取り付けられていない。そのため、エレベーター昇降路１００の上部にウインチ５１を設置し、ロープ５２をウインチ５１により巻き上げおよび送り出すことによって、距離計測部３を上下に昇降移動させる。

【0013】

距離計測部３の下部には位置検出部４が設けられていて、移動機構５により距離計測部３を昇降移動させると、位置検出部４も距離計測部３と一体で昇降移動する。エレベーター昇降路１００の下部には基準光源部２が配置されている。基準光源部２は、設置位置がウインチ５１の鉛直方向の真下となるように設置されている。基準光源部２は、ビーム光２００を鉛直方向のウインチ５１に向けて出射する。基準光源部２の詳細は後述する。

【0014】

位置検出部４は、昇降移動する距離計測部３の相対位置データを測定する装置である。位置検出部４は、位置検出センサ４１、検出光学系４２、傾斜角センサ４３および通信機４４を備えている。ウインチ５１の真下に配置された基準光源部２のビーム光２００は、基準光源部２から鉛直上方に出射され、位置検出部４の検出光学系４２に入射する。検出光学系４２で集光されたビーム光２００は、位置検出センサ４１によって受光される。位置検出センサ４１には、例えば、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）等が用いられる。傾斜角センサ４３は、距離計測部３と一体に設けられた位置検出部４の傾き、すなわち、距離計測部３の傾きを計測するセンサである。

【0015】

基準光源部２は、出射直後のビーム径がω０のビーム光２００を出射する。ビーム光２００は、出射直後にビーム径が最も狭まり、その後、回折の影響でビーム径が拡がっていく。図１では、基準光源部２と検出光学系４２との鉛直方向距離をＨとしたとき、基準光源部２から距離Ｈだけ離れた位置でのビーム径をωとする。一点鎖線で示すライン２１０は、ビーム径ω０のビームスポットの中心とビーム径ωのビームスポットの中心とを結ぶラインである。以下では、ライン２１０のことを、ビーム光２００のビーム光軸２１０と称することにする。ロープ５２より吊り下げられた距離計測部３および位置検出部４が静止状態にある場合には、ビーム光軸２１０と検出光学系４２の光軸とが一致する。

【0016】

通信機４４からは、位置検出センサ４１および傾斜角センサ４３による相対位置データと距離計測部３による計測データとが送信される。通信機４４から送信された相対位置データおよび計測データは、エレベーター昇降路１００内に配置された通信機７を介して昇降路外に設けられたデータ処理部６へ送られる。データ処理部６は、例えばパーソナルコンピューターのような計算機で構成される。データ処理部６は、位置検出部４からの相対位置データに基づいて計測データを処理し、エレベーター昇降路１００の３次元形状計測データに変換する。なお、図１に示す例ではデータを無線通信によりデータ処理部６へ送信しているが、有線通信により送信するような構成であってもよい。

【0017】

図２は、図１に示す位置検出部４の要部を示す模式図である。位置検出部４に設けられた位置検出センサ４１および検出光学系４２は、鏡筒４５に固定されて一体化される。検出光学系４２は、２枚の球面レンズ４２０を備えている。検出光学系４２に入射したビーム光２００は、２枚の球面レンズ４２０で集光され、位置検出センサ４１により受光される。符号４６で示す面は、焦点距離ｆを有する検出光学系４２の焦点面である。位置検出センサ４１は、検出光学系４２の焦点面４６よりも検出光学系４２に近い位置に配置される。すなわち、検出光学系４２から位置検出センサ４１までの距離は、検出光学系４２の焦点距離ｆよりも小さく設定されている。なお、球面レンズ４２０は３枚以上設けてもよい。

【0018】

図１において説明したように、出射直後のビーム径が最も狭まるときのビーム径がω０であるビーム光２００は、回折の影響により、基準光源部２から距離Ｈだけ鉛直方向に離れた検出光学系４２の位置でのビーム径がω（＞ω０）に拡がる。ビーム光２００の波長をλとすると、距離Ｈにおけるビーム光２００のビーム径ωは次式（１）で表される。
ω＝Ｈ×tan(λ/πω０) …（１）

【0019】

検出光学系４２の開口直径をＤとすると、開口直径Ｄは入射するビーム光２００のビーム径ωよりも大きい必要がある。そのため、検出光学系４２の開口直径Ｄに必要となる条件式は次式（２）で表される。
Ｄ＞Ｈ×tan(λ/πω０) …（２）
例えば、ビーム光２００に一般的な赤色レーザー光（λ＝６５０ｎｍ, ω０＝０．５ｍｍ)を使用する場合、式（２）は次式（３）のように表される。ただし、開口直径Ｄはｍｍで表した時の値で、距離Ｈはｍで表した時の値である。
Ｄ(ｍｍ)＞Ｈ(ｍ)×０．４ …（３）

【0020】

式（２）または（３）の条件は、距離計測部３および位置検出部４を、エレベーター昇降路１００を鉛直方向の下端から上端まで移動機構５により移動させた場合に、いずれの高さにおいても成立する必要がある。そのため、上端における距離ＨをＨmaxと表した場合、開口直径Ｄは、式（２）または（３）においてＨをＨmaxで置き換えた式を満足する必要がある。本実施の形態では、検出光学系４２の開口直径Ｄは、距離Ｈに対して式（２）または（３）を満足するように設定されている。その結果、ビーム光２００に回折の影響による拡がりがあっても、距離計測部３および位置検出部４の昇降範囲の全てにおいて、ビーム光２００の全体が検出光学系４２に確実に入射して位置検出センサ４１により受光されることになる。

【0021】

なお、赤色レーザー光（λ＝６５０ｎｍ, ω０＝０．５ｍｍ)よりも波長の短いビーム光２００を用いる場合、式（２）のtan(λ/πω０)の値は、式（３）における０．４よりも小さくなる。すなわち、波長λ≦６５０ｎｍのビーム光２００を用いる場合には、言い換えれば、λ＝６５０ｎｍよりも波長の長いビーム光２００を用いない限り、式（３）の条件を満足していれば、ビーム光２００の全体が検出光学系４２に確実に入射すると言える。

【0022】

図３は、検出光学系４２の構成の他の例を示す図である。図３に示す例では、検出光学系４２の構成を１枚の非球面レンズ４２１とすることで、レンズ周辺部で発生する収差の影響を低減し、位置検出精度の向上を図っている。図２の場合と同様に、位置検出センサ４１は、検出光学系４２の焦点面４６よりも検出光学系４２に近い位置に配置される。なお、非球面レンズ４２１を２枚以上用いる構成でもよい。

【0023】

図４は、基準光源部２の概要を示す模式図である。図４のＺ軸方向が鉛直方向で、Ｘ軸およびＹ軸が水平面内の座標軸である。基準光源部２の発光部２１からビーム光２００が出射される。出射直後のビーム光２００のビームスポット形状（ビーム断面形状）は楕円形をしているが、ビームシェイパー光学系２２によって略円形のビームスポット形状に補正される。さらに、ビーム光２００は、コリメート光学系２３によって略平行光にコリメートされる。位置検出センサ４１で受光するビームスポット形状が楕円にゆがんでいると位置検出精度が悪化するが、ビームシェイパー光学系２２によって略円形に補正することで、位置検出精度が向上する。加えて、コリメート光学系２３によりビーム光２００を略平行光にコリメートすることで、ビーム光２００の幾何光学的な広がりが抑制され、位置検出センサ４１の受光面におけるビームスポットの照射域の拡大が抑えられる。

【0024】

さらに、基準光源部２は、ビーム光軸２１０の傾きを調整する傾き調整部２４と、ビーム光軸２１０の水平方向位置を調整する位置調整部２５とを備えている。傾き調整部２４は、自身の傾きを変更することによって、ビーム光２００の出射方向を鉛直上向き（Ｚ軸正方向）に調整することができる。図４に示す例では、支持部材２４０の底面に設けられた複数のねじ２４１を回転させることで、ビーム光軸２１０の傾きを調整する。他の例としては、ジンバル方式の構成が考えられ、例えば、電動駆動により光軸の傾きを自動制御することにより、外乱等によって基準光源部２が振動するような場合でも、ビーム光２００を鉛直方向に照射することが可能となる。

【0025】

傾き調整部２４は、位置調整部２５のＸＹステージ２５０上に載置されている。ＸＹステージ２５０は、ベース２５１上をＸ方向およびＹ方向に移動可能に構成されている。ＸＹステージ２５０の駆動方法は、電動駆動または手動駆動のいずれでもよい。ＸＹステージ２５０の移動により、ビーム光軸２１０を鉛直方向に維持したまま、ビーム光軸２１０のＸＹ位置を変更することができる。

【0026】

エレベーター昇降路１００内の形状計測作業では、昇降路延在方向の長距離に亘って高精度な形状計測を要求される。例えば、位置検出部４を設けずに距離計測部３のみで形状計測を行った場合、ロープ５２に吊り下げられた距離計測部３が揺れた際に計測誤差が増えて、計測精度が悪化するという問題がある。高精度計測の実現には、計測データにおける、距離計測部３が揺れた際の距離計測部３の静止状態位置からの位置ずれの影響を、補正する必要がある。そのため、本実施の形態の形状計測システム１では、ビーム光軸２１０に対する距離計測部３の相対位置を検出するための位置検出部４を備えている。位置検出部４でビーム光軸２１０に対する自身の相対位置を検出し、その相対位置情報に基づいてデータ処理部６で計測データの補正処理を行う。

【0027】

図５は、揺れによって、距離計測部３および位置検出部４がビーム光軸２１０から位置ずれした場合を示す図である。なお、図５では、分かりやすいように揺れの大きさを実際よりも大きく描写しているので、ビーム光軸２１０が検出光学系４２から外れてしまっているが、実際には揺れが小さい状態で形状計測動作が行われる。距離計測部３および位置検出部４が揺れた際には、図５に示すように、距離計測部３および位置検出部４の全体が水平方向に位置ずれするだけでなく、距離計測部３および位置検出部４の全体の傾きも生じる。図５のｄ１は、ビーム光軸２１０に対する検出光学系４２の光軸位置の水平方向への位置ずれ量、すなわち、検出光学系４２におけるビーム光２００の入射位置を表している。

【0028】

前述したように、回転ステージ３２の回転軸は、位置検出部４に設けられた検出光学系４２の光軸と一致するように設定されている。そのため、測距センサ３１は鉛直方向に垂直な面８内において、昇降路内壁１０１までの距離を検出する。すなわち、距離計測部３は、回転ステージ３２の回転軸を基準とした距離、すなわち、検出光学系４２の光軸を基準とした距離を計測する。図５に示すように距離計測部３および位置検出部４がチルトずれおよびシフトずれしていると、計測すべき距離が正しく計測されないことになる。そのため、計測データにおけるチルトずれおよびシフトずれの影響を、位置検出部４が検出した相対位置データに基づいて補正処理することにより、正確な３次元形状計測を行うようにしている。

【0029】

ところで、位置検出センサ４１の受光面におけるビーム光２００のビームスポットはある程度の拡がりを有するが、以下では、ビーム光軸２１０に対応する位置を受光位置とする。そして、受光面におけるビームスポットの移動量を、受光面におけるビーム光軸２１０の移動量すなわち受光位置の移動量で表すことにする。また、図１に示すように位置検出部４がビーム光軸２１０上に静止している状態では、受光位置は受光面の原点に位置する。

【0030】

受光面における受光位置は、図１に示す静止状態で位置検出部４が傾いただけでも変化し、位置検出部４が傾かずに水平方向に位置ずれしただけでも変化する。図５に示す場合、受光位置の変化には、位置検出部４の傾きに起因する位置変化と、位置検出部４の水平方向の位置ずれに起因する位置変化とが含まれている。以下では、位置検出部４の傾きをチルトずれと称し、位置検出部４の水平方向の位置ずれをシフトずれと称することにする。

【0031】

位置検出部４のチルトずれおよびシフトずれと受光面における受光位置の変化量との関係は、チルトずれとシフトずれとでは異なっている。チルトずれに伴う受光位置の変化量は、位置検出センサ４１が検出光学系４２に近ければ近いほど小さくなる。一方、シフトずれに伴う受光位置の変化量は、位置検出センサ４１が焦点面４６（図２参照）付近に配置されると小さくなり、焦点面４６から検出光学系４２側またはその反対側に遠ざかるにつれて大きくなる。

【0032】

位置検出部４では、位置検出部４の傾きすなわちチルトずれは傾斜角センサ４３で検出し、位置検出部４のシフトずれは位置検出センサ４１により検出する。位置検出センサ４１の検出信号は、検出光学系４２の光軸に対するビーム光軸２１０の位置ずれに対して線形的な応答を示すことが好ましい。しかし、受光面における受光位置の変化が小さいと、ビーム光軸２１０の位置ずれに対する検出信号の線形性が悪化し、ビーム光軸２１０の位置ずれを正しく検知するのが難しくなる。また、位置検出センサ４１が検出光学系４２の焦点面４６より遠い位置に配置されると、チルトずれによるビームスポットの移動量が増加してビームスポットが位置検出センサ４１から外れ、正常な信号検出が困難となる。

【0033】

よって、本実施の形態では、図２，３に示すように、位置検出センサ４１を、検出光学系４２の焦点面４６よりも検出光学系４２に近い位置に配置するようにした。それにより、受光位置変化におけるシフトずれの寄与が大きくなるとともにチルトずれの寄与が小さくなり、検出信号の線形性の改善が図れる。また、受光位置変化におけるチルトずれの寄与が小さくなるので、チルトずれの影響でビームスポットが受光面から外れてしまうのを防止できる。その結果、位置検出部４のチルトずれおよびシフトずれに対するロバスト性が高められ、位置検出精度の向上を図ることができる。

【0034】

なお、位置検出センサ４１を検出光学系４２側に近づけすぎると、位置検出センサ４１上でのスポットサイズが大きくなる為に、距離計測部３および位置検出部４が揺れた際にビームスポットの一部が位置検出センサ１２から外れ、正常な信号検出が困難となる。従って、位置検出センサ４１には検出光学系４２と焦点面４６との間に最も好適な位置が存在することとなる。光学シミュレーションによれば、位置検出センサ４１を、検出光学系４２の焦点距離ｆの１０％～１５％程度の距離だけ、焦点面４６から検出光学系４２へ近づけて配置することで、スポットサイズの増大が適度に抑えられ、良好な信号検出を行えることが判明した。例えば、検出光学系４２の焦点距離が８３ｍｍである場合、焦点面４６から位置検出センサ４１までの距離は８．３ｍｍ～１２．５ｍｍとなる。

【0035】

図６は、形状計測システム１の機能ブロック図の一例を示す図である。前述したように、位置検出部４に設けられた通信機４４は、距離計測部３で取得した計測データと、位置検出部で取得した相対位置データとを計測信号として通信機７へ送信する。計測信号は、通信機７を経由してデータ処理部６へ送信される。相対位置データには、位置検出センサ４１の受光位置データと傾斜角センサ４３の傾斜角データとが含まれる。このように通信機７を介して計測信号をデータ処理部６へ送信する構成とすることで、通信機４４に電力消費の少ない短距離通信を採用することができる。もちろん、通信機７を介さず、計測信号を通信機４４からデータ処理部６へと直接送信するようにしても構わない。

【0036】

移動機構５のウインチ５１は、移動量Ｈｍを検出する検出するロータリエンコーダ等を備えている。移動機構５で検出された移動量Ｈｍはデータ処理部６へ送られる。なお、移動機構５で移動量Ｈｍを検出する代わりに、位置検出部４にレーザー測距計等を設けて位置検出部４と昇降路底部との距離を測距する構成としてもよい。データ処理部６は、ＣＰＵ等で構成される演算部６１と、ＲＡＭ，ＲＯＭ等のメモリやハードディスクやＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体で構成される記憶部６２とを備える。演算部６１は、記憶部６２に格納されているデータ処理プログラムを実行することにより、計測データを対象物の３次元形状計測データに変換する処理等を行う。

【0037】

ところで、位置検出センサ４１に用いられるＰＳＤは、受光したビームスポットの光量の重心位置を求めることができるセンサである。この重心位置が受光位置に相当する。データ処理部６の演算部６１では、得られた受光位置と傾斜角センサ４３で検出された傾斜角とに基づいて距離計測部３の位置（ＸＹ位置および傾き）を求め、この位置に基づいて計測データを補正して正確な３次元形状計測用のデータとする。

【0038】

図７は、検出光学系４２におけるビーム光２００の入射位置と、受光面における受光位置との関係を説明する図である。ここでは、入射位置に対して受光位置が線形的な応答すると仮定し、入射位置と受光位置との相関関係が直線で表せる場合を例に説明する。なお、相関関係のことを補正係数ラインと呼ぶことにする。図７において、横軸の入射位置は検出光学系４２の光軸からの距離を表し、縦軸の受光位置は受光面の原点位置からの距離を表す。

【0039】

補正係数ラインＬ１は、検出光学系４２の基準光源部２からの距離がＨ１である場合の補正係数ラインを示す。受光位置がｄ０である場合には入射位置はｄ１となる。この入射位置ｄ１は、図２に示した、ビーム光軸２１０に対する検出光学系４２の光軸の位置ずれ量である。補正係数ラインＬ１が直線で表せる場合、すなわち、線形的な応答の場合には、補正係数ラインＬ１と横軸との角度をβとすれば、入射位置ｄ１はｄ１＝ｄ０／tanβで算出される。１／tanβが、受光位置ｄ０を入射位置ｄ１に補正するための補正係数である。

【0040】

図１に示したように、ビーム光２００は、回折の影響により、基準光源部２から距離Ｈにおいてはビーム径ωの拡がりを有している。このようにビーム光２００に拡がりがある場合、受光面におけるビームスポットの光量の重心位置は、ビーム径ωの大きさによって異なる。すなわち、検出光学系４２におけるビーム光２００の入射位置が同じであっても、距離Ｈに応じて受光面におけるビームスポットの光量の重心位置が異なる。図７において、補正係数ラインＬ２は距離Ｈ２の場合を示し、補正係数ラインＬ３は距離Ｈ３の場合を示す。ここで、Ｈ３＞Ｈ２＞Ｈ１である。すなわち、位置検出センサ４１で検出される受光位置が同じｄ０であっても、補正係数ラインを用いて算出される入射位置は、距離Ｈ１の場合にはｄ１となり、距離Ｈ２の場合にはｄ２となり、距離Ｈ３の場合にはｄ３となる。

【0041】

記憶部６２には、距離Ｈに応じた複数の補正係数ラインに関する補正係数データが予め記憶されている。演算部６１は、移動機構５から入力された移動量Ｈｍに基づいて、距離Ｈを算出する。演算部６１は、複数の補正係数ラインから算出した距離Ｈに応じた補正数ラインを選択し、選択した補正係数ラインと検出した受光位置とに基づいて入射位置を求める。図７に示す３種類の補正係数ラインＬ１～Ｌ３を用いて距離Ｈの下端Ｈminから上端Ｈmaxまで計測する場合、例えば、Ｈmin～｛Ｈmin＋（Ｈmax－Ｈmin）／３｝では補正係数ラインＬ１を使用し、｛Ｈmin＋（Ｈmax－Ｈmin）／３｝～｛Ｈmin＋２（Ｈmax－Ｈmin）／３｝では補正係数ラインＬ２を使用し、｛Ｈmin＋２（Ｈmax－Ｈmin）／３｝～Ｈmaxでは補正係数ラインＬ３を使用する。

【0042】

図８は、演算部６１における演算処理手順、すなわち、距離計測部３および位置検出部４から計測データおよび相対位置データを取得し３次元形状計測用のデータを求めるまでの処理手順の一例を示すフローチャートである。ここでは、距離Ｈの大きさに応じた２種類の補正係数ラインＬ１，Ｌ２を用いる場合を例に説明する。具体的には、可能な最大距離Ｈmaxに関して距離Ｈが０＜Ｈ≦Ｈmax／２を満たす場合には補正係数ラインＬ１を使用し、Ｈmax／２＜Ｈ≦Ｈmaxである場合には補正係数ラインＬ２を使用する。

【0043】

ステップＳ１０１では、演算部６１はデータを取得する。ここで取得するデータは、距離計測部３で計測された計測データ、位置検出部４で検出された相対位置データおよび移動機構５による移動量Ｈｍである。ステップＳ１０２では、傾斜角センサ４３で検出した傾斜角に基づいて、位置検出センサ４１により検出された受光位置からチルトずれ寄与分を除去し、シフトずれのみに依存する受光位置の原点からのずれ、すなわち受光位置を算出する。ステップＳ１０３では、移動量Ｈｍから距離Ｈを算出する。

【0044】

ステップＳ１０４では、算出された距離ＨがＨmax／２以下であるか否かを判定する。ステップＳ１０４でＨ≦Ｈmax／２と判定された場合には、ステップＳ１０５へ進んで使用する補正係数ラインとして補正係数ラインＬ１を選択する。ステップＳ１０５の処理が終了したらステップＳ１０７へ進む。一方、ステップＳ１０４でＨ＞Ｈmax／２と判定された場合には、ステップＳ１０６へ進んで使用する補正係数ラインとして補正係数ラインＬ２を選択する。ステップＳ１０６の処理が終了したらステップＳ１０７へ進む。

【0045】

ステップＳ１０７では、選択した補正係数ラインに算出した受光位置を適用して、入射位置を算出する。ステップＳ１０８では、算出された入射位置および傾斜角センサ４３で検出された傾斜角に基づいて、距離計測部３で取得された計測データを補正する。その結果、エレベーター昇降路内の形状をより正確に表す補正後計測データが、３次元形状計測用のデータとして得られる。

【0046】

なお、図８のフローチャートでは、補正係数ラインが２種類の場合について説明したが、エレベーター昇降路１００の高さやビーム光２００の拡がりに応じて、使用する補正係数ラインの数を設定すればよい。補正係数ラインが１種類の場合や３種類以上の場合も、２種類の場合と同様に考えればよい。

【0047】

以上説明した本発明の実施の形態によれば、以下の作用効果を奏する。

【0048】

（Ｃ１）図１および２に示すように、形状計測システム１は、所定の方向にビーム光２００を出射する基準光源部２と、ビーム光２００のビーム光軸２１０に対して垂直な面８内において、計測対象までの距離を計測する距離計測部３と、距離計測部３に設けられ、ビーム光２００を受光してビーム光軸２１０に対する距離計測部３の相対位置情報を検出する位置検出部４と、距離計測部３および位置検出部４を、一体でビーム光軸２１０に沿って移動させる移動機構５と、距離計測部３で計測した距離情報と位置検出部４で検出した相対位置情報とに基づいて、計測対象であるエレベーター昇降路１００の３次元形状を算出する演算部６１と、を備える。そして、位置検出部４は、基準光源部２のビーム光２００が入射する検出光学系４２と、検出光学系４２の焦点面４６よりも検出光学系４２に近い位置に配置され、検出光学系４２を介して基準光源部２のビーム光２００を受光し、受光位置を相対位置情報として出力する位置検出センサ４１とを備える。

【0049】

位置検出センサ４１を、検出光学系４２の焦点面４６よりも検出光学系４２に近い位置に配置にしたことで、受光位置変化におけるシフトずれの寄与が大きくなるとともにチルトずれの寄与が小さくなり、検出信号の線形性の改善が図れる。また、受光位置変化におけるチルトずれの寄与が小さくなるので、チルトずれの影響でビームスポットが受光面から外れてしまうのを防止できる。その結果、位置検出部４のチルトずれおよびシフトずれに対するロバスト性が高められ、位置検出精度の向上を図ることができる。

【0050】

（Ｃ２）さらに、位置検出センサ４１と焦点面４６との距離を、検出光学系４２の焦点距離ｆの１０％～１５％に設定することで、位置検出センサ４１の受光面におけるスポットサイズの増大が適度に抑えられ、ビーム光２００の良好な検出を行うことができる。

【0051】

（Ｃ３）また、形状計測システム１は、図１に示す基準光源部２と検出光学系４２との間の距離をＨ、ビーム光２００の波長をλ、ビーム光２００のビーム径が最も狭まる所のビーム径をω０、検出光学系１３の開口直径をＤとしたときに、条件式「Ｄ＞Ｈ×tan(λ/πω０)」が満足するのが好ましい。このように構成することにより、回折の影響で長距離伝搬時にビーム光２００のビーム径ωが拡がる状況においても、ビーム光２００の全体を検出光学系４２に確実に入射させることができる。

【0052】

（Ｃ４）特に、条件式「Ｄ＞Ｈ×０．４」を満足させることで、一般的な赤色レーザー光（λ＝６５０ｎｍ, ω０＝０．５ｍｍ)や、それよりも波長の短いビーム光２００に対して、ビーム光２００の全体を検出光学系４２に確実に入射させることができる。すなわち、広い波長範囲のビーム光２００を用いることができ、汎用性に優れている。

【0053】

（Ｃ５）また、図２，３に示すように、検出光学系４２は、２枚以上の球面レンズ４２０、または１枚以上の非球面レンズ４２１で構成するのが好ましい。このような構成とすることで、周辺部で発生する収差の影響を低減し、長距離に渡って形状計測を行う際の位置検出精度の向上を図ることができる。

【0054】

（Ｃ６）また、図４に示すように、基準光源部２にコリメート光学系２３を設けて、略コリメートされたビーム光２００を出射する構成とするのが好ましい。それにより、ビーム光２００の幾何光学的な広がりを抑制し、ビーム光２００の照射域の拡大を抑えることができる。

【0055】

（Ｃ７）さらにまた、図４に示すようにビームシェイパー光学系２２を設けるのが好ましい。ビームシェイパー光学系２２によってビーム光２００の断面形状すなわちビームスポット形状が略円形に補正され、位置検出精度の向上を図ることができる。

【0056】

（Ｃ８）また、図４に示すように、基準光源部２を移動して、基準光源部２から出射されるビーム光の方向、および、ビーム光軸２１０に垂直な面における基準光源部２の位置を変更する変更部としての傾き調整部２４および位置調整部２５をさらに備えるのが好ましい。変更部を設けることで、基準光源部２の姿勢および位置が適切な状態となるように調整することが容易にできる。

【0057】

（Ｃ９）図１に示すように、位置検出部４は、距離計測部３の傾きを検出する傾斜角センサ４３をさらに備え、傾斜角センサ４３で検出した傾きと位置検出センサ４１の受光位置とを相対位置情報として出力するのが好ましい。傾斜角センサ４３で検出した傾きを考慮することで、より高精度に形状計測を行うことができる。

【0058】

（変形例１）
記憶部６２に記憶されている複数の補正係数ラインのデータは、同一構成の位置検出部４に共通したデータである。しかし、位置検出部４の機台差等により入射位置と受光位置との相関に微妙な差が生じる場合や、補正係数ラインが適用される距離範囲の上端と下端とで微妙に異なる場合がある。より正確な３次元形状計測を行うためには、実際に使用する位置検出部４に対して補正係数ラインが正しく機能するかを確認し、正しく機能していない場合には校正処理を行う必要がある。変形例１では、補正係数ラインの校正処理について説明する。

【0059】

図９は、校正処理の一例を説明するためのフローチャートである。補正係数ラインの校正処理は、距離計測部３および位置検出部４を移動機構５で昇降移動させ、補正係数ラインが適用される距離範囲の複数の距離Ｈについて行うのが好ましく、少なくとも、距離Ｈの範囲の上端付近および下端付近で行うのが好ましい。校正処理は複数の距離Ｈのいずれの場合も同様の処理であり、図９のフローチャートは任意の一か所の距離Ｈにおける校正処理を示したものである。校正処理は、データ処理部６の演算部６１において行われる。以下では、補正係数ラインとして、図７の補正係数ラインＬ１（補正係数＝１／tanβ）を用いると仮定して説明する。

【0060】

ステップＳ２０１では、校正処理を行うべき所定距離Ｈ０に、距離計測部３および位置検出部４を移動する。距離計測部３および位置検出部４が揺れたりせずに静止状態にあれば、位置検出センサ４１で検出されるビームスポットの受光位置は、受光面の原点に位置する。ステップＳ２０２では、図４に示した位置調整部２５を駆動して、基準光源部２を水平方向に、例えばＸ方向に、一定量ｄだけ移動させる。ステップＳ２０３では、位置検出センサ４１の受光位置ｄ０を取得する。ステップＳ２０４では、補正係数ラインＬ１を用いて受光位置から入射位置ｄ１を算出する。

【0061】

ステップＳ２０５では、算出された入射位置ｄ１の値が、ステップＳ２０２における基準光源部２の移動量ｄと等しいか否かを判定する。ステップＳ２０５でｄ＝ｄ１と判定された場合（ＹＥＳ）には、補正係数ラインＬ１は適正なので、補正係数ラインＬ１を校正せず校正処理を終了する。一方、ステップＳ２０５でｄ≠ｄ１と判定された場合（ＮＯ）には、ステップＳ２０６において、ｄ０に対する応答がｄとなるように補正係数ラインＬ１を校正する。校正後の補正係数ラインＬ１１は記憶部６２に記憶され、計測データから３次元形状計測用のデータを求める際の補正係数ラインとして用いられる。例えば、補正係数ラインＬ１が図７に示すような傾きβの直線である場合には、補正係数は１／tanβ（＝ｄ１／ｄ０）となる。校正後の補正係数ラインＬ１１の補正係数（１／tanα）は、受光位置ｄ０および移動量ｄを用いて、ｄ／ｄ０＝（１／tanα）より与えられる。

【0062】

なお、複数の補正係数ラインを用いる場合には、各補正係数ラインのそれぞれについて校正処理を行う。このように、補正係数ラインの校正を行うことにより、３次元形状計測をより高精度に行うことがでる。

【0063】

上述した変形例１によれば、以下の作用効果を奏する。
（Ｃ１０）図６～８に示すように、基準光源部２と検出光学系４２との間のビーム光軸方向距離すなわち鉛直方向距離Ｈに応じた複数種類の補正データ（すなわち、補正データ係数ラインＬ１、Ｌ２）が記憶される記憶部６２と、ビーム光軸方向距離Ｈを計測するビーム光軸方向距離計測部である移動機構５と、移動機構５で計測される距離に基づいて複数種類の補正データのいずれか一つ（例えば、補正データ係数ラインＬ１）を選択し、選択した補正データにより受光位置ｄ０を補正して検出光学系４２のビーム入射位置ｄ１を算出する補正部である演算部６１と、をさらに備え、演算部６１は、算出されるビーム入射位置ｄ１に基づいて３次元形状を算出する。鉛直方向距離Ｈに応じた複数種類の補正データを用意し、移動機構５で計測される距離に基づいて複数種類の補正データのいずれか一つ用いることで、補正データを用いた補正をより精度良く行うことができる。その結果、３次元形状の算出精度の向上を図ることができる。

【0064】

（Ｃ１１）図９に示すように、補正データに対応付けられた距離の範囲内に１以上の停止位置を設定して、設定した停止位置の各々に距離計測部３および位置検出部４を停止させ（ステップＳ２０１）、基準光源部２をビーム光軸２１０に対して垂直な方向に所定量ｄだけ移動させ（ステップＳ２０２）、所定量ｄの移動の前後における受光位置の変化量（受光位置ｄ０）と所定量ｄとに基づいて補正データを校正する（ステップＳ２０６）のが好ましい。そして、データ処理部６の演算部６１は、補正データに代えて校正後の補正データにより受光位置を補正してビーム入射位置を算出し、算出したビーム入射位置に基づいて３次元形状を算出する。このような補正データの校正を行うことにより、実際の測定状況に応じたより高精度な形状計測を行うことができる。

【0065】

（変形例２）
図１０は、変形例２における形状計測システム１の概略構成を示す模式図である。エレベーター昇降路１００内には、２つの基準光源部２ａ，２ｂが水平方向に所定距離だけ離間して設けられている。位置検出部４には、位置検出センサ４１ａおよび検出光学系４２ａを含む第１の検出部４ａと、位置検出センサ４１ｂおよび検出光学系４２ｂを含む第２の検出部４ｂとが設けられている。その他の構成は、図１に示した構成と同様であり説明を省略する。

【0066】

第１および第２の検出部４ａ，４ｂのそれぞれにおける位置検出センサ４１ａ，４１ｂおよび検出光学系４２ａ，４２ｂの構成は、図１に示した位置検出部４における位置検出センサ４１および検出光学系４２の構成と同様に設定されている。例えば、位置検出センサ４１ａ，４１ｂは、検出光学系４２ａ，４２ｂの焦点面よりも検出光学系４２ａ，４２ｂに近い位置に配置されている。また、ビーム径ωに関する式（１）も満足するように構成されている。

【0067】

データ処理部６へは、距離計測部３による計測データと位置検出部４による相対位置データとが送られる。相対位置データには、第１および第２の検出部４ａ，４ｂの位置検出センサ４１ａ，４１ｂの各受光位置と傾斜角センサ４３による傾斜角とが含まれる。データ処理部６は、受信した計測データおよび相対位置データに基づいて、エレベーター昇降路１００の３次元形状を算出する。その際、データ処理部６は、位置検出センサ４１ａ，４１ｂの各受光位置に基づいて距離計測部３および位置検出部４のヨー方向の回転ずれ、すなわち、鉛直方向に関する回転ずれを算出し、算出したヨー方向の回転ずれも考慮して３次元形状を算出する。

【0068】

図１１は、ヨー方向の回転ずれを説明する図である。Ｘ１－Ｙ１座標は第１の検出部４ａの受光位置を表す座標系で、Ｘ２－Ｙ２座標は第１の検出部４ａの受光位置に関する座標系である。Ｌ１０は、位置検出センサ４１ａと位置検出センサ４１ｂとの間の水平方向の距離である。図１１では、位置検出センサ４１ａおよび位置検出センサ４１ｂはＸ方向に離間している。図１０の基準光源部２ａ，２ｂもＸ方向に距離Ｌ１０だけ離間して設けられている。

【0069】

位置検出部４にヨー方向回転ずれが無い場合、位置検出センサ４１ａの受光位置は丸印Ｐ１ａで表され、位置検出センサ４１ｂの受光位置は丸印Ｐ１ｂで表される。受光位置Ｐ１ａはＸ１－Ｙ１座標の原点にあり、受光位置Ｐ１ｂはＸ２－Ｙ２座標の原点にある。位置検出部４にヨー方向回転ずれがある場合には、例えば、位置検出センサ４１ａの受光位置は四角印Ｐ２ａのようになり、位置検出センサ４１ｂの受光位置は四角印Ｐ２ｂのようになる。

【0070】

距離計測部３は、例えば、Ｘ１，Ｘ２軸正方向を計測開始の基準として回転ステージ３２を３６０度回転させ、水平な面８における３６０度全周の距離を計測する。受光位置Ｐ１ａ，Ｐ１ｂが検出される場合にはヨー方向回転ずれが無いので、Ｘ１，Ｘ２軸正方向の距離データが基準位置の距離データとして取得される。一方、受光位置Ｐ２ａ，Ｐ２ｂのように距離計測部３および位置検出部４に角度θのヨー方向回転ずれがある場合、計測開始時の距離データは、Ｘ１，Ｘ２軸に対して角度θだけずれた方向の距離データとなる。

【0071】

データ処理部６の演算部６１は、受光位置Ｐ２ａ，Ｐ２ｂの座標データに基づいて角度θを算出する。そして、演算部６１は、３６０度全周の距離データの内、角度（３６０－θ）において計測された距離データを基準位置の距離データとする。このような補正を行って基準位置の距離データを鉛直方向に沿って一致させることで、位置検出精度の向上を図ることが可能となり、高精度な３次元形状計測を行うことができる。

【0072】

上述した変形例２によれば、以下の作用効果を奏する。
（Ｃ１２）図１０に示すように、基準光源部、位置検出センサおよび検出光学系はそれぞれ２つずつ設けられ、位置検出部４は、第１の検出部４ａと第２の検出部４ｂとを備える。第１の検出部４ａは、第１の基準光源部２ａのビーム光軸上に配置され、第１の基準光源部２ａのビーム光が入射する第１の検出光学系４２ａ、および、第１の検出光学系４２ａの焦点面よりも第１の検出光学系４２ａに近い位置に配置され、第１の検出光学系４２ａを介して第１の基準光源部２ａのビーム光２００を受光する第１の位置検出センサ４１ａを含む。第２の検出部４ｂは、第２の基準光源部２ｂのビーム光軸上に配置され、第２の基準光源部２ｂのビーム光２００が入射する第２の検出光学系４２ｂ、および、第２の検出光学系４２ｂの焦点面よりも第２の検出光学系４２ｂに近い位置に配置され、第２の検出光学系４２ａを介して第２の基準光源部２ｂのビーム光２００を受光する第２の位置検出センサ４１ｂを含む。そして、演算部６１は、距離計測部３で計測した距離情報と第１および第２の検出部４ａ，４ｂの各々で検出した相対位置情報に基づいて、計測対象の３次元形状を算出する。

【0073】

第１および第２の検出部４ａ，４ｂを備えたことにより、距離計測部３および位置検出部４にヨー方向回転ずれが生じた場合でも、第１および第２の検出部４ａ，４ｂの各々で検出した相対位置情報に基づいてヨー方向回転ずれの影響を補正することができ、３次元形状計測の精度向上を図ることができる。

【0074】

なお、以上の説明において、構成における機能部、例えば、データ処理部６等は、電気回路、電子回路、論理回路、およびそれらを内蔵した集積回路のほか、マイコン、プロセッサ、及びこれらに類する演算装置と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＳＳＤ、メモリカード、光ディスク及びこれらに類する記憶装置と、バス、ネットワーク及びこれらに類する通信装置、及び周辺の諸装置の組み合わせによって実行されるプログラムによって実現してもよく、いずれの実現態様でも本発明は成立し得る。

【0075】

以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0076】

１…形状計測システム、２…基準光源部、３…距離計測部、４…位置検出部、４ａ…第１の検出部、４ｂ…第２の検出部、５…移動機構、６…データ処理部、７，４４…通信機、２２…ビームシェイパー光学系、２３…コリメート光学系、２４…傾き調整部、２５…位置調整部、３１…測距センサ、３２…回転ステージ、４１，４１ａ，４１ｂ…位置検出センサ、４２，４２ａ，４２ｂ…検出光学系、４３…傾斜角センサ、４６…焦点面、６１…演算部、６２…記憶部、１００…エレベーター昇降路、２００…ビーム光、２１０…ビーム光軸、４２０…球面レンズ、４２１…非球面レンズ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】