JP2006258465A - ３次元画像情報取得システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 測定対象物の表面反射率や表面形状によらない、高精度な測定対象物の３次元画像情報を、高速に取得可能な３次元画像情報取得システムを提供する。
【解決手段】 時間変調したレーザ光を測定対象物に向けてそれぞれ同時に照射する、それぞれ異なる位置に配置された複数のレーザ光出射部と、受光した複数のレーザ光の反射光に応じた電気信号をそれぞれ出力する、それぞれ異なる位置に配置された複数の光電変換器と、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した複数のレーザ光を、各光電変換器の受光面に導く空間変調素子と、各光電変換器から出力された電気信号それぞれについて、各光電変換器の受光面が受光した複数のレーザ光それぞれに応じた電気信号成分を識別する電気信号成分識別部と、各電器信号成分毎に測定対象物の３次元位置情報を求める位置情報算出部とを有する３次元画像情報取得システムを提供する。
【選択図】図２
【解決手段】 時間変調したレーザ光を測定対象物に向けてそれぞれ同時に照射する、それぞれ異なる位置に配置された複数のレーザ光出射部と、受光した複数のレーザ光の反射光に応じた電気信号をそれぞれ出力する、それぞれ異なる位置に配置された複数の光電変換器と、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した複数のレーザ光を、各光電変換器の受光面に導く空間変調素子と、各光電変換器から出力された電気信号それぞれについて、各光電変換器の受光面が受光した複数のレーザ光それぞれに応じた電気信号成分を識別する電気信号成分識別部と、各電器信号成分毎に測定対象物の３次元位置情報を求める位置情報算出部とを有する３次元画像情報取得システムを提供する。
【選択図】図２
Description
本発明は、それぞれ異なる位置から出射した複数のレーザ光を測定対象物に照射し、測定対象物で反射した各レーザ光の反射光を受光することにより測定対象物の３次元画像情報を取得する３次元画像情報取得システムであって、例えばマシンビジョンシステム（産業用画像検査装置）や測定対象物に当たって戻ってきたレーザ光の情報から測定対象物の状態を知るレーザレーダ等の技術分野に好適に用いることのできるシステムに関する。
近年、産業用ロボットや工作機械における作業の自動化において、作業対象とする対象物の３次元位置情報を利用して正確な作業を行うことが望まれている。
対象物の３次元位置情報を取得するには、種々の方法が知られている。
複数のカメラを搭載したシステムでは撮影画像を用いて対象物の位置情報を取得し、また複数の距離センサを用いたシステムでは対象物の距離情報を距離センサから取得する。また、カメラと距離センサを組み合わせたシステムでは対象物の撮影画像と距離情報を取得して対象物の３次元位置情報を取得する。
また、軍事、保安用レーザレーダとして、また火星探査ロボットとして、対象物の３次元位置情報を取得することが望まれている。
対象物の３次元位置情報を取得するには、種々の方法が知られている。
複数のカメラを搭載したシステムでは撮影画像を用いて対象物の位置情報を取得し、また複数の距離センサを用いたシステムでは対象物の距離情報を距離センサから取得する。また、カメラと距離センサを組み合わせたシステムでは対象物の撮影画像と距離情報を取得して対象物の３次元位置情報を取得する。
また、軍事、保安用レーザレーダとして、また火星探査ロボットとして、対象物の３次元位置情報を取得することが望まれている。
例えば、複数のカメラを搭載したシステムでは、複数のカメラで異なる方向から撮影した対象物の撮影画像から、対象物の３次元画像を取得する方法が知られている。（非特許文献１）。
また、レーザ光をポリゴンミラーやガルバノミラーに反射させて対象物上で２次元的に走査し、対象物から反射されてくるレーザ光を受光することによって対象物の位置情報を知り、これと別途三角測量法やパルスエコー法を用いて求めた距離情報とともに対象物の３次元位置情報を取得する方法が知られている（非特許文献２）。
また、レーザ光を対象物上にスリット投影して、対象物に投影されたスリット状のレーザ光の変形状態を用いて対象物の３次元形状を知る方法が知られている（非特許文献３）。
また、レーザ光をポリゴンミラーやガルバノミラーに反射させて対象物上で２次元的に走査し、対象物から反射されてくるレーザ光を受光することによって対象物の位置情報を知り、これと別途三角測量法やパルスエコー法を用いて求めた距離情報とともに対象物の３次元位置情報を取得する方法が知られている（非特許文献２）。
また、レーザ光を対象物上にスリット投影して、対象物に投影されたスリット状のレーザ光の変形状態を用いて対象物の３次元形状を知る方法が知られている（非特許文献３）。
平成１０年度補正予算 煽動的コンテンツ市場環境整備事業、「多カメラ同時撮影による非制止物体の３次元モデルデータ採取装置」、２００４年５月６日検索、インターネット、＜URL:http//www.dcaj.org/bigbang/mmca/works/04/04_050.html＞
関本清英他４名、「三次元レーザレーダの開発」、石川島播磨技法第４３巻第４号 平成１５年７月号、２００４年５月６日検索、インターネット、＜URL: http://www.ihi.co.jp/ihi/technology/gihou/image/43-4-2.pdf＞
「３次元モデリング表示技術」、大阪府立産業技術総合研究所、２００４年５月６日検索、インターネット、＜http://www.tri.pref.osaka.jp/group/sense/oldfile/3d/3d3.htm＞
上記非特許文献１では、必要に応じて複数の撮影画像に基づいて被写体の３次元位置を計測し、被写体の３次元画像を取得して仮想的な３次元画像を作成することができる。また、人の体型を計測対象物として人の体型の３次元画像を作成することができる。しかし、単純にカメラで撮像した撮影画像に基づいて被写体の３次元位置を計測するのみでは、模様のない一様な表面を持つ物体に対しては物体表面の３次元位置を計測できないという問題がある。
また非特許文献２では、３次元位置情報を所望の分解能で取得する際、ポリゴンミラーやガルバノミラーを回転させて反射させレーザ光の光束を絞って対象物上で走査させる際、光束の大きいレーザ光を反射する大型のポリゴンミラーやガルバノミラーを高速に回転させて３次元位置情報を取得するのには限界がある。また、非特許文献２では、１つのレーザ出射器から出射されるレーザ光を、１つのカメラによって受光している。例えば、特に対象物の表面が、出射されるレーザに対して反射率が高い場合など、対象物の表面の角度（対象物の形状）によっては、対象物の表面で反射したレーザ光がカメラに入射しない場合がある。非特許文献２では、このような対象物の表面については、３次元位置情報を取得できないといった問題がある。
また、非特許文献３では、３次元形状を求めることはできるが、対象物の距離情報を得て３次元位置情報を取得するには、対象物上に予め距離情報を得るための参照点を設定しなければならず、自動化するのが困難であるという問題がある。また、対象物に投影されたスリット状のレーザ光を高速に走査して３次元位置情報を取得するのには限界がある。また、非特許文献３では、対象物に投影されたスリット状のレーザ光の変形状態を１つのカメラによって撮影している。非特許文献３においても、非特許文献２同様、対象物の表面の反射率や、対象物の表面の角度（対象物の形状）によって、対象物の表面で反射したレーザ光がカメラに入射しない場合があり、このような対象物の表面については、３次元位置情報を取得できないといった問題があった。
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであり、測定対象物の表面反射率や表面形状によらない、高精度な測定対象物の３次元画像情報を、高速に取得可能な３次元画像情報取得システムを提供する。
上記目的を達成するために、本発明は、それぞれ異なる位置から出射した複数のレーザ光を測定対象物に照射し、測定対象物で反射した各レーザ光の反射光を受光することにより測定対象物の３次元画像情報を取得する３次元画像情報取得システムであって、振幅変調信号に従って時間変調したレーザ光を、測定対象物に向けてそれぞれ同時に照射する、それぞれ異なる位置に配置された複数のレーザ光出射部と、測定対象物で反射した複数のレーザ光を受光して、受光した複数のレーザ光に応じた電気信号をそれぞれ出力する複数の光電変換器と、各光電変換器それぞれに対応して設けられた、平面上に配列された複数のマイクロミラーを有する素子であり、これらのマイクロミラーのうち選択されたマイクロミラーの反射面を所定の向きに制御してＯＮ状態にすることにより、このＯＮ状態のマイクロミラーで反射した、測定対象物からの複数のレーザ光を、対応する各光電変換器の受光面それぞれに導く、それぞれ異なる位置に配置されたマイクロミラーアレイ空間変調素子と、各光電変換器から出力された電気信号それぞれについて、各光電変換器の受光面が受光した複数のレーザ光それぞれに応じた電気信号成分を識別する電気信号成分識別部と、前記電気信号成分識別部において識別された各電気信号成分それぞれにおける、前記振幅変調信号に対する位相ずれ情報を取得するとともに、各電気信号成分それぞれの位相ずれ情報と、各レーザ光それぞれの出射位置の情報と、各マイクロミラーアレイ空間変調素子の配置位置の情報と、各マイクロミラーアレイ空間変調素子における前記ＯＮ状態のマイクロミラーの配列位置の情報とを用いて、各レーザ光に対応する電気信号成分それぞれについて、測定対象物の３次元位置情報を求める位置情報算出部と、各レーザ光に対応する電気信号成分それぞれについて求められた、複数の前記測定対象物の３次元位置情報に基づき、前記測定対象物の３次元画像情報を作成する３次元画像情報作成部とを有する３次元画像情報取得システムを提供する。
また、前記複数のレーザ光出射部から同時に出射される複数のレーザ光それぞれは、前記振幅変調信号により時間変調されるとともに、さらに各レーザ光毎に識別可能な符号化変調信号で時間変調され、前記電気信号成分識別部は、前記電気信号に含まれる符号化変調信号の情報を利用して、複数のレーザ光それぞれに応じた電気信号成分を識別することが好ましい。
また、前記マイクロミラーアレイ空間変調素子は、ＯＮ状態のマイクロミラーが全マイクロミラーの５０％以上を占める、マイクロミラーの制御パターンが順次切り換えられ、この制御パターンに応じて空間変調されたレーザ光を前記光電変換器の受光面に導くことが好ましい。この際、順次切り換えられる前記制御パターンは、互いに直交性を有する制御パターンであることが好ましい。
本発明の３次元画像情報取得システムによれば、測定対象物の３次元画像情報を、測定対象物の表面反射率や表面形状に関わらず、高精度かつ高速に取得することができる。
以下、本発明の３次元画像情報取得システムについて、添付の図面に示される好適実施形態を基に詳細に説明する。
図１は、本発明の３次元画像情報取得システムの一実施形態である３次元形画像情報取得システム（以降、システムという）１０の外観図である。
システム１０は、それぞれ異なる位置から出射したレーザ光を測定対象物Ｓに照射し、測定対象物Ｓで反射した各レーザ光の反射光を、それぞれ異なる位置に配置した複数の光電変換器それぞれの受光面で受光することにより取得される測定対象物Ｔの表面の３次元位置情報と、測定対象物Ｔの表面における反射率とにより３次元画像情報を取得するシステムである。
システム１０は、それぞれ異なる位置から出射したレーザ光を測定対象物Ｓに照射し、測定対象物Ｓで反射した各レーザ光の反射光を、それぞれ異なる位置に配置した複数の光電変換器それぞれの受光面で受光することにより取得される測定対象物Ｔの表面の３次元位置情報と、測定対象物Ｔの表面における反射率とにより３次元画像情報を取得するシステムである。
システム１０は、それぞれ異なる所定の配置位置に配置された、３次元画像情報を取得可能な複数（ｎ個）の３次元カメラＤ（Ｄ１、Ｄ２、・・・Ｄｎ）それぞれと、複数の３次元カメラＤの動作（レーザ光の出射など）を制御する制御装置１４と、複数の３次元カメラＤから出力される３次元画像情報を含む電気信号を用いて、測定対象物Ｓの測定対象領域Ｔ表面の３次元画像情報を取得するコンピュータ１６と、を有する。各３次元カメラＤ１〜Ｄｎは、それぞれ、レーザ光を測定対象物Ｔに照射するとともに、測定対象物Ｓからの反射光を受光して、受光した電気信号から測定対象物Ｓの表面の３次元位置情報および反射率の情報に応じた電気信号を出力する。
各カメラＤ１〜Ｄｎは、レーザ光を出射するレーザ光出射ユニット２０と、測定対象物Ｔの表面から反射したレーザ光の反射光を受光して電気信号に変換するための光学ユニット３０と、光学ユニット３０で受光したレーザ光を信号処理し、電気信号のデジタルデータに変換するデータ処理ユニット５０とを有する。各カメラＤ１〜Ｄｎは、それぞれ異なる所定の配置位置に配置されており、それぞれのカメラＤ１〜Ｄｎから出射されるレーザ光全てが、測定対象物Ｓ表面のほぼ同一範囲を照射するよう、各カメラＤ１〜Ｄｎそれぞれのレーザ光出射孔１１の向きが調整されている。加えて、各カメラＤ１〜Ｄｎは、それぞれのカメラＤ１〜Ｄｎの光学ユニット３０の、後述する光電変換器３８の受光面（図４参照）全てが、測定対象物Ｓ表面の同一の測定対象領域Ｔで反射された、各レーザ光の反射光を受光するように、ファインダ１２の向きやズームが調整されている。
図２は、各カメラＤ１〜Ｄｎが受光するレーザ光について説明する図である。図２を用い、各カメラＤ１〜Ｄｎにおける測定対象物Ｓの測定対象領域Ｔ内の点Ｐからの反射光の受光について説明する。例えば、カメラＤ１は、点ＰからカメラＤ１へと向かう反射光路Ｒ１を進むレーザ光の反射光を受光する。点Ｐは、測定対象領域Ｔ内の点であり、各カメラＤ１〜Ｄｎから出射されたレーザ光の全てが照射されている。各レーザ光から出射されたレーザ光は、それぞれ図２に示す出射光路Ｌ１〜Ｌｎを進んで点Ｐに到達し、点Ｐにおいて様々な方向に反射する。カメラＤ１は、反射光路Ｒ１を進行する各レーザ光の反射光の成分を全て受光する。すなわち、カメラＤ１は、Ｌ１Ｒ１、Ｌ２Ｒ１、Ｌ３Ｒ１・・・ＬｎＲ１で表されるｎ個の経路（パス）のレーザ光（の反射光）を受光する。カメラＤ２〜Ｄｎのそれぞれのカメラにおいても、それぞれ同様にｎ個のパスのレーザ光を受光する。すなわち、測定対象領域中の１つの点に対し、ｎ個のカメラ全体で、合計ｎ×ｎ個のパスのレーザ光を受光する。本発明の３次元画像情報取得システムでは、このように、測定対象領域Ｔにおける１つの測定単位領域（詳しくは、後述するマイクロミラーアレイ空間変調素子３４の、１つのマイクロミラーに対応する領域）毎に、ｎ×ｎ個のレーザ光の反射光の情報を得ることができる。
例えば、カメラＤ１が受光する、ｎ個の経路（パス）のレーザ光の反射光は、それぞれ光強度が異なる。これは、測定対象物Ｓ表面の反射率や傾きに起因する。例えば、図２に示す例においては、カメラＤ２から出射されるレーザ光Ｌ２は、点Ｐ部分の測定対象物表面と略垂直な入射角で点Ｐに到達し、経路Ｌ２の入射角と略対象な反射角の経路Ｒ１を通ってカメラＤ１に到達する。このような経路Ｌ２Ｒ１を通ってカメラＤ１が受光する反射光の強度は、比較的強い。これに対し、カメラＤｎからのレーザ光Ｌｎは、点Ｐ部分の測定対象物表面と略平行な経路Ｌｎを通って点Ｐに到達し、経路Ｌｎの入射角と大きく異なる（対称でない）反射角の経路Ｒ１を通ってカメラＤ１に到達する。このような経路ＬｎＲ１を通ってカメラＤ１が受光する反射光の強度は、比較的弱い。逆に言えば、例えば、カメラＤｎの位置に配置されたレーザ光源のみから測定対象物Ｓの表面を照射し、カメラＤ１の位置に配置した受光ユニットのみで反射光をするのでは、測定対象物Ｓの点Ｐについて、比較的弱いレーザ光の反射光の情報しか得ることはできない。このような、比較的弱いレーザ光の反射光の情報からは、ノイズ成分が強く（Ｓ／Ｎ比が悪い）、精度の低い３次元位置情報しか取得することができない。本発明の３次元画像情報取得システムでは、不特定な反射率で、かつ不特定な表面形状の測定対象物に対し、それぞれ異なる複数の位置からレーザ光を照射することで、測定対象物における測定対象領域のあらゆる部分に、高強度のレーザ光を照射することを可能としている。そして、それぞれ異なる複数の位置に反射光の受光面を配置することで、測定対象物における測定対象領域のあらゆる部分から、あらゆる角度で反射するレーザ光をそれぞれ受光する。本発明の３次元画像情報取得システムは、このような構成によって、不特定な反射率かつ不特定な表面形状の測定対象物に対し、測定対象領域内のあらゆる部分について、高強度のレーザ光の反射光の情報を取得することを可能としている。
図３は、システム１０の制御装置１４について説明する概略ブロック図である。制御装置１４は、測定データバス４９、および制御データバス５６を介して各カメラＤ１〜Ｄｎとそれぞれ接続されている。制御装置１４は、各カメラＤ１〜Ｄｎ（詳しくは、各カメラのレーザ光出射ユニット２０、光学ユニット３０、およびデータ処理ユニット５０）の測定動作を制御する各種信号（発振周波数制御信号、位相制御信号、制御パターン信号、ＰＮ符号化変調信号、クロック信号など）を生成し、各カメラの所定のユニットに供給する。制御装置１４は、発振器４１、パワースプリッタ４２、増幅器４３、移相器４４、増幅器４５、パワースプリッタ４６、ＲＦスプリッタ４８、測定データバス４９、システム制御器５１、制御データバス５６を有する。
発振器４１は、発振周波数制御信号によって設定された発振周波数で信号を発振する部分である。発振した信号はレーザ光を時間変調するＲＦ変調信号として用いられる。例えば、５０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚのマイクロ波〜ミリ波帯域の周波数で発振される。
パワースプリッタ４２は、発振器４１にて発振した信号を分離する部分である。分離された一方の信号は増幅器４３を介してパワースプリッタ４６に供給される。パワースプリッタ４６では、発振器４１にて発振した信号を、測定データバス４９を介して各カメラＤ１〜Ｄｎそれぞれのレーザ光照射ユニット２０に分配する。各カメラＤ１〜Ｄｎに分配された信号は、ＲＦ変調信号として用いられる。他方の信号は移送器４４に供給される。
移相器４４は、ＲＦ変調信号を位相シフトさせることなく通過させ、また位相制御信号に応じて９０度位相シフトさせて位相シフト変調信号を生成する。これらの信号（ＲＦ変調信号または位相シフト変調信号）は、増幅器４５を介してＲＦスプリッタ４８に送られる。ＲＦスプリッタ４８は、これらの信号（ＲＦ変調信号または位相シフト変調信号）を、測定データバス４９を介して、各カメラＤ１〜Ｄｎそれぞれのデータ処理ユニット５０に分配する。
移相器４４は、ＲＦ変調信号を位相シフトさせることなく通過させ、また位相制御信号に応じて９０度位相シフトさせて位相シフト変調信号を生成する。これらの信号（ＲＦ変調信号または位相シフト変調信号）は、増幅器４５を介してＲＦスプリッタ４８に送られる。ＲＦスプリッタ４８は、これらの信号（ＲＦ変調信号または位相シフト変調信号）を、測定データバス４９を介して、各カメラＤ１〜Ｄｎそれぞれのデータ処理ユニット５０に分配する。
システム制御器５１は、コンピュータ１４からの指示に基づいて各種制御信号を生成する部分である。システム制御器５１で生成した各種制御信号のうち、制御パターン信号およびＰＮ符号化変調信号は、制御データバス５６を介して、各カメラＤ１〜Ｄｎへそれぞれ送られる。
図４は、カメラＤ１〜Ｄｎについて説明する図である。カメラＤ１〜Ｄｎは、それぞれ同様な構成であり、図４は、カメラＤ１について代表して示している。以降、カメラＤ１について代表して説明する。
カメラＤ１は、レーザ光出射ユニット２０と、光学ユニット３０と、データ処理ユニット５０とを有する。レーザ光出射ユニット２０は、制御装置１４の測定データバス４９および制御データバス５６と接続されている。
カメラＤ１は、レーザ光出射ユニット２０と、光学ユニット３０と、データ処理ユニット５０とを有する。レーザ光出射ユニット２０は、制御装置１４の測定データバス４９および制御データバス５６と接続されている。
レーザ光出射ユニット２０は、レーザ光を出射する部分であり、レーザダイオード２２と、レーザダイオード２２を駆動するレーザドライバ２４と、レーザダイオード２２から出射するレーザ光を調節する光学レンズ２８とを有する。レーザドライバには、制御装置１４より、測定データバス４９を介して振幅変調信号が送られ、この振幅変調信号に応じてレーザダイオードからレーザ光を出射させる。振幅変調信号（以降、ＲＦ変調信号という）は、レーザダイオード２４から出射されるレーザ光の光強度を時間変調するために用いられる。
光学ユニット３０は、測定対象物Ｓの測定対象領域Ｔの表面で反射して到来したレーザ光を受光する部分で、図４に示すようにレーザ光の光路の上流側から順に、バンドパスフィルタ３１、光学レンズ３２、プリズム３３、マイクロミラーアレイ空間変調素子（以降、空間変調素子という）３４、光学レンズ３６、ミラー３７及び光電変換器３８が配置されている。空間変調素子３４はマイクロミラー制御器３５と接続されている。
バンドパスフィルタ３１は、レーザ光の波長帯域の光を透過させて、それ以外の波長帯域の光を遮断する狭帯域フィルタで、不必要な外光を遮断し、測定対象物Ｔからの反射光のＳＮ比を向上させる。
プリズム３３は、後述する空間変調素子３４とともに用いて、空間変調素子３４のマイクロミラーで反射したレーザ光を、斜行面３３ａで透過あるいは全反射させる部分である。具体的には、プリズム３３は、空間変調素子３４のマイクロミラーのうち、所定の向きに反射面の向いたマイクロミラー（ＯＮ状態のマイクロミラー）にて反射されたレーザ光のみプリズム３３の斜行面３３ａを透過させ、所定の向きに反射面が向かないマイクロミラー（ＯＦＦ状態のマイクロミラー）にて反射されたレーザ光を斜行面３３ａで全反射させるように配置される。
プリズム３３は、後述する空間変調素子３４とともに用いて、空間変調素子３４のマイクロミラーで反射したレーザ光を、斜行面３３ａで透過あるいは全反射させる部分である。具体的には、プリズム３３は、空間変調素子３４のマイクロミラーのうち、所定の向きに反射面の向いたマイクロミラー（ＯＮ状態のマイクロミラー）にて反射されたレーザ光のみプリズム３３の斜行面３３ａを透過させ、所定の向きに反射面が向かないマイクロミラー（ＯＦＦ状態のマイクロミラー）にて反射されたレーザ光を斜行面３３ａで全反射させるように配置される。
空間変調素子３４は、平面上に配列された複数のマイクロミラー、例えば一辺が１２μｍの矩形状のミラーを有する素子であり、これらのマイクロミラーのうち選択されたマイクロミラーの反射面を所定の向きに制御してＯＮ状態にすることにより、このＯＮ状態のマイクロミラーで反射した測定対象物Ｔから到来したレーザ光を光電変換器３８の受光面に導くように配置されている。
図５は、ＯＮ状態及びＯＦＦ状態のマイクロミラーにおけるレーザ光の反射を説明する図である。図５では、４個×４個のマイクロミラーアレイを用いて説明している。
ＯＮ状態にあるマイクロミラーＡの反射面で反射したレーザ光はレンズ３６を介して光電変換器３８に導かれ、ＯＦＦ状態にあるマイクロミラーＢの反射面で反射したレーザ光は光電変換器３８と異なる方向に反射する。このように、ＯＮ状態にあるマイクロミラーで反射されたレーザ光は光電変換器３８にて受光される。上述のように、カメラＤ１の光電変換器３８は、Ｌ１Ｒ１、Ｌ２Ｒ１、Ｌ３Ｒ１・・・ＬｎＲ１で表されるｎ個の経路（パス）のレーザ光（の反射光）を受光する。空間変調素子３４の各マイクロミラーは、測定対象領域Ｔの、各マイクロミラーに対応する各測定単位領域それぞれで反射された、ｎ個のパスを通るレーザ光の反射光の情報それぞれを、この光電変換器３８の受光面に送る。システム１０ではｎ個のカメラが配置されており、システム１０全体では上述のように、測定対象領域Ｔの、各マイクロミラーに対応する１つの測定単位領域毎に、ｎ×ｎ個のパスを通るレーザ光の反射光の情報がそれぞれ得られる。
ＯＮ状態にあるマイクロミラーＡの反射面で反射したレーザ光はレンズ３６を介して光電変換器３８に導かれ、ＯＦＦ状態にあるマイクロミラーＢの反射面で反射したレーザ光は光電変換器３８と異なる方向に反射する。このように、ＯＮ状態にあるマイクロミラーで反射されたレーザ光は光電変換器３８にて受光される。上述のように、カメラＤ１の光電変換器３８は、Ｌ１Ｒ１、Ｌ２Ｒ１、Ｌ３Ｒ１・・・ＬｎＲ１で表されるｎ個の経路（パス）のレーザ光（の反射光）を受光する。空間変調素子３４の各マイクロミラーは、測定対象領域Ｔの、各マイクロミラーに対応する各測定単位領域それぞれで反射された、ｎ個のパスを通るレーザ光の反射光の情報それぞれを、この光電変換器３８の受光面に送る。システム１０ではｎ個のカメラが配置されており、システム１０全体では上述のように、測定対象領域Ｔの、各マイクロミラーに対応する１つの測定単位領域毎に、ｎ×ｎ個のパスを通るレーザ光の反射光の情報がそれぞれ得られる。
空間変調素子３４は、例えばテキサス・インスツルメンツ社製のデジタルマイクロミラーデバイス（商標）が挙げられる。デジタルマイクロミラーデバイスは、例えば１０２４×７６８個のマイクロミラーの配列面の下部にＳＲＡＭ（Static Ram)を設け、このＳＲＡＭを利用して生成される静電気引力を用いて、マイクロミラーをそれぞれ所定の向き（＋１２度又はマイナス１２度）に回転させる素子である。
空間変調素子３４は、各マイクロミラーの状態をＯＮ状態／ＯＦＦ状態に切り換えるためのマイクロミラー制御器３５と接続されている。マイクロミラー制御器３５の制御により、全マイクロミラーのうち半数以上がＯＮ状態となるマイクロミラーの異なる制御パターンに順次切り換えられる。
空間変調素子３４は、各マイクロミラーの状態をＯＮ状態／ＯＦＦ状態に切り換えるためのマイクロミラー制御器３５と接続されている。マイクロミラー制御器３５の制御により、全マイクロミラーのうち半数以上がＯＮ状態となるマイクロミラーの異なる制御パターンに順次切り換えられる。
なお、空間変調素子３４のマイクロミラーの制御パターンが順次異なるパターンに切り換えられてレーザ光は空間変調され、この空間変調されたレーザ光が光電変換器３８の受光面に導かれるように構成される。マイクロミラーの制御パターンは、マイクロミラーのＯＮ状態を１、ＯＦＦ状態を−１とすると、制御パターンは互いに直交性を有する制御パターンであるのが好ましい。例えばアダマール行列を用いて生成されるのが好ましい。
具体的に説明すると、制御パターンは、空間変調素子３４のＯＮ状態とするマイクロミラーの配置のパターンであり、この制御パターンは、アダマール行列の各行同士のテンソル積を利用して作成されたパターンである。
図６（ａ）は、６４個（＝８個×８個）のマイクロミラーアレイの空間変調素子３４について、マイクロミラーの反射面の側から見た制御パターンの一例を説明する図である。
マイクロミラーは、縦方向に８列、横方向に８列、矩形形状に配列されている。図６（ａ）中、灰色のマイクロミラーはＯＮ状態、白色のマイクロミラーはＯＦＦ状態を示している。
このような制御パターンは、ＯＮ状態のマイクロミラーが全マイクロミラーの５０％以上占める制御パターンである。制御パターンは、後述する制御回路ユニット５０にて作成される制御パターン信号で制御される。
図６（ａ）は、６４個（＝８個×８個）のマイクロミラーアレイの空間変調素子３４について、マイクロミラーの反射面の側から見た制御パターンの一例を説明する図である。
マイクロミラーは、縦方向に８列、横方向に８列、矩形形状に配列されている。図６（ａ）中、灰色のマイクロミラーはＯＮ状態、白色のマイクロミラーはＯＦＦ状態を示している。
このような制御パターンは、ＯＮ状態のマイクロミラーが全マイクロミラーの５０％以上占める制御パターンである。制御パターンは、後述する制御回路ユニット５０にて作成される制御パターン信号で制御される。
図６（ｂ）に示すように行列要素が１又は−１で構成される８行８列のアダマール行列のうち、各行の行列要素の組みを上から順番に０次、１次、２次、．．．．．、７次として横方向の１次元制御パターンとする。一方、図６（ｃ）に示すように８行８列のアダマール行列のうち、各行の行列要素の組みを上から順番に０次、１次、２次、．．．．．、７次とし縦方向の１次元制御パターンとする。そして、図６（ｂ）に示す横方向の１次元制御パターンから所望の次数のパターンを選択し、図６（ｃ）に示す縦方向の１次元制御パターンから所望の次数のパターンを選択する。
図６（ａ）では、横方向の１次元制御パターンは４次、縦方向の１次元制御パターンは６次が選択されている。
一方、空間変調素子３４において制御しようとするマイクロミラーの縦方向及び横方向の位置における、横方向の１次元制御パターン及び縦方向の１次元制御パターンの値（１又は−１）をそれぞれ参照し、縦方向の値と横方向の値の積が１になる場合、制御しようとするマイクロミラーはＯＮ状態とし、積が−１となる場合マイクロミラーはＯＦＦ状態に設定する。例えば、３行５列の位置にあるマイクロミラーＭの、横方向の１次元制御パターンの値は−１であり、縦方向の１次元制御パターンの値は−１であり、積は１である。このことから、マイクロミラーＭはＯＮ状態に設定される。こうしてＯＮ状態のマイクロミラーの数が全マイクロミラーの数の５０％以上となる制御パターンの制御パターン信号が作成される。
この場合、マイクロミラーの制御パターンは、横方向の１次元制御パタ−ン及び縦方向の１次元制御パターンを組み合わせて６４通り（＝８×８）作成でき、この６４個の異なる制御パターンを順次切り換えるように制御パターン信号が作成される。
このように制御パターンは、アダマール行列の選択された各行同士のテンソル積によって生成される。
一方、空間変調素子３４において制御しようとするマイクロミラーの縦方向及び横方向の位置における、横方向の１次元制御パターン及び縦方向の１次元制御パターンの値（１又は−１）をそれぞれ参照し、縦方向の値と横方向の値の積が１になる場合、制御しようとするマイクロミラーはＯＮ状態とし、積が−１となる場合マイクロミラーはＯＦＦ状態に設定する。例えば、３行５列の位置にあるマイクロミラーＭの、横方向の１次元制御パターンの値は−１であり、縦方向の１次元制御パターンの値は−１であり、積は１である。このことから、マイクロミラーＭはＯＮ状態に設定される。こうしてＯＮ状態のマイクロミラーの数が全マイクロミラーの数の５０％以上となる制御パターンの制御パターン信号が作成される。
この場合、マイクロミラーの制御パターンは、横方向の１次元制御パタ−ン及び縦方向の１次元制御パターンを組み合わせて６４通り（＝８×８）作成でき、この６４個の異なる制御パターンを順次切り換えるように制御パターン信号が作成される。
このように制御パターンは、アダマール行列の選択された各行同士のテンソル積によって生成される。
なお、６４個のマイクロミラーを１つずつＯＮ状態とし、他はＯＦＦ状態とすることによって、空間変調素子３４にて反射されるレーザ光を順次受光することもできる。しかし、１つのマイクロミラーで反射されて受光されるレーザ光は微弱であるため、後処理として行う増幅や検波等の処理により、微弱なレーザ光により生成された電気信号はノイズに埋もれ易い。しかし、上述したように、ＯＮ状態のマイクロミラーが全マイクロミラーの半数以上を占める上記制御パターンを用いることにより、後処理として行う増幅や検波等においてノイズに埋もれることは少なくなる、といった効果を呈する。
このように空間変調素子３４は、異なる制御パターンに順次切り替えながら測定対象物Ｔから到来するレーザ光を反射する。
このように空間変調素子３４は、異なる制御パターンに順次切り替えながら測定対象物Ｔから到来するレーザ光を反射する。
光学レンズ３６は、光電変換器３８の受光面にミラー３７を介してレーザ光を結像させるように構成される。
光電変換器３８は、受光したレーザ光を電気信号に変換する部分であり、光電子倍増管やアバランシェフォトダイオード等のデバイスが設けられ、このデバイスからそれぞれ電気信号が出力される。なお、上記デバイスは用いるレーザ光によって適するデバイスが異なり、例えば近赤外（８００〜１２００μｍ）のレーザ光にはアバランシェフォトダイオードが、可視帯域（４００μｍ〜８００μｍ）のレーザ光にはアバランシェフォトダイオード又は光電子倍増管が好適に用いられる。
光電変換器３８は、受光したレーザ光を電気信号に変換する部分であり、光電子倍増管やアバランシェフォトダイオード等のデバイスが設けられ、このデバイスからそれぞれ電気信号が出力される。なお、上記デバイスは用いるレーザ光によって適するデバイスが異なり、例えば近赤外（８００〜１２００μｍ）のレーザ光にはアバランシェフォトダイオードが、可視帯域（４００μｍ〜８００μｍ）のレーザ光にはアバランシェフォトダイオード又は光電子倍増管が好適に用いられる。
なお、光電変換器３８には、ＣＣＤ（Charged Coupled Device）撮像素子等の受光面を領域に分けて受光し、領域毎に信号を蓄積し、蓄積された信号を順次出力する撮像素子は用いられない。後述するように、レーザ光の時間変調に用いるＲＦ変調信号は５０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚであるため、順次蓄積された信号を出力するＣＣＤ撮像素子では、このような高周波で変調する信号に対応して高速に駆動することができないからである。
光電変換器３８から出力された電気信号は、データ処理ユニット５０へと送られる。データ処理ユニット５０は、光電変換器３８から出力された電気信号を、レーザドライバ２４に供給されたＲＦ変調信号と同一の信号を参照信号（以降、ローカル信号という）として用いてミキシングし、ＲＦ変調信号で時間変調されたレーザ光の信号成分を中間周波数信号（ＩＦ信号）として取り出し、中間周波数デジタル信号としてコンピュータ１４に送る部分である。データ処理ユニット５０は、ミキサ４７、ローパスフィルタ５２、Ａ／Ｄ変換器５４、増幅器５５、５６とを有して構成されている。
ミキサ４７には、制御装置１４のＲＦスプリッタ４８から分配された、ＲＦ変調信号又は位相シフト変調信号が、制御装置１４の測定データバス４９を介して送信される。ミキサ４７は、このＲＦ変調信号又は位相シフト変調信号をローカル信号として用いて、光電変換器３８から出力され、増幅器５６を経て増幅された電気信号と乗算（ミキシング）し、出射の際にＲＦ変調信号で時間変調されたレーザ光の情報を有する中間周波数信号（ＩＦ信号）と高次成分を含んだ信号を出力する部分である。電気信号の検波は、公知の方法で行われる。ＲＦ変調信号は周波数が僅かに異なる少なくとも２つの信号が生成され、これらの信号はローカル信号として用いられる。また、各周波数のＲＦ変調信号において、制御装置１４の移相器４４では、ＲＦ変調信号の位相をシフトさせないローカル信号とＲＦ変調信号の位相を９０度シフトさせたローカル信号が生成されており、ミキサ４７はこれらのローカル信号と合成電気信号のミキシング（乗算）を行う。
ローパスフィルタ５２は、ミキサ４７から出力された中間周波数信号（ＩＦ信号）と高次成分を含んだ信号をフィルタ処理して高次成分を除去し、時間変調されたレーザ光の信号情報のみを含んだ中間周波数信号とする部分である。中間周波数信号は、増幅器５３で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器５４で中間周波数デジタル信号とされ、コンピュータ１４に供給される。各カメラＤ１〜Ｄｎそれぞれから、このような中間周波数デジタル信号が出力される。
コンピュータ１４は、図７に示すように、ＣＰＵ６０とメモリ６２と、さらに図示されないＲＯＭを有し、コンピュータソフトウェアを実行させることによりデータ処理部６４が機能的に構成される。コンピュータ１４はディスプレイ１６に接続されている。
ＣＰＵ６０は、カメラＤの各ユニットの駆動（レーザ光の出射や、マイクロミラーの駆動など）を制御する各種信号を、制御装置１４の制御回路ユニット５０に作成するように指示し、また後述するデータ処理部６４の各処理の演算を実質的に行う部分である。
ＣＰＵ６０は、カメラＤの各ユニットの駆動（レーザ光の出射や、マイクロミラーの駆動など）を制御する各種信号を、制御装置１４の制御回路ユニット５０に作成するように指示し、また後述するデータ処理部６４の各処理の演算を実質的に行う部分である。
データ処理部６４は、各カメラＤ１〜Ｄｎから送信された中間周波数デジタル信号それぞれに基づき、各カメラ毎に取得した中間周波数デジタル信号毎に、測定対象物Ｔの３次元位置情報と測定対象物Ｔの表面の反射率を算出して、これら各カメラ毎の測定対象物Ｔの３次元位置情報と測定対象物Ｔの表面の反射率に基づいて、測定対象物Ｓの測定対象領域Ｔの３次元画像情報を作成して出力する部分である。データ処理部６４は、信号変換部６６と、距離情報算出部６８と、３次元位置情報算出部７０と、反射率算出部７２と、重み付け係数設定部７４と、３次元画像情報生成部７６とを有する。
信号変換部６６は、各カメラＤ１〜Ｄｎから送信された中間周波数デジタル信号それぞれについて、中間周波数デジタル信号を、制御パターン信号及びＰＮ符号化変調信号を用いて変換する部分である。これにより、各カメラＤ１〜Ｄｎから送信された中間周波数デジタル信号それぞれについて、測定対象領域Ｔにおける１つの測定単位領域（マイクロミラーアレイ空間変調素子３４の、１つのマイクロミラーに対応する領域）毎の測定単位領域信号成分に分割し、さらにこの測定単位領域信号成分毎に、各測定単位領域で反射される、ｎ個のレーザ光反射光毎のレーザ光信号成分に分割する。そして、各レーザ光信号成分における信号強度に応じて、重み付け係数を設定する。制御パターン信号は、コンピュータ１４の指示に従って制御装置１４のシステム制御器５１で作成される信号であるため、制御パターン信号は既知であり、この制御パターン信号を用いて信号変換される。
信号変換部６６は、各カメラＤ１〜Ｄｎから送信された中間周波数デジタル信号それぞれについて、中間周波数デジタル信号を、制御パターン信号及びＰＮ符号化変調信号を用いて変換する部分である。これにより、各カメラＤ１〜Ｄｎから送信された中間周波数デジタル信号それぞれについて、測定対象領域Ｔにおける１つの測定単位領域（マイクロミラーアレイ空間変調素子３４の、１つのマイクロミラーに対応する領域）毎の測定単位領域信号成分に分割し、さらにこの測定単位領域信号成分毎に、各測定単位領域で反射される、ｎ個のレーザ光反射光毎のレーザ光信号成分に分割する。そして、各レーザ光信号成分における信号強度に応じて、重み付け係数を設定する。制御パターン信号は、コンピュータ１４の指示に従って制御装置１４のシステム制御器５１で作成される信号であるため、制御パターン信号は既知であり、この制御パターン信号を用いて信号変換される。
制御パターン信号は、図６（ａ）〜（ｃ）に示したようにアダマール行列の各行の成分同士のテンソル積を利用して作成される制御パターンを実現する信号である。このため、信号変換部６６では、既知である制御パターン信号を利用して、各制御パターンにて得られる中間周波数デジタル信号から、アダマール逆変換を行って各マイクロミラーにて反射されるレーザ光の情報（測定単位領域信号成分）を求めることができる。なお、アダマール逆変換を利用した信号変換処理については、本願出願人により既に出願されている（特願２００１−１８８３０１号参照）。
アダマール行列の各行同士は直交性を有する（各行同士の内積は０となる）ことから、アダマール行列の各行の成分同士のテンソル積にて得られる、制御パターンを表す合成行列も合成行列同士で互いに直交性を維持する。上記アダマール逆変換の処理は、上記合成行列の逆行列を用いて逆変換する処理であるが、この逆変換は、合成行列が直交性を有することから、規格化因子を除き上記合成行列を用いて行うアダマール変換と同様の処理内容となる。これにより、アダマール変換の処理を用いて、各カメラ毎の空間変調素子３４それぞれの、各マイクロミラー毎に反射されるレーザ光の情報（測定単位領域信号成分）を容易に分解することができる。
上記制御パターンはアダマール行列の行成分同士のテンソル積によって得られる合成行列によって表されるため、互いに直交性を有するものであるが、本発明においては、制御パターンは、上記合成行列によって生成される必要はなく、各マイクロミラー毎に反射されるレーザ光の情報に分解できる限りにおいて特に制限されない。
なお、各カメラ毎にアダマール逆変換にて求められる、各マイクロミラー毎に反射されるレーザ光の情報（測定単位領域信号成分）は、各カメラＤ１〜Ｄｎから出射されるレーザ光（ｎ個のレーザ光）が互いに重畳されている。このため、以下に示すようにレーザ光の出射の際に時間変調に用いたＰＮ符号化変調信号の自己相関性及び直交性を利用して各レーザ光に対応した中間周波数デジタル信号（レーザ光信号成分）に分解する。ＰＮ符号化変調信号の自己相関性及び直交性については後述する。
上記制御パターンはアダマール行列の行成分同士のテンソル積によって得られる合成行列によって表されるため、互いに直交性を有するものであるが、本発明においては、制御パターンは、上記合成行列によって生成される必要はなく、各マイクロミラー毎に反射されるレーザ光の情報に分解できる限りにおいて特に制限されない。
なお、各カメラ毎にアダマール逆変換にて求められる、各マイクロミラー毎に反射されるレーザ光の情報（測定単位領域信号成分）は、各カメラＤ１〜Ｄｎから出射されるレーザ光（ｎ個のレーザ光）が互いに重畳されている。このため、以下に示すようにレーザ光の出射の際に時間変調に用いたＰＮ符号化変調信号の自己相関性及び直交性を利用して各レーザ光に対応した中間周波数デジタル信号（レーザ光信号成分）に分解する。ＰＮ符号化変調信号の自己相関性及び直交性については後述する。
上述したように各カメラＤ１〜Ｄｎからのレーザ光出射ユニット２０からは、測定対象物Ｓの測定対象領域Ｓに向けて同時にレーザ光を出射するが、その際、ＰＮ符号化変調信号を用いてレーザ光の出射のＯＮ／ＯＦＦを制御し時間変調している。
図８は、ＰＮ符号化変調信号の一例を示す図である。図８では、ＰＮ符号化変調信号の１周期分が示されている。
ＰＮ符号化変調信号は値が０又は１からなる信号で、一定の時間間隔シフトすることによって相関関数の値が０又は−１／ｎ（ｎは後述する系列符号の長さ）となる。
ＰＮ符号化変調信号は、一例を挙げると以下のように作成される符号化系列データを用いて信号化することができる。
次数ｋ＝５、符号系列の長さｎ＝３１とし、係数ｈ1＝１，ｈ2＝１，ｈ3＝０，ｈ4＝１，ｈ5＝１とし、初期値ａ0＝１，ａ1＝１,a2＝０,a3＝１，ａ4＝０としたとき下記式（１）に示す漸化式で一意的にＰＮ系列符号Ｃ＝｛ａk｝(kは自然数)を求めることができる。
図８は、ＰＮ符号化変調信号の一例を示す図である。図８では、ＰＮ符号化変調信号の１周期分が示されている。
ＰＮ符号化変調信号は値が０又は１からなる信号で、一定の時間間隔シフトすることによって相関関数の値が０又は−１／ｎ（ｎは後述する系列符号の長さ）となる。
ＰＮ符号化変調信号は、一例を挙げると以下のように作成される符号化系列データを用いて信号化することができる。
次数ｋ＝５、符号系列の長さｎ＝３１とし、係数ｈ1＝１，ｈ2＝１，ｈ3＝０，ｈ4＝１，ｈ5＝１とし、初期値ａ0＝１，ａ1＝１,a2＝０,a3＝１，ａ4＝０としたとき下記式（１）に示す漸化式で一意的にＰＮ系列符号Ｃ＝｛ａk｝(kは自然数)を求めることができる。
さらに、系列符号Ｃ＝｛ａ０，ａ１，ａ２，………，ａn−１｝を用いて基準となる符号化系列信号を生成するとともに、さらにこの系列符号Ｃをｑ1ビット、ビット方向にビットシフトさせた系列符号Ｔｑ１・ｃ（Ｔｑ１は、ビット方向にｑ1ビット、ビットシフトする作用素である）を用いて符号化系列信号を生成する。ここで、系列符号Ｔｑ１・Ｃは、{ａｑ１，ａｑ１＋１，ａｑ１＋２，………，ａｑ１＋Ｎ−１｝である。さらに、系列符号Ｃをｑ２ビット（例えば、ｑ２＝２×ｑ１）、ビット方向にビットシフトさせた系列符号Ｔｑ２・Ｃを用いて符号化系列信号を生成する。
この符号化系列信号を生成するために用いられる系列符号Ｃ，Ｔｑ１・Ｃ，Ｔｑ２・Ｃは、互いに直交する特性を有するので、生成される符号化系列信号も互いに直交する性質を有する。
この符号化系列信号を生成するために用いられる系列符号Ｃ，Ｔｑ１・Ｃ，Ｔｑ２・Ｃは、互いに直交する特性を有するので、生成される符号化系列信号も互いに直交する性質を有する。
具体的に説明すると、長さｎの系列符号をＣ＝｛ｂ0，ｂ1，ｂ2，………,ｂn-1｝とし、上記作用素Ｔｑを系列符号Ｃに作用させた系列符号をＣ’＝Ｔｑ・Ｃ、すなわちＣ’＝｛ｂq，ｂq+1，ｂq+2，………,ｂq+n-1}として、系列符号ＣとＣ’との間の相互相関関数Ｒcc'(q)を下記式（２）のように定義される。ここで、ＮAは系列符号における項aiと項bq+iの（ｉは０以上ｎ−１以下の整数）一致する数であり、ＮDは系列符号における項aiと項bq+iの不一致の数である。また、ＮAとＮDの和は系列符号長さｎとなる（ＮA＋ＮD＝ｎ）。ここで、iとｑ＋iはｍｏｄ（ｎ）で考える。
上記ＰＮ系列符号において２つの系列符号を項毎にｍｏｄ（２）で加算した結果はもとのＰＮ系列符号を巡回シフトしたＰＮ系列符号になる性質があり、ＰＮ系列符号の値が０となる個数は値が１となる個数より１つだけ少ないので、ＮA−ＮD＝−１となる。これより、ＰＮ系列符号において下記式（３）および（４）に示す値を示す。
上記式（３）よりビットシフト量が０、すなわちｑ＝０(ｍｏｄ（ｎ））の場合、式（３）に示すようにＲｃｃ’（ｑ）の値は１となり自己相関性を有する。一方、ビットシフト量が０でない、すなわちｑ≠０（ｍｏｄ（ｎ））の場合、式（４）に示すようにＲｃｃ’（ｑ）は−（１／ｎ）となる。ここで系列符号長さｎを大きくすることにより、Ｒｃｃ’（ｑ）（ｑ≠０）の値は０に近づく。
すなわち、系列符号ＣとＣ’は自己相関性を持ち、かつ直交性を有するといえる。
このようなＰＮ系列符号の値を０，１として時系列信号としたのがＰＮ符号化系列信号である。したがって、ＰＮ符号化変調信号も互いに自己相関性及び直交性を有する。このことから、図６におけるＣ1の信号と、Ｃ2〜Ｃ5の信号の相関関数を求めると値が０となる。
すなわち、系列符号ＣとＣ’は自己相関性を持ち、かつ直交性を有するといえる。
このようなＰＮ系列符号の値を０，１として時系列信号としたのがＰＮ符号化系列信号である。したがって、ＰＮ符号化変調信号も互いに自己相関性及び直交性を有する。このことから、図６におけるＣ1の信号と、Ｃ2〜Ｃ5の信号の相関関数を求めると値が０となる。
信号変換部６６は、中間周波数デジタル信号に含まれるＰＮ符号化変調信号で時間変調された信号に対して、制御回路ユニット５０にて生成されたＰＮ符号化変調信号の相関関数を利用することにより、どのレーザ光の信号情報が含まれているかを識別し、レーザ光毎の信号情報（レーザ光信号成分）に分解して抽出することができる。
このようにして、信号変換部６６は、アダマール逆変換及びＰＮ符号化変調信号の自己相関性及び直交性を利用した分解（符号化識別変換）により、中間周波数デジタル信号から各マイクロミラーの反射位置における各レーザ光の時間変調の信号情報を取得することができる。
なお、ＰＮ符号化変調信号による時間変調は１００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数で行われ、ＲＦ変調信号によるレーザ光の時間変調の周波数（５０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚ）に比べて低周波である。
信号変換部６６では、このように、ｎ個のカメラそれぞれについて、各マイクロミラーの反射位置におけるｎ個のレーザ光それぞれの時間変調の信号情報を取得する。すなわち、測定対象物Ｓ表面の１つの測定単位領域（１つのマイクロミラーに対応する）につき、ｎ×ｎ個のレーザ光の時間変調の信号情報（電気信号）が得られる。
このようにして、信号変換部６６は、アダマール逆変換及びＰＮ符号化変調信号の自己相関性及び直交性を利用した分解（符号化識別変換）により、中間周波数デジタル信号から各マイクロミラーの反射位置における各レーザ光の時間変調の信号情報を取得することができる。
なお、ＰＮ符号化変調信号による時間変調は１００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数で行われ、ＲＦ変調信号によるレーザ光の時間変調の周波数（５０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚ）に比べて低周波である。
信号変換部６６では、このように、ｎ個のカメラそれぞれについて、各マイクロミラーの反射位置におけるｎ個のレーザ光それぞれの時間変調の信号情報を取得する。すなわち、測定対象物Ｓ表面の１つの測定単位領域（１つのマイクロミラーに対応する）につき、ｎ×ｎ個のレーザ光の時間変調の信号情報（電気信号）が得られる。
距離情報算出部６８は、周波数の異なる複数のＲＦ変調信号に対応した各レーザ光の信号の位相ずれ情報を取得し、これより、ＲＦ変調信号の周波数に対する上記位相ずれ量の変化(相対位相変化量)を取得し、この相対位相変化量を用いて測定対象物Ｔの距離情報を求める。
具体的には、本体部１２のレーザ光出射ユニット２０のレーザダイオード２２から測定対象物Ｔまでの距離と測定対象物Ｔの表面上の反射点からレンズ３２に至るまでの距離をρ、ＲＦ変調信号の波長をλ、ＲＦ変調信号の周波数をｆ、光速度をｃ、各レーザ光の信号の、ＲＦ変調信号に対する位相ずれをθとすると、距離ρは、下記式（５）を介して下記式（６）のように表すことができる。
具体的には、本体部１２のレーザ光出射ユニット２０のレーザダイオード２２から測定対象物Ｔまでの距離と測定対象物Ｔの表面上の反射点からレンズ３２に至るまでの距離をρ、ＲＦ変調信号の波長をλ、ＲＦ変調信号の周波数をｆ、光速度をｃ、各レーザ光の信号の、ＲＦ変調信号に対する位相ずれをθとすると、距離ρは、下記式（５）を介して下記式（６）のように表すことができる。
すなわち、各レーザ光の信号の位相ずれ量の、ＲＦ変調信号の周波数に関する比を求めることで、測定対象物Ｔの距離ρを式（６）を用いて算出する。
なお、距離ρはレーザダイオード２２から測定対象物Ｔの表面上の反射点を経由して光学レンズ３６までの距離であるが、この距離ρを知れば十分である。光学レンズ３２から光電変換器３８の受光面までの光路の距離、さらにはミキサ４７にいたる伝送線路の距離は既知であるため、予め定められた補正式等を用いて正しい値に修正することができる。
距離情報算出部６８は、具体的には、信号変換部６６で算出された各マイクロミラーの反射位置における各レーザ光毎の信号情報を取得する。この信号情報は、ミキサ４７へ入る参照信号であるＲＦ変調信号の位相シフトを０としたときｒ・ｃｏｓ（θ）（ｒは測定対象物の表面における反射率、θは位相ずれ量）となり、ＲＦ変調信号を９０度位相シフトさせたときｒ・ｓｉｎ（θ）となることから、距離情報算出部６８は、これらの信号を用いて位相ずれ量θを算出する。
なお、距離ρはレーザダイオード２２から測定対象物Ｔの表面上の反射点を経由して光学レンズ３６までの距離であるが、この距離ρを知れば十分である。光学レンズ３２から光電変換器３８の受光面までの光路の距離、さらにはミキサ４７にいたる伝送線路の距離は既知であるため、予め定められた補正式等を用いて正しい値に修正することができる。
距離情報算出部６８は、具体的には、信号変換部６６で算出された各マイクロミラーの反射位置における各レーザ光毎の信号情報を取得する。この信号情報は、ミキサ４７へ入る参照信号であるＲＦ変調信号の位相シフトを０としたときｒ・ｃｏｓ（θ）（ｒは測定対象物の表面における反射率、θは位相ずれ量）となり、ＲＦ変調信号を９０度位相シフトさせたときｒ・ｓｉｎ（θ）となることから、距離情報算出部６８は、これらの信号を用いて位相ずれ量θを算出する。
３次元位置情報算出部７０は、距離情報算出部６８で算出された距離ρを用い、さらに、ＯＮ状態のマイクロミラーの位置情報とを用いて、レーザ光が反射した測定対象物Ｔの位置を３次元位置情報として求める部分である。
具体的には、図９（ａ）に示すように、光学レンズ３２の中心を原点ＯとしてＸＹＺ直交座標系を定め、各レーザ光情報に対応したレーザダイオード２２の出射位置を点Ｑ（位置座標（ａ，ｂ，ｃ）とする）、測定対象物Ｔの反射位置を点Ｐ（位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）とする）、点Ｐで反射したレーザ光が向かう空間変調素子３４のＯＮ状態にあるマイクロミラーの位置Ｒ（位置座標（−ｘ0,−ｙ0,−ｚ0）とする）とする。このとき、図９（ｂ）に示すように、距離ＰＯは、レンズ３２の倍率ｍと距離ＲＯとを用いてＰＯ＝ｍ×ＲＯと表すことができる。なお、マイクロミラーの位置Ｒのうちｚ0は装置固有の寸法として設定されている。
一方、距離ρは下記式（７）で表すことができる。また、点Ｐの位置ｘ，ｙ，ｚは、下記式（８）で表すことができることから、式（７）及び式（８）を用いて倍率ｍは下記式（９）で表すことができる。
具体的には、図９（ａ）に示すように、光学レンズ３２の中心を原点ＯとしてＸＹＺ直交座標系を定め、各レーザ光情報に対応したレーザダイオード２２の出射位置を点Ｑ（位置座標（ａ，ｂ，ｃ）とする）、測定対象物Ｔの反射位置を点Ｐ（位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）とする）、点Ｐで反射したレーザ光が向かう空間変調素子３４のＯＮ状態にあるマイクロミラーの位置Ｒ（位置座標（−ｘ0,−ｙ0,−ｚ0）とする）とする。このとき、図９（ｂ）に示すように、距離ＰＯは、レンズ３２の倍率ｍと距離ＲＯとを用いてＰＯ＝ｍ×ＲＯと表すことができる。なお、マイクロミラーの位置Ｒのうちｚ0は装置固有の寸法として設定されている。
一方、距離ρは下記式（７）で表すことができる。また、点Ｐの位置ｘ，ｙ，ｚは、下記式（８）で表すことができることから、式（７）及び式（８）を用いて倍率ｍは下記式（９）で表すことができる。
３次元位置情報算出部７０は、上記式（９）に従って、距離ρ、レーザダイオード２２の出射位置（位置座標（ａ，ｂ，ｃ））、ＯＮ状態にあるマイクロミラーの位置（位置座標（−ｘ0,−ｙ0,−ｚ0））を用いて倍率ｍを算出し、さらに式（８）を用いて測定対象物Ｔの反射位置の３次元位置情報（位置座標（ｘ，ｙ，ｚ））を求める。このようにして、各測定対象領域毎に、ｎ×ｎ個のレーザ光の時間変調の信号情報それぞれについて、３次元位置情報が取得される。
反射率算出部７２は、測定対象物Ｔの表面における反射率を算出する。
距離情報算出部６８において説明したように、信号変換部６６では、各マイクロミラーの反射位置における各レーザ光の信号情報が算出され、これが反射率算出部７２に供給される。この信号は、ミキサ４７へ入る参照信号であるＲＦ変調信号の位相シフトを０としたときに得られる信号情報は上述したようにｒ・ｃｏｓ（θ）となり、ＲＦ変調信号を９０度位相シフトさせたときに得られる信号情報はｒ・ｓｉｎ（θ）となる。これら２つの信号情報の値から反射率算出部７２は反射率ｒを算出する。
距離情報算出部６８において説明したように、信号変換部６６では、各マイクロミラーの反射位置における各レーザ光の信号情報が算出され、これが反射率算出部７２に供給される。この信号は、ミキサ４７へ入る参照信号であるＲＦ変調信号の位相シフトを０としたときに得られる信号情報は上述したようにｒ・ｃｏｓ（θ）となり、ＲＦ変調信号を９０度位相シフトさせたときに得られる信号情報はｒ・ｓｉｎ（θ）となる。これら２つの信号情報の値から反射率算出部７２は反射率ｒを算出する。
このようにレーザ光を測定対象物Ｔに照射することにより、システム１０と測定対象物Ｔとの間の距離及び測定対象物Ｔの表面における反射率ｒを求めることができ、測定対象物体Ｔの表面の３次元空間内での反射率を画像情報として得ることができる。反射率算出部７２では、このように、各測定対象領域毎に、ｎ×ｎ個のレーザ光の時間変調の信号情報それぞれについて、反射率情報が取得される。
重み付け係数設定部７４は、１つの測定単位領域につき取得される、ｎ×ｎ個のレーザ光の時間変調の信号情報（電気信号）に応じて、各信号情報毎に重み付け係数を設定する。上述のように、１つのカメラが受光する、測定対象物Ｓ表面の同一地点Ｐからの複数のレーザ光の反射光の強度は、ｎ個のレーザ光毎にそれぞれ異なっている。また、このような同一地点Ｐからの複数のレーザ光の反射光の強度それぞれは、ｎ個の各カメラでもそれぞれ異なっている。１つの測定単位領域につき取得される、ｎ×ｎ個のレーザ光の時間変調の信号情報（電気信号）は、このような反射光の強度に応じた信号であり、信号の強度もそれぞれ異なる。当然、信号の強度が低いとノイズ成分が高く（Ｓ／Ｎ比が低く）、このような信号を用いて後述の距離情報や反射率情報を算出しても、低い精度の情報しか得ることはできない。重み付け係数設定部７４は、１つの測定単位領域からの反射光の強度に応じた、ｎ×ｎ個のレーザ光の時間変調の信号情報（電気信号）それぞれの強度に応じて、各信号毎に算出される後述の距離情報や反射率情報を重み付けするための、重み付け係数をそれぞれ設定しておく。設定した重み付け係数は、３次元画像情報生成部７６に送られ、３次元画像情報の作成に用いられる。
３次元画像情報生成部７６では、重み付け係数設定部７４で設定した重み付け係数を用い、各測定対象領域毎に、ｎ×ｎ個のレーザ光の時間変調の信号情報それぞれに基づいて算出された、３次元位置情報および反射率情報のそれぞれを重み付けし、それぞれ重み付けしたｎ×ｎ個の３次元位置情報および反射率情報を用いて平均化した値を算出する。このように重み付けして平均化する（重心値を求める）ことで、各測定単位領域毎に、強い強度の反射光に基づいて算出された値が支配的な、精度の高い３次元位置情報および反射率の情報が得られる。３次元画像情報生成部７６では、このようにして得られた高精度の３次元位置情報および反射率の情報を用い、測定対象物Ｔの高精度の３次元画像情報を生成する。生成された３次元画像情報はディスプレイ１６に送られて、画像表示される。なお、本発明の３次元画像情報取得システムでは、このように、各測定単位領域毎に、ｎ×ｎ個のレーザ光の時間変調の信号情報それぞれについて信号強度に応じた重み付け係数を設定し、３次元位置情報および反射率情報のそれぞれを重み付けして平均化して、３次元画像情報の作成に係る高精度の３次元位置情報および反射率の情報を得ることに限定されない。本発明の３次元画像情報取得システムでは、重み付け係数を用いずに、ｎ×ｎ個のレーザ光の時間変調の信号情報を積算した値を用いて、３次元位置情報および反射率情報を求めてもよい。このような場合でも、反射強度が高いレーザ光の時間変調信号の成分が支配的な、Ｓ／Ｎ比の高い３次元位置情報および反射率の情報が得られる。より高精度な３次元画像情報を取得するには、ｎ×ｎ個のレーザ光の時間変調の信号情報それぞれについて、重み付けして平均化する（重心値を求める）ことが好ましい。
システム１０は、以上のように構成される。次に、システム１０の作用について説明する。
図１０（ａ）〜（ｄ）は、システム１０の駆動の際に生成される各種トリガ信号のタイミングチャートである。
図１０（ａ）〜（ｄ）は、システム１０の駆動の際に生成される各種トリガ信号のタイミングチャートである。
まず、制御装置１４のシステム制御器５１にて、コンピュータ１４の指示に応じて、各カメラにおいて測定対象物Ｔの３次元画像の取り込みを開始する画像トリガ信号（図１０（ａ）参照）が生成される。
次に、システム制御器５１では、各カメラの空間変調素子３４を所定の制御パターンでマイクロミラーを制御するようにフレームトリガ信号が生成される。フレームトリガ信号とは、空間変調素子３４の制御パターンを切り換えるためのトリガ信号であって、上述したようにマイクロミラーのＯＮ状態の配列を所定のパターンに制御した制御パターンを順次切り換えるためのトリガ信号である。
次に、システム制御器５１では、各カメラの空間変調素子３４を所定の制御パターンでマイクロミラーを制御するようにフレームトリガ信号が生成される。フレームトリガ信号とは、空間変調素子３４の制御パターンを切り換えるためのトリガ信号であって、上述したようにマイクロミラーのＯＮ状態の配列を所定のパターンに制御した制御パターンを順次切り換えるためのトリガ信号である。
図１０（ｂ）に示すように、順次モード１、モード２、………の各モードに切り換えるためのフレームトリガ信号が生成される。各モードでは、予め定められた図示されない制御パターン信号が生成されてマイクロミラー制御器３５に供給される。
フレームトリガ信号が生成されると、レーザ光は複数のカメラから、複数同時に出射されるので、光電変換器３８における受光において、どのカメラからのレーザ光を受光したのか識別可能としなければならない。このため各レーザ光をＰＮ符号化変調信号によって時間変調（レーザ光の出射のＯＮ／ＯＦＦ）するために、システム制御器５１はレーザ光毎に互いに異なるＰＮ符号化変調信号を生成し、各カメラのレーザドライバにそれぞれ供給する。
すなわち、各カメラから出射されるレーザ光の強度は時間変調されるとともに、さらに、ＰＮ符号化変調信号によるレーザ光の出射のＯＮ／ＯＦＦにより時間変調される。周波数ｆは５０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚであり、ＰＮ符号化変調信号による出射のＯＮ／ＯＦＦの切換周波数は１００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚであり、時間変調の周波数範囲が互いに大きく異なる。
フレームトリガ信号が生成されると、レーザ光は複数のカメラから、複数同時に出射されるので、光電変換器３８における受光において、どのカメラからのレーザ光を受光したのか識別可能としなければならない。このため各レーザ光をＰＮ符号化変調信号によって時間変調（レーザ光の出射のＯＮ／ＯＦＦ）するために、システム制御器５１はレーザ光毎に互いに異なるＰＮ符号化変調信号を生成し、各カメラのレーザドライバにそれぞれ供給する。
すなわち、各カメラから出射されるレーザ光の強度は時間変調されるとともに、さらに、ＰＮ符号化変調信号によるレーザ光の出射のＯＮ／ＯＦＦにより時間変調される。周波数ｆは５０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚであり、ＰＮ符号化変調信号による出射のＯＮ／ＯＦＦの切換周波数は１００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚであり、時間変調の周波数範囲が互いに大きく異なる。
さらに、システム制御器５１では、移相器４４を駆動させるための位相トリガ信号が生成される（図１０（ｃ）参照）。位相トリガ信号の生成により、周波数ｆのＲＦ変調信号に対して、位相シフト量０（位相シフトしない）及び位相シフト量９０度の２つローカル信号を生成するように、位相制御信号が生成される。
このようにして、モード１における周波数ｆのＲＦ変調信号が生成され、各カメラのレーザ光出射ユニット２０から時間変調したレーザ光が出射される。測定対象物Ｔの表面で反射したレーザ光は、光学ユニット３０に入り、プリズム３３を経由して空間変調素子３４に導かれる。空間変調素子３４のマイクロミラーは所定の制御パターンで制御されているので、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射されたレーザ光のみが光電変換器３８に導かれて受光される。時間変調の信号情報を有するレーザ光は、光電変換器３８にて電気信号に変換され、増幅器４８で増幅されてミキサ４７に供給される。
一方、移相器４４では、パワースプリッタ４２で分離されたＲＦ変調信号が位相シフト量０（位相シフトしない）及び位相シフト量９０度に順次制御されてローカル信号が生成され、これらのローカル信号がミキサ４７に供給される。
ミキサ４７では、増幅器４８から供給された電気信号を２つのローカル信号のそれぞれでミキシング（乗算）し、ＩＦ信号及び高次成分からなる信号が生成される。ＩＦ信号には、周波数ｆの時間変調の信号情報と、ＰＮ符号化変調信号による時間変調の信号情報が含まれる。
さらに、生成された信号からローパスフィルタ５２により高次成分が除去され、周波数ｆの時間変調の信号情報とＰＮ符号化変調信号による時間変調の信号情報とからなるＩＦ信号が生成される。
こうして増幅器５３を介してＡ／Ｄ変換器５４に取り込まれ、順次サンプリングクロック信号（図１０（ｄ）参照）に従ってサンプリングされ、中間周波数デジタル信号とされ、コンピュータ１４に供給される。
ミキサ４７では、増幅器４８から供給された電気信号を２つのローカル信号のそれぞれでミキシング（乗算）し、ＩＦ信号及び高次成分からなる信号が生成される。ＩＦ信号には、周波数ｆの時間変調の信号情報と、ＰＮ符号化変調信号による時間変調の信号情報が含まれる。
さらに、生成された信号からローパスフィルタ５２により高次成分が除去され、周波数ｆの時間変調の信号情報とＰＮ符号化変調信号による時間変調の信号情報とからなるＩＦ信号が生成される。
こうして増幅器５３を介してＡ／Ｄ変換器５４に取り込まれ、順次サンプリングクロック信号（図１０（ｄ）参照）に従ってサンプリングされ、中間周波数デジタル信号とされ、コンピュータ１４に供給される。
こうして、モード１におけるレーザ光の出射、受光が終了すると、順次モード２、３……に切り換えられ、制御回路ユニット５０にて順次信号処理されてコンピュータ１４に供給される。
例えば、ｉ番目（ｉ＝１〜ｎの自然数）のカメラＤｉのレーザダイオード２２から出射される時間変調したレーザ光の強度振幅Ａi（ｔ）を下記式（１０）のように定め（ｐi（ｔ）はＰＮ符号化変調信号による時間変調成分）、各カメラのミキサ４７に供給されるローカル信号Ａ０（ｔ），Ａ９０（ｔ）を下記式（１１）で定め、さらに、測定対象物Ｔの表面で反射し、さらにＯＮ状態のマイクロミラーで反射されることで、１つのカメラが受光したレーザ光の電気信号の振幅を下記式（１２）で定めると、ＩＦ信号は下記式（１３）のように表される。このＩＦ信号のうち高次成分はローパスフィルタ５２を用いて除去され、Ａ／Ｄ変換され中間周波数デジタル信号が生成される。
このようにしてコンピュータ１４に供給された中間周波数デジタル信号は、各モード毎に順次メモリ６２に記録される。
信号変換部６６では、各モードの中間周波数デジタル信号を用いて、アダマール逆変換及び符号化識別変換が行われる。
各モード毎に定められるマイクロミラーのＯＮ状態の制御パターンは、アダマール行列の各行間のテンソル積を利用したパターンを用いるので、この各モードの制御パターン毎に得られた中間周波数デジタル信号を用いてマイクロミラー毎の中間周波数デジタル信号に分解する。この分解はアダマール逆変換を利用して行われる。
信号変換部６６では、各モードの中間周波数デジタル信号を用いて、アダマール逆変換及び符号化識別変換が行われる。
各モード毎に定められるマイクロミラーのＯＮ状態の制御パターンは、アダマール行列の各行間のテンソル積を利用したパターンを用いるので、この各モードの制御パターン毎に得られた中間周波数デジタル信号を用いてマイクロミラー毎の中間周波数デジタル信号に分解する。この分解はアダマール逆変換を利用して行われる。
さらに、レーザ光の時間変調に用いたＰＮ符号化系列信号は自己相関性及び直交性を有するので、時間変調に用いたＰＮ符号化系列信号とアダマール逆変換の施された中間周波数デジタル信号との間の相関関数を算出することで、レーザ光毎に中間周波数デジタル信号を分解する符号化識別変換が行われる。すなわち、式（１３）における１／２・ｒi・ｃｏｓ（θi）及び１／２・ｒi・ｓｉｎ（θi）が得られる。これらの値は、距離情報算出部６８及び反射率算出部７２に供給される。
距離情報算出部６８では、求められた１／２・ｒi・ｃｏｓ（θi）及び１／２・ｒi・ｓｉｎ（θi）の値から角度θiを算出する。角度θiは、光電変換器３８で出力された電気信号のＲＦ変調信号に対する位相ずれ量である。
この位相ずれ量を上述した式（６）に代入することで、測定対象物Ｔの距離ρが求められる。この距離ρは、レーザ光毎に、かつ空間変調素子３４のマイクロミラー毎に求められる。３次元位置情報算出部７０では、距離情報算出部６８で求められた距離ρとマイクロミラーの位置情報とを用いてレーザ光の反射した測定対象物Ｔの表面の３次元位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）が上述した式（８）及び（９）を用いて求められる。
この位相ずれ量を上述した式（６）に代入することで、測定対象物Ｔの距離ρが求められる。この距離ρは、レーザ光毎に、かつ空間変調素子３４のマイクロミラー毎に求められる。３次元位置情報算出部７０では、距離情報算出部６８で求められた距離ρとマイクロミラーの位置情報とを用いてレーザ光の反射した測定対象物Ｔの表面の３次元位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）が上述した式（８）及び（９）を用いて求められる。
さらに、反射率算出部７２では、信号変換部６６から供給された１／２・ｒi・ｃｏｓ（θi），１／２・ｒi・ｓｉｎ（θi）の値を用いて反射率ｒiが求められる。
こうして３次元位置情報算出部７０及び反射率算出部７２で求められた３次元位置情報及び反射率がディスプレイ１６に供給されて、測定対象物Ｔの３次元画像が表示される。
こうして３次元位置情報算出部７０及び反射率算出部７２で求められた３次元位置情報及び反射率がディスプレイ１６に供給されて、測定対象物Ｔの３次元画像が表示される。
このように本発明ではレーザ光の空間変調素子３４に入射するレーザ光における時間変調の位相ずれ情報及び各マイクロミラーの位置情報を用いて、レーザ光に照射される測定対象物Ｔの３次元位置情報を高速に取得することができる。さらに、測定対象物Ｔの表面における反射率を求めることができるので画像情報とすることができ、この画像情報と３次元形状とともに用いて３次元画像情報を高速に取得することができる。
なお、反射率ｒiは測定対象物Ｔの表面の反射率を表し、例えばレーザ光が赤、緑及び青の３原色の可視レーザ光であれば、３原色における測定対象物Ｔの表面における反射率を求めることができる。すなわち、測定対象物Ｔの表面の色情報を取得することができ、測定対象物Ｔの３次元カラー画像を取得することができる。
なお、反射率ｒiは測定対象物Ｔの表面の反射率を表し、例えばレーザ光が赤、緑及び青の３原色の可視レーザ光であれば、３原色における測定対象物Ｔの表面における反射率を求めることができる。すなわち、測定対象物Ｔの表面の色情報を取得することができ、測定対象物Ｔの３次元カラー画像を取得することができる。
このようにシステム１０では、それぞれ異なる複数の位置からレーザ光を照射することで、また、それぞれ異なる複数の位置に反射光の受光面を配置することで、不特定な反射率かつ不特定な表面形状の測定対象物に対し、測定対象領域内のあらゆる部分について、高強度のレーザ光の反射光の情報を取得することを可能としている。本発明の３次元画像情報取得システムでは、レーザ光が識別可能な符号化変調信号で時間変調されており、複数の位置から同時にレーザ光を照射しても、この符号化変調信号を用いてレーザ光（の反射光）をそれぞれ識別可能となっている。本発明の３次元画像情報取得システムは、このような構成によって、レーザ光照射ユニット自体を移動することなく、測定対象領域内のあらゆる部分について、高強度のレーザ光の反射光の情報を取得することができ、短時間で（高速に）高精度の３次元画像情報を取得することができる。
以上、本発明の３次元画像情報取得システムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
１０ ３次元形画像情報取得システム
１４ 制御装置
１６ コンピュータ
２０ レーザ光出射ユニット
２２ レーザダイオード
２４ レーザドライバ
２８ 光学レンズ
３０ 光学ユニット
３１ バンドパスフィルタ
３２ 光学レンズ
３３ プリズム
３４ マイクロミラーアレイ空間変調素子
３５ マイクロミラー制御器
３６ 光学レンズ
３７ ミラー
３８ 光電変換器
４１ 発振器
４２ パワースプリッタ
４３ 増幅器
４４ 移相器
４５ 増幅器
４６ パワースプリッタ
４７ ミキサ
４８ ＲＦスプリッタ
４９ 測定データバス
５０ データ処理ユニット
５１ システム制御器
５４ Ａ／Ｄ変換器
６０ ＣＰＵ６０
６２ メモリ
６４ データ処理部
６６ 信号変換部
６８ 距離情報算出部
７０ ３次元位置情報算出部
７２ 反射率算出部
７４ 重み付け係数設定部
７６ ３次元画像情報生成部
１４ 制御装置
１６ コンピュータ
２０ レーザ光出射ユニット
２２ レーザダイオード
２４ レーザドライバ
２８ 光学レンズ
３０ 光学ユニット
３１ バンドパスフィルタ
３２ 光学レンズ
３３ プリズム
３４ マイクロミラーアレイ空間変調素子
３５ マイクロミラー制御器
３６ 光学レンズ
３７ ミラー
３８ 光電変換器
４１ 発振器
４２ パワースプリッタ
４３ 増幅器
４４ 移相器
４５ 増幅器
４６ パワースプリッタ
４７ ミキサ
４８ ＲＦスプリッタ
４９ 測定データバス
５０ データ処理ユニット
５１ システム制御器
５４ Ａ／Ｄ変換器
６０ ＣＰＵ６０
６２ メモリ
６４ データ処理部
６６ 信号変換部
６８ 距離情報算出部
７０ ３次元位置情報算出部
７２ 反射率算出部
７４ 重み付け係数設定部
７６ ３次元画像情報生成部
Claims (4)
- それぞれ異なる位置から出射した複数のレーザ光を測定対象物に照射し、測定対象物で反射した各レーザ光の反射光を受光することにより測定対象物の３次元画像情報を取得する３次元画像情報取得システムであって、
振幅変調信号に従って時間変調したレーザ光を、測定対象物に向けてそれぞれ同時に照射する、それぞれ異なる位置に配置された複数のレーザ光出射部と、
測定対象物で反射した複数のレーザ光を受光して、受光した複数のレーザ光に応じた電気信号をそれぞれ出力する複数の光電変換器と、
各光電変換器それぞれに対応して設けられた、平面上に配列された複数のマイクロミラーを有する素子であり、これらのマイクロミラーのうち選択されたマイクロミラーの反射面を所定の向きに制御してＯＮ状態にすることにより、このＯＮ状態のマイクロミラーで反射した、測定対象物からの複数のレーザ光を、対応する各光電変換器の受光面それぞれに導く、それぞれ異なる位置に配置されたマイクロミラーアレイ空間変調素子と、
各光電変換器から出力された電気信号それぞれについて、各光電変換器の受光面が受光した複数のレーザ光それぞれに応じた電気信号成分を識別する電気信号成分識別部と、
前記電気信号成分識別部において識別された各電気信号成分それぞれにおける、前記振幅変調信号に対する位相ずれ情報を取得するとともに、各電気信号成分それぞれの位相ずれ情報と、各レーザ光それぞれの出射位置の情報と、各マイクロミラーアレイ空間変調素子の配置位置の情報と、各マイクロミラーアレイ空間変調素子における前記ＯＮ状態のマイクロミラーの配列位置の情報とを用いて、各レーザ光に対応する電気信号成分それぞれについて、測定対象物の３次元位置情報を求める位置情報算出部と、
各レーザ光に対応する電気信号成分それぞれについて求められた、複数の前記測定対象物の３次元位置情報に基づき、前記測定対象物の３次元画像情報を作成する３次元画像情報作成部とを有する３次元画像情報取得システム。 - 前記複数のレーザ光出射部から同時に出射される複数のレーザ光それぞれは、前記振幅変調信号により時間変調されるとともに、さらに各レーザ光毎に識別可能な符号化変調信号で時間変調され、
前記電気信号成分識別部は、前記電気信号に含まれる符号化変調信号の情報を利用して、複数のレーザ光それぞれに応じた電気信号成分を識別する請求項１に記載の３次元画像情報取得システム。 - 前記マイクロミラーアレイ空間変調素子は、ＯＮ状態のマイクロミラーが全マイクロミラーの５０％以上を占める、マイクロミラーの制御パターンが順次切り換えられ、この制御パターンに応じて空間変調されたレーザ光を前記光電変換器の受光面に導く請求項１または２に記載の３次元画像情報取得システム。
- 順次切り換えられる前記制御パターンは、互いに直交性を有する制御パターンである請求項３に記載の３次元画像情報取得システム。
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