JP3020485B2 - 距離測定方法、距離測定装置及び距離測定プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、距離測定方法およ
び距離測定装置（レンジセンサ）に関し、特に、各種の
製造加工装置、測定検査装置等における距離測定技術に
適用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種の製造加工装置、測定検査装置等に
組み込まれる距離測定装置（距離センサ）として、非接
触型の距離センサが知られている。非接触型の距離セン
サとしては、超音波センサ、レーザによるレンジセンサ
（レーザレンジセンサ）などがあるが、高速性や高精度
を要求される用途にはレーザレンジセンサが使用されて
いる。図１６は、従来のレーザレンジセンサの概略構成
を示す図である。同図において、１は光源、２は光源１
から発光された光ビーム、３は測定対象物、７は測定対
象物３の表面で反射した反射光、８は光学部品、９は受
光素子、１０は受光素子９の受光面である。同図に示す
ように、レーザレンジセンサは、光源１から発光された
光ビーム２を測定対象物３に照射する光照射手段と、前
記測定対象物３の表面で反射した反射光７を光学部品８
を通して受光素子９の受光面１０に光点として結像させ
る受光手段を有している。

【０００３】前記受光素子９は、前記受光面１０に結像
した光点位置を電気信号に変換できる素子であり、例え
ば、一次元ＣＣＤ（charge coupled device）や一次元
ＰＳＤ（posision sensitive device）で構成される。
反射光７を案内する光学部品８としては、ミラー、プリ
ズム、レンズ等が一般に使用されるが、図１６では、光
学部品としてレンズのみを使用したレーザレンジセンサ
を図示してある。また、一般に、レーザレンジセンサ
は、照射手段および受光手段を制御し、かつ受光手段に
基づく計測情報に基づいて測定対象物までの距離を算出
する制御計測手段を有している（図示せず）。

【０００４】このように、レーザレンジセンサでは、光
源１から発光された光ビーム２により、測定対象物３の
表面に光点を生じさせ、この光点からの光（反射光７）
を光学部品（受光レンズ）８によって受光素子９の受光
面１０に光点として結像させる。このとき、図１７に示
すように、測定対象物３が近いか遠いかによって、受光
面１０上の結像位置が変化する。この図１７において、
測定対象物（３ａ，３ｂ）までの距離と結像位置の対応
関係を、距離が分かっている測定対象物で予め調べてお
けば、未知の距離に対して、結像位置からその距離を知
ることができる。なお、レーザレンジセンサについて
は、例えば、「光学部品の使い方と留意点」（末田 哲
夫，オプトロニクス社発行）等に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】レーザレンジセンサの
距離計測精度を決めるポイントは、受光素子９の受光面
１０での光点の結像位置を精度良く知ることができるか
どうかにある。受光素子９が一次元ＣＣＤにより構成さ
れている場合は、受光面１０は直線上に配置された複数
のピクセルからなり、それぞれのピクセルに受光した光
量を電気信号として得ることができる。したがって、電
気信号処埋により、光量のピーク位置か、光量の重み付
平均位置を求めれば、光点の結像位置がどのピクセル位
置に相当しているかが分かる。受光素子９が一次元ＰＳ
Ｄによリ構成されている場合は、ＰＳＤ出力を電気信号
処理することにより、光量の重み付平均位置がＰＳＤ長
に対する割合として得られ、光点の結像位置が分かる。
この様子を図１８に示す。

【０００６】このように、レーザレンジセンサはその原
埋上、測定対象物３の表面で１回だけ反射した光（正規
の反射光７）を受光素子９で受けて測定対象物３までの
距離を測定している。測定対象物３の表面が光沢性の場
合は、測定対象物３の表面で反射したビーム光がさらに
他の面で反射（多重反射）した後センサに戻ることが発
生し、正規の反射光７と混合して、正規の反射光７の結
像位置を正しく知ることができなくなる場合がある。こ
の場合は、距離測定精度が著しく劣化する。この劣化の
原因をより詳しく説明するために、多重反射が測定精度
に影響する理由を説明する。多重反射がある場合は、受
光面１０上に複数の光点があるため、光量のピーク位置
を使う方式では、正規の反射光７のピークが最も高いと
は限らないので、正規の反射光７の結像位置を正しく得
ることができない。また、光量の重み付平均位置を使う
方式では、多重反射光のある側へ、重み付平均がずれて
しまうので、やはり正規の反射光７の結像位置を正しく
得ることができない。この様子を図１９に示す。

【０００７】この多重反射は、光源１を出て受光素子９
に戻るまでに反射した回数によって、２次（２回）多重
反射、３次（３回）多重反射、４次（４回）多重反射の
ように分類される。図２０に、多重反射の一例として、
２次多重反射光１５が生じている様子を示す。

【０００８】この内、２次多重反射光１５は受光素子９
の設置方向と運用により、ある程度回避することができ
る。２次多重反射光１５は、図２１に示すように、測定
対象物３がＬ字型の場合に起こりやすい。この場合に、
受光素子９が図２１の様に配置されていると、２次多重
反射光１５は受光素子９に入射されるが、受光素子９が
図２２の様に配置されていると、２次多重反射光１５は
受光素子９には入射されない。このため、測定時の運用
により、レーザレンジセンサか測定対象物３の向きを変
えて、つまり光学系の配置を変えて、２次多重反射光１
５の影響を回避することが可能である。なお、図２１、
図２２において、１２はスキャナミラーである。

【０００９】３次多重反射光１６は、図２３に示すよう
に、測定対象物３が、その表面が光沢のある物体１８
で、なおかつ、その物体１８の近傍に他の物体１９（例
えば、その表面が光沢のない物体）がある場合に発生す
る。即ち、図２３に示すように、光源１から発光された
光ビーム２が、測定対象物３である光沢のある物体１８
の表面で正反射（鏡面のように反射すること）し、近傍
の他の物体１９の表面上で拡散反射し、その拡散反射光
が再び測定対象物３の表面で正反射して、受光素子９に
戻ることにより３次多重反射光１６となる。このふるま
いを言い換えると、測定対象物３である光沢のある物体
１８の表面が鏡の役目をして、他の物体１９の鏡像２０
を発生させ、その鏡像を測定してしまうということであ
る。この３次多重反射光１６は、光を使うレーザレンジ
センサの原理上、光学系の配置を変えて回避することは
できない。

【００１０】なお、４次以上の多重反射光も原理的には
存在するが、反射のたびに光強度が減衰するため、４回
以上反射するとその光強度は著しく下がり、実用上、距
離測定への影響は無視することができる。

【００１１】本発明は、前記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、本発明の目的は、距離測
定方法および距離測定装置において、光学系の配置では
原理上回避できない３次多重反射光がある場合でも、高
精度に距離を測定することが可能となる技術を提供する
ことにある。

【００１２】また、本発明の他の目的は、前記距離測定
方法に適用して有効な光点分離方法、光点選出方法、受
光量分布復元方法、および結像位置検出方法を提供する
ことにある。

【００１３】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。

【００１５】即ち、本発明は、光源からの光ビームを測
定対象物に照射し、前記測定物の表面で反射した反射光
を光学部品を介して受光素子の受光面に光点として結像
させ、前記受光面の光点結像位置を検出して、測定対象
物までの距離を測定する際に、受光面上に光点が複数あ
る場合でも、各光点を分離して位置検出を行い、正規の
反射光の光点の位置だけを用いて距離測定を行うことを
特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１７】なお、実施の形態を説明するための全図に
おいて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。

【００１８】［実施の形態１］始めに、図２を用いて、
本発明の実施の形態１の距離測定装置の概要について説
明する。図２は、本発明の実施の形態１の距離測定装置
の概要を説明するための図である。同図において、１は
光源、２は光源１から発光された光ビーム、３は測定対
象物、９は受光素子、２１は受光手段、３０は光点分離
手段、３１は光点選出手段、３２は受光量分布復元手
段、３３は光点結像位置検出手段、３４は距離算出手
段、３５は制御手段である。本発明の実施の形態の距離
測定装置では、光源１から発光された光ビーム２を測定
対象物３に照射し、測定対象物３の表面で反射した反射
光（図２３に示す正規の反射光７と３次多重反射光１
６）を、ミラー、プリズム、レンズ等の光学部品から成
る受光手段２１を通して受光素子９の受光面に光点とし
て結像させる。ここで、制御手段３５は、前記照射手段
および受光手段２１を制御・駆動する。

【００１９】この受光素子９で得られた受光量分布か
ら、光点分離手段３０で各光点を分離し、また、光点選
出手段３１で正規の反射光７の光点の位置を選出する。
さらに、受光量分布復元手段３２で、光点選出手段３１
で選出された正規の反射光７の受光量分布を復元し、光
点結像位置検出手段３３で正規の反射光７の結像位置を
求め、距離算出手段３４で測定対象物３までの距離を計
算する。これにより、本実施の形態の距離測定装置で
は、多重反射光の影響下においても精度の良い計測が可
能となる。また、制御手段３５は、前記各手段（３０〜
３４）を制御する。

【００２０】図１は、本発明の実施の形態１の距離測定
装置の概略構成を示す図である。同図に示すように、本
実施の形態１の距離測定装置は、光源１から発光された
光ビーム２を測定対象物である光沢のある物体１８に照
射し、物体１８の表面で反射した反射光を、ミラー、プ
リズム、レンズ等の光学部品８から成る受光手段２１を
通して受光素子９の受光面に光点として結像させる。ま
た、光源１から発光された光ビーム２が、光沢のある物
体１８の表面で正反射し、近傍の他の物体（その表面が
光沢のない物体）１９の表面上で拡散反射し、その拡散
反射光が再び物体１８の表面で正反射して生じる３次多
重反射光１６も受光素子９の受光面に光点として結像さ
れる。

【００２１】図３は、本実施の形態において、正規の反
射光７による結像と３次多重反射光１６による結像とが
両方とも受光素子９の受光面に結像している様子を示す
模式図である。この図３は、正規の反射光７と３次多重
反射光１６とが受光素子９に入射された場合の受光量分
布を示す図である。なお、図３において、曲線（Ａ２）
は正規の反射光７のみの受光量分布を示し、曲線（Ａ
３）は３次多重反射光１６のみの受光量分布を示し、曲
線（Ａ１）は、正規の反射光７と３次多重反射光１６と
による受光量分布を示す。

【００２２】次に、受光素子９から図３に示す受光量分
布が得られた場合の距離測定装置の動作を図２６を参照
して説明する。複数ピークがある受光量分布が取得され
る（ステップ２０１）と、光点分離手段３０は、受光量
分布の極大値、極小値、変曲点を利用して光点の分離を
行う（ステップ２０２）。光点選出手段３１は、受光量
分布の極大値を利用して正規の反射光の光点を分離され
た光点から選出する（ステップ２０３）。受光量分布復
元手段３２は、ステップ２０３で選出された光点に関す
る極大値、変曲点を任意の分布関数に入力することで正
規の反射光の光点に関する受光量分布を復元する（ステ
ップ２０４）。光点像位置検出手段３３は、ステップ２
０４で復元された受光量分布を用いて受光素子の受光面
の結像位置を検出する（ステップ２０５）。そして、距
離算出手段３４は、検出された結像位置から測定対象物
までの距離を三角測量の原理を用いて算出し（ステップ
２０６）、その距離を出力する（ステップ２０７）。以
下、受光素子９から図３に示す受光量分布が得られた場
合に、本実施の形態において、どのようにして距離を算
出するかを順を追って詳細に説明する。受光素子９で得
られた受光量分布は、光点分離手段３０に入力される。 〔光点分離手段３０〕図４は、光点分離手段３０の処理
手順を示すフローチャートである。光点分離手段３０
は、受光素子９で得られた受光量分布が入力されると
（ステップ１００）、受光素子９で得られた受光量分布
に対して、１次微分と２次微分の計算を行って（ステッ
プ１０１）、受光素子９で得られた受光量分布の極値点
と変曲点を算出する（ステップ１０２）。次に、各光点
の受光量分布を極小値を取る受光素子９上の各点で分離
し（ステップ１０３）、各光点毎に受光量分布を分離す
る（ステップ１０４）。即ち、受光素子９で得られた受
光量分布に対して、１次微分を行うことにより、極大値
と極小値の座標が獲得でき、極大値の座標ｐ_MAX1（ｘ
_MAX1，ｙ_MAX1），ｐ_MAX2（ｘ_MAX2，ｙ_MAX2）が得られ
る。また、同様に極小値の座標ｐ_MlN1（ｘ_MlN1，
ｙ_MlN1），ｐ_MlN2（ｘ_MIN2，ｙ_{MI N2}），ｐ
_MIN3（ｘ_MIN3，ｙ_MIN3）が得られる。次に、２次微分を
行うことにより、受光量分布の変曲点ｐ_lF1，ｐ_lF2，ｐ
_lF3，ｐ_lF4が得られる。１次微分が０となる位置が極値
で、受光量分布の極大値と極小値が分かる。また、２次
微分が０となる位置を求め、変曲点とする。次に、受光
量分布上の各光点を、極小値ｐ_MIN2（ｘ_MlN2，ｙ_MlN2）
で分離する。

【００２３】光点分離手段３０で分離された各光点の受
光量分布は、光点選出手段３１に入力される。 〔光点選出手段３１〕光点選出手段３１は、受光量分布
の極大値の中で閾値よリピーク値が大きく、最も距離が
近いものを、正規の反射光７のピーク位置として選出す
る。また、ピーク値に最も近い左右の変曲点を分離点と
し、分離点で受光量分布を分離し、正規の反射光７から
３次多重反射光１６の受光量分布を分離する。

【００２４】図５は、３次多重反射光１６の経路の一例
を示す図である。図５において、正規の反射光７は、測
定対象物である光沢のある物体１８上の点Ｐ１で反射し
た後に、一部はスキャナミラー１２からレンズ８を通じ
て受光素子９上の点Ｑ１に結像する。ここで、点Ｐ１の
面が光沢面であるので、点Ｐ１で反射した一部の反射光
は、近傍の他の物体１９上の点に到達する。この場合
に、物体１９は非光沢面であるため、点Ｐ２に到達した
レーザ光は点Ｐ２で拡散反射し、さらにその一部のレー
ザ光が、物体１８上の点Ｐ１から少し離れた位置の点Ｐ
３で３度目の反射をし、受光素子９上の遠距離側の点Ｑ
２に結像する。ここで、３次多重反射光１６は、点Ｐ１
から見て点Ｐ２と等距離の、実際にはない虚像上の点
Ｐ’２で反射したかのように見え、当然受光素子９上で
見た距離も点Ｐ１−Ｐ’２の間の距離だけ遠く見える。
一般に、３次多重反射光１６が発生した場合に、受光素
子９上で観測される光強度分布の重心は、実際の距離よ
りも遠い位置となる。３次多重反射光１６の影響を取り
除くために、正規の反射光７の結像位置を求める必要が
ある。２次多重反射光（図２０の１５）への対策がされ
ていれば、４次以上の高次の多重反射光の影響は小さい
ので、正規の反射光７は、必ず３次多重反射光１６より
近距離側に結像するため、最も近距離側にある光点を正
規の反射光７の光点となる。

【００２５】図６は、光点選出手段３１の処理手順を示
すフローチャートである。光点選出手段３１は、光点分
離手段３０で得られた各光点毎の受光量分布が入力され
ると（ステップ１１０）、極大値の閾値を決定し（ステ
ップ１１１）、光点分離手段３０で得られたそれぞれの
極大値を正規の反射光７の極大値の候補として選出し
（ステップ１１２）、当該極大値が所定の閾値以上であ
るか否かを判断する（ステップ１１３）。前記ステップ
１１３で、当該極大値の値が所定の閾値以上である場合
には、当該極大値が、最も距離の近い方（受光素子９上
の右手側）にあるか否かを判断し（ステップ１１４）、
最も距離の近い方（受光素子９上の右手側）にある極大
値を正規の反射光７の最大値とする（ステップ１１
５）。すなわち、光点選出手段３１は、複数の極大値が
入力された場合、その複数の極大値の中から、ステップ
１１０でノイズ除去のために設定された閾値より高く
（ステップ１１３）、かつ、最も距離の近い方（ステッ
プ１１４）にある極大値を正規の反射光７の極大値とし
て選択する処理を行う。本実施の形態では、座標ｐ_MAX2
（ｘ_MAX2，ｙ_MAX2）の点が正規の反射光７の最大値とな
る。また、受光量分布の変曲点ｐ_IF3，ｐ_lF4を分離点
（各光点の区切り位置）とし、分離点で受光量分布を分
離し、正規の反射光７の受光量分布の変曲点ｐ_IF3〜ｐ
_IF4以外の受光量分布を削除する。これにより、多重反
射の影響を低減することができる。

【００２６】なお、各光点のピークが接近すると、極小
値ｐ_MIN2（ｘ_MIN2，ｙ_MlN2）の方が、変曲点ｐ_lF3より
も極大値ｐ_MAX2（ｘ_MAX2，ｙ_MAX2）に近くなるので、こ
の場合には、極小値ｐ_MlN2（ｘ_MIN2，ｙ_MIN2）を各光点
の区切り位置として、各光点単独の受光量分布に分割す
る。これを図３、図２４、図２５を用いてより詳細に説
明する。図３のように３次多重反射光と正規の反射光の
重なりがごく一部の場合、光点選出部３１は選択された
正規の反射光の極大値ｐ_MAX2の左側の変曲点ｐ_lF3から
右側の変曲点ｐ_lF4の間を正規の反射光の分布領域とす
る。また、図２４のように３次多重反射光と正規の反射
光が変曲点を越えて重なっている場合、光点選出部３１
は選択された正規の反射光の極大値ｐ_MAX2の左側の極小
値ｐ_MIN2から右側の変曲点ｐ_lF4の間を正規の反射光の
分布領域とする。そして、図２５のように３次多重反射
光と正規の反射光の大部分が重なっている場合、光点選
出部３１は選択された正規の反射光の極大値ｐ_MAX2の左
側の変曲点ｐ_IF3から右側の変曲点ｐ_lF4の間を正規の反
射光の分布領域とする。即ち、極大値を中心に極小値と
変曲点のうちで極大値に距離が近い方を各光点の区切り
位置として、各光点単独の受光量分布に分割する。

【００２７】なお、ステップ１１１で極大値の閾値を決
定しているのは、光点の受光量がある程度ないと、高精
度の測定結果が得られないために、３次多重反射光１６
などとは関係なく、センサを調整後、再度測定する必要
があるためである。この正規の反射光７の受光量分布の
最大値と、左右の変曲点は受光量分布復元手段３２に入
力される。 〔受光量分布復元手段３２〕光点選出手段３１により、
正規の反射光７の受光量分布を獲得することができた
が、３次多重反射光１６の受光量分布を削除したとき
に、正規の反射光７の受光量分布の一部も失われてしま
う。そこで、受光量分布復元手段３２は、得られた正規
の反射光７の受光量分布から、３次多重反射光１６の受
光量分布の分離によって失われた正規の反射光７の受光
量分布を、一つのピークを持つ任意の分布関数により、
例えば、最小自乗法などによる近似により受光量分布を
復元する。

【００２８】本実施の形態では、一つのピークを持つ分
布関数として、図７に示す余弦分布関数（図７のＡ４）
を用いる。正規の反射光７の受光量分布の最大値を使っ
て、余弦分布関数に代入し、受光量分布を復元する。

【００２９】同様の手法により、一つのピークを持つ任
意の分布関数により受光量分布を復元することができ
る。

【００３０】この場合、左右の変曲点（ｐ_lF3〜ｐ_lF4）
内の元の受光量分布と、一つのピークを持つ任意の分布
関数により復元された変曲点ｐ_IF3以下の部分と、変曲
点ｐ_{l F4}以上の部分を復元された受光量分布とする。あ
るいは、一つのピークを持つ任意の分布関数全体を復元
された受光量分布としても良い。これにより、本実施の
形態では、３次多重反射光１６の影響の少ない正規の反
射光７の受光量分布を獲得することができる。

【００３１】この受光量分布復元手段３２で得られた正
規の反射光７の受光量分布は、光点結像位置検出手段３
３に入力される。 〔光点結像位置検出手段３３〕光点結像位置検出手段３
３は、得られた正規の反射光７の受光量分布より重み付
平均位置を算出し、正規の反射光７の結像位置とする。
この光点結像位置検出手段３３で得られた正規の反射光
７の結像位置は、距離算出手段３４に入力される。 〔距離算出手段３４〕距離算出手段３４は、求められた
正規の反射光７の結像位置により、三角測量の原理を用
いて距離の計算を行う。

【００３２】このように、本実施の形態によれば、３次
多重反射光１６を正規の反射光７と分離できるため、多
重反射光が発生しやすい形状や、多重反射光が発生しや
すい光沢性の測定対象物に対して、高精度で距離を測定
することができる。

【００３３】［実施の形態２］本発明の実施の形態２の
距離測定装置は、受光量分布復元手段３２における受光
量分布復元時に、前記実施の形態１の余弦分布関数の代
りに、図７に示す正規の反射光７の受光量分布の最大値
が平均値、正規の反射光７の受光量分布の変曲点が標準
偏差値に相当する正規分布関数（図７のＡ５）を用い
て、受光量分布を復元するようにしたものである。

【００３４】図８は、本実施の形態の受光量分布復元手
段３２における、受光量分布復元時の処理手順示すフロ
ーチャートである。本実施の形態において、受光量分布
復元手段３２は、その受光量分布復元時に、光点選出手
段３１で得られた正規の反射光７の極大値と、変曲点と
が入力されると（ステップ１２０）、当該極大値と、変
曲点とを正規分布関数に代入する（ステップ１２１）。
前記ステップ１２１で得られた分布を保存し（ステップ
１２２）、正規の反射光７の受光分布を得る（ステップ
１２３）。本実施の形態では、レーザ光の受光量分布に
近い正規分布関数を用いることにより、より正確な光強
度分布の復元が可能となる。本実施の形態では、正規の
反射光７の受光量分布の重み付平均位置と正規の反射光
７の受光量分布の最大値は等しいので、光点結像位置検
出手段３３で得られた正規の反射光７の結像位置を求め
る場合に、そのまま最大値を用いても良い。

【００３５】［実施の形態３］本発明の実施の形態３の
距離測定装置は、受光量分布復元手段３２における受光
量分布復元時に、前記実施の形態１の余弦分布関数の代
りに、図７に示す正規の反射光７の受光量分布の最大値
が平均値、正規の反射光７の受光量分布の変曲点が標準
偏差値に相当するラプラス分布関数（図７のＡ６）を用
いて、受光量分布を復元するようにしたものである。な
お、前記各実施の形態の受光量分布復元手段３２におけ
る受光量分布復元時に、前記実施の形態１ないし実施の
形態３の分布関数以外に、正規の反射光７の受光量分布
の最大値が平均値、正規の反射光７の受光量分布の変曲
点が標準偏差値に相当する任意の分布関数を用いて、受
光量分布を復元するようにしてもよい。 レーザ光の受
光量分布に近い任意の分布関数を用いることにより、よ
り正確な光強度分布の復元が可能となる。

【００３６】［実施の形態４］図９は、本発明の実施の
形態４の距離測定装置の概略構成を示す図である。本実
施の形態の距離測定装置は、受光量分布復元手段３２が
省略されている点で、前記実施の形態１の距離測定装置
と相違する。即ち、本実施の形態は、受光量分布復元手
段３２で正規の反射光７の受光量分布を復元することな
く、光点選出手段３１で得られた正規の反射光７の受光
量分布の最大値、あるいは中央値を結像位置とするもの
である。本実施の形態によれば、受光量分布を復元し、
かつ、重み付平均位置を算出する必要がないので、高速
に結像位置を求めることができる。

【００３７】［実施の形態５］図１０は、本発明の実施
の形態５の距離測定装置の概略構成を示す図である。本
実施の形態の距離測定装置は、光点分離手段３０と光点
選出手段３１とが省略され、その代わりに、極値・変曲
点算出手段３６が設けられている点で、前記実施の形態
１の距離測定装置と相違する。受光素子９で得られた受
光量分布が３次多重反射光１６を含まない、正規の反射
光７のみの受光量分布の場合には、前記した光点分離手
段３０、光点選出手段３１は必要としない。本実施の形
態の距離測定装置は、受光素子９で得られた受光量分布
が３次多重反射光１６を含まない、正規の反射光７のみ
の受光量分布の場合の実施の形態であり、本実施の形態
では、極値・変曲点算出手段３６において、微分演算に
より簡単に、極大値の座標ｐ_MAX1（ｘ_MAX1，ｙ_MAX1）を
求め、また２次微分を行うことにより、受光量分布の変
曲点ｐ_lF3，ｐ_lF4のみを求める。この極大値と変曲点よ
り、受光量分布復元手段３２で、３次多重反射光１６を
含んだ場合と同様の方法により、受光量分布の復元を行
う。このとき復元された受光量分布は、元の受光量分布
の近似となるため、復元を行っても計測の誤差には影響
がない。

【００３８】このように、本実施の形態によれば、受光
素子９で得られた受光量分布が３次多重反射光１６を含
まない、正規の反射光７のみの受光量分布の場合に、正
規の反射光７の受光量分布の復元、光点の結像位置の算
出を精度よく行うことができる。

【００３９】［実施の形態６］本発明の実施の形態６の
距離測定装置の概略構成は、前記実施の形態１の距離測
定装置と同じである。受光素子９から図３に示す受光量
分布が得られた場合に、本実施の形態において、どのよ
うにして距離を算出するかを順を追って説明する。本実
施の形態においても、光点分離手段３０で、受光素子９
で得られた受光量分布に対して、微分演算を行う。この
光点分離手段３０での処理手順は、図４に示す処理手順
と同じであるので、その詳細な説明は省略する。前記実
施の形態と同様、１次微分を行うことにより、極大値と
極小値の座標が獲得できる。本実施の形態では、極大値
の座標として、ｐ_MAX1（ｘ_MAX1，ｙ_MAX1），ｐ_MAX2（ｘ
_MAX2，ｙ_MAX2）が、極小値の座標として、ｐ_MlN1（ｘ
_MIN1，ｙ_MlN1），ｐ_{MI N2}（ｘ_MlN2，ｙ_MlN2），ｐ
_MlN3（ｘ_MlN3，ｙ_MIN3）が得られる。また、２次微分を
行うことにより、受光量分布の変曲点の座標として、ｐ
_lF1，ｐ_lF2，ｐ_IF3，ｐ_lF4が得られる。次に、前記実施
の形態１と同様、光点分離手段３０で、受光量分布上の
各光点を、極小値ｐ_MlN2（ｘ_MIN2，ｙ_MIN2）で分離す
る。次に、前記実施の形態１と同様、光点選出手段３１
で、それぞれの光点の領域内の極大値の値と、最大値の
値とを比較してある一定閾値以上にある、最も距離の近
い方（受光素子９上の右手側）にある極大値を正規の反
射光７の最大値とする。

【００４０】この光点選出手段３１での処理手順は、図
４に示す処理手順と同じであるので、その詳細な説明は
省略する。本実施の形態では、座標ｐ_MAX2（ｘ_MAX2，ｙ
_MAX2）の点を正規の反射光７の最大値とする。また、受
光量分布の変曲点ｐ_lF3，ｐ_lF4を分離点（各光点の区切
り位置）とし、分離点で受光量分布を分離し、正規の反
射光７の受光量分布の変曲点ｐ_lF3〜ｐ_lF4以外の受光量
分布を削除することにより、多重反射の影響を低減する
ことができる。

【００４１】なお、各光点のピークが接近すると、極小
値ｐ_MIN2（ｘ_MIN2，ｙ_MlN2）の方が、変曲点ｐ_lF3より
も極大値ｐ_MAX2（ｘ_MAX2，ｙ_MAX2）に近くなるので、こ
の場合には、極小値ｐ_MlN2（ｘ_MIN2，ｙ_MIN2）を各光点
の区切り位置として、各光点単独の受光量分布に分割す
る。これを図３、図２４、図２５を用いてより詳細に説
明する。図３のように３次多重反射光と正規の反射光の
重なりがごく一部の場合、光点選出部３１は選択された
正規の反射光の極大値ｐ_MAX2の左側の変曲点ｐ_lF3から
右側の変曲点ｐ_lF4の間を正規の反射光の分布領域とす
る。また、図２４のように３次多重反射光と正規の反射
光が変曲点を越えて重なっている場合、光点選出部３１
は選択された正規の反射光の極大値ｐ_MAX2の左側の極小
値ｐ_MIN2から右側の変曲点ｐ_lF4の間を正規の反射光の
分布領域とする。そして、図２５のように３次多重反射
光と正規の反射光の大部分が重なっている場合、光点選
出部３１は選択された正規の反射光の極大値ｐ_MAX2の左
側の変曲点ｐ_IF3から右側の変曲点ｐ_lF4の間を正規の反
射光の分布領域とする。即ち、極大値を中心に極小値と
変曲点のうちで極大値に距離が近い方を各光点の区切り
位置として、各光点単独の受光量分布に分割する。

【００４２】光点選出手段３１により、正規の反射光７
の受光量分布を獲得することができたが、３次多重反射
光１６の受光量分布を削除したときに、正規の反射光７
の受光量分布の一部も失われてしまう。そこで、受光量
分布復元手段３２は、この失われた正規の反射光７の受
光量分布を復元する必要があるが、正規の反射光７の受
光量分布は、正規分布関数、あるいはそれに十分近い分
布関数をとる。ここで、光点分離手段３０で得られた正
規の反射光７の極大値ｐ_MAX2（ｘ_MAX2，ｙ_MAX2）は、正
規分布関数（図７のＡ５）における最大値（平均）、ま
た、正規の反射光７の受光量分布の変曲点ｐ
_IF3（ｘ_lF3，ｙ_lF3），ｐ_IF4（ｘ_lF4，ｙ_{l F4}）は、正規
分布関数における標準偏差値にあたる。このことから、
正規の反射光７の受光量分布の最大値と左右の変曲点を
正規分布関数にあてはめることにより、正規の反射光７
の受光量分布を復元することができる。

【００４３】この場合に、正規の反射光７の受光量分布
の歪度を調べると、左右非対称であることが分かる（図
３のσＬ，σＲ参照）。そのため、左右の標準偏差値は
異なる値を取るため、そのまま正規分布関数にあてはめ
ることはできない。したがって、本実施の形態の受光量
分布復元手段３２では、正規の反射光７の受光量分布は
左右異なる標準偏差値をとる分布を最大値を取る部分で
張り合わせた分布とみなし、片側ずつ正規分布関数に当
てはめる。図１１は、本実施の形態の受光量分布復元手
段３２における、受光量分布復元時の処理手順を示すフ
ローチャートである。本実施の形態において、受光量分
布復元手段３２は、その受光量分布復元時に、光点選出
手段３１で得られた正規の反射光７の極大値と、変曲点
とが入力されると（ステップ１３０）、当該変曲点を左
側の変曲点と右側の変曲点とに分離し（ステップ１３
１，１３２）、正規の反射光７の極大値及び左側の変曲
点とを得る（ステップ１３３）。

【００４４】同様に、正規の反射光７の極大値及び右側
の変曲点とを得る（ステップ１３４）。 当該極大値
と、左側の変曲点とを正規分布関数に代入し（ステップ
１３５）、前記ステップ１３５で得られた極大値より左
半分の分布を保存する（ステップ１３６）。同様に、当
該極大値と、右側の変曲点とを正規分布関数に代入し
（ステップ１３５）、前記ステップ１３６で得られた極
大値より右半分の分布を保存する（ステップ１３７）。

【００４５】前記ステップ１３６とステップ１３７とで
得られた左右の分布を結合し（ステップ１３８）、正規
の反射光７の受光分布を得る（ステップ１３９）。実際
に３次多重反射光１６が発生した場合の受光量分布を、
本実施の形態により処理した結果を図１２に示す。な
お、図１２において、点線が元の受光量分布、実線が処
理後の受光量分布である。このように、本実施の形態に
よれば、３次多重反射光１６の影響の少ない正規の反射
光７の受光量分布を獲得することができる。

【００４６】次に、光点結像位置検出手段３３で、得ら
れた正規の反射光７の受光量分布より重み付平均位置を
算出し、正規の反射光７の結像位置とする。最後に、距
離算出手段３４は、求められた正規の反射光７の結像位
置により、三角測量の原理を用いて距離の計算を行う。

【００４７】なお、本実施の形態において、前記実施の
形態４と同様、受光量分布復元手段３２を省略し、即
ち、受光量分布復元手段３２で正規の反射光７の受光量
分布を復元することなく、光点選出手段３１で得られた
正規の反射光７の受光量分布の最大値、あるいは中央値
を結像位置としてもよい。この場合には、重み付平均位
置を算出する必要がないので、高速に結像位置を求める
ことができる。

【００４８】さらに、得られた受光量分布が３次多重反
射光を含まない、正規の反射光７のみの受光量分布の場
合には、前記実施の形態５と同様に、光点分離手段３０
と光点選出手段３１とを省略し、その代わりに、極値・
変曲点算出手段３６を設けるようにしてもよい。このよ
うな構成の場合には、極値・変曲点算出手段３６におい
て、微分演算により簡単に、極大値の座標ｐ_MAX1（ｘ
_MAX1，ｙ_MAX1）を求め、また２次微分を行うことによ
り、受光量分布の変曲点ｐ_lF3，ｐ_lF4のみを求める。こ
の極大値と変曲点より、受光量分布復元手段３２で、３
次多重反射光１６を含んだ場合と同様の方法により、受
光量分布の復元を行う。このとき復元された受光量分布
は、元の受光量分布の近似となるため、復元を行っても
計測の誤差には影響がない。

【００４９】［実施の形態７］本発明の実施の形態７の
距離測定装置は、受光量分布復元手段３２における受光
量分布復元時に、前記実施の形態６の正規分布関数の代
りに、図７に示す正規の反射光７の受光量分布の最大値
が平均値、正規の反射光７の受光量分布の変曲点が標準
偏差値に相当するラプラス分布関数（図７のＡ６）を用
いて、受光量分布を復元するようにしたものである。

【００５０】なお、前記実施の形態６または実施の形態
７の受光量分布復元手段３２における受光量分布復元時
に、前記実施の形態６または実施の形態７の分布関数以
外に、正規の反射光７の受光量分布の最大値が平均値、
正規の反射光７の受光量分布の変曲点が標準偏差値に相
当する任意の分布関数を用いて、受光量分布を復元する
ようにしてもよい。レーザ光の受光量分布に近い任意の
分布関数を用いることにより、より正確な光強度分布の
復元が可能となる。

【００５１】［実施の形態８］図１３は、本発明の実施
の形態８の距離測定装置の概略構成を示す図である。本
実施の形態の距離測定装置は、同期式走査型レンジファ
インダーに本発明を適用した場合の実施の形態である。
本実施の形態では、光源１から投光された光ビーム（レ
ーザ光）２は、スキャナミラー１２で反射し測定対象物
である光沢のある物体１８上の点Ｐ１で反射した後に、
一部はスキャナミラー１２から光学部品（レンズ）８を
通じて受光素子９上の点Ｑ１に結像する。本実施の形態
のような構成の同期式走査型レンジファインダーでは、
２次多重反射光（図２０の１５）が発生した場合に、測
定対象物である光沢のある物体１８からのレーザ光はス
キャナミラー１２の軸上で反射しない。このため２次多
重反射光は受光素子９上に結像せず、２次多重反射光を
構造的に回避することができる。しかしながら、３次多
重反射光１６の場合は、スキャナミラー１２の軸上で反
射するため、受光素子９上に結像する。３次多重反射光
１６が受光素子９上に結像することにより、本来の正規
の反射光７のみの受光量分布とは異なる分布となるため
に、正しい計測結果が得られなくなる。そこで、受光素
子９上に結像した結果に対して、前記各実施の形態の手
法を適用することにより、３次多重反射光１６を効果的
に取り除き、正規の反射光７のみの受光量分布を得るこ
とができる。

【００５２】なお、本実施の形態においても、前記実施
の形態４と同様、受光量分布復元手段３２を省略し、即
ち、受光量分布復元手段３２で正規の反射光７の受光量
分布を復元することなく、光点選出手段３１て得られた
正規の反射光７の受光量分布の最大値、あるいは中央値
を結像位置としてもよい。さらに、得られた受光量分布
が３次多重反射光１６を含まない、正規の反射光７のみ
の受光量分布の場合には、前記実施の形態５と同様に、
光点分離手段３０と光点選出手段３１とを省略し、その
代わりに、極値・変曲点算出手段３６を設けるようにし
てもよい。 ［実施の形態９］図１４は、本発明の実施の形態９の距
離測定装置の概略構成を示す図である。本実施の形態の
距離測定装置は、２次元の領域の距離を測定するレンジ
センサに本発明を適用した実施の形態である。

【００５３】前記実施の形態１において、受光量分布が
２次元以上の場合について考える。本実施の形態では、
一例として２次元のレンジセンサを取り扱う。図１４に
示すように、走査側にＸ，Ｙの２方向に走査できるよう
に、２つのスキャナミラー（１２，１３）を付加し、受
光側には、１次元の受光素子９に変えて、２次元の受光
素子１１を設置する。これにより、本実施の形態の距離
測定装置は、２次元の領域の距離を測定するレンジセン
サとなる。

【００５４】本実施の形態では、光点分離手段３０で、
受光素子１１で得られた受光量分布に対して、微分演算
を行う。これにより、前記実施の形態１の時と同様に受
光量分布の極大値、極小値および変曲点の座標を得るこ
とができる。次に、前記実施の形態１と同様、光点分離
手段３０で、受光量分布上の各光点を、極小値ｐ
_MIN2（ｘ_MIN2，ｙ_MlN2）で分離する。次に、前記実施の
形態１と同様、光点選出手段３１で、それぞれの光点の
領域内の極大値の値が所定の閾値以上の、最も距離の近
い方（受光素子９上の右手側）にある極大値を正規の反
射光７の最大値とする。

【００５５】次に、受光量分布復元手段３２で、前記極
大値を用いて、ｎ次元の余弦分布関数を使うことによ
り、ｎ次元の受光量分布を復元することが可能である。
例えば、最大値をとる分布を正規の反射光７の受光量分
布とすると、最大値とｎ次元の余弦分布を用いることに
より、ｎ次元の正規の反射光７の受光量分布を復元する
ことが可能である。同様にして、ラプラス分布関数や正
規分布関数を用いて、正規の反射光７の受光量分布を復
元することが可能である。

【００５６】まだ、より高速に、正確な結像位置を得ら
れる手法として、正規の反射光７の最大値ｐ_MAX2（ｘ
_MAX2，ｙ_MAX2）を用いる方法がある。通常、受光素子
（９，１１）のピクセル単位でしか正規の反射光７の受
光量分布の最大値を求めることができないが、極大値を
使用することにより、ＣＣＤ受光素子のサブピクセル単
位で求めることができ、より正確な距離計測が可能とな
る。

【００５７】なお、本実施の形態においても、前記実施
の形態４と同様、受光量分布復元手段３２を省略し、即
ち、受光量分布復元手段３２で正規の反射光７の受光量
分布を復元することなく、光点選出手段３１で得られた
正規の反射光７の受光量分布の最大値、あるいは中央値
を結像位置としてもよい。さらに、得られた受光量分布
が３次多重反射光を含まない、正規の反射光７のみの受
光量分布の場合には、前記実施の形態５と同様に、光点
分離手段３０と光点選出手段３１とを省略し、その代わ
りに、極値・変曲点算出手段３６を設けるようにしても
よい。 ［実施の形態１０］図１５は、本発明の実施の形態１０
の距離測定装置の概略構成を示す図である。 前記実施
の形態９においては、スキャナミラーをＸ，Ｙの２つ採
用していたが、本実施の形態においては、投光側のＸ方
向のミラー１２を受光側のミラーと同期するものを採用
したものである。本実施の形態のように、投光側と受光
側のミラーを同期させることにより、前記実施の形態６
で得られたと同じく、２次多重反射光が受光素子９上に
結像することを防ぐことができる。同時に投光側と受光
側のミラーを同期させることにより、受光側の受光素子
９を１次元の受光素子で代替することができる。

【００５８】なお、本実施の形態では、大きな一つのミ
ラーとしたが、投光側のミラーと受光側のミラーを２つ
に分け同期するような仕組みにすることも可能である。
さらに、３次多重反射光１６の処理については、１次元
のレンジセンサと同じ処理方式で効果を得ることができ
る。

【００５９】なお、本実施の形態においても、前記実施
の形態４と同様、受光量分布復元手段３２を省略し、即
ち、受光量分布復元手段３２で正規の反射光７の受光量
分布を復元することなく、光点選出手段３１で得られた
正規の反射光７の受光量分布の最大値、あるいは中央値
を結像位置としてもよい。さらに、得られた受光量分布
が３次多重反射光１６を含まない、正規の反射光７のみ
の受光量分布の場合には、前記実施の形態５と同様に、
光点分離手段３０と光点選出手段３１とを省略し、その
代わりに、極値・変曲点算出手段３６を設けるようにし
てもよい。なお、実施の形態５以外の実施の形態で得ら
れた受光量分布が３次多重反射光１６を含まない場合で
あっても、本発明は高精度な距離の測定をすることが可
能である。

【００６０】なお、上記実施の形態において、図１、図
２、図９、図１０、図１３、図１４、図１５における各
手段あるいはそれら各手段のうち一部の手段の機能を実
現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な
記録媒体に記録して、コンピュータシステムはこの記録
媒体に記録されたプログラムを読み込み、実行すること
により光点分離、光点選択、受光量分布復元、結像位置
検出や距離測定といった処理を行ってもよい。なお、こ
こでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機
器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピ
ュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フロッピーディ
スク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬
媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディス
ク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読
み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネッ
トワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを
送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプ
ログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライア
ントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリの
ように、一定時間プログラムを保持しているものも含む
ものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一
部を実現するためのものであっても良く、さらに前述し
た機能をコンピュータシステムにすでに記録されている
プログラムとの組み合わせで実現できるものであっても
良い。なお、リアルタイムで距離測定に関する処理を行
う場合、上述の「コンピュータシステム」には距離測定
のために必要となる照射手段や受光手段等が接続されて
いてプログラムの実行により距離測定に関する処理が行
われるものとする。また、リアルタイム処理が必要でな
ければ、照射手段や受光手段等を用いて取得した距離測
定に必要な情報を別に取得してデジタル情報として保存
し、上述の「コンピュータシステム」はそのデジタル情
報を読み込んでプログラムの実行により距離測定に関す
る処理を行っても良い。以上、本発明者によってなされ
た発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明した
が、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。

【００６１】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。

【００６２】（１）本発明によれば、多重反射光を正規
の反射光と分離できるため、多重反射光が発生しやすい
形状や、多重反射光が発生しやすい光沢性の測定対象物
に対して、高精度で距離を測定することが可能となる。

【００６３】（２）本発明によれば、多重反射光のある
なしに関わらず、正規の反射光の受光量分布の復元、光
点の結像位置の算出を精度よく行うことが可能である。

【００６４】（３）本発明によれば、今までに多重反射
光による精度劣化のため使用できなかった分野での距離
測定が実現でき、汎用性の高い距離測定装置を得ること
が可能となる。

【００６５】（４）本発明によれば、距離計測に正規の
反射光の最大値を使用する場合に、従来の距離計測に反
射光の最大値を使用するもの、および、従来の距離計測
に重心を使用するものより、高速かつ高精度で距離を測
定することが可能となる。

【００６６】（５）本発明によれば、正規の反射光の復
元を行う場合に、測定対象物の表面状態などにより、受
光量分布が変わる可能性があるため、様々な分布関数を
用いて、受光量分布を復元することにより、より正確な
距離測定結果を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１の距離測定装置の概略
構成を示す図である。

【図２】 本発明の実施の形態１の距離測定装置の概要
を説明するための図である。

【図３】 本実施の形態１において、正規の反射光によ
る結像と３次多重反射光による結像とが両方とも受光素
子の受光面に結像している様子を示す模式図である。

【図４】 本実施の形態１の光点分離手段の処理手順を
示すフローチャートである。

【図５】 ３次多重反射光の経路の一例を示す図であ
る。

【図６】 本実施の形態の光点選出手段の処理手順を示
すフローチャートである。

【図７】 本実施の形態の受光量分布復元手段で、正規
の反射光の受光量分布を復元する際に使用する分布関数
を示す図である。

【図８】 本実施の形態２の受光量分布復元手段におけ
る、受光量分布復元時の処理手順を示すフローチャート
である。

【図９】 本発明の実施の形態４の距離測定装置の概略
構成を示す図である。

【図１０】 本発明の実施の形態５の距離測定装置の概
略構成を示す図である。

【図１１】 本実施の形態６の受光量分布復元手段にお
ける、受光量分布復元時の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図１２】 実際に３次多重反射光が発生した場合の受
光量分布を、本実施の形態６により処理した結果を示す
グラフである。

【図１３】 本発明の実施の形態８の距離測定装置の概
略構成を示す図である。

【図１４】 本発明の実施の形態９の距離測定装置の概
略構成を示す図である。

【図１５】 本発明の実施の形態１０の距離測定装置の
概略構成を示す図である。

【図１６】 従来のレーザレンジセンサの概略構成を示
す図である。

【図１７】 従来のレーザレンジセンサの距離測定の原
理を説明するための図である。

【図１８】 多重反射光がない場合に、受光量分布から
算出された結像位置を示す図である。

【図１９】 多重反射光がある場合に、受光量分布から
算出された結像位置を示す図である。

【図２０】 多重反射の一例として、２次多重反射光が
生じている様子を示す図である。

【図２１】 ２次多重反射光が発生し易い測定対象物と
して、Ｌ字型の測定対象物を示す図である。

【図２２】 測定対象物がＬ字型である場合に、２次多
重反射光を回避する光学系の配置を示す図である。

【図２３】 ３次多重反射光が発生する原理を説明する
ための図である。

【図２４】 正規の反射光による結像と３次多重反射光
による結像が変曲点を越えて重なっている様子を示す模
式図である。

【図２５】 正規の反射光による結像と３次多重反射光
による結像の大部分が重なっている様子を示す模式図で
ある。

【図２６】 距離測定装置の動作を示すフローチャート
である。

【符号の説明】

１…光源、２…光ビーム、３，３ａ，３ｂ…測定対象
物、７…正規の反射光、８…光学部品、９…受光素子、
１０…受光素子の受光面、１１…２次元受光素子、１
２，１３…スキャナミラー、１５…２次多重反射光、１
６…３次多重反射光、１８…光沢のある物体、１９…光
沢のない物体、２０…光沢のない物体の鏡像、２１…受
光手段、３０…光点分離手段、３１…光点選出手段、３
２…受光量分布復元手段、３３…光点結像位置検出手
段、３４…距離算出手段、３５…制御手段、３６…極値
・変曲点算出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−83654（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−180102（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−332335（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−227617（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−46774（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01C 3/00 - 3/32

Claims (30)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １次元以上の受光面を持つ受光素子上に
   複数の光点が同時に結像し、受光素子上の受光量が複数
   のピークをもつ１次元以上の分布となる場合において、 受光量分布の極大値、極小値および変曲点を算出し、極
   大値を中心に極小値と変曲点のうちで極大値に距離が近
   い方を各光点の区切り位置として、各光点単独の受光量
   分布に分割することを特徴とする光点分離方法。
2. 【請求項２】 １次元以上の受光面を持つ受光素子上に
   複数の光点が同時に結像する場合であって、受光素子上
   の受光量分布における複数の極大値が与えられる場合
   に、極大値が所定の閾値以上であり、かつ、前記極大値
   の受光量分布上の位置が、測定対象物までの距離に換算
   した場合に最も小さくなる極大値を正規の反射光の光点
   として選択することを特徴とする光点選出方法。
3. 【請求項３】 １次元以上の受光面を持つ受光素子上に
   結像した各光点単独の１次元以上の受光量分布の一部ま
   たは全部が与えられている場合に、任意の分布関数を用
   いて、与えられた各光点の受光量分布により、各光点単
   独の受光量分布を復元することを特徴とする受光量分布
   復元方法。
4. 【請求項４】 前記各光点の受光量分布の極大値と変曲
   点が与えられている場合に、前記任意の分布関数とし
   て、前記各光点の受光量分布の極大値が平均値、変曲点
   が標準偏差値となる分布関数を用い、また、前記各光点
   の受光量分布の極大値と変曲点とを、前記分布関数の最
   大値と変曲点とみなして、各光点単独の受光量分布を前
   記分布関数として復元することを特徴とする請求項３に
   記載の受光量分布復元方法。
5. 【請求項５】 前記与えられた各光点の受光量分布が非
   対称の場合に、左側と右側で平均値が同じで、標準偏差
   値が異なる任意の分布関数を用いて復元することを特徴
   とする請求項４に記載の受光量分布復元方法。
6. 【請求項６】 前記分布関数が、正規分布関数であるこ
   とを特徴とする請求項４に記載の受光量分布復元方法。
7. 【請求項７】 前記与えられた各光点の受光量分布が非
   対称の場合に、左側と右側で平均値が同じで、標準偏差
   値が異なる正規分布関数を用いて復元することを特徴と
   する請求項６に記載の受光量分布復元方法。
8. 【請求項８】 請求項１に記載の光点分離方法によって
   分離された各光点単独の受光量分布から光点の結像位置
   を算出することを特徴とする結像位置検出方法。
9. 【請求項９】 各光点単独の受光量分布の重み付平均位
   置を結像位置とすることを特徴とする請求項８に記載の
   結像位置検出方法。
10. 【請求項１０】 各光点単独の受光量分布の最大値を結
    像位置とすることを特徴とする請求項８に記載の結像位
    置検出方法。
11. 【請求項１１】 各光点単独の受光量分布の中央値を結
    像位置とすることを特徴とする請求項８に記載の結像位
    置検出方法。
12. 【請求項１２】 光源からの光ビームを測定対象物に照
    射し、前記測定対象物の表面で反射した反射光を光学部
    品を介して受光素子の受光面に光点として結像させ、結
    像位置検出ステップにより前記受光面の光点結像位置を
    検出し、測定対象物までの距離を測定する距離測定方法
    において、 受光素子で得られた受光量分布に複数ピークがあると
    き、前記結像位置検出ステップの前に、光点分離を行う
    光点分離ステップと、分離された光点から必要な光点を
    選出する光点選出ステップとを有することを特徴とする
    距離測定方法。
13. 【請求項１３】 前記光点選出ステップは、極大値が所
    定の閾値以上であり、前記極大値の受光量分布上の位置
    が、測定対象物までの距離に換算した場合に、最も小さ
    くなる極大値を正規の反射光の光点として選択すること
    を特徴とする請求項１２に記載の距離測定方法。
14. 【請求項１４】 前記光点分離ステップは、請求項１に
    記載の光点分離方法を使用して光点分離を行うことを特
    徴とする請求項１２または請求項１３に記載の距離測定
    方法。
15. 【請求項１５】 前記光点選出ステップの後に、前記光
    点選出ステップで選出された受光量分布を復元する受光
    量分布復元ステップを有することを特徴とする請求項１
    ２ないし請求項１４のいずれか１項に記載の距離測定方
    法。
16. 【請求項１６】 前記受光量分布復元ステップは、前記
    請求項３ないし請求項７に記載の受光量分布復元方法の
    いずれか一つの方法を使用して、前記光点選出ステップ
    で選出された受光量分布を復元することを特徴とする請
    求項１５に記載の距離測定方法。
17. 【請求項１７】 光源からの光ビームを測定対象物に照
    射し、前記測定対象物の表面で反射した反射光を光学部
    品を介して受光素子の受光面に光点として結像させ、結
    像位置検出ステップにより前記受光面の光点結像位置を
    検出し、測定対象物までの距離を測定する距離測定方法
    において、 前記結像位置検出ステップの前に、前記受光素子上に結
    像した光点単独の１次元以上の受光量分布の一部または
    全部より、任意の分布関数を用いて、光点単独の受光量
    分布を復元する受光量分布復元ステップを有することを
    特徴とする距離測定方法。
18. 【請求項１８】 前記受光量分布復元ステップは、前記
    請求項４ないし請求項７に記載の受光量分布復元方法の
    いずれか一つの方法を使用して、前記受光素子で得られ
    た受光量分布を復元することを特徴とする請求項１７に
    記載の距離測定方法。
19. 【請求項１９】 前記結像位置検出ステップは、前記請
    求項８ないし請求項１１に記載の結像位置検出方法の何
    れか一つの方法を使用して、前記受光面の光点結像位置
    を検出することを特徴とする請求項１２ないし請求項１
    ８のいずれか１項に記載の距離測定方法。
20. 【請求項２０】 光源と、受光した光エネルギーを光の
    位置と強さに応じた電気信号に変換し得る受光素子と、
    前記光源からの光ビームが測定対象物の表面で反射され
    た反射光を前記受光素子の受光面に光点として結像させ
    る受光手段と、前記受光素子で受光された光点の結像位
    置を検出する結像位置検出手段と、前記結像位置検出手
    段で検出された結像位置から測定対象物までの距離を算
    出する距離算出手段とを有する距離測定装置であって、 前記受光素子で受光された光点の受光量分布を単独の光
    点に分離する光点分離手段と、 前記光点分離手段により分離された光点から測定に必要
    な光点だけを選出する光点選出手段と、 前記光源、前記光点分離手段、前記光点選出手段、前記
    結像位置検出手段、および前記距離算出手段を制御する
    制御手段とを有し、 前記結像位置検出手段は、前記光点選出手段で選出され
    た光点を、前記受光された光点として結像位置を検出す
    ることを特徴とする距離測定装置。
21. 【請求項２１】 前記光点選出手段で選ばれた光点の単
    独光分布を復元する受光量分布復元手段を有し、 前記結像位置検出手段は、復元した受光量分布から結像
    位置を検出し、 また、前記制御手段がさらに前記受光量分布復元手段も
    制御することを特徴とする請求項２０に記載の距離測定
    装置。
22. 【請求項２２】 光源と、受光した光エネルギーを光の
    位置と強さに応じた電気信号に変換し得る受光素子と、
    前記光源からの光ビームが測定対象物の表面で反射され
    た反射光を前記受光素子の受光面に光点として結像させ
    る受光手段と、前記受光素子上に結像した光点単独の１
    次元以上の受光量分布の一部または全部より任意の分布
    関数を用いて光点単独の受光量分布を復元する受光量分
    布復元手段と、前記受光量分布復元手段で復元された光
    点の受光量分布から光点の結像位置を検出する結像位置
    検出手段と、前記結像位置検出手段で検出された結像位
    置から測定対象物までの距離を算出する距離算出手段
    と、前記光源、前記受光量分布復元手段、前記結像位置
    検出手段、および前記距離算出手段とを制御する制御手
    段とを有することを特徴とする距離測定装置。
23. 【請求項２３】 前記光源からの光ビームを、第１の回
    転ミラーにより第１軸方向に制御する第１投光制御手段
    と、前記第１投光制御手段から出た光を第２の回転ミラ
    ーにより第２軸方向に制御する第２投光制御手段とを備
    えることを特徴とする請求項２０ないし請求項２２のい
    ずれか１項に記載の距離測定装置。
24. 【請求項２４】 前記第２投光制御手段の第２の回転ミ
    ラーと同期した第３の回転ミラーにより、前記光源から
    の光ビームが測定対象物に照射された位置で形成される
    光スポットの受光素子上への結像を制御する受光制御手
    段を備えることを特徴とする請求項２３に記載の距離測
    定装置。
25. 【請求項２５】 前記第２の回転ミラーと第３の回転ミ
    ラーが一体となっていることを特徴とする請求項２４に
    記載の距離測定装置。
26. 【請求項２６】 前記距離測定装置は、同期式走査型レ
    ンジファインダーであることを特徴とする請求項２０な
    いし請求項２２のいずれか１項に記載の距離測定装置。
27. 【請求項２７】 １次元以上の受光面を持つ受光素子上
    に複数の光点が同時に結像し、受光素子上の受光量が複
    数のピークをもつ１次元以上の分布となる場合の光点分
    離を行う光点分離プログラムを記録したコンピュータ読
    み取り可能な記録媒体において、 前記光点分離プログラムは、 前記受光素子上の受光量分布を入力するステップと、 前記受光量分布の極大値、極小値および変曲点を算出す
    るステップと、 前記極大値を中心に極小値と変曲点のうちで該極大値に
    距離が近い方を各光点の区切り位置として、各光点単独
    の受光量分布に分割するステップとをコンピュータに実
    行させる光点分離プログラムを記録した記録媒体。
28. 【請求項２８】 １次元以上の受光面を持つ受光素子上
    に複数の光点が同時に結像し、受光素子上の受光量が複
    数のピークをもつ１次元以上の分布となる場合の正規の
    反射光の光点を選択する光点選択プログラムを記録した
    コンピュータ読み取り可能な記録媒体において、 前記光点分離プログラムは、 前記受光素子上の受光量分布における複数の極大値を入
    力するステップと、 極大値が所定の閾値以上であり、かつ、前記極大値の受
    光量分布上の位置が、測定対象物までの距離に換算した
    場合に最も小さくなる極大値を正規の反射光の光点とし
    て選択するステップとをコンピュータに実行させる光点
    選択プログラムを記録した記録媒体。
29. 【請求項２９】 １次元以上の受光面を持つ受光素子上
    に複数の光点が同時に結像し、受光素子上の受光量が複
    数のピークをもつ１次元以上の分布となる場合の光点単
    独の受光量分布を復元する受光量分布復元プログラムを
    記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体におい
    て、 前記受光量分布復元プログラムは、 前記受光素子上に結像した光点の極大値および変曲点を
    入力するステップと、 任意の分布関数を用いて、前記極大値および変曲点によ
    り、光点単独の受光量分布を復元するステップとをコン
    ピュータに実行させる受光量分布復元プログラムを記録
    した記録媒体。
30. 【請求項３０】 光源からの光ビームを測定対象物に照
    射し、前記測定対象物の表面で反射した反射光を光学部
    品を介して受光素子の受光面に光点として結像させた受
    光量分布を用いて測定対象物までの距離を測定する距離
    測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な
    記録媒体において、 前記距離測定プログラムは、 前記受光量分布を入力するステップと、 前記受光量分布に複数ピークがあるとき、光点分離を行
    うステップと、 分離された光点から必要な光点を選出するステップと、 選出された光点から前記受光面の結像位置を検出するス
    テップと、 前記検出された結像位置から前記測定対象物までの距離
    を測定するステップとをコンピュータに実行させる距離
    測定プログラムを記録した記録媒体。