JP5366476B2 - 視覚装置 - Google Patents

Description

本発明は、視覚装置に関し、より特定的には、マシンビジョンシステムやマニピュレータ等に用いられる視覚装置に関する。

従来、マシンビジョンシステムやマニピュレータ等に用いられる視覚装置の開発が盛んに行われている。視覚装置が物体を認識する方式は様々であり、例えばステレオ画像を利用した方式（例えば、特許文献１参照）、レーザレーダ方式（例えば、特許文献２参照）、および三角測距を検出原理とした方式（例えば、特許文献３参照）等が知られている。

上記特許文献１で開示されたステレオ画像を利用した方式を用いた三次元画像表示装置では、２つの異なった位置からそれぞれ撮像されたステレオ画像を用いて物体認識をしている。具体的には、当該三次元画像表示装置は、ステレオ画像を用いて三次元計測データを得て、当該三次元計測データをテクスチャと一体化して視覚化している。

上記特許文献２で開示されたレーザレーダ方式を用いた監視システムでは、レーザを対象物に照射することによって物体認識している。具体的には、当該監視システムは、旋回および俯仰変更しながらレーザを照射し、その反射光が戻ってくるまでの時間を測定して、物体までの距離を算出している。

上記特許文献３で開示された三角測距を検出原理とした方式を用いた３次元計測装置では、単一の投光レーザから発せられたレーザ光を、一定速度で回転するポリゴンミラーで反射させて被測定物の表面に照射する。これによって、被測定物に対するＸ方向（ポリゴンミラーの回転方向に沿った方向）の走査が行われる。一方、被測定物を上記Ｘ方向に対して垂直なＹ方向に一定速度で移動させる。これによって、被測定物に対するＸ−Ｙ方向の走査が行われることになる。

そして、被測定物の表面で反射したレーザ反射光は、受光用集光レンズを介してＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ；位置検出素子）で受光される。ＰＳＤで検出される光点位置は、被測定物の表面凹凸に応じて変化するため、当該変化量を用いて走査されている場所における被測定物の凹凸量を求めることができる。
特開２００５−１６５４６８号公報 特開２００３−３３７１７２号公報 特開平１０−５４７０８号公報

しかしながら、上記特許文献１で開示された三次元画像表示装置のように、ステレオ画像を利用した方式で物体を認識する場合、画像処理に時間を要するために高速サンプリングが困難となる。また、当該方式では、認識する物体の特徴点のみの情報が認識可能となり、画面全面の位置情報を得ることが難しい。さらに、当該方式では、暗所利用のための補助ライトやステレオ画像を得るためのカメラが２台必要となり、視覚装置自体のコストが高くなる。

また、上記特許文献２で開示された監視システムのように、レーザレーダ方式で物体を認識する場合、レーザを対象物に対してスキャニング照射してレーザ反射光が戻ってくるまでの時間によって対象物との距離が求められるため、測定分解能が低い（例えば、数十
ｍｍ）。また、２次元走査となるために測定周波数が遅くなる。さらに、測定周波数を上げようとすると、走査回数が増加するために処理時間が長くなる。

また、上記特許文献３で開示された３次元計測装置のように、三角測距を検出原理とした方式で物体を認識する場合、２次元走査となるために測定周波数が遅くなる。また、測定周波数を上げようとすると、走査回数が増加するために処理時間が長くなる。さらに、処理を高速化するためにはポリゴンミラーの回転数を上げることが必要となるが、装置構成的に限界があり、当該限界以上の高速化はできない。

それ故に、本発明の目的は、高い分解能および処理の高速化が実現可能な視覚装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、以下に述べるような特徴を有している。

第１の発明は、物体に対して照射した光の反射光を受光することによって当該物体との距離を測定する視覚装置である。視覚装置は、光源、光学素子、および受光部を備える。光学素子は、光源から発せられる光を反射する反射面の方向を変化させることによって、当該光が照射する方向を主走査方向に走査移動させる。受光部は、光学素子が照射した光が物体に照射された場合、当該物体の表面で反射した散乱光の少なくとも一部を受光する。光源は、複数の発光素子および発光制御部を含む。複数の発光素子は、互いに離間して設けられ、光学素子が有する反射面に向けてそれぞれ光を発する。発光制御部は、複数の発光素子のうち１つを順次発光させる。

第２の発明は、上記第１の発明において、光学素子は、ポリゴンミラーである。ポリゴンミラーは、副走査方向に設けられた回転軸を中心として反射面となる複数の側面を有し、当該回転軸を中心に主走査方向に回転することによって当該反射面の方向を変化させる。

第３の発明は、上記第２の発明において、ポリゴンミラーが有する複数の側面は、回転軸に対してそれぞれ異なる角度で傾斜する。

第４の発明は、上記第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、複数の発光素子は、それぞれ主走査方向に垂直な副走査方向に互いに離間して列設される。

第５の発明は、上記第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、複数の発光素子は、それぞれ主走査方向に互いに離間して列設される。

第６の発明は、上記第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、複数の発光素子は、それぞれ斜め格子状に互いに離間して並設される。

第７の発明は、上記第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、偏光部を、さらに備える。偏光部は、複数の発光素子と光学素子との間に設けられ、それぞれ当該発光素子からから出射される光を２つの直交する偏光成分に分離して当該光学素子の反射面に入射させる。受光部は、偏光部で分離される２つの偏光成分をそれぞれ別に受光する２つの受光素子を含む。

第８の発明は、上記第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、受光部は、集光レンズおよび位置検出部を含む。位置検出部は、集光レンズを介して集光する散乱光の光点位置を検出する。視覚装置は、距離算出部を、さらに備える。距離算出部は、位置検出部が検出
した光点位置および光学素子が照射した光の位置とに基づいて、当該光の位置における物体までの距離を算出する。

第９の発明は、上記第８の発明において、受光部は、ズーム機構を、さらに含む。ズーム機構は、散乱光を拡大して位置検出部で集光するまでの焦点距離を長くする。

第１０の発明は、上記第９の発明において、戻り光検出部、概算距離測定部、範囲選定部、および受光制御部を、さらに備える。戻り光検出部は、光学素子が照射した光が物体に照射された場合、物体の表面で反射して当該光学素子へ戻る光を検出する。概算距離測定部は、光学素子が照射した光の位置と光源が光を発してから戻り光検出部が光学素子へ戻る光を検出するまでの時間とに基づいて、当該光の位置における物体までの概算距離を算出する。範囲選定部は、概算距離測定部が算出した光の位置毎の概算処理に応じて、位置検出部が光点位置の検出対象とする散乱光の反射範囲を選定する。受光制御部は、範囲選定部が選定した反射範囲に応じて、集光レンズが散乱光を集光する集光方向およびズーム機能の拡大率を設定し、当該集光方向および拡大率に基づいて受光部の方向を変化させてズーム機能の焦点距離を変化させる。

第１１の発明は、上記第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、複数の発光素子は、互いに等間隔で離間し、それぞれ発する光が光学素子の反射面上または近傍で集束する位置に設けられる。

上記第１の発明によれば、複数の発光素子を順次発光させながら、光学素子の反射面で反射させることによって、当該発光素子が設けられている方向および光学素子が走査移動させる主走査方向に拡張された広範囲を走査範囲として順次光を照射することができる。また、複数の発光素子を発光／消光するタイミングを高速化することによって処理の高速化や高い分解能を実現することが可能である。したがって、光学素子の装置構成的な限界に影響されることなく、高い分解能と処理の高速化とを実現することができる。

上記第２の発明によれば、ポリゴンミラーの側面を反射面として当該ポリゴンミラーを回転させることによって、光源から発せられる光を照射する方向を主走査方向に高精度、かつ高速に走査移動させることができる。

上記第３の発明によれば、ポリゴンミラーの各側面で光源から発せられる光をそれぞれ反射させることによって、主走査方向に走査移動する光をポリゴンミラーの側面毎に副走査方向に移動させて走査移動することができ、さらに広範囲な光の照射が可能となる。

上記第４の発明によれば、副走査方向に列設された複数の発光素子を順次発光させながら、光学素子で光を照射する方向を主走査方向に走査移動させることによって、主走査方向および副走査方向にそれぞれ拡張された広範囲を走査範囲として順次光を照射することができる。

上記第５の発明によれば、主走査方向に列設された複数の発光素子を順次発光させながら、光学素子で光を照射する方向を主走査方向に走査移動させることによって、主走査方向に拡張された広範囲を走査範囲として順次光を照射することができる。また、主走査方向に対して、各発光素子がそれぞれ照射される走査方向が異なるため、発光素子毎の走査範囲を狭くすることができ、短時間で主走査方向に対する広範囲の走査が可能となる。

上記第６の発明によれば、複数の発光素子を斜め格子状に並設することによって、装置スペース上の制約があっても、さらに副走査方向や主走査方向における発光素子間の離間
距離を短くすることができるため、各方向の分解能をさらに細かくすることが可能となる。

上記第７の発明によれば、必要な発光素子数に対して、発光素子の設置数を半分にすることができる。また、２つの直交する偏光成分を受光する受光素子が別に構成されるため、それぞれの偏光成分による測定が同時に行うことができる。したがって、測定周波数を２倍にして、さらに処理を高速化することができる。

上記第８の発明によれば、三角測距を検出原理とした方式で物体までの距離が算出されるため、測定分解能を高くして高精度な測定が可能となる。

上記第９の発明によれば、走査範囲の一部を拡大してさらに高精度な距離測定が可能となる。

上記第１０の発明によれば、光を照射してから戻り光が戻るまでの時間差を検出する物体までの概算距離を算出されて、当該概算距離に基づいて注目すべき範囲が設定されて、当該範囲内に対する精密な測定が行われる。このように、２段階の距離算出を行うことによって、広範囲に対する測定対象物検出と高精度な距離測定とを両立することができる。

上記第１１の発明によれば、複数の発光素子が互いに等間隔で離間し、それぞれ発する光を光学素子の反射面上または近傍で集束させることによって、各発光素子が照射する光の位置の算出が容易となるとともに、物体に対して均一な間隔で光を照射することができる。

（第１の実施形態）
以下、図１〜図６を参照して、本発明の第１の実施形態に係る視覚装置について説明する。典型的には、当該視覚装置は、マシンビジョンシステムやマニピュレータ等に用いられる。なお、図１は、当該視覚装置の全体構成の一例を示す概要図である。図２は、当該視覚装置に含まれる光照射ユニット１の構成の一例を示す概要図である。図３は、光照射ユニット１の構成の一例を側面方向から見た図である。図４は、当該視覚装置の構成の一例を示すブロック図である。図５は、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ；レーザダイオード）１１〜ＬＤ１４がそれぞれ発光するタイミングの一例を示す図である。図６は、ＬＤ１１〜ＬＤ１４がそれぞれ発光することによって照射されるスポットＳＰの位置の一例を示す図である。

図１において、第１の実施形態に係る視覚装置は、大略的に、光照射ユニット１、位置検出部２、および集光レンズ３を備えている。光照射ユニット１から照射されるスポット光（例えば、レーザ光）は、予め設定された走査範囲内で走査され、測定対象物の表面に投光される。図１においては、測定対象物の表面に投光された光を、スポットＳＰとして示している。そして、測定対象物の表面で反射した散乱光の一部は、集光レンズ３を介して位置検出部２上で集光する。位置検出部２は、例えばＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ；位置検出素子）で構成される。

ここで、位置検出部２上で集光する散乱光の光点位置は、光照射ユニット１と測定対象物の表面に照射されているスポットＳＰとの距離に応じて移動する。具体的には、光照射ユニット１と測定対象物との距離や、測定対象物の形状や表面の凹凸等に応じて、上記光点位置が移動する。そして、測定対象物までの距離、測定対象物の形状や表面の凹凸量は、上記光点位置に基づいて、例えば三角測量の原理を用いて算出することができるが、ここでは詳細な説明を省略する。

次に、光照射ユニット１の構成例について説明する。図２および図３において、光照射ユニット１は、ポリゴンミラー１０および複数のＬＤ１１〜ＬＤ１４を備えている。

ポリゴンミラー１０は、所定の回転軸を中心に一定速度で図示Ａ方向に回転する多角柱体であり、その側面に反射面を構成している。図２においては、一例としてポリゴンミラー１０を６角柱体で構成している。なお、ポリゴンミラー１０は、５面以下の側面（反射面）を有する多角柱体でもいいし、７面以上の側面（反射面）を有する多角柱体でもかまわない。

ＬＤ１１〜ＬＤ１４は、それぞれポリゴンミラー１０が有する同じ反射面へレーザ光を出射する。好ましくは、ＬＤ１１〜ＬＤ１４は、それぞれ出射するレーザ光が、ポリゴンミラー１０の同じ反射面上またはその付近で収束するように設置される。ここで、図２に示す一例では、所定の間隔で離間する４つのＬＤ１１〜ＬＤ１４で構成されており、ＬＤ１１〜ＬＤ１４がポリゴンミラー１０の回転軸に対して平行に列設されている。そして、図２に示す上からＬＤ１１、ＬＤ１２、ＬＤ１３、およびＬＤ１４の順に列設されている。なお、ＬＤの設置数および設置方向は、これに限られるものではないが、他のＬＤ設定例については後述する。

ＬＤ１１から出射されたレーザ光は、ポリゴンミラー１０の何れかの反射面で反射して、当該反射光が光照射ユニット１の外部へ投光される。そして、光照射ユニット１の外部へ投光されるＬＤ１１の反射光の方向は、レーザ光が反射した反射面の方向に応じてポリゴンミラー１０の回転方向に変化する。ここで、ポリゴンミラー１０の１つの反射面に注目した場合、図示Ａ方向に一定速度で回転している。したがって、ＬＤ１１のレーザ光が入射可能で最も図示Ａ負方向側の位置に配置された反射面によって反射した反射光の方向から、ＬＤ１１のレーザ光が入射可能で最も図示Ａ正方向側の位置に配置された当該反射面によって反射した反射光の方向までの範囲が、ポリゴンミラー１０の回転方向におけるＬＤ１１の走査範囲（後述する走査角度；図６参照）となる。このように、ＬＤ１１の反射光が測定対象物の表面に照射されるスポット位置（スポットＳＰ１１）は、ポリゴンミラー１０の回転に応じて、図示Ｂ方向に移動することになる。なお、このスポットＳＰ１１が移動する方向（ポリゴンミラー１０が回転する方向）を主走査方向とする。

ＬＤ１１〜ＬＤ１４は、ポリゴンミラー１０の回転軸に対して平行に列設され、それぞれのレーザ光がポリゴンミラー１０の同じ反射面上またはその付近で収束するように設置されているため、ＬＤ１２〜ＬＤ１４の主走査方向の走査範囲および走査方向は、上述したＬＤ１１と同様である。つまり、ＬＤ１２〜Ｌ１４の反射光が測定対象物の表面に照射されるスポット位置（スポットＳＰ１２〜ＳＰ１４）も、それぞれポリゴンミラー１０の回転に応じて、図示Ｂ方向に移動することになる。つまり、それぞれのスポットＳＰ１１〜ＳＰ１４は、ポリゴンミラー１０の回転に応じて、図示Ｂ方向（すなわち、主走査方向）に移動することになる。

ただし、ＬＤ１１〜ＬＤ１４は、上記回転軸方向に離間して列設されているため、それぞれの反射光が光照射ユニット１の外部へ投光方向も離間距離に応じてそれぞれ当該回転軸方向へずれることになる。以下、ＬＤ１１〜ＬＤ１４が離間して列設される上記回転軸方向を、副走査方向とする。すなわち、副走査方向は、上記主走査方向に対して垂直な方向となる。

例えば、ＬＤ１１の反射光が測定対象物の表面に照射されるスポット位置（スポットＳＰ１１）は、他のＬＤ１２〜ＬＤ１４の反射光によるスポット位置（スポットＳＰ１２〜ＳＰ１４）より相対的に下方となる。結果的に、図２に示すように、ＬＤ１１〜ＬＤ１４
のスポットＳＰ１１〜ＳＰ１４は、下からスポットＳＰ１１、ＳＰ１２、ＳＰ１３、およびＳＰ１４の順に上記副走査方向へ離間してそれぞれ照射されることになる。そして、それぞれのスポットＳＰ１１〜ＳＰ１４は、ポリゴンミラー１０の回転に応じて、図示Ｂ方向（すなわち、主走査方向）に移動するため、測定対象物に対して主走査方向および副走査方向にそれぞれ拡張された広範囲の走査範囲にスポットＳＰ１１〜ＳＰ１４を照射することができる。

次に、視覚装置の構成について説明する。図４において、視覚装置は、上述した位置検出部２、ポリゴンミラー１０、およびＬＤ１１〜ＬＤ１４の他に、ＬＤドライバ１５〜１８、制御部１９ａ、アナログ信号処理回路２１、ｘ座標のＡＤ（アナログデジタル変換部）２２、ｙ座標のＡＤ２３、モータ１０１、モータドライバ１０２、およびエンコーダ１０３を備えている。

ＬＤドライバ１５〜１８は、制御部１９ａからの指示に基づいて、それぞれＬＤ１１〜ＬＤ１４の発光を制御する。なお、各ＬＤ１１〜ＬＤ１４が発光するタイミングについては、後述する。

アナログ信号処理回路２１は、位置検出部２から得られた散乱光の光点位置（ｘ，ｙ）を示すアナログ信号を処理して、光点位置のｘ座標を示すアナログ信号をＡＤ２２に出力し、光点位置のｙ座標を示すアナログ信号をＡＤ２３に出力する。そして、ＡＤ２２は、アナログ信号処理回路２１から出力された光点位置のｘ座標を示すアナログ信号をデジタル信号に変換して、制御部１９ａに出力する。また、ＡＤ２３は、アナログ信号処理回路２１から出力された光点位置のｙ座標を示すアナログ信号をデジタル信号に変換して、制御部１９ａに出力する。

モータ１０１は、上記回転軸を中心として、一定速度でポリゴンミラー１０を回転させる。また、モータドライバ１０２は、制御部１９ａからの指示に基づいて、モータ１０１の駆動を制御する。そして、エンコーダ１０３は、上記回転軸を中心としたポリゴンミラー１０の回転角度（または、モータ１０１の駆動軸を中心とした回転角度）を制御部１９ａへ出力する。

制御部１９ａは、例えばＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）によって構成され、所定のプログラムを実行することによって後述する各種処理を実行する。なお、これらの処理を実行するためのプログラムは、例えば、制御部１９ａに設けられた記憶領域（例えば、メモリ、ハードディスク、光ディスク等）に予め格納されており、制御部１９ａの電源がそれぞれオンになったときに制御部１９ａによって実行される。

制御部１９ａは、モータドライバ１０２へモータ１０１を駆動する回転速度を指示する。また、制御部１９ａは、エンコーダ１０３から得られる回転角度に基づいて、ＬＤ１１〜ＬＤ１４をそれぞれ発光させるタイミングを算出し、当該算出結果に応じてＬＤドライバ１５〜１８の作動を制御する。また、制御部１９ａは、ＡＤ２２およびＡＤ２３から得られる光点位置に基づいて、測定対象物の表面に照射されているスポットＳＰにおける当該表面位置と光照射ユニット１との距離を算出し、当該算出結果を測定対象物の測定結果として他の装置（例えば、ホストコンピュータ）へ出力する。

制御部１９ａがＬＤ１１〜ＬＤ１４をそれぞれ発光させるタイミングの一例について説明する。図５において、制御部１９ａは、ＬＤ１１〜ＬＤ１４のうち、何れか１つが発光するようにそれぞれの発光タイミングを制御する。具体的には、制御部１９ａは、ＬＤ１１発光→ＬＤ１１消光→ＬＤ１２発光→ＬＤ１２消光→ＬＤ１３発光→ＬＤ１３消光→ＬＤ１４発光→ＬＤ１４消灯→ＬＤ１１発光…の順に、順次ＬＤ１１〜ＬＤ１４が発光／消
光を繰り返すようにそれぞれの発光タイミングを制御する。そして、ＬＤ１１〜ＬＤ１４がそれぞれ発光／消光する周波数（以下、点灯周波数と記載する）は、好ましくはそれぞれ同じ点灯周波数＝ＦＬ（Ｈｚ）で設定される。

このように、ＬＤ１１〜ＬＤ１４を同じ点灯周波数で順次発光させながら、ポリゴンミラー１０を回転させて、ポリゴンミラー１０の何れか１つの面を用いて反射光を照射することによって、上述した主走査方向および副走査方向にそれぞれ拡張された広範囲を走査範囲として順次レーザ光を照射することができる。例えば、図６に示すように、ＬＤ１１〜ＬＤ１４が順次発光／消光を繰り返すことによって、副走査方向の走査が行われると同時に、ポリゴンミラー１０が一定速度でＡ方向（図２参照）に回転することによって主走査方向へ移動しながら走査が行われる。つまり、実際には、ＬＤ１１〜ＬＤ１４がそれぞれ順次発光することによるスポットＳＰ１１〜ＳＰ１４は、完全に副走査方向に対して平行に照射されずに主走査方向に傾斜して行われることになる。

図６において、スポットＳＰの丸印内の数値は発光順を示している。ここで、発光順が連続する２つのスポットＳＰにおける主走査方向の間隔は、発光順が連続するＬＤが発光開始する時間差とポリゴンミラー１０の回転速度とに依存する。具体的には、発光が連続するスポットＳＰ１１とスポットＳＰ１２との主走査方向の間隔Ｐａは、ＬＤ１１が発光してからＬＤ１２が発光するまでの時間差と、ポリゴンミラー１０の回転速度とに依存する。つまり、ＬＤ１１が発光してからＬＤ１２が発光するまでの時間差を短くしたり、ポリゴンミラー１０の回転速度を遅くしたりすることによって、間隔Ｐａを短くすることができる。

また、同じＬＤにおいて発光順が連続するスポットＳＰの主走査方向の間隔は、当該ＬＤの点灯周波数ＦＬとポリゴンミラー１０の回転速度とに依存する。具体的には、スポットＳＰ１１と次に発光するスポットＳＰ１１との主走査方向の間隔Ｐｂは、ＬＤ１１が発光してから再度ＬＤ１１が発光するまでの時間差（点灯周波数ＦＬ）と、ポリゴンミラー１０の回転速度とに依存する。つまり、点灯周波数ＦＬを短くしたり、ポリゴンミラー１０の回転速度を遅くしたりすることによって、間隔Ｐｂを短くすることができる。

また、発光順が連続する２つのスポットＳＰにおける副走査方向の間隔は、発光順が連続するＬＤが配置されている離間距離に依存する。具体的には、スポットＳＰ１１とスポットＳＰ１２との副走査方向の間隔Ｐｃは、ＬＤ１１とＬＤ１１に対して副走査方向に離間して設置されているＬＤ１２との離間設置距離に依存する。つまり、ＬＤ１１とＬＤ１２との間の離間設置距離を短くすることによって、間隔Ｐｃを短くすることができる。

また、上述した間隔Ｐａ、間隔Ｐｂ、および間隔Ｐｃを設定することによって、走査範囲に対して照射されるスポットＳＰの数（分解能）が決定される。例えば、走査範囲に対してｍ個のスポットＳＰが照射されたとすると、主走査方向の分解能がｍ／４点となり、副走査方向の分解能がＬＤの数、すなわち４点となる。このように、ＬＤを設置する数、複数のＬＤが発光／消光するタイミング、ＬＤの離間設置距離、およびポリゴンミラー１０の回転速度を調整することによって、走査範囲に対するスポットＳＰの数や間隔を調整することができ、当該走査範囲に対する分解能や走査範囲全体に順次レーザ光を照射するために要する時間（計測時間）等も調整することが可能となる。

光照射ユニット１から順次発せられたレーザ光が、測定対象物の表面のスポットＳＰ毎に投光された場合、当該レーザ光が測定対象物の表面で反射した散乱光の一部が集光レンズ３を介して位置検出部２上で集光する。位置検出部２は、位置検出部２上で集光する散乱光の光点位置を示すアナログ信号をアナログ信号処理回路２１へ出力する。アナログ信号処理回路２１では、取得したアナログ信号に応じて、上記光点位置のｘ座標を示すアナ
ログ信号とｙ座標を示すアナログ信号とを生成して、それぞれＡＤ２２およびＡＤ２３へ出力する。ＡＤ２２およびＡＤ２３は、それぞれ取得したｘ座標を示すアナログ信号およびｙ座標を示すアナログ信号をデジタル信号に変換して、制御部１９ａに出力する。そして、上述したように、位置検出部２上で集光する散乱光の光点位置が光照射ユニット１と測定対象物の表面に照射されているスポットＳＰとの距離に応じて移動するため、制御部１９ａは、上記光点位置に基づいて、スポットＳＰにおける測定対象物までの距離、測定対象物の形状や表面の凹凸量を算出する。

このように、第１の実施形態に係る視覚装置によれば、ＬＤを設置する数、複数のＬＤが発光／消光するタイミング、ＬＤの離間設置距離、およびポリゴンミラー１０の回転速度を調整することによって、走査範囲に対するスポットＳＰの数や間隔を調整することができ、容易に走査範囲に対する分解能や走査範囲全体の計測時間等を調整することが可能となる。なお、当該視覚装置によれば、複数のＬＤが発光／消光するタイミングを高速化することによって処理を高速化や高い分解能を実現することが可能であり、ポリゴンミラー１０の回転速度を上げることは必須とならない。したがって、ポリゴンミラー１０等の装置構成的な限界に影響されることなく、高い分解能と処理の高速化とを実現することができる。

ここで、図７Ａおよび図７Ｂを参照して、第１の実施形態に係る視覚装置と上記特許文献１で開示された方式（以下、従来方式と記載する）とを比較する。なお、図７Ａは、第１の実施形態に係る視覚装置によって照射されるスポットＳＰの配置例を示す図である。図７Ｂは、従来方式によるスポットの配置例を示す図である。なお、図７Ａおよび図７Ｂにおいて、スポットの丸印内の数値は発光順を示している。

両者で用いるポリゴンミラーは、何れも４面（すなわち、４角柱体）とし回転速度２５０ｒｐｓで回転するとする。また、両者のスポット配置は、４×４＝１６個のスポットが照射される例を用いる。そして、第１の実施形態に係る視覚装置では、ポリゴンミラーの１側面だけを用いて、ＬＤ１１〜ＬＤ１４が当該１側面にそれぞれ４回ずつ合計１６回レーザ光を照射するとする。また、従来方式では、ポリゴンミラーの４側面全てを用いて、単一のＬＤが１側面に対して４回ずつ合計１６回レーザ光を照射するとする。

上述した条件で第１の実施形態に係る視覚装置がレーザ光を照射した場合、光学系全体の発光間隔（例えば、スポットＳＰ１１が照射されてから次に照射されるスポットＳＰ１２が照射されるまでの時間間隔）は、０．０６２５μｓ（周波数パルス１６ｋＨｚ）となる。また、ＬＤが発光してから再度同じＬＤが発光するまでの発光間隔（例えば、ＬＤ１１が発光してから再度ＬＤ１１が発光するまでの時間間隔）は、０．２５μｓ（点灯周波数ＦＬ＝４ｋＨｚ）となる。そして、１６個のスポットを照射する全走査範囲測定周波数は、１ｋＨｚ（総走査時間１μｓ）となる。

一方、上述した条件で従来方式を用いてレーザ光を照射した場合、光学系全体の発光間隔が０．２５μｓ（周波数パルス４ｋＨｚ）となり、単一のＬＤにおける発光間隔も同じである（点灯周波数ＦＬ＝４ｋＨｚ）となる。そして、１６個のスポットを照射する全走査範囲測定周波数は、２５０Ｈｚ（総走査時間４μｓ）となる。

このように、ポリゴンミラーの面数や駆動条件、スポット数（分解能）、および１つのＬＤに対する発光間隔（点灯周波数ＦＬ）を同じにして両者を比較した場合、第１の実施形態に係る視覚装置における全走査範囲測定周波数（総走査時間）や光学系全体の発光間隔が高速となり、処理の高速化が期待できることがわかる。

なお、ポリゴンミラー１０は、回転軸に対して異なる傾斜角度で各側面をそれぞれ形成
してもかまわない。図８に示すように、ポリゴンミラー１０が有する複数の側面のうち、第ｉ面が回転軸に対して傾斜角度θｉだけ傾斜して形成されているとする。この場合、ＬＤ１１〜ＬＤ１４からそれぞれ第ｉ面に入射するレーザ光は、傾斜角度θｉに応じた角度αｉだけ仰角方向（または俯角方向）に反射して、測定対象物に投光されることになる。つまり、傾斜角度θｉをポリゴンミラー１０の側面毎に異なる角度にすることによって、光照射ユニット１からレーザ光が投光される上下方向角度を変化させる、すなわち側面毎に副走査方向に対する投光方向を変化させることができる。

例えば、ポリゴンミラー１０がｎ個の側面（第１面〜第ｎ面）を有するｎ角柱体であり、ｎ個の側面の傾斜角度がそれぞれ異なるように形成されているとする。この場合、図９に示すように、第１面〜第ｎ面で反射するレーザ光の副走査方向をそれら側面毎に変えることができる。なお、図９において、スポットＳＰの丸印内の数値は反射したポリゴンミラー１０の側面番号を示している。

例えば、ポリゴンミラー１０の第１面で反射させて走査する領域に対して、副走査方向へ隣接する下方にポリゴンミラー１０の第２面で反射させて走査する領域を形成する。そして、ポリゴンミラー１０の第２面で反射させて走査する領域に対して、副走査方向へ隣接する下方にポリゴンミラー１０の第３面で反射させて走査する領域を形成する。以下、同様に副走査方向に対して走査する領域を形成していき、ポリゴンミラー１０の第ｎ−１面で反射させて走査する領域に対して、副走査方向へ隣接する下方にポリゴンミラー１０の第ｎ面で反射させて走査する領域を形成する。このように、各側面の傾斜角度の異なるポリゴンミラー１０を用いて、当該各側面で反射させて走査する領域を副走査方向に順次ずらして設定することによって、副走査方向にさらに拡張された走査範囲にスポットＳＰ１１〜ＳＰ１４を照射することができる。

ここで、上述したような傾斜角度がそれぞれ異なるポリゴンミラー１０を用いた具体例について説明する。例えば、ポリゴンミラー１０の側面数が６、ポリゴンミラー１０の回転速度により決まる走査時間と実際の画像領域の走査時間との比率、すなわちポリゴンミラー１０に対して有効に照射できる時間の比率であるポリゴンミラー１０の走査効率が０．７として、各側面の傾斜角度が異なるように形成されているとする。そして、副走査方向にそれぞれ離間させたＬＤを１３個列設して、走査範囲における主走査方向の分解能（主走査方向のスポットＳＰの数）を２００ポイントにする。この場合、走査範囲における副走査方向の分解能（副走査方向のスポットＳＰの数）は、ＬＤの設置数×ポリゴンミラー１０の面数＝７８ポイントとなる。そして、位置検出部２の応答時間を４００ｋＨｚとすると、
点灯周波数ＦＬ：３０．９ｋＨｚ
ポリゴンミラー１０の回転速度：２３００ｒｐｍ
全走査範囲測定周波数：１８Ｈｚ
走査角度：８４°
間隔Ｐａ：０．０００６ｒａｄ
となる。ここで、走査角度は、ポリゴンミラー１０を反射して主走査方向に投光されるレーザ光の角度範囲である。

なお、副走査方向に対して走査する領域を形成する態様は、図９に示したものに限らない。例えば、図１０に示すように、各側面の傾斜角度の異なるポリゴンミラー１０を用いて、照射するＬＤ毎に走査する領域を設定し、当該領域が副走査方向にそれぞれ隣接するように設定してもかまわない。なお、図１０においても、スポットＳＰの丸印内の数値は反射したポリゴンミラー１０の側面番号を示している。具体的には、発光順が連続する２つのスポットＳＰにおける副走査方向の間隔Ｐｃ（図６参照）を相対的に大きく設定する。そして、間隔Ｐｃの間を一方のスポットＳＰが埋めていくように、ポリゴンミラー１０
の各側面の傾斜角度を設定する。つまり、ＬＤ１１〜ＬＤ１４がそれぞれ配置されている離間距離を相対的に図９で示した態様で用いるポリゴンミラー１０各側面間の傾斜角度差より、相対的に小さな傾斜角度差でポリゴンミラー１０の各側面を形成することによって、図１０に示すような走査領域を形成することが可能となる。

また、ＬＤ１１〜ＬＤ１４は、主走査方向にそれぞれ離間して列設してもかまわない。以下、図１１〜図１３を参照して、主走査方向に列設されたＬＤ１１〜ＬＤ１４を備える光照射ユニット１の構成例について説明する。図１１は、主走査方向に列設されたＬＤ１１〜ＬＤ１４を備える光照射ユニット１の構成の一例を示す概要図である。図１２は、主走査方向に列設されたＬＤ１１〜ＬＤ１４を備える光照射ユニット１の構成の一例を上面方向から見た図である。図１３は、主走査方向に列設されたＬＤ１１〜ＬＤ１４がそれぞれ発光することによって照射されるスポットＳＰの位置の一例を示す図である。

図１１および図１２において、ポリゴンミラー１０は、上述と同様に所定の回転軸を中心に一定速度で図示Ａ方向に回転する多角柱体であり、その側面に反射面を構成している。そして、ＬＤ１１〜ＬＤ１４は、それぞれポリゴンミラー１０が有する同じ反射面へレーザ光を出射する。好ましくは、ＬＤ１１〜ＬＤ１４は、それぞれ出射するレーザ光が、ポリゴンミラー１０の同じ反射面上またはその付近で収束するように設置される。ここで、図１１に示す一例では、所定の間隔で離間する４つのＬＤ１１〜ＬＤ１４で構成されており、ＬＤ１１〜ＬＤ１４がポリゴンミラー１０の回転軸に対して垂直（副走査方向）に列設されている。そして、図１１に示す左からＬＤ１１、ＬＤ１２、ＬＤ１３、およびＬＤ１４の順に列設されている。

ＬＤ１１から出射されたレーザ光は、ポリゴンミラー１０の何れかの反射面で反射して、当該反射光が光照射ユニット１の外部へ投光される。そして、光照射ユニット１の外部へ投光されるＬＤ１１の反射光が測定対象物の表面に照射されるスポット位置（スポットＳＰ１１）は、ポリゴンミラー１０の回転に応じて、図示Ｂ方向（主走査方向）に移動することになる。

また、ＬＤ１２〜Ｌ１４の反射光が測定対象物の表面に照射されるスポット位置（スポットＳＰ１２〜ＳＰ１４）も、それぞれポリゴンミラー１０の回転に応じて、図示Ｂ方向に移動する。つまり、それぞれのスポットＳＰ１１〜ＳＰ１４は、ポリゴンミラー１０の回転に応じて、図示Ｂ方向（すなわち、主走査方向）に移動する。ここで、ＬＤ１１〜ＬＤ１４が副走査方向に離間して列設され、それぞれのレーザ光がポリゴンミラー１０の同じ反射面上またはその付近で収束するように設置されているため、ＬＤ１２〜ＬＤ１４の主走査方向の走査角度は同じであっても、それぞれが主走査方向に対して走査する走査方向が離間距離に応じて異なることになる。

例えば、ＬＤ１１の反射光が測定対象物の表面に照射されるスポット位置（スポットＳＰ１１）は、他のＬＤ１２〜ＬＤ１４の反射光によるスポット位置（スポットＳＰ１２〜ＳＰ１４）より相対的に主走査正方向側となる。結果的に、図１１に示すように、ＬＤ１１〜ＬＤ１４のスポットＳＰ１１〜ＳＰ１４は、左からスポットＳＰ１１、ＳＰ１２、ＳＰ１３、およびＳＰ１４の順に主走査方向へ離間してそれぞれ照射されることになる。そして、それぞれのスポットＳＰ１１〜ＳＰ１４は、ポリゴンミラー１０の回転に応じて、図示Ｂ方向（すなわち、主走査方向）に移動するため、測定対象物に対して主走査方向がさらに拡張された広範囲の走査範囲にスポットＳＰ１１〜ＳＰ１４を照射することができる。

このように、主走査方向に列設したＬＤ１１〜ＬＤ１４を同じ点灯周波数で順次発光させながら、ポリゴンミラー１０を回転させて、ポリゴンミラー１０の何れか１つの面を用
いて反射光を照射することによって、主走査方向に拡張された広範囲を走査範囲として順次レーザ光を照射することができる。例えば、図１３に示すように、ＬＤ１１〜ＬＤ１４が順次発光／消光を繰り返しながらポリゴンミラー１０が一定速度でＡ方向（図１１参照）に回転することによって、それぞれのスポットＳＰが主走査方向へ移動しながら走査が行われる。ただし、主走査方向に対して、スポットＳＰ１１〜ＳＰ１４がそれぞれ照射される走査方向が異なるため、スポットＳＰ１１〜ＳＰ１４毎の走査範囲を狭くすることができ、短時間で主走査方向に対して広範囲の走査が可能となる。

図１３において、スポットＳＰの丸印内の数値は発光順を示している。そして、図１３に示した例においては、各ＬＤ１１〜ＬＤ１４がそれぞれ照射する走査範囲を、互いに重複しないように隣接させて設定している。ここで、発光順が連続する２つのスポットＳＰにおける主走査方向の間隔は、発光順が連続するＬＤの離間距離と、発光順が連続するＬＤが発光開始する時間差と、ポリゴンミラー１０の回転速度とに依存する。具体的には、発光が連続するスポットＳＰ１１とスポットＳＰ１２との主走査方向の間隔Ｐａは、ＬＤ１１およびＬＤ１２の離間距離と、ＬＤ１１が発光してからＬＤ１２が発光するまでの時間差と、ポリゴンミラー１０の回転速度とに依存する。つまり、ＬＤ１１とＬＤ１２とが設置される間の距離を短くしたり、ＬＤ１１が発光してからＬＤ１２が発光するまでの時間差を短くしたり、ポリゴンミラー１０の回転速度を遅くしたりすることによって、間隔Ｐａを短くすることができる。

また、同じＬＤにおいて発光順が連続するスポットＳＰの主走査方向の間隔は、当該ＬＤの点灯周波数ＦＬとポリゴンミラー１０の回転速度とに依存する。具体的には、スポットＳＰ１１と次に発光するスポットＳＰ１１との主走査方向の間隔Ｐｂは、ＬＤ１１が発光してから再度ＬＤ１１が発光するまでの時間差（点灯周波数ＦＬ）と、ポリゴンミラー１０の回転速度とに依存する。つまり、点灯周波数ＦＬを短くしたり、ポリゴンミラー１０の回転速度を遅くしたりすることによって、間隔Ｐｂを短くすることができる。

また、上述した間隔Ｐａおよび間隔Ｐｂを設定することによって、走査範囲に対して照射されるスポットＳＰの数（分解能）が決定される。例えば、走査範囲に対してｍ個のスポットＳＰが照射されたとすると、主走査方向の分解能がｍ点となる。このように、ＬＤを設置する数、複数のＬＤが発光／消光するタイミング、ＬＤの離間設置距離、およびポリゴンミラー１０の回転速度を調整することによって、走査範囲に対するスポットＳＰの数や間隔を調整することができ、当該走査範囲に対する分解能や走査範囲全体に順次レーザ光を照射するために要する時間（計測時間）等も調整することが可能となる。

なお、図６と比較すれば明らかなように、ＬＤ１１〜ＬＤ１４を主走査方向に列設した場合、ＬＤ１１〜ＬＤ１４を副走査方向に列設する場合と比べて、副走査方向への走査範囲の拡張はないもののＬＤ毎の走査角度が狭くなる。これは、ＬＤ１１〜ＬＤ１４を主走査方向に列設した場合、主走査方向の走査範囲をＬＤ毎に分割して走査できるためである。具体的には、ＬＤ１１〜ＬＤ１４を主走査方向に列設した場合、各ＬＤが走査する主走査方向の範囲は、（走査したい主走査方向の全範囲）／（ＬＤ数）となる。このように、ポリゴンミラー１０の回転によって走査する走査角度が狭くなるため、面数が相対的に多い（例えば、側面数が２０面や２４面）ポリゴンミラーを用いることが可能となり、ポリゴンミラー自体の小型化も可能となる。

また、ＬＤ１１〜ＬＤ１４を主走査方向に列設する場合のポリゴンミラー１０も、回転軸に対して異なる傾斜角度で各側面をそれぞれ形成してもかまわない。傾斜角度をポリゴンミラー１０の側面毎に異なる角度にすることによって、光照射ユニット１からレーザ光が投光される上下方向角度を変化させる、すなわち側面毎に副走査方向に対する投光方向を変化させることができる。

例えば、ポリゴンミラー１０がｎ個の側面（第１面〜第ｎ面）を有するｎ角柱体であり、ｎ個の側面の傾斜角度がそれぞれ異なるように形成されているとする。この場合、図１４に示すように、第１面〜第ｎ面で反射するレーザ光の副走査方向をそれら側面毎に変えることができる。なお、図１４において、スポットＳＰの丸印内の数値は反射したポリゴンミラー１０の側面番号を示している。

例えば、ポリゴンミラー１０の第１面で反射させて走査する領域に対して、副走査方向へ隣接する下方にポリゴンミラー１０の第２面で反射させて走査する領域を形成する。そして、ポリゴンミラー１０の第２面で反射させて走査する領域に対して、副走査方向へ隣接する下方にポリゴンミラー１０の第３面で反射させて走査する領域を形成する。以下、同様に副走査方向に対して走査する領域を形成していき、ポリゴンミラー１０の第ｎ−１面で反射させて走査する領域に対して、副走査方向へ隣接する下方にポリゴンミラー１０の第ｎ面で反射させて走査する領域を形成する。このように、各側面の傾斜角度の異なるポリゴンミラー１０を用いて、当該各側面で反射させて走査する領域を副走査方向に順次ずらして設定することによって、副走査方向に拡張された走査範囲にスポットＳＰ１１〜ＳＰ１４を照射することができる。

また、複数のＬＤを斜め格子状に主走査方向および副走査方向にそれぞれ離間して並設してもかまわない。以下、図１５を参照して、斜め格子状に複数のＬＤ並設された光照射ユニット１の構成例について説明する。図１５は、斜め格子状に並設された複数のＬＤの配置位置の構成の一例を示す概要図である。

図１５において、光照射ユニット１は、１２個のＬＤを備えている。図１５の例では、上述した副走査方向に列設された４つのＬＤ１１〜ＬＤ１４（図２および図３参照）において、副走査方向の間隔を補う位置に８つのＬＤ１１ｍ１〜ＬＤ１４ｍ１およびＬＤ１１ｍ２〜ＬＤ１４ｍ２がそれぞれ設置される。

例えば、ＬＤ１１とＬＤ１２との間となる副走査方向に、さらに新たなＬＤを挿入することによって当該副走査方向の離間距離を短くしようとした場合、装置スペース上の制限によってＬＤを追加設置できないことがある。この場合、副走査方向に対して垂直な方向で、かつ、ポリゴンミラー１０との距離が同じとなる位置にずらしてＬＤを追加設置してもかまわない。

図１５の一例では、ＬＤ１１とＬＤ１２との離間距離Ｐの間に２つのＬＤ１１ｍ１およびＬＤ１１ｍ２を設置している。具体的には、ＬＤ１１からＬＤ１１ｍ１までの副走査方向の離間距離がＰ／３となるように、ＬＤ１１ｍ１を設置する。ＬＤ１１ｍ１からＬＤ１１ｍ２までの副走査方向の離間距離がＰ／３となるように、ＬＤ１１ｍ２を設置する。そして、ＬＤ１１ｍ２からＬＤ１２までの副走査方向の離間距離がＰ／３となる。

さらに、ＬＤ１１とＬＤ１２との間と同様に、ＬＤ１２とＬＤ１３との離間距離Ｐの間に２つのＬＤ１２ｍ１およびＬＤ１２ｍ２を設置し、ＬＤ１３とＬＤ１４との離間距離Ｐの間に２つのＬＤ１３ｍ１およびＬＤ１３ｍ２を設置する。そして、ＬＤ１４からＬＤ１４ｍ１までの副走査方向の離間距離がＰ／３となるように、ＬＤ１４ｍ１を設置し、ＬＤ１４ｍ１からＬＤ１４ｍ２までの副走査方向の離間距離がＰ／３となるように、ＬＤ１４ｍ２を設置する。そして、ＬＤ１１〜ＬＤ１４、ＬＤ１１ｍ１〜ＬＤ１４ｍ１、およびＬＤ１１ｍ２〜ＬＤ１４ｍ２は、それぞれポリゴンミラー１０が有する同じ反射面へレーザ光を出射する。好ましくは、ＬＤ１１〜ＬＤ１４、ＬＤ１１ｍ１〜ＬＤ１４ｍ１、およびＬＤ１１ｍ２〜ＬＤ１４ｍ２は、それぞれ出射するレーザ光が、ポリゴンミラー１０の同じ反射面上またはその付近で収束するように設置される。このように、離間距離Ｐの間を
補うように新たなＬＤを追加設置することによって、結果的に複数のＬＤが斜め格子状に並設されることになる。

そして、制御部１９ａは、ＬＤ１１〜ＬＤ１４、ＬＤ１１ｍ１〜ＬＤ１４ｍ１、およびＬＤ１１ｍ２〜ＬＤ１４ｍ２のうち、何れか１つが発光するようにそれぞれの発光タイミングを制御する。具体的には、制御部１９ａは、ＬＤ１１発光→ＬＤ１１消光→ＬＤ１２発光→ＬＤ１２消光→ＬＤ１３発光→ＬＤ１３消光→ＬＤ１４発光→ＬＤ１４消灯→ＬＤ１１ｍ１発光→ＬＤ１１ｍ１消光→ＬＤ１２ｍ１発光→ＬＤ１２ｍ１消光→ＬＤ１３ｍ１発光→ＬＤ１３ｍ１消光→ＬＤ１４ｍ１発光→ＬＤ１４ｍ１消灯→ＬＤ１１ｍ２発光→ＬＤ１１ｍ２消光→ＬＤ１２ｍ２発光→ＬＤ１２ｍ２消光→ＬＤ１３ｍ２発光→ＬＤ１３ｍ２消光→ＬＤ１４ｍ２発光→ＬＤ１４ｍ２消灯→ＬＤ１１発光…の順に、順次ＬＤ１１〜ＬＤ１４、ＬＤ１１ｍ１〜ＬＤ１４ｍ１、およびＬＤ１１ｍ２〜ＬＤ１４ｍ２が発光／消光を繰り返すようにそれぞれの発光タイミングを制御する。そして、ＬＤ１１〜ＬＤ１４、ＬＤ１１ｍ１〜ＬＤ１４ｍ１、およびＬＤ１１ｍ２〜ＬＤ１４ｍ２がそれぞれ発光／消光する点灯周波数は、好ましくはそれぞれ同じ点灯周波数＝ＦＬ（Ｈｚ）で設定される。

このように複数のＬＤを斜め格子状に並設することによって、装置スペース上の制約があっても、さらに副走査方向におけるＬＤ間の離間距離を短くすることができるため、副走査方向の分解能をさらに細かくすることが可能となる。例えば、図６に示したスポットＳＰの配置例に上記格子状配列を適用すると、副走査方向の間隔Ｐｃを短くすることができる。

また、ＬＤ１１〜ＬＤ１４とポリゴンミラー１０との間に、ＬＤ毎に光ファイバおよびレンズを設けてもかまわない。光ファイバは、ＬＤから出射されるレーザ光をレンズまで導光する。そして、レンズは、光ファイバから出射されるレーザ光を平行光にしてポリゴンミラー１０の側面に入射させる。この構成によって、光源の離間距離を短く設定することができ、装置の小型化や装置スペース上の制約が軽減される。

また、ＬＤ１１〜ＬＤ１４を、ＬＤアレイおよびマイクロレンズアレイを組み合わせた構成にしてもかまわない。例えば、ＬＤアレイは、ＬＤを１次元アレイ化したＬＤバー等で構成される。そして、マイクロレンズアレイは、ＬＤアレイから出射されるレーザ光をそれぞれ平行光にして、ポリゴンミラー１０の同じ反射面上またはその付近で収束させる。このように、光学系をＬＤアレイおよびマイクロレンズアレイを組み合わせた構成にすることによっても、光源の離間距離を短く設定することができ、装置の小型化や装置スペース上の制約が軽減される。

また、ＬＤから出射されるレーザ光を、２つの直交する偏光成分（Ｐ偏光、Ｓ偏光）に分離して出射してもかまわない。例えば、図１６に示すように、ＬＤ１１とポリゴンミラー１０との間に偏光フィルタ１０４ａおよびミラー１０５ａを設ける。偏光フィルタ１０４ａは、ＬＤ１１から出射されるレーザ光のＳ偏光成分を通過させてポリゴンミラー１０の側面に入射させ、Ｐ偏光成分を反射させてミラー１０５ａに入射させる。ミラー１０５ａは、Ｐ偏光成分を反射させてＳ偏光成分と同じポリゴンミラー１０の側面に入射させる。また、ＬＤ１３とポリゴンミラー１０との間にも同様に、偏光フィルタ１０４ｂおよびミラー１０５ｂを設ける。そして、位置検出部２およびおよび集光レンズ３は、Ｐ偏光成分受光用とＳ偏光成分受光用とをそれぞれ設けることによって、それぞれの偏光成分の光が測定対象物で反射した散乱光を別々に受光する。このように光源を構成することによって、１つのＬＤからＰ偏光成分のレーザ光およびＳ偏光成分のレーザ光を分離して出射することができ、１つのＬＤで２つの光源を実現することができる。したがって、必要な光源数に対して、ＬＤの設置数を半分にして光照射ユニット１を構成することができる。例えば、図１６の例では、必要な４つの光源数に対して、ＬＤ１１およびＬＤ１３の２つの
ＬＤで実現でき、ＬＤ１２およびＬＤ１４が不要となる。また、２つの直交する偏光成分（Ｐ偏光、Ｓ偏光）を受光する受光部が別に構成され、それぞれの偏光成分による測定が同時に行うことができる。したがって、図１６の例では、測定周波数を２倍にして、さらに処理を高速化することができる。

（第２の実施形態）
以下、図１７〜図２０を参照して、本発明の第２の実施形態に係る視覚装置について説明する。なお、図１７は、当該視覚装置に含まれる光照射ユニット１の構成の一例を示す概要図である。図１８は、当該視覚装置の構成の一例を示すブロック図である。図１９は、位置検出部２に付与されるズーム機能および受光方向調整機能を説明するための上面図である。図２０は、当該視覚装置の動作の一例を示すフローチャートである。なお、第２の実施形態に係る視覚装置は、上述した第１の実施形態に係る視覚装置にズーム機能を付加したものである。したがって、第２の実施形態に係る視覚装置の説明において、上述した第１の実施形態に係る視覚装置を同様の構成要素については、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。

図１７において、第２の実施形態に係る視覚装置に含まれる光照射ユニット１は、ＬＤ１１〜ＬＤ１４とポリゴンミラー１０との間に配置されるハーフミラー４１と、ハーフミラー４１を反射した反射光を検出するフォトダイオード４０とを備えている。ハーフミラー４１は、ＬＤ１１〜ＬＤ１４からポリゴンミラー１０に照射するレーザ光をそのまま通過させる。一方、ハーフミラー４１は、ポリゴンミラー１０からＬＤ１１〜ＬＤ１４へ導光される外部からのポリゴンミラー１０に入射する光を反射して、フォトダイオード４０に入射させる。つまり、ＬＤ１１〜ＬＤ１４からポリゴンミラー１０で反射して測定対象物に照射され、当該測定対象物で反射して光照射ユニット１へ戻る散乱光（戻り光）は、再びポリゴンミラー１０およびハーフミラー４１で反射して、フォトダイオード４０に入射する。そして、フォトダイオード４０は、戻り光が入射したことを示す信号を制御部１９ｂ（図１８参照）へ出力する。したがって、ＬＤ１１〜ＬＤ１４の発光タイミングとフォトダイオード４０への入射タイミングとの時間差を検出することによって、測定対象物までの距離を求めることができる（時間遅れ法）。

図１８において、第２の実施形態に係る視覚装置は、上述した構成要素の他に、制御部１９ｂ、モータ２４、エンコーダ２５、モータドライバ２６、ズームレンズ３１を備えている。

例えば、図１９に示すように、モータ２４は、モータドライバ２６から与えられる駆動力を用いて、位置検出部２に設けられた受光方向調整軸を基準として、位置検出部２の方向を変化させることによって、位置検出部２が散乱光を検出する方向を変化させる。モータドライバ２６は、制御部１９ｂからの指示に基づいて、モータ２４の駆動を制御する。そして、エンコーダ２５は、位置検出部２が散乱光を検出している方向を示す信号を制御部１９ｂへ出力する。

ズームレンズ３１は、測定対象物が反射する散乱光を拡大し、当該散乱光を位置検出部２に入射させる。ズームレンズ３１が散乱光を拡大する拡大率は、制御部１９ｂによって調整される。なお、集光レンズ３を用いて、上記ズーム機能を集光レンズ３で実現してもかまわない。例えば、集光レンズ３と位置検出部２との距離を変化させることによって集光レンズ３の焦点距離が変化する。つまり、集光レンズ３と位置検出部２との距離を長く変化させることによって集光レンズ３の焦点距離が長くなり、散乱光が拡大して位置検出部２に入射して、位置検出部２の測定分解能が高くなる。このように、集光レンズ３の位置を調整することによって上記ズーム機能を実現され、この場合、別のズームレンズ３１は不要となる。

制御部１９ｂは、上述した制御部１９ａの機能に加えて、位置検出部２が散乱光を検出する方向を変化させる機能、ズームレンズ３１のズーム機能を調整する機能、およびフォトダイオード４０へ入射する散乱光を用いた時間遅れ法による距離算出機能を備えている。以下、図２０を用いて、制御部１９ｂの動作の一例を説明する。なお、図２０に示すフローチャートの各ステップは、制御部１９ｂが所定のプログラムを実行することによって行われる。なお、これらの処理を実行するためのプログラムは、例えば、制御部１９ｂに設けられた記憶領域に予め格納されており、制御部１９ｂの電源がそれぞれオンになったときに制御部１９ｂによって実行される。

図２０において、制御部１９ｂは、ポリゴンミラー１０を回転させながらＬＤ１１〜ＬＤ１４を順次発光させる（ステップＳ５１）。そして、フォトダイオード４０からの信号に基づいて、外部からの戻り光があったか否かを判断する（ステップＳ５２）。そして、制御部１９ｂは、戻り光があった場合、次のステップＳ５３に処理を進める。一方、制御部１９ｂは、戻り光がない場合、次のステップＳ５４に処理を進める。

ステップＳ５３において、制御部１９ｂは、ＬＤ１１〜ＬＤ１４の何れかがレーザ光を発光してからフォトダイオード４０が戻り光を検出するまでの時間差に基づいて、当該レーザ光が照射されたスポットＳＰにおける測定対象物までの距離を算出する。なお、上記ステップＳ５３で算出される距離は、時間遅れ法による算出であるために測定分解能が低い（例えば、数十ｍｍ）状態となっており、制御部１９ｂは算出された距離を概算距離（粗距離）として取り扱う。そして、制御部１９ｂは、算出した距離を戻り光を検出したスポットＳＰに対応させて所定の記憶領域に記憶して、次のステップＳ５４に処理を進める。

ステップＳ５４において、制御部１９ｂは、全走査範囲に対するレーザ光の照射が終了したか否かを判断する。そして、全走査範囲に対する照射が終了した場合、次のステップＳ５５に処理を進める。一方、制御部１９ｂは、全走査範囲に対する照射が終了していない場合、上記ステップＳ５１に戻って処理を繰り返す。

ステップＳ５５において、制御部１９ｂは、上記ステップＳ５３で算出されたスポットＳＰ毎の距離に基づいて、上記走査範囲内における注目領域を選定して、処置を次のステップに進める。ここで、注目領域とは、上記走査範囲内において、さらに詳細な距離の算出を行いたい領域（拡大測定したい領域）であり、測定対象物が存在する領域や測定対象物の表面で形状が複雑な一部の表面領域等が選定される。注目領域の選定は、所定のアルゴリズムに基づいた方式でよく、例えば算出された距離の平均値や中央値を示すスポットＳＰが含まれるように注目領域を設定したり、隣接するスポットＳＰにおいてそれぞれ算出された距離差が閾値以上となる領域を拡大するように注目領域を設定したり、距離が算出されたスポットＳＰを全て含むように注目領域を設定したりする。

次に、制御部１９ｂは、エンコーダ２５から得られる信号に基づいてモータドライバ２６を制御して、位置検出部２が散乱光を検出する方向を上記ステップＳ５５で選定した注目領域の方向へ変化させる（ステップＳ５６）。例えば、図１９に示すように、制御部１９ｂは、位置検出部２が受光する方向が上記ステップＳ５５で選定した注目領域の方向となるように、受光方向調整軸を中心として位置検出部２の受光方向を調整する。次に、制御部１９ｂは、ズームレンズ３１の位置を調整して、上記ステップＳ５５で選定した注目領域に対する位置検出部２の検出精度を上げる（ステップＳ５７）。例えば、図１９に示すように、制御部１９ｂは、位置検出部２上で集光する散乱光の光点位置の移動量が、光照射ユニット１と注目領域内の測定対象物との距離や注目領域内の測定対象物の形状や表面の凹凸等に応じて拡大するように、ズームレンズ３１の位置を調整する。つまり、制御
部１９ｂは、スポットＳＰにおける距離変化に応じて移動する上記光点位置の移動量が、注目領域内において拡大されるようにズームレンズ３１の位置を調整する。そして、制御部１９ｂは、次のステップに処理を進める。

次に、制御部１９ｂは、ポリゴンミラー１０を回転させながらＬＤ１１〜ＬＤ１４を順次発光させる（ステップＳ５８）。そして、制御部１９ｂは、位置検出部２から得られた光点位置を示す情報に基づいて、上記ステップＳ５８でレーザ光が照射されたスポットＳＰにおける測定対象物までの距離を算出して、他の装置へ当該距離を示すデータを出力し（ステップＳ５９）、次のステップに処理を進める。なお、上記ステップＳ５９における距離算出処理においては、三角測距を検出原理とした方式を利用した位置検出部２からの情報を用いていることに加え、注目領域に対して拡大された処理となっている。したがって、上記ステップＳ５３と比較して相対的に高い測定分解能で測定対象物までの距離を算出できるとともに、さらに詳細な測定対象物の形状や表面の凹凸量を測定することも可能となる。

次に、制御部１９ｂは、全注目領域に対するレーザ光の照射が終了したか否かを判断する（ステップＳ６０）。そして、全注目範囲に対する照射が終了した場合、当該フローチャートによる処理を終了する。一方、制御部１９ｂは、全注目範囲に対する照射が終了していない場合、上記ステップＳ５８に戻って処理を繰り返す。

なお、上述した説明では、位置検出部２にズーム機能および受光方向調整機能を付与して、注目領域内に対する精密な測定を実現しているが、他の構成で位置検出部２にズーム機能を付与してもかまわない。以下、図２１および図２２を参照して、位置検出部２のズーム機能における他の例について説明する。なお、図２１は、位置検出部２に付与するズーム機能の他の例を示す概略構造図である。図２２は、位置検出部２の測定エリアと注目領域との関係を説明するための上面図である。

図２１において、ズーム機能の他の例では、位置検出部２およびズームレンズ３１の他に、プリズム３２および絞り３３を備えている。ここで、図１９等を用いて説明したズーム機能では、ズームレンズ３１の焦点距離を長くする、すなわちズームレンズ３１と位置検出部２との距離を長くすることによって、位置検出部２の測定分解能を高くしている。したがって、ズームレンズ３１の焦点距離が長くなった状態でもその受光面積を確保する必要があるため、位置検出部２の受光面積（ディテクタ）が大きくなってしまう。ズーム機能の他の例では、プリズム３２および絞り３３を備えることによって、位置検出部２の受光面積を大きくすることなくズーム機能を付与することができる。

具体的には、最も測定対象物側となるズームレンズ３１の外側に、ズームレンズ３１の光軸を中心に開口する絞り３３を設ける。これによって、測定対象物の散乱光は、絞り３３を介してズームレンズ３１に入射する。また、ズームレンズ３１と位置検出部２との間に、一対のプリズム３２を設ける。プリズム３２は、ズームレンズ３１の光軸を中心に所定の間隙を開けて左右に配置される。そして、プリズム３２の上記間隙を通過して直接位置検出部２が受光する外部領域を領域Ｂとする。また、一対のプリズム３２でそれぞれ進行方向が変化する領域Ｂの両側の領域を領域Ａおよび領域Ｃとする。

ここで、図２１に示すように、プリズム３２は、入射する光の進行方向を内側（間隙側）へ曲がるように形成されている。これによって、領域Ａから絞り３３を介して入射する散乱光は、ズームレンズ３１を介してプリズム３２の一方で進行方向が内側へ曲げられて、領域Ｂから受光する位置検出部２の受光面と同じ受光面に入射する。つまり、領域Ｂからの散乱光を受光するための位置検出部２の受光面（ディテクタ）で、領域Ａからの散乱光も受光することができる。同様に、領域Ｃから絞り３３を介して入射する散乱光も、ズ
ームレンズ３１を介してプリズム３２の他方で進行方向が内側へ曲げられて、領域Ｂから受光する位置検出部２の受光面と同じ受光面に入射する。つまり、領域Ｂからの散乱光を受光するための位置検出部２の受光面（ディテクタ）で、領域Ｃからの散乱光も受光することができる。このように、ズームレンズ３１によって焦点距離が長くなったとしても、内側に光の進行方向を変化させる一対のプリズム３２をズームレンズ３１と位置検出部２との間に設置することによって、位置検出部２の受光面積を大きくすることなく、位置検出部２の測定分解能を高くすることができる。なお、領域Ｂと領域Ａとは、一部が重複していてもかまわない。また、領域Ｂと領域Ｃとは、一部が重複していてもかまわない。

また、図２２に示すように、位置検出部２は、領域Ａ〜Ｃそれぞれからの散乱光を受光することができる。具体的には、領域Ａに注目領域αが設定されても、領域Ｂに注目領域βが設定されても、領域Ｃに注目領域γが設定されても、それらに注目領域α〜γに存在する測定対象物が反射する散乱光を位置検出部２によって受光される。つまり、図１９を用いて説明した位置検出部の受光方向調整機能を備えていなくても測定分解能を高くすることができる。このように、ズーム機能の他の例では、位置検出部２の受光面積を大きくすることなくズーム機能を実現しながら、位置検出部２の受光方向調整機能も不要となる。

次に、上記ズーム機能の他の例を用いた処理動作について説明する。なお、当該ズーム機能の他の例を用いた処理動作は、図２０を用いて説明したフローチャートにおいてステップＳ５６の動作が不要となり、ステップＳ５１〜ステップＳ５５までの処理動作は同様である。したがって、図２０を参照して、上記ズーム機能の他の例を用いたステップＳ５７以降の処理動作について説明する。また、上記ズーム機能の他の例を制御する機能を備えた制御部を、制御部１９ｃとして説明する。制御部１９ｃは、上述した制御部１９ａの機能に加えて、図２１に示したズームレンズ３１のズーム機能を調整する機能、フォトダイオード４０へ入射する散乱光を用いた時間遅れ法による距離算出機能、および散乱光を反射した位置が領域Ａ〜Ｃの何れかを判定する機能を備えている。

図２０において、制御部１９ｃは、上記ステップＳ５５において注目領域を選定した後、ズームレンズ３１の位置を調整して、上記ステップＳ５５で選定した注目領域に対する位置検出部２の検出精度を上げる（ステップＳ５７）。このとき、図２２を用いて説明したように、位置検出部２は、領域Ａ〜Ｃからの散乱光を受光でき、ズームレンズ３１の位置を調整することによって領域Ａ〜Ｃの検出精度が同時に変化することになる。したがって、制御部１９ｃは、上記ステップＳ５５で選定した注目領域が領域Ａ〜Ｃの何れに含まれているのか判定し、当該注目領域が含まれている領域に着目してズームレンズ３１の位置を調整する。そして、制御部１９ｃは、次のステップに処理を進める。

次に、制御部１９ｃは、ポリゴンミラー１０を回転させながらＬＤ１１〜ＬＤ１４を順次発光させる（ステップＳ５８）。そして、制御部１９ｃは、位置検出部２から得られた光点位置を示す情報に基づいて、上記ステップＳ５８でレーザ光が照射されたスポットＳＰにおける測定対象物までの距離を算出して、他の装置へ当該距離を示すデータを出力し（ステップＳ５９）、次のステップに処理を進める。ここで、制御部１９ｃは、上記ステップＳ５３で測定対象物までの概算距離を算出している。また、上記ステップＳ５７において、現在の注目領域が領域Ａ〜Ｃのうちどの領域に含まれているのかも判定されている。したがって、制御部１９ｃは、ステップＳ５９で位置検出部２が得た光点位置が、領域Ａ〜Ｃのうちどの領域から反射した散乱光なのか判断することが可能となる。そして、上記ステップＳ５９における距離算出処理においては、三角測距を検出原理とした方式を利用した位置検出部２からの情報を用いていることに加え、注目領域に対して拡大された処理となっている。したがって、上記ステップＳ５３と比較して相対的に高い測定分解能で測定対象物までの距離を算出できるとともに、さらに詳細な測定対象物の形状や表面の凹
凸量を測定することも可能となる。

次に、制御部１９ｃは、全注目領域に対するレーザ光の照射が終了したか否かを判断する（ステップＳ６０）。そして、全注目範囲に対する照射が終了した場合、当該フローチャートによる処理を終了する。一方、制御部１９ｂは、全注目範囲に対する照射が終了していない場合、上記ステップＳ５８に戻って処理を繰り返す。

このように、第２の実施形態に係る視覚装置によれば、ＬＤ１１〜ＬＤ１４の発光タイミングとフォトダイオード４０への入射タイミングとの時間差を検出することによって、測定対象物までの距離を求める時間遅れ法によって、測定対象物までの概算距離を算出する。そして、当該概算測定結果に基づいて注目領域を設定して、当該注目領域内に対する精密な測定を行う。このように、２段階の距離算出を行うことによって、広範囲に対する測定対象物検出と詳細な距離測定とを両立することができる。

なお、第１の実施形態で説明した各種変形例は、第２の実施形態に係る視覚装置にもそれぞれ適用可能であることは言うまでもない。

また、上述した第１の実施形態および第２の実施形態に係る視覚装置は、その側面に反射面が形成されたポリゴンミラーを備えているが、レーザ光を反射する他の光学部品を用いてもかまわない。例えば、軸にミラーを取り付け、所定の電気信号を与えることによってミラーの回転角を変化させる偏光器（ガルバノミラー）を、ポリゴンミラーの代わりに用いてもかまわない。

また、上述した第１の実施形態および第２の実施形態に係る視覚装置は、位置検出部２としてＰＳＤ（位置検出素子）で構成される例を用いたが、他の方式で散乱光の光点位置を検出してもかまわない。例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ；電荷転送素子）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ
Ｓｅｍｉ−ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；相補性金属酸化膜半導体）等を用いて、散乱光の光点位置を検出してもかまわない。

また、第１の実施形態および第２の実施形態に係る視覚装置は、典型的にはマシンビジョンシステムやマニピュレータ等に用いられるが、他の用途に用いられてもかまわない。例えば、自動車等の移動体の前方や周辺を監視するセンサや、測定対象物の表面形状を３次元測定する３次元スキャナ等に用いられてもかまわない。

本発明に係る視覚装置は、高い分解能および処理の高速化を実現でき、マシンビジョンシステム、マニピュレータ、移動体の周辺監視センサ、３次元スキャナ等に有用である。

本発明の第１の実施形態に係る視覚装置の全体構成の一例を示す概要図 図１の光照射ユニット１の構成の一例を示す概要図 図１の光照射ユニット１の構成の一例を側面方向から見た図 図１の視覚装置の構成の一例を示すブロック図 図２のＬＤ１１〜ＬＤ１４がそれぞれ発光するタイミングの一例を示す図 図２のＬＤ１１〜ＬＤ１４がそれぞれ発光することによって照射されるスポットＳＰの位置の一例を示す図 第１の実施形態に係る視覚装置によって照射されるスポットＳＰの配置例を示す図 従来方式によるスポットの配置例を示す図 第ｉ面が回転軸に対して傾斜角度θｉだけ傾斜して形成されているポリゴンミラー１０の一例を示す図 ポリゴンミラー１０の第１面〜第ｎ面でそれぞれ反射するレーザ光のスポットＳＰの一例を示す図 ポリゴンミラー１０の第１面〜第ｎ面でそれぞれ反射するレーザ光のスポットＳＰの他の例を示す図 主走査方向に列設されたＬＤ１１〜ＬＤ１４を備える光照射ユニット１の構成の一例を示す概要図 主走査方向に列設されたＬＤ１１〜ＬＤ１４を備える光照射ユニット１の構成の一例を上面方向から見た図 主走査方向に列設されたＬＤ１１〜ＬＤ１４がそれぞれ発光することによって照射されるスポットＳＰの位置の一例を示す図 ポリゴンミラー１０の第１面〜第ｎ面でそれぞれ反射するレーザ光のスポットＳＰの一例を示す図 斜め格子状に並設された複数のＬＤの配置位置の構成の一例を示す概要図 ＬＤ１１とポリゴンミラー１０との間に偏光フィルタ１０４ａおよびミラー１０５ａを設けた光学系の一例を示す図 本発明の第２の実施形態に係る視覚装置に含まれる光照射ユニット１の構成の一例を示す概要図 図１７の視覚装置の構成の一例を示すブロック図 位置検出部２に付与されるズーム機能および受光方向調整機能を説明するための上面図 図１７の視覚装置の動作の一例を示すフローチャート 位置検出部２に付与するズーム機能の他の例を示す概略構造図 位置検出部２の測定エリアと注目領域との関係を説明するための上面図

符号の説明

１…光照射ユニット
１０…ポリゴンミラー
１１〜１４…ＬＤ
１５〜１８…ＬＤドライバ
１９…制御部
２１…アナログ信号処理回路
２２、２３…ＡＤ
２４、１０１…モータ
２５、１０３…エンコーダ
２６、１０２…モータドライバ
１０４…偏光フィルタ
１０５…ミラー
２…位置検出部
３…集光レンズ
３１…ズームレンズ
３２…プリズム
３３…絞り
４０…フォトダイオード
４１…ハーフミラー

Claims (9)

1. 物体に対して照射した光の反射光を受光することによって当該物体との距離を測定する視覚装置であって、
   光源と、
   前記光源から発せられる光を反射する反射面の方向を変化させることによって、当該光が照射する方向を主走査方向に走査移動させる光学素子と、
   前記光学素子が照射した光が物体に照射された場合、当該物体の表面で反射した散乱光の少なくとも一部を受光する受光部とを備え、
   前記光源は、
   互いに離間して設けられ、前記光学素子が有する反射面に向けてそれぞれ光を発する複数の発光素子と、
   前記複数の発光素子のうち１つを順次発光させる発光制御部とを含み、
   前記光学素子は、前記主走査方向に垂直な副走査方向に設けられた回転軸を中心として前記反射面となる第１〜第ｎの側面（ｎは任意の整数）を有し、当該回転軸を中心に前記主走査方向に回転することによって前記反射面の方向を変化させるポリゴンミラーであり、
   前記ポリゴンミラーが有する前記第１〜第ｎの側面は、前記回転軸に対してそれぞれ異なる傾斜角度を有しており、
   第ｉ−１の側面で光を反射させて走査する領域に対し、前記第ｉ−１の側面に隣接する第ｉの側面（ｉ＝２〜ｎ）で光を反射させて走査する領域を、前記副走査方向に順次ずらして形成するべく、隣接する第ｉ−１の側面と第ｉの側面との傾斜角度差が一定である、視覚装置。
2. 前記複数の発光素子は、それぞれ前記主走査方向に垂直な前記副走査方向に互いに離間して列設される、請求項１に記載の視覚装置。
3. 前記複数の発光素子は、それぞれ前記主走査方向に互いに離間して列設される、請求項１に記載の視覚装置。
4. 前記複数の発光素子は、それぞれ斜め格子状に互いに離間して並設される、請求項１に記載の視覚装置。
5. 前記複数の発光素子と前記光学素子との間に設けられ、それぞれ当該発光素子から出射される光を２つの直交する偏光成分に分離して当該光学素子の反射面に入射させる偏光部を、さらに備え、
   前記受光部は、前記偏光部で分離される２つの偏光成分をそれぞれ別に受光する２つの受光素子を含む、請求項１に記載の視覚装置。
6. 前記受光部は、
   集光レンズと、
   前記集光レンズを介して集光する前記散乱光の光点位置を検出する位置検出部とを含み、
   前記視覚装置は、前記位置検出部が検出した光点位置および前記光学素子が照射した光の位置とに基づいて、当該光の位置における物体までの距離を算出する距離算出部を、さらに備える、請求項１に記載の視覚装置。
7. 前記受光部は、前記散乱光を拡大して前記位置検出部で集光するまでの焦点距離を長くするズーム機構を、さらに含む、請求項６に記載の視覚装置。
8. 前記光学素子が照射した光が物体に照射された場合、物体の表面で反射して当該光学素子へ戻る光を検出する戻り光検出部と、
   前記光学素子が照射した光の位置と前記光源が光を発してから前記戻り光検出部が前記
   光学素子へ戻る光を検出するまでの時間とに基づいて、当該光の位置における物体までの概算距離を算出する概算距離測定部と、
   前記概算距離測定部が算出した光の位置毎の概算処理に応じて、前記位置検出部が光点位置の検出対象とする散乱光の反射範囲を選定する範囲選定部と、
   前記範囲選定部が選定した反射範囲に応じて、前記集光レンズが散乱光を集光する集光方向および前記ズーム機能の拡大率を設定し、当該集光方向および拡大率に基づいて前記受光部の方向を変化させて前記ズーム機能の焦点距離を変化させる受光制御部とを、さらに備える、請求項７に記載の視覚装置。
9. 前記複数の発光素子は、互いに等間隔で離間し、それぞれ発する光が前記光学素子の反射面上または近傍で集束する位置に設けられる、請求項１に記載の視覚装置。

Images