JPH08105721A

JPH08105721A - 距離測定方法および装置

Info

Publication number: JPH08105721A
Application number: JP24091794A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Ashigahara; 隆之芦ヶ原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-10-05
Filing date: 1994-10-05
Publication date: 1996-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】測定対象物体への照射角度の測定誤差を抑制
し、測定対象物体の３次元座標位置を正確に測定する。【構成】光源１より出射された光は、光学系２により
スリット光Ｌ₁にされ、駆動部８により回転するスキャ
ニングミラー３に照射される。そこを反射したスリット
光Ｌ₁は、測定対象物体４の表面に走査されながら照射
されるとともに、一部がラインセンサ１１に照射され
る。測定対象物体４の表面で反射された反射スリット光
Ｌ₂は、光学系７を介して非走査型撮像素子６に入射す
る。この反射スリット光Ｌ₂の非走査型撮像素子６への
入射角度と、ラインセンサ１１へのスリット光Ｌ₁の入
射位置より算出されるスリット光Ｌ₁の測定対象物体４
への照射角度より、測定対象物体４と非走査型撮像素子
６との間の距離Ｄが、制御部５により求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体の表面に光を照射
し、その反射光から、物体の表面の３次元座標位置を認
識する距離測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の距離測定装置の一例の構成を図７
に示す。図７において、赤外光レーザ源などからなる光
源１から出射された光は、レンズやスリットなどからな
る光学系２によりスリット状の光（スリット光）にさ
れ、ガルバノミラーなどからなり、駆動部８により回転
されるスキャニングミラー３により反射される。スキャ
ニングミラー３により反射されたスリット光Ｌ₁は、ス
キャニングミラー３の回転により、測定対象物体４の表
面に走査されながら照射される。

【０００３】また、測定対象物体４の表面で反射された
反射スリット光Ｌ₂はレンズなどからなる光学系７に入
射し、そこで集光され、非走査型撮像素子６に入射す
る。

【０００４】スキャニングミラー３の回転により、測定
対象物体４の表面を走査しながら反射される反射スリッ
ト光Ｌ₂は、非走査型撮像素子６上に結像し、その結像
画像（測定対象物体４の表面の凹凸に対応した曲線状の
画像）Ｇはスキャニングミラー３の回転に同期して、非
走査型撮像素子６上を移動する。非走査型撮像素子６上
には、多数のセル６ｃがマトリックス状に配置され、各
セル６ｃは反射スリット光Ｌ₂を受光すると所定の電気
信号を発生し、制御部５に出力する。

【０００５】各セル６ｃより出力された信号は、制御部
５に入力され、制御部５が内蔵する微分回路または積分
回路において、入力信号の電圧の変化が検出される。入
力信号の電圧の変化を検出することにより、所定のセル
６ｃを反射スリット光Ｌ₂が横切ったことを検知するこ
とができる。

【０００６】一方、リセット用受光器９にスキャニング
ミラー３により反射されたスリット光Ｌ₁が入射する
と、対応する信号が図示せぬ信号線を介して制御部５に
供給される。制御部５は、リセット用受光器９より、こ
の信号が供給された瞬間を基準時刻（Ｔ＝０）として、
計時動作を開始する。

【０００７】次に、制御部５は、非走査型撮像素子６の
各セル６ｃを、測定対象物体４の像Ｇ、即ち測定対象物
体４からの反射スリット光Ｌ₂が横切ったことが検出さ
れた時刻（Ｔ）と、測定対象物体４からの反射スリット
光Ｌ₂が横切ったセル６ｃの非走査型撮像素子６上での
位置Ｐを記憶する。

【０００８】スキャニングミラー３が所定の角速度ωで
回転しているものとすると、所定のセル６ｃを反射スリ
ット光Ｌ₂が横切ったときの、スリット光Ｌ₁と、非走査
型撮像素子６を含む平面とのなす角度（照射角度θ₁）
は、次の式で表される。 θ₁＝ωＴ・・・・・（式１）ここで、角速度ωは、予め、実測またはキャリブレーシ
ョンにより求めておくものとする。

【０００９】また、反射スリット光Ｌ₂と、非走査型撮
像素子６を含む平面とのなす角度（入射角度θ₂）は、
後述するように、予め実測またはキャリブレーションに
より計測し、測定対象物体４からの反射スリット光Ｌ₂
が横切ったセル６ｃの非走査型撮像素子６上での位置Ｐ
に対応させて、制御部５の内蔵する記憶部に記憶させて
おくことができる。従って、測定対象物体４からの反射
スリット光Ｌ₂が横切ったセル６ｃの非走査型撮像素子
６上での位置Ｐから、それに対応する入射角度θ₂を直
ちに記憶部より取得することができる。

【００１０】照射角度θ₁および入射角度θ₂などに基づ
いて、三角測量の原理により、測定対象物体４と非走査
型撮像素子６との間の距離Ｄを算出することができる。
距離Ｄの算出方法の詳細については、図８を参照して後
述する。

【００１１】スキャニングミラー３を回転させて、測定
対象物体４の表面に照射されるスリット光Ｌ₁の照射角
度θ₁を変化させながら、測定対象物体４と非走査型撮
像素子６との間の距離Ｄを算出することにより、測定対
象物体４の表面にスリット光Ｌ₁が照射される全ての部
分と非走査型撮像素子６との間の距離Ｄを算出すること
ができる。即ち、測定対象物体４の表面の各部分の３次
元座標位置を算出することができる。

【００１２】次に、図８を参照して、非走査型撮像素子
６と測定対象物体４との間の距離Ｄを求める方法につい
て説明する。図８は、図７に示された従来の距離測定装
置を、図７に示したｚ軸の方向から観察した場合の図で
ある。図８に示すように、非走査型撮像素子６を含む平
面とスキャニングミラー３の回転中心との間の距離をＡ
とし、非走査型撮像素子６に入射する反射スリット光Ｌ
₂が通過した直後のセル６ｃを含み、非走査型撮像素子
６を含む平面に垂直、かつ、スキャニングミラー３の回
転軸に平行な平面と、スキャニングミラー３の回転中心
との間の距離をＢとする。

【００１３】また、図８に示した光源１、光学系２、ス
キャニングミラー３、光学系７、および非走査型撮像素
子６の位置は固定されているものとする。従って、距離
Ａは固定値とされる。

【００１４】スリット光Ｌ₁が所定の照射角度θ₁で測定
対象物体４に照射されると、測定対象物体４から反射さ
れた反射スリット光Ｌ₂は光学系７を介して非走査型撮
像素子６に入射する。そのときの、反射スリット光Ｌ₂
の入射角度θ₂は、スリット光Ｌ₁の照射角度θ₁とスリ
ット光Ｌ₁が照射される測定対象物体４の表面の位置に
よって決まり、所定の値をとる。

【００１５】また、非走査型撮像素子６上の所定の位置
Ｐに、反射スリット光Ｌ₂が入射した場合の反射スリッ
ト光Ｌ₂の入射角度θ₂は、位置Ｐと光学系７の位置関係
によって決まり、所定の値をとる。従って、予め、非走
査型撮像素子６上の各セル６ｃに、反射スリット光Ｌ₂
が入射したときの入射角度θ₂を測定しておき、それを
制御部５の図示せぬ記憶装置に記憶させておくことによ
り、反射スリット光Ｌ₂が非走査型撮像素子６の所定の
セル６ｃを通過する際の、反射スリット光Ｌ₂の入射角
度θ₂を記憶装置から読み出し利用することができる。

【００１６】非走査型撮像素子６と測定対象物体４との
間の距離Ｄは、距離Ａ、距離Ｂ、照射角度θ₁および入
射角度θ₂を用いて、三角測量の原理に基づいて、次の
ような計算式により求めることができる。Ｄ＝ｔａｎθ₁×ｔａｎθ₂／（ｔａｎθ₁＋ｔａｎθ₂） ×（Ｂ＋Ａ／ｔａｎθ₁）・・・・・（式２）

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の距
離測定方法および装置は、スキャニングミラー３から測
定対象物体４に照射されるスリット光Ｌ₁の照射角度
θ₁、測定対象物体４からの反射スリット光Ｌ₂が、光学
系７を介して非走査型撮像素子６に入射する入射角度θ
₂などに基づいて、測定対象物体４と非走査型撮像素子
６との間の距離を測定する。

【００１８】しかしながら、駆動部８の作用により回転
するスキャニングミラー３の角速度ωは、駆動部８の回
転の角速度が変化すると、それに伴って変化する。その
ため、照射角度θ₁（＝ωＴ）は、たとえ時間Ｔを正確
に測定したとしても、角速度ωが変化すれば、それに対
応する誤差が生じる場合がある。その結果、照射角度θ
₁等に基づいて演算された、測定対象物体４と非走査型
撮像素子６との間の距離Ｄにも誤差が生じる場合がある
課題があった。

【００１９】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、スリット光Ｌ₁の測定対象物体４への照射
角度θ₁の測定誤差を抑制し、測定対象物体４と非走査
型撮像素子６との間の距離Ｄを正確に求めることができ
るようにするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の距離測
定方法は、スリット光の光路を所定の方向に偏向し、ス
リット光を測定対象物体の表面に走査しながら照射さ
せ、スリット光の一部を受光し、スリット光の測定対象
物体への照射角度を計測し、測定対象物体の表面により
反射された反射スリット光を受光し、その受光結果に基
づいて、測定対象物体までの距離を測定することを特徴
とする。

【００２１】請求項２に記載の距離測定方法は、スリッ
ト光の光路を所定の方向に偏向し、スリット光を測定対
象物体の表面に走査しながら照射させ、スリット光とは
異なるスポット光の光路を、スリット光に対応して所定
の方向に偏向し、偏向されたスポット光を受光し、その
受光位置からスリット光の測定対象物体への照射角度を
計測し、測定対象物体の表面により反射された反射スリ
ット光を受光し、その受光結果に基づいて、前記測定対
象物体までの距離を測定することを特徴とする。

【００２２】請求項３に記載の距離測定装置は、測定対
象物体に光を走査し、その反射光を受光して測定対象物
体までの距離を測定する距離測定装置において、スリッ
ト光を出射する出射手段（例えば図１の光源１と光学系
２）と、所定の角速度で回転し、出射手段より出射され
たスリット光の光路を偏向し、測定対象物体の表面を走
査させる走査手段（例えば図１のスキャニングミラー
３）と、受光素子がマトリックス状に配置され、測定対
象物体の表面からの反射スリット光を受光し、測定対象
物体の表面の像を結像する第１受光手段（例えば図１の
非走査型撮像素子６）と、ライン状に配置された受光素
子からなり、走査手段により光路が偏向され、測定対象
物体の表面を走査するスリット光の一部を受光する第２
受光手段（例えば図１のラインセンサ１１）と、走査手
段からのスリット光の一部を受光した第２受光手段の受
光位置に基づき、スリット光の測定対象物体に対する照
射角度を計測する計測手段（例えば図１の制御部５）を
備えることを特徴とする。

【００２３】走査手段からのスリット光の一部を受光し
た第２受光手段の受光位置に対応するデータを、このス
リット光の第２受光手段に対する角度に対応するデータ
に変換する変換手段（例えば図４のＬＵＴ（ルックアッ
プテーブル）３２）をさらに設けるようにし、計測手段
は、変換手段により変換されたスリット光の第２受光手
段に対する角度に対応するデータを、スリット光の測定
対象物体に対する照射角度に対応するデータに変換する
ようにすることができる。

【００２４】請求項５に記載の距離測定装置は、測定対
象物体に光を走査し、その反射光を受光して測定対象物
体までの距離を測定する距離測定装置において、スリッ
ト光を出射する第１出射手段（例えば図３の光源１と光
学系２）と、第１出射手段とは異なる位置に配置され、
スポット光を出射する第２出射手段（例えば図３の光源
２１と光学系２２）と、所定の角速度で回転し、第１出
射手段より出射されたスリット光の光路を偏向し、測定
対象物体の表面を走査させ、第２出射手段より出射され
たスポット光の光路を偏向する走査手段（例えば図３の
スキャニングミラー３）と、所定の受光素子がマトリッ
クス状に配置され、測定対象物体の表面により反射され
る反射スリット光を受光し、測定対象物体の表面の像を
結像する第１受光手段（例えば図３の非走査型撮像素子
６）と、受光素子からなり、走査手段より光路が偏向さ
れた第２出射手段からのスポット光を受光する第２受光
手段（例えば図３のラインセンサ１１）と、スポット光
を受光した第２受光手段の受光位置に基づき、スリット
光の測定対象物体に対する照射角度を計測する計測手段
（例えば図３の制御部５）を備えることを特徴とする。

【００２５】スポット光を受光した第２受光手段の受光
位置に対応するデータを、このスポット光の第２受光手
段に対する角度に対応するデータに変換する変換手段
（例えば図６のＬＵＴ３２）をさらに設けるようにし、
計測手段は、変換手段により変換されたスポット光の第
２受光手段に対する角度に対応するデータを、スリット
光の測定対象物体に対する照射角度に対応するデータに
変換するようにすることができる。

【００２６】

【作用】請求項１または３に記載の距離測定方法または
装置においては、測定対象物体４に照射するスリット光
Ｌ₁の照射角度を、スリット光Ｌ₁を受光したラインセン
サ１１の受光位置に基づいて計測する。従って、スリッ
ト光Ｌ₁の測定対象物体４への照射角度の測定誤差を抑
制し、測定対象物体４と非走査型撮像素子６との間の距
離を正確に求めることができる。

【００２７】請求項２または５に記載の距離測定方法ま
たは装置においては、測定対象物体４に照射するスリッ
ト光Ｌ₁の照射角度を、スポット光Ｌ₃を受光したライン
センサ１１の受光位置に基づいて計測する。従って、ス
リット光Ｌ₁の測定対象物体４への照射角度の測定誤差
を抑制し、測定対象物体４と非走査型撮像素子６との間
の距離を正確に求めることができる。

【００２８】請求項４または６に記載の距離測定装置に
おいては、ＬＵＴ３２により、スリット光Ｌ₁の一部ま
たはスポット光Ｌ₃を受光したラインセンサ３１の受光
位置に対応するデータが、このスリット光Ｌ₁の一部ま
たはスポット光Ｌ₃のラインセンサ３１に対する角度に
対応するデータに変換される。従って、ラインセンサ３
１の形状に拘らず、スリット光Ｌ₁の一部またはスポッ
ト光Ｌ₃のラインセンサ３１に対する角度を正確に求め
ることができる。

【００２９】

【実施例】図１は、本発明の距離測定装置の一実施例の
構成を示す図である。光源１は、例えば、赤外光レーザ
源などからなり、所定のレーザ光を出射する。光学系２
は、レンズやスリットなどからなり、光源１より入射さ
れた光を、スリット状の光（スリット光）Ｌ₁に変換
し、スキャニングミラー３に照射するようになされてい
る。

【００３０】スキャニングミラー３は、例えばガルバノ
ミラー等からなり、ステッピングモータからなる駆動部
８により所定の角速度で回転し、光学系２を介して入射
したスリット光Ｌ₁が所定の角度で反射され、測定対象
物体４の表面に走査されながら照射されるようになされ
ている。また、その一部は、後述するラインセンサ１１
に照射されるようになされている。

【００３１】ラインセンサ１１は、ライン状に配置され
たＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃ
ｅ）やＰＳＤ（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｎｇＤ
ｅｖｉｃｅ）などの受光素子からなり、円弧状に形成さ
れている。そして、ラインセンサ１１の円弧の中心と、
スキャニングミラー３の回転軸が一致し、かつスキャニ
ングミラー３により反射されたスリット光Ｌ₁の一部を
受光することができるように、所定の位置に設置され
る。また、ラインセンサ１１は、スキャニングミラー３
により反射されたスリット光Ｌ₁の一部を受光すると、
スリット光Ｌ₁の一部を受光したラインセンサ１１上で
の位置に対応する所定の信号を発生し、出力するように
なされている。

【００３２】光学系７は、測定対象物体４の表面により
反射された反射スリット光Ｌ₂を集光し、非走査型撮像
素子６上に測定対象物体４の凹凸に対応した曲線状の像
Ｇを結像させる。非走査型撮像素子６は、マトリックス
状に配置された多数のセル６ｃからなり、そこに結像さ
れた測定対象物体４の表面の像Ｇに対応する信号を発生
し、出力するようになされている。

【００３３】制御部５は、内蔵する微分または積分回路
により、非走査型撮像素子６に入射した反射スリット光
Ｌ₂が所定のセル６ｃを横切ったことが検出された時の
セル６ｃの配置場所と、ラインセンサ１１の出力信号に
基づいて求められたそのときのスキャニングミラー３の
回転位置、即ち測定対象物体４へのスリット光Ｌ₁の照
射角度に基づいて、測定対象物体４と非走査型撮像素子
６の間の距離を三角測量の原理により演算するようにな
されている。

【００３４】次に、その動作を説明する。最初に、光源
２より出射された光は、光学系２によりスリット光Ｌ₁
に変換され、スキャニングミラー３に入射する。スキャ
ニングミラー３は、駆動部８により所定の方向に回転さ
せられ、光学系２より入射されるスリット光Ｌ₁を所定
の方向に反射する。その結果、測定対象物体４の表面
に、スキャニングミラー３により反射されたスリット光
Ｌ₁が走査されながら照射される。

【００３５】測定対象物体４の表面に走査されながら照
射されるスリット光Ｌ₁は、そこで反射され、光学系７
に入射する。光学系７に入射した光はそこで集光され、
非走査型撮像素子６の表面に、測定対象物体４の表面の
凹凸に対応する曲線状の像Ｇが結像される。

【００３６】非走査型撮像素子６を構成する各セル６ｃ
は、そこに入射したスリット光Ｌ₁に対応する信号を発
生し、制御部５に出力する。制御部５は、内蔵する微分
または積分回路により、非走査型撮像素子６からの入力
信号の電圧の変化を検出することにより、非走査型撮像
素子６の所定のセル６ｃを測定対象物体４の像Ｇが横切
ったことを検出する。

【００３７】一方、スキャニングミラー３により反射さ
れたスリット光Ｌ₁の一部は、円弧状に形成されたライ
ンセンサ１１に入射する。ラインセンサ１１は、スキャ
ニングミラー３からのスリット光Ｌ₁を受光すると、ス
リット光Ｌ₁の一部を受光したラインセンサ１１上での
位置に対応する所定の信号を発生し、制御部５に供給す
る。

【００３８】制御部５は、非走査型撮像素子６の所定の
セル６ｃを、測定対象物体４の表面に対応する像Ｇが横
切ったことが検出された瞬間のセル６ｃの非走査型撮像
素子６上での位置を記憶する。つぎに、その瞬間、スリ
ット光Ｌ₁を受光したラインセンサ１１上の所定の受光
素子のラインセンサ１１上での位置を取得し、記憶す
る。

【００３９】次に、図２を参照して、制御部５により、
三角測量の原理に基づいて、測定対象物体４と非走査型
撮像素子６との間の距離Ｄが求められる方法について説
明する。

【００４０】非走査型撮像素子６の所定のセル６ｃを、
測定対象物体４の表面に対応する像Ｇが横切ったことが
検出された瞬間のセル６ｃの非走査型撮像素子６上での
位置を位置Ｐとする。その場合、測定対象物体４と、そ
の表面で反射された反射スリット光Ｌ₂の非走査型撮像
素子６への入射角度θ₂は、上述したように、非走査型
撮像素子６と光学系７との相対的な位置関係が変化しな
ければ、位置Ｐから、予め実測しておくことにより、ま
たはキャリブレーションにより求めることができる。

【００４１】一方、非走査型撮像素子６上の位置Ｐに反
射スリット光Ｌ₂が入射した瞬間、ラインセンサ１１上
の所定の位置にスリット光Ｌ₁が入射したとする。ここ
で、図２に示すように、ラインセンサ１１上に配置され
た受光素子の位置は、例えば、ラインセンサ１１の一方
の端部から数えて何番目の受光素子であるかによって表
すようにすることができる。

【００４２】その場合、ｘ₁番目の受光素子にスリット
光Ｌ₁が入射したとすると、スリット光Ｌ₁の測定対象物
体４への照射角度θ₁は、次のように表すことができ
る。 θ₁＝ａｘ₁＋ｂ・・・・・（式３）ここで、係数ａ，ｂは、スキャニングミラー３の回転角
速度ωの経時的な変化に影響されない定数である。この
照射角度θ₁が求められると、式２より、非走査型撮像
素子６と測定対象物体４との間の距離Ｄを求めることが
できる。

【００４３】図３は、本発明の距離測定装置の他の実施
例の構成を示す図である。この実施例においては、光源
２１と光学系２２をさらに設けるようにしている。光源
２１は、光源１と同様に赤外光レーザ源等からなり、光
学系２２は、レンズ等からなり、光源２１からの光をス
ポット光Ｌ₃に変換するようになされている。

【００４４】また、光源２１および光学系２２は、そこ
から出射されるスポット光Ｌ₃が、光源１より光学系２
を介して出射されるスリット光Ｌ₁とは異なる位置か
ら、異なる角度で、スリット光Ｌ₁と重ならないよう
に、スキャニングミラー３に照射されるようになされて
いる。

【００４５】その他の構成は、図１に示した実施例の場
合と基本的に同様であるので、その説明は省略する。

【００４６】光源２１より出射された光は、光学系２２
の作用によりスポット光Ｌ₃にされ、スキャニングミラ
ー３に照射される。スキャニングミラー３に照射された
スポット光Ｌ₃は、そこで反射され、ラインセンサ１１
に入射する。このとき、スポット光Ｌ₃は、スリット光
Ｌ₁とは異なる角度でスキャニングミラー３に照射され
るため、ラインセンサ１１を、スキャニングミラー３に
より反射され、測定対象物体４に向けて照射されるスリ
ット光Ｌ₁のスキャン範囲を遮らないような所定の位置
に設置することができる。

【００４７】図３に示した実施例においては、スリット
光Ｌ₁は、角度θ₄で表されるスキャン範囲内の所定の照
射角度で測定対象物体４に照射される。従って、この範
囲外に、ラインセンサ１１を設置する。ラインセンサ１
１においては、角度θ₅で表されるスキャン範囲内の所
定の角度で、ラインセンサ１１上の所定の受光素子にス
ポット光Ｌ₃が照射される。

【００４８】スキャニングミラー３により反射されたス
ポット光Ｌ₃は、ラインセンサ１１上の所定の受光素子
に入射する。スポット光Ｌ₃が入射した受光素子は、対
応する信号を発生し、図示せぬ信号線を介して制御部５
に供給する。

【００４９】制御部５は、ラインセンサ１１より供給さ
れる信号より、図２を参照して上述した場合と基本的に
同様の方法により、スリット光Ｌ₁の測定対象物体４へ
の照射角度θ₁、および非走査型撮像素子６への反射ス
リット光Ｌ₂の入射角度θ₂を測定し、式２より、測定対
象物体４と非走査型撮像素子６との間の距離Ｄを求める
ことができる。

【００５０】図４は、本発明の距離測定装置のさらに他
の実施例の構成を示す図である。この実施例において
は、図１において、円弧状のラインセンサ１１の代わり
に、直線状のラインセンサ３１を用いるようにし、さら
に、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）３２を設けるよう
にしている。

【００５１】このラインセンサ３１はライン状に配置さ
れた多数の受光素子からなり、スキャニングミラー３か
らのスリット光Ｌ₁の一部が、所定の受光素子により受
光されると、この受光素子により所定の信号が発生さ
れ、ＬＵＴ３２に供給されるようになされている。

【００５２】ＬＵＴ３２は、ラインセンサ３１の所定の
受光素子より供給される信号を、対応する所定の信号に
変換し、図示せぬ信号線を介して制御部５に供給するよ
うになされている。

【００５３】図５（ａ）に示すように、スリット光Ｌ₁
がラインセンサ３１上に所定の角度で照射されたとき、
ラインセンサ３１に照射されるスリット光Ｌ₁のライン
センサ３１上での位置と、ラインセンサ３１へのスリッ
ト光Ｌ₁の照射角度θ₃との関係は、図５（ｂ）のグラフ
に示すような、非線形性の所定の関係を有する。ここ
で、縦軸は、ラインセンサ３１に照射されるスリット光
Ｌ₁の照射角度θ₃であり、横軸は、ラインセンサ３１上
に照射されるスリット光Ｌ₁のラインセンサ３１上での
位置を表している。例えば、位置Ｑ₁における照射角度
θ₃はθ_Q1であり、位置Ｑ₂における照射角度θ₃はθ_Q2
である。

【００５４】従って、ＬＵＴ３２により、ラインセンサ
３１上に照射されるスリット光Ｌ₁の位置と、スリット
光Ｌ₁のラインセンサ３１への照射角度θ₃とを対応付け
ることにより、ラインセンサ３１上に照射されるスリッ
ト光Ｌ₁の位置から、スリット光Ｌ₁のラインセンサ３１
への照射角度θ₃を求めることができる。そして、ライ
ンセンサ３１への照射角度θ₃に対して所定の数値を加
算または減算することにより、スリット光Ｌ₁のライン
センサ３１への照射角度θ₃をさらにスリット光Ｌ₁の測
定対象物体４への照射角度θ₁に変換することができ
る。

【００５５】このようにして得られた照射角度θ₁と、
非走査型撮像素子６に入射する測定対象物体４からの反
射スリット光Ｌ₂の入射角度θ₂より、図２を参照して上
述した場合と同様に、式２より、測定対象物体４と、非
走査型撮像素子６の間の距離Ｄを求めることができる。

【００５６】図６は、本発明の距離測定装置のさらに他
の実施例の構成を示す図である。この実施例において
は、図３に示した実施例において、円弧状のラインセン
サ１１の代わりに、直線状のラインセンサ３１を用いる
ようにし、このラインセンサ３１により、スキャニング
ミラー３からのスポット光Ｌ₃を受光し、そこからの出
力信号をＬＵＴ３２に供給するようにしている。

【００５７】この実施例の場合においても、図４および
図５を参照して上述した場合と同様にして、ラインセン
サ３１上に照射されるスポット光Ｌ₃の位置から、ライ
ンセンサ３１上に照射されるスポット光Ｌ₃の照射角度
θ₃を求めることができる。そして、スポット光Ｌ₃のラ
インセンサ３１への照射角度θ₃に対して所定の定数を
加算または減算することにより、照射角度θ₃をさらに
スリット光Ｌ₁の測定対象物体４への照射角度θ₁に変換
することができる。

【００５８】このようにして得られた照射角度θ₁と、
非走査型撮像素子６に入射する測定対象物体４からの反
射スリット光Ｌ₂の入射角度θ₂より、図２を参照して上
述した場合と同様に、式２より、測定対象物体４と、非
走査型撮像素子６の間の距離Ｄを求めることができる。

【００５９】なお、図４または図６に示した実施例にお
いては、１つの直線状の形状をなすラインセンサ３１を
使用するようにしたが、ラインセンサ３１を複数組み合
わせたものを使用するようにしてもよい。その場合で
も、図４乃至図６を参照して上述した場合と基本的に同
様の方法により、ラインセンサ３１上に照射されるスリ
ット光Ｌ₁またはスポット光Ｌ₃の位置から、ラインセン
サ３１上に照射されるスリット光Ｌ₁またはスポット光
Ｌ₃の照射角度θ₃を求め、それをさらにスリット光Ｌ₁
の測定対象物体４への照射角度θ₁に変換することによ
り、式２より、測定対象物体４と、非走査型撮像素子６
の間の距離Ｄを求めることができる。

【００６０】また、図３または図６に示した実施例にお
いては、ラインセンサ１１または３１に、スポット光Ｌ
₃を照射するようにしたが、スリット光を照射するよう
にしてもよい。

【００６１】

【発明の効果】請求項１または３に記載の距離測定方法
または装置によれば、制御手段は、出射手段により出射
されたスリット光が、所定の角速度で回転する走査手段
により、所定の方向にその光路が偏向され、測定対象物
体に照射される照射角度を、スリット光を受光した第２
受光手段の受光位置から計測するようにしたので、スリ
ット光の測定対象物体への照射角度の測定誤差を抑制
し、測定対象物体と第１受光手段との間の距離を正確に
求めることができる。従って、走査手段の回転速度の経
時的な変化に拘らず、安定して、測定対象物体の表面の
３次元座標位置を測定することが可能となる。

【００６２】請求項２または５に記載の距離測定方法ま
たは装置によれば、制御手段は、第１出射手段により出
射されたスリット光が、所定の角速度で回転する走査手
段により、所定の方向にその光路が偏向され、測定対象
物体に照射される照射角度を、第２出射手段により出射
され、走査手段により所定の方向にその光路が偏向され
たスポット光が、第２受光手段により受光された受光位
置に基づいて計測するようにしたので、スリット光の測
定対象物体への照射角度の測定誤差を抑制し、測定対象
物体と第１受光手段との間の距離を正確に求めることが
できる。従って、走査手段の回転速度の経時的な変化に
拘らず、安定して、測定対象物体の表面の３次元座標位
置を測定することが可能となる。

【００６３】請求項４または６に記載の距離測定装置に
よれば、スリット光の一部またはスポット光を受光した
第２受光手段の受光位置に対応するデータを、スリット
光の一部またはスポット光の第２受光手段に対する角度
に対応するデータに変換するようにしたので、第２受光
手段の形状に拘らず、スリット光の一部またはスポット
光の第２受光手段に対する角度を正確に求めることがで
きる。従って、直線状の形状をなした第２受光手段を用
いても、測定対象物体の表面の３次元座標位置を良好な
精度で測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の距離測定装置の一実施例の構成を示す
図である。

【図２】図１の実施例において、測定対象物体４と非走
査型撮像素子６との間の距離Ｄを求める方法を説明する
ための図である。

【図３】本発明の距離測定装置の他の実施例の構成を示
す図である。

【図４】本発明の距離測定装置のさらに他の実施例の構
成を示す図である。

【図５】ラインセンサ３１に照射されるスリット光の位
置と照射角度の関係を示すグラフである。

【図６】本発明の処理測定装置のさらに他の実施例の構
成を示す図である。

【図７】従来の距離測定装置の一例の構成を示す図であ
る。

【図８】従来の距離測定装置により、測定対象物体４と
非走査型撮像素子６との間の距離Ｄを求める方法を説明
するための図である。

【符号の説明】

１光源２光学系３スキャニングミラー４測定対象物体５制御部６非走査型撮像素子６ｃセル７光学系８駆動部９リセット用受光器１１ラインセンサ２１光源２２光学系３１ラインセンサ３２ＬＵＴ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スリット光の光路を所定の方向に偏向
し、前記スリット光を測定対象物体の表面に走査しなが
ら照射させ、前記スリット光の一部を受光し、前記スリット光の測定
対象物体への照射角度を計測し、前記測定対象物体の表面により反射された反射スリット
光を受光し、その受光結果に基づいて、前記測定対象物
体までの距離を測定することを特徴とする距離測定方
法。
【請求項２】スリット光の光路を所定の方向に偏向
し、前記スリット光を測定対象物体の表面に走査しなが
ら照射させ、前記スリット光とは異なるスポット光の光路を、前記ス
リット光に対応して所定の方向に偏向し、偏向された前
記スポット光を受光し、その受光位置から前記スリット
光の前記測定対象物体への照射角度を計測し、前記測定対象物体の表面により反射された反射スリット
光を受光し、その受光結果に基づいて、前記測定対象物
体までの距離を測定することを特徴とする距離測定方
法。
【請求項３】測定対象物体に光を走査し、その反射光
を受光して前記測定対象物体までの距離を測定する距離
測定装置において、スリット光を出射する出射手段と、所定の角速度で回転し、前記出射手段より出射された前
記スリット光の光路を偏向し、前記測定対象物体の表面
を走査させる走査手段と、所定の受光素子がマトリックス状に配置され、前記測定
対象物体の表面からの反射スリット光を受光し、前記測
定対象物体の表面の像を結像する第１受光手段と、ライン状に配置された前記受光素子からなり、前記走査
手段により前記光路が偏向され、前記測定対象物体の表
面を走査する前記スリット光の一部を受光する第２受光
手段と、前記走査手段からの前記スリット光の一部を受光した前
記第２受光手段の受光位置に基づき、前記スリット光の
前記測定対象物体に対する照射角度を計測する計測手段
とを備えることを特徴とする距離測定装置。
【請求項４】前記走査手段からの前記スリット光の一
部を受光した前記第２受光手段の受光位置に対応するデ
ータを、前記スリット光の前記第２受光手段に対する角
度に対応するデータに変換する変換手段をさらに備え、前記計測手段は、前記変換手段により変換された前記ス
リット光の前記第２受光手段に対する角度に対応するデ
ータを、前記スリット光の前記測定対象物体に対する照
射角度に対応するデータに変換することを特徴とする請
求項３に記載の距離測定装置。
【請求項５】測定対象物体に光を走査し、その反射光
を受光して前記測定対象物体までの距離を測定する距離
測定装置において、スリット光を出射する第１出射手段と、前記第１出射手段とは異なる位置に配置され、スポット
光を出射する第２出射手段と、所定の角速度で回転し、前記第１出射手段より出射され
た前記スリット光の光路を偏向し、前記測定対象物体の
表面を走査させるとともに、前記第２出射手段より出射
された前記スポット光の光路を偏向する走査手段と、所定の受光素子がマトリックス状に配置され、前記測定
対象物体の表面からの反射スリット光を受光し、前記測
定対象物体の表面の像を結像する第１受光手段と、前記受光素子からなり、前記走査手段より前記光路が偏
向された前記第２出射手段からのスポット光を受光する
第２受光手段と、前記スポット光を受光した前記第２受光手段の受光位置
に基づき、前記スリット光の前記測定対象物体に対する
照射角度を計測する計測手段とを備えることを特徴とす
る距離測定装置。
【請求項６】前記スポット光を受光した前記第２受光
手段の受光位置に対応するデータを、前記スポット光の
前記第２受光手段に対する角度に対応するデータに変換
する変換手段をさらに備え、前記計測手段は、前記変換手段により変換された前記ス
ポット光の前記第２受光手段に対する角度に対応するデ
ータを、前記スリット光の前記測定対象物体に対する照
射角度に対応するデータに変換することを特徴とする請
求項５に記載の距離測定装置。