JPH0914912A - 距離測定方法および距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズが存在したり、フォトセンサの特性に
バラツキがあっても、常に安定した距離測定を行えるよ
うにする。 【解決手段】 測定対象物体からの反射スリット光の移
動方向に沿って近接して配置された２個のフォトダイー
ドのうちの一方のフォトダイオード１の受光時間を、他
方のフォトダイオード２の受光時間より長くする。２個
のフォトダイオードがともに測定対象物体からの反射ス
リット光を受けておらず、同じバイアス光を受けている
とき、外部からわずかなノイズ光を受けても、あるいは
フォトダイオードの特性にわずかな相違があっても、フ
ォトダイオード１に流れる光電流は、フォトダイオード
２に流れる光電流より大きくなり、クロック型比較器７
の初期状態の出力が安定する。

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
び距離測定装置に関し、特に、３次元物体の形状を正確
に測定できるようにした距離測定方法および距離測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スリット光を使用した光切断法に基づく
距離測定においては、図６に示すように、測定対象物体
の３次元位置が、光源からのスリット光の投影方向、レ
ンズおよび撮像面を含むカメラの視線方向、並びに光源
およびカメラの位置関係を使用して、三角測量法に基づ
いて求められる（その詳細については後述する）。

【０００３】最近、スリット光をスキャニングミラーで
走査することにより、上述の距離測定を高速に行う研究
が盛んに行われており、いくつかの方法が提案されてい
る。本出願人は、特開平５−３２２５３６号として、ス
リット光を測定対象物体の表面に沿って走査し、測定対
象物体からの反射スリット光が、センサの撮像面を構成
する２次元的に配置された複数のセルを通過する時点を
検出して、測定対象物体の表面の位置を測定するため
に、各セルに反射スリット光の移動方向に沿って２個の
フォトセンサを近接して配置し、２個のフォトセンサが
出力する光電流の大きさを比較し、比較結果に基づい
て、反射スリット光が２個のフォトセンサの一方から他
方に移る時点を求め、この時点を、反射スリット光が前
記セルを通過した時点とする距離測定方法を提案した。

【０００４】この先に提案した、高速に距離を計測する
方式の原理について説明すると、この方式では、センサ
内にセルを２次元的に配列させ、その各セルの視線と対
象物体が交差する１点に対して、スリット光が当たる方
向を測定し、三角測量方式で、各セルに対応する３次元
情報を並列に計測する。

【０００５】すなわち、図６に示すように、各セル毎に
距離計測を並列に行う為、レーザ光源５０から出射され
たスリット光が、シリンドリカルレンズ５１を介してス
キャニングミラー５２に照射され、スキャニングミラー
５２を回転させることで測定対象物体５３上でスリット
光を走査する。そして、測定対象物体５３により反射さ
れた反射スリット光を、レンズ５４を介してセンサ５５
の撮像面５５Ａに結像させる。この時、センサ５５上に
結像されたスリット光が、センサ５５にマトリックス状
に配置された各セルＰi,jを通過するタイミングを計測
し、その時のスキャニングミラー５２の角度を各セルＰ
i,j毎に求める。

【０００６】つまり、高速距離計測原理の幾何学的関係
を示す図７のように、センサ５５上の任意のセルＰi,j
上を光が通過したタイミングから、光がそのセルに結像
するスキャニングミラー５２の角度αi,jを求め、
（１）式により、そのセルＰi,jが計測を行う距離Ｚi,j
が求まる。

【０００７】

【数１】 ここで、図７に示すように、βi,j、Ｂi,j、Ａは既知の
定数である。βi,jは、セルＰi,jの固定された視線方向
とセンサ５５の角度、Ｂi,jは、スキャニングミラー５
２とセルＰi,jの図中水平方向の距離、Ａは、スキャニ
ングミラー５２とセンサ５５の図中上下方向の距離を表
す。

【０００８】スリット光の１回の走査の間に、センサ５
５上のセルＰi,jの全てについて、この計測を並列に行
い、各セルＰi,jの固定された視線方向と測定対象物体
５３が交差する点までの距離Ｚi,jを計測する。

【０００９】ここで走査されているスリット光が各セル
Ｐi,j上を横切るタイミングをロバストに計測すること
が重要となるので、次に、各セルＰi,j上を光が通過す
るタイミングの高精度計測方法について、図８を参照し
て説明する。図８に示すように、１つのセルＰi,j内に
２つのフォトセンサ６１，６２を光の走査方向に近接し
て配置し、光がこのセルＰi,j上を走査した時に発生す
る２つのフォトセンサ６１，６２の光電流をアンプ６
３，６４で増幅し、コンパレータ６５でアンプ６３，６
４の出力のレベルの大きさを比較することにより、この
セルＰi,j上を光が横切るタイミングを計測する。

【００１０】すなわち、図８に示すように、右側にフォ
トセンサ６１が、左側にフォトセンサ６２が、それぞれ
配置されており、右から左方向に反射スリット光が移動
するものとすると、図９に示すように、最初に右側のフ
ォトセンサ６１の出力レベルが次第に増加した後、減少
する。次に、左側のフォトセンサ６２の出力が次第に増
加した後、減少する。従って、コンパレータ６５でフォ
トセンサ６１，６２の出力のレベルを比較すると、左右
のフォトセンサ６１，６２から出力される光電流の大き
さは時刻Ｔで逆転する（時刻Ｔまで、フォトセンサ６１
の出力レベルがフォトセンサ６２の出力レベルより大き
いのに対して、時刻Ｔより後では、フォトセンサ６２の
出力レベルがフォトセンサ６１の出力レベルより大きく
なる）ので、この時刻Ｔにおいて、コンパレータ６５の
出力はＬからＨに反転する。そこで、この時刻Ｔを、反
射スリット光がこのセルＰi,jを横切ったタイミングと
する。

【００１１】なお、コンパレータ６５には、その反転入
力端子にフォトセンサ６１の出力が、また、非反転入力
端子にフォトセンサ６２の出力が、それぞれ供給されて
いるので、その出力Ｙは、フォトセンサ６１の方に多く
の光電流が流れているときにはＬ、フォトセンサ６２の
方に多くの光電流が流れているときにはＨとなる。Ｌか
らＨになった瞬間の時刻Ｔがスリット光の通過の時点と
して記録される。

【００１２】周囲からのバイアス光（スリット光以外の
光であって、周囲から外乱としてセンサ５５に入射され
る光）が変化したり、温度が変化したり、あるいは対象
物の表面反射特性等に差異が生じたような場合において
も、２つのフォトセンサ６１，６２は近接して配置され
ている為、２つの光電流は同等に増減する。従って、こ
れらの影響で２つの光電流の大きさが逆転するタイミン
グが変化するようなことはほとんどない。その結果、高
精度で信頼性のある距離計測が可能となる。

【００１３】ところで、上述した距離計測を安定化させ
る距離計測装置を、特開平６−１３７８２４号として、
本出願人は先に提案した。この提案においては、２つの
フォトセンサ６１，６２の内の一方の面積を他方の面積
より大きくすることにより、その２つのフォトセンサ６
１，６２が観察している測定対象物体上にスリット光が
照射されていないときには、コンパレータ６５が常にＬ
を出力するようにしている。

【００１４】すなわち、図１０（図１０においては、ア
ンプ６３，６４の図示は省略している）に示すように、
２つのフォトセンサ６１，６２の面積が同じ場合、図１
１に示すように、フォトセンサ６１またはフォトセンサ
６２上にスリット光による測定対象物体の像が結像され
ている場合は、それに応じた光電流が発生する。しかし
ながら、フォトセンサ６１，６２がバイアス光のみを受
けている時間は、ノイズや、フォトセンサ６１，６２の
特性の違いなどから、コンパレータ６５の出力Ｙは安定
せず、図１２に示すように、コンパレータ６５の出力Ｙ
がＬからＨになる瞬間（図１２中の矢印）が、時刻Ｔ以
外にいくつも発生してしまう。

【００１５】しかし、図１３に示すように、フォトセン
サ６１の面積をフォトセンサ６２の面積に対して少し大
きくすることによって、図１４に示すように、△ｊ（面
積の差に対応する分）だけフォトセンサ６２よりフォト
センサ６１の方に光電流が多く流れる。その結果、図１
５に示すように、フォトセンサ６１，６２がバイアス光
のみを受けている期間、コンパレータ６５の出力は常に
Ｌとなり、安定する。そして、ＬからＨになる瞬間は時
刻Ｔの１個のみとなり、スリット光の通過が容易に検出
できるようになる。

【００１６】上記の距離計測装置の各セルＰi,jの具体
的な構成を説明すると、各セルＰi,jは、図１６に示す
ように、フォトセンサとしての２つのフォトダイオード
７１，７２、カレントミラー回路７３，７４、アンプ部
７５，７６、クロック型比較器７７、および読み出し部
７８から構成される。

【００１７】つまり、隣接した２つのフォトダイオード
７１，７２から成り立つフォトダイオードペアについ
て、どちらにより多くの光量が入射したかを、各々の光
電流の大小を比較することで計測する。このとき、反射
スリット光は図１６において左から右、すなわちフォト
ダイオード７１から７２の方向に走査しているものとす
る。そして、上述したように、２つの光電流の大小関係
の初期状態を安定させるために、フォトダイオード７１
側の面積をフォトダイオード７２より大きく設定する。
これにより一般的環境や暗空間内では、フォトダイオー
ド７１側の光電流の方がフォトダイオード７２より大き
くなり、初期状態が安定する。

【００１８】カレントミラー回路７３，７４は、光電流
の増幅と、フォトダイオード７１，７２とアンプ部７
５，７６との間のバッファを目的としている。すなわ
ち、カレントミラー回路７３，７４は、フォトダイオー
ド７１，７２の光電流を２倍に増幅し、アンプ部７５，
７６からのノイズを遮断し、フォトダイオード７１，７
２の接合容量の影響を減少させる。

【００１９】アンプ部７５，７６は、それぞれＣＭＯＳ
インバータ８１ａ，８１ｂと、その入出力を短絡するＣ
ＭＯＳスイッチ８２ａ，８２ｂとから構成され、フォト
ダイオード７１，７２の出力を反転して増幅するように
なっている。

【００２０】クロック型比較器７７は、アンプ部７５，
７６で増幅されたフォトダイオード７１，７２からなる
フォトダイオードペアの各々の反転出力電圧の大きさを
比較するものであり、ＣＭＯＳインバータ８３，８４を
正帰還結合させて構成されている。このクロック型比較
器７７は、その電位が、ＣＭＯＳスイッチ８５により中
間電位に初期化される。なお、アンプ部７５，７６の出
力は、ＣＭＯＳスイッチ８６，８７を介してＣＭＯＳイ
ンバータ８３，８４に出力されるようになっている。

【００２１】読み出し部７８は、選択信号Ｘnにより選
択され、クロック型比較器７７の状態を反転してＹnと
して外部に出力する。

【００２２】図１７に示すような４つの期間ａ乃至ｄを
有するサンプリングパルスφ１，φ２，φ３によりＣＭ
ＯＳスイッチ８５、ＣＭＯＳスイッチ８６，８７、ＣＭ
ＯＳスイッチ８２ａ，８２ｂがそれぞれ制御され、クロ
ック型比較器７７の出力が外部に読み出される。

【００２３】すなわち、図１７に示すように、期間ａで
は、サンプリングパルスφ３によりＣＭＯＳスイッチ８
２ａ，８２ｂをオンして、アンプ部７５，７６の入力端
と出力端を短絡し、その電位を両者の中間電位にリセッ
トする。このときＣＭＯＳスイッチ８５，８６，８７は
サンプリングパルスφ２，φ３により開放状態（オフ）
になっている。

【００２４】期間ｂでは、サンプリングパルスφ３によ
りＣＭＯＳスイッチ８２ａ，８２ｂも開放状態となり、
フォトダイオード７１，７２からの入射光の強度に応じ
た光電流が、カレントミラー回路７３，７４により増幅
され、各々のアンプ部７５，７６のキャパシタンスに、
この光電流に対応する電荷がチャージされる。

【００２５】期間ｃでは、サンプリングパルスφ１によ
りＣＭＯＳスイッチ８５がオンされ、クロック型比較器
７７の両端（図１６中の点ＳＡと点ＳＢ）を短絡し、そ
の電位を中間電位に設定させる。

【００２６】期間ｄでは、サンプリングパルスφ１によ
りＣＭＯＳスイッチ８５が開放状態となり、それまで中
間電位にバランスされていたクロック型比較器７７のバ
ランスが開放される。また、同時に、サンプリングパル
スφ２によりＣＭＯＳスイッチ８６，８７が短絡され、
２つのアンプ部７５，７６からの出力（フォトダイオー
ド７１，７２の出力）がクロック型比較器７７の点ＳＡ
と点ＳＢに各々入力される。フォトダイオード７１の出
力レベルの方がフォトダイオード７２の出力レベルより
大きいとき、点ＳＢの電位はＨとなり、小さいときＬと
なる。

【００２７】そして、選択信号Ｘnが与えられた時、ク
ロック型比較器７７の点ＳＢの電位が、デジタル値Ｙn
として、外部に反転して出力される。外部では、このデ
ジタル値ＹnがＬからＨになった瞬間の時刻Ｔを検出
し、そのセルＰi,j上を光が横切った瞬間のタイミング
とし、保持する。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図１３（図１６）の距離計測装置では、２つのフォト
ダイオード７１，７２からの光電流の重み付けを、それ
ぞれの面積の違いにより実現させているため、調整不可
能な以下のような問題が発生する。

【００２９】（１）２つのフォトダイオード７１，７２
の諸特性の違いや、各々の空間的な位置の違いによるバ
イアス光量の違いにより、スリット光が当たっていない
場合でも出力ＹがＨだったりすることがあり、出力Ｙが
必ずしも安定しない。すなわち、出力Ｙに対するノイズ
の影響が大きい。

【００３０】（２）弱いスリット光では、２つのフォト
ダイオード７１，７２の光電流に差が発生せず、出力Ｙ
がＨにならない。すなわち、感度が悪い。

【００３１】このように、先の提案では、面積の違いに
より光電流の重み付けを実現させているため、重み付け
を変更することができず、周囲の明るさの状態や、測定
対象物体の光反射係数が変化したり、ノイズ量が変化し
たり、あるいは計測感度が悪くなったりした場合に、こ
のような変化に対応して、適宜必要な調整を行うことが
できないといった問題がある。

【００３２】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、ノイズが存在したり、フォトセンサの特性にバ
ラツキがあっても、常に安定した距離測定を行うことが
できる距離測定方法および距離測定装置を提供すること
を目的としている。

【００３３】

【課題を解決するための手段】本発明の距離測定方法お
よび距離測定装置は、測定対象物体からの反射スリット
光の移動方向に沿って近接して配置された２個のフォト
センサのうちの一方のフォトセンサの受光時間を、他方
のフォトセンサの受光時間より長くすることを特徴とす
る。

【００３４】本発明の距離測定方法および距離測定装置
においては、２個のフォトセンサの一方は、他方より、
長い受光時間とされる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例について述べる。

【００３６】図１は、本発明の距離測定装置の全体の構
成例を示しており、図６に示した場合と対応する部分に
は同一の符号を付してあり、その説明を適宜省略する。

【００３７】この実施例においては、カメラモジュール
１０１に、レーザ光源５０、レーザ光源５０より出射さ
れたレーザ光をスリット光に変換するシリンドリカルレ
ンズ５１、シリンドリカルレンズ５１より出射されたス
リット光を、測定対象物体５３（図２）に向けて反射す
るスキャニングミラー５２を備えている。レーザ光源５
０は、例えば波長６７０nmの半導体レーザで構成され、
レンズの出口で１０mWで、幅が約１mmのスリット光を発
生する。さらに、カメラモジュール１０１には、測定対
象物体５３からの光を集光するレンズ５４、およびレン
ズ５４により集光された光が結像されるセンサ５５を有
している。

【００３８】レーザコントローラ１０２は、レーザ光源
５０を制御し、レーザ光の出射、出射の停止、レーザ光
のパワーなどを制御するようになされている。スキャニ
ングミラーコントローラ１０３は、スキャニングミラー
５２を所定の速度で回転させ、スリット光を測定対象物
体５３上で走査させるようになされている。また、セン
サコントローラ１０４は、スキャニングミラーコントロ
ーラ１０３より供給されるタイミング信号（リセットク
ロック）に対応して、センサ５５を制御するようになさ
れている。

【００３９】図２は、センサ５５とセンサコントローラ
１０４のより詳細な構成例を示す図である。同図に示す
ように、センサ５５は、垂直方向と水平方向にマトリッ
クス状に配置された複数の撮像セル１１２で構成される
撮像面１１１を有し、そこに測定対象物体５３からのス
リット光１１１の反射光（反射スリット光）を受光する
ようになされている。

【００４０】センサ５５の撮像セル１１２にチャージさ
れた電荷は、センサコントローラ１０４の読み出し制御
部１４４により制御され、読み出し部１４７に供給され
るようになされている。読み出し部１４７は、各撮像セ
ル１１２の受光のタイミングを検出し、その検出信号を
カウンタ数記憶メモリ１４５に出力する。このカウンタ
数記憶メモリ１４５には、センサ５５の撮像セル１１２
と対応するメモリセル１４６により構成されており、各
メモリセル１４６は、カウンタ１４１のカウント値を記
憶するようになされている。また、この記憶値は、スキ
ャニングミラーコントローラ１０３よりリセットクロッ
クが供給されたときリセットされるようになされてい
る。

【００４１】センサコントローラ１０４のカウンタ１４
１は、図示せぬタイミング制御回路から供給される動作
クロック（例えば１００ｋＨｚ程度の周波数のクロッ
ク）をカウントし、そのカウント値を、カウンタ数記憶
メモリ１４５に供給するようになされている。動作クロ
ックは、センサ５５とカウンタ数記憶メモリ１４５にも
供給されている。

【００４２】スキャニングミラーコントローラ１０３
は、各走査毎（スキャニングミラー５２が１回転する
毎）に、リセットクロック（例えば６０Ｈｚ）を発生
し、カウンタ１４１のカウント値とカウンタ数記憶メモ
リ１４５の記憶値をリセットするようになされている。

【００４３】演算処理部１４２は、カウンタ数記憶メモ
リ１４５より読み出されたデータを取り込み、所定の演
算を施して、測定対象物体５３の３次元座標値と距離画
像を求めるようになされている。

【００４４】入力部１４３は、読み出し制御部１４４に
対して、所定の入力を行うとき、ユーザにより操作され
る。

【００４５】次に、その動作について説明する。レーザ
光源５０より出射されたスリット光は、シリンドリカル
レンズ５１により、図において上下方向の長さが伸長さ
れ、スキャニングミラー５２に入射される。スキャニン
グミラー５２は、スキャニングミラーコントローラ１０
３により一定の角速度（６０Ｈｚ）で回転されているの
で、スキャニングミラー５２で反射されたスリット光１
１１が、測定対象物体５３上を、１／６０秒に１回の割
合で走査する。

【００４６】測定対象物体５３により反射された反射ス
リット光は、レンズ５４を介してセンサ５５の撮像面１
１１に結像される。

【００４７】上述したように、撮像面１１１には、撮像
セル１１２がマトリックス状に配置されている。以下、
第i行、第j列に配置されている撮像セル１１２を、セル
Ｐi,jと表す。各セルＰi,jは、反射スリット光が入射さ
れたとき、その入射光に対応する信号を出力する。読み
出し部１４７は、各セルＰi,jの出力のレベルの反転す
るタイミングを、反射スリット光の入射タイミングとし
て検出する。

【００４８】一方、カウンタ１４１は、スキャニングミ
ラーコントローラ１０３よりリセットクロックが入力さ
れたタイミングから動作クロックのカウントを開始し、
そのカウント値をカウント数記憶メモリ１４５に供給し
ている。上述したように、カウンタ数記憶メモリ１４５
は、センサ５５の撮像セル１１２に対応してメモリセル
１４６を有しているので、以下、セルＰi,jに対応する
メモリセルを、セルＭi,jと表す。読み出し部１４７
が、セルＰi,jより出力された信号のレベルの反転を検
出する信号を出力したとき、その信号を出力したセルＰ
i,jに対応するセルＭi,jは、そのときのカウンタ１４１
のカウント値を記憶する。

【００４９】スキャニングミラー５２は、一定の角速度
で回転しているため、カウンタ１４１のカウント値は、
スキャニングミラー５２の回転角度に対応する。演算処
理部１４２は、セルＭi,jに記憶されたカウント値か
ら、上述した（１）式に対応する演算を行い、セルＰi,
jに対応する距離Ｚi,jを求める。そして、演算処理部１
４２は、セルＰi,jが観測している測定対象物体５３の
３次元座標値を出力するとともに、センサ５５の撮像面
１１１には、測定対象物体５３の画像が結像されるの
で、そのビデオ情報に対応する距離画像を出力する。

【００５０】スキャニングミラーコントローラ１０３
は、スキャニングミラー５２が１回転する毎に、リセッ
トクロックを出力するので、カウンタ１４１のカウント
値とカウンタ数記憶メモリ１４５の記憶値は、このリセ
ットクロックに対応してリセットされる。

【００５１】以上のようにして、スリット光の１回の走
査の間に、センサ５５上のセルＰi,jの全てについての
計測を並列に行い、各セルＰi,jの固定された視線方向
と測定対象物体５３が交差する点までの距離Ｚi,jを計
測する。その算出方法は従来例と同様であるのでその説
明は省略する。

【００５２】次に、本実施例の要部であるセンサ５５の
各セルＰi,jについて説明する。各セルＰi,jは、図３に
示すように、フォトセンサとしての受光面積の等しい２
つのフォトダイオード１，２、カレントミラー回路３，
４、アンプ部５，６、クロック型比較器７、および読み
出し部８により構成される。

【００５３】つまり、近接して走査方向に配置された２
つのフォトダイオード１，２から成り立つフォトダイオ
ードペアについて、どちらに、より多くの光量が入射し
たかを、各々の光電流の大小を比較することで計測す
る。このとき、反射スリット光は図３において、左から
右、すなわちフォトダイオード１から２の方向に走査し
ているものとする。

【００５４】カレントミラー回路３，４は、２つのフォ
トダイオード１，２からの光電流の増幅と、フォトダイ
オード１，２とアンプ部５，６との間のバッファを目的
としている。すなわち、フォトダイオード１，２の光電
流を２倍に増幅し、アンプ部５，６からのノイズを遮断
し、フォトダイオード１，２の接合容量の影響を減少さ
せる。

【００５５】アンプ部５，６は、それぞれＣＭＯＳイン
バータ１１ａおよび１１ｂと、その入出力を短絡するＣ
ＭＯＳスイッチ１２ａおよび１２ｂとから構成され、フ
ォトダイオード１，２の出力電圧を反転して増幅するよ
うになっている。

【００５６】クロック型比較器７は、アンプ部５，６で
増幅されたフォトダイオード１，２からなるフォトダイ
オードペアの各々の出力電圧の大きさを比較するもので
あり、ＣＭＯＳインバータ１３と１４を正帰還結合させ
るように構成され、また、その電位が、ＣＭＯＳスイッ
チ１５により中間電位に初期化されるようになされてい
る。なお、アンプ部５，６の出力は、ＣＭＯＳスイッチ
１６，１７を介してＣＭＯＳインバータ１３，１４に出
力されるようになっている。

【００５７】図２の読み出し制御部１４４は、セルＰi,
jが、図４に示すような４つの期間ａ乃至ｄで動作を行
うように、サンプリングパルスφ１乃至φ３ｂを発生す
る。ＣＭＯＳスイッチ１５はサンプリングパルスφ１に
より、ＣＭＯＳスイッチ１６および１７はサンプリング
パルスφ２により、ＣＭＯＳスイッチ１２ａはサンプリ
ングパルスφ３ａにより、ＣＭＯＳスイッチ１２ｂはサ
ンプリングパルスφ３ｂにより、それぞれオンまたはオ
フされる。

【００５８】また、読み出し制御部１４４は、各セルＰ
i,jの読み出し部８に、選択信号Ｘnを供給し、クロック
型比較器７の点ＳＢの状態を反転してＹnとして読み出
させる。

【００５９】次に、図３の実施例の動作について説明す
る。図４に示すように、期間ａでは、サンプリングパル
スφ３ａおよびφ３ｂによりＣＭＯＳスイッチ１２ａお
よび１２ｂをオンすることで、アンプ部５，６の入出力
端を短絡し、その電位を中間電位にリセットする。この
ときＣＭＯＳスイッチ１５，１６，１７はサンプリング
パルスφ１，φ２により開放状態（オフ）になされてい
る。

【００６０】期間ｂでは、まずサンプリングパルスφ３
ａにより、ＣＭＯＳスイッチ１２ａを開放状態とし、次
に所定の時間Ｔo後に、サンプリングパルスφ３ｂによ
り、ＣＭＯＳスイッチ１２ｂを開放状態とする。その
後、各々のフォトダイオード１，２からの入射光の強度
に応じた光電流がカレントミラー回路３，４により増幅
され、各々のアンプ部５，６に入力され、それぞれのキ
ャパシタンスにその光電流に対応する電荷がチャージさ
れる。

【００６１】期間ｃでは、サンプリングパルスφ１によ
りＣＭＯＳスイッチ１５が閉塞（オン）され、クロック
型比較器７の両端（図３中の点ＳＡとＳＢ）の電位を両
者の中間電位にバランスさせる（点ＳＡの電位と点ＳＢ
の電位を同一の電位にする）。各々のフォトダイオード
１，２からの入射光の強度に応じた光電流によるアンプ
部５，６のキャパシタンスへの電荷のチャージは、その
まま継続される。

【００６２】期間ｄでは、サンプリングパルスφ１によ
りＣＭＯＳスイッチ１５が開放状態となり、中間電位に
なっているクロック型比較器７のバランスが開放され
る。また、同時に、サンプリングパルスφ２によりＣＭ
ＯＳスイッチ１６，１７がオンし、２つのアンプ部５，
６からの出力（フォトダイオード１，２の出力）がクロ
ック型比較器７に各々入力される。クロック型比較器７
の点ＳＡと点ＳＢは、電位の低い方がＬ、電位の高い方
がＨとなって安定する。

【００６３】アンプ部５のキャパシタンスへの電荷チャ
ージ期間は、図４において、サンプリングパルスφ３ａ
の立ち下がりエッジから、立ち上がりエッジまでの期間
Ｔaとなり、アンプ部６のキャパシタンスへの電荷チャ
ージ期間は、サンプリングパルスφ３ｂの立ち下がりエ
ッジから、立ち上がりエッジまでの期間Ｔbとなる。サ
ンプリングパルスφ３ａとφ３ｂの立ち上がりのタイミ
ングは同一であり、立ち下がりのタイミングは、上述し
たように、時間Ｔoだけ、サンプリングパルスφ３ｂの
方がサンプリングパルスφ３ａより遅いので、Ｔa＝Ｔb
＋Ｔoとなる。従って、Ｔa＞Ｔbとなり、アンプ部５の
キャパシタンスにチャージされる電荷量の方が、アンプ
部６のキャパシタンスにチャージされる電荷量より多く
なる。アンプ部５，６の出力は反転されているので、点
ＳＡの方が点ＳＢより電位が低くなり、点ＳＢはＨとな
る。

【００６４】そして、次の期間ａまたはｂ中のいずれか
のタイミングにおいて、読み出し制御部１４４より読み
出し部８に選択信号Ｘnが与えられた時、クロック型比
較器７の点ＳＢの電位が反転された後、デジタル値Ｙn
として、読み出し部１４７に出力される。いまの場合、
点ＳＢはＨであるから、Ｌが出力される。

【００６５】図９を参照して説明したように、このデジ
タル値Ｙｎは、反射スリット光が入射されたとき、時刻
ＴにおいてＬからＨに反転する。読み出し部１４７で
は、このデジタル値ＹnがＬからＨになった瞬間を検出
し、検出信号をカウンタ数記憶メモリ１４５に出力す
る。カウンタ数記憶メモリ１４５は、この検出信号が入
力されたとき、そのセルＰi,j上を反射スリット光が横
切ったものとして、そのときのカウンタ１４１のカウン
ト値を、対応するセルＭi,jに保持する。

【００６６】つまり、本実施例では、２つのフォトダイ
オード１，２の面積を等しくし、各々につながるアンプ
部５，６の両端を短絡する時間を、それぞれサンプリン
グパルスφ３ａ，φ３ｂで異なる値になるように制御す
る。これにより、フォトダイオード１，２からの出力
が、各々のアンプ部５，６へチャージされる時間Ｔa，
Ｔbが異なる時間となり（先に受光するフォトダイオー
ド１の出力のチャージ時間Ｔaの方が、後に受光するフ
ォトダイオード２の出力のチャージ時間Ｔbより長くな
り）、クロック型比較器７の初期状態を安定させること
ができる。

【００６７】仮に、フォトダイオード１，２の特性と、
環境光の分布が一様であるとすると、初期状態（反射ス
リット光が入射されていない状態）では、Ｔa＜Ｔbのと
き、出力ＹnはＨ、Ｔa＝Ｔbのとき、出力Ｙnは不安定、
Ｔa＞Ｔbのとき、出力ＹnはＬになる。すなわち、実際
に距離計測を行う環境において、スリット光を照射しな
い状態の時、出力ＹnがＬとなり、かつ、測定対象物体
５３にスリット光を照射し、計測を行うとき、出力Ｙn
がＬからＨに反転するように、時間ＴaとＴbの長さ、す
なわちサンプリングパルスφ３ａ，φ３ｂのタイミング
を設定するようにする。このためユーザは、計測を行う
環境、測定対象物体に対応して、サンプリングパルスφ
３ａ，φ３ｂのタイミングを設定するように、入力部１
４３を適宜操作する。

【００６８】このように本実施例の距離計測装置によれ
ば、２つのフォトダイオード１，２に諸特性の違いがあ
ったり、各々の空間的な位置の違いによりバイアス光量
に違いがあったとしても、フォトダイオード１，２から
の各々のアンプ部５，６へのチャージ時間（Ｔa，Ｔb）
を調整することにより、出力Ｙnが不安定になることが
抑制され、ノイズの影響を軽減できる。すなわち、環境
の状態により、初期状態が安定していない場合でも、調
整を行うことで、正確な測定が可能となる。また、フォ
トダイオード１，２の出力する光電流に差が合ったとし
ても（感度に差があったとしても）、その差を調整して
測定が可能となる。さらに、弱いスリット光でも出力Ｙ
nがＨになるように調整することができる。これによ
り、反射スリット光が微弱であったとしても、測定がで
きるように調整することが可能となる。

【００６９】図５は、セルＰi,jの他の構成例を示して
いる。この実施例においては、読み出し制御部１４４
が、サンプリングパルスφ１，φ２，φ３ａだけを出力
する（サンプリングパルスφ３ｂを出力しない）ように
なされている。そして、このサンプリングパルスφ３ａ
が、ＣＭＯＳスイッチ１２ａに供給されるとともに、波
形発生器３１に供給されるようになされている。この波
形発生器３１にはまた、読み出し部８の出力が供給され
ている。そして、波形発生器３１は、サンプリングパル
スφ３ａのＨの期間を伸長してサンプリングパルスφ３
ｂを生成し、ＣＭＯＳスイッチ１２ｂに供給している。
その他の構成は、図３の実施例と同様である。

【００７０】この実施例においては、読み出し制御部１
４４が、サンプリングパルスφ１乃至φ３ａを、実際の
測定を行うタイミングにおいて発生するだけでなく、波
形発生器３１における伸長時間を決定するためのタイミ
ングにおいても発生する。

【００７１】すなわち、波形発生器３１は、サンプリン
グパルスφ３ａが入力されたとき、そのＨの期間を所定
の時間だけ延長したサンプリングパルスを生成し、これ
をサンプリングパルスφ３ｂとしてＣＭＯＳスイッチ１
２ｂに出力する。読み出し制御部１４４は、この他、サ
ンプリングパルスφ１，φ２、並びに選択信号Ｘｎを、
図４に示した場合と同様に発生する。その結果、波形発
生器３１には、読み出し部８の出力Ｙｎが入力される。
波形発生器３１は、この読み出し部８の出力Ｙｎを検出
し、出力ＹｎがＨであるときは、伸長時間をさらに長い
時間に変更する。このような動作が、出力ＹｎがＬにな
り、さらに安定してＬになるまで繰り返される。そし
て、出力Ｙｎが安定してＬになったとき、伸長時間をそ
の値に設定する。この伸長時間を決定する処理は、各走
査毎に行われる。

【００７２】従って、各走査の実際の測定のタイミング
において、反射スリット光が入射される直前の初期状態
において、出力Ｙｎは、常にＬに設定されていることに
なる。

【００７３】このように、この実施例においては、スリ
ット光を用いて、１回走査をする毎に、波形発生器３１
における伸長時間を決定する処理を行うので、安定した
測定が可能となる。

【００７４】このような図５の実施例においては、図３
の実施例の効果に加え、測定対象物体５３の反射状態が
各部位毎に変化したり、距離測定装置が動いてしまった
ような場合においても、波形発生器３１が自動的に、出
力Ｙnが必ずＬとなるようにサンプリングパルスφ３ｂ
を生成するので、すなわち、動的な初期化を行うので、
安定した測定が可能になる。

【００７５】以上においては、フォトセンサとしてフォ
トダイオードを用いるようにしたが、この他、フォトト
ランジスタ、その他、光を電気信号に変換するものを用
いることが可能である。

【００７６】また、本発明は、本出願人が、特開平６−
３４３２３号として先に提案したように、測定対象物体
５３からの反射スリット光をプリズムで分割し、それぞ
れ異なるセンサで受光するようにして、距離画像と濃淡
画像を同時に得るようにする場合に適用することができ
る。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、測
定対象物体からの反射スリット光の移動方向に沿って近
接して配置した２個のフォトセンサのうちの一方のフォ
トセンサの受光時間を、他方のフォトセンサの受光時間
より長くするようにしたので、例えば、２個のフォトセ
ンサがともに測定対象物体からの反射スリット光を受け
ておらず、同じ光量のバイアス光を受けているときに、
外部からのわずかなノイズを受けても、あるいはフォト
センサの特性のわずかな相違があっても、受光時間の長
いほうのフォトセンサに流れる光電流は、受光時間の短
い方のフォトセンサに流れる電流より大きいから、比較
の出力が安定し、測定対象物体からの反射スリット光の
通過時点を正しく検出することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の距離計測装置の構成例を示す図であ
る。

【図２】図１のセンサ５５とセンサコントローラ１０４
のより詳細な構成例を示す図である。

【図３】本発明の距離計測装置のセルの一実施例の構成
を示す回路図である。

【図４】図３のセルの動作を説明するタイミング図であ
る。

【図５】図３の距離計測装置のセルの他の実施例の構成
を示す回路図である。

【図６】従来の距離計測装置の構成を示す図である。

【図７】図６の距離計測装置の距離計測の原理を説明す
る図である。

【図８】図６の距離計測装置のセンサおよびセルの構成
を示す図である。

【図９】図８のセルの動作原理を説明する波形図であ
る。

【図１０】図８のセルに対するスリット光の相対的な移
動を説明する図である。

【図１１】図１０のスリット光の相対的な移動によりセ
ル内のフォトセンサに発生する光電流を示す波形図であ
る。

【図１２】図１０のセルのコンパレータ出力Ｙの変化を
示す波形図である。

【図１３】計測の安定化を図った図８のセルの変形例に
対するスリット光の相対的な移動を説明する図である。

【図１４】図１３のスリット光の相対的な移動によりセ
ル内のフォトセンサに発生する光電流を示す波形図であ
る。

【図１５】図１３のセルのコンパレータ出力Ｙの変化を
示す波形図である。

【図１６】図８のセルの変形例の具体的な構成を示す回
路図である。

【図１７】図１６のセルの動作を説明するタイミング図
である。

【符号の説明】

１，２ フォトダイオード， ３，４ カレントミラー
回路， ５，６ アンプ部， ７ クロック型比較器，
８ 読み出し部， １１ａ，１１ｂ，１３，１４ Ｃ
ＭＯＳインバータ， １２ａ，１２ｂ，１５，１６，１
７ ＣＭＯＳスイッチ， ３１ 波形発生器， ５０
レーザ光源， ５１ シリンドリカルレンズ， ５２
スキャニングミラー， ５３ 測定対象物体， ５４
レンズ，５５ センサ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スリット光を測定対象物体の表面に沿っ
   て走査し、前記測定対象物体により反射された反射スリ
   ット光が、撮像面を構成するセルを通過する時点を検出
   して、前記測定対象物体の表面の位置を測定するため
   に、前記セルに、前記反射スリット光の移動方向に沿っ
   て２個のフォトセンサを近接して配置し、前記２個のフ
   ォトセンサが出力する光電流の大きさを比較し、前記比
   較結果に基づいて、前記反射スリット光が前記２個のフ
   ォトセンサの一方から他方に移る時点を求め、この時点
   を、前記反射スリット光が前記セルを通過した時点とす
   る距離測定方法において、 前記２個のフォトセンサのうちの一方のフォトセンサの
   受光時間を、他方のフォトセンサの受光時間より長くし
   たことを特徴とする距離測定方法。
2. 【請求項２】 前記２個のフォトセンサのうち先にスリ
   ット光を受けるフォトセンサの受光時間を、後でスリッ
   ト光を受けるフォトセンサの受光時間より長くすること
   を特徴とする請求項１に記載の距離測定方法。
3. 【請求項３】 前記２個のフォトセンサの受光時間を、
   任意の値に設定可能とすることを特徴とする請求項１に
   記載の距離測定方法。
4. 【請求項４】 前記受光時間を、前記走査毎に決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の距離測定方法。
5. 【請求項５】 スリット光を測定対象物体の表面に沿っ
   て走査し、前記測定対象物体により反射された反射スリ
   ット光が、撮像面を構成するセルを通過する時点を検出
   して、前記測定対象物体の表面の位置を測定する距離測
   定装置において、 前記セルが、 前記反射スリット光の移動方向に沿って近接して配置さ
   れた２個のフォトセンサであって、一方のフォトセンサ
   の受光時間が、他方のフォトセンサの受光時間より長い
   ２個のフォトセンサと、 前記２個のフォトセンサが出力する光電流の大きさを比
   較する比較器とを備え、 前記比較器の出力の、前記２個のフォトセンサの出力す
   る光電流の大きさが反転する時点を、前記反射スリット
   光が前記セルを通過した時点とすることを特徴とする距
   離測定装置。
6. 【請求項６】 前記２個のフォトセンサのうち先にスリ
   ット光を受けるフォトセンサの受光時間が、後でスリッ
   ト光を受けるフォトセンサの受光時間より長いことを特
   徴とする請求項５に記載の距離測定装置。
7. 【請求項７】 前記２個のフォトセンサの受光時間を任
   意の値に設定する設定手段をさらに備えることを特徴と
   する請求項５に記載の距離測定装置。
8. 【請求項８】 前記受光時間を、前記走査毎に決定する
   決定手段をさらに備えることを特徴とする請求項５に記
   載の距離測定装置。