JPH11237211A - Image measuring equipment and its control equipment - Google Patents

Image measuring equipment and its control equipment

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JPH11237211A
JPH11237211A JP10037660A JP3766098A JPH11237211A JP H11237211 A JPH11237211 A JP H11237211A JP 10037660 A JP10037660 A JP 10037660A JP 3766098 A JP3766098 A JP 3766098A JP H11237211 A JPH11237211 A JP H11237211A
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light
image
optical path
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image measuring
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Shinji Uchiyama
晋二 内山
Hiroyuki Yamamoto
裕之 山本
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MR System Kenkyusho KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an image measuring equipment capable of measuring both a variable-density image and a distance image on the whole periphery. SOLUTION: An image measuring equipment 100b has a sensor 106 detecting a distance image and a sensor 112 detecting a variable-density image. In order to measure a distance image, an optical path control mirror 102 is put in the state of a turnout, and a laser measuring light is cast toward the center of equipment, reflected by a galvanomirror 104, made to face upward and outputted to the outside by a condenser mirror 101. The reflected light of the measuring light passes the condenser mirror 101 and the galvanomirror 104, and is reflected by a mirror 108, and measured as a distance image by a light receiving element 106. When a variable-density image is measured, the optical path control mirror 102 is turned into the state of ON. Lights from environment are made face downward by the condenser mirror 101, reflected by the optical path control mirror 102, and converted into a variable-density image by a CCD sensor 112.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、距離画像と濃淡画
像とを併せて計測する画像計測装置に関する。本発明
は、また、上記画像計測装置を制御する制御装置にも関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image measuring apparatus for measuring a distance image and a grayscale image together. The present invention also relates to a control device for controlling the image measuring device.

【0002】[0002]

【従来の技術】三次元画像を構築するには距離情報が欠
かせない。即ち、三次元画像は濃淡画像(二次元画像で
あって、その画像を構成する画素が濃度情報を有する画
像)と、個々の画素までの距離情報を有する画像(以
下、距離画像と呼ぶ)によって表現される。
2. Description of the Related Art Distance information is indispensable for constructing a three-dimensional image. That is, a three-dimensional image is composed of a grayscale image (a two-dimensional image, in which pixels constituting the image have density information) and an image having distance information to individual pixels (hereinafter, referred to as a distance image). Is expressed.

【0003】従来、距離画像を計測する装置として、3
60度走査可能なレーザを用いたレンジ計測装置(以
下、「スキャニング式レンジ計測装置」と呼ぶ)が知ら
れている。このスキャニング式レンジ計測装置は、計測
装置からレーザ光を発し、このレーザ光が周囲環境で反
射され、戻ってきたレーザ光の伝搬時間に基づいて、計
測装置からその環境までの距離を求めるものである。そ
して、レーザ光を回転させることにより、計測装置の周
りの全周囲にわたって距離情報を取得することができ
る。また、光源が1つであり、しかも、計測装置の位置
を二次元的に移動させることなく全周囲にわたる距離情
報を得ることができるので、その距離画像は精度の高い
ものとなる。
Conventionally, as a device for measuring a distance image, 3
2. Description of the Related Art A range measuring device using a laser capable of scanning 60 degrees (hereinafter, referred to as a “scanning range measuring device”) is known. This scanning range measurement device emits laser light from the measurement device, and this laser light is reflected in the surrounding environment, and calculates the distance from the measurement device to the environment based on the propagation time of the returned laser light. is there. Then, by rotating the laser beam, it is possible to acquire distance information over the entire circumference around the measuring device. Further, since there is only one light source and the distance information over the entire circumference can be obtained without moving the position of the measuring device two-dimensionally, the distance image has high accuracy.

【0004】このレーザ光を用いたスキャニング式レン
ジ計測装置は、距離情報をその値に応じて濃度値に変換
して、濃淡画像を形成するが、この濃淡画像は距離を濃
淡として表すものであり、対象となった環境の画像の濃
淡を表すものではなく、従って、環境の濃淡画像、まし
てや環境のカラー濃淡画像を得ることはできない。ま
た、周囲環境で反射したレーザを受光強度素子で受光す
るため、距離画像を得ると共に受光強度を強度分布画像
として濃淡値を表す画像を得ることができるが、これ
は、発信装置位置にレーザ光源をおいたときの対象とな
った環境のレーザの反射率分布を表現するだけの意味し
か持たず、対象となった環境の可視光からなる通常の意
味での濃淡を表すものではない。
A scanning range measuring device using this laser beam converts distance information into a density value according to the value to form a grayscale image. The grayscale image expresses the distance as a grayscale. However, it does not represent the shading of the image of the target environment, and therefore, it is not possible to obtain a shading image of the environment, or even a color shading image of the environment. In addition, since the laser reflected by the surrounding environment is received by the light receiving intensity element, it is possible to obtain a distance image and an image representing the grayscale value as an intensity distribution image of the received light intensity. It only has a meaning to represent the reflectance distribution of the laser of the target environment when the target environment is set, and does not represent a normal shade of visible light of the target environment.

【0005】一方、三角測量の原理により、距離画像と
濃淡画像とを実質的に同時に計測することができる非接
触式のレンジ計測装置(以下、「三角測量式レンジ計測
装置」と呼ぶ)も提案されている。この三角測量式レン
ジ計測装置は、複数のストライプを有するパターンをプ
ロジェクタから環境に向けて放射し、環境からの反射光
に含まれるストライプパターンをカメラにより取り込
み、取り込んだ画像を三角測量の原理に基づいて解析し
て環境までの距離を計測するものである。
On the other hand, a non-contact type range measurement device (hereinafter, referred to as a "triangulation type range measurement device") capable of measuring a distance image and a grayscale image substantially simultaneously based on the principle of triangulation has also been proposed. Have been. This triangulation range measurement device emits a pattern with multiple stripes from the projector to the environment, captures the stripe pattern contained in the reflected light from the environment with a camera, and converts the captured image based on the principle of triangulation. To analyze and measure the distance to the environment.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記三角測量式レンジ
計測装置は、濃淡画像を計測するときは、上記カメラに
より環境からの画像光を取り込むものである。しかしな
がら、この三角測量式レンジ計測装置は三角測量の原理
を用いるために、広範囲の環境の画像を取ることは困難
である。三角測量は、対象のおおよその位置がわかって
いることが前提であり、おおよその位置すらわからない
不特定の環境を対象とすることは原理的に困難である。
The above-described triangulation range measuring apparatus captures image light from the environment by the camera when measuring a grayscale image. However, since this triangulation range measuring device uses the principle of triangulation, it is difficult to capture images of a wide range of environments. Triangulation is based on the premise that the approximate position of the target is known, and it is difficult in principle to target an unspecified environment whose approximate position is unknown.

【0007】従って、従来の三角測量式レンジ計測装置
は、広角の範囲での、特に全周囲にわたるレンジ計測に
は不向きである。一方、前述のスキャニング式レンジ計
測装置は全周囲の計測はできるが、濃淡画像を得ること
はできない。
[0007] Therefore, the conventional triangulation type range measurement device is not suitable for range measurement in a wide angle range, especially over the entire circumference. On the other hand, the above-described scanning range measuring device can measure the entire circumference, but cannot obtain a grayscale image.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上記従
来技術の欠点を改善するために提案されたもので、その
目的は、距離画像と濃淡画像とを併せて(略または実質
的に同時に)計測でき、しかも、全周囲にわたる両画像
を取得するのに適した新規な構造を有する画像計測装置
を提案する。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention has been proposed to improve the above-mentioned drawbacks of the prior art. The object of the present invention is to combine a distance image and a grayscale image (substantially or substantially). The present invention proposes an image measurement device having a novel structure that can be measured (at the same time) and is suitable for acquiring both images over the entire circumference.

【0009】本発明の他の目的は、距離画像と濃淡画像
とを計測する画像計測装置の制御に好適な制御装置を提
案する上記課題を達成するために、請求項1にかかる本
発明の、周囲環境の距離画像と濃淡画像とを計測する計
測装置は、前記周囲環境からの光を集光する集光手段
(101,104”)と、第1のモードにおいて計測光
を発し、所定の基準点から周囲環境までの距離を、前記
周囲環境で反射され前記集光手段により集光され前記計
測光の伝播時間によって計測する距離画像計測手段と、
前記計測光の前記周囲環境に向けた光路を制御する光路
制御手段(102,102’)と、前記光路制御手段に
より前記計測光の前記周囲環境に向けた光路が制御され
るべき第2のモードにおいて、前記集光手段により集光
された周囲環境からの環境光に基づいて濃淡画像を計測
する濃淡画像計測手段とを具備することを特徴とする。
Another object of the present invention is to provide a control device suitable for controlling an image measuring device for measuring a distance image and a grayscale image. The measuring device for measuring the distance image and the grayscale image of the surrounding environment includes a condensing unit (101, 104 ″) for condensing light from the surrounding environment, a measuring light in the first mode, and a predetermined standard. A distance image measuring unit that measures a distance from a point to a surrounding environment, which is reflected by the surrounding environment and is collected by the light collecting unit and measured by a propagation time of the measurement light;
Optical path control means (102, 102 ') for controlling an optical path of the measurement light toward the surrounding environment; and a second mode in which an optical path of the measurement light toward the surrounding environment is controlled by the optical path control means. , Characterized by comprising a gray-scale image measuring means for measuring a gray-scale image based on ambient light from the surrounding environment collected by the light collecting means.

【0010】この画像計測装置によれば、距離画像計測
手段は計測光の伝播時間によって距離画像を計測するも
のであり、従って、環境に発射する計測光の光路と環境
からの計測光の反射光とを実質的に同一光路上に設定す
ることができる。そのために、濃淡画像を得るための環
境光の光路を、上記計測光の光路と並行に設定すること
ができるので、1つの計測装置で、濃淡画像と距離画像
の計測を行うことができる。一方、濃淡画像と距離画像
の分離は上記光路制御手段により達成されるので、濃淡
画像と距離画像とが混在してしまうことはない。
According to this image measuring device, the distance image measuring means measures the distance image based on the propagation time of the measuring light. Therefore, the optical path of the measuring light emitted to the environment and the reflected light of the measuring light from the environment are measured. Can be set on substantially the same optical path. Therefore, the optical path of the environment light for obtaining the grayscale image can be set in parallel with the optical path of the measurement light, so that the grayscale image and the distance image can be measured by one measuring device. On the other hand, since the separation of the grayscale image and the distance image is achieved by the optical path control means, the grayscale image and the distance image are not mixed.

【0011】距離画像は通常白黒画像で表現される。従
って、本発明の好適な一態様である請求項2に拠れば、
濃淡画像は色画像データである場合に効果を発揮する。
上記構成の画像計測装置は、上述の従来の三角測量式測
定装置のように、濃淡画像と距離画像とで光路が分散す
ることはない。即ち、広範囲の角度で濃淡画像と距離画
像との計測を可能とする計測装置への道をつけることが
できる。そこで、本発明の好適な一態様である請求項3
に拠れば、前記集光手段の本体と、前記光路制御手段の
本体(102,102’)と、前記距離画像計測手段の
ための受光強度検出素子(106,106’)と、前記
濃淡画像計測手段のための画像検出素子(112,1
2’)とを一体的に保持する筺体(130)と、この筺
体を回転させる回転手段(118)を更に具備すること
により、広範囲、例えば360度の範囲で、濃淡画像と
距離画像との計測が可能となる。
[0011] The distance image is usually represented by a black and white image. Therefore, according to claim 2 which is a preferable aspect of the present invention,
The gray image is effective when it is color image data.
In the image measuring device having the above configuration, the light path is not dispersed between the grayscale image and the distance image unlike the above-described conventional triangulation measuring device. That is, it is possible to provide a path to a measuring device that enables measurement of the grayscale image and the distance image at a wide range of angles. Thus, claim 3 is a preferred embodiment of the present invention.
According to the above, the main body of the light condensing means, the main body (102, 102 ') of the optical path control means, the light receiving intensity detecting element (106, 106') for the distance image measuring means, and the gray scale image measurement Image detecting element (112, 1)
2 ′) is further provided with a housing (130) for integrally holding the housing and a rotating means (118) for rotating the housing, so that measurement of the grayscale image and the distance image can be performed in a wide range, for example, in a range of 360 degrees. Becomes possible.

【0012】光路制御手段として種々のものが可能であ
る。例えば、請求項4の光路制御手段は、前記計測光
を、前記第1のモードにおいて光路(102a)上に導
き、前記第2のモードにおいて光路外(102b)へ導
く導光手段(102,102’,115)を具備するこ
とを特徴とする。また、本発明の好適な一態様である請
求項5に拠れば、前記光路制御手段は、前記計測光の発
光源(110)と前記集光手段の間の光路(121,1
23)上の中間位置に配置された反射鏡(102,10
2’)と、前記反射鏡を、計測光を制御するときに前記
光路(121)上に位置決め(102a)し、或いは計
測光を制御しないときには光路上外へと移動させる移動
手段(115)とを具備する。この移動手段とは、前記
反射鏡を平行移動させるソレノイドである。
Various types of light path control means are possible. For example, the light path control means according to claim 4 guides the measurement light on the light path (102a) in the first mode, and guides the measurement light to the outside of the light path (102b) in the second mode. ', 115). Further, according to claim 5, which is a preferable aspect of the present invention, the optical path control means includes an optical path (121, 1) between the light source (110) of the measurement light and the light condensing means.
23) Reflector (102, 10) arranged at an intermediate position on
2 ′) and moving means (115) for positioning (102a) the reflecting mirror on the optical path (121) when controlling the measuring light, or moving the reflecting mirror out of the optical path when not controlling the measuring light. Is provided. The moving means is a solenoid that moves the reflecting mirror in parallel.

【0013】画像計測は主に水平方向に離間した環境か
らの画像を対象とする。一方、広角範囲で画像計測する
ためには、計測装置本体の回転が必要で、従って、装置
本体内での光路は垂直であることが好ましい。従って、
光路を水平方向から垂直方向に変換する手段が必要とな
る。そこで、本発明の好適な一態様である請求項6に拠
れば、前記集光手段は、水平面に対して略45度の角度
で配置された平面鏡(102,102’)を有すること
を特徴とする。
The image measurement mainly targets an image from an environment which is horizontally separated. On the other hand, in order to perform image measurement in a wide-angle range, the measurement device main body needs to be rotated. Therefore, it is preferable that the optical path in the device main body be vertical. Therefore,
A means for converting the optical path from the horizontal direction to the vertical direction is required. Therefore, according to claim 6 which is a preferred aspect of the present invention, the light condensing means has a plane mirror (102, 102 ') arranged at an angle of about 45 degrees with respect to a horizontal plane. I do.

【0014】また、本発明の好適な一態様である請求項
7に拠れば、前記距離画像計測手段は、計測光としてレ
ーザ光を発生するレーザ(110)を有することを特徴
とする。装置内で光路を共通化させることにより装置を
コンパクト化するためには、異なる光を分離する必要が
ある。そこで、本発明の好適な一態様である請求項8に
拠れば、前記レーザから照射されたレーザ光と、周囲環
境で反射して戻ってきたレーザ光のいずれか一方を透過
させ他方を反射させるビームスプリッタ(108)が、
前記レーザと前記距離画像計測手段のための受光強度検
出素子(106)と前記集光手段(101)の途中に配
置されていることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, the distance image measuring means has a laser (110) for generating a laser beam as measuring light. In order to reduce the size of the device by using a common optical path in the device, it is necessary to separate different lights. Therefore, according to claim 8, which is a preferred aspect of the present invention, one of the laser light emitted from the laser and the laser light reflected and returned in the surrounding environment is transmitted and the other is reflected. The beam splitter (108)
The light receiving intensity detecting element (106) for the laser and the distance image measuring means and the light condensing means (101) are arranged in the middle.

【0015】上記ビームスプリッタは種々の形式が可能
である。本画像計測装置が計測光を内部で発生して外部
に放射し、その反射光を内部に取り込むという構造を取
る場合には、内部で発生した計測光のビーム形は小さ
く、反対に外部からの反射光は散乱光であるために、ビ
ーム形は太くなる。この点を利用して、本発明の好適な
一態様である請求項9に拠れば、前記ビームスプリッタ
は中央に穴(108h)のあいた反射鏡を有することを
特徴とする。
The beam splitter can take various forms. If the image measurement device has a structure in which measurement light is generated internally, emitted to the outside, and the reflected light is captured inside, the beam shape of the measurement light generated inside is small, and conversely, Since the reflected light is scattered light, the beam shape becomes thick. Taking advantage of this, according to a ninth preferred embodiment of the present invention, the beam splitter has a reflecting mirror having a hole (108h) in the center.

【0016】距離画像も垂直方向の大きさを有する。垂
直方向で電子的な走査を行わないことにより濃淡画像を
検出する受光素子を小型化するためには、垂直方向での
機械的な走査を必要とする。そこで、本発明の好適な一
態様である請求項10に拠れば、更に、前記集光手段
と、前記距離画像計測手段の受光強度検出素子と前記濃
淡画像計測手段の画像検出素子との中間におかれ回動反
射鏡(104)を有し、この回動反射鏡は、計測光と画
像光の少なくとも一方を垂直方向に走査するために回動
することを特徴とする。
The distance image also has a vertical size. In order to reduce the size of a light receiving element that detects a grayscale image by not performing electronic scanning in the vertical direction, mechanical scanning in the vertical direction is required. Therefore, according to claim 10 which is a preferred aspect of the present invention, furthermore, the light collecting means, the light receiving intensity detecting element of the distance image measuring means and the image detecting element of the grayscale image measuring means are provided in the middle. A rotating reflecting mirror (104) is provided, and the rotating reflecting mirror is rotated to scan at least one of the measurement light and the image light in the vertical direction.

【0017】筺体を回転させて水平方向の走査を行うこ
とは副次的なメリットを生む。本発明の計測装置は、濃
淡画像と距離画像とを計測するものであるから、これら
の画像計測を順次計測とし、一方の画像計測のための水
平方向走査と、他方の画像計測のための水平方向走査と
に対して、異なる回転方向を割り当てることができる。
そこで、本発明の好適な一態様である請求項11に拠れ
ば、前記回転手段(118)は、前記筺体を1回転した
後に逆回転させることにより、水平走査のための機械的
動作を効率的に行うことができる。
Rotating the housing to perform horizontal scanning has a secondary advantage. Since the measuring device of the present invention measures a grayscale image and a distance image, these image measurements are sequentially measured, and a horizontal scan for one image measurement and a horizontal scan for the other image measurement are performed. Different rotation directions can be assigned to the directional scan.
Therefore, according to claim 11, which is a preferable aspect of the present invention, the rotation means (118) rotates the housing once and then reversely rotates the housing to efficiently perform the mechanical operation for horizontal scanning. Can be done.

【0018】前記光路制御手段(102)の配置は種々
変形が可能である。例えば、本発明の好適な一態様であ
る請求項12に拠れば、前記回動反射鏡(104)と前
記集光手段(101)の中間に配置されており、前記第
1のモードにおいては、発光された計測光を光路(12
1)上に導くことにより、計測光を周囲環境に放射さ
せ、前記第2のモードにおいては、発光された計測光を
光路(121)外に導くことにより、計測光が周囲環境
に放射されることを阻止すると共に、前記集光手段(1
01)により集光された環境光を前記濃淡画像計測手段
の画像検出素子(112)に導くことを特徴とする。
The arrangement of the optical path control means (102) can be variously modified. For example, according to a twelfth aspect of the present invention, the first mode is disposed between the rotary reflecting mirror (104) and the light collecting means (101). The emitted measurement light is transmitted through the optical path (12).
1) The measurement light is radiated to the surrounding environment by guiding it upward, and in the second mode, the measurement light is radiated to the surrounding environment by guiding the emitted measurement light to the outside of the optical path (121). And the light collecting means (1
01), the environment light condensed by (01) is guided to the image detecting element (112) of the grayscale image measuring means.

【0019】また例えば、本発明の好適な一態様である
請求項13に拠れば、前記光路制御手段(102’)
は、前記回動反射鏡(104’,104”)と前記距離
画像計測手段の距離画像検出素子(106)の中間に配
置され、前記第1のモードにおいては、発光された計測
光を前記回動反射鏡(104’,104”)に導くと共
に、反射して戻ってきた計測光を前記距離画像検出素子
に導き、前記第2のモードにおいては、発光された計測
光を光路外に導くことにより、計測光が前記回動反射鏡
(104’,104”)に導かれることを阻止すると共
に、前記回動反射鏡により反射された環境光を前記濃淡
画像計測手段の画像検出素子(112’)に導くことを
特徴とする。
For example, according to claim 13 which is a preferable aspect of the present invention, the optical path control means (102 ')
Is disposed between the rotary reflecting mirror (104 ′, 104 ″) and the distance image detecting element (106) of the distance image measuring means, and in the first mode, emits the emitted measurement light to the light source. In addition to guiding to the dynamic reflecting mirrors (104 ', 104 "), the reflected measuring light is guided to the distance image detecting element, and in the second mode, the emitted measuring light is guided to the outside of the optical path. This prevents the measurement light from being guided to the rotating reflecting mirrors (104 ', 104 "), and converts the environmental light reflected by the rotating reflecting mirror to the image detecting element (112') of the grayscale image measuring means. ).

【0020】請求項10の装置を更に小型化することも
可能である。本発明の好適な一態様である請求項14に
拠れば、前記集光手段は、前記計測光及び環境光を反射
させて走査する回動反射鏡(104”)を有することに
より、集光機能と垂直操作機能とをかねることができ
る。装置全体を機械的に垂直方向で走査することは振動
を誘い好ましいことではない。そこで、本発明の好適な
一態様である請求項15に拠れば、請求項3の前記画像
検出素子(112)を、濃淡画像の垂直方向画素数に等
しい垂直方向画素数を有する用に設定することにより、
垂直方向走査を不要とした。
The device according to claim 10 can be further downsized. According to a preferred embodiment of the present invention, the light condensing means includes a rotating reflecting mirror (104 ") that reflects and scans the measurement light and the environment light to perform the light condensing function. It is not preferable to mechanically scan the entire apparatus in a vertical direction because vibrations are not preferable. Therefore, according to claim 15, which is a preferable aspect of the present invention, By setting the image detection element (112) of claim 3 to have a vertical pixel count equal to the vertical pixel count of the grayscale image,
Eliminates the need for vertical scanning.

【0021】距離画像について機械的走査を垂直方向で
行う場合には、請求項16のように、前記受光強度検出
素子(106)の垂直方向画素数を1画素にすることが
できる。水平方向での機械的を効率的にするためには、
請求項17のように、前記画像検出素子(112)を、
濃淡画像の垂直方向画素数に等しい垂直方向画素数と、
2以上の水平方向画素数を有するようにする。
When mechanical scanning is performed on the distance image in the vertical direction, the number of pixels in the vertical direction of the light receiving intensity detecting element (106) can be set to one pixel. To make the mechanical in the horizontal direction efficient,
As in claim 17, the image detection element (112) comprises:
A vertical pixel count equal to the vertical pixel count of the grayscale image;
The number of pixels in the horizontal direction should be two or more.

【0022】また、本発明の好適な一態様である請求項
18に拠れば、前記画像検出素子(112’)は、垂直
方向に1画素の大きさを有することを特徴とする。ま
た、上記他の目的を達成するための、本発明の制御装置
は、距離画像と濃淡画像とを一括して計測するために、
計測光を発光し、その計測光の外界での反射光を受光し
て距離画像を計測する距離画像計測手段と、外界からの
環境光を受光して濃淡画像を形成する濃淡画像計測手段
とを含む本体と、この本体を垂直軸周りに回転させる回
転手段とを有する画像計測装置を制御する制御装置であ
って、前記本体を一方向に回転させながら前記距離画像
計測手段と濃淡画像計測手段のいずれか一方を動作させ
た後に、前記本体を逆回転させながら他方の手段を動作
させることを特徴とする。
According to claim 18 which is a preferred aspect of the present invention, the image detecting element (112 ') has a size of one pixel in a vertical direction. Further, in order to achieve the other objects, the control device of the present invention is to collectively measure the distance image and the grayscale image,
A distance image measurement unit that emits measurement light and receives the reflected light of the measurement light in the outside world to measure a distance image, and a gray image measurement unit that receives environmental light from the outside and forms a gray image. A control device for controlling an image measuring device having a main body including the main body and a rotating means for rotating the main body around a vertical axis, wherein the distance image measuring means and the grayscale image measuring means while rotating the main body in one direction. After operating either one, the other means is operated while rotating the main body in the reverse direction.

【0023】この制御装置によれば、回転動作を、距離
画像計測のための回転動作と濃淡画像計測のための回転
動作とをシーケンスにすることにより効率化を図ること
ができる。画像計測装置における距離画像計測のための
垂直走査を機械的走査で実現すれば、距離画像計測のた
めに必要な時間は、濃淡画像計測のためのそれよりも長
くすることが好ましい。従って、本発明の好適な一態様
である請求項20に拠れば、前記距離画像計測手段は、
計測光を垂直方向に走査する走査手段(104,10
4’,104”)を具備し、前記回転手段は、前記距離
画像計測手段を動作させながら本体を回転させるときの
回転速度を、前記濃淡画像計測手段を動作させながら本
体を回転させるときの回転速度よりも低く設定すること
を特徴とする。
According to this control device, the efficiency of the rotation operation can be improved by making the rotation operation for the distance image measurement and the rotation operation for the grayscale image measurement into a sequence. If the vertical scanning for the distance image measurement in the image measurement device is realized by mechanical scanning, it is preferable that the time required for the distance image measurement be longer than that for the grayscale image measurement. Therefore, according to Claim 20, which is a preferred aspect of the present invention, the distance image measuring means includes:
Scanning means (104, 10) for scanning measurement light in the vertical direction
4 ′, 104 ″), wherein the rotating means rotates the body when rotating the body while operating the distance image measuring means, and rotates the body when rotating the body while operating the density image measuring means. The speed is set lower than the speed.

【0024】位置決め精度のよい水平走査を実現するた
めには、請求項22のように、前記回転手段は本体を回
転させるためのステッピングモータとする。滑らかな水
平方向走査を実現するためには、前記回転手段は本体を
回転させるためのDCモータとする。画像計測装置が計
測光と環境光とを垂直方向に走査する走査手段(10
4”)をさらに具備する場合には、制御装置の回転手段
は、請求項23のように、前記距離画像計測手段を動作
させながら本体を回転させるときの回転速度を、前記濃
淡画像計測手段を動作させながら本体を回転させるとき
の回転速度と同じに設定することを特徴とする。
In order to realize horizontal scanning with good positioning accuracy, the rotating means is a stepping motor for rotating the main body. In order to realize smooth horizontal scanning, the rotating means is a DC motor for rotating the main body. Scanning means (10) for the image measuring device to scan the measuring light and the ambient light in the vertical direction.
4 "), the rotation means of the control device sets the rotation speed when rotating the main body while operating the distance image measurement means as in Claim 23, It is characterized in that the rotation speed is set to be the same as the rotation speed when rotating the main body while operating.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明を適用した好適な画像計測システムを詳細に説明
する。このシステムは、レーザ光を発して距離データ(R
ANGE)を取得し且つ環境の濃淡画像(RGB)を取得するレー
ザスキャナ・カメラユニット100と、ユニット100
を制御する制御ユニット200とを含む。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
A preferred image measurement system to which the present invention is applied will be described in detail. This system emits a laser beam to generate distance data (R
ANGE) and a laser scanner / camera unit 100 for obtaining a grayscale image (RGB) of the environment;
And a control unit 200 for controlling the

【0026】本明細書には、スキャナ・カメラユニット
として3つの構造(第1実施形態乃至第3実施形態)を提
案し、それぞれのスキャナ・カメラユニットに対応した
制御装置も提案する。 〈スキャナ・カメラユニット〉…第1実施形態 第1実施形態に関わるスキャナ・カメラユニット(以
下、「スキャナユニット」と略称する)100aは本発
明の構成を原理的に有するものである。この第1実施形
態にかかるスキャナユニット100aの構成を第1図に
示す。
In this specification, three structures (first to third embodiments) are proposed as scanner / camera units, and a control device corresponding to each scanner / camera unit is also proposed. <Scanner / Camera Unit> First Embodiment A scanner / camera unit (hereinafter abbreviated as “scanner unit”) 100a according to the first embodiment basically has the configuration of the present invention. FIG. 1 shows the configuration of the scanner unit 100a according to the first embodiment.

【0027】第1図に於いて、スキャナユニット100
aは本体筺体130を有し、この筺体130にはスキャ
ナユニット100a全体を回動させるための回転軸11
1が設けられている。スキャナユニット100aは外部
のコントローラユニット200にケーブル201を介し
て接続されている。本実施形態のスキャナユニットは、
全周囲の環境の画像を取り込むことが目的ではあるが、
後述するように、1回転以上回転する必要はないので、
ケーブル201は、筺体130が最大360度回動して
もねじれ或いは損傷しない程度の余裕ある長さを持てば
十分である。
Referring to FIG. 1, the scanner unit 100
a has a main body housing 130, and the housing 130 has a rotating shaft 11 for rotating the entire scanner unit 100a.
1 is provided. The scanner unit 100a is connected to an external controller unit 200 via a cable 201. The scanner unit according to the present embodiment includes:
The purpose is to capture images of the entire environment,
As described later, there is no need to rotate more than one rotation,
It is sufficient for the cable 201 to have a sufficient length that does not cause twisting or damage even if the housing 130 rotates up to 360 degrees.

【0028】第1図に於いて、122は結像レンズであ
り、112はCCDセンサであり、101は水平面に対
して45度の角度で固定された反射鏡である。後述する
ように、鏡101は外界からの環境光及び外界で反射さ
れたレーザ光を本スキャナユニットに取り込む働きを有
するので、本発明の「集光手段」に相当する。集光が目
的であれば、この集光手段は、鏡のほかに、レンズ系に
より構成してもよく、或いは凹面鏡または凸面鏡によっ
て構成してもよい。鏡101を以下便宜上、「集光鏡」
と呼ぶ。
In FIG. 1, reference numeral 122 denotes an imaging lens, 112 denotes a CCD sensor, and 101 denotes a reflecting mirror fixed at an angle of 45 degrees with respect to a horizontal plane. As will be described later, the mirror 101 has a function of capturing ambient light from the outside and laser light reflected by the outside into the scanner unit, and thus corresponds to the “light collecting means” of the present invention. For the purpose of focusing, the focusing means may be constituted by a lens system other than a mirror, or may be constituted by a concave mirror or a convex mirror. The mirror 101 is hereinafter referred to as “condensing mirror” for convenience.
Call.

【0029】102は水平面に対する角度が45度斜め
に固定され、且つ、斜め固定状態を保ったまま水平面に
対して平行移動可能に設けられた反射鏡である。CCD
センサ112は濃淡画像としてのカラー画像信号RGB
を出力する。反射鏡102はソレノイド115により移
動される。即ち、反射鏡102は、ソレノイドがON状
態になると位置102aに移動され、オフ状態になると
位置102bに戻される。位置102aに移動された鏡
102は光路121に対して45度の傾きを取る。鏡1
02は光路121を遮断したり通過させたりする制御機
能を有するので、以下、「光路制御鏡」と呼ぶ従って、
外界環境からの光は、光路120に沿って集光鏡101
に入射し、光路を90度変更される。光路制御鏡102
が位置102aにあれば、外界からの光は結像レンズ1
22によりCCD112上に結像する。この像は環境の
濃淡像である。濃淡像はRGBのカラー信号として出力
され、ケーブル201を介してコントローラユニット2
00に送られる。
Reference numeral 102 denotes a reflecting mirror which is fixed at an angle of 45 degrees with respect to the horizontal plane, and is provided so as to be able to move in parallel with the horizontal plane while maintaining the obliquely fixed state. CCD
The sensor 112 is a color image signal RGB as a grayscale image.
Is output. The reflecting mirror 102 is moved by a solenoid 115. That is, the reflecting mirror 102 is moved to the position 102a when the solenoid is turned on, and is returned to the position 102b when the solenoid is turned off. The mirror 102 that has been moved to the position 102a has a 45-degree inclination with respect to the optical path 121. Mirror 1
02 has a control function of blocking or passing the optical path 121, and is hereinafter referred to as an "optical path control mirror".
Light from the external environment is collected along the optical path 120 by the condensing mirror 101.
And the optical path is changed by 90 degrees. Optical path control mirror 102
Is located at the position 102a, the light from the outside
22 forms an image on the CCD 112. This image is a grayscale image of the environment. The grayscale image is output as RGB color signals, and is output via the cable 201 to the controller unit 2.
Sent to 00.

【0030】第2図は、CCDセンサ112の形状を示
す。第1実施形態のCCDセンサは一例として二次元エ
リアセンサを用いている。即ち、センサ112は第2図
に示すように水平方向でm画素、垂直方向でn画素(m
×n)の二次元領域を一度に読み取る。後述するよう
に、筺体130はステッピングモータにより回動され
る、即ち、本実施形態の装置の水平方向走査はモータに
よって行われるが、水平方向では、センサ112のが素
数をmに設定することにより、水平方向走査を効率化し
ている。
FIG. 2 shows the shape of the CCD sensor 112. The CCD sensor of the first embodiment uses a two-dimensional area sensor as an example. That is, the sensor 112 has m pixels in the horizontal direction and n pixels (m
Xn) is read at a time. As will be described later, the housing 130 is rotated by a stepping motor, that is, the horizontal scanning of the apparatus of the present embodiment is performed by the motor, but in the horizontal direction, the sensor 112 sets the prime number to m, The efficiency of horizontal scanning is improved.

【0031】ステッピングモータの単位回動角は、CC
Dセンサ112の幅方向の画素数mに応じて決定され
る。前述したように、集光鏡101及びCCDセンサ1
12,結像レンズ113は、筺体130に対して姿勢を
保ったまま固定されているので、ステッピングモータが
筺体130を回転させると、360度にわたる外界の濃
淡画像を取り込むことができる。
The unit rotation angle of the stepping motor is CC
It is determined according to the number m of pixels of the D sensor 112 in the width direction. As described above, the condenser mirror 101 and the CCD sensor 1
12. Since the imaging lens 113 is fixed with respect to the housing 130 while maintaining its attitude, when the stepping motor rotates the housing 130, it is possible to capture a 360-degree gray image of the outside world.

【0032】CCDセンサ112は垂直方向に画素が並
んだ一次元のラインセンサによっても構成できる。この
場合は、ステッピングモータの単位回動角をセンサ11
2の1画素に対応させて決定すればよい。以上が、第1
実施形態のスキャナユニット100aが外界の濃淡画像
を取得するための構成の説明である。以下に、距離画像
を取得するための構成について説明する。
The CCD sensor 112 can also be constituted by a one-dimensional line sensor in which pixels are arranged in a vertical direction. In this case, the unit rotation angle of the stepping motor is
2 may be determined in correspondence with one pixel. The above is the first
4 is a diagram illustrating a configuration for the scanner unit 100a of the embodiment to acquire a gray image of the outside world. Hereinafter, a configuration for acquiring a distance image will be described.

【0033】第1図に於いて、110はレーザ光を発す
るレーザユニットである。このレーザ光は距離画像の計
測に用いるので、以下、「計測光」と呼ぶ。「計測光」
はコヒーレントであることが好ましいが、環境の広がり
に応じて必ずしもコヒーレントである必要はない。計測
光は、光路124に沿って、コリメートレンズ09を通
って集光される。「ビームスプリッタ」としての鏡10
8にはレーザユニット110からの集光された計測光を
通すだけの大きさを有する開口が設けられているので、
集光された計測光は鏡108(以下、「ビームスプリッ
タ鏡」と呼ぶ)を通過して、ガルバノ鏡104に至る。
ガルバノ鏡104は、光路124に対して垂直な回動軸
を有し、この回動軸周りにステッピングモータ114に
より所定角度幅(=2θ0)の振れ動作を行う。前記回
動軸は、光路124と、この光路124に対して垂直上
方の光路123とに対して垂直であり、ガルバノ鏡10
4は、振れの中央位置において、その鏡面が光路124
と123に対して45度を形成するように配置されてい
る。従って、ビームスプリッタ鏡108を通った計測光
はガルバノ鏡104を通った計測光はガルバノ鏡104
により光路を曲げられて、光路123に沿って集光鏡1
01方向に向かう。
In FIG. 1, reference numeral 110 denotes a laser unit for emitting a laser beam. Since this laser light is used for measuring a distance image, it is hereinafter referred to as “measurement light”. "Measurement light"
Is preferably coherent, but need not be coherent depending on the extent of the environment. The measurement light is collected through the collimator lens 09 along the optical path 124. Mirror 10 as "beam splitter"
8 has an opening large enough to pass the condensed measurement light from the laser unit 110,
The collected measurement light passes through a mirror 108 (hereinafter, referred to as a “beam splitter mirror”) and reaches a galvano mirror 104.
The galvanometer mirror 104 has a rotation axis perpendicular to the optical path 124, and performs a swing operation of a predetermined angular width (= 2θ 0 ) around the rotation axis by the stepping motor 114. The rotation axis is perpendicular to the optical path 124 and the optical path 123 above and perpendicular to the optical path 124.
4 has a mirror surface whose optical path 124
And 123 are formed so as to form 45 degrees. Therefore, the measurement light that has passed through the beam splitter mirror 108 is the measurement light that has passed through the galvanometer mirror 104, and the measurement light that has passed through the galvanometer mirror 104.
The optical path is bent by the
Go to 01 direction.

【0034】後述するように、光路制御鏡102は、濃
淡画像を計測するモードでは、位置102b位置にまで
後退している。従って、ガルバノ鏡104により光路を
曲げられた計測光は、光路制御鏡102により妨害され
ることなく光路121に沿って集光鏡101に到達し、
集光鏡101により光路を90度曲げられて、光路12
0に沿って外界に放射される。
As will be described later, the optical path control mirror 102 is retracted to the position 102b in the mode for measuring the grayscale image. Therefore, the measurement light whose optical path is bent by the galvanometer mirror 104 reaches the condenser mirror 101 along the optical path 121 without being disturbed by the optical path control mirror 102,
The optical path is bent by 90 degrees by the condenser mirror 101, and the optical path 12
It is radiated to the outside along 0.

【0035】外界環境の物体によって反射された計測光
は光路120に沿って、本スキャナユニット100aの
集光鏡101に入射する。集光鏡101により90度方
向を変えられた計測光は光路121及び光路123を通
ってガルバノ鏡104に至って更に90度光路を変更さ
れてビームスプリッタ鏡108に至る。外界での反射は
乱反射なのでビームスプリッタ鏡108に至った計測光
は広がりを有する。このために、その一部は開口108
hを通過するが、多くは向きを90度下方に曲げられ、
結像レンズ107に至る。結像レンズ107はこの計測
光をレーザ受光素子106上に結像させる。素子106
の出力信号は距離を表すので、本明細書ではRANGE信号
と呼ぶ。
The measurement light reflected by the object in the external environment enters the condenser mirror 101 of the scanner unit 100a along the optical path 120. The measurement light whose direction has been changed by 90 degrees by the condenser mirror 101 passes through the optical path 121 and the optical path 123, reaches the galvano mirror 104, further changes the optical path by 90 degrees, and reaches the beam splitter mirror. Since the reflection in the outside world is irregular reflection, the measurement light reaching the beam splitter mirror 108 has a spread. To this end, a part of the opening 108
h, but many are turned 90 degrees downward,
The imaging lens 107 is reached. The imaging lens 107 forms an image of the measurement light on the laser light receiving element 106. Element 106
Since the output signal indicates the distance, it is referred to as a RANGE signal in this specification.

【0036】第3図のタイミングチャートはRANGE信号
から距離情報を求める原理を説明する。尚、この計測は
コントローラユニット200内で行われる。即ち、第3
図の上側のタイミングチャートに示すような正弦波形の
駆動信号がレーザユニット110に印加されると、計測
光としてのレーザ光は同じく強度が正弦波形を有するも
のとなる。従って、第3図に示すように、駆動信号に対
するRANGE信号の位相差(光伝播時間)から距離を演算
することができる。
The timing chart of FIG. 3 explains the principle of obtaining distance information from a RANGE signal. This measurement is performed in the controller unit 200. That is, the third
When a drive signal having a sinusoidal waveform as shown in the timing chart on the upper side of the figure is applied to the laser unit 110, the laser beam as the measurement light also has a sinusoidal intensity. Therefore, as shown in FIG. 3, the distance can be calculated from the phase difference (light propagation time) of the RANGE signal with respect to the drive signal.

【0037】距離画像であるRANGE信号を出力するレー
ザ検出素子106は、第5図に示すように、水平方向で
m画素、垂直方向で1画素の大きさ、即ち、m×1画素
分の大きさを有する。第4図は、二次元の大きさを有す
る物体1000の3つの点(1001,1002,10
03)により反射された3本の計測光ビームがガルバノ
鏡104により反射されて受光素子106に到達する様
子を説明する。尚、第4図に於いて、集光鏡101及び
ビームスプリッタ鏡108による反射は捨象されて図示
されている。
As shown in FIG. 5, the laser detecting element 106 which outputs a RANGE signal as a distance image has a size of m pixels in the horizontal direction and one pixel in the vertical direction, that is, a size of m × 1 pixel. Having FIG. 4 shows three points (1001, 1002, 10) of an object 1000 having a two-dimensional size.
The manner in which the three measurement light beams reflected by 03) are reflected by the galvanometer mirror 104 and reach the light receiving element 106 will be described. In FIG. 4, the reflection by the condenser mirror 101 and the beam splitter mirror 108 is omitted.

【0038】本スキャナユニット100aの垂直方向の
計測可能範囲は、ガルバノ鏡104の振れ角度によって
決定される。ガルバノ鏡104の回動軸周りの振れ角度
をθとすると、2θラジアンの拡がりを有する物体の距
離を計測することができる。即ち、ガルバノ鏡104が
中央位置にあるときに、物体1000の中央点1000
bからの反射計測光が受光素子106に到達するよう
に、ガルバノ鏡104と素子106が調整配置されてい
るとすると、点1000bから角度θラジアンだけ上方
の点1000aからの反射光は、ガルバノ鏡104が中
央位置から角度θ/2ラジアンだけ(第4図において)反
時計方向に回動した位置104aにおかれた時に、受光
素子106に到達する。一方、点1000bから角度θ
ラジアンだけ下方の点1000cからの反射光は、ガル
バノ鏡104が中央位置から角度θ/2ラジアンだけ時計
方向に回動した位置104cにおかれた時に、受光素子
106に到達する。
The measurable range in the vertical direction of the scanner unit 100a is determined by the swing angle of the galvanometer mirror 104. Assuming that the deflection angle around the rotation axis of the galvano mirror 104 is θ, the distance of an object having a spread of 2θ radians can be measured. That is, when the galvano mirror 104 is at the center position, the center point 1000 of the object 1000 is
Assuming that the galvanometer mirror 104 and the element 106 are adjusted and arranged so that the reflected measurement light from the point b reaches the light receiving element 106, the reflected light from the point 1000a above the point 1000b by an angle θ radian is When the light source 104 is located at a position 104a rotated counterclockwise (in FIG. 4) by an angle θ / 2 radians from the center position, the light reaches the light receiving element 106. On the other hand, from the point 1000b, the angle θ
The reflected light from the point 1000c lower by radians reaches the light receiving element 106 when the galvano mirror 104 is placed at the position 104c rotated clockwise by the angle θ / 2 radians from the center position.

【0039】第5図は、同じく、ガルバノ鏡104と、
m×1の受光素子106との対応関係を有する。即ち、
CCDセンサ112は水平方向でm画素の大きさを有す
るので、これに併せて、受光素子106の水平方向大き
さもm画素としている。かくして、m×1画素分の受光
素子106であっても、ガルバノ鏡104を回動して走
査することにより垂直方向の拡がりを有する物体100
0の各点までの距離を求めることができる。
FIG. 5 also shows a galvano mirror 104,
It has a correspondence with the light receiving element 106 of m × 1. That is,
Since the CCD sensor 112 has a size of m pixels in the horizontal direction, the size of the light receiving element 106 in the horizontal direction is also set to m pixels. Thus, even with the light receiving element 106 for m × 1 pixel, the object 100 having the vertical spread can be obtained by rotating and scanning the galvanometer mirror 104.
The distance to each point of 0 can be obtained.

【0040】〈コントロールユニット〉…第1実施形態 第6図は、コントロールユニット200の構成並びに、
コントロールユニット200とスキャナユニット100
の前述の構成要素との接続を説明する。コントロールユ
ニット200は、データを記憶するデータRAM201
と、プログラムを記憶するプログラムRAM202と全
体を制御するCPU204とを有する。更に、CCDセ
ンサ112が検出したRGB画像データをA/D変換し
てディジタルの画像データに変換する色画像入力回路2
08を有する。この画像データはCPU204の制御に
よりデータRAM201(或いは不図示のディスクファ
イル)に記憶されて、濃淡画像として本スキャナユニッ
ト100a内に固定される。尚、前述したように、セン
サ112は二次元エリアセンサ(m×n)であった。m
×n個の画像信号をセンサ112から出力させるため
に、CPU204は色画像入力回路に対してシフト信号
SHFTを送る。センサ112はこの信号SHFTに同期させて
m×n画素の分のRGB画像データを画像入力回路20
9に出力する。
<Control Unit> First Embodiment FIG. 6 shows the configuration of the control unit 200 and
Control unit 200 and scanner unit 100
The connection with the above-described components will be described. The control unit 200 includes a data RAM 201 for storing data.
And a program RAM 202 for storing programs and a CPU 204 for controlling the whole. Further, a color image input circuit 2 for A / D converting RGB image data detected by the CCD sensor 112 and converting it into digital image data.
08. The image data is stored in the data RAM 201 (or a disk file (not shown)) under the control of the CPU 204, and is fixed in the scanner unit 100a as a grayscale image. Note that, as described above, the sensor 112 was a two-dimensional area sensor (m × n). m
In order to output × n image signals from the sensor 112, the CPU 204 sends a shift signal to the color image input circuit.
Send SHFT. The sensor 112 synchronizes with the signal SHFT and outputs RGB image data for m × n pixels to the image input circuit 20.
9 is output.

【0041】また、受光素子106が出力するRANGE信
号は受光回路を介してA/D変換器203でデジタル信
号に変換される。このディジタルのRANGE信号は、プロ
グラムRAM202内のアプリケーションプログラムに
より、第3図の方式によって処理されて、これにより距
離画像が形成される。コントロールユニット200は更
に、ガルバノ鏡104を振動させるステッピングモータ
114を駆動する制御回路205と、筺体130の回転
軸111に回転力を伝達することにより筺体130を自
転させるステッピングモータ118を駆動する制御回路
206と、光路制御鏡102の位置を移動させるソレノ
イド115を駆動する制御回路207と、レーザ110
を駆動する駆動回路208とを有する。CPU204
が、ガルバノ鏡104の回動角を制御するために制御回
路205に送る制御信号をDRθと呼び、モータ118
の回動角を制御するために制御回路206に送る制御信
号をDRΦと呼ぶ。
The RANGE signal output from the light receiving element 106 is converted into a digital signal by the A / D converter 203 via the light receiving circuit. The digital RANGE signal is processed by the application program in the program RAM 202 in the manner shown in FIG. 3 to form a range image. The control unit 200 further includes a control circuit 205 that drives a stepping motor 114 that vibrates the galvanometer mirror 104 and a control circuit that drives a stepping motor 118 that rotates the housing 130 by transmitting a rotational force to a rotation shaft 111 of the housing 130. A control circuit 207 for driving a solenoid 115 for moving the position of the optical path control mirror 102;
And a driving circuit 208 for driving the. CPU 204
A control signal to be sent to the control circuit 205 to control the rotation angle of the galvanometer mirror 104 is called DRθ, and the motor 118
A control signal to be sent to the control circuit 206 to control the rotation angle of is referred to as DRΦ.

【0042】第7図に、距離画像と濃淡画像が、種々の
前記制御信号とどのように関わるかを説明する。尚、距
離画像及び濃淡画像の大きさを、説明の便宜上、p画素
(横方向)×n画素(縦方向)とする。尚、本スキャナ
ユニット100aは、全周囲にわたっての濃淡画像と距
離画像とを得ることが目的であるから、p画素は360
度(2πラジアン)の拡がりを有する。
FIG. 7 explains how the distance image and the gray image relate to the various control signals. Note that the size of the distance image and the density image is p pixels (horizontal direction) × n pixels (vertical direction) for convenience of explanation. The purpose of this scanner unit 100a is to obtain a gray-scale image and a range image over the entire circumference, so that the number of p pixels is 360.
It has a spread of degrees (2π radians).

【0043】CCDセンサ112は、第2図に示すよう
に水平方向でm画素の大きさを有するから、p画素を得
るためには、p/m回の撮像を行えばよい。即ち、1枚
の濃淡画像を得るためには、p/mパルス数分の制御信
号DRΦを制御回路206に送る。一方、垂直方向のn
画素についてはCCDセンサ112はn画素分の大きさ
を有するので、垂直方向でn画素の濃淡画像を得るため
には、特に、駆動させる必要はない。
Since the CCD sensor 112 has a size of m pixels in the horizontal direction as shown in FIG. 2, it is sufficient to perform imaging p / m times to obtain p pixels. That is, in order to obtain one grayscale image, the control signal DRΦ for the number of p / m pulses is sent to the control circuit 206. On the other hand, n
As for the pixels, since the CCD sensor 112 has a size corresponding to n pixels, it is not necessary to drive the pixels in order to obtain a grayscale image of n pixels in the vertical direction.

【0044】検出素子106は水平方向でm画素分の大
きさを有するから、第8図に示すように、p/mパルス
数の制御信号DRΦを制御回路206に送れば、横方向
でp画素の大きさを有する濃淡画像と同時に、横方向で
p画素の大きさを有する距離画像を得ることができる。
尚、1パルスの制御信号DRΦが制御回路206に送ら
れると、筺体130は、2mπ/pラジアンだけ回動す
る。
Since the detecting element 106 has a size corresponding to m pixels in the horizontal direction, as shown in FIG. 8, when the control signal DRΦ having the number of pulses of p / m is sent to the control circuit 206, p pixels in the horizontal direction are obtained. And a range image having a size of p pixels in the horizontal direction can be obtained at the same time as the grayscale image having the size of.
When a one-pulse control signal DRΦ is sent to the control circuit 206, the housing 130 rotates by 2 mπ / p radians.

【0045】一方、検出素子106は垂直方向で1画素
分の大きさを有するから、縦方向でn画素の大きさを有
する距離画像を得るためには、nパルスのDRΦを制御
回路205に送る必要がある。垂直方向でn画素の大き
さがガルバノ鏡104をθ0の角度(ラジアン)範囲に
相当するとすると、1パルスの制御信号DRθは、ガル
バノ鏡104をθ0/n(ラジアン)だけ振れさせる。
還元すれば、ステッピングモータ114と制御回路20
5を、1パルスの制御信号DRθがガルバノ鏡104を
θ0/n(ラジアン)だけ振れさせるように設定する。
第8図を参照。
On the other hand, since the detection element 106 has a size of one pixel in the vertical direction, DRΦ of n pulses is sent to the control circuit 205 in order to obtain a distance image having a size of n pixels in the vertical direction. There is a need. Assuming that the size of n pixels in the vertical direction corresponds to the angle (radian) range of the galvano mirror 104 by θ 0 , the one-pulse control signal DRθ causes the galvano mirror 104 to swing by θ 0 / n (radian).
If reduced, the stepping motor 114 and the control circuit 20
5 is set so that the control signal DRθ of one pulse causes the galvano mirror 104 to swing by θ 0 / n (radian).
See FIG.

【0046】第9図は、水平方向にm画素分の大きさを
有する受光素子106の制御の手法を示す。即ち、前述
したように、ガルバノ鏡104は信号DRθが入力され
ると、1ステップ分回動されるから、制御信号DRθの
1周期分の時間内に、m画素分の距離情報を収集しなけ
ればならない。このためには、計測光は正弦波形よりも
パルス波形が好ましく、パルス波形を用いるならば、第
9図に示すように、T/m秒周期(T秒は信号DRθの
一周期の時間幅)のパルスをレーザドライバ110に与
えてパルスレーザ光を計測光として発生させる。反射光
は、約T/m秒周期のパルス光として受光素子106に
より受信される。CPU204は、アプリケーションプ
ログラムに従って、受信した反射計測光の各パルスの受
信時点の、レーザ駆動時点に対する遅れ時間(伝播時
間)を演算して距離を計算する。
FIG. 9 shows a method of controlling the light receiving element 106 having a size of m pixels in the horizontal direction. That is, as described above, when the signal DRθ is input, the galvano mirror 104 is rotated by one step, so that the distance information for m pixels must be collected within one cycle of the control signal DRθ. Must. For this purpose, the measurement light is preferably a pulse waveform rather than a sine waveform, and if a pulse waveform is used, as shown in FIG. 9, a T / m second cycle (T seconds is a time width of one cycle of the signal DRθ). Is given to the laser driver 110 to generate pulsed laser light as measurement light. The reflected light is received by the light receiving element 106 as pulse light having a period of about T / m seconds. The CPU 204 calculates the distance by calculating the delay time (propagation time) of the reception time of each pulse of the received reflection measurement light with respect to the laser driving time according to the application program.

【0047】尚、T/m秒をあまり短くすること、即
ち、m画素数を大きくすることはできない。なぜなら、
反射光の遅れ時間は環境中の物体によって予測不可能で
あるから、遠い物体によっては遅れ時間が大きくなるこ
とがあり、そのために、T/m秒時間幅の中に2つの反
射計測光パルスを受信する場合があるからである。光速
は早いために、通常の遠方距離内にある物体の距離を計
測する場合には上記のことは起こりにくい。
It is not possible to make T / m seconds too short, that is, to increase the number of m pixels. Because
Since the delay time of the reflected light is unpredictable depending on the object in the environment, the delay time may be large depending on a distant object. Therefore, two reflection measurement light pulses are generated within a time width of T / m seconds. This is because it may be received. Since the speed of light is high, the above is unlikely to occur when measuring the distance of an object within a normal distant distance.

【0048】第10図,第11図は、コントロールユニ
ット200が、レーザドライバ110、筺体130を回
転させるモータ118(即ち、信号DRΦ)、ガルバノ
鏡104を駆動するステッピングモータ114、光路制
御鏡102を移動させるソレノイド115を、どのよう
に互いに協調させて制御するかを表したタイミングチャ
ートである。特に第11図は、第10図の300の部分
を時間的に拡大して表したものである。
FIGS. 10 and 11 show that the control unit 200 controls the laser driver 110, the motor 118 (ie, the signal DRΦ) for rotating the housing 130, the stepping motor 114 for driving the galvano mirror 104, and the optical path control mirror 102. 9 is a timing chart showing how the solenoids 115 to be moved are controlled in cooperation with each other. In particular, FIG. 11 is an enlarged view of the portion 300 in FIG. 10 over time.

【0049】第10図に示すように、距離画像と濃淡画
像とを併せて計測する本システムは、コントロールユニ
ット200が、最初に距離画像を計測するモード(区間
304)を設定し、その後に色画像(濃淡画像)を計測
するモード(区間306)を設定している。距離画像を
計測するモード(304)のときは、光路制御鏡102
は光路121を遮断してはならない、即ち、光路制御鏡
102は後退していなければならない。その一方、距離
画像計測モード(304)では、垂直方向で走査を行う
ために、ガルバノ鏡104を振動させなければならな
い。
As shown in FIG. 10, in the present system for measuring a distance image and a grayscale image together, the control unit 200 first sets a mode (section 304) for measuring a distance image, and then sets a color mode. A mode (section 306) for measuring an image (shade image) is set. In the mode (304) for measuring the distance image, the optical path control mirror 102
Must not interrupt the light path 121, that is, the light path control mirror 102 must be retracted. On the other hand, in the range image measurement mode (304), the galvanomirror 104 must be vibrated in order to perform scanning in the vertical direction.

【0050】一方、濃淡画像計測モード(306)で
は、光路制御鏡102が光路121を遮って、環境光を
CCDセンサ112に導かねばならない。また、ガルバ
ノ鏡104を振動させる必要はない。従って、同図の区
間305は、距離画像計測モードから濃淡画像計測モー
ドに移行するための準備を行う期間であって、具体的に
は、光路制御鏡102を待避状態から動作状態に移動さ
せるのに要する時間に設定すればよい。
On the other hand, in the gray scale image measurement mode (306), the optical path control mirror 102 has to block the optical path 121 and guide the ambient light to the CCD sensor 112. Further, it is not necessary to vibrate the galvanometer mirror 104. Accordingly, a section 305 in the figure is a period during which preparations are made to shift from the distance image measurement mode to the grayscale image measurement mode, and specifically, the optical path control mirror 102 is moved from the retracted state to the operating state. May be set to the time required.

【0051】距離画像計測モードでは、光路制御鏡10
2を待避状態において、その区間において、都合p/m
個の制御信号DRΦを出力する。第10図において、3
02は、制御信号DRΦにより駆動されるモータ115
(即ち、筺体130)の回転角度を示すもので、p/m
個の制御信号DRΦが出力されると、モータ115の回
転角度は360度(即ち、一回転)となる。
In the distance image measurement mode, the optical path control mirror 10
2 in the refuge state, and in that section, p / m
The control signals DRΦ are output. In FIG. 10, 3
02 is a motor 115 driven by the control signal DRΦ.
(I.e., the angle of rotation of the housing 130)
When the control signals DRΦ are output, the rotation angle of the motor 115 becomes 360 degrees (that is, one rotation).

【0052】第11図に示すように、1つの制御信号D
RΦの間に、即ち、モータ115が停止している間に、
301に示すように、ガルバノ鏡104は、垂直方向走
査のための往復運動を行う必要がある。前述したよう
に、距離画像を計測するための受光素子106は垂直方
向に1画素の大きさを有するから、波形301は、nス
テップを表している。換言すれば、スキャナユニットの
筺体が停止している間(1つの制御信号DRΦの間)
に、nパルス数の信号DRθが必要であり、次の信号D
Rθまでのガルバノ鏡104が停止している間(即ち、
波形301が一定の1期間)に、m回レーザドライバ1
10を駆動する。
As shown in FIG. 11, one control signal D
During RΦ, ie, while the motor 115 is stopped,
As shown at 301, the galvanometer mirror 104 needs to perform a reciprocating motion for vertical scanning. As described above, since the light receiving element 106 for measuring the distance image has a size of one pixel in the vertical direction, the waveform 301 represents n steps. In other words, while the housing of the scanner unit is stopped (during one control signal DRΦ)
Requires a signal DRθ of n pulses, and the next signal D
While the galvanometer mirror 104 is stopped up to Rθ (that is,
During one fixed period of the waveform 301), the laser driver 1
10 is driven.

【0053】距離画像の取得が終わると、区間305の
期間内に、光路制御鏡102を待避させる。そして、区
間306から濃淡画像計測モードが開始する。距離画像
計測モードが終了すると、筺体130は360度回転し
ているので、元に位置に戻っている。距離画像計測モー
ドの後に濃淡画像計測モードを行うようにし、且つ濃淡
画像計測モードでは筺体130を逆回転させることによ
り、ケーブル201が絡まったり損傷したりするのを防
止する。また、全周囲の距離画像が必要ない場合でも、
濃淡画像計測モードの終了後には、筺体は初期位置に戻
っているという効果がある。
When the acquisition of the distance image is completed, the optical path control mirror 102 is evacuated during the section 305. Then, the grayscale image measurement mode starts from the section 306. When the distance image measurement mode ends, the housing 130 has been rotated 360 degrees, and thus has returned to its original position. The gray image measurement mode is performed after the distance image measurement mode. In the gray image measurement mode, the housing 130 is reversely rotated to prevent the cable 201 from being entangled or damaged. Also, if you do n’t need a full range image,
After the end of the gray scale image measurement mode, the housing has the effect of returning to the initial position.

【0054】濃淡画像計測モードでは、モータ115を
駆動させて筺体を回転させ、筺体が停止している間に、
濃淡画像をCCDセンサ112から取得する。第10図
から明らかなように、濃淡画像計測モードの期間306
は距離画像計測モードの期間304よりも短い。これ
は、濃淡画像計測モードでは、ガルバノ鏡104を機械
的に振動させる必要がないので、モータ115を高速に
回転、即ち、筺体130を高速に回動させることが許さ
れるからである。
In the gray scale image measurement mode, the motor 115 is driven to rotate the housing, and while the housing is stopped,
A grayscale image is obtained from the CCD sensor 112. As is clear from FIG. 10, the period 306 of the grayscale image measurement mode
Is shorter than the period 304 of the distance image measurement mode. This is because in the grayscale image measurement mode, there is no need to mechanically vibrate the galvanometer mirror 104, so that the motor 115 can be rotated at high speed, that is, the housing 130 can be rotated at high speed.

【0055】尚、第10図のタイミングチャートでは、
距離画像の取得を濃淡画像の取得に先立って行わせてい
たが、これは逆であっても全く同じである。 〈コントロールユニットの変形〉…第1変形例 第10図に示したように、モータ115はステッピング
モータを用いているので、筺体130は階段状に回転と
停止を繰り返す。ところが筺体内には重量の比較的重い
ものが多いので、回転と停止動作を繰り返すことは安定
性に欠ける。そこで、第12図に示すように、モータ1
15にDCサーボモータを用い、モータ115の回転角
度を滑らかなようにすることを提案する。
In the timing chart of FIG.
Although the acquisition of the distance image has been performed prior to the acquisition of the grayscale image, this is exactly the same even if the reverse is true. <Modification of Control Unit> First Modification As shown in FIG. 10, since the motor 115 uses a stepping motor, the housing 130 repeatedly rotates and stops in a stepwise manner. However, since many of the casings are relatively heavy, it is not stable to repeat the rotation and the stop operation. Therefore, as shown in FIG.
It is proposed to use a DC servo motor for 15 and make the rotation angle of the motor 115 smooth.

【0056】〈スキャナユニットの変形例〉…第2変形
例 第2変形例に係るスキャナユニット100bの構成を第
13図,第14図を用いて説明する。第1図は第1実施
形態のスキャナユニット100aの構成を原理的に示す
ものであり、第2変形例のスキャナユニット100bは
第1実施形態のスキャナユニット100aを若干変更し
たものである。
<Modification of Scanner Unit> Second Modification The configuration of a scanner unit 100b according to a second modification will be described with reference to FIGS. 13 and 14. FIG. 1 shows the configuration of the scanner unit 100a of the first embodiment in principle, and the scanner unit 100b of the second modification is a slightly modified version of the scanner unit 100a of the first embodiment.

【0057】即ち、第13図に示すように、集光鏡10
1の形状を大きくして、濃淡画像の光量を増大させた。
また、大きな集光鏡101は、計測光が外界環境で乱反
射されても、広い範囲の反射光を収集することができる
ので、受光素子106が受光する光のパワーを大きくす
ることができる。第14図は、第13図のスキャナユニ
ット100bの外観を示す。
That is, as shown in FIG.
The shape of No. 1 was enlarged to increase the light amount of the gray image.
Further, the large condensing mirror 101 can collect the reflected light in a wide range even if the measurement light is irregularly reflected in the external environment, so that the power of the light received by the light receiving element 106 can be increased. FIG. 14 shows the appearance of the scanner unit 100b of FIG.

【0058】第2変形例のスキャナユニットは第1実施
形態と機械的な構造が違うのみなので、第1実施形態の
信号制御や第1変形例の信号制御をそのまま個の第2実
施形態に適用することができる。 〈スキャナユニット〉…第2実施形態〉 第1実施形態及び第2変形例のスキャナユニットは、光
路制御鏡102が、集光鏡101とガルバノ鏡104の
中間に位置していた。これは、第1実施形態や第2変形
例では、距離画像や濃淡画像の水平方向の走査を筺体1
30の回転によって実現しており、垂直方向の走査を不
要として高速化するために、CCDセンサ112に、垂
直方向にn画素の大きさを有するエリアセンサもしくは
ラインセンサを用いた。この垂直方向の電子的な走査に
より、少なくとも、濃淡画像については垂直方向の機械
的走査を不要とした。一方、距離画像については、乱反
射された計測光を集光して素子106で受光するため
に、解像度は低くなって、複数の画素を受光素子106
に設けることの必要性は乏しい。そこで、第1実施形態
や第2変形例の、距離画像を受光用の素子106は垂直
方向に複数がその拡がりを設定せずに(即ち、電子走査
を行わずに)、その代わりにガルバノ鏡104による機
械的走査を行っていた。
The scanner unit of the second modification is different from the first embodiment only in the mechanical structure, so that the signal control of the first embodiment and the signal control of the first modification are applied to the second embodiment as they are. can do. <Scanner Unit> Second Embodiment In the scanner units of the first embodiment and the second modification, the optical path control mirror 102 is located between the condenser mirror 101 and the galvano mirror 104. This is because in the first embodiment and the second modification, the horizontal scanning of the distance image or the grayscale image is performed by the housing 1.
An area sensor or a line sensor having a size of n pixels in the vertical direction is used for the CCD sensor 112 in order to increase the speed by eliminating the need for vertical scanning. By this electronic scanning in the vertical direction, at least the mechanical scanning in the vertical direction is unnecessary for the grayscale image. On the other hand, for the distance image, since the diffusely reflected measurement light is condensed and received by the element 106, the resolution is reduced, and a plurality of pixels are set to the light receiving element 106.
There is little need to provide them. Therefore, in the first embodiment and the second modified example, a plurality of the elements 106 for receiving the distance image do not set the spread in the vertical direction (that is, do not perform the electronic scanning), and instead use the galvanometer mirror. Mechanical scanning by 104 was performed.

【0059】第2実施形態のスキャナユニット100c
は、距離画像のみならず濃淡画像の取得時における垂直
方向の走査を、ガルバノ鏡104’の振動(または往復
回動)により実現することを目的としている。このため
に、第15図に示すように、濃淡画像を検出するための
CCDセンサ112と光路制御鏡102とを、ガルバノ
鏡104’と距離画像受光用の素子106との間に配置
したものである。濃淡画像の垂直方向の走査を機械的に
行うために、第2実施形態のCCDセンサ112’は後
述するようにm×1画素、即ち、垂直方向で1画素分の
拡がりとする。
The scanner unit 100c of the second embodiment
The object of the present invention is to realize vertical scanning at the time of acquiring not only the distance image but also the grayscale image by the vibration (or reciprocating rotation) of the galvanometer mirror 104 ′. For this purpose, as shown in FIG. 15, a CCD sensor 112 for detecting a grayscale image and an optical path control mirror 102 are arranged between a galvano mirror 104 ′ and a range image receiving element 106. is there. In order to mechanically scan the grayscale image in the vertical direction, the CCD sensor 112 'according to the second embodiment has m × 1 pixels, that is, one pixel in the vertical direction, as described later.

【0060】第15図を用いて第2実施形態のスキャナ
ユニット100cの構成及び動作を説明する。第2実施
形態では、CCDセンサ112は中空のホルダ119に
よって支持されている。このホルダ119には2カ所に
おいて微少な開口119a,119bが設けられてい
る。第2実施形態のCCDセンサ112’と開口119
との関係は第16図に示すようになる。即ち、第2実施
形態では、濃淡画像の垂直方向の走査を機械的に行うた
めに、センサ112’は垂直方向に1画素分のみの大き
さ(m×1)に設定する必要がある。このようなセンサ
112’に入射する環境光を1画素分の拡がりを有する
ように絞り込むために、開口119a,119bが設け
られている。
The configuration and operation of the scanner unit 100c according to the second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the CCD sensor 112 is supported by a hollow holder 119. The holder 119 is provided with minute openings 119a and 119b at two places. CCD sensor 112 'and opening 119 of the second embodiment
Is as shown in FIG. That is, in the second embodiment, in order to mechanically scan the grayscale image in the vertical direction, it is necessary to set the sensor 112 'to a size (mx1) of only one pixel in the vertical direction. Apertures 119a and 119b are provided to narrow down the ambient light incident on such a sensor 112 'so as to have a spread of one pixel.

【0061】〈コントロールユニット〉…第2実施形態 第2実施形態のスキャナユニット100cを制御するた
めには、第1実施形態のコントロールユニット200の
制御タイミングを変更したものを採用する必要がある。
即ち、第2実施形態のコントロールユニットは第1実施
形態のコントロールユニットに比してハード上変わると
ころはない。第15図並びに第17図のタイミングチャ
ートを用いて、第2実施形態の制御タイミングを説明す
る。
<Control Unit> Second Embodiment In order to control the scanner unit 100c of the second embodiment, it is necessary to employ a control unit with a different control timing of the control unit 200 of the first embodiment.
That is, the control unit according to the second embodiment is hardly different from the control unit according to the first embodiment. The control timing of the second embodiment will be described with reference to the timing charts of FIG. 15 and FIG.

【0062】まず、距離画像計測モードでは、光路制御
鏡102を待避位置(102b)におく。距離画像計測
モードの期間中は、モータ115に制御信号DRΦを順
次送って、モータ115の回転角を階段状に大きくす
る、即ち、筺体130をステップ状に回動し停止させな
がら、筺体130を360度回転させる。モータ115
が停止している間に、制御回路205からモータ114
に対して制御信号DRθを送ってガルバノ鏡104’を
階段状に会同/停止させる。こうして距離画像を取得で
きる。
First, in the distance image measurement mode, the optical path control mirror 102 is placed at the retracted position (102b). During the range image measurement mode, the control signal DRΦ is sequentially sent to the motor 115 to increase the rotation angle of the motor 115 in a stepwise manner. Rotate 360 degrees. Motor 115
While the motor is stopped, the control circuit 205 sends the motor 114
Control signal DRθ to send the galvanomirror 104 ′ in a stepwise manner to stop / join. Thus, a distance image can be obtained.

【0063】濃淡画像計測モードに先立って、光路制御
鏡102を光路129を遮断する位置(102a)に移
動させる。この時点で、計測光が外界に出ていくことは
光路制御鏡102により防止されるので、ガルバノ鏡1
04により反射されて制御102に入射する光は環境光
のみとなる。こうして、濃淡画像がセンサ112’によ
り検出される。
Prior to the gray scale image measurement mode, the optical path control mirror 102 is moved to a position (102a) where the optical path 129 is interrupted. At this point, the measurement light is prevented from going to the outside world by the optical path control mirror 102, so that the galvanometer mirror 1
The light that is reflected by 04 and enters the control 102 is only ambient light. Thus, the grayscale image is detected by the sensor 112 '.

【0064】第1実施形態では、ガルバノ鏡104’を
振動させる必要はなかったが、この第2実施形態では、
濃淡画像の垂直方向走査を得るために、ガルバノ鏡10
4’を振動させる。こうして、第2実施形態でも濃淡画
像を得ることができる。 〈第2実施形態に対する変形〉…第3変形例 第1変形例(第12図)は、筺体を回転させるモータ1
18を滑らかに回転させることにより、筺体の振動を抑
えるものであった。第1実施形態に対する第1変形例と
同じ制御タイミングをこの第2実施形態にも適用可能で
ある。第18図にその制御タイミング波形を示す。
In the first embodiment, it is not necessary to vibrate the galvanometer mirror 104 ', but in the second embodiment,
To obtain a vertical scan of the grayscale image, a galvano mirror 10
4 'is vibrated. Thus, a gray image can be obtained also in the second embodiment. <Modification to Second Embodiment> Third Modification A first modification (FIG. 12) is a motor 1 for rotating a housing.
The vibration of the housing was suppressed by smoothly rotating 18. The same control timing as that of the first modification of the first embodiment can be applied to the second embodiment. FIG. 18 shows the control timing waveform.

【0065】〈スキャナユニット〉…第3実施形態 第2実施形態では、集光鏡101は、筺体130の回転
軸が垂直であるために、環境からの水平方向の光を垂直
方向に光路変更するために必要であった。この第3実施
形態は、第2実施形態から集光鏡101を除去して、ガ
ルバノ鏡104に集光鏡101の機能を肩代わりさせる
ものである。
<Scanner Unit> Third Embodiment In the second embodiment, the condensing mirror 101 changes the light path in the horizontal direction from the environment in the vertical direction because the rotation axis of the housing 130 is vertical. Needed for. In the third embodiment, the condenser mirror 101 is removed from the second embodiment, and the function of the condenser mirror 101 is replaced by the galvano mirror 104.

【0066】第19図は第3実施形態のスキャナユニッ
ト100dの構成を示す。同図において、第2実施形態
の集光鏡101の位置にガルバノ鏡104”が配置され
ている。このために、濃淡画像のためのCCDセンサ
は、垂直方向において1画素のみの大きさを有すること
となり、従って、第3実施形態のセンサは第2実施形態
のCCDセンサ112’を用いることができ、併せてホ
ルダ119を配置する必要がある。
FIG. 19 shows the configuration of a scanner unit 100d according to the third embodiment. In the figure, a galvanometer mirror 104 ″ is arranged at the position of the condenser mirror 101 of the second embodiment. For this reason, the CCD sensor for the grayscale image has a size of only one pixel in the vertical direction. Therefore, the sensor of the third embodiment can use the CCD sensor 112 'of the second embodiment, and it is necessary to arrange the holder 119 at the same time.

【0067】第3実施形態の制御タイミングは第2実施
形態のタイミング(第17図,第18図)を用いること
ができる。 〈センサの変形例〉…第4変形例 前記第1実施形態乃至第3実施形態では、水平方向の大
きさがm画素のCCDセンサ112(または112’)
と受光素子106とを用いていた。このセンサ及び素子
は前述したように、m=1であってもよい。
The control timing of the third embodiment can use the timing of the second embodiment (FIGS. 17 and 18). <Modified Example of Sensor>... Fourth Modified Example In the first to third embodiments, the CCD sensor 112 (or 112 ′) whose horizontal size is m pixels is used.
And the light receiving element 106. This sensor and element may have m = 1 as described above.

【0068】第4変形例は、CCDセンサ112がm×
nの二次元センサで、受光素子106がm×1の素子で
あるところのある第1実施形態並びに第2実施形態に対
する変形例である。即ち、第4変形例では、距離画像用
の受光素子106’を1×1の大きさとすることにより
コストダウンをねらっている。受光素子106’を1×
1の大きさとすると、CCDセンサ112との関係は第
20図のようになる。即ち、素子106’の大きさを1
画素とすることは、m画素のセンサ112が得た濃淡画
像に比して、距離画像の解像度が落ちることになる。し
かしながら、三次元画像表示では、距離画像の解像度の
必要性は濃淡画像ほど高くはない。従って、第4変形例
によれば、コストダウンの長所が解像度低下の短所を上
回るのである。
In the fourth modification, the CCD sensor 112 has m ×
This is a modification to the first and second embodiments in which the light receiving element 106 is an m × 1 element in an n-dimensional two-dimensional sensor. That is, in the fourth modified example, the cost is reduced by setting the size of the light receiving element 106 ′ for the distance image to 1 × 1. 1 × light receiving element 106 ′
If the size is 1, the relationship with the CCD sensor 112 is as shown in FIG. That is, the size of the element 106 'is set to 1
Using pixels means that the resolution of the distance image is lower than that of the grayscale image obtained by the sensor 112 of m pixels. However, in the three-dimensional image display, the necessity of the resolution of the distance image is not as high as that of the gray image. Therefore, according to the fourth modified example, the advantage of cost reduction exceeds the disadvantage of resolution reduction.

【0069】〈その他の変形例〉上記全ての実施形態及
び変形例では、濃淡画像はカラー画像であったが、本発
明はモノクロの濃淡画像にも適用できる。また、種々の
光学素子は他の光学素子に変更することができる。例え
ば、集光鏡101は、凸面鏡または凹面鏡さらにはプリ
ズムによって代替できる。また、筺体130の回転軸を
水平にすれば集光鏡101そのもを不要とすることがで
きる。
<Other Modifications> In all of the above embodiments and modifications, the grayscale image is a color image. However, the present invention can be applied to a monochrome grayscale image. Various optical elements can be changed to other optical elements. For example, the collecting mirror 101 can be replaced by a convex mirror or a concave mirror or even a prism. Further, if the rotation axis of the housing 130 is made horizontal, the condenser mirror 101 itself can be omitted.

【0070】同じように、光路制御鏡102を凸面鏡ま
たは凹面鏡さらにはプリズムによって代替できる。ま
た、穴のあいたビームスプリッタ鏡108の代わりにハ
ーフミラーを代替させることができる。また、上記実施
形態では、光路制御手段として光路制御鏡102を用い
ていたが、例えば液晶シャッタにより代替できる。
Similarly, the optical path control mirror 102 can be replaced by a convex mirror or a concave mirror, or even a prism. Further, a half mirror can be substituted for the beam splitter mirror 108 having a hole. In the above embodiment, the light path control mirror 102 is used as the light path control means. However, for example, a liquid crystal shutter can be used instead.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上説明したように本発明に因れば、距
離画像と濃淡画像とを併せて取得することのできる新規
な構成の画像計測装置を提供できる。また、本発明の制
御装置によれば、距離画像と濃淡画像とを併せて取得す
る画像計測装置を効率的に制御することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an image measuring apparatus having a novel configuration capable of acquiring both a distance image and a grayscale image. Further, according to the control device of the present invention, it is possible to efficiently control the image measurement device that acquires the distance image and the grayscale image together.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1実施形態に関わるスキャナユニ
ット100aの構成を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a scanner unit 100a according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 第1実施形態のCCDセンサ112と光路制
御鏡102との関係を示す図。
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a CCD sensor 112 and an optical path control mirror 102 according to the first embodiment.

【図3】 第1実施形態乃至第3実施形態に装置におい
て用いられる光伝播時間により距離を計測することの原
理を説明する図。
FIG. 3 is a view for explaining the principle of measuring a distance by a light propagation time used in the apparatus according to the first to third embodiments.

【図4】 第1実施形態のガルバノ鏡104と受光素子
106との関係を説明する図。
FIG. 4 is a view for explaining the relationship between the galvanometer mirror 104 and the light receiving element 106 according to the first embodiment.

【図5】 第1実施形態のガルバノ鏡104と受光素子
106との関係を説明する図。
FIG. 5 is a view for explaining the relationship between the galvanometer mirror 104 and the light receiving element 106 according to the first embodiment.

【図6】 第1実施形態のコントロールユニット200
の構成並びにコントロールユニット200とスキャナユ
ニット100aとの接続関係を説明する図。
FIG. 6 is a control unit 200 according to the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of the control unit 200 and the connection relationship between the control unit 200 and the scanner unit 100a.

【図7】 第1実施形態の濃淡画像の大きさと各種制御
信号との関係を説明する図。
FIG. 7 is a view for explaining the relationship between the size of a grayscale image and various control signals according to the first embodiment;

【図8】 第1実施形態の距離画像の大きさと各種制御
信号との関係を説明する図。
FIG. 8 is a view for explaining the relationship between the size of a distance image and various control signals according to the first embodiment.

【図9】 第1実施形態において、レーザ計測光の発射
タイミングと反射計測光の受光タイミングとの関係を説
明する図。
FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the timing of emitting laser measurement light and the timing of receiving reflected measurement light in the first embodiment.

【図10】 第1実施形態の制御タイミングを示すタイ
ミングチャート。
FIG. 10 is a timing chart showing control timing according to the first embodiment.

【図11】 図10の制御タイミングの一部を拡大して
示すタイミングチャート。
11 is an enlarged timing chart showing a part of the control timing of FIG. 10;

【図12】 第1変形例に関わる制御タイミングのタイ
ミングチャート。
FIG. 12 is a timing chart of control timing according to a first modified example.

【図13】 第2変形例にかかるスキャナユニット10
0bの構成を示すブロック図。
FIG. 13 shows a scanner unit 10 according to a second modification.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of Ob.

【図14】 第2変形例にかかるスキャナユニット10
0bの斜視図。
FIG. 14 shows a scanner unit 10 according to a second modification.
0b is a perspective view.

【図15】 第2実施形態にかかるスキャナユニット1
00cの構成を示すブロック図。
FIG. 15 shows a scanner unit 1 according to a second embodiment.
The block diagram showing the composition of 00c.

【図16】 第2実施形態のCCDセンサ112’の構
成を示すブロック図。
FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration of a CCD sensor 112 ′ according to the second embodiment.

【図17】 第2実施形態に関わる制御タイミングのタ
イミングチャート。
FIG. 17 is a timing chart of control timing according to the second embodiment.

【図18】 第3変形例に関わる制御タイミングのタイ
ミングチャート。
FIG. 18 is a timing chart of control timing according to a third modification.

【図19】 第3実施形態にかかるスキャナユニット1
00dの構成を示すブロック図。
FIG. 19 shows a scanner unit 1 according to a third embodiment.
The block diagram showing the composition of 00d.

【図20】 第4変形例のセンサ112と受光素子10
6’との関係を説明する図。
FIG. 20 shows a sensor 112 and a light receiving element 10 according to a fourth modification.
The figure explaining the relationship with 6 '.

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 周囲環境の距離画像と濃淡画像とを計測
する計測装置であって、 前記周囲環境からの光を集光する集光手段(101,1
04”)と、 第1のモードにおいて計測光を発し、所定の基準点から
周囲環境までの距離を、前記周囲環境で反射され前記集
光手段により集光され前記計測光の伝播時間によって計
測する距離画像計測手段と、 前記計測光の前記周囲環境に向けた光路を制御する光路
制御手段(102,102’)と、 前記光路制御手段により前記計測光の前記周囲環境に向
けた光路が制御されるべき第2のモードにおいて、前記
集光手段により集光された周囲環境からの環境光に基づ
いて濃淡画像を計測する濃淡画像計測手段とを具備する
ことを特徴とする画像計測装置。
1. A measuring device for measuring a distance image and a grayscale image of an ambient environment, comprising: a light condensing means (101, 1) for condensing light from the ambient environment.
04 "), the measurement light is emitted in the first mode, and the distance from a predetermined reference point to the surrounding environment is measured by the propagation time of the measurement light reflected by the surrounding environment and collected by the light collecting means. A distance image measurement unit, an optical path control unit (102, 102 ′) for controlling an optical path of the measurement light toward the surrounding environment, and an optical path of the measurement light toward the surrounding environment is controlled by the optical path control unit. In a second mode to be performed, there is provided an image measuring device comprising: a gray-scale image measuring unit that measures a gray-scale image based on ambient light from the surrounding environment collected by the light collecting unit.
【請求項2】 濃淡画像は色画像データを含むことを特
徴とする請求項1に記載の画像計測装置。
2. The image measuring apparatus according to claim 1, wherein the grayscale image includes color image data.
【請求項3】 前記集光手段の本体と、前記光路制御手
段の本体(102,102’)と、前記距離画像計測手
段のための受光強度検出素子(106,106’)と、
前記濃淡画像計測手段のための画像検出素子(112,
12’)とを一体的に保持する筺体(130)と、 この筺体を回転させる回転手段(118)を更に具備す
ることを特徴とする請求項1に記載の画像計測装置。
3. A main body of the condensing means, a main body of the optical path control means (102, 102 '), a light receiving intensity detecting element (106, 106') for the distance image measuring means,
An image detecting element (112,
2. The image measuring device according to claim 1, further comprising: a housing (130) for integrally holding the housing (12 ′); and rotating means (118) for rotating the housing.
【請求項4】 前記光路制御手段は、 前記計測光を、前記第1のモードにおいて光路(102
a)上に導き、前記第2のモードにおいて光路外(10
2b)へ導く導光手段(102,102’,115)を
具備することを特徴とする請求項1に記載の画像計測装
置。
4. The optical path control means transmits the measurement light to an optical path (102) in the first mode.
a) leading up and out of the optical path (10
2. The image measuring device according to claim 1, further comprising light guiding means (102, 102 ′, 115) for guiding to 2b). 3.
【請求項5】 前記光路制御手段は、 前記計測光の発光源(110)と前記集光手段の間の光
路(121,123)上の中間位置に配置された反射鏡
(102,102’)と、 前記反射鏡を、計測光を制御するときに前記光路(12
1)上に位置決め(102a)し、或いは計測光を制御
しないときには光路上外へと移動させる移動手段(11
5)とを具備することを特徴とする請求項1に記載の画
像計測装置。
5. A reflecting mirror (102, 102 ′) arranged at an intermediate position on an optical path (121, 123) between the light source (110) of the measurement light and the light condensing means. And controlling the reflection mirror to control the measurement light by using the optical path (12).
1) The moving means (11) for positioning (102a) above or moving out of the optical path when the measurement light is not controlled.
5. The image measuring device according to claim 1, comprising:
【請求項6】 前記集光手段は、水平面に対して略45
度の角度で配置された平面鏡(102,102’)を有
することを特徴とする請求項1に記載の画像計測装置。
6. The light condensing means is provided at a position substantially 45 degrees from a horizontal plane.
2. The image measuring device according to claim 1, comprising a plane mirror (102, 102 ') arranged at an angle of degrees.
【請求項7】 前記距離画像計測手段は、計測光として
レーザ光を発生するレーザ(110)を有することを特
徴とする請求項1に記載の画像計測装置。
7. The image measuring apparatus according to claim 1, wherein said range image measuring means has a laser (110) for generating a laser beam as measuring light.
【請求項8】 前記レーザから照射されたレーザ光と、
周囲環境で反射して戻ってきたレーザ光のいずれか一方
を透過させ他方を反射させるビームスプリッタ(10
8)が、前記レーザと前記距離画像計測手段のための受
光強度検出素子(106)と前記集光手段(101)の
途中に配置されていることを特徴とする請求項7に記載
の画像計測装置。
8. A laser beam emitted from the laser,
A beam splitter (10) that transmits one of the laser beams reflected back in the surrounding environment and reflects the other.
8. The image measurement according to claim 7, wherein the light-receiving intensity detecting element for the laser and the distance image measuring means and the light-receiving intensity detecting element for the distance image measuring means are arranged in the middle of the light condensing means. apparatus.
【請求項9】 前記ビームスプリッタは中央に穴(10
8h)のあいた反射鏡を有することを特徴とする請求項
8に記載のの画像計測装置。
9. The beam splitter has a hole (10) in the center.
The image measuring device according to claim 8, further comprising a reflecting mirror defined in 8h).
【請求項10】 更に、前記集光手段と、前記距離画像
計測手段の受光強度検出素子と前記濃淡画像計測手段の
画像検出素子との中間におかれ回動反射鏡(104)を
有し、 この回動反射鏡は、計測光と画像光の少なくとも一方を
垂直方向に走査するために回動することを特徴とする請
求項1に記載の画像計測装置。
And a rotating reflector (104) intermediate the light-collecting means, the light-receiving intensity detecting element of the distance image measuring means, and the image detecting element of the grayscale image measuring means, 2. The image measuring apparatus according to claim 1, wherein the rotary reflecting mirror rotates to scan at least one of the measurement light and the image light in a vertical direction.
【請求項11】 前記回転手段(118)は、前記筺体
を1回転した後に逆回転させることを特徴とする請求項
3に記載の画像計測装置。
11. The image measuring apparatus according to claim 3, wherein the rotation unit (118) rotates the housing once and then reversely rotates the housing.
【請求項12】 前記光路制御手段(102)は、 前記回動反射鏡(104)と前記集光手段(101)の
中間に配置されており、 前記第1のモードにおいては、発光された計測光を光路
(121)上に導くことにより、計測光を周囲環境に放
射させ、 前記第2のモードにおいては、発光された計測光を光路
(121)外に導くことにより、計測光が周囲環境に放
射されることを阻止すると共に、前記集光手段(10
1)により集光された環境光を前記濃淡画像計測手段の
画像検出素子(112)に導くことを特徴とする請求項
10に記載の画像計測装置。
12. The light path control means (102) is arranged between the rotary reflecting mirror (104) and the light condensing means (101), and in the first mode, the emitted light is measured. The measurement light is emitted to the surrounding environment by guiding the light on the optical path (121). In the second mode, the measurement light is guided to the outside environment by guiding the emitted measurement light to the outside of the optical path (121). And the light condensing means (10).
11. The image measuring apparatus according to claim 10, wherein the environmental light collected by 1) is guided to an image detecting element (112) of the grayscale image measuring means.
【請求項13】 前記光路制御手段(102’)は、 前記回動反射鏡(104’,104”)と前記距離画像
計測手段の距離画像検出素子(106)の中間に配置さ
れ、 前記第1のモードにおいては、発光された計測光を前記
回動反射鏡(104’,104”)に導くと共に、反射
して戻ってきた計測光を前記距離画像検出素子に導き、 前記第2のモードにおいては、発光された計測光を光路
外に導くことにより、計測光が前記回動反射鏡(10
4’,104”)に導かれることを阻止すると共に、前
記回動反射鏡により反射された環境光を前記濃淡画像計
測手段の画像検出素子(112’)に導くことを特徴と
する請求項10に記載の画像計測装置。
13. The optical path control means (102 ') is arranged between the rotary reflecting mirrors (104', 104 ") and the distance image detecting element (106) of the distance image measuring means, and In the second mode, the emitted measurement light is guided to the rotating reflecting mirrors (104 ', 104 "), and the reflected measurement light is guided to the distance image detecting element. Guides the emitted measurement light out of the optical path so that the measurement light is
4 ', 104 "), and guides the environment light reflected by the rotary reflecting mirror to the image detecting element (112') of the grayscale image measuring means. An image measuring device according to claim 1.
【請求項14】 前記集光手段は、前記計測光及び環境
光を反射させて走査する回動反射鏡(104”)を有す
ることを特徴とする請求項10に記載の画像計測装置。
14. The image measuring apparatus according to claim 10, wherein the light condensing means includes a rotary reflecting mirror (104 ″) that scans while reflecting the measurement light and the environment light.
【請求項15】 前記画像検出素子(112)は、濃淡
画像の垂直方向画素数に等しい垂直方向画素数を有する
ことを特徴とする請求項3に記載の画像計測装置。
15. The image measuring apparatus according to claim 3, wherein the image detecting element has a vertical pixel number equal to the vertical pixel number of the grayscale image.
【請求項16】 前記受光強度検出素子(106)の垂
直方向画素数は1画素であることを特徴とする請求項1
0に記載の画像計測装置。
16. The light receiving intensity detecting element (106) has one pixel in the vertical direction.
The image measurement device according to 0.
【請求項17】 前記画像検出素子(112)は、濃淡
画像の垂直方向画素数に等しい垂直方向画素数と、2以
上の水平方向画素数を有することを特徴とする請求項3
に記載の画像計測装置。
17. The image detection device according to claim 3, wherein the number of vertical pixels is equal to the number of vertical pixels of the grayscale image, and the number of horizontal pixels is two or more.
An image measuring device according to claim 1.
【請求項18】 前記画像検出素子(112’)は、垂
直方向に1画素の大きさを有することを特徴とする請求
項12または13に記載の画像計測装置。
18. The image measuring apparatus according to claim 12, wherein the image detecting element has a size of one pixel in a vertical direction.
【請求項19】 距離画像と濃淡画像とを一括して計
測するために、計測光を発光し、その計測光の外界での
反射光を受光して距離画像を計測する距離画像計測手段
と、外界からの環境光を受光して濃淡画像を形成する濃
淡画像計測手段とを含む本体と、この本体を垂直軸周り
に回転させる回転手段とを有する画像計測装置を制御す
る制御装置であって、 前記本体を一方向に回転させながら前記距離画像計測手
段と濃淡画像計測手段のいずれか一方を動作させた後
に、前記本体を逆回転させながら他方の手段を動作させ
ることを特徴とする制御装置。
19. A distance image measurement unit that emits measurement light, receives reflected light of the measurement light in the outside world, and measures the distance image in order to collectively measure the distance image and the grayscale image; A control device for controlling an image measurement device including a main body including a grayscale image measurement unit configured to receive ambient light from the outside to form a grayscale image and forming a grayscale image, and a rotation unit configured to rotate the main body around a vertical axis, A control device characterized by operating one of the distance image measuring means and the grayscale image measuring means while rotating the main body in one direction, and then operating the other means while rotating the main body reversely.
【請求項20】 前記距離画像計測手段は、計測光を垂
直方向に走査する走査手段(104,104’,10
4”)を具備し、 前記回転手段は、前記距離画像計測手段を動作させなが
ら本体を回転させるときの回転速度を、前記濃淡画像計
測手段を動作させながら本体を回転させるときの回転速
度よりも低く設定することを特徴とする請求項19に記
載の制御装置。
20. The distance image measuring means scans the measuring light in a vertical direction.
4 "), wherein the rotating means is configured to rotate the main body while operating the distance image measuring means at a rotational speed higher than the rotational speed when rotating the main body while operating the density image measuring means. 20. The control device according to claim 19, wherein the control device is set low.
【請求項21】 前記回転手段は本体を回転させるため
のステッピングモータを有することを特徴とする請求項
19に記載の制御装置。
21. The control device according to claim 19, wherein said rotating means has a stepping motor for rotating a main body.
【請求項22】 前記回転手段は本体を回転させるため
のDCモータを有することを特徴とする請求項19に記
載の制御装置。
22. The control device according to claim 19, wherein said rotating means has a DC motor for rotating a main body.
【請求項23】 計測光と環境光とを垂直方向に走査す
る走査手段(104”)をさらに具備し、 前記回転手段は、前記距離画像計測手段を動作させなが
ら本体を回転させるときの回転速度を、前記濃淡画像計
測手段を動作させながら本体を回転させるときの回転速
度と同じに設定することを特徴とする請求項19に記載
の制御装置。
23. A scanning unit (104 ″) for scanning the measuring light and the ambient light in a vertical direction, wherein the rotating unit rotates the main body while operating the distance image measuring unit. 20. The control device according to claim 19, wherein the rotation speed is set to be equal to a rotation speed when rotating the main body while operating the grayscale image measurement unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018066571A (en) * 2016-10-17 2018-04-26 株式会社トプコン Laser scanner
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WO2022107510A1 (en) * 2020-11-19 2022-05-27 株式会社デンソー Optical distance measuring device
CN115876087A (en) * 2023-02-23 2023-03-31 深圳市海塞姆科技有限公司 Monocular three-dimensional vision measuring device

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