JPS63260390A - コヒーレント光検出法を用いた３次元ビジョンシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １旦五１１ 本発明はコヒーレント光検出を利用した三次元ビジョン
システムに係る。より詳細には、本発明は毎秒１０フレ
ームに近い速度でターゲットに関する２５６ｘ２５６　
ｘ２５６ボリユームの情報を提供し得る実時間、高分解
能の光学走査ビジコンシステムに係る。

周知のビジョンシステムの多くはターゲットに関する情
報を提供することができる。例えばテレビカメラはター
ゲットに関する中程度の分解能の二次元画像を実時間で
提供することができる。同じくホワイト（１ｔ１造的光
）スキャナは高分解能の像を提供し得るが、実時間では
ない。周知のビジョンシステムは全て基本的に言って分
解能と走査時間を平衡させることは不可能なものである
。高分解能の像を提供するシステムは実時間の走査を行
なうことができず、また逆に実時間システムは中から低
程度の分解能の像しか提供できない（二次元像が普通）
。従って、高分解能かつ実時間の三次元銀像システムに
対する要求は現在のところ満たされていない。

最近の光学技術の進歩により、コヒーレント（ヘテロダ
イン）光検出技術の利用が可能になった。。コヒーレン
ト技術により、ターゲットの各画素または声素に関して
検出できる情報量が１０００倍に増えた。１ｉｎｋ並び
にＨｅｎｒｙの論文、［コヒーレント光検出；１回路に
１０００回の呼出しＪ、ＩＥＥＥ　　ＳＰＥＣＴＲＵＭ
、１９８７年２月、５２〜５７真に光学的ヘテロダイン
受信の現況に関する記載がある。

コヒーレント光検出法の進歩は非常に重要である。ター
ゲットから反射した光線の情報搬送容量は他のシステム
より桁違いに大きい。つまり、光学的ヘテロダイン検出
法を利用することによって、量子雑音レベルの光放射検
出を行なうことができる。このため、コヒーレント光学
系は、周知先行技術の遠隔測定システムおよびビジョン
システムに比較して広範囲、高精度で信頼性の高いシス
テムである。例えば精度を一定とするとコヒーレント光
学系の走査速度は約１０００倍になる。従って、ターゲ
ットの特定の個所の特徴に関する十分な情報を得るため
に光線をその個所に長時間に亘ってとどめておく必要が
なくなる。また、走査速度を一定とした場合は、コヒー
レント光学系のＭ度は１０００倍程度高くなる。さらに
測定を行なう毎に一意的で明確な読取りが得られる。レ
ーダ処理技術を用いると粗面の走査も容易に行なうこと
ができる。また、コヒーレント光学系は走査範囲を広く
することができ、視野の作用深さを大きくすることがで
きる他、周囲光条件で動作することができる。

簡単に言うと、光学的ヘテロダイン検出法では光源光線
をターゲットに当て、ターゲットからこれを反射させる
。この反射光線を光検出器において局部発振器光線と混
合して光干渉パターンを提供する。この光干渉パターン
を処理して、ターゲットに関する詳細な情報を提供する
ことができる。

光学的ヘテロダイン技術は、光源光線と反射光線の相反
性を利用したものである。例えば、これらの光線は波長
が実質的に同じであり、同じ光軸上を進む。これによっ
て信号対ノイズ比および感度が向上する。信号対ノイズ
比が十分に高いため、周知の光学系と異なり使用する受
信用アパーチャは小型でよい。受信装置のアパーチャを
小型化してもターゲットに関して詳細な情報を提供し得
るため、ビジョンシステムの走査用光学装置を非常に小
型化できる。またそれに伴なって走査速度を高くするこ
ともできる。例えば１７２インチのアパーチャを用いた
コヒーレント光学系は、直接式光検出システムで使用さ
れる４インチアパーチャよりはるかに高速で走査できる
。

レーザシステムが計測の他にゲージングにもある程度応
用されることを先行技術が示している。

この中で最もよく知られているのが精密測定の標準とな
った干渉計である。しかし干渉計は距離的変化を測定す
るのみであり、しかも精密に配向した協働反射器を愉え
る必要がある。本発明は通常面、凸凹の多い面を問わず
絶対距離の精密測定を可能にする。先行技術のレーザを
ゲージングに応用したものの中には非干渉性光検出、お
よびレー　′ザ光源と検出システムの三角２１！Ｉｍを
用いて距離の測定を行なうものもある。このようなシス
テムは精度および融通性に限度がある。

ＡＪ　Ｇａ　Ａｓレーザダイオードと光ＩＩｉ維部品に
関する主要技術が、遠隔通信分野において目ざましい発
展を遂げている。このような努力の結果として注入型レ
ーザダイオードの品質が向上したことにより、高精度の
コヒーレント光走査システムに必要とされるコヒーレン
トな長さおよび波長の同調レンジが可能になっている。

注入型レーザダイオードが小型であることと、技術度の
高い集積型光学アセンブリの実現によって従来品に比べ
て精度および信頼度が桁違いに高くしかも低価格である
、小型精密走査センサが新たに開発できるようになった
。

本発明で使用するコヒーレント光検出の基本概念はＦＭ
　　ＣＷレーダ原理に基く。ＦＭ光源が連続放射線を生
成し、これがターゲットに照射される。光源光線から局
部光振器光線が誘導されて、光検出器に照射される。タ
ーゲットからの反射光も光検出器に照射される。この光
検出器は光源から直接来るエネルギーの他ターゲットか
ら反射されるエネルギーも受けるので、間隔Δｆに亘っ
て周波数を罫引するに従って干渉うなりが検出される。

干渉うなりの速度は、周波数間隔の大きさ以外にレンジ
の関数となる。この技術により、ターゲットに関する大
巾の情報を反射光線から誘導することが可能になる。

Ｆ　ａｌｋ　ｅｆ　ａｔ、に付与された米国特許第＝冥
＋、１１１，９１２号にコヒーレント光検出システムの
一例が記載されている。）：ａｌｋ　ｅｔ　ａｌ、の第
４，６１１，９１２号特許はターゲットまでの距離およ
びターゲット速度を光学的に測定す、る方法と装置につ
いて記載している。Ｆａｌｋ　ｅｔ　ａｔ、特許では、
レーザダイオードが直線偏光、振幅変調された（周波数
変調された副搬送波による）光源光線を提供する。光源
光線が偏光依存型ビームスプリッタに照射され、ビーム
スプリッタがこれをターゲットに向がって反射する。ビ
ームスプリッタとターゲットとの間に四分の一波長すタ
ーディジョン板が配設されており、これが直線偏光光源
光線を右回りに円偏光した光放射輻変換する。四分の一
波長板とターゲットとの間には局部発振器反射板が設け
られており、光源光線のほぼ１％をビームスプリンタに
反射して帰還させると共に、光源光線のほぼ９９％をタ
ーゲットに向かって通過させる。ターゲットがらの反射
光と局部発振器光線とが、これによって右回りの円偏光
放射から左回りの円偏光放射に変換される。その後これ
らのビームが四分の一波長板を再び通過し、それによっ
て直線偏光光線に変換される。これら直線偏光光線が一
光ビームスプリツタを通過し、集光光学レンズによりＰ
ＩＮダイオード上に集光される。従って局部発振器光線
と帰還光線がどちらも同一方向に直線偏光され、同じ光
軸に沿って照射されることになる。こうしてＰＩＮダイ
オードが、局部発振器光線とターゲットからの反射光線
とを含む光学的に混合された信号を検出する。

しかし、Ｆａｌｋ　ｅｔ　ａｌ、の４，６１１，９１２
号特許のシステムは、光学部品間で緻密な整合を行なわ
ねばならないと言う欠点がある。即ち使用可能な信号を
獲得できるようにするには、レーザダイオード、ビーム
スプリッタ、四分の一波長板、局部発振器反射板、ＰＩ
Ｎダイオードを綿密に調整する必要がある。そしてこの
ような精密調整を行なうことで温度変化や機械的衝撃に
よるシステムの劣化が早まる結果となる。ざらにＦａｌ
ｋ　ｅｔ　ａｌ、の４．６１１，９１２号特許は、距離
および速度の測定装置を提供するに過ぎない。このよう
なシステムでは走査部品を付は足さなければならず、そ
れによって上述のような光整合感度の問題がさらに深刻
化するため、走査ビジミンシステムに適合させるのは難
かしいと思われる。

Ｆａｌｋ　ｅｔ　ａｌ、の米国特許第４，５９４，００
０号も、ターゲットまでの距離とターゲットの速度を光
学的に測定するシステムを開示する。このシステムはＦ
ａｌｋ　ｅｔ　ａｌ、の４，６１１，９１２号特許にや
や類似しているが、基準アームを用いて距離と速度の測
定をより精密に行なえるようにしたのである。即ち偏光
依存型ビームスプリッタと四分の一波長板と局部発振器
反射鏡とを含む基準アームに、ＦＭ光源光線を当てる偶
成となっている。この場合も局部発振器反射鏡が局部発
振器光線を反射して、ビームスプリッタを介してＰＩＮ
ダイオードに帰還さ　・せる。基準光源光線は局部発振
器反射鏡を通過して、長さが既知であり先端部に反射素
子を備える光Ｓ維に入ることができる。前記反射素子に
反射された基準光源光線は光繊維コイルを通って戻り、
ＰＩＮダイオードにおいて局部発振器光線と混合される
。ターゲットと基準アームからの両出力信号の周波数に
代表的な数値を判定するための手段が設けられている。

次にプロセッサを使用して、光源と基準光学ヘテロダイ
ンシステムの両方から誘導した代表的周波数値から、タ
ーゲット距離およびターゲット速度を算出する。このシ
スムは速度および距離の測定では非常に高い精度を達成
できるが、ｌ”ａｌｋ　ｅｔ　ａｔ、の第４，６１１，
９１２号特許と同じく光学系整合ｒｓ度の問題がある。

従って、実用的な三次元走査ビジョンシステムを実現す
るためには、光学系整合感度の非常に低い光検出システ
ムが必要である。

１豆立亘１ 本発明は上述のような先行技術の問題点を克服した実時
間式高解像三次元走査ビジョンシステムを提供する。明
確には、本発明は周波数変調光源および基準アームを必
要としない光学ヘテロダイン検出システムと、光学アラ
インメント感度を低下させる（ビールオフ）技術を併用
した局部発振ムは、光源光線を提供する光源を含んで成
る。ビームスプリッタが光源光線を受光して、それをタ
ーゲットに向かう信号光線と光検出器に向かう局部発振
器光線とに分割する。次に四分の一波長すターディジョ
ン板が信号光線の偏光状態を変換する。ターゲットから
反射された信号光線は偏光状態が逆になり、！！１ｌ１
３！！光線として帰還する。帰還光線が四分の一波長板
を通過する時に、その偏光状態が再び変換される。帰還
光線はその後ビームスプリッタにおいて反射されて第２
の四分の一波長すターディジョン板に向かい、そこで再
びその偏光状態が変換される。この光線が次に再帰反射
器に照射され、再帰反射器が光線の偏光状態を再び反転
した後筒２の四分の一波長すターディジョン板に再び帰
還する。最終的に第２の四分の一波長すターディジ」ン
板が帰還光線を局部発振器光線と同じ偏光状態に変換し
、かつ帰還光線を局部発振器光線と同じ光軸に沿って光
検出器に向かって出射する。

従って光検出器はどちらも同じ偏光状態を有する局部発
振器光線と帰還光線とを混合した光信号を受信する。光
検出器から出された出力信号がプロセッサに与えられ、
プロセッサが帰還光線の中に含まれる情報を引き出す。

走査手段はターゲット全体に信号光線を走査できるよう
に第１の四分の一波長すターディジョン板より下流側に
配設される。また、走査手段はターゲット全体の伽を引
き出せるようにプロセッサによって制御される。

光源手段は周波数変調した光源光線を提供するものが好
適である。また光検出器は、既知の７バランシエ光検出
器より優れた検出を行なえるＰＩＮダイオードとするの
が好適である。

再帰反射器を用いることによって帰還光線と局部発振器
光線とを確実に共直線的にできるため、細かい光学系ア
ラインメントは不要となる。また再帰反射器を用いるこ
とによって偏光プリズムの入射角の調整が可能となるた
め、プリズムを回転させるだけで信号光線と局部発振器
光線との間の分割比を選択することが可能となる。しか
し反射は全て同一のビームスプリッタ界面で行なわれる
ため、これによって混合効率に影響が出ることはない。

特に有効な具体例においては、レーザダイオードと、Ｐ
ＩＮ検出器とビームスプリッタと、四分の一波長板と再
帰反射器との全てが小型ハウジングの中に一体的に装着
される。このように一体向に装着することによって、温
度変化や機械的衝撃等による光学的劣化が防止される。

またこのような小型アセンブリが、製造や保守および設
計の面で有利であることは明白である。

従って、本発明はロボット用視覚装置、材料管理、品質
ｆ！理検査、身体保護システム、軍用および宇宙用ロボ
ット等の広範囲の用途において有効に使用できる実時間
式高解像三次元ピジミンシステムを提供する。

次に本発明の現時点で好適とされる具体例について詳細
に説明するが、添附図面と合わせて参照することにより
、本発明の特徴がより理解し易くなるであろう。

紅ｊ」Ｌ木旦 本発明は高速走査式の三次元光学ビジョンシステムに係
る。２５６Ｘ　２５６の画素から成るフィールドおよび
２５６のレンジビンを毎秒はぼ１０フレームのフレーム
速度で写像することができる。レーザダイオードおよび
光検出器の技術改良により、本発明を用いると毎秒６０
フレームのフレーム速度を達成することも可能である。

注入型レーザダイオードを用いたコヒーレント光検出は
高精度の（はぼ０．０００１インチ）レンジ測定を行な
うことができるが、極めて高い精度を達成するためには
各画素のｎ留時間が長くなるため、フレーム速度を高く
することはできない。レンジ分解能を緩めると直ちにフ
レーム毎に必要な写像時間の短縮につながる。このよう
な構成は有効な三次元ビジョンシステムを提供はするが
、その動的要件はより早いフレーム速度を要求する。２
５６個のレンジセルを有する連続データストリームの場
合は、毎秒６０フレームのデータ速度は毎秒３２メガビ
ツトに当たる。従って各フレームの記憶には６６キロバ
イト必要である。このようなシステムの場合、写像した
いターゲット領域の大きさがはぼ１ｍ×１ｍで深さが１
ｍとすると、毎秒３９０万画素の画素速度を達成できる
。このようなシステムでは、画素の大きさはほぼ４ａＸ
４Ｍとなりレンジ解像力は４ａである。

第１図を参照しながら本発明の基本構成部品について説
明する。三次元ターゲットを曲面ＸとＹで示している。

好適具体例では、曲面Ｙの寸法がほぼ１　ｍｘ　１７Ｆ
Ｌである。システムのレンジ解像力ΔＲも１ｍであるた
め、容積１ＴＩｔのところからターゲット情報を引き出
せることになる。

スキャナ光学素子２がターゲットの体積全体を光源光ｓ
４で走査する。光源光線は、１回に１画素ずつ（より適
切に言うと１声素ずつ）ターゲット体積を走査する。ス
キャナ光学素子２はスキャナ制御用電子部品６によって
制御されており、方位角φおよび仰角θの変化を利用し
て光源光ａ４でターゲット体積全体を走査する。この分
野における技術を有する者であれば、本発明の範囲の中
で多くの走査技術を利用できることを認識できるであろ
う。例えば蛇行式走査パターンやラスター走査パターン
も使用可能である。走査の制御に関する詳細説明は後に
行なう。

レーザヘッド８が、スキャナ光学素子２に光源光線を照
射する。レーザヘッド８は、光源光線を変調する働きを
するレーザ駆ｖＪ装置１０によって駆動される。好適具
体例では、レーザ駆ａ８置１０が光源光線に周波数変調
を与える。

温度制御器１２がレーザヘッド８を安定化する働きをし
、安定した光源光線が提供されるようにする。

ターゲットから反射した帰還光線は、レーザヘッド８を
通って受信機回路装置１４に帰還する。受信機回路装ｅ
１１４には、受信１１ＥｃＬ回路１６と受信ｔｆｉＲＦ
回路１８を含まぜることができる。このような回路装置
の構造と機能については関係分野で周知であるため、こ
こでは詳しい説明を省略し、ＥＣＬ回路とＲＦ回路を併
用することによって、小型でしかも効率のよい受信信号
処理用副システムが青られると言うにとどめる。

制御システムマイクロプロセッサ２０は、システムの制
御と共に利用者インタフェース副システム２２に使用可
能な信号を出力する働きをする。従ってマイクロプロセ
ッサ２０は、スキャナ制ｗｆｉ子部品６を介して光源光
線の走査を制御する。制御システムマイクロプロセッサ
２０はまたレーザ駆動装＠１０も制御して、光源光線に
適切な変調を行なう。

また該マイクロプロセッサは、受信機回路１４を制御す
ると共に該回路からの出力信号を受信する働きもする。

最後に、制御システムマイクロプロセッサ２０は、ＭＷ
ｆｌ記１！装置２４を含む利用者インタフェース２２に
使用可能信号を出力する。当業者には、この利用者イン
タフェース副システム２２の中に色々な利用者装置を内
蔵できることが理解されよう。

例えば、表示ゼネレータ２６からモニタ２８へイメージ
データを与えるようにすることができる。同様に、コン
ピュータインタフェース３０を緩衝記憶装＠２４に結合
して、ＮＧ（数値制御）ロボットの制御装置のような別
の処理システムに使用可能信号を提供するようにもでき
る。

第２Ａおよび２Ｂ図は好適具体例のより詳細なブロック
図である。第２Ａ図において、光学ヘッド制６１１装＠
３２の中に温度制御器１２とセンサ光学素子３４が含ま
れる。センサ光学素子３４は第１図のレーザヘッド８を
、含む。温度制御器１２は、センサ光学素子３４の安定
動作を維持するために使用される。

第２Ａ図はまた、センサ光学素子３４を駆動する送信機
部３６を示す。送信機部３６は、ディジタル・アナログ
変換器３８から受信するレーザ駆動器１０を含み、ディ
ジタル・アナログ変換器３８はタイミングゼネレータ４
０により駆動される。タイミングゼネレータ４０の制御
は、制御マイクロプロセッサ２０（第２Ｂ図に示す）に
よって行なう。ディジタル・アナログ変換器３８も波形
記憶装置４２から送信されており、該装置４２は、デー
タインタフェース４４を介してマイクロプロセッサ２０
によって制御される。

このシステムの画素速度はレーザ駆動器１０によって決
定される。レーザ光源のＦ　Ｍ　ｎ明石にレーザ駆動器
１０が水平カウンタ（不図示）にパルスを送出すると共
に、水平カウンタは俸引が終了する毎に垂直カウンタ（
不図示）にパルスを送出する。

このようなカウンタを用いて水平ファセットホイール４
６および垂直検流計スキャナ４８（第２Ｂ図参照）を制
御して、記憶装置のアドレスレジスタのアドレス設定を
行なうことができる。

第２Ｂ図を参照すると、スキャナ光学素子２に光源光線
が照射される。スキャナ光学素子２は水平走査を制御す
るファセットホイール４６と垂直走査を制御する検流計
スキャナ４８を含むことができる。但し、当業者には理
解されるように、この他にも様々な機械的、電子走査装
置を用いて光源光線にターゲットの走査をさせることが
できる。例゛えば、本発明は単モードレーザを包含する
ものであるため、ホログラフィックスキャナを用いるこ
ともできる。概略的には、本発明の走査方法は次のよう
に説明できる。

１画素を直径ｄ、面１ｆ４ｄ２、厚さδＲの照明スポッ
トと定義できる。ここでδＲはレンジ解像力として定義
される。フレームは全体的寸法がＸ１Ｙで厚さがΔＲ（
レンジの厚さ）の任意の表面と定義できる。従ってフレ
ーム中の画素数は（ＸＹ）／ｄ２となる。レンジ精度は
、ｒｌを画素１つあたりのカウント数とすると、 δＲ＝Ｃ／（４Δｆ）＝Ｒ／２ｎ と定ｉできる。従って時間のレンジは、ｈ＝係数速度と
すると、次のように算出できる。

ｒ　　＝ｎ／＾＝Ｒ／２δＲＩ！１ 「 画素時間は、τ、＝ステップ時間とすると次のように算
出できる。

τ　＝τ　＝τ　＝　（Ｒ／２δＲｎ）＋τ。

ｐ　　　　ｒ　　　　Ｓ 従ってフレーム時間Ｔは次のように算出できる。

Ｔ＝　（ＸＹ／ｄ２）Ｘ（（Ｒ／２５Ｒｈ）＋τ）以上
の概数から想定される光学ヘテロダインフリンジの計数
速度＾または信号周波数ｆ　はほぼ３００　ＭＨｚであ
る。ここに提案した信号周波数の測定方法は、出力帯域
を画素の帯域と適合させた周波数弁別回路を使用したも
のである。各画素位置およびレンジを符号化することが
できる。２５６個のレンジセルを有する連続データスト
リームの場合、毎秒４フレームのデータ速度は毎秒２メ
ガビツトに当る。従って各フレームの記憶に必要なのは
６６キロバイトである。

現時点では、本発明は画像化したいターゲットに応じて
低速走査または高速走査技術を使用できると考えられる
。低速走査並びに高速走査システム用の走査光学素子に
対する要件はそれぞれ異なる。低速走査の要件はＸ−Ｙ
検流計で満足できるが、高速走査の要件はスピン７１セ
ットホ台ルまたは共振発信器の何れかを必要とする。鏡
と検流計は機械的慣性を有するため、ビームを１つの画
素から別の画素へ移動させるのにステップ時間が必要で
ある。ビームが常に一度にビーム１本分しかステップし
ないような走査方法を選択することで、ステップ時間を
最小化できる。このような走査システムは、水平および
垂直走査からのフライバックステップを無くして蛇行形
走査とすることにより実現可能となる。蛇行形走査うス
クは、テレビジョン表示装置と直ちには両立し得るもの
ではない。画素時間を４マイクロセカンド、走査フィー
ルドを２５６ｘ２５６　＝６５，３５６画素とすると、
低速走査の画素速度は２６２，１４４になると推定され
る。

従ってフレーム（フィールド）速度は毎秒４フレームで
ある。ところが像を緩衝記憶装置に記憶させる時、水平
走査線が１本毎に逆シーケンスになるように記憶させる
。ために１つの完全な走査シーケンスは、２つのフレー
ムから構成される。第１フレームは右上から左下へ蛇行
走査されるのに対し、第２フレームはこのパターンを逆
になぞって行く。画像の記憶には周知の記憶技術が、用
いられる。上述の走査方法は従来のテレビジョン形式の
ラスターで走査したかに見えるコンピュータイメージを
生成する効果がある。従って市販のビデオ表示ゼネレー
タを用いて、ビデオモニタ上に表示されるＲ８−１７０
とコンパチブルなビデオを生成することができる。

（以下余白） 蛇行形走査を行なうのに必要な回路装置は容易に構成す
ることができる。８ビツト計数器によって、各水平走査
線内にある画素を計数することができる。同様に第２の
８ビツト計数器が、偶数および奇数フレームのトラック
をたどる。ＸおよびＹ位置計数器の出力が１組のＸＯＲ
ゲート（不図示）に送られ、該ゲートが位置指数を補数
化する。

Ｙアドレス計数器の最下位ビットを用いて、奇数走査の
Ｘアドレスの反転を制御する。これと同様にフレーム計
数器を用いて、奇数番号のフレームのＹアドレスを反転
する。こうして得たＸ−Ｙ走査シーケンスを、スキャナ
の位置制御と対応画素の記憶アドレスの制御に使用する
。

代替的走査パターンとして高速走査パターンがあるが、
このパターンはビジョンシステムの速度を毎秒はぼ６０
フレームまで向上できる。従って１つの走査システムが
、著しい変更なしに低速走査にも高速走査にも可能であ
ると考えてよい。高速走査の場合、水平走査パターンが
レーザ駆動回路装置からの画素タイミング信号と同期化
したファセットホイールまたはホログラフィックホイー
ルによって生成できる。モジュロ２５６クロツクが、ス
ピン式ファセットホイールスキャナの走査同期化入力に
送られる。スキャナは、実質上瞬間的（１画素時間以下
）のフライバック時間で均等な左から右への走査パター
ンを生み出す。個々の走査線の中で計数する８ビツト計
数器も、制御プロセッサに伝達される１６ビツト画素ア
ドレスの最下位部分として使用される。水平画素計数器
の桁上げ出力を用いて、垂直走査計数器を解除すること
ができ、る。８ビツト計数器が制御プロセッサへの画素
アドレスの最上位部分として使用されると共に、従来形
式の検流計スキャナを駆動して垂直走査を行なわ甘る。

しかし常に左か右への走査を行なう水平走査とは異なり
、垂直スキャナは上から下への走査パターンと下から上
への走査パターンを行なうため、１回に１画素以上増分
して移動する必要はない。

第２Ｂ図に戻ると、スキャナ光学素子２の制御はスキャ
ナ制御装置６によって行なわれることが分かる。スキャ
ナ制御装置６はファセットホイール４６を駆動する電０
ｆｌｌｌｌｉｌＪＩＤＨ置５０ヲ含ム。７１１１１　ｎ
制御ｌｌ装置５０はタイミングゼネレータ４０を介して
制御マイクロプロセッサ２０によって制御される。検流
計スキャナ４８は、スキャナインタフェース５４の制御
を受ける検流計駆動器５２によって制御される。

スキャナインタフェース５４はマイクロプロセッサ２０
によって制御され、アドレスシーケンサ−５６６よびフ
ァセットホイール４６から受信する。

第２Ｂ図にはまた、所定のビジョンシステムのホストプ
ロセッサに制御マイクロプロセッサ２０を接続するのに
使用されるＩＥＥＥ−４８８イ、ンタフェース５８も示
されている。

第２Ｂ図には表示ゼネレータ２６も示されて訃る。

表示ゼネレータ２６は、やはり制御マイクロプロセッサ
２０の制御を受けるイメージ記憶装＠６０を含み得る。

画像記ｉｉ装＠６０も、同期化ゼネレータ６４で制御さ
れるアドレスシーケンサ−６４から受信する。

１ｉ！ｉｉ像記憶装＠６０の出力はＤＭＡチャネル６６
に送られ、このチャネル６６は８ビツトのディジタルデ
ータ出力を提供することができ、および／またはディジ
タル・アナログ変換器６８に送信することができる。該
変換器６８はＲ８−１７０アナログビデオ出力を提供す
る。

光源光線はターゲットから反射された後、検出処理用の
センサ光学素子３４に戻る。再び第２Ａ図を参照すると
、センサ光学素子３４からの電気出力がＲＦＣ無線周波
数）部７０に送られる。より明確には、電気信号が増幅
器７２に送られ、次にＲＦ増幅器７４に送られる。その
後増幅信号がミキサ７６に送られ、ミキサはこれを局部
発振器７８からの局部発振器信号と混合する。次に混合
信号が中間周波数（ＩＦ）増幅器８０に送られて増幅さ
れる。ＩＦ信号はその後振幅制限器８２と弁別器８４に
周知の方法で進む。次に弁別器８４の出力がベースバン
ド回路ＶＲＷ１８６に供給される。より明確には、弁別
器８４の出力がビデオ増幅器８８に送られ、該増幅器８
８が信号を増幅し、整合フィルタ９０に供給する。整合
フィルタ９０も送信機部３６にタイミングゼネレータ４
０によって制御される。整合フィルタ９０の出力がサン
プルホールドＡ／Ｄ変換器９２に供給される。

次にディジタル化信号が、ＤＭＡ　（ダイレクトメモリ
アクセス）チャネル９４を介して画像記憶装置６０（第
２Ｂ図参照）に供給される。このようにして、画像記憶
装＠６０が、ターゲット上で走査された各画素に関する
情報を受信する。従って第２Ａ図と第２Ｂ図は、本発明
による三次元走査システムの一例を示したものである。

次に第３図を参照してセンサ光学素子３４についてより
詳細に説明する。センサ光学素子３４は、センサヘッド
の７ラインメント感度が大幅に小さくなるように局部発
振器光線を提供する独特の方法を組入れたものである。

コヒーレント光学ビジョンシステムが機能するためには
、帰還光線と局部発振器光線を混合する必要がある。混
合効率は２つのビームの曲率半径がどの程度密に整合さ
れているか、偏光のアラインメントがどの程度よく行な
われているかにより決定される。先行技術のシステムで
は、信号光線の焦点中心を変えるために臨界的な光学調
整を少なくとも２回個別に行なう必要があった。これは
ズーム焦点システムをほぼ不可能にした。調整の臨界的
性質はシステムを不安定にし、アラインメントを保つこ
とが非常に困難であった。本発明は独自の局部発振器ビ
ールオフ装置を含んでおり、この装置は微妙な光学調整
を必要とせず、焦点を変える際にも再調整の必要はない
。本発明のシステムは光学アラインメントに関しても極
めて安定している。

本発明の一興体例によると、注入型レーザダイオード１
００が単モードの直線偏光光源光線を提供する。例えば
、光源光線は第３図に示したように水平に偏光すること
ができる。まず光源光線をコリメータレンズ１０２によ
って平行にする。平行化、水平偏光光源光線は次に偏光
ビームスプリッタ１０４を通過する。偏光プリズム立方
体の構成に使用されているｍｒｇｔ誘電体被膜が本来不
完全であるために、偏光ビームスプリッタ１０４におい
て局部発振器光線が生成される。

レーザ偏光状態の光の部分が、ビームスプリッタを通過
するよりもむしろ反射される。

こうして水平偏光された局部発振器光線が偏光ビームス
プリッタ１０４において偏向されて、収束レンズ手段１
０８を介して光検出器１０６に向かう。

信号光ビームは偏光ビームスプリッタ１０４を通過して
四分の一波長板１１０に向かう。四分の一波長板が、水
平偏光光源光線を例えば右回りの円偏光光ビームに変換
する。その後円偏光光源光線は収束光学素子１１４によ
ってターゲット１１２上に焦点合わせされる。ターゲッ
ト１１２が拡散面でもよいことに注目されたい。また、
収束光学素子１１４をレンズ１つとしても、あるいは組
レンズ（望遠鏡等）としてもよいことにも注目されたい
。円偏光光ビームはターゲットから反射されると、その
円囲転方向が反転する。従って、収束光学素子１１４に
捕えられたターゲットによる反射光は光源光線と反対の
方向、例えば左回りに円偏光される。収束光学素子１１
４が帰還光線を平行にする働きもすることに注目された
い。

平行にされた帰還光線は再び四分の一波長板１１０を通
過し、そこで光源光線に対して垂直な直線偏光状態、例
えば垂直偏光に戻される。この光の大半はこの後偏光ビ
ームスプリッタ１０４によって反射され、四分の一波長
板１１６に向かう。

四分の一波長板１１６が直線帰還偏光を円偏光光線に、
例えば垂直偏光状態から左回りの円偏光光線に変換する
。

円偏光された光線は、次に例えば再帰反射プリズム１１
８から成る再帰反射器によって反射される。

再帰反射プリズム１１８の軸を局部発振器光線の光軸と
一致させることにより、帰還信号と局部発振器光線共直
線的になるため、綿密な光学アライン射光線と逆方向、
例えば右回りに円偏光される。

この帰還光線が再び四分の一波長板１１６を通過し、こ
こで局部発振器光線と同じ直線偏光状態、例えば水平偏
光に変換される。次にこの光線が偏光ビームスプリッタ
１０４を通過して、そこで混合が生じる。プリズムのイ
ンタフェースが２つのビームの混合地点であり、どちら
の光線もこの地点で平行にされしかも同じ偏光状態にあ
るため、完全な混合が保証される。光線の混合によって
色々な光学干渉パターンが生み出されるが、光検出器１
０６はこれを使用してターゲットに関する詳細な情報を
引き出す。即ち混合光線が光検出器１０６上に結像され
て、光検出器によって光学干渉パターンから電気信号に
変換される。この電気信号はホストプロセッサが理解し
得るレンジ数に変換することができる。

第３図に示した装置を使用するもう１つの利点は、偏光
ビームスプリッタ１０４の損失が入射角によって決まる
ところが大きい点にある。この特長を利用して、偏光ビ
ームスプリッタ１０４を回転させるだけで、光源光線と
局部発振器光線との間の分割比を選択することができる
。全ての反射が同じインタフェースで行なわれるため、
これによって混合効率が影響を受けることはない。四分
の一波長板と再帰反射器と収束光学素子と光検出器とを
ビームスプリッタの回転角度の約２倍回転させて、光学
素子の中心にビームを保持して収差を小さくするように
する。

第３図の光学系で唯一の臨界的調整を行なうのがレーザ
の平行化である。この平行化は比較的容易に高い安定度
をもたせて達成することができる。

その後システムは温度とは無関係に適正なアライメント
を維持する。機械的応力も、このシステムにほとんどｙ
８響を及ぼさない。部品の転置をした場合も大抵は、再
帰反射器が自己整合特性をもつことと、偏光プリズムの
単一インタフェースで混合を行なうこととで補償される
。

第３図の光学整合が簡単であり、その性能へは決定的重
要性がないため、主要部品を一体的に装着して（例えば
光学エポキシ等を用いて）、システムを頑丈かつ小型化
することができる。第４図はこのような頑丈で小型の一
体部品を示す。

第４図は、レーザ１００と、光検出器１０６と、レンズ
１０２．１０８．１１４と、四分の一波長板１１０、ダ
イン検出法と再帰反射器１１８とを使用することにより
、光学アバーチＶ（レンズ１１４の口径）を非常に小さ
くでき、従って非常に小型の装置を構成できる。第４図
の小型アセンブリは、一体形ハウジング　１２０を封止
する前にレンズ１００とレンズ１０２の光学アライメン
トを容易に行なうことができるため、大量生産に完全に
適合する。このように、三次元走査ビジョンシステムの
センサ光学素子部は極めて確実にかつ小型に構成できる
。

当業者なら代替的な具体例が幾つかあることに容易に気
付くであろう。例えば、光検出器１６は光導電体、ＰＮ
光検出器およびアバランシェ光検出器、光増幅器、光学
的共振空胴検出器、パイロ電気検出器その他の周知の光
線検出手段とすることができる。現在のところＰＩＮ検
出器の感度が最高であるのでＰＩＮ検出器を好適とする
。しかし本発明を他の用途に使用する場合は別梯の検出
器を含んでもよい。

また当業者が容易に理解されるように、第３図の具体例
を本発明の教示事項や特許請求の範囲から逸脱なしに変
更できよう。例えば、偏光ビームスプリッタ１０４のイ
ンタフェースを第３図のものからほぼ９０度のところに
置いて、局部発振器光線が再帰反射器１１８に向かうよ
うにできる。この時再帰反射器１１８は局部発振器光線
を反射して、偏光ビームスプリッタ１０４から検出器１
０６へとビームを帰還させる。これに対して信号ビーム
は偏光ビームスプリッタ１０４を通過し、ターゲット１
１２から反射されて偏光ビームスプリッタ１０４に戻り
、今度はそこから検出器１０６に向かって反射される。

上述の代替構成の場合でも、第３図の構成と同じ利点を
達成できることは無論である。

さらに別の選択的具体例を第５図に示す。第５図ではレ
ーザ光源１００がコリメートレンズ１０２を介してビー
ムスプリッタ１０４に向かう偏光光線を提供する。ビー
ムスプリッタにおいて、゛信号光線がターゲット１１２
に向かって反射される一方、局部発振器光線はビームス
プリッタ１０４を通過して検出器１０６に向かう。即し
局部発振器光線はレーザ光源１００から検出器１０６ま
で直接伝播する。

ビームスプリッタ１０４において、信号光線がビームス
プリッタの界面から反射されてターゲット１１２に向か
う。偏光された信号光線が四分の一波長板１１０を通過
して、そこで例えば右回りに円偏光される。円偏光され
た信号光線は、その後レンズ１１４によりターゲット１
１２上に合焦点される。

ターゲット１１２から反射された光は、入射信号光線と
反対の向きに偏光された帰還光線として反射される。例
えば左回りに円偏光された光線がターゲット１１２から
反射されてレンズ１１４を通り、四分の一波長板１１０
に向かう。四分の一波長板１１０において左回りの円偏
光光線が偏光に変換され、ビームスプリッタ１０４に向
かう。偏光された帰還光線はビームスプリッタ１０４を
通過し、四分の一波長板１１６によって円偏光された後
再帰反射器１１８に向かう。再帰反射器１１８が円偏光
の向きを反転し、帰還光線を四分の一波長板１１６に戻
す。

ここで帰還光線は偏光に変換される。次に偏光がビーム
スプリッタ１０４のイタフェースから反射されて検出器
１０６に向かう。この場合も局部発振器光線と帰還光線
の偏光状態が同じになる。

第５図からさらに別の構成を容易に想起できる。

もし偏光ビームスプリッタ１０４のインタフェースを９
０度回転すると、信号光線は最初に再帰反射器１１８に
向かって偏向される。反射後に信号光線がビームスプリ
ッタ１０４を３ｆｆｌ過してターゲット１１２に向かう
。ターゲットから反射された帰還光線は、ビームスプリ
ッタ１０４のインタフェースから反射して検出Ｗ　１０
６に向かう。この場合も四分の一波長板の機能は上述の
場合と同じである。こうして局部発振器光線と帰還光線
の両方が同じ偏光状態で検出器１０６に入射する。

第５図の’ＪＡＭも第４図に示したように小型で頑丈な
ハウジングの中に装着できることは容易に理解されよう
。当業者は容易に想像できることと思うが、このような
代替的構成の全てが再帰反射器の使用している他、色々
な光線の偏光状態を操作するのに必要な特徴を同じくす
る。このような代替的構成も全て特許請求の範囲の中に
包含される。

ビームスプリッタ手段も上述のように任意の光線分割装
置とすることができる。例えばビームスプリッタプリズ
ム、結合器、またはへき開した光ａ維ケーブルｖ４造も
本発明で使用できる。また、再帰反射器は立方体反射器
、複数の立方体反射器の他、光線をその光軸に沿って帰
還させる働きをする同等の構造とすることができる。こ
のような同等構造物も全て、特許請求の範囲の中に包含
されるものとする。

上述の三次元ビジョンシステムの全体的な性能を決定す
るのはＦＭ掃引、レーザ光源の幅および速度、そして電
子部品の速度である。光学技術開発の進展に伴なってこ
れらのパラメータが向上することが期待される。即ち電
子的に同調可能な注入型レーザダイオードのようなより
進んだ光学部品が開発されるのに伴なって、ビジョンシ
ステムのレンジ、精度および速度がさらに向上すること
が期待される。熱的に励起のレーザを使用した場合、本
発明は毎秒４フレームのフレーム速度とすることができ
る。電子的に同調するレーザダイオードを使用すれば、
毎秒６０フレームに近いフレーム速度を達成することも
できる。当業者には理解されるように、本発明の開示事
項は現在開発中のと将来開発されるであろう光学部品に
適用し得ることは無論である。

以上、実時間で高品位画像を生成し得る三次元ビジョン
システムについて説明して来た。ここでは現時点で最も
実用的で好適と思われる具体例に関連＊、１本発明の説
明を行なったが、本発明はここに開示の具体例に限定さ
れず、逆に特許請求項の主旨およびその範囲に含まれる
６秤の変更や同等の構成も包含するものとする。特許請
求の範囲はこのような変更や同等構成の全部を包含する
ように最も広く解釈されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による全体的システムを示すブロック図
、第２Ａおよび２Ｂ図は好適具体例のより詳細なブロッ
ク図、第３図は好適具体例によるセンサ光学素子を示す
概略図、第４図は好適具体例の一変形例として一体的に
装着された光センサ副システムを示す平面図、第５図は
センサ光学素子の代替的具体例を示す。

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. （１）ビジョンシステムであって、 第１偏光状態を有する光源光線を提供する光源と、 （ａ）前記光源光線をどちらも前記第１偏光状態を有す
   るターゲット光線と基準光線とに分割し、（ｂ）前記タ
   ーゲット光線を第２偏光状態に変換してそれをターゲッ
   トに向かって出射し、（ｃ）前記ターゲットから反射さ
   れて第３偏光状態の帰還光線を受光し、（ｄ）前記帰還
   光線と前記基準光線のいずれか一方の偏光状態を変換し
   て前記帰還光線と前記基準光線の偏光状態を同じにし、
   （ｅ）同一偏光状態の基準光線および帰還光線を光軸に
   沿って出射するビームスプリッタ手段と、 前記基準光線と前記ターゲット光線と前記帰還光線のい
   ずれか１つを前記光軸に沿って反射する再帰反射器手段
   と、 前記同一偏光状態の基準光線および帰還光線の光学的ヘ
   テロダイン検出を行ない、前記ターゲットに関する情報
   を含む出力信号を提供する検出器手段と、 前記ターゲット全てにわたって前記ターゲット光線を走
   査する走査手段と、 前記ターゲットを制御する処理手段とを含んで成るビジ
   ョンシステム。
2. （２）前記ビームスプリッタ手段が、 前記光源光線を分割するビームスプリッタ装置と、 前記ビームスプリッタ装置と前記ターゲットとの間で光
   結合されており、前記信号光線および前記帰還光線の偏
   光状態を変換する第１の四分の一波長手段と、 前記ビームスプリッタ装置と前記再帰反射器との間で光
   結合されており前記基準光線と前記ターゲット光線と前
   記帰還光線のいずれか１つの偏光状態を変換する第２の
   四分の一波長手段とを含んで成る、特許請求の範囲第１
   項に記載の装置。
3. （３）前記光源光線を平行にしてそれを前記ビームスプ
   リッタ装置に向かって出射する第１のレンズ手段と、 前記ターゲット光線を前記ターゲット上に焦点合わせす
   る第２のレンズ手段と、 前記基準光線および前記帰還光線を前記検出器手段上に
   焦点合わせする第３のレンズ手段とをさらに含んで成る
   、特許請求の範囲第２項に記載の装置。
4. （４）前記光源手段と、前記ビームスプリッタ装置と、
   前記検出器手段と、前記第１および第２の四分の一波長
   手段と、前記第１、第２および第３のレンズ手段とを一
   体的に支持する一体ハウジング手段をさらに含んで成る
   、特許請求の範囲第３項に記載の装置。
5. （５）前記光源手段が、 前記光源光線を提供するレーザダイオード手段と、 前記光源光線の掃引周波数変調を行なうレーザ駆動器手
   段とを含んで成る、特許請求の範囲第１項に記載の装置
   。
6. （６）前記走査手段が、 前記ターゲット光線を第１方向で走査するファセットホ
   イール手段と、 前記ターゲット光線を第２方向で走査する検流計手段と
   を含ん成る、特許請求の範囲第１項に記載の装置。
7. （７）前記走査手段がホログラフィックスキャナを含む
   、特許請求の範囲第１項に記載の装置。
8. （８）前記検出器手段がＰＩＮ検出器を含む、特許請求
   の範囲第１項に記載の装置。
9. （９）前記処理手段が前記検出器手段からの出力信号を
   受信し、かつ前記ターゲットに関する２５６×２５６×
   ２５６ボリュームの情報を記憶する手段を含む、特許請
   求の範囲第１項に記載の装置。
10. （１０）第１偏光状態を有する光源光線をターゲット光
    線と基準光線に分割すると共に、ターゲットから反射さ
    れた帰還光線の偏光状態が前記基準光線と同じになるよ
    うにする光学装置であって、該装置が、 （ａ）前記光源光線をどちらも前記第１偏光状態を有す
    る前記ターゲット光線と前記基準光線とに分割し、（ｂ
    ）前記ターゲット光線を第２偏光状態に変換してそれを
    前記ターゲットに向かって出射し、（ｃ）前記ターゲッ
    トから反射されて第３偏光状態を有する前記帰還光線を
    受光し、（ｄ）前記帰還光線と前記基準光線のいずれか
    一方の偏光状態を変換して前記帰還光線と前記基準光線
    の偏光状態を同じにし、（ｅ）同一偏光状態の基準光線
    および帰還光線を光軸に沿って出射するビームスプリッ
    タ手段と、 前記基準光線と、前記ターゲット光線と、前記帰還光線
    とのうちいずれか１つを前記光軸に沿って反射する再帰
    反射器手段とを含んで成る装置。
11. （１１）前記ビームスプリッタ手段が、 前記光源光線を分割するビームスプリッタ装置と、 前記ビームスプリッタ装置と前記ターゲットとの間で光
    結合されており、前記ターゲット光線および前記帰還光
    線の偏光状態を変換する第１の四分の一波長手段と、 前記ビームスプリッタ装置と前記再帰反射器手段との間
    で光結合されており、前記基準光線と、前記ターゲット
    光線と、前記帰還光線とのうちいずれか１つの偏光状態
    を変換する第２の四分の一波長手段とを含んで成る、特
    許請求の範囲第１０項に記載の装置。
12. （１２）前記光源光線を平行にして前記ビームスプリッ
    タ手段に出射する第１のレンズ手段と、 前記ターゲット光線を前記ターゲット上に焦点合わせす
    る第２のレンズ手段と、 前記基準光線および前記帰還光線を前記光軸に従って焦
    点合わせする第３のレンズ手段とをさらに含んで成る、
    特許請求の範囲第１１項に記載の装置。
13. （１３）前記光源光線を提供する光源手段と、前記同一
    偏光状態の基準光線および帰還光線の光学的ヘテロダイ
    ン検出を行ない、かつ前記ターゲットに関する情報を含
    む出力信号を提供する検出器手段とをさらに含んで成る
    、特許請求の範囲第１２項に記載の装置。
14. （１４）前記光源手段と、前記ビームスプリッタ装置と
    、前記検出器手段と前記第１および第２の四分の一波長
    手段と前記第１、第２および第３のレンズ手段とを一体
    的に支持する一体ハウジングをさらに含んで成る、特許
    請求の範囲第１３項に記載の装置。
15. （１５）前記ターゲット光線を前記ターゲット全てにわ
    たって走査するスキャナ手段と、 前記スキャナ手段を制御し、前記検出器手段からの前記
    出力信号を受信して前記ターゲットに関する三次元情報
    を記憶するプロセッサ手段とを含んで成る、特許請求の
    範囲第１３項に記載の装置。
16. （１６）第１偏光状態を有する光源光線を基準光線とタ
    ーゲット光線に分割すると共に、ターゲットから反射し
    た帰還光線の偏光状態が前記基準光線と同じになるよう
    にする光学装置であって、該装置が、 前記光源光線をどちらも第１偏光状態を有する前記基準
    光線と前記ターゲット光線とに分割し、かつ前記基準光
    線を検出光軸に沿って出射するビームスプリッタ手段と
    、 前記第１偏光状態のターゲット光線を第２偏光状態に変
    換し、かつ前記ターゲットから第３偏光状態で反射され
    る帰還光線を第４偏光状態に変換する第１の四分の一波
    長手段とを含んで成り、前記ビームスプリッタ手段が前
    記第４偏光状態の帰還光線を反射するように構成されて
    おり、該装置がさらに、 反射された第４偏光状態の帰還光線を前記第２偏光状態
    の帰還光線に変換する第２の四分の一波長手段と、 前記第２偏光状態の帰還光線を受光してこれを前記第３
    偏光状態で前記光軸に沿って再帰反射する再帰反射器手
    段とを含んで成り、 前記第２の四分の一波長手段が、再帰反射された帰還光
    線を前記第１偏光状態に変換して前記第１偏光状態の帰
    還光線および基準光線を前記光軸に沿って光学ヘテロダ
    イン混合するように構成されている装置。
17. （１７）第１偏光状態を有する光源光線を基準光線とタ
    ーゲット光線に分割すると共に、ターゲットから反射さ
    れる帰還光線の偏光状態が前記基準光線と同じになるよ
    うにする光学装置であって、該装置が、 前期光源光線をどちらも第１偏光状態を有する前記基準
    光線と前記ターゲット光線とに分割し、かつ前記基準光
    線を検出光軸に沿って第１方向に出射するビームスプリ
    ッタ手段と、 前記第１偏光状態のターゲット光線を第２偏光状態に変
    換し、前記ターゲットから第３偏光状態で反射される帰
    還光線を第４偏光状態に変換する第１の四分の一波長手
    段とを含んで成り、 前記ビームスプリッタ手段が前記第４偏光状態の帰還光
    線を前記検出光軸に沿って第２方向に反射するように構
    成されており、前記装置がさらに、前記第１偏光状態の
    出射基準光線を第２偏光状態の基準光線に変換する第２
    の四分の一波長手段と、 前記第２偏光状態の基準光線を受光してそれを前記第３
    偏光状態において前記光軸に沿って前記第１方向に再帰
    反射する再帰反射器手段とを含んで成り、 前記第２の四分の一波長手段が、前記再帰反射光線を前
    記第４偏光状態に変換して前記第４偏光状態の再帰反射
    光線および基準光線を前記検出光軸に沿って前記第１方
    向に光学ヘテロダイン混合するように構成されている装
    置。
18. （１８）第１偏光状態を有する光源光線を基準光線とタ
    ーゲット光線に分割すると共に、ターゲットから反射さ
    れる帰還光線の偏光状態が前記基準光線と同じになるよ
    うにする光学装置であって、該装置が、 前記光源光線をどちらも前記第１偏光状態を有する前記
    基準光線と前記ターゲット光線とに分割し、かつ前記タ
    ーゲット光線をターゲット光軸に沿って出射すると共に
    前記第１偏光状態の基準ビームを検出光軸に沿って伝達
    するビームスプリッタ手段と、 前記第１偏光状態のターゲット光線を第２偏光状態に変
    換し、かつ前記ターゲットから第３偏光状態で反射され
    る帰還光線を第４偏光状態に変換する第１の四分の一波
    長手段とを含んで成り、前記ビームスプリッタ手段が前
    記第４偏光状態の帰還光線を透過伝達するように構成さ
    れており、該装置がさらに、 第４偏光状態の伝達帰還光線を前記第３偏光状態を有す
    る帰還光線に変換する第２の四分の一波長手段と、 前記第３偏光状態の帰還光線を受光し、かつこれを前記
    第２偏光状態において前記ターゲット光軸に沿って再帰
    反射する再帰反射器手段とを含んで成り、 前記第２の四分の一波長手段が、再帰反射された帰還光
    線を前記第１偏光状態に変換して前記第１偏光状態の帰
    還光線および基準光線を前記検出光軸に沿って光学ヘテ
    ロダイン混合するように構成されている装置。
19. （１９）第１偏光状態を有する光源光線を基準光線とタ
    ーゲット光線に分割すると共に、ターゲットから反射さ
    れる帰還光線の偏光状態が前記基準光線と同じになるよ
    うにする光学装置であって、該装置が、 前記光源光線をどちらも前記第１偏光状態を有する前記
    基準光線と前記ターゲット光線とに分割し、前記基準光
    線を検出光軸に沿って伝達し、かつ前記ターゲット光線
    をターゲット光軸に沿って第１方向に出射するビームス
    プリッタ手段と、前記第１偏光状態の出射ターゲット光
    線を第２偏光状態を有するターゲット光線に変換する第
    １の四分の一波長手段と、 前記第２偏光ターゲット光線を受光し、かつこれを第３
    偏光状態で前記ターゲット光軸に沿って第２方向に再帰
    反射する再帰反射器手段とを含んで成り、 前記第１の四分の一波長手段が再帰反射ターゲット光線
    を第４偏光状態に変換するように構成されており、該装
    置がさらに、 前記第４偏光状態の再帰反射ターゲット光線を前記第３
    偏光状態に変換し、かつ前記ターゲットから前記第２偏
    光状態で反射される帰還光線を前記第１偏光状態に変更
    する第２の四分の一波長手段を含んで成り、 前記ビームスプリッタ手段が、前記第１偏光状態の帰還
    光線を前記検出光軸に沿って出射し、前記第１偏光状態
    の帰還光線および基準光線を前記光軸に沿って光学ヘテ
    ロダイン混合するように構成されている装置。
20. （２０）前記検出光軸上に配設されておって、前記基準
    光線と帰還光線の混合光線をコヒーレント光検出し、か
    つ前記ターゲットに関する情報を含む出力信号を提供す
    る検出器手段と、 前記光源光線を提供するレーザダイオード手段とをさら
    に含んで成る、特許請求の範囲第１６、１７、１８、１
    ９項のいずれか１項に記載の装置。
21. （２１）前記ターゲット光線を前記ターゲット全てにわ
    たって走査する走査手段と、 前記走査手段を制御すると共に、前記検出器手段からの
    前記出力信号を受信して前記ターゲットに関する三次元
    情報を含む画像信号を提供する処理手段をさらに含んで
    成る、特許請求の範囲第２０項に記載の装置。
22. （２２）前記レーザダイオード手段と前記ビームスプリ
    ッタ手段との間で光結合されており、前記光源光線を平
    行にする第１のレンズ手段と、 前記ビームスプリッタ手段と前記ターゲットとの間に光
    結合されており、前記ターゲット光線を前記ターゲット
    上に焦点合わせする第２のレンズ手段と、 前記ビームスプリッタ手段と前記検出器手段との間に光
    結合されており、前記帰還光線と基準光線の混合光線を
    前記検出器手段上に焦点合わせする第３のレンズ手段と
    をさらに含んで成る、特許請求の範囲第２０項に記載の
    装置。
23. （２３）前記レーザダイオード手段と、前記検出器手段
    と、前記再帰反射器手段と、前記第１および第２の四分
    の一波長手段と、前記第１、第２および第３のレンズ手
    段とを一体的に格納する一体形支持手段をさらに含んで
    成る、特許請求の範囲第２２項に記載の装置。