JPH11248420A

JPH11248420A - ３次元計測装置

Info

Publication number: JPH11248420A
Application number: JP10046658A
Authority: JP
Inventors: Toshio Norita; 寿夫糊田; Hiroshi Uchino; 浩志内野; Hidekazu Ide; 英一井手
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】種々の計測条件での距離データの出力に必要な
メモリ容量を削減する。【解決手段】仮想平面に向かって走査をするように参照
光を投射し、仮想平面を細分化した各サンプリング区画
を通過する時点での計測対象で反射した参照光の入射角
度に応じた距離データ信号を出力する３次元計測装置１
において、入射角度を検出する光電変換デバイス２５
と、光電変換デバイス２５による検出値Ｙｐに基づいて
距離データＤｚを出力するためのルックアップテーブル
ＳＴ１〜３と、計測条件の変更指Ｓ１に呼応して、変更
後の計測条件での入射角度に対応する距離データＤｚを
算出し、ルックアップテーブルＳＴ１〜３の内容を書き
換えるデータ処理手段５１と、を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体に光ビームを
投射して物体形状を非接触で計測する３次元計測装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】レンジファインダと呼称される非接触型
の３次元計測装置（３次元カメラ）は、接触型に比べて
高速の計測が可能であることから、ＣＧシステムやＣＡ
Ｄシステムへのデータ入力、身体計測、ロボットの視覚
認識などに利用されている。

【０００３】レンジファインダに好適な計測方法として
光投影法が知られている。この方法は、物体を光学的に
走査して三角測量の原理に基づいて距離画像（３次元画
像）を得る方法であり、参照光を投射して物体を走査す
る能動的計測方法の一種である。ビーム状の参照光を投
射するラスタ走査には、例えば左から右へ一方向の主走
査を行う形態と、左から右への走査とその逆の方向の走
査とを交互に行う形態（往復主走査）とがある。物体で
反射した参照光は光電変換素子の受光面に入射する。受
光面上でのスポット位置は入射角度に対応するので、ス
ポット位置を検出することによって物体との距離を算出
することができる。

【０００４】距離の算出にはルックアップテーブル手法
が有用である。すなわち、投光側と受光側との位置関係
や受光レンズの焦点距離などの仕様に基づく計算式を用
いて、種々の入射角度における距離データを求めてメモ
リに格納しておく。そして、入射角度を示す受光デバイ
スの出力でメモリのアドレス指定を行い、所望の距離デ
ータを読み出す。なお、ルックアップテーブル（ＬＵ
Ｔ）によらず、演算によって距離データを算出してもよ
い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のレンジファイン
ダにズーミング機能を設けることにより、走査範囲を決
めるフレーミングの自由度が高まる。また、計測対象の
近くからでも遠くからでも計測できれば便利である。

【０００６】しかし、ズーミングを行うと計測条件の１
つである受光レンズの焦点距離が変化する。すなわち、
距離データの算出式における係数の値が変化する。した
がって、ＬＵＴによって距離データを得る場合には、種
々の焦点距離のそれぞれについてＬＵＴを設けなければ
ならず、ズーミングの段数と同数のＬＵＴを記憶する大
容量のメモリが必要であるという問題があった。計測の
分解能が高いほど必要メモリ容量は多い。

【０００７】本発明は、種々の計測条件での距離データ
の出力に必要なメモリ容量を削減することを目的として
いる。他の目的は、メモリ容量の削減を図りつつ、周期
的に計測を繰り返す連続計測動作の途中での計測条件の
変更を可能にすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明においては、ＬＵ
Ｔ又は算出式の係数を記憶するレジスタの内容を固定化
せず、計測条件の変更に合わせて書き換える。

【０００９】請求項１の発明の装置は、仮想平面に向か
って走査をするように参照光を投射し、前記仮想平面を
細分化した各サンプリング区画を通過する時点での計測
対象で反射した前記参照光の入射角度に応じた距離デー
タ信号を出力する３次元計測装置であって、前記入射角
度を検出する光電変換デバイスと、前記光電変換デバイ
スによる検出値に基づいて前記距離データを出力するた
めのルックアップテーブルと、計測条件の変更指示に呼
応して、変更後の計測条件での前記入射角度に対応する
距離データを算出し、前記ルックアップテーブルの内容
を書き換えるデータ処理手段と、を有している。

【００１０】請求項２の発明の３次元計測装置におい
て、前記計測条件は前記光電変換デバイスの受光面への
前記仮想平面の結像に係る焦点距離である。請求項３の
発明の３次元計測装置において、前記ルックアップテー
ブルは、択一的に選択されて距離データの出力に使用さ
れる複数のサブテーブルからなり、前記データ処理手段
は、距離データの出力に使用されていない前記サブテー
ブルに算出した距離データを書き込む。

【００１１】請求項４の発明の装置は、仮想平面に向か
って走査をするように参照光を投射し、前記仮想平面を
細分化した各サンプリング区画を通過する時点での計測
対象で反射した前記参照光の入射角度に応じた距離デー
タ信号を出力する３次元計測装置であって、前記入射角
度を検出する光電変換デバイスと、計測条件に応じた演
算係数を記憶するレジスタと、前記光電変換デバイスに
よる検出値と前記レジスタが記憶する演算係数とに基づ
いて前記距離データを算出する距離演算手段と、計測条
件の変更指示に呼応して、変更後の計測条件に応じた演
算係数を算出し、前記レジスタの内容を書き換えるデー
タ処理手段と、を有している。

【００１２】請求項５の発明の３次元計測装置におい
て、前記計測条件は、前記光電変換デバイスの受光面へ
の前記仮想平面の結像に係る焦点距離である。請求項６
の発明の３次元計測装置において、前記レジスタは、択
一的に選択されて距離データの算出に使用される複数の
メモリからなり、前記データ処理手段は、距離データの
算出に使用されていない前記メモリに算出した演算係数
を書き込む。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る３次元計測装
置１の概要を示す図である。３次元計測装置１は、計測
の基準面として設定された仮想平面ＶＳに向かってラス
タ走査をするように光ビームＬを投射する投光系１０、
計測対象の物体Ｑで反射した光ビームＬを受光する受光
系２０、及び計測値に応じたデータＤＤを記憶するフレ
ームメモリ６０を備えている。

【００１４】投光系１０は、光源としての半導体レーザ
（ＬＤ）１１、主走査手段であるガルバノミラー１２
Ｘ、及び副走査手段であるガルバノミラー１２Ｙから構
成されている。各ガルバノミラー１２Ｘ，１２Ｙは、光
ビームＬを反射するミラーとそれを回動させる電磁機構
とからなる。電磁機構には、クロックＳＰＣＬＫのカウ
ント値をルックアップテーブル形式で補正した後にＤ／
Ａ変換した駆動電圧が与えられる。ルックアップテーブ
ルには、例えば仮想平面ＶＳ上での走査速度が一定にな
るようにミラーの回動速度を変化させるための変換デー
タが格納されている。主走査は１ライン毎にビーム偏向
の方向が反転する往復形式である。副走査は１ラインの
主走査毎に間欠的に行われる。主走査においては、ビー
ム偏向速度が副走査よりも大きいので、駆動電圧が示す
制御目標値と実際の回動角度位置とのずれが生じ易い。
そこで、特にガルバノミラー１２Ｘには仮想平面ＶＳ上
での光スポットの位置を正確に把握するために回動角度
センサが設けられている。なお、以下において主走査方
向（Ｘ方向）を水平方向とし、副走査方向（Ｙ方向）を
垂直方向とするものとして説明することがある。

【００１５】受光系２０は、ズーミング及びフォーカシ
ングのための可動機構を含む結像レンズユニット２１、
可視光と光ビームＬとを分離するプリズム２２、モニタ
ー用のカラー撮影像を出力するためのＣＣＤ撮像デバイ
ス２３、及び光ビームＬの入射角度を検出するための受
光デバイス２５からなる。結像レンズユニット２１に
は、ズーム制御回路２９から操作入力又は外部からの遠
隔操作信号に応じた制御信号が与えられる。受光デバイ
ス２５は、受光面に入射した光のスポット位置に応じた
アナログ信号を出力する位置検知型検出器（ＰＳＤ）で
ある。ＰＳＤを用いることにより、ＣＣＤ撮像デバイス
を用いる場合と比べて電荷蓄積が不要となる分だけ走査
を高速化することができる。受光系２０と上述の投光系
１０とはＹ方向に一定距離（基線長）を隔てて配置され
ており、互いの配置関係は既知である。したがって、プ
リズム２２に入射した光ビームＬのＹ方向の入射角度が
判れば、物体Ｑにおける光ビームＬで照射された部位と
装置内の基準位置との距離を周知の三角測量法を適用し
て求めることができる。光ビームＬのＹ方向の入射角度
は、受光デバイス２５の受光面における中心と受光スポ
ットとの距離に対応する。ただし、結像レンズユニット
２１の焦点距離や仮想平面ＶＳの位置などの計測条件
（動作設定条件）を変更したときには、それに応じて距
離演算の係数値も変更する必要がある。

【００１６】走査期間において受光デバイス２５の出力
を周期的にサンプリングすれば、仮想平面ＶＳをＸ方向
及びＹ方向に細分化した各サンプリング区画（原理的に
は点）ｓｐ毎に物体Ｑの奥行き（仮想平面ＶＳと直交す
る方向の位置）を計測することができる。すなわち、サ
ンプリング区画ｓｐを画素とする距離画像を得ることが
できる。

【００１７】距離画像を例えば汎用のディスプレイを用
いて表示するには、サンプリング区画ｓｐ毎の光ビーム
の入射角度を特定するデータ、すなわち受光デバイス２
５で得た光電変換データ又はそれに基づいて算出した距
離データを一時的に記憶する必要がある。本実施形態に
おいては、受光デバイス２５の出力を量子化した検出デ
ータＹｐがデータＤＤとしてフレームメモリ６０に書き
込まれる。その際に、各サンプリング区画ｓｐのＸ方向
及びＹ方向の位置データＸｇ，Ｙｇがフレームメモリ６
０のアドレス指定に用いられる。これにより、検出デー
タＹｐを単純に発生順に書き込むのとは違って、フレー
ムメモリ６０のアドレス空間である仮想画面における画
素配列が仮想平面ＶＳの画素配列と一致することにな
る。したがって、フレームメモリ６０から一方向主走査
形式のラスタ走査を行うようにアドレス指定をしてデー
タを読み出しても何ら不都合が生じない。単純な書込み
ではライン毎に画素配列方向が入れ代わってしまうの
で、読出しの以前に画素の並べ替えを行うか、読出し時
に複雑なアドレス指定を行う必要がある。

【００１８】フレームメモリ６０に書き込まれた検出デ
ータＹｐは、距離画像の表示のために読み出され、ルッ
クアップテーブル７１（又は後述の距離演算回路７５）
によって距離データＤｚに変換され、さらにＤ／Ａ変換
器７２を経てＮＴＳＣ形式のビデオ信号として図示しな
いディスプレイに出力される。フレームメモリ６０の読
出しは、ビデオ映像表示のフレーム周期毎に行われる。
検出データＹｐに基づく距離画像は投光系１０からみた
物体Ｑの３次元情報である。

【００１９】ルックアップテーブル（以下、ＬＵＴとい
う）７１はデータの書換えが可能なメモリによって記憶
されており、距離画像を求める三角測量演算を行い且つ
その結果にキャリブレーションに基づく補正を加えるの
に相当する変換データの集合である。キャリブレーショ
ンは例えば平面を計測するものである。そして、このＬ
ＵＴ７１の内容は計測条件の変更に呼応して逐次に書換
えられる。

【００２０】以下、３次元計測装置１の要部の構成、及
び本発明に係わる動作を説明する。図２は出力画像サイ
ズを示す図である。画像の水平画素数は「１２８」であ
る。主走査用のガルバノミラー１２Ｘの駆動方向の反転
に要する時間を考慮して画像の両端にそれぞれ１６画素
分のマージンを設ける。また、後述の画像抜けを防止す
るために１画素当たり２回のサンプリングを行う。した
がって、１ライン走査時間Ｈは、サンプリングクロック
ＳＰＣＬＫの３２０周期〔３２０＝（１２８＋１６×
２）×２〕に相当する。主走査の制御においてはサンプ
リングクロックＳＰＣＬＫをカウントして駆動信号を生
成する。往復形式であるので、サンプリングクロックＳ
ＰＣＬＫの６４０周期毎にカウンタをリセットする。

【００２１】垂直画素数は「９６」である。Ｙ方向の帰
線期間（ミラー復帰期間）を４Ｈとする。したがって、
１画面の走査時間Ｖは１００Ｈとなる。副走査において
も主走査と同様にサンプリングクロックＳＰＣＬＫをカ
ウントして駆動信号を生成する。

【００２２】図３は副走査のタイミング調整を説明する
ための図である。図３（Ａ）のようにガルバノミラー１
２Ｘに対する駆動信号（実線）と実際の回動角度を示す
検出信号（破線）との間には、３０クロック周期程度の
位相差が生じる。つまり、駆動要求に対してミラー動作
が遅れる。このため、１ライン分の主走査のカウントが
終わった時点（カウント値＝３１９）で副走査を行う
と、走査スポットは、図３（Ｂ）のように各ラインの端
部に到達する以前に次のラインへ移る軌跡を描くことに
なり、適正な走査が行えない。そこで、本実施形態の走
査制御系は、専用のレジスタ（ＹＣＵＥレジスタ）を備
え、主走査のカウンタ値がこのレジスタの値と一致した
ときに副走査のカウンタをアクティブとすることによっ
て、副走査のタイミングを調整できるように構成されて
いる。この構成により、ズームングなどにより変更され
る走査範囲及び走査速度に合わせて走査状態を容易に最
適化できる。

【００２３】図４は画素抜けを防ぐ方法を示す図であ
る。上述のようにフレームメモリ６０のアドレス指定に
ガルバノミラー１２Ｘのモニタ情報である位置データＸ
ｇを用いるので、１ライン毎に一定数（本例では１２
８）のデータを得るのに、それと同数のサンプリング
（１画素当たり１回）を行った場合には、ある画素位置
のアドレスにデータが書き込まれない画素抜けが発生し
易い。その原因としては、ガルバノミラー１２Ｘの回動
ムラ、ノイズなどを挙げることができる。図４は回動ム
ラによってサンプリング周期中に２画素分以上の走査が
行われた例を示している。すなわち、時刻ｔ２から時刻
ｔ３までの期間に画素位置６８から画素位置７０まで主
走査が進み、その進み量は通常の２倍である。この状況
において１画素当たり１回のサンプリングでは画素位置
６９の画素抜けが生じてしまう。本実施形態では、１画
素当たりのサンプリング回数が２であるので、画素位置
６９の時点ｔ２’でもサンプリングが行われて画素抜け
が防止される。複数のサンプリングにおいて画素位置が
同一の場合には、同じアドレスにデータが上書きされる
ので、最後に書き込まれたデータが計測情報として有効
になる。１画素当たり３以上の回数のサンプリングを行
ってさらに画素抜けを低減するようにしてもよい。

【００２４】図５は第１実施形態に係る制御系の要部の
ブロック図である。３次元計測装置１は、マイクロプロ
セッサを備えたＣＰＵ５１とともに、走査制御及びデー
タ入出力制御を担うコントローラ５２を備えている。コ
ントローラ５２は複数の回路モジュールを集積化した半
導体デバイス（例えばゲートアレイ）である。コントロ
ーラ５２によるガルバノミラー１２Ｘの駆動にはＬＵＴ
３３、Ｄ／Ａ変換器３４、及びゲイン設定回路４４が係
わり、ガルバノミラー１２Ｙの駆動にはＬＵＴ３１、Ｄ
／Ａ変換器３２、及びゲイン・オフセット設定回路４３
が係わる。ガルバノミラー１２Ｘの回動角度センサ信号
（０〜５ボルト）は、ゲイン設定回路４５を経てＡ／Ｄ
変換器３５に入力され、ＬＵＴ３６を経て１２ビットの
位置データＸｇとしてコントローラ５２に入力される。
ゲイン設定回路４４，４５及びゲイン・オフセット設定
回路４３には、ＣＰＵ５１によって制御される。

【００２５】コントローラ５２にはＬＵＴ３９からの検
出データＹｐが入力される。ＬＵＴ３９の入力は、ＰＳ
Ｄ２５が出力する２種の検出信号Ｓｉｇｍａ，ΔＹをそ
れぞれＡ／Ｄ変換器３７，３８で量子化したものであ
る。検出信号Ｓｉｇｍａ，ΔＹの値は次式で表される。

【００２６】Ｓｉｇｍａ＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｙ１＋Ｙ２ ΔＹ＝（Ｘ２＋Ｙ２）−（Ｘ１＋Ｙ１）Ｘ１：Ｘ方向の第１電極の出力信号（光電流）Ｘ２：Ｘ方向の第２電極の出力信号Ｙ１：Ｙ方向の第１電極の出力信号Ｙ２：Ｘ方向の第２電極の出力信号コントローラ５２は、走査期間において入力された検出
データＹｐを逐次にフレームメモリ６０の所定のバンク
に書き込み、それと並行して他のバンクから以前に書き
込まれた検出データＹｐを読み出してＬＵＴ７１へ転送
する。ＬＵＴ７１の内容の変更はＣＰＵ５１が受け持
つ。ＣＰＵ５１には、ズーム制御回路２９や視野角調整
を受け付ける基準距離設定回路などの計測条件変更手段
９０から条件変更要求信号Ｓ１が入力される。それに呼
応して、ＣＰＵ５１は変更後の計測条件に対応したテー
ブルデータ（距離データＤｚの集合）を生成してＬＵＴ
７１に書き込む。ここで、３次元計測装置１は、動体の
監視や解析を可能とするために、周期的に計測を繰り返
して最新の計測結果を逐次に外部へ出力する。そのた
め、ＬＵＴ７１は複数のサブテーブル（メモリ領域）Ｓ
Ｔ１〜ＳＴ３で構成され、１つのサブテーブルによる検
出データＹｐの距離データＤｚへのデータ変換と並行し
て、他のサブテーブルに最新の計測条件に対応したテー
ブルデータが書き込まれる。つまり、ある計測条件の１
フレーム分の距離データＤｚを出力しているときに、変
更された最新の計測条件に対応するデータ変換の準備が
行われる。外部へのデータ出力とテーブル内容の変更と
にサブテーブルＳＴ１〜３を切り換えて用いることによ
り、フレーム単位での計測条件の変更が許容されること
になる。

【００２７】図６は図５のコントローラ５２の機能構成
を示すブロック図である。コントローラ５２は、書込み
制御部５１０、メモリ制御部５２０、表示制御部５３
０、及び本発明に係わるＬＵＴ制御部５５０を有してい
る。書込み制御部５１０は、Ｘカウンタ５１１、Ｙカウ
ンタ５１２、及び比較器５１３を有している。メモリ制
御部５２０は、アドレスコントローラ５２１、データコ
ントローラ５２２、メモリステータスレジスタ５２３、
及び制御信号発生回路５２４を有している。

【００２８】Ｘカウンタ５１１及びＹカウンタ５１２に
は、分周器５４１からサンプリングクロックＳＰＣＬＫ
が入力される。Ｘカウンタ５１１のカウント値（０〜６
３９）は主走査の駆動制御に用いられる。Ｙカウンタ５
１２のカウント値（０〜９９）は副走査の駆動制御及び
アドレス指定に用いられる。比較器５１３及びＹＣＵＥ
レジスタ５４２は、上述した副走査のタイミング調整の
ために設けられている。ＹＣＵＥレジスタ５４２にはＣ
ＰＵ５１から計測条件に応じた最適値がセットされる。
アドレスデコーダ５４３は、ＣＰＵ５１から直接にアド
レスを指定してフレームメモリ６０をアクセスするの
か、書込み制御部５１０からアドレスを指定してアクセ
スするのかを切り換える回路である。なお、ＣＰＵ５１
からの制御アドレスで指定されてフレームメモリ６０か
ら読み出されたデータは、メモリ制御部５２０を介して
ＣＰＵ５１へ転送される。

【００２９】フレームメモリ６０に対する書込みにおい
て、アドレスコントローラ５２１は、Ｙカウンタ５１２
からの位置データＹｇ及びガルバノミラー１２Ｘからの
位置データＸｇによってアドレス指定を行う。図中の
（ｗ）は書込み用であることを示す。また、読出しにお
いて、アドレスコントローラ５２１は、表示制御部５３
０からの位置データＸｇ，Ｙｇによってアドレス指定を
行う。図中の（ｒ）は読出し用であることを示す。例え
ば、位置データＸｇ，Ｙｇが７ビットであり、フレーム
メモリ６０としてアドレス（Ａｄｄ．）がＡ₀〜Ａ₁₅の
１６ビットである素子を用いた場合には、Ａ₀〜Ａ₆を
位置データＸｇに割り当て、Ａ₇〜Ａ₁₃を位置データＹ
ｇに割り当て、残りのＡ₁₄，Ａ₁₅をバンク指定に割り当
てる。

【００３０】データコントローラ５２２は、データＤＤ
としての検出データＹｐの書込み及び読出しを担う。メ
モリステータスレジスタ５２３は、フレームメモリ６０
における４個のバンクＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの状態を記憶す
る。

【００３１】表示制御部５３０は、クロック発生部５３
からの各種の同期信号に基づいて読出しアドレス（Ｘ
ｇ，Ｙｇ）を生成してアドレスコントローラ５２１に与
える。また、所定の同期信号とともにデータコントロー
ラ５２２からの検出データＹｐを図示しないディスプレ
イへ出力する。

【００３２】図７はフレームメモリ６０のバンクの使い
分けの一例を示す図である。３次元計測装置１において
は、フレームメモリ６０が４個のバンクＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
に区画され、これらバンクＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが書込み→表
示（読出し）→待機（アイドル）→クリアの順にローテ
ーション形式で使用される。例えばバンクＣへの書込み
を行っているときには、それ以前に前回の計測のデータ
が書き込まれているバンクＢの読出しを行うとともに、
バンクＤのデータ消去を行う。そのとき、バンクＡにつ
いては何らアクセスをしない。次の計測のときには、バ
ンクＤに今回のデータを書込み、バンクＣから前回のデ
ータを読み出す。このようなメモリ制御により、周期的
に計測を繰り返しながら各回の計測で得られたデータを
順次に出力する並行処理動作が可能となり、動体の位置
変化を表示することができる。ただし、データの書込み
（つまり１フレーム分の走査）と表示のための読出しと
を非同期とした場合において、表示のフレーム周期が１
回の計測（撮影）の所要時間より短いときには、フレー
ムの書込みが完了するまでは、１回前のフレームが繰り
返し読み出されて表示されることになる。フレーム周期
（例えば１／３０秒）で１回の計測を終えることができ
る場合には、書込みと読出しとを同期させてフレーム周
期で表示を更新することができる。

【００３３】図８は図６のＬＵＴ制御部５５０の構成図
である。ＬＵＴ制御部５５０は、テーブルデータを書き
込むサブテーブルの指定信号Ｗ−ＳＥＬを出力する書込
みＬＵＴ選択回路５５１、Ｄフリップフロップ５５２、
及びデータ変換に使用するサブテーブルの指定信号Ｕ−
ＳＥＬを出力する使用ＬＵＴ選択回路５５３からなり、
これらの構成要素には動作クロックとして表示の垂直同
期信号ＶＤが与えられる。書込みＬＵＴ選択回路５５１
には、条件変更要求信号Ｓ１及び書込み制御部５１１か
らの書込み終了信号ＷＥが入力される。書込みＬＵＴ選
択回路５５１は、指定信号Ｗ−ＳＥＬの他に、計測条件
変更フラグＦ２、画像表示更新フラグＦ１、及びＬＵＴ
変更開始信号Ｓ２を出力する。計測条件変更フラグＦ２
はＤフリップフロップ５５２で遅延されてＬＵＴ変更フ
ラグＦ５として使用ＬＵＴ選択回路５５３に入力され
る。画像表示更新フラグＦ１はＤフリップフロップ５５
２のイネーブル信号となる。ＬＵＴ変更開始信号Ｓ２は
ＣＰＵ５１に送られる。

【００３４】図９はデータ出力動作の第１例のタイムチ
ャートである。本例では、計測（フレームメモリ６０へ
の書込み）と表示（フレームメモリ６０からの読出し）
とが非同期であるので、ＬＵＴ７１を３個のサブテーブ
ル（以下では便宜的にＬＵＴ１，２，３という）で構成
する。これらＬＵＴ１，２，３を使い分けることによ
り、条件変更要求が発生した計測の次の計測から新たな
条件を適用することができる。

【００３５】各回の計測が終了した時点で画像表示更新
フラグＦ１を立て、その後の最初の垂直同期信号ＶＤの
オンエッジでクリアする。ここでいう「オンエッジ」と
は、“パルスベースからパルストップへの主要な遷移区
間（JIS C5620 ）”と定義されている「立上がり区間」
を意味する。垂直同期信号ＶＤは負論理信号であるの
で、信号電位の降下する遷移がいわゆる立上がりとな
る。なお、以下において、オンエッジとは逆にパルスト
ップからパルスベースへ信号レベルが遷移する区間を
「オフエッジ」という。

【００３６】計測条件の変更要求が発生すると、計測条
件変更フラグＦ２を立て、書込みが終了した後の最初の
垂直同期信号ＶＤのオンエッジでクリアする。書込みが
終了した時点で計測条件変更フラグＦ２が立っていれ
ば、ＬＵＴ変更開始信号Ｓ２をオンし、その後の最初の
垂直同期信号ＶＤのオンエッジでオフする。ＬＵＴ変更
フラグＦ５は、垂直同期信号ＶＤのオンエッジで画像表
示更新フラグＦ１が立っていれば、計測条件変更フラグ
Ｆ２をラッチする。

【００３７】ＣＰＵ５１は、ＬＵＴ変更開始信号Ｓ２の
オンエッジを受け付けると、新たな計測条件（ａ〜ｄ）
に対応したテーブルデータを計算してＬＵＴ１，２，３
のいずれか（Ｗ−ＳＥＬに従う）に書き込む動作を開始
する。また、使用ＬＵＴ選択回路５５３は、垂直同期信
号ＶＤのオンエッジでＬＵＴ変更フラグＦ５が立ってい
れば、指定信号Ｕ−ＳＥＬを更新してＬＵＴ１，２，３
の使用状態を切り換える。ＬＵＴ１，２，３は、Ｂ（Ｂ
ｕｓｙ：使用中）→Ｉ（Ｉｄｌｅ：待機）→Ｒ（Ｒｅａ
ｄｙ：準備完了）の順にローテーション形式で使用され
る。

【００３８】図１０はデータ出力動作の第２例のタイム
チャートである。計測条件の変更が連続的でない場合、
すなわち、ｎ回目の計測で変更したときに少なくともそ
の次の（ｎ＋１）回目の計測では計測条件が変更されな
い場合には、２個のＬＵＴ１，２を交互に使い分けるこ
とによって適切な距離データＤｚを出力することができ
る。

【００３９】図１１はデータ出力動作の第３例のタイム
チャートである。計測と表示とを同期させる場合にも２
個のＬＵＴ１，２を交互に使い分けることによって適切
な距離データＤｚを出力することができる。

【００４０】計測の周期を、表示周期の整数倍であり且
つＬＵＴ変更フラグＦ５が立って計測条件変更フラグＦ
２をラッチしてからテーブルデータの計算に十分な時間
を確保できる長さに設定する。そして、ＣＰＵ５１がＬ
ＵＴ変更開始信号Ｓ２のオンエッジを受け付けて計算及
びテーブルの書込みを行うようにする。

【００４１】図１２は第２実施形態に係る３次元計測装
置１ｂの制御系の要部のブロック図である。同図におい
て、図５と同一の機能を有する構成要素には同一の符号
を付し、その説明を省略し又は簡略化する。

【００４２】３次元計測装置１ｂの構成上に特徴は、ル
ックアップテーブル形式ではなく、距離演算回路７５に
よるハードウェア形式で検出データＹｐに応じた距離デ
ータＤｚを算出する点である。コントローラ５２ｂに
は、距離演算の内容を計測条件に応じて切り換えるため
に３組のレジスタ群ＲＧ１〜ＲＧ３が設けられている。
距離演算回路７５は、例えば第３のレジスタ群ＲＧ３を
参照して演算係数Ｋを取得し、所定の演算を行う。他の
レジスタ群ＲＧ１，２は、計測条件の変更に呼応してＣ
ＰＵ５１ｂが算出する演算係数Ｋの一時記憶に用いら
れ、その記憶内容は適時にレジスタ群ＲＧ３に複写され
る。

【００４３】図１３は図１２のコントローラ５２ｂの機
能構成を示すブロック図、図１４は図１３の距離演算制
御部５６０の構成図である。コントローラ５２ｂは、書
込み制御部５１０、メモリ制御部５２０、表示制御部５
３０、及び本発明に係わる距離演算制御部５６０を有し
ている。距離演算制御部５６０は、フラグ制御回路５６
１、Ｄフリップフロップ５６２、及びレジスタ群ＲＧ１
〜ＲＧ３を有したメモリ回路５６３からなり、これらの
構成要素には動作クロックとして表示の垂直同期信号Ｖ
Ｄが与えられる。フラグ制御回路５６１には、条件変更
要求信号Ｓ１及び書込み制御部５１１からの書込み終了
信号ＷＥが入力される。フラグ制御回路５６１は、計測
条件変更フラグＦ２、画像表示更新フラグＦ１、及びレ
ジスタ変更開始信号Ｓ６を出力する。計測条件変更フラ
グＦ２はＤフリップフロップ５５２で遅延されてレジス
タ変更フラグＦ６としてメモリ回路５６３に入力され
る。画像表示更新フラグＦ１はＤフリップフロップ５６
２のイネーブル信号となる。レジスタ変更開始信号Ｓ６
はＣＰＵ５１ｂに送られる。

【００４４】図１５はデータ出力動作の第４例のタイム
チャートである。本例では、図９の例と同様に計測と表
示とが非同期であるので、３組のレジスタ群ＲＧ１〜Ｒ
Ｇ３（図では、便宜的にレジスタ群１，２，３と記す）
を用いる。これらレジスタ群ＲＧ１〜ＲＧ３を使い分け
ることにより、条件変更要求が発生した計測の次の計測
から新たな条件を適用することができる。

【００４５】各回の計測が終了した時点で画像表示更新
フラグＦ１を立て、その後の最初の垂直同期信号ＶＤの
オンエッジでクリアする。計測条件の変更要求が発生す
ると、計測条件変更フラグＦ２を立て、書込みが終了し
た後の最初の垂直同期信号ＶＤのオンエッジでクリアす
る。書込みが終了した時点で計測条件変更フラグＦ２が
立っていれば、レジスタ変更開始信号Ｓ６をオンし、そ
の後の最初の垂直同期信号ＶＤのオンエッジでオフす
る。レジスタ変更フラグＦ６は、垂直同期信号ＶＤのオ
ンエッジで画像表示更新フラグＦ１が立っていれば、計
測条件変更フラグＦ２をラッチする。

【００４６】ＣＰＵ５１ｂは、レジスタ変更開始信号Ｓ
６のオンエッジを受け付けると、新たな計測条件（ａ〜
ｄ）に対応した演算係数Ｋを算出して第１のレジスタ群
ＲＧ１に書き込む動作を開始する。このとき、以前に書
き込まれたレジスタ群ＲＧ１の内容を第２のレジスタ群
ＲＧ２にコピーする。また、垂直同期信号ＶＤのオンエ
ッジでレジスタ変更フラグＦ６が立っていれば、レジス
タ群ＲＧ２の内容を第３のレジスタ群ＲＧ３にコピーす
る。

【００４７】図１６はデータ出力動作の第５例のタイム
チャートである。図１０の例と同様に、計測条件の変更
が連続的でない場合には、２組のレジスタ群ＲＧ１，Ｒ
Ｇ２を交互に使い分けることによって適切な距離データ
Ｄｚを出力することができる。

【００４８】ＣＰＵ５１ｂは、レジスタ変更開始信号Ｓ
６のオンエッジを受け付けると、新たな計測条件（ａ〜
ｄ）に対応した演算係数Ｋを算出して第１のレジスタ群
ＲＧ１に書き込む動作を開始する。垂直同期信号ＶＤの
オンエッジでレジスタ変更フラグＦ６が立っていれば、
レジスタ群ＲＧ１の内容をレジスタ群ＲＧ２にコピーす
る。本例の場合、距離演算回路７５は第２のレジスタ群
ＲＧ２を参照して演算係数Ｋを取得する。

【００４９】図１７はデータ出力動作の第６例のタイム
チャートである。計測と表示とを同期させる場合にも２
組のレジスタ群ＲＧ１，ＲＧ２を使い分けることによっ
て適切な距離データＤｚを出力することができる。

【００５０】計測の周期を表示周期の整数倍とし、ＬＵ
Ｔ変更フラグＦ６が立って計測条件変更フラグＦ２をラ
ッチしてからレジスタ群ＲＧ１への書込みを行うように
する。

【００５１】図１８は第３実施形態に係る３次元計測装
置２の概要を示す図である。３次元計測装置２は、検出
データＹｐを記憶せずにＬＵＴ７１に入力して距離デー
タＤｚに変換し、その距離データＤｚをフレームメモリ
６０に書き込むものである。アドレス指定には図１の例
と同様に位置データＸｇ，Ｙｇを用いる。ディスプレイ
へのデータ出力に際しては、フレームメモリ６０から読
み出した距離データＤｚを直接にＤ／Ａ変換器７２に入
力してビデオ信号に変換する。投光系１０及び受光系２
０の構成は図１の３次元計測装置１と同一である。

【００５２】本例の構成の場合には、計測条件の変更要
求が発生したｎ番目の計測の次の（ｎ＋１）番目の計測
でも引き続き変更前の計測条件で検出データＹｐを得る
ようにし、その計測期間中に新たな計測条件に対応した
テーブルデータを計算してＬＵＴ７１の内容を書き換え
ておく。そして、（ｎ＋２）番目の計測から新たな計測
条件の走査を行うとともに、新たなテーブルデータを適
用して距離データＤｚを得る。

【００５３】なお、ＬＵＴ７１に代えて距離演算回路で
ハードウェア的に距離データＤｚを求めてフレームメモ
リ６０に書き込む場合には、演算係数を記憶する手段と
して１組のレジスタ群があればよい。

【００５４】

【発明の効果】請求項１乃至請求項６の発明によれば、
種々の計測条件での距離データの出力に必要なメモリ容
量を削減することができる。

【００５５】請求項３又は請求項６の発明によれば、メ
モリ容量の削減を図りつつ、周期的に計測を繰り返す連
続計測動作の途中での計測条件の変更を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る３次元計測装置の概要を示す図で
ある。

【図２】出力画像サイズを示す図である。

【図３】副走査のタイミング調整を説明するための図で
ある。

【図４】画素抜けを防ぐ方法を示す図である。

【図５】第１実施形態に係る制御系の要部のブロック図
である。

【図６】図５のコントローラの機能構成を示すブロック
図である。

【図７】フレームメモリのバンクの使い分けの一例を示
す図である。

【図８】図６のＬＵＴ制御部の構成図である。

【図９】データ出力動作の第１例のタイムチャートであ
る。

【図１０】データ出力動作の第２例のタイムチャートで
ある。

【図１１】データ出力動作の第３例のタイムチャートで
ある。

【図１２】第２実施形態に係る３次元計測装置の制御系
の要部のブロック図である。

【図１３】図１２のコントローラの機能構成を示すブロ
ック図である。

【図１４】図１３の距離演算制御部の構成図である。

【図１５】データ出力動作の第４例のタイムチャートで
ある。

【図１６】データ出力動作の第５例のタイムチャートで
ある。

【図１７】データ出力動作の第６例のタイムチャートで
ある。

【図１８】第３実施形態に係る３次元計測装置の概要を
示す図である。

【符号の説明】

１３次元計測装置ＶＳ仮想平面Ｌ光ビーム（参照光）ｓｐサンプリング区画Ｑ計測対象７１ＬＵＴ（ルックアップテーブル）ＳＴ１〜３サブテーブルＳ１条件変更要求信号Ｄｚ距離データ５１，５１ｂＣＰＵ（データ処理手段）２５受光デバイス（光電変換デバイス）５６３メモリ回路（レジスタ）ＲＧ１〜３レジスタ群（メモリ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】仮想平面に向かって走査をするように参照
光を投射し、前記仮想平面を細分化した各サンプリング
区画を通過する時点での計測対象で反射した前記参照光
の入射角度に応じた距離データ信号を出力する３次元計
測装置であって、前記入射角度を検出する光電変換デバイスと、前記光電変換デバイスによる検出値に基づいて前記距離
データを出力するためのルックアップテーブルと、計測条件の変更指示に呼応して、変更後の計測条件での
前記入射角度に対応する距離データを算出し、前記ルッ
クアップテーブルの内容を書き換えるデータ処理手段
と、を有したことを特徴とする３次元計測装置。
【請求項２】前記計測条件は、前記光電変換デバイスの
受光面への前記仮想平面の結像に係る焦点距離である請
求項１記載の３次元計測装置。
【請求項３】前記ルックアップテーブルは、択一的に選
択されて距離データの出力に使用される複数のサブテー
ブルからなり、前記データ処理手段は、距離データの出力に使用されて
いない前記サブテーブルに算出した距離データを書き込
む請求項１又は請求項２記載の３次元計測装置。
【請求項４】仮想平面に向かって走査をするように参照
光を投射し、前記仮想平面を細分化した各サンプリング
区画を通過する時点での計測対象で反射した前記参照光
の入射角度に応じた距離データ信号を出力する３次元計
測装置であって、前記入射角度を検出する光電変換デバイスと、計測条件に応じた演算係数を記憶するレジスタと、前記光電変換デバイスによる検出値と前記レジスタが記
憶する演算係数とに基づいて前記距離データを算出する
距離演算手段と、計測条件の変更指示に呼応して、変更後の計測条件に応
じた演算係数を算出し、前記レジスタの内容を書き換え
るデータ処理手段と、を有したことを特徴とする３次元
計測装置。
【請求項５】前記計測条件は、前記光電変換デバイスの
受光面への前記仮想平面の結像に係る焦点距離である請
求項４記載の３次元計測装置。
【請求項６】前記レジスタは、択一的に選択されて距離
データの算出に使用される複数のメモリからなり、前記データ処理手段は、距離データの算出に使用されて
いない前記メモリに算出した演算係数を書き込む請求項
４又は請求項５記載の３次元計測装置。