JP2003172612A - 光照射受光装置及び光照射受光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光手段で発光した光を被計測物体に照射
し、前記被計測物体からの反射光を受光して撮像する光
照射受光装置において、オクルージョン領域をなくし、
かつ、撮影範囲と照射範囲の調節を容易にするととも
に、発光手段で発光した光のロスを低減する。 【解決手段】 被計測物体に照射する光を発光する発光
手段と、前記被計測物体で反射した光を受光して撮像す
る撮像手段と、前記被計測物体に照射する光の光軸と前
記撮像手段で受光する光の光軸と一致させる光軸一致手
段と、前記撮像手段で撮像する像の焦点を調節する焦点
調節手段とを備える光照射受光装置であって、前記発光
手段は、単色かつ直線偏光の光を発光する光源と、前記
光源で発光した光の照射角を調節する照射角調節手段と
を備え、前記光軸一致手段は、入射する光の偏光面の向
きに応じて、光を反射あるいは透過させる偏光ビームス
プリッタと、入射した光の偏光面を４５度回転させるλ
／４波長板とを備え、前記λ／４波長板は、前記偏光ビ
ームスプリッタと前記被計測物体との間に配置されてい
る光照射受光装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被計測物体に光を
照射し、前記被計測物体からの反射光を受光する光照射
受光装置及び光照射受光方法に関し、特に、前記被計測
物体の三次元形状計測やパターン計測に適用して有効な
技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、カメラを用いて被写体（被計測物
体）の三次元形状を入力する方法には、さまざまな方法
があり、例えば、アクティブ型計測法が多く用いられて
いる。前記アクティブ型計測法は、例えば、図１１に示
すように、発光手段３から発光される人工的な光を被計
測物体２に照射し、前記被計測物体２からの反射光をカ
メラ等の撮像手段４で受光し、処理することによって、
前記被計測物体２の三次元形状を求める方法である。こ
のとき、前記被計測物体２の三次元形状は、例えば、飛
行時間法（Time of Flight法）を用いて求める。

【０００３】前記飛行時間法を用いて三次元形状を求め
るには、例えば、前記発光手段３でパルス光を発光して
前記被計測物体２に照射し、前記撮像手段４で、シャッ
ターを高速に切りながら前記被計測物体２を撮影する。
このとき、前記発光手段３から照射された光は、前記被
計測物体２の部位毎に、前記発光手段３から被計測物体
２までの距離と、前記被計測物体２から前記撮像手段４
までの距離の和に応じて、前記撮像手段２に到達するま
で時間（走行時間）にばらつきが生じる。例えば、図１
１に示したような、Ｌ字型の被計測物体２に光を照射し
たときには、前記被計測物体２の後方、言い換えると前
記発光手段３及び撮像手段４から遠い部分で反射した光
は、前記被計測物体の前方、言い換えると前記発光手段
３及び撮像手段４に近い部分で反射した光よりも走行時
間が長くなる。そのため、前記被計測物体２の後方で反
射した光は、前記撮像手段４に到達する時間に遅れが生
じ、シャッター時間内に前記撮像手段４に届く光量が少
なくなる。

【０００４】すなわち、前記撮像手段４で撮像された画
像は、前記発光手段３及び前記撮像手段４から遠い部分
で反射された光を受光した領域が暗くなり、被計測物体
２の形状に対応した輝度の濃淡値が得られる。そこで、
前記撮像画像の輝度の濃淡値から、前記被計測物体の各
部位と撮像手段の間の距離を算出して前記被計測物体の
形状を求める。

【０００５】前記アクティブ型計測法は、高信頼性及び
高精度であるため、実用段階に供されている技術も多
い。しかしながら、従来のアクティブ型計測法では、前
記発光手段３と前記撮像手段４が、空間的に異なる位置
にあり、前記発光手段３から照射される光の光軸と、前
記撮像手段で受光する光の光軸が空間的に異なる。その
ため、前記被計測物体２の形状によっては、図１２に示
すように、前記撮像手段４で撮像する範囲θ１を照射す
るように前記発光手段３の照射角θ２を設定しても、前
記発光手段３からの光があたらない領域（オクルージョ
ン領域）Ｓ３が発生することがある。前記オクルージョ
ン領域Ｓ３には光があたらないため、前記オクルージョ
ン領域Ｓ３内の形状を計測できないという問題がある。

【０００６】また、図１２に示したような配置の場合、
前記発光手段３で、前記撮像手段４で撮影する範囲θ１
を照射するには、照射角θ２で光を照射する必要がある
が、このとき、前記被計測物体２の、前記撮像手段４で
撮影されない領域Ｓ４にも光が照射される。前記発光手
段３から照射される光の単位面積あたりの光量は、照射
面積に反比例するため、図１２に示したように、前記撮
像手段４で撮影されない領域Ｓ４にも光を照射すると、
前記発光手段３で発光した光の光量に無駄が生じる。そ
のため、限られた出力の照明光を有効に利用できないと
いう問題がある。

【０００７】また、前記撮像手段４は、レンズを交換す
る、あるいはズームレンズを用いることにより、撮影範
囲を変更することが可能である。このとき、前記撮像手
段４で広角の撮影をする場合には、図１３に示すよう
に、照射光の光軸ＡＸ２が前記撮像手段４で受光する光
の光軸ＡＸ１と異なっていても、前記撮像手段４の撮影
範囲θ１の広さに合わせて、前記発光手段３の照射角θ
２を広くすることで、前記被計測物体２の全体に光を照
射することができる。

【０００８】しかしながら、図１３に示した状態で、例
えば、前記撮像手段４の撮影範囲θ１を狭くして、図１
４に示すように、被計測物体２の一部Ｓ５を拡大して撮
影する場合、前記発光手段３の照射角θ２も狭くして、
光量を増大し、無駄な光を少なくすることが考えられる
が、前記照射光の光軸ＡＸ２が受光する光の光軸ＡＸ１
とずれている場合には、図１４に示したように、照射範
囲と撮影範囲にずれが出て、撮影範囲内に光のあたらな
い領域Ｓ５‘ができてしまうという問題がある。

【０００９】また、図１４に示したような、照射範囲と
撮影範囲のずれをなくすためには、前記撮影範囲の変更
に合わせて、前記発光手段３の光軸も調整する必要があ
り、作業の手間がかかるという問題がある。また、前記
発光手段３で発光する光が赤外光などの不可視光の場合
には、調節作業が困難であるという問題がある。前記ア
クティブ型計測方法における各問題は、前記発光手段３
から照射される光の光軸と前記撮像手段４で受光する光
の光軸が異なるために生じる問題であるため、前記照射
する光の光軸と受光する光の光軸を一致させることで解
決できる。

【００１０】前記照射する光の光軸と受光する光の光軸
を一致させる方法としては、図１５に示すように、ハー
フミラー１０を用いる方法が提案されている。前記ハー
フミラー１０を用いる場合、例えば、前記発光手段３で
発光した光をハーフミラー１０に入射し、前記ハーフミ
ラー１０で反射した光を前記被計測物体２に照射する。
また、前記被計測物体２で反射した光は、前記被計測物
体２に照射される光と同じ光軸を通り再び前記ハーフミ
ラー１０に入射されるので、前記ハーフミラー８を透過
した光を前記撮像装置４で受光し、撮像することで、前
記各問題を解決することができる。

【００１１】しかしながら、前記ハーフミラー１０は、
入射した光の光量の半分が透過し、残りの半分が反射す
るため、前記発光手段３で発光した光の光量Ｐの半分だ
けが前記被計測物体２に照射されることになる。また、
前記被計測物体２で反射した光も、光量の半分だけが前
記ハーフミラー１０を透過して前記撮像手段４で受光さ
れる。そのため、前記被計測物体２に照射した光の光量
の１００％が反射したとしても、前記撮像手段４で受光
する光の光量は、前記発光手段３で発光した光の光量Ｐ
の４分の１になり、ロスが多いという問題があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術で説明
したように、照射する光の光軸と受光する光の光軸が異
なる場合には、図１２及び図１４に示したように、オク
ルージョン領域が発生するという問題や、撮影領域外に
照射される無駄な光があるという問題があった。また、
図１５に示したようなハーフミラー１０を用いた方法で
は、光のロスが多いという問題があった。

【００１３】本発明の目的は、発光手段で発光した光を
被計測物体に照射し、前記被計測物体からの反射光を受
光して撮像する光照射受光装置において、オクルージョ
ン領域をなくすことが可能な技術を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、発光手段で発光した光を被計
測物体に照射し、前記被計測物体からの反射光を受光し
て撮像する光照射受光装置において、撮像範囲と照射範
囲の調節を容易にすることが可能な技術を提供すること
にある。本発明の他の目的は、発光手段で発光した光を
被計測物体に照射し、前記被計測物体からの反射光を受
光して撮像する光照射受光装置において、発光手段で発
光した光のロスを低減することが可能な技術を提供する
ことにある。本発明の他の目的は、発光手段で発光した
光を被計測物体に照射し、前記被計測物体からの反射光
を受光して撮像する光照射受光装置において、オクルー
ジョン領域をなくし、かつ、撮影範囲と照射範囲の調節
を容易にするとともに、発光手段で発光した光のロスを
低減することが可能な技術を提供することにある。本発
明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細
書の記述及び添付図面によって明らかする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明の概要を説明すれば、以下のとおりである。第１の
発明は、被計測物体に照射する光を発光する発光手段
と、前記被計測物体で反射した光を受光して撮像する撮
像手段と、前記被計測物体に照射する光の光軸と前記撮
像手段で受光する光の光軸と一致させる光軸一致手段
と、前記撮像手段で撮像する像の焦点を調節する焦点調
節手段とを備える光照射受光装置であって、前記発光手
段は、単色かつ直線偏光の光を発光する光源と、前記光
源で発光した光の照射角を調節する照射角調節手段とを
備え、前記光軸一致手段は、入射する光の偏光面の向き
に応じて、光を反射あるいは透過させる偏光ビームスプ
リッタと、入射した光の偏光面を４５度回転させるλ／
４波長板とを備え、前記λ／４波長板は、前記偏光ビー
ムスプリッタと前記被計測物体との間に配置されている
光照射受光装置である。

【００１５】第２の発明は、前記第１の発明において、
前記光軸一致手段及び前記焦点調節手段は、前記被計測
物体と前記撮像手段とを結ぶ直線上に、前記被計測物体
側から、前記焦点調節手段、前記光軸一致手段の順に配
置され、前記光源は、発光した光の偏光面が前記偏光ビ
ームスプリッタで反射される向きになり、かつ、前記偏
光ビームスプリッタで反射した光が前記被計測物体に照
射されるように配置されており、前記照射角調節手段
は、前記光源と前記偏光ビームスプリッタの間に配置さ
れている光照射受光装置である。

【００１６】第３の発明は、前記第１の発明において、
前記光軸一致手段及び前記焦点調節手段は、前記被計測
物体と前記発光手段とを結ぶ直線上に、前記被計測物体
側から、前記焦点調節手段、前記光軸一致手段の順に配
置され、前記光源は、発光した光の偏光面が、前記偏光
ビームスプリッタを透過する向きになるように配置さ
れ、前記撮像手段は、前記被計測物体からの反射光が、
前記偏光ビームスプリッタで反射する方向に配置されて
おり、前記照射角調節手段は、前記光源と前記偏光ビー
ムスプリッタの間に配置されている光照射受光装置であ
る。

【００１７】前記第１の発明、前記第２の発明、及び前
記第３の発明によれば、前記光軸一致手段を設けること
により、前記発光手段で発光した光、すなわち前記被計
測物体に照射する光の光軸と、前記被計測物体で反射
し、前記撮像手段で受光される光の光軸を同一軸上にす
ることができる。そのため、前記撮像手段で撮像する範
囲内に、前記光が照射されない領域（オクルージョン領
域）が発生することを防げる。

【００１８】また、前記発光手段に、前記照射角調節手
段を設けることにより、前記被計測物体の光が照射され
る領域を、前記撮像手段で撮影する範囲にあわせること
ができる。そのため、前記発光手段で発光した光が前記
撮像手段で撮影する範囲外に照射されたり、前記図１４
に示したように、撮影範囲と照射領域にずれが生じたり
することを防げ、前記発光手段で発光した光の光量を有
効に利用することができる。またこのとき、前記被計測
物体に照射する光の光軸と、前記被計測物体で反射し、
前記撮像手段で受光される光の光軸が同一軸上であるた
め、撮像範囲の変更をした場合に、照射する光の照射角
を調節するだけでよく、光の照射範囲の調節が容易であ
る。

【００１９】また、前記光軸一致手段として、前記偏光
ビームスプリッタ及び前記λ／４波長板を用い、前記光
源で発光した光を、前記偏光ビームスプリッタで反射あ
るいは透過させて被計測物体に照射することにより、前
記光源で発光した光の光量のほぼ１００％を前記被計測
物体に照射することができる。このとき、前記被計測物
体に照射される光は、前記λ／４波長板で偏光面が４５
度回転し、円偏光に変わって照射される。

【００２０】また、前記被計測物体で反射した光（反射
光）は、一般に、前記被計測物体に照射したときの円偏
光のほかに、無偏光が混合した状態である。前記反射光
に含まれる円偏光は、前記λ／４波長板で、前記光源で
発光した光の偏光面と直交する偏光面の直線偏光になる
ので、前記偏光ビームスプリッタで透過あるいは反射
し、前記撮像手段で受光される。このとき、前記撮像手
段で受光される光の光量は、前記円偏光と無偏光の割合
によるが、前記被計測物体で反射した光の光量の５０％
から１００％になる。

【００２１】また、前記被計測物体では、照射した光の
ほとんどが反射するため、前記撮像手段で受光される光
の光量は、前記光源で発光した光の光量の５０％から１
００％になる。そのため、従来のハーフミラーを用いた
装置に比べ、光のロスを低減することができ、光を有効
に利用することができる。また、前記光照射受光装置の
各構成要素は、例えば、前記第２の発明に示したように
配置する。

【００２２】前記第２の発明に示した配置の場合、前記
光源で発光した直線偏光は、前記偏光ビームスプリッタ
で反射し、前記λ／４波長板で偏光面が４５度回転し円
偏光に変わり、前記被計測物体に照射される。前記被計
測物体で反射した光は、一般に、円偏光と無偏光が混合
した光であり、円偏光は前記λ／４波長板で偏光面が４
５度回転し、前記光源で発光した光の偏光面と直交する
偏光面の直線偏光に変わる。そのため、前記偏光ビーム
スプリッタを透過し、前記撮像手段で受光することがで
きる。また、前記光照射受光装置の各構成要素は、前記
第２の発明に示した配置に限らず、前記第３の発明に示
したように配置してもよい。

【００２３】前記第３の発明に示した配置の場合、前記
光源で発光した直線偏光は、前記偏光ビームスプリッタ
を透過し、前記λ／４波長板で偏光面が４５度回転し円
偏光に変わり、前記被計測物体に照射される。前記被計
測物体で反射した光は、一般に、円偏光と無偏光が混合
した光であり、円偏光は前記λ／４波長板で偏光面が４
５度回転し、光源で発光した光の偏光面と直交する偏光
面の光に変わる。そのため、前記偏光ビームスプリッタ
で反射し、前記撮像手段で受光することができる。

【００２４】第４の発明は、被計測物体に照射する赤外
光を発光する赤外光発光手段と、前記被計測物体で反射
した赤外光を受光して撮像する第１撮像手段と、前記被
計測物体に照射する赤外光の光軸と、前記第１撮像手段
で受光する赤外光の光軸を一致させる光軸一致手段と、
前記第１撮像手段で撮像する像の焦点を調節する焦点調
節手段と、前記被計測物体で反射した光を赤外光と可視
光に分離する光分離手段と、前記光分離手段によって分
離した可視光を受光して撮像する第２撮像手段を備える
光照射受光装置であって、前記赤外光発光手段は、直線
偏光の赤外光を発光する赤外光源と、前記赤外光源で発
光した赤外光の照射角を調節する照射角調節手段とを備
え、前記光軸一致手段は、入射する光の偏光面の向きに
応じて光を反射あるいは透過させる偏光ビームスプリッ
タと、入射した光の偏光面を４５度回転させるλ／４波
長板とを備え、前記光分離手段及び前記λ／４波長板
は、前記偏光ビームスプリッタと前記被計測物体との間
に、前記被計測物体側から、前記光分離手段、前記λ／
４波長板の順に配置されている光照射受光装置である。

【００２５】第５の発明は、前記第４の発明において、
前記光分離手段は、赤外光を透過し、可視光を反射する
コールドミラーであり、前記焦点調節手段、前記コール
ドミラー、前記λ／４波長板、及び前記偏光ビームスプ
リッタは、前記被計測物体と前記第１撮像手段とを結ぶ
直線上に、前記被計測物体側から、前記焦点調節手段、
前記コールドミラー、前記λ／４波長板、前記偏光ビー
ムスプリッタの順に配置され、前記赤外光源は、発光し
た赤外光の偏光面が前記偏光ビームスプリッタで反射す
る向きになり、かつ、前記偏光ビームスプリッタで反射
した光が前記被計測物体に照射されるように配置され、
前記第２撮像手段は、前記被計測物体からの可視光が前
記コールドミラーで反射する方向に配置されている光照
射受光装置である。

【００２６】第６の発明は、前記第４の発明において、
前記光分離手段は、赤外光を透過し、可視光を反射する
コールドミラーであり、前記焦点調節手段、前記コール
ドミラー、前記λ／４波長板、及び前記偏光ビームスプ
リッタは、前記被計測物体と前記赤外光発光手段とを結
ぶ直線上に、前記被計測物体側から、前記焦点調節手
段、前記コールドミラー、前記λ／４波長板、前記偏光
ビームスプリッタの順に配置され、前記赤外光源は、発
光した赤外光の偏光面が前記偏光ビームスプリッタを透
過する向きになるように配置され、前記第１撮像手段
は、前記被計測物体で反射し、前記コールドミラー及び
前記λ／４波長板を通った赤外光が前記偏光ビームスプ
リッタで反射する方向に配置され、前記第２撮像手段
は、前記被計測物体からの可視光が前記コールドミラー
で反射する方向に配置されている光照射受光装置であ
る。

【００２７】第７の発明は、前記第４の発明において、
前記光分離手段は、赤外光を反射し、可視光を透過する
ホットミラーであり、前記ホットミラーと前記焦点調節
手段は、前記被計測物体と前記第２撮像手段とを結ぶ直
線上に、前記被計測物体側から前記焦点調節手段、前記
ホットミラーの順に配置され、前記λ／４波長板及び前
記偏光ビームスプリッタは、前記被計測物体からの赤外
光が前記ホットミラーで反射する方向であり、かつ、前
記ホットミラーと前記第１撮像手段とを結ぶ直線上に、
前記λ／４波長板、前記偏光ビームスプリッタの順に配
置され、前記赤外光源は、発光した赤外光の偏光面が前
記偏光ビームスプリッタで反射する向きになり、かつ、
前記被計測物体に照射されるように配置されている光照
射受光装置である。

【００２８】第８の発明は、前記第４の発明において、
前記光分離手段は、赤外光を反射し、可視光を透過する
ホットミラーであり、前記ホットミラーと前記焦点調節
手段は、前記被計測物体と前記第２撮像手段とを結ぶ直
線上に、前記被計測物体側から、前記焦点調節手段、前
記ホットミラーの順に配置され、前記偏光ビームスプリ
ッタ及び前記λ／４波長板は、前記ホットミラーと前記
赤外光発光手段との間に、前記ホットミラー側から、前
記λ／４波長板、前記偏光ビームスプリッタの順に配置
され、前記赤外光源は、発光した赤外光の偏光面が前記
偏光ビームスプリッタを透過するような向きに配置さ
れ、前記第１撮像手段は、前記被計測物体で反射し、前
記ホットミラー及び前記λ／４波長板を通った赤外光
が、前記偏光ビームスプリッタで反射する方向に配置さ
れている光照射受光装置である。

【００２９】前記第４の発明、前記第５の発明、前記第
６の発明、前記第７の発明、及び前記第８の発明によれ
ば、前記赤外光源で発光した赤外光、すなわち前記被計
測物体に照射する赤外光の光軸と、前記被計測物体で反
射し、前記撮像手段で受光される赤外光の光軸を同一軸
上にすることができる。そのため、前記撮像手段で撮像
する範囲内に、前記赤外光が照射されない領域（オクル
ージョン領域）が発生することを防げる。

【００３０】また、前記赤外光発光手段に、前記照射角
調節手段を設けることにより、前記被計測物体の赤外光
が照射される領域を、前記撮像手段で撮影する範囲にあ
わせることができる。そのため、前記赤外光源で発光し
た赤外光が前記撮像手段で撮影する範囲外に照射された
り、前記図１４に示したように、撮影範囲と照射領域に
ずれが生じたりすることを防げ、前記赤外光源で発光し
た赤外光の光量を有効に利用することができる。またこ
のとき、前記被計測物体に照射する赤外光の光軸と、前
記被計測物体で反射し、前記撮像手段で受光される赤外
光の光軸が同一軸上であるため、撮像範囲の変更をした
場合に、照射する赤外光の照射角を調節するだけでよ
く、赤外光の照射範囲の調節が容易である。

【００３１】また、前記光軸一致手段として、前記偏光
ビームスプリッタ及び前記λ／４波長板を用い、前記赤
外光源で発光した赤外光を、前記偏光ビームスプリッタ
で反射あるいは透過させて被計測物体に照射することに
より、前記赤外光源で発光した赤外光の光量のほぼ１０
０％を前記被計測物体に照射することができる。このと
き、前記被計測物体に照射される赤外光は、前記λ／４
波長板で偏光面が４５度回転し、円偏光に変わって照射
される。

【００３２】また、前記被計測物体で反射した赤外光
（反射光）は、一般に、前記被計測物体に照射したとき
の円偏光のほかに、無偏光が混合した状態である。前記
反射光に含まれる円偏光は、前記λ／４波長板で、前記
赤外光源で発光した赤外光の偏光面と直交する偏光面の
直線偏光になるので、前記偏光ビームスプリッタで透過
あるいは反射し、前記撮像手段で受光される。このと
き、前記撮像手段で受光される赤外光の光量は、前記円
偏光と無偏光の割合によるが、前記被計測物体で反射し
た赤外光の光量の５０％から１００％になる。

【００３３】また、前記被計測物体では、照射した赤外
光のほとんどが反射するため、前記撮像手段で受光され
る赤外光の光量は、前記赤外光源で発光した赤外光の光
量の５０％から１００％になる。そのため、従来のハー
フミラーを用いた装置に比べ、光のロスを低減すること
ができ、光を有効に利用することができる。また、前記
被計測物体に前記赤外光を照射する場合には、前記被計
測物体で反射する光に、前記被計測物体が存在する空間
の可視光（外光）も含まれているため、前記光分離手段
を設けて赤外光と可視光を分離することにより、前記第
１撮像手段では、赤外光だけの像を撮像することができ
る。

【００３４】またこのとき、前記光分離手段で分離され
た可視光の像を前記第２撮像手段で撮像することによ
り、前記被計測物体の色情報を取得できる。そのため、
前記第２撮像手段で撮影する範囲を前記第１撮像手段で
撮影する範囲と一致させておくことにより、前記被計測
物体の形状及び色を測定することができ、前記被計測物
体を認識しやすくなる。また、前記光分離手段として、
赤外光を透過し、可視光を反射するコールドミラーを用
いることができる。このとき、前記光照射受光装置の各
構成要素は、前記第５の発明に示したように配置する。

【００３５】前記第５の発明に示した配置の場合、前記
赤外光源で発光した赤外光は、前記偏光ビームスプリッ
タで反射し、前記λ／４波長板で偏光面を４５度回転し
て円偏光に変わり、前記コールドミラーを透過して前記
被計測物体に照射される。前記被計測物体で反射した円
偏光の赤外光は、前記コールドミラーを透過し、前記λ
／４波長板で偏光面をさらに４５度回転し、前記赤外光
源で発光した赤外光の偏光面と直交する偏光面の直線偏
光に変わる。そのため、前記偏光ビームスプリッタを透
過し、前記第１撮像手段で受光される。一方、前記被計
測物体で反射した可視光は、前記コールドミラーで反射
し、前記第２撮像手段で受光される。また、前記光分離
手段として、前記コールドミラーを用いた場合、前記光
照射受光装置の各構成要素は、前記第５の発明に示した
配置に限らず、第６の発明に示したような配置でもよ
い。

【００３６】前記第６の発明に示した配置の場合、前記
赤外光源で発光した赤外光は、前記偏光ビームスプリッ
タを透過し、前記λ／４波長板で偏光面を４５度回転し
て円偏光に変わり、前記コールドミラーを透過して前記
被計測物体に照射される。前記被計測物体で反射した円
偏光の赤外光は、前記コールドミラーを透過し、前記λ
／４波長板で偏光面をさらに４５度回転し、前記赤外光
源で発光した赤外光の偏光面と直交した偏光面の直線偏
光に変わる。そのため、前記偏光ビームスプリッタで反
射し、前記第１撮像手段で受光される。一方、前記被計
測物体で反射した可視光は、前記コールドミラーで反射
し、前記第２撮像手段で受光される。また、前記光分離
手段は、前記コールドミラーに限らず、赤外光を反射
し、可視光を透過するホットミラーを用いることもでき
る。前記ホットミラーを用いるときには、前記光照射受
光装置の各構成要素は、前記第７の発明に示したように
配置する。

【００３７】前記第７の発明に示した配置の場合、前記
赤外光源で発光した赤外光は、前記偏光ビームスプリッ
タで反射し、前記λ／４波長板で偏光面を４５度回転し
て円偏光に変わり、前記ホットミラーで反射した後、前
記被計測物体に照射される。前記被計測物体で反射した
円偏光の赤外光は、前記ホットミラーで反射し、前記λ
／４波長板で偏光面をさらに４５度回転して、前記赤外
光源で発光した赤外光の偏光面と直交する偏光面の直線
偏光に変わる。そのため、前記偏光ビームスプリッタを
透過し、前記第１撮像手段で受光される。一方、前記被
計測物体で反射した可視光は、前記ホットミラーを透過
し、前記第２撮像手段で受光される。また、前記光分離
手段として、前記ホットミラーを用いる場合、前記光照
射受光装置の各構成要素は、前記第７の発明に示した配
置に限らず、前記第８の発明に示したような配置であっ
てもよい。

【００３８】前記第８の発明に示した配置の場合、前記
赤外光源で発光した赤外光は、前記偏光ビームスプリッ
タを透過し、前記λ／４波長板で偏光面を４５度回転し
て円偏光に変わり、前記ホットミラーで反射した後、前
記被計測物体に照射される。前記被計測物体で反射した
円偏光の赤外光は、前記ホットミラーで反射し、前記λ
／４波長板で偏光面をさらに４５度回転して、前記赤外
光源で発光した赤外光の偏光面と直交する偏光面の直線
偏光に変わる。そのため、前記偏光ビームスプリッタで
反射し、前記第１撮像手段で受光される。一方、前記被
計測物体で反射した可視光は、前記ホットミラーを透過
し、前記第２撮像手段で受光される。

【００３９】第９の発明は、被計測物体に照射する照射
光を発光し、前記照射光の照射角を調節し、前記照射角
を調節した照射光を被計測物体に照射し、前記被計測物
体で反射した反射光を受光する光照射受光方法におい
て、単色かつ直線偏光の照射光を発光し、前記照射角を
調節した照射光を偏光ビームスプリッタで反射させ、前
記偏光ビームスプリッタで反射させた照射光の偏光面を
４５度回転させてから前記被計測物体に照射し、前記被
計測物体で反射した反射光の偏光面をさらに４５度回転
させ、前記偏光ビームスプリッタを透過させて受光する
光照射受光方法である。

【００４０】前記第９の発明によれば、前記偏光ビーム
スプリッタで反射した光の偏光面を４５度回転して前記
被計測物体に照射し、前記被計測物体で反射した光の偏
光面をさらに４５度回転させることで、前記被計測物体
で反射した光は、前記偏光ビームスプリッタで反射する
光の偏光面と直交する偏光面の光になり、前記偏光ビー
ムスプリッタを透過する。そのため、前記照射する光
を、受光する反射光と同じ方向から照射することがで
き、前記被計測物体で反射した光を受光し、撮像したと
きに、前記被計測物体に光があたっていない領域（オク
ルージョン領域）が発生することを防ぐことができる。

【００４１】また、前記照射光の照射角を調節して前記
被計測物体に照射することにより、前記被計測物体で反
射した光を受光し、撮像する際の撮像範囲にあわせて光
を照射することができ、光を有効利用することができ
る。また、前記発光した光を反射して被計測物体に照射
することにより、発光した光の光量のほぼ１００％を被
計測物体に照射できる。また、前記偏光ビームスプリッ
タでは、前記被計測物体で反射した光の光量の５０％か
ら１００％の光量の光が透過する。そのため、前記偏光
ビームスプリッタを透過した光の光量は、発光した光の
光量の５０％から１００％の光量であり、光のロスが少
なくなる。

【００４２】第１０の発明は、被計測物体に照射する照
射光を発光し、前記照射光の照射角を調節し、前記照射
角を調節した照射光を被計測物体に照射し、前記被計測
物体で反射した反射光を受光する光照射受光方法におい
て、単色かつ直線偏光の照射光を発光し、前記照射角を
調節した照射光を偏光ビームスプリッタで透過させ、前
記偏光ビームスプリッタを透過した照射光の偏光面を４
５度回転させてから前記被計測物体に照射し、前記被計
測物体で反射した反射光の偏光面をさらに４５度回転さ
せ、前記偏光ビームスプリッタで反射させて受光する光
照射受光方法である。

【００４３】前記第１０の発明によれば、前記偏光ビー
ムスプリッタを透過した光の偏光面を４５度回転して前
記被計測物体に照射し、前記被計測物体で反射した光の
偏光面をさらに４５度回転させることで、前記被計測物
体で反射した光は、前記偏光ビームスプリッタを透過す
る光の偏光面と直交する偏光面の直線偏光になり、前記
偏光ビームスプリッタで反射する。そのため、前記照射
光と同じ方向に反射した光を受光することができ、前記
被計測物体で反射した光を受光し、撮像したときに、前
記被計測物体に光があたっていない領域（オクルージョ
ン領域）が発生することを防ぐことができる。

【００４４】また、前記照射光の照射角を調節して前記
被計測物体に照射することにより、前記被計測物体で反
射した光を受光し、撮像する際の撮像範囲にあわせて光
を照射することができ、光を有効利用することができ
る。また、前記発光した光を透過して被計測物体に照射
することにより、発光した光の光量のほぼ１００％を被
計測物体に照射できる。また、前記偏光ビームスプリッ
タでは、前記被計測物体で反射した光の光量の５０％か
ら１００％の光量の光が反射する。そのため、前記偏光
ビームスプリッタを反射した光の光量は、発光した光の
光量の５０％から１００％の光量であり、光のロスが少
なくなる。

【００４５】第１１の発明は、直線偏光の赤外光を発光
し、前記赤外光の照射角を調節し、前記照射角を調節し
た赤外光を被計測物体に照射し、前記被計測物体で反射
した赤外光及び可視光を受光する光照射受光方法におい
て、前記照射角を調節した赤外光を偏光ビームスプリッ
タで反射させ、前記偏光ビームスプリッタで反射させた
赤外光の偏光面を４５度回転させてから前記被計測物体
に照射し、前記被計測物体で反射した光を赤外光と可視
光に分離し、前記分離した赤外光の偏光面をさらに４５
度回転させ、前記偏光ビームスプリッタを透過させて受
光する光照射受光方法である。

【００４６】前記第１１の発明によれば、前記偏光ビー
ムスプリッタで反射した赤外光の偏光面を４５度回転し
て前記被計測物体に照射し、前記被計測物体で反射した
赤外光の偏光面をさらに４５度回転させることで、前記
被計測物体で反射した赤外光は、前記偏光ビームスプリ
ッタで反射する赤外光の偏光面と直交する偏光面の直線
偏光になり、前記偏光ビームスプリッタを透過する。そ
のため、前記照射する赤外光を、受光する赤外光と同じ
方向から照射することができ、前記被計測物体で反射し
た赤外光を受光し、撮像したときに、前記被計測物体に
赤外光があたっていない領域（オクルージョン領域）が
発生することを防ぐことができる。

【００４７】また、前記照射光の照射角を調節して前記
被計測物体に照射することにより、前記被計測物体で反
射した赤外光を受光し、撮像する際の撮像範囲にあわせ
て光を照射することができ、撮影範囲外の無駄な領域に
照射される光の量を低減し、光を有効利用することがで
きる。また、前記発光した赤外光を反射して被計測物体
に照射することにより、発光した赤外光の光量のほぼ１
００％を被計測物体に照射できる。また、前記偏光ビー
ムスプリッタでは、前記被計測物体で反射した赤外光の
光量の５０％から１００％の光量の光が透過する。その
ため、前記偏光ビームスプリッタを透過した赤外光の光
量は、発光した赤外光の光量の５０％から１００％の光
量であり、光のロスが少なくなる。また、前記被計測物
体で反射した光には、赤外光のほかに、可視光が含まれ
ているため、前記被計測物体で反射した光を赤外光と可
視光に分離することで、赤外光と可視光を別々に受光で
き、前記赤外光のみの像と前記可視光の像を撮像するこ
とができ、被計測物体の形状及び色の情報を得ることが
できる。

【００４８】第１２の発明は、直線偏光の赤外光を発光
し、前記赤外光の照射角を調節し、前記照射角を調節し
た赤外光を被計測物体に照射し、前記被計測物体で反射
した赤外光及び可視光を受光する光照射受光方法におい
て、前記照射角を調節した赤外光を偏光ビームスプリッ
タで透過し、前記偏光ビームスプリッタで反射させた赤
外光の偏光面を４５度回転させてから前記被計測物体に
照射し、前記被計測物体で反射した光を赤外光と可視光
に分離し、前記分離した赤外光の偏光面をさらに４５度
回転させ、前記偏光ビームスプリッタで反射して受光す
る光照射受光方法である。

【００４９】前記第１２の発明によれば、前記偏光ビー
ムスプリッタを透過した赤外光の偏光面を４５度回転し
て前記被計測物体に照射し、前記被計測物体で反射した
赤外光の偏光面をさらに４５度回転させることで、前記
被計測物体で反射した赤外光は、前記偏光ビームスプリ
ッタを透過する赤外光の偏光面と直交する偏光面の直線
偏光になり、前記偏光ビームスプリッタで反射する。そ
のため、前記赤外光を照射した方向と同じ方向に反射し
た赤外光を受光することができ、前記被計測物体で反射
した赤外光を受光し、撮像したときに、前記被計測物体
に赤外光があたっていない領域（オクルージョン領域）
が発生することを防ぐことができる。

【００５０】また、前記照射光の照射角を調節して前記
被計測物体に照射することにより、前記被計測物体で反
射した赤外光を受光し、撮像する際の撮像範囲にあわせ
て光を照射することができ、撮影範囲外の無駄な領域に
照射される光の量を低減し、光を有効利用することがで
きる。また、前記発光した赤外光を透過して被計測物体
に照射することにより、発光した赤外光の光量のほぼ１
００％を被計測物体に照射できる。また、前記偏光ビー
ムスプリッタでは、前記被計測物体で反射した赤外光の
光量の５０％から１００％の光量の光が反射する。その
ため、前記偏光ビームスプリッタを反射して受光される
赤外光の光量は、発光した赤外光の光量の５０％から１
００％の光量であり、光のロスが少なくなる。また、前
記被計測物体で反射した光には、赤外光のほかに、可視
光が含まれているため、前記被計測物体で反射した光を
赤外光と可視光に分離することで、赤外光と可視光を別
々に受光でき、前記赤外光のみの像と前記可視光の像を
撮像することができ、被計測物体の形状及び色の情報を
得ることができる。

【００５１】第１３の発明は、前記第１１の発明または
前記第１２の発明において、前記被計測物体で反射した
光は、コールドミラーを用い、赤外光を透過させ、可視
光を反射させて分離する光照射受光方法である。前記第
１３の発明によれば、前記コールドミラーを用いて赤外
光を透過し、可視光を反射させることにより、前記コー
ルドミラーを通ることによる赤外光及び可視光のロスが
ほとんどなく、光を有効利用することができる。

【００５２】第１４の発明は、前記第１１の発明または
前記第１２の発明において、前記被計測物体で反射した
光は、ホットミラーを用い、赤外光を反射させ、可視光
を透過させて分離する光照射受光方法である。前記第１
４の発明によれば、前記ホットミラーを用いて赤外光を
反射させ、可視光を透過することにより、前記ホットミ
ラーを通ることによる赤外光及び可視光のロスがほとん
どなく、光を有効に利用することができる。

【００５３】以下、本発明について、図面を参照して実
施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。なお、実
施例を説明するための全図において、同一機能を有する
ものは、同一符号をつけ、その繰り返しの説明は省略す
る。

【００５４】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は、本発明に
よる実施形態１の光照射受光装置の概略構成を示す模式
図である。図１において、１Ａは光照射受光装置、２は
被計測物体、３は発光手段、３０１は光源、３０２は照
射角調節手段、４は撮像手段、５は光軸一致手段、５０
１は偏光ビームスプリッタ、５０２はλ／４波長板、６
は焦点調節手段である。また、図１に示した矢印のう
ち、実線の矢印は被計測物体に照射する光の進路を示
し、破線の矢印は受光する光の進路を示す。また、実線
の矢印に添えたｓはｓ偏光であることを示し、破線の矢
印に添えたｐはｐ偏光であることを示す。

【００５５】本実施形態１の光照射受光装置１Ａは、図
１に示すように、被計測物体２に照射する光を発光する
発光手段３と、前記被計測物体２で反射した光を受光し
て撮像する撮像手段４と、前記被計測物体２に照射する
光の光軸と前記撮像手段４で受光する光の光軸とを一致
させる光軸一致手段５と、前記撮像手段４で撮像する像
の焦点を調節する焦点調節手段６とにより構成されてい
る。また、前記発光手段３は、単色かつ直線偏光の光を
発光する光源３０１と、前記光源３０１で発光した光の
照射角を調節する照射角調節手段３０２とを備える。

【００５６】また、前記光軸一致手段５は、入射する光
の偏光面の向きに応じて、光を反射あるいは透過させる
偏光ビームスプリッタ５０１と、入射した光の偏光面を
４５度回転させるλ／４波長板５０２とを備え、前記λ
／４波長板５０２は、前記偏光ビームスプリッタ５０１
と前記被計測物体２との間に配置されている。

【００５７】また、本実施形態１の光照射受光装置１Ａ
では、図１に示したように、前記光軸一致手段５及び前
記焦点調節手段６は、前記被計測物体２と前記撮像手段
４とを結ぶ直線上に、前記被計測物体２側から、前記焦
点調節手段６、前記光軸一致手段５の順に配置されてい
る。

【００５８】また、前記光源３０１は、発光した光の偏
光面が前記偏光ビームスプリッタ５０１で反射される向
きになり、かつ、前記偏光ビームスプリッタ５０１で反
射した光が前記被計測物体２に照射されるように配置さ
れ、前記照射角調節手段３０２は、前記光源３０１と前
記偏光ビームスプリッタ５０１の間に配置されている。

【００５９】本実施形態１の光照射受光装置では、前記
光源３０１で発光した単色かつ直線偏光の光は、前記照
射角調節手段３０２で照射角を調節した後、前記偏光ビ
ームスプリッタ５０１に入射される。このとき、前記偏
光ビームスプリッタ５０１に入射する光はｓ偏光である
ため、前記偏光ビームスプリッタ５０１で反射する。前
記偏光ビームスプリッタ５０１で反射した照射光は、前
記λ／４波長板で偏光面を４５度回転させて円偏光にし
た後、前記焦点調節手段６を通して前記被計測物体２に
照射される。

【００６０】このとき、前記光源３０１で発光する光は
直線偏光であり、前記偏光ビームスプリッタ５０１でほ
ぼ１００％反射するため、前記光源３０１で発光した光
の光量のほぼ１００％を前記被計測物体２に照射するこ
とができる。前記被計測物体２に光を照射する場合、少
なくとも、前記撮像手段４で撮影する範囲（撮影画角）
の全域に照射する必要があるが、前記光を照射する領域
が広すぎる場合は、単位面積あたりの光量が低下して光
の利用効率が低下するとともに、撮影した画像の精度が
低下する。そのため、前記照射角調節手段により、前記
被計測物体２の光が照射される領域が、前記撮影画角と
同等あるいは撮影画角よりもやや広くなるように調節す
る。

【００６１】図２及び図３は、本実施形態１の光照射受
光装置１Ａの動作を説明するための模式図であり、それ
ぞれ、前記被計測物体に照射する光の照射角の調節方法
を説明するための模式図である。前記光照射受光装置１
Ａを用いて、例えば、図２に示すように、前記焦点調節
手段６により、前記撮像手段４で撮影する範囲を、前記
被計測物体２の一部の狭い領域Ｓ１に設定した場合、前
記光源３０１で発光した光が、前記狭い領域Ｓ１内全体
を照射していればよい。そのため、前記照射角調節手段
３０２により、前記狭い領域Ｓ１と同じ領域、あるいは
前記狭い領域Ｓ１よりもやや広い領域を照射するように
照射角を調節する。

【００６２】また、前記光照射受光装置１Ａを用いて、
例えば、図３に示すように、前記焦点調節手段６によ
り、前記撮像手段４で撮影する範囲を、前記被計測物体
２の広い領域Ｓ２に設定した場合は、前記光源３０１で
発光した光で、前記広い領域Ｓ２内全体を照射しなけれ
ばならない。そのため、前記照射角調節手段３０２によ
り、前記広い領域Ｓ２と同じ領域、あるいは前記広い領
域Ｓ２よりもやや広い領域を照射するように照射角を調
節する。また、前記撮像手段４の撮影範囲は、前記焦点
調節手段６の調節により、図２及び図３に示した場合以
外も考えられるが、その場合も、前記撮像手段４の撮影
範囲に合わせて、前記照射角調節手段３０２により光の
照射範囲を調節する。

【００６３】このように、前記焦点調節手段６の焦点距
離を変化させて、前記撮像手段４の撮影範囲（撮影画
角）を変更したときに、その変化に合わせて、前記照射
角調節手段３０２により光の照射角（照射領域）を変更
することにより、前記光照射受光装置１Ａから照射する
光のほとんどを前記撮影画角内に照射でき、照射した光
の光量をほぼ１００％利用することができる。そのた
め、前記発光手段３で発光した光を有効に利用すること
ができる。

【００６４】また、前記被計測物体２に照射した光と、
前記被計測物体２で反射した光が同じ光路を通るため、
前記撮像手段４で撮影する範囲を変更するときに、前記
照射角調節手段３０２で照射角を調節するだけでよい。
そのため、撮影範囲を効率よく照射するための制御が容
易になる。またこのとき、前記照射角調節手段３０２
を、前記焦点調節手段６と連動させることにより、前記
撮像手段４で撮影する範囲に照射することができ、光量
を有効に利用することができる。

【００６５】一方、前記被計測物体２に照射した光は反
射し、図１に示したように、再び前記焦点調節手段６を
通して前記λ／４波長板５０２に入射し、再び偏光面が
４５度回転する。前記被計測物体２からの反射光は、一
般に、円偏光と無偏光が混合した状態であり、前記円偏
光は前記λ／４波長板５０２で直線偏光に戻る。このと
きの偏光面は、前記光源３０１で発光した光の偏光面に
対して９０度回転した状態、すなわちｐ偏光であるた
め、前記偏光ビームスプリッタ５０１を透過し、前記撮
像手段４で受光される。

【００６６】一方、前記無偏光は偏光面がランダムな光
であり、前記λ／４波長板５０２により各偏光面が均一
に回転するだけなので、無偏光のまま前記偏光ビームス
プリッタ５０１に入射される。このとき、前記無偏光の
一部、すなわち偏光面が前記偏光ビームスプリッタ５０
１を透過する向きの成分だけが透過し、残りの成分は反
射する。そのため、前記撮像手段４で受光する光の光量
は、前記被計測物体２で反射した光の円偏光と無偏光の
混合比に依存するが、前記被計測物体２で反射した光の
光量の、おおよそ５０％から１００％となる。

【００６７】本実施形態１の光照射受光装置１Ａでは、
前記被計測物体２に照射する光の光軸を、前記撮像手段
４で受光する光の光軸と一致させているため、前記撮像
手段４で撮影する領域内に光があたらない領域（オクル
ージョン領域）が発生しない。また、前記光源３０１で
発光した光の光量のほぼ１００％を前記被計測物体２に
照射でき、前記被計測物体２で反射した光の光量の５０
％から１００％を前記撮像手段４で受光することができ
るので、従来のハーフミラーを用いた装置に比べ、撮像
に利用できる光量を増加することができる。

【００６８】図４は、本実施形態１の光照射受光装置の
具体的な構成例を示す模式図である。本実施形態１の光
照射受光装置１Ａは、主に、前記被計測物体２の三次元
形状を測定したり、パターン認識をしたりするのに用い
られる三次元形状測定装置として用いられ、前記光源３
０１として、図４に示すように、パルスレーザ光を発光
する半導体レーザ発振器３０１を用いる。

【００６９】また、前記撮像手段４は、高速のシャッタ
ー動作及び光を増幅するゲート付きＭＣＰ４０１及びリ
レーレンズ４０２が設けられた撮像カメラ４０３を用い
る。また、必要に応じて前記λ／４波長板５０２と前記
撮像カメラ４０３の間に、前記半導体レーザ発振器３０
１で発光したレーザパルス光の波長以外の波長の光を除
去するバンドパスフィルタ４０４を設ける。また、前記
焦点調節手段６は、例えば、焦点距離の短いＣマウント
レンズ６０１と、焦点距離延長レンズ６０２を組み合わ
せて用いる。

【００７０】図４に示した三次元形状測定装置の動作を
簡単に説明すると、まず、前記半導体レーザ発振器３０
１でレーザパルス光を発光する。前記レーザパルス光
は、前記照射角調節手段３０２で、前記レーザパルス光
の照射角が前記撮像カメラで撮影する範囲（撮像画角）
と同等あるいはやや広くなるように調節して前記偏光ビ
ームスプリッタ５０１に入射する。

【００７１】このとき、前記半導体レーザ発振器３０１
は、前記レーザパルス光がｓ偏光になるように配置され
ており、前記偏光ビームスプリッタ５０１で反射し、前
記λ／４波長板５０２で円偏光になり、前記焦点延長レ
ンズ６０２及び前記Ｃマウントレンズ６０１を通って前
記被計測物体２に照射される。前記被計測物体２に照射
され、反射したレーザパルス光は、再び前記Ｃマウント
レンズ６０１及び焦点距離延長レンズ６０２を通り、前
記λ／４波長板５０２に入射する。

【００７２】このとき、反射した前記レーザパルス光の
うち円偏光の光は、前記半導体レーザ発振器３０１で発
光したレーザパルス光の偏光面と直交する偏光面のパル
ス光になるため、前記偏光ビームスプリッタ５０１を透
過する。また、前記反射したレーザパルス光の無偏光成
分は、前記偏光ビームスプリッタ５０１が透過する偏光
面に近い成分が透過する。

【００７３】前記偏光ビームスプリッタ５０１を透過し
た光は、前記バンドパスフィルタ４０４に入射され、前
記半導体レーザ光源３０１で発光したレーザパルス光の
波長以外の外光成分が除去される。なお、前記三次元形
状測定装置を用いた計測を暗室で行う場合や、前記レー
ザパルス光の強度が前記外光の強度よりも十分に大きい
場合には、前記バンドパスフィルタ４０４を設けなくて
もよい。前記バンドパスフィルタ４０４を通過した光
は、前記ゲート付きＭＣＰ４０１を用いて高速のシャッ
ター動作をさせながら、前記リレーレンズ４０２を通し
て前記撮像カメラ４０３で光の像を撮影する。

【００７４】このとき、前記被計測物体２の各部位で反
射した光には、前記半導体レーザ発振器３０１から前記
被計測物体２までの距離と、前記被計測物体２から前記
撮像カメラ４０３までの距離の和に応じた時間差があ
る。そのため、高速のシャッター動作をさせながら像を
撮影することにより、撮影された画像には、単位時間内
に到達した光の光量に応じた濃淡が現われる。そこで、
前記撮像した画像の濃淡値にもとづき、飛行時間法を用
いて、撮影した画像の各点に対する前記被計測物体まで
の距離を求めることにより、前記被計測物体の形状を求
めることができる。

【００７５】以上説明したように、本実施形態１の光照
射受光装置によれば、前記被計測物体２に照射する光の
光軸を、前記撮像手段４で受光する光の光軸と一致させ
ることにより、前記被計測物体２にオクルージョン領域
が発生するのを防ぐことができる。またこのとき、前記
照射角調節手段３０２を用いることにより、前記被計測
物体２の撮影領域（撮像画角）と同等あるいはやや広い
領域のみに光を照射することができ、光量を有効に利用
することができる。また、前記偏光ビームスプリッタ５
０１及びλ／４波長板５０２を用いることにより、前記
撮像手段４で受光する光の光量が、前記光源３０１で発
光した光の光量の５０％から１００％になるため、従来
のハーフミラーを用いた装置に比べ、光の利用効率を高
くすることができる。

【００７６】（実施形態２）図５は、本発明による実施
形態２の光照射受光装置の概略構成を示す模式図であ
る。図５において、１Ｂは光照射受光装置、２は被計測
物体、３は発光手段、３０１は光源、３０２は照射角調
節手段、４は撮像手段、５は光軸一致手段、５０１は偏
光ビームスプリッタ、５０２はλ／４波長板、６は焦点
調節手段である。また、図５に示した矢印のうち、実線
の矢印は被計測物体に照射する光の進路を示し、破線の
矢印は受光する光の進路を示す。また、実線の矢印に添
えたｐはｐ偏光であることを示し、破線の矢印に添えた
ｓはｓ偏光であることを示す。

【００７７】本実施形態２の光照射受光装置１Ｂは、前
記実施形態１の光照射受光装置１Ａと同様の構成であ
り、図５に示すように、前記光源３０１及び照射角調節
手段３０２を備える発光手段３と、前記撮像手段４と、
前記偏光ビームスプリッタ５０１及び前記λ／４波長板
５０２を備える光軸一致手段５と、前記焦点調節手段６
とにより構成されている。そのため、前記各構成要素の
説明は省略する。

【００７８】本実施形態２の光照射受光装置１Ｂにおい
て、前記実施形態１の光照射受光装置１Ａと異なる点
は、前記発光手段３と前記撮像手段４の配置である。本
実施形態２の光照射受光装置１Ｂでは、前記発光手段３
の前記光源３０１は、発光した光の偏光面が、前記偏光
ビームスプリッタ５０１を透過する向きになるように配
置されている。また、前記撮像手段４は、前記被計測物
体からの反射光が、前記偏光ビームスプリッタ５０１で
反射する方向に配置されている。また、前記光源３０１
は、発光した光の偏光面が前記偏光ビームスプリッタ５
０１で反射される向きになり、かつ、前記偏光ビームス
プリッタ５０１で反射した光が前記被計測物体２に照射
されるように配置され、前記照射角調節手段３０２は、
前記光源３０１と前記偏光ビームスプリッタ５０１の間
に配置されている。

【００７９】本実施形態２の光照射受光装置１Ｂでは、
前記光源３０１で発光した単色かつ直線偏光の光は、前
記照射角調節手段３０２で照射角を調節した後、前記偏
光ビームスプリッタ５０１に入射される。このとき、前
記偏光ビームスプリッタ５０１に入射する光はｐ偏光で
あるため、前記偏光ビームスプリッタ５０１を透過す
る。前記偏光ビームスプリッタ５０１を透過した照射光
は、前記λ／４波長板５０２で偏光面を４５度回転させ
て円偏光にした後、前記焦点調節手段６を通して前記被
計測物体２に照射される。

【００８０】このとき、前記光源３０１で発光する光は
直線偏光であり、前記偏光ビームスプリッタ５０１でほ
ぼ１００％反射するため、前記光源３０１で発光した光
の光量のほぼ１００％を前記被計測物体２に照射するこ
とができる。また、前記被計測物体２に光を照射する場
合には、前記実施形態１で説明したように、前記照射角
調節手段３０２により、前記被計測物体２の光が照射さ
れる領域が、前記撮影画角と同等あるいは撮影画角より
もやや広くなるように調節する。

【００８１】前記被計測物体２に照射した光は反射し、
図５に示したように、再び前記焦点調節手段６を通して
前記λ／４波長板５０２に入射し、再び偏光面が４５度
回転する。前記被計測物体２からの反射光は、一般に、
円偏光と無偏光が混合した状態であり、前記円偏光は前
記λ／４波長板５０２で直線偏光に戻る。このときの偏
光面は、前記光源３０１で発光した光の偏光面に対して
９０度回転した状態、すなわちｓ偏光であるため、前記
偏光ビームスプリッタ５０１で反射し、前記撮像手段４
で受光される。

【００８２】一方、前記無偏光は偏光面がランダムな光
であり、前記λ／４波長板５０２により各偏光面が均一
に回転するだけなので、無偏光のまま前記偏光ビームス
プリッタ５０１に入射される。このとき、前記無偏光の
一部、すなわち偏光面が前記偏光ビームスプリッタ５０
１で反射する向きの成分だけが反射し、残りの成分は透
過する。そのため、前記撮像手段４で受光する光の光量
は、前記被計測物体２で反射した光の円偏光と無偏光の
混合比に依存するが、前記被計測物体２で反射した光の
光量の、おおよそ５０％から１００％となる。

【００８３】本実施形態２の光照射受光装置１Ｂでは、
前記被計測物体２に照射する光の光軸を、前記撮像手段
４で受光する光の光軸と一致させているため、前記撮像
手段４で撮影する領域内に光があたらない領域（オクル
ージョン領域）が発生しない。また、前記光源３０１で
発光した光の光量のほぼ１００％を前記被計測物体２に
照射でき、前記被計測物体２で反射した光の光量の５０
％から１００％を前記撮像手段４で受光することができ
るので、従来のハーフミラーを用いた装置に比べ、撮像
に利用できる光量を増加することができる。本実施形態
２の光照射受光装置１Ｂも、前記実施形態１の光照射受
光装置１Ａと同様に、主に、前記被計測物体の三次元形
状を測定したり、パターン認識をしたりするのに用いら
れる三次元形状測定装置として用いられるが、その具体
的な構成及び動作の説明については省略する。

【００８４】以上説明したように、本実施形態２の光照
射受光装置によれば、前記光軸一致手段５を用い、前記
被計測物体２に照射する光の方向と同じ方向に反射した
光を前記撮像手段４で受光することにより、前記被計測
物体２にオクルージョン領域が発生するのを防ぐことが
できる。またこのとき、前記照射角調節手段３０２を用
いることにより、前記被計測物体２の撮影領域（撮像画
角）と同等あるいはやや広い領域のみに光を照射するこ
とができ、光量を有効に利用することができる。また、
前記偏光ビームスプリッタ５０１及びλ／４波長板５０
２を用いることにより、前記撮像手段４で受光する光の
光量が、前記光源３０１で発光した光の光量の５０％か
ら１００％になるため、従来のハーフミラーを用いた装
置に比べ、光の利用効率を高くすることができる。

【００８５】（実施形態３）図６は、本発明による実施
形態３の光照射受光装置の概略構成を示す模式図であ
る。図６において、１Ｃは光照射受光装置、２は被計測
物体、３は発光手段、３０２は照射角調節手段、３０３
は赤外光源、４は第１撮像手段、５は光軸一致手段、５
０１は偏光ビームスプリッタ、５０２はλ／４波長板、
６は焦点調節手段、７Ａは光分離手段（コールドミラ
ー）、８は第２撮像手段である。また、図６に示した矢
印のうち、実線の矢印は被計測物体に照射する光の進路
を示し、破線の矢印は受光する光の進路を示す。また、
実線の矢印に添えたｓはｓ偏光であることを示し、破線
の矢印に添えたｐはｐ偏光であることを示す。

【００８６】本実施形態３の光照射受光装置１Ｃは、図
６に示すように、被計測物体２に照射する赤外光を発光
する発光手段３と、前記被計測物体２で反射した赤外光
を受光して撮像する第１撮像手段４と、前記被計測物体
２に照射する赤外光の光軸と、前記第１撮像手段４で受
光する赤外光の光軸を一致させる光軸一致手段５と、前
記第１撮像手段４で撮像する像の焦点を調節する焦点調
節手段６と、前記被計測物体２で反射した光を赤外光と
可視光に分離する光分離手段７Ａと、前記光分離手段７
Ａによって分離した可視光を受光して撮像する第２撮像
手段８とにより構成されている。

【００８７】また、前記発光手段３は、直線偏光の赤外
光を発光する赤外光源３０３と、前記赤外光源３０３で
発光した赤外光の照射角を調節する照射角調節手段３０
２とを備える。また、前記光軸一致手段５は、入射する
光の偏光面の向きに応じて光を反射あるいは透過させる
偏光ビームスプリッタ５０１と、入射した光の偏光面を
４５度回転させるλ／４波長板５０２とを備える。ま
た、前記光分離手段７Ａ、前記λ／４波長板５０２は、
前記偏光ビームスプリッタ５０１と前記被計測物体２と
の間に、前記被計測物体２側から、前記光分離手段７、
前記λ／４波長板５０２の順に配置されている。

【００８８】また、本実施形態３の光照射受光装置１Ｃ
において、前記光分離手段７Ａは、赤外光を透過し、可
視光を反射するコールドミラーであり、前記焦点調節手
段６、前記コールドミラー７Ａ、前記λ／４波長板５０
２、前記偏光ビームスプリッタ５０１は、図６に示した
ように、前記被計測物体２と前記第１撮像手段４とを結
ぶ直線上に、前記被計測物体２側から、前記焦点調節手
段６、前記コールドミラー７Ａ、前記λ／４波長板５０
２、前記偏光ビームスプリッタ５０１の順に配置されて
いる。

【００８９】また、前記赤外光源３０３は、発光した赤
外光の偏光面が前記偏光ビームスプリッタ５０１で反射
する向きになり、かつ、前記偏光ビームスプリッタ５０
１で反射した赤外光が前記被計測物体２に照射されるよ
うに配置されている。また、前記第２撮像手段８は、前
記被計測物体２からの可視光が前記コールドミラー７Ａ
で反射する方向に配置されている。

【００９０】本実施形態３の光照射受光装置１Ｃでは、
前記赤外光源３０３で発光した直線偏光の赤外光は、前
記照射角調節手段３０２で照射角を調節した後、前記偏
光ビームスプリッタ５０１に入射される。このとき、前
記偏光ビームスプリッタ５０１に入射する赤外光はｓ偏
光であるため、前記偏光ビームスプリッタ５０１で反射
する。前記偏光ビームスプリッタ５０１で反射した赤外
照射光は、前記λ／４波長板５０２で偏光面を４５度回
転させて円偏光にした後、前記コールドミラー７Ａを透
過し、前記焦点調節手段６を通して前記被計測物体２に
照射される。

【００９１】このとき、前記赤外光源３０３で発光する
赤外光は直線偏光であり、前記偏光ビームスプリッタ５
０１でほぼ１００％反射する。また、前記赤外光は前記
コールドミラー７Ａもほぼ１００％透過するため、前記
赤外光源３０１で発光した赤外光の光量のほぼ１００％
を前記被計測物体２に照射することができる。また、前
記被計測物体２に光を照射する場合には、前記実施形態
１で説明したように、前記照射角調節手段３０２によ
り、前記被計測物体２の光が照射される領域が、前記撮
影画角と同等あるいは撮影画角よりもやや広くなるよう
に調節する。

【００９２】前記被計測物体２に照射した光は反射し、
図６に示したように、再び前記焦点調節手段６を通して
前記コールドミラー７Ａに入射する。このとき、前記被
計測物体２で反射した光は、前記赤外光と外光（可視
光）が含まれているが、赤外光は前記コールドミラー７
Ａを透過し、可視光は前記コールドミラー７Ａで反射す
る。前記コールドミラー７Ａを透過した赤外光は、再び
前記λ／４波長板５０２に入射し、再び偏光面が４５度
回転する。

【００９３】前記被計測物体２で反射した赤外光は、一
般に、円偏光と無偏光が混合した状態であり、前記円偏
光は前記λ／４波長板５０２で直線偏光に戻る。このと
きの偏光面は、前記光源３０１で発光した光の偏光面に
対して９０度回転した状態、すなわちｐ偏光であるた
め、前記偏光ビームスプリッタ５０１で反射し、前記撮
像手段４で受光される。

【００９４】一方、前記無偏光は偏光面がランダムな光
であり、前記λ／４波長板５０２により各偏光面が均一
に回転するだけなので、無偏光のまま前記偏光ビームス
プリッタ５０１に入射される。このとき、前記無偏光の
一部、すなわち偏光面が前記偏光ビームスプリッタ５０
１で反射する向きの成分だけが反射し、残りの成分は透
過する。また、前記コールドミラー７Ａは赤外光をほぼ
１００％透過するため、前記撮像手段４で受光する光の
光量は、前記被計測物体２で反射した光の円偏光と無偏
光の混合比に依存するが、前記被計測物体２で反射した
光の光量の、おおよそ５０％から１００％となる。

【００９５】また、前記コールドミラー７Ａで反射した
可視光は、図６に示したように、第２撮像手段８で受光
し、撮像される。このとき、前記第２撮像手段８は、前
記第１撮像手段４で撮影する範囲と同じ範囲を撮影でき
るように光学的距離を調整しておく。

【００９６】本実施形態３の光照射受光装置１Ｃでは、
前記被計測物体２に照射する赤外光の光軸を、前記第１
撮像手段４で受光する赤外光の光軸と一致させているた
め、前記第１撮像手段４で撮影する領域内に赤外光があ
たらない領域（オクルージョン領域）が発生しない。

【００９７】また、前記赤外光源３０１で発光した光の
光量のほぼ１００％を前記被計測物体２に照射でき、前
記被計測物体２で反射した赤外光の光量の５０％から１
００％を前記撮像手段４で受光することができるので、
従来のハーフミラーを用いた装置に比べ、撮像に利用で
きる光量を増加することができる。

【００９８】また、前記コールドミラー７Ａを用いて、
前記被計測物体２で反射した光から可視光を分離し、前
記第２撮像手段８で受光し、撮像することにより、前記
第１撮像手段４で撮影した範囲の色情報を取得すること
ができる。そのため、前記被計測物体２の形状及び色情
報を測定でき、前記被計測物体２を認識しやすくなる。

【００９９】図７は、本実施形態３の光照射受光装置の
具体的な構成例を示す模式図である。本実施形態３の光
照射受光装置１Ｃは、主に、前記被計測物体の三次元形
状を測定したり、パターン認識をしたりするのに用いら
れる三次元形状測定装置として用いられ、前記赤外光源
３０３として、図４に示すように、パルスレーザ光を発
光する半導体レーザ発振器３０３を用いる。

【０１００】また、前記撮像手段４は、赤外光に感度を
有し、高速のシャッター動作及び増幅をするゲート付き
ＭＣＰ４０１及びリレーレンズ４０２が設けられた撮像
カメラ４０３を用いる。また、必要に応じて前記λ／４
波長板５０２と前記撮像カメラ４０３の間に、前記赤外
半導体レーザ発振器３０３で発光したレーザパルス光の
波長以外の波長の光を除去するバンドパスフィルタ４０
４を設ける。また、前記焦点調節手段６は、例えば、焦
点距離の短いＣマウントレンズ６０１と、焦点距離延長
レンズ６０２を組み合わせて用いる。

【０１０１】図７に示した三次元形状測定装置の動作を
簡単に説明すると、まず、前記赤外半導体レーザ発振器
３０３でレーザパルス光を発光する。前記レーザパルス
光は、前記照射角調節手段３０２で、前記レーザパルス
光の照射角が前記撮像カメラで撮影する範囲（撮像画
角）と同等あるいはやや広くなるように調節して前記偏
光ビームスプリッタ５０１に入射する。

【０１０２】このとき、前記赤外半導体レーザ発振器３
０３は、前記レーザパルス光がｓ偏光になるように配置
されており、前記偏光ビームスプリッタ５０１で反射
し、前記λ／４波長板５０２で円偏光になり、前記コー
ルドミラー７Ａを透過し、前記焦点延長レンズ６０２及
び前記Ｃマウントレンズ６０１を通って前記被計測物体
２に照射される。

【０１０３】前記被計測物体２に照射され、反射したレ
ーザパルス光は、再び前記Ｃマウントレンズ６０１及び
焦点距離延長レンズ６０２を通り、前記コールドミラー
７Ａに入射する。このとき、反射した前記レーザパルス
光のうち円偏光の赤外光は、前記コールドミラー７Ａを
透過し、前記λ／４波長板５０２で、前記赤外半導体レ
ーザ発振器３０３で発光したレーザパルス光の偏光面と
直交する偏光面のパルス光、すなわちｐ偏光になる。そ
のため、前記偏光ビームスプリッタ５０１を透過する。
また、前記反射したレーザパルス光の無偏光成分は、前
記偏光ビームスプリッタ５０１が透過する偏光面に近い
成分が透過する。

【０１０４】前記偏光ビームスプリッタ５０１を透過し
た光は、前記バンドパスフィルタ４０４に入射され、前
記赤外半導体レーザ光源３０３で発光したレーザパルス
光の波長以外の外光成分が除去される。前記バンドパス
フィルタ４０４を通過した光は、前記ゲート付きＭＣＰ
４０１を用いて高速のシャッター動作をさせながら、前
記リレーレンズ４０２を通して前記撮像カメラ４０３で
光の像を撮影する。

【０１０５】このとき、前記被計測物体２の各部位で反
射した光には、前記半導体レーザ発振器から前記被計測
物体までの距離と、前記被計測物体から前記撮像カメラ
までの距離の和に応じた時間差がある。そのため、高速
のシャッター動作をさせながら像を撮影することによ
り、撮影された画像には、単位時間内に到達した光の光
量に応じた濃淡が現われる。そこで、前記撮像した画像
の濃淡値にもとづき、飛行時間法を用いて、撮影した画
像の各点に対する前記被計測物体までの距離を求めるこ
とにより、前記被計測物体の形状を求めることができ
る。

【０１０６】一方、前記コールドミラー７Ａに入射した
可視光は、前記コールドミラー７Ａで反射するが、その
ままでは撮影した像の左右が入れ替わるため、ミラー９
でもう一度反射させ、像の左右を元に戻したあと、前記
第２撮像手段８で受光し、撮像する。

【０１０７】以上説明したように、本実施形態３の光照
射受光装置によれば、前記光軸一致手段５を用い、前記
被計測物体２に照射する光の光軸を前記第１撮像手段４
で受光する光の光軸と一致させることにより、前記被計
測物体２にオクルージョン領域が発生するのを防ぐこと
ができる。またこのとき、前記照射角調節手段３０２を
用いることにより、前記被計測物体２の撮影領域（撮像
画角）と同等あるいはやや広い領域のみに光を照射する
ことができ、光量を有効に利用することができる。ま
た、前記偏光ビームスプリッタ５０１及びλ／４波長板
５０２を用いることにより、前記撮像手段４で受光する
光の光量が、前記光源３０１で発光した光の光量の５０
％から１００％になるため、従来のハーフミラーを用い
た装置に比べ、光の利用効率を高くすることができる。
また、前記光分離手段（コールドミラー）７Ａを用いる
ことにより、前記被計測物体で反射した可視光を前記第
２撮像手段８で撮影することができ、前記被計測物体２
を認識するための情報量が増え、認識しやすくなる。

【０１０８】図８は、前記実施形態３の光照射受光装置
の変形例を示す模式図である。前記実施形態３の光照射
受光装置１Ｃでは、図６に示したように、前記焦点調節
手段６、前記コールドミラー７Ａ、前記λ／４波長板５
０２、前記偏光ビームスプリッタ５０１を、前記被計測
物体２と前記第１撮像手段４とを結ぶ直線上に、前記被
計測物体２側から、前記焦点調節手段６、前記コールド
ミラー７Ａ、前記λ／４波長板５０２、前記偏光ビーム
スプリッタ５０１の順に配置しているが、これに限ら
ず、図８に示したように、前記被計測物体２と前記赤外
光発光手段３とを結ぶ直線上に、前記被計測物体２側か
ら、前記焦点調節手段６、前記コールドミラー７Ａ、前
記λ／４波長板５０２、前記偏光ビームスプリッタ５０
１の順に配置してもよい。

【０１０９】このとき、前記赤外光源３０３は、発光し
た赤外光の偏光面が前記偏光ビームスプリッタ５０１を
透過する向きになるように配置する。また、前記第１撮
像手段４は、前記被計測物体２で反射され、前記コール
ドミラー７Ａ及び前記λ／４波長板５０２を通った赤外
光が前記偏光ビームスプリッタ５０１で反射する方向に
配置する。図８に示したような構成の場合、前記第１撮
像手段４で受光する光の光軸が前記被計測物体２に照射
する赤外光の光軸と一致するため、前記実施形態３の光
照射受光装置１Ｃと同じ効果を得ることができる。

【０１１０】（実施形態４）図９は、本発明による実施
形態４の光照射受光装置の概略構成を示す模式図であ
る。図９において、１Ｄは光照射受光装置、２は被計測
物体、３は発光手段、３０２は照射角調節手段、３０３
は赤外光源、４は第１撮像手段、５は光軸一致手段、５
０１は偏光ビームスプリッタ、５０２はλ／４波長板、
６は焦点調節手段、７Ｂは光分離手段（ホットミラ
ー）、８は第２撮像手段である。また、図９に示した矢
印のうち、実線の矢印は被計測物体に照射する光の進路
を示し、破線の矢印は受光する光の進路を示す。また、
実線の矢印に添えたｓはｓ偏光であることを示し、破線
の矢印に添えたｐはｐ偏光であることを示す。

【０１１１】本実施形態４の光照射受光装置１Ｄは、前
記実施形態３の光照射受光装置と同様の構成であり、図
９に示すように、赤外光源３０３と照射角調節手段３０
２を備える発光手段３と、前記第１撮像手段４と、前記
偏光ビームスプリッタ５０１と前記λ／４波長板５０２
を備える前記光軸一致手段５と、前記焦点調節手段６
と、前記光分離手段７Ｂと、前記第２撮像手段８とによ
り構成されている。そのため、各構成要素の説明は省略
する。

【０１１２】本実施形態４の光照射受光装置１Ｄにおい
て、前記実施形態３の光照射受光装置１Ｃと異なる点
は、前記光分離手段７Ｂとして、赤外光を反射し、可視
光を透過するホットミラーを用いる点と、前記各構成要
素の配置である。本実施形態４の光照射受光装置１Ｄで
は、前記ホットミラー７Ｂと前記焦点調節手段６は、図
９に示したように、前記被計測物体２と前記第２撮像手
段８とを結ぶ直線上に、前記被計測物体２側から前記焦
点調節手段６、前記ホットミラー７Ｂの順に配置され
る。

【０１１３】また、前記λ／４波長板５０２及び前記偏
光ビームスプリッタ５０１は、前記被計測物体２からの
赤外光が前記ホットミラー７Ｂで反射する方向であり、
かつ、前記ホットミラー７Ｂと前記第１撮像手段４とを
結ぶ直線上に、前記λ／４波長板５０２、前記偏光ビー
ムスプリッタ５０１の順に配置される。また、前記赤外
光源３０３は、発光した赤外光の偏光面が前記偏光ビー
ムスプリッタ５０１で反射する向きになり、かつ、前記
被計測物体２に照射されるように配置されている。

【０１１４】本実施形態４の光照射受光装置１Ｄでは、
前記赤外光源３０３で発光した直線偏光の赤外光は、前
記照射角調節手段３０２で照射角を調節した後、前記偏
光ビームスプリッタ５０１に入射される。このとき、前
記偏光ビームスプリッタ５０１に入射する赤外光はｓ偏
光であるため、前記偏光ビームスプリッタ５０１で反射
する。前記偏光ビームスプリッタ５０１で反射した赤外
照射光は、前記λ／４波長板５０２で偏光面を４５度回
転させて円偏光にした後、前記ホットミラー７Ｂで反射
し、前記焦点調節手段６を通して前記被計測物体２に照
射される。

【０１１５】このとき、前記赤外光源３０３で発光する
赤外光は直線偏光であり、前記偏光ビームスプリッタ５
０１でほぼ１００％反射する。また、前記ホットミラー
７Ｂもほぼ１００％反射するため、前記赤外光源３０３
で発光した赤外光の光量のほぼ１００％を前記被計測物
体２に照射することができる。また、前記被計測物体２
に光を照射する場合には、前記実施形態１で説明したよ
うに、前記照射角調節手段３０２により、前記被計測物
体２の光が照射される領域が、前記撮影画角と同等ある
いは撮影画角よりもやや広くなるように調節する。

【０１１６】前記被計測物体２に照射した光は反射し、
図６に示したように、再び前記焦点調節手段６を通して
前記ホットミラー７Ｂに入射する。このとき、前記被計
測物体２で反射した光は、前記赤外光と外光（可視光）
が含まれているが、赤外光は前記ホットミラー７Ｂで反
射し、可視光は前記ホットミラー７Ｂを透過する。前記
ホットミラー７Ｂで反射した赤外光は、再び前記λ／４
波長板５０２に入射し、再び偏光面が４５度回転する。

【０１１７】前記被計測物体２で反射した赤外光は、一
般に、円偏光と無偏光が混合した状態であり、前記円偏
光は前記λ／４波長板５０２で直線偏光に戻る。このと
きの偏光面は、前記赤外光源３０３で発光した光の偏光
面に対して９０度回転した状態、すなわちｐ偏光である
ため、前記偏光ビームスプリッタ５０１で反射し、前記
撮像手段４で受光される。

【０１１８】一方、前記無偏光は偏光面がランダムな光
であり、前記λ／４波長板５０２により各偏光面が均一
に回転するだけなので、無偏光のまま前記偏光ビームス
プリッタ５０１に入射される。このとき、前記無偏光の
一部、すなわち偏光面が前記偏光ビームスプリッタ５０
１で反射する向きの成分だけが反射し、残りの成分は透
過する。また、前記ホットミラー７は赤外光をほぼ１０
０％反射するため、前記撮像手段４で受光する光の光量
は、前記被計測物体２で反射した光の円偏光と無偏光の
混合比に依存するが、前記被計測物体２で反射した光の
光量の、おおよそ５０％から１００％となる。

【０１１９】また、前記ホットミラー７Ｂを透過した可
視光は、図９に示したように、第２撮像手段８で受光
し、撮像される。このとき、前記第２撮像手段８は、前
記第１撮像手段４で撮影する範囲と同じ範囲を撮影でき
るように光学的距離を調整しておく。

【０１２０】本実施形態４の光照射受光装置１Ｄでは、
前記被計測物体２に照射する赤外光の光軸を、前記第１
撮像手段４で受光する赤外光の光軸と一致させているた
め、前記第１撮像手段４で撮影する領域内に赤外光があ
たらない領域（オクルージョン領域）が発生しない。

【０１２１】また、前記赤外光源３０１で発光した光の
光量のほぼ１００％を前記被計測物体２に照射でき、前
記被計測物体２で反射した赤外光の光量の５０％から１
００％を前記撮像手段４で受光することができるので、
従来のハーフミラーを用いた装置に比べ、撮像に利用で
きる光量を増加することができる。

【０１２２】また、前記ホットミラー７Ｂを用いて、前
記被計測物体２で反射した光から可視光を分離し、前記
第２撮像手段８で受光し、撮像することにより、前記第
１撮像手段４で撮影した範囲の色情報を取得することが
できる。そのため、前記被計測物体２の形状及び色情報
を測定でき、前記被計測物体２を認識しやすくなる。

【０１２３】本実施形態４の光照射受光装置１Ｄも、主
に、前記被計測物体の三次元形状を測定したり、パター
ン認識をしたりするのに用いられる三次元形状測定装置
として用いられるが、その具体的な構成及び動作は、前
記実施形態３の装置と同様であるため、その説明は省略
する。

【０１２４】以上説明したように、本実施形態４の光照
射受光装置によれば、前記光軸一致手段５を用い、前記
被計測物体２に照射する光の光軸を前記第１撮像手段４
で受光する光の光軸と一致させることにより、前記被計
測物体２にオクルージョン領域が発生するのを防ぐこと
ができる。またこのとき、前記照射角調節手段３０２を
用いることにより、前記被計測物体２の撮影領域（撮像
画角）と同等あるいはやや広い領域のみに光を照射する
ことができ、光量を有効に利用することができる。

【０１２５】また、前記偏光ビームスプリッタ５０１及
びλ／４波長板５０２を用いることにより、前記撮像手
段４で受光する光の光量が、前記光源３０１で発光した
光の光量の５０％から１００％になるため、従来のハー
フミラーを用いた装置に比べ、光の利用効率を高くする
ことができる。また、前記光分離手段（ホットミラー）
７Ｂを用いることにより、前記被計測物体で反射した可
視光を前記第２撮像手段８で撮影することができ、前記
被計測物体２を認識するための情報量が増え、認識しや
すくなる。

【０１２６】図１０は、前記実施形態４の光照射受光装
置の変形例を示す模式図である。前記実施形態４の光照
射受光装置１Ｄでは、図９に示したように、前記λ／４
波長板５０２及び前記偏光ビームスプリッタ５０１を、
前記被計測物体２からの赤外光が前記ホットミラー７Ｂ
で反射する方向であり、かつ、前記ホットミラー７Ｂと
前記第１撮像手段４とを結ぶ直線上に、前記λ／４波長
板５０２、前記偏光ビームスプリッタ５０１の順に配置
しているが、これに限らず、図１０に示すように、前記
ホットミラー７Ｂと前記発光手段３との間に、前記ホッ
トミラー７Ｂ側から、前記λ／４波長板５０２、前記偏
光ビームスプリッタ５０１の順に配置してもよい。

【０１２７】図１０に示したような配置の場合は、前記
赤外光源３０３は、発光した赤外光の偏光面が前記偏光
ビームスプリッタ５０１を透過するような向きに配置
し、前記第１撮像手段４は、前記被計測物体２で反射さ
れ、前記ホットミラー７Ｂ及び前記λ／４波長板５０２
を通った赤外光が、前記偏光ビームスプリッタ５０１で
反射する方向に配置することで、前記実施形態４の光照
射受光装置１Ｄと同じ効果を得ることができる。

【０１２８】以上、本発明を、前記実施形態に基づき具
体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種
々変更可能であることはもちろんである。

【０１２９】

【発明の効果】本願において開示される発明の効果は、
以下のとおりである。 （１）発光手段で発光した光を被計測物体に照射し、前
記被計測物体からの反射光を受光して撮像する光照射受
光装置において、オクルージョン領域をなくすことがで
きる。 （２）発光手段で発光した光を被計測物体に照射し、前
記被計測物体からの反射光を受光して撮像する光照射受
光装置において、撮像範囲と照射範囲の調節を容易にす
ることができる。 （３）発光手段で発光した光を被計測物体に照射し、前
記被計測物体からの反射光を受光して撮像する光照射受
光装置において、発光手段で発光した光のロスを低減す
ることができる。 （４）発光手段で発光した光を被計測物体に照射し、前
記被計測物体からの反射光を受光して撮像する光照射受
光装置において、オクルージョン領域をなくし、かつ、
撮影範囲と照射範囲の調節を容易にするとともに、発光
手段で発光した光のロスを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施形態１の光照射受光装置の概
略構成を示す模式図である。

【図２】本実施形態１の光照射受光装置の動作を説明す
るための模式図である。

【図３】本実施形態１の光照射受光装置の動作を説明す
るための模式図である。

【図４】本実施形態１の光照射受光装置の具体的な構成
例を示す模式図である。

【図５】本発明による実施形態２の光照射受光装置の概
略構成を示す模式図である。

【図６】本発明による実施形態３の光照射受光装置の概
略構成を示す模式図である。

【図７】本実施形態３の光照射受光装置の具体的な構成
例を示す模式図である。

【図８】前記実施形態３の光照射受光装置の変形例を示
す模式図である。

【図９】本発明による実施形態４の光照射受光装置の概
略構成を示す模式図である。

【図１０】前記実施形態４の光照射受光装置の変形例を
示す模式図である。

【図１１】従来のアクティブ型計測方法を説明するため
の模式図である。

【図１２】従来のアクティブ型計測方法の課題を説明す
るための模式図である。

【図１３】従来のアクティブ型計測方法の課題を説明す
るための模式図である。

【図１４】従来のアクティブ型計測方法の課題を説明す
るための模式図である。

【図１５】従来のアクティブ型計測方法の課題を説明す
るための模式図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…光照射受光装置、２…被計測
物体、３…発光手段、３０１…光源、３０２…照射角調
節手段、３０３…赤外光源、４…撮像手段（第１撮像手
段）、４０１…ゲート付きＭＣＰ、４０２…リレーレン
ズ、４０３…撮像カメラ、４０４…バンドパスフィル
タ、５…光軸一致手段、５０１…変更ビームスプリッ
タ、５０２…λ／４波長板、６…焦点調節手段、７Ａ…
コールドミラー、７Ｂ…ホットミラー、８…第２撮像手
段、９…ミラー、１０…ハーフミラー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA53 BB05 DD00 DD05 FF04 FF32 FF49 GG06 GG22 HH02 HH09 HH12 JJ03 JJ05 JJ26 LL04 LL20 LL22 LL30 LL33 LL36 LL37 MM22 PP22 QQ24 QQ25 UU01 UU02 UU07 2H099 AA00 BA09 BA17 CA07

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被計測物体に照射する光を発光する発光
   手段と、前記被計測物体で反射した光を受光して撮像す
   る撮像手段と、前記被計測物体に照射する光の光軸と前
   記撮像手段で受光する光の光軸とを一致させる光軸一致
   手段と、前記撮像手段で撮像する像の焦点を調節する焦
   点調節手段とを備える光照射受光装置であって、前記発
   光手段は、単色かつ直線偏光の光を発光する光源と、前
   記光源で発光した光の照射角を調節する照射角調節手段
   とを備え、前記光軸一致手段は、入射する光の偏光面の
   向きに応じて、光を反射あるいは透過させる偏光ビーム
   スプリッタと、入射した光の偏光面を４５度回転させる
   λ／４波長板とを備え、前記λ／４波長板は、前記偏光
   ビームスプリッタと前記被計測物体との間に配置されて
   いることを特徴とする光照射受光装置。
2. 【請求項２】 前記光軸一致手段及び前記焦点調節手段
   は、前記被計測物体と前記撮像手段とを結ぶ直線上に、
   前記被計測物体側から、前記焦点調節手段、前記光軸一
   致手段の順に配置され、前記光源は、発光した光の偏光
   面が前記偏光ビームスプリッタで反射される向きにな
   り、かつ、前記偏光ビームスプリッタで反射した光が前
   記被計測物体に照射されるように配置され、前記照射角
   調節手段は、前記光源と前記偏光ビームスプリッタの間
   に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光
   照射受光装置。
3. 【請求項３】 前記光軸一致手段及び前記焦点調節手段
   は、前記被計測物体と前記発光手段とを結ぶ直線上に、
   前記被計測物体側から、前記焦点調節手段、前記光軸一
   致手段の順に配置され、前記光源は、発光した光の偏光
   面が、前記偏光ビームスプリッタを透過する向きになる
   ように配置され、前記撮像手段は、前記被計測物体から
   の反射光が、前記偏光ビームスプリッタで反射する方向
   に配置されており、前記照射角調節手段は、前記光源と
   前記偏光ビームスプリッタの間に配置されていることを
   特徴とする請求項１に記載の光照射受光装置。
4. 【請求項４】 被計測物体に照射する赤外光を発光する
   赤外光発光手段と、前記被計測物体で反射した赤外光を
   受光して撮像する第１撮像手段と、前記被計測物体に照
   射する赤外光の光軸と、前記第１撮像手段で受光する赤
   外光の光軸を一致させる光軸一致手段と、前記第１撮像
   手段で撮像する像の焦点を調節する焦点調節手段と、前
   記被計測物体で反射した光を赤外光と可視光に分離する
   光分離手段と、前記光分離手段によって分離した可視光
   を受光して撮像する第２撮像手段を備える光照射受光装
   置であって、前記赤外光発光手段は、直線偏光の赤外光
   を発光する赤外光源と、前記赤外光源で発光した赤外光
   の照射角を調節する照射角調節手段とを備え、前記光軸
   一致手段は、入射する光の偏光面の向きに応じて光を反
   射あるいは透過させる偏光ビームスプリッタと、入射し
   た光の偏光面を４５度回転させるλ／４波長板とを備
   え、前記光分離手段及び前記λ／４波長板は、前記偏光
   ビームスプリッタと前記被計測物体との間に、前記被計
   測物体側から、前記光分離手段、前記λ／４波長板の順
   に配置されていることを特徴とする光照射受光装置。
5. 【請求項５】 前記光分離手段は、赤外光を透過し、可
   視光を反射するコールドミラーであり、前記焦点調節手
   段、前記コールドミラー、前記λ／４波長板、及び前記
   偏光ビームスプリッタは、前記被計測物体と前記第１撮
   像手段とを結ぶ直線上に、前記被計測物体側から、前記
   焦点調節手段、前記コールドミラー、前記λ／４波長
   板、前記偏光ビームスプリッタの順に配置され、前記赤
   外光源は、発光した赤外光の偏光面が前記偏光ビームス
   プリッタで反射する向きになり、かつ、前記偏光ビーム
   スプリッタで反射した赤外光が前記被計測物体に照射さ
   れるように配置され、前記第２撮像手段は、前記被計測
   物体からの可視光が前記コールドミラーで反射する方向
   に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光
   照射受光装置。
6. 【請求項６】 前記光分離手段は、赤外光を透過し、可
   視光を反射するコールドミラーであり、前記焦点調節手
   段、前記コールドミラー、前記λ／４波長板、及び前記
   偏光ビームスプリッタは、前記被計測物体と前記赤外光
   発光手段とを結ぶ直線上に、前記被計測物体側から、前
   記焦点調節手段、前記コールドミラー、前記λ／４波長
   板、前記偏光ビームスプリッタの順に配置され、前記赤
   外光源は、発光した赤外光の偏光面が前記偏光ビームス
   プリッタを透過する向きになるように配置され、前記第
   １撮像手段は、前記被計測物体で反射され、前記コール
   ドミラー及び前記λ／４波長板を通った赤外光が前記偏
   光ビームスプリッタで反射する方向に配置され、前記第
   ２撮像手段は、前記被計測物体からの可視光が前記コー
   ルドミラーで反射する方向に配置されていることを特徴
   とする請求項４に記載の光照射受光装置。
7. 【請求項７】 前記光分離手段は、赤外光を反射し、可
   視光を透過するホットミラーであり、前記ホットミラー
   と前記焦点調節手段は、前記被計測物体と前記第２撮像
   手段とを結ぶ直線上に、前記被計測物体側から前記焦点
   調節手段、前記ホットミラーの順に配置され、前記λ／
   ４波長板及び前記偏光ビームスプリッタは、前記被計測
   物体からの赤外光が前記ホットミラーで反射する方向で
   あり、かつ、前記ホットミラーと前記第１撮像手段とを
   結ぶ直線上に、前記λ／４波長板、前記偏光ビームスプ
   リッタの順に配置され、前記赤外光源は、発光した赤外
   光の偏光面が前記偏光ビームスプリッタで反射する向き
   になり、かつ、前記被計測物体に照射されるように配置
   されていることを特徴とする請求項４に記載の光照射受
   光装置。
8. 【請求項８】 前記光分離手段は、赤外光を反射し、可
   視光を透過するホットミラーであり、前記ホットミラー
   と前記焦点調節手段は、前記被計測物体と前記第２撮像
   手段とを結ぶ直線上に、前記被計測物体側から、前記焦
   点調節手段、前記ホットミラーの順に配置され、前記偏
   光ビームスプリッタ及び前記λ／４波長板は、前記ホッ
   トミラーと前記赤外光発光手段との間に、前記ホットミ
   ラー側から、前記λ／４波長板、前記偏光ビームスプリ
   ッタの順に配置され、前記赤外光源は、発光した赤外光
   の偏光面が前記偏光ビームスプリッタを透過するような
   向きに配置され、前記第１撮像手段は、前記被計測物体
   で反射され、前記ホットミラー及び前記λ／４波長板を
   通った赤外光が、前記偏光ビームスプリッタで反射する
   方向に配置されていることを特徴とする請求項４に記載
   の光照射受光装置。
9. 【請求項９】 被計測物体に照射する照射光を発光し、
   前記照射光の照射角を調節し、前記照射角を調節した照
   射光を被計測物体に照射し、前記被計測物体で反射した
   反射光を受光する光照射受光方法において、単色かつ直
   線偏光の照射光を発光し、前記照射角を調節した照射光
   を偏光ビームスプリッタで反射させ、前記偏光ビームス
   プリッタで反射させた照射光の偏光面を４５度回転させ
   てから前記被計測物体に照射し、前記被計測物体で反射
   した反射光の偏光面をさらに４５度回転させ、前記偏光
   ビームスプリッタを透過させて受光することを特徴とす
   る光照射受光方法。
10. 【請求項１０】 被計測物体に照射する照射光を発光
    し、前記照射光の照射角を調節し、前記照射角を調節し
    た照射光を被計測物体に照射し、前記被計測物体で反射
    した反射光を受光する光照射受光方法において、単色か
    つ直線偏光の照射光を発光し、前記照射角を調節した照
    射光を偏光ビームスプリッタで透過させ、前記偏光ビー
    ムスプリッタを透過した照射光の偏光面を４５度回転さ
    せてから前記被計測物体に照射し、前記被計測物体で反
    射した反射光の偏光面をさらに４５度回転させ、前記偏
    光ビームスプリッタで反射させて受光することを特徴と
    する光照射受光方法。
11. 【請求項１１】 直線偏光の赤外光を発光し、前記赤外
    光の照射角を調節し、前記照射角を調節した赤外光を被
    計測物体に照射し、前記被計測物体で反射した赤外光及
    び可視光を受光する光照射受光方法において、前記照射
    角を調節した赤外光を偏光ビームスプリッタで反射さ
    せ、前記偏光ビームスプリッタで反射させた赤外光の偏
    光面を４５度回転させてから前記被計測物体に照射し、
    前記被計測物体で反射した光を赤外光と可視光に分離
    し、前記分離した赤外光の偏光面をさらに４５度回転さ
    せ、前記偏光ビームスプリッタを透過させて受光するこ
    とを特徴とする光照射受光方法。
12. 【請求項１２】 直線偏光の赤外光を発光し、前記赤外
    光の照射角を調節し、前記照射角を調節した赤外光を被
    計測物体に照射し、前記被計測物体で反射した赤外光及
    び可視光を受光する光照射受光方法において、前記照射
    角を調節した赤外光を偏光ビームスプリッタで透過し、
    前記偏光ビームスプリッタで反射させた赤外光の偏光面
    を４５度回転させてから前記被計測物体に照射し、前記
    被計測物体で反射した光を赤外光と可視光に分離し、前
    記分離した赤外光の偏光面をさらに４５度回転させ、前
    記偏光ビームスプリッタで反射して受光することを特徴
    とする光照射受光方法。
13. 【請求項１３】 前記被計測物体で反射した光は、コー
    ルドミラーを用い、赤外光を透過させ、可視光を反射さ
    せて分離することを特徴とする請求項１１または請求項
    １２に記載の光照射受光方法。
14. 【請求項１４】 前記被計測物体で反射した光は、ホッ
    トミラーを用い、赤外光を反射させ、可視光を透過させ
    て分離することを特徴とする請求項１１または請求項１
    ２に記載の光照射受光方法。