(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部と、走査部と、受光部と、遮光部と、第一基準部と、第二基準部と、方向測定部と、基準算出部と、方向算出部とを有し、
上記発光部は、光を放射し、
上記走査部は、駆動信号によって基準角度を中心とする振り子運動をして角度が変わることにより、上記発光部が放射した光の進行方向を曲げて、所定の範囲内を走査させ、
上記受光部は、上記走査部が走査させた光が反射した反射光を受光し、
上記遮光部は、上記発光部と上記走査部と上記受光部とを覆い、上記走査部が走査させた光を上記遮光部の外部に出射する出射窓と、上記出射窓を介して出射した光が反射した反射光を上記遮光部のなかに入射する入射窓とが設けられ、
上記第一基準部は、上記所定の範囲内の端における上記出射窓と上記入射窓との間に位置し、上記走査部が走査させた光を反射し、
上記第二基準部は、上記出射窓と上記入射窓との間における上記第一基準部よりも上記所定の範囲の中心側である上記出射窓の方に上記第一基準部に隣接して設けられ、上記走査部が走査させた光を上記受光部の方向へ反射する反射率が上記第一基準部と異なり、
上記方向測定部は、上記走査部に発生する逆起電力を測定することにより、上記走査部が光を走査させた方向を測定し、
上記基準算出部は、上記方向測定部が測定した方向に基づいて、上記走査部が走査させた光が上記第一基準部のある方向を走査した時刻を算出し、算出した時刻の前に上記受光部が受光した反射光の強度が閾値をまたいで変化する時刻を上記第一基準部と上記第二基準部との境界がある方向を走査した第一の境界時刻として特定し、算出した時刻の後に上記受光部が受光した反射光の強度が上記閾値をまたいで変化する時刻を上記第一基準部と上記第二基準部との境界がある方向を走査した第二の境界時刻として特定し、
上記方向算出部は、上記基準算出部が特定した第一の境界時刻と第二の境界時刻との中間の時刻と、上記方向測定部が上記第一基準部のある方向を測定した時刻との差を時間誤差として、指定時刻に上記時間誤差を加えた時刻に上記方向測定部が測定した方向を、上記指定時刻において、上記走査部が走査させた光を反射した反射点の方向として算出する形状測定装置。
【請求項２】
上記出射窓は、略スリット状の開口であり、
上記入射窓は、略円状の開口である
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
上記基準算出部は、上記受光部が受光した反射光の強度の移動平均と、上記受光部が受光した反射光の強度の低周波成分とのうちのいずれかに基づいて、上記第一の境界時刻及び上記第二の境界時刻を特定する
請求項１又は２に記載の形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、対象物の形状を測定する形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物に光を当て、その反射を受光して、反射点までの距離を測定することにより、対象物の形状を測定する形状測定装置がある。形状測定装置は、レーザ光のようにビームの狭い光を放射し、光を放射する方向を変化させて、一次元あるいは二次元の範囲を走査することにより、反射点の位置を変え、対象物の形状を測定する。
光を走査させる方式には、例えば微小電気機械素子（ＭＥＭＳ）によって構成された微小ミラー（ＭＥＭＳミラー）を用いる方式などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１０６３６号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような形状測定装置では、光を放射した方向と、反射点までの距離とに基づいて、反射点の座標を算出する。このため、光を放射した方向を正確に知る必要がある。
例えば、ＭＥＭＳミラーは、逆起電力を測定することによりミラーの向きを知る技術がある。しかし、湿度や温度などの条件によりＭＥＭＳミラーの共振周波数が変化することから、正しい向きを知るのは困難である。
【０００５】
この発明は、例えば、光を放射した方向を正確に知ることにより、対象物の形状を正確に測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明にかかる形状測定装置は、発光部と、走査部と、受光部と、第一基準部と、第二基準部と、基準算出部と、方向算出部とを有し、
上記発光部は、光を放射し、
上記走査部は、上記発光部が放射した光の進行方向を曲げて、所定の範囲内を走査させ、
上記受光部は、上記走査部が走査させた光が反射した反射光を受光し、
上記第一基準部は、上記走査部が光を走査させる範囲内に位置し、上記走査部が走査させた光を反射し、
上記第二基準部は、上記走査部が光を走査させる範囲内に位置し、上記第一基準部に隣接し、上記走査部が走査させた光を上記受光部の方向へ反射する反射率が上記第一基準部よりも小さく、
上記基準算出部は、上記受光部が受光した反射光の強度が所定の閾値をまたいで変化した時刻のうち少なくともいずれかの時刻を、上記第一基準部と上記第二基準部との境界がある方向を走査した境界時刻であると判定し、
上記方向算出部は、上記基準算出部が判定した上記境界時刻に基づいて、上記走査部が走査させた光を反射した反射点の方向を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明にかかる形状測定装置によれば、光を放射した方向を正確に知ることができるので、対象物の形状を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１における形状測定装置８０の全体構成の一例を示す構成図。
【図２】実施の形態１における形状測定装置８０の構造の一例を示す正視図、Ａ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図。
【図３】実施の形態１における基準反射板５０の構造の一例を示す断面図。
【図４】実施の形態１における基準反射板５０の構造の別の例を示す断面図。
【図５】実施の形態１における形状測定装置８０の動作の一例を示すタイミング図。
【図６】実施の形態１における基準算出処理Ｓ７０の処理の流れの一例を示すフロー図。
【図７】実施の形態２における形状測定装置８０の動作の一例を示すタイミング図。
【図８】実施の形態４における形状測定装置８０の構造の一例を示す断面図。
【図９】実施の形態４における形状測定装置８０の動作の一例を示すタイミング図。
【図１０】実施の形態５における基準反射板５０の構成の一例を示す正面図。
【図１１】実施の形態５における基準反射板５０の構成の別の例を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
実施の形態１について、図１〜図６を用いて説明する。
【００１０】
図１は、この実施の形態における形状測定装置８０の全体構成の一例を示す構成図である。
【００１１】
形状測定装置８０（レーザ画像計測装置、レーザ式車両検知器）は、レーザ光などの光を放射し、放射した光が反射して戻ってきた反射光を検出することにより、放射した光を反射した反射点までの距離を測定する。形状測定装置８０は、光を放射する方向を変えることにより、反射点を移動させ、形状測定装置８０が光を放射する方向に存在する物体（対象物）の二次元あるいは三次元形状を測定する。形状測定装置８０が測定した物体の形状は、例えば、三次元画像処理装置などによって処理される。三次元画像処理装置は、例えば、反射点までの距離と走査方向とに基づいて、三次元画像を生成する。
形状測定装置８０は、発光部１０と、走査部２０と、受光部３０と、方向測定部６１と、位相検波部６２と、基準算出部６３と、方向算出部６４と、距離算出部６５とを有する。
【００１２】
発光部１０は、所定の方向へ向けて光を放射する。例えば、発光部１０は、所定の周波数の正弦波信号によって連続波変調（ＣＷ変調）されたレーザ光を放射する。発光部１０は、例えば、基準信号発生部と、レーザ光送信部とから構成される。基準信号発生部は、発振器と、分配器とから構成される。レーザ光送信部は、レーザ装置と、変調器とを有する。発振器は、基準となる正弦波の変調信号を発生する。分配器は、発振器が発生させた変調信号を２つに分岐する。分配器が分岐した変調信号の１つは変調器に入力され、もう１つは位相検波部６２に入力される。レーザ装置は、所定の波長のレーザ光を発生する。変調器は、発振器が発生し分配器から入力した変調信号に基づいて、レーザ装置が発生したレーザ光に対して変調をかける。
【００１３】
走査部２０（レーザ光走査部）は、発光部１０が放射した光の進行方向を曲げて、所定の範囲内を走査させる。例えば、走査部２０が光を走査させる範囲は、例えば、線状である。すなわち、走査部２０は、発光部１０が放射した光により、所定の一次元の範囲内を走査させる。走査部２０は、例えば、レーザ走査光学系（レーザ光走査光学系）を有する。レーザ走査光学系は、ビーム形状を整形し、空間中にレーザ光を照射・走査する。レーザ走査光学系は、レーザ光を一次元走査する。例えば、走査部２０は、ＭＥＭＳミラーと、ミラー駆動回路とを有する。ＭＥＭＳミラーは、微小電気機械素子によって構成された鏡である。ＭＥＭＳミラーは、駆動信号により、角度を変えることができる。ミラー駆動回路は、ＭＥＭＳミラーに駆動信号を加えて、ＭＥＭＳミラーを所定の周波数で往復運動させる。ＭＥＭＳミラーは、発光部１０が放射した光を反射する。ＭＥＭＳミラーがミラー駆動回路によって駆動され、ＭＥＭＳミラーの角度が変化することにより、ＭＥＭＳミラーが反射した光の進行方向が変化する。これにより、発光部１０が放射した光は、所定の線状の範囲を往復して走査する。
【００１４】
受光部３０（受信部、光受信部）は、走査部２０が走査させた光が反射して戻ってきた反射光を受光する。例えば、受光部３０は、受信光学系と、受光器とから構成される。受信光学系の受信視野は、走査部２０が光を走査させた方向を含む。受信光学系は、対象物において反射したレーザ光を受信し、受光器上に集光する。受光器は、受信光を電気信号に変換する。受光部３０は、例えば、受光した反射光の強度を表わす電気信号を出力する。
【００１５】
方向測定部６１は、走査部２０が光を走査させた方向を測定する。例えば、方向測定部６１は、ＭＥＭＳミラーに発生する逆起電力を測定することにより、ＭＥＭＳミラーの角度を算出する。方向測定部６１は、算出したＭＥＭＳミラーの角度に基づいて、走査部２０が走査させた光の進行方向を算出する。ただし、方向測定部６１による測定には、誤差が含まれる。したがって、方向測定部６１が測定する方向は、凡その方向であって、正確な方向ではない。
【００１６】
位相検波部６２は、受光部３０が受光した反射光の強度に基づいて、発光部１０が放射した光が変調されている変調信号の位相と、受光部３０が受光した反射光が変調されている変調信号の位相との間の位相差を算出する。例えば、位相検波部６２は、基準信号発生部が出力した変調信号と、受光部３０が受信した受信信号とに基づいて、位相検波を行い、変調信号と受信信号との位相差に相当する電気信号を出力する。また、位相検波部６２は、発光部１０が放射する光が変調されていることによる影響を取り除き、本来の反射光の強度を算出する。
【００１７】
基準算出部６３は、走査部２０が走査させた光を、後述する基準反射板５０（基準部）が反射して、受光部３０が受光した時刻を算出する。基準算出部６３の詳細については、後述する。
【００１８】
方向算出部６４（データ位置補正装置）は、基準算出部６３が算出した時刻に基づいて、方向測定部６１が測定した方向を補正し、走査部２０が走査させた光を反射した反射点の正確な方向（走査部２０が光を走査させた方向）を算出する。例えば、方向算出部６４は、基準反射板５０の強度値と位相値とに基づいて、実際のデータ位置（角度）に補正する。方向算出部６４は、受信強度と位相差が理論上の走査角と実際の走査角に相当するようにデータ位置の補正を行なう。
【００１９】
基準反射板５０が設置されている位置は、あらかじめわかっている。したがって、基準算出部６３が算出した時刻に走査部２０が光を走査させた方向がわかる。これと、方向測定部６１が測定した方向とを比較することにより、方向測定部６１が測定した方向にどのような誤差が含まれるかが把握できる。方向算出部６４は、把握した誤差を補正することにより、正確な方向を算出する。
【００２０】
距離算出部６５（距離演算装置）は、基準算出部６３が算出した時刻に基づいて、位相検波部６２が算出した位相差を、光の伝播経路の長さ（伝播距離）に換算する。例えば、距離算出部６５は、位相検波部６２が出力した位相信号に相当する電気信号に基づいて、距離値を算出する。
基準反射板５０の設置位置は、あらかじめわかっている。したがって、基準反射板５０に反射した光の伝播距離がわかる。これと、位相検波部６２が測定した位相差とを比較することにより、位相差と伝播距離との関係を把握できる。距離算出部６５は、把握した関係に基づいて、光の伝播距離を算出する。
【００２１】
図２は、この実施の形態における形状測定装置８０の構造の一例を示す正視図、Ａ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図である。
【００２２】
形状測定装置８０は、例えば、光放射部１１と、ＭＥＭＳミラー２１と、遮光部４０と、透光板４５と、基準反射板５０と、レンズ３１と、受光素子３２とを有する。
【００２３】
光放射部１１は、発光部１０（レーザ光送信部）の一例である。光放射部１１は、矢印８１で示した方向へ向けて光を放射する。
【００２４】
ＭＥＭＳミラー２１は、走査部２０の一例である。ＭＥＭＳミラー２１は、矢印８２で示した方向に回転する。ＭＥＭＳミラー２１は、光放射部１１が放射した光を反射して、矢印８３で示した方向を中心として、上下対称な範囲（矢印８４で示した方向から矢印８５で示した方向までの間）を走査させる。
【００２５】
遮光部４０（筐体）は、光放射部１１、ＭＥＭＳミラー２１、レンズ３１、受光素子３２などを内蔵するケースである。遮光部４０は、例えば、略直方体箱状である。遮光部４０は、例えば、仕切板４１、出射窓４２、入射窓４３を有する。
仕切板４１は、遮光部４０の内部の空間を２つに仕切る。仕切板４１が仕切った空間の一方は、光放射部１１やＭＥＭＳミラー２１などを内蔵し、もう一方は、レンズ３１や受光素子３２などを内蔵する。これにより、光放射部１１が放射した光を、受光素子３２が直接受光するのを防ぐ。
出射窓４２は、略スリット状の開口である。走査部２０が走査させた光は、出射窓４２を介して遮光部４０の外部に出射する。走査部２０は、線状の範囲に光を走査させるので、出射窓４２は、その範囲に合わせて設けられている。
入射窓４３は、略円状の開口である。出射窓４２から外部に出射した光が反射した反射光は、入射窓４３を介して遮光部４０のなかに入射する。入射窓４３から入射する反射光の光量が多いほど、位相差の検出精度が高くなるので、入射窓４３の面積は、広いほうが好ましい。
出射窓４２と、入射窓４３とは、繋がっている。
【００２６】
透光板４５は、出射窓４２及び入射窓４３の形状に合わせて、出射窓４２及び入射窓４３の内側に設けられている。透光板４５は、略平板状であり、光放射部１１が出射した波長の光を透過する。透光板４５は、例えばガラス板である。透光板４５は、出射窓４２や入射窓４３から、遮光部４０の内部に埃などが侵入するのを防ぐ。
【００２７】
基準反射板５０は、遮光部４０の内側に設けられている。基準反射板５０は、出射窓４２と入射窓４３との境目に当たる位置に設けられている。基準反射板５０は、走査部２０が走査させた光が当たる位置に設けられている。基準反射板５０は、仕切板４１と透光板４５との間に挟まれることにより固定されている。基準反射板５０は、走査部２０が走査させた光を反射する。基準反射板５０は、レーザ走査光学系から固定距離に設置されている。例えば、基準反射板５０は、レーザ光を反射する。仕切板４１には、基準反射板５０の正面に当たる位置に切れ目が設けられている。これは、走査部２０が走査させた光が基準反射板５０に当たり、基準反射板５０が反射した光を受光素子３２が受光するのを妨げないようにするためである。
【００２８】
レンズ３１（集光部）は、受光部３０（受信光学系）の一例である。レンズ３１は、入射窓４３から入射した光や、基準反射板５０が反射した光を、受光素子３２に集光する。
【００２９】
受光素子３２は、受光部３０（受光器）の一例である。受光素子３２は、例えば、フォトダイオードである。受光素子３２は、レンズ３１が集光した光を受光し、受光した光の強度を表わす電気信号を出力する。
【００３０】
基準反射板５０の表面には、高反射部５１と、低反射部５２とが設けられている。
高反射部５１（第一基準部）は、走査部２０が光を走査させる範囲の端に位置する。高反射部５１は、例えば、ＭＥＭＳミラー２１から見て矢印８５で示される方向に位置する。高反射部５１は、走査部２０が走査させた光を受光部３０の方向へ反射する。
低反射部５２（第二基準部）は、高反射部５１に隣接し、高反射部５１よりも、走査部２０が光を走査させる範囲の内側に位置する。低反射部５２は、走査部２０が走査させた光を受光部３０の方向へ反射する反射率が、高反射部５１よりも低い。
【００３１】
図３は、この実施の形態における基準反射板５０の構造の一例を示す断面図である。
【００３２】
基準反射板５０は、板５３と、スポンジ５４とによって構成される。板５３は、例えば金属製あるいは樹脂製であり、表面が黒色に塗られている。板５３の表面が黒色に塗られているのは、光の伝播距離が短い分、基準反射板５０に当たって反射する反射光の強度が強くなるので、反射光の強度を抑えるためである。スポンジ５４は、板５３の表面に貼り付けられている。スポンジ５４が貼り付けられている箇所が、上述した低反射部５２に相当し、それ以外の箇所が、上述した高反射部５１に相当する。スポンジ５４に当たった光は、ほとんど反射されない。
【００３３】
図４は、この実施の形態における基準反射板５０の構造の別の例を示す断面図である。
【００３４】
基準反射板５０は、断面が略クランク状であり、透光板４５に対して平行な部分５５，５７と、透光板４５に対して垂直な部分５６とを有する。部分５５が、上述した高反射部５１に相当し、部分５６，５７が、上述した低反射部５２に相当する。部分５６，５７の表面は、受光部３０の方向から見えない。このため、部分５６、５７に当たった光は、受光部３０の方向へは反射しない。
【００３５】
図５は、この実施の形態における形状測定装置８０の動作の一例を示すタイミング図である。
【００３６】
横軸は、時刻を示す。縦軸は、電圧あるいは角度あるいは強度を示す。実線８６は、ＭＥＭＳミラー２１の両端電圧を示す。実線８７は、ＭＥＭＳミラー２１の角度を示し、光放射部１１が放射した光をＭＥＭＳミラー２１が反射した光が図２において矢印８３で示した方向に進む角度を「０」とする。実線８８は、位相検波部６２が算出した反射光の強度を示す。なお、光の伝播距離による遅延は、この図の時間スケールに比べて非常に小さいので、考慮しなくてよい。
【００３７】
駆動期間９１は、ＭＥＭＳミラー２１を駆動するため、ＭＥＭＳミラー２１の両端に駆動信号を印加する期間である。駆動期間９１において、ＭＥＭＳミラー２１の両端電圧は、駆動信号の電圧値に等しくなる。
開放期間９２は、ＭＥＭＳミラー２１両端に駆動信号を印加せず、開放する期間である。ＭＥＭＳミラー２１には、基準角度（０度）に戻ろうとする応力が加わるので、開放期間９２において、ＭＥＭＳミラー２１は、基準角度を中心とする振り子運動をする。このとき、ＭＥＭＳミラー２１の両端には、ＭＥＭＳミラー２１の角速度に比例する逆起電力が発生する。
振り子運動の周波数（共振周波数）は、ＭＥＭＳミラー２１の回転モーメントや応力の大きさなどによって定まり、ＭＥＭＳミラー２１ごとに固有の値をとる。また、湿度や温度などの条件によっても、共振周波数が変わる場合がある。
ミラー駆動回路は、ＭＥＭＳミラー２１の両端電圧に基づいて、駆動信号を印加するタイミングを決定し、適切なタイミングで駆動信号を印加する。
【００３８】
ＭＥＭＳミラー２１の角度が、破線９４で示した角度と破線９５で示した角度との間にあるとき、光放射部１１が放射してＭＥＭＳミラー２１が反射した光が、低反射部５２に当たるものとする。また、ＭＥＭＳミラー２１の角度が、破線９５で示した角度と破線９６で示した角度との間にあるとき、光放射部１１が放射してＭＥＭＳミラー２１が反射した光が、高反射部５１に当たるものとする。
【００３９】
固定期間９７（強度固定領域）は、光放射部１１が放射してＭＥＭＳミラー２１が反射した光が、高反射部５１または低反射部５２に当たる期間である。光放射部１１が放射してＭＥＭＳミラー２１が反射した光が高反射部５１に当たる場合、位相検波部６２が算出する反射光の強度は、比較的大きいほぼ一定の値になる。また、光放射部１１が放射してＭＥＭＳミラー２１が反射した光が低反射部５２に当たる場合、位相検波部６２が算出する反射光の強度は、比較的小さいほぼ一定の値になる。いずれの場合も、位相検波部６２が算出する反射光の強度は、あらかじめ予測できるので、その中間の値を、閾値９９に設定する。
光放射部１１が放射してＭＥＭＳミラー２１が反射した光は、線状の範囲を往復走査し、高反射部５１は、その範囲の端に位置するから、固定期間９７において、光放射部１１が放射してＭＥＭＳミラー２１が反射した光は、まず、低反射部５２に当たり、その後、高反射部５１に当たり、その後再び低反射部５２に当たる。すなわち、固定期間９７において、位相検波部６２が算出する反射波の強度は、まず、閾値９９より小さい値をとり、その後、閾値９９より大きい値をとり、その後再び閾値９９より小さい値をとるという一定のパターンになる。１つの固定期間９７において、位相検波部６２が算出する反射波の強度が閾値９９をまたいで変化する時刻は、２つ存在する。
【００４０】
変動期間９８（強度変動領域）は、光放射部１１が放射してＭＥＭＳミラー２１が反射した光が、基準反射板５０に当たらず、出射窓４２から遮光部４０の外部に出射される期間である。外部に出射された光は、対象物に当たって反射して戻ってくるかもしれないし、戻ってこないかもしれない。また、対象物の色や反射率などにより、反射光の強度も一定ではない。このため、変動期間９８において、位相検波部６２が算出する反射波の強度は、光放射部１１が放射してＭＥＭＳミラー２１が反射した光が高反射部５１に当たったときの強度よりも大きいかもしれないし、光放射部１１が放射してＭＥＭＳミラー２１が反射した光が低反射部５２に当たったときの強度よりも小さいかもしれず、まったく予測できない。すなわち、１つの変動期間９８において、位相検波部６２が算出する反射波の強度が閾値９９をまたいで変化する時刻は、いくつあるかわからないし、存在しないかもしれない。
【００４１】
上述したように、ＭＥＭＳミラー２１の両端電圧は、ＭＥＭＳミラー２１の角速度に比例するから、ＭＥＭＳミラー２１が最大角に振れたとき（すなわち、ＭＥＭＳミラー２１の角速度が反転するとき）、ＭＥＭＳミラー２１の両端電圧は０になる。したがって、ＭＥＭＳミラー２１の両端電圧に基づいて、ＭＥＭＳミラー２１が一番下に振れた時刻９３を推定することができる。ただし、ＭＥＭＳミラー２１の両端電圧の測定値には、誤差が含まれる可能性がある。例えば、バイアス誤差や遅延などの誤差が含まれる場合、推定した時刻９３と、実際にＭＥＭＳミラー２１が一番下に振れた時刻との間に差が生じる。
【００４２】
基準算出部６３は、ＭＥＭＳミラー２１が一番下に振れた時刻９３（すなわち、光放射部１１が放射してＭＥＭＳミラー２１が反射した光が高反射部５１に当たった時刻）を推定する。
基準算出部６３は、推定した時刻９３を基準としてその前後を探索し、位相検波部６２が算出した反射波の強度が閾値９９をまたいで変化した２つの時刻（境界時刻）を判定する。時刻９３において、位相検波部６２が算出した反射波の強度は閾値９９より大きいので、基準算出部６３は、時刻９３より前の時刻であって、位相検波部６２が算出した反射波の強度が閾値９９より小さい時刻のうち、時刻９３にもっとも近い時刻を判定して、第一の境界時刻とする。また、基準算出部６３は、時刻９３より後の時刻であって、位相検波部６２が算出した反射波の強度が閾値９９より小さい時刻のうち、時刻９３にもっとも近い時刻を判定して、第二の境界時刻とする。
【００４３】
方向算出部６４は、基準算出部６３が判定した境界時刻に基づいて、方向測定部６１が測定した方向を補正する。
例えば、方向算出部６４は、基準算出部６３が判定した２つの境界時刻のちょうど中間の時刻を、ＭＥＭＳミラー２１が一番下に振れた時刻であると判定する。あるいは、方向算出部６４は、基準算出部６３が判定した２つの境界時刻の間で、位相検波部６２が算出した反射波の強度がもっとも大きい時刻を、ＭＥＭＳミラー２１が一番下に振れた時刻であると判定する。受光部３０は、受光部３０の正面方向から受光した光に対する受光感度がもっとも高く、受光する光の入射方向が受光部３０の正面方向から離れるほど受光感度が落ちる傾向にあるので、固定期間９７において、高反射部５１上の反射点が受光部３０の正面方向にもっとも近くなる時刻において、位相検波部６２が算出した反射波の強度がもっとも大きくなるからである。
方向算出部６４は、判定した時刻に、ＭＥＭＳミラー２１が一番下に振れたものとして、方向測定部６１が測定した方向に含まれる誤差を検出する。例えば、方向算出部６４は、方向測定部６１が測定した方向に基づいてＭＥＭＳミラー２１が一番下に振れたとみなされる時刻を算出し、算出した時刻と、判定した時刻との差を計算して、時刻誤差とする。方向算出部６４は、ある時刻について、算出した時刻誤差をその時刻に加えた時刻について方向測定部６１が測定した方向を、その時刻における走査方向とする。
【００４４】
距離算出部６５は、基準算出部６３が判定した境界時刻に基づいて、位相検波部６２が算出した位相差を、反射光の伝播距離に変換する。
例えば、距離算出部６５は、基準算出部６３が判定した２つの境界時刻の間で、位相検波部６２が算出した反射波の強度がもっとも大きい時刻を判定する。距離算出部６５は、判定した時刻について、位相検波部６２が算出した位相差を基準位相差とする。光放射部１１が放射してＭＥＭＳミラー２１が反射した光が高反射部５１に当たっている限りにおいて、高反射部５１のどこに当たったとしても、光の伝播距離に大きな差はない。反射波の強度が大きいほど、位相差の算出誤差が小さくなるので、反射波の強度がもっとも大きい時刻について算出した位相差を基準位相差とする。
距離算出部６５は、ある時刻について位相検波部６２が算出した位相差と、基準位相差との差を算出する。距離算出部６５は、光の速度と変調信号の周波数とに基づいて、算出した差を伝播距離の差に変換する。光放射部１１が放射してＭＥＭＳミラー２１が反射した光が高反射部５１に当たった場合における光の伝播距離は、あらかじめわかっているので、距離算出部６５は、その伝播距離と、算出した伝播距離の差とを合計することにより、その時刻に受光部３０が受光した反射光の伝播距離を算出する。
【００４５】
図６は、この実施の形態における基準算出処理Ｓ７０の処理の流れの一例を示すフロー図である。
【００４６】
基準算出処理Ｓ７０において、基準算出部６３は、境界時刻を判定する。基準算出処理Ｓ７０は、一往復の走査が行われるたびに実行される。
基準算出処理Ｓ７０は、例えば、時刻推定工程Ｓ７１と、強度判定工程Ｓ７２と、前方探索工程Ｓ７３と、後方探索工程Ｓ７４と、異常終了工程Ｓ７５とを有する。
【００４７】
時刻推定工程Ｓ７１において、方向測定部６１は、例えばＭＥＭＳミラー２１の逆起電力など、走査部２０（レーザ走査光学系）からの信号に基づいて、各時刻における走査方向を測定する。
基準算出部６３は、方向測定部６１が測定した結果に基づいて、走査部２０が走査させた光が高反射部５１に当たった時刻を推定する。
【００４８】
強度判定工程Ｓ７２において、基準算出部６３は、時刻推定工程Ｓ７１で推定した時刻について、位相検波部６２が算出した反射波の強度が、閾値９９より大きいか小さいかを判定する。
反射波の強度が閾値９９より小さい場合、最大振れ幅が小さくなって走査した光が高反射部５１に当たっていないなど何らかの異常が発生していると考えられる。基準算出部６３は、異常終了工程Ｓ７５へ処理を進める。
反射波の強度が閾値９９より大きい場合、基準算出部６３は、前方探索工程Ｓ７３へ処理を進める。
【００４９】
前方探索工程Ｓ７３において、基準算出部６３は、時刻推定工程Ｓ７１で推定した時刻から順に前の時刻に遡り、位相検波部６２が算出した反射波の強度が、閾値９９より小さくなる時刻を探す。
時刻推定工程Ｓ７１で推定した時刻から、あらかじめ定めた時間遡っても、反射波の強度が閾値９９より大きいままである場合、何らかの異常が発生していると考えられる。基準算出部６３は、異常終了工程Ｓ７５へ処理を進める。
反射波の強度が閾値９９より小さくなる時刻が見つかった場合、基準算出部６３は、その時刻を第一の境界時刻とし、後方探索工程Ｓ７４へ処理を進める。
【００５０】
後方探索工程Ｓ７４において、基準算出部６３は、時刻推定工程Ｓ７１で推定した時刻から順に後の時刻へ進み、位相検波部６２が算出した反射波の強度が、閾値９９より小さくなる時刻を探す。
前方探索工程Ｓ７３で見つけた第一の境界時刻から、あらかじめ定めた時間進んでも、反射波の強度が閾値９９より大きいままである場合、何らかの異常が発生していると考えられる。基準算出部６３は、異常終了工程Ｓ７５へ処理を進める。
反射波の強度が閾値９９より小さくなる時刻が見つかった場合、基準算出部６３は、その時刻を第二の境界時刻とし、基準算出処理Ｓ７０を終了する。
【００５１】
異常終了工程Ｓ７５において、基準算出部６３は、境界時刻を判定せず、基準算出処理Ｓ７０を終了する。
【００５２】
基準算出処理Ｓ７０が異常終了工程Ｓ７５で終了した場合、方向算出部６４は、前回の走査時に検出した誤差を使って、今回の走査における走査方向を補正する。１回の走査にかかる時間は非常に短いので、その間に誤差が大きく変化することは考えにくく、前回算出した誤差を使って補正しても、ほぼ正しく補正できるからである。あるいは、方向算出部６４は、直前の複数回の走査時（ただし、異常と判定された回がある場合は、その回を除く。）に検出した誤差の平均を使って、今回の走査における走査方向を補正する構成であってもよい。あるいは、方向算出部６４は、直前の複数回の走査時に検出した誤差の変動傾向から、今回の走査における誤差を推定し、推定した誤差を使って、今回の走査における走査方向を補正する構成であってもよい。
【００５３】
また、基準算出処理Ｓ７０が異常終了工程Ｓ７５で終了することが所定の回数以上続いた場合、発光部１０は、光の放射を停止する構成であってもよい。例えば、発光部１０が放射する光がレーザ光であり、走査部２０がレーザ光を走査させる範囲が所定の範囲である場合に、クラス１あるいはクラス１Ｍ（日本工業規格Ｃ６８０２：２０１１における定義による）の安全性を有するとすると、走査部２０がレーザ光を走査させる範囲が狭くなると、レーザ光の平均強度が大きくなるので、クラス２以上に安全性が低下する可能性がある。発光部１０が光の放射を停止することにより、安全性の低下を防ぐことができる。
【００５４】
なお、境界時刻のずれの絶対値が所定の閾値より大きい場合に異常と判定するのではなく、前回の走査時に検出したずれからの変化量が所定の閾値より大きい場合に異常と判定する構成であってもよい。
また、境界時刻の探索を、方向測定部６１が測定した結果に基づいて走査部２０が走査させた光が高反射部５１に当たったと推定される時刻から開始するのではなく、前回の走査時に検出したずれを使って補正した時刻から開始する構成であってもよい。
【００５５】
なお、位相検波部６２は、アナログ処理により、時間方向に連続して、反射波の位相差や強度を算出する構成であってもよいし、デジタル処理により、所定の周期ごとに離散的に、反射波の位相差や強度を算出する構成であってもよい。
【００５６】
位相検波部６２が離散的に反射波の位相差や強度を算出する構成である場合、位相検波部６２が反射波の位相差や強度を算出する周期（サンプリング間隔）をｓとすると、ｊ番目のデータは、時刻ｔ＝ｊ・ｓにおける反射波の位相差や強度を表わす。走査部２０が光を一往復走査する間に位相検波部６２が算出するデータの数を２Ｎとすると、Ｎ＝Ｔ／２ｓ（ただし、Ｔは、走査部２０が光を一往復走査するのにかかる時間（走査周期）を表わす。）である。
走査部２０による走査が正弦波で行われるとすると、次の式が成り立つ。
【数１１】
0005932371.tif 000002
ただし、θｊは、ｊ番目のデータに対応する走査方向と正面方向（図２において矢印８３によって表わされる方向）とがなす角度を表わす。θ０は、角度θｊの最大値（ピーク角度。図２において矢印８４あるいは矢印８５によって表わされる方向と正面方向とがなす角度であって、走査範囲全体の角度の半分と等しい。）を表わす。ｓｉｎは、正弦関数を表わす。πは、円周率を表わす。ｊ０は、走査部２０が一番上に光を走査した時刻に対応するデータの番号を表わす。ｃｏｓは、余弦関数を表わす。
【００５７】
なお、あらかじめ計算したθ０ｃｏｓ（πｉ／Ｎ）（ｉは、０以上Ｎ未満の整数。）の値を固定値として、テーブルに記憶しておく構成であってもよい。
【００５８】
光放射部１１が放射した光をＭＥＭＳミラー２１が反射した光が高反射部５１と低反射部５２との境目に当たる走査方向と正面方向とがなす角度をθ１とすると、次の式を満たすｊについて、ｊ番目のデータは、ＭＥＭＳミラー２１が高反射部５１に当たる時刻に対応するデータである。
【数１２】
0005932371.tif 000003
ただし、｜・｜は、絶対値を表わす。ｃｏｓ−１は、逆余弦関数を表わす。
【００５９】
数１２を満たすｊのうち最小のｊ（すなわち、ＭＥＭＳミラー２１が高反射部５１に当たり始めた最初の時刻に対応するデータの番号）をｊｎ−、最大のｊ（すなわち、ＭＥＭＳミラー２１が高反射部５１に当たり終わる最後の時刻に対応するデータの番号）をｊｎ＋とする。
【００６０】
例えば、データ区切り位置のずれが最大ｄ（最大シフト点）あるとする。基準算出部６３は、走査部２０（レーザ走査光学系）からの信号（例えばＭＥＭＳミラー２１の逆起電力など）によって方向測定部６１が測定した結果に基づいて、ｊ０を算出する。基準算出部６３は、算出したｊ０に基づいて、ｊｎ−−ｄ≦ｊ≦ｊｎ＋＋ｄであるすべてのｊについて、位相検波部６２が算出した反射波の強度の移動平均を算出する。
【数１３】
0005932371.tif 000004
ただし、ａｊは、ｊ番目のデータについての移動平均を表わす。Δｊ１は、０以上の所定の整数を表わす。Δｊ２は、０以上の所定の整数を表わす。Ｓｋは、位相検波部６２が算出したｋ番目のデータにおける反射波の強度を表わす。
Δｊ１とΔｊ２は、異なった値であってもよく、いずれか一方あるいは両方が０であってもよい。ただし、Δｊ１とΔｊ２とが等しいことが好ましい。
【００６１】
基準算出部６３は、算出した移動平均ａｊに基づいて、次の式を満たすｊ−及びｊ＋を求める。
【数１４】
0005932371.tif 000005
ただし、Ｓｔｈは、閾値９９を表わす。
【００６２】
方向算出部６４は、基準算出部６３が算出したｊ−とｊ＋とに基づいて、走査部２０が光を一番下に走査した時刻に対応するデータの番号ｊＮを算出する。例えば、方向算出部６４は、ｊ−とｊ＋とのちょうど中間の値（すなわち平均値）を算出して、ｊＮとする（端数が出た場合は、切り上げもしくは切り捨てる）。
あるいは、方向算出部６４は、ｊ−≦ｊ≦ｊ＋であるｊのなかから、基準算出部６３が算出した移動平均ａｊが最大であるｊを選択して、ｊＮとする構成であってもよい。
【００６３】
ｊ０を基準にすると、走査部２０が光を一番下に走査した時刻に対応するデータの番号は、ｊ０＋Ｎになるはずである。そこで、方向算出部６４は、算出した番号ｊＮと、ｊ０＋Ｎとの差ｊＮ−（ｊ０＋Ｎ）を算出して、シフト量ＳＦＴ（時間軸方向の誤差）とする。
【００６４】
方向算出部６４は、基準算出部６３が算出したｊ−とｊ＋とに基づいて、走査部２０が光を走査する走査範囲が正常であるか否かを判定する。方向測定部６１が測定した走査部２０の走査方向が、時間軸方向にずれているだけであれば、ｊ＋とｊ−との差は、ｊｎ＋とｊｎ−との差と等しくなる。これに対し、走査部２０が光を走査する走査範囲が狭くなると、ｊ＋とｊ−との差は、ｊｎ＋とｊｎ−との差よりも小さくなる。そこで、方向算出部６４は、ｊ＋とｊ−との差を算出し、ｊｎ＋とｊｎ−との差と比較する。
２つの差の間の差の絶対値が所定の閾値より小さい場合、方向算出部６４は、振り角が正常であると判定する。２つの差の間の差の絶対値が閾値より大きい場合、方向算出部６４は、振り角が異常であると判定する。
振り角が異常であると判定した場合、例えば、発光部１０が発光を停止する。
【００６５】
方向算出部６４は、算出したシフト量ＳＦＴが正常範囲内であるか否かを判定する。例えば、方向算出部６４は、あらかじめ設定しておいた正常シフト量と、算出したシフト量ＳＦＴとの差の絶対値を算出する。算出した絶対値が所定の閾値（振り角異常閾値）以下である場合、方向算出部６４は、シフト量ＳＦＴが正常であると判定する。算出した絶対値が振り角異常閾値超である場合、方向算出部６４は、シフト量ＳＦＴが異常であると判定する。
なお、方向算出部６４は、過去に算出したシフト量ＳＦＴに基づいて、正常シフト量を算出する構成であってもよい。例えば、方向算出部６４は、前回の走査時に算出したシフト量ＳＦＴを正常シフト量とする。なお、前回の走査時に算出したシフト量ＳＦＴが異常であると判定されたものである場合、方向算出部６４は、更にその前の走査時に算出したシフト量ＳＦＴを正常シフト量とする構成であってもよい。
また、方向算出部６４は、位相検波部６２が算出した位相差を使って、算出したシフト量が正常範囲内であるか否かを判定する構成であってもよい。基準反射板５０の位置は固定されているから、走査部２０が走査させた光が高反射部５１に当たったとき位相検波部６２が算出する位相差は変化しないはずである。方向算出部６４は、位相検波部６２が算出したｊＮ番目のデータにおける位相差と、正常位相差とを比較する。例えば、方向算出部６４は、位相検波部６２が算出したｊＮ’番目のデータ（ｊＮ’は、前回の走査時に方向算出部６４が算出したｊＮ。）における位相差を正常位相差として用いる。あるいは、方向算出部６４は、過去の複数回の走査時における位相差を平均することにより正常位相差を算出する構成であってもよい。
２つの位相差の間の差の絶対値が所定の閾値以下である場合、方向算出部６４は、シフト量が正常であると判定する。
２つの位相差の間の差の絶対値が閾値超である場合、方向算出部６４は、シフト量が異常であると判定する。
【００６６】
なお、方向算出部６４は、シフト量ＳＦＴと、位相差との両方を使って、シフト量が正常であるか否かを判定する構成であってもよい。例えば、シフト量ＳＦＴと正常シフト量との差の絶対値が振り角異常閾値超であり、かつ、位相差と正常位相差との差が閾値超である場合に、シフト量ＳＦＴが異常であると判定し、それ以下の場合は、シフト量ＳＦＴが正常であると判定する。また、方向算出部６４は、いずれかの条件を満たせば異常と判定する構成であってもよい。
【００６７】
シフト量ＳＦＴが正常であると判定した場合、方向算出部６４は、算出したシフト量ＳＦＴを使って、それぞれのｊに対応する角度θｊを算出する。数１１と比較すると、データがシフト量ＳＦＴの分だけずれているので、方向算出部６４は、例えば、次の式の右辺を計算することにより、角度θｊを算出する。
【数１５】
0005932371.tif 000006
【００６８】
また、シフト量ＳＦＴが異常であると判定した場合、振り角異常の場合と異なり、何らかの原因によってシフト量を正しく算出できなかっただけなので、発光部１０の発光を停止する必要はない。方向算出部６４は、前回の走査時に算出したシフト量ｊＮ’をｊＮの代わりに使って、角度θｊを算出する。
【００６９】
この実施の形態における形状測定装置８０（レーザ画像計測装置）は、レーザ光走査光学系より送信された送信ビームの走査角度を把握し、理論上の走査角に対して角度を補正する。
これにより、精度の良い測距ができる。
【００７０】
距離校正及び角度校正に基準反射板５０（反射板）を用いる。反射板は、反射率が高い部分（高反射部５１）と反射率が低い部分（低反射部５２）を有する。
これにより、反射板とレーザ画像計測対象とを区別し、反射板の位置を正確に把握することができる。
また、レーザ光走査光学系の異常を検知することができる。
【００７１】
実施の形態２．
実施の形態２について、図７を用いて説明する。
なお、実施の形態１と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７２】
この実施の形態における形状測定装置８０の全体構成及び構造は、実施の形態１と同様である。
【００７３】
方向算出部６４は、方向測定部６１が測定した方向を補正するのではなく、基準算出部６３が判定した境界時刻に基づいて、走査部２０が光を走査した方向を算出する。
例えば、走査部２０が光を走査する方向が、次の式によって近似できるものとする。
【数１６】
0005932371.tif 000007
ただし、θ（ｔ）は、時刻ｔにおける走査方向と正面方向（図２において矢印８３によって表わされる方向）とがなす角度を表わす。θ０は、角度θ（ｔ）の最大値（ピーク角度。図２において矢印８４あるいは矢印８５によって表わされる方向と正面方向とがなす角度。）を表わす。ｃｏｓは、余弦関数を表わす。πは、円周率を表わす。ｔ０は、走査方向が一番上（図２において矢印８４によって表わされる方向）になる時刻を表わす。Ｔは、走査部２０が光を一往復走査させるのにかかる時間（走査周期）を表わす。
【００７４】
図７は、この実施の形態における形状測定装置８０の動作の一例を示すタイミング図である。
【００７５】
光放射部１１が放射した光をＭＥＭＳミラー２１が反射した光が高反射部５１と低反射部５２との境目に当たる走査方向と正面方向とがなす角度をθ１とする。また、基準算出部６３が、ある走査ｎについて判定した第一の境界時刻をｔｎ，１、第二の境界時刻をｔｎ，２とし、その次の走査ｎ＋１について判定した第一の境界時刻をｔｎ＋１，１、第二の境界時刻をｔｎ＋１，２とする。
【００７６】
方向算出部６４は、例えば、次の式の右辺を計算することにより、走査周期Ｔとピーク角度θ０と時刻ｔ０とを算出する。
【数１７】
0005932371.tif 000008
ただし、
【数１８】
0005932371.tif 000009
【００７７】
方向算出部６４は、算出した走査周期Ｔとピーク角度θ０と時刻ｔ０とを数１６の右辺に代入することにより、時刻ｔ（ただし、ｔｎ，２＜ｔ＜ｔｎ＋１，１。）における角度θ（ｔ）を算出する。
【００７８】
方向算出部６４による走査方向の算出に、方向測定部６１が測定した走査方向を使わないので、方向測定部６１による測定結果は、走査部２０が走査させた光が高反射部５１の位置する方向へ向かう凡その時刻を求めるためだけに使われる。これにより、方向測定部６１による測定の誤差が大きくても、走査方向を正確に算出することができる。
【００７９】
なお、方向算出部６４が算出したピーク角度θ０が所定の閾値より小さい場合、発光部１０は、光の放射を停止する構成であってもよい。
【００８０】
実施の形態３．
実施の形態３について、説明する。
なお、実施の形態１または実施の形態２と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８１】
この実施の形態における形状測定装置８０の全体構成及び構造は、実施の形態１と同様である。
【００８２】
基準算出部６３は、位相検波部６２が算出した反射波の強度の移動平均を算出し、算出した移動平均が閾値９９をまたいで変化する時刻を探索して、境界時刻とする。例えば、基準算出部６３は、ある時刻ｔについて、時刻（ｔ−Δｔ１）から時刻（ｔ＋Δｔ２）まで（ただし、Δｔ１及びΔｔ２はあらかじめ定めた０以上の定数。）の間の時刻について位相検波部６２が算出した反射波の強度の平均値を算出する。
【００８３】
反射波の強度の移動平均に基づいて境界時刻を算出するので、雑音などの影響により境界時刻を誤って判定するのを防ぐことができる。
【００８４】
なお、Δｔ１とΔｔ２とが異なっていてもよいし、Δｔ１とΔｔ２とのうちいずれか一方が０であってもよい。ただし、Δｔ１とΔｔ２とは、等しいことが好ましい。
【００８５】
また、基準算出部６３は、位相検波部６２が算出した反射波の強度の移動平均を算出するのではなく、位相検波部６２が算出した反射波の強度を表わすアナログ信号を低域通過フィルタ（ＬＰＦ）回路に通すことにより、所定の閾値周波数を境にして、高周波成分を除去し、低周波成分だけを抽出する構成であってもよい。その場合、基準算出部６３は、低域通過フィルタ回路を通過した信号に基づいて、境界時刻を探索する。
【００８６】
実施の形態４．
実施の形態４について、図８〜図９を用いて説明する。
なお、実施の形態１〜実施の形態３と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８７】
この実施の形態における形状測定装置８０の全体構成は、実施の形態１と同様である。
【００８８】
図８は、この実施の形態における形状測定装置８０の構造の一例を示す断面図である。
【００８９】
形状測定装置８０は、実施の形態１で説明した構成に加えて、更に、鏡５８を有する。
鏡５８は、発光部１０が放射した光を走査部２０が一番上の方向（矢印８４によって示される方向）へ走査させたとき、走査部２０が走査させた光が当たる位置に配置されている。鏡５８は、当たった光を鏡面反射する。鏡５８は、発光部１０が放射して走査部２０が走査させた光が当たったとき、その光を基準反射板５０が位置する方向へ反射する角度に設置されている。
【００９０】
走査部２０が走査させた光の角度が浅い場合（すなわち、光の進行方向と矢印８３で示した方向とがなす角度が小さい場合）、鏡５８に当たって反射した光は、低反射部５２の方へ向かう。走査部２０が走査させた光の角度が深い場合（すなわち、光の進行方向と矢印８３で示した方向とがなす角度が大きい場合）、鏡５８に当たって反射した光は、高反射部５１の方へ向かう。
【００９１】
図９は、この実施の形態における形状測定装置８０の動作の一例を示すタイミング図である。
【００９２】
走査部２０が走査させた光が一番上に振れた位置に鏡５８を設け、鏡５８に反射した光が基準反射板５０に当たり、基準反射板５０に反射した光を受光部３０が受光するので、走査部２０が走査させた光が一番上に振れる時間帯にも、固定期間９７が生じる。
【００９３】
基準算出部６３は、走査部２０が走査させた光が一番上に振れる時間帯に生じた固定期間９７についても、反射波の強度が閾値９９をまたいで変化する時刻ｔｎ，３（第三の境界時刻），ｔｎ，４（第四の境界時刻）を判定する。時刻ｔｎ，３，ｔｎ，４は、光放射部１１が放射してＭＥＭＳミラー２１が反射した光を、鏡５８が反射し、高反射部５１と低反射部５２との境界に当たる時刻である。そのときの光の放射方向と正面方向とがなす角度をθ２とする。角度θ２は、角度θ１と同じ角度であってもよいし、角度θ１と異なる角度であってもよい。
【００９４】
走査部２０が光を走査させる範囲は、上方向と下方向とで異なる場合がある。例えば、ＭＥＭＳミラー２１をまったく駆動していない自然状態において、ＭＥＭＳミラー２１が反射した光の進行方向（走査中心方向）が、正面方向からわずかにずれている可能性がある。
また、上から下へ走査するのにかかる時間と、下から上へ走査するのにかかる時間とが異なる可能性もある。
【００９５】
そこで、この実施の形態では、時刻ｔにおける走査角度θ（ｔ）を、次の式で近似できるものとする。
【数１９】
0005932371.tif 000010
ただし、θ３は、走査部２０の走査中心方向と正面方向とがなす角度（バイアス角度）を表わす。Ｔｕは、走査部２０が一番下に光を走査させてから一番上に光を走査させるまでにかかる時間（上り時間）を表わす。Ｔｄは、走査部２０が一番上に光を走査させてから一番下に光を走査させるまでにかかる時間（下り時間）を表わす。
【００９６】
方向算出部６４は、例えば、次の式の右辺を計算することにより、上り時間Ｔｕと、下り時間Ｔｄと、時刻ｔ０と、ピーク角度θ０と、バイアス角度θ３とを算出する。
【数２０】
0005932371.tif 000011
ただし、
【数２１】
0005932371.tif 000012
【００９７】
方向算出部６４は、算出した上り時間Ｔｕと、下り時間Ｔｄと、時刻ｔ０と、ピーク角度θ０と、バイアス角度θ３とを数１９の右辺に代入することにより、時刻ｔ（ただし、ｔｎ，２＜ｔ＜ｔｎ，３またはｔｎ，４＜ｔ＜ｔｎ＋１，１。）における角度θ（ｔ）を算出する。
【００９８】
これにより、走査範囲の中心がずれている場合や、上り時間と下り時間とが異なる場合であっても、走査方向を正確に算出することができる。
【００９９】
なお、鏡５８が配置された位置が、受光部３０の受光視野内である場合、鏡５８に代えて、第二の基準反射板を配置する構成であってもよい。
【０１００】
実施の形態５．
実施の形態５について、図１０〜図１１を用いて説明する。
なお、実施の形態１〜実施の形態４と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０１】
この実施の形態では、基準反射板５０における高反射部５１と低反射部５２との配置の変形例について説明する。
【０１０２】
図１０は、この実施の形態における基準反射板５０の構成の一例を示す正面図である。
【０１０３】
基準反射板５０は、実施の形態１と同様、走査範囲８９の下端に配置されている。しかし、基準反射板５０は、実施の形態１とは逆に、走査範囲８９の一番端に低反射部５２が配置され、それに隣接する内側に高反射部５１が配置されている。
この場合、固定期間９７における反射波の強度は、実施の形態１と逆の固定パターンとなる。すなわち、反射波の強度は、まず、閾値９９より大きくなり、その後、閾値９９より小さくなり、その後再び、閾値９９より大きくなる。したがって、基準反射板５０がこのような構成であっても、基準算出部６３は、境界時刻を判定することができる。
【０１０４】
図１１は、この実施の形態における基準反射板５０の構成の別の例を示す正面図である。
【０１０５】
基準反射板５０は、走査範囲８９の一番端に高反射部５１が配置され、それに隣接する内側に低反射部５２が配置され、それに隣接する更に内側にもう一つ高反射部５１が配置されている。
【０１０６】
このような配置とすることにより、１回の固定期間９７に４つの境界時刻ｔ１〜ｔ４が含まれるようになる。１回の固定期間９７に含まれる境界時刻の数が多ければ、方向算出部６４は、その分、走査方向を正確に算出することができる。
また、走査範囲８９が狭くなって一番外側の高反射部５１にかからなくなった場合、固定期間９７における固定パターンは、図１０に示したパターンに変化する。これにより、走査範囲８９のわずかな変化を検出することができる。
【０１０７】
また、走査範囲８９が一番外側の高反射部５１にかかっている場合でも、４つの境界時刻の比較により、走査範囲８９のわずかな変化を検出することができる。
例えば、走査範囲８９がわずかに狭くなった場合、ｔ１からｔ２までの時間が長くなり、ｔ２からｔ３までの時間が短くなり、ｔ３からｔ４までの時間が長くなる。
方向算出部６４は、例えば、ｔ１からｔ２までの時間と、ｔ２からｔ３までの時間と、ｔ３からｔ４までの時間とを算出し、それぞれを正常値と比較する。方向算出部６４は、それぞれの時間と正常値との差が閾値より大きくなった場合に、異常値であると判定する。３つの値のうち２つ以上の値が異常値になった場合に、方向算出部６４は、振り角異常であると判定する。これにより、振り角異常の判定精度を高くすることができる。
【０１０８】
なお、高反射部５１だけでなく、低反射部５２も複数ある構成であってもよい。
また、高反射部５１と低反射部５２とが逆に配置された構成であってもよい。
【０１０９】
以上、各実施の形態で説明した構成は、一例であり、他の構成であってもよい。例えば、異なる実施の形態で説明した構成を組み合わせた構成であってもよいし、本質的でない部分の構成を、他の構成で置き換えた構成であってもよい。
【０１１０】
例えば、発光部１０は、レーザ装置が放射したレーザ光を変調器が強度変調するのではなく、レーザ装置が変調信号を入力し、直接変調光を放射する構成であってもよい。例えば、レーザ装置は、変調信号に同期した駆動電流をレーザダイオードに流して発光させる。
また、形状測定装置８０は、ＣＷ変調方式ではなく、パルス変調方式により、反射点までの距離を測定する構成であってもよい。その場合、位相検波部６２に代えて、時間差計測部（時間差計測回路）を設ける。時間差計測部は、発光部１０がパルス状の光を放射してから受光部３０がパルス状の反射光を受光するまでの時間（パルスの到達時間）を計測する。
また、走査部２０が光を走査させる範囲は、面状であってもよい。すなわち、走査部２０は、発光部１０が放射した光により、所定の二次元の範囲内を走査させる構成であってもよい。その場合、基準反射板５０を、例えば、走査範囲の下端及び右端（左端でも可。）に沿って延びるＬ字形状とする。これにより、走査部２０が光を縦横いずれの方向に走査させた場合でも、走査部２０が走査させた光が基準反射板５０に当たるようにすることができる。
また、走査部２０は、ＭＥＭＳミラー２１ではなく、例えばポリゴンミラーなどを使って光を走査させる構成であってもよい。
また、出射窓４２と入射窓４３とは、分離している構成であってもよい。
また、低反射部５２は、高反射部５１よりも内側ではなく、高反射部５１よりも外側に位置する構成であってもよい。
また、基準反射板５０は、走査部２０が光を走査させる範囲の端ではなく、走査部２０が光を走査させる範囲内の任意の位置にある構成であってもよい。しかし、走査範囲の端では、走査方向の変化がゆっくりなので、基準反射板５０が走査範囲の端に位置する構成のほうが、補正の精度が高くなり、好ましい。
また、基準算出部６３は、走査部２０が走査させた光が高反射部５１に当たった時刻を、ＭＥＭＳミラー２１の両端電圧に基づいて推定するのではなく、他の方式により推定する構成であってもよい。
【０１１１】
以上説明した形状測定装置（８０）は、発光部（１０）と、走査部（２０）と、受光部（３０）と、第一基準部（高反射部５１）と、第二基準部（低反射部５２）と、基準算出部（６３）と、方向算出部（６４）とを有する。
上記発光部は、光を放射する。
上記走査部は、上記発光部が放射した光の進行方向を曲げて、所定の範囲内を走査させる。
上記受光部は、上記走査部が走査させた光が反射した反射光を受光する。
上記第一基準部は、上記走査部が光を走査させる範囲内に位置し、上記走査部が走査させた光を反射する。
上記第二基準部は、上記走査部が光を走査させる範囲内に位置し、上記第一基準部に隣接し、上記走査部が走査させた光を上記受光部の方向へ反射する反射率が上記第一基準部よりも小さい。
上記基準算出部は、上記受光部が受光した反射光の強度が所定の閾値をまたいで変化した時刻のうち少なくともいずれかの時刻を、上記第一基準部と上記第二基準部との境界がある方向を走査した境界時刻であると判定する。
上記方向算出部は、上記基準算出部が判定した上記境界時刻に基づいて、上記走査部が走査させた光を反射した反射点の方向を算出する。
【０１１２】
これにより、反射点の方向を正確に算出することができるので、対象物の形状を正確に測定することができる。
【０１１３】
以上説明した形状測定装置（８０）は、発光部（１０）と、走査部（２０）と、受光部（３０）と、遮光部（４０）と、第一基準部（５１）と、第二基準部（５２）とを有する。
上記発光部は、光を放射する。
上記走査部は、上記発光部が放射した光の進行方向を曲げて、所定の一次元の範囲内を走査させる。
上記受光部は、上記走査部が走査させた光が反射した反射光を受光する。
上記遮光部は、上記発光部と上記走査部と上記受光部とを覆い、出射窓（４２）と、入射窓（４３）とを有する。
上記出射窓は、略スリット状の開口であり、上記走査部が走査させた光は、上記出射窓を介して上記遮光部の外部に出射する。
上記入射窓は、略円状の開口であり、上記出射窓の長手方向に隣接して設けられ、上記出射窓を介して出射した光が反射した反射光は、上記入射窓を介して上記遮光部のなかに入射する。
上記第一基準部は、上記遮光部の内側に設けられ、上記出射窓と上記入射窓との間に位置し、上記走査部が光を走査させる範囲内に位置し、上記走査部が走査させた光を反射する。
上記第二基準部は、上記遮光部の内側に設けられ、上記出射窓と上記入射窓との間に位置し、上記走査部が光を走査させる範囲内に位置し、上記第一基準部に隣接し、上記走査部が走査させた光を上記受光部の方向へ反射する反射率が上記第一基準部よりも小さい。
【０１１４】
これにより、反射光を集光できるので、反射点までの距離の算出精度を高くすることができる。
【０１１５】
上記形状測定装置（８０）は、更に、基準算出部（３０）を有する。
上記基準算出部は、上記受光部（３０）が受光した反射光の強度が所定の閾値をまたいで変化した時刻のうち少なくともいずれかの時刻を、上記第一基準部（５１）と上記第二基準部（５２）との境界がある方向を走査した境界時刻であると判定する。
【０１１６】
これにより、走査部が光を走査させた方向を正確に知ることができる。
【０１１７】
上記形状測定装置（８０）は、更に、方向測定部（６１）を有する。
上記方向測定部は、上記走査部（２０）が光を走査させた凡その方向を測定する。
上記基準算出部（６３）は、上記方向測定部が測定した方向に基づいて、上記走査部が走査させた光が上記第一基準部（５１）のある方向を走査した時刻を算出し、算出した時刻の近傍を探索して、上記受光部（３０）が受光した反射光の強度が上記閾値をまたいで変化する時刻を判定し、判定した時刻を上記境界時刻とする。
【０１１８】
これにより、反射光が対象物に当たり反射光の強度が閾値をまたいで変化した場合を除外することができ、境界時刻を正しく判定することができる。
【０１１９】
上記基準算出部（６３）は、上記受光部（３０）が受光した反射光の強度の移動平均と、上記受光部が受光した反射光の強度の低周波成分とのうちのいずれかに基づいて、上記境界時刻を判定する。
【０１２０】
これにより、ノイズなどの影響による誤判定を防ぐことができる。
【０１２１】
上記走査部（２０）は、上記発光部（１０）が放射した光を、所定の一次元の範囲内を往復走査させる。
上記第一基準部（５１）は、上記走査部が光を走査させる範囲の端に位置する。
上記第二基準部（５２）は、上記第一基準部よりも、上記走査部が光を走査させる範囲の内側に位置する。
【０１２２】
これにより、境界時刻を正確に判定することができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１０  発光部、１１  光放射部、２０  走査部、２１  ＭＥＭＳミラー、３０  受光部、３１  レンズ、３２  受光素子、４０  遮光部、４１  仕切板、４２  出射窓、４３  入射窓、４５  透光板、５０  基準反射板、５１  高反射部、５２  低反射部、５３  板、５４  スポンジ、５５〜５７  部分、５８  鏡、６１  方向測定部、６２  位相検波部、６３  基準算出部、６４  方向算出部、６５  距離算出部、８０  形状測定装置、８１〜８５  矢印、８６〜８８  実線、８９  走査範囲、９１  駆動期間、９２  開放期間、９３  時刻、９４〜９６  破線、９７  固定期間、９８  変動期間、９９  閾値、Ｓ７０  基準算出処理、Ｓ７１  時刻推定工程、Ｓ７２  強度判定工程、Ｓ７３  前方探索工程、Ｓ７４  後方探索工程、Ｓ７５  異常終了工程。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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