各種距離計測法特徴TOF距離画像カメラ原理応用課題対策ポイント距離画像処理ソフトウェア実演

はじめに：製造現場で求められる距離計測の重要性

生産現場や調達購買、品質管理のあらゆる場面で、「モノとモノの距離をどれほど正確・高速に測定できるか」は、ものづくりの精度と効率に直結します。

特に近年、工場の自動化や検査工程のDX化が急速に進む中、距離計測技術の高度化は避けて通れないテーマです。

その中核技術のひとつであるTOF（Time of Flight）距離画像カメラは、従来のアナログ計測から一歩進んだ“現場改革”をもたらす有力な手段です。

本記事では、TOF距離画像カメラの原理と各種距離計測方法の特徴、応用事例、現場でおこる課題と対策、そして距離画像処理ソフトウェアの実践的な活用まで、製造の最前線（バイヤー・開発・現場管理者・サプライヤー）で役立つ知見を徹底的に解説します。

距離計測技術の全体像：従来法とTOF方式の違い

まず押さえるべき主要な計測技術

製造現場で代表的な距離計測法には、以下のようなものがあります。

– 三角測量方式（例：レーザー測距センサ）
– ステレオカメラ方式
– 位相差方式
– パルス方式
– TOF（Time of Flight）方式

それぞれに原理・長所・短所があるため、用途・設置環境・精度要求によって選定眼が問われます。

三角測量方式の特徴

レーザースポットを照射し、その反射位置の変位から距離を計算する方法です。

長所は高精度（サブミリ精度）ですが、測定範囲が限定され、対象物の材質や表面状態に左右されやすい点が課題です。

ステレオカメラ方式の特徴

2台のカメラで同時に物体を撮影し、その画像差分から奥行きを算出します。

安価なハードウェアでエリアの距離情報を得られるのがメリットですが、照明環境や表面性状の影響を受けやすく、ソフト処理の演算量も多くなりがちです。

TOF方式（Time of Flight方式）の特徴

パルス状または連続変調した赤外線を照射し、物体表面からの反射光が戻るまでの“飛行時間”を測定して距離を算出します。

原理的に一度に広範囲を3D撮像でき、秒速で全体形状（距離画像）が取得できるのが最大の特色です。

工場のアナログ文化で根強い“職人目視”の限界を打ち破る技術革新として注目されています。

TOF距離画像カメラの仕組みと性能の要点

TOFカメラの原理

TOFカメラは以下の4つの機能部分から構成されます。

1. 赤外線LED/レーザー発光素子
2. 高速シャッター内蔵CMOSイメージセンサ
3. 波形同期・飛行時間演算回路
4. 出力インターフェース（画像or距離データ）

発光素子から一定間隔（パルス/変調波）で照射される近赤外線が、対象物体表面で反射され、各画素ごとに戻ってくるまでの時間差を記録します。

これにより各画素＝ポイントごとの距離（深度）を瞬時にマッピングできるため、2次元カメラ＋各ピクセルに“Z座標（距離情報）”を重畳した「距離画像」が得られます。

TOFカメラの性能指標

実務で選定時に確認すべき主なスペックは次のとおりです。

– 測定範囲・FOV（Field of View、視野範囲）
– Z軸の分解能・最大測定距離
– 画像解像度（ピクセル数）
– フレームレート（1秒あたり撮像回数）
– 環境光・対象物表面性状の影響度
– 体積/重量/防塵性能（IP規格）
– 通信インターフェース（Ethernet, USB3.0, etc.）

これらを「自社工場のどの工程に、どのグレード・どの規模で導入するか？」に応じて見極めることが成果発揮のカギです。