JP2000333062A

JP2000333062A - ３次元情報入力カメラ

Info

Publication number: JP2000333062A
Application number: JP11141527A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Wada; 滋和田; Yasuhiko Takeda; 泰彦武田; Tetsuo Kono; 哲生河野
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2000-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で、パターン光の調整を容易にす
ることができる３次元情報入力カメラを提供する。【解決手段】３次元情報入力カメラは、撮影領域を撮
影する撮影手段と、撮影領域にパターン光を投影する投
影手段とを備える。投影手段は、マスク手段８０と、マ
スク手段８０を照射する光源とを有する。マスク手段８
０は、光を透過するパターン８０ｐが形成されたパター
ン領域と、パターン領域に対して一定位置に形成された
明瞭な検査マーク８０ｔと、マスク手段８０を所定位置
に位置決めするための基準部８０ａ，８０ｂとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元情報入力カ
メラに関する。

【０００２】

【従来の技術】格子パターンの投影方式３次元計測シス
テムの具体的な例としては、たとえば、雑誌「Ｏｐｌ
ｕｓＥ」１９９８年１１月号、第１２７６頁〜第１２
８０頁に記載の株式会社ケー・ブラッシュ商会のＯｐｔ
ｏＳｈａｐｅシステムにおけるセンサーヘッドがあげら
れる。このセンサーヘッドは、既存のＣＣＤカメラと光
源であるハロゲンランプと、光路を曲げるためのハーフ
ミラーと、正弦波パターン作成用ＬＣＤマスクと、投光
レンズ群と、放熱用のファンと、交信用インターフェー
スとからなっている。

【０００３】また、測定方式は異なるが、非接触モアレ
３次元測定方法でも、同様に格子パターンを投影する。
この方式の具体的な例としては、「光三次元計測」（吉
澤徹編、新技術コミュニケーションズ、第１００頁〜第
１０３頁）にある株式会社オプトンの３Ｄモアレカメラ
がある。ここでは、ＣＣＤカメラと光源のレーザーとガ
ラス格子とからなる投影光学系の間に、参照用白色光ラ
ンプと姿勢制御用レーザーを配置している。

【０００４】また、投影格子パターンにおける正弦波の
有効性は、前述の雑誌「ＯｐｌｕｓＥ」１９９８年
１１月号、第１２７８頁〜第１２８０頁において、階層
式位相シフト方式の説明中で述べられている。

【０００５】また、誤差除去の方法としては、キャリブ
レーションの必要性と方式が、同本第１２８０頁に述べ
られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記パター
ン投影法においては、パターンの位置決め基準位置を見
つけにくい。正弦縞パターンの場合は、縞部とそうでな
い部分とのコントラストの差が明確でないため、さらに
見つけにくい。そのため、パターン光の調整は、容易で
はない。

【０００７】したがって、本発明が解決しようとする技
術的課題は、簡単な構成で、パターン光を投影するパタ
ーンマスクの位置調整を容易にすることができる３次元
情報入力カメラを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用・効果】本発明
は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の３
次元情報入力カメラを提供する。

【０００９】３次元情報入力カメラは、撮影領域を撮影
する撮影手段と、撮影領域にパターン光を投影する投影
手段とを備え、該投影手段が投影したパターン光により
撮影領域内の被写体に形成された投影パターンを上記撮
影手段により撮影するタイプのものである。上記投影手
段は、マスク手段と、該マスク手段を照射する光源とを
有する。上記マスク手段は、光を透過するパターンが形
成されたパターン領域と、該パターン領域に対して一定
位置に形成された明瞭な検査マークとを含む。上記光源
から照射された光が上記マスク手段の上記パターン領域
を透過して上記パターン光を形成する。

【００１０】上記構成において、マスク手段の検査マー
クは、マスク手段のパターン領域外に形成されても、パ
ターン領域内に形成されてもよい。マスク手段の基準部
は、たとえば、マスク手段に形成された穴、切り欠き、
突起や、マスク手段を所定形状に形成したときの外形で
ある。

【００１１】上記構成において、パターン光の投影精度
は、マスク手段のパターン領域に形成されたパターンの
位置精度に依存する。パターン領域のパターンは、一般
にその輪郭が明瞭ではないので、パターンの位置を直接
計測して位置決めすることは困難である。しかし、マス
ク手段の検査マークは、パターン領域に対して一定位置
に形成されるので、パターンの位置や傾きは、検査マー
クにより知ることができ、パターンの位置や傾きは、検
査マークを利用して調整することができる。

【００１２】したがって、簡単な構成で、パターン光の
調整を容易にすることができる。

【００１３】好ましくは、上記マスク手段は、上記マス
ク手段を所定位置に位置決めするための基準部を含む。

【００１４】上記構成において、マスク手段は、その基
準部により所定位置に位置決めされ、また、マスク手段
の検査マークは、パターン領域のパターンに対して一定
位置に形成されるので、検査マークと基準部との位置誤
差から、パターン領域のパターンと基準部の位置誤差を
間接的に知ることができる。これを利用すれば、パター
ン光を容易に調整することができる。

【００１５】より具体的には、上記マスク手段の上記パ
ターン領域には、上記投影手段と上記撮影手段とを結ぶ
基線方向の光透過率が周期的に変化する縞パターンが形
成される。これにより、１本１本の縞が基線方向に直角
に延在する縞パターン光を投影し、被写体に形成された
パターンの縞の歪みに基づいて、３次元計測を行うこと
が可能となる。

【００１６】好ましくは、上記縞パターンは、上記基線
方向の光透過率がなだらかに変化を繰り返すグラデーシ
ョンパターンである。

【００１７】この場合、縞パターンの基線方向の光透過
率は、たとえば正弦波や三角波状に滑らかに変化する。
あるいは、略正弦波や略三角波状に、階段状に変化して
もよい。縞パターンの光透過率がなだらかに変化する
と、投影するパターン光は中間の照度を含むので、１周
期の縞に対して複数の位相位置に基づいて３次元計測を
行うことができる。つまり、グラデーションパターン光
を投影することによって、３次元計測の分解能を高くす
ることができる。

【００１８】また、上記マスク手段の上記検査マーク
は、線である。この場合、線は、実線でも、点線でもよ
い。また、直線でも、曲線でもよい。検査マークが線で
あると、検査マークを見つけやすい。

【００１９】好ましくは、上記パターン領域には、上記
投影手段と上記撮影手段とを結ぶ基線方向の光透過率が
周期的に変化する縞パターンが形成される。上記検査マ
ークは、上記縞パターンの縞の延在方向に平行または直
角方向に延在する直線である。

【００２０】この場合、マスク手段に縞パターンと検査
マークとを形成するのが容易である。また、基準部に対
する縞パターンの角度誤差と、基準部に対する検査マー
クの角度誤差とが一致するので、マスク手段の角度調整
が容易となる。

【００２１】上記検査マークは、点群としてもよい。こ
の場合、点群の少なくとも２点の位置から、マスク領域
の傾きが分かる。点であれば、マスク領域の位置を知る
ことも容易である。また、検査マークを小さくすること
もできる。

【００２２】好ましくは、上記撮影手段は、上記投影手
段が上記パターン光を投影するときの撮影と、投影しな
いときの撮影とを、連続して行う。

【００２３】上記構成において、パターン光を投影する
ときの撮影と、投影しないときの撮影との順序は、いず
れが先であってもよい。パターン光を投影するときの撮
影画像から３次元計測を行い、被写体の立体形状を再構
成し、これに、パターン光を投影しないときの撮影画像
を適宜修正して貼り付けることによって、仮想的に、立
体形状を再現（表示）することができる。パターン光を
投影するときの撮影と、投影しないときの撮影とを連続
して行うことによって、再構成した立体形状に撮影画像
を貼り付ける際の誤差が小さくなる。

【００２４】上記光源は、キセノン管である。キセノン
管は、光変換効率が高く、高輝度光を得ることができ
る。また、キセノン管は、光源としては小さくので、コ
ントラストの高いパターン光を投影するのに好都合であ
る。また、キセノン光は、波長分布が太陽光に近い線光
源であり、自然な画像を撮影できるので、たとえば、３
Ｄワイヤーフレームに絵付けする場合に好都合である。

【００２５】好ましくは、マスク手段は、その基準部が
キセノン管に対して位置決めされる。この場合、線光源
に対して、マスク手段のパターン領域を精度よく位置決
めすることができる。特に、パターン領域に縞パターン
が形成された場合に、好適である。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
３次元情報入力カメラ（以下３Ｄカメラという）につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００２７】３Ｄカメラは、図１の底面図に示すよう
に、投影部１と、箱型のカメラ本体部２と、直方体状の
撮像部３（太線で図示）とから構成されている。これら
は、本体部２と投影部１は着脱可能であるが、投影部１
と撮像部３は、投影マスクと撮影光軸とのずれを防止す
るため、着脱不可に構成されている。また、それぞれの
間には、不図示のコネクターが存在しており、信号のや
り取りが可能となっている。

【００２８】図２の正面図に示すように、撮像部３は、
撮影レンズ３０１であるマクロ機能付きズームレンズの
後方位置の適所にＣＣＤカラーエリアセンサを備えた撮
像回路が設けられている。また、銀塩レンズシャッター
カメラと同様に、撮像部３内の適所に被写体からの反射
光を受光する調光センサ３０５を備えた調光回路が、ま
た、被写体の距離を測定するための測距センサＡＦ、光
学ファインダー３１が設けられている。

【００２９】カメラ本体部２の前面には、左端部の適所
にグリップ部４が設けられ、右端部の上部適所に内蔵フ
ラッシュ５が、さらに、３Ｄカメラと外部機器（たとえ
ば、他の３Ｄカメラやパーソナルコンピュータ）と赤外
線通信をを行うためのＩＲＤＡポート設けられている。
また、カメラ本体部２の上面にはシャッタボタン９が設
けられている。

【００３０】投影部１は、カメラ本体部２と撮像部３の
間に位置し、投影部５０１が配置されている。投影部５
０１は撮影レンズ３０１の光軸中心とほぼ同じ高さに縞
パターン中心を置く配置としている。そして縞パターン
のパターン方向が光軸から離れる方向に対し垂直方向に
なるように配置している。これらは、三角測量の原理か
ら３次元情報を得ることが基本であるため、いわゆる基
線長を長くとり、精度を確保する目的と、オフセットを
持たせたり、垂直以外の角度による配置に比べて相対的
に小さな縞パターンで被写体をカバーすることを目的と
している。詳しくは後述するが、縞パターンの投影は、
ここではキセノン光を用いている。縞パターンは、銀塩
フィルムを用いて形成する。

【００３１】図３の背面図に示したように、カメラ本体
部２の背面には、撮影画像のモニタ表示（ビューファイ
ンダーに相当）および記録画像の再生表示等を行うため
のＬＣＤ表示部１０が設けられている。また、ＬＣＤ表
示部１０の下方位置に、３Ｄカメラの操作を行うキース
イッチ５２１〜５２６と、カメラ本体の電源スイッチＰ
Ｓとが設けられている。また、電源スイッチＰＳの左側
には、電源ＯＮ状態で点灯するＬＥＤ１、メモリカード
にアクセス中や撮影準備に必要なためカメラへの入力を
受け付けない状態を表示するＢＵＳＹ表示ＬＥＤ２が設
けられている。

【００３２】さらに、カメラ本体部２の背面には、「撮
影モード」と「再生モード」とを切換設定する撮影／再
生モード設定スイッチ１４が設けられている。撮影モー
ドは、写真撮影を行うモードであり、再生モードは、メ
モリカードに記録された撮影画像をＬＣＤ表示部１０に
再生表示するモードである。撮影／再生モード設定スイ
ッチ１４も２接点のスライドスイッチからなり、たとえ
ば下にスライドすると、再生モードが設定され、上にス
ライドすると、撮影モードが設定される。

【００３３】また、カメラ背面右上方には、４連スイッ
チＺが設けられており、ボタンＺ１〜Ｚ２を押すことに
より、ズーミングを行い、ボタンＺ３、Ｚ４を押すこと
によって露出補正を行う。

【００３４】撮像部３の背面側には、ＬＣＤ表示をオン
・オフさせるためのＬＣＤボタンが設けられており、こ
のボタンを押す毎にＬＣＤ表示のオンオフ状態が切り替
わる。たとえば、専ら、光学ファインダー３１のみを用
いて撮影するときには、節電の目的で、ＬＣＤ表示をオ
フするようにする。マクロ撮影時には、ＭＡＣＲＯボタ
ンを押すことにより、撮影レンズ３０１がマクロ撮影可
能な状態になる。

【００３５】投影部１の背面側には、縞パターン投影を
するための電源スイッチＺ５を配置している。

【００３６】図４の側面図に示すように、３Ｄカメラの
本体部２の側面には、ＤＣ入力端子と、液晶表示されて
いる内容を外部のビデオモニターに出力するためのＶｉ
ｄｅｏ出力端子が設けられている。

【００３７】図１の底面に示すように、カメラ本体部２
の底面には、電池装填室１８とメモリカードのカード装
填室１７とが設けられ、装填口は、クラムシェルタイプ
の蓋１５により閉塞されるようになっている。本実施の
形態における３Ｄカメラは、４本の単三形乾電池を直列
接続してなる電源電池を駆動源としている。また、底面
には、コネクタおよび鉤状の接続具によって接続されて
いる撮像部３と本体部２との係合を解くための解除レバ
ーＲelが設けられている。

【００３８】投影部１の底面には、カメラ本体部２と同
様に電池装填室５１８および蓋５１５を設け、カメラ本
体部２とは別の電源電池を用いる。また、投影部１の底
面には三脚ねじ５０２を設けている。三脚ねじ５０２
は、３Ｄカメラ全体のバランスから、比較的中央に位置
する投影部１に設けている。

【００３９】次に、投影部１の内部構成について、図面
を参照しながら説明する。図５はレイアウト横断面図、
図６はレイアウト正面透視図、図７はライトボックス部
分断面上面図、図８はライトボックス正面図、図９はラ
イトボックス縦断面図である。

【００４０】投影部１の内部には、投影光学系を構成す
るライトボックス５０と、電気部品とが収納されてい
る。電気部品、すなわち、４本の電源電池４６、２個の
コンデンサ４２、昇圧トランス４４、不図示の回路基板
等は、投影光学系と撮像光学系の間の必要基線長に全て
収められている。

【００４１】ライトボックス５０は、投影マスク８０を
保持するマスクホルダー７０、マスクホルダー７０を動
かすマスク切り替え機構、レンズ５６、投影光源部など
を１つのユニットに構成されたものである。

【００４２】投影光源部からの光は、被写体に投影され
る。その光路中に、投影マスク８０が進退するようにな
っている。投影マスク８０が光路中の投影位置にあると
き、投影光源部からの光は投影マスク８０を透過してパ
ターン光を形成する。このパターン光は被写体に投影さ
れ、これを撮像したパターン付き画像に基づいて、３Ｄ
ワイヤーフレームを作成することができる。また、投影
マスク８０が光路から退避した退避位置にあるとき、投
影光源部からの光は、投影マスク８０を介さずに被写体
に投影される。これを撮影したパターンなし画像は、３
Ｄワイヤーフレームに絵付けするために用いることがで
きる。

【００４３】投影マスク８０は、図１３に示すように、
平行なストライプパターン８０ｐと検査マーク８０ｔ
と、取付穴８０ａ，８０ｂとが形成された銀塩フィルム
である。

【００４４】ストライプパターン８０ｐは、中間の位相
位置を利用して実際のストライプの数より多くの３Ｄ情
報を得ることができるように、黒のグラデーションが略
正弦波になっている。投影マスク８０が投影位置にある
とき、そのストライプパターン８０ｐがキセノン管５２
と平行になるように配置される。

【００４５】投影マスク８０は、その取付穴８０ａ，８
０ｂにマスクホルダー７０のボス７３を嵌合することに
より、マスクホルダー７０に対して位置決めするように
なっている。この取付穴８０ａ，８０ｂは、投影マスク
８０を所定位置に位置決めするための基準部（取付基
準）である。これに対するストライプパターン８０ｐの
傾きは、基準マーク８０ｔの計測によって検査し、その
結果を、投影マスク８０のマーク領域８０ｘに調整マー
ク用ペン８０ｋを用いて記入する。組み立て時には、マ
ーク領域８０ｘに記入された検査結果に基づいて、スト
ッパー９２の当たり位置を調整し、投影マスク８０のス
トライプパターン８０ｐが、投影位置においてキセノン
管５２と平行になるようにする。

【００４６】すなわち、投影マスク８０のストライプパ
ターン８０ｐとキセノン管５２の傾きは、投影したとき
のコントラストに影響してくる。このため、取付基準８
０ａ，８０ｂに対するストライプパターン８０ｐの傾き
を知る必要がある。しかし、ストライプパターン８０ｐ
は正弦波状に濃度が変化しているので見にくい。そこ
で、投影マスク８０の有効領域外に、ストライプパター
ン８０ｐと平行な検査マーク８０ｔを、ストライプパタ
ーン８０ｐとともに焼き付け、平行度の判定ができるよ
うにしている。

【００４７】投影マスク８０は、マスクホルダー７０に
取り付ける前に、図１６に示した検査装置７００を用い
て、パターンの傾きの検査を行う。検査装置７００は、
光源ボックス７１０と、セット板７２０と、押さえガラ
ス７３０とからなる。セット板７２０は、光源ランプ７
１２の光を拡散板７１４により拡散して上向きに照明す
る光源ボックス７１０の上に置く。投影マスク８０は、
透明な検査窓７２２を有するセット板７２０の上に置
き、透明な押さえガラス７３０で押さえる。

【００４８】詳しくは、図１８に示すように、投影マス
ク８０の取付穴８０ａ，８０ｂをセット板７２０の位置
決めボス７２４に嵌合させ、投影マスク８０をセット板
７２０に対して位置決めする。セット板７２０には、透
明な検査窓７２２が設けられている。この検査窓７２２
の所定位置（図１８では、符号Ｐで示す。）には、図１
９（ａ）の拡大図に示すように、所定幅の４本の基準ケ
ガキ線７２６が形成され、投影マスク８０の検査マーク
８０ｔと略重なるようになっている。検査窓７２２の基
準ケガキ線７２６と投影マスク８０の検査マーク８０ｔ
との位置関係は、光源ボックス７１０により下から照明
し、上から目視により検査する。

【００４９】たとえば図１９（ｂ）に示すように、投影
マスク８０の検査マーク８０ｔの傾きが、隣接する２本
の基準ケガキ線７２６の幅内に収まれば、調整すること
なく、投影マスク８０をホルダー７０に取り付けて用い
ることができる。なお、図１９（ｂ）において点線８０
ｓで示したように、検査マーク８０ｔの傾き方向が逆の
場合も同様である。

【００５０】また、たとえば図１９（ｃ）に示すよう
に、投影マスク８０の検査マーク８０ｔの傾きが、隣接
する２本の基準ケガキ線７２６の幅内に収まらないが、
隣接する３本の基準ケガキ線７２６の幅（すなわち、隣
接する２本の基準ケガキ線７２６の幅の２倍）内に収ま
れば、その投影マスク８０を取り付けるホルダー７０の
マスク枠部７２の投影位置での角度を調整する。すなわ
ち、図１７の要部拡大図に示すように、ワッシャ９３を
挟んでストッパー９２をねじ９４で取り付け、ストッパ
ー９２がマスクホルダー７０の当たり突起７９と当接す
る位置を通常位置から変更することにより、投影位置に
あるときのマスク枠部７２の角度を調整する。

【００５１】ここで、投影マスク８０には、銀塩フィル
ムを用いているが、これに限らず、ガラス等の基板にス
トライプパターン８０ｐと検査マーク８０ｔとを形成す
るようにしてもよい。また、検査マーク８０ｔは、スト
ライプパターン８０ｐに対して予め分かった角度で形成
しておけばよいので、たとえば、ストライプパターン８
０ｐに対して直角に形成してもよい。また、検査マーク
８０ｔは、直線に限らず、任意の形状とすることがで
き、たとえば、点線でも、点群でも、三角形であっても
よい。さらに、検査マーク８０ｔは、投影マスク８０の
有効領域内に形成することも可能である。

【００５２】マスク切り替え機構は、マスクホルダー７
０とモータ８６とチャージスプリング９０とストッパー
９２，９６とからなる。

【００５３】マスクホルダー７０には、投影マスク８０
が平面性を確保されつつ保持される。すなわち、投影マ
スク８０は、マスクホルダー７０のボス７３で位置決め
されるとともに、紫外線吸収剤入り透明アクリル板８
２，８３により挟持され、マスクホルダー７０のマスク
枠部７２に保持される。光源側のアクリル板８２は、光
源からの光に含まれる紫外線を吸収し、装置外部側のア
クリル板８３は、装置外部からの光に含まれる紫外線を
吸収する。実験によれば、紫外線の９２％を吸収するこ
とができ、結果的に、銀塩フィルムの投影マスク８０の
寿命は約１０倍に伸びた。銀塩フィルムの寿命は、紫外
線を透過しない透明部材で挟持すれば伸びるので、紫外
線吸収剤の代わりに、紫外線反射膜をコーティングして
もよい。また、挟持する透明部材には、アクリル板以外
のもの、たとえばガラス板を用いてよい。挟持する両方
の透明部材を紫外線を透過しない同一部品にすると、別
に紫外線を防止する部品を設ける必要がなく、部品の種
類も増えない。

【００５４】詳しくは、マスクホルダー７０のマスク枠
部７２には、開口部７２ａの周囲に段部７２ｂと鉤状部
７４とが形成されている。段部７２ｂには、鉤状部７４
と対向する部分に切り欠き７５が設けられ、マスクホル
ダー７０を容易に成形できるようになっている。

【００５５】段部７２ｂには、アクリル板８２が配置さ
れ、その上に投影マスク８０が載せられ、さらにその上
にアクリル板８３が配置される。アクリル板８２，８３
には、鉤状部７４が通過する切り欠き８２ａ，８３ａが
形成されていて、マスク枠部７２に法線方向（光軸方
向）からアクリル板８２，８３を挿入できるようになっ
ている。鉤状部７４側のアクリル板８３は、マスク枠部
７２に挿入後、面方向にスライドし、その切り欠き８３
ａの近傍部分を鉤状部７４に当接させる。これによっ
て、アクリル板８３をマスクホルダー７０にバヨネット
結合する。この状態を保持するため、適宜、接着剤でア
クリル板８２，８３をマスク枠部７２に固定しておく。

【００５６】マスクホルダー７０は、ライトボックス５
０の投影光軸に対して略垂直な平面内で回転可能に保持
されている。すなわち、マスクホルダー７０は、回転軸
８８に回転自在に支持され、この回転軸８８と同心にギ
ヤ部７６が設けられ、ライトボックス５０上部に固着さ
れたモータ８６の出力ギヤ８７に噛合するようになって
いる。

【００５７】マスクホルダー７０のマスク枠部７２は、
投影光路上の投影位置と、投影光路外の退避位置（図５
〜図７において、点線で示している）との間を行き来す
るするようになっている。ここでは、マスク枠部７２は
回転により基線長方向かつ撮像部３側に退避する構成と
しているが、後述するように、基線長方向にスライド移
動するようにしてもよい。マスクホルダー７０には、ス
プリング係止部７８が設けられ、マスクホルダー７０と
ライトボックス５０との間にはチャージスプリング９０
が掛けられ、マスク枠部７２を投影位置方向へ付勢する
ようになっている。

【００５８】ストッパー９２，９６は２種類あり、１つ
は、ライトボックス本体上部に固定されたストッパー９
２である。このストッパー９２は、その先端が、マスク
枠部７２の上部に設けられた当接突起７９に当接して、
投影位置においてマスク枠部７２を位置決めする。もう
１つは、撮像部３の近くに配置されたストッパー９６で
ある。このストッパー９６は、モルトプレーンなどの衝
撃緩和材であり、マスク枠部７２が退避位置で跳ねるの
を防止する。

【００５９】モータ８６は、図１２の回路図に示すよう
に、駆動電流スイッチ回路Ｍ１から駆動電流が供給さ
れ、一方向に回転する。駆動電流スイッチ回路Ｍ１は、
信号処理部からの発光信号により制御される。駆動電流
スイッチ回路Ｍ１には、モータ暴走防止安全回路Ｍ２が
接続され、モータ暴走防止安全回路Ｍ２から“Ｈ”信号
が入力されているときにのみ、動作可能となる。モータ
暴走防止安全回路Ｍ２には、信号処理部からの発光信号
が入力され、所定タイマー時間（たとえば１秒）経過後
に、駆動電流スイッチ回路Ｍ１を停止させる“Ｌ”信号
を出力するようになっている。

【００６０】すなわち、図１４のタイミングチャートに
示すように、１枚目の撮影のための発光開始を指令する
発光信号の立ち下がり９０１により、モータ暴走防止安
全回路Ｍ２はタイマーをスタートするとともに、“Ｈ”
信号を出力する。これにより、駆動電流スイッチ回路Ｍ
１は動作可能となる。約２ミリ秒経過すると、１枚目の
撮影のための発光の停止を指令する発光信号の立ち上が
り９０２により、駆動電流スイッチ回路Ｍ１は、モータ
８６への通電（駆動電流の供給）を開始する。これによ
って、マスクホルダー７０が回転し、投影マスク８０は
退避位置に退避する。モータ８６で駆動するので、投影
マスク８０の移動は短時間で完了する。

【００６１】さらに約５００ミリ秒経過すると、２枚目
の撮影のための発光開始を指令する発光信号の立ち下が
り９０３により、モータ暴走防止安全回路Ｍ２はタイマ
ーがリセットされ、再スタートする。さらに約２ミリ秒
経過すると、２枚目の撮影のための発光の停止を指令す
る発光信号の立ち上がり９０４により、駆動電流スイッ
チ回路Ｍ１は、モータ８６への通電を停止する。

【００６２】万一、駆動電流スイッチ回路Ｍ１が発光信
号の立ち上がり９０４を認識できない場合でも、モータ
暴走防止安全回路Ｍ２は、タイマーの再スタートから所
定時間（約１〜２秒）経過すると“Ｌ”信号を出力する
ので、駆動電流スイッチ回路Ｍ１は、モータ８６への通
電を停止する。これにより、モータ８６の過熱等を防止
することができる。

【００６３】モータ８６への通電が停止すると、マスク
ホルダー７０はチャージスプリング９０によって逆方向
に回転し、投影マスク８０は投影位置に復帰する。チャ
ージスプリング９０で駆動するので、モータ８６で駆動
するときに比べ、投影マスク８０の移動時間は長くなる
が、すでに２枚の撮影が完了しているので問題はない。

【００６４】投影光源部は、キセノン管５２と反射傘６
０と放熱板６８とからなり、それらは、撮像部３との基
線に対して垂直に固定されている。

【００６５】キセノン管５２は、トリガー線５３に電圧
信号が入力されると発光する。キセノン管５２は反射傘
６０に、反射傘６０は放熱板６８に、放熱板６８はライ
トボックス本体に、それぞれ固定されている。反射傘６
０は、キセノン管５２との相対位置を正確に決めるため
と、部品バラツキを低減するために、カメラに見られる
アルミ板製のものではなく、プラスチックに金属を蒸着
（メッキでもよい）したものにしている。キセノン管５
２は、発光光量は多いが瞬間光なので、光エネルギは多
いが輻射熱は少ないため、キセノン管５２からある程度
の距離を保ったところに配置すれば、プラスチック製の
反射傘６０でも問題ない。

【００６６】ところで、従来のプラスチック製の反射傘
は、図２２に示すように１本のバンドでキセノン管に固
定されていた。この場合、反射傘の角にバンドが当た
り、力が作用するため、図２２（ｃ）に示すように、反
射傘の反射部の変形が大きかった。この構成をそのまま
３Ｄカメラに採用すると、投影パターンのコントラスト
の低下を招く。そこで、本願発明の３Ｄカメラでは、以
下のように構成している。

【００６７】すなわち、反射傘６０は、反射面６３を有
する反射部６２の両端から一対の取付部６４が立設され
ている。図１０（ａ）に示すように、取付部６４には、
位置決め部６６と、係止切り欠き６５とが形成されてい
る。係止切り欠き６５とキセノン管５２には、図１０
（ａ），（ｂ）に示すように、シリコンゴム製のバンド
５４を引っ掛け、反射傘６０の各取付部６４をキセノン
管５２側に引き付ける。図１０（ｂ）は、取付部６４の
図示を省略したものである。反射傘６０は、その取付部
６４の位置決め部６６がキセノン管５２に圧接し、反射
面６３とキセノン管５２とが所定距離に保持されるよう
になっている。このとき、反射傘６０には、キセノン管
５２との締結によりその取付部６４にモーメントが作用
するが、このモーメントは小さいので、図１０（ｃ）に
示すように、反射傘６０の反射部６２の変形は、図２２
の従来例に比べて小さくなる。

【００６８】反射傘６０の位置決め部６６がキセノン管
５２に当接すると、反射傘６０の反射部６２に形成した
反射面６３の曲率中心にキセノン管５２が位置するよう
になっている。反射傘６０の反射面６３は、キセノン管
５２中心の曲率半径を持ち、投影に使用される領域の光
のみを反射するようになっている。

【００６９】キセノン管５２から放出される光エネルギ
ーと少量の輻射エネルギーは、その大部分が利用されな
い。利用されない光をライトボックス５０の外に放出し
てしまうと、回り回って機器から漏れ、投影された格子
パターンのコントラストを下げてしまう危険や、撮影者
に漏れた光が見えてしまう可能性があるので、ライトボ
ックス５０の中で吸収する必要がある。

【００７０】このため、熱がこもってしまいがちになる
ので、熱を外に放出するためキセノン管５２と反射傘６
０は、アルミ製の放熱板６８に取り付けられ、ライトボ
ックス５０の光源側の端面を覆うようになっている。

【００７１】投影光学系は、キセノン管５２に平行に配
置されたシリンドリカルレンズ５６である。シリンドリ
カルレンズ５６は、ライトボックス５０にその位置決め
穴基準で絞りマスク５８とともに固着される。絞りマス
ク５８は、その開口５８ａによって光路を絞る。

【００７２】これは、キセノン管５２の見かけの径を細
くするためで、投影した格子パターンのコントラストの
低下をある程度押さえつつ、全体のサイズも小さくでき
るメリットを持つ。これらキセノン管５２、投影マスク
８０の位置は、レンズ５６のパワーとキセノン管５２の
管径によって、最適化される。その条件式を以下に示
す。

【００７３】０.００４＜Ａ×Ｂ／Ｔ＜０.０３５（１）

【００７４】ここで、Ａは光源５２の大きさであり、Ｂ
はレンズ５６の倍率であり、Ｔは光源５２から投影マス
ク８０までの光軸上間隔である。

【００７５】ストライプパターン８０ｐが描かれた投影
マスク８０を背面から照らすことにより、パターン光を
投影する方式において、光源５２をできるだけ小さくす
ることにより、投影マスク８０上のストライプパターン
８０ｐを鮮鋭に被写体上に投影することができる。理想
としては、点光源である。本発明のようにマスク８０と
光源５２の間にレンズ５６を設けることにより、光源５
２を見かけ上小さくすることは、鮮鋭さを確保する上
で、有効な手段である。

【００７６】一方、光源５２自体を小さくする、あるい
はレンズ５６を設けることは、投影されるパターン光量
を減少させる方向であり、十分な到達距離が得られなく
なる。

【００７７】条件式（１）は、投影パターンの鮮鋭さと
光量をバランス良く保ち、かつ光学系全体をコンパクト
にするための条件である。

【００７８】Ａ×Ｂ／Ｔが条件式（１）の上限（０.
０３５）を超えると、光源５２からの投影マスク８０の
間隔が短くなりすぎているか、もしくは光源５２が大き
すぎるか、もしくはレンズ５６の倍率が大きくなりすぎ
ているかのいずれかであり、光量にとっては有利である
が、投影パターンの鮮鋭さが確保できなくなる。

【００７９】Ａ×Ｂ／Ｔが条件式（１）の下限（０．
００４）を下回ると、光源５２からマスク８０の間隔が
長くなりすぎているか、光源５２が小さすぎるか、レン
ズ５６の倍率が小さくなりすぎているかのいずれかであ
り、投影パターンの鮮鋭さには有利であるが光量が十分
に確保できなくなる。

【００８０】他方、投影マスク８０を投影する際に平行
光で投影するのが一番コントラストを保てる方法である
が、その光学系の場合、光学系の規模が大きくなり、サ
イズ的に不利である。

【００８１】また、ライトボックス５０の内面には、適
宜部分に、植毛紙５９を配置している。

【００８２】次に、３Ｄカメラの動きについて、図１１
のフローチャートを用いて説明する。この図において、
左側は信号処理部の動作フローを示しており、右側は投
影部１の動作フローを示している。

【００８３】メインスイッチがＯＮになると、投影部と
信号処理部は動作を開始する。信号処理部は、レリーズ
スイッチがＯＮになると（Ｐ１０）、ＡＦ駆動を行い
（Ｐ１２）、ＣＣＤに蓄電を開始させるため撮像部３に
起動信号を送る（Ｐ１４）。これによって、ＣＣＤの蓄
電が開始される（Ｃ１０，Ｃ１２）。続いて、信号処理
部は、トリガー信号Ｓ１を同様に発し（Ｐ１６）、投影
部１は、トリガー信号を受けるとキセノン管５２が発光
する（Ｃ１４，Ｃ１６）。

【００８４】キセノン管５２からの光は、反射傘６０に
反射されたものと直接のものとが、投影光学系のシリン
ドリカルレンズ５６で光路を広げられ、投影マスク８０
に向かう。レンズ５６を透過した光は、投影マスク８０
を挟持するアクリル板８２でキセノン光の持つ紫外線だ
けが除去された後、投影マスク８０を通過する。投影マ
スク８０を通過した光は、格子パターンとして被写体に
投影される。被写体に当たった格子パターンは、被写体
の起伏に応じて歪められる。

【００８５】投影部１の回路は、被写体からの反射光量
をモニターしており（Ｃ１８）、所定光量になったとこ
ろで、キセノン管５２の発光を停止させる（Ｃ２０）。
撮像部３のＣＣＤは、キセノン管５２の発光停止信号Ｓ
２を受け、撮影開始から所定時間後に蓄積を停止する
（Ｐ１８）。蓄電された電荷は、蓄電停止と同時に信号
処理部の記憶部に転送される（Ｐ２０）。

【００８６】続いて、投影部１の回路は、モータ８６に
通電して投影マスク８０を退避させる（Ｃ２２，Ｃ２
４）。投影マスク８０は、チャージスプリング９０の付
勢力に抗してその回転中心８８ｃ（図６参照）を中心に
回転し、退避位置に完全に退避したところで、ストッパ
ー９６に当たる。ストッパー９６は、モルトプレーンな
どの衝撃緩和材でバウンドはほとんど起こらず、画面内
にマスク８０が飛び出ることはない。

【００８７】そのまましばらく通電を行っている最中
に、再び撮像部３のＣＣＤの電荷蓄積が始まり（Ｐ２
２）、所定時間後の２度目のトリガー信号Ｓ３が信号処
理部から発せられる（Ｐ２４）。撮像部３は、２度目の
トリガー信号Ｓ３を受けると、キセノン管５２が２度目
の発光を行う（Ｃ２６，Ｃ２８）。投影マスク８０が退
避した状態で行われる２度目の発光は、１枚目の画像か
ら得られる３Ｄ情報に貼り付ける絵柄をまったく同じ角
度から撮影するものである。

【００８８】投影部１の回路は、適正露出となるよう所
定光量になったところで、再びキセノン管５２の発光を
停止させる（Ｃ３０，Ｃ３２）。キセノン管５２の発光
停止信号Ｓ４を受けると、ＣＣＤの電荷蓄積も１枚目と
同じように蓄電開始から所定時間後に停止され（Ｐ２
６）、蓄電された電荷は、同様に信号処理部の記憶部に
転送される（Ｐ２８）。

【００８９】投影部１は、２枚目の撮影時間が終了して
から、モータ８６への通電が切られる（Ｃ３４）。この
とき、発光停止信号Ｓ４でモータ８６の通電を切るよう
にしているが、さまざまなノイズが要因でこれを検知で
きなかった場合のことを考えて、前述したように、所定
時間後にモータ通電を切るような安全回路Ｍ２を設けて
いる。

【００９０】モータ通電による退避方向への駆動力を失
った投影マスク８０は、チャージスプリング９０の付勢
力に従って、元の投影位置に戻る（Ｃ３６）。往路と同
じように復路もまたストッパー９２に当たって停止す
る。このストッパー９２は、板バネでできており、衝撃
を和らげるが停止精度は失わない程度の強さのものであ
る。また、このストッパー９２は、前述したように、投
影マスク８０の傾きを調整する役目も持っており、ライ
トボックス５０との間にワッシャ９３を積んでこれを実
現する。

【００９１】撮像部３および信号処理部は、メインスイ
ッチがＯＦＦになるまで、上記シーケンスを繰り返す
（Ｐ３０，Ｃ３８）。

【００９２】こうして得られた信号処理部の記憶部に記
憶された複数枚の画像は、撮影者の所定操作により、内
蔵されるフラッシュメモリー等の書き換え可能な記憶媒
体に転送される。この媒体を介してパーソナルコンピュ
ータと交信し、パーソナルコンピュータ側にある３Ｄ画
像作成ソフトで３Ｄ画像を得ることができる。

【００９３】パターンの写った１枚目の画像は、３Ｄワ
イヤーフレーム作成用に、パターンのない２枚目の画像
は、得られた３Ｄワイヤーフレームに絵付けするための
ものである。パーソナルコンピュータでは、絵付けされ
た３Ｄ画像が作成される。

【００９４】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、その他種々の態様で実施可能である。

【００９５】たとえば、図２０および図２１に示すよう
に、マスクホルダー８００を平行移動するようにしても
よい。この例では、一対のスライドバー８１０，８１２
により平行移動自在に支持されたマスクホルダー８００
は、チャージスプリング８５０によりスライドバー８１
０，８１２に沿って、投影位置（図において左端位置）
から退避位置（図において右端位置）へ付勢されるよう
になっている。また、一方のスライドバー８１０と平行
に、ねじ棒８２０と回転止めバー８３０とが配置されて
いる。ねじ棒８２０の一端には入力ギヤ８２２が設けら
れ、不図示のモータによって両方向の回転が伝達される
ようになっている。ねじ棒８２０には、係合部材８６０
が螺合している。係合部材８６０は、ねじ棒８２０の外
ねじに螺合する内ねじを有する筒状の本体部８６４と、
この本体部８６４から径方向に突出する係合腕８６２と
からなる。この係合腕８６２は、係合部材８６０が回転
すると、スライドバー８１０または回転止めバー８３０
に当接するようになっている。

【００９６】次に、マスクホルダー８００の動きについ
て説明する。

【００９７】マスクホルダー８００が投影位置にあると
き、図２０（ａ）に示すように、マスクホルダー８００
の１つの支持部８０２には、係合部材８６０の係合腕８
６２が係合している。マスクホルダー８００を退避位置
に退避させるときには、図２０（ｂ）〜（ｄ）において
矢印で示す所定方向に、ねじ棒８２０が連続回転する。
ねじ棒８２０の回転によって、係合部材８６０の係合腕
８６２は、マスクホルダー８００の支持部８０２との摩
擦力に打ち勝って、ねじ棒８２０と一体的に回転し、図
２０（ｂ）に示すように、係合部材８６０の係合腕８６
２はマスクホルダー８００の支持部８０２から退避す
る。マスクホルダー８００は、係合部材８６０との係合
が解除されるので、チャージスプリング８５０に引っ張
られ、図２０（ｃ）および（ｄ）に示すように、ストッ
パー８４０に当たる退避位置まで移動する。

【００９８】一方、係合部材８６０は、図２０（ｃ）に
示すように、ねじ棒８２０の回転に伴なってさらに回転
し、係合腕８６２が回転止めバー８３０に当たると回転
が阻止される。その後、係合部材８６０は、ねじ棒８２
０の回転によって、図２０（ｄ）に示すように、退避位
置側へねじ送りされ、係合部材８６０が退避位置側の所
定位置まで移動すると、図２１（ｅ）に示すように、ね
じ棒８２０は回転を停止する。

【００９９】マスクホルダー８００を投影位置に復帰さ
せるときには、図２１（ｆ）〜（ｈ）において矢印で示
すように、ねじ棒８２０が逆方向に連続回転する。ねじ
棒８２０の回転によって、図２１（ｆ）に示すように、
係合部材８６０は、ねじ棒８２０と一体的に回転する。
そして、図２１（ｇ）に示すように、係合部材８６０の
係合腕８６２が一方のスライドバー８１０に当たり、回
転が阻止されると、係合部材８６０は、ねじ棒８２０の
回転によって投影位置側へねじ送りされる。このとき、
係合部材８６０の係合腕８６２はマスクホルダー８００
の支持部８０２に当たり、図２１（ｈ）に示すように、
マスクホルダー８００を投影位置まで移動させる。

【０１００】ねじ送りでマスクホルダー８００を投影位
置に移動することにより、投影マスクを投影位置に精度
よく位置決めすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る３次元情報入力カ
メラの底面図である。

【図２】図１のカメラの正面図である。

【図３】図１のカメラの背面図である。

【図４】図１のカメラの左側面図である。

【図５】投影部のレイアウト横断面図である。

【図６】投影部のレイアウト正面透視図である。

【図７】ライトボックス部分断面上面図である。

【図８】ライトボックス正面図である。

【図９】ライトボックス縦断面図である。

【図１０】反射傘取り付けの説明図である。

【図１１】投影部と信号処理部との動作のフローチャ
ートである。

【図１２】投影部の回路図である。

【図１３】パターンマスクの平面図である。

【図１４】投影部のタイミングチャートである。

【図１５】パターン調整の手順のフローチャートであ
る。

【図１６】マスクの検査装置の斜視図である。

【図１７】ストッパ位置調整の説明図である。

【図１８】マスク検査の説明図である。

【図１９】マスク検査の説明図である。

【図２０】マスクを平行移動する変形例の説明図であ
る。

【図２１】図２０と同様の説明図である。

【図２２】従来例の反射傘取り付けの説明図である。

【符号の説明】

１投影部２カメラ本体部３撮像部（撮影手段）４グリップ部５内蔵フラッシュ８メモリカード９シャッタボタン１０ＬＣＤ表示部１４モード設定スイッチ１５蓋１７カード装填室１８電池装填室３１光学ファインダー４２コンデンサ４４昇圧トランス４６電源電池５０ライトボックス（投影手段）５２キセノン管（光源）５３トリガー線５４バンド５６レンズ５８絞りマスク５８ａ開口５９植毛紙６０反射傘６２反射部６３反射面６４取付部６５係止切り欠き６６位置決め部６８放熱板７０マスクホルダー７２マスク枠部７２ａ開口部７２ｂ段部７３ボス７４鉤状部７５切り欠き７６ギヤ部７８スプリング係止部７９当たり突起８０投影マスク（マスク手段）８０ａ，８０ｂ取付穴（基準部）８０ｋ調整用マークペン８０ｐマスクパターン（パターン）８０ｓ，８０ｔ検査マーク８０ｘマーク領域８２アクリル板８２ａ切り欠き８３アクリル板８３ａ切り欠き８６モータ８７出力ギヤ８８回転軸８８ｃ回転中心９０チャージスプリング９２ストッパー９３ワッシャ９４ねじ９６ストッパー３０１撮影レンズ３０５調光センサ５０１投影部５０２三脚ねじ５１５蓋５１８電池装填室５２１〜５２６キースイッチ７００検査装置７１０光源ボックス７１２光源ランプ７１４拡散板７２０セット板７２２検査窓７２４位置決めボス７２６基準ケガキ線７３０押さえガラス８００マスクホルダー８０２支持部８１０，８１２スライドバー８２０ねじ棒８２２入力ギヤ８３０回転止めバー８４０ストッパー８５０チャージスプリング８６０係合部材８６２係合腕８６４本体部９０１立ち下がり９０２立ち上がり９０３立ち下がり９０４立ち上がりＡＦ測距センサＭ１駆動電流スイッチ回路Ｍ２モータ暴走防止安全回路ＰＳ電源スイッチＲｅｌ解除レバーＺ４連スイッチＺ１〜Ｚ４ボタンＺ５電源スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河野哲生大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内Ｆターム(参考） 2H059 AC01 5C022 AB15 AB22 AB66 AC02 AC03 AC32 AC42 AC51 AC54 AC70 AC74 AC77

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影領域を撮影する撮影手段と、撮影領
域にパターン光を投影する投影手段とを備え、該投影手
段が投影したパターン光により撮影領域内の被写体に形
成された投影パターンを上記撮影手段により撮影する３
次元情報入力カメラにおいて、上記投影手段は、マスク手段と、該マスク手段を照射す
る光源とを有し、上記マスク手段は、光を透過するパターンが形成された
パターン領域と、該パターン領域に対して一定位置に形
成された明瞭な検査マークと、上記マスク手段を所定位
置に位置決めするための基準部とを含み、上記光源から照射された光が上記マスク手段の上記パタ
ーン領域を透過して上記パターン光を形成することを特
徴とする、３次元情報入力カメラ。
【請求項２】上記パターン領域には、上記投影手段と
上記撮影手段とを結ぶ基線方向の光透過率が周期的に変
化する縞パターンが形成されたことを特徴とする、請求
項１記載の３次元情報入力カメラ。
【請求項３】上記縞パターンは、上記基線方向の光透
過率がなだらかに変化を繰り返すグラデーションパター
ンであることを特徴とする、請求項２記載の３次元情報
入力カメラ。
【請求項４】上記検査マークは、線であることを特徴
とする、請求項１記載の３次元情報入力カメラ。
【請求項５】上記パターン領域には、上記投影手段と
上記撮影手段とを結ぶ基線方向の光透過率が周期的に変
化する縞パターンが形成され、上記検査マークは、上記縞パターンの縞の延在方向に平
行または直角方向に延在する直線であることを特徴とす
る、請求項４記載の３次元情報入力カメラ。
【請求項６】上記検査マークは点群であることを特徴
とする、請求項１記載の３次元情報入力カメラ。
【請求項７】上記撮影手段は、上記投影手段が上記パ
ターン光を投影するときの撮影と、投影しないときの撮
影とを、連続して行うことを特徴とする、請求項１記載
の３次元情報入力カメラ。
【請求項８】上記光源は、キセノン管である、請求項
１記載の３次元情報入力カメラ。
【請求項９】マスク手段は、その基準部がキセノン管
に対して位置決めされる、請求項８記載の３次元情報入
力カメラ。
【請求項１０】撮影領域を撮影する撮影手段と、撮影
領域にパターン光を投影する投影手段とを備え、該投影
手段が投影したパターン光により撮影領域内の被写体に
形成された投影パターンを上記撮影手段により撮影する
３次元情報入力カメラにおいて、上記投影手段は、マスク手段と、該マスク手段を照射す
る光源とを有し、上記マスク手段は、光を透過するパターンが形成された
パターン領域と、該パターン領域に対して一定位置に形
成された明瞭な検査マークとを含み、上記光源から照射された光が上記マスク手段の上記パタ
ーン領域を透過して上記パターン光を形成することを特
徴とする、３次元情報入力カメラ。