JP2001028766A

JP2001028766A - ３次元画像検出装置

Info

Publication number: JP2001028766A
Application number: JP11198741A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kakiuchi; 伸一垣内; Shuzo Seo; 修三瀬尾; Nobuhiro Tani; 信博谷
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1999-07-13
Filing date: 1999-07-13
Publication date: 2001-01-30
Anticipated expiration: 2019-07-13
Also published as: JP4270658B2

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ光を用いる３次元画像検出装置におい
て、照射されたレーザ光が人の目に入射したときの影響
を減ずる。【解決手段】撮像レンズ１１の外周縁に、波長４００
〜１４００ｎｍの近赤外レーザ光を照射する６個のレー
ザ光源１４１〜１４６を円環状に等間隔に配置する。各
レーザ光源から照射される測距光の照射領域を被写体距
離において略一致させる。各レーザ光源１４１〜１４６
から順次単独で間断なく測距光Ｓ２１〜Ｓ２６を照射
し、１つの連続した測距光Ｓ２７を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光伝播時間測定法
を用いて被写体の３次元形状等を検出する３次元画像検
出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来３次元画像検出装置による３次元計
測は、光、電波あるいは音を被計測物体に照射する能動
方式と、光等を照射しない受動方式とに分類される。能
動方式には光伝播時間測定法、変調した光波を用いる位
相差測定法、三角測量法、モアレ法、干渉法等が知られ
ており、受動方式には、ステレオ視法、レンズ焦点法等
が知れている。

【０００３】能動方式は受動方式に比べ、レーザ光等を
照射するための機構が必要なためにその規模が大きくな
るが、距離分解能、計測時間、計測空間範囲等の点にお
いて優れており、産業応用分野において広く用いられて
きている。「Measurement Science and Technology」
（S. Christie 他、vol.6, p1301-1308, 1995 年）に記
載された３次元画像入力装置では、パルス変調され拡散
されたレーザ光が被計測物体の全体に照射され、その反
射光がイメージインテンシファイアが取付けられた２次
元ＣＣＤセンサによって受光され、電気信号に変換され
る。イメージインテンシファイアはレーザ光のパルス発
光に同期したゲートパルスによってシャッタ制御され
る。この構成によれば、遠い被計測物体からの反射光に
よる受光量は近い被計測物体からの反射光による受光量
に比べて小さいので、被計測物体の距離に応じた出力が
ＣＣＤの各画素毎に得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
拡散されたレーザ光を照射して３次元計測を行なう構成
において、被計測物体付近に作業者がいる場合などレー
ザ光照射領域内に人が存在するとき、レーザ光がその作
業者の目に入ると照射されたレーザ光によって網膜等に
障害を及ぼす虞れがあるので、作業者はレーザ光を見な
いように充分に注意をしなければならない。

【０００５】本発明は、レーザ光を照射して３次元計測
を行なう３次元画像検出装置において、レーザ光が目に
入っても悪影響を及ぼすことのない３次元画像検出装置
を得ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の３次元画像検出
装置は、被写体の３次元形状を表す距離データを一括し
て得るために測距用のレーザ光を照射するための複数の
レーザ光源と、受光量に応じた電荷を蓄積可能な撮像素
子と、各レーザ光源が所定の順序に従い間断なく発光す
ることにより１つのパルス状のレーザ光が形成されるよ
うにレーザ光源を制御する照射制御手段とを備え、各レ
ーザ光源が所定の距離をおいて配置され、各レーザ光源
から照射されるレーザ光の被写体における各照射領域が
相互に重なる領域を有することを特徴としている。

【０００７】レーザ光源は好ましくは、撮像レンズを囲
んで円環状に等間隔で配置されるか、直線的に等間隔で
配置される。

【０００８】円環状にレーザ光源が配置されていると
き、照射制御手段は例えば、レーザ光源を円周方向に沿
って順番に発光する。またレーザ光源が直線的に配列さ
れているとき、照射制御手段は例えば、レーザ光源を直
線の所定方向に順番に繰り返し発光する。

【０００９】３次元画像検出装置は好ましくは、照射制
御手段により形成されたパルス状の測距光の被写体から
の反射光を前記撮像素子で受光し、所定の期間内に撮像
素子で蓄積される信号電荷により被写体までの距離を検
出する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態で
あるカメラ型の３次元画像検出装置の斜視図である。

【００１１】カメラ本体１０の前面において、撮影レン
ズ１１の左上にはファインダ窓１２が設けられ、右上に
はストロボ１３が設けられている。撮像レンズ１１の外
周縁には円環状のレーザ発光装置２２が配設されてい
る。発光装置２２の前面には６個の光源（レーザ光源）
１４が円環に沿って等間隔に並んでいる。カメラ本体１
０の左上面にはレリーズスイッチ１５と液晶表示パネル
１６が設けられ、右上面にはモード切替ダイヤル１７と
Ｖ／Ｄモード切替スイッチ１８が設けられている。カメ
ラ本体１０の側面には、ＩＣメモリカードを挿入するた
めのカード挿入口１９が形成され、また、ビデオ出力端
子２０とインターフェースコネクタ２１が設けられてい
る。

【００１２】図２は、図１に示すカメラ型の３次元画像
検出装置の回路構成を示すブロック図である。撮影レン
ズ１１の中には絞り２５が設けられている。絞り２５の
開度はアイリス駆動回路２６によって調整される。撮影
レンズ１１の焦点調節動作およびズーミング動作はレン
ズ駆動回路２７によって制御される。

【００１３】撮影レンズ１１の光軸上には撮像素子（Ｃ
ＣＤ）２８が配設されている。ＣＣＤ２８には、撮影レ
ンズ１１によって被写体像が形成され、被写体像に対応
した電荷が発生する。ＣＣＤ２８における電荷の蓄積動
作、電荷の読出動作等の動作はＣＣＤ駆動回路３０によ
って制御される。ＣＣＤ２８から読み出された電荷信号
すなわち画像信号はアンプ３１において増幅され、Ａ／
Ｄ変換器３２においてアナログ信号からデジタル信号に
変換される。デジタルの画像信号は撮像信号処理回路３
３においてガンマ補正等の処理を施され、画像メモリ３
４に一時的に格納される。アイリス駆動回路２６、レン
ズ駆動回路２７、ＣＣＤ駆動回路３０、撮像信号処理回
路３３はシステムコントロール回路３５によって制御さ
れる。

【００１４】画像信号は画像メモリ３４から読み出さ
れ、ＬＣＤ駆動回路３６に供給される。ＬＣＤ駆動回路
３６は画像信号に応じて動作し、これにより画像表示Ｌ
ＣＤパネル３７には、画像信号に対応した画像が表示さ
れる。

【００１５】また画像メモリ３４から読み出された画像
信号はＴＶ信号エンコーダ３８に送られ、ビデオ出力端
子２０を介して、カメラ本体１０の外部に設けられたモ
ニタ装置３９に伝送可能である。システムコントロール
回路３５はインターフェース回路４０に接続され、イン
ターフェース回路４０はインターフェースコネクタ２１
に接続されている。したがって画像メモリ３４から読み
出された画像信号は、インターフェースコネクタ２１に
接続されたコンピュータ４１に伝送可能である。またシ
ステムコントロール回路３５は、記録媒体制御回路４２
を介して画像記録装置４３に接続されている。したがっ
て画像メモリ３４から読み出された画像信号は、画像記
録装置４３に装着されたＩＣメモリカード等の記録媒体
Ｍに記録可能である。

【００１６】システムコントロール回路３５には、発光
素子制御回路４４が接続されている。発光装置２２の前
面に円環状に並べられたレーザ光源１４は、レーザダイ
オード（ＬＤ）１４ａと照明レンズ１４ｂで構成されて
いる。発光素子１４ａの発光動作は発光素子制御回路４
４によって制御される。発光素子１４ａは測距光である
レーザ光を照射するものであり、このレーザ光は照明レ
ンズ１４ｂを介して被写体の全体に照射される。被写体
において反射した光は撮影レンズ１１に入射し、この光
をＣＣＤ２８によって検出することにより、後述するよ
うに被写体の距離が計測される。なお、この計測におい
て、ＣＣＤ２８における転送動作のタイミング等の制御
はシステムコントロール回路３５とＣＣＤ駆動回路３０
によって行なわれる。

【００１７】システムコントロール回路３５には、レリ
ーズスイッチ１５、モード切替ダイヤル１７、Ｖ／Ｄモ
ード切替スイッチ１８から成るスイッチ群４５と、液晶
表示パネル１６とが接続されている。

【００１８】次に図３および図４を参照して、本実施形
態における距離測定の原理を説明する。なお図４におい
て横軸は時間ｔである。

【００１９】距離測定装置Ｂから出力された測距光は被
写体Ｓにおいて反射し、図示しないＣＣＤによって受光
される。測距光は所定のパルス幅Ｈを有するパルス状の
光であり、したがって被写体Ｓからの反射光も、同じパ
ルス幅Ｈを有するパルス状の光である。また反射光のパ
ルスの立ち上がりは、測距光のパルスの立ち上がりより
も時間δ・ｔ（δは遅延係数）だけ遅れる。測距光と反
射光は距離測定装置Ｂと被写体Ｓの間の２倍の距離ｒを
進んだことになるから、その距離ｒはｒ＝δ・ｔ・Ｃ／２・・・（１）により得られる。ただしＣは光速である。

【００２０】例えば測距光のパルスの立ち上がりから反
射光を検知可能な状態に定め、反射光のパルスが立ち下
がる前に検知不可能な状態に切換えるようにすると、す
なわち反射光検知期間Ｔを設けると、この反射光検知期
間Ｔにおける受光量Ａは距離ｒの関数である。すなわち
受光量Ａは、距離ｒが大きくなるほど（時間δ・ｔが大
きくなるほど）小さくなる。

【００２１】本実施形態では上述した原理を利用して、
ＣＣＤ２８に設けられ、２次元的に配列された複数のフ
ォトダイオード（撮像素子）においてそれぞれ受光量Ａ
を検出することにより、カメラ本体１０から被写体Ｓの
表面の各点までの距離をそれぞれ検出し、被写体Ｓの表
面形状に関する３次元画像のデータを一括して入力して
いる。

【００２２】図５は、ＣＣＤ２８に設けられるフォトダ
イオード５１と垂直転送部５２の配置を示す図である。
図６は、ＣＣＤ２８を基板５３に垂直な平面で切断して
示す断面図である。このＣＣＤ２８は従来公知のインタ
ーライン型ＣＣＤであり、不要電荷の掃出しにＶＯＤ
（縦型オーバーフロードレイン）方式を用いたものであ
る。

【００２３】フォトダイオード５１と垂直転送部（信号
電荷保持部）５２はｎ型基板５３の面に沿って形成され
ている。フォトダイオード５１は２次元的に格子状に配
列され、垂直転送部５２は所定の方向（図５において上
下方向）に１列に並ぶフォトダイオード５１に隣接して
設けられている。垂直転送部５２は、１つのフォトダイ
オード５１に対して４つの垂直転送電極５２ａ，５２
ｂ，５２ｃ，５２ｄを有している。したがって垂直転送
部５２では、４つのポテンシャルの井戸が形成可能であ
り、従来公知のように、これらの井戸の深さを制御する
ことによって、信号電荷をＣＣＤ２８から出力すること
ができる。なお、垂直転送電極の数は目的に応じて自由
に変更できる。

【００２４】基板５３の表面に形成されたｐ型井戸の中
にフォトダイオード５１が形成され、ｐ型井戸とｎ型基
板５３の間に印加される逆バイアス電圧によってｐ型井
戸が完全空乏化される。この状態において、入射光（被
写体からの反射光）の光量に応じた電荷がフォトダイオ
ード５１において蓄積される。基板電圧Ｖsub を所定値
以上に大きくすると、フォトダイオード５１に蓄積した
電荷は、基板５３側に掃出される。これに対し、転送ゲ
ート部５４に電荷転送信号（電圧信号）が印加されたと
き、フォトダイオード５１に蓄積した電荷は垂直転送部
５２に転送される。すなわち電荷掃出し信号によって電
荷を基板５３側に掃出した後、フォトダイオード５１に
蓄積した信号電荷が、電荷転送信号によって垂直転送部
５２側に転送される。このような動作を繰り返すること
により、垂直転送部５２において信号電荷が積分され、
いわゆる電子シャッタ動作が実現される。

【００２５】図７は、被写体の表面の各点までの距離に
関するデータを検出する距離情報検出動作のタイミング
チャートである。図１、図２、図５〜図７を参照して距
離情報検出動作を説明する。なお本実施形態の距離検出
動作では、外光の影響による雑音を低減するために、図
４を参照して行なった距離測定原理の説明とは異なり、
測距光のパルスの立ち下がりから反射光を検知可能な状
態に定め、反射光のパルスが立ち下がった後に検知不可
能な状態に切換えるようにタイミングチャートを構成し
ているが原理的には何ら異なるものではない。

【００２６】垂直同期信号（図示せず）の出力に同期し
て電荷掃出し信号（パルス信号）Ｓ１が出力され、これ
によりフォトダイオード５１に蓄積していた不要電荷が
基板５３の方向に掃出され、フォトダイオード５１にお
ける蓄積電荷量はゼロになる（符号Ｓ２）。電荷掃出し
信号Ｓ１の出力の開始の後、一定のパルス幅を有するパ
ルス状の測距光Ｓ３が出力される。測距光Ｓ３が出力さ
れる期間（パルス幅）は調整可能であり、図示例では、
電荷掃出し信号Ｓ１の出力と同時に測距光Ｓ３がオフす
るように調整されている。

【００２７】測距光Ｓ３は被写体において反射し、ＣＣ
Ｄ２８に入射する。すなわちＣＣＤ２８によって被写体
からの反射光Ｓ４が受光されるが、電荷掃出し信号Ｓ１
が出力されている間は、フォトダイオード５１において
電荷は蓄積されない（符号Ｓ２）。電荷掃出し信号Ｓ１
の出力が停止されると、フォトダイオード５１では、反
射光Ｓ４の受光によって電荷蓄積が開始され、反射光Ｓ
４と外光に起因する信号電荷Ｓ５が発生する。反射光Ｓ
４が消滅すると（符号Ｓ６）フォトダイオード５１で
は、反射光に基く電荷蓄積は終了するが（符号Ｓ７）、
外光のみに起因する電荷蓄積が継続する（符号Ｓ８）。
なお、本発明における測距光Ｓ３と反射光Ｓ４は、後に
図９、図１０を参照して詳述するように、６個のレーザ
光源１４が順次単独で照射されることによって得られ
る。

【００２８】その後、電荷転送信号Ｓ９が出力される
と、フォトダイオード５１に蓄積された電荷が垂直転送
部５２に転送される。この電荷転送は、電荷転送信号の
出力の終了（符号Ｓ１０）によって完了する。すなわ
ち、外光が存在するためにフォトダイオード５１では電
荷蓄積が継続するが、電荷転送信号の出力が終了するま
でフォトダイオード５１に蓄積されていた信号電荷Ｓ１
１が垂直転送部５２へ転送される。電荷転送信号の出力
終了後に蓄積している電荷Ｓ１４は、そのままフォトダ
イオード５１に残留する。

【００２９】このように電荷掃出し信号Ｓ１の出力の終
了から電荷転送信号Ｓ９の出力が終了するまでの期間Ｔ
_U1（電荷蓄積期間）の間、フォトダイオード５１には、
被写体までの距離に対応した信号電荷が蓄積される。そ
して、反射光Ｓ４の受光終了（符号Ｓ６）までフォトダ
イオード５１に蓄積している電荷が、外光と被写体の距
離情報とに対応した信号電荷Ｓ１２として垂直転送部５
２へ転送され、その他の信号電荷Ｓ１３は外光のみに起
因するものである。

【００３０】電荷転送信号Ｓ９の出力から一定時間が経
過した後、再び電荷掃出し信号Ｓ１が出力され、垂直転
送部５２への信号電荷の転送後にフォトダイオード５１
に蓄積された不要電荷が基板５３の方向へ掃出される。
すなわち、フォトダイオード５１において新たに信号電
荷の蓄積が開始する。そして、上述したのと同様に、電
荷蓄積期間Ｔ_U1が経過したとき、信号電荷は垂直転送部
５２へ転送される。

【００３１】このような信号電荷Ｓ１１の垂直転送部５
２への転送動作は、次の垂直同期信号が出力されるま
で、繰り返し実行される。これにより垂直転送部５２に
おいて、信号電荷Ｓ１１が積分される。１フィールドの
期間（２つの垂直同期信号によって挟まれる期間）に積
分された信号電荷Ｓ１１には、その期間被写体が静止し
ていると見做せれば、被写体までの距離情報に対応する
信号電荷Ｓ１２と、外光により蓄積した信号電荷Ｓ１３
が含まれている。ここで信号電荷Ｓ１３の電荷量は信号
電荷Ｓ１２の電荷量に比べて微小なので、信号電荷Ｓ１
１から距離情報を求めることができる。すなわち、計測
物体の表面で反射した測距光の受光時間Ｔ _Dと信号電荷
Ｓ１１との間の関係を求めておけば、受光時間Ｔ_Dは式
（１）のδ・ｔに対応するので信号電荷Ｓ１１から距離
ｒを求めることができる。なお以後外光により蓄積した
信号電荷Ｓ１３は省略し、信号電荷Ｓ１１を信号電荷Ｓ
１２と見做して説明を行なう。

【００３２】以上説明した信号電荷Ｓ１１の検出動作は
１つのフォトダイオード５１に関するものであり、垂直
転送電極５２ａを有する全てのフォトダイオード５１に
おいてこのような検出動作が行なわれる。１フィールド
の期間における検出動作の結果、垂直転送電極５２ａを
有するフォトダイオード５１に隣接した垂直転送部に
は、そのフォトダイオード５１によって検出された距離
情報が保持される。この距離情報は垂直転送部５２にお
ける垂直転送動作および図示しない水平転送部における
水平転送動作によってＣＣＤ２８の外部へ出力される。

【００３３】次に６個の光源１４の発光タイミングにつ
いて図８および図９を参照して説明する。図８は円環状
の発光装置２２を正面から見たときの模式図であり、６
個の光源１４１〜１４６が時計周りに円環状に等間隔に
配置されている。図９は信号電荷の蓄積期間Ｔ_U1と６個
の光源から照射されるパルス状の測距光Ｓ２１〜Ｓ２６
の発光タイミングを示すタイミングチャートである。

【００３４】まず光源１４１からパルス状の測距光Ｓ２
１が照射される。測距光Ｓ２１が立ち下がると光源１４
２から略同時に測距光Ｓ２２が照射される。次に測距光
Ｓ２２が立ち下がり、略同時に光源１４３から測距光２
３が照射される。以下同様に光源１４４、１４５、１４
６からパルス状の測距光Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６が順次
被写体に照射される。また測距光Ｓ２６が立ち下がると
フォトダイオード５１において電荷の蓄積が開始され、
この蓄積動作は蓄積期間Ｔ_U1の間行われる。

【００３５】波形Ｓ２７は、被写体に照射される測距光
の照度を表しており、光源１４１〜１４６は、測距光Ｓ
２１〜Ｓ２６が連続した１つのパルス光Ｓ２７となるよ
うにその発光が制御される。このとき被写体までの距離
検出は、測距光Ｓ２１〜Ｓ２６で形成された測距光Ｓ２
７によって行われる。すなわち、測距光Ｓ２７のパルス
幅はＴ_Sであり、測距光Ｓ２１〜Ｓ２６の各パルス幅は
Ｔ_S／６である。

【００３６】図１０は、図９で示したタイミングで各光
源Ｓ１４１〜Ｓ１４６を発光したときに、フォトダイオ
ード５１において受光される反射光Ｓ３１〜Ｓ３６と蓄
積期間Ｔ_U1との関係を示したものである。各光源から照
射された測距光Ｓ２１〜Ｓ２６は、Ｔ_D時間経過後フォ
トダイオード５１において受光される。このときフォト
ダイオード５１で蓄積される信号電荷は、蓄積期間Ｔ_U1
の間に受光される反射光Ｓ３４、Ｓ３５、Ｓ３６の斜線
部Ｓ３８、Ｓ３９、Ｓ４０に対応した信号電荷のみであ
る。各反射光は間断なく連続して受光されるのでフォト
ダイオード５１における反射光の受光量は波形Ｓ３７で
表される。斜線部Ｓ３８、Ｓ３９、Ｓ４０は波形Ｓ３７
の斜線部Ｓ４１に相当し、その幅はＴ_Dである。したが
って斜線部Ｓ４１で表される受光量は被写体までの距離
に対応している。

【００３７】以上の発光動作および電荷蓄積動作は１フ
ィールド期間に渡り繰り返し行われ、蓄積された信号電
荷（斜線部に対応）は垂直転送部５１において積分さ
れ、被写体までの距離が検出される。

【００３８】図１１は光源１４１及び光源１４４から照
射される測距光の照射領域を図示したものである。各光
源から照射される測距光は、被写体が配置された距離に
おいて略同一の領域Ｕに照射される。すなわち各光源か
ら照射される測距光の照射領域の中心は領域Ｕにおいて
略一致する。例えば光源１４１と光源１４４からそれぞ
れ照射される測距光の各照射領域における中心点Ｐ、
Ｐ’は領域Ｕにおいて略一致する。

【００３９】図１２は、光源１４１、１４４から照射さ
れた測距光が、人の眼に入射した状態を模式的に表して
いる。

【００４０】本実施形態における測距光は、波長が４０
０〜１４００ｎｍのレーザ光であり、より好ましくは近
赤外レーザ光である。レーザ光は眼の角膜Ｃや水晶体Ｌ
では吸収されずほとんど網膜Ｒに達する。したがってレ
ーザ放射に対する眼の最大許容露光量（ＭＰＥ）は網膜
Ｒでの値となる。各光源から照射される測距光は、被写
体全体を照射するように拡散して照射されるが、人間の
眼は無意識に焦点を合わせるため、１つの光源から照射
された測距光は、網膜Ｒ上の一点に集光しビーム内観察
状態となる。すなわち光源１４１から照射された測距光
は、角膜Ｃと水晶体Ｌを透過して眼球Ｅの網膜Ｒ上の点
Ｑへ集光され、光源１４４から照射された測距光も同様
の過程を経て網膜Ｒ上の点Ｑ’へ集光される。

【００４１】このように光源１４１、１４４から照射さ
れた測距光は、各光源の位置に対応した網膜Ｒ上の異な
る点Ｑと点Ｑ’へ集光される。図１２では光源１４１、
１４４に対応する網膜Ｒ上の集光点のみ例示している
が、各光源１４１〜１４６についても同様であり、各光
源１４１〜１４６から照射される測距光は、各光源の位
置に対応して網膜Ｒ上の異なる点に集光される。網膜Ｒ
上での各集光点の位置関係は、対応する各光源の配置に
対応しているので、光源１４１〜１４６間の距離が離れ
ると、網膜Ｒ上の各光源に対応する集光点間の距離も離
れる。

【００４２】発光装置１４の６個の光源１４１〜１４６
からは、順次単独にパルス幅Ｔ_S／６の測距光が図９の
ように間断なく照射される。被写体で反射された各光源
からのパルス光は、パルス幅Ｔ_Sの１つの反射光Ｓ３７
としてフォトダイオード５１において受光される。各光
源から照射される測距光の放射パワー（パルスの高さ）
は、被写体を測距するのに十分な強度を持っているが、
そのパルス幅はＴ_Sの１／６に減ぜられているので、１
回の発光で照射されるパルス光の放射エネルギーは、パ
ルス幅Ｔ_Sのパルス光の１／６になる。各光源から照射
されるレーザ光の網膜Ｒ上での集光点の位置は、互いに
それぞれ異なるので、網膜Ｒ上の集光点の位置は発光す
る光源が移るに従い順次移動する。したがって網膜Ｒ上
の１つの集光点が１回の発光で受ける積分放射輝度は、
１個光源を用いて同様の測距を行なった場合の６分の１
となる。これにより、各集光点が受ける積分放射輝度を
網膜でのＭＰＥに抑えることができ、照射されたレーザ
光が照射領域内にいる人間の目に入射したとしても、網
膜が損傷を受ける可能性は非常に低くなる。

【００４３】以上のように本実施形態によれば、６個の
光源を順番に発光させ、測距に必要な十分な光量を得な
がらも、一つの光源の照射時間を短くすることにより、
照射されるレーザ光の網膜Ｒ上での集光点が受ける積分
放射輝度を網膜でのＭＰＥに抑えることができる。これ
によりレーザ照射領域内にいるに人の目に損傷を及ぼす
可能性が非常に低い３次元画像検出装置が得られる。

【００４４】なお本実施形態において、測距光はパルス
状のレーザ光として説明されたが実際に出力されるレー
ザ光は完全なパルスにはならず、立ち上がり及び立ち下
がり部分に波形が鈍る過渡的な期間が存在する。したが
って１つの測距光が立ち下がり始めたら次の測距光を発
光し、２つの測距光の立ち下がり部分と立ち上がり部分
を重ね合わせることにより、１つの連続したパルス状の
測距光が得られる。

【００４５】次に図１３及び図１４を参照して第２の実
施形態について説明する。図１３は第２の実施形態にお
けるカメラ型の３次元画像検出装置の斜視図である。第
２の実施形態と第１の実施形態との違いは、発光装置２
２の形状やその配置と、発光装置２２に設けられた光源
１４の配置のみである。その他については第１の実施形
態と全く同様である。

【００４６】第２の実施形態では、発光装置２２はカメ
ラ本体１０の上面上に上面が前面となす稜線に沿って直
線状に設けられており、発光装置２２の前面には６個の
光源１４が等間隔を隔てて一列に並んで配置されてい
る。図１４に示すように６個の光源１４１〜１４６が配
置されており、各光源を第１の実施形態同様に発光制御
すると第１の実施形態と同様の効果が得られる。

【００４７】本実施形態において、発光装置に設けられ
た光源の数は６個であったが、これには限定されない。
また本実施形態の光源は、配置された順序に従って発光
したが発光順序は配置に従わなくともよい。

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、レーザ光
を照射して３次元計測を行なう３次元画像検出装置にお
いて、レーザ光が目に入っても悪影響を及ぼすことのな
い３次元画像検出装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態におけるカメラ型の３次元画像
検出装置の斜視図である。

【図２】図１に示すカメラ型の３次元画像検出装置の回
路構成を示すブロック図である。

【図３】測距光による距離測定の原理を説明するための
図である。

【図４】測距光、反射光、ゲートパルス、およびＣＣＤ
が受光する光量分布を示す図である。

【図５】ＣＣＤに設けられるフォトダイオードと垂直転
送部の配置を示す図である。

【図６】ＣＣＤを基板に垂直な平面で切断して示す断面
図である。

【図７】被写体までの距離に関するデータを検出する距
離情報検出動作のタイミングチャートである。

【図８】第１の実施形態における発光装置を正面から見
たときの模式図である。

【図９】発光装置に設けられている光源の発光のタイミ
ングを示す図である。

【図１０】各光源に対応する反射光の受光パルスと蓄積
期間との関係を示す図である。

【図１１】第１の実施形態において２つの光源を発光し
たときに照射される領域と、その中心ピークの位置を示
す模式図である。

【図１２】測距光が眼に入射したときの状態を摸式的に
表わした図である。

【図１３】第２の実施形態におけるカメラ型の３次元画
像検出装置の斜視図である。

【図１４】第２の実施形態における発光装置を正面から
見たときの模式図である。

【符号の説明】

１０カメラ本体１４光源２２発光装置５１フォトダイオードＵ照射領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷信博東京都板橋区前野町２丁目36番９号旭光学工業株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA53 BB05 CC16 EE00 FF12 FF31 GG06 GG08 GG17 GG21 JJ03 JJ18 JJ26 LL04 LL06 LL30 NN02 NN11 QQ03 QQ24 SS02 SS13 4M118 AA08 AB03 AB10 BA13 CA03 FA06 FA13 FA35 GA04 5C061 AA29 AB03 AB06 AB08 AB14 AB21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体の３次元形状を表す距離データを
一括して得るために測距用のレーザ光を照射するための
複数のレーザ光源と、受光量に応じた電荷を蓄積可能な撮像素子と、前記各レーザ光源が所定の順序に従い間断なく発光する
ことにより１つのパルス状の測距光が形成されるように
前記レーザ光源を制御する照射制御手段とを備え、前記各レーザ光源が所定の距離をおいて配置され、前記各レーザ光源から照射されるレーザ光の被写体にお
ける各照射領域が相互に重なる領域を有することを特徴
とする３次元画像検出装置。
【請求項２】前記レーザ光源が、撮像レンズを囲んで
円環状に等間隔で配置されることを特徴とする請求項１
に記載の３次元画像検出装置。
【請求項３】前記照射制御手段により、前記レーザ光
源が円周方向に沿って順番に発光することを特徴とする
請求項２に記載の３次元画像検出装置。
【請求項４】前記レーザ光源が、直線的に等間隔で配
列されることを特徴とする請求項１に記載の３次元検出
装置。
【請求項５】前記照射制御手段により、前記レーザ光
源が直線の所定方向に順番に繰り返し発光することを特
徴とする請求項４に記載の３次元画像検出装置。
【請求項６】前記照射制御手段により形成されたパル
ス状の前記測距光の前記被写体からの反射光を前記撮像
素子で受光し、所定の期間内に前記撮像素子で蓄積され
る信号電荷により前記被写体までの距離を検出すること
を特徴とする請求項１に記載の３次元画像検出装置。