JP2001145126A

JP2001145126A - ３次元画像検出装置

Info

Publication number: JP2001145126A
Application number: JP32711899A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kakiuchi; 伸一垣内; Shuzo Seo; 修三瀬尾
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2001-05-25
Anticipated expiration: 2019-11-17
Also published as: JP4369573B2

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ光を照射して距離情報を検出するとと
もに、被写体のカラー画像を検出可能な３次元画像検出
装置において、測距用の光源とフラッシュ照明用の光源
を兼用する。【解決手段】ＣＣＤに配設された赤、緑、青の色フィ
ルタの透過率特性Ｔｒ、Ｔｇ、Ｔｂが最大値となる波長
λｒ、λｇ、λｂのレーザ光を照射する３つのレーザ発
光装置を設ける。１以上のレーザ発光装置から被写体に
レーザ光を照射し、その被写体からの反射光をＣＣＤで
受光することにより、被写体までの距離情報を検出す
る。３つのレーザ発光装置から同時にレーザ光を被写体
に照射し、被写体のカラー画像を検出する。

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、被写体までの距離を画素毎に検出
する３次元画像検出装置としては、「Measurement Scie
nce and Technology」（S. Christie 他、vol.6, p1301
-1308,1995 年）に記載されたものや、国際公開97/0111
1号公報に開示されたものなどが知られている。これら
の３次元画像検出装置では、パルス変調されたレーザ光
が被写体に照射され、その反射光が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。このとき２
次元ＣＣＤと組み合わされたメカニカルまたは液晶素子
等からなる電気工学的シャッタの１回のシャッタ動作に
より、被写体までの距離に相関する電気信号をＣＣＤの
各画素毎に検出することができる。この電気信号から被
写体までの距離情報がＣＣＤの各画素毎に検出され３次
元画像として得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの３次元画像検
出装置において、ＣＣＤのビデオ制御により通常の２次
元画像の撮影も行なう場合、照明光が不十分な環境での
撮影を可能にするには、ストロボ等のフラッシュ照明を
備える必要がある。

【０００４】本発明は、３次元画像を検出する際に用い
られる測距用光源を、２次元画像を検出する際に照明用
の光源として利用できる３次元画像検出装置を得ること
を目的としている。

【０００５】

【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、波長の異なる光を各々照射する複数の光源と、
１個以上の光源から測距光を被写体に照射し、その反射
光を受光することにより被写体までの距離情報を検出す
る距離情報検出手段と、入射光を色分離することにより
被写体のカラー画像を検出する画像検出手段とを備え、
各光源の照射する光の波長が、画像検出手段における色
分離の特性に合致していることを特徴としている。

【０００６】好ましくは色分離において、入射光は３原
色に分離される。このとき、３原色は例えば、赤色、緑
色、青色である。

【０００７】また好ましくは色分離は、撮像部に設けら
れた複数の色フィルタにより行われる。このとき好まし
くは、各光源から照射される光の波長は、各色フィルタ
を透過する光の透過率が最大となる波長に合わせてあ
る。

【０００８】好ましくは、画像検出手段の駆動におい
て、各光源を同時に発光して、照明用の光源として利用
可能である。

【０００９】好ましくは、色分離により分離された各色
成分に対応する各光源から測距光を照射し、各色成分毎
に距離情報を検出し、それらを合成することにより被写
体までの距離情報を検出する。

【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、本発明の一実施形態であ
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が設けられている。
カメラ本体１０の上面において、撮影レンズ１１の真上
には、３つの発光装置（光源）１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ
が配設されている。発光装置１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ
は、測距光を照射するための光源であるとともに、フラ
ッシュ照明の光源としても用いられる。発光装置１４
Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂの左側にはレリーズスイッチ１５、
液晶表示パネル１６が設けられ、右側にはモード切替ダ
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
等の記録媒体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２
６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、ＲＧＢの色
フィルタ２２とＣＣＤ（撮像部）２８とが配設されてい
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。ＣＣ
Ｄ２８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。ＣＣＤ２
８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３３においてガンマ補正等の
処理を施され、画像メモリ３４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】カメラをカメラ本体１０の外部に設けられ
たモニターＴＶとケーブルで接続すれば、画像メモリ３
４から読み出された画像信号はＴＶ信号エンコーダ３
８、ビデオ出力端子２０を介してモニターＴＶに伝送可
能である。また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に接続されており、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。したがってカメラをカメラ本体１０の外部に設
けられたコンピュータとインターフェースケーブルを介
して接続すれば、画像メモリ３４から読み出された画像
信号をコンピュータに伝送可能である。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】発光装置１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂはそれぞ
れ発光素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂと照明レンズ１３
ｒ、１３ｇ、１３ｂにより構成され、発光素子１３Ｒ、
１３Ｇ、１３Ｂの発光動作は発光素子制御回路４４によ
って制御される。発光素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂはレ
ーザダイオード（ＬＤ）であり、各発光素子から照射さ
れたレーザ光はそれぞれ照明レンズ１３ｒ、１３ｇ、１
３ｂを介して被写体の全体に照射される。これらのレー
ザ光は測距を行なう際には測距光として用いられ、通常
の２次元画像の撮影を行なう際には照明光として用いら
れる。各発光素子１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂから照射され
るレーザ光の波長は各々赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色
（Ｂ）の波長に対応しているとともに、各々のレーザ光
の照射領域が被写体が存在する距離において略同一にな
るように調整されている。

【００１７】システムコントロール回路３５には、通常
の２次元画像を撮影する際に照明が必要か否かを判断す
るための測光手段４６、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、液晶表示パネル（表示素子）１６
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について説明する。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，５２ｂ，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５
２側に転送される。このような動作を繰り返すことによ
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は距離情報検出動作におけるタイミン
グチャートであり、図１、図２、図５〜図７を参照して
本実施形態における距離情報検出動作について説明す
る。なお本実施形態の距離情報検出動作では、図４を参
照して行なった距離測定の原理の説明とは異なり、外光
の影響による雑音を低減するために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と外光とに起因する信号電荷Ｓ５が発生する。反射光
Ｓ４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）。

【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、被写体の距離情報と対応した信号電
荷Ｓ１２（斜線部）として垂直転送部５２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、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してい
る。なお信号電荷Ｓ１３は信号電荷Ｓ１２に比べ微小で
あるため信号電荷Ｓ１１は信号電荷Ｓ１２と等しいと見
なすことができる。

【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、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、各フォトダイオード５１に隣接した垂直転送部５２
の各部位には、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から出力さ
れ、ＣＣＤ２８の外部に取り出される。

【００３３】次に本実施形態において実行される撮影処
理動作のプログラムのフローチャートである図８、図９
を参照して距離情報検出動作及び２次元画像検出動作に
ついて説明する。

【００３４】ステップ１０１においてレリーズスイッチ
１５が全押しされていることが確認されるとステップ１
０２が実行され、ビデオ（Ｖ）モードと距離測定（Ｄ）
モードのいずれが選択されているかが判定される。これ
らのモード間における切替はＶ／Ｄモード切替スイッチ
１８を操作することによって行なわれる。

【００３５】Ｄモードが選択されているとき、ステップ
１０２において変数ｎが１に設定される。変数ｎは発光
装置１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂの各々に対応する変数であ
り、ｎ＝１は発光装置１４Ｒ、ｎ＝２は発光装置１４
Ｇ、ｎ＝３は発光装置１４Ｂにそれぞれ対応する。ステ
ップ１０４では、垂直同期信号が出力されるとともに、
変数ｎに対応した発光装置を用いて測距光制御が開始さ
れる。すなわち発光装置１４Ｒが駆動され、パルス状の
測距光Ｓ３が断続的に出力される。次いでステップ１０
５が実行され、ＣＣＤ２８による検知制御が開始され
る。すなわち図７を参照して説明した距離情報検出動作
が開始され、電荷掃出信号Ｓ１と電荷転送信号Ｓ９が交
互に出力されて、発光装置１４Ｒから照射される測距光
（Ｒ色光）により、距離情報の信号電荷Ｓ１１がそれぞ
れの垂直転送部５２において積分される。

【００３６】ステップ１０６では、距離情報検出動作の
開始から１フィールド期間が終了したか否か、すなわち
新たに垂直同期信号が出力されたか否かが判定される。
１フィールド期間が終了するとステップ１０７へ進み、
Ｒ色光による距離情報の信号電荷Ｓ１１がＣＣＤ２８か
ら出力される。この信号電荷Ｓ１１はステップ１０８に
おいて画像メモリ３４に一時的に記憶される。

【００３７】ステップ１０９では変数ｎに１が加算さ
れ、ステップ１１０ではｎ＝４であるか否かが判定され
る。ステップ１１０においてｎ≠４と判定されると処理
はステップ１０４に戻り、ステップ１０４〜ステップ１
０８の測距動作が再度行われる。すなわち、ｎ＝２であ
れば、発光装置１４Ｇを駆動して測距が行われ、ｎ＝３
であれば、発光装置１４Ｂを駆動して測距が行われる。
これら発光装置１４Ｇ、１４Ｂを用いた測距動作は発光
装置１４Ｒを駆動して行われた測距動作と同様であり、
各測距動作毎に検出される距離情報の信号電荷Ｓ１１
は、ステップ１０８において画像メモリ３４に一時的に
記憶される。すなわち、画像メモリ３４には、Ｒ色光、
Ｇ色光、Ｂ色光による距離情報がそれぞれ独立して記憶
される。

【００３８】ステップ１１０においてｎ＝４であると判
定されると、処理はステップ１１１に移る。ステップ１
１１では測距光制御がオフ状態に切換えられ、発光装置
１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂの発光動作は全て停止する。ス
テップ１１２では、Ｒ色光、Ｇ色光、Ｂ色光毎に検出さ
れた距離情報に基づいて距離データの演算処理が行なわ
れる。距離データは、Ｒ色光、Ｇ色光、Ｂ色光の距離情
報毎に独立して算出されるとともに、各色成分の距離情
報を合成し、合成された距離情報に基づいても算出され
る。すなわち、ステップ１１２では、Ｒ色光の距離情報
に基づく距離データと、Ｇ色光の距離情報に基づく距離
データと、Ｂ色光の距離情報に基づく距離データと、Ｒ
色光、Ｇ色光、Ｂ色光の距離情報を合成した距離情報に
基づく距離データが算出される。これらの距離データ
は、ステップ１１０において記録媒体Ｍ等に保存され、
この撮影処理動作は終了する。

【００３９】一方、ステップ１０２においてＶモードが
選択されていると判定されたとき、ステップ１１４にお
いてＣＣＤ２８による通常の撮影動作（ＣＣＤビデオ制
御）がオン状態に定められる。ステップ１１５では、フ
ラッシュを発光するか否かが判定される。これは測光手
段４６（図２参照）を駆動して得られる測光結果に基づ
いて行われる。測光結果からフラッシュが必要であると
判定されると、ステップ１１６において発光装置１４
Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂのフラッシュ制御が開始される。ス
テップ１１７では、発光装置１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂが
同時に発光し、フラッシュ照明として被写体に照射され
る。このとき２次元画像が検出され、そのデータが記録
媒体Ｍに保存される。これにより撮影処理動作は終了す
る。

【００４０】また、ステップ１１５においてフラッシュ
が必要でないと判定されると、発光装置１４Ｒ、１４
Ｇ、１４Ｂのフラッシュ制御が開始されることなくステ
ップ１１７に移り、フラッシュを発光することなく２次
元画像が検出され、そのデータが記録媒体Ｍに保存され
る。これによりこの撮影処理動作は終了する。

【００４１】次にステップ１１２において実行される演
算処理の内容を図７を参照して説明する。反射率Ｒの被
写体が照明され、この被写体が輝度Ｉの２次光源と見做
されてＣＣＤに結像された場合を想定する。このとき、
電荷蓄積時間ｔの間にフォトダイオードに発生した電荷
が積分されて得られる出力Ｓｎは、Ｓｎ＝ｋ・Ｒ・Ｉ・ｔ・・・（２）で表される。ここでｋは比例定数で、撮影レンズのＦナ
ンバーや倍率等によって変化する。

【００４２】図７に示されるように電荷蓄積時間を
Ｔ_U1、測距光Ｓ３のパルス幅をＴ_S、距離情報の信号電
荷Ｓ１２のパルス幅をＴ_Dとし、１フィールド期間中の
その電荷蓄積時間がＮ回繰り返されるとすると、得られ
る出力ＳＭ₁₀は、ＳＭ₁₀＝Σｋ・Ｒ・Ｉ・Ｔ_D ＝ｋ・Ｎ・Ｒ・Ｉ・Ｔ_D ・・・（３）となる。なお、パルス幅Ｔ_DはＴ_D＝δ・ｔ＝２ｒ／Ｃ・・・（４）と表せる。このとき被写体までの距離ｒはｒ＝Ｃ・ＳＭ₁₀／（２・ｋ・Ｎ・Ｒ・Ｉ）・・・（５）で表せる。したがって比例定数ｋ、反射率Ｒ、輝度Ｉを
予め求めておけば距離ｒが求められる。

【００４３】図１０は、発光装置１４Ｒ、１４Ｇ、１４
Ｂからそれぞれ出力されるレーザ光の出力特性と、ＣＣ
Ｄ２８の各フォトダイオードに設けられた色フィルタの
透過率特性を表したものである。

【００４４】曲線Ｔｒ、Ｔｇ、Ｔｂは、ＣＣＤ２８の各
フォトダイオード５１にそれぞれ設けられた赤（Ｒ）、
緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色フィルタが光の波長に対して示
す透過率特性を表している。各色フィルタはそれぞれ波
長λｒ、λｇ、λｂにおいて透過率が最大であり、波長
λｒ、λｇ、λｂから離れるにしたがい各々透過率が減
少する。また、曲線Ｐｒ、Ｐｇ、Ｐｂは、発光装置１４
Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂから出力されるレーザ光の出力特性
を表しており、各レーザ光の波長はＲＧＢの色フィルタ
の透過率特性に合致するように設定されている。すなわ
ち発光装置１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂはそれぞれ波長λ
ｒ、λｇ、λｂのレーザ光を照射する。波長λｒ、λ
ｇ、λｂのレーザ光は、それぞれ波長領域が極めて狭い
ので、発光装置１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂから出力される
レーザ光は、被写体表面で反射され、それぞれの波長に
対応するＲＧＢの色フィルタが設けられたフォトダイオ
ード５１においてのみ検出される。これにより被写体の
カラー画像が得られる。

【００４５】波長λｒ、λｇ、λｂのレーザ光は、被写
体が配置された距離では略同一の領域に照射され、各光
源から照射されるレーザ光の出力もそれぞれ等しい。し
たがって、２次元画像を検出する際に３つの発光装置を
同時に照射すると、ＲＧＢの各色フィルタが配されたフ
ォトダイオード５１では、白色のフラッシュを照射して
撮影したときと同様のＲＧＢに関する信号出力が得られ
る。このことから波長λｒ、λｇ、λｂのレーザ光を発
光装置１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂから同時に照射すること
により、フラッシュ照明用の光源として利用することが
できる。

【００４６】一方、３次元画像を検出する距離情報検出
動作では、被写体の視覚情報である２次元画像の検出と
は異なり、発光装置１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂのうちの何
れか１つの光源を測距光として照射すれば、原理的には
被写体までの距離情報を検出することができる。図１１
（ａ）、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）は、ＲＧＢの各色
に対応するレーザ光が単独で照射されたときにＲＧＢの
各色フィルタが設けられたフォトダイオード５１（図５
参照）からの信号電荷の出力を表したものである。すな
わち、図１１（ａ）は、発光装置１４Ｒから測距光が単
独で照射されたときに、ＲＧＢそれぞれに対応するフォ
トダイオード５１からの出力を表しており、図１１
（ｂ）、図１１（ｃ）は、発光装置１４Ｇ、１４Ｂから
それぞれ測距光が単独で照射されたときのものである。
なお、図１１の最上段に示された３つの検出領域Ｒ、
Ｇ、Ｂは、それぞれＲＧＢの色フィルタが設けられたフ
ォトダイオード５１とその垂直転送部５２に対応してお
り（図５参照）、各フォトダイオードの空間的な配置を
表している。すなわち、検出領域Ｒには、Ｒの色フィル
タが設けられたフォトダイオード５１とそれに隣接する
垂直転送部５２が配置されており、検出領域Ｇ、Ｂに
は、それぞれＧ、Ｂの色フィルタが設けられたフォトダ
イオード５１とそれに隣接する垂直転送部５２が配置さ
れている。また、破線で仕切られた各区間は、検出領域
Ｒ、Ｇ、Ｂにそれぞれ対応を表している。

【００４７】しかし、単色のレーザ光を被写体に照射し
た場合、光の反射率は表面の色によって異なるため、Ｃ
ＣＤ２８における反射光の受光量は、被写体までの距離
だけではなく被写体の色にも影響される。例えば、λｒ
の波長の光を赤色の被写体に照射するときと、同一距離
にある緑色の被写体に照射するときでは、前者の方が後
者に比べその受光量が大きくなる。したがって、緑色の
場合には信号出力が小さいためＳ／Ｎ比が悪化する。ま
た、被写体が多数の色で構成される場合には、各部分の
色の違いによって光の反射率が異なるため、距離情報に
被写体各部の色の違いによる誤差が含まれることとな
る。

【００４８】これらのことから本実施形態では、３つの
発光装置１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂを全て照射して被写体
までの距離情報の検出を行なっている。発光装置１４
Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂから照射されるレーザ光は、それぞ
れ対応する色フィルタを備えたフォトダイオード５１に
おいて検出される。図１２は、このときに各色フィルタ
を備えたフォトダイオード５１から出力される信号電荷
を表したものであり、被写体までの距離情報は、これら
３つのフォトダイオード５１から出力される信号電荷の
和として求められる。１つのフォトダイオード５１にお
いて検出される距離情報には、上述のように被写体の色
による誤差が含まれる。しかし、３つのフォトダイオー
ドの出力が加算され、Ｒ色光、Ｇ色光、Ｂ色光の距離情
報が合成されると、それぞれの距離情報に含まれる誤差
が相殺されるため、１つの測距光を用いて測距を行なっ
た場合に比べその誤差を減ずることができる。

【００４９】以上のように、本実施形態によればＣＣＤ
の色フィルタ（ＲＧＢの色フィルタ）の透過率特性に合
わせた３つのレーザ光源（ＲＧＢの光源）を備えること
により、測距及びフラッシュ照明を行なう際に光源を兼
用させることができる。また、ＲＧＢのレーザ光源を全
て測距に用いるとともにＲＧＢの各々に対応した信号出
力を合成することにより、距離情報に含まれる被写体の
色の違いによる誤差を減ずることができる。

【００５０】なお、本実施形態では、ＣＣＤはＲＧＢの
色フィルタを用いていたが他の表色系であってもよい
し、色分解プリズムなどを用いたものであってもよい。

【００５１】本実施形態の距離情報検出動作では、３つ
の発光装置１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ全てを用いて被写体
の距離情報の検出を行なったが、被写体の色の違いによ
って生じる検出距離の誤差が小さいときには、３つの発
光装置のうちの何れか１つを単独で用いて測距を行なっ
てもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、３次元画
像を検出する際に用いられる測距用光源を、２次元画像
を検出する際に照明用の光源として利用できる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】本発明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。

【図２】図１に示すカメラ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】撮影処理動作のプログラムにおいて距離情報検
出動作に関わる部分のフローチャートである。

【図９】撮影処理動作のプログラムにおいて２次元画像
検出動作に関わる部分のフローチャートである。

【図１０】ＣＣＤに設けられた色フィルタの透過率特性
と、発光装置から照射されるレーザ光の出力特性を表す
図である。

【図１１】ＲＧＢに対応したレーザ光のうちの１つを単
独で測距光として用いたときに、各色フィルタを備えた
フォトダイオードから出力される信号を表したものであ
る。

【図１２】ＲＧＢに対応したレーザ光の全てを測距光と
して用いたときに、各色フィルタを備えたフォトダイオ
ードから出力される信号を表したものである。

【符号の説明】

１４Ｂ発光装置（光源）１４Ｇ発光装置（光源）１４Ｒ発光装置（光源）２２色フィルタ２８ＣＣＤ（撮像部）Ｐｂ発光装置１４Ｂの出力特性Ｐｇ発光装置１４Ｇの出力特性Ｐｒ発光装置１４Ｒの出力特性Ｔｂ色フィルタ透過率特性Ｔｇ色フィルタ透過率特性Ｔｒ色フィルタ透過率特性

フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA06 AA53 BB05 FF01 FF04 FF12 GG06 GG23 JJ03 JJ18 JJ26 LL06 LL22 LL30 NN02 NN12 QQ03 QQ24 SS02 SS13 5C061 AA29 AB02 AB03 AB08 AB21 AB24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】波長の異なる光を各々照射する複数の光
源と、１個以上の前記光源から測距光を被写体に照射し、その
反射光を受光することにより前記被写体までの距離情報
を検出する距離情報検出手段と、入射光を色分離することにより被写体のカラー画像を検
出する画像検出手段とを備え、前記各光源の照射する光の波長が、前記画像検出手段に
おける色分離の特性に合致していることを特徴とする３
次元画像検出装置。
【請求項２】前記色分離において、前記入射光が３原
色に分離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３原色が赤色、緑色、青色であるこ
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】前記色分離が、撮像部に設けられた複数
の色フィルタにより行わ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５】前記各光源から照射される光の波長が、
前記各色フィルタを透過する光の透過率が最大となる波
長に合わせてあ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】前記画像検出手段の駆動において、前記
各光源を同時に発光して、照明用の光源として利用可能
であ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７】前記色分離により分離された各色成分に
対応する各光源から測距光を照射し、前記各色成分毎に
距離情報を検出し、それらを合成することにより前記被
写体までの距離情報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。