JP2001356004A - 画像撮像装置及び距離測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光が照射された被写体から得られる出射光を
撮影し、被写体の奥行き距離を簡便に測定することので
きる画像撮像装置及び距離測定方法を提供する。 【解決手段】 第１の波長を有し、光軸と垂直な面にお
いて第１の強度分布を有する第１の照射光と、第１の波
長とは異なる第２及び第３の波長を有し、光軸と垂直な
面において第１の強度分布とは異なる第２の強度分布を
有する第２の照射光とを、同時に被写体に照射する照射
部と、被写体から得られる出射光から、第１の波長を有
する第１の出射光と、第２の波長を有する第２の出射光
と、第３の波長を有する第３の出射光とを光学的に分離
する分光部と、それぞれの強度を撮像及び検出する撮像
部及び光強度検出部と、第１、第２及び第３の出射光の
強度に基づいて被写体までの奥行き距離を算出する奥行
き距離算出部とを備えた。これにより、被写体の奥行き
距離を簡便に測定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被写体の奥行き距
離に関する情報を取得する画像撮像装置及び距離測定方
法に関する。特に本発明は、光が照射された被写体から
得られる出射光を撮影して被写体の奥行きに関する情報
を取得する画像撮像装置及び距離測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】物体までの距離情報や、物体の位置情報
を得るために、物体にスリットや縞模様などのパターン
光を投影し、物体に投影されたパターンを撮影して解析
する三次元画像計測の手法が知られている。代表的な計
測方法として、スリット光投影法（別名、光寸断法）、
コード化パターン光投影法などがあり、井口征士、佐藤
宏介著「三次元画像計測」（昭晃堂）に詳しい。

【０００３】特開昭６１−１５５９０９号公報（公開日
昭和６１年７月１５日）及び特開昭６３−２３３３１２
号公報（公開日昭和６３年９月２９日）には、異なる光
源位置から被写体に光を照射し、被写体からの出射光の
強度比に基づいて、被写体までの距離を測定する距離測
定装置及び距離測定方法が開示されている。

【０００４】特開昭６２−４６２０７号公報（公開日昭
和６２年２月２８日）には、位相の異なる２つの光を被
写体に照射し、被写体からの出射光の位相差に基づい
て、被写体までの距離を測定する距離検出装置が開示さ
れている。

【０００５】また、河北他「三次元撮像装置AXi-Vision
Cameraの開発」（３次元画像コンファレンス９９、19
99年）には、投影光に超高速の強度変調を加え、強度変
調光で照明された被写体を高速シャッター機能を備えた
カメラで撮影し、被写体までの距離によって変化する強
度変調度合いから、距離を測定する方法が開示されてい
る。

【０００６】また、特開平１０−４８３３６号公報及び
特開平１１−９４５２０号公報には、異なる波長特性を
有した、異なる光パタンを被写体に投射し、被写体から
の入射光の波長成分を抽出することにより被写体までの
距離を計算する実時間レンジファインダが開示されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の距離測定装置及
び距離測定方法では、特開昭６１−１５５９０９号公報
及び特開昭６３−２３３３１２号公報に開示されたよう
に、放射位置を異ならせて光を順次照射し、それぞれの
出射光を測定する必要があるため、測定に時間差が生じ
る。そのため、動きのある被写体の場合、距離を測定す
ることができないという問題が生じる。また光源の位置
を変えて照射する間に、撮影装置のぶれにより、測定誤
差が生じる可能性がある。

【０００８】また、波長特性の異なる光の場合、同時に
照射し、出射光を照射光の波長特性に合わせたフィルタ
ーを用いて、分光し、出射光強度を測定することができ
る。しかし、被写体の被照射部の分光反射率が異なる場
合、照射光の波長の違いから出射光強度に違いが生じる
ため、出射光強度の比から奥行き距離を計算する際の誤
差要因となり、正確な奥行き距離が計算できないという
問題が生じていた。

【０００９】また、特開平１０−４８３３６号公報及び
特開平１１−９４５２０号公報に開示された実時間レン
ジファインダにおいても、波長特性の異なる光を用いて
被写体までの距離を計算している。しかし、被写体の被
照射部の分光反射率が異なる場合においては、上述した
ように誤差要因となり、正確な奥行き距離が計算できな
い。

【００１０】特開昭６２−４６２０７号公報に開示され
た距離検出装置では、位相差を検出するための精度の高
い位相検出器が必要となり、装置が高価になり、簡便性
に欠ける。また、被写体の点からの出射光の位相を測定
するため、被写体全体の奥行き分布を測定することがで
きない。

【００１１】また、河北他「三次元撮像装置Axi-Vision
Cameraの開発」（３次元画像コンファレンス９９，19
99年）に開示された強度変調を用いた距離測定方法は、
同一の光源において強度の増減変調を行うため、非常に
高速に光変調を行う必要があり、簡便に測定することが
できず、また、測定にも時間差があるため動きのある被
写体に対しては正確に距離を測定できないという問題が
ある。

【００１２】そこで本発明は、上記の課題を解決するこ
とのできる画像撮像装置及び距離測定方法を提供するこ
とを目的とする。この目的は、特許請求の範囲における
独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。ま
た従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の形態においては、被写体の奥行きに
関する情報を取得する画像撮像装置であって、第１の波
長を主要な波長成分とし、照射する光の光軸と垂直な面
における第１の強度分布を有する第１の照射光と、第１
の波長とは異なる第２及び第３の波長を主要な波長成分
とし、照射する光の光軸と垂直な面において第１の強度
分布とは異なる第２の強度分布を有する第２の照射光と
を、被写体に照射する照射部と、照射部により第１及び
第２の照射光が照射された被写体からの出射光に基づい
て、被写体までの奥行き距離を算出する奥行き算出部と
を備えたことを特徴とする画像撮像装置を提供する。

【００１４】第１の照射光は、光軸と垂直な面における
第１の方向で単調に増加する強度分布を有し、第２の照
射光は、第１の方向とは逆向きの第２の方向で単調に増
加する強度分布を有してもよい。また、第１の照射光
は、光軸と垂直な面において光軸から遠ざかるにつれ単
調に増加または減少する強度分布を有し、第２の照射光
は、光軸と垂直な面において光軸から遠ざかるにつれ、
第１の照射光が光軸から遠ざかるにつれ単調に増加する
場合は減少し、第１の照射光が光軸から遠ざかるにつれ
単調に減少する場合は増加する、強度分布を有してもよ
い。照射部は、第１及び第２の照射光を同時に照射する
ことが好ましい。

【００１５】また、照射部により第１及び第２の照射光
が照射された被写体から得られる出射光を結像する光学
結像部と、被写体から得られる出射光から、第１の波長
を有する第１の出射光と、第２の波長を有する第２の出
射光と、第３の波長を有する第３の出射光とを光学的に
分離する分光部と、分光部によって分離され、光学結像
部が結像する第１、第２及び第３の出射光を受光する受
光部と、受光部が受光する第１、第２及び第３の出射光
の強度を検出する光強度検出部とをさらに備え、奥行き
算出部は、第１、第２及び第３の出射光の強度を用い
て、被写体までの奥行き距離を算出してもよい。

【００１６】第１の照射光は、光軸と垂直な面におい
て、照射部と、受光部又は光学結像部のいずれかとを結
ぶ線を光軸と垂直な面に投影した線と平行な第１の方向
で強度が増加し、第２の照射光は、光軸と垂直な面にお
いて、第１の方向と逆向きの第２の方向で強度が増加し
てもよい。

【００１７】照射部は、第１の波長の光を透過する第１
の照射光光学フィルターと、第２及び第３の波長の光を
透過する第２の照射光光学フィルターとを有し、第１の
照射光光学フィルターは、第１の照射光が入射され、第
２の照射光光学フィルターは、第２の照射光が入射され
てもよい。また、第１の照射光光学フィルターは、入射
面において第１の方向で透過率が増加し、第２の照射光
光学フィルターは、第１の方向と逆向きの第２の方向で
透過率が増加してもよい。

【００１８】第１の照射光光学フィルターは、入射面に
おいて第１の照射光の光軸から遠ざかるにつれ透過率が
増加または減少し、第２の照射光光学フィルターは、入
射面において第２の照射光の光軸から遠ざかるにつれ透
過率が、第１の照射光光学フィルターの透過率が第１の
照射光の光軸から遠ざかるにつれ増加する場合は減少
し、第１の照射光光学フィルターの透過率が第１の照射
光の光軸から遠ざかるにつれ減少する場合は増加しても
よい。また、分光部は、第１の波長の光を透過する第１
の出射光光学フィルター、第２の波長の光を透過する第
２の出射光光学フィルター、及び第３の波長の光を透過
する第３の出射光光学フィルターとを有し、第１の出射
光光学フィルターは、第１の出射光が入射され、第２の
出射光光学フィルターは、第２の出射光が入射され、第
３の出射光光学フィルタは、第３の出射光が入射しても
よい。

【００１９】分光部は、第１の波長の光を透過する第１
の出射光光学フィルターと、第２及び第３の波長の光を
透過する第２の出射光光学フィルターとを有し、第１の
出射光光学フィルターは、第１の出射光が入射され、第
２の出射光光学フィルターは、第２及び第３の出射光が
入射されてもよい。また、受光部は、固体撮像素子を有
し、分光部は、第１の波長の光を透過する第１の出射光
光学フィルターと、第２の波長の光を透過する第２の出
射光光学フィルターと、第３の波長の光を透過する第３
の出射光光学フィルターとを有し、第１、第２及び第３
の出射光光学フィルターが固体撮像素子の受光面に交互
に配置されてもよい。

【００２０】奥行き算出部は、第２及び第３の出射光の
強度に基づく値と、第１の出射光の強度とを用いて、被
写体までの奥行き距離を算出してもよい。また、奥行き
算出部は、第２の出射光と第３の出射光の平均強度及び
第１の出射光の強度を用いて、被写体までの奥行き距離
を算出してもよい。

【００２１】第１の形態の別の態様においては、照射部
は、第１の波長を主要な波長成分とし、照射する光の光
軸と垂直な面における第１の強度分布を有する第１の照
射光と、第１の波長より短い第２の波長、及び第１の波
長より長い第３の波長を主要な波長成分とし、照射する
光の光軸と垂直な面において第１の強度分布とは異なる
第２の強度分布を有する第２の照射光とを、被写体に照
射し、照射部により第１及び第２の照射光が照射された
被写体からの出射光を結像する光学結像部と、被写体か
ら得られる出射光から、第１の波長を有する第１の出射
光と、第２及び第３の波長を有する第２の出射光とを光
学的に分離する分光部と、分光部によって分離され、光
学結像部が結像する第１の出射光及び第２の出射光を受
光する受光部と、受光部が受光する第１及び第２の出射
光の強度を検出する光強度検出部とをさらに備え、奥行
き算出部は、第１及び第２の出射光の強度を用いて、被
写体までの奥行き距離を算出してもよい。

【００２２】奥行き算出部は、第１の出射光の強度及び
第２の出射光の強度の半分の値を用いて、被写体までの
前記奥行き距離を算出してもよい。また、光強度検出部
は、受光部に撮像された被写体の画像の各画素において
第１及び第２の出射光の強度を算出し、奥行き算出部
は、各画素の各々に対応する被写体の領域までの奥行き
を各々求めることにより、被写体の奥行き分布を算出し
てもよい。

【００２３】上記第１の形態及び第１の形態の別の態様
において、第１及び第２の照射光は赤外線領域の光であ
り、分光部は、被写体から得られる出射光から可視光を
光学的に分離する手段をさらに備え、受光部は、分光部
により光学的に分離され、光学結像部が結像する可視光
を受光する可視光用の固体撮像素子をさらに備え、奥行
き算出部が算出する被写体の奥行き分布と共に可視光用
の固体撮像素子に撮像された被写体の画像を記録する記
録部をさらに備えてもよい。

【００２４】本発明の第２の形態においては、被写体の
奥行きに関する情報を取得する距離測定方法であって、
第１の波長を主要な波長成分とし、照射する光の光軸と
垂直な面における第１の強度分布を有する第１の照射光
と、第１の波長とは異なる第２及び第３の波長を主要な
波長成分とし、照射する光の光軸と垂直な面において第
１の強度分布とは異なる第２の強度分布を有する第２の
照射光とを、同時に被写体に照射する照射段階と、第１
及び第２の照射光が照射された被写体から得られる出射
光から、第１の波長を有する第１の出射光と、第２の波
長を有する第２の出射光と、第３の波長を有する第３の
出射光とを光学的に分離する分光段階と、分離された第
１、第２及び第３の出射光を撮像する撮像段階と、撮像
された第１、第２及び第３の出射光の強度を検出する光
強度検出段階と、第１、第２及び第３の出射光の強度に
基づいて、被写体までの奥行き距離を算出する奥行き算
出段階とを備えたことを特徴とする距離測定方法を提供
する。

【００２５】奥行き算出段階は、第２及び第３の出射光
の強度に基づく値及び第１の出射光の強度に基づいて、
被写体までの奥行き距離を算出してもよい。また、奥行
き算出段階は、第２の出射光と第３の出射光の平均強度
及び第１の出射光の強度に基づいて、被写体までの奥行
き距離を算出してもよい。

【００２６】本発明の第２の形態の別の態様において
は、被写体の奥行きに関する情報を取得する距離測定方
法であって、第１の波長を主要な波長成分とし、光軸と
垂直な面における第１の強度分布を有する第１の照射光
と、第１の波長より短い第２の波長、及び第１の波長よ
り長い第３の波長を主要な波長成分とし、光軸と垂直な
面において第１の強度分布と異なる第２の強度分布を有
する第２の照射光とを、同時に被写体に照射する照射段
階と、第１及び第２の照射光が照射された被写体から得
られる出射光から、第１の波長を有する第１の出射光
と、第２及び第３の波長を有する第２の出射光とを光学
的に分離する分光段階と、分離された第１の出射光及び
第２の出射光を撮像する撮像段階と、受光された第１の
出射光及び第２の出射光の強度をそれぞれ検出する光強
度検出段階と、第１の出射光の強度及び第２の出射光の
強度に基づいて、被写体までの奥行き距離を算出する奥
行き算出段階とを備えたことを特徴とする距離測定方法
を提供する。

【００２７】上記第２の形態及び第２の形態の別の態様
においては、奥行き算出段階は、第１の出射光の強度及
び第２の出射光の強度の半分の値に基づいて、被写体ま
での奥行き距離を算出してもよい。

【００２８】本発明の第３の形態においては、被写体の
奥行きに関する情報を取得する画像撮像装置であって、
第１の波長を主要な波長成分とし、照射する光の進行方
向において強度が変化するよう変調した第１の照射光
と、第１の波長とは異なる第２及び第３の波長を主要な
波長成分とし、照射する光の進行方向において強度が変
化するよう変調した第２の照射光とを、被写体に照射す
る照射部と、照射部により第１及び第２の照射光が照射
された被写体からの出射光に基づいて、被写体までの奥
行き距離を算出する奥行き算出部とを備えたことを特徴
とする画像撮像装置を提供する。

【００２９】第１の照射光は、進行方向において強度が
単調に増加または減少するよう変調された照射光であ
り、第２の照射光は、進行方向において、第１の照射光
の強度が進行方向において単調に増加する場合は単調に
減少し、第１の照射光の強度が進行方向において単調に
減少する場合は単調に増加するよう変調された照射光で
あってもよい。また、照射部によって照射される第１及
び第２の照射光の強度を、時間により変化させる変調部
をさらに備えていてもよい。

【００３０】本発明の第３の形態の別の態様において
は、照射部は、第１の波長を主要な波長成分とし、光の
進行方向において強度が変化するよう変調した第１の照
射光と、第１の波長より短い第２の波長、及び第１の波
長より長い第３の波長を主要な波長成分とし、光の進行
方向において強度が変化するよう変調した第２の照射光
とを、被写体に照射し、照射部により第１及び第２の照
射光が照射された被写体からの出射光を結像する光学結
像部と、被写体から得られる出射光から、第１の波長を
有する第１の出射光と、第２及び第３の波長を有する第
２の出射光とを光学的に分離する分光部と、分光部によ
って分離され、光学結像部が結像する第１の出射光及び
第２の出射光を受光する受光部と、受光部が受光する第
１及び第２の出射光の強度を検出する光強度検出部とを
さらに備え、奥行き算出部は、受光部における第１及び
第２の出射光の強度に基づいて、被写体までの奥行き距
離を算出してもよい。

【００３１】本発明の第４の形態においては、被写体の
奥行きに関する情報を取得する距離測定方法であって、
第１の波長を主要な波長成分とし、照射する光の進行方
向において強度が変化するよう変調した照射光と、第１
の波長とは異なる第２及び第３の波長を主要な波長成分
とし、照射する光の進行方向において強度が変化するよ
う変調した第２の照射光とを、同時に前記被写体に照射
する照射段階と、第１及び第２の照射光が照射された被
写体から得られる出射光から、第１の波長を有する第１
の出射光と、第２の波長を有する第２の出射光と、第３
の波長を有する第３の出射光とを光学的に分離する分光
段階と、分離された第１、第２及び第３の出射光を撮像
する撮像段階と、撮像された第１、第２及び第３の出射
光の強度を検出する光強度検出段階と、第１、第２及び
第３の出射光の前記撮像部における強度に基づいて、被
写体までの奥行き距離を算出する奥行き算出段階とを備
えたことを特徴とする距離測定方法を提供する。

【００３２】奥行き算出段階は、撮像部における第２及
び第３の出射光の強度に基づく値と、第１の出射光の撮
像部における強度とに基づいて、被写体までの奥行き距
離を算出してもよい。

【００３３】本発明の第４の形態の別の態様において
は、被写体の奥行きに関する情報を取得する距離測定方
法であって、第１の波長を主要な波長成分とし、光の進
行方向において強度が変化するよう変調した第１の照射
光と、第１の波長より短い第２の波長、及び第１の波長
より長い第３の波長を主要な波長成分とし、光の進行方
向において強度が変化するよう変調した第２の照射光と
を、同時に前記被写体に照射する照射段階と、第１及び
第２の照射光が照射された被写体から得られる出射光か
ら、第１の波長を有する第１の出射光と、第２及び第３
の波長を有する第２の出射光とを光学的に分離する分光
段階と、分離された第１の出射光及び前記第２の出射光
を撮像する撮像段階と、受光された第１の出射光及び第
２の出射光の強度をそれぞれ検出する光強度検出段階
と、第１の出射光の撮像部における強度と、第２の出射
光の撮像部における強度とに基づいて、被写体までの奥
行き距離を算出する奥行き算出段階とを備えたことを特
徴とする距離測定方法を提供する。

【００３４】尚、上記の発明の概要は、本発明の必要な
特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群の
サブコンビネーションも又、発明となりうる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を通じて
本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲
にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中
で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決
手段に必須であるとは限らない。

【００３６】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態の原理説明図である。光源２６は、第１の照
射光１６、第２の照射光１８を照射する光源である。照
射光１６及び照射光１８は、光軸に垂直な面において、
それぞれ異なる第１及び第２の強度分布を有する。光源
２６は、第１の照射光１６を被写体１２に照射し、カメ
ラ２８は、第１の照射光１６の被照射部１４における第
１の反射光２２を撮影する。次に、光源２６は第２の照
射光１８を被写体１２に照射し、カメラ２８は、第２の
照射光１８の被照射部１４における第２の反射光２４を
撮影する。カメラ２８は例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）
イメージセンサであって、各画素単位で第２の照射光１
８の被照射部１４における第２の反射光２４を撮影し、
画素毎にそれぞれの強度を検出する。またカメラ２８
は、光源２６から所定の距離Ｌ１離れた位置に配置され
る。

【００３７】図２は、第１の照射光１６の強度Ｗａと第
２の照射光１８の強度Ｗｄの、光軸と垂直な面における
強度分布の一例を説明する図である。図２（ａ）はＷａ
及びＷｄそれぞれの光軸と垂直な面における強度分布を
表している。縦軸は強度を表し、横軸は図１における光
源２６及びカメラ２８とを結ぶ線と、縦軸に示される強
度を有する照射光の成分とがなす角度を表している。Ｗ
ａは光軸と垂直な面における第１の方向で単調に増加し
ている。またＷｄは光軸と垂直な面においてＷａとは逆
の方向で単調に増加している。図２（ｂ）はＷａ及びＷ
ｄの強度比を示す。

【００３８】第１の照射光１６と第２の照射光１８が図
２に示されるような強度分布を有している場合、図２
（ｂ）に示されるように、カメラ２８の各画素において
検出された強度比Ｗａ／Ｗｄに基づいて図１における第
１の照射光１６及び第２の照射光１８の照射角θ２が算
出され、強度比Ｗａ／Ｗｄを検出した画素の位置によっ
て第１の反射光２２及び第２の反射光２４の入射角θ１
が算出される。これらの入射角θ１、θ２及び光源２６
とカメラ２８との距離Ｌ１から、三角測量法により被照
射部１４の奥行き距離を算出することができる。

【００３９】しかし、この方法では第１の照射光１６と
第２の照射光１８とを順に照射し、それぞれ撮影するた
め撮影に時間差が生じる。したがって動きのある被写体
には適用することができない。そこで第１の照射光１６
と第２の照射光１８との波長特性を異ならせ、第１の照
射光１６と第２の照射光１８とを同時に照射し、被照射
部からの反射光から、第１の照射光１６による第１の反
射光２２と第２の照射光１８による第２の反射光２４と
を波長分離して、それぞれの反射光の強度を測定する方
法が考えられる。

【００４０】被照射部の表面反射率は一般に波長によっ
て異なる。このため反射光強度比Ｗａ／Ｗｄを求めて
も、被写体の奥行き距離を算出することができない。第
１の照射光１６の波長λ１と第２の照射光１８の波長λ
２との差を微小にして、表面反射率の違いを無視して強
度比Ｗａ／Ｗｄを求め、被照射部１４の奥行き距離を算
出することもできるが、計算に誤差が生じてしまう。こ
の誤差を小さくするためには、波長λ１とλ２との差を
十分に小さくしなければならないが、波長λ１とλ２と
の差を小さくすると、波長分離の精度が悪くなり、波長
毎の強度測定に誤差が含まれることになる。

【００４１】したがって、波長分離の分解能を上げて強
度測定の精度を上げるためには、波長λ１とλ２との差
を大きくしなければならないし、波長による表面反射率
の違いを小さくして、距離測定の精度を上げるために
は、波長λ１とλ２との差を小さくしなければならない
というジレンマに陥り、距離測定の精度を改善すること
に自ずと限界が生じる。

【００４２】そこで、このジレンマを解消するため本実
施形態では、第１の波長を主要な波長成分とし、照射す
る光の光軸と垂直な面における第１の強度分布を有する
第１の照射光と、第１の波長とは異なる第２及び第３の
波長を主要な波長成分とし、照射する光の光軸と垂直な
面において第１の強度分布とは異なる第２の強度分布を
有する第２の照射光とを前記被写体に同時に照射する。
次に第１の照射光による第１の反射光と第２の照射光に
よる第２の反射光とを光学的に分離し、第２の反射光よ
り、第２の強度分布を有する光が第１の波長を主要な波
長成分とする光であった場合に、被写体から得られるで
あろう仮の反射光の強度を求める。この仮の反射光の強
度と、第１の反射光の強度との強度比と、光源２６とカ
メラ２８との距離Ｌ１とに基づいて被照射部１４の奥行
き距離を算出する。仮の反射光の強度を求めることによ
り、波長による表面反射率の違いをキャンセルすること
ができるため、奥行き距離を正確に求めることができ
る。

【００４３】図３は本発明の第１の実施形態における画
像撮像装置２００の構成の一例を示す図である。画像撮
像装置２００は、照射部４０、撮像部１００、制御部９
０及び処理部１１０を有する。

【００４４】照射部４０は被写体１２に光を照射し、撮
像部１００は照射部４０が照射した被写体１２を撮像す
る。処理部１１０は撮像部１００が撮像した被写体１２
の画像を処理して、撮像された被写体１２の奥行き距離
を求め、被写体１２の奥行き分布情報として記憶する。
処理部６０はまた、撮像部１２０が撮像した被写体１２
の画像を記録することもできる。制御部９０は、処理部
が求めた被写体１２の奥行き距離に基づいてフィードバ
ック制御を行い、照射部４０が照射する光の強度、発光
のタイミング、発光時間、放射位置等を制御し、撮像部
１００の露光時間等を制御する。

【００４５】照射部４０は、光源部４４と、光学フィル
ター４２ａ、４２ｂとを有する。光源部４４からの光は
光学フィルター４２ａ、４２ｂを透過し、第１の照射光
１６と第２の照射光１８として被写体１２に照射され
る。光学フィルター４２ａは第１の波長λ１の光を透過
し、光学フィルター４２ｂは第２の波長λ２及び第３の
波長λ３の光を透過する。第１の照射光１６は光軸と垂
直な面において第１の強度分布を有し、第２の照射光１
８は第１の強度分布とは異なる第２の強度分布を有す
る。第１及び第２の強度分布は、後述する光学フィルタ
ー４２ａ及び４２ｂの透過率分布により定まり、光学フ
ィルター４２ａ及び４２ｂの透過率分布はそれぞれ異な
る。

【００４６】照射部４０は、光量を効率的に利用したい
場合には、コンデンサーレンズ等の光学レンズを照射光
の光路に挿入して、光を集光させてもよい。

【００４７】撮像部１００は、光学結像部の一例として
の光学レンズ４６と、分光部５０と、受光部６０とを有
する。光学レンズ４６は、被写体１２からの反射光４８
を結像する。分光部５０は、被写体１２からの反射光４
８を、照射部４０が照射した波長特性に合わせて波長分
離する。受光部６０は、光学レンズ４６が結像し、分光
部５０によって波長分離された反射光を受光する。

【００４８】受光部６０は、一例として固体撮像素子で
ある。被写体像は固体撮像素子の受光面上に結像され
る。結像された被写体像の光量に応じ、固体撮像素子の
各センサエレメントに電荷が蓄積され、蓄積された電荷
は、一定の順序に走査され、電気信号として読み出され
る。

【００４９】固体撮像素子は、被写体からの反射光の強
度を画素単位に高い精度で検出可能なように、Ｓ／Ｎ比
が良く、画素数が大きい電荷結合素子（ＣＣＤ）イメー
ジセンサであることが望ましい。固体撮像素子としてＣ
ＣＤ以外にＭＯＳイメージセンサ、ＣｄＳ−Ｓｅ密着型
イメージセンサ、ａ−Ｓｉ密着型イメージセンサ、又は
バイポーラ密着型イメージセンサ等を用いても良い。

【００５０】処理部１１０は、画像メモリ５４と、光強
度検出部７０と、奥行き算出部８０と、画像補正部５６
と、記録部５８を有する。画像メモリ５４は、撮像部１
００が撮像した被写体１２の画像を、照射部４０が照射
した照射光の波長特性に合わせて格納する。光強度検出
部７０が画像メモリ５４に格納された被写体１２の画像
から反射光の強度を画素単位または画素領域単位で検出
する。奥行き算出部８０は、光強度検出部７０が検出し
た反射光強度に基づいて、各画素領域に写された被写体
１２の奥行き距離を算出する。記録部５８は、奥行き算
出部８０が算出した被写体１２の奥行き距離の分布を記
録する。画像補正部５６は、画像メモリ５４に格納され
た被写体１２の画像について、階調補正、ホワイトバラ
ンス等の補正を行う。記録部５８は、画像補正部５６が
処理した被写体１２の画像を記録する。また、光強度検
出部７０及び奥行き算出部８０はそれぞれ、被写体１２
からの反射光の検出レベル及び被写体１２の奥行き分布
の情報を制御部５８に出力する。記録部５８は、フラッ
シュメモリ、メモリカード等の半導体メモリに画像デー
タ及び奥行き分布情報を記録する。

【００５１】制御部９０は、処理部１１０が求めた被写
体１２の奥行き距離に基づいてフィードバック制御を行
い、照射部４０が照射する光の強度、発光のタイミング
等を制御し、撮像部１００の受光部６０の受光感度や露
光時間等を制御する。制御部９０は、測光センサ（図示
せず）の測光データや、測距センサの測距データを用い
て、照射部４０と撮像部１００を制御しても良い。ま
た、制御部９０は、処理部１１０が求めた被写体１２の
奥行き距離に基づいて、被写体１２の画像を撮影すると
きの撮像部１００のフォーカス、絞り、露光時間等を調
整してもよい。

【００５２】図４は、照射部４０から照射される光の強
度分布の一例を説明する図である。面６６は、照射部４
０から照射された光の光軸６４と垂直な面である。面６
６において照射部４０が照射した光は線６８に示す方向
で単調に増加又は減少する。線６８は照射部４０と受光
部又は光学結像部７２とを結ぶ線６２を面６６に投影し
た線と平行である。本実施例では、照射部４０と撮像部
（受光部又は光学結像部）との距離、照射光の照射角、
及び反射光の入射角に基づいて、三角測量法により被写
体の奥行き距離を算出するので、図４において説明した
ような強度分布を照射部から照射される第１の照射光及
び第２の照射光が有することが好ましいが、他の例にお
いては、第１の照射光は、光軸と垂直な面において光軸
から遠ざかるにつれ単調に増加または減少する強度分布
を有し、第２の照射光は、光軸と垂直な面において光軸
から遠ざかるにつれ、第１の照射光が光軸から遠ざかる
につれ単調に増加する場合には減少し、第１の照射光が
光軸から遠ざかるにつれ単調に減少する場合には増加す
る強度分布を有していてもよく、また他の分布を有して
いてもよい。

【００５３】図５は、本実施の形態における光学フィル
ター４２の一例の説明図である。図５（ａ）は一方向に
おいて透過率が変化する光学フィルター４２の一例の説
明図である。図３に関連して説明したように、照射部は
透過率分布の異なる２種の光学フィルター４２を有して
いる。片方は図５（ａ）のに示すように一方向におい
て透過率が単調に増加する透過率分布を有しており、も
う一方は図５（ａ）のに示すように、とは逆の方向
において透過率が単調に増加する透過率分布を有してい
る。また、照射部は図５（ｂ）に示すような、片方は中
心部から遠ざかるにつれ透過率が単調に増加する透過率
分布を有し、もう一方は中心部から遠ざかるにつれ透過
率が単調に減少する透過率分布の光学フィルター４２を
有していてもよく、他の透過率分布の光学フィルター４
２を有していてもよい。また、光学フィルター４２はそ
れぞれ異なる波長近傍を主に透過することが好ましい。

【００５４】図５（ｂ）に関連して説明した光学フィル
ター４２は、全方位に対して距離算出が行えるが、三角
測量法により距離を算出しており、照射部４０と撮像部
１００を結ぶ方向と平行な方向以外には誤差が生じてし
まう。そのため、本実施形態においては、図５（ａ）に
関連して説明した光学フィルター４２を用いるのがより
好ましい。

【００５５】図６は本実施形態の照射部４０と撮像部１
００の構成の一例を示す図である。照射部４０は光源部
４４と、光学フィルター４２ａ、４２ｂを有する。光学
フィルター４２ａは主に波長λＡの光を透過し、光学フ
ィルター４２ｂは主に波長λＢ、λＣを有する光を透過
する。照射部４０は光源部からの照射光を光学フィルタ
ー４２ａ、４２ｂを介して、波長λＡの光と、波長λＢ
の光として被写体１２に照射する。

【００５６】照射部４０からの照射光により照射された
被写体１２の被照射部１４からの反射光を撮像部１００
の光学レンズ４６が結像する。分光部５０は、波長λ
Ａ、λＢ、λＣの３つの光に波長分離して光路を分割す
るプリズムである。受光部６０a、６０ｂ、及び６０ｃ
は３板の固体撮像素子である。分光部５０によって分光
された波長λＡ、λＢ、λＣを有する光はそれぞれ受光
部６０ａ、６０ｂ、及び６０ｃに受光される。各受光部
６０ａ、６０ｂ、及び６０ｃに受光された光は、光電効
果により電荷として読み出され、Ａ／Ｄ変換器（図示せ
ず）によりデジタル電気信号に変換され、処理部１１０
（図示せず）に入力される。

【００５７】図７は、本実施形態の処理部１１０の構成
の一例を示す図である。各受光部６０ａ、６０ｂ、及び
６０ｃが出力する被写体像は、それぞれ画像メモリ５４
ａ、５４ｂ、及び５４ｃに格納される。光強度検出部７
０は、各画像メモリ５４ａ、５４ｂ、及び５４ｃに格納
される画像データを用いて、波長λＡ、λＢ、及びλＣ
の反射光の強度を検出する。奥行き算出部８０は、光強
度検出部７０が検出した波長λＡ、λＢ、及びλＣの反
射光の強度及び照射部４０と光学レンズ（光学結像部）
４６又は受光部６０との距離を用いて、照射部４０から
被写体１２の被照射部１４までの距離を求める。奥行き
算出部８０は撮像された画像の画素または画素の領域単
位で、画素または画素領域に写された被写体１２の奥行
き距離を算出し、被写体１２の奥行き分布を求め、出力
する。記録部５８は、被写体１２の奥行き分布情報を記
録する。

【００５８】光強度検出部７０は、検出した波長λＡ、
λＢ、及びλＣの反射光の強度を制御部９０へ出力す
る。奥行き算出部８０は、被写体１２の奥行き分布情報
を制御部９０へ出力する。制御部９０は、強度レベルが
適正でない場合、光源部４４の放射光強度を調整する。

【００５９】図８は、光強度検出部７０と奥行き算出部
８０による奥行き距離計算方法の説明図である。照射部
４０（図示せず）から波長λａを主要な波長成分とし、
第１の強度分布を有する第１の照射光と、波長λｂ及び
λｃを主要な波長成分とし、第１の強度分布とは異なる
第２の強度分布を有する第２の照射光が被写体１２（図
示せず）に照射され、被写体１２からの反射光を受光部
６０が受光する。

【００６０】光強度検出部７０は、波長λａの反射光の
強度Ｗａ、波長λｂの反射光の強度Ｗｂ、波長λｃの強
度Ｗｃをそれぞれ検出する。奥行き算出部は、波長λｂ
及び波長λｃの反射光の強度Ｗｂ及びＷｃを用いて、第
２の照射光が波長λａを主要な波長成分であり、第２の
強度分布を有すると仮定した場合の、仮の反射光強度Ｗ
ｄを算出する。反射光の強度Ｗａと、仮の反射光強度Ｗ
ｄとの比Ｗａ／Ｗｄを算出し、照射部４０（図示せず）
と光学レンズ４６（図示せず）又は受光部６０との距離
と、強度比Ｗａ／Ｗｄとに基づいて被写体１２の奥行き
距離を算出する。

【００６１】反射光強度Ｗａと、仮の反射光強度Ｗｄと
は、共に波長λａを主要な波長成分としているので、被
写体１２の被照射部１４における表面反射率の波長によ
る差の影響をキャンセルすることができる。また、仮の
反射光強度Ｗｄは、波長λａとは異なるλｂ及びλｃを
主要な波長成分とする反射光の強度より算出されるの
で、λａ、λｂ及びλｃをそれぞれ波長分離する際に分
離が容易にできる程度に波長間隔をとることにより、波
長分離の際の誤差をも減少させることができ、前述した
ジレンマを解消することが可能となる。

【００６２】波長λｂ及びλｃを主要な波長成分とする
反射光の強度Ｗｂ及びＷｃを用いて仮の反射光強度Ｗｄ
を算出する方法には、多様な変形がありうる。

【００６３】図９は、補間又は外挿によって仮の反射光
の強度Ｗｄを求める方法の一例の説明図である。波長λ
ｂの強度Ｗｂと、波長λｃの反射光の強度Ｗｃとを補間
又は外挿することにより、波長λａの場合の仮の強度Ｗ
ｄを求める。図９（ａ）のように波長λｂと波長λｃと
の中間値が波長λａとなるようにそれぞれの波長を設定
し、波長λｂの反射光の強度Ｗｂと、波長λｃの反射光
の強度Ｗｃとの中間値を仮の反射光の強度Ｗｄとしても
よく、図９（ｂ）のように線形近似により仮の反射光の
強度Ｗｄを外挿して求めてもよい。

【００６４】図１０は、照射部から照射される第１の照
射光及び第２の照射光による、第１の反射光及び第２の
反射光からそれぞれ仮の反射光強度を求める方法の一例
をを説明する図である。照射部４０から（図示せず）が
照射する第１の照射光による第１の反射光が波長λ１及
びλ２を主要な波長成分とし、第２の照射光による第２
の反射光が波長λ３及びλ４を主要な波長成分とする場
合に、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、それぞれ
の波長成分の強度を線形補間し、仮の反射光強度Ｗａ及
びＷｄを算出する。図９及び図１０において仮の反射光
の強度を算出する方法について説明したが、仮の反射光
の強度を算出する方法は図９及び図１０で説明したもの
に限定されるものではない。

【００６５】上記の仮の反射光の強度を算出するいずれ
の方法においても、仮の反射光強度を正確に求めること
ができるように、波長λｂとλｃは線形補間又は外挿が
可能な範囲で近接した値に設定することがより好まし
い。

【００６６】図１１は、３種の物体の表面反射率を示す
図である。グラフの横軸は波長、縦軸は反射率である。
グラフ２０２、２０４、２０６は、それぞれ人間の肌、
道、木の葉の３種の物体の表面反射率を分光計で測定し
た結果である。６５０ｎｍ近傍の波長領域ではグラフ上
のマークに示されるように、いずれの物体でもかなりの
精度で補間又は外挿が可能である。波長λａ、λｂ、λ
ｃとして、このような補間又は外挿が可能な領域の値を
選択することが好ましい。また、受光部の固体撮像素子
の出力信号に対して、通常のデジタルカメラ等で行われ
る階調補正等の画像補正処理を行うと、信号の線形性が
失われる。そこで固体撮像素子への入射光強度に対して
線形性を有する信号強度の段階で、強度を検出し、補間
処理をすることが好ましい。あるいは、階調補正等の画
像補正処理による信号変換関数の逆関数を表すテーブル
を用意しておき、画像補正後の信号出力を一旦逆関数の
テーブルを参照して、固体撮像素子への入射光強度に対
して線形性を有する信号強度に変換してから、強度を検
出し、補間処理を行うようにしてもよい。

【００６７】上述した実施形態の説明において、波長分
離して光路を分割する光学分割素子、例えばプリズムを
用いたが、分光部５０として、受光部６０の受光面に配
置した光学フィルターを用いてもよい。

【００６８】図１２は、受光部６０に設けられる特定波
長成分を透過する光学フィルターの一例を説明する図で
ある。受光部６０として単板の固体撮像素子８４を用
い、固体撮像素子８４の受光面に光学フィルター７４を
設ける。光学フィルター７４は、波長λａ、λｂ、λｃ
のみをそれぞれ透過させるフィルターが交互に配置され
る。これにより、固体撮像素子８４の画素によって波長
λａ、λｂ、λｃのいずれの光を受光したものであるか
がわかり、波長λａ、λｂ、λｃを有する光を波長分離
して受光することができる。プリズムを用いる場合と比
べ、単板の固体撮像素子８４に受光させるため、装置を
小型化することができる。

【００６９】上述した実施形態の説明において、照射さ
れる光の波長によって表面反射率の違いが大きい被写体
を対象にする場合、波長λａ、λｂ、λｃは仮の反射光
強度の算出に誤差が生じないように、できるだけ近接し
ていることが望ましい。一方で、各波長成分の反射光の
強度の検出精度を上げるためには、波長λａ、λｂ、λ
ｃ以外の波長成分ができるだけ含まれないようにする
か、波長λａ、λｂ、λｃの値を互いに離れた値にし
て、波長λａ、λｂ、λｃの分解能を上げ、波長の干渉
をできるだけ少なくすることが望ましい。したがって、
被写体の表面反射率の特性や要求される測定精度に応じ
て、光源部４４の波長特性、光学フィルターの波長透過
特性、撮像部１００の分光部５０の波長透過特性を設計
することが好ましい。

【００７０】図１３は、本実施形態の距離測定方法の一
例を示すフローチャートである。照射部は４０、第１の
波長λａを主要な波長成分とし、光軸と垂直な面におけ
る第１の強度分布を有する第１の照射光と、第１の波長
λａとは異なる第２、第３の波長λｂ、λｃを主要な波
長成分とし、照射する光の光軸と垂直な面において第１
の強度分布とは異なる第２の強度分布を有する第２の照
射光とを、同時に被写体１２に照射する。（Ｓ１００）

【００７１】撮像部１００の光学レンズ４６は、第１及
び第２の照射光が照射された被写体１２からの反射像を
結像する。（Ｓ１０２）

【００７２】分光部５０は、第１及び第２の照射光が照
射された被写体１２から得られる反射光から、第１の波
長λａを有する第１の反射光と、第２の波長λｂを有す
る第２の反射光と、第３の波長λｃを有する第３の反射
光とを光学的に分離する。（Ｓ１０３）

【００７３】受光部６０は、第１、第２及び第３の反射
光を受光する（Ｓ１０４）。処理部の光強度検出部７０
は、第１、第２及び第３の反射光の強度Ｗａ，Ｗｂ及び
Ｗｃを検出する。

【００７４】奥行き算出部８０は、第１、第２及び第３
の反射光の強度Ｗａ，Ｗｂ及びＷｃと、照射部４０と光
学レンズ４６又は受光部６０との距離とに基づいて、被
写体１２までの奥行き距離を算出する。（Ｓ１０５）

【００７５】図１４は、奥行き距離算出処理Ｓ１１０の
一例を示すフローチャートである。第２及び第３の反射
光の強度Ｗｂ、Ｗｃに基づいて、波長λａの光が第２の
強度分布を有していると仮定した場合の被写体１２から
の仮の反射光の強度Ｗｄを求める。（Ｓ１１２）

【００７６】仮の反射光の強度Ｗｄは第２及び第３の反
射光の強度Ｗｂ及びＷｃを補間または外挿することによ
り求まる。第１の反射光の強度Ｗａと仮の反射光の強度
Ｗｄとの比Ｗａ／Ｗｄを求める（Ｓ１１４）。反射光強
度比Ｗａ／Ｗｄ、照射部４０と撮像部１００の光学レン
ズ４６又は受光部６０との距離、及び撮像部１００にお
いて反射光強度比がＷａ／Ｗｄである画素の位置に基づ
いて被写体１２までの距離を算出する。（Ｓ１１５）

【００７７】図１５は、奥行き距離算出処理Ｓ１１０の
一例を示すフローチャートである。第２及び第３の反射
光の強度Ｗｂ、Ｗｃの平均強度Ｗｄ＝（Ｗｂ＋Ｗｃ）／
２を求める（Ｓ１１８）。第１の反射光の強度Ｗａと第
２、第３の反射光の平均強度Ｗｄとの比Ｗａ／Ｗｄを求
める（Ｓ１２０）。反射光強度比Ｗａ／Ｗｄ、照射部４
０と撮像部１００の光学レンズ４６又は受光部６０との
距離、及び撮像部１００において反射光強度比がＷａ／
Ｗｄである画素の位置とに基づいて被写体１２までの距
離を算出する。（Ｓ１２２）

【００７８】以上述べたように、本実施形態の画像撮像
装置によれば、異なる波長特性を有し、異なる強度分布
を有する照射光を同時に被写体に照射し、被写体から得
られる反射光から波長特性に合わせて波長分離し、波長
分離された反射光の強度を用いて、被写体までの奥行き
距離を簡便に求めることができる。

【００７９】また、被写体からの反射光による像を固体
撮像素子に撮像し、画像データとして格納するため、画
素又は画素領域単位で反射光強度を検出して奥行き距離
を算出することができ、撮像された被写体の領域の奥行
き分布を得ることができる。したがって、被写体の２次
元画像から被写体の奥行き分布を獲得して、被写体の３
次元立体画像を作成することが可能である。

【００８０】図１６は、第１の実施形態の別の例の構成
を示す。本実施例における画像撮像装置は、図６に関連
して説明した実施例の画像撮像装置と比較して、照射部
４０と撮像部１００の一部の構成が異なるだけである。
そこで、同一の構成要素についは説明を省略し、照射部
４０及び撮像部１００についてのみ説明する。図１６
は、本実施例の照射部４０と撮像部１００の構成図であ
る。本実施例では、照射部４０の光学フィルター４２ａ
は波長λａを主要な波長成分とする光を透過し、光学フ
ィルター４２ｂは、波長λａより短い波長λｂと、波長
λａより短い波長λｃとを主要な波長成分とする光を透
過する。照射部４０は波長λａを主要な波長成分とし、
照射する光の光軸と垂直な面における第１の強度分布を
有する第１の照射光と、波長λａより短い波長λｂ及び
波長λａより長い波長λｃとを主要な波長成分とし、照
射する光の光軸と垂直な面において第１の強度分布とは
異なる第２の強度分布を有する第２の照射光とを同時に
被写体１２の被照射部１４に照射する。撮像部１００の
分光部５０は、波長λａを主要な波長成分とする光と、
波長λｂ及びλｃを主要な波長成分とする光とに波長分
離して光路を分割するプリズムである。受光部６０ａ及
び６０ｂは２板の固体撮像素子である。分光部５０によ
って分光された波長λａを有する光は、受光部６０ａ
に、波長λｂ及びλｃを有する光は受光部６０ｂにそれ
ぞれ受光される。受光部６０ａ及び６０ｂに受光された
光は、電気信号に変換されて、処理部１１０に入力され
る。

【００８１】図１７は、本実施例の処理部１１０の構成
図である。各受光部６０ａ、６０ｂが出力する被写体像
は、それぞれ画像メモリ５４ａ、５４ｂに格納される。
光強度検出部７０は各画像メモリ５４ａ、５４ｂに格納
された画像データを用いて、波長λａを有する反射光、
波長λｂとλｃを有する反射光の強度を検出する。奥行
き算出部８０は、光強度検出部７０が検出した波長λａ
の反射光の強度、波長λｂ及びλｃの反射光の強度を用
いて、被写体１２の被照射部１４の奥行き距離を求め
る。奥行き算出部８０は撮像された画像の画素または画
素の領域単位で、画素又は画素領域に写された被写体１
２の被照射部１４までの奥行き距離を算出し、被写体１
２の奥行き分布を求め、出力する。記録部５８は被写体
の奥行き分布情報を記録する。

【００８２】図１８は、光強度検出部７０と奥行き算出
部８０による奥行き距離算出方法の説明図である。光強
度検出部７０は、波長λａの反射光の強度Ｗａ、波長λ
ｂとλｃを有する反射光の強度Ｗｅをそれぞれ検出す
る。奥行き算出部８０は、λｂと波長λｃを有する反射
光の強度Ｗｅに半分の値をＷｄとする。波長λａは、波
長λｂと波長λｃの中間の値であるから、Ｗｄの値は、
波長λａを有する第２の強度分布を有する光を照射した
と仮定した場合に被照射部１４から得られる仮の反射光
の強度にほぼ等しい。反射光の強度Ｗａと、仮の反射光
強度Ｗｄとの比Ｗａ／Ｗｄを算出し、照射部４０（図示
せず）と光学レンズ４６（図示せず）又は受光部６０と
の距離と、強度比Ｗａ／Ｗｄとに基づいて被写体の奥行
き距離を算出する。

【００８３】反射光強度Ｗａと、仮の反射光強度Ｗｄと
は、共に波長λａを主要な波長成分としているので、被
写体１２の被照射部における表面反射率の波長による差
の影響をキャンセルすることができる。また、仮の反射
光強度Ｗｄは、波長λａとは異なるλｂ及びλｃを主要
な波長成分とする反射光の強度より算出されるので、λ
ａ、λｂ及びλｃをそれぞれ波長分離する際に分離が容
易にできる程度に波長間隔をとることにより、波長分離
の際の誤差をも減少させることができる。

【００８４】仮の反射光の強度Ｗｄが正確に得られるよ
うに、波長λａは、波長λｂ、λｃの中間の波長である
ことがより好ましい。上記の説明では、分光部５０は、
波長λａを有する光と、波長λｂ及びλｃを有する光と
に波長分離したが、フィルタリングの方法として、波長
λｂ、λｃを選択的に透過する必要はなく、波長λａを
カットするバンドカットフィルターを用いても同じ効果
を奏する。

【００８５】図１９は、本実施例の距離測定方法のフロ
ーチャートである。照射部４０は、λａを主要な波長成
分とし、光軸と垂直な面における第１の強度分布を有す
る第１の照射光と、波長λａより短い波長λｂ及び波長
λａより長い波長λｃを主要な波長成分とし、光軸と垂
直な面において第１の強度分布とは異なる第２の強度分
布を有する第２の照射光とを、同時に被写体１２に照射
する（Ｓ２００）。

【００８６】光学レンズ４６は、第１及び第２の照射光
が照射された被写体１２からの反射像を結像する（Ｓ２
０２）。分光部５０は、第１及び第２の照射光が照射さ
れた被写体１２から得られる反射光から、波長λａを有
する第１の反射光と、波長λｂ及びλｃを有する第２の
反射光とを光学的に分離する（Ｓ２０４）。

【００８７】受光部６０は、分離された第１及び第２の
反射光を受光する（Ｓ２０６）。光強度検出部７０は、
第１及び第２の反射光の強度Ｗａ及びＷｅを検出する
（Ｓ２０８）。

【００８８】奥行き算出部８０は、第１の反射光の強度
Ｗａと、第２の反射光の強度Ｗｅの半分の値Ｗｄとの比
Ｗａ／Ｗｅを求め（Ｓ２１０）、反射光強度比Ｗａ／Ｗ
ｄ、照射部４０と撮像部１００の光学レンズ４６又は受
光部６０との距離、及び撮像部１００において反射光強
度がＷａ／Ｗｄである画素の位置とに基づいて被写体１
２までの距離を算出する（Ｓ２１２）。

【００８９】以上述べたように、本実施例の画像撮像装
置によれば、第１の波長を主要な波長成分とし、光軸と
垂直な面において第１の強度分布を有する第１の照射光
と、第１の波長を中間に挟む第２、第３の波長を主要な
波長成分とし、第１の強度分布とは異なる第２の強度分
布を有する第２の照射光とを、同時に被写体に照射し、
被写体の被照射部から得られる反射光から、第１の波長
を有する第１の反射光と、第２及び第３の波長を有する
第２の反射光とに分離し、第１の反射光強度と、第２の
反射光強度の半分の値との比に基づいて被写体の奥行き
距離を算出することができる。第２の反射光強度を半分
にするだけで、第１の波長を有する光が第２の強度分布
を有する場合の仮の反射光強度を求めることができるた
め、非常に簡便に被写体の奥行き距離を算出することが
できる。また、被写体からの反射光を受光する固体撮像
素子を２板にすることができ、装置の小型化を図ること
ができる。

【００９０】図２０は、第１の実施形態のさらに別の例
の構成を示す。本実施例における画像撮像装置は、図６
に関連して説明した実施例の画像撮像装置と比較して、
照射部４０と撮像部１００の一部の構成が異なるだけで
ある。そこで、同一の構成要素についは説明を省略し、
照射部４０及び撮像部１００についてのみ説明する。図
２０は、本実施例の照射部４０と撮像部１００の構成図
である。本実施例では、照射部４０から照射される照射
光は赤外光である。光学フィルター４２ａは、赤外領域
における波長λａの光を透過し、光学フィルター４２ｂ
は、赤外領域における波長λｂ及び波長λｃを有する光
を透過する。照射部４０は波長λａを主要な波長成分と
し、光軸と垂直な面において第１の強度分布を有する第
１の照射光と、波長λｂ及びλｃを主要な波長成分と
し、光軸と垂直な面において第１の強度分布とは異なる
第２の強度分布を有する第２の照射光とを同時に被写体
１２に照射する。被写体１２にはさらに可視光領域の
光、例えば自然光や照明光が照射される。

【００９１】撮像部１００の分光部５０は、赤外領域の
波長λａを有する光と、赤外領域の波長λｂ及びλｃを
有する光をと、可視光領域の光とに波長分離して光路を
分割するプリズムである。受光部６０ａ、６０ｂ、及び
６０ｃは３板の固体撮像素子である。分光部５０によっ
て分光された波長λａを有する光は、受光部６０ａに、
波長λｂ及びλｃを有する光は受光部６０ｂに、可視光
は受光部６０ｃにそれぞれ受光される。赤外領域の反射
光の撮影像がピンぼけしないように、受光部６０ａ、６
０ｂはピントが合う位置に予め設定しておく。受光部６
０ａ、６０ｂ及び６０ｃに受光された光は、電気信号に
変換され、処理部１１０に入力される。

【００９２】図２１は、本実施例の処理部１１０の構成
図である。各受光部６０ａ及び６０ｂが出力する被写体
像は、それぞれ画像メモリ５４ａ及び５４ｂに格納され
る。光強度検出部７０は、各画像メモリ５４ａ及び５４
ｂに格納された画像データを用いて、反射光の強度を検
出し、奥行き算出部８０は、光強度検出部７０が検出し
た反射光の強度を用いて、被写体１２の奥行き距離を算
出する。光強度検出部７０と奥行き算出部８０の動作
は、図６又は図１６に関連して説明した実施例と同様で
あるから、説明を省略する。

【００９３】奥行き算出部８０は、撮像された画像の画
素または画素の領域単位で、画素又は画素領域に写され
た被写体１２の奥行き距離を算出し、被写体１２の奥行
き分布を求め、出力する。記録部５８は、被写体の奥行
き分布情報を記録する。画像補正部５６は、画像メモリ
５４ｃに格納された画像データに対して、階調補正等の
画像補正を行い、被写体１２の画像データとして出力
し、記録部５８は被写体１２の画像データを被写体１２
の奥行き分布情報とともに記録する。

【００９４】上記の実施例では、波長λａ及びλｃを有
する反射光を分離せずに、受光部６０ｂに受光させた
が、別の例においては、受光部６０として４板の固体撮
像素子を用いて、分光部５０によって波長λｂを有する
反射光と波長λｃを有する反射光とを分離させて、異な
る固体撮像素子にそれぞれの反射光を受光させてもよ
い。その場合、図３に関連して説明した実施例と同様の
方法で、λａ、λｂ、λｃのそれぞれの反射光の強度を
用いて、被写体の奥行き距離を求めることができる。

【００９５】以上述べたように、本実施例の画像撮像装
置によれば、被写体の奥行き距離測定には赤外光を用い
るため、被写体に自然光や照明光が照射された自然な条
件の下でも、被写体の奥行き距離を測定することができ
る。したがって、被写体の奥行き距離測定のために、部
屋を暗室にする必要がない。また、可視光領域の反射光
を分離させて撮像することができるため、被写体の奥行
き分布を測定すると同時に、被写体の画像を撮影するこ
とができる。撮影された被写体の画像から奥行き分布に
基づいて、主要被写体を抽出したり、背景と人物像を分
離するなど、被写体の奥行き分布を用いた、被写体の画
像処理が可能である。

【００９６】また、上述した第１の実施形態において
は、第１及び第２の照射光は光軸に垂直な面において異
なる強度分布を有していたが、第１及び第２の照射光
は、垂直方向に長いスリット光であり、それぞれ水平方
向に強度を変化しながら掃引してもよい。この場合、そ
れぞれの強度の変化は異なるものにする。被写体が動き
のある物体である場合、第１及び第２の照射光の掃引速
度は、被写体の動きに対して十分に速いことが望まし
い。

【００９７】また、光学フィルター４２は、第１又は第
２の透過率分布を有していたが、光学フィルター４２
は、入射面において、透過できる光の波長が変化する、
透過波長分布を有していてもよい。この場合、本実施形
態の画像撮像装置は、受光部が受光した反射光の波長に
基づいて被写体の奥行き距離を算出する。

【００９８】（第２の実施形態）図２２は、本発明の第
２の実施形態の原理説明図である。図２２（ａ）におい
て、被写体１２に光８６ａ及び８６ｂを照射する。光８
６ａ及び８６ｂは進行方向において強度が減少する光で
あり、強度減少の割合は同一である。光８６ａ及び８６
ｂは被写体１２において反射し、反射光を生じる。光８
６ａ及び８６ｂの被写体１２による反射光の強度を検出
し、それぞれの強度により被写体１２の奥行き分布情報
を得ることができる。すなわち、被写体１２の被照射部
が遠ければ反射光の強度は弱くなり、被照射部が近けれ
ば反射光の強度は弱くなる。被写体１２における反射率
が既知であるならば、それぞれの反射光の強度、光８６
ａ及び８６ｂの照射時における強度、変調部８２が変調
する照射光１６の強度変調速度、被写体１２の反射率、
及び光速により、光８６ａ及び８６ｂが照射する被写体
１２のそれぞれの被照射部までの距離を算出することが
できる。しかし、全ての被写体について反射率を予め測
定することは非常に困難である。

【００９９】そこで、図２２（ｂ）のように、進行方向
に対して強度が減少する光８８を被写体１２に照射す
る。光８８は被写体１２により反射し、反射光を生じ
る。次に図２２（ｃ）のように、進行方向に対して強度
が増加する光９２を被写体１２に照射する。光９２は被
写体１２により反射し、反射光を生じる。これらの光８
８及び光９２の被写体１２によるそれぞれの反射光の強
度を検出し、その比を算出する。それぞれの反射光強度
の比に基づいて被写体１２までの距離を算出することに
より、被写体１２の反射率による影響をキャンセルする
ことが可能となる。

【０１００】しかし、上述した方法では、光８８と光９
２とを順に照射し、それぞれ反射光の強度を検出するた
め、それぞれの反射光強度検出に時間差が生じる。した
がって動きのある被写体には適用することができない。
そこで、図２２（ｄ）においては、光８８と光９２との
波長特性を異ならせ、光８８及び光９２を同時に被写体
１２に照射する。光８８は、図２２（ｂ）で説明した、
進行方向において強度が減少する光であり、光９２は、
図２２（ｃ）で説明した、進行方向において強度が増加
する光である。図２２（ｅ）のように、光８８及び光９
２は被写体１２により反射され、反射光を生じる。被写
体１２からの反射光を、光８８と光９２によるものとに
それぞれ波長分離し、それぞれの反射光の強度を検出
し、被写体１２の奥行き距離を測定する方法が考えられ
る。

【０１０１】しかし、前述したように、被写体１２には
波長による表面反射率の違いがあるため、奥行き距離計
算に誤差が生じる。計算誤差を小さくするためには光８
８の波長λ１と、光９２の波長λ２との差を小さくしな
ければならないが、波長λ１とλ２との差を小さくする
と波長分離の精度が悪くなり、誤差が生じる。このた
め、前述したようなジレンマに陥り、距離測定の精度を
改善することに限界が生じる。

【０１０２】そこで、本実施形態においては、第１の波
長特性を有し、進行方向において強度が増加するよう変
調した第１の照射光と、第１の波長特性とは異なる第２
の波長特性を有し、進行方向において強度が減少するよ
う変調した第２の照射光とを、同時に被写体に照射し、
第１の照射光による反射光と、第２の照射光による反射
光とを光学的に分離し、第２の照射光による反射光を用
いて、第１の波長特性を有する光が進行方向において強
度が減少するよう変調されたとした場合に被写体から得
られるであろう仮の反射光強度を求め、第１の照射光に
よる反射光強度と、仮の反射光強度との比に基づいて被
写体の奥行き距離を算出する。仮の反射光強度を求める
ことにより、波長による表面反射率の違いをキャンセル
することができるため、奥行き距離を正確に求めること
ができる。上述した実施形態においては、第１の照射光
が進行方向において強度が増加し、第２の照射光が進行
方向において強度が減少したが、第１の照射光が進行方
向において強度が減少し、第２の照射光が進行方向にお
いて強度が増加し、第１の波長特性を有する光が進行方
向において強度が増加するよう変調されたと仮定して仮
の反射光強度を求めてもよいことは明らかである。

【０１０３】図２３は、本実施形態の一例を示す構成図
である。本実施形態の画像撮像装置は、第１の実施形態
と比較して、照射部４０の一部と、照射光の強度を変調
する変調部８２を用いた点と、照射部４０と撮像部１０
０の光軸を同一にするために、ハーフミラー７６及び７
８を用いた点と、被写体１２の奥行き算出部８０の動作
だけが異なる。その他の構成については、第１の実施形
態の各例における構成と同様の構成をとることができ
る。

【０１０４】照射部４０は、光源部４４と光学フィルタ
ー４２ａ及び４２ｂとを有する。光学フィルター４２ａ
は、第１の波長λａ近傍の光を透過し、光学フィルター
４２ｂは、第２の波長λｂ近傍及び第３の波長λｃ近傍
の光を透過する。光源部４０は、光学フィルター４２ａ
を介して、波長λａを主要な波長成分とし、照射する光
の進行方向において強度が変化する第１の照射光と、波
長λｂ及びλｃを主要な波長成分とし、照射する光の進
行方向において強度が変化する第２の照射光とを照射す
る。変調部は照射光１６及び１８の強度を時間により変
調する。波長λａ、λｂ、λｃは、第１の実施形態の各
例において説明した値を有する。

【０１０５】照射光１６及び１８は、ハーフミラー７６
で反射し、さらにハーフミラー７８で反射して被写体１
２の被照射部１４に照射される。被写体１２からの反射
による反射光２２及び２４は、ハーフミラー７８を通過
し、撮像部１００の光学レンズ４６によって結像され
る。

【０１０６】分光部５０は、被写体１２からの反射光
を、波長λａ、λｂ、λｃの光に分光する。分光部５０
により分光された各波長の光は、受光部６０ａ、６０
ｂ、６０ｃに受光される。受光部６０が受光した各波長
の光の強度に応じた電気信号が処理部１１０に読み出さ
れる。また、分光部５０、受光部６０は、図６、図１
６、図２０のそれぞれに関連して説明した、第１の実施
形態の各例における分光部５０、受光部６０、処理部１
１０と同様の構成、機能を有してもよい。

【０１０７】処理部１１０は、図７、図１７又は図２１
に関連して説明した第１の実施形態の各例における処理
部１１０と同様の構成を有している。処理部１１０にお
ける仮の反射光の強度の算出方法は、図８又は図１８に
関連して説明した第１の実施形態の各例における算出方
法と同様である。

【０１０８】図２４は、本実施形態の距離測定方法の一
例を示すフローチャートである。照射部４０は進行方向
において強度が変調する、波長λａの第１の照射光と、
波長λａとは異なる波長λｂ及びλｃを有し、進行方向
において強度が変調する第２の照射光とを、同時に被写
体１２に照射する。（Ｓ３００）

【０１０９】撮像部１００の光学レンズ４６は、第１及
び第２の照射光が照射された被写体１２からの反射光を
結像する（Ｓ３０２）。分光部５０は、被写体１２から
の反射光から、波長λａを有する第１の反射光と、波長
λｂを有する第２の反射光と、波長λｃを有する第３の
反射光とを光学的に分離する。（Ｓ３０４）

【０１１０】受光部６０は、分離された第１、第２、第
３の反射光を受光する（Ｓ３０６）。処理部１１０の光
強度検出部７０は、第１、第２、第３の反射光の強度Ｗ
ａ，Ｗｂ、Ｗｃを検出する。（Ｓ３０８）

【０１１１】奥行き算出部８０は、第１、第２、第３の
反射光の強度Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃを用いて、被写体１２ま
での奥行き距離を算出する。（Ｓ３１０）

【０１１２】図２５は、奥行き距離算出処理Ｓ３１０の
一例を示すフローチャートである。第２及び第３の反射
光の強度Ｗｂ、Ｗｃに基づいて、波長λａの光が第２の
照射光と同一の強度変調されたと仮定した場合の被写体
１２からの仮の反射光の強度Ｗｄを求める（Ｓ３１
２）。仮の反射光の強度Ｗｄは、第１の実施形態の各例
において説明した方法と同様にして求める。第１の反射
光の強度Ｗａと、仮の反射光の強度Ｗｄとの比Ｗａ／Ｗ
ｄを求める（Ｓ３１４）。反射光強度比Ｗａ／Ｗｄ、第
１、第２の照射光の強度変調速度に基づいて被写体の奥
行き距離を算出する。（Ｓ３１６）

【０１１３】図２６は、本実施形態の距離測定方法の一
例を示すフローチャートである。本例において波長λａ
は、波長λｂと波長λｃの中間の値を有する。

【０１１４】照射部４０は、光の進行方向において、強
度が変調する波長λａの第１の照射光と、波長λｂ及び
λｃを有する第２の照射光とを同時に被写体１２に照射
する（Ｓ４００）。光学レンズ４６は、第１及び第２の
照射光が照射された被写体１２からの反射像を結像する
（Ｓ４０２）。分光部５０は、被写体１２からの反射光
から、波長λａを有する第１の反射光と、波長λｂ及び
λｃを有する第２の反射光を光学的に分離する（Ｓ４０
４）。第１の反射光の強度Ｗａと、第２の反射光の強度
の半分の値Ｗｄ＝Ｗｅ／２との比、Ｗａ／Ｗｄを算出す
る（Ｓ４１０）。反射光強度比Ｗａ／Ｗｄ及び、第１及
び第２の照射光の強度変調速度に基づいて被写体１２の
奥行き距離を算出する。（Ｓ４１２）

【０１１５】以上述べたように、本実施形態の画像撮像
装置によれば、異なる波長特性を有し、異なる強度分布
を有する照射光を同時に被写体に照射し、被写体から得
られる反射光から波長特性に合わせて波長分離し、波長
分離された反射光の強度を用いて、被写体までの奥行き
距離を簡便に求めることができる。

【０１１６】本実施形態では、照射部から照射する照射
光と撮像部に入射する反射光の光軸が光学的に同軸であ
るため、照射部によって照射された被写体を撮像部が撮
影する際、影になって撮影できない領域が生じることが
ない。したがって照射された被写体の全体領域の奥行き
分布を算出することができ、奥行き距離を算出できない
死角が生じることがない。また、照射部と撮像部の光軸
を同軸にすることにより、画像撮像装置全体を小型化す
ることができる。

【０１１７】本実施形態では、照射光の強度を時間によ
り変調しているので、撮像部１００は、高速シャッター
を有していることが望ましい。高速シャッターは、受光
部６０が受光する光強度の瞬時値を撮像する。

【０１１８】以上述べたように、本発明の画像撮像装置
及び距離測定方法によれば、異なる波長特性を有し、光
軸と垂直な面において異なる強度分布を有するか、進行
方向において異なる強度変調された光を同時に被写体に
照射し、被写体からの反射光を波長特性に合わせて光学
的に分離し、強度を測定することにより、被写体の奥行
き距離を簡便に算出することができる。

【０１１９】以上、本発明を実施の形態を用いて説明し
たが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範
囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又
は改良を加えることが可能であることが当業者に明らか
である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の
技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載
から明らかである。

【０１２０】例えば、上記の説明では、光が照射された
被写体から得られる出射光の一例として反射光を撮像
し、反射光の強度から被写体までの距離を求めたが、被
写体が光を透過する透明もしくは半透明の物体である場
合、被写体を通過した透過光の強度から被写体の奥行き
距離を求めることもできる。

【０１２１】

【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明に
よれば、光が照射された被写体から得られる反射光を撮
影することにより、被写体の奥行き距離を簡便に測定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態の原理説明図であ
る。

【図２】 照射光の強度分布を説明する図である。

【図３】 第１の実施形態の画像撮像装置の構成図であ
る。

【図４】 照射光の強度分布の一例を説明する図であ
る。

【図５】 照射部４０に設けられる光学フィルター４２
の説明図である。

【図６】 第１の実施形態の照射部４０と撮像部１００
の構成を示す図である。

【図７】 第１の実施形態の処理部１１０の構成を示す
図である。

【図８】 被写体１２の奥行き距離計算方法の説明図で
ある。

【図９】 補間又は外挿によって仮の反射光強度Ｗｄを
求める方法の説明図である。

【図１０】 第１の反射光及び第２の反射光からそれぞ
れ仮の反射光強度を求める方法の説明図である。

【図１１】 ３種の物体の表面反射率を示す図である。

【図１２】 受光部６０に設けられた光学フィルターの
説明図である。

【図１３】 第１の実施形態の距離測定方法のフローチ
ャートである。

【図１４】 奥行き距離算出処理Ｓ１１０のフローチャ
ートである。

【図１５】 奥行き距離算出処理Ｓ１１０の変形例のフ
ローチャートである。

【図１６】 第１の実施形態の別の例における照射部４
０及び撮像部１００の構成を示す図である。

【図１７】 第１の実施形態の別の例における処理部１
１０の構成を示す図である。

【図１８】 第１の実施形態の別の例における奥行き距
離算出方法の説明図である。

【図１９】 第１の実施形態の別の例における距離測定
方法のフローチャートである。

【図２０】 第１の実施形態のさらに別の例における照
射部４０及び撮像部１００の構成を示す図である。

【図２１】 第１の実施形態のさらに別の例における処
理部１１０の構成を示す図である。

【図２２】 本発明の第２の実施形態の原理説明図であ
る。

【図２３】 第２の実施形態の照射部４０及び撮像部１
００の構成を示す図である。

【図２４】 第２の実施形態における距離測定方法のフ
ローチャートである。

【図２５】 第２の実施形態における奥行き距離算出処
理Ｓ３１０のフローチャートである。

【図２６】 第２の実施形態における距離測定方法の別
の例のフローチャートである。

【符号の説明】 １２・・・被写体、１６・・・第１の照射光 １８・・・第２の照射光、２２・・・第１の反射光 ２４・・・第２の反射光、２６・・・光源 ２８・・・カメラ、４０・・・照射部 ４２・・・光学フィルター、４４・・・光源部 ４６・・・光学レンズ、５０・・・分光部 ５４・・・画像メモリ、５６・・・画像補正部 ５８・・・記録部、６０・・・受光部 ７０・・・光強度検出部、７２・・・受光部又は光学結
像部 ７４・・・光学フィルター、７６，７８・・・ハーフミ
ラー ８０・・・奥行き距離算出部、８４・・・受光部 ９０・・・制御部、１００・・・撮像部 １１０・・・処理部、２００・・・画像撮像装置

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA53 BB05 CC16 DD02 DD06 EE00 EE09 FF09 FF42 GG23 HH05 HH07 JJ03 JJ26 LL00 LL04 LL22 LL30 LL46 MM11 NN01 NN02 NN08 NN11 NN16 PP22 QQ03 QQ23 QQ24 QQ26 QQ27 QQ28 QQ32 QQ42

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体の奥行きに関する情報を取得する
   画像撮像装置であって、 第１の波長を主要な波長成分とし、照射する光の光軸と
   垂直な面における第１の強度分布を有する第１の照射光
   と、前記第１の波長とは異なる第２及び第３の波長を主
   要な波長成分とし、照射する光の光軸と垂直な面におい
   て前記第１の強度分布とは異なる第２の強度分布を有す
   る第２の照射光とを、前記被写体に照射する照射部と、 前記照射部により前記第１及び第２の照射光が照射され
   た前記被写体からの出射光に基づいて、前記被写体まで
   の奥行き距離を算出する奥行き算出部とを備えたことを
   特徴とする画像撮像装置。
2. 【請求項２】 前記第１の照射光は、光軸と垂直な面に
   おける第１の方向で単調に増加する強度分布を有し、前
   記第２の照射光は、前記第１の方向とは逆向きの第２の
   方向で単調に増加する強度分布を有することを特徴とす
   る請求項１に記載の画像撮像装置。
3. 【請求項３】 前記第１の照射光は、光軸と垂直な面に
   おいて光軸から遠ざかるにつれ単調に増加または減少す
   る強度分布を有し、前記第２の照射光は、光軸と垂直な
   面において光軸から遠ざかるにつれ、前記第１の照射光
   が光軸から遠ざかるにつれ単調に増加する場合は減少
   し、前記第１の照射光が光軸から遠ざかるにつれ単調に
   減少する場合は増加する、強度分布を有することを特徴
   とする請求項１に記載の画像撮像装置。
4. 【請求項４】 前記照射部は、前記第１及び第２の照射
   光を同時に照射することを特徴とする請求項１から３の
   いずれかに記載の画像撮像装置。
5. 【請求項５】 前記照射部により前記第１及び第２の照
   射光が照射された前記被写体から得られる出射光を結像
   する光学結像部と、 前記被写体から得られる前記出射光から、前記第１の波
   長を有する第１の出射光と、前記第２の波長を有する第
   ２の出射光と、前記第３の波長を有する第３の出射光と
   を光学的に分離する分光部と、 前記分光部によって分離され、前記光学結像部が結像す
   る前記第１、第２及び第３の出射光を受光する受光部
   と、 前記受光部が受光する前記第１、第２及び第３の出射光
   の強度を検出する光強度検出部とをさらに備え、 前記奥行き算出部は、前記第１、第２及び第３の出射光
   の強度を用いて、前記被写体までの奥行き距離を算出す
   ることを特徴とする請求項４に記載の画像撮像装置。
6. 【請求項６】 前記第１の照射光は、光軸と垂直な面に
   おいて、前記照射部と、前記受光部又は前記光学結像部
   のいずれかとを結ぶ線を光軸と垂直な面に投影した線と
   平行な第１の方向で強度が増加し、前記第２の照射光
   は、光軸と垂直な面において、前記第１の方向と逆向き
   の第２の方向で強度が増加することを特徴とする、請求
   項５に記載の画像撮像装置。
7. 【請求項７】 前記照射部は、前記第１の波長の光を透
   過する第１の照射光光学フィルターと、前記第２及び第
   ３の波長の光を透過する第２の照射光光学フィルターと
   を有し、前記第１の照射光光学フィルターは、前記第１
   の照射光が入射され、前記第２の照射光光学フィルター
   は、前記第２の照射光が入射されることを特徴とする請
   求項５又は６に記載の画像撮像装置。
8. 【請求項８】 前記第１の照射光光学フィルターは、入
   射面において第１の方向で透過率が増加し、前記第２の
   照射光光学フィルターは、前記第１の方向と逆向きの第
   ２の方向で透過率が増加することを特徴とする、請求項
   ７に記載の画像撮像装置。
9. 【請求項９】 前記第１の照射光光学フィルターは、入
   射面において前記第１の照射光の光軸から遠ざかるにつ
   れ透過率が増加または減少し、前記第２の照射光光学フ
   ィルターは、入射面において前記第２の照射光の光軸か
   ら遠ざかるにつれ透過率が、前記第１の照射光光学フィ
   ルターの透過率が前記第１の照射光の光軸から遠ざかる
   につれ増加する場合は減少し、前記第１の照射光光学フ
   ィルターの透過率が前記第１の照射光の光軸から遠ざか
   るにつれ減少する場合は増加することを特徴とする請求
   項７に記載の画像撮像装置。
10. 【請求項１０】 前記分光部は、前記第１の波長の光を
    透過する第１の出射光光学フィルター、前記第２の波長
    の光を透過する第２の出射光光学フィルター、及び前記
    第３の波長の光を透過する第３の出射光光学フィルター
    とを有し、前記第１の出射光光学フィルターは、前記第
    １の出射光が入射され、前記第２の出射光光学フィルタ
    ーは、前記第２の出射光が入射され、前記第３の出射光
    光学フィルタは、前記第３の出射光が入射されることを
    特徴とする請求項５又は６に記載の画像撮像装置。
11. 【請求項１１】 前記分光部は、前記第１の波長の光を
    透過する第１の出射光光学フィルターと、前記第２及び
    第３の波長の光を透過する第２の出射光光学フィルター
    とを有し、前記第１の出射光光学フィルターは、前記第
    １の出射光が入射され、前記第２の出射光光学フィルタ
    ーは、前記第２及び第３の出射光が入射されることを特
    徴とする請求項５又は６に記載の画像撮像装置。
12. 【請求項１２】 前記受光部は、固体撮像素子を有し、
    前記分光部は、前記第１の波長の光を透過する第１の出
    射光光学フィルターと、前記第２の波長の光を透過する
    第２の出射光光学フィルターと、前記第３の波長の光を
    透過する第３の出射光光学フィルターとを有し、前記第
    １、第２及び第３の出射光光学フィルターが前記固体撮
    像素子の受光面に交互に配置されたことを特徴とする請
    求項５又は６に記載の画像撮像装置。
13. 【請求項１３】 前記奥行き算出部は、前記第２及び第
    ３の出射光の強度に基づく値と、前記第１の出射光の強
    度とを用いて、前記被写体までの奥行き距離を算出する
    ことを特徴とする請求項５から１２のいずれかに記載の
    画像撮像装置。
14. 【請求項１４】 前記奥行き算出部は、前記第２の出射
    光と前記第３の出射光の平均強度及び前記第１の出射光
    の強度を用いて、前記被写体までの奥行き距離を算出す
    ることを特徴とする請求項１３に記載の画像撮像装置。
15. 【請求項１５】 前記照射部は、第１の波長を主要な波
    長成分とし、照射する光の光軸と垂直な面における第１
    の強度分布を有する第１の照射光と、前記第１の波長よ
    り短い第２の波長、及び前記第１の波長より長い第３の
    波長を主要な波長成分とし、照射する光の光軸と垂直な
    面において前記第１の強度分布とは異なる第２の強度分
    布を有する第２の照射光とを、前記被写体に照射し、 前記照射部により前記第１及び第２の照射光が照射され
    た前記被写体からの出射光を結像する光学結像部と、 前記被写体から得られる前記出射光から、前記第１の波
    長を有する第１の出射光と、前記第２及び第３の波長を
    有する第２の出射光とを光学的に分離する分光部と、 前記分光部によって分離され、前記光学結像部が結像す
    る前記第１の出射光及び前記第２の出射光を受光する受
    光部と、 前記受光部が受光する前記第１及び第２の出射光の強度
    を検出する光強度検出部とをさらに備え、 前記奥行き算出部は、前記第１及び第２の出射光の強度
    を用いて、前記被写体までの奥行き距離を算出すること
    を特徴とする請求項４に記載の画像撮像装置。
16. 【請求項１６】 前記奥行き算出部は、前記第１の出射
    光の強度及び前記第２の出射光の強度の半分の値を用い
    て、前記被写体までの前記奥行き距離を算出することを
    特徴とする請求項１５に記載の画像撮像装置。
17. 【請求項１７】 前記光強度検出部は、前記受光部に撮
    像された前記被写体の画像の各画素において前記第１及
    び第２の出射光の強度を算出し、前記奥行き算出部は、
    前記各画素の各々に対応する前記被写体の領域までの前
    記奥行きを各々求めることにより、前記被写体の奥行き
    分布を算出することを特徴とする請求項５から１６のい
    ずれかに記載の画像撮像装置。
18. 【請求項１８】 前記第１及び第２の照射光は赤外線領
    域の光であり、 前記分光部は、前記被写体から得られる前記出射光から
    可視光を光学的に分離する手段をさらに備え、 前記受光部は、前記分光部により光学的に分離され、前
    記光学結像部が結像する前記可視光を受光する可視光用
    の固体撮像素子をさらに備え、 前記奥行き算出部が算出する前記被写体の前記奥行き分
    布と共に前記可視光用の固体撮像素子に撮像された前記
    被写体の画像を記録する記録部をさらに備えたことを特
    徴とする請求項１７に記載の画像撮像装置。
19. 【請求項１９】 被写体の奥行きに関する情報を取得す
    る距離測定方法であって、 第１の波長を主要な波長成分とし、照射する光の光軸と
    垂直な面における第１の強度分布を有する第１の照射光
    と、前記第１の波長とは異なる第２及び第３の波長を主
    要な波長成分とし、照射する光の光軸と垂直な面におい
    て前記第１の強度分布とは異なる第２の強度分布を有す
    る第２の照射光とを、同時に前記被写体に照射する照射
    段階と、 前記第１及び第２の照射光が照射された前記被写体から
    得られる出射光から、前記第１の波長を有する第１の出
    射光と、前記第２の波長を有する第２の出射光と、前記
    第３の波長を有する第３の出射光とを光学的に分離する
    分光段階と、 分離された前記第１、第２及び第３の出射光を撮像する
    撮像段階と、 撮像された前記第１、第２及び第３の出射光の強度を検
    出する光強度検出段階と、 前記第１、第２及び第３の出射光の強度に基づいて、前
    記被写体までの奥行き距離を算出する奥行き算出段階と
    を備えたことを特徴とする距離測定方法。
20. 【請求項２０】 前記奥行き算出段階は、前記第２及び
    第３の出射光の強度に基づく値及び前記第１の出射光の
    強度に基づいて、前記被写体までの前記奥行き距離を算
    出することを特徴とする請求項１９に記載の距離測定方
    法。
21. 【請求項２１】 前記奥行き算出段階は、前記第２の出
    射光と前記第３の出射光の平均強度及び前記第１の出射
    光の強度に基づいて、前記被写体までの前記奥行き距離
    を算出することを特徴とする請求項１９に記載の距離測
    定方法。
22. 【請求項２２】 被写体の奥行きに関する情報を取得す
    る距離測定方法であって、 第１の波長を主要な波長成分とし、光軸と垂直な面にお
    ける第１の強度分布を有する第１の照射光と、前記第１
    の波長より短い第２の波長、及び前記第１の波長より長
    い第３の波長を主要な波長成分とし、光軸と垂直な面に
    おいて前記第１の強度分布と異なる第２の強度分布を有
    する第２の照射光とを、同時に前記被写体に照射する照
    射段階と、 前記第１及び第２の照射光が照射された前記被写体から
    得られる出射光から、前記第１の波長を有する第１の出
    射光と、前記第２及び第３の波長を有する第２の出射光
    とを光学的に分離する分光段階と、 分離された前記第１の出射光及び前記第２の出射光を撮
    像する撮像段階と、 受光された前記第１の出射光及び前記第２の出射光の強
    度をそれぞれ検出する光強度検出段階と、 前記第１の出射光の強度及び前記第２の出射光の強度に
    基づいて、前記被写体までの奥行き距離を算出する奥行
    き算出段階とを備えたことを特徴とする距離測定方法。
23. 【請求項２３】 前記奥行き算出段階は、前記第１の出
    射光の強度及び前記第２の出射光の強度の半分の値に基
    づいて、前記被写体までの前記奥行き距離を算出するこ
    とを特徴とする請求項２２に記載の距離測定方法。
24. 【請求項２４】 被写体の奥行きに関する情報を取得す
    る画像撮像装置であって、 第１の波長を主要な波長成分とし、照射する光の進行方
    向において強度が変化するよう変調した第１の照射光
    と、前記第１の波長とは異なる第２及び第３の波長を主
    要な波長成分とし、照射する光の進行方向において強度
    が変化するよう変調した第２の照射光とを、前記被写体
    に照射する照射部と、 前記照射部により前記第１及び第２の照射光が照射され
    た前記被写体からの出射光に基づいて、前記被写体まで
    の奥行き距離を算出する奥行き算出部とを備えたことを
    特徴とする画像撮像装置。
25. 【請求項２５】 前記第１の照射光は、進行方向におい
    て強度が単調に増加または減少するよう変調された照射
    光であり、前記第２の照射光は、進行方向において、前
    記第１の照射光の強度が進行方向において単調に増加す
    る場合は単調に減少し、前記第１の照射光の強度が進行
    方向において単調に減少する場合は単調に増加するよう
    変調された照射光であることを特徴とする請求項２４に
    記載の画像撮像装置。
26. 【請求項２６】 前記照射部によって照射される前記第
    １及び第２の照射光の強度を、時間により変化させる変
    調部をさらに備えたことを特徴とする請求項２４又は２
    ５に記載の画像撮像装置。
27. 【請求項２７】 前記照射部は、第１の波長を主要な波
    長成分とし、光の進行方向において強度が変化するよう
    変調した第１の照射光と、前記第１の波長より短い第２
    の波長、及び前記第１の波長より長い第３の波長を主要
    な波長成分とし、光の進行方向において強度が変化する
    よう変調した第２の照射光とを、前記被写体に照射し、 前記照射部により前記第１及び第２の照射光が照射され
    た前記被写体からの出射光を結像する光学結像部と、 前記被写体から得られる前記出射光から、前記第１の波
    長を有する第１の出射光と、前記第２及び第３の波長を
    有する第２の出射光とを光学的に分離する分光部と、 前記分光部によって分離され、前記光学結像部が結像す
    る前記第１の出射光及び前記第２の出射光を受光する受
    光部と、 前記受光部が受光する前記第１及び第２の出射光の強度
    を検出する光強度検出部とをさらに備え、 前記奥行き算出部は、前記受光部における前記第１及び
    第２の出射光の強度に基づいて、前記被写体までの奥行
    き距離を算出することを特徴とする請求項２６に記載の
    画像撮像装置。
28. 【請求項２８】 被写体の奥行きに関する情報を取得す
    る距離測定方法であって、 第１の波長を主要な波長成分とし、照射する光の進行方
    向において強度が変化するよう変調した照射光と、前記
    第１の波長とは異なる第２及び第３の波長を主要な波長
    成分とし、照射する光の進行方向において強度が変化す
    るよう変調した第２の照射光とを、同時に前記被写体に
    照射する照射段階と、 前記第１及び第２の照射光が照射された前記被写体から
    得られる出射光から、前記第１の波長を有する第１の出
    射光と、前記第２の波長を有する第２の出射光と、前記
    第３の波長を有する第３の出射光とを光学的に分離する
    分光段階と、 分離された前記第１、第２及び第３の出射光を撮像する
    撮像段階と、 撮像された前記第１、第２及び第３の出射光の強度を検
    出する光強度検出段階と、 前記第１、第２及び第３の出射光の前記撮像部における
    強度に基づいて、前記被写体までの奥行き距離を算出す
    る奥行き算出段階とを備えたことを特徴とする距離測定
    方法。
29. 【請求項２９】 前記奥行き算出段階は、前記撮像部に
    おける前記第２及び第３の出射光の強度に基づく値と、
    前記第１の出射光の前記撮像部における強度とに基づい
    て、前記被写体までの前記奥行き距離を算出することを
    特徴とする請求項２８に記載の距離測定方法。
30. 【請求項３０】 被写体の奥行きに関する情報を取得す
    る距離測定方法であって、 第１の波長を主要な波長成分とし、光の進行方向におい
    て強度が変化するよう変調した第１の照射光と、前記第
    １の波長より短い第２の波長、及び前記第１の波長より
    長い第３の波長を主要な波長成分とし、光の進行方向に
    おいて強度が変化するよう変調した第２の照射光とを、
    同時に前記被写体に照射する照射段階と、 前記第１及び第２の照射光が照射された前記被写体から
    得られる出射光から、前記第１の波長を有する第１の出
    射光と、前記第２及び第３の波長を有する第２の出射光
    とを光学的に分離する分光段階と、 分離された前記第１の出射光及び前記第２の出射光を撮
    像する撮像段階と、 受光された前記第１の出射光及び前記第２の出射光の強
    度をそれぞれ検出する光強度検出段階と、 前記第１の出射光の前記撮像部における強度と、前記第
    ２の出射光の前記撮像部における強度とに基づいて、前
    記被写体までの奥行き距離を算出する奥行き算出段階と
    を備えたことを特徴とする距離測定方法。