JP2003028620A - レンジファインダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源からの光を、被写体に直接照射出来ない
場所の被写体の距離を計測出来るレンジファインダを提
供すること。 【解決手段】 光源２０１と、前記光源２０１から出射
される光を導く第１光ファイバ２０２と、第１光ファイ
バ２０２から導かれた光を複数の経路に分岐する光分配
手段２０３と、光分配手段２０３に一端が接続され、且
つ他端の開口部から分岐された光を被写体に照射するた
めの複数の第２光ファイバ２０５と、照射された光の反
射光を受光して、被写体の画像データを取得する撮像手
段２０６と、画像データに基づいて被写体までの距離を
計算する距離計算手段とを備え、複数の第２光ファイバ
ー２０５のそれぞれの他端から前記被写体に照射される
光の強度が、いずれも場所的に異なる分布を有している
ことを特徴とするレンジファインダー装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の３次元形状
の計測を行うレンジファインダ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】投影光と観察画像の三角測量に基づいて
３次元形状計測を行うレンジファインダ装置としては、
例えば、図４０に示すような実時間動作可能なものが提
案されている。

【０００３】図４０において、１０１Ａ、１０１Ｂは波
長のわずかに異なるレーザ光源、１０２は前記波長の異
なるレーザ光源からのレーザ光を合成するハーフミラ
ー、１０３は前記レーザ光源の光強度を制御する光源制
御部、１０４はレーザ光を走査する回転ミラー、１０５
は回転ミラーを制御する回転制御部、１０６は被写体、
１０７はＣＣＤ上に像を結ぶためのレンズ、１０８Ａ、
１０８Ｂはレーザ光源の波長の光を分離する光波長分離
フィルタ、１０９Ａ、１０９Ｂはモノクロ画像を撮像す
るＣＣＤ、１０９Ｃはカラー画像を撮像するＣＣＤ、１
１０Ａ、１１０Ｂはモノクロカメラの信号処理部、１１
１はカラーカメラの信号処理部、１１２はＣＣＤ１０９
Ａ、１０９Ｂによって撮影したレーザ光の強度から被写
体の距離もしくは形状を計算する距離計算部、１１３は
装置全体の同期を調整する制御部である。以下、このよ
うに構成されたレンジファインダ装置の動作について説
明する。

【０００４】レーザ光源１０１Ａ、１０１Ｂは、波長の
わずかに異なるレーザ光を発する。このレーザ光は、後
述の回転ミラーの走査方向と垂直な光断面を有するライ
ン光であり、回転ミラーが水平方向に走査する場合は垂
直方向のライン光となる。

【０００５】これら２つの光源の波長特性を図４１に示
す。波長の近い２つの光源を用いるのは、被写体の反射
率の波長依存性の影響を受けにくくするためである。レ
ーザ光源１０１Ａ、１０１Ｂから発せられたレーザ光は
ハーフミラー１０２によって合成され、回転ミラー１０
４によって被写体６に走査される。

【０００６】このレーザ光の走査は、回転制御部１０５
がフィールド周期で回転ミラー１０４を駆動することに
より行われる。その際に、双方の光源の光強度を１フィ
ールド周期内で、図４２（ａ）に示すように変化させ
る。レーザ光強度の変化とミラー角の駆動とを同期させ
ることにより、２つのレーザ光強度をＣＣＤ１０９Ａ、
１０９Ｂによりモニタしてその光強度比を算出すること
により、一走査周期における時刻を測定することができ
る。例えば、図４２（ｂ）に示すように、光強度がＩａ
／Ｉｂの場合には、走査時刻はｔ０と測定され、その測
定値から回転ミラー１０４の回転角（φ）が判明する。

【０００７】このように、２つのレーザ光強度の比とミ
ラー角（すなわち、光源側から見た被写体の角度）とを
１対１に対応させることにより、後述する距離計算部に
おいて、双方の光源の光を撮影した信号レベルの比か
ら、三角測量の原理により被写体の距離もしくは形状が
計算される。

【０００８】レンズ１０７はＣＣＤ１０９Ａ、１０９
Ｂ、１０９Ｃ上に被写体の像を結ぶ。光波長分離フィル
タ１０８Ａは、光源１０１Ａの波長の光を透過し、他の
波長の光を反射する。光波長分離フィルタ１０８Ｂは、
光源１０１Ｂの波長の光を透過し、他の波長の光を反射
する。その結果、光源１０１Ａ、１０１Ｂの光の被写体
からの反射光はＣＣＤ１０９Ａ、１０９Ｂにより撮影さ
れ、他の波長の光はカラー画像としてＣＣＤ１０９Ｃに
より撮影される。

【０００９】光源Ａ信号処理部１１０Ａと光源Ｂ信号処
理部１１０Ｂは、ＣＣＤ１０９Ａ、１０９Ｂの出力につ
いて通常のモノクロカメラと同様の信号処理を行う。カ
ラーカメラ信号処理部１１１は、ＣＣＤ１０９Ｃの出力
について通常のカラーカメラの信号処理を行う。

【００１０】距離計算部１１２は、各光源の波長につい
てＣＣＤ１０９Ａ、１０９Ｂにより撮影された信号レベ
ルの比、基線長、画素の座標値から、各画素について距
離計算を行う。

【００１１】図４３(ａ)，(ｂ)は、その距離計算を図形
的に説明する図である。同図において、Ｏはレンズ１０
７の中心、Ｐは被写体上の点、Ｑは回転ミラーの回転軸
の位置である。また、説明を簡単にするため、ＣＣＤ１
０９の位置を被写体側に折り返して示している。また、
ＯＱの長さ（基線長）をＬ、ＸＺ平面内でＱから見たＰ
の角度をφ、ＯからみたＰの角度をθ、ＹＺ平面内でＯ
からみたＰの角度をωとすると、図計的な関係より、Ｐ
の３次元座標は以下の式（１）で計算される。

【００１２】Ｚ＝Ｄtanθtanφ／(tanθ＋tanφ) Ｘ＝Ｚ／tanθ Ｙ＝Ｚ／tanω ・・・・・ （１） 式（１）のφについては、前述のとおり、ＣＣＤ１０９
Ａ、１０９Ｂによりモニタしたレーザ光源１０１Ａ、１
０１Ｂの光強度比によって計算し、θ、ωについては画
素の座標値から計算する。式（１）に示した値のうち、
すべてを計算すると形状を求めることになり、Ｚのみで
あれば距離画像を求めることになる。

【００１３】一方、光源からの光を、被写体に直接照射
出来ない場所の撮影には、光ファイバを利用したカメラ
が知られている。例えば、人体の内部を診察する際に用
いられる内視鏡の一つとして胃カメラ等がある。胃カメ
ラの場合、通常光ファイバからの光照射により胃の内壁
を照射して、この内壁部からの反射光を別の光ファイバ
で受光して外部のカメラ部に導き、これを２次元的に処
理して通常の画像をモニタに映し出す構成である。

【発明が解決しようとする課題】

【００１４】しかしながら、上記従来の内視鏡等の様
に、光源からの光を、被写体に直接照射出来ない場所の
撮影には、光ファイバを利用したカメラでは、画像が２
次元的データであるため、突起部位の有無の診察等が難
しいと言う課題が有った。また、上記のような従来の構
成では、変調可能な光源と光源掃引手段が必須であり、
機械的な動作を含むため装置の信頼性が低く、装置のコ
ストが高いという問題があった。

【００１５】本発明は、上記従来の課題を考慮し、光源
からの光を、被写体に直接照射出来ない場所の被写体の
距離を計測出来るレンジファインダを提供することを目
的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、光源と、前記
光源から出射される光を導く第１光ファイバと、前記第
１光ファイバから導かれた光を複数の経路に分岐する光
分配手段と、前記光分配手段に一端が接続され、且つ他
端の開口部から前記分岐された光を被写体に照射するた
めの複数の第２光ファイバと、前記照射された光の反射
光を受光して、前記被写体の画像データを取得する撮像
手段と、前記画像データに基づいて前記被写体までの距
離を計算する距離計算手段とを備え、前記複数の第２光
ファイバーのそれぞれの前記他端から前記被写体に照射
される光の強度が、いずれも場所的に異なる分布を有し
ていることを特徴とするレンジファインダー装置であ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態に係
るレンジファインダ装置について、図面を用いて説明す
る。

【００１８】（第１の参考例）図１は、本発明に関連す
る第１の参考例におけるレンジファインダの構成図であ
る。図１において、１カメラ、２ａ，２ｂは光源、５は
光源制御部、６は距離計算部である。以下に上記構成の
動作について説明する。

【００１９】光源制御部５は、カメラ１の垂直同期信号
に同期して、フィールド周期毎に光源２ａ，２ｂを交互
に発光させる。光源２ａ，２ｂとしては、例えば図２
（ａ）に示すように、キセノンフラッシュランプ等の閃
光光源７、８を縦に配置し、後方の反射板の方向を左右
にずらしたものを用いることができる。図２（ｂ）は、
図２（ａ）の平面図である。光源２ａ、２ｂはそれぞれ
Ａ、Ｂの範囲に光を輻射する。このキセノンランプは発
光部分が小型のもので、上から見て点光源と見なせるも
のが望ましい。さらには、光源２ａ、２ｂは縦方向に配
置されているがその距離は１cm程度であり、ほとんど一
点から光が発光されているとみなせる。

【００２０】このような光源から輻射される光パタンは
図３のようになる。これは仮のスクリーンに光を投射し
た場合、そのスクリーン面の明るさの大きさを図中の→
方向で示したものである。即ち、各々の光源は中心軸上
が最も明るく、周辺になるほど暗くなる特性を持つ。こ
のような中央が明るく周辺が暗いのは半円筒状の反射板
９，１０が閃光光源７，８の背後に配置されているから
である。また、その半円筒状の反射板９，１０の向きが
ずれており、それぞれの投射光は一部が重なるように発
光されている。

【００２１】図４は、図３のＨ方向の面における、光源
からの投射光の角度と光強度の関係を示したものであ
る。このＨ方向とは、光源中心とレンズ中心とを含む複
数個の面のうち、任意の面Ｓと前記仮のスクリーンとの
交叉線の方向である。この光パタンのうちα部分におい
ては、２つの光源から被写体空間に照射される光は、各
光源から見て一方は右側が明るく、他方は左側が明るい
光となる。但し、このパタンは高さ方向（Ｙ方向）に対
しても異なっている。

【００２２】図５は、図４のα部分における、上記２つ
の投射光での被写体照明での光強度比と、投射光をＸＺ
平面に投影したものがＸ軸に対してなす角度φとの関係
を示したものである。α部分においては、光強度比と角
度φの関係は１対１対応である。距離の測定のために
は、事前に２種類の光パタンを、光源から所定距離離
れ、垂直に立てられた平面に交互に投射し、この反射光
をカメラ１で撮像した結果から、各Ｙ座標（ＣＣＤ上の
Ｙ座標に対応する）毎に図５のような光強度比と投射光
の角度との関係のデータを得ておく。Ｙ座標毎とは、光
源中心とレンズ中心とを含む複数個の面毎にということ
である。

【００２３】また、カメラ１のレンズ中心と光源を結ぶ
線分が、ＣＣＤ撮像面のＸ軸と平行になるように光源を
配置すれば、各Ｙ座標毎に決定された光強度比と投射光
の角度の関係のデータを用いることにより正確に距離計
算を行うことができる。以下に、光強度比を用いた距離
計算の方法について説明する。

【００２４】図１の点Ｐを着目点とする時、カメラ１に
よって撮像した映像の点Ｐについての２種類の光パタン
照射時の撮像データから得られた輝度比と、点ＰのＹ座
標値に対応した図５の関係を用いることにより、光源か
ら見た点Ｐの角度φを計測する。なお、図５の関係は前
述のように、Ｙ座標値によって異なる特性を持ち、各Ｙ
座標毎に光強度比と、光源からの水平方向の角度φの関
係が事前の測定によって用意されているものとする。ま
た、カメラから見た点Ｐに対する角度θは、画像中での
位置（すなわち点Ｐの画素座標値）とカメラパラメータ
（焦点距離、レンズ系の光学中心位置）から決定する。
そして、上記２つの角度と、光源位置とカメラの光学中
心位置間の距離（基線長）とから、三角測量の原理によ
り距離を計算する。

【００２５】カメラの光学中心を原点とし、カメラの光
軸方向をＺ軸、水平方向にＸ軸、垂直方向にＹ軸を設定
し、光源からみた着目点の方向がＸ軸となす角をφ、カ
メラから見た着目点の方向とＸ軸がなす角をθ、光源位
置を（０，−Ｄ）すなわち基線長をＤとすると、着目点
Ｐの奥行き値Ｚは前述の式（１） Ｚ＝Ｄtanθtanφ／(tanθ−tanφ) として計算できる。

【００２６】以上のように本参考例によれば、光強度を
用いたレンジファインダによる距離測定時に、光源や光
学系により生じる光強度の変化を補正して距離計測を行
うことにより、全て電子的な動作で実現できる、安定し
た精度のよいレンジファインダ装置を実現することがで
きる。

【００２７】なお、本参考例によるレンジファインダの
赤外カメラの前面にハーフミラーもしくはダイクロイッ
クミラーとカラーカメラを配置することにより、距離画
像と同時に同一視点のカラー画像も得ることができ、本
発明に含まれる。

【００２８】なお、本参考例における距離計算部では、
距離Ｚのみを計算し計算結果を距離画像として出力する
ものとしたが、図６に示す角度ωを用いて式（１），式
（２）より三次元座標値Ｘ，Ｙ，Ｚを全て計算し三次元
座標データを出力してもよく、本発明に含まれる。

【００２９】Ｘ＝Ｚ／tanθ Ｙ＝Ｚ／tanω ・・・・・ （２） なお、本参考例において、光源２ａ、２ｂを同時に発光
させ、図４の点線のように１つの中心の明るさが大き
く、周辺が暗くなる通常のフラッシュランプとして使用
すれば、通常の２次元画像を撮像することができる。

【００３０】また、本参考例において、光源２の前面に
赤外通過型フィルタを挿入し、カメラ１に赤外波長領域
に感度のあるものを用いればフラッシュ光の点灯が使用
者や他のカメラ撮影画像に妨害を与えないようにするこ
とができる。また、ハーフミラーやダイクロイックミラ
ー等で赤外カメラと同軸で同時に通常のカラーカメラで
画像を撮像すれば、奥行き画像とそれに対応したテクス
チャ画像を同時に撮像することもできる。

【００３１】また、本参考例において、フラッシュ光は
数百マイクロ秒の時間閃光するので、その期間のみカメ
ラ１はシャッタ動作によって露出を行うように設定すれ
ば、背景光が距離測定に影響を及ぼすことを抑圧するこ
とが出来、ある程度明るい場所でも距離画像を撮像する
ことができる。

【００３２】また、本参考例においては、２種類の光パ
タンを被写体に照射し、それぞれの場合の撮像画像を用
いて各画素での光強度比を計算したが、光パタンを照射
しない場合の画像も撮像して合計３種類（光パタン２種
類、光パタン無し１種類）の画像を得て計算しても良
い。この場合、各画素の光強度比を計算する際に、各々
の光パタン照射時の光強度の値から光パタン無しの場合
の光強度を差し引いた差分値を計算する。そしてこれら
の差分値の比を計算して光強度比とする。このようにす
れば明るい場所での撮像の場合、背景光による距離計算
誤差を抑圧することが出来る。

【００３３】（第２の参考例）図７は、本発明に関連す
る第２の参考例におけるレンジファインダの構成図であ
る。図７において、１ａは赤外光に感度を有するカメ
ラ、２ａ，２ｂは光源、３ａ，３ｂは赤外透過フィル
タ、４ａ，４ｂは水平方向に透過率が変化するＮＤフィ
ルタ、５は光源制御部、６は距離計算部である。以下に
上記構成の動作について説明する。

【００３４】光源制御部５は、赤外カメラ１ａの垂直同
期信号に同期して、フィールド周期毎に光源２ａ，２ｂ
を発光させる。光源２ａ，２ｂとしては、キセノンラン
プ等の閃光を発するもので、発光部分が小型のもの（点
光源と見なせるもの）が望ましい。また、光源２ａ，２
ｂは垂直方向に配置する。

【００３５】各光源の前面には、赤外透過フィルタ３
ａ，３ｂとＮＤフィルタ４ａ，４ｂとを配置する。ＮＤ
フィルタ４ａ，４ｂは水平方向に透過率が変化する。図
２は水平方向の光源からの角度と、ＮＤフィルタ４ａ，
４ｂの透過率の関係を示す。

【００３６】これらのＮＤフィルタにより、２つの光源
から被写体空間に照射される光は、光源から見て一方は
右側が明るく、他方は左側が明るい光となる。その結
果、被写体にはフィールド周期毎に、上記右側もしくは
左側が明るい光が交互に投射される。

【００３７】図５は、上記２つの投射光の光強度比と、
光源からの水平方向の角度との関係を示す。以下に、光
強度比を用いた距離計算の方法について説明する。

【００３８】図７の点Ｐを着目点とする時、図５の関係
を用いることにより、カメラ１ａによって撮像した映像
の点Ｐについてのフィールド間での輝度比から、光源か
ら見た点Ｐの角度を計測する。また、カメラから見た点
Ｐに対する角度は、画像中での位置（すなわち点Ｐの画
素座標値）とカメラパラメータ（焦点距離、レンズ系の
光学中心位置）から決定する。そして、上記２つの角度
と、光源位置とカメラの光学中心位置間の距離（基線
長）とから、三角測量の原理により距離を計算する。

【００３９】カメラの光学中心を原点とし、カメラの光
軸方向をＺ軸、水平方向にＸ軸、垂直方向にＹ軸を設定
し、光源からみた着目点の方向がＸ軸となす角をφ、カ
メラから見た着目点の方向とＸ軸がなす角をθ、光源位
置を（０，−Ｄ）すなわち基線長をＤとすると、着目点
Ｐの奥行き値ＺはＺ＝Ｄtanθtanφ／(tanθ−tanφ)と
して計算できる。

【００４０】距離計算部６はカメラ１ａの映像信号から
距離画像を計算する。そのやり方は参考例１と同じでよ
いが、次に示すような別のより正確な測定が可能な方法
がある。図８は、距離計算部６の構成図である。図８に
おいて、１１ａ，１１ｂはフィールドメモリ、１２ａ，
１２ｂは光強度補正手段、１３は光強度比計算手段、１
４は距離変換手段である。以下に各構成要素の動作につ
いて説明する。

【００４１】カメラ１ａにより撮像された画像はフィー
ルド毎にフィールドメモリ１１ａ、１１ｂに書き込まれ
る。

【００４２】光強度補正手段１２ａ，１２ｂはフィール
ドメモリに書き込まれた光強度を補正する手段である。
その補正の理由を次に説明する。図９は、距離Ｚが一定
のスクリーンに点光源から光を（ＮＤフィルタが無い状
態で）照射し、面からの反射光を撮像した場合に、撮像
される光強度と画素座標値の関係を示す。図９では簡単
のために横方向についてのみ１次元的に示しているが、
垂直方向についても同様に光強度は曲線的な分布を示
す。

【００４３】この分布の要因としては、カメラのレンズ
系による周辺減光、被写体面に対する光線の入射角の変
化による反射光強度の変化、光源からの角度による光強
度の変化等が考えられる。これらの要因により生じる光
強度の変化は、光強度比観測時の誤差すなわち距離計測
時の誤差となるため、距離計測精度を改善するためには
光強度の変換が必要となる。この誤差があると、場合に
よっては図５の特性曲線中に単調増加曲線でない部分が
生じる。そのような部分では、光強度と、上記角度とが
一対一対応しなくなる。その結果、測定結果が狂ってし
まうことになる。また、この誤差がなければ光強度
（比）はＹ軸方向で一定となり、図５の変換テーブルが
１つですむという利点がある（参考例１ではＹ座標値の
個数分変換テーブルが必要となる）。

【００４４】そこで、光強度変換手段１２ａ，１２ｂ
は、上記計測誤差を低減させるために、ＮＤフィルタが
無い場合の、基準となる距離だけ離れたスクリーン上の
画像での２次元的な光強度の曲線分布を予め測定してお
き、上記光強度と投射光の角度との関係（図５対応）を
得る際、また、実際の被写体の距離を測定する際に、そ
の予め測定した光強度の曲線分布に従って、フィールド
メモリの光強度を補正変換する。補正変換は、上記光強
度の曲線分布を一定値に補正する係数（すなわち、ピー
ク値又はある任意の値に対する各画素において撮像され
た光強度の比）を２次元ＬＵＴ（ルックアップテーブ
ル）として保持し、フィールドメモリのデータに画素毎
に補正計数を乗じて行う。

【００４５】上記基準距離は、被写体を配置する距離が
予めわかる場合は、その距離の付近にすることで、距離
計測時の精度を改善できる。

【００４６】以上のように本参考例によれば、光強度を
用いたレンジファインダによる距離測定時に、光源や光
学系により生じる光強度の誤差を補正して距離計測を行
うことにより、全て電子的な動作で実現できる、安定し
た精度のよいレンジファインダ装置実現することができ
る。

【００４７】なお、本参考例によるレンジファインダの
赤外カメラの前面にハーフミラーもしくはダイクロイッ
クミラーとカラーカメラを配置することにより、距離画
像と同時に同一視点のカラー画像も得ることができる。

【００４８】なお、本参考例における距離計算部の説明
では、距離Ｚのみを計算し計算結果を距離画像として出
力するものとしたが、図６に示す角度ωを用いて、下記
の式 Ｚ＝Ｄtanθtanφ／(tanθ−tanφ) Ｘ＝Ｚ／tanθ Ｙ＝Ｚ／tanω より三次元座標値Ｘ，Ｙ，Ｚを全て計算し三次元座標デ
ータを出力することができる。

【００４９】尚、本参考例の距離計算部における光強度
補正では、被写体が上述した基準距離から離れた場合、
撮像される画素の位置がずれる（すなわち視差が生じ
る）ため、距離計測精度が低下する。そのような場合、
予め複数の基準距離についての光強度補正量を用意して
おき、最初、ある１つの基準距離での補正を行って距離
を計算し、次にそれに近い基準距離での補正量を用いて
再度距離を計算することによって計測精度を改善でき
る。

【００５０】なお、本参考例において、光源２ａ、２ｂ
を同時に発光させ、図４の点線のように１つの中心の明
るさが大きく、周辺が暗くなる通常のフラッシュランプ
として使用すれば、通常の２次元画像を撮像することが
できる。

【００５１】また、本参考例において、ハーフミラーや
ダイクロイックミラー等で赤外カメラと同軸で同時に通
常のカラーカメラで画像を撮像すれば、奥行き画像とそ
れに対応したテクスチャ画像を同時に撮像することもで
きる。

【００５２】また、本参考例において、フラッシュ光は
数百マイクロ秒の時間閃光するので、その期間のみカメ
ラ１はシャッタ動作によって露出を行うように設定すれ
ば、背景光が距離測定に影響を及ぼすことを抑圧するこ
とが出来、ある程度明るい場所でも距離画像を撮像する
ことができる。

【００５３】また、本参考例においては、２種類の光パ
タンを被写体に照射し、それぞれの場合の撮像画像を用
いて各画素での光強度比を計算したが、光パタンを照射
しない場合の画像も撮像して、合計３種類（光パタン２
種類、光パタン無し１種類）の画像を得て計算しても良
い。

【００５４】この場合、各画素の光強度比を計算する際
に、各々の光パタン照射時の光強度の値から光パタン無
しの場合の光強度を差し引いた差分値を計算する。そし
てこれらの差分値の比を計算して光強度比とする。この
ようにすれば明るい場所での撮像の場合、背景光による
距離計算誤差を抑圧することが出来る。

【００５５】また、本参考例において被写体に投光する
光パターンを、横方向に透過率が変化するＮＤフィルタ
４ａ，４ｂと光源２ａ，２ｂの代わりに、光透過型液晶
表示素子（通常の液晶映像プロジェクタに使われるよう
なもの）と光源１つを用いてもよい。光透過型液晶表示
素子の光透過パターンを切り替えて光源を２回発光させ
ることによって、あるいは、光源を点灯しておいて光透
過型液晶表示素子の２種類の光パターンを切り替えるこ
とによって、本参考例と同様に２種類の光パターンを被
写体に時分割にて照射することができる。

【００５６】（第１の実施の形態）図１０（ａ）は、本
発明のレンジファインダの第１の実施の形態の構成を示
す概略斜視図である。同図を参照しながら、 以下に本
実施の形態の構成を説明する。

【００５７】図１０（ａ）に示す様に、半導体レーザ２
０１は、波長λの光を出射する光源手段である。第１光
ファイバ２０２は、半導体レーザ２０１から出射される
光を光分配器２０３に導く手段である。又、第１光ファ
イバ２０２と半導体レーザ２０１の間には、コリメータ
レンズ２０４が配置されている。光分配器２０３は、第
１光ファイバ２０２から導かれた光を２つの経路に分岐
する光分配手段である。又、光分配器２０３は、シャッ
ター機構を備えており、分岐した光を時分割で第２光フ
ァイバａ，ｂに送り出す手段である。第２光ファイバａ
（２０５ａ）及び第２光ファイバｂ（２０５ｂ）は、そ
れぞれ光分配器２０３に一端が接続され、且つ他端の開
口部から分岐された光を被写体（例えば、胃の内壁な
ど）に照射するための光ファイバである。カメラ部２０
６は、受光用光ファイバ束２０７により受光された、被
写体からの反射光により、被写体の画像データを取得す
る撮像手段である。尚、受光用光ファイバ束２０７の先
端には、レンズ２１０が近接配置されている。ＣＣＤ２
０９は、受光用光ファイバ束２０７からの光を受光出来
るように、カメラ部２０６に取り付けられた撮像素子で
ある。又、第２光ファイバａ（２０５ａ）の開口部２０
８ａから照射される光は、上記実施の形態で説明した図
４に示す様な光強度分布を示す。第２光ファイバｂ（２
０５ｂ）の開口部２０８ｂから照射される光も同様であ
る。これらの光が、この様に水平方向の位置によって、
光強度の分布が異なるのは、光ファイバの開口部から出
る光が、開口角に基づいて拡散するからである。従っ
て、開口角を調整することにより、光強度の分布の形状
を変えることが出来る。尚、この開口角は、光ファイバ
の直径方向の屈折率を所定の値に設定することによりあ
る程度の調整が可能である。

【００５８】尚、本実施の形態のレンジファインダは、
上記実施の形態で述べた距離計算部６と同様の機能を備
えた、カメラ部２０６からの画像データに基づいて被写
体までの距離を計算する距離計算手段（図示省略）を備
えている。又、上記第１光ファイバ２０２、及び第２光
ファイバａ，ｂ（２０５ａ，２０５ｂ）の双方又は一方
に、光ファイバ束を用いても勿論良い。

【００５９】以上の構成により、次に本実施の形態の動
作を図１０（ａ）を用いて説明する。

【００６０】本実施の形態のレンジファインダは、胃カ
メラなどの内視鏡として利用することが出来るものであ
る。

【００６１】即ち、第２光ファイバａ、ｂ（２０５ａ、
２０５ｂ）の先端と、受光用光ファイバ２０７の先端と
を、患者の胃の中に挿入する。

【００６２】第２光ファイバａ，ｂの開口部からは、図
４に示す様な光強度の分布特性を有する光が、上記実施
の形態１と同様、時分割で照射される。受光用光ファイ
バ２０７が、これらの光の反射光を受光する。更に、カ
メラ部２０６が、これら反射光から得た胃の内壁の画像
データを距離計算部に送る。距離計算部は、上記実施の
形態１と同様にして、胃の内壁の３次元距離データを計
算して出力する。出力された距離データは、モニター
（図示省略）に送られて３次元表示される。医師は、そ
のモニターを見ながら、第２光ファイバの先端を移動さ
せ、３次元的に映し出された患部の画像を見ることが出
来る。これにより、従来に比べてより一層正確な診察が
出来る。

【００６３】尚、上記実施の形態では、光源部としての
半導体レーザを一つ備えた構成のレンジファインダーに
ついて説明したが、これに限らず例えば、図１０（ｂ）
に示す様に、光源部を２つ備えた構成であっても良い。
即ち、この場合、光源部としての半導体レーザ２０１
ａ,２０１ｂには、それらの出射光を個別に被写体側に
導き、被写体に照射するための光ファイバ２０５ａ、２
０５ｂが設けられている。又、これら各光ファイバ２０
５ａ，２０５ｂと半導体レーザ２０１ａ，２０１ｂの間
には、コリメータレンズ２０４ａ，２０４ｂが配置され
ている。この様な構成により、上記と同様の効果を発揮
する。

【００６４】又、上記実施の形態では、第１光ファイバ
２０２と、２つの第２ファイバ２０５ａ，２０５ｂの間
に、光分配器２０３を備えた構成について説明したが、
これに限らず例えば、光分配器２０３及び第２光ファイ
バ２０５ａ，２０５ｂに代えて、第１光ファイバから導
かれた光をファイバの先端部で２つの経路に分岐し、被
写体に照射するための光分岐手段（図示省略）を備えた
構成でも良い。この場合、第２の光ファイバを省略出
来、しかも上記と同様の効果を発揮する。

【００６５】又、上記実施の形態では、図１１（ａ）に
示す様に、光ファイバ２０５ａ，２０５ｂの前には、何
も配置していない構成について説明したが、これに限ら
ず例えば、各光ファイバ２０５ａ，２０５ｂの開口部２
０８ａ，２０８ｂの前面にコリメートレンズ３０１（図
１１（ｂ）参照）や、シリンドリカルレンズ（又は、ロ
ッドレンズ）３０２（図１１（ｃ）参照）を、各開口部
２０８ａ，２０８ｂの前面に配置する構成でも良い。こ
れにより、開口部から照射される光の強度を、より一層
効率よく位置的に一様に変化させることが可能となる。
なお、各開口部２０８ａ，２０８ｂの前面からは場所的
に光強度の異なること無い光を出力させ、そのかわり、
光透過率が位置的に異なる透過率変化フィルタ１（３０
３ａ）と、透過率変化フィルタ２（３０３ｂ）とを各開
口部２０８ａ，２０８ｂの前面に配置することも可能で
ある。

【００６６】ここで、図１１（ｄ）に示したフィルタの
特性を、図１２（ａ）、（ｂ）を参照しながら、更に説
明する。

【００６７】例えば、図１２（ａ）に示した透過率変化
フィルタ１（３０３ａ）を透過した光の強度分布は、図
１２（ｂ）中の符号４０１ａを付したものとなる様に設
定されている。これに対して、透過率変化フィルタ２
（３０３ｂ）を透過した光の強度分布は、同図中の符号
４０１ｂを付したものとなる様に設定されている。図１
２（ｂ）は、図４に示したαの範囲についての光強度分
布を表した図である。このような透過率変化フィルタを
用いても本発明を実現できる。

【００６８】又、上記実施の形態では、光分配器にシャ
ッター機構が設けられており、時分割で光が被写体に照
射される構成の場合について述べたが、これに限らず例
えば、光源からの光に複数の周波数の光が含まれてお
り、光分配器にフィルタを設けることにより、異なる波
長の光が開口部から照射される。そして、カメラ部にこ
れらの２種類の波長を区別して受光出来るフィルタと受
光素子とを備える構成とすることにより、被写体の対し
て、２種類の波長の各光を同時に照射することが可能と
なる。これにより測定時間の短縮が可能となる。図１０
（ｂ）に示した構成についても、半導体レーザ２０１
ａ，２０１ｂの波長を異ならせて、カメラ部２０６を、
２種類の波長を区別して受光出来るフィルタと受光素子
とを備える構成とすれば、上記と同様に、測定時間の短
縮が可能となる。

【００６９】又、上記実施の形態では光源として半導体
レーザを用いたが、これに限らず例えば、ＬＥＤやラン
プなどを用いても良い。

【００７０】次に、上述した本発明にかかるレンジファ
インダ装置に関連する、よりコンパクトな、またシンプ
ルな構造のカメラの例を説明する。

【００７１】つまり、上述したレンジファインダ装置に
おいては、光源２ａ，２ｂを図２に示すように光反射板
をずらしておいたり、発光管の前に水平場所によって光
透過率の異なった光フィルタを装着する必要があり、構
造が複雑であるといえる。

【００７２】また、カメラのレンズと光源の距離を数十
センチ以上離さないと三角測量を用いるため測定精度が
出ないと面もあり、これをカメラの筐体に収めようとし
てもカメラがかなり大きくなる。

【００７３】また、従来公知のカメラで撮像した物体の
大きさや寸法を測定することは被写体までの距離が分か
らないと簡単には計算できないという欠点があった。ま
た、一旦撮影されたカラー画像から被写体の大きさを知
ることは不可能であった。

【００７４】また、従来公知のカメラで撮像された画像
から被写体を抽出しようとすると、背景が単一色の環境
を予め用意しなくてはならず、大がかりな準備が必要で
あった。

【００７５】以下にそれらの不都合などを解決できる本
発明の一参考例に係る形状計測用のカメラ及び被写体抽
出用のカメラについて、図面を用いて説明する。（第３
の参考例）図１３（ａ），（ｂ）は、本発明の第３の参
考例における形状計測カメラ及び被写体抽出カメラの構
成図である。また、図２０はこのカメラのブロック図で
ある。

【００７６】図１３において、５０１，５０２はカメラ
筐体、５０３は撮影レンズ、５０４は記録メディア、５
０５，５０６はそれぞれ光源部を形成する第１，第２ス
トロボ、５０７はファインダである。図２０において、
５３２は表示部、５３３は撮像部、５３４は光源制御
部、５３５は距離計算部、５３６はカラー画像計算部、
５３８はメディア記録・再生部、５５０は画像メモリで
ある。

【００７７】この形状計測カメラの構造は、図１３
（ａ）に示すようにカメラ部の入っている筐体５０１と
発光部の入っている筐体５０２が、互いに厚みが異なっ
て互いに重なってはめ込むことが出来る構造になってお
り、更に図１３（ａ）の状態と（ｂ）の状態を、使用者
が筐体５０１、５０２をスライドさせることによって選
ぶことが出来る。携帯時には（ａ）の状態で小型の状態
にしておき、撮影時には（ｂ）のような状態に筐体を延
ばして使用する。これにより、使用時にレンズ５０３の
中心と光源部のストロボ５０５、５０６との間隔Ｄを大
きく設定することが出来る。図２０（ａ）は、画像メモ
リ５５０を用いない簡易方式、（ｂ）は画像メモリを持
ち高速に撮像・表示することのできるタイプである。

【００７８】光源部のストロボ５０５、５０６は、例え
ば図２のように構成されており、ストロボ発光管５３０
と中心位置をずらした孔を有する遮光板５２８により構
成されている。この時、図１５の平面図に示すように発
光管５３０の線分から出た光は、遮光板５２８により、
その場所によって光の遮られ方が変化しながら出射され
る。この時、遮光板５２８の孔の位置がストロボ発光管
５３０とずれており、直線ｌ上での点ＡからＢの間に光
がだんだん強くなるような光が生成される。これによっ
て、図１６のように、２つのストロボ発光管から互いに
反対方向に光強度が変化するような光パタンが生成され
る。次に、このような光を用いて奥行き距離を計算する
方法を説明する。なお、その内容は、既に述べた奥行き
距離の計算方法とおおむね同様である。

【００７９】このようにして得られる光パタンは、図１
７のように、光強度が変化するパタンになっている。こ
の光強度の変化を横Ｘ方向に一次元的に示したのが図１
８である。この光パタンのうちα部分においては、２つ
の光源から被写体空間に照射される光は、光源から見て
一方は右側が明るく、他方は左側が明るい光となる。但
し、このパタンは高さ方向（Ｙ方向）に対しても変化す
る。

【００８０】図１９は、図１８のα部分における、上記
２つの投射光での被写体照明での光強度比と、光源から
の水平方向の角度φとの関係を示したものである。α部
分においては、光強度比と光源からの水平方向の角度φ
の関係は１対１対応である。距離の測定のためには、事
前に２種類の光パタンを垂直に立てられた平面に交互に
投射し、この反射光をカメラ５０１で撮像した結果か
ら、各Ｙ座標毎に図１７のような光強度比と水平方向の
光源からの位置の関係のデータを得ておく必要がある。

【００８１】また、カメラ５０１のレンズ中心と光源を
結ぶ線分が、撮像面のＸ軸と水平になるように光源を配
置すれば、各Ｙ座標毎に決定された光強度比と水平方向
の光源からの位置の関係のデータを用いることにより正
確に距離計算を行うことができる。これは、図２０
（ａ）の距離計算部によって算出される。以下に、光強
度比を用いた距離計算の方法について説明する。

【００８２】図２０（ａ）の点Ｐを着目点とする時、使
用者の撮像意図に基づいて撮像部５３３によって撮像し
た映像の点Ｐについての光源のストロボ５０５、５０６
それぞれからの２種類の光パタンが時分割で光源制御部
５３４によって投射された時の、撮像部５３３の出力で
ある撮像データから得られた輝度比と、点ＰのＹ座標値
に対応した図１９の関係を用いることにより、光源から
見た点Ｐの角度φを計測する。

【００８３】なお、図１９の関係は前述のように、Ｙ座
標値によって異なる特性を持ち、各Ｙ座標毎に光強度比
と、光源からの水平方向の角度φの関係が事前の測定に
よって用意されているものとする。また、カメラから見
た点Ｐに対する角度θは、画像中での位置（すなわち点
Ｐの画素座標値）とカメラパラメータ（焦点距離、レン
ズ系の光学中心位置）から決定する。そして、上記２つ
の角度と、光源位置とカメラの光学中心位置間の距離
（基線長Ｄ）とから、三角測量の原理により距離を計算
する。

【００８４】カメラの光学中心を原点とし、カメラの光
軸方向をＺ軸、水平方向にＸ軸、垂直方向にＹ軸を設定
し、光源からみた着目点の方向がＸ軸となす角をφ、カ
メラから見た着目点の方向とＸ軸がなす角をθ、光源位
置を（０，−Ｄ）すなわち基線長をＤとすると、着目点
Ｐの奥行き値Ｚは式 Ｚ＝Ｄtanθtanφ／(tanθ−tanφ) として計算できる。この時、Ｄの値（レンズと光源部の
距離）が小さいと、計測された奥行き値Ｚの値の精度が
悪くなる。例えば、３ｍ程度の距離までの被写体であれ
ば、Ｄの値を２０〜３０ｃｍにすれば、計測距離の約１
％の誤差で奥行きが計測できる。これより小さなＤの値
になるに従って、計測誤差はこれよりも大きくなってい
く。また、着目点ＰのＸ、Ｙ座標は以下の式によって与
えられる。

【００８５】Ｘ＝Ｚ／tanθ Ｙ＝Ｚ／tanω また、カラー画像計算部５３６は、前述の２種類の光パ
タン照射時の撮像データを加算平均した画像を計算し、
これをカラー画像とする。２種類の光パタンは、図１８
のように、お互いに相補的に明るさが変化する特性を持
っており、これらを加算平均することによって一様な明
るさのストロボで撮像したのと同等なカラー画像を得る
ことが出来る。

【００８６】以上のようにして得られたカラー画像と奥
行き画像は、表示部５３２に表示されるとともに、メデ
ィア記録・再生部５３８を通して記録メディア５０４に
記録される。もちろん、一旦記録されたカラー画像及び
奥行き画像をメディア記録・再生部５３８により読み出
して表示部５３２に表示することも出来る。

【００８７】また、図２０（ｂ）のように、撮像部５３
３からの画像データを一旦画像メモリ５５０に蓄積する
ようにすれば、連続して画像を入力することもできる。
また、一旦記録メディア５０４に記録した画像を画像メ
モリ５５０に複数読み出して、高速に再生表示すること
もできる。

【００８８】以上のように本参考例によれば、光強度の
変化パターンを直線状のストロボ発光管と孔の空いた遮
光板を用いるだけで、簡単な構造で複数の光パターンを
生成でき、構造の安定した形状計測カメラを実現するこ
とができる。

【００８９】また、携帯時には小型で、撮影時には本体
を引き延ばしてレンズ５０３と光源部のストロボ５０
５，５０６の間隔Ｄを大きく取ることが出来、精度の高
い奥行き画像を計測できる形状計測カメラを実現するこ
とが出来る。

【００９０】（第４の参考例）図２８は、本発明の第４
の参考例における形状計測カメラ及び被写体抽出カメラ
の構成図である。図２８において、５０１，５０２はカ
メラの筐体、５０５，５０６はそれぞれ光源部を形成す
る第１、第２ストロボ、５１８は表示パネル、５１９は
タッチパネル、５３２は表示部、５３３は撮像部、５３
５は距離計算部、５３６はカラー画像計算部、５３８は
メディア記録・再生部、５３７は制御部である。以下に
上記構成の形状計測カメラ及び被写体抽出カメラの動作
について説明する。

【００９１】図２７は、形状測定カメラの裏面を示した
ものである。裏面には、表示パネル５１８と、タッチパ
ネル５１９が重ねて配置してあり、撮像されたカラー画
像や奥行き画像を表示し、使用者が指や棒状のもので、
その画像中の注目位置（座標）を指定できるようになっ
ている。

【００９２】図２８は、表示・距離計測のブロック図を
示したものであり、撮像された距離画像とカラー画像は
制御部５３７に入力され、使用者の注目位置指定座標も
制御部５３７に入力される。制御部５３７は、撮影され
たカラー画像を表示パネル５１８に表示し、タッチパネ
ル５１９によって入力された複数の注目指定座標と、奥
行き画像から、実際の距離などを計算して表示パネル５
１８に表示する。

【００９３】図２５は、注目位置指定の様子を示したも
のである。まず、表示部５１８に、使用者が撮影した机
のカラー画像が表示されているとする。使用者は、指定
点Ａ５２３、Ｂ５２４を指または棒状のもので指定す
る。

【００９４】指定すると、形状計測カメラは、得られて
いる奥行き画像のそれぞれの座標位置の実際の座標Ａ
（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）とＢ（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）の値を
用いて、点Ａ、Ｂを結ぶ線分ＡＢの距離Lab即ち

【００９５】

【数１】

【００９６】を計算し、表示パネル５１８の別の部分に
表示する。この例では、ＡＢの長さが２５ｃｍであると
表示されている。このようにして、使用者は、撮影され
た被写体の測りたい点間の距離を、被写体に触れること
なく、これが奥行き方向の長さであっても測定すること
が出来る。

【００９７】また、同様にして直線ではなく、円状の被
写体の大きさを測定することができる。図２６は、円形
のテーブルを撮像した場合の例である。例えば、使用者
は撮像され表示パネル５１８に表示されたカラー画像を
見ながら、測りたい円形の円周の部分の適当な位置３点
Ａ５２３、Ｂ５２４、Ｃ５２６をタッチパネルに指また
は棒状のものを触れることによって指定する。

【００９８】その後、形状計測カメラは、これらの３点
の空間座標値Ａ（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ），Ｂ（Ｘｂ，Ｙ
ｂ，Ｚｂ），Ｃ（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）から、これらを通
る円の方程式を求める。求める方法は色々あるが、例え
ば、線分ＡＢとＢＣの垂直二等分線を求め、それの交点
が円の中心Ｇ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）であるする。次に、
線分ＧＡ、ＧＢ、ＧＣの長さの平均値を円の半径とすれ
ばよい。

【００９９】このようにして得られた半径を図２６では
５０ｃｍとして表示して使用者に知らせている。このよ
うにすることによって、円形のような複雑な形の大きさ
も、被写体に触れることなく測定することが出来る。他
にも、正三角形や楕円など、形状を規定する数式が存在
する形であれば、複数の点を使用者が指定することによ
って奥行き画像から、その大きさを被写体に触れること
なく測定することができる。また、この場合は、タッチ
パネルを用いて使用者が注目点の座標を入力したが、上
下左右に動くカーソル（十字事模様など）を表示パネル
５１８に表示し、押しボタンによってその位置を動かし
て指定して注目点の座標を入力してもよい。

【０１００】また、被写体の大きさ計算結果を、メディ
ア記録・再生部５３８を通して記録メディア５０４に記
録すれば、使用者が測定結果を覚えておく必要はなく、
記録メディア５０４を取り出して、これを読み書きでき
るメディア記録・再生部５３８と同等の機能を有する機
器（パーソナルコンピュータなど）で使用することも出
来、便利である。もちろん、測定結果を撮影されたカラ
ー画像中にスーパーインポーズし、画像として保存して
も良い。

【０１０１】また、以上の例では被写体の長さを測定し
たが、長さを複数測定し、それを元にして面積や体積を
求めることもできる。

【０１０２】更に、撮影データの他の表示・利用例を述
べる。

【０１０３】図２７に示したように、カメラ裏面には、
表示部５１８と、タッチパネル５１９が重ねて配置して
あり、撮像されたカラー画像や奥行き画像を表示し、使
用者が指や棒状のもので、その画像中の注目位置（座
標）を指定できるようになっている。これを利用して、
使用者が注目した被写体のみを切り出した画像を得るこ
とのできる被写体抽出カメラを実現することが出来る。

【０１０４】図２８は、表示・切り出し動作のブロック
図を示したものであり、基本的には前述の形状測定カメ
ラと同じ構造である。撮像された距離画像とカラー画像
は制御部５３７に入力され、使用者の注目位置指定座標
も制御部５３７に入力される。

【０１０５】制御部５３７は、撮影されたカラー画像を
表示パネル５１８に表示し、タッチパネル５１９によっ
て入力された複数の注目指定座標と、奥行き画像から、
使用者が意図する被写体のみを切り出して表示部５１８
に表示し、記録メディア５０４に記録することが出来
る。この動作を図２９を用いて説明する。

【０１０６】まず、使用者は被写体５２０を切り出した
いとする。使用者は被写体５２０の一部をタッチパネル
５１９にて指定する。制御部５３７は、この座標の含ま
れる部分の奥行き値を奥行き画像から得て、それと連続
的に連結された奥行きを有する部分を使用者の注目する
被写体と判断し、その部分のみを表示して、それ以外の
部分をある特定の色に塗りつぶして、表示パネル５１８
に表示する。

【０１０７】連結部分の判断は、指定された座標を始点
として、奥行き値が連続的に変化する限りその領域を上
下左右に広げていき、奥行き不連続部分があればそこで
停止するような、いわゆる画像処理を行えばよい。

【０１０８】また、使用者が切り出したいと思う被写体
のカメラからの距離よりも少し遠い距離、または切り出
したいと思う距離の範囲をタッチパネルまたは押しボタ
ンによって指定し、制御部５３７はその値によって指定
された距離よりも近い値を持つカラー画像の部分、また
は指定された距離の範囲の部分のみに含まれるカラー画
像を表示し、その他の部分はある特定の色に塗りつぶ
し、表示パネル５１８に表示し、記録メディア５０４に
記録する。

【０１０９】このようにすることによって、使用者が注
目する被写体のみをカメラが判断して切りだし、これを
表示・記録することが出来る。また、この場合、画像処
理によっては、図３０に示したように、背景部分である
にもかかわらず、誤動作によって前景と判断されてしま
う部分が発生する可能性がある。

【０１１０】この場合は、使用者がタッチパネル５１９
によって誤動作したと思われる部分（図２９）を指定し
て、これは背景であるように、表示結果を修正するよう
にすれば、品質の高い被写体の切り出しカラー画像を得
ることが出来る。もちろんこの場合、誤動作によって背
景と判断された部分を使用者が指定して、この部分が前
景になるように修正動作を行っても良い。

【０１１１】以上のようにすれば、奥行き画像の情報を
用いて、距離によってカラー画像を切り出すことによっ
て、使用者が注目する被写体のみを切り出した画像を簡
単に得て、保存することが出来る。

【０１１２】また、図２８において、制御部５３７内に
画像メモリを配置し、再生・操作する画像を一旦画像メ
モリ上に置くことによって、画像のアクセス速度を速く
したり、複数の画像を高速に切り替えて表示・操作する
こともできる。

【０１１３】以上のように本参考例によれば、被写体に
触れることなく、それの実際の大きさを測定することも
出来る。また、使用者が注目している被写体のみを、そ
の奥行き情報を元に簡単に切り出して保存することも出
来る形状計測カメラ及び被写体抽出カメラを実現するこ
とが出来る。

【０１１４】また、第３の参考例において、形状計測カ
メラの筐体が、図２１のように構成されていても、同様
の効果が得られる。即ち、撮像部５３３が配置されるカ
メラ部５０９と、光源を形成する第１，第２ストロボ５
０５，５０６が配置されるストロボ部５０８が、蝶番の
ような構造を有する接続部５１０によって接続され、使
用者が自由に図２１（ａ）のように折り畳んだり、
（ｂ）のように延ばしたりできる構造である。携帯時に
は、（ａ）のようにすれば小型であり、撮影時には
（ｂ）のように広げて使えば、レンズ５０３と光源の第
１，第２ストロボ５０５，５０６の間隔Ｄを大きくする
ことが出来る。

【０１１５】また、図２１（ｃ）のように、レンズと第
１、第２ストロボ５０５，５０６が垂直に配置されるよ
うな構造にすることもできる。この場合、奥行き画像計
算は前述では角度φ、θが水平方向の変化であったのに
対して、垂直方向に変化になるだけで、あとは同様の計
算で奥行き画像を算出できる。縦方向の光強度の変化を
生成するために、光源は図２１（ｄ）に示したように縦
置きの発光管の構成となる。

【０１１６】この場合、図２３に示したように、図２１
のようなカメラ部の入っている筐体５０１と発光部の入
っている筐体５０２が、互いに厚みが異なって互いに垂
直方向に重なってはめ込むことが出来る構造としても、
同様な効果が得られる。この時の光源部の構成は図２３
（ｃ）のようになる。

【０１１７】また、第３の参考例において、形状計測用
カメラの筐体が、図２２のように構成されていても、同
様の効果が得られる。即ち、光源部の第１、第２ストロ
ボ５０５、５０６を含む部分の筐体５１７を小型とし、
カメラ筐体５０１に蝶番構造で接続される。使用時には
筐体５１７を使用者が回して光源部の第１、第２ストロ
ボ５０５，５０６を露出させることによって、通常は光
源部の第１、第２ストロボ５０５，５０６が露出せず不
用意な接触によって破損することを防ぎつつ筐体を小さ
くでき、同時に撮影時にはこれらとレンズの間隔Ｄを大
きく取ることが出来る。

【０１１８】また、第３の参考例において、光源は図２
のように構成されるとしたが、図２４（ａ）のように、
発光管５２９が一つであり、その前に液晶バリア５３１
を置いた構造にしても同様の光パタン生成機能を有する
ことが出来る。

【０１１９】この場合、図２４（ｂ）のように発光管５
２９に対して左側、（ｃ）のように右側に光透過部が順
次設定されるようにし、それぞれの状態において一回づ
つ順番に発光管５２９が発光するようにして、図２のよ
うに２つの発光管を用いることなく、一つの発光管を２
回順次発光させることで、図１８と同様な光パターンを
生成することができる。

【０１２０】これによって、発光管の本数が少なく、発
光パタンの出射位置が図２のように上下に少しずれた位
置から出るのではなく、あたかも同じ位置から光が出射
されたようにすることが出来、奥行き計測誤差を小さく
することが出来る。

【０１２１】これは図２０において、光パタンの出射点
Ｑの位置が本参考例では垂直方向にずれていたのに対
し、この場合は同じ位置になるので、直線ＰＱが１本の
線となり、垂直位置の異なった直線を用いて奥行き計算
するよりも誤差が発生しないからである。

【０１２２】また、この場合、図２４（ｄ）のように液
晶バリア５３１の全面を光透過状態にすることによっ
て、通常の２次元画像を撮像するカメラのストロボとし
ても利用することができる。

【０１２３】また、第３の参考例では、形状計測カメラ
及び被写体抽出カメラ本体において、奥行き画像とカラ
ー画像を計算し、これを記録メディアにて記録したが、
図３１に示すように、カメラ本体では、光源の第１、第
２ストロボ５０５・５０６に同期して撮像された画像デ
ータをメディア記録・再生部５３８を通して記録メディ
ア５０４に記録し、これをパーソナルコンピュータなど
で構成された解析装置３９により画像データを読み出し
て、距離計算部５３５・カラー画像計算部５３６により
所望の解析結果を出し、これを表示部５３２を用いて被
写体を切り出したり、形状を測定しても良い。

【０１２４】また、記録メディア５０４を介さずに画像
データを解析装置５３９に転送することもできる。例え
ば、カメラ本体と解析装置５３９をデータ現行の通信手
段を用いて接続する。例えば有線通信ではパラレルデー
タインタフェース、シリアルデータインタフェース、電
話回線を用いることが出きる。無線通信では、光通信・
赤外線通信・携帯電話網通信・電波通信を用いることが
出来る。さらに、解析結果を記録媒体に記録することも
できる。

【０１２５】また、この場合、撮像部５３３は動画撮影
用ビデオカメラであり、記録メディア５０４がテープな
どの記録媒体の場合、通常はカラー動画像を撮影するカ
メラとして利用し、使用者が必要なときだけ押しボタン
などを押すことによって、フラッシュを点灯させ、その
部分の映像（フレーム、フィールドなど）のみ識別でき
るようなインデックス信号を記録媒体に記憶しておけ
ば、解析装置５３９において、インデックス信号を有す
る部分の映像のみを抽出し、その部分のみカラー画像・
奥行き画像を計算して出力することができる。

【０１２６】また、第３の参考例では、カメラ筐体５０
１に最初から光源部が付属していたが、光源部のみを取
り外し可能にすることによって、通常のカラー画像撮像
時には小型で携帯しやすい形状であり、奥行き画像撮像
時のみに光源部を取り付けて使用する方法も考えられ
る。

【０１２７】図３７（ａ）は、写真用の外部ストロボ装
置のような構造であり、図２、図２４のような光源を搭
載した外部光源である。カメラとの接続部５４９を介し
て、図３７（ｂ）のようにカメラ筐体５０１と接続して
使用する。図３８は、図３５、図３６に示したような被
写体の影をなくすための光源の例である。

【０１２８】図３８（ａ）では、接続部５４９の両側に
対称に光源が配置されている。カメラに接続した様子を
図３８（ｂ）に示す。また、図３７、図３８では、フイ
ルムカメラのストロボシューのような構造でカメラ本体
と光源を接続したが、図３９（ａ）のように、カメラの
三脚取り付けネジを利用して取り付ける方法も考えられ
る。

【０１２９】この場合、図３９（ｂ）のように、カメラ
筐体５０１の底部のネジを用いて取り付ける構造とな
る。このような、取り外し可能な外部光源装置として光
源を分離すれば、奥行き画像撮像時のみ、カメラが大き
くなり、通常のカメラとして使用する場合には小型軽量
という利便性を出すことが出来る。

【０１３０】また、第４の参考例において、図３１の構
成ではタッチパネルを用いた構成で使用者の座標指定を
行うことが出来るが、他の手段で使用者が指定を行って
も良い。例えば、パーソナルコンピュータで実現する場
合はマウスやキーボードの入力装置を用いることができ
る。他にもトラックボール、スイッチ、ボリュームなど
を応用することも出来る。

【０１３１】また、第３、第４の参考例においては、図
１３、図２１、図２２、図２３に示したように、撮像部
５３３に対して２つの光源部の第１、第２ストロボ５０
５・５０６を片方に配置したが、この場合、図３２に示
したような配置で被写体５４０、背景５４１を撮像する
と、得られる画像は図３３に示したように光源からの光
が被写体５４０によって遮られ、影５４２が発生する。

【０１３２】この部分は光源からの光が届かない領域で
あり、距離画像としての情報を得ることが出来ない領域
である。この場合は、図３４に示すように光源の第１、
第２ストロボ５０５・５０６と同じ構成の光源５４３・
５４４をレンズを中心として光源の第１、第２ストロボ
５０５・５０６の反対側に設置することにより、この影
の領域をなくすことが出来る。その方法を以下に示す。

【０１３３】光源の第１、第２ストロボ５０５・５０６
を用いた場合は領域β、光源５４３・５４４を用いたと
きは領域αの部分が距離画像としての情報を得られない
部分である。前述の計算と同様にして、光源の第１、第
２ストロボ５０５・５０６を用いたときの距離画像Ａ及
びカラー画像Ａ、光源５４３・５４４を用いた時の距離
画像Ｂ及びカラー画像Ｂをそれぞれ独立に計算してお
く。この時、それぞれの画像において、領域β、αの部
分を得られた画像データから、輝度の小さい部分として
判断しておく。

【０１３４】次に、距離画像Ａ、Ｂを合成して影領域の
ない距離画像を新たに生成する。これは、距離画像Ａ、
Ｂでどちらか一方において前述の輝度の小さい部分とし
て判断されていない領域が存在した場合は、その値を採
用し、どちらも影領域でない場合は、両方の画像データ
の平均値を用いることによって実現できる。

【０１３５】カラー画像についても同様であり、少なく
ともカラー画像Ａ・Ｂどちらか一方が影部分でないデー
タを有していれば、影領域の無い新しいカラー画像を合
成することができる。

【０１３６】以上の構成の場合、光源がレンズの左右ま
たは上下に配置されている必要がある。その場合、図３
５に示したように、カメラ本体５１１の左右に、光源部
を有した筐体５１２・５１３を反対方向にスライドして
延ばすような筐体の構成にすれば、使用者が携帯時には
小さくして図３５（ａ）の状態にして持ち運び、使用す
る場合は図３５（ｂ）のように延ばして基線長Ｄを大き
く取り、奥行き画像計測精度が低下するのを防ぐことが
出来る。

【０１３７】また、図３６に示すように、３段に折り畳
めるような構造にしても同様の効果を得ることが出来
る。図３６（ａ）のように携帯時には折り畳んで小さく
して持ち運び、使用時には図３６（ｂ）のように広げれ
ばレンズと光源の間隔である基線長Ｄを大きく取ること
が出来る。

【０１３８】また、図２１（ｃ）のように、レンズと光
源の配置を垂直にするために、図３５の筐体５１２・５
１３を筐体５１１の上下に配置したり、図３６において
筐体５１２、５１３を筐体５１１の上下に配置してもよ
い。

【０１３９】

【発明の効果】以上述べたところから明らかな様に本発
明のレンジファインダ装置によれば、光源からの光が２
次元的なパターンを有する場合においても、精度良く距
離測定を行うことが出来る。

【０１４０】又、本発明レンジファインダ装置によれ
ば、光源からの光を、被写体に直接照射出来ない場所の
被写体の距離を計測出来る。又、本発明のレンジファイ
ンダ装置によれば、低コストで、信頼性の高い装置を提
供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の参考例１におけるレンジファインダ装
置の構成を示すブロック図である。

【図２】（ａ）：参考例１におけるレンジファインダ装
置の光源の構成を示す斜視図、（ｂ）：参考例１におけ
るレンジファインダ装置の光源の構成を示す平面図であ
る。

【図３】参考例１における光源の光パタンを示す図であ
る。

【図４】参考例１における光源の光パタン及び複数発光
の場合の光パタンを示す図である。

【図５】参考例１における光強度比と、光源からの角度
φの関係図である。

【図６】参考例１における３次元位置Ｘ、Ｙ、Ｚの計算
概念図である。

【図７】本発明の参考例２におけるレンジファインダ装
置の構成を示すブロック図である。

【図８】参考例２における距離計算および光強度変換ブ
ロック図である。

【図９】参考例２における光強度のＸ座標に対する変化
を示す図である。

【図１０】（ａ）：本発明の実施の形態１おけるレンジ
ファインダ装置の構成を示すブロック図、（ｂ）：本発
明の実施の形態１におけるレンジファインダ装置の変形
例の構成を示すブロック図である。

【図１１】（ａ）〜（ｃ）：実施の形態１におけるレン
ズ系の配置説明図、（ｄ）：同実施の形態における透過
率変化フィルタの配置説明図である。

【図１２】（ａ）：実施の形態１における透過率変化フ
ィルタの説明図、（ｂ）：同実施の形態における透過率
変化フィルタによる光強度の分布説明図である。

【図１３】（ａ），（ｂ）本発明における第３の参考例
の形状計測用、被写体抽出用のカメラの図である。

【図１４】本発明における第３の参考例のカメラの光源
部の構成図である。

【図１５】本発明における第３の参考例のカメラの光源
部の原理図である。

【図１６】本発明における第３の参考例のカメラの光源
部の光強度図である。

【図１７】本発明における第３の参考例のカメラの光源
部の光強度パタンを示す図である。

【図１８】本発明における第３の参考例のカメラの光源
部の光強度パタンを示す図である。

【図１９】本発明における第３の参考例のカメラの光源
部の光強度比を示す図である。

【図２０】（ａ），（ｂ）本発明における第３の参考例
のカメラのブロック図である。

【図２１】（ａ）〜（ｄ）本発明の第３の参考例におけ
るカメラ（２）の構成図である。

【図２２】（ａ），（ｂ）本発明の第３の参考例におけ
るカメラ（３）の外観図である。

【図２３】（ａ）〜（ｃ）本発明の第３の参考例におけ
るカメラ（４）の構成図である。

【図２４】（ａ）〜（ｄ）本発明の第３の参考例におけ
るカメラ（２）の光源部の構成図である。

【図２５】本発明の第４の参考例におけるカメラの表示
方法（１）を示す図である。

【図２６】本発明の第４の参考例におけるカメラの表示
方法（２）を示す図である。

【図２７】本発明の第４の参考例におけるカメラの背面
外観図である。

【図２８】本発明の第４の参考例におけるカメラのブロ
ック図である。

【図２９】本発明の第４の参考例におけるカメラの画像
修正動作（１）を示す図である。

【図３０】本発明の第４の参考例におけるカメラの画像
修正動作（２）を示す図である。

【図３１】本発明の第３の参考例におけるカメラの他の
構成図である。

【図３２】本発明の第３、第４の参考例におけるカメラ
のオクルージョン発生を示す図である。

【図３３】本発明の第３、第４の参考例におけるカメラ
のオクルージョンを示す図である。

【図３４】本発明の第３、第４の参考例におけるカメラ
のオクルージョン回避方法を示す図である。

【図３５】（ａ），（ｂ）本発明の第３、第４の参考例
におけるカメラ（１）のオクルージョン回避のための外
観図である。

【図３６】（ａ），（ｂ）本発明の第３、第４の参考例
におけるカメラ（２）のオクルージョン回避のための外
観図である。

【図３７】（ａ），（ｂ）本発明の第３、第４の参考例
におけるカメラの外部光源部（１）の外観図である。

【図３８】（ａ），（ｂ）本発明の第３、第４の参考例
におけるカメラの外部光源部（２）の外観図である。

【図３９】（ａ），（ｂ）本発明の第３、第４の参考例
におけるカメラの外部光源部（３）の外観図である。

【図４０】従来のレンジファインダ装置の構成図であ
る。

【図４１】従来のレンジファインダ装置の光源の波長特
性を示す特性図である。

【図４２】(ａ),(ｂ) 従来のレンジファインダ装置の光
源の強度変調の特性図である。

【図４３】(ａ),(ｂ) ：レンジファインダにおける計測
原理図である。

【符号の説明】

１ カメラ １ａ 赤外カメラ ２ａ 光源 ２ｂ 光源 ３ａ 赤外透過フィルタ ３ｂ 赤外透過フィルタ ４ａ 水平方向に透過率が変化するＮＤフィルタ ４ｂ 水平方向に透過率が変化するＮＤフィルタ ５ 光源制御部 ６ 距離計算部 ７ 閃光光源 ８ 閃光光源 ９ 反射板 １０ 反射板 １１ａ フィールドメモリａ １１ｂ フィールドメモリｂ １２ａ 光強度変換部ａ １２ｂ 光強度変換部ｂ １３ 光強度比計算部 １４ 距離変換部 １０１Ａ レーザ光源 １０１Ｂ レーザ光源 １０２ ハーフミラー １０３ 光源制御部 １０４ 回転ミラー １０５ 回転制御部 １０６ 被写体 １０７ レンズ １０８Ａ 光波長分離フィルタ １０８Ｂ 光波長分離フィルタ １０９Ａ 撮像素子 １０９Ｂ 撮像素子 １０９Ｃ カラー画像撮像素子 １１０Ａ カメラの信号処理部 １１０Ｂ カメラの信号処理部 １１１ カラーカメラの信号処理部 １１２ 距離計算部 １１３ 制御部 ２０１ 半導体レーザ ２０２ 第１光ファイバ ２０３ 光分配器 ２０４ コリメータレンズ ２０６ カメラ部 ２０７ 第２光ファイバ ５０１ 筐体 ５０２ 筐体 ５０３ レンズ ５０４ 記録メディア ５０５ 第１ストロボ ５０６ 第２ストロボ ５０７ ファインダ ５０８ ストロボ部 ５０９ カメラ本体筐体 ５１０ 接続部 ５１１ カメラ本体 ５１２ 光源部筐体 ５１３ 光源部筐体 ５１４ 第３ストロボ ５１５ 第４ストロボ ５１６ 接続部 ５１７ 光源部 ５１８ 表示パネル ５１９ タッチパネル ５２０ 被写体（前景） ５２１ 被写体（背景） ５２７ 誤動作により前景と判断された部分 ５２８ 遮光板 ５２９ ストロボ発光管Ａ ５３０ ストロボ発光管Ｂ ５３１ 液晶バリア ５３２ 表示部 ５３３ 撮像部 ５３４ 光制御部 ５３５ 距離計算部 ５３６ カラー画像計算部 ５３７ 制御部 ５３８ メディア記録・再生部 ５３９ 解析部 ５４０ 被写体（前景） ５４１ 被写体（背景） ５４２ 光源部からの光が遮られた部分 ５４３ 光源部３ ５４４ 光源部４ ５４５ カメラ取り付けネジ ５４６ 光源部筐体（１） ５４７ 光源部筐体（２） ５４８ 光源部固定台 ５４９ 光源部固定具（ストロボシュー金具） ５５０ 画像メモリ ５５１ 反射板（１） ５５２ 反射板（２） １００ 背景と判断された部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森村 淳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA06 AA53 BB05 FF04 FF09 GG03 GG06 GG07 GG08 GG13 JJ03 JJ26 LL00 LL02 LL04 LL19 LL20 LL21 LL30 2F112 AA02 BA09 CA06 DA04 DA09 DA17 DA19 FA35 FA45

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 前記光源から出射される光を導く第１光ファイバと、 前記第１光ファイバから導かれた光を複数の経路に分岐
   する光分配手段と、 前記光分配手段に一端が接続され、且つ他端の開口部か
   ら前記分岐された光を被写体に照射するための複数の第
   ２光ファイバと、 前記照射された光の反射光を受光して、前記被写体の画
   像データを取得する撮像手段と、 前記画像データに基づいて前記被写体までの距離を計算
   する距離計算手段とを備え、 前記複数の第２光ファイバーのそれぞれの前記他端から
   前記被写体に照射される光の強度が、いずれも場所的に
   異なる分布を有していることを特徴とするレンジファイ
   ンダー装置。
2. 【請求項２】 光源と、 前記光源から出射される光を導く第１光ファイバと、 前記第１光ファイバから導かれた光を複数の経路に分岐
   し、被写体に照射するための光分岐手段と、 前記照射された光の反射光を受光して、前記被写体の画
   像データを取得する撮像手段と、 前記画像データに基づいて前記被写体までの距離を計算
   する距離計算手段とを備え、 前記光分岐手段から前記被写体に照射される何れの経路
   の光強度も、場所的に異なる分布を有していることを特
   徴とするレンジファインダ装置。
3. 【請求項３】 複数の光源と、 前記光源から出射される光を個別に被写体側に導き、前
   記被写体に照射するための複数の光ファイバと、 前記照射された光の反射光を受光して、前記被写体の画
   像データを取得する撮像手段と、 前記画像データに基づいて前記被写体までの距離を計算
   する距離計算手段とを備え、 前記被写体に照射される何れの光ファイバからの光強度
   も、場所的に異なる分布を有していることを特徴とする
   レンジファインダ装置。
4. 【請求項４】 前記被写体に光を照射する前記光ファイ
   バの開口部の前面に配置されたレンズ系を備えたことを
   特徴とする請求項１又は３記載のレンジファインダ装
   置。
5. 【請求項５】 前記光強度の場所的分布を得るために、
   前記光を照射する前記光ファイバの開口部の前面に、場
   所により光透過率の異なる光フィルタを備えたことを特
   徴とする請求項１又は３記載のレンジファインダ装置。
6. 【請求項６】 前記被写体に光を照射する前記光分岐手
   段の開口部の前面に配置されたレンズ系を備えたことを
   特徴とする請求項２記載のレンジファインダ装置。
7. 【請求項７】 前記光の強度の場所的分布を得るため
   に、前記光を照射する前記光分岐手段の開口部の前面
   に、場所により光透過率の異なる光フィルタを備えたこ
   とを特徴とする請求項２記載のレンジファインダ装置。
8. 【請求項８】 前記レンズ系が、コリメートレンズ、シ
   リンドリカルレンズ、又はロッドレンズであることを特
   徴とする請求項１〜７の何れか一つに記載のレンジファ
   インダ装置。