JP2003090712A

JP2003090712A - ３次元画像撮像装置

Info

Publication number: JP2003090712A
Application number: JP2001282759A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Watabe; 知行渡部; Tsutomu Abe; 勉安部; Tetsuo Iyoda; 哲男伊與田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2003-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】複数のカメラによって撮影されたパターン画
像に基づく距離データ算出処理をより高精度に実行す
る。【解決手段】投光ミラー１１０１と受光ＰＤ（フォト
ダイオード）１１０３を、半導体基板１１０７上に互い
に隣接させて、形成する。投光ミラー１１０１は、投光
器の要素である。受光ＰＤ１１０３は、第１のカメラの
要素である。この１対を１つの画素１１００とする。画
素１１００を複数個、２次元アレイ状に、半導体基板１
１０７上に配列する。照明光（光源）１１０４から光を
照射する。この光は、投光ミラー１１０１で反射され、
投光系・受光系兼用レンズ系１１０５を通り、対象物体
１１０６に投光される。対象物体１１０６の上に発生し
た上記光点の映像は、上記と同一の経路を逆にたどり、
上記と同一の投光ミラー１１０１のある位置へ戻ってく
る。一つの投光ミラー１１０１が投光した光点について
は、投光と撮影が、同一光軸・同一画角において行われ
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、輝度情報および距
離情報から３次元画像情報を生成する３次元画像撮像装
置（３次元画像撮影装置ともいう）に関する。特に、測
定対象に対してパターン光を照射することによって得ら
れるパターン投影像を、複数の撮影手段で異なる方向か
ら撮影し、パターンの変化に基づいて距離情報を得る三
角測量法に基づく３次元画像撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】３次元形状を取得する手法には、アクテ
ィブ手法（ＡｃｔｉｖｅＶｉｓｉｏｎ）とパッシブ手
法（ＰａｓｓｉｖｅＶｉｓｉｏｎ）がある。アクティ
ブ手法は、（１）レーザ光や超音波等を発して、対象物
からの反射光量や到達時間を計測し、奥行き情報を抽出
する手法や、（２）スリット光などの特殊なパターン光
源を用いて、対象表面パターンの幾何学的変形等の画像
情報より対象形状を推定するパターン投影方法や、
（３）光学的処理によってモアレ縞により等高線を形成
させて、３次元情報を得る方法などがある。一方、パッ
シブ手法は、対象物の見え方、光源、照明、影情報等に
関する知識を利用して、一枚の画像から３次元情報を推
定する単眼立体視、三角測量原理で各画像の奥行き情報
を推定する二眼立体視等がある。

【０００３】一般にアクティブ手法のほうが計測精度は
高いが、投光手段の限界などにより、測定できるレンジ
が小さい場合が多い。一方、パッシブ手法は汎用的であ
り、対象に対する制約は少ないが、一般に計測精度が低
い。本発明は、このアクティブ手法の３次元計測装置で
あるパターン投影法に関するものである。

【０００４】パターン投影法では、対象とする物体に例
えば直線状の縦縞模様のような、基準となるパターン光
を投影し、基準となるパターン光が投影された方向とは
異なる方向から撮影を行う。撮影されたパターンは、物
体の形状によって変形を受け、例えば曲線状の縞模様の
変形パターンとなる。観測された変形パターンと投影し
たパターンとの対応づけを行うことで、物体の３次元計
測を行える。

【０００５】パターン投影法では、撮影された変形パタ
ーンと、投影された投影パターンの対応づけを、いかに
誤対応を少なくかつ簡便に行うかが課題となる。例えば
物体表面に、大きな不連続な凹凸がある場合、斜め方向
から撮影された変形パターンは途中で途切れ、変形パタ
ーンの一部だけが切り出され、離れた位置に見える。こ
のため投影パターンとの対応づけが難しい。そこで周知
の、様々なパターン投影の手法（空間パターンコード化
法、色符号化など）が提案されている。

【０００６】一例として空間パターンコード化法があ
る。これは、投影パターンとして、例えば複数階調の、
縞模様を用いる。その階調の配列によって、変形パター
ンの一部だけが切り出された部分においても、対応する
投影パターンを見出しやすくしている。

【０００７】投影パターンを投光する投光器は、従来
は、縞模様などのパターンを印刷したスライドを使うス
ライドプロジェクタや、液晶プロジェクタ等が一般的で
ある。他方最近の製品に、所望のパターンを高精度に投
光するＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス
ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉ
ｃｅ）がある。

【０００８】ＤＭＤは、例えば文献１（Ｍ．Ａ．Ｍｉｇ
ｎａｒｄｉ，ＴＩＴｅｃｈｎｉｃａｌＪｏｕｒｎａ
ｌＪｕｌｙ−Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，１９９８，ｐｐ．
５６−６３；ＦｒｏｍＩＣｓＴｏＤＭＤｓ．）に
紹介されている。これは後で詳述するように、数十μｍ
角の微小ミラーを、半導体チップ上に、数百個×数百個
などの規模で並べた、２次元アレイを用いる。各ミラー
は、その下の駆動回路によって、正負に傾斜できる可動
構造になっている。これに照明光をあて、個々のミラー
の角度に応じて、スクリーン上に所望のパターンを投光
するものである。

【０００９】ＤＭＤで投光器を構成し、高精度に所望の
縞模様パターンを投光し、空間コード化法で３次元画像
を求める実験が報告されている。文献２（Ｇ．Ｆｒａ
ｎｋｏｗｓｋｉｅｔ．ａｌ．，ＳＰＩＥ３５９８
Ｆｅｂ．２００１，ｐｐ．９０−１０５；Ｒｅａｌ−ｔ
ｉｍｅ３ＤＳｈａｐｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗ
ｉｔｈＤｉｇｉｔａｌＳｔｒｉｐｅＰｒｏｊｅｃ
ｔｉｏｎｂｙＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ
ｍｉｃｒｏＭｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅｓＤＭ
Ｄ．）。ここでは輝度が正弦波状に、連続変化する縞模
様パターンを、ＤＭＤによって高精度に投光する。ＤＭ
Ｄは、投光がパルス動作であるため、受光素子（ＣＣ
Ｄ）の受光動作と、同期をとる制御などをしている。

【００１０】しかしこれらの従来の方法によっても、対
象物体表面の輝度（反射係数）が、場所によって大きく
変化している場合など、撮影対象によっては正しいコー
ドの対応づけが困難な場合も多い。

【００１１】これに対しては先に、特開２０００−６５
５４２号公報において、簡単な手順で高精度に３次元画
像を取得できる、３次元画像撮像装置が提案されてい
る。これは撮影された変形パターンと、投影された投影
パターンとの対応づけの精度が飛躍的に向上するもので
ある。以下にその概要を示す。

【００１２】この特開２０００−６５５４２号公報の手
法では、投影パターンの投影方向とは異なる方向から撮
影するカメラである第２のカメラまたは第３のカメラの
他に、投影パターンの投光器と同一の光軸上に、さらに
第１のカメラを設ける。この第１のカメラによって、投
光器と同じ方向から見た、対象物体の画像（縞パターン
を投影された画像）を撮影する。この、第１のカメラに
よる撮影パターン、すなわちバターンの投影方向から撮
影した画像は、縞模様の光で物体を眺めた映像になる。
すなわち物体表面の輝度分布（反射係数）に応じて、輝
度が変化した縞模様となる。

【００１３】なお、この第１のカメラによる撮影パター
ンの輝度分布は、投光器と異なる方向から第２のカメラ
で撮影した、変形パターンの輝度分布にも、対応したも
のになっている。

【００１４】次にこの、第１のカメラによる撮影パター
ンによって、投影パターンの再コード化を行う。そして
これ以後、投影パターンのかわりに、第１のカメラによ
る撮影パターン、すなわち再コード化パターンを、変形
パターンの比較対象として使用する。

【００１５】これによれば、対象物体表面の輝度すなわ
ち反射係数が、大幅に変化して分布している場合でも、
その影響を含む、第１のカメラによる撮影パターンを基
準に用いている。したがって、投影パターンと変形パタ
ーンの対応づけの精度が飛躍的に向上する。

【００１６】さて、本発明者等は、上述従来技術（特開
２０００−６５５４２号公報の手法）を、さらに改善し
た３次元画像撮像装置を提案している（特願２００１−
９０１５、本件出願時点で未公開。以下では背景技術と
も呼ぶ）。すなわち、上述の特開２０００−６５５４２
号公報の手法でも、投影パターンと変形パターンの対応
づけの精度が、なお不足する場合がある。それは例え
ば、対象物体と背景の前後の距離が大きい場合、もしく
は対象物体の前後方向の凹凸が大きい場合、さらにもし
くは前後方向に複数の物体が重なっているような場合で
ある。このような場合、投光器からの投影光は、物体の
手前部分からみて、後ろの部分には届かない。この後ろ
の部分は陰になる。

【００１７】このとき、投影光を投光する投光器と、同
一光軸上に配置された第１のカメラとは、光軸は同じで
も、一般に互いの画角が異なっている。そのため第１の
カメラで撮影した像では、物体の前後の不連続部分すな
わちエッジ部において、細い陰の映像が発生する。この
陰の映像は、一般には細い黒帯状のパターンとなる。こ
れが、再コード化の際に新たなエラーコードとして認識
される。通常は最暗レベルの、新たなパターンとして認
識され、コード化される。このため、投影パターンと対
応する再コード化を行うにあたり、障害となる。

【００１８】ここで前記陰の映像は、その幅が、第１の
カメラの解像度の寸法よりも大きいときに、問題とな
る。より詳しくは、前記第１のカメラの、撮像素子の表
面上に投影された映像において、前記陰の映像の幅が、
前記撮像素子の画素の寸法よりも大きいときに、映像と
して発生すると考えられる。

【００１９】従って、背景技術（特願２００１−９０１
５）では、投影パターンと対応の良い高精度な再コード
化を行うには、投光器と、同一光軸上に配置された第１
のカメラが、光軸のみならず互いの画角までが一致する
構成とすることが課題であることを示した。

【００２０】ここで、上述の特開２０００−６５５４２
号公報、および特願２００１−９０１５の手法について
説明する。なお、説明にあたっては、特願２００１−９
０１５の図面の表記を用いる。

【００２１】図７は、特開２０００−６５５４２号公報
および特願２００１−９０１５に共通な３次元画像撮像
装置の全体構成を示し、図８は、その光源と撮像素子の
位置関係を示す。

【００２２】図８に示す構成では、３次元形状測定装置
は、３台のカメラ１０１〜１０３および投光器１０４を
備える。各カメラの距離関係が揃うように、図示の距離
Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は等しくされている。第１のカメラ１
０１と投光器１０４は、ビームスプリッタとしてのハー
フミラー１０５を用いて光軸が一致するように配置され
る。第２のカメラ１０２、第３のカメラ１０３は、第１
のカメラ１０１と投光器１０４の両側に、それらと光軸
が異なるように配置される。中央の光軸と両側の光軸と
の距離が基線長Ｌである。

【００２３】投光器１０４は、光源１０６と、マスクパ
ターン１０７と、強度パターン１０８と、プリズム１０
９とを有する。ここで光源１０６は、赤外もしくは紫外
光を用いた不可視領域の光源を用いることができる。こ
の場合、各カメラは図９に示すように構成される。すな
わち、入射してきた光３１０は、プリズム３０１で２方
向に分割され、一方は不可視領域（赤外あるいは紫外）
透過フィルター３０２を通って撮像装置（例えばＣＣＤ
カメラ）３０３に入射し、他方は不可視領域（赤外と紫
外）遮断フィルター３０４を通って撮像装置３０５に入
射する。

【００２４】また図８に示す光源１０６は、可視領域あ
るいは不可視領域に限定せず、撮像可能な波長帯の光源
を用いてもよい。この場合、第１のカメラ１０１におい
ては、プログレッシブスキャンタイプのＣＣＤカメラを
用い、第２のカメラ１０２、第３のカメラ１０３に関し
ては、特に構成はこだわらない。ただし、第１のカメラ
１０１との対応を考慮すれば、同じ構成のＣＣＤカメラ
が望ましい。光源１０６からパターンが投影され、３台
のカメラ（１０１〜１０３）が同時に撮影を行う。そし
て各カメラは、フィルター３０２，３０４（図９参照）
を通過した光を撮像装置３０３，３０５で得ることによ
り、画像の一括取得を行う。

【００２５】図７を用いて３次元形状測定装置の構成を
説明する。図示のように、第２のカメラ１０２は、撮影
して得た輝度情報を輝度値メモリ１２１に記憶し、撮影
パターンをパターン画像メモリ１２２に記憶する。第３
のカメラ１０３は、同様に、輝度情報を輝度値メモリ１
２３に記憶し、撮影パターンをパターン画像メモリ１２
４に記憶する。第１のカメラ１０１は、輝度情報を輝度
値メモリ１２５に記憶し、撮影パターンをパターン画像
メモリ１２６に記憶する。投光器１０４は、事前に作成
したコード化されたパターンを後に参照する為に、各ス
リットを正方格子上のセルに分割してフレームメモリ１
２７に格納している。

【００２６】この記憶保持された撮影パターンおよび輝
度情報を用いて、次のようにして３次元画像を得る。以
下の操作は、第２のカメラ１０２と第１のカメラ１０１
の組み合わせ、第３のカメラ１０３と第１のカメラ１０
１の組み合わせの双方に共通なので、ここでは第２のカ
メラ１０２と第１のカメラ１０１の組み合わせを例にと
って説明する。

【００２７】図７において、領域分割部１２８は、第１
のカメラ１０１で撮影された撮影パターンの領域分割を
行う。そして、隣り合うスリットパターン間の強度差が
閾値以下である領域については投光器からの光が届いて
ない領域１として抽出し、スリットパターン間の強度差
が閾値以上である領域については領域２として抽出す
る。再コード化部１２９は、抽出された領域２につい
て、パターン画像メモリ１２６に記憶された撮影パター
ンとフレームメモリ１２７に格納された投影パターンを
用いて再コード化を行う。

【００２８】図１０は、再コード化を行う際のフローチ
ャートである。まず、各スリットパターンをスリット幅
毎に縦方向に分割し（ステップＳ１１）、正方形のセル
を生成する。生成された各セルについて強度の平均値を
とり、平均値を各セルの強度とする（ステップＳ１
２）。画像の中心から順に、投影パターン及び撮影パタ
ーンの対応する各セル間の強度を比較し、対象物の反射
率、対象物までの距離などの要因によってパターンが変
化したためにセル間の強度が閾値以上異なるかどうかを
判断する（ステップＳ１３）。閾値以上異ならない場合
は、撮影されたすべてのセルについて再コード化を終了
する（ステップＳ１７）。

【００２９】閾値以上異なる場合は、新たな強度のセル
かどうか判断する（ステップＳ１４）。そして、新たな
強度のセルのときは、新たなコードの生成、割り付けを
行う（ステップＳ１５）。また、新たな強度のセルでな
いときは、他の部位のスリットパターンの並びを用いて
コード化する（ステップＳ１６）。これで、再コード化
を終了する（ステップＳ１７）。

【００３０】図１１はスリットパターンのコード化の例
を示すもので、同図（ａ）はスリットの並びによってコ
ード化された投影パターンであり、強度としてそれぞれ
３（強）、２（中）、１（弱）が割り当てられている。
同図（ｂ）においては、左から３つめのセルで強度が変
化して新たなコードが出現したので、新たに０というコ
ードを割り当てている。同図（ｃ）においては、左から
３つめ上から２つめのセルに既存のコードが出現してい
るので、セルの並びから新たなコードとして、縦の並び
を［２３２］、横の並びを［１３１］という具合に再コ
ード化する。この再コード化は、対象の形状が変化に富
む部位には２次元パターンなどの複雑なパターンを投光
し、変化の少ない部位には簡単なパターンを投光してい
るのに等しい。この過程を繰り返し、全てのセルに対し
て一意なコードを割り付けることで再コード化を行う。

【００３１】図１２は、カメラ６０１〜６０３および投
光器６０４を用いて、壁６０５の前に配置された板６０
６にコード化されたパターンを投光する例を示す。ここ
でコード化されたパターンは、図１３に示すスリットパ
ターンである。このとき、カメラ６０１、カメラ６０２
で得られる画像は、図１４及び図１５に示すように、そ
れぞれ板６０６の影となる領域８０１、９０１が生ず
る。本例では、板６０６の表面には新たにコード化され
たパターンとして、図１６に示すようなスリットパター
ンが得られる。

【００３２】次に図７に戻って説明する。第２のカメラ
１０２側のコード復号部１３０は、パターン画像メモリ
１２２から投影パターンを抽出し、上述と同様にしてセ
ルに分割する。そして、先に再コード化部１２９で再コ
ード化されたコードを用いて各セルのコードを検出し、
この検出したコードに基づいて光源からのスリット角θ
を算出する。図１７は空間コード化における距離の算出
方法を示す図であり、各画素の属するセルのスリット角
θと第２のカメラで撮影された画像上のｘ座標とカメラ
パラメータである焦点距離Ｆと基線長Ｌとから、次の式
（１）によって距離Ｚを算出する。

【００３３】

【数１】Ｚ＝（Ｆ×Ｌ）／（ｘ＋Ｆ×ｔａｎθ） …（１）

【００３４】この距離Ｚの算出は、第３のカメラ１０３
側のコード復号部１３１においても、同様に行われる。

【００３５】また、上述の領域１については次のように
して距離を算出する。領域１では、投光されたパターン
によるパターン検出は行うことができないので、対応点
探索部１３２において、カメラ１〜３の輝度値メモリ１
２１、１２３、１２５から読み出された輝度情報を用い
て視差を検出し、これに基づいて距離を算出する。領域
１を除く領域に対しては、前述の操作により距離が算出
されているので、領域１の距離の最小値が得られ、また
対応づけ可能な画素も限定される。これらの制限を用い
て、画素間の対応づけを行い視差ｄを検出し、カメラパ
ラメータである画素サイズλを用いて、次の式（２）に
よって距離Ｚを算出する。

【００３６】

【数２】Ｚ＝（Ｌ×Ｆ）／（λ×ｄ）…（２）

【００３７】前述の手法で第１のカメラ１０１と第３の
カメラ１０３の組み合わせによって得られた距離情報で
は、図１４に示す板の影となる領域８０１の距離情報が
検出できない。一方、第１のカメラ１０１と第２のカメ
ラ１０２の組み合わせによって得られた距離情報では、
図１５に示す板の影となる領域９０１の距離情報が検出
できない。すなわち、これらの影領域は、板に遮られて
光が届かない領域であり、本方式では計測できない。従
って影以外の領域について、距離情報を求める。すなわ
ち、図７の距離情報統合部１３３において、第１のカメ
ラ１０１と第２のカメラ１０２の組で算出された距離情
報および第１のカメラ１０１と第３のカメラ１０３で算
出された距離情報から、第１のカメラ１０１の画像（図
１８）のすべての画素、すなわち影以外の画素に対する
距離情報を取得する。以上の操作によって得られた距離
情報を、例えば第１のカメラ１０１の輝度画像に対応づ
けて３次元画像メモリに記憶することで３次元画像撮像
を行う。

【００３８】以上が従来技術（特開２０００−６５５４
２号公報）に示された内容である。

【００３９】次に、背景技術（特願２００１ー９０１
５）では、図７の投光器１０４と、投光器と光学的に同
軸上の第１のカメラである第１のカメラ１０１は、同一
の光学系と同一の筐体からなり、同一半導体基板上の発
光素子と受光素子を用いて構成される。

【００４０】投光器１０４は半導体チップから投光し、
第１のカメラ１０１は同じ半導体チップで撮影する。ま
たこの半導体チップ上で、あるアドレスの発光素子と同
じアドレスの受光素子が、１つの画素内に、隣接して形
成される。さらに、投光器１０４と第１のカメラ１０１
は、同一の光学系を用い、同一の筐体に収納されてい
る。本構成によって本実施例では、投光器の画角と、第
１のカメラの画角は、その１画素の寸法以内の精度で、
一致する。

【００４１】このように、背景技術では、投光器１０４
と、第１のカメラ１０１との間で、光軸を同じにすると
ともに、画角も実質的に同等とし、これによって、第１
のカメラ１０１で撮影した像に、物体の前後の不連続部
分すなわちエッジ部において、細い陰の映像が発生する
ことを回避でき、再コード化の際に支障が生じない。

【００４２】さらに、半導体基板上に形成された発光素
子および受光素子を用いて投光器１０４および第１のカ
メラ１０１をそれぞれ構成する場合にはハーフミラーに
よる光量低下を回避することができる。すなわち、従来
は、図８の例では、投光器１０４と、第１のカメラ１０
１は、ハーフミラー１０５を挟んで、直角に配置され
る。投光器１０４から出た光は、ハーフミラー１０５を
通過して対象物に照射され、その反射光がハーフミラー
１０５に戻り、ハーフミラー１０５により反射される。
ハーフミラー１０５からの反射光は、第１のカメラ１０
１へ入射する。光学的には両者は同一の光軸上に置かれ
ている。しかし、ハーフミラーの透過／反射率が、約５
０％であるため、投光器から出た光は、ハーフミラーに
おける１回の透過と１回の反射を経て、輝度が約四分の
一に低下して、第１のカメラに入射する。

【００４３】さらに、従来は、投光器１０４は、縞模様
のパターンを投光するプロジェクタなどが必要である。
投光器１０４自体の輝度も、白色光を直接照射するのに
比べれば小さい傾向にある。半導体基板に発光素子を形
成する場合には、投光パターンに応じた配列で発光素子
を配置すればよく、直接に高輝度の投光を行える。

【００４４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、さら
に、背景技術（特願２００１−９０１５）の手法を改善
すべく、鋭意、研究を重ねた。

【００４５】本発明者等は背景技術の３次元画像撮像装
置をさらに改善するため、前記のＤＭＤについて詳細に
検討した。（文献１：Ｍ．Ａ．Ｍｉｇｎａｒｄｉ，ＴＩ
ＴｅｃｈｎｉｃａｌＪｏｕｒｎａｌＪｕｌｙ−Ｓ
ｅｐｔｅｍｂｅｒ，１９９８，ｐｐ．５６−６３，”Ｆ
ｒｏｍＩＣｓＴｏＤＭＤｓ”）。ＤＭＤは、半導
体プロセス技術を用いて、数十μｍ角の微小な金属片か
らなるミラーを、半導体チップ上に、数百個×数百個な
どの規模で並べた、２次元アレイである。個々のミラー
は、その下の駆動回路が発生する静電気力によって、そ
れぞれ独立に、±１０度程度傾斜できる可動構造になっ
ている。後述するように、これに照明光をあて、個々の
ミラーの角度に応じて、スクリーン上に所望のパターン
を投光する。

【００４６】図１９は、文献１をもとに、ＤＭＤの１画
素の断面構造図を描いたものである。金属の、ミラー１
８０１が、ヒンジ１８０３によって、宙吊りに支持され
ている。ヒンジ１８０３は、紙面に垂直な方向で半導体
基板１１０７に一体化、固定されている。ミラー１８０
１は、ヒンジ１８０３の回りに左右に、ねじれ回転が可
能である。図の点線は左に傾いた状態を示した。傾斜角
度は、±１０度程度に設定されている。ミラー１８０１
の下側に、１対の電極が形成されている。両電極に、互
いに逆極性の電位を与え、電位の向きは切り替えられ
る。またミラー１８０１には、ある固定電位を与えてお
く。この場合、電極の極性に応じて、ミラー１８０１と
電極が反発もしくは吸引を起こす。これによって±１０
度程度の傾斜を得る。例えば正電位をミラー１８０１に
与えておく。また図の右側の電極に正電位を与え、左側
の電極は低電位（０Ｖ）にする。このとき反発によっ
て、図の点線の傾斜が得られる。

【００４７】一方電極に電位を与えなければ、ヒンジ１
８０３の剛性によって、ミラー１８０１は傾かない。こ
れにより、詳しくは、ミラーは、±１０度、０度の３値
の傾斜を持つことが出来る。

【００４８】上記電極の印加電圧の制御は、半導体基板
中に形成された、ミラー駆動回路１８０２で行う。この
回路は周知のスタチックＲＡＭのメモリセル回路であ
る。双安定型のフリップフロップに、極性半転用の２個
のトランジスタを付加してある。これで、上記の１対の
電極の電位を切り替える。水平方向のワード線と、垂直
方向の＋および−のビット線対で、所望のセルをアドレ
スし、極性の反転を行う。なお、図１９において、１８
０４は絶縁膜、１８０５は電極である。

【００４９】以上のＤＭＤを用いて、投光器を構成する
には、次のように行う。図１（実施例１）からも直感さ
れるように、素子の左上方の、およそ２０度傾斜した方
向に、照明光を置く。このとき、傾斜したミラーの反射
光は、ほぼ真上に反射していく。適当なレンズ系を置
き、ミラーの像がスクリーンに結ぶようにする。例えば
数ｃｍ角のＤＭＤのアレイが、例えば１メートル角のス
クリーンに投影するようにする。これにより、ミラーの
２次元アレイの像が、スクリーン上に生成される。この
とき各ミラーで、無傾斜や右傾斜の画素を設けると、こ
こは光がそれて届かないので、暗くなり、黒点となる。
従ってＤＭＤの左傾斜の画素群で、所望の絵を描けば、
そのパターンが白で表わされ、２値の白黒の静止画が投
影できる。次にハーフトーンを示すには、上記のミラー
駆動回路を用い、ミラーの傾斜を、目の応答速度よりも
大幅な高速度で切り替え、傾斜（白）と逆傾斜（黒）の
時間割合を希望の割合に制御する。これで全階調の画像
が表示できる。また照明光とＤＭＤの組を、３原色に応
じて３組用意し、投光を同一画面に収束させれば、カラ
ー画像が得られる。

【００５０】ＤＭＤの特徴の１つに、輝度が高いことが
あげられる。各画素の金属ミラーの反射係数は、十分大
きく形成されており、これを振動させて輝度を表示す
る。投光パターンを作るために、フィルムや液晶透過部
を必要としない。従って、この部分で光が減衰すること
がない。このため他の手段に比較して、明るい投光が得
やすい。

【００５１】第２の特徴として、回路が周知のスタチッ
クＲＡＭのメモリ回路であるため、構成が簡易である。
また、第３の特徴として、安価なシリコン半導体製造プ
ロセスを用いて製造することができる。

【００５２】本発明は、前記従来技術や背景技術の問題
点に鑑みてなされたものであり、パターンを投影して距
離データを得る３次元画像撮像装置において、対象物体
の前後方向の陰が発生する場合においても、投影パター
ンと変形パターンの対応づけを、精度よく行うことを可
能とし、飛躍的に高精度に３次元画像を取得でき、しか
も、光量が大きく、簡易な構成で安価に実現可能な、３
次元画像撮像装置の構造を提供することを目的とする。

【００５３】

【課題を解決するための手段】この発明の１側面によれ
ば、上述の目的を達成するために、コード化されたパタ
ーンを投影する投光器と、前記投光器の光軸方向から前
記投光器による投影パターンを撮影する第１のカメラ
と、前記投光器の光軸方向と異なる方向から前記投影パ
ターンを撮影する第２のカメラとを備え、前記投影パタ
ーンに対する第１のカメラによる撮影パターンの変化量
が所定値以上の領域について新たなコードを割り付け、
前記割り付けたコードを用いて第２のカメラによる撮影
パターンから第１の距離情報を生成し、第１の距離情報
および第１のカメラにより得られた輝度情報に基づいて
３次元画像を取得する３次元画像撮像装置において、前
記投光器は半導体基板上に形成された複数のミラーを用
いて構成され、前記第１のカメラは該半導体基板上に形
成された複数の半導体受光素子を用いて構成されてなる
ようにしている。

【００５４】この構成においては、投光器と、第１のカ
メラが、同一の光軸を持ち、かつ同一の画角を持つよう
に形成される。このため対象物体の前後方向の陰が発生
する場合においても、対象物体上のある点に投影される
投影光の光線ベクトルと、上記のある点を撮影する上記
第１のカメラの、撮影光線ベクトルが、互いに等しくな
る。

【００５５】このため対象物体に前後の不連続があって
も、第１のカメラで撮影した像において、細い陰の映像
を発生することがない。したがって、再コード化の際に
新たなエラーコードとして認識されることがない。この
ため、投影パターンに対応した再コード化を、正確に行
うことができる。以上により、対象物体の前後方向の段
差がある場合においても、高精度の再コード化が可能
な、高精度の３次元画像撮像装置が得られる。

【００５６】しかも、明るい投光を、簡易な構造で実現
できる。また、安価なシリコン半導体製造プロセスを用
いて簡易に製造可能である。

【００５７】この構成において、半導体基板上の、１個
の前記ミラーと、これと隣接配置された１個の前記半導
体受光素子の対によって１つの画素を構成し、該画素
を、前記半導体基板上に複数組、２次元アレイ状に配列
し、これによって前記複数のミラーと前記複数の半導体
受光素子を構成するようにしてもよい。

【００５８】この場合、ミラーと受光素子は並んで配置
されてもよい、一方が他方を実質的に囲むように配置さ
れてもよい。

【００５９】また、この発明の他の側面によれば、コー
ド化されたパターンを投影する投光器と、前記投光器の
光軸方向から前記投光器による投影パターンを撮影する
第１のカメラと、前記投光器の光軸方向と異なる方向か
ら前記投影パターンを撮影する第２のカメラとを備え、
前記投影パターンに対する第１のカメラによる撮影パタ
ーンの変化量が所定値以上の領域について新たなコード
を割り付け、前記割り付けたコードを用いて第２のカメ
ラによる撮影パターンから第１の距離情報を生成し、第
１の距離情報および第１のカメラにより得られた輝度情
報に基づいて３次元画像を取得する３次元画像撮像装置
において、前記投光器は半導体基板上に形成された複数
のミラーを用いて構成され、前記第１のカメラは前記半
導体基板上に形成された他の複数のミラーを用いて構成
されてなるようにしている。

【００６０】この構成においても、対象物体の前後方向
の段差に対しても、高精度の再コード化が可能な、高精
度の３次元画像撮像装置が得られ、また、明るい投光
を、簡易な構造で実現できる。

【００６１】この構成において、半導体基板上の、１個
の前記ミラーと、これと隣接配置された他の１個の前記
ミラーの対によって１つの画素を構成し、該画素を、前
記半導体基板上に複数組、２次元アレイ状に配列し、こ
れによって前記複数のミラーと前記他の複数のミラーを
構成するようにしてもよい。

【００６２】なお、本発明の上述の特徴および本発明の
他の特徴は特許請求の範囲に明確に記載され、以下、実
施例を用いて詳細に説明する。

【００６３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例を説明する。

【００６４】図１は、この発明の、第１の実施例の１画
素の断面構造図である。

【００６５】本実施例では、投光ミラー１１０１と受光
ＰＤ（フォトダイオード）１１０３を、半導体基板１１
０７上に互いに隣接させて、形成する。投光ミラー１１
０１は、投光器の要素である。受光ＰＤ１１０３は、第
１のカメラの要素である。この１対を１つの画素１１０
０とする。画素１１００を複数個、２次元アレイ状に、
半導体基板１１０７上に配列する。

【００６６】図１の構造をさらに説明する。まず、好ま
しくはＳｉによる半導体基板１１０７上に、投光ミラー
１１０１および投光ミラー駆動回路１１０２を、公知の
ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ
Ｄｅｖｉｃｅ）技術により形成する。つぎにこれと隣接
して、公知のフォトダイオード（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄ
ｅ）によって受光ＰＤ１１０３を形成する。また受光Ｐ
Ｄ１１０３と隣接して、ＣＭＯＳセンサ画素回路（後
述。図示せず。）を形成する。

【００６７】図では左上に配置された照明光（光源）１
１０４から光を照射する。この光は、投光ミラー１１０
１で反射され、投光系・受光系兼用レンズ系１１０５を
通り、対象物体１１０６に投光される。この場合、上記
投光ミラー１個による反射光は、１個の光点として投影
される。

【００６８】つぎに対象物体１１０６の上に発生した上
記光点の映像は、上記と同一の経路を逆にたどり、上記
と同一の投光ミラー１１０１のある位置へ戻ってくる。
このときレンズ系１１０５の解像度が、画素１１００の
大きさ程度にぼかされているように構成する。このため
この光点の像は、この光点を投光した投光ミラーと同一
の画素にある、受光ＰＤ１１０３によって撮影される。
すなわち投光の光線ベクトルと、撮影の光線ベクトル
は、その光軸と画角が、画素寸法の精度において一致す
る。

【００６９】従って、１つの画素、すなわち一つの投光
ミラー１１０１が投光した光点については、投光と撮影
が、同一光軸・同一画角において行われる。

【００７０】図２は、第１の実施例の隣接２画素の構成
図である。上記の画素を並べたものである。左右の画素
において、光点の投光とその撮影が、それぞれ独立に、
同一光軸・同一画角において行われる。

【００７１】画素１１００をさらに反復配列し、２次元
アレイ状に、半導体基板上に配置する。この場合、例え
ば数ｃｍ角の画素アレイの像が、スクリーンの所望の範
囲、例えば１メートル角に、投影されるようにする。こ
れを対象物体に投光すれば、投影パターンが対象物体上
に結像される。このとき全画素において、投光用のレン
ズ系を逆にたどれば、それぞれの画素の投影パターン
が、それぞれ同一の画素上に結像する。従って画素ごと
にミラーと受光素子が隣接形成されていれば、投光系と
同光軸、同画角の撮影系が構成できる。ただしこのと
き、レンズ系の解像度が、投光ミラーと受光素子を合わ
せた１画素の、大きさの程度にぼかされているとよい。

【００７２】これによって、面状の投光器と、同一光軸
・同一画角の、面状の受光器が構成される。

【００７３】さてここで対策を要する事項として、照明
光１１０４からの入射光が、受光ＰＤ１１０３に直接入
射してしまうことが挙げられる。ＰＤが受光する光は、
照明光１１０４からの直接入射光と、対象物体１１０６
からの反射光の和になる。このデータから、反射光の成
分を抽出する必要がある。

【００７４】第１の方法として、あらかじめ暗幕など
の、反射光の無い対象物体を撮影することができる。こ
のときの受光ＰＤの出力信号を、照明光１１０４からの
直接入射光のみのデータと考える。このデータを処理装
置に記憶しておく。後で対象物体の撮影を行い、得られ
たデータから、記憶した直接入射光データを差し引く。
これによって対象物体からの反射光を抽出する。

【００７５】第２の方法は、偏光を用いることができ
る。照明光１１０４に偏光フィルタを設け、発光が１方
向に偏光しているようにする。一方、半導体基板１１０
７の表面の、少なくとも受光領域の上には、偏光フィル
タとして働く薄膜を形成する。この薄膜の偏光の向き
は、照明光１１０４からの直接入射光が阻止される向き
に設ける。これによって、直接入射光の受光ＰＤ１１０
３への入力は大幅に減少する。他方、対象物体の反射光
は、投光ミラー１１０１と、対象物体で、順次反射され
ている。従って多くの成分が、薄膜のフィルタを通過
し、受光することができる。なおこの場合も、第１の方
法を用いるとさらに精度が向上する。あらかじめ暗幕な
どを撮影して、照明光１１０４の影響を記憶しておき、
あとでこれを差し引く。

【００７６】図３は、この発明の、第１の実施例の半導
体チップの回路構成図である。投光ミラー駆動回路１１
０２と受光ＰＤ１１０３のペアが、画素１１００の中に
設けられる。受光ＰＤ１１０３に対しては、通常のＣＭ
ＯＳセンサと同様に、ＭＯＳトランジスタを用いた読み
出し回路が、画素ごとに設けられている。画素１１００
が、２次元に配列されている。

【００７７】まず投光ミラー駆動回路１１０２について
は、行ワードパルスΦｗｏｒｄｉ（ｉ＝１，２，…，
ｍ）と、列ビットパルスΦ＋ｂｉｔｊ（ｊ＝１，２，
…，ｎ）およびΦ−ｂｉｔｊ（ｊ＝１，２，…，ｎ）に
よって、所望の画素に、所望のタイミングで、駆動電圧
パルスが印加される。これによって所望の画素１１００
から投光が行なわれる。

【００７８】受光ＰＤ１１０３を含む受光部では、公知
のＣＭＯＳセンサと同様の手順で、読み出し、リセッ
ト、受光の動作が行なわれる。

【００７９】まず、各画素の読み出しは、行アドレスパ
ルスΦＰＤｒｏｗｉ（ｉ＝１，２，…，ｍ）と、列アド
レスパルスΦＰＤｃｏｌｕｍｎｊ（ｊ＝１，２，…，
ｎ）によって、所望の画素が選択され、画素の電荷が読
み出される。読み出し電荷は、読み出し線ＶＰＤｏｕｔ
ｊ（ｊ＝１，２，…，ｎ）を通じて取り出される。この
電荷による信号をアナログ増幅器１３０３に導き、出力
電圧を得る。

【００８０】次に各画素をリセットする。リセット動作
は、所望のタイミングで、リセットパルスΦＰＤｒｅｓ
ｅｔｉ（ｉ＝１，２，…，ｍ）をオンし、受光ＰＤ１１
０３を、リセット電圧ＶＰＤｒｅｓｅｔに接続する。

【００８１】次に受光を行う。実施例では、上記のリセ
ットの後、全画素の行アドレスパルスΦＰＤｒｏｗｉ
（ｉ＝１，２，…，ｍ）をオフし、全ての受光ＰＤ１１
０３をオープンにする。そして所定の受光時間の間、光
生成電荷の蓄積を行う。

【００８２】このとき受光時間の設定は、投光ミラーの
２次元アレイの、１フレーム時間に合わせ、これを含む
長い時間に設定する。すなわち、ＤＭＤ素子による投光
ミラーの動作では、ミラーを目の応答速度より速い速度
で振動させる。目の応答速度より短い１フレーム時間の
うちで、ミラーが希望の向きに傾斜している時間の割合
で、輝度を表現している。従って、受光では、上記の輝
度に合わせた光電荷を生成する必要がある。このため受
光時間を、投光ミラーの１フレーム時間に同期させるこ
とが望ましい。

【００８３】以上の各々のタイミングを制御する各パル
スは、垂直スキャナ回路１３０１と、水平スキャナ回路
１３０２で生成、印加される。

【００８４】３次元画像撮像装置全体の構成は、上述背
景技術の構成（図１および図２）と同様であり、説明は
繰り返さない。

【００８５】ただし、本実施例（本発明）においては、
投光器１０４と、第１のカメラ１０１は、同一の光学系
と同一の筐体からなり、同一半導体チップ上の投光素子
と受光素子を用いて構成される。本実施例では、投光器
１０４は上記の半導体チップチップ上の投光ミラー１１
０１を用い、第１のカメラ１０１は同じ半導体チップ上
の受光ＰＤ１１０３を用いる。さらに、半導体チップ上
の、あるアドレスのミラー１１０１と、同じアドレスの
受光ＰＤ１１０３は、同一画素内に形成される。

【００８６】以上によって本実施例では、投光器の画角
と、第１のカメラの画角は、その１画素の寸法以内の精
度で、一致する。

【００８７】以上の第１の実施例に拠れば、投光器の画
角と、第１のカメラの画角が、その画素の寸法以内の精
度で、一致するので、対象物体に前後の不連続があって
も、第１のカメラで撮影した像において、細い陰の映像
を発生することがない。このため、投影パターンに対応
した再コード化を、正確に行うことができ、高精度の再
コード化が可能である。

【００８８】さらに、投光器に高輝度のＤＭＤを用いて
いる。また従来技術で必要だった、ハーフミラーを用い
ていない。このため投光から撮影まで、光の減衰が少な
い。このため輝度が高い画像が得られる効果がある。し
かも、簡単に構成とすることができる。

【００８９】図４は、本発明の第２の実施例の１画素の
断面構造図である。

【００９０】本実施例では、先の実施例の受光ＰＤ１１
０３の代わりに、受光ミラー１５０１を設ける。投光ミ
ラー１１０１と受光ミラー１５０１の対で、１画素を構
成する。各ミラーにはそれぞれ、駆動回路１１０２、１
５０２が付随している。そして受光ミラー１５０１は、
投光ミラー１１０１から発した反射光を受光するとき、
投光ミラー１１０１と逆向きに傾斜させる。受光ミラー
１５０１で反射した光は、望ましい位置に配置されたＣ
ＣＤ用レンズ系１５０３を通り、所定の位置に配置され
たＣＣＤ１５０４によって受光される。ＣＣＤ用レンズ
系１５０３と、ＣＣＤ１５０４の配置は、受光ミラーの
２次元アレイの像が、ＣＣＤ上の望ましい主要な面積に
投影するように、構成する。

【００９１】照明光１１０４からの、直接入射光につい
ては、これが受光ミラー１５０１に入射しても問題な
い。ミラーの傾斜によって、対象物体にもＣＣＤにも、
光線が向かわない。このため本実施例は、受光素子への
直接入射光を差し引くための、手順や手段を講じる必要
が無いという効果がある。

【００９２】また本実施例では、受光ミラー１５０１の
反射光を受ける撮像素子として、ＣＣＤ１５０４を用い
たが、これは本質的なことではない。これは周知のＣＭ
ＯＳセンサ、撮像管など、任意のエリアセンサを用いる
ことができる。

【００９３】図５は、本発明の第２の実施例の隣接２画
素の構成図である。投光ミラー１１０１、受光ミラー１
５０１、およびその駆動回路の１対を、１画素とする。
この画素を２次元アレイ状に配列する。これによって
も、面状の投光器と、同一光軸・同一画角の、面状の受
光器が構成される。

【００９４】図６は、本発明の第２の実施例の半導体チ
ップの回路構成図である。回路の構成としては、投光ミ
ラー駆動回路１１０２と、受光ミラー駆動回路１５０２
の対で、画素１１００を構成する。画素１１００を、ｍ
行×ｎ列の、２次元アレイ状に配置する。（ｍ、ｎはそ
れぞれ、所望の画素数の整数）。

【００９５】本実施例の回路動作は、次のように行う。
まず、所望の行のワード線Φｗｏｒｄｉ（ｉ＝１〜ｍの
いずれか）を選択し（Ｈｉｇｈにし）、該行にある各画
素の回路を、スイッチング可能状態にする。行の選択時
間の長さは、通常は、人の目の応答時間より短い、適当
な時間に設定する。

【００９６】この状態で、各列ごとに、左側の投光ミラ
ー駆動回路１１０２のビット線対（ΦＬｂｉｔ＋ｊ，お
よびΦＬｂｉｔ−ｊ（ｊ＝１〜ｎ））に、所望のオン時
間のパルスを与え、列ごとに所望の時間オンを行う。こ
こでオンというのは、投光ミラーを傾斜させ、対象物体
に光が照射されるように維持する状態をいう。例えばオ
ンが１００％の列とは、前記の行の選択時間の間、全て
の時間投光をオンさせる列をいう。最も明るい画素
（白）となる。他方、オンが０％の列とは、行の選択時
間の間、全ての間投光をオフさせる列をいう。最も暗い
画素（黒）となる。灰色の画素は、行の選択時間のう
ち、ある割合の時間だけ、投光をオンさせる。

【００９７】このようにして各列を投光し、順次行の選
択をｉ＝１からｍまで進めていく。これで行ごとに、投
光ミラーによる投光が行われる。

【００９８】受光ミラーの駆動は、最も簡単な例では、
全時間、受光オンの状態に固定する。ここでオンとは、
受光ミラーを傾斜させ、ＣＣＤに光が照射されるように
維持する状態をいう。各列ごとに、右側の受光ミラー駆
動回１路５０２のビット線対（ΦＲｂｉｔ＋ｊ，および
ΦＲｂｉｔ−ｊ（ｊ＝１〜ｎ））に、オン電圧を常時与
えておく。こうすると行が選択されるときはいつでも、
受光ミラーはオン状態に維持される。このため対象物体
からの反射光は、いつでもＣＣＤへ照射される。受光の
タイミングをＤＭＤのパルス動作に同期させることは、
ＣＣＤの動作タイミングを合わせることで行うことがで
きる。

【００９９】以上のように本実施例においても、面状の
投光器と、同一光軸・同一画角の、面状の受光器が構成
される。投光器と第１のカメラの画角が一致するので、
対象物体に前後の不連続があっても、投影パターンに対
応した再コード化を、正確に行うことができ、高精度の
３Ｄ画像撮影が可能である。さらに、投光器に高輝度の
ＤＭＤを用いており、またハーフミラーを用いない。こ
のため輝度が高い画像が得られる効果がある。

【０１００】さらに本実施例では、照明光１１０４から
の入射光が、直接受光素子に入射することがない。この
ため対象物体からの反射光を、さらに容易に測定できる
効果がある。

【０１０１】

【発明の効果】上述したように、この発明によれば、対
象物体に前後の不連続があっても、第１のカメラで撮影
した像において、細い陰の映像を発生することがない。
このため上述の従来技術の３次元画像撮像装置におい
て、投影パターンに対応した再コード化の精度を、大幅
に向上することができる。したがって、対象物体の前後
方向の段差が大きい場合においても、大幅に高精度化さ
れた３次元画像撮像装置が得られるという効果を有す
る。さらに、投光器に高輝度のＤＭＤを用い、またハー
フミラーを用いていない。このため投光から撮影まで光
の減衰が少なく、高輝度の画像が得られる。従って対象
物体の、広範囲な輝度分布の表面に対して、３Ｄ画像の
撮影ができる効果がある。さらに、半導体プロセス技術
を用いて簡易に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例の１画素の断面構造
図である。

【図２】この発明の第１の実施例の隣接２画素の構成
図である。

【図３】この発明の第１の実施例の半導体チップの回
路構成図である。

【図４】この発明の第２の実施例の１画素の断面構造
図である。

【図５】この発明の第２の実施例の隣接２画素の構成
図である。

【図６】この発明の第２の実施例の半導体チップの回
路構成図である。

【図７】従来技術の３次元画像撮像装置の構成例を示
すブロック図である。

【図８】上述従来技術の３次元画像撮像装置のカメラ
構成例を示す図である。

【図９】上述従来技術の３次元画像撮像装置の撮像構
成を説明する図である。

【図１０】上述従来技術の３次元画像撮像装置の処理
フローを示す図である。

【図１１】上述従来技術の３次元画像撮像装置の投影
パターンのコード化の例を示す図である。

【図１２】上述従来技術の３次元画像撮像装置の撮影
構成例を示す図である。

【図１３】上述従来技術の３次元画像撮像装置の投影
パターン例を示す図である。

【図１４】上述従来技術の３次元画像撮像装置の第３
のカメラ１０３で撮影されるスリットパターンの例を示
す図である。

【図１５】上述従来技術の３次元画像撮像装置の第２
のカメラ１０２で撮影されるスリットパターンの例を示
す図である。

【図１６】上述従来技術の３次元画像撮像装置におい
て新たにコード化されたスリットパターンの例を示す図
である。

【図１７】上述従来技術の３次元画像撮像装置の空間
コード化法による距離算出法を示す図である。

【図１８】上述従来技術の３次元画像撮像装置の第1
のカメラ１０１で撮影されるスリットパターンの例を示
す図である。

【図１９】ＤＭＤの１画素の断面構造図である。

【符号の説明】

１０１第１のカメラ１０２第２のカメラ１０３第３のカメラ１０４投光器１０５ハーフミラー１０６光源１０７マスクパターン１０８強度パターン１０９プリズム１２１，１２３，１２５輝度値メモリ１２２，１２４，１２６パターン画像メモリ１２７フレームメモリ１２８領域分割部１２９再コード化部１３０，１３１コード復号部１３２対応点探索部１３３距離情報統合部３０１プリズム３０３，３０５撮像装置３０２，３０４透過フィルター３０４遮断フィルター６０１，６０２，６０３カメラ６０４投光器６０５壁６０６板８０１，９０１影領域１１００画素１１０１投光ミラー１１０２投光ミラー駆動回路１１０３受光ＰＤ１１０４照明光１１０５投光系・受光系兼用レンズ系１１０６対象物体１１０７半導体基板１３０１垂直スキャナ回路１３０２水平スキャナ回路１５０１受光ミラー１５０２受光ミラー駆動回路１５０３ＣＣＤ用レンズ系１５０４ＣＣＤ１８０１ミラー１８０２ミラー駆動回路１８０３ヒンジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊與田哲男神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーンテクなかい富士ゼロックス株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA53 BB05 FF07 FF09 HH13 JJ03 JJ05 JJ18 JJ24 JJ26 LL13 LL18 MM15 5C061 BB03 CC01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コード化されたパターンを投影する投光
器と、前記投光器の光軸方向から前記投光器による投影
パターンを撮影する第１のカメラと、前記投光器の光軸
方向と異なる方向から前記投影パターンを撮影する第２
のカメラとを備え、前記投影パターンに対する第１のカ
メラによる撮影パターンの変化量が所定値以上の領域に
ついて新たなコードを割り付け、前記割り付けたコード
を用いて第２のカメラによる撮影パターンから第１の距
離情報を生成し、第１の距離情報および第１のカメラに
より得られた輝度情報に基づいて３次元画像を取得する
３次元画像撮像装置において、前記投光器は半導体基板上に形成された複数のミラーを
用いて構成され、前記第１のカメラは該半導体基板上に
形成された複数の半導体受光素子を用いて構成されてな
ることを特徴とする３次元画像撮像装置。
【請求項２】半導体基板上の、１個の前記ミラーと、
これと隣接配置された１個の前記半導体受光素子の対に
よって１つの画素を構成し、該画素を、前記半導体基板
上に複数組、２次元アレイ状に配列し、これによって前
記複数のミラーと前記複数の半導体受光素子を構成する
ことを特徴とする請求項１記載の３次元画像撮像装置。
【請求項３】前記ミラーが反射光を投影対象に方向づ
ける角度位置に保持されるデュレーションにより、投影
パターンの濃淡を形成する請求項１または２記載の三次
元画像撮像装置。
【請求項４】コード化されたパターンを投影する投光
器と、前記投光器の光軸方向から前記投光器による投影
パターンを撮影する第１のカメラと、前記投光器の光軸
方向と異なる方向から前記投影パターンを撮影する第２
のカメラとを備え、前記投影パターンに対する第１のカ
メラによる撮影パターンの変化量が所定値以上の領域に
ついて新たなコードを割り付け、前記割り付けたコード
を用いて第２のカメラによる撮影パターンから第１の距
離情報を生成し、第１の距離情報および第１のカメラに
より得られた輝度情報に基づいて３次元画像を取得する
３次元画像撮像装置において、前記投光器は半導体基板上に形成された複数の第１のミ
ラーを用いて構成され、前記第１のカメラは前記半導体
基板上に形成された他の複数の第２のミラーを用いて構
成されてなることを特徴とする３次元画像撮像装置。
【請求項５】半導体基板上の、１個の前記第１のミラ
ーと、これと隣接配置された１個の前記第２のミラーの
対によって１つの画素を構成し、該画素を、前記半導体
基板上に複数組、２次元アレイ状に配列し、これによっ
て前記複数の第１のミラーと前記複数の第２のミラーを
構成することを特徴とする請求項４記載の３次元画像撮
像装置。
【請求項６】前記第１のミラーが反射光を投影対象に
方向づける角度位置に保持されるデュレーションによ
り、投影パターンの濃淡を形成する請求項４または５記
載の三次元画像撮像装置。
【請求項７】前記投光器と前記第１のカメラの画角の
差異が、前記第１のカメラの解像度サイズ以下であるこ
とを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の３次元
画像撮像装置。