JP2015049130A - 反射ユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】光軸方向に複数配置された撮影対象物の三次元計測を可能にする反射ユニットを提供する。【解決手段】反射ユニットは、撮影レンズの全画角のうち中心部を含まない周辺画角の領域に配置され、互いの法線ベクトルが第1平面内に存在する、被写体光束の一部を反射させて前記撮影レンズへ導く第1反射部64と第2反射部66を含む第1反射部対と、周辺画角の領域に配置され、互いの法線ベクトルが第1平面とは異なる第2平面内に存在する、被写体光束の一部を反射させて撮影レンズへ導く第3反射部65と第4反射部67を含む第2反射部対とを備え、第1反射部対の第1反射部と第2反射部のそれぞれの法線ベクトルのなす角と、第2反射部対の第3反射部と第4反射部のそれぞれの法線ベクトルのなす角とが、互いに異なる。【選択図】図1
Description
本発明は、反射ユニットに関する。
魚眼レンズを備え、当該魚眼レンズを介して得られた画像を記録するカメラと、内壁面を鏡面とした鏡面円筒体とを用いて、鏡面に反射した像と、反射しない像とを撮影して、反射した像と反射しない像との視差から三次元計測を行う装置が知られている。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 国際公開WO2006/075528号公報
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 国際公開WO2006/075528号公報
この種の装置においては、光軸方向に複数配置された撮影対象物を計測することが難しかった。
本発明の一態様における反射ユニットは、撮影レンズの全画角のうち中心部を含まない周辺画角の領域に配置され、互いの法線ベクトルが第1平面内に存在する、被写体光束の一部を反射させて撮影レンズへ導く第1反射部と第2反射部を含む第1反射部対と、周辺画角の領域に配置され、互いの法線ベクトルが第1平面とは異なる第2平面内に存在する、被写体光束の一部を反射させて撮影レンズへ導く第3反射部と第4反射部を含む第2反射部対とを備え、第1反射部対の第1反射部と第2反射部のそれぞれの法線ベクトルのなす角と、第2反射部対の第3反射部と第4反射部のそれぞれの法線ベクトルのなす角とが、互いに異なる。
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
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い。また、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。
図1(a)は、本実施形態に係る反射ユニット10の正面斜視図である。(b)は、反射ユニット10の背面斜視図である。なお、図1(a)において、図中左上に示したように、反射ユニット10の中心軸であって、紙面手前側をZ軸プラス方向と定め、Z軸と直交する平面において、紙面右方向をX軸プラス方向、紙面上方向をY軸プラス方向と定める。
反射ユニット10は、取り付けユニット20と、鏡面ユニット60とから成る。取り付けユニット20は、取り付け部30と、支持部50と、カバー部56とを有する。取り付け部30は、Z軸マイナス方向側から、撮像装置としてのカメラユニットのマウントに装着される。これにより、反射ユニット10は、カメラユニットのマウントに装着される。また、取り付け部30は、Z軸プラス方向側から、反射ユニット10が装着されたカメラユニットに使用されるレンズユニットと係合して、レンズユニットを保持する。
支持部50は、箱形状を成し、その底面において、取り付け部30の外周面に接続する。これにより、支持部50は、取り付け部30の外周面に固定される。また、支持部50は、側面内側において、鏡面ユニット60をZ軸方向に移動自在に支持する。支持部50は、少なくとも一部が光を透過させる素材により形成される。支持部50を形成する材料の一例は、透明のポリカーボネートである。
カバー部56は、支持部50の一側面の外側に、Z軸プラス方向に移動自在に設けられる。カバー部56の詳細は、図2を用いて、後に説明する。
鏡面ユニット60は、反射部62を有する。反射部62は、第1反射部対としての第1反射部64と第2反射部66の対と、第2反射部対としての第3反射部65と第4反射部67第4反射部67の対とを有する。第1反射部64と第2反射部66との法線ベクトルの成す角は、第3反射部65と第4反射部67第4反射部67との法線ベクトルの成す角と異なる。
本実施形態においては、第1反射部64からの法線ベクトルの方向を、第1反射部64から第2反射部66の方向と定義する。第2反射部66からの法線ベクトルの方向を、第2反射部66から第1反射部64の方向と定義する。第3反射部65、第4反射部67第4反射部67も上記と同様に法線ベクトルの方向を定義する。この場合、第1反射部64と第2反射部66との法線ベクトルのそれぞれと、撮影レンズから被写体へ向かう光軸ベクトルの成す角は、直角である。また、第3反射部65と第4反射部67第4反射部67との法線ベクトルのそれぞれと、撮影レンズから被写体へ向かう光軸ベクトルの成す角は、鋭角である。別言すると、第1反射部64と第2反射部66の対は、X軸方向に互いに向かい合う。第3反射部65と第4反射部67第4反射部67の対は、Z軸マイナス方向に向かって、外に開いている。
反射部62は、被写体光束の一部を反射させて、取り付け部30に保持されたレンズユニットへ導く。第1反射部64、第3反射部65および第2反射部66、第4反射部67として鏡を用いることができる。なお、第1反射部64、65および第2反射部66、67は、鏡に限らず、被写体光束の一部を反射させることができる部材であればよい。
図2は、図1における反射ユニット10のA−A断面図である。また、図3(a)は、図1における反射ユニット10をZ軸プラス方向から見た側面図であり、(b)は、図1における反射ユニット10をZ軸マイナス方向から見た側面図である。図2および図3において、図1と同じ要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。
図2および図3(a)、(b)を用いて、反射ユニット10の構成をさらに詳細に説明する。取り付け部30は、第1マウント部32と、第2マウント部34と、調整部36と、カメラユニット用接点38と、レンズユニット用接点40とを有する。第1マウント部32は、取り付け部30のZ軸方向プラス側の端面に設けられ、カメラユニットのマウント部と係合して、反射ユニット10をカメラユニットに装着される。第1マウント部32には、カメラユニットのマウント部に設けられた円弧状切欠きに対応した、角度の異なる円弧リブ42、44が形成されている。図3(a)に示した例においては、X軸プラス方向に設けられた円弧リブ42の中心角は90°であり、X軸マイナス方向に設けられた円弧リブ44の中心角は45°である。第1マウント部32は、反射ユニット10が装着されるカメラユニットに用いられるレンズユニットのマウント部と同じ形状となっている。
第2マウント部34は、取り付け部30のZ軸マイナス側に設けられ、レンズユニットのマウント部と係合して、レンズユニットを保持する。第2マウント部34には、レンズユニットのマウント部に設けられたリブに対応した角度の異なる円弧状切欠き46、48を有する。図3(b)に示した例においては、Y軸マイナス方向に設けられた円弧状切欠き46の中心角は90°であり、Y軸プラス方向に設けられた円弧状切欠き48の中心角は90°である。第2マウント部34は、反射ユニット10が装着されるカメラユニットのマウント部と同じ形状となっている。調整部36は、レンズユニットが備える撮影レンズの焦点面が、カメラユニットに設けられた撮像素子の受光面に一致するように、撮影レンズの焦点面の位置を調整する。
カメラユニット用接点38は、円弧リブ42のZ軸プラス側の端面に設けられる。カメラユニット用接点38は、カメラユニットのマウント部に設けられた接点と接触して、カメラユニットと反射ユニット10とを電気的に接続する。カメラユニット用接点38は、レンズユニット用接点40に電気的に接続している。レンズユニット用接点40は、第2マウント部34に設けられ、レンズユニットのマウント部に設けられた接点と接触して、反射ユニット10とレンズユニットとを電気的に接続する。これにより、カメラユニットは、レンズユニットに電気的に接続することができる。カメラユニットはレンズユニットに対して制御信号等の通信、および電力の供給を行うことができる。また、カメラユニットは、当該接点を用いて反射ユニット10へも制御信号等の通信、および電力の供給を行うこともできる。
支持部50は、操作窓52と、L字リブ54をさらに有する。操作窓52は、支持部50のY軸プラス方向側の外面に設けられた矩形状の貫通穴である。使用者は、操作窓52から、反射ユニット10に装着したレンズユニットのズーム環等の操作部を操作できる。
L字リブ54は、支持部50に一体的に設けられるL字形状のリブである。L字リブ54の一端側は、操作窓52のZ軸プラス方向を除く三方を、予め定められた距離を隔てて囲むようして設けられる。また、L字リブ54の他端は、操作窓52の内側に突出するように形成される。
カバー部56は、支持部50とは別体として設けられる矩形状の板である。カバー部56の大きさは、操作窓52よりも広く、操作窓52を囲むL字リブ54の3方が囲まれた領域よりも狭い。カバー部56の厚さは、支持部50の外壁とL字リブ54とによって形成される隙間よりもわずかに薄く形成される。カバー部56は、当該隙間に嵌合して、支持部50に対してZ軸方向に移動自在に配される。カバー部56は、操作窓52と一致した位置にある場合に、操作窓52を塞いだ閉塞状態となる。また、カバー部56は、操作窓52と一致しない位置にある場合に、操作窓52を解放した解放状態となる。カバー部56を解放状態とすることで、使用者は、操作窓52から、レンズユニットの操作部を操作できる。また、カバー部56を閉塞状態とすることで、操作窓52から反射ユニット10内へ外部の像光が入射することを防止できる。
鏡面ユニット60は、変位機構部69と、四つの照明ユニット70をさらに有する。変位機構部69は、X軸プラス側の第1反射部64のZ軸プラス側端部に設けられ、反射部62をZ軸方向に駆動する。変位機構部69の一例は、アクチュエータである。変位機構部69は、カメラユニット用接点38を介して、カメラユニットから電力の供給を受けて駆動する。
照明ユニット70は、反射部62の4隅にそれぞれ1個ずつ設けられる。照明ユニット70の設置位置については後に詳細に説明する。照明ユニット70は、反射ユニット10を用いてカメラユニットで撮影する場合に、撮影対象物を照明する。これにより、撮影時の光量不足を抑制することができる。なお、照明ユニット70の一例は、LEDである。照明ユニット70の照明光の照射と停止は、カメラユニット用接点38を介して、カメラユニットに制御される。
図4は、レンズユニット80とカメラユニット90を反射ユニット10へ取り付ける状態を示す。反射ユニット10の取り付け部30は、カメラユニット90に装着される。具体的には、第1マウント部32の円弧リブ42、44の位置を、マウント部92に設けられた円弧状切欠き94の位置、すなわち第1マウント部32の円弧リブ42、44の位相を、マウント部92に設けられた円弧状切欠き94の位相に一致させて、円弧リブ42、44をZ軸プラス方向に挿入させる。その状態を維持したまま、反射ユニット10を反時計まわりに90°回転させることで、円弧リブ42、44を円弧リブ96に係止させる。これにより、反射ユニット10は、カメラユニット90にZ軸方向に固定される。また、反射ユニット10を回転させることによって、ロックピンによるロック機構が作動し、反射ユニット10は、Z軸を中心とした回転方向に固定される。これにより反射ユニット10は、カメラユニット90のマウント部92に装着される。
また、レンズユニット80は、反射ユニット10の取り付け部30に取り付けられる。具体的には、レンズユニット80に設けられたマウント部は、第2マウント部34に装着される。レンズユニット80のマウント部は、第1マウント部32と同じ構成の円弧リブを有する。レンズユニット80のマウント部と第2マウント部34との装着は、第1マウント部32とカメラユニットのマウント部92との装着と同じであるので、レンズユニット80のマウント部と第2マウント部34との装着の説明は省略する。
図5(a)は、反射ユニット10を取り付けたカメラユニット90が、光軸方向に離れて配置される第1撮影対象物201および第2撮影対象物202を撮影する状態を示す図である。図示するように、第1撮影対象物201および第2撮影対象物202としてミニカーを撮影する場合について説明する。本実施形態においては、第1撮影対象物201と第2撮影対象物202の大きさは、略同一とする。
第1撮影対象物201は、反射ユニット10の先端が成す平面上に配置される。第2撮影対象物202は、光軸方向に第1撮影対象物201から離れた予め定められた位置に配置される。第2撮影対象物202は、カメラユニット90に対して第1撮影対象物201より遠い位置に配置される。したがって、第2撮影対象物202は、反射ユニット10の外部に配置される。また、本実施例では第1撮影対象物201と第2撮影対象物202とが、光軸上に配置されているとして説明をする。
第3反射部65と第4反射部67第4反射部67の対は、第1撮影対象物201を撮影する場合に使用する。第1反射部64と第2反射部66の対は、第2撮影対象物202を撮影する場合に使用する。第1撮影対象物201および第2撮影対象物202は、ともに撮影レンズの被写界深度の範囲に配置される。
図5(b)は、撮像素子によって得られた画像を示す。なお、撮影レンズ82による第1撮影対象物201および第2撮影対象物202の像の反転は、画像処理により修正されている。なお、本実施形態においては、2回反射する領域である領域305、領域306、領域307および領域308の撮影対象物の像は三次元計測には用いないので、図5(b)では、領域305、領域306、領域307および領域308を斜線で示す。第3反射部65と第4反射部67第4反射部67は、レンズユニット80の撮影レンズのY軸方向の全画角のうち、中心部を含まない周辺画角の領域に配置されている。本実施形態においては、Y軸方向の全画角のそれぞれ略1/3に相当する領域に配置されているので、Y軸方向の画角は、3等分に分割される。
第1反射部64と第2反射部66は、レンズユニット80の撮影レンズのX軸方向の全画角のうち、中心部を含まない周辺画角の領域に配置されている。本実施形態においては、X軸方向の全画角のそれぞれ略1/3に相当する領域に配置されているので、Y軸方向の画角は、3等分に分割される。これにより、撮像素子によって得られる画像は、領域300、領域301、領域302、領域303、領域304、領域305、領域306、領域307および領域308から成る九つの領域に分割される。さらに、第1反射部64、第3反射部65、第2反射部66、第4反射部67第4反射部67は、鏡面ユニット60における撮影レンズ側の端部が矩形形状である。これにより、九つに分割される領域は、矩形形状となる。
領域300は中央の領域である。領域300は、いずれの反射部にも反射することなく第1撮影対象物201の像が取得される領域である。領域301は、領域300の上側に位置する。領域301は、第4反射部67第4反射部67に反射した第1撮影対象物201の像が取得される領域である。領域302は、領域300の下側に位置する。領域302は、第3反射部65に反射した第1撮影対象物201の像が取得される領域である。領域301および領域302における第1撮影対象物201の像は、領域300における第1撮影対象物201の像に対してそれぞれ上下に反転している。
領域303は、領域300の左側に位置する。領域303は、第2反射部66に反射した第2撮影対象物202の像が取得される領域である。領域304は、領域300の右側に位置する。領域304は、第1反射部64に反射した第2撮影対象物202の像が取得される領域である。領域303および領域304における第2撮影対象物202の像は、領域300における第1撮影対象物201の像に対してそれぞれ左右に反転している。また、第2撮影対象物202は第1撮影対象物201より遠い位置に配置されるので、領域303および領域304における第2撮影対象物202は、領域300、領域301および領域302における第1撮影対象物201より小さい。第3反射部65第4反射部67第4反射部67
領域305は、領域300の左上に位置する。領域305は、第4反射部67と第2反射部66に反射した第1撮影対象物201および第2撮影対象物202の像が取得される領域である。領域305において、図中の破線の右側は、第4反射部67に反射した後に第2反射部66に反射した第1撮影対象物201の像であり、左側は、第2反射部66に反射した後に第4反射部67に反射した第2撮影対象物202の像である。
領域306は、領域300の左下に位置する。領域306は、第3反射部65と第2反射部66に反射した第1撮影対象物201および第2撮影対象物202の像が取得される領域である。領域306において、図中の破線の右側は、第3反射部65に反射した後に第2反射部66に反射した第1撮影対象物201の像であり、左側は、第2反射部66に反射した後に第3反射部65に反射した第2撮影対象物202の像である。
領域307は、領域300の右上に位置する。領域307は、第4反射部67と第1反射部64に反射した第1撮影対象物201および第2撮影対象物202の像が取得される領域である。領域307において、図中の破線の右側は、第1反射部64に反射した後に第4反射部67に反射した第2撮影対象物202の像であり、左側は、第4反射部67に反射した後に第1反射部64に反射した第1撮影対象物201の像である。
領域308は、領域300の右下に位置する。領域308は、第1反射部64と第3反射部65に反射した第1撮影対象物201および第2撮影対象物202の像が取得される領域である。領域308において、図中の破線の右側は、第1反射部64に反射した後に第3反射部65に反射した第2撮影対象物202の像であり、左側は、第3反射部65に反射した後に第1反射部64に反射した第1撮影対象物201の像である。
本実施形態においては、第1反射部64と第2反射部66の対をZ軸マイナス方向に向かって外に開いて配置することにより、第1撮影対象物201と第2撮影対象物202を同時に一枚の画像として撮ることができる。一枚の画像の領域301と領域302における第1撮影対象物201の像を用いて種々の画像処理をすることにより、第1撮影対象物201の三次元計測をすることができる。同様に、領域303と領域304における第2撮影対象物202の像を用いて種々の画像処理をすることにより、第2撮影対象物202の三次元計測をすることができる。
図6(a)は、カメラユニット90およびレンズユニット80を反射ユニット10に取り付けた状態のカメラユニット90の光軸を通るYZ平面の断面図である。第3反射部65および第4反射部67と被写体光束との関係を説明する。本実施形態においては、撮影レンズ82は、単焦点レンズである。なお、図面を簡略化する目的で、撮影レンズ82は、1枚のレンズを用いて説明する。同様に、図面を簡略化する目的で、第3反射部65、第4反射部67、撮影レンズ82および撮像素子98を用いて説明する。
光軸ベクトル130は、撮影レンズ82から被写体側へ向かう光軸方向のベクトルである。法線ベクトル132は、第4反射部67における反射面の法線方向のベクトルである。法線ベクトル134は、第3反射部65における反射面の法線方向のベクトルである。本実施形態においては、法線ベクトル132と光軸ベクトル130の成す角は、直角である。同様に、法線ベクトル134と光軸ベクトル130の成す角は、直角である。
位置Aにおける被写体光束の部分光束100は、図中の横線で示す領域である。より詳細には、部分光束100は、図中の点a1、点e1、点d1を通る線分と、点b1、点h1、点c1を通る線分とによって囲まれる領域である。部分光束100は、第3反射部65と第4反射部67に反射することなく、撮像素子98の中央領域に結像する。部分光束102は、図中の縦線で示す領域である。より詳細には、部分光束102は、図中の点a1、点f1、点g1を通る線分と、点b1、点e1、点d1を通る線分とによって囲まれる領域である。部分光束102は、第4反射部67に反射した後、撮像素子98のY軸方向マイナス側の領域に結像する。部分光束102は、あたかも撮像素子98からY軸方向プラス側にずれた別の撮像素子97に結像したかのように、視差を持った像として撮像素子98に結像する。
部分光束104は、図中のクロスハッチングで示す領域である。より詳細には、部分光束104は、図中の点b1、点i1、点j1を通る線分と、点a1、点h1、点c1を通る線分とによって囲まれる領域である。部分光束104は、第3反射部65に反射した後、撮像素子98のY軸方向プラス側の領域に結像する。部分光束104は、あたかも撮像素子98からX軸方向マイナス側にずれた別の撮像素子99に結像したかのように、視差を持った像として撮像素子98に結像する。このように、Y軸方向に異なる二つの視点から撮像した被写体像を得ることができる。
位置Aに配置される第1撮影対象物201の像は、図中の破線で囲まれる領域である部分光束106により撮像素子98の中央の領域に結像する。より詳細には、部分光束106は、図中の点k1、点m1を通る線分と、点l1、点n1を通る線分とによって囲まれる領域である。位置Bに配置される第2撮影対象物202の像は、第1撮影対象物201が存在しない場合は、図中の2点鎖線で囲まれる領域である部分光束108により撮像素子98の中央の領域に結像する。より詳細には、部分光束108は、図中の点o1、点r1を通る線分と、点p1、点q1を通る線分とによって囲まれる領域である。しかしながら、部分光束108は、第1撮影対象物201により遮られるので、撮像素子98の中央の領域には導かれない。したがって、法線ベクトル132および法線ベクトル134と光軸ベクトル130の成す角が直角の場合は、第1撮影対象物201の下(Z軸マイナス方向)に配置された第2撮影対象物202の像は、撮像素子98の中央の領域に結像しない。
図中に示すように、撮像素子98のY軸方向のマイナス側の領域に到達する部分光束102の境界は、l11およびl14で示される。同様に、撮像素子98のX軸方向のプラス側の領域に到達する部分光束104の境界は、l12およびl13で示される。第3反射部65と第4反射部67の対において、撮影可能な領域は、l11、l12、l13およびl14によって囲まれる領域である。
図6(b)は、カメラユニット90およびレンズユニット80を反射ユニット10に取り付けた状態のカメラユニット90の光軸を通るXZ平面の断面図である。図6(a)と(b)においては、第1撮影対象物201、第2撮影対象物202、撮像素子98、撮影レンズ82は、同一の位置に配置されている。
法線ベクトル136は、第1反射部64における反射面の法線方向のベクトルである。第1反射部64の法線ベクトルの方向は、上述したように、第1反射部64から第2反射部66への方向で定義されている。法線ベクトル138は、第2反射部66における反射面の法線方向のベクトルである。第1反射部64の法線ベクトルの方向は、上述したように、第2反射部66から第1反射部64への方向で定義されている。本実施形態においては、法線ベクトル136と光軸ベクトル130との成す角は、鋭角である。同様に、法線ベクトル138と光軸ベクトル130との成す角は、鋭角である。
位置Bにおける被写体光束の部分光束101は、図中の点a2、点k2、点i2、点d2を通る線分と、点b2、点g2、点e2、点c2を通る線分とによって囲まれる領域である。部分光束101は、第1反射部64と第2反射部66に反射することなく、撮像素子98の中央領域に結像する。部分光束110は、図中の点a2、点e2、点c2(光路ではa2、e2、f2、h2)を通る線分と、点b2、点g2、点f2、点h2(光路ではb2、g2、e2、c2)を通る線分とによって囲まれる領域である。すなわち三角形で領域を示すと、部分光束110は、撮影レンズ82のZ軸方向の中心をz2とする場合に、△a2b2e2と△e2g2f2と△e2f2z2と△z2h2c2の領域である。部分光束110は、第2反射部66に反射した後、撮像素子98のX軸方向プラス側の領域に結像する。部分光束110は、あたかも撮像素子98からX軸方向マイナス側にずれ、かつXY平面に対して傾いた別の撮像素子91に結像したかのように、視差を持った像として撮像素子98に結像する。
部分光束112は、図中の点b2、点i2、点d2(光路ではb2、q2、j2、l2)を通る線分と、点a2、点k2、点j2、点l2(光路ではa2、k2、i2、d2)とを通る線分によって囲まれる領域である。すなわち三角形で領域を示すと、部分光束112は、撮影レンズ82の軸方向の中心をz2とする場合に、△a2b2i2と△k2i2j2と△j2i2z2と△z2d2l2の領域である。部分光束112は、第1反射部64に反射した後、撮像素子98のX軸方向マイナス側の領域に結像する。部分光束112は、あたかも撮像素子98からX軸方向プラス側にずれ、かつXY平面に対して傾いた別の撮像素子93に結像したかのように、視差を持った像として撮像素子98に結像する。このように、X軸方向に異なる二つの視点から撮像した被写体像を得ることができる。
位置Bに配置される第2撮影対象物202の像は、クロスハッチングで示す部分光束114により撮像素子98のX軸方向マイナス側の領域に結像する。より詳細には、部分光束114は、図中の点m2、点o2、点p2、点s2(光路ではm2、o2、r2)を通る線分と、点n2、点q2、点r2(光路ではn2、p2、s2)を通る線分とによって囲まれる領域である。すなわち三角形および四角形で領域を示すと、部分光束114は、四角形m2n2o2q2と△o2p2q2と△p2q2z2と△z2r2s2の領域である。
同様に、位置Bにおける第2撮影対象物202の像は、縦線で示す部分光束116により撮像素子98のX軸方向プラス側の領域に結像する。より詳細には、部分光束116は、図中の点n2、点t2、点u2、点w2(光路ではn2、t2、x2)を通る線分と、点m2、点v2、点x2(光路ではm2、u2、w2)を通る線分とによって囲まれる領域である。すなわち三角形および四角形で領域を示すと、部分光束116は、四角形m2n2t2v2と△t2u2v2と△u2v2z2と△z2x2w2の領域である。
部分光束114および部分光束116は、第1撮影対象物201により遮られないので、第2撮影対象物202は、撮像素子98のX軸方向のマイナス側の領域およびX軸方向のプラス側の領域に結像する。第1撮影対象物201の像は、撮像素子98の中央の領域に結像する。図6(a)で説明した通り、第2撮影対象物202の像は撮像素子98の中央の領域には結像しない。したがって、第1反射部64と第2反射部66の対を用いることにより、第1撮影対象物201の像と第2撮影対象物202の像は、同時に撮像素子98の異なる領域に結像する。なお、法線ベクトル136と光軸ベクトル130の成す角および法線ベクトル138と光軸ベクトル130の成す角を調整することにより、第2撮影対象物202を配置する位置は変更できる。
図7は、反射部の開き角と撮影可能な領域の関係を説明する図である。撮像素子98のX軸方向のマイナス側の1/3の領域に到達する部分光束の境界は、l21およびl24である。同様に、撮像素子98のX軸方向のプラス側の1/3の領域に到達する部分光束の境界は、l22およびl23である。第1反射部64および第2反射部66がZ軸を挟んで被写体側に開いて配置される場合は、撮影可能な領域は、l21、l22、l23およびl24によって囲まれる領域である。
次に、反射部の開き角と撮影可能な領域の関係を説明する。第1反射部64と第2反射部66は、Z軸を挟んで対称な開き角αで配置される例を説明する。図中の端部間Cは、第1反射部64と第2反射部66の撮影レンズ82側の開口部の幅である。反射部長さDは、第1反射部64および第2反射部66のZ軸方向の長さである。l23とZ軸のなす角β1は、次式で表すことができる。
距離L2は、l23とl24の交点からl21とl23の交点までのZ軸方向の距離である。なお、第1反射部64と第2反射部66の開き角αは等しいので、l23とl24の交点からl21とl23の交点までの距離は、l22とl23の交点からl21とl23の交点までの距離と等しい。距離L2は、次式で表すことができる。
開き角αを大きくした場合は、距離L2は長くなるので、遠くの撮影対象物を撮影することができる。また、開き角αを大きくした場合は、X軸方向の撮影可能な領域L4が広くなるので、X軸方向に大きな撮影対象物を撮影することができる。例えば、第1反射部64および第2反射部66の撮影レンズ82側の端部からZ軸方向にL1+L2の距離においては、撮影可能な範囲L4が最大となるので、X軸方向に大きな寸法を持つ撮影対象物を撮影することができる。X軸方向の寸法が範囲L4よりも小さな撮影対象物であれば、ユーザは、第1反射部64および第2反射部66の撮影レンズ82側の端部からZ軸方向にL1+L2よりも遠くに撮影対象物を配置して撮影することができる。
なお、図6(b)に示したように、第1撮影対象物201が第2撮影対象物202より撮影レンズ側に配置される場合は、第1撮影対象物201によって遮られる領域以外の領域に第2撮影対象物202が配置されれば、その被写体光束は撮像素子98に導かれる。これにより、Z軸方向に離れて配置された第1撮影対象物201と第2撮影対象物202を同時に撮影することができる。
以上の説明では、第1撮影対象物201と第2撮影対象物202の大きさが略同一である例を示した。しかしながら、部分光束114および部分光束116が第1撮影対象物201に遮られなければ、第2撮影対象物202の大きさは第1撮影対象物と異なる大きさであってもよい。
なお、撮像素子98の受光面が矩形の場合、カメラユニット90の画角は、X軸方向とY軸方向とで異なる。したがって、反射部62の被写体側の先端におけるX軸方向とY軸方向の寸法比を撮像素子98のアスペクト比に合せることが好ましい。レンズ交換式の一眼レフカメラに用いられる撮像素子のアスペクト比は3:2である。したがって、カメラユニット90へ装着された状態における反射部62の被写体側の先端におけるX軸方向とY軸方向の寸法比を3:2とすることが好ましい。なお、反射ユニット10は、カメラユニット90への装着時に半時計周りに90°回転される。したがって、図1から図4における反射部62は、被写体側の先端におけるX軸方向の寸法とY軸方向の寸法比を2:3としている。なお、カメラユニットにより、撮像素子のアスペクト比は異なる。例えば、コンパクトカメラの場合において、撮像素子のアスペクト比は4:3であり、ハイビジョンカメラの場合において、撮像素子のアスペクト比は16:9である。したがって、本実施形態では、反射部62の被写体側の先端におけるX軸方向とY軸方向の寸法比は、反射ユニット10が装着されるカメラユニットにおける撮像素子のアスペクト比に合せて説明をしている。
以上においては、第1反射部64と第2反射部66の対は、Z軸マイナス方向に向かって、外に開いていると説明した。別言すると、被写体側の先端における反射部62のX軸方向とY軸方向の寸法比を3:2にする目的で、第1反射部64と第2反射部66は、Z軸プラス方向に向かって、内に閉じている。
次に、反射ユニット10を用いて、第1撮影対象物201の背面を撮影する方法を説明する。図8(a)は、反射ユニット10を取り付けたカメラユニット90が、載置台12に載置された第1撮影対象物201を撮影する状態を示す図である。反射ユニット10は、載置台12と背面反射部16を含む。載置台12は、例えば透明なガラス平板である。第1撮影対象物201は、撮影レンズに対向する載置台12の上面に配置される。
背面反射部16は、載置台12を挟み、撮影レンズとは反対側に設けられる平面鏡である。背面反射部16は、反射面が撮影レンズに向かって配置される。背面反射部16は、撮影レンズの光軸と直交して配置される。背面反射部16は、脚部14を介して載置台12と一体的に形成される。載置台12は、背面反射部16と平行である。
背面反射部16は、識別マーク18を含む。識別マーク18は、背面反射部16によって反射する第1撮影対象物201の背面の光束を遮らない位置に配置する。直接撮像されるエリアと第1反射部64、もしくは第2反射部66で反射されるエリアとの両方において撮像されるエリア(図9(c)の矢印の領域)に配置することが望ましい。それにより、多くの識別マークを観測でき、精度よく背面反射部16の配置を算出することができる。識別マーク18は、第1撮影対象物201の表面の像とともに撮影される背面反射部16の領域に配置される。背面反射部16は、第1撮影対象物201の背面を反射する。第1撮影対象物201の背面は、第1反射部64と第4反射部67の対と背面反射部16を用いて撮影される。なお、背面反射部16は、鏡に限らず、撮影対象物の背面を反射させることができる部材であればよい。
図8(b)は、撮像素子によって得られた画像を示す。領域500は中央の領域である。領域500は、いずれの反射部にも反射することなく第1撮影対象物201の像が取得される領域である。領域501は、領域500の上側に位置する。領域501は、第4反射部67に反射した第1撮影対象物201の像が取得される領域である。領域502は、領域500の下側に位置する。領域502は、第3反射部65に反射した第1撮影対象物201の像が取得される領域である。領域501および領域502の像は、領域500の像に対してそれぞれ上下に反転している。
領域503は、領域500の左側に位置する。領域503は、背面反射部16と第2反射部66に反射した第1撮影対象物201の背面の像が取得される領域である。領域504は、領域500の右側に位置する。領域504は、背面反射部16と第1反射部64に反射した第1撮影対象物201の背面の像が取得される領域である。領域503および領域504の像は、領域500の像に対してそれぞれ左右に反転している。
領域505は、領域500のそれぞれ左上、右上、左下、右下に位置する。領域505は、第3反射部65と第4反射部67の一方に反射するとともに、第1反射部64と第2反射部66の一方に反射して撮影対象物の像が2回反射して取得される領域である。本実施形態においては、領域505の撮影対象物の像は三次元計測には用いないので、図7(b)では、領域505は斜線で示す。
本実施形態においては、第1反射部64と第2反射部66の対をZ軸マイナス方向に向かって外に開いて配置して、さらに反射ユニット10の被写体側に背面反射部16を設けることにより、第1撮影対象物201の表面の像と背面の像を同時に一枚の画像として撮ることができる。一枚の画像の領域501と領域502における第1撮影対象物201の像を用いて種々の画像処理をすることにより、第1撮影対象物201の表面の三次元計測をすることができる。同様に、領域503と領域504における第1撮影対象物201の背面の像を用いて種々の画像処理をすることにより、第1撮影対象物201の背面の三次元計測をすることができる。
背面反射部16は、撮影レンズの光軸と直交して配置されることが好ましい。背面反射部16に識別マーク18を設けることにより、背面反射部16は、撮影レンズの光軸と厳密に直交して配置されなくてもよくなる。カメラユニット90に対する背面反射部16の相対的な配置精度を緩和する目的で、識別マーク18は使用される。撮影された識別マーク18に対して種々の画像解析をすることにより、背面反射部16のカメラユニット90に対する配置状態を検出することができる。
カメラユニット90は、位置検出部を有する。位置検出部は、画像処理部と記憶部を含む。記憶部は、識別マーク18の形状を予め記憶している。以降の説明では、予め記憶された識別マークを基準マークと呼ぶ。画像処理部は、領域500における識別マーク18と基準マークをマッチングする。例えば、画像処理部は、領域500における識別マーク18の四角形の線分と、基準マークの四角形の線分をマッチングする。例えば、領域500における識別マーク18の右側の縦方向の線分が基準マークの対応する線分より短い場合は、背面反射部16は、右下がりに配置されている。同様に、画像処理部は、領域500における識別マーク18の四角形の上側、下側および左側の線分と、基準マークのそれぞれに対応する線分をマッチングする。これにより、位置検出部は、背面反射部16がXY平面に対していずれの方向に傾斜しているかを検出することができる。記憶部は、さらに撮影された識別マーク18のずれ量に対応する背面反射部16の傾き量等の情報をテーブルに記憶している。位置検出部は、テーブルを参照することにより、撮影された画像を用いて背面反射部16の配置状態を検出することができる。
位置検出部が検出した背面反射部16の配置状態に応じて、画像処理部は、領域500、領域501、領域502、領域503および領域504における第1撮影対象物201の像の傾きを補正する。補正された第1撮影対象物201の像は、撮影レンズの光軸と直交して配置された背面反射部16を用いて撮影される第1撮影対象物201の像と等価になる。これにより、より精密に第1撮影対象物201の表面と背面の三次元計測をすることができる。カメラユニット90と背面反射部16の配置精度が緩和されるので、厳密に背面反射部16を配置する位置を調整しなくても、精度よい三次元計測ができる。なお、識別マーク18は、撮影された撮影対象物方向を判断するために使用することもできる。前後左右が識別しにくい撮影対象物を撮影する場合は、使用者は、識別マーク18を確認することにより、撮影された撮影対象物がいずれの方向を向いているかを知ることができる。
以上の説明では、カメラユニット90が有する位置検出部が、背面反射部16の傾き等の配置状態を検出し、撮像素子によって得られた画像を補正した。そして、カメラユニット90は、補正した画像を用いて三次元計測をする例を示した。しかしながら、撮像素子によって得られた画像を外部のPCに取り込み、PCが種々の画像処理を行うことにより、PCが背面反射部16の配置状態を検出し、画像を補正した後に三次元計測をしてもよい。
図9(a)は、カメラユニット90およびレンズユニット80を反射ユニット10に取り付けた状態のカメラユニット90の光軸を通るYZ平面の断面図である。位置Cに配置される背面反射部16を用いて第1撮影対象物201の背面を撮影することは、位置Aに配置される第1撮影対象物201と、位置Aから光軸方向に離れた位置Bに配置される撮影レンズの方向に背面を向けた第2撮影対象物202を撮影することと等価である。したがって、図6(a)で説明した通り、第3反射部65と第4反射部67の対を用いる場合は、第2撮影対象物202の被写体光束は、撮像素子98の中央の領域に結像しない。
図9(b)は、カメラユニット90およびレンズユニット80を反射ユニット10に取り付けた状態のカメラユニット90の光軸を通るXZ平面の断面図である。位置Cに配置される背面反射部16を用いて第1撮影対象物201を撮影することは、位置Aに配置される第1撮影対象物201と、位置Aから光軸方向に離れた位置Bに配置される撮影レンズの方向に背面を向けた第2撮影対象物202を撮影することと等価である。したがって、図6(b)で説明した通り、第1反射部64と第2反射部66の対を用いる場合は、第2撮影対象物202の被写体光束は、撮像素子98のX軸プラス側およびX軸マイナス側の領域に結像する。すなわち、背面反射部16を用いる場合は、第1撮影対象物201の背面の像は、撮像素子98のX軸プラス側およびX軸マイナス側の領域に結像する。
以上の説明においては、第1撮影対象物201と第2撮影対象物202を同時に撮影する目的で、第1反射部対は平行で、第2反射部対はZ軸マイナス方向に向かって外に開いた例を示した。一つの撮影対象物を撮影する場合は、第1反射部対と第2反射部対は同一の開き角でよい。しかしながら、第1反射部対と第2反射部対の開き角を異ならせることにより、光軸方向の異なる位置に配置される第1撮影対象物201と第2撮影対象物202を同時に撮影することができる。すなわち、第1反射部対の法線ベクトルの成す角と、と第2反射部対の法線ベクトルの成す角とは、互いに異なればよい。この場合は、第1反射部対の法線ベクトルのそれぞれ、および第2反射部対の法線ベクトルのそれぞれと、撮影レンズから被写体側へ向かう光軸ベクトルとの成す角は直角以下である。
以上の説明においては、第1撮影対象物201は、第3反射部65と第4反射部67を用いて撮影し、第2撮影対象物202は、第1反射部64と第2反射部66を用いて撮影する例を示した。次に、第1撮影対象物201は、第1反射部64、第3反射部65、第2反射部66およびと第4反射部67を用いて撮影し、第2撮影対象物202は、反射部62の角部に設けた面取部における反射部を用いて撮影する例について説明する。
図10(a)は、反射ユニット10における他の実施例を説明する図である。なお、以下の実施例においては、上記の実施例で説明した要素と同一の要素については説明を省略する。第1反射部64と第2反射部66は、YZ平面に平行である。第3反射部65と第4反射部67は、XZ平面に平行である。
鏡面ユニット60は、平行な2対の反射部と4箇所の面取部を有する。面取部71は、第2反射部66と第4反射部67の挟む角部に形成される。面取部72は、第1反射部64と第4反射部67の挟む角部に形成される。面取部73は、第1反射部64と第3反射部65の挟む角部に形成される。面取部74は、第3反射部65と第2反射部66の挟む角部に形成される。
面取部71、面取部72、面取部73および面取部74の形状は、それぞれ鏡面ユニット60のZ軸マイナス方向の先端を頂点とする三角錐形状である。面取部71、面取部72、面取部73および面取部74の内部には反射部材として鏡が設けられる。面取部に設けた反射部材は、Z軸マイナス方向に向かって外に開いている。したがって、カメラユニット90は、遠くの撮影対象物を撮影することができる。なお、面取部に設けられる反射部材は、鏡に限らず、被写体光束の一部を反射させることができる部材であればよい。
図10(b)は、撮像素子によって得られた画像を示す。中央の画像のそれぞれ左上、左下、右上、右下に得られる像は、第2撮影対象物202の像である。4つの面取部はZ軸方向に開いて配置されるので、遠くの第2撮影対象物202を撮影することができる。なお、面取部は、鏡面ユニット60のZ軸プラス方向の先端を頂点とする三角形状に形成されるので、中央の画像のそれぞれ左上、左下、右上、右下の領域の一部を使用することができる。これにより、第1撮影対象物201と第2撮影対象物202を同時に撮影することができる。
以上の構成により、第1撮影対象物201と第2撮影対象物202を同時に一枚の画像として撮ることができる。一枚の画像における第1撮影対象物201の像を用いて種々の画像処理をすることにより、第1撮影対象物201の三次元計測をすることができる。同様に、一枚の画像における第2撮影対象物202の像を用いて種々の画像処理をすることにより、第2撮影対象物202の三次元計測をすることができる。
さらに、反射ユニット10の前方に背面反射部16および載置台12を配置することにより、第1撮影対象物201の表面の像と背面の像を同時に一枚の画像として撮ることができる。一枚の画像における第1撮影対象物201の表面の像を用いて種々の画像処理をすることにより、第1撮影対象物201の表面の三次元計測をすることができる。同様に、一枚の画像における第1撮影対象物201の背面の像を用いて種々の画像処理をすることにより、第1撮影対象物201の背面の三次元計測をすることができる。
以上の説明では、レンズ交換式のカメラユニット90を使用して三次元計測をする例を示した。使用するカメラユニットは、レンズ一体型のカメラでもよい。レンズ一体型のカメラの場合、反射ユニットは、カメラ本体もしくはレンズ鏡筒の外周に装着され固定されることが好ましい。
以上の説明では、単焦点レンズのレンズユニット80を使用する例を示した。光軸方向に反射部が設けられる領域および計測可能な範囲はレンズの焦点距離によって変化する。したがって、ズームレンズを使用する場合、使用者は、ズームレンズを予め定められた焦点距離に固定して使用すればよい。
以上の説明では、載置台12および背面反射部16は、反射ユニット10の被写体側前方に配置して撮影する例を示した。載置台12および背面反射部16は、反射ユニット10に光軸と直交するように固定される構造でもよい。これにより、載置台12および背面反射部16は、撮影レンズの光軸に対して傾いて配置されることが防げる。
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、多様な変更また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。その様な変更また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。
10 反射ユニット、12 載置台、14 脚部、16 背面反射部、18 識別マーク、20 取り付けユニット、30 取り付け部、32 第1マウント部、34 第2マウント部、36 調整部、38 カメラユニット用接点、40 レンズユニット用接点、42、44、96 円弧リブ、46、48、94 円弧状切欠き、50 支持部、52 操作窓、54 L字リブ、56 カバー部、60 鏡面ユニット、62 反射部、64 第1反射部、65 第3反射部、66 第2反射部、67 第4反射部、69 変位機構部、70 照明ユニット、71、72、73、74 面取部、80 レンズユニット、82 撮影レンズ、90 カメラユニット、91、93、97、98、99 撮像素子、92 マウント部、100、101、102、104、106、108、110、112、114、116 部分光束、130 光軸ベクトル、132、134、136、138 法線ベクトル、201 第1撮影対象物、202 第2撮影対象物、300、301、302、303、304、305、306、307、308、500、501、502、503、504、505 領域
Claims (7)
- 撮影レンズの全画角のうち中心部を含まない周辺画角の領域に配置され、互いの法線ベクトルが第1平面内に存在する、被写体光束の一部を反射させて前記撮影レンズへ導く第1反射部と第2反射部を含む第1反射部対と、
前記周辺画角の領域に配置され、互いの法線ベクトルが前記第1平面とは異なる第2平面内に存在する、被写体光束の一部を反射させて前記撮影レンズへ導く第3反射部と第4反射部を含む第2反射部対と
を備え、
前記第1反射部対の前記第1反射部と前記第2反射部のそれぞれの法線ベクトルのなす角と、前記第2反射部対の前記第3反射部と前記第4反射部のそれぞれの法線ベクトルのなす角とが、互いに異なる反射ユニット。 - 前記第1平面と前記第2平面とは直交する請求項1に記載の反射ユニット。
- 前記第1反射部対の法線ベクトルのそれぞれ、および前記第2反射部対の法線ベクトルのそれぞれと、前記撮影レンズから被写体側へ向かう光軸ベクトルとのなす角は直角以下である請求項1または2に記載の反射ユニット。
- 前記第1反射部と前記第2反射部とは前記撮影レンズの光軸を挟んで互いに対称に配置され、前記第3反射部と前記第4反射部とは前記撮影レンズの光軸を挟んで互いに対称に配置される請求項1から3のいずれか1項に記載の反射ユニット。
- 被写体に対して前記撮影レンズ側とは反対側に配置される背面反射部と
を備える請求項1から4のいずれか1項に記載の反射ユニット。 - 前記背面反射部は、前記被写体と共に撮影される領域に識別マークが設けられている請求項5に記載の反射ユニット。
- 前記被写体を載置する載置台を備える請求項5または6に記載の反射ユニット。
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