JP2825707B2 - 3次元撮像装置 - Google Patents
3次元撮像装置Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータビジョン
(CV)及びコンピュータグラフィックス(CG)等の
3次元画像情報技術において、ステレオ画像法を用いた
3次元画像入力装置に使用される3次元撮像装置、特に
2つの感光面を集積化して対応点検索装置の負担の軽減
が可能な3次元撮像装置に関するものである。
(CV)及びコンピュータグラフィックス(CG)等の
3次元画像情報技術において、ステレオ画像法を用いた
3次元画像入力装置に使用される3次元撮像装置、特に
2つの感光面を集積化して対応点検索装置の負担の軽減
が可能な3次元撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば次のような文献に記載されるものがある。 文献1;映像情報、22[9](1990−5)産業開
発機構(株)P.23−30 文献2;テレビジョン学会誌、45[4](1991)
P.446−452 文献3;テレビジョン学会誌、45[4](1991)
P.453−460従来、3次元画像入力方式には、受
動的手法(パッシブ手法)と能動的手法(アクティブ手
法)とがある。能動的手法とは、3次元情報を取得する
ために、巧みに制御され、その形状パターンや濃淡、ス
ペクトル等に対し何等かの意味を持ったエネルギー(光
波、電波、音波等)を対象に照射する手法のことを指
す。これに対して受動的手法とは、対象に対して通常の
照明等は行うにしても、計測に関して意味のあるエネル
ギーを利用しない計測のことをいう。一般的にいって、
能動的手法の方が、受動的手法のものより計測の信頼性
が高くなる。受動的手法の代表的なものがステレオ画像
法であり、それを図2に示す。
例えば次のような文献に記載されるものがある。 文献1;映像情報、22[9](1990−5)産業開
発機構(株)P.23−30 文献2;テレビジョン学会誌、45[4](1991)
P.446−452 文献3;テレビジョン学会誌、45[4](1991)
P.453−460従来、3次元画像入力方式には、受
動的手法(パッシブ手法)と能動的手法(アクティブ手
法)とがある。能動的手法とは、3次元情報を取得する
ために、巧みに制御され、その形状パターンや濃淡、ス
ペクトル等に対し何等かの意味を持ったエネルギー(光
波、電波、音波等)を対象に照射する手法のことを指
す。これに対して受動的手法とは、対象に対して通常の
照明等は行うにしても、計測に関して意味のあるエネル
ギーを利用しない計測のことをいう。一般的にいって、
能動的手法の方が、受動的手法のものより計測の信頼性
が高くなる。受動的手法の代表的なものがステレオ画像
法であり、それを図2に示す。
【0003】図2は、前記文献3に記載された従来の3
次元画像入力方式の一つであるステレオ画像法の説明図
である。このステレオ画像法では、2台の2次元画像入
力装置1,2を所定間隔離間して配置し、左右の2次元
画像入力装置1,2で撮られた被写体3の結像位置の
差、即ち位相差を利用し、三角測量法によって被写体3
までの距離を計る方法である。
次元画像入力方式の一つであるステレオ画像法の説明図
である。このステレオ画像法では、2台の2次元画像入
力装置1,2を所定間隔離間して配置し、左右の2次元
画像入力装置1,2で撮られた被写体3の結像位置の
差、即ち位相差を利用し、三角測量法によって被写体3
までの距離を計る方法である。
【0004】2次元画像入力装置1,2は、結像用のレ
ンズ、及び光電変換装置等でそれぞれ構成されている。
光電変換装置としては、撮像管や固体撮像素子が使用さ
れている。ステレオ画像法においては、小型、軽量、長
寿命、さらに画素の配置精度が良いことから、固体撮像
素子の方が使用しやすく、前記文献1の技術では該固体
撮像素子が電荷結合素子(以下、CCDという)で構成
されている。図2の装置では、各2次元画像入力装置
1,2にCCDをそれぞれ設け、該2次元画像入力装置
1と2を離間して被写体3の3次元画像を入力する。2
台の2次元画像入力装置1,2では、例えば左目で見た
画面と、右目で見た画面が得られる。そして、左右の画
面に見えている被写体3の位相差を検出して該被写体3
までの距離を計る。この際、被写体3の特徴をそれぞれ
抽出し、その特徴点が左右の画面のどの位置に存在する
かの対応点検索を行って位相差を検出し、該位相差を距
離値に変換する方法が採用されている。
ンズ、及び光電変換装置等でそれぞれ構成されている。
光電変換装置としては、撮像管や固体撮像素子が使用さ
れている。ステレオ画像法においては、小型、軽量、長
寿命、さらに画素の配置精度が良いことから、固体撮像
素子の方が使用しやすく、前記文献1の技術では該固体
撮像素子が電荷結合素子(以下、CCDという)で構成
されている。図2の装置では、各2次元画像入力装置
1,2にCCDをそれぞれ設け、該2次元画像入力装置
1と2を離間して被写体3の3次元画像を入力する。2
台の2次元画像入力装置1,2では、例えば左目で見た
画面と、右目で見た画面が得られる。そして、左右の画
面に見えている被写体3の位相差を検出して該被写体3
までの距離を計る。この際、被写体3の特徴をそれぞれ
抽出し、その特徴点が左右の画面のどの位置に存在する
かの対応点検索を行って位相差を検出し、該位相差を距
離値に変換する方法が採用されている。
【0005】図3(a)〜(c)は、図2のステレオ画
像法で得られた濃淡画像と距離画像の説明図である。濃
淡画像は、図2の第1と第2の2次元画像入力装置1,
2で得られるカラーや白黒の画像である。距離画像は、
3次元位置に関する画像であり、マトリクスデータで一
つ一つの画素が対象物(被写体3)の奥行きに関する情
報を持つものである。このような濃淡画像と距離画像と
から、偏光フイルタを用いた両眼融合方式によって立体
画像表示を行ったり、レンチキュラ板を用いて立体画像
表示を行ったりしている。立体画像表示の一例を図4に
示す。
像法で得られた濃淡画像と距離画像の説明図である。濃
淡画像は、図2の第1と第2の2次元画像入力装置1,
2で得られるカラーや白黒の画像である。距離画像は、
3次元位置に関する画像であり、マトリクスデータで一
つ一つの画素が対象物(被写体3)の奥行きに関する情
報を持つものである。このような濃淡画像と距離画像と
から、偏光フイルタを用いた両眼融合方式によって立体
画像表示を行ったり、レンチキュラ板を用いて立体画像
表示を行ったりしている。立体画像表示の一例を図4に
示す。
【0006】図4は、前記文献2に記載された従来の3
次元画像表示方式の一つである多眼式レンチキュラ方式
の原理を示す図である。多眼式レンチキュラ方式は、複
数のかまぼこ状のレンズ板からなるレンチキュラ板10
を用い、各レンズ板の焦点面に左右画像をストライプ状
に配置した方式である。1個のレンズ板内にはa,b,
c,…,fの部分に、それぞれa1 ,b1 ,c1 ,…,
f1 という多方向から撮像したストライプ状の多眼像1
1を表示する。レンズ板の作用によって各方向のストラ
イプ状の多眼像11は左右の眼12,13に別々に入
り、視点を移動すれば、横方向の立体映像を見ることが
できる。
次元画像表示方式の一つである多眼式レンチキュラ方式
の原理を示す図である。多眼式レンチキュラ方式は、複
数のかまぼこ状のレンズ板からなるレンチキュラ板10
を用い、各レンズ板の焦点面に左右画像をストライプ状
に配置した方式である。1個のレンズ板内にはa,b,
c,…,fの部分に、それぞれa1 ,b1 ,c1 ,…,
f1 という多方向から撮像したストライプ状の多眼像1
1を表示する。レンズ板の作用によって各方向のストラ
イプ状の多眼像11は左右の眼12,13に別々に入
り、視点を移動すれば、横方向の立体映像を見ることが
できる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の装置では、2台の2次元画像入力装置1,2が別々
に組み立てられた後に、その2台を離間して配置してい
るので、各2次元画像入力装置1,2内に設けられるC
CDからなる2次元撮像装置の感光面の水平及び垂直の
それぞれの中心、及び相対的な回転ずれを調整すること
は、1画素の大きさが約10μm 程度と小さいので、非
常に困難である。この位置関係がずれると、被写体3の
特徴点の対応点検索において、X方向、Y方向、及び回
転の補正が大規模な装置となり、しかもその補正の処理
時間に大幅な時間を要する欠点がある。その上、その中
心を微調整して整合させても、振動等によって変化しや
すいという欠点もあり、未だ技術的に十分満足のゆく3
次元撮像装置を得ることが困難であった。
成の装置では、2台の2次元画像入力装置1,2が別々
に組み立てられた後に、その2台を離間して配置してい
るので、各2次元画像入力装置1,2内に設けられるC
CDからなる2次元撮像装置の感光面の水平及び垂直の
それぞれの中心、及び相対的な回転ずれを調整すること
は、1画素の大きさが約10μm 程度と小さいので、非
常に困難である。この位置関係がずれると、被写体3の
特徴点の対応点検索において、X方向、Y方向、及び回
転の補正が大規模な装置となり、しかもその補正の処理
時間に大幅な時間を要する欠点がある。その上、その中
心を微調整して整合させても、振動等によって変化しや
すいという欠点もあり、未だ技術的に十分満足のゆく3
次元撮像装置を得ることが困難であった。
【0008】本発明は、前記従来技術が持っていた課題
として、離間して配置する2つの2次元固体撮像素子の
感光面の相対位置を精度良く出すことが困難な点、その
相対位置がずれた場合の対応点検索装置の規模が大きく
なって処理時間も多大な時間を要する点、及び振動によ
って感光面の相対位置が変わってしまうという点につい
て解決した、2つの感光面を集積化した3次元撮像装置
を提供するものである。
として、離間して配置する2つの2次元固体撮像素子の
感光面の相対位置を精度良く出すことが困難な点、その
相対位置がずれた場合の対応点検索装置の規模が大きく
なって処理時間も多大な時間を要する点、及び振動によ
って感光面の相対位置が変わってしまうという点につい
て解決した、2つの感光面を集積化した3次元撮像装置
を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のうちの第1の発明は、画素が2次元配列さ
れた光/電変換機能を有する感光面が少なくとも2つ半
導体チップに集積化された固体撮像素子と、前記2つの
感光面のそれぞれの側方に配置され該感光面と平行な光
軸を有する2つの結像装置と、前記固体撮像素子と前記
結像装置との間に配置された光路変更用の光路変換部材
とを備え、前記各感光面の画面中心と前記各結像装置及
び光路変換部材の各光軸とを整合し一体化した3次元撮
像装置において、前記2つの感光面を、位相差検出方向
と直角な方向に離間して配置形成している。第2の発明
では、第1の発明の2つの感光面を、点対称に配置形成
している。
に、本発明のうちの第1の発明は、画素が2次元配列さ
れた光/電変換機能を有する感光面が少なくとも2つ半
導体チップに集積化された固体撮像素子と、前記2つの
感光面のそれぞれの側方に配置され該感光面と平行な光
軸を有する2つの結像装置と、前記固体撮像素子と前記
結像装置との間に配置された光路変更用の光路変換部材
とを備え、前記各感光面の画面中心と前記各結像装置及
び光路変換部材の各光軸とを整合し一体化した3次元撮
像装置において、前記2つの感光面を、位相差検出方向
と直角な方向に離間して配置形成している。第2の発明
では、第1の発明の2つの感光面を、点対称に配置形成
している。
【0010】
【作用】第1及び第2の発明によれば、以上のように3
次元撮像装置を構成したので、被写体からの光は結像装
置及び光路変換部材における2つの光路を別々に通って
固体撮像素子の各感光面に結像され、該感光面で電気信
号に変換される。
次元撮像装置を構成したので、被写体からの光は結像装
置及び光路変換部材における2つの光路を別々に通って
固体撮像素子の各感光面に結像され、該感光面で電気信
号に変換される。
【0011】
【実施例】図5(a)〜(c)は、本発明の実施例の基
礎技術となる3次元撮像装置の構成図であり、同図
(a)は全体側面図、同図(b)は全体平面図、及び同
図(c)は固体撮像素子の拡大平面図である。この3次
元撮像装置は、パッケージ20を有し、該パッケージ2
0には、半導体チップに第1及び第2の感光面31,3
2が集積化された固体撮像素子30がダイボンド(固
定)されている。固体撮像素子30と対向する位置に
は、光路を変更するための2つの光路を持つ光路変換部
材40が設けられている。光路変換部材40には、2つ
の第1のミラー41,42と2つの第2のミラー43,
44とが設けられている。光路変換部材40の2つの光
路に対応して2つの結像装置51,52が配置されてい
る。
礎技術となる3次元撮像装置の構成図であり、同図
(a)は全体側面図、同図(b)は全体平面図、及び同
図(c)は固体撮像素子の拡大平面図である。この3次
元撮像装置は、パッケージ20を有し、該パッケージ2
0には、半導体チップに第1及び第2の感光面31,3
2が集積化された固体撮像素子30がダイボンド(固
定)されている。固体撮像素子30と対向する位置に
は、光路を変更するための2つの光路を持つ光路変換部
材40が設けられている。光路変換部材40には、2つ
の第1のミラー41,42と2つの第2のミラー43,
44とが設けられている。光路変換部材40の2つの光
路に対応して2つの結像装置51,52が配置されてい
る。
【0012】各結像装置51,52は、光軸H1,H2
を有するレンズでそれぞれ構成されている。一方の結像
装置51は、光軸H1を有し、第1の感光面31に像を
結び、他方の結像装置52は、光軸H2を有し、第2の
感光面32に像を結ぶ機能を有している。これらのパッ
ケージ20、固体撮像素子30、光路変換部材40、及
び結像装置51,52は、図示しない筺体等によって一
体化されている。
を有するレンズでそれぞれ構成されている。一方の結像
装置51は、光軸H1を有し、第1の感光面31に像を
結び、他方の結像装置52は、光軸H2を有し、第2の
感光面32に像を結ぶ機能を有している。これらのパッ
ケージ20、固体撮像素子30、光路変換部材40、及
び結像装置51,52は、図示しない筺体等によって一
体化されている。
【0013】半導体チップに集積化された固体撮像素子
30は、第1と第2の感光面31,32を有し、それら
が位相差検出方向Aに間隔Dだけ離間して配置形成され
ている。各感光面31,32には、多数の光/電変換用
の感光素子31a,32aが2次元に配列され、さらに
該感光素子31a,32aの信号を垂直方向へ転送する
垂直CCD31b,32bと、該垂直CCD31b,3
2bの信号を水平方向へ転送する水平CCD31c,3
2cと、該水平CCD31c,32cの信号を増幅して
出力する出力アンプ31d,32dとが、それぞれ設け
られている。
30は、第1と第2の感光面31,32を有し、それら
が位相差検出方向Aに間隔Dだけ離間して配置形成され
ている。各感光面31,32には、多数の光/電変換用
の感光素子31a,32aが2次元に配列され、さらに
該感光素子31a,32aの信号を垂直方向へ転送する
垂直CCD31b,32bと、該垂直CCD31b,3
2bの信号を水平方向へ転送する水平CCD31c,3
2cと、該水平CCD31c,32cの信号を増幅して
出力する出力アンプ31d,32dとが、それぞれ設け
られている。
【0014】なお、各感光面31,32には、他にクロ
ック入力端子や電源入力端子等が設けられているが、本
発明には直接関係がないので、図示されていない。次
に、動作について説明する。被写体からの光は、光軸H
1及びH2を通って第1,第2の感光面31,32へ到
達するが、それらの2つの光路は対称配置としてあるの
で、片側の光路のみを説明する。光軸H1の光は、結像
装置51を通り、光路変換部材40内の第1のミラー4
1で直角に反射され、さらに第2のミラー43で直角に
曲げられて固体撮像素子30内の第1の感光面31に入
射される。第1の感光面31に入射した光は、感光素子
31aで信号電荷に変換され、それが垂直CCD31b
によって順次水平CCD31cへと転送されていく。そ
して、1垂直CCD段毎に水平CCD31cより順次出
力アンプ31dで増幅され、その増幅された出力電圧が
外部へ出力される。第2の感光面32においても、第1
の感光面31と同様に、出力アンプ32dを通して出力
電圧の形で外部へ出力される。
ック入力端子や電源入力端子等が設けられているが、本
発明には直接関係がないので、図示されていない。次
に、動作について説明する。被写体からの光は、光軸H
1及びH2を通って第1,第2の感光面31,32へ到
達するが、それらの2つの光路は対称配置としてあるの
で、片側の光路のみを説明する。光軸H1の光は、結像
装置51を通り、光路変換部材40内の第1のミラー4
1で直角に反射され、さらに第2のミラー43で直角に
曲げられて固体撮像素子30内の第1の感光面31に入
射される。第1の感光面31に入射した光は、感光素子
31aで信号電荷に変換され、それが垂直CCD31b
によって順次水平CCD31cへと転送されていく。そ
して、1垂直CCD段毎に水平CCD31cより順次出
力アンプ31dで増幅され、その増幅された出力電圧が
外部へ出力される。第2の感光面32においても、第1
の感光面31と同様に、出力アンプ32dを通して出力
電圧の形で外部へ出力される。
【0015】この図5の3次元撮像装置では、次のよう
な利点を有している。 (1) 第1と第2の感光面31,32は、同一の半導
体チップ内に集積化されているので、該第1と第2の感
光面31,32の相対位置精度は半導体集積回路の製造
精度であり、μm オーダ以下の位置精度になっている。
そのため、X方向、Y方向、及び回転のそれぞれのずれ
がないので、第1と第2の感光面31,32の相対位置
を調整する困難さを解消できる。例えば、位相差が検出
されない程度の十分遠方の距離にある被写体は、第1の
感光面31の結像位置と、第2の感光面32の結像位置
とが、同じになってくるので、複雑な特徴点抽出を行わ
なくても、簡単な対応点検索でそのまま打ち消せる利点
がある。即ち、十分遠方の被写体は、濃淡あるいはカラ
ーにしても、その特長距離を定めておけば、十分遠方に
あることが容易に判明できるので、その他の距離にある
被写体についてのみ特徴抽出、及び対応点検索等を行う
だけでよく、対応点検索装置の負担を軽減できる。
な利点を有している。 (1) 第1と第2の感光面31,32は、同一の半導
体チップ内に集積化されているので、該第1と第2の感
光面31,32の相対位置精度は半導体集積回路の製造
精度であり、μm オーダ以下の位置精度になっている。
そのため、X方向、Y方向、及び回転のそれぞれのずれ
がないので、第1と第2の感光面31,32の相対位置
を調整する困難さを解消できる。例えば、位相差が検出
されない程度の十分遠方の距離にある被写体は、第1の
感光面31の結像位置と、第2の感光面32の結像位置
とが、同じになってくるので、複雑な特徴点抽出を行わ
なくても、簡単な対応点検索でそのまま打ち消せる利点
がある。即ち、十分遠方の被写体は、濃淡あるいはカラ
ーにしても、その特長距離を定めておけば、十分遠方に
あることが容易に判明できるので、その他の距離にある
被写体についてのみ特徴抽出、及び対応点検索等を行う
だけでよく、対応点検索装置の負担を軽減できる。
【0016】 (2) 光路変換部材40は、半導体チップの面積を小
さくするために光軸H1とH2の光路間隔を広げる役目
をしており、各結像装置51,52の鏡筒径が大きくと
も、平行に配置させることができる。なお、図5(c)
に示す感光面間隔Dは、光路変換部材40のクロストー
ク等からのがれるための寸法であり、固体撮像素子30
と該光路変換部材40との間隔にもよるが、例えば5mm
程度に設定されている。 (3) パッケージ20、固体撮像素子30、光路変換
部材40、及び結像装置51,52は、一体構造となっ
ているので、振動等が生じても、それらの全ての相対的
な位置関係が保持できるので、該振動等にも強いという
利点を有している。 (4) 図6は、図5の光軸間隔の拡大例を示す図であ
り、53,54,55,56はミラーである。
さくするために光軸H1とH2の光路間隔を広げる役目
をしており、各結像装置51,52の鏡筒径が大きくと
も、平行に配置させることができる。なお、図5(c)
に示す感光面間隔Dは、光路変換部材40のクロストー
ク等からのがれるための寸法であり、固体撮像素子30
と該光路変換部材40との間隔にもよるが、例えば5mm
程度に設定されている。 (3) パッケージ20、固体撮像素子30、光路変換
部材40、及び結像装置51,52は、一体構造となっ
ているので、振動等が生じても、それらの全ての相対的
な位置関係が保持できるので、該振動等にも強いという
利点を有している。 (4) 図6は、図5の光軸間隔の拡大例を示す図であ
り、53,54,55,56はミラーである。
【0017】ステレオ画像法にて距離を検出する場合、
少なくとも2つの光軸H1,H2を離間して配置する必
要がある。この光軸間隔は大きいほど長距離の検出がで
きるので、長距離の検出を行うときには、結像装置5
1,52の外側にミラー53,54,55,56を配置
すれば、光軸間隔を任意に拡大できる。
少なくとも2つの光軸H1,H2を離間して配置する必
要がある。この光軸間隔は大きいほど長距離の検出がで
きるので、長距離の検出を行うときには、結像装置5
1,52の外側にミラー53,54,55,56を配置
すれば、光軸間隔を任意に拡大できる。
【0018】図1(a)〜(c)は、本発明の実施例を
示す3次元撮像装置の構成図であり、同図(a)は全体
側面図、同図(b)は全体平面図、及び同図(c)は固
体撮像素子の拡大平面図であり、図5及び図6中の要素
と共通の要素には共通の符号が付されている。この3次
元撮像装置では、図5の固体撮像素子30及び光路変換
部材40と異なる固体撮像素子30A及び光路変換部材
40Aが設けられると共に、結像装置51,52の外側
にミラー55,56が設けられている。固体撮像素子3
0Aは、図5と同様に、第1及び第2の感光面31,3
2が半導体チップに集積化されているが、その第1の感
光面31と第2の感光面32とが位相差検出方向Bと直
角な方向に間隔Eだけ離間して配置形成され、さらにそ
の第1の感光面31と第2の感光面32とが点対称に配
置されている。固体撮像素子30Aと対向して光路変換
部材40Aが設けられ、該光路変換部材40Aが2つの
光路を有する直角反射用のミラー41及び42で構成さ
れている。光路変換部材40Aの両側には、結像装置5
1,52がそれぞれ設けられ、さらにそれらの外側に、
該結像装置51,52の光路H1,H2を直角に曲げる
ためのミラー55,56が設けられている。そして、ミ
ラー55,56によって直角に曲げられた光軸H1とH
2は、ある間隔を持った平行線となるように配置されて
いる。
示す3次元撮像装置の構成図であり、同図(a)は全体
側面図、同図(b)は全体平面図、及び同図(c)は固
体撮像素子の拡大平面図であり、図5及び図6中の要素
と共通の要素には共通の符号が付されている。この3次
元撮像装置では、図5の固体撮像素子30及び光路変換
部材40と異なる固体撮像素子30A及び光路変換部材
40Aが設けられると共に、結像装置51,52の外側
にミラー55,56が設けられている。固体撮像素子3
0Aは、図5と同様に、第1及び第2の感光面31,3
2が半導体チップに集積化されているが、その第1の感
光面31と第2の感光面32とが位相差検出方向Bと直
角な方向に間隔Eだけ離間して配置形成され、さらにそ
の第1の感光面31と第2の感光面32とが点対称に配
置されている。固体撮像素子30Aと対向して光路変換
部材40Aが設けられ、該光路変換部材40Aが2つの
光路を有する直角反射用のミラー41及び42で構成さ
れている。光路変換部材40Aの両側には、結像装置5
1,52がそれぞれ設けられ、さらにそれらの外側に、
該結像装置51,52の光路H1,H2を直角に曲げる
ためのミラー55,56が設けられている。そして、ミ
ラー55,56によって直角に曲げられた光軸H1とH
2は、ある間隔を持った平行線となるように配置されて
いる。
【0019】図1(a),(b)の3次元撮像装置は、
図5と同様に、図示しない筺体等に一体形成されてい
る。この3次元画像装置の動作は、被写体からの光がミ
ラー55で直角に反射され、結像装置51を通し、光路
変換部材40A内のミラー41で直角に反射され、固体
撮像素子30A内の第1の感光面31上に結像される。
第2の感光面32側も、第1の感光面31側と対称なの
で、光軸H2で結像される。固体撮像素子30Aにおけ
る、光の入射から信号出力までは図5と同様である。
図5と同様に、図示しない筺体等に一体形成されてい
る。この3次元画像装置の動作は、被写体からの光がミ
ラー55で直角に反射され、結像装置51を通し、光路
変換部材40A内のミラー41で直角に反射され、固体
撮像素子30A内の第1の感光面31上に結像される。
第2の感光面32側も、第1の感光面31側と対称なの
で、光軸H2で結像される。固体撮像素子30Aにおけ
る、光の入射から信号出力までは図5と同様である。
【0020】第1のミラー55,56,31,32の数
(偶奇数)によって被写体の左右等が変わるが、それは
第1,第2の感光面31,32の読み出し順序を変える
ことで対応できるので、何等問題はない。本実施例で
は、図5の3次元撮像装置と同様な利点を有する他に、
次のような利点を有している。 (i)結像装置51,52をそれぞれ構成するレンズに
は、焦点面が存在し、レンズ外形からその焦点面までの
距離をバックフォーカスと呼んでいる。このバックフォ
ーカスは、レンズ後端から感光面までの光軸が描く長さ
になる。図5では、2回反射を利用する光路変換部材4
0を使用するので、その分、光路が長く、バックフォー
カスの大きなレンズしか使用できないという不都合があ
る。これに対して本実施例では、光路変換部材40Aが
1回の反射を行う構造のため、1回分の反射を削減して
おり、その分、光路長が短くなり、バックフォーカスの
小さなレンズを使用でき、装置の小型化が可能になる。 (ii)光軸H1とH2の間隔を広げる場合、図5では、
図6に示すようなミラー53,54,55,56を必要
としたが、本実施例では、ミラー55と56の間隔を広
げればよく、光学装置の部品点数を削減できる。 (iii)図1(c)の感光面間隔Eを図5の間隔Dと同じ
とした場合、その間隔E内に水平CCD31c,32c
や出力アンプ31d,32dを配置でき、その分、半導
体チップの面積を有効に使える。 (iv)図1(c)のような一般的なCCDは、例えば、
テレビジョンのアスペクト比に合わせて、水平方向の長
さ4に対して垂直方向の長さ3のように、感光面サイズ
を決めており、位相差検出方向Bが長いのが通常であ
る。そこで、本実施例では、図1(c)に示すような感
光面配置が可能なので、光路変換部材40Aのミラー4
1,42は感光面31,32の垂直方向の高さ(位相差
検出方向Bと直角方向)分に相当する分だけ反射面を有
すれば良い。そのため、本実施例の水平方向の長さ(図
5(c)の位相差検出方向A)分に相当する分だけの反
射面よりも、光軸H1,H2方向に対して小さくて良い
ので、より光軸方向の長さを短くでき、バックフォーカ
スを短くしたレンズに対して、より優位な面を有する。 (v)図1(c)に示す第1及び第2の感光面31,3
2は、点対称に配置形成されているので、光路変換部材
40Aの回転ずれに対しても同じ変化となり、該回転ず
れに対しても強い。
(偶奇数)によって被写体の左右等が変わるが、それは
第1,第2の感光面31,32の読み出し順序を変える
ことで対応できるので、何等問題はない。本実施例で
は、図5の3次元撮像装置と同様な利点を有する他に、
次のような利点を有している。 (i)結像装置51,52をそれぞれ構成するレンズに
は、焦点面が存在し、レンズ外形からその焦点面までの
距離をバックフォーカスと呼んでいる。このバックフォ
ーカスは、レンズ後端から感光面までの光軸が描く長さ
になる。図5では、2回反射を利用する光路変換部材4
0を使用するので、その分、光路が長く、バックフォー
カスの大きなレンズしか使用できないという不都合があ
る。これに対して本実施例では、光路変換部材40Aが
1回の反射を行う構造のため、1回分の反射を削減して
おり、その分、光路長が短くなり、バックフォーカスの
小さなレンズを使用でき、装置の小型化が可能になる。 (ii)光軸H1とH2の間隔を広げる場合、図5では、
図6に示すようなミラー53,54,55,56を必要
としたが、本実施例では、ミラー55と56の間隔を広
げればよく、光学装置の部品点数を削減できる。 (iii)図1(c)の感光面間隔Eを図5の間隔Dと同じ
とした場合、その間隔E内に水平CCD31c,32c
や出力アンプ31d,32dを配置でき、その分、半導
体チップの面積を有効に使える。 (iv)図1(c)のような一般的なCCDは、例えば、
テレビジョンのアスペクト比に合わせて、水平方向の長
さ4に対して垂直方向の長さ3のように、感光面サイズ
を決めており、位相差検出方向Bが長いのが通常であ
る。そこで、本実施例では、図1(c)に示すような感
光面配置が可能なので、光路変換部材40Aのミラー4
1,42は感光面31,32の垂直方向の高さ(位相差
検出方向Bと直角方向)分に相当する分だけ反射面を有
すれば良い。そのため、本実施例の水平方向の長さ(図
5(c)の位相差検出方向A)分に相当する分だけの反
射面よりも、光軸H1,H2方向に対して小さくて良い
ので、より光軸方向の長さを短くでき、バックフォーカ
スを短くしたレンズに対して、より優位な面を有する。 (v)図1(c)に示す第1及び第2の感光面31,3
2は、点対称に配置形成されているので、光路変換部材
40Aの回転ずれに対しても同じ変化となり、該回転ず
れに対しても強い。
【0021】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば
次のようなものがある。 (a) 図1の3次元撮像装置においても、図6に示す
ようなミラー53,54を別に設けてもよい。 (b) 固体撮像素子30,30Aは、2つの感光面3
1,32を有しているが、4つの感光面等、多数配置し
てもよい。例えば、4つの感光面を有する場合、その一
対を焦点合わせし、他の対では少しぼけた像を結像させ
る等の応用が考えられる。 (c) 固体撮像素子30,30Aは、図示以外の構成
に変更してもよい。同様に、光路変換部材40,40A
や結像装置51,52等の光学装置は、図示以外の構成
に変更してもよい。
種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば
次のようなものがある。 (a) 図1の3次元撮像装置においても、図6に示す
ようなミラー53,54を別に設けてもよい。 (b) 固体撮像素子30,30Aは、2つの感光面3
1,32を有しているが、4つの感光面等、多数配置し
てもよい。例えば、4つの感光面を有する場合、その一
対を焦点合わせし、他の対では少しぼけた像を結像させ
る等の応用が考えられる。 (c) 固体撮像素子30,30Aは、図示以外の構成
に変更してもよい。同様に、光路変換部材40,40A
や結像装置51,52等の光学装置は、図示以外の構成
に変更してもよい。
【0022】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第1の発明
によれば、次の(a)〜(c)のような効果がある。 (a) 少なくとも2つの感光面を有する固体撮像素子
を同一の半導体チップ上に集積化したので、光軸に対す
る2つの感光面の相対的なずれをなくせ、しかも、光路
変換部材及び結像装置によって光軸間隔を確保した上で
一体化しているので、従来の反射面位置調整作業の困難
さを解消できると共に、その作業の削減化が可能とな
る。さらに、対応点検索を簡単化できるので、対応点検
索装置の負担を軽減でき、対応点検索装置規模の削減
と、対応点検索時間の短縮化が可能となる。また、結像
装置及び光路変換部材を設けているので、感光面配置間
隔の損失を低減でき、半導体チップを小さくできる。(b) 光路変換部材を構成する例えばミラーの数を減
少でき、それによってバックフォーカスの短いレンズか
らなる結像装置を使用できる。さらに、結像装置及び光
路変換部材等の光学装置の部品点数を減少でき、しか
も、少なくとも2つの感光面を有する固体撮像素子を集
積化した半導体チップの面積を有効に使用できる。(c) この第1の発明では、特に、 2つの感光面を、
位相差検出方向と直角な方向に離間して配置したので、
半導体チップ上のミラー等による光路を短くでき、より
バックフォーカスの小さなレンズからなる結像装置を使
用でき、装置全体の小型化が可能となる。第2の発明に
よれば、2つの感光面を点対称に配置しているので、光
路変換部材の回転ずれに対しても同じ変化となり、該回
転ずれに対しても強い。さらに、その2つの感光面を集
積化した半導体チップの面積を有効に利用でき、該半導
体チップの小型化が可能となる。
によれば、次の(a)〜(c)のような効果がある。 (a) 少なくとも2つの感光面を有する固体撮像素子
を同一の半導体チップ上に集積化したので、光軸に対す
る2つの感光面の相対的なずれをなくせ、しかも、光路
変換部材及び結像装置によって光軸間隔を確保した上で
一体化しているので、従来の反射面位置調整作業の困難
さを解消できると共に、その作業の削減化が可能とな
る。さらに、対応点検索を簡単化できるので、対応点検
索装置の負担を軽減でき、対応点検索装置規模の削減
と、対応点検索時間の短縮化が可能となる。また、結像
装置及び光路変換部材を設けているので、感光面配置間
隔の損失を低減でき、半導体チップを小さくできる。(b) 光路変換部材を構成する例えばミラーの数を減
少でき、それによってバックフォーカスの短いレンズか
らなる結像装置を使用できる。さらに、結像装置及び光
路変換部材等の光学装置の部品点数を減少でき、しか
も、少なくとも2つの感光面を有する固体撮像素子を集
積化した半導体チップの面積を有効に使用できる。(c) この第1の発明では、特に、 2つの感光面を、
位相差検出方向と直角な方向に離間して配置したので、
半導体チップ上のミラー等による光路を短くでき、より
バックフォーカスの小さなレンズからなる結像装置を使
用でき、装置全体の小型化が可能となる。第2の発明に
よれば、2つの感光面を点対称に配置しているので、光
路変換部材の回転ずれに対しても同じ変化となり、該回
転ずれに対しても強い。さらに、その2つの感光面を集
積化した半導体チップの面積を有効に利用でき、該半導
体チップの小型化が可能となる。
【図1】本発明の実施例を示す3次元撮像装置の構成図
である。
である。
【図2】従来の3次元画像入力方式の一つであるステレ
オ画像法の説明図である。
オ画像法の説明図である。
【図3】図2のステレオ画像法で得られた濃淡画像と距
離画像の説明図である。
離画像の説明図である。
【図4】従来の3次元画像表示方式の一つである多眼式
レンチキュラ方式の原理図である。
レンチキュラ方式の原理図である。
【図5】本発明の実施例の基礎技術となる3次元撮像装
置の構成図である。
置の構成図である。
【図6】図1の光軸間隔拡大例を示す図である。
20 パッケージ 30,30A 固体撮像素子 31,32 第1,第2の感光面 31a,32a 感光素子 31b,32b 垂直CCD 31c,32c 水平CCD 40,40A 光路変換部材 41,42 第1のミラー 43,44 第2のミラー 51,52 結像装置 A,B 位相差検出方向 D,E 感光面間隔
Claims (2)
- 【請求項1】 画素が2次元配列された光/電変換機能
を有する感光面が少なくとも2つ半導体チップに集積化
された固体撮像素子と、前記2つの感光面のそれぞれの
側方に配置され該感光面と平行な光軸を有する2つの結
像装置と、前記固体撮像素子と前記結像装置との間に配
置された光路変更用の光路変換部材とを備え、前記各感
光面の画面中心と前記各結像装置及び光路変換部材の各
光軸とを整合し一体化した3次元撮像装置において、 前記2つの感光面は、位相差検出方向と直角な方向に離
間して配置形成したことを特徴とする3次元撮像装置。 - 【請求項2】 前記2つの感光面は、点対称に配置形成
したことを特徴とする請求項1記載の3次元撮像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4189471A JP2825707B2 (ja) | 1992-07-16 | 1992-07-16 | 3次元撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4189471A JP2825707B2 (ja) | 1992-07-16 | 1992-07-16 | 3次元撮像装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0634341A JPH0634341A (ja) | 1994-02-08 |
JP2825707B2 true JP2825707B2 (ja) | 1998-11-18 |
Family
ID=16241822
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4189471A Expired - Fee Related JP2825707B2 (ja) | 1992-07-16 | 1992-07-16 | 3次元撮像装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2825707B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100762098B1 (ko) * | 2006-03-09 | 2007-10-01 | (주)실리콘화일 | 3차원 영상 획득용 씨모스 스테레오 카메라 |
US9118850B2 (en) * | 2007-11-27 | 2015-08-25 | Capso Vision, Inc. | Camera system with multiple pixel arrays on a chip |
-
1992
- 1992-07-16 JP JP4189471A patent/JP2825707B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0634341A (ja) | 1994-02-08 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980901 |
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