JP3316837B2 - 三次元撮像装置 - Google Patents
三次元撮像装置Info
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- dimensional
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物体の立体形状を
計測する装置に、焦点位置が相互に異なる複数の画像デ
ータを出力する三次元撮像装置に関する。特に、三次元
形状を計測するために、焦点位置（その位置の画像が二
次元画像検出手段例えばＣＣＤ上に結像する位置）が相
互に異なる画像データを、逐次、画像処理装置に入力す
るために必要とする計測時間を短縮することを可能とす
る改良に関する。
計測する装置に、焦点位置が相互に異なる複数の画像デ
ータを出力する三次元撮像装置に関する。特に、三次元
形状を計測するために、焦点位置（その位置の画像が二
次元画像検出手段例えばＣＣＤ上に結像する位置）が相
互に異なる画像データを、逐次、画像処理装置に入力す
るために必要とする計測時間を短縮することを可能とす
る改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】物体の表面の立体形状を計測するため
に、焦点位置の異なる複数の画像データを得て、この画
像データを画像処理装置に入力して各画像の局所的な合
焦状態を画像処理により求め、合焦状態と各画像の焦点
位置とから物体表面各箇所の立体形状の特定が行われて
いる。このとき、画像データの入力用として使用される
三次元撮像装置は、結像レンズと、この結像レンズによ
り結ばれる画像を光電変換して出力する二次元画像検出
手段とを一体化した装置と、結像レンズと被測定物体と
の間の距離を所定の距離に保持する焦点位置位置決め手
段とを有し、焦点位置位置決め手段により、結像レンズ
と被測定物体との距離を変化させて焦点位置の異なる複
数の画像データを得ていた。
に、焦点位置の異なる複数の画像データを得て、この画
像データを画像処理装置に入力して各画像の局所的な合
焦状態を画像処理により求め、合焦状態と各画像の焦点
位置とから物体表面各箇所の立体形状の特定が行われて
いる。このとき、画像データの入力用として使用される
三次元撮像装置は、結像レンズと、この結像レンズによ
り結ばれる画像を光電変換して出力する二次元画像検出
手段とを一体化した装置と、結像レンズと被測定物体と
の間の距離を所定の距離に保持する焦点位置位置決め手
段とを有し、焦点位置位置決め手段により、結像レンズ
と被測定物体との距離を変化させて焦点位置の異なる複
数の画像データを得ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、物体の表面
の立体形状を計測する時間について、画像処理や立体形
状計算等のコンピュータ処理に要する時間は専用のハー
ドウェアを用いれば十分高速にすることが可能である
が、画像処理装置に入力する画像を短時間に撮像するこ
とは困難であった。すなわち、従来技術に係る三次元撮
像装置においては、焦点位置の異なる複数の画像データ
を出力するために、焦点位置位置決め手段を使用し、結
像レンズと二次元画像検出手段とからなる装置を被測定
物体に対して移動させ、位置決めしている。そこで、異
なる焦点位置毎に結像レンズと二次元画像検出手段との
対を焦点位置の精度を保持して停止させようとすると、
複数の画像データを出力するまでの計測時間に長時間を
要する。また、結像レンズと二次元画像検出手段とから
なる装置を、連続的に移動させながら異なる焦点位置で
出力するようにすると、撮像タイミングが位置精度に影
響し、所要の位置精度を確保することが困難になる。す
なわち、複数の異なる焦点位置の画像を光電変換して出
力するには、長時間を要するかまたは位置精度が低下す
るかの欠点があった。
の立体形状を計測する時間について、画像処理や立体形
状計算等のコンピュータ処理に要する時間は専用のハー
ドウェアを用いれば十分高速にすることが可能である
が、画像処理装置に入力する画像を短時間に撮像するこ
とは困難であった。すなわち、従来技術に係る三次元撮
像装置においては、焦点位置の異なる複数の画像データ
を出力するために、焦点位置位置決め手段を使用し、結
像レンズと二次元画像検出手段とからなる装置を被測定
物体に対して移動させ、位置決めしている。そこで、異
なる焦点位置毎に結像レンズと二次元画像検出手段との
対を焦点位置の精度を保持して停止させようとすると、
複数の画像データを出力するまでの計測時間に長時間を
要する。また、結像レンズと二次元画像検出手段とから
なる装置を、連続的に移動させながら異なる焦点位置で
出力するようにすると、撮像タイミングが位置精度に影
響し、所要の位置精度を確保することが困難になる。す
なわち、複数の異なる焦点位置の画像を光電変換して出
力するには、長時間を要するかまたは位置精度が低下す
るかの欠点があった。
【０００４】本発明の目的は、これらの欠点を解消する
ことにあり、複数の異なる焦点位置の画像を、所望の位
置精度をもって、短時間に出力することのできる三次元
撮像装置を提供することにある。
ことにあり、複数の異なる焦点位置の画像を、所望の位
置精度をもって、短時間に出力することのできる三次元
撮像装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る三次元撮像装置においては、結像レ
ンズの光軸と交差して、撮像焦点位置を相互に異ならせ
ることのできる平行平板透明体を挿入することとしてあ
る。平行平板透明体は、光学的に画像を拡大・縮小する
ことなく、また、画像を歪ませることもなく、挿入され
る平行平板透明体の厚さ及び／または屈折率に対応し
て、焦点位置を変えるように働く。そこで、厚さ及び／
または屈折率の異なる平行平板透明体が設置されている
回転体を連続回転させ、平行平板透明体が結像レンズの
光軸上にこれと交差して位置する度に光電変換して出力
するようにすれば、短時間に複数の画像データを出力す
ることができる。
めに、本発明に係る三次元撮像装置においては、結像レ
ンズの光軸と交差して、撮像焦点位置を相互に異ならせ
ることのできる平行平板透明体を挿入することとしてあ
る。平行平板透明体は、光学的に画像を拡大・縮小する
ことなく、また、画像を歪ませることもなく、挿入され
る平行平板透明体の厚さ及び／または屈折率に対応し
て、焦点位置を変えるように働く。そこで、厚さ及び／
または屈折率の異なる平行平板透明体が設置されている
回転体を連続回転させ、平行平板透明体が結像レンズの
光軸上にこれと交差して位置する度に光電変換して出力
するようにすれば、短時間に複数の画像データを出力す
ることができる。
【０００６】また、本発明においては、従来技術と異な
り、被測定物体と結像レンズとの間の距離または結像レ
ンズと二次元画像検出手段との距離を変えることとされ
ていないので、焦点位置の位置精度の低下は本質的に存
在せず、また、撮像タイミングが焦点位置の位置精度に
影響することも当然存在しない。
り、被測定物体と結像レンズとの間の距離または結像レ
ンズと二次元画像検出手段との距離を変えることとされ
ていないので、焦点位置の位置精度の低下は本質的に存
在せず、また、撮像タイミングが焦点位置の位置精度に
影響することも当然存在しない。
【０００７】さらに具体的に言えば、結像レンズと、こ
の結像レンズにより結像された被測定物体の像を光電変
換して出力する二次元画像手段と、屈折率及び／または
厚さが異なる複数の平行平板透明体を有し、前記の被測
定物体の像を撮像する時には、前記の結像レンズと前記
の被測定物体との間の光軸上に、または、前記の結像レ
ンズと前記の二次元画像手段との間の光軸上に、この光
軸と交差して前記の平行平板透明体のそれぞれが位置す
ることとなるように、それぞれ別個に駆動されて連続回
転する回転体の１個または複数個とを有する三次元撮像
装置とすればよい。
の結像レンズにより結像された被測定物体の像を光電変
換して出力する二次元画像手段と、屈折率及び／または
厚さが異なる複数の平行平板透明体を有し、前記の被測
定物体の像を撮像する時には、前記の結像レンズと前記
の被測定物体との間の光軸上に、または、前記の結像レ
ンズと前記の二次元画像手段との間の光軸上に、この光
軸と交差して前記の平行平板透明体のそれぞれが位置す
ることとなるように、それぞれ別個に駆動されて連続回
転する回転体の１個または複数個とを有する三次元撮像
装置とすればよい。
【０００８】そして、前記の回転体のそれぞれは、前記
の結像レンズの光軸と平行な線を軸線とする板状体か、
前記の結像レンズの光軸と交差する線を軸線とする円錐
状形状をなす傘状体か、または、前記の結像レンズの光
軸と直交する線を軸線とする円筒状形状をなすドラム状
体かであり、いずれの場合においても、軸線を中心線と
して回転駆動されるようにされていると、回転体を回転
させることにより容易に前記の結像レンズの光軸上に前
記の平行平板透明体を位置させることができて都合がよ
い。
の結像レンズの光軸と平行な線を軸線とする板状体か、
前記の結像レンズの光軸と交差する線を軸線とする円錐
状形状をなす傘状体か、または、前記の結像レンズの光
軸と直交する線を軸線とする円筒状形状をなすドラム状
体かであり、いずれの場合においても、軸線を中心線と
して回転駆動されるようにされていると、回転体を回転
させることにより容易に前記の結像レンズの光軸上に前
記の平行平板透明体を位置させることができて都合がよ
い。
【０００９】最後に、前記の回転体の１個または複数個
の周上の少なくとも１箇所にマークが付され、前記のマ
ークが予め定められている位置に到達するとき信号を発
するマーク検出手段を有し、前記の二次元画像検出手段
は前記のマーク検出手段が発する信号に同期して撮像す
るようにすると、前記の回転体は連続回転されていても
撮像タイミングと前記の平行平板透明体の位置とを容易
に同期させることができるので、駆動機構を単純にでき
る効果がある。
の周上の少なくとも１箇所にマークが付され、前記のマ
ークが予め定められている位置に到達するとき信号を発
するマーク検出手段を有し、前記の二次元画像検出手段
は前記のマーク検出手段が発する信号に同期して撮像す
るようにすると、前記の回転体は連続回転されていても
撮像タイミングと前記の平行平板透明体の位置とを容易
に同期させることができるので、駆動機構を単純にでき
る効果がある。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係る三次元撮像装置の実施の形態の４例について、さら
に、説明する。
係る三次元撮像装置の実施の形態の４例について、さら
に、説明する。
【００１１】第１例 回転体が板状体である例 図１参照 図１は本発明に係る三次元撮像装置の側面図（一部は断
面図）である。図１において、１はテレビカメラ等より
なる二次元画像検出手段であり、画像信号をＮＴＳＣ規
格等に則った映像信号に変換し、この映像信号を、図に
矢印をもって示すように、外部に電送する。二次元画像
検出手段１にはＣＣＤ等画像を電気信号に光電変換する
光電変換素子１１を有している。２は光学系であり（破
線は光路を示す。）、被測定物体３の像を光電変換素子
１１上に結像する結像レンズ２１を有している。５１は
板状体であり、この板状体５１には屈折率が同一で厚さ
の異なる光学ガラス等からなる平行平板透明体４が板状
体５１の回転軸を中心として、図２に示すように、埋め
込まれている。６は板状体５１を回転するモータ等の駆
動手段である。二次元画像検出手段１と駆動手段６とは
台７に固定され、被測定物体３は台７の所定の場所に載
置されている。このとき、被測定物体３の像が平行平板
透明体４と結像レンズ２１とを通して光電変換素子１１
上に結像するように光軸が設定されている。
面図）である。図１において、１はテレビカメラ等より
なる二次元画像検出手段であり、画像信号をＮＴＳＣ規
格等に則った映像信号に変換し、この映像信号を、図に
矢印をもって示すように、外部に電送する。二次元画像
検出手段１にはＣＣＤ等画像を電気信号に光電変換する
光電変換素子１１を有している。２は光学系であり（破
線は光路を示す。）、被測定物体３の像を光電変換素子
１１上に結像する結像レンズ２１を有している。５１は
板状体であり、この板状体５１には屈折率が同一で厚さ
の異なる光学ガラス等からなる平行平板透明体４が板状
体５１の回転軸を中心として、図２に示すように、埋め
込まれている。６は板状体５１を回転するモータ等の駆
動手段である。二次元画像検出手段１と駆動手段６とは
台７に固定され、被測定物体３は台７の所定の場所に載
置されている。このとき、被測定物体３の像が平行平板
透明体４と結像レンズ２１とを通して光電変換素子１１
上に結像するように光軸が設定されている。
【００１２】図３参照 図３は平行平板透明体４と焦点位置との関係を示す図で
ある。厚さが相互に異なる平行平板透明体４のそれぞれ
が光軸と交差するように挿入されると、被測定物体３と
結像レンズ２１との間の距離と結像レンズ２１と光電変
換素子１１との間の距離とは固定されていても、空気の
屈折率と平行平板透明体４の屈折率とが異なるため、平
行平板透明体４の厚さに対応して焦点位置が変化する。
図に示すように、屈折率が同一で厚さの異なる光学ガラ
スａ、ｂ、ｃによって、光路が変化し焦点位置がＡ、
Ｂ、Ｃと変化する。
ある。厚さが相互に異なる平行平板透明体４のそれぞれ
が光軸と交差するように挿入されると、被測定物体３と
結像レンズ２１との間の距離と結像レンズ２１と光電変
換素子１１との間の距離とは固定されていても、空気の
屈折率と平行平板透明体４の屈折率とが異なるため、平
行平板透明体４の厚さに対応して焦点位置が変化する。
図に示すように、屈折率が同一で厚さの異なる光学ガラ
スａ、ｂ、ｃによって、光路が変化し焦点位置がＡ、
Ｂ、Ｃと変化する。
【００１３】そして、平行平板透明体４は平行平板であ
るため、平行平板透明体４が光軸と交差している限り前
後左右にずれていても焦点位置は変化せず、画像が変化
することはないので、板状体が連続回転していても、一
つの平行平板透明体４が光軸と交差している期間には撮
像タイミングは自由である。また、画像を拡大・縮小す
ることがないので、複数の異なる焦点位置の画像を相互
に比較するとき直接比較することができるので都合がよ
い。
るため、平行平板透明体４が光軸と交差している限り前
後左右にずれていても焦点位置は変化せず、画像が変化
することはないので、板状体が連続回転していても、一
つの平行平板透明体４が光軸と交差している期間には撮
像タイミングは自由である。また、画像を拡大・縮小す
ることがないので、複数の異なる焦点位置の画像を相互
に比較するとき直接比較することができるので都合がよ
い。
【００１４】屈折率が同一で厚さの異なる光学ガラスの
場合、屈折率をｎとすると、平行平板透明体４の厚さの
差Δｄと焦点位置の差の距離Δｓとには、下記の関係が
成立する。
場合、屈折率をｎとすると、平行平板透明体４の厚さの
差Δｄと焦点位置の差の距離Δｓとには、下記の関係が
成立する。
【００１５】Δｄ＝（ｎ／（ｎ−１））Δｓ 今、平行平板透明体４として、屈折率１．５０で厚さの
差が６０μｍある光学ガラスを使用すると、焦点位置が
２０μｍ異なる画像を撮像することができる。
差が６０μｍある光学ガラスを使用すると、焦点位置が
２０μｍ異なる画像を撮像することができる。
【００１６】平行平板透明体４は厚さが同一で屈折率の
異なる光学ガラスであってもよい。ガラスの厚さをｄと
して、屈折率の逆数の差と焦点位置の差の距離との関係
は、屈折率の逆数の差（１／ｎ1 −１／ｎ2 ）をΔ（１
／ｎ）と記すと、 Δｓ＝ｄ・Δ（１／ｎ） で表すことができる。そこで、厚さが１ｍｍで、焦点位
置が０．０２ｍｍづつ異なる画像を撮像したいときは、
屈折率の逆数が０．０２づつ異なる光学ガラスを平行平
板透明体４として使用すればよい。現在、屈折率が１．
４５から１．９０までの間でほぼ所望の屈折率のガラス
を得ることができる。屈折率の逆数では０．５３から
０．６９までである。
異なる光学ガラスであってもよい。ガラスの厚さをｄと
して、屈折率の逆数の差と焦点位置の差の距離との関係
は、屈折率の逆数の差（１／ｎ1 −１／ｎ2 ）をΔ（１
／ｎ）と記すと、 Δｓ＝ｄ・Δ（１／ｎ） で表すことができる。そこで、厚さが１ｍｍで、焦点位
置が０．０２ｍｍづつ異なる画像を撮像したいときは、
屈折率の逆数が０．０２づつ異なる光学ガラスを平行平
板透明体４として使用すればよい。現在、屈折率が１．
４５から１．９０までの間でほぼ所望の屈折率のガラス
を得ることができる。屈折率の逆数では０．５３から
０．６９までである。
【００１７】また、平行平板透明体４として、厚さと屈
折率共に異なる光学ガラスを使用してもよいことはもち
ろんである。さらに、平行平板透明体４として、光学ガ
ラス以外に、光学結晶、光学樹脂、または、透明の固形
物に挟まれて封入された液体や液晶であってもよい。
折率共に異なる光学ガラスを使用してもよいことはもち
ろんである。さらに、平行平板透明体４として、光学ガ
ラス以外に、光学結晶、光学樹脂、または、透明の固形
物に挟まれて封入された液体や液晶であってもよい。
【００１８】図１再参照 焦点位置の異なる複数の画像を撮像する方法として、二
次元画像検出手段１の撮像周期に合わせて板状体５１を
ステップ送りとし、平行平板透明体４が光軸と交差する
毎に停止させ撮像する方法がある。この方法に対し、板
状体５１を連続回転させる方法は、二次元画像検出手段
１の撮像周期に合わせて板状体５１を回転させるだけで
は二次元画像検出手段１の撮像タイミングと平行平板透
明体４が光軸に到達するタイミングとにずれが生じ、常
に、一つの焦点位置の画像と一つの映像信号とを１対１
に対応させることは困難である。板状体５１を連続回転
させるときは、下記のようにして、二次元画像検出手段
１の撮像タイミングと平行平板透明体４が光軸と交差す
るタイミングとを合致させるようにするとよい。
次元画像検出手段１の撮像周期に合わせて板状体５１を
ステップ送りとし、平行平板透明体４が光軸と交差する
毎に停止させ撮像する方法がある。この方法に対し、板
状体５１を連続回転させる方法は、二次元画像検出手段
１の撮像周期に合わせて板状体５１を回転させるだけで
は二次元画像検出手段１の撮像タイミングと平行平板透
明体４が光軸に到達するタイミングとにずれが生じ、常
に、一つの焦点位置の画像と一つの映像信号とを１対１
に対応させることは困難である。板状体５１を連続回転
させるときは、下記のようにして、二次元画像検出手段
１の撮像タイミングと平行平板透明体４が光軸と交差す
るタイミングとを合致させるようにするとよい。
【００１９】第２例 平行平板透明体が光軸と交差する
時期と撮像時期とを同期させるマークが回転体に付され
ている例（請求項５に対応） 図４参照 図４は本発明に係る三次元撮像装置の第２例の側面図
（一部は断面図）である。８は平行平板透明体４の近傍
の板状体５１に付されたマークであり、９はこのマーク
８が所定の場所を通過するときその場所に来たことを検
出する光電変換器等からなるマーク検出手段である。こ
のマーク検出手段９は光学方式であっても、磁気方式で
あっても、静電容量方式であってもよく、マーク８はそ
れぞれの方式に対応したものとすればよい。そして、二
次元画像検出手段１として、外部信号に同期して露光さ
せる機能を有するものを使用し、マーク検出手段９が発
する信号を二次元画像検出手段１の撮像タイミングを決
定するための信号として使用すれば、隣接する平行平板
透明体４が光軸と交差するタイミングに同期して、その
都度、異なる焦点位置の画像を撮像し、この画像に対応
する映像信号を出力することができる。
時期と撮像時期とを同期させるマークが回転体に付され
ている例（請求項５に対応） 図４参照 図４は本発明に係る三次元撮像装置の第２例の側面図
（一部は断面図）である。８は平行平板透明体４の近傍
の板状体５１に付されたマークであり、９はこのマーク
８が所定の場所を通過するときその場所に来たことを検
出する光電変換器等からなるマーク検出手段である。こ
のマーク検出手段９は光学方式であっても、磁気方式で
あっても、静電容量方式であってもよく、マーク８はそ
れぞれの方式に対応したものとすればよい。そして、二
次元画像検出手段１として、外部信号に同期して露光さ
せる機能を有するものを使用し、マーク検出手段９が発
する信号を二次元画像検出手段１の撮像タイミングを決
定するための信号として使用すれば、隣接する平行平板
透明体４が光軸と交差するタイミングに同期して、その
都度、異なる焦点位置の画像を撮像し、この画像に対応
する映像信号を出力することができる。
【００２０】マーク９は、板状体５１に１箇所付しても
よいし、板状体５１上において、すべての平行平板透明
体４に対応する個所それぞれに付してもよい。前者の場
合、二次元画像検出手段１の撮像タイミングと平行平板
透明体４が光軸と交差するタイミングとが多少ずれて
も、ずれは１回転ごとに補正されるので、１回転におけ
るずれの程度が許容値以内であれば問題になることはな
い。また、後者の場合、平行平板透明体４が順次光軸と
交差する度にずれが補正されるので、板状体５１の回転
数の変動にさらに耐えることができる。
よいし、板状体５１上において、すべての平行平板透明
体４に対応する個所それぞれに付してもよい。前者の場
合、二次元画像検出手段１の撮像タイミングと平行平板
透明体４が光軸と交差するタイミングとが多少ずれて
も、ずれは１回転ごとに補正されるので、１回転におけ
るずれの程度が許容値以内であれば問題になることはな
い。また、後者の場合、平行平板透明体４が順次光軸と
交差する度にずれが補正されるので、板状体５１の回転
数の変動にさらに耐えることができる。
【００２１】次に、数値例を与えてより具体的に説明す
る。立体形状計測の要求仕様が、±３５μｍの計測範囲
を５μｍ程度の精度で計測し、１０μｍづつ焦点距離の
異なる画像を出力することゝされているとする。
る。立体形状計測の要求仕様が、±３５μｍの計測範囲
を５μｍ程度の精度で計測し、１０μｍづつ焦点距離の
異なる画像を出力することゝされているとする。
【００２２】結像レンズ２１は、計測精度から考えて、
焦点深度が５μｍ程度である必要があるから、開口数が
０．３程度の１０倍の対物レンズを用いる。光軸とは平
行平板透明体４が交差するので、それを考慮して設計さ
れた対物レンズが適している。平行平板透明体４はこの
場合８枚必要であり、屈折率１．５０の光学ガラスを用
る。このとき、屈折率に違いがないように８枚とも同一
素材から採取すればよい。厚さは焦点位置が１０μｍづ
つ変化するように、厚さを３０μｍづつ変えると所望の
ようになる。
焦点深度が５μｍ程度である必要があるから、開口数が
０．３程度の１０倍の対物レンズを用いる。光軸とは平
行平板透明体４が交差するので、それを考慮して設計さ
れた対物レンズが適している。平行平板透明体４はこの
場合８枚必要であり、屈折率１．５０の光学ガラスを用
る。このとき、屈折率に違いがないように８枚とも同一
素材から採取すればよい。厚さは焦点位置が１０μｍづ
つ変化するように、厚さを３０μｍづつ変えると所望の
ようになる。
【００２３】８枚の平行平板透明体４を４５度間隔で設
置し、駆動手段６により定速回転させる。映像電送手段
１２の出力信号がＮＴＳＣ規格に則った信号のときは、
１フィールドの撮像周期は１／６０秒であるので、板状
体５１の回転数を４５０ｒｐｍとすれば、隣接する平行
平板透明体４が光軸上に到達する毎に撮像することがで
きる。なお、露光時間は１／５００秒としてある。
置し、駆動手段６により定速回転させる。映像電送手段
１２の出力信号がＮＴＳＣ規格に則った信号のときは、
１フィールドの撮像周期は１／６０秒であるので、板状
体５１の回転数を４５０ｒｐｍとすれば、隣接する平行
平板透明体４が光軸上に到達する毎に撮像することがで
きる。なお、露光時間は１／５００秒としてある。
【００２４】図５参照 図１に示す三次元撮像装置には平行平板透明体４を設置
した回転体として１枚の板状体５１を使用してあるが、
図５に板状体５１を２枚とした三次元撮像装置を示す。
図において、それぞれの板状体５１は別個の駆動手段６
によって駆動され、一方（Ｄ）は連続して回転させ、他
方（Ｅ）はステップ送りとし、ステップ送りの板状体５
１の平行平板透明体４の１個が光軸と交差している期間
に連続回転している板状体５１を１回転するようにすれ
ば、少ない数の平行平板透明体４で多数の焦点位置の画
像を得ることができる。
した回転体として１枚の板状体５１を使用してあるが、
図５に板状体５１を２枚とした三次元撮像装置を示す。
図において、それぞれの板状体５１は別個の駆動手段６
によって駆動され、一方（Ｄ）は連続して回転させ、他
方（Ｅ）はステップ送りとし、ステップ送りの板状体５
１の平行平板透明体４の１個が光軸と交差している期間
に連続回転している板状体５１を１回転するようにすれ
ば、少ない数の平行平板透明体４で多数の焦点位置の画
像を得ることができる。
【００２５】第３例・第４例 回転体が傘状体である例
（第３例）と回転体がドラム状体である例（第４例） 図６・図７参照 図６・図７は本発明に係る三次元撮像装置の第３例・第
４例を示す図である。平行平板透明体４は、図６におい
ては、円錐形状の傘状体５２の回転軸を中心とする円錐
面上に埋め込まれ、図７においては、円筒形状のドラム
状体５３の回転軸を中心とする円筒面上に埋め込まれて
いる。いずれの場合も、平行平板透明体４は光軸に対し
直交するように設置されている。図７においては、光学
系２に反射鏡２２を設けてあるが、原理的に他と変わる
点はない。
（第３例）と回転体がドラム状体である例（第４例） 図６・図７参照 図６・図７は本発明に係る三次元撮像装置の第３例・第
４例を示す図である。平行平板透明体４は、図６におい
ては、円錐形状の傘状体５２の回転軸を中心とする円錐
面上に埋め込まれ、図７においては、円筒形状のドラム
状体５３の回転軸を中心とする円筒面上に埋め込まれて
いる。いずれの場合も、平行平板透明体４は光軸に対し
直交するように設置されている。図７においては、光学
系２に反射鏡２２を設けてあるが、原理的に他と変わる
点はない。
【００２６】以上の説明において、平行平板透明体４
は、板状体５１、傘状体５２、または、ドラム状体５３
に設置するとされているが、回転体であれば他の形状で
あっても差し支えることはなく、回転体に設置されてい
る平行平板透明体４が、順次、結像レンズ２１の光軸と
交差するようにされておれば、本発明の目的を達成する
ことができる。
は、板状体５１、傘状体５２、または、ドラム状体５３
に設置するとされているが、回転体であれば他の形状で
あっても差し支えることはなく、回転体に設置されてい
る平行平板透明体４が、順次、結像レンズ２１の光軸と
交差するようにされておれば、本発明の目的を達成する
ことができる。
【００２７】さらに、平行平板透明体４は被測定物体３
と結像レンズ２１との間の光軸上ではなく、結像レンズ
２１と二次元画像検出手段１１との間の光軸上にあって
も、本発明の目的を達成することができることは言うま
でもない。
と結像レンズ２１との間の光軸上ではなく、結像レンズ
２１と二次元画像検出手段１１との間の光軸上にあって
も、本発明の目的を達成することができることは言うま
でもない。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る三次
元撮像装置においては、従来技術と異なり、被測定物体
と結像レンズと二次元画像検出手段とは固定され、回転
体に設置される厚さ及び／または屈折率の異なる複数の
平行平板透明体が、被測定物体の像を二次元画像検出手
段上に結像させる光軸と交差するように設けられてい
る。このため、回転体を回転させ、異なる平行平板透明
体が光軸と交差している期間に順次撮像すれば、その期
間内では撮像タイミングに無関係に、所望の焦点位置の
画像を順次得ることができる。従来技術のように結像レ
ンズや二次元画像検出手段を移動させる必要がないの
で、焦点位置精度の低下も計測時間の長大化もない。さ
らに、焦点位置位置決め手段を必要とすることはなく、
単純な手段で短時間に正確な位置精度で異なる焦点位置
において複数の画像を撮像するという目的を達成するこ
とができる。
元撮像装置においては、従来技術と異なり、被測定物体
と結像レンズと二次元画像検出手段とは固定され、回転
体に設置される厚さ及び／または屈折率の異なる複数の
平行平板透明体が、被測定物体の像を二次元画像検出手
段上に結像させる光軸と交差するように設けられてい
る。このため、回転体を回転させ、異なる平行平板透明
体が光軸と交差している期間に順次撮像すれば、その期
間内では撮像タイミングに無関係に、所望の焦点位置の
画像を順次得ることができる。従来技術のように結像レ
ンズや二次元画像検出手段を移動させる必要がないの
で、焦点位置精度の低下も計測時間の長大化もない。さ
らに、焦点位置位置決め手段を必要とすることはなく、
単純な手段で短時間に正確な位置精度で異なる焦点位置
において複数の画像を撮像するという目的を達成するこ
とができる。
【図１】本発明の第１例に係る三次元撮像装置の側面図
（一部は断面）である。
（一部は断面）である。
【図２】本発明の第１例に係る三次元撮像装置に使用さ
れる板状体の１例の平面図である。
れる板状体の１例の平面図である。
【図３】本発明に係る三次元撮像装置の焦点位置を示す
図である。
図である。
【図４】本発明の第２例に係る三次元撮像装置の側面図
（一部は断面）である。
（一部は断面）である。
【図５】本発明の第１例の改変に係る三次元撮像装置の
側面図（一部は断面）である。
側面図（一部は断面）である。
【図６】本発明の第３例に係る三次元撮像装置の側面図
（一部は断面）である。
（一部は断面）である。
【図７】本発明の第４例に係る三次元撮像装置の側面図
（一部は断面）である。
（一部は断面）である。
１ 二次元画像検出手段 １１ 光電変換素子 ２ 光学系 ２１ 結像レンズ ２２ 反射鏡 ３ 被測定物体 ４ 平行平板透明体 ５１ 板状体 ５２ 傘状体 ５３ ドラム状体 ６ モータ ７ 台 ８ マーク ９ マーク検出手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−63507（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−315906（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−129817（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−163948（ＪＰ，Ｕ) Ｓｈｒｅｅ Ｋ．Ｎａｙａｒ ａｎｄ Ｙａｓｕｏ Ｎａｋａｇａｗａ，Ｓｈ ａｐｅ ｆｒｏｍ Ｆｏｃｕｓ，ＩＥＥ Ｅ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａ ｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉ ｇｅｎｃｅ，米国，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎ ｅｅｒｓ，1994年 ８月，ＶＯＬ．16, Ｎｏ．８，824−831 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G06T 1/00 400 - 460
Claims (5)
- 【請求項１】 結像レンズと、 該結像レンズにより結像された被測定物体の像を光電変
換して出力する二次元画像検出手段と、 屈折率及び／または厚さが異なる複数の平行平板透明体
を有し、前記二次元画像検出手段の毎回の撮像タイミン
グ毎に、前記結像レンズと前記被測定物体との間の光軸
上に、または、前記結像レンズと前記二次元画像検出手
段との間の光軸上に、該光軸と交差して前記平行平板透
明体のそれぞれが位置するように回転される少なくとも
一つの回転体と、 該回転体のそれぞれを連続回転させる駆動手段とを有
し、 前記二次元画像検出手段の撮像画像１枚毎に焦点位置の
異なる画像を得るようにしたことを特徴とする三次元撮
像装置。 - 【請求項２】 前記回転体のそれぞれは、前記結像レン
ズの光軸と平行な線を軸線とする板状体であり、軸線を
中心線として回転されることを特徴とする請求項１記載
の三次元撮像装置。 - 【請求項３】 前記回転体のそれぞれは、前記結像レン
ズの光軸と交差する線を軸線とする円錐状形状をなす傘
状体であり、軸線を中心線として回転されることを特徴
とする請求項１記載の三次元撮像装置。 - 【請求項４】 前記回転体のそれぞれは、前記結像レン
ズの光軸と直交する線を軸線とする円筒状形状をなすド
ラム状体であり、軸線を中心線として回転されることを
特徴とする請求項１記載の三次元撮像装置。 - 【請求項５】 前記回転体の少なくとも１個の周上の少
なくとも１箇所にマークが付され、 該マークが予め定められている位置に到達するとき信号
を発するマーク検出手段を有し、 前記二次元画像検出手段は前記マーク検出手段が発する
信号に同期して撮像することを特徴とする請求項１、請
求項２、請求項３または請求項４記載の三次元撮像装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23794795A JP3316837B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-09-18 | 三次元撮像装置 |
| US08/603,614 US5687031A (en) | 1995-03-03 | 1996-02-21 | Three-dimensional image acquisition apparatus |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-68925 | 1995-03-03 | ||
| JP6892595 | 1995-03-03 | ||
| JP23794795A JP3316837B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-09-18 | 三次元撮像装置 |
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|---|---|
| JPH08304043A JPH08304043A (ja) | 1996-11-22 |
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Family
ID=26410109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23794795A Expired - Fee Related JP3316837B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-09-18 | 三次元撮像装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3316837B2 (ja) |
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| US6025905A (en) * | 1996-12-31 | 2000-02-15 | Cognex Corporation | System for obtaining a uniform illumination reflectance image during periodic structured illumination |
| US5912768A (en) * | 1996-12-31 | 1999-06-15 | Cognex Corporation | Depth-from-defocus optical apparatus with invariance to surface reflectance properties |
| US5878152A (en) * | 1997-05-21 | 1999-03-02 | Cognex Corporation | Depth from focal gradient analysis using object texture removal by albedo normalization |
| US6219461B1 (en) | 1997-07-29 | 2001-04-17 | Cognex Corporation | Determining a depth |
| US6148120A (en) * | 1997-10-30 | 2000-11-14 | Cognex Corporation | Warping of focal images to correct correspondence error |
| JP4664463B2 (ja) * | 2000-03-14 | 2011-04-06 | オリンパス株式会社 | 基板検査装置 |
| JP3827645B2 (ja) | 2003-02-19 | 2006-09-27 | 株式会社新川 | ボンディング装置及びボンディング外観検査装置 |
| US7593550B2 (en) | 2005-01-26 | 2009-09-22 | Honeywell International Inc. | Distance iris recognition |
| US8064647B2 (en) | 2006-03-03 | 2011-11-22 | Honeywell International Inc. | System for iris detection tracking and recognition at a distance |
| JP2006078713A (ja) * | 2004-09-09 | 2006-03-23 | Hitachi High-Tech Electronics Engineering Co Ltd | ワークの識別情報読取装置および読取方法 |
| KR100761438B1 (ko) * | 2006-02-27 | 2007-09-27 | 이영화 | 근접 대상물의 입체동영상을 촬영하기 위한입체동영상촬영장치 |
| US8436907B2 (en) | 2008-05-09 | 2013-05-07 | Honeywell International Inc. | Heterogeneous video capturing system |
| US8213782B2 (en) * | 2008-08-07 | 2012-07-03 | Honeywell International Inc. | Predictive autofocusing system |
| US8090246B2 (en) | 2008-08-08 | 2012-01-03 | Honeywell International Inc. | Image acquisition system |
| US8280119B2 (en) * | 2008-12-05 | 2012-10-02 | Honeywell International Inc. | Iris recognition system using quality metrics |
| US8630464B2 (en) | 2009-06-15 | 2014-01-14 | Honeywell International Inc. | Adaptive iris matching using database indexing |
| US8472681B2 (en) | 2009-06-15 | 2013-06-25 | Honeywell International Inc. | Iris and ocular recognition system using trace transforms |
| KR101088804B1 (ko) * | 2009-08-24 | 2011-12-01 | 주식회사 현주인테크 | 복수의 병소면을 이미지화하는 ｃｃｄ 장치 |
| JP2011150062A (ja) * | 2010-01-20 | 2011-08-04 | Hitachi High-Technologies Corp | Ｆｐｄモジュール実装装置 |
| JP5544894B2 (ja) * | 2010-01-21 | 2014-07-09 | カシオ計算機株式会社 | ウエハ検査装置及びウエハ検査方法 |
| US8742887B2 (en) | 2010-09-03 | 2014-06-03 | Honeywell International Inc. | Biometric visitor check system |
| TWI510807B (zh) * | 2011-01-28 | 2015-12-01 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | 變焦鏡頭及其應用的電子設備 |
| JP5965721B2 (ja) * | 2012-05-16 | 2016-08-10 | 株式会社東光高岳 | 多焦点撮像装置 |
| JP6213981B2 (ja) | 2013-04-12 | 2017-10-18 | 株式会社 東京ウエルズ | ワークの外観検査装置およびワークの外観検査方法 |
| CN103941521B (zh) * | 2014-04-22 | 2016-06-29 | 浙江大学 | 一种用于多光谱成像的快速滤光片转轮装置 |
| CN104298051A (zh) * | 2014-11-04 | 2015-01-21 | 苏州精创光学仪器有限公司 | 偏振成像相机的滤光片切换装置 |
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| US10295784B2 (en) | 2015-02-02 | 2019-05-21 | Xing Du | Imaging system with movable tray of selectable optical elements |
| US20160223781A1 (en) * | 2015-02-02 | 2016-08-04 | Xing Du | Motorized interchangeable lens system |
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|---|---|---|---|---|
| US3481665A (en) * | 1968-05-02 | 1969-12-02 | Bausch & Lomb | Multi-powered micro-objective group having common aberration correcting means |
| US4251128A (en) * | 1978-09-25 | 1981-02-17 | Designs For Vision, Inc. | Apparatus for increasing the input light intensity to a microscope |
| US4666269A (en) * | 1982-08-09 | 1987-05-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Ophthalmologic apparatus |
| DE3711843A1 (de) * | 1987-03-09 | 1988-09-22 | Leitz Ernst Gmbh | Revolver-dreheinrichtung fuer optische bauelemente sowie verfahren zur regelung der drehzahl derselben |
| US5121220A (en) * | 1991-02-20 | 1992-06-09 | Jason Empire, Inc. | Ocular turret telescope system |
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-
1995
- 1995-09-18 JP JP23794795A patent/JP3316837B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-02-21 US US08/603,614 patent/US5687031A/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｓｈｒｅｅ Ｋ．Ｎａｙａｒ ａｎｄ Ｙａｓｕｏ Ｎａｋａｇａｗａ，Ｓｈａｐｅ ｆｒｏｍ Ｆｏｃｕｓ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，米国，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，１９９４年 ８月，ＶＯＬ．１６，Ｎｏ．８，８２４−８３１ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08304043A (ja) | 1996-11-22 |
| US5687031A (en) | 1997-11-11 |
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