JPH04203914A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は撮像装置に関し、特に、基準面から被写体ま
での距離を測定することにより物体の三次元形状を計測
する三次元形状計測用の撮像装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年の固体撮像素子の高解像度化に伴い、従来の民生用
の用途だけでなく、精密計測用として撮像素子の用途が
広がってきた。たとえば、第４図は、ニス・ビー・アイ
・イー　７２８巻　オプティクス、イルミネーション、
アンド　イメージセンシング　フオ　マシン　ビジョン
　（１９８６）、２３５〜２４２頁（ＳＰ［Ｅ　Ｖｏｌ
、７２８０ｐｔｉｃｓ。

Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ、ａｎｄ　（ｍａｇｅ　Ｓｅ
ｎｓｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｖｉｓｉｏｎ（
１９８６）、　ｐｐ、　２３５〜２４２）に記載された
Ｆ、　Ｂｌａｉｓらにより考えられた三次元形状計測用
の撮像装置である。図において、１は撮像装置の前面で
入射する光を二つに分離するための光窓を有するマスク
、２は撮像用のレンズ、６は例えば高解像度を有する固
体撮像素子、４は基準面（参照面）、５は被写体である
。

次に動作について説明する。

第４図に示すように、光学系は基準面４のＡ点に対して
ＣＣＤ等の固体撮像素子６上のＡ“点に結像するように
調整しておく。このような状態で、被写体５がＢ点にあ
ると、Ｂ点での反射光は固体撮像素子６の撮像面上では
す、ｂ’　点に二重像として結像される（図の破線に相
当する）。

第６図はこの測定原理をより詳細に説明するだめのもの
であり、被写体５の３点（Ｂ、、Ｂ２゜Ｂ２）での反射
光の光情報の測定を示している。

これらの測定点のうち、基準面からΔＬ＋だけ離れてい
る点Ｂ、での反射光は、撮像面ではｂ　ｌ　＋ｂ、ｔ　
点に二重像として結像され、基準面からそれぞれΔＬ２
１　ΔＬ、（但し、ΔＬ＋＞ΔＬ２＞ΔＬ、）だけ離れ
ている点Ｂ、、Ｂ、での反射光は、それぞれ撮像面上で
はす、、ｂ２°点及びｂ２＋ｂｆｆ′点に二重像として
結像される。ここで、それぞれの二重像の差Δｄｌｒ　
Δｄ　ｌ　＋　Δｄ、の大きさは、Δｄ、＞Δｄ、＞Δ
ｄ３の関係にあり、基準面４から被写体５までの距離（
ΔＬ）が撮像面上での二重像の差（Δｄ）に比例するこ
とがわかる。よって、Δｄを測定し、撮像された映像情
報から画素の繰り返しを考慮すれば、被写体の三次元形
状情報が得られることになる。このように非常に簡単な
構成の撮像装置で距離情報を測定することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しか・しながら、従来の撮像装置は以上のように構成さ
れているので、基準面４から撮像素子６側に被写体５が
ある場合には正しい情報が得られるか、基準面４から固
体撮像素子６に対して反対の方向（第４図で基準面４の
左側）に被写体５がある場合には誤った情報となる。即
ち、第５図に示すように、基準面４より左側に被写体５
がある場合にはＡ″点より左側に被写体５の結像点Ｂ′
ができ、第４図と比較してす、ｂ’　が入れ替わった状
態の像が撮像面上に投射される。つまり、被写体５が基
準面４に対して固体撮像素子６側にΔしたけ離れた所に
ある場合（第４図）と、固体撮像素子６とは反対側に同
距離のΔしたけ離れた所にある場合（第５図）とでは、
ｂ、ｂ’　が逆になるのみて実際に撮像面上に投影され
る二重像は全く同一のものとなる。従って、基準面４よ
り固体撮像素子６と反対側に被写体５がある場合にはそ
れを検知することができず、誤った距離の情報が得られ
ることになり、撮像装置としての精度が損なわれること
になる。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る撮像装置は、被写体からの反射光を分離
する２つの光窓を有するマスクと、該光窓を通過した光
を受光するレンズと、該レンズにより集光された光を受
光する撮像素子と、該撮像素子が基準面からの反射光が
結像する点と、散点から前記被写体からの反射光の像の
大きさが単調に変化する間の点との２点での撮像情報を
抽出できるよう、前記撮像素子を前記レンズと前記撮像
素子とを結ぶ軸上で移動させる手段とを備えたものであ
る。

〔作用〕

この発明における撮像装置は上記構成としたので、前記
被写体が基準面より撮像装置側にあるのか、反対側にあ
るのかを判断できるようになり、距離測定を正しく行う
ことかでき、被写体の三次元形状の計測を高精度に行う
ことができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は、この発明の一実施例による撮像装置を示す図
である。図において、４は基準面であり、マスク１とレ
ンズ２と固体撮像素子６からなる光学系は従来例のもの
と同様である。３は固体撮像素子６をレンズ２と固体撮
像素子６とを結ぶ軸上で移動させるための装置であり、
例えばサーボモータ等で動かす構造になっている。

第２図は、固体撮像素子６をレンズ２と固体撮像素子６
とを結ぶ軸上で移動させることにより、異なる２点で撮
像を行った場合の状況を示す図である。

次に動作について説明する。

第２図において、Ｘ軸は、レンズ２と固体撮像素子６と
を結ぶ軸と平行にとってあり、固体撮像素子６がＸ６点
にある時に、被写体５が基準面４にあると、固体撮像素
子６上で焦点を結ぶ。Ｘ２はＸｌよりレンズからの距離
が離れた点を示す。

今、被写体５が、基準面４に対して固体撮像素子６側に
ある時、二重像差を測定すると、固体撮像素子６がＸ３
点にある場合はΔｄ　ｌ　、Ｘ　２点にある場合は△ｄ
２となる。そして△ｄ１と△ｄ２を比較するとΔｄ１即
ちレンズ２から固体撮像素子６までの距離が近い方が大
きくなる。逆に被写体５が基準面４に対して固体撮像素
子６とは反対側にある場合は、第５図から明らかなよう
にレンズ２から固体撮像素子６までの距離が近い方がそ
の距離が遠い方より小さくなる。よって固体撮像素子６
を移動させ、異なる点での二重像の差を比較することに
より、被写体５が基準面４に対して固体撮像素子６側に
あるか、固体撮像素子６とは反対側にあるかを判定する
ことができる。

このように上記実施例では、固体撮像素子６をレンズ２
と固体撮像素子６とを結ぶ軸上で移動させ、固体撮像素
子６が基準面４からの反射光が結像する点と、被写体５
からの反射光が単調に変化する間の点との２点での二重
像の差を比較することにより、被写体５が、基準面４に
対して固体撮像素子６側にあるか反対側にあるかを判定
できるので、被写体５の三次元形状計測を高精度に行え
る効果がある。

なお、上記実施例では、Ｘ２をｘｌよりレンズからの距
離が離れた点としたが、Ｘ、よりレンズ側にしても良い
。ただしその場合はΔｄ１とΔｄ２の大小関係が逆にな
る。

また上記実施例では固体撮像素子６を移動させる手段と
してサーボモータ等を用いた場合を示したか、第３図の
本発明の他の実施例に示したように、印加する電圧に応
じて、レンズ２と固体撮像素子６とを結ぶ軸上て伸縮す
るピエゾ素子等からなる他の装置を用いても良い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、被写体からの反射光
を分離する２つの光窓を有するマスクと、該光窓を通過
した光を受光するレンズと、該レンズにより集光された
光を受光する撮像素子と、該撮像素子が基準面からの反
射光が結像する点と、散点から前記被写体からの反射光
の像の大きさが単調に変化する間の点との２点での撮像
情報を抽出できるよう、前記撮像素子を前記レンズと前
記撮像素子とを結ぶ軸上で移動させる手段とを備えたの
で、前記被写体が基準面より撮像装置側にあるのか、反
対側にあるのかを判断でき、距離測定を正しく行うこと
ができ、被写体の三次元形状の計測を高精度に行える効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にょる撮像装置を示す図、第
２図は本発明の測定原理を示す図、第３図は本発明の他
の実施例による撮像装置を示す図、第４図、第５図は従
来の撮像装置を示す図、第６図は従来の撮像装置による
撮像の原理を示す図である。 図において、ｌは二つの光窓を有するマスク、２は撮像
に用いるレンズ、４は距離の基準面、５は被写体、６は
固体撮像素子、３は固体撮像素子を移動させる装置、７
はピエゾ素子である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被写体からの反射光を分離する２つの光窓を有す
   るマスクと、 該光窓を通過した光を受光するレンズと、 該レンズにより集光された光を受光する撮像素子と、 前記撮像素子が基準面からの反射光が結像する点と、該
   点から前記被写体からの反射光の像の大きさが単調に変
   化する間の点との２点での撮像情報を抽出できるよう、
   前記撮像素子を前記レンズと前記撮像素子とを結ぶ軸上
   で移動させる手段とを備え、 前記被写体が前記基準面より前記撮像素子側にあるか前
   記撮像素子と反対側にあるかを判断することを特徴とす
   る撮像装置。
2. （２）前記撮像素子を移動させる手段がモーターにより
   構成されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装
   置。
3. （３）前記撮像素子を移動させる手段がピエゾ素子によ
   り構成されていることを特徴とする請求項１記載の撮像
   装置。