JPH07110381A

JPH07110381A - 距離カメラ装置

Info

Publication number: JPH07110381A
Application number: JP27762693A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Ogawa; 保二小川
Original assignee: Wacom Co Ltd
Current assignee: Wacom Co Ltd
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 1995-04-25

Abstract

(57)【要約】【目的】三次元被写体の距離画像をリアルタイムで高
精度に撮影する。【構成】距離カメラ装置はパルス発振器１を備えてお
り時間基準となる所定の基準信号ＣＬＫを生成する。発
光ダイオード３は基準信号ＣＬＫに基いて変調された一
次光ＦＷＤを発して目標となる三次元の被写体１２に照
射する。レンズ５は被写体１２から反射された二次光Ｒ
ＷＤを集光する。ゲート付イメージインテンシファイヤ
６は二次光ＲＷＤの通過光路中に介在し、基準信号ＣＬ
Ｋに基いて生成されたゲート信号ＧＴＳに同期して通過
光のゲート処理を行ない、二次光ＲＷＤに含まれる被写
体１２の距離情報を抽出する。ＣＣＤイメージセンサ８
はゲート処理された二次光ＲＷＤを受光して対応する画
像信号ＩＭＧを出力する。演算回路９は画像信号ＩＭＧ
を演算処理して被写体１２の距離画像を合成し、コンピ
ュータ１１に送出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は物体の三次元形状を非接
触で検出する距離カメラ装置に関する。特に、遠距離に
ある物体の距離画像をリアルタイムで撮像するのに適し
た距離カメラ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の距離カメラ装置では、物体をある
入射角度で投光照明し、その反射光を撮像デバイスで受
けて、入射光線の角度と反射光線の角度から物体の三次
元形状を検出していた。つまり、三角測量法の原理を利
用したものである。この様な距離カメラ装置は物体まで
の距離が離れている場合、投光器と受光器を十分離間し
ないと測定精度が確保できないという欠点があり、遠距
離物体の測定に当っては甚だ使い勝手が悪いものであっ
た。

【０００３】これに対して、光の速度を利用して物体の
距離画像を求める技術が知られており、例えば特開平１
−１００４９２号公報に開示されている。図１１に示す
様に、この従来例ではレーザ１０１からの出力光を、発
振器１０３によって駆動される光変調器１０２で強度変
調する。強度変調されたレーザ光はアパーチャ鏡１０４
の開口を通り、スキャナ１０５によって対象物１０６に
照射される。対象物１０６からの散乱光はスキャナ１０
５を通りアパーチャ鏡１０４によって反射され、集光レ
ンズ１０７を介して光検出器１０８に集光される。光検
出器１０８は集光された光を情報信号に変換する。この
情報信号の振幅はレーザ光に対する対象物１０６の反射
率並びに対象物１０６までの距離に対応して変化する。
従って強度検出器１０９によって情報信号の強度を検出
し、且つスキャナ１０５によってレーザ光の掃引を行な
えば、テレビカメラによる測定と類似の輝度画像が得ら
れる。又、情報信号の位相は対象物１０６までの距離に
比例して遅延する。従って位相検出器１１０によって発
振器１０３からの参照信号と情報信号との位相差を測定
すれば、対象物１０６までの距離が求められる。距離Ｌ
は、位相差φ、光の速度ｃ、レーザ光の強度変調周波数
をｆとすれば、Ｌ＝ｃφ／（４πｆ）で求められる。ス
キャナ１０５によるレーザ光の走査によって前述した輝
度画像とは別の距離画像が得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した光の速度を利
用する技術は、基本的にレーザビームで照準を合わせた
一点の三次元座標を検出するものである。従って、三次
元物体の距離画像を求める為には被写体表面に沿ってレ
ーザビームを走査し、各点ごとに三次元座標を演算しな
ければならず、１回の距離画像撮影に長時間を要すると
いう課題がある。この為、動体の距離画像をリアルタイ
ムに撮像する事は困難であった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は遠距離にある物体の距離画像をリア
ルタイムで撮像可能な高速距離カメラ装置を提供する事
を目的とする。かかる目的を達成する為に以下の手段を
講じた。即ち、本発明にかかる距離カメラ装置は基本的
な構成要素として、発振手段、投光手段、集光手段、光
ゲート手段、撮像手段、演算手段を備えている。発振手
段は時間基準となる所定の基準信号を生成する。投光手
段は該基準信号に基いて変調された一次光を発して目標
となる三次元の被写体に照射する。集光手段は該被写体
から反射された二次光を集光する。光ゲート手段は該二
次光の通過光路中に介在し、該基準信号に基いて作成さ
れたゲート信号に同期して通過光のゲート処理を行な
い、該二次光に含まれる被写体の距離情報を抽出する。
撮像手段はゲート処理された該二次光を受光して対応す
る画像信号を出力する。演算手段は該画像信号を演算処
理して該被写体の距離画像を合成する。

【０００６】好ましくは、前記光ゲート手段は互いに位
相が９０°異なる一対のゲート信号に同期して空間分割
的又は時分割的に通過光のゲート処理を行ない、互いに
直交する位相成分からなる距離情報を抽出する。又、前
記光ゲート手段は互いに位相が１８０°異なる一対のゲ
ート信号に同期して空間分割的又は時分割的に通過光の
ゲート処理を行ない正負一対の位相成分からなる距離情
報を抽出する様にしても良い。

【０００７】さらに好ましくは、前記投光手段は間欠変
調（パルス変調）された一次光を投光する一方、前記光
ゲート手段は間欠ゲート信号に同期して二次光のゲート
処理を行ない距離情報を抽出する。あるいは、前記投光
手段は連続変調（例えば振幅変調）された一次光を投光
する一方、前記光ゲート手段は連続ゲート信号に同期し
て二次光のゲート処理を行ない距離情報を抽出する様に
しても良い。この場合、前記撮像手段は蓄積型（例えば
ＣＣＤイメージセンサ）を用いる事が好ましく、該光ゲ
ート手段と共働して等価的に二次光とゲート信号の積和
演算を行ない相関距離情報を求める様にしている。

【０００８】

【作用】本発明によれば変調された光波からなる一次光
を用いて被写体を照射する。被写体から反射した二次光
には各点ごとの距離に従って位相遅延が生じ距離情報が
含まれる事になる。この二次光は高速動作可能な光ゲー
ト手段によってゲート処理され距離情報（位相情報）が
選択的に抽出できる。撮像手段は例えばＣＣＤイメージ
センサ等から構成され、各画素ごとに距離情報を記録す
る。これにより、遠距離にある三次元被写体の距離画像
が精度良くリアルタイムで検出可能になる。ＣＣＤイメ
ージセンサはそれ自体、光波の位相を検出できるほど応
答速度は速くない。そこで、本発明ではＣＣＤイメージ
センサ等からなる撮像手段の前面に高速な光ゲート手段
を配置して、光波の位相を検出している。この時、互い
に位相が１８０°異なる一対のゲート信号を用いて光ゲ
ート手段の開閉制御を行なう事により、正負一対の位相
成分からなる距離情報を抽出している。これにより位相
検出時の相関演算の負側の演算も可能となり、直流成分
を除去した高精度の位相検出ができる。又、互いに位相
が９０°異なる一対のゲート信号を用いて光ゲート手段
の開閉制御を行ない、互いに直交する位相成分からなる
距離情報を抽出している。これら互いに直交する位相成
分の比をとる事により、より高精度の位相検出をより短
時間で実行可能とする。

【０００９】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかる距離カメラ装置
の第１実施例を示すブロック図である。図示する様に、
本距離カメラ装置はパルス発振器１からなる発振手段を
備えており、時間基準となる所定のクロック信号ＣＬＫ
（基準信号）を生成する。又、駆動回路２と発光ダイオ
ード３とレンズ４からなる投光手段を備えており、クロ
ック信号ＣＬＫに基いて間欠変調（パルス変調）された
一次光ＦＷＤを放射して目標となる三次元の被写体１２
に照射する。この被写体１２は例えば、カメラ装置本体
に比較的近いＡ部と比較的遠いＢ部とを有している。

【００１０】一方、レンズ５は集光手段を構成してお
り、被写体１２から反射された二次光ＲＷＤを集光す
る。本例では集光手段はレンズ５により構成されている
がこれに限られるものではなく、スリットやピンホール
を用いても良い。レンズ５の後側にはゲート付きイメー
ジインテンシファイヤ（ＧＩＩ）６が配置されており光
ゲート手段を構成する。このゲート付きイメージインテ
ンシファイヤ６は二次光ＲＷＤの通過光路中に介在し所
定のゲート信号ＧＴＳに同期して通過光のゲート処理を
行ない、二次光ＲＷＤに含まれる被写体の距離情報を抽
出する。本例では光ゲート手段は集光レンズ５の後側に
配置されているがこれに限られるものではなく、場合に
よっては集光レンズ５の前側に配置しても良い。なお、
ゲート付きイメージインテンシファイヤ６には光ゲート
制御回路７が接続されており、前述したクロック信号Ｃ
ＬＫに基いてゲート信号ＧＴＳを作成する。ゲート付き
イメージインテンシファイヤ６にはＣＣＤイメージセン
サ８が結合しており撮像手段を構成する。このＣＣＤイ
メージセンサ８はゲート処理された二次光ＲＷＤを受光
して対応する画像信号ＩＭＧを出力する。ＣＣＤイメー
ジセンサ８には演算回路９が接続されており、画像信号
ＩＭＧを演算処理して被写体１２の距離画像を合成す
る。なお、この演算処理は光ゲート制御回路７から供給
される割り込み信号ＩＴＲに応じて実行されるととも
に、同じく光ゲート制御回路７から供給されるカウント
信号ＣＮＴを用いて画像信号ＩＭＧを演算処理する。演
算回路９は出力端子１０を介してコンピュータ１１に接
続されている。コンピュータ１１は被写体１２の距離画
像に基き様々な制御を行ないシステムを構成する。例え
ば被写体１２がロボットアーム等の場合にはリアルタイ
ムのロボット制御システムを構築できる。

【００１１】図２は、図１に示した距離カメラ装置の動
作説明に供するタイミングチャートである。図示する様
に、クロック信号ＣＬＫは間欠パルス列からなり、例え
ば所定の周期Ｔの間に６個のパルスを含んでいる。一方
ゲート信号ＧＴＳも間欠パルス列からなり、例えば所定
の周期Ｔの間に５個のパルスを含む。各ゲートパルスに
は順に番号Ｋ＝１，２，３，４，５が付されている。前
述した光ゲート制御回路７は例えばディレイカウンタ等
から構成されており、クロック信号ＣＬＫの遅延計数処
理によりかかるゲート信号ＧＴＳを生成する。クロック
信号ＣＬＫとゲート信号ＧＴＳを比較すれば明らかな様
に、ゲート信号ＧＴＳの各パルスは番号Ｋが増加するに
つれてクロック信号ＣＬＫの対応するパルスからの遅延
量が増大する。かかるゲート信号ＧＴＳによりゲート付
きイメージインテンシファイヤ６を開閉制御する事によ
りスライディング相関器を構成できる。

【００１２】クロック信号ＣＬＫによりパルス変調され
た一次光ＦＷＤは対応するピークを含んでいる。従っ
て、被写体１２のＡ部から反射した二次光ＲＷＤＡも順
次ピークを含んでいる。この際、装置本体から被写体１
２のＡ部までの距離に応じて、ＲＷＤＡのピークには所
定の遅延量ＤＡが発生する。同様に被写体１２のＢ部か
ら反射した二次光ＲＷＤＢにもその距離に応じて遅延量
ＤＢが生じる。前述した様に、Ｂ部はＡ部よりも遠距離
にある為、遅延量ＤＢもＤＡに比べて大きくなる。

【００１３】第１番目のゲートパルスに応答して光ゲー
ト手段が開いた時、二次光のＡ成分ピーク、Ｂ成分ピー
クともに遅延しているので光ゲート手段を通過しない。
２番目のゲートパルスに応じて光ゲート手段が開いた
時、依然としてＡ成分ピーク、Ｂ成分ピークともに通過
できない。しかしながら、ゲート開タイミングに近づい
ている。第３番目のゲートパルスに応じて光ゲート手段
が開いた時、Ａ成分ピークがタイミング的に一致し通過
する。即ち、ゲート通過光にはこの時点でＡ成分ピーク
が含まれる事になる。続いて５番目のゲートパルスに応
じて光ゲート手段が開いた時Ｂ成分ピークがタイミング
的に一致し通過する。この時点でゲート通過光にＢ成分
ピークが含まれる事になる。この様に、遅延量に応じて
ゲート通過時間が後方にシフトする為、二次光から距離
情報を抽出する事が可能になる。ゲート通過光はＣＣＤ
イメージセンサ８により逐次受光され対応する画像信号
ＩＭＧに変換される。ＣＣＤイメージセンサ８に蓄積さ
れた画像信号ＩＭＧはカウント信号ＣＮＴに応じて逐次
読み出される。このカウント信号ＣＮＴは前述したゲー
ト信号ＧＴＳのパルス番号列からなる。

【００１４】次に図３を参照して、図１に示した距離カ
メラ装置に含まれる演算回路９の動作を詳細に説明す
る。前述した様に光ゲート信号パルスが発生すると、割
り込み信号ＩＴＲが光ゲート制御回路７から演算回路９
に入力され所定の処理ルーチンが起動する。先ず最初に
ステップＳ１でカウント信号ＣＮＴからパルス番号Ｋを
読み取る。なおパルス番号Ｋは１〜５の数値をとり得
る。次にステップＳ２において、ＣＣＤイメージセンサ
８から画像信号ＩＭＧを読み込みフレームメモリに記録
する。フレームメモリに記録された画像データをＢＵＦ
（Ｉ，Ｊ，Ｋ）で表わす。但し、Ｉ，Ｊは全画素数をカ
バーする行番号及び列番号である。次にステップＳ３に
おいてパルス番号Ｋが５に至ったかどうかを判断する。
５未満の場合には次の光ゲート信号パルスの発生を待っ
て待機状態とする。次の光ゲート信号パルスが発生した
場合には再び割り込み信号ＩＴＲが入力され前述したス
テップＳ１以降の処理を繰り返す。

【００１５】一方パルス番号がＫ＝５と判断された場合
にはステップＳ４に進む。ここでは、各Ｉ，Ｊに対応す
る画素データにつき、Ｋを変化させた時の最大値を求め
その時のＫをフレームメモリに格納する。この様にして
合成されたフレームメモリ上での画素データをＺＢＵＦ
（Ｉ，Ｊ）＝Ｋで表わす。続いてステップＳ５に進む。
ＺＢＵＦの内容は距離画像であるので、これをコンピュ
ータ１１に送出する。これにより一周期Ｔ分の演算処理
が終了し待機状態に移行する。以上の説明から理解され
る様に、一周期Ｔにつき５個のフレームデータＢＵＦ
（Ｉ，Ｊ，Ｋ）が得られる。各画素に着目すると５個の
画像データが時系列的に得られた事になる。５個の画像
データのうち最大値を有するものが光ゲート手段を通過
した距離情報を含んでいる。前述した様にこの距離情報
は最大値を得た時点でのパルス番号Ｋで表わされる為、
これを全画素に渡って求めフレームデータＺＢＵＦを合
成する事により距離画像が求められる。

【００１６】図４は、図１に示したゲート付きイメージ
インテンシファイヤ６の具体的な構成例を示す断面図で
ある。図示する様に集光レンズ５を通して入射した二次
光ＲＷＤは入力面に被写体像２１を結ぶ。入力面にはカ
ソード２２が設けられており光ゲートを構成する。カソ
ード２２の表面には半導体膜２３が形成されており、受
光された二次光ＲＷＤに応じた量の電子が放出される。
こうして作成された電子像は光ゲートが開いている時に
限りマイクロチャンネルプレート２４に投影される。マ
イクロチャンネルプレート２４の各チャンネルに入射し
た電子は数千倍に倍増される。さらにマイクロチャンネ
ルプレート２４から出力された電子は高電圧で加速され
出力面に形成されている蛍光体膜２５に衝突し光に変換
される。こうして出力面には入力光のおよそ１万倍に及
ぶ明るい画像が発生する。その後、明るく増強された出
力像２６をＣＣＤイメージセンサ（図示せず）で撮像す
る。この際、光ファイバを多数束ね画像の二次元情報を
１つの画面から別の面へと伝達できるファイバオプティ
ックプレート２７を介在させる事により、十分に明るい
画面が得られる。

【００１７】図５はマイクロチャンネルプレート２４の
微細構造を示す斜視図である。マイクロチャンネルプレ
ート２４は内壁を二次電子放出性を持つ材料で構成した
極めて細いチャンネル２８を多数束ねて、独立した二次
電子倍増器を二次元的に配列した薄板状のデバイスであ
る。図６に示す様に、各チャンネル２８に入射した電子
は、電子１個当り１回のチャンネル壁面衝突により平均
２個前後の二次電子を発生する。従って入射電子がチャ
ンネルを通過する過程で複数回の壁面衝突を繰り返し、
数千倍に倍増される。

【００１８】図７は、図４に示したゲート付きイメージ
インテンシファイヤ６の光ゲート動作を説明する為の模
式図である。カソード２２はマイクロチャンネルプレー
ト２４に対して抵抗Ｒを介して正電圧ＶＢでバイアスさ
れている。又光ゲート制御回路７は容量Ｃを介してカソ
ード２２に接続されている。通常状態ではカソード２２
が抵抗Ｒを介して正にバイアスされている為、二次光Ｒ
ＷＤの入射によって生じた電子は加速されずマイクロチ
ャンネルプレート２４に入射できない。これに対して、
光ゲート制御回路７から大きな負電圧を有するゲートパ
ルスＧＴＳを印加すると、カソード２２表面に発生した
電子は大きな加速力を受けマイクロチャンネルプレート
２４に進入する。従って、出力面に形成されている蛍光
体膜２５に明るく増強された被写体像が現われる。一般
に、光は十ナノ秒で３ｍ程度進む。従って光ゲートに要
求される応答速度は数十ナノ秒である。この点、ゲート
付きイメージインテンシファイヤは数ナノ秒程度で応答
する為、実用上十分な分解能で距離画像を生成可能であ
る。

【００１９】図８は本発明にかかる距離カメラの第２実
施例を示すブロック図である。基本的な構成は図１に示
した第１実施例と同様であり、理解を容易にする為対応
する部分には対応する参照番号を付してある。異なる点
は、先ずパルス発振器１の代わりに連続発振器１００を
用いた事である。この連続発振器１００は例えば一定周
期の正弦波形を有する基準信号ＳＩＮを生成する。駆動
回路２はこの正弦波基準信号ＳＩＮに応じて発光ダイオ
ード３を駆動し、連続変調された一次光をレンズ４を介
して被写体（図示せず）に投光する。又、図１に示した
光ゲート制御回路７に代えて位相差発生回路７００を用
いている。位相差発生回路７００は基準信号ＳＩＮを遅
延処理して４個の正弦波ゲート信号ＧＴＳ１，ＧＴＳ
２，ＧＴＳ３，ＧＴＳ４を出力する。各ゲート信号の位
相差は９０°に設定されている。例えばＧＴＳ１の位相
角を０°とすると、ＧＴＳ２の位相角は９０°、ＧＴＳ
３の位相角は１８０°、ＧＴＳ４の位相角は２４０°で
ある。さらに、本実施例ではＣＣＤイメージセンサとゲ
ート付きイメージインテンシファイヤ（ＧＩＩ）の結合
を合計４組備えている。換言すると、光ゲート手段と撮
像手段の結合は４組に空間分割されている。但し本発明
はこれに限られるものではなく、空間分割に代えて時分
割方式を用いても良い。ＧＩＩ６１とＣＣＤ８１からな
る第１組はＧＴＳ１に応じて光ゲート処理を行ない対応
する画像信号ＩＭＧ１を生成する。同様にＧＩＩ６２と
ＣＣＤ８２からなる第２組はＧＴＳ２に同期して光ゲー
ト動作を行ない対応する画像信号ＩＭＧ２を出力する。
以下、ＧＩＩ６３とＣＣＤ８３からなる第３組、ＧＩＩ
６４とＣＣＤ８４からなる第４組についても割り当てら
れたゲート信号の入力を受け対応する画像信号を出力す
る。本例では、４個のゲート信号ＧＴＳ１〜ＧＴＳ４を
パラレルに各ＣＣＤとＧＩＩの組に供給しているが、前
述した様に１組のＧＩＩとＣＣＤに対してＧＴＳ１〜Ｇ
ＴＳ４を時分割的に供給する事も可能である。これら４
組のＧＩＩ／ＣＣＤには演算回路９００が接続されてお
り、ＩＭＧ１〜ＩＭＧ４を演算処理して距離画像を合成
する。なお、被写体から反射した二次光ＲＷＤは第１の
ビームスプリッタ１３１により２分割される。２分割さ
れた一方の成分は第２のビームスプリッタ１３２により
再分割され、各々ＧＩＩ６１，６２に導かれる。又、第
１のビームスプリッタ１３１により分割された他方の成
分は第３のビームスプリッタ１３３により再び分割さ
れ、各々ＧＩＩ６３，ＧＩＩ６４に導かれる。

【００２０】図９は、図８に示した距離カメラ装置の動
作を説明する為のタイミングチャートである。図示する
様に、基準信号ＳＩＮは所定の周期の正弦波形を有し、
一次光はこれに従って連続的に振幅変調される。被写体
から反射した二次光ＲＷＤは被写体表面の各点の距離に
応じて様々に遅延した正弦波成分を有している。図では
理解を容易にする為１個の正弦波成分のみを示してい
る。さらに第１のゲート信号ＧＴＳ１は基準信号ＳＩＮ
と同相の正弦波形を有している。第２のゲート信号ＧＴ
Ｓ２は第１のゲート信号ＧＴＳ１に対して位相が９０°
シフトしている。従ってＧＴＳ１をｓｉｎ波とするとＧ
ＴＳ２はｃｏｓ波となる。又ＧＴＳ３はＧＴＳ１に対し
て位相が反転している。同様にＧＴＳ４はＧＴＳ２に対
して位相が反転している。従ってＧＴＳ３とＧＴＳ４は
互いに９０°の位相差を有する。

【００２１】ＧＩＩ６１はＧＴＳ１に同期してＲＷＤの
ゲート処理を行ない、ＣＣＤ８１は当該ゲート処理結果
を所定の蓄積時間Ｔだけ蓄積する。従って、ＧＩＩ６１
とＣＣＤ８１は互いに共働して二次光ＲＷＤとゲート信
号ＧＴＳ１の積和演算を行なった事になる。同様に、Ｇ
ＩＩ６２とＣＣＤ８２の組は、二次光ＲＷＤとゲート信
号ＧＴＳ２の積和演算を行なう事になる。かかる相関演
算により、ＲＤＷに含まれる位相情報（距離情報）は直
交分解され一対の画像信号ＩＭＧ１，ＩＭＧ２として極
めて高速且つリアルタイムに得られる事になる。互いに
直交する位相成分を演算する事によりＲＷＤの位相情報
が得られる。

【００２２】ところで光の強度は常に正の値をとるの
で、このままでは相関演算を行なう際の負の側の値を求
める事ができず、直流成分を除去できない。そこで、本
実施例ではＧＴＳ１に対して極性の反転したＧＴＳ３、
及びＧＴＳ２に対して極性の反転したＧＴＳ４を利用
し、同様な積和演算を実行する事により負側の位相成分
を有する画像信号ＩＭＧ３，ＩＭＧ４を生成している。

【００２３】最後に図１０のフローチャートを参照し
て、図８に示した演算回路９００の動作を詳細に説明す
る。ＣＣＤイメージセンサ８１〜８４の蓄積時間Ｔが終
了すると、先ず最初にステップＳ１１において４個のＣ
ＣＤイメージセンサ８１〜８４から夫々画像信号ＩＭＧ
１〜ＩＭＧ４を読み出し、各々フレームメモリ上に記録
する。これら記録された画像データをＢＵＦ１（Ｉ，
Ｊ），ＢＵＦ２（Ｉ，Ｊ），ＢＵＦ３（Ｉ，Ｊ），ＢＵ
Ｆ４（Ｉ，Ｊ）で表わす。但し、Ｉ，Ｊは全画素数をカ
バーする全ての行番号及び列番号を示す。

【００２４】次にステップＳ１２において、各対応する
Ｉ，Ｊに対してＢＵＦ１（Ｉ，Ｊ）−ＢＵＦ３（Ｉ，
Ｊ）を演算しＰＢＵＦ（Ｉ，Ｊ）を求める。同様に、Ｂ
ＵＦ２（Ｉ，Ｊ）−ＢＵＦ４（Ｉ，Ｊ）を演算しＱＢＵ
Ｆ（Ｉ，Ｊ）を求める。これらＰＢＵＦ（Ｉ，Ｊ）及び
ＱＢＵＦ（Ｉ，Ｊ）からは各々直流成分が除去された事
になる。

【００２５】続いてステップＳ１３に移る。ＰＢＵＦと
ＱＢＵＦは直交する位相成分の強度が入っているので、
この値から位相角つまり距離を求める事ができる。具体
的には、各対応するＩ，Ｊに対して、ＺＢＵＦ（Ｉ，
Ｊ）＝ａｔａｎ（ＰＢＵＦ（Ｉ，Ｊ）／ＱＢＵＦ（Ｉ，
Ｊ））を演算する。ＺＢＵＦの内容は距離画像そのもの
であるので、ステップＳ１４においてこれをコンピュー
タへ送出する。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば基準
信号に従って変調された一次光を三次元被写体に対して
投光するとともに、光ゲート手段と撮像手段によって物
体から反射された二次光の位相を検出し、撮像手段の各
画素に写る被写体各部の距離情報を求める事により、小
型で簡便な距離カメラ装置を実現でき、遠距離にある物
体の三次元形状を精度良く検出できるという効果があ
る。又、光ゲート手段と撮像手段を２組用いて、位相検
出における相関演算の負側の演算も行なう事により、直
流成分を除去し、高精度の位相検出を可能にするという
効果がある。さらに、光ゲート手段と撮像手段を４組用
いて、直交する位相成分の値をも求め、これらの値の比
から位相を検出する事により、より高精度の距離画像撮
影を短時間で行なえるので、距離カメラ装置のリアルタ
イム性をさらに高める事ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる距離カメラ装置の第１実施例を
示すブロック図である。

【図２】第１実施例の動作説明に供するタイミングチャ
ートである。

【図３】第１実施例の動作説明に供するフローチャート
である。

【図４】ゲート付きイメージインテンシファイヤの具体
的な構成例を示す断面図である。

【図５】ゲート付きイメージインテンシファイヤの構造
説明に供する斜視図である。

【図６】同じくゲート付きイメージインテンシファイヤ
の機能説明に供する断面図である。

【図７】同じくゲート付きイメージインテンシファイヤ
の動作説明に供する回路図である。

【図８】本発明にかかる距離カメラ装置の第２実施例を
示すブロック図である。

【図９】第２実施例の動作説明に供するタイミングチャ
ートである。

【図１０】第２実施例の動作説明に供するフローチャー
トである。

【図１１】従来の距離カメラ装置の一例を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１パルス発振器２駆動回路３発光ダイオード４レンズ５レンズ６ゲート付きイメージインテンシファイヤ７光ゲート制御回路８ＣＣＤイメージセンサ９演算回路１１コンピュータ１２被写体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】時間基準となる所定の基準信号を生成す
る発振手段と、該基準信号に基いて変調された一次光を発して目標とな
る三次元の被写体に照射する投光手段と、該被写体から反射された二次光を集光する集光手段と、該二次光の通過光路中に介在し、該基準信号に基いて作
成されたゲート信号に同期して通過光のゲート処理を行
ない、該二次光に含まれる被写体の距離情報を抽出する
光ゲート手段と、ゲート処理された該二次光を受光して対応する画像信号
を出力する撮像手段と、該画像信号を演算処理して該被写体の距離画像を合成す
る演算手段とを備えた距離カメラ装置。
【請求項２】前記光ゲート手段は互いに位相が９０°
異なる一対のゲート信号に同期して空間分割的又は時分
割的に通過光のゲート処理を行ない、互いに直交する位
相成分からなる距離情報を抽出する事を特徴とする請求
項１記載の距離カメラ装置。
【請求項３】前記光ゲート手段は互いに位相が１８０
°異なる一対のゲート信号に同期して空間分割的又は時
分割的に通過光のゲート処理を行ない正負一対の位相成
分からなる距離情報を抽出する事を特徴とする請求項１
又は２記載の距離カメラ装置。
【請求項４】前記投光手段は間欠変調された一次光を
投光する一方、前記光ゲート手段は、間欠ゲート信号に
同期して二次光のゲート処理を行ない距離情報を抽出す
る事を特徴とする請求項１記載の距離カメラ装置。
【請求項５】前記投光手段は連続変調された一次光を
投光する一方、前記光ゲート手段は連続ゲート信号に同
期して二次光のゲート処理を行ない距離情報を抽出する
事を特徴とする請求項１記載の距離カメラ装置。
【請求項６】前記撮像手段は蓄積型であり、該光ゲー
ト手段と共働して等価的に二次光とゲート信号の積和演
算を行ない相関距離情報を求める事を特徴とする請求項
１記載の距離カメラ装置。