JPH09178436A - Three-dimensional measuring device - Google Patents

Three-dimensional measuring device

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Publication number
JPH09178436A
JPH09178436A JP7335276A JP33527695A JPH09178436A JP H09178436 A JPH09178436 A JP H09178436A JP 7335276 A JP7335276 A JP 7335276A JP 33527695 A JP33527695 A JP 33527695A JP H09178436 A JPH09178436 A JP H09178436A
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JP
Japan
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image
optical system
image pickup
focus
illumination
Prior art date
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Pending
Application number
JP7335276A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuaki Aoto
和明 青砥
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH09178436A publication Critical patent/JPH09178436A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain high reliability of a three-dimensional measuring device and achieve high efficiency and automation of measurement by driving a plurality of light-emitting bodies in regression condition and scanning a focus of an illuminating optical system in synchronization with regression. SOLUTION: A three-dimensional image is caught as a two-dimensional image through an image photographing optical system 11, and picture image information is output by an image photographing means 12. An illuminating means 15 is arranged on a plane of an image which an illumination optical system 13 having an optical axis parallel with an optical axis of the optical system 11 has for the three-dimensional image and has a plurality of light emitting bodies 141 to 14N arranged on an image photographing face of the image photographing means 12. A drive control means 16 drives these light emitting bodies 141 to 14N in the fixed order in regression condition to scan a focus of the optical system 13 in synchronization with the regression. An illumination area detection means 17 takes in an image of the light emitting body which is output by the image photographing means 12 and calculates the number of pixels which represent the image among a plurality of pixels. A position calculation means 18 obtains a focus at which the number calculated by the detection means 17 becomes the minimum number individually among focuses operated by the control means 16 and obtains a position of an object which the optical system 13 has under the focus.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、物体を光学的にと
らえてその物体の三次元における形状や位置を計測する
三次元計測装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional measuring device for optically capturing an object and measuring the three-dimensional shape and position of the object.

【0002】[0002]

【従来の技術】測量、工業その他にかかわる自動化およ
び監視の分野では、地形や立体の形状あるいは位置をこ
れらに物理的に触れることなく精度よく計測することが
要求される。
2. Description of the Related Art In the field of automation and monitoring related to surveying, industry, etc., it is required to accurately measure the shape or position of terrain and solids without physically touching them.

【0003】図11は、従来の三次元計測装置の構成例
を示す図である。図において、三次元計測装置は、縦続
接続された電子カメラ100とパーソナルコンピュータ
110とから構成される。電子カメラ100では、レン
ズ101の光軸の上にそのレンズに対向して撮像素子1
02が配置され、その光軸の中間には板状の主ミラー1
03がファインダ104の開口に対して傾斜し、かつそ
のファインダの一端を軸として回動可能に軸止される。
主ミラー103の面の内、撮像素子102の撮像面に対
向する面には副ミラー105が立設され、レンズ101
の光軸に対してその副ミラー105が形成する反射路の
上にはリニアセンサ106が配置される。レンズ101
にはそのレンズの焦点の位置(以下、「レンズの焦点位
置」という。)を光軸に沿って可変するピント移動機構
107が付加され、ピント移動機構107の制御入力に
は制御部108の第一の出力が接続される。撮像素子1
02、リニアセンサ106の出力は制御部108の対応
する入力に接続され、制御部108のバス端子はメモリ
109のバス端子に接続される。制御部108の第二の
出力は、パーソナルコンピュータ110の外部端子に接
続される。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a conventional three-dimensional measuring device. In the figure, the three-dimensional measuring device includes an electronic camera 100 and a personal computer 110 that are connected in cascade. In the electronic camera 100, the image sensor 1 is arranged on the optical axis of the lens 101 so as to face the lens.
02 is arranged, and a plate-shaped main mirror 1 is provided in the middle of its optical axis.
03 is inclined with respect to the opening of the finder 104, and is pivotally fixed about one end of the finder so as to be rotatable.
Of the surface of the main mirror 103, a sub mirror 105 is erected on the surface facing the image pickup surface of the image pickup device 102, and the lens 101
A linear sensor 106 is arranged on the reflection path formed by the sub-mirror 105 with respect to the optical axis of. Lens 101
Is provided with a focus moving mechanism 107 for changing the position of the focal point of the lens (hereinafter referred to as “lens focal position”) along the optical axis. One output is connected. Image sensor 1
02, the output of the linear sensor 106 is connected to the corresponding input of the control unit 108, and the bus terminal of the control unit 108 is connected to the bus terminal of the memory 109. The second output of the control unit 108 is connected to the external terminal of the personal computer 110.

【0004】このような構成の三次元計測装置では、計
測の対象となる立体(ここでは、簡単のため「三角錐」
とする。)の光学像については、そのエネルギーの大部
分がレンズ101および主ミラー103の反射面を介し
てファインダ104に到達し、その他のエネルギーがそ
の主ミラー103を透過し、かつ副ミラー105の反射
面を介してリニアセンサ106に到達する。リニアセン
サ106は、図12に示すように撮像素子102の撮像
面の中央部に光学的に対応するスリット状の形状の受光
面を有し、その中央部の光量を画素単位に検出する。
In the three-dimensional measuring device having such a configuration, a solid to be measured (here, “triangular pyramid” is used for simplicity).
And ), Most of the energy reaches the finder 104 via the lens 101 and the reflecting surface of the main mirror 103, and other energy is transmitted through the main mirror 103 and the reflecting surface of the sub mirror 105. The linear sensor 106 is reached via. As shown in FIG. 12, the linear sensor 106 has a slit-shaped light receiving surface that optically corresponds to the center of the image pickup surface of the image pickup element 102, and detects the light amount at the center in pixel units.

【0005】制御部108は、ピント移動機構107を
介してレンズ101の位置を被写体に最も近い位置に設
定し、かつ上述したようにリニアセンサ106を介して
画素単位に検出された光量に基づいてこれらの画素のコ
ントラストを検出しながら、そのピント移動機構を介し
てレンズ101の位置を順次ファインダ104に近い方
向に可変する。このようにして検出されるコントラスト
は、一般に、図13に示すように、レンズ101の位置
(ピント)に応じて変化するので、制御部108は、そ
のコントラストが極大となる合焦点にレンズ101が到
達したときに、ピント移動機構107を介してそのレン
ズの移動を制止する。
The control unit 108 sets the position of the lens 101 to the position closest to the subject through the focus moving mechanism 107, and based on the light amount detected in pixel units through the linear sensor 106 as described above. While detecting the contrast of these pixels, the position of the lens 101 is sequentially changed to a direction closer to the finder 104 via the focus moving mechanism. Since the contrast detected in this way generally changes according to the position (focus) of the lens 101 as shown in FIG. 13, the control unit 108 controls the lens 101 at the focal point where the contrast becomes maximum. When it arrives, the movement of the lens is stopped via the focus moving mechanism 107.

【0006】さらに、制御部108は図示されない可動
機構を介して主ミラー103をファインダ104の方向
に跳ね上げ、上述した光学像は、図14に示すように、
撮像素子102の撮像面に結像する。制御部108は、
このようにして結像した光学像を示す画素値の列を撮像
素子102から取得してメモリ109に保持し、かつ主
ミラー103を元の位置に戻すと共に、その保持された
画素値の列を所定の形式の画像情報に変換してパーソナ
ルコンピュータ110に与える。パーソナルコンピュー
タ110は、その画像情報をディスプレイの画面に画像
として表示する。
Further, the control unit 108 flips up the main mirror 103 toward the finder 104 via a movable mechanism (not shown), and the above-mentioned optical image is as shown in FIG.
An image is formed on the image pickup surface of the image pickup element 102. The control unit 108
A column of pixel values indicating the optical image thus formed is acquired from the image sensor 102 and held in the memory 109, the main mirror 103 is returned to its original position, and the held column of pixel values is changed. The image information is converted into a predetermined format and given to the personal computer 110. The personal computer 110 displays the image information on the screen of the display as an image.

【0007】また、このような三次元計測に共される他
の従来例としては、適正に配置された光学系の下では、
2つ以上の規則的な模様を重ねたり、規則的な模様を規
則的に標本化したときに形成される元の模様とは異なる
モアレ縞が、物体の等高線に対応した画像を示すことを
利用したモアレトポグラフィがある。なお、このような
モアレトポグラフィについては、その用途等に適応して
格子照射型モアレトポグラフィ、格子投影型モアレトポ
グラフィ、走査モアレ法その他がある。
Further, as another conventional example associated with such three-dimensional measurement, under an appropriately arranged optical system,
Utilizes that moire fringes that are different from the original pattern formed when two or more regular patterns are superimposed or regular patterns are regularly sampled show an image corresponding to the contour lines of the object. There is Moire topography. Regarding such moire topography, there are a grid irradiation type moire topography, a grid projection type moire topography, a scanning moire method, and the like, depending on its application.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図11に示す
従来例では、被写体の像がその被写体の特定の部分(図
14では、電子カメラ100から最も遠い辺における被
写界深度の範囲)のみが合焦した二次元の像として投影
されるが、ピントが記録されないために、その被写体の
三次元の形状や位置は得られなかった。
However, in the conventional example shown in FIG. 11, the image of the subject is limited to a specific portion of the subject (in FIG. 14, the range of the depth of field on the farthest side from the electronic camera 100). Was projected as a focused two-dimensional image, but because the focus was not recorded, the three-dimensional shape and position of the subject could not be obtained.

【0009】また、モアレトポグラフィでは、複数の位
置に配置された光源に応じてそれぞれ得られた複数のモ
アレ縞の相互について物体の表面における対応関係を人
手を介して設定することが要求され、特に実時間性が要
求されたり計測の高速性が要求される分野では、適用で
きなかった。本発明は、信頼性を高く維持して計測の効
率化および自動化を確実にはかる三次元計測装置を提供
することを目的とする。
Further, in moire topography, it is required to manually set a correspondence relationship on the surface of an object for a plurality of moire fringes obtained according to light sources arranged at a plurality of positions. It could not be applied in the field where real-time performance or high-speed measurement is required. An object of the present invention is to provide a three-dimensional measuring device that maintains high reliability and ensures efficient and automated measurement.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】図1は、請求項1、4〜
7に記載の発明の原理ブロック図である。請求項1に記
載の発明は、立体を光学的にとらえる撮像光学系11
と、撮像光学系11を介して立体を2次元の像としてと
らえ、その像を示す画像情報を出力する撮像手段12
と、撮像光学系11の光軸と平行な光軸を有する照明光
学系13と、照明光学系13が立体に対して有する像平
面に配置され、撮像手段12の撮像面に配置された複数
の画素に個別に対応した複数の発光体141〜14Nを有
する照明手段15と、複数の発光体141〜14Nを予め
決められた順序で回帰的に駆動し、その回帰に同期して
照明光学系13の焦点を走査する駆動制御手段16と、
複数の発光体141〜14Nの内、駆動制御手段16によ
って駆動され、かつ前記撮像手段12によって出力され
た画像情報で示される発光体の像を取り込み、複数の画
素の内、その像を示す画素の数を計数する照明領域検出
手段17と、複数の発光体141〜14Nの個々につい
て、駆動制御手段16によって走査された焦点の内、照
明領域検出手段17によって計数された数が最小となる
焦点を個別に求め、その焦点の下で照明光学系13が有
する物点の位置を求める位置算出手段18とを備えたこ
とを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] FIG.
7 is a principle block diagram of the invention described in 7. FIG. The invention described in claim 1 is an image pickup optical system 11 for optically capturing a three-dimensional object.
And an image pickup means 12 which captures a stereoscopic image as a two-dimensional image through the image pickup optical system 11 and outputs image information indicating the image.
And an illumination optical system 13 having an optical axis parallel to the optical axis of the imaging optical system 11, and a plurality of illumination optical systems 13 arranged on an image plane of the illumination optical system 13 with respect to a solid body and arranged on an imaging surface of the imaging means 12. Illuminating means 15 having a plurality of light emitters 14 1 to 14 N individually corresponding to pixels and a plurality of light emitters 14 1 to 14 N are recursively driven in a predetermined order, and in synchronization with the regression. Drive control means 16 for scanning the focus of the illumination optical system 13,
Of the plurality of light emitters 14 1 to 14 N , the image of the light emitter which is driven by the drive control means 16 and which is shown by the image information output by the image pickup means 12 is taken in, and the image is selected from the plurality of pixels. Among the focal points scanned by the drive control unit 16, the number counted by the illumination region detection unit 17 is calculated for each of the illumination region detection unit 17 that counts the number of pixels shown and the plurality of light emitters 14 1 to 14 N. Position calculating means 18 for individually obtaining the minimum focus and for obtaining the position of the object point of the illumination optical system 13 under the focus is provided.

【0011】図2は、請求項2、4〜7に記載の発明の
原理ブロック図である。請求項2に記載の発明は、立体
を光学的にとらえる撮像光学系11と、撮像光学系11
を介して立体を2次元の像としてとらえ、その像を示す
画像情報を出力する撮像手段12と、光軸が撮像光学系
11に交差し、その光学系に結合した照明光学系21
と、照明光学系21が立体に対して有する像平面に配置
され、撮像手段12の撮像面に配置された複数の画素に
個別に対応した複数の発光体221〜22N を有する照
明手段23と、複数の発光体221〜22Nを予め決めら
れた順序で回帰的に駆動し、その回帰に同期して照明光
学系23の焦点を走査する駆動制御手段24と、複数の
発光体221〜22Nの内、駆動制御手段24によって駆
動され、かつ撮像手段12によって出力された画像情報
で示される発光体の像を取り込み、複数の画素の内、そ
の像を示す画素の数を計数する照明領域検出手段25
と、複数の発光体221〜22Nの個々について、駆動制
御手段24によって走査された焦点の内、照明領域検出
手段25によって計数された数が最小となる焦点を個別
に求め、その焦点の下で照明光学系21が有する物点の
位置を求める位置算出手段26とを備えたことを特徴と
する。
FIG. 2 is a block diagram showing the principle of the invention described in claims 2, 4 to 7. The invention according to claim 2 is an imaging optical system 11 that optically captures a solid, and an imaging optical system 11
A stereoscopic image is captured as a two-dimensional image via the image pickup device 12 that outputs image information indicating the image, and an illumination optical system 21 whose optical axis intersects the image pickup optical system 11 and is coupled to the optical system.
And an illuminating means 23 having a plurality of light emitters 22 1 to 22 N, which are arranged in an image plane of the illumination optical system 21 with respect to a solid and individually correspond to a plurality of pixels arranged on the image pickup surface of the image pickup means 12. Drive control means 24 for recursively driving the plurality of light emitters 22 1 to 22 N in a predetermined order and scanning the focus of the illumination optical system 23 in synchronization with the return, and the plurality of light emitters 22. Of 1 to 22 N , the image of the illuminant which is driven by the drive control means 24 and which is output by the image pickup means 12 and which is indicated by the image information is taken in, and the number of pixels showing the image among the plurality of pixels is counted. Illumination area detecting means 25
Then, for each of the plurality of light emitters 22 1 to 22 N , the focus of which the number counted by the illumination area detection means 25 is the smallest among the focus scanned by the drive control means 24 is individually obtained, and the focus Position calculation means 26 for obtaining the position of the object point of the illumination optical system 21 is provided below.

【0012】図3は、請求項3〜7に記載の発明の原理
ブロック図である。請求項3に記載の発明は、立体を光
学的にとらえる撮像光学系11と、撮像光学系11が立
体に対して有する像平面に、複数の画素とこれらの画素
に個別に対応した複数の発光体とが配置されてなる照明
撮像素子31と、撮像光学系11と照明撮像素子31と
を介して立体を2次元の像としてとらえ、その像を示す
画像情報を出力する撮像手段32と、複数の発光体を予
め決められた順序で回帰的に駆動し、その回帰に同期し
て撮像光学系11の焦点を可変して走査する駆動制御手
段33と、複数の発光体の内、駆動制御手段33によっ
て駆動されて撮像手段32によって出力された画像情報
に示される発光体の像を取り込み、複数の画素の内、そ
の像を示す画素の数を計数する照明領域検出手段34
と、複数の発光体の個々について、駆動制御手段33に
よって走査された焦点の内、照明領域検出手段34によ
って計数された数が最小となる焦点を個別に求め、その
焦点の下で撮像光学系11が有する物点の位置を求める
位置算出手段35とを備えたことを特徴とする。
FIG. 3 is a principle block diagram of the invention described in claims 3 to 7. In the invention according to claim 3, a plurality of pixels and a plurality of light emission individually corresponding to these pixels are provided on the imaging optical system 11 that optically captures a solid, and the image plane that the imaging optical system 11 has with respect to the solid. An illumination image pickup element 31 in which a body is arranged, an image pickup means 32 that captures a stereoscopic image as a two-dimensional image through the image pickup optical system 11 and the illumination image pickup element 31, and outputs image information indicating the image. Drive control means 33 for recursively driving the illuminants in a predetermined order and changing the focus of the imaging optical system 11 in synchronization with the regression, and drive control means among the plurality of illuminants. Illumination region detection means 34 that captures the image of the light-emitting body that is driven by 33 and that is output by the image pickup means 32 and that is shown in the image information, and counts the number of pixels showing that image among a plurality of pixels.
For each of the plurality of light emitters, of the focal points scanned by the drive control means 33, the focal point where the number counted by the illumination area detection means 34 is the smallest is individually obtained, and the imaging optical system is operated under the focal points. The position calculation means 35 for calculating the position of the object point of the object 11 is provided.

【0013】請求項4に記載の発明は、請求項1ないし
請求項3の何れか1項に記載の三次元計測装置におい
て、複数の発光体から出射される光は、立体に定常的に
照射される照明光と撮像手段の波長領域の分解能以上異
なる波長を有することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the three-dimensional measuring apparatus according to any one of the first to third aspects, the light emitted from the plurality of light emitters is constantly applied to a solid. It has a wavelength different from the above-mentioned illumination light by at least the resolution of the wavelength region of the image pickup means.

【0014】請求項5に記載の発明は、請求項1ないし
請求項3の何れか1項に記載の三次元計測装置におい
て、駆動制御手段には、複数の発光体の個々について、
既知のビット列に基づいて駆動を断続する手段を含み照
明領域検出手段には、画素の輝度と既知のビット列との
相関に基づいて像を示す画素を識別する手段を含むこと
を特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the three-dimensional measuring apparatus according to any one of the first to third aspects, the drive control means includes a plurality of light emitters individually.
The illumination area detecting means includes means for intermittently driving based on a known bit string, and means for identifying a pixel showing an image based on the correlation between the luminance of the pixel and the known bit string.

【0015】請求項6に記載の発明は、請求項5に記載
の三次元計測装置において、既知のビット列は、自己相
関特性が急峻であり、かつ相互相関特性がなだらかであ
る符号であることを特徴とする。請求項7に記載の発明
は、請求項1ないし請求項6の何れか1項に記載の三次
元計測装置において、立体の相対距離を計測する測距手
段41と、三次元計測の開始に際して、測距手段41に
よって計測された相対距離の位置に対して撮像手段の撮
像面が合焦する位置に撮像光学系の位置を設定する焦点
粗調整手段43とを備えたことを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the three-dimensional measuring apparatus according to the fifth aspect, the known bit string is a code having a steep autocorrelation characteristic and a gentle cross-correlation characteristic. Characterize. According to a seventh aspect of the present invention, in the three-dimensional measuring device according to any one of the first to sixth aspects, the distance measuring unit 41 that measures the relative distance of the solid and the three-dimensional measurement is started. It is characterized by including a coarse focus adjusting means 43 for setting the position of the image pickup optical system at a position where the image pickup surface of the image pickup means is in focus with respect to the position of the relative distance measured by the distance measuring means 41.

【0016】(作用)請求項1に記載の発明にかかわる
三次元計測装置では、駆動制御手段16は、照明手段1
5を構成する複数の発光体141〜14Nを予め決められ
た順序で回帰的に駆動すると共に、その回帰に同期して
照明光学系13の焦点を走査する。このようにして駆動
された個々の発光体から出射された光は、その発光体が
上述した立体に対して照明光学系13が有する像平面に
位置するので何れもその立体の表面に照射され、かつ反
射して撮像光学系11を介して撮像手段12の撮像面に
達する。撮像手段12は、撮像面の内、このような光が
到達した領域を2次元の像としてとらえ、その像を示す
画像情報を出力する。
(Operation) In the three-dimensional measuring apparatus according to the first aspect of the present invention, the drive control means 16 includes the illumination means 1
The plurality of illuminants 14 1 to 14 N constituting 5 are recursively driven in a predetermined order, and the focus of the illumination optical system 13 is scanned in synchronization with the recurrence. The light emitted from each of the light-emitting bodies driven in this way is irradiated on the surface of the three-dimensional body because the light-emitting body is located in the image plane of the illumination optical system 13 with respect to the above-mentioned three-dimensional body. It also reflects and reaches the image pickup surface of the image pickup means 12 via the image pickup optical system 11. The image capturing means 12 captures a region where such light reaches on the image capturing surface as a two-dimensional image, and outputs image information indicating the image.

【0017】照明領域検出手段17は、このような像を
構成する画素の数を上述したように駆動制御手段16に
よって駆動された個々の発光体について計数する。位置
算出手段18は、複数の発光体141〜14Nの個々につ
いて、駆動制御手段16によって走査された焦点の内、
照明領域検出手段17が計数した画素の数が最小となる
焦点を個別に求め、その焦点の下で照明光学系13が有
する物点の位置を求める。
The illumination area detecting means 17 counts the number of pixels forming such an image for each light-emitting body driven by the drive control means 16 as described above. The position calculation means 18 determines, among the focal points scanned by the drive control means 16, each of the plurality of light emitters 14 1 to 14 N ,
The focus that minimizes the number of pixels counted by the illumination area detection unit 17 is individually obtained, and the position of the object point of the illumination optical system 13 is obtained under the focus.

【0018】これらの物点の位置は、上述した立体の表
面の内、駆動制御手段16によって設定された照明光学
系13の個々の焦点に対して合焦した領域と照明手段1
5の発光面との相対位置に相当するので、従来例のよう
に人手を介して対応点の組み合わせを設定することなく
非接触で自動的にその立体の位置や形状が三次元で計測
される。
The positions of these object points are the areas of the above-mentioned three-dimensional surface focused on the individual focal points of the illumination optical system 13 set by the drive control means 16 and the illumination means 1.
Since it corresponds to the relative position with respect to the light emitting surface of 5, the position and shape of the solid body are automatically measured in three dimensions in a non-contact manner without setting a combination of corresponding points through human hands unlike the conventional example. .

【0019】請求項2に記載の発明にかかわる三次元計
測装置では、照明光学系21の光軸が撮像光学系11の
光軸に交差し、かつこれらの光学系が光学的に結合する
点を除いて、請求項1に記載の三次元計測装置と基本的
な構成が同じである。すなわち、駆動制御手段24が行
う駆動の下で複数の発光体221〜22Nが個別に出射す
る光については、往路が照明光学系21と撮影光学系1
1とを介して形成され、かつ復路がその撮影光学系のみ
によって形成されるが、これらの光路は立体の表面に位
置する反射点を挟む特定の区間において共通であるの
で、請求項1に記載の三次元計測装置に比べてハードウ
エアの構成が簡略化されると共に、その立体の表面の起
伏に妨げられることなく非接触で自動的に三次元計測が
行われる。
In the three-dimensional measuring apparatus according to the second aspect of the present invention, the optical axis of the illumination optical system 21 intersects the optical axis of the image pickup optical system 11 and these optical systems are optically coupled. Except for the above, the basic configuration is the same as that of the three-dimensional measuring apparatus according to claim 1. That is, regarding the light individually emitted by the plurality of light emitters 22 1 to 22 N under the drive performed by the drive control unit 24, the illumination optical system 21 and the photographing optical system 1 are on the outward path.
1 and the return path is formed only by the photographing optical system, but these optical paths are common in a specific section sandwiching a reflection point located on the surface of the solid body, and therefore, the return path is defined in claim 1. The hardware configuration is simplified as compared with the three-dimensional measurement device described above, and the three-dimensional measurement is automatically performed in a non-contact manner without being hindered by the undulations of the surface of the solid body.

【0020】なお、本発明では、個々の構成要素は、上
記の点を除いて請求項1に記載の発明を構成して名称が
同じ各構成要素と同様の機能を有するので、ここではこ
れらの説明を省略する。請求項3に記載の発明にかかわ
る三次元計測装置では、請求項1、2に記載の三次元計
測装置に比べて、これらを構成する撮影光学系と照明光
学系とが併合されて撮影光学系11に一本化され、かつ
撮像手段と照明手段との光学的な部分が併合されて照明
撮像素子31に一本化されると共に、駆動制御手段33
が照明光学系に代えて撮影光学系11の焦点を可変する
点で異なる。
In the present invention, the individual constituent elements have the same functions as the constituent elements having the same name by constituting the invention described in claim 1 except for the above points, and therefore, these constituent elements will be described here. The description is omitted. In the three-dimensional measuring apparatus according to the third aspect of the present invention, compared with the three-dimensional measuring apparatus according to the first or second aspect, the taking optical system and the illumination optical system constituting them are combined and the taking optical system is combined. 11 and the optical parts of the image pickup means and the illumination means are merged into a single illumination image pickup element 31 and the drive control means 33.
Is different in that the focus of the photographing optical system 11 is changed instead of the illumination optical system.

【0021】しかし、照明撮像素子31に含まれる複数
の発光体の個々とこれらに対応した立体の表面との間に
おける物点と像点としての対応関係については、一般
に、撮像光学系11の焦点の下で双方向に互換性がある
ので、請求項2に記載の三次元計測装置に比べてさらに
ハードウエアの構成が簡略化され、かつ精度や環境につ
いて何ら制約が課されることなく三次元計測が行われ
る。
However, regarding the correspondence relationship between an object point and an image point between each of the plurality of light emitting elements included in the illumination image pickup device 31 and the corresponding three-dimensional surface, in general, the focus of the image pickup optical system 11 is considered. Since it is bidirectionally compatible with each other, the hardware configuration is further simplified as compared with the three-dimensional measuring apparatus according to claim 2, and the three-dimensional measurement is performed without any restriction on accuracy or environment. Measurement is performed.

【0022】なお、本発明では、個々の構成要素は、上
記の点を除いて請求項1、2に記載の発明を構成して名
称が同じ各構成要素と同様の機能を有するので、ここで
はこれらの説明を省略する。請求項4に記載の発明にか
かわる三次元計測装置では、複数の発光体から出射され
る光が立体に定常的に照射される照明光と撮像手段の波
長領域の分解能以上異なる波長を有するので、その立体
は、何らかの光で照明されている状態において確実に三
次元計測の対象となる。
In the present invention, each component has the same function as each component having the same name in the invention described in claims 1 and 2 except for the above points, and therefore, here, These explanations are omitted. In the three-dimensional measuring apparatus according to the invention described in claim 4, since the light emitted from the plurality of light emitters has a wavelength different from the illumination light that is steadily applied to the three-dimensional object by the resolution of the wavelength region of the imaging means, The solid is certainly a target for three-dimensional measurement when it is illuminated with some light.

【0023】請求項5に記載の発明にかかわる三次元計
測装置では、駆動制御手段は複数の発光体の駆動を個別
に既知のビット列に基づいて断続し、照明領域検出手段
はそのビット列と画素の輝度との相関をとることにより
これらの発光体によって個別に照明された領域の像を示
す画素を識別する。したがって、発光体から出射される
光と立体に定常的に照射されている照明光との波長の差
が無かったり撮像手段が識別できない程度に小さい場合
においても、その照明光の下において確度高く三次元計
測が行われる。
In the three-dimensional measuring apparatus according to the fifth aspect of the present invention, the drive control unit intermittently drives the plurality of light emitters based on a known bit string, and the illumination area detecting unit detects the bit string and the pixel. Pixels representing an image of the area individually illuminated by these illuminants are identified by correlation with brightness. Therefore, even if there is no difference in wavelength between the light emitted from the light-emitting body and the illumination light that is radiated to the solid body steadily or the image pickup means is indistinguishable from the light source, it is possible to obtain a highly accurate tertiary image under the illumination light. The original measurement is performed.

【0024】請求項6に記載の発明にかかわる三次元計
測装置では、請求項5に示す既知のビット列が、自己相
関特性が急峻であり、かつ相互相関特性がなだらかであ
る符号で与えられる。したがって、複数の発光体から立
体に照射される光の光路に光学的な雑音源や散乱源が介
在したり、その光の輝度が立体に定常的に照射されてい
る照明光の輝度に比べて著しく小さい場合においても、
上述した相関特性に基づいて確度高く三次元計測が行わ
れる。
In the three-dimensional measuring apparatus according to the sixth aspect of the present invention, the known bit string according to the fifth aspect is provided with a code having a steep autocorrelation characteristic and a gentle cross-correlation characteristic. Therefore, an optical noise source or a scattering source intervenes in the optical path of the light emitted from the plurality of light emitters to the solid, and the brightness of the light is higher than the brightness of the illumination light that is constantly applied to the solid. Even if it is extremely small,
Three-dimensional measurement is performed with high accuracy based on the above-mentioned correlation characteristics.

【0025】請求項7に記載の発明にかかわる三次元計
測装置では、請求項1〜6に記載の三次元計測装置にお
いて、測距手段41は立体の相対距離を計測し、焦点粗
調整手段43は、三次元計測の開始に際して、その相対
距離の位置に対して撮像手段の撮像面が合焦する位置に
撮像光学系の位置を設定する。したがって、立体の位置
が既知でなかったり変動する環境においても、その立体
の三次元計測が確実に行われる。
In the three-dimensional measuring apparatus according to the invention described in claim 7, in the three-dimensional measuring apparatus according to any one of claims 1 to 6, the distance measuring means 41 measures the relative distance of the three-dimensional object, and the coarse focus adjusting means 43. When the three-dimensional measurement is started, the position of the image pickup optical system is set at a position where the image pickup surface of the image pickup means is in focus with respect to the position of the relative distance. Therefore, even in an environment in which the position of the solid is unknown or fluctuates, the three-dimensional measurement of the solid is reliably performed.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態について詳細に説明する。図4は、請求項1、4
〜7に記載の発明に対応した実施形態を示す図である。
図において、図11に示すものと機能および構成が同じ
ものについては、同じ符号を付与して示し、ここではそ
の説明を省略する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing an embodiment corresponding to the inventions described in FIGS.
In the figure, components having the same functions and configurations as those shown in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted here.

【0027】本実施形態では電子カメラ100に代えて
電子カメラ50が備えられ、両者の構成の相違点は、リ
ニアセンサ106に代わるAFセンサモジュール51
と、メモリ109に代わるメモリ52と、制御部108
に代わる制御部53とが備えられ、光軸がレンズ101
の光軸と平行であるレンズ54と、そのレンズの焦点位
置を光軸に沿って可変するピント移動機構55と、レン
ズ101が撮像素子102の撮像面を像面として有する
物面に対してレンズ54が有する像面に出射面が設定さ
れた発光ダイオードアレイ56とが備えられ、その発光
ダイオードアレイとピント移動機構55との駆動入力が
制御部53の対応する出力に接続され、主ミラー10
3、ファインダ104および副ミラー105が備えられ
ずに構成された点にある。
In this embodiment, an electronic camera 50 is provided in place of the electronic camera 100, and the difference between the two configurations is that the AF sensor module 51 replaces the linear sensor 106.
A memory 52 that replaces the memory 109, and a control unit 108.
And a control unit 53 that replaces the optical axis of the lens 101.
Lens 54 that is parallel to the optical axis of the lens, a focus moving mechanism 55 that changes the focal position of the lens along the optical axis, and the lens 101 with respect to the object plane having the image pickup surface of the image pickup element 102 as the image plane. A light emitting diode array 56 having an emission surface set on the image plane of 54 is provided, and the drive inputs of the light emitting diode array and the focus moving mechanism 55 are connected to the corresponding outputs of the control unit 53, and the main mirror 10 is connected.
3, the finder 104 and the sub mirror 105 are not provided.

【0028】図5は、AFセンサモジュールの構成を示
す図である。図において、三次元計測の対象となる被写
体の表面に対する角度(ここでは、簡単のため、一方が
100度に固定して設定され、他方が測距の過程で可変
されるθであると過程する。)が互いに異なる光軸を有
するAFレンズ611、612と、これらのAFレンズの
光軸に個別に直交する受光面を有するラインセンサ62
1、622とに併せて、図示されない制御回路から構成さ
れる。
FIG. 5 is a diagram showing the structure of the AF sensor module. In the figure, an angle with respect to the surface of an object to be three-dimensionally measured (here, for simplicity, one is fixedly set to 100 degrees, and the other is θ which is variable during the distance measurement process. .) and AF lens 61 1, 61 2 having different optical axis from each other, the line sensor 62 having a light receiving surface perpendicular individually to the optical axis of the AF lens
Together with 1 and 62 2 , a control circuit (not shown) is formed.

【0029】図6は、発光ダイオードアレイの発光面の
構成を示す図である。図において、発光ダイオードアレ
イ56の発光面には、格子状に一定の間隔で複数の発光
ダイオード711〜71Nが配置される。なお、本実施形
態と図1に記載のブロック図との対応関係については、
レンズ101およびピント移動機構107は撮像光学系
11に対応し、撮像素子102および制御部53は撮像
手段12に対応し、レンズ54およびピント移動機構5
5は照明光学系13に対応し、発光ダイオードアレイ5
6は発光体141〜14Nを含む照明手段15に対応し、
制御部53およびメモリ52は駆動制御手段16および
照明領域検出手段17に対応し、図11に示す電子カメ
ラ100は位置算出手段18に対応し、AFセンサモジ
ュール51および制御部53は測距手段41に対応し、
制御部53およびピント移動機構107は焦点粗調整手
段43に対応する。
FIG. 6 is a diagram showing the structure of the light emitting surface of the light emitting diode array. In the figure, on the light emitting surface of the light emitting diode array 56, a plurality of light emitting diodes 71 1 to 71 N are arranged in a grid pattern at regular intervals. The correspondence between the present embodiment and the block diagram shown in FIG. 1 is as follows.
The lens 101 and the focus moving mechanism 107 correspond to the image pickup optical system 11, the image pickup element 102 and the control unit 53 correspond to the image pickup means 12, and the lens 54 and the focus moving mechanism 5 are provided.
5 corresponds to the illumination optical system 13, and is a light emitting diode array 5
6 corresponds to the illumination means 15 including the light emitters 14 1 to 14 N ,
The control unit 53 and the memory 52 correspond to the drive control unit 16 and the illumination area detecting unit 17, the electronic camera 100 shown in FIG. 11 corresponds to the position calculating unit 18, and the AF sensor module 51 and the control unit 53 include the distance measuring unit 41. Corresponding to
The control unit 53 and the focus moving mechanism 107 correspond to the focus coarse adjusting unit 43.

【0030】図7は、請求項1、4〜7に記載の発明に
対応した実施形態の動作フローチャート(1) である。図
8は、請求項1、4〜7に記載の発明に対応した実施形
態の動作フローチャート(2) である。以下、図4〜図8
を参照して請求項1、7に記載の発明に対応した本実施
形態の動作を説明する。
FIG. 7 is an operation flowchart (1) of the embodiment corresponding to the invention described in claims 1, 4 to 7. FIG. 8 is an operation flowchart (2) of the embodiment corresponding to the invention described in claims 1, 4 to 7. Hereinafter, FIGS.
The operation of this embodiment corresponding to the invention described in claims 1 and 7 will be described with reference to FIG.

【0031】メモリ52には、撮像素子102によって
撮像されたフレーム単位の画像情報が格納されるフレー
ムレジスタに併せて、後述する距離レジスタと計測レジ
スタとが予め形成される。まず、制御部53は、AFセ
ンサモジュール51を起動する(図7(1))。AFセンサ
モジュール51は、その起動に応じてAFレンズ612
の光軸の交差角を可変しつつラインセンサ621、622
によって個別に撮像された像の相関をとり、両者が一致
すると、その時点における交差度θとこれらのラインセ
ンサの撮像面の間の距離Lに対して D=L・tanθ の式で示される算術演算を行うことにより、被写体の表
面との相対距離Dを求めると共に、その相対距離を制御
部53に与える。
In the memory 52, a distance register and a measurement register, which will be described later, are formed in advance in addition to the frame register in which the image information of each frame captured by the image sensor 102 is stored. First, the control unit 53 activates the AF sensor module 51 (FIG. 7 (1)). The AF sensor module 51 responds to the activation by the AF lens 61 2
Line sensors 62 1 , 62 2 while varying the crossing angle of the optical axes of
Correlation of the images captured individually by, and if they match, the intersection degree θ at that point and the distance L between the imaging planes of these line sensors are calculated by the formula D = L · tan θ. By performing the calculation, the relative distance D to the surface of the subject is obtained, and the relative distance is given to the control unit 53.

【0032】制御部53は、このような相対距離Dで示
される点に位置する被写体に対して撮像素子102の撮
像面にレンズ101が像面を形成する位置に、そのレン
ズの焦点位置をピント移動機構107を介して設定する
(図7(2))。また、制御部53は、上述した距離Dより
予め決められた値だけ大きな距離で示される点に位置す
る仮想的な物体に対する像面が発光ダイオードアレイ5
6の受光面に形成される位置に、レンズ54の位置をピ
ント移動機構55を介して設定する(図7(3))。
The control unit 53 focuses the focal point of the lens at a position where the lens 101 forms an image plane on the image pickup surface of the image pickup element 102 with respect to the subject located at the point indicated by the relative distance D. It is set via the moving mechanism 107 (FIG. 7 (2)). Further, the control unit 53 causes the light emitting diode array 5 to have an image plane for a virtual object located at a point indicated by a distance larger than the distance D by a predetermined value.
The position of the lens 54 is set at the position formed on the light receiving surface of 6 through the focus moving mechanism 55 (FIG. 7 (3)).

【0033】さらに、制御部53は、撮像素子102か
ら与えられる画像情報をレンズ101の位置に対応付け
て上述したフレームレジスタに格納し(図7(4))、かつ
発光ダイオード711〜71Nの内、これらの発光ダイオ
ードについて予め決められた走査の順位の下で先頭に相
当するものを駆動する(図7(5))。このようにして駆動
された発光ダイオードから出射された光(以下、このよ
うにして光を出射している発光ダイオードを「点灯素
子」という。)は、レンズ54を介して被写体の表面に
到達し、さらに、その表面で反射してレンズ101を介
して撮像素子102の撮像面に到達する。
Further, the control unit 53 stores the image information given from the image pickup device 102 in the above frame register in association with the position of the lens 101 (FIG. 7 (4)), and the light emitting diodes 71 1 to 71 N. Of these, the light emitting diode corresponding to the head under the predetermined scanning order is driven (FIG. 7 (5)). The light emitted from the light emitting diode driven in this manner (hereinafter, the light emitting diode emitting light in this manner is referred to as a “lighting element”) reaches the surface of the subject through the lens 54. Further, the light is reflected by the surface and reaches the image pickup surface of the image pickup element 102 via the lens 101.

【0034】制御部53は、撮像素子102の撮像面に
配置された画素の内、上述した光を受光できた画素(以
下、このような画素の集合からなる撮像面の領域を「照
明領域」という。)の数を計数し、その数を発光ダイオ
ード711〜71Nの内、その時点で上述したように駆動
されているものと、レンズ54の位置とに対応付けて計
測レジスタに格納する(図7(6))。
Of the pixels arranged on the image pickup surface of the image pickup element 102, the control unit 53 is a pixel that can receive the above-mentioned light (hereinafter, the area of the image pickup surface composed of such a group of pixels is referred to as an “illumination area”). Of the light emitting diodes 71 1 to 71 N , which are driven as described above at that time and the position of the lens 54, and stored in the measurement register. (Fig. 7 (6)).

【0035】さらに、制御部53は、その時点で点灯素
子が上述した順位の末尾に相当するか否かを判別し(図
7(7))、その判別の結果が偽である場合には、発光ダイ
オード711〜71Nの内、駆動の対象を後続する順位の
発光ダイオードに切り替える(図7(8))と共に、上述し
た一連の処理(図7(6)〜(8))を反復する。また、制御
部53は、上述した判別の結果が真である場合には、レ
ンズ101の位置と、その位置に対応付けられてフレー
ムレジスタに格納された画像情報と、このような位置と
点灯素子とに対応付けられて計測レジスタに格納された
数とを読み出し、これらをパーソナルコンピュータ11
0に向けて送出する(図7(9))。
Further, the control unit 53 determines whether or not the lighting element corresponds to the end of the above-mentioned order at that time (FIG. 7 (7)). If the result of the determination is false, Of the light emitting diodes 71 1 to 71 N , the driving target is switched to the light emitting diode of the subsequent order (FIG. 7 (8)), and the series of processes described above (FIGS. 7 (6) to (8)) are repeated. . Further, when the result of the above-mentioned determination is true, the control unit 53, the position of the lens 101, the image information stored in the frame register in association with the position, the position and the lighting element. And the number stored in the measurement register in association with the
It is sent toward 0 (Fig. 7 (9)).

【0036】さらに、制御部53は、レンズ101の位
置がその可変範囲の末端に相当するか否かを判別し(図
7(10)、その結果が偽である場合には、ピント移動機構
55を介してレンズ54の位置を予め決められた間隔だ
け撮像素子102の方向に可変する(図7(11)) と共
に、ピント移動機構107を介してレンズ101の位置
を更新し(図7(4)) 、かつ図7(5)〜(11) に示す一連の
処理を反復するが、反対に真である場合には、その旨を
パーソナルコンピュータ110に通知する。
Further, the control section 53 determines whether or not the position of the lens 101 corresponds to the end of the variable range (FIG. 7 (10), and if the result is false, the focus moving mechanism 55. The position of the lens 54 is changed in the direction of the image sensor 102 by a predetermined interval via the lens (FIG. 7 (11)), and the position of the lens 101 is updated via the focus moving mechanism 107 (see FIG. )) And the series of processes shown in FIGS. 7 (5) to 7 (11) is repeated, but when the result is true, the personal computer 110 is notified of that fact.

【0037】一方、パーソナルコンピュータ110は、
制御部53によって送出されたレンズ101の位置と、
その位置に対応付けられた画像情報と、レンズ54の位
置と点灯素子とに対応付けられた画素の数とを逐次取り
込んで蓄積する(図8(1))。さらに、パーソナルコンピ
ュータ110は、上述した通知を認識すると、これらの
画素の数を個別に対応付けられた点灯素子毎の集合に分
割し(図8(2))、これらの集合毎について最小値に対応
付けられたレンズ54の位置を求める(図8(3))。
On the other hand, the personal computer 110 is
The position of the lens 101 sent by the control unit 53,
The image information associated with the position and the number of pixels associated with the position of the lens 54 and the lighting element are sequentially captured and accumulated (FIG. 8 (1)). Further, when the personal computer 110 recognizes the above-mentioned notification, the personal computer 110 divides the number of these pixels into individually associated sets of lighting elements (FIG. 8 (2)), and sets the minimum value for each of these sets. The associated position of the lens 54 is obtained (FIG. 8 (3)).

【0038】また、パーソナルコンピュータ110は、
レンズ54がとり得る個々の位置について、個々の点灯
素子の出射口に個別に対応して(レンズ54が有する像
点について、その像点を物点として)レンズ101が撮
像素子102の撮像面に形成する像点の対応関係が予め
与えられ、その対応関係を上述したように求められた位
置に適用することにより、これらの転送素子に個別に対
応した被写体の表面の位置を求める(図8(4))。
Further, the personal computer 110 is
With respect to each possible position of the lens 54, the lens 101 is provided on the image pickup surface of the image pickup element 102 in correspondence with the exit of each lighting element (for the image point of the lens 54, the image point is the object point). Correspondences of the image points to be formed are given in advance, and the correspondences are applied to the positions obtained as described above, thereby obtaining the positions of the surface of the subject individually corresponding to these transfer elements (see FIG. 8 ( Four)).

【0039】このように本実施形態によれば、発光ダイ
オードアレイから出射された光が照射される被写体の表
面の領域が電子的にかつ高速に所定の順序で走査され、
かつ効率的に確実に三次元計測が行われる。なお、本実
施形態では、三次元計測の開始に際してレンズ54の位
置がその光軸とレンズ101の光軸とに沿って若干異な
る位置に設定されているが、本発明はこのような構成に
限定されず、例えば、AFセンサモジュール51によっ
て計測された相対距離Dが凹凸がある被写体の表面の
内、最深部について計測されたことが明白である場合に
は、これらのレンズの焦点位置が両光軸上で等しく設定
されても良い。
As described above, according to the present embodiment, the surface area of the subject irradiated with the light emitted from the light emitting diode array is electronically and rapidly scanned in a predetermined order,
Also, three-dimensional measurement can be performed efficiently and reliably. In the present embodiment, the position of the lens 54 is set to a slightly different position along the optical axis of the lens 54 and the optical axis of the lens 101 at the start of the three-dimensional measurement, but the present invention is limited to such a configuration. However, for example, when it is clear that the relative distance D measured by the AF sensor module 51 is measured at the deepest part of the surface of the subject having irregularities, the focal positions of these lenses are determined by both light beams. They may be set equally on the axis.

【0040】また、本実施形態では、被写体の三次元計
測の結果がパーソナルコンピュータ110が行うバッジ
処理に基づいて算出されているが、本発明はこのような
構成に限定されず、例えば、制御部53がこのような処
理を適宜行う構成とすることもできる。図9は、請求項
2、4〜7に記載の発明に対応した実施形態を示す図で
ある。
Further, in the present embodiment, the result of the three-dimensional measurement of the subject is calculated based on the badge processing performed by the personal computer 110, but the present invention is not limited to such a configuration and, for example, the control unit. The configuration may be such that 53 performs such processing as appropriate. FIG. 9 is a diagram showing an embodiment corresponding to the invention described in claims 2, 4 to 7.

【0041】図において、図4に示すものと機能および
構成が同じものについては、同じ符号を付与し、ここで
はその説明を省略する。本実施形態と図4に示す実施形
態との構成の相違点は、制御部53に代えて制御部81
が備えられ、レンズ101と撮像素子102の撮像面と
で挟まれたそのレンズの光軸にはハーフミラー82が介
装され、このようなハーフミラーによって形成されたそ
の光軸の分岐路にレンズ54と発光ダイオードアレイ5
6とが配置された点にある。
In the figure, parts having the same functions and configurations as those shown in FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted here. The difference between the present embodiment and the embodiment shown in FIG. 4 is the control unit 81 instead of the control unit 53.
Is provided, and a half mirror 82 is interposed on the optical axis of the lens sandwiched between the lens 101 and the image pickup surface of the image pickup element 102, and a lens is formed on a branch path of the optical axis formed by such a half mirror. 54 and light emitting diode array 5
6 and 6 are located.

【0042】なお、本実施形態と図2に示すブロック図
との対応関係については、レンズ101およびピント移
動機構107は撮像光学系11に対応し、撮像素子10
2および制御部81は撮像手段12に対応し、ハーフミ
ラー82、レンズ54およびピント移動機構55は照明
光学系21に対応し、発光ダイオードアレイ56は発光
体221〜22Nを含む照明手段23に対応し、制御部8
1およびメモリ52は駆動制御手段24および照明領域
検出手段25に対応し、パーソナルコンピュータ110
は位置算出手段26に対応し、AFセンサモジュール5
1および制御部81は測距手段41に対応し、制御部8
1およびピント移動機構107は焦点粗調整手段43に
対応する。
Regarding the correspondence relationship between this embodiment and the block diagram shown in FIG. 2, the lens 101 and the focus moving mechanism 107 correspond to the image pickup optical system 11, and the image pickup element 10 is provided.
2 and the control unit 81 correspond to the imaging unit 12, the half mirror 82, the lens 54 and the focus moving mechanism 55 correspond to the illumination optical system 21, and the light emitting diode array 56 includes the illumination unit 23 including the light emitters 22 1 to 22 N. Corresponding to the control unit 8
1 and the memory 52 correspond to the drive control means 24 and the illumination area detection means 25, and are connected to the personal computer 110.
Corresponds to the position calculation means 26, and the AF sensor module 5
1 and the control unit 81 correspond to the distance measuring means 41, and the control unit 8
1 and the focus moving mechanism 107 correspond to the focus coarse adjusting means 43.

【0043】以下、請求項2に記載の発明に対応した本
実施形態の動作を説明する。本実施形態では、発光ダイ
オードアレイ56から出射された光は、レンズ54、ハ
ーフミラー82およびレンズ101を介して被写体に照
射される。制御部81は、このようにレンズ54、ハー
フミラー82およびレンズ101から構成される実体的
な照明系の光学系を請求項1に記載の発明に対応した実
施形態と同様に制御し、かつ図7に示す手順に基づいて
レンズ101の位置と、その位置に対応付けられてフレ
ームレジスタに格納された画像情報と、点灯素子に対応
付けられて計測レジスタに格納された数とをパーソナル
コンピュータ110に向けて送出する。
The operation of this embodiment corresponding to the invention described in claim 2 will be described below. In the present embodiment, the light emitted from the light emitting diode array 56 is applied to the subject through the lens 54, the half mirror 82, and the lens 101. The control unit 81 controls the optical system of the substantial illumination system including the lens 54, the half mirror 82, and the lens 101 in the same manner as in the embodiment corresponding to the invention according to claim 1, and Based on the procedure shown in FIG. 7, the position of the lens 101, the image information stored in the frame register in association with the position, and the number stored in the measurement register in association with the lighting element are stored in the personal computer 110. To send.

【0044】なお、パーソナルコンピュータ110が行
う処理の手順については、図8に示すものと同じである
から、ここではその説明を省略する。このように本実施
形態では、照明系と撮像系との光学系の一部が共用され
てハードウエアの構成が簡略化され、請求項1に記載の
発明に対応した実施形態において、これらの光学系が分
離されていたために被写体の照明領域にその領域の凹凸
に起因して無用に影が形成されたり、計測の誤差が生じ
る原因が排除される。
Since the procedure of the processing performed by the personal computer 110 is the same as that shown in FIG. 8, its explanation is omitted here. As described above, in the present embodiment, a part of the optical system of the illumination system and the optical system of the imaging system is shared and the hardware configuration is simplified. In the embodiment corresponding to the invention described in claim 1, these optical systems are provided. Since the systems are separated, the cause of unnecessary shadow formation in the illumination area of the subject due to the unevenness of the area and the cause of measurement error are eliminated.

【0045】したがって、本実施形態では、被写体の形
状にかかわる制約が大幅に緩和され、かつ請求項1に記
載の発明に対応した実施形態と同様にしてその被写体の
三次元計測が行われる。図10は、請求項3〜7に記載
の発明に対応した実施形態を示す図である。
Therefore, in the present embodiment, the restrictions relating to the shape of the subject are greatly relaxed, and three-dimensional measurement of the subject is performed in the same manner as the embodiment corresponding to the invention described in claim 1. FIG. 10 is a diagram showing an embodiment corresponding to the invention described in claims 3 to 7.

【0046】図において、図4に示すものと機能および
構成が同じものについては、同じ符号を付与して示し、
ここではその説明を省略する。本実施形態と図4に示す
実施形態との構成の相違点は、制御部53に代えて制御
部91が備えられ、撮像素子102に代えて照明撮像素
子92が備えられ、レンズ54、ピント移動機構55お
よび発光ダイオードアレイ56が備えられずに構成され
た点にある。
In the figure, parts having the same functions and configurations as those shown in FIG. 4 are designated by the same reference numerals,
Here, the description is omitted. The difference between the present embodiment and the embodiment shown in FIG. 4 is that a control unit 91 is provided instead of the control unit 53, an illumination image pickup device 92 is provided instead of the image pickup device 102, a lens 54, and focus movement. The point is that the mechanism 55 and the light emitting diode array 56 are not provided.

【0047】なお、本実施形態と図3に示すブロック図
との対応関係については、レンズ101およびピント移
動機構107は撮像光学系11に対応し、照明撮像素子
92は照明撮像素子31に対応し、制御部91および照
明撮像素子92は撮像手段32に対応し、制御部91お
よびピント移動機構107は駆動制御手段33に対応
し、制御部91およびメモリ52は照明領域検出手段3
4に対応し、パーソナルコンピュータ110は位置算出
手段35に対応し、AFセンサモジュール51および制
御部91は測距手段41に対応し、制御部91およびピ
ント移動機構107は焦点粗調整手段43に対応する。
Regarding the correspondence between this embodiment and the block diagram shown in FIG. 3, the lens 101 and the focus moving mechanism 107 correspond to the image pickup optical system 11, and the illumination image pickup element 92 corresponds to the illumination image pickup element 31. The control unit 91 and the illumination image pickup device 92 correspond to the image pickup unit 32, the control unit 91 and the focus moving mechanism 107 correspond to the drive control unit 33, and the control unit 91 and the memory 52 include the illumination area detection unit 3.
4, the personal computer 110 corresponds to the position calculating unit 35, the AF sensor module 51 and the control unit 91 correspond to the distance measuring unit 41, and the control unit 91 and the focus moving mechanism 107 correspond to the coarse focus adjusting unit 43. To do.

【0048】以下、本実施形態の動作を説明する。照明
撮像素子92は、レンズ101の光軸に沿って形成され
る光路を二分して2つの分岐路を形成するハーフミラー
(図示されない。)と、これらの分岐路の一方に配置さ
れた撮像素子と、他方に配置されてその撮像素子が有す
る個々の画素に光学的に対応した発光ダイオードの集合
とから構成される。
The operation of this embodiment will be described below. The illumination image sensor 92 is a half mirror (not shown) that divides an optical path formed along the optical axis of the lens 101 into two branched paths, and an image sensor arranged on one of these branched paths. And a set of light emitting diodes arranged on the other side and optically corresponding to the individual pixels of the image pickup device.

【0049】したがって、これらの発光ダイオードから
個別に出射された光は、上述したハーフミラー、レンズ
101、被写体の表面の対応する領域およびレンズ10
1を介してハーフミラーに到達し、さらに、その発光ダ
イオードに対応した画素に到達する。一方、制御部91
は、ピント移動機構55を介してレンズ54の位置を設
定する処理(図7(3))を省略し、かつそのレンズの焦点
位置を設定したり更新する処理(図7(6)、(11)) をレン
ズ101について行うことにより、請求項1に記載の発
明に対応した実施形態とほぼ同様の演算を行う。
Therefore, the light individually emitted from these light emitting diodes is the half mirror, the lens 101, the corresponding region on the surface of the subject and the lens 10 described above.
It reaches the half mirror through 1, and further reaches the pixel corresponding to the light emitting diode. On the other hand, the control unit 91
Omits the process (FIG. 7 (3)) of setting the position of the lens 54 via the focus moving mechanism 55, and sets or updates the focus position of the lens (FIG. 7 (6), (11)). )) Is performed on the lens 101, the substantially same calculation as that of the embodiment corresponding to the invention described in claim 1 is performed.

【0050】すなわち、本実施形態によれば、被写体の
照明とその照明の対象となった領域の撮像とにかかわる
光学系が一体化され、かつ位置を可変すべきレンズの数
が減少するので、制御部53が行うべき処理の手順が簡
略化されて応答性が高められる。以下、図4を参照して
請求項4に記載の発明に対応した実施形態について説明
する。
That is, according to the present embodiment, the optical system relating to the illumination of the subject and the image pickup of the area targeted for the illumination is integrated, and the number of lenses whose positions are variable is reduced. The procedure of the process to be performed by the control unit 53 is simplified and the responsiveness is improved. Hereinafter, an embodiment corresponding to the invention described in claim 4 will be described with reference to FIG.

【0051】本実施形態では、発光ダイオードアレイ5
6の発光面に配置された発光ダイオード711〜71
Nは、撮像素子102が受光することができる光の内、
例えば、赤外線のように、波長が可視光と異なる光を出
射する。すなわち、三次元計測の対象となる被写体に定
常的に照射される照明光にこのような波長領域の成分が
含まれない場合には、発光ダイオードアレイ56から出
射された光が照射される被写体の表面の領域の像は、そ
の照明光による擾乱を受けることなく鮮明に撮像素子1
02によって撮像される。
In this embodiment, the light emitting diode array 5 is used.
Light emitting diodes 71 1 to 71 arranged on the light emitting surface of
N is the light that the image sensor 102 can receive,
For example, it emits light having a wavelength different from that of visible light, such as infrared light. That is, when the illumination light that is radiated constantly to the subject that is the target of the three-dimensional measurement does not include such a component in the wavelength region, the light that is emitted from the light-emitting diode array 56 is radiated to the subject. The image of the surface area is clear without being disturbed by the illumination light.
It is imaged by 02.

【0052】したがって、本実施形態によれば、被写体
の位置、形状、寸法、重量その他に起因する三次元計測
の環境や条件(例えば、時間帯、照明光の遮断や変更)
の制約が、大幅に軽減され、かつ測定の精度が高められ
る。なお、本実施形態では、図4に示す実施形態に請求
項4に記載の発明が適用されているが、本発明はこのよ
うな構成に限定されず、例えば、図9および図10に示
す実施形態についても同様に適用可能である。
Therefore, according to this embodiment, the environment and conditions of the three-dimensional measurement due to the position, shape, size, weight, etc. of the subject (for example, time zone, interruption or change of illumination light)
The restriction of is greatly reduced and the accuracy of measurement is improved. In the present embodiment, the invention described in claim 4 is applied to the embodiment shown in FIG. 4, but the present invention is not limited to such a configuration, and for example, the embodiment shown in FIGS. 9 and 10. The same can be applied to the form.

【0053】以下、図4を参照して請求項5に記載の発
明に対応した実施形態について説明する。本実施形態で
は、制御部53は、発光ダイオード711〜71Nについ
ては、請求項1〜4に記載の発明に対応した実施形態の
ように一定の期間に渡って連続に駆動電力を供給する駆
動は行わず、その駆動電力の供給を予め決められたビッ
ト列に基づいて断続する。
An embodiment corresponding to the invention described in claim 5 will be described below with reference to FIG. In the present embodiment, the control unit 53 for the light emitting diode 71 1 -71 N, and supplies drive power to the continuously over a period of time as in the embodiment of the invention according to claim 1 No driving is performed, and the supply of the driving power is intermittently performed based on a predetermined bit string.

【0054】また、制御部53は、このようにして起動
変調された照明光が照明された被写体の表面の像につい
ては、定常的な輝度では判別せず、画素毎に上述した符
号との相関をとることにより判別する。すなわち、本実
施形態によれば、発光ダイオードアレイ56から出射さ
れる照明光と被写体に定常的に照射される照明光との波
長の異同や輝度の比の如何にかかわらず、請求項4に記
載の発明に対応した実施形態と同様にして、三次元計測
の環境や条件の制約が大幅に軽減され、かつ測定の精度
が高められると共に、発光ダイオードアレイ56、撮像
素子102その他の光学素子の選択にかかわる自由度が
高められる。
Further, the control unit 53 does not discriminate the image of the surface of the subject illuminated by the illumination light thus start-up-modulated by the steady luminance, and correlates it with the above-mentioned code for each pixel. It is determined by taking. That is, according to this embodiment, regardless of the difference in the wavelength of the illumination light emitted from the light emitting diode array 56 and the illumination light that is radiated to the subject steadily or the ratio of the luminance, In the same manner as the embodiment corresponding to the invention described above, restrictions on the environment and conditions for three-dimensional measurement are significantly reduced, the accuracy of measurement is improved, and the selection of the light emitting diode array 56, the image sensor 102, and other optical elements. The degree of freedom related to

【0055】なお、本実施形態では、図4に示す実施形
態に請求項5に記載の発明が適用されているが、本発明
はこのような構成に限定されず、例えば、図9および図
10に示す実施形態についても同様に適用可能である。
また、本実施形態では、発光ダイオード711〜71N
対する駆動電力の供給が上述したビット列に基づいて断
続されているが、本発明はこのような符号に限定され
ず、例えば、被写体に定常的に照射される照明光と同じ
波長の光がこれらの発光ダイオードから照射されたりそ
の光のエネルギーが微小であり、さらに、被写体と本発
明にかかわる三次元計測装置との相対距離が大きいため
にSN比が十分にとれない可能性がある場合には、自己
相関特性が急峻であり、かつ相互相関特性がなだらかで
あると共に、発光ダイオードアレイ56や撮像素子10
2の応答特性の下で所望の計測速度が確保できる程度に
短い語長を有するPNコードやゴールド符号を適用して
もよい。
In the present embodiment, the invention described in claim 5 is applied to the embodiment shown in FIG. 4, but the present invention is not limited to such a configuration, and for example, FIGS. 9 and 10 are used. It is similarly applicable to the embodiment shown in FIG.
Further, in the present embodiment, the supply of driving power to the light emitting diodes 71 1 -71 N are intermittently based on the bit sequence described above, the present invention is not limited to such a code, for example, stationary on the subject The light having the same wavelength as that of the illumination light is emitted from these light emitting diodes, the energy of the light is very small, and the relative distance between the object and the three-dimensional measuring apparatus according to the present invention is large, so that SN If the ratio may not be sufficient, the autocorrelation characteristic is steep, the cross-correlation characteristic is gentle, and the light-emitting diode array 56 and the image pickup device 10 are provided.
A PN code or Gold code having a word length short enough to ensure a desired measurement speed under the response characteristic of 2 may be applied.

【0056】さらに、上述した各実施形態では、制御部
53、81、91は、レンズ54、レンズ101の位置
を認識しつつ処理を行っているが、本発明はこのような
処理の手順に限定されず、ピント移動機構55、107
については、これらのレンズが撮像素子102の撮像面
に配置された個々の画素や点灯素子に対して有する物点
の相対的な位置の指定ができれば、どのような手順であ
ってもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the control units 53, 81 and 91 perform the processing while recognizing the positions of the lens 54 and the lens 101, but the present invention is limited to the procedure of such processing. Instead, the focus moving mechanism 55, 107
With respect to, any procedure may be used as long as these lenses can specify the relative position of an object point with respect to each pixel or lighting element arranged on the image pickup surface of the image pickup element 102.

【0057】また、上述した各実施形態では、発光ダイ
オードアレイ56が可視光を出射しているが、本発明は
このような発光ダイオードアレイに限定されず、撮像素
子102がレンズ54、101を介して確実に受光でき
るならば、例えば、赤外線その他の如何なる波長の光を
出射する素子も同様にして適用可能である。さらに、上
述した各実施形態では、撮像素子102の画素の間隔は
発光ダイオード711〜71Nの間隔に等しく、かつ撮像
面と出射面とにおける両者の配置が同じに設定されてい
るが、本発明はこのような構成に限定されず、間隔につ
いては前者が後者より小さく、三次元計測の誤差が許容
される程度に抑えられるならば、両者の配置関係は必ず
しも幾何学的に相似していなくてもよい。
In each of the above-described embodiments, the light emitting diode array 56 emits visible light. However, the present invention is not limited to such a light emitting diode array, and the image pickup device 102 includes the lenses 54 and 101. If it can reliably receive light, for example, an element that emits light of any wavelength such as infrared rays can be similarly applied. Furthermore, in each of the above-described embodiments, the distance between the pixels of the image sensor 102 is equal to the distance between the light emitting diodes 71 1 to 71 N , and the arrangements of both the image pickup surface and the light exit surface are set to be the same. The invention is not limited to such a configuration, and if the former is smaller than the latter with respect to the interval and the error of the three-dimensional measurement is suppressed to an acceptable level, the positional relationship between the two is not necessarily geometrically similar. May be.

【0058】また、上述した各実施形態では、撮像素子
102から出射される光と被写体に定常的に照射される
照明光との波長や輝度の比が何ら記述されていないが、
両者が何らかの画像処理を施すことにより確実に峻別で
きるならば、これらの波長および輝度の比については何
ら制約はない。したがって、発光ダイオードアレイ56
については、発光素子が所望の間隔でアレイ状に配置さ
れ、かつ個別に駆動することが可能であって上述した波
長および輝度で光を出射できるならば、如何なる素子に
よっても代用が可能である。
Further, in each of the above-mentioned embodiments, the ratio of the wavelength and the brightness of the light emitted from the image pickup element 102 and the illumination light which is radiated constantly to the subject is not described at all.
If both can be surely distinguished by performing some kind of image processing, there is no restriction on the ratio of these wavelengths and luminance. Therefore, the light emitting diode array 56
With regard to the above, as long as the light emitting elements are arranged in an array at desired intervals and can be individually driven and can emit light with the above-mentioned wavelength and luminance, any element can be substituted.

【0059】[0059]

【発明の効果】上述したように請求項1に記載の発明で
は、従来例のように人手を介して対応点の組み合わせを
設定することなく非接触で自動的にその立体の位置や形
状が三次元で計測される。また、請求項2に記載の発明
では、請求項1に記載の三次元計測装置に比べてハード
ウエアの構成が簡略化され、かつ立体の表面の起伏に妨
げられることなく自動的に立体の位置や形状が三次元で
計測される。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the position and shape of the three-dimensional solid are automatically cubical without contact without setting a combination of corresponding points through human hands unlike the conventional example. Measured at the original. Further, in the invention described in claim 2, as compared with the three-dimensional measuring apparatus described in claim 1, the hardware configuration is simplified, and the position of the solid is automatically adjusted without being disturbed by the undulation of the surface of the solid. And shape are measured in three dimensions.

【0060】さらに、請求項3に記載の発明では、請求
項2に記載の三次元計測装置に比べて、三次元計測の精
度や環境にかかわる制約が緩和され、かつハードウエア
の構成が簡略化される。また、請求項4に記載の発明で
は、立体が何らかの光で定常的に照明されている環境に
おいても、確実にその立体の三次元計測が行われる。
Further, in the invention described in claim 3, as compared with the three-dimensional measuring apparatus according to claim 2, restrictions relating to the accuracy of the three-dimensional measurement and the environment are relaxed, and the hardware configuration is simplified. To be done. Further, in the invention according to claim 4, the three-dimensional measurement of the solid is surely performed even in an environment in which the solid is constantly illuminated with some light.

【0061】さらに、請求項5に記載の発明では、発光
体から出射される光と立体に定常的に照射されている照
明光との波長の差が無かったり撮像手段が識別できない
程度に小さい場合においても、その照明光の下において
確度高く三次元計測が行われる。また、請求項6に記載
の発明では、複数の発光体から立体に照射される光の光
路に光学的な雑音源や散乱源が介在したり、その光の輝
度が立体に定常的に照射されている照明光の輝度に比べ
て著しく小さい場合においても確度高く三次元計測が行
われる。
Further, in the invention described in claim 5, when there is no difference in wavelength between the light emitted from the light-emitting body and the illumination light which is radiated steadily on the three-dimensional object, or when the image pickup means cannot identify it. Also in 3D, the three-dimensional measurement is performed with high accuracy under the illumination light. Further, in the invention according to claim 6, an optical noise source or a scattering source intervenes in the optical path of the light emitted from the plurality of light emitters to the solid body, or the brightness of the light is constantly emitted to the solid body. Even if the brightness of the illuminating light is extremely small, the three-dimensional measurement is performed with high accuracy.

【0062】さらに、請求項7に記載の発明では、立体
の位置が既知でなかったり変動する環境においても、そ
の立体の三次元計測が確実に行われる。すなわち、計測
の所要工数の増加を抑えつつ容易に精度よく立体の形状
やその表面の各部の位置について三次元計測が行われる
ので、これらの発明が適用された三次元計測装置につい
ては、高い価格性能比および信頼性が得られ、適用分野
の拡大がはかられる。
Furthermore, in the invention according to the seventh aspect, the three-dimensional measurement of the solid is surely performed even in an environment where the position of the solid is unknown or fluctuates. That is, since the three-dimensional measurement of the three-dimensional shape and the position of each part of the surface is easily and accurately performed while suppressing an increase in the required number of measurement steps, the three-dimensional measuring device to which these inventions are applied is expensive. The performance ratio and reliability can be obtained, and the application field can be expanded.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】請求項1、4〜7に記載の発明の原理ブロック
図である。
FIG. 1 is a block diagram showing the principle of the invention according to claims 1, 4 to 7.

【図2】請求項2、4〜7に記載の発明の原理ブロック
図である。
FIG. 2 is a principle block diagram of the invention described in claims 2, 4 to 7.

【図3】請求項3〜7に記載の発明の原理ブロック図で
ある。
FIG. 3 is a principle block diagram of the invention described in claims 3 to 7.

【図4】請求項1、4〜7に記載の発明に対応した実施
形態を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment corresponding to the invention described in claims 1, 4 to 7.

【図5】AFセンサモジュールの構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an AF sensor module.

【図6】発光ダイオードアレイの発光面の構成を示す図
である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a light emitting surface of a light emitting diode array.

【図7】請求項1、4〜7に記載の発明に対応した実施
形態の動作フローチャート(1)である。
FIG. 7 is an operation flowchart (1) of the embodiment corresponding to the invention described in claims 1, 4 to 7.

【図8】請求項1、4〜7に記載の発明に対応した実施
形態の動作フローチャート(2)である。
FIG. 8 is an operation flowchart (2) of the embodiment corresponding to the invention described in claims 1, 4 to 7.

【図9】請求項2、4〜7に記載の発明に対応した実施
形態を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment corresponding to the invention described in claims 2, 4 to 7.

【図10】請求項3〜7に記載の発明に対応した実施形
態を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an embodiment corresponding to the invention described in claims 3 to 7.

【図11】従来の三次元計測装置の構成例を示す図であ
る。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a conventional three-dimensional measuring device.

【図12】撮像面とリニアセンサの受光面との対応関係
を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a correspondence relationship between an image pickup surface and a light receiving surface of a linear sensor.

【図13】ピントに対するコントラストの関係を示す図
である。
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between contrast and focus.

【図14】撮像素子によってとらえられる像を示す図で
ある。
FIG. 14 is a diagram showing an image captured by an image sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 撮像光学系 12,32 撮像手段 13,21 照明光学系 14,22 発光体 15,23 照明手段 16,24,33 駆動制御手段 17,25,34 照明領域検出手段 18,26,35 位置算出手段 31,92 照明撮像素子 41 測距手段 43 焦点粗調整手段 50,100 電子カメラ 51 AFセンサモジュール 52,109 メモリ 53,81,91,108 制御部 54,101 レンズ 55,107 ピント移動機構 56 発光ダイオードアレイ 61 AFレンズ 62 ラインセンサ 71 発光ダイオード 82 ハーフミラー 102 撮像素子 103 主ミラー 104 ファインダ 105 副ミラー 106 リニアセンサ 110 パーソナルコンピュータ 11 Imaging optical system 12,32 Imaging means 13,21 Illumination optical system 14,22 Light emitter 15,23 Illumination means 16,24,33 Drive control means 17,25,34 Illumination area detection means 18,26,35 Position calculation means 31, 92 Illumination imaging device 41 Distance measuring means 43 Focus coarse adjustment means 50, 100 Electronic camera 51 AF sensor module 52, 109 Memory 53, 81, 91, 108 Control section 54, 101 Lens 55, 107 Focus moving mechanism 56 Light emitting diode Array 61 AF lens 62 Line sensor 71 Light emitting diode 82 Half mirror 102 Image sensor 103 Main mirror 104 Finder 105 Sub mirror 106 Linear sensor 110 Personal computer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 立体を光学的にとらえる撮像光学系11
と、 前記撮像光学系11を介して前記立体を2次元の像とし
てとらえ、その像を示す画像情報を出力する撮像手段1
2と、 前記撮像光学系11の光軸と平行な光軸を有する照明光
学系13と、 前記照明光学系13が前記立体に対して有する像平面に
配置され、前記撮像手段12の撮像面に配置された複数
の画素に個別に対応した複数の発光体141 〜14N
有する照明手段15と、 前記複数の発光体141〜14Nを予め決められた順序で
回帰的に駆動し、その回帰に同期して前記照明光学系1
3の焦点を走査する駆動制御手段16と、 前記複数の発光体141〜14Nの内、前記駆動制御手段
16によって駆動され、かつ前記撮像手段12によって
出力された画像情報で示される発光体の像を取り込み、
前記複数の画素の内、その像を示す画素の数を計数する
照明領域検出手段17と、 前記複数の発光体141〜14Nの個々について、前記駆
動制御手段16によって走査された焦点の内、前記照明
領域検出手段17によって計数された数が最小となる焦
点を個別に求め、その焦点の下で前記照明光学系13が
有する物点の位置を求める位置算出手段18とを備えた
ことを特徴とする三次元計測装置。
1. An image pickup optical system 11 for optically capturing a stereoscopic image.
And an image pickup means 1 for capturing the stereoscopic image as a two-dimensional image through the image pickup optical system 11 and outputting image information indicating the image.
2, an illumination optical system 13 having an optical axis parallel to the optical axis of the image pickup optical system 11, and an illumination optical system 13 arranged on an image plane provided for the solid body, and on an image pickup surface of the image pickup means 12. Illuminating means 15 having a plurality of light emitters 14 1 to 14 N individually corresponding to a plurality of arranged pixels, and recursively driving the plurality of light emitters 14 1 to 14 N in a predetermined order, The illumination optical system 1 is synchronized with the return.
Drive control means 16 for scanning the focal point of No. 3, and a light emitter among the plurality of light emitters 14 1 to 14 N , which is driven by the drive control means 16 and which is indicated by the image information output by the image pickup means 12. Capture the image of
Of the plurality of pixels, the illumination area detection unit 17 that counts the number of pixels that show the image, and the focus scanned by the drive control unit 16 for each of the plurality of light emitters 14 1 to 14 N And a position calculating means 18 for individually obtaining a focus having the smallest number counted by the illumination area detecting means 17 and obtaining a position of an object point of the illumination optical system 13 under the focus. A characteristic three-dimensional measuring device.
【請求項2】 立体を光学的にとらえる撮像光学系11
と、 前記撮像光学系11を介して前記立体を2次元の像とし
てとらえ、その像を示す画像情報を出力する撮像手段1
2と、 光軸が前記撮像光学系11に交差し、その光学系に結合
した照明光学系21と、 前記照明光学系21が前記立体に対して有する像平面に
配置され、前記撮像手段12の撮像面に配置された複数
の画素に個別に対応した複数の発光体221 〜22N
有する照明手段23と、 前記複数の発光体221〜22Nを予め決められた順序で
回帰的に駆動し、その回帰に同期して前記照明光学系2
3の焦点を走査する駆動制御手段24と、 前記複数の発光体221〜22Nの内、前記駆動制御手段
24によって駆動され、かつ前記撮像手段12によって
出力された画像情報で示される発光体の像を取り込み、
前記複数の画素の内、その像を示す画素の数を計数する
照明領域検出手段25と、 前記複数の発光体221〜22Nの個々について、前記駆
動制御手段24によって走査された焦点の内、前記照明
領域検出手段25によって計数された数が最小となる焦
点を個別に求め、その焦点の下で前記照明光学系21が
有する物点の位置を求める位置算出手段26とを備えた
ことを特徴とする三次元計測装置。
2. An image pickup optical system 11 for optically capturing a three-dimensional object.
And an image pickup means 1 for capturing the stereoscopic image as a two-dimensional image through the image pickup optical system 11 and outputting image information indicating the image.
2, an illumination optical system 21 whose optical axis intersects with the imaging optical system 11 and is coupled to the optical system, and an illumination optical system 21 arranged on an image plane of the solid, Illuminating means 23 having a plurality of light emitters 22 1 to 22 N individually corresponding to a plurality of pixels arranged on the imaging surface, and the plurality of light emitters 22 1 to 22 N recursively in a predetermined order. The illumination optical system 2 that is driven and is synchronized with the return.
Drive control means 24 for scanning the focal point of No. 3, and a light emitter among the plurality of light emitters 22 1 to 22 N , which is driven by the drive control means 24 and which is indicated by the image information output by the image pickup means 12. Capture the image of
Among the plurality of pixels, the illumination area detection unit 25 that counts the number of pixels that show the image, and the focus scanned by the drive control unit 24 for each of the plurality of light emitters 22 1 to 22 N And a position calculating means 26 for individually obtaining a focus having the smallest number counted by the illumination area detecting means 25 and obtaining a position of an object point of the illumination optical system 21 under the focus. A characteristic three-dimensional measuring device.
【請求項3】 立体を光学的にとらえる撮像光学系11
と、 前記撮像光学系11が前記立体に対して有する像平面
に、複数の画素とこれらの画素に個別に対応した複数の
発光体とが配置されてなる照明撮像素子31と、 前記撮像光学系11と前記照明撮像素子31とを介して
前記立体を2次元の像としてとらえ、その像を示す画像
情報を出力する撮像手段32と、 前記複数の発光体を予め決められた順序で回帰的に駆動
し、その回帰に同期して前記撮像光学系11の焦点を可
変して走査する駆動制御手段33と、 前記複数の発光体の内、前記駆動制御手段33によって
駆動されて前記撮像手段32によって出力された画像情
報に示される発光体の像を取り込み、前記複数の画素の
内、その像を示す画素の数を計数する照明領域検出手段
34と、 前記複数の発光体の個々について、前記駆動制御手段3
3によって走査された焦点の内、前記照明領域検出手段
34によって計数された数が最小となる焦点を個別に求
め、その焦点の下で前記撮像光学系11が有する物点の
位置を求める位置算出手段35とを備えたことを特徴と
する三次元計測装置。
3. An image pickup optical system 11 for optically capturing a stereoscopic image.
An illumination image pickup device 31 in which a plurality of pixels and a plurality of light emitters individually corresponding to the pixels are arranged in an image plane of the image pickup optical system 11 with respect to the solid; and the image pickup optical system. An image pickup means 32 that captures the three-dimensional image as a two-dimensional image via the image pickup device 11 and the illumination image pickup element 31 and outputs image information indicating the image, and the plurality of light emitters recursively in a predetermined order. Drive control means 33 that drives and varies the focus of the image pickup optical system 11 in synchronism with the return, and scans, and among the plurality of light emitters, the drive control means 33 drives and drives the image pickup means 32. Illumination area detection means 34 that captures the image of the light-emitting body shown in the output image information and counts the number of pixels showing the image among the plurality of pixels, and the drive for each of the plurality of light-emitting bodies. control Stage 3
A position calculation for individually obtaining the focus of which the number counted by the illumination area detecting means 34 is the smallest among the focus scanned by the reference numeral 3, and for obtaining the position of the object point of the imaging optical system 11 under the focus. And a means 35.
【請求項4】 請求項1ないし請求項3の何れか1項に
記載の三次元計測装置において、 複数の発光体から出射される光は、 立体に定常的に照射される照明光と撮像手段の波長領域
の分解能以上異なる波長を有することを特徴とする三次
元計測装置。
4. The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1, wherein the light emitted from the plurality of light emitters is illumination light that is steadily applied to a three-dimensional body, and an imaging unit. A three-dimensional measuring apparatus having wavelengths different from each other by a resolution in the wavelength region of the above.
【請求項5】 請求項1ないし請求項3の何れか1項に
記載の三次元計測装置において、 駆動制御手段には、 複数の発光体の個々について、既知のビット列に基づい
て駆動を断続する手段を含み照明領域検出手段には、 画素の輝度と前記既知のビット列との相関に基づいて像
を示す画素を識別する手段を含むことを特徴とする三次
元計測装置。
5. The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1, wherein the drive control unit intermittently drives each of the plurality of light emitters based on a known bit string. The three-dimensional measuring apparatus including the means includes means for identifying a pixel showing an image based on the correlation between the luminance of the pixel and the known bit string.
【請求項6】 請求項5に記載の三次元計測装置におい
て、 既知のビット列は、 自己相関特性が急峻であり、かつ相互相関特性がなだら
かである符号であることを特徴とする三次元計測装置。
6. The three-dimensional measuring apparatus according to claim 5, wherein the known bit string is a code having a steep autocorrelation characteristic and a gentle cross-correlation characteristic. .
【請求項7】 請求項1ないし請求項6の何れか1項に
記載の三次元計測装置において、 立体の相対距離を計測する測距手段41と、 三次元計測の開始に際して、前記測距手段41によって
計測された相対距離の位置に対して撮像手段の撮像面が
合焦する位置に撮像光学系の位置を設定する焦点粗調整
手段43とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
7. The three-dimensional measuring device according to claim 1, wherein the distance measuring means 41 measures a relative distance of a solid, and the distance measuring means when starting the three-dimensional measurement. A three-dimensional measuring apparatus comprising: a coarse focus adjusting unit 43 for setting the position of the image pickup optical system at a position where the image pickup surface of the image pickup unit is in focus with respect to the position of the relative distance measured by 41.
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