JP2000283721A - ３次元入力装置 - Google Patents
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- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
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- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
- G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
- G02B7/10—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification by relative axial movement of several lenses, e.g. of varifocal objective lens
- G02B7/102—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification by relative axial movement of several lenses, e.g. of varifocal objective lens controlled by a microcomputer
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- Image Processing (AREA)
- Image Analysis (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】撮影レンズに対して外付けの形式で測距センサ
を設ける場合において、より小さい物体の３次元入力を
可能とし、撮影レンズと測距センサとの位置ずれの影響
を均一化する。 【解決手段】前方へ参照光を投射する投光手段と、前方
の物体で反射した参照光を受光する光電変換デバイスと
を備え、参照光で照射された物体を撮影して物体の位置
を特定するためのデータを出力する３次元入力装置にお
いて、物体の像を前方の対物間距離を測定する測距セン
サと、測距センサの出力に応じて撮影レンズの焦点調節
を行うレンズコントローラとを設け、撮影可能な距離範
囲内において測定軸が撮影レンズの受光軸と交差するよ
うに測距センサを配置する。
を設ける場合において、より小さい物体の３次元入力を
可能とし、撮影レンズと測距センサとの位置ずれの影響
を均一化する。 【解決手段】前方へ参照光を投射する投光手段と、前方
の物体で反射した参照光を受光する光電変換デバイスと
を備え、参照光で照射された物体を撮影して物体の位置
を特定するためのデータを出力する３次元入力装置にお
いて、物体の像を前方の対物間距離を測定する測距セン
サと、測距センサの出力に応じて撮影レンズの焦点調節
を行うレンズコントローラとを設け、撮影可能な距離範
囲内において測定軸が撮影レンズの受光軸と交差するよ
うに測距センサを配置する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物体形状を特定す
るためのデータを出力する３次元入力装置に関する。
るためのデータを出力する３次元入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レンジファインダと呼称される非接触型
の３次元入力装置は、接触型に比べて高速の測定が可能
であることから、ＣＧシステムやＣＡＤシステムへのデ
ータ入力、身体計測、ロボットの視覚認識などに利用さ
れている。
の３次元入力装置は、接触型に比べて高速の測定が可能
であることから、ＣＧシステムやＣＡＤシステムへのデ
ータ入力、身体計測、ロボットの視覚認識などに利用さ
れている。
【０００３】レンジファインダに好適な測定方法として
スリット光投影法（光切断法ともいう）が知られてい
る。この方法は、物体を光学的に走査して距離画像を得
る方法であり、参照光を照射して物体を撮影する能動的
測定方法の一種である。距離画像は物体上の複数の部位
の３次元位置を示す画素の集合である。スリット光投影
法では、参照光としてビーム断面が直線帯状であるスリ
ット光を用い、スリットの幅方向にビームを偏向する線
順次の走査を行う。スリットの長さ方向が主走査方向で
あり、幅方向が副走査方向である。走査中のある時点で
は物体の一部が照射され、撮影系の受光面には照射部分
の起伏に応じて曲がった輝線が現れる。したがって、走
査中に周期的に受光面の各画素の輝度をサンプリングす
ることにより、物体形状を特定する一群の３次元入力デ
ータを得ることができる。
スリット光投影法（光切断法ともいう）が知られてい
る。この方法は、物体を光学的に走査して距離画像を得
る方法であり、参照光を照射して物体を撮影する能動的
測定方法の一種である。距離画像は物体上の複数の部位
の３次元位置を示す画素の集合である。スリット光投影
法では、参照光としてビーム断面が直線帯状であるスリ
ット光を用い、スリットの幅方向にビームを偏向する線
順次の走査を行う。スリットの長さ方向が主走査方向で
あり、幅方向が副走査方向である。走査中のある時点で
は物体の一部が照射され、撮影系の受光面には照射部分
の起伏に応じて曲がった輝線が現れる。したがって、走
査中に周期的に受光面の各画素の輝度をサンプリングす
ることにより、物体形状を特定する一群の３次元入力デ
ータを得ることができる。
【０００４】測定可能な物体の大きさは、撮影の画角と
対物間距離（撮影距離）とによって決まる。撮影の自動
焦点調節（ＡＦ）を行う場合には、撮影に先立って対物
間距離が測定される。また、測定された対物間距離とそ
の時点の画角とに基づいて、スリット光の投射角度範囲
を最適値に自動設定する機能を有した３次元入力装置も
ある。
対物間距離（撮影距離）とによって決まる。撮影の自動
焦点調節（ＡＦ）を行う場合には、撮影に先立って対物
間距離が測定される。また、測定された対物間距離とそ
の時点の画角とに基づいて、スリット光の投射角度範囲
を最適値に自動設定する機能を有した３次元入力装置も
ある。
【０００５】従来の３次元入力装置では、内焦型の撮影
レンズに組み込まれたＡＦセンサによって対物間距離の
測定が行われ、測距方向と撮影の受光軸方向とが実質的
に一致していた。
レンズに組み込まれたＡＦセンサによって対物間距離の
測定が行われ、測距方向と撮影の受光軸方向とが実質的
に一致していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述の対物間距離の測
定において、撮影レンズと別体のＡＦセンサを用いるこ
とが考えられる。これにより、撮影レンズの設計の自由
度を高めることができる。また、ＡＦセンサとして小型
銀塩カメラで一般的なアクティブ型センサを用いること
で、３次元入力装置の低価格化を図ることができる。
定において、撮影レンズと別体のＡＦセンサを用いるこ
とが考えられる。これにより、撮影レンズの設計の自由
度を高めることができる。また、ＡＦセンサとして小型
銀塩カメラで一般的なアクティブ型センサを用いること
で、３次元入力装置の低価格化を図ることができる。
【０００７】しかし、小型銀塩カメラと同様に測距方向
が撮影の光軸と平行になるようにＡＦセンサを配置する
と、３次元入力対象の物体が所定値より小さい場合に
は、物体位置の遠近に係わらず対物間距離を所定精度で
測定することができないという問題があった。ＡＦセン
サの配置位置が、少なくとも撮影レンズの半径分の距離
だけ撮影の光軸から離れるからである。また、撮影の視
野に対する光軸とＡＦセンサとの位置ずれの割合が対物
間距離によって大きく変化し、対物間距離が短いほど焦
点調節が不正確になり易いという問題もあった。
が撮影の光軸と平行になるようにＡＦセンサを配置する
と、３次元入力対象の物体が所定値より小さい場合に
は、物体位置の遠近に係わらず対物間距離を所定精度で
測定することができないという問題があった。ＡＦセン
サの配置位置が、少なくとも撮影レンズの半径分の距離
だけ撮影の光軸から離れるからである。また、撮影の視
野に対する光軸とＡＦセンサとの位置ずれの割合が対物
間距離によって大きく変化し、対物間距離が短いほど焦
点調節が不正確になり易いという問題もあった。
【０００８】本発明は、撮影レンズに対して外付けの形
式で測距センサを設ける場合において、より小さい物体
の３次元入力を可能とすることを目的としている。他の
目的は、３次元入力のための撮影が可能な距離範囲の全
体にわたって、撮影レンズと測距センサとの位置ずれの
影響を均一化することにある。
式で測距センサを設ける場合において、より小さい物体
の３次元入力を可能とすることを目的としている。他の
目的は、３次元入力のための撮影が可能な距離範囲の全
体にわたって、撮影レンズと測距センサとの位置ずれの
影響を均一化することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の装置
は、前方へ参照光を投射する投光手段と、前方の物体で
反射した前記参照光を受光する光電変換デバイスとを備
え、前記参照光で照射された前記物体を撮影して当該物
体の位置を特定するためのデータを出力する３次元入力
装置であって、前記物体の像を前記光電変換デバイスの
受光面に結像させる焦点調節の可能な撮影レンズと、前
方の対物間距離を測定する測距センサと、前記測距セン
サの出力に応じて前記撮影レンズの焦点調節を行うレン
ズコントローラとを備え、前記測距センサは、前記測距
センサは、撮影可能な距離範囲内において測距軸が前記
撮影レンズの光軸と交差するように配置されているもの
である。
は、前方へ参照光を投射する投光手段と、前方の物体で
反射した前記参照光を受光する光電変換デバイスとを備
え、前記参照光で照射された前記物体を撮影して当該物
体の位置を特定するためのデータを出力する３次元入力
装置であって、前記物体の像を前記光電変換デバイスの
受光面に結像させる焦点調節の可能な撮影レンズと、前
方の対物間距離を測定する測距センサと、前記測距セン
サの出力に応じて前記撮影レンズの焦点調節を行うレン
ズコントローラとを備え、前記測距センサは、前記測距
センサは、撮影可能な距離範囲内において測距軸が前記
撮影レンズの光軸と交差するように配置されているもの
である。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る測定システム
の構成図である。測定システム１は、スリット光投影法
によって立体測定を行う３次元カメラ（レンジファイン
ダ）２と、３次元カメラ２の出力データを処理するホス
ト３とから構成されている。
の構成図である。測定システム１は、スリット光投影法
によって立体測定を行う３次元カメラ（レンジファイン
ダ）２と、３次元カメラ２の出力データを処理するホス
ト３とから構成されている。
【００１１】３次元カメラ２は、測定対象物である物体
Ｑ上のサンプリング点の３次元位置を特定する測定デー
タとともに、物体Ｑのカラー画像及びキャリブレーショ
ンに必要なデータを出力する。三角測量法を用いてサン
プリング点の座標を求める演算処理はホスト３が担う。
Ｑ上のサンプリング点の３次元位置を特定する測定デー
タとともに、物体Ｑのカラー画像及びキャリブレーショ
ンに必要なデータを出力する。三角測量法を用いてサン
プリング点の座標を求める演算処理はホスト３が担う。
【００１２】ホスト３は、ＣＰＵ３ａ、ディスプレイ３
ｂ、キーボード３ｃ、及びマウス３ｄなどから構成され
たコンピュータシステムである。ＣＰＵ３ａには測定デ
ータ処理のためのソフトウェアが組み込まれている。ホ
スト３と３次元カメラ２との間では、ケーブル又は赤外
通信によるオンライン及び可搬型の記録メディア４によ
るオフラインの２形態のデータ受渡しが可能である。記
録メディア４としては、光磁気ディスク（ＭＯ）、ミニ
ディスク（ＭＤ）、メモリカードなどがある。
ｂ、キーボード３ｃ、及びマウス３ｄなどから構成され
たコンピュータシステムである。ＣＰＵ３ａには測定デ
ータ処理のためのソフトウェアが組み込まれている。ホ
スト３と３次元カメラ２との間では、ケーブル又は赤外
通信によるオンライン及び可搬型の記録メディア４によ
るオフラインの２形態のデータ受渡しが可能である。記
録メディア４としては、光磁気ディスク（ＭＯ）、ミニ
ディスク（ＭＤ）、メモリカードなどがある。
【００１３】図２は３次元カメラの外観を示す図であ
る。ハウジング２０の前面に投光窓２０ａ及び受光窓２
０ｂが設けられている。投光窓２０ａは受光窓２０ｂに
対して上側に位置する。内部の光学ユニットＯＵが射出
する所定幅ｗのスリット光Ｕは、投光窓２０ａを通って
測定対象の物体（被写体）に向かう。スリット光Ｕの長
さ方向Ｍ１の放射角度φは固定である。物体の表面で反
射したスリット光Ｕの一部が受光窓２０ｂを通って光学
ユニットＯＵに入射する。なお、光学ユニットＯＵは、
投光軸と受光軸との相対関係を適正化するための２軸調
整機構を備えている。
る。ハウジング２０の前面に投光窓２０ａ及び受光窓２
０ｂが設けられている。投光窓２０ａは受光窓２０ｂに
対して上側に位置する。内部の光学ユニットＯＵが射出
する所定幅ｗのスリット光Ｕは、投光窓２０ａを通って
測定対象の物体（被写体）に向かう。スリット光Ｕの長
さ方向Ｍ１の放射角度φは固定である。物体の表面で反
射したスリット光Ｕの一部が受光窓２０ｂを通って光学
ユニットＯＵに入射する。なお、光学ユニットＯＵは、
投光軸と受光軸との相対関係を適正化するための２軸調
整機構を備えている。
【００１４】ハウジング２０の上面には、ズーミングボ
タン２５ａ，２５ｂ、手動フォーカシングボタン２６
ａ，２６ｂ、及びシャッタボタン２７が設けられてい
る。図２（ｂ）のように、ハウジング２０の背面には、
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）２１、カーソルボタン２
２、セレクトボタン２３、キャンセルボタン２４、アナ
ログ出力端子３２、ディジタル出力端子３３、及び記録
メディア４の着脱口３０ａが設けられている。
タン２５ａ，２５ｂ、手動フォーカシングボタン２６
ａ，２６ｂ、及びシャッタボタン２７が設けられてい
る。図２（ｂ）のように、ハウジング２０の背面には、
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）２１、カーソルボタン２
２、セレクトボタン２３、キャンセルボタン２４、アナ
ログ出力端子３２、ディジタル出力端子３３、及び記録
メディア４の着脱口３０ａが設けられている。
【００１５】液晶ディスプレイ２１は、操作画面の表示
手段及び電子ファインダとして用いられる。ユーザー
（撮影者）は背面の各ボタン２１〜２４によって撮影モ
ードの設定を行うことができる。アナログ出力端子３２
からは、カラー画像信号が例えばＮＴＳＣ形式で出力さ
れる。ディジタル出力端子３３は例えばＳＣＳＩ端子で
ある。
手段及び電子ファインダとして用いられる。ユーザー
（撮影者）は背面の各ボタン２１〜２４によって撮影モ
ードの設定を行うことができる。アナログ出力端子３２
からは、カラー画像信号が例えばＮＴＳＣ形式で出力さ
れる。ディジタル出力端子３３は例えばＳＣＳＩ端子で
ある。
【００１６】ユーザーは、液晶ディスプレイ２１が表示
する操作画面の案内に従って所望の動作モードを設定す
る。その後、カラーモニタ画像を見ながら、カメラの位
置と向きを決めて画角を設定する。その際に必要に応じ
てズーミング操作を行う。このとき、測定する物体を画
面の中央（つまり撮影レンズの光軸方向）に配置する。
する操作画面の案内に従って所望の動作モードを設定す
る。その後、カラーモニタ画像を見ながら、カメラの位
置と向きを決めて画角を設定する。その際に必要に応じ
てズーミング操作を行う。このとき、測定する物体を画
面の中央（つまり撮影レンズの光軸方向）に配置する。
【００１７】図３は３次元カメラの機能構成を示すブロ
ック図である。図中の実線矢印は電気信号の流れを示
し、破線矢印は光の流れを示している。３次元カメラ２
は、上述の光学ユニットＯＵを構成する投光光学系４０
及び撮影系５０を有している。
ック図である。図中の実線矢印は電気信号の流れを示
し、破線矢印は光の流れを示している。３次元カメラ２
は、上述の光学ユニットＯＵを構成する投光光学系４０
及び撮影系５０を有している。
【００１８】投光光学系４０において、半導体レーザ
（ＬＤ）４１が射出する波長６８５ｎｍのレーザビーム
は、投光レンズ系４２を通過することによってスリット
光Ｕとなり、ガルバノミラー（走査手段）４３によって
偏向される。半導体レーザ４１のドライバ４４、投光レ
ンズ系４２の駆動系４５、及びガルバノミラー４３の駆
動系４６は、システムコントローラ６１によって制御さ
れる。
（ＬＤ）４１が射出する波長６８５ｎｍのレーザビーム
は、投光レンズ系４２を通過することによってスリット
光Ｕとなり、ガルバノミラー（走査手段）４３によって
偏向される。半導体レーザ４１のドライバ４４、投光レ
ンズ系４２の駆動系４５、及びガルバノミラー４３の駆
動系４６は、システムコントローラ６１によって制御さ
れる。
【００１９】撮影系５０において、撮影レンズ５１によ
って集光された光は、ビームスプリッタ５２で分光され
る。半導体レーザ４１の発振波長帯域の光は測定用のイ
メージセンサ５３に入射する。可視帯域の光はモニタ用
のカラーイメージセンサ５４に入射する。イメージセン
サ５３及びカラーイメージセンサ５４はどちらもＣＣＤ
撮像デバイスである。ただし、ＭＯＳセンサ又はその他
の撮像デバイスを用いてもよい。撮影レンズ５１のオー
トフォーカシング（ＡＦ）を行うため、撮影レンズ５１
の近傍に本発明の測距センサに相当するＡＦモジュール
５７が配置されている。ＡＦモジュール５７としては、
例えば赤外発光ダイオードと位置検知型検知器（ＰＳ
Ｄ）とを組み合わせたアクティブ型センサが利用可能で
ある。また、パッシブ型の光学式センサ又は超音波式セ
ンサを用いることもできる。
って集光された光は、ビームスプリッタ５２で分光され
る。半導体レーザ４１の発振波長帯域の光は測定用のイ
メージセンサ５３に入射する。可視帯域の光はモニタ用
のカラーイメージセンサ５４に入射する。イメージセン
サ５３及びカラーイメージセンサ５４はどちらもＣＣＤ
撮像デバイスである。ただし、ＭＯＳセンサ又はその他
の撮像デバイスを用いてもよい。撮影レンズ５１のオー
トフォーカシング（ＡＦ）を行うため、撮影レンズ５１
の近傍に本発明の測距センサに相当するＡＦモジュール
５７が配置されている。ＡＦモジュール５７としては、
例えば赤外発光ダイオードと位置検知型検知器（ＰＳ
Ｄ）とを組み合わせたアクティブ型センサが利用可能で
ある。また、パッシブ型の光学式センサ又は超音波式セ
ンサを用いることもできる。
【００２０】レンズコントローラ５８は、ＡＦモジュー
ル５７によって測定された前方の対物間距離に応じてフ
ォーカシング駆動系５９を制御するとともに、ズーミン
グ駆動系６０に電動ズーミングのための指示を与える。
ル５７によって測定された前方の対物間距離に応じてフ
ォーカシング駆動系５９を制御するとともに、ズーミン
グ駆動系６０に電動ズーミングのための指示を与える。
【００２１】３次元カメラ２における物体情報の流れは
次のとおりである。まず、イメージセンサ５３による撮
影情報は、ドライバ５５からのクロックに同期して信号
処理回路６２へ転送される。信号処理回路６２は、イメ
ージセンサ５３の出力する各画素の光電変換信号を増幅
する増幅器、及び光電変換信号を８ビットの受光データ
に変換するＡＤ変換器を有している。信号処理回路６２
で得られた受光データはメモリ６３によって一時的に記
憶され、設定フレーム数分の蓄積が終わった時点以後に
重心演算回路７３へ送られる。その際のアドレス指定は
メモリコントローラ６５が行う。重心演算回路７３は、
複数回分の撮影で得られた受光データに基づいて、イメ
ージセンサ５３の画素毎に受光分布の時間軸上の重心ｉ
ｐを算出し、それを測定データとして出力メモリ６４へ
出力する。重心ｉｐは３次元位置の算出の基となるデー
タであり、物体表面のうちのイメージセンサ５３の各画
素がにらむ範囲をスリット光Ｕの光軸が通過する時刻を
表す。各画素における入射角度及び投射の起点と受光の
主点との距離（基線長）は既知であり、投射の開始から
の経過時間により重心ｉｐにおける投射角度が分かるの
で、重心ｉｐに基づいて物体の座標を求めることができ
る。重心ｉｐを算出することにより、受光面の画素ピッ
チで規定される分解能よりも高い分解能の測定が可能と
なる。また、算出された重心ｉｐは表示コントローラ７
４内のメモリに逐次記憶され、液晶ディスプレイ２１の
画面に表示される。重心ｉｐの値は物体Ｑの表面の位置
が３次元カメラ２に近い場合に大きく、遠い場合に小さ
い。したがって、イメージセンサ５３の各画素の重心ｉ
ｐを濃度データとして濃淡画像を表示させることによっ
て、測定結果である距離分布を可視化することができ
る。
次のとおりである。まず、イメージセンサ５３による撮
影情報は、ドライバ５５からのクロックに同期して信号
処理回路６２へ転送される。信号処理回路６２は、イメ
ージセンサ５３の出力する各画素の光電変換信号を増幅
する増幅器、及び光電変換信号を８ビットの受光データ
に変換するＡＤ変換器を有している。信号処理回路６２
で得られた受光データはメモリ６３によって一時的に記
憶され、設定フレーム数分の蓄積が終わった時点以後に
重心演算回路７３へ送られる。その際のアドレス指定は
メモリコントローラ６５が行う。重心演算回路７３は、
複数回分の撮影で得られた受光データに基づいて、イメ
ージセンサ５３の画素毎に受光分布の時間軸上の重心ｉ
ｐを算出し、それを測定データとして出力メモリ６４へ
出力する。重心ｉｐは３次元位置の算出の基となるデー
タであり、物体表面のうちのイメージセンサ５３の各画
素がにらむ範囲をスリット光Ｕの光軸が通過する時刻を
表す。各画素における入射角度及び投射の起点と受光の
主点との距離（基線長）は既知であり、投射の開始から
の経過時間により重心ｉｐにおける投射角度が分かるの
で、重心ｉｐに基づいて物体の座標を求めることができ
る。重心ｉｐを算出することにより、受光面の画素ピッ
チで規定される分解能よりも高い分解能の測定が可能と
なる。また、算出された重心ｉｐは表示コントローラ７
４内のメモリに逐次記憶され、液晶ディスプレイ２１の
画面に表示される。重心ｉｐの値は物体Ｑの表面の位置
が３次元カメラ２に近い場合に大きく、遠い場合に小さ
い。したがって、イメージセンサ５３の各画素の重心ｉ
ｐを濃度データとして濃淡画像を表示させることによっ
て、測定結果である距離分布を可視化することができ
る。
【００２２】一方、カラーイメージセンサ５４による撮
像情報は、ドライバ５６からのクロックに同期してカラ
ー処理回路６７へ転送される。カラー処理を受けた撮像
情報は、ＮＴＳＣ変換回路７０及びアナログ出力端子３
２を経てオンライン出力され、又はディジタル化回路６
８で量子化されてカラー画像メモリ６９に格納される。
その後、カラー画像メモリ６９からＳＣＳＩコントロー
ラ６６へカラー画像データＧＱが転送され、ディジタル
出力端子３３からオンライン出力され、又は測定データ
と対応づけて記録メディア４に格納される。また、カラ
ー画像は、画角設定の参考情報として液晶ディスプレイ
２１により表示される。なお、カラー画像は、イメージ
センサ５３による距離画像と同一の画角の像であり、ホ
スト３における３次元データ処理に際して参考情報とし
て利用される。カラー画像を利用する処理としては、例
えばカメラ視点の異なる複数組の測定データを組み合わ
せて形状モデルを生成する処理、形状モデルの不要の頂
点を間引く処理がある。なお、詳細は特開平９−１９６
６３２号公報に記載されている。
像情報は、ドライバ５６からのクロックに同期してカラ
ー処理回路６７へ転送される。カラー処理を受けた撮像
情報は、ＮＴＳＣ変換回路７０及びアナログ出力端子３
２を経てオンライン出力され、又はディジタル化回路６
８で量子化されてカラー画像メモリ６９に格納される。
その後、カラー画像メモリ６９からＳＣＳＩコントロー
ラ６６へカラー画像データＧＱが転送され、ディジタル
出力端子３３からオンライン出力され、又は測定データ
と対応づけて記録メディア４に格納される。また、カラ
ー画像は、画角設定の参考情報として液晶ディスプレイ
２１により表示される。なお、カラー画像は、イメージ
センサ５３による距離画像と同一の画角の像であり、ホ
スト３における３次元データ処理に際して参考情報とし
て利用される。カラー画像を利用する処理としては、例
えばカメラ視点の異なる複数組の測定データを組み合わ
せて形状モデルを生成する処理、形状モデルの不要の頂
点を間引く処理がある。なお、詳細は特開平９−１９６
６３２号公報に記載されている。
【００２３】図４は撮影レンズの構成図である。撮影レ
ンズ５１は、ズーミングの可能な結像部５１Ａと、分解
能を高めるためのアフォーカル型アナモフィックレンズ
５１Ｂとからなる。結像部５１Ａは、前側固定レンズ５
１５、バリエータレンズ５１４、フォーカシングレンズ
５１２、後側固定レンズ５１１から構成されている。バ
リエータレンズ５１４及びフォーカシングレンズ５１２
は、光軸Ｚに沿って互いに独立に移動可能である。アナ
モフィックレンズ５１Ｂは、基線方向の倍率が基線方向
と直交する方向の倍率より大きくなるように、結像部５
１Ａの前側に光軸を一致させて配置されている。
ンズ５１は、ズーミングの可能な結像部５１Ａと、分解
能を高めるためのアフォーカル型アナモフィックレンズ
５１Ｂとからなる。結像部５１Ａは、前側固定レンズ５
１５、バリエータレンズ５１４、フォーカシングレンズ
５１２、後側固定レンズ５１１から構成されている。バ
リエータレンズ５１４及びフォーカシングレンズ５１２
は、光軸Ｚに沿って互いに独立に移動可能である。アナ
モフィックレンズ５１Ｂは、基線方向の倍率が基線方向
と直交する方向の倍率より大きくなるように、結像部５
１Ａの前側に光軸を一致させて配置されている。
【００２４】結像部５１Ａにおけるバリエータレンズ５
１４の移動はズーミング駆動系６０が担う。ズーミング
駆動系６０は、レンズを駆動するパルスモーター６０Ａ
と、原点位置を検出する原点スイッチ６０Ｂとを備えて
いる。バリエータレンズ５１４は、原点スイッチ６０Ｂ
が動作する点を基準として、パルスモーター６０Ａの回
転量に応じた距離だけ移動する。
１４の移動はズーミング駆動系６０が担う。ズーミング
駆動系６０は、レンズを駆動するパルスモーター６０Ａ
と、原点位置を検出する原点スイッチ６０Ｂとを備えて
いる。バリエータレンズ５１４は、原点スイッチ６０Ｂ
が動作する点を基準として、パルスモーター６０Ａの回
転量に応じた距離だけ移動する。
【００２５】フォーカシングレンズ５１２の移動はフォ
ーカシング駆動系５９が担う。フォーカシング駆動系５
９は、レンズを駆動するパルスモーター５９Ａと、原点
位置を検出する原点スイッチ５９Ｂとを備えている。フ
ォーカスレンズ５１２は、原点スイッチ５９Ｂが動作す
る点を基準として、パルスモーター５９Ａの回転量に応
じた距離だけ移動する。その移動量は、ＡＦモジュール
５７が出力する距離信号Ｓ５７に基づいてレンズコント
ローラ５８により制御される。
ーカシング駆動系５９が担う。フォーカシング駆動系５
９は、レンズを駆動するパルスモーター５９Ａと、原点
位置を検出する原点スイッチ５９Ｂとを備えている。フ
ォーカスレンズ５１２は、原点スイッチ５９Ｂが動作す
る点を基準として、パルスモーター５９Ａの回転量に応
じた距離だけ移動する。その移動量は、ＡＦモジュール
５７が出力する距離信号Ｓ５７に基づいてレンズコント
ローラ５８により制御される。
【００２６】ＡＦモジュール５７は、その測距軸（測距
方向を表す仮想線）Ｍと撮像レンズ５１の光軸Ｚとが３
次元カメラ２の上下方向に沿った同一平面内で交差する
ように、測距軸Ｍを光軸Ｚに対して微小角度θだけ傾け
て配置されている。
方向を表す仮想線）Ｍと撮像レンズ５１の光軸Ｚとが３
次元カメラ２の上下方向に沿った同一平面内で交差する
ように、測距軸Ｍを光軸Ｚに対して微小角度θだけ傾け
て配置されている。
【００２７】図５は測距方向の設定の第１例を示す図、
図６は測距方向の設定の第２例を示す図である。ＡＦモ
ジュール５７の配置位置は光軸Ｚにできるだけ近いのが
望ましいが、実際には測距の起点と光軸Ｚとの間に撮影
レンズ５１の寸法で決まる量ｈの位置ずれが生じる。こ
こで、仮に測距軸Ｍを光軸Ｚと平行な方向とすると、光
軸Ｚに沿った奥行き方向のどの位置でも測距軸Ｍと光軸
Ｚとのずれ量がｈとなり、３次元測定の対象物がｈより
小さい場合に測距不能になるおそれがある。そこで、３
次元カメラ２では、上述のように測距軸Ｍを光軸Ｚに対
して傾けてある。
図６は測距方向の設定の第２例を示す図である。ＡＦモ
ジュール５７の配置位置は光軸Ｚにできるだけ近いのが
望ましいが、実際には測距の起点と光軸Ｚとの間に撮影
レンズ５１の寸法で決まる量ｈの位置ずれが生じる。こ
こで、仮に測距軸Ｍを光軸Ｚと平行な方向とすると、光
軸Ｚに沿った奥行き方向のどの位置でも測距軸Ｍと光軸
Ｚとのずれ量がｈとなり、３次元測定の対象物がｈより
小さい場合に測距不能になるおそれがある。そこで、３
次元カメラ２では、上述のように測距軸Ｍを光軸Ｚに対
して傾けてある。
【００２８】図５及び図６において、３次元測定の可能
な距離範囲（測定可能範囲）ＲＺは、撮影レンズ５１の
前面からの光軸方向の距離が５００〜２５００ｍｍの範
囲である。また、距離が０の位置での測距軸Ｍと光軸Ｚ
とのずれ量ｈを２５ｍｍとする。撮影の視野はレンズか
ら遠いほど大きくなり、測定可能範囲ＲＺの前端（５０
０ｍｍ位置）の視野ＡＶ１は１００ｍｍ角サイズであ
り、後端（２５００ｍｍ位置）の視野ＡＶ２は４６５角
サイズである。なお、本実施例における測定可能範囲と
は、イメージセンサ５３での受光領域の幅（副走査方向
のライン数）によって決定されるものである。つまり、
測定可能範囲外にある物体では、反射されたスリット光
Ｕが受光領域外に結像してしまうために測定ができない
のである。詳細あ特開平９−１９６６３２号公報に記載
されている。
な距離範囲（測定可能範囲）ＲＺは、撮影レンズ５１の
前面からの光軸方向の距離が５００〜２５００ｍｍの範
囲である。また、距離が０の位置での測距軸Ｍと光軸Ｚ
とのずれ量ｈを２５ｍｍとする。撮影の視野はレンズか
ら遠いほど大きくなり、測定可能範囲ＲＺの前端（５０
０ｍｍ位置）の視野ＡＶ１は１００ｍｍ角サイズであ
り、後端（２５００ｍｍ位置）の視野ＡＶ２は４６５角
サイズである。なお、本実施例における測定可能範囲と
は、イメージセンサ５３での受光領域の幅（副走査方向
のライン数）によって決定されるものである。つまり、
測定可能範囲外にある物体では、反射されたスリット光
Ｕが受光領域外に結像してしまうために測定ができない
のである。詳細あ特開平９−１９６６３２号公報に記載
されている。
【００２９】図５の例は、５００ｍｍ位置でのずれ量ｈ
１と２５００ｍｍ位置でのずれ量ｈ２とがほぼ等しくな
るように測距軸Ｍの傾き角度θを設定したものである。
具体的には、傾き角度θは０．９５°であり、ずれ量ｈ
１，ｈ２は順に１６．７ｍｍ，１６．５ｍｍである。こ
の例において、視野ＡＶ１に対するずれ量ｈ１の割合は
３３．４％であり、視野ＡＶ２に対するずれ量ｈ２の割
合は７．２％である。ここでの割合Ｈ１，Ｈ２とは、視
野の中心から端縁までの最短寸法ｓ１，ｓ２に対するず
れ量ｈ１，ｈ２の比率を意味する（Ｈ１＝ｈ１／ｓ１、
Ｈ２＝ｈ２／ｓ２）。
１と２５００ｍｍ位置でのずれ量ｈ２とがほぼ等しくな
るように測距軸Ｍの傾き角度θを設定したものである。
具体的には、傾き角度θは０．９５°であり、ずれ量ｈ
１，ｈ２は順に１６．７ｍｍ，１６．５ｍｍである。こ
の例において、視野ＡＶ１に対するずれ量ｈ１の割合は
３３．４％であり、視野ＡＶ２に対するずれ量ｈ２の割
合は７．２％である。ここでの割合Ｈ１，Ｈ２とは、視
野の中心から端縁までの最短寸法ｓ１，ｓ２に対するず
れ量ｈ１，ｈ２の比率を意味する（Ｈ１＝ｈ１／ｓ１、
Ｈ２＝ｈ２／ｓ２）。
【００３０】図６の例は、５００ｍｍ位置でのずれの割
合Ｈ１と２５００ｍｍ位置でのずれの割合Ｈとがほぼ等
しくなるように測距軸Ｍの傾き角度θを設定したもので
ある。具体的には、傾き角度θは１．７５°であり、割
合Ｈ１，Ｈ２は順に２０．５％，２１．６％である。こ
の例では２５００ｍｍ位置でのずれ量ｈ２が４９．２ｍ
ｍであって２５ｍｍより大きいが、ずれの影響は５００
ｍｍ位置と同程度となり実用に支障はない。
合Ｈ１と２５００ｍｍ位置でのずれの割合Ｈとがほぼ等
しくなるように測距軸Ｍの傾き角度θを設定したもので
ある。具体的には、傾き角度θは１．７５°であり、割
合Ｈ１，Ｈ２は順に２０．５％，２１．６％である。こ
の例では２５００ｍｍ位置でのずれ量ｈ２が４９．２ｍ
ｍであって２５ｍｍより大きいが、ずれの影響は５００
ｍｍ位置と同程度となり実用に支障はない。
【００３１】このように測距軸Ｍと３次元測定の撮影の
光軸Ｚとを測定可能範囲ＲＺの位置で交差させることに
より、測距軸Ｍと光軸Ｚとのずれ量ｈ１，ｈ２の低減、
及び視野に対するずれの割合Ｈ１，Ｈ２の均一化を実現
することができる。なお、図５及び図６の条件で測距軸
Ｍを光軸Ｚと平行とした場合において、ずれの割合Ｈ
１，Ｈ２は順に５０％、１１％である。
光軸Ｚとを測定可能範囲ＲＺの位置で交差させることに
より、測距軸Ｍと光軸Ｚとのずれ量ｈ１，ｈ２の低減、
及び視野に対するずれの割合Ｈ１，Ｈ２の均一化を実現
することができる。なお、図５及び図６の条件で測距軸
Ｍを光軸Ｚと平行とした場合において、ずれの割合Ｈ
１，Ｈ２は順に５０％、１１％である。
【００３２】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、撮影レンズに
対して外付けの形式で測距センサを設ける場合におい
て、３次元入力の可能な物体の寸法範囲の下限値を低減
することができるとともに、３次元入力のための撮影が
可能な距離範囲の全対にわたって撮影レンズと測距セン
サとの位置ずれの影響を均一化して実用性を高めること
ができる。
対して外付けの形式で測距センサを設ける場合におい
て、３次元入力の可能な物体の寸法範囲の下限値を低減
することができるとともに、３次元入力のための撮影が
可能な距離範囲の全対にわたって撮影レンズと測距セン
サとの位置ずれの影響を均一化して実用性を高めること
ができる。
【図１】本発明に係る測定システムの構成図である。
【図２】３次元カメラの外観を示す図である。
【図３】３次元カメラの機能構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図４】撮影レンズの構成図である。
【図５】測距方向の設定の第１例を示す図である。
【図６】測距方向の設定の第２例を示す図である。
Ｕ スリット光（参照光） ４０ 光学系（投光手段） ５３ イメージセンサ（光電変換デバイス） Ｑ 物体 ｉｐ 重心（位置を特定するためのデータ） ２ ３次元カメラ（３次元入力装置） Ｓ２ 受光面 ５１ 撮影レンズ ５７ ＡＦモジュール（測距センサ） ５８ レンズコントローラ Ｍ 測距軸（測定軸） ＲＺ 測定可能範囲（撮影可能な距離範囲） Ｚ 光軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福本 忠士 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA06 AA53 FF01 FF02 FF09 FF11 GG06 GG07 HH05 JJ03 JJ16 JJ26 LL13 LL62 MM16 QQ03 QQ24 SS13 2F112 AA01 CA12 DA15 DA25 DA26 2H059 AA02 AA18 5B057 BA15 DA07 DB03
Claims (1)
- 【請求項１】前方へ参照光を投射する投光手段と、前方
の物体で反射した前記参照光を受光する光電変換デバイ
スとを備え、前記参照光で照射された前記物体を撮影し
て当該物体の位置を特定するためのデータを出力する３
次元入力装置であって、 前記物体の像を前記光電変換デバイスの受光面に結像さ
せる、焦点調節の可能な撮影レンズと、 前方の対物間距離を測定する測距センサと、 前記測距センサの出力に応じて前記撮影レンズの焦点調
節を行うレンズコントローラとを備え、 前記測距センサは、撮影可能な距離範囲内において測距
軸が前記撮影レンズの光軸と交差するように配置されて
いることを特徴とする３次元入力装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11087551A JP2000283721A (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | ３次元入力装置 |
| US09/532,091 US6421114B1 (en) | 1999-03-30 | 2000-03-21 | Three-dimensional information measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11087551A JP2000283721A (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | ３次元入力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000283721A true JP2000283721A (ja) | 2000-10-13 |
| JP2000283721A5 JP2000283721A5 (ja) | 2005-11-10 |
Family
ID=13918137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11087551A Pending JP2000283721A (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | ３次元入力装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6421114B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000283721A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008096118A (ja) * | 2006-10-05 | 2008-04-24 | Keyence Corp | 光学式変位計、光学式変位測定方法、光学式変位測定プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記録した機器 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002131016A (ja) * | 2000-10-27 | 2002-05-09 | Honda Motor Co Ltd | 距離測定装置、及び距離測定方法 |
| JP2003075137A (ja) * | 2001-09-04 | 2003-03-12 | Minolta Co Ltd | 撮影システム並びにそれに用いられる撮像装置および３次元計測用補助ユニット |
| GB2443004A (en) * | 2006-10-16 | 2008-04-23 | Aurora Comp Services Ltd | Multi camera and waveband imaging apparatus |
| JP4813628B1 (ja) * | 2010-03-23 | 2011-11-09 | 富士フイルム株式会社 | 撮影装置及びその制御方法、並びに三次元情報測定装置 |
| CN103185567B (zh) * | 2011-12-27 | 2015-04-29 | 联想(北京)有限公司 | 一种电子设备及测量距离的方法 |
| CN103292802B (zh) * | 2012-02-27 | 2016-06-01 | 联想(北京)有限公司 | 一种控制电子设备的方法及电子设备 |
| CN103292779B (zh) * | 2012-02-28 | 2015-06-24 | 联想(北京)有限公司 | 一种测量距离的方法及图像获取设备 |
| CN104180773B (zh) * | 2013-05-20 | 2017-07-21 | 沈阳同联集团高新技术有限公司 | 一种三维形貌测量装置 |
| CN103869593B (zh) * | 2014-03-26 | 2017-01-25 | 深圳科奥智能设备有限公司 | 三维成像装置、系统及方法 |
| EP3115742B1 (en) * | 2015-07-10 | 2020-04-15 | Hexagon Technology Center GmbH | 3d measuring machine |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3984846A (en) * | 1975-01-02 | 1976-10-05 | Gallagher John A | Photoreceptor assembly for automatic focusing system |
| US4907026A (en) * | 1986-04-21 | 1990-03-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Light projection system for automatic focus detection |
| US4843415A (en) * | 1986-09-22 | 1989-06-27 | Minolta Camera Kabushiki Kaisha | Automatic focus detection system |
| JP2586931B2 (ja) * | 1988-07-07 | 1997-03-05 | 株式会社リコー | カメラの測距装置 |
| US5274429A (en) * | 1989-04-14 | 1993-12-28 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Distance measuring device |
| JP2888563B2 (ja) * | 1989-10-27 | 1999-05-10 | 旭光学工業株式会社 | カメラの測距装置 |
| US5231443A (en) * | 1991-12-16 | 1993-07-27 | The Research Foundation Of State University Of New York | Automatic ranging and automatic focusing |
| JPH05188436A (ja) | 1992-01-16 | 1993-07-30 | Olympus Optical Co Ltd | 焦点検出装置 |
| JPH07128584A (ja) | 1993-11-04 | 1995-05-19 | Nikon Corp | 焦点検出光学系 |
| US5751406A (en) * | 1994-11-22 | 1998-05-12 | Fujitsu Limited | Range finding apparatus |
| JP3324367B2 (ja) | 1995-11-17 | 2002-09-17 | ミノルタ株式会社 | ３次元入力カメラ |
| US5963308A (en) * | 1996-02-20 | 1999-10-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Distance measuring apparatus |
| JP3873401B2 (ja) * | 1996-11-19 | 2007-01-24 | コニカミノルタセンシング株式会社 | ３次元計測システム |
-
1999
- 1999-03-30 JP JP11087551A patent/JP2000283721A/ja active Pending
-
2000
- 2000-03-21 US US09/532,091 patent/US6421114B1/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008096118A (ja) * | 2006-10-05 | 2008-04-24 | Keyence Corp | 光学式変位計、光学式変位測定方法、光学式変位測定プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記録した機器 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6421114B1 (en) | 2002-07-16 |
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