JP3029005B2 - 立体ビジョンカメラ - Google Patents

立体ビジョンカメラ

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JP3029005B2
JP3029005B2 JP6075551A JP7555194A JP3029005B2 JP 3029005 B2 JP3029005 B2 JP 3029005B2 JP 6075551 A JP6075551 A JP 6075551A JP 7555194 A JP7555194 A JP 7555194A JP 3029005 B2 JP3029005 B2 JP 3029005B2
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佳衣子 久賀
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マルチメディア等の立
体ビジョンカメラに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、立体ビジョンカメラは、2つの独
立した光学系により映像信号をとらえて立体映像信号と
していた。即ち、CCD等からなる撮像部の光学系と、
ラインセンサ等の受光素子からなる距離計測部の光学系
とで構成され、それぞれの信号を合成して立体画像信号
を得ていた。
【0003】図6に従来例の構成を示す。1はCCD等
の撮像素子2と撮像用レンズ3からなる撮像部で、4は
ラインセンサ等の受光素子6と距離計測用レンズ7から
なる距離計測部である。また、8は撮影される物体で、
9は撮像部1と距離計測部4の信号を合成する合成器で
ある。撮像部1によって得られた画像信号と距離計測部
4によって得られた距離信号は、合成器9で合成され立
体画像信号となる。
【0004】次に距離の計測方法について説明する。図
7は、その原理を示す図である。距離の計測方法は、い
わゆるTCL位相検出方式によるものである。図におい
て6はラインセンサ等の受光素子、7は距離計測用レン
ズ、8は撮影される物体である。また、A1〜A3はA系
列の受光素子のチップ、B1〜B3はB系列の受光素子の
チップであって、A1とB1、A2とB2のようにペアに構
成されており、レンズ7の左側と右側を通り入射した光
は、A系列とB系列のチップにそれぞれ入射する。図7
(a)で示すように焦点が合っていればレンズ7の両側
を通った光は、中央のペアのチップ(A2、B2)に結像
し、その出力はイのようになる。また、図7(b)で示
すように焦点が合っていなければ、レンズ7の両側を通
った光は、離れたチップに結像して、その出力はロのよ
うになる。従って、焦点の合った時のレンズ7の位置が
分かれば物体8の距離が分かるというものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、少なくとも2個の独立した光学系(撮像部1
の光学系と距離計測部4の光学系)が必要で装置が高価
になることや、撮像部1と距離計測部4が離れているた
め完全なX、Y、Z方向のベクトルをもった立体画像信
号の作成が困難であるという問題があった。
【0006】本発明は、かかる点に鑑み、1つの光学系
で撮像と距離計測を行うことを可能とし、安価でかつ完
全なX、Y、Z方向のベクトルを持った立体画像信号が
得られる立体ビジョンカメラの提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明では、X、Y、Z方向のベクトルをもつ立体画
像信号を出力する立体ビジョンカメラにおいて、撮影用
の撮像素子と、光源用の発光素子と、前記発光素子から
の光をX方向に走査する第1光学系と、前記発光素子か
らの光をY方向に走査する第2光学系と、前記発光素子
から出た光を物体に当てるとともにZ方向に移動自在な
レンズ装置と、前記物体から反射して前記発光素子側へ
戻ってくる光を側路する手段と、前記側路された光を受
ける光電変換素子がアレイ状に並列して成る受光素子
と、前記第1、第2光学系をそれぞれ駆動する第1、第
2信号を出力するとともに前記レンズ装置をZ方向の各
位置に順次駆動する第3信号を出力するコントローラ
と、前記Z方向の各位置でのX、Y走査において前記受
光素子の出力が所定の光電変換素子からのみ得られると
きの前記撮像素子からの画像データ立体画像信号とし
抽出する手段とから成る。
【0008】
【作用】上記構成では、発光素子から出た光を第1光学
系が回転駆動することによりX方向の走査を行い、発光
素子から出た光を第2光学系が回転駆動することにより
Y方向の走査を行い、レンズがZ方向に直線駆動するこ
とによりZ方向の走査を行い、受光素子の出力が所定の
光電変換素子からのみ得られるとき撮像素子で画像デー
タを得、その画像データに基づいて立体画像信号を抽出
する。
【0009】
【実施例】本発明の実施例について図面に基づいて説明
する。図1は本発明の立体ビジョンカメラの概略構成図
である。1はCCD等の撮像素子2からなる撮像部で、
4’はレーザダイオード等の発光素子5及びフォトダイ
オードアレイ等の受光素子6からなる位置検出部であ
る。また、A、B、Cは受光素子6の各フォトダイオー
ドを示している。10はレンズで、11a、11b及び
11cはプリズムである。図のようにプリズム11aは
水平方向(即ちX方向)に回転駆動し、プリズム11b
は垂直方向(即ちY方向)に回転駆動する構成になって
いる。また、プリズム11cは射出光と入射光を分岐す
る働きをしている。
【0010】14はムービングマグネット型のZ方向に
リニヤに移動するレンズ10の駆動部で、13aは駆動
部14のドライバ、13bはプリズム11aを水平方向
に回転駆動するドライバ、13cはプリズム11bを垂
直方向に回転駆動するドライバである。15は受光素子
6の出力に応じてHレベルまたはLレベルの信号を出力
するコンパレータである。また、12は各部を制御する
コントローラで、16はコンパレータ15の出力がHレ
ベルのとき撮像部1の2次元の画像データから有効な
X、Yデータを抽出するとともにコントローラ12から
のZ位置データを抽出して、立体画像信号を出力する立
体画像抽出部である。また、8は撮影される物体であ
る。X、Y、Z軸は3次元空間の各ベクトル軸を示して
いる。
【0011】次に動作を説明する。位置検出部4’で
は、発光素子5が常にプリズム11c、プリズム11
b、プリズム11a、レンズ10を介してレーザ光線を
照射している。コントローラ12は一定のスキャン信号
によるZ方向駆動信号をドライバ13aを介して駆動部
14に与えている。このZ方向駆動信号によってレンズ
10が駆動され、常にZ方向に被写体を求めてレーザ光
線が照射されている。
【0012】また、コントローラ12は一定のスキャン
信号によるX方向駆動信号をドライバ13bを介してプ
リズム11aに与えている。このX方向駆動信号によっ
てプリズム11aが水平方向に回転駆動され、その結果
レーザ光線がX方向にスキャンされる。同様に、コント
ローラ12は一定のスキャン信号によるY方向駆動信号
をドライバ13cを介してプリズム11bに与えてい
る。このY方向駆動信号によってプリズム11bが垂直
方向に回転駆動され、その結果レーザ光線がY方向にス
キャンされる。
【0013】照射されたレーザ光線は被写体の物体8に
当たって反射し、レンズ10、プリズム11a、プリズ
ム11b、プリズム11cを介して受光素子6に受光さ
れる。即ち、受光素子6の中央のフォトダイオードBの
み出力があれば、目的とする位置に被写体である物体8
が存在していることになる。
【0014】そして、受光素子6の中央のフォトダイオ
ードBのみ出力がある時、コンパレータ15の出力はH
レベルとなり、立体画像抽出部16から、撮像部1で得
られた2次元の画像信号が、有効な画像データ(X、Y
データ)として出力される。同時に、そのときのZ方向
位置データも出力される。このようにして、Z方向に順
次スキャンし、その各Z方向位置でX、Y方向の画像デ
ータとZ方向位置データが、完全なX、Y、Z方向のベ
クトルをもつ立体画像信号として出力されるのである。
【0015】次にZ方向の距離の計測方法について説明
する。図2はZ方向の距離を計測する場合の原理図であ
る。図2(a)は、物体8が距離Lの位置にありレンズ
10がzの位置にある時、レーザ光線の反射光は焦点を
受光素子6の中央のフォトダイオードBに結んでいる。
この時、出力のあるフォトダイオードは、受光素子6の
中央のフォトダイオードBだけである。次に図2(b)
は、物体8が距離L’の位置にありレンズ10がzの位
置にある時、焦点がずれてレーザ光線の反射光は散乱し
て受光素子6のフォトダイオードA、B、Cの全部に当
たることになる。この時、フォトダイオードA、B、C
の全てから出力が発生する。
【0016】次に、図2(c)は、物体8が距離L’の
位置にありレンズ10が動いてz’の位置にある時、レ
ーザ光線の反射光は再び焦点を受光素子6の中央のフォ
トダイオードBだけに結ぶ。この時、中央のフォトダイ
オードBからだけ出力が発生する。従って、中央のフォ
トダイオードBのみ出力が発生するようにレンズ10を
Z方向に駆動し、そのレンズ10の位置zによって物体
8の距離を知ることができるというものである。
【0017】次にX、Y方向のスキャン方法について説
明する。図3はX方向にスキャンする様子を示す図であ
る。また、図3は焦点が物体8に常に合っている状態、
即ち、受光素子6の中央のフォトダイオードBのみ出力
がある場合を考えている。図3(a)は、プリズム11
aが図のような状態にある時、照射されたレーザ光線が
被写体の物体8のハの位置に当たって反射してくる様子
を示している。また、図3(b)は、プリズム11aが
図のような状態にある時、照射されたレーザ光線が被写
体の物体8のニの位置に当たって反射してくる様子を示
している。さらに、図3(c)は、プリズム11aが図
のような状態にある時、照射されたレーザ光線が被写体
の物体8のホの位置に当たって反射してくる様子を示し
ている。以上のようにプリズム11aが水平方向(即ち
X方向)に回転駆動することによって、物体8はハ〜ホ
までスキャンされることになる。図示しないが、同様に
プリズム11bが垂直方向(即ちY方向)に回転駆動す
ることによって、物体8は垂直方向(即ちY方向)にス
キャンされる。
【0018】最後に、抽出された立体画像信号を立体ス
クリーン上に析出させる様子を図4、図5に示す。図4
は被写体系を表し、被写体としての物体8がZ方向に順
次スキャンされ、その各Z方向位置でX、Y方向の画像
データとZ方向位置データが、完全なX、Y、Z方向の
ベクトルをもつ立体画像信号として出力され、撮影され
ていく様子を示している。また、図5は得られた画像デ
ータに基づいて被写体系と同期をとって立体スクリーン
上に物体8がZ方向に順次スキャンされ、完全なX、
Y、Z方向のベクトルをもつ立体画像信号として出力さ
れ、映し出される様子を示している。尚、上記実施例に
おいて、プリズム11a、11b、11cの代わりに同
等の機能を有する他の光学系を使用してもよい。
【0019】
【発明の効果】上記のように本発明によれば、X、Y、
Z方向のベクトルをもつ立体画像信号を出力する立体ビ
ジョンカメラにおいて、撮影用の撮像素子と、光源用の
発光素子と、前記発光素子からの光をX方向に走査する
第1光学系と、前記発光素子からの光をY方向に走査す
る第2光学系と、前記発光素子から出た光を物体に当て
るとともにZ方向に移動自在なレンズ装置と、前記物体
から反射して前記発光素子側へ戻ってくる光を側路する
手段と、前記側路された光を受ける光電変換素子がアレ
イ状に並列して成る受光素子と、前記第1、第2光学系
をそれぞれ駆動する第1、第2信号を出力するとともに
前記レンズ装置をZ方向の各位置に順次駆動する第3信
を出力するコントローラと、前記Z方向の各位置での
X、Y走査において前記受光素子の出力が所定の光電変
換素子からのみ得られるときの前記撮像素子からの画像
データ立体画像信号として抽出する手段とから成るの
で、1つの光学系で立体画像信号を得ることを可能と
し、さらに安価でかつ完全なX、Y、Z方向のベクトル
をもつ立体画像信号が得られる立体ビジョンカメラを提
供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の立体ビジョンカメラの略構成図。
【図2】 本発明の立体ビジョンカメラがZ方向の距離
を計測する方法を説明する原理図。
【図3】 本発明の立体ビジョンカメラがX方向にスキ
ャンしていく様子を示す図。
【図4】 物体が撮影される様子を示す図。
【図5】 立体スクリーン上に物体が映し出される様子
を示す図。
【図6】 従来の立体ビジョンカメラの略構成図。
【図7】 従来の距離計測方法を説明する原理図。
【符号の説明】
1 撮像部 2 CCD等の撮像素子 3 撮像部のレンズ 4 距離計測部 4’位置検出部 5 レーザダイオード等の発光素子 6 フォトダイオードアレイ等の受光素子 7 距離計測部のレンズ 8 物体 9 合成器 10 レンズ 11a、11b、11c プリズム 12 コントローラ 13a、13b、13c ドライバ 14 駆動部 15 コンパレータ 16 立体画像抽出部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】X、Y、Z方向のベクトルをもつ立体画像
    信号を出力する立体ビジョンカメラにおいて、 撮影用の撮像素子と、 光源用の発光素子と、 前記発光素子からの光をX方向に走査する第1光学系
    と、 前記発光素子からの光をY方向に走査する第2光学系
    と、 前記発光素子から出た光を物体に当てるとともにZ方向
    に移動自在なレンズ装置と、 前記物体から反射して前記発光素子側へ戻ってくる光を
    側路する手段と、 前記側路された光を受ける光電変換素子がアレイ状に並
    列して成る受光素子と、 前記第1、第2光学系をそれぞれ駆動する第1、第2信
    号を出力するとともに前記レンズ装置をZ方向の各位置
    に順次駆動する第3信号を出力するコントローラと、前記Z方向の各位置でのX、Y走査において 前記受光素
    子の出力が所定の光電変換素子からのみ得られるときの
    前記撮像素子からの画像データ立体画像信号として
    出する手段と、 から成ることを特徴とする立体ビジョンカメラ。
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CN100378487C (zh) * 2003-08-26 2008-04-02 索尼株式会社 自动聚焦控制方法、自动聚焦控制器和图像处理器

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