JPH0629708B2

JPH0629708B2 - 距離ゲ−ト撮像方法及び装置

Info

Publication number: JPH0629708B2
Application number: JP19702787A
Authority: JP
Inventors: 健二東海林
Original assignee: KYADEITSUKUSU KK
Current assignee: KYADEITSUKUSU KK
Priority date: 1987-08-05
Filing date: 1987-08-05
Publication date: 1994-04-20
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPS6439509A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は距離ゲート撮像方法及び装置、特にスリット光
を被撮像物体の表面に照射し、これを走査することによ
ってその被撮像物体表面の光学像から距離に関する情報
を非接触で得る撮像方法及び装置に関するものである。

［従来の技術］光学系を利用し非接触にて行う距離（奥行き）情報の抽
出は、計算機応用による３次元物体形状処理には必要欠
くべからざる技術である。

光学系を利用した距離情報の抽出において、最初に得ら
れる代表的なデータは距離画像である。この距離画像と
は、通常の濃淡画像のように各画素値が明度を表すので
はなく、各画素値がカメラからの距離を反映したもので
ある。

この距離画像がそのままの形で用いられることは少な
く、３次元形状処理内容に適した形に変換されて用いら
れる。特に、生産工程における３次元部品識別において
は、距離画像をある一定距離をしきい値として２値化し
た画像を、しきい値を変えて複数枚求め、各画像から、
面積、長さ、重心などの幾何学的特徴量を算出し、これ
をもとにして識別を行うことが提案されている（電子通
信学会論文誌、Vol.J69-D、No.1、pp.１１１〜１１２、１
９８６年１月）。これは、３次元物体形状識別処理を行
うにあたって、距離画像をそのまま扱うのではなく、一
旦２値化してから用いることにより、扱うデータ量を減
らし、同時に、処理時間の短縮も図ろうというものであ
る。以下では、距離画像をある一定距離をしきい値とし
て２値化した画像、あるいは、ある距離範囲にあるかど
うかで２値化した画像を距離ゲート画像と称することに
する。

従来、前記距離ゲート画像を得るためには、前述のよう
に一旦距離画像を求めてからそれを２値化する方法が用
いられていた。そこで、まずこのような従来の距離画像
の求め方について説明する。

非接触に光学的方法で距離画像を求める従来の代表的方
式には、受動ステレオ法と能動ステレオ法がある。受動
ステレオ法は、両眼立体視の原理に基づくもので、ＴＶ
カメラ等で３次元物体を複数の視点から撮像し、撮像さ
れた複数枚の画像と撮像時の視点及び視方向から三角測
量の原理を用いて距離画像を得るものである。このと
き、ある視点で撮像された画像中のある一点が別の視点
で撮像された画像中のどの点に対応するのかという対応
点検検出処理が必要となり、そのためには多くの記憶容
量と処理手順、処理時間を要する。

能動ステレオ法は、前記受動ステレオ法の１視点からの
撮像をスポット光あるいはスリット光の照射に置き換え
たものである。能動ステレオ法のうち最も実用性の高い
方式はスリット光を用いる光切断法である。この光切断
法は、対象３次元物体に対しスリット光を照射し、その
結果生じる物体表面の光学像をスリット光の張る平面か
らは離れた視点で撮像し、撮像面に結像した光学像とス
リット光の張る平面と撮像系の幾何学的位置関係により
三角測量の原理を用いて物体表面上の光学像の空間座標
を求める方法であり、前述の対応点検出処理は不要であ
る。

この光切断法の一例として、スリット光の照射方向を計
算機制御とし、スリット光による物体表面上の光学像を
ＴＶカメラ等を用いた画像入力装置にて取り込み、スリ
ット光にて形成される平面方程式と入力画像から物体表
面の光学像の３次元座標を計算していくものがある。こ
の場合、１回の画像取り込みでは、スリット光により照
射した物体表面上の光学像部分の３次元座標しか計算で
きないが、スリット光を少しずつ偏向走査し画像入力を
繰り返すことにより、物体表面上の多数の３次元座標が
求められ、結果的に距離画像を得ることができる。

なお、このような光切断法における画像入力の繰り返し
を避けるため、高速に走査されるスリット光を照射し、
そのスリット光による物体表面上の光学像が固体撮像素
子上の各画素を通過した時刻を記憶しておくという機能
を持った特殊な固体撮像素子を用い、高速に距離画像を
求めるという提案もある（電子情報通信学会論文誌、Vo
l.J70-D、No.5,pp.１０５３〜１０５５，１９８７年５
月）。しかし、この方法では固体撮像素子に時刻を記憶
できる特殊なものを用いなければならず、現在のところ
実用的なものとはいえない。

結局、従来手法により距離ゲート画像を得るためには、
前記光切断法などにより、一旦距離画像を求め、さら
に、一定距離しきい値として２値化するかあるいはある
距離範囲にあるかどうかで２値化するなどの処理が必要
となる。

［発明が解決しようとする問題点］前述のような従来の光切断法によれば、距離画像を求め
るためには、スリット光偏向操作１回に付き画像入力を
１回行い、これをスリット光が物体表面全体を走査する
のに要する偏向操作回数だけ繰り返すことになる。従っ
て、例えば、通常の工業用ＴＶカメラを用いて画像入力
を行った場合、１回の画像入力に少なくとも１／６０な
いし１／３０秒の時間を要し、最終的に距離画像を得る
のに長い時間がかかってしまうという問題点があった。

加えて、距離画像から距離ゲート画像を得るのに何らか
の２値化処理が必要であるため、リアルタイムで距離ゲ
ート画像を得たり、運動している物体の距離ゲート画像
を得るのは不可能に近い状態であった。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みなされたもので
あり、その目的は、一旦距離画像を求めることなく、ス
リット光を用いて被撮像物体の距離ゲート画像相当のも
のを直接的に高速度で撮像するための撮像方法及び装置
を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］本発明の距離ゲート撮像方法は、スリット光を被撮像物
体の表面に沿って走査し、前記スリット光による被撮像
物体の表面の光学像を所定の開口部を有するシャッタ面
上に導くとともに、前記スリット光の走査と同期して前
記シャッタ面上の開口部を移動させ、前記スリット光の
走査に従って前記シャッタ面上を移動する前記光学像の
うち前記移動する開口部を通過した光学像のみを撮像面
に露光させ、被撮像物体表面のうち所定の距離範囲にあ
る被撮像物体の表面のみを撮像することを特徴とする。

また、本発明の距離ゲート撮像装置は、スリット光を被
撮像物体の表面に向けて偏向走査する偏向照射装置と、
前記スリット光による被撮像物体の表面の光学像をシャ
ッタ面上に結像させる光学系と、前記スリット光の走査
に同期して前記シャッタ面上の所定の開口部を移動させ
る移動手段と、前記シャッタ面上に結像した前記光学像
のうち前記移動する開口部を通過した光学像のみが選択
的に露光する撮像面と、を含むことを特徴とする。

［作用］以上のように、本発明では、スリット光を偏向走査させ
ながら被撮像物体表面に照射し、スリット光により生じ
た被撮像物体表面上の光学像を光学系によりシャッタ面
上に結像させ、スリット光走査にともなってシャッタ面
上を移動する被撮像物体表面の光学像をスリット光走査
と同時に移動するシャッタ面上の開口部により撮像面に
選択的に露光蓄積させることにより、従来の光切断法の
ごとくスリット光を少しずつ偏向させ画像入力を行うと
いう操作を繰り返すことなく、被撮像物体表面のうち所
望の距離範囲にある部分のみの画像、すなわち距離ゲー
ト画像の撮像を可能とするもので、スリット光走査およ
びシャッタの開口部の移動を高速度で行うことにより距
離ゲート画像をリアルタイムで撮像することが可能とな
る。

［実施例］以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について説
明する。

第１実施例第１図はこの発明の一実施例の全体構成を示す斜視図、
第２図はその平面図であり、第３図から第６図は、その
要部の構成を示したものである。

スリット光Ｒを所定の方向に照射する光源１０は、偏向
走査可能となっている。例えば、図において矢印で示す
ように左から右に１／６０あるいは１／３０秒程度の周
期で走査される。これによって、スリット光Ｒが物体１
２の表面に沿って走査される。

また、シャッタ１４はこのスリット光Ｒの走査に同期さ
せて移動される。このシャッタ１４はその中央部にシャ
ッタスリット１６を有しており、このシャッタスリット
１６の後方に撮像面１８が形成されている。なお、この
シャッタ１４及び撮像面は、ＴＶカメラＣの一部を構成
している。

このようにＴＶカメラＣのシャッタ１４をスリット光Ｌ
の走査に同期して移動させると、所定位置に被撮像物体
の表面がある時のみにシャッタスリット１６を光が通過
し、撮像面１８が露光されることになる。

第１図の実施例の各要素の幾何学的な関係について説明
する。第２図に第１図を上（ｙ軸方向）から見た図を示
す。以下、簡単のために、上から見た２次元平面図
（ｘ，ｚ平面）で考える。レンズ２０の中心Ｏを原点に
とり、シャッタスリット１６と原点を通るシャッタスリ
ット線（面）をＳ、スリット光Ｒをスキャンする鏡１０
ｂの回転中心をＭ（ｘ_M，ｚ_M）とし、Ｍを通るスリット
光をＲ、スリット光がｚ軸となす角をθ_Rとする。ま
た、レンズの焦点ｚ＝−ｆを通り、ｘ軸と逆向きで平行
な軸をａ、軸ａ上にあるシャッタスリット１６の座標を
ａ_sとする。すると、シャッタスリット線Ｓ：スリット光線Ｒ：ｘ−ｘ_M＝−tanθ_R・（ｚ−ｚ_M）（２）ＳとＲの交点は、ＳとＲが等距離面ｚ＝ｚ₀で交わるためのａ_sとθ_Rとの
関係は、式（１），（２）のｚをｚ₀とおき、ｘを消去
すると、このように、シャッタ１４の開口部をスリット状のシャ
ッタスリット１６とし、シャッタスリット１６の位置ａ
_sとスリット光Ｒの偏向角θ_Rを式（５）のような関係で
同期移動させれば、スリット光Ｒの形成する平面と、シ
ャッタスリット１６とレンズ２０の中心Ｏを通るシャッ
タスリット面Ｓとの交線が等距離面Ｖ（ｚ＝z₀）を移動
することになる。

このようにすると、実際に撮像面１８に露光するのは等
距離面Ｖと物体１２表面に交線となる。つまり、物体１
２の表面が等距離面Ｖ上にある時のみ撮像面１８に露光
することになる。このため、結果的に３次元物体のある
距離での等距離線、すなわち距離ゲート画像を１回の走
査、つまりＴＶ１フレーム期間で撮像することができ
る。また、シャッタ１４の移動とスリット光Ｒの走査を
繰返せば、ＴＶモニタで直視することもできる。

また、スリット光Ｒの走査とスリット状開口部、例えば
ジャッタスリット１６の移動との制御については、両者
の関係を適当に変えることにより、所望する距離での等
距離面Ｖについての距離ゲート画像を得ることができ
る。

なお、本発明において直接的に撮像される距離ゲート画
像とは、距離画像を２値化したものという従来の意味と
は少し異なり、被撮像物体を前記シャッタなしで撮像し
た画像から被撮像物体表面のうち所定の距離範囲に存在
する表面部分のみを取り出した画像を意味する。しかし
ながら、本発明において直接的に撮像される距離ゲート
画像を適当な明度レベルで２値化することにより、従来
の意味での距離ゲート画像と実質的に同一の画像を得る
ことができるので、両者を区別する必要はない。

また、シャッタスリット１６の幅を広くすれば、シャッ
タスリット１６を通過できる光の範囲が広がる。つま
り、シャッタスリット面Ｓがｘ軸方向に広がり、物体１
２がシャッタスリット１６の幅に対応した範囲にある場
合に撮像面１８に露光する。

そこで、第３図に基づいてこのシャッタスリット１６の
構成について説明する。つまり、第３図Ａに示すように
シャッタ１４の基準線、すなわちスリット光Ｒに対応す
るシャッタスリット面Ｓとして十分に細いシャッタスリ
ット１６を形成すれば、等距離面のみの撮像が行える。
また、第３図Ｂに示すように基準線の右側（ｘ軸正方
向）に大きな開口を設けると等距離面Ｖより奥にある部
分のみの撮像が行なえ、第３図Ｃに示すように基準線の
左側（ｘ軸負方向）に大きな開口を設けると等距離面Ｖ
より手前にある部分のみの撮像が行える。

なお、開口部であるシャッタスリット１６を持つシャッ
タ１４を機械的に動作させる場合、撮像面１８とシャッ
タ１４面を正確に一致させることは難しい。しかし、両
平面が正確に一致していないと開口部のエッジがぼけ
て、シャープな距離ゲート画像が得られない。このた
め、第４図に示すようにレンズ２０に加えて、シャッタ
１４と撮像面１８の間にレンズ群２２を設け、これによ
って光学的に両面を一致させてもよい。

このようにした場合は、撮像面１８に置くものを各種の
撮像素子や写真フィルム等から撮像目的に沿って自由に
選択できるという利点を有する。また、ここに適当な光
学系を置いて直視することも可能である。

前述したスリット光Ｒによる被撮像物体表面の走査に
は、スリット光Ｒの光源１０あるいはそれを反射する鏡
を回転させて行うことが好適である。もちろん本発明に
おいては、光源１０あるいは鏡を回転させて行う方式の
他に、例えば、スリット光光源１０を平行移動させた
り、定点に向けて扇形に移動させる方式も可能である。

なお、この実施例では、スリット光Ｒの光源１０はＴＶ
カメラＣの右側に配置したが、勿論、左側に配置するこ
とも可能である。また、スリット光Ｒは斜め方向から物
体１２に照射されるため、ＴＶカメラＣからは見える
が、スリット光Ｒはあたらない物体表面、いわゆる死角
が生じる可能性がある。この死角を減少させるため、Ｔ
ＶカメラＣの左右に１台づつスリット光源をおき、左右
のスリット光源を交互に走査することも可能である。こ
のときシャッタスリット１６については、第３図Ａの十
分に細いシャッタスリットの場合はこのままで良いが、
第３図Ｂ，Ｃの場合は、左右のスリット光源を切り替え
るときに、同時にシャッタスリット１６も第３図Ｂから
Ｃに、あるいは第３図ＣからＢに切り替える必要があ
る。

また、前記スリット光により生じた被撮像物体表面上の
光学像をシャッタ１４面上に結像させる光学系としては
通常のカメラ用レンズのうち画像歪みの少ないものが好
適である。但し、特定の曲面についてのデータを得たい
場合等特殊効果を狙う場合はこの限りではない。

つまり、前述のスリット光走査とシャッタの開口部の移
動との関係の制御は基本的には等距離平面を仮定して行
われるが、等距離平面を傾けた平面や簡単な曲面を仮定
して行うことも可能である。

第５図にシャッタ１４の具体的構成の一例を示す。

移動可能なシャッタ１４の上下にスライド台２４を設
け、このスライド台２４を架台２６のスライド受け台２
８に支持する。

そして、シャッタ１４にはモータ３０によって駆動され
るクランク３２が係合される。このためモータ３０の回
転は左右往復動に変換され、シャッタ１４が左右往復動
する。尚、モータ３０としては、例えばステッピングモ
ータが採用される。

また、シャッタ１４はその両端がバネ３４を介し、架台
２６に支持されている。そこで、クランク３２の係合突
起３２ａを加工する時は、この係合突起３２ａによって
図中右方へシャッタ１４が移動されるが、これが上昇す
る時はこのバネ３４の力でシャッタ１４が所定の位置に
保持される。また、シャッタ１４に係合突起３２ａに係
合するスリットを設け、シャッタ１４を往復動させても
よい。

さらに、モータ３０には、エンコーダが内蔵されてい
る。そして、このエンコーダはモータ３０の回転に同期
した信号を出力する。そして、光源１０の走査に対応す
るのではなく、この信号によって光源１０におけるスリ
ット光Ｒの走査をを制御すれば、スリット光Ｒとシャッ
タ１４の移動の同期が達成される。

第６図に示したのは、シャッタスリット１６の幅を調整
可能としたシャッタ１４の別の例である。

この例では、シャッタ１４は、固定マスク４０と、可動
マスク４２で形成されている。そして、この固定マスク
４０と可動マスク４２の間隙がシャッタスリット１６に
なっている。

可動マスク４２の下部はシャッタ基部１４ａに摺動可能
に支持されるとともに、ネジ４４の回転によって移動調
整自在となっている。このネジ４４の基部４４ａは、例
えば６角形に形成されており、調整ネジ４６にこれに対
応するように形成された穴に貫通されている。このた
め、この調整ネジ４６を回転することによって可動マス
ク４２の固定マスク４０に対する位置、つまりシャッタ
スリット１６の幅の調整が行える。

また、シャッタ１４の基部１４ａは、架台２６に摺動自
在に支持されている。そして、クランク３２によって左
右往復動される。

さらに、第７図に示すようにシャッタ１４をフィルム４
６で構成しても良い。このフィルム４６は、透明部４６
ａとマスク部ｂを有しており、このフィルム４６を２つ
合わせた透明部４６ａの重なった部分がシャッタスリッ
ト１６を形成する。つまり、ローラ３８の回転駆動によ
って２つのフィルム４６を等速度で移動すれば、２つの
フィルム４６によって形成されているシャッタスリット
１６が移動することになる。なお、ローラ３８が図にお
ける矢印方向に移動すればシャッタスリット１６は右方
向に移動することなる。

そして、シャッタスリット１６の移動をスリット光Ｌに
同期させれば、前述の場合と同様に等距離面Ｖ上に被撮
像物体表面があった時のみに光学像がこのシャッタスリ
ットを通過し、距離ゲート画像が得られる。

なお、フィルム４６の同期制御はフォトディテクタ４８
の検出結果によって行う。また、フィルム４６にフォト
ディテクタ４８による検出のための目印を別に設けてお
き、この目印の位置によって同期制御を行っても良い。

また、この実施例によれば、ローラ３８の回転によって
シャッタスリット１６の移動制御ができるので、高速移
動が正確に行え、また移動のための機構も往復運動に比
べ簡単になる。さらに、フォトディテクタ４８の検出結
果によって同期の制御が行えるため、２つのフィルム４
６のそれぞれの同期制御によって、シャッタスリット１
６の幅の変更も行える。

従来の光切断法では、スリット光と各装置間の幾何学的
関係を既知とし、撮像面に結像した光学像から三角測量
の原理で物体表面の光学像の３次元座標を計算するが、
一方、距離ゲート画像を得るためには３次元座標を計算
する代りに奥行き座標すなわち距離が所定の範囲にある
かどうかを判断する必要がある。

本発明では、距離が所定の範囲にあるかどうかの判断
を、スリット光Ｒの走査と同時に移動するシャッタ１４
の開口部を光学像が通過するかどうかで行う。従って、
シャッタ１４の開口部の形状やスリット光Ｒの走査と開
口部の移動との間の関係を適宜制御すれば、撮像面１８
に到達する光学像は物体１２表面の光学像のうち所定の
距離範囲にあるものだけとなる。このため、スリット光
Ｒの走査とシャッタ１４の開口部の移動を高速に行い、
スリット光Ｒの１走査期間は映像を蓄積できるような通
常の撮像管、固体撮像素子、写真フィルムなどを撮像面
１８とすることにより、著しく短時間で距離ゲート画像
の撮像が可能となる。

第２実施例固体撮像素子上にシャッタ機能を実現した例について、
第８図から第９図に基づいて説明する。

つまり、この例では、通常のインタライン転送方式ＣＣ
Ｄ（ＩＴ−ＣＣＤ）撮像素子に対し、列あるいは行毎に
光ダイオードの信号電荷をドレインに流し込み捨てる
か、光ダイオードに隣接したコンデンサに蓄えるかを制
御するシャッタ制御回路を付加した撮像素子を用いる。

第８図に、通常のＩＴ−ＣＣＤ(charge coupled devic
e)撮像素子５０の概念図を示す。このような通常のＩＴ
−ＣＣＤ撮像素子５０においては、水平ＣＣＤ５２に複
数の垂直ＣＣＤ５４接続されている。そして、垂直ＣＣ
Ｄ５４には一群の光ダイオード５６がＭＯＳスイッチ５
８を介して接続されている。また、各ＭＯＳトランジス
タスイッチ５８は信号φ_ptによって制御される。

ビデオ信号Ｓｖの垂直帰線期間（ＶＳＹＮＣがＯＮの期
間）にφ_ptをＯＮとして、ＭＯＳトランジスタスイッチ
５８をＯＮとする。すると、各光ダイオード５６に蓄積
された信号電荷はＭＯＳトランジスタスイッチ５８を通
して、全画素一斉に垂直ＣＣＤ５４に読みだされる。そ
して、水平ＣＣＤ５２、垂直ＣＣＤ５４をクロックパル
ス（図示せず）で制御し、１画素ずつ出力し、ビデオ信
号Ｓｖを形成する。

このように、通常のＩＴ−ＣＣＤ撮像素子５０では、１
つの光ダイオード５６とＭＯＳトランジスタスイット５
８の１組が１画素に対応している。

ここで、この発明においては、このＩＴ−ＣＣＤ撮像素
子５０においてシャッタ機構を実現するため、１画素を
第９図Ａのように変更し、全体として第９図Ｂのように
構成する。つまり、光ダイオード５６とＭＯＳトランジ
スタスイッチ５８の間にＭＯＳトランジスタスイッチ５
８ｃとコンデンサ６０を１組挿入する。また、光ダイオ
ード５６は別のＭＯＳトランジスタスイッチ５８ｄを介
しドレインに接続する。そして、このコンデンサ６０と
接続するＭＯＳトランジスタ５８ｃを信号φ_ci、ドレイ
ンと接続するＭＯＳトランジスタスイッチ５８ｄを信号
φ_diで制御する。なお、ＭＯＳトランジスタスイッチ５
８を制御するφ_ptは第８図のものと同様の信号である。

ここで、φ_ciとφ_diは列番号ｉに対するシャッタ制御信
号であり、互いに逆相の信号である。つまり、列番号ｉ
について、φ_ciがＯＦＦでφ_diがＯＮの場合は、光ダイ
オード５６の信号電荷はドレインに流れだし、捨てら
れ、これがシャッタのＯＦＦに対応する。また、φ_ciが
ＯＮでφ_diがＯＦＦの場合は、光ダイオード５６の信号
電荷が隣接するコンデンサ６０に蓄えられ、これがシャ
ッタ開に対応する。

このようにすると、信号φ_ptにより垂直ＣＣＤ５４に全
画素一斉に読みだされるのは、各コンデンサ６０に蓄え
られた電荷となる。

なお、信号φ_ptがＯＮとなるのは、垂直帰線期間である
から、この期間をさけてシャッタ動作を行い、シャッタ
動作と信号読みだし動作の衝突をさける必要がある。

そして、垂直帰線期間以外の期間でφ_ci、φ_diを適当な
タイミングで制御すれば、シャッタスリット１６の開口
面積を制御することができる。つまり、スリット状開
口、右側開口、左側開口を実現できる。

このように、この実施例によれば電子的にシャッタの移
動を制御できるため、この移動を光源１０のスリット光
Ｌに走査に正確に同期させることも非常に容易である。

このように撮像素子として固定撮像素子を用い、シャッ
タ１４は固体撮像素子上に電子的に実現するのが最も理
想的である。なぜなら、シャッタ１４面と撮像面１８と
を厳密に一致させることができる他に、シャッタ１４の
開口部の形状と移動の制御を完全に電子的に行えるとい
う利点をも有するからである。

第３実施例この実施例では、２次元撮像素子とシャッタを用いるか
わりにラインセンサ７０を焦点面でスリット光の走査に
同期させて移動させる。このようにすると、開口部がス
リット状の場合と同様な像がラインセンサ７０に得られ
る。

また、ラインセンサ７０は固定しておき、鏡７２によっ
て入射光をスキャンすれば、撮像部を簡略化できる。

そこで、第１０図の平面図に基づいて鏡によって入射光
をスキャンする場合について説明する。

ラインセンサ７０を鉛直方向に固定する。また、鏡７２
もその面が鉛直方向に向いている。ラインセンサ７０を
置く点をＰ、撮像したい光学像の焦点面上の点をＰ′を
する。そして、ＰとＰ′の垂直２等分線を１ppとし、こ
の１pp上に鏡７２を置く。レンズ２０の中心を通りＰ′
に至る光線１ｐと１ppの交点をＣとする。光線１ｐは鏡
７２に対し入射角θで入射し、点Ｃで反射する。この
θ、三角形ＣＰＰ′が２等辺三角形であり、１ppが線文
ＰＰ′の垂直２等分線であるので、１ppと直線ＣＰのな
す角度に等しい。従って、点Ｃで反射した光は点Ｐに到
達する。

これより、点Ｐ′を移動させ、ＰとＰ′の垂直２等分線
上に鏡を置けば、点Ｐ′に結像するはずの像が点Ｐに結
像する。このため、スリット光の走査に同期して、鏡７
２を前記法則に従って回転移動すれば、被撮像物１２体
の表面が等距離面Ｖ上にある時のみにラインセンサ７０
上に結像する。これによって、距離ゲート画像が得られ
る。

なお、鏡７２の駆動は、公知のスキャンする鏡を内蔵す
るカメラを同一の構造とすることができる。このような
鏡内蔵カメラとしては、例えばＣＣＤミラースキャンカ
メラＭＳＣ−２０００（日本発条株式会社）などがあ
る。

第４実施例この実施例では、シャッタスリット１６を垂直スリット
開口部とし、光源１０からのスリット光Ｒも垂直スリッ
ト光としている。

まず、この実施例の各要素の幾何学的な関係について説
明する。第１１図に上（ｙ軸方向）から見た図を示す。

ここで第１１図は、第２図におけるスリット光Ｒの回転
走査の中心Ｍのｚ座標Ｚ_M＝０とおいたものである。ま
た、Ｍには回転鏡１０ｂをおき、レーザ光源１０ａとシ
リンドリカルレンズ１０ｃにより形成されたスリット光
を回転鏡１０ｂに導き、回転鏡１０ｂによりスリット光
Ｒを回転走査するものである。このとき、スリット光線
Ｒと座標軸ａとの交点をａ_Rとおくと、ａ_R＝−ｘ_M−ｆ・tanθ_R（６）すると、式（５）は、ａ_s−ａ_R＝ｘ_M・（ｆ／ｚ₀＋１）（７）式（７）右辺はｚ₀を定数とみなせば定数である。従っ
て、ａ_s−ａ_Rすなわち第１２図の三角形の底辺の長さを
一定に保てば、シャッタスリット線Ｓとスリット光Ｒは
等距離面上で交わる。そして底辺の長さを変えれば、等
距離面が前後することになる。

以上の原理を用いた距離ゲート撮像装置の一実施例につ
いて第１２図に基づいて説明する。

シャッタ１４の構成は、第６図に示したものと同様であ
る。つまり、固定マスク４０と可動マスク４２の間隙が
シャッタスリット１６に形成されており、可動マスク４
２をネジ４４によって相対的に移動することによって、
シャッタスリット１６の幅の調整が行える。

そして、シャッタ１４の振動はクランク３２によって行
なわれるが、シャッタ１４は連結装置８０によってスラ
イド台８２に伝えられる。なお、この例では、クランク
３２とスライド台８２が接続されており、このスライド
台８２の往復動がシャッタ１４に伝達するようになって
いる。

そしてスライド台８２には係合突起８２ａが設けられ、
この係合突起８２ａが回転アーム８４の長孔８４ａに係
合される。そして、この回転アーム８４の揺動がアーム
８６を介し鏡支持部材８８に伝達され、鏡１０ｂが往復
回転してレーザ光源１０ａとシリンドリカルレンズ１０
ｃにより形成されたスリット光をスキャンする。そし
て、このようにして、回転走査されるスリット光Ｒの角
度θ_Rは第１１図に示したものとなる。

また、レーザ光源１０ａとシリンドリカルレンズ１０ｃ
は、両者により形成されるスリット光がＸ軸上をＸ＋方
向に向かって進むように設置する。すると、スリット光
Ｒをスキャンする鏡１０ｂの法線方向はスリット光Ｒと
ｘ−軸とからなる角のちょうど半分となる必要がある。
第１２図の実施例において、このような回動が達成され
る。

これによって、等距離面Ｖ上に被撮像物体１２の表面が
ある場合のみ光学像がシャッタスリット１６を通過す
る。

第５実施例この実施例においては、回転シャッタスリットと回転ス
リット光を用いる。

第４実施例のような垂直シャッタスリットと垂直スリッ
ト光を用いるのが理想的ではあるが、機械的に両者の同
期をとりながら高速に走査するには、かなりの複雑な機
構が必要である。そこで、この実施例では、このかわり
に、回転シャッタスリットと回転スリット光を用いる。

まず、第１３図のようなシャッタスリット１６を持つ回
転シャッタがあるとする。このようなシャッタ１４で距
離ゲート撮像を可能とするためには、どんなスリット光
を照射すればよいかというと、ｚ＝z₀の等距離面Ｖ上
に、スリット開口部をレンズを通して逆投影して得られ
る直線と一致するようなスリット光をカメラの横から照
射すればよいことになる。

第１３図の回転シャッタ１４の場合は、シャッタスリッ
ト１６を逆投影して得られるｚ＝z₀平面上の直線は、点
Ｃ_zo（Ｏ，−（ｙ_Rs／ｆ）・z₀，z₀）を通り、傾きはシ
ャッタスリット１６の傾きに一致した直線となる。すな
わち、シャッタ１４が回転すれば逆投影した直線も点Ｃ
_Z0を中心に同じ角度で回転する。よって、このような回
転するスリット光Ｒをカメラの横から照射してやればよ
いことがわかる。

このような回転スリット光Ｒを実現するため、第１４図
のように、レーザ光を光源１０ａから発し、シリンドリ
カルレンズ１０ｃを介し、鏡１０ｂに照射する。そし
て、鏡１０ｂを回転させ、回転軸に一致させたスリット
光Ｒを入射すれば、鏡１０ｂの回転軸を中心に鏡１０ｂ
の回転速度の２倍の速度で回転するスリット光Ｒが得ら
れる。従って、回転鏡１０ｂの回転中心を点Ｃ_ZOに向け
て回転鏡１０ｂを設置し、鏡１０ｂの回転軸に一致する
ようにスリット光Ｒを鏡１０ｂに入射して、回転鏡１０
ｂを適当に回転させればよい。

ここで、ｚ＝z₀平面でスリット光Ｒと回転シャッタ１４
のシャッタスリット１６の逆投影が一致しているとき、
回転シャッタ１４の回転角とスリット光Ｒの回転軸につ
いての回転角とは必ずしも一致しない点が問題となる。
つまり、スリット光Ｒはカメラの横から斜めに照射する
ので、回転シャッタ１４の回転軸とスリット光Ｒの回転
軸は平行ではないからである。

この点について、解決するため、次のような機構を設け
る。

（１）回転シャッタ１４の回転軸と平行な回転軸で、回
転シャッタ１４の回転と等しく回転する軸を設定し、こ
の軸に第１５図に示すようないわゆるユニバーサルジョ
イント１００を連結し、このユニバーサルジョイント１
００を介して鏡１０ｂの回転軸を回転させる。このユニ
バーサルジョイント１００によれば、回転軸１０２と回
転軸１０４を任意の角度で連結できる。

（２）鏡の回転はスリット光Ｒの回転の半分の回転とす
る必要があるので、鏡１０ｂ回転軸の回転を半分に減速
する第１６図Ａ、Ｂに示すような減速装置１１０を介し
て鏡１０ｂを回転させる。

第１６図Ａのボールベアリングタイプの減速装置１１０
によれば、駆動軸１１２の回転はその１／２の速度のボ
ール１１４の円運動に変換され、これによって被駆動軸
１１６が回転される。このため、被駆動軸１１６の回転
数は駆動軸１１２の１／２となる。また第１６図Ｂの減
速装置１１０によれば、駆動軸１１２の回転はギア１１
６ａ、ｂ、ｃ、ｄによって１／２の回転数になって、被
駆動軸１１４に伝達される。つまり、ギア１１６ａとギ
ア１１６ｂのギア比較は１：２、ギア１１６ｃとギア１
１６ｄのギア比較は１：１となっている。

ここで、減速装置１１０によって回転を半分に減速する
段階をユニバーサルジョイント１００を介して鏡１０ｂ
を駆動する前の段階としてはいけない。

すなわち、［回転シャッタ１４と等しい回転］→［ユニバーサルジ
ョイント１００］→［１／２減速装置１１０］→［鏡１
０ｂ回転］の順でなければならず、［回転シャッタ１４と等しい回転］→［１／２減速装置
１１０］→［ユニバーサルジョイント１００］→［鏡１
０ｂ回転］であってはならない。

第１７図Ａ，Ｂ，Ｃにスリット幅固定の回転シャッタを
用いたシステム全体の概略を示す。この場合、駆動モー
タは１台で済み、シャッタ１４とスリット光Ｒの同期が
確実に行なわれる。

この実施例において、回転シャッタ１４の回転は、ベル
ト１１８、ユニバーサルジョイント１００、減速装置１
１０を介し鏡軸１２０の回転に変換される。この鏡軸１
２０は、第１７図Ａのようにｘ軸方向からみると回転シ
ャッタの回転中心とレンズ２０の中心を通る直線と一致
し、第１７図Ｂのようにｙ軸方向からみると鏡軸１２０
の延長方向が点z₀へ向いている。

ここで、この鏡軸１２０の他端はｘ軸方向のみ移動可能
な支持パイプ１２２によって支持されている。そして、
この支持パイプ１２２は、これをｘ軸方向に移動させる
ため、ｘ軸方向移動自在の移動パイプ１２４に回転自在
に軸支されている。このため、移動パイプ１２４を移動
調整することによって、第１７図Ａのようにｘ軸方向か
らみたときの鏡軸１２０の向きを変えることなく、第１
８図Ｂのようにｙ軸方向からみたときの鏡軸１２０の向
きを変更でき、これによって点z₀すなわち等距離面Ｖを
変更できる。

また、レーザ光を発する光源１０ａからのスポット光
は、第１４図に示したようにシリンドリカルレンズ１０
ｃによってスリット光を形成し、鏡軸１２０の鏡１０ｂ
によって反射され、被撮像物体１２へ照射される。

そして、この鏡１０ｂの回動と回転シャッタ１４の回転
が同期されているので、被撮像物体が１２が所定の等距
離面Ｖにある時にのみ光学像がシャッタスリット１６を
通過する。これによって距離ゲート画像が得られる。

また、レーザ光源１０ａとシリンドリカルレンズ１０ｃ
とを支持している台１２６は回転可能となっており、こ
れによって等距離面Ｖを変更できるようになっている。

さらに、第１８図には、シャッタスリット１６の幅が調
節可能な回転シャッタ１４を示す。これは２台のモータ
を用いて回転シャッタ部材１３０、１３２両者の位相を
変えることにより、シャッタスリット１６の幅を変更で
きるようにしたものである。つまり、この例では、回転
シャッタ部材１３０と１３２を別々のモータで駆動する
ようにしている。

また、回転シャッタ部材１３０、１３２を駆動を差動ギ
ヤのようなものを用いて、モータ１台でで行い、シャッ
タスリット１６の幅を変更しても良い。

このような回転シャッタスリットと回転スリット光を用
いる方法によれば、高速のスリット光の走査とシャッタ
の同期が達成できる。

［発明の効果］以上のように、本発明の距離ゲート画像の撮像方法及び
装置によれば、スリット光走査とシャッタ開口部の移動
とを高速に行うことにより、スリット光を少しずつ偏向
させ画像入力を行うという操作を繰り返すことなく、被
撮像物体表面のうち所望の距離範囲にある部分のみの画
像すなわち距離ゲート画像をリアルタイムで撮像するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る距離ゲート画像の撮像装置の第
１実施例の全体構成を示す斜視図、第２図は同実施例の全体構成を示す平面図、第３図は同実施例のシャッタ１４の構成例を示す説明
図、第４図は同実施例のＴＶカメラの構成例を示す概略図、第５図は同実施例のシャッタ１４の構成例を示す斜視
図、第６図は同実施例のシャッタ１４のさらに他の構成例を
示す斜視図、第７図は同実施例のシャッタ１４のさらに他の構成例を
示す斜視図、第８図は従来の固体撮像素子５０の構成を説明するため
の概略図、第９図は第２実施例における固体撮像素子５０の構成を
説明するための概略図、第１０図は第３実施例の全体構成を示す概略図、第１１図は第４実施例の全体構成を示す概略図、第１２図は同実施例の要部の構成を示す平面図、第１３図は第５実施例の回転シャッタ１４の位置を説明
するための概略図、第１４図は同実施例のスリット光Ｒの発生状態を説明す
るための概略図、第１５図は同実施例のユニバーサルジョイント１００の
構成を示す斜視図、第１６図は同実施例の減速装置１１０の構成を説明する
ための概略図、第１７図Ａ、Ｂ、Ｃは同実施例の要部の構成をそれぞれ
ｘ、ｙ、ｚ軸方向から見た図、第１８図は同実施例の回転シャッタ１４の構成例を示す
斜視図、１０……光源１２……物体１４……シャッタ１６……シャッタスリット１８……撮像面Ｃ……ＴＶカメラＶ……等距離面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スリット光を被撮像物体の表面に沿って走
査し、前記スリット光による被撮像物体の表面の光学像
を所定の開口部を有するシャッタ面上に導くとともに、
前記スリット光の走査と同期して前記シャッタ面上の開
口部を移動させ、前記スリット光の走査に従って前記シ
ャッタ面上を移動する前記光学像のうち前記移動する開
口部を通過した光学像のみを撮像面に露光させ、被撮像
物体表面のうち所定の距離範囲にある被撮像物体の表面
のみを撮像する距離ゲート撮像方法。
【請求項２】スリット光を被撮像物体の表面に向けて偏
向走査する偏向照射装置と、前記スリット光による被撮
像物体の表面の光学像をシャッタ面上に結像させる光学
系と、前記スリット光の走査に同期して前記シャッタ面
上の所定の開口部を移動させる移動手段と、前記シャッ
タ面上に結像した前記光学像のうち前記移動する開口部
を通過した光学像のみが選択的に露光する撮像面と、を
含む距離ゲート撮像装置。