JP2003185421A - ３次元画像入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光素子の配置による誤差に対し、補正処理
を施さずに距離情報を取得する。 【解決手段】 基板６２上に中心ＬＥＤ６３ａと、中心
ＬＥＤ６３ａを中心とする５つの同心円上に周辺ＬＥＤ
６３ｂ〜６３ｆを配置する。同一の同心円上の周辺ＬＥ
Ｄ６３ｂ〜６３ｆは、同時に発光するグループＲ１〜Ｒ
５を形成する。中心ＬＥＤ６３ａからの測距光は撮影レ
ンズ２０ａの光軸ＬＰ上を進む。所定距離だけ離れた平
面を撮影したとき、各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆからの測距
光が同時にＣＣＤ２４に到達するように各ＬＥＤ６３ａ
〜６３ｆｂの発光タイミングを調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光伝播時間測定法
を用いて被写体の３次元の形状を検出する３次元画像入
力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、パルス変調された測距光を発光素
子から出射して被写体に照射し、被写体からの反射光を
ＣＣＤ等の撮像素子で受光して、受光量から被写体まで
の距離情報を取得する３次元画像入力装置が知られてい
る。この３次元画像入力装置において、複数の発光素子
を設けて、それぞれの発光素子から測距光を一度に照射
し、広範囲の距離情報を同時に取得することも可能であ
る。

【０００３】しかし、複数の発光素子において、各発光
素子の配置される位置の違いに起因して被写体までの距
離差があるため、この距離差が誤差となり、正確な距離
情報が取得できなかった。この誤差を解消するには例え
ば、予め距離差を計測しておき、検出された距離情報に
対して補正処理等を施す必要があり、煩雑である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の問題
点を解決するものであり、発光素子の配置位置による誤
差を生じることなく、複数領域で同時に距離情報を取得
できる３次元画像入力装置を得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の３次元画像入力
装置は、被写体上の基準領域に測距光を照射する中心発
光素子と、中心発光素子を中心とする同心円上に配置さ
れ、基準領域の周辺領域に測距光を照射する複数の周辺
発光素子と、基準領域および周辺領域からの反射光を撮
像素子の受光面において受光し、受光量に応じて基準領
域および周辺領域までの距離を検出する距離情報検出手
段と、撮像素子の受光面と平行な平面に前記測距光を照
射したとき、基準領域からの反射光と、周辺領域からの
反射光とが、撮像素子の受光面に同時に受光されるよう
に、中心発光素子および周辺発光素子の発光タイミング
を調整する発光タイミング調整手段とを備えることを特
徴とする。発光素子の配置による誤差を生じることな
く、距離情報を検出することができる。

【０００６】例えば、発光タイミング調整手段が、撮影
動作に応じてパルス信号を発生させるパルス信号発生手
段と、中心発光素子から平面上に規定された基準領域ま
での距離と、周辺発光素子から平面上に規定された周辺
領域までの距離との差に対応して、パルス信号のタイミ
ングを調整し、中心発光素子および各周辺発光素子ごと
に調整パルス信号を生成するパルス信号調整手段と、調
整パルス信号に応じて中心発光素子および周辺発光素子
を駆動させる発光素子駆動手段とを有する。パルス信号
を調整することにより、各発光素子の発光タイミングを
調整し、発光素子の配置による距離情報の誤差を解消す
る。

【０００７】例えば、中心発光素子および周辺発光素子
に電圧を供給する電源を備え、発光タイミング調整手段
が、電源から供給される前記電圧の上昇に応じて、電圧
を供給する中心発光素子および周辺発光素子を選択する
発光素子選択スイッチを有し、発光素子選択スイッチ
が、中心発光素子から離れて配置される周辺発光素子か
ら順次前記電圧を供給し、最後に中心発光素子に電圧を
供給する。電源の電圧上昇時間を利用して、各発光素子
の発光タイミングを調整し、発光素子の配置による距離
情報の誤差を解消する。

【０００８】本発明の３次元画像入力装置は、被写体上
の基準領域に測距光を照射する中心発光素子と、中心発
光素子を中心とする同心円上に配置され、基準領域の周
辺領域に測距光を照射する複数の周辺発光素子と、基準
領域および周辺領域からの反射光を撮像素子の受光面に
おいて受光し、受光量に応じて基準領域および周辺領域
までの距離を検出する距離情報検出手段とを備え、中心
発光素子および周辺発光素子が、撮像素子の受光面と平
行な平面に測距光を照射したとき、基準領域からの反射
光と、周辺領域からの反射光とが、撮像素子の受光面に
同時に受光されるように配置されることを特徴とする。
各発光素子の配置を調整することにより、正確な距離情
報を検出することができる。

【０００９】３次元画像入力装置において、好ましく
は、中心発光素子および周辺発光素子が、中心発光素子
から平面上に規定された基準領域までの距離と、周辺発
光素子から平面上に規定された周辺領域までの距離との
差に対応して、配置される。

【００１０】３次元画像入力装置において、好ましく
は、中心発光素子および周辺発光素子がカメラ本体内に
設けられ、中心発光素子および周辺発光素子からの測距
光を被写体に導き、被写体からの反射光をカメラ本体内
に導く撮影レンズと、中心発光素子および周辺発光素子
からの測距光を反射して撮影レンズを介して被写体に導
くとともに、撮影レンズに入射した反射光を透過させ、
撮像素子に導くハーフミラーとを備える。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１２】図１は、第１実施形態の３次元画像入力装
置が適用されたカメラの斜視図である。カメラ１０は、
２次元画像（通常のスチル画像）と３次元画像を検出す
ることができる電子スチルカメラである。カメラ１０の
本体の前面には鏡筒１１が設けられる。鏡筒１１の図中
左上にはストロボ１２が設けられ、図中右上にはファイ
ンダ１３が設けられる。カメラ１０本体の上面におい
て、図中左側には、レリーズボタン１４と、液晶表示パ
ネル１５が設けられ、図中右側には、２Ｄ／３Ｄ切替ス
イッチ１６が設けられる。カメラ１０の本体の側面にお
いて、ＩＣメモリカード等の記録媒体を挿入するための
カード挿入口１７が形成され、またビデオ出力端子１８
と、インターフェースコネクタ１９が設けられる。

【００１３】図２は図１のカメラの回路構成を示すブロ
ック図である。カメラ１０は、鏡筒１１（図１参照）内
において複数のレンズから構成されるレンズ群２０を備
える。レンズ群２０中には絞り２１が設けられる。絞り
２１の開度はアイリス駆動回路２２によって調節され
る。レンズ群２０の焦点調節およびズーミング動作はレ
ンズ駆動回路２３によって制御される。

【００１４】レンズ群２０の光軸ＬＰ上には、ＣＣＤ２
４が配設される。ＣＣＤ２４の受光面上には、レンズ群
２０によって被写体像が形成される。ＣＣＤ２４は受光
量に応じて電荷を発生させ、画像信号として出力する。
ＣＣＤ２４における電荷の蓄積動作、電荷の読出動作等
はＣＣＤ駆動回路２５によって制御される。ＣＣＤ２４
から出力された画像信号はアンプ２６によって増幅さ
れ、Ａ／Ｄ変換器２７においてアナログの画像信号から
デジタルの画像信号に変換される。デジタルの画像信号
は画像信号処理回路２８においてガンマ補正等の様々な
処理が施され、画像メモリ２９に一時的に格納される。
アイリス駆動回路２２、レンズ駆動回路２３、画像信号
処理回路２８はシステムコントロール回路３０によって
制御される。

【００１５】画像信号は画像メモリ２９から読み出さ
れ、ＬＣＤ駆動回路４０に供給される。ＬＣＤ駆動回路
４０は画像信号に応じて動作し、画像表示ＬＣＤパネル
４１の画面上には、画像信号に応じた画像が表示され
る。

【００１６】画像信号は画像メモリ２９から読み出さ
れ、ＴＶ信号エンコーダ３１に供給される。ＴＶ信号エ
ンコーダ３１では、画像信号はビデオ信号に変換され
る。ビデオ信号はビデオ出力端子１８を介して外部に設
けられたモニタ装置３２に伝送され、モニタ装置３２に
おいてビデオ信号に応じた画像が表示される。

【００１７】画像メモリ２９から読み出された画像信号
は、システムコントロール回路３０に送られる。システ
ムコントロール回路３０にはインターフェース回路３３
が接続される。画像信号は、インターフェース回路３３
からインターフェースコネクタ１９を介してコンピュー
タ３４に伝送可能である。また、システムコントロール
回路３０には記録媒体制御回路３５を介して画像記録装
置３６が接続される。画像記録装置３６にはＩＣメモリ
カード等の記録媒体Ｍが装着され、記録媒体Ｍに画像信
号を記録することができる。

【００１８】システムコントロール回路３０には、レリ
ーズボタン１４および２Ｄ／３Ｄ切替スイッチ１６等か
ら成るスイッチ群３７、およびモードの表示等を行う液
晶表示パネル１５が接続される。

【００１９】システムコントロール回路３０には２Ｄ駆
動信号発生回路５０、３Ｄ駆動信号発生回路５１、およ
び２Ｄ／３Ｄ切替回路５２が接続されている。２Ｄ駆動
信号発生回路５０、３Ｄ駆動信号発生回路５１はともに
駆動信号を発生し、駆動信号は、２Ｄ／３Ｄ切替回路５
２を介して、ＣＣＤ駆動回路２５に送られる。ＣＣＤ駆
動回路２５は、駆動信号に基づいてＣＣＤ２４を駆動す
る。

【００２０】即ち、２Ｄ／３Ｄ切替スイッチ１６（図１
参照）が２Ｄ検出モードに設定されると、この情報がシ
ステムコントロール回路３０に伝達され、システムコン
トロール回路３０から２Ｄ／３Ｄ切替回路５２に指令信
号が伝達される。２Ｄ／３Ｄ切替回路５２は、指令信号
に基づいて２Ｄ駆動信号発生回路５０からの駆動信号を
ＣＣＤ駆動回路２５に送るように切替えられる。レリー
ズスイッチ１４が操作され、撮影動作が実行されると、
ＣＣＤ駆動回路２５は２Ｄ駆動信号発生回路５０からの
駆動信号に基づいて撮影動作を行い、２次元画像を検出
する。

【００２１】これに対して、２Ｄ／３Ｄ切替スイッチ１
６が３Ｄ検出モードに設定されたときは、２Ｄ／３Ｄ切
替回路５２は、システムコントロール回路３０から伝達
された指令信号に基づいて、３Ｄ駆動信号発生回路５１
からの駆動信号をＣＣＤ駆動回路２５に送るように切替
えられる。したがって、撮影動作が実行されると、ＣＣ
Ｄ駆動回路２５は３Ｄ駆動信号発生回路５１からの駆動
信号に基づいてＣＣＤ２４を駆動させ、後述の距離測定
の原理により距離情報が取得され、３次元画像が検出さ
れる。

【００２２】システムコントロール回路３０には発光タ
イミング調整回路５３が接続される。発光タイミング調
整回路５３には、複数の発光素子を有する発光装置６０
が接続される。本実施形態では、発光素子として発光ダ
イオード（ＬＥＤ）が用いられる。なお、発光素子とし
てレーザダイオード（ＬＤ）を用いても良い。２Ｄ／３
Ｄ切替スイッチ１６が３Ｄ検出モードに設定され、撮影
動作が実行されると、システムコントロール回路３０か
ら発光タイミング調整回路５３にパルス信号が送られ
る。発光タイミング調整回路５３はパルス信号に基づい
て、所定のタイミングで発光装置６０の各ＬＥＤから測
距光を発光させる。各発光素子からの測距光は、ハーフ
ミラー６１により反射され、レンズ群２０を介して、被
写体に導かれる。

【００２３】次に図３、図４を用いてカメラ１０による
被写体までの距離測定の原理について説明する。なお図
４において横軸は時間ｔである。

【００２４】発光装置６０の各ＬＥＤから照射された測
距光は、被写体Ｓにおいて反射し、カメラ１０内のＣＣ
Ｄ２４の受光面で受光される（図２参照）。図４が示す
ように測距光は所定のパルス幅Ｈを有するパルス状の光
であり、したがって被写体Ｓからの反射光も、同じパル
ス幅Ｈを有するパルス状の光である。また反射光のパル
スの立ち上がりは、測距光のパルスの立ち上がりよりも
時間δ・ｔ（δは遅延係数）だけ遅れる。測距光と反射
光はカメラ１０と被写体Ｓの間の距離ｒの２倍を進んだ
ことになるから、その距離ｒは下記の（１）式によって
得られる。ただしＣは光速である。 ｒ＝δ・ｔ・Ｃ／２ ・・・（１）

【００２５】例えばＣＣＤ２４を測距光のパルスの立ち
上がりから反射光を検出可能な状態に定め、反射光のパ
ルスが立ち下がる前に検出不可能な状態に切換えるよう
に制御する。即ち反射光検知期間Ｔを設けると、反射光
検知期間Ｔにおける受光量Ｊは距離ｒと反比例の関係と
なる。即ち受光量Ｊは、距離ｒが大きくなる程（時間δ
・ｔが大きくなる程）小さくなる。なお、ＣＣＤ２４を
測距光のパルスが立下る時点から反射光を検出可能な状
態に定め、次の反射光のパルスが立ち上がる前に検出不
可能な状態に切り替えるように制御しても良い。

【００２６】本実施形態では上述した原理を利用して、
ＣＣＤ２４の受光面において２次元的に配置された複数
のフォトダイオードにより、それぞれの受光量Ｊを検出
することにより、被写体Ｓまでの距離情報を検出する。

【００２７】次に図５、図６、図７を用いて本実施形態
における発光装置６０のＬＥＤの配置について説明す
る。図５は発光装置６０の平面図であり、図６はカメラ
の断面を模式的に示す図であり、図７は被写体に測距光
を照射するカメラを示す図である。なお、図５〜図７に
示す発光装置６０のＬＥＤの数および配置は一例であっ
て、特にこの実施形態に限定されるものではない。

【００２８】発光装置６０は基板６２を有する。基板６
２は、円形状を呈する配置面６２１を備え、配置面６２
１上に複数のＬＥＤ６３ａ〜６３ｆが設けられる。配置
面６２１の中心には中心ＬＥＤ６３ａが配置される。他
のＬＥＤ（周辺ＬＥＤ）６３ｂ〜６３ｆは、中心ＬＥＤ
６３ａを中心として、５つの同心円上に配置される。

【００２９】同一の同心円上に配置される周辺ＬＥＤ６
３ｂ〜６３ｆは、それぞれグループＲ１〜Ｒ５を形成す
る。中心ＬＥＤ６３ａに最も近い同心円上に配置される
周辺ＬＥＤ６３ｂはグループＲ１を形成し、グループＲ
１のＬＥＤ６３ｂの外周側に位置するＬＥＤ６３ｃはグ
ループＲ２を形成する。同様にしてＬＥＤ６３ｃの外周
側のＬＥＤ６３ｄはグループＲ３、ＬＥＤ６３ｄの外周
側のＬＥＤ６３ｅはグループＲ４、ＬＥＤ６３ｅの外周
側のＬＥＤ６３ｆはグループＲ５を形成する。後述する
ように、同一のグループに属する周辺ＬＥＤ６３ｂ〜６
３ｆは、配置面６２１に対して同じ傾斜角で配置され、
また同じタイミングで発光するように制御される。

【００３０】図６に示すように、発光装置６０はカメラ
１０の本体内に設けられる。発光装置６０の基板６２
は、配置面６２１と撮影レンズ２０ａの光軸ＬＰが平行
になるように配置される。各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆから
照射された測距光は図中上側方向に向かって照射され
る。各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆから照射された測距光は、
ハーフミラー６１によりカメラ１０の前面方向（図中左
側方）に反射され、レンズ群２０を構成する撮影レンズ
２０ａの主点Ｐに集光し、被写体Ｓに導かれる。

【００３１】各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆは、各グループ毎
に異なる傾斜角で配置され、各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆか
ら照射される測距光は、各グループ毎に異なる角度で被
写体Ｓを照射する。

【００３２】中心ＬＥＤ６３ａは、配置面６２１に対し
て略垂直に配置される。グループＲ１の周辺ＬＥＤ６３
ｂは、中心ＬＥＤ６３ａ方向に５度だけ傾斜して配置さ
れる。グループＲ２の周辺ＬＥＤ６３ｃは、中心ＬＥＤ
６３ａ方向に１０度だけ傾斜して配置される。グループ
Ｒ３の周辺ＬＥＤ６３ｄ、グループＲ４の周辺ＬＥＤ６
３ｅ、グループＲ５の周辺ＬＥＤ６３ｆは、それぞれ中
心ＬＥＤ６３ａ方向に１５度、２０度、２５度だけ傾斜
して配置される。

【００３３】上述のように、各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆか
らの測距光は、ハーフミラー６１により反射され、撮影
レンズ２０ａの主点Ｐに集光する。中心ＬＥＤ６３ａか
らの測距光の光束は、光軸ＬＰに一致する。周辺ＬＥＤ
６３ｂからの測距光の光束は、光軸ＬＰに対して５度だ
け傾いている。周辺ＬＥＤ６３ｃからの測距光の光束
は、光軸ＬＰに対して１０度だけ傾いている。各周辺Ｌ
ＥＤ６３ｄ、６３ｅ、６３ｆからの測距光の光束は、光
軸ＬＰに対してそれぞれ１５度、２０度、２５度だけ傾
いている。

【００３４】測距光は被写体Ｓにおいて反射し、その反
射光は撮影レンズ２０ａに入射して、ハーフミラー６１
に導かれる。反射光の一部はハーフミラー６１を透過し
てＣＣＤ２４の受光面に導かれる。ＣＣＤ２４では、上
述の距離測定の原理に基づいて、受光量に応じた距離情
報が検出される。

【００３５】各ＬＥＤ６３から照射された測距光は、図
７が示すように、鏡筒１１の先端から出射される。鏡筒
１１の先端から出射された測距光は、被写体Ｓに対して
円形状領域ｗの範囲を照射する。円形状領域ｗは、撮影
レンズ２０ａ（図６参照）の光軸ＬＰ上に位置する基準
領域Ｖ０と、基準領域Ｖ０を中心とする同心円上に位置
する周辺領域Ｖ１〜Ｖ５とから構成される。各領域Ｖ０
〜Ｖ５は、他の領域と重ならない。

【００３６】基準領域Ｖ０は中心ＬＥＤ６３ａ（図６参
照）が照射する領域である。基準領域Ｖ０の外周に位置
する周辺領域Ｖ１は、グループＲ１の周辺ＬＥＤ６３ｂ
が照射する領域である。周辺領域Ｖ１の外周に位置する
周辺領域Ｖ２は、グループＲ２の周辺ＬＥＤ６３ｃが照
射する領域である。周辺領域Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５はそれぞ
れ、グループＲ３、Ｒ４、Ｒ５の周辺ＬＥＤ６３ｄ、６
３ｅ、６３ｆが照射する領域である。

【００３７】基準領域Ｖ０および周辺領域Ｖ１〜Ｖ５か
らの反射光は、ＣＣＤ２４の受光面に配置されるフォト
ダイオードで受光され、距離情報が検出される。即ち鏡
筒１１の先端から照射される測距光が照射する円形領域
ｗの範囲内で被写体の距離情報が検出される。

【００３８】次に図８を用いて、各ＬＥＤ６３ａ〜６３
ｆの配置によって生じる距離情報の誤差について説明す
る。

【００３９】カメラ１０を用いて、例えばＣＣＤ２４の
受光面に対して平行に位置する平面ＳＡの距離情報を検
出する場合、平面ＳＡ上の全ての領域からの同一値の距
離情報が検出することにより、平面ＳＡは平面形状とし
て認識される。しかし、以下に述べるように、ＬＥＤ６
３ａ〜６３ｆの配置によって、平面ＳＡ上の各領域から
は異なる距離情報が検出される。

【００４０】上述のように、中心ＬＥＤ６３ａから照射
される測距光の光束は、撮影レンズ２０ａの光軸ＬＰと
一致し、平面ＳＡ上の領域Ｖ０を照射する。撮影レンズ
２０ａの主点Ｐから平面ＳＡまでの距離をＡとする。ま
た、周辺ＬＥＤ６３ｂ〜ｆのうち任意のものを周辺ＬＥ
Ｄ６３ｘとし、周辺ＬＥＤ６３ｘからの測距光の光束
が、撮影レンズ２０ａの光軸ＬＰに対して角度θだけ傾
斜するとき、撮影レンズ２０ａの主点Ｐから平面ＳＡ上
の領域Ｖｘに到達するまでの距離をＤとする。なお、各
発光素子６３からハーフミラー６１までの距離、および
ハーフミラー６１から主点Ｐまでの距離は略同じである
ので考慮しない。

【００４１】中心ＬＥＤ６３ａからの測距光が進む距離
Ａと、周辺ＬＥＤ６３ｘからの測距光が進む距離Ｄとの
距離差Ｘは下記の（２）式により得られる。

【００４２】 Ｘ＝Ｄ−Ａ ＝（Ａ／ｃｏｓθ）−Ａ ＝Ａ（１−ｃｏｓθ）／ｃｏｓθ ・・・（２）

【００４３】例えば、平面ＳＡから主点Ｐまでの距離Ａ
が１００ｃｍであり、周辺ＬＥＤ６３ｘがグループＲ１
の周辺ＬＥＤ６３ｂの場合（θ＝５度）は、距離差Ｘの
値は、約０．４０ｃｍとなる。即ち、中心ＬＥＤ６３ａ
とグループＲ１の周辺ＬＥＤ６３ｂを同時に発光させる
と、周辺ＬＥＤ６３ｂが照射する領域Ｖ１は、中心ＬＥ
Ｄ６３ａが照射する領域Ｖ０と比較して、０．８０ｃｍ
分だけ遠くに位置するように検出される。

【００４４】同様にして、平面ＳＡから主点Ｐまでの距
離Ａが１００ｃｍである場合のグループＲ２〜Ｒ５のＬ
ＥＤ６３ｃ〜６３ｆと中心ＬＥＤ６３ａとの距離差Ｘの
値を計算すると、グループＲ２の周辺ＬＥＤ６３ｃの場
合（θ＝１０度）は約１．５２ｃｍ、グループＲ３の周
辺ＬＥＤ６３ｄの場合（θ＝１５度）は約３．５２ｃ
ｍ、グループＲ４の周辺ＬＥＤ６３ｅの場合（θ＝２０
度）は約６．３８ｃｍ、グループＲ５の周辺ＬＥＤ６３
ｆの場合（θ＝２５度）は約１０．３ｃｍとなる。即
ち、各周辺ＬＥＤ６３ｃ〜６３ｆを中心ＬＥＤ６３ａを
同時に発光させると、この距離差Ｘの２倍だけ、各周辺
ＬＥＤ６３ｃ〜６３ｆが照射する周辺領域Ｖ２〜Ｖ５は
遠くに位置するように検出され、平面ＳＡは、光軸ＬＰ
上の領域Ｖ０が最も突出した凸形状として認識される。

【００４５】距離差Ｘを、測距光が平面ＳＡに到達する
時間差Ｙに換算すると、光は１ｃｍあたり約０．０３３
５ｎｓで移動するので、時間差Ｙは下記の（３）式によ
り得られる。 Ｙ＝０．０３３５（ｎｓ／ｃｍ）×Ｘ ・・・（３）

【００４６】上述の例で、平面ＳＡから主点Ｐまでの距
離Ａが１００ｃｍであり、周辺ＬＥＤ６３ｘがグループ
Ｒ１の周辺ＬＥＤ６３ｂの場合、時間差Ｙの値は約０．
０１ｎｓとなる。即ち、中心ＬＥＤ６３ａと周辺ＬＥＤ
６３ｂを同時に発光させると、周辺ＬＥＤ６３ｂからの
測距光は、中心ＬＥＤ６３ａからの測距光より約０．０
１ｎｓだけ遅れて平面ＳＡに到達する。

【００４７】同様にして、グループＲ２〜Ｒ５の周辺Ｌ
ＥＤ６３ｃ〜６３ｆと中心ＬＥＤ６３ａとの時間差Ｙの
値を計算すると、グループＲ２の周辺ＬＥＤ６３ｃの場
合は約０．０５ｎｓ、グループＲ３の周辺ＬＥＤ６３ｄ
の場合は約０．１２ｎｓ、グループＲ４の周辺ＬＥＤ６
３ｅの場合は約０．２１ｎｓ、グループＲ５の周辺ＬＥ
Ｄ６３ｆの場合は約０．３５ｎｓとなる。即ち、各周辺
ＬＥＤ６３ｃ〜６３ｆと中心ＬＥＤ６３ａを同時に発光
させると、この時間差Ｙの分だけ、各周辺ＬＥＤ６３ｃ
〜６３ｆが照射する測距光は、周辺領域Ｖ２〜Ｖ５に遅
れて到達する。

【００４８】以上のように、周辺ＬＥＤ６３ｂ〜６３ｆ
からの測距光は、角度θによって所定の時間差Ｙ分だけ
遅れて平面ＳＡに到達する。遅れて平面ＳＡに到達した
測距光の反射光は、さらに時間差Ｙ分だけ遅れてＣＣＤ
２４の受光面に到達する。したがって、平面ＳＡの各領
域からは同一の距離情報は検出されず、平面ＳＡは平面
形状として認識されない。

【００４９】本実施形態では、上述の各ＬＥＤ６３の配
置によって生じる距離情報の誤差を、各ＬＥＤ６３の発
光タイミングを調整することにより解消する。図９は、
発光タイミング調整回路５３の構成を示す図であり、図
１０は、各ＬＥＤ６３毎の発光タイミングを示すタイミ
ングチャートである。

【００５０】発光タイミング調整回路５３は、パルス信
号調整回路５３１ａ〜５３１ｆと発光素子駆動回路５３
２ａ〜５３２ｆを有する。パルス信号調整回路５３１ａ
は、発光素子駆動回路５３２ａを介して中心ＬＥＤ６３
ａに接続される。パルス信号調整回路５３１ｂは、発光
素子駆動回路５３２ｂを介してグループＲ１を構成する
周辺ＬＥＤ６３ｂに接続される。同様にして、パルス信
号調整回路５３１ｃ〜５３１ｆは発光素子駆動回路５３
２ｃ〜５３２ｆを介して、グループＲ２〜Ｒ５の周辺Ｌ
ＥＤ６３ｃ〜６３ｆに接続される。

【００５１】パルス信号調整回路５３１ａ〜５３１ｆ
は、システムコントロール回路３０（図２参照）から入
力されたパルス信号のタイミングを調整して、調整パル
ス信号として出力する。発光素子駆動回路５３２ａ〜５
３２ｆは、パルス信号調整回路５３１ａ〜５３１ｆから
入力された調整パルス信号に基づいて、各ＬＥＤ６３ａ
〜６３ｆを発光させる。

【００５２】上述のように、３Ｄ検出モード設定時にお
いて、レリーズスイッチ１４（図１参照）が操作される
と、システムコントロール回路３０（図２参照）から発
光タイミング調整回路５３にパルス信号が送られる。パ
ルス信号は、パルス信号調整回路５３１ａ〜５３１ｆに
入力される。パルス信号調整回路５３１ａ〜５３１ｆで
は、入力されたパルス信号が、上述の各ＬＥＤ６３ａ〜
６３ｆの配置による時間差Ｙに応じてタイミング調整さ
れ、調整パルス信号として出力される。

【００５３】図１０に示すように、最外周の周辺ＬＥＤ
６３ｆの発光タイミングを基準として、パルス信号調整
回路５３１ａ〜５３１ｆにより調整パルス信号が生成さ
れる。パルス信号調整回路５３１ｆは、入力されたパル
ス信号に対しタイミング調整せずに、第１の調整パルス
信号として出力する。パルス信号調整回路５３１ｅは、
第１の調整パルス信号より０．２８ｎｓだけ遅れてパル
スを立ち上げてタイミング調整し、第２の調整パルス信
号として出力する。以下同様に、パルス信号調整回路５
３１ｄは第１のパルス信号より０．４６ｎｓだけ遅れて
立ち上がる第３の調整パルス信号を出力し、パルス信号
調整回路５３１ｃは、第１のパルス信号より０．６０ｎ
ｓだけ遅く立ち上がる第４の調整パルス信号を出力し、
パルス信号調整回路５３１ｂは第１のパルス信号より
０．６８ｎｓだけ遅く立ち上がる第５の調整パルス信号
を出力し、パルス信号調整回路５３１ａは第１のパルス
信号より０．７０ｎｓだけ遅く立ち上がる第６の調整パ
ルス信号を出力する。

【００５４】各パルス信号調整回路５３１ａ〜５３１ｆ
からの調整パルス信号は、発光素子駆動回路５３２ａ〜
５３２ｆへ送られる。発光素子駆動回路５３２ａ〜５３
２ｆは、入力された第１〜第６の調整パルス信号に基づ
いて各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆを発光させる。調整パルス
信号に基づいて発光する各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆからの
測距光は、平面ＳＡにおいて反射しＣＣＤ２４の受光面
に同時に到達する。これにより上述の時間差Ｙが解消さ
れ、平面ＳＡ上の全ての領域で同じ距離情報が検出され
る。

【００５５】以上のように、第１実施形態によればＣＣ
Ｄ２４の受光面に平行な平面ＳＡは平面形状として検出
することができる。即ち、補正処理等を施すことなく、
被写体の形状に応じた距離情報を検出することができ
る。

【００５６】次に図１１、図１２を用いて第２実施形態
について説明する。第２実施形態では、電源装置から供
給される電圧の電圧レベルの変化を利用して、ＬＥＤの
発光タイミングを調整する。図１１は第２実施形態にお
ける発光装置および発光タイミング調整回路のブロック
図である。なお、第１実施形態と同じ構成要素には同じ
符号を付している。

【００５７】発光装置１６０は、第１実施形態と同様
に、基板６２上において中心ＬＥＤ６３ａと、同心円上
に配置される周辺ＬＥＤ６３ｂ〜６３ｆを備え、同一の
同心円上の周辺ＬＥＤ６３ｂ〜６３ｆはグループＲ１〜
Ｒ５を形成する（図５参照）。後述するように、周辺Ｌ
ＥＤ６３ｂ〜６３Ｆはそれぞれ所定の角度で傾斜して設
置される。

【００５８】図１１に示されるように、同一グループＲ
１〜Ｒ５内の各周辺ＬＥＤ６３ｂ〜６３ｆは並列に接続
され、あるグループ内に電圧が供給されると、そのグル
ープ内のＬＥＤは同時に発光する。また中心ＬＥＤ６３
ａおよび各グループＲ１〜Ｒ５の周辺ＬＥＤ６３ｂ〜６
３ｆは、それぞれ直列に接続される。グループＲ５の周
辺ＬＥＤ６３ｆはアース９０に接続される。

【００５９】発光タイミング調整回路１５３には電源装
置１５４が接続される。電源装置１５４は、例えば３３
ボルトの電圧を供給可能な装置である。電源装置１５４
から供給される電圧は、電源スイッチ回路８２に入力さ
れる。電源スイッチ回路８２は、システムコントロール
回路３０からの切替信号に応じて、電源装置１５４から
の電圧供給をオン、オフに切り替える回路である。電源
スイッチがオン状態に定められると、電源装置１５４か
らの電圧がレギュレータ８３ａ〜８３ｆ、および分圧抵
抗器Ａ１、Ａ２に送られる。

【００６０】レギュレータ８３ａ〜８３ｆは、電源装置
１５４から送られた電圧を所定の電圧レベルに調整して
出力する回路である。レギュレータ８３ａは、電圧を２
２ボルトに調整し、レギュレータ８３ｂは電圧を１８ボ
ルトに調整する。以下、レギュレータ８３ｃは１４ボル
ト、レギュレータ８３ｄは１０ボルト、レギュレータ８
３ｅは６ボルト、レギュレータ８３ｆは２ボルトにそれ
ぞれ調整する。各レギュレータ８３ａ〜８３ｆは切替ス
イッチ回路Ｓ０〜Ｓ５を介して、各ＬＥＤ６３ａ〜６３
ｆに接続される。

【００６１】分圧抵抗器Ａ１、Ａ２は、電源装置１５４
からの電圧をＡ／Ｄコンバータ８１に入力可能な電圧レ
ベルに調整する回路であり、調整電圧としてＡ／Ｄコン
バータ８１に送る。分圧抵抗器Ａ１、Ａ２に入力される
電圧レベルは、後述するように、電源スイッチ回路８２
がオン状態に定められてから、時間の経過にしたがって
上昇し、これに伴って分圧抵抗器Ａ１、Ａ２からの調整
電圧の電圧レベルも上昇する。Ａ／Ｄコンバータ８１で
は、調整電圧の電圧レベルに対応したデジタル信号が生
成され、デコーダ８０に入力される。

【００６２】デコーダ８０は、デジタル信号に応じて切
替スイッチ回路Ｓ０〜Ｓ５をオン、オフさせる回路であ
る。例えば、電源装置１５４から２ボルトの電圧が供給
されたとき、デコーダ８０はＡ／Ｄコンバータ８１から
入力されたデジタル信号に応じて、切替スイッチ回路Ｓ
５をオン状態に定める。この結果、レギュレータ８３ｆ
からは、２ボルトに保たれた電圧が切替スイッチ回路Ｓ
５を介して、グループＲ５のＬＥＤ６３ｆ供給され、Ｌ
ＥＤ６３ｆは発光する。また同様に、電源装置１５４か
ら６ボルトの電圧が供給されたとき、デコーダ８０は、
デジタル信号に応じて切替スイッチ回路Ｓ４をオン状態
に定める。この結果、レギュレータ８３ｅから６ボルト
の電圧が切替スイッチＳ４を介してグループＲ４の周辺
ＬＥＤ６３ｅに供給され、ＬＥＤ６３ｅは発光する。な
おグループＲ５の周辺ＬＥＤ６３ｆはＬＥＤ６３ｅが発
光した後も発光し続ける。以下、同様にして１０ボルト
の電圧が供給されたとき切替スイッチＳ３、１４ボルト
の電圧が供給されたとき切替スイッチＳ２、１８ボルト
の電圧が供給されたとき切替スイッチＳ１、２２ボルト
の電圧が供給されたとき切替スイッチＳ０がオン状態に
定められ、グループＲ３、Ｒ２、Ｒ１、中心ＬＥＤ６３
ａの順番で発光する。そして中心ＬＥＤ６３ａの発光か
ら一定時間経過後、全てのＬＥＤ６３ａ〜６３ｆは同時
に消灯する（図１２参照）。以上のように、本実施形態
では、電源装置１５４から供給される電圧レベルにした
がって、各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆが順次発する。即ち、
各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆの発光タイミングは、電源装置
１５４から供給される電圧レベルの上昇によって定めら
れる。

【００６３】図１３は、電源装置１５４から供給される
電圧レベルの変化を表すグラフである。なお、横軸は時
間ｔであり、縦軸は、電源装置１５４から供給される電
圧ｖである。

【００６４】電源スイッチ回路８２（図１１参照）がオ
ン状態に定められると、時間Ｔ１経過後に電源装置１５
４から２ボルトの電圧が供給される。このときグループ
Ｒ５の周辺ＬＥＤ６３ｆが発光する。電源装置１５４か
ら２ボルトの電圧が供給されてから、２２ボルトの電圧
に到達するまで略４．６６ｎｓの時間Ｔ２がかかる。即
ち、グループＲ５の周辺ＬＥＤ６３ｆが発光してから中
心ＬＥＤ６３ａが発光するまで時間Ｔ２がかかる。時間
Ｔ２において電圧レベルの上昇は、時間ｔの経過に略比
例するので、略０．９２ｎｓの間隔毎にグループＲ１〜
Ｒ５および中心ＬＥＤ６３ａは順次発光する。

【００６５】第２実施形態では略０．９２ｎｓの間隔で
発光する各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆからの測距光が、平面
ＳＡ（図８参照）において反射しＣＣＤ２４の受光面に
同時に到達するように各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆの配置が
調整される。

【００６６】グループＲ１のＬＥＤ６３ｂが発光してか
ら、中心ＬＥＤ６３ａが発光するまで約０．９２ｎｓの
時間差Ｙ’が生じる。上記の（３）式によって中心ＬＥ
Ｄ６３ａとグループＲ１のＬＥＤ６３ｂの距離差Ｘ’は
以下のようになる。 Ｙ’＝０．０６７０（ｎｓ／ｃｍ）×Ｘ’ Ｘ’＝Ｙ’／０．０６７０（ｎｓ／ｃｍ） Ｘ’≒２７．８８（ｃｍ） 即ち、中心ＬＥＤ６３ａが発光したとき、周辺ＬＥＤ６
３ｂからの測距光は約２７．８８ｃｍ進んでいる。

【００６７】このとき、周辺ＬＥＤ６３ｂからの測距光
は、光軸ＬＰに対して傾斜角θで進むことにより、光軸
ＬＰ上を進む中心ＬＥＤ６３ａからの測距光と同時にＣ
ＣＤ２４の受光面に到達する。傾斜角θは、上記の
（２）式によって得られる。なお、中心ＬＥＤ６３ａか
らの測距光が進む距離Ａ’は１４００ｃｍとする。 Ｘ’＝Ａ’（１−ｃｏｓθ）／ｃｏｓθ ２７．８８（ｃｍ）＝１４００（１−ｃｏｓθ）／ｃｏ
ｓθ ｃｏｓθ≒０．９８０５ θ≒１１度

【００６８】同様にして、グループＲ２〜Ｒ４の傾斜角
度θを計算すると、グループＲ２の周辺ＬＥＤ６３ｃの
場合は約１６度、グループＲ３の周辺ＬＥＤ６３ｄの場
合は約１９度、グループＲ４の周辺ＬＥＤ６３ｅの場合
は約２２度、グループＲ５の周辺ＬＥＤ６３ｆの場合は
約２４度となる。即ち、各周辺ＬＥＤ６３ｂ〜６３ｆを
この傾斜角θの分だけ傾斜して配置することにより、中
心ＬＥＤ６３ａおよび各周辺ＬＥＤ６３ｂ〜６３ｆがそ
れぞれ照射する測距光は、平面ＳＡにおいて反射しＣＣ
Ｄ２４の受光面に同時に到達する。

【００６９】以上のような第２実施形態では、電源装置
１５４から供給される電圧の電圧レベルの上昇に応じて
発光する各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆからの測距光は、平面
ＳＡにおいて反射した場合、同時にＣＣＤ２４によって
受光されるので、正確な距離情報を得ることができる。
また、本実施形態によれば、電源からの電圧レベルの変
化によりＬＥＤの発光タイミングを調整するので、新た
な回路を設ける必要がなく経済的である。

【００７０】図１４は第３実施形態における発光装置７
０の断面を模式的に示す図である。第３実施形態では、
各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆの配置によって生じる距離情報
の誤差を、基板の形状により解消する。なお、発光装置
以外の構成は、第１実施形態と同じである。

【００７１】発光装置７０は第１実施形態と同様にカメ
ラ１０内に設けられる。発光装置７０は基板７２を備え
る。基板７２は円形状を呈するが、配置面７２１は球面
状に凹陥している。配置面７２１の中心には中心ＬＥＤ
６３ａが配置され、中心ＬＥＤ６３ａを中心として５つ
の同心円上に周辺ＬＥＤ６３ｂ〜６３ｆが配置される。

【００７２】各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆは第１実施形態と
同様に、配置面７２１の中心側に傾斜して配置され、中
心ＬＥＤ６３ａからの測距光の光束は、撮影レンズ２０
ａ（図６参照）の光軸ＬＰに一致し、周辺ＬＥＤ６３ｂ
〜６３ｆからの測距光の光束はそれぞれ、光軸ＬＰに対
して５度、１０度、１５度、２０度、２５度だけ傾斜し
ている。

【００７３】撮影レンズ２０ａの主点Ｐから１０ｃｍの
距離にあり、ＣＣＤ２４の受光面と平行な平面ＳＡの距
離情報を取得する場合、撮影レンズ２０ａの主点Ｐから
平面ＳＡまでの距離Ａと、周辺ＬＥＤ６３ｘからの測距
光が進む撮影レンズ２０ａの主点Ｐから平面ＳＡまで距
離Ｃでは距離差Ｘの２倍の誤差が生じる。距離差Ｘの２
倍の値は、第１実施形態と同様に、周辺ＬＥＤ６３ｂの
場合は約０．０８ｃｍ、周辺ＬＥＤ６３ｃの場合は約
０．３０ｃｍ、周辺ＬＥＤ６３ｄの場合は約０．７０ｃ
ｍ、周辺ＬＥＤ６３ｅの場合は約１．２８ｃｍ、周辺Ｌ
ＥＤ６３ｆの場合は約２．０６ｃｍとなる。

【００７４】図１４に示すように、本実施形態の基板７
２の配置面７２１は、距離差Ｘの２倍に対応した湾曲し
た断面を有し、各周辺ＬＥＤ６３ｂ〜６３ｆは、中心Ｌ
ＥＤ６３ａの位置を基準として、距離差Ｘの２倍だけ被
写体側に位置している。

【００７５】各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆからの測距光は、
第１実施形態と同様に、カメラ１０の上面方向に照射さ
れ、ハーフミラー６１（図６参照）で反射されて被写体
に導かれる。即ち、周辺ＬＥＤ６３ｂ〜６３ｆは、中心
ＬＥＤ６３ａよりカメラ１０の上面方向に位置すること
により、被写体側に位置することになる。

【００７６】周辺ＬＥＤ６３ｂは、中心ＬＥＤ６３ａよ
り約０．０８ｃｍだけ被写体側に位置する。同様にし
て、周辺ＬＥＤ６３ｃ〜６３ｆは、それぞれ約０．３０
ｃｍ、約０．７０ｃｍ、約１．２８ｃｍ、約２．０６ｃ
ｍだけ被写体側に位置する。したがって各ＬＥＤ６３ａ
〜６３ｆから同時に照射された測距光は、ＣＣＤ２４に
同時に到達する。即ち、各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆの配置
により距離差Ｘの２倍の誤差が解消され、平面ＳＡ上の
全ての領域に関して同じ距離情報が検出される。

【００７７】以上のように、第３実施形態によっても補
正処理等を施すことなく被写体の形状に応じた距離情報
を検出することができる。また、第１実施形態のように
各ＬＥＤ６３ａ〜６３ｆの発光タイミングを調整する必
要がないので、回路構成が簡単である。

【００７８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、発光素
子の配置位置による誤差を生じることなく、複数領域で
同時に距離情報を検出できる３次元画像入力装置を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態を適用したカメラの外観図であ
る。

【図２】カメラの回路構成を示すブロック図である。

【図３】測距光による距離測定の原理を説明するための
図である。

【図４】測距光、反射光、ゲートパルスおよびＣＣＤが
受光する光量分布を示す図である。

【図５】発光装置の平面図である。

【図６】カメラの断面を模式的に示す図である。

【図７】測距光を照射するカメラを示す図である。

【図８】ＬＥＤの配置による距離情報の誤差を説明する
ための図である。

【図９】発光タイミング調整回路のブロック図である。

【図１０】パルス信号調整回路で遅延されるパルス信号
を示すタイミングチャートである。

【図１１】第２実施形態の発光装置と発光タイミング調
整回路のブロック図である。

【図１２】第２実施形態のパルス信号調整回路で遅延さ
れるパルス信号を示すタイミングチャートである。

【図１３】電源装置から供給される電圧レベルの変化を
示すグラフである。

【図１４】第３実施形態におけるＬＥＤの配置を示す図
である。

【符号の説明】

５３、１５３ 発光タイミング調整回路 ６０、７０、１６０ 発光装置 ６２、７２ 基板 ６３ａ 中心ＬＥＤ ６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、６３ｅ、６３ｆ 周辺ＬＥＤ ８０ デコーダ ５３１ａ〜５３１ｆ パルス信号調整回路 ５３２ａ〜５３２ｆ 発光素子駆動回路 ＳＡ 平面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA53 FF44 GG06 GG07 GG08 GG17 HH12 HH14 JJ03 JJ18 JJ26 LL00 NN02 QQ03 QQ24 QQ26 5C022 AA01 AA13 AB12 AB15 AB40 AB66 AC02 AC03 AC32 AC42 AC74

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体上の基準領域に測距光を照射する
   中心発光素子と、 前記中心発光素子を中心とする同心円上に配置され、前
   記基準領域の周辺領域に測距光を照射する複数の周辺発
   光素子と、 前記基準領域および前記周辺領域からの反射光を撮像素
   子の受光面において受光し、受光量に応じて前記基準領
   域および前記周辺領域までの距離を検出する距離情報検
   出手段と、 前記撮像素子の受光面と平行な平面に前記測距光を照射
   したとき、前記基準領域からの反射光と、前記周辺領域
   からの反射光とが、前記撮像素子の受光面に同時に受光
   されるように、前記中心発光素子および周辺発光素子の
   発光タイミングを調整する発光タイミング調整手段とを
   備えることを特徴とする３次元画像入力装置。
2. 【請求項２】 前記発光タイミング調整手段が、 撮影動作に応じてパルス信号を発生させるパルス信号発
   生手段と、 前記中心発光素子から前記平面上に規定された基準領域
   までの距離と、前記周辺発光素子から前記平面上に規定
   された周辺領域までの距離との差に対応して、前記パル
   ス信号のタイミングを調整し、前記中心発光素子および
   各周辺発光素子ごとに調整パルス信号を生成するパルス
   信号調整手段と、 前記調整パルス信号に応じて前記中心発光素子および周
   辺発光素子を駆動させる発光素子駆動手段とを有するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の３次元画像入力装置。
3. 【請求項３】 前記中心発光素子および前記周辺発光素
   子に電圧を供給する電源を備え、 前記発光タイミング調整手段が、 前記電源から供給される前記電圧の上昇に応じて、前記
   電圧を供給する前記中心発光素子および前記周辺発光素
   子を選択する発光素子選択スイッチを有し、 前記発光素子選択スイッチが、前記中心発光素子から離
   れて配置される前記周辺発光素子から順次前記電圧を供
   給し、最後に前記中心発光素子に前記電圧を供給するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の３次元画像入力装置。
4. 【請求項４】 被写体上の基準領域に測距光を照射する
   中心発光素子と、 前記中心発光素子を中心とする同心円上に配置され、前
   記基準領域の周辺領域に測距光を照射する複数の周辺発
   光素子と、 前記基準領域および前記周辺領域からの反射光を撮像素
   子の受光面において受光し、受光量に応じて前記基準領
   域および前記周辺領域までの距離を検出する距離情報検
   出手段とを備え、 前記中心発光素子および前記周辺発光素子が、前記撮像
   素子の受光面と平行な平面に前記測距光を照射したと
   き、前記基準領域からの反射光と、前記周辺領域からの
   反射光とが、前記撮像素子の受光面に同時に受光される
   ように配置されることを特徴とする３次元画像入力装
   置。
5. 【請求項５】 前記中心発光素子および前記周辺発光素
   子が、前記中心発光素子から前記平面上に規定された基
   準領域までの距離と、前記周辺発光素子から前記平面上
   に規定された周辺領域までの距離との差に応じて、配置
   されることを特徴とする請求項４に記載の３次元画像入
   力装置。
6. 【請求項６】 前記中心発光素子および前記周辺発光素
   子がカメラ本体内に設けられ、 前記中心発光素子および前記周辺発光素子からの測距光
   を前記被写体に導き、前記被写体からの反射光を前記カ
   メラ本体内に導く撮影レンズと、 前記中心発光素子および前記周辺発光素子からの測距光
   を反射して前記撮影レンズを介して前記被写体に導くと
   ともに、前記撮影レンズに入射した反射光を透過させ、
   前記撮像素子に導くハーフミラーとを備えることを特徴
   とする請求項１または請求項４に記載の３次元画像入力
   装置。