(57)【要約】      （修正有）【課題】被測定物を鏡面で取り囲んで行う三次元測定において、好適に三次元測定を行い、被測定物の状態を観測することが可能な反射ユニットを提供する。【解決手段】反射ユニット１０は、被写体からの被写体光束を撮像素子へ結像させる撮影レンズの全画角のうち中心部を含まない周辺画角の領域に配置され、被写体光束の一部を反射させて撮影レンズへ導く反射部６２０とを備え、反射部６２０は、被写体光束のうち反射部６２０に１回反射されて撮像素子へ到達する１回反射光束の光路外に設けられた、光を通過させる通過領域を有する。【選択図】図１
2015049131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの被写体光束を撮像素子へ結像させる撮影レンズの全画角のうち中心部を含まない周辺画角の領域に配置され、前記被写体光束の一部を反射させて前記撮影レンズへ導く反射部とを備え、
前記反射部は、前記被写体光束のうち前記反射部に１回反射されて前記撮像素子へ到達する１回反射光束の光路外に設けられた、光を通過させる通過領域を有する反射ユニット。
【請求項２】
前記反射部は、前記撮影レンズの光軸を挟んで対向する２枚のミラーを少なくとも１組以上含む請求項１に記載の反射ユニット。
【請求項３】
前記被写体が、少なくとも前記反射部によって定められる配置条件を満たして配置されているかを報知する報知部と
を備える請求項１または請求項２に記載の反射ユニット。
【請求項４】
前記報知部は、前記被写体光束のうち前記反射部に２回反射させて前記撮像素子へ導く領域に配置される請求項３に記載の反射ユニット。
【請求項５】
前記報知部は、前記反射部の前記被写体を配置する側とは反対の側に、前記通過領域を介して配置される請求項３または４に記載の反射ユニット。
【請求項６】
前記通過領域は、前記配置条件を満たすかを示す指標が付されている請求項３に記載の反射ユニット。
【請求項７】
前記報知部は、前記配置条件に応じて前記被写体を照明する第１照明部を含む請求項３から６のいずれか１項に記載の反射ユニット。
【請求項８】
前記被写体を照明するための、前記第１照明部とは異なる第２照明部とを備え、
前記第１照明部は、前記第２照明部によって前記被写体を照明をしない状態で、前記被写体を照明する請求項７に記載の反射ユニット。
【請求項９】
前記第１照明部は、照明方向を前記撮影レンズの光軸に斜交するように照明する請求項７または８に記載の反射ユニット。
【請求項１０】
前記反射部は、前記撮影レンズの光軸を挟んで対向する２枚のミラーで構成される第１ミラー対と、前記第１ミラー対に直交し、前記光軸を挟んで対向する２枚のミラーで構成される第２ミラー対とを含む請求項１から９のいずれか１項に記載の反射ユニット。
【請求項１１】
撮影レンズの全画角のうち、中心部を含まない周辺画角の領域に配置され、被写体光束の一部を反射させて前記撮影レンズへ導く反射部と、
前記反射部に対して前記被写体光束が反射する内部空間と、前記内部空間の外側である外部空間との間で光を通過させる通過部と
を備える反射ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
魚眼レンズを備え、当該魚眼レンズを介して得られた画像を記録するカメラと、内壁面を鏡面とした鏡面円筒体とを用いて、鏡面に反射した像と、反射しない像とを撮像して、反射した像と反射しない像との視差から三次元計測を行う装置が知られている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］  国際公開ＷＯ２００６／０７５５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
被測定物を鏡面で取り囲んで三次元測定をすることによって、好適に三次元測定することが可能となるが、被測定物の状態を観測することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の態様における反射ユニットは、被写体からの被写体光束を撮像素子へ結像させる撮影レンズの全画角のうち中心部を含まない周辺画角の領域に配置され、被写体光束の一部を反射させて撮影レンズへ導く反射部とを備え、反射部は、被写体光束のうち反射部に１回反射されて撮像素子へ到達する１回反射光束の光路外に設けられた、光を通過させる通過領域を有する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】（ａ）本実施形態に係る反射ユニットの正面の斜視図である。（ｂ）反射ユニットの背面斜視図である。
【図２】図１における反射ユニットのＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）Ｚ軸プラス方向から見た反射ユニットの側面図である。（ｂ）Ｚ軸マイナス方向から見た反射ユニットの側面図である。
【図４】カメラユニットとレンズユニットを反射ユニットへ取り付ける状態を示す。
【図５】（ａ）カメラユニットおよびレンズユニットを反射ユニットに取り付けた状態のカメラユニットの光軸を通るＸＺ平面の断面図である。（ｂ）カメラユニットおよびレンズユニットを反射ユニットに取り付けた状態のカメラユニットの光軸を通るＹＺ平面の断面図である。
【図６】（ａ）撮影対象物と反射部との位置を説明する図である。（ｂ）撮影対象物を撮影する状態を説明する図である。（ｃ）撮像素子によって得られた画像を示す。
【図７】（ａ）反射ユニットが取り付けられたカメラユニットが、被写体を撮影する状態を示す図である。（ｂ）撮像素子によって得られた画像を示す。
【図８】（ａ）反射ユニット１０における他の実施例を説明する図である。（ｂ）報知部の拡大図である。（ｃ）撮像素子によって得られた画像を示す。
【図９】反射ユニット１０における他の実施例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１の（ａ）は、本実施形態に係る反射ユニット１０の正面の斜視図である。（ｂ）は、反射ユニット１０の背面斜視図である。なお、図１（ａ）において、図中右下に示したように、反射ユニット１０の中心軸であって、紙面手前側をＺ軸プラス方向と定め、Ｚ軸と直交する平面において、紙面右方向をＸ軸プラス方向、紙面上方向をＹ軸プラス方向と定める。
【０００９】
反射ユニット１０は、取り付けユニット２００と、鏡面ユニット６００とから成る。取り付けユニット２００は、取り付け部２３０と、支持部２５０を有する。取り付け部２３０は、Ｚ軸マイナス方向側から、撮像装置でとしてのカメラユニットのマウントに装着される。これにより、反射ユニット１０は、カメラユニットのマウントに装着される。また、取り付け部２３０は、Ｚ軸プラス方向側から、反射ユニット１０が装着されたカメラユニットに使用されるレンズユニットと係合して、レンズユニットを保持する。
【００１０】
支持部２５０は、箱形状を成し、その底面において、取り付け部２３０の外周面に接続する。これにより、支持部２５０は、取り付け部２３０の外周面に固定される。また、支持部２５０は、側面内側において、鏡面ユニット６００を支持する。鏡面ユニット６００は、箱形状を成し、ＸＺ平面に平行な第１側面６０１と、ＹＺ平面に平行な第２側面６０２によって挟まれる角部が面取りされた面取部６０３を有する。面取部６０３は、鏡面ユニット６００のＺ軸マイナス方向の先端を頂点とする三角錐状に面取りされる。観察窓６０４は、面取部６０３に例えば透明のポリカーボネートで形成される。詳しくは後述するが、通過領域としての観察窓６０４は、被写体光束のうち反射部６２０に１回反射されて撮像素子へ到達する１回反射光束の光路外に設けられ、光を通過させる。別源すれば、観察窓６０４は、反射部６２０の内部空間と外部空間との間で光を通過させる通過部として使用される。使用者は、反射ユニット１０の内部に配置された撮影対象物を反射ユニット１０の外部から観察することができる。さらに、観察窓６０４は、指標６０５を有する。指標６０５は、被写体が予め定められた配置条件を満たして配置されているか否かを使用者が確認する目的で設けられる。
【００１１】
鏡面ユニット６００は、反射部６２０を有する。反射部６２０は、Ｘ軸方向に互いに向かい合う第１反射部６２４と第２反射部６２６の組と、Ｙ軸方向に互いに向かい合う第１反射部６２５と第２反射部６２７の組とを有する。反射部６２０は、被写体光束の一部を反射させて、取り付け部２３０に保持されたレンズユニットへ導く。第１反射部６２４、６２５および第２反射部６２６、６２７として平面鏡を用いることができる。なお、第１反射部６２４、６２５および第２反射部６２６、６２７は、鏡に限らず、被写体光束の一部を反射させることができる部材であればよい。なお、面取部６０３の内部には、鏡は設けられない。
【００１２】
図２は、図１における反射ユニット１０のＡ−Ａ断面図である。図２において、一点鎖線は、反射ユニット１０の中心線を示す。また、図３（ａ）は、図１における反射ユニット１０をＺ軸プラス方向から見た側面図であり、（ｂ）は、図１における反射ユニット１０をＺ軸マイナス方向から見た側面図である。図２および図３において、図１と同じ要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。
【００１３】
図２および図３（ａ）、（ｂ）を用いて、反射ユニット１０の構成をさらに詳細に説明する。取り付け部２３０は、第１マウント部２３２と、第２マウント部２３４と、カメラユニット用接点２３８と、レンズユニット用接点２４０とを有する。第１マウント部２３２は、取り付け部２３０のＺ軸方向プラス側の端面に設けられ、カメラユニットのマウント部と係合して、反射ユニット１０をカメラユニットに装着される。第１マウント部２３２には、カメラユニットのマウント部に設けられた円弧状切欠きに対応した、角度の異なる円弧リブ２４２、２４４が形成されている。図３（ａ）に示した例においては、Ｘ軸プラス方向に設けられた円弧リブ２４２の中心角は９０°であり、Ｙ軸マイナス方向に設けられた円弧リブ２４４の中心角は４５°である。第１マウント部２３２は、反射ユニット１０が装着されるカメラユニットに用いられるレンズユニットのマウント部と同じ形状となっている。
【００１４】
第２マウント部２３４は、取り付け部２３０のＺ軸マイナス側に設けられ、レンズユニットのマウント部と係合して、レンズユニットを保持する。第２マウント部２３４には、レンズユニットのマウント部に設けられたリブに対応した角度の異なる円弧状切欠き２４６、２４８を有する。図３（ｂ）に示した例においては、Ｙ軸マイナス方向に設けられた円弧状切欠き２４６の中心角は４５°であり、Ｙ軸プラス方向に設けられた円弧状切欠き２４８の中心角は９０°である。第２マウント部２３４は、反射ユニット１０が装着されるカメラユニットのマウント部と同じ形状となっている。なお、第２マウント部２３４は、レンズユニットが備える撮影レンズを保持するレンズ保持部の一例である。
【００１５】
カメラユニット用接点２３８は、円弧リブ２４２のＺ軸プラス側の端面に設けられる。カメラユニット用接点２３８は、カメラユニットのマウント部に設けられた接点と接触して、カメラユニットと反射ユニット１０とを電気的に接続する。カメラユニット用接点２３８は、レンズユニット用接点２４０に電気的に接続している。レンズユニット用接点２４０は、第２マウント部２３４に設けられ、レンズユニットのマウント部に設けられた接点と接触して、反射ユニット１０とレンズユニットとを電気的に接続する。これにより、カメラユニットは、レンズユニットに電気的に接続することができる。カメラユニットはレンズユニットに対して制御信号等の通信、および電力の供給を行うことができる。また、カメラユニットは、当該接点を用いて反射ユニット１０へも制御信号等の通信、および電力の供給を行うこともできる。
【００１６】
鏡面ユニット６００は、３個の第２照明部６７０をさらに有する。第２照明部６７０は、反射部６２０のＺ軸プラス方向端部であって、面取部６０３が形成されない四角筒の各角部にそれぞれ１個ずつ設けられる。第２照明部６７０は、反射ユニット１０を用いてカメラユニットで撮影する場合に、被写体を照明する。これにより、撮影時の光量不足を抑制することができる。なお、第２照明部６７０の一例は、ＬＥＤ電球である。
【００１７】
図４は、カメラユニット８０とレンズユニット９０を反射ユニット１０へ取り付ける状態を示す。反射ユニット１０の取り付け部２３０は、カメラユニット８０に装着される。具体的には、第１マウント部２３２の円弧リブ２４２、２４４の位置すなわち位相を、マウント部８２に設けられた円弧状切欠き８４の位相に一致させて、円弧リブ２４２、２４４をＺ軸プラス方向に挿入させる。その状態を維持したまま、反射ユニット１０を反時計まわりに回転させることで、円弧リブ２４２、２４４を円弧リブ８６に係止させる。これにより、反射ユニット１０は、カメラユニット８０にＺ軸方向に固定される。また、反射ユニット１０を回転させることによって、ロックピンによるロック機構が作動し、反射ユニット１０は、Ｚ軸を中心とした回転方向に固定される。これにより反射ユニット１０は、カメラユニット８０のマウント部８２に装着される。
【００１８】
また、レンズユニット９０は、反射ユニット１０の取り付け部２３０に取り付けられる。具体的には、レンズユニット９０に設けられたマウント部は、第２マウント部２３４に装着される。レンズユニット９０のマウント部は、第１マウント部２３２と同じ構成の円弧リブを有する。レンズユニット９０のマウント部と第２マウント部２３４との装着は、第１マウント部２３２とカメラユニットのマウント部８２との装着と同じであるので、レンズユニット９０のマウント部と第２マウント部２３４との装着の説明は省略する。
【００１９】
このように、反射ユニット１０は、カメラユニット８０のマウント部８２に装着され、カメラユニット８０に対する位置、およびＺ軸方向の回転位相が固定される。これにより、カメラユニット８０の位置を変更しても、カメラユニット８０と反射ユニット１０との位置関係は変わらない。このため、使用者は、反射ユニット１０の位置等を再調整することなく、再び撮影を行うことができる。
【００２０】
同様に、レンズユニット９０は、反射ユニット１０の第２マウント部２３４に装着され、反射ユニット１０に対する位置、およびＺ軸を中心とした回転位相が固定される。これにより、レンズユニット９０を交換しても、レンズユニット９０と反射ユニット１０との位置関係は変わらない。このため、使用者は、反射ユニット１０の位置等を再調整することなく、再び撮影を行うことができる。
【００２１】
図５（ａ）は、カメラユニット８０およびレンズユニット９０を反射ユニット１０に装着した状態のカメラユニットの光軸を通るＸＺ平面の断面図である。図５（ａ）においては、図面を簡単にする目的で、第１反射部６２４、第２反射部６２６、撮影レンズ９２、および撮像素子８８を抽出して図示している。図５（ｂ）は、カメラユニット８０およびレンズユニット９０を反射ユニット１０に取り付けた状態のカメラユニット８０の光軸を通るＹＺ平面の断面図である。図６（ｂ）においても同様に、第１反射部６２５、第２反射部６２７、撮影レンズ９２、および撮像素子８８を抽出して図示している。
【００２２】
第１反射部６２４と第２反射部６２６は、レンズユニット９０の撮影レンズ９２の全画角のうち、中心部を含まない周辺画角の領域に配置されている。詳細には、全画角を三つに分けるように配置されている。本実施形態においては、全画角のそれぞれ略１／３に相当する領域に配置されている。第１反射部６２４と第２反射部６２６は、互いに平行である。
【００２３】
被写体光束の部分光束１００（図５（ａ）中、横線で示す領域）は、第１反射部６２４と第２反射部６２６に反射することなく、撮像素子８８の中央領域に結像する。部分光束１０２（図５（ａ）中、クロスハッチングで示す領域）は、第１反射部６２４に反射した後、撮像素子８８のＸ軸方向マイナス側の領域に結像する。部分光束１０２は、あたかも撮像素子８８からＸ軸方向プラス側にずれた別の撮像素子８７に結像したかのように、視差を持った像として撮像素子８８に結像する。部分光束１０４（図５（ａ）中、縦線で示す領域）は、第２反射部６２６に反射した後、撮像素子８８のＸ軸方向プラス側の領域に結像する。部分光束１０４は、あたかも撮像素子８８からＸ軸方向マイナス側にずれた別の撮像素子８９に結像したかのように、視差を持った像として撮像素子８８に結像する。このように、Ｘ軸方向に異なる二つの視点から撮像した被写体像を得ることができる。
【００２４】
図５（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向に向かい合う第１反射部６２５と第２反射部６２７は、レンズユニット９０の撮影レンズ９２の全画角のうち、中心部を含まない周辺画角の領域に配置されている。詳細には、全画角を三つに分けるように配置されている。本実施形態においては、全画角のそれぞれ略１／３に相当する領域に配置されている。第１反射部６２５と第２反射部６２７は、互いに平行である。
【００２５】
第１反射部６２５と第２反射部６２７の組についても第１反射部６２４と第２反射部６２６の組と同様のことが言える。すなわち、部分光束１０６（図５（ｂ）中、横線で示す領域）は、第１反射部６２５と第２反射部６２７に反射することなく、撮像素子８８の中央領域に結像する。部分光束１０８（図５（ｂ）中、クロスハッチングで示す領域）は、第１反射部６２５に反射した後、撮像素子８８のＹ軸方向マイナス側の領域に結像する。部分光束１０８は、あたかも撮像素子８８からＹ軸方向プラス側にずれた別の撮像素子９１に結像したかのように、視差を持った像として撮像素子８８に結像する。部分光束１１０（図５（ｂ）中、縦線で示す領域）は、第２反射部６２７に反射した後、撮像素子８８のＹ軸方向プラス側の領域に結像する。部分光束１１０は、あたかも撮像素子８８からＹ軸方向マイナス側にずれた別の撮像素子９３に結像したかのように、視差を持った像として撮像素子８８に結像する。このように、Ｙ軸方向に異なる二つの視点から撮影した被写体像を得ることができる。
【００２６】
さらに、Ｘ軸方向に向かい合う第１反射部６２４と第２反射部６２６の一方に反射し、かつ、Ｙ軸方向に向かい合う第１反射部６２５と第２反射部６２７の一方に反射することにより、他の視点から撮像した被写体像を得ることができる。例えば、ある部分光束は、Ｘ軸方向に配置される第１反射部６２４と、Ｙ軸方向に配置される第１反射部６２５とに続けて反射した後、視差を持った像として撮像素子に結像する。結果として、あたかも撮像素子８８から左上側にずれた別の撮像素子に結像したかのように、視差を持った像として撮像素子に結像する。同様に、他の部分光束はそれぞれ、右上側、左下側、および右下側のそれぞれにずれた別の撮像素子に結像したかのように、視差を持った像として撮像素子に結像する。以上のように、本実施形態によれば、互いに視点が異なる九つの被写体像を一枚の画像として撮ることができる。
【００２７】
図５（ａ）の点Ｐ１は、部分光束１０２が第１反射部６２４で反射する位置である。同様に点Ｐ２は、部分光束１０４が第２反射部６２６で反射する位置である。第１反射部６２４および第２反射部６２６は、互いに光軸から同じ距離だけ離れて対向して配置されるので、点Ｐ１および点Ｐ２は、反射ユニット１０の被写体側の先端からＺ軸方向に同じ距離Ｂ１離れた点である。部分光束１０２において、点Ａ1に位置する被写体は、点Ｐ１で反射する。同様に、部分光束１０４において、点Ａ２に位置する被写体は、点Ｐ２で反射する。したがって、第１反射部６２４および第２反射部６２６は、反射ユニット１０の被写体側の先端から少なくとも距離Ｂの位置まで形成されればよい。撮影レンズ９２の焦点距離をｆ、像高をｌ１、第１反射部６２４と第２反射部６２６との間隔をＡ１２とする場合に、反射ユニット１０の被写体側の先端から点Ｐ１および点Ｐ２までの距離Ｂ１は、Ｂ１＝ｆ×Ａ１２／ｌ１で表すことができる。以上の説明では単焦点のレンズユニット９０を使用しているので、距離Ｂ１は変化しない。
【００２８】
点Ｑ１は、部分光束１０２における点Ａ1の被写体光束と、部分光束１０４における点Ａ２の被写体光束が交差する点である。領域Ｓ１は、端部間Ａ１２を底辺，点Ｑ１を頂点とする三角形の領域である。領域Ｓ１は、部分光束１００、１０２および１０４が互いに重なる領域である。すなわち、領域Ｓ１は、部分光束１００、１０２および１０４いずれの部分光束によっても撮像素子８８に結像される領域である。撮影対象物が領域Ｓ１の内部に配置される場合、後述する中央の被写体像の左右に位置する被写体像を取得できる。中央の被写体像の左右に位置する被写体像を組み合わせれば、基線長が長くなるので精度よく３次元計測できる。ここで、反射ユニット１０の被写体側の先端から点Ｑ１までのＺ軸方向の距離Ｃ１は、計測可能な範囲である。計測可能な範囲は、Ｃ１＝Ｂ１／２で表すことができる。
【００２９】
図５（ｂ）の点Ｐ３は、部分光束１０８が第１反射部６２５で反射する位置である。同様に点Ｐ４は、部分光束１０４が第２反射部６２７で反射する位置である。第１反射部６２５および第２反射部６２７は、互いに光軸から同じ距離だけ離れて対向して配置されるので、点Ｐ３および点Ｐ４は、反射ユニット１０の被写体側の先端からＺ軸方向に同じ距離Ｂ２離れた点である。距離Ｂ１と距離Ｂ２は等しい。上述のように、撮影レンズ９２の焦点距離をｆ、さらに、像高をｌ２、第１反射部６２５と第２反射部６２７との間隔をＡ３４とする場合に、反射ユニット１０の被写体側の先端から点Ｐ３および点Ｐ４までの距離Ｂ２は、Ｂ２＝ｆ×Ａ３４／ｌ２で表すことができる。
【００３０】
点Ｑ２は、部分光束１０８における点Ａ３の被写体光束と、部分光束１１０における点Ａ４の被写体光束が交差する点である。領域Ｓ２は、端部間Ａ３４を底辺，点Ｑ２を頂点とする三角形の領域である。領域Ｓ２は、部分光束１０６、１０８および１１０が互いに重なる領域である。すなわち、領域Ｓ２は、部分光束１０６、１０８および１１０いずれの部分光束によっても撮像素子８８に結像される領域である。撮影対象物が領域Ｓ２の内部に配置される場合、後述する中央の被写体像の左右に位置する被写体像を取得できる。ここで、距離Ｂ１と距離Ｂ２は等しい。ただし、端部間Ａ３４は端部間Ａ1２よりも短い。したがって、領域Ｓ２の面積は、領域Ｓ１の面積よりも小さくなる。すなわち、計測可能な範囲が互いに異なる。反射ユニット１０の被写体側の先端から点Ｑ２までのＺ軸方向の距離Ｃ２は、計測可能な範囲であり、Ｃ２＝Ｂ２／２で表すことができる。距離Ｃ１と距離Ｃ２は等しい。
【００３１】
以上の説明では、平面の状態での計測可能な範囲を示した。しかしながら、本実施形態においては、反射部６２０は、第１反射部６２４と第２反射部６２６の組と、第１反射部６２５と第２反射部６２７の組との２組の反射部を有するので、実際の計測可能な範囲は空間である。この場合の、計測可能な範囲は、底面における互いに対向する辺がＡ１２、およびＡ３４であり、かつ頂点をＱ１（Ｑ２）とする四角錐の内部である。使用者は、観察窓６０４を介して撮影対象物をＸ軸方向に観察するので、撮影対象物が領域Ｓ１を含む点Ｑ１を頂点とする直方体の領域および領域Ｓ２を含む点Ｑ２を頂点とする直方体の領域に配置されるかを確認できる。これにより、使用者は、計測可能な四角錐の内部に撮影対象物が配置されるかを簡易的に確認できる。なお、反射ユニット１０が第１反射部６２４と第２反射部６２６の１組の反射部により構成される場合は、計測可能な領域は、領域Ｓ１を断面とする三角柱の内部である。同様に、反射ユニット１０が第１反射部６２５と第２反射部６２７の１組の反射部により構成される場合は、計測可能な領域は、領域Ｓ２を断面とする三角柱の内部である。
【００３２】
左右のいずれかに位置する被写体像と中央の被写体像とを組み合わせて３次元計測をすることもできる。この場合、図５（ａ）に示すように、計測可能な範囲は、距離Ｃ１よりも広い範囲である距離Ｄ１となる。一例として、中央の被写体像と左に位置する被写体像を組み合わせる場合を説明する。図中の点Ｒ１は、部分光束１０２における点Ａ1の被写体光束と、部分光束１００における点Ａ２の被写体光束が交差する点である。領域Ｔ１は、端部間Ａ１２を底辺、点Ｒ１を頂点とする三角形の領域である。領域Ｔ１は、部分光束１００および１０２が互いに重なる領域である。すなわち、領域Ｔ１は、部分光束１００および１０２の部分光束によって撮像素子８８に結像される領域である。領域Ｔ１は、領域Ｓ１よりも範囲が広いので、大きな撮影対象物を配置することができる。なお、中央の被写体像と右に位置する被写体像を組み合わせる場合も、計測可能な範囲は距離Ｄ１である。なお、反射ユニット１０を用いた撮影対象物の撮影において、部分光束１００と部分光束１０２または部分光束１０４の何れか一方と重なる範囲であれば、少なくとも無反射光束を結像した画像と、部分光束１０２または１０４の何れか一方を結像した画像とが取得でき、当該画像を用いて三次元計測できる。したがって、反射ユニット１０を用いた三次元計測の観察範囲は、部分光束１００と部分光束１０２または部分光束１０４の何れか一方と重なる範囲となる。
【００３３】
上下のいずれかに位置する被写体像と中央の被写体像とを組み合わせて３次元計測をすることもできる。この場合、図５（ｂ）に示すように、計測可能な範囲は、距離Ｃ２よりも広い範囲である距離Ｄ２となる。距離Ｄ２は、距離Ｄ１と等しい。一例として、中央の被写体像と上に位置する被写体像を組み合わせる場合を説明する。図中の点Ｒ２は、部分光束１０８における点Ａ３の被写体光束と、部分光束１０６における点Ａ４の被写体光束が交差する点である。領域Ｔ２は、端部間Ａ３４を底辺、点Ｒ２を頂点とする三角形の領域である。領域Ｔ２は、部分光束１０６および１０８が互いに重なる領域である。すなわち、領域Ｔ２は、部分光束１０６および１０８の部分光束によって撮像素子８８に結像される領域である。領域Ｔ２は、領域Ｓ２よりも範囲が広いので、より大きな撮影対象物を配置することができる。なお、中央の被写体像と下に位置する被写体像を組み合わせる場合も、計測可能な範囲は距離Ｄ２である。なお、反射ユニット１０を用いた撮影対象物の撮影において、部分光束１０６と部分光束１０８または部分光束１１０の何れか一方と重なる範囲であれば、少なくとも無反射光束を結像した画像と、部分光束１０８または１１０の何れか一方を結像した画像とが取得でき、当該画像を用いて三次元計測できる。したがって、反射ユニット１０を用いた三次元計測の観察範囲は、部分光束１０６と部分光束１０８または部分光束１１０の何れか一方と重なる範囲となる。
【００３４】
図６（ａ）は、被写体すなわち撮影対象となる撮影対象物１４０と反射部６２０との位置を説明する図である。図示するように、撮影対象物１４０としてミニカーを撮影する場合について説明する。撮影対象物１４０は、反射部６２０に周囲を囲まれた状態で撮影される。（ｂ）は、撮影対象物１４０を撮影する状態を説明する図である。反射ユニット１０の先端の内部には、撮影対象物１４０としてミニカーが配置される。
【００３５】
図６（ｃ）は、撮像素子８８により得られた画像を示す。理解を容易にする目的で、面取部６０３が設けられていない反射ユニット１０を用いた場合に撮像素子８８により得られる画像を示す。なお、撮影レンズ９２による撮影対象物１４０の像の反転は、画像処理により修正されている。中央の被写体像は、反射部６２０に反射されることなく取得された被写体像である。中央の被写体像の周辺に位置する八つの被写体像は、反射部６２０に反射して取得された被写体像である。このため、周辺の被写体像の向きは、中央の被写体像の向きと異なっている。
【００３６】
中央の被写体像の左右に位置する各被写体像は、Ｘ軸方向に向かい合う第１反射部６２４と第２反射部６２６の一方に反射して取得された被写体像である。具体的には、左に位置する被写体像は、第１反射部６２４に反射して結像した被写体像である。右に位置する被写体像は、第２反射部６２６に反射して結像した被写体像である。これらの被写体像は、中央の被写体像に対して左右に反転している。中央の被写体像の上下に位置する被写体像は、Ｙ軸方向に向かい合う第１反射部６２５と第２反射部６２７の一方に反射して取得された被写体像である。具体的には、上に位置する被写体像は、第１反射部６２５に反射して結像した被写体像である。下に位置する被写体像は、第２反射部６２７に反射して結像した被写体像である。このように、上下左右に位置する四つの被写体像は、反射部６２０に１回反射された、１回反射光束が結像した被写体像である。したがって、これらの被写体像は、中央の被写体像に対して上下に反転している。
【００３７】
中央の被写体像の左上、右上、左下、右下に位置する被写体像は、Ｘ軸方向に向かい合う第１反射部６２４と第２反射部６２６の一方に反射するとともに、Ｙ軸方向に向かい合う第１反射部６２５と第２反射部６２７の一方に反射して取得された被写体像である。具体的には、中央の被写体像に対し、左上に位置する被写体像は、第１反射部６２４と６２５に反射して結像した被写体像である。左上に位置する被写体像のうち、図中の破線の右側は、第１反射部６２５に反射した後に第１反射部６２４に反射して結像した被写体像であり、左側は、第１反射部６２４に反射した後に第１反射部６２５に反射して結像した被写体像である。同様に、中央の被写体像に対し、左下に位置する被写体像は、第１反射部６２４と第２反射部６２７に反射して結像した被写体像である。左下に位置する被写体像のうち、破線の右側は、第２反射部６２７に反射した後に第１反射部６２４に反射して結像した被写体像であり、左側は、第１反射部６２４に反射した後に第２反射部６２７に反射して結像した被写体像である。
【００３８】
同様に、中央の被写体像に対し、右上に位置する被写体像は、第１反射部６２５と第２反射部６２６に反射して結像した被写体像である。右上に位置する被写体像のうち、破線の右側は、第２反射部６２６に反射した後に第１反射部６２５に反射して結像した被写体像であり、左側は、第１反射部６２５に反射した後に第２反射部６２６に反射して結像した被写体像である。同様に、中央の被写体像に対し、右下に位置する被写体像は、第２反射部６２６と６２７に反射して結像した被写体像である。右上に位置する被写体像のうち、破線の右側は、第２反射部６２６に反射した後に第２反射部６２７に反射して結像した被写体像であり、左側は第２反射部６２７に反射した後に第２反射部６２６に反射して結像した被写体像である。
【００３９】
このように、画像における中央の被写体像に対して左上、左下、右上、右下に位置する四つの被写体像は、反射部６２０に２回反射された、２回反射光束が結像した被写体像である。したがって、これらの被写体像は、中央の被写体像に対して左右および上下に反転している。上記の九つの被写体像を用いて種々の画像処理を行うことにより、撮影対象物の３次元計測を行うことができる。
【００４０】
以上の説明では、撮影対象物を反射ユニット１０の先端に配置して撮影する例を示した。反射ユニット１０の先端よりも遠くの撮影対象物を撮影する場合、第１反射部６２４および第２反射部６２６は、撮影対象物側の先端を中心にＹ軸周りに回転するように構成されてもよい。
【００４１】
なお、撮像素子８８の受光面が矩形の場合、カメラユニット８０の画角は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで異なる。したがって、反射部６２０の被写体側の先端におけるＸ軸方向とＹ軸方向の寸法比を撮像素子８８のアスペクト比に合せることが好ましい。レンズ交換式の一眼レフカメラに用いられる撮像素子のアスペクト比は３：２である。したがって、カメラユニット８０へ装着された状態における反射部６２０の被写体側の先端におけるＸ軸方向とＹ軸方向の寸法比を３：２とすることが好ましい。なお、反射ユニット１０は、カメラユニット８０への装着時に半時計周りに９０°回転される。したがって、図１から図４における反射部６２０は、被写体側の先端におけるＸ軸方向の寸法とＹ軸方向の寸法比を２：３としている。なお、カメラユニットにより、撮像素子のアスペクト比は異なる。例えば、コンパクトカメラの場合において、撮像素子のアスペクト比は４：３であり、ハイビジョンカメラの場合において、撮像素子のアスペクト比は１６：９である。したがって、本願実施例では、反射部６２０の被写体側の先端におけるＸ軸方向とＹ軸方向の寸法比は、反射ユニット１０が装着されるカメラユニットにおける撮像素子のアスペクト比に合せて説明をしている。
【００４２】
図７（ａ）は、反射ユニット１０が取り付けられたカメラユニット８０が、撮影対象物を撮影する状態を示す図である。反射ユニット１０の先端の内部には、撮影対象物としてミニカーが配置される。使用者は、観察窓６０４を介して撮影対象物の位置を確認することができる。指標６０５は、計測可能な範囲に対応して設けられるスケールである。指標６０５を参照することにより、使用者は、撮影前に予め定められた計測可能な位置に撮影対象物が配置されているかを確認することができる。
【００４３】
観察窓６０４は、透明な部材によって形成されるので、反射ユニット１０の外部の光を反射ユニット１０の内部へ導くことができる。観察窓６０４を形成することにより、設置される第２照明部６７０の数を減らしてもよい。また、以上の説明では、面取部６０３は、反射ユニット１０に対して１箇所設けられ、観察窓６０４は、面取部６０３に設けられる例を示した。しかし、面取部６０３は、反射ユニット１０のＺ軸に沿う４箇所の各角部に形成され、観察窓６０４は、それぞれの面取部６０３に形成されてもよい。観察窓６０４を設置する数を増やすことにより、観察窓６０４を介して反射ユニット１０の内部に外光が入りやすくなるので、第２照明部６７０を省くことができる。
【００４４】
以上の説明では、観察窓６０４は、面取部６０３に沿って平面に形成した。しかし、観察窓６０４は、面取部６０３に沿って凹レンズ形状に形成してもよい。観察窓６０４を凹レンズ形状にすることにより、使用者は、反射ユニット１０の内部を拡大して観察することができる。
【００４５】
図７（ｂ）は、撮像素子８８によって得られる画像を示す。得られる画像は、互いに視点が異なる八つの被写体像である。観察窓６０４を有する面取部６０３が形成されるので、斜線で示した中央の被写体像の左上の領域に画像は生成されない。すなわち、面取部６０３は、反射部が被写体の部分光束を２回反射させて撮影レンズ９２へ導く領域に形成される。別源すると、面取部６０３は、被写体光束のうち反射部に１回反射されて撮像素子８８へ到達する１回反射の光路外に設けられる。本実施形態においては、中央の被写体の左上に位置する被写体像が得られる領域に面取部６０３を形成したが、右上、右下および左下に位置する被写体像が得られるいずれの領域に面取部６０３を形成してもよい。
【００４６】
中央の被写体像に対して左上、右上、左下、右下の斜め方向に位置する被写体像は、撮像素子に結像される位置が隣り合う２枚の反射部の直角度に依存する。したがって、隣り合う２枚の反射部は、精度よく直交して配置されることが望ましい。本実施形態においては、配置精度を緩和すると共に、斜め方向の被写体像を用いない。すなわち中央の被写体像と中央の被写体像の左右に位置する被写体像、および中央の被写体像と中央の被写体像の上下に位置する被写体像を用いて３次元計測を行う。
【００４７】
中央の被写体像の左右に位置する被写体像を用いて３次元計測をする場合、中央の被写体像と中央の被写体像の左もしくは右に位置する被写体像を用いる場合に比べると、計測精度は良くなる。カメラユニット８０もしくは反射ユニット１０は、計測精度を優先するモードおよび計測範囲を優先するモードの異なる計測モードを切り換える切換部を備えてもよい。切換部を設けることにより、使用者は、計測精度と計測範囲のいずれを優先して３次元計測を行うかを選択することができる。この場合、指標６０５は、複数の計測可能な範囲を示すように形成されればよい。
【００４８】
以上の説明では、観察窓６０４が報知部として機能する例を示した。報知部は、使用者が撮影対象物を確認することにより、撮影対象物が計測可能な範囲に配置されているかを直接的に使用者に視認させる態様に限らない。報知部は、使用者が撮影された画像を確認することにより、間接的に撮影対象物が予め定められた条件で配置されているかを使用者に報知する構造でもよい。
【００４９】
図８（ａ）は、反射ユニット１０における他の実施例を説明する図である。カメラユニット８０は、反射ユニット１０が取り付けられた状態で撮影対象物を撮影する。反射ユニット１０の先端内部には、撮影対象物としてミニカーが配置される。反射ユニット１０は、面取部６０３に報知部６１０を有する。報知部６１０は、第１照明部としての光源６１２を含む。なお、以下の実施例においては、上記の実施例で説明した要素と同一の要素については説明を省略する。
【００５０】
図８（ｂ）は、報知部６１０の拡大図である。報知部６１０は、光を通過させる通過領域としての開口部６１１および光源６１２を含む。開口部６１１は、面取部６０３に形成されるスリット状の貫通孔である。開口部６１１は、反射ユニット１０の内部空間と外部空間との間で光を通過させる。開口部６１１は、Ｚ軸方向において計測可能な範囲に対応する位置に設けられる。光源６１２は、開口部６１１の外側に設けられる。光源６１２は、開口部６１１に向けて参照光としてのレーザ光を照明する。開口部６１１はレーザ光の照明面積よりも小さく形成される。したがって、開口部６１１を通過したレーザ光は、スリット光として反射ユニット１０の内部を照明する。
【００５１】
スリット光は、計測可能な範囲の位置に対して、ＸＹ平面に平行に照明する。つまり、スリット光は、計測可能な範囲に沿って照明する。スリット光が撮影対象物を照明する場合、撮影対象物は、計測可能な範囲の外部に配置されている。一方、スリット光が撮影対象物を照明しない場合、撮影対象物は、計測可能な範囲の内部に配置されている。
【００５２】
図８（ｃ）は、撮像素子８８によって得られた画像を示す。図中白線は、撮影対象物により遮られたスリット光を示す。計測可能な位置に撮影対象物が配置されているかを確認する目的で使用者が撮影対象物を撮影する場合、スリット光を確認し易くすべく、第２照明部６７０をオフにするとよい。具体的には、報知部６１０は、第２照明部６７０を消灯した状態で反射ユニット１０の内部にスリット光を照明する。計測可能な範囲の外部に撮影対象物が配置されている場合、使用者は、図示するように撮影対象物によりスリット光が遮られた画像を取得する。使用者は、撮影された画像を確認することにより、計測可能な位置に撮影対象物が配置されているかを判断することができる。なお、確認画像は、ライブビュー画像であってもよい。
【００５３】
以上の説明においては、使用者は、スリット光が撮影対象物を照明する場合に、撮影対象物が計測可能な範囲の外部に配置されていると判断することができた。これとは逆に、例えば、計測可能な範囲よりＺ軸マイナス方向にＺ軸に沿ったスリット光を照明すれば、使用者は、計測可能な位置に撮影対象物が配置されているかを判断することができる。この場合は、使用者は、スリット光が撮影対象物を照明しないときに、撮影対象物が予め定められた計測可能な位置に配置されていると判断してもよい。
【００５４】
以上の説明においては、簡易的に立方体を用いて撮影対象物が計測可能な範囲に配置されるかを確認した。以下の実施例では、報知部が図５を用いて説明した計測可能な範囲である四角錐の表面に沿ってスリット光を進行させる。
【００５５】
以上の説明においては、報知部６１０は計測可能な範囲に対応する位置にスリット光を発生させるように設けた。報知部は、Ｚ軸方向の異なる位置に複数設けてもよい。報知部を複数設ける場合、複数の報知部は、それぞれ異なる色のスリット光を異なる位置で照明してもよい。例えば、２つの報知部を使用する場合、一方のスリット光は、計測精度を優先する条件に対応する領域を照明する。他方のスリット光は計測範囲を優先する条件に対応する領域を照明するように配置する。カメラユニット８０もしくは反射ユニット１０に計測モード切換部を設けることにより、いずれかのスリット光を撮影対象物に向けて照明する。使用者は、計測モード切換部を操作することにより、計測精度と計測範囲のいずれを優先して３次元計測を行うかを選択してもよい。なお、互いのスリット光は異なる色なので、使用者は、撮影された画像によりいずれのスリット光から照明されたかを容易に確認することができる。
【００５６】
図９は、反射ユニット１０における他の実施例を説明する図である。なお、以下の実施例においては、上記の実施例で説明した要素と同一の要素については説明を省略する。反射ユニット１０は、第１反射部６２４の外側および第２反射部６２６の外側に報知部としての第１報知部６８０および第２報知部６９０を有する。第１報知部６８０は、光を通過させる通過領域としての第１開口部６８１および第１照明部としての第１光源６８２を含む。第２報知部６９０は、光を通過させる通過領域としての第２開口部６９１および第１照明部としての第２光源６９２を含む。第１開口部６８１および第２開口部６９１は、スリット状の貫通孔である。第１開口部６８１および第２開口部６９１は、反射ユニット１０の内部空間と外部空間との間で光を通過させる。第１開口部６８１および第２開口部６９１は、例えばスライド機構を設けることにより開閉できるように形成する。第１開口部６８１を通過したレーザ光は、部分光束１０２に沿ったスリット光としてＺ軸に斜交するように照明する。同様に、第２開口部６９１を通過したレーザ光は、部分光束１０４に沿ったスリット光としてＺ軸に斜交するように照明する。
【００５７】
第１報知部６８０から照明されるスリット光は、斜辺Ａ１−Ｐ１に沿って進行する。同様に第２報知部６９０から照明されるスリット光は、斜辺Ａ２−Ｐ２に沿って進行する。部分光束１００、部分光束１０２および部分光束１０４を用いて３次元計測をする場合、計測可能な領域は、第１反射部６２４と第２反射部６２６との端部間Ａを底辺とし、頂点をＱとする三角形の領域の内部である。第１報知部６８０および第２報知部６９０が照明するスリット光は、端部間Ａを底辺とし、頂点をＱとする三角形の領域に沿って進行するので、使用者は、撮影対象物が計測可能な位置に配置されているかを判断することができる。具体的には、第２照明部６７０を消灯した状態で、第１報知部６８０および第２報知部６９０は、反射ユニット１０の内部を照明する。そして、使用者は、撮影対象物を撮影する。撮影対象物が予め定められた計測可能な位置の外部に配置されている場合、使用者は、撮影対象物によりスリット光が遮られた画像を取得する。スリット光が遮られた画像を取得することにより、使用者は、計測可能な位置の外部に撮影対象物が配置されていると判断することができる。一方、スリット光が撮影対象物により遮られない場合は、使用者は、計測可能な位置に撮影対象物が配置されていると判断することができる。そして、撮影対象物が計測可能な範囲に配置される場合、使用者は、第１開口部６８１および第２開口部を閉じ、第２照明部６７０を点灯させた状態で撮影対象物を撮影する。
【００５８】
以上の説明では、単焦点レンズのレンズユニット９０を使用する例を示した。光軸方向に反射部が設けられる領域および計測可能な範囲はレンズの焦点距離によって変化する。したがって、ズームレンズを使用する場合、使用者は、ズームレンズを予め定められた焦点距離に固定して使用すればよい。
【００５９】
以上の説明では、単焦点レンズのレンズユニット９０を使用する例を示した。レンズユニット９０がズームレンズの場合、焦点距離に応じて計測可能な範囲は変化する。ズームレンズを使用する場合、報知部は、それぞれの照明角度を変化させた複数の光源をＺ軸に沿ってアレイ状に配置し、焦点距離に応じて光源を切り換えて参照光を照明してもよい。
【００６０】
以上の説明では、第１反射部６２４および第２反射部６２６の外側に第１報知部６８０および第２報知部６９０を設ける例を示した。反射ユニット１０は、第１反射部６２４、６２５、第２反射部６２６、６２７の４枚の反射部に囲まれるので、より詳細には、計測可能な領域は、一辺Ａの四角形を底面とし、点Ｑを頂角とする四角錐の内部である。したがって、第１反射部６２４、６２５、第２反射部６２６、６２７の外側にそれぞれ報知部を設けてもよい。それぞれの反射部の外側に報知部を設けることにより、スリット光は、四角錐で表される計測可能な範囲に沿って照明することができる。スリット光が形成する四角錐により、使用者は、撮影対象物が計測可能な範囲に配置されているかを判断することができる。
【００６１】
以上の説明においては、レーザ光とスリット状の貫通孔を用いてスリット光を発生させた。スリット光は、円筒レンズによってレーザ光を広げて発生させてもよい。さらに別の方法として、スリット光は、高速に回転するポリゴンミラーによってレーザ光を広げて発生させてもよい。
【００６２】
以上の説明では、面取部は、反射部が被写体の部分光束を２回反射させて撮影レンズへ導く領域に形成した。別源すると、面取部は、反射部が被写体の光束のうち反射部に１回反射されて撮像素子へ到達する１回反射光束の光路外の領域に形成した。そして、報知部は、面取部に設ける例を示した。しかし、報知部は、面取部を設けなくても部分光束が２回反射する領域に設けてもよい。すなわち、面取部は形成せずに、２枚の反射部によって挟まれる角部の近傍に報知部を設けてもよい。
【００６３】
以上の説明では、レンズ交換式のカメラユニット８０を使用して３次元計測をする例を示した。使用するカメラユニットは、レンズ一体型のカメラでもよい。レンズ一体型のカメラの場合、反射ユニットは、カメラ本体もしくはレンズ鏡筒の外周に装着され固定されることが好ましい。
【００６４】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００６５】
１０  反射ユニット、８０  カメラユニット、８２  マウント部、８４  円弧状切欠き、８６  円弧リブ、８７、８８、８９、９１、９３  撮像素子、９０  レンズユニット、９２  撮影レンズ、１００、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０  部分光束、１４０  撮影対象物、２００  取り付けユニット、２３０  取り付け部、２３２  第１マウント部、２３４  第２マウント部、２３８  カメラユニット用接点、２４０  レンズユニット用接点、２４２、２４４  円弧リブ、２４６、２４８  円弧状切欠き、２５０  支持部、６００  鏡面ユニット、６０１  第１側面、６０２  第２側面、６０３  面取部、６０４  観察窓、６０５  指標、６１０  報知部、６１１  開口部、６１２  光源、６２０  反射部、６２４、６２５  第１反射部、６２６、６２７  第２反射部、６７０  第２照明部、６８０  第１報知部、６８１  第１開口部、６８２  第１光源、６９０  第２報知部、６９１  第２開口部、６９２  第２光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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