(57)【要約】【課題】精度の高い三次元計測を行う場合には、被測定物を鏡面で取り囲むことが望ましいが、その場合、外光の取り込みが困難になる、といった課題があった。【解決手段】反射ユニットであって、撮影対象物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前記撮影レンズへ導く反射部と、被写体光束のうち一度も反射部に反射されることなく撮像素子へ到達する無反射光束および反射部に一回反射されて撮像素子へ到達する一回反射光束の光路外に設置された、撮影対象物を照明する照明部とを備える。【選択図】図１
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【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、
前記被写体光束のうち一度も前記反射部に反射されることなく前記撮像素子へ到達する無反射光束および前記反射部に一回反射されて前記撮像素子へ到達する一回反射光束の光路外に設置された、前記被写体を照明する照明部と
を備える反射ユニット。
【請求項２】
前記照明部は、前記撮像素子において、前記無反射光束および前記一回反射光束により形成される撮像領域の外側である撮像外領域に、前記照明部からの照明光の一部を導く導出部を有する請求項１に記載の反射ユニット。
【請求項３】
前記光路外とは、前記被写体光束のうち二回反射されて前記撮像素子へ到達する二回反射光束が通る光路である請求項１または２に記載の反射ユニット。
【請求項４】
前記反射部は、前記被写体光束のうち、二回反射されて前記撮像素子へ到達する二回反射光束が入射する面において無反射処理を施す請求項１から３のいずれか１項に記載の反射ユニット。
【請求項５】
前記照明部は、複数の光源を有し、
前記複数の光源は順次発光する請求項１から４のいずれか１項に記載の反射ユニット。
【請求項６】
前記複数の光源は、互いに異なる波長の照明光を発光する請求項５に記載の反射ユニット。
【請求項７】
前記照明部は、前記反射部に反射させることなく前記被写体を照明する請求項１から６のいずれか１項に記載の反射ユニット。
【請求項８】
前記照明部は、パターン光により前記被写体を照明する請求項１から７のいずれか１項に記載の反射ユニット。
【請求項９】
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から７のいずれか１項に記載の反射ユニット。
【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影して、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（例えば、特許文献１参照）。
［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】
精度の高い三次元計測を行う場合には、被測定物を鏡面で取り囲むことが望ましいが、その場合、外光の取り込みが困難になる、といった課題があった。
【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、撮影対象物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、被写体光束のうち一度も反射部に反射されることなく撮像素子へ到達する無反射光束および反射部に一回反射されて撮像素子へ到達する一回反射光束の光路外に設置された、撮影対象物を照明する照明部とを備える。
【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】レンズユニットと反射ユニットを取り付けたカメラユニットのシステム構成図を示す。
【図６】撮影対象物と反射部との位置を説明する図である。
【図７】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。
【図８】（ａ）黒色形成部を有さない場合における撮像素子によって得られた画像の一例を示す。（ｄ）黒色形成部を有する場合における撮像素子によって得られた画像の一例を示す。
【図９】（ａ）照明ユニットを用いて撮影対象物を撮影する状態を説明する図である。（ｂ）撮像素子によって得られた画像の一例を示す。
【図１０】照明ユニットを順次照明させて撮影する処理を説明するフローチャートである。
【図１１】（ａ）反射ユニットを用いて撮影対象物を撮影する他の例を説明する図である。（ｂ）撮像素子によって得られた画像の一例を示す。
【図１２】反射ユニットを用いて撮影対象物を撮影する他の例を説明する図である。
【図１３】（ａ）ＭＥＭＳミラー角度と時間の関係を示した図である。（ｂ）撮像素子によって得られた画像の一例を示す。
【図１４】パターン形成ユニットが形成する三つのパターンの例を示す。
【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（ａ）は、本実施形態に係る反射ユニット１０の正面斜視図である。（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、図中左上に示したように、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２０と、鏡面ユニット６０とから成る。取り付けユニット２０は、取り付け部３０と、支持部５０と、カバー部５６とを有する。取り付け部３０は、Ｚ軸マイナス方向側から、撮像装置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３０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５０は、箱形状を成し、その底面において、取り付け部３０の外周面に接続する。これにより、支持部５０は、取り付け部３０の外周面に固定される。また、支持部５０は、側面内側において、鏡面ユニット６０をＺ軸方向に移動自在に支持する。支持部５０は、少なくとも一部が光を透過させる素材により形成される。支持部５０を形成する材料の一例は、透明のポリカーボネートである。
【００１１】
カバー部５６は、支持部５０の一側面の外側に、Ｚ軸プラス方向に移動自在に設けられる。カバー部５６の詳細は、図２を用いて、後に説明する。
【００１２】
鏡面ユニット６０の内面は、反射部６２と、黒色形成部６８とを有する。反射部６２は、Ｙ軸方向に互いに向かい合う第１反射部６４と第２反射部６６の組と、Ｘ軸方向に互いに向かい合う第１反射部６５と第２反射部６７の組とを有する。
【００１３】
反射部６２は、被写体光束の一部を反射させて、取り付け部３０に保持されたレンズユニットへ導く。第１反射部６４、６５および第２反射部６６、６７としてミラーを用いることができる。なお、第１反射部６４、６５および第２反射部６６、６７は、ミラーに限らず、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。
【００１４】
黒色形成部６８は、第１反射部６４と第２反射部６６の組、および第１反射部６５と第２反射部６７の組において、反射部６２の４隅からＺ軸方向に向かうに従い、徐々に広がるように形成される。黒色形成部６８は、被写体光束を反射させないように黒色で形成している。このため、黒色形成部６８は、被写体光束を反射させて、被写体光束をレンズユニットへ導かない。なお、黒色形成部６８は、黒色塗装に限らず、植毛紙などの反射防止材を貼着してもよく、表面に遮光線加工を施してもよい。
【００１５】
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。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。
【００１６】
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３０は、第１マウント部３２と、第２マウント部３４と、調整部３６と、カメラユニット用接点３８と、レンズユニット用接点４０とを有する。第１マウント部３２は、取り付け部３０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３２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４２、４４が形成されている。図３（ｂ）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４２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４４の中心角は４５°である。第１マウント部３２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。
【００１７】
第２マウント部３４は、取り付け部３０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３４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４６、４８を有する。図３（ａ）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４６の中心角は９０°であり、Ｙ軸プラス方向に設けられた円弧状切欠き４８の中心角は４５°である。第２マウント部３４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。調整部３６は、撮像素子の受光面の全体が被写体光束のイメージサークルに含まれるように、また、想定される撮影距離に範囲に対して、レンズユニットが備える撮影レンズが焦点を合わせられえるように、撮影レンズの光軸方向の距離を調整する。
【００１８】
カメラユニット用接点３８は、円弧リブ４２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３８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３８は、レンズユニット用接点４０に電気的に接続している。レンズユニット用接点４０は、第２マウント部３４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。
【００１９】
支持部５０は、操作窓５２と、Ｌ字リブ５４をさらに有する。操作窓５２は、支持部５０のＹ軸プラス方向側の外面に設けられた矩形状の貫通穴である。使用者は、操作窓５２から、反射ユニット１０に装着したレンズユニットのズーム環等の操作部を操作できる。
【００２０】
Ｌ字リブ５４は、支持部５０に一体的に設けられるＬ字形状のリブである。Ｌ字リブ５４の一端側は、操作窓５２のＺ軸プラス方向を除く三方を、予め定められた距離を隔てて囲むようして設けられる。また、Ｌ字リブ５４の他端は、操作窓５２の内側に突出するように形成される。
【００２１】
カバー部５６は、支持部５０とは別体として設けられる矩形状の板である。カバー部５６の大きさは、操作窓５２よりも広く、操作窓５２を囲むＬ字リブ５４の３方が囲まれた領域よりも狭い。カバー部５６の厚さは、支持部５０の外壁とＬ字リブ５４とによって形成される隙間よりもわずかに薄く形成される。カバー部５６は、当該隙間に嵌合して、支持部５０に対してＺ軸方向に移動自在に配される。カバー部５６は、操作窓５２と一致した位置にある場合に、操作窓５２を塞いだ閉塞状態となる。また、カバー部５６は、操作窓５２と一致しない位置にある場合に、操作窓５２を解放した解放状態となる。カバー部５６を解放状態とすることで、使用者は、操作窓５２から、レンズユニットの操作部を操作できる。また、カバー部５６を閉塞状態とすることで、操作窓５２から反射ユニット１０内へ外部の像光が入射することを防止できる。
【００２２】
鏡面ユニット６０は、変位機構部６９と、四つの照明ユニット７１、７２、７３、７４をさらに有する。変位機構部６９は、Ｘ軸プラス側の第１反射部６４のＺ軸プラス側端部に設けられ、反射部６２をＺ軸方向に駆動する。変位機構部６９の一例は、アクチュエータである。変位機構部６９は、カメラユニット用接点３８を介して、カメラユニットから電力の供給を受けて駆動する。
【００２３】
照明ユニット７１等は、反射部６２の４隅にそれぞれ１個ずつ設けられる。照明ユニット７１等の設置位置については後に詳細に説明する。照明ユニット７１等は、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、撮影対象物を照明する。これにより、撮影時の光量不足を抑制することができる。特に本実施形態においては、反射ユニット１０の開口面に撮影対象物を配置するので、外光を取り入れての撮影が困難である。したがって照明ユニット７１等は、反射ユニット１０の閉空間においれ、撮影条件を良好に調整する機能を担う。
【００２４】
照明ユニット７１等は、照明部７５と、ライトガイド７６と、位置調整機構７７とを有する。照明部７５は、撮影対象物を照明するスポット光を発光する。照明部７５が発光するスポット光は、反射部６２に反射されることなく、撮影対象物を照明する。照明部７５の一例は、白色のＬＥＤである。
【００２５】
ライトガイド７６は、照明部７５からの照明光の一部を、直接、撮像素子に導く機能を有する。ライトガイド７６は、透明性を有する材料から構成される。ライトガイド７６の一端部は、照明部７５の側面から内部に接続し、照明部７５からの照明光の一部を取り出す。ライトガイド７６の他端部は、反射部材が設けられる。照明部７５から取り出された照明光の一部は、ライトガイド中央部を通過し、ライトガイド７６の他端に設けられた反射部材に反射されて、撮像素子の受光面に導かれる。
【００２６】
位置調整機構７７は、反射部６２に固定されて設けられ、照明部７５の向きをＸ軸方向およびＹ軸方向に調整する。これにより、照明部７５は、スポット光を照明する位置を変えることができる。位置調整機構７７の一例は、ユニバーサルジョイントである。
【００２７】
照明ユニット７１等の照明光の照明と停止は、カメラユニット用接点３８を介して、カメラユニットに制御される。また、位置調整機構７７に駆動部を設けることにより、照明ユニット７１等の照明光の照明位置を、カメラユニット用接点３８を介してカメラユニットから制御を行ってもよい。
【００２８】
図４は、レンズユニット８０とカメラユニット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３０は、カメラユニット９０に装着される。具体的には、第１マウント部３２の円弧リブ４２、４４の位置を、マウント部９２に設けられた円弧状切欠き９４の位置、すなわち円弧リブ４２、４４と円弧状切欠き９４との位相を一致させて、円弧リブ４２、４４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９０°回転させることで、円弧リブ４２、４４を円弧リブ９６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９０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９０のマウント部９２に装着される。
【００２９】
また、レンズユニット８０は、反射ユニット１０の取り付け部３０に取り付けられる。具体的には、レンズユニット８０に設けられたマウント部は、第２マウント部３４に装着される。レンズユニット８０のマウント部は、第１マウント部３２と同じ構成の円弧リブを有する。レンズユニット８０のマウント部と第２マウント部３４との装着は、第１マウント部３２とカメラユニット９０のマウント部９２との装着と同じであるので、レンズユニット８０のマウント部と第２マウント部３４との装着の説明は省略する。
【００３０】
図５は、レンズユニット８０と反射ユニット１０を取り付けたカメラユニット９０のシステム構成図を示す。カメラユニット９０のマウント部９２は、反射ユニット１０の第１マウント部３２に装着して、レンズユニット８０のマウント部８１は、反射ユニット１０の第２マウント部３４に装着する。そして、各マウント部に設けられた接点が電気的に接続することによって、反射ユニット１０の制御信号は、カメラユニット９０から反射ユニット１０に出力される。また、レンズユニット８０の制御信号は、反射ユニット１０を介して、カメラユニット９０からレンズユニット８０に出力される。
【００３１】
撮影レンズ８２は、ズームレンズ８３、フォーカスレンズ８４を含んで構成される。詳しくは後述するが、反射ユニット１０により、被写体光束の一部が光軸８６に沿って撮影レンズ８２に入射し、撮像素子９８の受光面に結像するとともに、被写体光束の残部は反射部６２で反射し、撮像素子９８の受光面に結像する。
【００３２】
撮像素子９８は、被写体像である光学像を光電変換する素子である。撮像素子９８として、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサを用いることができる。撮像素子９８で光電変換された被写体像は、Ａ／Ｄ変換器１００でアナログ信号からデジタル信号に変換される。撮像素子９８の電荷読み出し制御およびＡ／Ｄ変換器１００の変換制御は、メモリ制御部１０２の同期制御を受けたタイミング発生部１０４が供給するクロック信号により同期が計られる。
【００３３】
デジタル信号に変換された被写体像は、画像データとして順次処理される。画像データは、メモリ制御部１０２の制御に従い、一旦内部メモリ１０６に記憶される。内部メモリ１０６は、高速で読み書きのできるランダムアクセスメモリである。内部メモリ１０６として、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭを用いることができる。内部メモリ１０６は、画像処理部１０８が行う画像処理、圧縮処理において、ワークメモリとしての役割を担う。内部メモリ１０６は、当該役割を担うに相当する十分なメモリ容量を備える。
【００３４】
画像処理部１０８は、設定されている撮影モード、ユーザからの指示に則して、画像データを所定の画像フォーマットに従った画像データに変換する。例えば、静止画像としてＪＰＥＧファイルを生成する場合、色変換処理、ガンマ処理、ホワイトバランス処理等の画像処理を行った後に適応離散コサイン変換等を施して圧縮処理を行う。また、動画像としてＭＰＥＧファイルを生成する場合、所定の画素数に縮小されて生成された連続する静止画としてのフレーム画像に対して、フレーム内符号化、フレーム間符号化を施して圧縮処理を行う。そして、変換された画像データは再び内部メモリ１０６に格納される。本実施形態においては、撮影した被写体像を用いて、三次元計測を実行したり、互いに視差を有する３Ｄ画像を生成したりする。
【００３５】
画像処理部１０８によって処理された静止画像データ、動画像データは、メモリ制御部１０２の制御により、記録媒体ＩＦ１１０を介して、内部メモリ１０６から記録媒体１３０に記録される。記録媒体１３０は、フラッシュメモリ等により構成される、カメラユニット９０に対して着脱可能な不揮発性メモリである。また、静止画像データ、動画像データは、表示制御部１１２の制御に従って、タイミング発生部１０４からのクロック信号に同期するＤ／Ａ変換器１１４でアナログ信号に変換されて、表示部１１６に表示される。逐次画像データを表示部１１６に表示すれば、電子ファインダ機能を実現することができる。
【００３６】
カメラユニット９０は、上記の画像処理における各々の要素も含めて、システム制御部１１８により直接的または間接的に制御される。システム制御部１１８は、システムメモリ１２０を備える。システムメモリ１２０は、電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリであり、例えばＥＥＰＲＯＭ（登録商標）等により構成される。システムメモリ１２０は、カメラユニット９０の動作時に必要な定数、変数、プログラム等を、カメラユニット９０の非動作時にも失われないように記録している。システム制御部１１８は、定数、変数、プログラム等を適宜内部メモリ１０６に展開して、カメラユニット９０の制御に利用する。
【００３７】
システムメモリ１２０には、ズームレンズ８３の焦点距離と、反射部６２の位置とが予め対応付けられた対応テーブルが記憶されている。本実施形態においては、反射部６２の位置は、対応する焦点距離に設定された場合に、当該焦点距離での画角を略三等分する位置である。
【００３８】
反射部６２は、システム制御部１１８の統括制御のもと、変位機構部６９によって駆動される。変位機構部６９は、ズームレンズ８３の駆動に連動して、ユーザの指示に応じて反射部６２を駆動して、レンズユニット８０に対する相対的な位置関係を変更する。反射部６２の位置が画角を略三等分するように調整されている場合に、例えばユーザの指示に応じて望遠側にズームされると画角が狭くなるので、狭くなった画角に対応して反射部６２の位置および角度を調整する。これにより、焦点距離に関わらず、反射部６２は画角を略三等分するように位置することができる。
【００３９】
なお、撮像素子９８の受光面が矩形の場合、カメラユニット９０の画角は、Ｘ方向とＹ方向とで異なる。反射部６２のＸ方向とＹ方向の寸法比を撮像素子９８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である本実施形態におけるカメラユニット９０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９０へ装着された状態における反射部６２のＸ方向とＹ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９０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３における反射部６２は、Ｘ方向の寸法とＹ方向の寸法比を２：３としている。なお、カメラユニット９０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、多くの場合は撮像素子のアスペクト比は４：３であり、同様にハイビジョンカメラの場合は、撮像素子のアスペクト比は１６：９である。したがって、本実施形態に記載の反射部６２のＸ方向とＹ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いる。
【００４０】
ズームレンズ８３、フォーカスレンズ８４は、システム制御部１１８の統括制御のもと、それぞれズーム制御部１２２、フォーカス制御部１２４によって制御される。ズーム制御部１２２は、ユーザの指示に応じてズームレンズ８３を駆動して、被写体像の画角を変更する。フォーカス制御部１２４は、連続して取得される画像データを用いたコントラストＡＦの情報に応じて、特定の領域の被写体像が撮像素子９８の受光面上で合焦するように、フォーカスレンズ８４を駆動する。
【００４１】
カメラユニット９０は、ユーザからの操作を受け付ける操作部材１２６を複数備えている。システム制御部１１８は、これら操作部材１２６が操作されたことを検知し、操作に応じた動作を実行する。例えば、操作部材１２６として、ズームレバー、メニューボタンを備える。ズームレバーは、ズームレンズのズームアップおよびズームアウトの操作をユーザから受け付ける。ズーム制御部１２２は、受け付けた操作に応じて、ズームレンズを広角（Ｗ）側または望遠（Ｔ）側にズームする。
【００４２】
また、カメラユニット９０は操作部材１２６の類としてレリーズスイッチ１２８を備える。レリーズスイッチ１２８は、押下げ方向に２段階に検知できる押しボタンで構成されている。システム制御部１１８は、１段階目の押下げであるＳＷ１の検知により撮影準備動作であるＡＦ、ＡＥ、顔検出等を実行し、２段階目の押下げであるＳＷ２の検知により撮像素子９８による被写体像の取得動作を実行する。
【００４３】
システム制御部１１８は、ユーザの指示に応じて、撮影対象物を照明する照明ユニット７１等を制御する。これにより、照明ユニット７１等の何れかが撮影対象物を照明するかが制御される。例えば、システム制御部１１８は、ユーザのレリーズスイッチ１２８のＳＷ１を検知すると、照明ユニット７１等の何れか、または全部により撮影対象物を照明光により照明する。そして、撮影が終了すると、システム制御部１１８は、照明ユニット７１等の照明光の照明を停止する。
【００４４】
図６は、撮影対象物と反射部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１４６としてミニカーを撮影する場合について説明する。図６に示した場合において、撮影対象物１４６は、反射部６２に周囲を囲まれた状態で撮影される。図７は、カメラユニット９０およびレンズユニット８０を反射ユニット１０に装着した状態のカメラユニット９０の光軸を通るＸＺ平面の断面図である。また、図８（ａ）は、黒色形成部６８を有さない場合における撮像素子９８によって得られた画像１５０を示す。図８（ｂ）は、黒色形成部６８を有する場合における撮像素子９８により得られた画像１５０を示す。なお、撮影レンズ８２は、ズームレンズ８３とフォーカスレンズ８４を含んで構成される。図６、図７を用いて、反射部６２と被写体光束の関係を説明する。
【００４５】
図６、図７において、第１反射部６４、６５と第２反射部６６、６７は、レンズユニット８０の撮影レンズ８２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６４と第２反射部６６および第１反射部６５と第２反射部６７は、それぞれ互いに平行である。
【００４６】
被写体光束の部分光束１４０（図中、横線で示す領域）は、第１反射部６４と第２反射部６６に反射することなく、撮像素子９８の受光面中央領域に結像する。このように、反射することなく撮像素子９８に結像する部分光束１４０を無反射光束とする。
【００４７】
部分光束１４２（図中、クロスハッチングで示す領域）は、第１反射部６４に反射した後、撮像素子９８の受光面であってＸ軸方向マイナス側の領域に結像する。部分光束１４２は、あたかも撮像素子９８からＸ軸方向プラス側にずれた別の撮像素子９７に結像したかのように、視差を持った像として撮像素子９８に結像する。このように、第１反射部６４に一回反射した後に撮像素子９８に結像する部分光束１４２を一回反射光束とする。
【００４８】
部分光束１４４は、第２反射部６６に反射した後、撮像素子９８の受光面であってＸ軸方向プラス側の領域に結像する。部分光束１４４（図中、縦線で示す領域）は、あたかも撮像素子９８からＸ軸方向マイナス側にずれた別の撮像素子９９に結像したかのように、視差を持った像として撮像素子９８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影した被写体像を得ることができる。
【００４９】
部分光束１４４は、第２反射部６６に一回反射した後に撮像素子９８の受光面に結像する。したがって、部分光束１４４は、一回反射光束となる。
【００５０】
図７においては、Ｘ軸方向に向かい合う第１反射部６４と第２反射部６６の組について説明したが、Ｙ軸方向に向かい合う第１反射部６５と第２反射部６７の組についても同様のことが言える。すなわち、ある部分光束は、あたかも撮像素子９８からＹ軸方向プラス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９８に結像し、他の部分光束は、あたかも撮像素子９８からＹ軸方向マイナス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９８に結像する。そして、これらの部分光束は、いずれも一回反射光束となる。
【００５１】
さらに、ある部分光束は、Ｘ軸方向に向かい合う第１反射部６４と第２反射部６６の一方に反射し、その後、Ｙ軸方向に向かい合う第１反射部６５と第２反射部６７の一方に反射した後に撮像素子９８に結像する。このように、第１反射部６４と第２反射部６６の一方に反射し、その後、Ｙ軸方向に向かい合う第１反射部６５と第２反射部６７の一方に反射する光束を二回反射光束とする。
【００５２】
同様に、ある部分光束は、Ｙ軸方向に向かい合う第１反射部６５と第２反射部６７の一方に反射し、その後、Ｘ軸方向に向かい合う第１反射部６４と第２反射部６６の一方に反射した後に撮像素子９８に結像する。そして、これらの部分光束は、いずれも二回反射光束となる。
【００５３】
なお、反射ユニット１０を用いた撮影対象物１４６の撮影において、部分光束１４０と部分光束１４２または部分光束１４４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１４２または１４４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１４０と部分光束１４２または部分光束１４４の何れか一方と重なる範囲となる。
【００５４】
図８（ａ）は、黒色形成部６８を有さない場合における撮像素子９８により得られた画像１５０の一例を示す。図８（ｂ）は、黒色形成部６８を有する場合における撮像素子９８により得られた画像１５１の一例を示す。図８（ａ）、（ｂ）において、撮影レンズ８２による撮影対象物１４６の像の反転は、画像処理により修正されている。
【００５５】
図８（ａ）、（ｂ）を用いて、無反射光束、一回反射光束および二回反射光束が結像して生成される画像についてさらに説明する。図８（ａ）、（ｂ）において、中央の被写体像は、反射部６２に反射されない無反射光束が結像した被写体像である。
【００５６】
中央部の被写体像に対し、上に位置する被写体像は、第１反射部６５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６７に反射して結像した被写体像である。左に位置する被写体像は、第１反射部６４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６６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６２に一回反射された、一回反射光束が結像した被写体像である。このため、上下左右に位置する被写体像の向きは、中央部の被写体像の向きと異なっている。
【００５７】
図８（ａ）において、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６４と６５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６５に反射した後に第１反射部６４に反射して結像した被写体像であり、左側は、第１反射部６４に反射した後に第１反射部６５に反射して結像した被写体像である。
【００５８】
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６４と第２反射部６７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６７に反射した後に第１反射部６４に反射して結像した被写体像であり、左側は、第１反射部６４に反射した後に第２反射部６７に反射して結像した被写体像である。
【００５９】
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６５と第２反射部６６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６６に反射した後に第１反射部６５に反射して結像した被写体像であり、左側は、第１反射部６５に反射した後に第２反射部６６に反射して結像した被写体像である。
【００６０】
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６６と６７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６６に反射した後に第２反射部６７に反射して結像した被写体像であり、左側は第２反射部６７に反射した後に第２反射部６６に反射して結像した被写体像である。
【００６１】
このように、画像１５０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６２に二回反射された、二回反射光束が結像した被写体像である。本実施形態において、反射部６２の二回反射光束が反射する領域には、黒色形成部６８を設けている。したがって、中央の被写体像の左上、右下、左下、右上に位置する画像には、黒色形成部６８の反射光がそのまま結像される。このため、図６（ｅ）に示すように、中央の被写体像の左上、右下、左下、右上に位置する画像は、黒色の画像となる。
【００６２】
照明ユニット７１等の照明部７５は、二回反射光束の光路内に設置される。撮像素子９８に結像する被写体光束は、無反射光束、一回反射光束および二回反射光束から構成される。したがって、照明ユニット７１等の照明部７５は、無反射光束および一回反射光束の光路外に設置される。
【００６３】
図７に示した例において、照明ユニット７４が、撮影対象物１４６を照明している。ライトガイド７６は、照明部７５の照明光の一部である照明光７８をレンズユニット８０へ導出する。そして、レンズユニット８０に導かれた照明光７８は、撮像素子９８における三次元計測に利用しない、二回反射光束が結像する受光面に結像される。換言すれば、無反射光束および一回反射光束により形成される撮像領域の外側である撮像外領域に導かれて結像される。なお、ライトガイド７６は、照明部７５の照明光の一部を撮像領域の外側である撮像外領域に導く、導出部に一例である。
【００６４】
図８（ｂ）において、ライトガイド７６により導出された照明光７８は、画像１５１における中央の被写体像の左下に位置する画像に、発光情報１５２として記録される。このように、発光情報１５２を記録することで、撮影対象物をどの位置の発光ユニットを用いて照明光を撮影対象物１４６に照明したのか、またはどのような照明光を照明したのか等の情報を、画像に残すことができる。また、本実施形態において、黒色形成部６８は黒色に形成した。これにより、発光情報１５２から色情報を検出しやすくできる。
【００６５】
図９（ａ）は、照明ユニット７１等を用いて撮影対象物１４６を撮影する状態を説明する図である。まず、図９（ａ）を用いて、照明ユニット７１等の設置位置について説明する。反射部６２における四隅に形成される破線で囲まれた四角錐形状で示した領域は、二回反射光束が通り、無反射光束および一回反射光束が通らない領域である。照明ユニット７１等は、それぞれ反射部６２における四隅に形成された当該領域内に設けられる。したがって、照明ユニット７１等は、無反射光束および一回反射光束を遮ることがない。
【００６６】
無反射光束および一回反射光束を結像して得られた画像データは、三次元計測を行う要素として価値が高い。一方、二回反射光束を結像して生成される画像データは、反射部６２の四隅を反射した光束が結像しているため三次元計測に用いづらく、この画像データを利用して三次元計測を行った場合、誤差が生じる場合がある。このように照明ユニット７１等は、二回反射光束が通り、無反射光束および一回反射光束が通らない領域に設けられる。これにより、三次元計測の要素としての価値が高い、無反射光束および一回反射光束に影響を及ぼすことがなく、照明ユニット７１等を配置できる。このように、二回反射光束が通り、無反射光束および一回反射光束が通らない領域に照明ユニット７１等を設けることができるので、照明ユニット７１等は、三次元計測を邪魔することなく、撮影対象物１４６を照明でき、反射ユニット１０内における閉空間において、撮影条件を良好に保つことができる。また、反射ユニット１０内に照明ユニット７１等を配置できるので、反射ユニット１０の外形を大きくすることなく、照明ユニット７１等を配置できる。
【００６７】
次に、図９（ａ）を用いて、フォトメトリックステレオによる三次元計測について説明する。フォトメトリックステレオとは、下記非特許文献１に開示されたように、撮影対象物１４６の表面を均等拡散面とした場合、カメラユニット９０で観察される輝度は、カメラユニット９０の方向には依存せず、照明光の照明方向と撮影対象物の表面の法線方向に依存することを利用した三次元計測法である。
【００６８】
＜非特許文献１＞：水永雄介・大西洋・徳島尚生・原重臣・堂薗浩・野口義夫；フォトメトリックステレオ法による物体形状の再構築；Ｒｅｐｏｒｔｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｆａｃｕｌｔｙ  ｏｆ  Ｓｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓａｇａ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ.１，２００４
【００６９】
図９（ａ）に示した反射ユニット１０は、反射部６２の四隅に四つの照明ユニット７１等を有する。カメラユニット９０は、照明ユニット７１等を順次発光させながら、撮影対象物を撮影する。具体的には、カメラユニット９０は、照明ユニット７１の照明部７５を発光させ、他の照明ユニット７２、７３、７４の照明部７５は発光させずに撮影を行い、画像データを生成する。次に、カメラユニット９０は、照明ユニット７２の照明部７５を発光させて、他の照明ユニット７１、７３、７４は発光させずに撮影を行い、画像データを生成する。次に、カメラユニット９０は、照明ユニット７３の照明部を発光させて、他の照明ユニット７１、７２、７４を発光させずに撮影を行い、画像データを生成する。このようにして、カメラユニット９０は、異なる方向から照明光を撮影対象物１４６に照明した三種の画像データを取得する。
【００７０】
フォトメトリックステレオによる三次元計測は、異なる方向から照明光を撮影対象物１４６に照明した少なくとも三種の画像データを用いる。このため、カメラユニット９０は、上述したように、照明ユニット７１、７２、７３を順次発光させて三種の画像データを生成する。これにより、カメラユニット９０は、当該画像データを用いて、フォトメトリックステレオにより三次元計測を行うことができる。
【００７１】
図９（ｂ）は、撮像素子９８によって得られた画像１６０の一例を示す。図７（ｂ）を用いて、発光情報の説明を行う。図９（ａ）に示した例において、撮影対象物１４６は、照明ユニット７１により照明光が照明されている。照明ユニット７１に設けられたライトガイド７６により、照明部７５の照明光の一部は、レンズユニット８０へ導出される。そして、当該照明光の一部は、撮像素子９８における照明ユニット７１が設けられた領域が結像する結像領域に結像する。その結果、画像１６０の左上の領域に、発光情報１６２が記録される。これにより、当該画像において、撮影対象物１４６を照明した照明ユニット７１の位置を画像に埋め込むことができる。このように照明ユニット７１の位置を画像に埋め込むことで、カメラユニット９０と反射ユニット１０とで通信機能がない場合であっても、撮影対象物１４６を照明した照明ユニット７１の情報を、画像データに埋め込むことができる。
【００７２】
図１０は、照明ユニット７１等を順次照明させて撮影する処理を説明するフローチャートである。図１０に示したフローチャートは、操作部材１２６からユーザに照明ユニット７１等を順次照明させて撮影対象物１４６を撮影する操作を受け付けた場合に開始する。
【００７３】
ステップＳ１０１において、システム制御部１１８は、照明ユニット７１を用いて撮影対象物１４６を照明する。照明ユニット７１で撮影対象物１４６を照明した状態で、システム制御部１１８は、撮影対象物１４６を撮影して画像データを生成する（Ｓ１０２）。システム制御部１１８は、生成した画像データを内部メモリ１０６に記録する（Ｓ１０３）。
【００７４】
ステップＳ１０４において、システム制御部１１８は、照明ユニット７１の照明を停止して、照明ユニット７２を用いて撮影対象物を照明する。照明ユニット７２で撮影対象物１４６を照明した状態で、システム制御部１１８は、撮影対象物１４６を撮影して画像データを生成する（Ｓ１０５）。システム制御部１１８は、生成した画像データを内部メモリ１０６に記録する（Ｓ１０６）。
【００７５】
ステップＳ１０７において、システム制御部１１８は、照明ユニット７１の照明を停止して、照明ユニット７３を用いて撮影対象物を照明する。照明ユニット７３で撮影対象物１４６を照明した状態で、システム制御部１１８は、撮影対象物１４６を撮影して画像データを生成する（Ｓ１０８）。システム制御部１１８は、生成した画像データを内部メモリ１０６に記録する（Ｓ１０９）。
【００７６】
ステップＳ１１０において、システム制御部１１８は、内部メモリ１０６に記録した３つの画像データを読み出す。システム制御部１１８は、三つの画像データを用いてフォトメトリックステレオによる三次元計測を行う。なお、フォトメトリックステレオによる画像計測は、無反射光束を結像して得られた画像データを用いて行う。さらに、無反射光束を結像して得られた画像データと、一回反射光束を結像して得られた四枚の画像データとを用いて三次元計測を行うこともできる。このように、撮影対象物１４６の三次元計測を、無反射光束を結像した画像データと一回反射光束を結像した四枚の画像データとを用いて行うことに加え、フォトメトリックステレオによっても三次元計測ができるので、撮影対象物１４６の三次元計測を詳細に行うことができる。
【００７７】
図１１（ａ）は、反射ユニット１７０を用いて撮影対象物１４６を撮影する他の例を説明する図である。である。図１１（ａ）に示した反射ユニット１７０は、照明ユニット７１に代えて、パターン形成ユニット１７２を有する。パターン形成ユニット１７２は、赤色レーザダイオード１７４と、回折格子１７６とを有する。
【００７８】
赤色レーザダイオード１７４は、回折格子１７６に向けて、赤色に対応した波長であって、当該波長および位相がそろえられたレーザ光を出力する。回折格子１７６は、入射された光を回折させて、ランダムパターン光を撮影対象物１４６に照明する。ランダムパターン光の一例は、それぞれ間隔が異なる平行線である。なお、ランダムパターン光は、ランダムドットパターンであってもよく、間隔が異なる２組の平行な線からなる格子線であってもよい。
【００７９】
図１１（ｂ）は、撮像素子９８によって得られた画像１７８の一例を示す。図１１（ｂ）に示したように、撮影対象物１４６には、パターン１８０が投影される。これにより、三次元計測しにくい、模様の少ない撮影対象物であっても、パターン１８０を基準として、無反射光束が結像することによって得られる画像と、一回反射光束が結像することによって得られる画像との対応をとることによって三次元計測できる。
【００８０】
図１２は、反射ユニット１９０を用いて撮影対象物１４６を撮影する他の例を説明する図である。図１３（ａ）は、ＭＥＭＳミラー角度と時間の関係を示した図である。図１３（ｂ）は、撮像素子によって得られた画像の一例を示す。図１４は、パターン形成ユニットが形成する三つのパターンの例を示す。
【００８１】
図１２、図１３、図１４を用いて空間コード法による三次元計測について説明する。空間コード法とは、下記非特許文献２に開示してあるように、パターン光によって分割された複数の空間にコードを割り振り、例えば、撮影対象物１４６のある点Ｐの３次元位置を計算する場合において、点Ｐの存在する空間のコードを求め、パターンを投影する光源位置と、当該コードに対応するパターンの投影角度と、カメラユニット９０の位置と、撮影対象物１４６の撮影角度とから点Ｐの三次元位置が計算できるという三次元計測法である。
【００８２】
＜非特許文献２＞：服部数幸・佐藤幸男；レーザーパターンシフトによる高分解能空間コード化法；電子情報通信学会論文誌  Ｄ‐ＩＩ  Ｖｏｌ.Ｊ８０−Ｄ‐ＩＩ  Ｎｏ，６  ｐｐ.１４２３−１４３１；１９９７年６月
【００８３】
図１２に示した反射ユニット１９０は、照明ユニット７１に代えて、パターン形成ユニット１９２を有する。パターン形成ユニット１９２は、赤色レーザダイオード１７４と、ＭＥＭＳミラー１９６と、第１ミラー１９８と、第２ミラー２００と、円筒ミラー２０２とを有する。図１２において、図１１（ａ）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。
【００８４】
ＭＥＭＳミラー１９６は、赤色レーザダイオード１７４から出力されたレーザ光を、Ｚ軸方向に走査させる。第１ミラー１９８は、走査されたレーザ光の一部を円筒ミラー２０２の方向へ反射させる。第２ミラー２００は、走査されたレーザ光の一部をレンズユニット８０の方向へ反射させる。円筒ミラー２０２は、入力されたレーザ光を広げるとともに、撮影対象物１４６へ照明する。赤色レーザダイオード１７４のレーザ光の出力タイミングと、ＭＥＭＳミラー１９６の傾斜速度とを制御することによって、円筒ミラー２０２により広げられたスリット光は、点滅した状態で撮影対象物１４６に照明される。これをカメラユニット９０で撮影すると、シャッタースピードの間に照明されたスリット光によって形成される縞パターンが照明されたように撮影される。
【００８５】
一方、第２ミラー２００は、第１ミラー１９８で反射して形成されるパターンを特定できる識別パターンを、レンズユニット８０の方向へ反射させて、パターン形成ユニット１９２が設けられた二回反射光束が結像する領域に結像させる。すなわち、パターン形成ユニット１９２は、シャッタースピードの間に、第１ミラー１９８で反射して形成される縞パターンと、第２ミラー２００で反射して形成される識別パターンを照明する。
【００８６】
図１３（ａ）において、横軸は時間、縦軸はＭＥＭＳミラー１９６の傾斜角度を示す。シャッタースピードをｔ３とすると、パターン形成ユニット１９２は、ｔ３の間に、第１ミラー１９８を用いて、図１３（ｂ）における撮影対象物１４６を照明するパターン２０６を生成するとともに、第２ミラー２００を用いて、撮像素子９８の２回反射光束が結像する左下の領域に識別パターン２０８を生成する。図１３（ａ）に示した例においては、ＭＥＭＳミラー１９６は、ｔ３の間に最大傾斜角度θ２まで傾斜して元に戻る。
【００８７】
ＭＥＭＳミラー１９６の傾斜角度が０°からθ１の間においては、パターン形成ユニット１９２は、画像２０４の左下の領域に、照明したパターンおよび照明した順番等の情報を示す識別パターン２０８を生成する。ＭＥＭＳミラー１９６の傾斜角度がθ１からθ２の間においては、パターン形成ユニット１９２は、撮影対象物１４６を照明するパターン２０６を生成する。パターン形成ユニット１９２は、ｔ１からｔ２の間パターン２０６を生成する。そして、ＭＥＭＳミラー１９６の傾斜角度がθ１より小さくなると、再び、識別パターン２０８を生成する。
【００８８】
パターン形成ユニット１９２は、識別パターン２０８を画像２０４における左下の２回反射光束が結像する領域に生成する。これにより、カメラユニット９０と反射ユニット１０とで通信機能がない場合であっても、撮影時に、撮影対象物１４６を照明したパターンおよび照明した順番等を特定できる情報を画像に埋め込むことができる。このように、識別パターン２０８を画像に埋め込むことで、照明したパターンおよび照明した順番等の情報を用いて、空間コード法による３次元解析を行うことができる。例えば、２番目にパターンを照明したことを示す識別パターン２０８が埋め込まれた画像は、２番目にパターンが照明された画像として３次元解析される。
【００８９】
図１４は、パターン形成ユニット１９２が形成する三つのパターン２１０、２１２、２１４の例を示す。照明ユニット７２、７３、７４から白色光が撮影対象物１４６に照明される。したがって、パターン形成ユニット１９２が形成するパターンは、白色と赤色から形成されるパターンとなる。
【００９０】
パターン２１０は、Ｘ軸方向に、白色と赤色で二分割されたパターンである。パターン形成ユニット１９２は、パターン２１０を撮影対象物１４６に照明する。これにより、カメラユニット９０は、白色と赤色で二分割されたパターンが照明された撮影対象物１４６の画像データが取得できる。
【００９１】
パターン２１２は、Ｘ軸方向に、白色と赤色が交互に四分割されたパターンである。パターン形成ユニット１９２は、パターン２１２を撮影対象物１４６に照明する。これにより、カメラユニット９０は、白色と赤色で交互に四分割されたパターンが照明された撮影対象物１４６の画像データが取得できる。
【００９２】
パターン２１４は、Ｘ軸方向に、白色と赤色が交互に八分割されたパターンである。パターン形成ユニット１９２は、パターン２１２を撮影対象物１４６に照明する。これにより、カメラユニット９０は、白色と赤色で交互に八分割されたパターンが照明された撮影対象物１４６の画像データが取得できる。
【００９３】
画像処理部１０８は、これらのパターン２１０、２１２、２１４がそれぞれ照明された撮影対象物１４６の画像データを取得して、空間コード化法による三次元計測を行う。図１０（ｂ）に示した例においては、白色の領域を「０」、赤色の領域を「１」として、パターン２１４、パターン２１２、パターン２１０に「０」と「１」を割振る。そして、パターン２１４を一桁、パターン２１２を二桁、パターン２１０を三桁として２進法で表示された数字を「コード」として八つに分割された領域に割り振る。当該数字を１０進法に換算した数字が、図１０（ｂ）に示した０から７で示した数字である。
【００９４】
このように、パターン２１０、２１２、２１４が照明された撮影対象物１４６を含む画像データを合成する。そして合成したパターンの濃淡に基づいて、当該パターンにより規定された空間を八つに分割して、０から７のコードを割り振る。画像処理部１０８は、撮影対象物１４６の三次元形状を、パターンを投影する光源位置と、割り振られたコードに対応するパターンの投影角度と、カメラユニット９０の位置と、撮影対象物１４６の撮影角度とから測定できる。
【００９５】
なお、空間コード法による画像計測は、無反射光束を結像して得られた画像データを用いて行う。さらに、無反射光束を結像して得られた画像データと、一回反射光束を結像して得られた四枚の画像データとを用いて三次元計測を行うこともできる。このように、撮影対象物１４６の三次元計測を、無反射光束を結像した画像データと一回反射光束を結像した四枚の画像データとを用いて行うことに加え、空間コード法によっても三次元計測ができるので、撮影対象物１４６の三次元計測を詳細に行うことができる。
【００９６】
また、パターン形成ユニット１９２を用いて、投影強度を正弦波に変調した縞パターンを位相をずらしながら、撮影対象物１４６に投影してもよい。これにより、下記非特許文献３に開示している位相シフト法による三次元計測を行ってもよい。
【００９７】
＜非特許文献３＞：野坂健一郎・荒木秀和・中原智治；位相シフト法インライン３次元概観検査システム；パナソニック電工技報；Ｖｏｌ．５７  Ｎｏ３
【００９８】
このように、反射ユニット１７０および１９０は、パターンを照明するパターン形成ユニット１７２および１９２と、撮影対象物１４６を照明する照明ユニット７２、７３、７４とを有する。これにより、反射ユニット１０内における閉空間の撮影条件を良好に保ちながら、パターン光を撮影対象物１４６に照明できる。
【００９９】
また、反射ユニット１７０および１９０に設けたパターン形成ユニット１７２および１９２は、照明ユニット７１と同じく、二回反射光束が通り、無反射光束および一回反射光束が通らない領域に設けられる。これにより、無反射光束を結像した画像データと、一回反射光束を結像した画像を用いた三次元計測を邪魔することなく、撮影対象物１４６にパターン光を照明できる。そして、当該パターンを基準として、無反射光束を結像した画像と、一回反射光束を結像した画像との対応を取ることができるので、パターン光を照明しない場合よりも、無反射光束を結像した画像と、一回反射光束を結像した画像とを用いた三次元計測を容易に行える。
【０１００】
以上の説明では、照明ユニット７１等を用いパターン光を照明して、模様の少ない撮影対象物であっても、無反射光束を結像して得られる画像と、一回反射光束を結像して得られる画像との対応をとり、三次元計測を行う例を示した。しかし、照明ユニット７１等の機能は、三次元計測に限られない。図７（ａ）に示した例において、照明ユニット７１等は、白色ＬＥＤを用いたが、三つの白色ＬＥＤに代えて、撮像素子９８のカラーフィルタ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の中間色であって、撮像素子の各カラーフィルタの透過率にピークを持たない波長に対応する色のＬＥＤ、例えば、橙（Ｏ）、黄（Ｙ）、紫（Ｖ）のＬＥＤを照明ユニット７１等に設けてもよい。
【０１０１】
この場合において、カメラユニット９０は、一つの白色ＬＥＤと、橙（Ｏ）、黄（Ｙ）、紫（Ｖ）の色のＬＥＤを順次切り替えて撮影対象物を照明しながら撮影する。システムメモリ１２０には、配置した橙（Ｏ）、黄（Ｙ）、紫（Ｖ）の波長データが記録されている。例えば、画像処理部１０８は、橙（Ｏ）を撮影対象物に照明しながら撮影して生成した画像データと、白色ＬＥＤを撮影対象物１４６に照明しながら撮影して生成した画像データとを比較する。そして、画像処理部１０８は、橙（Ｏ）光を照明することによって変化したＲＧＢ信号強度を把握する。画像処理部１０８は、当該ＲＧＢ信号強度に対応して表示する波長が、システムメモリ１２０に記録されている橙（Ｏ）の波長であるとして、白色ＬＥＤを照明して生成した画像データを補正することができる。同様に黄（Ｙ）光、紫（Ｖ）光を照明しながら撮影した画像を用いることによって、同様に画像データを補正できる。このように、カメラユニット９０は、照明ユニット７１、７２、７３、７４に撮像素子９８のカラーフィルタの中間色の光を照明することで、当該システムメモリ１２０に記録された波長にて画像を補正できる。これにより、カメラユニット９０は、色のダイナミックレンジを広げた画像を生成できる。
【０１０２】
また、以上の説明では、照明ユニット７１等は、カメラユニット９０のシステム制御部１１８に制御される例を示したが、ユーザが照明ユニット７１等を直接制御してもよい。この場合、反射ユニット１０には、照明ユニット７１等の照明光の照明と停止を制御するスイッチが設けられる。ユーザは、当該スイッチを操作して、照明ユニット７１等の照明光の照明を順次切り替えながら、撮影対象物１４６の撮影を行ってもよい。これにより、カメラユニット９０に、反射ユニット１０を制御するプログラムを有さない場合においても、照明ユニット７１、７２、７３、７４を順次切り替えて、撮影対象物１４６を撮影できる。
【０１０３】
また、本実施形態において反射部６２に黒色形成部６８を設けた例を示したが、反射部６２に黒色形成部６８を設けなくてもよい。この場合、二回反射光束と、照明ユニット７１等と、ライトガイド７６から導出された照明光７８は、中央の被写体像の左上、右下、左下、右上に位置する画像に表示される。
【０１０４】
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】
【０１０５】
１０、１７０、１９０  反射ユニット、２０  取り付けユニット、３０  取り付け部、３２  第１マウント部、３４  第２マウント部、３６  調整部、３８  カメラユニット用接点、４０  レンズユニット用接点、４２、４４、９６  円弧リブ、４６、４８、９４  円弧状切欠き、５０  支持部  ５２  操作窓、５４  Ｌ字リブ、５６  カバー部、６０  鏡面ユニット、６２  反射部、６４、６５  第１反射部、６６、６７  第２反射部、６８  黒色形成部、６９  変位機構部、７１、７２、７３、７４  照明ユニット、７５  照明部、７６  ライトガイド、７７  位置調整機構、７８  照明光、８０  レンズユニット、８１  マウント部、８２  撮影レンズ、８３  ズームレンズ、８４  フォーカスレンズ、８６  光軸、９０  カメラユニット、９２  マウント部、９６  円弧リブ、９７、９８、９９  撮像素子、１００  Ａ／Ｄ変換器、１０２  メモリ制御部、１０４  タイミング発生部、１０６  内部メモリ、１０８  画像処理部、１１０  記録媒体ＩＦ、１１２  表示制御部、１１４  Ｄ／Ａ変換器、１１６  表示部、１１８  システム制御部、１２０  システムメモリ、１２２  ズーム制御部、１２４  フォーカス制御部、１３０  記録媒体、１４０、１４２、１４４  部分光束、１４６  撮影対象物、１５０、１５１、１６０、１７８、２０４  画像、１５２、１６２  発光情報、１７２、１９２  パターン形成ユニット、１７４  赤色レーザダイオード、１７６  回折格子、１８０、２０６、２１０、２１２、２１４  パターン、１９６  ＭＥＭＳミラー、１９８  第１ミラー、２００  第２ミラー、２０２  円筒ミラー、２０８  識別パターン
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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