(57)【特許請求の範囲】
【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、
前記基準領域の周辺領域に前記中心発光素子とは異なる角度で測距光を照射するように、前記中心発光素子を中心とする同心円上に所定の傾斜角で配置された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、前記平面上にある前記基準領域からの反射光と、前記平面上にある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。
【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。
【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。
【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、
前記基準領域の周辺領域に前記中心発光素子とは異なる角度で測距光を照射するように、前記中心発光素子を中心とする同心円上に所定の傾斜角で配置された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、前記平面上にある前記基準領域からの反射光と、前記平面上にある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。
【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。
【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、
前記中心発光素子及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。
【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、ＣＣＤ２４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５２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１６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、ＣＣＤ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／３Ｄ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ＣＣＤ２４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６２は、円形状を呈する配置面６２１を備え、配置面６２１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ＬＥＤ６３ａ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ＬＥＤ６３ｂ〜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Ｒ１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〜６３ｆ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ＬＥＤ６３ｂ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ＬＥＤ６３ａ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ＬＥＤ６３ｅ、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ＬＥＤ６３ｂ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ＬＥＤ６３ｄ、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、６３ｅ、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〜６３ｆ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、ＬＥＤ６３ａ〜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ＬＥＤ６３ｘ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】
0003993045.tif 000002
【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ＬＥＤ６３ａ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ＬＥＤ６３ｃ〜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３．５２ｃｍ、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ＬＥＤ６３ｆ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０．０３３５ｎｓ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ＬＥＤ６３ｂ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０．０１ｎｓ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ＬＥＤ６３ｃ〜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ＬＥＤ６３ｅの場合は約０．２１ｎｓ、グループＲ５の周辺ＬＥＤ６３ｆ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ＣＣＤ２４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５３２ａ〜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ＬＥＤ６３ａ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５３２ｃ〜５３２ｆを介して、グループＲ２〜Ｒ５の周辺ＬＥＤ６３ｃ〜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〜５３２ｆ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ＬＥＤ６３ｆ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５３１ｄ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０．６０ｎｓ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〜５３２ｆ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ＣＣＤ２４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ＬＥＤ６３ｂ〜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Ｒ１〜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ＬＥＤ６３ａおよび各グループＲ１〜Ｒ５の周辺ＬＥＤ６３ｂ〜６３ｆ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２２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８３ｅ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〜６３ｆ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Ｓ５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Ｓ５を介して、グループＲ５のＬＥＤ６３ｆ供給され、ＬＥＤ６３ｆ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ＬＥＤ６３ａ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１５４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ＬＥＤ６３ａ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ＬＥＤ６３ｂ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ＣＣＤ２４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）／ｃｏｓθ
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ＣＣＤ２４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７０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ＬＥＤ６３ａ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２０ａ（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０．７０ｃｍ、周辺ＬＥＤ６３ｅの場合は約１．２８ｃｍ、周辺ＬＥＤ６３ｆ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７２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ＬＥＤ６３ａ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０．３０ｃｍ、約０．７０ｃｍ、約１．２８ｃｍ、約２．０６ｃｍ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
【図１】
0003993045.tif 000003
【図２】
0003993045.tif 000004
【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】
0003993045.tif 000010
【図９】
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【図１０】
0003993045.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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