複眼撮像装置
【課題】複眼撮像装置において、狭いスペースに容易に進入させることができ、模様のない一様な表面を有する被写体であっても容易に正確な３次元形状を取得する。
【解決手段】複眼撮像装置１は、人の口腔内に進入可能な小型に形成された撮像装置本体２と、撮像した画像の画像処理装置３とを備える。撮像装置本体２は、複数の光学レンズＬ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３が同一平面上に配置されてなる光学レンズアレイ６と、個眼像ｋ１１、ｋ１２・・ｋ３３を撮像する固体撮像素子７と、光学レンズアレイ６上に接着された回折光学素子８と、回折光学素子８へレーザ光９を出射するレーザ光源装置１０とを備える。回折光学素子８は、表面に形成された微小な凹凸により入射されたレーザ光９を反射し、被写体の表面に多数の輝点（パターン像）を格子状に映し出す。画像処理装置３は撮像された各輝点毎に撮像装置本体２と輝点との距離を算出し、被写体の３次元形状を推定する。
【解決手段】複眼撮像装置１は、人の口腔内に進入可能な小型に形成された撮像装置本体２と、撮像した画像の画像処理装置３とを備える。撮像装置本体２は、複数の光学レンズＬ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３が同一平面上に配置されてなる光学レンズアレイ６と、個眼像ｋ１１、ｋ１２・・ｋ３３を撮像する固体撮像素子７と、光学レンズアレイ６上に接着された回折光学素子８と、回折光学素子８へレーザ光９を出射するレーザ光源装置１０とを備える。回折光学素子８は、表面に形成された微小な凹凸により入射されたレーザ光９を反射し、被写体の表面に多数の輝点（パターン像）を格子状に映し出す。画像処理装置３は撮像された各輝点毎に撮像装置本体２と輝点との距離を算出し、被写体の３次元形状を推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複眼撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、微小な光学レンズが縦横に複数配置された光学レンズアレイと、該光学レンズアレイの各光学レンズによってそれぞれ形成された被写体の個眼像を撮像する固体撮像素子とを備える複眼撮像装置が知られている。また、そのような複眼撮像装置と微小な距離を移動することができるマルチスリットとを組み合わせることによって、微小物体の高さを計測することできるようになった撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、物体の３次元情報を取得するための装置として、ストライプパターン投射装置と、該ストライプパターン投射装置によって異なった種類のストライプパターンを投射された物体を撮像する撮像装置と、撮像装置によって撮像された画像に基づいて撮像装置と物体間の距離を算出する距離算出装置とを備える３次元画像取得装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１８０１３９号公報
【特許文献２】特開２００６−６４４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、歯科診療において歯茎部の腫れの程度を客観的に判断するために口腔内を撮像する場合があり、このときに用いる撮像装置（カメラ）として、人の狭い口腔内に容易に進入させることができ、そのうえ口腔内の複雑な形状の３次元情報を得ることができるものが望まれていた。この点、複眼撮像装置は、装置本体を小型に構成することが容易であり（例えば、１０ｍｍ四方程度）、複数の個眼像から距離画像を生成して被写体の３次元情報を得ることができるので、直ちに上記の用途に用いることが可能であるように考えられた。
【０００５】
ところが、本発明者が実際に複眼撮像装置を用いて口腔内の歯茎部を撮像したところ、次のような問題から有効な３次元情報を得ることができないことが判明した。すなわち、距離画像を生成するためには各個眼像における被写体の同一箇所を個眼像内の同一模様領域に基づいて判定しなければならないが、歯茎部の表面は一様なピンク色であって位置を特定できる模様がなく正確に距離画像を生成することができなかった。また、簡単な照明装置により狭い口腔内を一様な照度で照明することは困難であり鮮明な個眼像を得ることができなかった。
【０００６】
なお、特許文献２に記載された３次元画像取得装置を応用して歯茎部の表面に種々のストライプパターンを投射することが考えられるが、その場合にはストライプパターンの投射装置が別途必要になることなどから装置全体が大掛かりとなり人の口腔内等の狭いスペースの撮像用として構成することができない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題を解決するものであり、人の口腔内のような狭いスペースに容易に進入させて操作することができ、模様のない一様な表面を有する被写体であっても容易に正確な３次元形状を取得することができる複眼撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、被写体からの光を集光する複数の光学レンズが同一平面上に配置されてなる光学レンズアレイと、前記光学レンズによってそれぞれ形成された個眼像を撮像する固体撮像素子とを有する複眼撮像装置において、前記光学レンズアレイ上に、外部から入射される可干渉性の光を光学的に変換して被写体へ向けて出射する回折光学素子を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の複眼撮像装置において、前記回折光学素子は、外部から入射される可干渉性の光を反射し、この反射光が被写体に所定のパターン像を映出することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の複眼撮像装置において、前記回折光学素子は、外部から入射される可干渉性の光を透過し、この透過光が被写体に所定のパターン像を映出することを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項２、又は請求項３に記載の複眼撮像装置において、前記固体撮像素子により撮像された、前記所定のパターン像が映出された被写体の個眼像から、被写体の３次元形状を算出する画像処理装置をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１の複眼撮像装置において、前記回折光学素子は、外部から入射される可干渉性の光を強度分布が一様な光に変換し、この光が被写体を照明することを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項５の複眼撮像装置において、前記強度分布が一様な光によって照明された被写体の個眼像から、照度差ステレオ法を用いて被写体の３次元形状を算出する画像処理装置をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、光学レンズアレイ上に回折光学素子を設けただけの構成であるので装置本体が大掛かりとならず、人の口腔内のような狭いスペースに容易に進入させて操作することができる。また、回折光学素子により外部から入射される可干渉性の光を光学的に変換して被写体へ出射させるので、被写体が適正に照明され、固体撮像素子によって撮像される複数の個眼像から容易に正確な３次元形状を取得することができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、回折光学素子が可干渉性の光を反射して被写体に所定のパターン像を映出するので、容易に正確な３次元形状を取得することができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、回折光学素子が可干渉性の光を透過して被写体に所定のパターン像を映出するので、容易に正確な３次元形状を取得することができる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、画像処理装置が、被写体に映出されたパターン像に基づいて容易に正確な３次元形状を取得することができる。
【００１８】
請求項５の発明によれば、被写体が、回折光学素子により変換された強度分布が一様な光によって照明されるので、容易に正確な３次元形状を取得することができる。
【００１９】
請求項６の発明によれば、画像処理装置が、一様な光によって照明された被写体の個眼像から容易に正確な３次元形状を取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る複眼撮像装置について、図１乃至図３を参照して説明する。本実施形態の複眼撮像装置１は、歯科診療において用いられる歯茎部の腫れの程度を計測するための装置として構成され、図１、２に示されるように、被写体（歯茎部）からの光を集光して撮像する撮像装置本体２と、撮像装置本体２により撮像された画像情報（複数の個眼像）から被写体の３次元形状を算出する画像処理装置３とを備える。画像処理装置はマイクロコンピュータから構成され、撮像装置本体２に接続ケーブル４を介して接続され床上等に載置される。
【００２１】
撮像装置本体２は、被写体からの光を集光する９個の光学レンズＬ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３が同一のレンズホルダ５上に支持されてなる光学レンズアレイ６と、各光学レンズＬ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３によってそれぞれ形成される個眼像ｋ１１、ｋ１２・・ｋ３３を撮像するプレート状の固体撮像素子７と、レンズホルダ５の上面の空きスペースに接着された回折光学素子８と、レーザ光（可干渉性の光）９を回折光学素子８へ照射するレーザ光源装置１０とを備える。撮像装置本体２は、図２に示されるように、歯科医師等の操作者の操作によって被験者の口腔に接近させたり、口腔内に挿入できるように小型に形成されている（例えば、光学レンズアレイ６は約１０ｍｍ四方の正方形に形成される）。
【００２２】
レーザ光源装置１０は、図１に示されるように、半導体レーザ素子から構成されるレーザ光源１１と、レーザ光源１１から出射されるレーザ光９を回折光学素子８の斜め上方へ導く光ファイバ１２とを備える。
【００２３】
回折光学素子８は薄い石英基板の表面に微細な凹凸を形成したものであり、所定の方向から入射されるレーザ光９を反射し、ホログラム作用によって縦横の格子状に並ぶ多数の輝点ｐ群（パターン像）を被写体（歯茎部）Ｈの表面に映し出す（図２参照）。回折光学素子８の表面の凹凸形状は、回折光学素子８によって被写体Ｈ上に映出される各輝点ｐの映出方向が撮像装置本体２に対して予め設定された所定の角度になるように設計されている。
【００２４】
回折光学素子８は、レンズホルダ５上の所定位置に接着剤によって接着してもよいし、レンズホルダ５の所定位置に予め形成した凹部内に埋め込んで固定してもよい。また、レンズホルダ５の表面にエッチング技術を用いて直接形成したものであってもよい。
【００２５】
以上のように、本実施形態では、操作者が撮像装置本体２を被写体（歯茎部）Ｈに接近させて撮像するときに、レーザ光源装置１０からレーザ光９を回折光学素子８へ向けて照射させると、映出方向が予め所定の方向に設定された多数の輝点ｐが被写体Ｈの表面に映し出され、その画像が固体撮像素子７によって個眼像ｋ１１、ｋ１２・・ｋ３３として撮像される。そして、画像処理装置３が撮像された個眼像ｋ１１、ｋ１２・・ｋ３３から被写体Ｈの３次元形状を三角測量の原理に基づいて算出する。
【００２６】
次に、画像処理装置３が実行する被写体Ｈの３次元形状を算出する方法について図３を参照して説明する。図３は、被写体Ｈ上に映出された１つの輝点ｐと回折光学素子８を含み光学レンズアレイ６に垂直な平面Ｖ（図１参照）における回折光学素子８から反射されたレーザ光９ｃ、光学レンズＬ３１、Ｌ２２、Ｌ１３及び固体撮像素子７の位置関係を示す。
【００２７】
いま、被写体（歯茎部）Ｈの表面位置（腫れの程度）は、輝点ｐと光学レンズアレイ６との距離Ｚに相当し未知である。一方、輝点ｐからの反射光９ｒを集光する光学レンズＬ２２と固体撮像素子７との間隔ｆ、光学レンズＬ２２の中心と回折光学素子８との水平方向における距離Ｂ、光学レンズＬ２２の中心と回折光学素子８の表面との垂直方向における距離ｈ、及び回折光学素子８によって反射され輝点ｐを形成する光９ｃの出射角度θは既知である。また、固体撮像素子７上に形成される輝点ｐの像ｐａの位置は、像ｐａが撮像された画素ｇの位置から求めることができ、輝点像ｐａの光学レンズＬ２２中心からの距離をｄｕとする。
【００２８】
上記既知の値（ｆ、Ｂ、ｈ、θ）は、予め各輝点ｐ毎、及び光学レンズＬ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３毎に画像処理装置３内に記憶されており、距離ｄｕは、撮像された個眼像ｋ１１、ｋ１２・・ｋ３３における輝点像ｐａの位置から測定される。画像処理装置３は上記値（ｆ、Ｂ、ｈ、θ、ｄｕ）に基づいて輝点ｐと光学レンズアレイ６との距離Ｚを画像処理装置内に記憶された次の式から算出する。
Ｚ＝（Ｂ×ｆ×ｔａｎθ＋ｆ×ｈ）／（ｆ−ｄｕ×ｔａｎθ）・・・（Ａ）
【００２９】
ここで上記式の導出方法を説明する。いま、図３の紙面に沿った平面（図１における平面Ｖと同じ平面）において横方向をｘ軸、縦方向をｚ軸として、輝点ｐからの反射光９ｒを集光する光学レンズＬ２２の中心をｘ＝０、ｚ＝０の原点とする座標を設定する。また、光９ｃのｚ軸における交点をａと置くと、ｚ＝ｔａｎθ×ｘ＋ａと表わされる（これを式１という）。交点ａをｈ、Ｂ、θで表わすと、ａ＝ｈ＋Ｂ×ｔａｎθとなる（これを式２という）。式２を式１に代入すると、ｚ＝ｔａｎθ×ｘ＋ｈ＋Ｂ×ｔａｎθが得られる（これを式３という）。この式３は光９ｃを表わす関数である。
【００３０】
一方、輝点ｐから固体撮像素子７へ向かう反射光９ｒを表わす関数は、点（ｘ＝−ｄｕ、ｚ＝−ｆ）を通るので、ｚ＝（ｆ／ｄｕ）×ｘとなる（これを式４という）。式４を変形してｘ＝（ｄｕ／ｆ）×ｚを得る（これを式５という）。式５を式３に代入すると、ｚ＝ｔａｎθ×｛（ｄｕ／ｆ）×ｚ｝＋ｈ＋Ｂ×ｔａｎθが得られる（これを式６という）。なお、式６を整理することによって上記距離Ｚの算出式（Ａ）を得ることができる。
【００３１】
画像処理装置３は、上記手順によって被写体Ｈの表面に映出される各輝点ｐ毎に輝点ｐと撮像装置本体２との間の距離Ｚを算出する。各光学レンズＬ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３の光学レンズアレイ６上における位置（図１のｘｙ平面における位置）が既知であるので、各輝点ｐの３次元情報を算出することができ、被写体（歯茎部）Ｈの表面の形状（腫れの程度）を推定することができる。なお、被写体Ｈ上に映出する輝点ｐの配置は、図２に示されるような縦横の格子状以外に種々の配置（例えば、放射状の配置）が可能であり、輝点ｐ同士の間隔を密にすることによって被写体Ｈの表面の３次元形状をより精密に推定することができる。
【００３２】
また、被写体Ｈが歯茎部であるときには隆起した頂点にあたる部分（例えば、図３におけるｍ部）が鏡面反射を生じる場合がある。この場合、鏡面反射部分からの反射光９ｒはエネルギーが大きく固体撮像素子７の画素ｇを飽和させてしまうことから、鏡面反射部分の近辺にある輝点ｐの位置（輝点像ｐａの位置）を特定することができず（距離ｄｕを測定することができず）、当該輝点ｐの撮像装置本体２との間の距離Ｚを算出することができなくなる虞がある。ところが、本実施形態では、光学レンズＬ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３はそれぞれ異なった角度で被写体Ｈからの光を集光するので、個眼像ｋ１１、ｋ１２・・ｋ３３毎に鏡面反射部分が形成される位置がずれる。従って、特定の個眼像（例えば、ｋ１１）においてある輝点ｐの距離Ｚを算出できない場合でも、他の個眼像（例えば、ｋ３３）に基づいて同一の輝点ｐの距離Ｚを算出することができる。
【００３３】
さらに、被写体Ｈが歯茎部である場合には、以上のようにして取得した特定の被験者の歯科治療時におけるデータ（各輝点ｐの３次元情報）をメモリ等の記憶媒体に保存しておき、治療が完了した後において再度取得したデータと比較することによって治療の効果（歯茎部の腫れの程度が緩和したこと）を容易に確認することができる。３次元情報を比較する場合、腫れの影響のない歯の部分の情報をベースとして一致させ、その後、歯茎部分を比較すると、より正確に変化分を測定することができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る複眼撮像装置１について、図４を参照して説明する。本実施形態の複眼撮像装置１は第１の実施形態と略同一の構成であり、同一構成部分については同一の番号を付して説明を省略する。異なるところは、光学レンズアレイ６上に設けられる回折光学素子２８が透過型の素子である点と、レーザ光源装置２０から回折光学素子２８へ出射されるレーザ光９の光路が光学レンズアレイ６と固体撮像素子７との間の空間に設けられた点である。
【００３５】
本実施形態の回折光学素子２８は、第１の実施形態と略同様に透明の石英基板の表面に微細な凹凸を形成したものであり、下面から入射されるレーザ光９を透過し、縦横の格子状に並ぶ多数の輝点群（パターン像）を形成する光９ｃに変換して被写体（歯茎部）Ｈの表面へ向けて出射する。
【００３６】
回折光学素子２８は、レンズホルダ５上の所定位置に予め開けられた開口に嵌め込んで固定してもよいし、レンズホルダ５の所定位置に予め形成した凹部内に埋め込んで固定してもよい。後者の場合には、レンズホルダ５を光透過性の材質で形成するか、凹部の中央部に下方からのレーザ光９を通過させる貫通孔を形成する。
【００３７】
本実施形態のレーザ光源装置２０は、半導体レーザ素子から構成されるレーザ光源２１と、レーザ光源２１から出射されるレーザ光９を回折光学素子２８の下面へ導くプリズム２２とを備える。プリズム２２は光学レンズアレイ５と固体撮像素子７との間であって、各光学レンズＬ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３によって集光され固体撮像素子７へと進行する光の通過路から外れた位置に設置される。以上のようにレーザ光源２１から回折光学素子２８へ出射されるレーザ光９の光路が光学レンズアレイ６と固体撮像素子７との間の空間に形成されるので、レーザ光源２１から出射されたレーザ光９が光学レンズアレイ６よりも被写体Ｈ側において光学レンズＬ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３により集光される光の光路（例えば、光９ｒ）に影響を及ぼすことがない。
【００３８】
本実施形態の複眼撮像装置１も第１の実施形態と同様に、撮像装置本体２が小型に形成されるので歯科医師等の操作者が撮像装置本体２を容易に被験者の口腔に接近させたり、口腔内に挿入できる。また、撮像時に被写体（歯茎部）Ｈに多数の輝点ｐが映し出されるので、第１の実施形態と同様の手順に基づいて画像処理装置３が各輝点ｐの３次元情報を算出することができ、被写体（歯茎部）Ｈの３次元形状を正確に推定することができる。
【００３９】
また、本実施形態の場合には、前述の通りレーザ光源２１から回折光学素子２８へのレーザ光９の光路が撮像装置本体２内に形成され、光学レンズアレイ２の被写体Ｈ側において他の光に影響を及ぼす虞がないので、図５に示されるように異なった波長のレーザ光９ａ、９ｂを出射する２つのレーザ光源装置２０ａ、２０ｂと、各レーザ光源装置２０ａ、２０ｂに対応する２つの回折光学素子２８ａ、２８ｂを備えた構成とすることができる。
【００４０】
この場合には、各回折光学素子２８ａ、２８ｂからの透過光によって被写体Ｈの表面に映出される輝点の色が異なるので、各回折光学素子２８ａ、２８ｂによって映出される輝点の位置が交互になるように設定することによって、測定できる輝点の密度を容易に高めることができ、被写体Ｈの３次元形状をより正確に推定することができる。例えば、レーザ光９ａが赤色光、レーザ光９ｂが青色光である場合について説明すると、被写体Ｈの表面に赤色の輝点ｐｒと青色の輝点ｐｂが図６に示すように交互に映出される。赤色の輝点ｐｒと青色の輝点ｐｂとの間隔ｄは、同一色の輝点ｐが映出されるときの画像処理装置３が判別できる輝点ｐの間隔（分解能）よりも小さくすることができるので、単位面積当たりに映出できる輝点ｐの数を容易に増加することができる。
【００４１】
なお、各レーザ光源装置２０ａ、２０ｂによるレーザ光９ａ、９ｂの出射のタイミングは同時であってもよいし、所定時間ずれていてもよい。赤、青同時に出射する場合は、個眼の一部に赤色フィルタ、残りの個眼に青色フィルタを搭載すると、被写体の形状によって赤色輝点と青色輝点が重なった場合でも、それぞれの色フィルタを搭載した個眼で輝点位置の検出が可能であり、これにより分解能を向上させるとともに、測定時間の短縮が可能である。タイミングをずらして出射する場合は、例えば、図６における赤色の輝点ｐｒの位置について画像処理装置３が被写体Ｈと撮像装置本体２との距離Ｚを算出し、次に距離Ｚが算出された位置の間を補間するようにして青色の輝点ｐｂの位置について画像処理装置３が被写体Ｈと撮像装置本体２との距離Ｚを算出することになる。
【００４２】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る複眼撮像装置１について、図７を参照して説明する。本実施形態の複眼撮像装置１は第２の実施形態における図５に示されたものと略同一の構成であり、異なるところは、レーザ光源装置２０ａ、２０ｂが出射するレーザ光９ａ、９ｂの波長が同一である点と、そのレーザ光を回折光学素子２８ａ、２８ｂが変換して出射する光が輝点ｐを形成する光ではなく強度分布が一様な光である点と、画像処理装置３が照度差ステレオ法を用いて３次元形状を算出する点である。本実施形態の回折光学素子２８ａ、２８ｂは、表面の微小な凹凸が、出射する光９ｃが一様な強度（照度）となるように設計されているものである。
【００４３】
具体的には、各回折光学素子２８ａ、２８ｂが出射する光９ｃは、図７に示されるように、回折光学素子２８ａ、２８ｂの表面の凹凸によって形成される微小な球面波ｍｗが合成されて強度分布が一様になる。この一様な強度の光９ｃによって照明された被写体Ｈには、被写体Ｈと各回折光学素子２８ａ、２８ｂとの距離に無関係に、照明光９ｃによって照らされる方向にのみ依存する影が生じる。本実施形態の画像処理装置３は、上記のような被写体Ｈに形成される影の濃度に基づいて公知の照度差ステレオ法を用いて被写体Ｈの３次元形状を算出する。
【００４４】
例えば、回折光学素子２８ａが出射する光９ｃによって生じる影のうち同じ濃度の影の領域Ｈｆａは、回折光学素子２８ａに対して同じ傾斜角度を有する面に生じる。回折光学素子２８ａに対してより大きな傾斜角度を有する面にはさらに濃い濃度の影の領域Ｈｆｂが形成される。同一の強度の照明によって生じる影の濃度は、被照明面の傾斜角度に応じて一義的に決定されるので、画像処理装置３は、回折光学素子２８ａからの光９ｃによって照明された被写体Ｈの個眼像ｋ２２における影の濃度を計測することによって、被写体Ｈの表面の各位置における回折光学素子２８ａに対する微小面の傾斜角度を算出することができる。
【００４５】
画像処理装置３は、同様に回折光学素子２８ｂからの光９ｃによって被写体Ｈを一様な強度で照明して個眼像ｋ２２を撮像し、その個眼像ｋ２２における影の濃度から被写体Ｈの表面の各位置における回折光学素子２８ｂに対する微小面の傾斜角度を算出し、既に算出した回折光学素子２８ａに対する微小面の傾斜角度と合成することによって被写体Ｈの３次元形状を推定することができる。
【００４６】
なお、光学レンズアレイ６上に３カ所の回折光学素子を配置して被写体Ｈを３方向から一様な強度の光９ｃで照明し、各方向から照明したときに撮像した個眼像に基づいて被写体Ｈ表面の微小面の傾斜角度を算出し、それらを合成することによって被写体Ｈの３次元形状を推定することが好ましいが、被写体Ｈが歯茎部の場合のように個々の被写体の形状に大きな相違がない場合には、上記のように２方向から照明することにより算出されたデータ（微小面の傾斜角度）を合成することによって被写体Ｈの形状の有意な推定を行うことができる。
【００４７】
さらに、前述のように歯科診療の治療の前後における歯茎部の腫れの程度を判定するような場合には、光学レンズアレイ６上に設けた１カ所の回折光学素子８から出射する一様な強度の光９ｃにより歯茎部を照明し、撮像された個眼像ｋ２２に基づいて歯茎部の表面の傾斜角度を算出する簡易な方法によっても有意な推定（歯茎部の腫れが大きくなったか、小さくなったか）を行うことができる。
【００４８】
また、第１の実施形態と同様に、歯茎部の一部に鏡面反射がある場合であっても、複数の個眼像の中から同一部分について鏡面反射がない個眼像を検索し、その個眼像の当該部分の画像データを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る複眼撮像装置の構成を示す図。
【図２】同複眼撮像装置において撮像装置本体を被写体に接近させて使用するときの態様を示す図。
【図３】同複眼撮像装置における被写体の表面に映出させた輝点を撮像するときのレーザ光の光路と、光学レンズ、及び固体撮像素子の配置を示す図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る複眼撮像装置の構成を示す図。
【図５】同複眼撮像装置の変形例を示す図。
【図６】同複眼撮像装置の変形例における輝点の配置を示す図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る複眼撮像装置における回折光学素子から出射される光と被写体に形成される影の態様を示す図。
【符号の説明】
【００５０】
１ 複眼撮像装置
３ 画像処理装置
６ 光学レンズアレイ
７ 固体撮像素子
８ 回折光学素子
９、９ａ、９ｂ レーザ光（可干渉性の光）
２８、２８ａ、２８ｂ 回折光学素子
Ｈ 被写体
Ｌ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３ 光学レンズ
ｋ１１、ｋ１２・・ｋ３３ 個眼像
ｐ、ｐｂ、ｐｒ 輝点（パターン像）
【技術分野】
【０００１】
本発明は複眼撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、微小な光学レンズが縦横に複数配置された光学レンズアレイと、該光学レンズアレイの各光学レンズによってそれぞれ形成された被写体の個眼像を撮像する固体撮像素子とを備える複眼撮像装置が知られている。また、そのような複眼撮像装置と微小な距離を移動することができるマルチスリットとを組み合わせることによって、微小物体の高さを計測することできるようになった撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、物体の３次元情報を取得するための装置として、ストライプパターン投射装置と、該ストライプパターン投射装置によって異なった種類のストライプパターンを投射された物体を撮像する撮像装置と、撮像装置によって撮像された画像に基づいて撮像装置と物体間の距離を算出する距離算出装置とを備える３次元画像取得装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１８０１３９号公報
【特許文献２】特開２００６−６４４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、歯科診療において歯茎部の腫れの程度を客観的に判断するために口腔内を撮像する場合があり、このときに用いる撮像装置（カメラ）として、人の狭い口腔内に容易に進入させることができ、そのうえ口腔内の複雑な形状の３次元情報を得ることができるものが望まれていた。この点、複眼撮像装置は、装置本体を小型に構成することが容易であり（例えば、１０ｍｍ四方程度）、複数の個眼像から距離画像を生成して被写体の３次元情報を得ることができるので、直ちに上記の用途に用いることが可能であるように考えられた。
【０００５】
ところが、本発明者が実際に複眼撮像装置を用いて口腔内の歯茎部を撮像したところ、次のような問題から有効な３次元情報を得ることができないことが判明した。すなわち、距離画像を生成するためには各個眼像における被写体の同一箇所を個眼像内の同一模様領域に基づいて判定しなければならないが、歯茎部の表面は一様なピンク色であって位置を特定できる模様がなく正確に距離画像を生成することができなかった。また、簡単な照明装置により狭い口腔内を一様な照度で照明することは困難であり鮮明な個眼像を得ることができなかった。
【０００６】
なお、特許文献２に記載された３次元画像取得装置を応用して歯茎部の表面に種々のストライプパターンを投射することが考えられるが、その場合にはストライプパターンの投射装置が別途必要になることなどから装置全体が大掛かりとなり人の口腔内等の狭いスペースの撮像用として構成することができない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題を解決するものであり、人の口腔内のような狭いスペースに容易に進入させて操作することができ、模様のない一様な表面を有する被写体であっても容易に正確な３次元形状を取得することができる複眼撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、被写体からの光を集光する複数の光学レンズが同一平面上に配置されてなる光学レンズアレイと、前記光学レンズによってそれぞれ形成された個眼像を撮像する固体撮像素子とを有する複眼撮像装置において、前記光学レンズアレイ上に、外部から入射される可干渉性の光を光学的に変換して被写体へ向けて出射する回折光学素子を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の複眼撮像装置において、前記回折光学素子は、外部から入射される可干渉性の光を反射し、この反射光が被写体に所定のパターン像を映出することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の複眼撮像装置において、前記回折光学素子は、外部から入射される可干渉性の光を透過し、この透過光が被写体に所定のパターン像を映出することを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項２、又は請求項３に記載の複眼撮像装置において、前記固体撮像素子により撮像された、前記所定のパターン像が映出された被写体の個眼像から、被写体の３次元形状を算出する画像処理装置をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１の複眼撮像装置において、前記回折光学素子は、外部から入射される可干渉性の光を強度分布が一様な光に変換し、この光が被写体を照明することを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項５の複眼撮像装置において、前記強度分布が一様な光によって照明された被写体の個眼像から、照度差ステレオ法を用いて被写体の３次元形状を算出する画像処理装置をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、光学レンズアレイ上に回折光学素子を設けただけの構成であるので装置本体が大掛かりとならず、人の口腔内のような狭いスペースに容易に進入させて操作することができる。また、回折光学素子により外部から入射される可干渉性の光を光学的に変換して被写体へ出射させるので、被写体が適正に照明され、固体撮像素子によって撮像される複数の個眼像から容易に正確な３次元形状を取得することができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、回折光学素子が可干渉性の光を反射して被写体に所定のパターン像を映出するので、容易に正確な３次元形状を取得することができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、回折光学素子が可干渉性の光を透過して被写体に所定のパターン像を映出するので、容易に正確な３次元形状を取得することができる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、画像処理装置が、被写体に映出されたパターン像に基づいて容易に正確な３次元形状を取得することができる。
【００１８】
請求項５の発明によれば、被写体が、回折光学素子により変換された強度分布が一様な光によって照明されるので、容易に正確な３次元形状を取得することができる。
【００１９】
請求項６の発明によれば、画像処理装置が、一様な光によって照明された被写体の個眼像から容易に正確な３次元形状を取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る複眼撮像装置について、図１乃至図３を参照して説明する。本実施形態の複眼撮像装置１は、歯科診療において用いられる歯茎部の腫れの程度を計測するための装置として構成され、図１、２に示されるように、被写体（歯茎部）からの光を集光して撮像する撮像装置本体２と、撮像装置本体２により撮像された画像情報（複数の個眼像）から被写体の３次元形状を算出する画像処理装置３とを備える。画像処理装置はマイクロコンピュータから構成され、撮像装置本体２に接続ケーブル４を介して接続され床上等に載置される。
【００２１】
撮像装置本体２は、被写体からの光を集光する９個の光学レンズＬ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３が同一のレンズホルダ５上に支持されてなる光学レンズアレイ６と、各光学レンズＬ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３によってそれぞれ形成される個眼像ｋ１１、ｋ１２・・ｋ３３を撮像するプレート状の固体撮像素子７と、レンズホルダ５の上面の空きスペースに接着された回折光学素子８と、レーザ光（可干渉性の光）９を回折光学素子８へ照射するレーザ光源装置１０とを備える。撮像装置本体２は、図２に示されるように、歯科医師等の操作者の操作によって被験者の口腔に接近させたり、口腔内に挿入できるように小型に形成されている（例えば、光学レンズアレイ６は約１０ｍｍ四方の正方形に形成される）。
【００２２】
レーザ光源装置１０は、図１に示されるように、半導体レーザ素子から構成されるレーザ光源１１と、レーザ光源１１から出射されるレーザ光９を回折光学素子８の斜め上方へ導く光ファイバ１２とを備える。
【００２３】
回折光学素子８は薄い石英基板の表面に微細な凹凸を形成したものであり、所定の方向から入射されるレーザ光９を反射し、ホログラム作用によって縦横の格子状に並ぶ多数の輝点ｐ群（パターン像）を被写体（歯茎部）Ｈの表面に映し出す（図２参照）。回折光学素子８の表面の凹凸形状は、回折光学素子８によって被写体Ｈ上に映出される各輝点ｐの映出方向が撮像装置本体２に対して予め設定された所定の角度になるように設計されている。
【００２４】
回折光学素子８は、レンズホルダ５上の所定位置に接着剤によって接着してもよいし、レンズホルダ５の所定位置に予め形成した凹部内に埋め込んで固定してもよい。また、レンズホルダ５の表面にエッチング技術を用いて直接形成したものであってもよい。
【００２５】
以上のように、本実施形態では、操作者が撮像装置本体２を被写体（歯茎部）Ｈに接近させて撮像するときに、レーザ光源装置１０からレーザ光９を回折光学素子８へ向けて照射させると、映出方向が予め所定の方向に設定された多数の輝点ｐが被写体Ｈの表面に映し出され、その画像が固体撮像素子７によって個眼像ｋ１１、ｋ１２・・ｋ３３として撮像される。そして、画像処理装置３が撮像された個眼像ｋ１１、ｋ１２・・ｋ３３から被写体Ｈの３次元形状を三角測量の原理に基づいて算出する。
【００２６】
次に、画像処理装置３が実行する被写体Ｈの３次元形状を算出する方法について図３を参照して説明する。図３は、被写体Ｈ上に映出された１つの輝点ｐと回折光学素子８を含み光学レンズアレイ６に垂直な平面Ｖ（図１参照）における回折光学素子８から反射されたレーザ光９ｃ、光学レンズＬ３１、Ｌ２２、Ｌ１３及び固体撮像素子７の位置関係を示す。
【００２７】
いま、被写体（歯茎部）Ｈの表面位置（腫れの程度）は、輝点ｐと光学レンズアレイ６との距離Ｚに相当し未知である。一方、輝点ｐからの反射光９ｒを集光する光学レンズＬ２２と固体撮像素子７との間隔ｆ、光学レンズＬ２２の中心と回折光学素子８との水平方向における距離Ｂ、光学レンズＬ２２の中心と回折光学素子８の表面との垂直方向における距離ｈ、及び回折光学素子８によって反射され輝点ｐを形成する光９ｃの出射角度θは既知である。また、固体撮像素子７上に形成される輝点ｐの像ｐａの位置は、像ｐａが撮像された画素ｇの位置から求めることができ、輝点像ｐａの光学レンズＬ２２中心からの距離をｄｕとする。
【００２８】
上記既知の値（ｆ、Ｂ、ｈ、θ）は、予め各輝点ｐ毎、及び光学レンズＬ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３毎に画像処理装置３内に記憶されており、距離ｄｕは、撮像された個眼像ｋ１１、ｋ１２・・ｋ３３における輝点像ｐａの位置から測定される。画像処理装置３は上記値（ｆ、Ｂ、ｈ、θ、ｄｕ）に基づいて輝点ｐと光学レンズアレイ６との距離Ｚを画像処理装置内に記憶された次の式から算出する。
Ｚ＝（Ｂ×ｆ×ｔａｎθ＋ｆ×ｈ）／（ｆ−ｄｕ×ｔａｎθ）・・・（Ａ）
【００２９】
ここで上記式の導出方法を説明する。いま、図３の紙面に沿った平面（図１における平面Ｖと同じ平面）において横方向をｘ軸、縦方向をｚ軸として、輝点ｐからの反射光９ｒを集光する光学レンズＬ２２の中心をｘ＝０、ｚ＝０の原点とする座標を設定する。また、光９ｃのｚ軸における交点をａと置くと、ｚ＝ｔａｎθ×ｘ＋ａと表わされる（これを式１という）。交点ａをｈ、Ｂ、θで表わすと、ａ＝ｈ＋Ｂ×ｔａｎθとなる（これを式２という）。式２を式１に代入すると、ｚ＝ｔａｎθ×ｘ＋ｈ＋Ｂ×ｔａｎθが得られる（これを式３という）。この式３は光９ｃを表わす関数である。
【００３０】
一方、輝点ｐから固体撮像素子７へ向かう反射光９ｒを表わす関数は、点（ｘ＝−ｄｕ、ｚ＝−ｆ）を通るので、ｚ＝（ｆ／ｄｕ）×ｘとなる（これを式４という）。式４を変形してｘ＝（ｄｕ／ｆ）×ｚを得る（これを式５という）。式５を式３に代入すると、ｚ＝ｔａｎθ×｛（ｄｕ／ｆ）×ｚ｝＋ｈ＋Ｂ×ｔａｎθが得られる（これを式６という）。なお、式６を整理することによって上記距離Ｚの算出式（Ａ）を得ることができる。
【００３１】
画像処理装置３は、上記手順によって被写体Ｈの表面に映出される各輝点ｐ毎に輝点ｐと撮像装置本体２との間の距離Ｚを算出する。各光学レンズＬ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３の光学レンズアレイ６上における位置（図１のｘｙ平面における位置）が既知であるので、各輝点ｐの３次元情報を算出することができ、被写体（歯茎部）Ｈの表面の形状（腫れの程度）を推定することができる。なお、被写体Ｈ上に映出する輝点ｐの配置は、図２に示されるような縦横の格子状以外に種々の配置（例えば、放射状の配置）が可能であり、輝点ｐ同士の間隔を密にすることによって被写体Ｈの表面の３次元形状をより精密に推定することができる。
【００３２】
また、被写体Ｈが歯茎部であるときには隆起した頂点にあたる部分（例えば、図３におけるｍ部）が鏡面反射を生じる場合がある。この場合、鏡面反射部分からの反射光９ｒはエネルギーが大きく固体撮像素子７の画素ｇを飽和させてしまうことから、鏡面反射部分の近辺にある輝点ｐの位置（輝点像ｐａの位置）を特定することができず（距離ｄｕを測定することができず）、当該輝点ｐの撮像装置本体２との間の距離Ｚを算出することができなくなる虞がある。ところが、本実施形態では、光学レンズＬ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３はそれぞれ異なった角度で被写体Ｈからの光を集光するので、個眼像ｋ１１、ｋ１２・・ｋ３３毎に鏡面反射部分が形成される位置がずれる。従って、特定の個眼像（例えば、ｋ１１）においてある輝点ｐの距離Ｚを算出できない場合でも、他の個眼像（例えば、ｋ３３）に基づいて同一の輝点ｐの距離Ｚを算出することができる。
【００３３】
さらに、被写体Ｈが歯茎部である場合には、以上のようにして取得した特定の被験者の歯科治療時におけるデータ（各輝点ｐの３次元情報）をメモリ等の記憶媒体に保存しておき、治療が完了した後において再度取得したデータと比較することによって治療の効果（歯茎部の腫れの程度が緩和したこと）を容易に確認することができる。３次元情報を比較する場合、腫れの影響のない歯の部分の情報をベースとして一致させ、その後、歯茎部分を比較すると、より正確に変化分を測定することができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る複眼撮像装置１について、図４を参照して説明する。本実施形態の複眼撮像装置１は第１の実施形態と略同一の構成であり、同一構成部分については同一の番号を付して説明を省略する。異なるところは、光学レンズアレイ６上に設けられる回折光学素子２８が透過型の素子である点と、レーザ光源装置２０から回折光学素子２８へ出射されるレーザ光９の光路が光学レンズアレイ６と固体撮像素子７との間の空間に設けられた点である。
【００３５】
本実施形態の回折光学素子２８は、第１の実施形態と略同様に透明の石英基板の表面に微細な凹凸を形成したものであり、下面から入射されるレーザ光９を透過し、縦横の格子状に並ぶ多数の輝点群（パターン像）を形成する光９ｃに変換して被写体（歯茎部）Ｈの表面へ向けて出射する。
【００３６】
回折光学素子２８は、レンズホルダ５上の所定位置に予め開けられた開口に嵌め込んで固定してもよいし、レンズホルダ５の所定位置に予め形成した凹部内に埋め込んで固定してもよい。後者の場合には、レンズホルダ５を光透過性の材質で形成するか、凹部の中央部に下方からのレーザ光９を通過させる貫通孔を形成する。
【００３７】
本実施形態のレーザ光源装置２０は、半導体レーザ素子から構成されるレーザ光源２１と、レーザ光源２１から出射されるレーザ光９を回折光学素子２８の下面へ導くプリズム２２とを備える。プリズム２２は光学レンズアレイ５と固体撮像素子７との間であって、各光学レンズＬ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３によって集光され固体撮像素子７へと進行する光の通過路から外れた位置に設置される。以上のようにレーザ光源２１から回折光学素子２８へ出射されるレーザ光９の光路が光学レンズアレイ６と固体撮像素子７との間の空間に形成されるので、レーザ光源２１から出射されたレーザ光９が光学レンズアレイ６よりも被写体Ｈ側において光学レンズＬ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３により集光される光の光路（例えば、光９ｒ）に影響を及ぼすことがない。
【００３８】
本実施形態の複眼撮像装置１も第１の実施形態と同様に、撮像装置本体２が小型に形成されるので歯科医師等の操作者が撮像装置本体２を容易に被験者の口腔に接近させたり、口腔内に挿入できる。また、撮像時に被写体（歯茎部）Ｈに多数の輝点ｐが映し出されるので、第１の実施形態と同様の手順に基づいて画像処理装置３が各輝点ｐの３次元情報を算出することができ、被写体（歯茎部）Ｈの３次元形状を正確に推定することができる。
【００３９】
また、本実施形態の場合には、前述の通りレーザ光源２１から回折光学素子２８へのレーザ光９の光路が撮像装置本体２内に形成され、光学レンズアレイ２の被写体Ｈ側において他の光に影響を及ぼす虞がないので、図５に示されるように異なった波長のレーザ光９ａ、９ｂを出射する２つのレーザ光源装置２０ａ、２０ｂと、各レーザ光源装置２０ａ、２０ｂに対応する２つの回折光学素子２８ａ、２８ｂを備えた構成とすることができる。
【００４０】
この場合には、各回折光学素子２８ａ、２８ｂからの透過光によって被写体Ｈの表面に映出される輝点の色が異なるので、各回折光学素子２８ａ、２８ｂによって映出される輝点の位置が交互になるように設定することによって、測定できる輝点の密度を容易に高めることができ、被写体Ｈの３次元形状をより正確に推定することができる。例えば、レーザ光９ａが赤色光、レーザ光９ｂが青色光である場合について説明すると、被写体Ｈの表面に赤色の輝点ｐｒと青色の輝点ｐｂが図６に示すように交互に映出される。赤色の輝点ｐｒと青色の輝点ｐｂとの間隔ｄは、同一色の輝点ｐが映出されるときの画像処理装置３が判別できる輝点ｐの間隔（分解能）よりも小さくすることができるので、単位面積当たりに映出できる輝点ｐの数を容易に増加することができる。
【００４１】
なお、各レーザ光源装置２０ａ、２０ｂによるレーザ光９ａ、９ｂの出射のタイミングは同時であってもよいし、所定時間ずれていてもよい。赤、青同時に出射する場合は、個眼の一部に赤色フィルタ、残りの個眼に青色フィルタを搭載すると、被写体の形状によって赤色輝点と青色輝点が重なった場合でも、それぞれの色フィルタを搭載した個眼で輝点位置の検出が可能であり、これにより分解能を向上させるとともに、測定時間の短縮が可能である。タイミングをずらして出射する場合は、例えば、図６における赤色の輝点ｐｒの位置について画像処理装置３が被写体Ｈと撮像装置本体２との距離Ｚを算出し、次に距離Ｚが算出された位置の間を補間するようにして青色の輝点ｐｂの位置について画像処理装置３が被写体Ｈと撮像装置本体２との距離Ｚを算出することになる。
【００４２】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る複眼撮像装置１について、図７を参照して説明する。本実施形態の複眼撮像装置１は第２の実施形態における図５に示されたものと略同一の構成であり、異なるところは、レーザ光源装置２０ａ、２０ｂが出射するレーザ光９ａ、９ｂの波長が同一である点と、そのレーザ光を回折光学素子２８ａ、２８ｂが変換して出射する光が輝点ｐを形成する光ではなく強度分布が一様な光である点と、画像処理装置３が照度差ステレオ法を用いて３次元形状を算出する点である。本実施形態の回折光学素子２８ａ、２８ｂは、表面の微小な凹凸が、出射する光９ｃが一様な強度（照度）となるように設計されているものである。
【００４３】
具体的には、各回折光学素子２８ａ、２８ｂが出射する光９ｃは、図７に示されるように、回折光学素子２８ａ、２８ｂの表面の凹凸によって形成される微小な球面波ｍｗが合成されて強度分布が一様になる。この一様な強度の光９ｃによって照明された被写体Ｈには、被写体Ｈと各回折光学素子２８ａ、２８ｂとの距離に無関係に、照明光９ｃによって照らされる方向にのみ依存する影が生じる。本実施形態の画像処理装置３は、上記のような被写体Ｈに形成される影の濃度に基づいて公知の照度差ステレオ法を用いて被写体Ｈの３次元形状を算出する。
【００４４】
例えば、回折光学素子２８ａが出射する光９ｃによって生じる影のうち同じ濃度の影の領域Ｈｆａは、回折光学素子２８ａに対して同じ傾斜角度を有する面に生じる。回折光学素子２８ａに対してより大きな傾斜角度を有する面にはさらに濃い濃度の影の領域Ｈｆｂが形成される。同一の強度の照明によって生じる影の濃度は、被照明面の傾斜角度に応じて一義的に決定されるので、画像処理装置３は、回折光学素子２８ａからの光９ｃによって照明された被写体Ｈの個眼像ｋ２２における影の濃度を計測することによって、被写体Ｈの表面の各位置における回折光学素子２８ａに対する微小面の傾斜角度を算出することができる。
【００４５】
画像処理装置３は、同様に回折光学素子２８ｂからの光９ｃによって被写体Ｈを一様な強度で照明して個眼像ｋ２２を撮像し、その個眼像ｋ２２における影の濃度から被写体Ｈの表面の各位置における回折光学素子２８ｂに対する微小面の傾斜角度を算出し、既に算出した回折光学素子２８ａに対する微小面の傾斜角度と合成することによって被写体Ｈの３次元形状を推定することができる。
【００４６】
なお、光学レンズアレイ６上に３カ所の回折光学素子を配置して被写体Ｈを３方向から一様な強度の光９ｃで照明し、各方向から照明したときに撮像した個眼像に基づいて被写体Ｈ表面の微小面の傾斜角度を算出し、それらを合成することによって被写体Ｈの３次元形状を推定することが好ましいが、被写体Ｈが歯茎部の場合のように個々の被写体の形状に大きな相違がない場合には、上記のように２方向から照明することにより算出されたデータ（微小面の傾斜角度）を合成することによって被写体Ｈの形状の有意な推定を行うことができる。
【００４７】
さらに、前述のように歯科診療の治療の前後における歯茎部の腫れの程度を判定するような場合には、光学レンズアレイ６上に設けた１カ所の回折光学素子８から出射する一様な強度の光９ｃにより歯茎部を照明し、撮像された個眼像ｋ２２に基づいて歯茎部の表面の傾斜角度を算出する簡易な方法によっても有意な推定（歯茎部の腫れが大きくなったか、小さくなったか）を行うことができる。
【００４８】
また、第１の実施形態と同様に、歯茎部の一部に鏡面反射がある場合であっても、複数の個眼像の中から同一部分について鏡面反射がない個眼像を検索し、その個眼像の当該部分の画像データを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る複眼撮像装置の構成を示す図。
【図２】同複眼撮像装置において撮像装置本体を被写体に接近させて使用するときの態様を示す図。
【図３】同複眼撮像装置における被写体の表面に映出させた輝点を撮像するときのレーザ光の光路と、光学レンズ、及び固体撮像素子の配置を示す図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る複眼撮像装置の構成を示す図。
【図５】同複眼撮像装置の変形例を示す図。
【図６】同複眼撮像装置の変形例における輝点の配置を示す図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る複眼撮像装置における回折光学素子から出射される光と被写体に形成される影の態様を示す図。
【符号の説明】
【００５０】
１ 複眼撮像装置
３ 画像処理装置
６ 光学レンズアレイ
７ 固体撮像素子
８ 回折光学素子
９、９ａ、９ｂ レーザ光（可干渉性の光）
２８、２８ａ、２８ｂ 回折光学素子
Ｈ 被写体
Ｌ１１、Ｌ１２・・Ｌ３３ 光学レンズ
ｋ１１、ｋ１２・・ｋ３３ 個眼像
ｐ、ｐｂ、ｐｒ 輝点（パターン像）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を集光する複数の光学レンズが同一平面上に配置されてなる光学レンズアレイと、前記光学レンズによってそれぞれ形成された個眼像を撮像する固体撮像素子とを有する複眼撮像装置において、
前記光学レンズアレイ上に、外部から入射される可干渉性の光を光学的に変換して被写体へ向けて出射する回折光学素子を設けたことを特徴とする複眼撮像装置。
【請求項２】
前記回折光学素子は、外部から入射される可干渉性の光を反射し、この反射光が被写体に所定のパターン像を映出することを特徴とする請求項１に記載の複眼撮像装置。
【請求項３】
前記回折光学素子は、外部から入射される可干渉性の光を透過し、この透過光が被写体に所定のパターン像を映出することを特徴とする請求項１に記載の複眼撮像装置。
【請求項４】
前記固体撮像素子により撮像された、前記所定のパターン像が映出された被写体の個眼像から、被写体の３次元形状を算出する画像処理装置をさらに備えることを特徴とする請求項２、又は請求項３に記載の複眼撮像装置。
【請求項５】
前記回折光学素子は、外部から入射される可干渉性の光を強度分布が一様な光に変換し、この光が被写体を照明することを特徴とする請求項１に記載の複眼撮像装置。
【請求項６】
前記強度分布が一様な光によって照明された被写体の個眼像から、照度差ステレオ法を用いて被写体の３次元形状を算出する画像処理装置をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の複眼撮像装置。
【請求項１】
被写体からの光を集光する複数の光学レンズが同一平面上に配置されてなる光学レンズアレイと、前記光学レンズによってそれぞれ形成された個眼像を撮像する固体撮像素子とを有する複眼撮像装置において、
前記光学レンズアレイ上に、外部から入射される可干渉性の光を光学的に変換して被写体へ向けて出射する回折光学素子を設けたことを特徴とする複眼撮像装置。
【請求項２】
前記回折光学素子は、外部から入射される可干渉性の光を反射し、この反射光が被写体に所定のパターン像を映出することを特徴とする請求項１に記載の複眼撮像装置。
【請求項３】
前記回折光学素子は、外部から入射される可干渉性の光を透過し、この透過光が被写体に所定のパターン像を映出することを特徴とする請求項１に記載の複眼撮像装置。
【請求項４】
前記固体撮像素子により撮像された、前記所定のパターン像が映出された被写体の個眼像から、被写体の３次元形状を算出する画像処理装置をさらに備えることを特徴とする請求項２、又は請求項３に記載の複眼撮像装置。
【請求項５】
前記回折光学素子は、外部から入射される可干渉性の光を強度分布が一様な光に変換し、この光が被写体を照明することを特徴とする請求項１に記載の複眼撮像装置。
【請求項６】
前記強度分布が一様な光によって照明された被写体の個眼像から、照度差ステレオ法を用いて被写体の３次元形状を算出する画像処理装置をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の複眼撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２０４９９１（Ｐ２００９−２０４９９１Ａ）
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４８４８３（Ｐ２００８−４８４８３）
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願人】（０００２０１１１３）船井電機株式会社 (7,855)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願人】（０００２０１１１３）船井電機株式会社 (7,855)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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