JP2000105111A

JP2000105111A - ３次元入力装置

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Publication number: JP2000105111A
Application number: JP10274639A
Authority: JP
Inventors: Makoto Miyazaki; 誠宮崎; Toshio Norita; 寿夫糊田; Kazumutsu Sato; 一睦佐藤; Hiroyuki Okada; 浩幸岡田; Koichi Kanbe; 幸一掃部
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2000-04-11
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: JP3861475B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＭＯＳ型イメージセンサなどの非破壊読出しが
可能なイメージセンサから出力される受光データのＳＮ
比を向上させて精度のよい３次元画像を求めることので
きる３次元入力装置を提供すること。【解決手段】物体に検出光を照射する投光手段と、検出
光の照射方向を偏向させて物体を光学的に走査するため
の走査手段と、２次元の撮像面を有し物体で反射した検
出光を受光して光電変換する撮像デバイスと、撮像デバ
イスを、各画素について電荷の蓄積時間が互いに異なる
複数の光電変換信号を出力するように制御する制御手段
と、複数の光電変換信号のうち、飽和していない光電変
換信号を選択する選択手段７５と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体にスリット光
又はスポット光を照射して物体形状を非接触で計測する
３次元入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レンジファインダと呼称される非接触型
の３次元計測システムは、接触型に比べて高速の計測が
可能であることから、ＣＧシステムやＣＡＤシステムへ
のデータ入力、身体計測、ロボットの視覚認識などに利
用されている。

【０００３】レンジファインダに好適な計測方法として
スリット光投影法（光切断法ともいう）が知られてい
る。この方法は、物体を光学的に走査して３次元画像
（距離画像）を得る方法であり、特定の検出光を照射し
て物体を撮影する能動的計測方法の一種である。３次元
画像は、物体上の複数の部位の３次元位置を示す画素の
集合である。スリット光投影法では、検出光として断面
が直線状のスリット光が用いられる。物体で反射したス
リット光は受光センサ（撮像デバイス、イメージセン
サ）の撮像面に結像する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなレンジファ
インダでは、受光センサに受光されるスリット光の光量
は、物体の反射率によって変化する。したがって、受光
センサの電荷蓄積時間を所定の時間に固定していると、
反射率が高い場合には受光センサの出力が飽和してしま
う。これとは逆に、反射率が低い場合には、受光センサ
の出力が低過ぎてＳＮ比が悪くなるという問題がある。

【０００５】一方、物体の３次元形状（距離分布）を求
めるには、スリット光の受光位置又は受光タイミングを
正確に検出する必要がある。本出願人は、位置的又は時
間的に前後にわたって出力されるセンサ出力に基づいて
重心演算を行うことにより、受光位置又は受光タイミン
グを正確に検出する構成を提案した（特開平７−１７４
５３６号、特開平９−１４５３１９号）。重心演算を行
う場合には、受光センサの出力が正確である必要がある
が、上記のようにＳＮ比が悪い場合、又は受光センサの
出力が飽和している場合には、正確な重心演算が行えな
い。

【０００６】この問題に対し、従来は、一度スリット光
を投影してそのときの受光センサの出力を得て、その出
力に基づいて、適切な蓄積時間を設定するようにしてい
た。しかし、このようにして設定された蓄積時間は、受
光センサの全ての画素について共通の蓄積時間であるた
め、物体の反射率が局部的に低いか又は高い場合には、
依然として上記の問題が生じていた。

【０００７】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
ので、撮像デバイスからの飽和していない出力を得るこ
とを目的とする。さらに、請求項３及び請求項４の発明
では、撮像デバイスからＳＮ比の良好な出力を得ること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る装
置は、物体に検出光を照射する投光手段と、前記検出光
の照射方向を偏向させて前記物体を光学的に走査するた
めの走査手段と、２次元の撮像面を有し前記物体で反射
した前記検出光を受光して光電変換する撮像デバイス
と、前記撮像デバイスを、各画素について電荷の蓄積時
間が互いに異なる複数の光電変換信号を出力するように
制御する制御手段と、前記複数の光電変換信号のうち、
飽和していない光電変換信号を選択する選択手段と、を
有する。

【０００９】請求項２の発明に係る装置では、前記制御
手段は、第１の蓄積時間が経過すると、前記撮像デバイ
スに対して非破壊読み出しを行うとともに、さらに電荷
蓄積を第２の蓄積時間まで継続するように制御する。

【００１０】請求項３の発明に係る装置では、前記選択
手段は、飽和していない光電変換信号のうち、最も蓄積
時間の長い光電変換信号を選択する。請求項４の発明に
係る装置は、物体に検出光を照射する投光手段と、前記
検出光の照射方向を偏向させて前記物体を光学的に走査
するための走査手段と、２次元の撮像面を有し前記物体
で反射した前記検出光を受光して光電変換する撮像デバ
イスと、前記撮像デバイスを、各画素について、電荷の
蓄積時間が所定の時間Ｔ／ｎである第１光電変換信号
と、電荷の蓄積時間が前記第１光電変換信号のｎ倍の時
間Ｔである第２光電変換信号とを出力するように制御す
る制御手段と、前記第２光電変換信号が飽和していない
場合には前記第２光電変換信号を用い、前記第２光電変
換信号が飽和している場合には前記第１光電変換信号の
ｎ倍の大きさの信号を用いて演算を行う演算手段と、を
有する。

【００１１】なお、本明細書において、「非破壊読出
し」とは、撮像デバイスから受光データを読み出した際
に、リセット信号を別途与えない限りその受光データ
（電荷）が撮像デバイスにそのまま残るような読み出し
方法をいう。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る計測システム
１の構成図である。計測システム１は、スリット光投影
法によって立体計測を行う３次元カメラ（レンジファイ
ンダ）２と、３次元カメラ２の出力データを処理するホ
スト３とから構成されている。

【００１３】３次元カメラ２は、物体Ｑ上の複数のサン
プリング点の３次元位置を特定する計測データととも
に、物体Ｑのカラー情報を示す２次元画像及びキャリブ
レーションに必要なデータを出力する。三角測量法を用
いてサンプリング点の座標を求める演算処理はホスト３
が担う。

【００１４】ホスト３は、ＣＰＵ３ａ、ディスプレイ３
ｂ、キーボード３ｃ、及びマウス３ｄなどから構成され
たコンピュータシステムである。ＣＰＵ３ａには計測デ
ータ処理のためのソフトウエアが組み込まれている。ホ
スト３と３次元カメラ２との間では、オンライン及び可
搬型の記録メディア４によるオフラインの両方の形態の
データ受渡しが可能である。記録メディア４としては、
光磁気ディスク（ＭＯ）、ミニディスク（ＭＤ）、メモ
リカードなどがある。

【００１５】図２は３次元カメラ２の外観を示す図であ
る。ハウジング２０の前面に投光窓２０ａ及び受光窓２
０ｂが設けられている。投光窓２０ａは受光窓２０ｂに
対して上側に位置する。内部の光学ユニットＯＵが射出
するスリット光（所定幅ｗの帯状のレーザビーム）Ｕ
は、投光窓２０ａを通って計測対象の物体（被写体）に
向かう。スリット光Ｕの長さ方向Ｍ１の放射角度φは固
定である。物体の表面で反射したスリット光Ｕの一部が
受光窓２０ｂを通って光学ユニットＯＵに入射する。な
お、光学ユニットＯＵは、投光軸と受光軸との相対関係
を適正化するための２軸調整機構を備えている。

【００１６】ハウジング２０の上面には、ズーミングボ
タン２５ａ，２５ｂ、手動フォーカシングボタン２６
ａ，２６ｂ、及びシャッタボタン２７が設けられてい
る。図２（ｂ）のように、ハウジング２０の背面には、
液晶ディスプレイ２１、カーソルボタン２２、セレクト
ボタン２３、キャンセルボタン２４、アナログ出力端子
３２、ディタル出力端子３３、及び記録メディア４の着
脱口３０ａが設けられている。

【００１７】液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）２１は、操作
画面の表示手段及び電子ファインダとして用いられる。
撮影者は背面の各ボタン２１〜２４によって撮影モード
の設定を行うことができる。アナログ出力端子３２から
は、２次元画像信号が例えばＮＴＳＣ形式で出力され
る。ディジタル出力端子３３は例えばＳＣＳＩ端子であ
る。

【００１８】図３は３次元カメラ２の機能構成を示すブ
ロック図である。図中の実線矢印は電気信号の流れを示
し、破線矢印は光の流れを示している。３次元カメラ２
は、上述の光学ユニットＯＵを構成する投光側及び受光
側の２つの光学系４０，５０を有している。光学系４０
において、半導体レーザ（ＬＤ）４１が射出する波長６
８５ｎｍのレーザビームは、投光レンズ系４２を通過す
ることによってスリット光Ｕとなり、ガルバノミラー
（走査手段）４３によって偏向される。半導体レーザ４
１のドライバ４４、投光レンズ系４２の駆動系４５、及
びガルバノミラー４３の駆動系４６は、システムコント
ローラ６１によって制御される。

【００１９】光学系５０において、ズームユニット５１
によって集光された光はビームスプリッタ５２によって
分光される。半導体レーザ４１の発振波長帯域の光は、
計測用のイメージセンサ５３に入射する。可視帯域の光
は、モニタ用のカラーセンサ５４に入射する。イメージ
センサ５３はＭＯＳ型センサであり、カラーセンサ５４
はＣＣＤエリアセンサである。ズームユニット５１は内
焦型であり、入射光の一部がオートフォーカシング（Ａ
Ｆ）に利用される。ＡＦ機能は、ＡＦセンサ５７とレン
ズコントローラ５８とフォーカシング駆動系５９によっ
て実現される。ズーミング駆動系６０は電動ズーミング
のために設けられている。

【００２０】イメージセンサ５３による撮像情報は、ド
ライバ５５からのクロックに同期して選択回路７５を介
してメモリ６３に格納される。また、イメージセンサ５
３は、ドライバ５５からの制御信号により、受光データ
の非破壊読出しが行われるように制御され、その結果、
電荷の蓄積時間がＴ／４である受光データＳ（Ｔ／４）
と、その４倍の時間Ｔである受光データＳ（Ｔ）とが出
力される。

【００２１】カラーセンサ５４による撮像情報は、ドラ
イバ５６からのクロックに同期してカラー処理回路６７
へ転送される。カラー処理を受けた撮像情報は、ＮＴＳ
Ｃ変換回路７０及びアナログ出力端子３２を経てオンラ
イン出力され、又はディジタル画像生成部６８で量子化
されてカラー画像メモリ６９に格納される。その後、カ
ラー画像データがカラー画像メモリ６９からＳＣＳＩコ
ントローラ６６へ転送され、ディジタル出力端子３３か
らオンライン出力され、又は計測データと対応づけて記
録メディア４に格納される。なお、カラー画像は、イメ
ージセンサ５３による距離画像と同一の画角の像であ
り、ホスト３側におけるアプリケーション処理に際して
参考情報として利用される。カラー情報を利用する処理
としては、例えばカメラ視点の異なる複数組の計測デー
タを組み合わせて３次元形状モデルを生成する処理、３
次元形状モデルの不要の頂点を間引く処理などがある。
システムコントローラ６１は、図示しないキャラクタジ
ェネレータに対して、ＬＣＤ２１の画面上に適切な文字
や記号を表示するための指示を与える。

【００２２】出力処理回路６２は、イメージセンサ５３
の出力する各画素ｇの光電変換信号を増幅する増幅器、
及び光電変換信号を８ビット又は１０ビットの受光デー
タに変換するＡＤ変換部を有している。出力処理回路６
２からは、受光データＳ（Ｔ／４）及び受光データＳ
（Ｔ）がディジタル値として出力される。

【００２３】選択回路７５は、受光データＳ（Ｔ／４）
及び受光データＳ（Ｔ）に対して次の処理を行う。すな
わち、受光データＳ（Ｔ）が飽和していない場合にはそ
の受光データＳ（Ｔ）を出力し、受光データＳ（Ｔ）が
飽和している場合には、受光データＳ（Ｔ／４）の４倍
の大きさのデータを出力する。選択回路７５は本発明に
おける選択手段に相当する。選択回路７５の構成及び動
作の詳細については後述する。

【００２４】メモリ６３は、２００×３２×３３Ｂｙｔ
ｅの記憶容量を持つ読み書き可能なメモリであり、出力
処理回路６２から出力される受光データを記憶する。メ
モリ制御回路６３Ａは、メモリ６３への書込み及び読出
しのアドレス指定を行う。

【００２５】重心演算回路７３は、メモリ６３に記憶さ
れた受光データに基づいて、計測対象の物体の形状に対
応した濃淡画像を生成して表示用メモリ７４に出力し、
また、３次元位置を算出するための基となるデータを算
出し出力用メモリ６４に出力する。ＬＣＤ２１の画面に
は、表示用メモリ７４に記憶された濃淡画像、カラー画
像メモリ６９に記憶されたカラー画像などを表示する。

【００２６】図４は投光レンズ系４２の構成を示す模式
図である。図４（ａ）は正面図であり、図４（ｂ）は側
面図である。投光レンズ系４２は、コリメータレンズ４
２１、バリエータレンズ４２２、及びエキスパンダレン
ズ４２３の３つのレンズから構成されている。半導体レ
ーザ４１が射出したレーザビームに対して、次の順序で
適切なスリット光Ｕを得るための光学的処理が行われ
る。まず、コリメータレンズ４２１によってビームが平
行化される。次にバリエータレンズ４２２によってレー
ザビームのビーム径が調整される。最後にエキスパンダ
レンズ４２３によってビームがスリット長さ方向Ｍ１に
拡げられる。

【００２７】バリエータレンズ４２２は、撮影距離及び
撮影の画角に係わらず、イメージセンサ５３に３以上の
複数画素分の幅のスリット光Ｕを入射させるために設け
られている。駆動系４５は、システムコントローラ６１
の指示に従って、イメージセンサ５３上でのスリット光
Ｕの幅ｗを一定に保つようにバリエータレンズ４２２を
移動させる。バリエータレンズ４２２と受光側のズーム
ユニット５１とは連動する。

【００２８】ガルバノミラー４３による偏向の以前にス
リット長を拡げることにより、偏向の後で行う場合に比
べてスリット光Ｕの歪みを低減することができる。エキ
スパンダレンズ４２３を投光レンズ系４２の最終段に配
置することにより、すなわちガルバノミラー４３に近づ
けることにより、ガルバノミラー４３を小型化すること
ができる。

【００２９】図５は計測システム１における３次元位置
の算出の原理図である。同図では理解を容易にするた
め、受光量のサンプリングについて５回分のみが示され
ている。

【００３０】イメージセンサ５３の撮像面Ｓ２上で複数
画素分となる比較的に幅の広いスリット光Ｕを物体Ｑに
照射する。具体的にはスリット光Ｕの幅を５画素分とす
る。スリット光Ｕは、サンプリング周期毎に撮像面Ｓ２
上で１画素ピッチｐｖだけ移動するように、図５の上か
ら下に向かって偏向され、それによって物体Ｑが走査さ
れる。イメージセンサ５３からは、サンプリング周期毎
に、受光データＳ（Ｔ／４）と受光データＳ（Ｔ）とが
出力される。これらの出力は、１つの有効受光領域Ａｅ
について、１フレーム分の受光データＳ（Ｔ／４）から
なる第１フレームＦ（Ｔ／４）と、１フレーム分の受光
データＳ（Ｔ）からなる第２フレームＦ（Ｔ）とが出力
される。つまり、合計２フレーム分の受光データが出力
されることになる。なお、このときの偏向は実際には等
角速度で行われる。

【００３１】撮像面Ｓ２の１つの画素ｇに注目すると、
本実施形態においては、走査中に行う３２回のサンプリ
ングによって３２回分の受光データが得られる。これら
３２回分の受光データに対する重心演算によって、注目
画素ｇがにらむ範囲の物体表面ａｇをスリット光Ｕの光
軸が通過するタイミング（時間重心Ｎｐｅａｋ又は重心
ｉｐ）を求める。

【００３２】物体Ｑの表面が平面であって光学系の特性
によるノイズがない場合には、注目画素ｇの受光量は、
図５（ｂ）に示すように、スリット光Ｕが通過するタイ
ミングにおいて多くなり、通常、正規分布に近くなる。
同図のようにｎ回目とその１つ前の（ｎ−１）回目の間
のタイミングで受光量が最大であった場合には、そのタ
イミングが時間重心Ｎｐｅａｋとほぼ一致する。

【００３３】求めた時間重心Ｎｐｅａｋにおけるスリッ
ト光の照射方向と、注目画素に対するスリット光の入射
方向との関係に基づいて、物体Ｑの位置（座標）を算出
する。これにより、撮像面の画素ピッチｐｖで規定され
る分解能より高い分解能の計測が可能となる。

【００３４】なお、注目画素ｇの受光量は物体Ｑの反射
率に依存する。しかし、サンプリングの各受光量の相対
比は受光の絶対量に係わらず一定である。つまり、物体
色の濃淡は計測精度に影響しない。

【００３５】図６はイメージセンサ５３の読出し範囲を
示す図である。図６に示すように、イメージセンサ５３
における１フレームの読出しは、撮像面Ｓ２の全体では
なく、高速化を図るために撮像面Ｓ２の一部である有効
受光領域（帯状画像）Ａｅのみを対象に行われる。有効
受光領域Ａｅは、スリット光Ｕのある照射タイミングに
おける物体Ｑの計測可能距離範囲ｄ’（図１４参照）に
対応する撮像面Ｓ２上の領域であり、スリット光Ｕの偏
向に伴ってサンプリング周期毎に１画素分ずつシフトす
る。本実施形態では、有効受光領域Ａｅのシフト方向の
画素数は３２に固定されている。

【００３６】上に述べたように、イメージセンサ５３と
してＭＯＳ型センサが用いられており、ランダムアクセ
スが可能である。したがって、撮像データの必要な画素
のみを部分的に選択することができ、不必要な部分を読
み出すことなく高速に読出しが行える。

【００３７】図７はイメージセンサ５３の構成の模式図
である。イメージセンサ５３は、撮像面Ｓ２の各画素ｇ
を順に指定して受光情報を読み出すいわゆるＸ−Ｙアド
レス走査型の撮像デバイスであって、各画素ｇに対応し
たスイッチの制御によって任意の範囲の読出しが可能で
ある。一般的には、垂直走査回路５３１と水平走査回路
５３２とを構成するディジタルシフトレジスタに所定の
タイミングでシフト信号を入力することにより、ライン
順次の読出しが行われる。ラインは水平方向の画素列で
ある。本実施形態において、水平方向は物体Ｑの走査に
おける主走査方向に相当する方向であり、垂直方向は副
走査方向（スリット光の偏向方向）に相当する方向であ
る。ただし、イメージセンサ５３の配置の向きは光学系
の構成に応じて変更可能であるので、ここでの垂直方向
が必ずしも実空間での鉛直方向と一致するとは限らな
い。

【００３８】イメージセンサ５３においては、垂直走査
回路５３１に対して走査開始ラインを示すレジスタ初期
値を与える走査開始セットレジスタ５３３が設けられ、
これによって上述の有効受光領域Ａｅ（帯状画像）の読
出しが実現される。

【００３９】走査開始セットレジスタ５３３へは走査開
始位置を表すデータ信号ｓｇｎ１、及び走査終了位置を
表すデータ信号ｓｇｎ２を入力することで、どの位置の
有効受光領域Ａｅの撮影像（帯状画像）を読み出すかを
指示する。また、読み出し開始信号ｇｓｔｔとリセット
信号ｇｒｓｔとを別々に入力することにより、非破壊読
出しが行われる。すなわち、読み出し開始信号ｇｓｔｔ
のみを入力することにより非破壊読出しが行われ、その
後にリセット信号ｇｒｓｔが入力されるまで電荷蓄積が
継続される。

【００４０】また、撮像面Ｓ２の画素数が増加するとデ
ータ信号ｓｇｎ１のビット数が増えるので、入力端子の
低減の上でデータ信号ｓｇｎ１のデコーダ５３４を設け
るのが望ましい。読出し開始時には、走査開始セットレ
ジスタ５３３の内容を垂直走査回路５３１に並列転送す
ることで走査開始位置及び走査終了位置がセットされた
ことになる。

【００４１】帯状画像の読出しは、水平走査を繰り返す
のではなく垂直走査を繰り返すことにより行う。まず、
イメージセンサ５３は、水平方向に沿って配列された列
の１列目に対して垂直走査を開始位置から終了位置まで
行うことで垂直方向に並ぶ３３（＝３２＋１）個の画素
からなる画素列から光電変換信号を出力する。ただし、
メモリ６３への格納の対象になるのは３２画素分の光電
変換信号である。続いて、読出しを行う列を水平方向に
１画素分シフトさせ、２列目に対して垂直走査を行って
３３画素分の光電変換信号を出力する。このような動作
を繰り返すことで指定された位置の帯状画像を出力す
る。

【００４２】以上の要領で読出しを行うことにより、撮
像面Ｓ２の全領域の画像を読み出す場合よりはるかに短
い時間（読み出す行の数／全領域の行数）で１フレーム
の読出しが完了する。

【００４３】垂直方向に並ぶ３３画素分の範囲の読出し
を行う理由は次のとおりである。イメージセンサ５３
は、蓄積時間がＴとなったときに受光データＳ（Ｔ）が
読み出されると、その後にリセットされて次の電荷蓄積
を開始するのに対し、そのときに読み出されなかった領
域は電荷の蓄積が継続して行われる。次回の読み出しの
対象が同じ領域であれば問題はないが、異なる領域を読
み出す場合には、ｎ回目と（ｎ＋１）回目の読出しで蓄
積時間の異なる画像情報が混在することになる。すなわ
ち、光投影法による３次元測定においては、スリット光
Ｕの偏向とともに読み出しの必要な有効受光領域Ａｅが
副走査方向（撮像面の垂直方向）にシフトする。したが
って、ｎ回目と（ｎ＋１）回目とで重複して読み出され
る領域の画像は前回（ｎ回目）の読出しから今回（ｎ＋
１）回目の読み出しまでの蓄積時間の画像が読み出され
るのに対し、有効受光領域Ａｅのシフトによって今回に
新たに読み出される領域の画像は１回目の撮影から継続
して光電変換をした画像となってしまう。そこで、本実
施形態においては、読み出し対象領域を今回に必要な領
域と次回に必要な領域の双方を包含する領域に設定す
る。こうすることで、次回に読出しが必要な領域につい
ては必ず前回に電荷蓄積がクリアされることになり、蓄
積時間の異なる画素からなる画像を取り込んでしまうと
いう問題を回避することができる。

【００４４】図８はイメージセンサ５３の撮像面Ｓ２に
おけるラインとフレームとの関係を示す図、図９〜１１
はメモリ６３における各フレームの受光データの記憶状
態を示す図である。

【００４５】図８に示すように、撮像面Ｓ２の最初のフ
レームであるフレーム１には、ライン１からライン３２
までの３２（ライン）×２００画素分の受光データが含
まれる。フレーム２はライン２からライン３３まで、フ
レーム３はライン３からライン３４までというように、
フレーム毎に１ライン分だけシフトされる。フレーム３
２はライン３２からライン６３までである。なお、上述
したように１ラインを２００画素としている。

【００４６】選択回路７５から順次転送される画像デー
タは、図９に示す状態でメモリ６３に記憶される。つま
り、メモリ６３には、フレーム１、２、３…の順に受光
データが記憶される。

【００４７】各フレームに含まれるライン３２のデータ
は、フレーム１については３２ライン目、フレーム２に
ついては３１ライン目というように、フレーム毎に１ラ
インづつ上方にシフトされている。フレーム１からフレ
ーム３２までの受光データがメモリ６３に記憶される
と、ライン３２の各画素について、時間重心Ｎｐｅａｋ
の算出が行われる。

【００４８】ライン３２についての演算が行われている
間に、フレーム３３の受光データがメモリ６３に転送さ
れて記憶される。図１０に示すように、フレーム３３の
受光データは、メモリ６３のフレーム３２の次の領域に
記憶される。フレーム３３のデータがメモリ６３に記憶
されると、これらフレーム２からフレーム３３までに含
まれるライン３３の各画素について、時間重心Ｎｐｅａ
ｋの算出が行われる。

【００４９】ライン３３についての演算が行われている
間に、フレーム３４の受光データがメモリ６３に転送さ
れて記憶される。図１１に示すように、フレーム３４の
受光データは、フレーム１の記憶されていた領域に上書
きされる。この時点ではフレーム１のデータは処理済で
あるため、上書きにより消去しても差し支えないからで
ある。フレーム３４のデータがメモリ６３に記憶される
と、ライン３４の各画素について、時間重心Ｎｐｅａｋ
の算出が行われる。フレーム３４の受光データについて
の処理が終わると、フレーム３５の受光データがフレー
ム２の記憶されていた領域に上書きされる。

【００５０】このようにして、最終のラインであるライ
ン２３１まで、合計２００ライン分についての時間重心
Ｎｐｅａｋの算出が行われる。上述のように、メモリ６
３に記憶された受光データのうち、順次不要になったデ
ータの記憶された領域に新規の受光データを上書きして
記憶するので、メモリ６３の容量が低減される。

【００５１】表示用メモリ７４に記憶された重心ｉｐ
は、ＬＣＤ２１の画面に表示される。重心ｉｐは、計測
対象の物体Ｑの表面の位置に関連し、物体Ｑの表面の位
置が３次元カメラ２に近い場合に重心ｉｐの値が大きく
なり、遠い場合に重心ｉｐの値が小さくなる。したがっ
て、重心ｉｐを濃度データとして濃淡画像を表示させる
ことにより距離分布を表現することができる。

【００５２】次に、３次元カメラ２及びホスト３の動作
を計測の手順と合わせて説明する。上述したように、計
測のサンプリング点数を２００×２６２とする。すなわ
ち、撮像面Ｓ２におけるスリットＵの幅方向の画素数は
２６２であり、実質的なフレーム数Ｎは２３１である。

【００５３】ユーザー（撮影者）は、ＬＣＤ２１が表示
するカラーモニタ像を見ながら、カメラ位置と向きとを
決め、画角を設定する。その際、必要に応じてズーミン
グ操作を行う。３次元カメラ２ではカラーセンサ５４に
対する絞り調整は行われず、電子シャッタ機能により露
出制御されたカラーモニタ像が表示される。これは、絞
りを開放状態とすることによってイメージセンサ５３の
入射光量をできるだけ多くするためである。

【００５４】図１２は３次元カメラ２におけるデータの
流れを示す図、図１３はホスト３における３次元位置演
算の処理手順を示すフローチャート、図１４は光学系の
各点と物体Ｑとの関係を示す図である。

【００５５】ユーザーによる画角選択操作（ズーミン
グ）に応じて、ズームユニット５１のバリエータ部５１
４の移動が行われる。また、フォーカシング部５１２の
移動による手動又は自動のフォーカシングが行われる。
フォーカシングの過程でおおよその対物間距離ｄ₀が測
定される。

【００５６】このような受光系のレンズ駆動に呼応し
て、投光側のバリエータレンズ４２２の移動量が図示し
ない演算回路によって算出され、算出結果に基づいてバ
リエータレンズ４２２の移動制御が行われる。

【００５７】システムコントローラ６１は、レンズコン
トローラ５８を介して、フォーカシングエンコーダ５９
Ａの出力（繰り出し量Ｅｄ）及びズーミングエンコーダ
６０Ａの出力（ズーム刻み値ｆｐ）を読み込む。システ
ムコントローラ６１の内部において、歪曲収差テーブル
Ｔ１、主点位置テーブルＴ２、及び像距離テーブルＴ３
が参照され、繰り出し量Ｅｄ及びズーム刻み値ｆｐに対
応した撮影条件データがホスト２へ出力される。ここで
の撮影条件データは、歪曲収差パラメータ（レンズ歪み
補正係数ｄ１，ｄ２）、前側主点位置ＦＨ、及び像距離
ｂである。前側主点位置ＦＨは、ズームユニット５１の
前側端点Ｆと前側主点Ｈとの距離で表される。前側端点
Ｆは固定であるので、前側主点位置ＦＨにより前側主点
Ｈを特定することができる。

【００５８】システムコントローラ６１は、半導体レー
ザ４１の出力（レーザ強度）及びスリット光Ｕの偏向条
件（走査開始角、走査終了角、偏向角速度）を算定す
る。この算定方法を詳しく説明する。まず、おおよその
対物間距離ｄ₀に平面物体が存在するものとして、イメ
ージセンサ５３の中央で反射光を受光するように投射角
設定を行う。以下で説明するレーザ強度の算定のための
パルス点灯は、この設定された投射角で行う。

【００５９】次にレーザ強度を算定する。レーザ強度の
算定に際しては、人体を計測する場合があるので、安全
性に対する配慮が不可欠である。まず、最小強度ＬＤｍ
ｉｎでパルス点灯し、イメージセンサ５３の出力を取り
込む。取り込んだ信号〔Ｓｏｎ（ＬＤｍｉｎ）〕と適正
レベルＳｔｙｐとの比を算出し、仮のレーザ強度ＬＤ１
を設定する。

【００６０】ＬＤ１＝ＬＤｍｉｎ×Ｓｔｙｐ／ＭＡＸ
〔Ｓｏｎ（ＬＤｍｉｎ）〕続いてレーザ強度ＬＤ１で再びパルス点灯し、イメージ
センサ５３の出力を取り込む。取り込んだ信号〔Ｓｏｎ
（ＬＤ１）〕が適正レベルＳｔｙｐ又はそれに近い値で
あれば、ＬＤ１をレーザ強度ＬＤｓと決める。他の場合
には、レーザ強度ＬＤ１とＭＡＸ〔Ｓｏｎ（ＬＤ１）〕
とを用いて仮のレーザ強度ＬＤ１を設定し、イメージセ
ンサ５３の出力と適正レベルＳｔｙｐとを比較する。イ
メージセンサ５３の出力が許容範囲内の値となるまで、
レーザ強度の仮設定と適否の確認とを繰り返す。なお、
イメージセンサ５３の出力の取り込みは、撮像面Ｓ２の
全面を対象に行う。これは、ＡＦによる受動的な距離算
出では、スリット光Ｕの受光位置を高精度に推定するこ
とが難しいためである。イメージセンサ５３におけるＣ
ＣＤの積分時間は１フィールド時間（例えば１／６０
秒）であり、実際の計測時における積分時間より長い。
このため、パルス点灯を行うことにより、計測時と等価
なセンサ出力を得る。

【００６１】次に、投射角と、レーザ強度が決定したと
きのスリット光Ｕの受光位置から、三角測量により対物
間距離ｄを決定する。最後に、決定された対物間距離ｄ
に基づいて、偏向条件を算出する。偏向条件の算定に際
しては、対物間距離ｄの測距基準点である受光系の前側
主点Ｈと投光の起点ＡとのＺ方向のオフセットｄｏｆｆ
を考慮する。また、走査方向の端部においても中央部と
同様の計測可能距離範囲ｄ’を確保するため、所定量
（例えば８画素分）のオーバースキャンを行うようにす
る。走査開始角ｔｈ１、走査終了角ｔｈ２、偏向角速度
ωは、次式で表される。

【００６２】ｔｈ１＝ｔａｎ^-1〔β×ｐｖ（ｎｐ／２＋
８）＋Ｌ）／（ｄ＋ｄｏｆｆ）〕×１８０／π ｔｈ２＝ｔａｎ^-1〔−β×ｐｖ（ｎｐ／２＋８）＋Ｌ）
／（ｄ＋ｄｏｆｆ）〕×１８０／π ω＝（ｔｈ１−ｔｈ２）／ｎｐ β：撮像倍率（＝ｄ／実効焦点距離ｆｒｅａｌ）ｐｖ：画素ピッチｎｐ：撮像面Ｓ２のＹ方向の有効画素数Ｌ：基線長このようにして算出された条件で次に本発光に移り、物
体Ｑの走査（スリット投影）が行われ、上述の出力処理
回路６２、メモリ６３、及び重心演算回路７３を経て出
力用メモリ６４に記憶されたデータＤ６２がホスト２へ
送られる。同時に、偏向条件（偏向制御データ）及びイ
メージセンサ５３の仕様などを示す装置情報Ｄ１０も、
ホスト３へ送られる。表１は３次元カメラ２がホスト３
へ送る主なデータをまとめたものである。

【００６３】

【表１】

【００６４】図１３のように、ホスト３においては、３
次元位置演算処理が実行され、これによって２００×２
００個のサンプリング点（画素）の３次元位置（座標
Ｘ，Ｙ，Ｚ）が算定される。サンプリング点はカメラ視
線（サンプリング点と前側主点Ｈとを結ぶ直線）とスリ
ット面（サンプリング点を照射するスリット光Ｕの光軸
面）との交点である。

【００６５】図１３において、まず３次元カメラ２から
送られてきたｘｉの総和Σｘｉが所定値を上回っている
かどうかを判定する（＃１１）。ｘｉが小さい場合、つ
まりスリット光成分の総和Σｘｉが所定の基準に満たな
い場合には誤差を多く含んでいるので、その画素につい
ては３次元位置の算出を実行しない。そして、その画素
については「エラー」を示すデータを設定して記憶する
（＃１７）。Σｘｉが所定値を上回っている場合には十
分な精度が得られるので、３次元位置の算出を実行す
る。

【００６６】３次元位置の算出に先立って、スリット光
Ｕの通過タイミングｎｏｐを算出する（＃１２）。通過
タイミングｎｏｐは、ｉ＝１〜３２について（Σｉ・ｘ
ｉ）／（Σｘｉ）を計算して重心ｉｐ（時間重心Ｎｐｅ
ａｋ）を求め、これにライン番号を加算することによっ
て算出される。

【００６７】すなわち、算出された重心ｉｐは、その画
素の出力が得られている３２フレーム内のタイミングで
あるので、ライン番号を加えることによって走査開始か
らの通過タイミングｎｏｐに変換する。具体的には、ラ
イン番号は、最初に算出されるライン３２の画素につい
ては「３２」、次のライン３３については「３３」とな
る。注目画素ｇのラインが１つ進む毎にライン番号は１
つ増大する。しかし、これらの値は他の適当な値とする
ことが可能である。その理由は、３次元位置を算出する
際に、係数である後述の（６）式におけるＸ軸周りの回
転角（ｔｈｅ１）及びＸ軸周りの角速度（ｔｈｅ４）な
どをキャリブレーションにより適切に設定することがで
きるからである。

【００６８】そして３次元位置算出を行う（＃１３）。
算出された３次元位置は、その画素に対応するメモリ領
域に記憶し（＃１４）、次の画素について同様の処理を
行う（＃１６）。総ての画素についての処理が終わると
終了する（＃１５でイエス）。

【００６９】次に、３次元位置の算出方法について説明
する。カメラ視線方程式は次の（１）式及び（２）式で
ある。（ｕ−ｕ０）＝（ｘｐ）＝（ｂ／ｐｕ）×〔Ｘ／（Ｚ−ＦＨ）〕 …（１）（ｖ−ｖ０）＝（ｙｐ）＝（ｂ／ｐｖ）×〔Ｙ／（Ｚ−ＦＨ）〕 …（２）ｂ：像距離ＦＨ：前側主点位置ｐｕ：撮像面における水平方向の画素ピッチｐｖ：撮像面における垂直方向の画素ピッチｕ：撮像面における水平方向の画素位置ｕ０：撮像面における水平方向の中心画素位置ｖ：撮像面における垂直方向の画素位置ｖ０：撮像面における垂直方向の中心画素位置スリット面方程式は（３）式である。

【００７０】

【数１】

【００７１】幾何収差は画角に依存する。歪はほぼ中心
画素を中心として対称に生じる。したがって、歪み量は
中心画素からの距離の関数で表される。ここでは、距離
の３次関数で近似する。２次の補正係数をｄ１、３次の
補正係数をｄ２とする。補正後の画素位置ｕ’，ｖ’は
（４）式及び（５）式で与えられる。

【００７２】ｕ’＝ｕ＋ｄ１×ｔ２²×（ｕ−ｕ０）／ｔ２＋ｄ２×ｔ２³×（ｕ−ｕ０）／ｔ２ …（４）ｖ’＝ｖ＋ｄ１×ｔ２²×（ｖ−ｖ０）／ｔ２＋ｄ２×ｔ２³×（ｖ−ｖ０）／ｔ２ …（５）ｔ２＝（ｔ１）^-2 ｔ１＝（ｕ−ｕ０）²＋（ｖ−ｖ０）² 上述の（１）式及び（２）式において、ｕに代えてｕ’
を代入し、ｖに代えてｖ’を代入することにより、歪曲
収差を考慮した３次元位置を求めることができる。な
お、キャリブレーションについては、電子情報通信学会
研究会資料ＰＲＵ91-113［カメラの位置決めのいらない
画像の幾何学的補正］小野寺・金谷、電子情報通信学会
論文誌Ｄ-II vol. J74-D-II No.9 pp.1227-1235,'91/9
［光学系の３次元モデルに基づくレンジファインダの高
精度キャリブレーション法］植芝・吉見・大島、などに
詳しい開示がある。

【００７３】次に、選択回路７５の構成及び動作の詳細
について説明する。図１５は選択回路７５の構成を示す
ブロック図である。図１５に示すように、選択回路７５
は、スイッチ回路７５１，７５６、メモリ７５２、積算
回路７５３、判定値回路７５４、及び比較回路７５５か
ら構成される。

【００７４】スイッチ回路７５１は、出力処理回路６２
から転送される第１フレームＦ（Ｔ／４）の受光データ
Ｓ（Ｔ／４）を受光データＳ１１としてメモリ７５２
に、第２フレームＦ（Ｔ）の受光データＳ（Ｔ）を受光
データＳ２１としてスイッチ回路７５６及び比較回路７
５５に送る。

【００７５】メモリ７５２は、２００×３２Ｂｙｔｅの
記憶容量を持つ読み書き可能なメモリであり、受光デー
タＳ１１の全てを記憶する。積算回路７５３は、受光デ
ータＳ１１に対し４倍の値の受光データＳ１２を算出
し、スイッチ回路７５６に送る。

【００７６】判定値回路７５４は、受光データＳ２１の
飽和判定の基準となる判定値Ｓ２３を比較回路７５５に
設定する。判定値Ｓ２３の値の具体例は「２５５」であ
る。

【００７７】比較回路７５５は、受光データＳ２１と判
定値Ｓ２３とを比較し、その比較結果に基づいた制御信
号ＣＰ１を生成し、スイッチ回路７５６に送る。制御信
号ＣＰ１は、スイッチ回路７５６を次のように制御す
る。

【００７８】すなわち、受光データＳ２１が飽和してい
ない場合には、受光データＳ２１をスイッチ回路７５６
を介してメモリ６３へそのまま転送する〔図１７（Ｄ）
における実線部分参照〕。これと異なり、受光データＳ
２１が飽和している場合には、受光データＳ１２、つま
り第１フレームＦ（Ｔ／４）の受光データＳ（Ｔ／４）
を４倍した値をスイッチ回路７５６を介してメモリ６３
へ転送する〔図１７（Ｄ）における破線部分参照〕。

【００７９】このようにして、第２フレームＦ（Ｔ）の
全ての画素についての受光データＳ（Ｔ）は、判定値
「２５５」に達しているか否かによって飽和しているか
否かが判定される。受光データＳ（Ｔ）が飽和していな
い場合には、その受光データＳ（Ｔ）を用い、受光デー
タＳ（Ｔ）が飽和している場合には、受光データＳ（Ｔ
／４）の４倍の大きさの信号が、８ビット又は１０ビッ
トの受光データＳ３０としてメモリ６３に送られること
になる。

【００８０】つまり、イメージセンサ５３から得られる
受光データをノイズの影響を受けにくい大きな値として
読み出すことができる。このため、受光データＳ３０に
対して重心演算を行い３次元画像を求めた場合に、精度
のよい３次元画像を求めることができる。

【００８１】なお、上に述べた実施形態では、蓄積時間
をＴとＴ／４との２段階に設定したが、さらに多くの段
階の蓄積時間を設定してもよい。例えば、Ｔ，Ｔ／２，
Ｔ／４，Ｔ／８、又はＴ，Ｔ／３，Ｔ／９など、３段階
以上の蓄積時間を設定することが可能である。このよう
に設定された蓄積時間によって得られた信号のうち、最
も蓄積時間の長い信号、換言すれば出力レベルの高い信
号を選択するようにすればよい。

【００８２】次に、図１６乃至１９を参照して、受光デ
ータＳ（Ｔ），Ｓ（Ｔ／４）に具体的な数値を用いて、
選択回路７５から受光データＳ３０が出力され、受光デ
ータＳ３０に対して時間重心演算及び空間重心演算を行
う場合の処理について説明する。

【００８３】初めに、時間重心演算を行う場合の処理に
ついて説明する。図１６は有効受光領域Ａｅにおける互
いに異なる注目画素ｇ１，ｇ２を示す図、図１７は注目
画素ｇ１，ｇ２に対し電荷の蓄積時間がＴ／４，Ｔであ
るときの各フレームにおける受光データの分布の一例を
示す図である。

【００８４】図１７（Ａ）は注目画素ｇ１に対し電荷の
蓄積時間がＴ／４であるときの各フレームにおける受光
データの分布の一例を示す図、図１７（Ｂ）は注目画素
ｇ１に対し電荷の蓄積時間がＴであるときの各フレーム
における受光データの分布の一例を示す図、図１７
（Ｃ）は注目画素ｇ２に対し電荷の蓄積時間がＴ／４で
あるときの各フレームにおける受光データの分布の一例
を示す図、図１７（Ｄ）は注目画素ｇ２に対し電荷の蓄
積時間がＴであるときの各フレームにおける受光データ
の分布の一例を示す図である。

【００８５】図１７（Ａ）に示すように、注目画素ｇ２
に対し蓄積時間がＴ／４後に読出しを行った受光データ
のピーク値が３０の場合、つまり、ピーク値が受光デー
タの飽和値「２５５」に対してかなり小さい場合に、注
目画素ｇ１について時間重心演算を行うと、得られる演
算結果は精度が悪いものとなる。注目画素ｇ１のＳＮ比
が悪いからである。

【００８６】なお、時間重心Ｎｐｅａｋを演算するに当
たっては、各画素毎に、所定期間内におけるイメージセ
ンサ５３からの出力（ｘ）を一定の周期でサンプリング
し、サンプリング値である出力（ｘ）とサンプリングの
タイミング（ｉ）との積（ｘ・ｉ）の総計Σ（ｘ・
ｉ）、及び出力（ｘ）の総計Σ（ｘ）を算出する。これ
らから、時間重心Ｎｐｅａｋ＝Σ（ｘ・ｉ）／Σ（ｘ）
を算出する。

【００８７】一方、図１７（Ｂ）に示すように、注目画
素ｇ１の前回の読出し（電荷の蓄積時間Ｔ／４）に対し
て、４倍の蓄積時間であるＴ後に読出しを行った受光デ
ータは、ピーク値が１２８になる。なお、この「１２
８」は３０の約４倍である。

【００８８】このように、蓄積時間がＴ後に読出しを行
った受光データＳ２１は、蓄積時間がＴ／４後に読出し
を行った受光データＳ１１よりもＳＮ比が大きくなる。
また、図１７（Ｃ）に示すように、注目画素ｇ２に対し
蓄積時間がＴ／４後に読出しを行った受光データのピー
ク値が１１０の場合には、注目画素ｇ１について行った
のと同じ方法、つまり注目画素ｇ２の前回の読出し（電
荷の蓄積時間Ｔ／４）に対して４倍の蓄積時間のＴ後に
読出しを行った受光データＳ２１を用いて時間重心演算
を行う方法をそのまま適用することはできない。そのま
ま適用した場合には、図１７（Ｄ）の実線に示すよう
に、区間ＳＲでは複数のフレームに対して受光データＳ
２１が飽和してしまうからである。

【００８９】この場合には、区間ＳＲにおける受光デー
タＳ２１の値として受光データＳ１１に４を乗じた値Ｓ
１２を用いる。こうすることで、注目画素ｇ２について
もＳＮ比が大きい受光データを得ることができる。

【００９０】有効フレームＡｅ内の任意の注目画素につ
いて上述した処理を行うことにより、得られる時間重心
演算の結果は、ノイズ信号の影響が小さいものとなり、
精度のよい３次元画像を求めることができる。

【００９１】次に、空間重心演算を行う場合の処理につ
いて説明する。図１８は有効受光領域Ａｅにおける互い
に異なる注目画素列Ｌ１，Ｌ２を示す図、図１９は注目
画素列Ｌ１，Ｌ２に対し電荷の蓄積時間がそれぞれＴ／
４，Ｔであるときの各フレームにおける受光データの分
布の一例を示す図である。

【００９２】図１９（Ａ）は注目画素列Ｌ１に対し電荷
の蓄積時間がＴ／４であるときの各フレームにおける受
光データの分布の一例を示す図、図１９（Ｂ）は注目画
素列Ｌ１に対し電荷の蓄積時間がＴであるときの各フレ
ームにおける受光データの分布の一例を示す図、図１９
（Ｃ）は注目画素列Ｌ２に対し電荷の蓄積時間がＴ／４
であるときの各フレームにおける受光データの分布の一
例を示す図、図１９（Ｄ）は注目画素列Ｌ２に対し電荷
の蓄積時間がＴであるときの各フレームにおける受光デ
ータの分布の一例を示す図である。

【００９３】図１９（Ａ）に示すように、注目画素列Ｌ
１に対し電荷の蓄積時間がＴ／４であるときの各フレー
ムにおける受光データのピーク値が３０の場合、つま
り、受光データの飽和値「２５５」に対してかなり小さ
い場合に、注目画素列Ｌ１について空間重心演算を行う
と、その演算結果は精度が悪いもとなる。注目画素列Ｌ
１のＳＮ比が悪いからである。

【００９４】なお、空間重心Ｍｐｅａｋを演算するに当
たっては、イメージセンサ５３からの出力（ｘ）を一定
の周期でサンプリングする。各サンプリングのタイミン
グに対応して、所定の受光幅内の画素について、その位
置（ｉ）と出力（ｘ）との積（ｘ・ｉ）の総計Σ（ｘ・
ｉ）、及び出力（ｘ）の総計Σ（ｘ）を算出する。これ
らから、空間重心Ｍｐｅａｋ＝Σ（ｘ・ｉ）／Σ（ｘ）
を算出する。

【００９５】この場合には、上述した時間重心演算のと
ころで説明した注目画素ｇ１，ｇ２をそれぞれ注目画素
列Ｌ１，Ｌ２と読み変えることにより、得られる空間重
心演算の結果は、ノイズ信号の影響が小さいものとな
り、精度のよい３次元画像を求めることができることに
なる。

【００９６】上述の実施形態において、イメージセンサ
５３から受光データＳ（Ｔ／４）が１フレーム分だけ第
１フレームＦ（Ｔ／４）として、受光データＳ（Ｔ）が
１フレーム分だけ第２フレームＦ（Ｔ）として別々に出
力されるが、各フレーム分の受光データを画素毎に順次
記憶していくためのバッファメモリをイメージセンサ５
３とは別個に設け、そのバッファメモリから各フレーム
の受光データをまとめて出力するように構成してもよ
い。

【００９７】上述の実施形態において、電荷の蓄積時間
がＴ／４である受光データＳ（Ｔ／４）と、その４倍の
時間Ｔである受光データＳ（Ｔ）とを用いているが、受
光データＳ（Ｔ）に代えて、受光データＳ（Ｔ／４）に
対して電荷の蓄積時間が例えば２倍、３倍、６倍、８倍
などの受光データを用いることも可能である。それらの
場合に、受光データＳ１１に対してそれらの倍率に応じ
た値の受光データＳ１２を算出するために、データ変換
テーブルを用いてもよい。

【００９８】上述の実施形態において、３次元カメラ
２、ホスト３、又は計測システム１の全体又は各部の構
成、処理内容又は順序、処理タイミングなどは、本発明
の主旨に沿って適宜変更することができる。

【００９９】

【発明の効果】本発明によると、撮像デバイスからの飽
和していない出力を得ることができる。請求項３及び請
求項４の発明によると、撮像デバイスからＳＮ比の良好
な出力を得ることができる。

【０１００】したがって、ＭＯＳ型イメージセンサなど
の非破壊読出しが可能なイメージセンサから出力される
受光データのＳＮ比を向上させて精度のよい３次元画像
を求めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る計測システムの構成図である。

【図２】３次元カメラの外観を示す図である。

【図３】３次元カメラの機能構成を示すブロック図であ
る。

【図４】投光レンズ系の構成を示す模式図である。

【図５】計測システムにおける３次元位置の算出の原理
図である。

【図６】イメージセンサの読出し範囲を示す図である。

【図７】イメージセンサの構成の模式図である。

【図８】イメージセンサの撮像面におけるラインとフレ
ームとの関係を示す図である。

【図９】メモリにおける各フレームの受光データの記憶
状態を示す図である。

【図１０】メモリにおける各フレームの受光データの記
憶状態を示す図である。

【図１１】メモリにおける各フレームの受光データの記
憶状態を示す図である。

【図１２】３次元カメラにおけるデータの流れを示す図
である。

【図１３】ホストにおける３次元位置演算の処理手順を
示すフローチャートである。

【図１４】光学系の各点と物体との関係を示す図であ
る。

【図１５】選択回路の構成を示すブロック図である。

【図１６】有効受光領域における注目画素を示す図であ
る。

【図１７】蓄積時間がＴ／４及びＴであるときの受光デ
ータの分布の例を示す図である。

【図１８】有効受光領域における注目画素列を示す図で
ある。

【図１９】蓄積時間がＴ／４及びＴであるときの受光デ
ータの分布の例を示す図である。

【符号の説明】

２３次元カメラ（３次元入力装置）４０光学系（投光手段）４３ガルバノミラー（走査手段）５３イメージセンサ（撮像デバイス）６１システムコントローラ（制御手段）７５選択回路（選択手段、演算手段）Ａｅ有効受光領域（有効領域）Ｓ２撮像面Ｕスリット光（検出光）Ｑ物体Ｓ（Ｔ／４）受光データ（第１光電変換信号）Ｓ（Ｔ）受光データ（第２光電変換信号）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤一睦大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者岡田浩幸大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者掃部幸一大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA53 DD04 FF04 FF09 GG06 HH05 JJ03 JJ26 LL13 LL46 LL62 MM16 NN12 QQ24 SS13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体に検出光を照射する投光手段と、前記検出光の照射方向を偏向させて前記物体を光学的に
走査するための走査手段と、２次元の撮像面を有し前記物体で反射した前記検出光を
受光して光電変換する撮像デバイスと、前記撮像デバイスを、各画素について電荷の蓄積時間が
互いに異なる複数の光電変換信号を出力するように制御
する制御手段と、前記複数の光電変換信号のうち、飽和していない光電変
換信号を選択する選択手段と、を有することを特徴とする３次元入力装置。
【請求項２】前記制御手段は、第１の蓄積時間が経過す
ると、前記撮像デバイスに対して非破壊読み出しを行う
とともに、さらに電荷蓄積を第２の蓄積時間まで継続す
るように制御する、請求項１記載の３次元入力装置。
【請求項３】前記選択手段は、飽和していない光電変換
信号のうち、最も蓄積時間の長い光電変換信号を選択す
る、請求項１又は請求項２記載の３次元入力装置。
【請求項４】物体に検出光を照射する投光手段と、前記検出光の照射方向を偏向させて前記物体を光学的に
走査するための走査手段と、２次元の撮像面を有し前記物体で反射した前記検出光を
受光して光電変換する撮像デバイスと、前記撮像デバイスを、各画素について、電荷の蓄積時間
が所定の時間Ｔ／ｎである第１光電変換信号と、電荷の
蓄積時間が前記第１光電変換信号のｎ倍の時間Ｔである
第２光電変換信号とを出力するように制御する制御手段
と、前記第２光電変換信号が飽和していない場合には前記第
２光電変換信号を用い、前記第２光電変換信号が飽和し
ている場合には前記第１光電変換信号のｎ倍の大きさの
信号を用いて演算を行う演算手段と、を有することを特徴とする３次元入力装置。