JP2001008233A

JP2001008233A - ３次元画像入力装置

Info

Publication number: JP2001008233A
Application number: JP11176968A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Tani; 信博谷
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2001-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】移動する被計測物体の３次元画像情報を安価
かつ簡便に得る。【解決手段】ＣＣＤの５水平ラインおきのフォトダイ
オードを用いて距離に関する信号電荷を検出する。検出
された信号電荷を垂直転送部へ転送する。垂直転送部へ
転送された信号電荷を垂直転送ＣＣＤパルス（４相駆動
パルス）Ｓ５２、Ｓ５３、Ｓ５４、Ｓ５５により水平転
送部方向へ転送する。水平転送ＣＣＤパルスＳ５０が出
力されている間に６周期分の垂直転送ＣＣＤパルスを出
力する。これにより水平転送部へ転送された１ライン分
の信号電荷を水平転送ＣＣＤパルスＳ５１によりＣＣＤ
の外部へと出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光伝播時間測定法
を用いて被計測物体の３次元形状等を検出する３次元画
像入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来３次元画像入力装置による３次元計
測は、光、電波あるいは音を被計測物体に照射する能動
方式と、光等を照射しない受動方式とに分類される。能
動方式には、光伝播時間測定法、変調した光波を用いる
位相差測定法、三角測量法、モアレ法、干渉法等が知ら
れており、受動方式には、ステレオ視法、レンズの焦点
法等が知られている。

【０００３】能動方式は受動方式に比べ、レーザ光等を
照射するための機構が必要なために装置の規模が大きく
なるが、距離分解能、計測時間、計測空間範囲等の点に
おいて優れており、産業応用分野において広く用いられ
てきている。「MeasurementScience and Technology」
（S. Christie 他、vol.6, p1301-1308, 1995 年）に記
載された３次元画像入力装置では、パルス変調されたレ
ーザ光が被計測物体に照射され、その反射光がイメージ
インテンシファイアが取付けられた２次元ＣＣＤセンサ
によって受光され、電気信号に変換される。イメージイ
ンテンシファイアはレーザ光のパルス発光に同期したゲ
ートパルスによってシャッタ制御される。この構成によ
れば、遠い被計測物体からの反射光による受光量は近い
被計測物体からの反射光による受光量に比べて小さいの
で、被計測物体の距離に応じた出力がＣＣＤの各画素毎
に得られる。

【０００４】一方、国際公開97/01111号公報に開示され
た装置では、パルス変調されたレーザ光等の光が被計測
物体に照射され、その反射光がメカニカル又は液晶素子
等から成る電気光学的シャッタと組み合わされた２次元
ＣＣＤセンサによって受光され、電気信号に変換され
る。そのシャッタは、測距光のパルスとは異なるタイミ
ングで制御され、距離情報がＣＣＤの各画素毎に得られ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の能動
方式の装置では、ＣＣＤセンサにおける電荷蓄積動作を
制御するためにＫＤＰ素子等の光シャッタが設けられて
いる。ところが光シャッタの規模が大きいだけでなく、
光シャッタを駆動するために高電圧を供給する電気回路
が必要であるので、従来装置は大型化せざるを得ないと
いう問題があった。一方、米国特許第 5,081,530号明細
書には、ＣＣＤセンサの電荷蓄積動作を制御するために
電子シャッタを用いる構成が開示されているが、従来の
１回の電子シャッタにより得られるＣＣＤセンサの出力
は、被計測物体の距離情報を検出するために十分な大き
さを有していない。

【０００６】本発明は、光シャッタを必要とせず小型で
安価であり、しかも被計測物体が高速に移動している場
合においても距離情報を検出できる３次元画像入力装置
を得ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の３次元画像入力
装置は被計測物体に測距光を照射する光源と、被計測物
体からの反射光を受け、受光量に応じた電荷を蓄積可能
な２次元格子状に配列された光電変換素子と、格子状に
配列された光電変換素子の各垂直ラインに沿って配置さ
れ、光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直方向に転
送するための垂直転送部と、各垂直転送部の一方の端部
に隣接し、光電変換素子の水平ラインに平行に配置され
た信号電荷を水平方向に転送するための水平転送部と、
全水平ラインのうち所定本数おきに位置する有効水平ラ
イン上の光電変換素子に蓄積された信号電荷のみを垂直
転送部へ転送可能な電荷転送手段と電荷転送手段を繰り
返し駆動することにより、有効水平ライン上の光電変換
素子に蓄積された信号電荷を垂直転送部において積分す
る信号電荷積分手段と、有効水平ラインの信号電荷が水
平転送部に転送されたときのみ水平転送部を駆動するよ
うに水平転送部および垂直転送部を制御する転送動作制
御手段とを備えることを特徴とする。

【０００８】水平ラインは好ましくは複数の系統に分か
れ、有効水平ラインが系統の１つまたは組み合せによっ
て構成される。また好ましくは水平ラインは第１、第２
及び第３の系統に分かれ、これらが第１、第２、第２、
第３、第２、第２の系統の順で繰り返し並んでいる。

【０００９】好ましくは、光電変換素子に蓄積した不要
電荷を光電変換素子から掃出すことにより光電変換素子
における信号電荷の蓄積動作を開始させる蓄積電荷掃出
手段を備え、信号電荷積分手段が蓄積電荷掃出手段と電
荷転送手段とを交互に駆動することにより行われる。ま
た光電変換素子は好ましくは、基板に沿って形成され、
蓄積電荷掃出手段が不要電荷を基板側に掃出す。

【００１０】好ましくは蓄積電荷掃出手段における不要
電荷を掃出すための電荷掃出信号の出力が終了すること
によって、被計測物体の距離情報に対応した信号電荷の
光電変換素子における蓄積が開始する。また好ましくは
光源によって、パルス状の測距光が出力され、電荷掃出
信号が出力されてから電荷転送信号が出力されるまでの
第１の電荷蓄積期間中、測距光のパルスが出力されるこ
とによって、被計測物体の距離情報に対応した信号電荷
が有効水平ライン上の垂直転送部において積分される。

【００１１】本発明の３次元画像入力装置は、被計測物
体に測距光を照射する光源と、受光量に応じた電荷を蓄
積可能な２次元格子状に配列された複数の光電変換素子
と、光電変換素子に蓄積された信号電荷を光電変換素子
の外部へ出力するための電荷転送動作を制御する電荷転
送制御手段と、被計測物体からの反射光により光電変換
素子に蓄積した電荷量から、光電変換素子に対応する被
計測物体までの距離を算出する距離算出手段と、全ての
光電変換素子に蓄積された信号電荷を出力するように電
荷転送制御手段を駆動し、全ての光電変換素子に対応す
る距離を算出する第１の距離測定手段と、一部の光電変
換素子に蓄積された信号電荷を出力するように電荷転送
制御手段を駆動し、一部の光電変換素子に対応する距離
を算出する第２の距離測定手段と備えることを特徴とす
る。

【００１２】好ましくは、第１及び第２の距離測定手段
の一方を選択し駆動するための距離測定選択手段を備
え、被計測物体が静止しているときには第１の距離測定
手段を、被計測物体が移動しているときには第２の距離
測定手段を選択し駆動する。

【００１３】また好ましくは第２の距離測定手段が、一
部の光電変換素子に蓄積された信号電荷を出力するよう
に電荷転送制御手段を駆動し、一部の光電変換素子に対
応する距離を算出するための第１の高速モードと、第１
の高速モードよりも少ない数の光電変換素子から信号電
荷を出力するように電荷転送制御手段を駆動し、光電変
換素子に対応する距離を算出するための第２の高速モー
ドを有し、被計測物体が相対的に低速で移動するときに
は第１の高速モードで距離を算出し、被計測物体が相対
的に高速で移動するときには第２の高速モードで距離を
算出する。

【００１４】

【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。図１は本発明の第１の実施形態で
ある３次元画像入力装置を備えたカメラの斜視図であ
る。

【００１５】カメラ本体１０の前面において、撮影レン
ズ１１の左上にはファインダ窓１２が設けられ、右上に
はストロボ１３が設けられている。カメラ本体１０の上
面において、撮影レンズ１１の真上には、測距光である
レーザ光を照射する発光装置（光源）１４が配設されて
いる。発光装置１４の左側にはレリーズスイッチ１５と
液晶表示パネル１６が設けられ、また右側にはモード切
替ダイヤル１７とＶ／Ｄモード切替スイッチ１８が設け
られている。カメラ本体１０の側面には、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１９が
形成され、また、ビデオ出力端子２０とインターフェー
スコネクタ２１が設けられている。

【００１６】図２は図１に示すカメラの回路構成を示す
ブロック図である。撮影レンズ１１の中には絞り２５が
設けられている。絞り２５の開度はアイリス駆動回路２
６によって調整される。撮影レンズ１１の焦点調節動作
およびズーミング動作はレンズ駆動回路２７によって制
御される。

【００１７】撮影レンズ１１の光軸上には撮像素子（Ｃ
ＣＤ）２８が配設されている。ＣＣＤ２８には、撮影レ
ンズ１１によって被写体像が形成され、被写体像に対応
した電荷が発生する。ＣＣＤ２８における電荷の蓄積動
作、電荷の読出動作等の動作はＣＣＤ駆動回路３０によ
って制御される。ＣＣＤ２８から読み出された電荷信号
すなわち画像信号はアンプ３１において増幅され、Ａ／
Ｄ変換器３２においてアナログ信号からデジタル信号に
変換される。デジタルの画像信号は撮像信号処理回路３
３においてガンマ補正等の処理を施され、画像メモリ３
４に一時的に格納される。アイリス駆動回路２６、レン
ズ駆動回路２７、ＣＣＤ駆動回路３０、撮像信号処理回
路３３はシステムコントロール回路３５によって制御さ
れる。

【００１８】画像信号は画像メモリ３４から読み出さ
れ、ＬＣＤ駆動回路３６に供給される。ＬＣＤ駆動回路
３６は画像信号に応じて動作し、これにより画像表示Ｌ
ＣＤパネル３７には、画像信号に対応した画像が表示さ
れる。

【００１９】また画像メモリ３４から読み出された画像
信号はＴＶ信号エンコーダ３８に送られ、ビデオ出力端
子２０を介して、カメラ本体１０の外部に設けられたモ
ニタ装置３９に伝送可能である。システムコントロール
回路３５はインターフェース回路４０に接続され、イン
ターフェース回路４０はインターフェースコネクタ２１
に接続されている。したがって画像メモリ３４から読み
出された画像信号は、インターフェースコネクタ２１に
接続されたコンピュータ４１に伝送可能である。またシ
ステムコントロール回路３５は、記録媒体制御回路４２
を介して画像記録装置４３に接続されている。したがっ
て画像メモリ３４から読み出された画像信号は、画像記
録装置４３に装着されたＩＣメモリカード等の記録媒体
Ｍに記録可能である。

【００２０】システムコントロール回路３５には、発光
素子制御回路４４が接続されている。発光装置１４には
発光素子１４ａと照明レンズ１４ｂが設けられ、発光素
子１４ａの発光動作は発光素子制御回路４４によって制
御される。発光素子１４ａは測距光であるレーザ光を照
射するものであり、このレーザ光は照明レンズ１４ｂを
介して被計測物体の全体に照射される。被計測物体にお
いて反射した光は撮影レンズ１１に入射する。この光を
ＣＣＤ２８によって検出することにより、後述するよう
に被計測物体の３次元画像が計測される。なおこの計測
において、ＣＣＤ２８における転送動作のタイミング等
の制御はシステムコントロール回路３５とＣＣＤ駆動回
路３０によって行なわれる。

【００２１】システムコントロール回路３５には、レリ
ーズスイッチ１５、モード切替ダイヤル１７、Ｖ／Ｄモ
ード切替スイッチ１８から成るスイッチ群４５と、液晶
表示パネル（表示素子）１６とが接続されている。

【００２２】図３および図４を参照して、本実施形態に
おける距離測定の原理を説明する。なお図４において横
軸は時間ｔである。

【００２３】距離測定装置Ｂから出力された測距光は被
計測物体Ｓにおいて反射し、図示しないＣＣＤによって
受光される。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、したがって被計測物体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。
測距光と反射光は距離計測装置Ｂと被計測物体Ｓの間の
２倍の距離ｒを進んだことになるから、その距離ｒはｒ＝δ・ｔ・Ｃ／２・・・（１）により得られる。ただしＣは光速である。

【００２４】例えば測距光のパルスの立ち上がりから反
射光を検知可能な状態に定め、反射光のパルスが立ち下
がる前に検知不可能な状態に切換えるようにすると、す
なわち反射光検知期間Ｔを設けると、この反射光検知期
間Ｔにおける受光量Ａは距離ｒの関数である。すなわち
受光量Ａは、距離ｒが大きくなるほど（時間δ・ｔが大
きくなるほど）小さくなる。

【００２５】本実施形態では上述した原理を利用して、
ＣＣＤ２８に設けられ、２次元的に配列された複数のフ
ォトダイオード（光電変換素子）においてそれぞれ受光
量Ａを検出することにより、カメラ本体１０から被計測
物体Ｓの表面の各点までの距離をそれぞれ検出し、被計
測物体Ｓの表面形状に関する３次元画像のデータを一括
して入力している。

【００２６】ＣＣＤ２８は電気的に例えば３つの系統に
別れるフォトダイオード５１ａ₁、５１ａ₂、５１ａ₃
により構成されており、図５はこのときのフォトダイオ
ード５１ａ₁、５１ａ₂、５１ａ₃と垂直転送部５２の
配置を示す図である。図６はＣＣＤ２８を基板５３に垂
直な平面で切断して示す断面図である。このＣＣＤ２８
は従来公知のインターライン型ＣＣＤであり、不要電荷
の掃出しにＶＯＤ（縦型オーバーフロードレイン）方式
を用いたものである。

【００２７】フォトダイオード５１ａ₁、５１ａ₂、５
１ａ₃と垂直転送部５２はｎ型基板５３の面に沿って形
成されている。フォトダイオード５１ａ₁、５１ａ₂、
５１ａ₃は２次元的な格子状に配置されており、図５は
この格子状に配置されたフォトダイオードの垂直方向の
１つの列を図示したものである。フォトダイオードは上
から５１ａ₁、５１ａ₂、５１ａ₂、５１ａ₃、５１ａ
₂、５１ａ₂の順で配列され、以下この順序で繰り返し
配列されている。

【００２８】垂直転送部５２はフォトダイオード５１ａ
₁、５１ａ₂、５１ａ₃に隣接して設けられている。垂
直転送部５２は、１つのフォトダイオードに対して４つ
の垂直転送電極を有する。すなわちフォトダイオード５
１ａ₁に隣接した垂直転送部５２は垂直転送電極５２ａ
₁、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄを有する。同様にフォトダ
イオード５１ａ₂に隣接した垂直転送部５２は垂直転送
電極５２ａ₂、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄを有し、フォト
ダイオード５１ａ₃に隣接した垂直転送部５２は垂直転
送電極５２ａ₃、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄを有する。同
一の記号で図示された垂直転送電極同士は、回路内にお
いて互いに電気的に連結しており、同一記号の電極毎に
独立に信号電圧を印加することができる。また、垂直転
送部５２は各々のフォトダイオード毎に４つの垂直転送
電極を持つので、フォトダイオード毎に４つのポテンシ
ャルの井戸が形成可能であり、従来公知のように、これ
らの井戸の深さを制御することによって、信号電荷をＣ
ＣＤ２８から出力することができる。なお、垂直転送電
極の数は目的に応じて自由に変更できる。

【００２９】基板５３の表面に形成されたｐ型井戸の中
にフォトダイオード５１ａ₁、５１ａ₂、５１ａ₃が形
成され、ｐ型井戸とｎ型基板５３の間に印加される逆バ
イアス電圧によってｐ型井戸が完全に空乏化される。こ
の状態において、入射光（被計測物体からの反射光）の
光量に応じた電荷がフォトダイオード５１ａ₁、５１ａ
₂、５１ａ₃において蓄積される。基板電圧Ｖsub を所
定値以上に大きくすると、フォトダイオード５１ａ₁、
５１ａ₂、５１ａ₃に蓄積した電荷は、基板５３側に掃
出される。これに対し、転送ゲート部５４に電荷転送信
号（電圧信号）が印加されたとき、フォトダイオード５
１ａ₁、５１ａ₂、５１ａ₃に蓄積した電荷は垂直転送
部５２に転送される。すなわち電荷掃出し信号によって
電荷を基板５３側に掃出した後、フォトダイオード５１
ａ₁、５１ａ₂、５１ａ₃に蓄積した信号電荷が、電荷
転送信号によって垂直転送部５２側に転送される。この
ような動作を繰り返すことにより、垂直転送部５２にお
いて信号電荷が積分され、いわゆる電子シャッタ動作が
実現される。

【００３０】本実施形態におけるＣＣＤは、電気的に３
系統のフォトダイオード５１ａ₁、５１ａ₂、５１ａ₃
に分かれているが、これは移動する物体の距離に関する
データを検出するためである。被計測物体が移動してい
る場合、距離検出に掛かる時間を短くする必要がある
が、後に詳述するように例えばＣＣＤにおけるフォトダ
イオードの水平ラインを１／ｎ（例えばｎ＝１，２，
３）ラインに間引いて距離検出動作を行なうことによ
り、距離検出時間を短縮することができる。本実施形態
において距離検出動作を行なう距離測定（Ｄ）モードに
は、３系統のフォトダイオード５１ａ₁、５１ａ₂、５
１ａ₃を全て用いて（フォトダイオード５１ａ ₁、５１
ａ₂、５１ａ₃を有効水平ラインとする）、静止してい
ると見なせる物体の距離検出動作を行なう通常モード
（Ｄｎモード）と、２系統のフォトダイオード５１
ａ₁、５１ａ₃のみを用いて（フォトダイオード５１ａ
₁、５１ａ₃を有効水平ラインとする）移動物体の距離
測定を行なう第１の高速モード（Ｄｈ１モード）と、１
系統のフォトダイオード５１ａ₁を単独で用い（フォト
ダイオード５１ａ₁のみを有効水平ラインとする）、よ
り高速な移動物体の距離測定を行なう第２の高速モード
（Ｄｈ２モード）の３つのモードが設けられている。Ｄ
ｎモード、Ｄｈ１モード、Ｄｈ２モードは、フォトダイ
オードのライン数をそれぞれ１／１、１／３、１／６に
間引いた状態に対応する。なおＤｎモードは第１の距離
測定手段に対応し、Ｄｈ１モード、Ｄｈ２モードは第２
の距離測定手段に対応している。

【００３１】図７は、各画素に対応する被計測物体の表
面の各点までの距離に関するデータを検出する距離情報
検出動作のタイミングチャートである。図１、図２、図
５〜図７を参照して距離情報検出動作をフォトダイオー
ド５１ａ₁を単独で用いた場合を例に取り説明する。な
お他の系統のフォトダイオードを単独で用いた場合や、
複数の系統のフォトダイオードを組み合わせて用いた場
合においても同様である。

【００３２】垂直同期信号（図示せず）の出力に同期し
て電荷掃出し信号（パルス信号）Ｓ１が出力され、これ
によりフォトダイオード５１ａ₁に蓄積していた不要電
荷が基板５３の方向に掃出され、フォトダイオード５１
ａ₁における蓄積電荷量はゼロになる（符号Ｓ２）。電
荷掃出し信号Ｓ１の出力の開始の後、一定のパルス幅を
有するパルス状の測距光Ｓ３が出力される。測距光Ｓ３
が出力される期間（パルス幅）は調整可能であり、図示
例では、電荷掃出し信号Ｓ１の出力と同時に測距光Ｓ３
がオフするように調整されている。

【００３３】測距光Ｓ３は被計測物体において反射し、
ＣＣＤ２８に入射する。すなわちＣＣＤ２８によって被
計測物体からの反射光Ｓ４が受光されるが、電荷掃出し
信号Ｓ１が出力されている間は、フォトダイオード５１
ａ₁において電荷は蓄積されない（符号Ｓ２）。電荷掃
出し信号Ｓ１の出力が停止されると、フォトダイオード
５１ａ₁では、反射光Ｓ４の受光によって電荷蓄積が開
始され、反射光Ｓ４と外光に起因する信号電荷Ｓ５が発
生する。反射光Ｓ４が消滅すると（符号Ｓ６）フォトダ
イオード５１ａ₁では、反射光に基く電荷蓄積は終了す
るが（符号Ｓ７）、外光のみに起因する電荷蓄積が継続
する（符号Ｓ８）。

【００３４】その後、電荷転送信号Ｓ９が出力される
と、フォトダイオード５１ａ₁に蓄積された電荷が垂直
転送部５２に転送される。この電荷転送は、電荷転送信
号の出力の終了（符号Ｓ１０）によって完了する。すな
わち、外光が存在するためにフォトダイオード５１ａ₁
では電荷蓄積が継続するが、電荷転送信号の出力が終了
するまでフォトダイオード５１ａ₁に蓄積されていた信
号電荷Ｓ１１が垂直転送部５２へ転送される。電荷転送
信号の出力終了後に蓄積している電荷Ｓ１４は、そのま
まフォトダイオード５１ａ₁に残留する。

【００３５】このように電荷掃出し信号Ｓ１の出力の終
了から電荷転送信号Ｓ９の出力が終了するまでの期間Ｔ
_U1の間、フォトダイオード５１ａ₁には、被計測物体ま
での距離に対応した信号電荷が蓄積される。そして、反
射光Ｓ４の受光終了（符号Ｓ６）までフォトダイオード
５１ａ₁に蓄積している電荷が、外光と被計測物体の距
離情報とに対応した信号電荷Ｓ１２として垂直転送部５
２へ転送され、その他の信号電荷Ｓ１３は外光のみに起
因するものである。

【００３６】電荷転送信号Ｓ９の出力から一定時間が経
過した後、再び電荷掃出し信号Ｓ１が出力され、垂直転
送部５２への信号電荷の転送後にフォトダイオード５１
ａ₁に蓄積された不要電荷が基板５３の方向へ掃出され
る。すなわち、フォトダイオード５１ａ₁において新た
に信号電荷の蓄積が開始する。そして、上述したのと同
様に、電荷蓄積期間Ｔ_U1が経過したとき、信号電荷は垂
直転送部５２へ転送される。

【００３７】このような信号電荷Ｓ１１の垂直転送部５
２への転送動作は、次の垂直同期信号が出力されるま
で、繰り返し実行される。これにより垂直転送部５２に
おいて、信号電荷Ｓ１１が積分され、２つの垂直同期信
号によって挟まれる期間（検出期間）に積分された信号
電荷Ｓ１１は、その期間被計測物体が静止していると見
做せれば、被計測物体までの距離情報に対応している。

【００３８】以上説明した信号電荷Ｓ１１の検出動作は
１つのフォトダイオード５１ａ₁に関するものであり、
垂直転送電極５２ａ₁を有する全てのフォトダイオード
５１ａ₁においてこのような検出動作が行なわれる。１
検出期間における検出動作の結果、垂直転送電極５２ａ
₁を有するフォトダイオード５１ａ₁に隣接した垂直転
送部には、そのフォトダイオード５１ａ₁によって検出
された距離情報が保持される。この距離情報は垂直転送
部５２における垂直転送動作および図示しない水平転送
部における水平転送動作によってＣＣＤ２８から出力さ
れ、被計測物体の３次元画像データとして、３次元画像
入力装置の外部に取り出される。

【００３９】しかしＣＣＤ２８により検出された反射光
は、被計測物体の表面の反射率の影響を受けている。し
たがって、この反射光を介して得られた距離情報は反射
率に起因する誤差を含んでいる。また、ＣＣＤ２８によ
り検出された反射光には、被計測物体からの反射光以外
に外光等の成分も含まれており、これに起因する誤差も
存在する。

【００４０】次にこれらの誤差を補正する方法について
説明する。図８〜図１０は距離補正情報、反射率情報お
よび反射率補正情報の検出動作におけるタイミングチャ
ートである。図１１〜図１３は距離情報検出動作のフロ
ーチャートである。図１、図２、図７〜図１３を参照し
て、距離情報検出動作について説明する。

【００４１】ステップ１０１においてレリーズスイッチ
１５が全押しされていることが確認されるとステップ１
０２が実行され、ビデオ（Ｖ）モードと距離測定（Ｄ）
モードのいずれが選択されているかが判定される。これ
らのモード間における切替はＶ／Ｄモード切替スイッチ
１８を操作することによって行なわれる。Ｖ／Ｄモード
切替スイッチ１８は、ＶモードとＤｎモード、Ｄｈ１モ
ード、Ｄｈ２モードの４つのモードに分かれており、Ｄ
ｎ、Ｄｈ１、Ｄｈ２モードの何れかのモードにＶ／Ｄモ
ード切替スイッチが設定されているときＤモードが選択
されていると判定される。

【００４２】ステップ１０２においてＤモードが選択さ
れていると判定されると、ステップ１０３〜ステップ１
０７において、選択されたＤモードがＤｎモード、Ｄｈ
１モード、Ｄｈ２モードの何れのモードであるのかが判
定され、それぞれのモードに応じてＣＣＤの検知制御に
おける間引きモード（１／１、１／３、１／６間引きモ
ード）が設定される。すなわち、ステップ１０３におい
て選択されたモードがＤｎモードであるか否かが判定さ
れ、Ｄｎモードが選択されているときにはステップ１０
４においてＣＣＤの検知制御がフォトダイオードを間引
かずに行なうよう設定され、全てのフォトダイオード５
１ａ₁、５１ａ₂、５１ａ₃が距離検出に用いられる
（１／１間引きモード）。Ｄｎモードではないと判定さ
れたときには、ステップ１０５において選択されたモー
ドがＤｈ１モードであるか否かが判定される。Ｄｈ１モ
ードが選択されているときにはステップ１０６において
ＣＣＤの検知制御がフォトダイオードを１／３に間引い
て行なうように設定される（１／３間引きモード）。す
なわちフォトダイオード５１ａ₁、５１ａ₃が距離検出
に用いられる。またＤｈ１モードでないと判定されたと
きには、ステップ１０７においてＣＣＤの検知制御がフ
ォトダイオードを１／６に間引いて行なうように設定さ
れ（１／６間引きモード）、フォトダイオード５１ａ₁
のみが距離検出に用いられる。以下ＣＣＤの検知制御
は、設定された間引きモードに対応して行なわれる。

【００４３】ステップ１０８においては、垂直同期信号
が出力されるとともに測距光制御が開始される。すなわ
ち発光装置１４が駆動され、パルス状の測距光Ｓ３が断
続的に出力される。次いでステップ１０９が実行され、
ＣＣＤ２８による検知制御が開始される。すなわち図７
を参照して説明した距離情報検出動作が開始され、電荷
掃出し信号Ｓ１と電荷転送信号Ｓ９が交互に出力され
て、距離情報の信号電荷Ｓ１１が垂直転送部５２におい
て積分される。

【００４４】ステップ１１０では、距離情報検出動作の
開始から１検出期間が終了したか否か、すなわち新たに
垂直同期信号が出力されたか否かが判定される。１検出
期間が終了するとステップ１１１へ進み、距離情報の信
号電荷Ｓ１１がＣＣＤ２８から出力される。この信号電
荷Ｓ１１はステップ１１２において画像メモリ３４に一
時的に記憶される。ステップ１１３では測距光制御がオ
フ状態に切換えられ、発光装置１４の発光動作が停止す
る。

【００４５】ステップ１１４〜１１７では、距離補正情
報の検出動作が行なわれる。まずステップ１１４では、
垂直同期信号が出力されるとともにＣＣＤ２８による検
知制御が開始される。すなわち発光装置１４の発光動作
が行なわれることなく、光源が消灯された状態で、電荷
掃出し信号Ｓ２１と電荷転送信号Ｓ２２が交互に出力さ
れる。電荷蓄積時間Ｔ_U1は図７に示す距離情報検出動作
と同じであるが、被計測物体に測距光が照射されないた
め（符号Ｓ２３）、反射光は存在せず（符号Ｓ２４）。
したがって、距離情報の信号電荷は発生しないが、ＣＣ
Ｄ２８には外光等の外乱成分が入射するため、この外乱
成分に対応した信号電荷Ｓ２５が発生し、電荷転送信号
Ｓ２２の出力によって、それまでフォトダイオードに蓄
積していた信号電荷Ｓ２６が垂直転送部へ転送される。
この信号電荷Ｓ２６は、外乱成分が距離情報に及ぼす影
響を補正するための、電荷蓄積時間Ｔ_U1に対する距離補
正情報に対応している。

【００４６】ステップ１１５では、距離補正情報の検出
動作の開始から１検出期間が終了したか否か、すなわち
新たに垂直同期信号が出力されたか否かが判定される。
１検出期間が終了するとステップ１１６において、距離
補正情報の信号電荷Ｓ２６がＣＣＤ２８から出力され
る。距離補正情報の信号電荷Ｓ２６はステップ１１７に
おいて画像メモリ３４に一時的に記憶される。

【００４７】ステップ１１８〜１２２では、反射率情報
の検出動作が行なわれる。ステップ１１８では、垂直同
期信号が出力されるとともに測距光制御が開始され、パ
ルス状の測距光Ｓ３３が断続的に出力される。ステップ
１１９では、ＣＣＤ２８による検知制御が開始され、電
荷掃出し信号Ｓ３１と電荷転送信号Ｓ３５が交互に出力
される。電荷掃出し信号Ｓ３１が出力されることによっ
て、フォトダイオードにおける蓄積電荷量はゼロになる
（符号Ｓ３２）。電荷掃出し信号Ｓ３１の出力が終了す
ると、測距光Ｓ３３が出力され、ＣＣＤには反射光Ｓ３
４が入射する。反射光Ｓ３４が消滅した後、電荷転送信
号Ｓ３５が出力される。すなわち反射率情報の検出動作
は、電荷掃出し信号Ｓ３１の出力が終了してから電荷転
送信号Ｓ３５の出力が終了するまでの電荷蓄積期間Ｔ_U2
内に、反射光Ｓ３４の全てが受光されるように制御され
る。

【００４８】このようにフォトダイオードでは、反射光
Ｓ３４を受光している間は反射光Ｓ３４と外光に起因す
る信号電荷Ｓ３６が蓄積され、また、反射光Ｓ３４を受
光していない間は外光のみに起因する信号電荷Ｓ３７、
Ｓ３８が蓄積される。そして電荷転送信号Ｓ３５の出力
により、それまでのフォトダイオードに蓄積されていた
信号電荷Ｓ３９が垂直転送部へ転送される。この信号電
荷Ｓ３９は反射率情報に対応し、外光に基く成分Ｓ’３
９を含んでいる。

【００４９】ステップ１２０では、反射率情報検出動作
の開始から１検出期間が終了したか否か、すなわち新た
に垂直同期信号が出力されたか否かが判定される。１検
出期間が終了するとステップ１２１へ進み、反射率情報
の信号電荷Ｓ３９がＣＣＤ２８から出力される。この信
号電荷Ｓ３９はステップ１２２において画像メモリ３４
に一時的に記憶される。ステップ１２３では測距光制御
がオフ状態に切換えられ、発光装置１４の発光動作が停
止する。

【００５０】ステップ１２４〜１２７では、反射率補正
情報の検出動作が行なわれる。ステップ１２４では、垂
直同期信号が出力されるとともにＣＣＤ２８による検知
制御が開始される。すなわち発光装置１４の発光動作が
行なわれることなく、光源が消灯された状態で、電荷掃
出し信号Ｓ４１と電荷転送信号Ｓ４２が交互に出力され
る。電荷蓄積時間Ｔ_U2は図９に示す反射率情報検出動作
と同じであるが、被計測物体に測距光が照射されないた
め（符号Ｓ４３）、反射光は存在せず（符号Ｓ４４）。
したがって、反射率情報の信号電荷は発生しないが、Ｃ
ＣＤ２８には外光等の外乱成分に対応した信号電荷Ｓ４
６が発生する。この信号電荷Ｓ４６は、外乱成分が電荷
蓄積時間Ｔ_U2に対する反射率情報に及ぼす影響を補正す
るための反射率補正情報に対応している。

【００５１】ステップ１２５では、反射率補正情報の検
出動作の開始から１検出期間が終了したか否か、すなわ
ち新たに垂直同期信号が出力されたか否かが判定され
る。１検出期間が終了するとステップ１２６において、
反射率補正情報の信号電荷Ｓ４６がＣＣＤ２８から出力
され、ステップ１２７において画像メモリ３４に一時的
に記憶される。

【００５２】ステップ１２８では、ステップ１０８〜１
２７において得られた距離情報、距離補正情報、反射率
情報および反射率補正情報を用いて距離データの演算処
理が行なわれ、ステップ１２９において距離データが出
力されてこの検出動作は終了する。一方、ステップ１０
２においてＶモードが選択されていると判定されたと
き、ステップ１３０において測距光制御がオフ状態に切
換えられるとともに、ステップ１３１においてＣＣＤ２
８による通常の撮影動作（ＣＣＤビデオ制御）がオン状
態に定められ、この検出動作は終了する。

【００５３】ステップ１２８において実行される演算処
理の内容を図７〜図１０を参照して説明する。反射率Ｒ
の被計測物体が照明され、この被計測物体が輝度Ｉの２
次光源と見做されてＣＣＤに結像された場合を想定す
る。このとき、電荷蓄積時間ｔの間にフォトダイオード
に発生した電荷が積分されて得られる出力Ｓｎは、Ｓｎ＝ｋ・Ｒ・Ｉ・ｔ・・・（２）で表される。ここでｋは比例定数で、撮影レンズのＦナ
ンバーや倍率等によって変化する。

【００５４】被計測物体がレーザ等の光源からの光で照
明される場合、輝度Ｉはその光源による輝度Ｉ_Sと背景
光による輝度Ｉ_Bとの合成されたものとなり、Ｉ＝Ｉ_S＋Ｉ_B ・・・（３）と表せる。

【００５５】図７に示されるように電荷蓄積時間を
Ｔ_U1、測距光Ｓ３のパルス幅をＴ_S、距離情報の信号電
荷Ｓ１２のパルス幅をＴ_Dとし、１検出期間中のその電
荷蓄積時間がＮ回繰り返されるとすると、得られる出力
ＳＭ₁₀は、ＳＭ₁₀＝Σ（ｋ・Ｒ（Ｉ_S・Ｔ_D＋Ｉ_B・Ｔ_U1））＝ｋ・Ｎ・Ｒ（Ｉ_S・Ｔ_D＋Ｉ_B・Ｔ_U1）・・・（４）となる。なお、パルス幅Ｔ_DはＴ_D＝δ・ｔ＝２ｒ／Ｃ・・・（５）と表せる。

【００５６】図９に示されるようにパルス状の電荷蓄積
時間Ｔ_U2が、測距光Ｓ３３の期間（パルス幅）Ｔ_Sより
も十分大きく、反射光の単位受光時間を全部含むように
制御された場合に得られる出力ＳＭ₂₀は、ＳＭ₂₀＝Σ（ｋ・Ｒ（Ｉ_S・Ｔ_S＋Ｉ_B・Ｔ_U2））＝ｋ・Ｎ・Ｒ（Ｉ_S・Ｔ_S＋Ｉ_B・Ｔ_U2）・・・（６）となる。

【００５７】図８に示されるように発光を止めて、図７
と同じ時間幅でのパルス状の電荷蓄積を行なった場合に
得られる出力ＳＭ₁₁は、ＳＭ₁₁＝Σ（ｋ・Ｒ・Ｉ_B・Ｔ_U1）＝ｋ・Ｎ・Ｒ・Ｉ_B・Ｔ_U1 ・・・（７）となる。同様に、図１０に示されるような電荷蓄積を行
なった場合に得られる出力ＳＭ₂₁は、ＳＭ₂₁＝Σ（ｋ・Ｒ・Ｉ_B・Ｔ_U2）＝ｋ・Ｎ・Ｒ・Ｉ_B・Ｔ_U2 ・・・（８）となる。

【００５８】（４）、（６）、（７）、（８）式から、Ｓ_D＝（ＳＭ₁₀−ＳＭ₁₁）／（ＳＭ₂₀−ＳＭ₂₁）＝Ｔ_D／Ｔ_S ・・・（９）が得られる。

【００５９】上述したように測距光Ｓ３と反射光Ｓ４に
はそれぞれ外光等の外乱成分（背景光による輝度Ｉ_B）
が含まれている。（９）式のＴ_D／Ｔ_Sは、測距光Ｓ３
を照射したときの被計測物体からの反射光Ｓ４の光量
を、測距光Ｓ３の光量によって正規化したものであり、
これは、測距光Ｓ３の光量（図７の信号電荷Ｓ１１に相
当）から外乱成分（図８の信号電荷Ｓ２６に相当）を除
去した値と、反射光Ｓ４の光量（図９の信号電荷Ｓ３９
に相当）から外乱成分（図１０の信号電荷Ｓ’３９に相
当）を除去した値との比に等しい。

【００６０】（９）式の各出力値ＳＭ₁₀、ＳＭ₁₁、ＳＭ
₂₀、ＳＭ₂₁はステップ１１２、１１７、１２２、１２７
において、距離情報、距離補正情報、反射率情報、反射
率補正情報として格納されている。したがって、これら
の情報に基いて、Ｔ_D／Ｔ_Sが得られる。パルス幅Ｔ_s
は既知であるから、（５）式とＴ_D／Ｔ_Sから距離ｒが
得られる。

【００６１】次にＣＣＤの水平ラインを１／ｎ（ｎ＝
１，３，６）に間引いて距離検出を行なう際の信号電荷
の垂直転送、水平転送について図１４〜図１６を参照し
て説明する。

【００６２】図１４はＣＣＤ２８におけるフォトダイオ
ード５１ａ₁、５１ａ₂、５１ａ₃、垂直転送部５２、
水平転送部５５の配置を表したものである。ただしフォ
トダイオード５１ａ₁、５１ａ₂、５１ａ₃および垂直
転送部５２は垂直方向の一列のみ図示されており、その
構成は図５、図６を参照して説明した通りである。水平
転送部５５は交互に配置される水平転送電極５５ａと５
５ｂを有する。前述したようにフォトダイオードに蓄積
された信号電荷は垂直転送部へ１検出期間繰り返し転送
されそこで積分される。フォトダイオードから垂直転送
部への電荷転送では、垂直転送電極５２ａ₁、５２
ａ₂、５２ａ₃のうち各間引きモードに対応した垂直転
送電極のみに信号電圧が印加されたが、垂直転送におい
ては垂直転送電極５２ａ₁、５２ａ₂、５２ａ₃全てに
同期した信号電圧が印加される。したがって、これら３
系統の垂直転送電極５２ａ₁、５２ａ₂、５２ａ₃を電
気的に１つの垂直転送電極として記号５２ａで表すと、
垂直転送電極は４つの系統の垂直転送電極５２ａ，５２
ｂ，５２ｃ，５２ｄで表される。垂直転送部において積
分された信号電荷は垂直転送電極５２ａ、５２ｂ、５２
ｃ、５２ｄに印加される４相の駆動パルスにより次々と
下向きに垂直転送され、最も下にある信号電荷が水平転
送電極５５ａの下の水平転送部５５へ転送されると、水
平転送電極５５ａ、５５ｂに駆動パルス信号が出力さ
れ、信号電荷は図面左方向へ次々と水平転送されＣＣＤ
の外部へ出力される。

【００６３】図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞ
れ１／１、１／３、１／６間引きモードにおいて垂直転
送電極５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄに印加される垂
直転送ＣＣＤパルス（４相駆動パルス）及び水平転送電
極５５ａに印加される水平転送ＣＣＤパルスのタイミン
グチャートである。水平転送ＣＣＤパルスＳ５０、Ｓ５
１が出力されるタイミングは、全ての間引きモードにお
いて共通であり、１ライン分の信号電荷を水平転送する
のに掛かる時間は全てのモードにおいて変わらない。垂
直転送部５２から水平転送部５５への信号電荷の転送
は、水平転送電極５５ａに水平転送ＣＣＤパルスＳ５０
が印加されていてる状態（期間Ｔ_H）において行われ
る。

【００６４】１／１間引きモード（Ｄｎモード）では、
全てのフォトダイオードを距離検出に用いるので、距離
検出動作で得られる信号電荷は、垂直転送電極５２ａ
（下から４×ｎ（ｎ＝１，２，…）番目の垂直転送電
極）に対応する全ての垂直転送部において保持されてい
る。垂直転送ＣＣＤパルスＳ５２、Ｓ５３、Ｓ５４、Ｓ
５５が順次出力されることによりこれらの信号電荷は垂
直転送部の下方へ転送され、垂直転送ＣＣＤパルスＳ５
４が立下ることにより４相駆動パルスの１周期が終了す
る。このとき垂直転送部の各部で保持されていた信号電
荷は、１ライン下のフォトダイオードに隣接した垂直転
送電極５２ａ、５２ｂの下に転送され、一番下の垂直転
送電極５２ａ、５２ｂの下に保持されていた信号電荷
は、水平転送部へ転送される。次に水平転送ＣＣＤパル
スＳ５１が出力され水平転送部へ転送された１ライン分
の信号電荷は全てＣＣＤの外部へと出力される。以下、
同様にＳ５０が出力されている間に１周期分の垂直転送
ＣＣＤパルスＳ５２、Ｓ５３、Ｓ５４、Ｓ５５が出力さ
れ、その後Ｓ５１が出力されることにより各ラインの信
号電荷は順次ＣＣＤの外部へと出力される。この動作は
全ラインの信号電荷の出力が完了するまで繰り返し行な
われる。

【００６５】１／３間引きモード（Ｄｈ１モード）で信
号電荷を保持するのは垂直転送電極５２ａ₁、５２ａ₃
の下の垂直転送部のみである。したがって、信号電荷を
保持するのは下から１２×ｎ（ｎ＝１，２，…）番目の
垂直転送電極に対応する垂直転送部のみであり、１つの
信号電荷を水平転送部へ転送するには図１５（ｂ）に示
されるように３周期の垂直転送ＣＣＤパルスが必要であ
る。また、１／６間引きモード（Ｄｈ２）で信号電荷を
保持するのは垂直転送電極５２ａ₁の下の垂直転送部、
すなわち下から２４×ｎ（ｎ＝１，２，…）番目の垂直
転送電極に対応する垂直転送部のみであるため１つの信
号電荷を水平転送部へ転送するには図１５（ｃ）に示さ
れるように６周期の垂直転送ＣＣＤパルスが必要であ
る。これら３周期及び６周期の垂直転送ＣＣＤパルスに
より水平転送部へ転送された信号電荷は１／１間引きモ
ードのときと同様に水平転送ＣＣＤパルスＳ５１により
ＣＣＤの外部へと出力される。

【００６６】図１５（ｂ）、（ｃ）に示すように、１／
３間引きモードにおける３周期及び１／６間引きモード
における６周期の垂直転送ＣＣＤパルスは、水平転送Ｃ
ＣＤパルスＳ５０が出力されている期間Ｔ_Hにおいてな
されるので、検出された１ライン分の信号電荷を全てＣ
ＣＤの外部へ出力するのに掛かる時間（Ｓ５０の立上り
から次のＳ５０の立上りまでの期間）は、各モードで変
わらない。しかし１／３間引きモード及び１／６間引き
モードでは、距離検出に用いるライン数をそれぞれ１／
３、１／６に間引いているので水平転送で出力されるラ
イン数はそれぞれ１／３、１／６となり、全ての信号電
荷を出力するのに要する時間はそれぞれ１／３、１／６
に短縮される。例えばＣＣＤが１２８０×１０２４画素
（ＳＸＧＡ）のとき、１／１間引きモードで検出された
１画像分の距離データを全てＣＣＤの外部へ出力するに
は、１０２４周期（Ｓ５０の立上りから次のＳ５０の立
上りまでの期間を１周期として）の水平転送ＣＣＤパル
スを要する。しかし１／３間引きモードでは３４２周
期、１／６間引きモードでは１７１周期の水平転送ＣＣ
Ｄパルスで１画像分の距離データをＣＣＤの外部へ出力
することができる。

【００６７】図１６は、各モードの距離検出動作（距離
情報検出動作、距離補正情報検出動作、反射率情報検出
動作、反射率補正情報検出動作）におけるタイミングチ
ャートを示したものである。画像出力Ｓ６１、Ｓ６２、
Ｓ６３、Ｓ６４は、距離情報検出動作、距離補正情報検
出動作、反射率情報検出動作、反射率補正情報検出動作
においてＣＣＤから出力される信号をそれぞれ表してい
る。１／１間引きモード（Ｄｎモード）における検出期
間Ｔ₀はフレーム期間に対応し、１／３０Ｓである。し
たがって距離検出動作全体では２／１５Ｓ（１３３．３
ｍＳ）の時間（Ｔ₃）が必要である。距離検出動作にお
ける各々の検出動作（距離情報検出動作、距離補正情報
検出動作、反射率情報検出動作、反射率補正情報検出動
作）には、フォトダイオードで検出された信号電荷を垂
直転送部へ繰り返し転送し積分する期間Ｔ₁と、垂直転
送部において積分された信号電荷を水平転送部を介して
ＣＣＤの外部へ全て出力するのに掛かる期間Ｔ₂とがあ
る。図７に例示したように電荷掃出信号Ｓ１が２μＳ、
電荷転送信号Ｓ９が１μＳ、電荷掃出信号Ｓ１の立下り
から電荷転送信号Ｓ９の立ち上がりまでの時間が５００
ｎＳ、電荷転送信号Ｓ９の立下りから次の電荷掃出信号
Ｓ９が立ち上がるまでの時間が１００ｎＳとすると、信
号電荷をフォトダイオードから垂直転送部へ１回転送す
るのに３. ６μＳかかる。例えば１検出期間における信
号電荷の転送を１０００回行う（１０００回積分を行
う）とすると、これに掛かる期間Ｔ₁は３. ６ｍＳとな
る。なおこのとき検出された信号電荷を全てＣＣＤの外
部へ出力するのに掛かる期間Ｔ₂は１フィールド期間で
ある１／６０Ｓ（約１６．７ｍＳ）に対応する。

【００６８】一方、１／３間引きモード、１／６間引き
モードにおける信号電荷の転送においてはフィールド期
間と無関係に信号電荷の転送を行なう。各モードにおけ
る信号電荷の積分回数（１０００回）は同じであるとす
ると、各モードにおいて信号電荷の積分に掛かる期間Ｔ
₁は同一である。これに対して１／３間引きモード（Ｄ
ｈ１モード）及び１／６間引きモード（Ｄｈ２モード）
において、全ての信号電荷を出力（垂直・水平転送）す
るのにかかる期間Ｔ₂’、Ｔ₂”は、信号電荷を保持す
るライン数が１／３、１／６に減っていることから、１
／１間引きモードで要する期間Ｔ₂のそれぞれ１／３、
１／６となる。すなわち期間Ｔ₂’は約５．６ｍＳ、期
間Ｔ₂”は約２．８ｍＳとなる。また垂直転送部での信
号電荷の積分が終了してから垂直転送を開始するまでの
期間および垂直・水平転送が終了してから次の検出動作
の信号電荷の積分が開始するまでの期間を例えば１μＳ
とすると、１／３、１／６間引きモードそれぞれの１検
出期間Ｔ₀’、Ｔ₀”は９．２ｍＳ、６．４ｍＳとなり
距離検出動作に全体で要する時間Ｔ₃’、Ｔ₃”は、３
６．８ｍＳ、２５．６ｍＳとなる。したがって距離検出
動作に掛かる時間を間引きを行なわない場合に比べ大幅
に短くすることができ、被計測物体が高速に移動してい
る場合においても距離情報を検出することができる。

【００６９】以上のように本実施形態によれば、光シャ
ッタを必要としないので、３次元画像入力装置を小型化
することができ、かつ安価に製造することができる。ま
た、被計測物体までの距離を１回測定するために多数の
電荷掃出し信号（パルス信号）を出力して信号電荷Ｓ１
１を積分するように構成されているので、十分に大きい
出力を得ることができる。またフォトダイオードを間引
く方法を複数用意することにより複数の距離測定モード
を設けたため、被計測物体の移動速度に合わせた距離検
出動作を行なうことができる。

【００７０】さらに本実施形態によれば、被計測物体に
対して測距光を走査することなく、被計測物体の表面形
状に関する３次元画像のデータ、すなわち距離情報を一
括して計測することができる。したがって被計測物体の
３次元画像を得るまでの時間を大幅に短縮することが可
能となる。

【００７１】なお本実施形態では被計測物体の距離情報
に対して、外光等の影響が除去されていたが、外光等の
影響が無視できるときは、（９）式において外光等の影
響に関する信号電荷の積分値（すなわちＳＭ₁₁、Ｓ
Ｍ₂₁）を省略すればよい。これにより、被計測物体の表
面の反射率のみに関する補正が行なわれる。

【００７２】また本実施形態では、フォトダイオードの
水平ラインを３系統に分けたが、２系統あるいは４系統
以上に別けてもよい。また本実施形態における間引きモ
ードは、距離検出に用いられる水平ラインが（ｎ−１）
ライン（ｎ＝１，２，３）おきになるように設定さてい
るが、距離検出に例えば、フォトダイオード５１ａ₂の
みを用いたり、フォトダイオード５１ａ₁、５１ａ₂を
用いてもよく、距離検出に用いられる水平ラインが所定
のライン数毎に規則的に配置されている必要はない。

【００７３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光シャッ
タを必要とせず小型で安価であり、しかも被計測物体が
移動している場合においても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】本発明の一実施形態である３次元画像入力装置
を備えたカメラの斜視図である。

【図２】図１に示す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】ＣＣＤに設けられるフォトダイオードと垂直転
送部の配置を示す図である。

【図６】ＣＣＤを基板に垂直な平面で切断して示す断面
図である。

【図７】被計測物体までの距離に関するデータを検出す
る距離情報検出動作のタイミングチャートである。

【図８】距離補正情報の検出動作のタイミングチャート
である。

【図９】反射率情報の検出動作のタイミングチャートで
ある。

【図１０】反射率補正情報の検出動作のタイミングチャ
ートである。

【図１１】距離情報検出動作のフローチャートである。

【図１２】距離情報検出動作のフローチャートである。

【図１３】距離情報検出動作のフローチャートである。

【図１４】フォトダイオード、垂直転送部、水平転送部
の配置を示す図である。

【図１５】１／１間引きモード、１／３間引きモード、
１／６間引きモードにおける垂直転送ＣＣＤパルスと水
平転送ＣＣＤパルスのタイミングチャートである。

【図１６】１／１間引きモード、１／３間引きモード、
１／６間引きモードにおける距離検出動作全体のタイミ
ングチャートである。

【符号の説明】

１４発光装置５１ａ₁ フォトダイオード５１ａ₂ フォトダイオード５２垂直転送部５５水平転送部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5C022 AA00 AB15 AB68 AC01 AC42 AC69 5C024 AA01 FA01 GA11 HA23 HA27 JA31 5C061 AA29 AB01 AB02 AB03 AB06 AB08 AB11 AB12 AB17 AB21 AB24 5C072 AA01 BA02 CA02 DA02 EA03 EA05 EA08 FA08 FB08 FB27 RA12 XA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被計測物体に測距光を照射する光源と、前記被計測物体からの反射光を受け、受光量に応じた電
荷を蓄積可能な２次元格子状に配列された光電変換素子
と、格子状に配列された前記光電変換素子の各垂直ラインに
沿って配置され、前記光電変換素子に蓄積された信号電
荷を垂直方向に転送するための垂直転送部と、前記各垂直転送部の一方の端部に隣接し、前記光電変換
素子の水平ラインに平行に配置された前記信号電荷を水
平方向に転送するための水平転送部と、全水平ラインのうち所定本数おきに位置する有効水平ラ
イン上の光電変換素子に蓄積された前記信号電荷のみを
前記垂直転送部へ転送可能な電荷転送手段と、前記電荷転送手段を繰り返し駆動することにより、前記
有効水平ライン上の光電変換素子に蓄積された前記信号
電荷を前記垂直転送部において積分する信号電荷積分手
段と、前記有効水平ラインの信号電荷が前記水平転送部に転送
されたときのみ前記水平転送部を駆動するように前記水
平転送部および前記垂直転送部を制御する転送動作制御
手段とを備えたことを特徴とする３次元画像入力装置。
【請求項２】前記水平ラインが複数の系統に分かれ、
前記有効水平ラインが前記系統の１つまたは組み合せに
よって構成され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】前記水平ラインが第１、第２及び第３の
系統に分かれ、これらが第１、第２、第２、第３、第
２、第２の系統の順で繰り返し並んでいることを特徴と
する請求項２に記載の３次元画像入力装置。
【請求項４】前記光電変換素子に蓄積した不要電荷を
前記光電変換素子から掃出すことにより前記光電変換素
子における前記信号電荷の蓄積動作を開始させる蓄積電
荷掃出手段を備え、前記信号電荷積分手段が前記蓄積電
荷掃出手段と前記電荷転送手段とを交互に駆動すること
により行われ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５】前記光電変換素子が基板に沿って形成さ
れ、前記蓄積電荷掃出手段が不要電荷を前記基板側に掃
出す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６】前記蓄積電荷掃出手段における前記不要
電荷を掃出すための電荷掃出信号の出力が終了すること
によって、前記被計測物体の距離情報に対応した信号電
荷の前記光電変換素子における蓄積が開始することを特
徴とする請求項５に記載の３次元画像入力装置。
【請求項７】前記光源によって、パルス状の測距光が
出力され、前記電荷掃出信号が出力されてから前記電荷
転送信号が出力されるまでの第１の電荷蓄積期間中、前
記測距光のパルスが出力されることによって、前記被計
測物体の距離情報に対応した信号電荷が前記有効水平ラ
イン上の前記垂直転送部において積分されることを特徴
とする請求項６に記載の３次元画像入力装置。
【請求項８】被計測物体に測距光を照射する光源と、受光量に応じた電荷を蓄積可能な２次元格子状に配列さ
れた複数の光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を前記光電変換
素子の外部へ出力するための電荷転送動作を制御する電
荷転送制御手段と、前記被計測物体からの反射光により前記光電変換素子に
蓄積した電荷量から、前記光電変換素子に対応する前記
被計測物体までの距離を算出する距離算出手段と、全ての光電変換素子に蓄積された信号電荷を出力するよ
うに前記電荷転送制御手段を駆動し、前記全ての光電変
換素子に対応する距離を算出する第１の距離測定手段
と、一部の光電変換素子に蓄積された信号電荷を出力するよ
うに前記電荷転送制御手段を駆動し、前記一部の光電変
換素子に対応する距離を算出する第２の距離測定手段と
を備えることを特徴とする３次元画像入力装置。
【請求項９】前記第１及び前記第２の距離測定手段の
一方を選択し駆動するための距離測定選択手段を備える
ことを特徴とする請求項８に記載の３次元画像入力装
置。
【請求項１０】前記距離測定選択手段は、前記被計測
物体が静止しているときには前記第１の距離測定手段
を、前記被計測物体が移動しているときには前記第２の
距離測定手段を選択し駆動することを特徴とする請求項
９に記載の３次元画像入力装置。
【請求項１１】前記第２の距離測定手段が、前記一部の光電変換素子に蓄積された信号電荷を出力す
るように前記電荷転送制御手段を駆動し、前記一部の光
電変換素子に対応する距離を算出するための第１の高速
モードと、前記第１の高速モードよりも少ない数の光電変換素子か
ら信号電荷を出力するように前記電荷転送制御手段を駆
動し、前記少ない数の光電変換素子に対応する距離を算
出するための第２の高速モードを有し、前記被計測物体が、相対的に低速で移動するときには前
記第１の高速モードで距離を算出し、相対的に高速で移
動するときには前記第２の高速モードで距離を算出する
ことを特徴とする請求項１０に記載の３次元画像入力装
置。