JP2001021326A - 光センサおよび三次元形状計測装置 - Google Patents
光センサおよび三次元形状計測装置Info
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- JP2001021326A JP2001021326A JP11196016A JP19601699A JP2001021326A JP 2001021326 A JP2001021326 A JP 2001021326A JP 11196016 A JP11196016 A JP 11196016A JP 19601699 A JP19601699 A JP 19601699A JP 2001021326 A JP2001021326 A JP 2001021326A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型かつ安価で、対象物体までの距離を短時
間かつ高精度に計測することが可能な光センサおよび三
次元形状計測装置を提供する。 【解決手段】 強度変調光が光センサ９に入射すると、
各画素９０のフォトダイオードＤは入射光を信号電流に
光電変換し、ＭＯＳトランジスタＭＣはその信号電流を
所定の周期でサンプリングし、キャパシタＣにそのサン
プリングされた信号電流に対応する信号電荷が蓄積され
る。ＭＯＳトランジスタＭＲは、ＭＯＳトランジスタＭ
ＣのＯＦＦ期間にフォトダイオードＤおよびＭＯＳトラ
ンジスタＭＣ，ＭＲの寄生容量に蓄積された不要電荷を
排出する。従って、キャパシタＣには、ＭＯＳトランジ
スタＭＣのＯＮ期間にフォトダイオードＤから発生した
信号電荷のみが蓄積され、正確な信号電荷が得られる。
間かつ高精度に計測することが可能な光センサおよび三
次元形状計測装置を提供する。 【解決手段】 強度変調光が光センサ９に入射すると、
各画素９０のフォトダイオードＤは入射光を信号電流に
光電変換し、ＭＯＳトランジスタＭＣはその信号電流を
所定の周期でサンプリングし、キャパシタＣにそのサン
プリングされた信号電流に対応する信号電荷が蓄積され
る。ＭＯＳトランジスタＭＲは、ＭＯＳトランジスタＭ
ＣのＯＦＦ期間にフォトダイオードＤおよびＭＯＳトラ
ンジスタＭＣ，ＭＲの寄生容量に蓄積された不要電荷を
排出する。従って、キャパシタＣには、ＭＯＳトランジ
スタＭＣのＯＮ期間にフォトダイオードＤから発生した
信号電荷のみが蓄積され、正確な信号電荷が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、対象物体までの距
離を計測する光センサおよび三次元形状計測装置に関
し、特に、小型かつ安価で、対象物体までの距離を短時
間かつ高精度に計測することが可能な光センサおよび三
次元形状計測装置に関する。
離を計測する光センサおよび三次元形状計測装置に関
し、特に、小型かつ安価で、対象物体までの距離を短時
間かつ高精度に計測することが可能な光センサおよび三
次元形状計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】三次元形状を計測する方式として、パッ
シブ方式とアクティブ方式の２つが提案されている。パ
ッシブ方式は、エネルギーを対象物体に放射することな
しに形状を計測する方式であり、アクティブ方式は、何
らかのエネルギーを対象物体に放射しその反射を検出す
ることによって形状を計測する方式である。
シブ方式とアクティブ方式の２つが提案されている。パ
ッシブ方式は、エネルギーを対象物体に放射することな
しに形状を計測する方式であり、アクティブ方式は、何
らかのエネルギーを対象物体に放射しその反射を検出す
ることによって形状を計測する方式である。
【０００３】パッシブ方式において、対象物体までの複
数点の距離を計測する方法の一つとしてステレオ法があ
る。このステレオ法は、２台のカメラをある間隔をおい
て設置し、得られた２つの画像の視差から三角法により
対象物体までの距離を計測する方式である。この方式
は、画像として取り込むことができれば遠方までの距離
を計測することができるという特長はあるが、模様のな
い滑らかな面を持った表面全体の三次元計測を行うこと
ができないという重大な問題点が存在する。また、２台
のカメラの光軸を一致させることが原理的にできないた
め、距離を測定できない領域（オクルージョン）が発生
するという欠点があった。
数点の距離を計測する方法の一つとしてステレオ法があ
る。このステレオ法は、２台のカメラをある間隔をおい
て設置し、得られた２つの画像の視差から三角法により
対象物体までの距離を計測する方式である。この方式
は、画像として取り込むことができれば遠方までの距離
を計測することができるという特長はあるが、模様のな
い滑らかな面を持った表面全体の三次元計測を行うこと
ができないという重大な問題点が存在する。また、２台
のカメラの光軸を一致させることが原理的にできないた
め、距離を測定できない領域（オクルージョン）が発生
するという欠点があった。
【０００４】アクティブ法において、対象物体までの複
数点の距離を計測する方法の一つとして光切断法があ
る。この光切断法は、スリット光をある角度で対象物体
に照射し、それとは別の角度から撮像した画像から三角
法により対象物体までの距離を計測する方式である。こ
の方式は、比較的簡単な構成で実現できるという特長は
あるが、スリット光を微少な角度単位で走査しなければ
ならず、その度に画像を撮像するため、計測時間が長く
なるという問題点がある。この問題点を解決するために
光切断法を応用した方式に空間コード化法がある。この
空間コード化法は、スリット光を何回も照射する替わり
に、投影光のパターンをコード化することにより、少な
い投影回数で距離を計測する方式であるが、水平方向の
サンプル数をｎとすると、ｌｏｇ2 ｎ回（ｎ＝５１２ポ
イントとして９回）の撮像を行わなければならないた
め、測定時間が長くなるという問題点があった。また、
投光器と撮像器の光軸を一致させることが原理的にでき
ないため、距離を測定できない領域（オクルージョン）
が発生するという欠点があった。
数点の距離を計測する方法の一つとして光切断法があ
る。この光切断法は、スリット光をある角度で対象物体
に照射し、それとは別の角度から撮像した画像から三角
法により対象物体までの距離を計測する方式である。こ
の方式は、比較的簡単な構成で実現できるという特長は
あるが、スリット光を微少な角度単位で走査しなければ
ならず、その度に画像を撮像するため、計測時間が長く
なるという問題点がある。この問題点を解決するために
光切断法を応用した方式に空間コード化法がある。この
空間コード化法は、スリット光を何回も照射する替わり
に、投影光のパターンをコード化することにより、少な
い投影回数で距離を計測する方式であるが、水平方向の
サンプル数をｎとすると、ｌｏｇ2 ｎ回（ｎ＝５１２ポ
イントとして９回）の撮像を行わなければならないた
め、測定時間が長くなるという問題点があった。また、
投光器と撮像器の光軸を一致させることが原理的にでき
ないため、距離を測定できない領域（オクルージョン）
が発生するという欠点があった。
【０００５】アクティブ法において、１回の撮像で複数
点の距離を計測できる方式の一つとして、強度変調され
た光を対象物体に照射し、その反射光の位相分布を計測
する位相分布計測方式がある。
点の距離を計測できる方式の一つとして、強度変調され
た光を対象物体に照射し、その反射光の位相分布を計測
する位相分布計測方式がある。
【０００６】従来の位相分布計測方式としては、例え
ば、文献１「SPIE Vol.2588,1995年，126 〜134 ページ
に記載された論文（An new active ３D-Vision system
basedon rf-modulation interferometry light ）」、
および特許第２６９０６７３号および、SPIE Vol.2748,
1996年、47〜59ページ「The Emerging Versatility ofa
Scannless Range Imager」に示されるものがある。
ば、文献１「SPIE Vol.2588,1995年，126 〜134 ページ
に記載された論文（An new active ３D-Vision system
basedon rf-modulation interferometry light ）」、
および特許第２６９０６７３号および、SPIE Vol.2748,
1996年、47〜59ページ「The Emerging Versatility ofa
Scannless Range Imager」に示されるものがある。
【０００７】図７は、文献１に示された従来の三次元形
状計測装置を示す。この三次元形状計測装置１００は、
光源１０１Ａから集光レンズ１０２を介してポッケルズ
セルのような結晶を用いた平面変調器１０３に出射され
た光に強度変調を施す変調／復調信号発生器１０４と、
強度変調された光１０５ａを対象物体６に平面照射する
投影レンズ１０６と、対象物体６で反射し結像レンズ１
０７を介してポッケルズセルのような結晶を用いた平面
復調器１０８に入射した反射光１０５ｂに強度復調を施
す変調／復調信号発生器１０４と、強度復調を施された
光信号を撮像するＣＣＤカメラ１０９とを有する。この
ような構成において、光源１０１Ａから発せられた光
は、集光レンズ１０２により、平面変調器１０３に入射
し、変調／復調信号発生器１０４の信号に基いて強度変
調を施された後、その強度変調された光１０５ａは、投
影レンズ１０６によって対象物体６に平面照射される。
対象物体６からの反射光１０５ｂは、結像レンズ１０７
により平面復調器１０８に入射し、変調／復調信号発生
器１０４の信号に基いて強度復調を施された後、ＣＣＤ
カメラ１０９上に結像する。ＣＣＤカメラ１０９で撮像
された濃淡画像は、対象物体６までの距離に起因する位
相情報を含んでいる。コンピュータ１１０でこの濃淡画
像を処理することにより、１回の撮像で対象物体６の距
離データを得ることができる。
状計測装置を示す。この三次元形状計測装置１００は、
光源１０１Ａから集光レンズ１０２を介してポッケルズ
セルのような結晶を用いた平面変調器１０３に出射され
た光に強度変調を施す変調／復調信号発生器１０４と、
強度変調された光１０５ａを対象物体６に平面照射する
投影レンズ１０６と、対象物体６で反射し結像レンズ１
０７を介してポッケルズセルのような結晶を用いた平面
復調器１０８に入射した反射光１０５ｂに強度復調を施
す変調／復調信号発生器１０４と、強度復調を施された
光信号を撮像するＣＣＤカメラ１０９とを有する。この
ような構成において、光源１０１Ａから発せられた光
は、集光レンズ１０２により、平面変調器１０３に入射
し、変調／復調信号発生器１０４の信号に基いて強度変
調を施された後、その強度変調された光１０５ａは、投
影レンズ１０６によって対象物体６に平面照射される。
対象物体６からの反射光１０５ｂは、結像レンズ１０７
により平面復調器１０８に入射し、変調／復調信号発生
器１０４の信号に基いて強度復調を施された後、ＣＣＤ
カメラ１０９上に結像する。ＣＣＤカメラ１０９で撮像
された濃淡画像は、対象物体６までの距離に起因する位
相情報を含んでいる。コンピュータ１１０でこの濃淡画
像を処理することにより、１回の撮像で対象物体６の距
離データを得ることができる。
【０００８】図８は、特許第２６９０６７３号公報に記
載された従来の三次元形状計測装置を示す。図７との相
違点は、光源として半導体レーザ１０１Ｂを用いている
こと、ポッケルズセルのような結晶を用いた変調器は用
いずに半導体レーザ１０１Ｂで直接強度変調を行ってい
ること、ポッケルズセルのような結晶を用いた復調器は
用いずにイメージインテンシファイア１１１で復調を行
っていることの３点である。変調／復調信号発生器１０
４の信号に基いて強度変調を施された光は、半導体レー
ザ１０１Ｂから放射された後、投影レンズ１０６によっ
て対象物体６に平面照射される。対象物体６からの反射
光１０５ｂは、結像レンズ１０７によりイメージインテ
ンシファイア１１１に結像される。変調／復調信号発生
器１０４の信号を高圧ドライブ回路１１２により高圧信
号に変換し、イメージインテンシファイア１１１のゲイ
ンコントローラ端子に入力することにより強度復調され
た反射光は、ＣＣＤカメ１０９で撮像される。ＣＣＤカ
メラ１０９で撮像された濃淡画像は、対象物体６までの
距離に起因する位相情報を含んでいる。コンピュータ１
１０でこの濃淡画像を処理することにより、１回の撮像
で対象物体６の距離データを得ることができる。
載された従来の三次元形状計測装置を示す。図７との相
違点は、光源として半導体レーザ１０１Ｂを用いている
こと、ポッケルズセルのような結晶を用いた変調器は用
いずに半導体レーザ１０１Ｂで直接強度変調を行ってい
ること、ポッケルズセルのような結晶を用いた復調器は
用いずにイメージインテンシファイア１１１で復調を行
っていることの３点である。変調／復調信号発生器１０
４の信号に基いて強度変調を施された光は、半導体レー
ザ１０１Ｂから放射された後、投影レンズ１０６によっ
て対象物体６に平面照射される。対象物体６からの反射
光１０５ｂは、結像レンズ１０７によりイメージインテ
ンシファイア１１１に結像される。変調／復調信号発生
器１０４の信号を高圧ドライブ回路１１２により高圧信
号に変換し、イメージインテンシファイア１１１のゲイ
ンコントローラ端子に入力することにより強度復調され
た反射光は、ＣＣＤカメ１０９で撮像される。ＣＣＤカ
メラ１０９で撮像された濃淡画像は、対象物体６までの
距離に起因する位相情報を含んでいる。コンピュータ１
１０でこの濃淡画像を処理することにより、１回の撮像
で対象物体６の距離データを得ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図７に示す従
来の三次元形状計測装置によると、平面変調器１０３、
平面復調器１０８にポッケルズセルのような結晶を用い
た変調器／復調器を用いているため、非常に高価な装置
となってしまうという欠点があった。また、この結晶を
用いた変調器／復調器は開口が約数ミリ程度と小さいた
め、光源１０１Ａから放射された光および対象物体６で
反射された光をこの開口に合わせて集光レンズ１０２，
１０７を用いて集光しなければならず、装置が大型化し
てしまうという欠点があった。
来の三次元形状計測装置によると、平面変調器１０３、
平面復調器１０８にポッケルズセルのような結晶を用い
た変調器／復調器を用いているため、非常に高価な装置
となってしまうという欠点があった。また、この結晶を
用いた変調器／復調器は開口が約数ミリ程度と小さいた
め、光源１０１Ａから放射された光および対象物体６で
反射された光をこの開口に合わせて集光レンズ１０２，
１０７を用いて集光しなければならず、装置が大型化し
てしまうという欠点があった。
【００１０】また、図８に示す従来の三次元形状計測装
置によると、イメージインテンシファイア１１１を用い
ているため、非常に高価な装置となってしまうという欠
点があった。また、このイメージインテンシファイア１
１１を駆動するためには数百ボルトという高電圧信号を
強度変調することが必要なため、駆動回路が複雑になる
という欠点があった。また、このイメージインテンシフ
ァイア１１１はＣＣＤカメラ１０９に比べて大きいため
装置全体が大型化してしまうという欠点があった。
置によると、イメージインテンシファイア１１１を用い
ているため、非常に高価な装置となってしまうという欠
点があった。また、このイメージインテンシファイア１
１１を駆動するためには数百ボルトという高電圧信号を
強度変調することが必要なため、駆動回路が複雑になる
という欠点があった。また、このイメージインテンシフ
ァイア１１１はＣＣＤカメラ１０９に比べて大きいため
装置全体が大型化してしまうという欠点があった。
【００１１】一方、光を検出できるセンサにおいて、小
型化を図るために代表的な２次元センサである２次元Ｍ
ＯＳイメージセンサや２次元ＣＣＤイメージセンサを用
いることも考えられるが、これらのイメージセンサは、
信号電荷を蓄積時間分だけ積分する機能しか有していな
いため、距離計測に必要な復調機能はなく、これらを３
次元形状計測装置の光センサとして用いることはできな
い。
型化を図るために代表的な２次元センサである２次元Ｍ
ＯＳイメージセンサや２次元ＣＣＤイメージセンサを用
いることも考えられるが、これらのイメージセンサは、
信号電荷を蓄積時間分だけ積分する機能しか有していな
いため、距離計測に必要な復調機能はなく、これらを３
次元形状計測装置の光センサとして用いることはできな
い。
【００１２】従って、本発明の目的は、小型かつ安価
で、対象物体までの距離を短時間かつ高精度に計測する
ことが可能な光センサおよび三次元形状計測装置を提供
することにある。
で、対象物体までの距離を短時間かつ高精度に計測する
ことが可能な光センサおよび三次元形状計測装置を提供
することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、入射光を信号電流に光電変換する光電変換
部と、前記信号電流を所定の周期でサンプリングするサ
ンプリング部と、前記サンプリング部によってサンプリ
ングされた前記信号電流に対応する信号電荷を蓄積する
蓄積部と、前記サンプリング部がサンプリングしていな
い期間に前記光電変換部および前記光電変換部の周辺に
形成された寄生容量に蓄積された不要電荷を排出する排
出部とを有して２次元状に配列された複数の信号発生手
段と、前記複数の信号発生手段の前記蓄積部に蓄積され
た前記信号電荷を読み出す読み出し手段とを備えたこと
を特徴とする光センサを提供する。上記構成によれば、
サンプリング部がサンプリングしていない期間に光電変
換部および光電変換部の周辺に形成された寄生容量に蓄
積された不要電荷を排出することにより、蓄積部には、
サンプリング部によるサンプリングの期間に発生した信
号電荷にみが蓄積され、正確な信号電荷が得られる。
成するため、入射光を信号電流に光電変換する光電変換
部と、前記信号電流を所定の周期でサンプリングするサ
ンプリング部と、前記サンプリング部によってサンプリ
ングされた前記信号電流に対応する信号電荷を蓄積する
蓄積部と、前記サンプリング部がサンプリングしていな
い期間に前記光電変換部および前記光電変換部の周辺に
形成された寄生容量に蓄積された不要電荷を排出する排
出部とを有して２次元状に配列された複数の信号発生手
段と、前記複数の信号発生手段の前記蓄積部に蓄積され
た前記信号電荷を読み出す読み出し手段とを備えたこと
を特徴とする光センサを提供する。上記構成によれば、
サンプリング部がサンプリングしていない期間に光電変
換部および光電変換部の周辺に形成された寄生容量に蓄
積された不要電荷を排出することにより、蓄積部には、
サンプリング部によるサンプリングの期間に発生した信
号電荷にみが蓄積され、正確な信号電荷が得られる。
【００１４】本発明は、上記目的を達成するため、所定
の周波数で強度変調された強度変調光を物体に向けて出
射する光出射手段と、前記物体からの反射光と前記強度
変調光との合成光を受光して検出信号を出力する光セン
サと、前記検出信号に基づいて前記物体までの距離を演
算する演算手段とを有する三次元形状計測装置におい
て、前記光センサは、前記強度変調光を信号電流に光電
変換する光電変換部と、前記信号電流を所定の周期でサ
ンプリングするサンプリング部と、前記サンプリング部
によってサンプリングされた前記信号電流に対応する信
号電荷を蓄積する蓄積部と、前記サンプリング部がサン
プリングしていない期間に前記光電変換部および前記光
電変換部の周辺に形成された寄生容量に蓄積された不要
電荷を排出する排出部とを有して２次元状に配列された
複数の信号発生手段と、前記複数の信号発生手段の前記
蓄積部に蓄積された前記信号電荷を読み出す読み出し手
段とを備えたことを特徴とする三次元形状計測装置を提
供する。
の周波数で強度変調された強度変調光を物体に向けて出
射する光出射手段と、前記物体からの反射光と前記強度
変調光との合成光を受光して検出信号を出力する光セン
サと、前記検出信号に基づいて前記物体までの距離を演
算する演算手段とを有する三次元形状計測装置におい
て、前記光センサは、前記強度変調光を信号電流に光電
変換する光電変換部と、前記信号電流を所定の周期でサ
ンプリングするサンプリング部と、前記サンプリング部
によってサンプリングされた前記信号電流に対応する信
号電荷を蓄積する蓄積部と、前記サンプリング部がサン
プリングしていない期間に前記光電変換部および前記光
電変換部の周辺に形成された寄生容量に蓄積された不要
電荷を排出する排出部とを有して２次元状に配列された
複数の信号発生手段と、前記複数の信号発生手段の前記
蓄積部に蓄積された前記信号電荷を読み出す読み出し手
段とを備えたことを特徴とする三次元形状計測装置を提
供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態に係る三次元形状計測装置を示す。この装置１は、変
調信号を発生する変調信号発生器２と、変調信号発生器
２からの変調信号に基づいてレーザ光からなる照明光４
ａを出射する半導体レーザ３と、半導体レーザ３からの
照明光４ａを対象物体６に向けて照射する投影レンズ５
と、対象物体６で反射した物体光４ｂを光学フィルタ８
を介して光センサ９上に結像させる結像レンズ７と、半
導体レーザ３からの照明光４ａの一部を透過させ、残り
を参照光４ｃとして反射させ、光学フィルタ８を介して
光センサ９上に導くハーフミラー１０と、対象物体６と
光学フィルタ８との間に配置された第１の液晶シャッタ
１１Ａと、ハーフミラー１０と光学フィルタ８との間に
配置された第２の液晶シャッタ１１Ｂと、光センサ９に
パルス信号を出力するパルス発生部１２と、光センサ９
の出力信号の大小を比較する比較回路１３と、比較回路
１３の比較結果に基づいて対象物体６の表面形状に関す
る距離データを２次元的に算出する距離演算部１４と、
ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備え、この装置１の各部を
制御するとともに、距離演算部１４の演算結果を表示す
るコンピュータ１５とを有する。
態に係る三次元形状計測装置を示す。この装置１は、変
調信号を発生する変調信号発生器２と、変調信号発生器
２からの変調信号に基づいてレーザ光からなる照明光４
ａを出射する半導体レーザ３と、半導体レーザ３からの
照明光４ａを対象物体６に向けて照射する投影レンズ５
と、対象物体６で反射した物体光４ｂを光学フィルタ８
を介して光センサ９上に結像させる結像レンズ７と、半
導体レーザ３からの照明光４ａの一部を透過させ、残り
を参照光４ｃとして反射させ、光学フィルタ８を介して
光センサ９上に導くハーフミラー１０と、対象物体６と
光学フィルタ８との間に配置された第１の液晶シャッタ
１１Ａと、ハーフミラー１０と光学フィルタ８との間に
配置された第２の液晶シャッタ１１Ｂと、光センサ９に
パルス信号を出力するパルス発生部１２と、光センサ９
の出力信号の大小を比較する比較回路１３と、比較回路
１３の比較結果に基づいて対象物体６の表面形状に関す
る距離データを２次元的に算出する距離演算部１４と、
ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備え、この装置１の各部を
制御するとともに、距離演算部１４の演算結果を表示す
るコンピュータ１５とを有する。
【００１６】半導体レーザ３は、変調信号発生器２から
の変調信号に基づいて強度変調されたレーザ光からなる
照明光４ａを出射するとともに、変調信号発生器２から
の定常信号に基づいて強度変調されていない定常光から
なる照明光４ａを出射するものである。この定常光は、
強度変調された照明光４ａの平均強度に一致した光強度
を有する。
の変調信号に基づいて強度変調されたレーザ光からなる
照明光４ａを出射するとともに、変調信号発生器２から
の定常信号に基づいて強度変調されていない定常光から
なる照明光４ａを出射するものである。この定常光は、
強度変調された照明光４ａの平均強度に一致した光強度
を有する。
【００１７】第１および第２の液晶シャッタ１１Ａ，１
１Ｂは、例えば、画素毎に印加電圧を制御することによ
り透過率を０〜１００％の範囲で制御できるようになっ
ている。なお、シャッタ１１Ａ，１１Ｂは、画素毎でな
くても構わず、全画素同じ透過率でもよい。また、シャ
ッタとしてメカニカルシャッタを用いて一括遮断しても
よい。
１Ｂは、例えば、画素毎に印加電圧を制御することによ
り透過率を０〜１００％の範囲で制御できるようになっ
ている。なお、シャッタ１１Ａ，１１Ｂは、画素毎でな
くても構わず、全画素同じ透過率でもよい。また、シャ
ッタとしてメカニカルシャッタを用いて一括遮断しても
よい。
【００１８】パルス発生部１２は、電荷蓄積用ＭＯＳト
ランジスタを駆動する蓄積パルス信号Ｓｃ、および電荷
排出用ＭＯＳトランジスタを駆動する排出パルス信号Ｓ
ｄを発生するとともに、光センサ９の垂直シフトレジス
タおよび水平シフトレジスタに光センサ９の画素を読み
出す選択パルス信号を出力するものである。
ランジスタを駆動する蓄積パルス信号Ｓｃ、および電荷
排出用ＭＯＳトランジスタを駆動する排出パルス信号Ｓ
ｄを発生するとともに、光センサ９の垂直シフトレジス
タおよび水平シフトレジスタに光センサ９の画素を読み
出す選択パルス信号を出力するものである。
【００１９】図２は、変調信号発生器２を示す。変調信
号発生器２は、変調信号を出力する変調電流源２０と、
定常信号を出力する直流電流源２１と、変調電流源２０
の出力信号と、直流電流源２１の出力信号とを合成して
半導体レーザ３に出力する電流信号ミキサ２２とを備え
る。
号発生器２は、変調信号を出力する変調電流源２０と、
定常信号を出力する直流電流源２１と、変調電流源２０
の出力信号と、直流電流源２１の出力信号とを合成して
半導体レーザ３に出力する電流信号ミキサ２２とを備え
る。
【００２０】図３は、光センサ９を示す。この光センサ
９は、２次元ＭＯＳ（Metal OxidedSemiconductor）セ
ンサであり、２次元状に配列された複数（同図では８
つ）の画素９０（９０−11，９０−12，９０−13，…，
９０−21，９０−22，９０−23，…）と、各画素９０毎
に設けられた垂直選択トランジスタ９１（９１−11，９
１−12，９１−13，…，９１−21，９１−22，９１−2
3，…）と、各行毎に設けられた水平選択トランジスタ
９２（９２−1 ，９２−2 ，９２−3 ，…）と、水平信
号線９３ａを介して各垂直選択トランジスタ９１に駆動
パルスを出力する垂直シフトレジスタ９３と、垂直信号
線９４ａを介して水平選択トランジスタ９２に駆動パル
スを出力する水平シフトレジスタ９４と、ビデオバイア
ス電源９５に負荷抵抗９６を介して接続され、各画素９
０から読み出された信号電荷を増幅して出力するビデオ
アンプ９７と、リセット線９８ａを介して各画素９０に
リセット電圧を付与するリセット電源９８とを備える。
９は、２次元ＭＯＳ（Metal OxidedSemiconductor）セ
ンサであり、２次元状に配列された複数（同図では８
つ）の画素９０（９０−11，９０−12，９０−13，…，
９０−21，９０−22，９０−23，…）と、各画素９０毎
に設けられた垂直選択トランジスタ９１（９１−11，９
１−12，９１−13，…，９１−21，９１−22，９１−2
3，…）と、各行毎に設けられた水平選択トランジスタ
９２（９２−1 ，９２−2 ，９２−3 ，…）と、水平信
号線９３ａを介して各垂直選択トランジスタ９１に駆動
パルスを出力する垂直シフトレジスタ９３と、垂直信号
線９４ａを介して水平選択トランジスタ９２に駆動パル
スを出力する水平シフトレジスタ９４と、ビデオバイア
ス電源９５に負荷抵抗９６を介して接続され、各画素９
０から読み出された信号電荷を増幅して出力するビデオ
アンプ９７と、リセット線９８ａを介して各画素９０に
リセット電圧を付与するリセット電源９８とを備える。
【００２１】画素９０は、入射光をその光強度に応じた
信号電流に光電変換するフォトダイオードＤと、フォト
ダイオードＤによって光電変換された信号電流をパルス
発生部１２からの所定の周期の蓄積パルス信号Ｓｃに従
ってサンプリングする電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭ
Ｃと、サンプリングされた信号電流に対応する信号電荷
を蓄積する電荷蓄積用キャパシタＣと、パルス発生部１
２から発生され、蓄積パルス信号Ｓｃと逆相の排出パル
ス信号Ｓｄに従ってフォトダイオードＤおよびフォトダ
イオードＤの周辺（電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣ
および自己）に形成された寄生容量に蓄積された不要電
荷を排出する電荷排出用ＭＯＳトランジスタＭＲとを備
える。
信号電流に光電変換するフォトダイオードＤと、フォト
ダイオードＤによって光電変換された信号電流をパルス
発生部１２からの所定の周期の蓄積パルス信号Ｓｃに従
ってサンプリングする電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭ
Ｃと、サンプリングされた信号電流に対応する信号電荷
を蓄積する電荷蓄積用キャパシタＣと、パルス発生部１
２から発生され、蓄積パルス信号Ｓｃと逆相の排出パル
ス信号Ｓｄに従ってフォトダイオードＤおよびフォトダ
イオードＤの周辺（電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣ
および自己）に形成された寄生容量に蓄積された不要電
荷を排出する電荷排出用ＭＯＳトランジスタＭＲとを備
える。
【００２２】次に、図４〜図６を参照して第１の実施の
形態に係る三次元形状計測装置１の動作を説明する。
形態に係る三次元形状計測装置１の動作を説明する。
【００２３】図４は、強度変調光の波形プロファイルを
示し、図５は、図４（ｂ）に示す物体光４ｂ、および図
４（ｃ）に示す参照光４ｃのサンプリングのタイミング
を示し、図６は、物体光４ｂと参照光４ｃとの図４
（ｄ）に示す合成光のサンプリングのタイミングを示
す。
示し、図５は、図４（ｂ）に示す物体光４ｂ、および図
４（ｃ）に示す参照光４ｃのサンプリングのタイミング
を示し、図６は、物体光４ｂと参照光４ｃとの図４
（ｄ）に示す合成光のサンプリングのタイミングを示
す。
【００２４】（１）定常光からなる物体光４ｂの検出 まず、パルス発生部１２から垂直シフトレジスタ９３お
よび水平シフトレジスタ９４に選択パルス信号を出力し
て全ての垂直選択トランジスタ９１および水平選択トラ
ンジスタ９２をＯＮさせるとともに、パルス発生部１２
から電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣおよび電荷排出
用ＭＯＳトランジスタＭＲを駆動するパルス信号を発生
して全ての電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣおよび電
荷排出用ＭＯＳトランジスタＭＲをＯＮさせて全ての画
素９０の電荷蓄積用キャパシタＣを電圧Ｖに充電するこ
とによりフォトダイオードＤに電圧Ｖの逆バイアスを印
加し、その後全てのＭＯＳトランジスタ９１，９２，Ｍ
Ｃ，ＭＲをＯＦＦさせる。
よび水平シフトレジスタ９４に選択パルス信号を出力し
て全ての垂直選択トランジスタ９１および水平選択トラ
ンジスタ９２をＯＮさせるとともに、パルス発生部１２
から電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣおよび電荷排出
用ＭＯＳトランジスタＭＲを駆動するパルス信号を発生
して全ての電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣおよび電
荷排出用ＭＯＳトランジスタＭＲをＯＮさせて全ての画
素９０の電荷蓄積用キャパシタＣを電圧Ｖに充電するこ
とによりフォトダイオードＤに電圧Ｖの逆バイアスを印
加し、その後全てのＭＯＳトランジスタ９１，９２，Ｍ
Ｃ，ＭＲをＯＦＦさせる。
【００２５】次に、定常光からなる物体光４ｂを検出す
る。すなわち、コンピュータ１５は、変調信号発生器２
の電流信号ミキサ２２を制御して直流電流源２１からの
直流信号のみを半導体レーザ３に出力させる。半導体レ
ーザ３は、定常光からなる照明光４ａを出射する。ま
た、コンピュータ１５は、第１および第２の液晶シャッ
タ１１Ａ，１１Ｂへの制御信号により、第１の液晶シャ
ッタ１１Ａを開状態にし、第２の液晶シャッタ１１Ｂを
閉状態にする。半導体レーザ３からの照明光４ａは、そ
の一部がハーフミラー１０を透過し、投影レンズ５によ
って対象物体６に投影され、その対象物体６で反射した
物体光４ｂは、結像レンズ７によって光学フィルタ８を
介して光センサ９上に結像する。
る。すなわち、コンピュータ１５は、変調信号発生器２
の電流信号ミキサ２２を制御して直流電流源２１からの
直流信号のみを半導体レーザ３に出力させる。半導体レ
ーザ３は、定常光からなる照明光４ａを出射する。ま
た、コンピュータ１５は、第１および第２の液晶シャッ
タ１１Ａ，１１Ｂへの制御信号により、第１の液晶シャ
ッタ１１Ａを開状態にし、第２の液晶シャッタ１１Ｂを
閉状態にする。半導体レーザ３からの照明光４ａは、そ
の一部がハーフミラー１０を透過し、投影レンズ５によ
って対象物体６に投影され、その対象物体６で反射した
物体光４ｂは、結像レンズ７によって光学フィルタ８を
介して光センサ９上に結像する。
【００２６】パルス発生部１２は、各画素９０（９０−
11，９０−12，９０−13，…，９０−21，９０−22，９
０−23，…）の電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣに図
５に示すタイミングで蓄積パルス信号Ｓｃを出力して各
電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣをＯＮさせる。対象
物体６からの物体光４ｂは、フォトダイオードＤによっ
て信号電流に光電変換され、その信号電流は、電荷蓄積
用ＭＯＳトランジスタＭＣのＯＮ期間に電荷蓄積用キャ
パシタＣに信号電荷として所定の回数分蓄積される。ま
た、パルス発生部１２は、各画素９０の電荷排出用ＭＯ
ＳトランジスタＭＲに図５に示すタイミングで排出パル
ス信号Ｓｄを出力してフォトダイオードＤ、電荷蓄積用
ＭＯＳトランジスタＭＣおよび電荷排出用ＭＯＳトラン
ジスタＭＲの寄生容量に蓄積された不要電荷をリセット
電源９８のリセット電圧Ｖによりリセットする。電荷蓄
積用ＭＯＳトランジスタＭＣと電荷排出用ＭＯＳトラン
ジスタＭＲとは逆相で駆動されているので、電荷蓄積用
ＭＯＳトランジスタＭＣがＯＦＦの期間にフォトダイオ
ードＤおよびＭＯＳトランジスタＭＣ，ＭＲの寄生容量
に蓄積された不要電荷は排出され、電荷蓄積用キャパシ
タＣには、電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣのＯＮ期
間に発生した信号電荷のみが蓄積される。この信号電荷
の極性は、初期に電荷蓄積用キャパシタＣに充電された
電圧Ｖと逆なので、電圧Ｖに対して信号分だけ減少した
値が蓄積される。
11，９０−12，９０−13，…，９０−21，９０−22，９
０−23，…）の電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣに図
５に示すタイミングで蓄積パルス信号Ｓｃを出力して各
電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣをＯＮさせる。対象
物体６からの物体光４ｂは、フォトダイオードＤによっ
て信号電流に光電変換され、その信号電流は、電荷蓄積
用ＭＯＳトランジスタＭＣのＯＮ期間に電荷蓄積用キャ
パシタＣに信号電荷として所定の回数分蓄積される。ま
た、パルス発生部１２は、各画素９０の電荷排出用ＭＯ
ＳトランジスタＭＲに図５に示すタイミングで排出パル
ス信号Ｓｄを出力してフォトダイオードＤ、電荷蓄積用
ＭＯＳトランジスタＭＣおよび電荷排出用ＭＯＳトラン
ジスタＭＲの寄生容量に蓄積された不要電荷をリセット
電源９８のリセット電圧Ｖによりリセットする。電荷蓄
積用ＭＯＳトランジスタＭＣと電荷排出用ＭＯＳトラン
ジスタＭＲとは逆相で駆動されているので、電荷蓄積用
ＭＯＳトランジスタＭＣがＯＦＦの期間にフォトダイオ
ードＤおよびＭＯＳトランジスタＭＣ，ＭＲの寄生容量
に蓄積された不要電荷は排出され、電荷蓄積用キャパシ
タＣには、電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣのＯＮ期
間に発生した信号電荷のみが蓄積される。この信号電荷
の極性は、初期に電荷蓄積用キャパシタＣに充電された
電圧Ｖと逆なので、電圧Ｖに対して信号分だけ減少した
値が蓄積される。
【００２７】電荷蓄積用キャパシタＣに蓄積された信号
電荷は、通常のＭＯＳイメージセンサと同様の方法で読
み出される。すなわち、垂直シフトレジスタ９３と水平
シフトレジスタ９４にて駆動される垂直選択トランジス
タ９１（９１−11，９１−12，９１−13，…，９１−2
1，９１−22，９１−23，…）を順次ＯＮし、電荷蓄積
用キャパシタＣにビデオバイアス電源９５から信号電荷
分が補充され、これが出力信号としてビデオアンプ９７
を通して読み出される。読み出された出力信号は、図１
の比較回路１３を経由し距離演算部１４にて画素９０毎
にメモリされる。これら画素９０毎にメモリされた出力
信号の値は、図４（ｂ）に示す物体光４ｂの振幅（Ｃna
Ｅ）に対応し、その値をＡ11，Ａ12，…とする。
電荷は、通常のＭＯＳイメージセンサと同様の方法で読
み出される。すなわち、垂直シフトレジスタ９３と水平
シフトレジスタ９４にて駆動される垂直選択トランジス
タ９１（９１−11，９１−12，９１−13，…，９１−2
1，９１−22，９１−23，…）を順次ＯＮし、電荷蓄積
用キャパシタＣにビデオバイアス電源９５から信号電荷
分が補充され、これが出力信号としてビデオアンプ９７
を通して読み出される。読み出された出力信号は、図１
の比較回路１３を経由し距離演算部１４にて画素９０毎
にメモリされる。これら画素９０毎にメモリされた出力
信号の値は、図４（ｂ）に示す物体光４ｂの振幅（Ｃna
Ｅ）に対応し、その値をＡ11，Ａ12，…とする。
【００２８】（２）定常光からなる参照光４ｃの検出 まず、前述したのと同様に、全てのＭＯＳトランジスタ
９１，９２，ＭＣ，ＭＲをＯＮさせて全ての画素９０の
電荷蓄積用キャパシタＣを電圧Ｖに充電することにより
フォトダイオードＤに電圧Ｖの逆バイアスを印加し、そ
の後全てのＭＯＳトランジスタ９１，９２，ＭＣ，ＭＲ
をＯＦＦさせる。次に、定常光からなる参照光４ｃを検
出する。すなわち、コンピュータ１５は、変調信号発生
器２の電流信号ミキサ２２を制御して直流電流源２１か
らの直流信号のみを半導体レーザ３に出力させる。半導
体レーザ３は、定常光からなる照明光４ａを出射する。
また、コンピュータ１５は、第１および第２の液晶シャ
ッタ１１Ａ，１１Ｂへの制御信号により、第１の液晶シ
ャッタ１１Ａを閉状態にし、第２の液晶シャッタ１１Ｂ
を開状態にする。半導体レーザ３からの照明光４ａは、
その一部がハーフミラー１０で反射し、光学フィルタ８
を介して光センサ９上に照射される。参照光４ｃは、フ
ォトダイオードＤによって信号電流に光電変換され、そ
の信号電流は、定常光からなる物体光４ｂを検出したの
と同様にサンプリングされる。サンプリング回数（蓄積
回数）は、物体光４ｂの検出時と同じである。距離演算
部１４において画素９０毎にメモリされた出力信号の値
は、図４（ｃ）に示す参照光４ｃの振幅（ｂＥ）に対応
し、その値をＢ11，Ｂ12，…とする。なお、物体光４ｂ
および参照光４ｃの検出の際のいずれも、サンプリング
のスタート時刻は特に指定は無い。またサンプリングの
回数は、次の合成光の検出時のサンプリング回数と同じ
にする。
９１，９２，ＭＣ，ＭＲをＯＮさせて全ての画素９０の
電荷蓄積用キャパシタＣを電圧Ｖに充電することにより
フォトダイオードＤに電圧Ｖの逆バイアスを印加し、そ
の後全てのＭＯＳトランジスタ９１，９２，ＭＣ，ＭＲ
をＯＦＦさせる。次に、定常光からなる参照光４ｃを検
出する。すなわち、コンピュータ１５は、変調信号発生
器２の電流信号ミキサ２２を制御して直流電流源２１か
らの直流信号のみを半導体レーザ３に出力させる。半導
体レーザ３は、定常光からなる照明光４ａを出射する。
また、コンピュータ１５は、第１および第２の液晶シャ
ッタ１１Ａ，１１Ｂへの制御信号により、第１の液晶シ
ャッタ１１Ａを閉状態にし、第２の液晶シャッタ１１Ｂ
を開状態にする。半導体レーザ３からの照明光４ａは、
その一部がハーフミラー１０で反射し、光学フィルタ８
を介して光センサ９上に照射される。参照光４ｃは、フ
ォトダイオードＤによって信号電流に光電変換され、そ
の信号電流は、定常光からなる物体光４ｂを検出したの
と同様にサンプリングされる。サンプリング回数（蓄積
回数）は、物体光４ｂの検出時と同じである。距離演算
部１４において画素９０毎にメモリされた出力信号の値
は、図４（ｃ）に示す参照光４ｃの振幅（ｂＥ）に対応
し、その値をＢ11，Ｂ12，…とする。なお、物体光４ｂ
および参照光４ｃの検出の際のいずれも、サンプリング
のスタート時刻は特に指定は無い。またサンプリングの
回数は、次の合成光の検出時のサンプリング回数と同じ
にする。
【００２９】（３）強度変調光からなる照明光４ａおよ
び参照光４ｃの合成光の検出 まず、前述したのと同様に、全てのＭＯＳトランジスタ
９１，９２，ＭＣ，ＭＲをＯＮさせて全ての画素９０の
電荷蓄積用キャパシタＣを電圧Ｖに充電することにより
フォトダイオードＤに電圧Ｖの逆バイアスを印加し、そ
の後全てのＭＯＳトランジスタ９１，９２，ＭＣ，ＭＲ
をＯＦＦさせる。次に、強度変調光からなる照明光４ａ
および参照光４ｃの合成光を検出する。すなわち、コン
ピュータ１５は、変調信号発生器２の電流信号ミキサ２
２を制御して変調電流源２０からの変調電流と直流電流
源２１からの直流電流を合成して半導体レーザ３に出力
させる。半導体レーザ３は、図４（ａ）に示すような強
度変調光からなる照明光４ａを出射する。また、コンピ
ュータ１５は、第１および第２の液晶シャッタ１１Ａ，
１１Ｂへの制御信号により、第１および第２の液晶シャ
ッタ１１Ａを開状態にする。半導体レーザ３からの照明
光４ａは、一部はハーフミラー１０を透過し、残りはハ
ーフミラー１０で反射する。ハーフミラー１０を透過し
た照明光４ａは、対象物体６に投影され、その対象物体
６で反射した図４（ｂ）に示すような物体光４ｂは、結
像レンズ７によって光学フィルタ８を介して光センサ９
上に結像する。一方、ハーフミラー１０で反射した図４
（ｃ）に示すような参照光４ｃは、光学フィルタ８を介
して光センサ９上に投影される。従って、光センサ９上
には、物体光４ｂと参照光４ｃからなる図４（ｄ）に示
すような合成光が入射する。
び参照光４ｃの合成光の検出 まず、前述したのと同様に、全てのＭＯＳトランジスタ
９１，９２，ＭＣ，ＭＲをＯＮさせて全ての画素９０の
電荷蓄積用キャパシタＣを電圧Ｖに充電することにより
フォトダイオードＤに電圧Ｖの逆バイアスを印加し、そ
の後全てのＭＯＳトランジスタ９１，９２，ＭＣ，ＭＲ
をＯＦＦさせる。次に、強度変調光からなる照明光４ａ
および参照光４ｃの合成光を検出する。すなわち、コン
ピュータ１５は、変調信号発生器２の電流信号ミキサ２
２を制御して変調電流源２０からの変調電流と直流電流
源２１からの直流電流を合成して半導体レーザ３に出力
させる。半導体レーザ３は、図４（ａ）に示すような強
度変調光からなる照明光４ａを出射する。また、コンピ
ュータ１５は、第１および第２の液晶シャッタ１１Ａ，
１１Ｂへの制御信号により、第１および第２の液晶シャ
ッタ１１Ａを開状態にする。半導体レーザ３からの照明
光４ａは、一部はハーフミラー１０を透過し、残りはハ
ーフミラー１０で反射する。ハーフミラー１０を透過し
た照明光４ａは、対象物体６に投影され、その対象物体
６で反射した図４（ｂ）に示すような物体光４ｂは、結
像レンズ７によって光学フィルタ８を介して光センサ９
上に結像する。一方、ハーフミラー１０で反射した図４
（ｃ）に示すような参照光４ｃは、光学フィルタ８を介
して光センサ９上に投影される。従って、光センサ９上
には、物体光４ｂと参照光４ｃからなる図４（ｄ）に示
すような合成光が入射する。
【００３０】図６は、物体光４ｂおよび参照光４ｃから
なる合成光のサンプリングのタイミングを示す。パルス
発生部１２は、各画素９０（９０−11，９０−12，９０
−13，…，９０−21，９０−22，９０−23，…）の電荷
蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣに図６に示すタイミング
で蓄積パルス信号Ｓc1（α1 ），Ｓc1（α1 ），…，Ｓ
c2（α2 ），Ｓc2（α2 ），…，Ｓck（αk ），Ｓck
（αk ），…，Ｓcn（α n ），Ｓcn（αn ），…を順次
出力して各電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣをＯＮさ
せる。ここでは、サンプリングの位相αは、合成光の１
周期の中に強度変調光の最大振幅に対応する位相が含ま
れるように略等間隔で複数設定している。その設定され
た位相をα1 ，α2 ，…，αk ，…，αn とし、その逆
相である排出パルス信号Ｓd1〜Ｓdnの位相をβ1 ，
β2 ，…，βk ，…，βn とする。
なる合成光のサンプリングのタイミングを示す。パルス
発生部１２は、各画素９０（９０−11，９０−12，９０
−13，…，９０−21，９０−22，９０−23，…）の電荷
蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣに図６に示すタイミング
で蓄積パルス信号Ｓc1（α1 ），Ｓc1（α1 ），…，Ｓ
c2（α2 ），Ｓc2（α2 ），…，Ｓck（αk ），Ｓck
（αk ），…，Ｓcn（α n ），Ｓcn（αn ），…を順次
出力して各電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣをＯＮさ
せる。ここでは、サンプリングの位相αは、合成光の１
周期の中に強度変調光の最大振幅に対応する位相が含ま
れるように略等間隔で複数設定している。その設定され
た位相をα1 ，α2 ，…，αk ，…，αn とし、その逆
相である排出パルス信号Ｓd1〜Ｓdnの位相をβ1 ，
β2 ，…，βk ，…，βn とする。
【００３１】１つの画素９０に入射した合成光は、その
フォトダイオードＤによって信号電流に光電変換され、
その信号電流は、所定の回数の蓄積パルス信号Ｓc1（α
1 ）に基づく蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣのＯＮ期間
に電荷蓄積用キャパシタＣに信号電荷として所定の回数
分蓄積される。また、パルス発生部１２は、各画素９０
の電荷排出用ＭＯＳトランジスタＭＲに排出パルス信号
Ｓc1（β1 ）を出力してフォトダイオードＤ、電荷蓄積
用ＭＯＳトランジスタＭＣおよび電荷排出用ＭＯＳトラ
ンジスタＭＲの寄生容量に蓄積された不要電荷をリセッ
ト電源９８のリセット電圧Ｖによりリセットする。前述
したように、電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣと電荷
排出用ＭＯＳトランジスタＭＲとは逆相で駆動されてい
るので、電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣがＯＦＦの
期間にフォトダイオードＤおよびＭＯＳトランジスタＭ
Ｃ，ＭＲの寄生容量に蓄積された不要電荷が排出され、
電荷蓄積用キャパシタＣには、電荷蓄積用ＭＯＳトラン
ジスタＭＣのＯＮ期間に発生した位相α1 に対応する電
荷のみが所定回数分蓄積される。この信号電荷の極性は
初期に電荷蓄積用キャパシタＣに充電された電圧Ｖと逆
なので、電圧Ｖに対して信号分だけ減少した値が蓄積さ
れる。
フォトダイオードＤによって信号電流に光電変換され、
その信号電流は、所定の回数の蓄積パルス信号Ｓc1（α
1 ）に基づく蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣのＯＮ期間
に電荷蓄積用キャパシタＣに信号電荷として所定の回数
分蓄積される。また、パルス発生部１２は、各画素９０
の電荷排出用ＭＯＳトランジスタＭＲに排出パルス信号
Ｓc1（β1 ）を出力してフォトダイオードＤ、電荷蓄積
用ＭＯＳトランジスタＭＣおよび電荷排出用ＭＯＳトラ
ンジスタＭＲの寄生容量に蓄積された不要電荷をリセッ
ト電源９８のリセット電圧Ｖによりリセットする。前述
したように、電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣと電荷
排出用ＭＯＳトランジスタＭＲとは逆相で駆動されてい
るので、電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣがＯＦＦの
期間にフォトダイオードＤおよびＭＯＳトランジスタＭ
Ｃ，ＭＲの寄生容量に蓄積された不要電荷が排出され、
電荷蓄積用キャパシタＣには、電荷蓄積用ＭＯＳトラン
ジスタＭＣのＯＮ期間に発生した位相α1 に対応する電
荷のみが所定回数分蓄積される。この信号電荷の極性は
初期に電荷蓄積用キャパシタＣに充電された電圧Ｖと逆
なので、電圧Ｖに対して信号分だけ減少した値が蓄積さ
れる。
【００３２】電荷蓄積用キャパシタＣに蓄積された信号
電荷は、通常のＭＯＳイメージセンサと同様の方法で読
み出される。すなわち、垂直シフトレジスタ９３と水平
シフトレジスタ９４にて駆動される水平選択用トランジ
スタ９１と垂直選択用トランジスタ９２を順次ＯＮし、
電荷蓄積用キャパシタＣにビデオバイアス電源９５から
信号電荷分が補充され、これが出力信号としてビデオア
ンプ９７を通して読み出される。読み出された出力信号
は、図１の比較回路１３にて画素９０毎にメモリされ
る。これら画素９０毎にメモリされた出力信号の値をＰ
1-11，Ｐ1-12，…とする。
電荷は、通常のＭＯＳイメージセンサと同様の方法で読
み出される。すなわち、垂直シフトレジスタ９３と水平
シフトレジスタ９４にて駆動される水平選択用トランジ
スタ９１と垂直選択用トランジスタ９２を順次ＯＮし、
電荷蓄積用キャパシタＣにビデオバイアス電源９５から
信号電荷分が補充され、これが出力信号としてビデオア
ンプ９７を通して読み出される。読み出された出力信号
は、図１の比較回路１３にて画素９０毎にメモリされ
る。これら画素９０毎にメモリされた出力信号の値をＰ
1-11，Ｐ1-12，…とする。
【００３３】同様にして所定の回数の蓄積パルス信号Ｓ
c2（α2 ）に基づく蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣのＯ
Ｎ期間に電荷蓄積用キャパシタＣに信号電荷として所定
の回数分蓄積される。また、パルス発生部１２は、各画
素９０の電荷排出用ＭＯＳトランジスタＭＲに排出パル
ス信号Ｓc2（β2 ）を出力してフォトダイオードＤおよ
びＭＯＳトランジスタＭＣ，ＭＲの寄生容量に蓄積され
た不要電荷をリセット電源９８のリセット電圧Ｖにより
リセットする。電荷蓄積用キャパシタＣには、電荷蓄積
用ＭＯＳトランジスタＭＣのＯＮ期間に発生した位相α
2 に対応する電荷のみが所定回数分蓄積される。電荷蓄
積用キャパシタＣに蓄積された信号電荷は、前述したの
と同様に出力信号としてビデオアンプ９７を通して読み
出される。読み出された出力信号は、図１の比較回路１
３にて画素９０毎にメモリされる。これら画素９０毎に
メモリされた出力信号の値をＰ2-11，Ｐ2-12，…とす
る。
c2（α2 ）に基づく蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣのＯ
Ｎ期間に電荷蓄積用キャパシタＣに信号電荷として所定
の回数分蓄積される。また、パルス発生部１２は、各画
素９０の電荷排出用ＭＯＳトランジスタＭＲに排出パル
ス信号Ｓc2（β2 ）を出力してフォトダイオードＤおよ
びＭＯＳトランジスタＭＣ，ＭＲの寄生容量に蓄積され
た不要電荷をリセット電源９８のリセット電圧Ｖにより
リセットする。電荷蓄積用キャパシタＣには、電荷蓄積
用ＭＯＳトランジスタＭＣのＯＮ期間に発生した位相α
2 に対応する電荷のみが所定回数分蓄積される。電荷蓄
積用キャパシタＣに蓄積された信号電荷は、前述したの
と同様に出力信号としてビデオアンプ９７を通して読み
出される。読み出された出力信号は、図１の比較回路１
３にて画素９０毎にメモリされる。これら画素９０毎に
メモリされた出力信号の値をＰ2-11，Ｐ2-12，…とす
る。
【００３４】比較回路１３は、Ｐ1-11とＰ2-11、Ｐ1-12
とＰ2-12というように、画素９０毎にその大小を比較
し、大きいほうをＰp-11，Ｐp-12，…とする。蓄積パル
ス信号Ｓck，…，Ｓcnにより、この作業を同様の手順で
繰り返し、最終的に得られたＰp-11，Ｐp-12，…を距離
演算部１４にメモリする。
とＰ2-12というように、画素９０毎にその大小を比較
し、大きいほうをＰp-11，Ｐp-12，…とする。蓄積パル
ス信号Ｓck，…，Ｓcnにより、この作業を同様の手順で
繰り返し、最終的に得られたＰp-11，Ｐp-12，…を距離
演算部１４にメモリする。
【００３５】（４）距離演算部１４による演算 以下、この距離演算部１４による演算について詳細に説
明する。半導体レーザ３からの照明光４ａの強度変調の
角周波数をω、変調の最大値および最小値を２Ｅおよび
０とすると、半導体レーザ３から出射される図４（ａ）
に示すような照明光４ａの光強度Ｉ0 は、次の式（１）
のように表される。 Ｉ0 ＝Ｅ（ｓｉｎωｔ＋１） ……（１）
明する。半導体レーザ３からの照明光４ａの強度変調の
角周波数をω、変調の最大値および最小値を２Ｅおよび
０とすると、半導体レーザ３から出射される図４（ａ）
に示すような照明光４ａの光強度Ｉ0 は、次の式（１）
のように表される。 Ｉ0 ＝Ｅ（ｓｉｎωｔ＋１） ……（１）
【００３６】対象物体６までの距離が０〜２．５ｍとす
ると、必要とされる変調周波数は３０ＭＨｚとなる。ハ
ーフミラー１０の光透過率をａ、対象物体６上のある点
での反射係数をＣn とすると、その点が光センサ９上に
結像された地点ｎに入射する図４（ｂ）に示すような物
体光４ｂの強度は、次の式（２）のように表される。 Ａn ＝Ｃn ・ａＥ｛ｓｉｎ（ωｔ＋φn ）＋１｝ ……（２） ここで、φn は光センサ９上に入射する光の光源からの
飛行距離に起因する位相遅れである。（半導体レーザ３
〜対象物体６）＋（対象物体６〜光センサ９）間の距離
をＬとすると、 φn ＝ωＬ／Ｃ 但し、Ｃは光速を表す。
ると、必要とされる変調周波数は３０ＭＨｚとなる。ハ
ーフミラー１０の光透過率をａ、対象物体６上のある点
での反射係数をＣn とすると、その点が光センサ９上に
結像された地点ｎに入射する図４（ｂ）に示すような物
体光４ｂの強度は、次の式（２）のように表される。 Ａn ＝Ｃn ・ａＥ｛ｓｉｎ（ωｔ＋φn ）＋１｝ ……（２） ここで、φn は光センサ９上に入射する光の光源からの
飛行距離に起因する位相遅れである。（半導体レーザ３
〜対象物体６）＋（対象物体６〜光センサ９）間の距離
をＬとすると、 φn ＝ωＬ／Ｃ 但し、Ｃは光速を表す。
【００３７】一方、ハーフミラー１０の反射率をｂと
し、半導体レーザ３からハーフミラー１０を経由して光
センサ９までの光路長が変調波の波長と比較して十分に
小さいとすると、光センサ９の地点ｎ上での参照光４ｃ
は、次の式（３）のように表される。 Ｂn ＝ｂＥ（ｓｉｎωｔ＋１） ……（３）
し、半導体レーザ３からハーフミラー１０を経由して光
センサ９までの光路長が変調波の波長と比較して十分に
小さいとすると、光センサ９の地点ｎ上での参照光４ｃ
は、次の式（３）のように表される。 Ｂn ＝ｂＥ（ｓｉｎωｔ＋１） ……（３）
【００３８】光センサ９上の地点ｎ上での合成光の強度
Ｐn は、物体光４ｂの光強度を求める式（２）と参照光
４ｃの光強度を求める式（３）の加算により次の式
（４）のように表される。
Ｐn は、物体光４ｂの光強度を求める式（２）と参照光
４ｃの光強度を求める式（３）の加算により次の式
（４）のように表される。
【数１】 式（４）は、ＤＣ成分（Ｃna＋ｂ）Ｅ、および高周波成
分
分
【数２】 の和となる。Ｐn のピーク値をＰp とするとＰp は、
【数３】 と表される。
【００３９】よって合成光のピーク値Ｐp と物体光４ｂ
の振幅ＣnaＥ、参照光の振幅ｂＥを検出することができ
れば、距離情報を持つ位相遅れφn を算出することがで
きる。ＣnaＥおよびｂＥは参照光を強度変調せずに放射
したときの値であるので、これらを求める際には強度変
調を行わない。Ｐp を求める際には、物体光４ｂおよび
参照光４ｃを強度変調させて合成光を形成し、合成波を
所定の複数のタイミングによりサンプリングし、サンプ
リング結果が最大となるタイミングにおける値を検出す
る。物体光４ｂの振幅に相当する信号（Ａ11，Ａ12，
…）の中の１つの信号をＡとし、参照光４ｃの振幅に相
当する信号（Ｂ11，Ｂ12，…）および合成光のピーク信
号（Ｐp-11，Ｐp-12，…）の中で信号Ａに対応する画素
９０に相当する信号をＢおよびＰp とすると、式（５）
は、
の振幅ＣnaＥ、参照光の振幅ｂＥを検出することができ
れば、距離情報を持つ位相遅れφn を算出することがで
きる。ＣnaＥおよびｂＥは参照光を強度変調せずに放射
したときの値であるので、これらを求める際には強度変
調を行わない。Ｐp を求める際には、物体光４ｂおよび
参照光４ｃを強度変調させて合成光を形成し、合成波を
所定の複数のタイミングによりサンプリングし、サンプ
リング結果が最大となるタイミングにおける値を検出す
る。物体光４ｂの振幅に相当する信号（Ａ11，Ａ12，
…）の中の１つの信号をＡとし、参照光４ｃの振幅に相
当する信号（Ｂ11，Ｂ12，…）および合成光のピーク信
号（Ｐp-11，Ｐp-12，…）の中で信号Ａに対応する画素
９０に相当する信号をＢおよびＰp とすると、式（５）
は、
【数４】 と表されるため、Ｐp ，Ａ，Ｂに距離演算部１４にメモ
リされていた所定の値を代入し、距離演算部１４におい
てφn を算出し、 φn ＝ωｌ／Ｃ （ただし、Ｃは光速） に従って距離画像を取得する。これを全画素９０につい
て行うことにより、全画素９０における距離画像が取得
できる。
リされていた所定の値を代入し、距離演算部１４におい
てφn を算出し、 φn ＝ωｌ／Ｃ （ただし、Ｃは光速） に従って距離画像を取得する。これを全画素９０につい
て行うことにより、全画素９０における距離画像が取得
できる。
【００４０】上述した第１の実施の形態によれば、以下
の効果が得られる。 （イ）サンプリング期間以外に発生した不要電荷を排出
してサンプリング期間に発生した信号電荷にみを電荷蓄
積用キャパシタＣに蓄積するようにしたので、正確な信
号電荷が得られ、また、強度変調光の同相について複数
回蓄積した信号電荷を得ているので、Ｓ／Ｎ比が高くな
り、物体６までの距離を高精度に計測することが可能と
なる。 （ロ）光を復調する手段として従来用いられてきた結晶
による光強度復調器やイメージインテンシティファイア
等の高価な手段を必要とせずに、光センサを小型かつ安
価で高速動作が可能なＭＯＳトランジスタによって構成
しているので、小型かつ安価で、物体６までの距離を短
時間に計測することが可能となる。 （ハ）本センサ９は、フォトダイオードＤに隣接した１
つの電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣと電荷蓄積用キ
ャパシタＣとの間で電荷転送が行われるので、蓄積回路
の時定数を非常に小さく抑えられるため、電荷蓄積用Ｍ
ＯＳトランジスタＭＣおよび電荷排出用ＭＯＳトランジ
スタＭＲを駆動するパルス信号は、１ｋＨｚ〜１００Ｍ
Ｈｚと高周波側まで対応可能であることから、高速に計
測することが可能となる。また、蓄積回路のサンプリン
グ周波数と信号読み出しの周波数を独立に制御すること
ができるため、電荷蓄積用キャパシタＣに高速で蓄積し
た信号電荷を通常のビデオレート等のように低速で読み
出すことができる。これに対し、従来のＭＯＳイメージ
センサによると、信号読み出しの周波数を蓄積回路のサ
ンプリング周波と同じに設定しなければならないため、
１００ＭＨｚといった高周波での動作は時定数の点で不
可能である。 （ニ）本センサ９は、通常の画像センサとしても用いる
ことができる。先に示したタイミングにて動作させても
構わないが、電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣを常時
ＯＮさせ、電荷排出用ＭＯＳトランジスタＭＲを常時Ｏ
ＦＦさせておけば、従来のＭＯＳイメージセンサと同様
な読み出しタイミングにより、輝度画像を取得できる。
従って、１つの２次元ＭＯＳセンサで距離画像と輝度画
像の両方を得ることができ、しかも二つの画像は画素９
０が１対１に対応しているため、後の画像処理を容易に
実行することができる。
の効果が得られる。 （イ）サンプリング期間以外に発生した不要電荷を排出
してサンプリング期間に発生した信号電荷にみを電荷蓄
積用キャパシタＣに蓄積するようにしたので、正確な信
号電荷が得られ、また、強度変調光の同相について複数
回蓄積した信号電荷を得ているので、Ｓ／Ｎ比が高くな
り、物体６までの距離を高精度に計測することが可能と
なる。 （ロ）光を復調する手段として従来用いられてきた結晶
による光強度復調器やイメージインテンシティファイア
等の高価な手段を必要とせずに、光センサを小型かつ安
価で高速動作が可能なＭＯＳトランジスタによって構成
しているので、小型かつ安価で、物体６までの距離を短
時間に計測することが可能となる。 （ハ）本センサ９は、フォトダイオードＤに隣接した１
つの電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣと電荷蓄積用キ
ャパシタＣとの間で電荷転送が行われるので、蓄積回路
の時定数を非常に小さく抑えられるため、電荷蓄積用Ｍ
ＯＳトランジスタＭＣおよび電荷排出用ＭＯＳトランジ
スタＭＲを駆動するパルス信号は、１ｋＨｚ〜１００Ｍ
Ｈｚと高周波側まで対応可能であることから、高速に計
測することが可能となる。また、蓄積回路のサンプリン
グ周波数と信号読み出しの周波数を独立に制御すること
ができるため、電荷蓄積用キャパシタＣに高速で蓄積し
た信号電荷を通常のビデオレート等のように低速で読み
出すことができる。これに対し、従来のＭＯＳイメージ
センサによると、信号読み出しの周波数を蓄積回路のサ
ンプリング周波と同じに設定しなければならないため、
１００ＭＨｚといった高周波での動作は時定数の点で不
可能である。 （ニ）本センサ９は、通常の画像センサとしても用いる
ことができる。先に示したタイミングにて動作させても
構わないが、電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタＭＣを常時
ＯＮさせ、電荷排出用ＭＯＳトランジスタＭＲを常時Ｏ
ＦＦさせておけば、従来のＭＯＳイメージセンサと同様
な読み出しタイミングにより、輝度画像を取得できる。
従って、１つの２次元ＭＯＳセンサで距離画像と輝度画
像の両方を得ることができ、しかも二つの画像は画素９
０が１対１に対応しているため、後の画像処理を容易に
実行することができる。
【００４１】次に、本発明の第２の実施の形態を説明す
る。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態とは、
距離演算部１４のみが異なり、他は第１の実施の形態と
同様に構成されている。式（５）を変形すると、次の式
（７）のようになる。
る。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態とは、
距離演算部１４のみが異なり、他は第１の実施の形態と
同様に構成されている。式（５）を変形すると、次の式
（７）のようになる。
【数５】 左辺のＰp −（ＣnaＥ＋ｂＥ）は、図４（ｄ）からも分
かるように、合成光の振幅成分である。よって、合成光
のピーク値Ｐp の代わりに振幅成分を検出しても参照光
４ｃと物体光４ｂの位相差φn が求まり、距離を算出で
きる。距離演算部１４は、この式（７）に基づいて合成
光の振幅成分を検出する。
かるように、合成光の振幅成分である。よって、合成光
のピーク値Ｐp の代わりに振幅成分を検出しても参照光
４ｃと物体光４ｂの位相差φn が求まり、距離を算出で
きる。距離演算部１４は、この式（７）に基づいて合成
光の振幅成分を検出する。
【００４２】次に、この第２の実施の形態の距離演算部
１４の動作を説明する。まず、合成光の光強度の最大値
（サンプリング結果の最大値）を第１の実施の形態にお
ける合成光のピーク値を求める手順と同じ手順で求め
る。それぞれの画素９０において、求められた最大値が
距離演算部１４内のメモリにストアされる。次に光強度
の最小値（サンプリング結果の最小値）を最大値を求め
たアルゴリズムと逆のアルゴリズムにより求める。すな
わち、合成光を所定の複数のタイミングによりサンプリ
ングし、サンプリング結果が最小となるタイミングにお
ける値を比較回路１３にて抽出し、距離演算部１４内の
別のメモリにストアする。合成光の振幅成分は、これら
の光強度の最大値から最小値を引いた値の１／２である
ので、これに基づいて、距離演算部１４にて各画素９０
における振幅成分を算出する。以上により求めた合成光
の振幅成分と、第１の実施の形態で求めた参照光４ｃお
よび物体光４ｂの振幅に相当する成分を式（７）に代入
し、位相差φn を距離演算部１４にて算出する。この第
２の実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の
効果が得られる。なお、参照光４ｃおよび物体光４ｂの
振幅成分であるｂＥおよびＣnaＥを、それぞれのＤＣ成
分から求めるのではなく、参照光４ｃを強度変調させた
状態で合成光の振幅成分を求めた手順［（最大値−最小
値）／２］から求めてもよい。
１４の動作を説明する。まず、合成光の光強度の最大値
（サンプリング結果の最大値）を第１の実施の形態にお
ける合成光のピーク値を求める手順と同じ手順で求め
る。それぞれの画素９０において、求められた最大値が
距離演算部１４内のメモリにストアされる。次に光強度
の最小値（サンプリング結果の最小値）を最大値を求め
たアルゴリズムと逆のアルゴリズムにより求める。すな
わち、合成光を所定の複数のタイミングによりサンプリ
ングし、サンプリング結果が最小となるタイミングにお
ける値を比較回路１３にて抽出し、距離演算部１４内の
別のメモリにストアする。合成光の振幅成分は、これら
の光強度の最大値から最小値を引いた値の１／２である
ので、これに基づいて、距離演算部１４にて各画素９０
における振幅成分を算出する。以上により求めた合成光
の振幅成分と、第１の実施の形態で求めた参照光４ｃお
よび物体光４ｂの振幅に相当する成分を式（７）に代入
し、位相差φn を距離演算部１４にて算出する。この第
２の実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の
効果が得られる。なお、参照光４ｃおよび物体光４ｂの
振幅成分であるｂＥおよびＣnaＥを、それぞれのＤＣ成
分から求めるのではなく、参照光４ｃを強度変調させた
状態で合成光の振幅成分を求めた手順［（最大値−最小
値）／２］から求めてもよい。
【００４３】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れず、種々に変形実施が可能である。例えば、上記実施
の形態では、光源として半導体レーザを用いたが、原理
的にコヒーレントな光を必要としないため一般的な光
源、例えば、キセノンランプ、ストロボ等を用いること
も可能である。また、上記実施の形態では、全画素同時
に電荷蓄積用キャパシタＣを電圧Ｖに充電し、フォトダ
イオードＤに電圧Ｖの逆バイアスを印加したが、信号電
荷を読み出す順番に従って画素毎に時系列的に電圧Ｖに
初期化し、電荷蓄積してもよい。また、上記実施の形態
では、光センサを２次元ＭＯＳセンサで構成したが、２
次元ＣＣＤセンサによって構成してもよい。
れず、種々に変形実施が可能である。例えば、上記実施
の形態では、光源として半導体レーザを用いたが、原理
的にコヒーレントな光を必要としないため一般的な光
源、例えば、キセノンランプ、ストロボ等を用いること
も可能である。また、上記実施の形態では、全画素同時
に電荷蓄積用キャパシタＣを電圧Ｖに充電し、フォトダ
イオードＤに電圧Ｖの逆バイアスを印加したが、信号電
荷を読み出す順番に従って画素毎に時系列的に電圧Ｖに
初期化し、電荷蓄積してもよい。また、上記実施の形態
では、光センサを２次元ＭＯＳセンサで構成したが、２
次元ＣＣＤセンサによって構成してもよい。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光センサ
および三次元形状計測装置によれば、サンプリングの期
間以外に発生した不要電荷を排出してサンプリングの期
間に発生した信号電荷のみを蓄積部に蓄積するようにし
たので、正確な信号電荷が得られ、対象物体までの距離
を高精度に計測することが可能となる。また、信号発生
手段を小型かつ安価で高速動作が可能なＭＯＳトランジ
スタやＣＣＤ等によって構成することが可能であるの
で、小型かつ安価で、対象物体までの距離を短時間に計
測することが可能となる。
および三次元形状計測装置によれば、サンプリングの期
間以外に発生した不要電荷を排出してサンプリングの期
間に発生した信号電荷のみを蓄積部に蓄積するようにし
たので、正確な信号電荷が得られ、対象物体までの距離
を高精度に計測することが可能となる。また、信号発生
手段を小型かつ安価で高速動作が可能なＭＯＳトランジ
スタやＣＣＤ等によって構成することが可能であるの
で、小型かつ安価で、対象物体までの距離を短時間に計
測することが可能となる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る三次元形状計
測装置の構成図
測装置の構成図
【図２】第１の実施の形態に係る変調信号発生器の構成
図
図
【図３】第１の実施の形態に係る光センサの回路図
【図４】第１の実施の形態における強度変調光の波形プ
ロファイル
ロファイル
【図５】第１の実施の形態における光センサのサンプリ
ングのタイミングを示す図
ングのタイミングを示す図
【図６】第１の実施の形態における光センサのサンプリ
ングのタイミングを示す図
ングのタイミングを示す図
【図７】従来の三次元形状計測装置の構成図
【図８】従来の三次元形状計測装置の構成図
１ 三次元形状計測装置 ２ 変調信号発生器 ４ａ 照明光 ３ 半導体レーザ ６ 対象物体 ５ 投影レンズ ４ｂ 物体光 ８ 光学フィルタ ９ 光センサ ７ 結像レンズ ４ｃ 参照光 １０ ハーフミラー １１Ａ 第１の液晶シャッタ １１Ｂ 第２の液晶シャッタ １２ パルス発生回路 １３ 比較回路 １４ 距離演算部 １５ コンピュータ ２０ 変調電流源 ２１ 直流電流源 ２２ 電流信号ミキサ ９０（９０−11，９０−12，…） 画素 ９１（９１−11，９１−12，…） 垂直選択トランジス
タ ９２（９２−1 ，９２−2 ，…） 水平選択トランジス
タ ９３ 垂直シフトレジスタ ９３ａ 水平信号線 ９４ 水平シフトレジスタ ９４ａ 垂直信号線 ９５ ビデオバイアス ９６ 負荷抵抗 ９７ ビデオアンプ ９８ リセット電源 ９８ａ リセット線 Ｃ 電荷蓄積用キャパシタ Ｄ フォトダイオード ＭＣ 電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタ ＭＲ 電荷排出用ＭＯＳトランジスタ Ｓc 蓄積パルス信号 Ｓd 排出パルス信号
タ ９２（９２−1 ，９２−2 ，…） 水平選択トランジス
タ ９３ 垂直シフトレジスタ ９３ａ 水平信号線 ９４ 水平シフトレジスタ ９４ａ 垂直信号線 ９５ ビデオバイアス ９６ 負荷抵抗 ９７ ビデオアンプ ９８ リセット電源 ９８ａ リセット線 Ｃ 電荷蓄積用キャパシタ Ｄ フォトダイオード ＭＣ 電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタ ＭＲ 電荷排出用ＭＯＳトランジスタ Ｓc 蓄積パルス信号 Ｓd 排出パルス信号
Claims (9)
- 【請求項１】入射光を信号電流に光電変換する光電変換
部と、前記信号電流を所定の周期でサンプリングするサ
ンプリング部と、前記サンプリング部によってサンプリ
ングされた前記信号電流に対応する信号電荷を蓄積する
蓄積部と、前記サンプリング部がサンプリングしていな
い期間に前記光電変換部および前記光電変換部の周辺に
形成された寄生容量に蓄積された不要電荷を排出する排
出部とを有して２次元状に配列された複数の信号発生手
段と、 前記複数の信号発生手段の前記蓄積部に蓄積された前記
信号電荷を読み出す読み出し手段とを備えたことを特徴
とする光センサ。 - 【請求項２】前記サンプリング部および前記排出部は、
ＭＯＳトランジスタを用いて構成された請求項１記載の
光センサ。 - 【請求項３】前記光電変換部は、前記入射光として所定
の周波数で強度変調された強度変調光を光電変換し、 前記サンプリング部は、前記強度変調光の複数の位相に
ついて前記信号電流をサンプリングし、 前記蓄積部は、前記信号電荷を前記位相毎に蓄積し、 前記読み出し手段は、前記信号電荷を前記位相毎に読み
出す構成の請求項１記載の光センサ。 - 【請求項４】前記光電変換部は、前記入射光として所定
の周波数で強度変調された強度変調光を光電変換し、 前記サンプリング部は、前記強度変調光の複数の位相に
ついて前記信号電流をそれぞれ複数回サンプリングし、 前記蓄積部は、前記複数回分の前記信号電荷を前記位相
毎に蓄積し、 前記読み出し手段は、前記複数回分の信号電荷を前記位
相毎に読み出す構成の請求項１記載の光センサ。 - 【請求項５】前記サンプリング部は、前記強度変調光の
最大振幅に対応する位相が前記複数の位相に含まれるよ
うに構成された請求項３又は４記載の光センサ。 - 【請求項６】前記サンプリング部は、前記光電変換部の
出力側に接続され、所定の周期の蓄積パルスで駆動され
る電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタを備え、 前記蓄積部は、前記電荷蓄積用ＭＯＳトランジスタに直
列に接続され、前記光電変換部から前記電荷蓄積用ＭＯ
Ｓトランジスタを介して流入する前記信号電流に対応す
る前記信号電荷を蓄積するキャパシタを備え、 前記排出部は、リセット電源に接続され、前記蓄積パル
スと逆相の排出パルスで駆動される電荷排出用ＭＯＳト
ランジスタを備えた構成の請求項１記載の光センサ。 - 【請求項７】所定の周波数で強度変調された強度変調光
を物体に向けて出射する光出射手段と、前記物体からの
反射光と前記強度変調光との合成光を受光して検出信号
を出力する光センサと、前記検出信号に基づいて前記物
体までの距離を演算する演算手段とを有する三次元形状
計測装置において、 前記光センサは、 前記強度変調光を信号電流に光電変換する光電変換部
と、前記信号電流を所定の周期でサンプリングするサン
プリング部と、前記サンプリング部によってサンプリン
グされた前記信号電流に対応する信号電荷を蓄積する蓄
積部と、前記サンプリング部がサンプリングしていない
期間に前記光電変換部および前記光電変換部の周辺に形
成された寄生容量に蓄積された不要電荷を排出する排出
部とを有して２次元状に配列された複数の信号発生手段
と、 前記複数の信号発生手段の前記蓄積部に蓄積された前記
信号電荷を読み出す読み出し手段とを備えたことを特徴
とする三次元形状計測装置。 - 【請求項８】前記サンプリング部は、前記強度変調光の
複数の位相について前記信号電流をサンプリングし、 前記蓄積部は、前記信号電荷を前記位相毎に蓄積し、 前記読み出し手段は、前記信号電荷を前記位相毎に読み
出し、 前記演算手段は、前記複数の位相の前記信号電荷のうち
最大値を示す前記信号電荷に基づいて前記強度変調光の
最大振幅を演算する構成の請求項７記載の三次元形状計
測装置。 - 【請求項９】前記サンプリング部は、前記強度変調光の
複数の位相について前記信号電流をそれぞれ複数回サン
プリングし、 前記蓄積部は、前記複数回分の前記信号電荷を前記位相
毎に蓄積し、 前記読み出し手段は、前記複数回分の信号電荷を前記位
相毎に読み出し、 前記演算手段は、前記複数の位相の前記信号電荷のうち
最大値を示す前記信号電荷に基づいて前記強度変調光の
最大振幅を演算する構成の請求項７記載の三次元形状計
測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11196016A JP2001021326A (ja) | 1999-07-09 | 1999-07-09 | 光センサおよび三次元形状計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11196016A JP2001021326A (ja) | 1999-07-09 | 1999-07-09 | 光センサおよび三次元形状計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001021326A true JP2001021326A (ja) | 2001-01-26 |
Family
ID=16350834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11196016A Pending JP2001021326A (ja) | 1999-07-09 | 1999-07-09 | 光センサおよび三次元形状計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001021326A (ja) |
-
1999
- 1999-07-09 JP JP11196016A patent/JP2001021326A/ja active Pending
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