JP2001041721A

JP2001041721A - ３次元画像検出装置

Info

Publication number: JP2001041721A
Application number: JP11216449A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kakiuchi; 伸一垣内; Shuzo Seo; 修三瀬尾; Nobuhiro Tani; 信博谷
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2001-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】測距光を照射して距離を検出する３次元画像
検出装置において、１つの光源（ＬＤ）を用いて測距及
び光通信を効率よく行なう。【解決手段】光源（ＬＤ）を繰り返し発光し被写体に
測距光Ｓ２１を繰り返し照射する。被写体からの反射光
をフォトダイオードで受光し発生した信号電荷を蓄積期
間Ｔ_U1に渡り蓄積する。各蓄積期間Ｔ_U1で蓄積された信
号電荷を積分し、積分された信号電荷に基づいて被写体
までの距離を検出する。測距光Ｓ２１が照射されてから
次の測距光Ｓ２１が照射されるまでの間に、通信光Ｓ２
２をパルス状に照射する。

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
を用いて被写体の３次元形状等を検出する３次元画像検
出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】３次元画像検出装置で被写体を撮像し、
検出された距離データや画像データから被写体の３次元
画像を得るには、高い画像処理能力と十分な記憶容量を
備える必要がある。しかし、これに必要な回路や器機を
備えると装置が大型化するため小型軽量化された３次元
画像検出装置で３次元画像を得ることは難しい。したが
って従来の３次元画像検出装置は、インターフェースケ
ーブルによりコンピュータに接続され、検出されたデー
タは逐次ケーブルを介してコンピュータに送られコンピ
ュータ上で処理されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】検出された距離データ
や画像データから被写体の３次元画像を構成するには、
被写体を多方向から撮像しこれを合成しなければならな
い。しかし３次元画像検出装置とコンピュータがケーブ
ルで接続されていると、３次元画像検出装置の可動範囲
が制限され多方向からの撮像が困難である。また、オペ
レーターの移動や器機の操作にとっても障害となる。

【０００４】本発明は、ケーブルを介することなくデー
タをコンピュータへ転送できかつ通信効率のよい３次元
画像検出装置を得ることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の３次元画像検出
装置は、光を照射するための光源と、受光量に応じた電
荷を蓄積可能な撮像素子と、光源を制御して被写体に測
距光を照射させ、被写体からの反射光を撮像素子で受光
し、反射光により蓄積した信号電荷に基づいて被写体ま
での距離を検出する距離情報検出手段と、光源を制御し
て通信光を照射させ、空間を伝送路とした光通信を行な
う情報伝達手段とを備え、測距光と通信光が重畳して光
源から照射されることを特徴としている。

【０００６】好ましくは距離情報検出手段において、測
距光が所定の回数繰り返し照射され、その繰り返し毎に
信号電荷は撮像素子に蓄積される。これにより距離情報
に関する大きな信号出力を得ることができる。また好ま
しくは通信光の発光のタイミングは、繰り返し照射され
る測距光の発光のタイミングに基づいて行われる。

【０００７】例えば、測距光が繰り返し照射される合間
に通信光を照射することにより測距光と通信光との重畳
が行われる。このとき好ましくは、測距光が繰り返し照
射される合間に照射される通信光は、光源のパルス発光
による所定ビット数の２進データである。

【０００８】例えば、光源からの発光を異なるパルス幅
をもつ２つのパルス光に変調し、２つのパルス光の一方
を２進データの０に他方を１に対応させ、２つのパルス
光のうち幅の狭いパルス光を測距光とすることにより測
距光と通信光との重畳が行われる。

【０００９】測距光は好ましくは、撮像素子における信
号電荷の蓄積が始まる前に照射され、被写体までの距離
に対応する信号電荷の蓄積が撮像素子における電荷の蓄
積が開始されてから撮像素子での反射光の受光が終了す
るまでの間に撮像素子において行われる。このとき好ま
しくは、通信光は測距光が照射される前に照射される。
またより好ましくは、通信光の照射が撮像素子における
信号電荷の蓄積が終了してから測距光が照射されるまで
の間に行われる。

【００１０】また測距光は好ましくは、光通信における
同期信号を兼ね、３次元画像検出装置とその外部装置と
の間での通信をより確実なものとする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態
であるカメラ型の３次元画像検出装置の斜視図である。

【００１２】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測距用発光装置（光源）１４が配設
されている。測距用発光装置１４の左側にはレリーズス
イッチ１５、液晶表示パネル１６が設けられ、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１
８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が設けられ
ている。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】カメラをカメラ本体１０の外部に設けられ
たモニタ装置とケーブルで接続すれば、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、
ビデオ出力端子２０を介してモニタ装置に伝送可能であ
る。また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に接続されており、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。したがってカメラをカメラ本体１０の外部に設けら
れたコンピュータと接続すれば、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。

【００１７】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。発光素子制御回路４４は、データパルス出
力回路２９を介してシステムコントロール回路３５によ
って制御される。発光素子１４ａは測距光や通信光であ
るレーザ光を照射するものであり、このレーザ光は測距
時においては照明レンズ１４ｂを介して被写体の全体に
照射され、通信時においてはコンピュータに接続された
通信用の受光器を含む領域に照射される。被写体におい
て反射した光は撮影レンズ１１に入射する。この光をＣ
ＣＤ２８によって検出することにより、後述するように
被写体の３次元画像が計測される。検出されたデータは
発光素子１４ａの発光動作によりコンピュータへ伝送さ
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。

【００１８】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。

【００１９】図３は、被写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とカメラから
外部装置へデータを送信する様子を模式的に表したもの
である。

【００２０】距離情報の検出は、発光装置１４を被写体
Ｓに向けて照射し、反射光を撮像レンズ１１を介してＣ
ＣＤ２８で受光することにより行われる。一方コンピュ
ータ４６へのデータ送信は、発光装置１４を発光させ、
これにより照射された光を照射領域Ｕ内にある受光器４
７によって受光検出することにより行われる。受光器４
７で検出された光は、電気信号に変換され受信データと
してコンピュータ４６に送られた後、所定の処理を施さ
れてディスプレイ等に表示される。

【００２１】次に図４および図５を参照して、本実施形
態における距離測定の原理について説明する。なお図５
において横軸は時間ｔである。

【００２２】距離測定装置Ｂから出力された測距光は被
写体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、したがって被写体Ｓからの反射光も、同じパ
ルス幅Ｈを有するパルス状の光である。また反射光のパ
ルスの立ち上がりは、測距光のパルスの立ち上がりより
も時間δ・ｔ（δは遅延係数）だけ遅れる。測距光と反
射光は距離測定装置Ｂと被写体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。

【００２３】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。

【００２４】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から被写体Ｓの表面の各点ま
での距離をそれぞれ検出し、被写体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。

【００２５】図６は、ＣＣＤ２８に設けられるフォトダ
イオード５１と垂直転送部５２の配置を示す図である。
図７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。

【００２６】フォトダイオード５１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５１は２次元的に格子状に配列され、垂直転送部
５２は所定の方向（図６において上下方向）に１列に並
ぶフォトダイオード５１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５１に対して
４つの垂直転送電極５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄを
有している。したがって垂直転送部５２では、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ＣＣＤ２８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。

【００２７】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５１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
戸が完全空乏化される。この状態において、入射光（被
写体からの反射光）の光量に応じた電荷がフォトダイオ
ード５１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５１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５１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。

【００２８】図８は距離情報検出動作のタイミングチャ
ートであり、図１、図２、図６〜図８を参照して本実施
形態における距離情報検出動作について説明する。なお
本実施形態の距離情報検出動作では、図５を参照して行
なった距離測定の原理の説明とは異なり、外光の影響に
よる雑音を低減するために測距光のパルスの立ち下がり
から反射光を検知可能な状態に定め、反射光のパルスが
立ち下がった後に検知不可能な状態に切換えるようにタ
イミングチャートを構成しているが原理的には何ら異な
るものではない。また本実施形態では、距離情報を検出
する際に照射される測距光に、データを送信するための
通信光が重畳されるが、ここでは説明の便宜上まず距離
情報の検出のみを行なった場合について説明し、データ
を送信するための通信光が測距光に重畳された場合につ
いては後述する。

【００２９】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５１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が立ち下がると略同時に測距光Ｓ３
がオフするように調整されている。

【００３０】測距光Ｓ３は被写体において反射し、ＣＣ
Ｄ２８に入射する。すなわちＣＣＤ２８によって被写体
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５１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Ｓ
４と外光に起因する信号電荷Ｓ５が発生する。反射光Ｓ
４が消滅すると（符号Ｓ６）フォトダイオード５１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）。

【００３１】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５１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５１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５１に蓄積されていた信号電荷Ｓ１
１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５１に残留する。

【００３２】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５１には、被写体までの距離
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５１に蓄
積している電荷が、被写体の距離情報に対応した信号電
荷Ｓ１２（斜線部）として垂直転送部５２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。

【００３３】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
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５１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。

【００３４】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、１フィールドの期
間（２つの垂直同期信号によって挟まれる期間）に積分
された信号電荷Ｓ１１は、その期間被写体が静止してい
ると見做せれば、被写体までの距離情報に対応してい
る。なお信号電荷Ｓ１３は信号電荷Ｓ１２に比べ微小で
あるため信号電荷Ｓ１２と信号電荷Ｓ１１は等しいと見
なすことができる。

【００３５】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５１に関するものであり、全て
のフォトダイオード５１においてこのような検出動作が
行なわれる。１フィールドの期間における検出動作の結
果、各フォトダイオード５１に隣接した垂直転送部５２
の各部位には、そのフォトダイオード５１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
れる。

【００３６】次に距離情報検出動作のフローチャートで
ある図９を参照して距離情報検出動作について説明す
る。なおここでは図８を参照して行なった説明と同様に
距離情報の検出のみを行なった場合について説明し、デ
ータ重畳処理を行なうステップ１０３については後述す
る。

【００３７】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。

【００３８】Ｄモードが選択されているとき、ステップ
１０３においてデータ重畳処理が行なわれた後ステップ
１０４において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１０５が実行され、ＣＣＤ２８による検知制
御が開始される。すなわち図８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Ｓ
１１が垂直転送部５２において積分される。

【００３９】ステップ１０６では、距離情報検出動作の
開始から１フィールド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フィールド期間が終了すると、１フィールド期間にわ
たる信号電荷Ｓ１１の積分が完了し、積分された信号電
荷がステップ１０７においてＣＣＤ２８から出力され
る。この積分された信号電荷は距離情報に対応し、ステ
ップ１０８において画像メモリ３４に一時的に記憶され
る。ステップ１０９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。

【００４０】ステップ１１０では、距離データの演算処
理が行なわれ、ステップ１１１において距離データが画
像メモリ３４に記憶されてこの検出動作は終了する。一
方、ステップ１０２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１１２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１１３に
おいてＣＣＤ２８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、ステップ１１４で撮像さ
れた画像データが画像メモリ３４に記憶されてこの検出
動作は終了する。

【００４１】次にステップ１１０において実行される演
算処理の内容を図８を参照して説明する。反射率Ｒの被
写体が照明され、この被写体が輝度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。

【００４２】図８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フィールド期間中の
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＝Σｋ・Ｒ・Ｉ・Ｔ_D ＝ｋ・Ｎ・Ｒ・Ｉ・Ｔ_D ・・・（３）となる。なお、パルス幅Ｔ_DはＴ_D＝δ・ｔ＝２ｒ／Ｃ・・・（４）と表せる。このとき被写体までの距離ｒはｒ＝Ｃ・ＳＭ₁₀／（２・ｋ・Ｎ・Ｒ・Ｉ）・・・（５）で表せる。したがって比例定数ｋ、反射率Ｒ、輝度Ｉを
予め求めておけば距離ｒが求められる。

【００４３】次にデータの重畳処理（ステップ１０３）
が行われる場合について、図９〜図１２を参照して説明
する。

【００４４】図１０（ａ）、（ｂ）は、発光装置（Ｌ
Ｄ）１４から照射される発光パルスのシーケンスを信号
電荷の蓄積期間との関係において表したものである。図
１０（ａ）はデータ重畳処理がない場合、図１０（ｂ）
はデータ重畳処理がある場合の発光パルスのシーケンス
である。

【００４５】データ重畳処理を行なう場合（図１０
（ｂ））においても、その蓄積期間及び測距光Ｓ２１の
発光のタイミングはデータ重畳処理を行なわない場合
（図１０（ａ））と同様である。しかしデータを重畳処
理する場合には、１つの測距光Ｓ２１が照射されてから
次の測距光Ｓ２１が照射されるまでの間に、送信データ
に対応するパルス信号Ｓ２２がデータ区間Ｔ_dに渡り照
射される。すなわち測距光２１の発光パルスが立ち下が
ると略同時にフォトダイオード５１において信号電荷の
蓄積が開始されＴ_U1の期間に渡り電荷の蓄積が行われ
る。フォトダイオード５１での蓄積が終了して所定時間
経過すると送信データに対応したパルス信号Ｓ２２が区
間Ｔ_dに渡り照射される。パルス信号Ｓ２２の照射が終
了してから所定のブランク期間Ｔ_bを隔てて次の測距光
Ｓ２１が照射される。すなわち、データ区間Ｔ_dとブラ
ンク期間Ｔ_bとを合わせた期間（Ｔ_d＋Ｔ_b）は、電荷
転送信号Ｓ１０が立ち下がってから電荷掃出信号Ｓ１が
立ち下がるまでの期間（図８参照）に含まれる。これら
の動作は１フィールド期間が終了するまでの間繰り返し
行われる。なお送信されるデータは、距離情報検出動作
で検出され、画像メモリ３４に記憶された距離データや
画像データである。また必要に応じて制御データなども
送信される。

【００４６】図１０（ｂ）に例示されたパルス信号Ｓ２
２は各々８ビットデータを表しており、それぞれ下に付
された２進データに対応している。すなわち１つのデー
タ区間Ｔ_dは８つの領域に等分されており、各領域は１
ビットに対応している。領域にパルス光が存在すれば
１、存在しなければ０を表している。またデータ送信
時、測距光Ｓ２１は送信側での送信動作と受信側での受
信動作を同期するための同期信号を兼ねている。

【００４７】図１１は、図９のステップ１０３において
実行されるデータ重畳処理のフローチャートである。ス
テップ１０２でＤモードであると判定されると、このデ
ータ重畳処理が実行される。まずステップ２０１におい
て送信データの有無が確認される。送信データが存在す
るとステップ２０２でデータがメモリ３４から読み出さ
れ、発光装置（ＬＤ）１４の駆動パルスへ重畳するため
の信号へ変換される。その後、データパルス出力回路２
９において送信データのデータパルスが出力され、ステ
ップ２０３でデータパルスがＬＤ駆動パルスに重畳され
このデータ重畳処理は終了する。またステップ２０１で
送信データが存在しないと判定された場合には、データ
は重畳されることなくこの処理は終了する。すなわち発
光パルスのシーケンスは、データ重畳処理がない図１０
（ａ）と同じになる。

【００４８】データ重畳処理が終了するとステップ１０
４で垂直同期信号が出力され、ステップ２０３において
データが重畳されたＬＤ駆動パルスにしたがった測距光
制御が開始される。すなわち発光装置（ＬＤ）１４が送
信データに合わせて図１０（ｂ）で示されたシーケンス
で発光される。以下、データが重畳されないとして説明
した距離情報検出動作と同様に処理が実行される。

【００４９】次に図１２を参照してコンピュータ４６上
で実行される光通信の受信動作について説明する。

【００５０】ステップ３０１で発光装置１４のパルス光
が受光器４７で検出されると、ステップ３０２で発光装
置１４から送信されるパルス信号（Ｓ２２）の検出が受
光器４７で開始される。ステップ３０２で一連のデータ
の受信が終了すると受信された画像データや距離データ
がステップ３０３で画像処理され、コンピュータ４６に
接続されたディスプレイ等に出力される。ステップ３０
４では受信動作を終了するか否かが判定される。例えば
コンピュータ４６のキーボードなどのキーに割り当てら
れた終了ボタンが押されているとこの受信動作は終了す
る。また終了ボタンが押されいなければステップ３０１
に戻り受信待機状態となる。

【００５１】以上のように本実施形態によれば、発光装
置１４を用いケーブルを介することなくデータを送信で
きるので、カメラの可動範囲が制限されず操作性のよい
３次元画像検出装置が得られる。また測距光と通信光を
重畳することにより距離情報検出動作とデータ送信が同
時にできるので通信効率も向上する。

【００５２】次に本発明の第２の実施形態について図１
３を参照して説明する。第２の実施形態は第１の実施形
態とＬＤの発光パルスのシーケンスのみが異なり、その
他の点については第１の実施形態と同様である。

【００５３】図１３は第２の実施形態におけるＬＤ（発
光装置１４）の発光パルスのシーケンスを信号電荷の蓄
積期間に関連させて示している。

【００５４】第２の実施形態では、送信データはパルス
光Ｓ３１をパルス幅変調することにより測距光に重畳さ
れており、その変調方法はパルスの立上りのタイミング
を変える前縁変調である。すなわちパルス幅はＴ_SとＴ
_S＋Ｔ_dの２種類に変調され、前縁部の区間Ｔ_dはデー
タ区間であり、後縁部の区間Ｔ_Sは測距光としての区間
である。後縁部の区間Ｔ_Sは各蓄積期間に対応して常に
パルスが存在するのに対して、前縁部の区間Ｔ_dはデー
タ区間であり、その区間にパルスが存在するか否かによ
り１、０の１ビットデータを表している。すなわちパル
ス光Ｓ３１の幅がＴ_Sのときパルス光３１は０に対応
し、その幅がＴ_S＋Ｔ_dのとき１に対応している。この
ようにパルス幅変調されたパルス光３１を１フィールド
期間に渡り繰り返し照射することにより、データはコン
ピュータ３６へと送信される。なお、このデータの重畳
処理は第１の実施形態と同様にステップ１０３のデータ
重畳処理において行われる。

【００５５】このように、第２の実施形態においても第
１の実施形態と同様の効果が得られる。

【００５６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ケーブル
を介することなくデータをコンピュータへ転送できかつ
通信効率のよい３次元画像検出装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態であるカメラ型の３次
元画像検出装置の斜視図である。

【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】距離情報検出動作と光通信によりデータを送信
するときの様子を模式的に表した図である。

【図４】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５】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６】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７】ＣＣＤを基板に垂直な平面で切断して示す断面
図である。

【図８】被写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９】距離情報検出動作のフローチャートである。

【図１０】第１の実施形態における発光装置（ＬＤ）に
おける発光パルスのシーケンスである。

【図１１】データ重畳処理のフローチャートである。

【図１２】コンピュータで実行される受信動作のフロー
チャートである。

【図１３】本発明の第２の実施形態における発光装置
（ＬＤ）の発光パルスのシーケンスである。

【符号の説明】

１４発光装置５１フォトダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷信博東京都板橋区前野町２丁目36番９号旭光学工業株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA06 BB05 DD02 FF04 FF12 GG06 GG08 JJ03 JJ18 JJ26 LL04 LL30 MM06 MM22 PP04 PP22 QQ03 QQ11 QQ14 QQ24 SS13 UU00 UU02 UU05 5C061 AA29 AB02 AB03 AB06 AB08 AB12 AB21 AB24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を照射するための光源と、受光量に応じた電荷を蓄積可能な撮像素子と、前記光源を制御して被写体に測距光を照射させ、前記被
写体からの反射光を前記撮像素子で受光し、前記反射光
により蓄積した信号電荷に基づいて前記被写体までの距
離を検出する距離情報検出手段と、前記光源を制御して通信光を照射させ、空間を伝送路と
した光通信を行なう情報伝達手段とを備え、前記測距光と前記通信光が重畳して前記光源から照射さ
れることを特徴とする３次元画像検出装置。
【請求項２】前記距離情報検出手段において、前記測
距光が所定の回数繰り返し照射され、前記繰り返し毎に
信号電荷が前記撮像素子に蓄積されることを特徴とする
請求項１に記載の３次元画像検出装置。
【請求項３】前記通信光の発光のタイミングが、前記
繰り返し照射される測距光の発光のタイミングに基づい
て行われることを特徴とする請求項２に記載の３次元画
像検出装置。
【請求項４】前記測距光が繰り返し照射される合間に
前記通信光を照射することにより前記測距光と前記通信
光との重畳が行われることを特徴とする請求項３に記載
の３次元画像検出装置。
【請求項５】前記測距光が繰り返し照射される合間に
照射される前記通信光が、前記光源のパルス発光による
所定ビット数の２進データであることを特徴とする請求
項４に記載の３次元画像検出装置。
【請求項６】前記光源からの発光を異なるパルス幅を
もつ２つのパルス光に変調し、前記２つのパルス光の一
方を２進データの０に他方を１に対応させ、前記２つの
パルス光のうち幅の狭いパルス光を測距光とすることに
より前記測距光と前記通信光との重畳が行われることを
特徴とする請求項３に記載の３次元画像検出装置。
【請求項７】前記測距光が、前記撮像素子における信
号電荷の蓄積が始まる前に照射され、前記被写体までの
距離に対応する信号電荷の蓄積が前記撮像素子における
電荷の蓄積が開始されてから前記撮像素子での前記反射
光の受光が終了するまでの間に行われることを特徴とす
る請求項２に記載の３次元画像検出装置。
【請求項８】前記通信光が、前記測距光が照射される
前に照射されることを特徴とする請求項７に記載の３次
元画像検出装置。
【請求項９】前記通信光の照射が、前記撮像素子にお
ける前記信号電荷の蓄積が終了してから前記測距光が照
射されるまでの間に行われることを特徴とする請求項８
に記載の３次元画像検出装置。
【請求項１０】前記測距光が、光通信における同期信
号を兼ねることを特徴とする請求項１に記載の３次元画
像検出装置。