JP2001116516A

JP2001116516A - ３次元画像検出装置

Info

Publication number: JP2001116516A
Application number: JP2000235651A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kakiuchi; 伸一垣内; Shuzo Seo; 修三瀬尾; Nobuhiro Tani; 信博谷; Kiyoshi Yamamoto; 山本　　清
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2001-04-27
Anticipated expiration: 2020-08-03
Also published as: JP3820087B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光を照射して被写体の３次元形状を検出する
３次元画像検出装置において、測距光の発光とＣＣＤで
の電荷の蓄積のタイミングを被写体の距離に応じて自動
的に調整する。【解決手段】被写体に向け測距光を一定時間照射す
る。被写体からの反射光をストロボ用調光センサで受光
する。ストロボ用調光センサで受光された反射光の光量
から被写体までの距離を概算する。概算された距離から
遅延時間Δｔ₁を求める。パルス状の測距光Ｓ’３を被
写体に照射し、測距光Ｓ’３が立ち下がってからΔｔ₁
時間経過後、ＣＣＤでの蓄積期間Ｔ_U1にわたる電荷の蓄
積を開始する。蓄積期間Ｔ_U1にＣＣＤで受光される反射
光Ｓ’４の斜線部から被写体の３次元形状に関する距離
情報が算出される。

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】従来３次元画像入力装置における３次元
計測では、光伝播時間測定法を利用したものが知られて
いる。「Measurement Science and Technology」（S. C
hristie 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（被写体）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。

【０００３】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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらの３次元画像検
出装置で計測可能な距離は、測距光を照射する光源の駆
動タイミングとシャッタを駆動するタイミングとによっ
て決定する。したがって、被写体の距離計測を広い範囲
にわたって行なうには、光源とシャッタの駆動タイミン
グを予め適正なタイミングに調整しておく必要がある。

【０００５】本発明は、３次元画像検出装置で被写体の
距離を計測する際に、光源とシャッタの駆動タイミング
を自動的に調整する３次元画像検出装置を得ることを目
的としている。

【０００６】

【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、第１の測距光を被写体に照射する第１の光源
と、第１の測距光の被写体からの第１の反射光を受光
し、受光量に応じた第１の信号電荷を蓄積可能な撮像部
と、第１の信号電荷に基づいて被写体の３次元形状を検
出する３次元計測手段と、被写体までの距離に関する情
報であるプリ測距情報を検出するプリ測距手段と、第１
の光源の発光と第１の信号電荷の蓄積とが行われるタイ
ミングをプリ測距情報に基づいて調整するタイミング調
整手段とを備えることを特徴としている。

【０００７】３次元画像検出装置は好ましくは、第２の
測距光を被写体に照射する第２の光源と、第２の測距光
の被写体から第２の反射光を受光検出する受光部とを備
え、プリ測距手段は受光部における第２の反射光の検出
結果に基づいてプリ測距情報を得る。受光部は好ましく
は、受光量に応じた第２の信号電荷を蓄積可能な調光部
であり、プリ測距手段は第２の信号電荷に基づいてプリ
測距情報を得る。このとき第２の光源として例えば、第
１の光源またはストロボ発光装置が用いられる。

【０００８】またプリ測距手段において、調光部は好ま
しくはストロボ用調光センサと積分コンデンサとによっ
て構成され、ストロボ用調光センサは例えばフォトダイ
オードである。このとき例えば、第２の測距光の被写体
からの反射光が逆バイアスを印加されたフォトダイオー
ドで受光されることにより、フォトダイオードに逆電流
が流れ、積分コンデンサで第２の信号電荷が蓄積され、
積分コンデンサに生じる電位差からプリ測距情報を検出
する。

【０００９】プリ測距手段は例えば、第２の反射光の受
光部での受光位置を用いた三角測距によりプリ測距情報
を得る。このとき受光部はＰＳＤ(position sensitive
diode ）であることが好ましい。

【００１０】第１の測距光は好ましくは、撮像部におけ
る電荷の蓄積が始まる前に照射され、第１の信号電荷が
撮像部における電荷の蓄積が開始してから第１の反射光
の撮像部における受光が終了するまでの間蓄積されるよ
うにタイミング調整手段が駆動されることにより、被写
体の３次元形状に係る距離情報が検出される。このと
き、第１の反射光の全てが撮像部における電荷の蓄積が
行われている間に受光されるようにタイミング調整手段
を駆動し、距離情報に含まれる被写体の反射率に依存す
る反射率情報を検出することが好ましい。これにより３
次元計測手段において反射率の影響が低減できる。

【００１１】また、タイミング調整手段によるタイミン
グの調整において、撮像部での電荷の蓄積のタイミング
が第１の光源の発光のタイミングから相対的に一定の時
間ずれて行われる。このとき好ましくは、プリ測距情報
と一定の時間との対応関係を予めメモリに記録し、メモ
リに記録された対応関係にしたがってタイミングの調整
が行われる。これによりプリ測距情報に基づくタイミン
グの調整を迅速かつ簡便に行うことができる。

【００１２】

【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。

【００１３】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。ストロボ１３の左隣
には、ストロボ用調光受光センサ（フォトダイオード
（ＰＤ））２３が配置されている。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、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１
７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およびインターフェースコネクタ
２１が設けられている。

【００１４】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。

【００１５】撮影レンズ１１の光軸上にはＣＣＤ（撮像
部）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。

【００１６】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。

【００１７】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インターフェースケーブルを介して
接続すれば、画像メモリ３４から読み出された画像信号
をコンピュータに伝送可能である。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。

【００１８】発光装置１４は発光素子１４ａと照明レン
ズ１４ｂにより構成され、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１
４ａはレーザダイオード（ＬＤ）であり、照射されるレ
ーザ光は被写体の距離を検出するための測距光として用
いられる。このレーザ光は照明レンズ１４ｂを介して被
写体の全体に照射される。３次元計測では、被写体で反
射し撮影レンズ１１に入射したレーザ光をＣＣＤ２８で
検出することにより、被写体の表面形状に関する距離情
報が得られる。これに対し、３次元計測を行なう前に行
われ、被写体までの距離を検出するプリ測距では、発光
装置１４ａで照射されたレーザ光がストロボ用受光セン
サ２３で受光検知され、被写体までの概ねの距離が検出
される。

【００１９】ストロボ用調光センサ２３は調光回路２９
に接続されている。ストロボ発光時、調光回路２９はス
トロボ用調光センサ２３で受光される光量にしたがって
ストロボ回路２４にクエンチ信号を送りストロボ１３の
発光時間を制御する。またプリ測距時、ストロボ用調光
センサ２３からの信号は、調光回路２９を経てＡ／Ｄコ
ンバータ３９へ送られＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換さ
れた信号はシステムコントロール回路３５へ出力され
る。なお調光回路２９は、システムコントロール回路３
５によって制御される。

【００２０】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。

【００２１】次に図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について説明する。なお図４
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５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。

【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５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５
２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７は３次元計測におけるタイミングチャ
ートであり、図１、図２、図５〜図７を参照して本実施
形態における３次元計測について説明する。なお本実施
形態の３次元計測では、図４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。

【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。

【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と外光と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、被写体の距離情報と対応した信号電
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。

【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】しかしＣＣＤ２８により検出された反射光
は、被写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、被写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。これらの誤差を補正する方法については、次の３次
元計測のフローチャートの説明において述べる。

【００３７】図１１と図１２は３次元計測のフローチャ
ートである。図１、図２、図７〜図１２を参照して、本
実施形態における３次元計測について説明する。なお図
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。

【００３８】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。

【００３９】Ｄモードが選択されているとき、ステップ
１０３においてプリ測距が行われる。その後ステップ１
０４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。

【００４０】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。

【００４１】ステップ１１０〜１１３では、距離補正情
報の検出動作（図８参照）が行なわれる。まずステップ
１１０では、垂直同期信号が出力されるとともにＣＣＤ
２８による検知制御が開始される。すなわち発光装置１
４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、被写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Ｓ
２４）。したがって、距離情報の信号電荷は発生しない
が、ＣＣＤ２８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。

【００４２】ステップ１１１では、距離補正情報の検出
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信号電荷Ｓ２６の
１フィールド期間にわたる積分が完了し、ステップ１１
２においてこの積分された信号電荷がＣＣＤ２８から出
力される。この積分された信号電荷は距離補正情報に対
応し、ステップ１１３において画像メモリ３４に一時的
に記憶される。

【００４３】ステップ１１４〜１１８では、反射率情報
の検出動作（図９参照）が行なわれる。ステップ１１３
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１１５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Ｓ３４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。

【００４４】このようにフォトダイオード５１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Ｓ３
７、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’３９を含んでいる。

【００４５】ステップ１１６では、反射率情報検出動作
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信号電荷Ｓ３９の１
フィールド期間にわたる積分が完了し、ステップ１１７
においてこの積分された信号電荷がＣＣＤ２８から出力
される。この積分された信号電荷は反射率情報に対応
し、ステップ１１８において画像メモリ３４に一時的に
記憶される。ステップ１１９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。

【００４６】ステップ１２０〜１２３では、反射率補正
情報の検出動作（図１０参照）が行なわれる。ステップ
１２０では、垂直同期信号が出力されるとともにＣＣＤ
２８による検知制御が開始される。すなわち発光装置１
４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、被写体に測距光が照射
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、ＣＣＤ２８には外光等の外乱成分に対応した信
号電荷Ｓ４６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。

【００４７】ステップ１２１では、反射率補正情報の検
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信号電荷Ｓ４７
の１フィールド期間にわたる積分が完了し、ステップ１
２２においてこの積分された信号電荷がＣＣＤ２８から
出力される。この積分された信号電荷は反射率補正情報
に対応し、ステップ１２３において画像メモリ３４に一
時的に記憶される。

【００４８】ステップ１２４では、ステップ１０４〜１
２３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１２５において距離データが記
録媒体Ｍにも記録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１２６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１２７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１２８で撮像さ
れた画像データが記録媒体Ｍに記録される。なおＶモー
ドでは、ストロボ１３を発光した撮影が可能であり、ス
トロボ１３を発光して撮影が行なわれるときには、スト
ロボ用調光センサ２３はストロボ１３の発光の制御に用
いられる。

【００４９】次にステップ１２４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５１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。

【００５０】被写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。

【００５１】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＝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。

【００５２】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Ｓ２３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。

【００５３】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。

【００５４】（４）、（６）、（７）、（８）式から、Ｓ_D＝（ＳＭ₁₀−ＳＭ₁₁）／（ＳＭ₂₀−ＳＭ₂₁）＝Ｔ_D／Ｔ_S ・・・（９）が得られる。

【００５５】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写体からの反射光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。

【００５６】（９）式の各出力値ＳＭ₁₀、ＳＭ₁₁、ＳＭ
₂₀、ＳＭ₂₁はステップ１０７、１１２、１１７、１２２
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。すなわち２ｒ＝Ｃ・Ｔ_S・（ＳＭ₁₀−ＳＭ₁₁）／（ＳＭ₂₀−ＳＭ₂₁）（１０）と表せる。

【００５７】しかし被写体までの距離ｒが大きくなり、
Ｔ_S＝２ｒ／Ｃとなる距離ｒ_Sを超えると、反射光Ｓ４
は全て蓄積間Ｔ_U1の間に受光されることとなり、距離情
報の検出ができなくなる。これを防ぐ１つの方法とし
て、測距光Ｓ３のパルス幅Ｔ_Sと蓄積期間Ｔ_U1を大きく
し、測距レンジを広げることが考えられる。しかしフォ
トダイオード５１に蓄積可能な電荷量には上限があるた
め、パルス幅Ｔ_Sを大きくし測距レンジを広げるには測
距光の放射パワー（パルスＳ３の高さ）を低くしなくて
はならない。測距光の放射パワーを低くすると距離情報
に対応する信号電荷Ｓ１２の蓄積電荷量は小さくなる
が、外光により蓄積される信号電荷Ｓ１３の蓄積電荷量
は変わらないのでＳ／Ｎ比が悪化する。

【００５８】したがって本実施形態では、測距光Ｓ３の
パルス幅Ｔ_Sは変えず、測距光Ｓ３が照射されてから蓄
積期間Ｔ_U1が開始するまでの時間を被写体の距離に応じ
て調整し、反射光の全てが蓄積期間内に受光されないよ
うに発光装置１４およびＣＣＤ２８を制御する。また反
射率情報を得る際にも、反射光Ｓ３４が全て蓄積期間Ｔ
_U2において受光されるように電荷掃出信号Ｓ３１と電荷
転送信号Ｓ３５の出力が制御される。

【００５９】図１３〜図１５は、カメラから被写体まで
の距離が近距離、中距離、遠距離の場合について、測距
光Ｓ３、Ｓ３３が発光されるタイミングと反射光Ｓ４、
Ｓ３４がＣＣＤ２８で受光されるタイミングを蓄積期間
Ｔ_U1とともにそれぞれ示している。なお、ここで蓄積期
間Ｔ_U1はパルス幅Ｔ_Sよりも十分長く設定されているの
でＴ_U2＝Ｔ_U1として、反射率情報を検出する際の蓄積期
間Ｔ_U2を距離情報検出の際の蓄積期間Ｔ_U1で表してい
る。

【００６０】図１３に示されるように被写体までの距離
が近いときには、測距光Ｓ３が立ち下がると略同時に蓄
積期間Ｔ_U1が始まる。すなわち図１３のタイミングチャ
ートに示される測距光Ｓ３の発光と蓄積期間Ｔ_U1が設け
られるタイミングは、図７のタイミングチャートに示さ
れるものと同じである。図１３の反射光Ｓ４の斜線部は
距離情報に対応する信号電荷で、図７のパルスＳ１２に
対応しておりその幅はＴ_Dである。したがって被写体ま
での距離ｒは式（１０）から求めることができる。また
このときの反射率情報も、図９で示されたタイミングに
より得ることができる。すなわち図１３において、反射
光Ｓ３４は蓄積期間Ｔ_U1の間に全て受光される。

【００６１】図１４、図１５では、測距光Ｓ’３、Ｓ”
３が立ち下がってからそれぞれΔｔ ₁、Δｔ₂の時間が
経過した後、フォトダイオード５１における信号電荷の
蓄積が行われる。すなわち、測距光の立ち下がりと略同
時に信号電荷の蓄積が開始する図１３の場合に比べ図１
４、図１５での信号電荷の蓄積は時間Δｔ₁、Δｔ₂だ
け遅れて開始する。この遅延された時間（遅延時間）を
Δｔで表すと、被写体までの距離ｒとＴ_DおよびΔｔと
の間にはＴ_D＋Δｔ＝２ｒ／Ｃ・・・（１１）の関係がある。時間Ｔ_D、Δｔの間に光りが進む距離を
それぞれ２ｒ_D、２ｒ_tとするとこれらはｒ_D＝Ｃ・Ｔ_D／２ｒ_t＝Ｃ・Δｔ／２・・・（１２）となり、被写体までの距離ｒはこれらの和ｒ＝ｒ_D＋ｒ_t として求められる。距離ｒ_Dは式（１０）によって求め
られるので被写体までの距離ｒはｒ＝Ｃ・（Ｔ_S・（ＳＭ₁₀−ＳＭ₁₁）／（ＳＭ₂₀−ＳＭ₂₁）＋Δｔ）／２・・・（１３）で算出される。なお式（１０）は、式（１３）のΔｔ＝
０の場合に相当するので図１３のタイミングチャートで
は、遅延時間Δｔ＝０である。

【００６２】反射率情報の検出においても距離情報の検
出と同様に、図１４、図１５での蓄積は、図１３の蓄積
よりもΔｔ遅れて開始する。すなわち図１３〜図１５の
ように被写体までの距離が異なる場合においても、反射
光は常に蓄積期間の略同一の区間において受光され、被
写体までの距離が大きいために反射光の一部または全部
が蓄積期間外で受光されることはないので、被写体の遠
近によらず、反射率情報を正確に検出することができ
る。

【００６３】このように距離情報および反射率情報の検
出において、信号電荷の蓄積を被写体の距離に応じてΔ
ｔ時間遅延させ、蓄積期間内に受光される反射光から距
離ｒ _Dを検出すれば、Ｓ／Ｎ比を悪化させることなく広
い測距レンジを得ることができる。なお遅延期間Δｔは
ステップ１０３のプリ測距において求められる。

【００６４】次に図１６〜図２０を参照して、プリ測距
における遅延時間Δｔを求める方法について説明する。

【００６５】図１６は、第１の実施形態におけるプリ測
距の様子を模式的に表したものである。第１の実施形態
のプリ測距では、発光装置１４から一定時間レーザ光を
照射し、被写体Ｓからの反射光をストロボ用調光センサ
２３で受光し、その受光量により被写体までの距離を概
算して遅延時間Δｔを算出する。

【００６６】図１７は、ステップ１０３で行われるプリ
測距に係る回路の構成を示すブロック図である。システ
ムコントロール回路３５、ストロボ回路２４、Ａ／Ｄコ
ンバータ３９、ストロボ用調光センサ（ＰＤ）２３を除
く回路構成は、図２に示された調光回路２９に対応す
る。

【００６７】ストロボ用調光センサ２３には、５Ｖの逆
バイアス電圧が印加されており、光を受光すると照度に
比例した逆電流ｉが矢印方向に流れる。このときコンデ
ンサＣには電荷が蓄積され電位Ｖが生じる。電位ＶはＡ
／Ｄコンバータ３９でデジタル信号に変換され、システ
ムコントロール回路３５へ出力される。電圧比較回路４
５は、電位Ｖと基準電圧（電位）とを比較し、その差に
基づいてストロボ回路２４にクエンチ信号を出力し、ス
トロボ１３を発光する際に光量の制御を行なう。

【００６８】コンデンサＣに蓄積される電荷は、逆電流
ｉの大きさと、その流れた時間に相関する。発光装置１
４が発光する時間は一定なので、この反射光により逆電
流ｉが流れる時間は一定であり、コンデンサＣに蓄積さ
れる電荷量は、ストロボ用調光センサ２３で受光される
反射光の照度のみに依存する。ストロボ用調光センサ２
３で受光される反射光の照度は、光が反射した物体の距
離に相関しており、距離が離れているほどその照度は小
さくなる。したがってコンデンサＣで生じる電位Ｖは、
被写体までの距離に相関している。なおコンデンサＣに
蓄積された電荷は、スイッチＳＷをショートすることに
より放電される。

【００６９】図１８、はステップ１０３で実行されるプ
リ測距のフローチャートである。ステップ２０１では、
まずスイッチＳＷがショートされコンデンサＣに蓄積さ
れている電荷が放電される。その後、発光素子（ＬＤ）
１４ａが一定の時間発光され、発光装置１４からレーザ
光が被写体に向けて照射される。被写体からの反射光は
ストロボ用調光センサ２３で受光され、ステップ２０２
においてその光量がコンデンサＣで生じた信号電圧Ｖと
して検出される。ステップ２０３では、ステップ２０２
で検出された電圧信号をＡ／Ｄコンバータ３９でデジタ
ル信号に変換し、システムコントロール回路３５へ出力
する。

【００７０】ステップ２０４では、システムコントロー
ル回路において信号電圧Ｖのレベルを基に被写体までの
距離ｒ_tが概算される。ステップ２０５では概算された
距離ｒ_tをもとに式（１２）から遅延時間Δｔの値が算
出され、このサブルーチンは終了する。これにより、ス
テップ１０５においてＣＣＤ２８の検知制御を行なう電
荷掃出信号と電荷転送信号は、発光装置１４の発光終了
から算出されたΔｔ時間だけ遅延されて出力される。

【００７１】次にステップ２０４で実行される演算によ
り信号電圧Ｖから距離ｒ_tを算出する方法について説明
する。図１９は、被写体までの距離ｒとコンデンサＣで
生じた電位Ｖとの関係を概念的に示している。

【００７２】一般に被写体までの距離ｒが大きくなるほ
ど、被写体で反射されストロボ用調光センサ２３に戻っ
てくる光の量は減るので、コンデンサＣで生じる電位Ｖ
は単調に減少し（ｒ＞ｒ_C）最終的には０となる。ただ
し発光装置１４とストロボ用調光センサ２３は一定の距
離隔てて配置されているので、被写体が極めて近接（ｒ
≦ｒ_c）している場合には、反射した光の多くはストロ
ボ用調光センサ２３で受光されずこの関係は成り立たな
い。本発明ではｒ＞ｒ_cの領域にある被写体について３
次元計測を行なうので、この領域についてのみ考えれば
よい。このとき距離ｒに対して電位Ｖは単調減少するの
で検出された電位Ｖから距離ｒが一意的に算出できる。

【００７３】例えば距離ｒと電位Ｖとの関係が図１９の
ように直線Ｌで表されるとすると、その関係式はＶ＝−（Ｖ₀／ｒ₀）・ｒ＋Ｖ₀ ・・・（１４）である。ここでｒ₀、Ｖ₀はそれぞれ直線Ｌの横軸（距
離ｒ）と縦軸（電位Ｖ）での切片の値である。したがっ
てコンデンサＣで生じた電位がＶ_tのとき、被写体まで
の距離ｒ_tはｒ_t＝Ｖ₀／（Ｖ₀−Ｖ_t）・・・（１５）で求められる。したがって（１２）式と（１５）式から
Δｔは Δｔ＝２ｒ_t／Ｃ＝２Ｖ₀／（（Ｖ₀−Ｖ_t）・Ｃ）・・・（１６）により算出される。図２０は、（１４）式をグラフで表
したものであり、被写体までの距離ｒ_tと遅延時間Δｔ
との関係が表わされている。

【００７４】なお（１５）式で表される電位Ｖ_tと距離
ｒ_tとの関係や（１６）式で表される距離ｒ_t（または
電位Ｖ_t）と遅延時間Δｔとの関係は予め求められ、カ
メラのメモリに変換テーブルとして記録されている。例
えばデジタル化された電位Ｖ _tの値毎にメモリが対応づ
けられており、対応づけられたメモリには、対応する遅
延時間Δｔの値が記録されている。したがってステップ
２０４やステップ２０５で行われる演算や変換は、この
変換テーブルに基づいて行われる。このときシステムコ
ントロール回路３５は、測距光の照射とＣＣＤ２８での
信号電荷の蓄積が変換テーブルにより得られた遅延時間
Δｔの間隔をおいて行われるように、発光素子制御回路
４４およびＣＣＤ駆動回路３０の駆動を制御する。

【００７５】以上により、本発実施形態によれば、発光
装置１４とストロボ用調光センサを用いて被写体のプリ
測距を行ない、求められた被写体までの概ねの距離から
３次元計測で用いる測距光の発光パルスと蓄積期間のタ
イミングを被写体の距離に応じて測距に最適なタイミン
グに調整できる。また本実施形態ではプリ測距のために
新に計測装置を設けず、３次元計測のための発光装置１
４とストロボ用調光センサを用いてプリ測距を行なって
いるので、簡単かつ安価にプリ測距を実現できる。

【００７６】次に本発明の第２の実施形態について説明
する。図２１は第２の実施形態におけるプリ測距の様子
を模式的に表したものである。第１の実施形態のプリ測
距では、発光装置１４から一定の時間レーザ光が照射さ
れたが、第２の実施形態ではストロボ１３から一定の時
間ストロボ光が照射され、被写体Ｓからの反射光をスト
ロボ用調光センサ２３で受光し、その受光量により被写
体までの距離を概算して遅延時間Δｔを算出する。プリ
測距用の光源としてストロボ１３を用いること以外は、
第１の実施形態と同様である。

【００７７】第２の実施形態においていも、プリ測距用
に新たな装置を設けていないので第１の実施形態と同様
の効果が得られる。

【００７８】次に、図２２から図２５を参照して、本発
明の第３の実施形態について説明する。図２２は、第３
の実施形態のカメラ型の３次元画像検出装置の斜視図で
ある。第３の実施形態の構成も、第１の実施形態と略同
様であるが、第３の実施形態では、プリ測距用の赤外線
発光装置６０および受光装置６１を備えており、プリ測
距はこれらの装置を用いて行われる。

【００７９】図２３は、図２２に示すカメラの回路構成
を示すブロック図である。図２３も、第１の実施形態に
おけるカメラの回路構成を示す図２と略同様であり、赤
外線発光装置６０及び受光装置６１に関わる部分のみが
異なる。すなわち、赤外線発光装置６０は、赤外ＬＥＤ
６２ａからなり、測距回路６３によりその発光は制御さ
れる。また、受光装置６１は、ＰＳＤ（position senit
ive diode）６１ａと集光レンズ６１ｂからなり、ＰＳ
Ｄ６１ａで検出された信号は測距回路６３において処理
される。測距装置６３は、システムコントロール回路３
５によって制御され、測距回路６３により検出されたプ
リ測距情報は、システムコントロール回路３５へ出力さ
れる。なお、本図では、ストロボ１３に関わる回路構成
は省略されている。

【００８０】図２４は、第３の実施形態におけるプリ測
距の様子を模式的に表わしたものである。第３の実施形
態のプリ測距では、赤外線発光装置６０から赤外光が照
射され、被写体Ｓで反射された反射光を受光装置６１の
ＰＳＤ６１ａで検出することにより被写体Ｓまでの距離
が，三角測量法により求められる。

【００８１】図２５は、第３の実施形態のカメラにおい
て実行されるプリ測距のフローチャートである。第３の
実施形態においても、３次元計測全体のフローチャート
は図１１、図１２に示されたものと同様であり、異なる
のは、図１１のステップ１０３の内容のみである。すな
わち、図２５のフローチャートは、図１１のステップ１
０３（プリ測距）のサブルーチンを第３の実施形態につ
いて表わしたものである。

【００８２】ステップ３０１では、赤外光が赤外ＬＥＤ
６０ａから照射される。被写体で反射された赤外光は、
ステップ３０２においてＰＳＤ６１ａで受光検出され
る。ステップ３０３では、反射赤外光のＰＳＤ６１ａで
の受光位置から被写体までの距離が概算される。ステッ
プ３０４では、ステップ３０３での距離演算により、距
離が確定したか否かが判定される。すなわち、反射され
た赤外光が受光されず、被写体までの距離が算出できな
い場合などを確認する。被写体までの距離が確定されて
いないと判定されると、処理はステップ３０１に戻り、
再度プリ測距のために赤外線の発光及び受光が行われ
る。一方、距離が確定されていると判定されたときに
は、図１８のステップ２０５と同様にステップ３０５に
おいて、演算された距離から遅延量が求められこのサブ
ルーチンは終了する。なお、このとき距離と遅延量との
関係は第１の実施形態と同様、例えば予め用意された変
換テーブルなどにより行われる。

【００８３】なお、第３の実施形態のＰＳＤを用いたプ
リ測距は、一点測距装置であったが、専用のプリ測距装
置としては多点測距装置であってもよい。

【００８４】以上により、本発実施形態によれば、被写
体をプリ測距することにより被写体までの距離を予め概
ね求められることから、３次元計測で用いる測距光の発
光パルスと蓄積期間のタイミングを被写体の距離に応じ
て測距に最適なタイミングに調整でき、より精度の高い
３次元計測を行うことができる。

【００８５】なお、本実施形態において、プリ測距は全
てアクティブ方式で行われたが、パッシブ方式であって
もよい。

【００８６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、３次元画
像検出装置で被写体の距離を計測する際に、光源とシャ
ッタの駆動タイミングを自動的に調整する３次元画像検
出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】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】３次元計測で距離情報を検出する際のタイミン
グチャートである。

【図８】３次元計測で距離補正情報を検出する際のタイ
ミングチャートである。

【図９】３次元計測で反射率情報を検出する際のタイミ
ングチャートである。

【図１０】３次元計測で反射率補正情報を検出する際の
タイミングチャートである。

【図１１】３次元計測のフローチャートの前半部であ
る。

【図１２】３次元計測のフローチャートの後半部であ
る。

【図１３】被写体が近距離に存在する場合における測距
光の照射、反射光の受光、蓄積期間のタイミングチャー
トである。

【図１４】被写体が中距離に存在する場合における測距
光の照射、反射光の受光、蓄積期間のタイミングチャー
トである。

【図１５】被写体が遠距離に存在する場合における測距
光の照射、反射光の受光、蓄積期間のタイミングチャー
トである。

【図１６】第１の実施形態でのプリ測距を模式的に表し
た図である。

【図１７】プリ測距に係る回路の構成を示すブロック図
である。

【図１８】プリ測距のフローチャートである。

【図１９】被写体までの距離とコンデンサに生じる電位
との関係を示す図である。

【図２０】被写体までの距離と遅延時間との関係を示す
図である。

【図２１】第２の実施形態でのプリ測距を模式的に表し
た図である。

【図２２】本発明の第３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２３】図２２に示すカメラの回路構成を示すブロッ
ク図である。

【図２４】第３の実施形態でのプリ測距を模式的に表し
た図である。

【図２５】第３の実施形態におけるプリ測距のフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１３ストロボ１４発光装置２３ストロボ用調光センサ２８ＣＣＤ６１ａＰＳＤ６２ａ赤外線ＬＥＤ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｂ 7/32 Ｇ０２Ｂ 7/11 ＢＧ０３Ｂ 13/36 Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ (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 (72)発明者山本清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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の測距光を被写体に照射する第１の
光源と、前記第１の測距光の前記被写体からの第１の反射光を受
光し、受光量に応じた第１の信号電荷を蓄積可能な撮像
部と、前記第１の信号電荷に基づいて前記被写体の３次元形状
を検出する３次元計測手段と、前記被写体までの距離に関する情報であるプリ測距情報
を検出するプリ測距手段と、前記第１の光源の発光と前記第１の信号電荷の蓄積とが
行われるタイミングを前記プリ測距情報に基づいて調整
するタイミング調整手段とを備えることを特徴とする３
次元画像検出装置。
【請求項２】第２の測距光を前記被写体に照射する第
２の光源と、前記第２の測距光の前記被写体から第２の
反射光を受光検出する受光部とを備え、前記プリ測距手
段が前記受光部における前記第２の反射光の検出結果に
基づいて前記プリ測距情報を得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】前記受光部が受光量に応じた第２の信号
電荷を蓄積可能な調光部であり、前記プリ測距手段が前
記第２の信号電荷に基づいて前記プリ測距情報を得るこ
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】前記第２の光源として前記第１の光源が用
いら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】前記プリ測距手段において、前記調光部
がストロボ用調光センサと積分コンデンサとによって構
成さ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６】前記ストロボ用調光センサがフォトダイ
オードであることを特徴とする請求項５に記載の３次元
画像検出装置。
【請求項７】前記プリ測距手段において、前記第２の
測距光の前記被写体からの反射光が逆バイアスを印加さ
れた前記フォトダイオードで受光されることにより、前
記フォトダイオードに逆電流が流れ、前記積分コンデン
サで前記第２の信号電荷が蓄積されることを特徴とする
請求項６に記載の３次元画像検出装置。
【請求項８】前記第２の信号電荷により前記積分コン
デンサに生じる電位差から前記プリ測距情報を検出する
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】前記第２の光源としてストロボ発光装置
が用いら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１０】前記プリ測距手段が、前記第２の反射
光の前記受光部での受光位置を用いた三角測距により前
記プリ測距情報を得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１１】前記受光部がＰＳＤ(position sensit
ive diode ）であることを特徴とする請求項１０に記載
の３次元画像検出装置。
【請求項１２】前記第１の測距光が前記撮像部におけ
る電荷の蓄積が始まる前に照射され、前記第１の信号電
荷が前記撮像部における電荷の蓄積が開始してから前記
第１の反射光の前記撮像部における受光が終了するまで
の間蓄積されるように前記タイミング調整手段が駆動さ
れることにより、前記被写体の３次元形状に係る距離情
報が検出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１３】前記第１の反射光の全てが前記撮像部
における電荷の蓄積が行われている間に受光されるよう
に前記タイミング調整手段を駆動し、前記距離情報に含
まれる前記被写体の反射率に依存する反射率情報を検出
することを特徴とする請求項１２に記載の３次元画像検
出装置。
【請求項１４】前記タイミング調整手段による前記タ
イミングの調整において、前記撮像部での電荷の蓄積の
タイミングが前記第１の光源の発光のタイミングから相
対的に一定の時間ずれて行われることを特徴とする請求
項１２に記載の３次元画像検出装置。
【請求項１５】前記プリ測距情報と前記一定の時間と
の対応関係を予めメモリに記録し、前記メモリに記録さ
れた対応関係にしたがって前記タイミングの調整が行わ
れることを特徴とする請求項１４に記載の３次元画像検
出装置。