JP2001157227A - ３次元画像入力装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被計測物体の３次元形状を検出する測距動作
全体の処理時間を短縮する。 【解決手段】 後半ゲート方式により、測距光によって
被計測物体において生じたパルス状の反射光のうち、パ
ルスの立ち下がり部分を含む、被計測物体までの距離に
応じた第１の反射光成分Ｅ10を検出する。前半ゲート方
式により、測距光によって被計測物体において生じたパ
ルス状の反射光のうち、パルスの立ち上がり部分を含
む、被計測物体までの距離に応じた第２の反射光成分Ｅ
30を検出する。距離補正情報検出動作では、距離情報検
出動作と同じ電荷蓄積期間Ｐ２を用いて、測距光を出力
することなく、外光等の外乱成分Ｅ11を検出する。第１
および第２の反射光成分Ｅ10、Ｅ30の両者に対して外乱
成分Ｅ11の補正を行ない、補正後の第１および第２の反
射光成分Ｅ1 、Ｅ2 を得る。反射光成分Ｅ1 を、第１お
よび第２の反射光成分の和（Ｅ1 ＋Ｅ2 ）で割って得ら
れる比（Ｅ1 ）／（Ｅ1＋Ｅ2 ）を、被計測物体までの
距離に対応した正規化距離情報として求める。
全体の処理時間を短縮する。 【解決手段】 後半ゲート方式により、測距光によって
被計測物体において生じたパルス状の反射光のうち、パ
ルスの立ち下がり部分を含む、被計測物体までの距離に
応じた第１の反射光成分Ｅ10を検出する。前半ゲート方
式により、測距光によって被計測物体において生じたパ
ルス状の反射光のうち、パルスの立ち上がり部分を含
む、被計測物体までの距離に応じた第２の反射光成分Ｅ
30を検出する。距離補正情報検出動作では、距離情報検
出動作と同じ電荷蓄積期間Ｐ２を用いて、測距光を出力
することなく、外光等の外乱成分Ｅ11を検出する。第１
および第２の反射光成分Ｅ10、Ｅ30の両者に対して外乱
成分Ｅ11の補正を行ない、補正後の第１および第２の反
射光成分Ｅ1 、Ｅ2 を得る。反射光成分Ｅ1 を、第１お
よび第２の反射光成分の和（Ｅ1 ＋Ｅ2 ）で割って得ら
れる比（Ｅ1 ）／（Ｅ1＋Ｅ2 ）を、被計測物体までの
距離に対応した正規化距離情報として求める。
Description
【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。
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、レンズ焦点法
等が知られている。
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の各フォト
ダイオード毎に得られる。
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の各フォト
ダイオード毎に得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の３次
元画像入力装置において、測距精度を向上させるために
種々の補正情報を検出することがあるが、その補正情報
の検出動作によって、測距動作全体の処理時間が長くな
るという問題が生じる。
元画像入力装置において、測距精度を向上させるために
種々の補正情報を検出することがあるが、その補正情報
の検出動作によって、測距動作全体の処理時間が長くな
るという問題が生じる。
【０００５】本発明は、被計測物体の３次元形状を検出
する測距動作全体の処理時間を短縮することを目的とし
ている。
する測距動作全体の処理時間を短縮することを目的とし
ている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の３次元画像入力
装置は、被計測物体に対してパルス状の測距光を照射す
る光源と、測距光によって被計測物体において生じたパ
ルス状の反射光のうち、パルスの立ち下がり部分を含
む、被計測物体までの距離に応じた第１の反射光成分
（Ｅ1 ）を検出する第１の距離情報検出手段と、測距光
によって前記被計測物体において生じたパルス状の反射
光のうち、パルスの立ち上がり部分を含む、被計測物体
までの距離に応じた第２の反射光成分（Ｅ2 ）を検出す
る第２の距離情報検出手段と、第１の反射光成分
（Ｅ1 ）を第１および第２の反射光成分の和（Ｅ1 ＋Ｅ
2 ）で割って得られる比（Ｅ1 ）／（Ｅ1 ＋Ｅ2 ）を、
被計測物体までの距離に対応した正規化距離情報として
求める正規化距離情報演算手段とを備え、第１および第
２の距離情報検出手段において、第１および第２の反射
光成分を検出するための反射光検知期間の長さが同一で
あることを特徴としている。
装置は、被計測物体に対してパルス状の測距光を照射す
る光源と、測距光によって被計測物体において生じたパ
ルス状の反射光のうち、パルスの立ち下がり部分を含
む、被計測物体までの距離に応じた第１の反射光成分
（Ｅ1 ）を検出する第１の距離情報検出手段と、測距光
によって前記被計測物体において生じたパルス状の反射
光のうち、パルスの立ち上がり部分を含む、被計測物体
までの距離に応じた第２の反射光成分（Ｅ2 ）を検出す
る第２の距離情報検出手段と、第１の反射光成分
（Ｅ1 ）を第１および第２の反射光成分の和（Ｅ1 ＋Ｅ
2 ）で割って得られる比（Ｅ1 ）／（Ｅ1 ＋Ｅ2 ）を、
被計測物体までの距離に対応した正規化距離情報として
求める正規化距離情報演算手段とを備え、第１および第
２の距離情報検出手段において、第１および第２の反射
光成分を検出するための反射光検知期間の長さが同一で
あることを特徴としている。
【０００７】３次元画像入力装置は好ましくは、光源を
消灯させた状態で、反射光検出期間と同じ長さである外
光検知期間の間、被計測物体の周囲の外光成分である入
射光を検出する外光検出手段を備えており、正規化距離
情報演算手段が、第１および第２の反射光成分からそれ
ぞれ外光成分を除去したものに関して前記比を演算し、
正規化距離情報を求める。この場合、外光検出手段の検
出動作が、第１の距離情報検出手段の検出動作と第２の
距離情報検出手段の検出動作の間に行なわれることが好
ましい。これにより、外光成分の検出時期が第１の反射
光成分（Ｅ1 ）と第２の反射光成分（Ｅ2 ）の各検出時
期に近づき、正規化距離情報の精度が向上する。
消灯させた状態で、反射光検出期間と同じ長さである外
光検知期間の間、被計測物体の周囲の外光成分である入
射光を検出する外光検出手段を備えており、正規化距離
情報演算手段が、第１および第２の反射光成分からそれ
ぞれ外光成分を除去したものに関して前記比を演算し、
正規化距離情報を求める。この場合、外光検出手段の検
出動作が、第１の距離情報検出手段の検出動作と第２の
距離情報検出手段の検出動作の間に行なわれることが好
ましい。これにより、外光成分の検出時期が第１の反射
光成分（Ｅ1 ）と第２の反射光成分（Ｅ2 ）の各検出時
期に近づき、正規化距離情報の精度が向上する。
【０００８】好ましくは、第１および第２の距離情報検
出手段はそれぞれ、反射光成分の受光量に応じた電荷が
蓄積する複数の光電変換素子と、光電変換素子に隣接し
て設けられた信号電荷保持部と、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
電荷掃出手段と、光電変換素子に蓄積した信号電荷を信
号電荷保持部に転送する信号電荷転送手段と、蓄積電荷
掃出手段と信号電荷転送手段とを交互に駆動し、信号電
荷保持部において信号電荷を積分することにより、被計
測物体の表面上の各点までの距離情報を検出する信号電
荷積分手段とを備える。
出手段はそれぞれ、反射光成分の受光量に応じた電荷が
蓄積する複数の光電変換素子と、光電変換素子に隣接し
て設けられた信号電荷保持部と、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
電荷掃出手段と、光電変換素子に蓄積した信号電荷を信
号電荷保持部に転送する信号電荷転送手段と、蓄積電荷
掃出手段と信号電荷転送手段とを交互に駆動し、信号電
荷保持部において信号電荷を積分することにより、被計
測物体の表面上の各点までの距離情報を検出する信号電
荷積分手段とを備える。
【０００９】外光検出手段が、第１および第２の距離情
報検出手段と同様に、複数の光電変換素子と、信号電荷
保持部と、蓄積電荷掃出手段と、信号電荷転送手段と、
信号電荷積分手段とを備えてもよい。
報検出手段と同様に、複数の光電変換素子と、信号電荷
保持部と、蓄積電荷掃出手段と、信号電荷転送手段と、
信号電荷積分手段とを備えてもよい。
【００１０】
【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。
を参照して説明する。図１は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。
【００１１】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。
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。
【００１２】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。
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。
【００１３】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。
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。
【００１４】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。
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。
【００１５】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。
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。
【００１６】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。
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。
【００１７】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。
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。
【００１８】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。
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。
【００１９】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下がりは、測距光のパルスの立ち
下がりよりも時間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。
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下がりは、測距光のパルスの立ち
下がりよりも時間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。
【００２０】例えば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上
がった後に検知不可能な状態に切換えて、反射光のパル
スの立ち下がりまでの成分を検出するようにすると、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。
射光を検知可能な状態に定め、反射光のパルスが立ち上
がった後に検知不可能な状態に切換えて、反射光のパル
スの立ち下がりまでの成分を検出するようにすると、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。
【００２１】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。
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。
【００２２】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。
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。
【００２３】フォトダイオード５１と垂直転送部（信号
電荷保持部）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、５２
ｂ、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。
電荷保持部）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、５２
ｂ、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。
【００２４】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
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５
１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、電子シャッタ動作が実現される。
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
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５
１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、電子シャッタ動作が実現される。
【００２５】図７は、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説明する。
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説明する。
【００２６】垂直同期信号Ｓ１の出力に同期して発光装
置１４が起動され、一定のパルス幅を有するパルス状の
測距光Ｓ３が周期的に出力される。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。測距光Ｓ３の発光が終了するタイミングに合わ
せて、電荷掃出し信号（パルス信号）Ｓ２が出力され
る。電荷掃出し信号Ｓ２の出力は、測距光Ｓ３の発光が
終了するのと同時に終了するように制御される。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の方向に掃出される。測距光Ｓ３の出力から一定
時間が経過したとき、電荷転送信号（パルス信号）Ｓ５
が出力され、これによりフォトダイオード５１に蓄積さ
れた電荷が垂直転送部５２に転送される。なお、電荷転
送信号Ｓ５の出力は、反射光Ｓ４の出力の終了よりも後
に行なわれる。
置１４が起動され、一定のパルス幅を有するパルス状の
測距光Ｓ３が周期的に出力される。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。測距光Ｓ３の発光が終了するタイミングに合わ
せて、電荷掃出し信号（パルス信号）Ｓ２が出力され
る。電荷掃出し信号Ｓ２の出力は、測距光Ｓ３の発光が
終了するのと同時に終了するように制御される。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の方向に掃出される。測距光Ｓ３の出力から一定
時間が経過したとき、電荷転送信号（パルス信号）Ｓ５
が出力され、これによりフォトダイオード５１に蓄積さ
れた電荷が垂直転送部５２に転送される。なお、電荷転
送信号Ｓ５の出力は、反射光Ｓ４の出力の終了よりも後
に行なわれる。
【００２７】このように電荷掃出し信号Ｓ２の出力の終
了から電荷転送信号Ｓ５の出力までの期間ＴU1の間、フ
ォトダイオード５１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。すなわち測距光Ｓ３が出力
される期間ＴS の終了と同時に電荷蓄積期間ＴU1が開始
し、電荷蓄積期間ＴU1の間に、反射光Ｓ４の一部のみが
ＣＣＤ２８によって検知され、検知された光によって生
じる信号電荷Ｓ６は被計測物体までの距離に対応してい
る。換言すれば、被計測物体からの反射光Ｓ４のうち、
電荷蓄積期間ＴU1内にフォトダイオード５１に到達した
光に対応した信号電荷Ｓ６がフォトダイオード５１に蓄
積される。この信号電荷Ｓ６は、電荷転送信号Ｓ５によ
って垂直転送部５２に転送される。
了から電荷転送信号Ｓ５の出力までの期間ＴU1の間、フ
ォトダイオード５１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。すなわち測距光Ｓ３が出力
される期間ＴS の終了と同時に電荷蓄積期間ＴU1が開始
し、電荷蓄積期間ＴU1の間に、反射光Ｓ４の一部のみが
ＣＣＤ２８によって検知され、検知された光によって生
じる信号電荷Ｓ６は被計測物体までの距離に対応してい
る。換言すれば、被計測物体からの反射光Ｓ４のうち、
電荷蓄積期間ＴU1内にフォトダイオード５１に到達した
光に対応した信号電荷Ｓ６がフォトダイオード５１に蓄
積される。この信号電荷Ｓ６は、電荷転送信号Ｓ５によ
って垂直転送部５２に転送される。
【００２８】電荷転送信号Ｓ５の出力から一定時間が経
過した後、再び電荷掃出し信号Ｓ２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ＴU1が経過したとき、信号電荷は垂直転送部
５２へ転送される。
過した後、再び電荷掃出し信号Ｓ２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ＴU1が経過したとき、信号電荷は垂直転送部
５２へ転送される。
【００２９】このような信号電荷Ｓ６の垂直転送部５２
への転送動作は、次の垂直同期信号Ｓ１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Ｓ６が積分され、１フィールドの期間
（２つの垂直同期信号Ｓ１によって挟まれる期間）に積
分された信号電荷Ｓ６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。
への転送動作は、次の垂直同期信号Ｓ１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Ｓ６が積分され、１フィールドの期間
（２つの垂直同期信号Ｓ１によって挟まれる期間）に積
分された信号電荷Ｓ６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。
【００３０】以上説明した信号電荷Ｓ６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フィールドの期間の検出動作の結果、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に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。
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フィールドの期間の検出動作の結果、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に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。
【００３１】上述のようにして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、ＣＣ
Ｄ２８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。したがって距離情報検出動作で
は、被計測物体の反射率、外光等の影響を補正すること
が好ましい。次に、これらの補正を行なう距離情報検出
動作について説明する。
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、ＣＣ
Ｄ２８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。したがって距離情報検出動作で
は、被計測物体の反射率、外光等の影響を補正すること
が好ましい。次に、これらの補正を行なう距離情報検出
動作について説明する。
【００３２】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を示し、図１１と図
１２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１２を参照して、被計測物体の反射
率、外光等の影響を補正する距離情報検出動作を説明す
る。すなわち図７に関し、説明は重複する。
報および反射率補正情報の検出動作を示し、図１１と図
１２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１２を参照して、被計測物体の反射
率、外光等の影響を補正する距離情報検出動作を説明す
る。すなわち図７に関し、説明は重複する。
【００３３】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。
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。
【００３４】Ｄモードが選択されているとき、ステップ
１０３において垂直同期信号Ｓ１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１０４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Ｓ２と電荷
転送信号Ｓ５が交互に出力されて、距離情報の信号電荷
Ｓ６が垂直転送部５２において積分される。
１０３において垂直同期信号Ｓ１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１０４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Ｓ２と電荷
転送信号Ｓ５が交互に出力されて、距離情報の信号電荷
Ｓ６が垂直転送部５２において積分される。
【００３５】ステップ１０５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Ｓ１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ステップ１０６へ進
み、距離情報の信号電荷Ｓ６がＣＣＤ２８から出力され
る。この信号電荷Ｓ６はステップ１０７において画像メ
モリ３４に一時的に記憶される。ステップ１０８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。
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Ｓ１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ステップ１０６へ進
み、距離情報の信号電荷Ｓ６がＣＣＤ２８から出力され
る。この信号電荷Ｓ６はステップ１０７において画像メ
モリ３４に一時的に記憶される。ステップ１０８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。
【００３６】ステップ１０９〜１１２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１０９では、
図８に示すように、垂直同期信号Ｓ１１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Ｓ１２と電荷転送
信号Ｓ１５が交互に出力される。電荷蓄積時間ＴU1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Ｓ１３）、反射光は
存在せず（符号Ｓ１４）、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Ｓ１
６が発生する。この信号電荷Ｓ１６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ＴU1
に対する距離補正情報に対応している。
報の検出動作が行なわれる。まずステップ１０９では、
図８に示すように、垂直同期信号Ｓ１１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Ｓ１２と電荷転送
信号Ｓ１５が交互に出力される。電荷蓄積時間ＴU1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Ｓ１３）、反射光は
存在せず（符号Ｓ１４）、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Ｓ１
６が発生する。この信号電荷Ｓ１６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ＴU1
に対する距離補正情報に対応している。
【００３７】ステップ１１０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Ｓ１１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ステップ１
１１において、距離補正情報の信号電荷Ｓ１６がＣＣＤ
２８から出力される。距離補正情報の信号電荷Ｓ１６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。
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Ｓ１１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ステップ１
１１において、距離補正情報の信号電荷Ｓ１６がＣＣＤ
２８から出力される。距離補正情報の信号電荷Ｓ１６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。
【００３８】ステップ１１３〜１１７では、反射率情報
の検出動作が行なわれる。ステップ１１３では、図９に
示すように、垂直同期信号Ｓ２１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Ｓ２３が断続
的に出力される。ステップ１１４では、ＣＣＤ２８によ
る検知制御が開始され、電荷掃出し信号Ｓ２２と電荷転
送信号Ｓ２５が交互に出力される。この反射率情報の検
出動作は、電荷掃出し信号Ｓ２２が出力されてから電荷
転送信号Ｓ２５が出力されるまでの電荷蓄積期間ＴU2内
に、反射光Ｓ２４の全てが受光されるように制御され
る。すなわち、ＣＣＤ２８の各フォトダイオード５１に
蓄積される信号電荷Ｓ２６のパルス幅ＴSは測距光Ｓ２
３のパルス幅ＴS と同じである。
の検出動作が行なわれる。ステップ１１３では、図９に
示すように、垂直同期信号Ｓ２１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Ｓ２３が断続
的に出力される。ステップ１１４では、ＣＣＤ２８によ
る検知制御が開始され、電荷掃出し信号Ｓ２２と電荷転
送信号Ｓ２５が交互に出力される。この反射率情報の検
出動作は、電荷掃出し信号Ｓ２２が出力されてから電荷
転送信号Ｓ２５が出力されるまでの電荷蓄積期間ＴU2内
に、反射光Ｓ２４の全てが受光されるように制御され
る。すなわち、ＣＣＤ２８の各フォトダイオード５１に
蓄積される信号電荷Ｓ２６のパルス幅ＴSは測距光Ｓ２
３のパルス幅ＴS と同じである。
【００３９】したがって信号電荷Ｓ２６は、被計測物体
までの距離とは関係せず、被計測物体の表面の反射率に
依存する反射率情報に対応している。
までの距離とは関係せず、被計測物体の表面の反射率に
依存する反射率情報に対応している。
【００４０】ステップ１１５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Ｓ２１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ステップ１１６
へ進み、反射率情報の信号電荷Ｓ２６がＣＣＤ２８から
出力される。この信号電荷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。ステップ１
１８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。
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Ｓ２１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ステップ１１６
へ進み、反射率情報の信号電荷Ｓ２６がＣＣＤ２８から
出力される。この信号電荷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。ステップ１
１８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１１９〜１２２では、反射率補正
情報の検出動作が行なわれる。ステップ１１９では、図
１０に示すように、垂直同期信号Ｓ３１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Ｓ３２と電荷転送
信号Ｓ３５が交互に出力される。電荷蓄積時間ＴU2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Ｓ３３）、反射光
は存在せず（符号Ｓ３４）、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Ｓ３６が発生する。この信号電
荷Ｓ３６は、外乱成分が電荷蓄積時間ＴU2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。
情報の検出動作が行なわれる。ステップ１１９では、図
１０に示すように、垂直同期信号Ｓ３１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Ｓ３２と電荷転送
信号Ｓ３５が交互に出力される。電荷蓄積時間ＴU2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Ｓ３３）、反射光
は存在せず（符号Ｓ３４）、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Ｓ３６が発生する。この信号電
荷Ｓ３６は、外乱成分が電荷蓄積時間ＴU2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。
【００４２】ステップ１２０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Ｓ３１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ステップ
１２１において、反射率補正情報の信号電荷Ｓ３６がＣ
ＣＤ２８から出力され、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。
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Ｓ３１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ステップ
１２１において、反射率補正情報の信号電荷Ｓ３６がＣ
ＣＤ２８から出力され、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。
【００４３】ステップ１２３では、ステップ１０３〜１
２２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測定（Ｄ）デー
タの演算処理が行なわれ、ステップ１２４においてＤ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１２５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１２６においてＣ
ＣＤ２８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。
２２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測定（Ｄ）デー
タの演算処理が行なわれ、ステップ１２４においてＤ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１２５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１２６においてＣ
ＣＤ２８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。
【００４４】ステップ１２３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。
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。
【００４５】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ＩS と背景
光による輝度ＩB との合成されたものとなり、 Ｉ＝ＩS ＋ＩB ・・・（３） と表せる。
明される場合、輝度Ｉはその光源による輝度ＩS と背景
光による輝度ＩB との合成されたものとなり、 Ｉ＝ＩS ＋ＩB ・・・（３） と表せる。
【００４６】図７に示されるようにパルス状の電荷蓄積
時間をＴU1、測距光Ｓ３のパルス幅をＴS 、距離情報の
信号電荷Ｓ６のパルス幅をＴD 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Ｓ10は、 Ｓ10＝Σ（ｋ・Ｒ（ＩS ・ＴD ＋ＩB ・ＴU1）） ＝ｋ・Ｎ・Ｒ（ＩS ・ＴD ＋ＩB ・ＴU1） ・・・（４） となる。なお、パルス幅ＴD は ＴD ＝ＴU1−δ・ｔ ＝ＴU1−２ｒ／Ｃ ・・・（５） と表せる。
時間をＴU1、測距光Ｓ３のパルス幅をＴS 、距離情報の
信号電荷Ｓ６のパルス幅をＴD 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Ｓ10は、 Ｓ10＝Σ（ｋ・Ｒ（ＩS ・ＴD ＋ＩB ・ＴU1）） ＝ｋ・Ｎ・Ｒ（ＩS ・ＴD ＋ＩB ・ＴU1） ・・・（４） となる。なお、パルス幅ＴD は ＴD ＝ＴU1−δ・ｔ ＝ＴU1−２ｒ／Ｃ ・・・（５） と表せる。
【００４７】図９に示されるようにパルス状の電荷蓄積
時間ＴU2が、測距光Ｓ２３の期間（パルス幅）ＴS 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Ｓ20は、 Ｓ20＝Σ（ｋ・Ｒ（ＩS ・ＴS ＋ＩB ・ＴU2）） ＝ｋ・Ｎ・Ｒ（ＩS ・ＴS ＋ＩB ・ＴU2） ・・・（６） となる。
時間ＴU2が、測距光Ｓ２３の期間（パルス幅）ＴS 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Ｓ20は、 Ｓ20＝Σ（ｋ・Ｒ（ＩS ・ＴS ＋ＩB ・ＴU2）） ＝ｋ・Ｎ・Ｒ（ＩS ・ＴS ＋ＩB ・ＴU2） ・・・（６） となる。
【００４８】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Ｓ11は、 Ｓ11＝Σ（ｋ・Ｒ・ＩB ・ＴU1） ＝ｋ・Ｎ・Ｒ・ＩB ・ＴU1 ・・・（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Ｓ21は、 Ｓ21＝Σ（ｋ・Ｒ・ＩB ・ＴU2） ＝ｋ・Ｎ・Ｒ・ＩB ・ＴU2 ・・・（８） となる。
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Ｓ11は、 Ｓ11＝Σ（ｋ・Ｒ・ＩB ・ＴU1） ＝ｋ・Ｎ・Ｒ・ＩB ・ＴU1 ・・・（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Ｓ21は、 Ｓ21＝Σ（ｋ・Ｒ・ＩB ・ＴU2） ＝ｋ・Ｎ・Ｒ・ＩB ・ＴU2 ・・・（８） となる。
【００４９】（４）、（６）、（７）、（８）式から、 ＳD ＝（Ｓ10−Ｓ11）／（Ｓ20−Ｓ21） ＝ＴD ／ＴS ・・・（９） が得られる。
【００５０】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ＩB ）
が含まれている。（９）式のＴD ／ＴS 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Ｓ６に相
当）から外乱成分（図８の信号電荷Ｓ１６に相当）を除
去した値と、反射光Ｓ４の光量（図９の信号電荷Ｓ２６
に相当）から外乱成分（図１０の信号電荷Ｓ３６に相
当）を除去した値との比に等しい。
はそれぞれ外光等の外乱成分（背景光による輝度ＩB ）
が含まれている。（９）式のＴD ／ＴS 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Ｓ６に相
当）から外乱成分（図８の信号電荷Ｓ１６に相当）を除
去した値と、反射光Ｓ４の光量（図９の信号電荷Ｓ２６
に相当）から外乱成分（図１０の信号電荷Ｓ３６に相
当）を除去した値との比に等しい。
【００５１】（９）式の各出力値Ｓ10、Ｓ11、Ｓ20、Ｓ
21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、ＴD ／ＴS が得られる。パルス幅ＴS は既知
であるから、（５）式とＴD ／ＴS から距離ｒが得られ
る。
21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、ＴD ／ＴS が得られる。パルス幅ＴS は既知
であるから、（５）式とＴD ／ＴS から距離ｒが得られ
る。
【００５２】このように（５）式と（９）式に基いてカ
メラ本体から被計測物体の表面の各点までの距離情報が
補正され、この距離情報の検出精度が向上する。
メラ本体から被計測物体の表面の各点までの距離情報が
補正され、この距離情報の検出精度が向上する。
【００５３】図１３は、上述した距離情報検出動作、距
離補正情報検出動作、反射率情報検出動作および反射率
補正情報検出動作の実行時間を説明するための図であ
る。各動作において測距光等のパルスはそれぞれ多数出
力されるが、図１３では、１つのみ示されている。
離補正情報検出動作、反射率情報検出動作および反射率
補正情報検出動作の実行時間を説明するための図であ
る。各動作において測距光等のパルスはそれぞれ多数出
力されるが、図１３では、１つのみ示されている。
【００５４】距離情報検出動作では、パルス幅Ｔ0 の測
距光Ｓ３が出力されたことによって、同じパルス幅の反
射光Ｓ４がＣＣＤに入射する。測距光Ｓ３の立ち下がり
と同時に電荷蓄積期間（すなわち反射光検知期間）が開
始する。電荷蓄積期間の長さをＴ1 とする。電荷蓄積期
間の間に、反射光Ｓ４のパルスの立ち下がり部分を含
む、被計測物体までの距離に応じた反射光成分Ｅ10に対
応した電荷がＣＣＤの各フォトダイオードに蓄積する
（時間δ・ｔ）。電荷蓄積期間の後、電荷蓄積期間と同
じ長さの電荷蓄積休止期間Ｔ1 の間に測距光Ｓ３が再び
出力され、以後、上述した動作が繰り返される。なお電
荷蓄積休止期間Ｔ1 はパルス幅Ｔ0 と略同じ長さであ
る。
距光Ｓ３が出力されたことによって、同じパルス幅の反
射光Ｓ４がＣＣＤに入射する。測距光Ｓ３の立ち下がり
と同時に電荷蓄積期間（すなわち反射光検知期間）が開
始する。電荷蓄積期間の長さをＴ1 とする。電荷蓄積期
間の間に、反射光Ｓ４のパルスの立ち下がり部分を含
む、被計測物体までの距離に応じた反射光成分Ｅ10に対
応した電荷がＣＣＤの各フォトダイオードに蓄積する
（時間δ・ｔ）。電荷蓄積期間の後、電荷蓄積期間と同
じ長さの電荷蓄積休止期間Ｔ1 の間に測距光Ｓ３が再び
出力され、以後、上述した動作が繰り返される。なお電
荷蓄積休止期間Ｔ1 はパルス幅Ｔ0 と略同じ長さであ
る。
【００５５】距離補正情報検出動作では、測距光が出力
されることなく、ＣＣＤにおいて、反射光検知期間と同
じ長さの電荷蓄積期間（すなわち外光検知期間）の間、
電荷蓄積が行なわれる。これによりＣＣＤの各フォトダ
イオードには、被計測物体の周囲の外光等の外乱成分Ｅ
11に対応した電荷が蓄積する。電荷蓄積期間の後、距離
情報検出動作と同様に、電荷蓄積期間と同じ長さの電荷
蓄積休止期間Ｔ1 が設けられ、その後、上述した動作が
繰り返される。電荷蓄積休止期間Ｔ1 を設けるのは、距
離補正情報検出動作と距離情報検出動作において、電荷
掃出し信号Ｓ２、Ｓ１２（図７、８参照）と電荷転送信
号Ｓ５、Ｓ１５（図７、８参照）を同じ制御で出力する
ためである。
されることなく、ＣＣＤにおいて、反射光検知期間と同
じ長さの電荷蓄積期間（すなわち外光検知期間）の間、
電荷蓄積が行なわれる。これによりＣＣＤの各フォトダ
イオードには、被計測物体の周囲の外光等の外乱成分Ｅ
11に対応した電荷が蓄積する。電荷蓄積期間の後、距離
情報検出動作と同様に、電荷蓄積期間と同じ長さの電荷
蓄積休止期間Ｔ1 が設けられ、その後、上述した動作が
繰り返される。電荷蓄積休止期間Ｔ1 を設けるのは、距
離補正情報検出動作と距離情報検出動作において、電荷
掃出し信号Ｓ２、Ｓ１２（図７、８参照）と電荷転送信
号Ｓ５、Ｓ１５（図７、８参照）を同じ制御で出力する
ためである。
【００５６】反射率情報検出動作では、パルス幅Ｔ0 の
測距光Ｓ２３が出力されて、同じパルス幅の反射光Ｓ２
４がＣＣＤに入射するが、距離情報検出動作と異なり、
測距光Ｓ２３の立ち上がりと同時に電荷蓄積期間（すな
わち反射光検知期間）が開始し、この電荷蓄積期間は反
射光Ｓ２４が立ち下がった後まで継続する。電荷蓄積期
間の長さＴ2 は、測距光Ｓ２３と反射光Ｓ２４の２つの
パルス幅の和以上であり、Ｔ2 ≧２Ｔ1 である。すなわ
ち、全ての反射光成分Ｅ20に対応した電荷がＣＣＤの各
フォトダイオードに蓄積する。電荷蓄積期間の後、所定
長さの電荷蓄積休止期間ｔc の後、再び測距光Ｓ２３が
再び出力され、以後、上述した動作が繰り返される。
測距光Ｓ２３が出力されて、同じパルス幅の反射光Ｓ２
４がＣＣＤに入射するが、距離情報検出動作と異なり、
測距光Ｓ２３の立ち上がりと同時に電荷蓄積期間（すな
わち反射光検知期間）が開始し、この電荷蓄積期間は反
射光Ｓ２４が立ち下がった後まで継続する。電荷蓄積期
間の長さＴ2 は、測距光Ｓ２３と反射光Ｓ２４の２つの
パルス幅の和以上であり、Ｔ2 ≧２Ｔ1 である。すなわ
ち、全ての反射光成分Ｅ20に対応した電荷がＣＣＤの各
フォトダイオードに蓄積する。電荷蓄積期間の後、所定
長さの電荷蓄積休止期間ｔc の後、再び測距光Ｓ２３が
再び出力され、以後、上述した動作が繰り返される。
【００５７】反射率補正情報検出動作では、測距光が出
力されることなく、ＣＣＤにおいて、反射率情報検出期
間と同じ長さの電荷蓄積期間の間、電荷蓄積が行なわれ
る。これによりＣＣＤの各フォトダイオードには、反射
光成分Ｅ20が受ける外光等の外乱成分Ｅ21に対応した電
荷が蓄積する。電荷蓄積期間の後、所定長さの電荷蓄積
休止期間ｔc の後、上述した動作が繰り返される。
力されることなく、ＣＣＤにおいて、反射率情報検出期
間と同じ長さの電荷蓄積期間の間、電荷蓄積が行なわれ
る。これによりＣＣＤの各フォトダイオードには、反射
光成分Ｅ20が受ける外光等の外乱成分Ｅ21に対応した電
荷が蓄積する。電荷蓄積期間の後、所定長さの電荷蓄積
休止期間ｔc の後、上述した動作が繰り返される。
【００５８】なお反射光成分Ｅ10、Ｅ20、外乱成分
Ｅ11、Ｅ21はそれぞれ、図１、２、７〜１２を参照して
説明した距離情報検出動作等において得られる出力
Ｓ10、Ｓ20、Ｓ11、Ｓ21に対応している。すなわち、正
規化距離情報ＲＳは ＲＳ＝（Ｅ10−Ｅ11）／（Ｅ20−Ｅ21） である。ここで（Ｅ10−Ｅ11）と（Ｅ20−Ｅ21）は、
（２）式と同様に、反射率Ｒ、被計測物体の輝度Ｉ、比
例定数ｋを用いて表すと、 Ｅ10−Ｅ11＝ｋ・Ｒ・Ｉ・（δ・ｔ） Ｅ20−Ｅ21＝ｋ・Ｒ・Ｉ・Ｔ である。したがって正規化距離情報ＲＳは ＲＳ＝（δ・ｔ）／Ｔ ・・・（１０） となる。
Ｅ11、Ｅ21はそれぞれ、図１、２、７〜１２を参照して
説明した距離情報検出動作等において得られる出力
Ｓ10、Ｓ20、Ｓ11、Ｓ21に対応している。すなわち、正
規化距離情報ＲＳは ＲＳ＝（Ｅ10−Ｅ11）／（Ｅ20−Ｅ21） である。ここで（Ｅ10−Ｅ11）と（Ｅ20−Ｅ21）は、
（２）式と同様に、反射率Ｒ、被計測物体の輝度Ｉ、比
例定数ｋを用いて表すと、 Ｅ10−Ｅ11＝ｋ・Ｒ・Ｉ・（δ・ｔ） Ｅ20−Ｅ21＝ｋ・Ｒ・Ｉ・Ｔ である。したがって正規化距離情報ＲＳは ＲＳ＝（δ・ｔ）／Ｔ ・・・（１０） となる。
【００５９】一方、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および反射率補正情報検出
動作を実行するのに必要な時間Ｔx は Ｔx ＝４×Ｔ1 ＋２×Ｔ2 に比例する。Ｔ2 ≒２×Ｔ1 、ｔc ≒０と仮定すると、
各動作を実行するために必要な時間Ｔx は Ｔx ＝８×Ｔ1 ・・・（１１） となる。
出動作、反射率情報検出動作および反射率補正情報検出
動作を実行するのに必要な時間Ｔx は Ｔx ＝４×Ｔ1 ＋２×Ｔ2 に比例する。Ｔ2 ≒２×Ｔ1 、ｔc ≒０と仮定すると、
各動作を実行するために必要な時間Ｔx は Ｔx ＝８×Ｔ1 ・・・（１１） となる。
【００６０】本実施形態では、各動作の実行に必要な時
間を短縮するために距離情報検出動作を２つの異なるモ
ードで実行している。これを図１４を参照して説明す
る。
間を短縮するために距離情報検出動作を２つの異なるモ
ードで実行している。これを図１４を参照して説明す
る。
【００６１】図１４に示されるように、距離情報検出動
作は、第１の距離情報検出モードである後半ゲート方式
と、第２の距離情報検出モードである前半ゲート方式に
よって実行される。
作は、第１の距離情報検出モードである後半ゲート方式
と、第２の距離情報検出モードである前半ゲート方式に
よって実行される。
【００６２】後半ゲート方式は図１３に示される距離情
報検出動作と同じであり、パルス幅Ｔ0 の測距光Ｓ３に
応じて生じた反射光Ｓ４のパルスの立ち下がり部分を含
む、第１の反射光成分Ｅ10に対応した電荷がＣＣＤの各
フォトダイオードに蓄積する。これに対して前半ゲート
方式では、電荷蓄積期間（すなわち反射光検出期間）Ｐ
１は、パルス幅Ｔ0 の測距光Ｓ３の立ち上がりと同時に
開始し、測距光Ｓ３の立ち下がりと略同時に終了する。
すなわち反射光のうち、パルスの立ち上がりから電荷蓄
積期間Ｐの終了までの第２の反射光成分Ｅ30が検出され
る。この反射光成分Ｅ30も、第１の反射光成分Ｅ10と同
様に、被計測物体までの距離に応じている。後半ゲート
方式における電荷蓄積期間の長さは前半ゲート方式にお
ける電荷蓄積期間と同一である。
報検出動作と同じであり、パルス幅Ｔ0 の測距光Ｓ３に
応じて生じた反射光Ｓ４のパルスの立ち下がり部分を含
む、第１の反射光成分Ｅ10に対応した電荷がＣＣＤの各
フォトダイオードに蓄積する。これに対して前半ゲート
方式では、電荷蓄積期間（すなわち反射光検出期間）Ｐ
１は、パルス幅Ｔ0 の測距光Ｓ３の立ち上がりと同時に
開始し、測距光Ｓ３の立ち下がりと略同時に終了する。
すなわち反射光のうち、パルスの立ち上がりから電荷蓄
積期間Ｐの終了までの第２の反射光成分Ｅ30が検出され
る。この反射光成分Ｅ30も、第１の反射光成分Ｅ10と同
様に、被計測物体までの距離に応じている。後半ゲート
方式における電荷蓄積期間の長さは前半ゲート方式にお
ける電荷蓄積期間と同一である。
【００６３】距離補正情報検出動作では、後半ゲート方
式および前半ゲート方式の距離情報検出動作と同じ電荷
蓄積期間（すなわち外光検出期間）Ｐ２を用いて、測距
光が出力されることなく、ＣＣＤにおいて電荷蓄積が行
なわれる。これによりＣＣＤの各フォトダイオードに
は、被計測物体の周囲の外光等の外乱成分Ｅ11に対応し
た電荷が蓄積する。外光検出期間Ｐ２の長さは後半ゲー
ト方式と前半ゲート方式の距離情報検出動作における電
荷蓄積期間と同じであるので、外乱成分Ｅ11は、第１の
反射光成分Ｅ10と第２の反射光成分Ｅ30の両者に対する
補正に利用できる。
式および前半ゲート方式の距離情報検出動作と同じ電荷
蓄積期間（すなわち外光検出期間）Ｐ２を用いて、測距
光が出力されることなく、ＣＣＤにおいて電荷蓄積が行
なわれる。これによりＣＣＤの各フォトダイオードに
は、被計測物体の周囲の外光等の外乱成分Ｅ11に対応し
た電荷が蓄積する。外光検出期間Ｐ２の長さは後半ゲー
ト方式と前半ゲート方式の距離情報検出動作における電
荷蓄積期間と同じであるので、外乱成分Ｅ11は、第１の
反射光成分Ｅ10と第２の反射光成分Ｅ30の両者に対する
補正に利用できる。
【００６４】後半ゲート方式の距離情報検出動作におい
て得られた第１の反射光成分Ｅ10から外乱成分Ｅ11を除
去して得られるものを、補正後の第１の反射光成分Ｅ1
とし、前半ゲート方式の距離情報検出動作において得ら
れた第２の反射光成分Ｅ30から外乱成分Ｅ11を除去して
得られるものを、補正後の第２の反射光成分Ｅ2 とす
る。上述したように後半ゲート方式と前半ゲート方式に
おいて電荷蓄積期間は同一である。したがって補正後の
第１および第２の反射光成分Ｅ1 、Ｅ2 は、（２）式と
同様に、反射率Ｒ、被計測物体の輝度Ｉ、比例定数ｋを
用いると、 Ｅ1 ＝ｋ・Ｒ・Ｉ・（δ・ｔ） ・・・（１２） Ｅ2 ＝ｋ・Ｒ・Ｉ・（Ｔ1 −δ・ｔ） ・・・（１３） と表される。
て得られた第１の反射光成分Ｅ10から外乱成分Ｅ11を除
去して得られるものを、補正後の第１の反射光成分Ｅ1
とし、前半ゲート方式の距離情報検出動作において得ら
れた第２の反射光成分Ｅ30から外乱成分Ｅ11を除去して
得られるものを、補正後の第２の反射光成分Ｅ2 とす
る。上述したように後半ゲート方式と前半ゲート方式に
おいて電荷蓄積期間は同一である。したがって補正後の
第１および第２の反射光成分Ｅ1 、Ｅ2 は、（２）式と
同様に、反射率Ｒ、被計測物体の輝度Ｉ、比例定数ｋを
用いると、 Ｅ1 ＝ｋ・Ｒ・Ｉ・（δ・ｔ） ・・・（１２） Ｅ2 ＝ｋ・Ｒ・Ｉ・（Ｔ1 −δ・ｔ） ・・・（１３） と表される。
【００６５】第１の反射光成分Ｅ1 を第１および第２の
反射光成分の和（Ｅ1 ＋Ｅ2 ）で割って得られる比ＲＴ
＝Ｅ1 ／（Ｅ1 ＋Ｅ2 ）は、 ＲＴ＝（δ・ｔ）／Ｔ1 ＝（δ・ｔ）／Ｔ0 ・・・（１４） であり、これは（１０）式と同じである。すなわち（１
４）式は被計測物体までの距離に対応した正規化距離情
報を示している。
反射光成分の和（Ｅ1 ＋Ｅ2 ）で割って得られる比ＲＴ
＝Ｅ1 ／（Ｅ1 ＋Ｅ2 ）は、 ＲＴ＝（δ・ｔ）／Ｔ1 ＝（δ・ｔ）／Ｔ0 ・・・（１４） であり、これは（１０）式と同じである。すなわち（１
４）式は被計測物体までの距離に対応した正規化距離情
報を示している。
【００６６】後半ゲート方式により得られた補正後の第
１の反射光成分Ｅ1 には、外光等に起因し、反射率Ｒに
対応した外乱成分が含まれている。同様に、前半ゲート
方式により得られた補正後の第２の反射光成分Ｅ2 にも
外乱成分が含まれている。しかし正規化距離情報ＲＴを
計算することにより、（１４）式から明らかなように反
射率Ｒは消去される。したがって後半ゲート方式と前半
ゲート方式を併用することにより、反射率情報検出動作
と反射率補正情報検出動作は不要になる。
１の反射光成分Ｅ1 には、外光等に起因し、反射率Ｒに
対応した外乱成分が含まれている。同様に、前半ゲート
方式により得られた補正後の第２の反射光成分Ｅ2 にも
外乱成分が含まれている。しかし正規化距離情報ＲＴを
計算することにより、（１４）式から明らかなように反
射率Ｒは消去される。したがって後半ゲート方式と前半
ゲート方式を併用することにより、反射率情報検出動作
と反射率補正情報検出動作は不要になる。
【００６７】一方、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および反射率補正情報検出
動作を実行するのに必要な時間Ｔy は Ｔy ＝６×Ｔ1 ・・・（１５） に比例する。これを（１１）式と比較することから明ら
かなように、距離情報検出動作において後半ゲート方式
と前半ゲート方式を併用することにより、併用しない場
合と比較して、被計測物体の３次元画像データの検出動
作に要する時間は３／４に短縮される。併用しない場合
における電荷蓄積休止期間ｔc （図１３参照）がＴ1 に
略等しいと仮定すると、Ｔx ＝９×Ｔ1 となるので、後
半ゲート方式と前半ゲート方式を併用した場合における
３次元画像データの検出動作に要する時間Ｔy は時間Ｔ
x の２／３である。
出動作、反射率情報検出動作および反射率補正情報検出
動作を実行するのに必要な時間Ｔy は Ｔy ＝６×Ｔ1 ・・・（１５） に比例する。これを（１１）式と比較することから明ら
かなように、距離情報検出動作において後半ゲート方式
と前半ゲート方式を併用することにより、併用しない場
合と比較して、被計測物体の３次元画像データの検出動
作に要する時間は３／４に短縮される。併用しない場合
における電荷蓄積休止期間ｔc （図１３参照）がＴ1 に
略等しいと仮定すると、Ｔx ＝９×Ｔ1 となるので、後
半ゲート方式と前半ゲート方式を併用した場合における
３次元画像データの検出動作に要する時間Ｔy は時間Ｔ
x の２／３である。
【００６８】距離情報検出動作において後半ゲート方式
と前半ゲート方式を併用する場合、距離補正情報検出動
作は、後半ゲート方式の距離情報検出動作と前半ゲート
方式の距離情報検出動作との間に実行することが好まし
い。このように構成することにより、距離補正情報検出
動作の実行タイミングが後半ゲート方式の距離情報検出
動作の実行タイミングに近づくため、外光の時間的変動
の影響を受け難くなり、被計測物体の反射率の補正をよ
り高精度に実施することができる。
と前半ゲート方式を併用する場合、距離補正情報検出動
作は、後半ゲート方式の距離情報検出動作と前半ゲート
方式の距離情報検出動作との間に実行することが好まし
い。このように構成することにより、距離補正情報検出
動作の実行タイミングが後半ゲート方式の距離情報検出
動作の実行タイミングに近づくため、外光の時間的変動
の影響を受け難くなり、被計測物体の反射率の補正をよ
り高精度に実施することができる。
【００６９】被計測物体の３次元形状の計測において、
被計測物体の反射率に関する補正情報の検出動作の一部
を省略することができ、測距動作全体の処理時間を短縮
することができる。
被計測物体の反射率に関する補正情報の検出動作の一部
を省略することができ、測距動作全体の処理時間を短縮
することができる。
【００７０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、被計測物
体の３次元形状を検出する測距動作全体の処理時間を短
縮することが可能となる。
体の３次元形状を検出する測距動作全体の処理時間を短
縮することが可能となる。
【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。
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。
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。
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。
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。
図である。
【図７】距離情報の検出動作のタイミングチャートであ
る。
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。
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。
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。
ートである。
【図１１】距離情報検出動作において、距離情報と距離
補正情報と反射率情報を検出する動作を示すフローチャ
ートである。
補正情報と反射率情報を検出する動作を示すフローチャ
ートである。
【図１２】距離情報検出動作において、反射率補正情報
を検出し、距離補正情報と反射率情報と反射率補正情報
に基づいて距離情報を補正する処理を示すフローチャー
トである。
を検出し、距離補正情報と反射率情報と反射率補正情報
に基づいて距離情報を補正する処理を示すフローチャー
トである。
【図１３】図７〜図１０に示される距離情報検出動作、
距離補正情報検出動作、反射率情報検出動作および反射
率補正情報検出動作の実行時間を説明するための図であ
る。
距離補正情報検出動作、反射率情報検出動作および反射
率補正情報検出動作の実行時間を説明するための図であ
る。
【図１４】実施形態における距離情報検出動作、距離補
正情報検出動作、反射率情報検出動作および反射率補正
情報検出動作の実行時間を説明するための図である。
正情報検出動作、反射率情報検出動作および反射率補正
情報検出動作の実行時間を説明するための図である。
１４ 光源 Ｓ 被計測物体
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA53 DD06 DD12 EE00 EE05 FF12 FF42 GG04 GG06 GG08 GG12 JJ03 JJ18 JJ26 LL04 LL06 LL30 NN02 NN11 QQ03 QQ24 QQ26 QQ42 QQ47 SS02 SS13 5B047 AA07 BA03 BB01 BC05 BC11 5C052 AA17 DD08 EE08 GA03 GA09 GB01 GD03 GE08 5C061 AA29 AB02 AB03 AB06 AB08 AB21 AB24
Claims (5)
- 【請求項１】 被計測物体に対してパルス状の測距光を
照射する光源と、 前記測距光によって前記被計測物体において生じたパル
ス状の反射光のうち、パルスの立ち下がり部分を含む、
前記被計測物体までの距離に応じた第１の反射光成分
（Ｅ1 ）を検出する第１の距離情報検出手段と、 前記測距光によって前記被計測物体において生じたパル
ス状の反射光のうち、パルスの立ち上がり部分を含む、
前記被計測物体までの距離に応じた第２の反射光成分
（Ｅ2 ）を検出する第２の距離情報検出手段と、 前記第１の反射光成分（Ｅ1 ）を第１および第２の反射
光成分の和（Ｅ1 ＋Ｅ 2 ）で割って得られる比（Ｅ1 ）
／（Ｅ1 ＋Ｅ2 ）を、前記被計測物体までの距離に対応
した正規化距離情報として求める正規化距離情報演算手
段とを備え、 前記第１および第２の距離情報検出手段において、前記
第１および第２の反射光成分を検出するための反射光検
知期間の長さが同一であることを特徴とする３次元画像
入力装置。 - 【請求項２】 前記光源を消灯させた状態で、前記反射
光検知期間と同じ長さである外光検知期間の間、前記被
計測物体の周囲の外光成分である入射光を検出する外光
検出手段を備え、前記正規化距離情報演算手段は、前記
第１および第２の反射光成分からそれぞれ前記外光成分
を除去したものに関して前記比を演算し、前記正規化距
離情報を求め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】 前記外光検出手段の検出動作が、前記第
１の距離情報検出手段の検出動作と前記第２の距離情報
検出手段の検出動作の間に行なわれ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】 前記第１および第２の距離情報検出手段
がそれぞれ、 前記反射光成分の受光量に応じた電荷が蓄積する複数の
光電変換素子と、 前記光電変換素子に隣接して設けられた信号電荷保持部
と、 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信
号電荷の蓄積動作を開始させる蓄積電荷掃出手段と、 前記光電変換素子に蓄積した信号電荷を前記信号電荷保
持部に転送する信号電荷転送手段と、 前記蓄積電荷掃出手段と前記信号電荷転送手段とを交互
に駆動し、前記信号電荷保持部において前記信号電荷を
積分することにより、前記被計測物体の表面上の各点ま
での距離情報を検出する信号電荷積分手段とを備えたこ
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】 前記外光検出手段が、 前記入射光の受光量に応じた電荷が蓄積する複数の光電
変換素子と、 前記光電変換素子に隣接して設けられた信号電荷保持部
と、 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信
号電荷の蓄積動作を開始させる蓄積電荷掃出手段と、 前記光電変換素子に蓄積した信号電荷を前記信号電荷保
持部に転送する信号電荷転送手段と、 前記蓄積電荷掃出手段と前記信号電荷転送手段とを交互
に駆動し、前記信号電荷保持部において前記信号電荷を
積分することにより、前記外光成分の大きさに対応した
距離補正情報を検出する信号電荷積分手段とを備えたこ
とを特徴とする請求項２に記載の３次元画像入力装置。
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