JP2002323302A - 非走査型レンジ撮像システム用のｌｅｄを用いた照明デバイス - Google Patents
非走査型レンジ撮像システム用のｌｅｄを用いた照明デバイスInfo
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- G01S7/4911—Transmitters
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、より近距離のレンジ画像捕捉のため
の信頼性のある照明を提供できる非走査型レンジ撮像シ
ステムの提供を目的とする。 【解決手段】 本発明は、非走査型レンジ撮像システム
用の変調された光を生成するための発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）照明デバイスであって、所与の位相及び周波数特
性を有する駆動信号を生成する回路と、複数のＬＥＤバ
ンク内に配列され、各ＬＥＤバンク内で、上記駆動信号
を受信するため直列接続された、複数の発光ダイオード
と、上記ＬＥＤバンクが、上記位相及び周波数特性に従
って上記変調された光を生成するように、上記複数のＬ
ＥＤバンクを同時に活性化させるスイッチングステージ
とを含む。
の信頼性のある照明を提供できる非走査型レンジ撮像シ
ステムの提供を目的とする。 【解決手段】 本発明は、非走査型レンジ撮像システム
用の変調された光を生成するための発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）照明デバイスであって、所与の位相及び周波数特
性を有する駆動信号を生成する回路と、複数のＬＥＤバ
ンク内に配列され、各ＬＥＤバンク内で、上記駆動信号
を受信するため直列接続された、複数の発光ダイオード
と、上記ＬＥＤバンクが、上記位相及び周波数特性に従
って上記変調された光を生成するように、上記複数のＬ
ＥＤバンクを同時に活性化させるスイッチングステージ
とを含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３次元画像捕捉の
分野に係り、より詳細には、非走査型レンジ撮像システ
ムによる画像深度情報の捕捉に使用される変調された照
明源に関する。
分野に係り、より詳細には、非走査型レンジ撮像システ
ムによる画像深度情報の捕捉に使用される変調された照
明源に関する。
【０００２】
【従来の技術】カメラから風景内の対象物までの距離
（若しくは深さ）の情報は、変調された照明源と変調さ
れた画像受信装置とを有した非走査型レンジ撮像システ
ムによって、取得することができる。米国特許第4,935,
616号に記載される装置及び方法では、非走査型レンジ
撮像システムは、振幅変調型高出力レーザダイオードを
使用し、目標領域を同時に照明する。従来の光学素子
は、ターゲットビームを閉じ込め、何百もの素子を各次
元に有する統合型検出器アレイセンサを含む受信装置に
ターゲットを映し出す。ターゲットまでのレンジは、送
信した光の振幅変調されたキャリアフェーズを基準とし
た、ターゲットからの反射光の位相ずれを測定すること
によって決定される。この測定を実施するため、受信装
置内部のイメージ倍増管（特に、マイクロチャンネルプ
レート）のゲインは、送信装置と同一の周波数で変調さ
れるので、センサ（電荷結合素子）に到達する光量が、
レンジに依存する位相差の関数となる。第２の画像は、
受信装置若しくは送信装置での変調がなく取得され、距
離を搬送しない強度情報を予想するために使用される。
双方の捕捉された画像は、空間的に位置合わせされ、デ
ジタルプロセッサは、これら２つのフレームからレンジ
データを抽出するために使用される。結果的には、各ピ
クセルに関連するレンジが、同時に全風景にわたり、実
質的に測定される。
（若しくは深さ）の情報は、変調された照明源と変調さ
れた画像受信装置とを有した非走査型レンジ撮像システ
ムによって、取得することができる。米国特許第4,935,
616号に記載される装置及び方法では、非走査型レンジ
撮像システムは、振幅変調型高出力レーザダイオードを
使用し、目標領域を同時に照明する。従来の光学素子
は、ターゲットビームを閉じ込め、何百もの素子を各次
元に有する統合型検出器アレイセンサを含む受信装置に
ターゲットを映し出す。ターゲットまでのレンジは、送
信した光の振幅変調されたキャリアフェーズを基準とし
た、ターゲットからの反射光の位相ずれを測定すること
によって決定される。この測定を実施するため、受信装
置内部のイメージ倍増管（特に、マイクロチャンネルプ
レート）のゲインは、送信装置と同一の周波数で変調さ
れるので、センサ（電荷結合素子）に到達する光量が、
レンジに依存する位相差の関数となる。第２の画像は、
受信装置若しくは送信装置での変調がなく取得され、距
離を搬送しない強度情報を予想するために使用される。
双方の捕捉された画像は、空間的に位置合わせされ、デ
ジタルプロセッサは、これら２つのフレームからレンジ
データを抽出するために使用される。結果的には、各ピ
クセルに関連するレンジが、同時に全風景にわたり、実
質的に測定される。
【０００３】上述したような非走査型測距システムは、
典型的には、深さ情報を捕捉するため、フィールド照明
用のレーザを使用する。レーザは、高出力、且つ、非常
に高い周波数変調を実現できる。しかし、主なる関心
は、眼の安全性にあり、適切な安全メガネを必要する
か、或いは、更に保護された計測、例えば出力放射強度
制限や安全な視（観察）距離等のレーザ設計を必要とす
る。画像捕捉のための十分な出力を実現するため、非走
査型測距システムは、マルチモードのレーザを使用す
る。それらの性質に起因して、マルチモードのレーザダ
イオードは、典型的には、ビームにおける大きな幅対高
さの比（楕円率）、非点収差、及びスペックルと共に、
十分な空間的構造を有する。結果として、対象フィール
ドを照明するためにビームを使用するとき、大きな不均
一領域が出現する。上記空間的構造は、温度及び駆動電
流の変化と共に、シフトする。これらの影響を克服する
ため、光学部品、例えばアナモフィックプリズムは、ビ
ームを造形するため、照明源の経路に配置され、楕円率
を低減する。ディフューザプレート（拡散板）も、照明
の空間的構造を低減するため、ビームの拡散を供給する
ため、眼の安全性に対する要求に遵守するため、ビーム
の経路に配置される。他の光学部品は、ディフューザに
代わって、ビームの均一性及び拡散を生成するために使
用できるだろう。長い距離に対しては、レーザの可干渉
性が、低い分散度を維持するという効果を提供する。
典型的には、深さ情報を捕捉するため、フィールド照明
用のレーザを使用する。レーザは、高出力、且つ、非常
に高い周波数変調を実現できる。しかし、主なる関心
は、眼の安全性にあり、適切な安全メガネを必要する
か、或いは、更に保護された計測、例えば出力放射強度
制限や安全な視（観察）距離等のレーザ設計を必要とす
る。画像捕捉のための十分な出力を実現するため、非走
査型測距システムは、マルチモードのレーザを使用す
る。それらの性質に起因して、マルチモードのレーザダ
イオードは、典型的には、ビームにおける大きな幅対高
さの比（楕円率）、非点収差、及びスペックルと共に、
十分な空間的構造を有する。結果として、対象フィール
ドを照明するためにビームを使用するとき、大きな不均
一領域が出現する。上記空間的構造は、温度及び駆動電
流の変化と共に、シフトする。これらの影響を克服する
ため、光学部品、例えばアナモフィックプリズムは、ビ
ームを造形するため、照明源の経路に配置され、楕円率
を低減する。ディフューザプレート（拡散板）も、照明
の空間的構造を低減するため、ビームの拡散を供給する
ため、眼の安全性に対する要求に遵守するため、ビーム
の経路に配置される。他の光学部品は、ディフューザに
代わって、ビームの均一性及び拡散を生成するために使
用できるだろう。長い距離に対しては、レーザの可干渉
性が、低い分散度を維持するという効果を提供する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】必要とされるのは、フ
ィールド照明用のレーザの使用によって示される幾つか
の欠点、即ち、眼の安全性に対する問題、ビーム構造、
スペックル、更なる光学部品及びコストを克服するた
め、深さの捕捉のためのレーザダイオードの使用に対す
る代替である。更に、より近いレンジ画像捕捉（例え
ば、４０フィート若しくはそれ以下）に対するフィール
ド照明の場合、レーザの可干渉性は、ビーム拡散及び良
好な均一性が望まれるので、欠点となり、従って、更な
る光学部品が必要とされる。出力強度の考察において
は、単一のレーザ素子は、確かに（例えば、単一の発光
ダイオードと比較して）より高い出力強度を提供する
が、レーザを駆動するため、高い電流閾値を、越えなけ
ればならない。
ィールド照明用のレーザの使用によって示される幾つか
の欠点、即ち、眼の安全性に対する問題、ビーム構造、
スペックル、更なる光学部品及びコストを克服するた
め、深さの捕捉のためのレーザダイオードの使用に対す
る代替である。更に、より近いレンジ画像捕捉（例え
ば、４０フィート若しくはそれ以下）に対するフィール
ド照明の場合、レーザの可干渉性は、ビーム拡散及び良
好な均一性が望まれるので、欠点となり、従って、更な
る光学部品が必要とされる。出力強度の考察において
は、単一のレーザ素子は、確かに（例えば、単一の発光
ダイオードと比較して）より高い出力強度を提供する
が、レーザを駆動するため、高い電流閾値を、越えなけ
ればならない。
【０００５】Sandia Lab News（vol. 46, No. 19, Sept
ember 16, 1994）に記載されるように、‘６１６特許に
記載される非走査型レンジ撮像システムは、代替的に、
振幅変調型発光ダイオード（ＬＥＤｓ）のアレイを使用
し、ターゲット風景を完全に照明する。ＬＥＤソース照
明に対する目への露光は、許容でき、目の感度が存在す
るところの写真撮影シナリオで予期できるようなほどで
ある。しかし、変調型ＬＥＤソース用の設計は、要求さ
れる高い変調周波数での動作だけでなく、特に設計の適
応性及び信頼性に関しても、挑戦をもたらす。
ember 16, 1994）に記載されるように、‘６１６特許に
記載される非走査型レンジ撮像システムは、代替的に、
振幅変調型発光ダイオード（ＬＥＤｓ）のアレイを使用
し、ターゲット風景を完全に照明する。ＬＥＤソース照
明に対する目への露光は、許容でき、目の感度が存在す
るところの写真撮影シナリオで予期できるようなほどで
ある。しかし、変調型ＬＥＤソース用の設計は、要求さ
れる高い変調周波数での動作だけでなく、特に設計の適
応性及び信頼性に関しても、挑戦をもたらす。
【０００６】そこで、本発明の目的は、より近いレンジ
画像捕捉のための信頼性のある照明を提供できる非走査
型レンジ撮像システムを提供することにある。
画像捕捉のための信頼性のある照明を提供できる非走査
型レンジ撮像システムを提供することにある。
【０００７】また、本発明の更なる目的は、非走査型レ
ンジ撮像システム、特により近いレンジ画像捕捉のため
非走査型レンジ撮像システムにおける、改善された対眼
球安全性を提供することにある。
ンジ撮像システム、特により近いレンジ画像捕捉のため
非走査型レンジ撮像システムにおける、改善された対眼
球安全性を提供することにある。
【０００８】また、本発明の更なる目的は、非走査型レ
ンジ撮像システム用ＬＥＤ照明ソースのための、容易に
適応可能な高周波駆動回路を、提供することである。
ンジ撮像システム用ＬＥＤ照明ソースのための、容易に
適応可能な高周波駆動回路を、提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、１若しくはそ
れ以上の上述した問題点を克服することに向けられる。
要約すると、本発明の１局面によると、非走査型レンジ
撮像システム用の変調された光を生成するための発光ダ
イオード（ＬＥＤ）照明デバイスは、所与の位相及び周
波数特性を有する駆動信号を生成する回路と、複数のＬ
ＥＤバンク内に配列され、各ＬＥＤバンク内で、上記駆
動信号を受信するため直列接続された、複数の発光ダイ
オードと、上記ＬＥＤバンクが、上記位相及び周波数特
性に従って上記変調された光を生成するように、上記複
数のＬＥＤバンクを同時に活性化させるスイッチングス
テージとを含む。
れ以上の上述した問題点を克服することに向けられる。
要約すると、本発明の１局面によると、非走査型レンジ
撮像システム用の変調された光を生成するための発光ダ
イオード（ＬＥＤ）照明デバイスは、所与の位相及び周
波数特性を有する駆動信号を生成する回路と、複数のＬ
ＥＤバンク内に配列され、各ＬＥＤバンク内で、上記駆
動信号を受信するため直列接続された、複数の発光ダイ
オードと、上記ＬＥＤバンクが、上記位相及び周波数特
性に従って上記変調された光を生成するように、上記複
数のＬＥＤバンクを同時に活性化させるスイッチングス
テージとを含む。
【００１０】本発明は、深さ捕捉用のレーザダイオード
の使用の代替を提供し、これにより、フィールド照明用
のレーザの使用によって発生する幾つかの欠点、即ち目
の安全性、ビーム構造、スペックル、高い閾値電流、付
加的な光学部品及びコストを克服する。
の使用の代替を提供し、これにより、フィールド照明用
のレーザの使用によって発生する幾つかの欠点、即ち目
の安全性、ビーム構造、スペックル、高い閾値電流、付
加的な光学部品及びコストを克服する。
【００１１】本発明のこれら及び他の局面、目的、特徴
並びに効果は、次の好ましい実施例の詳細な説明及び冒
頭の各請求項を精査することにより、また、添付図面の
参照によって、より明瞭に理解され認知されるだろう。
並びに効果は、次の好ましい実施例の詳細な説明及び冒
頭の各請求項を精査することにより、また、添付図面の
参照によって、より明瞭に理解され認知されるだろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】レーザ照明装置と、イメージ倍増
管及び電子センサを含む捕捉デバイスとを採用するレン
ジ撮像デバイスは、公知であり、本説明は、本発明の装
置の部分を構成する素子若しくは本発明の装置と直接的
に協働する素子について、特に向けられる。特別に示さ
れることのない素子、若しくは、ここで説明されない素
子は、本分野で知られている相当するものから選択され
てよい。説明される実施例のある局面は、ソフトウェア
で付与されてよい。本発明の実現にとって有用である
が、ここで特に図示されず、説明されず、提案されな
い、次の材料及びソフトウェアにおいて想定される、図
示され説明されるような本発明のシステムは、従来的で
且つかかる分野の通常的な技術手段の範囲内である。
管及び電子センサを含む捕捉デバイスとを採用するレン
ジ撮像デバイスは、公知であり、本説明は、本発明の装
置の部分を構成する素子若しくは本発明の装置と直接的
に協働する素子について、特に向けられる。特別に示さ
れることのない素子、若しくは、ここで説明されない素
子は、本分野で知られている相当するものから選択され
てよい。説明される実施例のある局面は、ソフトウェア
で付与されてよい。本発明の実現にとって有用である
が、ここで特に図示されず、説明されず、提案されな
い、次の材料及びソフトウェアにおいて想定される、図
示され説明されるような本発明のシステムは、従来的で
且つかかる分野の通常的な技術手段の範囲内である。
【００１３】非走査型レンジ撮像システムで使用される
原理及び技術に先ず精通することが有用である。従っ
て、先ず図８を参照するに、レンジ撮像システム１０
は、風景１２を照明すると共に、風景１２の最小で３個
の画像を含む画像束を捕捉するために使用されるレーザ
レーダとして図示されている。照明装置１４は、その周
波数が変調器１６によって制御される電磁放射線のビー
ムを放出する。典型的には、先行技術において、照明装
置１４は、広域照明を実行すべく、光学式ディフューザ
を含むレーザデバイスである。変調器１６は、振幅が変
化する正弦波変調を提供する。変調された照明源は、次
式によりモデル化される。
原理及び技術に先ず精通することが有用である。従っ
て、先ず図８を参照するに、レンジ撮像システム１０
は、風景１２を照明すると共に、風景１２の最小で３個
の画像を含む画像束を捕捉するために使用されるレーザ
レーダとして図示されている。照明装置１４は、その周
波数が変調器１６によって制御される電磁放射線のビー
ムを放出する。典型的には、先行技術において、照明装
置１４は、広域照明を実行すべく、光学式ディフューザ
を含むレーザデバイスである。変調器１６は、振幅が変
化する正弦波変調を提供する。変調された照明源は、次
式によりモデル化される。
【００１４】
【数１】 ここで、μＬは、平均照度、ηは、照明源の係数、λ
は、照明装置１４に適用される変調周波数である。変調
周波数は、正確なレンジ予測を得るため、十分高い（例
えば、１２．５Ｍｈｚ）。出力ビーム１８は、風景１２
に向けられ、反射されたビーム２０は、受光部２２に向
けられる。公知であるように、反射ビーム２０は、発し
た出力ビーム１８の遅延した形であり、位相遅れの量
が、レンジ撮像システムまでの風景１２の距離の関数と
なる。反射ビーム２０は、イメージ倍増管２６内の光電
陰極２４に当たり、これにより、入力振幅の変動に比例
する変調された電子流が発生する。イメージ倍増管２６
の出力は、次式の通りにモデル化される。
は、照明装置１４に適用される変調周波数である。変調
周波数は、正確なレンジ予測を得るため、十分高い（例
えば、１２．５Ｍｈｚ）。出力ビーム１８は、風景１２
に向けられ、反射されたビーム２０は、受光部２２に向
けられる。公知であるように、反射ビーム２０は、発し
た出力ビーム１８の遅延した形であり、位相遅れの量
が、レンジ撮像システムまでの風景１２の距離の関数と
なる。反射ビーム２０は、イメージ倍増管２６内の光電
陰極２４に当たり、これにより、入力振幅の変動に比例
する変調された電子流が発生する。イメージ倍増管２６
の出力は、次式の通りにモデル化される。
【００１５】
【数２】 ここで、μＭは、平均強度、γは、強度の係数、λは、
イメージ倍増管２６に適用される変調周波数である。イ
メージ倍増管２６の目的は、イメージを増大するだけで
なく、周波数ミクサ及びシャッタとして役割を果たす。
従って、イメージ倍増管２６は、変調器１６に接続さ
れ、マイクロチャンネルプレート３０のゲインが変調さ
せられる。光電陰極２４からの電子流は、マイクロチャ
ンネルプレート３０に当たり、変調器１６からの変調信
号とミキシングされる。変調された電子流は、マイクロ
チャンネルプレート３０による二次放出により増強させ
られる。増強された電子流は、蛍光面３２に衝突するこ
とで、そのエネルギーが可視光の画像に変換させられ
る。増強された光による画像信号は、電荷結合素子（Ｃ
ＣＤ）のような捕捉機構３４によって捕捉される。捕捉
された画像信号は、風景の各点での位相遅れを決定する
ため、レンジプロセッサ３６に入力される。レンジρメ
ートルでの対象物の位相遅れ項ωは、次式によって与え
られる。
イメージ倍増管２６に適用される変調周波数である。イ
メージ倍増管２６の目的は、イメージを増大するだけで
なく、周波数ミクサ及びシャッタとして役割を果たす。
従って、イメージ倍増管２６は、変調器１６に接続さ
れ、マイクロチャンネルプレート３０のゲインが変調さ
せられる。光電陰極２４からの電子流は、マイクロチャ
ンネルプレート３０に当たり、変調器１６からの変調信
号とミキシングされる。変調された電子流は、マイクロ
チャンネルプレート３０による二次放出により増強させ
られる。増強された電子流は、蛍光面３２に衝突するこ
とで、そのエネルギーが可視光の画像に変換させられ
る。増強された光による画像信号は、電荷結合素子（Ｃ
ＣＤ）のような捕捉機構３４によって捕捉される。捕捉
された画像信号は、風景の各点での位相遅れを決定する
ため、レンジプロセッサ３６に入力される。レンジρメ
ートルでの対象物の位相遅れ項ωは、次式によって与え
られる。
【００１６】
【数３】 ここで、ｃは、真空中の光の速度である。結果として、
この点での反射光は、次のようにモデル化される。
この点での反射光は、次のようにモデル化される。
【００１７】
【数４】 ここで、κは、対象物から反射した照明の係数である。
この点でのピクセルレスポンスＰは、反射光及び強度の
影響の積分値であり、次式の通りである。
この点でのピクセルレスポンスＰは、反射光及び強度の
影響の積分値であり、次式の通りである。
【００１８】
【数５】 上述した‘６１６特許に記載される非走査型レンジ撮像
システムでは、参照画像は、マイクロチャンネルプレー
トが変調されていないが平均レスポンスで保持されてい
る時間で、捕捉される。レンジは、各ピクセルに対し
て、参照画像および位相画像のピクセルの値の関数とし
て位相項を回収することによって、予測される。
システムでは、参照画像は、マイクロチャンネルプレー
トが変調されていないが平均レスポンスで保持されてい
る時間で、捕捉される。レンジは、各ピクセルに対し
て、参照画像および位相画像のピクセルの値の関数とし
て位相項を回収することによって、予測される。
【００１９】位相項を回収するための好ましいよりロバ
ストなアプローチは、ここで参照により結合される、米
国特許第6,118,946号“Method and Apparatus for Scan
nerlss Range Image Capture Using Photographic Fil
m”に記載されている。位相画像及び参照画像を収集す
る代わりに、このアプローチでは、少なくとも３つの位
相画像を（画像束と称する）を収集する。このアプロー
チは、倍増管２６の位相を照明装置１４の位相に対して
シフトし、各位相画像は、別々の位相を有する。この目
的のため、レンジプロセッサ３６は、平均照度レベル及
び必要とされてよい他の捕捉関数と共に、変調器１６の
位相を制御するように、適切に接続される。イメージ倍
増管２６がθｉだけ位相シフトされた場合、式５のピク
セルレスポンスは、次式のようになる。
ストなアプローチは、ここで参照により結合される、米
国特許第6,118,946号“Method and Apparatus for Scan
nerlss Range Image Capture Using Photographic Fil
m”に記載されている。位相画像及び参照画像を収集す
る代わりに、このアプローチでは、少なくとも３つの位
相画像を（画像束と称する）を収集する。このアプロー
チは、倍増管２６の位相を照明装置１４の位相に対して
シフトし、各位相画像は、別々の位相を有する。この目
的のため、レンジプロセッサ３６は、平均照度レベル及
び必要とされてよい他の捕捉関数と共に、変調器１６の
位相を制御するように、適切に接続される。イメージ倍
増管２６がθｉだけ位相シフトされた場合、式５のピク
セルレスポンスは、次式のようになる。
【００２０】
【数６】 この数式から位相項ωを抽出することは望ましい。しか
し、この項は、単一の画像からは直接的にアクセス可能
でない。式６では、３つの未知の値があり、式の形は、
極めて単純である。結果として、数学的には３つだけの
サンプル（３個の画像）が、撮像システムからの風景内
対象物の距離に比例する位相項の予測を得るために必要
とされる。それ故に、独自の位相で捕捉された３個の画
像のセットが、ωを決定するために十分である。単純化
のため、位相項は、θｋ＝２πｋ／３；ｋ＝０，１，２
によって与えられる。次の説明では、画像束は、同一の
風景画像の集合を構成するが、各画像は、倍増管２６に
印加される変調から得られる位相を有していると理解さ
れるべきである。また、同様な解析も、倍増管２６の代
わって、照明装置１４を位相シフトすることによって実
行できることは理解されるべきである。３個以上の画像
を含む画像側が捕捉された場合、レンジの予測が、特異
値分解（W.H. Press, B.P. Flannery, S.A. Teukolsky
and W.T. Vetterling, Numerical Recipes(The Art of
Scientific Computing), Cambridge University Press,
Cambridge, 1986参照）を使用した最小二乗法解析によ
って、強化される。
し、この項は、単一の画像からは直接的にアクセス可能
でない。式６では、３つの未知の値があり、式の形は、
極めて単純である。結果として、数学的には３つだけの
サンプル（３個の画像）が、撮像システムからの風景内
対象物の距離に比例する位相項の予測を得るために必要
とされる。それ故に、独自の位相で捕捉された３個の画
像のセットが、ωを決定するために十分である。単純化
のため、位相項は、θｋ＝２πｋ／３；ｋ＝０，１，２
によって与えられる。次の説明では、画像束は、同一の
風景画像の集合を構成するが、各画像は、倍増管２６に
印加される変調から得られる位相を有していると理解さ
れるべきである。また、同様な解析も、倍増管２６の代
わって、照明装置１４を位相シフトすることによって実
行できることは理解されるべきである。３個以上の画像
を含む画像側が捕捉された場合、レンジの予測が、特異
値分解（W.H. Press, B.P. Flannery, S.A. Teukolsky
and W.T. Vetterling, Numerical Recipes(The Art of
Scientific Computing), Cambridge University Press,
Cambridge, 1986参照）を使用した最小二乗法解析によ
って、強化される。
【００２１】画像が、倍増管（或いは、レーザ、若しく
はそれらの組み合わせ）のｎ個の（ｎが３以上である）
異なる位相で捕捉された場合、これらの画像は画像束を
形成する。画像束の各画像に式６を適用し、コサインの
項を展開する（即ち、Ｐｉ＝２μＬμＭπ＋κπγ（ｃ
ｏｓ（ω）ｃｏｓ（θｉ）―ｓｉｎ（ω）ｓｉｎ
（θ ｉ））ことにより、各点でｎ個の未知数の次の一次
方程式の系となる。
はそれらの組み合わせ）のｎ個の（ｎが３以上である）
異なる位相で捕捉された場合、これらの画像は画像束を
形成する。画像束の各画像に式６を適用し、コサインの
項を展開する（即ち、Ｐｉ＝２μＬμＭπ＋κπγ（ｃ
ｏｓ（ω）ｃｏｓ（θｉ）―ｓｉｎ（ω）ｓｉｎ
（θ ｉ））ことにより、各点でｎ個の未知数の次の一次
方程式の系となる。
【００２２】
【数７】 ここで、Λ＝２μＬμＭπ、Λ２＝κπγ・ｃｏｓω、
Λ３＝κπγ・ｓｉｎω、である。この式の系は、特異
値分解によって解かれ、ベクトルΛ＝[Λ１，Λ２，Λ
３]τを与える。この計算は、画像束の各位置（ｘ，
ｙ）で実行されるので、Λは、各点で３つの要素を包含
するベクトル画像である。位相項ωは、各点で４クワド
ラント・アークタンジェント（four-quadrant arctange
nt）計算を使用して算出される。
Λ３＝κπγ・ｓｉｎω、である。この式の系は、特異
値分解によって解かれ、ベクトルΛ＝[Λ１，Λ２，Λ
３]τを与える。この計算は、画像束の各位置（ｘ，
ｙ）で実行されるので、Λは、各点で３つの要素を包含
するベクトル画像である。位相項ωは、各点で４クワド
ラント・アークタンジェント（four-quadrant arctange
nt）計算を使用して算出される。
【００２３】
【数８】 結果として得られる各点での位相の値の収集は、位相画
像を形成する。位相が決定されると、レンジｒが次式に
よって計算できる。
像を形成する。位相が決定されると、レンジｒが次式に
よって計算できる。
【００２４】
【数９】 このように式１〜式９は、倍増管及び／又は照明装置の
別個の位相に対応する少なくとも３個の画像（即ちｎ＝
３）を備える画像束を使用したレンジを予測する方法に
ついて言及する。
別個の位相に対応する少なくとも３個の画像（即ちｎ＝
３）を備える画像束を使用したレンジを予測する方法に
ついて言及する。
【００２５】ここで図１を参照するに、非走査型レンジ
撮像システムの全体が、本発明による４つの主要な構成
要素を含んで示されている。第１の構成要素は、画像捕
捉デバイス４０であり、好ましくは、画像捕捉素子４４
を有する一眼レフ（ＳＬＲ）カメラ本体４２である。典
型的な画像捕捉素子は、感熱フィルム（上述した米国特
許第6,118,946号に記載のレンジ撮像システムに使用さ
れているだろう）、若しくは、電荷結合素子（ＣＣＤ）
のような電子センサである。画像捕捉デバイス４０は、
複数のレンジ画像、即ち上記画像束を捕捉することがで
きる。典型的には、電子式画像捕捉要素に対して、画像
捕捉デバイス４０は、画像束内の総てのレンジ画像と、
更に例えばカラーテクスチャー画像とを格納するための
画像記憶手段（図示せず）を含むだろう。この記憶は、
例えば内部メモリから画像を受けるためのＰＣＭＣＩＡ
カード若しくはフロッピー（登録商標）ディスク（図示
せず）のような外部接続と共に、内部メモリのような、
カメラに実装された記憶手段によって実現できる。ま
た、連続した画像捕捉のための準備のため、画像捕捉デ
バイス４０を駆動し、或いは送る手段が、利用可能でな
ければならない。かかる機能は、かかる画像捕捉デバイ
スに関して公知であり、詳細について言及しない。
撮像システムの全体が、本発明による４つの主要な構成
要素を含んで示されている。第１の構成要素は、画像捕
捉デバイス４０であり、好ましくは、画像捕捉素子４４
を有する一眼レフ（ＳＬＲ）カメラ本体４２である。典
型的な画像捕捉素子は、感熱フィルム（上述した米国特
許第6,118,946号に記載のレンジ撮像システムに使用さ
れているだろう）、若しくは、電荷結合素子（ＣＣＤ）
のような電子センサである。画像捕捉デバイス４０は、
複数のレンジ画像、即ち上記画像束を捕捉することがで
きる。典型的には、電子式画像捕捉要素に対して、画像
捕捉デバイス４０は、画像束内の総てのレンジ画像と、
更に例えばカラーテクスチャー画像とを格納するための
画像記憶手段（図示せず）を含むだろう。この記憶は、
例えば内部メモリから画像を受けるためのＰＣＭＣＩＡ
カード若しくはフロッピー（登録商標）ディスク（図示
せず）のような外部接続と共に、内部メモリのような、
カメラに実装された記憶手段によって実現できる。ま
た、連続した画像捕捉のための準備のため、画像捕捉デ
バイス４０を駆動し、或いは送る手段が、利用可能でな
ければならない。かかる機能は、かかる画像捕捉デバイ
スに関して公知であり、詳細について言及しない。
【００２６】第２の構成要素は、所望の平均振幅、振幅
変調、及び周波数である、高周波の振幅変調照明を生成
するための照明デバイス４６である。好ましくは、照明
デバイス４６は、カメラ本体４２に従来的なホットシュ
ー接続５０を介して取り付けられる可動ユニット４８と
して構成される。また、望ましくは、照明デバイス４６
は、所定の位相のセット間で振幅変調の位相をシフトで
きる機能を含む（或いは、この機能は、非走査型レンジ
撮像システムの光学系部位における反射照明の変調によ
って達成されてよい）。照明装置４６が、スペクトルの
赤外線領域のような、好ましい動作波長を有することは
有用である。
変調、及び周波数である、高周波の振幅変調照明を生成
するための照明デバイス４６である。好ましくは、照明
デバイス４６は、カメラ本体４２に従来的なホットシュ
ー接続５０を介して取り付けられる可動ユニット４８と
して構成される。また、望ましくは、照明デバイス４６
は、所定の位相のセット間で振幅変調の位相をシフトで
きる機能を含む（或いは、この機能は、非走査型レンジ
撮像システムの光学系部位における反射照明の変調によ
って達成されてよい）。照明装置４６が、スペクトルの
赤外線領域のような、好ましい動作波長を有することは
有用である。
【００２７】照明装置４６は、画像束内の各レンジ画像
に対して送波パターンにおいてずれを発生させるため、
位相が制御可能な振幅変調照明を生成する主目的を有す
る（もっとも、上述したように、この機能は、反射され
た照明の変調によって達成されてよい）。後の詳説する
ように、照明装置４６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の
光源と、予め決定された位相のセットにより、予め決定
された周波数の必要な変調信号を発生する変調回路とを
含む。ＬＥＤ光源は、好ましくは、約１２．５メガヘル
ツの変調周波数で変調され、好ましい位相は、先に述べ
たような、θｋ＝２πｋ／３；ｋ＝０，１，２によって
与えられる各レンジ画像内の位相ずれθである。ＬＥＤ
光源は、必ずしも均一に拡散される必要がないので、Ph
ysical Optics Corporationによる
に対して送波パターンにおいてずれを発生させるため、
位相が制御可能な振幅変調照明を生成する主目的を有す
る（もっとも、上述したように、この機能は、反射され
た照明の変調によって達成されてよい）。後の詳説する
ように、照明装置４６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の
光源と、予め決定された位相のセットにより、予め決定
された周波数の必要な変調信号を発生する変調回路とを
含む。ＬＥＤ光源は、好ましくは、約１２．５メガヘル
ツの変調周波数で変調され、好ましい位相は、先に述べ
たような、θｋ＝２πｋ／３；ｋ＝０，１，２によって
与えられる各レンジ画像内の位相ずれθである。ＬＥＤ
光源は、必ずしも均一に拡散される必要がないので、Ph
ysical Optics Corporationによる
【００２８】
【外１】 のような、制御された角度の拡散シートが、可能な限り
均一に所望の視野に渡る変調光を拡散するため、光源の
前に配置される。
均一に所望の視野に渡る変調光を拡散するため、光源の
前に配置される。
【００２９】照明装置４６は、変調されていない標準的
なバンド幅の照明を含んでもよい。この照明源は、強度
（測距しない）写真画像用に使用され、写真カメラで有
用な種の通常的に入手可能な電子式フラッシュのよう
な、標準カメラシステムの通常的に知られ理解されてい
るフラッシュに基づいてよい。或いは、強度照明は、電
子式フラッシュに類する白色照明を供給するように選択
された、例えば赤色、緑色、青色のＬＥＤのような、別
のＬＥＤによって供給されることもできるだろう。一の
アプローチは、変調（ＩＲ）ＬＥＤのそれぞれの周辺に
ＲＧＢのＬＥＤをクラスター化することだろう。かかる
“クラスター化（クラスタリング）”に対しては多くの
可能性があり、例として、図１１Ａに示されるように、
ＬＥＤクラスターは、ＩＲのＬＥＤ及び各ＲＧＢのＬＥ
Ｄによって構成されることもできるだろう。または、図
１１Ｂに示すように、ＲＧＢのＬＥＤは、ＩＲのＬＥＤ
のそれぞれの周囲に、６角形配列でクラスター化できる
だろう。いずれの場合でも、示された配列は、必要な照
明を供給するため、必要なだけ繰り返し配列される。ソ
ースカラー温度は、各カラー集合を通る電流によって制
御されることができるだろう。また、どんな配列であ
れ、その配列は、図９及び図１０に関連して（ＩＲ）Ｌ
ＥＤに対して説明されることになる配列に、重ねられる
だろう。これらの実施例では、照明装置４６は、次のモ
ードのいずれかで動作するだろう。即ち、ａ）第１のモ
ードとして、光源は、複数の（束の）露光により風景を
照明するように動作し、各露光は、独自の位相でその変
調された周波数に適用される。ｂ）第２のモードとし
て、標準的なバンド幅の照明デバイスが、カラーテクス
チャー画像のような強度画像の捕捉中に動作する。周囲
光が十分である場合には、当然ながら、照明デバイス
が、強度画像を捕捉するべく第２のモードで動作する必
要はない。かかる場合、画像捕捉デバイスは、フラッシ
ュ無しで動作するように指令されるだろう。更に、画像
捕捉のシーケンスは、反転されてよい、つまり、第２の
モードは、第１のモードの前に連動されてよく、或い
は、実際には、第２のモードは、特別な状況において、
第１のモードの複数の露光の間に連動される場合もあ
る。
なバンド幅の照明を含んでもよい。この照明源は、強度
（測距しない）写真画像用に使用され、写真カメラで有
用な種の通常的に入手可能な電子式フラッシュのよう
な、標準カメラシステムの通常的に知られ理解されてい
るフラッシュに基づいてよい。或いは、強度照明は、電
子式フラッシュに類する白色照明を供給するように選択
された、例えば赤色、緑色、青色のＬＥＤのような、別
のＬＥＤによって供給されることもできるだろう。一の
アプローチは、変調（ＩＲ）ＬＥＤのそれぞれの周辺に
ＲＧＢのＬＥＤをクラスター化することだろう。かかる
“クラスター化（クラスタリング）”に対しては多くの
可能性があり、例として、図１１Ａに示されるように、
ＬＥＤクラスターは、ＩＲのＬＥＤ及び各ＲＧＢのＬＥ
Ｄによって構成されることもできるだろう。または、図
１１Ｂに示すように、ＲＧＢのＬＥＤは、ＩＲのＬＥＤ
のそれぞれの周囲に、６角形配列でクラスター化できる
だろう。いずれの場合でも、示された配列は、必要な照
明を供給するため、必要なだけ繰り返し配列される。ソ
ースカラー温度は、各カラー集合を通る電流によって制
御されることができるだろう。また、どんな配列であ
れ、その配列は、図９及び図１０に関連して（ＩＲ）Ｌ
ＥＤに対して説明されることになる配列に、重ねられる
だろう。これらの実施例では、照明装置４６は、次のモ
ードのいずれかで動作するだろう。即ち、ａ）第１のモ
ードとして、光源は、複数の（束の）露光により風景を
照明するように動作し、各露光は、独自の位相でその変
調された周波数に適用される。ｂ）第２のモードとし
て、標準的なバンド幅の照明デバイスが、カラーテクス
チャー画像のような強度画像の捕捉中に動作する。周囲
光が十分である場合には、当然ながら、照明デバイス
が、強度画像を捕捉するべく第２のモードで動作する必
要はない。かかる場合、画像捕捉デバイスは、フラッシ
ュ無しで動作するように指令されるだろう。更に、画像
捕捉のシーケンスは、反転されてよい、つまり、第２の
モードは、第１のモードの前に連動されてよく、或い
は、実際には、第２のモードは、特別な状況において、
第１のモードの複数の露光の間に連動される場合もあ
る。
【００３０】第３の構成要素は、レンズ５４と、深さ捕
捉用の鏡筒５６とを含む光学部品組立体５２である。鏡
筒５６は、カメラ本体４２の捕捉素子４４に向けられ
た、入射してくる反射された風景光を、変調するための
倍増管２６（図８参照）のような変調要素５８を内蔵す
る。また、鏡筒５６は、背景照明を削除するため、赤外
（ＩＲ）バンドパスフィルター５９を含み、また、シャ
ッター５７のような他の光学機械式要素を内蔵してよ
い。（レンジ撮像システムが更にカラーテクスチャー画
像のような強度画像を捕捉できる場合、赤外バンドパス
フィルター５９は、取り外されるか、或いは、当該捕捉
のためにバイパスされる）。光学部品組立体５２は、画
像捕捉デバイス４０にカメラ本体４２上のレンズマウン
ト６０により装着される脱着可能な光学部品として示さ
れている。画像捕捉デバイス４０が、従来的な写真撮影
用の標準的レンズの集合に適合できうる従来的なカメラ
本体に基づいてもよいことを、更に強調しておく。
捉用の鏡筒５６とを含む光学部品組立体５２である。鏡
筒５６は、カメラ本体４２の捕捉素子４４に向けられ
た、入射してくる反射された風景光を、変調するための
倍増管２６（図８参照）のような変調要素５８を内蔵す
る。また、鏡筒５６は、背景照明を削除するため、赤外
（ＩＲ）バンドパスフィルター５９を含み、また、シャ
ッター５７のような他の光学機械式要素を内蔵してよ
い。（レンジ撮像システムが更にカラーテクスチャー画
像のような強度画像を捕捉できる場合、赤外バンドパス
フィルター５９は、取り外されるか、或いは、当該捕捉
のためにバイパスされる）。光学部品組立体５２は、画
像捕捉デバイス４０にカメラ本体４２上のレンズマウン
ト６０により装着される脱着可能な光学部品として示さ
れている。画像捕捉デバイス４０が、従来的な写真撮影
用の標準的レンズの集合に適合できうる従来的なカメラ
本体に基づいてもよいことを、更に強調しておく。
【００３１】第４の構成要素は、照明装置４６、画像捕
捉デバイス４０、及び光学部品組立体５２の動作を含
む、レンジ撮像システムの画像捕捉プロセス全体を司る
コントローラ６２である。例えば、コントローラ６２
は、画像捕捉イベントと適切に同期して変調要素５８を
動作させるための他の回路（図示せず）及び必要なドラ
イバを含む。コントローラ６２は、カメラ本体４２の部
分であることができ、若しくは取り付けられることもで
き、光学部品組立体への必要な電気的なリンクは、カメ
ラ本体４２を直接的に介して（例えば、レンズマウント
６０のコンタクトを介して）なされることもできる。
捉デバイス４０、及び光学部品組立体５２の動作を含
む、レンジ撮像システムの画像捕捉プロセス全体を司る
コントローラ６２である。例えば、コントローラ６２
は、画像捕捉イベントと適切に同期して変調要素５８を
動作させるための他の回路（図示せず）及び必要なドラ
イバを含む。コントローラ６２は、カメラ本体４２の部
分であることができ、若しくは取り付けられることもで
き、光学部品組立体への必要な電気的なリンクは、カメ
ラ本体４２を直接的に介して（例えば、レンズマウント
６０のコンタクトを介して）なされることもできる。
【００３２】図２に示すように、照明装置４６は、３個
の主要な組立体、即ち照明部７０と、ＬＥＤ駆動ステー
ジ７２と、電源及び制御インターフェース７４とを含
む。また、照明装置４６は、露光制御信号入力用の電気
的接続部７６及び電源入力用の電気的接続部７８と、状
態指示を表示すると共にオン／オフ及び他の機能用の１
若しくはそれ以上のスイッチを提供するための、表示及
びユーザ制御部８０と、カメラ本体４２上のホットシュ
ーコネクタ５０にデバイス４６を取り付けるためのカメ
ラマウント８２とを含む。更に、照明装置４６は、２つ
の接続された部分４６ａ，４６ｂで構成されてよく、照
明部７０を備えた上側の部分４６ａは、より良好な照準
等のためのピボット４６ｃまわりで回動できる。全体の
照明装置４６は、カメラ本体４２のホットシューコネク
タ５０にカメラマウント８２を介して取り付く自立型ユ
ニットであることが意図されている。照明装置４６が、
標準的なカメラ本体に適合できるだろう従来的なフラッ
シュ装置本体に基づいてよい、ということを更に強調し
ておく。
の主要な組立体、即ち照明部７０と、ＬＥＤ駆動ステー
ジ７２と、電源及び制御インターフェース７４とを含
む。また、照明装置４６は、露光制御信号入力用の電気
的接続部７６及び電源入力用の電気的接続部７８と、状
態指示を表示すると共にオン／オフ及び他の機能用の１
若しくはそれ以上のスイッチを提供するための、表示及
びユーザ制御部８０と、カメラ本体４２上のホットシュ
ーコネクタ５０にデバイス４６を取り付けるためのカメ
ラマウント８２とを含む。更に、照明装置４６は、２つ
の接続された部分４６ａ，４６ｂで構成されてよく、照
明部７０を備えた上側の部分４６ａは、より良好な照準
等のためのピボット４６ｃまわりで回動できる。全体の
照明装置４６は、カメラ本体４２のホットシューコネク
タ５０にカメラマウント８２を介して取り付く自立型ユ
ニットであることが意図されている。照明装置４６が、
標準的なカメラ本体に適合できるだろう従来的なフラッ
シュ装置本体に基づいてよい、ということを更に強調し
ておく。
【００３３】図２及び図３を参照するに、照明部７０
は、ヒートシンク（銅棒）上に搭載された複数の発光ダ
イオード（ＬＥＤｓ）８４と、照明部７０の照明出口部
にある拡散板８８（好ましくは、Physical Optics Corp
orationによる、ホログラフィック・ライト・シェーピ
ング・ディフューザ（登録商標名））と、ダイオード８
４と銅製のヒートシンク８６との間に配置され、電気的
な絶縁性及び良好な熱伝導性を供給する絶縁材料９０
（好ましくは、Bergquist Co, Chanhassen., Minnesota
から入手可能なＳｉｌ−ＰＡＤＴＭとして特定される材
料）の薄い層とを含む。ＬＥＤｓに接続する回路線は、
ヒートシンク８６の背後のプリント回路基板９１に配設
される。現地点では、深さ捕捉用の十分な周波数で変調
できる赤外線ＬＥＤｓが、入手可能である（例えば、ピ
ーク値８５０ｎｍを有する、ClairexTechnologies Inc.
からの部品番号ＣＬＥ３３０Ｅ）。高い電流閾値は、非
常に低い電流（数１０ミリアンペア）から、パスルモー
ドで、非常に高い電流（アンペア）に、高い連続的な電
流（１００ミリアンペア）になる照明を提供できる、Ｌ
ＥＤｓには問題とならない。更に、可干渉性でないＬＥ
Ｄの特性は、製造時にＬＥＤ上に直接搭載される簡易レ
ンズを使用して制御できる固有の拡散を提供する。
は、ヒートシンク（銅棒）上に搭載された複数の発光ダ
イオード（ＬＥＤｓ）８４と、照明部７０の照明出口部
にある拡散板８８（好ましくは、Physical Optics Corp
orationによる、ホログラフィック・ライト・シェーピ
ング・ディフューザ（登録商標名））と、ダイオード８
４と銅製のヒートシンク８６との間に配置され、電気的
な絶縁性及び良好な熱伝導性を供給する絶縁材料９０
（好ましくは、Bergquist Co, Chanhassen., Minnesota
から入手可能なＳｉｌ−ＰＡＤＴＭとして特定される材
料）の薄い層とを含む。ＬＥＤｓに接続する回路線は、
ヒートシンク８６の背後のプリント回路基板９１に配設
される。現地点では、深さ捕捉用の十分な周波数で変調
できる赤外線ＬＥＤｓが、入手可能である（例えば、ピ
ーク値８５０ｎｍを有する、ClairexTechnologies Inc.
からの部品番号ＣＬＥ３３０Ｅ）。高い電流閾値は、非
常に低い電流（数１０ミリアンペア）から、パスルモー
ドで、非常に高い電流（アンペア）に、高い連続的な電
流（１００ミリアンペア）になる照明を提供できる、Ｌ
ＥＤｓには問題とならない。更に、可干渉性でないＬＥ
Ｄの特性は、製造時にＬＥＤ上に直接搭載される簡易レ
ンズを使用して制御できる固有の拡散を提供する。
【００３４】十分な照明は、複数のＬＥＤｓを使用する
ことによって得られる。図３には、図の明瞭性を考慮し
て、１のみのＬＥＤ８４が示されているが、複数のＬＥ
Ｄｓが、絶縁材料９０及びヒートシンク８６の各々の貫
通孔の４つの列を通って搭載されることを理解された
い。好ましい実施例では、“ＬＥＤバンク”と定義する
５つのＬＥＤｓが、直列に動作するために印刷回路基板
９１に共に接続される。即ち、８個のバンク（即ち、４
０個のＬＥＤｓ）が、照明装置４６内に収容される。Ｌ
ＥＤｓ８４をこのようにグループ化することは、必要と
される駆動回路の数と駆動性能との良好な折り合いを提
供する。いうまでもなく、これらのＬＥＤｓ及びバンク
の数は、限定的に解釈されるべきでなく、バンク当たり
でより多数若しくは少数のダイオードが、本発明の他の
実施例において使用されてよい。
ことによって得られる。図３には、図の明瞭性を考慮し
て、１のみのＬＥＤ８４が示されているが、複数のＬＥ
Ｄｓが、絶縁材料９０及びヒートシンク８６の各々の貫
通孔の４つの列を通って搭載されることを理解された
い。好ましい実施例では、“ＬＥＤバンク”と定義する
５つのＬＥＤｓが、直列に動作するために印刷回路基板
９１に共に接続される。即ち、８個のバンク（即ち、４
０個のＬＥＤｓ）が、照明装置４６内に収容される。Ｌ
ＥＤｓ８４をこのようにグループ化することは、必要と
される駆動回路の数と駆動性能との良好な折り合いを提
供する。いうまでもなく、これらのＬＥＤｓ及びバンク
の数は、限定的に解釈されるべきでなく、バンク当たり
でより多数若しくは少数のダイオードが、本発明の他の
実施例において使用されてよい。
【００３５】図９に示すような、８個のバンクＡ−Ｈに
対する分散されたＬＥＤ配列では、ＬＥＤｓ８４は、バ
ンク故障が照明の拡散に最小限の影響しか与えないよう
に、回路基板９０に分散された形態で搭載される。他方
で、図１０に示すような、８個のバンクＡ−Ｈに対する
非分散型のＬＥＤ配列では、ＬＥＤｓ８４は、規則的な
パターンで搭載され、均一な回路線長さをより容易に維
持するのに有用であり、これにより、ＬＥＤバンク間の
一切の位相差をも回避する。いずれの場合であっても、
図９及び図１０に示すように、ＬＥＤｓ８４の列は、出
力照明のより均一な拡散を供給するため、離間した位置
パターンを使用して配列されている。全角度で放射する
ことは、特に短い距離で、広範囲で適度に均一なフィー
ルド照明を提供する。拡散板８８（ディフューザ）は、
追加の、しかし、小さい量のＬＥＤ出力の拡散（１０
°）を付与するために使用される。これは、近距離場の
照明に対する均一性を更に強化する。また、拡散板材料
は、ＬＥＤ駆動回路を入れる照明室の内部のための保護
を提供する。
対する分散されたＬＥＤ配列では、ＬＥＤｓ８４は、バ
ンク故障が照明の拡散に最小限の影響しか与えないよう
に、回路基板９０に分散された形態で搭載される。他方
で、図１０に示すような、８個のバンクＡ−Ｈに対する
非分散型のＬＥＤ配列では、ＬＥＤｓ８４は、規則的な
パターンで搭載され、均一な回路線長さをより容易に維
持するのに有用であり、これにより、ＬＥＤバンク間の
一切の位相差をも回避する。いずれの場合であっても、
図９及び図１０に示すように、ＬＥＤｓ８４の列は、出
力照明のより均一な拡散を供給するため、離間した位置
パターンを使用して配列されている。全角度で放射する
ことは、特に短い距離で、広範囲で適度に均一なフィー
ルド照明を提供する。拡散板８８（ディフューザ）は、
追加の、しかし、小さい量のＬＥＤ出力の拡散（１０
°）を付与するために使用される。これは、近距離場の
照明に対する均一性を更に強化する。また、拡散板材料
は、ＬＥＤ駆動回路を入れる照明室の内部のための保護
を提供する。
【００３６】図４を参照するに、ＬＥＤ駆動回路１００
は、ＬＥＤｓ８４のバンク９２に対する制御された電流
駆動を提供する。これらの駆動回路１００の８個は、Ｌ
ＥＤｓの８個のバンクを駆動するため、照明装置４６の
ＬＥＤ駆動部７２内に収容される。バンク９２のＬＥＤ
ｓ８４のそれぞれを通る電流は、直列配列ゆえに同一で
あるが、第１段階の増幅器１０２に入力電圧Ｖｍｏｄｘ
を経由して確立される。入力電圧Ｖｍｏｄｘは、ＬＥＤ
ｓのバンクによって生成される照明のレベル、即ち平均
レベル及びピークピーク変調を制御する。第２段階の増
幅器１０４は、参照電圧Ｖｒｅｆを使用して、選択され
るダイオード及びダイオードを通る動作電流に依存する
略＋８．５Ｖｄｃである、ＬＥＤｓにより必要とされる
オフセットの順方向バイアスに打ち勝つ。第１段階の増
幅器１０２の効果的なゲインは、ダイオード及びトリマ
ー回路（trim circuit）１１２に依存する略１６であ
る。第２段階の増幅器１０４を使用することによって、
第１の段階のダイナミックレンジは、増幅された出力の
範囲、〜１６×Ｖｍｏｄｘに対して保存される。Ｒ−Ｃ
ネットワーク１０６は、ループ安定性のためポールゼロ
補償を提供し、単位利得バッファー増幅器１１０は、Ｌ
ＥＤバンク９２を駆動するために必要とされる高い電流
を送る。電流トリマー回路１１２の半固定抵抗器Ｐは、
負荷抵抗器ＲＬに有限の調整を提供して、ＬＥＤバンク
９２は、所与の入力電圧に対して合致するダイオード・
ラジアンス（放射輝度）を有するようになる。ＦＥＴス
イッチ１０８は、電力及び制御インターフェース回路７
４に入るＬＥＤオン信号に反応して、ＬＥＤバンク９２
のオン／オフ状態を制御する。バンク９２は、カメラの
露光期間中オンとなり、他の場合にはゲートオフされ
る。この実施例では、バンク９２は、カメラフォーカス
中にゲートオンされる。
は、ＬＥＤｓ８４のバンク９２に対する制御された電流
駆動を提供する。これらの駆動回路１００の８個は、Ｌ
ＥＤｓの８個のバンクを駆動するため、照明装置４６の
ＬＥＤ駆動部７２内に収容される。バンク９２のＬＥＤ
ｓ８４のそれぞれを通る電流は、直列配列ゆえに同一で
あるが、第１段階の増幅器１０２に入力電圧Ｖｍｏｄｘ
を経由して確立される。入力電圧Ｖｍｏｄｘは、ＬＥＤ
ｓのバンクによって生成される照明のレベル、即ち平均
レベル及びピークピーク変調を制御する。第２段階の増
幅器１０４は、参照電圧Ｖｒｅｆを使用して、選択され
るダイオード及びダイオードを通る動作電流に依存する
略＋８．５Ｖｄｃである、ＬＥＤｓにより必要とされる
オフセットの順方向バイアスに打ち勝つ。第１段階の増
幅器１０２の効果的なゲインは、ダイオード及びトリマ
ー回路（trim circuit）１１２に依存する略１６であ
る。第２段階の増幅器１０４を使用することによって、
第１の段階のダイナミックレンジは、増幅された出力の
範囲、〜１６×Ｖｍｏｄｘに対して保存される。Ｒ−Ｃ
ネットワーク１０６は、ループ安定性のためポールゼロ
補償を提供し、単位利得バッファー増幅器１１０は、Ｌ
ＥＤバンク９２を駆動するために必要とされる高い電流
を送る。電流トリマー回路１１２の半固定抵抗器Ｐは、
負荷抵抗器ＲＬに有限の調整を提供して、ＬＥＤバンク
９２は、所与の入力電圧に対して合致するダイオード・
ラジアンス（放射輝度）を有するようになる。ＦＥＴス
イッチ１０８は、電力及び制御インターフェース回路７
４に入るＬＥＤオン信号に反応して、ＬＥＤバンク９２
のオン／オフ状態を制御する。バンク９２は、カメラの
露光期間中オンとなり、他の場合にはゲートオフされ
る。この実施例では、バンク９２は、カメラフォーカス
中にゲートオンされる。
【００３７】図５及び図６を参照するに、回路７４のイ
ンターフェース部位は、露光制御信号入力接続部７６
（図２参照）を介して照明装置４６に入力される受信し
た露光制御信号に反応して、総てのＬＥＤバンク９２の
オン状態を確立する。この露光制御信号は、コントロー
ラ６２が露光期間の開始時にカメラ本体４２によって生
成される実際のカメラ露光信号（“カメラ露光信号”が
図６Ａ及び図６Ｂに示される）を参照したときにコント
ローラ６２によって生成されるクロック信号に基づく。
露光制御信号は、光ファイバー受信装置１１６を介して
光学的に結合されてよく、若しくは、同軸コネクタ１１
８を介して配線結合されてよい。光学的な結合は、照明
装置４６の遠隔的若しくは局所的な制御を可能とすると
共に、システムノイズに対する良好な同相モード耐性を
提供する。露光制御信号は、特に異なる光ファイバー信
号に対して異なる受信機として機能しクロック信号１２
２を生成する（“受信したクロック信号”が図６Ａ及び
図６Ｂに示される）信号コンディショナ及び増幅器１２
０に、結合される。露光制御信号の持続時間は、１２ｍ
ｓの事前時間間隔（precursor time interval）を加算
した露光期間に等しい。この事前時間間隔は、カメラ自
身のファームウェアによって確立される。事前時間間隔
は、画像の露光の前に、深さ捕捉用の鏡筒５６のシャッ
ター開動作のような、電気機械式動作の起動を調整す
る。
ンターフェース部位は、露光制御信号入力接続部７６
（図２参照）を介して照明装置４６に入力される受信し
た露光制御信号に反応して、総てのＬＥＤバンク９２の
オン状態を確立する。この露光制御信号は、コントロー
ラ６２が露光期間の開始時にカメラ本体４２によって生
成される実際のカメラ露光信号（“カメラ露光信号”が
図６Ａ及び図６Ｂに示される）を参照したときにコント
ローラ６２によって生成されるクロック信号に基づく。
露光制御信号は、光ファイバー受信装置１１６を介して
光学的に結合されてよく、若しくは、同軸コネクタ１１
８を介して配線結合されてよい。光学的な結合は、照明
装置４６の遠隔的若しくは局所的な制御を可能とすると
共に、システムノイズに対する良好な同相モード耐性を
提供する。露光制御信号は、特に異なる光ファイバー信
号に対して異なる受信機として機能しクロック信号１２
２を生成する（“受信したクロック信号”が図６Ａ及び
図６Ｂに示される）信号コンディショナ及び増幅器１２
０に、結合される。露光制御信号の持続時間は、１２ｍ
ｓの事前時間間隔（precursor time interval）を加算
した露光期間に等しい。この事前時間間隔は、カメラ自
身のファームウェアによって確立される。事前時間間隔
は、画像の露光の前に、深さ捕捉用の鏡筒５６のシャッ
ター開動作のような、電気機械式動作の起動を調整す
る。
【００３８】受信したクロック信号１２２は、入力露光
制御信号の持続時間に発生する１２．５Ｍｈｚのクロッ
クとして、現れる。このクロック信号から、インターフ
ェース回路は、８個のＬＥＤバンク９２を駆動するため
に使用する入力変調信号Ｖｍｏｄｘを生成する。また、
入力クロック信号は、次の機能を実現する。即ち，ａ）
Ｖｍｏｄｘの変調周波数（１２．５Ｍｈｚ）を確立す
る。ｂ）露光の持続時間に照明部７０の出力照明を作動
させる。ｃ）倍増管変調の位相に対する出力照明変調の
位相ずれ（例えば、先に説明した位相ずれは、θｋ＝２
πｋ／３；ｋ＝０，１，２によって与えられる）の変化
を制御する。これらの位相ずれは、受信した露光制御信
号に応じてコントローラ６２によって付与される（図６
Ａ及び図６Ｂに示される倍増管変調信号は、図８に示す
倍増管２６に入力される変調信号である）。
制御信号の持続時間に発生する１２．５Ｍｈｚのクロッ
クとして、現れる。このクロック信号から、インターフ
ェース回路は、８個のＬＥＤバンク９２を駆動するため
に使用する入力変調信号Ｖｍｏｄｘを生成する。また、
入力クロック信号は、次の機能を実現する。即ち，ａ）
Ｖｍｏｄｘの変調周波数（１２．５Ｍｈｚ）を確立す
る。ｂ）露光の持続時間に照明部７０の出力照明を作動
させる。ｃ）倍増管変調の位相に対する出力照明変調の
位相ずれ（例えば、先に説明した位相ずれは、θｋ＝２
πｋ／３；ｋ＝０，１，２によって与えられる）の変化
を制御する。これらの位相ずれは、受信した露光制御信
号に応じてコントローラ６２によって付与される（図６
Ａ及び図６Ｂに示される倍増管変調信号は、図８に示す
倍増管２６に入力される変調信号である）。
【００３９】クロック信号１２２は、共振ＬＣフィルタ
１２４を通ってフィルタ処理され、正弦波出力電圧１２
６を生成する。正弦波信号１２６は、加算増幅器１２８
で、選択されたｄｃオフセット電圧Ｖｏｐまで加算され
たとき、ＬＥＤバンク９２に対する制御電圧、即ち電圧
信号Ｖｍｏｄｘとなる。ＬＥＤ照明のレベルは、振幅及
び位相の双方で、Ｖｍｏｄｘに従う。図６Ａ及び図６Ｂ
のタイミング図に示すように、Ｖｍｏｄｘの入力クロッ
ク位相は、図８との関係で説明されるように、予め設定
された位相インクリメント値に従って、倍増管変調の位
相に対してシフトされる。（追加的な固有の位相遅れｔ
１が、電子機器に起因して存在する）。制御された位相
インクリメントの例は、１０ナノ秒であり、所与の１
２．５Ｍｈｚのクロック（８０ナノ秒周期）のπ／４
（４５°）の位相ずれに関連する。より詳細には、図６
Ｂは、図６Ａに示す第１のフレームに対してｔ２だけシ
フトされた第２のフレームに対する入力電圧信号の位相
を示す。
１２４を通ってフィルタ処理され、正弦波出力電圧１２
６を生成する。正弦波信号１２６は、加算増幅器１２８
で、選択されたｄｃオフセット電圧Ｖｏｐまで加算され
たとき、ＬＥＤバンク９２に対する制御電圧、即ち電圧
信号Ｖｍｏｄｘとなる。ＬＥＤ照明のレベルは、振幅及
び位相の双方で、Ｖｍｏｄｘに従う。図６Ａ及び図６Ｂ
のタイミング図に示すように、Ｖｍｏｄｘの入力クロッ
ク位相は、図８との関係で説明されるように、予め設定
された位相インクリメント値に従って、倍増管変調の位
相に対してシフトされる。（追加的な固有の位相遅れｔ
１が、電子機器に起因して存在する）。制御された位相
インクリメントの例は、１０ナノ秒であり、所与の１
２．５Ｍｈｚのクロック（８０ナノ秒周期）のπ／４
（４５°）の位相ずれに関連する。より詳細には、図６
Ｂは、図６Ａに示す第１のフレームに対してｔ２だけシ
フトされた第２のフレームに対する入力電圧信号の位相
を示す。
【００４０】インターフェース回路７４は、送られた変
調信号が十分に存在するときだけ、ＬＥＤバンク９２を
作動させる。図５に示すように、検出回路１３２は、受
信したクロック信号１２２を監視する。受信したクロッ
ク信号１２２が所定の時間間隔（例えば、１．２８μ
ｓ、若しくは１６クロック周期）より長く存在する場
合、検出回路１３２は、ＬＥＤオン信号を生成し、ＬＥ
Ｄ駆動電流が活性化する。受信したクロック信号１２２
が所定の時間間隔（例えば、０．１６μｓ、若しくは２
クロック周期）存在しない場合、検出回路１３２は、Ｌ
ＥＤオン信号をオフにし、ＬＥＤ駆動電流が非活性化す
る。検出回路は、論理カウンター、比較回路を備えたＲ
−Ｃネットワーク、ワンショット回路のような、多種多
様な従来的な形式をとることができ、必要とされる精度
に依存する。
調信号が十分に存在するときだけ、ＬＥＤバンク９２を
作動させる。図５に示すように、検出回路１３２は、受
信したクロック信号１２２を監視する。受信したクロッ
ク信号１２２が所定の時間間隔（例えば、１．２８μ
ｓ、若しくは１６クロック周期）より長く存在する場
合、検出回路１３２は、ＬＥＤオン信号を生成し、ＬＥ
Ｄ駆動電流が活性化する。受信したクロック信号１２２
が所定の時間間隔（例えば、０．１６μｓ、若しくは２
クロック周期）存在しない場合、検出回路１３２は、Ｌ
ＥＤオン信号をオフにし、ＬＥＤ駆動電流が非活性化す
る。検出回路は、論理カウンター、比較回路を備えたＲ
−Ｃネットワーク、ワンショット回路のような、多種多
様な従来的な形式をとることができ、必要とされる精度
に依存する。
【００４１】図７を参照するに、電力及び制御インター
フェース７４は、電源入力接続部７８を通って外部供給
（例えば、＋１８Ｖｄｃ）を受ける、電力調整回路１４
０を含む。このとき、内部レギュレータ１４２ａ，１４
２ｂ，１４２ｃの使用を介して、照明装置４６の他の回
路に必要とされる＋／−ｄｃ供給（例えば、＋Ｖｓ，−
Ｖｓ，＋Ｖｃ）を確立する。３つの供給に対するレベル
は、典型的には、各々＋１５Ｖｄｃ，−１５Ｖｄｃ，＋
５Ｖｄｃである。供給変動は従来的であるので、供給用
の調整及び変動に対する特定の設計については、当業者
によって容易に理解されることができるので、更に説明
されない。
フェース７４は、電源入力接続部７８を通って外部供給
（例えば、＋１８Ｖｄｃ）を受ける、電力調整回路１４
０を含む。このとき、内部レギュレータ１４２ａ，１４
２ｂ，１４２ｃの使用を介して、照明装置４６の他の回
路に必要とされる＋／−ｄｃ供給（例えば、＋Ｖｓ，−
Ｖｓ，＋Ｖｃ）を確立する。３つの供給に対するレベル
は、典型的には、各々＋１５Ｖｄｃ，−１５Ｖｄｃ，＋
５Ｖｄｃである。供給変動は従来的であるので、供給用
の調整及び変動に対する特定の設計については、当業者
によって容易に理解されることができるので、更に説明
されない。
【図１】本発明の非走査型レンジ撮像システムの主要な
構成要素を示す図である。
構成要素を示す図である。
【図２】図１に示すＬＥＤ照明デバイスの主要な組立体
を示す図である。
を示す図である。
【図３】図２に示すＬＥＤ照明デバイスの照明部の図で
ある。
ある。
【図４】図２に示すＬＥＤ照明デバイスのＬＥＤ駆動回
路図である。
路図である。
【図５】図２に示すＬＥＤ照明デバイスのインターフェ
ース回路図である。
ース回路図である。
【図６Ａ】図５に示すインターフェース回路によって生
成されるような、シフトされた位相による２つの連続フ
レームに対するタイミング図の一方の図である。
成されるような、シフトされた位相による２つの連続フ
レームに対するタイミング図の一方の図である。
【図６Ｂ】図５に示すインターフェース回路によって生
成されるような、シフトされた位相による２つの連続フ
レームに対するタイミング図の他方の図である。
成されるような、シフトされた位相による２つの連続フ
レームに対するタイミング図の他方の図である。
【図７】図２に示すＬＥＤ照明デバイスの電力調整回路
図である。
図である。
【図８】画像の束を捕捉するために使用できる公知のレ
ンジ撮像システムのブロック図である。
ンジ撮像システムのブロック図である。
【図９】図３に示す照明部の一実施例に付与される、Ｌ
ＥＤｓの分散型配列を示す図である。
ＥＤｓの分散型配列を示す図である。
【図１０】図３に示す照明部の一実施例に付与される、
ＬＥＤｓの非分散型配列を示す図である。
ＬＥＤｓの非分散型配列を示す図である。
【図１１Ａ】レンジ画像用の強度画像及び変調された照
明のための広範囲の照明を提供するＲＧＢ用ＬＥＤｓ及
びＩＲ用ＬＥＤの配列を示す図である。
明のための広範囲の照明を提供するＲＧＢ用ＬＥＤｓ及
びＩＲ用ＬＥＤの配列を示す図である。
【図１１Ｂ】レンジ画像用の強度画像及び変調された照
明のための広範囲の照明を提供するＲＧＢ用ＬＥＤｓ及
びＩＲ用ＬＥＤの配列を示す図である。
明のための広範囲の照明を提供するＲＧＢ用ＬＥＤｓ及
びＩＲ用ＬＥＤの配列を示す図である。
１０ レンジ撮像システム １２ 風景 １４ 照明器 １６ 変調器 １８ 出力ビーム ２０ 反射ビーム ２２ 受光部 ２４ 光電陰極 ２６ イメージ倍増管 ３０ マイクロチャンネルプレート ３２ 蛍光面 ３４ 捕捉機構 ３６ レンジプロセッサ ４０ 画像捕捉デバイス ４２ カメラ本体 ４４ 画像捕捉素子 ４６ａ 上側の部分 ４６ｂ 下側の部分 ４６ｃ ピボット ４８ 脱着可能ユニット ５０ ホットシューコネクタ ５２ 光学部品組立体 ５４ レンズ ５６ 鏡筒 ５７ シャッター ５８ 変調素子 ５９ ＩＲバンドパスフィルタ ６０ レンズマウント ６２ コントローラ ７０ 照明部 ７２ ＬＥＤ駆動ステージ ７４ 電力及び制御インターフェース ７６ コネクタ ７８ コネクタ ８０ ディスプレイ及びユーザ制御部 ８２ カメラマウント ８４ 発光ダイオード ８５ 列 ８６ ヒートシンク ８７ 列 ８８ 拡散板 ９０ 絶縁材料 ９１ 印刷回路基板 ９２ ＬＥＤバンク １００ ＬＥＤ駆動回路 １０２ 第１段階の増幅器 １０４ 第２段階の増幅器 １０６ Ｒ−Ｃネットワーク １０８ ＦＥＴスイッチ １１０ 単位利得増幅器 １１２ 電流トリマー回路 １１６ 光ファイバー受信機 １１８ 同軸コネクタ １２０ 信号コンディショナ及び増幅器 １２２ 受信したクロック信号 １２４ 共振ＬＣフィルタ １２６ 正弦波出力信号 １２８ 加算増幅器 １３０ 単位利得バッファー増幅器 １３２ 検出回路 １４０ 電力調整回路 １４２ａ レギュレータ回路 １４２ｂ レギュレータ回路 １４２ｃ レギュレータ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デニス ジェイ ホウィップル アメリカ合衆国 ニューヨーク 14615 ロチェスター グレンソーン・ロード 101 (72)発明者 ローレンス エイ レイ アメリカ合衆国 ニューヨーク 14619 ロチェスター エルムウッド・アヴェニュ ー 3861 (72)発明者 ケネス ジョーゼフ レピッチ アメリカ合衆国 ニューヨーク 14450 フェアポート カントリー・ダウンズ・サ ークル 106 Ｆターム(参考） 2F065 AA06 BB05 FF04 FF13 GG04 GG07 GG15 HH00 HH13 JJ03 JJ09 JJ19 NN08 PP22 UU01 3K073 AA11 AA12 AA21 AA52 AA63 CE12 CG06 CG09 CG11 CG30 CG44 CJ17 CM06 CM08 CM09 5J084 AA05 AD05 BA04 BA07 BA19 BA20 BA40 BB01 CA05 CA27 EA07 EA29
Claims (3)
- 【請求項１】 非走査型レンジ撮像システム用の変調さ
れた光を生成するための発光ダイオード（ＬＥＤ）を用
いた照明デバイスであって、 所与の位相及び周波数特性を有する駆動信号を生成する
回路と、 複数のＬＥＤバンク内に配列され、各ＬＥＤバンク内
で、上記駆動信号を受信するため直列接続された、複数
の発光ダイオードと、 上記ＬＥＤバンクが、上記位相及び周波数特性に従って
上記変調された光を生成するように、上記複数のＬＥＤ
バンクを同時に活性化させるスイッチングステージとを
含む、照明デバイス。 - 【請求項２】 上記ＬＥＤバンクは、回路基板上に、バ
ンク故障が上記照明の拡散に最小の影響しかもたらさな
いように、分散された形態で配列された、請求項１記載
の照明デバイス。 - 【請求項３】 上記発光ダイオードが、出力の照明のよ
り均一な拡散を提供するため離間した配置パターンとな
るように、上記ＬＥＤバンクが、回路基板上に配列され
た、請求項１記載の照明デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US776286 | 2001-02-02 | ||
| US09/776,286 US6584283B2 (en) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | LED illumination device for a scannerless range imaging system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002323302A true JP2002323302A (ja) | 2002-11-08 |
Family
ID=25106964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002026047A Pending JP2002323302A (ja) | 2001-02-02 | 2002-02-01 | 非走査型レンジ撮像システム用のｌｅｄを用いた照明デバイス |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6584283B2 (ja) |
| EP (1) | EP1229349A3 (ja) |
| JP (1) | JP2002323302A (ja) |
| IL (1) | IL147028A0 (ja) |
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