JP2007178314A

JP2007178314A - 固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法

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Publication number: JP2007178314A
Application number: JP2005378270A
Authority: JP
Inventors: Michinori Ichikawa; 道教市川
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-12

Abstract

【課題】従来より知られた固体撮像素子を用いてコスト高を招来することなく、十分に実用になる三次元画像を取得する。
【解決手段】画素が所定の方向と上記所定の方向とは直交する方向とに沿って２次元マトリクス状に配置された固体撮像素子により、被写体に照射された光の上記被写体からの反射光を受光して上記被写体の三次元画像を取得する固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法において、被写体に対して第１の所定時間間隔でパルス状に光を照射し、上記被写体からの反射光を所定の方向に沿った画素群毎に、上記所定の方向とは直交する方向に沿って第２の所定時間間隔を開けて順次に受光してストライプ状の三次元画像を取得する。
【選択図】図４

Description

本発明は、固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法に関し、さらに詳細には、ＣＭＯＳ撮像素子に代表されるＸ−Ｙアドレス方式の固体撮像素子に用いて好適な固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法に関する。

従来より、光の飛程時間によって距離を計測する手法として種々のものが提案されており、例えば、特開２００３−５１９８８号公報に開示されたものがある。

この特開２００３−５１９８８号公報に開示された手法は、各画素に検波機能を持たせることで、時間遅れを正確に検出することができるようにしたものである。

ところで、上記した特開２００３−５１９８８号公報に開示された手法によれば、特殊な製造プロセスによる撮像素子と複雑な駆動回路が必要であるため、その製造のためにはコスト高を招来する恐れがあるという問題点があった。
特開２００３−５１９８８号公報

本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来より知られた固体撮像素子を用いてコスト高を招来することなく、十分に実用になる三次元画像を取得することを可能にした固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、既存の技術で製造できる固体撮像素子、例えば、ＣＭＯＳ撮像素子に代表されるＸ−Ｙアドレス方式の固体撮像素子を用いて三次元画像を取得するものである。

即ち、本発明は、現状の製造技術で製造可能な固体撮像素子、例えば、ＣＭＯＳ撮像素子に代表されるＸ−Ｙアドレス方式の固体撮像素子を用いて、実用上十分な品質を備えた三次元画像を取得する手法を提案するものである。

こうした本発明は、パルス発光するＬＥＤなどの光源を用いて被写体を照明し、光源の発光から被写体よりの反射光の受光までの時間遅延を測定するものであり、ＣＭＯＳ撮像素子などの固体撮像素子の電荷掃き出しと読み出しとの時間差を短く設定した順次シャッター（以下、「ローリングシャッター」と適宜に称する。）によって、画素を短い時間で垂直スキャンするようにしたものである。

なお、観測すべき距離にもよるが、例えば、読み出し時間は１ライン当り１００ｎｓｅｃ程度とする。

本発明によれば、読み出しのタイミングとパルス発光からの反射光の受光までの時間関係によって、撮像される画像はストライプ状に表示された三次元画像となり、このストライプ状の三次元画像を画像処理することで、画像に含まれる対象物までの距離を計測することができる。

以下、上記した本発明の原理について、より詳細に説明することとするが、まず、本発明において用いる固体撮像素子について説明する。

本発明においては、固体撮像素子として、画素が水平方向に沿ったラインと垂直方向に沿ったカラムとに沿って２次元マトリクス状に配置された、例えば、ＣＭＯＳ型や閾値制御型の構造を備えた半導体撮像素子を用いることができる。以下の説明においては、本発明の理解を容易にするために、最も一般的な３トランジスタ型ＣＭＯＳ−ＡＰＳ撮像素子を例にして説明を行うが、本発明は実装の素子構造を限定するものではない。

ここで、図１（ａ）には、最も一般的な順次シャッター機能を実装したＣＭＯＳ撮像素子の構成説明図が示されており、また、図１（ｂ）には、図１（ａ）に示すＣＭＯＳ撮像素子の１画素の等価回路の回路図が示されている。

即ち、ＣＭＯＳ撮像素子１０を構成する各画素の構造は、図１（ｂ）に示すように、フォトダイオードＰＤを備え、掃き出し用トランジスタ（リセットトランジスタ）Ｑ１と、増幅用トランジスタＱ２と、選択用トランジスタＱ３との３つトランジスタによって、掃き出し用トランジスタＱ１による掃き出し動作、増幅用トランジスタＱ２による増幅動作および選択用トランジスタＱ３による選択動作が実現される。

つまり、図１において左側に位置する掃き捨て用シフトレジスタ１２で各画素のＱ１のゲートを駆動させ、各画素を充電し、各画素の光電荷により生じた電圧変化をＱ２で増幅する。そして、図１において右側の選択用シフトレジスタ１４によって各画素の選択用トランジスタＱ３のゲートが駆動され、図１において横一列（ライン）に位置する画素の信号がライン毎にカラム出力されるようになされている。なお、このようなＣＭＯＳ撮像素子の構造自体は、極めて一般的なものである。

こうした本発明の実施に用いられるＣＭＯＳ撮像素子は、一般的なＣＭＯＳ撮像素子に比べて選択に要する時間を高速化、例えば、１００ｎｓｅｃ程度とすることが好ましいが、この１００ｎｓｅｃ程度という数値は、現状技術で十分に実現できる範囲である。

なお、固体撮像素子を効率よく動作させるためには、高速なカラム出力を一時的に保持する複数ラインの蓄積部や複数の水平方向走査部などを設けることが好ましいものであるが、これらについては、本明細書における「発明を実施するための最良の形態」の項において詳細に説明する。

ここで、上記したＣＭＯＳ撮像素子１０の掃き捨て用シフトレジスタ１２と選択用シフトレジスタ１４とに、駆動パルスとしてそれぞれ図２の波形に示されたようなスタートパルスＳＴとクロックパルスＣＫとを与えると、有効な露光時間は掃き捨て用シフトレジスタ１０と選択用シフトレジスタ１２との動作の時間差となる。これを順次シャッター（ローリングシャッター）動作と称するが、各ラインにおける有効な露光時間は１クロックずつ遅れることになる（なお、図２の下図には、各ラインにおいて有効な露光時間が１クロックずつ遅れる様子が示されている。）。

こうしたこのローリングシャッター動作も一般的なことであるので、その詳細な説明は省略する。なお、仮にクロックパルスＣＫの周波数が１０ＭＨｚであるならば、各ライン間の時間遅れは１００ｎｓｅｃとなる。

本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法は、上記したＣＭＯＳ撮像素子１０のような固体撮像素子を用いるものであり、以下、固体撮像素子としてＣＭＯＳ撮像素子１０を用いるものとして説明する。

本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法においては、図３に示すように、まず、パルス状に発光するパルス発光源として、例えば、発光ダイオード１００を用いて、被写体２００へパルス状に光（照明光）を照射し、発光ダイオード１００に隣接するとともに被写体２００からの反射光を受光可能な位置に配置された順次シャッター動作をするＣＭＯＳ撮像素子１０により、被写体２００からの反射光を受光して被写体２００を撮像する。符号３００は、反射光を集光するための光学系である。

なお、この際に、発光ダイオード１００から被写体２００へ照射される照明光のパルス幅は短く、また、強度は高いことが好ましい。具体的には、発光ダイオード１００からパルス状に照射される照明光のパルスの幅は、例えば、５０〜１００ｎｓｅｃ程度の極めて短時間であることが好ましく、そのパルス状の照明光（パルス光）の強度は、例えば、数Ｗ程度の強力な光であることが好ましい。

なお、この「課題を解決するための手段」における本発明の原理についての説明においては、説明を簡略化して本発明の理解を容易にするために、外乱光の存在については無視することにする。しかしながら、発光ダイオード１００におけるパルス発光のタイミングを乱数化し、その乱数化されたパルス発光に合わせて復調することにより、外乱光が存在してもそれを無視することできるように測定精度を向上させることができる。

そして、本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法においては、ＣＭＯＳ撮像素子１０における選択用シフトレジスタ１４による選択走査に同期させて、発光ダイオード１００をパルス発光させる。

ここで、図４に示すように、被写体２００からの反射光は光速の遅れ（光速は１００ｎｓｅｃで約３０ｍ進むが、発光ダイオード１００から出射された光は、照射光として被写体２００に照射されるとともに被写体２００により反射されて反射光としてＣＭＯＳ撮像素子１０へ戻る往復の行程をたどるため、１００ｎｓｅｃでは約１５ｍ進むことになる。）によって、あるラインが露光される時間に撮像面に飛来する。

そして、被写体２００の立体形状に応じて、被写体２００と発光ダイオード１００およびＣＭＯＳ撮像素子１０との間の距離が変化し、当該距離に比例して発光ダイオード１００から出射された光がＣＭＯＳ撮像素子１０へ戻って来るまでの光飛程時間が変化することになるため、当該距離に応じてＣＭＯＳ撮像素子１０における露光と受光とのタイミングが変化し、ライン方向に沿って延長するストライプが撮像されることになる。

ＣＭＯＳ撮像素子１０においては、ライン１からライン５へ向けて順次に露光が行われるものであるので、被写体２００と発光ダイオード１００およびＣＭＯＳ撮像素子１０との間の距離が近くなればなるほどより上のラインに沿ってストライプが撮像され、一方、被写体２００と発光ダイオード１００およびＣＭＯＳ撮像素子１０との間の距離が遠くなればなるほどより下のラインに沿ってストライプが撮像されることになる。

仮に、各ラインの走査時間が１００ｎｓｅｃであるとすれば、ライン当り１５ｍに対応するパターンが撮像されることになる。なお、当然のことながら、隣り合うラインの信号の比率計算によってさらに分解能を向上させることが可能である。

上記において説明したように、現状のＣＭＯＳ撮像素子の順次シャッターという特性を利用することにより、原理的に距離計測を行うことができるものである。

こうした原理をより画素数の多い固体撮像素子に適応する場合について、図５を参照しながら説明する。

ここで、図５には、ライン方向と直交する方向である垂直方向に２１画素ある固体撮像素子の例が示されている。掃き捨て用シフトレジスタと選択用シフトレジスタとの関係は、図１〜４を参照しながら説明したように、光電子の蓄積時間が短くなるように設定する。

全ラインを走査するのに必要な時間は、垂直方向の画素数に応じて増加するが、１つのラインの選択時間を大きく変えることなく製造することは容易である。

上記したの説明においては、発光パルスは１回の走査で１回であったが、図５に示すように１回の走査で多数回発光させるようにしてもよい。発光パルスから受光までの時間が経つにつれて被写体が遠距離に位置することを意味し、光の強度は減弱するので、その程度の時間を置いて次のパルスを発光させるようにすればよい。

こうした複数回のパルス発光によって、固体撮像素子には複数のストライプが露光されることになるが、被写体が近距離にある場合には当該被写体からの反射は強力かつ早いタイミングとなるので、上方に移動したストライプとなり、被写体が遠距離にある場合には当該被写体からの反射は弱く下方に移動したストライプとなる。

図６には、中央に平面状の凸部を備えた被写体の撮像イメージ図であり、上記したパルス発光に由来するストライプが撮像されることになる。また、図７には、中央に球面状の凸部を備えた被写体の撮像イメージ図であり、上記したパルス発光に由来するストライプが撮像されることになる。

従って、本発明によれば、固体撮像素子の高解像度の映像とストライプによる距離情報とが同時に得られることになり、これによりストライプ状の三次元画像を得ることができる。

さらに、図８に示したように、全画面を走査する試行を繰り返すとき、つまり、試行１〜４のように複数回の回試行を行って連続撮影するとき、各試行でパルス発光のタイミングを遅らせるようにすると、ストライプの相対的な位置を下方にシフトすることができる。

このように複数試行のストライプを重ね描きすると、図９に示すような撮像イメージ図が得られる。この図９は、複数試行を重ねることにより精度を高めた中央に球面状の凸部を備えた被写体の撮像イメージ図であり、上記したパルス発光に由来するストライプが撮像されることになり、図８に示す各ストライプ間を補完して精度を高めることが可能となる。

なお、順次シャッターの走査時間は一般に可変にすることが回路的に可能であり、近くにある被写体を観測するときには、速いクロックと短い発光とすべきである。即ち、被写体の距離が近いので、光源からの反射光の強度はイメージングに十分であるからである。

一方、遠方にある被写体が遠方を観察するときは、遅れ時間が長いのであるから、遅い走査クロックと比較的長い発光とすることで露光時間を増やし、良好な画像を得るようにすることが好ましい。

従って、上記したような速い走査と遅い走査とを交互に繰り返すことにより、距離計測範囲を広げることが可能となる。

また、本発明は、基本的に既存のＣＭＯＳ撮像素子技術を利用するものであるので、オンチップに各種処理回路を実装することが可能となり、画像からの認識機構などをワンチップで実現し得るようになる。

このような本発明のうち請求項１に記載の発明は、画素が所定の方向と上記所定の方向とは直交する方向とに沿って２次元マトリクス状に配置された固体撮像素子により、被写体に照射された光の上記被写体からの反射光を受光して上記被写体の三次元画像を取得する固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法において、被写体に対して第１の所定時間間隔でパルス状に光を照射し、上記被写体からの反射光を所定の方向に沿った画素群毎に、上記所定の方向とは直交する方向に沿って第２の所定時間間隔を開けて順次に受光してストライプ状の三次元画像を取得するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、画素が所定の方向と上記所定の方向とは直交する方向とに沿って２次元マトリクス状に配置された固体撮像素子により、被写体に照射された光の上記被写体からの反射光を受光して上記被写体の三次元画像を取得する固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法において、被写体に対して乱数化された時間間隔でパルス状に光を照射し、上記被写体からの反射光を所定の方向に沿った画素群毎に、上記所定の方向とは直交する方向に沿って上記乱数化された時間間隔に応じた時間間隔を開けて順次に受光してストライプ状の三次元画像を取得するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または２のいずれか１項に記載の発明において、上記２次元マトリクス状に配置された画素群を上記所定の方向に沿って複数のブロックに分割し、上記ブロック単位で並行してストライプ状の三次元画像を取得するようにしたものである。

また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２または３のいずれか１項に記載の発明において、上記固体撮像素子は、Ｘ−Ｙアドレス方式の固体撮像素子であるようにしたものである。

また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２または３のいずれか１項に記載の発明において、上記固体撮像素子は、ＣＭＯＳ型または閾値制御型の半導体撮像素子であるようにしたものである。

本発明によれば、従来より知られた固体撮像素子を用いてコスト高を招来することなく、十分に実用になる三次元画像を取得することができるようになるという優れた効果が奏される。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。

まず、図１０には本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法を実施する際に用いて好適なＣＭＯＳ撮像素子の構成説明図が示されている。

このＣＭＯＳ撮像素子２０は、図１を参照しながら説明したＣＭＯＳ撮像素子１０と同様に３トランンジスタ型の高速ローリングシャッターで動作するＣＭＯＳ撮像素子である受光アレイ２２と、高速に書き込み、読み出しが可能なアナログメモリである蓄積アレイ２４とを有して構成されている。

このＣＭＯＳ撮像素子２０は、パルス光源におけるパルス発光に同期して、受光アレイ２２の各カラム出力を高速に読み出して、蓄積アレイ２４側へ転送するように動作する。受光アレイ２２で撮像した全体の画像は、蓄積アレイ２４を比較的低速で垂直、水平にスキャンして読み出して映像信号を得るようになされている。

ここで、図１１には、図１０に示すＣＭＯＳ撮像素子２０の１画素の等価回路が示されている。

この図１１に示すように、受光アレイ２２は、フォトダイオード（ＰＤ）を備え、掃き出し用トランジスタ（リセットトランジスタ）Ｑ１と、増幅用トランジスタＱ２と、選択用トランジスタＱ３との３つトランジスタによって、掃き出し用トランジスタＱ１による掃き出し動作、増幅用トランジスタＱ２による増幅動作および選択用トランジスタＱ３による選択動作が実現されるものであり、図１に示すＣＭＯＳ撮像素子１０と同様に動作する。

そして、各カラムで選択ゲート信号ＰＳＥＬがアサー卜され選択された信号は、カラム読み出し線Ｓ−ＢＵＳに出力され、バッファ一回路ＢＵＳを介して、書き込み信号線Ｗ−ＢＵＳにリレーされる。

選択用トランジスタＱ３の選択動作と同時に蓄積アレイ２４の書き込み選択用トランジスタＱ４をＯＮにすると、容量Ｃに選択した信号が書き込まれることになる。この容量Ｃの電圧は、次に、プレチャージ信号ＰＣＨＧのアサートでトランジスタＱ５をＯＮとし、初期化電圧ＶＣＨＧに初期化されるまで短時間保持される。

こうして保持された容量Ｃの電圧を増幅用トランジスタＱ６で受け、読み出し選択用トランジスタＱ７によって、読み出し信号線Ｒ−ＢＵＳに読み出す。

ＣＭＯＳ撮像素子２０においては、図１に示すＣＭＯＳ撮像素子１０と比較すると蓄積アレイ２４が追加されており、この蓄積アレイ２４を追加することにより、発光パルスに同期した高速垂直スキャンと映像信号に同期した全画面スキャンとを分離して、映像を読み出すことが可能となる。

また、受光アレイ２２におけるリセットと選択用トランジスタＱ３の駆動パルスとを変更すれば、通常の露光映像にすることも可能である。

さらに、図１０の最下部に破線で示した補助回路（補助サンプルホールド回路および補助水平選択回路）を設けることにより、蓄積アレイ２４の読み出し中に、受光アレイ２２を任意にアクセスすることが可能となる。

従って、こうしたＣＭＯＳ撮像素子２０を用いて、「課題を解決するための手段」において説明した本発明の原理による手法を用いれば、ストライプ状の三次元画像を取得することができる。

次に、図１２には本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法を実施する際に用いて好適なＣＭＯＳ撮像素子の他の構成説明図が示されている。

このＣＭＯＳ撮像素子３０は、６トランンジスタ型、メモリ付、スナップショットシャッター方式として知られるＣＭＯＳ撮像素子と同様な構造を備えている。

なお、通常のスナップショットシャッター方式においては、全画素を同時にリセット、蓄積するが、本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法を実施するには、水平ライン方向にリセット線ＲＳ、メモリ転送ゲート線ＴＲを分離して配線し、短い露光時間のスキャンを実現する駆動回路を設置するようにしている。その他は、６トランジスタ型ＣＭＯＳ撮像素子の構造と同一である。

ここで、図１３には、図１２に示すＣＭＯＳ撮像素子３０の１画素の等価回路が示されている。

この図１３に示す１画素の等価回路は、ＣＭＯＳ撮像素子２０で分離していた蓄積アレイ２４を各画素に分配して配置したような構造を備えている。従って、このＣＭＯＳ撮像素子３０は、その回路構成が簡単になるという特長がある一方で、蓄積部が面積を占有するため、実効的な受光面積（フォトダイオードＰＤ）の占有面積が小さくなっていしまうものである。

図１４には、ＣＭＯＳ撮像素子３０に示すタイミングチャートは、ＣＭＯＳ撮像素子３０の発光パルスに対応した各ゲート信号と容量Ｃに発生する電圧とを模擬したものである。図１４において、上から発光パルス、リセット信号ＲＳ、転送ゲートＴＲ、充電ゲートＰＣＨＧおよび容量Ｃの電圧を示し、リセット信号ＲＳはＬＯＷレベルがリセット、ＨＩＧＨレベルが蓄積として作図されている。

ここで、リセット信号ＲＳと転送ゲートＴＲと発光パルスの時間関係は、ＣＭＯＳ撮像素子１０と同様に、各ラインで遅らせることになる。

また、１回の発光と転送ゲートＴＲとでは、容量Ｃの放電が不十分な場合には、図１４において破線で示すようにそれを２回行うことにより、不十分さを補うようにすればよい。

さらに、積極的に転送ゲートＴＲのパルスの幅を細くすることにより、複数回のパルス発光による画像を平均加算でき、信号雑音比を向上させることができる。

従って、こうしたＣＭＯＳ撮像素子３０を用いて、「課題を解決するための手段」において説明した本発明の原理による手法を用いれば、ストライプ状の三次元画像を取得することができる。

さらに、図１５には本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法を実施する際に用いて好適なＣＭＯＳ撮像素子の他の構成説明図が示されている。

このＣＭＯＳ撮像素子４０のように、画素アレイを水平方向に分割して、ブロック１〜４の複数のブロックに分割することで、１回のパルス発光で複数のライン、即ち、ブロック１〜４におけるそれぞれの１ラインが同時に露光することができることになり、４ラインを同時に露光することができる。

つまり、ＣＭＯＳ撮像素子４０においては、Ｅｌ−Ｅ４の４つのタイミングで転送ゲートＴＲとリセット信号ＲＳとを与えるものであり、各ブロックを構成する複数ラインのなかの１ライン同士が同時に露光されるように構成されている。図中、ＴＲ／ＲＳは一本の線に描かれているが、実際は２本の線がある。

従って、こうしたＣＭＯＳ撮像素子４０を用いて、「課題を解決するための手段」において説明した本発明の原理による手法を用いれば、より高速にストライプ状の三次元画像を取得することができる。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）〜（４）に示すように変形することができるものである。

（１）上記した実施の形態においては、固体撮像素子としてＣＭＯＳ撮像素子を用いた場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、閾値制御型の固体撮像素子を用いるようにしてもよい。

（２）上記した実施の形態においては、本発明の理解を容易にするために、固体撮像素子の画素数について具体的な数値を示したが、これらの数値は例示に過ぎないものであって、任意の画素数の固体撮像素子を用いることができる。

（３）上記した実施の形態においては、本発明の理解を容易にするために、図１５に示す実施の形態に関連して固体撮像素子の画素をブロック分けする際に具体的なブロック数を示したが、これらのブロック数は例示に過ぎないものであって、任意の画素数の固体撮像素子を任意のブロック数にブロック分けすることができる。

（４）上記した実施の形態ならびに上記した（１）〜（３）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、車輌やロボットが移動する際における障害物や処理対象物の検出などに利用することができる。

図１（ａ）は最も一般的な順次シャッター機能を実装したＣＭＯＳ撮像素子の構成説明図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＣＭＯＳ撮像素子の１画素の等価回路の回路図である。図２は、図１に示すＣＭＯＳ撮像素子の動作を示すタイミングチャートである。図３は、本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法の原理を説明するための説明図である。図４は、本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法の原理を説明するためのタイミングチャートである。図５は、本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法の原理を説明するためのタイミングチャートである。図６は、本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法による撮像イメージ図であって、中央に平面状の凸部を備えた被写体の撮像イメージ図である。図７は、本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法による撮像イメージ図であって、中央に球面状の凸部を備えた被写体の撮像イメージ図である。図８は、本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法の原理を説明するためのタイミングチャートである。図９は、本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法による撮像イメージ図であって、複数試行を重ねることにより精度を高めた中央に球面状の凸部を備えた被写体の撮像イメージ図である。図１０は、本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法を実施する際に用いて好適なＣＭＯＳ撮像素子の構成説明図である。図１１は、図１０に示すＣＭＯＳ撮像素子の１画素の等価回路の回路図である。図１２は、本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法を実施する際に用いて好適なＣＭＯＳ撮像素子の他の構成説明図である。図１３は、図１２に示すＣＭＯＳ撮像素子の１画素の等価回路の回路図である。図１４は、図１２に示すＣＭＯＳ撮像素子の動作を示すタイミングチャートである。図１５は、本発明による固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法を実施する際に用いて好適なＣＭＯＳ撮像素子の他の構成説明図である。

符号の説明

１０、２０、３０、４０ＣＭＯＳ撮像素子
１２掃き捨て用シフトレジスタ
１４選択用シフトレジスタ
２２受光アレイ
２４蓄積アレイ
１００発光ダイオード
２００被写体
３００光学系

Claims

画素が所定の方向と前記所定の方向とは直交する方向とに沿って２次元マトリクス状に配置された固体撮像素子により、被写体に照射された光の前記被写体からの反射光を受光して前記被写体の三次元画像を取得する固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法において、
被写体に対して第１の所定時間間隔でパルス状に光を照射し、前記被写体からの反射光を所定の方向に沿った画素群毎に、前記所定の方向とは直交する方向に沿って第２の所定時間間隔を開けて順次に受光してストライプ状の三次元画像を取得する
ことを特徴とする固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法。
画素が所定の方向と前記所定の方向とは直交する方向とに沿って２次元マトリクス状に配置された固体撮像素子により、被写体に照射された光の前記被写体からの反射光を受光して前記被写体の三次元画像を取得する固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法において、
被写体に対して乱数化された時間間隔でパルス状に光を照射し、前記被写体からの反射光を所定の方向に沿った画素群毎に、前記所定の方向とは直交する方向に沿って前記乱数化された時間間隔に応じた時間間隔を開けて順次に受光してストライプ状の三次元画像を取得する
ことを特徴とする固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法。
請求項１または２のいずれか１項に記載の固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法において、
前記２次元マトリクス状に配置された画素群を前記所定の方向に沿って複数のブロックに分割し、前記ブロック単位で並行してストライプ状の三次元画像を取得する
ことを特徴とする固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法。
請求項１、２または３のいずれか１項に記載の固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法において、
前記固体撮像素子は、Ｘ−Ｙアドレス方式の固体撮像素子である
ことを特徴とする固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法。
請求項１、２または３のいずれか１項に記載の固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法において、
前記固体撮像素子は、ＣＭＯＳ型または閾値制御型の半導体撮像素子である
ことを特徴とする固体撮像素子を用いた三次元画像取得方法。