JPH01132294A - 三次元撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は特に被写体像を立体的に撮像する三次元撮像装
置に関するものである。

従来の技術 被写体像を三次元的に撮像する基本的な方法としては、
被写体像を２台のテレビカメラを用いて任意の角度を保
って撮像し、この２台のテレビカメラの出力信号を１フ
ィールド毎に交互に切り換えることにより得る方法が知
られている。

第５図は前述した三次元撮像装置の概略構成図を示すも
のである。

第５図において、−点鎖線で示したＡｆｔ４は三次元撮
像装置であり、Ｂ側は三次元表示装置である。図中、１
は被写体、２はテレビカメラＡ、３はテレビカメラＢで
、テレビカメラＡ、Ｂは撮像面の前面にレンズが配置さ
れている。４は同期信号発生器、５はスイッチ、６は加
算器で以上により三次元撮像装置が構成されている。

７は同期分離器、８はモニターテレビ、９は眼鏡で、以
上により三次元表示装置が構成されている。このような
構成の三次元撮像装置及び三次元表示装置は周知である
ので、ここでは簡単な説明にとどめる。

先ず三次元撮像装置について説明する。

テレビカメラＡ２とテレビカメラＢ３は同一の被写体１
に対して任意の角度θを保って配置されている。またテ
レビカメラＡ２とテレビカメラＢ３はその走査タイミン
グは同期関係を保っている。そのためテレビカメラＡ２
とテレビカメラＢ３には同期信号発生器４からテレビカ
メラの駆動に必要なパルス性の信号が同時に供給されて
いる（テレビカメラＡ２．テレビカメラＢ３は各々人間
の右目、左目に相当する）。

テレビカメラＡ２とテレビカメラＢ３の各々の映像出力
信号はスイッチ５の各端子４１口に接続されている。ス
イッチ５は同期信号発生器生からの供給されるフィール
ドパルスにより制御されており、スイッチ５の端子ハか
らは出力信号として、第１フィールドではテレビカメラ
１から得られた映像信号が、第２フィールドではテレビ
カメラ２から得られた映像信号が１フィールド毎に交互
に得られる。前記切り換えられて得られた映像信号と、
同期信号発生器４から供給される同期信号を加算器６に
供給し加算することにより三次元映像信号を得ることが
できる。

ここで、同期信号発生器４から出力されるテレビカメラ
の駆動パルス、フィールドパルス、同期信号は全て同期
関係にあることは言うまでもない。

次に三次元表示装置について説明する。

前記の構成の三次元撮像装置で得られた三次元映像信号
は任意の手段で三次元表示装置まで伝送される。

伝送された三次元映像信号はモニターテレビ８に供給さ
れ表示される。モニターテレビ８に表示された三次元映
像信号は、テレビカメラＡ２とテレビカメラＢ３の映像
出力信号を交互に切り換えた信号であるため、そのまま
観察しても三次元画像としては感じられないばかりでな
（、二重に見えるなどの不自然な画像となる。

、モニターテレビ８に表示された映像を三次元画像とし
て見るには、テレビカメラＡ２で撮像した画像は観察者
の右目だけで見、テレビカメラＢ３で撮像した画像は観
察者の左目だけで見るようにすればよい。つまりモニタ
ーテレビ８に表示された映像のうち、第１フィールドの
映像は右目、第２フィールドの映像は左目に入射するよ
うに選択すればよい。その手段として光学的シャッター
機能を有する眼鏡９を用いて第１フィールドの映像は右
目で見、第２フィールドの映像は左目で見るようにモニ
ターテレビ８からの光信号を選択する。

同期分離器７からは同期信号に同期したフィールドパル
スが出力されている。ここでは同期分離器７からのフィ
ールドパルス出力信号は第１フィ−ルドがハイレベル、
第２フィールドがローレベルとする。前記フィールドパ
ルスを眼鏡９に供給し、眼鏡９に内蔵された光学シャッ
ターを交互に断続させる事によりモニターテレビ８から
の光信号を右目と左目とに選択する。即ち、第１フィー
ルドでは眼鏡９の右目用の光学シャッターが光を透過し
、左目用の光学シャッターが光を遮断している、第２フ
ィールドでは眼鏡９の左目用の光学シャッターが光を透
過し、右目用の光学シャッターが光を遮断している。こ
のようにして、モニターテレビ８からの光信号を選択し
て三次元画像を観察する。

次に光学シャッターについて概要を説明する。

光学シャッターは機械的シャッターでも可能であるがこ
こでは液晶シャッターを用いることとする。液晶シャッ
ターは光の断続が電圧により制御でき、かつテレビカメ
ラのフィールド走査周波数に対して応答速度が十分に速
い、また機械的シャッターに比べて長寿命であり、取扱
いが簡単などの特長を有する。

以下、液晶シャッターについて第６図を用いて簡単に説
明する。

第６図は被写体像の概略図である。

１０．１１は偏向板、１２は液晶、１３．１４は透明電
極、１５は矩形波発生器、１６．１７はアンド回路、２
０．２１はコンデンサ、１８はインバータ、１９はフィ
ールドパルス入力端子である。光学シャッターの基本構
成は２種類の偏向板１０．１１の間に液晶（ツイストネ
マチック型）１２を配置し、前記液晶に電界を印加する
ことにより、光学なシャッターを構成し、光を断続させ
ている。前記ツイストネマチック型液晶については周知
であるのでその説明は省略する。

次に動作説明する。

光学シャッター１００，２００の光学部は偏向板、液晶
、透明電極から構成されてれいる。偏向板１０は被写体
からの光のうち水平偏波のみを透“遇させ、偏向板１１
は垂直偏波のみを透過するもので、透明電極１４は接地
されている。透明電極１３は液晶１２に電界を印加する
ためのものである。

前記の構成において透明電極１３に電圧が印加されない
場合には、偏向板１０を透過した水平偏波は液晶層１２
を通過することにより垂直偏波に移相され、液晶層１２
を通過した垂直偏波は偏向板１１を通過する。即ち液晶
シャッターは透過状態となり、モニターからの光は人間
の目に到達することができる。一方、透明電極１３に電
圧が印加された場合には、偏向板１０を透過した水平偏
波は液晶層１２を通過しても移相されずに水平偏波の状
態を維持する。そのため液晶層１２を通過した水平偏波
は偏向板１１を通過することができない。即ち液晶シャ
ッターは遮光状態となり、モニターからの光は人間の目
に到達することができなくなる。前記の如く、透明電極
１４は接地されており、透明電極１３には駆動信号がコ
ンデンサ２０．２１を介して供給される。透明電極１３
に印加される駆動電圧はほぼＩＯＶ程度であり駆動周波
数はほぼ２００Ｈｚ程度である。前記駆動信号は矩形波
発生器１５．アンド回路１６．１？、インバータ１８．
フィールドパルス入力端子１９（こより作成される。即
ち、矩形波発生器１５により略２０〇七程度の矩形波を
発生させ、矩形波発生器１５の出力信号をアンド回路１
６．１７に同時に供給する。アンド回路１６にはフィー
ルドパルス入力端子１９から供給される第１フィールド
がハイレベルで第２フィールドがロウレベルのフィール
ドパルスが供給されている。そのため、アンド回路１６
の出力信号としては第１フィールドの時のみ液晶層の駆
動信号が得られる、一方アンド回路１７にはフィールド
パルス入力端子１９がら供給されるフィールドパルスを
インバータ１８で反転した信号が供給される為、アンド
回路１７の出力信号としては第２フィールドの時のみ液
晶層の駆動電圧が得られる。

上記の構成により液晶シャッターが構成されている。つ
まり第１フィールドの時には第６図に示した眼鏡９の右
側のシャッター１００が光を透過し、第２フィールドの
時には眼鏡９の左側のシャッター２００が光を透過する
。

前記のようにして三次元画像の撮像装置及び表示装置が
構成されている。

発明が解決しようとする課題 ところが、前記の構成による三次元撮像装置では、２台
のテレビカメラが必要であるため三次元撮像装置が高価
となる。また同一の被写体を異なる２台のテレビカメラ
で撮像する際の画角、焦点、被写体と２台のテレビカメ
ラの角度等を精密に調整しなければならない。そのため
撮影そのものに比べて三次元撮像装置の調整に時間が必
要となる、或は機動性に欠ける等の問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑み、安価な構成で、調整が容易
な三次元撮像装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は、上記目的を達するため−１少なくとも光電変
換素子と垂直転送段とを有し、前記角光電変換素子に蓄
積された信号′電荷を、対応する垂直転送段にほぼ同時
に転送することにより、１フィールドに１回以上読み出
す構成の撮像素子を用いたテレビカメラを用い、２系統
の光路系からの被写体像を、前記光電変換素子から垂直
転送段へ信号電荷を転送するタイミングにほぼ一致させ
てフィールド毎に交互に切り換えて撮像することにより
三次元画像を得るものである。

作　　　用 本発明は上記した構成により、２系統の光路系の被写体
像を撮像素子のフィールド走査に同期して、交互に選択
して、単一のテレビカメラを用いて三次元的に撮像する
ものである。

この時、テレビカメラに用いる撮像素子は、少なくとも
光電変換素子と垂直転送段とを有するものであるが、若
しくは光電変換素子が垂直転送段と兼ねてなる場合には
、垂直転送段の転送方向の延長上に信号電荷の記憶部を
有する構成のものであり、各光電変換素子に蓄積された
信号電荷を、対応する垂直転送段にほぼ同時に転送する
ことにより、一画面の映像を同時に撮像するため、面走
査が可能な撮像素子を用いる。また撮像素子の各光電変
換素子への信号電荷の蓄積時間は１フィールド走査期間
以下とするものである。

撮像素子に入射する２系統の光路系からの被写体像は、
撮像素子の光電変換素子から垂直転送段へ信号電荷を転
送するタイミングにほぼ一致させて、光学シャッターを
用いてフィールド毎に交互に切り換えるものであ゛る。

この撮像素子を用い、撮像素子の各光電変換素子への信
号電荷の蓄積時間は１フィールド走査期間以下とし、光
路系の切り換えタイミングを撮像素子の光電変換素子か
ら垂直転送段へ信号電荷を転送するタイミングにほぼ一
致させることにより、単一のテレビカメラを用いて良好
な画質の三次元画像を撮像することができる。

実施例 以下、本発明による三次元撮像装置の第１の実施例を図
面を用いて説明する。

第１図において一点鎖線で示したＡ側は三次元撮像装置
であり、８個は三次元表示装置である。

４０はテレビカメラ□、４は同期信号発生器、６は加算
器、２２，２３．２６は鏡、２４．２７は液晶シャッタ
ー、２５はハーフミラ−１２８はインバータ、１６．１
７はアンド回路、１５は矩形発生器、２０．２１はコン
デンサ、１００は液晶シャッター駆動回路である。鏡２
２，２３．液晶シャッター２４．ハーフミラ−２５によ
り第１の光路系が構成されており、鏡２６．液晶シャッ
ター２７．ハーフミラ−２５により第２光路系が構成さ
れている。同期信号発生器４．加算器６゜鏡２２，２３
，２６．液晶シャッター２４，２７、ハーフミラ−２５
，テレビカメラ４０により三次元撮像装置が構成されて
いる。

次に動作を説明する。

テレビカメラ４０には同期信号発生器４からテレビカメ
ラの駆動に必要なパルス性の信号が供給されている。ま
た、同期信号発生器４から出力されるテレビカメラの駆
動パルス、゛フィールドパルス、同期信号は全て同期関
係にある。

鏡２２，２３．液晶シャッター２４を介して入射した被
写体からの光はハーフミラ−２５を通過して後テレビカ
メ。う４０の撮像素子の光電変換部に結像される。また
鏡２６．液晶シャッター２７を介して入射した被写体か
らの光はハーフミラ−２５により９０度まげられた後テ
レビカメラ４０の撮像素子の光電変換部に結像される。

光路系ｌと光路系２の光軸は同一の被写体に対して任意
の角度θ（図示せず）を保って配置されている（光路系
１，２は各々人間の右目、左目に相当する）。

本発明に用いる光学シャッターは、光の断続が電圧によ
り制御でき、かつテレビカメラのフィールド走査周波数
に対して応答速度が十分に速く、また長寿命である液晶
シャッターを用いる。液晶を用いて光学シャッターは第
６図で説明したものと、はぼ同一の構成のものを用いれ
ばよく、従って動作も同一であるので、その構成、動作
については説明を簡単にする。

液晶シャッター２４．２７は第６図に示した偏向板１０
．１１．液晶１２．透明電極１３．１４の部品により構
成されている。

ここで液晶シャッター２４．２７は液晶シャッター駆動
回路から供給される駆動パルスにより制御される。すで
に第４図、第６図で説明したように液晶シャッターは、
液晶シャッターの駆動回路を構成するアンド回路１６．
１７に供給されるフィールドパルスがローレベルの時に
光が透過する。として説明する。前記フィールドパルス
は第１フィールドがハイレベルであり第２フィールドが
ローレベルの信号とする。

従って、液晶シャッターは第１フィールドでは第１図に
示した液晶シャッター２７が光を透過し、第２フィール
ドでは液晶シャッター２４が光を透過する。従って第１
フィールドでは第２の光路系を通過した被写体像の光信
号が撮像素子に入射し、第２フィールドでは第１の光路
系を通過した被写体の光信号が撮像素子に入射する。

撮像素子１よ基本的には１フィールド期間もしくは１フ
レ一ム期間にわたって被写体像からの光信号を光電変換
部で受光し、光電変換されて得られた信号電荷を１フィ
ールド期間もしくは１フレ一ム期間にわたって積算（蓄
積）した後、前記、蓄積された信号電荷を読み出してい
る。そのため撮像面に入射した光信号に対して出力信号
は１フィールド期間の遅延時間である。

ところで、前記テレビカメラ４０に線順次走査の方式の
撮像素子、例えば撮像管、或はＸ−Ｙマトリックス撮像
素子（ＭＯ８型撮像素子）を用いると三次元撮像信号を
得ることが出来ない。その理由を第４図を用いて説明す
る。

第４図ａはテレビカメラの走査フィールドと液晶シャッ
ターの状態及び前記、線順次走査方式の撮像素子の撮像
面（光電変換部）のＡ点の電位を模式的に示した示した
ものであり、ｂは前記線順次走査方式の撮像素子の撮像
面を示したものである。

第１フィールドでは第２の光路系（液晶シャッター２７
）を通過した被写体像よりの光信号が、第２フィールド
では第１の光路系（液晶シャッター２４）を通過した被
写体像よりの光信号が、撮像素子に入射される。説明の
便宜上、第１の光路系を通過した光信号をＲ１第２２の
光路系を通過した光信号をＬとする。

撮像素子として前記の如く、線順次走査の方式の撮像素
子である撮像管を例として説明する。撮像管の撮像面の
Ａ点の電位は信号電荷の蓄積により第４図ａに示したよ
うに時間とともに徐々に変化する。そして所定の走査タ
イミングになるとＡ点の信号電荷は読み出される。とこ
ろがこの時、Ａ点で発生する信号電荷には第４図ａから
明らかなように、第１の光路を通過した光により発生し
た信号電荷の成分ＳＲと第２の光路を通過した光により
発生した信号電荷ＳＬとが混合されている。つまり、２
つの光路か、らの光が混合されて撮像素子に入射された
ことと等しくなるため、テレビカメラ４０からはボケた
映像信号が得られるのみであり、三次元撮像信号を得る
ことはできない。

そのため、本実施例ではテレビカメラ４０に用いる撮像
素子として、少なくとも光電変換素子と垂直転送段とを
有するものであるか、若しくは光電変換素子が垂直転送
段と兼ねてなる場合には、垂直転送段の転送方向の延長
上に信号電荷の記憶部を有する構成のものを用いる。モ
して撮像素子の各光電変換素子への信号電荷の蓄積時間
は１フィールド走査期間以下とし、撮像素子に入射する
２系統の光路系からの被写体像は、前記構成の撮像素子
の光電変換部から垂直転送段へ信号電荷を転送するタイ
ミングにほぼ一致させて、光学シャッターを用いてフィ
ールド毎に交互に切り換えるものである。

本発明に使用可能な撮像素子の具体例としては、インタ
ーライントランスファ型電荷結合素子（以下Ｉ　Ｌ−Ｃ
ＣＤと略す）、フレームトランスファ型電荷結合素子（
以下ＦＴ−ＣＣＤと略す）やフレームインターライント
ランスファ型電荷結合素子（以下ＦＩＴ−ＣＣＤと略す
）がある。

ここでは、撮像素子としてＩＬ＝ＣＣＤを用いた場合に
ついて説明する。

第２図ａは本発明の一実施例による三次元撮像装置に用
いるインターライントランスファ型電荷結合素子（ＩＬ
−ＣＣＤ）の概略構成図である。

Ｉ　Ｌ−ＣＣＤについては周知であるのでここでは簡単
にその構成及び動作を説明する。

Ｉ　Ｌ−ＣＣＤは第２図ａに示すように受光部Ａと水平
転送部Ｂとで構成されている。４１は半導体基板であり
、受光部Ａは二次元配列の光電変換素子（受光素子）４
２と、これらの光電変換素子に蓄積された信号電荷読み
出すためのゲート４４と、このゲートを用いて読み出さ
れた信号電荷を垂直転送するためにＣＣＤで構成された
垂直転送段４３から成り、前記光電変換素子４２以外の
部分はアルミマクス（図示せず）により遮光されている
。光電変換素子は水平方向、垂直方向ともにチャンネル
ストッパー４５により分離されている。また前記光電変
換素子の近傍にはオーバーフロードレイン（図示せず）
とオーバーフローコントロールゲート（図示せず）が配
置されている。

また前記垂直転送段４３は、水平方向に連続したポリシ
リコン電極φｖ１．φＶ２．φＶ３．φＶ４から成り垂
直方向に４水平ライン毎に接続されている。

水平転送部ＢはＣＣＤで構成された水平転送段４６と信
号電荷検出部４７から成り、前記水平転送段４６は転送
電極φＨ１，φＨ２，φＨ３から成り水平方向に３電極
おきに接続されている。水平転送段４６は垂直転送段か
ら転送されてきた信号電荷を電荷検出部４７の方向に転
送する。電荷検出部４７は周知のフローティングデイフ
ュージョンアンプで構成されており、信号電荷を信号電
圧に変換する。

次に動作について簡単に説明する。

光電変換素子４２及び４２で光電変換して蓄積された信
号電荷は、垂直帰線期間に、垂直転送ゲートに印加する
垂直転送パルスφｖ１〜φｖ４のうちφＶ１及びφＶ３
に重畳された信号読み出しパルスφＣＨにより、光電変
換部４２．４２から垂直転送段４３に転送される。この
時φｖ１に信号読み出しパルスφＣＨを印加すれば光電
変換素子４２に蓄積された信号電荷のみがφＶ１電極下
のポンチシャルウエルに転送され、φＶ３に信号読み出
しパルスφＣＨを印加すれば光電変換部４２に蓄積され
た信号電荷のみがφＶ３電極下のポンチシャルウエルに
転送される。

このようにして、二次元に配置された多数の光電変換素
子４２．４２に蓄積された信号電荷は信号読み出しパル
スφＣＨが印加されると同時に垂直転送段４３に転送さ
れる。

従って、１フィールドおきにφＶ１とφＶ３に交互に信
号読み出しパルスφＣＨを重畳すれば各光電変換部は１
フレーム毎に信号を読み出されるのでＩ　Ｌ−ＣＣＤは
フレーム蓄積動作をすることになる。

光電変換素子４２から垂直転送段４３のφＶ１もしくは
φＶ３の電極下に転送された信号電荷は、垂直転送パル
スφＶｌ、φＶ２．φＶ３．φＶ４により、１水平走査
周期ごとに、１水平ラインずつ転送されて、水平転送段
４６の対応する水平転送電極下に転送される。

また、１フィールド期間内にほぼ同時にφＶｌ及びφＶ
３の両方に信号読み出しパルスφＣＨを印加すれば光電
変換素子４２に蓄積された信号電荷はφｖ１電極下のポ
ンチシャルウエルに、光電変換素子４２に蓄積された信
号電荷はφｖ３電極下のポンチシャルウエルに各々転送
され、各光電変換素子はｌフィールド毎に信号を読み出
されるのでＩ　Ｌ−ＣＣＤはフィールド蓄積動作をする
ことなる。

この時、光電変換素子４２から垂直転送段４３のφｖ１
及びφｖ３の電極下に転送された信号電荷は、第１フィ
ールドではし、第２フィールドではＭというように垂直
方向に隣接する光電変換素子からの信号電荷を垂直転送
段内部で混合した後、垂直転送パルスφＶｔ、φＶ２．
φＶ３．φｖ４により、ｌ水平走査周期ごとに、１水平
ラインずつ転送して、水平転送段４６の対応する水平転
送電極下に転送される。

水平転送電極下に転送された信号電荷は、高速の水平転
送パルスφＨ１，φＨ２，φＨ３により水平方向に配置
された信号電荷検出部４７に転送され、電圧信号に変換
され撮像素子から映像信号として出力される。

次に本発明による三次元撮像装置における前記Ｉ　Ｌ−
ＣＣＤの信号読み出しタイミングと液晶シャッターの駆
動タイミング及び第２図ａに示した光電変換素子２点の
電位変化を第２図すに示す。

第２図すに垂直帰線期間を示すパルス（ＶＢＬＫ）、第
１図の同期信号発生器４から出力されるフィールドパル
ス、ＩＬ−ＣＣＤの信号読み出しタイミング、液晶シャ
ッターの駆動タイミング、光電変換素子２点の電位変化
、撮像素子出力信号を示す。

光電変換素子から垂直転送段への信号読み出しく信号電
荷の転送）は垂直帰線期間に行なっており、液晶シャッ
ターの切り換えは前記光電変換素子から垂直転送段への
信号読み出しのタイミングにほぼ一致している。フィー
ルドパルスの切り換えタイミングも前記光電変換素子か
ら垂直転送段への信号読み出しのタイミングにほぼ一致
している。

前記タイミングで撮像素子及び液晶シャッターを駆動す
れば、第１フィールドでは第２の光路を通過した被写体
像による光信号が、第２フィールドでは第１の光路を通
過した被写体像による光信号が撮像素子に入射する。こ
のとき撮像素子の撮像面の２点の電位は第２図すに示し
たように時間とともに徐々に変化する、そして所定のタ
イミング（光電変換素子から垂直転送段への信号読み出
しパルスが印加される）になると２点の信号電荷は垂直
転送段へ転送される。この時、２点から得られる信号電
荷は第２図すから明らかなように、第１の光路を通過し
た光により発生した信号電荷のみ、もしくは第２の光路
を通過した光により発生した信号電荷のみとなる。

つまり、光電変換素子の各画素には２つの光路からの光
が混合されて撮像素子に入射されることはない。

前記の構成及び駆動タイミングを保って被写体像を撮像
することにより、第１図に示したテレビカメラ４０から
は、第１フィールドでは光路系１を透過した被写体像に
よる映像信号が、第２フィールドでは光路系２を透過し
た被写体像による映像信号が交互に出力されることにな
り三次元映像信号を得ることができる。

本実施例では、全ての光電変換素子の信号電荷を垂直転
送段に転送（読み出し）した後、垂直転送段内で隣接し
た光電変換素子からの信号電荷を混、合して転送し、撮
像素子からフィールド蓄積の映像信号を得る場合につい
て説明した。

次に本発明による第２の実施例を第３図を用いて説明す
る。

Ｉ　Ｌ−ＣＣＤでは前述のように２つの隣接した光電変
換素子の信号電荷を混合せずにフィールド蓄積の映像信
号を得ることができる。

その原理を第２図ａ及び第３図ａを用いて説明する。

第３図ａに垂直帰線期間を示すパルス（ＶＢＬＫ）、第
１図の同期信号発生器４から出力されるフィールドパル
ス、ＩＬ−ＣＣＤの信号読み出しタイミング、液晶シャ
ッターの駆動タイミング、光電変換素子２点の電位変化
、撮像素子出力信号を示す。

次に動作を説明する。

第１フィールドにおいてはφｖ３に信号読み出しパルス
φＣＨを印加し、光電変換素子４２で発生した信号電荷
を垂直転送段に転送し、垂直転送パルスφｖ１〜φｖ４
に付加した高速転送パルスφＶＦにより高速に転送し、
水平転送段から排出した後、φｖ１に信号読み出しパル
スφＣＨを印加し４、光電変換素子４２で発生した信号
電荷を垂直転送段４３に転送し、垂直転送パルスφｖ１
〜φｖ４により、１水平走査周期ごとに、１水平ライン
ずつ転送して、水平転送段４６の対応する水平転送電極
下に転送し、水平転送を行なう。

第２フィールドにおいてはφｖ１に信号読み出しパルス
φＣＨを印加し、光電変換素子４２で発生した信号電荷
を垂直転送段４３に転送し、垂直転送パルスφｖ１〜φ
ｖ４に付加した高速転送パルスφＶＨにより高速に転送
し、水平転送段から排出した後、φｖ３に信号読み出し
パルスφＣＨを印加し、光電変換素子４２で発生した信
号電荷を垂直転送段に転送し、垂直転送パルスφｖ１〜
φｖ４により、１水平走査周期ごとに、１水平ラインず
つ転送して、水平転送段４６の対応する水平転送電極下
に転送し、水平転送を行なう。

上記の操作によりフィールド蓄積の映像信号を得ること
ができる。第３図ａから明らかなように、前記の不要な
信号電荷の排出及び、光電変換部から垂直転送段への信
号電荷の転送は垂直帰線期間内に行われる。

このようにすれば、光電変換素子の各画素には２つの光
路からの光が混合されて撮像素子に照射されることはな
く、第１図に示したテレビカメラ４０からは、第１フィ
ールドでは光路系１を透過した被写体像による映像信号
が、第２フィールドでは光路系２を透過した被写体像に
よる映像信号が交互に出力されることになり三次元映像
信号を得ることができる。

ところで、Ｉ　Ｌ−ＣＣＤでは光電変換素子への信号電
荷の蓄積時間を１フィールド期間よりも短くすることが
可能である。

信号電荷の蓄積時間を短くする目的は映像信号の動的解
像度を向上させるためである。撮像素子は光電変換素子
へ入射する光信号により発生する信号電荷を積算（蓄積
）することにより映像信号を得ている。従って信号電荷
を積算している期間に被写体像が動くと映像信号の解像
度（これを動的解像度と称する）は劣化する。動的解像
度を向上させるには信号電荷の積算（蓄積）時間を短く
する必要がある。

信号電荷の積算（蓄積）時間を短（した場合においても
、本発明は有効である。

以下、その原理を第２図ａ及び第３図すを用いて説明す
る。

第３図すに垂直帰線期間を示すパルス（ＶＢＬＫ）。

第１図の同期信号発生器４から出力されるフィールドパ
ルス、Ｉ　Ｌ−ＣＣＤの信号読み出しタイミング、液晶
シャッターの駆動タイミング、オーバーフローコントロ
ールゲートの電位、光電変換素子２点の電位変化、撮像
素子出力信号を示す。

動作を説明する。

オーバーフローレイン（ＯＦＤと略す）は周知のように
Ｉ　Ｌ−ＣＣＤなど固体撮像素子特有のブルーミング現
象を防止する目的で設けられたものであり、光電変換素
子に蓄積可能な電荷量をオーバーフローコントロールゲ
ート（ＯＦＣＧと略す）の電位により設定し、設定値以
上の信号電荷が発生した場合には不要な信号電荷は前記
０ＦＣＧを越えてＯＦＤに吸収され撮像素子から排出さ
れる。

従って、被写体からの光信号が光電変換素子に入射して
いる途中（垂直帰線期間の途中）で０ＦＣＧの電位障壁
を低くすれば（即ち、０ＦＣＧへの印加電圧を高くすれ
ば）光電変換素子に蓄積されている信号電荷はＯＦＤへ
排出される。従って光電変換素子２点の電位は第３図す
に示すようになる。上記の操作によりフィールド期間よ
りも短い蓄積時間の映像信号を得ることが出来る。この
ようにすれば、光電変換素子の各画素には２つの光路か
らの光が混合されて撮像素子に照射されることはなく、
第１図に示したテレビカメラ４０からは、第１フィール
ドでは光路系ｌを透過した被写体偉による映像信号が、
第２フィールドでは光路系２を透過した被写体像による
映像信号が交互に出力されることになり三次元映像信号
を得ることができる。本実施例では光電変換部の近傍に
０ＦＣＧ。

ＯＦＤを配置した横型ＯＦＤの場合について説明したが
、撮像素子の内部方向にＯＦＤを配置した縦型ＯＦＤで
も本発明は応用できる。

またフレームインターライン転送型固体撮像素子を用い
た蓄積時間の制御を行った場合でも第３図すで説明した
動作原理はそのまま応用できる。

フレームインターライン転送型固体撮像素子は特開昭５
５−５２６７５号公報にその詳細が記載されているので
ここではその説明を省略するが。

基本的には前記のインターライン転送型固体撮像素子の
垂直転送段の延長上に蓄積用の垂直転送段を配置してな
るものであり、その目的とするものは受光部で得た信号
電荷を高速で前記蓄積用の垂直転送段に転送したのち、
順次読み出すことにより垂直方向に発生するスメアの発
生を軽減すること、及び光電変換素子の露光時間を任意
に設定可能とするものである。

光電変換素子の露光時間を任意に設定するということに
ついては、インターライン型固体撮像素子を用いた露光
時間（蓄積時間）の制御の一例と゛して第３図すで説明
したことと高価としては同一である。

ところで、第３図すではテレビカメラに入射する光路系
の切り換えは信号電荷を光電変換素子から垂直転送段に
読み込むタイミングにほぼ一致させて切り替えている。

しかしながら第３図すから明らかなように、例えば０Ｆ
ＣＧに印加するパルス状電圧が入力されるタイミングに
ほぼ一致させて液晶シャッターにより光路系を切り替え
てもよい。また光電変換素子に照射される各光路系から
の被写体像は０ＦＣＧに印加されるパルス状電圧が印加
されたタイミングから読み出しパルスが印加されるタイ
ミングにほぼ等しければよい。また光電変換素子に蓄積
される信号電荷の蓄積時間が１フィールド期間よりも短
い場合には、テレビカメラに入射する２つの光路系から
の時間は等しくする必要もないことは明らかである。

つまり、固体撮像素子の光電変換素子に照射される光路
系からの被写体像は、信号蓄積時間にほぼ等しいか、信
号蓄積時間を包含すればよい。

以上説明したように本発明は、２系統の光路系の被写体
像を撮像素子のフィールド走査に同期して、交互に選択
して、４を−のテレビカメラを用いて三次元的に撮像す
るものである。

本実施例では、第２図、第３図に示したタイミングとし
ているが、信号電荷の読み出しタイミング、液晶シャッ
ターの切り換えタイミングは垂直帰線期間内であれば良
い。また信号電荷の読み出しタイミングと液晶シャッタ
ーの切り換えタイミングの相対的なずれも垂直帰線期間
程度ならば実用上許容できる。

三次元画像表示装置は第４図で説明したものと全く同一
であるのでその説明は省略する。

発明の詳細 な説明したように本発明を用いれば１台のテレビカメラ
で三次元撮像装置が実現できるため、撮像装置自体が安
価となる。さらに被写体像の三次元画像を１台のカメラ
で撮像するため被写体とテレビカメラの角度等を精密に
調整する必要がないため、画角、焦点の調整操作が極め
て簡単に行なえる。そのため誰にでも三次元画像を撮像
することが可能となるばかりでな（、機動性が向上する
等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による三次元撮像装置の概略
構成を示すブロック図、第２図ａは三次元撮像装置に用
いた撮像素子の概略図、第２図すは動作タイミング、液
晶シャッターの切り換えタイミング図、第３図ａ、ｂは
撮像素子の動作タイミングと液晶シャッターの切り換え
タイミング図、第４図ａ、ｂは三次元撮像装置に撮像管
を用いた時の動作タイミング図、第５図は従来の三次元
撮像装置のブロック図、第６図は光学シャッターの説明
のためのブロック図である。 ４・・・・・・同期信号発生器、１５・・・・・・矩形
波発生器、１６．１７・・・・・・アンド回路、２２，
２３．２６・・・・・・鏡、２４．２７・・・・・・光
学シャッター、２５・・・・・・ハーフミラ−１２８・
・・・・・インバータ、４０・・・・・・テレビカメラ
。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第２図 （ａ） 第２図 （ｂ） 眸閉 第　３　図 ＋（ＩＪ 時間 第３図 （ｂノ ソ２，３ユ 気α　　＃−Ｉ　＃−２鵠１　萬２ 第４１！１ （ａ］ 水子！量万同

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも光電変換素子と前記光電変換素子に対
   応した垂直転送段とを有し、前記各光電変換素子に蓄積
   された信号電荷を前記垂直転送段に同時に転送すること
   により、１フィールドに１回以上読み出す構成の撮像素
   子を用いたテレビカメラにより、２系統の光路系からの
   被写体像を、前記光電変換素子から垂直転送段へ信号電
   荷を転送するタイミングにほぼ一致させてフィールド毎
   に交互に切り換えて撮像することを特徴とする三次元撮
   像装置。
2. （２）少なくとも光電変換素子と前記光電変換素子に対
   応した垂直転送段とを有し、前記各光電変換素子に蓄積
   された信号電荷を前記垂直転送段に同時に転送すること
   により、１フィールドに１回以上読み出す構成の撮像素
   子を用いたテレビカメラにより、２系統の光路系からの
   被写体像を、１フィールド毎に交互に切り換えて撮像す
   る際、各フィールドにおいて、前記光電変換素子への信
   号電荷の蓄積期間は、前記光電変換素子への被写体像の
   照射期間と等しいか若しくは短く、且つ前記光電変換素
   子への信号電荷の蓄積期間は、前記光電変換素子への被
   写体像の照射期間内であることを特徴とする三次元撮像
   装置。
3. （３）撮像素子は光電変換素子が垂直転送段と兼ねてな
   る場合には、垂直転送段の転送方向の延長上に信号電荷
   の記憶部を有することを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の三次元撮像装置。
4. （４）撮像素子は光電変換素子に蓄積された信号電荷を
   、垂直転送段に一旦転送した後、垂直方向に隣接する２
   個の光電変換素子の信号電荷を混合した後、垂直転送、
   水平転送を行い撮像素子から出力することを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載の三次元撮像装置。
5. （５）撮像素子は被写体像の照射により光電変換素子に
   蓄積された信号電荷のうち、所定期間以前の光電変換さ
   れて得られた信号電荷を予め光電変換素子及び垂直転送
   段が除去することにより光電変換素子への被写体像の照
   射は等価的に１フィールド期間以下として撮像すること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の三次元撮像装
   置。