JPH11218415A - 立体形状計測用の撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、光切断法に基づいて、立体形状計
測用の画像を撮像する撮像装置に関し、一般光のもとに
おいても立体形状計測用の画像を撮像することができる
撮像装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 試料に対しスリット光を照射する照射部
と、スリット光の照射方向とは異なる角度から試料を撮
像し、少なくとも２コマ分の画素出力を生成する撮像部
と、撮像部による「一方のコマ」の撮像時にスリット光
を点灯し、「他方のコマ」の撮像時にスリット光を消灯
する制御手段と、撮像部により撮像された前記２コマの
画素出力について画素単位に差異をとり、差異信号を生
成する比較部とを備えて、立体形状計測用の撮像装置を
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、光切断法に基づいて、立体形状
計測用の画像を撮像する撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、非接触で立体形状を計測する技術
として、光切断法が知られている。図１０は、この種の
光切断法を用いた立体形状計測用の撮像装置を示す概念
図である。

【０００３】図１０において、周囲をなるべく暗くした
状態で、計測対象である試料６１が置かれている。この
試料６１から離れて、電子カメラ６２とスリットプロジ
ェクタ６３とがそれぞれ配置される。この電子カメラ６
２は、試料６１に撮影光軸を向けて配置される。また、
スリットプロジェクタ６３は、電子カメラ６２の撮影光
軸とは異なる角度から、試料６１に対しスリット光を照
射する。

【０００４】このような構成では、スリット光の照射に
より、試料６１表面にスリット状の照明箇所（以下、こ
のような照明箇所を「スリットパターン」という）が形
成される。電子カメラ６２は、この状態で試料６１を撮
像し、図１１（ａ）に示すような撮像画面を得る（な
お、図示の都合上、本図は明暗を逆に示す）。このよう
な撮像画面では、試料６１の画像は暗闇の中に紛れ、ス
リットパターンのみがくっきりと撮像される。

【０００５】図１１（ｂ）は、このとき生成される水平
ライン１本分の画像信号を示す図である。このような画
像信号では、スリットパターンの該当個所のみ輝度レベ
ルが突出する。したがって、適当な閾値（図１１中に示
すＲ）を設定して、画像信号の輝度レベルを二値判定す
ることにより、スリットパターンのみを容易に抽出する
ことが可能となる。

【０００６】このように抽出されるスリットパターン
は、試料６１の表面形状に応じて形状が様々に変化す
る。例えば、試料６１の稜線部分では、図１０に示すよ
うに、スリットパターンが屈曲する。このような屈曲部
分を目視や画像認識を用いて識別することにより、単な
る明暗画像からでは識別しにくい稜線部分を的確に検出
することが可能となる。

【０００７】また、試料６１のスリットパターンと、良
品のスリットパターンとを比較することにより、立体形
状の欠陥を短時間で見つけだすことも可能となる。な
お、以上の説明では、１本のスリット光を照射する場合
について述べた。が、実際には、複数本のスリット光を
一度に照射したり、スリット光の照射角度を徐々に変更
（走査）することにより、試料６１表面の立体形状を広
範囲にわたって計測することも行われている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した立
体形状計測用の撮像装置を、一般光のもとで使用した場
合、図１１（ｃ）に示すような画像信号が生成される。
この画像信号には、一般光のもとで撮像される試料６１
の画像信号と、スリットパターンの信号とを足し合わせ
た信号となる。

【０００９】このような画像信号について一般光による
最大輝度レベルを閾値にして二値判定を行うと（図１１
中のＲ１）、試料６１の低輝度部分にかかるスリットパ
ターンを抽出することができない。一方、スリットパタ
ーンを全て検出できるように閾値を下げると（図１１中
のＲ２）、一般光による高輝度部分まで誤って抽出して
しまう。

【００１０】このように、一般光のもとでは、撮像画像
中からスリットパターンを的確に抽出することが困難で
あった。このような問題点を解決するために、スリット
光の波長域を予め制限し、光学薄膜フィルタなどを介し
てスリットパターンの光を波長弁別する方策が考えられ
る。

【００１１】しかしながら、このような方策では、試料
６１の表面が「スリット光の波長域と重なる色調」と同
じ場合、試料６１本来の色とスリットパターンとを波長
弁別することができない。以上のような理由から、従来
の立体形状計測用の撮像装置は、周囲をなるべく暗くし
た状態で、高輝度のスリット光を照射することが望まし
く、一般光のもとでは使用できないという問題点があっ
た。

【００１２】そこで、請求項１に記載の発明は、一般光
のもとにおいても立体形状計測用の画像を撮像すること
ができる撮像装置を提供することを目的とする。請求項
２に記載の発明は、請求項１の目的と併せて、立体形状
計測用の画像を連続的に撮像することができる撮像装置
を提供することを目的とする。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１の目的
と併せて、試料側の動きにタイミングを合わせて、立体
形状計測用の画像を撮像する撮像装置を提供することを
目的とする。請求項４に記載の発明は、請求項１の目的
と併せて、スリット光の照射部と画像の撮像部との位置
調整を使用時に簡略化できる撮像装置を提供することを
目的とする。

【００１４】請求項５に記載の発明は、請求項１の目的
と併せて、差異信号（後述）の生成を撮像素子内で完了
することができる撮像装置を提供することを目的とす
る。請求項６に記載の発明は、請求項５の目的と併せ
て、差異信号と画像信号とを同時出力することが可能な
撮像装置を提供することを目的とする。請求項７に記載
の発明は、請求項１の目的と併せて、順次走査方式（走
査行ごとに電荷蓄積期間がずれる走査方式）の撮像部を
使用する場合に適した、スリット光の点滅動作を実行す
る撮像装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】（請求項１）請求項１に
記載の発明は、試料に対しスリット光を照射する照射部
と、スリット光の照射方向とは異なる角度から試料を撮
像し、少なくとも２コマ分の画素出力を生成する撮像部
と、撮像部による「一方のコマ」の撮像時にスリット光
を点灯し、「他方のコマ」の撮像時にスリット光を消灯
する制御手段と、撮像部により撮像された前記２コマの
画素出力について差異をとり、差異信号を生成する比較
部とを備えて、立体形状計測用の撮像装置を構成する。

【００１６】このような構成では、試料を２コマ撮像す
るに際し、一方のコマのみにスリット光が照射される。
そのため、撮像部が生成する２コマの画素出力は、スリ
ットパターンの該当画素において輝度レベルの相異なる
信号となる。比較部は、このような２コマ分の画素出力
を比較することにより、スリットパターンの該当画素を
的確かつ容易に検出することができる。

【００１７】（請求項２）請求項２に記載の発明は、請
求項１に記載の撮像装置において、撮像部は、試料を連
続的に撮像し、制御手段は、撮像部の１コマの撮像動作
ごとに、スリット光の点灯と消灯とを交互に繰り返し、
比較部は、交互に撮像される画素出力の差異をとって、
差異信号を順次生成することを特徴とする。

【００１８】（請求項３）請求項３に記載の発明は、請
求項１または請求項２に記載の撮像装置において、制御
手段は、スリット光の点滅を停止した状態で比較部から
順次出力される差異信号を監視し、該差異信号から試料
の動きあるいは静止を検知すると、スリット光を点滅さ
せることを特徴とする。

【００１９】このような構成では、まず、スリット光の
点滅を停止した状態（常時点灯もしくは常時消灯）で、
差異信号を生成する。この場合の差異信号は、時間軸方
向における試料画像の変化を示す信号である。

【００２０】制御部は、この差異信号を監視することに
より、試料の動きもしくは静止を検知し、スリット光の
点滅を開始する。このスリット光の点滅に伴って、差異
信号は、スリットパターンの抽出画像を含む信号に変化
する。このように、スリット光の点滅動作を停止するこ
とにより、立体形状計測用に用いる差異信号を、試料の
動き検出に流用することが可能となる。さらに、この試
料の動き検出結果に基づいて、立体形状計測用の撮像タ
イミングを的確に決定することも可能となる。

【００２１】（請求項４）請求項４に記載の発明は、請
求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置
において、照射部は、撮像部と同一の筐体内もしくは、
撮像部に脱着可能な筐体内に構成されてなることを特徴
とする。このような構成では、照射部と撮像部とが一体
形状を構成する。したがって、筐体上の配置関係や、筐
体間の装着関係などを予め定めることにより、実使用時
における「照射部と撮像部の位置調整」を大幅に簡略化
することが可能となる。

【００２２】（請求項５）請求項５に記載の発明は、請
求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置
において、撮像部は、マトリックス状に配列され、入射
光に応じた画素出力を生成する複数の受光部と、複数の
受光部の列毎に設けられた複数の垂直読み出し線と、複
数の受光部の特定行を順次に選択しつつ、該特定行の受
光部から過去保持した前コマの画素出力と、該特定行の
受光部から新規に保持した現コマの画素出力とを、垂直
読み出し線へ逐次出力する垂直転送回路とを有して構成
され、比較部は、垂直読み出し線を介して時分割に転送
される前コマの画素出力と現コマの画素出力とを、行単
位に比較して差異信号を生成する回路であり、撮像部の
上記構成と比較部の上記構成とが一つの撮像素子内に構
成されてなることを特徴とする。

【００２３】一般に、撮像素子の外部に比較部を配する
場合、画像信号をＡ／Ｄ変換するための回路や、デジタ
ル画像信号を記憶するためのフレームメモリや、フレー
ムメモリ内の画像信号と最新の画像信号との比較を行う
ための画像処理回路などが必要となる。そのため、装置
の構造が非常に複雑になるという不具合が生じる。

【００２４】その上、Ａ／Ｄ変換する際の標本化タイミ
ングがフレーム間でわずかでもずれた場合、比較すべき
画素位置にズレが生じてしまう。そのため、コマ間で消
去されるべき「画像中のエッジ部分」などが差異信号に
残ってしまうという不具合が生じる。

【００２５】しかしながら、請求項５に記載した発明で
は、垂直読み出し線上に２コマ分の画素出力が行単位で
時分割に出力される。比較部は、これらの２コマ分の画
素出力を順次比較することにより、差異信号を生成す
る。したがって、比較部による差異信号の生成動作は、
撮像素子内で完了する。

【００２６】その結果、上記のような複雑な外部回路が
不要となり、装置の構造を大幅に単純化することができ
る。また、請求項５に記載した発明では、比較部が、垂
直読み出し線上を個別に伝達される画素出力を直に比較
する。したがって、比較すべき画素位置にズレが生じる
おそれはなく、スリットパターンを正確に抽出すること
が可能となる。

【００２７】（請求項６）請求項６に記載の発明は、請
求項５に記載の撮像装置において、垂直読み出し線を介
して時分割に転送される前コマの画素出力もしくは現コ
マの画素出力のどちらか一方を選択的に取り込んで、水
平転送する画像信号出力回路を備えたことを特徴とす
る。

【００２８】このような一連の動作では、画像信号の生
成動作と、差異信号の生成動作とが、垂直読み出し線を
共有しつつ同時並行になされる。したがって、撮像素子
からは、画像信号と差異信号の両方を同時並行に出力す
ることができる。

【００２９】（請求項７）請求項７に記載の発明は、請
求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置
において、上記の制御手段は、「一方のコマ」の転送開
始前の垂直帰線期間内に限定して前記スリット光を点灯
するか、もしくは、「他方のコマ」の転送開始前の垂直
帰線期間内に限定して前記スリット光を消灯することを
特徴とする。

【００３０】ここでは、順次走査方式（走査行ごとに電
荷蓄積期間がずれる走査方式）の撮像部について考え
る。このような撮像部は、電荷蓄積期間が、走査行ごと
にわずかずつずれる。そのため、２コマ撮像する期間内
において、スリット光を点滅した場合、一画面内に次の
ような３種類の走査行（Ａ）〜（Ｃ）が発生する。

【００３１】（Ａ）「一方のコマ」の電荷蓄積期間のみ
スリット光が点灯されたため、「一方のコマ」のみスリ
ット光を撮像する走査行 （Ｂ）「他方のコマ」の電荷蓄積期間のみスリット光が
点灯されたため、「他方のコマ」のみスリット光を撮像
する走査行 （Ｃ）「一方のコマ」および「他方のコマ」の電荷蓄積
期間にまたがってスリット光が点灯されたため、「一方
のコマ」と「他方のコマ」の双方でスリット光を撮像す
る走査行 上記の走査行（Ａ）〜（Ｃ）の内、走査行（Ａ）と走査
行（Ｂ）については、「一方のコマ」と「他方のコマ」
との差異比較により、スリットパターンを容易に抽出す
ることができる。

【００３２】また、残りの走査行（Ｃ）についても、ス
リット光の点灯時間が「一方のコマ」と「他方のコマ」
とである程度異なる場合、両コマの差異比較により、ス
リットパターンを抽出することができる。しかしなが
ら、走査行（Ｃ）において、スリット光の点灯時間が
「一方のコマ」と「他方のコマ」とで拮抗している場
合、両コマの差異比較のみでは、スリットパターンを抽
出することが困難となる。

【００３３】そこで、請求項７の発明では、全ての走査
行において電荷蓄積期間が必ず共通する垂直帰線期間に
着目して、下記の解決策のどちらかを実行する。まず、
第１の解決策では、「一方のコマ」の転送開始前の垂直
帰線期間内に限定してスリット光を点灯する。この場
合、「一方のコマ」の全走査行において、スリット光が
撮像される。また、「他方のコマ」の全走査行におい
て、スリット光が撮像されない。その結果、両コマの差
異比較により、スリットパターンを確実に抽出すること
が可能となる。

【００３４】また、第２の解決策では、「他方のコマ」
の転送開始前の垂直帰線期間内に限定してスリット光を
消灯する。この場合、「一方のコマ」の全走査行におい
て、スリット光が常に点灯される。また、「他方のコ
マ」の全走査行において、垂直帰線期間内の消灯期間の
みスリット光の点灯時間が必ず短くなる。したがって、
スリット光の点灯時間が両コマで拮抗することがなくな
る。その結果、両コマの差異比較に基づいて、スリット
パターンを確実に抽出することが可能となる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を説明する。

【００３６】＜第１の実施形態＞第１の実施形態は、請
求項１〜６に記載の発明に対応する実施形態である。図
１は、第１の実施形態の全体構成を示す図である。図１
において、一般光のもとで、立体形状の計測対象である
試料１１が配置される。この試料１１に撮像光軸を向け
て、立体形状計測用の撮像装置１２が配置される。

【００３７】この立体形状計測用の撮像装置１２の正面
には、撮影光学系１３が装着される。この撮影光学系１
３の結像位置には、撮像素子１４が設けられる。また、
撮像装置１２の正面上部には、スリットプロジェクタ１
５が設けられる。これらの撮像素子１４およびスリット
プロジェクタ１５の動作は、制御部１６によって制御さ
れる。

【００３８】また、撮像素子１４から逐次出力される画
像信号は、画像モニタ１７の画像入力端子に入力され
る。この画像モニタ１７は、制御部１６から出力される
水平垂直の同期信号に同期して、画像信号をモニタ表示
する。一方、撮像素子１４から出力される差異信号は、
制御部１６および演算処理部１８にそれぞれ取り込まれ
る。

【００３９】この演算処理部１８は、差異信号の画素位
置の演算に使用するため、制御部１６から同期信号を取
り込む。また、演算処理部１８は、立体座標の演算に使
用するため、制御部１６からスリット光の照射角データ
を取り込む。さらに、演算処理部１８には、撮影光学系
１３の主点位置Ｈ１，Ｈ２の位置を記憶したメモリ１９
がデータバスを介して接続される。次に、上述した撮像
素子１４の内部構成について、詳細に説明する。

【００４０】（撮像素子１４の回路構成）図２は、撮像
素子１４の内部構成を示す図である。図２において、撮
像素子１４には、単位画素１が、ｎ行ｍ列にマトリック
ス配列される。これらの単位画素１の出力は、垂直列ご
とに共通接続され、ｍ本分の垂直読み出し線２を形成す
る。

【００４１】また、撮像素子１４には、垂直転送のタイ
ミングを決定するための垂直走査回路３が配置される。
この垂直走査回路３からは、１行目の単位画素１に対し
３種類の制御パルスφＴＧ１，φＰＸ１，φＲＧ１がそ
れぞれ供給される。同様にして、残りの２〜ｎ行目の単
位画素１に対しても、垂直走査回路３から出力される３
種類の制御パルスφＴＧ２〜ｎ，φＰＸ２〜ｎ，φＲＧ
２〜ｎがそれぞれ供給される。

【００４２】上記のｍ本分の垂直読み出し線２には、バ
イアス電流を供給するための電流源４と、暗信号除去回
路５（２重サンプリング回路）と、異値検出回路６とが
それぞれ接続される。これらｍ個の暗信号除去回路５の
標本制御端子には、制御パルスφＶが共通に供給され
る。なお、このような制御パルスφＶは、例えば垂直走
査回路３などから出力される。また、ｍ個の暗信号除去
回路５の出力端子はすべて共通接続され、画像信号用の
水平読み出し線７を形成する。この水平読み出し線７上
に出力される画像信号は、ビデオアンプ回路７ａなどを
介して、撮像素子１４の外部へ出力される。

【００４３】また、水平読み出し線７には、リセット用
のＭＯＳスイッチＱＲＳＨが接続される。このＭＯＳス
イッチＱＲＳＨのゲートには、リセット用の制御パルス
φＲＳＨが供給される。このような制御パルスφＲＳＨ
は、例えば水平走査回路８などから出力される。

【００４４】また、撮像素子１４には、水平転送のタイ
ミングを決定するための水平走査回路８が配置される。
この水平走査回路８からは、１列目の暗信号除去回路５
の走査制御端子に対して、制御パルスφＨ１が供給され
る。同様にして、残りの２〜ｍ列目の暗信号除去回路５
の走査制御端子にも、水平走査回路８から出力される制
御パルスφＨ２〜φＨｍがそれぞれ供給される。

【００４５】一方、ｍ個の異値検出回路６の標本制御端
子には、２種類の制御パルスφＳＡ，φＳＢが供給され
る。このような制御パルスφＳＡ，φＳＢは、例えば垂
直走査回路３などから出力される。また、ｍ個の異値検
出回路６の出力端子Ｑ１〜Ｑｍは、シフトレジスタ９の
パラレル入力にそれぞれ接続される。このシフトレジス
タ９には、パラレルデータの取り込みタイミングを決定
するための制御パルスφＬＤと、シリアル転送の転送ク
ロックφＣＫとが入力される。これらのパルスφＬＤ，
φＣＫは、例えば水平走査回路８などから供給される。
また、シフトレジスタ９のシリアル出力は、差異信号と
して撮像素子１４の外部へ出力される。

【００４６】（単位画素１の回路構成）次に、図２に基
づいて、１行１列目に位置する単位画素１について、具
体的な回路構成を説明する。なお、その他の単位画素１
についても、制御パルスの添え字が異なるだけで、１行
１列目の単位画素１と回路構成は同様である。

【００４７】まず、この単位画素１には、ホトダイオー
ドＰＤが配置される。このホトダイオードＰＤのアノー
ドは、電荷転送用のＭＯＳスイッチＱＴを介して、接合
型電界効果トランジスタからなる増幅素子ＱＡのゲート
に接続される。この電荷転送用のＭＯＳスイッチＱＴの
ゲートには、垂直走査回路３から出力される制御パルス
φＴＧ１が供給される。

【００４８】また、増幅素子ＱＡのゲートは、信号電荷
リセット用のＭＯＳスイッチＱＰを介して、一定のリセ
ット電位ＶＲＤに保たれた配線層に接続される。このＭ
ＯＳスイッチＱＰのゲートには、垂直走査回路３から出
力される制御パルスφＲＧ１が供給される。一方、この
増幅素子ＱＡのソースは、垂直転送用のＭＯＳスイッチ
ＱＸを介して垂直読み出し線２に接続される。このＭＯ
ＳスイッチＱＸのゲートには、垂直走査回路３から出力
される制御パルスφＰＸ１が供給される。

【００４９】（暗信号除去回路５の回路構成）次に、図
２に基づいて、１列目の垂直読み出し線２に設けられた
暗信号除去回路５について、具体的な回路構成を説明す
る。なお、２列目以降の暗信号除去回路５についても、
制御パルスの添え字が一部異なるだけで、１列目の暗信
号除去回路５と回路構成は同様である。

【００５０】まず、垂直読み出し線２に対し、暗信号を
保持するためのコンデンサＣＶの一端が接続される。こ
のコンデンサＣＶの他端には、接地電位などの一定電位
を与えるためのＭＯＳスイッチＱＶと、水平転送用のＭ
ＯＳスイッチＱＨとが接続される。このＭＯＳスイッチ
ＱＨの反対側は、水平読み出し線７に接続される。ここ
で、ＭＯＳスイッチＱＶのゲートには、制御パルスφＶ
が供給される。また、ＭＯＳスイッチＱＨのゲートに
は、水平走査回路８から出力される制御パルスφＨ１が
供給される。

【００５１】（異値検出回路６の回路構成）次に、図３
に基づいて、垂直読み出し線２の１列目に設けられた異
値検出回路６について、具体的な回路構成を説明する。
なお、２列目以降の異値検出回路６についても、出力信
号の添え字が異なるだけで、１列目の異値検出回路６と
回路構成は同様である。

【００５２】まず、垂直読み出し線２に対し、２つのコ
ンデンサＣＣＡ，ＣＣＢの一端側がそれぞれ接続され
る。このコンデンサＣＣＡの他端側は、第１のインバー
タＩＮＶ１の入力端子に接続され、入力成分の差分が伝
達される。さらに、第１のインバータＩＮＶ１の入力端
子には、ＭＯＳスイッチＱＢ１を介して、閾値を決定す
るための電圧ＶＲ１（＝ＶＴ−Ｖｔｈ）が供給される。
このＭＯＳスイッチＱＢ１のゲートには、制御パルスφ
ＳＡが供給される。

【００５３】なお、ここでの電圧ＶＴは、インバータＩ
ＮＶ１，ＩＮＶ２の閾値電圧に相当する電圧である。ま
た、電圧Ｖｔｈは、画素出力間の差異が有意なものか否
かを決定する際の閾値に相当する電圧である。このよう
な第１のインバータＩＮＶ１の出力端子は第３のインバ
ータＩＮＶ３の入力端子に接続される。この第３のイン
バータＩＮＶ３の出力端子と、第１のインバータＩＮＶ
１の入力端子との間には、正帰還ループを断続するＭＯ
ＳスイッチＱＢ３が介在する。このＭＯＳスイッチＱＢ
３のゲートには、制御パルスφＳＢが供給される。

【００５４】一方、コンデンサＣＣＢの他端側は、第２
のインバータＩＮＶ２の入力端子に接続され、入力成分
の差分が伝達される。さらに、第２のインバータＩＮＶ
２の入力端子には、ＭＯＳスイッチＱＢ２を介して、閾
値を決定するための電圧ＶＲ２（＝ＶＴ＋Ｖｔｈ）が供
給される。このＭＯＳスイッチＱＢ２のゲートには、制
御パルスφＳＡが供給される。

【００５５】このような第２のインバータＩＮＶ２の出
力端子は第４のインバータＩＮＶ４の入力端子に接続さ
れる。この第４のインバータＩＮＶ４の出力端子と、第
２のインバータＩＮＶ２の入力端子との間には、正帰還
ループを断続するＭＯＳスイッチＱＢ４が介在する。こ
のＭＯＳスイッチＱＢ４のゲートには、制御パルスφＳ
Ｂが供給される。

【００５６】このように接続された第４のインバータＩ
ＮＶ４の出力は、ＮＡＮＤ回路ＮＡの一方の入力端子に
入力される。また、第３のインバータＩＮＶ３の出力
は、第５のインバータＩＮＶ５を介して反転された後、
ＮＡＮＤ回路ＮＡの他方の入力端子に入力される。この
ＮＡＮＤ回路ＮＡの出力は、シフトレジスタ９のパラレ
ル入力端子Ｑ１に供給される。

【００５７】（本発明と第１の実施形態との対応関係）
ここで、本発明と第１の実施形態との対応関係について
説明する。まず、請求項１〜４に記載の発明と第１の実
施形態との対応関係については、照射部はスリットプロ
ジェクタ１５に対応し、撮像部は撮像素子１４の「光像
を光電変換して画素出力を生成する機能」に対応し、制
御手段は制御部１６に対応し、比較部は撮像素子１４の
「画素出力間の差異比較に基づき差異信号を生成する機
能」に対応する。

【００５８】また、請求項５に記載の発明と第１の実施
形態との対応関係については、受光部はホトダイオード
ＰＤに対応し、垂直読み出し線は垂直読み出し線２に対
応し、垂直転送回路は「垂直走査回路３，増幅素子Ｑ
Ａ，垂直転送用のＭＯＳスイッチＱＸ，電荷転送用のＭ
ＯＳスイッチＱＴおよび信号電荷リセット用のＭＯＳス
イッチＱＰ」に対応し、比較部は異値検出回路６および
シフトレジスタ９に対応する。請求項６に記載の発明と
第１の実施形態との対応関係については、画像信号出力
回路が、暗信号除去回路５，水平読み出し線７および水
平走査回路８に対応する。

【００５９】（撮像素子１４の動作説明）以下、第１の
実施形態に関する動作全体の説明に先だち、撮像素子１
４の動作を予め説明する。図４は、撮像素子１４におけ
る信号電荷の垂直転送動作を説明する図である。なお、
本図では、ｉ行目の垂直転送動作について示す。

【００６０】まず、図４に示す期間ｔ１０のタイミング
において、垂直走査回路３は、制御パルスφＳＢをロー
レベルに立ち下げる。その結果、異値検出回路６内のＭ
ＯＳスイッチＱＢ３，ＱＢ４が遮断され、コンデンサＣ
ＣＡ，ＣＣＢの他端側がフローティング状態に設定され
る。

【００６１】次に、図４に示す期間ｔ１１のタイミング
において、垂直走査回路３は、制御パルスφＰＸｉをロ
ーレベルに保持し、かつ制御パルスφＳＡをハイレベル
に立ち上げる。この制御パルスφＰＸｉの立ち下げによ
り、ｉ行目のＭＯＳスイッチＱＸが導通する。

【００６２】このとき、増幅素子ＱＡのゲート領域に
は、前回のフレーム読み出しに際して蓄積された信号電
荷が保持されている。したがって、増幅素子ＱＡからな
るソースホロワ回路は、この前フレームｉ行目に相当す
る画素出力Ｖold を垂直読み出し線２上に出力する。

【００６３】一方このとき、異値検出回路６側では、制
御パルスφＳＡの立ち上げにより、ＭＯＳスイッチＱＢ
１，ＱＢ２が導通する。その結果、コンデンサＣＣＡ，
ＣＣＢを通る充電経路がそれぞれ形成される。

【００６４】その結果、コンデンサＣＣＡの両端には、
（Ｖold−ＶＴ＋Ｖｔｈ）の電圧が充電される。一方、
コンデンサＣＣＢの両端には、（Ｖold−ＶＴ−Ｖｔ
ｈ）の電圧が充電される。

【００６５】この期間ｔ１１の終了間際に、制御パルス
φＳＡが立ち下げられる。そのため、コンデンサＣＣ
Ａ，ＣＣＢの他端側は再びフローティング状態となる。
その結果、上記の電圧は、コンデンサＣＣＡ，ＣＣＢの
両端電圧として保持される。次に、図４に示す期間ｔ１
２のタイミングにおいて、垂直走査回路３は、制御パル
スφＲＧｉをローレベルに立ち下げる。すると、ｉ行目
の単位画素１では、ＭＯＳスイッチＱＰが導通し、増幅
素子ＱＡのゲート領域に保持されていた前フレームの信
号電荷が排出される。その結果、ゲート領域は、配線層
を介してリセット電圧ＶＲＤに初期化される。

【００６６】この期間ｔ１２の終了間際、制御パルスφ
ＲＧｉがハイレベルに戻される。その結果、ＭＯＳスイ
ッチＱＰが遮断され、増幅素子ＱＡのゲート領域はフロ
ーティング状態のまま、リセット時の電圧を保持する。
続く期間ｔ１３のタイミングにおいても、制御パルスφ
ＰＸｉは依然ローレベルに維持される。そのため、垂直
読み出し線２には、増幅素子ＱＡのソースホロワ回路を
介して暗信号Ｖｄが出力される。このときの暗信号Ｖｄ
は、リセット動作時のリセット雑音（いわゆるｋＴＣ雑
音）や、固定パターン雑音の主原因である「増幅素子Ｑ
Ａのゲート−ソース間の電圧バラツキ」などを含んだ雑
音信号である。

【００６７】一方、この期間ｔ１３において、制御パル
スφＶがハイレベルに立ち上げられる。暗信号除去回路
５側では、制御パルスφＶの立ち上げにより、ＭＯＳス
イッチＱＶが導通する。その結果、コンデンサＣＶを通
る充電経路が形成され、ｉ行目の暗信号Ｖｄは、暗信号
除去回路５内のコンデンサＣＶに充電される。

【００６８】この期間ｔ１３の終了間際に、制御パルス
φＶが立ち下げられる。そのため、コンデンサＣＶの一
端は再びフローティング状態となり、ｉ行目の暗信号Ｖ
ｄは、コンデンサＣＶ群の両端電圧として保持される。
次に、図４に示す期間ｔ１４のタイミングにおいて、制
御パルスφＴＧｉがローレベルに立ち下げられる。する
と、ｉ行目の単位画素１において、ＭＯＳスイッチＱＴ
が導通し、ｉ行目のホトダイオードＰＤに蓄積された現
フレームの信号電荷が、増幅素子ＱＡのゲート領域に転
送される。

【００６９】この期間ｔ１４の終了間際、制御パルスφ
ＴＧｉがハイレベルに戻される。その結果、ＭＯＳスイ
ッチＱＴが遮断され、増幅素子ＱＡのゲート領域はフロ
ーティング状態のまま、転送された信号電荷に応じて電
位が上昇した状態を保持する。続く期間ｔ１５のタイミ
ングにおいても、制御パルスφＰＸｉは依然ローレベル
である。そのため、垂直読み出し線２からは、増幅素子
ＱＡのソースホロワ回路を介して現フレームかつｉ行目
の画素出力Ｖnow が新たに出力される。

【００７０】この期間ｔ１５において、暗信号除去回路
５側のコンデンサＣＶの他端側には、現フレームかつｉ
行目の画素出力Ｖnow から、ｉ行目の暗信号分Ｖｄを減
じた電圧が現れる。この電圧は、暗信号成分が取り除か
れた「現フレームの画素出力」である。

【００７１】また一方、この期間ｔ１５において、異値
検出回路６側のコンデンサＣＣＡの他端側には、（Ｖno
w −Ｖold ＋ＶＴ−Ｖｔｈ）の電圧が現れる。また、コ
ンデンサＣＣＢの他端側には、（Ｖnow −Ｖold ＋Ｖ
Ｔ＋Ｖｔｈ）の電圧が現れる。これらの電圧は、インバ
ータＩＮＶ１，ＩＮＶ２を介して、閾値電圧ＶＴを境に
反転される。

【００７２】以上のような電圧関係により、フレーム間
の画素出力差（Ｖnow−Ｖold）がＶｔｈを上回ると、イ
ンバータＩＮＶ１はローレベルを出力する。一方、フレ
ーム間の画素出力差（Ｖnow−Ｖold）がＶｔｈを下回る
と、インバータＩＮＶ１はハイレベルを出力する。

【００７３】また、フレーム間の画素出力差（Ｖnow−
Ｖold）が（−Ｖｔｈ）を上回ると、インバータＩＮＶ
２はローレベルを出力する。一方、フレーム間の画素出
力差（Ｖnow−Ｖold）が（−Ｖｔｈ）を下回ると、イン
バータＩＮＶ２はハイレベルを出力する。

【００７４】これらの論理出力は、インバータＩＮＶ３
〜５を介した後、ＮＡＮＤ回路ＮＡにそれぞれ入力され
る。その結果、ＮＡＮＤ回路ＮＡからは、フレーム間の
画素出力差（Ｖnow−Ｖold）の値が（−Ｖｔｈ）〜Ｖｔ
ｈの許容範囲内にある場合、ローレベルが出力される。
また、フレーム間の画素出力差（Ｖnow−Ｖold）の値が
（−Ｖｔｈ）〜Ｖｔｈの許容範囲外にある場合、ハイレ
ベルが出力される。このような動作により、ＮＡＮＤ回
路ＮＡからは、フレーム間の画素出力が許容範囲内で一
致しているか否かを、「０」／「１」の値で示す２値化
信号が出力される。

【００７５】このような期間ｔ１５の状態において、制
御パルスφＬＤがハイレベルに立ち上げられる。その結
果、ｍ個のＮＡＮＤ回路ＮＡからそれぞれに出力される
２値化信号は、シフトレジスタ９のパラレル入力端子Ｑ
１〜Ｑｍから一括して取り込まれ、シフトレジスタ９の
内部値Ｄ１〜Ｄｍとしてそれぞれ保持される。

【００７６】次に、期間ｔ１６のタイミングにおいて、
制御パルスφＳＢを立ち上げることにより、ＭＯＳスイ
ッチＱＢ３，ＱＢ４が導通する。その結果、インバータ
ＩＮＶ３，ＩＮＶ４を介してコンデンサＣＣＡ，ＣＣＢ
が正帰還方向に再充電され、ＮＡＮＤ回路ＮＡの出力が
安定化される。

【００７７】図５は、この期間ｔ１６における水平転送
の駆動タイミングを説明する図である。まず、期間ｔ１
６のタイミングにおいて、水平走査回路８は、制御パル
スφＨ１〜φＨｍを立ち代わりハイレベルに順次設定す
る。

【００７８】そのため、ｍ列分のコンデンサＣＶの一端
側は、１〜ｍ列の順番で水平読み出し線７に接続され
る。その結果、水平読み出し線７上には、現フレームか
つｉ行目の画像信号が順次に出力される。なお、制御パ
ルスφＨ１〜φＨｍをハイレベルに設定する合間に、φ
ＲＳＨがハイレベルに一時設定される。このような動作
により、水平読み出し線７上の残留電荷が、ＭＯＳスイ
ッチＱＲＳＨを介して毎回排出される。そのため、水平
転送される画像信号に余分な残留電荷が混じることがな
い。なお、このようなＭＯＳスイッチＱＲＳＨのリセッ
ト動作により、出力される画像信号は間欠的な信号とな
る。そこで場合によっては、ビデオアンプ回路７ａなど
において零次ホールド動作などを実行してもよい。

【００７９】また一方、この期間ｔ１６のタイミングに
おいて、シフトレジスタ９に転送パルスφＣＫが順次与
えられる。この転送パルスφＣＫの立ち上がりに同期し
て、シフトレジスタ９のシリアル出力からは、内部値Ｄ
１〜Ｄｍが差異信号として順次に出力される。

【００８０】以上説明したような一連の信号読み出し処
理を、各水平行について繰り返すことにより、水平読み
出し線７からは、最新の画像信号がフレーム単位で順次
出力され、シフトレジスタ９からは差異信号が順次出力
される。なお、このとき出力される画像信号は、上述し
た画像モニタ１７へ出力される。この画像モニタ１７
は、制御部１６からの同期信号に同期して、画像信号の
モニタ表示を行う。このモニタ表示に基づいて、立体形
状計測の担当者は、試料１１の外観映像を常時確認する
ことができる。

【００８１】（第１の実施形態の全体動作）図６は、第
１の実施形態の全体動作を説明するための流れ図であ
る。以下、図６の各動作ステップに沿って、第１の実施
形態における全体動作を説明する。

【００８２】まず最初に、制御部１６は、スリットプロ
ジェクタ１５を消灯状態に初期設定し、撮像素子１４に
対して連続的な撮像動作を指示する（図６Ｓ１）。この
状態では、試料１１にスリット光が照射されないため、
撮像素子１４は、上述した撮像動作を一般光のもとで行
う。そのため、撮像素子１４から出力される差異信号
は、試料１１の画像にフレーム間差が生じたか否かを、
画素単位に示す二値化信号となる。

【００８３】ここで、制御部１６は、この差異信号を順
次取り込み、１フレーム分の差異信号中に現れる「１」
の数を逐一計数する。制御部１６は、このような「１」
の出現数に基づいて、試料１１の変化（動き）の度合い
を判定する（図６Ｓ２）。ここで、「１」の出現数が所
定数（例えば、全画素数の１０％）未満の場合、制御部
１６は、現フレームにおいて試料１１に有意な変化が生
じていないと判断してステップＳ２に戻り、次フレーム
についての変化判定を引き続いて実行する。

【００８４】一方、このような変化判定の期間中に、
「１」の出現数が所定数を越えた場合、制御部１６は、
試料１１に有意な変化（動き）が生じたと判断し、ステ
ップＳ３以降に示す立体形状計測用の動作を開始する。
まず、制御部１６は、奇数フレームの電荷蓄積にタイミ
ングを合わせて、スリットプロジェクタ１５を消灯す
る。一方、制御部１６は、偶数フレームの電荷蓄積にタ
イミングを合わせて、スリットプロジェクタ１５を点灯
する（図６Ｓ３）。

【００８５】なお、ここでは順次走査方式の撮像素子１
４を使用しているため、偶数フレームの転送開始前の垂
直帰線期間内に限定して、スリットプロジェクタ１５を
点灯する。また、このような電荷蓄積動作と点滅動作と
の具体的な同期方法については、例えば、次のような方
法（Ａ），（Ｂ）がある。

【００８６】（Ａ）制御部１６が、スリットプロジェク
タ１５の点滅タイミングを一意に決定する。この点滅タ
イミングに合わせて、制御部１６が撮像素子１４内の垂
直走査回路３を制御して、電荷蓄積動作を同期させる。

【００８７】（Ｂ）撮像素子１４には自走式の撮像動作
を実行させる。その上で、制御部１６は、撮像素子１４
から出力される画像信号もしくは差異信号もしくはタイ
ミング信号などを取り込む。制御部１６は、このような
信号（例えば、垂直同期信号）から電荷蓄積動作の位相
タイミングを判断して、点滅動作を同期させる。

【００８８】このような電荷蓄積動作と点滅動作との同
期により、奇数フレームの電荷蓄積中、撮像素子１４の
受光面には、一般光で照らし出された試料画像が形成さ
れる。一方、偶数フレームの電荷蓄積中、撮像素子１４
の受光面には、図７（ａ）に示すように、試料画像とス
リットパターンとを足し合わせた画像が形成される。

【００８９】その結果、撮像素子１４から出力される奇
数フレームの画像信号は、図７（ｂ）に示すように、ス
リットパターンを含まない画像信号となる。また、偶数
フレームの画像信号は、図７（ｃ）に示すように、スリ
ットパターンを含んだ画像信号となる。

【００９０】これらの両画像信号間のフレーム間差（絶
対値）は、図７（ｄ）に示すような信号となる。撮像素
子１４内の異値検出回路６では、このフレーム間差が閾
値Ｖｔｈ以上か否かを二値判定して、差異信号を生成す
る。そのため、撮像素子１４から出力される差異信号
は、図７（ｅ）に示すようなスリットパターンを抽出し
た２値化信号となる。

【００９１】ここで、演算処理部１８は、この差異信号
を取り込みつつ、スリットパターンの立体座標を算出す
る（図６Ｓ４）。図８は、このような立体座標の算出原
理を説明する図である。

【００９２】まず、演算処理部１８は、差異信号中から
「１」を示す画素位置（例えば、図８中のＡ）を検出す
る。演算処理部１８は、この画素位置Ａを始点とし、か
つ撮影光学系１３の後側主点Ｈ１を終点とするベクトル
を求める。さらに、演算処理部１８は、このベクトルの
始点を前側主点Ｈ２に平行移動して、画素位置Ａにおけ
る視線ベクトルＣを求める。

【００９３】また一方、演算処理部１８は、制御部１６
からスリットプロジェクタ１５の照射角データを取得
し、スリット光のビーム面Ｚを求める。次に、演算処理
部１８は、このビーム面Ｚと視線ベクトルＣとの交点Ｂ
について立体座標値を求める。このように求めた交点Ｂ
の立体座標値は、スリットパターン上の一点（すなわ
ち、試料１１表面の一点）の立体座標値に相当する。

【００９４】演算処理部１８は、以上のような演算処理
をパイプライン処理で高速実行することにより、スリッ
トパターン上の各点の立体座標を全て算出する。演算処
理部１８は、このように求めたスリットパターン１ライ
ン分の立体座標を外部へ順次出力する（図６Ｓ５）。

【００９５】このようなスリットパターンの座標算出を
完了した後に、制御部１６は、スリット光の走査が完了
したか否かを判定する（図６Ｓ６）。ここで、スリット
光の走査がまだ完了していない場合（図６Ｓ６のＮＯ
側）、制御部１６は、撮像素子１４の電荷蓄積の切り替
え時点に合わせて、スリット光の照射角を所定の走査角
度だけずらす（図６Ｓ７）。

【００９６】このような照射角の変更により、スリット
パターンの位置はわずかにずれる。この状態で、制御部
１６は、ステップＳ３に動作を戻し、上述した立体形状
計測用の撮像動作を再び繰り返す。

【００９７】一方、スリット光の走査が完了した場合
（図６Ｓ６のＹＥＳ側）、制御部１６は、スリットプロ
ジェクタ１５を消灯して、立体形状計測用の撮像動作を
一旦停止する（図６Ｓ８）。この状態で、制御部１６
は、ステップＳ２に動作を戻し、試料１１に再び変化が
生じるまで待機する。

【００９８】（第１の実施形態の効果など）以上説明し
たような動作により、第１の実施形態では、スリット光
の点滅に合わせて撮像された２フレーム分の画素出力を
比較することにより、スリットパターンを抽出する。こ
のとき、一般光による試料画像は、画素出力の差異比較
に伴って消去される。したがって、一般光のもとにおい
ても、スリットパターンを確実に抽出することが可能と
なる。

【００９９】また、第１の実施形態では、スリット光を
消灯した状態で差異信号を求め、この差異信号に基づい
て試料１１の動体検出を行う。そのため、試料１１にあ
る程度の変化が生じるたびに、立体形状計測用の撮像を
タイミングよく実行することができる。また、試料１１
に変化が現れない期間中は、スリット光を消灯するの
で、スリットプロジェクタ１５の消費電力を大幅に削減
することもできる。

【０１００】さらに、第１の実施形態では、スリットプ
ロジェクタ１５と撮像素子１４とが一体に構成される。
したがって、互いの位置調整を省略することが可能とな
る。また、第１の実施形態では、撮像素子１４内部で、
差異信号の生成動作を完了することができる。したがっ
て、差異信号を生成するための外部回路が一切不要とな
り、立体形状計測用の撮像装置１２の小型化および低コ
スト化を容易に実現することができる。

【０１０１】さらに、第１の実施形態では、撮像素子１
４が、画像信号と差異信号とを同時並行に出力する。こ
のような同時出力により、試料１１の外観映像などを確
認することが可能となる。次に、別の実施形態について
説明する。

【０１０２】＜第２の実施形態＞第２の実施形態は、請
求項１〜６に対応した実施形態である。なお、第２の実
施形態の構造は、制御部１６の内部プログラミングを除
いて、第１の実施形態（図１〜３）と同一なので、ここ
での説明を省略する。

【０１０３】図９は、第２の実施形態の動作を説明する
流れ図である。第２の実施形態では、制御部１６が、ス
リットプロジェクタ１５を消灯した状態で、撮像素子１
４に撮像動作を指示する（図９Ｓ１）。制御部１６は、
撮像素子１４からの差異信号に基づいて、試料１１の静
止状態を確認した上で、ステップＳ３以降の立体形状計
測用の撮像動作を開始する（図９Ｓ２′）。

【０１０４】まず、制御部１６は、１フレームおきにス
リットプロジェクタ１５を点滅させる（図９Ｓ３）。な
お、ここでは順次走査方式の撮像素子１４を使用してい
るため、偶数フレームの転送開始前の垂直帰線期間内に
限定して、スリットプロジェクタ１５を点灯する。

【０１０５】この状態で、演算処理部１８は、差異信号
に基づいて、スリットパターンの立体座標を算出する
（図９Ｓ４）。演算処理部１８は、このように求めた立
体座標を外部へ順次出力する（図９Ｓ５）。

【０１０６】このような演算処理の完了後、スリット光
の走査がまだ完了していない場合（図９Ｓ６のＮＯ
側）、制御部１６は、スリットプロジェクタ１５の照射
角を所定の走査角度だけずらし（図９Ｓ７）、ステップ
Ｓ３に動作を戻す。

【０１０７】一方、スリット光の走査が完了した場合
（図９Ｓ６のＹＥＳ側）、制御部１６は、スリットプロ
ジェクタ１５を消灯した後（図９Ｓ８）、ステップＳ
２′に動作を戻す。以上のような動作により、第２の実
施形態では、試料１１の一時停止にタイミングを合わせ
て、立体形状計測用の撮像動作を実行することができ
る。また、試料１１の移動中などはスリット光を消灯す
るので、スリットプロジェクタ１５の消費電力を大幅に
削減することもできる。

【０１０８】なお、上述した第１および第２の実施形態
では、スリット光を走査移動する場合について述べた
が、これに限定されるものではない。例えば、スリット
パターン１本分を抽出すれば足りるような場合は、スリ
ット光を走査移動しなくてもかまわない。また、スリッ
ト光を走査移動する代わりに、複数本のスリット光を同
時照射したり、試料１１側を走査移動してもかまわな
い。

【０１０９】また、上述した第１および第２の実施形態
では、スリット光の点灯期間を垂直帰線期間内に限定し
ているが、これに限定されるものではない。例えば、１
フレームおきの垂直帰線期間内に限定して、スリット光
を消灯しても、全走査行についてスリットパターンを確
実に抽出することができる。また、一部の走査行につい
てスリットパターンを抽出すればよい場合は、スリット
光の点灯期間もしくは消灯期間を垂直帰線期間内に限定
する必要はなくなる。さらに、一括走査方式（信号電荷
を垂直ＣＣＤなどに一括転送することにより、全ての走
査行における電荷蓄積期間が一致する転送方式）の撮像
部を使用する場合は、電荷蓄積期間に同期して、スリッ
ト光の点灯／消灯を単に切り替えればよい。

【０１１０】さらに、上述した第１および第２の実施形
態では、試料の動きを検出することにより撮像タイミン
グを自動決定しているが、これに限定されるものではな
い。例えば、マニュアル操作に応じて撮像タイミングを
決定してもよい。また、外部からのトリガ入力に応じて
撮像タイミングを決定してもよい。

【０１１１】また、上述した第１および第２の実施形態
では、増幅素子ＱＡとして接合型電界効果トランジスタ
を使用しているが、この構成に特に限定されるものでは
ない。一般的には、増幅機能を有する素子を増幅素子Ｑ
Ａとして使用することができる。例えば、増幅素子ＱＡ
としてＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタや
ＣＭＤなどを使用してもよいし、これらの素子を混在使
用した機能素子を使用しても良い。また、これらの増幅
素子のゲートやベースに発生する寄生容量に信号電荷を
保持してもよいし、これら増幅素子のゲートやベースに
信号電荷を保持するためのコンデンサなどを補助的に設
けてもよい。

【０１１２】さらに、上述した第１および第２の実施形
態では、垂直転送用のＭＯＳスイッチＱＸを用いて増幅
素子ＱＡと垂直読み出し線２との接続／分離を制御して
いるが、これに限定されるものではない。例えば、増幅
素子のゲートやベースに信号電荷を蓄積するためのコン
デンサを設け、このコンデンサの他端側の電圧を上下さ
せることにより、増幅素子と垂直読み出し線との接続・
分離を制御してもよい。

【０１１３】また、上述した第１および第２の実施形態
では、ホトダイオードＰＤで生じた信号電荷を、増幅素
子の制御領域に直接転送する場合を説明したが、本発明
はこれに限定されるものではない。例えば、信号電荷を
拡散領域に一旦転送し保持した後、その拡散領域の電位
を信号線を介してＭＯＳトランジスタのゲートで検出し
てもよい。このような画素の例としては、例えば、文献
『Active Pixel Sensors:Are CCD's Dinosaurs?』,Foss
um E.R.,Proceeding of SPIE: Charge-CoupledDevice a
nd Solid State Optical SensorsIII、Vol.1900,pp2-14
(1993)に記されたものがある。

【０１１４】

【発明の効果】（請求項１）請求項１に記載の発明で
は、スリット光の点滅に合わせて撮像された２コマ分の
画素出力を比較して、スリットパターンの画像を抽出す
る。このとき、一般光による試料画像は、画素出力の差
異比較に伴って消去される。したがって、一般光のもと
においても、スリットパターンの画像を確実に抽出する
ことができる。

【０１１５】（請求項２）請求項２に記載の発明では、
スリット光の点滅を繰り返しつつ、撮像部から出力され
る画素出力の差異を交互にとる。このような動作によ
り、スリットパターンを連続的に抽出することが可能と
なる。

【０１１６】（請求項３）請求項３に記載の発明では、
スリット光の点滅を停止状態にして、試料画像の変化を
示す差異信号を生成する。このような動作により、立体
形状計測用の差異信号を、試料の動き検出に有効利用す
ることが可能となる。したがって、試料の動きを検出す
るような場合、動き検出専用の構成を別途設ける必要が
なく、装置の小型化および低コスト化を図ることができ
る。

【０１１７】また、請求項３に記載の発明では、上記の
ような試料の動き検出を行うことにより、「立体形状計
測に適したスリットパターン」の撮像タイミングを的確
に決定することができる。さらに、請求項３に記載の発
明では、上記のように決定した撮像タイミングに合わせ
て、スリット光の点滅を実行する。その結果、無用な期
間の点滅動作を省くことができ、照射部などの消費電力
を効率よく削減することができる。

【０１１８】（請求項４）請求項４に記載の発明では、
照射部と撮像部とが一体形状を構成する。したがって、
実際の撮像時に当たっては、照射部と撮像部との位置調
整を大幅に省くことができる。

【０１１９】このように位置調整の手間がかからず、さ
らに、一般光のもとで撮像可能であるため、請求項４に
記載の発明では、「いつでもどこでも立体形状計測用の
撮像を容易に実行できる撮像装置」を実現することが可
能となる。

【０１２０】（請求項５）請求項５に記載の発明では、
垂直読み出し線上に２コマの画素出力を行単位で時分割
に出力し、これらの画素出力を比較して差異信号を生成
する。したがって、比較部による差異信号の生成動作
を、撮像素子内でひととおり完了することができる。

【０１２１】このように撮像素子内で差異信号の生成が
完了するため、差異信号を生成するための外部回路など
が不要となり、装置の小型化および低コスト化を大幅に
図ることが可能となる。特に、このような構成では、垂
直読み出し線上を伝達する画素出力を直に比較する。こ
のとき、比較すべき画素位置にズレを生じるおそれはな
い。したがって、比較すべき画素位置のズレのために
「試料画像中のエッジ部」をスリットパターンと誤って
検出するなどの不具合が生じず、スリットパターン抽出
の信頼性を一段と高めることができる。

【０１２２】（請求項６）請求項６に記載の発明は、垂
直読み出し線上を時分割転送される画素出力のどちらか
一方を選択的に出力することにより、画像信号を生成す
る。このような画像信号の生成動作は、垂直読み出し線
を共有しつつなされるため、差異信号の生成動作を妨げ
ることがない。したがって、画像信号と差異信号とを撮
像素子から同時出力することが可能となる。このような
画像信号と差異信号の同時出力を利用することにより、
差異信号から求めた立体座標に、画像信号をテクスチャ
マッピングするなど、本撮像装置の応用範囲を格段に広
げることが可能となる。

【０１２３】（請求項７）請求項７に記載の発明では、
２コマ分の撮像に際し、どちらか一方の垂直帰線期間内
に限定して、スリット光の点灯もしくは消灯を実施す
る。

【０１２４】その結果、順次走査方式の撮像部を使用し
た場合においても、スリット光の点灯期間は２コマ間で
確実に異なる。したがって、両コマの差異比較に基づい
て、スリットパターンを確実かつ容易に抽出することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の全体構成を示す図である。

【図２】撮像素子１４の回路構成を示す図である。

【図３】異値検出回路６の回路構成を示す図である。

【図４】撮像素子１４の垂直転送動作を説明する図であ
る。

【図５】撮像素子１４の水平転送動作を説明する図であ
る。

【図６】第１の実施形態の動作を説明する流れ図であ
る。

【図７】差異信号の生成過程を説明する図である。

【図８】立体座標の算出原理を説明する図である。

【図９】第２の実施形態の動作を説明する流れ図であ
る。

【図１０】従来の立体形状計測用の撮像装置を示す概念
図である。

【図１１】従来におけるスリットパターンの抽出過程を
示す図である。

【符号の説明】

１ 単位画素 ２ 垂直読み出し線 ３ 垂直走査回路 ４ 電流源 ５ 暗信号除去回路 ６ 異値検出回路 ７ 水平読み出し線 ７ａ ビデオアンプ回路 ８ 水平走査回路 ９ シフトレジスタ １１ 試料 １２ 立体形状計測用の撮像装置 １３ 撮影光学系 １４ 撮像素子 １５ スリットプロジェクタ １６ 制御部 １７ 画像モニタ １８ 演算処理部 １９ メモリ ＣＣＡ，ＣＣＢ コンデンサ ＱＨ 水平転送用のＭＯＳスイッチ ＱＶ 一定電位を与えるためのＭＯＳスイッチ ＣＶ 暗信号を保持するためのコンデンサ ＱＸ 垂直転送用のＭＯＳスイッチ ＱＰ 信号電荷リセット用のＭＯＳスイッチ ＱＡ 増幅素子 ＱＴ 電荷転送用のＭＯＳスイッチ ＰＤ ホトダイオード ＱＲＳＨ リセット用のＭＯＳスイッチ ６１ 試料 ６２ 電子カメラ ６３ スリットプロジェクタ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料に対しスリット光を照射する照射部
   と、 前記スリット光の照射方向とは異なる角度から前記試料
   を撮像し、少なくとも２コマ分の画素出力を生成する撮
   像部と、 前記撮像部における「一方のコマ」の撮像時に前記スリ
   ット光を点灯し、「他方のコマ」の撮像時に前記スリッ
   ト光を消灯する制御手段と、 前記撮像部により撮像された前記２コマ分の画素出力に
   ついて差異をとり、差異信号を生成する比較部とを備え
   たことを特徴とする立体形状計測用の撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の撮像装置において、 前記撮像部は、前記試料を連続的に撮像し、 前記制御手段は、前記撮像部の１コマの撮像動作ごと
   に、前記スリット光の点灯と消灯とを交互に行い、 前記比較部は、交互に撮像される画素出力の差異をとっ
   て、差異信号を順次生成することを特徴とする立体形状
   計測用の撮像装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の撮像装
   置において、 前記制御手段は、前記スリット光の点滅を停止した状態
   で前記比較部から順次出力される差異信号を監視し、該
   差異信号から前記試料の動きあるいは静止を検知する
   と、前記スリット光を点滅させることを特徴とする立体
   形状計測用の撮像装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
   に記載の撮像装置において、 前記照射部は、前記撮像部と同一の筐体内もしくは、前
   記撮像部に脱着可能な筐体内に構成されてなることを特
   徴とする立体形状計測用の撮像装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
   に記載の撮像装置において、 前記撮像部は、 マトリックス状に配列され、入射光に応じて画素出力を
   生成する複数の受光部と、 前記複数の受光部の列毎に設けられた複数の垂直読み出
   し線と、 前記複数の受光部の特定行を順次に選択しつつ、選択さ
   れた該特定行の受光部から過去保持した前コマの画素出
   力と、該特定行の受光部から新規に保持した現コマの画
   素出力とを、前記垂直読み出し線へ逐次出力する垂直転
   送回路とを有して構成され、 前記比較部は、 前記垂直読み出し線を介して時分割に転送される前コマ
   の画素出力と現コマの画素出力とを、行単位に比較して
   差異信号を生成する回路であり、 前記撮像部の上記構成と前記比較部の上記構成とが一つ
   の撮像素子内に構成されてなることを特徴とする立体形
   状計測用の撮像装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の撮像装置において、 前記垂直読み出し線を介して時分割に転送される前コマ
   の画素出力もしくは現コマの画素出力のどちらか一方を
   選択的に取り込んで、水平転送する画像信号出力回路を
   備えたことを特徴とする立体形状計測用の撮像装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれか１項
   に記載の撮像装置において、 前記制御手段は、 前記「一方のコマ」の転送開始前の垂直帰線期間内に限
   定して前記スリット光を点灯するか、もしくは、前記
   「他方のコマ」の転送開始前の垂直帰線期間内に限定し
   て前記スリット光を消灯することを特徴とする立体形状
   計測用の撮像装置。