KR930004775B1

KR930004775B1 - 3차원 촬상장치

Info

Publication number: KR930004775B1
Application number: KR1019890701812A
Authority: KR
Inventors: 야수미 미야가와; 요시노리 기다무라; 쇼지 니시가와; 아쯔시 모리무라; 히데오 도요다
Original assignee: 마쓰시다 덴기 산교 가부시기 가이샤; 다니이 아끼오
Priority date: 1988-02-01
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1993-06-05
Also published as: EP0374253A4; DE68929063D1; KR900701132A; EP0374253A1; DE68929063T2; EP0374253B1; WO1989007379A1; US5028994A

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

3차원 촬상장치

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 3차원 촬상장치의 개략구성을 나타낸 블럭 구성도.

제2a도는 3차원 촬상장치에 사용한 촬상소자의 개략 구성도.

제2b도는 동작 타이밍 및 액정셔터의 절환 타이밍챠트.

제3a, 3b도는 촬상소자의 동작 타이밍과 액정셔텨의 절환 타이밍챠트.

제4a, 4b도는 3차원 촬상장치에 촬상관을 사용했을 때의 동작 타이밍챠트.

제5도는 종래예의 3차원 촬상장치의 블럭구성도.

제6도는 광학셔터의 블럭 구성도이다.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 피사체상을 입체적으로 촬상하는 3차원 촬상장치에 관한 것이다.

[배경기술]

종래, 피사체상을 3차원적으로 촬상하는 기본적인 방법으로서는 피사체상을 2대의 텔레비젼 카메라를 사용하여 임의의 각도를 유지하여 촬상하고, 이 2대의 텔레비젼 카메라의 출력신호를 1필드마다 교대로 절환함으로서 얻는 방법이 알려져 있다. 제5도는 상기한 3차원 촬상장치의 개략구성도를 나타낸 것이다. 제5도에 있어서, 일점쇄선으로 나타낸 A측은 3차원 촬상장치이고, B측은 3차원 표시장치이다. 도면중, 1은 피사체, 2는 텔레비젼 카메라(A), 3은 텔레비젼 카메라(B)이고, 텔레비젼 카메라(A, B)는 촬상면의 전면에 렌즈가 배치되어 있다. 4는 동기신호발생기, 5는 스위치, 6은 가산기이고, 이상에 의하여 3차원 촬상장치가 구성되어 있다. 7은 동기분리기, 8은 모니터 텔레비젼, 9는 안경으로서, 이상에 의하여 3차원 표시장치가 구성되어 있다.

이와 같은 구성의 3차원 촬상장치 및 3차원 표시장치는 공지이므로, 여기서는 간단한 설명으로 그친다. 먼저 3차원 촬상장치에 관하여 설명한다. 텔레비젼 카메라(2)와 텔레비젼 카메라(3)는 동일한 피사체(1)에 대하여 임의의 각도(θ)를 유지하여 배치되어 있다.

또, 텔레비젼 카메라(2)와 텔레비젼 카메라(3)는 그 주사 타이밍이 동기관계를 유지하고 있다. 그러므로 텔레비젼 카메라(2)와 텔레비젼 카메라(3)에는 동기신호발생기(4)로부터 텔레비젼 카메라의 구동에 필요한 펄스성의 신호가 동시에 공급되고 있다(텔레비젼 카메라(2), 텔레비젼 카메라(3)는 각각 인간의 오른쪽눈, 왼쪽눈에 상당한다).

텔레비젼 카메라(2)와 텔레비젼 카메라(3)의 각각의 영상 출력신호는 스위치(5)의 각 단자(가, 나)에 접속되어 있다. 스위치(5)는 동기신호 발생기(4)로부터 공급되는 필드펄스에 의하여 제어되고 있고, 스위치(5)의 단자(다)로부터는 출력신호로서, 제1필드에서는 텔레비젼 카메라(2)로부터 얻어진 영상신호가, 제2필드에서는 텔레비젼 카메라(3)로부터 얻어진 영상신호가 1필드마다 교대로 얻어진다. 상기 절환되어 얻어진 영상신호와 동기신호발생기(4)로부터 공급되는 동기신호를 가산기(6)에 공급하여 가산함으로서 3차원 영상신호를 얻을 수가 있다. 여기서, 동기신호발생기(4)로부터 출력되는 텔레비젼 카메라의 구동펄스, 필드펄스, 동기신호는 모두 동기관계에 있음은 물론이다.

다음에 3차원 표시장치에 관하여 설명한다. 상기 구성의 3차원 촬상장치에서 얻어진 3차원 영상신호는 임의의 수단으로 3차원 표시장치까지 전송된다. 전송된 3차원 영상신호는 모니터 텔레비젼(8)에 공급되어 표시된다. 모니터 텔레비젼(8)에 표시된 3차원 영상신호가 텔레비젼 카메라(2)와 텔레비젼 카메라(3)의 영상출력신호를 교대로 절환한 신호이기 때문에, 그대로 관찰해도 3차원 화상으로서는 감지할 수 없을 뿐만 아니라, 이중으로 보이는 등의 부자연스러운 화상이 된다.

모니터 텔레비젼(8)에 표시된 영상을 3차원 화상으로서 보기에는 텔레비젼 카메라(2)에서 촬상한 화상은 관찰자의 오른쪽 눈만으로 보이고, 텔레비젼 카메라(3)에서 촬상한 화상은 관찰자의 왼쪽 눈만으로 보이도록 하면 된다. 즉 모니터 텔레비젼(8)에 표시된 영상중, 제1필드의 영상은 오른쪽 눈, 제2필드의 영상은 왼쪽 눈에 입사하도록 선택하면 된다. 그 수단으로서 광학적 셔터기능을 갖는 안경(9)을 사용하여 제1필드의 영상은 오른쪽 눈에서 보이고, 제2필드의 영상은 왼쪽 눈에서 보이도록 모니터 텔레비젼(8)으로부터의 광신호를 선택한다. 동기분리기(7)로부터는 동기신호에 동기된 필드펄스가 출력되고 있다. 여기서 동기분리기(7)로부터의 필드펄스 출력신호는 제1필드가 하이레벨, 제2필드가 로우레벨로 한다. 상기 필드펄스를 안경(9)에 공급하고, 안경(9)에 내장된 광학셔터를 교대로 단속시킴으로써 모니터 텔레비젼(8)으로부터의 광신호를 오른쪽 눈과 왼쪽 눈으로 선택한다. 즉, 제1필드에서는 안경(9)의 오른쪽 눈용의 광학셔터가 빛을 투과하고, 왼쪽 눈용의 광학셔터가 빛을 차단하며, 제2필드에서는 안경(9)의 왼쪽 눈용의 광학셔터가 빛을 투과하고, 오른쪽 눈용의 광학셔터가 빛을 차단하고 있다. 이와 같이하여, 모니터 텔레비젼(8)으로부터의 광신호를 선택하여 3차원 화상을 관찰한다.

다음에 광학셔터에 관하여 개요를 설명한다. 광학셔터는 기계적 셔터이더라도 가능하나, 여기서는 액정셔터를 사용하는 것으로 한다. 액정셔터는 빛의 단속을 전압에 의하여 제어할 수 있고, 또 텔레비젼 카메라의 필드 주사주파수에 대하여 응답속도가 충분히 빠르며, 또 기계적 셔터에 비하여 수명이 길고 취급이 간단하다는 등의 특징을 가진다.

이하, 액정셔터에 관하여 제6도를 사용하여 간단하게 설명한다. 제6도는 광학셔터부의 개략도이다. 10, 11은 편향판, 12는 액정, 13, 14는 투명전극, 15는 구형파발생기, 16, 17은 AND회로, 20, 21은 콘덴서, 18은 인버터, 19는 필드펄스 입력단자이다. 광학셔터의 기본구성은 2종류의 편향판(10, 11)의 사이에 액정(트위스트 네마틱형)(12)을 배치하고, 상기 액정에 전계를 인가함으로서, 광학적인 셔터를 구성하여 빛을 단속시키고 있다. 상기 트위스트 네마틱형 액정에 관해서는 공지이므로 그 설명은 생략한다.

광학셔터(100, 200)의 광학부는 편향판, 액정, 투명전극으로 구성되어 있다. 편향판(10)은 피사체로부터의 빛중 수평편파만을 투과시키고, 편향판(11)은 수직편파만을 투과시키며, 투명전극(14)은 접지되어 있다. 투명전극(13)은 액정(12)에 전계를 인가하기 위한 것이다. 상기의 구성에 있어서 투명전극(13)에 전압이 인가되지 않는 경우에, 편향판(10)을 투과한 수평편파가 액정층(12)을 통과함으로써 수직편파로 이상(移相)되고, 액정층(12)을 통과한 수직편파는 편향판(11)을 통과한다. 즉, 액정셔터가 투과상태가 되어, 모니터로부터의 빛이 인간의 눈에 도달할 수가 있다. 한편 투명전극(13)에 전압이 인가되었을 경우에, 편향판(10)을 투과한 수평편파는 액정층(12)을 통과해도 이상이 되지 않고 수평편파의 상태를 유지한다. 이 때문에 액정층(12)을 통과한 수평편파는 편향판(11)을 통과할 수가 없다. 즉, 액정셔터가 차광상태가 되므로 모니터로부터의 빛은 인간의 눈에 도달할 수가 없게 된다. 상기와 같이, 투명전극(14)은 접지되어 있고, 투명전극(13)에는 구동신호가 콘덴서(20, 21)를 거쳐 공급된다. 투명전극(13)에 인가되는 구동전압은 대략 10V 정도이고 구동주파수는 대략 200Hz정도이다. 상기 구동신호는 구평파 발생기(15), AND회로(16, 17), 인버터(18), 필드펄스 입력단자(19)에 의하여 작성된다.

즉, 구형파 발생기(15)에 의하여 대략 200Hz 정도의 구형파를 발생시키고, 구형파 발생기(15)의 출력신호를 AND회로(16, 17)의 일측단자에 동시에 공급한다. AND회로(16)의 타측단자에는 필드펄스 입력단자(19)로부터 공급되는 제1필드가 하이레벨이고, 제2필드가 로우레벨인 필드펄스가 공급되고 있다. 이 때문에, AND회로(16)는 제1필드 때에만 액정층의 구동신호가 출력된다. 한편, AND회로(17)에는 필드펄스 입력단자(19)로부터 공급되는 필드펄스가 인버터(18)에서 반전된 신호로 공급되기 때문에, AND회로(17)는 제2필드 때에만 액정층의 구동신호가 출력된다.

상기의 구성에 의하여 액정셔터가 구성되고 있다. 즉 제1필드일 때에는 제6도에 나타낸 안경(9)의 우측셔터(100)가 빛을 투과하고, 제2필드일 때에는 안경(9)의 좌측 셔터(200)가 빛을 투과한다.

그러나, 상기의 구성에 의한 3차원 촬상장치에서는 2대의 텔레비젼 카메라가 필요하기 때문에 3차원 촬상장치가 고가가 된다. 또 동일한 피사체를 다른 2대의 텔레비젼 카메라에서 촬상할 때의 화각(畵角), 초점, 피사체와 2대의 텔레비젼 카메라의 각도 등을 정밀하게 조정하지 않으면 안된다. 그 때문에 촬상하는 시간에 비하여 장치의 조정에 많은 시간을 필요로 한다. 게다가 기동성이 결여되는 등의 문제점이 있었다.

[발명의 개시]

본 발명은 상기 문제점을 감안하여, 저렴한 구성이고, 조정이 용이한 3차원 촬상장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그리고 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 적어도 광전변환소자와 수직전동수단을 가지고, 상기 각 광전변환소자에 축적된 신호전하를 대응하는 수직전송단에 실질적으로 동시에 전송함으로써, 1필드에 1회 이상 독출하는 구성의 촬상소자를 사용한 텔레비젼 카메라를 사용하고, 2계통의 광로계로부터의 피사체상을 상기 광전변환소자로부터 수직전송단에 신호전하를 전송하는 타이밍에 대략 일치시켜 필드마다 교대로 절환하여 촬상함으로써 3차원 화상을 얻는 것이다.

상기의 구성에 의하여, 2계통의 광로계의 피사체상을 텔레비젼 촬상소자의 필드주사에 동기하고 교대로 선택하여 단일의 텔레비젼 카메라를 사용하여 3차원적으로 촬상한다. 이때, 텔레비젼 카메라에 사용되는 촬상소자는 적어도 공전변환소자와 수직전송단을 가지나, 광전변환소자가 수직전송단과 겸하여 이루어지는 경우에는 수직전송단의 전송방향의 연장상에 신호전하의 기억부를 가지는 구성으로 하고, 각 광전변환소자에 축적된 신호전하를 대응하는 수직전송단에 실질적으로 동시에 전송함으로써, 1화면의 영상을 동시에 촬상하도록, 면주사가 가능한 촬상소자를 사용한다. 또, 촬상소자의 각 광전변환소자로의 신호전하의 축적시간은 1필드 주사기간 이하로 한다. 촬상소자에 입사하는 2계통의 광로계로부터의 피사체상은 촬상소자의 광전변환소자로부터 수직전송단에 신호전하를 전송하는 타이밍에 대략 일치시켜, 광학셔터를 사용하여 필드마다 교대로 절환한다. 상기 설명한 촬상소자를 구비한 텔레비젼 카메라를 사용하여, 촬상소자의 각 광전변환소자로의 신호전하의 축적시간은 1필드 주사 기간 이하로 하고, 광로계의 절환타이밍을 촬상소자의 각 광전변환소자로부터 수직전송단에 신호전하를 전송하는 타이밍에 대략 일치시킴으로써, 단일의 텔레비젼 카메라를 이용하여 양호한 화질의 3차원 화상을 촬상할 수가 있다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

이하, 본 발명에 의한 3차원 촬상장치의 제1실시예에 대해 도면을 사용하여 설명한다.

제1도에 있어서, 일점쇄선으로 나타낸 A측은 3차원 촬상장치이고, B측은 3차원 표시장치이다. 40은 텔레비젼 카메라, 4는 동기신호발생기, 6은 가산기, 22, 23, 26은 거울, 24, 27은 액정셔터, 25는 하프미러, 28은 인버터, 16, 17은 AND회로, 15는 구형파 발생기, 20, 21은 콘덴서이다.

거울(22, 23), 액정셔터(24), 하프미러(25)에 의하여 제1광로계가 구성되어 있고, 거울(26), 액정셔터(27), 하프미러(25)에 의하여 제2광로계가 구성되어 있다. 동기신호발생기(4), 가산기(6), 거울(22, 23, 26), 액정셔터(24, 27), 하프미러(25), 텔레비젼 카메라(40)에 의하여 3차원 촬상장치가 구성되어 있다.

다음에 동작을 설명한다. 텔레비젼 카메라(40)에는 동기신호발생기(4)로부터 텔레비젼 카메라의 3차원 촬상장치로서의 구동에 필요한 펄스성의 구동신호가 공급되고 있다. 또, 동기신호발생기(4)로부터 출력되는 텔레비젼 카메라의 구동펄스, 필드펄스, 동기신호는 동기관계에 있고, 텔레비젼 카메라의 3차원 촬상장치 이외의 펄스와 동기시키기 위해 텔레비젼 카메라로부터 동기에 필요한 펄스를 동기신호발생기(4)에 보낸다. 거울(22, 23), 액정셔터(24)를 거쳐 입사된 피사체로부터의 빛은 하프미러(25)를 통과한 후 텔레비젼 카메라(40)의 촬상소자의 광전 변환소자에 결상된다. 또, 거울(26), 액정셔터(27)를 거쳐 입사된 피사체로부터의 빛은 하프미러(25)에 의하여 90도 꺾인 후 텔레비젼 카메라(40)의 촬상소자의 광전변환소자에 결상된다. 광로계(1)와 광로계(2)의 광축은 동일한 피사체에 대하여 임의의 각도(θ)(도시생략)를 유지하여 배치되어 있다(광로계(1, 2)는 각각 인간의 오른쪽 눈, 왼쪽 눈에 상당한다).

본 발명에 사용하는 광학셔터는 빛의 단속을 전압에 의하여 제어할 수 있고, 또 텔레비젼 카메라의 필드주사 주파수에 대하여 응답속도가 충분히 빠르며, 또 수명이 긴 액정셔터를 사용한다. 액정을 사용하여 광학셔터는 제6도에서 설명한 것과 대략 동일한 구성의 것을 사용하면 좋고, 따라서 동작도 동일하므로, 그 구성, 동작에 관해서는 설명을 간단하게 한다.

액정셔터(24, 27)는 제6도에 나타낸 편향판(10, 11), 액정(12), 투명전극(13, 14)의 부품으로 구성되어 있다. 여기서 액정셔터(24, 27)는 액정셔터 구동회로로부터 공급되는 구동펄스에 의하여 제어된다. 이미 제4도, 제6도에서 설명한 바와 같이 액정셔터는 액정셔터 구동회로를 구성하는 AND회로(16, 17)에 공급되는 필드펄스가 로우레벨일 때 빛이 투과하는 것으로 설명한다. 상기 필드펄스는 제1필드가 하이레벨이고, 제2필드가 로우레벨인 신호로 한다. 따라서 액정셔터는 제1필드에서는 제1도에 타나낸 액정셔터(27)가 빛을 투과하고, 제2필드에서는 액정셔터(24)가 빛을 투과한다. 따라서, 제1필드에서는 제2광로계를 통과한 피사체상의 광신호가 촬상소자에 입사되고, 제2필드에서는 제1광로계를 통과한 피사체의 광신호가 촬상소자에 입사된다.

촬상소자는 기본적으로 1필드 기간 혹은 1프레임 기간에 걸쳐 피사체 상으로부터의 광신호를 광전변환소자에서 수광하고, 광전변환되어 얻어진 신호전하를 1필드 기간 혹은 1프레임 기간에 걸쳐 적산(축적)한 후, 상기 축적된 신호전하를 독출하고 있다. 이 때문에 촬상면에 입사한 광신호에 대하여, 출력신호는 1필드 기간의 지연시간이 존재한다.

그런데, 상기 텔레비젼 카메라(40)에 선(線) 순차 주사방식의 촬상소자, 예를 들면 촬상관, 또는 X-Y 매트릭스 촬상소자(MOS형 촬상소자)를 사용하면 3차원 촬상신호를 얻을 수가 없다. 그 이유는 제4도를 사용하여 설명한다. 제4a도는 텔레비젼 카메라의 주사 필드와 액정셔터의 상태 및 상기 선순차 주사방식의 촬상소자의 촬상면(광전변환소자)의 A점의 전위를 모식적으로 나타낸 것이고, b는 상기 선순차 주사방식의 촬상소자의 촬상면을 나타낸 것이다. 제1필드에서는 제2광로계(액정셔터(27))를 통과한 피사체상으로부터의 광신호가 촬상소자에 입사되고, 제2필드에서는 제1광로계(액정셔터(24))를 통과한 피사체상으로부터의 광신호가 촬상소자에 입사된다. 설명의 편의상, 제1광로계를 통과한 광신호를 R, 제2광로계를 통과한 광신호를 L로 한다. 촬상소자로서 상기와 같이, 선순차 주사방식의 촬상소자인 촬상관을 예로하여 설명한다. 촬상관의 촬상면의 A점의 전위는 신호전하의 축적에 의하여 제4a도에 나타낸 바와 같이 시간과 함께 서서히 변화한다. 그리고 소정의 주사 타이밍이 되면 A점의 신호전하는 독출된다. 그러나 이때, A점에서 발생하는 신호전하에서는 제4a도로부터 명백한 바와 같이, 제1광로를 통과한 빛에 의하여 발생한 신호전하의 성분(SR)과 제2광로를 통과한 빛에 의하여 발생한 신호전하(SL)가 혼합되어 있다. 즉 2개의 광로로부터의 빛이 혼합되어 촬상소자에 입사된 것과 같아지게 되기 때문에 텔레비젼 카메라(40)로부터는 흐린 영상신호가 얻어질 뿐이고, 3차원 촬상신호를 얻을 수는 없다. 그 때문에, 본 실시예에서는 텔레비젼 카메라(40)에 사용하는 촬상소자로서, 적어도 광전변환소자와 수직전송단을 가지는 것이거나 또는 광전변환소자가 수직전송단과 겸하고 있는 경우에는 수직전송단의 전송방향의 연장상에 신호전하의 기억부를 가지는 구성의 것을 사용한다. 그리고 촬상소자의 각 광전변환소자로의 신호전하의 축적시간은 1필드 주사기간 이하로 하고, 촬상소자에 입사하는 2계통의 광로계로부터의 피사체상은 상기 구성의 촬상소자의 광전변환소자로부터 수직전송단에 신호전하를 전송하는 타이밍에 대략 일치시켜, 광학셔터를 사용하여 필드마다 교대로 절환하는 것이다.

본 발명에 사용가능한 텔레비젼 카메라의 촬상소자의 구체예로서는, 인터라인 트랜스퍼형 전하결합소자(이하 IL-CCD라 약칭한다), 프레임 트랜스퍼형 전하결합소자(이하 FI-CCD라 약칭한다)나 프레임 인터라인 트랜스퍼형 전하결합소자(이하 FIT-CCD라 약칭한다)가 있다. 여기서는 촬상소자로서 IL-CCD를 사용한 경우에 관하여 설명한다. 제2a도는 본 발명의 일실시예에 의한 3차원 촬상장치에 사용하는 인터라인 트랜스퍼형 전하결합소자(IL-CCD)의 개략 구성도이다. IL-CCD에 관해서는 공지이므로 여기서는 간단하게 그 구성 및 동작을 설명한다. IL-CCD는 제2a도에 나타낸 바와같이 수광부(A)와 수평전송부(B)로 구성되어 있다. 41은 반도체기판이고, 수광부(A)는 2차원 배열의 광전변환소자(수광소자)(42, 42′)와, 이들 광전변환소자에 축적된 신호전하를 독출하기 위한 게이트(44)와, 이 게이트를 사용하여 독출된 신호전하를 수직 전송하기 위하여 CCD로 구성된 수직전송단(43)으로 이루어지고, 상기 광전변환소자(42, 42′) 이외의 부분은 알루미마스크(도시생략)에 의하여 차광되고 있다. 광전변환소자는 수평방향, 수직방향과 함께 채널스토퍼(45)에 의하여 분리되고 있다. 또 상기 광전변환소자의 근방에는 오버플로우 드레인(도시생략)과 오버플로우 콘트롤게이트(도시생략)가 배치되어 있다. 또 상기 수직전송단(43)은 수평방향에 연속된 폴리 실리콘 전극(øV1, øV2, øV3, øV4)으로 이루어져 수직방향으로 4수평 라인마다 접속되어 있다. 수평전송부(B)는 CCD로 구성된 수평전송단(46)과 신호전하검출부(47)로 이루어지고, 상기 수평전송단(46)은 전송전극(øH1, øH2, øH3)으로 이루어져 수평방향으로 3전극 걸러 접속되어 있다. 수평전송단(46)은 수직전송단으로 부터 전송되어 온 신호전하를 신호전하검출부(47)의 방향으로 전송한다. 신호전하검출부(47)는 주지의 프로우팅 디퓨전 앰프로 구성되어 있고, 신호전하를 신호전압으로 변환한다.

다음에 동작에 관하여 간단히 설명한다. 광전변환소자(42, 42′)에서 광전변환하여 축적된 신호전하는 수직귀선 기간에 수직전송 게이트에 인가하는 수직전송펄스(øV1~øV4)중, øV1 및 øV3에 중첩된 신호독출펄스(øCH)에 의하여, 광전변환소자(42, 42′)로 부터 수직전송단(43)에 전송된다. 이때 øV1에 신호독출펄스(øCH)를 인가하면 광전변환소자(42)에 축적된 신호전하만이 øV1전극하의 포텐셜웰에 전송되고, øV3에 신호독출펄스(øCH)를 인가하면 광전변환소자(42′)에 축적된 신호전하만이 øV3전극하의 포텐셜웰에 전송된다.

이와 같이하여, 2차원으로 배치된 다수의 광전변환소자(42, 42′)에 축적된 신호전하는 신호독출펄스(øCH)가 인가됨과 동시에 수직전송단(43)에 전송된다. 따라서 1필드 걸러 øV1과 øV3에 교대로 신호독출펄스(øCH)를 중첩하면 각 광전변호나소자는 1프레임마다 신호가 독출되므로 IL-CCD는 프레임 축적동작을 하게 된다.

광전변환소자(42, 42′)로 부터 수직전송단(43)의 øV1 혹은 øV3의 전극하에 전송된 신호전하는 수직전송펄스(øV1, øV2, øV3, øV4)에 의하여 1수평 주사주기마다 1수평 라인식 전송되어, 수평전송단(46)의 대응하는 수평전송 전극하에 전송된다. 또, 1필드 기간내에 대략 동시에 øV1 및 øV3의 양쪽에 신호독출펄스(øCH)를 인가하면 광전변환소자(42)에 축적된 신호전하는 øV1전극하의 포텐셜웰에 전송되고, 광전변환소자(42′)에 축적된 신호전하는 øV3전극하의 포텐셜웰에 전송되며, 각 광전변환소자는 1필드 마다 신호가 독출되므로 IL-CCD는 필드 축적동작을 하게 된다. 이때, 광전변환소자(42, 42′)로 부터 수직전송단(43)의 øV1 및 øV3의 전극하에 전송된 신호전하는 제1필드에서는 L, 제2필드에서는 M으로하여 수직방향에 인접하는 광전변환소자로 부터의 신호전하를 수직전송단 내부에서 혼합한 후, 수직전송펄스(øV1, øV2, øV3, øV4)에 의하여, 1수평 주사마다 1수평 라인씩 전송하여, 수평전송단(46)이 대응하는 수평전송 전극하에 전송된다. 수평전송 전극하에 전송된 신호전하는 고속의 수평전송펄스(øH1, øH2, øH3)에 의하여 수평방향으로 배치된 신호전하검출부(47)에 전송되고, 전압신호로 변환되어 촬상소자로 부터 영상신호로서 출력된다.

다음에 본 발명에 의한 3차원 촬상장치에 있어서의 상기 IL-CCD의 신호독출타이밍과 액정셔터의 구동타이밍 및 제2a도에 나타낸 광전변환소자의 z점의 전위변화를 제2b도에 나타낸다. 제2b도에 수직귀선 기간을 나타내는 펄스(VBLK), 제1도의 동기신호발생기(4)로 부터 출력되는 필드펄스, IL-CCD의 신호독출타이밍, 액정셔터의 구동타이밍, 광전변환 소자의 z점의 전위변화, 촬상소자 출력신호를 나타낸다. 광전변환소자로 부터 수직전송단으로의 신호독출(신호전하의 전송)은 수직귀선 기간에 행해지고 있고, 액정셔터의 절환은 상기 광전변환소자로 부터 수직 전송단으로의 신호의 독출타이밍에 대략 일치하고 있다. 필드펄스의 절환타이밍도 상기 광전변환소자로 부터 수직전송단으로의 신호독출 타이밍에 대략 일치하고 있다. 상기 타이밍으로 촬상소자 및 액정셔터를 구동하면, 제1필드에서는 제2광로를 통과한 피사체상에 의한 광신호가 촬상소자에 입사되고, 제2필드에서는 제1광로를 통과한 피사체상에 의한 광신호가 촬상소자에 입사된다. 이때 찰상소자의 촬상면의 z점의 전위는 제2b도에 나타낸 바와같이 시간과 함께 서서히 변화되고, 그리고 소정의 타이밍(광전변환소자로 부터 수직전송단으로의 신호독출펄스가 인가된다)이 되면 z점의 신호전하는 수직전송단에 전송된다.

이때, z점으로부터 얻어지는 신호전하는 제2b도로 부터 명백한 바와같이, 제1광로를 통과한 빛에 의하여 발생한 신호전하만 또는 제2광로를 통과한 빛에 의하여 발생한 신호전하만이 된다. 즉, 광전변환소자의 각 화소에는 2개의 광로로 부터의 빛이 혼합되어 촬상소자에 입사되는 일이 없다. 상기의 구성 및 구동타이밍을 지지하여 피사체상을 촬상함으로써, 제1도에 나타낸 텔레비젼 카메라(40)로 부터 제1필드에서는 광로계(1)를 투과한 피사체상에 의한 영상신호가, 제2필드에서는 광로계(2)를 투과한 피사체상에 의한 영상신호가 교대로 출력되게 되어 3차원 영상신호를 얻을 수가 있다. 본 실시예에서는 모든 광전변환소자의 신호전하를 수직전송단에 전송(독출)한후, 수직전송단내에서 인접한 광전변환소자로 부터의 신호전하를 혼합하여 전송하고, 촬상소자로부터 필드축적의 영상신호를 얻는 경우에 관하여 설명하였다.

본 발명에 의한 제2실시예에 대해 제3도를 사용하여 설명한다. IL-CCD에서는 상기와 같이 2개의 인접한 광전변환소자의 신호전하를 혼합하지 않고 필드축적의 영상신호를 얻을수가 있다. 그 원리를 제2a도 및 제3b도를 사용하여 설명한다. 제3a도에 수직귀선 기간을 나타내는 펄스(VBLK), 제1도의 동기신호발생기(4)로 부터 출력되는 필드펄스, IL-CCD의 신호독출타이밍, 액정셔터의 구동타이밍, 광전변환소자의 z점의 전위변화, 촬상소자 출력신호를 나타낸다.

다음에 동작을 설명한다. 제1필드에 있어서는 øV3에 신호독출펄스(øCH)를 인가하여 광전변환소자(42′)에서 발생한 신호전하를 수직전송단에 전송하며, 수직전송펄스(øV1~øV4)에 부가한 고속전송펄스(øVF)에 의하여 고속으로 전송하여 수평전송단으로 부터 배출한 후, øV1에 신호독출펄스(øCH)를 인가하여 광전변환소자(42)에서 발생한 신호전하를 수직전송단(43)에 전송하며, 수직전송펄스(øV1~øV4)에 의하여 1수평 주사주기마다 1수평 라인씩 전송하고, 수평전송단(46)의 대응하는 수평전송 전극하에 전송하여, 수평전송을 행한다. 제2필드에 있어서는 øV1에 신호독출펄스(øCH)를 인가하여 광전변환소자(42)에서 발생한 신호전하를 수직전송단(43)에 전송하며, 수직전송펄스(øV1~øV14)에 부가한 고속전송펄스(øVF)에 의하여 고속으로 전송하고, 수평전송단으로 부터 배출한 후, øV3에 신호독출펄스(øCH)를 인가하여 광전변환소자(42′)에서 발생한 신호전하를 수직전송단으로 전송하고, 수직전송펄스(øV1~øV4)에 의하여 1수평 주사 주기마다 1수평 라인씩 전송하며, 수평전송단(46)의 대응하는 수평전송 전극하에 전송하여, 수평전송을 행한다. 상기의 조작에 의하여 필드축적의 영상신호를 얻을 수가 있다. 제3a도로부터 명백한 바와같이 상기의 불필요한 신호전하의 배출 및 광전변환소자로 부터 수직전송단으로의 신호전하의 전송은 수직귀선 기간내에 행해진다. 이와같이 하면, 광전변환소자의 각 화소에는 2개의 광로로 부터의 빛이 혼합되어 촬상소자에 조사되는 일이 없고, 제1도에 나타낸 텔레비젼 카메라(40)로 부터 제1필드에서는 광로계(1)를 투과한 피사체상에 의한 영상신호가, 제2필드에서는 광로계(2)를 투과한 피사체상에 의한 영상신호가 교대로 출력되게 되어 3차원 영상신호를 얻을 수가 있다.

여기서, IL-CCD에서는 광전변환소자로의 신호전하의 축적기간을 1필드 기간보다도 짧게할 수가 있다. 신호전하의 축적시간을 짧게하는 목적은 영상신호의 동적 해상도를 향상시키기 위해서이다. 촬상소자는 광전변환소자에 입사되는 광신호에 의하여 발생하는 신호전하를 적산(축적)함으로써 영상신호를 얻고 있다. 따라서 신호전하를 적산하고 있는 기간에 피사체상이 움직이면 영상신호의 해상도(이것을 동적 해상도라 칭한다)는 열화한다. 동적 해상도를 향상시키기 위해서는 신호전하의 적산(축적)시간을 짧게 할 필요가 있다. 신호전하의 적산(축적)시간을 짧게했을 경우에 있어서도 본 발명은 유효하다.

이하, 그 원리를 제2a도 및 제3b도를 사용하여 설명한다. 제3b도에 수직귀선 기간을 나타내는 펄스(VBLK), 제1도의 동기신호발생기(4)로 부터 출력되는 필드펄스, IL-CCD의 신호독출타이밍, 액정셔터의 구동타이밍, 오버플로우 콘트롤게이트의 전위, 광전변환소자의 z점의 전위변화, 촬상소자 출력신호를 나타낸다. 오버플로우 드레인(Over Flow Drain : 이하 OFD라함)은 주지와 같이 IL-CCD등 고체촬상소자 특유의 블루밍 현상을 방지하는 목적으로 설치된 것이고, 광전변환소자에 축적가능한 전하량을 오버플로우 콘트롤게이트(Over Flow Control Gate : 이하 OFCG라함)의 전위에 의하여 설정하고, 설정치 이상의 신호전하 발생했을 경우에 불필요한 신호전하는 상기 OFCG를 초과하여 OFD에 흡수되어 촬상소자로 부터 배출된다.

따라서, 피사체로 부터의 광신호가 광전변환소자에 입사하고 있는 도중(수직귀선 기간의 도중)에서 OFCG의 전위 장벽을 낮게 하면(즉, OFCG로의 인가전압을 높게하면), 광전변환소자에 축적되어 있는 신호전하는 OFD에 배출된다. 따라서, 광전변환소자 Z점의 전위는 제3b도에 나타낸 바와같이 된다. 상기의 조작에 의하여 필드기간 보다도 짧은 축적시간의 영상신호를 얻을 수가 있다. 이와같이 하면, 광전변환소자의 각 화소에는 2개의 광로로 부터의 빛이 혼합되어 촬상소자에 조사되는 일은 없고, 제1도에 나타낸 텔레비젼 카메라(40)로 부터 제1필드에서는 광로계(1)를 투과한 피사체상에 의한 영상신호가, 제2필드에서는 광로계(2)를 투과한 피사체상에 의한 영상신호가 교대로 출력되게 되어 3차원 영상신호를 얻을 수가 있다.

본 실시예에서는 광전변환소자 근방에 OFCG, OFD를 배치한 횡형 OFD의 경우에 관하여 설명했으나, 촬상소자의 내부방향으로 OFD를 배치한 종형 OFD에서도 본 발명은 응용할 수 있다. 또 프레임 인터라인 전송형 고체촬상소자를 사용한 축적시간의 제어를 행했을 경우에도 제3b도에서 설명한 동작원리는 그대로 응용할 수 있다. 프레임 인터라인 전송형 고체촬상소자는 일본국 특개 소 55-52675호 공보에 그 상세가 기재되어 있기 때문에 여기서는 그 설명을 생략하나, 기본적으로는 상기의 인터라인 전송형 고체촬상소자의 수직전송단의 연장상에 축적용의 수직전송단을 배치하여 이루어진 것이고, 그 목적으로 하는바는 수광부에서 얻은 신호전하를 고속으로 상기 축적용의 수직전송단에 전송한 후, 순차 독출함으로써 수직방향에 발생하는 스메아(smear)의 발생을 경감하는 것과 광전변환소자의 노광시간을 임의로 설정 가능하게 하는 것이다. 광전변환소자의 노광시간을 임의로 설정한다고 하는 것에 관해서는, 인터라인형 고체촬상소자를 사용한 노광시간(축적시간)의 제어의 일예로서 제3b도에서 설명한 것과 동일하다. 그러나, 제3b도에서 텔레비젼 카메라에 입사하는 광로계의 절환은 신호전하를 광전변환소자로 부터 수직전송단에 밀어넣는 타이밍에 대략 일치시켜 절환하고 있다. 그러나, 제3b도로 부터 명백한 바와 같이 예를 들면 OFCG에 인가하는 펄스상 전압이 입력되는 타이밍에 대략 일치시켜 액정셔터에 의하여 광로계를 절환해도 좋다. 또 광전변환소자에 입사되는 각 광로계로 부터의 피사체상은 OFCG에 인가되는 펄스상 전압이 인가된 타이밍으로 부터 독출펄스가 인가되는 타이밍에 대략 동일하면 좋다. 또 광전변환소자에 축적되는 신호전하의 축적기간이 1필드 기간보다도 짧을 경우에, 텔레비젼 카메라에 입사하는 2개의 광로계로 부터의 시간을 동일하게 할 필요가 없다는 것은 명백하다. 즉 고체촬상소자의 광전변환소자에 조사되는 광로계로 부터의 피사체상은 신호축적 시간에 대략 동일하거나, 신호 축적시간을 포함하면 좋다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 2계통의 광로계의 피사체상을 텔레비젼 카메라의 촬상소자의 필드주사(광전변환소자로 부터 수직전송잔으로 신호전하를 전송하는 타이밍)에 동기하고, 교대로 선택하여, 단일의 텔레비젼 카메라를 사용하여 3차원적으로 촬상하는 것이다. 본 실시예에서는 제2도 및 제3도에 나타낸 타이밍으로 하고 있으나, 신호전하의 독출타이밍, 액정셔터의 절환타이밍은 수직귀선 기간내이면 좋다. 또 신호전하의 독출타이밍과 액정셔터의 절환타이밍의 상대적인 어긋남도 수직귀선 기간정도라면 실용상 허용할 수 있다. 또한, 본 실시예의 경우, 3차원 화상표시장치는 제4도에서 설명한 것과 완전히 동일하므로 그 설명은 생략한다. 또한, 본 실시예의 동기신호발생기(4)는 텔레비젼 카메라(40)의 펄스발생부와 공용으로 할 수 있는 부분이 있고, 특히 촬상소자 구동신호를 텔레비젼 카메라의 내부신호와 공용하는 구성으로 변형하는 것이 가능하다.

[산업상의 이용 가능성]

이상 설명한 바와 같이, 본 발명을 사용하면 1대에 광로절환의 광학계와 제어회로를 부가함으로서 3차원 촬상장치를 실현할 수 있기 때문에, 촬상장치 자체가 저렴하게 된다. 또한 피사체상의 3차원 화상을 1대의 카메라로 촬상하기 위하여 피사체와 텔레비젼 카메라의 각도등을 정밀하게 조정할 필요가 없기 때문에, 화각, 촛점의 조정조작이 극히 간단하게 행해진다. 그 때문에 누구라도 3차원 화상을 촬상할 수가 있을 뿐만 아니라 기동성이 향상된다.

Claims

적어도 광전변환소자(42, 42′)와 상기 광전변환소자(42, 42′)에 대응하는 수직전송단(43)으로 구성되어 상기 광전변환소자(42, 42′)에 축적된 신호전하를 상기 수직전송단(43)에 동시에 전송함으로서 1필드에 1회이상 상기 신호전하를 독출하는 촬상소자를 구비한 텔레비젼 카메라(40)와 ; 상기 광전변환소자(42, 42′)로 부터 상기 수직전송단(43)에 신호전하를 전송하는 전송타이밍에 실질적으로 일치시켜 촬상하고자 하는 필드마다 교대로 절환되는 2계통의 광로계와 ; 빛을 차단하기 위해 상기 2계통의 광로계 각각에 배치되고, 상기 텔레비젼 카메라(40)의 필드주사 동작에 동기되어 상기 복수의 광로계를 통해 얻어진 피사체상을 교대로 선택하기위한 복수의 셔터(24, 27)와 ; 상기 광전변환소자(42, 42′)로부터 상기 수직전송단(43)에 신호전하를 전송하는 전송타이밍에 실질적으로 동기되어 빛을 차단하거나 전달하는 상기 셔터(24, 27)를 구동하기 위한 제어장치로 이루어진 3차원 촬상장치.
제1항에 있어서, 2계통의 광로계로 부터의 피사체상을 필드마다 교대로 절환하여 촬상할때, 상기 광전변환소자(42, 42′)로의 신호전하의 축적기간이 선택된 피사체상을 상기 광전변환소자(42, 42′)에 조사하는 기간과 동일하거나 짧고, 상기 광전변환소자(42, 42′)로의 신호전하의 축적기간이 선택된 피사체상을 상기 광전변환소자(42, 42′)에 조사하는 기간이내인 것을 특징으로 하는 3차원 촬상장치.
제1항에 있어서, 촬상소자는 광전변환소자(42, 42′)가 수직전송단(43)과 겸하고 있는 경우에, 각 수직전송단(43)의 전송방향의 연장상에 신호전하의 기억부를 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 촬상장치.
제1항에 있어서, 광전변환소자(42, 42′)에 축적된 신호전하를 수직전송단(43)에 전송하고, 서로 수직방향으로 인접하는 2개의 광전변환소자(42, 42′)의 신호전하를 혼합한 후, 수직전송, 수평전송을 행하여 출력하는 것을 특징으로 하는 3차원 촬상장치.
제1항에 있어서, 촬상소자는 피사체상의 조사에 의하여 광전변환소자(42, 42′)에 축적된 신호전하중, 소정시간 이전에 광전변환되어 얻어진 신호전하를 미리 광전변환소자(42, 42′) 및 수직전송단(43)이 제거함으로써, 광전변환소자(42, 42′)로의 피사체상의 조사가 등가적으로 1필드 기간내로 제어되는 것을 특징으로 하는 3차원 촬상장치.
제1항에 있어서, 상기 광로계는 복수의 거울(22, 23, 26)과, 빛을 차단하는 셔터(24, 27)로 구성되고, 상기 복수의 광로계를 통해 얻어진 피사체상을 텔레비젼 카메라(40)의 필드주사에 동기하여, 상기 셔터(24, 27)로 교대로 선택하는 것을 특징으로 하는 3차원 촬상장치.
제1항에 있어서, 상기 2계통의 광로계가 상기 텔레비젼 카메라(40) 전면에 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 촬상장치.