(57)【要約】  形状計測センサは、計測線において反射した光が入射する受光部と、光の入射位置に基づいて計測線上の各位置の位置情報を算出する算出部とを備える。受光部は、光の入射光量に応じた第１電気信号を生成する第１画素、及び、照射方向と交差する第１方向に沿って第１画素と並んで配置され且つ光の入射光量に応じた第２電気信号を生成する第２画素を各々含んでおり第１方向に沿って配列される複数の画素対を有する。第１画素において受光部の第１方向と交差する第２方向における一端に入射位置が近づくほど、第１電気信号の強度は減少し、第２画素において第２方向における一端に入射位置が近づくほど、第２電気信号の強度は増加する。算出部は、第１電気信号及び第２電気信号を画素対毎に取得し、取得した第１電気信号の強度及び第２電気信号の強度に基づいて、第２方向における入射位置を画素対毎に算出する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の表面の計測線に対して照射され、前記物体の表面において反射した光を検出して前記物体の表面形状を計測する形状計測センサであって、
前記光の照射方向に対して傾斜する方向から、前記計測線において反射した前記光が入射する受光部と、
前記受光部における前記光の入射位置を検出し、前記入射位置に基づいて前記計測線上の各位置の位置情報を算出する算出部と、
を備え、
前記受光部は、前記光の入射光量に応じた第１電気信号を生成する第１画素、及び、前記照射方向と交差する第１方向に沿って前記第１画素と並んで配置され且つ前記光の入射光量に応じた第２電気信号を生成する第２画素を各々含んでおり前記第１方向に沿って配列される複数の画素対を有し、
前記第１画素において前記受光部の前記第１方向と交差する第２方向における一端に前記入射位置が近づくほど、前記第１電気信号の強度は減少し、
前記第２画素において前記第２方向における前記一端に前記入射位置が近づくほど、前記第２電気信号の強度は増加し、
前記算出部は、前記第１電気信号及び前記第２電気信号を前記画素対毎に取得し、取得した前記第１電気信号の強度及び前記第２電気信号の強度に基づいて、前記第２方向における前記入射位置を前記画素対毎に算出する、形状計測センサ。
【請求項２】
前記算出部は、前記第１電気信号の強度と前記第２電気信号の強度との比を用いて、前記第２方向における前記入射位置を前記画素対毎に算出する、請求項１に記載の形状計測センサ。
【請求項３】
前記算出部は、前記第１電気信号の強度又は前記第２電気信号の強度と、前記第１電気信号の強度及び前記第２電気信号の強度の合計値との比を用いて、前記第２方向における前記入射位置を前記画素対毎に算出する、請求項１に記載の形状計測センサ。
【請求項４】
前記受光部は、前記第１画素を覆っており前記光を透過する第１透過フィルタ、及び前記第２画素を覆っており前記光を透過する第２透過フィルタを更に有し、
前記第１透過フィルタにおける前記光の透過率は、前記第２方向における前記一端に近づくほど減少し、
前記第２透過フィルタにおける前記光の透過率は、前記第２方向における前記一端に近づくほど増加する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の形状計測センサ。
【請求項５】
前記受光部は、前記第１画素の一部を除く他の部分を覆っており前記光を遮光する第１遮光部、及び前記第２画素の一部を除く他の部分を覆っており前記光を遮光する第２遮光部を更に有し、
前記第１画素の一部における前記第１方向の幅は、前記第２方向における前記一端に近づくほど減少し、
前記第２画素の一部における前記第１方向の幅は、前記第２方向における前記一端に近づくほど増加する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の形状計測センサ。
【請求項６】
前記第１画素における前記第１方向の幅は、前記第２方向における前記一端に近づくほど減少し、
前記第２画素における前記第１方向の幅は、前記第２方向における前記一端に近づくほど増加する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の形状計測センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、形状計測センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、光の入射位置を検出する光センサを開示する。この光センサは、平面内の一方向に沿って幅が徐々に広くなるテーパ状の受光領域を有する。このような形状を有する受光領域上において光が当該一方向に沿って移動すると、光センサから取り出される出力は直線的に変化する。この出力の変化を利用して、光の入射位置について当該一方向における一次元位置が検出される。２つの光センサを、互いにその斜辺を接して逆向きに配置すると、これらの光センサからの差出力の変化率は、個々の光センサからの出力の変化率と比較して２倍に増幅される。【０００３】
特許文献２は、光が入射した二次元位置を検出する二次元光入射位置検出素子を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−３４３６９号公報
【特許文献２】特開平４−３１３２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、物体の表面にライン状の光を照射（或いはスポット状の光をスキャン）し、照射方向に対して傾斜する方向からその反射光の位置を検出して当該物体の表面形状を計測する手法が用いられている。このような計測手法においては、計測時間の短縮及び計測結果の高精細化のため、反射光の位置を高速に検出することが求められる。例えば、反射光の位置を検出するために、ＣＭＯＳイメージセンサといった二次元撮像素子が用いられ得る。しかし、画素が二次元に配列される撮像素子では、複数行及び複数列にわたって配列された多数の画素から電気信号が出力されるので、電気信号の読み出しに時間が掛かってしまう。従って、反射光の位置を高速に検出することには限界がある。【０００６】
本開示は、反射光の位置を高速に検出することができる形状計測センサ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】
【０００７】
本開示の一実施形態による形状計測センサは、物体の表面の計測線に対して照射され、物体の表面において反射した光を検出して物体の表面形状を計測する形状計測センサであって、光の照射方向に対して傾斜する方向から、計測線において反射した光が入射する受光部と、受光部における光の入射位置を検出し、入射位置に基づいて計測線上の各位置の位置情報を算出する算出部と、を備える。受光部は、光の入射光量に応じた第１電気信号を生成する第１画素、及び、照射方向と交差する第１方向に沿って第１画素と並んで配置され且つ光の入射光量に応じた第２電気信号を生成する第２画素を各々含んでおり第１方向に沿って配列される複数の画素対を有する。第１画素において受光部の第１方向と交差する第２方向における一端に入射位置が近づくほど、第１電気信号の強度は減少し、第２画素において第２方向における一端に入射位置が近づくほど、第２電気信号の強度は増加する。算出部は、第１電気信号及び第２電気信号を画素対毎に取得し、取得した第１電気信号の強度及び第２電気信号の強度に基づいて、第２方向における入射位置を画素対毎に算出する。【０００８】
この形状計測センサでは、光が物体の表面の計測線において反射し、反射した光が受光部に入射する。第１画素に光が入射すると、光の入射光量に応じた第１電気信号が第１画素から生成される。同様に、第２画素に光が入射すると、光の入射光量に応じた第２電気信号が第２画素から生成される。算出部は、生成された第１電気信号及び第２電気信号を画素対毎に取得することによって、第１方向における光の入射位置を画素対毎に検出する。更に、算出部は、第２方向における光の入射位置と、第１電気信号の強度及び第２電気信号の強度との関係を利用して、第２方向における入射位置を画素対毎に算出する。このようにして、受光部における光の入射位置の二次元位置情報が画素対毎に検出される。そして、この入射位置の二次元位置情報に基づいて物体の表面の計測線上の各位置の二次元位置情報が算出され、測定線を該測定線と交差する方向に走査することで物体の表面の三次元形状が計測される。上記の形状計測センサでは、各画素対から生成された電気信号のみによって、第１方向における入射位置に加えて、第２方向における入射位置を画素対毎に検出できる。つまり、第２方向における入射位置を検出する為の電気信号を別途生成することなく、光の入射位置の二次元情報を検出できる。これにより、電気信号の数の増大を抑えることができ、それらの電気信号の読み出しに要する時間の増大を抑えることができる。従って、上記の形状計測センサによれば、受光部における光の入射位置を高速に検出することが可能となる。その結果、物体の表面の三次元形状を高速に計測することができ、計測時間の短縮及び計測結果の高精細化を図ることが可能となる。【０００９】
上記の形状計測センサでは、算出部は、第１電気信号の強度と第２電気信号の強度との比を用いて、第２方向における入射位置を画素対毎に算出してもよい。この場合、第２方向における光の入射位置を簡易な計算処理によって算出することができるので、光の入射位置をより高速に検出することが可能となる。【００１０】
上記の形状計測センサでは、算出部は、第１電気信号の強度又は第２電気信号の強度と、第１電気信号の強度及び第２電気信号の強度の合計値との比を用いて、第２方向における入射位置を画素対毎に算出してもよい。このように、第１電気信号の強度又は第２電気信号の強度を第１電気信号の強度及び第２電気信号の強度の合計値で規格化することにより、これらの電気信号の強度の変動を補償できる。これにより、光の入射位置を精度良く検出することが可能となる。【００１１】
上記の形状計測センサでは、受光部は、第１画素を覆っており光を透過する第１透過フィルタ、及び第２画素を覆っており光を透過する第２透過フィルタを更に有してもよく、第１透過フィルタにおける光の透過率は、第２方向における一端に近づくほど減少してもよく、第２透過フィルタにおける光の透過率は、第２方向における一端に近づくほど増加してもよい。このような第１透過フィルタ及び第２透過フィルタを受光部が有することにより、第１画素において第２方向における一端に光の入射位置が近づくほど、第１画素に入射する光の入射光量は減少し、これに応じて、第１画素において生成される第１電気信号の強度も減少する。これに対し、第２画素において第２方向における一端に光の入射位置が近づくほど、第２画素に入射する光の入射光量は増加し、これに応じて、第２画素において生成される第２電気信号の強度も増加する。従って、このような構成によれば、上述した形状計測センサの受光部を好適に実現することができる。【００１２】
上記の形状計測センサでは、受光部は、第１画素の一部を除く他の部分を覆っており光を遮光する第１遮光部、及び第２画素の一部を除く他の部分を覆っており光を遮光する第２遮光部を更に有してもよく、第１画素の一部における第１方向の幅は、第２方向における一端に近づくほど減少してもよく、第２画素の一部における第１方向の幅は、第２方向における一端に近づくほど増加してもよい。このような第１遮光部及び第２遮光部を受光部が有することにより、第１画素において光の第２方向における一端に入射位置が近づくほど、第１画素に入射する光の入射光量は減少し、これに応じて、第１画素において生成される第１電気信号の強度も減少する。これに対し、第２画素において第２方向における一端に光の入射位置が近づくほど、第２画素に入射する光の入射光量は増加し、これに応じて、第２画素において生成される第２電気信号の強度も増加する。従って、このような構成によれば、上述した形状計測センサの受光部を好適に実現することができる。【００１３】
上記の形状計測センサでは、第１画素における第１方向の幅は、第２方向における一端に近づくほど減少してもよく、第２画素における第１方向の幅は、第２方向における一端に近づくほど増加してもよい。このような第１画素及び第２画素を受光部が有することにより、第１画素において第２方向における一端に光の入射位置が近づくほど、第１画素に入射する光の入射光量は減少し、これに応じて、第１画素において生成される第１電気信号の強度も減少する。これに対し、第２画素において第２方向における一端に光の入射位置が近づくほど、第２画素に入射する光の入射光量は増加し、これに応じて、第２画素において生成される第２電気信号の強度も増加する。従って、このような構成によれば、上述した形状計測センサの受光部を好適に実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本開示によれば、反射光の位置を高速に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、一実施形態に係る形状計測センサを示す概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す形状計測センサの撮像装置を示す概略構成図である。
【図３】図３は、図２に示す撮像装置の受光部の透過フィルタを示す上面図である。
【図４】図４は、図１に示すIV−IV線に沿った断面図である。
【図５】図５は、第１変形例に係る撮像装置を示す概略構成図である。
【図６】図６は、第２変形例に係る撮像装置を備える形状計測センサを示す概略構成図である。
【図７】図７は、図６に示す撮像装置を示す概略構成図である。
【図８】図８は、第３変形例に係る撮像装置を示す概略構成図である。
【図９】図９は、図８に示す撮像装置の受光部の別の例を示す概略構成図である。
【図１０】図１０は、図８に示す撮像装置の受光部の別の例を示す概略構成図である。
【図１１】図１１は、図８に示す撮像装置の受光部の別の例を示す概略構成図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す受光部の一部を拡大した拡大図である。
【図１３】図１３は、図８に示す撮像装置の受光部の別の例を示す概略構成図である。
【図１４】図１４は、第４変形例に係る撮像装置を示す概略構成図である。
【図１５】図１５は、第５変形例に係る撮像装置を示す概略構成図である。
【図１６】図１６は、第６変形例に係る撮像装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら、本開示の形状計測センサの実施の形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る形状計測センサ１（形状計測システム）を示す概略構成図である。形状計測センサ１は、光切断法を用いて物体２の表面形状を計測するセンサである。具体的には、形状計測センサ１は、物体２の表面２ａにライン状のレーザ光Ｌ１を照射（或いはスポット状のレーザ光をスキャン）し、物体２の表面２ａにおいて反射した反射光Ｌ２の位置を検出することによって物体２の表面２ａの三次元形状を計測する。なお、ライン状とは、照射方向Ｄａと交差する面内でのレーザ光Ｌ１の形状が線状であることを意味する。物体２は、方向Ｄ１に移動する移動ステージの配置面Ｓに配置されている。移動ステージの方向Ｄ１への移動速度は、例えば１ｍ／ｓ以下である。配置面Ｓは、方向Ｄ１及び方向Ｄ１と交差（一例では直交）する方向Ｄ２に沿って延びている。図１に示される物体２は、方向Ｄ１を長手方向とする直方体状の外観を有している。物体２の形状はこの例に限定されず、あらゆる形状を採用することができる。
【００１８】
形状計測センサ１は、図１に示されるように、物体２の表面２ａにライン状のレーザ光Ｌ１を照射する光源３（照射部）と、物体２の表面２ａにおいて反射した反射光Ｌ２を撮像する撮像装置４とを備えている。光源３は、例えば可視光帯域の波長を有するレーザ光Ｌ１を出射する。光源３は、方向Ｄ１及び方向Ｄ２と交差（一例では直交）する方向Ｄ３において物体２の表面２ａと対向する位置に配置されており、物体２の表面２ａにおいて方向Ｄ２にわたって延びるライン状の領域にレーザ光Ｌ１を照射する。以降、このライン状の領域を「計測線ＭＬ」と称する。なお、形状計測センサ１は、光源３を備えなくてもよい。
【００１９】
光源３は、レーザ光Ｌ１を計測線ＭＬにおいてライン状に形成するためのレンズを有する。このレンズは、例えばシリンドリカルレンズであり、レーザ光Ｌ１を方向Ｄ２に拡げながら方向Ｄ１に集光する。レーザ光Ｌ１は、方向Ｄ３に沿って進行して当該レンズを通過したのち、方向Ｄ２に拡がった状態で表面２ａの計測線ＭＬ上の各位置に同時に照射する。ここで、物体２は、移動ステージの方向Ｄ１への移動に伴って、光源３及び撮像装置４に対して方向Ｄ１に沿って相対移動する。これにより、表面２ａの方向Ｄ１に沿った各位置について計測線ＭＬへのレーザ光Ｌ１の照射が順次行われる。
【００２０】
撮像装置４は、例えば、計測線ＭＬからの反射光Ｌ２の画像の取得から画像処理まで行うビジョンチップを有するビジョンカメラである。撮像装置４は、表面２ａの方向Ｄ１に沿った各位置について計測線ＭＬから反射する反射光Ｌ２を所定のフレームレートで順次撮像し、撮像によって取得した信号の処理を行う。撮像装置４は、計測線ＭＬにおいて反射した反射光Ｌ２が入射する受光部１０と、反射光Ｌ２の入射に応じて受光部１０から出力される信号を処理する信号処理部３０とを有する。受光部１０は、計測線ＭＬへのレーザ光Ｌ１の照射方向Ｄａに対して、計測線ＭＬを起点として傾斜した傾斜方向Ｄｂに設けられている。傾斜方向Ｄｂは、照射方向Ｄａに対して、計測線ＭＬに沿った方向Ｄ２を除く方向に傾斜している。本実施形態では、傾斜方向Ｄｂは、照射方向Ｄａに対して、計測線ＭＬと交差する方向Ｄ１に傾斜している。受光部１０には、計測線ＭＬにおいて反射した反射光Ｌ２が傾斜方向Ｄｂから入射する。
【００２１】
ここで、図２〜図４を参照しながら、撮像装置４の構成についてより具体的に説明する。図２は、撮像装置４を示す概略構成図である。図２では、受光部１０における反射光Ｌ２の入射範囲がハッチングで示されている。受光部１０は、Ｘ方向（第１方向）に沿って配列された複数の画素対１１を有する。Ｘ方向は、照射方向Ｄａと交差する方向であり、一例では、計測線ＭＬが延在する方向Ｄ２に沿っている（図１参照）。複数の画素対１１のそれぞれは、Ｘ方向に沿って交互に並んで配置される第１画素１２及び第２画素１３を含む。第１画素１２及び第２画素１３のそれぞれは、例えば、Ｘ方向と交差するＹ方向（第２方向）を長手方向とする長方形状を呈している。Ｙ方向は、照射方向Ｄａに沿った方向であり、一例では、計測線ＭＬと交差する方向Ｄ１に沿っている。以降では、複数の第１画素１２及び複数の第２画素１３をまとめて、複数の画素Ｐ１〜ＰＮ（Ｎは、２以上の整数であり、画素数を示す）と称する。奇数番号が付された各画素Ｐ１，Ｐ３…ＰＮ−１は、各第１画素１２に対応し、偶数番号が付された各画素Ｐ２，Ｐ４…ＰＮは、各第２画素１３に対応する。
【００２２】
各画素Ｐ１〜ＰＮは、入射した反射光Ｌ２の入射光量に応じた電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮをそれぞれ生成する。具体的には、各第１画素１２に反射光Ｌ２が入射すると、各第１画素Ｐ１，Ｐ３…ＰＮ−１は、反射光Ｌ２の入射光量に応じた各電荷信号Ｄｘ１，Ｄｘ３…ＤｘＮ−１（第１電気信号）を生成する。同様に、各第２画素Ｐ２，Ｐ４…ＰＮに反射光Ｌ２が入射すると、各第２画素Ｐ２，Ｐ４…ＰＮは、反射光Ｌ２の入射光量に応じた各電荷信号Ｄｘ２，Ｄｘ４…ＤｘＮ（第２電気信号）を生成する。各画素Ｐ１〜ＰＮは、各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮをＹ方向における他端１０ｂ側から出力する。
【００２３】
受光部１０は、複数の第１画素１２上にそれぞれ配置される複数の第１透過フィルタ１４と、複数の第２画素１３上にそれぞれ配置される複数の第２透過フィルタ１５とを更に有する。図３は、これら透過フィルタを示す上面図である。図４は、図２に示すIV−IV線に沿った断面図である。第１透過フィルタ１４は、該第１透過フィルタ１４に入射した反射光Ｌ２を透過するフィルタであり、第１画素１２を覆っている。同様に、第２透過フィルタ１５は、該第２透過フィルタ１５に入射した反射光Ｌ２を透過するフィルタであり、第２画素１３を覆っている。第１透過フィルタ１４及び第２透過フィルタ１５のそれぞれは、第１画素１２及び第２画素１３と同様、Ｙ方向を長手方向とする長方形状を呈すると共にＸ方向に沿って交互に並んで配置されている。
【００２４】
図２及び図３では、各第１透過フィルタ１４及び各第２透過フィルタ１５の透過率が色の濃淡で示されており、各透過フィルタの透過率が大きいほど淡く、各透過フィルタの透過率が小さいほど濃くなっている。図２に示されるように、第１透過フィルタ１４における透過率は、第１画素１２上において、受光部１０のＹ方向における一端１０ａに近づくほど徐々に減少（すなわち単調減少）し、受光部１０の他端１０ｂに近づくほど徐々に増加（すなわち単調増加）する。各第１透過フィルタ１４における透過率は、第１画素１２上において、一端１０ａに近づくほど段階的に減少してもよく、他端１０ｂに近づくほど段階的に増加してもよい。
【００２５】
上述したような透過率を有する第１透過フィルタ１４を透過して第１画素１２に入射する反射光Ｌ２の入射光量は、反射光Ｌ２の入射位置が一端１０ａに近づくほど徐々に（或いは段階的に）減少し、当該入射位置が他端１０ｂに近づくほど徐々に（或いは段階的に）増加する。これに応じて、第１画素１２において生成される電荷信号Ｄｘ１，Ｄｘ３…ＤｘＮ−１の強度も、当該入射位置が一端１０ａに近づくほど徐々に（或いは段階的に）減少し、当該入射位置が他端１０ｂに近づくほど徐々に（或いは段階的に）増加する。
【００２６】
これに対して、第２透過フィルタ１５における透過率は、第２画素１３上において、一端１０ａに近づくほど徐々に（或いは段階的に）増加し、他端１０ｂに近づくほど徐々に（或いは段階的に）減少する。このような透過率を有する第２透過フィルタ１５を透過して第２画素１３に入射する反射光Ｌ２の入射光量は、反射光Ｌ２の入射位置が一端１０ａに近づくほど徐々に（或いは段階的に）増加し、当該入射位置が他端１０ｂに近づくほど徐々に（或いは段階的に）減少する。これに応じて、第２画素１３において生成される電荷信号Ｄｘ２，Ｄｘ４…ＤｘＮの強度も、当該入射位置が一端１０ａに近づくほど徐々に（或いは段階的に）増加し、当該入射位置が他端１０ｂに近づくほど徐々に（或いは段階的に）減少する。このように、第１透過フィルタ１４と第２透過フィルタ１５とで、Ｙ方向における透過率の増減の向きが逆になっている。
【００２７】
信号処理部３０は、画素Ｐ１〜ＰＮに対してＹ方向における他端１０ｂ側（出力側）に設けられている。信号処理部３０は、電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮを画素Ｐ１〜ＰＮ毎に読み出し、読み出した電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮに基づいて、受光部１０における反射光Ｌ２の入射位置を画素対１１毎に検出する。信号処理部３０による各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮの読み出し方式は、例えばローリングシャッタ方式である。すなわち、信号処理部３０は、各画素Ｐ１〜ＰＮからの各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮの読み出し、及び各画素Ｐ１〜ＰＮが蓄積した電荷の破棄（リセット）を画素単位で順次に実行する。信号処理部３０による各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮの読み出し方式は、グローバルシャッタ方式であってもよい。この場合、信号処理部３０は、各フレームレート毎に、各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮの読み出し後に全画素Ｐ１〜ＰＮの電荷のリセットを実行する。
【００２８】
信号処理部３０は、複数のスイッチ素子３１と、シフトレジスタ３２と、アンプ３３と、Ａ／Ｄ変換器３４と、算出部３５とを有している。各スイッチ素子３１の入力端は、各画素Ｐ１〜ＰＮに電気的に接続されている。シフトレジスタ３２は、各画素Ｐ１〜ＰＮから各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮを順次読み出す為に設けられている。シフトレジスタ３２は、各スイッチ素子３１の動作を制御する制御信号を出力する。各スイッチ素子３１は、シフトレジスタ３２から出力される制御信号により順次閉じられる。各スイッチ素子３１が順次閉じられると、各画素Ｐ１〜ＰＮにおいて生成された各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮが、各スイッチ素子３１の出力端から順次出力される。アンプ３３は、各スイッチ素子３１の出力端と電気的に接続されており、各スイッチ素子３１の出力端から出力される各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮに応じた電圧値を出力する。Ａ／Ｄ変換器３４は、アンプ３３と電気的に接続されており、アンプ３３から出力された電圧値をデジタル値に変換して該デジタル値を出力する。このデジタル値は、各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮの強度に応じた値である。従って、以降では、このデジタル値を各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮの強度に置き換えて説明することがある。
【００２９】
算出部３５は、Ａ／Ｄ変換器３４と電気的に接続されており、Ａ／Ｄ変換器３４から出力されたデジタル値、すなわち各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮに対応するデジタル値を画素対１１毎に取得する。これにより、算出部３５は、電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮを出力した画素対１１のＸ方向における位置座標を、Ｘ方向における反射光Ｌ２の入射位置を示す位置情報Ｌｘとして画素対１１毎に取得することができる。ここで、第ｒ番目の画素対１１の第１画素１２及び第２画素１３をそれぞれＰ２ｒ−１及びＰ２ｒとし（ｒ＝１，２，…Ｒ，Ｒは画素対１１の数を示す）、第ｒ番目の画素対１１における位置情報ＬｘをＬｘｒとすると、第ｒ番目の画素対１１のＸ方向における位置座標、すなわち位置情報Ｌｘｒは、例えば、第１画素Ｐ２ｒ−１のＸ方向における位置座標ｘ２ｒ−１と、第２画素Ｐ２ｒのＸ方向における位置座標ｘ２ｒとの合計の平均値（ｘ２ｒ−１＋ｘ２ｒ）／２によって表される（後述する式（１）参照）。
【００３０】
更に、算出部３５は、画素対１１毎に取得した電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮの強度に基づいて、Ｙ方向における反射光Ｌ２の入射位置である位置情報Ｌｙを画素対１１毎に算出する。上述したように、各電荷信号Ｄｘ１，Ｄｘ３…ＤｘＮ−１の強度は、反射光Ｌ２の入射位置が受光部１０の一端１０ａに近づくほど減少する一方、各電荷信号Ｄｘ２，Ｄｘ４…ＤｘＮの強度は、反射光Ｌ２の入射位置が一端１０ａに近づくほど増加する。算出部３５は、このような反射光Ｌ２の入射位置に対する各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮの強度の変化を利用して、各電荷信号Ｄｘ１，Ｄｘ３…ＤｘＮ−１の強度と各電荷信号Ｄｘ２，Ｄｘ４…ＤｘＮの強度との比を用いて、位置情報Ｌｙを画素対１１毎に算出する。
【００３１】
ここで、第ｒ番目の画素対１１における位置情報ＬｙをＬｙｒとし、第１画素Ｐ２ｒ−１及び第２画素Ｐ２ｒからそれぞれ出力される電荷信号をＤｘ２ｒ−1及びＤｘ２ｒとすると、位置情報Ｌｙｒは、電荷信号Ｄｘ２ｒ−１の強度と電荷信号Ｄｘ２ｒの強度との比をとることによって算出される。従って、位置情報Ｌｘｒ及びＬｙｒは、次の式（１）によって表される。
【数１】
2019059236.tif 000003
【００３２】
位置情報Ｌｙｒは、電荷信号Ｄｘ２ｒの強度（或いは電荷信号Ｄｘ２ｒ−1の強度）と、電荷信号Ｄｘ２ｒ−1の強度及び電荷信号Ｄｘ２ｒの合計値との比をとることによって算出されてもよい。この場合、位置情報Ｌｘｒ及び位置情報Ｌｙｒは、次の式（２）によって表される。
【数２】
2019059236.tif 000004
【００３３】
式（１）又は式（２）において、位置情報Ｌｘｒは、第１画素Ｐ２ｒ−１のＸ方向における位置座標ｘ２ｒ−１によって表されてもよい。この場合、位置情報Ｌｘｒ及び位置情報Ｌｙｒは、次の式（３）又は式（４）によって表される。また、位置情報Ｌｘｒは、第２画素Ｐ２ｒのＸ方向における位置座標ｘ２ｒによって表されてもよい。
【数３】
2019059236.tif 000005
【数４】
2019059236.tif 000006
【００３４】
算出部３５は、このようにして得られた位置情報Ｌｘｒ及びＬｙｒに基づいて、物体２の表面２ａの計測線ＭＬ上の各位置の二次元位置情報を算出する。具体的には、算出部３５は、各画素対１１の位置情報Ｌｘｒを、計測線ＭＬ上の方向Ｄ２における各位置に対応させると共に、各画素対１１の位置情報Ｌｙｒを、配置面Ｓからの計測線ＭＬ上の各位置の高さに対応させることによって、計測線ＭＬ上の各位置の二次元位置情報を算出する。更に、算出部３５は、方向Ｄ１への物体２の移動に応じて、方向Ｄ１に沿った表面２ａの各位置において計測線ＭＬの二次元位置情報を算出する。これにより、物体２の表面２ａの三次元形状を計測することが可能となる。
【００３５】
以上に説明した、本実施形態の形状計測センサ１によって得られる効果を説明する。この形状計測センサ１では、光源３からのレーザ光Ｌ１が物体２の表面２ａの計測線ＭＬにおいて反射し、反射した反射光Ｌ２が受光部１０に入射する。第１画素Ｐ２ｒ−１に反射光Ｌ２が入射すると、反射光Ｌ２の入射光量に応じた電荷信号Ｄｘ２ｒ−1が第１画素Ｐ２ｒ−１から生成される。同様に、第２画素Ｐ２ｒに反射光Ｌ２が入射すると、反射光Ｌ２の入射光量に応じた電荷信号Ｄｘ２ｒが第２画素Ｐ２ｒから生成される。算出部３５は、生成された電荷信号Ｄｘ２ｒ−1及びＤｘ２ｒを画素対１１毎に取得することによって、Ｘ方向における反射光Ｌ２の入射位置を示す位置情報Ｌｘｒを画素対１１毎に検出する。更に、算出部３５は、Ｙ方向における反射光Ｌ２の入射位置と、電荷信号Ｄｘ２ｒ−１及びＤｘ２ｒの強度との関係を利用して、Ｙ方向における入射位置を示す位置情報Ｌｙｒを画素対１１毎に算出する。このようにして、受光部１０における反射光Ｌ２の入射位置を示す位置情報Ｌｘｒ及びＬｙｒが画素対１１毎に検出される。そして、この位置情報Ｌｘｒ及びＬｙｒに基づいて計測線ＭＬ上の各位置の二次元位置情報が算出され、物体２を方向Ｄ１へ移動することで物体２の表面２ａの三次元形状が計測される。本実施形態に係る形状計測センサ１では、各画素対１１から生成された電荷信号Ｄｘ２ｒ−1及びＤｘ２ｒのみによって、Ｘ方向における入射位置を示す位置情報Ｌｘｒに加えて、Ｙ方向における入射位置を示す位置情報Ｌｙｒを画素対１１毎に検出できる。つまり、Ｙ方向における入射位置を示す位置情報を検出する為の電荷信号を別途生成することなく、反射光Ｌ２の入射位置の二次元情報を検出できる。これにより、電荷信号の数の増大を抑えることができ、それらの電荷信号の読み出しに要する時間の増大を抑えることができる。従って、形状計測センサ１によれば、受光部１０における反射光Ｌ２の入射位置を高速に検出することが可能となる。その結果、物体２の表面２ａの三次元形状を高速に計測することができ、計測時間の短縮及び計測結果の高精細化を図ることが可能となる。
【００３６】
形状計測センサ１では、算出部３５は、電荷信号Ｄｘ２ｒ−１の強度と電荷信号Ｄｘ２ｒの強度との比を用いて、Ｙ方向における入射位置を示す位置情報Ｌｙｒを画素対１１毎に算出している。この場合、位置情報Ｌｙｒを簡易な計算処理によって算出することができるので、反射光Ｌ２の入射位置を示す位置情報Ｌｘｒ及びＬｙｒをより高速に検出することが可能となる。
【００３７】
形状計測センサ１では、算出部３５は、電荷信号Ｄｘ２ｒ−１又はＤｘ２ｒの強度と、電荷信号Ｄｘ２ｒ−１及びＤｘ２ｒの強度の合計値との比を用いて、位置情報Ｌｙｒを画素対１１毎に算出してもよい。このように、電荷信号Ｄｘ２ｒ−１又はＤｘ２ｒの強度を電荷信号Ｄｘ２ｒ−１及びＤｘ２ｒの強度の合計値で規格化することにより、これらの電荷信号Ｄｘ２ｒ−１及びＤｘ２ｒの強度の変動を補償できる。これにより、位置情報Ｌｘｒ及びＬｙｒを精度良く検出することが可能となる。
【００３８】
形状計測センサ１では、光源３は、ライン状のレーザ光Ｌ１を計測線ＭＬ上の各位置に同時に照射している。この場合、算出部３５は、上述したように、計測線ＭＬ上の各位置を各画素対１１のＸ方向の位置座標に対応させることによって、計測線ＭＬ上の各位置の二次元位置情報を好適に算出することができる。
【００３９】
［第１変形例］
図５は、第１変形例に係る撮像装置４Ａを示す概略構成図である。本変形例と上記実施形態との相違点は、撮像装置の信号処理部の構成である。本変形例の信号処理部３０Ａでは、各画素Ｐ１〜ＰＮから各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮを順次読み出す為のシフトレジスタ３２が設けられておらず、アンプ３３が画素対１１毎に設けられている。アンプ３３は、各画素対１１の第１画素１２及び第２画素１３とそれぞれ電気的に接続される２つの入力端を有している。アンプ３３の各入力端には、第１画素１２において生成される電荷信号Ｄｘ１，Ｄｘ３…ＤｘＮ−１（すなわち電荷信号Ｄｘ２ｒ−１）と、第２画素１３において生成される電荷信号Ｄｘ２，Ｄｘ４…ＤｘＮ（すなわち電荷信号Ｄｘ２ｒ）とがそれぞれ入力する。各アンプ３３は、各画素対１１における電荷信号Ｄｘ２ｒ−１と電荷信号Ｄｘ２ｒとの比を示す値を算出部３５に出力する。算出部３５は、これらの値を画素対１１毎に取得することによって、これらの値に対応する画素対１１のＸ方向における位置座標を位置情報Ｌｘｒとして画素対１１毎に取得することができ、これらの値を位置情報Ｌｙｒとして画素対１１毎に取得することができる。このようにして、算出部３５は、上述した式（１）又は式（３）によって表される位置情報Ｌｘｒ及びＬｙｒを検出する。
【００４０】
本変形例において、算出部３５は、式（２）又は式（４）によって表される位置情報Ｌｘｒ及びＬｙｒを検出することもできる。この場合、各アンプ３３の一方の入力端と各画素対１１との間の接続線上に加算器が設けられる。加算器は、第１画素１２及び第２画素１３にそれぞれ電気的に接続される２つの入力端と、アンプ３３の一方の入力端に電気的に接続される出力端とを有する。加算器は、第１画素１２及び第２画素１３のそれぞれから生成される電荷信号Ｄｘ２ｒ−１及び電荷信号Ｄｘ２ｒの合計値を算出し、算出した合計値をアンプ３３の一方の入力端に出力する。アンプ３３は、該アンプ３３の他方の入力端から入力される電荷信号Ｄｘ２ｒ−１（或いは電荷信号Ｄｘ２ｒ）と、加算器から出力された上記合計値との比を算出部３５に出力する。この構成によれば、算出部３５は、式（２）又は式（４）によって位置情報Ｌｘｒ及びＬｙｒを検出することが可能となる。本変形例に係る撮像装置４Ａによれば、上記実施形態と同様に位置情報Ｌｘｒ及びＬｙｒを取得することができるので、上記実施形態と同様の効果を奏する。更に、本変形例に係る撮像装置４Ａによれば、上記実施形態と異なり、各画素Ｐ１〜ＰＮから各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮの読み出しを順番に行う必要が無いので、物体２の表面２ａの計測線ＭＬの各位置の位置情報を同時に取得することができる。これにより、常時リアルタイムで物体２の表面形状を計測することが可能となる。
【００４１】
［第２変形例］
図６は、第２変形例に係る撮像装置４Ｂを備える形状計測センサ１Ａを示す概略構成図である。形状計測センサ１Ａでは、光源３は、物体２の表面２ａの計測線ＭＬ上の各位置においてスポット状のレーザ光Ｌ１を照射し、物体２が配置された移動ステージは、表面２ａの計測線ＭＬに沿った方向Ｄ２に沿って移動する。従って、物体２は、光源３及び撮像装置４Ｂに対して方向Ｄ２に沿って相対移動する。光源３は、この物体２の方向Ｄ２への移動に応じて、計測線ＭＬ上の各位置にレーザ光Ｌ１を順次照射する。計測線ＭＬ上の全ての位置へのレーザ光Ｌ１の照射が行われた後、移動ステージは方向Ｄ１に沿って移動し、表面２ａの方向Ｄ１に沿った次の位置において計測線ＭＬへのレーザ光Ｌ１の照射が行われ、これが繰り返される。撮像装置４Ｂは、表面２ａの計測線ＭＬ上の各位置において反射する反射光Ｌ２を順次撮像する。形状計測センサ１Ａでは、光源３からのレーザ光Ｌ１の直径は、受光部１０に入射する反射光Ｌ２の直径が画素対１１のＸ方向における幅よりも小さくなるように設定されることが望ましいが、それに限らない。
【００４２】
図７は、本変形例に係る撮像装置４Ｂを示す概略構成図である。本変形例の信号処理部３０Ｂでは、各画素Ｐ１〜ＰＮから各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮを順次読み出す為のシフトレジスタ３２が設けられておらず、各第１画素１２に電気的に接続されたアンプ３３Ａと、各第２画素１３に電気的に接続されたアンプ３３Ｂとが設けられている。受光部１０では、計測線ＭＬ上の各位置において反射した反射光Ｌ２が各画素対１１に順次入射する。これに応じて、各画素対１１の第１画素１２において生成した電荷信号Ｄｘ１，Ｄｘ３，…Ｄｘ２ｒ−１がアンプ３３Ａに順次入力し、第２画素１３において生成した電荷信号Ｄｘ２，Ｄｘ４，…Ｄｘ２ｒがアンプ３３Ｂに順次入力する。アンプ３３Ａは、各電荷信号Ｄｘ１，Ｄｘ３，…Ｄｘ２ｒ−１の強度に応じた電圧値をＡ／Ｄ変換器３４を介して算出部３５に順次入力する。アンプ３３Ｂは、各電荷信号Ｄｘ２，Ｄｘ４，…Ｄｘ２ｒの強度に応じた電圧値をＡ／Ｄ変換器３４を介して算出部３５に順次入力する。
【００４３】
算出部３５は、各アンプ３３Ａ及び３３Ｂからそれぞれ出力された電荷信号Ｄｘ２ｒ−１及び電荷信号Ｄｘ２ｒを、反射光Ｌ２が各画素対１１に入射した時間に対応付けることによって、電荷信号Ｄｘ２ｒ−１及びＤｘ２ｒを画素対１１毎に取得する。具体的には、第ｒ番目の画素対１１に入射した時間をｔｒとすると、算出部３５は、電荷信号Ｄｘ２ｒ−１及び電荷信号Ｄｘ２ｒが出力される画素対１１のＸ方向における位置座標に時間情報ｔｒを対応付けて、時間情報ｔｒを位置情報Ｌｘｒとして画素対１１毎に取得する。そして、算出部３５は、上記実施形態と同様、画素対１１毎に取得した電荷信号Ｄｘ２ｒ−１及びＤｘ２ｒの強度に基づいて位置情報Ｌｙｒを画素対１１毎に算出する。従って、本変形例では、位置情報Ｌｘｒ及びＬｙｒは、次の式（５）又は式（６）によって表される。
【数５】
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【数６】
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【００４４】
［第３変形例］
図８は、第３変形例に係る撮像装置４Ｃを示す概略構成図である。本変形例と上記実施形態との相違点は、各画素Ｐ１〜ＰＮの形状が異なる点、及び、第１透過フィルタ１４及び第２透過フィルタ１５が設けられていない点である。本変形例の受光部１０Ａでは、第１画素１２ＡにおけるＸ方向の幅は、一端１０ａに近づくほど徐々に減少し、他端１０ｂに近づくほど徐々に増加する。一例では、第１画素１２Ａは、Ｙ方向における一端１０ａ側に向かって先細った二等辺三角形状を呈している。これに対し、第２画素１３ＡにおけるＸ方向の幅は、一端１０ａに近づくほど徐々に増加し、他端１０ｂに近づくほど徐々に減少する。一例では、第２画素１３Ａは、Ｙ方向における他端１０ｂ側に向かって先細った二等辺三角形状を呈している。
【００４５】
このような形状を呈する各画素Ｐ１〜ＰＮを受光部１０Ａが有することにより、第１画素１２Ａにおける反射光Ｌ２の入射位置が一端１０ａに近づくほど、各第１画素１２Ａに入射する反射光Ｌ２の入射光量は減少し、これに応じて、各第１画素１２Ａにおいて生成される電荷信号Ｄｘ１，Ｄｘ３…ＤｘＮ−１の強度も減少する。これに対し、第２画素１３Ａにおける反射光Ｌ２の入射位置が一端１０ａに近づくほど、第２画素１３Ａに入射する反射光Ｌ２の入射光量は増加し、これに応じて、第２画素１３Ａにおいて生成される電荷信号Ｄｘ２，Ｄｘ４…ＤｘＮの強度も増加する。各画素Ｐ１〜ＰＮがこのような形状を有する場合であっても、上記実施形態と同様に位置情報Ｌｘｒ及びＬｙｒを検出することができるので、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【００４６】
画素Ｐ１〜ＰＮの形状及び配置は、上述した形状に限られない。図９〜図１３は、本変形例に係る画素Ｐ１〜ＰＮの別の例を示している。図９は、本変形例に係る画素Ｐ１〜ＰＮの形状の別の例を示す概略構成図である。図９の例では、第１画素１２Ｂは、受光部１０ＢのＹ方向における一端１０ａ側に向かって先細った直角三角形状を呈している。一方、第２画素１３Ｂは、受光部１０ＢのＹ方向における他端１０ｂ側に向かって先細った直角三角形状を呈している。各画素対１１Ｂの境界に位置する第１画素１２Ｂ及び第２画素１３Ｂの外縁は、Ｙ方向に対して傾斜しておらず、Ｙ方向に沿って延びている。
【００４７】
各画素Ｐ１〜ＰＮのＸ方向の配列について、第１画素１２Ｂと第２画素１３Ｂとが交互に並んだ配列である必要は無く、他の配列であってもよい。図１０は、本変形例に係る画素Ｐ１〜ＰＮの配列の別の例を示す概略構成図である。図１０の例では、各第１画素１２Ｂの直角を構成する直線同士がＸ方向において互いに対向して配置されている。同様に、各第２画素１３Ｂの直角を構成する直線同士がＸ方向において互いに対向して配置されている。
【００４８】
図１１は、本変形例に係る画素Ｐ１〜ＰＮの形状の別の例を示す概略構成図である。図１１の例では、第１画素１２ＣのＸ方向における幅は、受光部１０ＣのＹ方向における一端１０ａに近づくほど段階的（階段状）に減少し、受光部１０ＣのＹ方向における他端１０ｂに近づくほど段階的（階段状）に増加している。一方、各第２画素１３ＣのＸ方向における幅は、一端１０ａに近づくほど段階的（階段状）に増加し、他端１０ｂに近づくほど段階的（階段状）に減少している。図１１の例において、受光部１０Ｃの面積は例えば２０００μｍ２であり、各画素Ｐ１〜ＰＮのＸ方向における配列ピッチは、例えば７．５μｍである。
【００４９】
図１２は、図１１に示す画素Ｐ１〜ＰＮのうち第１画素１２Ｃを拡大した拡大図である。図１２に示されるように、第１画素１２Ｃには、一端１０ａから他端１０ｂに向かって距離ｄ１（例えば１６．２５μｍ）離れる毎に、第１画素１２ＣのＸ方向における幅が拡がるように、Ｘ方向における第１画素１２Ｃの両側に段差が形成されている。この段差は、Ｙ方向に沿った１２３箇所に等間隔（すなわち距離ｄ１）で設けられている。各段差のＸ方向における幅は、例えば０．０５μｍである。第１画素１２ＣのＹ方向における全長は、例えば１９９８．７５μｍであり、第１画素１２Ｃの一端１０ａ側の頂点のＸ方向における幅は、例えば０．８μｍであり、第１画素１２Ｃの他端１０ｂ側の底辺のＸ方向における幅は、例えば１３μｍである（図１１参照）。第２画素１３Ｃは、第１画素１２Ｃと同様の形状を有しており、Ｙ方向において第１画素１２Ｃと逆向きに配置されている。このような形状を有する各画素Ｐ１〜ＰＮに入射する反射光Ｌ２のＹ方向における幅ｄ２は、例えば２０μｍであり、各画素Ｐ１〜ＰＮのＹ方向における各段差間の距離ｄ１よりも大きくなるように設定される。
【００５０】
図１３は、本変形例に係る画素Ｐ１〜ＰＮの形状の別の例を示す概略構成図である。図１３の例では、各画素対１１Ｄの第１画素１２Ｄは、四角形状を呈する複数（例えば６つ）の受光領域１２ｄを有する。各受光領域１２ｄのＸ方向における幅は、受光部１０Ｄの一端１０ａに近いほど小さく、受光部１０Ｄの他端１０ｂに近いほど大きい。各画素対１１Ｄの第２画素１３Ｄは、四角形状を呈する複数（例えば６つ）の受光領域１３ｄを有する。各受光領域１３ｄのＸ方向における幅は、受光部１０Ｄの一端１０ａに近いほど大きく、受光部１０Ｄの他端１０ｂに近いほど小さい。以上に説明した図９〜図１３に示す画素Ｐ１〜ＰＮを採用した場合であっても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【００５１】
［第４変形例］
図１４は、第４変形例に係る撮像装置４Ｈを示す概略構成図である。本変形例では、受光部１０Ｅが、複数の第１透過フィルタ１４及び複数の第２透過フィルタ１５に代えて、複数の第１遮光部１６及び複数の第２遮光部１７を有している。各第１遮光部１６は、各第１画素１２上に配置されており、入射した反射光Ｌ２を遮光する。各第１遮光部１６は、各第１画素１２の一部１２ａを除く部分を覆っている。各一部１２ａのＸ方向における幅は、受光部１０ＥのＹ方向における一端１０ａに近づくほど徐々に（或いは段階的に）減少し、受光部１０Ｅの他端１０ｂに近づくほど徐々に（或いは段階的に）増加している。一例では、各一部１２ａは、Ｙ方向における一端１０ａ側に向かって先細った二等辺三角形状を呈している。この場合、各第１遮光部１６は、その二等辺三角形状でくり抜かれた形状を呈する。
【００５２】
一方、各第２遮光部１７は、各第２画素１３上に配置されており、入射した反射光Ｌ２を遮光する。各第２遮光部１７は、複数の第２画素１３の一部１３ａを除く部分を覆っている。各一部１３ａのＸ方向における幅は、一端１０ａに近づくほど徐々に（或いは段階的に）増加し、他端１０ｂに近づくほど徐々に（或いは段階的に）減少している。一例では、各一部１３ａは、Ｙ方向における他端１０ｂ側に向かって先細った二等辺三角形状を呈している。この場合、各第２遮光部１７は、その二等辺三角形状でくり抜かれた形状を呈する。
【００５３】
このような第１遮光部１６及び第２遮光部１７を受光部１０Ｅが有することにより、各第１画素１２において反射光Ｌ２の入射位置がＹ方向における一端１０ａに近づくほど、各第１画素１２に入射する反射光Ｌ２の入射光量は減少し、これに応じて、各第１画素１２において生成される電荷信号Ｄｘ１，Ｄｘ３…ＤｘＮ−１の強度も減少する。これに対し、各第２画素１３において反射光Ｌ２の入射位置がＹ方向における一端１０ａに近づくほど、各第２画素１３に入射する反射光Ｌ２の入射光量は増加し、これに応じて、各第２画素１３において生成される電荷信号Ｄｘ２，Ｄｘ４…ＤｘＮの強度も増加する。このような形態であっても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【００５４】
［第５変形例］
図１５は、第５変形例に係る撮像装置４Ｊを示す概略構成図である。本変形例と上記実施形態との相違点は、本変形例の各画素Ｐ１〜ＰＮが、Ｙ方向において２つに分割されている点、信号処理部が２つ設けられている点である。図１５に示されるように、撮像装置４Ｊは、受光部１０Ｆと、信号処理部３０Ｃ及び３０Ｄとを備えている。受光部１０Ｆの各画素Ｐ１〜ＰＮは、Ｙ方向における中央付近を境に２つの領域に分割されている。各第１画素１２は、分割された２つの領域のうち、受光部１０ＦのＹ方向における他端１０ｂ側に位置する領域１２Ｅ、及び、受光部１０Ｆの一端１０ａ側に位置する領域１２Ｆを含む。各第２画素１３は、分割された２つの領域のうち、受光部１０Ｆの他端１０ｂ側に位置する領域１３Ｅ、及び、受光部１０Ｆの一端１０ａ側に位置する領域１３Ｆを含む。
【００５５】
信号処理部３０Ｃ及び３０Ｄは、各画素Ｐ１〜ＰＮのＹ方向における両側にそれぞれ設けられている。信号処理部３０Ｃ及び３０Ｄのそれぞれは、複数のスイッチ素子３１と、シフトレジスタ３２と、アンプ３３と、Ａ／Ｄ変換器３４とを有している。信号処理部３０Ｃの各スイッチ素子３１の入力端は、各領域１２Ｅ及び１３Ｅと電気的に接続されており、信号処理部３０Ｄの各スイッチ素子３１の入力端は、各領域１２Ｆ及び１３Ｆと電気的に接続されている。算出部３５は、信号処理部３０ＣのＡ／Ｄ変換器３４、及び信号処理部３０ＤのＡ／Ｄ変換器３４と電気的に接続されている。算出部３５は、各領域１２Ｅ及び１３Ｅにおいて生成される各電荷信号ＤｘＥ１〜ＤｘＥＮ、及び各領域１２Ｆ及び１３Ｆにおいて生成される各電荷信号ＤｘＦ１〜ＤｘＦＮに基づいて、上記実施形態と同様に、受光部１０Ｆに入射した反射光Ｌ２の入射位置について位置情報Ｌｘｒ及びＬｙｒをそれぞれ算出する。
【００５６】
本変形例の撮像装置４Ｊでは、各画素Ｐ１〜ＰＮが２つに分割された結果、各領域１２Ｅ及び１３Ｅにおいて生成される各電荷信号ＤｘＥ１〜ＤｘＥＮが信号処理部３０Ｃによって読み出され、各領域１２Ｆ及び１３Ｆにおいて生成される電荷信号ＤｘＦ１〜ＤｘＦＮが信号処理部３０Ｄによって読み出される。これにより、各画素Ｐ１〜ＰＮにおいて反射光Ｌ２が入射した部分から各スイッチ素子３１に至るまでの距離を短くすることができる。その結果、各画素Ｐ１〜ＰＮに入射した反射光Ｌ２の利用効率を高め、位置情報Ｌｘｒ及びＬｙｒの精度を向上することができる。
【００５７】
［第６変形例］
図１６は、第６変形例に係る撮像装置４Ｋを示す概略構成図である。本変形例と上記実施形態との相違点は、本変形例の受光部１０Ｇが、複数の金属線２０を有している点である。各金属線２０は、例えばＡｌ（アルミニウム）線であり、各画素Ｐ１〜ＰＮに対応して設けられている。各金属線２０は、各画素Ｐ１〜ＰＮ上においてＹ方向に沿って延び、各画素Ｐ１〜ＰＮと連続的又は断続的（間欠的）に接続されている。各金属線２０は、スイッチ素子３１の入力端と電気的に接続される。各画素Ｐ１〜ＰＮにおいてＹ方向における反射光Ｌ２の入射位置がスイッチ素子３１から離れるほど、各画素Ｐ１〜ＰＮにおいて生成される電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮの読み出しに時間が掛かる。その理由は、各画素Ｐ１〜ＰＮを構成する拡散層における電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮの移動速度が遅く、各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮを転送するのに時間が掛かるためであると考えられる。
【００５８】
そこで、Ｙ方向に沿って延びる各金属線２０を各画素Ｐ１〜ＰＮ上に設け、その各金属線２０を各スイッチ素子３１に繋げることで、各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮが各金属線２０を通るようにする。これにより、電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮの移動速度を向上させることができ、各電荷信号Ｄｘ１〜ＤｘＮの読み出しの速度を向上させることができる。
【００５９】
本開示の形状計測センサは、上述した実施形態及び各変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した実施形態及び各変形例を、必要な目的及び効果に応じて互いに組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１，１Ａ…形状計測センサ、２…物体、２ａ…表面、３…光源、４，４Ａ，４Ｂ〜４Ｈ，４Ｊ，４Ｋ…撮像装置、１０，１０Ａ〜１０Ｇ…受光部、１０ａ…一端、１０ｂ…他端、１１，１１Ａ〜１１Ｄ…画素対、１２，１２Ａ〜１２Ｄ…第１画素、１２ａ，１３ａ…一部、１３，１３Ａ〜１３Ｄ…第２画素、１４…第１透過フィルタ、１５…第２透過フィルタ、１６…第１遮光部、１７…第２遮光部、２０…金属線、３０，３０Ａ〜３０Ｄ…信号処理部、Ｄａ…照射方向、Ｄｂ…傾斜方向、Ｄｘ１〜ＤｘＮ…電荷信号、Ｌ１…レーザ光、Ｌ２…反射光、Ｌｘ，Ｌｙ…位置情報、ＭＬ…計測線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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