(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物上の点までの距離を測定する為の３Ｄカメラであって、
２次元配列された複数の感光性画素を備え、それぞれの画素が、光センサと、スイッチと、出力端子とを有する回路を備え、前記回路は前記光センサに光が入射し前記スイッチがクローズされている間のみ前記出力端子上に信号を提供するよう構成された、半導体面と、
扇形ビームからの光が、前記複数の画素の少なくとも１つに向けて前記対象物によって反射されるように、少なくとも１つの位置から前記対象物を照明するように制御可能な扇形ビームであって、前記少なくとも１つの位置は走査角によって定義される、扇形ビームと、
前記扇形ビームの複数の走査角で前記対象物を照明するよう前記扇形ビームを制御するコントローラと、を備え、
前記半導体面は、前記扇形ビームから照明され、前記対象物によって反射された全ての光を受光可能であり、
それぞれの走査角について、前記扇形ビームからの光が前記対象物を照明する間、前記コントローラは複数の前記スイッチを同時にクローズし、
パルスを生成する画素について、前記画素のスイッチがクローズであるとき、前記コントローラは、前記走査角及び前記半導体面内の位置に応じて三角測量によって前記画素から前記対象物までの距離を決定し、
前記照明される扇形ビームが、走査ミラー（１３４）で反射されて、前記対象物（１２２）に導かれ、前記対象物（１２２）から反射された光が、レンズ（１４４）を通じて、前記半導体面（２０）に伝搬され、
前記ビームが、位置リフレクタ（１４１）に向かって走査され、当該位置リフレクタが、走査に対する基準物であり、そこからの反射光が、前記レンズ（１４４）を介して、前記半導体面（２０）に伝搬されて、バンド（１４８）と呼ばれる合焦された画像を生成し、
（ａ）位置リフレクタ（１４１）、
（ｂ）前記走査ミラー（１３４）上のライン（１３６）、即ち、線形部分であって、当該線形部分で、前記扇形ビームが前記走査ミラー（１３４）で反射されるもの、
（ｃ）前記レンズ（１４４）、
（ｄ）前記半導体面（２０）、
の間の位置的関係が、既知であり、
位置ストライプ（１４２）であって、当該位置ストライプが一点であり、その、位置リフレクタ（１４１）内での位置が既知であるものが、結果として、前記バンド（１４８）内の位置ストライプ画像（１４６）として合焦され、
位置ストライプ（１４２）、位置リフレクタ（１４１）、ライン（１３６）、レンズ（１４４）、及び、半導体面の間の前記位置関係に基づき、かつ、前記半導体面の上での前記位置ストライプ画像（１４６）の位置に基づいて、走査角が決定される、
３Ｄカメラ。
【請求項２】
前記回路は前記半導体面の内部又は面上に形成される、請求項１に記載の３Ｄカメラ。
【請求項３】
前記回路は、モノリシック集積回路の要素として形成される、請求項１または請求項２に記載の３Ｄカメラ。
【請求項４】
複数の入力を有する信号受信回路を備え、前記スイッチが同時にクローズされる画素は、前記信号受信回路の異なる入力に接続される前記出力端子を有する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の３Ｄカメラ。
【請求項５】
前記信号受信回路はエンコーダを備える、請求項４に記載の３Ｄカメラ。
【請求項６】
前記画素の２次元配列は、画素の行及び列を備え、それぞれの画素は前記配列の１つの行及び１つの列に属するものであり、同一の列に属する画素の前記出力端子は、前記エンコーダの同一の入力に接続される、請求項１に記載の３Ｄカメラ。
【請求項７】
前記コントローラは、同一の行に属する全ての画素の前記スイッチを実質的に同時にクローズする、請求項６に記載の３Ｄカメラ。
【請求項８】
前記コントローラは、それぞれの行に属する全ての画素を１行ずつ順次クローズする、請求項７に記載の３Ｄカメラ。
【請求項９】
前記半導体面の列は、前記扇形ビームが前記対象物を照明する際の前記扇形ビームの全ての位置に関し、前記扇形ビームの面に平行である、請求項６から請求項８のいずれかに記載の３Ｄカメラ。
【請求項１０】
前記回路は、前記光センサに接続される第１の入力と、基準電圧でバイアスされる第２の入力と、出力とを有するコンパレータを備え、あらかじめ決定された輝度よりも高い輝度を有する光が前記光センサに入射するときに、前記第１の入力の電圧が前記基準電圧より上に上昇し、前記コンパレータは出力信号を発生する、請求項１から請求項９のいずれかに記載の３Ｄカメラ。
【請求項１１】
前記コンパレータの前記出力は、前記スイッチの接点端子に接続される、請求項１０に記載の３Ｄカメラ。
【請求項１２】
対象物上の領域までの距離を測定する為の方法であって、
扇形ビームからの光が、それぞれの画素が光で照明される間のみ前記光に応じて信号を提供する、複数の感光性の画素からなる２次元配列を有する半導体面に向けて前記対象物によって反射される様に、走査角で定義される位置を有する扇形光ビームからの光で前記対象物を照明すること、
グループ内のどの画素が信号を提供しているかを決定する為に、前記半導体面内の画素の２次元グループからの信号を検知すること、
前記画素のグループ内の画素について走査角を決定すること、および
前記対象物の領域までの距離を決定する為に、信号を提供する画素の位置と前記決定された走査角とを用いること、を含み、
前記照明される扇形ビームが、走査ミラー（１３４）で反射されて、前記対象物（１２２）に導かれ、前記対象物（１２２）から反射された光が、レンズ（１４４）を通じて、前記半導体面（２０）に伝搬され、
前記ビームが、位置リフレクタ（１４１）に向かって走査され、当該位置リフレクタが、走査に対する基準物であり、そこからの反射光が、前記レンズ（１４４）を介して、前記半導体面（２０）に伝搬されて、バンド（１４８）と呼ばれる合焦された画像を生成し、
（ａ）位置リフレクタ（１４１）、
（ｂ）前記走査ミラー（１３４）上のライン（１３６）、即ち、線形部分であって、当該線形部分で、前記扇形ビームが前記走査ミラー（１３４）で反射されるもの、
（ｃ）前記レンズ（１４４）、
（ｄ）前記半導体面（２０）、
の間の位置的関係が、既知であり、
位置ストライプ（１４２）であって、当該位置ストライプが一点であり、その、位置リフレクタ（１４１）内での位置が既知であるものが、結果として、前記バンド（１４８）内の位置ストライプ画像（１４６）として合焦され、
位置ストライプ（１４２）、位置リフレクタ（１４１）、ライン（１３６）、レンズ（１４４）、及び、半導体面の間の前記位置関係に基づき、かつ、前記半導体面の上での前記位置ストライプ画像（１４６）の位置に基づいて、走査角が決定される、
方法。
【請求項１３】
複数の画素の行において１行ずつ、前記半導体面内の画素からの信号を検知すること、
を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
信号検出手段を提供することを含み、該信号を検出することは、前記検出手段の同一の入力の画素の列内の全ての画素からの信号を検出することを含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、画像化する対象物及び対象物の部分までの距離の測定を提供するカメラに関し、詳細には、このようなカメラの機能の単一チップへの集約に関する。
【０００２】
［発明の背景］
以下において“３Ｄカメラ”と称する、画像化する対象物及び対象物の部分までの距離の測定を提供可能な３次元光画像化システムは、多くの様々な応用分野に用いられる。これらの応用分野には、工業製品の輪郭検査、ＣＡＤ検証、ロボットビジョン、地理的な測量、及び距離の関数として対象物を選択的に画像化することがある。
【０００３】
いくつかの３Ｄカメラは、シーン中にある対象物までの距離を測定する為に飛行時間技法を用いる。このタイプの３Ｄカメラは、通常、画像化されているシーンを光パルスで照明する為にパルス化された又はシャッタ制御されたレーザ装置のような光源と、シーン中の対象物で反射した光パルスからの光を画像化する為のゲート制御画像化システムとを備える。ゲート制御画像化システムは、以下で“感光面”と呼ぶ感光性の面を有する、ＣＣＤ又はＣＭＯＳカメラのようなカメラ又はＩＲカメラと、電気光学シャッタ又はゲート制御イメージ倍増管のようなカメラをオープン又はクローズにゲート制御する為のゲート制御手段とを備える。反射光は、カメラがゲートオープンであるときにカメラに達した場合にのみカメラの感光面の画素に記録される。
【０００４】
シーンを画像化しカメラからシーン中の対象物までの距離を決定する為に、シーンは一般に光源から放射された光パルス列で照明される。列中の放射された光パルスそれぞれについて、光パルスが放射された時刻からの正確に決定された遅延に続いて、カメラは、以下“ゲート”と呼ぶ限定された期間ゲートオープンされる。シーン中の対象物で反射した光パルスの光は、ゲートである間にカメラに到達した場合には、カメラの感光面で画像化される。光パルスの放射から続くゲートまでの経過時間は既知なので、画像化された光が光源からシーン中の反射の対象物まで進みカメラまで戻ってくるのにかかる時間は既知である。経過時間は対象物までの距離を決定する為に用いられる。
【０００５】
いくつかの３Ｄカメラは、対象物の表面を照明する入射光ビームと表面で反射された入射光ビームからの光との間の幾何学的な関係を用いて、対象物までの距離を決定する。一般的には、毎回、入射光は対象物の限定された表面領域を照明し、対象物までの距離は、その限定された表面領域中の対象物の点についてのみ測定される。異なる表面領域にある点までの距離を測定する為に、ビームの位置が変更される。一般に、対象物までの距離の“幾何学的”測定は三角測量の技法を用いて行われる。
【０００６】
３Ｄ画像化の一般的な“幾何学的”方法は、動的な三角測量である。動的な三角測量においては、一般的に、レーザ光の薄い扇形ビームが対象物の表面を表面上の細いストライプに沿って照明する。照明されたストライプで反射された光は、しかるべき感光面の画素に入射する。感光面内のそれぞれの照明された画素は、ストライプ上の異なる点で反射した光で照明される。感光面内の照明された画素の位置、及び以下“走査角”と呼ぶ、扇形ビームが基準となる座標系でなす角度は、画素に向けて光を反射するストライプ上のスポットに対する３つの空間座標を決定するのに十分である。対象物表面の３Ｄマップを作る為に、表面上で隣接して間隔を置かれた異なるストライプに沿って連続的に対象物を照明しながら、扇形ビームが対象物の表面を走査できるように、走査角は増加される。これらの隣接して間隔をおかれたストライプそれぞれについて、照明された画素に対応するストライプ上のスポットの空間座標が計算される。
【０００７】
飛行時間及び対象物までの距離を決定する為の飛行時間技法の変形例を用いる３Ｄカメラは、本出願の何人かの発明者によるＰＣＴ出願PCT/IL98/00476に述べられおり、このＰＣＴ出願は参照によって本明細書に組み込まれる。対象物までの距離を測定する為に“幾何学的”方法を実質的に用いる３Ｄカメラは、また本出願の何人かの発明者によるＰＣＴ出願PCT/IL97/00370に述べられており、このＰＣＴ出願は参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００８】
［発明の要約］
本発明の好ましい実施形態の側面は、画素に入射する光に応じて感光面内の画素をオン又はオフに自動的にゲート制御する３Ｄカメラ用のゲート制御装置を感光面が内蔵する、３Ｄカメラに使用して便利な感光面を提供することに関する。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態の別の側面は、複数の画素のそれぞれが基準時間から光が画素に入射するまでの時間経過の長さに応じて情報を提供する、複数の画素を備える感光面に関する。
【００１０】
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、画素は、基準時間にゲートオンされ、画素に光が入射した時刻にゲートオフされる。
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、画素は、画素に光が入射したときにゲートオンされ基準時間にゲートオフされる。
【００１１】
本発明のいくつかの好ましい実施形態の別の側面は、飛行時間技法を用いて対象物までの距離を測定する為の、本発明の好ましい実施形態による感光面を用いる３Ｄカメラを提供することに関する。
【００１２】
本発明のいくつかの好ましい実施形態の別の側面は、三角測量技法を用いて対象物までの距離を測定する為の、本発明の好ましい実施形態による感光面を用いる３Ｄカメラを提供することに関する。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態の側面によれば、感光面内のそれぞれの画素は、画素をゲートオン又はオフ制御する為のそれ独自の画素回路を含む。画素回路は、以下“開始時間”と呼ぶ基準時間に、画素をゲートオンするように制御可能である。一旦ゲートオンすると、画素回路は、その後、以下“停止時間”と呼ぶ、画素が感光性を持つ光が画素に入射する時間に、画素をゲートオフする。本発明のこのような好ましい実施形態において、開始時間は光が画素に入射する時間であり、停止時間は基準時間である。
【００１４】
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、画素の開始時間から停止時間までの時間経過は、画素内のコンデンサのような電荷積分手段によって、開始時間から停止時間までの間に蓄積された電荷の量から決定される。
本発明の好ましい実施形態による感光面において、感光面のそれぞれの画素の画素回路は、光センサ、コンパレータ、フリップフロップ、及び蓄積キャパシタを備える。
【００１５】
フリップフロップの出力がオンに切り替わると、適切な電流源から電流が蓄積コンデンサに流れ込む。出力がオフであるときは蓄積キャパシタに電流は流れ込まない。フリップフロップの出力は、そのフリップフロップの第１の入力に接続されたコントローラからのしかるべき信号によってオン切り換えるよう制御可能である。フリップフロップの第２の入力は、コンパレータの出力に接続されている。コンパレータの出力は、オン及びオフ状態を有する。フリップフロップの出力がオンである場合に、コンパレータの出力がオフからオンに切り替わると、すなわちコンパレータの出力が“オンに変わる”と、フリップフロップの出力はオフする。
【００１６】
以下“光電流”と呼ぶ光センサからの電流は、いつコンパレータの出力がオンし、及びそれにより、いつフリップフロップの出力がオフし蓄積キャパシタが電流の積分を停止するかを制御する。光センサは、コンパレータの正の入力に接続されるのが好ましい。基準電圧を供給する電源が、コンパレータの負入力に接続されるのが好ましい。光センサに電流が流れないとき、正入力の電圧は基準電圧よりも下である。光センサが感光性をもつ光が、光センサに十分な輝度で入射するとき、光センサからの電流は正入力の電圧を基準電圧よりも上に上昇させる。光センサ入力電圧の基準電圧の下から上への横断は、コンパレータの出力をオンさせる。このことは結果として、フリップフロップの出力をオフし、電流源から蓄積キャパシタに流れ込む電流を停止する。
【００１７】
光センサ、電圧源、及びコンパレータ間での上記した接続の変形例が実現可能である。例えば、基準電圧は正だけでなく負とすることもでき、フリップフロップは、光センサ入力が基準電圧の上から下に横断したときにオフすることもできる。このような変形例は、当業者が思い付くであろうし、また有利なこととなり得る。
【００１８】
画素の開始及び停止時間はそれぞれ、フリップフロップがオンし蓄積キャパシタが電流の積分を開始する時間、及びフリップフロップがオフし蓄積キャパシタが電流の積分を停止する時間である。開始時間から停止時間までの間に蓄積キャパシタによって蓄積された電荷は、開始時間から停止時間までの時間経過の関数である。蓄積キャパシタに蓄積された電荷は、当技術分野で知られた方法を用いて検出され記録され、その後、時間経過を決定する為に用いられる。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態による、対象物までの距離を測定する為に飛行時間技法を用いる３Ｄカメラにおいて、画素の開始時間から停止時間までの時間経過は、パルス光が光源から対象物まで進み画素に戻ってくるまでにかかる時間を測定する為に用いられる。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態による、対象物までの距離を測定する為に三角測量技法を用いる３Ｄカメラにおいて、画素の開始時間から停止時間までの時間経過は、光が対象物で画素に向けて反射される対象物を照明する、光ビームの位置を指し示す。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態によるいくつかの感光面において、画素回路の開始時間と停止時間の両方が、画素に入射する光によって制御される。本発明の好ましい実施形態によるこのタイプの感光面において、画素回路は、コンパレータの第１の入力に接続された光センサを備える。コンパレータの第２の入力は、第２の入力を基準電圧に保つ電圧源に接続される。ある一定の閾値輝度よりも大きな輝度を有する光が光センサに入射すると、コンパレータの正入力の電圧は基準電圧より上に上昇し、画素回路はゲートオンする。光の輝度が閾値輝度よりも下に低下すると、画素回路はゲートオフする。本発明のいくつかの好ましい実施形態において、このタイプの感光面を内蔵する３Ｄカメラが、三角測量を用いて対象物までの距離を測定するのに用いられる。
【００２２】
画素は感光面上に５０ミクロンより狭いピッチで集積されるのが好ましい。画素が３０ミクロンよりも狭いピッチで集積されるのがさらに好ましい。感光面は、ＣＭＯＳテクノロジーを用いて作られるのが好ましい。ＣＭＯＳテクノロジーを用いることで、視覚的な画像化に適する画素配列を備える感光性の感光面をつくることができる。この場合において、感光面のそれぞれの画素は、フォトダイオードのような光センサ、電子スイッチ、コントローラ及び論理素子を有する画素回路を含む。例えば、米国特許5,345,266は、フォトダイオード及びトランジスタを備える画素を記述している。Peter Denyer氏は1996年2月7日の1996 SSCTSワークショップのCMOS画像化テクノロジーにて行った講演において、側辺がおよそ１２ミクロンであり、電子素子を備え、フォトダイオードが画素領域の６０％を占める画素について述べた。本発明のいくつかの好ましい実施形態において、画素回路は、画素回路のスイッチング制御及び／又は論理部品が光センサが配置される表面層よりも下のモノリシック回路の層に存在する、モノリシック多層回路の素子として形成される。
【００２３】
したがって本発明の好ましい実施形態によって提供されるのは、複数の画素のそれぞれの画素が半導体面上又は内部に形成された電子回路を備える、複数の感光性の画素を備える半導体面であって、前記電子回路は、入射する光に応じて出力に信号を発生する光センサと、信号に応じた第１の時間と基準時間との間の時間経過に応じて信号を提供する回路と、を備える。
好ましくは、前記回路は、前記時間経過の間電流を積分する電流積分器を備える。好ましくは、前記電流積分器はキャパシタを備える。
【００２４】
代替として又は追加として、前記回路は、オン及びオフ状態を有するスイッチ可能電源を備え、スイッチ可能電源がオン状態にあるとき積分器は電流を積分し、スイッチ可能電源がオフ状態にあるとき積分器は電流を積分ない。
好ましくは、前記回路は、スイッチ可能電源の入力に接続された出力を有するコンパレータを備え、光センサに入射する光があらかじめ決定された輝度よりも高い輝度を有するときにスイッチ可能電源が状態を変更する様に、光センサ出力がコンパレータの入力に接続される。
【００２５】
代替として又は追加として、前記回路は、第１の時間において、光センサからの信号に応じてスイッチ可能電源をオフ状態に切替える。
代替として、前記回路は、前記第１の時間において、光センサからの信号に応じてスイッチ可能電源をオン状態に切替える。
【００２６】
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、スイッチ可能電源はフリップフロップである。
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、前記電子回路は、モノリシック集積回路として形成される。
【００２７】
さらに、本発明のいずれかの好ましい実施形態による半導体面を備える３Ｄカメラが提供される。
【００２８】
本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、３Ｄカメラは、３Ｄカメラで画像化されるシーン内の対象物を少なくとも１つの光パルスで照明する光源を備え、複数の画素のそれぞれの画素について、基準時間は前記少なくとも１つの光パルスが放射される時間であり、第１の時間は、対象物の表面領域で反射された前記少なくとも１つの光パルスが画素に入射する時間であり、また、画素と表面領域の間の距離を時間経過に応じて計算する回路を含む。
【００２９】
本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、３Ｄカメラは、扇形ビームを備え、扇形ビームの位置は走査角によって定義される。好ましくは、扇形ビームは複数の異なる走査角で対象物を照明し、光センサ信号は扇形ビームから光センサまでの対象物によって反射された光に応じて生成され、異なる走査角で扇形ビームからの反射光を用いて照明される異なる画素についての第１の時間の間の差が特定の時間差よりも大きく、且つ同一の走査角で扇形ビームからの反射光を用いて照明される異なる画素についての第１の時間の間の差が前記特定の時間差よりも小さくなる様に、扇形ビームはある速度で走査角の範囲で移動される。
好ましくは、扇形ビームが複数の走査角のそれぞれで対象物を照明する時間は既知である。
【００３０】
代替として又は追加として、３Ｄカメラは、走査角のそれぞれについて半導体面における少なくとも１つの画素に向けて光を反射するリフレクタを備え、特定の走査角について、前記少なくとも１つの画素についての第１の時間と、対象物で反射された扇形ビームからの光によって照明される画素についての第１の時間との間の差は、特定の時間差よりも小さい。好ましくは、３Ｄカメラは、前記少なくとも１つの画素の位置から前記特定の走査角を決定する回路を含む。
【００３１】
本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、基準時間は前記複数の画素の全ての画素について同一である。
本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、基準時間は前記複数の画素の少なくとも２つの画素について異なっている。
【００３２】
さらに、本発明のいくつかの好ましい実施形態によって提供されるのは、対象物上の点までの距離を測定する為の３Ｄカメラであって、複数の感光性の画素を備え、それぞれの画素が光センサと、スイッチと、出力端子とを有する回路を備え、前記回路が光センサに光が入射しスイッチがクローズされるときのみ出力端子から信号を提供する、半導体面と、扇形ビームからの光が少なくとも１つの前記画素に向けて対象物によって反射される様に、扇形ビームの少なくとも１つの位置に関して対象物を照明する扇形ビームと、を備え、扇形ビームのそれぞれの位置に対し、複数の前記スイッチが同時にクローズされる。
好ましくは、前記回路は半導体面の上または内部に形成される。代替として又は追加として、前記回路は、モノリシック集積回路の要素として形成されるのが好ましい。
【００３３】
代替として又は追加として、３Ｄカメラは、複数の入力を有する信号受信回路を備え、スイッチが同時にクローズされる画素は、信号受信回路の異なる入力に接続される出力端子を有する。好ましくは、前記複数の画素は、画素の行及び列を有する画素の配列を備え、それぞれの画素は前記配列の１つの行及び１つの列に属する。好ましくは、画素の同一の列内の画素の出力端子はエンコーダの同一の入力に接続される。
【００３４】
好ましくは、画素の同一の行内の全ての画素についてのスイッチは同時にクローズされる。好ましくは、半導体面内の画素のスイッチは、一行づつ順次クローズされる。
【００３５】
代替として又は追加として、半導体面の行は、扇形ビームが対象物を照明する際の扇形ビームの全ての位置に関しての扇形ビームの面に平行である。
本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、光センサの出力は、スイッチの接点端子に接続される。
【００３６】
本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、前記回路は、光センサに接続される入力を有するコンパレータを備え、あらかじめ決定された輝度よりも高い輝度を有する光が光センサに入力するときに、コンパレータの出力に信号が発生する。好ましくは、コンパレータの出力は、スイッチの接点端子に接続される。本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、信号受信回路はエンコーダを備える。
【００３７】
さらに、本発明のいくつかの好ましい実施形態によって提供されるのは、対象物上の領域までの距離を測定する方法であって、第１の複数の感光性の画素を有する半導体面を提供することと、走査角で定義される位置を有する扇形光ビームからの光で対象物を照明することと、第１の複数の画素内に備えられた第２の複数の画素を同時に問い合わせる事によって、扇形ビームからの対象物によって反射された光で照明される半導体面上の画素からの信号を検出することと、信号を提供する画素について走査角を決定することと、対象物の領域までの距離を決定する為に、信号を提供する画素の位置と前記決定された走査角とを用いることと、を含む。
【００３８】
好ましくは、第１の複数の画素は行及び列画素の矩形の配列で整列される。好ましくは、画素の行内の全ての画素は同時に問い合わせられる。第１の複数の画素内の画素は１行づつ順次問い合わせられるのが好ましい。
代替として又は追加として、方法は、信号検出手段を提供することを含み、信号を検出することは、検出手段の同一の入力上で画素の列内の全ての画素からの信号を検出することを含む。
【００３９】
本発明は、ここに添付される図と共に読み取られる、その好ましい実施形態の以下の記述を参照することによってより明瞭に理解されるであろう。図において、１以上の図に出てくる同一の構造、要素、又は部品は、それらが出てくる全ての図において同一の数字をラベル付けされる。
【００４０】
［好ましい実施形態の詳細］
図１（ａ）は、本発明の好ましい実施形態による感光面２０を模式的に示す。感光面２０は、好ましくはそれぞれが模式的に及び著しく拡大して示された画素回路４０を有する画素２１を備える。回路４０の動作は、しかるべきコントローラ（不図示）によって制御され及び監視される。
【００４１】
本発明の好ましい実施形態によれば、感光面２０は、シーン３０中の対象物２４，２６及び２８までの距離を決定する為に、パルスレーザ２２と共に使用されることが図１（ａ）において示されている。感光面２０及びレーザ２２は、本発明の好ましい実施形態によれば、距離検出“飛行時間”カメラとして動作する３Ｄカメラの部品である。議論するのに妥当する３Ｄカメラの部品のみが示されている。感光面２０は、レーザ２２によって放射される光の波長と同一の波長を有する光のみを実質的に透過させるフィルタ（不図示）によってしかるべく覆われるのが好ましい。
【００４２】
表現の容易さと明確さの為に、図３における要素は一定の割合で示されておらず、また説明の簡単のため、シーン３０内の対象物２４、２６及び２８のそれぞれは平面で及び３Ｄカメラの光軸３２の回りで回転対称である。対象物２４、２６及び２８の全ての領域は、感光面２０から等距離である。対象物２４、２６及び２８のそれぞれは、感光面２０から異なる距離に配置されている。
【００４３】
光パルスがレーザ２２から対象物２４、２６及び２８のそれぞれまで進み、そして感光面２０に返ってくるのにどのくらいかかるかを決定することによって、３Ｄカメラは、感光面２０に画像化される対象物２４、２６及び２８までの距離を測定する。しかしながら、本発明はさらに複雑な面の測定に適用可能である。
【００４４】
画素回路４０は、好ましくは電圧Ｖｄｄで逆バイアスされている光センサ４４、コンパレータ４６、フリップフロップ４８、及び蓄積キャパシタ５０を備えるのが好ましい。光センサ４４は、キャパシタ４５によってコンパレータ４６の正入力５２に容量的に結合されるのが好ましい。容量性の結合は、通常、比較的一定の背景の光によって生成される、入力５２へのＤＣ入力を取り除く。電圧源５８がコンパレータ４６の負入力５４に接続され、入力５４を所望の基準電圧ＶＲに保つのが好ましい。入力５２は、しかるべき抵抗値を有するブリーディング抵抗５１を介してグランドに接続されるのが好ましい。コンパレータ４６の出力５６は、フリップフロップ４８のリセット入力“Ｒ”に接続され、フリップフロップ制御ライン６０は、フリップフロップ４８のセット入力“Ｓ”をコントローラに接続する。フリップフロップ４８の出力Ｑは、電流制限抵抗４９及びダイオード５１と共に直列に蓄積キャパシタ５０にノード６２において接続される。ノード６２は、アドレススイッチ６８を経由して読出しバス７２に接続された出力６６を持つバッファアンプ６４に接続されている。アドレススイッチ６８は、アドレスコントロールライン７４を介して接続されたコントローラによって制御される。リセットスイッチ７８は、クローズされると、蓄積キャパシタ５０に蓄積された全ての電荷を放電する。リセットスイッチ７８は、リセットコントロールライン８０上を伝送されたコントローラからの信号によってクローズ及びオープンされる。
【００４５】
フリップフロップ４８の出力Ｑがオンすると、出力Ｑからキャパシタ５０に電流が流れ込み、電荷は、制限抵抗４９の抵抗値と蓄積キャパシタ５０の容量で実質的に決定される速度でキャパシタ５０に蓄積する。出力Ｑがオフすると、キャパシタ６２には電流は流れ込まず、ダイオード５１は蓄積キャパシタ５０に蓄積された電荷がフリップフロップ４８まで逆に放電されるのを防ぐ。フリップフロップ４８の出力Ｑは、フリップフロップ４８のセット入力Ｓがコントローラから“セット”信号を受けるとオンする。コンパレータ４６の出力５６がオンしそれによって“リセット”信号をフリップフロップ４８の入力Ｒに送ると、フリップフロップ４８の出力Ｑはオフする。
【００４６】
光センサ４４の光電流はコンパレータ４６の出力５６がいつオンするかを制御する。光センサ４４内に実質的に光電流が流れず、又は光センサ内の光電流がある一定の閾値電流より低い限り、入力５２での電圧はＶＲより低く、コンパレータ４６の出力５６はオフである。光センサ４４が感光性を持つ光が、閾値電流を超える光センサ４４内の光電流を発生するのに十分な輝度で光センサ４４に入射する場合、入力５２での電圧はＶＲを超え、コンパレータ出力５６はオンとなる。
【００４７】
フリップフロップ４８の出力Ｑがコントローラからのセット信号によってオンされる開始時間から始まって、電荷は蓄積コンデンサ５０に蓄積される。十分な輝度の光が光センサ４４に入射するときに作られる、コンパレータ４６の出力５６からのリセット信号によって、フリップフロップ４８の出力Ｑがオフされる終了時間にて、電荷は、蓄積キャパシタ５０への蓄積を停止する。したがって、蓄積キャパシタ５０に蓄積する電荷は、開始時間から終了時間までの時間経過の関数となる。
【００４８】
コントローラは、全てのフリップフロップ４８が同時にオンするように、感光面２０内の画素２１の全てのフリップフロップ４８を動かすのが好ましい。本発明のいくつかの好ましい実施形態では、このことは、コントローラからの１つのセット信号が全てのフリップフロップ４８をオンするように、全てのフリップフロップ制御ライン６０を共通に接続することによって達成される。本発明の他の好ましい実施形態において、画素２１は、画素グループにグループ化される。同じ画素グループ内の全てのフリップフロップ４８へのフリップフロップ制御ライン６０は共通に接続され、コントローラからの画素グループへの１つのセット信号は、グループ内の全ての画素２１を実質的に同時にオンする。コントローラから異なる距離にある画素グループがセット信号を実質的に同じ時間に受けるように、セット信号は、しかるべき遅延を伴って異なる画素グループ送られる。
【００４９】
対象物２４、２６及び２８までの距離を測定する為に、リセットスイッチ７８をクローズしてオープンすることによって画素２１の蓄積キャパシタ５０がリセットされた後、時刻ｔ＝０において、レーザ２２は、シーン３０を照明する為に波線矢印８０で表される光パルスを放射する。同じ時間に、セット信号、又は（フリップフロップ制御ラインが接続されるやり方に依存して）コントローラからのフリップフロップ４８のセット入力Ｓをセットする為の信号は、好ましくは全ての画素２１のフリップフロップ出力Ｑをオンする。その結果、感光面２０内の全ての画素２１の蓄積キャパシタ５０は、ほぼ同じ時間ｔ＝０においてその対応のフリップフロップ４８から流れる電流からの充電を開始する。
【００５０】
それぞれの対象物２４、２６及び２８は、感光面２０に向けて、放射された光パルス８０からの光を反射し、ここで反射された光パルスは、波線矢印８２、８４及び８６によってそれぞれ表される。反射された光パルス８２、８４及び８６は、感光面２０上に対象物２４、２６及び２８の画像９０、９２及び９４をそれぞれ形成する為に、集光光学部品（不図示）によって合焦される。
【００５１】
対象物２４の画像９０は、時間ｔ２４＝Ｄ２４／ｃに形成される。ここで、Ｄ２４は、光源２２から対象物２４までの距離と、対象物２２から感光面２０までの距離との和であり、ｃは光速である。時間ｔ２４において、反射された光パルス８２からの光は、画像９０で覆われた画素２１内のそれぞれの光センサ４４に入射する。画像９０内のそれぞれの画素２１の光センサ４４において、入射光は光電流を発生させ、それによって画素のコンパレータ４６の入力５２は、基準電圧ＶＲより上に上昇する。その結果、コンパレータ４６の出力５６はオンし、リセット入力Ｒにおいてリセット信号を発生させる。このリセット信号は、フリップフロップ４８の出力Ｑをオフし、画素の蓄積キャパシタ５０内に電流が流れ込むのを停止する。したがって時間ｔ２４において、画像９０内の全ての画素２１における蓄積キャパシタ５０は充電を停止し、また、画素２１のそれぞれの蓄積キャパシタ５０に蓄積された電荷の量はｔ２４の関数である。したがって、画像９０内の画素２１のそれぞれのキャパシタ５０の電荷は、本発明の好ましい実施形態によれば、対象物２４までの距離を測定する為に用いることができる。
【００５２】
同様に、対象物２６の画像９２は時間ｔ２６＝Ｄ２６／ｃに形成され、画像４４は時間ｔ２８＝Ｄ２８／ｃに形成される。ここで、Ｄ２６及びＤ２８は、感光面２０から対象物２６及び２８までのそれぞれの距離である。画像９２及び４４で覆われた画素２１の蓄積キャパシタの電荷は、それぞれ時間ｔ２６及びｔ２８の関数であり、対象物２６及び２８までの距離をそれぞれ測定する為に用いることができる。
【００５３】
画像９０、９２及び９４内の画素２１の蓄積キャパシタ５０がそれぞれのフリップフロップ４８からの電流を積分する間の時間の長さは、図１（ｂ）において棒グラフ１０６にそれぞれ示された棒１００、１０２及び１０４の長さによって模式的に示される。棒１００、１０２及び１０４は、時間ｔ＝０からそれぞれ時間ｔ２４、ｔ２６及びｔ２８まで伸びることが示されている。
【００５４】
反射した光パルス８２、８４及び８６に対する感光面２０の露光に続いて、それぞれの画素２１の蓄積キャパシタ５０の電荷の量が読み出される。このことは、画素のアドレススイッチ６８をオンし、画素のブッファアンプ６４により読出しバス７２に蓄積された電荷を検出及び記録することによって達成される。検出された電荷は、画素２１の蓄積キャパシタ５０が充電を停止した時間、及び画素上で画像化された対象物の画素からの距離を決定する為に、当技術分野で知られた方法を用いて処理される。
【００５５】
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、光パルス列８０が対象物２４、２６及び２８を照明する為に放射される。感光面２０のフレームが取り込まれ、光パルス列の最後の光パルス８０に続いて蓄積キャパシタ５０の電荷が読み出される。全ての画素２１の蓄積キャパシタ５０がパルス列８０の開始時にリセットされ、引き続き、パルス列のそれぞれのパルス８０が放射される時間に、セット信号が全てのフリップフロップ４８に送信される。対象物２４、２６及び２８までの距離を決定する為に用いられる蓄積キャパシタ５０の電荷は、光パルス列内のそれぞれのパルス８０について蓄積された電荷の和である。単一の光パルスの代わりに光パルス列を用いることによって、対象物２４、２６及び２８までの距離測定におけるランダム誤差が減じられる。
【００５６】
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、背景光がコンパレータ４６をトリガーするかどうかを決定する為に、感光面２０は、レーザ２２からの光でシーン３０を照明すること無しにシーン３０に晒される。背景照明がコンパレータ４６をトリガーする場合には、基準電圧ＶＲの大きさはそれに応じて調整される。
【００５７】
図２は、本発明の好ましい実施形態による、図１（ａ）に示した感光面２０を備える３Ｄ三角測量カメラシステム１２０の模式図を示している。３Ｄカメラ１２０は、本発明の好ましい実施形態によれば、対象物１２２上の点までの距離を測定する為に対象物１２２を画像化することが示されている。３Ｄカメラの議論に関連する部品のみが示されており、図２に示される部品及び他の要素のサイズは、必ずしも一定の割合でなく、表現の簡単さと明確さの為に選択されている。
【００５８】
３Ｄカメラ１２０は、伝達光モジュール１３０に入射するレーザ光ビーム１２８を放射するレーザ１２６を備える。伝達光モジュール１３０は、ビーム１２８を平行光にし及び拡大し、レーザ光の薄い扇形ビーム１３２を形成する。扇形ビーム１３２は、走査ミラー１３４にライン１３６に沿って入射する。走査ミラー１３４は、扇形ビーム１３２を、扇形ビーム１３２の中央の光線１３８とライン１４０の間で測定される走査角θで反射する。ライン１４０は、ライン１３６とビーム１２８の方向の両方に垂直であるのが好ましい。走査角θは、走査ミラー１３４をライン１３６に一致する軸の回りで回転させることによって変更されるのが好ましい。このタイプの構造は、三角測量タイプの３Ｄシステムにおいて一般的に用いられる。（いくつかのシステムでは、走査角θを変更する為に走査ミラー１３４に代えてポリゴンスキャナが用いられる。）
【００５９】
それぞれの走査角θについて、扇形ビーム１３２は、対象物１２２の表面上の細い“対象物”ストライプ１５０を照明する。対象物ストライプ１５０が反射する扇形ビーム１３２からの光は、レンズ１４４によって模式的に表現された、集光された光を感光面２０の画素２１上に合焦させて感光面２０上に対象物ストライプ画像１５２を形成する、しかるべきレンズシステムによって集光される。レンズ１４４は、光軸１４５を有する。レンズ１４４の光軸１４５、ビーム１２８の方向、中央の光線１３８、及びライン１４０は同一面上にあるのが好ましい。
【００６０】
対象物１２２上のストライプ１５０の小領域１５４で反射された扇形ビーム１３２からの光は、レンズ１４４によって対象物ストライプ画像１５２上の対応の領域１５６に合焦される。走査角θの大きさが知られるならば、都合のよい座標系を基準とする領域１５４の３つの空間座標は、当技術分野で知られた幾何学的な解析を用いて、感光面２０上の領域１５６の座標から決定することができる。３つの座標は、領域１５４の感光面２０を基準とする空間内の位置を特定し、感光面２０からの領域１５４の距離及び対象物１２２上での領域１５４の位置を決定する。３つの座標を走査角θ及び３Ｄカメラ１２０の要素の相対の位置の関数として定義する方程式は、上記の参照されたPCT出願PCT/IL97/00370において議論されている。
【００６１】
本発明の好ましい実施形態によれば、ある対象物ストライプ画像１５０についての走査角θを決定する為に、３Ｄカメラ１２２は位置リフレクタ１４１を備える。位置リフレクタ１４１上の点は、感光面２０上の画素２１のバンド１４８内にある画素２１に向けて、それらの点が反射させる光を用いてレンズ１４４によって画像化される。すなわち、感光面２０上の位置リフレクタ１４１の画像がバンド１４８である。
【００６２】
ある走査角θで、扇形ビーム１３２は位置リフレクタ１４１を細い“位置”ストライプ１４２に沿って照明する。位置ストライプ１４２で反射された扇形ビーム１３２からの光は、レンズ１４４によって合焦され、バンド１４８内にある位置ストライプ画像１４６を形成する。バンド１４８に沿っての位置ストライプ画像１４６の位置は、走査角θの関数である。
【００６３】
位置リフレクタ１４１は、ライン１３６、レンズ１４４及び感光面２０に対して正確に配置される。これらの要素の既知の位置により、走査角θの大きさは感光面２０上の領域１４６の位置から決定することができる。
【００６４】
本発明の好ましい実施形態によれば、対象物１２２の領域までの距離を測定する為に、時間ｔ＝０において感光面２０の画素２１はリセットされ、それからゲートオンされる。画素２１の蓄積キャパシタ５０は、それらのそれぞれのフリップフロップからの電流の積分を開始する。対象物１２２は、それから複数の異なる走査角θで照明される。対象物１２２が扇形ビーム１３２によって照明されるそれぞれの走査角θについて、走査角θに対応する対象物ストライプ画像１５２及び位置ストライプ画像１４６が感光面２０上に形成される。対象物ストライプ画像１５２及び位置ストライプ画像１４６を形成する光が感光面２０に入射するとき、画像内にある画素２１内の光センサ４４内で光電流が発生される。その結果、画像内の画素２１はゲートオフされ、対象物ストライプ画像１５２及び位置ストライプ画像１４６の画素２１内の蓄積キャパシタ５０は電流の積分を停止する。
【００６５】
しかしながら、扇形ビーム１３２の発生源から、対象物ストライプ画像１５２及び位置ストライプ画像１４６上の異なる点についての感光面２０内の画素２１までの経路長の相違の為に、対象物ストライプ画像１５２及び位置ストライプ画像１４６内の画素２１は、以下“停止時間”と呼ぶ、わずかに異なる時間にゲートオフされる。しかしながら、経路長の違いは、結局、経路長を光速で割ったものの相違に等しい停止時間における相違となる。これらの時間の相違は、以下“シフト時間”と呼ぶ、扇形ビーム１３２が対象物１２２を照明する１つから他の走査角度まで走査角を変えるのに要する時間と比較して、一般にとても小さい。さらに、同一の走査角に対応する対象物ストライプ画像１５２及び位置ストライプ画像１４６の画素についての停止時間の間の最大の相違は、１つの走査角から次の走査角まで走査ビーム１３２が移動されるときの速度を減じることによって、シフト時間と比較して減少させることができる。したがって、同一の走査角に対応する対象物ストライプ画像１５２及び位置ストライプ画像１４６内の画素２１についての停止時間の相違は、比較的小さい。その一方で、異なる走査角に対応する対象物ストライプ画像１５２及び位置ストライプ画像１４６内の画素２１についての停止時間の間の相違は、比較的大きい。
【００６６】
その結果、同一の走査角に対応する対象物ストライプ画像１５２及び位置ストライプ画像１４６において蓄積キャパシタ５０が充電される電圧の間の相違は、異なる走査角に対応する対象物ストライプ画像１５２及び位置ストライプ画像１４６において蓄積キャパシタ５０が充電される電圧の間の相違と比較して小さい。同一の走査角に属する画素２１は、それらの各々の蓄積キャパシタ５０が充電される電圧によって、異なる走査角に属する画素２１と識別することができる。
【００６７】
対象物ストライプ画像１５２及び位置ストライプ画像１４６内の画素２１は、画素の蓄積キャパシタ５０の電圧で記録されている画素２１のタイムスタンプで作られた時間で事実上時間が記録される。同一の走査角θに属する画素は、同一のタイムスタンプを持ち（同一の走査角で照明された画素の停止時間における最大相違の範囲内で）、異なる走査角θに属する画素２１は異なるタイムスタンプを持つ。
【００６８】
異なる走査角での対象物の照明に続いて、蓄積キャパシタ５０の電圧を読み出すことによって感光面２０のフレームが取り込まれる。したがって、画像フレームデータが処理されたとき、同一の走査角θにおける扇形ビーム１３２で照明された全ての画素は、それらの各々の蓄積キャパシタ５０に蓄積された電荷によって、すなわち、それらの各々のタイムスタンプによって識別することができる。
【００６９】
対象物ストライプ画像１５２内のそれぞれの画素２１について、位置ストライプ画像１４６内に同一のタイムスタンプを持つ少なくとも１つの画素２１がある。したがって、位置ストライプ画像１４６内の画素２１についての走査角θは知られるので、フレーム内において読み出されたそれぞれの画素２１についての走査角は知られる。その結果、本発明の好ましい実施形態によれば、画素２１に画像化された対象物１２２のそれぞれの領域１５４の空間内における位置、領域１５４の感光面２０からの距離、及びその対象物１２２上の位置は決定することができる。
【００７０】
図３は、本発明の好ましい実施形態による、３Ｄカメラ１８２に備えられた感光面１８０を模式的に示す図である。３Ｄカメラ１８２は、対象物までの距離を測定する為に三角測量を用い、また、図３において対象物１２２を画像化することが示されている。３Ｄカメラ１８２は、感光面１８０が３Ｄカメラ１２０の感光面２０に取って代わること、及び位置リフレクタ１４０が好ましくは位置検知デバイスである“ＰＳＤ”１８４で置き換えられることを除いて、図２示された３Ｄカメラ１２０と等しいのが好ましい。
【００７１】
ＰＳＤ１８４は、３Ｄカメラ１８２の他の要素に対して正確に位置付けられ、それによって、それぞれの異なる走査角θについて、扇形ビーム２８は、ＰＳＤ１８４上で異なる位置に配置される細いストラプ１８６に沿ってＰＳＤ１８４を照明する。ＰＳＤ１８４は、コントローラ１９０に接続され、ＰＳＤ１８４上の細いストライプ１８６の位置に相当する情報をコントローラ１９０に送信する出力１８８を有する。送信された情報から、コントローラ１９０は扇形ビーム２８の走査角θを決定するのが好ましい。
【００７２】
感光面１８０は、好ましくはそれぞれが模式的に且つ大幅に拡大されて示された画素回路１９４を有する画素１９２を備える。感光面１８０は、レーザ１２６によって放射される光の波長と同じ波長を有する光のみを実質的に透過させるフィルタ（不図示）で覆われるのが好ましい。
【００７３】
画素回路１９４は、好ましくは電圧Ｖｄｄで逆バイアスされた光センサ４４と、コンパレータ４６と、アドレススイッチ１９６とを備える。光センサ４４は、ノード１９８でコンパレータ４６の正入力５２及び好ましくはグランドに接続されるブリーディング抵抗２００に接続されるのが好ましい。コンパレータ４６の負入力は、負入力をしかるべき基準電圧ＶＲに維持する電圧源５８に接続される。コンパレータ４６の出力５６は、アドレススイッチ１９６に接続される。アドレススイッチがクローズされると、コンパレータ４６の出力５６は読出しバス７２に接続される。
【００７４】
光センサ４４が感光性を持つ光が十分な輝度で光センサ４４に入射するとき、コンパレータ４６の入力５２を基準電圧ＶＲの上にドライブする電流が、光センサ４４内において発生する。応答として、コンパレータ４６は、出力５６において以下“信号電圧”と呼ぶあらかじめ決定されたしかるべき電圧を発生し、入力１５２の電圧が基準電圧ＶＲより上である限り、出力５６の信号電圧を維持する。アドレススイッチ１９６がクローズされた場合には、出力５６が信号電圧であると、信号電圧は読出しバス７２に伝達される。アドレススイッチ１９６は、スイッチコントロールライン２０２を通じてそれが受ける信号によって制御される。コンパレータ４６の出力５６の電圧が信号電圧であるとき、画素１９２は“オン”であると表される。
【００７５】
感光面１８０内の画素１９２が、行及び列のインデックスｉ及びｊによってそれぞれ表され、画素面１８０のｉ番目の行及びｊ番目の列における特定の画素１９２がＰ（ｉ，ｊ）で表されるものとする。行インデックスｉ及び列インデックスｊの増加する方向は、矢印２０４及び２０６によってそれぞれ表される。本発明の好ましい実施形態によれば、画素１９２の列が扇形ビーム２８の面と実質的に平行となるように、感光面１８０は方向付けられる。
【００７６】
本発明の好ましい実施形態によれば、感光面１８０内の同一の画素１９２の行内の全ての画素のスイッチコントロールライン２０２は、共通の“行”選択ライン２１０に接続される。異なる行の画素１９２のスイッチコントロールライン２０２は、異なる行選択ラインに接続される。行選択ライン２１０は、行セレクタ２１２に接続されるのが好ましい。特定の行選択ライン２１０上に伝送された行セレクタ２１２からのしかるべき制御信号は、行選択ライン２１０に接続された全てのアドレススイッチ１９６を制御して同時にオープン又はクローズする。行セレクタ２１２は、コントロールライン２１３によってコントローラ１９０に接続されるのが好ましい。コントローラ１９０は、行セレクタ２１２が送信する信号を制御するコントロールライン２１３を通じて信号を送信し、２１２からの信号が伝送される行選択ラインを決定する。ｉ番目行についての特定の行選択ラインは、“ＲＣ（ｉ）”で表される。
【００７７】
本発明の好ましい実施形態によれば、感光面１８０内の画素１９２の同一の列における全ての画素１９２の読出しバス７２は、共通の“列”信号ライン２１４に接続される。異なる列内の画素１９２の読出しバス７２は、異なる列信号ライン２１４に接続される。それぞれの列信号ライン２１４は、出力２１８を有するエンコーダ２１６に入力される。出力２１８は、コントローラ１９０に接続される。エンコーダ２１６に到達する信号がオバーラップしない様に十分に時間が分離される限り、信号ライン２１４を通じて信号がエンコーダ２１６に到達するのをコントローラによって識別するのに、出力２１８の信号が使用できる様に、エンコーダ２１６は十分な数の出力２１８を有する。ｊ番目列内の画素１９２の読出しバス７２が接続される特定の列信号ライン２１４は、ＣＳ（ｊ）で表される。
【００７８】
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、エンコーダ２１６は、１より多い信号がエンコーダ１９０に同時に入力された場合にコントローラ１９０にしかるべき信号を送るように設計されている。このことは例えば、１より多い信号がエンコーダ２１６によって受信されたか否かを決定する為の、当分野で知られたパルス高識別技法を用いることによって行うことができる。本発明のいくつかの好ましい実施形態において、エンコーダ２１６及び／又はコントローラ１９０は、信号が同時に入力される列信号ライン２１４の列インデックスから平均の列インデックスを決定するように設計されている。平均の列インデックスは、受信された信号についての列インデックスとして用いられる。
【００７９】
本発明の他の好ましい実施形態において、エンコーダ２１６は、互いにある限られた距離の範囲内にある列信号ライン２１４を通じて同時にエンコーダ２１６に送られた信号が、２つの信号がエンコーダに同時に到着することがない様に互いに遅延される。本発明の他の好ましい実施形態において、どの列信号ラインを通じて同時の信号が到着するかを決定する際のあいまいさを防ぐ為に、複数のエンコーダが用いられる。例えば、本発明の好ましい実施形態において、２つのエンコーダが用いられる。１つのエンコーダは、“偶数の”列信号ライン２１４に接続され、他のものは“奇数の”列信号ライン２１４に接続される（すなわち、列信号ラインＣＳ（ｊ）に対し、ｊはそれぞれ偶数及び奇数である）。その結果、２つの隣接の列信号ラインからの同時の信号ラインは、異なるエンコーダに送られ、したがって識別され得る。本発明の好ましい実施形態によれば、３以上のエンコーダが、列信号ライン２１４からの信号を受信する為に同様に用いられる。本発明の好ましい実施形態によれば、“ｎ”個のエンコーダを用いるときは、感光面１８０内のｎ個の連続の列信号ライン２１４の全てのグループのそれぞれは、ｎ個のエンコーダの異なる１つに接続される。
【００８０】
ある瞬間に光が十分な輝度で画素Ｐ（ｉ，ｊ）の光センサ４４に入射し、それによって画素がオンすると仮定する。その結果、画素Ｐ（ｉ，ｊ）のコンパレータ４６の出力５６は信号電圧になる。さらに、画素Ｐ（ｉ，ｊ）の出力５６が信号電圧を持つ間に、コントローラ１９０が行セレクタ２１２を制御して、行ｉに配置された画素Ｐ（ｉ，ｊ）内の全てのアドレススイッチ１９６をクローズする制御信号を行制御ラインＲＣ（ｉ）上に送信し、一方で、他の全ての画素１９２内においてアドレススイッチ１９６はオープンのままであるとする。その後、画素Ｐ（ｉ，ｊ）は、列信号ラインＣＳ（ｊ）を通してエンコーダ２１６に信号電圧を送信するであろう。応答として、画素Ｐ（ｉ，ｊ）が列ｉにおける唯一の“オン”画素である場合には、エンコーダ２１６はただ１つの列信号ライン２１４からの入力を受信し、したがって、その出力２１８上に、コントローラ１９０に対して受信した信号が特定の列信号ラインＣＳ（ｊ）から来た事を正しく識別できる信号を発生するであろう。行ｉ内のアドレススイッチ１９６のみが閉じられるので、コントローラ１９０は、画素Ｐ（ｉ，ｊ）がオンであることを正しく決定する。
【００８１】
対象物１２２までの距離を測定する為に、扇形ビーム２８は、複数の異なる走査角θで対象物１２２を照明するようにコントローラ１９０によって制御される。それぞれの走査角θにおいて、扇形ビーム２８は対象物１２２の表面の対象物ストライプ１５０を照明する。対象物ストライプ１５０は、扇形ビーム２８からの対象物ストライプ１５０が反射した光を用いて、感光面１８０内の画素１９２の画像ストライプ１５２に沿って画像化される。対象物ストライプ１５０が扇形ビーム２８によって照明される限り、画像ストライプ１５２内の画素１９２についてのコンパレータ４６の出力５６は信号電圧に保たれ、画像ストライプ１５２内の画素１９２はオンである。
【００８２】
扇形ビーム２８は、照明された対象物ストライプ１５０もまた細く、画像ストライプ１５２が実質的に１又はせいぜい２、３の画素１９２の幅であるように、非常に細いのが好ましい。表現の簡単のために、画像ストライプ１５２はほんの１画素１９２の幅であると仮定する。
【００８３】
それぞれの走査角θについて、コントローラ１９０は、一回につき１つの行選択ライン２１０で、それぞれの行選択ライン２１０に接続された行セレクタ２１２を制御しアドレススイッチ１９６をクローズ及びオープンする。画素１９２の行ｉ内のアドレススイッチ１９６が行選択ラインＲＳ（ｉ）上のしかるべき信号によって閉じられるとき、行ｉ列ｊに配置された画像ストライプ１９２内の画素Ｐ（ｉ，ｊ）からの信号電圧は、その信号電圧を列信号ラインＣＳ（ｊ）上に送信する。コントローラ１９０は、画素Ｐ（ｉ，ｊ）のインデックスｉとｊの値を記録し、それから行セレクタ２１２を制御し行ｉ内のアドレススイッチをオープンし、異なる行内のアドレススイッチをクローズする。異なる行に配置される画像ストライプ１５２内の画素１９２の行列インデックスは、その後、行ｉ列ｊに配置された画像ストライプ１５２内の画素Ｐ（ｉ，ｊ）の行列が記録されるのと同じやり方で記録される。プロセスは、全ての行が“読み出され”、画像ストライプ１５２内の全ての画素１９２の位置に対応する行列インデックスがコントローラ１９０によって記録されるまで継続する。
【００８４】
本発明の好ましい実施形態によれば、画像ストライプ１５２は１画素幅であるとみなされ、画素列は扇形ビーム２８の面に平行であることに留意しなければならない。したがって、本発明の好ましい実施形態によれば、アドレススイッチ１９６は列でなく行によってオンされるので、それぞれの行が読み出されるとき、エンコーダ２１６は、１回につきただ１つの列信号ライン２１４からの入力を受信する。
【００８５】
走査角θについて、画像ストライプ１５２内の“オン”画素１９２についての行及び列インデックスの１組に加えて、コントローラ１９０は、ＰＳＤ１８４からの出力信号を受信し及び記録するのが好ましい。ＰＳＤ１８４からの出力信号は、オン画素が対応している走査角θを決定する為に用いられるのが好ましい。その後、対象物ストライプ１５０の領域までの距離は、記録された画素インデックスと走査角θから決定される。
【００８６】
本出願の特許請求の範囲及び詳細な説明における、それぞれの動詞、すなわち“備える”、“含む”、及びその同一語源の語は、対象物又は動詞の目的語が、主題又は動詞の主語の構成物、要素、又は部品を含むが必ずしもその全ての完全なる列挙ではないことを示す為に用いられる。
【００８７】
本発明は、例証によって提供され、発明の範囲を限定する事を意図するものではない、非限定の詳細な好ましい実施形態の記述を用いて述べられてきた。当業者であれば記述された実施形態の変形例を想起するであろう。例えば、図１及び２に記述された好ましい実施形態において、画像化された対象物からの反射光は、感光面２０の画素２１内のフリップフロップ４８をオフする為に用いられる。記述された実施形態の変形例において、画像化された対象物で反射された光は、フリップフロップ４８をオンする為に用いることができる。続いて、フリップフロップ４８は、感光面２０のフレームが取り込まれる時間のような都合の良い時間にオフされる。図３に記述された好ましい実施形態において、ＰＳＤ１８４は図２に示されるようなリフレクタで置き換えることができる。本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の好ましい実施形態による、自己トリガ感光面の模式図、及びその画素の回路図を示し、また、飛行時間を用いてシーン内の対象物までの距離を決定する為に感光面がどのように用いられるかを模式的に表す。
【図２】  図２は、本発明の好ましい実施形態による、三角測量を用いて対象物までの距離を決定するために用いられる、図１（ａ）に示されたものと同一の自己トリガ感光面を備える３Ｄカメラを模式的に示す。
【図３】  図３は、本発明の好ましい実施形態による、異なる感光面と、三角測量を用いて対象物を画像化する為の３Ｄカメラを模式的に示す。
【符号の説明】
２０  感光面
２１  画素
２２  レーザ
２４，２６，２８  対象物
３０  シーン
４０  画素回路
４４  光センサ
４６  コンパレータ
４８  フリップフロップ
５０  蓄積キャパシタ
６４  バッファアンプ
７２  読出しバス
【図１】
0004578686.tif 000002
【図２】
0004578686.tif 000003
【図３】
0004578686.tif 000004