(57)【要約】  空間情報検出装置は、ハイレベルである期間とロウレベルである期間との長さが単位期間の整数倍の長さから乱数的に決定された方形波信号である変調信号を生成する。前記空間情報検出装置は、対象区域を含む空間に変調信号で変調された光である信号光を放射する。前記空間情報検出装置は、前記変調信号または反転された前記変調信号と同じ波形を有する復調信号を生成する。前記空間情報検出装置は、前記復調信号で決定される集積期間に前記空間からの光に応じて生成される電荷を蓄積して信号電荷を生成する。前記空間情報検出装置は、前記対象区域との間の非対象区域からの光の影響に関する補正情報を生成する。前記空間情報検出装置は、前記補正情報を利用して前記信号電荷の量を前記対象区域からの光に起因して前記受光部で生成される電荷に対応する対象電荷の量に補正し、前記対象電荷の量に基づいて前記空間情報を生成する。
2012115083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の対象区域を含む空間に信号光を放射する投光部と、
前記空間からの光を受ける受光部と、
変調信号を生成して前記投光部に出力する変調信号生成部と、
復調信号を生成して前記受光部に出力する復調信号生成部と、
前記対象区域に関する空間情報を生成する演算部と、
補正情報提供部と、
を備え、
前記変調信号は、ハイレベルである期間とロウレベルである期間との長さが所定の単位期間の整数倍の長さから乱数的に決定された方形波信号であり、
前記投光部は、前記変調信号を受け取ると前記変調信号で光を変調して前記信号光を生成するように構成され、
前記復調信号は、前記変調信号または反転された前記変調信号と同じ波形を有する信号であり、
前記受光部は、前記復調信号がハイレベルである第１期間とロウレベルである第２期間とのいずれか一方の期間で定義される集積期間の間に前記空間から受け取った光の強度に応じた電荷を生成し、前記集積期間の間に生成された電荷を前記集積期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積して信号電荷を生成するように構成され、
前記補正情報提供部は、前記投光部および前記受光部と前記対象区域との間の非対象区域からの光に起因して前記受光部で生成される電荷に関する補正情報を生成するように構成され、
前記演算部は、前記補正情報を利用して前記信号電荷の量を前記対象区域からの光に起因して前記受光部で生成される電荷に対応する対象電荷の量に補正し、前記対象電荷の量に基づいて前記空間情報を生成するように構成される
ことを特徴とする空間情報検出装置。
【請求項２】
探索信号を生成して前記受光部に出力する探索信号生成部を備え、
前記探索信号は、前記変調信号に対して所定の時間差を有する信号であり、
前記補正情報提供部は、位相可変部と、補正情報算出部と、を備え、
前記受光部は、前記探索信号がハイレベルである第１期間とロウレベルである第２期間とのいずれか一方の期間で定義される第２集積期間の間に前記空間から受け取った光の強度に応じた電荷を生成し、前記第２集積期間の間に生成された電荷を前記第２集積期間よりも長い所定の第２蓄積期間に亘って蓄積して補正電荷を生成するように構成され、
前記位相可変部は、前記時間差が異なる複数の前記探索信号を前記探索信号生成部が生成するように、所定の時間範囲内において前記時間差を前記単位期間より小さい変化幅で変化させるように構成され、
前記補正情報算出部は、前記時間差が異なる前記探索信号毎に前記受光部から前記補正電荷を取得し、前記時間差と前記補正電荷の量との関係に基づいて前記補正情報を生成するように構成される
ことを特徴とする請求項１記載の空間情報検出装置。
【請求項３】
前記空間情報は、前記対象区域に存在する対象物までの距離であり、
前記演算部は、前記信号光が前記投光部から放射されてから前記対象物で反射された前記信号光を前記受光部が受け取るまでにかかる飛行時間を前記対象電荷の量から算出し、前記飛行時間に基づいて前記距離を求めるように構成され、
前記補正情報は、非対象成分と、非対象飛行時間とを含み、
前記非対象成分は、前記非対象区域からの光に起因して前記受光部で生成された電荷に対応する非対象電荷の量であり、
前記非対象飛行時間は、前記信号光が前記投光部から放射されてから前記非対象区域に存在する非対象物体で反射された前記信号光を前記受光部が受け取るまでにかかる時間であり、
前記補正情報算出部は、前記時間差に対する前記補正電荷の量の変化率を算出するように構成され、
前記補正情報算出部は、前記時間差に対して前記補正電荷の量が直線的に変化する範囲における前記変化率と、前記単位期間と、の積を前記非対象成分として求めるように構成され、
前記補正情報算出部は、前記変化率が０に変わるときの前記時間差を前記非対象飛行時間として求めるように構成され、
前記演算部は、前記非対象成分および前記非対象飛行時間を用いて前記信号電荷の量を前記対象電荷の量に換算する換算式を、予め記憶するように構成され、
前記演算部は、前記補正情報提供部から得た前記非対象成分および前記非対象飛行時間と、前記換算式とを用いて、前記信号電荷の量を前記対象電荷の量に補正するように構成される
ことを特徴とする請求項２記載の空間情報検出装置。
【請求項４】
前記復調信号生成部は、複数の前記復調信号を生成するように構成され、
前記複数の復調信号は、前記変調信号と同じ波形を有する第１の復調信号と、前記第１の復調信号を反転させた信号である第２の復調信号と、前記第１の復調信号から前記単位期間遅延する第３の復調信号と、前記第３の復調信号を反転させた信号である第４の復調信号とのうち２つを含む
ことを特徴とする請求項３記載の空間情報検出装置。
【請求項５】
前記空間情報は、前記対象区域における前記信号光の反射強度であり、
前記補正情報は、非対象成分を含み、
前記非対象成分は、前記非対象区域からの光に起因して前記受光部で生成された電荷に対応する非対象電荷の量であり、
前記補正情報算出部は、前記時間差に対する前記補正電荷の量の変化率を求めるように構成され、
前記補正情報算出部は、前記時間差に対して前記補正電荷の量が直線的に変化する範囲における前記変化率と、前記単位期間との積を前記非対象成分として求めるように構成され、
前記演算部は、前記非対象成分を用いて前記信号電荷の量を前記対象電荷の量に換算する換算式を、予め記憶するように構成され、
前記演算部は、前記補正情報提供部から得た前記非対象成分と、前記換算式とを用いて、前記信号電荷の量を前記対象電荷の量に補正するように構成される
ことを特徴とする請求項２記載の空間情報検出装置。
【請求項６】
前記投光部は、投光期間に前記信号光を放射し、非投光期間に前記信号光を放射しないように構成され、
前記演算部は、前記投光期間に対応する前記対象電荷の量と前記非投光期間に対応する前記対象電荷の量との差に基づいて前記反射強度を求めるように構成される
ことを特徴とする請求項５項記載の空間情報検出装置。
【請求項７】
前記補正情報提供部は、前記対象電荷を含まない前記補正電荷が前記受光部から得られる前記時間差の有効範囲を指定する範囲設定部を備え、
前記補正情報算出部は、前記範囲設定部で指定された前記有効範囲内の前記時間差と前記補正電荷の量との関係に基づいて前記補正情報を生成するように構成される
ことを特徴とする請求項２〜６のうちいずれか１項記載の空間情報検出装置。
【請求項８】
前記補正情報提供部は、前記所定の時間範囲内の前記時間差と前記補正電荷の量との関係に基づいて前記有効範囲を決定する補正情報取得部を備え、
前記範囲設定部は、前記補正情報取得部で決定された前記有効範囲を指定するように構成される
ことを特徴とする請求項７記載の空間情報検出装置。
【請求項９】
前記補正情報提供部は、所定の更新条件が満たされたかどうかを判定し、前記更新条件が満たされたと判定すると前記補正情報を更新するように構成される
ことを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項記載の空間情報検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間情報検出装置に関し、特に、検出対象となる空間に投光するとともに空間から受光することにより、当該空間に存在する物体までの距離、当該空間に存在する物体の反射率あるいは吸収率、当該空間における媒質の反射率あるいは吸収率、当該空間における物体の存否のような空間情報を検出するアクティブ型の空間情報検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、検出対象の空間に投光するとともに空間から受光することにより、空間情報を検出するアクティブ型の空間情報検出装置が提案されている。この種の空間情報検出装置は、空間に存在する物体までの距離、空間に存在する物体の反射率、空間における媒質の透過率、空間における物体の存否のような空間情報を検出する。また、検出する空間情報の種類に応じてそれぞれ構成されている。【０００３】
空間に存在する物体までの距離を空間情報として検出する空間情報検出装置には、投光された光が物体で反射された後に受光されるまでの時間を計測する飛行時間法（タイムオブフライト法）の原理を用いた構成が知られている。計測した時間は、物体までの距離に換算される。【０００４】
この種の空間情報検出装置は、たとえば、正弦波形のように一定周期で強度が変化する変調波形を有した強度変調光（以下、「信号光」という）を投光し、信号光の投光時点と受光時点とにおける変調波形の位相差を計測する。変調波形の周期は一定であるから、位相差から物体までの距離が求められる。（たとえば、文献１［日本国公開特許公報第２００４−４５３０４号］参照）。【０００５】
すなわち、信号光に同期した複数のタイミングで受光量に相当する電荷を求め、各タイミングごとの電荷の関係を用いることによって位相差を算出している。この位相差は、投光した信号光が物体で反射された後に受光されるまでの時間差に相当するから、信号光の周期をＴ〔ｓ〕、光速をｃ〔ｍ／ｓ〕、変調波形の位相差をψ〔ラジアン〕とすると、投光から受光までの時間差ｒは、ｒ＝Ｔ（ψ／２π）になる。また、物体までの距離Ｌは、Ｌ＝（１／２）ｃ・ｒ＝（１／２）ｃ・Ｔ（ψ／２π）として求めることができる。たとえば、信号光の周波数を２０ＭＨｚとすれば、周期Ｔは５０〔ｎｓ〕であるから、測定可能な最大距離（以下、「測定最大距離」という）は７．５〔ｍ〕になる。すなわち、一定周期で強度が変化する信号光を用いているから、測定可能範囲の上限は信号光の半周期に対応した距離（半波長の距離）になる。【０００６】
また、物体の反射率や吸収率、媒質の反射率や吸収率、物体の存否などの空間情報を検出する空間情報検出装置として、空間に信号光を投光する投光期間と、空間に信号光を投光しない非投光期間とを設ける構成が知られている。この構成では、投光期間と非投光期間とにおける受光量の相違を用いることによって、環境光ないし周囲光（以下、「環境光」と記載する）の影響を除去し、空間に投光した信号光に対応する反射光の成分のみを検出する（たとえば、文献２［日本国公開特許公報第２００６−１２１６１７号］参照）。【０００７】
すなわち、非投光期間の受光量は環境光のみに対応した受光量になるが、投光期間の受光量は環境光と投光した信号光とに対応した受光量になるから、空間情報検出装置では、投光期間の受光量と非投光期間の受光量とに基づいて環境光に相当する成分を除去し、信号光の反射光に相当する成分を抽出している。言い換えると、信号光の反射光の強度に相当する空間情報を検出していることになる。【０００８】
前記文献１、前記文献２では、空間からの受光に撮像素子を用いており、距離を求める場合には各画素値を距離値とした距離画像を生成し、反射光の強度を求める場合には各画素値を強度値とした濃淡画像を生成する。【０００９】
上述したように、前記文献１、前記文献２に記載された技術では、空間に投光した信号光の反射光によって空間情報を検出している。したがって、空間情報を検出しようとする空間と空間情報検出装置との間に光を透過させるガラスのような透明物体が存在していると、空間情報の検出対象となる空間からの光と、透明物体からの反射光との両方が受光されることがある。この場合、空間からの光に透明物体からの反射光が重畳され、受光量に空間以外の成分が含まれることになって、空間情報を正確に検出することができないという問題が生じる。【００１０】
また、透明物体に限らず、空間情報検出装置の近傍に物体が存在していると、物体による反射光（主として拡散反射光）が空間情報検出装置に入射し、空間からの光に物体からの反射光が重畳され、空間情報を正確に検出することができない場合がある。ここに、空間情報検出装置の近傍とは、実質的に、空間情報の検出対象となる空間と空間情報検出装置との間の領域を意味している。【００１１】
上述のように、空間情報検出装置と空間との間に、空間情報を検出する対象ではない物体（以下、「非対象物体」という）が存在していると、非対象物体からの反射光が空間からの光に重畳されて空間情報検出装置に入射する。その結果、空間情報検出装置は、空間情報を正確に検出することができないという問題が生じる。
【発明の開示】
【００１２】
本発明は、空間情報の検出対象となる空間との間に非対象物体が存在している場合であっても、非対象物体の影響を除去することによって空間情報の検出精度を向上させる空間情報検出装置を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明に係る第１の形態の空間情報検出装置は、所定の対象区域を含む空間に信号光を放射する投光部と、前記空間からの光を受ける受光部と、変調信号を生成して前記投光部に出力する変調信号生成部と、復調信号を生成して前記受光部に出力する復調信号生成部と、前記対象区域に関する空間情報を生成する演算部と、補正情報提供部と、を備える。前記変調信号は、ハイレベルである期間とロウレベルである期間との長さが所定の単位期間の整数倍の長さから乱数的に決定された方形波信号である。前記投光部は、前記変調信号を受け取ると前記変調信号で光を変調して前記信号光を生成するように構成される。前記復調信号は、前記変調信号または反転された前記変調信号と同じ波形を有する信号である。前記受光部は、前記復調信号がハイレベルである第１期間とロウレベルである第２期間とのいずれか一方の期間で定義される集積期間の間に前記空間から受け取った光の強度に応じた電荷を生成し、前記集積期間の間に生成された電荷を前記集積期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積して信号電荷を生成するように構成される。前記補正情報提供部は、前記投光部および前記受光部と前記対象区域との間の非対象区域からの光に起因して前記受光部で生成される電荷に関する補正情報を生成するように構成される。前記演算部は、前記補正情報を利用して前記信号電荷の量を前記対象区域からの光に起因して前記受光部で生成される電荷に対応する対象電荷の量に補正し、前記対象電荷の量に基づいて前記空間情報を生成するように構成される。
【００１４】
本発明に係る第２の形態の空間情報検出装置は、第１の形態において、探索信号を生成して前記受光部に出力する探索信号生成部を備える。前記探索信号は、前記変調信号に対して所定の時間差を有する信号である。前記補正情報提供部は、位相可変部と、補正情報算出部と、を備える。前記受光部は、前記探索信号がハイレベルである第１期間とロウレベルである第２期間とのいずれか一方の期間で定義される第２集積期間の間に前記空間から受け取った光の強度に応じた電荷を生成し、前記第２集積期間の間に生成された電荷を前記第２集積期間よりも長い所定の第２蓄積期間に亘って蓄積して補正電荷を生成するように構成される。前記位相可変部は、前記時間差が異なる複数の前記探索信号を前記探索信号生成部が生成するように、所定の時間範囲内において前記時間差を前記単位期間より小さい変化幅で変化させるように構成される。前記補正情報算出部は、前記時間差が異なる前記探索信号毎に前記受光部から前記補正電荷を取得し、前記時間差と前記補正電荷の量との関係に基づいて前記補正情報を生成するように構成される。
【００１５】
本発明に係る第３の形態の空間情報検出装置では、第２の形態において、前記空間情報は、前記対象区域に存在する対象物までの距離である。前記演算部は、前記信号光が前記投光部から放射されてから前記対象物で反射された前記信号光を前記受光部が受け取るまでにかかる飛行時間を前記対象電荷の量から算出し、前記飛行時間に基づいて前記距離を求めるように構成される。前記補正情報は、非対象成分と、非対象飛行時間とを含む。前記非対象成分は、前記非対象区域からの光に起因して前記受光部で生成された電荷に対応する非対象電荷の量である。前記非対象飛行時間は、前記信号光が前記投光部から放射されてから前記非対象区域に存在する非対象物体で反射された前記信号光を前記受光部が受け取るまでにかかる時間である。前記補正情報算出部は、前記時間差に対する前記補正電荷の量の変化率を算出するように構成される。前記補正情報算出部は、前記時間差に対して前記補正電荷の量が直線的に変化する範囲における前記変化率と、前記単位期間と、の積を前記非対象成分として求めるように構成される。前記補正情報算出部は、前記変化率が０に変わるときの前記時間差を前記非対象飛行時間として求めるように構成される。前記演算部は、前記非対象成分および前記非対象飛行時間を用いて前記信号電荷の量を前記対象電荷の量に換算する換算式を、予め記憶するように構成される。前記演算部は、前記補正情報提供部から得た前記非対象成分および前記非対象飛行時間と、前記換算式とを用いて、前記信号電荷の量を前記対象電荷の量に補正するように構成される。
【００１６】
本発明に係る第４の形態の空間情報検出装置では、第３の形態において、前記復調信号生成部は、複数の前記復調信号を生成するように構成される。前記複数の復調信号は、前記変調信号と同じ波形を有する第１の復調信号と、前記第１の復調信号を反転させた信号である第２の復調信号と、前記第１の復調信号から前記単位期間遅延する第３の復調信号と、前記第３の復調信号を反転させた信号である第４の復調信号とのうち２つを含む。
【００１７】
本発明に係る第５の形態の空間情報検出装置では、第２の形態において、前記空間情報は、前記対象区域における前記信号光の反射強度である。前記補正情報は、非対象成分を含む。前記非対象成分は、前記非対象区域からの光に起因して前記受光部で生成された電荷に対応する非対象電荷の量である。前記補正情報算出部は、前記時間差に対する前記補正電荷の量の変化率を求めるように構成される。前記補正情報算出部は、前記時間差に対して前記補正電荷の量が直線的に変化する範囲における前記変化率と、前記単位期間との積を前記非対象成分として求めるように構成される。前記演算部は、前記非対象成分を用いて前記信号電荷の量を前記対象電荷の量に換算する換算式を、予め記憶するように構成される。前記演算部は、前記補正情報提供部から得た前記非対象成分と、前記換算式とを用いて、前記信号電荷の量を前記対象電荷の量に補正するように構成される。
【００１８】
本発明に係る第６の形態の空間情報検出装置では、第５の形態において、前記投光部は、投光期間に前記信号光を放射し、非投光期間に前記信号光を放射しないように構成される。前記演算部は、前記投光期間に対応する前記対象電荷の量と前記非投光期間に対応する前記対象電荷の量との差に基づいて前記反射強度を求めるように構成される。
【００１９】
本発明に係る第７の形態の空間情報検出装置では、第２〜第６のうちいずれか１つの形態において、前記補正情報提供部は、前記対象電荷を含まない前記補正電荷が前記受光部から得られる前記時間差の有効範囲を指定する範囲設定部を備える。前記補正情報算出部は、前記範囲設定部で指定された前記有効範囲内の前記時間差と前記補正電荷の量との関係に基づいて前記補正情報を生成するように構成される。
【００２０】
本発明に係る第８の形態の空間情報検出装置では、第７の形態において、前記補正情報提供部は、前記所定の時間範囲内の前記時間差と前記補正電荷の量との関係に基づいて前記有効範囲を決定する補正情報取得部を備える。前記範囲設定部は、前記補正情報取得部で決定された前記有効範囲を指定するように構成される。
【００２１】
本発明に係る第９の形態の空間情報検出装置では、第１〜第８のうちいずれか１つの形態において、前記補正情報提供部は、所定の更新条件が満たされたかどうかを判定し、前記更新条件が満たされたと判定すると前記補正情報を更新するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態１の空間情報検出装置を示すブロック図である。
【図２】前記実施形態１の空間情報検出装置の使用例を示す側面図である。
【図３】前記実施形態１の空間情報検出装置の使用例を示す側面図である。
【図４】前記実施形態１の空間情報検出装置の動作説明図である。
【図５】前記実施形態１の空間情報検出装置の動作説明図である。
【図６】前記実施形態１の空間情報検出装置の動作説明図である。
【図７】前記実施形態１の空間情報検出装置で測定された距離を示す図である。
【図８】比較例の空間情報検出装置で測定された距離を示す図である。
【図９】前記実施形態１の空間情報検出装置の動作説明図である。
【図１０】実施形態２の空間情報検出装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に説明する実施形態では、空間情報検出装置の例として、検出対象となる空間に存在する物体までの距離を計測する距離測定装置と、検出対象となる空間に存在する物体での反射光の強度を検出する強度検出装置とを例示する。また、空間から受光する受光部において撮像素子を用い、距離を計測する場合は画素値が距離値である距離画像を生成し、反射光の強度を検出する場合は画素値が濃淡値である濃淡画像を生成する例を示す。ただし、受光部において単一の受光領域（光電変換部）を備えた受光素子を用いて距離の計測や反射光の強度の計測を行う構成を採用してもよい。以下では、距離測定装置と強度検出装置との基本的な構成をそれぞれ説明する。
【００２４】
（距離測定装置）
距離測定装置は、図１に示すように、検出対象となる空間に投光する投光部１１と、当該空間から受光する受光部１２とを備える。空間に物体（対象物）１が存在していると、投光部１１から投光された光（以下、「信号光」という）は物体１で反射され、受光部１２に物体１からの反射光が入射する。したがって、信号光を投光部１１から投光してから受光部１２で受光されるまでの時間（飛行時間）に相当する物理量を計測することにより、物体１までの距離が計測される。すなわち、図示する距離測定装置は、飛行時間法（タイムオブフライト法）の原理を用いて距離を測定する。
【００２５】
投光部１１は、所定の対象区域を含む空間に信号光を放射するように構成される。対象区域は、例えば、物体１が存在する空間である。投光部１１は、発光ダイオードやレーザダイオードのような発光素子からなる発光源１１１と、発光源１１１から出射された信号光の投光範囲を調節する投光光学系１１２とを備える。
【００２６】
受光部１２は、空間からの光を受けるように構成される。受光部１２は、ＣＣＤエリアイメージセンサやＣＭＯＳエリアイメージセンサのような撮像素子１２１と、撮像素子１２１の視野を調節する受光光学系１２２とを備える。
【００２７】
発光源１１１に用いる発光素子は光出力を高周波（たとえば、１０ＭＨｚ）で変調し、撮像素子１２１は発光源１１１の光出力が変化する時間と同程度の時間の受光強度の変化を検出する。発光源１１１は、１個の発光素子のみを備えていてもよいが、光出力を大きくして信号光を遠方まで到達させるために複数個の発光素子を組み合わせることが好ましい。投光光学系１１２と受光光学系１２２とには、通常はレンズを用いるが、ミラーを用いてもよく、レンズとミラーとを組み合わせて用いてもよい。
【００２８】
撮像素子１２１は、電子シャッタの原理を用いることにより、光電変換により得られた電荷を集積する集積期間が制御され、光電変換を行う受光領域（光電変換部）ごとに多数回（たとえば、１００００回）ずつ集積した電荷を蓄積する。以下では、電荷を蓄積する期間を「蓄積期間」という。蓄積期間は、受光強度を一定とみなしてよい程度の短時間とする。撮像素子１２１は、受光量に相当する電荷を生成する受光部１２の機能を備えるだけではなく、受光部１２が指定された集積期間に生成した電荷を集積期間よりも十分に長い所定の蓄積期間に亘って蓄積する電荷蓄積部１２３としての機能も備える。なお、受光部１２として、撮像素子を用いずに、単一の受光領域を備えたフォトダイオードのような受光素子を用いる場合は、通常、受光素子とは別に電荷蓄積部を設けることになる。
【００２９】
このように、受光部１２は、光電変換部と、電荷蓄積部１２３と、を備える。光電変換部は、復調信号がハイレベルである期間で定義される集積期間の間に空間から受け取った光の強度に応じた電荷を生成するように構成される。電荷蓄積部１２３は、集積期間の間に生成された電荷を集積期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積し、蓄積された電荷を信号電荷として演算部３０に出力するように構成される。
【００３０】
なお、集積期間は、復調信号がロウレベルである期間で定義されてもよい。すなわち、受光部１２は、復調信号がハイレベルである第１期間とロウレベルである第２期間とのいずれか一方の期間で定義される集積期間の間に空間から受け取った光の強度に応じた電荷を生成してもよい。
【００３１】
撮像素子１２１が、ＦＴ型のＣＣＤイメージセンサであれば、受光領域（光電変換部）は撮像領域の各画素に相当し、電荷蓄積部１２３は蓄積領域に相当する。また、ＩＴ型のＣＣＤイメージセンサであれば、受光領域は各撮像領域の画素に相当し、電荷蓄積部１２３は垂直転送部に相当する。なお、撮像素子１２１に設けた転送部は、電荷を取り出す電荷取出部として機能する。
【００３２】
上述のように、受光量に応じた電荷を蓄積することにより、受光領域ごとの電荷量を増加させて信号レベルを高めることができるとともに、ショットノイズの影響を低減することができる。発光源１１１の光出力を１０ＭＨｚ程度の周波数で変調している場合には、１００００回程度の蓄積回数でも撮像素子１２１から電荷を外部に取り出す回数を１秒間に３０回以上とすることができる。つまり、画素値を距離値とする距離画像について滑らかな動きの動画像を得ることが可能である。
【００３３】
ところで、物体１までの距離は、発光源１１１から投光する信号光の強度を変調する変調信号の信号パターン（信号波形）と、この信号パターンに応じた撮像素子１２１での集積期間との関係を用いて算出している。
【００３４】
変調信号は、図４（ａ）に示すように、Ｈレベル（ハイレベル）とＬレベル（ロウレベル）との２値の各信号値の計測期間を乱数的に変化させた矩形波信号であり、ＨレベルとＬレベルとが周期性を持たずに発生し、かつＨレベルとＬレベルとの発生確率が等しくなるように生成される。すなわち、変調信号は、ハイレベルである期間とロウレベルである期間との長さが所定の単位期間の整数倍の長さから乱数的に決定された方形波信号である。図４において、「１」はＨレベルを示し、「０」はＬレベルを示す。
【００３５】
このような変調信号は、スペクトル拡散の技術で用いられるＰＮ（Ｐｓｅｕｄｏｒａｎｄｏｍ  Ｎｏｉｓｅ）符合を発生する技術（たとえば、Ｇｏｌｄ符合発生回路）を用いて生成された基準信号から生成される。基準信号は、ＰＮ符合と同様に、ＨレベルとＬレベルとの各期間が単位期間の整数倍の長さを有するように生成される。以下では、ＰＮ符合にならってこの単位期間をチップ長と呼ぶ。チップ長は適宜に設定することができる。チップ長は、たとえば、１００〔ｎｓ〕に設定される。
【００３６】
基準信号を生成するためにコード発生器３１が設けられ、コード発生器３１から出力される基準信号は変調信号生成部３２に入力される。変調信号生成部３２は、基準信号から変調信号を生成する。変調信号生成部３２が生成した変調信号は発光源１１１に与えられる。発光源１１１は、変調信号がＨレベルである期間に点灯し、変調信号がＬレベルである期間に消灯する。発光源１１１は変調信号の信号値に応じて点灯と消灯とを行い、強度が矩形波状に変化する信号光を空間に投光する。すなわち、投光部１１は、変調信号を受け取ると変調信号で光を変調して信号光を生成するように構成される。
【００３７】
コード発生器３１から出力される基準信号は、復調信号生成部３３にも入力される。復調信号生成部３３は、撮像素子１２１の各受光部１２において電荷を集積する集積期間を指定する復調信号を生成する。復調信号生成部３３は、復調信号を生成して受光部１２に出力するように構成される。復調信号は、変調信号または反転された変調信号と同じ波形を有する信号である。
【００３８】
本実施形態の復調信号生成部３３は、１枚の距離画像を生成するために異なる４種類の復調信号を生成する。撮像素子１２１で蓄積した電荷を外部に取り出すタイミングや後述する演算部３０の動作タイミングを制御するタイミング信号はコード生成部３１とは別に図示しないタイミング信号生成部により生成される。演算部３０はマイコンを主構成として備え、適宜のプログラムをマイコンで実行することにより以下に説明する演算部３０の機能を実現する。
【００３９】
以下の説明では、変調信号生成部３２から出力される変調信号が、コード発生器３１で生成された基準信号の位相と一致している場合を例として説明する。ただし、コード発生器３１が生成した基準信号を復調信号の１つに用い、変調信号の位相を基準信号に対して偏移させてもよい。
【００４０】
図４には、変調信号と各復調信号との関係を示している。図４（ａ）は変調信号（信号光の強度）を示し、図４（ｂ）は撮像素子１２１が受光した光の強度を示している。復調信号は、図４（ｃ）〜（ｆ）に示すように、変調信号と以下の関係となるように生成される。
【００４１】
４種類の復調信号のうちの２種類は、図４（ｃ）のように変調信号の非反転信号である第１の復調信号と、図４（ｄ）のように変調信号とはＨレベルとＬレベルとを反転させた反転信号である第２の復調信号とになる。残りの２種類の復調信号は、図４（ｅ）のように変調信号の非反転信号を１チップ長Ｔｃだけ遅延させた第３の復調信号と、図４（ｆ）のように変調信号の反転信号を１チップ長Ｔｃだけ遅延させるとともにＨレベルとＬレベルとを反転させた第４の復調信号とになる。言い換えると、各復調信号は、変調信号と規定の関係として生成していることになる。このように、本実施形態の復調信号生成部３３は、複数（４つ）の復調信号を生成するように構成される。複数の復調信号は、変調信号と同じ波形を有する第１の復調信号と、第１の復調信号を反転させた信号である第２の復調信号と、第１の復調信号から単位期間（１チップ長）Ｔｃ遅延する第３の復調信号と、第３の復調信号を反転させた信号である第４の復調信号とを含む。
【００４２】
発光源１１１から投光された信号光が物体１で反射された反射光が撮像素子１２１で受光されるまでの時間（飛行時間）は、物体１までの距離に応じて変化し、図４（ｂ）のように受光強度が変化する。したがって、撮像素子１２１の集積期間を、上述した４種類のいずれかの復調信号で指定すると、信号光に対応して撮像素子１２１で集積する電荷量は、図４（ｃ）〜（ｆ）に斜線部で示す部位の面積に相当する量になる。
【００４３】
したがって、４種類の復調信号から選択した各１種類の復調信号により撮像素子１２１の集積期間を制御し、集積期間の種類毎に撮像素子１２１から電荷を取り出すと、４種類の復調信号で指定した集積期間ごとの電荷量が得られることになる。以下では、各復調信号に対応して得られる電荷量を、それぞれＡ０、Ａ２、Ａ１、Ａ３とする。
【００４４】
つまり、図４（ｃ）のように変調信号に一致する復調信号（第１の復調信号）で指定される集積期間に集積した電荷を蓄積期間に亘って蓄積した電荷量（第１の復調信号に対応する信号電荷の量）をＡ０とする。また、図４（ｄ）のように第１の復調信号を反転させた復調信号（第２の復調信号）で指定される集積期間に集積した電荷を蓄積期間に亘って蓄積した電荷量（第２の復調信号に対応する信号電荷の量）をＡ２とする。同様に、図４（ｅ）のように変調信号とは１チップ長Ｔｃだけ偏移した復調信号（第３の復調信号）で指定される集積期間に集積した電荷を蓄積期間に亘って蓄積した電荷量（第３の復調信号に対応する信号電荷の量）をＡ１とする。さらに、図４（ｆ）のように第３の復調信号を反転させた復調信号（第４の復調信号）で指定される集積期間に集積した電荷を蓄積期間に亘って蓄積した電荷量（第４の復調信号に対応する信号電荷の量）をＡ３とする。
【００４５】
上述したように、撮像素子１２１では、電荷の集積を多数回行ってから（１チップ長Ｔｃの多数倍の時間に亘って電荷を蓄積した後に）電荷を取り出すから、撮像素子１２１から取り出される電荷量は、変調信号の乱数性によって、投光から受光までの時間差（すなわち飛行時間）τの一次関数で表される値に収束する。
【００４６】
したがって、図５に示すように、時間差τが０≦τ≦Ｔｃの範囲では、電荷量Ａ０，Ａ３は時間差τの増加に伴って減少し、電荷量Ａ１，Ａ２は時間差τの増加に伴って増加する。また、時間差τがＴｃ＜τ≦２Ｔｃの範囲では、電荷量Ａ０，Ａ２は一定になり、電荷量Ａ１は時間差τの増加に伴って減少し、電荷量Ａ３は時間差τの増加に伴って増加する。時間差τが２Ｔｃ＜τの範囲では、すべての電荷量Ａ０〜Ａ３は一定になる。なお、時間差τが負の領域は、現実には存在しないが、原理上では、時間差τが−Ｔｃ≦τ＜０の範囲では、電荷量Ａ１，Ａ３は一定になり、電荷量Ａ０は時間差τの絶対値の増加に伴って減少し、電荷量Ａ２は時間差τの絶対値の増加に伴って増加する。
【００４７】
電荷量Ａ０〜Ａ３は、理想的には、Ａ０＋Ａ２＝Ａ１＋Ａ３＝一定という関係を有している。さらに、時間差τが０であるときの電荷量Ａ０は、蓄積期間の全期間に亘って受光した場合の電荷量の２分の１の電荷量になる。同様に、時間差τが１チップ長Ｔｃであるときの電荷量Ａ１は、蓄積期間の全期間に亘って受光した場合の電荷量の２分の１の電荷量になる。
【００４８】
したがって、各復調信号で指定される集積期間における受光量に対応した電荷量Ａ０〜Ａ３は、信号光の成分をＡとし、環境光の成分をＢとすると、０≦τ≦Ｔｃの範囲において、以下の式（１）〜（４）のように表すことができる。
【００４９】
【数１】
2012115083.tif 000003
【００５０】
また、成分Ａ，Ｂの値は、環境光ないし周囲光（以下、「環境光」という）の強度と、発光源１１１から空間に投光された信号光が撮像素子１２１に受光されるまでの経路における光の減衰率に依存する。この減衰率には、物体１による反射率、光が通過する媒質の透過率をパラメータに含んでいる。したがって、（Ａ／Ｔｃ）も環境光の強度と反射率と透過率とをパラメータに含んでいる。通常、媒質の透過率は一定とみなしてよいから、（Ａ／Ｔｃ）は物体１の反射率に依存するということができる。
【００５１】
ところで、上式から時間差τ〔ｓ〕を求めると、以下の式（５）ようになる。
【００５２】
【数２】
2012115083.tif 000004
【００５３】
また、物体１までの距離をＬ〔ｍ〕とし、光速をｃ〔ｍ／ｓ〕とすれば、距離Ｌは、時間差τを用いて、Ｌ＝ｃ・τ／２と表すことができる。
【００５４】
たとえば、１チップ長Ｔｃを１００〔ｎｓ〕とすれば、０≦τ≦１００〔ｎｓ〕であるから、０≦Ｌ≦１５〔ｍ〕になり、１５〔ｍ〕を測定可能範囲の上限として物体１の距離の測定が可能になる。すなわち、空間情報検出部としての演算部３０では、復調信号生成部３２が生成した復調信号により指定される集積期間に生成された電荷を用いて上述した演算を行うことにより物体１までの距離を求める。
【００５５】
また、時間差τを求める式から明らかなように、電荷量Ａ０，Ａ２の差分と、電荷量Ａ１，Ａ３の差分とを用いているから、成分Ｂは除去され、さらに、電荷量同士の除算を行うことにより、成分Ａも除去される。つまり、時間差τを上式で求めることによって、環境光の成分と、投受光の経路における光の減衰率とに影響されることなく、時間差τを求めることができる。
【００５６】
なお、上式から明らかなように、４種類の電荷量Ａ０〜Ａ４のうちの３種類を用いるだけでも環境光の成分および光の減衰率に影響されることなく時間差τ〔ｓ〕を求めることができる。たとえば、Ａ１−Ａ２＝Ａであり、Ａ１−Ａ３＝２（Ａ／Ｔｃ）・τであるから、時間差τは次式（６）で表される。
【００５７】
【数３】
2012115083.tif 000005
【００５８】
あるいはまた、環境光が存在しないという条件下においてＡ＝Ｂであることを利用し、既知の距離（既知の時間差τ）での電荷量Ａ０〜Ａ３のいずれか２種類を求めると、（Ａ／Ｔｃ）、Ａ、Ｂを決定することができる。つまり、４種類の電荷量Ａ０〜Ａ４のうちの２種類の電荷量を組み合わせることで、時間差τ〔ｓ〕を求めることができる。
【００５９】
さらに、環境光が存在しないという条件下ではＡ＝Ｂになり、物体１の反射率が一定（不変）であれば（Ａ／Ｔｃ）＝一定であるから、既知の距離（既知の時間差τ）で電荷量Ａ０〜Ａ３のいずれかを求めると、定数（Ａ／Ｔｃ）、Ａ、Ｂ（実際には、いずれか１つの定数）を決定することができる。すなわち、１種類の電荷量Ａ０を求めることによって、τ＝２｛１−（Ａ０／Ａ）｝Ｔｃなどとして時間差τ〔ｓ〕を算出することができる。時間差τ〔ｓ〕は、電荷量Ａ０からだけではなく、他の電荷量Ａ１、Ａ２、Ａ３のうちの１種類から算出してもよい。
【００６０】
上述のように４種類の復調信号に対応する電荷量Ａ０〜Ａ３を撮像素子１２１によって得るには、復調信号を１種類ずつ用いて集積期間を指定して電荷を蓄積し、各復調信号に対応する電荷量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３をそれぞれ取り出せばよい。この場合、復調信号ごとに電荷量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３を取り出すことになり、距離画像を生成するために電荷量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３の取出を４回行うことになる。
【００６１】
上述の動作は、１個の受光領域が１画素に対応する通常の撮像素子１２１を想定しているが、複数個の受光領域を１画素に対応付けた専用の撮像素子１２１を用いてもよい。距離画像を生成するための専用の撮像素子１２１には、隣接する４個（１列４個でも２列２個ずつでもよい）の受光領域をグループとし、グループに含まれる各１個の受光領域で各１種類の復調信号に応じた集積期間の電荷を集積してもよい。この構成の撮像素子１２１では、４個の受光領域を用いて１個の距離値を得るから、１個の受光領域を１個の距離値に対応付ける場合と受光領域の面積が等しい場合は解像度が低下する。ただし、４種類の電荷量Ａ０〜Ａ３を撮像素子１２１から１回で取り出すので、１画面の距離画像を生成するための電荷の読出回数を低減することで１画面の距離画像を得るのに要する時間が短縮される。すなわち、距離画像について滑らかな動画像を生成することが可能になる。
【００６２】
ところで、電荷量Ａ０〜Ａ３のうち電荷量Ａ０，Ａ３は、時間差τについて０≦τ≦Ｔｃの範囲で負の傾きを持つ一次関数であるが、時間差τが１チップ長Ｔｃを超えると一定値Ｂになる。また、電荷量Ａ１，Ａ２は、時間差τについて０≦τ≦Ｔｃの範囲で正の傾きを持つ一次関数であり、かつＴｃ＜τ≦２Ｔｃの範囲で負の傾きを持つ一次関数であるが、時間差τが２チップ長Ｔｃを超えると一定値Ｂになる。
【００６３】
すなわち、０≦τ≦Ｔｃでは、Ａ０−Ａ２＝−２（Ａ／Ｔｃ）・τ＋２Ａであるから、Ａ０−Ａ２＝２（Ａ／Ｔｃ）（Ｔｃ−τ）＞０であるのに対して、Ｔｃ＜τでは、Ａ０−Ａ２＝０になるから、物体１までの距離は計測することができない。言い換えると、τ＝Ｔｃに対応する距離が測定可能範囲の上限になる。
【００６４】
（強度検出装置）
次に、物体１での反射光の強度を検出する強度検出装置について説明する。強度検出装置では、発光源１１１から空間に信号光を投光する投光期間と、発光源１１１から空間に信号光を投光しない非投光期間とを設け、投光期間に受光した光から非投光期間に検出される環境光の成分を除去することにより、反射光の強度を検出する。
【００６５】
図１に示した距離測定装置では変調信号により変調した信号光を発光源１１１から連続的に出力しているのに対して、強度検出装置は、発光源１１１から信号光を出力する投光期間と信号光を出力しない非投光期間とを設けている点が相違する。すなわち、投光部１１は、投光期間に信号光を放射し、非投光期間に信号光を放射しないように構成される。また、強度検出装置は、図１に示した距離測定装置に対して、演算部３０において距離値を求めるのではなく濃淡値を求める点が相違する。
【００６６】
投光部１１から信号光を投光する投光期間および信号光を停止する非投光期間は、１チップ長Ｔｃに対して十分に長く設定される。演算部３０では、発光源１１１から投光した信号光が物体１により反射した反射光の強度を画素値に持つ濃淡画像を生成する。すなわち、発光源１１１が空間に信号光を投光している投光期間に撮像素子１２１が受光する光は、信号光の成分と環境光の成分とを含み、発光源１１１が空間に信号光を投光していない非投光期間に撮像素子１２１が受光する光は、外光成分（環境光の成分）のみである。したがって、投光期間と非投光期間とを合わせた時間内で環境光の強度に変化が生じないとすれば、理想的には、投光期間に撮像素子１２１で蓄積された電荷量と、非投光期間に撮像素子１２１で蓄積された電荷量との差分は、信号光の成分のみを含むことになる。
【００６７】
いま、電荷量Ａ０、Ａ１に着目すると、投光期間においては、電荷量Ａ０、Ａ１はそれぞれ次式（７），（８）のようになる。なお、投光期間における電荷量には接尾辞「Ｌ」を付加し、非投光期間における電荷量には接尾辞「Ｄ」を付加する。
【００６８】
【数４】
2012115083.tif 000006
【００６９】
また、投光期間と非投光期間との長さが一対一であれば、非投光期間においては、電荷量Ａ０（Ａ０Ｄ）、Ａ１（Ａ１Ｄ）は、Ａ０Ｄ＝Ａ１Ｄ＝Ｂになる。
【００７０】
したがって、投光期間と非投光期間との電荷量の差分は、電荷量Ａ０については、ΔＡ０＝Ａ０Ｌ−Ａ０Ｄ＝（Ａ／Ｔｃ）（Ｔｃ−τ）になり、電荷量Ａ１については、ΔＡ１＝Ａ１Ｌ−Ａ１Ｄ＝（Ａ／Ｔｃ）τになる。両者の和を求めると、次式（９）のようになり、結果的に信号光の成分Ａを求めることができる。
【００７１】
【数５】
2012115083.tif 000007
【００７２】
このようにして得られた濃淡画像の画素値は、信号光の反射光に関する濃淡画像であって、環境光の成分が除去ないし低減されているから、環境光の成分を含んでいる通常の濃度値と区別するために、以下では「反射強度値」という。また、反射強度値を画素値に持つ画像を、通常の濃淡画像と区別するために、以下では「反射強度画像」という。すなわち、演算部３０で得られる画像は、信号光の投受光によって得られた反射強度値を画素値に持つ反射強度画像になる。したがって、強度検出装置は、発光源１１１から投光した信号光に対応した反射強度値を画素に持つ反射強度画像を生成するアクティブ型の撮像装置ということができる。
【００７３】
このような反射強度画像は、環境光の成分が除去ないし低減されているから、一定の照明条件の下での物体１の濃淡画像ということができ、たとえば画像に基づく顔認証を行う場合のように、物体１の特徴量を画像から抽出する用途において利便性が高くなる。
【００７４】
上述の動作では、投光期間と非投光期間との長さが一対一である場合を想定して説明したが、投光期間と非投光期間との長さは一対一でなくてもよい。すなわち、投光期間と非投光期間との長さを適宜の比率とし、比率に応じた係数を電荷量に乗じて差分を算出してもよい。この場合、投光期間に対して非投光期間を短く設定すれば、投光期間と非投光期間とを一対一にする場合と比較すると、投光期間と非投光期間との合計時間を短縮することが可能になり、結果的に反射強度画像の生成に要する時間を短縮することができる。
【００７５】
上述した動作から明らかなように、反射光の強度を検出するにあたっては、投光期間と非投光期間とを規定するための１種類の復調信号があればよい。すなわち、投光期間と非投光期間との受光量の差分を用いて信号成分のみを抽出しているから、１種類の復調信号を用いるだけで、外光成分の影響を受けずに反射光の強度を検出することができる。
【００７６】
上述した動作例では、反射強度値を求めるために、電荷量Ａ０と電荷量Ａ１との組み合わせを用いたが、電荷量Ａ０、Ａ２のいずれかと、電荷量Ａ１、Ａ３のいずれかとの組み合わせであれば、どの組み合わせを用いてもよい。
【００７７】
さらに、距離測定装置のように４種類の電荷量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３が得られる場合であれば、２種類の電荷量の差分（Ａ０−Ａ２）、（Ａ１−Ａ３）を用いてもよい。電荷量の差分（Ａ０−Ａ２）、（Ａ１−Ａ３）は、以下の式（１０），（１１）ようになる。
【００７８】
【数６】
2012115083.tif 000008
【００７９】
したがって、両者を足し合わせると、以下の式（１２）に示す関係が得られる。
【００８０】
【数７】
2012115083.tif 000009
【００８１】
この手順であれば、電荷量の差分（Ａ０−Ａ２）、（Ａ１−Ａ３）を求める段階までは、距離測定装置と共通になるから、電荷量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３を用いて、距離測定装置と強度検出装置との両方を行うことが可能になる。
【００８２】
（非対象物体による誤検出を防止する技術）
以下では、図２に示すように、空間情報検出装置３と検出対象となる空間（対象区域）との間に、非対象物体としてガラス板のような透明物体２が存在している場合に、空間情報の誤検出を防止する技術について説明する。透明物体２は、発光源１１１から投光する信号光が透過する物体を意味し、可視光は必ずしも透過しなくてもよい。また、空間情報検出装置３が、距離画像を生成する距離測定装置である場合を例にして説明するが、濃淡画像を生成する強度検出装置である場合も同様の技術を採用可能である。さらに、受光部１２として単一の受光領域を備えた受光素子を用いる場合も同様の技術を採用可能である。また、透明物体２ではなくとも、図３のように、空間情報の検出対象である空間（対象区域）と空間情報検出装置３との間となる領域（非対象区域）に、非対象物体である物体４が存在する場合にも、以下の技術により空間情報の誤検出を防止することができる。要するに、空間情報の検出対象である空間（対象区域）と空間情報検出装置３との間となる領域（非対象区域）に、透明物体２や物体４のような非対象物体が存在することによって、非対象物体からの反射光が空間情報検出装置３に入射する場合には、以下の技術により誤検出を防止できる。
【００８３】
（原理）
距離測定装置３（空間情報検出装置）の誤検出の原因になる透明物体２は、窓板や仕切板を想定しており、距離測定装置の使用時において距離測定装置と透明物体との相対位置が変化しないとみなしてよい。したがって、距離測定装置３に対して透明物体２の存在位置が既知であって、距離測定装置３において生成する電荷から透明物体２に相当する成分を除去することができれば、透明物体２の影響を除去することができると考えられる。
【００８４】
この知見に基づいて、以下では、透明物体２が存在する空間領域（非対象区域）に関する情報から補正情報を生成し、演算部３０に補正情報を与えることにより、補正情報で補正した距離値を算出させる技術について説明する。すなわち、補正情報は、投光部１１および受光部１２（すなわち空間情報検出装置）と対象区域との間の非対象区域からの光に起因して受光部１２で生成される電荷に関する情報である。
【００８５】
検出対象の空間に存在する物体１と距離測定装置３との間に透明物体２が存在しない場合には、上述したように、電荷量Ａ０は以下の式（１３）で定義される関係で表される。
【００８６】
【数８】
2012115083.tif 000010
【００８７】
一方、検出対象の空間と距離測定装置３との間に透明物体２が存在し、しかも当該空間に物体１が存在していなければ、電荷量Ａ０に対応する電荷量ｇＡ０は、以下の式（１４）で定義される関係で表される。
【００８８】
【数９】
2012115083.tif 000011
【００８９】
ここに、ｇは透明物体２が存在していることを表すために接頭辞として付加する。したがって、ｇＡは透明物体２からの反射による信号光の成分（信号光のうち非対象区域からの光に起因する成分）を意味し、ｇＢは透明物体２のみが存在する場合の環境光の成分を意味し、ｇτは透明物体２からの反射による時間差（透明物体２に関する飛行時間）を意味する。すなわち、成分（非対象成分）ｇＡは、非対象空間からの光に起因して受光部１２で生成された電荷に対応する非対象電荷の量である。時間差ｇτは、信号光が投光部１１から放射されてから非対象区域に存在する非対象物体（透明物体）２で反射された信号光を受光部１２が受け取るまでにかかる飛行時間（非対象飛行時間）である。非対象物体は、非対象区域からの光の原因となる物体である。以下の説明においても同様に、透明物体２が存在していることを示す場合に、接頭辞ｇを付加する。
【００９０】
検出対象の空間（対象区域）に物体１が存在し、かつ当該空間と距離測定装置３との間（すなわち非対象区域）に透明物体２が存在している場合には、電荷量Ａ０に対応する電荷量ｂＡ０は、両者（Ａ０，ｇＡ０）の加算値になり、以下の式（１５）で定義される関係で表される。
【００９１】
【数１０】
2012115083.tif 000012
【００９２】
同様にして、電荷量Ａ１〜Ａ３に対応する電荷量ｂＡ１、ｂＡ２、ｂＡ３は、それぞれ以下の式（１６），（１７），（１８）で定義される関係で表される。
【００９３】
【数１１】
2012115083.tif 000013
【００９４】
これらの関係を用いると、真の距離を求めるために必要になる（Ａ０−Ａ２）、（Ａ１−Ａ３）は、以下の式（１９），（２０）で表される。
【００９５】
【数１２】
2012115083.tif 000014
【００９６】
これらの関係式において、（ｂＡ０−ｂＡ２）と（ｂＡ１−ｂＡ３）とは距離測定装置３において受光量に基づいて求められるから、未知の値は、透明物体２の反射光に含まれる信号光の成分ｇＡと、透明物体２による反射光の時間差ｇτとである。言い換えると、透明物体２に関して、信号光の成分ｇＡと時間差ｇτとを求めることができれば、物体１と透明物体２との反射光が混在している状態で得られた電荷量ｂＡ０、ｂＡ１、ｂＡ２、ｂＡ３に基づいて、（Ａ０−Ａ２）、（Ａ１−Ａ３）を算出することができる。
【００９７】
すなわち、透明物体２について得られる信号光の成分ｇＡと時間差ｇτとが補正情報になる。また、上式は距離測定装置３の電荷蓄積部が蓄積した電荷（受光量ｂＡ０、ｂＡ１、ｂＡ２、ｂＡ３）から透明物体２の存在により生じた電荷を除くことによって、物体１での反射により生じた電荷（受光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３）を求めていることになる。透明物体２の存在により生じる電荷は、主として透明物体２で反射することにより増加する電荷を想定しているが、透明物体２を透過することにより減衰する電荷を含んでいてもよい。
【００９８】
以下では、補正情報である信号光の成分ｇＡと時間差ｇτとを求める技術について説明する。上述したように、信号光を変調する変調信号として、２値の信号値を持つ矩形波信号を用い、しかも、矩形波信号の各信号値の継続期間が、１チップ長（単位期間）Ｔｃの整数倍であって乱数的に変化する。そのため、上述のように、電荷量Ａ０〜Ａ３から求められる物体１までの測定可能範囲に上限がある。たとえば、１チップ長Ｔｃを１００［ｎｓ］とした場合、第１の復調信号の位相が変調信号と一致していれば、測定可能範囲は０〜１５［ｍ］になる。この場合の第１、第２、第３、第４の各復調信号を、以下では、それぞれ第１、第２、第３、第４の基準復調信号と呼ぶ。
【００９９】
各基準復調信号の互いの時間関係を維持した状態で、各基準復調信号をそれぞれ時間軸方向に偏移させて復調信号に用いると、偏移させた時間に相当する距離だけ測定可能範囲も偏移する。すなわち、基準復調信号を復調信号に用いると、電荷量Ａ０は、τ＝０で最大になり、τ＝Ｔｃで最小になるが、復調信号を基準復調信号に対してシフト時間ｔｄだけ偏移させると、電荷量Ａ０は、τ＝ｔｄで最大になり、τ＝Ｔｃ＋ｔｄで最小になる。したがって、測定可能範囲は、Ｌｄ＝ｃ・ｔｄ／２だけ変化することになる。
【０１００】
このように復調信号を基準復調信号に対してシフト時間ｔｄだけ偏移させたときに電荷量Ａ０（他の電荷量Ａ１、Ａ２、Ａ３でもよい）に変化が生じることを利用すれば、以下に説明するように、透明物体２の影響による電荷量の変化を求めることができる。すなわち、基準復調信号に対して復調信号を偏移させるシフト時間ｔｄを種々設定し、各シフト時間ｔｄに対する電荷量を求めると、透明物体２の影響を除去するための補正情報を求めことができる。以下では、基準復調信号に対してシフト時間ｔｄだけ時間軸方向に偏移させた復調信号を探索復調信号（探索信号）と呼ぶ。以下の説明において、シフト時間ｔｄが正であることは、探索信号が基準復調信号に対してシフト時間ｔｄだけ遅れていることを示す。また、シフト時間ｔｄが負であることは、探索信号が基準復調信号に対してシフト時間ｔｄだけ進んでいることを示す。
【０１０１】
なお、上述の説明では、変調信号を基準にして基準復調信号を生成しており、基準復調信号に対して探索復調信号を時間軸方向に偏移させているが、基準復調信号を探索復調信号に用いるとともに変調信号を時間軸方向に偏移させる場合と等価である。すなわち、第１の基準復調信号を基準信号に一致させて第２、第３、第４の基準復調信号を生成し、第１の基準復調信号に対して変調信号を時間軸方向に偏移させてもよい。ただし、基準復調信号を偏移させる場合と変調信号を偏移させる場合とでは、時間軸に対する偏移の向きが逆向きになる。
【０１０２】
距離測定装置の距離測定範囲において透明物体２のみが存在する場合において、シフト時間ｔｄが０、−ｔａ、−（Ｔｃ−ｇτ）、−ｔｂであるときに、電荷量ｇＡ０［０］、ｇＡ０［−ｔａ］、ｇＡ０［−（Ｔｃ−ｇτ）］、ｇＡ０［−ｔｂ］は、それぞれ以下の式（２１），（２２），（２３），（２４）で表される。ただし、ｇＡ０［ｔｄ］は、シフト時間ｔｄごとの電荷量ｇＡ０を意味する。また、−ｔａ＞−（Ｔｃ−ｇτ）＞−ｔｂである。
【０１０３】
【数１３】
2012115083.tif 000015
【０１０４】
図６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に、それぞれシフト時間ｔｄが０、−ｔａ、−（Ｔｃ−ｇτ）、ｔｂの場合について、各電荷量ｇＡ０［０］、ｇＡ０［−ｔａ］、ｇＡ０［−（Ｔｃ−ｇτ）］、ｇＡ０［ｔｂ］の関係を図示する。図６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）において、左側は電荷量ｇＡ０と透明物体２までの距離との関係を示しており、右側は透明物体２からの反射光が得られる時間差τがｇτである場合の電荷量ｇＡ０とシフト時間ｔｄとの関係を示している。
【０１０５】
図６を見ればわかるように、シフト時間ｔｄが−（Ｔｃ−ｇτ）以下になると、電荷量ｇＡ０は環境光の成分ｇＢのみなり一定値になる。このことから、シフト時間ｔｄを変化させるとともに、シフト時間ｔｄに対応する電荷量ｇＡ０を求めると、電荷量ｇＡ０に変化が生じなくなったときのシフト時間ｔｄから時間差ｇτを求めることができる。つまり、透明物体２までの距離が計測されることになる。また、シフト時間ｔｄに対して電荷量ｇＡ０が変化する範囲（−（Ｔｃ−ｇτ）≦ｔｄ≦０）において、複数のシフト時間ｔｄについて電荷量ｇＡ０を求めると、シフト時間ｔｄに対する電荷量ｇＡ０の変化率（＝ｇＡ／Ｔｃ）を算出できる。この変化率と既知の情報（単位時間Ｔｃ）とから信号光の成分ｇＡが算出される。すなわち、透明物体２の存在に対する補正情報としての信号光の成分ｇＡと時間差ｇτとが求められる。
【０１０６】
補正情報ｇＡ、ｇτが求められると、上述のように、距離測定装置において物体１までの距離を計測する際に得られる電荷量ｂＡ０、ｂＡ１、ｂＡ２、ｂＡ３に対して補正情報ｇＡ、ｇτを適用することにより、透明物体２の影響を除去することができる。つまり、下記の式（２５），（２６）で定義される関係を用い、距離測定装置で得られた電荷量（ｂＡ０−ｂＡ２）、（ｂＡ１−ｂＡ３）から、透明物体２の影響を除去して（Ａ０−Ａ２）、（Ａ１−Ａ３）の値を求めることができる。
【０１０７】
【数１４】
2012115083.tif 000016
【０１０８】
この技術を適用した場合の測定例を図７，８に示す。図８は補正情報（ｇＡ、ｇτ）を適用した場合を示し、図８は補正情報（ｇＡ、ｇτ）を適用しない場合の比較例を示している。また、図７，８において、ａｂは透明物体２が存在しない場合において算出された物体１までの距離、ｅｘは透明物体２が存在する場合において算出された物体１までの距離を示している。図８では、透明物体２の有無に応じて計測した距離に大きな差が生じているのに対して、図７からは、計測した距離が透明物体２の有無による影響を受けていないことがわかる。
【０１０９】
上述の説明では、非対象物体として透明物体２について説明したが、図３に示したように、透明物体２ではない物体４が距離測定装置３（空間情報検出装置）の近傍（非対象区域）に存在する場合にも同様の原理で物体４の有無による影響を除去することができる。つまり、非対象物体である物体４が距離測定装置３の近隣に存在していると、透明物体２が存在する場合と同様に、物体４の表面で散乱した反射光（二次反射成分）が距離測定装置３に入射し、物体４の非存在時よりも受光量（電荷量）が増加する場合がある。二次反射成分の影響は、距離測定装置３から物体４までの距離が近いほど大きくなる。物体４による二次反射成分は、透明物体２による反射光の成分とは距離測定装置３に入射する経路が異なるが、いずれの成分も物体１からの反射光の成分に加算されるから、物体４の有無による影響は、透明物体２による反射光の成分と同様に扱うことができる。したがって、上述の原理を用いることにより、物体４の有無による影響を除去することができる。
【０１１０】
（実施形態１）
本実施形態の空間情報検出装置は、図１に示すように、投光部１１と、受光部１２と、演算部３０と、コード発生器３１と、変調信号生成部３２と、復調信号発生部３３と、補正情報提供部３４と、を備える。すなわち、本実施形態は、距離画像を生成する基本の構成に対し、補正情報提供部３４を付加している。
【０１１１】
補正情報提供部３４は、距離値（空間情報）の算出の際に用いる補正情報ｇＡ、ｇτを演算部３０に提供する。補正情報提供部３４は、演算部３０に補正情報ｇＡ、ｇτを提供するだけではなく補正情報ｇＡ、ｇτを求める機能も備える。すなわち、補正情報提供部３４は、投光部１１および受光部１２と対象区域との間の非対象区域からの光に起因して受光部１２で生成される電荷に関する補正情報を生成し、補正情報を演算部３０に出力するように構成される。
【０１１２】
演算部３０は、補正情報提供部３４から補正情報ｇＡ、ｇτが与えられることにより、原理として説明したように、電荷量（ｂＡ０−ｂＡ２）、（ｂＡ１−ｂＡ３）から透明物体２の影響を除去して（Ａ０−Ａ２）、（Ａ１−Ａ３）の値を求める。つまり、演算部３０は、補正情報ｇＡ、ｇτを用いることにより、電荷蓄積部が蓄積した電荷から透明物体２による反射で生じた電荷を除いて空間情報を算出する。換言すれば、演算部３０は、補正情報を利用して信号電荷の量（ｂＡ０−ｂＡ２，ｂＡ１−ｂＡ３）を対象区域からの光に起因して受光部１２で生成される電荷に対応する対象電荷の量（Ａ０−Ａ２，Ａ１−Ａ３）に補正し、対象電荷の量に基づいて空間情報（距離Ｌ）を生成するように構成される。
【０１１３】
補正情報を求めるには、上述した原理から明らかなように、変調信号と探索復調信号との相対的な位相（シフト時間ｔｄ）を様々に変更し、シフト時間ｔｄと電荷量ｂＡ０との関係を求める必要がある。ここに、シフト時間ｔｄは１チップ長Ｔｃよりも短い単位で変化させる。また、補正情報ｇＡ、ｇτは、物体１までの距離を計測する前に、あらかじめ算出しておく必要がある。したがって、物体１までの距離を計測する動作とは別に、透明物体２に関する補正情報ｇＡ、ｇτを求める動作を行う必要がある。
【０１１４】
補正情報提供部３４は、補正情報ｇＡ、ｇτを求める動作を適宜のタイミングで行う。たとえば、補正情報提供部３４は、あらかじめ定めたタイミングで定期的に補正情報ｇＡ、ｇτを取得すればよい。また、空間情報の検出対象となる空間（対象区域）における物体１の存否を検出し、物体１が存在しないと判断したときに補正情報ｇＡ、ｇτを取得するようにしてもよい。物体１の存否を判断するには、たとえば、物体１が存在しない状態で得られる空間情報（画像など）を記憶させておき、空間情報の取得毎に記憶している空間情報と比較すればよい。すなわち、補正情報提供部３４は、空間情報の取得毎に、空間情報に実質的に差が生じないときに物体１が存在しないと判断する。
【０１１５】
シフト時間ｔｄは、変調信号と探索復調信号との相対的な位相（シフト時間ｔｄ）に対応する。補正情報提供部３４は、この位相（シフト時間ｔｄ）を変化させて補正情報ｇＡ、ｇτを求めるために、位相可変部３４１を備える。
【０１１６】
本実施形態では、復調信号生成部３３は、探索信号（探索復調信号）を生成して受光部１２に出力する探索信号生成部として機能する。探索信号は、変調信号に対して所定の時間差（シフト時間ｔｄ）を有する信号である。
【０１１７】
受光部（光電変換部）１２は、探索信号がハイレベルである期間で定義される集積期間（第２集積期間）の間に空間から受け取った光の強度に応じた電荷を生成するように構成される。受光部（電荷蓄積部）１２は、集積期間（第２集積期間）の間に生成された電荷を集積期間（第２集積期間）よりも長い所定の蓄積期間（第２蓄積期間）に亘って蓄積し、蓄積された電荷を補正電荷として補正情報提供部３４に出力するように構成される。
【０１１８】
なお、第２集積期間は、探索信号がロウレベルである期間で定義されてもよい。すなわち、受光部１２は、探索信号がハイレベルである第１期間とロウレベルである第２期間とのいずれか一方の期間で定義される第２集積期間の間に空間から受け取った光の強度に応じた電荷を生成してもよい。
【０１１９】
位相可変部３４１は、時間差（シフト時間ｔｄ）が異なる複数の探索信号を復調信号生成部（探索信号生成部）３３が生成するように、所定の時間範囲（探索範囲）内において時間差（シフト時間ｔｄ）を単位期間（１チップ長Ｔｃ）より小さい変化幅で変化させるように構成される。
【０１２０】
すなわち、位相可変部３４１は、コード発生器３１が生成した基準信号を時間軸方向に偏移させる（つまり、位相を偏移させる）機能を有している。ただし、上述のように、シフト時間ｔｄは、１チップ長Ｔｃを単位とするのではなく、１チップ長Ｔｃよりも短い単位で変化させる。
【０１２１】
位相可変部３４１によってシフト時間ｔｄを変化させる範囲（探索範囲）は、範囲設定部３４３により設定される。すなわち、範囲設定部３４３は、シフト時間ｔｄを変化させる範囲を、透明物体２に関する補正情報を取得する範囲に設定する機能を備える。換言すれば、本実施形態の範囲設定部３４３は、位相可変部３４１の探索範囲を指定する。
【０１２２】
範囲設定部３４３には、手動で範囲を設定する構成と、後述するように自動的に範囲を設定する構成とがある。手動で範囲を設定する場合には、距離測定装置３の設置時に、透明物体２との距離を計測あるいは目視によって取得し、取得した距離を範囲設定部３４３に設定すればよい。範囲設定部３４３では、設定された距離から、その距離の前後において透明物体２に関する補正情報を検出するように、シフト時間ｔｄを位相可変部３４１に指示する。すなわち、範囲設定部３４３は、設定された距離に基づいて時間範囲（探索範囲）を決定する。
【０１２３】
補正情報提供部３４は、補正情報ｇＡ、ｇτを算出する補正情報算出部３４２を備えている。補正情報算出部３４２は、時間差（シフト時間ｔｄ）が異なる探索信号毎に受光部１２から補正電荷を取得し、時間差（シフト時間ｔｄ）と補正電荷の量との関係に基づいて補正情報を生成するように構成される。
【０１２４】
すなわち、補正情報算出部３４２は、原理として説明したように、電荷蓄積部１２３が蓄積した電荷量（補正電荷の量）ｇＡ０（他の電荷量ｇＡ１、ｇＡ２、ｇＡ３を用いてもよい）とシフト時間ｔｄとの関係を用いて補正情報ｇＡ、ｇτを算出する。言い換えると、補正情報提供部３４における補正情報算出部３４２は、位相可変部３４１が変化させた位相（シフト時間ｔｄ）と位相ごとの電荷量（補正電荷の量）ｇＡ０との関係を用いて透明物体２に関する補正情報ｇＡ、ｇτを算出する。
【０１２５】
補正情報提供部３４は、補正情報算出部３４２が算出した補正情報ｇＡ、ｇτを記憶する補正情報保持部３４４を備える。物体１に関する距離画像を演算部３０において生成する際には、補正情報算出部３４２によりあらかじめ算出されて補正情報保持部３４４に記憶されている補正情報ｇＡ、ｇτを採用し、原理として説明した関係式に補正情報ｇＡ、ｇτを適用して距離を求める。すなわち、演算部３０は、補正情報保持部３４４に記憶された補正情報ｇＡ，ｇτを用いて空間情報を算出する。このように距離画像を生成する際に、補正情報ｇＡ、ｇτを適用するから、透明物体２の影響を除去した距離画像を生成することができる。
【０１２６】
ところで、補正情報ｇＡ、ｇτは、透明物体２に付着した汚れ、透明物体２の傷、温度変化などによって変化することがある。したがって、補正情報は適時に更新することが望ましい。そのため、補正情報提供部３４は、あらかじめ定めた更新条件が満たされたときに補正情報保持部３４４に記憶されている補正情報ｇＡ、ｇτの更新を（補正情報算出部３４２に）指示する更新判断部３４５を備える。すなわち、補正情報提供部３４は、所定の更新条件が満たされたかどうかを判定し、更新条件が満たされたと判定すると補正情報を更新するように構成される。
【０１２７】
更新判断部３４５が判断する更新条件には、たとえば、あらかじめ定めた更新時間を用いる。すなわち、一定時間ごとに補正情報ｇＡ、ｇτを更新するか、補正情報ｇＡ、ｇτを更新する時刻をあらかじめ指定すればよい。また、上述した反射強度画像を用いて媒質の透過率に相当する空間情報を取得し、透過率が初期値に対して規定値を超えて低下することを更新条件として補正情報ｇＡ、ｇτを更新してもよい。
【０１２８】
次に、本実施形態の空間情報検出装置の動作について説明する。
【０１２９】
本実施形態の空間情報検出装置は、空間情報を生成する処理（空間情報作成処理）と、補正情報を生成する処理（補正情報生成処理）とを行う。補正情報生成処理は、空間情報生成処理の前に実行される。
【０１３０】
補正情報生成処理では、範囲設定部３４３が探索範囲を設定する。たとえば、探索範囲は、−ｔｂ≦ｔｄ≦０に設定される。
【０１３１】
位相可変部３４１は、範囲設定部３４３で設定された探索範囲内において時間差（シフト時間ｔｄ）を選択する。たとえば、位相可変部３４１は、シフト時間ｔｄとして０を選択する。
【０１３２】
探索信号生成部（復調信号生成部）３３は、位相可変部３４１で指定されたシフト時間ｔｄを有する探索信号を生成して、受光部１２に出力する。たとえば、探索信号は、第１の復調信号を基準として生成される。
【０１３３】
したがって、変調信号生成部３２は変調信号を投光部１１に出力し、探索信号生成部３３は探索信号を受光部１２に出力する。
【０１３４】
投光部１１は、変調信号を受け取ると、受け取った変調信号によって変調された光である信号光を、対象区域を含む空間に放射する。
【０１３５】
受光部１２は、探索信号を受け取ると、受け取った探索信号がハイレベルである期間を集積期間（第２集積期間）として用いて、蓄積期間（第２蓄積期間）に亘って空間からの電荷を蓄積する。受光部１２は、受け取った探索信号に応じて蓄積した電荷を補正電荷として補正情報算出部３４２に出力する。
【０１３６】
探索信号について補正電荷が得られると、位相可変部３４１は、探索範囲内において時間差（シフト時間ｔｄ）を単位期間（１チップ長Ｔｃ）より小さい変化幅で変化させる。たとえば、位相可変部３４１はシフト時間ｔｄとしてｔａを選択する。
【０１３７】
位相可変部３４１がシフト時間ｔｄを選択する毎に、位相可変部３４１で選択されたシフト時間ｔｄを有する探索信号に対応する補正電荷が得られる。
【０１３８】
補正情報算出部３４２は、シフト時間ｔｄが異なる探索信号毎の補正電荷の量（本例では、電荷量ｇＡ０に対応する）に基づいて補正情報（ｇＡ、ｇτ）を求める。たとえば、補正情報算出部３４２は、シフト時間ｔｄと補正電荷の量ｇＡ０との関係を調べる（図６参照）。
【０１３９】
補正情報算出部３４２は、シフト時間ｔｄに対する補正電荷の量ｇＡ０の変化率が０に変わるときのシフト時間ｔｄを求める。シフト時間ｔｄに対する補正電荷の量ｇＡ０の変化率が０に変わるときのシフト時間ｔｄが時間差ｇτとなる。なお、変化率は厳密に０ではなく、０である（すなわち、補正電荷の量ｇＡ０が一定である）とみなせる値であればよい。
【０１４０】
補正情報算出部３４２は、シフト時間ｔｄに対して補正電荷の量ｇＡ０が変化する範囲（−（Ｔｃ−ｇτ）≦ｔｄ≦０）において、シフト時間ｔｄに対する電荷量ｇＡ０の変化率（＝ｇＡ／Ｔｃ）を求める。補正情報算出部３４２は、求めた変化率（ｇＡ／Ｔｃ）と単位期間（Ｔｃ）との積を求める。この積が非対象区域からの光に対応する非対象電荷の量ｇＡとなる。
【０１４１】
補正情報算出部３４２は、補正情報ｇＡ，ｇτを補正情報保持部３４４に記憶させる。
【０１４２】
このように、本実施形態の空間情報検出装置は、補正情報生成処理を実行して、補正情報（ｇＡ，ｇτ）を生成する。
【０１４３】
次に、本実施形態の空間情報検出装置は、空間情報生成処理を実行する。
【０１４４】
空間情報生成処理では、復調信号生成部３３は、探索信号ではなく、第１〜第４の復調信号を生成する（図４（ｃ）〜（ｆ）参照）。
【０１４５】
したがって、変調信号生成部３２は変調信号を投光部１１に出力し、復調信号生成部３３は第１〜第４の復調信号を受光部１２に出力する。
【０１４６】
投光部１１は、変調信号を受け取ると、受け取った変調信号によって変調された光である信号光を、対象区域を含む空間に放射する。
【０１４７】
受光部１２は、復調信号を受け取ると、受け取った復調信号がハイレベルである期間を集積期間として用いて、蓄積期間に亘って空間からの電荷を蓄積する。受光部１２は、受け取った復調信号に応じて蓄積した電荷を信号電荷として演算部３０に出力する。
【０１４８】
その結果、演算部３０は、第１〜第４の復調信号に個別に対応する信号電荷（信号電荷の量ｂＡ０，ｂＡ１，ｂＡ２，ｂＡ３）を得る。また、演算部３０は、補正情報保持部３４４より補正情報（ｇＡ，ｇτ）を取得する。演算部３０は、信号電荷の量ｂＡ０，ｂＡ１，ｂＡ２，ｂＡ３、補正情報ｇＡ，ｇτ、１チップ長Ｔｃを次式（２７）に代入して飛行時間τを求める。そして、演算部３０は、飛行時間τから距離Ｌを求める（上式（５）参照）。
【０１４９】
【数１５】
2012115083.tif 000017
【０１５０】
これによって、非対象区域からの影響が除去された距離Ｌを得ることができる。つまり、演算部３０は、補正情報（ｇＡ，ｇτ）を利用して信号電荷の量（電荷量ｂＡ０，ｂＡ１，ｂＡ２，ｂＡ３）を、対象区域からの光に起因して受光部１２で生成される電荷に対応する対象電荷の量（Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３）に補正する。演算部３０は、対象電荷の量に基づいて空間情報（距離Ｌ）を生成する。
【０１５１】
なお、演算部３０で用いられる式は、上記（２７）に限定されない。この式は、復調信号生成部３３で生成される復調信号の種類や数に応じて適宜変更される。
【０１５２】
以上述べたように本実施形態の空間情報検出装置は、投光部１１と、受光部１２と、電荷蓄積部１２３と、変調信号生成部３２と、復調信号生成部３３と、演算部３０と、補正情報提供部３４とを備える。投光部１１は、検出対象となる空間（対象区域）に投光するように構成される。受光部１２は、空間から受光し受光量に相当する電荷を生成するように構成される。電荷蓄積部１２３は、受光部１２が指定された集積期間に生成した電荷を集積期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積するように構成される。変調信号生成部３２は、変調信号を生成し投光部１１の光出力を変調信号により変調して信号光を投光させるように構成される。変調信号は、２値の各信号値の継続期間がそれぞれ単位期間の整数倍でありかつ蓄積期間において継続期間が乱数的に変化する矩形波信号である。復調信号生成部３３は、変調信号に対して所定の位相を有する復調信号を生成し復調信号を用いて集積期間を指定するように構成される。演算部３０は、電荷蓄積部１２３が蓄積した電荷から空間に関する空間情報を算出するように構成される。補正情報提供部３４は、投光部１１および受光部１２と空間との間の領域に非対象物体が存在し受光部１２に非対象物体からの反射光が入射する場合に、非対象物体の存在により生じた電荷に関する補正情報を演算部３０に与えて電荷蓄積部１２３が蓄積した電荷から非対象物体の存在により生じた電荷による影響を除いて空間情報を算出させるように構成される。
【０１５３】
換言すれば、本実施形態の空間情報検出装置は、投光部１１と、受光部１２と、変調信号生成部３２と、復調信号生成部３３と、演算部３０と、補正情報手胸部３４と、を備える。変調信号生成部３２は、変調信号を生成して投光部１１に出力するように構成される。変調信号は、ハイレベルである期間とロウレベルである期間との長さが所定の単位期間の整数倍の長さから乱数的に決定された方形波信号である。投光部１１は、所定の対象区域を含む空間に信号光を放射するように構成される。投光部１１は、変調信号を受け取ると変調信号で光を変調して信号光を生成するように構成される。復調信号生成部３３は、復調信号を生成して受光部１２に出力するように構成される。復調信号は、変調信号または反転された変調信号と同じ波形を有する信号である。受光部１２は、空間からの光を受けるように構成される。受光部１２は、復調信号がハイレベルである第１期間とロウレベルである第２期間とのいずれか一方の期間で定義される集積期間の間に前記空間から受け取った光の強度に応じた電荷を生成するように構成される。受光部１２は、集積期間の間に生成された電荷を集積期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積して信号電荷を生成するように構成される。補正情報提供部３４は、投光部１１および受光部１２と対象区域との間の非対象区域からの光に起因して受光部１２で生成される電荷に関する補正情報を生成するように構成される。演算部３０は、対象区域に関する空間情報を生成するように構成される。演算部３０は、補正情報（ｇＡ，ｇτ）を利用して信号電荷（信号電荷の量ｂＡ０，ｂＡ１，ｂＡ２，ｂＡ３）を補正して対象区域からの光に起因して受光部１２で生成される電荷に対応する対象電荷の量（Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３）を求めるように構成される。演算部３０は、対象電荷の量（Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３）に基づいて空間情報（距離Ｌ）を生成するように構成される。
【０１５４】
また、本実施形態の空間情報検出装置では、補正情報提供部３４は、変調信号と復調信号との位相を単位期間（１チップ長Ｔｃ）よりも短い単位で相対的に変化させる位相可変部３４１と、位相可変部３４１が変化させた位相と位相ごとの電荷蓄積部１２３が蓄積した電荷との関係を用いて非対象物体に関する補正情報を算出する補正情報算出部３４２とを備える。
【０１５５】
換言すれば、本実施形態の空間情報検出装置は、探索信号生成部（復調信号生成部）３３を備える。探索信号生成部３３は、探索信号を生成して受光部１２に出力するように構成される。探索信号は、変調信号に対して所定の時間差を有する信号である。補正情報提供部３４は、位相可変部３４１と、補正情報算出部３４２と、を備える。受光部１２は、探索信号がハイレベルである第１期間とロウレベルである第２期間とのいずれか一方の期間で定義される第２集積期間の間に空間から受け取った光の強度に応じた電荷を生成するように構成される。受光部１２は、第２集積期間の間に生成された電荷を第２集積期間よりも長い所定の第２蓄積期間に亘って蓄積して補正電荷を生成するように構成される。位相可変部３４１は、時間差（シフト時間ｔｄ）が異なる複数の探索信号を探索信号生成部（復調信号生成部）３３が生成するように、所定の時間範囲（探索範囲）内において時間差（シフト時間ｔｄ）を単位期間（１チップ長Ｔｃ）より小さい変化幅で変化させるように構成される。補正情報算出部３４２は、時間差（シフト時間ｔｄ）が異なる探索信号毎に受光部１２から補正電荷を取得し、時間差（シフト時間ｔｄ）と補正電荷の量との関係に基づいて補正情報を生成するように構成される。
【０１５６】
また、本実施形態の空間情報検出装置では、補正情報提供部３４は、補正情報を記憶する補正情報保持部３４４と、あらかじめ定めた更新条件が満たされたときに補正情報保持部３４４に記憶された補正情報の更新を指示する更新判断部３４５を備える。換言すれば、補正情報提供部３４は、所定の更新条件が満たされたかどうかを判定し、更新条件が満たされたと判定すると補正情報を更新するように構成される。
【０１５７】
以上述べた本実施形態の空間情報検出装置によれば、空間情報の検出対象となる空間（対象区域）との間に非対象物体が存在している場合であっても、非対象物体に関する補正情報を用いて空間情報を補正するから、非対象物体の影響が除去され、空間情報の検出精度が向上するという利点がある。
【０１５８】
特に、本実施形態では、補正情報提供部３４は、補正情報として、成分ｇＡと、時間差ｇτとを算出する。成分ｇＡは、非対象空間からの光に起因して受光部１２で生成された電荷に対応する非対象電荷の量である。時間差ｇτは、信号光が投光部１１から放射されてから非対象物体（非対象区域からの光の原因となる物体）で反射された信号光を受光部１２が受け取るまでにかかる時間（すなわち非対象物体に関する飛行時間）である。
【０１５９】
補正情報提供部３４は、シフト時間ｔｄと補正電荷の量ｇＡ０との関係に基づいて、成分ｇＡと時間差ｇτを求める。
【０１６０】
成分ｇＡは、シフト時間ｔｄに対して補正電荷の量ｇＡ０が直線的に変化する範囲（−（Ｔｃ−ｇτ）≦ｔｄ≦０）におけるシフト時間ｔｄに対する電荷量ｇＡ０の変化率（＝ｇＡ／Ｔｃ）と単位期間（Ｔｃ）との積である。よって、補正情報算出部３４２は、シフト時間ｔｄに対して補正電荷の量ｇＡ０が直線的に変化する範囲（−（Ｔｃ−ｇτ）≦ｔｄ≦０）において、シフト時間ｔｄに対する電荷量ｇＡ０の変化率（＝ｇＡ／Ｔｃ）を求める。補正情報算出部３４２は、求めた変化率（ｇＡ／Ｔｃ）と単位期間（Ｔｃ）との積を成分（非対象電荷の量）ｇＡとして求める。
【０１６１】
時間差ｇτは、シフト時間ｔｄに対する補正電荷の量ｇＡ０の変化率が０に変わるときのシフト時間ｔｄと定義される。よって、補正情報提供部３４は、シフト時間ｔｄに対する補正電荷の量ｇＡ０の変化率が０に変わるときのシフト時間ｔｄを時間差ｇτとして求める。
【０１６２】
演算部３０は、成分ｇＡおよび時間差ｇτを用いて信号電荷の量（ｂＡ０，ｂＡ１，ｂＡ２，ｂＡ３）を対象電荷の量（Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３）に換算する換算式（上式（１５）〜（２０），（２５）〜（２７）参照）を予め記憶する。演算部３０は、補正情報提供部３４から得た成分ｇＡと時間差ｇτと換算式を用いて、信号電荷の量を対象電荷の量に補正する。
【０１６３】
なお、補正情報提供部３４は、非対象区域に非対象物体（たとえば、透明物体２）が存在するか否かを判定してもよい。すなわち、補正情報提供部３４は、非対象物体が存在しないと判断すると補正情報を算出しない。この場合、演算部３０は、信号電荷の量から空間情報を求める。一方、補正情報提供部３４は、非対象物体が存在すると判断すると補正情報を算出する。この場合、演算部３０は、補正情報を用いて信号電荷の量を対象電荷の量に補正し、対象電荷の量から空間情報を求める。
【０１６４】
このように、本実施形態の空間情報検出装置では、空間情報は、対象区域に存在する対象物（物体）１までの距離（Ｌ）である。演算部３０は、信号光が投光部１１から放射されてから対象物（物体）１で反射された信号光を受光部１２が受け取るまでにかかる飛行時間τを対象電荷の量（たとえば、電荷量Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３）から算出する。演算部３０は、飛行時間τに基づいて距離Ｌを求めるように構成される。
【０１６５】
補正情報は、非対象成分ｇＡと、非対象飛行時間ｇτとを含む。非対象成分ｇＡは、非対象区域からの光に起因して受光部１２で生成された電荷に対応する非対象電荷の量である。非対象飛行時間ｇτは、信号光が投光部１１から放射されてから非対象区域に存在する非対象物体で反射された信号光を受光部１２が受け取るまでにかかる時間である。補正情報算出部３４２は、時間差（シフト時間）ｔｄに対する補正電荷の量ｇＡ０の変化率を算出するように構成される。補正情報算出部３４２は、時間差（シフト時間）ｔｄに対して補正電荷の量ｇＡ０が直線的に変化する範囲における変化率（ｇＡ／Ｔｃ）と、単位期間（Ｔｃ）と、の積を非対象成分ｇＡとして求めるように構成される。補正情報算出部３４２は、変化率が０に変わるときの時間差（シフト時間）ｔｄを非対象飛行時間ｇτとして求めるように構成される。演算部３０は、非対象成分ｇＡおよび非対象飛行時間ｇτを用いて信号電荷の量（ｂＡ０，ｂＡ１，ｂＡ２，ｂＡ３）を対象電荷の量（Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３）に換算する換算式（たとえば（１５）〜（２０），（２５）〜（２７））を、予め記憶するように構成される。演算部３０は、補正情報提供部３４から得た非対象成分ｇＡおよび非対象飛行時間ｇτと、換算式とを用いて、信号電荷の量を対象電荷の量に補正するように構成される。
【０１６６】
なお、本実施形態の空間情報検出装置では、演算部３０は、非対象成分ｇＡと非対象飛行時間ｇτと信号電荷の量（ｂＡ０，ｂＡ１，ｂＡ２，ｂＡ３）とから飛行時間τを直接求める換算式（たとえば上式（２７））を記憶している。
【０１６７】
また、本実施形態の空間情報検出装置では、復調信号生成部３３は、複数の復調信号を生成するように構成される。複数の復調信号は、変調信号と同じ波形を有する第１の復調信号と、第１の復調信号を反転させた信号である第２の復調信号と、第１の復調信号から単位期間（１チップ長Ｔｃ）遅延する第３の復調信号と、第３の復調信号を反転させた信号である第４の復調信号とのうち２つを含む。
【０１６８】
このように、本実施形態の空間情報検出装置では、復調信号生成部３３は、変調信号と２値の関係が等しい第１の復調信号と、第１の復調信号の２値を反転させた第２の復調信号と、変調信号を単位期間分だけ遅延させた第３の復調信号と、第３の復調信号の２値を反転させた第４の復調信号とのうちの少なくとも２種類の復調信号を生成する。演算部３０は、復調信号生成部３３で生成された各復調信号でそれぞれ指定した集積期間において生成され蓄積期間に蓄積した電荷の電荷量に補正情報を適用することによって算出される投光から受光までの時間差（飛行時間τ）を用いて空間に存在する物体までの距離Ｌを空間情報として求める。
【０１６９】
（実施形態２）
実施形態１では、透明物体２のみが存在する範囲において補正情報ｇＡ、ｇτを算出する技術を説明したが、補正情報ｇＡ、ｇτを算出する際に透明物体２のみが存在する状態とするのが困難な場合がある。そこで、距離測定装置に対して、距離の測定を行う空間よりも透明物体２との距離のほうが小さいことを利用して、透明物体２に関する補正情報ｇＡ、ｇτを取得する技術について説明する。
【０１７０】
すなわち、透明物体２が物体１より近距離に位置していると、物体１からの反射光に対応する電荷量Ａ０と、透明物体２からの反射光に対応する電荷量ｇＡ０とは、シフト時間ｔｄの変化に対して図９（ａ）のように変化する。図中、ｏｂは物体１に対応し、ｆｎは透明物体２に対応している。すなわち、シフト時間ｔｄの変化に応じて変化する範囲を比較すると、物体１からの反射光に対応した電荷量Ａ０に対応する範囲（有効範囲）は、透明物体２からの反射光に対応した電荷量ｇＡ０に対応する範囲よりも狭くなる。
【０１７１】
なお、図９（ａ）では説明を簡単にするために、電荷量Ａ０と電荷量ｇＡ０との信号光の成分の最大値および環境光の成分を等しくして表しているが、実際には異なっていることが多い。ただし、着目する情報はシフト時間ｔｄの変化に応じて変化する領域と変化が生じなくなる領域との境界点であるから、成分の大きさはとくに考慮しなくてもよい。
【０１７２】
距離測定装置で検出する反射光では、物体１からの反射光と透明物体２からの反射光とが合成されているから、実際に検出される電荷量ｂＡ０は、図９（ｂ）のように、シフト時間ｔｄの変化に対して複数の屈曲点Ｐｂ１、Ｐｂ２、…を含む。透明物体２は物体１よりも距離測装置からの距離が小さいから、電荷量ｂＡ０がシフト時間ｔｄの変化によらず一定になる領域と、電荷量ｂＡ０がシフト時間ｔｄの変化に応じて変化する領域との境界点Ｐｂ１は、透明物体２により生じていると考えられる。すなわち、図９（ｂ）において、左から１つめの屈曲点Ｐｂ１と２つ目の屈曲点Ｐｂ２との間の領域は、透明物体２からのみの反射光で得られた受光量ｇＡ０の変化であると判断できる。
【０１７３】
上述の知見を用いると、以下の手順で透明物体２に関する補正情報ｇＡ、ｇτを求めることができる。まず、シフト時間ｔｄの変化に応じた電荷量ｂＡ０の変化を求めた後、シフト時間ｔｄの変化によらず電荷量ｂＡ０が一定になる境界点のシフト時間を求める。この境界点が１つめの屈曲点Ｐｂ１になる。次に、境界点のシフト時間よりも短い側で、シフト時間ｔｄに対する電荷量ｂＡ０の変化率を求め、変化率が規定値以上に変化する点を求める。この点が２つ目の屈曲点Ｐｂ２になる。
【０１７４】
以上のようにして２個の屈曲点Ｐｂ１、Ｐｂ２を求めることができれば、両屈曲点Ｐｂ１、Ｐｂ２の間の領域における変化率を、透明物体２からの反射光のみによって得られた電荷量ｇＡ０の変化率とみなすことができる。したがって、この領域に基づいてシフト時間ｔｄを変化させる範囲を設定すれば、透明物体２に関する補正情報ｇＡ、ｇτを求めるのに必要な情報を得ることができる。すなわち、屈曲点Ｐｂ１、Ｐｂ２に対応するシフト時間ｔｄを範囲設定部３４３に与えることによって、補正情報ｇＡ、ｇτを算出するのに必要なシフト時間ｔｄの変化範囲が自動的に決定される。
【０１７５】
本実施形態では、上述したように、補正情報ｇＡ、ｇτを求めるのに必要なシフト時間ｔｄの範囲を自動的に検出する。したがって、図１０に示すように、図１に示した補正情報提供部３４に補正情報取得部３４６を付加している。補正情報取得部３４６は、屈曲点Ｐｂ１、Ｐｂ２を自動的に求める探索モードと、探索モードで求めた屈曲点Ｐｂ１、Ｐｂ２とからシフト時間ｔｄを変化させる範囲を自動的に決定する設定モードとを備える。
【０１７６】
探索モードでは、補正情報取得部３４６は、位相可変部３４１に複数種類の位相をそれぞれ設定することによって、上述した屈曲点Ｐｂ１、Ｐｂ２を求める。
【０１７７】
たとえば、補正情報取得部３４６は、時間差（シフト時間ｔｄ）と補正電荷の量（ｂＡ０）の関係に基づいて、シフト時間ｔｄの変化によらず電荷量ｂＡ０が一定になる境界点のシフト時間ｔｄを求める。境界点は、補正情報取得部３４６は、シフト時間ｔｄに対する電荷量ｂＡ０の変化率が０になる点である。たとえば、補正情報取得部３４６は、時間差（シフト時間ｔｄ）に対する補正電荷の量の変化率を求める。補正情報取得部３４６は、変化率（ｇＡ／ｔｄ）と時間差（ｔｄ）との関係に基づいて、境界点を検出する。境界点は、たとえば、図９（ｂ）における屈曲点Ｐｂ１である。屈曲点Ｐｂ１は有効範囲の下限を定める。
【０１７８】
補正情報取得部３４６は、シフト時間ｔｄが境界点に相当するシフト時間ｔｄよりも大きい範囲で、シフト時間ｔｄに対する電荷量ｂＡ０の変化率が規定値以上に変化する変化点を求める。変化点は、たとえば、図９（ｂ）における屈曲点Ｐｂ２である。屈曲点Ｐｂ２は有効範囲の上限を定める。たとえば、規定値は、変化率が規定値未満であれば有効範囲において変化率が一定（傾きが一定）であるとみなせるような大きさに設定される。
【０１７９】
補正情報取得部３６は、このようにして２つの屈曲点Ｐｂ１，Ｐｂ２で定義される有効範囲を求める。
【０１８０】
また、設定モードでは、探索モードにおいて求めた屈曲点Ｐｂ１，Ｐｂ２に対応するシフト時間ｔｄ（位相）に基づいて自動的に決定した情報を範囲設定部３４３に与える。範囲設定部３４３に与える情報は、手動で範囲設定部３４３に情報を与える場合と同様である。この動作により範囲設定部３４３は、補正情報ｇＡ、ｇτを算出するのに必要な範囲でシフト時間ｔｄを変化させ、補正情報ｇＡ、ｇτを算出する。
【０１８１】
また、本実施形態の空間情報検出装置では、補正情報提供部３４は、位相可変部３４１が位相を変化させる範囲（探索範囲）を電荷蓄積部１２３に蓄積される電荷が、空間からの光により生成される電荷を含む範囲（図９（ｂ）における屈曲点Ｐｂ２より右側の範囲）と空間からの光により生成される電荷を含まない範囲（図９（ｂ）における屈曲点Ｐｂ２より左側の範囲）との境界点（屈曲点Ｐｂ２）に対応する位相（シフト時間ｔｄ）よりも小さい範囲に制限して設定する範囲設定部３４３を備える）。
【０１８２】
換言すれば、補正情報提供部３４は、対象電荷（Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ４）を含まない補正電荷が受光部１２から得られる時間差（シフト時間ｔｄ）の有効範囲を指定する範囲設定部３４３を備える。補正情報算出部３４２は、範囲設定部３４３で指定された有効範囲内の時間差（シフト時間ｔｄ）と補正電荷の量（ｇＡ０，ｇＡ１，ｇＡ２，ｇＡ３）との関係に基づいて補正情報を生成するように構成される。
【０１８３】
また、本実施形態では、範囲設定部３４３は、時間経過に伴って位相可変部３４１に位相（シフト時間ｔｄ）を変化させ、変化させた位相と位相ごとの受光部１２での受光量との関係を用いて非対象物体のみによる反射で電荷を生じる位相の範囲（有効範囲）を自動的に求める。
【０１８４】
換言すれば、補正情報提供部３４は、所定の時間範囲（探索範囲）内の時間差（シフト時間ｔｄ）と補正電荷の量（ｇＡ０，ｇＡ１，ｇＡ２，ｇＡ３）との関係に基づいて有効範囲を決定する補正情報取得部３４６を備える。範囲設定部３４３は、補正情報取得部３４６で決定された有効範囲を指定するように構成される。
【０１８５】
ところで、透明物体２に関する補正情報ｇＡ、ｇτを求めるにあたって、１種類の電荷量（上述した例では、第１の復調信号で指定した集積期間に対応する電荷量）を用いている。したがって、電荷量の最小値と最大値の差は電荷量ｇＡであり、しかも透明物体２からの反射光に対する電荷量ｇＡであるから、シフト時間ｔｄの変化に対する電荷量ｇＡの変化は比較的小さくなる。一方、第１の復調信号で指定した集積期間に対応する電荷量Ａ０と、第３の復調信号で指定した集積期間に対応する電荷量Ａ２とは、相反する関係であり、シフト時間ｔｄの変化に対して一方が増加する向きに変化する場合には、他方は減少する向きに変化する関係になっている。すなわち、両電荷量ｇＡ０、ｇＡ２の差分（ｇＡ０−ｇＡ２）を用いると、シフト時間ｔｄに対する電荷量（ｇＡ０−ｇＡ２）の変化が２倍になる。
【０１８６】
このことを利用し、補正情報提供部３４において、電荷量ｇＡ０を用いる代わりに、電荷量（ｇＡ０−ｇＡ２）を用いることにより、透明物体２での反射による信号光の成分（非対象空間からの光に起因して受光部１２で生成された電荷に対応する非対象電荷の量）ｇＡと時間差ｇτとを補正情報ｇＡ、ｇτとして求めるのが好ましい。補正情報ｇＡ、ｇτを電荷量（ｇＡ０−ｇＡ２）から求めることにより、電荷量ｇＡ０から補正情報ｇＡ、ｇτを求める場合よりも、補正情報ｇＡ、ｇτの精度を高めることができる。
【０１８７】
（実施形態３）
上述した各実施形態では、距離測定装置について透明物体２の存在下における動作を説明したが、強度検出装置を用いる場合でも、補正情報ｇＡ、ｇτを用いることにより、透明物体２の存在により生じた電荷を除いて空間情報を算出することができる。すなわち、本実施形態の空間情報検出装置は、強度検出装置として用いられる。
【０１８８】
すなわち、透明物体２が存在しない場合、時間差τが０≦τ≦Ｔｃとなる範囲に存在する物体１に対して、投光期間に次式（２８）が成立する。なお、投光期間における電荷量には接尾辞「Ｌ」を付加し、非投光期間における電荷量には接尾辞「Ｄ」を付加する。
【０１８９】
【数１６】
2012115083.tif 000018
【０１９０】
説明を簡単にするために、投光期間と非投光期間との長さが一対一であるとすれば、非投光期間の受光量Ａ０（Ａ０Ｄ）は、Ａ０（Ａ０Ｄ）＝Ｂになる。すなわち、反射強度値は、投光期間と非投光期間との電荷量の差分（Ａ０Ｌ−Ａ０Ｄ）であり、次式（２９）で表される。
【０１９１】
【数１７】
2012115083.tif 000019
【０１９２】
一方、透明物体２が存在している場合、投光期間における受光量ｂＡ０（ｂＡ０Ｌ）は、下式（３０）で表される。
【０１９３】
【数１８】
2012115083.tif 000020
【０１９４】
また、非投光期間の受光量ｂＡ０（ｂＡ０Ｄ）は、ｂＡ０Ｄ＝Ｂ＋ｇＢになる。
【０１９５】
したがって、反射強度値は、投光期間と非投光期間との電荷量の差分ΔｂＡ０（＝ｂＡ０Ｌ−ｂＡ０Ｄ）は次式（３１）で表される。
【０１９６】
【数１９】
2012115083.tif 000021
【０１９７】
同様にして、受光量ｂＡ１から反射強度値ΔｂＡ１（＝ｂＡ１Ｌ−ｂＡ１Ｄ）を求めると、次式（３２）のようになる。
【０１９８】
【数２０】
2012115083.tif 000022
【０１９９】
したがって、次式（３３）が得られる。
【０２００】
【数２１】
2012115083.tif 000023
【０２０１】
上式において、補正情報ｇＡが既知であるから、電荷量ｂＡ０、ｂＡ１を用いて信号光の成分Ａ（すなわち、反射強度値）が求められる。なお、同様の動作は、電荷量ｂＡ０、ｂＡ１の組み合わせではなく、電荷量ｂＡ０、ｂＡ２のいずれかと、電荷量ｂＡ１、ｂＡ３のいずれかとの組み合わせによっても行うことができる。
【０２０２】
すなわち、本実施形態では、補正情報提供部３４は、補正情報として非対象区域からの光（非対象物体からの反射光）に起因する電荷の量ｇＡを求める。
【０２０３】
復調信号生成部３３は、変調信号との時間差が異なる２つの復調信号（以下、「第１のタイミング信号」および「第２のタイミング信号」という）を生成して受光部１２に出力する。
【０２０４】
演算部３０は、投光期間における第１のタイミング信号に対応する電荷量（第１電荷量、たとえば、ｂＡ０Ｌ）と、非投光期間における第１のタイミング信号に対応する電荷量（第２電荷量、たとえば、ｂＡ０Ｄ）とを取得し、第１電荷量と第２電荷量との差分値（第１差分値、たとえば、ｂＡ０Ｌ−ｂＡ０Ｄ）を求める。
【０２０５】
また、演算部３０は、投光期間における第２のタイミング信号に対応する電荷量（第３電荷量、たとえば、ｂＡ１Ｌ）と、非投光期間における第４のタイミング信号に対応する電荷量（第４電荷量、たとえば、ｂＡ１Ｄ）とを取得し、第３電荷量と第４電荷量との差分値（第２差分値、たとえば、ｂＡ１Ｌ−ｂＡ１Ｄ）を求める。
【０２０６】
演算部３０は、第１差分値と第２差分値との合計から補正情報（ｇＡ）を差し引いて、反射強度値（Ａ）を求める。このように、演算部３０は、投光期間に対応する対象電荷の量と非投光期間に対応する対象電荷の量との差に基づいて反射強度（反射強度値Ａ）を求める。
【０２０７】
このように、本実施形態の空間情報検出装置では、空間情報は、対象区域における信号光の反射強度である。
【０２０８】
補正情報は、非対象成分ｇＡを含む。非対象成分ｇＡは、非対象区域からの光に起因して受光部１２で生成された電荷に対応する非対象電荷の量である。補正情報算出部３４２は、時間差（シフト時間）ｔｄに対する補正電荷の量ｇＡ０の変化率を算出するように構成される。補正情報算出部３４２は、時間差（シフト時間）ｔｄに対して補正電荷の量ｇＡ０が直線的に変化する範囲における変化率（ｇＡ／Ｔｃ）と、単位期間（Ｔｃ）と、の積を非対象成分ｇＡとして求めるように構成される。演算部３０は、非対象成分ｇＡを用いて信号電荷の量（ｂＡ０，ｂＡ１，ｂＡ２，ｂＡ３）を対象電荷の量（Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３）に換算する換算式（たとえば上式（３３））を、予め記憶するように構成される。演算部３０は、補正情報提供部３４から得た非対象成分ｇＡと、換算式とを用いて、信号電荷の量を対象電荷の量に補正するように構成される。
【０２０９】
また、本実施形態の空間情報検出装置では、投光部１１は、投光期間に信号光を放射し、非投光期間に信号光を放射しないように構成される。演算部３０は、投光期間に対応する対象電荷の量と非投光期間に対応する対象電荷の量との差に基づいて反射強度を求めるように構成される。
【０２１０】
以上述べたように、本実施形態の空間情報検出装置は強度検出装置として用いられる。すなわち、変調信号生成部３２は、投光部１１から空間に信号光を投光する投光期間と、投光部１１から空間への信号光を停止する非投光期間とを設ける。演算部３０は、投光期間において電荷蓄積部１２３が蓄積した電荷（信号電荷）と、非投光期間において電荷蓄積部１２３が蓄積した電荷（信号電荷）とを用いて、受光部１２が投光期間に受光した電荷の電荷量から、受光部１２が非投光期間に受光した環境光に相当する電荷の電荷量を除去するとともに、補正情報を適用することによって、信号光の反射強度を空間情報として求める。
【０２１１】
さらに、２種類の電荷量の差分（ｂＡ０−ｂＡ２）、（ｂＡ１−ｂＡ３）を用いて反射強度値を求めることも可能である。すなわち、下式（３４），（３５）が成立する。
【０２１２】
【数２２】
2012115083.tif 000024
【０２１３】
両者を足し合わせると、次式（３６）が成立する。
【０２１４】
【数２３】
2012115083.tif 000025
【０２１５】
よって、反射強度値（Ａ）は次式（３７）で表される。
【０２１６】
【数２４】
2012115083.tif 000026
【０２１７】
以上述べたように、本変形例では、復調信号生成部３３は、上述したように、第１の復調信号と、第２の復調信号と、第３の復調信号と、第４の復調信号と、を生成する。演算部３０は、第１の復調信号に対応する電荷量ｂＡ０と、第２の復調信号に対応する電荷量ｂＡ１と、第３の復調信号に対応する電荷量ｂＡ２と、第４の復調信号に対応する電荷量ｂＡ３と、補正情報（ｇＡ）と、上式（３７）に代入して、反射強度値（Ａ）を求める。
【０２１８】
上式（３７）の関係を用いることによって、透明物体２からの反射の影響を含む電荷量ｂＡ０、ｂＡ１、ｂＡ２、ｂＡ３に補正情報ｇＡを適用して、信号光の成分Ａ（すなわち、反射強度値）を求めることができる。すなわち、演算部３０では、上式（３７）を用いた演算を行うことにより、反射強度値における透明物体２の影響を除去することができる。
【図１】
2012115083.tif 000027
【図２】
2012115083.tif 000028
【図３】
2012115083.tif 000029
【図４】
2012115083.tif 000030
【図５】
2012115083.tif 000031
【図６】
2012115083.tif 000032
【図７】
2012115083.tif 000033
【図８】
2012115083.tif 000034
【図９】
2012115083.tif 000035
【図１０】
2012115083.tif 000036
【国際調査報告】
2012115083.tif 000037
2012115083.tif 000038
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