(57)【要約】【課題】距離データの取得に時間がかからない測距装置を提供すること。【解決手段】開示の技術の一態様に係る測距装置は、投光部と、前記投光部から投光され、対象物で反射された光を受光して光電変換し、その電気信号を複数の位相信号に分けて取得する位相信号取得部と、前記複数の位相信号に基づいて取得される前記対象物までの距離データを出力する距離出力部と、を有し、前記投光部は、二次元に配列された複数の発光部と、前記複数の発光部の位置を変更しながら、前記発光部に複数回の発光をさせる発光制御部と、を有する。【選択図】図３
2020153796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光部と、
前記投光部から投光され、対象物で反射された光を受光して光電変換し、その電気信号を複数の位相信号に分けて取得する位相信号取得部と、
前記複数の位相信号に基づいて取得される前記対象物までの距離データを出力する距離出力部と、を有し、
前記投光部は、
二次元に配列された複数の発光部と、
前記複数の発光部の位置を変更しながら、前記発光部に複数回の発光をさせる発光制御部と、を有する
測距装置。
【請求項２】
前記投光部は、
前記複数の発光部からの光を発散光に変換し、前記対象物に向けて前記発散光を投光する投光光学系を備える
請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記発光制御部は、前記複数の発光部のうち、発光させる前記発光部を変化させて、前記複数の発光部の位置を変更する
請求項１、又は２に記載の測距装置。
【請求項４】
前記発光制御部は、
前記複数の発光部の位置を変化させる位置可変部を有し、
前記位置可変部により前記複数の発光部の位置を変化させて、前記複数の発光部の位置を変更する
請求項１、又は２に記載の測距装置。
【請求項５】
前記発光制御部は、
前記複数の発光部のうちの少なくとも一部を同時に発光させる
請求項１乃至４の何れか１項に記載の測距装置。
【請求項６】
前記発光制御部は、
前記複数の発光部の位置を所定の周期で変更し、前記複数の発光部に含まれるそれぞれの前記発光部を１周期で１回ずつ発光させる
請求項１乃至５の何れか１項に記載の測距装置。
【請求項７】
前記複数の発光部は、
１以上の前記発光部を含む複数のグループを有し、
前記発光制御部は、
前記グループに含まれる前記発光部を同時に発光させる
請求項１乃至６の何れか１項に記載の測距装置。
【請求項８】
前記発光制御部は、
前記発光部を同時に発光させる前記グループを所定の周期で変更し、前記複数の発光部に含まれるそれぞれの前記発光部を１周期で１回ずつ発光させる
請求項７に記載の測距装置。
【請求項９】
前記複数の発光部は、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ；Vertical Cavity Surface Emitting LASER）に含まれる発光部である
請求項１乃至７の何れか１項に記載の測距装置。
【請求項１０】
前記投光光学系は魚眼レンズを含む
請求項１乃至９の何れか１項に記載の測距装置。
【請求項１１】
投光工程と、
前記投光工程で投光され、対象物で反射された光を受光して光電変換し、その電気信号を複数の位相信号に分けて取得する撮像工程と、
前記複数の位相信号に基づいて取得される前記対象物までの距離データを出力する出力工程と、を含み、
前記投光工程は、
二次元に配列された複数の発光部を発光させる発光工程と、
前記複数の発光部の位置を変更しながら、前記発光部に複数回の発光をさせる発光制御工程と、を含む
測距方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、測距装置、及び測距方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物までの距離を測定する測距手法の一つとして、対象物に向けて光を投光し、その反射光の時間差から距離を算出する手法が知られている。この方式は、ＴＯＦ（Time of Flight）方式と呼ばれる。ＴＯＦ方式では、所定の状態に強度を時間変調した光を対象物に向けて投光した後、対象物によって反射された光を位相信号取得部で受光し、光の投光から受光までの時間差を画素ごとに検出して、距離を取得する。取得された距離データは画素毎にビットマップ状に集められ、「距離画像」として保存される。
【０００３】
また、測距装置における投光範囲と撮影画角との大小関係に応じ、アクチュエータで投光方向を撮影範囲（対象物の範囲）全体に向けて順次変化させることで、撮影画角に依らずに撮影範囲全体の距離画像を取得する測距装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の装置では、アクチュエータで投光方向を順次変化させるため、撮影範囲全体の距離画像等の距離データの取得に時間がかかる場合があった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、距離データの取得に時間がかからない測距装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
開示の技術の一態様に係る測距装置は、投光部と、前記投光部から投光され、対象物で反射された光を受光して光電変換し、その電気信号を複数の位相信号に分けて取得する位相信号取得部と、前記複数の位相信号に基づいて取得される前記対象物までの距離データを出力する距離出力部と、を有し、前記投光部は、二次元に配列された複数の発光部と、前記複数の発光部の位置を変更しながら、前記発光部に複数回の発光をさせる発光制御部と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、距離データの取得に時間がかからない測距装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る測距装置を搭載した移動体の構成の一例を示す図である。
【図２】実施形態に係る移動体のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態に係る測距装置の構成の一例を説明する図である。
【図４】第１の実施形態に係る測距制御部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図５】第１の実施形態に係る測距制御部の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図６】ＶＣＳＥＬに含まれる全ての発光部を発光させた場合の発光状態を説明する図である。
【図７】第１グループの発光部を発光させた場合のパターンＡの発光状態を示す図である。
【図８】第２グループの発光部を発光させた場合のパターンＢの発光状態を示す図である。
【図９】第３グループの発光部を発光させた場合のパターンＣの発光状態を示す図である。
【図１０】第４グループの発光部を発光させた場合のパターンＤの発光状態を示す図である。
【図１１】ＴＯＦセンサによる距離データ取得の原理を説明する図である。
【図１２】第１の実施形態に係る時間的発光制御の一例を説明する図であり、（ａ）は発光タイミングの概略を示す図、（ｂ）は発光タイミングの詳細を示す図である。
【図１３】第１の実施形態に係る発光部のグループ毎での時間的発光制御の一例を説明する図であり、（ａ）は発光タイミングの概略を示す図、（ｂ）は発光タイミングの詳細を示す図である。
【図１４】第１の実施形態に係る測距装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１５】第１ａグループの発光部を発光させた場合のパターンＡａの発光状態の一例を示す図である。
【図１６】第２ａグループの発光部を発光させた場合のパターンＢａの発光状態の一例を示す図である。
【図１７】第２の実施形態に係る測距装置の構成の一例を説明する図である。
【図１８】第２の実施形態に係る測距制御部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図１９】第２の実施形態に係る測距制御部の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図２０】ＶＣＳＥＬに含まれる発光部の第１の配置の一例を示す図である。
【図２１】ＶＣＳＥＬに含まれる発光部の第２の配置の一例を示す図である。
【図２２】ＶＣＳＥＬに含まれる発光部の第３の配置の一例を示す図である。
【図２３】ＶＣＳＥＬに含まれる発光部の第４の配置の一例を示す図である。
【図２４】第３の実施形態に係る発光部のグループ毎での時間的発光制御の一例を説明する図であり、（ａ）は発光タイミングの概略を示す図、（ｂ）は発光タイミングの詳細を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成の部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１０】
図１は、実施形態に係る測距装置２０を搭載した移動体１の構成の一例を示す図である。移動体１は、荷物を目的地に無人搬送する無人搬送車である。なお、実施形態では、ＸＹＺ３次元直交座標系において、移動体１の移動方向をＸ方向、路面に交差する方向をＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向の両方に交差する方向をＹ方向として説明する。
【００１１】
測距装置２０は、移動体１の前部に取り付けられ、移動体１の正のＸ方向側の距離画像等の３次元データを取得する。測距装置２０の出力によって、移動体１の正のＸ方向側の障害物の有無及び位置データを検出することができる。
【００１２】
図２は、実施形態に係る移動体１のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、移動体１は、測距装置２０と、表示装置３０と、位置制御装置４０と、メモリ５０と、音声・警報発生装置６０とを備える。これらは、信号やデータの伝送が可能なバス７０を介して電気的に接続されている。
【００１３】
実施形態では、測距装置２０と、表示装置３０と、位置制御装置４０と、メモリ５０と、音声・警報発生装置６０とによって、走行管理装置１０が構成されている。走行管理装置１０は、移動体１に搭載されている。また、走行管理装置１０は、移動体１のメインコントローラ８０と電気的に接続されている。
【００１４】
表示装置３０は、測距装置２０が取得した３次元情報や移動体１に関わる各種設定情報等を表示するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のディスプレイである。位置制御装置４０は、測距装置２０が取得した３次元データ等に基づき、移動体１の位置を制御するＣＰＵ等の演算装置である。音声・警報発生装置６０は、測距装置２０が取得した３次元データから、障害物の回避の可否を判定し、回避不可と判断された場合に周囲の人員に通知するスピーカー等の装置である。
【００１５】
［第１の実施形態］
＜第１の実施形態に係る測距装置の構成＞
次に、第１の実施形態に係る測距装置について説明する。図３は、本実施形態に係る測距装置２０の構成の一例を説明する図である。図３に示すように、測距装置２０は、投光部２１と、撮影部２２と、測距制御部２３とを備え、これらは筐体内に収納されている。筐体は、投光部２１から投光される光、及び測距対象の物体（以下では「対象物」とも呼ぶ）で反射され、撮影部２２に向かう光が通過するための窓を有し、この窓にはガラスが取り付けられている。
【００１６】
投光部２１は、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ；Vertical Cavity Surface Emitting LASER）２１１と、投光光学系２１２とを備える。
【００１７】
光源としてのＶＣＳＥＬ２１１は、図３のＹＺ平面内に２次元に配列された複数の発光部を含んでいる。また、詳細は後述するが、ＶＣＳＥＬ２１１はＹ方向に８列の発光部の列を備え、Ｚ方向に８行の発光部の行を備える。従って、ＶＣＳＥＬ２１１は合計６４個の発光部を備えている。各発光部は、測距制御部２３から入力した駆動信号に応じて、指向性と有限の広がり角を有するレーザ光を射出する。なお、「複数の発光部」の用語は、「複数の発光点」、又は「複数の発光素子」に置き換えても良い。
【００１８】
投光光学系２１２は、ＶＣＳＥＬ２１１から射出されたレーザ光を発散光に変換して、正のＸ方向に発散光を投光する。投光光学系２１２は、レンズやミラー等を用いて構成される。投光光学系２１２に広角レンズや魚眼レンズ等を用いることで、ＹＺ平面内のより広い範囲にレーザ光を投光することができる。
【００１９】
ここで、ＶＣＳＥＬ２１１から射出され、投光光学系２１２を通して対象物に投光されるレーザ光は、「投光部から投光された光」の一例である。
【００２０】
また、撮影部２２は、撮影光学系２２１と、ＴＯＦ（Time of Flight）センサ２２２とを備える。
【００２１】
撮影光学系２２１は、投光部２１から投光され、測距装置２０の正のＸ方向側にある対象物で反射された光を、ＴＯＦセンサ２２２の受光面上に結像させる。撮影光学系２２１は、レンズやミラー等を用いて構成される。撮影光学系２２１に広角レンズや魚眼レンズ等を用いると、より広い撮影画角を実現でき、ＹＺ平面に含まれる広い撮影範囲からの対象物の反射光を、ＴＯＦセンサ２２２の受光面上に結像させることができる。
【００２２】
「位相信号取得部」の一例としてのＴＯＦセンサ２２２は、二次元に配列された複数の画素を有する。ＴＯＦセンサ２２２は、撮影光学系２２１を通して受光した対象物の反射光を画素毎で光電変換し、受光した光の光強度に応じた電気信号を複数の位相信号に分けて画素毎に取得する。ＴＯＦセンサ２２２は、画素毎に取得した位相信号を測距制御部２３に出力することができる。
【００２３】
測距制御部２３は、駆動信号を出力してＶＣＳＥＬ２１１を発光駆動させる。また、測距制御部２３は、ＴＯＦセンサ２２２から入力した位相信号に基づいて距離画像を取得し、取得した距離画像を測距装置２０の外部に出力することができる。この測距制御部２３のハードウェア構成、及び機能構成を次述する。
【００２４】
＜第１の実施形態に係る測距制御部のハードウェア構成＞
図４は、本実施形態に係る測距制御部２３のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図４に示すように、測距制御部２３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２３１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２３２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３３と、ＳＳＤ（Solid State Drive）２３４と、光源駆動回路２３５と、センサＩ／Ｆ（Interface）２３６と、入出力Ｉ／Ｆ２３７とを備える。これらはシステムバス２３８で相互に電気的に接続されている。
【００２５】
ＣＰＵ２３１は、ＲＯＭ２３２やＳＳＤ２３４等の記憶装置からプログラムやデータをＲＡＭ２３３上に読み出し、処理を実行することで、測距制御部２３全体の制御や後述する機能を実現する。なお、ＣＰＵ２３１の有する機能の一部、又は全部を、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の電子回路により実現させてもよい。
【００２６】
ＲＯＭ２３２は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することが可能な不揮発性の半導体メモリ（記憶装置）である。ＲＯＭ２３２には、処理部１００の起動時に実行されるＢＩＯＳ（Basic Input／Output System）、ＯＳ設定等のプログラムやデータが格納されている。ＲＡＭ２３３は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の半導体メモリ（記憶装置）である。
【００２７】
ＳＳＤ２３４は、測距制御部２３による処理を実行するプログラムや各種データが記憶された不揮発性メモリである。なお、ＳＳＤはＨＤＤ（Hard Disk Drive）等であっても良い。
【００２８】
光源駆動回路２３５は、ＶＣＳＥＬ２１１に電気的に接続され、ＣＰＵ２３１等から入力した制御信号に応じてＶＣＳＥＬ２１１に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。光源駆動回路２３５は、制御信号に応じて、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる複数の発光部を発光駆動させる。
【００２９】
駆動信号として矩形波や正弦波、又は所定の波形形状の電圧波形を用いることができる。光源駆動回路２３５は、電圧波形の周波数を変化させて、駆動信号の周波数を変調することができ、また、複数の発光部のうちの一部の発光部を同時に発光させたり、発光させる発光部を変化させたりすることもできる。
【００３０】
センサＩ／Ｆ２３６は、ＴＯＦセンサ２２２に電気的に接続され、ＴＯＦセンサ２２２の出力する位相信号を入力するインターフェースである。
【００３１】
入出力Ｉ／Ｆ２３７は、メインコントローラ８０やＰＣ（Personal Computer）等の外部装置と接続するためのインターフェースである。
【００３２】
＜第１の実施形態に係る測距制御部の機能構成＞
次に、図５は、本実施形態に係る測距制御部２３の機能構成の一例を示すブロック図である。図５に示すように、測距制御部２３は、発光制御部２４０と、撮影処理部２５０とを備える。
【００３３】
発光制御部２４０は、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる複数の発光部の位置を変更しながら、発光部に複数回の発光をさせる。また、発光制御部２４０は、グループ選択部２４１と、駆動信号出力部２４２とを備える。
【００３４】
グループ選択部２４１は、ＣＰＵ２３１が所定のプログラムを実行すること等により実現され、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる複数の発光部のうち、予め定められた１以上の発光部を含む所定のグループを選択する処理を実行する。そして、選択したグループを示す信号を駆動信号出力部２４２に出力する。これに応じて駆動信号出力部２４２がＶＣＳＥＬ２１１に駆動信号を出力することで、選択されたグループに含まれる１以上の発光部を同時発光させることができる。なお、この際、選択されたグループに含まれない発光部は発光しない。
【００３５】
ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる複数の発光部は、それぞれ何れかのグループに含まれる。グループ選択部２４１は、発光させるグループを時系列に選択し、グループ毎の発光を所定の周期で切り替えることができる。一例として、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる複数の発光部を４つのグループに分けた場合、グループ選択部２４１は、１周期で４つのグループを時系列に順次選択する。グループ選択部２４１による選択に応じて、各グループに含まれる発光部が１回ずつ同時発光し、各グループの発光で１周期につき合計４回の発光が行われる。この周期は、具体的には、３３ミリ秒等である。ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる複数の発光部は、グループ毎で相補的な関係にあるため、複数の発光部の全ては、１周期の発光の中で必ず１回発光することになる。各グループの空間的な発光パターンについては、図６〜図１０を用いて、別途、詳述する。
【００３６】
駆動信号出力部２４２は、光源駆動回路２３５等により実現され、駆動信号をＶＣＳＥＬ２１１に出力し、グループ選択部２４１により選択されたグループに含まれる発光部を同時発光させる。また、駆動信号出力部２４２は、所定の電圧波形、及び所定の発光周波数で駆動信号を出力することで、発光部による発光を時間変調（時間的制御）することができる。実施形態では、一例として、ＭＨｚ（メガヘルツ）程度の周波数で矩形波、又は正弦波の駆動信号を所定のタイミングでＶＣＳＥＬ２１１に出力する。
【００３７】
このように、発光制御部２４０は、グループ選択部２４１がグループを選択し、選択されたグループに含まれる１以上の発光部を同時発光させることで、複数の発光部の位置を変更することができる。また、所定の周期で発光させることで、発光部に複数回の発光をさせることができる。
【００３８】
撮影処理部２５０は、位相信号入力部２５１と、距離画像取得部２５２と、格納部２５３と、距離画像合成部２５４と、距離画像出力部２５５とを備える。
【００３９】
位相信号入力部２５１は、センサＩ／Ｆ２３６等により実現され、ＴＯＦセンサ２２２が出力する位相信号を入力する。位相信号入力部２５１は、ＴＯＦセンサ２２２における二次元に配列された画素毎の位相信号を入力することができる。また、上述したように、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる複数の発光部は、グループ選択部２４１により選択された各グループが時系列に切り替えられて発光する。位相信号入力部２５１は、各グループの発光に応じた位相信号を時系列に入力する。一例として、位相信号入力部２５１による各グループの発光に同期して位相信号を入力する。位相信号入力部２５１は、入力した位相信号を距離画像取得部２５２に出力する。
【００４０】
距離画像取得部２５２は、ＣＰＵ２３１が所定のプログラムを実行すること等により実現され、位相信号入力部２５１から入力したＴＯＦセンサ２２２の画素毎の位相信号に基づいて、測距装置２０から対象物までの距離画像データを取得する。ここで、距離画像とは、画素毎に取得した距離データを画素の位置に応じて二次元に配列させて生成された画像であり、例えば、距離を画素の輝度に変換して生成された画像である。距離画像取得部２５２は、各グループの発光に応じたグループ毎の距離画像データを時系列に取得し、取得した距離画像データを格納部２５３に出力する。
【００４１】
格納部２５３は、ＲＡＭ２３３等により実現され、距離画像取得部２５２から入力した距離画像データを一時格納する。
【００４２】
距離画像合成部２５４は、ＣＰＵ２３１が所定のプログラムを実行すること等により実現され、格納部２５３で一時格納されたグループ毎の距離画像データを読み出し、これらを合成して１つの距離画像データを生成する。
【００４３】
一例として、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる複数の発光部を４つのグループに分けた場合、グループ毎の同時発光で４枚の距離画像データが取得される。距離画像合成部２５４は、この４枚の距離画像データを合成し、１枚の距離画像データを生成することができる。なお、この距離画像データの合成処理方法については、別途、詳述する。距離画像合成部２５４は、生成した距離画像データを距離画像出力部２５５に出力する。
【００４４】
距離出力部の一例としての距離画像出力部２５５は、入出力Ｉ／Ｆ２３７等により実現され、距離画像合成部２５４から入力した距離画像データを外部装置に出力する。ここで、距離画像出力部２５５から出力される距離画像データは、「距離データ」の一例である。
【００４５】
測距制御部２３は、ＶＣＳＥＬ２１１の発光と、ＴＯＦセンサ２２２による受光とを同期させて制御することができる。なお、ＴＯＦ方式による測距には、特開２０１８−７７１４３号公報等に開示された公知の技術を適用できるため、ここでは更に詳細な説明は省略する。
【００４６】
＜第１の実施形態に係る測距装置による空間的発光制御＞
上述したように、本実施形態では、ＹＺ平面内で複数の発光部を二次元に配列したＶＣＳＥＬ２１１を用いている。そのため、ＹＺ平面内における各発光部の発光パターンを空間的に制御する（変化させる）ことができる。本実施形態に係る測距装置２０による空間的発光制御の一例について、図６〜図１０を参照して説明する。
【００４７】
図６〜図１０において、先ず、図６で、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる全ての発光部を発光させた場合の発光状態を比較例として説明する。その後、図７〜図１０で、本実施形態に係る空間的発光制御の一例として、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる発光部のうち、発光させるグループを変更した場合の発光状態を説明する。
【００４８】
重複する説明を避けるため、始めに、図６〜図１０における共通事項について説明する。
【００４９】
図６〜図１０は、正のＺ方向（投光方向）から見たＶＣＳＥＬ２１１の発光部を示す。また、ＶＣＳＥＬ２１１はＹ方向に８列の発光部の列を備え、Ｚ方向に８行の発光部の行を備える。従って、ＶＣＳＥＬ２１１は発光部２１１ａを合計６４個備え、これらがＹＺ平面内で、正方格子状に二次元に配列されている。
【００５０】
図６〜図１０において、ＶＣＳＥＬ２１１の発光部２１１ａを黒丸、又は白丸で示す場合があるが、黒丸で示した場合は、発光部２１１ａが発光していること（点灯状態）を示し、白丸で示した場合は、発光部２１１ａが発光していないこと（消灯状態）を示している。
【００５１】
また、図６〜図１０において、一点鎖線で示す横軸（矢印が右向きの軸）は、Ｙ方向におけるＶＣＳＥＬ２１１の発光部の位置を表し、一点鎖線で示す縦軸（矢印が下向きの軸）は、Ｚ方向におけるＶＣＳＥＬ２１１の発光部の位置を表している。一方、二点鎖線で示す横軸（矢印が左向きの軸）は、投光部２１から投光される光のＺ方向における照度（照度分布）を表し、二点鎖線で示す縦軸（矢印が上向きの軸）は、投光部２１から投光される光のＹ方向における照度（照度分布）を表す。
【００５２】
図６は、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる全ての発光部を発光させた場合の発光状態を説明する図である。
【００５３】
Ｙ方向の照度分布において、破線で示した照度分布２１２ａｙは、発光部２１１ａの個々の発光による照度分布を表し、実線で示した照度分布２１２ｙは、発光部２１１ａの個々の発光が重ね合わされた光の照度分布を示している。図６に示すように、Ｙ方向における全ての発光部２１１ａが発光した結果、Ｙ方向において略均一な照度分布が得られている。
【００５４】
同様に、Ｚ方向の照度分布において、破線で示した照度分布２１２ａｚは、発光部２１１ａの個々の発光による照度分布を表し、実線で示した照度分布２１２ｚは、発光部２１１ａの個々の発光が重ね合わされた光の照度分布を示している。図６に示すように、Ｚ方向における全ての発光部２１１ａが発光した結果、Ｚ方向においても略均一な照度分布が得られている。
【００５５】
逆に言えば、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる全ての発光部２１１ａを発光した時に、Ｙ方向及びＺ方向において略均一な照度分布が得られるように、Ｙ方向及びＺ方向における各発光部２１１ａ間の間隔が定められている。このように略均一な照度分布を得るための発光部２１１ａ間の間隔は、一例として、５０μｍである。本実施形態では、各発光部２１１ａ間の間隔をＹ方向及びＺ方向ともｄとして示す。
【００５６】
次に、図７は、第１グループの発光部を発光させた場合のパターンＡの発光状態を示す図である。破線で囲って示した４つの発光部の組２１１ｃのうち、左上の発光部のみが発光し、残りの３つは発光していない。同様に、隣接する４つ発光部の組２１１ｄでも左上の発光部のみが発光し、残りの３つは発光していない。
【００５７】
このように、４つの発光部で組を形成した場合に、各組で左上の発光部のみを発光させた状態をパターンＡの発光状態とする。また、パターンＡの発光をさせる発光部のグループを第１グループとする。図７において、黒丸で示されている発光部は、第１グループに含まれる発光部である。
【００５８】
次に、図８は、第２グループの発光部を発光させた場合のパターンＢの発光状態を示す図である。４つの発光部の組２１１ｃのうち、右上の発光部のみが発光し、残りの３つは発光していない。同様に、隣接する４つ発光部の組２１１ｄでも右上の発光部のみが発光し、残りの３つは発光していない。
【００５９】
このように、４つの発光部で組を形成した場合に、各組で右上の発光部のみを発光させた状態をパターンＢの発光状態とする。また、パターンＢの発光をさせる発光部のグループを第２グループとする。図８において、黒丸で示されている発光部は、第２グループに含まれる発光部である。
【００６０】
次に、図９は、第３グループの発光部を発光させた場合のパターンＣの発光状態を示す図である。４つの発光部の組２１１ｃのうち、右下の発光部のみが発光し、残りの３つは発光していない。同様に、隣接する４つ発光部の組２１１ｄでも右下の発光部のみが発光し、残りの３つは発光していない。
【００６１】
このように、４つの発光部で組を形成した場合に、各組で右下の発光部のみを発光させた状態をパターンＣの発光状態とする。また、パターンＣの発光をさせる発光部のグループを第３グループとする。図９において、黒丸で示されている発光部は、第３グループに含まれる発光部である。
【００６２】
次に、図１０は、第４グループの発光部を発光させた場合のパターンＤの発光状態を示す図である。４つの発光部の組２１１ｃのうち、左下の発光部のみが発光し、残りの３つは発光していない。同様に、隣接する４つ発光部の組２１１ｄでも左下の発光部のみが発光し、残りの３つは発光していない。
【００６３】
このように、４つの発光部で組を形成した場合に、各組で左下の発光部のみを発光させた状態をパターンＤの発光状態とする。また、パターンＤの発光をさせる発光部のグループを第４グループとする。図１０において、黒丸で示されている発光部は、第４グループに含まれる発光部である。
【００６４】
図７〜図１０に示したように、測距装置２０のグループ選択部２４１は、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる複数の発光部を、１以上の発光部を含む第１〜第４グループの４つのグループに分け、グループ毎に同時発光させる。ここで、第１〜第４グループは、それぞれ１以上の発光部を含むグループの一例である。また、各グループに含まれる発光部を同時発光させることは、「複数の発光部のうちの少なくとも一部を同時に発光させる」ことの一例である。
【００６５】
図７〜図１０に示したパターンＡ、パターンＢ、パターンＣ、及びパターンＤを経て、再びパターンＡに戻るまでが、複数の発光部の位置を変更する周期の１周期に該当する。測距装置２０は、この周期を繰り返して、ＶＣＳＥＬ２１１を発光駆動させて、投光を行う。
【００６６】
パターンＡ〜Ｄのそれぞれの発光状態では、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる発光部のうちの一部の発光部のみが発光しているが、パターンＡ〜Ｄのパターンを順次切り替えて発光させることで、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる発光部のうちの全ての発光部を、１周期につき１回発光させることができる。
【００６７】
ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる全ての発光部を同時に発光させると、ＶＣＳＥＬ２１１が発熱し、この発熱でＶＣＳＥＬ２１１の各発光部の発光光量が低下する場合がある。また、１つの発光部を連続発光させた場合も、ＶＣＳＥＬ２１１が発熱しやすくなり、ＶＣＳＥＬ２１１の各発光部の発光光量が低下する場合がある。
【００６８】
これに対し、本実施形態では、グループ選択部２４１は、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる全ての発光部を同時に発光させず、発光部を第１〜第４グループの４つのグループに分け、時系列で、発光させるグループを選択（切替）する制御を実行する。
【００６９】
このようにすることで、１回の投光で発光させる発光部の空間的な間隔を広くすることができ、発光部の空間的な間隔が狭いほど集中して発生する熱を抑制することができる。また、各発光部を間欠的に発光させることで、連続発光に伴うＶＣＳＥＬ２１１の発熱を抑制することができる。そして、ＶＣＳＥＬ２１１の発熱を抑制することで、各発光部の発光光量の低下を抑えることができる。
【００７０】
一方、各グループの発光は、複数の発光部のうちの一部の発光部による発光であるため、図７〜図１０に示したように、発光部が発光した部分は照度が高くなるが、発光部が発光しない部分は照度が低くなる。そのため、各グループの発光で取得される各距離画像データでは、撮影範囲のうち、投光された光の照度が高い領域では、対象物からの反射光の光強度が大きくなって十分な精度で距離が検出される。しかし、照度が低い領域では、対象物からの反射光の光強度が小さくなって、十分な精度で距離が検出されない場合がある。
【００７１】
これに対し、本実施形態では、発光部を同時に発光させるグループを所定の周期で変更し、複数の発光部に含まれるそれぞれの発光部を１周期で１回ずつ発光させる。これにより、第１〜第４グループのそれぞれの発光は相補的な関係になる。
【００７２】
そのため、撮影範囲のうち、所定のグループの発光では、発光部が発光せず照度が低いために十分な精度で距離が検出されない領域でも、他の何れかのグループの発光により、この領域に対応する発光部が発光して十分な精度で距離が検出される。距離画像合成部２５４（図５）が相補的な関係にある４つの距離画像データを用いて、十分な精度で距離が検出されている領域を繋ぎ合せて１つの距離画像データを合成することで、距離画像データの全体の領域において、十分な精度で距離を検出することが可能となる。
【００７３】
換言すると、相補的な関係にある４つのグループの発光を時系列で切り替えて４回の投光を行うことで、ＶＣＳＥＬ２１１の発熱を抑制するとともに、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる全ての発光部を全て発光させた場合（図６参照）と同等の距離画像データを取得することが可能となる。
【００７４】
＜第１の実施形態に係る測距装置による距離画像データの取得処理＞
ここで、本実施形態では、上述したような空間的な発光制御だけでなく、ＶＣＳＥＬ２１１の時間的な発光制御も行う。ＶＣＳＥＬ２１１の時間的な発光制御は、ＴＯＦセンサ２２２による受光タイミングと関係するため、ＶＣＳＥＬ２１１の時間的な発光制御の説明に先立ち、先ず、測距装置２０による距離画像データの取得処理について説明する。
【００７５】
ここで、ＴＯＦセンサ２２２は、画素毎に第１電荷蓄積部と第２電荷蓄積部の２つの電荷蓄積部を備え、どちらに電荷を蓄積するかを高速に切り替えることができる。そのため、一つの矩形波に対して、真逆の位相信号２つを同時に検出可能である。一例として、０度と１８０度の位相信号の組み合わせ、又は９０度と２７０度の位相信号の組み合わせを同時に検出することができる。つまり、投光及び受光のプロセスを２回実行することで、距離を取得できる。
【００７６】
図１１は、ＴＯＦセンサ２２２による距離データ取得の原理を説明する図である。図１１は、投光された光、及びその対象物による反射光に対する第１電荷蓄積部と第２電荷蓄積部の電荷蓄積のタイミングを示している。斜線ハッチングした領域の分だけ、電荷が蓄積されることになる。
【００７７】
なお、実際には、ＴＯＦセンサ２２２の画素毎で蓄積される電荷量を増やすため、投光は一回の矩形波（パルスレーザ光）ではなく、デューティ比５０％の矩形波で変調されたパルスレーザ光を繰り返して投光する。そして、パルスレーザ光の投光に応じて第１電荷蓄積部及び第２電荷蓄積部の切替を繰り返して行う。
【００７８】
例えば、パターンＡの発光状態で得られる４つの位相信号Ａ０（ｙ、ｚ）、Ａ９０（ｙ、ｚ）、Ａ１８０（ｙ、ｚ）、Ａ２７０（ｙ、ｚ）とした場合、それぞれは投光された光の発光周期（発光周波数）に対して、時間的に０度、９０度、１８０度、及び２７０度の４つの位相に分割された位相信号となる。そのため、図５の距離画像取得部２５２は、位相信号入力部２５１から入力した４つの位相信号Ａ０（ｙ、ｚ）、Ａ９０（ｙ、ｚ）、Ａ１８０（ｙ、ｚ）、Ａ２７０（ｙ、ｚ）を用いて、次式で位相差角φ（ｙ、ｚ）を取得することができる。
【００７９】
なお、（ｙ、ｚ）は、ＹＺ平面内での座標を示し、例えば、位相信号Ａ０（ｙ、ｚ）は、座標（ｙ、ｚ）の示す画素での位相信号Ａ０を表している。この点は、位相差角φ（ｙ、ｚ）等においても同様である。
φ（ｙ、ｚ）＝Ａｒｃｔａｎ［｛Ａ９０（ｙ、ｚ）−Ａ２７０（ｙ、ｚ）｝／｛Ａ０（ｙ、ｚ）−Ａ１８０（ｙ、ｚ）｝］
また、距離画像取得部２５２は、位相差角φ（ｙ、ｚ）を用いて、次式から遅延時間Ｔｄ（ｙ、ｚ）を取得することができる。
Ｔｄ（ｙ、ｚ）＝φ（ｙ、ｚ）／２π×Ｔ
ここで、Ｔは、投光された光の発光幅（パルス幅）を表す。
【００８０】
さらに、距離画像取得部２５２は、遅延時間Ｔｄ（ｙ、ｚ）を用いて、次式から対象物までの距離データｅ（ｙ、ｚ）を取得することができる。
ｄ（ｙ、ｚ）＝Ｔｄ（ｙ、ｚ）×ｃ÷２
ここで、ｃは光速を表す。
【００８１】
このような処理を、ＴＯＦセンサ２２２の画素毎で実行することで、距離画像データが取得される。取得された距離画像データは、図５の距離画像出力部２５５を介して、外部装置に出力される。
【００８２】
なお、ＴＯＦセンサ２２２の出力する位相信号を用いた距離データの取得処理には、特開２０１８−７７１４３号公報等に開示された公知の技術を適用できるため、ここでは更に詳細な説明は省略する。
【００８３】
＜第１の実施形態に係る測距装置による時間的発光制御＞
次に、本実施形態に係る測距装置２０による時間的発光制御の一例について、図１２〜図１３を参照して説明する。図１１の説明でも述べたように、ＴＯＦセンサ２２２の画素毎で蓄積される電荷量を増やすため、投光は一回のパルスレーザ光ではなく、デューティ比５０％の矩形波で変調されたパルスレーザ光を繰り返して投光する。そして、パルス光の投光に応じて第１電荷蓄積部及び第２電荷蓄積部の切替を繰り返して行う。
【００８４】
図１２は、本実施形態に係る時間的発光制御の一例を説明する図であり、（ａ）は発光タイミングの概略を示す図、（ｂ）は発光タイミングの詳細を示す図である。図１２の横軸は時間を表し、縦軸は光量を表している。
【００８５】
投光されるパルスレーザ光は、デューティ比５０％の矩形波に応じて発光する。また、上述したように、２回のパルスレーザ光の投光に応じてＴＯＦセンサ２２２は２回の受光を行い、０度及び１８０度と、９０度及び２７０度の２つの位相信号を検出して出力する。この２つの位相信号に基づいて距離データが取得されるため、２回のパルスレーザ光の投光を「距離データ取得基準投光」と称する。
【００８６】
図１２（ａ）において、パルスレーザ光１１１は、ＴＯＦセンサ２２２に０度及び１８０度の位相信号を検出させるためのものである。また、パルスレーザ光１１２は、ＴＯＦセンサ２２２に９０度及び２７０度の位相信号を検出させるためのものである。このパルスレーザ光１１１及び１１２を含むパルスレーザ光組１１０は、「距離データ取得基準投光」に該当する。
【００８７】
また、図１２（ｂ）に示すように、パルスレーザ光１１１は、デューティ比５０％の矩形波で変調された８つのパルスレーザ光からなるパルスレーザ光群を含んでいる。ＴＯＦセンサ２２２は、０度及び１８０度の位相信号の検出のために、パルスレーザ光群を受光することで、蓄積される電荷量を増加させることができる。
【００８８】
同様に、パルスレーザ光１１２は、デューティ比５０％の矩形波で変調された８つのパルスレーザ光からなるパルスレーザ光群を含んでいる。ＴＯＦセンサ２２２は、９０度及び２７０度の位相信号の検出のために、パルスレーザ光群を受光することで、蓄積される電荷量を増加させることができる。
【００８９】
なお、パルスレーザ光１１１及び１１２が、それぞれ８つのパルスレーザ光群を含む例を示したが、これに限定されるものではなく、数を増減させても良い。
【００９０】
次に、図１３は、本実施形態に係る発光部のグループ毎での時間的発光制御の一例を説明する図であり、（ａ）は発光タイミングの概略を示す図、（ｂ）は発光タイミングの詳細を示す図である。図１２と同様に、図１３の横軸は時間を表し、縦軸は光量を表している。
【００９１】
図１３（ａ）において、パルスレーザ光組１１０Ａは、第１グループの発光部によるパターンＡでの投光を示し、パルスレーザ光組１１０Ｂは、第２グループの発光部によるパターンＢでの投光を示している。また、パルスレーザ光組１１０Ｃは、第３グループの発光部によるパターンＣでの投光を示し、パルスレーザ光組１１０Ｄは、第４グループの発光部によるパターンＤでの投光を示している。パルスレーザ光組１１０Ａ〜１１０Ｄは、それぞれ「距離取得基準投光」に該当する。
【００９２】
このように、パターンＡ〜Ｄを時系列に切り替えながら、パターンＡ〜Ｄ毎に「距離取得基準投光」を行う。これにより、パターンＡ〜Ｄ毎でＴＯＦセンサ２２２の出力する位相信号に基づき、距離データを取得することができる。
【００９３】
また、図１３（ｂ）に示すように、パルスレーザ光１１１Ａは、デューティ比５０％の矩形波で変調された８つのパルスレーザ光からなるパルスレーザ光群を含んでいる。ＴＯＦセンサ２２２は、０度及び１８０度の位相信号の検出のために、パルスレーザ光群を受光することで、蓄積される電荷量を増加させることができる。
【００９４】
同様に、パルスレーザ光１１２Ａは、デューティ比５０％の矩形波で変調された８つのパルスレーザ光からなるパルスレーザ光群を含んでいる。ＴＯＦセンサ２２２は、９０度及び２７０度の位相信号の検出のために、パルスレーザ光群を受光することで、蓄積される電荷量を増加させることができる。
【００９５】
なお、パルスレーザ光１１１Ａ及び１１２Ａが、それぞれ８つのパルスレーザ光群を含む例を示したが、これに限定されるものではなく、数を増減させても良い。また、パターンＢ〜ＤもパターンＡと同様であるため、重複した説明を省略する。
【００９６】
＜第１の実施形態に係る測距装置の動作＞
次に、測距装置２０の動作について、図１４を参照して説明する。図１４は、本実施形態に係る測距装置２０の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図１４では、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる複数の発光部が、パターンＡで発光させる第１グループと、パターンＢで発光させる第２グループと、パターンＣで発光させる第３グループと、パターンＤで発光させる第４グループとにグループ分けされている場合を一例として説明する。
【００９７】
先ず、ステップＳ１４１において、グループ選択部２４１は、第１グループを選択し、第１グループを示す信号を駆動信号出力部２４２に出力する。
【００９８】
続いて、ステップＳ１４２において、駆動信号出力部２４２は、駆動信号をＶＣＳＥＬ２１１に出力し、グループ選択部２４１により選択された第１グループに含まれる発光部を同時発光させる。また、駆動信号出力部２４２は、所定の電圧波形、及び所定の発光周波数で駆動信号を出力することで、発光部による発光を時間変調（時間的制御）する。一例として、ＭＨｚ（メガヘルツ）程度の周波数で矩形波、又は正弦波の駆動信号が所定のタイミングでＶＣＳＥＬ２１１に出力される。
【００９９】
続いて、ステップＳ１４３において、位相信号入力部２５１は、ＴＯＦセンサ２２２が出力する第１グループの発光に応じた位相信号を入力し、入力した位相信号を距離画像取得部２５２に出力する。
【０１００】
続いて、ステップＳ１４４において、距離画像取得部２５２は、位相信号入力部２５１から入力したＴＯＦセンサ２２２の画素毎の位相信号に応じて、第１グループの発光に応じた測距装置２０から対象物までの距離画像データを取得する。そして、取得した距離画像データを格納部２５３に出力する。格納部２５３は、距離画像取得部２５２から入力した距離画像データを一時格納する。
【０１０１】
続いて、ステップＳ１４５において、発光制御部２４０は、第１〜第４の全グループが発光したか否かを判定する。換言すると、パターンＡ〜Ｄの全ての発光パターンで発光されたか否かを判定する。
【０１０２】
ステップＳ１４５で、全グループが発光していないと判定された場合（ステップＳ１４５、Ｎｏ）は、ステップＳ１４１に戻り、グループ選択部２４１は、パターンＢで発光させる第２グループを選択し、第２グループを示す信号を駆動信号出力部２４２に出力する。このように、予め定めた第１〜第４の全てのグループが選択され、発光されるまで、ステップＳ１４１〜Ｓ１４５の処理が繰り返される。
【０１０３】
一方、ステップＳ１４５で全グループが発光したと判定された場合（ステップＳ１４５、Ｙｅｓ）は、ステップＳ１４６において、距離画像合成部２５４は、格納部２５３で一時格納された４つの距離画像データを読み出し、これらを合成して１つの距離画像データを生成する。そして、生成した距離画像データを距離画像出力部２５５に出力する。
【０１０４】
続いて、ステップＳ１４７において、距離画像出力部２５５は、距離画像合成部２５４から入力した距離画像データを、測距装置２０の外部に出力する。
【０１０５】
このようにして、測距装置２０は、距離画像データを取得し、測距装置２０の外部に出力することができる。
【０１０６】
ここで、上述したステップＳ１４６における、４つの距離画像データを合成し、１つの距離画像データを生成する処理方法の一例を説明する。実施形態では、第１〜第４グループの発光による対象物からの反射光の光強度に基づき、距離画像データの合成を行う。対象物からの反射光の画素毎での光強度Ｉ（ｙ、ｚ）は、ＴＯＦセンサ２２２が画素毎に出力する位相信号Ａ０（ｙ、ｚ）、Ａ９０（ｙ、ｚ）、Ａ１８０（ｙ、ｚ）、Ａ２７０（ｙ、ｚ）を用いて、以下の式により取得できる。
Ｉ（ｙ、ｚ）＝√［｛Ａ９０（ｙ、ｚ）−Ａ２７０（ｙ、ｚ）｝２+｛Ａ０（ｙ、ｚ）−Ａ１８０（ｙ、ｚ）｝２］
この反射光の光強度Ｉ（ｙ、ｚ）が大きいほど、ＴＯＦセンサ２２２の出力に基づき取得された距離画像データの精度が高い。
【０１０７】
第１〜第４グループの各発光により取得される反射光の光強度をＩ１（ｙ、ｚ）、Ｉ２（ｙ、ｚ）、Ｉ３（ｙ、ｚ）、Ｉ４（ｙ、ｚ）とすると、画素毎でＩ１（ｙ、ｚ）、Ｉ２（ｙ、ｚ）、Ｉ３（ｙ、ｚ）、Ｉ４（ｙ、ｚ）のうちで最も大きいものを選択し、これに対応する距離画像データを用いることで、最も精度が高い距離画像データを取得することができる。
【０１０８】
例えば、座標（ｙ、ｚ）の画素において、光強度Ｉ３（ｙ、ｚ）が最も大きかった場合は、第３グループの発光で取得された距離画像データが、座標（ｙ、ｚ）での距離画像データとして用いられる。
【０１０９】
但し、４つの距離画像データを合成する処理方法は、これに限定されるものではない。画素毎で、４つの光強度の大きさに応じた重みを４つの距離画像データに乗じて、それらを加算することで、画素毎の距離データを取得し、これらを合成して距離画像データを取得しても良い。
【０１１０】
＜効果＞
従来、ＴＯＦ方式の測距装置では、広い撮影範囲に光を投光すると、光の拡散により単位立体角当たりの光量が減少し、長い距離の測定が困難になる場合があった。また、投光する光を撮影範囲内で機械的に走査しながら、狭い範囲の距離データを順次取得し、それらを合成して広い撮影範囲全体での距離データを取得する測距装置も開示されている。しかし、光の走査を伴うため、撮影範囲全体での距離データの取得に時間がかかり、その間に測距装置が動いてしまって、距離の検出誤差が発生する場合があった。
【０１１１】
本実施形態では、二次元に配列された複数の発光部を用いて、魚眼レンズや広角レンズにより広い撮影範囲に向けて光を投光する。狭い範囲に光を投光する発光部を二次元に複数配列して投光することで、光を機械的に走査させることなく、広い撮影範囲に向けて光を投光することができる。そして、狭い範囲で取得される距離データを合成して、広い撮影範囲での距離データを取得することができる。これにより、距離データの取得に時間がかからない測距装置を提供することができる。
【０１１２】
また、複数の発光部を複数のグループに分け、グループ毎に発光させる発光部を時系列に切り替えながら距離データを取得することで、複数の発光部の全ての発光部を同時に発光させる場合と比較して、発光部の発熱を抑制できる。これにより、発光部の発熱に起因した発光部の光量の低下を抑えて、高精度な距離データを取得することができる。
【０１１３】
さらに、本実施形態では、発光部を同時に発光させるグループを所定の周期で変更し、複数の発光部に含まれるそれぞれの発光部を１周期で１回ずつ発光させる。これにより、第１〜第４グループのそれぞれの発光は相補的な関係になる。そして、距離画像合成部２５４により相補的な関係にある４つの距離画像データを用いて、十分な精度で距離が検出されている領域を繋ぎ合せて１つの距離画像データを合成する。これにより、ＶＣＳＥＬ２１１の発熱を抑制するとともに、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる全ての発光部を全て発光させた場合と同等の距離の検出精度で、距離画像データを取得することが可能となる。
【０１１４】
なお、本実施形態では、光源にＶＣＳＥＬ２１１を用いる例を示したが、これに限定されるものではない。光を射出することができれば、レーザ光を射出する複数のＬＤ（半導体レーザ；Laser Diode）や、非コヒーレントな光を射出するＬＥＤ（発光ダイオード；Light Emitting Diode）等を平面内に２次元に配列して光源を構成しても良い。
【０１１５】
また、本実施形態では、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる複数の発光部を４つのグループに分け、４つの発光パターンで各発光部を発光させる例を示したが、複数の発光部の発光のさせ方は、これに限定されるものではない。グループの数を増減させ、グループの数に応じて発光パターンを増減させても良い。以下に、その変形例の一例を説明する。
【０１１６】
（変形例）
実施形態の変形例に係る測距装置２０ａについて、図１５〜図１６を参照して説明する。測距装置２０ａでは、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる複数の発光部を２つのグループに分け、２つの発光パターンで各発光部を発光させる。
【０１１７】
図１５は、第１ａグループの発光部を発光させた場合のパターンＡａの発光状態の一例を示す図である。図の見方は図６〜図１０の説明で述べたものと同様であるため、ここでは、重複する説明を省略する。
【０１１８】
図１５において、破線で囲って示した２つの発光部の組２１１ｅのうち、左側の発光部のみが発光し、残りの１つは発光していない。同様に、隣接する２つ発光部の組２１１ｆでも左側の発光部のみが発光し、残りの１つは発光していない。
【０１１９】
このように、２つの発光部で組を形成した場合に、各組で左側の発光部のみを発光させた状態をパターンＡａの発光状態とする。また、パターンＡａの発光をさせる発光部のグループを第１ａグループとする。図１５において、黒丸で示されている発光部は、第１ａグループに含まれる発光部である。
【０１２０】
次に、図１６は、第２ａグループの発光部を発光させた場合のパターンＢａの発光状態の一例を示す図である。図１６に示すように、２つの発光部で組を形成した場合に、各組で右側の発光部のみを発光させた状態をパターンＢａの発光状態とする。また、パターンＢａの発光をさせる発光部のグループを第２ａグループとする。図１６において、黒丸で示されている発光部は、第２ａグループに含まれる発光部である。
【０１２１】
図１５〜図１６に示したパターンＡａ、及びパターンＢａを経て、再びパターンＡａに戻るまでが、複数の発光部の位置を変更する周期の１周期に該当する。測距装置２０ａは、この周期を繰り返して、ＶＣＳＥＬ２１１を発光駆動させて、投光を行う。
【０１２２】
パターンＡａ〜Ｂａのそれぞれの発光状態では、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる発光部のうちの一部の発光部のみが発光しているが、パターンＡａ〜Ｂａのパターンを順次切り替えて発光させることで、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる発光部のうちの全ての発光部を１周期につき１回発光させることができる。
【０１２３】
このように、グループの数を増減させ、グループの数に応じて発光パターンを増減させて、第１の実施形態で説明したものと同様の効果を得ることができる。
【０１２４】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係る測距装置２０ｂについて説明する。なお、既に説明した実施形態と同一の構成部についての説明は省略する。
【０１２５】
図１７は、本実施形態に係る測距装置２０ｂの構成の一例を説明する図である。図１７に示すように、測距装置２０ｂは、投光部２１ｂと、測距制御部２３ｂとを備える。また、投光部２１ｂは、ＶＣＳＥＬ２１１ｂと、移動機構２１３とを備える。
【０１２６】
ＶＣＳＥＬ２１１ｂは、ＹＺ平面内に２次元的に配列された複数の発光部を備える。ＶＣＳＥＬ２１１ｂは、Ｙ方向に４列の発光部の列を備え、Ｚ方向に４行の発光部の行を備える。従って、ＶＣＳＥＬ２１１ｂは発光部を合計１６個備えている。
【０１２７】
また、ＶＣＳＥＬ２１１ｂの発光部の配置は、第１の実施形態で示したＶＣＳＥＬ２１１における合計６４個の発光部を、Ｙ方向及びＺ方向でそれぞれ１個ずつ間引いたものである。従って、ＶＣＳＥＬ２１１ｂにおける発光部間の間隔は、ＶＣＳＥＬ２１１における発光部間の間隔の２倍になっている。
【０１２８】
移動機構２１３は、電圧の印加により伸縮可能なピエゾ素子を駆動源とし、ＹＺ平面内に移動可能なステージである。ＶＣＳＥＬ２１１ｂを移動機構２１３に取り付け、駆動信号に応じて移動機構２１３を移動させることで、ＶＣＳＥＬ２１１ｂのＹＺ平面内での位置を変更することができる。
【０１２９】
図１８は、本実施形態に係る測距制御部２３ｂのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図１８に示すように、測距制御部２３ｂは、ピエゾ素子駆動回路２３９を備える。
【０１３０】
ピエゾ素子駆動回路２３９は、移動機構２１３に電気的に接続され、ＣＰＵ２３１からの制御信号に応じて、移動機構２１３に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。
【０１３１】
また、図１９は、本実施形態に係る測距制御部２３ｂの機能構成の一例を示すブロック図である。図１９に示すように、測距制御部２３ｂは発光制御部２４０ｂを備える。また、発光制御部２４０ｂは位置可変部２４３を備える。
【０１３２】
位置可変部２４３は、ピエゾ素子駆動回路２３９等により実現され、移動機構２１３を駆動させて、ＶＣＳＥＬ２１１ｂのＹＺ平面内での位置を変更する。
【０１３３】
測距制御部２３ｂは、第１の実施形態におけるグループ選択部２４１を備えておらず、位置可変部２４３により移動機構２１３を駆動させて、ＶＣＳＥＬ２１１ｂに含まれる複数の発光部の位置を変更することができる。
【０１３４】
次に、本実施形態に係る空間的発光制御の一例として、ＶＣＳＥＬ２１１ｂに含まれる複数の発光部の位置を変更した場合の発光状態を、図２０〜図２３を参照して説明する。
【０１３５】
図２０〜図２３は、正のＺ方向（投光方向）から見たＶＣＳＥＬ２１１ｂの発光部を示す。ＶＣＳＥＬ２１１ｂの１６個の発光部２１１ａは、ＹＺ平面内で、正方格子状に二次元に配列されている。
【０１３６】
図２０〜図２３において、ＶＣＳＥＬ２１１ｂの発光部２１１ａを黒丸で示した場合は、発光部２１１ａが発光していること（点灯状態）を示している。
【０１３７】
図２０は、ＶＣＳＥＬ２１１ｂに含まれる発光部の第１の配置の一例を示す図である。ここで、図２０に示すように、ＶＣＳＥＬ２１１ｂに含まれる発光部間の間隔は、Ｙ方向及びＺ方向とも２ｄである。
【０１３８】
図２１は、ＶＣＳＥＬ２１１ｂに含まれる発光部の第２の配置の一例を示す図である。第２の配置は、第１の配置からＶＣＳＥＬ２１１ｂを、位置可変部２４３により正のＹ方向にｄ、つまり、発光部間の間隔の１／２の距離だけ移動させた状態である。従って、ＶＣＳＥＬ２１１ｂに含まれる各発光部のそれぞれの位置は、正のＹ方向にｄだけ変更されている。
【０１３９】
図２２は、ＶＣＳＥＬ２１１ｂに含まれる発光部の第３の配置の一例を示す図である。第３の配置は、第１の配置からＶＣＳＥＬ２１１ｂを、位置可変部２４３により正のＹ方向にｄ、また、負のＺ方向にｄの距離だけ移動させた状態である。従って、ＶＣＳＥＬ２１１ｂに含まれる各発光部のそれぞれの位置は、正のＹ方向にｄ、また、負のＺ方向にｄの距離だけ変更されている。
【０１４０】
図２３は、ＶＣＳＥＬ２１１ｂに含まれる発光部の第４の配置の一例を示す図である。第４の配置は、第１の配置からＶＣＳＥＬ２１１ｂを、位置可変部２４３により負のＹ方向にｄ／２、また、負のＺ方向にｄ／２の距離だけ移動させた状態である。従って、ＶＣＳＥＬ２１１ｂに含まれる各発光部のそれぞれの位置は、負のＹ方向にｄ／２、また、負のＺ方向にｄ／２の距離だけ変更されている。
【０１４１】
このように、発光制御部２４０ａは、位置可変部２４３がＶＣＳＥＬ２１１ｂのＹＺ平面内での位置を時系列に変更することで、複数の発光部の位置を変更することができる。また、所定の周期で発光させることで、発光部に複数回の発光をさせることができる。
【０１４２】
ここで、第１の配置による発光状態は、発光する発光部間の距離が２ｄであるため、第１の実施形態における第１グループによるパターンＡの発光状態と等しい。また、第２の配置による発光状態は、第１の配置から各発光部が正のＹ方向にｄだけ移動（シフト）したものであるため、第１の実施形態における第２グループによるパターンＢの発光状態と等しい。同様に、第３の配置による発光状態は、第１の実施形態における第３グループによるパターンＣの発光状態と等しく、第４の配置による発光状態は、第１の実施形態における第４グループによるパターンＤの発光状態と等しい。
【０１４３】
また、位置変更のためのＶＣＳＥＬ２１１ｂの移動量は、発光部の間隔以下等の微小量であり、高速で位置変更することができる。
【０１４４】
従って、測距装置２０ｂは、位置可変部２４３によりＶＣＳＥＬ２１１ｂのＹＺ平面内での位置を時系列に変更して、第１〜第４の配置に発光部の配置を切り替えることで、第１の実施形態において発光パターンをパターンＡ〜Ｄに切り替えることと同様の作用効果を得ることができる。
【０１４５】
なお、本実施形態では、移動機構２１３にピエゾ素子を駆動源とするステージの例を示したが、これに限定されるものではない。ボイスコイルモータやＡＣモータ、ＤＣモータ等を駆動源としても良い。
【０１４６】
また、本実施形態では、移動機構２１３によりＶＣＳＥＬ２１１ｂを移動（シフト）させたが、回転機構を用いてＶＣＳＥＬ２１１ｂを回転させることで、ＶＣＳＥＬ２１１ｂに含まれる各発光部の位置を変更させても良い。この場合も、測距装置２０ｂと同様の効果を得ることができる。
【０１４７】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態に係る測距装置２０ｃについて説明する。本実施形態では、第１の実施形態と同様に、ＶＣＳＥＬ２１１に含まれる複数の発光部を第１〜第４の４つのグループに分け、発光パターンをパターンＡ〜Ｄに時系列に切り替える空間的な発光制御を行う。
【０１４８】
ここで、第１の実施形態では、１つの発光パターンで、２回のパルスレーザ光の投光である「距離データ取得基準投光」を行い、投光に応じて２つの位相信号に基づいて距離データを取得した後に、次の発光パターンに切り替えを行った。より具体的には、先ず、パターンＡの発光パターンで「距離データ取得基準投光」を行い、投光に応じて距離データを取得した後に、パターンＢの発光パターンで「距離データ取得基準投光」を行い、投光に応じて距離データを取得した。その後、パターンＣの発光パターンで「距離データ取得基準投光」を行い、投光に応じて距離データを取得した後に、パターンＤの発光パターンで「距離データ取得基準投光」を行い、投光に応じて距離データを取得した。
【０１４９】
また、この際に、「距離データ取得基準投光」のうちの１回のパルスレーザ光の投光は、デューティ比５０％の矩形波で変調された８つのパルスレーザ光からなるパルスレーザ光群を含んだ。この８つのパルスレーザ光は、何れも同じ発光パターン（例えば、パターンＡのみ）で投光されたものであった。
【０１５０】
これに対し、本実施形態では、デューティ比５０％の矩形波で変調された８つのパルスレーザ光からなるパルスレーザ光群を、パターンＡ〜Ｄの４つの発光パターンのパルスレーザ光で構成する。
【０１５１】
図２４は、本実施形態に係る発光部のグループ毎での時間的発光制御の一例を説明する図であり、（ａ）は発光タイミングの概略を示す図、（ｂ）は発光タイミングの詳細を示す図である。図２４の横軸は時間を表し、縦軸は光量を表している。
【０１５２】
図２４（ａ）において、距離データ取得基準投光１２０は、パルスレーザ光１２１及び１２２を含む。パルスレーザ光１２１は、ＴＯＦセンサ２２２に０度及び１８０度の位相信号を検出させるためのものである。また、パルスレーザ光１２２は、ＴＯＦセンサ２２２に９０度及び２７０度の位相信号を検出させるためのものである。
【０１５３】
また、図１２（ｂ）に示すように、パルスレーザ光１２１は、デューティ比５０％の矩形波で変調された８つのパルスレーザ光群を含んでいる。これらうちの始めの２つは、第１グループによるパターンＡの投光によるものであり、次の２つは第２グループによるパターンＢの投光によるものである。また、次の２つは第３グループによるパターンＣの投光によるものであり、次の２つは第４グループによるパターンＤの投光によるものである。
【０１５４】
この場合、ＴＯＦセンサ２２２の各画素が電荷を蓄積する間に発光パターンを切り替えるため、蓄積時間によってパターンＡ〜Ｄの投光によるそれぞれの反射光の光強度が平均化される。その結果、「距離データ取得基準投光」毎で発光パターンを切り替えて取得した距離画像データを合成した場合と同等の電荷蓄積効果が得られる。従って、第１の実施形態と比較して、パターンＡ〜Ｄの投光による距離画像データを合成する処理が不要となる効果が得られる。
【０１５５】
一方、第１の実施形態では、同じ発光パターンで８回投光し、それぞれの反射光による電荷をＴＯＦセンサ２２２の各画素に蓄積することができるため、第３の実施形態と比較して、蓄積される電荷量を４倍に増大させることができる。より具体的には、第３の実施形態では、図２４（ｂ）に示すように、パルスレーザ光１２１にはパターンＡの投光が２回含まれるのに対し、第１の実施形態では、図１３（ｂ）に示すように、パルスレーザ光１１１ＡにはパターンＡの投光が８回含まれる。このように、第１の実施形態では、第３の実施形態と比較して、投光回数に応じて蓄積される電荷量を４倍に増大させることができ、これにより、距離の検出精度を向上させることができる。
【０１５６】
なお、図１２（ｂ）では、デューティ比５０％のパルスレーザ光群をパターンＡ〜Ｄの4つに均等に分け、パルスレーザ光群に含まれる各パルスレーザ光の発光と発光パターンの切替とを同期させていたが、各パルスレーザ光の発光よりも十分高速に発光パターンの切替ができる場合には、同期しなくても良い。
【０１５７】
以上、実施形態を説明してきたが、本発明は、具体的に開示された上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【０１５８】
例えば、実施形態では、ＶＣＳＥＬ２１１等に含まれる複数の発光部が正方格子状に二次元に配列されている例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、各発光部を正三角格子状や六方最密構造状に二次元に配列しても良い。また、各発光部の配列状態に合わせて、発光パターンや、グループ化の仕方等も様々なバリエーションを適用することができる。
【０１５９】
また、実施形態では、測距装置を搭載する移動体として、荷物を目的地に無人搬送する無人搬送車を例に説明したが、これに限定されるものではない。実施形態に係る測距装置を自動車等の車両や、ドローン等の飛行体等に搭載することもできる。また、移動体だけでなく、スマートフォンやタブレット等の情報端末に搭載することも可能である。
【０１６０】
また、実施形態では、測距装置が測距制御部の構成及び機能を備える例を示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。測距制御部の備える構成及び機能の一部、又は全部を、移動体１に含まれるメインコントローラ８０等の、測距装置を搭載する装置、又は測距装置に接続される装置等が備えても良い。
【０１６１】
さらに、実施形態は、測距方法を含む。例えば、測距方法は、投光工程と、前記投光工程で投光され、対象物で反射された光を受光して光電変換し、その電気信号を複数の位相信号に分けて取得する撮像工程と、前記複数の位相信号に基づいて取得される前記対象物までの距離データを出力する出力工程と、を含み、前記投光工程は、二次元に配列された複数の発光部を発光させる発光工程と、前記複数の発光部の位置を変更しながら、前記発光部に複数回の発光をさせる発光制御工程と、を含む。このような測距方法により、上述の測距装置と同様の効果を得ることができる。
【０１６２】
また上記で説明した実施形態の各機能は、一又は複数の処理回路によって実現することが可能である。ここで、本明細書における「処理回路」とは、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、上記で説明した各機能を実行するよう設計されたASIC(Application Specific Integrated Circuit)、DSP（digital signal processor）、FPGA（field programmable gate array）や従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。
【符号の説明】
【０１６３】
１      移動体
１０    走行管理装置
２０    測距装置
２１    投光部
２１１  ＶＣＳＥＬ
２１２  投光光学系
２１３  移動機構
２２    撮影部
２２１  撮影光学系
２２２  ＴＯＦセンサ（位相信号取得部の一例）
２３    測距制御部
２３１  ＣＰＵ
２３２  ＲＯＭ
２３３  ＲＡＭ
２３４  ＳＳＤ
２３５  光源駆動回路
２３６  センサＩ／Ｆ
２３７  入出力Ｉ／Ｆ
２３８  システムバス
２３９  ピエゾ素子駆動回路
２４０  発光制御部
２４１  グループ選択部
２４２  駆動信号出力部
２４３  位置可変部
２５０  撮影処理部
２５１  位相信号入力部
２５２  距離画像取得部
２５３  格納部
２５４  距離画像合成部
２５５  距離画像出力部（距離出力部の一例）
３０    表示装置
４０    位置制御装置
５０    メモリ
６０    音声・警報発生装置
７０    バス
ｄ      発光部間の間隔
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ  パターン
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１６４】
【特許文献１】特開２０１４−１５７０４４号公報
【図１】
2020153796.tif 000003
【図２】
2020153796.tif 000004
【図３】
2020153796.tif 000005
【図４】
2020153796.tif 000006
【図５】
2020153796.tif 000007
【図６】
2020153796.tif 000008
【図７】
2020153796.tif 000009
【図８】
2020153796.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2020153796.tif 000012
【図１１】
2020153796.tif 000013
【図１２】
2020153796.tif 000014
【図１３】
2020153796.tif 000015
【図１４】
2020153796.tif 000016
【図１５】
2020153796.tif 000017
【図１６】
2020153796.tif 000018
【図１７】
2020153796.tif 000019
【図１８】
2020153796.tif 000020
【図１９】
2020153796.tif 000021
【図２０】
2020153796.tif 000022
【図２１】
2020153796.tif 000023
【図２２】
2020153796.tif 000024
【図２３】
2020153796.tif 000025
【図２４】
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