(57)【要約】  測距装置（１０１）は、光源（１０２）と、光源制御部（１０３）と、画素（１０８）が２次元状に配置された受光部（１０４）と、露光制御部（１０６）と、信号処理部（１０７）とを備え、受光部（１０４）は、蓄積部（１１２）に蓄積された電荷量に応じた信号を信号処理部（１０７）に出力し、信号処理部（１０７）は、第一の画素群の画素（１０８ａ）の読み出しゲート（１１１）が開いている期間および第二の画素群の画素（１０８ｂ）の読み出しゲート（１１１）が開いている期間の相違に基づく判定基準に対し、同一の画素（１０８）についての電荷量を示す信号の信号レベルの露光期間ごとの比率、または、第一の画素群の画素（１０８ａ）の信号レベルと第二の画素群の画素（１０８ｂ）の信号レベルの比率のどちらか一方または両方が、判定基準に対して所定の閾値を超える場合に、干渉が発生していると判定する。
2017013857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いた測距装置であって、
光を発光する光源と、
所定のタイミングで前記光源の発光を指示する光源制御部と、
入射光を受光する複数の画素が２次元状に配置された受光部と、
前記受光部に露光指示を行う露光制御部と、
前記受光部が受光した信号により前記被写体までの距離データを算出し、かつ、干渉の発生の有無を判定する信号処理部とを備え、
前記複数の画素のそれぞれは、入射光を電荷に変換する光電変換部と、電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部で変換された電荷を前記蓄積部に通す読み出しゲートとを有し、
前記複数の画素は、所定のタイミングを有する第一の読み出し制御信号により前記読み出しゲートを開閉する第一の画素と、前記第一の読み出し制御信号とは異なるタイミングを有する第二の読み出し制御信号により前記読み出しゲートを開閉する第二の画素とで構成され、
前記露光制御部は、前記受光部に、前記第一の読み出し制御信号と前記第二の読み出し制御信号とを出力することで露光指示を行い、
前記受光部は、前記蓄積部に蓄積された電荷量に応じた信号を前記信号処理部に出力し、
前記信号処理部は、前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間および前記第二の画素の前記読み出しゲートが開いている期間の相違に基づく判定基準に対し、同一の前記画素についての電荷量を示す信号の信号レベルの露光期間ごとの比率、または、前記第一の画素の信号レベルと前記第二の画素の信号レベルの比率のどちらか一方、または両方が、前記判定基準に対して所定の閾値を超える場合に、干渉が発生していると判定する
測距装置。
【請求項２】
隣り合う前記第一の画素と前記第二の画素のそれぞれ電荷量を示す信号の信号レベルの比率が、前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間と前記第二の画素の前記読み出しゲートが開いている期間の比率に対する所定の閾値を超える場合に干渉が発生していると判定する
請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記光源制御部は、前記第一の画素の読み出しゲートが開いている期間、もしくは前記第二の画素の前記読み出しゲートが開いている期間のどちらか一方は発光指示を出さないことと、
前記露光制御部は、前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間と前記第二の画素の前記読み出しゲートが開いている期間が重ならないように制御することと、
前記信号処理部は、前記受光部が前記画素ごとに出力した信号のうち前記光源が発した光の反射光が含まれない信号を特定し、前記第一の画素および前記第二の画素の前記光源が発した光の反射光が含まれない信号の信号レベルの比率を算出する
請求項２に記載の測距装置。
【請求項４】
前記画素は、前記光源の発光タイミングに同期した第一の露光期間に露光して電荷を蓄積する第一の蓄積部と、前記光源の発光タイミングに同期しかつ前記第一の露光期間とは異なる第二の露光期間に露光して電荷を蓄積する第二の蓄積部と、前記光源が発光した光の反射光が含まれない第三の露光期間に露光して電荷を蓄積する第三の蓄積部とを有し、
前記信号処理部は、前記第一の画素と前記第二の画素において、前記第一の蓄積部の前記信号レベル同士、および前記第二の蓄積部の前記信号レベル同士、および、前記第三の蓄積部の前記信号レベル同士の比率を算出し、３つの前記信号レベル同士の比率のうち少なくとも１つが前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間と前記第二の画素の前記読み出しゲートが開いている期間の比率と異なる場合に、干渉が発生していると判定する
請求項２に記載の測距装置。
【請求項５】
前記画素は、前記光源の発光タイミングに同期した第一の露光期間に露光して電荷を蓄積する第一の蓄積部と、前記光源の発光タイミングに同期しかつ前記第一の露光期間よりも後の第二の露光期間に露光して電荷を蓄積する第二の蓄積部と、前記光源の発光タイミングに同期しかつ前記第二の露光期間よりも後の第三の露光期間に露光して電荷を蓄積する第三の蓄積部とを有し、
前記信号処理部は、前記第一の画素と前記第二の画素において、前記第一の蓄積部と前記第三の蓄積部のうちの信号レベルの小さい方の前記信号レベル同士、および前記第二の蓄積部の信号レベル同士、および、前記第一の蓄積部と前記第三の蓄積部のうちの信号レベルの大きい方同士で前記信号レベルの比率を算出し、３つの前記信号レベルの比率のうち少なくとも１つで前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間と前記第二の画素の前記読み出しゲートが開いている期間の比率に対する所定の閾値を超える場合に、干渉が発生していると判定する
請求項２に記載の測距装置。
【請求項６】
前記露光制御部は、前記第一の画素の読み出しゲートが開いている期間と前記第二の画素の読み出しゲートが開いている期間が重ならないように前記第一の読み出し制御信号と前記第二の読み出し制御信号とを出力し、
前記画素は、露光期間ごとに電荷を蓄積する複数の蓄積部を有し、
前記光源制御部は、前記第一の画素の読み出しゲートが開いている期間、もしくは前記第二の画素の読み出しゲートが開いている期間のどちらか一方は発光指示を出力せず、
前記信号処理部は、前記第一の画素と前記第二の画素とについて、どちらか前記光源の発光指示タイミングと前記画素の読み出しゲートが開いている期間とが重なっていない方について、前記蓄積部ごとの信号レベルを比較し、差分が所定値以上の場合に干渉が発生していると判定する
請求項１に記載の測距装置。
【請求項７】
前記信号処理部は、さらに、前記受光部が前記画素ごとに出力した信号のうち前記光源が発した光の反射光が含まれない信号について特定し、前記第一の画素および前記第二の画素の前記光源が発した光の反射光が含まれない信号の信号レベルの比率が、前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間と前記第二の画素の前記読み出しゲートが開いている期間の前記信号レベルの比率に対して所定の閾値を超える場合に、干渉が発生していると判定する
請求項６に記載の測距装置。
【請求項８】
前記画素は、前記光源の発光タイミングに同期した第一の露光期間に露光して電荷を蓄積する第一の蓄積部と、前記光源の発光タイミングに同期しかつ前記第一の露光期間とは異なる第二の露光期間に露光して電荷を蓄積する第二の蓄積部と、前記光源が発光した光の反射光が含まれない第三の露光期間に露光して電荷を蓄積する第三の蓄積部とを有し、
前記信号処理部は、前記第一の画素と前記第二の画素のうち前記光源の発光指示タイミングと前記読み出しゲートが開いている期間とが重なっている方については、前記第三の蓄積部の信号を前記光源が発した光の反射光が含まれない信号と特定する
請求項３または７に記載の測距装置。
【請求項９】
前記画素は、前記光源の発光タイミングに同期した第一の露光期間に基づく期間に露光して電荷を蓄積する第一の蓄積部と、前記光源の発光タイミングに同期しかつ前記第一露光期間よりも後の第二の露光期間に露光して電荷を蓄積する第二の蓄積部と、前記光源の発光タイミングに同期しかつ前記第二の露光期間よりも後の第三の露光期間に露光して電荷を蓄積する第三の蓄積部を有し、
前記信号処理部は、前記第一の画素と前記第二の画素のうち前記光源の発光指示タイミングと前記読み出しゲートが開いている期間とが重なっている方については、前記第一の蓄積部の信号と前記第三の蓄積部の信号のうち信号レベルの小さい方を前記光源が発した光の反射光が含まれない信号と特定する
請求項３または７に記載の測距装置。
【請求項１０】
ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いた測距装置であって、
光を発光する光源と、
所定のタイミングで前記光源の発光を支持する光源制御部と、
入射光を受光する複数の画素が２次元状に配置された受光部と、
前記受光部に露光指示を行う露光制御部と、
前記受光部が受光した信号により被写体までの距離データを算出し、かつ、干渉の発生の有無を検出する信号処理部とを備え、
前記複数の画素のそれぞれは、入射光を電荷に変換する光電変換部と、電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部で変換された電荷を前記蓄積部に通す読み出しゲートとを有し、
前記複数の画素は、所定のタイミングを有する第一の読み出し制御信号により前記読み出しゲートを開閉する第一の画素と、前記第一の読み出し制御信号とは異なるタイミングを有する第二の読み出し制御信号により前記読み出しゲートを開閉する第二の画素とで構成され、
前記受光部において、前記第一の画素と前記第二の画素は交互に配置されており、
前記露光制御部は、前記受光部に、前記第一の読み出し制御信号と前記第二の読み出し制御信号とを出力することで露光指示を行い、
前記受光部は、前記蓄積部に蓄積された電荷量に応じた信号を前記信号処理部に出力し、
前記信号処理部は、
隣り合う前記第一の画素および第二の画素の信号レベルの比率が、前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間と前記第二の画素の前記読み出しゲートが開いている期間の比率に対する所定の閾値を超える場合に、干渉が発生していると判定し、
干渉が発生していないと判定した前記第一の画素および前記第二の画素においては、隣り合う前記第一の画素および前記第二の画素の信号を混合した信号により前記被写体までの距離データを算出し、
干渉が発生していると判定した前記第一の画素および前記第二の画素においては、前記第一の画素と前記第二の画素の信号レベルの比率と前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間と前記第二の画素の前記読み出しゲートが開いている期間の比率の大小関係に基づいて干渉の影響の少ない方の前記第一の画素または前記第二の画素を使用して距離データを出力する
測距装置。
【請求項１１】
前記第一の画素と前記第二の画素は、列ごとに交互、行ごとに交互、チェッカーフラッグ状、または、千鳥格子状に配置されている
請求項１０に記載の測距装置。
【請求項１２】
前記複数の画素のそれぞれは、前記光源の発光タイミングに同期した第一の露光期間に露光して電荷を蓄積する第一の蓄積部と、前記光源の発光タイミングに同期しかつ前記第一の露光期間とは異なる第二の露光期間に露光して電荷を蓄積する第二の蓄積部と、前記光源が発光した光の反射光が含まれない第三の露光期間に露光して電荷を蓄積する第三の蓄積部とを有し、
前記信号処理部は、前記第一の画素と前記第二の画素について、前記第一の蓄積部の前記信号レベル同士、前記第二の蓄積部の前記信号レベル同士、前記第三の蓄積部の前記信号レベル同士の比率を算出し、３つの前記信号レベル同士の比率のうち少なくとも１つが前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間と前記第二の画素の前記読み出しゲートが開いている期間の比率に対する所定の閾値を超える場合に、干渉が発生していると判定する
請求項１０に記載の測距装置。
【請求項１３】
前記画素は、前記光源の発光タイミングに同期した第一の露光期間に基づく期間に露光して電荷を蓄積する第一の蓄積部と、前記光源の発光タイミングに同期しかつ前記第一露光期間よりも後の第二の露光期間に露光して電荷を蓄積する第二の蓄積部と、前記光源の発光タイミングに同期しかつ前記第二の露光期間よりも後の第三の露光期間に露光して電荷を蓄積する第三の蓄積部を有することと、
前記信号処理部は、前記第一の画素と前記第二の画素において、前記第一の蓄積部と前記第三の蓄積部のうちの信号レベルの小さい方の前記信号レベル同士、および前記第二の蓄積部の信号レベル同士、および、前記第一の蓄積部と前記第三の蓄積部のうちの信号レベルの大きい方同士で前記信号レベルの比率を算出し、３つの前記信号レベルの比率のうち少なくとも１つで前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間と前記第二の画素の前記読み出しゲートが開いている期間の比率に対する所定の閾値を超える場合に、干渉が発生していると判定する
請求項１０に記載の測距装置。
【請求項１４】
前記露光制御部は、前記第一の画素の読み出しゲートが開いている期間は、前記第二の画素の読み出しゲートが開いていない期間であり、かつ前記第二の画素の読み出しゲートが開いている期間であるように前記第一の読み出し制御信号と前記第二の読み出し制御信号とを出力し、
前記信号処理部は、干渉が発生していると判定した前記画素については、第一の画素と第二の画素の信号のうち信号レベルの小さい方を使用して前記測距データを算出する
請求項１０に記載の測距装置。
【請求項１５】
前記露光制御部は、前記第一の画素の読み出しゲートが開いている期間は、前記第二の画素の読み出しゲートが開いていない期間と異なるように前記第一および前記第二の読み出し制御信号を出力し、
前記露光制御部は、干渉が発生した際、混合する前記第一の画素および前記第二の画素の信号レベルの比率が、前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間と前記第二の画素の前記読み出しゲートが開いている期間の比率よりも大きい場合は、前記第二の画素の信号を使用して前記測距データを算出し、混合する前記第一の画素および前記第二の画素の信号レベルの比率が前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間と前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間の比率よりも小さい場合は、前記第一の画素の信号を使用して前記測距データを算出する
請求項１０に記載の測距装置。
【請求項１６】
前記露光制御部は、前記第一の画素の読み出しゲートを開けている期間と前記第二の画素の読み出しゲートを開けている期間とで重なっている期間があるように、前記第一の読み出し制御信号および前記第二の読み出し制御信号を出力する
請求項１５に記載の測距装置。
【請求項１７】
前記露光制御部は、前記第一の画素の読み出しゲートを開けている期間と前記第二の画素の読み出しゲートを開けている期間とが重ならないように、前記第一の読み出し制御信号および前記第二の読み出し制御信号を出力する
請求項１５に記載の測距装置。
【請求項１８】
前記信号処理部は、干渉が発生していない前記画素については、前記第一の画素または前記第二の画素のうち前記読み出しゲートが開いている期間が短い方の前記画素の信号の信号レベルに対して前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間と前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間の比率を掛け合わせた上で、前記第一の画素または前記第二の画素で前記読み出しゲートが開いている期間が長い方の前記画素の信号と混合する
請求項１５に記載の測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光を発光して被写体に当たって返ってきた反射光を受光することで、測距エリアにある被写体までの距離を測定する三次元測距技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光のパルスを測距したい空間に照射し、その反射光が返ってくるまでの飛行時間（ＴＯＦ：Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）から、物体までの距離を算出する方式（以下、ＴＯＦ方式）での測距技術がある。ＴＯＦ方式では、自測距装置が発光した光の他に、別の測距装置が発光した光が入ってきた場合、距離情報を正しく測距できないという問題がある。【０００３】
他の測距装置が投じた光との干渉を防ぐため、例えば特許文献１では、干渉を起こす可能性のある測距装置が予め分かっており、かつ、それが壁などに固定されて使用されている状態において、ある特定の干渉検出期間に別の測距装置からの反射光を受光するかどうかで干渉の発生を未然に検出する。そして、実際に干渉が起きる前に、測距装置の発光パルスのタイミングをあらかじめ決められた位相にリセットする方法が開示されている。【０００４】
また、特許文献２では、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｓ  Ｗａｖｅ）−ＴＯＦ方式での測距装置において、発光の１周期内に位相の異なる露光パルス信号を入れ、かつ発光・露光の１周期ごとにランダムに待ち時間を入れることで、干渉光が入っても複数の電荷蓄積部に同程度入ることになり、それによって干渉の検出はできないものの、干渉の影響を無くす技術も公開されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２３５３９０号公報
【特許文献２】特開２０１３−７６６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＴＯＦ方式を用いて被写体の測距を行う際、自測距装置が発光した光の他に、別の測距装置が発光した光が入ってきた場合、距離情報を正しく測距できないという課題がある。【０００７】
これに対して、特許文献１では、干渉を起こしうる他の測距装置が予め分かった状態、かつ、壁などにその測距装置が固定されている場合のみ干渉を検出できる。しかし、測距装置の位置が固定されず、また、他の測距装置の発光パルスとの干渉がいつ発生するか不明な状態では、干渉を検出するのは困難である。【０００８】
また、特許文献２では、ＣＷ−ＴＯＦ方式の測距装置において、干渉の影響を無くすことはできるが、検出そのものは出来ない。そのため、例えば信号が飽和した際に反射光による影響か干渉光による影響かを区別できないため、ＡＥ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）が正しく行えなくなるという課題がある。【０００９】
そこで、本開示にかかる測距装置は、他の測距装置からの発光パルスによる干渉の発生を確実に検出し、その影響を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本開示は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いた測距装置であって、光を発光する光源と、所定のタイミングで前記光源の発光を指示する光源制御部と、入射光を受光する複数の画素が２次元状に配置された受光部と、前記受光部に露光指示を行う露光制御部と、前記受光部が受光した信号により前記被写体までの距離データを算出し、かつ、干渉の発生の有無を判定する信号処理部とを備え、前記複数の画素のそれぞれは、入射光を電荷に変換する光電変換部と、電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部で変換された電荷を前記蓄積部に通す読み出しゲートとを有し、前記複数の画素は、所定のタイミングを有する第一の読み出し制御信号により前記読み出しゲートを開閉する第一の画素と、前記第一の読み出し制御信号とは異なるタイミングを有する第二の読み出し制御信号により前記読み出しゲートを開閉する第二の画素とで構成され、前記露光制御部は、前記受光部に、前記第一の読み出し制御信号と前記第二の読み出し制御信号とを出力することで露光指示を行い、前記受光部は、前記蓄積部に蓄積された電荷量に応じた信号を前記信号処理部に出力し、前記信号処理部は、前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間および前記第二の画素の前記読み出しゲートが開いている期間の相違に基づく判定基準に対し、同一の前記画素についての電荷量を示す信号の信号レベルの露光期間ごとの比率、または、前記第一の画素の信号レベルと前記第二の画素の信号レベルの比率のどちらか一方、または両方が、前記判定基準に対して所定の閾値を超える場合に、干渉が発生していると判定する。【００１１】
これによれば、ＴＯＦ方式を用いた測距装置において、他の測距装置からの発光パルスによる干渉を動的に検出することができる。【００１２】
また、本開示は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いた測距装置であって、光を発光する光源と、所定のタイミングで前記光源の発光を支持する光源制御部と、入射光を受光する複数の画素が２次元状に配置された受光部と、前記受光部に露光指示を行う露光制御部と、前記受光部が受光した信号により被写体までの距離データを算出し、かつ、干渉の発生の有無を検出する信号処理部とを備え、前記複数の画素のそれぞれは、入射光を電荷に変換する光電変換部と、電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部で変換された電荷を前記蓄積部に通す読み出しゲートとを有し、前記複数の画素は、所定のタイミングを有する第一の読み出し制御信号により前記読み出しゲートを開閉する第一の画素と、前記第一の読み出し制御信号とは異なるタイミングを有する第二の読み出し制御信号により前記読み出しゲートを開閉する第二の画素とで構成され、前記受光部において、前記第一の画素と前記第二の画素は交互に配置されており、前記露光制御部は、前記受光部に、前記第一の読み出し制御信号と前記第二の読み出し制御信号とを出力することで露光指示を行い、前記受光部は、前記蓄積部に蓄積された電荷量に応じた信号を前記信号処理部に出力し、前記信号処理部は、隣り合う前記第一の画素および第二の画素の信号レベルの比率が、前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間と前記第二の画素の前記読み出しゲートが開いている期間の比率に対する所定の閾値を超える場合に、干渉が発生していると判定し、干渉が発生していないと判定した前記第一の画素および前記第二の画素においては、隣り合う前記第一の画素および前記第二の画素の信号を混合した信号により前記被写体までの距離データを算出し、干渉が発生していると判定した前記第一の画素および前記第二の画素においては、前記第一の画素と前記第二の画素の信号レベルの比率と前記第一の画素の前記読み出しゲートが開いている期間と前記第二の画素の前記読み出しゲートが開いている期間の比率の大小関係に基づいて干渉の影響の少ない方の前記第一の画素または前記第二の画素を使用して距離データを出力する。【００１３】
これによれば、他の測距装置からの発光パルスによる干渉を動的に検出でき、かつ電荷を蓄積する期間の異なる２つの画素を混合して測距データを算出するため、測距のダイナミックレンジを広くすることができる。さらに他の測距装置からの発光パルスによる干渉を検出した際はどちらか干渉の影響が少ない方の画素で測距データを算出することで、干渉の影響を軽減することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本開示によれば、他の測距装置からの発光パルスによる干渉の発生を確実に検出し、その影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】図１Ａは、実施の形態１および実施の形態２にかかる測距装置の構成を示すブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａにおける固体撮像素子の中の画素の配置を示す図である
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａにおける固体撮像素子の画素の構成を示す概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、第一のＴＯＦ方式での発光制御信号と露光制御信号を示すタイミングチャートである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａにおける第一の露光期間と第二の露光期間を示すタイミングチャートである。
【図３Ａ】図３Ａは、第二のＴＯＦ方式での発光制御信号と露光制御信号を示すタイミングチャートである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａにおける第一および第二の露光期間での発光タイミングおよび露光タイミングにおいて反射光を受光する際のタイミングチャートである。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ａにおける第二および第三の露光期間での発光タイミングおよび露光タイミングにおいて反射光を受光する際のタイミングチャートである。
【図４Ａ】図４Ａは、第一のＴＯＦ方式での発光制御信号と露光制御信号を示すタイミングチャートである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａにおける第一および第二の露光期間を示すタイミングチャートである。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ａにおける第三の露光期間を示すタイミングチャートである。
【図５】図５は、実施の形態１における発光制御信号、露光制御信号、第一の読み出し制御信号および第二の読み出し制御信号を示すタイミングチャートである。
【図６】図６は、実施の形態１において、信号処理部が距離データの出力と干渉の検出を行う際のフローチャートである。
【図７】図７は、実施の形態２における発光制御信号、露光制御信号、第一の読み出し制御信号および第二の読み出し制御信号を示すタイミングチャートである。
【図８】図８は、実施の形態２において、信号処理部が距離データの出力と干渉の検出を行う際のフローチャートである。
【図９Ａ】図９Ａは、実施の形態３にかかる測距装置の構成を示すブロック図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａにおける固体撮像素子の構成および画素の配置を説明するための図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９ＡにおけるＥｖｅｎ画素とＯｄｄ画素の配置の例を示す図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、図９ＡにおけるＥｖｅｎ画素とＯｄｄ画素の配置の例を示す図である。
【図９Ｅ】図９Ｅは、図９ＡにおけるＥｖｅｎ画素とＯｄｄ画素の配置の例を示す図である。
【図９Ｆ】図９Ｆは、図９ＡにおけるＥｖｅｎ画素とＯｄｄ画素の配置の例を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、実施の形態３における発光制御信号、露光制御信号、第一の読み出し制御信号および第二の読み出し制御信号を示すタイミングチャートであり、第一の読み出し制御信号と第二の読み出し制御信号の“Ｈ”期間が重なるケースである。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、実施の形態３における発光制御信号、露光制御信号、第一の読み出し制御信号および第二の読み出し制御信号を示すタイミングチャートであり、第一の読み出し制御信号と第二の読み出し制御信号の“Ｈ”期間が重ならないケースである。
【図１１】図１１は、実施の形態３において、距離データの出力と干渉の検出および干渉の影響軽減を行う際のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１７】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１８】
（実施の形態１）
図１Ａは、実施の形態１に係る測距装置１０１の構成を示すブロック図である。
【００１９】
図１Ａに示すように、測距装置１０１は、光源１０２と、光源制御部１０３と、受光部１０４と、露光制御部１０６と、信号処理部１０７とを備えている。受光部１０４は、固体撮像素子１０５を有している。
【００２０】
光源１０２は、入力される発光制御信号の示すタイミングにしたがって、外部に対して光を発光する。光源１０２は、ＬＥＤ（発光ダイオード）でも良いし、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）でも良い。
【００２１】
光源制御部１０３は、光源１０２に対して、発光制御信号を出力する。発光制御信号は、“Ｈ”“Ｌ”の２値のデジタル信号であり、本実施の形態では“Ｈ”で発光を意味し、“Ｌ”で発光停止を意味することとする。なお、光源制御部１０３は、後述する第一の画素１０８ａの読み出しゲート１１１が開いている期間、もしくは第二の画素１０８ｂの読み出しゲート１１１が開いている期間のどちらか一方は発光指示を出さない。すなわち、発光制御信号を出力しない。
【００２２】
受光部１０４は、２次元に画素１０８の並んだ固体撮像素子１０５を含む。固体撮像素子１０５は、ＣＣＤセンサでもよいし、ＣＭＯＳセンサでもよい。受光部１０４では、露光制御信号に基づいて外部からの光を取り込み、露光量に応じたデジタル信号を出力する。
【００２３】
露光制御部１０６は、固体撮像素子１０５に対して、露光制御信号を出力する。露光制御信号は、“Ｈ”“Ｌ”の２値のデジタル信号であり、本実施の形態では“Ｌ”で露光、“Ｈ”で露光停止を意味することとする。
【００２４】
また、露光制御部１０６は、後述する第一の画素１０８ａの読み出しゲート１１１が開いている期間と第二の画素１０８ｂの読み出しゲート１１１が開いている期間が重ならないように制御する。具体的には、露光制御部１０６は固体撮像素子１０５に対して、タイミングの異なる２種類の読み出し制御信号（第一の読み出し制御信号および第二の読み出し制御信号）を出力する。第一／第二の読み出し制御信号は、“Ｈ”とした時、固体撮像素子１０５の各画素１０８ａは光から変換した電荷を一時的に蓄積できることができ、“Ｌ”では蓄積できない。
【００２５】
信号処理部１０７は、受光部１０４が出力したデジタル信号をもとに距離データを算出し、かつ干渉の有無を検出して、図示していないＬＣＤなどのディスプレーなどに距離データを表示し、かつ干渉の有無を知らせるメッセージを出力させる。
【００２６】
次に、固体撮像素子１０５の画素について、より詳しく説明する。図１Ｂは、固体撮像素子１０５の中の画素１０８の配置を示す図である。
【００２７】
画素１０８は、第一の画素群と第二の画素群に分けられる。図１Ｂにおいて、“１”で表す画素は、第一の画素群の画素１０８ａ、“２”で表す画素は、第二の画素群の画素１０８ｂを示している。
【００２８】
第一の画素群の画素１０８ａは、第一の読み出し制御信号を入力して動作する。第二の画素群の画素１０８ｂは、第二の読み出し制御信号を入力して動作する。本実施の形態では、画素数は垂直５画素、水平５画素の合計２５画素としており、第二の画素群の画素１０８ｂの位置も図１Ｂのとおりとしている。なお、画素数および第二の画素群の画素１０８ｂの位置は、これに限定されるものではない。
【００２９】
なお、第一の画素群の画素１０８ａおよび第二の画素群の画素１０８ｂは、本開示における第一の画素および第二の画素に相当する。
【００３０】
図１Ｃは、固体撮像素子１０５の画素１０８の構成を示す概略図である。第一の画素群の画素１０８ａと第二の画素群の画素１０８ｂとは区別なく、同じ構成（相違点は接続される読み出し制御信号の違いのみ）である。
【００３１】
図１Ｃに示すように、各画素１０８は、光電変換部１１０と、読み出しゲート１１１と、蓄積部１１２とを備えている。光電変換部１１０は、入力された光を電荷に変換する。読み出しゲート１１１は、光電変換部１１０の電荷を蓄積部１１２に読み出すためのゲートの役割を果たし、読み出し制御信号に基づいてゲートの開閉動作を行う。なお、画素１０８は、読み出しゲート１１１が開いている期間のみ、光電変換部１１０の電荷を蓄積部１１２に移動させることができる。
【００３２】
読み出し制御信号は、“Ｈ”および“Ｌ”の２値のデジタル信号である。本実施の形態では、読み出し制御信号が“Ｈ”で読み出しゲートが開いている状態とする。
【００３３】
蓄積部１１２は、電荷を蓄積する役割を果たす。なお、露光期間に応じて、複数の蓄積部１１２に分けて電荷を溜めることができる。本実施の形態では、蓄積部１１２は、第一の蓄積部１１２ａ、第二の蓄積部１１２ｂと、第三の蓄積部１１２ｃとで構成されている。第一の蓄積部１１２ａ、第二の蓄積部１１２ｂおよび第三の蓄積部１１２ｃには、それぞれ、後に説明する第一の露光期間、第二の露光期間および第三の露光期間に露光した電荷が蓄積される。
【００３４】
本実施の形態においては、第一の読み出し制御信号と第二の読み出し制御信号とは、同時に“Ｈ”にはならず、また、第二の読み出し制御信号が“Ｈ”の期間では、発光制御信号は“Ｈ”にならない（つまり、光を発光しない）。このため、第一の画素群の画素１０８ａは、測距用の画素となり、第二の画素群の画素１０８ｂは干渉検出専用の画素となる。
【００３５】
ここで、本実施の形態に係る測距装置１０１の基本動作、つまり、ＴＯＦ（パルスＴＯＦ）方式に基づいて被写体までの距離Ｌを算出する方法について説明する。以下、発光制御信号の制御の違いにより、第一のＴＯＦ方式および第二のＴＯＦ方式として、２通り説明する。
【００３６】
以下、第一のＴＯＦ方式について、図２Ａおよび図２Ｂを用いて説明する。
【００３７】
図１０８ｂは、第一のＴＯＦ方式における発光制御信号および露光制御信号を示すタイミングチャートである。図２Ｂは、図２Ａにおける第一の露光期間と第二の露光期間を示すタイミングチャートである。図２Ｂでは、説明の便宜上、本来タイミングが異なる２つのケース、すなわち第一の露光期間での露光制御信号と第二の露光期間での露光制御信号とを併記している。
【００３８】
図２Ａに示すように、測距装置１０１は、発光および露光の制御方法が異なる３つの期間をそれぞれ第一の露光期間、第二の露光期間、第三の露光期間とし、それを１セットとして発光および露光を繰り返す。
【００３９】
なお、以下の動作説明では、他の測距装置からの反射光は入ってこないものとする。また、図示していないが、説明を簡略化するため、読み出し制御信号は常に“Ｈ”（読み出しゲート１１１を開けた状態）とし、各画素で光電変換された電荷は蓄積部１１２に蓄積されるものとする。
【００４０】
図２Ａに示す第一の露光期間とは、光源の発光タイミングに同期した期間、第二の露光期間とは、光源の発光タイミングに同期しかつ第一の露光期間とは異なる期間、第三の露光期間とは、光源が発光した光の反射光が含まれない期間である。
【００４１】
第一の露光期間では、発光制御信号のパルスと露光制御信号のパルスは同じ位相で、かつ、同じパルス幅Ｔｏである。図２Ｂに示すように、発光した光が被写体で反射した反射光は、被写体までの距離に応じて遅く返ってくる。このため、被写体までの距離が遠くなるほど、第一の露光期間での露光量は減少する。第一の露光期間に露光された電荷は、第一の蓄積部１１２ａに蓄積される。なお、第一の露光期間の露光量をＳ０とする。
【００４２】
第二の露光期間では、発光制御信号と露光制御信号のパルス幅Ｔｏは同じであるが、発光制御信号と露光制御信号の位相は異なり、図２Ｂに示すように発光制御信号の立下りと同時に露光制御信号が立ち上がるようなタイミングになっている。このため、測距レンジの範囲内では、被写体までの距離が遠くなるほど第二の露光期間での露光量は増加する。第二の露光期間に露光された電荷は、第一の蓄積部１１２ｂに蓄積される。なお、第二の露光期間の露光量をＳ１とする。
【００４３】
第三の露光期間では、測距装置１０１は、発光は行わず、背景光のみの露光を行う。そのため、発光制御信号は常に“Ｌ”のままである。露光制御信号のパルス幅は、第一／第二の露光期間における露光制御信号と同じパルス幅Ｔｏである。第三の露光期間に露光された電荷は、第一の蓄積部１１２ｃに蓄積される。なお、第三の露光期間の露光量、すなわち、背景光の露光量をＢＧとする。
【００４４】
ここで、第一の露光期間での露光量（以下、Ｓ０とする）から背景光の露光量（以下、ＢＧとする）を引いたものと、第二の露光期間での露光量（以下、Ｓ１とする）からＢＧを引いたものが、反射光の総量である。信号処理部１０７は、その反射光の総量に対する、第二の露光期間で取得した反射光の露光量の割合で距離を算出する。発光制御信号のパルス幅をＴｏ、光速（２９９，７９２．４５８ｍ／ｓ）をＣとすると、被写体までの距離Ｌは、式１で表すことができる。
【００４５】
【数１】
2017013857.tif 000003
【００４６】
ここで、パルス幅Ｔｏは、測距レンジと要求される精度によって決めればよい。例えば、パルスの傾きの訛り（遅延）が無いとしたとき、測距レンジが３．３ｍであればパルス幅Ｔｏは約２２ｎｓとなる。式１から分かるように、第一のＴＯＦ方式ではパルス幅Ｔｏを広げれば測距レンジは広がるが、測距精度は落ちる。一方、パルス幅を狭くすれば測距精度が上がるが、測距レンジは狭くなる。
【００４７】
続いて、第一のＴＯＦ方式に対し、測距精度を保ったまま測距レンジを２倍にすることが可能な第二のＴＯＦ方式について、図３Ａ〜図３Ｃを用いて説明する。図３Ａは、第二のＴＯＦ方式における発光制御信号および露光制御信号を示すタイミングチャートである。図３Ｂは、図３Ａにおける第一および第二の露光期間での発光タイミングおよび露光タイミングにおいて反射光を受光する際のタイミングチャートである。図３Ｃは、図３Ａにおける第二および第三の露光期間での発光タイミングおよび露光タイミングにおいて反射光を受光する際のタイミングチャートである。なお、説明の便宜上、図３Ｂおよび図３Ｃでは、本来タイミングが異なる３つの期間、すなわち第一の露光期間、第二の露光期間、および第三の露光期間での各露光制御信号を併記している。第一のＴＯＦ方式と異なるのは、第三の露光期間でも発光を行うという点である。
【００４８】
図３Ａに示すように、第三の露光期間では、発光制御信号と露光制御信号のパルス幅Ｔｏは同じであるが、発光制御信号の立下りからＴｏ時間経過後に露光制御信号が立ち下がるようなタイミングになっている。これにより、第三の露光期間では背景光を露光するための期間であるが、測距装置１０１は、被写体までの距離によっては反射光を露光する。
【００４９】
被写体からの反射光は、距離に応じて、第一の露光期間および第二の露光期間の露光タイミングで露光する場合（ケース１）と、第二の露光期間および第三の露光期間の露光タイミングで露光する場合（ケース２）の２通りのケースに分けられる。
【００５０】
ケース１では、図３Ｂに示すように、第一の露光期間の露光制御信号がアクティブ（“Ｌ”）な期間と第二の露光期間に露光制御信号がアクティブ（“Ｌ”）な期間とに反射光が返ってくるので、第一の露光期間および第二の露光期間が反射光を露光する期間、第三の露光期間が背景光を露光する期間になる。
【００５１】
一方、ケース２では、図３Ｃに示すように、第二の露光期間と第三の露光期間の露光制御信号がアクティブ（“Ｌ”）な期間とに反射光が返ってくるので、第二の露光期間と第三の露光期間が反射光を露光する期間になり、第一の露光期間が背景光を露光する期間になる。
【００５２】
第一の露光期間と第二の露光期間とでどちらが背景光を露光したかの判定は、信号レベルの大小で判別し、信号レベルの低い方を背景光の露光量（ＢＧ）とする。つまり、第一の露光期間の露光量＞第三の露光期間の露光量  の場合（ケース１）は、第一の露光期間の露光量がＳ０、第二の露光期間の露光量がＳ１、第三の露光期間の露光量がＢＧとなる。一方、第一の露光期間の露光量≦第三の露光期間の露光量の場合（ケース２）は、第二の露光期間の露光量がＳ０、第三の露光期間の露光量がＳ１、第一の露光期間の露光量がＢＧとなる。
【００５３】
ケース１における被写体までの距離Ｌ１の計算式を式２−１に、ケース２における距離Ｌ２の計算式を式２−２に示す。
【００５４】
【数２】
2017013857.tif 000004
【数３】
2017013857.tif 000005
【００５５】
次に、図４Ａ〜図４Ｃを用いて、第一のＴＯＦ方式で測距中に、他の測距装置からの光を受光した場合に、測距誤差が生じる原理について説明する。図４Ａは、第一のＴＯＦ方式での発光制御信号と露光制御信号を示すタイミングチャートである。図４Ｂは、図４Ａにおける第一および第二の露光期間を示すタイミングチャートである。図４Ｃは、図４Ａにおける第三の露光期間を示すタイミングチャートである。
【００５６】
図４Ｂおよび図４Ｃのタイミングチャートが図２Ｂのタイミングチャートと異なる点は、別の測距装置からの投光が混入している点である。図４Ｂでは、説明の便宜上、本来タイミングが異なる２つのケース、すなわち第一の露光期間での露光制御信号と第二の露光制御期間での露光制御信号を併記している。
【００５７】
図４Ｂに示すケースでは、他の測距装置からの発光パルスが第一の露光期間と第二の露光期間に混入している。合わせて、図４Ｃに示すケースでは、他の測距装置からの発光パルスが第三の露光期間に混入している。これら他の測距装置からの発光パルスは、本実施の形態にかかる測距装置１０１の発光パルスおよび露光パルスのタイミングとは全く無関係に混入する。
【００５８】
他の測距装置から混入した発光パルスを第一の露光期間で露光した露光量をＡ、第二の露光期間で露光した露光量をＢ、第三の露光期間で露光した露光量をＣとすると、被写体までの距離Ｌは式３のように表せる。
【００５９】
【数４】
2017013857.tif 000006
【００６０】
他の測距装置の発光パルスは、本実施の形態にかかる測距装置１０１で測定すべき露光量Ｓ０、Ｓ１、ＢＧに無関係に混入するので、露光量Ａ、Ｂ、Ｃの値に応じて、距離Ｌに大きな誤差が生じる。
【００６１】
次に、本実施の形態にかかる測距装置１０１において、他の測距装置からの発光パルスによる干渉の有無を検出する方法を説明する。本実施の形態では、図５に示すタイミングチャートで露光および発光を実施する。図５は、発光制御信号、露光制御信号、第一の読み出し制御信号および第二の読み出し制御信号を示すタイミングチャートである。
【００６２】
なお、図５では、測距装置１０１は、第一のＴＯＦ方式に基づいて発光および露光制御を実施するとする（第三の露光期間では発光はしない）。図５に示すように、連続する第一の露光期間、第二の露光期間および第三の露光期間にわたって第一の読み出し制御信号が“Ｈ”で第二の読み出し制御信号が“Ｌ”の期間をセット１、連続する第一の露光期間、第二の露光期間および第三の露光期間にわたって第一の読み出し制御信号が“Ｌ”で第二の読み出し制御信号が“Ｈ”の期間をセット２とする。
【００６３】
測距装置１０１において、露光制御部１０６からは第一の読み出し制御信号と第二の読み出し制御信号が出力され、それぞれ第一の画素群の画素１０８ａおよび第二の画素群の画素１０８ｂの読み出しゲート１１１の開閉を切り替える。
【００６４】
図５に示すように、セット１では、第一の読み出し制御信号が“Ｈ”で第二の読み出し制御信号が“Ｌ”であるため、第一の画素群の画素１０８ａにおいては光電変換された電荷が露光期間ごとに読み出され、蓄積部１１２に蓄積される。また、第二の画素群の画素１０８ｂにおいては、露光して光電変換までは実施されるものの、蓄積部１１２に電荷が読み出されない。そのため、蓄積部１１２は、電荷がゼロの状態である。
【００６５】
一方、セット２では、第一の読み出し制御信号が“Ｌ”で第二の読み出し制御信号が“Ｈ”であるため、第二の画素群の画素１０８ｂにおいては、光電変換された電荷が露光期間ごとに読み出され、蓄積部１１２に蓄積される。また、第一の画素群の画素１０８ａにおいては、光電変換された電荷は読み出しゲート１１１が閉まっているため、蓄積部１１２に読み出されない。また、セット２では、発光制御信号は常に“Ｌ”であるため、測距装置１０１は光を発光しない。このため、第二の画素群の画素１０８ｂには、露光期間にかかわらず、測距装置１０１が投光した光パルスの反射光は入ってこない。
【００６６】
すなわち、干渉光が無い状態であれば、第二の画素群の画素１０８ｂは、第一の露光期間、第二の露光期間、第三の露光期間のそれぞれで背景光を露光することになる。
【００６７】
ここで、信号処理部１０７では、第一の画素群の画素１０８ａの各信号の値をもとに画素１０８ごとに式１に基づいて距離データを生成する。また、第二の画素群の所定の画素（画素１０８ｂとする）と画素１０８ｂと隣り合う第一の画素群の所定の画素（画素１０８ａとする）とで、第三の露光期間での露光量のＢＧ信号レベルを比較する。第三の露光期間での露光量は、本来背景光レベルの信号のみであり、画素１０８ｂと画素１０８ａの信号レベルの比率は、ほぼ１：１（１倍）になる。
【００６８】
ここで、もし他の測距装置からの発光パルスと干渉を起こしている場合、他の測距装置からの光は、測距装置１０１の発光および露光タイミングに関係なく、発光および露光タイミングとは同期せずに入ってくるため、画素１０８ｂと画素１０８ａの第三の露光期間での各露光量は同じにならない。この関係を利用して、信号処理部１０７は、信号レベルの比率が、画素１０８ａの読み出しゲートが開いている期間と画素１０８ｂの読み出しゲートが開いている期間の比率に対する所定の閾値を超える場合に、干渉が発生していると判定する。具体的には、信号処理部１０７は、画素１０８ｂと画素１０８ａの第三の露光期間での信号レベルの比率（画素１０８ａのＢＧ信号レベルを画素１０８ｂのＢＧ信号レベルで割った値）を求め、１倍という期待値に対し、ショットノイズを加味した閾値以下であれば干渉は発生していないと判定し、閾値を超えるのであれば干渉が発生していると判定する。
【００６９】
図６は、信号処理部１０７が距離データの出力と干渉の検出を行う際のフローチャートである。
【００７０】
図６に示すように、信号処理部１０７は、まず、ステップ６０１に示すように、第二の画素群の画素１０８ｂを１つ選択する。
【００７１】
次に、ステップ６０２に示すように、その選択した第二の画素群の画素１０８ｂと隣り合う第一の画素群の画素１０８ａを選択し、第三の露光期間での露光量（ＢＧ）を比較する。
【００７２】
次に、ステップ６０３に示すように、比較したＢＧの信号レベルの差が所定の閾値未満かどうかを計算する。閾値を決める際は、光電変換のショットノイズを考慮し、多少マージンを持たせる。
【００７３】
ここで、比較したＢＧの信号レベルの差が所定の閾値を超える（つまり、２つの画素１０８ａおよび１０８ｂの露光量にショットノイズを超える差がある）のであれば、ステップ６０４に示すように、干渉検出カウンタのカウンタ数を１インクリメントし、ステップ６０５に進む。一方、ステップ６０３で所定の比率未満であれば、何もせずステップ６０５に進む。
【００７４】
ステップ６０５では、第二の画素群の画素１０８ｂ全てに対して、干渉の有無の判定が終了したかどうかを判定する。そして、まだ未判定の画素が残っている場合には、ステップ６０１に戻り、ステップ６０２〜ステップ６０５を繰り返す。また、未判定の画素がない場合には、ステップ６０６に進む。
【００７５】
ステップ６０６では、干渉検出カウンタの値を確認する。干渉検出カウンタの値があらかじめ設定した値（例えば１）未満であれば、ステップ６０７に示すように、第一の画素群の画素１０８ａでの露光量を元に算出した、測距エリアの測距データをＬＣＤなどのディスプレーに表示する。一方、干渉検出カウンタの値があらかじめ設定した値以上であれば、ステップ６０８に示すように、測距エリアの測距データをディスプレーに表示すると同時に干渉発生のメッセージを表示する。
【００７６】
本実施の形態では、第二の画素群の画素１０８ｂの露光時には測距装置１０１は光を発光しない。したがって、干渉が発生していない状態では、第二の画素群の画素１０８ｂの第一の露光期間、第二の露光期間および第三の露光期間の各露光量（信号レベル）の比率は、ほぼ１：１：１になる。そのため、第二の画素群の画素１０８ｂの第一の露光期間、第二の露光期間および第三の露光期間の各露光量の信号レベル同士を比較し、少なくとも１つの露光期間の各露光量の信号レベルにおいて、信号レベルの差が所定の値よりも大きいことで干渉発生を判定してもよい。また、このとき、第二の画素群の所定の画素（画素１０８ｂ）のＢＧの信号レベルと、画素１０８ｂと隣り合う第一の画素群の所定の画素１０８ａのＢＧの信号レベルとを比較する方法も併せて用いて干渉発生を判定してもよい。
【００７７】
なお、本実施の形態では第一のＴＯＦ方式での測距を前提とし、第二の画素群の所定の画素（画素１０８ｂ）と画素１０８ｂと隣り合う第一の画素群の所定の画素（画素１０８ａ）について、第三の露光期間での露光量（ＢＧ）で比較を実施したが、第二のＴＯＦ方式の場合には、第一の露光期間での露光量と第三の露光期間での露光量のどちらか信号レベルの小さい方同士で比較すればよい。
【００７８】
なお、本実施の形態においては、第一の画素群の画素１０８ａの発光および露光期間（セット１）と第二の画素群の画素１０８ｂの発光および露光期間（セット２）は、１対１の関係としているが、これに限定されるものではない。測距用に使用する第一の画素群の画素１０８ａの露光量（信号レベル）を大きくするために、例えば、セット１期間を４回繰り返したあとにセット２期間を１回繰り返すようにしてもよい。この場合、第二の画素群の所定の画素（画素１０８ｂ）と画素１０８ｂと隣り合う第一の画素群の所定の画素（画素１０８ａ）について、第三の露光期間での露光量（ＢＧ）で比較する際、画素１０８ａのＢＧレベルと画素１０８ｂのＢＧレベルの比率は約４：１（４倍）となる。したがって、ショットノイズを加味したマージンαを加えた所定の比率以内（（４±α）の範囲内）であれば干渉は発生していないと判定し、それを超える場合に干渉が発生したと判定すればよい。
【００７９】
以上、本実施の形態にかかる測距装置１０１によると、ＴＯＦ方式を用いた測距装置において、他の測距装置からの発光パルスによる干渉を検出し、干渉を検出した際はその影響を抑制することができる。
【００８０】
また、本開示によれば、配光が変わることによる背景光のレベル変化に追随することができる。よって、被写体が動いている状況や光の強弱が変化する状況であっても、干渉が発生したことを検出することができる。
【００８１】
（実施の形態２）
以下、図１Ａ、図７および図８を用いて、実施の形態２に係る測距装置１０１の構成及び動作について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００８２】
実施の形態１では、第二の画素群の画素１０８ｂは干渉検出専用で、測距用としては使用していなかった。このため、第二の画素群の画素１０８ｂに位置するエリアの測距データは周りの第一の画素群の画素１０８ａの距離データから換算して求める必要があった。そのため、測距データの解像度を保つには第二の画素群の画素１０８ｂは画素全体に対して少なく、かつ飛び飛びに配置する必要があった。
【００８３】
これに対し、本実施の形態にかかる測距装置１０１では、第二の画素群の画素１０８ｂでも測距を行い、かつ、第一の画素群の画素１０８ａと第二の画素群の画素１０８ｂの両方で干渉検出を行う。これにより、例えば、第一の画素群の画素１０８ａと第二の画素群の画素１０８ｂとを同数にし、かつ、第一の画素群の画素１０８ａを偶数行に、第二の画素群の画素１０８ｂを奇数行に配置するなど、固体撮像素子１０５の構成を単純化することができる。
【００８４】
本実施の形態にかかる測距装置１０１の構成は、実施の形態１の図１Ａに示した測距装置１０１と同様であるため、説明を省略する。
【００８５】
以下、本実施の形態にかかる測距装置１０１の動作について説明する。図７は、発光制御信号、露光制御信号、第一の読み出し制御信号および第二の読み出し制御信号を示すタイミングチャートである。
【００８６】
本実施の形態では、第二のＴＯＦ方式に基づいて測距を実施しているとする。図７に示すように、連続する第一の露光期間、第二の露光期間および第三の露光期間にわたって第一の読み出し制御信号が“Ｈ”で第二の読み出し制御信号が“Ｌ”の期間をセット１、連続する第一の露光期間、第二の露光期間および第三の露光期間にわたって第一の読み出し制御信号が“Ｌ”で第二の読み出し制御信号が“Ｈ”の期間をセット２とする。
【００８７】
図７に示すように、本実施の形態にかかる測距装置１０１は、図５に示した実施の形態１にかかる測距装置１０１と異なり、第二の読み出し制御信号が“Ｈ”の時でも発光制御信号がアクティブに“Ｈ”“Ｌ”を繰り返す。また、発光制御信号および露光制御信号のタイミングは、セット１とセット２で同じである。
【００８８】
このため、他の測距装置からの干渉光がない場合は、第二の画素群の所定の画素（以下、画素１０８ｂとする）と画素１０８ｂと隣り合う第一の画素群の所定の画素（以下、画素１０８ａとする）とで、露光量Ｓ０同士、Ｓ１同士、および背景光の露光量ＢＧ同士（第一の露光期間での露光量と第三の露光期間での露光量のどちらか信号レベルの小さい方）の比率は、第一の読み出し制御信号が“Ｈ”になっている期間と第二の読み出し期間が“Ｈ”になっている期間の比率（１：１）とほぼ同等になる。
【００８９】
ここで、もし、干渉光が混入している場合には、画素１０８ｂと画素１０８ａとで露光量Ｓ０、Ｓ１、ＢＧはそれぞれ同じ信号レベルにならない。この関係を利用して、信号処理部１０７は、第一の蓄積部１１２ａと第三の蓄積部１１２ｃのうち、信号レベルの小さい方の信号レベル同士、第二の蓄積部の信号レベル同士、第一の蓄積部と第三の蓄積部のうちの信号レベルの大きい方同士で信号レベルの比率を算出し、３つの信号レベルの比率のうち少なくとも１つで画素１０８ａの読み出しゲートが開いている期間と画素１０８ｂの読み出しゲート１１１が開いている期間の比率に対する所定の閾値を超える場合に、干渉が発生していると判定する。具体的には、ショットノイズを加味した閾値を設定し、露光量Ｓ０、Ｓ１、およびＢＧについて、画素１０８ｂと画素１０８ａの信号レベルの比率（画素１０８ａの信号レベルを画素１０８ｂの信号レベルで割った値）を算出し、画素１０８ｂと画素１０８ａとのＳ０、Ｓ１、およびＢＧの信号レベルの比率が、期待値に対し閾値を超えているか否かで干渉を検出することができる。
【００９０】
図８は、信号処理部１０７が距離データの出力と干渉の検出を行う際のフローチャートである。図８において、図６に示した処理と同じ内容については、同じ番号を割り当てている。
【００９１】
図８に示すように、信号処理部１０７は、まず、ステップ６０１に示すように、第二の画素群の画素１０８ｂを１つ選択する。
【００９２】
次に、ステップ８０２に示すように、その選択した画素と隣り合う第一の画素群の画素１０８ａを選択し、露光量Ｓ０、Ｓ１、および背景光の露光量（ＢＧ）の信号レベルをそれぞれ比較する。第二のＴＯＦ方式における背景光の露光量は、既に説明したとおり、第一の露光期間の露光量（信号レベル）と第三の露光期間の露光量（信号レベル）のどちらか小さい方である。
【００９３】
次に、ステップ６０３に示すように、露光量Ｓ０、Ｓ１、およびＢＧの各信号レベルの比率がそれぞれ所定の閾値の範囲内かどうかを計算する。比率を決める際は、光電変換のショットノイズを考慮し、多少マージンを持たせる。
【００９４】
ここで、比較した露光量Ｓ０、Ｓ１、およびＢＧの各信号レベルの比率が所定の比率以上（つまり、２つの画素の露光量Ｓ０、Ｓ１またはＢＧレベルにショットノイズを超える差がある）であれば、ステップ６０４に示すように、干渉検出カウンタのカウンタ数を１インクリメントし、ステップ６０５に進む。一方、ステップ６０３で所定の比率未満であれば、何もせずステップ６０５に進む。
【００９５】
ステップ６０５では、第二の画素群の全ての画素１０８ｂに対して、干渉の有無の判定が終了したかどうかを判定する。そして、まだ未判定の画素が残っている場合には、ステップ６０１に戻り、ステップ８０２〜ステップ６０５を繰り返す。また、未判定の画素がない場合には、ステップ６０６に進む。
【００９６】
ステップ６０６では、干渉検出カウンタの値を確認する。干渉検出カウンタの値があらかじめ設定した値（例えば１）未満であれば、ステップ８０７に示すように、第一および第二の画素群の各画素で測距データを算出し、測距エリアの測距データをＬＣＤなどのディスプレーに表示する。一方、干渉検出カウンタの値があらかじめ設定した値以上であれば、ステップ８０８に示すように、第一および第二の画素群の各画素で距離情報を算出し、測距エリアの測距データをディスプレーに表示すると同時に干渉発生のメッセージを表示する。
【００９７】
本実施の形態では、第二のＴＯＦ方式での測距を前提として説明したが、第一のＴＯＦ方式であってもよい。この場合、各画素のＢＧ信号の特定の方法が違うのみである。
【００９８】
このように、本実施の形態にかかる測距装置１０１によると、ＴＯＦ方式を用いた測距装置において、他の測距装置からの発光パルスによる干渉を検出し、干渉を検出した際はその影響を抑制することができる。
【００９９】
また、配光が変わることによる背景光のレベル変化に追随することができるので、被写体が動いている状況や光の強弱が変化する状況であっても、干渉が発生したことを検出することができる。
【０１００】
（実施の形態３）
以下、図９Ａ〜図１１を使用して、実施の形態３に係る測距装置９０１の構成及び動作について、実施の形態２との相違点を中心に説明する。
【０１０１】
図９Ａは、本実施の形態に係る測距装置９０１の構成を示すブロック図である。図１Ａに示した測距装置に対し、機能／構成が異なる構成のみ新規に番号を割り当てて説明する。
【０１０２】
本実施の形態にかかる測距装置９０１は、受光部９０４、固体撮像素子９０５、露光制御部９０６、信号処理部９０７の構成が実施の形態１にかかる測距装置１０１と異なっている。
【０１０３】
図９Ｂは、本実施の形態における固体撮像素子９０５の構成および画素９０８の配置を説明するための図である。図９Ｃ〜図９Ｆは、Ｅｖｅｎ画素とＯｄｄ画素の配置の例を示す図である。
【０１０４】
図９Ｂに示すように、固体撮像素子９０５では、偶数行の画素（Ｅｖｅｎ画素）９０８ａには第一の読み出し制御信号が接続され、奇数行の画素（Ｏｄｄ画素）９０８ｂには第二の読み出し制御信号が接続される。なお、本実施の形態では、行ごとに交互に第一および第二の読み出し制御信号の接続を切り替えているが、列ごとに交互に第一および第二の読み出し制御信号の接続を切り替えても良い。また、固体撮像素子９０５では、チェッカーフラッグ状や千鳥格子状の配置で交互に第一および第二の読み出し制御信号の接続を切り替えてもよい。また、固体撮像素子９０５の画素９０８の開口は、垂直方向よりも水平方向の方が大きくなっており、かつ、Ｅｖｅｎ画素９０８ａとＯｄｄ画素９０８ｂとで水平方向に１／２画素分オフセットされて配置される構造になっている。なお、固体撮像素子９０５の画素９０８の開口は、特に上述した構造に限定されるものでもない。例えば、画素９０８の開口が正方形であっても良いし、Ｅｖｅｎ画素９０８ａとＯｄｄ画素９０８ｂとで水平方向にオフセット無く配置される構造であっても良い。
【０１０５】
なお、Ｅｖｅｎ画素９０８ａおよびＯｄｄ画素９０８ｂは、本開示における第一の画素および第二の画素に相当する。また、Ｅｖｅｎ画素９０８ａとＯｄｄ画素９０８ｂとは、列ごとに交互または行ごとに交互に配置されてもよい。また、例えば、チェッカーフラッグ状、または、千鳥格子状に配置されてもよい。
【０１０６】
露光制御部９０６は、信号処理部９０７の指示にしたがって、第一の読み出し制御信号が“Ｈ”になる期間と、第二の読み出し制御信号が“Ｈ”になる期間の比率（以下、読み出し制御信号比率、とする）を変える。
【０１０７】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、本実施の形態に係る測距装置９０１の発光制御信号、露光制御信号、第一の読み出し制御信号および第二の読み出し制御信号を示すタイミングチャートである。また、図１０Ａは、第一の読み出し制御信号と第二の読み出し制御信号の“Ｈ”期間が重なるケースであり、第一の読み出し制御信号と第二の読み出し制御信号の“Ｈ”期間が重ならないケースである。
【０１０８】
本実施の形態については、第二のＴＯＦ方式に基づいて測距を実施しているとする。なお、図１０Ａおよび図１０Ｂでは、発光制御信号および露光制御信号の詳細なタイミングは実施の形態１、２で説明した通りであり、特に明確に記載していない。図１０Ａでは、Ｅｖｅｎ画素９０８ａ用の第一の読み出し制御信号は、セット１およびセット２の両方で“Ｈ”となっており、一方Ｏｄｄ画素９０８ｂ用の第二の読み出し制御信号はセット２のみ“Ｈ”となっている。これより、Ｅｖｅｎ画素９０８ａの露光量はＯｄｄ画素９０８ｂの露光量の２倍となる。
【０１０９】
同じく、Ｅｖｅｎ画素９０８ａの露光量をＯｄｄ画素９０８ｂの露光量の２倍にするには、図１０Ｂのようにしてもよい。このケースでは、第一の読み出し制御信号が“Ｈ”になる期間と第二の読み出し制御信号が“Ｈ”になる期間は重なっていない。
【０１１０】
なお、本実施の形態３ではＥｖｅｎ画素９０８ａの露光量はＯｄｄ画素９０８ｂの露光量の２倍となるように第一または第二の読み出し制御信号を制御しているが、２倍に限定されるものではない。セット１〜セット４の期間を設け、第一の読み出し制御信号が全セットで“Ｈ”となり、かつ第二の読み出し制御信号がセット３のみ“Ｈ”となってもよい。この場合、Ｅｖｅｎ画素９０８ａの露光量はＯｄｄ画素９０８ｂの露光量の４倍となる。
【０１１１】
信号処理部９０７は、Ｅｖｅｎ画素９０８ａとＯｄｄ画素９０８ｂの信号を混合した信号を使用して測距データを算出する。これにより、露光量の多いＥｖｅｎ画素９０８ａが飽和した場合はＯｄｄ画素９０８ｂを使用して測距データを算出することができるため、測距レンジが広がるというメリットがある。
【０１１２】
混合する画素の組み合わせは、図９Ｃ〜図９Ｆに記載の４通りであり、Ｅｖｅｎ画素９０８ａとＯｄｄ画素９０８ｂの信号レベルを合わせるため、Ｏｄｄ画素９０８ｂの信号レベルを２倍、つまり『読み出し制御信号比率』倍してからＥｖｅｎ画素９０８ａの信号と足し合わせる。このため、Ｅｖｅｎ画素９０８ａとＯｄｄ画素９０８ｂとが交わるところの中心である混合格子画素９０９の位置に、信号の重心が置かれる。この混合の方式では、Ｅｖｅｎ画素９０８ａが飽和していない限り、解像度を保つことができる。
【０１１３】
次に、信号処理部９０７で実施する干渉検出方法とその影響の軽減方法について説明する。
【０１１４】
信号処理部９０７では、画素混合するＯｄｄ画素９０８ｂとＥｖｅｎ画素９０８ａのＳ０同士、Ｓ１同士、ＢＧ同士の比率を算出する。他の測距装置からの干渉がない状況であれば、これらの比率は読み出し制御信号比率と同じになる。このため、これらの比率がショットノイズを加味した閾値よりも大きく異なる場合に干渉が発生したと判定することができる。
【０１１５】
干渉を検出した場合は、Ｅｖｅｎ画素９０８ａとＯｄｄ画素９０８ｂのＳ０、Ｓ１、ＢＧの各信号レベルの比率と読み出し信号比率の大小に基づき、どちらか干渉の影響が低い方の画素を使用して測距データを算出する。
【０１１６】
具体的には、Ｅｖｅｎ画素９０８ａとＯｄｄ画素９０８ｂとの信号レベルの比率が、読み出し制御信号比率よりも大きい場合は、Ｅｖｅｎ画素９０８ａがより干渉の影響が大きいと判断して、Ｏｄｄ画素９０８ｂのみで測距データを算出する。一方、Ｅｖｅｎ画素９０８ａとＯｄｄ画素９０８ｂの露光量の比率が読み出し制御信号比率よりも小さい場合は、Ｏｄｄ画素９０８ｂがより干渉の影響が大きいと判断して、Ｅｖｅｎ画素９０８ａのみで測距データを算出する。
【０１１７】
なお、読み出し制御信号比率が１：１（１倍）の場合は、隣り合うＥｖｅｎ画素９０８ａとＯｄｄ画素９０８ｂの露光量Ｓ０同士、Ｓ１同士、ＢＧ同士の信号レベルの大小を判定し、所定の閾値を超える差がある場合は、信号レベルが低い方の画素の信号のみで測距データを算出してもよい。
【０１１８】
図１１は、本実施の形態にかかる測距装置９０１により距離データの出力と干渉の検出および干渉の影響軽減を行う際のフローチャートである。簡単化のため、Ｅｖｅｎ画素９０８ａおよびＯｄｄ画素９０８ｂは飽和していないものとする。
【０１１９】
まず、ステップ１１０１に示すように、Ｅｖｅｎ画素９０８ａを１つ選択し、それと画素混合するＯｄｄ画素９０８ｂを１画素選択する。
【０１２０】
次に、ステップ１１０２に示すように、Ｅｖｅｎ画素９０８ａとＯｄｄ画素９０８ｂとの露光量Ｓ０、Ｓ１、ＢＧ同士の比率（以下、ＲＡＴＩＯ０、ＲＡＴＩＯ１、ＲＡＴＩＯ２）を算出する。
【０１２１】
そして、ステップ１１０３に示すように、ＲＡＴＩＯ０、ＲＡＴＩＯ１、およびＲＡＴＩＯ２が読み出し制御信号比率にマージン（α）を加えた値よりも大きいかどうかを判定する。ステップ１１０３における判定がＹｅｓの場合は、ステップ１１０６に進む。この場合、干渉の影響がより小さいのはＯｄｄ画素９０８ｂになるので、Ｏｄｄ画素９０８ｂで測距データを算出する。
【０１２２】
一方、ステップ１１０３における判定がＮｏの場合は、ステップ１１０４に示すように、ＲＡＴＩＯ０、ＲＡＴＩＯ１、ＲＡＴＩＯ２が読み出し制御信号比率にマージンαを引いた値よりも小さいかどうかを判定する。ステップ１１０４における判定がＹｅｓの場合は、ステップ１１０７に進む。この場合、干渉の影響がより小さいのはＥｖｅｎ画素９０８ａになるので、Ｅｖｅｎ画素９０８ａで測距データを算出する。ステップ１１０４における判定がＮｏの場合は、ステップ１１０５に進む。
【０１２３】
ステップ１１０５に示す処理は、干渉が検出されなかった場合の処理である。ステップ１０５に示すように、信号処理部９０７により、Ｅｖｅｎ画素９０８ａとＯｄｄ画素９０８ｂとの信号レベルの混合すなわち画素混合を行い、混合格子画素９０９の位置での測距データを算出する。
【０１２４】
混合格子画素９０９の位置での測距データの算出が終わったら、ステップ１１０８ａに示すように、全ての画素混合の組み合わせについて干渉の有無の判定が終了したかどうかを確認する。判定が終了している場合、すなわち、ステップ１１０８においてＹｅｓであれば、ステップ１１０８ｂに示すように、ディスプレーに測距エリアの距離データを表示する。また、判定が終了していない場合、すなわち、ステップ１１０８においてＮｏであれば、ステップ１１０１に戻って別の画素混合の組み合わせでステップ１１０１〜ステップ１１０８の処理を繰り返す。ステップ１１０８ｂでは、ディスプレーに測距エリアの距離データを表示する。
【０１２５】
なお、実施の形態３では、第二のＴＯＦ方式での測距を前提として説明したが、第一のＴＯＦ方式であってもよい。この場合、各画素のＢＧ信号特定の方法が違うのみである。
【０１２６】
このように、本実施の形態にかかる測距装置９０１によると、他の測距装置からの発光パルスによる干渉を動的に検出でき、かつ電荷を蓄積する期間の異なる２つの画素における電荷を混合して測距データを算出するため、測距のダイナミックレンジを広くすることができる。
【０１２７】
さらに、他の測距装置からの発光パルスによる干渉を検出した際は、どちらか干渉の影響が少ない方の画素で測距データを算出することで、干渉の影響を軽減することができる。
【０１２８】
以上、本開示の実施の形態に係る測距装置について説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。
【０１２９】
例えば、上述した実施の形態に係る測距装置は、第一の画素群に配置される画素と第二の画素群に配置される画素とを有したが、画素群の数は２つに限らず増加してもよいし、これに合わせて画素の数も増加してもよい。
【０１３０】
また、第一の画素群の画素と第二の画素群の画素の配置は、行方向に交互、列方向に交互、チェッカーフラッグ状、千鳥格子状など、どのような配置であってもよい。
【０１３１】
以上、一つまたは複数の態様に係る測距装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本開示に係る測距装置は、干渉光を検出しかつその影響を軽減できるため、例えば人物や建物などの測距の精度向上に利用可能である。
【符号の説明】
【０１３３】
１０１、９０１        測距装置
１０２        光源
１０３        光源制御部
１０４、９０４        受光部
１０５、９０５        固体撮像素子
１０６、９０６        露光制御部
１０７、９０７        信号処理部
１０８、９０８        画素
１０８ａ        画素（第一の画素）
１０８ｂ        画素（第二の画素）
１１０        光電変換部
１１１        読み出しゲート
１１２        蓄積部
１１２ａ        蓄積部（第一の蓄積部）
１１２ｂ        蓄積部（第二の蓄積部）
１１２ｃ        蓄積部（第三の蓄積部）
９０８ａ        Ｅｖｅｎ画素（第一の画素）
９０８ｂ        Ｏｄｄ画素（第二の画素）
９０９        混合格子画素
【図１Ａ】
2017013857.tif 000007
【図１Ｂ】
2017013857.tif 000008
【図１Ｃ】
2017013857.tif 000009
【図２Ａ】
2017013857.tif 000010
【図２Ｂ】
2017013857.tif 000011
【図３Ａ】
2017013857.tif 000012
【図３Ｂ】
2017013857.tif 000013
【図３Ｃ】
2017013857.tif 000014
【図４Ａ】
2017013857.tif 000015
【図４Ｂ】
2017013857.tif 000016
【図４Ｃ】
2017013857.tif 000017
【図５】
2017013857.tif 000018
【図６】
2017013857.tif 000019
【図７】
2017013857.tif 000020
【図８】
2017013857.tif 000021
【図９Ａ】
2017013857.tif 000022
【図９Ｂ】
2017013857.tif 000023
【図９Ｃ】
2017013857.tif 000024
【図９Ｄ】
2017013857.tif 000025
【図９Ｅ】
2017013857.tif 000026
【図９Ｆ】
2017013857.tif 000027
【図１０Ａ】
2017013857.tif 000028
【図１０Ｂ】
2017013857.tif 000029
【図１１】
2017013857.tif 000030
【国際調査報告】
2017013857.tif 000031
2017013857.tif 000032
2017013857.tif 000033
2017013857.tif 000034
2017013857.tif 000035
2017013857.tif 000036