(57)【要約】  測距撮像装置は、発光信号及び露光信号を出力する駆動制御部と、光源部と、反射光を露光する固体撮像部と、撮像信号を用いて対象物体までの距離を演算するＴＯＦ演算部とを有し、駆動制御部は、一の露光信号の露光期間が終了するまでに他の少なくとも一の露光信号の露光期間が開始する第一露光信号群を周期的に繰り返し出力し、さらに、１以上の露光信号のいずれも非露光期間となる不感帯期間をもつ第二露光信号群を出力し、ＴＯＦ演算部は、第一露光信号群により得られた第一撮像信号を用いて第一の距離値を算出し、第二露光信号群により得られた第二撮像信号を用いて第二の距離値を算出し、第一の距離値と第二の距離値とに基づいて距離を演算する。
2017022152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射して対象物体からの反射光を受光することによって、当該対象物体までの距離を測定する測距撮像装置であって、  発光信号及び露光信号を出力する制御部と、  前記発光信号が示すタイミングで前記光を照射する光源部と、  前記露光信号が示すタイミングで前記反射光を露光することにより露光量を示す撮像信号を出力する固体撮像装置と、  前記撮像信号を用いて前記対象物体までの距離を演算する演算部とを有し、  前記制御部は、  前記発光信号に対して互いに遅延時間が異なる複数の前記露光信号からなる露光信号群であって、一の前記露光信号の露光期間が終了するまでに他の少なくとも一の前記露光信号の露光期間が開始する第一露光信号群を周期的に繰り返し出力し、  さらに、前記発光信号に対して互いに遅延時間が異なる１以上の前記露光信号からなる露光信号群であって、当該１以上の露光信号のいずれも非露光期間となる不感帯期間をもつ第二露光信号群を出力し、  前記演算部は、前記第一露光信号群により得られた第一撮像信号を用いて第一の距離値を算出し、前記第二露光信号群により得られた第二撮像信号を用いて第二の距離値を算出し、前記第一の距離値と前記第二の距離値とに基づいて前記距離を演算する  測距撮像装置。
【請求項２】
前記演算部は、前記第二の距離値を用いて特定される前記第一の距離値に生じる折り返し回数を用いて、前記距離を演算する  請求項１に記載の測距撮像装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記発光信号として、前記第一露光信号群の各露光信号の遅延の基準である第一発光信号、及び、前記第二露光信号群の各露光信号の遅延の基準である第二発光信号を出力し、  前記第二発光信号は、前記第一発光信号より発光期間が長い信号である  請求項１または２に記載の測距撮像装置。
【請求項４】
前記演算部は、前記第一撮像信号よりも信号数の少ない前記第二撮像信号を用いて、前記第二の距離値を算出する  請求項１〜３のいずれか１項に記載の測距撮像装置。
【請求項５】
前記演算部は、前記第一撮像信号を用いて、前記第二露光信号群の各露光信号と露光期間が同じであって前記発光信号に対する遅延時間が異なる露光信号が前記制御部から出力された場合に得られる前記撮像信号を推定し、推定した前記撮像信号と前記第二撮像信号とを用いて前記第二の距離値を算出する  請求項４に記載の測距撮像装置。
【請求項６】
前記演算部は、前記第一撮像信号からオフセット成分と前記反射光の全てを露光した成分との少なくとも一方を算出し、当該少なくとも一方の成分と前記第二撮像信号とを用いて前記第二の距離値を算出する  請求項１〜５のいずれか１項に記載の測距撮像装置。
【請求項７】
前記演算部は、前記第一撮像信号及び前記第二撮像信号のうち前記第二撮像信号のみを用いて、前記第二の距離値を算出する  請求項１〜３のいずれか１項に記載の測距撮像装置。
【請求項８】
前記演算部は、前記第一の距離値及び前記第二の距離値の少なくとも一方にノイズリダクションフィルタ処理を行い、当該ノイズリダクションフィルタ処理後の前記少なくとも一方を用いて前記距離を算出する  請求項１〜７のいずれか１項に記載の測距撮像装置。
【請求項９】
光を照射して対象物体からの反射光を受光することによって、当該対象物体までの距離を測定する測距撮像装置に用いられる固体撮像装置であって、  前記測距撮像装置は、  発光信号及び露光信号を出力する制御部と、  前記発光信号が示すタイミングで前記光を照射する光源部と、  前記対象物体までの距離を演算する演算部とを有し、  前記制御部は、  前記発光信号に対して互いに遅延時間が異なる複数の前記露光信号からなる露光信号群であって、一の前記露光信号の露光期間が終了するまでに他の少なくとも一の前記露光信号の露光期間が開始する第一露光信号群を周期的に繰り返し出力し、  さらに、前記発光信号に対して互いに遅延時間が異なる１以上の前記露光信号からなる露光信号群であって、当該１以上の露光信号のいずれも非露光期間となる不感帯期間をもつ第二露光信号群を出力し、  前記演算部は、前記第一露光信号群により得られた第一撮像信号を用いて第一の距離値を算出し、前記第二露光信号群により得られた第二撮像信号を用いて第二の距離値を算出し、前記第一の距離値と前記第二の距離値とに基づいて前記距離を演算し、  前記固体撮像装置は、  前記第一露光信号群の各露光信号が示すタイミングで前記反射光を露光することにより、前記第一露光信号群に対応する露光量を示す前記第一撮像信号を前記演算部に出力し、  さらに、前記第二露光信号群の各露光信号が示すタイミングで前記反射光を露光することにより、前記第二露光信号群に対応する露光量を示す前記第二撮像信号を前記演算部に出力する  固体撮像装置。
【請求項１０】
前記固体撮像装置は、ＣＣＤ型固体撮像素子を有する  請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記固体撮像装置は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子を有する  請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記固体撮像装置は、前記制御部及び前記演算部とともに１チップで構成されている  請求項９〜１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、測距撮像装置、及び、当該測距撮像装置に用いられる固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  物体を検知する複数の方式の中で、測定対象物（対象物体）まで光が往復する飛行時間を利用して測距を行うＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式が知られている。【０００３】  ＴＯＦ方式では、測距精度（測距分解能）と距離範囲とは、照射する光の周波数（発光期間の長さ）に依存し、照射する光の周波数が高いほど高精度な測距が可能となるが、測距可能な距離範囲が狭くなる。【０００４】  例えば、ＴＯＦ方式として、複数の異なる周波数の光を照射することで、高い周波数の光を照射したかのような測距精度を保ちながら、低い周波数の光を照射したようなより広い距離範囲の測距を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１３−５３８３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  一般的に、ＴＯＦの測距演算では、対象物体からの反射光に対して、少なくとも２つの信号を取得し、取得した信号量から発光と受光との時間差または位相差（対象物体まで光が往復する用に要した時間）を算出することにより、測距演算を行う。しかし、このような測距演算によって算出された測定距離には、実距離に対して周期的な折り返しが生じる。【０００７】  そこで、特許文献１の構成によれば、複数の異なる周波数の光を照射し測距演算を行うことで折り返しの位置を特定することにより、測距精度の維持及び測距範囲の広範囲化を図ることが検討されている。しかし、折り返しは各周波数において発生するため、上記の特許文献１の構成では、精度良く折り返しの位置を特定するために、多数の異なる周波数の光を照射することが必要である。また、それに伴い、測距演算に必要となる信号の数が増加する。そのため、上記の特許文献１の構成では、それら信号の読み出しに要する時間が増加し、フレームレートが低下するという課題を有している。【０００８】  上記課題を鑑み、本発明は、測距演算に必要な信号数を抑制しつつ、測距精度の維持及び測距範囲の広範囲化を図ることができる測距撮像装置及び固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る測距撮像装置は、光を照射して対象物体からの反射光を受光することによって、当該対象物体までの距離を測定する測距撮像装置であって、発光信号及び露光信号を出力する制御部と、前記発光信号が示すタイミングで前記光を照射する光源部と、前記露光信号が示すタイミングで前記反射光を露光することにより露光量を示す撮像信号を出力する固体撮像装置と、前記撮像信号を用いて前記対象物体までの距離を演算する演算部とを有し、前記制御部は、前記発光信号に対して互いに遅延時間が異なる複数の前記露光信号からなる露光信号群であって、一の前記露光信号の露光期間が終了するまでに他の少なくとも一の前記露光信号の露光期間が開始する第一露光信号群を周期的に繰り返し出力し、さらに、前記発光信号に対して互いに遅延時間が異なる１以上の前記露光信号からなる露光信号群であって、当該１以上の露光信号のいずれも非露光期間となる不感帯期間をもつ第二露光信号群を出力し、前記演算部は、前記第一露光信号群により得られた第一撮像信号を用いて第一の距離値を算出し、前記第二露光信号群により得られた第二撮像信号を用いて第二の距離値を算出し、前記第一の距離値と前記第二の距離値とに基づいて前記距離を演算する。
【発明の効果】
【００１０】  本発明に係る測距撮像装置等によれば、測距演算に必要な信号数を抑制しつつ、測距精度の維持及び測距範囲の広範囲化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態１に係る測距撮像装置の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図２】図２は、ＣＣＤ型の固体撮像素子の機能を表す概略構成図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る測距撮像装置の露光量を検出するタイミングの一例を説明する図である。
【図４Ａ】図４Ａは、実施の形態１に係る測距撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、実施の形態１に係る測距撮像装置の動作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における測定距離と対象物体までの実際の実距離との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、実施の形態１における距離値に対するノイズリダクションフィルタ処理の一例を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態１の変形例に係る測距撮像装置の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図８】図８は、実施の形態２に係る測距撮像装置の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図９Ａ】図９Ａは、実施の形態２に係る測距撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図９Ｂ】図９Ｂは、実施の形態２に係る測距撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】図１０は、実施の形態２に係る測距撮像装置の動作の他の一例を示すタイミングチャートである。
【図１１】図１１は、実施の形態２に係る測距撮像装置の動作の他の一例を示すタイミングチャートである。
【図１２】図１２は、実施の形態２に係る測距撮像装置の動作の他の一例を示すタイミングチャートである。
【図１３】図１３は、その他の実施の形態に係る測距撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】  以下、本開示の実施の形態に係る測距撮像装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものであり、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などは、一例であり、本発明を限定するものではない。
【００１３】  （実施の形態１）  図１は、実施の形態１に係る測距撮像装置１００の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。同図に示す測距撮像装置１００は、光（照射光）を照射して対象物体ＯＢからの反射光を受光することによって、対象物体ＯＢまでの距離を測定する。同図に示すように、測距撮像装置１００は、光源部１と、固体撮像部（固体撮像装置）２と、駆動制御部４と、ＴＯＦ演算部３とを備える。なお、同図には、測距撮像装置１００によって、当該測距撮像装置１００からの距離が測定される対象物体ＯＢも示されている。
【００１４】  光源部１は、発光信号が示すタイミングで光を照射する光源である。本実施の形態では、光源部１は、駆動制御部４で発生された発光信号を受信するタイミングに従って対象物体ＯＢに対して光照射を行う。例えば、光源部１は、駆動回路、コンデンサ及び発光素子を有し、コンデンサに保持した電荷を発光ダイオードへ供給することで光を発する。発光素子としてはレーザダイオードや発光ダイオード（ＬＥＤ）等のその他の発光素子を用いてもよい。
【００１５】  駆動制御部４は、発光信号及び露光信号を出力する制御部である。具体的には、駆動制御部４は、測定対象物（対象物体ＯＢ）への光照射を指示する発光信号と、当該対象物体ＯＢからの反射光の露光を指示する露光信号とを発生する。駆動制御部４は、例えば、マイクロコンピュータ等の演算処理装置によって構成される。マイクロコンピュータは、プロセッサ（マイクロプロセッサ）、メモリ等を含み、メモリに格納された駆動プログラムがプロセッサにより実行されることで、発光信号及び露光信号を出力する。なお、駆動制御部４は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）やＩＳＰ（Ｉｎ−Ｓｙｓｔｅｍ  Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ）等を用いてもよく、１つのハードウェアから構成されても、複数のハードウェアから構成されてもかまわない。駆動制御部４から出力される発光信号及び露光信号の詳細については、後述する。
【００１６】  固体撮像部２は、露光信号が示すタイミングで反射光を露光することにより露光量を示すＲＡＷ信号（撮像信号）を出力する固体撮像装置である。なお、ＲＡＷ信号はＲＡＷデータと称される場合もあり、撮像信号は撮像情報と称される場合もあるため、以降、これらについて特に区別せずに記載する。固体撮像部２は、本実施の形態では、対象物体ＯＢを含む領域に対して、駆動制御部４で発生する露光信号が示すタイミングに従って複数回の露光を行い、複数回の露光量の総和に対応したＲＡＷデータ（撮像情報）を得る。固体撮像部２は、例えば、カメラレンズ、固体撮像素子、及びＡ／Ｄコンバータ等のＲＡＷデータを作成し出力する回路を有する。固体撮像部２が有する固体撮像素子の詳細については、後述する。
【００１７】  ＴＯＦ演算部３は、ＲＡＷデータを用いて対象物体ＯＢまでの距離を演算する演算部である。具体的には、ＴＯＦ演算部３は、固体撮像部２から受けたＲＡＷデータに基づく信号に基づいて、対象物体ＯＢまでの距離情報であるＴＯＦ信号（距離信号）を演算して出力する。ＴＯＦ演算部３は、駆動制御部４と同様に、例えば、マイクロコンピュータ等の演算処理装置によって構成される。ＴＯＦ演算部３は、メモリに格納された演算プログラムがプロセッサにより実行されることで、ＴＯＦ信号を演算する。なお、ＴＯＦ演算部３は、駆動制御部４と同様に、ＦＰＧＡやＩＳＰ等を用いてもよく、１つのハードウェアから構成されても、複数のハードウェアから構成されてもかまわない。ＴＯＦ演算部３による距離を演算する処理の詳細については、後述する。
【００１８】  次に、固体撮像部２の固体撮像素子の一例について説明する。
【００１９】  図２は、図１の固体撮像部２に用いることができるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型の固体撮像素子の機能を表す概略構成図である。同図に示すように、ＣＣＤ型固体撮像素子は、フォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）２０と、垂直転送部２１と、水平転送部２２と、信号電荷検出部２３とを備える。フォトダイオード２０は、受光した光を電荷に変換する。垂直転送部２１は、複数のゲートから構成され、フォトダイオード２０から読み出した電荷を順次垂直方向に転送する。水平転送部２２は、垂直転送部２１から受けた電荷を順次水平方向に転送する。信号電荷検出部２３は、水平転送部２２から受けた電荷を順次検出して電圧信号に変換して出力する。
【００２０】  この固体撮像素子は、フォトダイオード２０から垂直転送部２１への読み出しゲートを開いた状態で、露光信号に従って基板電圧を制御し、露光信号がＬｏｗの期間でフォトダイオード２０を露光し、当該露光により発生した電荷を垂直転送部２１に蓄積する。
【００２１】  つまり、図１の固体撮像部２としてＣＣＤイメージセンサ（ＣＣＤ型固体撮像素子）を用いることにより、複数のフォトダイオード２０を一括してリセットする動作、いわゆるグローバルリセットを行うことができ、更に高精度な測距を実現することができる。
【００２２】  次に、本実施の形態の測距撮像装置１００の駆動方法について説明する。以下で説明する駆動方法は、駆動制御部４等により実行される。
【００２３】  図３は、測距撮像装置１００の露光量を検出するタイミングの一例を説明する図である。図３の（ａ）は、１フレームにおけるタイミングの例を示している。図３の（ｂ）は、発光信号φＢ期間の第一の発光露光期間における露光量Ｂ０の露光タイミングを表し、図３の（ｃ）は、発光信号φＢ期間の第二の発光露光期間における露光量Ｂ１の露光タイミングを表し、図３の（ｄ）は、発光信号φＢ期間の第三の発光露光期間における露光量Ｂ２の露光タイミングを表す。
【００２４】  図３の（ａ）に示すように、本実施の形態では、１フレーム期間に、発光期間（ここではＨｉｇｈ期間）が比較的短い発光信号φＡが発光信号として出力される発光信号φＡ期間と、発光期間が比較的長い発光信号φＢが発光信号として出力される発光信号φＢ期間と、信号出力期間とが含まれる。
【００２５】  なお、発光信号φＡ期間及び発光信号φＢ期間における発光信号及び露光信号に関する事項については、発光期間の長短及び後述する不感帯期間を除いてほぼ同様であるため、以下では、発光信号φＢ期間について主に説明し、発光信号φＡ期間についての説明は省略する。
【００２６】  まず、図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、発光信号φＢ期間の第一の発光露光期間では、露光信号φＢ０（第一の露光信号）がＬｏｗの期間でフォトダイオード２０を露光し、当該露光により発生した電荷を垂直転送部２１に蓄積する。この動作を本実施の形態ではｎ回繰り返し、第一の発光露光期間が終了した時点で、垂直転送部２１のゲートを制御し、読出しゲートが存在しないパケットに上記電荷を転送する。
【００２７】  ここで、第一の発光露光期間とは、光源部１が発光信号を受信して発光するタイミングに対して、固体撮像部２が第一の遅延時間を経て露光信号を受信し露光を行う期間である。本実施の形態では、露光信号φＢ０がＬｏｗとなっている期間の長さは発光信号期間の長さ（発光信号がＨｉｇｈとなっている期間、つまり発光期間ＴＢ）の２倍の２×ＴＢに設定され、発光信号に対する露光信号φＢ０の遅延時間は０に設定されている。すなわち、第一の露光信号期間は、発光信号が送信されている（Ｈｉｇｈレベルである）期間に設定されている。
【００２８】  続いて、図３の（ａ）及び（ｃ）に示すように、発光信号φＢ期間における第二の発光露光期間では、露光信号φＢ１（第二の露光信号）がＬｏｗの期間でフォトダイオード２０を露光し、当該露光により発生した電荷を垂直転送部２１に蓄積する。この動作を本実施の形態ではｎ回繰り返し、第二の発光露光期間が終了した時点で、垂直転送部２１のゲートを制御し、読出しゲートが存在しないパケットに上記電荷を転送する。
【００２９】  ここで、第二の発光露光期間とは、光源部１が発光信号を受信して発光するタイミングに対して、固体撮像部２が第一の遅延時間と異なる第二の遅延時間を経て露光信号を受信し露光を行う期間である。本実施の形態では、第二の露光信号期間の長さは発光信号期間の長さの２倍であり、第一の露光信号期間の長さと同じ２×ＴＢに設定され、発光信号に対する露光信号φＢ１の遅延時間は第一の遅延時間０と発光信号期間とが加算されたＴＢに設定されている。
【００３０】  続いて、図３の（ａ）及び（ｄ）に示すように、発光信号φＢ期間における第三の発光露光期間では、露光信号φＢ２（第三の露光信号）がＬｏｗの期間でフォトダイオード２０を露光し、当該露光により発生した電荷を垂直転送部２１に蓄積する。この動作を本実施の形態ではｎ回繰り返し、第三の発光露光期間が終了した時点で、垂直転送部２１のゲートを制御し、露光信号φＢ０によって露光した電荷が、読出しゲートが存在するパケットに来るように転送する。
【００３１】  ここで、第三の発光露光期間とは、光源部１が発光信号を受信して発光するタイミングに対して、固体撮像部２が第一及び第二の遅延時間とは異なる第三の遅延時間を経て露光信号を受信し露光を行う期間である。本実施の形態では、第三の露光信号期間の長さは発光信号期間の長さの２倍であり、第一及び第二の露光信号期間の長さと同じ２×ＴＢに設定され、発光信号に対する露光信号φＢ２の遅延時間は第一の遅延時間０と発光信号期間の２倍の２×ＴＢとが加算された２×ＴＢに設定されている。また、本実施の形態では、発光信号φＢ期間における第三の発光露光期間は、発光動作を行わない。つまり、固体撮像部２は、光源部１が発光信号を受信して発光すると仮定した場合のタイミングに対して、第三の遅延時間を経て露光を行う。
【００３２】  その後、この一連の動作（発光信号φＡ期間及び発光信号φＢ期間における動作）を本実施の形態ではＮ回繰り返した後、垂直転送部２１の転送と水平転送部２２の転送とを順次繰り返して、上記電荷を信号電荷検出部２３で電圧信号に変換して出力する。
【００３３】  これにより、発光信号に対して対象物体ＯＢからの反射光を受光する露光信号のタイミングが各々異なる複数の露光期間で得られる信号を蓄積する手段として、垂直転送部２１に既に構成されている複数パケットを利用することができる。よって、追加で信号蓄積手段を形成することが不要となり、同じ面積であればフォトダイオード２０を大きく形成でき、飽和感度を大きくすることが可能となり、最大受光量が大きくなり、高精度な測距を実現できる。
【００３４】  続いて、本実施の形態に係る測距撮像装置１００による測距撮像のメカニズムについて、図４Ａ〜図５を用いて説明する。
【００３５】  図４Ａ及び図４Ｂは、本実施の形態に係る測距撮像装置１００の動作を示すタイミングチャートであり、露光信号φＡ０〜φＡ２、φＢ０〜φＢ２の比較関係を示した図である。具体的には、図４Ａには、発光信号φＡ期間における照射光（発光信号φＡ）、反射光及び露光信号φＡ０〜φＡ２のタイミングが示されている。また、図４Ｂには、発光信号φＢ期間における照射光（発光信号φＢ）、反射光及び露光信号φＢ０〜φＢ２のタイミングが示されている。
【００３６】  なお、これらの図には、対応する露光信号φＡ０〜φＡ２、φＢ０〜φＢ２によって得られた露光量についても、ハッチングで示されている。また、これらの図に示す１Ｔはクロック単位であり、システム（測距撮像装置１００）の駆動周波数が５０ＭＨｚの場合、１Ｔ期間は２０ｎｓｅｃの時間単位となる。
【００３７】  まず、駆動制御部４は、発光信号及び露光信号を出力し、光源部１は、発光信号がＨｉｇｈの時に光を照射する。固体撮像部２は、露光信号がＬｏｗの期間において、対象物体ＯＢによる当該光の反射光の露光を行う。これにより、このＬｏｗ期間の露光量の総和が光電変換される。そして、ＴＯＦ演算部３は、固体撮像部２の電圧出力のＲＡＷデータ（撮像信号）に基づいて距離演算を行い、距離画像として出力する。
【００３８】  ここで、発光信号と露光信号との関係は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、発光信号φＡに対して露光信号φＡ０〜φＡ２が対応し、発光信号φＢに対して露光信号φＢ０〜φＢ２が対応している。つまり、いずれの発光信号についても、３パターンの露光信号が対応している。すなわち、発光信号φＡは、露光信号φＡ０〜φＡ２の遅延の基準である第一発光信号であり、発光信号φＢは、露光信号φＢ０〜φＢ２の遅延の基準である第二発光信号である。
【００３９】  ここで、露光信号φＡ０〜φＡ２は、互いに発光信号φＡの発光周期の１／３の長さの時間差をもって露光を行い、反射光に対して少なくとも露光信号φＡ０〜φＡ２の１つが常に露光期間となる露光信号群（以下、露光信号群Ａ）となっている。つまり、露光信号群Ａは、発光信号（ここでは発光信号φＡ）に対して互いに遅延時間が異なる複数の露光信号からなる露光信号群であって、一の露光信号の露光期間が終了するまでに他の少なくとも一の露光信号の露光期間が開始する第一露光信号群である。このような露光信号群Ａは、駆動制御部４によって周期的に繰り返し出力される。
【００４０】  また、露光信号φＢ０〜φＢ２は、互いに発光信号φＢの発光周期の１／５の長さの時間差をもって露光を行い、いずれも非露光期間（非露光状態）となる不感帯期間をもつ露光信号群（以下、露光信号群Ｂ）となっている。つまり、露光信号群Ｂは、発光信号（ここでは発光信号φＢ）に対して互いに遅延時間が異なる１以上の露光信号（本実施の形態では、複数の露光信号）からなる露光信号群であって、当該１以上の露光信号のいずれも非露光期間となる不感帯期間をもつ第二露光信号群である。
【００４１】  具体的には、本実施の形態では、露光信号群Ｂをなすｉ個（ｉは２以上の整数）の露光信号（ここでは、３つの露光信号φＢ０〜φＢ２）は、発光信号φＢの発光周期の１／ｊ（ただしｊ＞ｉを満たし、ここではｊ＝５）だけ遅延時間が異なる露光信号群である。このため、露光信号群Ｂは、複数の露光信号のいずれも非露光期間となる不感帯期間をもつ。
【００４２】  露光信号φＢ０による露光制御によれば、反射光の全体を露光し、対象物体ＯＢの反射率の情報をもった露光量を検出することができる。また、露光信号φＢ１による露光制御によれば、発光信号φＢの立下がりと同時に露光を開始し、対象物体ＯＢとの距離情報を含む露光量を検出することができる。また、露光信号φＢ２による露光制御によれば、発光動作を行わないことで、太陽光などの背景光や暗電流成分などのオフセット成分である背景光を検出することができる。
【００４３】  また、発光信号φＢのパルス幅は発光信号φＡのパルス幅の６倍の発光期間を有する。そのため、発光信号φＡと発光信号φＢとでは、発光信号φＡによる測定の方がより測距精度が高く、発光信号φＢによる測定の方がより測距範囲の広範囲化を図ることができる。
【００４４】  そして、露光信号群Ａによる露光量をＡ０、Ａ１、Ａ２、露光信号群Ｂによる露光量をＢ０、Ｂ１、Ｂ２、照射する発光信号φＡのパルス幅をＴＡ、照射する発光信号φＢのパルス幅をＴＢ、光速（２９９７９２４５８ｍ／ｓ）をｃ、露光信号群Ａに基づく距離測定値（第一の距離値）をＺａ、露光信号群Ｂに基づく距離測定値（第二の距離値）をＺｂ、とすると、露光信号群Ａを用いて以下の式１に示す演算を行うことで距離値Ｚａを算出できる。
【００４５】  ここで、式１において、    （ｉ）最小信号がＡ２の場合（照射光と反射光との時間差が１Ｔ以内）、信号１をＡ０、信号２をＡ１、信号３をＡ２とする。
【００４６】    （ｉｉ）最小信号がＡ０の場合（照射光と反射光との時間差が２Ｔ以内）、信号１をＡ１、信号２をＡ２、信号３をＡ０とする。
【００４７】    （ｉｉｉ）最小信号がＡ１の場合（照射光と反射光との時間差が３Ｔ以内）、信号１をＡ２、信号２をＡ０、信号３をＡ１とする。
【００４８】
【数１】
2017022152.tif 000003
【００４９】  ただし、露光信号群Ａは連続的に（周期的に）繰り返されているため、照射光（発光信号）と反射光との時間差が３Ｔ以上の場合には、図５のように折り返しが発生する。
【００５０】  図５は、図４Ａ、図４Ｂに示すタイミングにおけるＴＯＦ演算部３の演算結果である測定距離と対象物体ＯＢまでの実際の実距離との関係を示すグラフである。
【００５１】  同図に示すように、実際には、式２のような、Ｎ＝０、１、２、…の不確定さが残る。
【００５２】
【数２】
2017022152.tif 000004
【００５３】  一方、距離値Ｚｂに対しては、以下の式３の演算を行うことで距離値Ｚｂを算出できる。
【００５４】
【数３】
2017022152.tif 000005
【００５５】  このように、ＴＯＦ演算部３は、露光信号群Ａにより得られた第一撮像信号（本実施の形態では、Ａ０、Ａ１及びＡ２の各々を示すＲＡＷデータ）を用いて第一の距離値（本実施の形態ではＺａ）を算出する。また、ＴＯＦ演算部３は、露光信号群Ｂにより得られた第二撮像信号（本実施の形態では、Ｂ０、Ｂ１及びＢ２の各々を示すＲＡＷデータ）を用いて第二の距離値（本実施の形態ではＺｂ）を算出する。そして、ＴＯＦ演算部３は、以下のように、第一の距離値と第二の距離値とに基づいて、対象物体ＯＢまでの距離を演算する。また、本実施の形態では、ＴＯＦ演算部３は、第一撮像信号及び第二撮像信号のうち第二撮像信号のみを用いて、第二の距離値を算出する。
【００５６】  ここで、発光信号φＢは発光信号φＡよりも発光期間が長いため、発光信号φＢによる測距精度は発光信号φＡによる測距精度よりも低い。しかし、露光信号群Ｂは反射光に対して露光を行わない期間をもつため、図５に示すように、測定距離において折り返しが発生しない。つまり、露光信号群Ｂによる測距では、測定距離と対象物体ＯＢとの実距離とが一対一で結びつく。
【００５７】  そのため、Ｚｂと各Ｎに対するＺａとの差分を取得し、その絶対値が最小となるＮを求めれば、測距精度が優れている発光信号φＡによる測定距離値Ｚａの不確定さを解消し、対象物体ＯＢとの実距離を高精度に算出することができる。
【００５８】  以上のように、本実施の形態によれば、露光信号群Ａと露光信号群Ｂとを組み合わせることで、発光信号φＡにおける折り返しの位置を特定（ディエリアシング）することができる。つまり、ＴＯＦ演算部３は、Ｚｂ（露光信号群Ｂに基づく距離測定値、すなわち第二の距離値）を用いて特定されるＺａ（露光信号群Ａに基づく距離測定値、すなわち第一の距離値）に生じる折り返し回数を用いて、対象物体ＯＢまでの距離を算出する。このため、発光期間が短い発光信号φＡに基づく測距精度を維持しつつ、発光期間が長い発光信号φＢに基づく広い測距範囲を実現できる。
【００５９】  言い換えると、本実施の形態によれば、駆動制御部４は、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）方式及びパルス方式のそれぞれで駆動する。ここで、ＣＷ方式とは、それぞれの露光期間が連続的に繋がりを持つ複数の露光信号（本実施の形態では露光信号φＡ０〜φＡ２）を出力する駆動方式である。また、パルス方式とは、それぞれの露光期間が連続的に繋がりを持たない複数の露光信号（本実施の形態では露光信号φＢ０〜φＢ２）を出力する駆動方式である。また、本実施の形態によれば、ＴＯＦ演算部３は、パルス方式によって得られた距離情報を用いてＣＷ方式によって得られる距離情報をディエリアシングする。これにより、ＣＷ方式による測距精度を維持しつつ、ＣＷ方式による距離情報の不確定さ（折り返しによる不確定さ）を解消することにより、測距範囲の広範囲化を図ることができる。
【００６０】  なお、本実施の形態では発光信号φＢの発光期間は発光信号φＡの発光期間の６倍となるように制御を行ったが、発光信号φＡの発光期間と発光信号φＢの発光期間との比率は測距範囲に応じて制御を行ってよい。具体的には、発光信号φＡの発光期間が短いほど測距精度は高くなり、発光信号φＢの発光期間が長いほど測距範囲が広くなる。このため、当該比率は、測距撮像装置１００に要求される測距に関する仕様に応じて、適宜設定されればよい。
【００６１】  また、露光信号群（露光信号群Ａ及び露光信号群Ｂ）はそれぞれ３つの露光信号からなるとしたが、露光信号の数はこれに限らない。測距撮像装置１００は、少なくとも２つ以上の露光信号からなる当該露光信号群を用いることにより、測距演算を行うことができる。
【００６２】  また、ＴＯＦ演算部３は、Ｚａ及びＺｂの少なくとも一方にノイズリダクションフィルタ処理を行い、当該ノイズリダクションフィルタ処理後の当該少なくとも一方を用いて対象物体ＯＢまでの距離を算出してもかまわない。具体的には、本実施の形態では、ＴＯＦ演算部３は、ＺａとＺｂとの差分を取得することによりＺａの不確定さを解消する際に、Ｚａ及びＺｂの各々についてノイズリダクションフィルタ処理を行ってもかまわない。
【００６３】  図６は、そのような距離値に対するノイズリダクションフィルタ処理の一例を示す図である。同図に示すように、ＴＯＦ演算部３は、対象画素を中心とした３×３画素領域に対して平均処理やメディアン処理を行い、例えば、対象画素の距離値Ｚａ７を平均処理やメディアン処理による算出値Ｚａ７’に置き換えるなどのノイズリダクションフィルタ処理を行う。ＴＯＦ演算部３は、このようなノイズリダクションフィルタ処理をＺａ及びＺｂの各々に実施してから、当該処理後のＺａとＺｂとの差分を取得することにより、Ｚａの不確定さを解消することができる。
【００６４】  このように、Ｚａ及びＺｂの少なくとも一方にノイズリダクションフィルタ処理を行うことにより、対象物体ＯＢまでの距離の誤判定を抑制することができる。具体的には、本実施の形態では、当該処理を行うことによりＺａに生じる折り返し回数の誤判定を抑制することができるため、対象物体ＯＢまでの距離の誤判定を抑制することができる。
【００６５】  なお、ノイズリダクションフィルタ処理は、Ｚａ及びＺｂの一方のみに行っても構わないが、Ｚａ及びＺｂのいずれにも行うことにより、対象物体ＯＢまでの距離の誤判定を一層抑制できる。
【００６６】  また、ＴＯＦ演算部３は、Ｚａ及びＺｂに対して別々にγ補正を行い、γ補正後のＺａとＺｂとの差分を取得することにより、Ｚａの不確定さを解消してもかまわない。
【００６７】  また、図３では、１フレーム期間において、測距撮像装置１００が露光信号群Ａ及び露光信号群Ｂによって露光していることが示されている。しかし、測距撮像装置１００は、１フレーム目で露光信号群Ａによって露光し、２フレーム目で露光信号群Ｂによって露光してもかまわない。つまり、測距撮像装置１００は、フレーム分割して露光量を検出してもかまわない。
【００６８】  以上、図面を用いて説明したように、本実施の形態によると、反射光に対して露光期間が連続的に繋がりを持つように繰り返し露光を行う制御と露光期間に連続的に繋がりがない期間を有する露光制御とを組み合わせることで、高周波で動作したかのような測距精度を保ちつつ、低周波で動作したようなより広い距離範囲の測距をＴＯＦ演算に必要な信号数を抑制しながら実現できる。これによって、信号の読み出しに要する時間を削減し、フレームレートを向上した測距撮像装置１００を実現できる。
【００６９】  つまり、本実施の形態によれば、発光信号φＡに対して互いに遅延時間が異なる複数の露光信号φＡ０〜φＡ２からなる露光信号群であって、一の露光信号の露光期間が終了するまでに他の少なくとも一の露光信号の露光期間が開始する第一露光信号群Ａを用いて、第一の距離値（本実施の形態ではＺａ）を算出する。また、発光信号φＢに対して互いに遅延時間が異なる１以上の露光信号φＢ０〜φＢ２からなる露光信号群であって、当該１以上の露光信号φＢ０〜φＢ２のいずれも非露光期間となる不感帯期間をもつ第二露光信号群Ｂを用いて、第二の距離値（本実施の形態ではＺｂ）を算出する。そして、第一の距離値と第二の距離値とに基づいて、対象物体ＯＢまでの距離を演算する。
【００７０】  これにより、第一の距離値に生じる折り返し回数を特定することができるため、第一の距離値の距離精度（距離分解能）を維持しつつ、第二の距離値の距離範囲で対象物体ＯＢまでの距離を演算することができる。すなわち、測距精度の維持及び測距範囲の広範囲化を図ることができる。また、不感帯期間を設けずに多数の異なる周波数の光を連続して照射することで折り返しの位置を特定する場合に比べて、測距演算に必要となる信号（撮像信号）の数を抑制することができる。このため、本実施の形態に係る測距撮像装置１００によれば、測距演算に必要な信号数を抑制しつつ、測距精度の維持及び測距範囲の広範囲化を図ることができる。
【００７１】  （実施の形態１の変形例）  なお、固体撮像部は、ＣＣＤイメージセンサに限定されるものではなく、測距撮像装置として他の要求を考慮して、ＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＭＯＳ型固体撮像素子）などのその他の固体撮像素子（イメージセンサ）を用いても同様の測距撮像装置の実現が可能である。
【００７２】  図７は、そのような測距撮像装置１００Ａの概略構成の一例を示す機能ブロック図である。同図に示す測距撮像装置１００Ａは、上記実施の形態１の測距撮像装置とほぼ同様であるが、固体撮像部２及び駆動制御部４に代わり、固体撮像部２Ａ及びタイミングジェネレータ４Ａ（制御部）を備える。
【００７３】  固体撮像部２Ａは、ＣＭＯＳ型固体撮像素子を有する。また、本変形例では、固体撮像部２Ａは、測距撮像装置１００Ａの小型化（微細化）や低消費電力化等を図るため、図７に示すように、タイミングジェネレータ４Ａ及びＴＯＦ演算部３とともに１チップで構成されている。
【００７４】  （実施の形態２）  以下、図面を参照しながら、実施の形態２に係る測距撮像装置について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００７５】  図８は、実施の形態２に係る測距撮像装置２００の概略構成の一例を示す機能ブロック図である。なお、同図には、測距撮像装置２００によって、当該測距撮像装置２００からの距離が測定される対象物体ＯＢも示されている。
【００７６】  同図に示す測距撮像装置２００と、図１に示した測距撮像装置１００との違いは、ＴＯＦ演算部２０３が、露光信号群Ａによって得られた露光量からＢ０露光制御によって検出される露光量Ｂ０とＢ２露光制御によって検出される露光量Ｂ２とを、演算によって算出する点である。
【００７７】  次に、本実施の形態の測距撮像装置２００の動作（駆動方法）について説明する。
【００７８】  図９Ａ及び図９Ｂは、本実施の形態に係る測距撮像装置２００の動作を示すタイミングチャートである。具体的には、具体的には、図９Ａには、発光信号φＡ期間における照射光（発光信号φＡ）、反射光及び露光信号φＡ０〜φＡ２のタイミングが示されている。また、図９Ｂには、発光信号φＢ期間における照射光（発光信号φＢ）、反射光及び露光信号φＢ１のタイミングが示されている。なお、これらの図には、図４Ａ及び図４Ｂと同様に、対応する露光信号によって得られた露光量についても、ハッチングで示されている。
【００７９】  まず本実施の形態の測距撮像装置２００の基本動作について簡単に説明する。
【００８０】  図９Ａに示すように、発光信号φＡ期間では、実施の形態１と同じ動作を行う。
【００８１】  一方、発光信号φＢ期間では、図９Ｂに示すように、実施の形態１の露光信号φＢ１による露光制御だけを行う。
【００８２】  ここで、本実施の形態では、ＴＯＦ演算部２０３は、第一撮像信号（本実施の形態では、Ａ０、Ａ１及びＡ２の各々を示すＲＡＷデータ）よりも信号数の少ない第二撮像信号（本実施の形態では、Ｂ１を示すＲＡＷデータ）を用いて、第二の距離値（本実施の形態ではＺｂ）を算出する。具体的には、ＴＯＦ演算部２０３は、当該第一撮像信号を用いて、第二露光信号群の各露光信号（本実施の形態では露光信号φＢ１）と露光期間が同じであって発光信号に対する遅延時間が異なる露光信号（本実施の形態では、露光信号φＢ０及びφＢ２）が駆動制御部４から出力された場合に得られる撮像信号（本実施の形態では、Ｂ０及びＢ２の各々を示すＲＡＷデータ）を推定する。そして、ＴＯＦ演算部２０３は、推定した撮像信号と当該第二撮像信号とを用いて当該第二の距離値を算出する。
【００８３】  以下、このようなＴＯＦ演算部２０３による、露光信号φＢ０及びφＢ２が駆動制御部４から出力された場合に得られる露光量Ｂ０、露光量Ｂ２を推定する方法について、具体的に説明する。
【００８４】  露光量Ｂ０、Ｂ２については、露光量Ａ０、Ａ１、Ａ２を用いて、以下の式４〜式６に示す演算を行う事で算出できる。
【００８５】  （ｉ）最小信号がＡ２の場合    Ｂ０＝６×（Ａ０＋Ａ１）、Ｂ２＝１２×Ａ２      （式４）  （ｉｉ）最小信号がＡ０の場合    Ｂ０＝６×（Ａ１＋Ａ２）、Ｂ２＝１２×Ａ０      （式５）  （ｉｉｉ）最小信号がＡ１の場合    Ｂ０＝６×（Ａ０＋Ａ２）、Ｂ２＝１２×Ａ１      （式６）
【００８６】  そして、距離値Ｚａ及びＺｂにおいては、実施の形態１と同じ演算式で算出可能であり、Ｚａの不確定さを解消することで、被写体との実距離を算出できる。
【００８７】  以上のように、本実施の形態では、露光信号群Ａと露光信号φＢ１による露光制御とを組み合わせることで、実施の形態１と同じ測距精度と測距範囲でありながら、測距演算に必要な信号の数を露光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２の各々を示す６つの撮像信号（ＲＡＷデータ）から露光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ｂ１の各々を示す４つの撮像信号に抑制できるため、読み出しに要する時間を削減し、フレームレートを向上させることができる。
【００８８】  なお、露光信号φＢ１の露光期間は、図９Ｂに示す１２Ｔに限らず、例えば、半分の６Ｔであってもかまわない。図１０は、そのような露光信号φＢ１を示すタイミングチャートである。具体的には、同図には、図９Ｂ同様、照射光、反射光及び露光信号φＢ１のタイミングと、露光量とが示されている。露光信号φＢ１による露光制御においては、図１０のように、露光期間を半分にすることにより、露光信号φＢ１の露光期間が長い場合と同じ測距範囲を維持しながら、混入する背景光の影響を半減化できる。
【００８９】  また、露光信号φＢ１の露光期間は、発光信号の発光期間と同期していてもかまわない。図１１は、そのような露光信号φＢ１を示すタイミングチャートであり、図１０同様、各種の信号等のタイミング及び露光量が示されている。つまり、露光信号φＢ１による露光制御は、図１１のように、発光期間と露光期間とを同期させた露光制御でもよい。
【００９０】  また、露光信号φＡ０〜φＡ２は、これらがいずれも非露光期間となる不感帯期間をもたなければよく、互いの露光期間が重なっていてもかまわない。図１２は、そのような露光信号φＡ０〜φＡ２を示すタイミングチャートである。具体的には、同図には、図９Ａ同様、照射光、反射光及び露光信号φＡ０〜φＡ２のタイミングと、露光量とが示されている。露光信号φＡ０〜φＡ２は、図１２のように、露光期間に重なりをもっていてもよい。この場合、露光量Ａ０、Ａ１、Ａ２の大小関係に応じて、距離値Ｚａは以下の式７〜式１２で算出することができる。
【００９１】
【数４】
2017022152.tif 000006
【００９２】  そして、露光量Ｂ０、Ｂ２は、以下の式１３に示す演算を行うことで算出できる。
【００９３】
【数５】
2017022152.tif 000007
【００９４】  すなわち、露光量Ａ０、Ａ１、Ａ２において、最大信号と最小信号との差は常に発光期間が１Ｔ分の露光量となる。そのため、図１０及び図１１における発光期間との比率を掛け合わせ、そこから背景光成分に相当する露光量Ｂ２を加算すれば露光量Ｂ０が算出できる。
【００９５】  また、背景光成分に相当する露光量Ｂ２に関しては、露光量Ａ０、Ａ１、Ａ２において、最大信号と中間信号との和が常に発光期間２Ｔ分の露光量となること、最小信号と中間信号との和が常に発光期間１Ｔ分の露光量となることから、以下の式１４及び式１５の関係が成り立つ。
【００９６】
【数６】
2017022152.tif 000008
【００９７】  このため、露光量Ｂ２は以下の式１６で示すように算出できる。
【００９８】
【数７】
2017022152.tif 000009
【００９９】  このように、ＴＯＦ演算部２０３は、第一撮像信号（本実施の形態では、Ａ０、Ａ１及びＡ２の各々を示すＲＡＷデータ）からオフセット成分と反射光の全てを露光した成分の少なくとも一方（本実施の形態では両方）を算出し、当該少なくとも一方の成分と第二撮像信号（本実施の形態では、Ｂ１を示すＲＡＷデータ）とを用いて距離値Ｚｂを算出する。
【０１００】  具体的には、本実施の形態では、ＴＯＦ演算部２０３は、Ａ０、Ａ１及びＡ２の各々を示すＲＡＷデータの最大信号と最小信号との差から反射光の全てを露光した成分を算出する。また、ＴＯＦ演算部２０３は、Ａ０、Ａ１及びＡ２の各々を示すＲＡＷデータの最大信号と中間信号との和、及び、最小信号と中間信号との和、の差からオフセット成分を算出する。そして、ＴＯＦ演算部２０３は、算出したオフセット成分と反射光の全てを露光した成分とを用いて、第二露光信号群（本実施の形態では露光信号φＢ１）と露光期間が同じであって発光信号φＢに対する遅延時間が異なる露光信号（本実施の形態では、露光信号φＢ０及びφＢ２）により得られる撮像信号（本実施の形態では、露光量Ｂ０、Ｂ２の各々を示すＲＡＷデータ）を推定する。つまり、ＴＯＦ演算部２０３は、露光量Ｂ０、Ｂ２を推定し、実測により得られた露光量Ｂ１と推定により得られた露光量Ｂ０、Ｂ２とから、距離値Ｚｂを算出する。
【０１０１】  このように構成された本実施の形態に係る測距撮像装置２００によっても、実施の形態１に係る測距撮像装置１００と同様に、第一の距離値（本実施の形態ではＺａ）に生じる折り返し回数を特定することができるため、測距演算に必要な信号数を抑制しつつ、測距精度の維持及び測距範囲の広範囲化を図ることができる。
【０１０２】  また、本実施の形態では、第一撮像信号（本実施の形態では、露光量Ａ０〜Ａ２の各々を示すＲＡＷデータ）を用いて、第二撮像信号（本実施の形態では、露光量Ｂ０、Ｂ２の各々を示すＲＡＷデータ）を推定する。これにより、露光信号φＢ０、φＢ２を発生させて露光量Ｂ０、Ｂ２を検出しなくとも、露光信号群Ａによる露光制御及び露光信号φＢ１による露光制御を行うだけで、測距演算を行うことができる。
【０１０３】  なお、ＴＯＦ演算部２０３は、第一撮像信号からオフセット成分と反射光の全てを露光した成分の少なくとも一方を算出すればよく、両方を算出しなくてもかまわない。
【０１０４】  （その他の実施の形態）  以上、本開示の測距撮像装置について、上記実施の形態及び変形例に基づいて説明してきたが、本開示の測距撮像装置は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。上記実施の形態及び変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態及び変形例に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本開示の測距撮像装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
【０１０５】  例えば、上記実施の形態１では、不感帯期間を持つ露光信号群Ｂをなすｉ個（ｉは２以上の整数）の露光信号（ここでは、３つの露光信号φＢ０〜φＢ２）は、発光信号φＢの発光周期の１／ｊ（ただしｊ＞ｉを満たし、ここではｊ＝５）だけ遅延時間が異なる露光信号群であるとした。しかし、不感帯期間を持つ露光信号群Ｂは、当該発光周期に対して上記遅延時間の関係を有する信号に限らない。
【０１０６】  図１３は、そのような露光信号群Ｂを示すタイミングチャートである。具体的には、同図には、図４Ｂと同様に、照射光（発光信号φＢ）、反射光及び露光信号φＢ０〜φＢ２のタイミングが示されている。同図に示すように、露光信号群Ｂの一部の露光信号（ここでは露光信号φＢ２）が出力される期間において、発光信号φＢをＬｏｗにすることで発光動作が行われない場合、当該一部の露光信号の遅延時間は、例えば発光信号が出力されると仮定される時間に対して遅延時間が０であってもかまわない。つまり、当該場合、露光信号群Ｂをなす複数の露光信号φＢ０〜φＢ２のうち一部の露光信号の遅延時間が同じであってもかまわない。
【０１０７】  また、本発明は、測距撮像装置として実現することができるだけでなく、当該測距撮像装置に用いられる固体撮像部２または２Ａ等の固体撮像装置として実現することができる。つまり、本発明に係る固体撮像装置は、光を照射して対象物体からの反射光を受光することによって、当該対象物体までの距離を測定する測距撮像装置に用いられる固体撮像装置である。当該測距撮像装置は、上記説明した、駆動制御部４等の制御部と、光源部１と、ＴＯＦ演算部３等の演算部とを有する。また、当該固体撮像装置は、第一露光信号群の各露光信号が示すタイミングで反射光を露光することにより、第一露光信号群に対応する露光量を示す第一撮像信号を演算部に出力し、さらに、第二露光信号群の各露光信号が示すタイミングで反射光を露光することにより、第二露光信号群に対応する露光量を示す第二撮像信号を前記演算部に出力する。
【０１０８】  このような固体撮像装置が測距撮像装置に用いられることにより、上記説明した測距撮像装置と同様に、測距演算に必要な信号数を抑制しつつ、測距精度の維持及び測距範囲の広範囲化を図ることができる。
【０１０９】  また、本発明は、このような特徴的な構成を備える測距撮像装置として実現することができるだけでなく、測距方法、または、当該測距撮像装置の駆動方法として実現されてもかまわない。
【０１１０】  このような測距方法、または、当該測距撮像装置の駆動方法は、発光信号に対して互いに遅延時間が異なる複数の露光信号からなる露光信号群であって、一の露光信号の露光期間が終了するまでに他の少なくとも一の露光信号の露光期間が開始する第一露光信号群を周期的に繰り返し出力する第一出力ステップと、発光信号に対して互いに遅延時間が異なる１以上の露光信号からなる露光信号群であって、当該１以上の露光信号のいずれも非露光期間となる不感帯期間をもつ第二露光信号群を出力する第二出力ステップと、第一出力ステップにより得られた第一撮像信号を用いて第一の距離値を算出し、第二出力ステップにより得られた第二撮像信号を用いて第二の距離値を算出し、第一の距離値と第二の距離値とに基づいて距離を演算する演算ステップとを含む。
【０１１１】  このような測距方法または駆動方法によっても、上記説明した測距撮像装置と同様に、演算に必要な信号数を抑制しつつ、測距精度の維持及び測距範囲の広範囲化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】  本発明に係る測距撮像装置は、周辺環境に依存することなく、測定対象物の高精度な３次元測定が実現できるため、例えば、人物、建物などの３次元測定に有用である。
【符号の説明】
【０１１３】  １    光源部  ２、２Ａ    固体撮像部（固体撮像装置）  ３、２０３    ＴＯＦ演算部（演算部）  ４    駆動制御部（制御部）  ４Ａ    タイミングジェネレータ（制御部）  ２０    フォトダイオード  ２１    垂直転送部  ２２    水平転送部  ２３    信号電荷検出部  １００、１００Ａ、２００    測距撮像装置  ＯＢ    対象物体
【図１】
2017022152.tif 000010
【図２】
2017022152.tif 000011
【図３】
2017022152.tif 000012
【図４Ａ】
2017022152.tif 000013
【図４Ｂ】
2017022152.tif 000014
【図５】
2017022152.tif 000015
【図６】
2017022152.tif 000016
【図７】
2017022152.tif 000017
【図８】
2017022152.tif 000018
【図９Ａ】
2017022152.tif 000019
【図９Ｂ】
2017022152.tif 000020
【図１０】
2017022152.tif 000021
【図１１】
2017022152.tif 000022
【図１２】
2017022152.tif 000023
【図１３】
2017022152.tif 000024
【国際調査報告】
2017022152.tif 000025
2017022152.tif 000026
2017022152.tif 000027
2017022152.tif 000028