(57)【要約】  距離測定装置は、発光源１と受光センサ２とタイミング制御部５と距離演算部６と遅延制御部８とを備える。タイミング制御部５は、変調信号と複数の基準タイミング信号とを出力する。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それぞれ単位期間の整数倍の長さからランダムに選択される方形波信号である。各基準タイミング信号は、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。発光源１は、変調信号に基づいて光の強度を変化させる。遅延制御部８は、基準タイミング信号を遅延時間Ｔｄだけ遅延させてタイミング信号を生成する。受光センサ２は、複数のタイミング信号のそれぞれに対応する受光期間に生成された電荷を蓄積する。距離演算部６は、複数のタイミング信号のそれぞれに対応付けられた電荷量を用いて時間差τを求め、時間差τと遅延時間Ｔｄとに基づいて対象物３までの距離Ｌを求める。
2010098454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物が存在する対象空間に光を照射するための発光源と、
受光期間中に上記対象空間から受け取った光の強度に応じた量の電荷を生成する光電変換部と、
上記光電変換部で生成された電荷を上記受光期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積する電荷蓄積部と、
タイミング制御部と、
遅延制御部と、
距離演算部と、を備え、
上記タイミング制御部は、変調信号を上記発光源に出力し、複数の基準タイミング信号を上記遅延制御部に出力するように構成され、
上記変調信号は、方形波信号であり、上記変調信号が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は、所定の単位期間の整数倍の長さから乱数的に決定され、
上記複数の基準タイミング信号は、上記変調信号と同じ波形を有する非反転基準タイミング信号と、上記非反転基準タイミング信号を反転させた信号である反転基準タイミング信号とを含み、
上記発光源は、上記タイミング制御部から受け取った上記変調信号に基づいて光の強度を変化させるように構成され、
上記遅延制御部は、上記タイミング制御部から受け取った上記各基準タイミング信号を遅延時間だけ遅延させ、これによって複数のタイミング信号を生成して上記光電変換部に出力するように構成され、
上記光電変換部は、上記遅延制御部から受け取った上記各タイミング信号がハイレベルである期間とロウレベルである期間とのいずれか一方を上記受光期間として選択するように構成され、
上記電荷蓄積部は、上記光電変換部が生成した電荷を、上記複数のタイミング信号のそれぞれと対応付けて蓄積するように構成され、
上記距離演算部は、上記各タイミング信号に対応付けられた電荷量を用いて時間差を求め、求められた上記時間差と上記遅延時間とに基づいて上記対象物までの距離を求めるように構成される
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
上記複数の基準タイミング信号は、上記変調信号に一致する第１基準タイミング信号と、上記第１基準タイミング信号を反転させた信号である第２基準タイミング信号と、上記変調信号と同一の波形を有し上記変調信号から単位期間分だけ遅延した第３基準タイミング信号と、上記第３基準タイミング信号を反転させた信号である第４基準タイミング信号と、を含み、
上記距離演算部は、上記第１基準タイミング信号に対応する電荷量と上記第２基準タイミング信号に対応する電荷量と上記第３基準タイミング信号に対応する電荷量と上記第４基準タイミング信号に対応する電荷量とを用いて、上記時間差を求めるように構成される
ことを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
【請求項３】
上記距離演算部は、上記遅延時間に相当する距離を上記時間差に相当する距離に加算することにより上記対象物までの距離を算出するように構成される
ことを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
【請求項４】
距離範囲設定部を有し、
上記距離範囲設定部は、受け取った入力信号に応じて、上記複数の異なる時間から上記遅延時間を選択して上記遅延制御部に通知するように構成され、
上記遅延制御部は、上記基準タイミング信号を、上記距離範囲設定部から通知された上記遅延時間だけ遅延させて上記タイミング信号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記載の距離測定装置。
【請求項５】
複数の上記光電変換部を有し、
上記複数の光電変換部は、撮像面を形成するように平面状に配列され、
上記距離演算部は、上記複数の光電変換部にそれぞれ関連付けられた複数の画素を有する距離画像を生成するように構成され、
上記距離演算部は、上記対象物までの距離が所定距離と一致するかどうかを判断し、上記対象物までの距離が上記所定距離と一致する上記画素の画素値を上記対象物までの距離が上記所定距離と一致しない上記画素の画素値と異ならせるように構成され、
上記所定距離は、上記発光源が光を放射するときの時間と上記発光源が光を放射してから上記遅延時間の経過後に上記非反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量と上記反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量とが最初に一致するときの時間との差に相当する距離である
ことを特徴とする請求項４記載の距離測定装置。
【請求項６】
距離範囲設定部を有し、
上記距離範囲設定部は、複数の異なる時間から上記遅延時間を選択して上記遅延制御部に通知するように構成され、
上記遅延制御部は、上記基準タイミング信号を、上記距離範囲設定部から通知された上記遅延時間だけ遅延させて上記タイミング信号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記載の距離測定装置。
【請求項７】
上記対象空間内での所定のイベントの発生を検知するイベント検知部を有し、
複数の上記光電変換部を有し、
上記複数の光電変換部は、撮像面を形成するように平面状に配列され、
上記距離範囲設定部は、上記イベント検知部が上記イベントの発生を検知すると、上記対象空間内で上記イベントが発生した場所までの距離に応じて上記遅延時間を選択するように構成され、
上記距離演算部は、上記複数の光電変換部にそれぞれ関連付けられた複数の画素を有する距離画像を生成するように構成され、上記各画素は、上記対象物までの距離を示す画素値を有する
ことを特徴とする請求項６記載の距離測定装置。
【請求項８】
複数の上記光電変換部を有し、
上記複数の光電変換部は、撮像面を形成するように平面状に配列され、
上記距離範囲設定部は、測定可能範囲が互いに異なる複数の上記遅延時間を選択するように構成され、
上記距離演算部は、上記複数の光電変換部にそれぞれ対応付けられた複数の画素を有する距離画像を上記複数の遅延時間毎に生成するように構成され、
上記距離演算部は、上記画素に対応する上記対象物までの距離が上記測定可能範囲に含まれていれば上記画素の画素値を上記対象物までの距離を示す有効画素値に設定し、上記画素に対応する上記対象物までの距離が上記測定可能範囲に含まれていなければ上記画素の画素値を上記対象物までの距離が測定可能範囲外であることを示す無効画素値に設定するように構成され、
上記距離演算部は、上記無効画素値を有する上記画素の数が少なくなるように、複数の上記距離画像を合成して合成距離画像を生成するように構成される
ことを特徴とする請求項６記載の距離測定装置。
【請求項９】
上記複数の遅延時間は、それぞれに対応する上記測定可能範囲が互いに連続するように選択される
ことを特徴とする請求項８記載の距離測定装置。
【請求項１０】
上記距離演算部は、上記画素に対応する上記対象物までの距離が所定距離と一致していれば上記画素の画素値を上記有効画素値に設定し、上記画素に対応する上記対象物までの距離が上記所定距離と一致していなければ上記画素の画素値を上記無効画素値に設定するように構成され、
上記所定距離は、上記発光源が光を放射するときの時間と上記発光源が光を放射してから上記遅延時間の経過後に上記非反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量と上記反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量とが最初に一致するときの時間との差に相当する距離である
ことを特徴とする請求項８記載の距離測定装置。
【請求項１１】
正誤判断部を有し、
上記正誤判断部は、上記各タイミング信号に対応付けられた電荷量の大小関係に対して所定の判定条件を用いて上記対象物までの距離が測定可能範囲内か否かを判断するように構成され、
上記距離演算部は、上記正誤判断部の判断結果を参照して、上記距離画像を生成するように構成される
ことを特徴とする請求項８記載の距離測定装置。
【請求項１２】
上記複数の基準タイミング信号は、上記変調信号と同一の波形を有し上記変調信号から上記単位期間分だけ遅延した遅延非反転基準タイミング信号と、上記遅延非反転基準タイミング信号を反転させた信号である遅延反転基準タイミング信号と、を含み、
上記距離演算部は、上記遅延非反転基準タイミング信号に対応する電荷量と上記遅延反転基準タイミング信号に対応する電荷量とを用いて、上記時間差を求めるように構成される
ことを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離測定装置に関し、特に、タイムオブフライト（time of flight）法の原理を用いたアクティブ型の距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
文献１（特開２００４−４５３０４）は、タイムオブフライト法の原理を用いた測距装置を開示する。上記文献１に開示された測距装置は、正弦波形のように一定周期で強度が変化する強度変調光を投光し、強度変調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ことによって、対象物までの距離を測定する。【０００３】
上記文献１に開示された測距装置では、投光時点と受光時点とにおける変調波形の位相差は、投光された強度変調光が対象物で反射された後に受光されるまでの時間差（投光時と受光時との時間差）に相当する。よって、強度変調光の周期を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、投光時と受光時との時間差τは、τ＝Ｔ（ψ／２π）になる。対象物までの距離Ｌは、Ｌ＝（１／２）ｃＴ（ψ／２π）で表わされる。【０００４】
上記文献１に開示された測距装置では、測定最大距離は強度変調光の半周期に対応する距離である。したがって、強度変調光の周波数を低下させれば、測定最大距離を長くすることができる。しかしながら、測定最大距離を長くするために強度変調光の周波数を低下させると、距離の分解能も低下してしまう。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は上記事由に鑑みて為された。本発明の目的は、測定最大距離を長くしても距離の分解能を一定に保つことができる距離測定装置を提供することである。
【０００６】
本発明に係る距離測定装置は、対象物が存在する対象空間に光を照射するための発光源と、受光期間中に上記対象空間から受け取った光の強度に応じた量の電荷を生成する光電変換部と、上記光電変換部で生成された電荷を上記受光期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積する電荷蓄積部と、タイミング制御部と、遅延制御部と、距離演算部と、を備える。上記タイミング制御部は、変調信号を上記発光源に出力し、複数の基準タイミング信号を上記遅延制御部に出力するように構成される。上記変調信号は、方形波信号であり、上記変調信号が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は、所定の単位期間の整数倍の長さから乱数的に決定される。上記複数の基準タイミング信号は、上記変調信号と同じ波形を有する非反転基準タイミング信号と、上記非反転基準タイミング信号を反転させた信号である反転基準タイミング信号とを含む。上記発光源は、上記タイミング制御部から受け取った上記変調信号に基づいて光の強度を変化させるように構成される。上記遅延制御部は、上記タイミング制御部から受け取った上記各基準タイミング信号を遅延時間だけ遅延させ、これによって複数のタイミング信号を生成して上記光電変換部に出力するように構成される。上記光電変換部は、上記遅延制御部から受け取った上記各タイミング信号がハイレベルである期間とロウレベルである期間とのいずれか一方を上記受光期間として選択するように構成される。上記電荷蓄積部は、上記光電変換部が生成した電荷を、上記複数のタイミング信号のそれぞれと対応付けて蓄積するように構成される。上記距離演算部は、上記各タイミング信号に対応付けられた電荷量を用いて時間差を求め、求められた上記時間差と上記遅延時間とに基づいて上記対象物までの距離を求めるように構成される。
【０００７】
好ましくは、上記複数の基準タイミング信号は、上記変調信号に一致する第１基準タイミング信号と、上記第１基準タイミング信号を反転させた信号である第２基準タイミング信号と、上記変調信号と同一の波形を有し上記変調信号から単位期間分だけ遅延した第３基準タイミング信号と、上記第３基準タイミング信号を反転させた信号である第４基準タイミング信号と、を含む。上記距離演算部は、上記第１基準タイミング信号に対応する電荷量と上記第２基準タイミング信号に対応する電荷量と上記第３基準タイミング信号に対応する電荷量と上記第４基準タイミング信号に対応する電荷量とを用いて、上記時間差を求めるように構成される。
【０００８】
好ましくは、上記距離演算部は、上記遅延時間に相当する距離を上記時間差に相当する距離に加算することにより上記対象物までの距離を算出するように構成される。
【０００９】
好ましくは、距離範囲設定部を有し、上記距離範囲設定部は、受け取った入力信号に応じて、上記複数の異なる時間から上記遅延時間を選択して上記遅延制御部に通知するように構成される。上記遅延制御部は、上記基準タイミング信号を、上記距離範囲設定部から通知された上記遅延時間だけ遅延させて上記タイミング信号を生成するように構成される。
【００１０】
好ましくは、上記距離測定装置は、複数の上記光電変換部を有する。上記複数の光電変換部は、撮像面を形成するように平面状に配列される。上記距離演算部は、上記複数の光電変換部にそれぞれ関連付けられた複数の画素を有する距離画像を生成するように構成される。上記距離演算部は、上記対象物までの距離が所定距離と一致するかどうかを判断し、上記対象物までの距離が上記所定距離と一致する上記画素の画素値を上記対象物までの距離が上記所定距離と一致しない上記画素の画素値と異ならせるように構成される。上記所定距離は、上記発光源が光を放射するときの時間と上記発光源が光を放射してから上記遅延時間の経過後に上記非反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量と上記反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量とが最初に一致するときの時間との差に相当する距離である。
【００１１】
好ましくは、上記距離測定装置は、距離範囲設定部を有する。上記距離範囲設定部は、複数の異なる時間から上記遅延時間を選択して上記遅延制御部に通知するように構成される。上記遅延制御部は、上記基準タイミング信号を、上記距離範囲設定部から通知された上記遅延時間だけ遅延させて上記タイミング信号を生成するように構成される。
【００１２】
好ましくは、上記距離測定装置は、上記対象空間内での所定のイベントの発生を検知するイベント検知部を有する。上記距離測定装置は、複数の上記光電変換部を有する。上記複数の光電変換部は、撮像面を形成するように平面状に配列される。上記距離範囲設定部は、上記イベント検知部が上記イベントの発生を検知すると、上記対象空間内で上記イベントが発生した場所までの距離に応じて上記遅延時間を選択するように構成される。上記距離演算部は、上記複数の光電変換部にそれぞれ関連付けられた複数の画素を有する距離画像を生成するように構成され、上記各画素は、上記対象物までの距離を示す画素値を有する。
【００１３】
好ましくは、上記距離測定装置は、複数の上記光電変換部を有する。上記複数の光電変換部は、撮像面を形成するように平面状に配列される。上記距離範囲設定部は、測定可能範囲が互いに異なる複数の上記遅延時間を選択するように構成される。上記距離演算部は、上記複数の光電変換部にそれぞれ対応付けられた複数の画素を有する距離画像を上記複数の遅延時間毎に生成するように構成される。上記距離演算部は、上記画素に対応する上記対象物までの距離が上記測定可能範囲に含まれていれば上記画素の画素値を上記対象物までの距離を示す有効画素値に設定し、上記画素に対応する上記対象物までの距離が上記測定可能範囲に含まれていなければ上記画素の画素値を上記対象物までの距離が測定可能範囲外であることを示す無効画素値に設定するように構成される。上記距離演算部は、上記無効画素値を有する上記画素の数が少なくなるように、複数の上記距離画像を合成して合成距離画像を生成するように構成される。
【００１４】
好ましくは、上記複数の遅延時間は、それぞれに対応する上記測定可能範囲が互いに連続するように選択される。
【００１５】
好ましくは、上記距離演算部は、上記画素に対応する上記対象物までの距離が所定距離と一致していれば上記画素の画素値を上記有効画素値に設定し、上記画素に対応する上記対象物までの距離が上記所定距離と一致していなければ上記画素の画素値を上記無効画素値に設定するように構成される。上記所定距離は、上記発光源が光を放射するときの時間と上記発光源が光を放射してから上記遅延時間の経過後に上記非反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量と上記反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量とが最初に一致するときの時間との差に相当する距離である。
【００１６】
好ましくは、上記距離測定装置は、正誤判断部を有する。上記正誤判断部は、上記各タイミング信号に対応付けられた電荷量の大小関係に対して所定の判定条件を用いて上記対象物までの距離が測定可能範囲内か否かを判断するように構成される。上記距離演算部は、上記正誤判断部の判断結果を参照して、上記距離画像を生成するように構成される。
【００１７】
好ましくは、上記複数の基準タイミング信号は、上記変調信号と同一の波形を有し上記変調信号から上記単位期間分だけ遅延した遅延非反転基準タイミング信号と、上記遅延非反転基準タイミング信号を反転させた信号である遅延反転基準タイミング信号と、を含む。上記距離演算部は、上記遅延非反転基準タイミング信号に対応する電荷量と上記遅延反転基準タイミング信号に対応する電荷量とを用いて、上記時間差を求めるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態の距離測定装置のブロック図である。
【図２】同上の距離測定装置の変調信号の一例を示す図である。
【図３】同上の距離測定装置の動作の説明図である。
【図４】同上の距離測定装置の動作の説明図である。
【図５】同上の距離測定装置の動作の説明図である。
【図６】同上の距離測定装置の動作の説明図である。
【図７】同上に距離測定装置おける距離測定の概念の説明図である。
【図８】同上の距離測定装置の動作の説明図である。
【図９】同上の距離測定装置の動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本実施形態の距離測定装置は、図１に示すように、アクティブ型の距離測定装置であって、距離を測定する対象となる対象物３が存在する空間（対象空間）に投光する発光源１と、対象空間から受光する受光センサ２と、コード発生器４と、タイミング制御部５と、距離演算部６と、正誤判断部７と、遅延制御部８と、距離範囲設定部９と、を備える。本実施形態の距離測定装置は、発光源１から投光された光が対象物３で反射され受光センサ２に受光されるまでの時間（飛行時間）Ｔｆ（図３（ｂ）参照）に相当する物理量に基づいて対象物３までの距離を測定する。すなわち、本実施形態の距離測定装置は、タイムオブフライト法の原理を用いて対象物３までの距離を測定する。
【００２０】
発光源１は、発光ダイオードやレーザダイオードのように、光出力（光の強度）を高周波（たとえば、１０ＭＨｚ）で変調可能な発光素子である。
【００２１】
受光センサ２は、発光源１から放射された光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ことが可能な受光素子である。
【００２２】
受光センサ２は、たとえば、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に多数の受光領域（画素に相当する領域）を備える受光素子（撮像素子）である。この場合、受光素子の視野で決定される空間領域に存在する対象物３までの距離を一括して測定できる。つまり、発光源１から放射された光を走査したり受光素子の視野を走査したりしなくても、各画素の画素値が距離値（対象物３までの距離に応じた値）を示す距離画像を生成できる。
【００２３】
以下では、互いに隣接した４つの受光領域に着目する。４つの受光領域は、距離画像の１画素に相当する画素（セル）を構成する。すなわち、本実施形態では、１つのセルにおける受光量を用いて距離画像の１画素の情報が得られる。距離画像の１画素に相当する動作は４個の受光領域に相当する動作により説明できる。受光センサ２の各受光領域は、フォトダイオードやフォトトランジスタのような単独の受光領域を持つ受光素子と等価である。すなわち、受光センサ２は、受光強度（実際には所定時間における受光光量）に応じた量の電荷を生成し集積する。４つの受光領域は、たとえば、一直線上や、２列に２個ずつ配列される。なお、１つの受光領域を、距離画像の１画素に相当する画素として用いてもよい。
【００２４】
受光センサ２がフォトダイオードやフォトトランジスタであれば、受光期間に受光センサ２で生成された電荷を抽出するために、アナログスイッチなどのゲート回路が設けられる。受光センサ２が撮像素子であれば、電子シャッタの原理を用いて撮像素子内において電荷を集積する受光期間が制御される。受光センサ２の受光領域ごとに集積された電荷は多数回（たとえば、１００００回）蓄積された後に外部に取り出される（以下では、電荷を蓄積する期間を「蓄積期間」と呼ぶ）。受光期間は、受光強度を一定とみなしてよい程度の短時間とする。したがって、受光期間では、受光光量は受光強度と等価である。
【００２５】
すなわち、受光センサ２は、複数の光電変換部と、電荷蓄積部と、電荷取出部と、を備える。各光電変換部は、受光期間中に対象空間から受け取った光の強度に応じた量の電荷を生成する。言い換えれば、光電変換部は、受光期間における受光光量に相当する電荷を生成して集積する。本実施形態では、複数の光電変換部は、撮像面を形成するように平面状に配列されている。電荷蓄積部は、光電変換部が集積した電荷（光電変換部で生成された電荷）を受光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。電荷取出部は、電荷蓄積部が蓄積した電荷を取り出す。ＦＴ型のＣＣＤイメージセンサであれば、光電変換部は撮像領域の各画素に相当し、電荷蓄積部は蓄積領域に相当し、電荷取出部は水平転送部に相当する。また、ＩＴ型のＣＣＤイメージセンサであれば、光電変換部は各撮像領域の画素に相当し、電荷蓄積部は垂直転送部に相当し、電荷取出部は垂直転送部および水平転送部に相当する。
【００２６】
光電変換部が集積した電荷を蓄積することにより、各受光領域に対応付けて取り出される電荷量が増加するから信号レベルを高めることができ、ショットノイズの影響を低減できる。また、発光源１の光出力を１０ＭＨｚ程度の周波数で変調している場合には、蓄積回数を１００００回程度にしても受光センサ２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、上記距離画像を用いて滑らかな動画像を生成できる。
【００２７】
変調信号は、図２に示すように、方形波信号である。図２において、「１」はハイレベルを示し、「０」はロウレベルを示す。変調信号において、ハイレベルとロウレベルとは周期性を持たずに発生し、ハイレベルの発生確率はロウレベルの発生確率と等しい。変調信号は、たとえば、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、ゴールド符合発生回路）を用いて生成される。変調信号は、ＰＮ符合と同様に、ハイレベルとロウ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、たとえば、１００〔ｎｓ〕であるが、これに限定されない。
【００２８】
すなわち、変調信号は、信号値が第１値（たとえばハイレベルに相当する値）と上記第１値とは異なる第２値（たとえばロウレベルに相当する値）との間で交互に変化する方形波信号である。上記第１信号値が上記第１値である第１期間と上記第１信号値が上記第２値である第２期間とは、所定の単位期間の整数倍の長さを有し、上記第１期間と上記第２期間との長さは乱数的に決定される。なお、第１値がロウレベルに相当する値であり、第２値がハイレベルに相当する値であってもよい。
【００２９】
コード発生器４は、変調信号を生成して出力する。コード発生器４から出力された変調信号はタイミング制御部５を介して発光源１に与えられる。
【００３０】
発光源１は、変調信号がハイレベルである期間に点灯し、変調信号がロウレベルである期間に消灯する。すなわち、発光源１は変調信号の信号値（第１信号値）に応じて点灯・消灯を行う（光の強度を変化させる）。
【００３１】
タイミング制御部５は、コード発生器４から受け取った変調信号を発光源１に出力し、複数の基準タイミング信号を遅延制御部８に出力するように構成される。
【００３２】
タイミング制御部５は、コード発生器４から受け取った変調信号に基づいて、基準タイミング信号を生成する。基準タイミング信号は、受光センサ２が電荷を集積する受光期間を決定する。本実施形態では、１枚の距離画像を生成するために４種類の基準タイミング信号を生成する。４種類の基準タイミング信号は、受光センサ２の４つの受光領域にそれぞれ対応し、４つの受光領域の受光期間をそれぞれ決定する。さらに、タイミング制御部５は、受光センサ２が蓄積した電荷を外部に取り出すタイミングや、距離演算部６および正誤判断部７の動作タイミングを決めるためのクロック信号を出力する。
【００３３】
図３は、変調信号と基準タイミング信号との関係を示す。図３（ａ）は変調信号（発光源１から放射された光の強度）を示す。図３（ｂ）は受光センサ２が受光した光の強度を示す。タイミング制御部５は、第１の基準タイミング信号（図３（ｃ）参照）と第２の基準タイミング信号（図３（ｄ）参照）と第３の基準タイミング信号（図３（ｅ）参照）と、第４の基準タイミング信号（図３（ｆ）参照）とを、変調信号に基づいて生成する。
【００３４】
第１の基準タイミング信号は、図３（ｃ）に示すように、変調信号と一致する。すなわち、第１の基準タイミング信号は、変調信号と同じ波形を有し、かつ、変調信号から遅延していない。第２の基準タイミング信号は、図３（ｄ）に示すように、変調信号に対してハイレベルとロウレベルとが反転された信号（反転された変調信号）である。すなわち、第２の基準タイミング信号は、反転された変調信号と同じ波形を有し、かつ、変調信号から遅延していない。言い換えれば、第２の基準タイミング信号は、第１の基準タイミング信号を反転させた信号である。第３の基準タイミング信号は、図３（ｅ）に示すように、変調信号に対して１チップ長（単位時間）Ｔｃだけ遅延した信号である。すなわち、第３の基準タイミング信号は、変調信号と同じ波形を有し、かつ、変調信号から遅延している。第４の基準タイミング信号は、図３（ｆ）に示すように、変調信号に対して１チップ長Ｔｃだけ遅延し、かつ、変調信号に対してハイレベルとロウレベルとが反転された信号である。すなわち、第４の基準タイミング信号は、変調信号と同じ波形を有し、かつ、変調信号から遅延している。言い換えれば、第４の基準タイミング信号は、第３の基準タイミング信号を反転させた信号である。
【００３５】
このように、タイミング制御部５は、複数の基準タイミング信号を生成する。複数の基準タイミング信号は、変調信号と同じ波形を有する非反転基準タイミング信号（第１の基準タイミング信号や第３の基準タイミング信号）と、非反転基準タイミング信号を反転させた信号である反転基準タイミング信号（第２の基準タイミング信号や第４の基準タイミング信号）とを含む。ここで、第３の基準タイミング信号は、変調信号と同一の波形を有し変調信号から単位期間分だけ遅延した遅延非反転基準タイミング信号である。第４の基準タイミング信号は、遅延非反転基準タイミング信号（第３の基準タイミング信号）を反転させて得られた遅延反転基準タイミング信号である。
【００３６】
遅延制御部８は、タイミング制御部５と受光センサ２との間に設けられる。遅延制御部８は、タイミング制御部５から受け取った各基準タイミング信号を遅延時間Ｔｄだけ遅延させ、これによって複数のタイミング信号を生成して受光センサ２に出力するように構成される。本実施形態では、遅延制御部８は、図３（ｃ）〜（ｆ）のそれぞれが示す基準タイミング信号を、基準タイミング信号間の相対的な時間関係を維持しながら全体的に時間軸の後方に偏移させる（つまり、遅延させる）。これによって、遅延制御部８は、第１の基準タイミング信号を遅延時間だけ遅延させた第１のタイミング信号（図６（ｃ）参照）と、第２の基準タイミング信号を遅延時間だけ遅延させた第２のタイミング信号（図６（ｄ）参照）と、第３の基準タイミング信号を遅延時間だけ遅延させた第３のタイミング信号（図６（ｅ）参照）と、第４の基準タイミング信号を遅延時間だけ遅延させた第４のタイミング信号（図６（ｆ）参照）と、を生成する。図６（ｃ）〜（ｆ）に示す例では、遅延時間は、（２／３）Ｔｃである。なお、遅延時間が０である場合、タイミング信号は、基準タイミング信号と一致する。
【００３７】
測定範囲設定部９は、遅延制御部８における遅延時間を設定するために用いられる。遅延制御部８は複数の異なる時間から遅延時間を選択するように構成される。測定範囲設定部９は、遅延制御部８にどの時間を選択すべきかを指示する。測定範囲設定部９は、操作部（たとえばスイッチ）からの入力（ユーザからの入力）または遅延時間を指定する信号の入力を受けて遅延時間を選択する。すなわち、距離範囲設定部９は、受け取った入力信号に応じて、複数の異なる時間から遅延時間を選択して遅延制御部８に通知するように構成される。遅延制御部８は、基準タイミング信号を、距離範囲設定部９から通知された遅延時間だけ遅延させてタイミング信号を生成するように構成される。
【００３８】
発光源１から放射された後に対象物３で反射された光を受光センサ２が受け取るまでには対象物３までの距離に応じた時間がかかる。ここで、受光センサ２の各受光領域が、各基準タイミング信号がハイレベルである期間に電荷を生成したとする。第１の基準タイミング信号に対応する受光領域（第１受光領域）で生成される電荷量Ａ０は、図３（ｃ）に斜線で示す部位の面積に相当する量になる。第２の基準タイミング信号に対応する受光領域（第２受光領域）で生成される電荷量Ａ２は、図３（ｄ）に斜線で示す部位の面積に相当する量になる。第３の基準タイミング信号に対応する受光領域（第３受光領域）で生成される電荷量Ａ１は、図３（ｅ）に斜線で示す部位の面積に相当する量になる。第４の基準タイミング信号に対応する受光領域（第４受光領域）で生成される電荷量Ａ３は、図３（ｆ）に斜線で示す部位の面積に相当する量になる。
【００３９】
受光センサ２からは、受光領域ごとに電荷の蓄積を多数回行った後に（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）、電荷が取り出される。そのため、各受光領域から取り出された電荷量は、変調信号の乱数性（第１期間と第２期間の長さが乱数的に決定されること）によって、飛行時間Ｔｆの一次関数で表される値に収束する。飛行時間Ｔｆは、遅延時間Ｔｄに時間差τを加算して得られる値である（Ｔｆ＝Ｔｄ＋τ）。時間差τは、受光センサ２より取り出された電荷量Ａ０〜Ａ３を用いて算出される。図３に示す例では、遅延時間Ｔｄが０であるから、時間差τは飛行時間Ｔｆと等しい。
【００４０】
図４に示すように、時間差τが０≦τ≦Ｔｃの範囲であれば、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。
【００４１】
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である場合、電荷量Ａ０は、蓄積期間の全期間に亘って受光センサ２が受光した場合（受光期間が蓄積期間と等しい場合）の電荷量の２分の１になる。同様に、時間差τが１チップ長Ｔｃである合、電荷量Ａ１は、蓄積期間の全期間に亘って受光センサ２が受光した場合（受光期間が蓄積期間と等しい場合）の電荷量の２分の１になる。
【００４２】
ここで、（Ａ０＋Ａ２）／２＝（Ａ１＋Ａ３）／２＝Ｂとする。また、時間差τ〔ｓ〕が０のときの電荷量Ａ０をＡ＋Ｂとする。０≦τ≦Ｔｃの範囲において、各電荷量Ａ０〜Ａ３は以下のように表される。
【００４３】
【数１】
2010098454.tif 000003
【００４４】
ただし、αは時間差τに対する電荷量の変化率を表す定数であり、α＝Ａ／Ｔｃになる。
【００４５】
上式から時間差τ〔ｓ〕は、以下の式により与えられる。
【００４６】
【数２】
2010098454.tif 000004
【００４７】
対象物３までの距離をＬ〔ｍ〕とし、光速をｃ〔ｍ／ｓ〕とすれば、距離Ｌは、Ｌ＝ｃ・τ／２で与えられる。
【００４８】
１チップ長Ｔｃを１００〔ｎｓ〕とすれば、０≦τ≦１００〔ｎｓ〕である。よって、０≦Ｌ≦１５〔ｍ〕になる。遅延時間Ｔｄが０〔ｓ〕、１チップ長Ｔｃが１００〔ｎｓ〕であるとき、測定可能な最大距離（以下、「測定最大距離」という）は１５〔ｍ〕である。
【００４９】
距離演算部６は、タイミング制御部５で生成された基準タイミング信号により規定される期間に受光センサ２で生成された電荷を用いて上述した演算を行って対象物３までの距離Ｌを求める。
【００５０】
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時間差τ〔ｓ〕は求められる。３種類の電荷量Ａ１，Ａ２，Ａ３を用いた場合、Ａ１−Ａ２＝Ａであり、Ａ１−Ａ３＝２α・τであるから、τ＝（Ｔｃ／２）（Ａ１−Ａ３）／Ａ１−Ａ２になる。３種類の電荷量Ａ０，Ａ１，Ａ２を用いた場合、Ａ０＝−（Ａ／Ｔｃ）τ＋Ａ＋Ｂ、Ａ１＝（Ａ／Ｔｃ）τ＋Ｂ、Ａ２＝（Ａ／Ｔｃ）τ−Ａ＋Ｂになるから、時間差τは、
【００５１】
【数３】
2010098454.tif 000005
で表わされる。
【００５２】
外乱光（外光成分）がない場合、すなわちＢ＝Ａである場合には、未知数が時間差τ〔ｓ〕とＡとの２つになる。よって、４種類の電荷量Ａ０〜Ａ４のうちの２種類を用いるだけでも時間差τ〔ｓ〕は求められる。２種類の電荷量Ａ０，Ａ２を用いた場合、Ａ０＝−（Ａ／Ｔｃ）τ＋２Ａ、Ａ２＝（Ａ／Ｔｃ）τであるから、時間差τは、
【００５３】
【数４】
2010098454.tif 000006
で表わされる。
【００５４】
また、既知の距離から定数αを求めておけば（あるいは対象物３の反射率が一定であれば）、Ａが既知となるから、未知数が時間差τ〔ｓ〕とＢとの２個になる。よって、４種類の電荷量Ａ０〜Ａ４のうちの２種類を用いるだけでも時間差τ〔ｓ〕は求められる。２種類の電荷量Ａ０，Ａ２を用いた場合、Ａ０＝−（Ａ／Ｔｃ）τ＋Ａ＋Ｂ、Ａ２＝（Ａ／Ｔｃ）τ−Ａ＋Ｂであるから、時間差τは、τ＝｛（２Ａ−Ａ０＋Ａ２）／２Ａ｝Ｔｃで表わされる。
【００５５】
ところで、蓄積期間中に発光源１が常に消灯していれば、電荷量Ａ２は、時間差τが０であるときの電荷量（＝Ｂ−Ａ）に等しくなる。よって、発光源１が消灯している間に受光センサ２で生成された電荷量を用いることにより、Ｂ−Ａが求められる。よって、予めＢ−Ａを求めておけば、４種類の電荷量Ａ０〜Ａ４のうちの２種類を用いるだけでも時間差τ〔ｓ〕は求められる。２種類の電荷量Ａ０，Ａ２を用いた場合、時間差τは、
【００５６】
【数５】
2010098454.tif 000007
で表わされる。ただし、ＡＬ＝Ｂ−Ａである。
【００５７】
また、蓄積期間中に発光源１が常に所定の強度で点灯していれば、電荷量Ａ１は、時間差τが０であるときの電荷量（＝Ａ＋Ｂ）に等しくなる。よって、発光源１が点灯している間に受光センサ２で生成された電荷量を用いることにより、Ａ＋Ｂが求められる。よって、予めＡ＋Ｂを求めておけば、４種類の電荷量Ａ０〜Ａ４のうちの２種類を用いるだけでも時間差τ〔ｓ〕は求められる。２種類の電荷量Ａ０，Ａ２を用いた場合、時間差τは、
【００５８】
【数６】
2010098454.tif 000008
で表わされる。ただし、ＡＨ＝Ａ＋Ｂである。
【００５９】
対象物３の反射率が一定であり、かつ外光成分がない場合、Ａが既知となり、Ｂ＝０となる。この場合、未知数が時間差τ〔ｓ〕だけになる。よって、４種類の電荷量Ａ０〜Ａ４のうちの１種類を用いて時間差τ〔ｓ〕は求められる。
【００６０】
上述のように４種類の基準タイミング信号にそれぞれ対応する電荷量Ａ０〜Ａ３を撮像素子によって得る場合、１回の蓄積期間で１つの距離値を得るようにしてもよい。この場合、撮像素子の隣接する４個（１列４個でも２列２個ずつでもよい）の受光領域（第１受光領域と第２受光領域と第３受光領域と第４受光領域）を１つのグループとする。第１受光領域は第１の基準タイミング信号（第１のタイミング信号）に応じて電荷を集積し、第２受光領域は第２の基準タイミング信号（第２のタイミング信号）に応じて電荷を集積し、第３受光領域は第３の基準タイミング信号（第３のタイミング信号）に応じて電荷を集積し、第４受光領域は第４の基準タイミング信号（第４のタイミング信号）に応じて電荷を集積する。各受光領域で集積された電荷は、蓄積期間に亘って蓄積される。このようにして撮像素子が電荷を蓄積すれば、１回の蓄積期間で４つの受光領域を用いるから、１回の蓄積期間で１つの距離値が得られる。この場合、各受光領域が複数の基準タイミング信号に応じて電荷を順次集積する場合に比べて、解像度は低下する。しかしながら、４つの電荷量Ａ０〜Ａ３を撮像素子から１回で読み出すことができる。そのため、１画面の距離画像を生成するために必要な電荷の読出回数を少なくでき、１画面の距離画像を得るのに要する時間を短くできる。よって、距離画像を用いて滑らかな動画像を生成できる。
【００６１】
また、４回の蓄積期間で１つの距離値を得るようにしてもよい。この場合、撮像素子の各受光領域に４種類の基準タイミング信号（タイミング信号）を順番に与える。すなわち、４回の蓄積期間を１周期とする。たとえば、各受光領域は、１回目の蓄積期間に第１の基準タイミング信号（第１のタイミング信号）に応じて電荷を集積し、２回目の蓄積期間に第２の基準タイミング信号（第２タイミング信号）に応じて電荷を集積し、３回目の蓄積期間に第３の基準タイミング信号（第３のタイミング信号）に応じて電荷を集積し、４回目の蓄積期間に第４の基準タイミング信号（第４のタイミング信号）に応じて電荷を集積する。すなわち、各受光領域が蓄積期間ごとに異なる基準タイミング信号（タイミング信号）に応じて電荷を集積する。このようにして撮像素子が電荷を蓄積すれば、４回の蓄積期間で１つの距離値が得られる。この場合、複数の受光領域がそれぞれ異なる基準タイミング信号に応じて電荷を集積する場合に比べて、１画面の距離画像を得るのに要する時間が長くなる。しかしながら、受光領域ごとに距離値を得ることができる。そのため、解像度の高い距離画像を生成できる。
【００６２】
正誤判断部７は、各タイミング信号に対応付けられた電荷量の大小関係に対して所定の判定条件を用いて対象物３までの距離が測定可能範囲内か否かを判断するように構成される。
【００６３】
ここで、電荷量Ａ０，Ａ２は、時間差τが１チップ長Ｔｃを超えると一定値であるＢになる。電荷量Ａ１は、０≦τ≦Ｔｃである間は増加し、Ｔｃ＜τ≦２Ｔｃである間は減少する。電荷量Ａ３は、０≦τ≦Ｔｃである間は減少し、Ｔｃ＜τ≦２Ｔｃである間は増加する。電荷量Ａ１，Ａ３は、時間差τが２チップ長Ｔｃを超えると一定値であるＢになる。
【００６４】
Ｔｃ＜τの場合、Ａ０−Ａ２＝０になる。ただし、実際には外乱光によるショットノイズなどが発生する環境下において電荷量Ａ０，Ａ２には揺らぎが生じる。つまり、Ｔｃ＜τになっても、必ずしもＡ０−Ａ２が０になるとは限らない。
【００６５】
正誤判断部７は、電荷量Ａ０と電荷量Ａ２との差分が規定の閾値β（第１の閾値）以下になれば、時間差τが１チップ長Ｔｃを超えた、すなわち、測定可能な最大距離（測定最大距離）を越えたと判断する。すなわち、正誤判断部７の判定条件は、Ａ０−Ａ２≦β（≒０）である。
【００６６】
正誤判断部７は、対象物３までの距離が測定最大距離を超えていると判断したときには、当該画素について距離値を出力しないように距離演算部６に指示を与える。距離演算部６は、正誤判断部７によって、距離値を出力しないように指示を与えられると、対象物３までの距離が無効であると判断する。その結果、距離演算部６は、測定最大距離を超える遠方の対象物３までの距離を出力しない。よって、距離の誤測定を防止できる。
【００６７】
受光センサ２は多数の画素を備えるから、対象物３までの距離が測定最大距離までの範囲内である領域については距離の測定を行える。測定最大距離を越える対象物３までの距離を無効にしても、受光センサ２の感度が低減されることはない。
【００６８】
外乱光が強くショットノイズによる電荷量の揺らぎが大きいような環境下では、時間差τが１チップ長Ｔｃを超える場合でもＡ０−Ａ２≦βにならず、Ａ０−Ａ２＞βになることがある。このような場合に備えて、正誤判断部７は、対象物３までの距離が測定最大距離を超えるか否かの判断に、電荷量（受光量）Ａ１と電荷量Ａ３との差分を用いる。電荷量Ａ１と電荷量Ａ３との差分は、２Ｔｃ＜τになると０になる。したがって、正誤判断部７は、電荷量Ａ１と電荷量Ａ３との差分が規定の閾値γ（第２の閾値）以下になれば、時間差τがチップ長Ｔｃの２倍を超えたと判断する。すなわち、正誤判断部７は、Ａ１−Ａ３≦γ（≒０）を判定条件として用いる。正誤判断部７は、Ａ１−Ａ３≦γが成立すると、対象物３までの距離が測定最大距離の２倍を超えていると判断する。正誤判断部７は、対象物３までの距離が測定最大距離の２倍を超えていると判断したときには、当該画素について距離値を出力しないように距離演算部６に指示を与える。
【００６９】
正誤判断部７が、電荷量Ａ０と電荷量Ａ２との差分を閾値βと比較し、電荷量Ａ１と電荷量Ａ３との差分を閾値γと比較すれば、電荷量を用いて得られる距離が測定最大距離の２倍を超えるか否かを信頼性よく判断できる。閾値βと閾値γとは同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。
【００７０】
本実施形態では、測定最大距離が１チップ長Ｔｃに相当する距離に設定されている（上述の例では、１チップ長Ｔｃ＝１００〔ｎｓ〕に対して、測定最大距離は１５〔ｍ〕である）。すなわち、対象物３の測定可能範囲は０〜１５〔ｍ〕である。
【００７１】
上述したように、遅延制御部８は、タイミング制御部５から出力される基準タイミング信号（図３（ｃ）〜（ｆ）参照）を、時間軸方向に偏移させて受光センサ２に与える。いま、遅延制御部８が、基準タイミング信号を時間軸方向において１チップ長Ｔｃだけ遅延させたとする。この場合、図３（ｂ）に示す受光強度の波形が１チップ長Ｔｃだけ右に偏移しているときに、各受光領域から得られる電荷量は、図３（ｃ）〜（ｆ）に斜線部で示す部位の面積に相当する量になる。
【００７２】
言い換えると、基準タイミング信号を１チップ長Ｔｃだけ右に偏移させれば、受光強度の波形が１チップ長Ｔｃだけ右に偏移する距離に位置する対象物３までの距離を測定できる。
【００７３】
受光強度の波形が１チップ長Ｔｃだけ右に偏移する距離は、上述の条件では１５〔ｍ〕である。図３（ｃ）〜（ｆ）に示す基準タイミング信号を１チップ長Ｔｃだけ右に偏移させたタイミング信号を用いて求めた距離に１５〔ｍ〕を加算すれば、対象物３までの実際の距離が得られる。ただし、基準タイミング信号を１チップ長Ｔｃだけ右に偏移させた場合には、距離の測定可能範囲は１５〔ｍ〕〜３０〔ｍ〕になる。すなわち、遅延時間が１チップ長Ｔｃである場合には、測定可能範囲は１５〔ｍ〕〜３０〔ｍ〕になる。
【００７４】
基準タイミング信号をチップ長Ｔｃの２倍だけ右に偏移させたタイミング信号を用いれば（すなわち、遅延時間Ｔｄ＝２Ｔｃ）、距離の測定可能範囲は３０〜４５〔ｍ〕になる。ただし、対象物３までの距離が大きくなるほど対象物３での反射光の受光強度は低下する。よって、タイミング信号を遅延させることが可能な範囲（遅延時間の最大値）は、受光強度に応じて決定される。また、本実施形態の距離測定装置では、遅延時間を変化させることで、測定可能範囲を変化させても測定可能範囲の上限値と下限値との差は一定である。よって、測定可能範囲が変化しても距離の分解能は変化しない。
【００７５】
上述の説明からわかるように、測定可能範囲の幅は単位期間によって決定される。また、距離の分解能も単位期間により決定される。一方、測定可能範囲の上限値と下限値は遅延時間によって決定される。
【００７６】
本実施形態の距離測定装置では、単位期間を変更せずに、遅延時間を変更することで測定可能範囲を偏移させる。これによって測定最大距離を変化させる。したがって、分解能に影響を与えることなく測定最大距離を変更できる。測定可能範囲は、単位期間と遅延時間とによって決定される。したがって、図５（ａ）に示すように、測定可能範囲に周期性がなく、測定可能範囲外の対象物３については距離が測定されない。したがって、図５（ｂ）に示すように遅延時間に応じたオフセットＬ１を設定することで測定最大距離を変更しても、測定可能範囲外の対象物３までの距離を誤って測定することがない。
【００７７】
ところで、上述の例のようにチップ長Ｔｃを単位として偏移させたタイミング信号を用いると（遅延時間をチップ長Ｔｃの整数倍とすると）、測定可能範囲の境界付近（たとえば、０〜１５〔ｍ〕と１５〜３０〔ｍ〕とを測定可能範囲とする場合の１５〔ｍ〕付近）では、距離の算出に用いられる電荷量Ａ０と電荷量Ａ２との差が小さくなる。そのため、測定誤差が生じやすくなる。したがって、遅延時間は、チップ長Ｔｃよりも短い時間とすることが望ましい。
【００７８】
次に、図６を参照して、遅延時間Ｔｄをチップ長Ｔｃの３分の２の時間にした例について説明する。図６（ａ）は変調信号を示し、図６（ｂ）は受光センサ２が受光した光の強度を示し、図６（ｃ）は第１のタイミング信号を示し、図６（ｄ）は第２のタイミング信号を示し、図６（ｅ）は第３のタイミング信号を示し、図６（ｆ）は第４のタイミング信号を示す。
【００７９】
受光センサ２により得られた電荷量Ａ０〜Ａ３から求められる時間差τは、発光源１から投光した光が受光センサ２に入射するまでの飛行時間Ｔｆではなく、発光源１から投光し遅延時間Ｔｄ＝（２／３）Ｔｃが経過した後から受光センサ２に光が入射するまでの時間である。よって、時間差τは、τ＝Ｔｆ−Ｔｄである。
【００８０】
チップ長Ｔｃが１００〔ｎｓ〕である場合、遅延時間Ｔｄ＝（２／３）Ｔｃに相当する距離は１０ｍである。よって、図６に示すタイミング信号を用いれば、図７（ａ）にＲ１１で示すように、測定可能範囲は１０〔ｍ〕〜２５〔ｍ〕になる。Ｒ１０は遅延時間Ｔｄ＝０である場合の測定可能範囲を示す。また、遅延時間Ｔｄをチップ長Ｔｃの３分の４の時間にすれば、遅延時間Ｔｄ＝（４／３）Ｔｃに相当する距離は２０ｍである。この場合、図７（ａ）にＲ１２で示すように、測定可能範囲は２０〔ｍ〕〜３５〔ｍ〕になる。遅延時間Ｔｄ＝（２／３）Ｔｃに対応する測定可能範囲（近距離側の測定可能範囲）と、遅延時間Ｔｄ＝（４／３）Ｔｃに対応する測定可能範囲（遠距離側の測定可能範囲）とは５ｍ重複している。近距離側の測定可能範囲の上限値（２５〔ｍ〕）付近の電荷量を用いないようにし、遠距離側の測定可能範囲の下限値（２０〔ｍ〕）付近の電荷量を用いないようにすることで、測定誤差を抑制できる。
【００８１】
距離演算部６は、基準タイミング信号を時間軸方向に偏移させることによって測定可能範囲が変更されたときには、距離の補正を行う（図７（ｂ）参照）。距離範囲設定部９は、遅延制御部８と距離演算部６とに遅延時間Ｔｄを通知する。距離演算部６は、距離範囲設定部９から通知された遅延時間Ｔｄに相当する距離を位相差τより求められた距離に加算することにより距離の補正を行う。距離演算部は、距離の補正を行うことにより、対象物３までの距離値を求める。
【００８２】
距離演算部６は、複数の光電変換部にそれぞれ関連付けられた複数の画素を有する距離画像を生成するように構成される。距離画像の各画素は、対象物３までの距離を示す画素値を有する。距離演算部６は、画素に対応する対象物３までの距離が測定可能範囲に含まれていれば画素の画素値を対象物３までの距離を示す有効画素値に設定する。距離演算部６は、画素に対応する対象物３までの距離が測定可能範囲に含まれていなければ画素の画素値を対象物３までの距離が測定可能範囲外であることを示す無効画素値に設定する。
【００８３】
ところで、電荷量Ａ１と電荷量Ａ３との差分は、対象物３までの距離が測定可能範囲の下限値（以下、「測定最小距離」という）を下回る場合も閾値γ以下になる（図４参照）。したがって、正誤判断部７は、電荷量Ａ１と電荷量Ａ３との差分が閾値γ以下であれば、対象物３までの距離が測定最小距離以下か、または、測定最大距離の２倍以上であるかを判定できる。正誤判断部７は、受光センサ２の受光領域からなるグループごとに対象物３までの距離が測定可能範囲内か否かを判定する。
【００８４】
距離範囲設定部９は、複数の異なる時間から遅延時間Ｔｄを選択して遅延制御部８に通知するように構成されていてもよい。遅延制御部８は、基準タイミング信号を、距離範囲設定部９から通知された遅延時間Ｔｄだけ遅延させてタイミング信号を生成するように構成される。すなわち、距離範囲設定部９が遅延時間を切り換えるようにすれば、測定可能範囲を各遅延時間に対応する測定可能範囲に切り換えることができる。これにより、距離測定装置の測定可能範囲を広げることができる。
【００８５】
たとえば、チップ長Ｔｃが１００〔ｎｓ〕であるときに、遅延時間Ｔｄを０〔ｓ〕、７５〔ｎｓ〕、１５０〔ｎｓ〕の異なる３つの時間で切り換えるとする。遅延時間Ｔｄ＝０〔ｓ〕に対応する測定可能範囲は０〜１５〔ｍ〕であり、遅延時間Ｔｄ＝７５〔ｎｓ〕に対応する測定可能範囲は１１．２５〔ｍ〕〜２６．２５〔ｍ〕であり、遅延時間Ｔｄ＝１５０〔ｎｓ〕に対応する測定可能範囲は２２．５〔ｍ〕〜３７．５〔ｍ〕である。このように測定可能範囲（遅延時間Ｔｄ）を切り換えれば、距離の異なるいろいろな対象物３について距離測定を行える。
【００８６】
距離範囲設定部９は、所定フレームごとに測定可能範囲（遅延時間Ｔｄ）を自動的に切り換えるように構成されていてもよい。上記所定フレームは、複数フレームでもよい。上記所定フレームが１フレームである場合、距離範囲設定部９は、遅延時間Ｔｄを循環的に（遅延時間Ｔｄが徐々に大きくまたは小さくなるように）切り換えるようにしてもよい。このようにすれば、測定可能範囲の境界（上限値または下限値）付近に存在する対象物３が移動している場合でも、対象物３の動きを滑らかに追跡できる。この場合、距離範囲設定部９は、遅延時間制御部８が選択可能な遅延時間が循環的に選択されるように遅延制御部８に指示を与える。
【００８７】
また、距離測定装置は、所定のイベントの発生を検知するイベント検知部１０を備えていてもよい。イベント検知部１０は、たとえば、距離演算部６で生成された距離画像に基づいて人のような移動する対象物３を検知する。イベント検知部１０は、対象物３が移動する位置の予測を行う予測手段としても機能する。イベント検知部１０は、予測した結果を距離範囲設定部９に通知する。距離範囲設定部９は、イベント検知部１０からの指示を受けて遅延時間Ｔｄを選択する。距離範囲設定部９は、対象物３が隣接する測定可能範囲の境界（距離が重複している範囲）に存在している場合、どちらの測定可能範囲（遅延時間Ｔｄ）を選択するかをイベント検知部１０の予測結果に基づいて決定する。この場合、対象物３を追跡して、対象物３までの距離に応じて測定可能範囲を切り換えることができる。すなわち、対象物３を追跡して距離を測定できる。
【００８８】
距離演算部６は、測定可能範囲ごとに補正した距離値を生成する。すなわち、距離演算部６は、測定可能範囲ごとの距離画像を生成する。たとえば、遅延時間Ｔｄが０〔ｓ〕と７５〔ｎｓ〕と１５０〔ｎｓ〕との異なる３つの時間で切り換えられる場合、遅延時間Ｔｄ（測定可能範囲）ごとに距離画像が生成される。すなわち、測定可能範囲が０〜１５〔ｍ〕である距離画像と、測定可能範囲が１１．２５〔ｍ〕〜２６．２５〔ｍ〕である距離画像と、測定可能範囲が２２．５〔ｍ〕〜３７．５〔ｍ〕である距離画像とが、生成される。
【００８９】
実空間では受光センサ２の各受光領域にはそれぞれ１つの対象物３からの反射光しか入射しない。測定可能範囲が異なっても１グループの受光領域には１つの距離値しか対応しない。したがって、対象空間において受光センサ２にもっとも近い対象物３からの反射光のみが受光領域に入射する。言い換えれば、対象物３が直線状に並んでいても、受光領域には距離測定装置に近い対象物３で反射された光しか入射しない。
【００９０】
複数の測定可能範囲（遅延時間）が設定されても、受光センサ２の受光領域のグループごとに１つの距離値のみを対応付ければよい。距離演算部６は、測定可能範囲ごとに求めた距離値を１枚の距離画像の画素に対応付けることによって、複数の測定可能範囲から得られた距離値を用いて１枚の距離画像（合成距離画像）を生成するように構成されることが好ましい。
【００９１】
複数の距離画像を１の距離画像にまとめる際には（合成距離画像を生成する際には）、距離演算部６は、正誤判断部７での判定結果を参照して、対象物３までの距離が測定可能範囲内であると判定された距離値のみを組み合わせる。また、すべての測定可能範囲において正誤判断部７での判定結果が異常値となる画素（測定最大距離を超えるか測定最小距離を下回ることを示している画素）には、測定不能であることを示す値を割り当てる。すなわち、距離演算部６は、無効画素値を有する画素の数が少なくなるように、複数の距離画像を合成して合成距離画像を生成するように構成される。
【００９２】
この構成を採用すれば、測定可能範囲を利用者に意識させることなく近距離から遠距離まで継ぎ目なく距離を測定できる。ここで、測定可能範囲の境界では、上述したように誤差が少ないほうの距離を選択して用いるのが望ましい。ただし、境界において得られる２つの距離の平均値を用いたり、各距離の重み付き平均を用いたりしてもよい。
【００９３】
ところで、距離測定装置の測定精度は、対象物３までの距離が測定可能範囲内であっても、変調信号やタイミング信号の波形のなまりなどに起因してばらつくことがある。
【００９４】
すなわち、変調信号やタイミング信号の波形は、回路のキャパシタンス成分やインダクタンス成分に起因して、完全な方形波信号にはならないことがある。そのため、図８に示すように、電荷量Ａ０〜Ａ３が小さい領域と大きい領域とにおいて、電荷量Ａ０〜Ａ３の理論値（特性Ｖ１０）と実際値（特性Ｖ１１）との間に誤差が生じることがある。なお、図８では、電荷量Ａ１，Ａ３を示しているが、電荷量Ａ０，Ａ２でも同様の誤差が生じることがある。図８に示す例では、電荷量Ａ０〜Ａ３が大きい領域では理論値よりも実際値が小さい。電荷量Ａ０〜Ａ３が小さい領域では理論値よりも実際値が大きい。実際値は、理論値とは異なり直線的ではなくＳ字状の曲線的に変化する。
【００９５】
このように、電荷量Ａ０〜Ａ３に対して距離が直線的に変化しないことがある。そのため、図９に示すように、演算距離（特性Ｄ１０）と実距離（特性Ｄ１１）とにずれが生じることがある。ただし、図８に示すように、電荷量Ａ０〜Ａ３には、理論値と実際値との傾きがほぼ一致する領域がある。したがって、理論値と実際値との傾きが一致するときの電荷量Ａ０〜Ａ３を利用すれば、演算距離と実距離との誤差を低減できる。
【００９６】
遅延時間が０〔ｓ〕である（測定最小距離が０〔ｍ〕である）場合に、理論値と実際値との傾きの一致度が高くなる距離の範囲（最適範囲）をｘ〜ｘ＋ａ〔ｍ〕とする。遅延時間を所定の値にして測定最小距離をｙ〔ｍ〕とした場合、最適範囲はｘ＋ｙ〜ｘ＋ｙ＋ａ〔ｍ〕になる。
【００９７】
最適範囲ｘ〜ｘ＋ａ〔ｍ〕は、たとえば、実距離と演算距離との誤差が所定値（たとえば、１０％）以内になる範囲として定める。最適範囲ｘ〜ｘ＋ａ〔ｍ〕は、多くの場合、チップ長Ｔｃにより決まる測定可能範囲の中央付近になる。よって、測定可能範囲の中央付近を距離の測定に利用する採用範囲Ｄｐ（図８参照）とする。このようにすれば、直線性のよい（高精度な）距離測定が可能になる。
【００９８】
測定可能範囲の中央付近の距離のみを用いることができるように、複数の測定可能範囲を設定してもよい。この場合、距離演算部６は、各測定可能範囲内の採用範囲Ｄｐ内の距離のみを用いて１枚の距離画像（合成距離画像）を生成するように構成される。この構成では、各距離値の測定精度のばらつきが小さくなる。よって、対象物３までの距離を高精度に測定できる。
【００９９】
発光源１から放射された光は、対象空間において多重反射するおそれがある。発光源１から放射された光が多重反射すると、光の正反射成分により生成される電荷量に、光の多重反射成分により生成される電荷量が加算されて、電荷量が実際の電荷量よりも多くなってしまうことがある。たとえば、ある時間Ｔ１における電荷量に、時間Ｔ１より後の時間Ｔ２における電荷量が重畳されることがある。このように多重反射が生じた場合には、多重反射の影響によって、正しい電荷量が得られず、測定された距離と実際の距離とが大きく異なってしまうおそれがある。
【０１００】
そこで、距離演算部６は、対象物３までの距離が所定距離と一致するかどうかを判断し、対象物３までの距離Ｌが所定距離と一致する画素の画素値を対象物３までの距離が所定距離と一致しない画素の画素値と異ならせるように構成されていてもよい。たとえば、距離演算部６は、画素に対応する対象物３までの距離が所定距離と一致していれば画素の画素値を有効画素値に設定し、画素に対応する対象物３までの距離が所定距離と一致していなければ画素の画素値を無効画素値に設定する。
【０１０１】
所定距離は、発光源１が光を放射してから遅延時間Ｔｄの経過後に非反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量と反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量とが最初に一致するときの飛行時間Ｔｆに相当する距離である。ここで、”対象物３までの距離が所定距離と一致する”とは、対象物３までの距離が厳密な意味で所定距離に一致していることだけではなく、対象物３までの距離が、多重反射による影響を無視できる程度の距離であることを含む。
【０１０２】
たとえば、距離演算部６が、電荷量Ａ０と電荷量Ａ２とを用いて、対象物３までの距離Ｌを算出する場合を考える。遅延時間Ｔｄが（２／３）Ｔｃであれば、電荷量Ａ０と電荷量Ａ２とが最初に一致するときの飛行時間Ｔｆは、Ｔｄ＋Ｔｃである。この飛行時間Ｔｆ＝Ｔｄ＋Ｔｃに相当する距離は、測定最大距離Ｌｍａｘ〔ｍ〕である。この場合、測定最大距離Ｌｍａｘは２５〔ｍ〕になる。
【０１０３】
電荷量Ａ０と電荷量Ａ２とは、時間差τが１チップ長Ｔｃを越えると（対象物３までの距離が測定最大距離Ｌｍａｘを越えると）、一定値であるＢになる（図４参照）。
【０１０４】
距離演算部６は、測定最大距離Ｌｍａｘに対応する電荷量を用いて対象物３までの距離を算出する。そのため、光の多重反射によって加算される電荷量は第１のタイミング信号と第２のタイミング信号とのいずれの場合であってもＢである。つまり、光が多重反射しても、測定最大距離Ｌｍａｘに対応する電荷量Ａ０と電荷量Ａ２とのそれぞれに重畳される電荷量は等しい。そのため、測定最大距離Ｌｍａｘに対応する電荷量Ａ０と電荷量Ａ２とを用いれば、発光源１から放射された光の多重反射による影響を受けることなく、対象物３までの距離を測定できる。
【０１０５】
上述の例では、遅延時間Ｔｄに対応する測定可能範囲は、測定最大距離Ｌｍａｘ〔ｍ〕のみである。ここで、光の正反射成分と多重反射成分との光路差の許容値がＤＡ〔ｍ〕であるとする。許容値は、多重反射による影響を無視できる値である。この場合、測定最小距離Ｌｍｉｎを、Ｌｍｉｎ＝Ｌｍａｘ−ＤＡとすることができる。すなわち、測定可能範囲を、測定最小距離Ｌｍｉｎ＝Ｌｍａｘ−ＤＡから測定最大距離Ｌｍａｘ〔ｍ〕までの範囲にできる。たとえば、ＤＡ＝０．５〔ｍ〕であり、Ｌｍａｘ＝２５〔ｍ〕であれば、測定可能範囲は、２４．５〔ｍ〕〜２５〔ｍ〕となる。
【０１０６】
ここで、遅延時間Ｔｄを、許容値ＤＡ〔ｍ〕に対応する時間ずつ大きくすれば、多重反射の影響がない合成距離画像が得られる。たとえば、１チップ長Ｔｃが１００〔ｎｓ〕で、ＤＡ＝０．５〔ｍ〕であるときに、測定可能範囲が１０〔ｍ〕〜２５〔ｍ〕までの合成距離画像を得るには、遅延時間Ｔｄを、（２／３）Ｔｃ（１０〔ｍ〕に相当）から、（４９／３０）Ｔｃ（２４．５〔ｍ〕に相当）まで、（１／３０）Ｔｃ（０．５〔ｍ〕に相当）ずつ大きくすればよい。なお、上述したように測定可能範囲の一部が他の測定可能範囲の一部と重複していてもよい。すなわち、遅延時間Ｔｄは、許容値ＤＡ〔ｍ〕に対応する時間未満の時間ずつ大きくしてもよい。
【０１０７】
発光源１から放射された光は、理想的には、受光センサ２に最も近い対象物３で反射されて受光センサ２に戻ってくる。しかしながら、受光センサ２と最も近い対象物３との間にガラスがあったり、受光センサ２の近傍に光の反射率が高い物体があったりする場合には、対象物３よりも近距離にある物体で反射された光（光の近距離成分、フレア成分）に応じた電荷量が対象物３で反射された光に応じた電荷量に加算されて、電荷量が実際の電荷量よりも多くなってしまうことがある。たとえば、ある時間Ｔ１における電荷量に、時間Ｔ１より前の時間Ｔ３における電荷量が重畳されてしまうことがある。このように、光の近距離成分の影響によって、正しい電荷量が得られず、測定された距離と実際の距離とが大きく異なってしまうおそれがある。特に、光の近距離成分の強度は強く、距離画像にフレアが生じるおそれある。
【０１０８】
そこで、距離演算部６は、第３の基準タイミング信号（遅延非反転基準タイミング信号）に対応する電荷量Ａ１と第４の基準タイミング信号（遅延反転基準タイミング信号）に対応する電荷量Ａ３とを用いて、時間差τを求めるように構成されていてもよい。
【０１０９】
第３の基準タイミング信号（第３のタイミング信号）に対応する電荷量Ａ１と、第４の基準タイミング信号（第４のタイミング信号）に対応する電荷量Ａ３とは、時間差τが０未満、すなわち、遅延時間Ｔｄにおいては、対象物３までの距離が測定最小距離Ｌｍｉｎ未満であると、一定値であるＢになる。
【０１１０】
そのため、近距離成分によって加算される電荷量は第３のタイミング信号と第４のタイミング信号とのいずれの場合であってもＢである。つまり、光の近距離成分によって、第３のタイミング信号に対応する電荷量と第４のタイミング信号に対応する電荷量とのそれぞれに重畳される電荷量は等しい。よって、電荷量Ａ１と電荷量Ａ３との差分を用いれば、発光源１から放射された光の近距離成分を除去できる。
【０１１１】
すなわち、電荷量Ａ１と電荷量Ａ３を用い、かつ、光の近距離成分が遅延時間Ｔｄ内に受光センサ２に入射するように、遅延時間Ｔｄを選択すれば、発光源１から放射された光の近距離成分による影響を受けることなく、対象物３までの距離を測定できる。
【０１１２】
以上述べたように、本実施形態の距離測定装置は、発光源１と、受光センサ２と、タイミング制御部５と、距離演算部６と、遅延制御部８と、を備える。
【０１１３】
発光源１は、対象物３が存在する対象空間に光を照射するために用いられる。
【０１１４】
受光センサ２は、受光期間中に対象空間から受け取った光の強度に応じた量の電荷を生成する光電変換部と、光電変換部で生成された電荷を受光期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積する電荷蓄積部と、を備える。
【０１１５】
タイミング制御部５は、変調信号を発光源１に出力し、複数の基準タイミング信号を遅延制御部８に出力するように構成される。
【０１１６】
ここで、変調信号は、方形波信号である。変調信号が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は、所定の単位期間の整数倍の長さから乱数的に決定される。複数の基準タイミング信号は、変調信号と同じ波形を有する非反転基準タイミング信号と、非反転基準タイミング信号を反転させた信号である反転基準タイミング信号とを含む。上述の例では、第１の基準タイミング信号と第３の基準タイミング信号とはそれぞれ非反転基準タイミング信号である。第２の基準タイミング信号は、第１の基準タイミング信号と組となる反転基準タイミング信号である。第４の基準タイミング信号は、第３の基準タイミング信号と組となる反転基準タイミング信号である。
【０１１７】
発光源１は、タイミング制御部５から受け取った変調信号に基づいて光の強度を変化させるように構成される。上述の例では、発光源１は、変調信号の信号値がハイレベル（第１値）である間は点灯し、変調信号の信号値（第１信号値）がロウレベル（第２値）である間は消灯する。
【０１１８】
遅延制御部８は、タイミング制御部５から受け取った各基準タイミング信号を遅延時間Ｔｄだけ遅延させ、これによって複数のタイミング信号を生成して受光センサ２（光電変換部）に出力するように構成される。
【０１１９】
受光センサ２（光電変換部）は、遅延制御部８から受け取った各タイミング信号がハイレベルである期間とロウレベルである期間とのいずれか一方を受光期間として選択するように構成される。上述の例では、受光センサ２は、タイミング信号の信号値がハイレベルである期間を受光期間として選択する。受光センサ２は、タイミング信号の信号値がロウレベルである期間を受光期間として選択してもよい。
【０１２０】
受光センサ２（電荷蓄積部）は、光電変換部が生成した電荷を、複数のタイミング信号のそれぞれと対応付けて蓄積するように構成される。
【０１２１】
距離演算部６は、各タイミング信号に対応付けられた電荷量を用いて、時間差τを求める。距離演算部６は、時間差τと遅延時間Ｔｄとに基づいて対象物３までの距離を求めるように構成される。ここで、時間差τは、発光源１から放射された後に対象物３で反射された光を受光センサ２（光電変換部）が受け取るまでにかかる時間である飛行時間Ｔｆと遅延時間Ｔｄとの時間差である。
【０１２２】
本実施形態の距離測定装置では、蓄積期間に蓄積される電荷量は、対象物３までの距離に応じて変化する時間差τの一次関数になる。ここで、複数の異なるタイミング信号にそれぞれ対応して蓄積された電荷量を用いることにより時間差τを決定できる。よって、対象物３までの距離を算出できる。
【０１２３】
また、距離演算部６は、電荷量から求めた時間差τと遅延制御部８での遅延時間Ｔｄとを用いて対象物３までの距離を求める。距離の分解能は基準タイミング信号によって決まり、測定最大距離は単位期間と遅延時間Ｔｄとにより決まる。よって、測定最大距離にかかわらず距離の分解能を一定に保つことができる。測定可能範囲の幅と距離の分解能とは単位期間によって決定される。距離測定装置は、単位期間を変えずに遅延時間を変えることによって測定可能範囲の上限値と下限値とを変える。すなわち、測定可能範囲の幅はそのままに、測定可能範囲の上限値と下限値とを変える。したがって、測定最大距離を変更しても距離の分解能が低下することがない。
【０１２４】
測定可能範囲の幅は単位期間によって決まり、測定可能範囲の下限値は遅延時間によって決まる。距離演算部６は、測定可能範囲外の対象物３までの距離を測定しないから、測定最大距離を変更しても測定可能範囲外の距離を誤って測定することがない。
【０１２５】
また、遅延時間Ｔｄを調節するだけで距離の測定可能範囲を任意に設定できる。つまり、測定可能範囲の幅は単位期間で決まるから、測定可能範囲の上限値と下限値とを遅延時間により決めることができる。よって、測定したい距離の範囲に測定可能範囲を設定できる。
【０１２６】
好ましくは、複数の基準タイミング信号は、変調信号に一致する第１基準タイミング信号と、第１基準タイミング信号を反転させた信号である第２基準タイミング信号と、変調信号と同一の波形を有し変調信号から単位期間（１チップ長Ｔｃ）分だけ遅延した第３基準タイミング信号と、第３基準タイミング信号を反転させて得られた第４基準タイミング信号と、を含む。距離演算部６は、第１基準タイミング信号に対応する電荷量Ａ０と第２基準タイミング信号に対応する電荷量Ａ２と第３基準タイミング信号に対応する電荷量Ａ１と第４基準タイミング信号に対応する電荷量Ａ３とを用いて、時間差τを求めるように構成される。
【０１２７】
したがって、環境光（発光源１から放射される光とは無関係の光）の存在下においても環境光の影響を除去して距離を求めることができる。
【０１２８】
距離演算部６は、遅延時間Ｔｄに相当する距離を時間差τに相当する距離に加算することにより対象物３までの距離を算出するように構成される。したがって、対象物３までの距離を容易に求めることができる。
【０１２９】
距離測定装置は、距離範囲設定部９を有する。距離範囲設定部９は、受け取った入力信号に応じて、複数の異なる時間から遅延時間Ｔｄを選択して遅延制御部８に通知するように構成される。遅延制御部８は、基準タイミング信号を、距離範囲設定部９から通知された遅延時間Ｔｄだけ遅延させてタイミング信号を生成するように構成される。
【０１３０】
この場合、測定可能範囲の幅を変更せずに（距離の分解能を維持したままで）、測定可能範囲の上限値および下限値を変更できる。
【０１３１】
距離範囲設定部９は、受け取った入力信号に応じて遅延時間Ｔｄを選択する。よって、ユーザが手動操作するスイッチや、人感センサなどから距離範囲設定部９に入力信号を送信することで、遅延時間Ｔｄ（測定可能範囲）を変更できる。すなわち、距離範囲設定部は、所定の手段と連携して測定可能範囲を変更できる。たとえば、移動する人を追跡するために測定可能範囲を変更することが可能になる。
【０１３２】
なお、距離範囲設定部９は、自動的に、複数の異なる時間から遅延時間Ｔｄを選択して遅延制御部８に通知するように構成されていてもよい。
【０１３３】
たとえば、距離範囲設定部９が遅延時間Ｔｄを複数の異なる時間から循環的に（順次）選択すると、利用者に測定可能範囲の切換を意識させることなく、広範囲な距離測定が行える。すなわち、実質的に測定可能範囲を広げることができる。
【０１３４】
距離測定装置は、複数の光電変換部を有する。上述の例では、受光センサ２は、複数の光電変換部として機能する。複数の光電変換部は、撮像面を形成するように平面状に配列される。距離演算部６は、複数の光電変換部にそれぞれ関連付けられた複数の画素を有する距離画像を生成するように構成される。距離演算部６は、対象物３までの距離が所定距離と一致するかどうかを判断し、対象物３までの距離が所定距離と一致する画素の画素値を対象物３までの距離が所定距離と一致しない画素の画素値と異ならせるように構成される。所定距離は、発光源１が光を放射してから遅延時間Ｔｄの経過後に非反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量と反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量とが最初に一致するときの飛行時間Ｔｆに相当する距離である。言い換えれば、所定距離は、発光源１が光を放射するときの時間と、発光源１が光を放射してから遅延時間Ｔｄの経過後に非反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量と反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量とが最初に一致するときの時間との差に相当する距離である。このようにすれば、光の多重反射成分による影響を除去できる。
【０１３５】
距離測定装置は、対象空間内での所定のイベントの発生を検知するイベント検知部１０を有する。距離範囲設定部９は、イベント検知部１０がイベントの発生を検知すると、対象空間内でイベントが発生した場所までの距離に応じて遅延時間Ｔｄを選択するように構成される。この場合、対象空間で発生したイベントに適した遅延時間Ｔｄで、対象物３までの距離を測定できる。
【０１３６】
距離測定装置は、正誤判断部７を有する。正誤判断部７は、各タイミング信号に対応付けられた電荷量の大小関係に対して所定の判定条件を用いて対象物３までの距離が測定可能範囲内か否かを判断するように構成される。
【０１３７】
距離演算部６は、複数の光電変換部にそれぞれ対応付けられた複数の画素を有する距離画像を複数の遅延時間毎に生成するように構成される。
【０１３８】
距離演算部６は、正誤判断部の判断結果を参照して、距離画像を生成するように構成される。すなわち、距離演算部６は、画素に対応する対象物までの距離が測定可能範囲に含まれていれば画素の画素値を対象物３までの距離を示す有効画素値に設定し、画素に対応する対象物３までの距離が測定可能範囲に含まれていなければ画素の画素値を対象物３までの距離が測定可能範囲外であることを示す無効画素値に設定するように構成される。
【０１３９】
距離演算部６は、無効画素値を有する画素の数が少なくなるように、複数の距離画像を合成して合成距離画像を生成するように構成される。
【０１４０】
測定可能範囲が異なる複数の距離画像から、各距離画像よりも広い測定可能範囲を有する１枚の距離画像（合成距離画像）が得られる。すなわち、広範囲な距離値を持つ距離画像を生成することができる。
【０１４１】
ここで、距離画像として、多重反射成分の影響が除去された距離画像を用いれば、距離の測定精度が高い合成距離画像が得られる。
【０１４２】
ここで、複数の遅延時間は、それぞれに対応する測定可能範囲が互いに連続するように選択されることが好ましい。このようにすれば、測定可能範囲を連続的につなげることができる。なお、「測定可能範囲が互いに連続する」とは、測定可能範囲が互いに連続しているとみなせる程度であればよい。よって、測定可能範囲の一部が他の測定可能範囲の一部と重複していてもよいし、測定可能範囲の上限値が他の測定可能範囲の下限値と一致していてもよい。また、測定可能範囲の上限値と他の測定可能範囲の下限値との差が、測定可能範囲の上限値が他の測定可能範囲の下限値と一致しているとみなせる程度であれば、測定可能範囲が互いに連続しているといえる。
【０１４３】
好ましくは、複数の基準タイミング信号は、変調信号と同一の波形を有し変調信号から単位期間分だけ遅延した遅延非反転基準タイミング信号と、上記遅延非反転基準タイミング信号を反転させて得られた遅延反転基準タイミング信号と、を含む。上述の例では、遅延非反転基準タイミング信号は第３の基準タイミング信号であり、遅延反転基準タイミング信号は第４の基準タイミング信号である。距離演算部６は、遅延非反転基準タイミング信号（第３の基準タイミング信号）に対応する電荷量Ａ１と遅延反転基準タイミング信号（第４の基準タイミング信号）に対応する電荷量Ａ３とを用いて、時間差τを求めるように構成されていてもよい。このようにすれば、発光源１から放射された光の近距離成分による影響を受けることなく、対象物３までの距離を測定できる。
【図１】
2010098454.tif 000009
【図２】
2010098454.tif 000010
【図３】
2010098454.tif 000011
【図４】
2010098454.tif 000012
【図５】
2010098454.tif 000013
【図６】
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【図７】
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【図８】
2010098454.tif 000016
【図９】
2010098454.tif 000017
【国際調査報告】
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