(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調光を空間に発光する発光手段（８）と、
前記発光手段から発光された変調光が対象物で反射した戻り光を含む入射光を受光して電荷を蓄積する受光手段（４、２２）と、
前記発光手段の発光動作を制御する発光制御手段（５）と、
前記受光手段の受光動作を制御する受光制御手段（６）と、
前記発光手段から変調光が発光された時点を基点とする所定時間間隔の距離スロットのうち戻り光が前記受光手段に受光された距離スロットを受光スロットとして特定する受光スロット特定手段（６ａ）と、
前記受光手段における電荷の蓄積状態に基づいて変調光と戻り光との間の位相差を計測する位相型ＴＯＦ計測手段（６ｂ）と、
前記受光スロット特定手段による特定結果と前記位相型ＴＯＦ計測手段による計測結果とを組み合わせることで、自装置から対象物までの距離を計算して取得する距離取得手段（６ｃ）と、を備え、
前記受光スロット特定手段は、バイナリコードのサンプリングパターンを用いて前記受光スロットを特定することを特徴とする光飛行型測距装置（１、２１）。
【請求項２】
変調光を空間に発光する発光手段（８）と、
前記発光手段から発光された変調光が対象物で反射した戻り光を含む入射光を受光して電荷を蓄積する受光手段（４、２２）と、
前記発光手段の発光動作を制御する発光制御手段（５）と、
前記受光手段の受光動作を制御する受光制御手段（６）と、
前記発光手段から変調光が発光された時点を基点とする所定時間間隔の距離スロットのうち戻り光が前記受光手段に受光された距離スロットを受光スロットとして特定する受光スロット特定手段（６ａ）と、
前記受光手段における電荷の蓄積状態に基づいて変調光と戻り光との間の位相差を計測する位相型ＴＯＦ計測手段（６ｂ）と、
前記受光スロット特定手段による特定結果と前記位相型ＴＯＦ計測手段による計測結果とを組み合わせることで、自装置から対象物までの距離を計算して取得する距離取得手段（６ｃ）と、を備え、
前記受光スロット特定手段は、グレイコードのサンプリングパターンを用いて前記受光スロットを特定することを特徴とする光飛行型測距装置（１、２１）。
【請求項３】
請求項１又は２に記載した光飛行型測距装置において、
前記発光制御手段は、発光波形のデューティーを５０％よりも短くし、その分、デューティーを５０％とするときよりも発光ピークパワーを高めて変調光を前記発光手段から発光させ、
前記受光スロット特定手段は、前記発光手段から当該発光ピークパワーが高められた変調光が発光されたことで、前記発光手段から当該発光ピークパワーが高められた変調光が発光された時点を基点とする所定時間間隔の距離スロットのうち戻り光が前記受光手段に受光された距離スロットを前記受光スロットとして特定することを特徴とする光飛行型測距装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載した光飛行型測距装置において、
前記発光制御手段は、発光波形のデューティーを５０％よりも短くし、その分、デューティーを５０％とするときよりも発光ピークパワーを高めて変調光を前記発光手段から発光させ、
前記位相型ＴＯＦ計測手段は、前記受光スロットのみに対して位相差の計測を行うことを特徴とする光飛型測距装置。
【請求項５】
請求項１から３の何れか一項に記載した光飛行型測距装置において、
前記発光制御手段は、発光波形のデューティーを５０％として変調光を前記発光手段から発光させ、
前記位相型ＴＯＦ計測手段は、前記受光スロットを含む全ての距離スロットに対して位相差の計測を行うことを特徴とする光飛行型測距装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載した光飛行型測距装置において、
前記受光スロット特定手段は、一の距離スロットの時間間隔を、前記位相型ＴＯＦ計測手段が変調光と戻り光との間の位相差を計測するときの１周期とすることを特徴とする光飛行型測距装置。
【請求項７】
変調光を空間に発光する発光手段（８）と、
前記発光手段から発光された変調光が対象物で反射した戻り光を含む入射光を受光して電荷を蓄積する受光手段（４、２２）と、
前記発光手段の発光動作を制御する発光制御手段（５）と、
前記受光手段の受光動作を制御する受光制御手段（６）と、
前記発光手段から変調光が発光された時点を基点とする所定時間間隔の距離スロットのうち戻り光が前記受光手段に受光された距離スロットを受光スロットとして特定する受光スロット特定手段（６ａ）と、
前記受光手段における電荷の蓄積状態に基づいて変調光と戻り光との間の位相差を計測する位相型ＴＯＦ計測手段（６ｂ）と、
少なくとも前記受光スロット特定手段により特定した受光スロットの１周期内での位相差を計測するよう、前記受光スロット特定手段による特定結果と前記位相型ＴＯＦ計測手段による計測結果とを組み合わせることで、自装置から対象物までの距離を計算して取得する距離取得手段（６ｃ）と、を備えたことを特徴とする光飛行型測距装置（１、２１）。
【請求項８】
請求項７に記載した光飛行型測距装置において、
前記受光スロット特定手段は、バイナリコードのサンプリングパターンを用いて前記受光スロットを特定することを特徴とする光飛行型測距装置。
【請求項９】
請求項７に記載した光飛行型測距装置において、
前記受光スロット特定手段は、グレイコードのサンプリングパターンを用いて前記受光スロットを特定することを特徴とする光飛行型測距装置。
【請求項１０】
請求項７から９の何れか一項に記載した光飛行型測距装置において、
前記発光制御手段は、発光波形のデューティーを５０％よりも短くし、その分、デューティーを５０％とするときよりも発光ピークパワーを高めて変調光を前記発光手段から発光させ、
前記受光スロット特定手段は、前記発光手段から当該発光ピークパワーが高められた変調光が発光されたことで、前記発光手段から当該発光ピークパワーが高められた変調光が発光された時点を基点とする所定時間間隔の距離スロットのうち戻り光が前記受光手段に受光された距離スロットを前記受光スロットとして特定することを特徴とする光飛行型測距装置。
【請求項１１】
請求項７から１０の何れか一項に記載した光飛行型測距装置において、
前記発光制御手段は、発光波形のデューティーを５０％よりも短くし、その分、デューティーを５０％とするときよりも発光ピークパワーを高めて変調光を前記発光手段から発光させ、
前記位相型ＴＯＦ計測手段は、前記受光スロットのみに対して位相差の計測を行うことを特徴とする光飛型測距装置。
【請求項１２】
請求項７から１０の何れか一項に記載した光飛行型測距装置において、
前記発光制御手段は、発光波形のデューティーを５０％として変調光を前記発光手段から発光させ、
前記位相型ＴＯＦ計測手段は、前記受光スロットを含む全ての距離スロットに対して位相差の計測を行うことを特徴とする光飛行型測距装置。
【請求項１３】
請求項７から１２の何れか一項に記載した光飛行型測距装置において、
前記受光スロット特定手段は、一の距離スロットの時間間隔を、前記位相型ＴＯＦ計測手段が変調光と戻り光との間の位相差を計測するときの１周期とすることを特徴とする光飛行型測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変調光を空間に発光し、変調光が対象物で反射した戻り光を含む入射光を受光して電荷を蓄積し、その電荷の蓄積状態に基づいて変調光と戻り光との間の位相差を計測し、自装置から対象物までの距離を計算して取得する光飛行型測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、変調光（測距光）を空間に発光し、変調光が対象物で反射した戻り光（反射光）を含む入射光を受光して電荷を蓄積し、その電荷の蓄積状態に基づいて変調光と戻り光との間の位相差を計測し、自装置から対象物までの距離を計算して取得する光飛行（ＴＯＦ：Time of Flight）型測距装置が供されている。近年では、複数の変調周波数を用いた位相差の計測を組み合わせることで、高精度且つ２π以上の遠距離測距に対応する技術も供されている（例えば特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８６２９９７６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１４／００４９７６７号明細書
【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、必要な距離精度を維持したまま、車載要求の遠距離測距（例えば数１０ｍ程度）を行うには、発光強度（発光時間と発光ピークパワーとの積）を高める必要がある。そのため、大電力の光源を用いる構成や複数の光源を並列接続する構成が必要となり、装置全体の体格が大きくなってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光強度を高めることを不要として装置全体の大型化を回避しつつ、遠距離測距でも必要な距離精度を維持することができる光飛行型測距装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載した発明によれば、発光手段は、変調光を空間に発光する。受光手段は、発光手段から発光された変調光が対象物で反射した戻り光を含む入射光を受光して電荷を蓄積する。発光制御手段は、発光手段の発光動作を制御する。受光制御手段は、受光手段の受光動作を制御する。受光スロット特定手段は、変調光が発光手段から発光された時点を基点とする所定時間間隔の距離スロットのうち戻り光が受光手段に受光された距離スロットを受光スロットとして特定する。位相型ＴＯＦ計測手段は、受光手段における電荷の蓄積状態に基づいて変調光と戻り光との間の位相差を計測する。距離取得手段は、受光スロット特定手段による特定結果と位相型ＴＯＦ計測手段による計測結果とを組み合わせることで、自装置から対象物までの距離を計算して取得する。受光スロット特定手段は、バイナリコードのサンプリングパターンを用いて前記受光スロットを特定する。
【０００７】
戻り光が受光された受光スロットを特定する方法は、高い分解能で距離を特定できなかったり、高範囲（高解像度）をカバーできなかったりする点で不利であるが、位相回りの発生を回避できたり、マルチパスやミックスドピクセルの影響を除去できたりする点で有利である。一方、変調光と戻り光との間の位相差を計測する方法は、位相回りが発生したり、マルチパスやミックスドピクセルの影響を受ける点で不利であるが、高い分解能で距離を特定できたり、高範囲をカバーできたりする点で有利である。
【０００８】
本発明では、受光スロット特定手段による特定結果と位相型ＴＯＦ計測手段による計測結果とを組み合わせることで、それぞれの方法による利点を両立する。即ち、受光スロット特定では、変調光の発光波形のデューティーを従来の５０％よりも短くし（低デューティー化し）、その分、発光ピークパワーを高めることで、遠距離まで受光スロットを特定する。位相型ＴＯＦ計測では、変調光の発光波形のデューティーを従来の５０％よりも短くする、又は従来の５０％のままとし、受光スロットの１周期内での位相差を計測する。このように受光スロット特定により自装置から対象物までの大まかな距離を遠距離まで計測し、位相型ＴＯＦ計測により受光スロットの１周期内での位相差を計測することで、自装置から対象物までの詳細な距離を計算して取得することできる。これにより、発光強度を高めることを不要として装置全体の大型化を回避しつつ、遠距離測距でも必要な距離精度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す機能ブロック図
【図２】発光波形を示す図
【図３】受光素子の構成を示す機能ブロック図
【図４】バイナリコードを用いて受光スロットを特定する態様を示す図（その１）
【図５】グレイコードを用いて受光スロットを特定する態様を示す図（その１）
【図６】バイナリコードを用いて受光スロットを特定する態様を示す図（その２）
【図７】グレイコードを用いて受光スロットを特定する態様を示す図（その２）
【図８】タイミングチャート
【図９】フローチャート
【図１０】露光パターンを示す図（その１）
【図１１】露光パターンを示す図（その２）
【図１２】受光スロット特定と位相型ＴＯＦ計測の組み合わせを示す図
【図１３】距離スロットの時間間隔と位相型ＴＯＦ計測の周期との関係を示す図（その１）
【図１４】距離スロットの時間間隔と位相型ＴＯＦ計測の周期との関係を示す図（その２）
【図１５】受光スロット特定と位相型ＴＯＦ計測との関係を概念的に示す図（その１）
【図１６】受光スロット特定と位相型ＴＯＦ計測との関係を概念的に示す図（その２）
【図１７】本発明の第２の実施形態を示す機能ブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
以下、本発明を、車両に搭載可能な光飛行型測距装置に適用した第１の実施形態について図１から図１６を参照して説明する。光飛行型測距装置が車両に搭載される態様はどのような態様でも良い。例えば光飛行型測距装置１が車両の前方部及び後方部に搭載される態様では、車両の前方及び後方が対象物（例えば人、他の車両、壁等）の監視エリアとなる。光飛行型測距装置１は、１個の受光素子が１画素として構成されているセンサであり、所定の発光周波数（例えば２０ＭＨｚ）の変調光（測距光）を空間に発光する（照射する）。変調光が発光された空間に対象物が存在すると、変調光が対象物で反射した戻り光（反射光）を含む入射光が光飛行型測距装置１に受光される。
【００１１】
光飛行型測距装置１は、制御部２と、発光部３（発光手段）と、受光部４（受光手段）とを有する。制御部２は、発光部３の発光動作を制御する発光制御回路５（発光制御手段）と、受光部４の受光動作を制御する受光制御回路６（受光制御手段）と、記憶部７とを有する。受光制御回路６は、受光スロット特定部６ａ（受光スロット特定手段）と、位相型ＴＯＦ計測部６ｂ（位相型ＴＯＦ計測手段）と、距離取得部６ｃ（距離取得手段）とを有する。制御部２は、マイクロコンピュータを有しており、制御プログラムを実行することで、発光部３の発光動作や受光部４の受光動作等を制御する処理を行う。
【００１２】
発光部３は、光源としての発光素子８と、発光素子８を駆動する駆動回路９とを有する。駆動回路９は、発光制御回路５から発光指令信号を入力すると、発光指令を発光素子８に出力する。発光素子８は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザ等の高速変調（高速点滅）が可能なデバイスから構成されている。発光素子８は、駆動回路９から発光指令を入力すると、駆動回路９から供給される電力を動作電力として駆動し、変調光を予め設定されている空間に発光する。
【００１３】
発光制御回路５は、図２に示すように、発光素子８から発光させる変調光の発光波形のデューティーを切替可能となっている。具体的には、発光制御回路５は、発光波形のデューティーを５０％として変調光を発光素子８から発光させる期間と、発光波形のデューティーを６．２５％として変調光を発光素子８から発光させる期間とを切替可能となっている。発光制御回路５は、発光波形のデューティーを６．２５％とする（低デューティー化する）ときには、従来の（発光波形のデューティーを５０％とするときの）８倍の発光ピークパワーで変調光を発光素子８から発光させる（Ｐ２＝８×Ｐ１）。尚、発光波形のデューティーを５０％とした場合と、発光波形のデューティーを６．２５％として発光ピークパワーを８倍とした場合とでは、発光強度がエネルギー（熱）的に等価であるので、回路規模や放熱対策は従来と同等のままで済む。即ち、ハードウェアの改良を必要とせずに、低デューティー化して発光ピークパワーを高めることで、遠距離までの測距が可能になると共に、外乱光に対するＳＮＲ（信号対雑音比）も向上して距離精度が高まる。加えて、発光素子８を駆動する駆動回路９でもデューティーを短くすることによる温度条件の緩和で電流ロスが少なくなり、発光ピークパワーがより一層高まる。
【００１４】
受光部４は、選択回路１０と、縦方向のラインを構成する複数の受光素子群１１ａ〜１１ｎとを有する。選択回路１０は、受光制御回路６から受光指令信号を入力すると、受光指令を各受光素子群１１ａ〜１１ｎに出力する。又、選択回路１０は、受光制御回路６から読出指令信号を入力すると、読出指令を各受光素子群１１ａ〜１１ｎに出力する。各受光素子群１１ａ〜１１ｎは、選択回路１０から受光指令を入力すると、発光素子８から発光された変調光が対象物で反射した戻り光を含む入射光の受光を待機する（受光不可能な状態から受光可能な状態へと移行する）。各受光素子群１１ａ〜１１ｎは、規則的に配列されている複数の受光素子１２ａ〜１２ｎを有する。
【００１５】
各受光素子１２ａ〜１２ｎは、図３に示すように、光電変換素子１３と、電荷蓄積部１４とを有する。光電変換素子１３は、変調光が対象物で反射した戻り光を含む入射光を受光すると、その受光した入射光を受光量に応じた電荷に変換する。電荷蓄積部１４は、第１〜第４の４個の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄを有し、光電変換素子１３により変換された電荷を変調光の変調周期（１フレームの周期）に同期して振り分ける。そして、電荷蓄積部１４は、その振り分けた電荷をそれぞれ第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積する。
【００１６】
又、各受光素子群１１ａ〜１１ｎは、選択回路１０から読出指令を入力すると、各受光素子１２ａ〜１２ｎの第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積されている電荷の電荷量（受光量）を受光制御回路６に出力する。受光制御回路６は、読出指令を所定の時間間隔で選択回路１０に出力し、第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積されている電荷の電荷量を所定の時間間隔で読み出す。そして、受光制御回路６は、その読み出した電荷の電荷量を用いて、戻り光が受光された距離スロットである受光スロットの特定（受光スロット特定）を受光スロット特定部６ａにより行ったり、変調光と戻り光との間の位相差の計測（位相型ＴＯＦ計測）を位相型ＴＯＦ計測部６ｂにより行ったりする。
【００１７】
受光スロット特定部６ａは、変調光が発光素子８から発光された時点を基点とする所定時間間隔の距離スロットのうち戻り光（最大強度の戻り光）が受光部４に受光された距離スロットを受光スロットとして特定する。このとき、発光制御回路５は、発光波形のデューティーを６．２５％とし、発光ピークパワーを発光波形のデューティーが５０％のときの８倍として変調光を発光素子８から発光させる。受光スロット特定部６ａは、距離スロットの個数に対してバイナリコードやグレイコードを用いてサンプル数を最小化し、各サンプルについて電圧値の大小を判定することで、受光スロットを特定する。受光スロット特定部６ａは、電圧値の差が規定値以上である期間では「１」を割当て、電圧値の差が規定値未満である期間では「０」を割当てる。
【００１８】
図４は、距離スロットの個数を「８」とし、サンプル数を「３」とし、バイナリコードのサンプリングパターンを用いて受光スロットを特定する態様を例示している。図４の例示では、戻り光の受光期間が距離スロッ３から距離スロット４への変化タイミングに重なっており、受光スロット特定部６ａは、バイナリコードを「１，０，１」と特定することで、距離スロット３を受光スロットとして特定する。又、図５は、距離スロットの個数を「８」とし、サンプル数を「３」とし、グレイコードのサンプリングパターンを用いて受光スロットを特定する態様を例示している。図５の例示でも、戻り光の受光期間が距離スロッ３から距離スロット４への変化タイミングに重なっており、受光スロット特定部６ａは、グレイコードを「１，１，１」と特定することで、距離スロット３を受光スロットとして特定する。
【００１９】
バイナリコードを用いる方法では、「０」、「１」の変化点がサンプル同士で重複するタイミングが存在する。図４の例示では、例えば距離スロット２から距離スロット３への変化タイミング（ｔ２）では「０」、「１」の変化点がサンプル２、３で重複し、距離スロット４から距離スロット５への変化タイミング（ｔ４）では「０」、「１」の変化点がサンプル１〜３で重複し、距離スロット６から距離スロット７への変化タイミング（ｔ６）では「０」、「１」の変化点がサンプル２、３で重複する。これに対して、グレイコードを用いる方法では、「０」、「１」の変化点がサンプル同士で重複するタイミングが存在しない。このような性質の相違により、グレイコードを用いる場合はバイナリコードを用いる場合よりもロバスト性の点で有利である。
【００２０】
具体的に説明すると、図６及び図７に示すように戻り光の受光期間が距離スロット４から距離スロット５への変化タイミングに重なるときを想定する。バイナリコードを用いた図６の例示では、受光スロット特定部６ａは、サンプル１〜３を「１，０，０」と特定することで、距離スロット４を受光スロットとして特定する。しかしながら、受光スロット特定部６ａは、例えばサンプル１を「０」と特定してしまい、サンプル１〜３を「０，０，０」と特定してしまうと、距離スロット８を受光スロットとして特定してしまう。即ち、サンプル１〜３のうちサンプル１について「０」、「１」の特定がずれただけでも、受光スロットの特定が距離スロット４から距離スロット８までずれてしまい、受光スロットを特定する誤差が大きい（受光スロットを特定する精度が低い）。サンプル２、３について「０」、「１」の特定がずれた場合も同様である。又、戻り光の受光期間が距離スロット２から距離スロット３への変化タイミングに重なるときや距離スロット６から距離スロット７への変化タイミングに重なるときも同様である。
【００２１】
これに対して、グレイコードを用いた図７の例示では、受光スロット特定部６ａは、サンプル１〜３を「１，１，０」と特定することで、距離スロット４を受光スロットとして特定する。この場合、上記と同様に例えばサンプル１を「０」と特定してしまい、サンプル１〜３を「０，１，０」と特定してしまっても、距離スロット４に隣接する距離スロット５を受光スロットとして特定するに止まる。即ち、サンプル１〜３のうちサンプル１について「０」、「１」の特定がずれても、受光スロットの特定が距離スロット４から距離スロット５までに止まり、受光スロットを特定する誤差が小さい（受光スロットを特定する精度が高い）。戻り光の受光期間が別の距離スロットから更に別の距離スロットへの変化タイミングに重なるときも同様である。このようにグレイコードを用いる場合はバイナリコードを用いる場合よりもロバスト性の点で有利である。
【００２２】
位相型ＴＯＦ計測部６ｂは、発光制御回路５と連携し、各受光素子１２の第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積されている電荷の電荷量に基づいて変調光と戻り光との間の位相差を計測する。即ち、図８に示すように、発光制御回路５は、１フレームの周期内の発光期間において、発光指令信号を周期がＴｓ、オン時間がＴｓ／２、オフ時間がＴｓ／２の矩形波として駆動回路９に出力し、発光素子８からのＴｓ／２時間の発光とＴｓ／２時間の発光停止とを繰り返させる。尚、発光制御回路５は、発光指令信号を矩形波で出力することに限らず、発光指令信号を正弦波や鋸波等で出力しても良い。
【００２３】
位相型ＴＯＦ計測部６ｂは、発光期間において、受光指令信号を受光制御回路６から選択回路１０に出力させ、各受光素子群１１ａ〜１１ｎの第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄにおける電荷を蓄積するタイミングを制御する。即ち、位相型ＴＯＦ計測部６ｂは、発光指令信号の周期Ｔｓを４等分した時間を、それぞれ順にＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４とすると、発光素子８の発光と同期するタイミングで第１の単位蓄積部１５ａをＴｓ／２時間オンする（蓄積Ｑ１）。又、位相型ＴＯＦ計測部６ｂは、第１の単位蓄積部１５ａのオンからＴ１遅れたタイミングで第２の単位蓄積部１５ｂをＴｓ／２時間オンする（蓄積Ｑ２）。又、位相型ＴＯＦ計測部６ｂは、第１の単位蓄積部１５ａのオンから（Ｔ１＋Ｔ２）遅れたタイミングで第３の単位蓄積部１５ｃをＴｓ／２時間オンする（蓄積Ｑ３）。更に、位相型ＴＯＦ計測部６ｂは、第１の単位蓄積部１５ａのオンから（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）遅れたタイミングで第４の単位蓄積部１５ｄをＴｓ／２時間オンする（蓄積Ｑ４）。位相型ＴＯＦ計測部６ｂは、このように周期Ｔｓを４等分した時間ずつずらして電荷を振り分け、変調光の発光からそれぞれ０度、９０度、１８０度、２７０度位相がずれた電荷の蓄積を繰り返させる。
【００２４】
一般的に、自装置から対象物までの距離を計測するには、数ｍｓ程度の時間の電荷の蓄積が必要である。一方、発光素子８から発光される変調光の発光周波数（変調周波数）は数十ＭＨｚである。よって、変調の１周期Ｔｓは数十ｎｓ程度である。このため、自装置から対象物までの距離を計測するには、数千〜数十万周期の露光期間（電荷蓄積期間）を必要とする。位相型ＴＯＦ計測部６ｂは、露光期間の時間間隔毎に第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積されている電荷の電荷量を読み出す。
【００２５】
位相型ＴＯＦ計測部６ｂは、第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積されている電荷の電荷量を読み出すと、以下のようにして自装置から対象物までの距離を計測する。発光素子８から発光された変調光と、変調光が対象物で反射して各受光素子群１１ａ〜１１ｎに受光される戻り光との間には、光が対象物まで往復する飛行時間による位相差（遅延時間）が生じる。位相型ＴＯＦ計測部６ｂは、第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積されている電荷の電荷量をそれぞれＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とすると、次式（１）により位相差φを計測する。
【００２６】
φ＝ｔａｎ−１［（Ｃ１−Ｃ３）／（Ｃ２−Ｃ４）］…（１）
尚、各受光素子群１１ａ〜１１ｎには戻り光の他に背景光も入射光として受光されるが、入射光のうち戻り光による（戻り光成分の）電荷は遅延時間に応じて第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに割り振られる。そのため、第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積される戻り光による電荷の電荷量は異なる。一方、入射光のうち背景光による（背景光成分の）電荷は均等に第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに割り振られる。そのため、第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積される背景光による電荷の電荷量は略等しくなる。上記した式（１）では、背景光による電荷の電荷量が相殺されるので、背景光の影響を受けずに位相差φを計測することができる。
【００２７】
距離取得部６ｃは、変調光と戻り光との間の位相差φが位相型ＴＯＦ計測部６ｂにより計測されると、その計測された位相差φ、周期Ｔｓ、光速ｃを用い、次式（２）により自装置から対象物までの距離Ｄを計算して取得する。
【００２８】
Ｄ＝（φ／２π）・（ｃ／２Ｔｓ）…（２）
尚、位相型ＴＯＦ計測部６ｂは、第１〜第４の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄに蓄積されている電荷の電荷量を読み出す場合に、それらの電荷量を同時に読み出しても良いし個別に読み出しても良いし、複数のフレームに亘って読み出しても良い。又、本実施形態では、電荷蓄積部１４を４個の単位蓄積部１５ａ〜１５ｄで構成する場合を例示したが、互いに異なる位相の電荷量に基づいて自装置から対象物までの距離Ｄを計算して取得可能であれば、単位蓄積部の個数は２以上の幾つであっても良い。
【００２９】
図９は、制御部２が行う処理の流れを示している。制御部２は、自装置から対象物までの測距の開始条件が成立すると測距を開始する。制御部２は、測距を開始すると、受光スロット特定を受光スロット特定部６ａにより行い、戻り光が受光された距離スロットを受光スロットとして特定する（Ｓ１）。このとき、制御部２は、発光波形のデューティーを６．２５％とし、発光ピークパワーを従来の８倍として変調光を発光素子８から発光させる。
【００３０】
次いで、制御部２は、受光スロットを特定すると、位相型ＴＯＦ計測を位相型ＴＯＦ計測部６ｂにより行い、その特定した受光スロットの１周期内での位相差を計測する（Ｓ２）。このとき、制御部２は、発光波形を低デューティー化しても良いししなくても良い。制御部２は、発光波形を低デューティー化する場合であれば、図１０に示すように、発光波形のデューティーを６．２５％とし、発光ピークパワーを従来の（発光波形のデューティーを５０％とするときの）８倍として変調光を発光素子８から発光させ、受光スロットのみに対して位相差の計測を行う。この場合には、最大強度の戻り光が存在すると特定した距離スロットのみに対して位相差の計測を行うことにより、マルチパスやミックスドピクセルの原因となり得る複数の戻り光を同時に計測してしまうことがなくなり、マルチパスやミックスドピクセルの発生を未然に防ぐことができる。又、制御部２は、発光波形を低デューティー化しない場合であれば、図１１に示すように、発光波形のデューティーを従来の５０％のままとし、全ての距離スロットに対して位相差の計測を行う。この場合には、従来の制御をそのまま流用して実現することができる。そして、制御部２は、位相差を計測すると、その計測した位相差を用い、自装置から対象物までの詳細な距離を計算して取得する（Ｓ３）。
【００３１】
このように本発明は、図１２に示すように、受光スロット特定と位相型ＴＯＦ計測とを組み合わせ、受光スロット特定により自装置から対象物までの大まかな距離を遠距離まで計測し、位相型ＴＯＦ計測により受光スロットの１周期内での位相差を計測することで、自装置から対象物までの詳細な距離を計算して取得する。
【００３２】
尚、以上に説明した一連の処理では、１つの距離スロットの時間間隔を、図１３に示すように、変調光と戻り光との間の位相差を計測するときの１周期（２π）としたが、図１４に示すように、半周期（π）としても良い。又、このように受光スロット特定と位相型ＴＯＦ計測とを組み合わせる構成では、車載アプリやシステム要件に依存する距離精度の要求により露光パターンや発光ピークパワーを最適に調整すれば良い。近距離のみで高い精度が要求される場合であれば、図１５に示すように、受光スロット特定を目標最長距離までとし、位相型ＴＯＦ計測を近距離までとする調整を行うことで、近距離で高い精度の測距を実現することができつつ、処理時間を低減することができ、又、必要な発光強度を抑えることができる。又、全域で高い精度が要求される場合であれば、図１６に示すように、受光スロット特定と位相型ＴＯＦ計測との両方を目標最長距離までとする調整を行うことで、全域で高い精度の測距を実現することができる。
【００３３】
以上に説明したように第１の実施形態によれば、次に示す作用効果を得ることができる。光飛行型測距装置１において、変調光が発光されたことで戻り光が受光された受光スロットを受光スロット特定部６ａにより特定し、変調光と戻り光との間の位相差を位相型ＴＯＦ計測部６ｂにより計測する。そして、受光スロット特定部６ａによる特定結果と位相型ＴＯＦ計測部６ｂによる計測結果とを組み合わせることで、それぞれの方法による利点を両立するようにした。即ち、受光スロット特定により自装置から対象物までの大まかな距離を遠距離まで計測し、位相型ＴＯＦ計測により受光スロットの１周期内での位相差を計測することで、自装置から対象物までの詳細な距離を計算して取得する。これにより、発光強度を高めることを不要として装置全体の大型化を回避しつつ、遠距離測距でも必要な距離精度を維持することができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図１７を参照して説明する。尚、上記した第１の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第１の実施形態は、受光部４において、縦方向のラインを構成する受光素子群１１毎にサンプリング動作を制御する構成であるが、第２の実施形態は、受光素子１２毎にサンプリング動作を制御する構成である。即ち、光飛行型測距装置２１において、受光部２２４は、選択回路１０と、マトリックス状に配列されている複数の受光素子２３とを有する。各受光素子２３は、選択回路１０から受光指令を入力すると、発光素子８から発光された変調光が対象物で反射した戻り光を含む入射光の受光を待機する。又、各受光素子２３は、選択回路１０から読出指令を入力すると、蓄積されている電荷の電荷量（受光量）を受光制御回路６に出力する。第２の実施形態によれば、必要な距離精度を画素単位で実現することができる。
【００３５】
（その他の実施形態）
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形又は拡張することができる。
車両以外の用途に適用しても良い。
変調光の発光波形を低デューティー化することとして、発光波形のデューティーを５０％よりも短くすれば、発光波形のデューティーを６．２５％以外の値に短くしても良い。又、発光波形のデューティーを５０％よりも短くした場合に、発光波形のデューティーを５０％としたときとエネルギー的に等価となる範囲内で、発光ピークパワーを高めれば良い。即ち、発光波形のデューティーを例えば１２．５％とするときには、発光ピークパワーを従来の４倍として変調光を発光させれば良い。
【００３６】
本実施形態では、先に受光スロット特定を行い、後から位相型ＴＯＦ計測を行う構成を例示したが、先に位相型ＴＯＦ計測を行い、後から受光スロット特定を行う構成でも良い。即ち、位相型ＴＯＦ計測では発光波形のデューティーを５０％として全ての距離スロットに対して位相差の計測を行い、受光スロット特定では発光波形のデューティーを５０％よりも短くして受光スロットを特定すれば良い。
【符号の説明】
【００３７】
図面中、１、２１は光飛行型測距装置、３は発光部（発光手段）、４、２２は受光部（受光手段）、５は発光制御回路（発光制御手段）、６は受光制御回路（受光制御手段）、６ａは受光スロット特定部（受光スロット特定手段）、６ｂは位相型ＴＯＦ計測部（位相型ＴＯＦ計測手段）、６ｃは距離取得部（距離取得手段）である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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