(57)【要約】  距離検出装置は、ＴＯＦ方式により測定対象の距離範囲内に位置する対象物の距離を示す距離画像を生成する。距離検出装置は、照射光を照射する光源と、照射光が対象物で反射した反射光を受光することで検出信号を生成する光センサと、距離範囲が分割されることにより得られた複数の測定範囲のそれぞれの測定範囲において光源の光の照射タイミングに対する光センサの露光タイミングを制御する制御部と、演算部とを備える。演算部は、それぞれの測定範囲において検出信号に基づき当該測定範囲内の対象物の距離を演算することで距離情報を生成し、生成された複数の距離情報を用いて測定対象の距離範囲内の対象物の距離を示す距離画像を生成する。
2016075885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ）方式により測定対象の距離範囲内に位置する対象物の距離を示す距離画像を生成する距離検出装置であって、
光を照射する光源と、
前記光源から照射された光が対象物で反射した反射光を受光することで検出信号を生成する光センサと、
前記距離範囲が分割されることにより得られた複数の測定範囲のそれぞれの測定範囲において前記光源の光の照射タイミングに対する前記光センサの露光タイミングを制御する制御部と、
前記複数の測定範囲の前記それぞれの測定範囲において、前記検出信号に基づき前記それぞれの測定範囲内の対象物の距離を演算することで距離情報を生成し、
前記複数の測定範囲の前記それぞれの測定範囲の前記距離情報を用いて前記距離範囲内の対象物の距離を示す前記距離画像を生成する、
ように構成された演算部と、
を備えた距離検出装置。
【請求項２】
前記距離情報及び前記距離画像は、前記距離画像に含まれる複数の空間領域のそれぞれの空間領域の距離を示し、
前記複数の測定範囲は、第１測定範囲と、前記第１測定範囲より近い第２測定範囲とを含み、
前記演算部は、
前記複数の空間領域の前記それぞれの空間領域に対して、前記第１測定範囲の距離情報で前記それぞれの空間領域の前記距離が示される場合には、前記距離画像で示される前記それぞれの空間領域の前記距離として前記それぞれの距離情報で示される距離を用いて前記距離範囲内の前記対象物の前記距離を示す前記距離画像を生成し、
前記複数の空間領域の前記それぞれの空間領域に対して、前記第１測定範囲の前記距離情報で前記それぞれの空間領域の距離が示されない場合には、前記距離画像で示される前記それぞれの空間領域の距離として前記第２測定範囲の距離情報で示される距離を用いて前記距離範囲内の前記対象物の前記距離を示す前記距離画像を生成する、
ように構成されている、請求項１に記載の距離検出装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記複数の空間領域の前記それぞれの空間領域に対して、前記第１測定範囲の前記距離情報で前記それぞれの空間領域の前記距離が示される場合には、前記第２測定範囲の前記距離情報を生成しない、請求項２に記載の距離検出装置。
【請求項４】
前記複数の測定範囲のうち前記距離検出装置に最も近い測定範囲は２番目に近い測定範囲より距離の範囲が短く設定されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の距離検出装置。
【請求項５】
前記複数の測定範囲の互いに隣接する測定範囲が重複する、請求項１から４のいずれか１項に記載の距離検出装置。
【請求項６】
ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ）方式により測定対象の距離範囲内に位置する対象物の距離を示す距離画像を生成する距離検出方法であって、
前記距離範囲が分割されることにより得られた複数の測定範囲のそれぞれの測定範囲において、光源の光の照射タイミングに対する光センサの露光タイミングを制御するステップと、
前記複数の測定範囲の前記それぞれの測定範囲において、前記光源から照射された光が前記対象物で反射した反射光を受光した前記光センサにより出力された検出信号に基づき前記それぞれの測定範囲内の前記対象物の距離を演算することで前記それぞれの測定範囲内の距離情報を生成するステップと、
前記複数の測定範囲の前記それぞれの測定範囲内の前記距離情報を用いて前記距離範囲内の前記対象物の前記距離を示す前記距離画像を生成するステップと、
を含む距離検出方法。
【請求項７】
前記距離情報及び前記距離画像は、前記距離画像に含まれる複数の空間領域の各々の距離を示し、
前記複数の測定範囲は、第１測定範囲と、前記第１測定範囲より近い第２測定範囲とを含み、
前記距離画像を生成するステップは、
前記複数の空間領域のそれぞれの空間領域に対して、前記第１測定範囲の距離情報で前記それぞれの空間領域の距離が示される場合には、前記距離画像で示される前記それぞれの空間領域の距離として前記それぞれの距離情報で示される距離を用いて前記距離画像を生成するステップと、
前記複数の空間領域の前記それぞれの空間領域に対して、前記第１測定範囲の距離情報で前記それぞれの空間領域の距離が示されない場合には、前記距離画像で示される前記それぞれの空間領域の距離として前記第２測定範囲の距離情報で示される距離を用いて前記距離画像を生成するステップと、
を含む、請求項６に記載の距離検出方法。
【請求項８】
ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ）方式により測定対象の距離範囲内に位置する対象物の距離を示す距離画像を生成するための検出信号を生成する距離検出装置であって、
光を照射する光源と、
前記光源から照射された光が対象物で反射した反射光を受光することで前記検出信号を生成する光センサと、
前記距離範囲が分割されることにより得られた複数の測定範囲のそれぞれの測定範囲において、前記光源の光の照射タイミングに対する前記光センサの露光タイミングを制御する制御部と、
前記測定範囲の前記それぞれの測定範囲において生成された前記検出信号を出力する出力部と、
を備えた距離検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ）方式により対象物の距離を示す距離画像を生成する距離検出装置及び距離検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ）方式により対象物の距離を検出する方法が知られている。例えば、特許文献１には、光を照射して被写体の三次元形状を検出する装置が開示されている。この装置は、プリ測距を行い、その結果に基づいて自動で露光タイミングを調整する。【０００３】
また、特許文献２には、複数の発光タイミングでそれぞれ強度変調された光を照射し、被写体からの反射光を、それぞれのタイミングで検出することで距離を演算する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１１６５１６号公報
【特許文献２】特開２００８−２４１２５８号公報
【発明の概要】
【０００５】
距離検出装置は、光を照射する光源と、光源から照射された光が対象物で反射した反射光を受光することで検出信号を生成する光センサと、距離範囲が分割されることにより得られた複数の測定範囲のそれぞれの測定範囲において光源の光の照射タイミングに対する光センサの露光タイミングを制御する制御部とを備える。
【０００６】
この距離検出装置は、距離画像を用いた評価処理の処理量を低減できるとともに、距離画像のデータ量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は実施の形態に係る距離検出装置のブロック図である。
【図２】図２は実施の形態に係る距離検出装置の距離検出処理を説明するための図である。
【図３】図３は実施の形態に係る距離検出装置の距離画像の一例を示す図である。
【図４】図４は実施の形態に係る距離検出装置の距離範囲の分割例を示す図である。
【図５】図５は実施の形態に係る距離検出装置の距離検出処理のタイミングを示す図である。
【図６】図６は実施の形態に係る距離検出装置の測定処理のタイミングを示す図である。
【図７】図７は実施の形態に係る距離検出装置の遠距離測定処理のタイミングを示す図である。
【図８】図８は実施の形態に係る距離検出装置の中距離測定処理のタイミングを示す図である。
【図９】図９は実施の形態に係る距離検出装置の近距離測定処理のタイミングを示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは実施の形態に係る距離検出装置の距離検出処理のフローチャートである。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは実施の形態に係る距離検出装置の距離検出処理のフローチャートである。
【図１１】図１１は実施の形態に係る距離検出装置の近距離及び中距離測定における測定バラツキを示す図である。
【図１２】図１２は実施の形態に係る距離検出装置の各距離画像及び合成画像の一例を示す図である。
【図１３】図１３は実施の形態の他の距離検出装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。なお、以下で説明する実施の形態は、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、本発明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。
【０００９】
図１は、本実施の形態に係る距離検出装置１００のブロック図である。
【００１０】
図１に示す距離検出装置１００は、ＴＯＦ方式により測定対象の距離範囲内に位置する対象物の距離を示す距離画像１２４を生成する。この距離検出装置１００は、例えば、三次元のイメージセンサに用いることができる。距離検出装置１００は、光源１０１と、光センサ１０２と、制御部１０３と、演算部１０４と、記憶部１０５と、出力部１０６とを備える。
【００１１】
光源１０１は、照射光１２１を照射する。この光源１０１は、発光部１１１と、駆動部１１２とを備える。発光部１１１は、照射光１２１を発光する。発光部１１１は、例えば、ＬＤ（レーザダイオード）又はＬＥＤ（発光ダイオード）等である。駆動部１１２は、発光部１１１に電力を供給することにより、発光部１１１による発光を制御する。
【００１２】
光センサ１０２は、照射光１２１が対象物で反射した反射光１２２を受光することで検出信号１２３を生成する。光センサ１０２は、レンズ１１３と、イメージセンサ１１４とを備える。レンズ１１３は、イメージセンサ１１４に反射光１２２を集光する。イメージセンサ１１４は、反射光１２２を受光し、受光した光の光量に応じた値を有する画像である検出信号１２３を生成する。例えば、イメージセンサ１１４は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサである。
【００１３】
制御部１０３は、光源１０１の照射タイミング及び光センサ１０２の受光タイミング（露光期間）を制御する。具体的には、制御部１０３は、測定対象の距離範囲が分割されることにより得られた測定範囲ごとに、光源１０１の光の照射タイミングに対する光センサ１０２の露光タイミングを制御する。つまり、制御部１０３は、上記測定範囲ごとに、光源１０１及び光センサ１０２を制御することで、当該測定範囲内の対象物の距離を示す距離画像（距離情報）を生成するための検出信号１２３を光センサ１０２に生成させる。
【００１４】
演算部１０４は、検出信号１２３を用いて距離画像１２４を生成する。具体的には、演算部１０４は、測定範囲ごとに、検出信号１２３に基づき当該測定範囲内の対象物の距離を演算することで距離情報を生成する。次に、演算部１０４は、生成された複数の測定範囲の複数の距離情報を用いて、全体の距離範囲内の対象物の距離を示す距離画像１２４を生成する。
【００１５】
例えば、制御部１０３及び演算部１０４は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）により実現される。なお、制御部１０３及び演算部１０４の少なくとも一方は、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサにより実現されてもよいし、専用のハードウェア（回路）により実現されてもよいし、ＣＰＵ又はプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスク又は半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
【００１６】
記憶部１０５は、例えば、ＲＡＭであり、演算部１０４の演算に用いられるデータ及び中間データ等を格納する。
【００１７】
出力部１０６は、距離画像１２４を距離検出装置１００の外部に出力ためのインターフェースであり、例えば、ＵＳＢインターフェースである。例えば、出力部１０６は、外部のＰＣ（パーソナルコンピュータ）等に距離画像１２４を出力する。なお、ここでは、距離検出装置１００から外部への出力機能のみを記載しているが、外部のＰＣ等から制御信号又はプログラム等が当該インターフェースを介して距離検出装置１００に入力されてもよい。
【００１８】
次に、本実施の形態に係る距離検出装置１００の動作を説明する。
【００１９】
図２は、測定対象の全体の距離範囲Ｄ１００を複数の測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）に分割した例を示す図である。図３は、図２に示す例において得られる距離画像１２４の一例を示す図である。図４は、各測定範囲の条件等を示す図である。
【００２０】
なお、ここでは、距離範囲Ｄ１００が３つの測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）に分割される例を述べるが、分割数は２以上であればよく、任意の分割数でよい。また、以下で示す測定範囲の例は一例であり、各範囲の数値等は任意に設定可能である。
【００２１】
この例では、測定対象の全体の距離範囲は０．５ｍ〜１２ｍである。また、実際に計測される距離範囲Ｄ１００は、測定対象の距離範囲に測定バラツキ等を考慮してマージンが加えられており、０．４ｍ〜１２．３ｍである。
【００２２】
距離範囲Ｄ１００は３つの測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）に分割される。近距離の測定範囲Ｄ（１）は０．４ｍ〜２．２ｍであり、中距離の測定範囲Ｄ（２）は１．８ｍ〜７．３ｍであり、遠距離の測定範囲Ｄ（３）は６．７ｍ〜１２．３ｍである。ここで、複数の測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）は、互いに隣接する測定範囲が重複するように距離の範囲が設定されている。具体的には、近距離の測定範囲Ｄ（１）と中距離の測定範囲Ｄ（２）では１．８ｍ〜２．２ｍが重複しており、中距離の測定範囲Ｄ（２）と遠距離の測定範囲Ｄ（３）では６．７ｍ〜７．３ｍが重複している。
【００２３】
このように、重複する範囲を設けることにより、測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）の境界付近では複数の距離検出結果が取得される。これにより、測定バラツキにより、境界付近の距離検出結果がいずれの測定範囲においても取得されない測定抜けの発生を抑制できる。
【００２４】
また、複数の測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）は、近い側の測定範囲ほど距離の範囲（図４の範囲長）が短く設定されている。ここで測定の精度は、距離の比に依存する。よって、近距離の測定範囲ほど、範囲長を短くすることで、各測定範囲における測定の精度のバラツキを低減できる。
【００２５】
なお、遠距離になるほどこの距離の比の影響は小さくなる。よって、例えば、複数の測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）のうち、距離検出装置１００の光センサ１０２に最も近い測定範囲Ｄ（１）は、２番目に近い測定範囲Ｄ（２）より距離の範囲が短く設定され、３番目に近い及びそれより遠い測定範囲Ｄ（３）の距離の範囲は、近距離に隣接する測定範囲の距離の範囲と同じ又は当該距離の範囲より長く設定されてもよい。
【００２６】
また、各測定範囲の測定は、遠距離の測定範囲Ｄ（３）、中距離の測定範囲Ｄ（２）、近距離の測定範囲Ｄ（１）の順で行なわれる。
【００２７】
図３に示すように、距離画像１２４は、それぞれが距離画像１２４の画素である複数の空間領域Ｐ（１）〜Ｐ（Ｎ）よりなる。
【００２８】
図５は、距離検出処理のタイミングチャートである。ここで１フレームはある時刻の１つのシーンに対応する距離画像１２４を生成するための検出信号１２３を生成するために用いられる区間を意味する。
【００２９】
図５に示すように、１フレームにおいて、遠距離モードの測定範囲Ｄ（３）、中距離モードの測定範囲Ｄ（２）及び近距離モードの測定範囲Ｄ（１）がこの順で測定される。また、各モードの測定は、複数のサブ測定を含む。例えば、各測定には数百回程度のサブ測定が含まれる。そして複数のサブ測定の測定結果の平均値が最終的な測定結果として用いられる。なお、ここでは、測定精度を向上させるために、各測定に複数のサブ測定が含まれる例を述べるが、各測定において１回の測定のみが行なわれてもよい。
【００３０】
また、各サブ測定は、Ｓ０測定、Ｓ１測定及びＢＧ測定を含む。
【００３１】
図６は、各サブ測定の詳細を示すタイミングチャートである。図６に示すように、パルスＴＯＦ方式では、光源１０１は、発光パルス幅Ｔｐ（ｓ）で照射光１２１を照射する。照射光１２１が対象物で反射した反射光１２２は、距離検出装置１００から対象物の距離に応じた時間Δｔ後に、光センサ１０２で受光される。
【００３２】
光センサ１０２は、発光パルスの照射に同期したタイミングで露光を行う。また、光センサ１０２は、Ｓ０測定、Ｓ１測定及びＢＧ測定の３種類の測定で得た検出信号１２３を出力する。
【００３３】
Ｓ０測定では、露光期間は、発光パルスの立ち上がりエッジから時間Ｔｄ遅れて開始される。ここで時間Ｔｄは、測定範囲に応じて決定される。対象物が測定範囲内に存在する場合には、反射光１２２の全てが露光期間中に受光される。
【００３４】
Ｓ１測定では、露光期間は、発光パルスの立ち下がりエッジから遅延時間Ｔｄ遅れて開始される。対象物が測定範囲内に存在する場合には、対象物の距離に応じて、反射光１２２の一部のみが露光期間中に受光される。
【００３５】
ＢＧ測定では、発光パルスは照射されず、露光のみが行なわれる。これにより、照射光１２１が照射されていない場合の環境光が受光される。
【００３６】
演算部１０４は、これらの測定で得られた信号から時間Δｔを算出し、時間Δｔを距離に変換する。具体的には、Ｓ０測定で得られた信号Ｓ０と、Ｓ１測定で得られた信号Ｓ１と、ＢＧ測定で得られた信号ＢＧと、Ｓ０測定における発光パルスの立ち上がりエッジから露光開始までの時間Ｔｄ（ｓ）（Ｓ１測定における発光パルスの立ち下がりエッジから露光開始までの時間）と、光速ｃ（＝３×１０８ｍ／ｓ）により、対象物までの距離Ｄｅｐｔｈは数１で導出される。
【００３７】
【数１】
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【００３８】
また、この演算は画像に含まれる複数の空間領域Ｐ（１）〜Ｐ（Ｎ）の各々に対して行なわれる。なお、以下では、１画素ごとに距離が算出される場合を説明するが、複数画素ごとに距離が算出されてもよい。
【００３９】
また、上述した時間Ｔｄを調整することにより所望の測定範囲の対象物を検知することができる。以下、各モードの測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）における発光及び露光タイミングの一例を示す。図７、図８及び図９は、遠距離モードの測定範囲Ｄ（３）、中距離モードの測定範囲Ｄ（２）及び近距離モードの測定範囲Ｄ（１）の各々における発光及び露光タイミングの一例を示す図である。
【００４０】
図７から図９は、測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）のそれぞれの近端に位置する対象物からの反射光Ｄｓ（ｋ）（ｋ＝１、２、３）を示し、測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）のそれぞれの遠端に位置する対象物からの反射光Ｄｅ（ｋ）を示す。
【００４１】
各モードのＳ０測定における露光は、反射光Ｄｓ（ｋ）の立ち上がりエッジから反射光Ｄｅ（ｋ）の立ち下がりエッジまでの期間に行なわれる。なお、Ｓ０測定における露光期間はマージン等を得るために、図７〜図９に示す例より長くてもよい。
【００４２】
各モードのＳ１測定における露光は、反射光Ｄｓ（ｋ）の立ち下がりエッジから開始する。なお、ここでは、反射光Ｄｓ（ｋ）の立ち下がりエッジと反射光Ｄｅ（ｋ）の立ち上がりエッジとが一致しているが、必ずしも一致している必要はない。
【００４３】
このように各モードの発光及び露光タイミングが制御されることにより、各モードの測定範囲に含まれる対象物の距離が検知される。
【００４４】
各サブ測定は、パルスＴＯＦ方式に替えて位相差ＴＯＦ方式を用いてもよい。
【００４５】
次に、図１０Ａと図１０Ｂを用いて、距離検出装置１００の動作を説明する。図１０Ａと図１０Ｂは、本実施の形態に係る距離検出処理のフローチャートである。
【００４６】
まず、制御部１０３は、遠距離モードの測定範囲Ｄ（３）で測定を行う。演算部１０４は、この測定で得られた検出信号１２３を用いて、各画素の距離（深さ）を演算することで、各画素の距離を示す距離情報を生成する（Ｓ１０１）。
【００４７】
次に、演算部１０４は、各画素の距離が有効であるかを判定する（Ｓ１０２〜Ｓ１０５）。ここで有効とは、距離が遠距離の測定範囲（６．７ｍ〜１２．３ｍ）内であることである。なお、数１に示すように、対象物が測定している測定範囲Ｄ（３）に存在しない場合には、距離として６．７ｍ〜１２．３ｍ以外の値又は異常値（不正な値）が算出される。
【００４８】
演算部１０４は、測定範囲Ｄ（３）内の有効な距離を有する画素に関しては、当該距離を当該画素の測定結果に決定する（Ｓ１０４）。また、演算部は、有効な距離を有さない画素を未決定画素に設定し、後続の処理を行う。
【００４９】
次に、制御部１０３は、中距離モードの測定範囲Ｄ（２）で測定を行う。演算部１０４は、この測定で得られた検出信号１２３を用いて、各未決定画素の距離を演算することで、各未決定画素の距離を示す距離情報を生成する（Ｓ１０６）。
【００５０】
次に、演算部１０４は、各画素の距離が有効であるかを判定する（Ｓ１０７〜Ｓ１１０）。ここで有効とは、距離が中距離の測定範囲Ｄ（２）内（１．８ｍ〜７．３ｍ）であることである。なお、数１に示すように、対象物が測定範囲Ｄ（２）に存在しない場合には、距離として１．８ｍ〜７．３ｍ以外の値又は異常値が算出される。
【００５１】
演算部１０４は、測定範囲Ｄ（２）内の有効な距離を有する画素に関しては、当該距離を当該画素の測定結果に決定する（Ｓ１０９）。また、演算部１０４は、有効な距離を有さない画素を未決定画素に設定し、後続の処理を行う。
【００５２】
次に、制御部１０３は、近距離モードの測定範囲Ｄ（１）で測定を行う。演算部１０４は、この測定で得られた検出信号１２３を用いて、各未決定画素の距離を演算することで、各未決定画素の距離を示す距離情報を生成する（Ｓ１１１）。
【００５３】
次に、演算部１０４は、各画素の距離が有効であるかを判定する（Ｓ１１２〜Ｓ１１６）。ここで有効とは、距離が近距離の測定範囲Ｄ（１）内（０．４ｍ〜２．２ｍ）であることである。なお、数１に示すように、対象物が測定範囲Ｄ（１）に存在しない場合には、距離として０．４ｍ〜２．２ｍ以外の値又は異常値が算出される。
【００５４】
演算部１０４は、測定範囲Ｄ（１）内の有効な距離を有する画素に関しては、当該距離を当該画素の測定結果に決定する（Ｓ１１４）。また、演算部１０４は、有効な距離を有さない画素の距離を異常値に設定する（Ｓ１１５）。
【００５５】
このように、距離情報及び距離画像１２４は、距離画像１２４に含まれる複数の画素すなわち複数の空間領域Ｐ（１）〜Ｐ（Ｎ）の各々の距離を示す。演算部１０４は、複数の画素の各々に対して、測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）のうちの第１測定範囲の距離情報で当該画素の距離が示され、かつ、第１測定範囲よりも遠いいずれの測定範囲の距離情報で当該画素の距離が示されない場合には、距離画像１２４で示される当該画素の距離として当該距離情報で示される距離を用いる。また、演算部１０４は、第１測定範囲の距離情報で当該画素の距離が示されず、かつ、測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）のうちの第１測定範囲より近い第２測定範囲の距離情報で当該画素の距離が示される場合には、距離画像１２４で示される当該画素の距離として第２測定範囲の距離情報で示される距離を用いる。また、当該画素において、対象物がいずれの測定範囲にも存在しない場合、すなわち対象物が距離範囲Ｄ１００に存在しない場合は、いずれの測定範囲の距離情報においても当該画素の距離が示されない。また、例えば、第１測定範囲と第２測定範囲とは互いに隣接する測定範囲である。
【００５６】
ここで、ある距離の測定において、遠距離側の測定モードによる測定結果バラツキは、近距離側の測定モードによる測定バラツキより小さい。図１１は、近距離モードの測定範囲Ｄ（１）及び中距離モードの距離範囲Ｄ（２）の境界（２ｍ）付近における中央画素の測定バラツキを示す図である。
【００５７】
上述したように境界付近では、測定範囲Ｄ（１），Ｄ（２）が重複しているため、同じ距離にある物体に対し、近距離モードの測定範囲Ｄ（１）での測定結果と中距離モードの測定範囲Ｄ（２）での測定結果とが得られる。図１１に示すように、中距離モードの測定範囲Ｄ（２）での測定結果の方が近距離モードの測定範囲Ｄ（１）の測定結果より測定バラツキが小さい。つまり、中距離モードの測定範囲Ｄ（２）測定結果の方が近距離モードの測定範囲Ｄ（１）での測定結果より信頼性が高い。なお、ここでは、近距離の測定範囲Ｄ（１）と中距離の測定範囲Ｄ（２）との境界における測定バラツキの例を示したが、中距離の測定範囲Ｄ（２）と遠距離の測定範囲Ｄ（３）との境界においても同様の傾向である。
【００５８】
よって、本実施の形態では、上述したように、遠距離の測定結果から順に測定結果を採用することで、測定範囲の重複する範囲においては遠距離の測定結果が採用される。これにより、重複する領域においてより信頼性の高い測定結果が採用される。
【００５９】
また、演算部１０４は、複数の画素の各々に対して、第１測定範囲の距離情報で当該画素の距離が示される場合には、第２測定範囲の距離情報を生成しない。これにより、演算部１０４は、遠距離で距離が得られた場合にはより近距離の演算を行わないので、演算量を削減できる。
【００６０】
図１２は、測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）の測定結果（距離情報）と合成後の距離画像１２４との一例を示す図である。図１２に示すように、測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）の測定結果には、設定された測定範囲内に位置する対象物の距離のみが含まれる。なお、図１２では、測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）外の距離を有する画素は結果なし（白）で示されている。また、これらの３つの測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）の距離情報を合成することで、広い範囲の距離範囲Ｄ１００の対象物の距離を示す１つの距離画像１２４が生成される。
【００６１】
なお、図１０Ａと図１０Ｂに示すＳ１０１、Ｓ１０６及びＳ１１１において、測定（検出信号１２３の生成）と演算（距離情報の算出）とが連続して行なわれているが、測定処理は対応する演算処理の前に行われていればよく、任意のタイミングで行なわれてもよい。例えば、３つのモードの測定が先に行なわれ、測定結果がメモリに記憶され、その後、メモリに記憶されている測定結果を用いて、順次演算処理が行なわれてもよい。
【００６２】
また、上記説明では、距離検出装置１００は、上記の測定処理と演算処理との両方を行なっているが、測定処理のみを行ってもよい。図１３は、この場合の実施の形態に係る他の距離検出装置１００Ａのブロック図である。図１３において、図１に示す距離検出装置１００と同じ部分には同じ参照番号を付す。図１３に示す距離検出装置１００Ａは、上述した演算部１０４及び記憶部１０５を備えない。また、出力部１０６Ａは、光センサ１０２で得られた各モードの検出信号１２３を外部の機器に出力する。
【００６３】
例えば、外部の機器は、距離検出装置１００Ａで生成された検出信号１２３を用いて、上記演算部１０４と同様の処理を行うことにより距離画像１２４を生成する。
【００６４】
上述のように、実施の形態に係る距離検出装置１００は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ）方式により測定対象の距離範囲Ｄ１００内に位置する対象物の距離を示す距離画像１２４を生成する。光源１０１は光を照射する。光センサ１０２は、光源１０１から照射された光が対象物で反射した反射光を受光することで検出信号１２３を生成する。制御部１０３は、距離範囲Ｄ１００が分割されることにより得られた複数の測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）において、光源１０１の光の照射タイミングに対する光センサ１０２の露光タイミングを制御する。演算部１０４は、複数の測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）のそれぞれの測定範囲において、検出信号１２３に基づきそれぞれの測定範囲内の対象物の距離を演算することで距離情報を生成するように構成されている。また、演算部１０４は、複数の測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）のそれぞれの測定範囲の距離情報を用いて距離範囲Ｄ１００内の対象物の距離を示す距離画像１２４を生成するように構成されている。
【００６５】
この構成によれば、距離検出装置１００は、広い距離範囲Ｄ１００に対応した単一の距離画像１２４を生成できるので、距離画像１２４を用いた評価処理の処理量を低減できるとともに、距離画像１２４のデータ量を低減できる。
【００６６】
特許文献１と特許文献２に開示されている装置における計測方法では、被写体が広い距離計測範囲にわたって存在する場合、一度に全ての計測範囲を測定できないため、調整された距離範囲ごとに距離画像が出力される。これにより、広範囲の結果を評価する際に、１つの画像データではなく複数の画像データを評価する必要性が発生する。また、複数の画像データが存在するためにデータ量が大きくなる。
【００６７】
本実施の形態に係る距離検出装置１００は、測定対象の距離範囲Ｄ１００を複数の測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）に分割し、測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）の各々の測定結果に基づき、各測定範囲に対する距離画像を生成する。さらに、距離検出装置１００は、各測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）に対する距離画像を合成することで、測定対象の距離範囲Ｄ１００に対応する距離画像１２４を生成する。
【００６８】
これにより、距離検出装置１００は、単一の距離画像１２４のみを出力できるので、距離画像１２４を用いた評価処理の処理量を低減できるとともに、距離画像１２４のデータ量を低減できる。
【００６９】
例えば、距離情報及び距離画像は、距離画像１２４に含まれる複数の空間領域Ｐ（１）〜Ｐ（Ｎ）のそれぞれの空間領域の距離を示す。複数の測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）は、第１測定範囲と、第１測定範囲より近い第２測定範囲とを含んでもよい。この場合に、演算部１０４は、複数の空間領域のそれぞれの空間領域に対して、第１測定範囲の距離情報でそれぞれの空間領域Ｐ（１）〜Ｐ（Ｎ）の距離が示される場合には、距離画像で示されるそれぞれの空間領域の距離としてそれぞれの距離情報で示される距離を用いて距離範囲内の対象物の距離を示す距離画像を生成するように構成されている。また、演算部１０４は、複数の空間領域Ｐ（１）〜Ｐ（Ｎ）のそれぞれの空間領域に対して、第１測定範囲の距離情報でそれぞれの空間領域の距離が示されない場合には、距離画像で示されるそれぞれの空間領域の距離として第２測定範囲の距離情報で示される距離を用いて距離範囲内の対象物の距離を示す距離画像を生成するように構成されている。
【００７０】
この構成によれば、距離検出装置１００は、測定バラツキの小さい遠距離側の測定結果を優先的に用いるので、距離画像１２４の信頼度を向上できる。
【００７１】
例えば、演算部１０４は、複数の空間領域Ｐ（１）〜Ｐ（Ｎ）のそれぞれの空間領域に対して、第１測定範囲の距離情報でそれぞれの空間領域の距離が示される場合には、第２測定範囲の距離情報を生成しなくてもよい。
【００７２】
この構成によれば、距離検出装置１００は、遠距離側で距離が得られた場合には近距離側の演算を行わないので演算量を削減できる。
【００７３】
例えば、複数の測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）のうち距離検出装置１００に最も近い測定範囲Ｄ（１）は２番目に近い測定範囲Ｄ（２）より距離の範囲が短く設定されていてもよい。
【００７４】
この構成によれば、距離検出装置１００は、各距離情報の精度のバラツキを低減できる。
【００７５】
例えば、複数の測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）の互いに隣接する測定範囲は重複していてもよい。
【００７６】
この構成によれば、距離検出装置１００は、測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）の境界付近の測定抜けの発生を抑制できる。
【００７７】
また、実施の形態に係る距離検出方法では、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ）方式により測定対象の距離範囲Ｄ１００内に位置する対象物の距離を示す距離画像１２４を生成する。その距離検出方法では、距離範囲Ｄ１００が分割されることにより得られた複数の測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）のそれぞれの測定範囲において、光源１０１の光の照射タイミングに対する光センサ１０２の露光タイミングを制御する。複数の測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）のそれぞれの測定範囲において、光源１０１から照射された光が対象物で反射した反射光を受光した光センサ１０２により出力された検出信号に基づきそれぞれの測定範囲内の対象物の距離を演算することでそれぞれの測定範囲内の距離情報を生成する。複数の測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）のそれぞれの測定範囲内の距離情報を用いて距離範囲内の対象物の距離を示す距離画像を生成する。
【００７８】
これによれば、当該距離検出方法は、広い距離範囲Ｄ１００に対応した単一の距離画像１２４を生成できるので、距離画像を用いた評価処理の処理量を低減できるとともに、距離画像１２４のデータ量を低減できる。
【００７９】
例えば、距離情報及び距離画像は、距離画像に含まれる複数の空間領域Ｐ（１）〜Ｐ（Ｎ）の各々の距離を示してもよい。また、複数の測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）は、第１測定範囲と、第１測定範囲より近い第２測定範囲とを含む。複数の空間領域Ｐ（１）〜Ｐ（Ｎ）のそれぞれの空間領域に対して、第１測定範囲の距離情報でそれぞれの空間領域の距離が示される場合には、距離画像で示されるそれぞれの空間領域の距離としてそれぞれの距離情報で示される距離を用いて距離画像を生成してもよい。また、複数の空間領域Ｐ（１）〜Ｐ（Ｎ）のそれぞれの空間領域に対して、第１測定範囲の距離情報でそれぞれの空間領域の距離が示されない場合には、距離画像で示されるそれぞれの空間領域の距離として第２測定範囲の距離情報で示される距離を用いて距離画像を生成してもよい。
【００８０】
これによれば、当該距離検出方法は、測定バラツキの小さい遠距離側の測定結果を優先的に用いるので、距離画像の信頼度を向上できる。
【００８１】
また、実施の形態に係る他の距離検出装置１００Ａは、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ）方式により測定対象の距離範囲Ｄ１００内に位置する対象物の距離を示す距離画像１２４を生成するための検出信号を生成する。距離検出装置１００Ａは、光を照射する光源１０１と、光センサ１０２と、制御部１０３と、出力部１０６Ａとを備える。光センサ１０２は、光源１０１から照射された光が対象物で反射した反射光を受光することで検出信号を生成する。制御部１０３は、距離範囲Ｄ１００が分割されることにより得られた複数の測定範囲Ｄ（１）〜Ｄ（３）のそれぞれの測定範囲において、光源１０１の光の照射タイミングに対する光センサ１０２の露光タイミングを制御する。出力部１０６Ａは、測定範囲のそれぞれの測定範囲において生成された検出信号を出力する。
【００８２】
この構成によれば、距離検出装置１００Ａは、広い距離範囲Ｄ１００に対応した単一の距離画像１２４を生成するための検出信号を生成できるので、距離画像を用いた評価処理の処理量を低減できるとともに、距離画像のデータ量を低減できる。
【００８３】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【００８４】
以上、本実施の形態に係る距離検出装置１００、１００Ａについて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【００８５】
また、上記実施の形態に係る距離検出装置１００、１００Ａに含まれる処理部の一部又は全ては典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。
【００８６】
また、集積回路化はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又はＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
【００８７】
また、上記実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
【００８８】
さらに、本実施の形態は上記プログラムであってもよいし、上記プログラムが記録された非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよい。また、上記プログラムは、インターネット等の伝送媒体を介して流通させることができる。
【００８９】
また、上記で用いた数字は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本実施の形態は例示された数字に制限されない。
【００９０】
また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。
【００９１】
また、上記フローチャートで示されるステップが実行される順序は、本実施の形態を具体的に説明するために例示するためのものであり、上記以外の順序であってもよい。また、上記ステップの一部が、他のステップと同時（並列）に実行されてもよい。
【００９２】
以上、実施の形態に係る距離検出装置１００、１００Ａについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明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】
【００９３】
本発明は、距離検出装置に適用できる。
【符号の説明】
【００９４】
１００，１００Ａ    距離検出装置
１０１    光源
１０２    光センサ
１０３    制御部
１０４    演算部
１０５    記憶部
１０６，１０６Ａ    出力部
１１１    発光部
１１２    駆動部
１１３    レンズ
１１４    イメージセンサ
【図１】
2016075885.tif 000004
【図２】
2016075885.tif 000005
【図３】
2016075885.tif 000006
【図４】
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【図５】
2016075885.tif 000008
【図６】
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【図７】
2016075885.tif 000010
【図８】
2016075885.tif 000011
【図９】
2016075885.tif 000012
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2016075885.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
2016075885.tif 000016
【図１３】
2016075885.tif 000017
【国際調査報告】
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2016075885.tif 000019