(57)【要約】【課題】被検出物までの距離が遠い場合等において、専用のキャリブレーションを行うことなく、被検出物までの距離を正確に測定できるようにする。【解決手段】第１測距装置１０Ａは、複数の発光開始タイミングにおいてそれぞれ強度変調された変調光１２を出射する発光手段１４と、変調光１２により照射された被検出物１６からの反射光１８を受光する受光手段２０と、変調光１２と反射光１８の位相差から被検出物１６までの距離を算出する演算手段２２とを有し、受光手段２０は、発光開始タイミングの回数と変調光１２の波長に基づいて発光開始タイミングから反射光１８の受光開始時点までの時間的長さをそれぞれ変化させるタイミング制御部６８を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光開始タイミングにおいてそれぞれ強度変調された変調光を出射する発光手段と、
前記変調光により照射された被検出物からの反射光を受光する受光手段と、
前記変調光と前記反射光の位相差から前記被検出物までの距離を算出する演算手段とを有し、
前記受光手段は、前記発光開始タイミングの回数と前記変調光の波長に基づいて前記発光開始タイミングから前記反射光の受光開始時点までの時間的長さをそれぞれ変化させて前記被検出物からの前記反射光を受光することを特徴とする測距装置。
【請求項２】
請求項１記載の測距装置において、
前記受光手段は、前記受光開始時点を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において前記反射光の光量をサンプリングする撮像部と、
前記発光開始タイミングの回数と前記変調光の波長に基づいて前記発光開始タイミングから前記反射光の受光開始時点までの時間的長さをそれぞれ変化させるタイミング制御部とを有することを特徴とする測距装置。
【請求項３】
請求項２記載の測距装置において、
前記受光手段は、外部からの制御信号に基づいて前記露光期間の周期を変更する露光タイミング変更部を有し、
前記発光手段は、前記露光タイミング変更部にて変更された前記露光期間の周期に基づいて前記変調光の波長を変更する波長変更部を有し、
前記タイミング制御部は、前記発光開始タイミングの回数と、変更された前記変調光の波長に基づいて、前記受光開始時点までの時間的長さを変化させることを特徴とする測距装置。
【請求項４】
請求項３記載の測距装置において、
変更された前記露光期間の周期に対応した前記変調光の波長と、受光開始タイミングの情報が登録されたテーブルが記憶されたメモリを有し、
前記波長変更部は、前記メモリに記憶された前記テーブルの情報に基づいて、前記変調光の波長を変更し、
前記タイミング制御部は、前記発光開始タイミングの回数と、前記メモリに記憶された前記テーブルの情報に基づいて、前記受光開始時点までの時間的長さを変化させることを特徴とする測距装置。
【請求項５】
請求項４記載の測距装置において、
前記テーブルに対するアクセスは、変更された前記露光期間の周期に対応した識別コードを用いて行うことを特徴とする測距装置。
【請求項６】
請求項３記載の測距装置において、
変更された前記露光期間の周期に基づいて、前記変調光の波長を演算する波長演算部と、
前記波長変更部は、前記変調光の波長を、前記波長演算部にて求められた波長に変更し、
前記タイミング制御部は、前記発光開始タイミングの回数と、前記波長演算部にて求められた波長に基づいて、前記受光開始時点までの時間的長さを変化させることを特徴とする測距装置。
【請求項７】
請求項１記載の測距装置において、
少なくとも以下の処理を行うことを特徴とする測距装置。
（１）前記発光手段は、第１回の発光開始タイミングに基づいて所定期間にわたって変調光を出射し、第２回の発光開始タイミングに基づいて所定期間にわたって変調光を出射し、
（２）前記受光手段は、前記第１回の発光開始タイミングに基づく第１回の受光開始時点から前記所定期間にわたって、前記変調光により照射された前記被検出物からの第１反射光を受光し、前記第２回の発光開始タイミングに基づく第２回の受光開始時点から前記所定期間にわたって、前記変調光により照射された前記被検出物からの第２反射光を受光し、
（３）前記演算手段は、少なくとも前記第１変調光と前記第１反射光の位相差と、前記第２変調光と前記第２反射光の位相差とに基づいて、前記被検出物までの距離を演算する。
【請求項８】
請求項７記載の測距装置において、
前記受光手段は、前記第１回の受光開始時点を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において前記第１反射光の光量をサンプリングし、前記第１回の受光開始時点を基準として前記一定周期ごとに設定された露光期間において前記第２反射光の光量をサンプリングし、
前記演算手段は、前記第１反射光の光量のサンプリング結果を前記所定期間にわたって積算した値を前記変調光と前記第１反射光の位相差とし、前記第２反射光の光量のサンプリング結果を前記所定期間にわたって積算した値を前記変調光と前記第２反射光の位相差とすることを特徴とする測距装置。
【請求項９】
複数の発光開始タイミングにおいてそれぞれ強度変調された変調光を出射する発光ステップと、
前記変調光により照射された被検出物からの反射光を受光する受光ステップと、
前記変調光と前記反射光の位相差から前記被検出物までの距離を算出する演算ステップとを有し、
前記受光ステップは、前記発光開始タイミングの回数と前記変調光の波長に基づいて前記発光開始タイミングから前記反射光の受光開始時点までの時間的長さをそれぞれ変化させて前記被検出物からの前記反射光を受光することを特徴とする測距方法。
【請求項１０】
請求項９記載の測距方法において、
前記受光ステップは、前記受光開始時点を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において前記反射光の光量をサンプリングする撮像ステップと、
前記発光開始タイミングの回数と前記変調光の波長に基づいて前記発光開始タイミングから前記反射光の受光開始時点までの時間的長さをそれぞれ変化させるタイミング制御ステップとを有することを特徴とする測距方法。
【請求項１１】
請求項９記載の測距方法において、
前記受光ステップは、外部からの制御信号に基づいて前記露光期間の周期を変更する露光タイミング変更ステップを有し、
前記発光ステップは、前記露光タイミング変更ステップにて変更された前記露光期間の周期に基づいて前記変調光の波長を変更する波長変更ステップを有し、
前記タイミング制御ステップは、前記発光開始タイミングの回数と、変更された前記変調光の波長に基づいて、前記受光開始時点までの時間的長さを変化させることを特徴とする測距方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の測距方法において、
変更された前記露光期間の周期に対応した前記変調光の波長と、受光開始タイミングの情報が登録されたテーブルを用い、
前記波長変更ステップは、前記テーブルの情報に基づいて、前記変調光の波長を変更し、
前記タイミング制御ステップは、前記発光開始タイミングの回数と、前記テーブルの情報に基づいて、前記受光開始時点までの時間的長さを変化させることを特徴とする測距方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の測距方法において、
前記テーブルに対するアクセスは、変更された前記露光期間の周期に対応した識別コードを用いて行うことを特徴とする測距方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の測距方法において、
変更された前記露光期間の周期に基づいて、前記変調光の波長を演算する波長演算ステップを有し、
前記波長変更ステップは、前記変調光の波長を、前記波長演算ステップにて求められた波長に変更し、
前記タイミング制御ステップは、前記発光開始タイミングの回数と、前記波長演算ステップにて求められた波長に基づいて、前記受光開始時点までの時間的長さを変化させることを特徴とする測距方法。
【請求項１５】
請求項９記載の測距方法において、
少なくとも以下の処理を行うことを特徴とする測距方法。
（１）前記発光ステップは、第１回の発光開始タイミングに基づいて所定期間にわたって変調光を出射し、第２回の発光開始タイミングに基づいて所定期間にわたって変調光を出射し、
（２）前記受光ステップは、前記第１回の発光開始タイミングに基づく第１回の受光開始時点から前記所定期間にわたって、前記変調光により照射された前記被検出物からの第１反射光を受光し、前記第２回の発光開始タイミングに基づく第２回の受光開始時点から前記所定期間にわたって、前記変調光により照射された前記被検出物からの第２反射光を受光し、
（３）前記演算ステップは、少なくとも前記第１変調光と前記第１反射光の位相差と、前記第２変調光と前記第２反射光の位相差とに基づいて、前記被検出物までの距離を演算する。
【請求項１６】
請求項１５記載の測距方法において、
前記受光ステップは、前記第１回の受光開始時点を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において前記第１反射光の光量をサンプリングし、前記第１回の受光開始時点を基準として前記一定周期ごとに設定された露光期間において前記第２反射光の光量をサンプリングし、
前記演算ステップは、前記第１反射光の光量のサンプリング結果を前記所定期間にわたって積算した値を前記変調光と前記第１反射光の位相差とし、前記第２反射光の光量のサンプリング結果を前記所定期間にわたって積算した値を前記変調光と前記第２反射光の位相差とすることを特徴とする測距方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距装置及び測距方法に関するものであり、例えば変調光により照射された被検出物からの反射光の位相の遅れを撮像素子の各画素ごとに検出して被検出物の立体構造を検出する場合に好適な測距装置及び測距方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検出物までの距離を測定する方法として、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式の光波測距方法が知られている。
【０００３】
この方式による装置は、図１７に示すように、例えばＬＥＤアレイで構成され、強度変調された光（変調光）を出射する光源２００と、該光源２００から出射された変調光によって照射された被検出物２０２からの反射光を受光する撮像素子２０４と、反射光を撮像素子２０４に結像させる光学系２０６とを有する。
【０００４】
光源２００から被検出物２０２に照射される変調光が例えば２０ＭＨｚの高周波で強度変調されている場合、その波長は１５ｍとなるから、光が７．５ｍの距離を往復すれば１周期の位相の遅れが生じることになる。
【０００５】
ここで、変調光に対する反射光の位相の遅れについて図１８を参照しながら説明する。
【０００６】
図１８に示すように、変調光Ｗに対して、反射光Ｒはφだけ位相遅れが生じている。この位相遅れφを検出するために、変調光Ｗの１周期に例えば４回だけ等間隔に反射光Ｒをサンプリングする。例えば変調光Ｗの位相が０°、９０°、１８０°、２７０°であるときの反射光Ｒのサンプリング値をそれぞれＡ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３とすると、位相の遅れφは次式で与えられる。
φ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ａ３−Ａ１）／（Ａ０−Ａ２）｝
【０００７】
被検出物２０２からの反射光は、光学系２０６を介して撮像素子２０４の受光面に結像される。撮像素子２０４の受光面には複数の画素（フォトダイオード）が２次元的に配列されており、各画素について上式による位相遅れφを求めることにより、被検出物２０２の立体的な構造を検出できる。
【０００８】
そして、上述の原理を利用した測距装置として、例えば特許文献１が提案されている。
【０００９】
この特許文献１に係る測距装置は、被検出物からの反射光を、撮像素子の電荷掃き出しゲート（オーバーフロードレインゲート：ＯＦＤＧ）あるいは読出しゲートの開閉の位相をずらすことによって、複数のパターンの露光期間にて受光することで測距を行う、というものである。
【００１０】
具体的に、図２０及び図２１Ａ〜図２１Ｄを参照しながら説明すると、先ず、第１フレームにおいて、同期信号Ｓａの立ち下がりに基づいて（ステップＳ１：図２１Ａ参照）、光源２００から変調光Ｗが出射され（ステップＳ２）、該変調光Ｗによって照射された被検出物２０２からの反射光Ｒが撮像素子２０４に入射される。撮像素子２０４は、図２１Ａに示すように、同期信号Ｓａの立ち下がりから時間Ｔ１だけ遅れた時点、すなわち、変調光Ｒの位相が０°となる時点で最初の露光期間Ｔｒの中心が位置するように調整され、さらに、各露光期間Ｔｒの周期が２πとなるように調整される。
【００１１】
従って、この第１フレームにおいては、変調光Ｗの位相が０°であるときの反射光Ｒの光量が光電変換されて撮像素子２０４に蓄積されることになる（ステップＳ３）。撮像素子２０４に蓄積された電荷は、次の第２フレームにおいて転送されてアナログ信号とされ、さらにデジタル変換されて（ステップＳ４）、変調光の位相が０°であるときの反射光Ｒのサンプリング値Ａ０としてバッファメモリに保存される（ステップＳ５）。この段階で、光源２００からの変調光Ｗの出射が終了する（ステップＳ６）。
【００１２】
その後、次の第３フレームにおいて、同期信号Ｓａの立ち下がりに基づいて（ステップＳ７：図２１Ｂ参照）、再び光源２００から変調光Ｗが出射され（ステップＳ８）、該変調光Ｗによって照射された被検出物２０２からの反射光Ｒが撮像素子２０４に入射される。撮像素子２０４は、図２１Ｂに示すように、同期信号Ｓａの立ち下がりから時間Ｔ２（＞Ｔ１）だけ遅れた時点、すなわち、変調光Ｗの位相が９０°となる時点で最初の露光期間Ｔｒの中心が位置するように調整され、さらに、各露光期間Ｔｒの周期が２πとなるように調整される。
【００１３】
従って、この第３フレームにおいては、変調光Ｗの位相が９０°であるときの反射光Ｒの光量が光電変換されて撮像素子２０４に蓄積されることになる（ステップＳ９）。撮像素子に蓄積された電荷は、次の第４フレームにおいて転送されてアナログ信号とされ、さらにデジタル変換されて（ステップＳ１０）、変調光Ｗの位相が９０°であるときの反射光Ｒのサンプリング値Ａ１としてバッファメモリに保存される（ステップＳ１１）。この段階で、光源２００からの変調光Ｗの出射が終了する（ステップＳ１２）。
【００１４】
その後、次の第５フレームにおいて、同期信号Ｓａの立ち下がりに基づいて（ステップＳ１３：図２１Ｃ参照）、再び光源２００から変調光Ｗが出射され（ステップＳ１４）、該変調光Ｗによって照射された被検出物２０２からの反射光Ｒが撮像素子２０４に入射される。撮像素子２０４は、図２１Ｃに示すように、同期信号Ｓａの立ち下がりから時間Ｔ３（＞Ｔ２）だけ遅れた時点、すなわち、変調光Ｗの位相が１８０°となる時点で最初の露光期間Ｔｒの中心が位置するように調整され、さらに、各露光期間Ｔｒの周期が２πとなるように調整される。
【００１５】
従って、この第５フレームにおいては、変調光Ｗの位相が１８０°であるときの反射光Ｒの光量が光電変換されて撮像素子２０４に蓄積されることになる（ステップＳ１５）。撮像素子２０４に蓄積された電荷は、次の第６フレームにおいて転送されてアナログ信号とされ、さらにデジタル変換されて（ステップＳ１６）、変調光Ｗの位相が１８０°であるときの反射光Ｒのサンプリング値Ａ２としてバッファメモリに保存される（ステップＳ１７）。この段階で、光源２００からの変調光Ｗの出射が終了する（ステップＳ１８）。
【００１６】
その後、次の第７フレームにおいて、同期信号Ｓａの立ち下がりに基づいて（ステップＳ１９：図２１Ｄ参照）、再び光源２００から変調光Ｗが出射され（ステップＳ２０）、該変調光Ｗによって照射された被検出物２０２からの反射光Ｒが撮像素子２０４に入射される。撮像素子２０４は、図２１Ｄに示すように、同期信号Ｓａの立ち下がりから時間Ｔ４（＞Ｔ３）だけ遅れた時点、すなわち、変調光Ｗの位相が２７０°となる時点で最初の露光期間Ｔｒの中心が位置するように調整され、さらに、各露光期間Ｔｒの周期が２πとなるように調整される。
【００１７】
従って、この第７フレームにおいては、変調光Ｗの位相が２７０°であるときの反射光Ｒの光量が光電変換されて撮像素子２０４に蓄積されることになる（ステップＳ２１）。撮像素子２０４に蓄積された電荷は、次の第８フレームにおいて転送されてアナログ信号とされ、さらにデジタル変換されて（ステップＳ２２）、変調光の位相が２７０°であるときの反射光Ｒのサンプリング値Ａ３としてバッファメモリに保存される（ステップＳ２３）。この段階で、光源２００からの変調光Ｗの出射が終了する（ステップＳ２４）。
【００１８】
そして、バッファメモリ内のサンプリング値Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に基づいて、反射光Ｒの位相遅れφが求められ、さらに、この位相遅れφに基づいて被検出物２０２までの距離が求められる（ステップＳ２５）。
【００１９】
【特許文献１】特許３７５８６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
ところで、被検出物までの距離が遠い場合においては、演算された距離が無効な値を示すことがあり、このような場合、ＣＰＵからの制御信号や使用者の操作入力に従って変調光の波長が変更される場合がある。つまり、外部からの制御信号に基づいて変調光の波長が変更される場合がある。このような場合、通常は、変調光の変更された波長に合わせて露光期間の中心位置を決定することになるが、予め設定された露光期間の周期に対して整数レベルの変化（整数倍の分周、あるいは整数倍の逓倍）であれば、簡単であるが、実数レベルでの変化ともなると、専用のキャリブレーションが必要になるという問題がある。
【００２１】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、被検出物までの距離が遠い場合等において、専用のキャリブレーションを行うことなく、被検出物までの距離を正確に測定することができる測距装置及び測距方法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】
【００２２】
第１の本発明に係る測距装置は、複数の発光開始タイミングにおいてそれぞれ強度変調された変調光を出射する発光手段と、前記変調光により照射された被検出物からの反射光を受光する受光手段と、前記変調光と前記反射光の位相差から前記被検出物までの距離を算出する演算手段とを有し、前記受光手段は、前記発光開始タイミングの回数と前記変調光の波長に基づいて前記発光開始タイミングから前記反射光の受光開始時点までの時間的長さをそれぞれ変化させて前記被検出物からの前記反射光を受光することを特徴とする。
【００２３】
これにより、被検出物までの距離が遠い場合等において、専用のキャリブレーションを行うことなく、被検出物までの距離を正確に測定することができる。
【００２４】
そして、第１の本発明において、前記受光手段は、前記受光開始時点を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において前記反射光の光量をサンプリングする撮像部と、前記発光開始タイミングの回数と前記変調光の波長に基づいて前記発光開始タイミングから前記反射光の受光開始時点までの時間的長さをそれぞれ変化させるタイミング制御部とを有するようにしてもよい。
【００２５】
また、第１の本発明において、前記受光手段は、外部からの制御信号に基づいて前記露光期間の周期を変更する露光タイミング変更部を有し、前記発光手段は、前記露光タイミング変更部にて変更された前記露光期間の周期に基づいて前記変調光の波長を変更する波長変更部を有し、前記タイミング制御部は、前記発光開始タイミングの回数と、変更された前記変調光の波長に基づいて、前記受光開始時点までの時間的長さを変化させるようにしてもよい。
【００２６】
露光期間の周期に合わせて、変調光の波長を設定することができるため、予め設定された露光期間の周期に対して整数レベル（整数倍の分周、あるいは整数倍の逓倍）で露光タイミングを変化させることができ、回路構成を簡単にすることができる。
【００２７】
この場合、変更された前記露光期間の周期に対応した前記変調光の波長と、受光開始タイミングの情報が登録されたテーブルが記憶されたメモリを有し、前記波長変更部は、前記メモリに記憶された前記テーブルの情報に基づいて、前記変調光の波長を変更し、前記タイミング制御部は、前記発光開始タイミングの回数と、前記メモリに記憶された前記テーブルの情報に基づいて、前記受光開始時点までの時間的長さを変化させるようにしてもよい。前記テーブルに対するアクセスは、変更された前記露光期間の周期に対応した識別コードを用いて行ってもよい。
【００２８】
これにより、波長変更部は、変更された前記露光期間に基づいて前記複数の変調光の各波長を変更する際に、テーブルを参照して波長を変更し、タイミング制御部は、前記受光開始時点までの時間的長さを変化させる際に、テーブルを参照して前記時間的長さを変化させることができることから、処理時間の短縮を図ることができる。
【００２９】
もちろん、変更された前記露光期間の周期に基づいて、前記変調光の波長を演算する波長演算部と、前記波長変更部は、前記変調光の波長を、前記波長演算部にて求められた波長に変更し、前記タイミング制御部は、前記発光開始タイミングの回数と、前記波長演算部にて求められた波長に基づいて、前記受光開始時点までの時間的長さを変化させるようにしてもよい。この場合、前記テーブルを格納するためのメモリやメモリ領域を設ける必要がない。
【００３０】
また、第１の本発明において、少なくとも以下の処理を行うように構成してもよい。すなわち、
（１）前記発光手段は、第１回の発光開始タイミングに基づいて所定期間にわたって変調光を出射し、第２回の発光開始タイミングに基づいて所定期間にわたって変調光を出射し、
（２）前記受光手段は、前記第１回の発光開始タイミングに基づく第１回の受光開始時点から前記所定期間にわたって、前記変調光により照射された前記被検出物からの第１反射光を受光し、前記第２回の発光開始タイミングに基づく第２回の受光開始時点から前記所定期間にわたって、前記変調光により照射された前記被検出物からの第２反射光を受光し、
（３）前記演算手段は、少なくとも前記第１変調光と前記第１反射光の位相差と、前記第２変調光と前記第２反射光の位相差とに基づいて、前記被検出物までの距離を演算する。
【００３１】
この場合、前記受光手段は、前記第１回の受光開始時点を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において前記第１反射光の光量をサンプリングし、前記第１回の受光開始時点を基準として前記一定周期ごとに設定された露光期間において前記第２反射光の光量をサンプリングし、前記演算手段は、前記第１反射光の光量のサンプリング結果を前記所定期間にわたって積算した値を前記変調光と前記第１反射光の位相差とし、前記第２反射光の光量のサンプリング結果を前記所定期間にわたって積算した値を前記変調光と前記第２反射光の位相差としてもよい。
【００３２】
次に、第２の本発明に係る測距方法は、複数の発光開始タイミングにおいてそれぞれ強度変調された変調光を出射する発光ステップと、前記変調光により照射された被検出物からの反射光を受光する受光ステップと、前記変調光と前記反射光の位相差から前記被検出物までの距離を算出する演算ステップとを有し、前記受光ステップは、前記発光開始タイミングの回数と前記変調光の波長に基づいて前記発光開始タイミングから前記反射光の受光開始時点までの時間的長さをそれぞれ変化させて前記被検出物からの前記反射光を受光することを特徴とする。
【００３３】
これにより、被検出物までの距離が遠い場合等において、専用のキャリブレーションを行うことなく、被検出物までの距離を正確に測定することができる。
【００３４】
そして、第２の本発明において、前記受光ステップは、前記受光開始時点を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において前記反射光の光量をサンプリングする撮像ステップと、前記発光開始タイミングの回数と前記変調光の波長に基づいて前記発光開始タイミングから前記反射光の受光開始時点までの時間的長さをそれぞれ変化させるタイミング制御ステップとを有するようにしてもよい。
【００３５】
また、第２の本発明において、前記受光ステップは、外部からの制御信号に基づいて前記露光期間の周期を変更する露光タイミング変更ステップを有し、
前記発光ステップは、前記露光タイミング変更ステップにて変更された前記露光期間の周期に基づいて前記変調光の波長を変更する波長変更ステップを有し、
前記タイミング制御ステップは、前記発光開始タイミングの回数と、変更された前記変調光の波長に基づいて、前記受光開始時点までの時間的長さを変化させるようにしてもよい。この場合、変更された前記露光期間の周期に対応した前記変調光の波長と、受光開始タイミングの情報が登録されたテーブルを用い、前記波長変更ステップは、前記テーブルの情報に基づいて、前記変調光の波長を変更し、前記タイミング制御ステップは、前記発光開始タイミングの回数と、前記テーブルの情報に基づいて、前記受光開始時点までの時間的長さを変化させるようにしてもよい。前記テーブルに対するアクセスは、変更された前記露光期間の周期に対応した識別コードを用いて行うようにしてもよい。
【００３６】
あるいは、変更された前記露光期間の周期に基づいて、前記変調光の波長を演算する波長演算ステップを有し、前記波長変更ステップは、前記変調光の波長を、前記波長演算ステップにて求められた波長に変更し、前記タイミング制御ステップは、前記発光開始タイミングの回数と、前記波長演算ステップにて求められた波長に基づいて、前記受光開始時点までの時間的長さを変化させるようにしてもよい。
【００３７】
また、第２の本発明において、少なくとも以下の処理を行うようにしてもよい。すなわち、
（１）前記発光ステップは、第１回の発光開始タイミングに基づいて所定期間にわたって変調光を出射し、第２回の発光開始タイミングに基づいて所定期間にわたって変調光を出射し、
（２）前記受光ステップは、前記第１回の発光開始タイミングに基づく第１回の受光開始時点から前記所定期間にわたって、前記変調光により照射された前記被検出物からの第１反射光を受光し、前記第２回の発光開始タイミングに基づく第２回の受光開始時点から前記所定期間にわたって、前記変調光により照射された前記被検出物からの第２反射光を受光し、
（３）前記演算ステップは、少なくとも前記第１変調光と前記第１反射光の位相差と、前記第２変調光と前記第２反射光の位相差とに基づいて、前記被検出物までの距離を演算する。
【００３８】
この場合、前記受光ステップは、前記第１回の受光開始時点を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において前記第１反射光の光量をサンプリングし、前記第１回の受光開始時点を基準として前記一定周期ごとに設定された露光期間において前記第２反射光の光量をサンプリングし、前記演算ステップは、前記第１反射光の光量のサンプリング結果を前記所定期間にわたって積算した値を前記変調光と前記第１反射光の位相差とし、前記第２反射光の光量のサンプリング結果を前記所定期間にわたって積算した値を前記変調光と前記第２反射光の位相差としてもよい。
【発明の効果】
【００３９】
以上説明したように、本発明に係る測距装置及び測距方法によれば、被検出物までの距離が遠い場合等において、専用のキャリブレーションを行うことなく、被検出物までの距離を正確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明に係る測距装置及び測距方法の実施の形態例を図１〜図１０を参照しながら説明する。
【００４１】
先ず、第１の実施の形態に係る測距装置（以下、第１測距装置１０Ａと記す）は、図１に示すように、強度変調された変調光１２を出射する発光手段１４と、変調光１２により照射された被検出物１６からの反射光１８を受光する受光手段２０と、変調光１２と反射光１８の位相差から被検出物１６までの距離を算出する演算手段２２と、発光開始を示す同期信号Ｓａを発生する同期信号発生部２４とを有する。
【００４２】
発光手段１４は、発光部２６と、該発光部２６から出射される光を強度変調して変調光１２として出射させる発光制御部２８とを有する。変調光１２は、同期信号Ｓａの例えば立ち下がり時点ｔ０を基準時として照射開始されるようになっている。一例として、変調光１２を出射してから受光手段２０にて反射光１８を受光する一定期間を１フレームとしたとき、例えば第１フレーム、第３フレーム、第５フレーム等の奇数フレームにおける同期信号Ｓａの例えば立ち下がり時点ｔ０を発光開始タイミングとして変調光１２が照射開始されるようになっている。
【００４３】
発光部２６は、複数のＬＥＤが配列されて構成されている。発光制御部２８は、同期信号発生部２４からの同期信号Ｓａの入力に基づいて、発光部２６を制御して、例えば発光部２６から出射される光を例えば発光強度がサイン曲線に沿って強度変調された変調光１２として出射させる。
【００４４】
受光手段２０は、撮像素子３０と、反射光１８を撮像素子３０の受光面に結像させる光学系３２と、撮像素子３０を駆動するための撮像素子制御部３４と、撮像素子３０からの撮像信号Ｓｂをアナログの画像信号Ｓｃに信号処理するアナログ信号処理部３６と、画像信号Ｓｃをデジタル変換して画像データＤｃにするＡ／Ｄ変換部３８と、画像データＤｃが保存されるバッファメモリ４０とを有する。
【００４５】
撮像素子制御部３４は、入力された同期信号Ｓａの例えば立ち下がり時点を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において反射光１８の光量をサンプリングするように撮像素子３０を制御する。
【００４６】
具体的には、撮像素子制御部３４は、入力された同期信号Ｓａの例えば立ち下がり時点ｔ０に基づいて、一定のパルス幅で、且つ、一定のパルス周期を有する露光パルスを生成する露光パルス生成部１００と、前記立ち下がり時点ｔ０に基づいて、読出しパルスや転送パルスを生成する転送パルス生成部１０２と、露光パルスのパルス幅を露光期間として撮像素子３０を駆動し、さらに、読出しパルスや転送パルスに基づいて撮像素子３０を駆動する駆動部１０４とを有する。従って、この例では、露光パルスのパルス幅と露光期間が一致した形態となっている。もちろん、露光パルスをインパルス的なパルス（いわゆるトリガーパルス）にしてもよい。この場合、駆動部１０４は、トリガーパルスの入力時点から一定の露光期間を設定して撮像素子３０を駆動することになる。
【００４７】
撮像素子３０は、図２に示すように、受光部４２と、該受光部４２に隣接して設けられた水平転送路４４とを有する。受光部４２は、入射光量に応じた量の電荷に光電変換する画素４６（フォトダイオード）が多数マトリクス状に配され、さらにこれら多数の画素４６のうち、列方向に配列された画素４６に対して共通とされた垂直転送路４８が多数本、行方向に配列されている。水平転送路４４は、多数本の垂直転送路４８に対して共通とされている。
【００４８】
ここで、画素４６から電荷を読み出す手順、例えば映像出力で用いられるフレームの概念に基づいて電荷の読出し手順を説明すると、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、例えば第１フレームにおいて、各画素４６は、反射光１８を受けて電荷を発生し、蓄積していく（露光）。このとき、第１フレーム全体にわたって露光するのではなく、必要なタイミングに露光期間を設定し、各露光期間において露光を行う。この露光期間は、撮像素子制御部３４からの制御信号に基づいて撮像素子３０に設置された電気光学シャッタあるいはＣＣＤ電子シャッタを駆動することで設定される。なお、各画素４６に隣接してオーバーフロードレイン領域５０が形成され、排出用電極５２に所定電圧を印加することで、オーバーフロードレイン領域５０の電位ポテンシャルが下がり、画素に蓄積されていた電荷を排出することができるようになっている。
【００４９】
そして、次の第２フレームにおいて電荷転送を行う。具体的には、第２フレームの例えば垂直ブランキング期間において、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、垂直転送路４８の１パケット分に対応する垂直転送用電極５４に所定電圧を印加することによって、該パケットの電位ポテンシャルが画素４６の電位ポテンシャルよりも下がる。これにより、画素４６に蓄積されていた電荷は垂直転送路４８側に流れ込むこととなる。その後、電位ポテンシャルを元に戻し、水平ブランキング期間において、垂直転送用電極５４に転送時電圧を印加することによって、図２に示すように、電荷を水平転送路４４に向けて転送する。水平転送路４４に電荷が転送されると、水平走査期間において、水平転送用電極に転送時電圧が印加されることによって、電荷が出力部５６に向けて転送される。そして、出力部５６において、シリーズに電荷の量に応じた電圧信号に変換されて撮像信号Ｓｂとして出力されることになる。
【００５０】
第２フレームにおける水平ブランキング期間及び水平走査期間が順次繰り返されることによって、各画素４６に蓄積されていた電荷が順次垂直転送路４８及び水平転送路４４を介して出力部５６にシリーズに転送され、撮像信号Ｓｂとして出力されることになる。
【００５１】
上述した第２フレームにおいては、各画素４６での露光を停止するようにしてもよいし、露光を行うようにしてもよい。
【００５２】
撮像素子３０からの撮像信号Ｓｂは、アナログ信号処理部３６においてアナログの画像信号Ｓｃに信号処理される。画像信号Ｓｃは、Ａ／Ｄ変換部３８にてデジタル変換されて画像データＤｃとされる。この画像データＤｃは、反射光１８を必要なタイミング（露光期間）でサンプリングしたサンプリング値が各画素４６に対応して配列されたデータ構造を有する。
【００５３】
そして、バッファメモリ４０には、上述したＴＯＦ方式に従って４種類の画像データＤｃ（第１画像データＤｃ１〜第４画像データＤｃ４）が保存される。第１画像データＤｃ１は、変調光１２の位相が例えば０°であるタイミングで反射光１８をサンプリングした際のサンプリング値が各画素４６に対応して配列されたデータ構造を有する。同様に、第２画像データＤｃ２、第３画像データＤｃ３、第４画像データＤｃ４は、それぞれ変調光１２の位相が例えば９０°、１８０°、２７０°であるタイミングで反射光１８をサンプリングした際のサンプリング値が各画素４６に対応して配列されたデータ構造を有する。
【００５４】
演算手段２２は、第１画像データＤｃ１〜第４画像データＤｃ４に基づいて、各画素４６に対応した被検出物１６までの距離を算出する距離演算部５８を有する。
【００５５】
この距離演算部５８での演算アルゴリズム、特に、１つの画素４６における距離の演算手法について図５を参照しながら説明する。変調光１２の軌跡を原点を中心とする円６０で考えたとき、反射光１８は、変調光１２の位相が０°（３６０°）、９０°、１８０°、２７０°のとき、それぞれ点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に位置し、点Ｐ１の座標を（Ａ，−Ｂ）としたとき、Ｐ２の座標は（Ｂ，Ａ）、Ｐ３の座標は（−Ａ，Ｂ）、Ｐ４の座標は（−Ｂ，−Ａ）となる。
【００５６】
これらの座標は、図５の直角三角形６２に変換することができるため、反射光１８の変調光１２に対する位相遅れφは、以下の式（１）で求めることができる。
φ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｂ−（−Ｂ））／（Ａ−（−Ａ））｝    ……（１）
【００５７】
ここで、Ａは第２画像データＤｃ２のサンプリング値Ｓ２に対応し、−Ａは第４画像データＤｃ４のサンプリング値Ｓ４に対応し、Ｂは第３画像データＤｃ３のサンプリング値Ｓ３に対応し、−Ｂは第１画像データＤｃ１のサンプリング値Ｓ１に対応することから、（１）式は以下の式（２）に書き換えることができる。
φ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｓ３−Ｓ１）／（Ｓ２−Ｓ４）｝      ……（２）
【００５８】
そして、変調光１２の１周期をＴとしたとき、変調光１２を出射してから反射光１８が受光されるまでの遅延時間τは、
τ＝Ｔ×（φ／２π）
で求めることができる。
【００５９】
この遅延時間τは、被検出物１６までの距離Ｌの往復距離であり、その間を光速ｃの速度で進むため、距離Ｌは、
Ｌ＝（τ×ｃ）／２
で求めることができる。
【００６０】
距離演算部５８は、上述したアルゴリズムが例えばソフトウエアとして組み込まれており、上述のアルゴリズムが各画素４６に対して行われ、各画素４６に対応した距離が演算され、その結果、被検出物１６の立体的な構造が検出されることになる。
【００６１】
そして、第１測距装置１０Ａは、外部からの制御信号に基づいて露光期間Ｔｒの周期Ｔｔ（図７、図９参照）を変更する露光タイミング変更部６４を有し、発光手段１４は、露光タイミング変更部６４にて変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて変調光１２の波長（図７、図９参照）を変更する波長変更部６６と、発光開始タイミングの回数と変調光１２の波長に基づいて発光開始タイミングから反射光１８の受光開始時点までの時間的長さをそれぞれ変化させるタイミング制御部６８とを有する。
【００６２】
露光タイミング変更部６４は、操作部７０からの指示信号（使用者の操作指示による１フレームの時間的長さを短くするか、長くするかの指示信号）や、バッファメモリ４０に蓄積されたサンプリング値に基づいて１フレームの時間的長さを短くするか、長くするかを演算する露光タイミング演算部７２から指示信号（１フレームの時間的長さを短くするか、長くするかの指示信号）に基づいて、露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを変更する。
【００６３】
露光期間Ｔｒの周期Ｔｔとしては、予め時間的長さの異なる数種の周期Ｔｔ（少なくとも２種以上の周期）を用意しておき、１フレームを短くする指示信号が入力された場合に、現在の露光期間Ｔｒの周期Ｔｔよりも１段階短い周期Ｔｔを選択し、あるいは１フレームを長くする指示信号が入力された場合に、現在の露光期間Ｔｒの周期Ｔｔよりも１段階長い周期Ｔｔを選択する。
【００６４】
この手法を採用することにより、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに合わせて、変調光１２の波長λを設定することができるため、予め設定された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに対して整数レベル（整数倍の分周、あるいは整数倍の逓倍）で露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを変化させることができ、回路構成を簡単にすることができる。
【００６５】
タイミング制御部６８は、露光タイミング変更部６４にて変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて、発光開始タイミングの回数に応じた撮像素子３０での受光開始基準時を変更する受光開始変更部７４と、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて、発光開始タイミングの回数に応じた受光開始基準時から受光開始タイミングまでの遅延時間を補正する遅延時間補正部７６と、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに対応した波長と受光開始タイミングと遅延時間の情報が登録された情報テーブル７８が記憶されたメモリ８０とを有する。受光開始変更部７４と遅延時間補正部７６は撮像素子制御部３４内に組み込まれている。つまり、受光開始変更部７４は、露光パルス生成部１００からの露光パルスを、変更された受光開始基準時まで遅延し、遅延時間補正部７６は、補正された遅延時間だけ露光パルスをさらに遅延する。ここで、受光開始変更部７４にて設定される発光開始タイミングの基準時から受光開始タイミングの基準時までの遅延時間を第１遅延時間Ｔｅ、遅延時間補正部７６で設定される遅延時間を第２遅延時間Ｔｆと定義する。
【００６６】
なお、上述では受光を主体に説明しているが、電荷転送のタイミングについても、受光開始変更部７４及び遅延時間補正部７６によって変更されることになる。すなわち、例えば第１フレームにて受光開始タイミングが変更されて受光が開始されたにもかかわらず、次の第２フレームにおける電荷転送のタイミングが変更されていない場合、第１フレームの途中から電荷転送が開始されてしまう等の不都合が生じるからである。なお、電荷転送まで詳細に説明すると、説明が複雑になるため、以下の説明では、撮像素子３０での露光を主体に説明し、電荷転送の説明については補足する程度とする。
【００６７】
そして、本実施の形態では、予め用意した複数種の露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに対応してそれぞれ識別コードを割り当てておき、露光タイミング変更部６４にて選択した露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに対応する識別コードを波長変更部６６、受光開始変更部７４及び遅延時間補正部７６に送信することによって、波長変更部６６、受光開始変更部７４及び遅延時間補正部７６は、現在、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを認識することができる。
【００６８】
そして、波長変更部６６は、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔ（選択された露光期間の周期）とメモリ８０に記憶された情報テーブル７８の情報に基づいて、変調光１２の波長を変更する。
【００６９】
変更後の露光期間Ｔｒの周期Ｔｔは、上述したように、露光タイミング変更部６４から送信された識別コードにて認識できることから、情報テーブル７８に登録される情報としては、例えば図６に示すように、露光期間Ｔｒの周期Ｔｔの識別コードと、該識別コードに対応した波長λの情報（波長情報）と、第１遅延時間Ｔｅに関連する情報（第１遅延時間関連情報）と、第２遅延時間Ｔｆに関連する情報（第２遅延時間関連情報）が考えられる。
【００７０】
ところで、露光タイミング変更部６４にて変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて変調光１２の波長（図７、図１４Ｂ参照）が変更されることになるが、ここで、初期状態の変調光の波長をλ、変更後の変調光の波長をａλ、発光開始タイミングの回数をｎとしたとき、第１遅延時間Ｔｅ及び第２遅延時間Ｔｆは、以下の演算式にて求めることができる。
Ｔｅ＝（ａ−１）λ＋（ｎ−１）λ／４
Ｔｆ＝（ｎ−１）（ａ−１）λ／４
【００７１】
従って、情報テーブル７８に登録される第１遅延時間関連情報として（ａ−１）λが登録され、実際の第１遅延時間Ｔｅは、受光開始変更部７４において、第１遅延時間関連情報に（ｎ−１）λ／４を加算して求めるようにしている。同様に、情報テーブル７８に登録される第２遅延時間関連情報として（ａ−１）λ／４が登録され、実際の第２遅延時間Ｔｆは、遅延時間補正部７６において、第２遅延時間関連情報に（ｎ−１）を乗算して求めるようにしている。
【００７２】
ここで、第１測距装置１０Ａの処理動作、特に、露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを変更する前の処理動作について図７を参照しながら説明する。露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを変更する前であるから、変調光１２の波長はλであり、変数ａ＝１となる。従って、上述の演算式から第１遅延時間Ｔｅは発光開始タイミングの回数ｎに応じてλ／４ずつ遅延時間が増加し、第２遅延時間Ｔｆは０となる。露光タイミング変更部６４は、情報テーブル７８に登録された識別コードのうち、波長情報がλを示し、且つ、第１遅延時間関連情報と第２遅延時間関連情報が共に０である識別コードを、波長変更部６６、受光開始変更部７４、遅延時間補正部７６に送信する。これにより、露光パルスは、受光開始変更部７４では発光開始タイミングの回数に応じて遅延されるだけで、遅延時間補正部７６での遅延はない。
【００７３】
このことから、変調光１２の波長がλである場合、図７に示すように、撮像素子制御部３４が、同期信号Ｓａの例えば立ち下がり時点から所定期間Ｔａが経過した時点で最初の露光期間Ｔｒを開始し、さらに、各露光期間Ｔｒの１周期を変調光１２の１波長に合わせることによって、変調光１２の位相が０°、９０°、１８０°、２７０°のうちのいずれかにおける反射光１８のサンプリング値が得られるように制御した場合、受光開始変更部７４において、発光開始タイミングの回数に基づいて、露光パルスの駆動部への到達時間をλ／４ずつ遅らせることによって、変調光１２の位相が０°、９０°、１８０°、２７０°における反射光１８のサンプリング値が得られることとなる。
【００７４】
次に、第１測距装置１０Ａの処理動作、特に、露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを変更する前の処理動作について図７の波形図、図８のフローチャートを参照しながら説明する。
【００７５】
先ず、同期信号発生部２４は、第１フレームを示す同期信号Ｓａを出力する（ステップＳ１０１）。発光制御部２８は、同期信号Ｓａの立ち下がり時点ｔ０に基づいて発光部２６から変調光１２を出射させる（ステップＳ１０２）。
【００７６】
発光部２６から出射された変調光１２は、被検出物１６に照射され、該被検出物１６からの反射光１８が光学系３２を介して撮像素子３０に入射される。このとき、発光開始タイミングの回数ｎが１であることから、受光開始変更部７４は、露光パルスに遅延をかけずに駆動部１０４に出力する（ステップＳ１０３）。撮像素子３０は、第１フレームの同期信号Ｓａの立ち下がり時点ｔ０から時間Ｔａだけ遅れた時点、すなわち、変調光１２の位相が０°となる時点で最初の露光期間Ｔｒの中心が位置するように調整され、さらに、各露光期間Ｔｒの周期が変調光の波長となるように調整されている。
【００７７】
従って、この第１フレームにおいては、変調光１２の位相が０°であるときの反射光１８の光量が光電変換されて撮像素子３０に蓄積されることになる（ステップＳ１０４）。その後、同期信号発生部２４は、第２フレームを示す同期信号Ｓａを出力する（ステップＳ１０５）。このとき、発光開始タイミングの回数ｎが１であることから、受光開始変更部７４は、転送パルス等に遅延をかけずに駆動部１０４に出力する。撮像素子３０に蓄積された電荷は、この第２フレームにおいて転送されてアナログ信号（画像信号）とされ（ステップＳ１０６）、さらにデジタル変換されて（ステップＳ１０７）、変調光１２の位相が０°であるときの反射光１８のサンプリング値Ｓ１が画素ごとに配列された第１画像データＤｃ１としてバッファメモリ４０に保存される（ステップＳ１０８）。この段階で、変調光１２の出射が終了する（ステップＳ１０９）。
【００７８】
次に、同期信号発生部２４は、第３フレームを示す同期信号Ｓａを出力する（ステップＳ１１０）。発光制御部２８は、同期信号Ｓａの立ち下がり時ｔ０から変調光１２を出射させる（ステップＳ１１１）。
【００７９】
発光部２６から出射された変調光１２は、被検出物１６に照射され、該被検出物１６からの反射光１８が光学系３２を介して撮像素子３０に入射される。このとき、発光開始タイミングの回数ｎが２であることから、受光開始変更部７４は、露光パルスに時間λ／４だけ遅延をかけて駆動部１０４に出力する（ステップＳ１１２）。従って、撮像素子３０は、発生した第３フレームの同期信号Ｓａの立ち下がり時点ｔ０から時間Ｔａ＋λ／４だけ遅れた時点、すなわち、変調光１２の位相が９０°となる時点で最初の露光期間Ｔｒの中心が位置するように制御され、さらに、各露光期間Ｔｒの周期が変調光の波長λとなるように制御されることになる。
【００８０】
従って、この第３フレームにおいては、変調光１２の位相が９０°であるときの反射光１８の光量が光電変換されて撮像素子３０に蓄積されることになる（ステップＳ１１３）。その後、同期信号発生部２４は、第４フレームを示す同期信号Ｓａを出力する（ステップＳ１１４）。このとき、発光開始タイミングの回数ｎが２であることから、受光開始変更部７４は、転送パルス等に時間λ／４だけ遅延をかけて駆動部１０４に出力する。撮像素子３０に蓄積された電荷は、この第４フレームにおいて転送されてアナログ信号とされ（ステップＳ１１５）、さらにデジタル変換されて（ステップＳ１１６）、変調光１２の位相が９０°であるときの反射光１８のサンプリング値Ｓ２が画素ごとに配列された第２画像データＤｃ２としてバッファメモリ４０に保存される（ステップＳ１１７）。この段階で、変調光１２の出射が終了する（ステップＳ１１８）。
【００８１】
次に、同期信号発生部２４は、第５フレームを示す同期信号Ｓａを出力する（ステップＳ１１９）。発光制御部２８は、同期信号Ｓａの立ち下がり時ｔ０から変調光１２を出射させる（ステップＳ１２０）。
【００８２】
発光部２６から出射された変調光１２は、被検出物１６に照射され、該被検出物１６からの反射光１８が光学系３２を介して撮像素子３０に入射される。このとき、発光開始タイミングの回数ｎが３であることから、受光開始変更部７４は、露光パルスに時間（２λ）／４だけ遅延をかけて駆動部１０４に出力する（ステップＳ１２１）。従って、撮像素子３０は、５フレームの同期信号Ｓａの立ち下がり時点ｔ０から時間Ｔａ＋（２λ）／４だけ遅れた時点、すなわち、変調光１２の位相が１８０°となる時点で最初の露光期間Ｔｒの中心が位置するように制御され、さらに、各露光期間Ｔｒの周期が変調光１２の波長λとなるように制御されることになる。
【００８３】
従って、この第５フレームにおいては、変調光１２の位相が１８０°であるときの反射光１８の光量が光電変換されて撮像素子３０に蓄積されることになる（ステップＳ１２２）。その後、同期信号発生部２４は、第６フレームを示す同期信号Ｓａを出力する（ステップＳ１２３）。このとき、発光開始タイミングの回数ｎが３であることから、受光開始変更部７４は、転送パルス等に時間（２λ）／４だけ遅延をかけて駆動部１０４に出力する。撮像素子３０に蓄積された電荷は、この第６フレームにおいて転送されてアナログ信号とされ（ステップＳ１２４）、さらにデジタル変換されて（ステップＳ１２５）、変調光１２の位相が１８０°であるときの反射光１８のサンプリング値Ｓ３が画素ごとに配列された第３画像データＤｃ３としてバッファメモリ４０に保存される（ステップＳ１２６）。この段階で、変調光１２の出射が終了する（ステップＳ１２７）。
【００８４】
次に、同期信号発生部２４は、第７フレームを示す同期信号Ｓａを出力する（ステップＳ１２８）。発光制御部２８は、同期信号Ｓａの立ち下がり時ｔ０から変調光１２を出射させる（ステップＳ１２９）。
【００８５】
発光部２６から出射された変調光１２は、被検出物１６に照射され、該被検出物１６からの反射光１８が光学系３２を介して撮像素子３０に入射される。このとき、発光開始タイミングの回数ｎが４であることから、受光開始変更部７４は、露光パルスに時間（３λ）／４だけ遅延をかけて駆動部１０４に出力する（ステップＳ１３０）。従って、撮像素子３０は、第７フレームの同期信号Ｓａの立ち下がり時点ｔ０から時間Ｔａ＋（３λ）／４だけ遅れた時点、すなわち、変調光１２の位相が２７０°となる時点で最初の露光期間Ｔｒの中心が位置するように制御され、さらに、各露光期間Ｔｒの周期が変調光１２の波長λとなるように制御されることになる。
【００８６】
従って、この第７フレームにおいては、変調光１２の位相が２７０°であるときの反射光１８の光量が光電変換されて撮像素子３０に蓄積されることになる（ステップＳ１３１）。その後、同期信号発生部２４は、第８フレームを示す同期信号Ｓａを出力する（ステップＳ１３２）。このとき、発光開始タイミングの回数ｎが４であることから、受光開始変更部７４は、転送パルス等に時間（３λ）／４だけ遅延をかけて駆動部１０４に出力する。撮像素子３０に蓄積された電荷は、この第８フレームにおいて転送されてアナログ信号とされ（ステップＳ１３３）、さらにデジタル変換されて（ステップＳ１３４）、変調光１２の位相が２７０°であるときの反射光１８のサンプリング値Ｓ４が画素ごとに配列された第４画像データＤｃ４としてバッファメモリ４０に保存される（ステップＳ１３５）。この段階で、変調光１２の出射が終了する（ステップＳ１３６）。
【００８７】
そして、距離演算部５８は、バッファメモリ４０に保存された第１画像データＤｃ１〜第４画像データＤｃ４に基づいて被検出物１６までの距離を演算する（ステップＳ１３７）。
【００８８】
次に、第１測距装置１０Ａの処理動作、特に、露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを変更した後の処理動作について図６の波形図を参照しながら説明する。
【００８９】
先ず、操作部７０からの指示信号や、露光タイミング演算部７２からの指示信号に基づいて、露光タイミング変更部６４において、露光期間Ｔｒの周期Ｔｔが変更されると、変更後の露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに対応した識別コードが波長変更部６６、受光開始変更部７４及び遅延時間補正部７６に送信される。
【００９０】
波長変更部６６は、メモリ８０に記憶された情報テーブル７８に登録された複数の波長情報のうち、送信された識別コードに対応する波長情報を読み出して発光制御部２８に供給する。発光制御部２８は、供給された波長情報に基づいて変調光１２の波長を変更する。
【００９１】
受光開始変更部７４は、情報テーブル７８に登録された複数の第１遅延時間関連情報のうち、識別コードに対応する第１遅延時間関連情報を読み出し、さらに、上述した演算式に基づいて第１遅延時間Ｔｅを求め、この第１遅延時間Ｔｅだけ露光パルス等を遅延させる。
【００９２】
遅延時間補正部７６は、情報テーブル７８に登録された複数の第２遅延時間関連情報のうち、識別コードに対応する第２遅延時間関連情報を読み出し、さらに、上述した演算式に基づいて第２遅延時間Ｔｆを求め、この第２遅延時間Ｔｆだけ露光パルス等を遅延させる。
【００９３】
従って、例えば図９に示すように、変更された波長（ａλ）の変調光１２が出射されることになるが、第１フレームの露光パルスＴｒは、受光開始変更部７４にて第１遅延時間Ｔｅ（＝（ａ−１）λ）だけ遅延されて駆動部１０４に入力されることから、同期信号Ｓａの立ち下がり時点ｔ０から時間（ａ−１）λ＋Ｔａだけ遅れた時点で露光期間が開始され、変調光１２の位相が０°となる時点で露光期間Ｔｒの中心が位置することになり、その結果、変調光１２の位相が０°における反射光１８のサンプリング値Ｓ１が得られる。
【００９４】
次に、第３フレーム（ｎ＝２）の露光パルスは、受光開始変更部７４にて遅延時間Ｔｅ（＝（ａ−１）λ＋λ／４）だけ遅延され、さらに遅延時間補正部７６にて第２遅延時間Ｔｆ（＝（ａ−１）λ／４）だけ遅延されて駆動部に入力されることから、同期信号Ｓａの立ち下がり時点ｔ０から時間｛（５ａ／４）−１｝λ＋Ｔａだけ遅れた時点で露光期間Ｔｒが開始され、変調光１２の位相が９０°となる時点で露光期間Ｔｒの中心が位置することになり、その結果、変調光１２の位相が９０°における反射光１８のサンプリング値Ｓ２が得られる。
【００９５】
次に、第５フレーム（ｎ＝３）の露光パルスは、受光開始変更部７４にて遅延時間Ｔｅ（＝（ａ−１）λ＋（２λ）／４）だけ遅延され、さらに遅延時間補正部７６にて第２遅延時間Ｔｆ（＝２（ａ−１）λ／４）だけ遅延されて駆動部１０４に入力されることから、同期信号Ｓａの立ち下がり時点ｔ０から時間｛（３ａ／２）−１｝λ＋Ｔａだけ遅れた時点で露光期間Ｔｒが開始され、変調光１２の位相が１８０°となる時点で露光期間Ｔｒの中心が位置することになり、その結果、変調光１２の位相が１８０°における反射光１８のサンプリング値Ｓ３が得られる。
【００９６】
次に、第７フレーム（ｎ＝４）の露光パルスは、受光開始変更部７４にて第１遅延時間Ｔｅ（＝（ａ−１）λ＋（３λ）／４）だけ遅延され、さらに遅延時間補正部７６にて第２遅延時間Ｔｆ（＝３（ａ−１）λ／４）だけ遅延されて駆動部１０４に入力されることから、同期信号Ｓａの立ち下がり時点ｔ０から時間｛（７ａ／４）−１｝λ＋Ｔａだけ遅れた時点で露光期間Ｔｒが開始され、変調光１２の位相が２７０°となる時点で露光期間Ｔｒの中心が位置することになり、その結果、変調光１２の位相が２７０°における反射光１８のサンプリング値Ｓ４が得られる。
【００９７】
このように、周期Ｔｔを変更した後の各露光期間Ｔｒの中心時点において、反射光１８をサンプリングした場合に、変調光１２の規定の４つの位相（１８０°、９０°、０°、２７０°）でサンプリングすることができ、距離演算部５８での距離演算を高精度に行わせることができる。
【００９８】
また、第１測距装置１０Ａにおいては、露光タイミング変更部６４において、各露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを変更し、波長変更部６６において、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて変調光１２の波長を変更し、受光開始変更部７４において、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて撮像素子３０での受光開始タイミングを変更し、遅延時間補正部７６において、受光開始タイミングの遅延時間を補正するようにしているため、露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに合わせて、変調光１２の波長を設定することができ、その結果、予め設定された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに対して整数レベル（整数倍の分周、あるいは整数倍の逓倍）で露光タイミングを変化させることができ、回路構成を簡単にすることができる。もちろん、被検出物１６までの距離が遠い場合においても、キャリブレーションが不要で、且つ、被検出物１６までの距離を正確に測定することができる。
【００９９】
この場合、露光期間Ｔｒの周期Ｔｔの識別コードに対応した変調光１２の波長情報、第１遅延時間関連情報及び第２遅延時間関連情報が登録された情報テーブル７８を使用し、該情報テーブル７８の情報に基づいて、変調光１２の波長、受光開始タイミングを変更し、さらに、受光開始タイミングの遅延時間を補正するようにしたので、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づく変調光１２の波長、第１遅延時間Ｔｅ及び第２遅延時間Ｔｆを複雑な演算を用いることなく、情報テーブル７８に対するアクセスにて簡単に求めることができるため、処理時間の短縮を図ることができる。
【０１００】
次に、第２の実施の形態に係る測距装置（以下、第２測距装置１０Ｂと記す）を図１０を参照しながら説明する。
【０１０１】
この第２測距装置１０Ｂは、図１０に示すように、上述した第１測距装置１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。
【０１０２】
先ず、露光タイミング変更部６４は、初期段階の露光期間Ｔｒの周期Ｔｔが予め設定され、露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを短くする指示信号が入力された場合に、現在の露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを１／ｍ（ｍ：整数）分だけ短くし、露光期間Ｔｒの周期Ｔｒを長くする指示信号が入力された場合に、現在の露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを１／ｍ（ｍ：整数）分だけ長くする。
【０１０３】
そして、第２測距装置１０Ｂは、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて、変調光１２の波長を演算する波長演算部８２と、第１遅延時間Ｔｅを演算する第１遅延演算部８４と、第２遅延時間Ｔｆを演算する第２遅延演算部８６とが設置されている。
【０１０４】
波長演算部８２は、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて、変調光１２の波長を演算する。演算にて得られた波長の情報は、発光制御部２８に供給される。第１遅延演算部８４は、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて、上述した第１遅延時間Ｔｅの演算式に基づいて第２遅延時間Ｔｅを演算する。演算にて得られた第１遅延時間Ｔｅは、受光開始変更部７４に供給される。第２遅延演算部８６は、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて、上述した第２遅延時間Ｔｆの演算式に基づいて第２遅延時間Ｔｆを演算する。演算にて得られた第２遅延時間Ｔｆは、遅延時間補正部７６に供給される。受光開始変更部７４、遅延時間補正部７６は、上述した第１測距装置１０Ａと同様であるため、その重複説明を省略する。
【０１０５】
従って、この第２測距装置１０Ｂにおいても、第１測距装置１０Ａと同様に、距離演算部５８での距離演算を高精度に行わせることができ、上述したようなキャリブレーションは不要となる。特に、この第２測距装置１０Ｂでは、情報テーブル７８を格納するためのメモリ８０やメモリ領域を設ける必要がない。
【０１０６】
なお、本発明に係る測距装置及び測距方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】第１測距装置の構成を示すブロック図である。
【図２】撮像素子の概略構成を示す説明図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、撮像素子での電荷蓄積状態を示す説明図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、撮像素子での電荷転送状態を示す説明図である。
【図５】撮像素子からの撮像信号に基づくサンプリング値によって反射光の位相遅れを求める原理を示す説明図である。
【図６】情報テーブルの内訳を示す説明図である。
【図７】露光期間の周期を変更する前における変調光と露光期間との関係を示す波形図である。
【図８】露光期間の周期を変更する前における第１測距装置での処理動作を示すフローチャートである。
【図９】露光期間の周期を変更した後における変調光と露光期間との関係を示す波形図である。
【図１０】第２測距装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式の光波測距方法を示す説明図である。
【図１２】変調光に対する反射光の位相の遅れを示す波形図である。
【図１３】従来例に係る測距装置での処理動作を示すフローチャートである。
【図１４】図１４Ａは従来例に係る測距装置での第１フレームにおける変調光、反射光、同期信号及び露光期間の関係を示す波形図であり、図１４Ｂは同じく第３フレームでの関係を示す波形図であり、図１４Ｃは同じく第５フレームでの関係を示す波形図であり、図１４Ｄは同じく第７フレームでの関係を示す波形図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０Ａ、１０Ｂ…第１測距装置、第２測距装置
１２…変調光                            １４…発光手段
１６…被検出物                          １８…反射光
２０…受光手段                          ２２…演算手段
２４…同期信号発生部                    ２６…発光部
２８…発光制御部                        ３０…撮像素子
３２…光学系                            ３４…撮像素子制御部
３６…アナログ信号処理部                ３８…Ａ／Ｄ変換部
４０…バッファメモリ                    ５８…距離演算部
６４…露光タイミング変更部              ６６…波長変更部
６８…タイミング制御部                  ７４…受光開始変更部
７６…遅延時間補正部                    ７８…情報テーブル
８０…メモリ                            ８２…波長演算部
８４…第１遅延演算部                    ８６…第２遅延演算部
１００…露光パルス生成部                １０２…転送パルス生成部
１０４…駆動部
【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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