(57)【要約】【課題】変調光の出射から変調光の１周期以上遅延して反射光（遅延反射光）が到達しても正確に距離に測定できるようにして、距離測定の高精度化を図る。【解決手段】第１測距装置は、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、ゲート制御部８０とを有する。ゲート制御部８０は、ゲートパルスを出力して、被検出物１６に対して変調光１２を間欠に照射するように発光制御部２６を制御し、変調光１２の間欠照射に基づいて、被検出物１６からの反射光１８の受光を間欠に制御するように電気光学シャッタあるいは撮像素子２８の電子シャッタを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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する測距装置において、
前記被検出物に対して前記変調光を間欠に照射するように制御する間欠照射制御手段と、
前記間欠照射制御手段による前記変調光の間欠照射に基づいて、前記被検出物からの前記反射光の受光を間欠に制御する間欠受光制御手段とを有し、
前記演算手段は、前記間欠に制御して受光した情報に基づいて前記被検出物までの距離を補正する補正部を有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、
前記間欠照射制御手段は、前記変調光の照射を該変調光のｎ（ｎ＝１、２、・・・）周期置きに制御し、
前記間欠受光制御手段は、前記変調光により照射された被検出物からの反射光を前記変調光のｎ周期置きで受光するように制御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、前記変調光の照射開始時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を有し、
前記間欠受光制御手段は、前記被検出物に間欠照射される前記変調光の各ｎ周期における各１周期の終了部分を前記撮像部にてサンプリングするように制御す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、
前記補正部は、少なくとも
前記各１周期の終了部分のサンプリング値と、変調光の１／２周期に相当する距離に対応した第１参照値、変調光の（ｎ−１）／２周期に相当する距離に対応した第（ｎ−１）参照値、変調光のｎ／２周期に相当する距離に対応した第ｎ参照値とを比較し、
前記サンプリング値が、前記第１参照値よりも大きい場合に、前記補正を行わず、
前記サンプリング値が、前記第ｎ参照値以上で、且つ、前記第（ｎ−１）参照値以下の場合に、変調光の（ｎ−１）／２周期に相当する距離を加算し、
前記サンプリング値が、前記第ｎ参照値よりも小さい場合に、変調光のｎ／２周期に相当する距離を加算することを特徴とする測距装置。
【請求項５】
請求項１記載の測距装置において、
前記間欠照射制御手段は、前記変調光の照射を該変調光の１周期置きに制御し、
前記間欠受光制御手段は、前記変調光により照射された被検出物からの反射光を前記変調光の１周期置きで受光するように制御することを特徴とする測距装置。
【請求項６】
請求項５記載の測距装置において、
前記受光手段は、前記変調光の照射開始時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を有し、
前記間欠受光制御手段は、前記被検出物に間欠照射される前記変調光の各１周期の終了部分を前記撮像部にてサンプリングするように制御することを特徴とする測距装置。
【請求項７】
請求項６記載の測距装置において、
前記補正部は、少なくとも
前記各１周期の終了部分のサンプリング値と、変調光の１／２周期に相当する距離に対応した参照値とを比較し、
前記サンプリング値が、前記参照値よりも大きい場合に、前記補正を行わず、
前記サンプリング値が、前記参照値以下の場合に、変調光の１／２周期に相当する距離を加算することを特徴とする測距装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の測距装置において、
前記演算手段は、前記変調光と前記反射光の位相差が所定範囲にある場合に、前記補正部での処理を行うことを特徴とする測距装置。
【請求項９】
請求項８記載の測距装置において、
前記受光手段は、複数の受光部を有し、
前記演算手段は、前記複数の受光部にそれぞれ対応する変調光と反射光の位相差から前記複数の受光部に対応する前記被検出物までの距離を算出し、前記複数の受光部のうち、前記変調光と前記反射光の位相差が所定範囲にある受光部について、前記補正部での処理を行うことを特徴とする測距装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の測距装置において、
前記受光手段は、前記変調光の照射開始時を基準として一定周期ごとに設定された露光期間における受光光量をサンプリングする撮像部を有し、
前記補正部は、一定期間の前記受光光量の総和から前記反射光の受光量の総和を減算して、オフセット成分を算出し、前記オフセット成分を考慮して前記被検出物までの距離を補正することを特徴とする測距装置。
【請求項１１】
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する測距方法において、
前記被検出物に対して前記変調光を間欠に照射するように制御する間欠照射制御ステップと、
前記間欠照射制御ステップによる前記変調光の間欠照射に基づいて、前記被検出物からの前記反射光の受光を間欠に制御する間欠受光制御ステップとを有し、
前記演算ステップは、前記間欠に制御して受光した情報に基づいて前記被検出物までの距離を補正する補正ステップを有す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、
前記間欠照射制御ステップは、前記変調光の照射を該変調光のｎ（ｎ＝１、２、・・・）周期置きに制御し、
前記間欠受光制御ステップは、前記変調光により照射された被検出物からの反射光を前記変調光のｎ周期置きで受光するように制御す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、
前記受光ステップは、前記変調光の照射開始時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を有し、
前記間欠受光制御ステップは、前記被検出物に間欠照射される前記変調光の各ｎ周期における各１周期の終了部分を前記撮像部にてサンプリングするように制御することを特徴とする測距方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の測距方法において、
前記補正ステップは、少なくとも
前記各１周期の終了部分のサンプリング値と、変調光の１／２周期に相当する距離に対応した第１参照値、変調光の（ｎ−１）／２周期に相当する距離に対応した第（ｎ−１）参照値、変調光のｎ／２周期に相当する距離に対応した第ｎ参照値とを比較し、
前記サンプリング値が、前記第１参照値よりも大きい場合に、前記補正を行わず、
前記サンプリング値が、前記第ｎ参照値以上で、且つ、前記第（ｎ−１）参照値以下の場合に、変調光の（ｎ−１）／２周期に相当する距離を加算し、
前記サンプリング値が、前記第ｎ参照値よりも小さい場合に、変調光のｎ／２周期に相当する距離を加算することを特徴とする測距方法。
【請求項１５】
請求項１１記載の測距方法において、
前記間欠照射制御ステップは、前記変調光の照射を該変調光の１周期置きに制御し、
前記間欠受光制御ステップは、前記変調光により照射された被検出物からの反射光を前記変調光の１周期置きで受光するように制御することを特徴とする測距方法。
【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、前記変調光の照射開始時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を有し、
前記間欠受光制御ステップは、前記被検出物に間欠照射される前記変調光の各１周期の終了部分を前記撮像部にてサンプリングするように制御することを特徴とする測距方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の測距方法において、
前記補正ステップは、少なくとも
前記各１周期の終了部分のサンプリング値と、変調光の１／２周期に相当する距離に対応した参照値とを比較し、
前記サンプリング値が、前記参照値よりも大きい場合に、前記補正を行わず、
前記サンプリング値が、前記参照値以下の場合に、変調光の１／２周期に相当する距離を加算することを特徴とする測距方法。
【請求項１８】
請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の測距方法において、
前記演算ステップは、前記変調光と前記反射光の位相差が所定範囲にある場合に、前記補正ステップでの処理を行うことを特徴とする測距方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の測距方法において、
前記受光ステップは、複数の受光部で受光を行い、
前記演算ステップは、前記複数の受光部にそれぞれ対応する変調光と反射光の位相差から前記複数の受光部に対応する前記被検出物までの距離を算出し、前記複数の受光部のうち、前記変調光と前記反射光の位相差が所定範囲にある受光部について、前記補正ステップでの処理を行うことを特徴とする測距方法。
【請求項２０】
請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の測距方法において、
前記受光ステップは、前記変調光の照射開始時を基準として一定周期ごとに設定された露光期間における受光光量をサンプリングする撮像ステップを有し、
前記補正ステップは、一定期間の前記受光光量の総和から前記反射光の受光量の総和を減算して、オフセット成分を算出し、前記オフセット成分を考慮して前記被検出物までの距離を補正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１８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１９を参照しながら説明する。
【０００６】
図１９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】
【特許文献１】特開２００６−１０５６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１に記載の技術は、変調光の１周期以上遅延して到達した反射光（遅延反射光）による誤検出を防ぐために、予め設定した閾値以下の受光光量の画素を採用しないようにしている。すなわち、複数の画素のうち、遅延反射光を受光した画素についての距離値を算出することができないという問題がある。
【００１１】
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、変調光の出射から変調光の１周期以上遅延して反射光（遅延反射光）が到達しても正確に距離に測定することができ、距離測定の高精度化を図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】
【００１２】
第１の本発明に係る測距装置は、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する測距装置において、前記被検出物に対して前記変調光を間欠に照射するように制御する間欠照射制御手段と、前記間欠照射制御手段による前記変調光の間欠照射に基づいて、前記被検出物からの前記反射光の受光を間欠に制御する間欠受光制御手段とを有し、前記演算手段は、前記間欠に制御して受光した情報に基づいて前記被検出物までの距離を補正する補正部を有することを特徴とする。
【００１３】
これにより、変調光の出射から変調光の１周期以上遅延して反射光（遅延反射光）が到達しても正確に距離に測定することができ、距離測定の高精度化を図ることができる。
【００１４】
そして、第１の本発明において、前記間欠照射制御手段は、前記変調光の照射を該変調光のｎ（ｎ＝１、２、・・・）周期置きに制御し、前記間欠受光制御手段は、前記変調光により照射された被検出物からの反射光を前記変調光のｎ周期置きで受光するように制御してもよい。
【００１５】
この場合、前記受光手段は、前記変調光の照射開始時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を有し、前記間欠受光制御手段は、前記被検出物に間欠照射される前記変調光の各ｎ周期における各１周期の終了部分を前記撮像部にてサンプリングするように制御してもよい。
【００１６】
前記補正部は、少なくとも前記各１周期の終了部分のサンプリング値と、変調光の１／２周期に相当する距離に対応した第１参照値、変調光の（ｎ−１）／２周期に相当する距離に対応した第（ｎ−１）参照値、変調光のｎ／２周期に相当する距離に対応した第ｎ参照値とを比較し、前記サンプリング値が、前記第１参照値よりも大きい場合に、前記補正を行わず、前記サンプリング値が、前記第ｎ参照値以上で、且つ、前記第（ｎ−１）参照値以下の場合に、変調光の（ｎ−１）／２周期に相当する距離を加算し、前記サンプリング値が、前記第ｎ参照値よりも小さい場合に、変調光のｎ／２周期に相当する距離を加算するようにしてもよい。
【００１７】
また、第１の本発明において、前記間欠照射制御手段は、前記変調光の照射を該変調光の１周期置きに制御し、前記間欠受光制御手段は、前記変調光により照射された被検出物からの反射光を前記変調光の１周期置きで受光するように制御するようにしてもよい。
【００１８】
この場合、前記受光手段は、前記変調光の照射開始時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を有し、前記間欠受光制御手段は、前記被検出物に間欠照射される前記変調光の各１周期の終了部分を前記撮像部にてサンプリングするように制御してもよい。
【００１９】
前記補正部は、少なくとも前記各１周期の終了部分のサンプリング値と、変調光の１／２周期に相当する距離に対応した参照値とを比較し、前記サンプリング値が、前記参照値よりも大きい場合に、前記補正を行わず、前記サンプリング値が、前記参照値以下の場合に、変調光の１／２周期に相当する距離を加算するようにしてもよい。
【００２０】
また、第１の本発明において、前記演算手段は、前記変調光と前記反射光の位相差が所定範囲にある場合に、前記補正部での処理を行うようにしてもよい。特に、前記受光手段が、複数の受光部を有する場合においては、前記演算手段は、前記複数の受光部にそれぞれ対応する変調光と反射光の位相差から前記複数の受光部に対応する前記被検出物までの距離を算出し、前記複数の受光部のうち、前記変調光と前記反射光の位相差が所定範囲にある受光部について、前記補正部での処理を行うようにしてもよい。
【００２１】
これにより、補正が必要な画素についてだけ補正処理が行われるため、処理の高速化を図ることができる。
【００２２】
また、第１の本発明において、前記受光手段は、前記変調光の照射開始時を基準として一定周期ごとに設定された露光期間における受光光量をサンプリングする撮像部を有し、前記補正部は、一定期間の前記受光光量の総和から前記反射光の受光量の総和を減算して、オフセット成分を算出し、前記オフセット成分を考慮して前記被検出物までの距離を補正するようにしてもよい。これにより、外光成分やオフセット成分による誤補正を低減することができ、距離測定の高精度化をさらに高めることができる。
【００２３】
次に、第２の本発明に係る測距方法は、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する測距方法において、前記被検出物に対して前記変調光を間欠に照射するように制御する間欠照射制御ステップと、前記間欠照射制御ステップによる前記変調光の間欠照射に基づいて、前記被検出物からの前記反射光の受光を間欠に制御する間欠受光制御ステップとを有し、前記演算ステップは、前記間欠に制御して受光した情報に基づいて前記被検出物までの距離を補正する補正ステップを有することを特徴とする。
【００２４】
これにより、変調光の出射から変調光の１周期以上遅延して反射光（遅延反射光）が到達しても正確に距離に測定することができ、距離測定の高精度化を図ることができる。
【００２５】
そして、第２の本発明において、前記間欠照射制御ステップは、前記変調光の照射を該変調光のｎ（ｎ＝１、２、・・・）周期置きに制御し、前記間欠受光制御ステップは、前記変調光により照射された被検出物からの反射光を前記変調光のｎ周期置きで受光するように制御してもよい。
【００２６】
この場合、前記受光ステップは、前記変調光の照射開始時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を有し、前記間欠受光制御ステップは、前記被検出物に間欠照射される前記変調光の各ｎ周期における各１周期の終了部分を前記撮像部にてサンプリングするように制御してもよい。
【００２７】
前記補正ステップは、少なくとも前記各１周期の終了部分のサンプリング値と、変調光の１／２周期に相当する距離に対応した第１参照値、変調光の（ｎ−１）／２周期に相当する距離に対応した第（ｎ−１）参照値、変調光のｎ／２周期に相当する距離に対応した第ｎ参照値とを比較し、前記サンプリング値が、前記第１参照値よりも大きい場合に、前記補正を行わず、前記サンプリング値が、前記第ｎ参照値以上で、且つ、前記第（ｎ−１）参照値以下の場合に、変調光の（ｎ−１）／２周期に相当する距離を加算し、前記サンプリング値が、前記第ｎ参照値よりも小さい場合に、変調光のｎ／２周期に相当する距離を加算するようにしてもよい。
【００２８】
また、第２の本発明において、前記間欠照射制御ステップは、前記変調光の照射を該変調光の１周期置きに制御し、前記間欠受光制御ステップは、前記変調光により照射された被検出物からの反射光を前記変調光の１周期置きで受光するように制御してもよい。
【００２９】
この場合、前記受光ステップは、前記変調光の照射開始時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を有し、前記間欠受光制御ステップは、前記被検出物に間欠照射される前記変調光の各１周期の終了部分を前記撮像部にてサンプリングするように制御してもよい。
【００３０】
前記補正ステップは、少なくとも前記各１周期の終了部分のサンプリング値と、変調光の１／２周期に相当する距離に対応した参照値とを比較し、前記サンプリング値が、前記参照値よりも大きい場合に、前記補正を行わず、前記サンプリング値が、前記参照値以下の場合に、変調光の１／２周期に相当する距離を加算するようにしてもよい。
【００３１】
また、第２の本発明において、前記演算ステップは、前記変調光と前記反射光の位相差が所定範囲にある場合に、前記補正ステップでの処理を行うようにしてもよい。特に、前記受光ステップにおいて、複数の受光部で受光を行う場合、前記演算ステップは、前記複数の受光部にそれぞれ対応する変調光と反射光の位相差から前記複数の受光部に対応する前記被検出物までの距離を算出し、前記複数の受光部のうち、前記変調光と前記反射光の位相差が所定範囲にある受光部について、前記補正ステップでの処理を行うようにしてもよい。
【００３２】
また、第２の本発明において、前記受光ステップは、前記変調光の照射開始時を基準として一定周期ごとに設定された露光期間における受光光量をサンプリングする撮像ステップを有し、前記補正ステップは、一定期間の前記受光光量の総和から前記反射光の受光量の総和を減算して、オフセット成分を算出し、前記オフセット成分を考慮して前記被検出物までの距離を補正するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００３３】
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、変調光の出射から変調光の１周期以上遅延して反射光（遅延反射光）が到達しても正確に距離に測定することができ、距離測定の高精度化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
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１７を参照しながら説明する。
【００３５】
先ず、第１の実施の形態に係る測距装置（以下、単に第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とを有する。
【００３６】
発光手段１４は、発光部２４（赤外線照射部）と、該発光部２４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２６（サイン波生成部）とを有する。発光部２４は、例えば複数のＬＥＤが配列されて構成されている。発光制御部２６は、発光部２４を制御して、例えば発光部２４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。変調光１２は、例えば同期信号の例えば立ち下がりに基づいて照射開始されるようになっている。すなわち、この場合、同期信号の立ち下がり時点が照射開始時点となる。
【００３７】
受光手段２０は、撮像素子２８と、反射光１８を撮像素子２８の受光面に結像させる光学系３０と、光学系３０を介して入射する光を間欠的に遮断する電気光学シャッタ３２と、光学系３０を介して入射する光のうち、赤外線を通過して撮像素子２８に入射させる赤外線通過フィルタ３４とを有する。
【００３８】
また、この第１測距装置１０Ａは、第１信号処理系３６と、第２信号処理系３８と、第３信号処理系４０とを有する。
【００３９】
第１信号処理系３６は、同期信号に基づいて種々のタイミング信号（露光パルス、転送パルス、読出パルス等）を発生するタイミング発生部と、撮像素子２８を駆動するための撮像素子制御部と、撮像素子２８からの撮像信号をアナログの画像信号に信号処理するアナログ信号処理部と、画像信号をデジタル変換して画像データにするＡ／Ｄ変換部とを有する。
【００４０】
第２信号処理系３８は、同期信号に基づいて発光制御部２６を制御するタイミング制御部と、変調光１２の出射時間等を計測する時間計測部とを有する。
【００４１】
第３信号処理系４０は、カメラ制御部と、画像処理部と、メモリ制御部とを有する。
【００４２】
第１信号処理系３６からの画像データは、第３信号処理系４０におけるメモリ制御部によってバッファメモリ６４に記録されるようになっている。
【００４３】
演算手段２２は、バッファメモリ６４に記録された画像データに基づいて、撮像素子２８の各画素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６６と演算された距離を補正する補正部６８とを有する。
【００４４】
また、第３信号処理系４０には、バス７０を介してモニタ部７２、信号出力部７４、記録媒体記録部７６が接続されており、画像データによる距離画像や濃淡画像がモニタ部７２に表示され、距離画像、濃淡画像や種々のパラメータが信号出力部７４によって外部に出力され、距離画像、濃淡画像や種々のパラメータが記録媒体記録部７６によって記録媒体７８に記録されるようになっている。
【００４５】
そして、この第１測距装置１０Ａは、ゲート制御部８０を有する。このゲート制御部８０は、ゲートパルスを出力して、被検出物１６に対して変調光１２を間欠に照射するように発光制御部２６を制御し、変調光１２の間欠照射に基づいて、被検出物１６からの反射光１８の受光を間欠に制御するように電気光学シャッタあるいは撮像素子２８の電子シャッタを制御する。すなわち、ゲート制御部８０は、間欠照射制御手段と間欠受光制御手段とを構成する。
【００４６】
第１測距装置１０Ａでは、ゲート制御部８０は、ゲートパルスによって、変調光１２の照射が該変調光１２の１周期置きになるように発光制御部２６を制御し、変調光１２により照射された被検出物１６からの反射光１８を変調光１２の１周期置きで受光するように電気光学シャッタあるいは撮像素子２８の電子シャッタを制御する。
【００４７】
撮像素子２８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、第１信号処理系３６からの制御信号に基づいて電気光学シャッタ３２あるいは撮像素子２８の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２８からの撮像信号は、第１信号処理系３６のアナログ信号処理部においてアナログの画像信号に信号処理される。画像信号は、第１信号処理系３６のＡ／Ｄ変換部にてデジタル変換されて画像データとされる。この画像データは、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６４には、上述したＴＯＦ方式に従って４種類の画像データ（第１画像データ〜第４画像データ）が保存される。第１画像データは、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Ｓ１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、第３画像データ、第４画像データは、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Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４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】
従って、距離演算部６６は、第１画像データ〜第４画像データに基づいて、撮像素子の各画素４６に対応した被検出物１６までの距離を算出する。
【００５５】
この距離演算部６６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。
【００５７】
φ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｂ−（−Ｂ））／（Ａ−（−Ａ））｝    ……（１）
ここで、Ａは第２画像データのサンプリング値Ｓ２に対応し、−Ａは第４画像データのサンプリング値Ｓ４に対応し、Ｂは第３画像データのサンプリング値Ｓ３に対応し、−Ｂは第１画像データのサンプリング値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。
【００５８】
φ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｓ３−Ｓ１）／（Ｓ２−Ｓ４）｝      ……（２）
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６６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】
次に、第１測距装置１０Ａの処理動作について図６及び図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。
【００６２】
先ず、図８のステップＳ１において、ゲート制御部８０での間欠制御を行わないようにゲート制御部８０をＯＦＦ状態とし、ステップＳ２において、変調光１２を連続照射する。
【００６３】
その後、ステップＳ３において、一定周期（例えばフレーム）毎に変調光１２を出射し、それに合わせてフレーム毎に露光期間Ｔｒの位相を変調光１２の１／４周期ずつずらしながら反射光１８の受光を行う。
【００６４】
すなわち、発光制御部２６は、例えば第１フレームを示す同期信号の入力に基づいて発光部２４から変調光１２を出射させる。発光部２４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３０を介して撮像素子２８に入射される。第１信号処理系３６の撮像素子制御部は、変調光１２の位相が第１位相（例えば２７０°）となる時点で所定期間の露光を行うように撮像素子２８を制御する。従って、この第１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２８に蓄積されることになる。
【００６５】
その後、発光制御部は、次の第２フレームを示す同期信号の入力に基づいて発光部２４から変調光１２を出射させる。撮像素子制御部は、変調光の位相が第２位相（例えば０°）となる時点で所定期間の露光を行うように撮像素子２８を制御する。従って、この第２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２８に蓄積されることになる。また、この第２フレームでは、第１フレームで蓄積された電荷が転送されてアナログ信号（画像信号）とされ、さらにデジタル変換されて、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画像データとしてバッファメモリ６４に保存される。
【００６６】
その後、発光制御部は、次の第３フレームを示す同期信号の入力に基づいて発光部２４から変調光１２を出射させる。撮像素子制御部は、変調光１２の位相が第３位相（例えば９０°）となる時点で所定期間の露光を行うように撮像素子２８を制御する。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２８に蓄積されることになる。また、この第３フレームでは、第２フレームで蓄積された電荷が転送されてアナログ信号（画像信号）とされ、さらにデジタル変換されて、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画像データとしてバッファメモリ６４に保存される。
【００６７】
その後、発光制御部は、次の第４フレームを示す同期信号の入力に基づいて発光部２４から変調光１２を出射させる。撮像素子制御部は、変調光１２の位相が第４位相（例えば１８０°）となる時点で所定期間の露光を行うように撮像素子２８を制御する。従って、この第４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２８に蓄積されることになる。また、この第４フレームでは、第３フレームで蓄積された電荷が転送されてアナログ信号（画像信号）とされ、さらにデジタル変換されて、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画像データとしてバッファメモリ６４に保存される。
【００６８】
その後の第５フレームにおいて、第４フレームで蓄積された電荷が転送されてアナログ信号（画像信号）とされ、さらにデジタル変換されて、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画像データとしてバッファメモリ６４に保存される。
【００６９】
この段階で、バッファメモリ６４には、上述したＴＯＦ方式に従って４種類の画像データ（第１画像データ〜第４画像データ）が保存される。
【００７０】
その後、ステップＳ４において、ゲート制御部８０をＯＮ状態にする。これによって、ステップＳ５において、発光制御部２６がゲート制御部８０によって制御されて、変調光１２は、該変調光１２の１周期置きに出射されることになる。この間欠的な変調光１２の出射は、例えば第６フレームを示す同期信号の入力に基づいて発光部２４から出射されることになる。
【００７１】
さらに、ステップＳ６において、ゲート制御部８０は、撮像素子２８にて間欠受光するように電気光学シャッタ３２あるいは撮像素子２８の電子シャッタを制御するが、具体的には、変調光１２の位相が第４位相（例えば１８０°）となる時点で所定期間の露光を行うように制御する。変調光１２の間欠照射及び撮像素子２８での間欠受光は、ゲート制御部８０から出力されるゲートパルスによって同期して行われることから、例えば図７に示すように、第６フレームのうち、変調光１２の１周期、３周期、５周期、・・・に対応する期間では、変調光１２の照射と撮像素子２８での受光は行われず、第６フレームのうち、変調光１２の２周期、４周期、６周期、・・・に対応する期間において、変調光１２の照射と撮像素子２８での受光が行われることになる。従って、この第６フレームにおいては、１周期置きに照射される変調光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２８に蓄積されることになる。但し、１周期置きに受光を行っているため、第６フレームでの撮像素子２８の全露光時間は、上述した第１フレーム〜第４フレームでの各全露光時間の１／２となっている。
【００７２】
次の第７フレームでは、第６フレームで蓄積された電荷が転送されてアナログ信号（画像信号）とされ、さらにデジタル変換されて、補正用のサンプリング値Ｓｈとされ、この補正用のサンプリング値Ｓｈが画素ごとに配列された補正画像データとしてバッファメモリ６４に保存される。
【００７３】
次に、ステップＳ７において、距離演算部６６は、第１画像データ〜第４画像データの各サンプリング値Ｓ１〜Ｓ４に基づいて、被検出物１６までの各画素毎の距離値を算出する。これによって、各画素４６に対応した距離値が配列されたデータ構造を有する距離画像データが作成される。
【００７４】
その後、ステップＳ８において、補正部６８は、第３画像データの各サンプリング値Ｓ３と補正画像データの各サンプリング値Ｓｈから、各画素毎の信号レベルの比Ｓを下記演算式に従って求める。代表的に１つの画素についての演算式を示す。
【００７５】
Ｓ＝Ｓｈ／（Ｓ３／２）
これによって、各画素４６に対応した信号レベルの比Ｓが配列されたデータ構造を有する比画像データが作成される。
【００７６】
ここで、補正画像データを得る場合の全露光時間は、第３画像データを得る場合の全露光時間の１／２であるため、サンプリング値Ｓ４を１／２にする。
【００７７】
次に、ステップＳ９において、補正部６８は、比画像データに格納された各画素毎の信号レベルの比Ｓと、変調光の１／２周期に相当する距離に対応した参照値Ｔとを比較する。
【００７８】
参照値Ｔの決定の仕方は、以下の通りである。被検出物１６までの距離が変調光１２の１／２周期に相当する距離以上である場合、変調光１２の照射期間内に反射光は到来しないため、撮像素子２８にはほとんど電荷が蓄積されることがない。従って、信号レベルの比Ｓは略０に近い値になる。このことから、参照値Ｔは、理想としては０であるが、残留するスミアや外光等の影響を考慮して０．０５等の値が採用される。
【００７９】
前記ステップＳ９において、補正部６８は、信号レベルの比Ｓが参照値Ｔよりも小さい画素については、例えば図６や図７の反射光２に示す場合であるため、ステップＳ１０に進み、当該画素について被検出物１６までの距離が変調光１２の１／２周期に相当する距離以上であると判断し、ステップＳ７で得た距離値に変調光１２の１／２周期に相当する距離値を加算（補正）して、その画素の距離値とする。
【００８０】
その後、ステップＳ１１において、補正部６８は、距離画像データのうち、距離値が補正された画素に対応する距離値を補正（加算）後の距離値に書き換える。
【００８１】
なお、前記ステップＳ９において、信号レベルの比Ｓが参照値Ｔ以上であると判別された画素については、例えば図６や図７の反射光１に示す場合であるため、距離値に対する補正は行われず、距離値の書き換えは行われない。
【００８２】
そして、全ての画素について上述した処理が終了した段階で、この第１測距装置における距離演算部での処理が終了する。
【００８３】
このように、第１測距装置１０Ａにおいては、変調光１２の照射を該変調光１２の１周期置きに制御し、変調光１２により照射された被検出物１６からの反射光１８を変調光１２の１周期置きで受光するように制御するようにしたので、反射光１８の１周期遅延を検出することが可能となり、誤測距を低減することができる。しかも、反射光１８の周期遅延を検出するための動作が１フレームで済み、処理時間の短縮化に有利である。
【００８４】
上述の例では、反射光１８を４つの位相（第１位相〜第４位相）で検出する方式を用いて被検出物１６までの距離を測定するようにしたが、その他、２つの位相以上で検出するようにしてもよい。
【００８５】
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）について図９〜図１１を参照しながら説明する。
【００８６】
この第２測距装置１０Ｂは、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。
【００８７】
すなわち、ゲート制御部８０は、ゲートパルスによって、変調光１２の照射を該変調光１２の２周期置きに制御し、変調光１２により照射された被検出物１６からの反射光１８を変調光１２の２周期置きで受光するように制御する。
【００８８】
また、距離演算部６６は、各画素について、信号レベルの比Ｓが、第１参照値Ｔ１よりも大きい場合に、補正を行わず、信号レベルの比Ｓが、第２参照値Ｔ２以上で、且つ、第１参照値Ｔ１以下の場合に、変調光１２の１／２周期に相当する距離を加算（補正）し、信号レベルの比Ｓが、第２参照値Ｔ２よりも小さい場合に、変調光１２の１周期に相当する距離を加算（補正）する。
【００８９】
具体的に、第２測距装置１０Ｂの処理動作について図９及び図１０の波形図、図１１のフローチャートを参照しながら説明する。
【００９０】
先ず、図１１のステップＳ１０１〜ステップＳ１０３の動作は、第１測距装置１０ＡにおけるステップＳ１〜ステップＳ３と同じであるため（図９参照）、ここではその重複説明を省略する。
【００９１】
そして、ステップＳ１０４において、ゲート制御部８０をＯＮ状態にする。これによって、ステップＳ１０５において、発光制御部２６がゲート制御部８０によって制御されて、変調光１２は、この第２測距装置１０Ｂでは、変調光１２の２周期置きに出射されることになる。この間欠的な変調光１２の出射は、例えば第６フレームを示す同期信号の立ち下がり時点に基づいて発光部２４から出射されることになる。
【００９２】
さらに、ステップＳ１０６において、ゲート制御部８０は、撮像素子２８にて間欠受光するように電気光学シャッタあるいは撮像素子の電子シャッタを制御するが、具体的には、変調光１２の位相が第４位相（例えば１８０°）となる時点で露光を行うように制御する。変調光１２の間欠照射及び撮像素子２８での間欠受光は、ゲート制御部８０によって同期して行われることから、例えば図１０に示すように、第６フレームのうち、変調光１２の（１周期、２周期）、（第５周期、第６周期）、（第９周期、第１０周期）、・・・に対応する期間では、変調光１２の照射と撮像素子２８での受光は行われず、第６フレームのうち、変調光１２の（３周期、４周期）、（７周期、第８周期）、（第１１周期、第１２周期）・・・に対応する期間において、変調光１２の照射と撮像素子２８での受光が行われることになる。従って、この第６フレームにおいては、２周期置きに照射される変調光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２８に蓄積されることになる。但し、２周期置きに受光を行っているため、第６フレームでの撮像素子２８の全露光時間は、上述した第１フレーム〜第４フレームでの各全露光時間の１／２となっている。
【００９３】
次の第７フレームでは、第６フレームで蓄積された電荷が転送されてアナログ信号（画像信号）とされ、さらにデジタル変換されて、補正用のサンプリング値Ｓｈとされ、この補正用のサンプリング値Ｓｈが画素毎に配列された補正画像データとしてバッファメモリ６４に保存される。
【００９４】
次に、ステップＳ１０７において、距離演算部６６は、第１画像データ〜第４画像データの各サンプリング値Ｓ１〜Ｓ４に基づいて、被検出物１６までの各画素毎の距離値を算出する。これによって、各画素４６に対応した距離値が配列されたデータ構造を有する距離画像データが作成される。
【００９５】
その後、ステップＳ１０８において、第３画像データの各サンプリング値Ｓ３と補正画像データの各サンプリング値Ｓｈから、各画素毎の信号レベルの比Ｓを下記演算式に従って求める。代表的に１つの画素についての演算式を示す。
【００９６】
Ｓ＝Ｓｈ／（Ｓ３／２）
ここで、補正画像データを得る場合の全露光時間は、第４画像データを得る場合の全露光時間の１／２であるため、サンプリング値Ｓ３を１／２にする。
【００９７】
次に、ステップＳ１０９において、各画素毎の信号レベルの比Ｓと、変調光１２の１／２周期に相当する距離に対応した参照値Ｔ１及び変調光１２の１周期に相当する距離に対応した参照値Ｔ２とを比較する。
【００９８】
参照値Ｔ１及びＴ２の決定の仕方は、以下の通りである。被検出物１６までの距離が変調光１２の１周期に相当する距離である場合、変調光１２の照射期間内に反射光１８は到来しないため、撮像素子２８にはほとんど電荷が蓄積されることがない。従って、信号レベルの比Ｓは略０に近い値になる。このことから、第２参照値Ｔ２は、理想としては０であるが、残留するスミアや外光等の影響を考慮して０．０５等の値が採用される。一方、被検出物１６までの距離が変調光１２の１／２周期に相当する距離である場合、変調光１２を照射してから照射期間の１／２だけ経過した時点で反射光１８が到来することになる。そのため、連続照射する変調光１２の照射時点からそれぞれ１周期遅れた反射光１８を、１フレームにわたって変調光１２の位相が第４位相（例えば１８０°）となる時点で露光して得られたサンプリング値Ｓ３を１／４した値に、残留するスミアや外光等の影響を考慮して例えば５％の誤差を見込んだ値が第１参照値Ｔ１として採用することができる。
【００９９】
前記ステップＳ１０９において、信号レベルの比Ｓが第２参照値Ｔ２よりも小さい画素については、例えば図１０の反射光４に示す場合であるため、ステップＳ１１０に進み、当該画素について被検出物１６までの距離が変調光の１周期に相当する距離以上であると判断し、ステップＳ１０７で得た距離値に変調光の１周期に相当する距離値を加算（補正）して、その画素の距離値とする。
【０１００】
ステップＳ１１１での比較において、信号レベルの比Ｓが第２参照値Ｔ２以上、第１参照値Ｔ１以下であると判別された画素については、例えば図１０の反射光２や反射光３に示す場合であるため、ステップＳ１１２に進み、当該画素について被検出物１６までの距離が変調光の１／２周期に相当する距離以上であると判断し、ステップＳ１０７で得た距離値に変調光の１／２周期に相当する距離値を加算（補正）して、その画素の距離値とする。
【０１０１】
ステップＳ１１０又はステップＳ１１２の処理を終えた画素については、次のステップＳ１１３において、距離画像データのうち、距離値が補正された画素に対応する距離値を補正（加算）後の距離値に書き換える。
【０１０２】
なお、信号レベルの比Ｓが第１参照値Ｔ１より大きい画素については、例えば図１０の反射光１に示す場合であるため、距離値に対する補正は行われず、距離値の書き換えは行われない。
【０１０３】
そして、全ての画素について上述した処理が終了した段階で、この第２測距装置１０Ｂにおける距離演算部６６及び補正部６８での処理が終了する。
【０１０４】
このように、第２測距装置１０Ｂにおいては、変調光１２の照射を該変調光１２の２周期置きに制御し、変調光１２により照射された被検出物１６からの反射光１８を変調光１２の２周期置きで受光するように制御するようにしたので、反射光１８の１周期遅延や２周期遅延を検出することが可能となり、誤測距をさらに低減することができる。
【０１０５】
また、ゲート制御部８０によって制御される補正を行うための総露光期間は、通常の総露光期間の１／２を維持できる。すなわち、ゲート制御部８０によって間欠する周期を可変にしても総露光期間が変化しないため、安定した検出が可能となる。
【０１０６】
上述の例では、変調光１２の照射を該変調光１２の２周期置きに制御し、変調光１２により照射された被検出物１６からの反射光１８を変調光１２の２周期置きで受光するように制御するようにしたが、変調光１２の照射を該変調光１２のｎ周期（ｎ＝１、２、・・・）置きに制御し、変調光１２により照射された被検出物１６からの反射光１８を変調光１２のｎ周期置きで受光するように制御するようにしてもよい。
【０１０７】
この場合、補正部６８は、少なくとも各１周期の終了部分（この例では、変調光１２の位相が第４位相（例えば１８０°）となる時点）の信号レベルの比Ｓと、変調光１２の１／２周期に相当する距離に対応した第１参照値Ｔ１、変調光１２の１周期に相当する距離に対応した第２参照値Ｔ２、変調光１２の３／２周期に相当する距離に対応した第３参照値Ｔ３、・・・変調光１２の（ｎ−１）／２周期に相当する距離に対応した第（ｎ−１）参照値Ｔｎ−１、変調光１２のｎ／２周期に相当する距離に対応した第ｎ参照値Ｔｎを比較し、信号レベルの比Ｓが、第１参照値Ｔ１よりも大きい場合には補正を行わず、信号レベルの比Ｓが、第ｎ参照値以上で、且つ、第（ｎ−１）参照値以下の場合に、変調光１２の（ｎ−１）／２周期に相当する距離を加算し、信号レベルの比Ｓが、第ｎ参照値よりも小さい場合に、変調光１２のｎ／２周期に相当する距離を加算する。
【０１０８】
この場合、反射光１８の１周期遅延〜ｎ周期遅延を検出することが可能となり、誤測距をさらに低減することができる。
【０１０９】
また、この場合も、ゲート制御部８０によって制御される補正を行うための総露光期間は、通常の総露光期間の１／２を維持できる。すなわち、ゲート制御部８０によって間欠する周期を可変にしても総露光期間が変化しないため、安定した検出が可能となる。
【０１１０】
次に、第３の実施の形態に係る測距装置（以下、第３測距装置１０Ｃと記す）について図１２のフローチャート及び図１３の波形図を参照しながら説明する。
【０１１１】
この第３測距装置１０Ｃは、上述した第２測距装置１０Ｂとほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。
【０１１２】
すなわち、補正部６８は、全画素のうち、変調光１２と反射光１８の位相差φが所定範囲にある画素について、距離値の補正処理を行う機能を有する。
【０１１３】
具体的に、第３測距装置１０Ｃの処理動作について図６及び図１３の波形図、図１２のフローチャートを参照しながら説明する。
【０１１４】
先ず、図１２のステップＳ２０１〜ステップＳ２０３の動作は、第２測距装置におけるステップＳ１０１〜ステップＳ１０３と同じであるため、ここではその重複説明を省略する。
【０１１５】
そして、ステップＳ２０４において、距離演算部は、第１画像データ〜第４画像データの各サンプリング値Ｓ１〜Ｓ４に基づいて、各画素毎の変調光１２と反射光１８の位相差φを算出する。これによって、各画素４６に対応した位相差φが配列されたデータ構造を有する位相差画像データが作成される。
【０１１６】
その後、ステップＳ２０５において、距離演算部６６は、各画素４６に対応した位相差φに基づいて、被検出物１６までの各画素毎の距離値を算出する。これによって、各画素４６に対応した距離値が配列されたデータ構造を有する距離画像データが作成される。
【０１１７】
次に、ステップＳ２０６において、補正部６８は、位相差画像データの各位相差φと所定範囲とを比較する。ここで所定範囲とは、先ず、被検出物１６が遠くにあるにも拘わらず、位相差φが０の場合、被検出物１６までの距離が０であることを示すことになり、実測値と矛盾する。そこで、図１３に示すように、位相差φが０を含み負方向にφａ（例えば１°〜３°）、正方向にφｂ（例えば１°〜５°）の範囲を所定範囲（−φａ≦φ≦＋φｂ）とし、この範囲に位相差φが入る場合は、被検出物１６までの距離が変調光１２の１／２周期に相当する距離以上であると判断する。
【０１１８】
前記ステップＳ２０６において、全画素について位相差φが所定範囲にないと判別された場合は、この段階で、補正部６８での処理が終了する。
【０１１９】
一方、前記ステップＳ２０６において、１以上の画素について位相差φが所定範囲にあると判別された場合は、次のステップＳ２０７に進み、位相差φが所定範囲にある画素のアドレスを例えば情報テーブルに登録する。
【０１２０】
その後、ステップＳ２０８以降において、上述した第２測距装置１０Ｂの処理動作、特に、図１１のステップＳ１０４以降の処理と同様の処理が行われる。従って、ここでは、その重複説明を省略する。
【０１２１】
そして、全ての登録画素について上述した処理が終了した段階で、この第３測距装置１０Ｃにおける距離演算部６６及び補正部６８での処理が終了する。
【０１２２】
このように、第３測距装置１０Ｃでは、変調光１２と反射光１８の位相差φが所定範囲にある場合に、補正部６８での処理を行うようにしたので、毎回ゲート制御部８０によって間欠照射、間欠受光を行う必要がなくなり、しかも、補正すべき画素（登録画素）を特定することができることから、その分、演算処理を減らすことができ、処理時間の高速化を図ることができる。さらに、補正すべき画素の検出に用いた所定範囲の設定において、反射光１８が１周期遅延している可能性の高い範囲を設定したので、誤測距の低減にも有利である。
【０１２３】
ところで、図１４に示すように、反射光１８に変調光１２以外の光（外光等）が重畳して到達したり、変調光１２自体にＤＣ成分を重畳させて出射する場合、信号レベルの比Ｓが変動し、正確に検知できなくなるおそれがある。そこで、外光成分やＤＣ成分（以下、オフセット成分ｄと記す）を演算にて求め、信号レベルの比Ｓの演算において、オフセット成分ｄを考慮して行う。
【０１２４】
具体的には、図１５のステップＳ３０１において、距離演算部６６は、第１画像データ〜第４画像データの各サンプリング値Ｓ１〜Ｓ４に基づいて、被検出物１６までの各画素毎の距離値を算出する。これによって、各画素４６に対応した距離値が配列されたデータ構造を有する距離画像データが作成される。
【０１２５】
その後、ステップＳ３０２において、補正部６８は、第１画像データ〜第４画像データの各サンプリング値Ｓ１〜Ｓ４から、各画素毎のオフセット成分ｄを下記演算式に従って求める。代表的に１つの画素についての演算式を示す。
【０１２６】
ｄ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）
−２√｛（Ｓ１−Ｓ３）2＋（Ｓ２−Ｓ４）2｝
これによって、各画素４６に対応したオフセット成分ｄが配列されたデータ構造を有するオフセット成分画像データが作成される。
【０１２７】
その後、ステップＳ３０３において、第３画像データの各サンプリング値Ｓ３と補正画像データの各サンプリング値Ｓｈから、各画素毎の信号レベルの比Ｓを下記演算式に従って求める。代表的に１つの画素についての演算式を示す。
【０１２８】
Ｓ＝（Ｓｈ−ｄ／２）／｛（Ｓ３−ｄ）／２｝
これによって、各画素４６に対応した信号レベルの比Ｓが配列されたデータ構造を有する比画像データが作成される。
【０１２９】
この処理を第１測距装置１０Ａ〜第３測距装置１０Ｃにおける補正部６８で行うことで、第１測距装置１０Ａ〜第３測距装置１０Ｃに、オフセット成分ｄを検出するための専用の露光制御等を追加することなく、各サンプリング値Ｓ１〜Ｓ４から容易にオフセット成分ｄを求めることができる。これにより、反射光１８にオフセット成分ｄが重畳していたとしても、精度よく反射光１８の周期遅延を検出することができ、被検出物１６までの距離を正確に測定することができる。
【０１３０】
次に、第４の実施の形態に係る測距装置（以下、第４測距装置１０Ｄと記す）について図１６及び図１７を参照しながら説明する。
【０１３１】
この第４測距装置１０Ｄは、上述した第２測距装置１０Ｂとほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。
【０１３２】
発光制御部２６は、変調光１２の照射開始時の位相（開始位相）を制御する。発光部２４からは、図１６に示すように、位相１で発光が開始される第１変調光１２Ａと、位相２で発光が開始される第２変調光１２Ｂと、位相３で発光が開始される第３変調光１２Ｃと、位相４で発光が開始される第４変調光１２Ｄとがシリーズに出射されるようになっている。
【０１３３】
第１信号処理系３６の撮像素子制御部は、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの各周期のうち、それぞれ最終の１／４周期で露光を行うように撮像素子２８を制御する。
【０１３４】
第１変調光１２Ａは、照射開始時の位相が位相１（例えば９０°）であって、各周期の３／４周期が経過した時点で第２位相（例えば０°）となる波形とされ、第２変調光１２Ｂは、照射開始時の位相が位相２（例えば１８０°）であって、３／４周期が経過した時点で第３位相（例えば９０°）となる波形とされている。
【０１３５】
同様に、第３変調光１２Ｃは、照射開始時の位相が位相３（例えば２７０°）であって、各周期の３／４周期が経過した時点で第４位相（例えば１８０°）となる波形とされ、第４変調光１２Ｄは、照射開始時の位相が位相４（例えば０°）であって、３／４周期が経過した時点で第１位相（例えば２７０°）となる波形とされている。
【０１３６】
従って、第１変調光１２Ａを照射してその反射光１８を受光する場合は、第１変調光１２Ａの位相が第２位相（例えば０°）となる時点で所定期間の露光が行われ、第２変調光１２Ｂを照射してその反射光１８を受光する場合は、第２変調光１２Ｂの位相が第３位相（例えば９０°）となる時点で所定期間の露光が行われる。同様に、第３変調光１２Ｃを照射してその反射光１８を受光する場合は、第３変調光１２Ｃの位相が第４位相（例えば１８０°）となる時点で所定期間の露光が行われ、第４変調光１２Ｄを照射してその反射光１８を受光する場合は、第４変調光１２Ｄの位相が第１位相（例えば２７０°）となる時点で所定期間の露光が行われる。
【０１３７】
また、ゲート制御部８０をＯＮ状態にした場合は、発光制御部２６から第１変調光１２Ａを照射し、さらに、その照射を該第１変調光１２Ａの２周期置きに制御し、第１変調光１２Ａにより照射された被検出物１６からの反射光１８を第１変調光１２Ａの２周期置きで受光するように制御する。このとき、第１信号処理系３６の撮像素子制御部は、第１変調光１２Ａの各周期のうち、それぞれ最終の１／４周期で露光を行うように撮像素子２８を制御することから。第１変調光１２Ａの位相が第２位相（例えば０°）となる時点で所定期間の露光が行われる。
【０１３８】
次に、第４測距装置１０Ｄの処理動作について図６及び図１６の波形図、図１７のフローチャートを参照しながら説明する。
【０１３９】
先ず、図１７のステップＳ４０１において、ゲート制御部８０での間欠制御を行わないようにゲート制御部８０をＯＦＦ状態とする。
【０１４０】
その後、ステップＳ４０２において、一定周期（例えばフレーム）毎に第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄを出射する。受光手段２０は、上述のように予め設定されたタイミングで反射光１８の受光を行う。
【０１４１】
これによって、以下のようにして、第１画像データ〜第４画像データがバッファメモリ６４に保存されることとなる（ステップＳ４０３）。
【０１４２】
すなわち、第１フレームにおいては、第１変調光１２Ａの位相が０°（第２位相）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２８に蓄積される。
【０１４３】
その後の第２フレームでは、第２変調光１２Ｂの位相が９０°（第３位相）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２８に蓄積される。また、この第２フレームでは、第１フレームで蓄積された電荷がアナログ信号（画像信号）とされ、さらにデジタル変換されて、第１変調光１２Ａ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画像データとしてバッファメモリ６４に保存される。
【０１４４】
その後の第３フレームにおいては、第３変調光１２Ｃの位相が１８０°（第４位相）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２８に蓄積される。また、この第３フレームでは、第２フレームで蓄積された電荷がアナログ信号（画像信号）とされ、さらにデジタル変換されて、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画像データとしてバッファメモリ６４に保存される。
【０１４５】
その後の第４フレームにおいては、変調光１２の位相が２７０°（第１位相）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２８に蓄積される。また、この第４フレームでは、第３フレームで蓄積された電荷がアナログ信号（画像信号）とされ、さらにデジタル変換されて、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画像データとしてバッファメモリ６４に保存される。
【０１４６】
その後の第５フレームにおいて、第４フレームで蓄積された電荷が転送されてアナログ信号（画像信号）とされ、さらにデジタル変換されて、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画像データとしてバッファメモリ６４に保存される。
【０１４７】
この段階で、バッファメモリ６４には、第１画像データ〜第４画像データが保存される。
【０１４８】
その後、ステップＳ４０４において、距離演算部６６は、第１画像データ〜第４画像データの各サンプリング値Ｓ１〜Ｓ４に基づいて、各画素毎の変調光と反射光の位相差φを算出する。これによって、各画素４６に対応した位相差φが配列されたデータ構造を有する位相差画像データが作成される。
【０１４９】
その後、ステップＳ４０５において、距離演算部６６は、各画素４６に対応した位相差φに基づいて、被検出物１６までの各画素毎の距離値を算出する。これによって、各画素４６に対応した距離値が配列されたデータ構造を有する距離画像データが作成される。
【０１５０】
次に、ステップＳ４０６において、補正部６８は、位相差画像データの各位相差φと所定範囲とを比較する。ここで所定範囲とは、上述したように、位相差φが０を含み負方向にφａ（例えば１°〜３°）、正方向にφｂ（例えば１°〜５°）の範囲を所定範囲（−φａ≦φ≦＋φｂ）とし、この範囲に位相差φが入る場合は、被検出物１６までの距離が変調光の１／２周期に相当する距離以上であると判断する。
【０１５１】
前記ステップＳ４０６において、全画素について位相差φが所定範囲にないと判別された場合は、この段階で、補正部６８での処理が終了する。
【０１５２】
一方、前記ステップＳ４０６において、１以上の画素について位相差φが所定範囲にあると判別された場合は、次のステップＳ４０７に進み、位相差φが所定範囲にある画素のアドレスを例えば情報テーブルに登録する。
【０１５３】
その後、ステップＳ４０８以降において、上述した第２測距装置１０Ｂの処理動作、特に、ステップＳ１０４以降の処理と同様の処理に加えて、図１５に示すオフセット成分を考慮した処理が行われる。
【０１５４】
すなわち、ステップＳ４０８において、ゲート制御部８０をＯＮ状態にする。これによって、ステップＳ４０９において、発光制御部２６がゲート制御部８０によって制御されて、第１変調光１２Ａが、該第１変調光１２Ａの２周期置きに出射されることになる。この間欠的な第１変調光１２Ａの出射は、例えば第６フレームを示す同期信号の立ち下がり時点に基づいて発光部２４から出射されることになる。
【０１５５】
さらに、ステップＳ４１０において、ゲート制御部８０は、撮像素子２８にて間欠受光するように電気光学シャッタあるいは撮像素子の電子シャッタを制御するが、具体的には、第１変調光１２Ａの位相が第４位相（例えば１８０°）となる時点で露光を行うように制御する。この場合も、第２測距装置１０Ｂと同様に、例えば図１６に示す第６フレームのうち、変調光１２の（１周期、２周期）、（第５周期、第６周期）、（第９周期、第１０周期）、・・・に対応する期間では、変調光１２の照射と撮像素子２８での受光は行われず、第６フレームのうち、変調光１２の（３周期、４周期）、（７周期、第８周期）、（第１１周期、第１２周期）・・・に対応する期間において、変調光１２の照射と撮像素子２８での受光が行われることになる。従って、この第６フレームにおいては、２周期置きに照射される第１変調光１２Ａ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２８に蓄積されることになる。但し、２周期置きに受光を行っているため、第６フレームでの撮像素子２８の全露光時間は、上述した第１フレーム〜第４フレームでの各全露光時間の１／２となっている。
【０１５６】
次の第７フレームでは、第６フレームで蓄積された電荷が転送されてアナログ信号（画像信号）とされ、さらにデジタル変換されて、補正用のサンプリング値Ｓｈとされ、この補正用のサンプリング値Ｓｈが画素毎に配列された補正画像データとしてバッファメモリ６４に保存される。
【０１５７】
その後、ステップＳ４１１において、補正部６８は、第１画像データ〜第４画像データの各サンプリング値Ｓ１〜Ｓ４から、各画素毎のオフセット成分ｄを下記演算式に従って求める。代表的に１つの画素についての演算式を示す。
【０１５８】
ｄ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）
−２√｛（Ｓ１−Ｓ３）2＋（Ｓ２−Ｓ４）2｝
これによって、各画素４６に対応したオフセット成分ｄが配列されたデータ構造を有するオフセット成分画像データが作成される。
【０１５９】
その後、ステップＳ４１２において、第３画像データの各サンプリング値Ｓ３と補正画像データの各サンプリング値Ｓｈから、各画素毎の信号レベルの比Ｓを下記演算式に従って求める。代表的に１つの画素についての演算式を示す。
【０１６０】
Ｓ＝（Ｓｈ−ｄ／２）／｛（Ｓ３−ｄ）／２｝
これによって、各画素４６に対応した信号レベルの比Ｓが配列されたデータ構造を有する比画像データが作成される。
【０１６１】
その後のステップＳ４１３以降において、上述した第２測距装置１０Ｂの処理動作、特に、図１１のステップＳ１０９以降の処理と同様の処理が行われる。従って、ここでは、その重複説明を省略する。
【０１６２】
そして、全ての登録画素について上述した処理が終了した段階で、この第４測距装置１０Ｄにおける距離演算部６６及び補正部６８での処理が終了する。
【０１６３】
この第４測距装置１０Ｄにおいては、第２測距装置１０Ｂと同様に、第１変調光１２Ａの照射を該第１変調光１２Ａの２周期置きに制御し、第１変調光１２Ａにより照射された被検出物１６からの反射光１８を第１変調光１２Ａの２周期置きで受光するように制御するようにしたので、反射光１８の１周期遅延や２周期遅延を検出することが可能となり、誤測距をさらに低減することができる。
【０１６４】
また、ゲート制御部８０によって制御される補正を行うための総露光期間は、通常の総露光期間の１／２を維持できる。すなわち、ゲート制御部８０によって間欠する周期を可変にしても総露光期間が変化しないため、安定した検出が可能となる。
【０１６５】
特に、第４測距装置１０Ｄでは、変調光の１周期における最終の１／４期間の光量が多くなる例えば第１変調光１２Ａを用いて、反射光１８の周期遅延を検出を行うようにしたので、反射光１８の周期遅延の検出制度がより向上する。
【０１６６】
また、撮像素子２８での露光期間のタイミングを第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄについて全て同じにし、しかも、反射光１８の周期遅延の検出においても同じにしたので、撮像素子２８に対する制御を複雑する必要がなく、ＣＰＵへの負担を低減させることができる。
【０１６７】
さらに、図１５に示すオフセット成分ｄを考慮したルーチンを付加するようにしたので（ステップＳ４１１、Ｓ４１２参照）、オフセット成分ｄを検出するための専用の露光制御等を追加することなく、各サンプリング値Ｓ１〜Ｓ４から容易にオフセット成分ｄを求めることができる。これにより、反射光１８にオフセット成分ｄが重畳していたとしても、精度よく反射光１８の周期遅延を検出することができ、被検出物１６までの距離を正確に測定することができる。
【０１６８】
また、上述した第３測距装置１０Ｃと同様に、変調光と反射光の位相差φが所定範囲にある場合に、補正部６８での処理を行うようにしたので、毎回ゲート制御部８０によって間欠照射、間欠受光を行う必要がなくなり、しかも、補正すべき画素（登録画素）を特定することができることから、その分、演算処理を減らすことができ、処理時間の高速化を図ることができる。さらに、補正すべき画素の検出に用いた所定範囲の設定において、反射光１８が１周期遅延している可能性の高い範囲を設定したので、誤測距の低減にも有利である。
【０１６９】
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】
【０１７０】
【図１】第１測距装置〜第４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】第１測距装置において、距離演算の基となるサンプリング値Ｓ１〜Ｓ４を求めるための変調光、反射光及び露光期間の一例を示す波形図である。
【図７】第１測距装置において、変調光の照射タイミングを該変調光の１周期置きとし、撮像素子での受光タイミングを変調光の１周期置きにした場合の変調光、反射光、露光期間及びゲートパルスの一例を示す波形図である。
【図８】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】第２測距装置において、距離演算の基となるサンプリング値Ｓ１〜Ｓ４を求めるための変調光、反射光及び露光期間の一例を示す波形図である。
【図１０】第２測距装置において、変調光の照射タイミングを該変調光の２周期置きとし、撮像素子での受光タイミングを変調光の２周期置きにした場合の変調光、反射光、露光期間及びゲートパルスの一例を示す波形図である。
【図１１】第２測距装置での処理動作を示すフローチャートである。
【図１２】第３測距装置での処理動作を示すフローチャートである。
【図１３】変調光と反射光との位相差に基づく反射光の周期遅延の判断基準を説明するための波形図である。
【図１４】反射光にオフセット成分が重畳した場合における変調光、反射光及び露光期間の一例を示す波形図である。
【図１５】信号レベルの比を演算する際に、オフセット成分を考慮した場合の処理を示すフローチャートである。
【図１６】第４測距装置において、距離演算の基となるサンプリング値Ｓ１〜Ｓ４を求めるための第１変調光〜第４変調光、露光期間の一例を示すと共に、第１変調光の照射タイミングを該変調光の２周期置きとし、撮像素子での受光タイミングを変調光の２周期置きにした場合の第１変調光、反射光、露光期間及びゲートパルスの一例を示す波形図である。
【図１７】第４測距装置での処理動作を示すフローチャートである。
【図１８】ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式の光波測距方法を示す説明図である。
【図１９】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。
【符号の説明】
【０１７１】
１０Ａ〜１０Ｄ…第１測距装置〜第４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…発光部                            ２６…発光制御部
２８…撮像素子                          ３２…電気光学シャッタ
６４…バッファメモリ                    ６６…距離演算部
６８…補正部                            ８０…ゲート制御部
【図１】
2008241259.tif 000003
【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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【図１８】
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【図１９】
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