(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強度、偏光状態、波長の少なくとも１つが第１の周期で変調された第１の光を生成し、前記第１の光を被写体に向けて出射する第１の光源と、
強度、偏光状態、波長の少なくとも１つが第２の周期で変調された第２の光を生成し、前記第２の光を出射する第２の光源と、
前記第１の光に基づく前記被写体からの光と前記第２の光とを混合する光学系と、
前記混合された光から、和周波発生現象により、前記第１の光に基づく前記被写体からの光の周波数と、前記第２の光の周波数との和の周波数を有する第３の光を発生させる非線形光学結晶と、
前記第３の光の強度を測定する光検出器と、
前記光検出器からの前記第３の光の強度を含む出力信号を処理するプロセッサと、
を備え、
前記光検出器の露光期間は、前記第２の周期よりも長く、
前記プロセッサは、前記第３の光の強度に基づいて前記被写体までの距離を測定する、測定システム。
【請求項２】
前記第１の光源は、前記第１の光とは変調の位相が異なる第４の光を生成し、前記第１の光と前記第４の光とを切換えて出射する、請求項１に記載の測定システム。
【請求項３】
前記第２の光源は、前記第２の光とは変調の位相が異なる第５の光を生成し、前記第２の光と前記第５の光とを切換えて出射する、請求項１に記載の測定システム。
【請求項４】
前記第３の光は、可視域の波長を有する、請求項１から３のいずれかに記載の測定システム。
【請求項５】
前記光検出器は、前記第１および第２の光よりも、前記第３の光に対して高い感度を有している、請求項１から４のいずれかに記載の測定システム。
【請求項６】
前記第３の光を前記光検出器に集光させる光学系をさらに備え、
前記光検出器は、イメージセンサーである、請求項１から５のいずれかに記載の測定システム。
【請求項７】
前記イメージセンサーは、有機イメージセンサーである、請求項６に記載の測定システム。
【請求項８】
前記プロセッサは、
前記出力信号から取得される第１の撮像信号と、
前記第１の光の変調の位相および前記第２の光の変調の位相のいずれか一方を、前記第１の撮像信号を取得したときとは異ならせたときに取得される第２の撮像信号との差分に基づいて、前記被写体を検出する、請求項７に記載の測定システム。
【請求項９】
前記第１の光は、赤外域の波長を有する、請求項１から８のいずれかに記載の測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
歩行者および障害物等（以下、「被写体」と称する場合がある。）を可視化する技術または検知する技術は、自動車の安全性を高めるうえで重要である。その代表例として、レンジゲートカメラを利用した撮像システムが知られている。レンジゲートカメラとは、特定のごく短い時間だけ露光する（ゲートを開ける）ように構成されたカメラである。レンジゲートカメラと、パルス状の照明光とを組み合わせることにより、所定の距離の被写体だけを撮像することができる。レンジゲートカメラによれば、被写体よりも手前に存在する霧などの影響を排除することができる。レンジゲートカメラは、ゲートを開けるタイミングを順次変えることにより、Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）撮像システムとしても機能する。レンジゲートカメラは、例えば非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】三菱重工技報Ｖｏｌ．４２  Ｎｏ．５  Ｐ．２１２（２００５−１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の技術では、照明光による物体からの反射光を検出する。反射光を検出するとき、照明光以外の他の光源や太陽光等の外乱光が、反射光の検出に影響を与える。
【０００５】
本願の限定的ではないある例示的な一実施形態は、外乱光の影響を抑制し、精度の高い測定に利用可能な測定システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本開示の一態様の測定システムは、強度、偏光状態、波長の少なくとも１つが第１の周期で変調された第１の光を生成し、前記第１の光を被写体に向けて出射する第１の光源と、強度、偏光状態、波長の少なくとも１つが第２の周期で変調された第２の光を生成し、前記第２の光を出射する第２の光源と、前記第１の光に基づく前記被写体からの光と前記前記第２の光とを混合する光学系と、前記混合された光から、和周波発生現象により、前記第１の光に基づく前記被写体からの光の周波数と、前記第２の光の周波数との和の周波数を有する第３の光を発生させる非線形光学結晶と、前記第３の光の強度を測定する光検出器とを含む。
【０００７】
なお、包括的又は具体的な態様は、素子、デバイス、システム、集積回路、及び方法で実現されてもよい。また、包括的又は具体的な態様は、素子、デバイス、システム、集積回路、及び方法の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【０００８】
開示された実施形態の追加的な効果および利点は、明細書および図面から明らかになる。効果および／または利点は、明細書および図面に開示の様々な実施形態や特徴によって個々に提供され、これらの１つ以上を得るために全てを必要とはしない。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の一態様によれば、外乱光の影響が抑制され、精度の高い測距が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な実施の形態１によるＴＯＦ撮像システム１０Ａの模式図である。
【図２】太陽光のスペクトルを示す図である。
【図３】例示的な実施の形態１によるＴＯＦ撮像システム１０Ａの動作を示すフローチャートである。
【図４】例示的な実施の形態２によるＴＯＦ撮像システム１０Ｂの模式図である。
【図５Ａ】第１の光９００１の強度を示す図である。
【図５Ｂ】反射光９１１１の強度を示す図である。
【図５Ｃ】反射光９２１１の強度を示す図である。
【図６Ａ】反射光９１１１の強度を示す図である。
【図６Ｂ】反射光９２１１の強度を示す図である。
【図６Ｃ】第１の位相であるときの第２の光９００２の強度を示す図である。
【図６Ｄ】第３の光９００３の強度を示す図である。
【図７Ａ】反射光９１１１の強度を示す図である。
【図７Ｂ】反射光９２１１の強度を示す図である。
【図７Ｃ】第１の位相とは異なる第２の位相であるときの第２の光９００２の強度を示す図である。
【図７Ｄ】第３の光９００３の強度を示す図である。
【図８】例示的な実施の形態２によるＴＯＦ撮像システム１０Ｂの動作を示すフローチャートである。
【図９】例示的な実施の形態３による撮像システム１０Ｃの模式図である。
【図１０Ａ】第１の光９００１の光強度を示す図である。
【図１０Ｂ】被写体からの反射光９３１１の光強度を示す図である。
【図１０Ｃ】霧からの反射光９４１１の光強度を示す図である。
【図１１Ａ】反射光９３１１の光強度を示す図である。
【図１１Ｂ】反射光９４１１の光強度を示す図である。
【図１１Ｃ】第２の光９００２の位相が第１の位相であるとき、第２の光９００２のうち位相整合に関与する偏光成分（強度）を示す図である。
【図１１Ｄ】反射光９３１１および第２の光９００２から発生した第３の光９３０３の強度を示す図である。
【図１１Ｅ】反射光９４１１および第２の光９００２から発生した第３の光９４０３の強度を示す図である。
【図１２Ａ】反射光９３１１の光強度を示す図である。
【図１２Ｂ】反射光９４１１の光強度を示す図である。
【図１２Ｃ】第２の光９００２の位相が第１の位相とは異なる第２の位相であるとき、第２の光９００２のうち位相整合に関与する偏光成分（強度）を示す図である。
【図１２Ｄ】反射光９３１１および第２の光９００２から発生した第３の光９３０３の強度を示す図である。
【図１２Ｅ】反射光９４１１および第２の光９００２から発生した第３の光９４０３の強度を示す図である。
【図１３】霧１０４１による光の多重散乱の様子を模式的に示す図である。
【図１４】例示的な実施の形態３による撮像システム１０Ｃの動作を示すフローチャートである。
【図１５】例示的な実施の形態４による撮像システム１０Ｄの模式図である。
【図１６Ａ】第１の光９００１の強度を示す図である。
【図１６Ｂ】反射光９１１１の強度を示す図である。
【図１６Ｃ】反射光９２１１の強度を示す図である。
【図１７Ａ】近くの被写体１０１１からの反射光９１１１の時間変化を示す図である。
【図１７Ｂ】遠くの被写体１０２１からの反射光９２１１の時間変化を示す図である。
【図１７Ｃ】第２の光９００２の時間変化を示す図である。
【図１７Ｄ】第３の光９００３の時間変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
歩行者および障害物等を、可視化する技術または検知する技術として、上記した以外にも、例えば以下のような技術が知られている。
【００１２】
第１の技術は、通常のイメージセンサーを利用したカメラシステムである。このシステムでは、太陽光、道路灯、およびヘッドライトなどにより照射された被写体をカメラによって撮像する。カメラは、例えば、レンズ等を含む光学系と、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等のイメージセンサーとを備えている。イメージセンサー自体は、歩行者および障害物を検知する機能や、それらまでの距離を決定する機能を備えていない。イメージセンサーが取得した像を画像認識処理することにより、歩行者および障害物を検知する。場合によっては、それらまでの距離を推定する。イメージセンサー自体に測距機能は要求されないので、単純な構造でかつ比較的低速のイメージセンサーを利用することができる。
【００１３】
第２の技術は、Light Detection and Ranging（ＬＩＤＡＲ）と呼ばれる技術である。ＬＩＤＡＲは、被写体までの距離を測定する技術である。この技術では、照明光が被写体で反射され、その反射光が検出器に到達するまでに要する時間、すなわち飛行時間を計測する。光の飛行時間を測定するために、照明光には強度変調が加えられる。検出器は、照明光の強度変調の位相と反射光の強度変調の位相との位相差を検出する機能を備えている。この位相差は飛行時間に対応するので、この位相差から測距を行うことができる。ただし、検知することができるのは、ビームの照射方向に存在する被写体だけであるため、空間分解能は十分でない。そのため、空間分解能を確保する場合には、ビームの照射方向を変化させるスキャン機構が付加される。
【００１４】
第３の技術は、ＴＯＦイメージセンサーを利用したＴＯＦ撮像システムである。ＴＯＦイメージセンサーの各画素は、強度位相差を測定する機能を備えている。各画素がライダーとして機能する。各画素は測距機能を有し、通常のカメラシステムのような撮像機能も有する。ＴＯＦイメージセンサーと、強度変調を加えた光を広範囲に照明する照明装置とを組み合わせることにより、歩行者および障害物を撮像することができる。同時に、それらまでの距離を測定することができる。
【００１５】
以下、本願発明者が考察した、従来技術の問題点を説明する。
【００１６】
上述した第１の技術では、悪天候時の撮像に影響が及び得る。例えば、被写体とカメラとの間に霧または雨粒が存在すると、それらによる光散乱が撮像に影響する。そのため、被写体を明瞭に結像することが困難になる。
【００１７】
上述した、第２の技術および第３の技術ではともに、強度変調された照明光が被写体に照射され、被写体からの反射光を検出することにより測距を行う。
【００１８】
しかしながら、被写体は、通常、測距のために準備された、強度変調された照明光のみによって照射されているわけではない。例えば、太陽、街灯、および車のヘッドライトなどの変調されていない光（外乱光ともいう）によっても照射されている。精度よく測距を行うためには、外乱光の成分を除去し、変調成分のみを抽出することが求められる。外乱光の成分を除去することは、原理的には可能である。例えば、外乱光の成分のみを測定し、変調成分と外乱光の成分との差分をとってもよい。しかし実際には、日中など外乱光が極端に強い場合には、外乱光による感度飽和などが生じ、変調成分の抽出が困難になる。
【００１９】
図２は、太陽光のスペクトルを示す。太陽光の強度は、波長が長くなるほど弱くなる。したがって、近赤外域では、可視域に比べて太陽光に起因する外乱光が少ない。特に、波長１４００ｎｍ前後および波長１９００ｎｍ前後の太陽光は、大気によって吸収されるため、地表にはほとんど届かない。したがって、これらの波長の光を用いて測距を行えば、外乱光の影響を抑制することができる。その結果、測距精度の向上が期待できる。なお、可視域とは、概ね４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯域を意味する。近赤外域とは、概ね７００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長帯域を意味する。
【００２０】
ところが、第２および第３の技術を用いて測距を行うには、イメージセンサーには高速動作が求められる。例えば１ｍの光路差により生じる位相差は、時間に換算して３．３ナノ秒でしかない。そのため、検出器またはイメージセンサーには、数百ＭＨｚ程度の動作速度が要求される。第２の技術であれば、化合物半導体を用いた検出器を利用することが可能である。しかし、第３の技術では、ＴＯＦイメージセンサーとしてシリコンを用いたイメージセンサー（以下、「シリコンイメージセンサー」と称する。）を使用せざるを得ない。ＴＯＦイメージセンサーには、高速動作とともに複雑な演算処理が要求されるためである。
【００２１】
しかしながら、シリコンイメージセンサーは赤外側の吸収係数が小さい。そのため、シリコンイメージセンサーは、近赤外域において高感度に測定できない。また、シリコンイメージセンサーは、太陽光が欠落した波長域（以下、「太陽光欠落波長域」と称する。）には感度を有しない。そのため、シリコンイメージセンサーは、太陽光欠落波長域において一切撮像を行うことができない。
【００２２】
また、上述したレンジゲートカメラでは、限られた時間だけゲートを開ける技術が求められる。車載用途などでは１ｍ程度の距離分解能が要求されるので、ゲートを開ける時間は数ナノ秒程度に制限する必要がある。しかしながら、このように高速で動作する物理シャッターは存在しない。そのため、高速で動作するイメージセンサーの電子シャッターを用いて高速動作に対応する必要がある。しかし上述した第３の技術の課題と同様に、高速で動作するイメージセンサーは、シリコンイメージセンサーだけである。そのため、動作可能な波長範囲が制限される。このような課題に鑑み、本願発明者は、新規な構造を備えたＴＯＦ撮像システムに想到した。
【００２３】
本開示の一態様に係る撮像システムによれば、外乱光の影響を抑制し、精度の高い測距が可能になる。また、安全性の高い近赤外域でも機能するＴＯＦイメージセンサーを提供できる。
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本開示のより具体的な実施の形態を説明する。以下の説明において、同一または類似する構成要素については同一の参照符号を付している。また、重複する説明は省略する場合がある。なお、本開示の実施の形態による撮像システムは、以下で例示するものに限られない。
【００２５】
（実施の形態１）
以下、図１および２を参照して、ＴＯＦ撮像システム１０Ａの構造および機能を説明する。
【００２６】
図１は、本実施の形態によるＴＯＦ撮像システム１０Ａの構成を模式的に示す。なお、本構成図は、本開示の説明に必要な要素のみを示している。また、本構成図はあくまで概念を示す図である。実際の各要素の形状、アスペクト比、および縮尺等は、全く考慮していない。
【００２７】
ＴＯＦ撮像システム１０Ａは、第１の光源１０１、第２の光源１０２、非線形光学結晶１０３、第１の光学系１０４、第２の光学系１０５、第３の光学系１０６、第４の光学系１０７、イメージセンサー１０８、光混合素子１０９、プロセッサ１１０、およびコントローラ１１１を備えている。第１の光源１０１および第２の光源１０２などから、光源ユニットが構成される。光源ユニット内に、コントローラ１１１が設けられていてもよい。ＴＯＦ撮像システム１０Ａは、測定システムとして機能する。プロセッサ１１０は、ＴＯＦ撮像システム１０Ａからの出力信号を処理する。なお、ＴＯＦ撮像システム１０Ａは、プロセッサ１１０を備えていなくてもよい。その場合、プロセッサ１１０は、コントローラ１１１に内蔵され得る。
【００２８】
第１の光源１０１は、変調された第１の光９００１を生成し照射する。より具体的に説明すると、第１の光源１０１は、強度、偏光状態および波長の少なくとも１つが時間軸上で周期的に変化する、第１の光９００１を生成することができる。以下で説明する第２の光源１０２も同様である。強度、偏光状態および波長の少なくとも１つが時間軸上で周期的に変化する、とは、強度、偏光状態および波長の少なくとも１つが、時間の経過に伴い周期的に変化することを意味する。すなわち、光の変調である。また、変調の位相とは、周期的変化において、ある時点における一つの周期中の位置を意味する。第１の光９００１の変調の位相は、後述するコントローラ１１１の制御により所定の値に設定され得る。本明細書では「第１の光９００１の変調の位相」を、「第１の光源１０１の位相」と呼ぶ場合がある。
【００２９】
以下の説明では、第１の光源１０１は、所定の波長の照明光（第１の光９００１）を発生させる。照明光は、例えばレーザー光であり、パルス光でもあってもよい。第１の光源１０１は、被写体１００１に向けて第１の光９００１を照射する。第１の光源１０１は、例えば、通常のＴＯＦイメージセンサーを利用した撮像システムに用いられる光源と同様であってもよい。すなわち、第１の光源１０１は、強度変調された第１の光９００１を出力する。換言すると、第１の光源１０１は、強度が時間軸上で周期的に変化する第１の光９００１を生成する。
【００３０】
第１の光源１０１として、例えばモードロックレーザーのように、強度が時間軸上で周期的に変化する光を、自発的に出力する光源を利用することができる。または、ダイオードレーザーのような、注入する電流量により光強度を変調できる光源と、電流量を制御する機構とを組み合わせることにより、第１の光源１０１を実現してもよい。または、一定の強度の光を出力する光源と、例えば電気光学変調器または音響光学素子のような、透過する光に変調を加える素子とを組み合わせることにより、第１の光源１０１を実現してもよい。電気光学変調器または音響光学素子は、一定の強度の光を出力する光源と第１の光学系１０４との間に配置することができる。
【００３１】
第１の光９００１の波長は、後述する非線形光学結晶１０３により、第１の光９００１と第２の光９００２との間で和周波発生（ＳＦＧ）現象が生じる範囲に設定される。この範囲であれば、任意の波長を選択することができる。この範囲は、例えば非線形光学結晶１０３の種類、温度、および第２の光９００２の波長により決定され得る。これらの条件を適切に組み合わせることで、紫外から遠赤外までの幅広い範囲から、第１の光９００１の波長を選択することができる。
【００３２】
このように、幅広い波長範囲で本開示は実施可能である。ただし、いくつかの観点から、本開示の実施には有利な波長が存在するので、その観点および波長を説明する。なお、本開示の実施では、第１の光９００１の波長として、あくまで紫外から遠赤外の範囲で可能であり、以下に示す波長範囲には限定されない。
【００３３】
第１の観点は、太陽光スペクトルである。本開示の実施においても、通常のＴＯＦイメージセンサーシステムと同様に、外乱光の少ない波長域の光を照明光として用いれば、測距の精度を高めることができる。すなわち、可視よりも近赤外を第１の光９００１の波長域として選択することが望ましい。特に、太陽光欠落波長域を第１の光９００１の波長域として選択することが望ましい。図２に示すとおりである。なお、後述するように、本開示では、第１および第２の光源の照明光の波長と、イメージセンサー１０８に到達する光の波長とが異なる。そのため、イメージセンサー１０８の感度域を気にせず、照明光の波長を選択することが可能である。
【００３４】
第２の観点は、利用可能な光強度である。被写体までの距離を測定するため、第１の光９００１が被写体に照射される。照射強度が強いほど、外乱光との区別が容易であり、測距の精度が高まる。
【００３５】
しかしながら、被写体には、歩行者および別の車の運転者が含まれる。そのため、照明光による人物への影響を考慮して、利用可能な光の強度の上限が定まる。例えば、対向車に強い可視光を照射すると、運転に支障が生じ得る。許容される光強度の上限は、波長によって異なる。人間の目は赤外域に対する感度を有しない。そのため、強い光が照射されても眩む恐れが少ない。また、１．４マイクロメートル以上の近赤外の波長域では、光が水晶体により吸収されて、網膜上に結像する可能性は低い。この波長域はアイセーフ波長と呼ばれ、この波長域の光を利用することにより安全性がさらに高まる。これは、レーザーを用いて第１の光９００１を発生させる場合に重要な観点である。
【００３６】
第１の光学系１０４によって、ＴＯＦ撮像システム１０Ａが撮像する範囲に光が照射される。第１の光９００１は、第１の光学系１０４を介して、測距対象の被写体１００１に照射される。第１の光学系１０４は、レンズ、光ファイバー、および鏡などの光学素子を用いて構成され得る。
【００３７】
なお、第１の光源１０１は、上述した光源および光学系の両方の機能を有していてもよい。つまり、第１の光源１０１は、強度変調が加えられた第１の光９００１を生成し、第１の光９００１を直接被写体に向けて出射してもよい。
【００３８】
本開示では、光混合素子１０９を介して非線形光学結晶１０３に入射させる光は、第１の光９００１に基づいて被写体１００１から発生する様々な光であり得る。具体的に説明すると、その光は、被写体１００１の反射光であったり、透過光であったり、蛍光であったりし得る。つまり、光９０１１は、被写体１００１の反射光に限られない。ただし、本明細書においては、光９０１１を被写体１００１からの反射光として説明する。
【００３９】
第２の光学系１０５は、光混合素子１０９を介して非線形光学結晶１０３に反射光９０１１を入射させる。反射光９０１１は、被写体１００１で反射された第１の光９００１の反射光である。なお、第２の光学系１０５は、後述する第４の光学系１０７とともにイメージセンサー１０８に被写体の像を結像させる役割を果たす。第２の光学系１０５も第１の光学系１０４と同様に、レンズ、光ファイバー、および鏡などの光学素子を用いて構成され得る。
【００４０】
また、第２の光学系１０５は、撮影環境下に存在する、第３の光９００３と同じ波長を有する光が、非線形光学結晶１０３に入射しないように遮断する機能を有している。第３の光９００３とは、非線形光学結晶１０３においてＳＦＧにより発生した和周波の光である。第３の光９００３の詳細については後述する。反射光９０１１の波長と第３の光９００３の波長とは異なる。そのため、そのような遮断機能を持たすために、干渉型もしくは吸収型の光学フィルター、または分光プリズム／回折格子などの分光素子を用いてもよい。ただし、撮影環境下に、第３の光９００３と同じ波長の光がほぼ存在しないことが既知である場合には、その機能は省略できる。
【００４１】
また、第２の光学系１０５は、後述するように、第２の光９００２が偏光変調された光である場合には、反射光９０１１の特定の偏光方向の成分のみを通過させる偏光子を含んでいることが望ましい。第２の光９００２が強度変調または波長変調された光である場合には、偏光子は設けなくてもよい。
【００４２】
第２の光源１０２は、強度、偏光状態および波長の少なくとも１つが時間軸上で周期的に変化する第２の光９００２を発生させる。第２の光源１０２は、強度、偏光状態、波長のいずれかの変調がかけられた第２の光９００２を、変調の位相を切り替えながら出射する。第２の光９００２の変調の位相は、後述するコントローラ１１１の制御により、所定の値に設定され得る。第１の光９００１と同様に、「第２の光９００２の変調の位相」を、「第２の光源１０２の位相」と呼ぶ場合がある。第２の光源１０２として、第１の光源１０１と同様に、例えば、モードロックレーザーまたはダイオードレーザーを利用することができる。
【００４３】
第２の光９００２は、光混合素子１０９により光路を制御され、非線形光学結晶１０３に入射する。反射光９０１１と第２の光９００２とが同時に非線形光学結晶１０３に入射したときに、ＳＦＧ現象が発生し、第３の光９００３が生じる。第２の光９００２の波長は、ＳＦＧ現象が効率よく生じるように、いわゆる位相整合条件を満たすように選択される。また、第２の光９００２の波長は、第１の光９００１の波長とは異なるように選択される。位相整合条件は、選択した非線形光学結晶１０３の種類、結晶方位、結晶の温度、および第１の光の波長から決定される。位相整合条件については後述する。
【００４４】
第２の光源１０２は、変調された第２の光９００２を生成し出射する。第２の光源１０２として、変調の位相または変調波形を変更できる光源を選択することができる。第２の光９００２は、上述したように、強度変調された光であってもよい。または、第２の光９００２は、後述する位相整合条件に影響を与える限り、偏光状態が変調された光であってもよく、波長が変調された光であってもよい。つまり、第２の光９００２の変調は、強度、偏光状態、波長のいずれかに対するものであればよい。
【００４５】
強度変調させる方法としては、第１の光源１０１で説明した変調方法を用いることができる。
【００４６】
偏光状態を変調させる方法としては、例えば、直線偏光の光の偏光面を、電気光学素子を用いて変化させる方法が挙げられる。この方法は高速に動作するので、本開示の実施に適している。
【００４７】
直線偏光の光は、例えば、偏光レーザーを用いることで容易に得られる。または、特定の方向のみに振動する光だけを通過させる偏光子（例えば、直線偏光子）を利用して、非偏光の光を直線偏光の光に変換してもよい。
【００４８】
偏光状態を変調する方法としては、例えば、ニオブ酸リチウムから構成される電気光学素子を用いる方法が、高速に動作するので適している。ある電気光学素子は、印加される電気信号に応じて、透過する光の偏光面の角度を変化させることができる。このような電気光学素子を用いることにより、偏光状態が変調された第２の光９００２を得ることができる。なお、低速変調が許容される場合には、非偏光の光に、偏光面の角度を調整することが可能な偏光子を作用させることにより、偏光状態が変調された第２の光９００２を得ることができる。
【００４９】
波長変調の方法としては、例えば波長可変レーザーを用いる方法が挙げられる。波長可変レーザーは、例えば、共振器の共振波長を変化させることにより、変調の位相または変調波形を変更できる。また、電気光学素子によって波長を変調させてもよい。この場合には、電気光学素子に印加される電気信号を変化させることにより、変調の位相または変調波形を変更できる。
【００５０】
モードロックレーザーのように、もともと変調がかかった光源は、上述した方法を利用することは困難である。しかし、その場合でも、光路長を可変できる機構、いわゆるオプティカルディレイラインを用いて光路長を変えることにより、変調の位相を変えることができる。このように、第２の光源１０２は、第２の光９００２の変調の位相を変化させることができる。また、上述したとおり、第１の光源１０１において、第１の光９００１の変調の位相を可変にすることも、本開示の範疇である。
【００５１】
第３の光学系１０６は、第２の光源１０２から出射された第２の光９００２を、光混合素子１０９を介して非線形光学結晶１０３に入射させる。第３の光学系１０６も、第１および第２の光学系１０４、１０５と同様に、例えば、レンズおよび曲面鏡などの光学部品を用いて構成される。
【００５２】
反射光９０１１と第２の光９００２とは、重なるように非線形光学結晶１０３に入射する。光混合素子１０９を利用することで、両者の光路を効率よく重ねることができる。光混合素子１０９は、一方の光を反射し、もう一方の光を通過させる。光混合素子１０９としては、いわゆるダイクロイックミラーを用いることが望ましい。または、反射光９０１１と第２の光９００２との偏光の違いを利用し、偏光ビームスプリッタを用いて両者の光軸を重ねてもよい。または、ハーフミラーを用いて両者の光軸を重ね合わせることもできる。但し、ハーフミラーを用いた場合は、両者の光軸を重ね合わせるときに利用できない光が生じるので効率は低いと考えられる。
【００５３】
非線形光学結晶１０３は、入射した光とは異なる波長の光を生成する。このような性質を有する結晶は、例えばバリウムボーレート（ＢＢＯ）、リチウムトリボレート（ＬＢＯ）、ＫＴＰ、ニオブ酸リチウムである。ＳＦＧ現象とは、２つの波長の光が非線形光学結晶１０３に同時に入射したときに、２つの光の和の周波数を有する光が発生する現象である。なおＳＦＧ現象は、位相整合条件が満たされている場合のみ、十分な効率で発生する。位相整合条件は、下記の式１で与えられる。
ｎ３／λ３＝ｎ１／λ１＋ｎ２／λ２      （式１）
【００５４】
ここで、λ１は、第１の光９００１に基づいて被写体から発生する光９０１１の波長である。反射および透過の場合には光の波長は変化しないので、光９０１１の波長は、第１の光９００１の波長と同一である。蛍光などの場合は、光９０１１の波長は、第１の光９００１とは異なった波長になり得る。この場合、波長λ１は蛍光の波長である。以下の説明では、光９０１１が反射光である場合について説明する。但し、光９０１１が蛍光であると場合についても同様に本開示を実施できる。λ２は第２の光９００２の波長である。λ３は第３の光９００３の波長である。ｎ１は、光９０１１の波長および偏光状態における非線形光学結晶１０３の屈折率である。ｎ２は、第２の光９００２の波長および偏光状態における非線形光学結晶１０３の屈折率である。ｎ３は、第３の光９００３の波長および偏光における非線形光学結晶１０３の屈折率である。ｎ１、ｎ２、およびｎ３は、非線形光学結晶１０３の種類、結晶方位、および温度により定まる。位相整合条件が満たされるように、第１の光９００１の波長と、第２の光９００２の波長と、非線形光学結晶１０３の種類、方位および温度とが選択される。
【００５５】
位相整合条件においてＳＦＧ現象が生じるとき、発生する光の強度は、もとの２つの波長の光の各強度に比例する。つまり、第１の光９００１の反射波９０１１および第２の光９００２からＳＦＧ現象により第３の光９００３が発生する場合、第３の光９００３の強度は、第１の光９００１の反射波９０１１の位相整合を満たす成分の強度と、第２の光９００２の位相整合を満たす成分の強度とに比例する。
【００５６】
このことは、非線形光学結晶１０３は、第１の光９００１の反射波９０１１を、第３の光９００３に変換する機能を有することを意味する。また、その変換効率は、第２の光９００２の位相整合を満たす成分の強度により可変であることを意味する。
【００５７】
なお、ＳＦＧ現象は、位相整合条件が満たされているときのみ生じ得る。したがって、第２の光９００２の光強度が一定であっても、その波長または偏光状態が変調されている場合には、波長または偏光状態の変化に対して位相整合条件が満たされる間だけＳＦＧ現象が起こり得る。また、位相整合条件が満たされる間においては、位相整合条件を満たす光の成分の強度に比例した強度を有する、第３の光９００３が発生する。
【００５８】
また、ＳＦＧ現象では、第１の光９００１の波長と同一である反射波９０１１の波長、第２の光９００２の波長、および第３の光９００３の波長は、下記の式２の関係を満たす。
１／λ３＝１／λ１＋１／λ２      （式２）
【００５９】
式２から明らかなように、第３の光９００３の波長は、第１および第２の光９００１、９００２の波長よりも必ず短くなる。例えば、第１の光９００１の波長が１４５０ｎｍであり、第２の光９００２の波長が１０６４ｎｍである場合、第３の光９００３の波長は６１４ｎｍである。このように、第１および第２の光の波長が近赤外域の波長であっても、第３の光９００３は、可視域の波長となる。したがって、非線形光学結晶１０３により波長を変換することで、近赤外光により被写体を照射し、可視光により被写体を撮像することができる。これにより、可視域のみに感度を有するイメージセンサーを用いることができる。
【００６０】
非線形光学結晶１０３の位相整合条件が満たされる範囲において、第１の光９００１の波長、第２の光９００２の波長、および第３の光９００３の波長の内の２つは任意に選択できる。例えば、外乱光の強さ、イメージセンサーの感度、光源の発光効率、および変調のかけ易さなどから、利用する光の波長を自由に選択できる。
【００６１】
第４の光学系１０７は、第３の光９００３をイメージセンサー１０８に結像させる機能を有する。第４の光学系１０７は、レンズ等の光学部品を用いて構成され得る。なお、イメージセンサー１０８が、第１の光９００１または第２の光９００２の波長に感度を有するとする。その場合には、光学フィルターまたは分光プリズム／回折格子などの分光素子を用いて、第１の光９００１または第２の光９００２が受光素子に到達しないようにする。
【００６２】
イメージセンサー１０８として、例えば、有機イメージセンサーおよびシリコンイメージセンサーを用いることができる。イメージセンサー１０８は、第３の光９００３を受光し、被写体を撮像する。イメージセンサー１０８は、少なくとも第３の光９００３の波長に感度を有していればよい。イメージセンサー１０８は、照明光である第１の光９００１の波長および第２の光９００２の波長に対し、感度を有しない（第３の光９００３の波長に対する感度の100分の１よりも小さい実質的に感度を有しない範囲を含む）ことが望ましい。
【００６３】
第１の光９００１および第２の光９００２の波長に対する感度は厳密にゼロでなくてもよい。イメージセンサー１０８は、第１の光９００１および第２の光９００２の波長よりも第３の光９００３の波長に対して高い感度を有していることが望ましい。第１の光９００１および第２の光９００２に基づく信号は、ノイズとして撮像信号に影響し得る。そのため、それらの信号強度は、撮像および測距に影響しない程度であればよい。
【００６４】
イメージセンサー１０８は、第１の光９０１１および第２の光９００２の双方に対して感度を有さなくてもよい。その場合には、第４の光学系１０７には、第１の光９００１または第２の光９００２を除去する機構が不要になり、第４の光学系１０７の構成が簡素化できる。
【００６５】
イメージセンサー１０８は、第３の光９００３の強度を測定する。なお、撮像システム１０Ａには、イメージセンサー１０８に代えて、非集積型の光ディテクタであってもよい。その場合、非集積型の光ディテクタは、第３の光９００３の全体としての強度を測定する。本実施形態において、光検出器は、イメージセンサー１０８、非集積型の光ディテクタで例示される。
【００６６】
有機イメージセンサーは、例えば、フタロシアニン類、またはＰ３ＨＴ、ＰＣＢＭ、Ｃ６０を用いた光電変換層を有している。このような材料を用いた光電変換層は、長波長側で６５０ｎｍ程度までしか感度を有しないが、この領域においては、シリコンイメージセンサーに比べて、高い光電変換効率を有している。第１の光９００１の波長が１４５０ｎｍであり、第２の光９００２の波長が１０６４ｎｍである場合、有機イメージセンサーは、双方に感度を有しない。そのため、これらの光を除去する機構が不要となる。
【００６７】
一方、シリコンイメージセンサーは、弱いながらも１１００ｎｍ程度まで感度を有する。したがって、上述した波長の組み合わせの例では、イメージセンサー１０８が第３の光９００３を受光するときに、第２の光９００２はノイズになってしまう。そのため、第４の光学系１０７には、第２の光９００２を除去する機構を設けてもよい。
【００６８】
プロセッサ１１０は、イメージセンサー１０８により取得された撮像信号に基づいて、被写体までの距離を測距する。具体的には、プロセッサ１１０は、第３の光９００３の強度に基づいて被写体までの距離を測定する。
【００６９】
コントローラ１１１は、ＴＯＦ撮像システム１０Ａ全体を制御する。コントローラ１１１は、例えば、汎用の計算機（例えばパーソナルコンピュータ）、またはシステム専用のＣｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ（ＣＰＵ）で実現される。
【００７０】
コントローラ１１１は、第１の光９００１および第２の光９００２の変調の位相をそれぞれ制御することができる。換言すると、コントローラ１１１は、第１の光源１０１および第２の光源１０２の位相をそれぞれ設定することができる。より具体的に説明すると、コントローラ１１１は、第１の光９００１の変調の位相として、互いに異なった少なくとも２つの位相を第１の光源１０１に設定することができる。また、コントローラ１１１は、第２の光９００２の変調の位相として、互いに異なった少なくとも２つの位相を第２の光源１０２に設定することができる。
【００７１】
このように、コントローラ１１１は、互いに異なった少なくとも２つの位相を各光源に設定することができる。コントローラ１１１は、各光源の位相が連続的に変化するように、複数の位相を設定してもよい。光の変調の位相を連続的に切り替えることは、本開示の範疇である。また、特定の用途においては、光の変調の位相を変化させず、両光源においてその位相を固定しておいても構わない。その構成については後で詳細に説明する。また、コントローラ１１１は、第１の光９００１および第２の光９００２の一方に対してのみ、互いに異なった少なくとも２つの変調の位相を設定し、他方に対しては変調の位相を固定するようにしてもよい。
【００７２】
測定装置は、第４の光学系１０７およびイメージセンサー１０８などから構成され得る。測定装置は、反射光９０１１の変調の位相と、第２の光９００２の変調の位相との間の位相の相対関係を判定する。または、プロセッサ１１０が測定装置の出力を受けて、その相対関係を判定しても構わない。第１の光源１０１から被写体１００１までの距離に応じて、位相の相対関係は得られる。第３の光９００３の強度は、その相対関係に応じて変化し得る。そのため、第３の光９００３の強度に基づいて被写体１００１までの距離を測定することができる。
【００７３】
次に、図３を参照して、ＴＯＦ撮像システム１０Ａの動作の一例を説明する。以下、第１の光源１０１の変調の位相は固定され、第２の光源１０２の変調の位相が可変であるとする。
【００７４】
図３は、ＴＯＦ撮像システム１０Ａの動作フローを示す。例えば、コントローラ１１１（図１を参照）が、以下に示す各ステップを実行する。具体的には、コントローラ１１１内部のメモリに、各ステップに相当する命令を含むコンピュータプログラムが実装されていてもよく、コントローラ１１１がコンピュータプログラムをメモリから呼び出して、逐次実行することにより、各ステップを実行するようにしてもよい。
【００７５】
第１の光源１０１により、強度変調をかけた第１の光９００１を発生させる（ステップＳ１０１Ａ）。第１の光学系１０４を用いて、撮像の範囲内の被写体に、第１の光９００１を照射する（ステップＳ１０２Ａ）。被写体からの反射光９０１１を、第２の光学系１０５を用いて集光する（ステップＳ１０３Ａ）。
【００７６】
一方、第２の光源１０２において、変調の位相を第一の値に設定し（ステップＳ１１０Ａ）、変調をかけた第２の光９００２を発生させる。変調は強度変調、偏光変調、および波長変調のいずれでもよい。例えば偏光変調をかけた第２の光９００２を発生させる（ステップＳ１０４Ａ）。非線形光学結晶１０３においてＳＦＧが発生する範囲に第２の光９００２が入射するように、第３の光学系１０６で第２の光９００２の光路を制御する（ステップＳ１０５Ａ）。
【００７７】
反射光９０１１および第２の光９００２を非線形光学結晶１０３に入射させて、第３の光９００３を発生させる（ステップＳ１０６Ａ）。
【００７８】
イメージセンサー１０８に第３の光９００３による被写体の像を検出させて、撮像信号を出力させる（ステップＳ１０７Ａ）。
【００７９】
第３の光９００３の光強度は、反射波９０１１の強度変調の位相と第２の光９００２の変調の位相との相対関係に依存する。一方、反射波９０１１の強度変調の位相は、第１の光源１０１からから被写体１００１までの距離に依存する。第３の光９００３の光強度には、第１の光源１０１から被写体１００１までの距離情報が含まれている。そのため、イメージセンサー１０８により取得された第３の光の撮像信号には、被写体までの距離の情報が含まれている。この距離情報をプロセッサ１１０により抽出することができる。
【００８０】
ただし、第３の光９００３の光強度は、反射波９０１１の強度にも依存し、これは被写体１００１の反射率に依存する。被写体１００１の反射率は、被写体の材質、形状などにより様々な値をとり得る。そのため、単一の値の第２の光９００２の変調位相による撮影では、被写体１００１までの距離情報を十分分離できない場合がある。
【００８１】
また、第１の光９０１１の強度変調波形、第２の光９００２の変調波形によっては、測定できない距離、互いに識別が困難な距離の組み合わせが生じる場合がある。
【００８２】
しかし、被写体１００１の反射率は、第２の光９００２の変調の位相の値に依存しない。そのため、第２の光９００２の変調の位相の値の変化により生じる、第３の光９００３の強度変化は、反射波９０１１の強度変調の位相と第２の光９００２の変調の位相の相対関係の変化によるものである。したがって、第２の光９００２の変調の位相を、距離情報の抽出に適した複数の値に設定して撮像を行うことにより、距離情報を分離することが可能になる。
【００８３】
また、第２の光９００２の変調の位相がある値のときに測定が困難であっても、第２の光９００２の変調の位相を別の値に変更することにより測定できる場合がある。
【００８４】
上記理由により、第２の光９００２の変調の位相がある値のときに十分な距離情報が取得できない場合には、第２の光９００２の変調の位相を別の値に変更して測定を行えばよい。第２の光９００２の変調の位相の設定値の数は、変調波形や被写体の種類、必要とされる距離情報の精度等により決定され得る。
【００８５】
変調の位相を複数の設定値で測定する場合には、必要とされる変調の位相の設定値の数をあらかじめ定めておき、測定した位相の設定値の数が所望の値に達したか判定を行う（ステップＳ１０８Ａ）。所望の値に達している場合には、変調の位相の設定値を第一の値に戻し、ステップＳ１１０Ａから測定を繰り返す。
【００８６】
所望の値に達していない場合には、変調の位相の設定値を次の設定値に変更（Ｓ１０９）し、ステップＳ１０４Ａから測定を繰り返す。
【００８７】
コントローラ１１１は、所定の条件を満足するまで、上記のステップ１０１Ａから１１０Ａを繰り返し実行する。取得された撮像信号は、第３の光の光強度の変化を示す情報を含んでおり、そこには被写体までの距離情報が含まれている。
【００８８】
上記手順により被写体までの距離情報を、プロセッサ１１０により抽出することが可能になる。また、プロセッサ１１０は、取得された撮像信号に基づいて、例えば物体認識などの画像解析を行ってもよい。
【００８９】
本実施の形態によれば、イメージセンサー１０８が感度を有しない波長の光を照明光として用いてＴＯＦ撮像が可能になる。また、測距と同時に被写体を検出することができる。
【００９０】
（実施の形態２）
図４から図７Ｄを参照して、照明光としてパルス光を用いる場合のＴＯＦ撮像システム１０Ｂを説明する。
【００９１】
図４は、本実施の形態によるＴＯＦ撮像システム１０Ｂの構成を模式的に示す。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同様の内容についての詳細な説明は省略する。
【００９２】
第１の光源１０１は、強度変調をかけた第１の光９００１を発生させる。第１の光９００１を、一定の周期で出射されるパルス幅の狭いパルス列として扱う。
【００９３】
実施の形態１で説明したように、第１の光９００１の波長は自由に選択できる。本実施の形態では、１４５０ｎｍの光を利用する。この波長は太陽光欠落波長域の波長であり、かつ網膜での結像が得られないアイセーフ波長である。
【００９４】
第１の光９００１を第１の光学系０１０４を用いて被写体１００１に照射する。被写体１００１は、互いに異なる距離にいる被写体１０２１および１０１１を含む。被写体１００１は、強度変調された第１の光９００１により照明される。このとき、被写体１００１において反射が生じ、第１の光９００１の一部の光（反射光）９０１１は、第２の光学系１０５に向かう。この反射光９０１１を第２の光学系１０５を用いて非線形光学結晶１０３に入射させる。反射光９０１１は、被写体１０２１および１０１１のそれぞれから反射された光９２１１および９１１１を含んでいる。
【００９５】
図５Ａは、第１の光９００１の強度を示す。図５Ｂは、反射光９１１１の強度を示す。図５Ｃは、反射光９２１１の強度を示す。反射光が非線形光学結晶１０３に入射する時刻は、被写体までの距離により異なる。近くの被写体１０１１で反射された光９１１１は、非線形光学結晶１０３により早く入射する。遠くの被写体１０２１で反射された光９２１１は、非線形光学結晶１０３により遅く入射する。つまり、反射光９０１１には被写体までの距離に応じた位相差が生じる。
【００９６】
第２の光源１０２は、変調をかけた第２の光９００２を発生させる。変調は強度変調、偏光変調、および波長変調のいずれでもよい。本実施の形態では、強度変調を例に第２の光９００２の変調を説明する。強度変調はパルス的であっても連続的であってもよい。以下、その変調はパルス変調であり、かつその周期とパルス幅とが第１の光９００１のそれらに一致しているとする。また、変調をかけた第２の光９００２の周期は、変調をかけた第１の光９００１の周期と等しい（TOF撮像結果が許容できる誤差の範囲となる実質的に等しい場合を含む）とする。なお、実施の形態１で波長の選択を説明したように、本実施の形態では、第２の光９００２として１０６４ｎｍの光を利用する。
【００９７】
第２の光９００２の変調の位相をある値に固定した状態で、第２の光９００２を第３の光学系１０６を用いて非線形光学結晶１０３に入射させる。このとき、被写体１０１１および１０２１からのそれぞれの反射光９１１１、９２１１と光路が重なるように、第２の光９００２を入射させる。非線形光学結晶１０３には、反射光９１１１と、反射光９２１１と、第２の光９００２とが入射する。このとき、反射光９１１１または反射光９２１１と、第２の光のパルス９００２との変調の位相が一致していれば、両者のパルスは重なり合う。その結果、非線形光学結晶１０３内でＳＦＧ現象が生じ、第３の光９００３が発生する。
【００９８】
一方、反射光９１１１または反射光９２１１と、第２の光のパルス９００２との変調の位相が一致していなければ、両者のパルスは重ならない。その結果、非線形光学結晶１０３内でＳＦＧ現象は生じず、第３の光９００３は発生しない。
【００９９】
図６Ａは、反射光９１１１の強度を示す。図６Ｂは、反射光９２１１の強度を示す。図６Ｃは、第１の位相であるときの第２の光９００２の強度を示す。図６Ｄは、第３の光９００３の強度を示す。
【０１００】
特定の距離の被写体で反射された第１の光９００１のパルス群だけが、例えば第１の位相を有する第２の光９００２のパルスと一致する。したがって、第４の光学系０１０７を用いてイメージセンサー１０８に第３の光９００３を結像させ、イメージセンサー１０８により撮像を行うと、変調の位相が一致する特定の距離にある被写体の像だけを取得できる。図示する例では、近くの被写体１０１１からの反射光９１１１の変調の位相が、第２の光の第１の位相と一致し、第３の光９００３が発生する。近くの被写体１０１１の像だけを取得でき、遠くの被写体１０２１の像は取得されない。第２の光９００２の変調の位相を変えれば、今度は異なる距離にいる被写体からの反射光と、第２の光９００２の変調の位相とが一致してその距離の被写体の像を取得できる。
【０１０１】
図７Ａは、反射光９１１１の強度を示す。図７Ｂは、反射光９２１１の強度を示す。図７Ｃは、第１の位相とは異なる第２の位相であるときの第２の光９００２の強度を示す。図７Ｄは、第３の光９００３の強度を示す。
【０１０２】
図示する例では、遠くの被写体１０２１からの反射光９２１１の変調の位相が、第２の位相と一致し、第３の光が発生する。遠くの被写体１０２１の像だけが取得でき、近くの被写体１０１１の像は取得されない。このように、撮像したい距離の数だけ第２の光９００２の変調の位相を変化させれば、ＴＯＦ法を利用した撮像（ＴＯＦ撮像）が実現できる。
【０１０３】
実施の形態１で説明したように、第１の光９００１および第２の光９００２の変調がパルス変調ではない場合には、第３の光９００３は常に生じ得る。しかし、その場合でも、第１の光の反射光９０１１と第２の光９００２との変調の位相関係に応じて第３の光９００３の強度が変化する。そのため、第２の光９００２の変調の位相を変化させたときの第３の光９００３の強度変化を測定することで、ＴＯＦ撮像を実現できる。
【０１０４】
第３の光９００３の波長は先に説明したように、式２で与えられる。第１の光９００１の波長が１４５０ｎｍであり、第２の光９００２の波長が１０６４ｎｍであれば、第３の光９００３の波長は６１４ｎｍである。波長が６１４ｎｍであれば、シリコンイメージセンサーまたは有機イメージセンサーを用いて高感度撮像を実現できる。また、第１の光９００１の波長１４５０ｎｍは、太陽光欠落波長域の波長である。そのため、外乱光の影響を抑制しつつ、高感度センサーを用いたＴＯＦ撮像が実現できる。
【０１０５】
このように本開示によれば、ある波長の光で照射された被写体を、その波長に対して感度が非常に低いイメージセンサーを用いてＴＯＦ撮像することができる。
【０１０６】
通常のＴＯＦ撮像では、イメージセンサーそのものに位相差の検出機能が必要である。そのため、数百ＭＨｚ程度の高速動作が要求される。本開示によれば、パルス光を用いる場合、イメージセンサー１０８は第３の光９００３を検出できたか否かによって位相差を検出できる。または、連続的な光を用いる場合、イメージセンサー１０８は、その強度変化を測定するだけで位相差を検出できる。そのため、イメージセンサー１０８は、第２の光９００２の位相を切り替える時間、すなわち撮像距離を切り替える時間に応答できる動作速度を有していればよい。例えば、被写体と撮像システムとの位置関係が固定されているような場合には、この時間は、原理的にはいくらでも長くすることができる。このように、イメージセンサーの動作速度は原理的には不問である。
【０１０７】
車載監視など被写体との間で相対運動が生じ得る用途では、ある程度の時間分解能が要求される。そのため、位相の切り替えにかけられる時間は限られる。しかし、本実施の形態によれば、例えば１００種類の距離情報を毎秒１００組取得したい場合、各位相での測定に０．１ミリ秒が確保される。これは、イメージセンサーの動作速度としては数十ｋＨｚでよいことを意味する。有機イメージセンサーの動作速度は、シリコンイメージセンサーのそれと比べて低い。しかし、この動作速度は、有機イメージセンサーでも実現可能な速度である。
【０１０８】
また、イメージセンサー１０８そのものには、位相検出のための複雑な回路を設けなくてもよい。そのため、複雑な回路を集積することが困難である、化合物半導体を用いたイメージセンサーを利用できる。
【０１０９】
なお、本開示をレンジゲートカメラに適用できることは明らかである。ゲートを開ける間隔は、第２の光９００２のパルス幅で制御することができる。例えば、現在フェムト秒まで狭いパルス幅の光を出射する光源（例えば、フェムト秒レーザ）が知られている。それらを用いて、実用上十分に狭いゲート幅を実現できる。
【０１１０】
なお、本実施の形態におけるイメージセンサー１０８を非集積型の光ディテクタに置き換えれば、本実施の形態の撮像システム１０Ｂは、ライダーとして機能し得る。その場合、実施の形態１で説明した撮像装置は測定装置として機能する。空間分解能が要求されない場合にはそのように本実施の形態を実施すればよい。または、スキャン機構を利用したい場合にはそれらを本実施の形態に取り入れてもよい。
【０１１１】
次に、図８を参照して、ＴＯＦ撮像システム１０Ｂの動作の一例を説明する。
【０１１２】
図８は、ＴＯＦ撮像システム１０Ｂの動作フローを示す。例えば、ＴＯＦ撮像システム１０Ｂ全体を制御するコントローラ１１１（図４を参照）が、以下に示す各ステップを実行する。具体的には、コントローラ１１１内部のメモリに、各ステップに相当する命令を含むコンピュータプログラムが実装されていてもよく、コントローラ１１１がコンピュータプログラムをメモリから読み出して、逐次実行することにより、各ステップを実行するようにしてもよい。
【０１１３】
第１の光源１０１により、強度変調をかけた第１の光９００１を発生させる（ステップＳ１０１Ｂ）。第１の光学系１０４を用いて、撮像の範囲内の被写体に第１の光９００１を照射する（ステップＳ１０２Ｂ）。被写体からの反射光９０１１を、第２の光学系１０５を用いて集光する（ステップＳ１０３Ｂ）。
【０１１４】
一方、第２の光源１０２において、変調の位相を最初の測定距離に対応する値に設定し（ステップＳ１１０Ｂ）、変調をかけた第２の光９００２を発生させる。変調は強度変調、偏光変調、および波長変調のいずれでもよい。例えば偏光変調をかけた第２の光９００２を発生させる（ステップＳ１０４Ｂ）。非線形光学結晶１０３においてＳＦＧが発生する範囲に第２の光９００２が入射するように、第３の光学系１０６で第２の光９００２の光路を制御する（ステップＳ１０５Ｂ）。
【０１１５】
反射光９０１１および第２の光９００２を非線形光学結晶１０３に入射させて、第３の光９００３を発生させる（ステップＳ１０６Ｂ）。
【０１１６】
イメージセンサー１０８に第３の光９００３による被写体の像を検出させて、撮像信号を出力させる（ステップＳ１０７Ｂ）。
【０１１７】
第３の光９００３の光強度は、反射波９０１１の強度変調の位相と第２の光９００２の変調の位相との相対関係に依存する。第１の光９００１の変調と、第２の光９００２の変調が共にパルス状であるため、第３の光９００３は、第２の光９００２の変調の位相の値に対応して、特定の距離関係にある被写体１００１からの反射光９０１１からのみ発生する。
【０１１８】
被写体１００１の反射率の違いは、第３の光９００３の強弱には影響を与えるが、距離情報には影響を与えない。そのため、第１の光９００１の変調と、第２の光９００２の変調が共にパルス状である場合には、第３の光９００３による被写体の像を検出するだけで、距離情報を抽出することができる。
【０１１９】
ただし、この方法では、第２の光９００２の変調の位相のある一つの値に対して、ある特定の距離にある被写体しか撮影できない。そのため、ある幅をもった測定範囲にある被写体までの距離を測定したい場合には、第２の光９００２の変調の位相を複数の値に変化させて順次撮影を行う必要がある。第２の光９００２の変調の位相の設定数は、測定すべき距離の数に一致し、それは測距範囲および測距精度などから決定され得る。
【０１２０】
変調の位相を複数の設定値で測定する場合には、必要とされる変調の位相の値の数をあらかじめ定めておき、測定した位相の値の数が所望の値に達したか判定を行う（ステップＳ１０８Ｂ）。所望の値に達していない場合は、第２の光９００２の変調の位相の値を、次の測定距離に対応する値に変更する（ステップＳ１０９Ｂ）。そして、ステップＳ１０４Ｂから測定を繰り返す。所望の値に達している場合には、第２の光９００２の変調の位相を最初の測定距離に対応する値に戻し、ステップＳ１１０Ｂから測定を繰り返す。
【０１２１】
コントローラ１１１は、所定の条件を満足するまで、上記のステップＳ１０１ＢからＳ１１０Ｂを繰り返し実行する。取得された撮像信号は、第３の光の強度の変化を示す情報を含んでおり、そこには被写体までの距離情報が含まれている。
【０１２２】
上記手順により被写体までの距離情報を、プロセッサ１１０により抽出することが可能になる。
【０１２３】
また、プロセッサ１１０は、取得された撮像信号に基づいて、例えば物体認識などの画像解析を行ってもよい。
【０１２４】
本実施の形態によれば、イメージセンサー１０８が感度を有しない波長の光を照明光として用いたＴＯＦ撮像が可能になる。また、測距と同時に被写体の像を検出することができる。
【０１２５】
（実施の形態３）
図９から図１２Ｅを参照して、本実施の形態による撮像システム１０Ｃを説明する。撮像システム１０Ｃは、実質的に実施の形態１による撮像システム１０Ａと同一の構成を有している。本実施の形態では、撮像システム１０Ｃは、霧などの悪天候時の撮影において効率よく機能する点を説明する。
【０１２６】
図９は、本実施の形態による撮像システム１０Ｃの構成を模式的に示す。図示するように、被写体１００２には、霧１０４１が含まれている。その被写体１００２からの反射光９０１１は、被写体１０３１からの反射光９３１１と、霧からの反射光９４１１とを含んでいる。以下、第２の光９００２の変調は偏光変調であるとする。
【０１２７】
図１０Ａは、第１の光９００１の強度を示している。図１０Ｂは、被写体からの反射光９３１１の強度を示している。図１０Ｃは、霧からの反射光９４１１の強度を示している。
【０１２８】
第１の光源１０１は、強度変調をかけた第１の光９００１を出射する。変調はパルス的でも連続的でもよい。本実施の形態では、第１の光９００１に連続的な変調をかける。連続的な変調は、パルス変調よりも実現が容易である。上述したとおり、第１の光９００１の波長は自由に選択できる。本実施の形態では、１５５０ｎｍの光を利用する。なお、霧などによる光の散乱の影響を低減するためには、できる限り長い波長が有利である。変調の周波数は、例えば１０ＧＨｚとすることができる。電気光学素子を用いた変調器であれば、この速度での変調も十分可能である。
【０１２９】
第１の光学系１０４により、被写体１００２に第１の光９００１が照射される。被写体１００２は、強度変調された第１の光９００１に照射される。このとき、歩行者、障害物、および車などの被写体１０３１と、霧１０４１とにより、第１の光９００１は反射される。被写体１０３１からの反射光９３１１の一部と、霧１０４１からの反射光９４１１の一部とは、ともに、第２の光学系１０５に向かう。反射光９３１１および９４１１は、第２の光学系１０５を介して、非線形光学結晶１０３に入射する。なお、本実施の形態では、第２の光学系１０５は偏光子を含んでいる。その偏光子により、特定の偏光状態の光だけが非線形光学結晶１０３に入射する。
【０１３０】
図１０Ｂに示すように、被写体１０３１からの反射光９３１１は、１０ＧＨｚ程度の時間スケールでは、元の光（第１の光９００１）の変調波形を維持したまま、非線形光学結晶１０３に入射する。
【０１３１】
一方、図１０Ｃに示すように、霧１０４１からの反射光９４１１は、霧１０４１が空間的に連続的に分布し、光が多重散乱するので、元の変調波形を有していない。そのため、反射光９４１１は、高周波成分を欠き、平均化された状態で非線形光学結晶１０３に入射する。例えば、１０ｍの範囲にわたって分布している霧９４１１による反射光９４１１は、１０ナノ秒程度の広がりを有している。そのため、元々の１０ＧＨｚの変調情報はほぼ欠落している。
【０１３２】
第２の光源１０２は、変調をかけた第２の光９００２を出射する。変調は、強度変調、偏光変調、および波長変調のいずれでもよい。本実施の形態では、第２の光９００２に偏光変調をかけている。また、第２の光９００２として波長１０６４ｎｍの光を利用する。第２の光９００２の偏光変調の周期と、第１の光９００１の強度変調の周期とは同じである。変調の周期を同じにする方が、情報処理が簡便になるためである。ただし、第１の光９００１の変調の周期と、第２の光９００１の変調の周期とは、同一でなくても構わない。例えば、第１の光９００１の変調の周期の整数倍と、第２の光９００２の変調の周期の整数倍とが同一であってもよい。このような場合は、第１の光９００１の変調の周期と、第２の光９００２の変調の周期との最小公倍数の周期で、それぞれを変調した場合と実質的に同等である。
【０１３３】
まず、第２の光９００２の変調の位相をある値（例えば、第１の位相）に固定する。この第２の光９００２は、反射光９３１１および反射光９４１１と光路が重なった状態で非線形光学結晶１０３に入射するように、第３の光学系１０６によって光路が調整される。
【０１３４】
非線形光学結晶１０３には、反射光９３１１と、反射光９４１１と、第２の光９００２とが入射する。反射光９３１１または反射光９４１１と、第２の光９００２とが同時に入射し、位相整合条件を満たすときに限り、非線形光学結晶１０３内でＳＦＧが生じる。
【０１３５】
図１１Ａは、反射光９３１１の光強度を示す。図１１Ｂは、反射光９４１１の光強度を示す。図１１Ｃは、第２の光９００２の位相が第１の位相であるとき、第２の光９００２のうち位相整合に関与する偏光成分の光の強度を示している。図１１Ｄは、反射光９３１１と第２の光９００２とに基づいて発生した第３の光９３０３の強度を示している。図１１Ｅは、反射光９４１１と第２の光９００２とに基づいて発生した第３の光９４０３の強度を示している。
【０１３６】
図示するように、第２の光９００２のうち、位相整合に関与する偏光成分の光と、反射光９３１１とに基づいて、第３の光９３０３が発生する。また、第２の光９００２のうち、位相整合に関与する偏光成分の光と、反射光９４１１とに基づいて第３の光９４０３が発生する。
【０１３７】
位相整合条件は、入射する２つの光の偏光状態に依存する。第１の光９００１が直線偏光である場合、第２の光９００２のうち特定の偏光方向の偏光成分のみが、位相整合条件を満たす。そのため、第２の光９００２の強度が一定であっても、第２の光９００２に偏光変調が加えられた場合、結果的に第３の光９００３の強度には変調が生じる。このように、第２の光９００２のうち、位相整合条件を満たす偏光成分を変調することは、強度変調と同じ役割を果たす。
【０１３８】
第１の位相とは、被写体１０３１からの反射光９３１１の変調波形の山と、第２の光９００２の変調波形の山とが重なるときの、第２の光９００２の変調の位相である。第２の光９００２の変調の位相がこの位相に設定されたときに、第３の光９３０３が最も強く生じる。そして、第３の光９３０３の時間平均強度が最大になる。これに対し、被写体１０３１からの反射光９３１１の変調波形の山と、第２の光９００２の変調波形の谷とが重なるように、第２の光９００２の変調の位相が設定されたときには、第３の光９３０３は最も弱く生じる。そして、その時間平均強度は最小になる。
【０１３９】
図１２Ａは、反射光９３１１の強度を示す。図１２Ｂは、反射光９４１１の強度を示す。図１２Ｃは、第２の光９００２の変調の位相が第１の位相とは異なる第２の位相であるとき、第２の光９００２のうち位相整合に関与する偏光成分（強度）を示している。図１２Ｄは、反射光９３１１と第２の光９００２とに基づいて発生した、第３の光９３０３の強度を示している。図１２Ｅは、反射光９４１１と第２の光９００２とに基づいて発生した、第３の光９４０３の強度を示している。
【０１４０】
図１２Ｄに示す第３の光９３０３の強度は、図１１Ｄに示す第３の光９３０３の強度に比べて低い。
【０１４１】
反射光９０１１と第２の光９００２とが強め合う位相関係にあるか、弱め合う位相関係にあるか、またはその中間の関係にあるかは、被写体までの距離に依存する。一方、第２の光９００２の位相を変化させれば、両者の位相関係は変化する。その場合、被写体の距離によらず被写体からの反射光９０１１により生じる第３の光９３０３の時間平均強度は変化する。
【０１４２】
霧からの反射光９４１１には、変調成分が欠落している。そのため、第２の光９００２の位相を変化させても、反射光９４１１から生じる第３の光９４０３の時間平均強度は変化しない。図１２Ｅに示す第３の光９４０３の強度は、図１１Ｅに示す第３の光９４０３の強度と略同一である。また、両者においてその時間平均強度も略同一である。
【０１４３】
イメージセンサー１０８は、典型的には蓄積型の検出器である。イメージセンサー１０８は、露光時間の間に入射した光の総量（光量の積算値）を出力する。そのため、露光時間を第２の光の変調の周期よりも長くすることにより、付加的な処理なしに、時間平均強度と同等の撮像結果を得ることができる。その際、付加的な平均化回路などは不要である。例えば、１０ＧＨｚの変調であれば、その周期は０．５ナノ秒である。５ナノ秒の露光を行えば、１０周期分の平均値を取得できる。
【０１４４】
このように、原理的には露光時間を制限なく長くすることができる。平均をとる時間（積算回数）が長ければ長いほどノイズが低減されるので、測距の精度は向上する。ただし実用上は、露光時間を、被写体との相対位置が変化しない程度の時間にすることが望ましい。例えば、時速１００ｋｍで走行する自動車の場合、その自動車は０．１ミリ秒で２．８ミリしか移動しない。つまり、本開示による撮像システムを時速１００ｋｍで走行する車に搭載したとしても、被写体との相対距離は０．１ミリ秒で数ミリしか変化しない。その変化は無視することができる。そのため、１つの位相の測定に例えば０．１ミリ秒をかけても差し支えない。これは、有機イメージセンサーなどの低速で動作するイメージセンサーを用いても十分効果が得られることを意味する。
【０１４５】
イメージセンサー１０８は、第２の光９００２の変調の位相が第１の位相であるときに、図９に示す被写体１０３１および霧１０４１を含む第１の画像信号を取得する。また、イメージセンサー１０８は、第２の光９００２の変調の位相が第１の位相とは異なる第２の位相であるときに、被写体１０３１および霧を含む第２の画像信号を取得するとする。第１の画像信号と第２の画像信号には、ともに被写体１０３１および霧１０４１が含まれる。しかし、被写体１０３１の画像信号強度は変調の位相に依存して変化するのに対し、霧１０４１の画像信号は変調の位相に依存せず変化しない。したがって、これらの画像信号の差分を取ることにより、霧に基づく画像信号が除去される。このように霧による光の多重散乱の影響を抑制でき、被写体からの反射光が強調された差分画像を取得できる。
【０１４６】
図１３は、霧１０４１による光の多重散乱の様子を模式的に示す図である。第１および第２の光がパルス光である場合、被写体からの反射光９３１１に基づく第３の光９００３のパルス幅の分散（時間分散）は小さい。一方、霧からの反射光９４１１に基づく第３の光９００３の時間分散は、霧１０４１による多重散乱の影響を受けて大きい。イメージセンサー１０８は、第３の光の時間分散を測定する機能を有していてもよい。戻り光の時間分散を比較すれば、霧と被写体とを明確に区別することができる。なお、この場合には、約数十ｐｓ程度の分散を区別する時間分解能が求められる。
【０１４７】
本実施の形態によれば、霧の中の被写体（歩行者、対向車または障害物）を精度よく検出できる。
【０１４８】
次に、図１４を参照して、撮像システム１０Ｃの動作の一例を説明する。
【０１４９】
図１４は、撮像システム１０Ｃの動作フローを示す。例えば、撮像システム１０Ｃ全体を制御するコントローラ１１１（図９を参照）が、以下に示す各ステップを実行する。具体的には、コントローラ１１１内部のメモリに、各ステップに相当する命令を含むコンピュータプログラムが実装されていてもよく、コントローラ１１１がコンピュータプログラムをメモリから呼び出して、逐次実行することにより、各ステップを実行するようにしてもよい。
【０１５０】
第１の光源１０１により、強度変調をかけた第１の光９００１を発生させる（ステップＳ２０１）。第１の光学系１０４を用いて、撮像の範囲内の被写体に、第１の光９００１を照射する（ステップＳ２０２）。被写体からの反射光９０１１を、第２の光学系１０５を用いて集光する（ステップＳ２０３）。
【０１５１】
一方、第２の光９００２の変調の位相を第１の位相に設定する（ステップＳ２０７）。第２の光源１０２において位相を制御し、変調をかけた第２の光９００２を発生させる（ステップＳ２０８）。非線形光学結晶１０３においてＳＦＧが発生する範囲に第２の光９００２が入射するように、第３の光学系１０６で第２の光９００２の光路を制御する（ステップＳ２０９）。
【０１５２】
反射光９０１１および第２の光９００２を非線形光学結晶１０３に入射させて、第３の光９００３を発生させる（ステップＳ２０４）。
【０１５３】
イメージセンサー１０８は、第３の光９００３に基づく被写体を撮像する。イメージセンサー１０８は、例えば上述した０．１ミリ秒の間のパルス群の積算値を取得する。取得した撮像信号を第１の位相に対応したメモリに記憶する（ステップＳ２０５）。そのメモリは、例えばイメージセンサー１０８内のメモリである。
【０１５４】
第２の光９００２の変調の位相が第２の位相であるか否かを判断する（ステップＳ２０６）。第２の光９００２の変調の位相が第１の位相に設定されている場合、第２の光９００２の変調の位相を、第１の位相から第２の位相に変更する（ステップＳ２１１）。第２の光９００２の変調の位相を第２の位相に設定した状態で、ステップＳ２０８、Ｓ２０９、Ｓ２０４およびＳ２０５に従い、最終的に第３の光９００３に基づく被写体を撮像する。イメージセンサー１０８は、例えば０．１ミリ秒の間のパルス群の積算値を取得する。取得した撮像信号を第２の位相に対応したメモリに記憶する（ステップＳ２０５）。
【０１５５】
ステップＳ２０６において、第２の光９００２の変調の位相が第２の位相に設定されている場合、第１および第２の位相に対応した撮像信号がそれぞれに対応したメモリに記憶されている。イメージセンサー１０８は、両者の信号の差分を外部に出力する（ステップＳ２１０）。例えば、撮像する範囲に霧などが含まれているとき、両者の差分を取ることにより、霧による光の多重散乱の影響を抑制でき、被写体からの反射光が強調された差分画像を取得できる。
【０１５６】
プロセッサ１１０は、イメージセンサー１０８からの差分情報に基づいて被写体を検出する。プロセッサ１１０は、例えば物体認識などの画像解析を行ってもよい。
【０１５７】
（実施の形態４）
図１５から図１７Ｄを参照して、第１の光９００１の変調の位相と、第２の光９００２の変調の位相との関係が固定されている、撮像システム１０Ｄを説明する。
【０１５８】
図１５は、本実施の形態による撮像システム１０Ｄの構成を模式的に示す。本システムの構成は、実施の形態２と実質的に同一である。以下、実施の形態２と異なる点を中心に説明し、同様の内容についての詳細な説明は省略する。
【０１５９】
第１の光源１０１は、強度、偏光状態、および波長のいずれか１つが周期的に時間変化する第１の光９００１を発生させる。本実施の形態では、一定時間ごとに短い時間幅の間だけ強度を持つパルス光を、第１の光９００１とする。一定時間ごとに短い時間幅の間だけ、非線形光学結晶１０３において、後述する第２の光９００２と位相整合するように、偏光状態または波長が周期的に時間変化する光を、第１の光９００１としてもよい。但し、第１の光９００１の変調の位相は固定されている。以下、強度が周期的に時間変化する例を説明する。
【０１６０】
第１の光９００１を第１の光学系１０４を用いて被写体１００１に照射する。被写体１００１は、互いに異なる距離にいる被写体１０２１および被写体１０１１を含む。被写体１００１は、強度、偏光状態、および波長のいずれか１つが周期的に時間変化する第１の光９００１が照射される。第１の光９００１の一部は被写体１００１において反射され、反射光９０１１が、第２の光学系１０５に向かう。反射光９０１１は、第２の光学系１０５を介して非線形光学結晶１０３に入射する。反射光９０１１は、被写体１０２１からの反射光９２１１、および被写体１０１１からの反射光９１１１を含んでいる。
【０１６１】
図１６Ａは、第１の光９００１の強度を示す。図１６Ｂは、反射光９１１１の強度を示す。図１６Ｃは、反射光９２１１の強度を示す。反射光９０１１には、様々な被写体１００１から反射された光が含まれている。各反射光の変調の位相が被写体１００１までの距離に対応することは、実施の形態２で説明したとおりである。図１６Ａから図１６Ｃに示すように、第１の光９００１の時間変化に対し、近くの被写体１０１１からの反射光９１１１は、図１６Ｂに示すように変化する。また、遠くの被写体１０２１からの反射光９２１１は、図１６Ｃに示すように変化し、反射光９１１１と比べて位相が遅くなる。
【０１６２】
第２の光源１０２は、強度、偏光状態、および波長のいずれか１つが周期的に時間変化する第２の光９００２を発生させる。光の強度、偏光状態、および波長のいずれが変化してもよい。また、第２の光９００２の変調の位相は固定されている。以下、第１の光源１０１と同様に、強度が時間変化する例を説明する。
【０１６３】
本実施の形態では、周期的に、ある期間だけ強度を持つ光を第２の光９００２とする。または、非線形光学結晶１０３において、周期的に、ある期間だけ第１の光９００１の反射光９０１１と位相整合するような偏光状態または波長を有する光を、第２の光９００２としてもよい。第２の光９００２の変調の周期は、第１の光９００１の変調の周期に一致させる。ただし、第２の光９００２に関し、強度を有する期間の幅、または反射光９０１１と位相整合する偏光状態もしくは波長となる期間の幅は、第１の光９００１のパルス幅と一致させなくてもよい。以下、その期間の幅を３３ナノ秒とする例を説明する。
【０１６４】
図１７Ａは、近くの被写体１０１１からの反射光９１１１の強度の時間変化を示している。図１７Ｂは、遠くの被写体１０２１からの反射光９２１１の強度の時間変化を示している。図１７Ｃは、第２の光９００２の強度の時間変化を示している。図１７Ｄは、非線形光学結晶１０３によって発生した第３の光９００３の強度の時間変化を示している。
【０１６５】
図１７Ｄに示すように、反射光９１１１または反射光９２１１のパルスと、第２の光９００２のパルスとが重なる期間のみ非線形光学結晶１０３内でＳＦＧ現象が生じ、第３の光９００３が発生する。このとき、反射光９１１１および反射光９２１１の変調の位相は、被写体１０１１および１０２１までの距離にそれぞれ対応する。そのため、第１の光９００１の変調の位相と第２の光９００２の変調の位相との間の位相関係を一定にしておけば、パルスが重なる期間に対応する距離範囲の被写体だけが撮像される。上述した３３ナノ秒は、被写体１００１までの距離１０ｍに対応する。つまり、距離１０ｍ以内の被写体だけを撮像することができる。もちろん、第２の光９００２の変調の周期および第２の光９００２のパルス幅に基づいて、撮像する距離範囲を任意に設定することができる。
【０１６６】
このような特定の距離範囲にある被写体だけを撮像する技術は、安全対策および警備用途などで有益である。例えば、１０ｍ以内の距離にある被写体だけが撮像されるように設定された撮像システム１０Ｄを車両に搭載すれば、何らかの物体が撮像された時点で警告を出すことができる。このように本開示の計測システムは、衝突防止策として利用することができる。
【０１６７】
また、普段は人が立ち入らない建屋周辺の領域を撮像するようシステムを構築しておけば、不審者が侵入したときのみ撮像が行われる。その場合にだけ警告を出すことができ、その記録を残すことも可能になる。このように、本開示の計測システムは監視システムとして機能し得る。
【０１６８】
本開示は、さらに以下の項目に記載の光源ユニットおよび測定方法を含む。
【０１６９】
〔項目１〕
強度、偏光状態、波長の少なくとも１つが第１の周期で変調された第１の光を生成し、前記第１の光を被写体に向けて出射する第１の光源と、強度、偏光状態、波長の少なくとも１つが第２の周期で変調された第２の光を生成し、前記第２の光を出射する第２の光源と、前記第１の光に基づく前記被写体からの光と前記前記第２の光とを混合する光学系とを備える、光源ユニット。
【０１７０】
〔項目２〕
和周波発生現象により、前記混合された光から、前記第１の光に基づく前記被写体からの光の周波数と、前記第２の光の周波数との和の周波数を有する第３の光を発生させる非線形光学結晶とをさらに備える、項目１に記載の光源ユニット。
【０１７１】
〔項目３〕
強度、偏光状態、波長の少なくとも１つが第１の周期で変調された第１の光を生成し、前記第１の光を被写体に向けて出射すること、
強度、偏光状態、波長の少なくとも１つが第２の周期で変調された第２の光を生成し、前記第２の光を出射すること、
前記第１の光に基づく前記被写体からの光と前記前記第２の光とを混合すること、
前記混合された光から、和周波発生現象により、前記第１の光に基づく前記被写体からの光の周波数と、前記第２の光の周波数との和の周波数を有する第３の光を発生させること、
前記第３の光の強度を測定することを含む、測定方法。
【０１７２】
〔項目４〕
強度、偏光状態、波長の少なくとも１つが第１の周期で変調された第１の光を生成し、前記第１の光を被写体に向けて出射すること、
強度、偏光状態、波長の少なくとも１つが第２の周期で変調された第２の光を生成し、前記第２の光を出射すること、
前記第１の光に基づく前記被写体からの光の変調の位相と、前記前記第２の光の変調の位相との相対関係を測定することを含む、測定方法。
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本開示による測定システムは、例えば車載用途の歩行者・障害物検知装置や測距装置として利用可能である。
【符号の説明】
【０１７４】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ  撮像システム
１０１  第１の光源
１０２  第２の光源
１０３  非線形光学結晶
１０４  第１の光学系
１０５  第２の光学系
１０６  第３の光学系
１０７  第４の光学系
１０８  イメージセンサー
１０９  光混合素子
１１０  プロセッサ
１１１  コントローラ
１０００、１００１、１００２  被写体
１０１１  近くの被写体
１０２１  遠くの被写体
１０３１  固体である被写体
１０４１  霧
９００１  第１の光
９００２  第２の光
９００３  第３の光
９０１１  第１の光の反射光
９１１１  近くの被写体で反射された第１の光
９２１１  遠くの被写体で反射された第１の光
９３０３  ９３１１により生成された第３の光成分
９４０３  ９４１１により生成された第３の光成分
９３１１  固体である被写体で反射された第１の光
９４１１  霧により反射された第１の光
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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