(57)【要約】【課題】物体からの反射光の強度に拘わらず物体を精度良く検出可能とする。【解決手段】一定周期で断続的に発光する発光器から射出され、物体で反射されて撮像素子で受光された光に応じて撮像素子の各受光セルから各々出力される受光信号を、発光器の発光周期よりも短くかつ発光器の発光タイミングに対する位相が一定の蓄積期間に、蓄積部へ電荷としてＮ回蓄積させることを、位相が互いに異なる複数種の蓄積期間について各々行わせ、蓄積部における複数種の位相毎の蓄積電荷量に基づいて物体との距離の検出や距離画像の出力を行うにあたり、各位相における電荷蓄積回数Ｎを、前記発光タイミングとの位相差がより小さい位相になるに従って小さくすると共に、各位相毎に得られる画像中に高明度領域が存在している場合／中明度領域さえ存在していない場合に蓄積回数Ｎを増加／減少させる(80〜118)。【選択図】図３
2007271373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光強度を時間的に変化させながら発光する発光手段と、
受光量に応じた受光信号を出力する受光手段と、
電荷蓄積手段と、
前記受光手段から出力される受光信号を、前記発光手段の発光周期よりも短くかつ前記発光手段の発光タイミングに対する位相が一定の蓄積期間に、前記電荷蓄積手段へ電荷として所定回蓄積させることを、前記位相が互いに異なる複数種の蓄積期間について各々行わせ、前記電荷蓄積手段における複数種の位相毎の蓄積電荷量に基づいて物体検出及び物体検出のための情報の出力の少なくとも一方を行う検出手段と、
前記位相の異なる蓄積期間に前記電荷蓄積手段への電荷の蓄積を行う際の前記発光手段の発光強度及び電荷蓄積回数の少なくとも一方を相違させる制御手段と、
を含む物体検出装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記発光手段が発光を停止している状態で前記受光手段から出力される受光信号も、任意の位相の蓄積期間に前記電荷蓄積手段へ電荷として蓄積させ、前記複数種の位相毎の蓄積電荷量から前記発光手段が発光を停止している状態での蓄積電荷量を各々差し引くことで前記複数種の位相毎の蓄積電荷量を補正し、前記複数種の位相毎の補正後の蓄積電荷量に基づいて、前記物体検出及び物体検出のための情報の出力の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記検出手段は、第１の位相での蓄積電荷量から、前記第１の位相の蓄積期間と重複しない第２の位相での蓄積電荷量を差し引くことで前記第１の位相での蓄積電荷量を補正することを、前記各位相毎の蓄積電荷量に対して各々行い、前記複数種の位相毎の補正後の蓄積電荷量に基づいて、前記物体検出及び物体検出のための情報の出力の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項４】
前記検出手段は、前記複数種の位相毎の蓄積電荷量又は前記複数種の位相毎の前記補正後の蓄積電荷量に基づき、前記物体検出として、前記発光手段から射出された光を反射した物体との距離の検出を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の物体検出装置。
【請求項５】
前記受光手段が複数設けられ、個々の受光手段が光の入射方向に交差する方向に沿って２次元に配列されていると共に、前記電荷蓄積手段が個々の受光手段に対応して複数設けられており、
前記検出手段は、前記個々の受光手段毎に物体との距離を演算すると共に、前記個々の受光手段のうち、対応する電荷蓄積手段における蓄積電荷量又は前記補正後の蓄積電荷量が蓄積電荷の飽和に相当する値を示している受光手段を、前記物体との距離の演算対象から除外することを特徴とする請求項４記載の物体検出装置。
【請求項６】
前記受光手段が複数設けられ、個々の受光手段が光の入射方向に交差する方向に沿って２次元に配列されていると共に、前記電荷蓄積手段が個々の受光手段に対応して複数設けられており、
前記検出手段は、前記物体検出のための情報として、複数の電荷蓄積手段における前記複数種の位相毎の蓄積電荷量又は前記複数種の位相毎の前記補正後の蓄積電荷量を、各位相毎に距離レンジの異なる画像として出力することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の物体検出装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記電荷の蓄積を行う蓄積期間の位相が、前記発光手段の発光タイミングとの位相差がより小さい位相になるに従って、前記発光手段の発光強度及び電荷蓄積回数の少なくとも一方を減少させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の物体検出装置。
【請求項８】
前記受光手段が複数設けられ、個々の受光手段が光の入射方向に交差する方向に沿って２次元に配列されていると共に、前記電荷蓄積手段が個々の受光手段に対応して複数設けられており、
前記制御手段は、前記複数の電荷蓄積手段における特定位相での蓄積電荷量によって表される画像又は前記特定位相での前記補正後の蓄積電荷量によって表される補正画像中に、第１の所定値以上の明度の領域が存在している場合に、前記特定位相の蓄積期間に前記電荷蓄積手段への電荷の蓄積を行う際の前記発光手段の発光強度及び電荷蓄積回数の少なくとも一方を減少させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の物体検出装置。
【請求項９】
前記受光手段が複数設けられ、個々の受光手段が光の入射方向に交差する方向に沿って２次元に配列されていると共に、前記電荷蓄積手段が個々の受光手段に対応して複数設けられており、
前記制御手段は、前記複数の電荷蓄積手段における特定位相での蓄積電荷量によって表される画像又は前記特定位相での前記補正後の蓄積電荷量によって表される補正画像中に、第２の所定値以上の明度の領域が存在していない場合に、前記特定位相の蓄積期間に前記電荷蓄積手段への電荷の蓄積を行う際の前記発光手段の発光強度及び電荷蓄積回数の少なくとも一方を増加させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の物体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は物体検出装置に係り、特に、受光量に応じた信号を電荷として蓄積し、物体検出及び物体検出のための情報の出力の少なくとも一方を行う物体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、検出範囲に光を照射し、検出範囲内に存在する物体で反射された光を２次元のイメージセンサで受光し、光を反射した物体との距離によって相違する受光光の位相を各画素毎に検出することで、物体との距離を演算・出力したり、検出範囲内の画像を距離レンジ毎に生成・出力することが可能な距離画像センサが知られている。この距離画像センサは、受光光の位相検出のために、光源を一定周期で一定時間発光させることを繰り返す強度変調を行うと共に、受光光を受光器で光電変換することによって得られる受光信号を電荷蓄積手段に電荷として蓄積することを、光源の発光タイミングに対する位相が互いに異なる複数種の期間について各々行い、各期間に蓄積された電荷量に基づいて受光光の位相を検出する構成となっている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
また特許文献２には、上記の距離画像センサにおいて、感光部で生成された電荷のうち信号電荷として使用されない残留電荷を廃棄することで、信号電荷への雑音成分の混入を抑制し、空間情報を高Ｓ／Ｎ比で検出することを可能とする技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−４５３０４号公報
【特許文献２】特開２００４−３５６５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明者等は、既存の距離画像センサを用いて物体との距離を計測させる実験を行った。その結果、特に検出対象の物体が距離画像センサから近接した位置に存在している場合に、物体との距離が計測不能となったり、計測精度が極端に低下することが明らかとなった。これは、検出対象の物体との距離が小さい場合、発光器から射出され検出対象の物体で反射されて受光器に入射される反射光の強度が過大となるために、イメージセンサの一部の受光セルで蓄積電荷量の飽和が生ずるためであると推察される。蓄積電荷量の飽和が生じた受光セルでは、受光強度と蓄積電荷量の関係が崩れる（受光強度に比して実際の蓄積電荷量が小さくなる）ので、蓄積電荷量から物体との距離を演算した場合の演算精度も低下することになる。
【０００５】
また、蓄積電荷量の飽和を防止するために、イメージセンサの感度を低下させたり、電荷蓄積手段の容量を増大させることも考えられる。しかし、物体からの反射光の強度は物体との距離が大きくなるに従って低下するので、イメージセンサの感度を低下させた場合には、比較的遠方に存在している物体の検出精度が低下するという問題が生じ、また電荷蓄積手段の容量を増大させた場合には、装置構成の複雑化、コストの増大を招くという問題が生ずる。
【０００６】
本発明は上記事実を考慮して成されたもので、物体からの反射光の強度に拘わらず物体を精度良く検出可能な物体検出装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る物体検出装置は、発光強度を時間的に変化させながら発光する発光手段と、受光量に応じた受光信号を出力する受光手段と、電荷蓄積手段と、前記受光手段から出力される受光信号を、前記発光手段の発光周期よりも短くかつ前記発光手段の発光タイミングに対する位相が一定の蓄積期間に、前記電荷蓄積手段へ電荷として所定回蓄積させることを、前記位相が互いに異なる複数種の蓄積期間について各々行わせ、前記電荷蓄積手段における複数種の位相毎の蓄積電荷量に基づいて物体検出及び物体検出のための情報の出力の少なくとも一方を行う検出手段と、前記位相の異なる蓄積期間に前記電荷蓄積手段への電荷の蓄積を行う際の前記発光手段の発光強度及び電荷蓄積回数の少なくとも一方を相違させる制御手段と、を含んで構成されている。
【０００８】
請求項１記載の発明では、発光手段が発光強度を時間的に変化させながら発光し、受光手段は受光量に応じた受光信号を出力する。なお受光手段は、発光手段から射出され物体で反射された光（反射光）を受光可能な位置・向きに配置される。また、請求項１記載の発明は電荷蓄積手段を備えており、検出手段は、受光手段から出力される受光信号を、発光手段の発光周期よりも短くかつ発光手段の発光タイミングに対する位相が一定の蓄積期間に、電荷蓄積手段へ電荷として所定回蓄積させることを、前記位相が互いに異なる複数種の蓄積期間について各々行わせ、電荷蓄積手段における複数種の位相毎の蓄積電荷量に基づいて物体検出及び物体検出のための情報の出力の少なくとも一方を行う。
【０００９】
発光手段から射出され物体で反射されて受光手段で受光される光の位相（発光手段の発光タイミングに対する位相）は、光を反射した物体との距離に応じて相違するので、上記のように、発光手段の発光周期よりも短くかつ発光手段の発光タイミングに対する位相が互いに異なる複数種の蓄積期間に、受光手段から出力される受光信号を電荷蓄積手段へ電荷として蓄積させることで、電荷蓄積手段における複数種の位相毎の蓄積電荷量が、受光した光の位相、すなわち光を反射した物体との距離に応じて相違することになる（例えば蓄積電荷量が最大となる位相や各位相での蓄積電荷量の比率等は、光を反射した物体との距離に応じて変化する）。これにより、複数種の位相毎の蓄積電荷量に基づいて、物体検出（例えば物体との距離の検出等）や物体検出のための情報（例えば複数種の位相毎の蓄積電荷量）の出力を行うことができる。
【００１０】
ところで、上記構成では受光手段が受光する光の強度が発光手段から射出された光を反射する物体との距離によって大きく変化するので、例えば物体との距離が小さい場合は受光手段が受光する光の強度が過大となり、電荷蓄積手段で蓄積電荷の飽和が生ずる恐れがある。また、これを回避するために発光手段における発光強度を低下させると、物体との距離が大きい場合に受光手段が受光する光の強度が過小となり、これに伴って電荷蓄積手段における蓄積電荷量も過小となることで物体の検出精度が低下するという問題がある。
【００１１】
これに対して請求項１記載の発明は、上記のように複数種の位相毎に電荷蓄積手段へ電荷を蓄積させる構成は、受光手段で受光される光の位相が物体との距離に応じて相違していることに基づくものであり、各位相での電荷蓄積が異なる距離レンジに存在する物体を検出対象としていることに着目し、制御手段により、位相の異なる蓄積期間に電荷蓄積手段への電荷の蓄積を行う際の発光手段の発光強度及び電荷蓄積回数の少なくとも一方を相違させている。これにより、個々の位相の蓄積期間に電荷蓄積手段へ電荷を蓄積する場合の発光手段の発光強度（に応じて変化する受光手段の受光強度）及び電荷蓄積回数の少なくとも一方を、個々の位相の電荷蓄積で検出対象とする物体の距離レンジに応じて最適化することが可能となり、個々の位相での電荷蓄積において、検出対象の物体の距離レンジによって蓄積電荷の飽和が生じたり蓄積電荷量が過小となることを防止することが可能となる。
【００１２】
なお、請求項１記載の発明では、制御手段が上記の制御を行うことに伴い、蓄積電荷量が最大となる位相や各位相での蓄積電荷量の比率等は、物体との距離との相関が見掛け上崩れることになるが、発光手段の発光強度や電荷蓄積回数は制御手段が制御するので既知であり、各位相での蓄積電荷量を上記の発光強度や電荷蓄積回数に応じて補正した後の値を複数種の位相毎の蓄積電荷量として用いることで、蓄積電荷の飽和が生じたり蓄積電荷量が過小となることを防止できることとの相乗効果により、物体検出の精度を向上させることができる。従って、請求項１記載の発明によれば、物体からの反射光の強度に拘わらず物体を精度良く検出することが可能となる。
【００１３】
ところで、請求項１記載の発明に係る物体検出装置は、検出範囲内が太陽光等の強い環境光で照明されている場合に、本来の反射光（光源から射出され物体で反射された光）を受光していない期間にも高強度の環境光が受光手段で受光され、これに伴って電荷蓄積手段に蓄積される電荷量に占める環境光に相当する電荷量の割合が高くなることで、正確な検出が困難になるという問題がある。上記を考慮すると、請求項１記載の発明において、検出手段は、例えば請求項２に記載したように、発光手段が発光を停止している状態で受光手段から出力される受光信号も、任意の位相の蓄積期間に電荷蓄積手段へ電荷として蓄積させ、複数種の位相毎の蓄積電荷量から発光手段が発光を停止している状態での蓄積電荷量を各々差し引くことで複数種の位相毎の蓄積電荷量を補正し、複数種の位相毎の補正後の蓄積電荷量に基づいて、物体検出及び物体検出のための情報の出力の少なくとも一方を行うように構成することが好ましい。これにより、受光手段が環境光を含む光を受光する環境であっても、環境光の影響を低減した正確な物体検出を行うことができる。
【００１４】
また、請求項１記載の発明では、異なる各位相での電荷蓄積が、異なる距離レンジに存在する物体を検出対象としており、特に蓄積期間が互いに重複していない位相での電荷蓄積では、同一の物体が重複して検出される可能性は非常に低い。これを考慮すると、請求項１記載の発明において、検出手段は、例えば請求項３に記載したように、第１の位相での蓄積電荷量から、第１の位相の蓄積期間と重複しない第２の位相での蓄積電荷量を差し引くことで第１の位相での蓄積電荷量を補正することを、各位相毎の蓄積電荷量に対して各々行い、複数種の位相毎の補正後の蓄積電荷量に基づいて、物体検出及び物体検出のための情報の出力の少なくとも一方を行うように構成してもよい。この場合も、受光手段が環境光を含む光を受光する環境において、環境光の影響を低減した正確な物体検出を行うことができると共に、請求項２記載の発明と比較して、発光手段が発光を停止している状態での電荷蓄積も不要となるので、処理速度を向上させる（物体検出の周期を短くする）ことができる。
【００１５】
また、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の発明において、検出手段は、具体的には、例えば請求項４に記載したように、複数種の位相毎の蓄積電荷量又は複数種の位相毎の補正後の蓄積電荷量に基づき、物体検出として、発光手段から射出された光を反射した物体との距離の検出を行うように構成することができる。前述のように、電荷蓄積手段における複数種の位相毎の蓄積電荷量は、受光した光の位相、すなわち光を反射した物体との距離に応じて相違するので、複数種の位相毎の蓄積電荷量又は複数種の位相毎の補正後の蓄積電荷量から、光を反射した物体との距離を検出することができる。
【００１６】
また、請求項４記載の発明において、受光手段が複数設けられ、個々の受光手段が光の入射方向に交差する方向に沿って２次元に配列されていると共に、電荷蓄積手段が個々の受光手段に対応して複数設けられている場合、検出手段は、例えば請求項５に記載したように、個々の受光手段毎に物体との距離を演算すると共に、個々の受光手段のうち、対応する電荷蓄積手段における蓄積電荷量又は補正後の蓄積電荷量が蓄積電荷の飽和に相当する値を示している受光手段を、物体との距離の演算対象から除外するように構成してもよい。
【００１７】
上記のように受光手段及び電荷蓄積手段が複数設けられている構成に本発明を適用し、位相の異なる蓄積期間に電荷蓄積手段への電荷の蓄積を行う際の発光手段の発光強度及び電荷蓄積回数の少なくとも一方を相違させたとしても、物体との距離や後述する物体の光反射率、蓄積期間の位相によっては一部の電荷蓄積手段で蓄積電荷の飽和が生ずる可能性がある。これに対して請求項５記載の発明では、蓄積電荷の飽和が生じた電荷蓄積手段に対応する受光手段を物体との距離の演算対象から除外するので、精度の低い演算結果が出力されることを防止することができる。なお、演算対象から除外することに代えて、例えばアラームを鳴らす、演算結果を画像として表示する際に蓄積電荷の飽和が生じたことを明示する等、別の処理を行うようにしてもよい。
【００１８】
また請求項１乃至請求項３の何れかに記載の発明において、受光手段が複数設けられ、個々の受光手段が光の入射方向に交差する方向に沿って２次元に配列されていると共に、電荷蓄積手段が個々の受光手段に対応して複数設けられている場合、検出手段は、具体的には、例えば請求項６に記載したように、物体検出のための情報として、複数の電荷蓄積手段における複数種の位相毎の蓄積電荷量又は複数種の位相毎の補正後の蓄積電荷量を、各位相毎に距離レンジの異なる画像として出力するように構成することができる。
【００１９】
前述のように、各位相での電荷蓄積量は、受光手段が受光した光の位相、すなわち光を反射した物体との距離に応じて相違するが、複数の受光手段が光の入射方向に交差する方向に沿って２次元に配列されている場合、個々の受光手段は、検出範囲内の互いに異なる箇所（異なる物体、或いは同一の物体の異なる箇所）で反射された光が各々入射されるので、複数種の位相毎の蓄積電荷量の大小関係も、個々の受光手段に入射される光を反射した箇所との距離に応じて、個々の受光手段毎に相違する。従って、複数種の位相毎の蓄積電荷量又は複数種の位相毎の補正後の蓄積電荷量を、蓄積電荷量に応じて輝度が変化する画像として各位相毎に可視化した場合、個々の画像は距離レンジが互いに異なる画像（個々の画像の距離レンジ内に存在している物体のみが個々の画像上に被写体として明示された画像：距離画像という）となるので、上記のように複数種の位相毎の蓄積電荷量又は複数種の位相毎の補正後の蓄積電荷量を出力することで、出力した蓄積電荷量又は補正後の蓄積電荷量を物体検出に利用することができる。
【００２０】
また、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の発明において、制御手段は、例えば請求項７に記載したように、電荷の蓄積を行う蓄積期間の位相が、発光手段の発光タイミングとの位相差がより小さい位相になるに従って、発光手段の発光強度及び電荷蓄積回数の少なくとも一方を減少させるように構成することができる。これにより、個々の位相の蓄積期間に電荷蓄積手段へ電荷を蓄積する場合の発光手段の発光強度（に応じて変化する受光手段の受光強度）及び電荷蓄積回数の少なくとも一方を、個々の位相の電荷蓄積で検出対象とする物体の距離レンジに応じて最適化することができる。
【００２１】
また、受光手段が受光する光の強度は、発光手段から射出された光を反射する物体との距離以外に、前記物体の光反射率によっても大きく変化し、上述した請求項７記載の発明のように、発光手段の発光タイミングとの位相差（すなわち検出対象の物体の距離レンジ）に応じて発光手段の発光強度や電荷蓄積回数を一律に制御したとしても、発光手段から射出された光を反射する物体の光反射率によっては、電荷蓄積手段で蓄積電荷の飽和が生じたり、逆に蓄積電荷量が過小となる可能性がある。
【００２２】
これを考慮すると、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の発明において、受光手段が複数設けられ、個々の受光手段が光の入射方向に交差する方向に沿って２次元に配列されていると共に、電荷蓄積手段が個々の受光手段に対応して複数設けられている場合、制御手段は、例えば請求項８に記載したように、複数の電荷蓄積手段における特定位相での蓄積電荷量によって表される画像又は特定位相での補正後の蓄積電荷量によって表される補正画像中に、第１の所定値以上の明度の領域が存在している場合に、特定位相の蓄積期間に電荷蓄積手段への電荷の蓄積を行う際の発光手段の発光強度及び電荷蓄積回数の少なくとも一方を減少させるように構成することが好ましい。
【００２３】
これにより、特定位相での電荷蓄積における検出対象の距離レンジ内に、光反射率が高い高反射率物体が存在しているために、複数の受光手段のうち高反射率物体で反射された光を受光する一部の受光手段における受光強度が過大となり、対応する電荷蓄積手段で蓄積電荷の飽和が生ずるか、飽和に近い状態になった場合にも、この状態が前記特定位相の画像又は補正画像中に存在している第１の所定値以上の明度の領域として検知され、特定位相の蓄積期間に電荷蓄積手段への電荷の蓄積を行う際の発光手段の発光強度及び電荷蓄積回数の少なくとも一方が減少される。従って、請求項８記載の発明によれば、検出対象の距離レンジ内に高反射率物体が存在している場合にも、発光手段の発光強度及び電荷蓄積回数の少なくとも一方を最適化することができる。
【００２４】
なお、請求項２又は請求項３に記載の蓄積電荷量を補正を行う場合には、上記の「第１の所定値以上の明度の領域」を、複数の電荷蓄積手段における特定位相での蓄積電荷量によって表される画像（元の画像）上での明度が第１の所定値以上で、かつ、特定位相での補正後の蓄積電荷量によって表される補正画像上での明度の低下量が第３の所定値以下の領域とすることが好ましい。元の画像中の高明度の領域が、補正画像上では明度が大幅に低下する場合、当該領域は環境光を原因として元の画像上で高明度になっていると推定できる。一方、元の画像中の高明度の領域が補正画像上でも明度があまり低下しない場合、当該領域は高反射率物体に対応する領域である可能性が高い。従って、上記のように複数の電荷蓄積手段における特定位相での蓄積電荷量によって表される画像上での明度が第１の所定値以上で、かつ、特定位相での補正後の蓄積電荷量によって表される補正画像上での明度の低下量が第３の所定値以下の領域が存在している場合に、特定位相の蓄積期間に電荷蓄積手段への電荷の蓄積を行う際の発光手段の発光強度及び電荷蓄積回数の少なくとも一方を減少させることで、検出対象の距離レンジ内に高反射率物体が存在している場合にも、発光手段の発光強度及び電荷蓄積回数の少なくとも一方をより精度良く最適化することができる。
【００２５】
また請求項１乃至請求項３の何れかに記載の発明において、受光手段が複数設けられ、個々の受光手段が光の入射方向に交差する方向に沿って２次元に配列されていると共に、電荷蓄積手段が個々の受光手段に対応して複数設けられている場合、制御手段は、例えば請求項９に記載したように、複数の電荷蓄積手段における特定位相での蓄積電荷量によって表される画像又は特定位相での補正後の蓄積電荷量によって表される補正画像中に、第２の所定値以上の明度の領域が存在していない場合に、特定位相の蓄積期間に電荷蓄積手段への電荷の蓄積を行う際の前記発光手段の発光強度及び電荷蓄積回数の少なくとも一方を増加させるように構成することが好ましい。
【００２６】
なお、請求項９記載の発明における第２の所定値としては、請求項の記載の発明における第１の所定値よりも大幅に小さい値、例えば距離検出等の後処理が可能な最小明度に相当する値等を用いることができる。これにより、特定位相での電荷蓄積における検出対象の距離レンジ内に、光反射率が低い低反射率物体が存在しているために、複数の受光手段のうち低反射率物体で反射された光を受光する一部の受光手段における受光強度が過小となり、対応する電荷蓄積手段における蓄積電荷量も過小となった場合にも、この状態が前記特定位相の画像又は補正画像中に第２の所定値以上の明度の領域さえも存在していない状態として検知され、特定位相の蓄積期間に電荷蓄積手段への電荷の蓄積を行う際の発光手段の発光強度及び電荷蓄積回数の少なくとも一方が増加される。従って、請求項９記載の発明によれば、検出対象の距離レンジ内に低反射率物体が存在している場合にも、発光手段の発光強度及び電荷蓄積回数の少なくとも一方を最適化することができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように本発明は、受光手段から出力される受光信号を、発光手段の発光周期よりも短くかつ発光手段の発光タイミングに対する位相が一定の蓄積期間に、電荷蓄積手段へ電荷として所定回蓄積させることを、位相が互いに異なる複数種の蓄積期間について各々行わせ、電荷蓄積手段における複数種の位相毎の蓄積電荷量に基づいて物体検出及び物体検出のための情報の出力の少なくとも一方を行うと共に、位相の異なる蓄積期間に電荷蓄積手段への電荷の蓄積を行う際の発光手段の発光強度及び電荷蓄積回数の少なくとも一方を相違させるようにしたので、物体からの反射光の強度に拘わらず物体を精度良く検出することが可能となる、という優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。図１には本実施形態に係る物体検出装置１０が示されている。物体検出装置１０は距離画像センサとして機能する装置であり、発光器１２、受光器１４及び制御部１６から構成されている。発光器１２は、ＬＥＤ等から成る光源と、該光源の発光を制御する制御回路を含んで構成されている。発光器１２は受光器１４を介して制御部１６に接続されており、発光器１２の制御回路は、受光器１４を介して制御部１６から入力される制御信号によって光源の発光が指示されると、図４(Ａ)に示すように、光源を一定時間発光させることを一定周期で繰り返すことで、光源を断続的に発光させる。なお、発光器１２は本発明に係る発光手段に対応している。
【００２９】
発光器１２の光源が発光されることで発光器１２から射出された光（照射光）は、照射光の照射範囲内に存在する物体（例えば図１に示す検出物体１８）で反射されて受光器１４に入射される。受光器１４は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサから成り、受光した光を光電変換し受光量に応じたレベルの受光信号を出力するフォトダイオード２０（図２を参照）を内蔵した複数個の受光セルが２次元に配列されて成る撮像素子を備えており、この撮像素子は、受光セルの配列方向が受光器１４への光の入射方向に対して交差するように配置されている。撮像素子の個々の受光セルには、図２に示す信号処理回路２４が各々接続されている。なお、この信号処理回路２４は、撮像素子と別に設けられていてもよいし、撮像素子として機能する半導体チップ上に撮像素子と一体に形成されていてもよい。個々の受光セル（のフォトダイオード２０）は本発明に係る受光手段に対応している。
【００３０】
図２に示すように、受光器１４の信号処理回路２４は、本発明に係る電荷蓄積手段としての蓄積部２６を備えている。蓄積部２６は一端が給電端に接続されており、蓄積部２６の他端はスイッチ２８を介し、撮像素子の受光セルに内蔵され一端が給電端に接続されたフォトダイオード２０の他端に接続されている。スイッチ２８は給電端にも接続されており、入力される変調信号に応じて、フォトダイオード２０の他端を給電端に接続する第１の状態、又は、フォトダイオード２０の他端を蓄積部２６に接続する第２の状態に切り替わる。なお、スイッチ２８は例えばトランジスタ等の半導体スイッチング素子を組合わせることで実現できる。フォトダイオード２０が受光量に応じたレベルの受光信号を出力し、スイッチ２８が第２の状態になっている場合、蓄積部２６には信号線を介して入力される受光信号のレベルに応じた量の電荷が蓄積される（詳しくは、入力された受光信号のレベルをスイッチ２８が第２の状態になっている時間（電荷蓄積時間）で積分した値に相当する量の電荷が蓄積される）。
【００３１】
また、蓄積部２６の他端はスイッチ４０、増幅器４２を介してＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換器４４に接続されている。なお、スイッチ４０も例えばトランジスタ等の半導体スイッチング素子で構成することができる。スイッチ４０は入力される読出信号に応じてオンオフし、スイッチ４０がオンされると、蓄積部２６に蓄積されていた電荷がスイッチ４０を介して増幅器４２へ転送・入力され、増幅器４２で増幅された後にＡ／Ｄ変換器４４で蓄積部２６の蓄積電荷量を表すデジタルデータ（蓄積電荷量データ）へ変換されて出力される。また、蓄積部２６とスイッチ４０を接続する信号線は途中で２本に分岐されており、分岐された信号線はスイッチ４６を介して給電端に接続されている。なお、スイッチ４６も例えばトランジスタ等の半導体スイッチング素子で構成することができる。スイッチ４６は入力されるリセット信号に応じてオンオフし、スイッチ４６がオンされると、蓄積部２６に蓄積されていた電荷が排出され、蓄積部２６が初期状態（蓄積電荷量＝０の状態）にリセットされる。
【００３２】
また受光器１４は、制御部１６から入力される制御信号に従い、信号処理回路２４の各部に各種信号（上述した変調信号、選択信号、読出信号及びリセット信号）を入力することで各部の動作を制御する制御回路も設けられている。一方、制御部１６はＣＰＵやメモリ、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリ等の不揮発性記憶手段を備えたマイクロコンピュータ、或いは、ＤＳＰ(Digital Signal Process又は)で構成され、発光器１２及び受光器１４の動作を制御すると共に、受光器１４から出力された画像データに基づいて検出物体との距離の演算（後述）等の処理を行う。
【００３３】
次に本実施形態の作用を説明する。本実施形態に係る制御部１６では図３に示す物体検出処理を繰り返し実行している。なお、以下では一連の物体検出処理のうち、まず物体検出のための通常の位相画像の取得（ステップ６０〜ステップ７６）を説明する。
【００３４】
ステップ６０では変数ｉに０を設定する。ステップ６２では受光器１４を介して発光器１２へ所定の制御信号を出力することで、発光器１２の光源の発光を開始させる。これにより、発光器１２の光源は、図４(Ａ)に示すように一定時間の発光が一定周期で繰り返されることで断続的に発光され、発光器１２から射出された光は検出物体に照射され、物体で反射された後に反射光として受光器１４で受光される。また、受光器１４の撮像素子の個々の受光セル（のフォトダイオード２０）は反射光を受光する毎に受光信号を出力するが、この受光信号の出力タイミングは、図４(Ｂ)に示すように、発光器１２における発光タイミングに対し、光を反射した物体との距離に応じて遅延することになる。なお、図４(Ａ)の例では光源の発光時間を光源の発光周期の１／２としているが、これに限られるものではない。
【００３５】
次のステップ６４では変調位相を位相ｉ（このときはｉ＝０であるので位相０）に設定し、設定した変調位相を受光器１４へ通知する。本実施形態における位相０の変調は、各受光セルに対応する信号処理回路２４において、図４(Ｃ)に電荷蓄積期間として示すように、発光器１２の発光周期よりも短く（本実施形態では発光器１２の発光時間と同長さ）かつ発光器１２における光源の発光期間に対して位相差０の期間（光源の発光開始タイミングに対して位相差０〜πの電荷蓄積期間）にのみ、フォトダイオード２０から出力される受光信号を蓄積部２６に電荷として蓄積する変調（変調０）を行うものであり、変調位相が位相０であることが通知されると、受光器１４の制御回路は、個々の信号処理回路２４のスイッチ２８を上記蓄積期間にのみ第２の状態（フォトダイオード２０の他端を蓄積部２６に接続する状態）に切り替える変調信号を個々のスイッチ２８に入力する。
【００３６】
またステップ６６では、受光器１４に対して個々の信号処理回路２４の蓄積部２６のリセットを指示する。これにより、受光器１４の制御回路は、個々の信号処理回路２４にリセット信号を入力してスイッチ４６を一定時間オンさせることで、個々の信号処理回路２４の蓄積部２６に蓄積されていた電荷を全て排出（廃棄）させる。次のステップ６８では蓄積部２６への電荷蓄積回数が位相ｉに対して予め設定された電荷蓄積回数Ｎi回以上になったか否か判定し、判定が肯定される迄ステップ６８を繰り返す。
【００３７】
この間、個々の受光セルに対応するフォトダイオード２０は、反射光を受光する毎に受光量に応じたレベルの受光信号を出力するが（図４(Ｂ)も参照）、個々の信号処理回路２４では、図４(Ｃ)に示す電荷蓄積期間にのみスイッチ２８が第２の状態に切り替わるので、図４(Ｃ)にハッチングで示す期間にのみ、蓄積部２６に信号が入力されて電荷が蓄積される。また、蓄積部２６への電荷の蓄積はＮi回行われるので、受光器１４における反射光の受光強度に比して電荷蓄積期間が短い等の場合にも、Ｎiを比較的に大きな値に設定しておくことで、蓄積部２６の電荷蓄積量がＮi倍されることで、反射光量の受光強度に対する実質的な感度を増大させることができる。
【００３８】
蓄積部２６へのＮi回の電荷の蓄積が完了すると、ステップ６８の判定が肯定されてステップ７０へ移行し、受光器１４に対して個々の信号処理回路２４の蓄積部２６からの蓄積電荷量の読み出しを指示する。これにより、受光器１４の制御回路は、個々の信号処理回路２４に読出信号を入力しスイッチ４０を一定時間オンさせることで、個々の信号処理回路２４の蓄積部２６に蓄積されていた電荷を増幅器４２へ転送させる（蓄積電荷量の読み出し）。増幅器４２へ転送された蓄積電荷は、増幅器４２で増幅されＡ／Ｄ変換器４４でデジタルの蓄積電荷量データへ変換されて制御部１６へ出力される。次のステップ７２では、受光器１４の個々の信号処理回路２４から各々入力された蓄積電荷量データを、位相ｉの位相画像データとしてメモリ又は不揮発性記憶部に記憶させる。
【００３９】
ステップ７４では変数ｉが３か否か判定する。判定が否定された場合はステップ７６で変数ｉを１だけインクリメントした後にステップ６４に戻り、ステップ７４の判定が肯定される迄ステップ６４〜ステップ７６を繰り返す。本実施形態では、変調位相として位相０〜位相３の４種類の位相が設定されており、上記のようにステップ６４〜ステップ７６が繰り返されることで、個々の信号処理回路２４において、フォトダイオード２０から出力される受光信号が、位相１〜位相３に対応する互いに異なる電荷蓄積期間に、電荷として蓄積部２６に蓄積される。
【００４０】
より詳しくは、個々の信号処理回路２４において、位相１の変調では、図４(Ｄ)に電荷蓄積期間として示すように、発光器１２における光源の発光期間に対して位相差１／２πの期間（光源の発光開始タイミングに対して位相差１／２π〜３／２πの期間）にのみ受光信号を蓄積部２６に電荷として蓄積する変調（変調１）が行われ、位相２の変調では、図４(Ｅ)に電荷蓄積期間として示すように、発光器１２における光源の発光期間に対して位相差πの期間（光源の発光開始タイミングに対して位相差π〜２πの期間）にのみ受光信号を蓄積部２６に電荷として蓄積する変調（変調２）が行われ、位相３の変調では、図４(Ｆ)に電荷蓄積期間として示すように、発光器１２における光源の発光期間に対して位相差３／２πの期間（光源の発光開始タイミングに対して位相差３／２π〜５／２πの期間）にのみ受光信号を蓄積部２６に電荷として蓄積する変調（変調３）が行われる。そして、上述した位相０〜位相３の変調（電荷の蓄積）を順次行い、各位相に対応する蓄積電荷量データが各位相の位相画像データとしてメモリ又は不揮発性記憶部に記憶されると、ステップ７４の判定が肯定される。
【００４１】
次に、上述した位相０〜位相３の変調（電荷の蓄積）によって得られる各位相毎の蓄積電荷量（各位相毎の位相画像）に基づく物体との距離検出の原理を説明する。図４(Ｃ)〜(Ｆ)の右側には、受光セル（フォトダイオード２０）が図４(Ｂ)に示すタイミングで反射光を受光した場合に、位相０〜位相３の変調で蓄積部２６に蓄積される電荷量が示されているが、発光器１２の光源の発光タイミングに対する反射光の受光タイミングの遅延時間（位相差）は光を反射した物体との距離に応じて変化し、光を反射した物体との距離の変化に応じて反射光受光タイミングの遅延時間が変化し、この遅延時間の変化に応じて各位相の変調における蓄積電荷量も変化する。位相０〜位相３の各位相の変調における蓄積電荷量をＡ0〜Ａ3とすると、発光器１２の光源の発光タイミングに対する反射光の受光タイミングの位相差φは、
φ＝tan-1(Ａ3−Ａ1)／(Ａ0−Ａ2)    …(１)
上記(１)式で求まり、光を反射した物体との距離ｄは、発光器１２の光源の発光周波数をｆ、光速をｃとすると、次の(２)式で求めることができる。
【００４２】
ｄ＝(ｃ／２ｆ)・(φ／２π)    …(２)
但し、上記の(２)式は、発光器１２の光源の発光タイミングに対する反射光の受光タイミングの実際の位相差が０〜２πの間に収まっている（発光器１２の光源の発光タイミングに対する反射光の受光タイミングの遅延時間が光源の発光周期以内に収まっている）ことが前提であり、物体との距離ｄが(ｃ／２ｆ)を越えることで上記前提が崩れると、距離ｄを正しく求めることができない。これを回避するためには、検出対象の物体との最大距離に基づいて、上記の前提が崩れないように発光器１２の光源の発光周波数ｆを設定すればよい。上記演算を個々の受光セル（蓄積部２６）毎に行うことで、個々の受光セルに入射された反射光を反射した物体との距離ｄを各々求めることができる。
【００４３】
また、発光器１２の光源が、図４(Ａ)に示すように方形波状に発光する場合には、先の(１)式に代えて、次の(３)式に従って位相差φを演算することで、位相差φをより正確に求めることができる。
【００４４】
【数１】
2007271373.tif 000003
【００４５】
上記(３)〜(５)式を用いて演算を行った場合、(１)式のtan-1の演算が不要となるので演算処理の高速化が可能となる。
【００４６】
また、前述のように物体との距離ｄの変化に応じて各位相の変調における蓄積電荷量が変化し、蓄積電荷量が最大となる位相も物体との距離ｄに応じて変化するので、位相０〜位相３の位相画像データを、該位相画像データが表す各画素（受光セル）毎の電荷蓄積量を各画素毎の輝度として可視化し画像として表示した場合、位相０〜位相３の各画像は、撮像素子の撮像範囲内のうち互いに異なる距離レンジ内に存在している物体が高輝度の物体として表示される画像（これを距離画像という）となる。
【００４７】
ところで、位相０〜位相３では検出対象の物体（反射光が電荷として蓄積される物体）の距離レンジが相違しており、例えば距離検出のレンジ（検出対象の物体との最大距離）が10ｍの場合、各位相の変調で反射光が電荷として蓄積される物体の距離レンジは、位相０が０〜５ｍ、位相１が2.5〜7.5ｍ、位相２が５〜10ｍ、位相３が7.5〜10ｍ及び０〜2.5ｍとなる。また、受光器１４が受光する反射光の強度は光を反射した物体との距離によって大きく変化する。このため、比較的近距離に存在する物体からの反射光を受光する位相０の変調では、受光器１４における反射光の受光強度が過大となり、蓄積部２６で蓄積電荷の飽和が生ずる恐れがある一方で、比較的遠距離に存在する物体からの反射光を受光する位相２，３の変調では、受光器１４における遠距離に存在する物体からの反射光の受光強度が過小となり、これに伴って蓄積部２６における蓄積電荷量も過小となることで物体の検出精度が低下する恐れがある。
【００４８】
上記を考慮し、本実施形態に係る物体検出装置１０では、各位相毎の電荷蓄積回数Ｎiの初期値を、発光器１２の発光タイミングとの位相差がより小さい位相になるに従って電荷蓄積回数Ｎiが小さくなるように設定している。これにより、位相０の変調において蓄積部２６で蓄積電荷の飽和が生じたり、位相２や位相３の変調において蓄積部２６における蓄積電荷量が過小となることを防止することができる。各位相毎の電荷蓄積回数Ｎiを相違させた場合、個々の蓄積部２６から読み出した各位相毎の蓄積電荷量Ａ0〜Ａ3に対し、各位相毎の電荷蓄積回数Ｎiで除算するか（Ａi←Ａi／Ｎi）、各位相毎の電荷蓄積回数Ｎiと電荷蓄積回数の最大値Ｎmaxの比を乗ずる（Ａi←Ａi・Ｎmax／Ｎi）ことで各位相毎の電荷蓄積回数Ｎiの相違を補正することができ、補正後の蓄積電荷量Ａ0〜Ａ3を(１)式又は(３)〜(５)式に代入して位相差φを求め、求めた位相差φを(２)式に代入することで物体との距離ｄを求めることができる。
【００４９】
なお、各位相毎の電荷蓄積回数Ｎの初期値を上記のように設定することは、本発明に係る制御手段（詳しくは請求項７に記載の制御手段）に対応している。また、上記のように各位相毎の電荷蓄積回数Ｎを相違させることに代えて、発光器１２の発光タイミングとの位相差がより小さい位相になるに従って発光器１２の発光強度が小さくなるように、各位相の変調を行う際の発光器１２の発光強度を相違させるようにしてもよい。
【００５０】
一方、以上の説明では受光器１４に反射光以外の環境光が入射されないものとして説明したが、例えば受光器１４の撮像素子の撮像範囲（物体検出範囲）が屋外等の場合、撮像素子に反射光が入射されていない期間にも撮像素子が環境光を受光することで、例として図５(Ａ)に示すように、各受光セルのフォトダイオード２０から出力される受光信号には環境光が含まれることになる。そして、反射光の受光量に比して環境光の受光量が高い場合には、図５(Ｂ)にも示すように、蓄積部２６に蓄積される電荷量の大半が環境光に対応する電荷となり、物体検出装置１０による検出精度（物体との距離ｄの演算精度や距離画像の精度）が環境光の影響で大幅に低下するという問題が生ずる。
【００５１】
このため、本実施形態に係る物体検出処理では、上述したステップ６０〜ステップ７６の位相画像の取得に先立ち、ステップ５０〜ステップ５８で非発光時の蓄積電荷量の取得を行う。すなわち、まずステップ５０では変調位相を任意の位相に設定し、設定した変調位相を受光器１４へ通知することで、受光器１４の制御回路により、通知した変調位相に対応する蓄積期間にのみ個々の信号処理回路２４のスイッチ２８を第２の状態に切り替えさせる。またステップ５２では、受光器１４に対して個々の信号処理回路２４の蓄積部２６のリセットを指示し、受光器１４の制御回路により、個々の信号処理回路２４の蓄積部２６に蓄積されていた電荷を全て排出（廃棄）させる。そして、ステップ５４では蓄積部２６への電荷蓄積回数が非発光時の電荷蓄積回数Ｎx回以上になったか否か判定し、判定が肯定される迄ステップ５４を繰り返す。
【００５２】
この間、発光器１２は発光していないので、個々の受光セルに対応するフォトダイオード２０は環境光のみを受光し、例として図５(Ｃ)に示すように環境光の受光量に応じたレベルの受光信号を出力する。そして個々の信号処理回路２４では、制御部１６から通知された変調位相に対応する電荷蓄積期間にのみスイッチ２８が第２の状態に切り替わることで、例えば図５(Ｄ)にハッチングで示す期間に蓄積部２６に信号が入力され、環境光に相当する電荷のみが蓄積される。なお、非発光時の電荷蓄積回数Ｎxは位相画像取得時の電荷蓄積回数と同一であることが好ましいが、本実施形態では位相画像取得時の電荷蓄積回数Ｎiが各位相毎に相違しており、ステップ５０〜ステップ５８で取得した非発光時の蓄積電荷量は各位相毎の蓄積電荷量Ａ0〜Ａ3の補正に各々用いるので（詳細は後述）、非発光時の電荷蓄積回数Ｎxとしては、「１」又は各位相毎の電荷蓄積回数Ｎ0〜Ｎ3の最大公約数を採用することができる。
【００５３】
蓄積部２６へのＮx回の電荷の蓄積が完了すると、ステップ５４の判定が肯定されてステップ５６へ移行し、個々の信号処理回路２４の蓄積部２６から蓄積電荷量を読み出させ、次のステップ５８において、受光器１４の個々の信号処理回路２４から各々入力された蓄積電荷量データを、非発光時画像データとしてメモリ又は不揮発性記憶部に記憶させる。そして本実施形態に係る物体検出処理では、位相０〜位相３の位相画像データの取得が完了することでステップ７４の判定が肯定されると、次のステップ７８において、上記の処理によって得られた非発光時画像のデータを用いて、個々の蓄積部２６から読み出した各位相毎の蓄積電荷量Ａ0〜Ａ3（各位相毎の位相画像）から環境光成分を除去する補正を各々行うことで差分画像を生成する。
【００５４】
ステップ７８における補正では、まず、非発光時画像データが表す各画素毎（各受光セル毎／各蓄積部２６毎）の蓄積電荷量Ａxを、非発光時の電荷蓄積回数Ｎxと位相ｉの電荷蓄積回数Ｎiの差に応じて補正する。この補正は、位相ｉの蓄積電荷量Ａiに対して位相ｉの電荷蓄積回数Ｎiで除算する（Ａi←Ａi／Ｎi）補正を行った場合には、同様に、非発光時の蓄積電荷量Ａxを非発光時の電荷蓄積回数Ｎxで除算する（Ａx←Ａx／Ｎx）補正を行えばよく、位相ｉの蓄積電荷量Ａiに対して位相ｉの電荷蓄積回数Ｎiと電荷蓄積回数の最大値Ｎmaxの比を乗ずる（Ａi←Ａi・Ｎmax／Ｎi）補正を行った場合には、非発光時の電荷蓄積回数Ｎxと電荷蓄積回数の最大値Ｎmaxの比を乗ずる（Ａx←Ａx・Ｎmax／Ｎx）補正を行えばよい。そして、次の(６)式に示すように、位相ｉの位相画像データが表す個々の画素の蓄積電荷量Ａiから、上記補正を経た非発光時画像データにおける対応する画素の蓄積電荷量Ａxを各々差し引くことで差分電荷量Ａi'を演算する。
【００５５】
Ａi'←Ａi−Ａx    …(６)
なお、(６)式によって算出された差分電荷量Ａi'によって表される画像を、以下では差分画像と称する。上記の補正により、図５(Ｅ)にも示すように、位相ｉの蓄積電荷量から環境光成分に相当する電荷量が差し引かれ、差分画像データが表す各画素毎の電荷量（差分電荷量Ａi'）は、対応する受光セルにおける反射光の受光強度を正確に表すデータになる。そして、例えば図６に示すように、位相ｉの位相画像中に環境光としての太陽光が直接入射されることで蓄積電荷の飽和が生じている領域が存在していたとしても、非発光時画像中の同じ領域にも同様に蓄積電荷の飽和が生じていることで、差分画像上では前記領域における蓄積電荷の飽和が除去されることになる。ステップ７８では上記の補正を各位相毎に行うことで、差分画像を各位相毎に各々生成する。
【００５６】
また先に説明したように、発光器１２の発光タイミングとの位相差がより小さい位相になるに従って電荷蓄積回数Ｎiが小さくなるように、各位相毎の電荷蓄積回数Ｎiを予め設定しておくことにより、検出対象物体の各位相毎の距離レンジが相違していることに伴って、蓄積部２６における蓄積電荷量が過大（飽和）或いは過小となることを防止することができるが、受光器１４における反射光の受光強度は、発光器１２から射出された光を反射する物体の光反射率によっても大きく変化するので、物体の光反射率によっては蓄積部２６で蓄積電荷の飽和が生じたり、逆に蓄積電荷量が過小となることがある。
【００５７】
このため、本実施形態に係る物体検出処理では、次のステップ８０〜ステップ１１８において、位相ｉの差分画像に基づいて位相ｉにおける検出対象の物体の光反射率を推定し、推定結果に応じて次回の位相画像の取得における位相ｉの電荷蓄積回数Ｎiを調整する処理を、各位相について順次行う。すなわち、ステップ８０では位相０の差分画像内に明度（蓄積電荷量）が閾値TH1以上の高明度領域又は閾値TH2以上の明度領域（当該領域は明度範囲が中〜高明度の領域であるが、以下では便宜上、当該明度領域を「中明度領域」と称する）が存在しているか否か探索する。なお、ノイズの影響による誤判定を防止するために、上記の高明度領域・中明度領域には、「面積が所定値以上」の条件を加えることが望ましい。また、閾値TH1≫閾値TH2であり、閾値TH2としては距離検出が可能な最小明度に相当する値等を用いることができる。そして、次のステップ８２では、ステップ８０の探索によって高明度領域が発見されたか否か判定する。
【００５８】
例えば位相０の検出対象距離レンジ内に光反射率の高い物体が存在している場合、例として図７(Ａ)に示す位相画像のように、前記物体に相当する画像領域内に、蓄積部２６で蓄積電荷の飽和が生じた領域（蓄積電荷飽和領域）が出現する。この領域は非発光時画像上では蓄積電荷の飽和は生じないので、差分画像上でも高明度領域として残ることになる（図７(Ａ)に示す差分画像も参照）。従って、ステップ８０の探索によって差分画像上に高明度領域が存在していることが発見された場合、位相０の電荷蓄積時（位相画像０の取得時）に該当する蓄積部２６で蓄積電荷の飽和が生じた可能性が高く、位相０の検出対象距離レンジ内に光反射率の高い物体が存在している可能性が高いと判断できる。このため、ステップ８２の判定が肯定された場合はステップ８４へ移行し、位相０の電荷蓄積回数Ｎ0の値を小さくした後にステップ９０へ移行する。これにより、次回の位相画像０の取得時の蓄積部２６への蓄積電荷量が抑制され、一部の蓄積部２６で蓄積電荷の飽和が生ずることを防止することができるので、上記物体に対する距離ｄの演算精度が向上する。なお、位相０の電荷蓄積回数Ｎ0の値を小さくすることに代えて、次回の位相画像０の取得時の発光器１２の発光強度を小さくするようにしてもよい。
【００５９】
一方、ステップ８２の判定が否定された場合はステップ８６へ移行し、ステップ８０の探索によって中明度領域が発見されたか否か判定する。例えば位相０の検出対象距離レンジ内に存在している物体の光反射率が低い場合、当該物体からの反射光の受光強度が低くなることで、例として図７(Ｂ)に示す位相画像のように、上記物体からの反射光を受光する受光セルに対応する蓄積部２６における蓄積電荷量が、上記物体の背景に相当する箇所からの反射光を受光する受光セルに対応する蓄積部２６における蓄積電荷量と同程度になり（図７では蓄積電荷量を明度に置き換えて示している）、環境光成分に相当する電荷量を差し引いた後の差分画像上で、上記物体に対応する画像領域が不明確になり、画像全体が低明度となる（図７(Ｂ)に示す差分画像も参照）。従って、ステップ８０の探索によって差分画像上に中明度領域さえも発見されなかった場合には、位相０の電荷蓄積時（位相画像０の取得時）に該当する蓄積部２６における蓄積電荷量が過小であった可能性が高く、位相０の検出対象距離レンジ内に光反射率の低い物体が存在している可能性が高いと判断できる。
【００６０】
このため、ステップ８６の判定が否定された場合はステップ８８へ移行し、位相０の電荷蓄積回数Ｎ0の値を大きくした後にステップ９０へ移行する。これにより、次回の位相画像０の取得時の蓄積部２６への蓄積電荷量が増大され、光反射率の低い物体からの反射光を十分な蓄積電荷量の電荷として蓄積させることができるので、上記物体に対する距離ｄの演算精度が向上する。なお、位相０の電荷蓄積回数Ｎ0の値を大きくすることに代えて、次回の位相画像０の取得時の発光器１２の発光強度を大きくするようにしてもよい。
【００６１】
本実施形態に係る物体検出処理では、上述したステップ８０〜ステップ８８で位相０に対して行った処理と同様の処理を、次のステップ９０〜ステップ９８で位相１に対して行い、ステップ１００〜ステップ１０８で位相２に対して行い、ステップ１１０〜ステップ１１８で位相３に対して行う。これにより、次回の位相画像の取得時の電荷蓄積回数Ｎiが、各位相毎の検出対象距離レンジ内に存在している物体の光反射率に応じて、各位相毎に最適化されることになる。なお、上述した処理は本発明に係る制御手段に相当する処理であり、より詳しくは、ステップ８２，８４，９２，９４，１０２，１０４，１１２，１１４は請求項８に記載の制御手段に、ステップ８６，８８，９６，９８，１０６，１０８，１１６，１１８は請求項９に記載の制御手段に各々対応している。
【００６２】
上記のように、次回の位相画像の取得における各位相毎の電荷蓄積回数Ｎiを調整すると、次のステップ１２０では、位相０〜位相３の差分画像に基づき、制御部１６は、先の(１)式又は(３)〜(５)式を用いて位相差φを演算し、先の(２)式を用いて物体との距離ｄを演算することを撮像素子の個々の受光セルについて各々行い、演算結果を外部へ出力する。この物体との距離ｄの演算結果を参照することで、受光器１４の撮像素子による撮像範囲内に存在する各物体との距離を認識することができる。
【００６３】
なお、物体との距離ｄの演算に際し、位相０〜位相３の差分画像の何れかで蓄積電荷の飽和が生じている画素・領域については、距離ｄの演算対象から除外することが望ましい（請求項５記載の発明に相当）が、本実施形態に係る物体検出処理によれば、環境光の影響で位相画像上に蓄積電荷の飽和が生じた領域が存在していたとしても、非発光時画像との差分が演算されることで、差分画像上では上記領域は除去されると共に、検出対象の物体が高反射率の物体であったために差分画像上の一部の領域で蓄積電荷の飽和が生じていたとしても、次回の位相画像の取得時には蓄積電荷の飽和が生じないように電荷蓄積回数Ｎiの値が調整されるので、距離ｄの演算対象から除外した画素・領域についても、次回以降の物体検出処理で距離ｄが演算されることになる。
【００６４】
またステップ１２２では、位相０〜位相３の差分画像のデータに基づき、各差分画像が表す各画素毎の電荷蓄積量を対応する明度（濃度）に置き換えた各位相（に対応する検出対象の距離レンジ）毎の距離画像データを生成し、生成した距離画像データを外部へ出力し、物体検出処理を終了する。この距離画像データが表す画像をディスプレイ等に表示させることで、受光器１４の撮像素子による撮像範囲内に、各距離レンジ毎にどのような物体が存在しているのかを視覚的に認識することができる。上述したステップ１２０、１２２は、先に説明したステップ５０〜ステップ７８と共に本発明に係る検出手段（詳しくは請求項２，請求項４〜請求項６に記載の検出手段）に対応している。
【００６５】
なお、上記では各位相毎の蓄積電荷量Ａi（位相画像）から非発光時の蓄積電荷量Ａx（非発光時画像）を各々差し引くことで、環境光成分に相当する電荷量を除去した電荷量Ａi'（差分画像）を得る態様を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、個々の画素毎に、位相ｉの蓄積電荷量Ａiから、電荷蓄積期間が位相ｉと重複しない位相ｊの蓄積電荷量Ａjを差し引くことを各位相について各々行うことで（次式参照：但し、次式においてＡi'＜０の場合はＡi'＝０に置き換える）、
Ａ0'←Ａ0−Ａ2  Ａ1'←Ａ1−Ａ3  Ａ2'←Ａ2−Ａ0  Ａ3'←Ａ3−Ａ1
環境光成分に相当する電荷量を除去した電荷量Ａi'（差分画像）を得るようにしてもよい（図８も参照）。
【００６６】
例えば距離検出のレンジ（検出対象の物体との最大距離）が10ｍで、図８に示すように１ｍ及び７ｍの距離に各々物体が存在している状況で、位相画像０から位相画像２を差し引く演算を行った場合、検出対象物体の距離レンジが位相０は０〜５ｍ、位相２は５〜10ｍであるので、１ｍの距離に存在している物体は位相画像０上に明るく現れる（７ｍの距離に存在している物体は位相画像２上に明るく現れる）ので、位相画像０から位相画像２を差し引く演算を行ったとしても、１ｍの距離に存在している物体は差分画像０上に残る一方で、太陽光が直接入射されることで蓄積電荷の飽和が生じている領域等は除去されることになり、環境光の影響で物体検出の精度が低下することを回避することができる。上記処理では、非発光時の蓄積電荷量Ａxを求める必要が無くなるので、処理速度を向上させる（物体検出の周期を短くする）ことができる。なお、上記態様は請求項３記載の発明に対応している。
【００６７】
また、上記では位相ｉの差分画像内に明度（蓄積電荷量）が閾値TH1以上の高明度領域が存在している場合に、位相ｉの電荷蓄積回数Ｎiの値を小さくする態様を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、位相ｉの位相画像上での明度が閾値TH1以上で、かつ、位相ｉの位相画像上での明度に対する位相ｉの差分画像上での明度の低下量が閾値TH3以下の領域を探索し、該当する領域が存在している場合に、位相ｉの電荷蓄積回数Ｎiの値を小さくする（或いは、位相ｉの位相画像取得時の発光器１２の発光強度を小さくする）ようにしてもよい。これにより、位相ｉの検出対象距離レンジ内に光反射率の高い物体が存在しているか否かをより正確に検知することができ、上記物体が存在している場合に、上記物体に対する距離ｄの演算精度を更に向上させることができる。
【００６８】
また、上記では位相ｉの差分画像中に閾値TH1以上の高明度領域が存在している場合又は閾値TH2以上の中明度領域さえも存在していない場合に、検出対象の物体が高反射率物体又は低反射率物体と判断して位相ｉの電荷蓄積回数Ｎiを変更する態様を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、位相画像ｉと非発光時画像との明度差を各画素毎に比較し、位相画像ｉ上で蓄積電荷の飽和が生じている領域（一定面積以上とすることが望ましい）が非発光時画像上で蓄積電荷の飽和が生じていない場合は、検出対象の物体が高反射率物体と判断して位相ｉの電荷蓄積回数Ｎiの値を小さくし、位相画像ｉと非発光時画像との間に明度差のある領域が存在していない場合は、検出対象の物体が低反射率物体と判断して位相ｉの電荷蓄積回数Ｎiの値を大きくするようにしてもよい。この態様は、判定が適切に行われるように閾値TH1,TH2の大きさを調整する等の作業を行う必要がなくなるという利点を有している。
【００６９】
また、上記では本発明に係る受光手段に相当する受光セルが２次元に複数個配列されて成る撮像素子が設けられている態様を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、単一の受光手段を備え、受光手段が受光した光を反射した物体との距離を検出する距離検出装置等に適用することも可能である。
【００７０】
更に、発光器１２の発光パターンは、図４(Ａ)に示すような方形波状の発光パターンに限られるものではなく、例えば正弦波状や三角波状、のこぎり波状等の各種波形の発光パターンの何れであってもよい。また、発光器１２の発光パターンは図４(Ａ)に示すように各周期内における発光期間の位相が一定であることに限られるものでもなく、各周期内における発光期間の位相を変動させてもよい。また、発光器１２の発光パターンは図４(Ａ)に示すように周期が一定であることに限られるものでもなく、例えば発光期間の長さは一定で非発光期間の長さを変動させたり、非発光期間の長さは一定で発光期間の長さを変動させたり、発光期間及び非発光期間の長さを各々変動させることで、発光パターンの周期を変動させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本実施形態に係る物体検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】受光器の各受光セルに接続された信号処理部の回路図である。
【図３】物体検出処理の内容を示すフローチャートである。
【図４】各位相での電荷の蓄積と蓄積部に蓄積される電荷量を示すタイミングチャートである。
【図５】発光器非発光時の蓄積電荷量に基づく環境光成分の除去を説明するための説明図である。
【図６】発光器非発光時の蓄積電荷量に基づく環境光成分の除去を説明するためのイメージ図である。
【図７】差分画像上に高明度領域が生ずる場合及び中明度領域も生じない場合を各々説明するためのイメージ図である。
【図８】環境光成分除去の他の方法を説明するためのイメージ図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０  物体検出装置
１２  発光器
１４  受光器
１６  制御部
２０  フォトダイオード
２４  信号処理回路
２６  蓄積部
【図１】
2007271373.tif 000004
【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】
2007271373.tif 000009
【図７】
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【図８】
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