(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出し、
射出した前記変調光が被写体に照射されたときの該被写体からの反射変調光を受光することにより、該反射変調光から前記変調光の位相π／２毎にそれぞれ第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得し、
取得した前記第１検出信号と前記第３検出信号との第１の和と、前記第２検出信号と前記第４検出信号との第２の和とを算出するとともに、前記第１の和と前記第２の和との差分が設定値よりも小さいか否かを判定し、
前記第１の和と前記第２の和との差分が設定値よりも小さいと判定されたときに、取得した前記４種類の検出信号を用いて前記変調光と前記反射変調光との位相差を検出して被写体距離を算出する
ことを特徴とする測距方法。
【請求項２】
一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出する発光部と、
該発光部から射出した前記変調光が被写体に照射されたときの該被写体からの反射変調光を受光することにより、該反射変調光から前記変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得する受光部と、
該受光部により取得された前記第１検出信号と前記第３検出信号との第１の和と、前記第２検出信号と前記第４検出信号との第２の和とを算出するとともに、前記第１の和と前記第２の和との差分が設定値よりも小さいか否かを判定する判定部と、
該判定部において前記第１の和と前記第２の和との差分が設定値よりも小さいと判定されたときに、該受光部において取得された前記４種類の検出信号を用いて前記変調光と前記反射変調光との位相差を検出して被写体距離を算出する距離算出部と
を備えたことを特徴とする測距装置。
【請求項３】
前記受光部が、前記第１検出信号を取得する第１受光素子と、前記第２検出信号を取得する第２受光素子と、前記第３検出信号を取得する第３受光素子と、前記第４検出信号を取得する第４受光素子とを有し、前記各受光素子から４種類の前記検出信号を１つのフレーム画像として取得するものであり、
前記判定部が、前記１つのフレーム画像内の４種類の前記受光素子を１ブロックとし、該ブロック毎に得られた４種類の前記検出信号を用いて前記第１の和と前記第２の和の差分が前記設定値よりも小さいか否かを判定するものであり、
前記距離算出部が前記各ブロック毎に距離を算出するものであることを特徴とする請求項２記載の測距装置。
【請求項４】
前記受光部が、それぞれ種類の異なる前記検出信号を取得する第１受光素子と第２受光素子とを有し、該第１受光素子と該第２受光素子とにおいて取得される２種類の前記検出信号を１つのフレーム画像として取得するとともに、互いに種類の異なる２枚の前記フレーム画像を取得することにより４種類の前記検出信号を取得するものであり、
前記判定部が、前記第１受光素子と前記第２受光素子とを１つのブロックとし、該ブロック毎に得られた４種類の前記検出信号を用いて前記第１の和と前記第２の和との差分が前記設定値よりも小さいか否かを判定するものであり、
前記距離算出部が前記各ブロック毎に距離を算出するものであることを特徴とする請求項２記載の測距装置。
【請求項５】
前記受光部が２次元上に配列された複数の受光素子を有し、該各受光素子において同一種類の前記検出信号を取得したときのフレーム画像を４枚取得することにより４種類の前記検出信号を取得するものであり、
前記判定部が、前記各受光素子毎に得られた４種類の前記検出信号を用いて前記第１の和と前記第２の和との差分が設定値よりも小さいか否かを判定するものであり、
前記距離算出部が各受光素子毎に距離を算出するものであることを特徴とする請求項２記載の測距装置。
【請求項６】
前記判定部が、前記第１の和と前記第２の和とのうちいずれか大きい値の所定割合を前記設定値として設定するものであることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項記載の測距装置。
【請求項７】
前記判定部が、前記第１の和と前記第２の和との平均値の所定割合を前記設定値として設定するものであることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項記載の測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変調光位相差方式（ＴＯＦ：time of flight）により被写体までの距離を測定する測距方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から被写体までの距離を測定する方法として変調光位相差方式（ＴＯＦ：time of flight）の測距装置が知られている（たとえば特許文献１、２参照）。この変調光位相差方式とは光強度を変調させた変調光を被写体に照射し、被写体からの反射変調光を受光しときの変調光と反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を測定するものである。ここで、特許文献１、２においては、変調光の位相が０°、９０°、１８０°、２７０°であるときに、それぞれ反射変調光の光量をサンプリングすることにより、位相の異なる複数の測定値を取得する。そして、４種類の位相の異なる測定値に基づいて被検出物までの距離情報が演算される。
【特許文献１】特許第３７５８６１８号
【特許文献２】特許第３７２３２１５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１、２において、各検出信号を検出するときに受光部に外光が入った場合、検出信号が反射変調光のみの光量を示すものではなくなり、距離の算出を誤ってしまうという問題がある。また、複数の画素を用いて４種類の検出信号を取得するとき、複数の画素が異なる測定対象の位置から反射した反射変調光を受光している場合があり、この場合も距離の算出を誤ってしまうという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、誤測距を防止することができる測距方法および装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の測距方法は、一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出し、射出した変調光が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光を受光することにより、反射変調光から変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得し、取得した第１検出信号と第３検出信号との第１の和と、第２検出信号と第４検出信号との第２の和とを算出するとともに、第１の和と第２の和との差分が設定値よりも小さいか否かを判定し、第１の和と第２の和との差分が設定値よりも小さいと判定されたときに、受光部において取得された４種類の検出信号を用いて変調光と反射変調光との位相差を検出し、検出した位相差から被写体距離を算出することを特徴とするものである。
【０００６】
本発明の測距装置は、一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出する発光部と、発光部から射出した変調光が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光を受光することにより、反射変調光から変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得する受光部と、受光部により取得された第１検出信号と第３検出信号との第１の和と、第２検出信号と第４検出信号との第２の和とを算出するとともに、第１の和と第２の和との差分が設定値よりも小さいか否かを判定する判定部と、判定部において第１の和と第２の和との差分が設定値よりも小さいと判定されたときに、受光部において取得された４種類の検出信号を用いて変調光と反射変調光との位相差を検出する位相差検出部と、位相差検出部により検出された位相差から被写体距離を算出する距離算出部とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
ここで、各検出信号は、それぞれ変調光の位相π／２（１／４周期）毎に取得されたものであれば露光時間は問わない。
【０００８】
また、受光部は、４種類の検出信号を取得するものであればその構成を問わず、たとえば  第１検出信号を取得する第１受光素子と、第２検出信号を取得する第２受光素子と、第３検出信号を取得する第３受光素子と、第４検出信号を取得する第４受光素子とを有し、４種類の検出信号を有する１つのフレーム画像を各受光素子から取得するものであってもよい。このとき、判定部は、１つのフレーム画像内の４つの受光素子を１ブロックとし、ブロック毎に得られた４種類の検出信号を用いて第１の和と第２の和の差分が設定値よりも小さいか否かを判定し、距離算出部は各ブロック毎に距離を算出する。
【０００９】
あるいは、受光部は、第１受光素子と第２受光素子とを有し、２種類の検出信号を有するフレーム画像を第１受光素子と第２受光素子とから取得するとともに、互いに種類の異なる２枚のフレーム画像を取得することにより４種類の検出信号を取得するものであってもよい。このとき、判定部は、第１受光素子と第２受光素子とを１つのブロックとし、ブロック毎に得られた４種類の検出信号を用いて第１の和と第２の和との差分が設定値よりも小さいか否かを判定し、距離算出部は各ブロック毎に距離を算出する。
【００１０】
もしくは、受光部は、２次元上に配列された複数の受光素子を有し、各受光素子において同一種類の検出信号を取得したときのフレーム画像を４枚取得することにより４種類の検出信号を取得するものであってもよい。このとき、判定部は、各受光素子毎に得られた４種類の検出信号を用いて第１の和と第２の和との差分が設定値よりも小さいか否かを判定し、距離算出部が各受光素子毎に距離を算出する。
【００１１】
また、判定部は、予め定められた設定値を有しているものであってもよいし、第１の和と第２の和とのうちいずれか大きい値の所定割合を設定値として設定するものであってもよいし、第１の和と第２の和との平均値の所定割合を設定値として設定するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の測距方法および装置によれば、一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出し、射出した変調光が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光を受光することにより、反射変調光から変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得し、取得した第１検出信号と第３検出信号との第１の和と、第２検出信号と第４検出信号との第２の和とを算出するとともに、第１の和と第２の和との差分が設定値よりも小さいか否かを判定し、第１の和と第２の和との差分が設定値よりも小さいと判定されたときに、受光部において取得された４種類の検出信号を用いて変調光と反射変調光との位相差を検出し、検出した位相差から被写体距離を算出することにより、たとえば受光部に外光が入った状態で取得された検出信号や被写体の異なる位置から反射した反射変調光から取得された検出信号のように、４種類の検出信号のうちいずれかが異常な信号になったときには距離算出を行わないようにすることができ、誤測距を防止することができる。
【００１３】
なお、受光部が、第１検出信号を取得する第１受光素子と、第２検出信号を取得する第２受光素子と、第３検出信号を取得する第３受光素子と、第４検出信号を取得する第４受光素子とを有し、４種類の検出信号を有する１つのフレーム画像を各受光素子から取得するものであり、判定部が、１つのフレーム画像内の４つの受光素子を１ブロックとし、ブロック毎に得られた４種類の検出信号を用いて第１の和と第２の和の差分が設定値よりも小さいか否かを判定するものであり、距離算出部が各ブロック毎に距離を算出するものであるとき、１つのフレーム画像から距離算出を行うことができるため、距離算出の高速化を図ることができる。
【００１４】
また、受光部が、第１受光素子と第２受光素子とを有し、第１受光素子と第２受光素子とにおいて２種類の検出信号を取得したときのフレーム画像を取得するとともに、互いに種類の異なる２枚のフレーム画像を取得することにより４種類の検出信号を取得するものであり、判定部が、第１受光素子と第２受光素子とを１つのブロックとし、ブロック毎に得られた４種類の検出信号を用いて第１の和と第２の和との差分が設定値よりも小さいか否かを判定するものであり、距離算出部が各ブロック毎に距離を算出するものであれば、２枚のフレーム画像から２画素単位で距離を算出することができるため、高速で高解像度の距離画像を生成することができる。
【００１５】
さらに、受光部が２次元上に配列された複数の受光素子を有し、各受光素子において同一種類の検出信号を取得したときのフレーム画像を４枚取得することにより４種類の検出信号を取得するものであり、判定部が、各受光素子毎に得られた４種類の検出信号を用いて第１の和と第２の和との差分が設定値よりも小さいか否かを判定するものであり、距離算出部が各受光素子毎に距離を算出するものであるとき、１つの受光素子から４種類の検出信号を取得して距離の算出を行うことができるため、高解像度の距離画像の生成を行うことができる。
【００１６】
また、判定部が、第１の和と第２の和とのうちいずれか大きい値の所定割合を設定値として設定し、もしくは第１の和と第２の和との平均値の所定割合を設定値として設定するものであれば、たとえばショットノイズのように露光量に応じてばらつきが大きくなるノイズが存在した場合に適切な設定値を設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の測距装置の好ましい実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の測距装置の好ましい実施の形態を示すブロック図である。測距装置１はいわゆる位相差検出方式により被写体までの距離を測定するものであって、発光部１０、受光ユニット２０、距離算出部３０、距離画像生成部４０等を備えている。
【００１８】
発光部１０はたとえばＬＥＤアレイ等からなっており、図２に示すような光の強度を一定の周期Ｔ（たとえばＴ＝０．５ｍｓ、周波数２０Ｈｚ）で変調した変調光Ｌ１を被写体に連続的に射出するものである。発光部１０の動作は発光制御部１５により制御されている。
【００１９】
受光ユニット２０は、変調光Ｌ１が被写体Ｓに照射されたときの被写体Ｓからの反射変調光Ｌ２を受光して第１検出信号α、第２検出信号β、第３検出信号γ、第４検出信号δを取得するものである。具体的には、受光ユニット２０は光学系２１、受光部２２等を備えている。光学系２１は複数の結像光学レンズ、絞り等からなり、被写体からの反射変調光Ｌ２を受光部２２上に結像するものである。受光部２２は光学系２１により結像された反射変調光Ｌ２を受光するものであり、露光タイミングおよび露光時間は受光制御部２５により制御されている。
【００２０】
ここで、受光部２２はたとえばＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等からなっており、図３は受光素子がＣＣＤからなる場合の一例を示す模式図を示す。図３の受光部２２は第１検出信号αを取得する第１受光素子２２ａと、第２検出信号βを取得する第２受光素子２２ｂと、第３検出信号γを取得する第３受光素子２２ｃと、第４検出信号δを取得する第４受光素子２２ｄとを有している。各受光素子２２ａ〜２２ｄの露光時間および露光タイミングは受光制御部２５により制御されている。具体的には、図４に示すように、各スイッチング素子αＳＷ、βＳＷ、γＳＷ、δＳＷのスイッチング動作が受光制御部２５により制御されており、各受光素子２２ａ〜２２ｄがそれぞれ対応した４種類の検出信号α〜δを出力するようになっている。
【００２１】
このとき、発光制御部１５と受光制御部２５とには同期信号発生部１６から変調光Ｌ１の射出と反射変調光Ｌ２の受光との同期を取るためにたとえば位相π／２毎に同期信号が入力される。そして、受光部２２は同期信号が入力されたタイミングで各受光素子２２ａ〜２２ｄが露光を行う。一方、発光部１０は同期信号が入力されたタイミングに合わせて変調光Ｌ１の発光開始位相を０°、９０°、１８０°、２７０°というようにずらしながら発光を行う。これにより、受光部２２における各受光素子２２ａ〜２２ｄが位相の異なる４種類の検出信号α〜δを取得することができる。
【００２２】
また、受光部２２は４種類の検出信号α〜δを出力する際、１枚のフレーム画像として出力するように受光制御部２５により制御されている。つまり、受光部２２から取得されるフレーム画像には４種類の検出信号α〜δが含まれている状態になっている。なお、出力されたフレーム画像は、アナログ信号処理部２６によりアナログ信号処理され、Ａ／Ｄ変換部２７においてＡ／Ｄ変換された後、バッファメモリ２８に蓄積される。
【００２３】
判定部２９は、受光部２２により取得された第１検出信号αと第３検出信号γとの第１の和Ｗ１と、第２検出信号βと第４検出信号δとの第２の和Ｗ２とを算出するとともに、第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ２との差分ΔＷが設定値Ａよりも小さいか否かを判定するものである。具体的には、図５に示すように、第１の和Ｗ１を算出するαγ加算部３１と、第２の和Ｗ２を算出するβδ加算部３２と、第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ２との差分ΔＷを算出する減算部３３と、算出した差分ΔＷと閾値Ａとを比較するデータ比較部３４とを有している。
【００２４】
ここで、変調光Ｌ１は一定の周期Ｔで強度変調しているものであるため、反射変調光Ｌ２もまた一定の周期で強度変調している。４種類の検出信号α〜δは変調光Ｌ１の位相π／２（１／４周期）毎に取得されたものであるため、第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ２とは下記式（１）〜（５）に示すように原理的に等しくなる。
【数１】
0004895304.tif 000002
【００２５】
上記式（１）〜（５）において、反射変調光Ｌ２＝ｑ（sin x + m）、ｑは被写体の反射率、ｎは定常的な外光を示す。
【００２６】
一方、たとえば受光部２２に外光が入った状態で４種類の検出信号α〜δが取得されたとき、外光成分だけ検出信号は大きくなる。あるいは被写体の異なる位置から反射した反射変調光から検出信号が取得されたとき反射率ｑが違った検出信号は他の検出信号に比べて大きく（もしくは小さく）なる。つまり、正常な状態で取得された４種類の検出信号α〜δには上記式（５）の関係が成立し、異常な状態で取得された４種類の検出信号α〜δはにα＋γ≠β＋δとなる。
【００２７】
そこで、判定部２９は第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ２とを算出し、その差分ΔＷが設定値Ａよりも小さいものであるか否かを判定する。そして、差分ΔＷが設定値Ａよりも小さいとき正常な検出信号の取得が行われたと判定し、差分ΔＷが設定値Ａ以上であるとき、外的要因により異常な検出信号が取得されたと判定する。
【００２８】
なお、図３に示すような１フレーム画像として４種類の検出信号α〜δを取得したとき、判定部２９は後述する距離ｄの算出に用いる各ブロックＢＲの４種類の検出信号α〜δに対してそれぞれ判定を行う。
【００２９】
距離算出部３０は、判定部２９において差分ΔＷが設定値Ａよりも小さいと判定された場合のみ、受光部２２が取得した第１検出信号αと第２検出信号βと第３検出信号γとを用いて変調光Ｌ１と反射変調光Ｌ２との位相差Δφを検出し距離ｄを算出する。つまり、反射変調光Ｌ２は変調光Ｌ１に対し被写体までの距離に応じて位相がずれた状態で検出されるものであり（図２参照）、距離算出部３０はこの位相差Δφを検出する。なお、変調光Ｌ１と反射変調光Ｌ２との位相が２πだけずれたときには両者は同位相になるため、変調光Ｌ１の波長λが距離を測定することができる最大測定距離になる。
【００３０】
具体的には、変調光Ｌ１と反射変調光Ｌ２との位相がずれているとき、その位相差Δφは４種類の検出信号α〜δの信号値の差となって表れ、距離算出部３０は下記式（６）により位相差Δφを検出することができる。
【数２】
0004895304.tif 000003
【００３１】
ここで、距離算出部３０は、図３の受光部２２においてブロックＢＲを構成する隣接した４つの受光素子２２ａ〜２２ｄにおいて取得された４種類の検出信号α〜δを用いて各ブロックＢＲ毎に位相差Δφを検出する。
【００３２】
そして、距離算出部３０は各ブロックＢＲ毎に検出された位相差Δφから被写体までの距離ｄを算出する。被写体Ｓまでの距離ｄは下記式（７）に示すことができる。
【００３３】
ｄ＝ｃΔφ／４πｆ      ・・・（７）
ここで、ｃは光速、ｆは変調光Ｌ１の周波数（ｆ＝１／Ｔ）である。距離算出部３０は、距離算出部３０により検出された位相差Δφを式（７）に代入することにより被写体までの距離ｄを算出する。なお、距離算出部３０は、判定部２９において差分が設定値Ａ以上であると判定された場合、正しい位相差の検出および距離の算出を行うことができないとして位相差Δφの検出を行わない。
【００３４】
距離画像生成部４０は、距離算出部３０により各ブロックＢＲ毎に算出された距離ｄを用いて距離画像を生成するものである。なお、距離画像を生成する際に、所定のブロックＢＲについては判定部２９の判定により距離ｄが算出されていない場合がある。このときには、距離画像生成部４０はたとえばスプライン補完等の公知の画素補完方法により距離画像の画素値を補完する。
【００３５】
図６は本発明の測距方法の好ましい実施形態を示すフローチャートであり、図１から図６を参照して測距方法について説明する。まず、発光部１０から一定の周期Ｔで強度変調された変調光Ｌ１が被写体Ｓに対して射出される。そして、被写体Ｓから反射した反射変調光Ｌ２が受光ユニット２０において受光される。このとき、同期信号発生部１６から発生する同期信号に基づいて変調光Ｌ１の位相変調開始タイミングおよび露光タイミングが制御され、それぞれ第１検出信号α、第２検出信号β、第３検出信号γ、第４検出信号γが各受光素子２２ａ〜２２ｄにより取得されていく（ステップＳＴ１）。
【００３６】
その後、判定部２９において第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ２との差分ΔＷが設定値Ａよりも小さいか否かが判定される（ステップＳＴ２）。差分ΔＷが設定値Ａより小さいとき、距離算出部３０において４種類の各検出信号α〜γを用いて上記式（６）により変調光Ｌ１と反射変調光Ｌ２との位相差Δφが検出され、この位相差Δφを用いて上記式（７）により被写体までの距離ｄが各ブロックＢＲ毎に算出される（ステップＳＴ３）。その後、距離画像生成部４０により距離画像Ｐが作成される。一方、差分ΔＷが設定値Ａ以上であるブロックＢＲが存在するとき、当該ブロックＢＲについての距離算出部３０による位相差Δφの検出が行われず、距離演算は行われない（ステップＳＴ４）。
【００３７】
このように、たとえば受光部２２に外光が入った状態で取得された検出信号や被写体の異なる位置から反射した反射変調光Ｌ２から取得された検出信号のように、４種類の検出信号のうちいずれかが異常な信号になったときには距離算出を行わないようにすることができ、誤測距を防止することができる。
【００３８】
特に、受光部２２が図３に示すように、各受光素子２２ａ毎に異なる検出信号α〜δを受光することにより、受光部２２から１フレーム画像を取得することにより１フレーム分の距離画像を作成することができるため、高速に距離画像の作成を行うことができる。
【００３９】
なお、図１の受光部２２が一定の受光タイミングで露光を行うものであり、受光部２２の受光タイミングに合わせて発光部１０が変調光Ｌ１を発光する場合について例示しているが、図７に示すように、発光部１０が一定の周期で連続的に変調光Ｌ１を射出するものであり、受光部２２が所定の周期（位相）から検出信号を検出するように受光タイミングを制御するようにしてもよい。
【００４０】
図８〜図１３は本発明の測距装置に用いる受光部の別の実施形態を示す模式図であり、図８〜図１３を参照して受光部１２２、２２２、３２２、４２２についてそれぞれ説明する。なお、図８〜図１３に示す受光部１２２、２２２、３２２、４２２は図１の測距装置１の受光部２２に代えて適用されるものである。
【００４１】
図８〜図１１の受光部１２２、２２２、３２２は、それぞれ第１受光素子と第２受光素子とを有し、第１受光素子と第２受光素子とから２種類の検出信号を取得したときのフレーム画像を２枚取得することにより４種類の検出信号を取得するものである。
【００４２】
具体的には、図８の受光部１２２は、第１検出信号αと第３検出信号γとを取得する第１受光素子１２２ａと、第２検出信号βと第４検出信号δとを取得する第２受光素子１２２ｂとを備えており、隣接する第１受光素子１２２ａと第２受光素子１２２ｂとが１つのブロックを形成している。そして、図９に示すように、受光部１２２はたとえば第１フレーム画像から第１検出信号αと第３検出信号γとを取得し（ステップＳＴ１１、図８（Ａ）参照）、第２フレームの画像から第２検出信号βと第４検出信号δとを取得する（ステップＳＴ１２、図８（Ｂ）参照）。
【００４３】
その後、判定部２９は第１フレーム画像から第１の和Ｗ１を算出し第２フレーム画像から第２の和Ｗ２を算出することにより、第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ２との差分ΔＷが設定値Ａよりも小さいか否かを各ブロックＢＲ毎に判定する（ステップＳＴ１３）。そして、判定部２９において設定値Ａより小さいと判定されたとき、距離算出部３０は位相差Δφの検出し距離算出部３０は距離ｄの算出を行う（ステップＳＴ１４）。一方、差分ΔＷが設定値Ａ以上であるブロックＢＲについては位相差Δφの検出および距離ｄの算出は行わない（ステップＳＴ１５）。
【００４４】
このように、第１フレーム画像から第１検出信号αおよび第３検出信号γを取得し、第２フレーム画像から第２検出信号βおよび第４検出信号δを取得することにより、２つのフレーム画像を取得すれば距離画像を生成するため、距離画像を高速に生成することができる。さらに、２つの受光素子１２２ａ、１２２ｂ分の受光面積から１つの距離ｄを算出することができるため、解像度の高い距離画像を生成することができる。
【００４５】
ここで、図８においては、第１フレームで第１検出信号αと第３検出信号γを取得し、第２フレームで第２検出信号βと第４検出信号δとを取得する場合について例示しているが、図１０（Ａ）、１１（Ａ）に示すように第１フレーム画像において第１検出信号αと第２検出信号βとを取得し、図１０（Ｂ）、１１（Ｂ）に示すように第２フレーム画像において第３検出信号γと第４検出信号δとを取得するようにしてもよい。なお、図１０の第１受光素子２２２ａおよび第２受光素子２２２ｂは水平方向および垂直方向において交互に配列されている。一方、図１１の第１受光素子３２２ａおよび第２受光素子３２２ｂは垂直方向に向かってストライプ状に配列されており、この場合にはいわゆるフィールドインターレース方式によりフレーム画像（フィールド画像）を取得することにより、各検出信号α〜δを取得することができる。
【００４６】
さらに、図１２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、受光部４２２が２次元上に配列された複数の受光素子４２２ａを有し、各受光素子４２２ａにおいて同一種類の検出信号を取得したときのフレーム画像を４枚取得することにより４種類の検出信号α〜δが取得される。なお、図１２においては各受光素子４２２ａがそれぞれ１つのブロックＢＲを形成することになる。
【００４７】
具体的には、図１３に示すように、受光部４２２の各受光素子４２２ａが第１検出信号α、第２検出信号β、第３検出信号γ、第４検出信号δをフレーム画像毎にそれぞれ取得する（ステップＳＴ２１〜ＳＴ２４、図１２（Ａ）〜（Ｄ）参照）。その後、判定部２９において第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ２との差分ΔＷが設定値Ａよりも小さいか否かが各受光素子４２２ａ毎に判定され（ステップＳＴ２５）、設定値Ａより小さいときに位相差Δφの検出および距離ｄの算出が行われる（ステップＳＴ２６）。一方、差分ΔＷが設定値Ａ以上である各受光素子４２２ａについては位相差Δφの検出および距離ｄの算出は行わない（ステップＳＴ２７）。
【００４８】
これにより、各受光素子４２２ａ毎に４種類の検出信号α〜δを取得し、各受光素子４２２ａ毎に距離ｄを算出することができるため、最も高解像度の距離画像を生成することができる。
【００４９】
図１４は本発明の測距装置における判定部の別の実施形態を示す模式図であり、図１４を参照して判定部１３０について説明する。なお、図１４の判定部１３０において図５の判定部２９と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１４の判定部１３０が図５の判定部２９と異なる点は、設定値Ａの設定方法である。
【００５０】
図１４において、判定部１３０は比較選択部１３１および乗算部１３２を有している。比較選択部１３１は第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ２のうちいずれか大きい方を選択するものであり、乗算部１３２は比較選択部１３１により選択された和の所定割合の値を設定値Ａとして設定するものである。なお、図１４において比較選択部１３１が設けられている場合について例示しているが、比較選択部１３１を省略し、乗算部１３２において第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ２の平均値の所定割合の値を設定値Ａとしてもよい。また、上述した設定値Ａは各ブロックＢＲ毎に設定される。
【００５１】
したがって、図１５に示すように、４種類の検出信号α〜δが取得された後（ステップＳＴ）、各ブロックＢＲ毎に第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ２とが算出される（ステップＳＴ３２）。そして、第１の和Ｗ１もしくは第２の和Ｗ２のいずれか大きい方の所定割合の値、もしくは第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ２の平均値の所定割合の値が設定値Ａとして算出される（ステップＳＴ３３）。その後、判定部１３０において第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ２との差分ΔＷが設定値Ａよりも小さいか否かが各ブロックＢＲ毎に判定され（ステップＳＴ３４）、設定値Ａより小さいときに位相差Δφの検出および距離ｄの算出が行われる（ステップＳＴ３５）。一方、差分ΔＷが設定値Ａ以上であるブロックＢＲについては位相差Δφの検出および距離ｄの算出は行わない（ステップＳＴ３６）。
【００５２】
これにより、実際に取得した４種類の検出信号α〜δの信号値（輝度）に応じて設定値Ａを設定することができるため、ショットノイズのように露光量に応じてばらつきが大きくなるノイズが存在した場合に適切な設定値Ａを設定することができる。
【００５３】
上記各実施の形態によれば、一定の周期Ｔで光強度を変調させた変調光Ｌ１を射出し、射出した変調光Ｌ１が被写体Ｓに照射されたときの被写体Ｓからの反射変調光Ｌ２を受光することにより、反射変調光Ｌ２から変調光Ｌ１の位相π／２毎に第１検出信号αと第２検出信号βと第２検出信号γと第４検出信号δとを取得し、取得した第１検出信号αと第２検出信号γとの第１の和Ｗ１と、第２検出信号βと第４検出信号δとの第２の和Ｗ２とを算出するとともに、第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ２との差分ΔＷが設定値Ａよりも小さいか否かを判定し、第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ２との差分ΔＷが設定値Ａよりも小さいと判定されたときに、受光部２２において取得された４種類の検出信号α〜δを用いて変調光Ｌ１と反射変調光Ｌ２との位相差Δφを検出し、検出した位相差Δφから被写体距離ｄを算出することにより、たとえば受光部２２に外光が入った状態で取得された検出信号や被写体Ｓの異なる位置から反射した反射変調光Ｌ２から取得された検出信号のように、４種類の検出信号α〜δのうちいずれかが異常な信号になったときには距離算出を行わないようにすることができ、誤測距を防止することができる。
【００５４】
なお、図３に示すように、受光部２２が、第１検出信号αを取得する第１受光素子２２ａと、第２検出信号βを取得する第２受光素子２２ｂと、第２検出信号γを取得する第３受光素子２２ｃと、第４検出信号δを取得する第４受光素子２２ｄとを有し、各受光素子２２ａ〜２２ｄから各検出信号α〜δを１フレーム画像として取得するものであり、判定部２９が、１つのフレーム画像内の４つの受光素子２２ａ〜２２ｄを１ブロックＢＲとし、ブロックＢＲ毎に得られた４種類の検出信号α〜δを用いて第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ１の差分ΔＷが設定値Ａよりも小さいか否かを判定するものであり、距離算出部３０が各ブロックＢＲ毎に距離を算出するものであるとき、１つのフレーム画像から距離算出を行うことができるため、距離算出の高速化を図ることができる。
【００５５】
また、図８〜図１１に示すように、受光部１２２、２２２、３２２が、受光部が、第１受光素子１２２ａ〜３２２ａと第２受光素子１２２ｂ〜３２２ｂとを有し、第１受光素子１２２ａ〜３２２ａと第２受光素子１２２ｂ〜３２２ｂとにおいて２種類の検出信号（α、γ）、（β、δ）もしくは（α、β）、（γ、δ）を取得したときのフレーム画像を取得するとともに、互いに種類の異なる２枚のフレーム画像を取得することにより４種類の検出信号α〜δを取得するものであり、判定部２９が、第１受光素子１２２ａ〜３２２ａと第２受光素子１２２ｂ〜３２２ｂとを１つのブロックＢＲとし、ブロックＢＲ毎に得られた４種類の検出信号α〜δを用いて第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ２との差分ΔＷが設定値Ａよりも小さいか否かを判定するものであり、距離算出部３０が各ブロックＢＲ毎に距離を算出するものであれば、２枚のフレーム画像から２画素単位で距離を算出することができるため、高速で高解像度の距離画像を生成することができる。
【００５６】
さらに、図１２、図１３に示すように、受光部４２２が２次元上に配列された複数の受光素子４２２ａを有し、複数の受光素子４２２ａから各検出信号α〜δをそれぞれ１フレーム画像として取得するものであり、判定部２９が、各検出信号α〜δ毎に取得される４フレーム画像を用いて各受光素子４２２ａ毎に第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ２とを算出するとともに、第１の和Ｗ１と第２の和Ｗ２との差分ΔＷが設定値Ａよりも小さいか否かを判定するものであり、距離算出部３０が、４フレーム画像を用いて各受光素子４２２ａ毎に位相差Δφを検出するものであるとき、１つの受光素子４２２ａから４種類の検出信号α〜δを取得して距離の算出を行うことができるため、高解像度の距離画像の生成を行うことができる。
【００５７】
本発明の実施形態は上記実施形態に限定されない。たとえば、上記各実施形態において、距離画像の生成する場合について例示しているが、距離画像の生成までは行わず、対象物までの距離を算出し出力する場合についても適用することができる。
【００５８】
また、受光素子２２ａ〜２２ｄの配列パターンについて４種類の検出信号α〜δを取得するものであれば図３に示す配列パターン以外であってもよいが、被写体の略同一もしくは近接した位置からの反射変調光Ｌ２から距離ｄを算出するために、４つの受光素子２２ａ〜２２ｄは隣接していることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の測距装置の第１の実施形態を示すブロック図
【図２】図１の測距装置において射出される変調光および被写体からの反射変調光の一例を示すグラフ
【図３】図１の測距装置における受光素子の一例を示す模式図
【図４】図３の受光素子におけるスイッチング構造を示す模式図
【図５】図１の測距装置における判定部の一例を示すブロック図
【図６】本発明の測距方法の好ましい実施形態を示すフローチャート
【図７】本発明の測距装置の別の実施形態を示すブロック図
【図８】本発明の測距装置における受光素子の別の実施形態を示す模式図
【図９】図８の受光素子を用いたときの測距方法の一例を示すフローチャート
【図１０】本発明の測距装置における受光素子の別の実施形態を示す模式図
【図１１】本発明の測距装置における受光素子の別の実施形態を示す模式図
【図１２】本発明の測距装置における受光素子の別の実施形態を示す模式図
【図１３】図１２の受光素子を用いたときの測距方法の一例を示すフローチャート
【図１４】本発明の測距装置における判定部の別の一例を示すブロック図
【図１５】図１４の判定部を用いたときの測距方法の一例を示すフローチャート
【符号の説明】
【００６０】
１     測距装置
１０   発光部
１５   発光制御部
１６   同期信号発生部
２０   受光ユニット
２２、１２２、２２２、３２２、４２２ 受光部
２２ａ、１２２ａ      第１受光素子
２２ｂ、１２２ｂ      第２受光素子
２２ｃ 第３受光素子
２２ｄ 第４受光素子
２９、１３０   判定部
３０   位相差検出部
４０   距離算出部
５０   距離画像生成部
Ａ     閾値
ｄ     距離
Ｌ１   変調光
Ｌ２   反射変調光
Ｓ     被写体
Ｔ     周期
Ｗ１   第１の和
Ｗ２   第２の和
α     第１検出信号
β     第２検出信号
γ     第３検出信号
δ     第４検出信号
ΔＷ   差分
Δφ   位相差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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