特許 6981043 測距装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6981043

(24)【登録日】2021年11月22日

(45)【発行日】2021年12月15日

(54)【発明の名称】測距装置

(51)【国際特許分類】

   G01C 3/06 20060101AFI20211202BHJP

【ＦＩ】

   G01C3/06 120Q

   G01C3/06 140

【請求項の数】12

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2017-100224(P2017-100224)

(22)【出願日】2017年5月19日

(65)【公開番号】特開2018-194501(P2018-194501A)

(43)【公開日】2018年12月6日

【審査請求日】2020年4月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】松尾 洋孝

(72)【発明者】

【氏名】長井 利明

【審査官】 櫻井 仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−００２３２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０９９２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６９９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１２１０９７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ ３／０６

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０１Ｓ ７／４８− ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００−１７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

位相型のＴＯＦ測距を行う測距装置であって、
複数の画素を有する受光部（５）と、
前記受光部が有する複数の画素の一部を第１画素群、前記第１画素群以外の複数の画素のうち少なくとも一部を第２画素群として、１フレーム中の複数の光の照射毎に、照射光に対する位相が互いに異なる複数種類のシャッタの中から、前記第１画素群および前記第２画素群に対して個別に選択した前記シャッタを適用して、前記受光部に受光を行わせる受光制御部（６）と、
前記１フレーム中の複数の光の照射毎に得られる複数の画像を用いて、前記第１画素群での検出結果から、前記照射光を反射した被写体までの距離を求め、前記第２画素群での検出結果から、前記被写体の動きを検出する処理部（７）と、
を備え、
前記受光制御部は、前記第１画素群に対しては、異なる種類のシャッタを順次適用し、前記第２画素群に対しては、同じ種類のシャッタを連続して適用するように構成された、
測距装置。

【請求項2】

請求項１に記載の測距装置であって、
前記第１画素群に属する画素と前記第２画素群に属する画素とが市松模様を形成する配置となるように構成された、
測距装置。

【請求項3】

請求項１に記載の測距装置であって、
前記第１画素群に属する画素と前記第２画素群に属する画素とが縦縞模様を形成する配置となるように構成された、
測距装置。

【請求項4】

請求項１に記載の測距装置であって、
前記第１画素群に属する画素と前記第２画素群に属する画素とが横縞模様を形成する配置となるように構成された、
測距装置。

【請求項5】

請求項１に記載の測距装置であって、
前記受光部が形成する受光面において、設定された注目領域に前記第１画素群に属する画素が配置され、前記注目領域を挟んで位置する一対の付加領域に前記第２画素群に属する画素が配置されるように構成された、
測距装置。

【請求項6】

請求項１に記載の測距装置であって、
前記受光部が形成する受光面において、設定された注目領域に前記第２画素群に属する画素が配置され、前記注目領域を挟んで位置する一対の付加領域に前記第１画素群に属する画素が配置されるように構成された、
測距装置。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の測距装置であって、
前記受光制御部は、前記第２画素群に属する画素のシャッタの位相を、Ｎを２以上の整数として、Ｎシャッタ毎に変化させるように構成された、
測距装置。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の測距装置であって、
前記受光制御部は、前記第１画素群に属する画素と前記第２画素群に属する画素とを、周期的に入れ替えるように構成された、
測距装置。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の測距装置であって、
前記第１画素群は、複数の第１副画素群を有し、
前記受光制御部は、前記複数の第１副画素群に対して、それぞれ位相の異なるシャッタを適用するように構成された、
測距装置。

【請求項10】

請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の測距装置であって、
前記第２画素群は、複数の第２副画素群を有し、
前記受光制御部は、前記複数の第２副画素群に対して、それぞれ位相の異なるシャッタを適用するように構成された、
測距装置。

【請求項11】

請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の測距装置であって、
Ｍが２以上の整数、Ｎ＝３６０／Ｍ、ｍ＝０，１，２，…，Ｍ−１として、
前記受光制御部は、ｍ×Ｎ度の位相で表現されるＭ個のタイミングに対応したＭ種類のシャッタを用いるように構成された、
測距装置。

【請求項12】

請求項１１に記載の測距装置であって、
Ｍは、２，４，６，８のいずれかである
測距装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光の飛翔時間から被写体までの距離を求める測距装置を用いて被写体の動きを検出する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、位相型ＴＯＦセンサを用いて、異なるタイミングで取得した２枚の距離画像から、被写体の奥行き方向の移動ベクトルを算出する技術が記載されている。
位相型ＴＯＦセンサとは、繰り返し周期を持つパターンで変調された変調光を空間に発光し、変調光が対象物で反射した戻り光を含む入射光を受光して電荷を蓄積し、その電荷の蓄積状態に基づいて変調光と戻り光との間の位相差を計測し、自装置から対象物までの距離を計測するものである。なお、ＴＯＦは、Time Of Fightの略である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−００２３２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、従来装置を用いて動きを検出する場合、以下の課題があることが見出された。
即ち、一般的な位相型ＴＯＦセンサは、０度、９０度、１８０度、２７０度の４位相で測定した画像から１枚の距離画像を作成する。このため、距離画像を生成するには、４回の測定が必要となる。更に、従来技術では、動き検出のために、２枚の距離画像を用いるため、４位相×２回で合計８枚の画像を取得する必要があり、被写体の動き検出に時間を要する。

【0005】

本開示では、光の飛翔時間から被写体までの距離を求める測距装置を用いて被写体の動き検出する際に要する時間を抑制する技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の１つの局面による測距装置は、受光部（５）と、受光制御部（６）と、処理部（７）とを備える。 受光部は、複数の画素を有する。受光制御部は、受光部が有する複数の画素の一部を第１画素群、第１画素群以外の複数の画素のうち少なくとも一部を第２画素群として、照射光に対する位相が互いに異なる複数種類のシャッタの中から、第１画素群および第２画素群に対して個別に選択したシャッタを適用して、受光部に受光を行わせる。処理部は、第１画素群での検出結果から、照射光を反射した被写体までの距離を求め、第２画素群での検出結果から、被写体の動きを検出する。更に、受光制御部は、第１画素群に対しては、異なる種類のシャッタを順次適用し、第２画素群に対しては、同じ種類のシャッタを連続して適用する。

【0007】

このような構成によれば、第１画素群と第２画素群とにより、被写体までの距離の算出に必要な画像と、被写体の動きの検出に必要な画像とが並行して取得されるため、被写体の動きを検出するまでに要する時間を抑制することができる。

【0008】

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】測距装置の全体構成を示すブロック図である。

【図2】画素の構成を示す回路図である。

【図3】４種類のシャッタを示す説明図である。

【図4】第１実施形態における受光制御部の動作を示すタイミング図である。

【図5】第１画素群および第２画素群の割り当て方、および各画素群においてシャッタの位相が変化する様子を示す説明図である。

【図6】第１画素群および第２画素群の他の割り当て方、および各画素群においてシャッタの位相が変化する様子を示す説明図である。

【図7】第１画素群および第２画素群の他の割り当て方、および各画素群においてシャッタの位相が変化する様子を示す説明図である。

【図8】第１画素群および第２画素群の他の割り当て方、および各画素群においてシャッタの位相が変化する様子を示す説明図である。

【図9】第１画素群および第２画素群の他の割り当て方、および各画素群においてシャッタの位相が変化する様子を示す説明図である。

【図10】第２実施形態における受光制御部の動作を示すタイミング図である。

【図11】第１画素群および第２画素群の割り当て方、および各画素群においてシャッタの位相が変化する様子を示す説明図である。

【図12】第３実施形態における受光制御部の動作を示すタイミング図である。

【図13】第１画素群および第２画素群の割り当て方、および各画素群においてシャッタの位相が変化する様子を示す説明図である。

【図14】第４実施形態における受光制御部の動作を示すタイミング図である。

【図15】第１画素群および第２画素群の割り当て方、および各画素群においてシャッタの位相が変化する様子を示す説明図である。

【図16】第１画素群および第２画素群の他の割り当て方、および各画素群においてシャッタの位相が変化する様子を示す説明図である。

【図17】第１画素群および第２画素群の他の割り当て方、および各画素群においてシャッタの位相が変化する様子を示す説明図である。

【図18】画素の他の構成例を示す回路図である。

【図19】画素の動作を示すタイミング図である。

【図20】第１画素群および第２画素群の割り当て方、および各画素群においてシャッタの位相が変化する様子を示す説明図である。

【図21】第１画素群および第２画素群の割り当て方、および各画素群においてシャッタの位相が変化する様子を示す説明図である。

【図22】第１画素群および第２画素群の割り当て方の変形例を示す説明図である。

【図23】第１画素群および第２画素群の割り当て方の変形例、および各画素群においてシャッタの位相が変化する様子を示す説明図である。

【図24】２種類のシャッタを示す説明図である。

【図25】２種類のシャッタを使用する場合における受光制御部の動作を示すタイミング図である。

【図26】６種類のシャッタを示す説明図である。

【図27】６種類のシャッタを使用する場合における受光制御部の動作を示すタイミング図である。

【図28】８種類のシャッタを示す説明図である。

【図29】８種類のシャッタを使用する場合における受光制御部の動作を示すタイミング図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
測距装置１は、いわゆる位相型ＴＯＦセンサであり、例えば、車両に搭載され、車両の運転支援制御等に必要な情報である、車両の周囲に存在する各種物体を検出するために使用される。なお、ＴＯＦは、Time Of Fightの略である。測距装置１は、図４に示すように、予め設定された期間を有する１フレームの間に複数回（本実施形態では４回）発光し、その測定結果から被写体との距離および被写体の動きを検出する動作を繰り返す。

【0011】

測距装置１は、図１に示すように、受光部５と、受光制御部６と、処理部７とを備える。また、測距装置１は、信号源２と、駆動部３と、発光部４とを備えてもよい。
信号源２は、予め設定された測定周期でパルス信号を生成する。

【0012】

駆動部３は、信号源２が生成したパルス信号に従って発光部４を駆動する。
発光部４は、発光素子を有し、駆動部３の駆動に従って、パルス状の照射光を出力する。発光素子は、レーザダイオードや発光ダイオード等が用いられる。

【0013】

受光部５は、２次元アレイ状に配列された複数の受光素子を備える。受光素子は、フォトダイオードやアバランシェフォトダイオード等が用いられる。以下では、個々の受光素子およびその周辺回路を総称して画素ともいう。

【0014】

画素は、図２に示すように、受光素子５１と、キャパシタ５２と、シャッタスイッチ５３と、リセットスイッチ５４と、リードスイッチ５５とを備える。キャパシタ５２は、一端が接地され、他端がリセットスイッチ５４を介して電源に接続されている。受光素子５１は、アノードが接地され、カソードがシャッタスイッチ５３を介してキャパシタ５２の非接地端に接続されている。キャパシタ５２の非接地端は、更に、リードスイッチ５５を介して読出線に接続されている。

【0015】

このように構成された画素では、シャッタスイッチ５３およびリードスイッチ５５をオフした状態で、リセットスイッチ５４をオンすると、キャパシタ５２が既知の電圧ＶＤＤで充電された状態となる。また、リセットスイッチ５４およびリードスイッチ５５をオフした状態で、シャッタスイッチ５３をオンすることで、受光素子５１に入射する光量の大きさに応じて発生した電荷が、キャパシタ５２に蓄積される。シャッタの制御信号は変調光に同期した信号であるので、自装置から対象物までの距離に応じてキャパシタ５２に蓄積される電荷の電荷量が変化する。シャッタスイッチ５３およびリセットスイッチ５４をオフした状態で、リードスイッチ５５をオンすると、読出線にキャパシタ５２の非接地端の電位が読み出され、処理部７に出力される。

【0016】

一般的に、位相型ＴＯＦセンサでは対象物までの距離を計測するために数μｓ〜数ｍｓ程度の時間の電荷の蓄積が必要である。一方、発光部４から発光される変調光の変調周波数は数十ＭＨｚである。よって、変調の1周期は数十ｎｓ程度であるため、十分な精度で距離計測を行うために、数千〜数十万回にわたって電荷の蓄積を行う。

【0017】

図１に戻り、受光制御部６は、信号源２からのパルス信号のタイミング（以下、照射タイミング）に従い、各画素のシャッタスイッチ５３、リセットスイッチ５４、リードスイッチ５５を制御する。シャッタスイッチ５３は、図３に示すように、互いに位相の異なる４種類のゲート信号Ｇ１〜Ｇ４で制御される。なお、ゲート信号Ｇ１〜Ｇ４がハイレベルのときに、シャッタスイッチ５３はオンする。具体的には、照射タイミングから検知最大距離からの反射光を受光するタイミングまでに要する期間を３６０度の位相で表現するものとして、ゲート信号Ｇ１〜Ｇ４は、以下のように定義される。ゲート信号Ｇ１は、位相が０度〜１８０度の期間だけハイレベルとなる信号である。ゲート信号Ｇ２は、位相が９０度〜２７０度の期間だけハイレベルとなる信号である。ゲート信号Ｇ３は、位相が１８０度〜３６０度の期間だけハイレベルとなる信号である。ゲート信号Ｇ４は、位相が０度〜９０度および２７０度〜３６０度の期間だけハイレベルとなる信号である。

【0018】

受光制御部６は、受光部５に含まれる複数の画素を、第１画素群Ａと第２画素群Ｂとを含む複数の画素群に分けて制御する。そして、図４に示すように、受光制御部６は、第１画素群Ａに対しては、１フレーム中の４回の光の照射毎に、ゲート信号Ｇ１〜Ｇ４を順番に切り替えて使用する。これにより第１画素群Ａからは、互いに位相の異なる４種類のシャッタを用いて取得された４つの画像が処理部７に供給される。また、受光制御部６は、第２画素群Ｂに対しては、先の２回の照射に対しては、ゲート信号Ｇ１を連続して使用し、後の２回の照射に対してはゲート信号Ｇ３を連続して使用する。これによりゲート信号Ｇ１を使用して異なるタイミングで得られた一対の画像と、ゲート信号Ｇ３を使用して異なるタイミングで得られた一対の画像とが得られ、これら２対の画像が処理部７に供給される。

【0019】

第１画素群Ａに属する画素および第２画素群Ｂに属する画素は、市松模様を形成する配置となるように構成されている。具体的には、受光部５の受光面は、図５に示すように、縦２画素および横２画素のサイズを有する合計４画素の単位パターンをしきつめたものとなる。ここでは、第１画素群Ａに属する画素が、単位パターンの左上および右下の画素に割り当てられ、第２画素群Ｂに属する画素が、単位パターンの右上および左下の画素に割り当てられている。

【0020】

なお、受光制御部６と受光部５との間の配線は、第１画素群Ａおよび第２画素群Ｂをグループ単位で制御するような配線としてもよいし、画素毎に個別に制御するような配線としてもよい。但し、後者の場合、受光制御部６での制御によって、画素群を区分けする必要がある。

【0021】

処理部７は、受光部５から供給される４枚の画像から、第１画素群Ａに属する画素の測定値に基づき、照射光を反射した被写体までの距離を求める。また、処理部７は、受光部５から供給される４枚の画像から、第２画素群Ｂに属する画素の測定値に基づき、被写体の動きを算出する。また、第２画素群Ｂに属する画素からは距離が算出できないため、周囲にある第１画素群Ａの測定値をもとに距離データを補間してもよい。これら被写体の距離の算出および被写体の動きの検出に関する具体的な処理の内容は、例えば、従来技術で示した特許文献１等に詳述されているため、ここでの説明は省略する。

【0022】

処理部７は、ＣＰＵと、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、メモリ）と、を有する周知のマイクロコンピュータを備えていてもよい。この場合、処理部７の各種機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、処理部７は、１つのマイクロコンピュータを備えてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えてもよい。処理部７の機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の要素について、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現してもよい。

【0023】

［１−３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）測距装置１では、受光部５を、第１画素群Ａおよび第２画素群Ｂに分けて、画素群毎に、異なるシャッタ制御を行うことによって、被写体との距離の算出に必要な画像と、被写体の動きの検出に必要な画像とを並行して取得する。従って、被写体の動きが検出されるまでに要する時間を抑制することができる。即ち、図４に示すように、従来技術では、フレーム毎に算出された距離画像同士を比較することで、動きを検出しているため、動きの検出に２フレームを要していたが、本実施形態では、動きの検出も１フレームで完了することができる。

【0024】

（１ｂ）測距装置１では、第１画素群Ａに属する各画素は、位相が９０度ずつ異なる４位相のシャッタで計測を行い、第２画素群Ｂに属する各画素は、位相が１８０度異なる２位相のシャッタ、即ち、０度と１８０度、もしくは９０度と２７０度で計測を行っている。これにより、照射光と反射光の位相差が０度〜３６０度の範囲のいずれであっても、被写体の動きを検出することができる。

【0025】

（１ｃ）測距装置１では、第１画素群Ａに属する画素と、第２画素群Ｂに属する画素とが市松模様を形成する配置にされているため、受光面の上下方向と左右方向とで同じ分解能を得ることができる。なお、第１画素群Ａに属する画素と第２画素群Ｂに属する画素の配置は、図２０に示すように、互いに入れ替わっていても良い。すなわち第１画素群Ａに属する画素が、単位パターンの右上および左下の画素に割り当てられ、第２画素群Ｂに属する画素が、単位パターンの左上および右下の画素に割り当てられていても良い。

【0026】

［１−４．ゲート信号Ｇ１〜Ｇ４の切り替え方の変形例］
なお、ゲート信号Ｇ１〜Ｇ４の切り替え方は、上述したものに限定されるものではない。

【0027】

第１画素群Ａでは、１フレーム中の４回の光の照射に対して４種類のシャッタを１回ずつ適用すればよく、その順番に制限は無い。
第２画素群Ｂでは、例えば、ゲート信号Ｇ１とゲート信号Ｇ３の順番を入れ替えても良い。この場合、図２１に示すように、先の２回の照射に対しては、ゲート信号Ｇ３（即ち、位相１８０度シャッタ）を連続して使用し、後の２回の照射に対してはゲート信号Ｇ１（即ち、位相０度シャッタ）を連続して使用してもよい。なお、図２１では、単位パターンにおける市松模様での第１画素群Ａに属する画素と第２画素群Ｂに属する画素との配置が、第１実施形態とは反対、即ち、図２０に示したものと同様にして示している。

【0028】

また、第２画素群Ｂでは、例えば、ゲート信号Ｇ１の代わりにゲート信号Ｇ２を適用し、かつゲート信号Ｇ３の代わりにゲート信号Ｇ４を適用しても良い。すなわち先の２回の照射に対しては、ゲート信号Ｇ２（即ち、位相９０度のシャッタ）を連続して使用し、後の２回の照射に対してはゲート信号Ｇ４（即ち、位相２７０度のシャッタ）を連続して使用してもよい。この場合、更に、ゲート信号Ｇ２とゲート信号Ｇ４の順番を入れ替え、先の２回の照射に対しては、ゲート信号Ｇ４を連続して使用し、後の２回の照射に対してはゲート信号Ｇ２を連続して使用してもよい。

【0029】

［１−５．画素配置の変形例］
本実施形態では、第１画素群Ａに属する画素と、第２画素群Ｂに属する画素とが、市松模様を形成する配置としたが、これに限定されるものではない。

【0030】

例えば、図６に示すように、４画素の単位パターンは、第１画素群Ａに属する画素を単位パターンの左半分に配置し、第２画素群Ｂに属する画素を単位パターンの右半分に配置したものであってもよい。この場合、両画素群に属する画素が縦縞模様を形成する配置となり、上述した（１ｃ）の効果の代わりに、受光面の上下方向の分解能を高めることができるという効果が得られる。

【0031】

また、図７に示すように、４画素の単位パターンは、第１画素群Ａに属する画素を単位パターンの上半分に配置し、第２画素群Ｂに属する画素を単位パターンの下半分に配置したものであってもよい。この場合、両画素群に属する画素が横縞模様を形成する配置となり、上述した（１ｃ）の効果の代わりに、受光面の左右方向の分解能を高めることができるという効果が得られる。

【0032】

また、図８に示すように、受光面上に注目領域（即ち、ＲＯＩ）を設定すると共に、その左右両側に付加領域を設定し、第１画素群Ａに属する画素を注目領域に配置し、第２画素群Ｂに属する画素を付加領域に配置してもよい。注目領域は、固定されていてもよいし、前回のフレームまでに検出された被写体の位置に基づいて動的に設定してもよい。例えば、自車両の前方を注目領域として設定した場合、注目領域で検出される自車線上の物体、例えば、先行車両等については、精度よく距離を求めることができる。また、付加領域で検出される物体、例えば、隣接車線から自車線に割り込もうとしている車両や、歩道から道路に進入しようとしている歩行者等については、その動きを精度よく検出することができる。

【0033】

なお、図９に示すように、図８に示す場合とは反対に、第１画素群Ａに属する画素を付加領域に配置し、第２画素群Ｂに属する画素を注目領域に配置してもよい。
また、第１画素群Ａに属する画素および第２画素群Ｂに属する画素は、受光面内の特定の部位に集めて配置してもよい。例えば、図２２に示す変形例１のように、受光面全体のうち特定の一部の領域を第２画素群Ｂとし、その他の領域を第１画素群Ａとしても良い。この場合、例えば、ドアの開閉を第２画素群Ｂで監視しておき、ドアの開閉無き場合は第２画素群Ｂ以外の画素や、第２画素群Ｂ以外の領域を照らす発光部を停止させることで低消費電力化を図ることができる。また、図２２に示す変形例２のように、第１画素群Ａおよび第２画素群Ｂの少なくとも一方が、複数ヶ所にあってもよい。更に、図２２に示す変形例３のように、３種類以上の画素群が存在しても良い。すなわち、受光面全体の中には、ゲート信号Ｇ１〜Ｇ４の切り替え方が、第１画素群Ａおよび第２画素群Ｂのいずれとも異なる画素群が１つ以上あっても良い。

【0034】

［２．第２実施形態］
［２−１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

【0035】

第２実施形態では、受光制御部６による制御、特に第２画素群Ｂに対する制御が、第１実施形態と相違する。
図１０および図１１に示すように、本実施形態における受光制御部６は、第１画素群Ａに対しては、第１実施形態の場合と同様の制御を行う。即ち、光の照射毎に、ゲート信号Ｇ１〜Ｇ４を順番に切り替えて使用し、各フレームについて、同じ制御を繰り返す。

【0036】

第２画素群Ｂに対しては、２フレームを１サイクルとして制御を行い、一つ目のフレームでは、第１実施形態の場合と同様の制御を行う。即ち、先の２回の照射に対しては、ゲート信号Ｇ１を連続して使用し、後の２回の照射に対してはゲート信号Ｇ３を連続して使用する。そして、二つ目のフレームでは、先の２回の照射に対しては、ゲート信号Ｇ２を連続して使用し、後の２回の照射に対しては、ゲート信号Ｇ４を連続して使用する。これにより、ゲート信号Ｇ２（即ち、位相９０度のシャッタ）およびゲート信号Ｇ４（即ち、位相２７０度のシャッタ）に対応した距離に位置する被写体について、異なるタイミングで取得された２対の画像が得られる。

【0037】

［２−２．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）〜（１ｃ）を奏する。

【0038】

なお、第２画素群Ｂに対して使用するゲート信号Ｇ１〜Ｇ４は、１フレーム毎、又は複数フレーム毎に切り替えてもよい。
［３．第３実施形態］
［３−１．第１実施形態との相違点］
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

【0039】

第３実施形態では、受光制御部６による制御が、第１実施形態と相違する。
図１２および図１３に示すように、本実施形態における受光制御部６は、２フレームを１サイクルとして制御を行う。１フレーム目は、第１実施形態の場合と同様の制御を実行する。２フレーム目は、第１画素群Ａと第２画素群Ｂとで画素の位置を入れ替えて、同様の制御を実行する。

【0040】

［３−２．効果］
以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）〜（１ｃ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

【0041】

（３ａ）本実施形態によれば、第１画素群Ａと第２画素群Ｂとで画素の位置が１フレーム毎に入れ替わり、それぞれの画素群Ａ，Ｂが受光面を形成する全ての画素を利用して計測や検出を行うことになる。従って、本実施形態によれば、第１および第２実施形態の場合と比較して、上下方向および左右方向の分解能をいずれも向上させることができる。

【0042】

［４．第４実施形態］
［４−１．第１実施形態との相違点］
第４実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

【0043】

第４実施形態では、受光制御部６による制御、および画素群の構成が、第１実施形態と相違する。
図１４および図１５に示すように、本実施形態では、第１画素群Ａが、二つの第１副画素群Ａ１，Ａ２に分けられ、同様に、第２画素群Ｂも、二つの第２副画素群Ｂ１，Ｂ２に分けられている。そして、４画素の単位パターンにおいて、第１副画素群Ａ１に属する画素が単位パターンの左上に位置し、第１副画素群Ａ２に属する画素を単位パターンの右下に位置する。また、４画素の単位パターンにおいて、第２副画素群Ｂ１に属する画素が右上に位置し、第２副画素群Ｂ２に属する画素が左下に位置する。

【0044】

なお、図２３に示す変形例１のように、第１画素群Ａと第２画素群Ｂの配置を入れ替えても良い。また、図２３に示す変形例２のように、第１副画素群Ａ１とＡ２の配置を入れ替えてもよい。更に、図２３に示す変形例３のように、第２副画素群Ｂ１とＢ２の配置を入れ替えてもよい。

【0045】

本実施形態における受光制御部６は、１フレーム毎に２回の照射を行う。そして、第１副画素群Ａ１は、１回目の照射ではゲート信号Ｇ１、２回目の照射ではゲート信号Ｇ３により制御される。第１副画素群Ａ２は、１回目の照射ではゲート信号Ｇ２、２回目の照射ではゲート信号Ｇ４により制御される。また、第２副画素群Ｂ１は、１回目、２回目のいずれの照射もゲート信号Ｇ１により制御され、第２副画素群Ｂ２は、１回目、２回目のいずれの照射もゲート信号Ｇ３により制御される。

【0046】

上記のような制御を適用することにより、第１画素群Ａでは１つの画像で２位相分の情報を得ることができ、２つの画像を取得するだけで４位相分の情報を取得することができる。すなわち、２枚の画像のみで被写体までの距離を算出することができる。

【0047】

また、上記制御により第２画素群Ｂでも同様に１つの画像で２位相分の情報を得ることができ、照射光と反射光の位相差が０度〜３６０度の何れの場合でも、２枚の画像を取得するだけで被写体の動きを求めることができる。

【0048】

［４−２．効果］
以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）〜（１ｃ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

【0049】

（４ａ）本実施形態によれば、１フレームでの照射回数が２回で済むため、第１〜第３実施形態と比較して、より短時間で、被写体との距離の算出および被写体の動きの検出を行うことができる。

【0050】

［４−３．画素配置の変形例］
本実施形態では、第１画素群Ａに属する画素と、第２画素群Ｂに属する画素とが、市松模様を形成する配置としたが、これに限定されるものではない。

【0051】

例えば、図１６に示すように、４画素の単位パターンは、第１副画素群Ａ１に属する画素を左上、第１副画素群Ａ２に属する画素を左下、第２副画素群Ｂ１に属する画素を右上、第２副画素群Ｂ２に属する画素を右下に配置したものであってもよい。

【0052】

また、図１７に示すように、４画素の単位パターンは、第１副画素群Ａ１に属する画素を左上、第１副画素群Ａ２に属する画素を右上、第２副画素群Ｂ１に属する画素を左下、第２副画素群Ｂ２に属する画素を右下に配置したものであってもよい。

【0053】

なお、図１６および図１７に示した単位パターンにおいても、図２３に示した変形例１〜３の場合と同様に、第１画素群Ａと第２画素群Ｂの配置を入れ替えたり、第１副画素群Ａ１とＡ２の配置を入れ替えたり、第２副画素群Ｂ１とＢ２の配置を入れ替えたりしてもよい。

【0054】

［５．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

【0055】

（５ａ）上記実施形態では、各画素の構成として、図２に示すものを例示したが、これに限定されるものではない。例えば、図１８に示すように、一つの受光素子５１に対して、図２に示したキャパシタ５２、シャッタスイッチ５３、リセットスイッチ５４、リードスイッチ５５と同様に構成された、２セットのキャパシタ５２ａ，５２ｂ、シャッタスイッチ５３ａ，５３ｂ、リセットスイッチ５４ａ，５４ｂ、リードスイッチ５５ａ，５５ｂを備えていてもよい。この場合、図１９に示すように、二つのシャッタスイッチ５３ａ，５３ｂを逆位相で動作させる。そして、両キャパシタから読み出した値Ｄａ，Ｄｂの比を、計測値として用いればよい。また、各画素を構成するキャパシタの数は、上述した１個および２個に限定されるものではなく３個以上備えていてもよい。

【0056】

（５ｂ）上記実施形態では、第２画素群Ｂに使用するシャッタ（即ち、ゲート信号）を２シャッタ毎に切り替えているが、同じシャッタの継続数は、３以上であってもよい。
（５ｂ）上記実施形態では、互いに位相の異なる４種類のシャッタを用いているが、シャッタの種類数はこれに限定されるものではない。例えば、２種類のシャッタや６種類のシャッタ、８種類のシャッタあるいは、これら以外にも、３６０の約数で２以上のものをＭで表すものとして、Ｍ種類数のシャッタを用いても良い。

【0057】

２種類のシャッタを用いる場合、例えば、図２４に示すように、位相が０度〜１８０度の期間だけハイレベルとなるゲート信号（即ち、位相０度のシャッタ）、および位相が１８０度〜３６０度の期間だけハイレベルとなるゲート信号（即ち、位相１８０度のシャッタ）を用いる。この場合、発光部４は、１フレーム毎に２回の照射を行う。そして、受光制御部６は、例えば、図２５に示すように、第１画素群Ａに対しては、２種類のゲート信号を、照射毎に交互に切り替えて使用する。第２画素群Ｂに対しては、２フレームを１サイクルとして制御を行い、一つ目のフレームでは、一方のゲート信号（例えば、位相０度のシャッタ）を連続して使用し、二つ目のフレームでは、他方のゲート信号（例えば、位相１８０度のシャッタ）を連続して使用する。

【0058】

６種類のシャッタを用いる場合、例えば、図２６に示すように、位相が６０度ずつ異なり、それぞれ１８０度に相当する期間だけハイレベルとなる６種類のゲート信号を用いる。この場合、発光部４は、１フレーム毎に６回の照射を行う。そして、受光制御部６は、例えば、図２７に示すように、第１画素群Ａに対しては、６種類のゲート信号を順番に切り替えて使用する。第２画素群Ｂに対しては、先の３回の照射と後の３回の照射とで位相が１８０度異なるゲート信号が使用されるように切り替える。なお、第２画素群Ｂについては、照射を２回ずつに分割し、位相が１２０度ずつ異なる３種類のゲート信号が使用されるように切り替えてもよい。

【0059】

８種類のシャッタを用いる場合、例えば、図２８に示すように、位相が４５度ずつ異なり、それぞれ１８０度に相当する期間だけハイレベルとなる８種類のゲート信号を用いる。この場合、発光部４は、受光制御部６は、１フレーム毎に８回の照射を行う。そして、受光制御部６は、例えば、図２９に示すように、第１画素群Ａに対しては、８種類のゲート信号を順番に切り替えて使用する。第２画素群Ｂに対しては、先の４回の照射と後の４回の照射とで位相が１８０度異なるゲート信号が使用されるように切り替える。なお、第２画素群Ｂについては、照射を２回ずつに分割し、位相が９０度ずつ異なる４種類のゲート信号が使用されるように切り替えてもよい。

【0060】

つまり、Ｍ種類のシャッタを用いる場合、Ｎ＝３６０／Ｍとして、位相がＮ度ずつ異なり、ｍ×Ｎ度〜ｍ×Ｎ＋１８０度に相当する期間だけハイレベルとなるＭ種類のゲート信号を用いればよい。なお、ｍ＝０，１，２，…，Ｍ−１である。

【0061】

これら、Ｍ種類のシャッタを用いる場合も、画素群の配列や画素群毎のゲート信号の切り替え方は、４種類のシャッタを用いる上記実施形態について説明したものと同様のバリエーションを適用することができる。

【0062】

（５ｃ）上記実施形態では、第１画素群Ａに属する画素と、第２画素群Ｂに属する画素の配置を、４画素の単位パターンで示したが、これに限定されるものではない。画素の配置は、例えば、９画素や１６画素の単位パターンで示されるより複雑なパターンを有していてもよい。

【0063】

（５ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【0064】

（５ｅ）上述した測距装置の他、当該測距装置を構成要素とするシステム、シャッタ制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

【符号の説明】

【0065】

１…測距装置、２…信号源、３…駆動部、４…発光部、５…受光部、６…受光制御部、７…処理部、５１…受光素子、５２，５２ａ，５２ｂ…キャパシタ、５３，５３ａ，５３ｂ…シャッタスイッチ、５４，５４ａ，５４ｂ…リセットスイッチ、５５，５５ａ，５５ｂ…リードスイッチ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】