特開 2024-125857 測距装置および測距方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024125857

(43)【公開日】2024-09-19

(54)【発明の名称】測距装置および測距方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/487 20060101AFI20240911BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20240911BHJP

【ＦＩ】

G01S7/487

G01C3/06 120Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023033965

(22)【出願日】2023-03-06

(71)【出願人】

【識別番号】520423334

【氏名又は名称】ミラクシアエッジテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】南 有紀

【テーマコード（参考）】

2F112

5J084

【Ｆターム（参考）】

2F112AD01

2F112BA07

2F112BA16

2F112CA12

2F112DA25

2F112DA26

2F112EA05

5J084AA05

5J084AD01

5J084BA04

5J084BA05

5J084BA20

5J084BA34

5J084BA40

5J084CA03

5J084CA12

5J084CA19

5J084EA01

5J084EA20

(57)【要約】

【課題】受光信号のＳ／Ｎを確保した上でマルチパスの影響を軽減可能な測距装置を提供する。
【解決手段】測距装置１００は、Ｌ（≧２）個の発光領域を有する発光部１０１と、Ｎ（≧２）個の受光領域を有する受光部１０２と、発光制御部１０３と、受光制御部１０４と、距離信号１１３を出力する信号処理部１０５とを備え、発光制御部１０３は、Ｌ個の発光領域のそれぞれに対して他の発光領域とは異なる時系列の発光を行うように指示し、受光制御部１０４は、Ｎ個の受光領域のそれぞれに対してＬ個の発光領域のいずれかの発光に同期して受光を行うように指示し、信号処理部１０５は、Ｎ個の受光領域のそれぞれについて、Ｍ種類の受光信号１１２のうち背景光および間接反射光の影響が占める割合が最も高い受光信号１１２を背景光信号としてＭ－１種類の受光信号１１２から減算後、距離信号１１３を生成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パルス光を測定対象に対して発光するＬ（≧２）個の発光領域を有する発光部と、
測定対象からの反射光を受光しＭ（≧３）種類の信号電荷として蓄積するＮ（≧２）個の受光領域を有し、前記Ｍ種類の信号電荷に応じたＭ種類の受光信号を出力する受光部と、
前記Ｌ個の発光領域に対して発光を指示する発光制御部と、
前記Ｎ個の受光領域に対して受光を指示する受光制御部と、
前記Ｍ種類の受光信号に基づいて距離信号を出力する信号処理部とを備え、
前記発光制御部は、前記Ｌ個の発光領域のそれぞれに対して他の発光領域とは異なる時系列の発光を行うように指示し、
前記受光制御部は、前記Ｎ個の受光領域のそれぞれに対して前記Ｌ個の発光領域のいずれかの発光に同期して受光を行うように指示し、
前記信号処理部は、前記Ｎ個の受光領域のそれぞれについて、前記Ｍ種類の受光信号のうち背景光および間接反射光の影響が占める割合が最も高い受光信号を背景光信号としてＭ－１種類の受光信号から減算後、前記距離信号を生成する、
測距装置。

【請求項2】

前記発光制御部は、前記Ｌ個の発光領域のそれぞれに対し、１回または複数回の発光毎に所定の基準タイミングに対する発光タイミングのシフト量を変更することを１フレーム期間内に複数回繰り返す、
請求項１に記載の測距装置。

【請求項3】

前記発光制御部は、前記シフト量を乱数により決定する、
請求項２に記載の測距装置。

【請求項4】

前記シフト量の最大値は、前記Ｌ個の発光領域の発光開始から前記背景光信号の受光終了までの期間と同じである、
請求項２または３に記載の測距装置。

【請求項5】

パルス光を測定対象に対して発光するＬ（≧２）個の発光領域を有する発光部と、測定対象からの反射光を受光しＭ（≧３）種類の信号電荷として蓄積するＮ（≧２）個の受光領域を有し、前記Ｍ種類の信号電荷に応じたＭ種類の受光信号を出力する受光部とを備える測距装置による測距方法であって、
前記Ｌ個の発光領域に対して発光を指示する発光制御ステップと、
前記Ｎ個の受光領域に対して受光を指示する受光制御ステップと、
前記Ｍ種類の受光信号に基づいて距離信号を出力する信号処理ステップとを含み、
前記発光制御ステップでは、前記Ｌ個の発光領域のそれぞれに対して他の発光領域とは異なる時系列の発光を行うように指示し、
前記受光制御ステップでは、前記Ｎ個の受光領域のそれぞれに対して前記Ｌ個の発光領域のいずれかの発光に同期して受光を行うように指示し、
前記信号処理ステップでは、前記Ｎ個の受光領域のそれぞれについて、前記Ｍ種類の受光信号のうち背景光および間接反射光の影響が占める割合が最も高い受光信号を背景光信号としてＭ－１種類の受光信号から減算後、前記距離信号を生成する、
測距方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式により距離を測定する測距装置および測距方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、測定対象からの反射光の飛行時間に基づいて距離を測定するＴＯＦ方式の測距センサおよび測距装置を提案している。一般に、ＴＯＦ方式の測距装置は、マルチパス（言い換えると、「間接反射光」）が発生する条件下において測定精度が低下する。これに対して、例えば特許文献２、特許文献３および特許文献４は、領域毎の照射光のマスクあるいは減弱により照射パターンを形成することで間接反射成分が優位を占める受光信号を取り出し、直接反射成分が優位を占める受光信号から減算することでマルチパスの影響を軽減する測距装置を提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－２９４４２０号公報

【特許文献2】特許第６２４１７９３号公報

【特許文献3】特表２０１７－５１７７３７号公報

【特許文献4】国際公開第２０２２／００４４４１号

【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、特許文献２および特許文献３の測距装置では、領域毎に照射光がマスクされている期間が受光信号の直接反射成分に寄与しない。さらに、間接反射成分が優位を占める受光信号を前半位相および後半位相それぞれについて取得する必要があり、受光信号読出し時間の増加により受光期間を圧迫する。以上のことから、特許文献２および特許文献３の技術では、受光信号のＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を確保することが困難である。

【0005】

これに対して特許文献４の測距装置では複数波長の照射光を組み合わせることで、単純に照射光をマスクするよりも多くの直接反射成分を含む受光信号を取得している。しかしながら、Ｓｉイメージセンサが実用感度を有する波長範囲において、複数波長の光を光学フィルタ等により完全に分離するのは困難であるため、十分なＳ／Ｎを確保することが困難である。

【0006】

上記課題に鑑み、本開示は、受光信号のＳ／Ｎを確保した上でマルチパスの影響を軽減可能な測距装置および測距方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る測距装置は、パルス光を測定対象に対して発光するＬ（≧２）個の発光領域を有する発光部と、測定対象からの反射光を受光しＭ（≧３）種類の信号電荷として蓄積するＮ（≧２）個の受光領域を有し、前記Ｍ種類の信号電荷に応じたＭ種類の受光信号を出力する受光部と、前記Ｌ個の発光領域に対して発光を指示する発光制御部と、前記Ｎ個の受光領域に対して受光を指示する受光制御部と、前記Ｍ種類の受光信号に基づいて距離信号を出力する信号処理部とを備え、前記発光制御部は、前記Ｌ個の発光領域のそれぞれに対して他の発光領域とは異なる時系列の発光を行うように指示し、前記受光制御部は、前記Ｎ個の受光領域のそれぞれに対して前記Ｌ個の発光領域のいずれかの発光に同期して受光を行うように指示し、前記信号処理部は、前記Ｎ個の受光領域のそれぞれについて、前記Ｍ種類の受光信号のうち背景光および間接反射光の影響が占める割合が最も高い受光信号を背景光信号としてＭ－１種類の受光信号から減算後、前記距離信号を生成する。

【0008】

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る測距方法は、パルス光を測定対象に対して発光するＬ（≧２）個の発光領域を有する発光部と、測定対象からの反射光を受光しＭ（≧３）種類の信号電荷として蓄積するＮ（≧２）個の受光領域を有し、前記Ｍ種類の信号電荷に応じたＭ種類の受光信号を出力する受光部とを備える測距装置による測距方法であって、前記Ｌ個の発光領域に対して発光を指示する発光制御ステップと、前記Ｎ個の受光領域に対して受光を指示する受光制御ステップと、前記Ｍ種類の受光信号に基づいて距離信号を出力する信号処理ステップとを含み、前記発光制御ステップでは、前記Ｌ個の発光領域のそれぞれに対して他の発光領域とは異なる時系列の発光を行うように指示し、前記受光制御ステップでは、前記Ｎ個の受光領域のそれぞれに対して前記Ｌ個の発光領域のいずれかの発光に同期して受光を行うように指示し、前記信号処理ステップでは、前記Ｎ個の受光領域のそれぞれについて、前記Ｍ種類の受光信号のうち背景光および間接反射光の影響が占める割合が最も高い受光信号を背景光信号としてＭ－１種類の受光信号から減算後、前記距離信号を生成する。

【発明の効果】

【0009】

本開示に係る測距装置および測距方法によれば、受光信号のＳ／Ｎを確保した上でマルチパスの影響が軽減された距離測定を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態における測距装置およびその周辺の構成例を示すブロック図

【図2】実施形態における発光部および受光部の模式図

【図3】実施形態における受光領域上の画素構成を示す回路図

【図4】実施形態における測距装置の動作を示すタイミング図

【図5】実施形態における発光部および受光部の動作を示すタイミング図

【図6】実施形態における受光動作の特異例を示すタイミング図

【図7】実施形態における信号電荷蓄積の例を示すタイミング図

【図8】実施形態における測距装置の動作（測距方法）を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施の形態に係る測距装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものであり、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定するものではない。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。

【0012】

［１ 装置の構成］
図１は、本実施形態における測距装置１００およびその周辺の構成例を模式的に示すブロック図である。本図では、周辺の構成例として、測定対象１０が図示されている。図１に示すように、本実施形態における測距装置１００は、ＴＯＦ方式の測距装置であり、発光部１０１、受光部１０２、発光制御部１０３、受光制御部１０４、および、信号処理部１０５を備える。

【0013】

発光部１０１は、パルス光１１０を測定対象１０に対して発光するＬ（≧２）個の発光領域（ここでは、３個の発光領域）を有するレーザーダイオードまたはＬＥＤなどの発光素子を含む構成を備える。

【0014】

受光部１０２は、測定対象１０からの反射光を受光しＭ（≧３）種類の信号電荷（ここでは、３種類の信号電荷）として蓄積するＮ（≧２）個の受光領域（ここでは、３個の受光領域）を有し、Ｍ種類の信号電荷に応じたＭ種類の受光信号１１２を出力する、二次元状に配置された受光素子を含む画素回路である。

【0015】

発光制御部１０３は、Ｌ個の発光領域に対して発光を指示するタイミング信号発生回路である。より詳しくは、発光制御部１０３は、Ｌ個の発光領域のそれぞれに対して他の発光領域とは異なる時系列の発光を行うように指示する。このとき、発光制御部１０３は、Ｌ個の発光領域のそれぞれに対し、１回または複数回の発光毎に所定の基準タイミングに対する発光タイミングのシフト量を変更することを１フレーム期間内に複数回繰り返す。このシフト量については、発光制御部１０３は、シフト量を乱数により決定する。シフト量の最大値は、Ｌ個の発光領域の発光開始から背景光信号の受光終了までの期間と同じである。

【0016】

受光制御部１０４は、Ｎ個の受光領域に対して受光を指示するタイミング信号発生回路である。より詳しくは、受光制御部１０４は、Ｎ個の受光領域のそれぞれに対してＬ個の発光領域のいずれかの発光に同期して受光を行うように指示する。

【0017】

信号処理部１０５は、Ｍ種類の受光信号１１２に基づいて距離信号１１３を出力する信号処理回路であり、メモリ、および、プログラムを内蔵し実行するプロセッサなどで構成される。より詳しくは、信号処理部１０５は、Ｎ個の受光領域のそれぞれについて、Ｍ種類の受光信号１１２のうち背景光および間接反射光の影響が占める割合が最も高い受光信号１１２を背景光信号としてＭ－１種類の受光信号１１２から減算後、距離信号１１３を生成する。

【0018】

図２は、本実施形態における発光部１０１および受光部１０２を模式的に示す図である。図２に示すように、発光部１０１は、本実施形態では、第１から第３の発光領域２０１～２０３を有しており、各発光領域は中心波長が９４０ｎｍ付近の近赤外光を発するＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）などの発光素子、および、発光素子の発光側を覆う拡散板で構成されており、各発光領域が独立したタイミングで一定の照射角を有するパルス光１１０を照射する。また、受光部１０２は、本実施形態では、第１から第３の受光領域２１１～２１３を有しており、各受光領域はＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子上の二次元領域であり、それぞれ独立したタイミングで測定対象１０からの反射光１１１を、図示されないレンズ、および光学フィルタを通して受光する。なお、図中ではパルス光１１０、および反射光１１１の一部の光線のみを例示している。

【0019】

ここで、反射光１１１のうち第１の発光領域２０１から照射されたパルス光１１０に起因する成分は第１の受光領域２１１で直接反射成分（つまり、直接反射光による成分）として受光される。第１の発光領域２０１から照射されたパルス光１１０に起因する反射光１１１の一部は図中破線で示す経路を通り、第２および第３の受光領域２１２および２１３で間接反射成分（つまり、間接反射光による成分）として受光される。また、反射光１１１のうち第２の発光領域２０２から照射されたパルス光１１０に起因する成分は第２の受光領域２１２で直接反射成分として受光される。第２の発光領域２０２から照射されたパルス光１１０に起因する反射光１１１の一部は、第１および第３の受光領域２１１および２１３で間接反射成分として受光される。同様に、反射光１１１のうち第３の発光領域２０３から照射されたパルス光１１０に起因する成分は第３の受光領域２１３で直接反射成分として受光される。第３の発光領域２０３から照射されたパルス光１１０に起因する反射光１１１の一部は、第１および第２の受光領域２１１および２１２で間接反射成分として受光される。各受光領域で受光した反射光１１１はそれぞれ信号電荷として蓄積された後、受光信号１１２として出力される。このように、第１から３の受光領域２１１～２１３のそれぞれは、直接反射成分を受光する対象として、第１から第３の発光領域２０１～２０３のいずれかと対応づけられている。

【0020】

なお、発光領域の数Ｌおよび受光領域の数Ｎは、２以上であればよく、例えば、４つ以上でもよく、分割方向は横方向および格子状であってもよい。また、発光領域の数Ｌと受光領域の数Ｎは異なっていてもよく、例えば発光領域の数Ｌが６、かつ受光領域の数Ｎが３であり、２つの発光領域の組を１つの発光領域と見立てて用いてもよい。なお厳密に言えば、発光領域および受光領域の分割により間接反射成分を完全に分離出来るわけではなく、例えば、第１の発光領域２０１から照射されたパルス光１１０に起因する間接反射成分の一部が第１の受光領域２１１により受光されることもありうる。ただし、このような間接反射成分は、発光領域および受光領域の分割数が十分に多い場合は無視できるレベルになるため、以降の説明では言及しないこととする。

【0021】

図３は、実施形態における受光領域上の画素構成を示す回路図であり、より詳しくは、本実施形態における第１から第３の受光領域２１１～２１３を構成するＣＭＯＳイメージセンサの画素構成を示す図である。図３に示すように、本実施形態における受光領域上の画素は、一般的なＣＭＯＳイメージセンサの画素と類似の構造を有するが、３種類の受光信号Ａ０～Ａ２を出力するため、３種類の信号電荷を独立して蓄積可能な構造となっている点が一般的なＣＭＯＳイメージセンサとは異なり、入射光を信号電荷に変換するフォトダイオードＰＤ、３種類の信号電荷を蓄積する電荷蓄積部Ｃ０～Ｃ２、リセット信号ＲＳＴに応じて各電荷蓄積部Ｃ０～Ｃ２の電位をリセットするリセットトランジスタＴＲ、受光制御部１０４からの受光制御信号Ｘ０～Ｘ２に応じて信号電荷を選択的に転送する転送トランジスタＴＸ０～ＴＸ２、インピーダンス変換のためのソースフォロワトランジスタＳＦ０～ＳＦ２、受光制御部１０４からの読出し制御信号Ｒ０～Ｒ２に応じて受光信号Ａ０～Ａ２を時系列で選択的に取り出すための選択トランジスタＳＥＬ０～ＳＥＬ２からなる。ここで、受光制御信号Ｘ０～Ｘ２は第１から第３の受光領域２１１～２１３のそれぞれ毎に独立しており、第１から第３の受光領域２１１～２１３はそれぞれ異なるタイミングで信号電荷を蓄積する。第１から３の受光領域２１１～２１３には、このような構成を備える画素が２次元状に配置されている。

【0022】

［２ 装置の動作］
以下、本実施形態における測距装置１００の動作について、図面を参照しながら説明する。図４は、本実施形態における測距装置１００の動作を示すタイミング図である。図４に示すように、まず、タイミング４０１において受光部１０２内の信号電荷（つまり、電荷蓄積部Ｃ０～Ｃ２に蓄積されている信号電荷）をリセットするリセット動作を行い、タイミング４０２において発光部１０１（つまり、第１から第３の発光領域２０１～２０３）の発光と、受光部１０２（つまり、第１から３の受光領域２１１～２１３）による電荷蓄積を行う１回目の受光動作を行う。同様に、タイミング４０３以降も２～Ｐ回目の受光動作を繰り返し行い、電荷蓄積部Ｃ０～Ｃ２に累積的に信号電荷を蓄積する。その後、タイミング４０４において電荷蓄積部Ｃ０～Ｃ２に蓄積された信号電荷を読み出す読出し動作と、信号処理部１０５による距離信号１１３の生成を並列して行う。以上を１フレームの動作として、さらにフレーム毎に繰り返すことで、時系列の距離画像（つまり、２次元状に配置された画素毎の距離信号１１３）を生成する。

【0023】

図５は、本実施形態における発光部１０１、および受光部１０２の動作を示すタイミング図である。本図には、第１の発光領域２０１のパルス光１１０、第１の受光領域２１１における受光制御信号Ｘ０～Ｘ２、第２の発光領域２０２のパルス光１１０、第２の受光領域２１２における受光制御信号Ｘ０～Ｘ２、第３の発光領域２０３のパルス光１１０、第３の受光領域２１３における受光制御信号Ｘ０～Ｘ２、および、リセット信号ＲＳＴのタイミングが図示されている。

【0024】

まずリセット動作として、リセット信号ＲＳＴをＨＩＧＨレベルに設定したうえで、第１から第３の受光領域における受光制御信号Ｘ０～Ｘ２を順番にＨＩＧＨレベルに設定することで電荷蓄積部Ｃ０～Ｃ２に蓄積されている各信号電荷をリセットし、リセット信号ＲＳＴをＬＯＷレベルに戻す。

【0025】

次に１回目の受光動作として、第１の発光領域２０１が、リセット信号ＲＳＴがＬＯＷレベルになってから時間ＴＬ１（１）後に幅ＴＰのパルス光１１０を照射し、幅ＴＰのパルス光１１０の照射と同期間に第１の受光領域２１１の受光制御信号Ｘ０をＨＩＧＨレベルに設定することで電荷蓄積部Ｃ０に信号電荷を蓄積し、電荷蓄積部Ｃ０への信号電荷の蓄積を開始してから時間ＴＰ後に第１の受光領域２１１の受光制御信号Ｘ１をＨＩＧＨレベルに設定することで電荷蓄積部Ｃ１に信号電荷を蓄積し、さらに電荷蓄積部Ｃ１への信号電荷の蓄積を開始してから時間ＴＢ後に第１の受光領域の受光制御信号Ｘ２をＨＩＧＨレベルに設定することで電荷蓄積部Ｃ２に信号電荷を蓄積する。このように、第１の発光領域２０１の動作と第１の受光領域２１１の動作とは、時間関係が固定されており、同期している。

【0026】

ここで、時間ＴＬ１（１）は、０～ＴＰ＋ＴＢの時間範囲内での疑似乱数であり、受光制御部１０４によってＭ系列などのアルゴリズム（つまり、疑似乱数発生器）を用いて決定される。また、時間ＴＢは反射光１１１が実用上無視できるレベルまで減衰する距離を進む時間である。

【0027】

さらに、第１の発光領域２０１、および第１の受光領域２１１の動作と並行し、第２の発光領域２０２が、リセット信号ＲＳＴがＬＯＷレベルになってから時間ＴＬ２（１）後に、第３の発光領域２０３が、リセット信号ＲＳＴがＬＯＷレベルになってから時間ＴＬ３（１）後にそれぞれ幅ＴＰのパルス光１１０を照射し、第２の受光領域２１２、および第３の受光領域２１３が第１の受光領域２１１と同様の手順で信号電荷を蓄積する。なお、ＴＬ２（１）、およびＴＬ３（１）はＴＬ１（１）と同様に疑似乱数である。このように、第１の発光領域２０１の動作と第２および第３の受光領域２１２および２１３の動作とは、時間関係がランダムに決定され、同期していない。

【0028】

以上の１回目の受光動作を周期ＴＥで２回目以降も繰り返すことで、受光信号１１２の生成に十分な信号電荷量を確保する。ここで、周期ＴＥ＝ＴＩ＋ｍａｘ［ＴＬｉ（ｊ）］＝ＴＩ＋ＴＰ＋ＴＢであり、ＴＩは各発光領域の最短発光間隔（発光から次の発光が可能になるまでの時間）であり、ＴＩ＞２×ＴＰ＋ＴＢとする。また、ＴＬｉ（ｊ）はｊ回目の受光動作における第ｉの発光領域の発光タイミングを示す。なお、ＴＬｉ（ｊ）を１回の発光毎に変更せず、例えば２回の発光毎に変更してもよいし、乱数で定まる発光毎に変更してもよいし、１フレーム期間内で変更の間隔を変えてもよい。

【0029】

図６は、本実施形態における受光動作の特異例を示すタイミング図である。ここでは、第１の受光領域２１１と第２の受光領域２１２について、同じ回数目における受光動作の特異例が２つ（図６の（ａ）および（ｂ））示されている。図６の（ａ）および（ｂ）には、第１の発光領域２０１のパルス光１１０、第１の受光領域２１１における受光制御信号Ｘ０～Ｘ２、第２の発光領域２０２のパルス光１１０、および、第２の受光領域２１２における受光制御信号Ｘ０～Ｘ２のタイミングが図示されている。

【0030】

図６の（ａ）の一つ目の例に示すように、同じ回数目の受光動作において、第１の発光領域２０１の発光タイミングＴＬ１＝０かつ、第２の発光領域２０２の発光タイミングＴＬ２＝２×ＴＰ＋ＴＢのとき、第１の発光領域２０１の発光から第２の受光領域２１２の受光までの期間が最大となり、第１の発光領域２０１のパルス光１１０は第２の受光領域２１２でかろうじて受光されず、第２の発光領域２０２のパルス光１１０も第１の受光領域２１１に受光されない。

【0031】

同様に、図６の（ｂ）の二つ目の例に示すように、同じ回数目の受光動作において、第１の発光領域２０１の発光タイミングＴＬ１＝２×ＴＰ＋ＴＢかつ、第２の発光領域２０２の発光タイミングＴＬ２＝０のとき、第２の発光領域２０２の発光から第１の受光領域２１１の受光までの期間が最大となり、第２の発光領域２０２のパルス光１１０は第１の受光領域２１１でかろうじて受光されず、第１の発光領域２０１のパルス光１１０も第２の受光領域２１２に受光されない。

【0032】

以上のことに加え、前述のようにＴＬ１およびＴＬ２は発光毎に疑似乱数をとるため、第１の発光領域２０１のパルス光１１０は第２の受光領域２１２の電荷蓄積部Ｃ０～Ｃ２に均等に分散されて蓄積され、同様に、第２の発光領域２０２のパルス光１１０は第１の受光領域２１１の電荷蓄積部Ｃ０～Ｃ２に均等に分散されて蓄積される。第３の発光領域２０３、および第３の受光領域２１３についても同様である。

【0033】

図７は、本実施形態における信号電荷蓄積の例を示すタイミング図である。ここでは、仮にＴＬｉ（ｊ）を固定にした場合に得られる信号電荷蓄積の例（図７の（ａ））と、実施形態のようにＴＬｉ（ｊ）を疑似乱数により変化させた場合に得られる信号電荷蓄積の例（図７の（ｂ））とが示されている。図７の（ａ）および（ｂ）には、１フレームにわたる信号電荷蓄積の例として、直接反射成分、間接反射成分、背景光成分、受光制御信号Ｘ０～Ｘ２、および、電荷蓄積部Ｃ０～Ｃ２の信号電荷蓄積のタイミングが図示されている。

【0034】

図７の（ａ）に示すように、例えば、ＴＬｉ（ｊ）＝０に固定すると、間接反射成分は電荷蓄積部Ｃ０～Ｃ２に異なる比率で（つまり、均等に分散されることなく）信号電荷として蓄積される。電荷蓄積部Ｃ０～Ｃ２に蓄積された信号電荷を示す受光信号Ａ０～Ａ２の信号比率も同様に変化するため、間接反射成分は、電荷蓄積部Ｃ０～Ｃ２のそれぞれに対してマルチパスに対応する時間に依存した影響を与えることとなり、距離計算に悪影響を及ぼす。

【0035】

一方、同図の（ｂ）に示す本実施形態のように、ＴＬｉ（ｊ）を疑似乱数により変化させた場合、パルス光１１０が照射されてから間接反射光が受光されるまでの時間がランダムに変化するので、間接反射成分は電荷蓄積部Ｃ０～Ｃ２に均等比率で分散されて信号電荷として蓄積される。よって、受光信号Ａ０～Ａ２における間接反射成分も同様の比率となり、さらに、受光信号Ａ２は間接反射成分、および背景光成分のみが占める背景光信号となる。よって、信号処理部１０５は、以下の数式１を用いることで間接反射成分および背景光成分の影響を除去した距離信号を各画素に対して生成することができる。

【0036】

【数1】

【0037】

以上の動作により、本実施形態における測距装置１００は、少ない個数の電荷蓄積部Ｃ０～Ｃ２を用いて高い時間効率で受光し、マルチパスの影響を時間軸で均等に分散させることで、高精度（つまり、高Ｓ／Ｎを確保した上）でマルチパス（言い換えると、間接反射光）の影響を軽減した時系列の距離画像を生成することができる。

【0038】

図８は、実施形態における測距装置１００の動作（つまり、測距方法）を示すフローチャートである。ここでは、パルス光１１０を測定対象１０に対して発光するＬ（≧２）個の発光領域を有する発光部１０１と、測定対象１０からの反射光を受光しＭ（≧３）種類の信号電荷として蓄積するＮ（≧２）個の受光領域を有し、Ｍ種類の信号電荷に応じたＭ種類の受光信号１１２を出力する受光部１０２とを備える測距装置１００による測距方法の手順が示されている。

【0039】

まず、発光制御部１０３は、Ｌ個の発光領域に対して発光を指示する（発光制御ステップＳ１０）。より詳しくは、発光制御部１０３は、Ｌ個の発光領域のそれぞれに対して他の発光領域とは異なる時系列の発光を行うように指示する。

【0040】

一方、受光制御部１０４は、Ｎ個の受光領域に対して受光を指示する（受光制御ステップＳ１１）。より詳しくは、受光制御部１０４は、Ｎ個の受光領域のそれぞれに対してＬ個の発光領域のいずれかの発光に同期して受光を行うように指示する。

【0041】

なお、上記発光制御ステップＳ１０および受光制御ステップＳ１１は、上述した実施形態のように、並行して行われる。

【0042】

次に、信号処理部１０５は、Ｍ種類の受光信号１１２に基づいて距離信号１１３を出力する（信号処理ステップＳ１２）。より詳しくは、信号処理部１０５は、Ｎ個の受光領域のそれぞれについて、Ｍ種類の受光信号１１２のうち背景光および間接反射光の影響が占める割合が最も高い受光信号１１２を背景光信号としてＭ－１種類の受光信号１１２から減算後、距離信号１１３を生成する。

【0043】

以上の動作により、本実施形態における測距装置１００は、少ない個数の電荷蓄積部Ｃ０～Ｃ２を用いて高い時間効率で受光し、マルチパスの影響を時間軸で均等に分散させることで、受光信号のＳ／Ｎを確保した上でマルチパス（言い換えると、間接反射光）の影響を軽減した時系列の距離画像を生成することができる。

【0044】

［３ まとめ等］
以上のように、本実施形態における測距装置１００は、パルス光１１０を測定対象１０に対して発光するＬ（≧２）個の発光領域（実施形態では、第１から第３の発光領域２０１～２０３）を有する発光部１０１と、測定対象１０からの反射光を受光しＭ（≧３）種類の信号電荷として蓄積するＮ（≧２）個の受光領域（実施形態では、第１から第３の受光領域２１１～２１３）を有し、Ｍ種類の信号電荷に応じたＭ種類の受光信号１１２を出力する受光部１０２と、Ｌ個の発光領域に対して発光を指示する発光制御部１０３と、Ｎ個の受光領域に対して受光を指示する受光制御部１０４と、Ｍ種類の受光信号１１２に基づいて距離信号１１３を出力する信号処理部１０５とを備え、発光制御部１０３は、Ｌ個の発光領域のそれぞれに対して他の発光領域とは異なる時系列の発光を行うように指示し、受光制御部１０４は、Ｎ個の受光領域のそれぞれに対してＬ個の発光領域のいずれかの発光に同期して受光を行うように指示し、信号処理部１０５は、Ｎ個の受光領域のそれぞれについて、Ｍ種類の受光信号１１２のうち背景光および間接反射光の影響が占める割合が最も高い受光信号１１２を背景光信号としてＭ－１種類の受光信号１１２から減算後、距離信号１１３を生成する。

【0045】

本実施形態によれば、従来技術のように照射光をマスクしたり、複数波長の照射光を組み合わせたりする必要がないので、少ない個数の電荷蓄積部Ｃ０～Ｃ２を用いて高い時間効率で受光し、マルチパスの影響を時間軸で均等に分散させることで、高精度（つまり、高Ｓ／Ｎを確保した上で）かつマルチパスの影響が軽減された距離測定が実現される。

【0046】

ここで、発光制御部１０３は、Ｌ個の発光領域のそれぞれに対し、１回または複数回の発光毎に所定の基準タイミングに対する発光タイミングのシフト量を変更することを１フレーム期間内に複数回繰り返す。これにより、間接反射光を受光する受光領域での間接反射成分が時間的に分散されて蓄積され、背景光信号が正確に算出される。

【0047】

また、発光制御部１０３は、シフト量を乱数により決定する。これにより、間接反射光を受光する受光領域での間接反射成分が、確実に、時間的に分散されて蓄積される。

【0048】

また、シフト量の最大値は、Ｌ個の発光領域の発光開始から背景光信号の受光終了までの期間と同じである。これにより、確実に間接反射成分が背景光信号に含まれることになり、背景光成分の影響を抑制した距離信号の生成が可能になる。

【0049】

また、本実施形態における測距方法は、パルス光１１０を測定対象１０に対して発光するＬ（≧２）個の発光領域（第１から第３の発光領域２０１～２０３）を有する発光部１０１と、測定対象１０からの反射光を受光しＭ（≧３）種類の信号電荷として蓄積するＮ（≧２）個の受光領域（第１から第３の受光領域２１１～２１３）を有し、Ｍ種類の信号電荷に応じたＭ種類の受光信号１１２を出力する受光部１０２とを備える測距装置１００による測距方法であって、Ｌ個の発光領域に対して発光を指示する発光制御ステップＳ１０と、Ｎ個の受光領域に対して受光を指示する受光制御ステップＳ１１と、Ｍ種類の受光信号１１２に基づいて距離信号１１３を出力する信号処理ステップＳ１２とを含み、発光制御ステップＳ１０では、Ｌ個の発光領域のそれぞれに対して他の発光領域とは異なる時系列の発光を行うように指示し、受光制御ステップＳ１１では、Ｎ個の受光領域のそれぞれに対してＬ個の発光領域のいずれかの発光に同期して受光を行うように指示し、信号処理ステップＳ１２では、Ｎ個の受光領域のそれぞれについて、Ｍ種類の受光信号１１２のうち背景光および間接反射光の影響が占める割合が最も高い受光信号１１２を背景光信号としてＭ－１種類の受光信号１１２から減算後、距離信号１１３を生成する。

【0050】

これにより、従来技術のように照射光をマスクしたり、複数波長の照射光を組み合わせたりする必要がないので、少ない個数の電荷蓄積部Ｃ０～Ｃ２を用いて高い時間効率で受光し、マルチパスの影響を時間軸で均等に分散させることで、高精度（つまり、高Ｓ／Ｎを確保した上で）かつマルチパスの影響が軽減された距離測定が実現される。

【0051】

以上、本開示に係る測距装置および測距方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲内に含まれる。

【0052】

例えば、上記実施の形態では、発光制御部１０３は、Ｌ個の発光領域のそれぞれに対し、１回または複数回の発光毎に所定の基準タイミングに対する発光タイミングのシフト量を乱数で変更したが、これに限られず、Ｌ個の発光領域の１フレームにおける発光タイミングが互いに異なるパターンとなるならば、予め定められた固定の発光タイミングのパターンであってもよい。

【0053】

また、上記実施の形態における測距方法は、ＤＶＤ等のコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体に記録されるプログラムとして実現されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0054】

本開示に係る測距装置は、マルチパスの影響が少なく高精度な距離測定を行えるため、例えば、屋内搬送ロボット等における３次元測定に有用である。

【符号の説明】

【0055】

１０ 測定対象
１００ 測距装置
１０１ 発光部
１０２ 受光部
１０３ 発光制御部
１０４ 受光制御部
１０５ 信号処理部
１１０ パルス光
１１１ 反射光
１１２、Ａ０～Ａ２ 受光信号
１１３ 距離信号
２０１ 第１の発光領域
２０２ 第２の発光領域
２０３ 第３の発光領域
２１１ 第１の受光領域
２１２ 第２の受光領域
２１３ 第３の受光領域
ＰＤ フォトダイオード
ＴＲ リセットトランジスタ
ＴＸ０～ＴＸ２ 転送トランジスタ
Ｃ０～Ｃ２ 電荷蓄積部
ＳＦ０～ＳＦ２ ソースフォロワトランジスタ
ＳＥＬ０～ＳＥＬ２ 選択トランジスタ
Ｘ０～Ｘ２ 受光制御信号
Ｒ０～Ｒ２ 読出し制御信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】