特開 2024-13232 測距装置及び測距方法

(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】P2024013232

(43)【公開日】2024-01-31

(54)【発明の名称】測距装置及び測距方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 17/10 20200101AFI20240124BHJP

   G01S 17/894 20200101ALN20240124BHJP

【ＦＩ】

G01S17/10

G01S17/894

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023117423

(22)【出願日】2023-07-19

(31)【優先権主張番号】P 2022114866

(32)【優先日】2022-07-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】504145342

【氏名又は名称】国立大学法人九州大学

(71)【出願人】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(71)【出願人】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(74)【代理人】

【識別番号】100153224

【弁理士】

【氏名又は名称】中原 正樹

(72)【発明者】

【氏名】川崎 洋

(72)【発明者】

【氏名】岩口 尭史

(72)【発明者】

【氏名】羅 文彬

(72)【発明者】

【氏名】佐川 立昌

(72)【発明者】

【氏名】長原 一

【テーマコード（参考）】

5J084

【Ｆターム（参考）】

5J084AA05

5J084AA13

5J084AD01

5J084BA36

5J084BA40

5J084CA05

5J084EA02

(57)【要約】

【課題】従来よりもノイズに頑健な測距装置等を提供する。
【解決手段】測距装置１００は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、光源部４０と、光源部４０が出射した光が対象物２００で反射された反射光を受光する受光素子と、受光素子が反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第１タップ、第２タップ及び第３タップとを有する受光部６０と、光源部４０の発光タイミング、並びに、第１タップ、第２タップ及び第３タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部２０とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、
光源部と、
前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子と、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第１タップ、第２タップ及び第３タップとを有する受光部と、
前記光源部の発光タイミング、並びに、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部とを備える
測距装置。

【請求項2】

前記擬似乱数を用いた変調は、ガロア体を用いた変調である
請求項１に記載の測距装置。

【請求項3】

前記ガロア体を用いた変調では、ガロア体として、前記受光部が有するタップの数と同数の位数のガロア体における擬似乱数が用いられる
請求項２に記載の測距装置。

【請求項4】

前記ガロア体を用いた変調では、ガロア体として、前記受光部が有するタップの数より大きい位数のガロア体における擬似乱数が用いられる
請求項２に記載の測距装置。

【請求項5】

前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップのそれぞれは、一期間をオンとする第１状態、一期間をオフとする第２状態、及び、一期間内においてオン及びオフの一方から他方へ切り替わる第３状態とを有し、
前記信号生成部は、前記擬似乱数に基づいて、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップのうちの一のタップにおいて、前記第１状態、前記第２状態及び前記第３状態のうちの一の状態の出現確率を、他のタップと異ならせるように当該一のタップの制御信号を生成する
請求項４に記載の測距装置。

【請求項6】

前記信号生成部は、前記基本信号に第１擬似乱数を用いて変調を加えた第１信号と、前記基本信号に前記第１擬似乱数と異なる第２擬似乱数を用いて変調を加えた第２信号とを時間方向に多重化することで、前記発光タイミングのための前記制御信号を生成し、かつ、前記第１信号に基づく第１の受光信号と、前記第２信号に基づく第２の受光信号とを時間方向に多重化することで、前記露光タイミングのための制御信号を生成する
請求項１～５のいずれか１項に記載の測距装置。

【請求項7】

前記測距装置が配置される空間には、他の測距装置が配置されており、
前記受光部が受光した外乱光に基づいて、当該外乱光を出射するために用いられた擬似乱数を特定し、特定された擬似乱数から前記他の測距装置を識別する信号処理部を備える
請求項１～５のいずれか１項に記載の測距装置。

【請求項8】

前記第１タップ、前記第２タップ、及び、前記第３タップのそれぞれに蓄積された電荷量を用いた比に基づいて、前記距離を算出する算出部を備える
請求項１～５のいずれか１項に記載の測距装置。

【請求項9】

前記基本信号は、単一周波数の信号である
請求項１～５のいずれか１項に記載の測距装置。

【請求項10】

前記発光タイミングのための制御信号の基本信号は、パルス状の信号であり、
前記露光タイミングのための制御信号の基本信号は、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップで位相が異なる台形形状の信号である
請求項１～５のいずれか１項に記載の測距装置。

【請求項11】

高周波ノイズが存在する環境下において測定された距離の二乗平均平方根誤差は、１００ｍｍ以下である
請求項１～５のいずれか１項に記載の測距装置。

【請求項12】

ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、
光源部と、
前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子と、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第１タップ及び第２タップとを有する受光部と、
前記光源部の発光タイミング、並びに、前記第１タップ及び前記第２タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部とを備える
測距装置。

【請求項13】

ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式により対象物までの距離を測定する測距装置で実行される測距方法であって、
前記測距装置は、
光源部と、
前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子と、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第１タップ、第２タップ及び第３タップとを有する受光部とを備え、
前記測距方法は、
前記光源部の発光タイミング、前記受光素子の露光タイミング、並びに、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップへの電荷の振り分けのそれぞれを制御するための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する
測距方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測距装置及び測距方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、対象物までの距離を測定する測距装置として、光の飛行時間を利用したＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式の測距装置が知られている。特許文献１には、スペクトラム拡散信号が光パルスの変調基準周波数に印加される測距装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１４－５２２９７９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、測距装置では、測定される距離がより外乱ノイズの影響を受けないことが望まれる。つまり、よりノイズに頑健な測距装置が望まれる。

【0005】

そこで、本発明は、従来よりもノイズに頑健な測距装置及び測距方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一形態に係る測距装置は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、光源部と、前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子、及び、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第１タップ、第２タップ及び第３タップを有する受光部と、前記光源部の発光タイミング、並びに、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部とを備える。

【0007】

本発明の一形態に係る測距方法は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式により対象物までの距離を測定する測距装置で実行される測距方法であって、前記測距装置は、光源部と、前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子、及び、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第１タップ、第２タップ及び第３タップを有する受光部とを備え、前記測距方法は、前記光源部の発光タイミング、前記受光素子の露光タイミング、並びに、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップへの電荷の振り分けのそれぞれを制御するための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一形態によれば、従来よりもノイズに頑健な測距装置等を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施の形態１に係る測距装置の機能構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、実施の形態１に係る受光部の画素の回路構成の一部を示す図である。

【図3】図３は、各種信号の一例を示す図である。

【図4】図４は、実施の形態１に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。

【図5】図５は、実施の形態１に係る検出信号及び距離の算出方法の一例を示す図である。

【図6】図６は、実施の形態１に係る測距装置の動作を示すフローチャートである。

【図7A】図７Ａは、距離の測定結果の比較を示す第１図である。

【図7B】図７Ｂは、距離の測定結果の比較を示す第２図である。

【図8】図８は、比較例の測距装置の測定結果を示す図である。

【図9】図９は、実施の形態１に係る測距装置の測定結果を示す図である。

【図10】図１０は、実施の形態１の変形例に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。

【図11】図１１は、実施の形態１の変形例に係る測距装置の動作を示すフローチャートである。

【図12】図１２は、実施の形態１の変形例に係る測距装置の測定結果を示す図である。

【図13】図１３は、実施の形態２に係る受光部の画素の回路構成の一部を示す図である。

【図14】図１４は、実施の形態２に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。

【図15】図１５は、実施の形態２に係る検出信号及び距離の算出方法の一例を示す図である。

【図16】図１６は、実施の形態２に係る測距装置の動作を示すフローチャートである。

【図17A】図１７Ａは、比較例の測距装置の測定結果を示す図である。

【図17B】図１７Ｂは、実施の形態２に係る測距装置の測定結果を示す第１図である。

【図18】図１８は、実施の形態２に係る測距装置の測定結果を示す第２図である。

【図19】図１９は、動作例１に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。

【図20A】図２０Ａは、図１９のタイミングチャートを用いてシミュレーションして得られたグラフを示す図である。

【図20B】図２０Ｂは、図１９のタイミングチャートを用いて実際に測定して得られたグラフを示す図である。

【図21】図２１は、動作例２に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。

【図22A】図２２Ａは、図２１のタイミングチャートを用いてシミュレーションして得られたグラフを示す図である。

【図22B】図２２Ｂは、図２１のタイミングチャートを用いて実際に測定して得られたグラフを示す図である。

【図23】図２３は、動作例３に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。

【図24】図２４は、図２３のタイミングチャートを用いて得られたグラフを示す図である。

【図25】図２５は、追加で行った第１距離計測の様子を示す図である。

【図26A】図２６Ａは、従来手法における距離計測結果を示す図である。

【図26B】図２６Ｂは、擬似乱数変調を用いた手法における距離計測結果を示す図である。

【図27A】図２７Ａは、図３の（ｂ）に示す基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いた場合の距離計測結果を示す図である。

【図27B】図２７Ｂは、図３の（ｆ）に示す基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いた場合の距離計測結果を示す図である。

【図28】図２８は、基本信号の違いによる距離計測の比較結果を示す図である。

【図29A】図２９Ａは、図３の（ｂ）に示す基本信号を用いた場合のコーディング曲線を説明するための図である。

【図29B】図２９Ｂは、図３の（ｆ）に示す基本信号を用いた場合のコーディング曲線を説明するための図である。

【図30】図３０は、追加で行った第２距離計測の様子を示す図である。

【図31A】図３１Ａは、従来手法における距離計測結果を示す図である。

【図31B】図３１Ｂは、擬似乱数変調を用いた手法における距離計測結果を示す図である。

【図32A】図３２Ａは、ノイズがない環境において、図３の（ｄ）に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。

【図32B】図３２Ｂは、ノイズがない環境において、図３の（ｂ）に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。

【図32C】図３２Ｃは、ノイズがない環境において、図３の（ｆ）に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。

【図32D】図３２Ｄは、ノイズがない環境において、基本信号に対してＤＳＳＳ変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。

【図32E】図３２Ｅは、ノイズがない環境において、図３の（ｄ）に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。

【図32F】図３２Ｆは、ノイズがない環境において、図３の（ｂ）に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。

【図32G】図３２Ｇは、ノイズがない環境において、図３の（ｆ）に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。

【図33A】図３３Ａは、ノイズがある環境において、図３の（ｄ）に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。

【図33B】図３３Ｂは、ノイズがある環境において、図３の（ｂ）に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。

【図33C】図３３Ｃは、ノイズがある環境において、図３の（ｆ）に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。

【図33D】図３３Ｄは、ノイズがある環境において、基本信号に対してＤＳＳＳ変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。

【図33E】図３３Ｅは、ノイズがある環境において、図３の（ｄ）に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。

【図33F】図３３Ｆは、ノイズがある環境において、図３の（ｂ）に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。

【図33G】図３３Ｇは、ノイズがある環境において、図３の（ｆ）に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。

【図34】図３４は、距離推定精度の比較結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の一態様に係る測距装置は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、光源部と、前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子と、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第１タップ、第２タップ及び第３タップとを有する受光部と、前記光源部の発光タイミング、並びに、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部とを備える。

【0011】

これにより、測距装置は、基本信号を擬似乱数によりランダムに変調するため、低周波及び高周波の外乱光の影響を抑制することができる。また、受光部が３タップを有することで、太陽光等の定常な外乱光（環境光）の影響も抑制することができる。よって、本発明によれば、低周波及び高周波の外乱光、並びに、定常な外乱光それぞれの影響を抑制することができるので、従来よりもノイズに頑健な測距装置を実現することができる。

【0012】

また、例えば、前記擬似乱数を用いた変調は、ガロア体を用いた変調であってもよい。

【0013】

これにより、ガロア体を用いた変調により生成された制御信号を用いて第１タップ、第２タップ及び第３タップが制御されることで、第１タップ、第２タップ及び第３タップに定常な外乱光を受光した場合の電荷も蓄積させることができる。つまり、第１タップ、第２タップ及び第３タップには、反射光及び定常な外乱光の受光量に応じた電荷が蓄積される。この場合、第１タップ、第２タップ及び第３タップそれぞれから出力される出力信号（検出信号）により定常な外乱光の影響が除去可能であるので、測距装置は、定常な外乱光の影響を抑制することができる。よって、本発明によれば、従来よりもノイズに頑健な測距装置を実現することができる。

【0014】

また、例えば、前記ガロア体を用いた変調では、ガロア体として、前記受光部が有するタップの数と同数の位数のガロア体における擬似乱数が用いられてもよい。

【0015】

これにより、タップ数とガロア体の位数とが同数であるので、タップがオン、オフ及び移行状態の３つの状態を取り得る場合、第１タップ、第２タップ及び第３タップのそれぞれにおいて、オン、オフ及び移行状態の出現確率を等しくすることができる。つまり、オン、オフ及び移行状態のときの受光量を均等に距離の測定結果に寄与させることができる。よって、オン、オフ及び移行状態の出現確率を等しくして距離を測定する場合にも、従来よりもノイズに頑健な測距装置を実現することができる。

【0016】

また、例えば、前記ガロア体を用いた変調では、ガロア体として、前記受光部が有するタップの数より大きい位数のガロア体における擬似乱数が用いられてもよい。

【0017】

これにより、タップ数より位数が大きいガロア体が用いられることで、例えば、第１タップ、第２タップ及び第３タップの制御の自由度が増す。これは、従来よりもノイズに頑健な測距装置を実現することにつながり得る。

【0018】

また、例えば、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップのそれぞれは、一期間をオンとする第１状態、一期間をオフとする第２状態、及び、一期間内においてオン及びオフの一方から他方へ切り替わる第３状態とを有し、前記信号生成部は、前記擬似乱数に基づいて、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップのうちの一のタップにおいて、前記第１状態、前記第２状態及び前記第３状態のうちの一の状態の出現確率を、他のタップと異ならせるように当該一のタップの制御信号を生成してもよい。

【0019】

これにより、タップがオン、オフ及び移行状態の３つの状態を取り得る場合、第１タップ、第２タップ及び第３タップの少なくとも１つにおいて、オン、オフ及び移行状態の出現確率を他のタップと異ならせることができる。例えば、オン、オフ及び移行状態のうち優先させたい状態の受光量を距離の測定結果により大きく寄与させることができる。よって、オン、オフ及び移行状態の出現確率を異ならせて距離を測定する場合にも、従来よりもノイズに頑健な測距装置を実現することができる。

【0020】

また、例えば、前記信号生成部は、前記基本信号に第１擬似乱数を用いて変調を加えた第１信号と、前記基本信号に前記第１擬似乱数と異なる第２擬似乱数を用いて変調を加えた第２信号とを時間方向に多重化することで、前記発光タイミングのための前記制御信号を生成し、かつ、前記第１信号に基づく第１の受光信号と、前記第２信号に基づく第２の受光信号とを時間方向に多重化することで、前記露光タイミングのための制御信号を生成してもよい。

【0021】

これにより、測距装置の測定可能な距離範囲を広げることができ、かつ、距離の精度を高めることができる。

【0022】

また、例えば、前記測距装置が配置される空間には、他の測距装置が配置されており、前記受光部が受光した外乱光に基づいて、当該外乱光を出射するために用いられた擬似乱数を特定し、特定された擬似乱数から前記他の測距装置を識別する信号処理部を備えてもよい。

【0023】

これにより、測距装置を用いて他の測距装置の識別を行うことができる。また、測距装置と、他の測距装置とが擬似乱数を用いて光源部から光を出射している場合、当該光は互いに無相関であるので、例えば、当該測距装置は、他の測距装置が出射する光（外乱光）の影響を受けにくい。よって、他の測距装置が外乱光を出射する環境下でも、ノイズに頑健な測距装置を実現することができる。

【0024】

また、例えば、前記第１タップ、前記第２タップ、及び、前記第３タップのそれぞれに蓄積された電荷量を用いた比に基づいて、前記距離を算出する算出部を備えてもよい。

【0025】

これにより、信号処理部は、各タップに蓄積された電荷量を用いた比、具体的には電荷量に応じた検出信号を用いた比により距離を算出することができる。つまり、信号処理部は、受光部からの検出信号を用いて直接距離を算出することができる。よって、測距装置は、例えば、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換して距離を算出する場合に比べて、ＡＤ変換時に発生するノイズの影響を受けずに、距離を算出することができる。

【0026】

また、例えば、前記基本信号は、単一周波数の信号であってもよい。

【0027】

これにより、測距装置は、基本信号の周波数を変更し複数回の測定を行うことなく距離を算出することができる。よって、測距装置は、距離の算出を、より高速で行うことができる。

【0028】

また、例えば、前記発光タイミングのための制御信号の基本信号は、パルス状の信号であり、前記露光タイミングのための制御信号の基本信号は、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップで位相が異なる台形形状の信号であってもよい。

【0029】

これにより、距離に対応する各タップへの制御信号の入力値を繋ぎ三次元空間中に可視化したコーディング曲線をより長くすることができるので、ノイズにより頑健な測距装置を実現することができる。

【0030】

また、例えば、高周波ノイズが存在する環境下において測定された距離の二乗平均平方根誤差は、１００ｍｍ以下であってもよい。

【0031】

これにより、二乗平均平方根誤差が１００ｍｍであるので、精度のよい距離計測を行うことができる。

【0032】

本発明の一態様に係る測距装置は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、光源部と、前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子と、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第１タップ及び第２タップとを有する受光部と、前記光源部の発光タイミング、並びに、前記第１タップ及び前記第２タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部とを備える。

【0033】

これにより、測距装置は、基本信号を擬似乱数によりランダムに変調するため、低周波及び高周波の外乱光の影響を抑制することができる。よって、本発明によれば、従来よりもノイズに頑健な測距装置を実現することができる。

【0034】

本発明の一態様に係る測距方法は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式により対象物までの距離を測定する測距装置で実行される測距方法であって、前記測距装置は、光源部と、前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子と、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第１タップ、第２タップ及び第３タップとを有する受光部とを備え、前記測距方法は、前記光源部の発光タイミング、前記受光素子の露光タイミング、並びに、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップへの電荷の振り分けのそれぞれを制御するための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する。

【0035】

これにより、上記の測距装置と同様の効果を奏する。

【0036】

なお、これらの全般的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータで読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭ等の非一時的記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又は記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。プログラムは、記録媒体に予め記憶されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されてもよい。

【0037】

以下、実施の形態等について、図面を参照しながら具体的に説明する。

【0038】

なお、以下で説明する実施の形態等は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態等で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態等における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0039】

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺等は必ずしも一致しない。また、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ており、重複する説明は省略又は簡略化する。

【0040】

また、本明細書において、直交、同じ等の要素間の関係性を示す用語、及び、正弦波状、矩形状等の形状を示す用語、並びに、数値、及び、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度（例えば、１０％程度）の差異をも含むことを意味する表現である。

【0041】

また、本明細書において、「第１」、「第２」等の序数詞は、特に断りの無い限り、構成要素の数又は順序を意味するものではなく、同種の構成要素の混同を避け、区別する目的で用いられている。

【0042】

（実施の形態１）
以下、本実施の形態に係る測距装置について、図１～図９を参照しながら説明する。本実施の形態では、２タップ（又は３タップ）方式の測距装置に、ランダム符号化を適用する例について説明する。

【0043】

［１－１．測距装置の構成］
図１は、本実施の形態に係る測距装置１００の機能構成を示すブロック図である。

【0044】

図１に示すように、測距装置１００は、対象物２００に対して光を出射し、その光が対象物２００で反射した反射光を受光して、対象物２００までの距離を測定する。測距装置１００は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式により対象物２００までの距離を測定する装置である。測距装置１００は、ＴＯＦカメラとも称される。測距装置１００は、自動運転車両に搭載される測距装置、生体認証装置、エンターテイメントを含むＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ：拡張現実）／ＭＲ（Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ：複合現実）での形状計測等において用いられる。また、測距装置１００は、リアルタイムで形状計測を行うための装置としても用いられてもよい。なお、距離は、測距装置１００から対象物２００までの距離である。

【0045】

測距装置１００は、制御部１０と、信号生成部２０と、光源制御部３０と、光源部４０と、受光制御部５０と、受光部６０と、信号処理部７０とを備える。

【0046】

制御部１０は、測距装置１００の各構成要素を制御する制御装置である。制御部１０は、例えば、測距装置１００が搭載される物体からの制御信号、ユーザの操作部（図示しない）への操作等に基づいて、光源部４０及び受光部６０を制御するための制御信号を信号生成部２０に生成させる。なお、操作部は、例えば、ボタン、タッチパネル等である。

【0047】

信号生成部２０は、光源部４０の発光タイミング及び受光部６０の露光タイミング等のそれぞれを制御するための制御信号を生成する。信号生成部２０は、光源部４０及び受光部６０のそれぞれに、ランダム性を有する制御信号を生成する。

【0048】

信号生成部２０は、基本信号に擬似乱数（ビット列）を用いた変調を加えることで制御信号を生成する。基本信号は、対象物２００までの距離測定を実現可能な信号であり、例えば、単一の周波数の信号が用いられる。本実施の形態では、基本信号として「ｄｏｕｂｌｅ ｒａｍｐ」と呼ばれる信号（図３の（ｄ）を参照）を用いる。また、本実施の形態では、擬似乱数を用いた変調として、ＤＳＳＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ：直接スペクトラム拡散）変調を用いる。つまり、擬似乱数の生成にＤＳＳＳを用いる。ＤＳＳＳは、ＰＮ（Ｐｓｅｕｄｏ ｒａｎｄｏｍ Ｎｏｉｓｅ：擬似ランダム雑音）拡散とも称され、擬似ランダム雑音としてＭ系列符号を用いることができる。

【0049】

なお、Ｍ系列とは０及び１の２値をランダムに並べた乱数であり、所定の長さのシフトレジスタと排他的論理和とを用いてフィードバックすることにより生成される。また、擬似乱数は、変調信号（変調符号）とも称される。

【0050】

信号生成部２０が生成する制御信号は、スペクトラム拡散された、「１」及び「０」のビットがほとんどランダムに並んだ信号となる。制御信号がランダム性を有していることで、低周波及び高周波の外乱光が距離の測定に与える影響を抑制することができる。つまり、低周波及び高周波の外乱光に頑健な測距装置１００を実現することができる。

【0051】

なお、擬似乱数の生成方法は上記に限定されず、既知のいかなる方法が用いられてもよい。また、以下において、光源部４０を制御するための制御信号を発光制御信号とも記載し、受光部６０を制御するための制御信号を露光制御信号とも記載する。

【0052】

光源制御部３０は、信号生成部２０からの制御に従い、光源部４０から光を出射させる。光源制御部３０は、信号生成部２０からの発光制御信号に基づいて光源部４０の各発光素子に電力を供給するタイミングを制御することにより、光源部４０による発光を制御する。

【0053】

光源部４０は、光源制御部３０からの制御により光を出射する。光源部４０は、例えば、発光素子としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子を有していてもよいし、レーザ素子を有していてもよいし、その他の発光素子を有していてもよい。また、光源部４０が出射する光の波長は、所望の距離が測定可能な波長であれば特に限定されない。

【0054】

受光制御部５０は、信号生成部２０からの制御に従い、受光部６０に反射光を受光させる。受光制御部５０は、信号生成部２０からの露光制御信号に基づいて受光部６０に電力を供給するタイミングを制御することにより、受光部６０による受光（露光）を制御する。受光制御部５０は、例えば、露光制御信号に基づいて、受光部６０の転送トランジスタ６３ａ及び６３ｂ（図２を参照）のゲート電極に当該ゲート電極をオン、オフさせるためのゲート信号（電圧）を出力する。受光制御部５０は、転送トランジスタ６３ａ及び６３ｂの一方をオンさせている間、転送トランジスタ６３ａ及び６３ｂの他方をオフさせるように、転送トランジスタ６３ａ及び６３ｂのゲート電極にゲート信号を出力する。

【0055】

受光部６０は、光源部４０からの光が対象物２００で反射した反射光を受光することで受光量に応じた検出信号を出力する。受光部６０は、フォトダイオード６２（図２を参照）等の受光素子を有する。受光部６０は、例えば、受光素子が二次元状に配列されたＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサである。なお、検出信号は、電荷の蓄積量の応じた１つの電圧値を示す信号である。

【0056】

図２は、本実施の形態に係る受光部６０の画素６１の回路構成の一部を示す図である。図２では、画素６１の回路構成のうち、反射光を受光してから電荷が蓄積されるまでに要する構成要素のみを図示している。

【0057】

図２に示すように、受光部６０の画素６１は、回路構成として、フォトダイオード６２と、第１タップ６１ａと、第２タップ６１ｂとを有する。画素６１は、１つのフォトダイオード６２で発生した電荷が第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂのいずれかに振り分けられるように構成される。第１タップ６１ａに蓄積された電荷量に応じた検出信号、及び、第２タップ６１ｂに蓄積された電荷量に応じた検出信号は、別々に信号処理部７０に出力される。なお、上記の振り分けとは、タップごとに蓄積された電荷を読み出し可能なように電荷を振り分けることを意味する。また、別々に出力とは、例えば、異なるタイミング又は異なる信号線により出力されることを意味する。

【0058】

第１タップ６１ａは、転送トランジスタ６３ａと、ＦＤ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）部６４ａとを有し、ＦＤ部６４ａに蓄積された電荷量に応じた検出信号を出力する。

【0059】

第２タップ６１ｂは、転送トランジスタ６３ｂと、ＦＤ部６４ｂとを有し、ＦＤ部６４ｂに蓄積された電荷量に応じた検出信号を出力する。

【0060】

転送トランジスタ６３ａ及び６３ｂの導電型は同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、転送トランジスタ６３ａ及び６３ｂのうち一方の導電型がｎ型であり、転送トランジスタ６３ａ及び６３ｂのうち他方の導電型がｐ型である場合、共通のゲート信号を用いて転送トランジスタ６３ａ及び６３ｂのオン、オフを制御することができる。なお、導電型は、ｎ型及びｐ型であることに限定されない。

【0061】

なお、画素６１は、さらにフォトダイオード６２に接続される第３タップ（図示しないが、例えば、図１３に示す第３タップ６１ｃ）を有していてもよい。第３タップは、例えば、太陽光、照明光等の定常な環境光（大域光）による電荷を蓄積するためのタップである。この場合、信号生成部２０は、第３タップを制御するためのゲート信号をさらに生成する。当該ゲート信号は、光源部４０から出射され対象物２００で反射された反射光を受光しないタイミング、例えば光源部４０が光を出射する前のタイミングで第３タップをオンするゲート信号である。なお、第３タップを制御する制御信号は、例えば、擬似乱数によりランダム符号化されていない信号である。

【0062】

図１を再び参照して、信号処理部７０は、受光部６０から供給される検出信号に基づいて、測距装置１００から対象物２００までの距離を算出する算出部として機能する。信号処理部７０は、第１タップ６１ａからの検出信号と、第２タップ６１ｂからの検出信号とを用いた比を算出し、算出された比に基づいて当該距離を算出する。

【0063】

信号処理部７０は、第１タップ６１ａからの検出信号が示す電荷量をＱ２、第２タップ６１ｂからの検出信号が示す電荷量をＱ３、第３タップからの検出信号が示す電荷量をＱ１とし、発光期間をＴ０とすると、反射光の飛行時間ΔＴを、以下の（式１）により算出する。

【0064】

（Ｑ３－Ｑ１）／（（Ｑ２－Ｑ１）＋（Ｑ３－Ｑ１））＝ΔＴ／Ｔ０ ・・・（式１）

【0065】

なお、発光期間Ｔ０は、例えば、所定期間（例えば、１フレーム期間）における複数の発光それぞれの発光期間の累積期間であるが、これに限定されない。また、本明細書において、飛行時間ΔＴを遅延時間とも記載する。

【0066】

信号処理部７０は、受光部６０から出力された検出信号（アナログ信号）の信号強度から直接距離を算出するが、例えば、デジタル信号処理により距離を算出してもよい。

【0067】

ここで、測距装置１００における各種信号について、図３～図５を参照しながら説明する。まずは、基本信号等について、図３を参照しながら説明する。図３は、各種信号の一例を示す図である。図３では、発光制御信号及び露光制御信号の基本信号と、基本信号ごとの距離及び信号強度の関係とを示す。出力信号は、受光部６０が信号処理部７０に出力する検出信号である。図３の（ａ）及び（ｂ）に示す各グラフは、横軸が時間を示し、縦軸が信号強度を示し、図３の（ｃ）に示すグラフは、横軸が深さ（距離）を示し、縦軸が信号強度を示す。縦軸は、信号強度の最大値を１とした値である。また、深さは、光の往復時間（飛行時間ΔＴ）と同義である。

【0068】

また、図３では、３タップ方式の場合の基本信号を示している。実線（Ｍ１（ｔ）、Ｄ１（ｔ）及びＦ１（ｔ））は、第１タップ６１ａに対する信号を示し、破線（Ｍ２（ｔ）、Ｄ２（ｔ）及びＦ２（ｔ））は、第２タップ６１ｂに対する信号を示し、一点鎖線（Ｍ３（ｔ）、Ｄ３（ｔ）及びＦ３（ｔ））は、第３タップに対する信号を示している。例えば、実線Ｍ１（ｔ）は、第１タップ６１ａに電荷を蓄積するための光を光源部４０に出射させるための基本信号であり、破線Ｍ２（ｔ）は、実線Ｍ１（ｔ）の基本信号により光源部４０から出射された光が対象物２００で反射された反射光により生成された電荷を第１タップ６１ａに蓄積するための基本信号を示す。

【0069】

なお、図３では、信号同士が重なる場合、実線を優先して図示している。また、図３では、（ａ）～（ｆ）までの６種類の基本信号を例示しているが、この６種類に限定されず、他の形状の信号が用いられてもよい。

【0070】

図３の（ａ）は、発光制御信号の基本信号が３タップで同位相の正弦波状の信号であり、露光制御信号の基本信号が３タップで位相が異なる正弦波状の信号である場合を示している。この場合、出力信号は、３タップそれぞれにおいて、対象物２００までの距離に応じた、正弦波状の波形上のいずれかの値（図３の（ａ）の「距離に対する出力信号」に示される正弦波状の波形上のいずれかの値）を示す信号となる。

【0071】

図３の（ｂ）は、発光制御信号の基本信号が３タップで同位相の矩形波状の信号であり、露光制御信号の基本信号が３タップで位相が異なる矩形波状の信号である場合を示している。この場合、出力信号は、３タップそれぞれにおいて、対象物２００までの距離に応じた、三角波状の波形上のいずれかの値を示す信号となる。

【0072】

図３の（ｃ）は、発光制御信号の基本信号が、第１タップ６１ａでは所定期間（２τ）の半分のタイミングで１から０へ遷移するランプ方式の信号であり、第２タップ６１ｂでは強度が０．５の信号であり、第３タップでは強度が０の信号であり、露光制御信号の基本信号が、第１タップ６１ａでは所定期間（２τ）の半分のタイミングで１から０へ遷移するランプ方式の信号であり、第２タップ６１ｂ及び第３タップでは強度が１の信号である場合を示している。この場合、出力信号は、対象物２００までの距離に応じて、第１タップ６１ａでは右下がりの直線上のいずれかの値を示す信号となり、第２タップ６１ｂでは強度が１を示す信号となり、第３タップでは外乱光がない場合、０を示す信号となる。

【0073】

図３の（ｄ）は、発光制御信号の基本信号が、第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂでは所定期間（２τ）の半分のタイミングで１から０へ遷移するランプ方式の信号であり、第３タップでは強度が０の信号であり、露光制御信号の基本信号が、第１タップ６１ａでは所定期間（２τ）の半分のタイミングで１から０へ遷移するランプ方式の信号であり、第２タップ６１ｂでは所定期間（２τ）の半分のタイミングで０から１へ遷移するランプ方式の信号であり、第３タップでは強度が１の信号である場合を示している。この場合、出力信号は、対象物２００までの距離に応じて、第１タップ６１ａでは右下がりの直線上のいずれかの値を示す信号となり、第２タップ６１ｂでは右上がりの直線上のいずれかの値を示す信号となり、第３タップでは外乱光がない場合、０を示す信号となる。

【0074】

図３の（ｅ）は、発光制御信号の基本信号が３タップで同位相のパルス状の信号であり、露光制御信号の基本信号が３タップで位相が異なる正弦波状の信号である場合を示している。この場合、出力信号は、３タップそれぞれにおいて、対象物２００までの距離に応じた、正弦波状の波形上のいずれかの値を示す信号となる。

【0075】

図３の（ｆ）は、発光制御信号の基本信号が３タップで同位相のパルス状の信号であり、露光制御信号の基本信号が３タップで位相が異なる台形波状の信号である場合を示している。この場合、出力信号は、３タップそれぞれにおいて、対象物２００までの距離に応じた、台形波状の波形上のいずれかの値を示す信号となる。

【0076】

次に、発光制御信号及び露光制御信号について、図４を参照しながら説明する。図４は、本実施の形態に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は信号強度を示す。

【0077】

図４の（ａ）は、第１タップ６１ａに対する露光制御信号であり、具体的には転送トランジスタ６３ａのゲート電極に供給されるゲート信号を示す。図４の（ａ）は、フォトダイオード６２が露光し、かつ、第１タップ６１ａが電荷を蓄積するタイミング及び期間を示すとも言える。言い換えると、信号生成部２０は、擬似乱数を用いて、フォトダイオード６２の露光期間及び露光周期、並びに、第１タップ６１ａへの電荷の蓄積期間及び蓄積周期を変化させる。露光期間及び露光周期を露光態様とも記載する。

【0078】

図４の（ｂ）は、第２タップ６１ｂに対する露光制御信号であり、具体的には転送トランジスタ６３ｂのゲート電極に供給されるゲート信号を示す。図４の（ｂ）は、フォトダイオード６２が露光し、かつ、第２タップ６１ｂが電荷を蓄積するタイミング及び期間を示すとも言える。言い換えると、信号生成部２０は、擬似乱数を用いて、フォトダイオード６２の露光期間及び露光周期、並びに、第２タップ６１ｂへの電荷の蓄積期間及び蓄積周期を変化させる。

【0079】

図４の（ｃ）は、光源部４０を制御するための発光制御信号であり、具体的には光源部４０の発光素子に供給される信号を示す。図４の（ｃ）は、光源部４０が発光するタイミング及び発光期間を示すとも言える。言い換えると、信号生成部２０は、擬似乱数を用いて、光源部４０の発光期間及び発光周期を変化させる。発光期間及び発光周期を発光態様とも記載する。

【0080】

図４の（ａ）～（ｃ）に示す信号はそれぞれ、擬似乱数を用いた変調に基づく信号である。擬似乱数を用いて変調された信号は、複数の周波数を含む信号となる。複数の周波数を含むとは、所定期間内（例えば１フレーム内）に複数の発光期間及び複数の発光周期を含むことを意味する。なお、図４では、図４の（ａ）～（ｃ）の対応する任意の３箇所を破線で示している。

【0081】

図４の（ａ）及び（ｃ）に示すように、第１タップ６１ａを制御する露光制御信号と光源部４０を制御する発光制御信号とは、同一の信号である。つまり、第１タップ６１ａのオン、オフと光源部４０のオン、オフとが同期しており、第１タップ６１ａは、光源部４０が発光するとオンとなり、光源部４０が消灯するとオフとなる。信号生成部２０は、光源部４０を制御する発光制御信号と同じ信号を用いて第１タップ６１ａを制御する。

【0082】

図４の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第２タップ６１ｂを制御する露光制御信号と光源部４０を制御する発光制御信号とは、オン、オフが反転した信号である。つまり、第２タップ６１ｂは、光源部４０が発光するとオフとなり、光源部４０が消灯するとオンとなる。信号生成部２０は、光源部４０を制御する発光制御信号からオン、オフが反転した露光制御信号を用いて第２タップ６１ｂを制御する。

【0083】

このような制御信号により光源部４０及び受光部６０が制御されることで、測距装置１００から近い位置にある対象物２００からの反射光により生成される電荷は主に第１タップ６１ａに蓄積され、測距装置１００から遠い位置にある対象物２００からの反射光により生成される電荷は主に第２タップ６１ｂに蓄積される。

【0084】

次に、検出信号及び距離の算出方法について、図５を参照しながら説明する。図５は、本実施の形態に係る検出信号及び距離の算出方法の一例を示す図である。図５に示す一点鎖線の枠は、測距装置１００が測定対象とする距離範囲を示す。

【0085】

図５の（ａ）は、第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂから出力される検出信号それぞれにおける、対象物２００までの距離と、検出信号の信号強度との関係を示す図である。図５の（ａ）の横軸は距離を示しており、縦軸は信号強度（ｓｅｎｓｏｒ ｏｕｔｐｕｔ）を示す。また、図５の（ａ）に示す「ｔａｐ１」は第１タップ６１ａからの検出信号を示しており、「ｔａｐ２」は第２タップ６１ｂからの検出信号を示している。図５の（ａ）に示す関係は、測距装置１００を用いて距離ごとに対象物２００を測定することで得られる。

【0086】

図５の（ａ）に示すように、第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂからの検出信号はそれぞれ、距離「０」を基準に左右反転した形状を有する。

【0087】

図５の（ｂ）は、第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂから出力される検出信号の信号強度の比と、対象物２００までの距離との関係を示す図である。図５の（ｂ）の横軸は距離を示しており、縦軸は信号強度の比（ｒａｔｉｏ）を示す。図５の（ｂ）に示す信号強度の比と、対象物２００までの距離との関係は、予め取得可能である。当該関係は、環境光の影響が除外されたものであってもよい。

【0088】

図５の（ｂ）に示す左右方向の破線は、対象物２００までの距離を測定したときに得られる１つの比を示している。一点鎖線の枠内における、検出信号の比（破線）と、比及び距離の関係を示すグラフ（実線）との交点が対象物２００までの距離となる。

【0089】

［１－２．測距装置の動作］
続いて、上記のように構成される測距装置１００の動作について、図６を参照しながら説明する。図６は、本実施の形態に係る測距装置１００の動作（測距方法）を示すフローチャートである。

【0090】

図６に示すように、信号生成部２０は、基本信号と変調信号（ＤＳＳＳ）とから、発光制御信号及び露光制御信号を生成する（Ｓ１１）。信号生成部２０は、発光制御信号を光源制御部３０に出力し、露光制御信号を受光制御部５０に出力する。

【0091】

次に、光源制御部３０は、発光制御信号に基づいて、光源部４０を発光させる（Ｓ１２）。ステップＳ１２では、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えた発光制御信号に基づいて、光源部４０の発光態様が制御される。これにより、光源部４０から発光周期及び発光期間がランダムな光が出射される。

【0092】

次に、受光制御部５０は、露光制御信号に基づいて受光部６０を制御することで、反射光を受光させる（Ｓ１３）。露光制御信号には、第１タップ６１ａを制御するための制御信号と、第２タップ６１ｂを制御するための制御信号とが含まれ、受光制御部５０は、露光制御信号に基づいて、第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂのオン、オフを制御する。

【0093】

ステップＳ１３では、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えた露光制御信号に基づいて、受光部６０の露光態様が制御される。具体的には、ステップＳ１３では、フォトダイオード６２の露光態様、並びに、第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂへの電荷の振り分けが制御される。ステップＳ１３では、第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂに対応する露光タイミングが制御されるとも言える。また、測距装置が第３タップを備える場合、ステップＳ１３では、第１タップ６１ａ、第２タップ６１ｂ及び第３タップに対応する露光タイミングが制御されるとも言える。

【0094】

そして、受光制御部５０は、所定期間（例えば、予め定められた１フレーム期間）の露光が終わると、第１タップ６１ａに蓄積された電荷量に応じた検出信号、及び、第２タップ６１ｂに蓄積された電荷量に応じた検出信号をそれぞれ信号処理部７０に出力させる。

【0095】

次に、信号処理部７０は、２つの検出信号を用いた比に基づいて対象物２００までの距離を算出する（Ｓ１４）。これにより、測距装置１００は、対象物２００までの距離を得ることができる。

【0096】

［１－３．実験結果］
続いて、測距装置１００のノイズ耐性（外乱光の影響の受け難さ）について、図７Ａ～図９を参照しながら説明する。図７Ａは、距離の測定結果の比較を示す第１図である。図７Ｂは、距離の測定結果の比較を示す第２図である。図７Ａ及び図７Ｂは、比較例の測距装置と、本実施の形態に係る測距装置１００とで、対象物２００を測定した結果を示す。対象物２００は、測距装置１００から約６０ｃｍの位置に置かれた板状の第１対象物と、第１対象物の上方であって測距装置１００から約９０ｃｍの位置に置かれた板状の第２対象物とを測定した結果を示している。図７Ａは、距離画像を示し、図７Ｂは、図７Ａに示す直線に含まれる画素６１ごとの距離測定結果を示す。また、図７Ａ及び図７Ｂでは、高周波ノイズとして、１００ＭＨｚの外乱光を出射した場合（ｗｉｔｈ ｎｏｉｓｅ）と、１００ＭＨｚの外乱光を出射していない場合（ｗ／ｏ ｎｏｉｓｅ）とで実験を行っている。

【0097】

なお、比較例の測距装置は、一定間隔でパルス光を出射する３タップ方式の測距装置（ＴＯＦカメラ）である。つまり、比較例の測距装置は、擬似乱数を用いた変調を行わず、基本信号をそのまま用いて光源部及び受光部を制御する測距装置である。

【0098】

図７Ａの（ａ）及び（ｂ）と、図７Ｂとに示すように、高周波ノイズを発生させていない場合、比較例の測距装置と測距装置１００とで同様の結果となっている。

【0099】

図７Ａの（ｃ）及び（ｄ）と、図７Ｂとに示すように、高周波ノイズを発生させている場合、比較例の測距装置では、特に第１対象物までの距離が大きくズレているが、測距装置１００では、高周波ノイズを発生させていない場合と同様の結果となっている。つまり、測距装置１００は、高周波ノイズの影響を受けにくい。

【0100】

次に、高周波ノイズを与えた場合の距離算出のシミュレーション結果について、図８及び図９を参照しながら説明する。図８は、比較例の測距装置の測定結果を示す図である。図９は、本実施の形態に係る測距装置１００の測定結果を示す図である。図８及び図９では、高周波ノイズとして、１００ＭＨｚの外乱光を出射した場合の測定結果を示す。

【0101】

図８の（ａ）は、横軸が遅延時間（例えば、距離に相当）を示しており、縦軸が反射光（又は外乱光）の明るさ（例えば、信号強度に相当）を示している。図８の（ａ）に示す「ｔａｐ０」は、環境光の明るさと、遅延時間との関係を示しており、「ｔａｐ１」及び「ｔａｐ２」は、反射光を含む光の明るさと遅延時間との関係を示している。図８の（ａ）に示す明るさと遅延時間との関係、つまり信号強度と、対象物２００までの距離との関係は、測定により取得可能である。また、図８の（ｂ）は、反射光を含む光により生成された電荷を蓄積するタップからの２つの検出信号それぞれから、環境光により生成された電荷を蓄積するタップからの検出信号を減算し、減算された当該２つの検出信号の比をとったグラフを示す。また、遅延時間は、光の飛行時間と同義である。

【0102】

図８の（ａ）に示すように、比較例の測距装置では、各信号が波打っており、その結果、図８の（ｂ）に示すように比のグラフも波打っている（例えば、図８の（ｂ）に示す枠内を参照）。これは、比較例の測距装置の測定結果が、高周波ノイズの影響を受けていることを示している。このような場合、正確な距離を測定することが困難である。

【0103】

一方、測距装置１００は、図９の（ａ）に示すように信号が波打っておらず、その結果、図９の（ｂ）に示すように比のグラフも波打っておらず、直線状である（例えば、図９の（ｂ）に示す枠内を参照）。これは、本実施の形態に係る測距装置１００の測定結果が、高周波ノイズの影響をあまり受けていないことを示している。このような場合、正確な距離を測定することができる。

【0104】

なお、図９の（ａ）に示す「ｔａｐ０」は第１タップ６１ａを示し、「ｔａｐ１」は第２タップ６１ｂを示す。

【0105】

（実施の形態１の変形例）
以下、本変形例に係る測距装置について、図１０～図１２を参照しながら説明する。本変形例では、周波数（周波数帯）の異なる複数の信号を多重化することにより、制御信号を生成する例について説明する。以下では、３つの信号を多重化する例について説明するが、多重化される信号の数は２以上であればよい。なお、ＴＯＦ方式の測距において、制御信号の周波数を高くすると、測定レンジが狭くなり距離の精度が高くなる傾向があり、周波数を低くすると、測定レンジが広くなり距離の精度が低くなる傾向がある。

【0106】

本変形例に係る測距装置の構成は、画素以外は実施の形態１に係る測距装置１００と同じであってもよく、以下では画素以外は測距装置１００の符号を用いて説明する。

【0107】

図１０は、本変形例に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。

【0108】

図１０に示すように、発光制御信号は、複数の発光期間及び複数の発光周期を含む第１周波数の信号である第１信号（破線）、複数の発光期間及び複数の発光周期を含む第２周波数の信号である第２信号（実線）、及び、複数の発光期間及び複数の発光周期を含む第３周波数の信号である第３信号（一点鎖線）が時間的に多重化されて生成される。第１信号、第２信号及び第３信号に含まれる複数の発光期間及び複数の発光周期は、互いに異なる発光期間及び発光周期を含んでおり、発光制御信号における第１信号、第２信号及び第３信号は互いに異なる信号である。

【0109】

また、図１０に示すように、露光制御信号は、複数の露光期間及び複数の露光周期を含む第１周波数の信号である第１信号（破線）、複数の露光期間及び複数の露光周期を含む第２周波数の信号である第２信号（実線）、及び、複数の露光期間及び複数の露光周期を含む第３周波数の信号である第３信号（一点鎖線）が時間的に多重化されて生成される。第１信号、第２信号及び第３信号に含まれる複数の露光期間及び複数の露光周期は、互いに異なる露光期間及び露光周期を含んでおり、露光制御信号における第１信号、第２信号及び第３信号は互いに異なる信号である。

【0110】

なお、露光制御信号における第１信号は、発光制御信号における第１信号に基づく信号であり、第１の受光信号の一例である。また、露光制御信号における第２信号は、発光制御信号における第２信号に基づく信号であり、第２の受光信号の一例である。また、露光制御信号における第３信号は、発光制御信号における第３信号に基づく信号であり、第３の受光信号の一例である。

【0111】

図１０の例では、第１周波数、第２周波数及び第３周波数の順に周波数が低くなる例を示しているが、周波数の並びはこれに限定されない。また、多重化とは、１つ目の信号の後に２つ目の信号を時間的につなげることを意味する。また、図１０の例では、発光制御信号と露光制御信号とは、位相がズレた信号である。

【0112】

第１信号、第２信号及び第３信号のそれぞれは、擬似乱数で変調された信号である。信号生成部２０は、例えば、第１基本信号に第１擬似乱数（第１変調信号）を用いて変調を加えた第１信号と、第２基本信号に第１擬似乱数と異なる第２擬似乱数（第２変調信号）を用いて変調を加えた第２信号と、第３基本信号に第１擬似乱数及び第２擬似乱数と異なる第３擬似乱数（第３変調信号）を用いて変調を加えた第３信号とを生成する。なお、第１基本信号～第３基本信号は、同一の信号であってもよいし、互いに異なる信号であってもよい。

【0113】

このような第１信号、第２信号及び第３信号は、互いに無相関な信号である。言い換えると、第１信号、第２信号及び第３信号のそれぞれは、発光周期又は露光周期、及び、発光期間又は露光期間が互いに異なる信号である。そのため、第１信号、第２信号及び第３信号を用いて測距する場合、互いの光による混信が生じにくい。つまり、第１信号、第２信号及び第３信号を多重化しても、距離の測定への影響は少ない。なお、擬似乱数を用いた変調を行っていない場合、例えば、第１信号が第２信号の露光に影響を与えてしまうので、正確な距離を測定することが困難である。

【0114】

そのため、時間ｔ１～ｔ２の間において、発光制御信号は第２信号であり、露光制御信号は第１信号であるが信号同士に相関関係がないので、光源部４０の発光が受光部６０の受光に与える影響は少ない。時間ｔ３～ｔ４の間においても同様である。また、時間ｔ１以前、時間ｔ２～ｔ３の間、時間ｔ４以降において、発光制御信号及び露光制御信号は同じ周波数の信号（例えば、同じ波形の信号）であるので、光源部４０の発光による反射光を受光部６０が受光することができる。

【0115】

このように、本変形例に係る測距装置では、基本信号と擬似乱数とにより生成された複数の信号を時間方向に多重化することで、任意の発光及び露光を実現することができる。また、信号を多重化することにより、マルチパス問題の解消、光通信への利用も可能となる。また、従来であれば複数の周波数の信号による測定を周波数ごとに行っているが、本変形例のようにランダム符号化された信号を多重化することにより、複数の周波数の信号での測定結果を１回の測定で取得することができる。

【0116】

なお、本明細書において、「無相関」及び「相関関係がない」との表現は、相関関係が全くないことに限定されず、実質的に相関関係がない、及び、所定以下の小さな相関関係を有することも含まれる。

【0117】

信号処理部７０において、第１信号、第２信号及び第３信号のそれぞれに対して評価（距離の算出）が行われることで、広い測定レンジを高精度で同時に測定することができる。

【0118】

なお、図１０の露光制御信号は、以下に示す２つのタップのうちの一方のタップの制御信号を示しており、他方のタップの制御信号は、当該一方のタップの制御信号のオン、オフを反転した信号となる。

【0119】

本変形例に係る受光部６０の画素の回路構成は、実施の形態１の受光部６０の画素６１の回路構成と同様であり、説明を省略する。なお、画素６１は、さらにフォトダイオード６２に接続される第３タップ（図示しないが、例えば、図１３に示す第３タップ６１ｃ）を有していてもよい。第３タップは、例えば、太陽光、照明光等の定常な環境光（大域光）による電荷を蓄積するためのタップである。

【0120】

画素６１は、回路構成として、１つのフォトダイオード６２で発生した電荷が第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂのいずれかに振り分けられるように構成される。例えば、図１０に示す露光制御信号における第１信号～第３信号によりフォトダイオード６２で発生した電荷が第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂの一方に蓄積され、図１０に示す露光制御信号における第１信号～第３信号が反転した信号によりフォトダイオード６２で発生した電荷が第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂの他方に蓄積される。

【0121】

そして、第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂに蓄積された電荷量に応じた検出信号が、別々に信号処理部７０に出力される。

【0122】

画素６１は、さらにフォトダイオード６２に接続され、定常な環境光による電荷を蓄積するためのタップを有していてもよい。

【0123】

上記のように構成される測距装置の動作について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、本変形例に係る測距装置の動作（測距方法）を示すフローチャートである。

【0124】

図１１に示すように、信号生成部２０は、基本信号と複数の変調信号（ＤＳＳＳ）とから、多重化した発光制御信号及び露光制御信号を生成する（Ｓ２１）。信号生成部２０は、例えば、図１０に示すような発光制御信号及び露光制御信号を生成する。信号生成部２０は、発光制御信号を光源制御部３０に出力し、露光制御信号を受光制御部５０に出力する。

【0125】

次に、光源制御部３０は、発光制御信号に基づいて、光源部４０を発光させる（Ｓ２２）。これにより、光源部４０から発光周期及び発光期間が互いにランダムな第１信号、第２信号及び第３信号のそれぞれに対応する光が出射される。

【0126】

次に、受光制御部５０は、露光制御信号に基づいて受光部６０を制御することで、変調された信号ごとに反射光を受光させる（Ｓ２３）。露光制御信号には、第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂを制御するための信号が含まれ、受光制御部５０は、露光制御信号に基づいて、第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂのオン、オフを独立して制御する。なお、受光制御部５０は、例えば、第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂにおいて、２つのタップが同時にオンしないように制御してもよい。ステップＳ２３では、第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂに対応する露光タイミングが制御されるとも言える。

【0127】

そして、受光制御部５０は、所定期間（例えば、予め定められた１フレーム期間）の露光が終わると、第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂのそれぞれに蓄積された電荷量に応じた検出信号を、別々に信号処理部７０に出力させる。

【0128】

次に、信号処理部７０は、変調された信号ごとに対象物２００までの距離を算出する（Ｓ２４）。信号処理部７０は、第１タップ６１ａ及び第２タップ６１ｂのそれぞれの検出信号に基づいて、対象物２００までの距離を算出する。

【0129】

図１２は、本変形例に係る測距装置の測定結果を示す図である。図１２は、高周波ノイズとして、１００ＭＨｚの外乱光を出射していない場合の測定結果を示す。図１２の（ａ）は、横軸が遅延時間（例えば、距離に相当）を示し、縦軸が反射光の明るさ（例えば、信号強度に相当）を示す。図１２の（ａ）では、第１タップ６１ａから取得した検出信号と遅延時間との関係を実線（ｔａｐ０）で示し、第２タップ６１ｂから取得した検出信号と遅延時間との関係を破線（ｔａｐ１）で示している。

【0130】

また、図１２の（ｂ）の実線（「ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ」）は、図１２の（ａ）のｔａｐ０とｔａｐ１との比を取ったものであり、この値が光源信号（光源制御信号）と、検出信号とのズレ、すなわち距離を表している。なお、図１２の（ｂ）中の３つの破線等（「ｓｅｑｕｅｎｃｅ１」から「ｓｅｑｕｅｎｃｅ３」）は、図１０の第１信号から第３信号までに対応するものであり、仮に多重化されなかった場合に計算される比の値である。

【0131】

図１２の（ｂ）に示すように、「ｓｅｑｕｅｎｃｅ１」から「ｓｅｑｕｅｎｃｅ３」に変化するに伴い、信号のズレの有効範囲（０以上の比の範囲）が拡大していることが分かる。これに対して、図１２の（ｂ）実線に示すように、中心付近（遅延時間０ｎｓｅｃ）から遅延時間がプラスに向かうときの傾きが急であるので、多重化前の「ｓｅｑｕｅｎｃｅ１」から「ｓｅｑｕｅｎｃｅ３」に比べて、距離分解能が高く、その結果、測距装置の測定精度が高いことがわかる。

【0132】

また、図１２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、測定レンジも第１信号のみを用いた「ｓｅｑｕｅｎｃｅ１」の場合に比べて拡大している。

【0133】

このように、本変形例に係る測距装置では、周波数（周波数帯）が異なる複数の信号を多重化し、多重化された信号に基づいて発光及び露光を制御することで、距離の測定精度の向上及び測定レンジの拡大を両立することができる。

【0134】

また、本変形例に係る測距装置を、ＴＯＦ信号の識別に利用することもできる。測距装置は、例えば、他の測距装置から出射された測距のための光（外乱光）を受光し、受光した光に基づいて、当該光の出射を制御する発光制御信号の生成に、どの擬似乱数系列が用いられたかを特定する。他の測距装置で用いられる擬似乱数系列は、例えば、本変形例に係る測距装置で用いられるＭ系列でシードが異なるものであってもよいし、Ｍ系列とは異なる系列であってもよい。

【0135】

そして、測距装置は、擬似乱数系列、及び、製品の種別、メーカ等が対応付けられたテーブルと、特定された擬似乱数系列とに基づいて、他の装置の種別、メーカ等を特定することができる。つまり、信号処理部７０は、特定された擬似乱数から他の測距装置を識別することができる。なお、測距装置と他の測距装置とは、例えば、同じ空間内に配置されていてもよいし、互いに異なる空間に配置されていてもよい。

【0136】

（実施の形態２）
以下、本実施の形態に係る測距装置について、図１３～図１８を参照しながら説明する。本実施の形態では、３タップ方式の測距装置に、ガロア体ＧＦ（ｑ）を用いたランダム符号化を適用する例について説明する。ガロア体とは、要素数が有限の集合であり、有限体とも称される。ＧＦ（ｑ）は、計算結果に対してｍｏｄ ｑを計算することで生成される。なお、「ｑ」は位数である。

【0137】

［２－１．測距装置の構成］
本実施の形態に係る測距装置の構成は、画素以外は実施の形態１に係る測距装置１００と同じであってもよく、以下では画素以外は測距装置１００の符号を用いて説明する。図１３は、本実施の形態に係る受光部６０の画素１６１の回路構成の一部を示す図である。

【0138】

図１３に示すように、受光部６０の画素１６１は、回路構成として、フォトダイオード６２と、第１タップ６１ａと、第２タップ６１ｂと、第３タップ６１ｃとを有する。画素１６１は、１つのフォトダイオード６２で発生した電荷が第１タップ６１ａ、第２タップ６１ｂ及び第３タップ６１ｃに振り分けられるように構成される。そして、第１タップ６１ａ第２タップ６１ｂ及び第３タップ６１ｃに蓄積された電荷量に応じた検出信号のそれぞれが、別々に信号処理部７０に出力される。

【0139】

第３タップ６１ｃは、転送トランジスタ６３ｃと、ＦＤ部６４ｃとを有する。

【0140】

また、本実施の形態では、信号生成部２０は、擬似乱数を用いた変調としてガロア体を用いた変調を用いて基本信号を変調する。信号生成部２０は、例えば、ガロア体を用いた変調において、３つの要素のガロア体ＧＦ（３）を用いて基本信号を変調する。つまり、ガロア体の位数ｑは、測距装置のタップ数と同じ数である。この場合、擬似乱数として、３つの要素のガロア体ＧＦ（３）における擬似乱数が用いられる。また、本実施の形態では、基本信号として「ｓｉｎｇｌｅ ｒａｍｐ」と呼ばれる信号（図３の（ｃ）を参照）を用いるが、これに限定されない。

【0141】

なお、ガロア体ＧＦ（ｑ）の位数ｑは、測距装置のタップ数より大きい値であってもよい。例えば、ガロア体として、例えばガロア体ＧＦ（５）等が用いられてもよい。ガロア体ＧＦ（３）を３タップ方式に用いる場合、３タップのそれぞれにおいて、オン、オフ及び遷移部分の出現確率は１／３となる。オンは一期間の全てがオンとなる第１状態であり、オフは一期間の全てがオフとなる第２状態であり、遷移部分は、一期間内においてオン及びオフが一方から他方へ切り替わる第３状態（移行状態）である。例えば、遷移部分は、一期間の前半をオンとし、後半をオフとする、又は、その反対であるがこれに限定されない。なお、一期間とは、例えば、１フレーム内を複数に分割した１つの期間を意味しており、その長さは予め設定されている。

【0142】

例えば、露光制御信号において、距離測定に重要である遷移部分を多めに出現させ、オン及びオフは出現確率を下げたい場合がある。つまり、露光制御信号において、遷移部分の回数を増やし、それ以外のオン及びオフの回数を減らしたい場合がある。そのため、信号生成部２０は、タップ数より位数ｑが大きいガロア体を用いて、複数のタップにおけるオン、オフ及び遷移部分の出現確率を変更させてもよい。信号生成部２０は、例えば、３タップ方式の場合にガロア体ＧＦ（５）を用いて１／５の出現確率の擬似ランダム符号を生成し、そのうち３つを第１タップ６１ａに、１つを第２タップ６１ｂに、１つを第３タップ６１ｃに割り振ることで、第１タップ６１ａ、第２タップ６１ｂ及び第３タップ６１ｃそれぞれにおける遷移部分の出現確率を３／５、１／５、１／５等とすることが可能となる。

【0143】

なお、出現確率を異ならせる（例えば、高くする）対象の状態は、遷移部分であることに限定されず、オン、オフ及び遷移部分のうちの１つ又は２つであればよい。例えば、信号生成部２０は、擬似乱数に基づいて、第１タップ６１ａ、第２タップ６１ｂ及び第３タップ６１ｃのうちの一のタップにおいて、第１状態、第２状態及び第３状態のうちの一の状態の出現確率を、他のタップと異ならせるように当該一のタップの制御信号を生成してもよい。

【0144】

なお、擬似乱数の生成方法は、上記に限定されず、ガロア体を用いた既知のいかなる方法が用いられてもよい。

【0145】

また、本実施の形態では、信号処理部７０は、第１タップ６１ａ、第２タップ６１ｂ及び第３タップ６１ｃのそれぞれに蓄積された電荷量を用いた比に基づいて、対象物２００までの距離を算出する算出部として機能する。例えば、信号処理部７０は、第１タップ６１ａが第１状態のときに蓄積された電荷量をＱ２、第２タップ６１ｂが第２状態のときに蓄積された電荷量をＱ３、第３タップ６１ｃが第３状態のときに蓄積された電荷量をＱ１とし、発光期間をＴ０とすると、反射光の飛行時間ΔＴを、以下に示す（式２）を用いて算出する。

【0146】

（Ｑ２－Ｑ１）／（Ｑ３－Ｑ１）＝ΔＴ／Ｔ０ ・・・（式２）

【0147】

ここで、測距装置における各種信号について、図１４及び図１５を参照しながら説明する。まずは、発光制御信号及び露光制御信号について、図１４を参照しながら説明する。図１４は、本実施の形態に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。

【0148】

図１４の（ａ）は、ドレインつまり露光しない状態の信号を示す。

【0149】

図１４の（ｂ）は、光源部４０を制御するための発光制御信号であり、具体的には光源部４０の発光素子に供給される信号を示す。図１４の（ｂ）に示す発光制御信号により制御されることで、光源部４０は、ランダムな発光態様で発光する。信号生成部２０は、１つの期間（例えば、発光期間又は消灯期間）に対して、擬似乱数系列のうちの２ｂｉｔを用いて、基本信号の変調を行う。例えば、「００」である場合、オン（発光）とし、「１１」である場合、オフ（消灯）とし、「１０」である場合、移行状態とする。本実施の形態に係る擬似乱数系列は、オン、オフ及び移行状態の３つの状態がランダムに出現するような乱数系列である。

【0150】

図１４の（ｃ）は、第１タップ６１ａに対する露光制御信号であり、具体的には転送トランジスタ６３ａのゲート電極に供給されるゲート信号を示す。

【0151】

図１４の（ｄ）は、第２タップ６１ｂに対する露光制御信号であり、具体的には転送トランジスタ６３ｂのゲート電極に供給されるゲート信号を示す。

【0152】

図１４の（ｅ）は、第３タップ６１ｃに対する露光制御信号であり、具体的には転送トランジスタ６３ｃのゲート電極に供給されるゲート信号を示す。

【0153】

図１４の（ｂ）は、図３の（ｃ）に示す発光制御信号の基本信号にガロア体を用いた変調を加えた制御信号である。また、図１４の（ｃ）～（ｅ）のそれぞれは、図３の（ｃ）に示す露光制御信号の基本信号にガロア体を用いた変調を加えた制御信号である。図１４の（ｂ）～（ｅ）はそれぞれ、互いに異なる信号であり、かつ、互いに無相関な信号である。

【0154】

図１４の（ｃ）～（ｅ）に示すように、本実施の形態では、第１タップ６１ａ～第３タップ６１ｃのそれぞれが反射光の受光及び環境光の受光を行うように制御される。言い換えると、画素１６１は、環境光による電荷を蓄積するための専用のタップを有していない。

【0155】

次に、検出信号及び距離の算出方法について、図１５を参照しながら説明する。図１５は、本実施の形態に係る検出信号及び距離の算出方法の一例を示す図である。図１５は、高周波ノイズとして、１００ＭＨｚの外乱光を出射していない場合の検出信号及を示す。

【0156】

図１５の（ａ）は、第１タップ６１ａ（ｔａｐ０）、第２タップ６１ｂ（ｔａｐ１）及び第３タップ６１ｃ（ｔａｐ２）から出力される検出信号それぞれにおける、反射光の明るさ（ｌｕｍｉｎａｎｃｅ）と、遅延時間との関係を示す図である。図１５の（ａ）の横軸は遅延時間（例えば、距離に相当）を示しており、縦軸は反射光の明るさ（例えば、信号強度に相当）を示す。

【0157】

図１５の（ａ）に示すように、第１タップ６１ａ、第２タップ６１ｂ及び第３タップ６１ｃからの検出信号はそれぞれ、遅延時間に応じて互いに異なるように明るさが変化する。例えば、明るさの変化が打ち消し合うように変化する。例えば、遅延時間が３０ｎｓ以上の範囲において、遅延時間が長くなると、第１タップ６１ａの明るさが上昇している代わりに第３タップ６１ｃの明るさが低下している。図１５の（ａ）に示す関係は、測距装置を用いて距離ごとに対象物２００を測定することで得られる。

【0158】

図１５の（ｂ）は、第１タップ６１ａ、第２タップ６１ｂ及び第３タップ６１ｃのそれぞれから出力される検出信号の信号強度の比と、遅延時間との関係を示す図である。図１５の（ｂ）の横軸は遅延時間を示しており、縦軸は信号強度の比（ｒａｔｉｏ）を示す。図１５の（ｂ）に示す信号強度の比と、対象物２００までの距離との関係は、予め取得される。

【0159】

図１５の（ｂ）に示す左右方向の破線は、対象物２００までの距離を測定したときに得られる１つの比を示している。検出信号の比（破線）と、比及び遅延時間の関係を示すグラフ（実線）との交点が、現在測定した対象物２００までの距離となる。本実施の形態に係る測距装置では、検出信号の比を示す直線とグラフとの交点が１点のみであるので、対象物２００までの距離が一意に決まるメリットがある。

【0160】

［２－２．測距装置の動作］
続いて、上記のように構成される測距装置の動作について、図１６を参照しながら説明する。図１６は、本実施の形態に係る測距装置の動作（測距方法）を示すフローチャートである。

【0161】

図１６に示すように、信号生成部２０は、基本信号と変調信号（ガロア体ＧＦ（３））とから、発光制御信号及び露光制御信号を生成する（Ｓ３１）。信号生成部２０は、例えば、図１４の（ｂ）に示すような発光制御信号及び図１４の（ｃ）～（ｅ）に示すような露光制御信号を生成する。信号生成部２０は、発光制御信号を光源制御部３０に出力し、露光制御信号を受光制御部５０に出力する。

【0162】

次に、光源制御部３０は、発光制御信号に基づいて、光源部４０を発光させる（Ｓ３２）。ステップＳ３２では、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えた発光制御信号に基づいて、光源部４０の発光態様が制御される。これにより、光源部４０から発光周期及び発光期間が互いにランダムな光が出射される。

【0163】

次に、受光制御部５０は、露光制御信号に基づいて受光部６０を制御することで、反射光を受光させる（Ｓ３３）。露光制御信号には、第１タップ６１ａを制御するための制御信号と、第２タップ６１ｂを制御するための制御信号と、第３タップ６１ｃを制御するための制御信号とが含まれ、受光制御部５０は、露光制御信号に基づいて、第１タップ６１ａ～第３タップ６１ｃのオン、オフを独立して制御する。なお、受光制御部５０は、第１タップ６１ａ～第３タップ６１ｃにおいて、２以上のタップが同時にオンしてもよいように制御する。

【0164】

ステップＳ３３では、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えた露光制御信号に基づいて、受光部６０の露光態様が制御される。具体的には、ステップＳ３３では、フォトダイオード６２の露光態様、並びに、第１タップ６１ａ、第２タップ６１ｂ及び第３タップ６１ｃへの電荷の振り分けが制御される。ステップＳ３３では、第１タップ６１ａ、第２タップ６１ｂ及び第３タップ６１ｃに対応する露光タイミングが制御されるとも言える。

【0165】

そして、受光制御部５０は、所定期間（例えば、予め定められた１フレーム期間）の露光が終わると、第１タップ６１ａ～第３タップ６１ｃのそれぞれに蓄積された電荷量に応じた検出信号を、別々に信号処理部７０に出力させる。

【0166】

次に、信号処理部７０は、第１タップ６１ａ～第３タップ６１ｃからの検出信号を用いた比に基づいて、対象物２００までの距離を算出する（Ｓ３４）。信号処理部７０は、３つの検出信号から１つの比を算出し、当該１つの比の値に基づいて、対象物２００までの距離を算出する。

【0167】

［２－３．実験結果］
続いて、本実施の形態に係る測距装置のノイズ耐性について、図１７Ａ～図１８を参照しながら説明する。図１７Ａは、比較例の測距装置の測定結果を示す図である。図１７Ｂは、本実施の形態に係る測距装置の測定結果を示す第１図である。図１７Ａ及び図１７Ｂは、比較例の測距装置と、本実施の形態に係る測距装置とで、対象物２００を測定した距離画像を示す。対象物２００は、測距装置から所定距離の位置に置かれた板状の物体である。図１７Ａ及び図１７Ｂに示す「ノイズあり」は、高周波ノイズとして、１００ＭＨｚの外乱光を出射した場合の測定結果を示している。高周波ノイズの影響がなければ、「ノイズなし」の距離画像と、「ノイズあり」の距離画像とは同一の画像となる。

【0168】

図１７Ａでは、「ノイズあり」と「ノイズなし」とで、右下（丸枠箇所）の距離が大きく異なっている。これは、比較例の測距装置が高周波ノイズの影響を受けていることを意味する。

【0169】

一方、図１７Ｂでは、「ノイズあり」と「ノイズなし」とで、右下（丸枠箇所）の距離が多少異なってはいるが、比較例の測距装置ほどの大きな差はない。これは、本実施の形態に係る測距装置が比較例の測距装置より高周波ノイズの影響を受けにくいことを意味する。

【0170】

図１８は、本実施の形態に係る測距装置の測定結果を示す第２図である。図１８は、高周波ノイズとして、１００ＭＨｚの外乱光を出射した場合の測定結果を示している。高周波ノイズの影響がなければ、図１８に示すグラフは、図１５に示すグラフと同一のグラフとなる。

【0171】

図１８の（ａ）は、横軸が遅延時間（例えば、距離に相当）を示しており、縦軸が反射光（又は外乱光）の明るさ（例えば、信号強度に相当）を示している。図１８の（ａ）に示す「ｔａｐ０」～「ｔａｐ２」のそれぞれは、第１タップ６１ａ～第３タップ６１ｃのそれぞれにおける光の明るさと遅延時間との関係を示している。また、図１８の（ｂ）は、３つのタップからの３つの検出信号の比と、遅延時間との関係を示す。

【0172】

図１８の（ａ）に示すように、本実施の形態に係る測距装置では、信号が少ししか波打っておらず、その結果、図１８の（ｂ）に示すように比のグラフも少ししか波打っておらず、直線に近い。これは、本実施の形態に係る測距装置の測定結果が、高周波ノイズの影響を少ししか受けていないことを示している。このような場合、正確な距離を測定することができる。

【0173】

なお、実施の形態１の図８に示すように、比較例の測距装置では、各信号が波打っており、高周波ノイズの影響を受けている。本実施の形態に係る測距装置は、高周波ノイズの影響は受けるものの、比較例の測距装置に比べてその影響は大幅に抑制されている。

【0174】

（動作例１）
本動作例では、実施の形態２に係る測距装置（３ＴａｐのＴｏＦ）の動作例を示す。実施の形態２に係る測距装置を用いて、図３の（ｂ）の基本信号に、ガロア体による変調を加えた信号による動作例を、図１９～図２０Ｂを用いて示す。図１９は、本動作例に係る発光制御信号（図１９の（ａ））及び露光制御信号（図１９の（ｂ））の一例を示す図である。図１９は、光源部４０の制御信号（ｅｍｉｔｔｅｄ ｓｉｇｎａｌ）、及び、第１タップ６１ａ（例えば、「ｔａｐ０」）、第２タップ６１ｂ（例えば、「ｔａｐ１」）、及び、第３タップ６１ｃ（例えば、「ｔａｐ２」）の制御信号（ｔａｐ ｃｏｎｔｒｏｌ）のタイミングチャートを示す。ここでは、矩形波の光源信号に対してそれぞれ位相を０、π／３、２π／３シフトした矩形波信号を基本波形とし、ガロア体（ＧＦ３）の３ビット信号により変調し、第１タップ６１ａ～第３タップ６１ｃの露光制御信号とすることで、タイミングチャートに実装した。

【0175】

図２０Ａは、図１９のタイミングチャートを用いてシミュレーションして得られたグラフ（積分グラフ）を示す図であり、図２０Ｂは、図１９のタイミングチャートを用いて実際に測定して得られたグラフを示す図である。図２０Ａ及び図２０Ｂは、第１タップ６１ａ（ｔａｐ０又はｔａｐ０ ｍｉｎｕｓ ｄａｒｋ ｎｏｉｓｅ）、第２タップ６１ｂ（ｔａｐ１又はｔａｐ１ ｍｉｎｕｓ ｄａｒｋ ｎｏｉｓｅ）及び第３タップ６１ｃ（ｔａｐ２又はｔａｐ２ ｍｉｎｕｓ ｄａｒｋ ｎｏｉｓｅ）から出力される検出信号それぞれにおける、反射光の明るさ（ｌｕｍｉｎａｎｃｅ）と、遅延時間との関係を示す図である。また、図２０Ｂは、実際のＴｏＦでディレイヤを使って計測したグラフを示す。

【0176】

図２０Ｂに示すように、図３の（ｃ）に示す基本信号を用いた場合よりも誤り訂正能力が高いので、図３の（ｂ）を基本信号として用いることで、実施の形態１の２Ｔａｐ方式よりも、計測がロバストになることが期待される。

【0177】

（動作例２）
本動作例では、実施の形態１の変形例に係る測距装置（２ＴＡＰのＴｏＦ＋多重化）の第１動作例を示す。以下では、異なる３つの信号を多重化した場合の動作例を、図２１～図２２Ｂを用いて示す。図２１は、本動作例に係る発光制御信号（図２１の（ａ））及び露光制御信号（図２１の（ｂ））の一例を示す図である。図２１は、光源部４０の制御信号（ｅｍｉｔｔｅｄ ｓｉｇｎａｌ）、及び、３つの信号を時間多重化した各タップの制御信号（ｔａｐ ｃｏｎｔｒｏｌ）のタイミングチャートを示す。ここでは、それぞれ単位パルス長３０ｎｓ、６０ｎｓ、１２０ｎｓからなる全長が等しい同位相のＤＳＳＳ変調されたシーケンス１、シーケンス２及びシーケンス３を結合により時間的に多重化し、発光・露光の制御信号とすることで、タイミングチャートに実装した。例えば、図２１の（ｂ）のｔａｐ０が第１タップ６１ａに対応し、ｔａｐ１が第２タップ６１ｂに対応する。

【0178】

図２２Ａは、図２１のタイミングチャートを用いてシミュレーションして得られたグラフを示す図であり、図２２Ｂは、図２１のタイミングチャートを用いて実際に測定して得られたグラフを示す図である。

【0179】

図２２Ａの（ａ）は、図２１のタイミングチャートを用いてシミュレーションして得られたグラフ（積分グラフ）を示す図であり、横軸が遅延時間を示し、縦軸が反射光の明るさを示す。図２２Ａの（ａ）では、第１タップ６１ａから取得した検出信号と遅延時間との関係を実線（ｔａｐ０）で示し、第２タップ６１ｂから取得した検出信号と遅延時間との関係を破線（ｔａｐ１）で示している。また、図２２Ａの（ｂ）の実線（「ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ」）は、図２２Ａの（ａ）のｔａｐ０とｔａｐ１との比を取ったものであり、この値が光源信号と、検出信号とのズレ、すなわち距離を表している。なお、図２２Ａの（ｂ）中の３つの破線等（「ｓｅｑｕｅｎｃｅ１」から「ｓｅｑｕｅｎｃｅ３」）は、３つの信号それぞれに対応するものであり、仮に多重化されなかった場合に計算される比の値である。また、図２２Ａの（ｂ）中の二点鎖線が示す「ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｓｕｍ」は、「ｓｅｑｕｅｎｃｅ１」から「ｓｅｑｕｅｎｃｅ３」のグラフを足し合わせたグラフである。

【0180】

図２２Ｂは、実際のＴｏＦでディレイヤを使って計測したグラフを図２３に示す。

【0181】

図２２Ａ及び図２２Ｂに示すように、計測レンジが拡大していることが確認できる。

【0182】

また、図２２Ａの（ｂ）に示す「ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｓｕｍ」のグラフは、実線とほぼ一致している。これにより、３つの信号を時間多重化した制御信号を用いて得られる測定結果が、正確な値であることを示している。

【0183】

（動作例３）
本動作例では、実施の形態１の変形例に係る測距装置（２ＴＡＰのＴｏＦ＋多重化）の第２動作例を示す。以下では、異なる３つの信号を、光源部４０の信号からそれぞれ異なる位相でずらして多重化した場合の動作例を、図２３及び図２４を用いて示す。図２３は、本動作例に係る発光制御信号（図２３の（ａ））及び露光制御信号（図２３の（ｂ））の一例を示す図である。図２３は、光源部４０の制御信号（ｅｍｉｔｔｅｄ ｓｉｇｎａｌ）、及び、３つの信号を時間多重化した各タップの制御信号（ｔａｐ ｃｏｎｔｒｏｌ）のタイミングチャートを示す。ここでは、それぞれ光源部４０に対して位相遅れが３０ｎｓ、３０ｎｓ、０ｎｓの単位パルス長及び全長が等しいＤＳＳＳ変調されたシーケンス１、シーケンス２及びシーケンス３を結合により時間的に多重化し、発光・露光の制御信号とすることで、タイミングチャートに実装した。例えば、図２３の（ｂ）のｔａｐ０が第１タップ６１ａに対応し、ｔａｐ１が第２タップ６１ｂに対応する。

【0184】

図２４は、図２３のタイミングチャートを用いて得られたグラフを示す図である。図２４の（ａ）は、図２３のタイミングチャートを用いてシミュレーションして得られたグラフ（積分グラフ）を示す図であり、横軸が遅延時間を示し、縦軸が反射光の明るさを示す。図２４の（ａ）では、第１タップ６１ａから取得した検出信号と遅延時間との関係を実線（ｔａｐ０）で示し、第２タップ６１ｂから取得した検出信号と遅延時間との関係を破線（ｔａｐ１）で示している。また、図２４の（ｂ）の実線（「ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ」）は、図２４の（ａ）のｔａｐ０とｔａｐ１との比を取ったものであり、この値が光源信号と、検出信号とのズレ、すなわち距離を表している。なお、図２４の（ｂ）中の３つの破線等（「ｓｅｑｕｅｎｃｅ１」から「ｓｅｑｕｅｎｃｅ３」）は、３つの信号それぞれに対応するものであり、仮に多重化されなかった場合に計算される比の値である。また、図２４の（ｂ）中の二点鎖線が示す「ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｓｕｍ」は、「ｓｅｑｕｅｎｃｅ１」から「ｓｅｑｕｅｎｃｅ３」のグラフを足し合わせたグラフである。

【0185】

図２４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、制御信号の位相をずらすことで、左右対称ではない相関グラフが得られることが確認できる。

【0186】

また、図２４の（ｂ）に示す「ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｓｕｍ」のグラフは、実線とほぼ一致している。これにより、異なる３つの信号を位相でずらして多重化した制御信号を用いて得られる測定結果が、正確な値であることを示している。

【0187】

（距離計測の追加データ）
以下の実環境での距離計測を追加で行ったため、図２５～図３４を参照しながら説明する。なお、以下では、擬似乱数を用いた変調のことを、擬似乱数変調とも記載する。また、測距装置１００は、３タップ方式の測距装置であるが、２タップ方式の測距装置であってもよい。

【0188】

（１つ目の距離計測結果について）
まず、１つ目の距離計測結果について、図２５～図２９Ｂを参照しながら説明する。図２５は、追加で行った第１距離計測の様子を示す図である。図２５では、測距装置１００の構成要素のうち、光源部４０及び受光部６０のみを図示している。

【0189】

図２５に示すように、１つ目の距離計測では、対象物体として、板４１０及び４２０を配置している。板４１０は、受光部６０からの距離が４５ｃｍの位置に配置され、板４２０は、受光部６０からの距離が６０ｃｍの位置に配置されている。また、板４２０は、板４１０より高い。そのため、光源部４０及び受光部６０の位置から板４１０及び４２０を見ると、板４１０の上方に板４２０の一部が見えることとなる。

【0190】

板４１０及び４２０は、例えば、平行に配置されており、光源部４０及び受光部６０の光軸は板４１０及び４２０の主面と直交するように配置されている。

【0191】

また、高周波ノイズを発生させるノイズ源としてノイズ用光源３００が配置される。ノイズ用光源３００は、斜め方向から板４１０及び４２０に向けて高周波ノイズを出力可能な姿勢で固定されている。高周波ノイズとしては、１００ＭＨｚの外乱光が用いられる。

【0192】

次に、高周波ノイズの有無及び信号列ごとの実環境距離計測の結果について、図２６Ａ及び図２６Ｂを参照しながら説明する。図２６Ａは、従来手法における距離計測結果（距離画像）を示す図である。従来手法とは、基本信号に対して擬似乱数変調を加えずに生成された制御信号を用いて距離計測を行うことを意味する。また、「ノイズなし」は、ノイズ用光源３００が高周波ノイズを出力していないことを意味し、「ノイズあり」は、ノイズ用光源３００が高周波ノイズを出力していることを意味する。なお、信号列とは、擬似乱数変調されていない基本信号（制御信号）（例えば、図３に示す信号）、又は、基本信号に対して擬似乱数変調した後の制御信号（例えば、図４に示す信号）を意味する。

【0193】

図２６Ａに示す「（ａ）Ｃ－Ｄｏｕｂｌｅ ｒａｍｐ」は、図３の（ｄ）に示す基本信号を制御信号として用いる場合を示しており、「（ｂ）Ｃ－Ｓｑｕａｒｅ」は、図３の（ｂ）に示す基本信号を制御信号として用いる場合を示しており、「（ｃ）Ｃ－Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ」は、図３の（ｆ）に示す基本信号を制御信号として用いる場合を示している。なお、「（ａ）Ｃ－Ｄｏｕｂｌｅ ｒａｍｐ」を「（ａ）」とも記載する。

【0194】

図２６Ａに示すように、従来手法では、いずれもノイズありの計測結果がノイズなしの計測結果から変化している。言い換えると、従来手法では、高周波ノイズの影響を受けやすく、ノイズがある場合、正確な距離計測を行うことが困難である。

【0195】

図２６Ｂは、擬似乱数変調を用いた手法（本発明の手法）における距離計測結果（距離画像）を示す図である。図２６Ｂに示す「（ｄ）ＤＳＳＳ」は、繰り返しのない１単位のＤｏｕｂｌｅ ｒａｍｐを基本信号とし、当該基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いる場合を示しており、「（ｅ）ＰＲ（擬似乱数：ｐｓｅｕｄｏｒａｎｄｏｍ ｎｕｍｂｅｒ）－Ｄｏｕｂｌｅ ｒａｍｐ」は、図３の（ｄ）に示す基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いる場合を示しており、「（ｆ）ＰＲ－Ｓｑｕａｒｅ」は、図３の（ｂ）に示す基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いる場合を示しており、「（ｇ）ＰＲ－Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ」は、図３の（ｆ）に示す基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いる場合を示している。

【0196】

なお、「（ｄ）ＤＳＳＳ」を「（ｄ）」とも記載し、「（ｅ）ＰＲ－Ｄｏｕｂｌｅ ｒａｍｐ」を「（ｅ）」とも記載し、「（ｆ）ＰＲ－Ｓｑｕａｒｅ」を「（ｆ）」とも記載し、「（ｇ）ＰＲ－Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ」を「（ｇ）」とも記載する。（ｄ）～（ｇ）では、擬似乱数としてＭ系列を用いている。また、（ｅ）～（ｇ）に用いる基本信号は、繰り返しのある信号（周期的な信号）である。

【0197】

図２６Ｂに示すように、擬似乱数変調を用いた手法では、いずれもノイズありの計測結果とノイズなしの計測結果とがほぼ同じである。言い換えると、擬似乱数変調を用いた手法では、高周波ノイズの影響を受けにくく、ノイズがある場合であっても、正確な距離計測を行うことができる。

【0198】

また、擬似乱数変調を用いる手法においては、（ｄ）＞（ｅ）＞（ｆ）＞（ｇ）の順で距離画像中のノイズが小さくなっている。これは、センサノイズの影響と考えられ、コーディング曲線が長い信号列ほど良好な計測結果が得られている。

【0199】

図２７Ａは、図３の（ｂ）に示す基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いた場合の距離計測結果を示す図である。図２７Ａの（ａ）は、距離画像を示し、図２７Ａの（ｂ）は、図２７Ａの（ａ）に示す直線（中央部分の上下方向の直線）に含まれる画素６１ごとの距離測定結果を示す。

【0200】

図２７Ｂは、図３の（ｆ）に示す基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いた場合の距離計測結果を示す図である。図２７Ｂの（ａ）は、距離画像を示し、図２７Ｂの（ｂ）は、図２７Ｂの（ａ）に示す直線（中央部分の上下方向の直線）に含まれる画素６１ごとの距離測定結果を示す。

【0201】

図２７Ａの（ａ）及び図２７Ｂの（ａ）の縦軸及び横軸は、画素位置（ｐｉｘｅｌ ｉｎｄｅｘ）を示し、図２７Ａの（ｂ）及び図２７Ｂの（ｂ）の横軸は、画素位置（ｐｉｘｅｌ ｉｎｄｅｘ）を示し、縦軸は、計測された距離（［ｍｍ］）を示す。図２７Ａの（ｂ）の横軸は、図２７Ａの（ａ）の縦軸に対応しており、図２７Ｂの（ｂ）の横軸は、図２７Ｂの（ａ）の縦軸に対応している。

【0202】

図２７Ａ及び図２７Ｂの一点鎖線枠に示すように、「（ｇ）ＰＲ－Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ」の方が「（ｆ）ＰＲ－Ｓｑｕａｒｅ」よりノイズの影響が軽減していることがわかる。

【0203】

図２８は、基本信号の違いによる距離計測の比較結果を示す図である。図２８は、「（ｇ）ＰＲ－Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ」及び「（ｆ）ＰＲ－Ｓｑｕａｒｅ」における、板４１０及び４２０までの距離と、ＲＭＳＥ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ：二乗平均平方根誤差）とを示す。ＲＭＳＥが小さいほど、ノイズの影響を受けていないことを意味する。

【0204】

図２８に示すように、距離は、「（ｇ）ＰＲ－Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ」及び「（ｆ）ＰＲ－Ｓｑｕａｒｅ」のどちらの信号列も真値（４５０．００ｍｍ及び６００．００ｍｍ）に近い値が得られている。また、距離の誤差は、「（ｆ）ＰＲ－Ｓｑｕａｒｅ」より「（ｇ）ＰＲ－Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ」の方が小さく、「（ｇ）ＰＲ－Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ」の方がセンサノイズに対して頑健であると言える。

【0205】

図２９Ａは、図３の（ｂ）に示す基本信号を用いた場合のコーディング曲線を説明するための図である。図２９Ｂは、図３の（ｆ）に示す基本信号を用いた場合のコーディング曲線を説明するための図である。コーディング曲線とは、距離に対応する各タップにおける観測値を繋ぎ三次元空間中に可視化した曲線である。

【0206】

図２９Ａ及び図２９Ｂに示すように、図３の（ｆ）に示す基本信号を用いた場合のコーディング曲線の方が、図３の（ｂ）に示す基本信号を用いた場合のコーディング曲線より全長が長いことがわかる。計測された観測値が誤差を含む場合、計測点はコーディング曲線上に存在せず、真の距離に対応する計測点は一点鎖線状の楕円で囲まれた範囲にあった曖昧性を有するように推定される。図２９Ａ及び２９Ｂ中の「〇」は、誤差を含む観測点を示している。図２９Ａ及び２９Ｂ中の矢印線は、誤差を含む観測点が、当該楕円で囲まれた範囲のコーディング曲線上のどこか（例えば、矢印の位置のいずれか）に対応していることを示す。コーディング曲線が長いほど、この範囲に対応する距離の範囲が狭くなるため、距離推定の曖昧性は小さくなる。つまり、「（ｆ）ＰＲ－Ｓｑｕａｒｅ」より「（ｇ）ＰＲ－Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ」の方が距離の曖昧性が小さい。

【0207】

図２７Ａ～図２９Ｂから、コーディング曲線が長いほど、ノイズの影響が小さくなることがわかる。このことから、ノイズに対する頑健さをより有する測距装置１００を実現する観点から、基本信号には、コーディング曲線が長いものが用いられるとよく、（ｇ）＞（ｆ）＞（ｅ）＞（ｄ）の順に適していると言える。

【0208】

（２つ目の距離計測結果について）
続いて、２つ目の距離計測結果について、図３０～図３４を参照しながら説明する。図３０は、追加で行った第２距離計測の様子を示す図である。

【0209】

図３０に示すように、２つ目の距離計測では、対象物体として、犬の置物４３０を配置している。置物４３０は、受光部６０からの距離が５０ｃｍの位置に配置されている。置物４３０は、光源部４０及び受光部６０の正面に配置されている。

【0210】

また、高周波ノイズを発生させるノイズ源として、図２５の場合と同様、ノイズ用光源３００が配置される。高周波ノイズとしては、１００ＭＨｚの外乱光が用いられる。

【0211】

次に、高周波ノイズの有無及び信号列ごとの実環境距離計測の結果について、図３１Ａ及び図３１Ｂを参照しながら説明する。図３１Ａは、従来手法における距離計測結果（距離画像）を示す図である。図３１Ｂは、擬似乱数変調を用いた手法における距離計測結果（距離画像）を示す図である。

【0212】

図３１Ａに示すように、従来手法では、いずれもノイズありの計測結果がノイズなしの計測結果から変化している。言い換えると、従来手法では、高周波ノイズの影響を受けやすく、ノイズがある場合、正確な距離計測を行うことが困難である。

【0213】

図３１Ｂに示すように、擬似乱数変調を用いた手法では、いずれもノイズありの計測結果とノイズなしの計測結果とがほぼ同じである。言い換えると、擬似乱数変調を用いた手法では、高周波ノイズの影響を受けにくく、ノイズがある場合であっても、正確な距離計測を行うことができる。なお、図３１Ｂからも、コーディング曲線の長い信号列ほどセンサノイズに頑健であると言える。

【0214】

次に、ノイズがない環境における距離測定精度の評価結果について、図３２Ａ～図３２Ｇを参照しながら説明する。図３２Ａ～図３２Ｇは、ノイズがない環境において、各信号列を用いた場合の距離測定精度の評価結果を示す図である。図３２Ａ～図３２Ｇそれぞれの（ａ）は、横軸が光源部４０の発光からの遅延時間（ｄｅｌａｙ［ｎｓ］）を示しており、縦軸が反射光（又は外乱光）の明るさ（例えば、信号強度に相当）を示している。図３２Ａ～図３２Ｇそれぞれの（ｂ）は、遅延時間と対象物体までの距離（ｄｅｐｔｈ［ｍｍ］）との関係を示しており、横軸が遅延時間を示しており、縦軸が距離を示す。なお、各図において、実線と、破線等の他の線とが重なる場合、実線を優先して図示している。

【0215】

図３２Ａ～図３２Ｇに示すように、高周波ノイズが存在しないときは、すべての信号で理想的な計測信号が得られ、距離推定も正確である。理想的とは、例えば、真値に近く、かつ標準偏差が小さいことを意味する。

【0216】

次に、ノイズがある環境における距離測定精度の評価結果について、図３３Ａ～図３３Ｇを参照しながら説明する。図３３Ａ～図３３Ｇは、ノイズがある環境において、各信号列を用いた場合の距離測定精度の評価結果を示す図である。図３３Ａ～図３３Ｇそれぞれの（ａ）は、横軸が遅延時間を示しており、縦軸が反射光（又は外乱光）の明るさ（例えば、信号強度に相当）を示している。図３３Ａ～図３３Ｇそれぞれの（ｂ）は、遅延時間と対象物体までの距離との関係を示しており、横軸が遅延時間を示しており、縦軸が距離を示す。なお、各グラフの幅（グレースケールで表される領域の幅）は、誤差の標準偏差を示す。

【0217】

図３３Ａ～図３３Ｃに示すように、高周波ノイズが存在するときに、従来手法（（ａ）～（ｃ））では計測信号に大きなノイズが含まれ、距離推定にも大きな誤差がみられる。一方、図３３Ｄ～図３３Ｆに示すように、高周波ノイズが存在するときに、擬似乱数変調を用いた手法（本発明の手法）（（ｄ）～（ｇ））では、計測信号のノイズが抑制され、距離推定に大きな影響がみられない。

【0218】

図３４は、距離推定精度の比較結果を示す図である。図３４は、比較評価として、図３２Ａ～３３Ｇに示す距離推定における二乗平均平方根誤差の比較結果を示す。

【0219】

図３４に示すように、擬似乱数変調を用いた手法は、従来手法より二乗平均平方根誤差が小さく、ノイズ条件下で頑健であることがわかる。また、コーディング曲線が長い（ｇ）の精度が最も高い。

【0220】

なお、高周波ノイズが存在する環境下において、擬似乱数変調を用いた手法（本発明の手法）で算出された距離の二乗平均平方根誤差は、従来手法で算出された距離の二乗平均平方根誤差より小さければよく、例えば、１００ｍｍ以下であってもよいし、５０ｍｍ以下であってもよいし、２５ｍｍ以下であってもよいし、１０ｍｍ以下であってもよい。

【0221】

（その他の実施の形態）
以上、一つ又は複数の態様に係る測距装置等について、実施の形態等に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態等に限定されるものではない。本発明の趣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、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明に含まれてもよい。

【0222】

例えば、上記実施の形態等では、信号生成部はデジタル変調するように構成される例を示したが、アナログ変調するように構成されていてもよい。

【0223】

また、上記実施の形態１の変形例では、ＤＳＳＳ変調された信号を多重化する例について説明したが、ガロア体を用いて変調された信号など他の変調方法により生成された信号が多重化されてもよい。また、多重化される信号のそれぞれは、単一周波数の信号であってもよい。

【0224】

また、上記実施の形態等における測距装置は、屋内で用いられてもよいし、屋外で用いられてもよい。

【0225】

また、上記実施の形態等において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵ又はプロセッサ等のプログラム実行部が、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。

【0226】

また、フローチャートにおける各ステップが実行される順序は、本発明を具体的に説明するために例示するためのものであり、上記以外の順序であってもよい。また、上記ステップの一部が他のステップと同時（並列）に実行されてもよいし、上記ステップの一部は実行されなくてもよい。

【0227】

また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。

【0228】

また、上記実施の形態等に係る測距装置は、単一の装置として実現されてもよいし、複数の装置により実現されてもよい。測距装置が複数の装置によって実現される場合、当該測距装置が有する各構成要素は、複数の装置にどのように振り分けられてもよい。測距装置が複数の装置で実現される場合、当該複数の装置間の通信方法は、特に限定されず、無線通信であってもよいし、有線通信であってもよい。また、装置間では、無線通信及び有線通信が組み合わされてもよい。

【0229】

また、上記実施の形態等で説明した各構成要素は、ソフトウェアとして実現されても良いし、典型的には、集積回路であるＬＳＩとして実現されてもよい。これらは、個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路（専用のプログラムを実行する汎用回路）又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）又は、ＬＳＩ内部の回路セルの接続若しくは設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。更には、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて構成要素の集積化を行ってもよい。

【0230】

システムＬＳＩは、複数の処理部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＯＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。

【0231】

また、本発明の一態様は、図６、図１１及び図１６のいずれかに示される測距方法に含まれる特徴的な各ステップをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであってもよい。

【0232】

また、例えば、プログラムは、コンピュータに実行させるためのプログラムであってもよい。また、本発明の一態様は、そのようなプログラムが記録された、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体であってもよい。例えば、そのようなプログラムを記録媒体に記録して頒布又は流通させてもよい。例えば、頒布されたプログラムを、他のプロセッサを有する装置にインストールして、そのプログラムをそのプロセッサに実行させることで、その装置に、上記各処理を行わせることが可能となる。

【0233】

（付記）
以上の実施の形態等の記載により、下記の技術が開示される。

【0234】

（技術１）
ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、
光源部と、
前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子、及び、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第１タップ、第２タップ及び第３タップを有する受光部と、
前記光源部の発光タイミング、並びに、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部とを備える
測距装置。

【0235】

（技術２）
前記擬似乱数を用いた変調は、ガロア体を用いた変調である
技術１に記載の測距装置。

【0236】

（技術３）
前記ガロア体を用いた変調では、ガロア体として、前記受光部が有するタップの数と同数の位数のガロア体における擬似乱数が用いられる
技術２に記載の測距装置。

【0237】

（技術４）
前記ガロア体を用いた変調では、ガロア体として、前記受光部が有するタップの数より大きい位数のガロア体における擬似乱数が用いられる
技術２に記載の測距装置。

【0238】

（技術５）
前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップのそれぞれは、一期間をオンとする第１状態、一期間をオフとする第２状態、及び、一期間内においてオン及びオフの一方から他方へ切り替わる第３状態とを有し、
前記信号生成部は、前記擬似乱数に基づいて、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップのうちの一のタップにおいて、前記第１状態、前記第２状態及び前記第３状態のうちの一の状態の出現確率を、他のタップと異ならせるように当該一のタップの制御信号を生成する
技術１～４のいずれかに記載の測距装置。

【0239】

（技術６）
前記信号生成部は、前記基本信号に第１擬似乱数を用いて変調を加えた第１信号と、前記基本信号に前記第１擬似乱数と異なる第２擬似乱数を用いて変調を加えた第２信号とを時間方向に多重化することで、前記制御信号を生成し、
前記受光部は、前記第１信号に基づく発光により受光する反射光と、前記第２信号に基づく発光により受光する反射光とにより生成される電荷を互いに異なるタップに蓄積する
技術１～５のいずれかに記載の測距装置。

【0240】

（技術７）
前記測距装置が配置される空間には、他の測距装置が配置されており、
前記受光部が受光した外乱光に基づいて、当該外乱光を出射するために用いられた擬似乱数を特定し、特定された擬似乱数から前記他の測距装置を識別する信号処理部を備える
技術１～６のいずれかに記載の測距装置。

【0241】

（技術８）
前記第１タップ、前記第２タップ、及び、前記第３タップのそれぞれに蓄積された電荷量を用いた比に基づいて、前記距離を算出する算出部を備える
技術１～７のいずれかに記載の測距装置。

【0242】

（技術９）
前記基本信号は、単一周波数の信号である
技術１～８のいずれかに記載の測距装置。

【0243】

（技術１０）
前記発光タイミングのための制御信号の基本信号は、パルス状の信号であり、
前記露光タイミングのための制御信号の基本信号は、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップで位相が異なる台形形状の信号である
技術１～９のいずれかに記載の測距装置。

【0244】

（技術１１）
高周波ノイズが存在する環境下において測定された距離の二乗平均平方根誤差は、１００ｍｍ以下である
技術１～１０のいずれかに記載の測距装置。

【0245】

（技術１２）
ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、
光源部と、
前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第１タップ及び第２タップを有する受光部と、
前記光源部の発光タイミング、並びに、前記第１タップ及び前記第２タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部とを備える
測距装置。

【0246】

（技術１３）
ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式により対象物までの距離を測定する測距装置で実行される測距方法であって、
前記測距装置は、
光源部と、
前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子、及び、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第１タップ、第２タップ及び第３タップを有する受光部とを備え、
前記測距方法は、
前記光源部の発光タイミング、前記受光素子の露光タイミング、並びに、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップへの電荷の振り分けのそれぞれを制御するための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する
測距方法。

【産業上の利用可能性】

【0247】

本発明は、対象物の形状計測等を行う測距装置等に有用である。

【符号の説明】

【0248】

１０ 制御部
２０ 信号生成部
３０ 光源制御部
４０ 光源部
５０ 受光制御部
６０ 受光部
６１、１６１ 画素
６１ａ 第１タップ
６１ｂ 第２タップ
６１ｃ 第３タップ
６２ フォトダイオード
６３ａ、６３ｂ、６３ｃ 転送トランジスタ
６４ａ、６４ｂ、６４ｃ ＦＤ部
７０ 信号処理部（算出部）
１００ 測距装置
２００ 対象物
３００ ノイズ用光源
４１０、４２０ 板
４３０ 置物
ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４ 時間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17A】

【図17B】

【図18】

【図19】

【図20A】

【図20B】

【図21】

【図22A】

【図22B】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26A】

【図26B】

【図27A】

【図27B】

【図28】

【図29A】

【図29B】

【図30】

【図31A】

【図31B】

【図32A】

【図32B】

【図32C】

【図32D】

【図32E】

【図32F】

【図32G】

【図33A】

【図33B】

【図33C】

【図33D】

【図33E】

【図33F】

【図33G】

【図34】