知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】P2024135272
(43)【公開日】2024-10-04
(54)【発明の名称】投受光装置、測距システム、測距装置
(51)【国際特許分類】
G01S 7/483 20060101AFI20240927BHJP
G01S 17/894 20200101ALI20240927BHJP
G01S 17/10 20200101ALI20240927BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20240927BHJP
【ＦＩ】
G01S7/483
G01S17/894
G01S17/10
G01C3/06 120Q
G01C3/06 140
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023045879
(22)【出願日】2023-03-22
(71)【出願人】
【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
(74)【代理人】
【識別番号】100127111
【弁理士】
【氏名又は名称】工藤 修一
(72)【発明者】
【氏名】滝澤 建郁
【テーマコード（参考）】
2F112
5J084
【Ｆターム（参考）】
2F112AD01
2F112BA06
2F112CA12
2F112DA02
2F112DA25
2F112DA28
2F112FA03
2F112FA07
2F112FA21
2F112FA23
2F112FA45
2F112GA01
2F112GA03
5J084AA05
5J084AD01
5J084AD02
5J084BA04
5J084BA07
5J084BA14
5J084BA15
5J084BA36
5J084BA40
5J084CA03
5J084CA20
5J084CA31
5J084CA49
5J084CA67
5J084CA69
5J084CA70
5J084EA04
5J084EA11
5J084EA40
(57)【要約】
【課題】高精度の計測を可能とする投受光装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる投受光装置は、第１の光を投光する第１投光部と、第２の光を投光する第２投光部と、領域内の物体で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部と、を備え、前記第１の光を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光であり、前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光であり、前記第２の光の積算光量は、前記第１の光の積算光量よりも大きいことを特徴とする。
【選択図】図１４
【解決手段】本発明にかかる投受光装置は、第１の光を投光する第１投光部と、第２の光を投光する第２投光部と、領域内の物体で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部と、を備え、前記第１の光を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光であり、前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光であり、前記第２の光の積算光量は、前記第１の光の積算光量よりも大きいことを特徴とする。
【選択図】図１４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の光を投光する第１投光部と、
第２の光を投光する第２投光部と、
領域内の物体で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部と、
を備え、
前記第１の光を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、
前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光であり、
前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光であり、
前記第２の光の積算光量は、前記第１の光の積算光量よりも大きい投受光装置。
第２の光を投光する第２投光部と、
領域内の物体で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部と、
を備え、
前記第１の光を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、
前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光であり、
前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光であり、
前記第２の光の積算光量は、前記第１の光の積算光量よりも大きい投受光装置。
【請求項2】
第１の光を投光する第１投光部と、
第２の光を投光する第２投光部と、
領域内の物体で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部と、
を備え、
前記第１の光を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、
前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光であり、
前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光であり、
前記第２の受光は、前記第１の受光よりも長い積算時間及び大きい増幅率の少なくとも一方を含む投受光装置。
第２の光を投光する第２投光部と、
領域内の物体で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部と、
を備え、
前記第１の光を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、
前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光であり、
前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光であり、
前記第２の受光は、前記第１の受光よりも長い積算時間及び大きい増幅率の少なくとも一方を含む投受光装置。
【請求項3】
前記第１投光部および前記第２投光部から投光される前記第１の光および前記第２の光の積算光量、または前記受光部の積算時間、増幅率を制御する制御部を備える
ことを特徴とした請求項１または２に記載した投受光装置。
ことを特徴とした請求項１または２に記載した投受光装置。
【請求項4】
前記第１投光部および前記第２投光部は複数の光源からなり、
発光する光源数を変化させることによって積算光量を制御する
ことを特徴とした請求項１または２に記載した投受光装置。
発光する光源数を変化させることによって積算光量を制御する
ことを特徴とした請求項１または２に記載した投受光装置。
【請求項5】
前記第１投光部は第１光源を含み、前記第２投光部は第２光源を含み、該第１光源及び該第２光源は各々複数の発光部を有し、前記第２光源の発光部数は前記第１光源の発光部数よりも多い
ことを特徴とした請求項１または２に記載した投受光装置。
ことを特徴とした請求項１または２に記載した投受光装置。
【請求項6】
前記投光部から出射される光以外の外光の光量を前記受光部によって検出し、
検出された前記外光の光量に基づき
前記第１の光の積算光量および前記第２の光の積算光量を変化させる
ことを特徴とした請求項１または２に記載した投受光装置。
検出された前記外光の光量に基づき
前記第１の光の積算光量および前記第２の光の積算光量を変化させる
ことを特徴とした請求項１または２に記載した投受光装置。
【請求項7】
前記第１投光部および前記第２投光部から出射される光以外の外光の光量を前記受光部によって検出し、
検出された前記外光の光量に基づき、
前記第１の受光の積算時間及び増幅率の少なくとも一方と、前記第２の受光の積算時間及び増幅率のうち少なくとも一方を変化させる
ことを特徴とした請求項１または２に記載した投受光装置。
検出された前記外光の光量に基づき、
前記第１の受光の積算時間及び増幅率の少なくとも一方と、前記第２の受光の積算時間及び増幅率のうち少なくとも一方を変化させる
ことを特徴とした請求項１または２に記載した投受光装置。
【請求項8】
前記投受光装置の温度計測を行い、
前記計測された温度に基づき、前記第１の光の積算光量と前記第２の光の積算光量の少なくとも一方を変化させ、前記第１の受光の積算時間と増幅率および前記第２の受光の積算時間と増幅率のうち少なくとも１つを変化させる
ことを特徴とした請求項１または２に記載した投受光装置。
前記計測された温度に基づき、前記第１の光の積算光量と前記第２の光の積算光量の少なくとも一方を変化させ、前記第１の受光の積算時間と増幅率および前記第２の受光の積算時間と増幅率のうち少なくとも１つを変化させる
ことを特徴とした請求項１または２に記載した投受光装置。
【請求項9】
前記受光部は、光を検出する光検出器を含み、同一の該光検出器により前記第１の受光と前記第２の受光が行われる
ことを特徴とした請求項１または２に記載した投受光装置。
ことを特徴とした請求項１または２に記載した投受光装置。
【請求項10】
第１の光を投光する第１投光部と、
第２の光を投光する第２投光部と、
領域内の物体で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部と、
前記受光部によって検出した情報から前記物体の距離情報を演算する距離計算部と、
を備え、
前記第１の光を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、
前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光であり、
前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光であり、
前記第２の光の積算光量は、前記第１の光の積算光量よりも大きい測距システム。
第２の光を投光する第２投光部と、
領域内の物体で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部と、
前記受光部によって検出した情報から前記物体の距離情報を演算する距離計算部と、
を備え、
前記第１の光を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、
前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光であり、
前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光であり、
前記第２の光の積算光量は、前記第１の光の積算光量よりも大きい測距システム。
【請求項11】
第１の光を投光する第１投光部と、
第２の光を投光する第２投光部と、
領域内の物体で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部と、
を備え、
前記第１の光を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、
前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光であり、
前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光であり、
前記第２の受光は、前記第１の受光よりも長い積算時間及び大きい増幅率の少なくとも一方を含む測距装置。
第２の光を投光する第２投光部と、
領域内の物体で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部と、
を備え、
前記第１の光を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、
前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光であり、
前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光であり、
前記第２の受光は、前記第１の受光よりも長い積算時間及び大きい増幅率の少なくとも一方を含む測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、投受光装置、測距システム、測距装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１では、光を発して光源として機能する発光部と、発光部で発光された光を集光して測距光を形成する集光部と、測距光が測距対象の物体に反射した反射光を受光する受光部と、発光部および受光部を制御して、発光部において光を発光した発光タイミングと、受光部において反射光が受光された受光タイミングとに基づいて、物体までの距離を測定する制御部とを備えた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】特開２０２１‐１１０６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
高精度の計測を可能とする投受光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明にかかる投受光装置は、第１の光を投光する第１投光部と、第２の光を投光する第２投光部と、領域内の物体で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部と、を備え、前記第１の光を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光（スポット光）であり、前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光（拡散光）であり、前記第２の光の積算光量は、前記第１の光の積算光量よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
高精度の計測を可能とする投受光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第１の実施形態のハードウェア構成図である。
【図2】スポット光の概要図である。
【図3】第１の実施形態の光源部のハードウェア構成図である。
【図4】第１の変形例の光源部のハードウェア構成図である。
【図5】第１の実施形態の光源部のハードウェア構成図である。
【図6】第２の変形例の光源部のハードウェア構成図である。
【図7】測距方法の説明する図である。
【図8】マルチパス干渉を説明する図である。
【図9】第１の実施形態の機能ブロック図である。
【図10】測距撮影方法を示す図である。
【図11】拡散光に起きるマルチパス干渉を説明する図である。
【図12】スポット光によるマルチパス干渉の補正方法を説明する図である。
【図13】スポット光および拡散光を説明する図である。
【図14】スポット光による補正範囲を説明する図である。
【図15】第１の実施形態のフローチャート図である。
【図16】第１の実施形態の計測イメージ図である。
【図17】第２の実施形態の機能ブロック図である。
【図18】第２の実施形態の変換回路を説明する図である。
【図19】第２の実施形態のフローチャート図である。
【図20】第３の実施形態の機能ブロック図である。
【図21】第３の実施形態のフローチャート図である。
【図22】第４の実施形態の機能ブロック図である。
【図23】第４の実施形態のフローチャート図である。
【図24】投光の照射距離とセンサに入射する光強度の関係を示した図である。
【図25】第５の実施形態のフローチャート図である。
【図26】第６の実施形態の機能ブロック図である。
【図27】第６の実施形態のシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【0009】
＜第一の実施形態＞
図１は、第１の実施の形態にかかる測距装置１００のハードウェア構成を示すブロック図である。撮像装置としても機能する測距装置１００は、測距装置１００から対象物までの測距を行う。測距装置１００は、光を照射してから反射光を受光するまでの時間に基づき対象物までの距離を算出するＴＯＦ（Time of Flight）カメラである。
図１は、第１の実施の形態にかかる測距装置１００のハードウェア構成を示すブロック図である。撮像装置としても機能する測距装置１００は、測距装置１００から対象物までの測距を行う。測距装置１００は、光を照射してから反射光を受光するまでの時間に基づき対象物までの距離を算出するＴＯＦ（Time of Flight）カメラである。
【0010】
図１に示すように、測距装置１００は、３つの投光部１－１、１－２、１－３を有している。受光部２は、アナログ－デジタルコンバータ（ＡＤＣ）３、および制御部である測距制御部４を有している。
【0011】
投光部１－１としては、例えばＶＣＳＥＬ（垂直共振器型面発光レーザ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）等の光源部１０－１と、レンズ等の光学素子１１－１と、を用いることができる。投光部１－１は、例えば広角レンズ又は魚眼レンズ等の光学素子１１－１を介して広い範囲にＶＣＳＥＬ等の光源部１０－１からのレーザ光を投光する。なお、投光部１－１はレーザと広角レンズの組み合わせに限定するものではなく、対象物に投光することができればよく、光源部１０－１としてはＬＥＤ（発光ダイオード）などを用いてもよいし光学素子１１－１としては回折光学素子（ＤＯＥ）や拡散板などを用いてもよい。投光部１－１は、投射範囲内２８で略均一な明るさになるように、光を拡散させるものとする。すなわち、投光部１－１が投光する光は、拡散光２７である。
【0012】
投光部１－２も同様に拡散光として利用する。例えばＶＣＳＥＬ等の光源部１０－２と、レンズ等の光学素子１１－２と、を用いることができる。投光部１－２は、例えば広角レンズ又は魚眼レンズ等の光学素子１１－２を介して広い範囲にＶＣＳＥＬ等の光源部１０－２からのレーザ光を投光する。投光部１－２は、投射範囲内で略均一な明るさになるように、光を拡散させるものとする。すなわち、投光部１－２が投光する光は、拡散光２７である。
【0013】
投光部１－３としては、例えばＶＣＳＥＬ等の光源部１０－３と、レンズや回折光学素子、コリメータ、ＭＬＡ（マイクロレンズアレイ）等の投光光学系１１－３と、を用いることができる。このような構成により、投光部１－３は、投光する光を点状にして複数投影する。すなわち、投光部１－３が投光する点状光は、構造化光の一例であるスポット光２９である。
【0014】
ここで、スポット光について説明する。スポット光は、実際にはある程度の光の広がりや少量のマルチパス干渉が存在するため、受光部２で受光したスポット光の反射光の点とそれ以外の領域とのコントラスト差を、必ずしも“１００：０”とするものではない。一般的な光のビーム径の決定方法の一つを例に、以下においてスポット光を定義する。
【0015】
図２は、スポット光を例示的に示す図である。図２（ａ）はスポット光の投光状態を示す図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すスポット光の一部の輝度値を示す図である。今日、ピークの輝度値の１／ｅ２倍となる範囲を、光のビーム径とする考え方がある。ビーム領域とそれ以外とを分けるためには、図２（ａ）の直線ａに示すスポット光の一部の断面の輝度値（図２（ｂ））に示すように、おおむねピークの輝度値に対して谷の輝度値が１／ｅ２倍、つまり約１３．５％以下となるような投光にする。おおむねピークの輝度値に対して谷の輝度値が１／ｅ２倍、つまり約１３．５％以下となれば、スポット光とそれ以外の領域とを明確に区別可能である。
【0016】
以上は、ビーム径決定方法を例にしたスポット光の定義であるが、数字自体に発明性の意味はなく、何らかの方法で点とそれ以外の領域が識別できる程度のコントラスト差が得られれば良い。なお、光源部１０－１、１０－２、１０－３から射出される光の波長は、例えば８５０ｎｍや、９４０ｎｍである。光源部１０－１の波長と光源部１０－２の波長と光源部１０－３の波長は、同一であってもよく、異なっていてもよい。
【0017】
なお、投光する光を点状（スポット光）にして複数投影する投光部１－３を例に挙げてきたが、これに限るものではなく、不規則なドット配置によるランダムドットパターンやストライプパターンなどの任意のパターン化光（構造化光）を照射する投光部１－３であってもよい。
【0018】
受光部２としては、イメージセンサ２ａと、レンズ等の受光光学素子と、を用いることができる。イメージセンサ２ａは、光検出器の一例であり、例えばＴＯＦセンサである。イメージセンサ２ａは、光源部１０－１、光源部１０－２または光源部１０－３から対象物２６に照射され、物体等で反射された光２５を受光する。受光部２は、投光部１－１および１－２から対象物へ照射された拡散光の反射光を受光する。
また、投光部１－３から対象物２６へ照射されたスポット光２９の反射光２５も異なるタイミングで受光する。詳しくは後述するが、イメージセンサ２ａは、受光した反射光の強度に応じた電気信号を、複数の位相信号に分けて画素毎に取得する。受光部２のイメージセンサ２ａの数は限定されず、各投光部から投光された拡散光とスポット光の反射光を同一のセンサで受光してもよく、拡散光の反射光を受光するセンサとスポット光の反射光を受光するセンサを別としてもよい。
また、投光部１－３から対象物２６へ照射されたスポット光２９の反射光２５も異なるタイミングで受光する。詳しくは後述するが、イメージセンサ２ａは、受光した反射光の強度に応じた電気信号を、複数の位相信号に分けて画素毎に取得する。受光部２のイメージセンサ２ａの数は限定されず、各投光部から投光された拡散光とスポット光の反射光を同一のセンサで受光してもよく、拡散光の反射光を受光するセンサとスポット光の反射光を受光するセンサを別としてもよい。
【0019】
ＡＤＣ３は、画素毎に取得した位相信号をアナログ信号からデジタルデータに変換して、測距制御部４に供給する。
【0020】
測距制御部４は、センサＩ／Ｆ（Interface）４１、光源駆動回路４２、入出力インタフェース（入出力Ｉ／Ｆ）４３、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４４、ＲＯＭ（Read Only Memory）４５、ＲＡＭ（Random Access Memory）４６、ＳＳＤ（Solid State Drive）４７を有する。センサＩ／Ｆ４１、入出力Ｉ／Ｆ４３、ＣＰＵ４４、ＲＯＭ４５、ＲＡＭ４６及びＳＳＤ４７は、システムバス４８を介して相互に電気的に接続されている。
【0021】
センサＩ／Ｆ４１は、イメージセンサ２ａからの位相信号を取得するインタフェースである。
【0022】
入出力Ｉ／Ｆ４３は、メインコントローラ装置又はパーソナルコンピュータ装置等の外部機器と接続するためのインタフェースである。
【0023】
ＣＰＵ４４の信号により、光源部１０を制御する。光源部１０－１～１０－３の複数の光源部のうち、一部の光源部を同時に発光制御し、又は、発光させる光源部を変化させることも可能である。
【0024】
ＲＯＭ４５は、電源を切ってもプログラム又はデータを保持することが可能な不揮発性の半導体メモリ（記憶装置）である。ＲＯＭ４５には、ＣＰＵ４４の起動時に実行されるＢＩＯＳ（Basic Input／Output System）及びＯＳ（Operating System）設定等のプログラム又はデータが記憶されている。ＲＡＭ４６は、プログラム又はデータを一時的に保持する揮発性の半導体メモリ（記憶装置）である。
【0025】
ＳＳＤ４７は、測距制御部４による処理を実行するプログラム又は各種データが記憶された不揮発性メモリである。一例ではあるが、ＳＳＤ４７には、測距撮像プログラムが記憶されている。詳しくは、後述するが、ＣＰＵ４４は、この測距撮像プログラムを実行することで、受光した反射光の強度に応じた電気信号を、複数の位相信号に分けて画素毎に取得するように、イメージセンサ２ａを制御する。なお、ＳＳＤ４７の代りに、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の他の記憶装置を用いてもよい。
【0026】
ＣＰＵ４４は、ＲＯＭ４５又はＳＳＤ４７等の記憶装置からプログラム又はデータをＲＡＭ４６上に読み出し、処理を実行することで、測距制御部４全体の制御を行う。なお、ＣＰＵ４４の機能の一部又は全部を、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の電子回路で実現してもよい。
【0027】
図３は光源部を説明するハードウェア構成図である。発光回路部１０５および発光制御部１０２、ＤＣ／ＤＣ（Direct Current－Direct Current）コンバータ１０１などから構成されている。ＶＣＳＥＬもしくはＬＤ１１０の光源１１０、駆動スイッチ１０４と、発光制御部１０２と、温度検出部１０３とを有する。各構成部は、電気基板等に実装され、光源部１０を構成している。
【0028】
光源部１０の中にある発光回路部１０５および発光制御部１０２は、ＣＰＵ４４から供給される制御信号に基づいて、所定の電圧波形、及び所定の発光周波数で駆動信号を供給して、光源１１０による発光を時間変調（時間的制御）する。なお、光源１１０に供給する駆動信号としては、矩形波、正弦波又は所定の波形形状の電圧波形を用いることができる。光源（ＶＣＳＥＬ／ＬＤ）１１０は、電圧波形の周波数を変化させて、駆動信号の周波数を変調制御する。
【0029】
光源部１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１と、発光制御部１０２とを有し、発光制御部１０２と駆動スイッチ１０４が発する光のパルス幅と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１への印加電圧とを制御する。
【0030】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、外部電源から入力する電圧を所定値の電圧に変換して、発光回路部１０５への印加電圧を生成する電圧印加部の一例である。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、外部電源が出力する５［Ｖ］、１２［Ｖ］又は２４［Ｖ］等の電圧を、５［Ｖ］乃至１００［Ｖ］に変換して印加電圧を生成することができる。外部電源には、例えばＬＩＤＡＲ装置が搭載される自動車が備えるバッテリ等がある。
【0031】
発光制御部１０２は、ＦＰＧＡ又はＳｏＣ（System on a Chip）等を含んで構成されている。発光制御部１０２は、駆動スイッチ１０４を所望のタイミングでスイッチング駆動させることで、発光制御部１０２が発する光のパルス幅を制御するパルス幅制御部の一例である。
【0032】
発光回路部１０５は、ＬＤ（Laser Diode）などの光源１１０と、駆動スイッチ１０４とを有し、レーザ光１１０を発する光源部１０の一部である。
【0033】
光源１１０は、レーザ光を射出する光源である。なお、ＬＤに代えて、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting LASER）や発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）等を使用してもよい。
【0034】
駆動スイッチ１０４は、光源１１０によるレーザ光の射出（オン）と非射出（オフ）を切り替えるスイッチング回路である。実施形態では、駆動スイッチ１０４は、ＧａＮ（窒化ガリウム）ＦＥＴを含んでいる。但し、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）や他のトランジスタ等を含んで構成することもできる。
【0035】
温度検出部１０３は、光源（ＶＣＳＥＬ，ＬＤ）１１０、及び／又は光源（ＶＣＳＥＬ，ＬＤ）１１０周辺の温度を検出する熱電対等の温度センサを含んでいる。光源（ＶＣＳＥＬ，ＬＤ）１１０は、温度によりＩ－Ｖ特性やＩ－Ｌ特性が変化する場合があるため、温度検出部１０３による検出値に基づき、光源（ＶＣＳＥＬ，ＬＤ）１１０を制御できるようになっている。
【0036】
なお、投光部１は、上記の構成の他、レンズやミラー等の光学素子や、投光するレーザ光を分光する分光器、投光するレーザ光の光量を測定する光量測定器等を備えることもできる。
【0037】
図４は、第１の変形例として、光源を直列に２つ繋いだ方式を示す。光源（ＶＣＳＥＬ，ＬＤ）１１０が複数直列に接続されている場合には２０Ｖを超える場合もあり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１で昇圧する。光源（ＶＣＳＥＬ，ＬＤ）１１０は駆動スイッチ１０４によってＯｎ／Ｏｆｆ制御される。このタイミングは発光制御部によって決められる。一例としては、発光制御部からは１００ＭＨｚの矩形信号が１ｍｓ程度入力され、その矩形信号によって駆動スイッチが１００ＭＨｚでＯｎ／Ｏｆｆを繰り返す。その結果、１００ＭＨｚの光信号が生成される。
発光制御では、駆動スイッチ１０４を駆動するための素子がおかれる。一般的にＦＥＴと呼ばれるＩＣである。光源（ＶＣＳＥＬ，ＬＤ）１１０はＤＣ／ＤＣコンバータに複数並列に接続したり、複数直列に接続したりしても構わない。発光部は高出力な光源が用いられることが多く、温度検出部１０３を設ける場合もある。例えば、温度ＩＣやサーミスターなどを用いることがある。
発光制御では、駆動スイッチ１０４を駆動するための素子がおかれる。一般的にＦＥＴと呼ばれるＩＣである。光源（ＶＣＳＥＬ，ＬＤ）１１０はＤＣ／ＤＣコンバータに複数並列に接続したり、複数直列に接続したりしても構わない。発光部は高出力な光源が用いられることが多く、温度検出部１０３を設ける場合もある。例えば、温度ＩＣやサーミスターなどを用いることがある。
【0038】
図５は発光回路部１０５を詳細に示したハードウェハ構成図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１から供給される電圧を、抵抗１０６、光源（ＶＣＳＥＬ，ＬＤ）１１０、ＦＥＴ１０４を接続してＧＮＤに接続する。本実施形態では、駆動スイッチ１０４にはＦＥＴ１０４を採用している。抵抗１０６は光源（ＶＣＳＥＬ，ＬＤ）１１０に最適な電流値を設定するために接続する。例えば、１Ωや０．５６Ωなどを使用する場合がある。抵抗１０６を可変にすることや、複数の抵抗１０６を選択式にしたりすることで光量の変更が可能である。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の電圧を変えることでも、光量を変更することが可能である。ＦＥＴ１０４にはＭＯＳ－ＦＥＴやＧａＮ－ＦＥＴを使用する場合がある。
【0039】
図６は第２の変形例である光源部１０の機能ブロック図である。抵抗、ＦＥＴをワンチップに内蔵したＬＤＤＲ（laser driver）１０７を用いた例である。ＬＤＤＲ１０７の構成としては、可変抵抗とＦＥＴ、カレントミラー回路といった構成が一例としては上げられる。
【0040】
ここで、一般的なＴＯＦカメラを用いた測距原理について説明する。
【0041】
（位相信号の取得動作）
イメージセンサ２ａは、１つの受光素子に対して、例えば２つの電荷蓄積部（第１の電荷蓄積部及び第２の電荷蓄積部）を有しており、電荷を蓄積する電荷蓄積部を高速に切り替えることができる。このため、一つの矩形波に対して、真逆となる２つの位相信号を同時に検出できる。一例として、０度の位相信号及び１８０度の位相信号を同時に検出できる。また、９０度の位相信号及び２７０度の位相信号を同時に検出できる。これは、２回の投光受光プロセスにより、距離計測が可能であることを意味している。
イメージセンサ２ａは、１つの受光素子に対して、例えば２つの電荷蓄積部（第１の電荷蓄積部及び第２の電荷蓄積部）を有しており、電荷を蓄積する電荷蓄積部を高速に切り替えることができる。このため、一つの矩形波に対して、真逆となる２つの位相信号を同時に検出できる。一例として、０度の位相信号及び１８０度の位相信号を同時に検出できる。また、９０度の位相信号及び２７０度の位相信号を同時に検出できる。これは、２回の投光受光プロセスにより、距離計測が可能であることを意味している。
【0042】
図８は、測距原理を説明するためのタイミングチャートである。このうち、図７（ａ）は投光のタイミングを示し、図７（ｂ）は、投光により得られる反射光のタイミングを示している。また、図７（ｃ）は、イメージセンサ２ａが備える２つの電荷蓄積部のうち、第１の電荷蓄積部に０度の位相の位相信号が蓄積されるタイミングを示し、図７（ｄ）は、第２の電荷蓄積部に１８０度の位相の位相信号が蓄積されるタイミングを示している。また、図７（ｅ）は、イメージセンサ２ａが備える２つの電荷蓄積部のうち、第１の電荷蓄積部に９０度の位相の位相信号が蓄積されるタイミングを示し、図７（ｆ）は、第２の電荷蓄積部に２７０度の位相の位相信号が蓄積されるタイミングを示している。
【0043】
図７（ｃ）～図７（ｆ）に斜線で示す間に、各位相の位相信号の電荷が第１の電荷蓄積部又は第２の電荷蓄積部に蓄積される。具体的には、０度の位相の位相信号の電荷としては、図７（ｃ）に示すように、投光終了のパルスエッジと、反射光の受光開始のパルスエッジの間の電荷が第１の電荷蓄積部に蓄積される。１８０度の位相の位相信号の電荷としては、図７（ｄ）に示すように、０度の位相の位相信号の電荷蓄積完了から、反射光の受光終了のパルスエッジの間の電荷が第２の電荷蓄積部に蓄積される。
【0044】
同様に、９０度の位相の位相信号の電荷としては、図７（ｅ）に示すように、反射光の受光開始のパルスエッジから、電荷蓄積制御を行うパルスの電荷蓄積終了のパルスエッジの間の電荷が第１の電荷蓄積部に蓄積される。２７０度の位相の位相信号の電荷としては、図７（ｆ）に示すように、９０度の位相の位相信号の電荷蓄積完了から、反射光の受光終了のパルスエッジの間の電荷が第２の電荷蓄積部に蓄積される。
【0045】
なお、実際には、蓄積される電荷量を増やすため、投光は１回の矩形波ではなく、矩形波の繰り返しパターンとされ、この繰り返しパターンの光を投光するタイミングに応じた第１及び第２の電荷蓄積部への切り替え制御も繰り返し行われる。
【0046】
（距離値の算出）
０度（Ａ０）、９０度（Ａ９０）、１８０度（Ａ１８０）及び２７０度（Ａ２７０）の４つの位相信号は、それぞれ投光される光（照射光）のパルス周期に対して、時間的に０度、９０度、１８０度及び２７０度の４つの位相に分割された位相信号である。このため、以下の数式を用いて、位相差角φを求めることができる。
０度（Ａ０）、９０度（Ａ９０）、１８０度（Ａ１８０）及び２７０度（Ａ２７０）の４つの位相信号は、それぞれ投光される光（照射光）のパルス周期に対して、時間的に０度、９０度、１８０度及び２７０度の４つの位相に分割された位相信号である。このため、以下の数式を用いて、位相差角φを求めることができる。
【0047】
φ＝Ａｒｃｔａｎ｛（Ａ９０－Ａ２７０）／（Ａ０－Ａ１８０）｝
【0048】
また、この位相差角φから、以下の数式を用いて、遅延時間Ｔｄを求めることができる。
【0049】
Ｔｄ＝（φ／２π）×Ｔ（Ｔ＝２Ｔ０、Ｔ０：照射光のパルス幅）
【0050】
また、この遅延時間Ｔｄから、以下の数式を用いて、対象物までの距離値ｄを求めることができる。
【0051】
ｄ＝Ｔｄ×ｃ÷２（ｃ：光速）
【0052】
図７の例は、１回目の測定で０度と１８０度の位相信号を取得する例であるが、外光の影響がある場合、１回目の測定で取得された第１の電荷蓄積部の電荷量から第２の電荷蓄積部の電荷量を減算処理した位相信号を生成する。このような測定では、１回の発光及び露光で１つの位相信号を取得する。このため、４位相分の位相信号を取得するには、４回の発光及び露光が必要となり、外光がない場合の撮影に比べて撮影時間が２倍となってしまうが、減算処理によって外光の影響を低減できるメリットがある。
【0053】
上記手法により、１回目の測定で取得された第１の電荷蓄積部の電荷量から第２の電荷蓄積部の電荷量を減算処理し演算された信号をＤＣＳ(ＤＣＳ：Differential Correlation Sample）信号と呼ぶ。このＤＣＳ信号から、距離画像へ変換する。変換方法は、先に示した方法と同様で、以下の式から位相差角φを算出する。
【0054】
φ＝Ａｒｃｔａｎ｛（ＤＣＳ９０－ＤＣＳ２７０）／（ＤＣＳ０－ＤＣＳ１８０）｝
【0055】
ここで、ＤＣＳ９０は９０度の時のＤＣＳ信号である。また、この位相差角φから、以下の数式を用いて、遅延時間Ｔｄ、対象物までの距離値ｄを求めることができる。
【0056】
なお、以下の説明する位相信号は、減算処理を行った位相信号とし、適宜、ＤＣＳ信号と置き換えることが可能である。
【0057】
続いて、一般的なＴＯＦカメラでマルチパス干渉によるノイズが発生する原理について説明する。
【0058】
図８は、ＴＯＦカメラでマルチパス干渉によるノイズが発生する原理を示す図である。図８に示すように、一回反射のτ０光路に２回反射のτ１が混じって受光される。実際には均一照明なので無数の複数回反射の光が本来受光したいτ０の光路に交じって受光されてしまう。図８に示す点線の距離情報（測距値）に対して、実線の距離情報（測距値）が混じるので、実際の距離に対して遠い値が計算されてしまう。特に、部屋のカドのような複数光路の光が反射して受光されるシーンで発生しやすい。すなわち、拡散光は、高い空間解像度で深度値取得が可能であるが、マルチパス干渉による誤差が大きくなる。
【0059】
そこで、本実施形態の測距装置１００は、複数の異なる投光部１－１（拡散光），１－３（スポット光）を使って得た測距結果を用いて距離補正を行うことで、マルチパス干渉による誤差を減らすようにしたものである。
【0060】
続いて、測距制御部４の機能について説明する。
【0061】
図９は、測距制御部４の機能構成を示す機能ブロック図である。図１に示すように、測距制御部４のＣＰＵ４４は、ＳＳＤ４７に記憶されている測距撮像プログラムを実行することで、撮像制御部４０１、画像保存部４０２、距離計算部４０３、補正値算出部４０４、距離補正部４０５及び出力部４０６の各機能を実現する。
【0062】
画像保存部４０２は、ＡＤＣ３から出力されたイメージセンサ２ａからの各位相の位相信号（位相画像）を、ＲＡＭ４６等の記憶部に保存し、又は、読み出し制御する。
【0063】
距離計算部４０３は、画像保存部４０２によって保存された複数枚の位相画像に基づいて、対象物までの間の距離を示す距離情報を計算する。
【0064】
補正値算出部４０４は、光源部１０－１（光源部１０－２）を発光して距離計算部４０３で得られた距離画像と、光源部１０－３を発光して距離計算部４０３で得られた距離画像とを用いて、距離情報を補正する補正値を算出する。
【0065】
距離補正部４０５は、補正値算出部４０４で算出された補正値を用い、光源部１０－１（光源部１０－２）を発光して得られた距離情報の補正を行う。
【0066】
出力部４０６は、距離補正部４０５で補正された対象物までの間の距離を示す距離情報を、入出力Ｉ／Ｆ４３を介して外部機器に出力する。
【0067】
なお、図９に示した画像保存部４０２、距離計算部４０３、補正値算出部４０４、距離補正部４０５及び出力部４０６の各機能は、それぞれ測距撮像プログラムにより、ソフトウェアで実現することとした。しかし、これらのうち全部又は一部を、ＩＣ（Integrated Circuit）等のハードウェアで実現してもよい。
【0068】
【0069】
ここで、マルチパス干渉の影響について説明する。
【0070】
図１１は、マルチパス干渉の影響を例示的に示す図である。部屋の角の測距値（測距点）を俯瞰で表すと図１１に示すようになる。図１１に示すように、拡散照明である投光部１－１（１－２）で得られる拡散光の測距値は、原理的には全画素を測距点にできるため、高い空間分解能で連続的に取得できる。しかしながら、拡散照明である光源部１０－１（１０－２）で得られる拡散光の測距値は、マルチパス干渉の影響で誤差が大きくなる。具体的には、前述のとおり、拡散照明である光源部１０－１（１０－２）で得られる拡散光の測距値（測距点）は、距離が本来の位置より遠く算出される。一方、図１１に示すように、スポット照明である光源部１０－３で得られるスポット光の測距値は、測距点が少ないため不連続ではあるが、比較的正確である。
【0071】
そこで、本実施形態の測距装置１００の補正値算出部４０４は、以下に示す手法によって、拡散照明である投光部１－１（１－２）を発光して得られた距離情報の補正を行う。これにより、スポット照明を用いた測距値に基づく、より正確性の高い距離情報を、スポット照明を用いた測距点よりも多い点について出力することを可能とする。
【0072】
ここで、図１２は補正値算出の手法を例示的に示す図である。図１２に示すように、補正値算出部４０４は、補正値（補正量）を、拡散光の測距値からスポット光の測距値を減算することで算出する。加えて、上述の手法ではスポット間の画素に関して補正値が算出されないので、補正値算出部４０４は、スポット間の画素に関しては補間処理を行って、スポット光の距離画像で、測距結果である測距値（距離情報）が得られていない画素における補正値（補正量）を算出する。補正値算出部４０４による画像処理を利用した補正値（補正量）の算出について以下に説明する。
【0073】
例えば、拡散光の距離画像における測距値をｄdiffusion、スポット光の距離画像における測距値をｄspotとする。
【0074】
補正値算出部４０４は、画像上の位置（ｘ，ｙ）の画素の補正値ｃ（ｘ，ｙ）を、下記式（１）により算出する。ただし、補正値算出部４０４は、式（１）のｘ，ｙについて、スポット光の測距値が得られている画素値のみで計算する。
【0075】
【数1】
【0076】
補正値算出部４０４は、スポット光の測距値が得られていない画素位置（ｘ’,ｙ’）における補正値を、下記式（２）により補間する。ｘＮ、ｙＮは、それぞれ（ｘ’,ｙ’）から最も近い補正値が計算できている画素の座標（スポット光の測距値が取得できている画素の座標）である。
【0077】
【数2】
【0078】
続いて、距離補正部４０５は、補正値算出部４０４で算出された補正値を用い、投光部１－１を発光して得られた測距値の補正を行う。具体的には、距離補正部４０５は、下記式（３）に示すように、拡散光の測距値ｄdiffusionから補正値を引くことで補正後の距離値（距離情報）ｄcorrectionを計算する。補間処理によってスポット光の測距値が得られていない画素における補正値を補間しているため、距離補正部４０５は、式（３）のｘ，ｙについて、画像内のすべての画素位置に対して補正を実行することができる。
【0079】
【数3】
【0080】
なお、上述の補間方法は単純な最近傍補間であるが、補間方法自体は問わない。例えば、複数の補正値を使って間を線形補間する等であってもよい。
【0081】
なお、補正処理は、画像内のすべての画素に対して行ってもよいが、画像内の一部の画素に対して行うようにしてもよい。例えば、反射光強度が低いなどスポット光の測距値の信頼度が低い領域や、拡散光の測距値とスポット光の測距値に大きな違いがない領域では、補正を行わず、拡散光の測距値をそのまま採用してもよい。また、補正を行わない領域では、補間処理も省くことで処理を高速化してもよい。
【0082】
＜マルチパス干渉補正範囲の拡大＞
しかしながら、上記のようなマルチパス干渉の補正ができるのは、スポット光と拡散光とで計測が可能な計測距離が一致している領域に限られる。スポット光を投光する光源の光量出力と拡散光を投光する光源の光量出力が同一であった場合、スポット光では光がスポット状に絞られている一方、拡散光では光が照射エリア全体に広げられる。そのため、双方の光源出力が同一である場合は、スポット光を投光したときの各スポットにおける光量が、そのスポットと同じ領域に拡散光を投光したときの拡散光の光量よりも大きくなる。そのため、スポット光を投光したときに拡散光投光の場合よりも計測範囲が遠い距離となってしまい、逆に近い距離は検出光量の飽和によって検出できなくなってしまう。つまり、スポット光と拡散光とで検出できる距離範囲が異なるという不具合が生じてしまう。
しかしながら、上記のようなマルチパス干渉の補正ができるのは、スポット光と拡散光とで計測が可能な計測距離が一致している領域に限られる。スポット光を投光する光源の光量出力と拡散光を投光する光源の光量出力が同一であった場合、スポット光では光がスポット状に絞られている一方、拡散光では光が照射エリア全体に広げられる。そのため、双方の光源出力が同一である場合は、スポット光を投光したときの各スポットにおける光量が、そのスポットと同じ領域に拡散光を投光したときの拡散光の光量よりも大きくなる。そのため、スポット光を投光したときに拡散光投光の場合よりも計測範囲が遠い距離となってしまい、逆に近い距離は検出光量の飽和によって検出できなくなってしまう。つまり、スポット光と拡散光とで検出できる距離範囲が異なるという不具合が生じてしまう。
【0083】
以下では、スポット光の光量と拡散光の光量とがどの程度異なるか具体的に計算する。図１３はスポット光と拡散光との光量比を比較するモデル図である。スポット光を半径Ｒの円として考え、ピッチを１００Ｒ、単位面積当たりの光量である拡散照明の強度は点線の四角を考える。スポット光の照射面積はπＲ２であるのに対し、拡散光の照射面積は１００Ｒ×１００Ｒ＝１００００Ｒ２となる。
つまり、照射面積比率としては、スポット光／拡散光≒３２００となる。同じ光源で同じ光量の光を発光させ、スポット光と拡散光とを各々の光学系により生成した場合には、このような大きな相違が発生し、これらの光を同じセンサで検出するには、この大きな相違に対応できるだけの大きなダイナミックレンジが必要となる。この例よりもさらにスポット間をあける場合には、光量差がより大きくなるため、より大きなダイナミックレンジが必要となる。
つまり、照射面積比率としては、スポット光／拡散光≒３２００となる。同じ光源で同じ光量の光を発光させ、スポット光と拡散光とを各々の光学系により生成した場合には、このような大きな相違が発生し、これらの光を同じセンサで検出するには、この大きな相違に対応できるだけの大きなダイナミックレンジが必要となる。この例よりもさらにスポット間をあける場合には、光量差がより大きくなるため、より大きなダイナミックレンジが必要となる。
【0084】
したがって、スポット光は遠距離、拡散光は近距離が測距のレンジとなるため、マルチパス干渉の補正範囲は狭くなってしまう。
【0085】
図１４は、マルチパス干渉の補正範囲についてその概念図を示す。縦軸は、距離を示し、散乱照明とスポット照明の測距可能な距離を棒グラフで示している。この棒グラフの上限距離から下限距離が測距可能なレンジとなる。
【0086】
上限距離つまりは、計測可能な最も遠い距離は、遠方から戻ってくる光（信号Ｓ）と外部などの光（ノイズＮ）のＳＮ比によって、決定される。ノイズには電子回路におけるアンプなどから発生するノイズなども含まれる。この電子回路のノイズは、外部の電子線や電子機器からの環境ノイズが主なのである。
【0087】
また、このノイズ成分は外気温などによっても変化する。温度が高い方が、ノイズが増える。熱ノイズは、ジョンソン・ノイズまたはナイキスト・ノイズとも呼ばれるものを指す。このノイズは、抵抗などの電子回路内部における電荷担体の熱運動に起因して生じます。ほぼホワイト・ノイズとして現れ、ガウス分布に近い分布を示す。
【0088】
下限距離、つまりは、計測可能な最も近い距離は、検出値の飽和によって制限されていることがある。この検出値の飽和状態は、検出器の積算時間およびゲインよって制御することが可能である。また、光源の積算光量によっても、飽和状態を制御することが可能である。
【0089】
拡散照明とスポット照明では、測距レンジが異なってしまう。これは、ターゲット上に照射される照射面積が異なるためである。このことは先述したとおりであるが、本発明では、測距レンジを調整することでマルチパス干渉の補正範囲を増加させることが可能である。
【0090】
具体的には、拡散照明による撮像とスポット照明による撮像の間で、光源数、光量、積算時間、センサゲインのいずれかを変えることで、測距レンジを調整することが可能となる。これにより、広い距離範囲についてマルチパス干渉による距離誤差が少ない測距データを取得することが可能となる。また、同一ＴＯＦセンサを使用可能なため、回路の共通化が可能であり、低コスト、小型化が可能である。
【0091】
また、積算光量とは、１回の撮影に対する光量を積算したものである。例えば、断続的に出射されるパルス光の場合、そのパルス幅やピークの光量などからその積分値として積算光量を決めることができる。単位は電力（Ｗ）である。
【0092】
例えば、スポット光と拡散光とでピーク強度とパルス幅がほぼ同じだとしても、スポット光を１パルス、拡散光を２パルスとして撮影をした場合、拡散光の積算光量をスポット光の積算光量のほぼ２倍とすることができる。複数回の積算、例えば、画像を２枚撮像して積算することで、複数の画像を足し合わせて積算光量を確保し、さらに平均化ができるため、ショットノイズなどへの耐性を持つことができる。
【0093】
以下では、具体的にマルチパス干渉の補正範囲を拡大する手法について説明する。
【0094】
本実施形態での測距装置の機能ブロック図を図９に示している。投光部には光源部（１０－１、１０－２、１０－３）が３台配置される。それぞれ、駆動条件設定部１５０から制御されている。
【0095】
拡散光照明としては、光源部（１０－１、１０－２）の２台用いる。光源部（１０－１、１０－２）にはそれぞれ光学素子部が設置され、２つの光源によって、拡散光が照射するエリアをすべて均等に照射できるように光学設計されている。スポット光照明は光源部（１０－３）によって構成されている。
【0096】
次に光源部１０の設定の方法について説明する。
【0097】
設定条件の一例を表１に示す。
表１は光量を電圧値で示している。単位は電圧（Ｖ）である。具体的な光量調整方法としては、図３に示したＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の電圧を変える方法がある。その際、駆動条件設定部１５０から設定電圧を指定する。
【表1】
【0098】
ここで、第１の光源は、拡散光の場合は、光源部１０－１を示し、スポット光の場合は光源部１０－３を示している。第２の光源は、拡散光の場合は光源部１０－２を示す。スポット光の光源は１台であるため、第２の光源部はない。
【0099】
また、光量を電流値で設定することも可能である。この場合、図６の回路においては、ＬＤＤＲ１０７、光源（ＶＣＳＥＬ）１１０に流れる電流を変更し、流れる電流を変更することで光量を変更することができる。ただし、表２は表１とは異なる光量を示しており、電流での設定の一例として示している。
表２は光量を電流値で示している。単位は（Ａ）である。
【表2】
【0100】
光量の設定方法として、出力した光量を電力（ワット単位）で記録する方法がある。この場合は、光学素子を介して出射した光を大きな検出器で検出して、単位時間当たりのワット数に変換するなどして定量化する。設定の方法としては、複数の出力光量（電力単位）に対し、電圧値や電流値を表にして記録しておき、必要な設定電力値に対して、記録してある電圧または電流値で設定する。
出射光量（電力値）の記録がない場合、出射光量（電力値）は、近傍の記録した出射光量（電力値）を直線補完して導出する。ＶＣＳＥＬなどの光源の場合には、出射光量と入力電流および入力電圧はほぼ直線関係にあり、同一温度下においては再現することを前提としている。この単位系であれば、光学素子などを含めて定量化することが可能である。以下、表３にその一例を示す。ただし、表３は表１、表２とは異なる光量を示しており、電力での設定の一例として示している。
表３は光量を電力で示している。単位は（Ｗ）である。
出射光量（電力値）の記録がない場合、出射光量（電力値）は、近傍の記録した出射光量（電力値）を直線補完して導出する。ＶＣＳＥＬなどの光源の場合には、出射光量と入力電流および入力電圧はほぼ直線関係にあり、同一温度下においては再現することを前提としている。この単位系であれば、光学素子などを含めて定量化することが可能である。以下、表３にその一例を示す。ただし、表３は表１、表２とは異なる光量を示しており、電力での設定の一例として示している。
【表3】
【0101】
第１の変形例として、拡散光の光源を２台にする方法もある。この場合は、表４に示すようになる。第２の光源は、光源部１０－２などがそれにあたる。光源数は、このように設定によって変えることが可能である。表４は光源数を複数にした際の一例である。
表４は光量を電力で示している。単位はＷである。
【表4】
【0102】
本実施形態にかかる測距装置１００は、前記第１投光部は第１光源（光源部１０－３など）を含み、前記第２投光部は第２光源（光源部１０－１など）を含み、該第１光源及び該第２光源は各々複数の発光部を有し、前記第２光源の発光部数は前記第１光源の発光部数よりも多いことを特徴とする。発光部とは、発光領域を有する発光素子を指す。例えば、光源がＶＣＳＥＬの場合、電流狭窄層と活性層によって決定される発光領域を有するＶＣＳＥＬ素子を指す。複数の発光部は各々独立した発光領域を有するので、１つの発光部には、それぞれ同程度の発光強度の限界がある。そのため、発光部を少しでも多く有した光源の方が、より強い積算光量を得ることが可能である。
【0103】
また、発光部が多いとは、発光領域が多くあることを示すが、ＶＣＳＥＬやＬＤ、ＬＥＤなどの発光素子のチップ数が多いことも含まれる。また、ＶＣＳＥＬなどの発光素子や抵抗、ＦＥＴなどのスイッチング素子を含む光源素子回路を含む光源部１０の数が多いことで実現しても構わない。また、光源部１０と光学素子１１を含む投光部１の台数が多くても構わない。散乱光の積算光量を大きくすることができる構成をここでは含むこととする。
【0104】
本実施形態にかかる測距装置１００は、前記投光部は複数の光源部１０からなり、発光する光源数を変化させることによって積算光量を制御することを特徴とする。ここで光源部１０は、ＶＣＳＥＬなどの発光素子や抵抗、ＦＥＴなどのスイッチング素子を含む光源素子回路を含む部分を指す。また、発光部１０内に含まれる発光制御部１０４などにより、発光数を制御して、積算光量を制御することが可能である。これにより、積算光量を維持しつつ複数の光源部によって分担でき、大きな光を放つための発熱によって光源部１０が高温になってしまうことを避けることができる。
【0105】
ＶＣＳＥＬなどの発光素子は、出力光量によって効率が異なることが知られている。したがって、積算された全ての光量は同じでも、発光素子であるＶＣＳＥＬ数を増やして、各ＶＣＳＥＬの出力光量を減らすことで、発熱量を抑えることができる。これにより、フレームレートを向上するなど、発熱による温度変動を抑えられ、高精度の計測が可能となる。発光素子およびＶＣＳＥＬは光源の一例である。
【0106】
第１の変形例にかかる測距装置は、前記投光部は複数の光源からなり、発光する光源数によって積算光量を制御することを特徴とする。拡散光は２台の光源部１０－１、１０－２で積算光量を分担している。大きな光を放つための発熱によって光源部１０が高温になってしまうことを避けることができる。さらなる高精度の計測が可能となる。
【0107】
第１の変形例にかかる測距装置は、前記第１投光部は第１光源を含み、前記第２投光部は第２光源を含み、該第１光源及び該第２光源は各々複数の発光部を有し、前記第２光源の発光部数は前記第１光源の発光部数よりも多いことを特徴とする。つまり、拡散光は２台の光源部１０－１、１０－２とで積算光量を分担している。スポット光に比べ、拡散光の方が多くの積算光量を出射することが可能となる。これによりさらなる高精度の計測が可能となる。
【0108】
この発光部は電気的に独立していてもよいし、他の発光部と並列に電気的に接続されていても構わない。酸化狭窄層によって、発光部が離散的に配置されることで、それぞれの発光部によって起きる発熱を裏面などの高い熱伝導率の材質に熱を放出しやすくなる。熱的にも離散的には独立した発光部を多く有する光源の方が、積算光量を大きくすることが可能となる。
【0109】
図１５は、測距装置１００における測距処理の流れを示すフローチャートである。図１５に示すように、まず、駆動条件設定部１５０により、光源部（１０－３）の発光条件を設定する。同時にイメージセンサ２ａおよび変換回路２ｂには、固定のスポット光用の積算時間およびゲインの設定が行われている（ステップＳ１）。スポット光を発光させて、イメージセンサ２にスポット光による反射光を受光させて撮影を行う（ステップＳ２）。次に、画像保存部４０２は、イメージセンサ２からの各位相の位相信号（位相画像）を、ＲＡＭ４６等の記憶部に保存する（ステップＳ３）。
【0110】
続いて、距離計算部４０３は、画像保存部４０２によって保存された複数枚の位相画像に基づいて、対象物までの間の距離を示す距離情報を計算する（ステップＳ４）。
【0111】
加えて、駆動条件設定部により、光源部（１０－１および１０－２）の発光条件を設定する。同時にイメージセンサ２ａおよび変換回路２ｂには、固定のスポット光用の積算時間およびゲインの設定が行われている（ステップＳ５）。散乱光を発光させて、イメージセンサ２に散乱光の反射光を受光させて撮影を行う（ステップＳ６）。
【0112】
次に、画像保存部４０２は、イメージセンサ２からの各位相の位相信号（位相画像）を、ＲＡＭ４６等の記憶部に保存する（ステップＳ７）。続いて、距離計算部４０３は、画像保存部４０２によって保存された複数枚の位相画像に基づいて、対象物までの間の距離を示す距離情報を計算する（ステップＳ８）。
【0113】
すなわち、測距装置１００は、拡散光とスポット光とを異なるタイミングで発光して撮影を行い、２枚の距離画像を取得する。
【0114】
なお、本実施形態においては、拡散光からスポット光の順に距離画像を取得するようにしたが、これに限るものではなく、撮影タイミングが異なっていれば順番は問わないものとする。
【0115】
ここで、図１６は距離画像の例を示す図である。図１６（ａ）は拡散光の発光により得られる距離画像の例、図１６（ｂ）はスポット光の発光により得られる距離画像の例である。図１６（ａ）に示すように、拡散光では領域の全面に均等に光が照射されるので、検出される画像は、光が返ってくる画素でほぼ埋まることになる。一方、図１６（ｂ）に示すように、スポット光では光を絞っているので、光が当たっている画素のみ信号が得られ、その距離が計算できる。すなわち、図１６（ｂ）に示すように、スポット光では点の部分のみ距離画像が得られることになる。
【0116】
次に、補正値算出部４０４は、光源部１０－３を発光して得られた距離画像と、光源部１０－１、１０－２を発光して得られた距離画像とを用いて、距離情報を補正する補正値を算出する（ステップＳ９）。具体的には、補正値算出部４０４は、光源部１０－３を発光して得られた距離画像においてスポットが得られた位置での残差（拡散光の測距値とスポット光の測距値との差）を補正値とし、スポットが得られない位置は一般的な画像処理で補間を行うことで、画像全体の補正値を計算する。
【0117】
次に、距離補正部４０５は、補正値算出部４０４で算出された補正値を用い、光源部１０－１を発光して得られた距離情報の補正を行う（ステップＳ１０）。具体的には、距離補正部４０５は、補正値算出部４０４で算出された補正値を、光源部１０－１、１０－２を発光して得られた拡散光の測距値から減算することで補正を行う。
【0118】
なお、距離補正部４０５は、補正値算出部４０４で算出された拡散光の測距値とスポット光の測距値との差や比が所定の範囲内の場合には、補正を実行しないようにしてもよい。
【0119】
最後に、出力部４０６は、距離補正部４０５で補正された対象物までの間の距離を示す距離情報を、入出力Ｉ／Ｆ４３を介して外部機器に出力する（ステップＳ１１）。
【0120】
本実施形態にかかる測距装置１００は、第１の光を投光する第１投光部１－３と、第２の光を投光する第２投光部１－１と、領域内２８の物体２６で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部２と、を備え、前記第１の光２７を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光２９を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光（スポット光）であり、前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光（拡散光）であり、前記第２の光の積算光量は、前記第１の光の積算光量よりも大きいことを特徴とする。
【0121】
スポット光は第１の光の一例である。拡散光は第２の光の一例である。第１の光には、構造化光や集光などのような光も含む。
【0122】
領域２８は拡散光やスポット光が届く距離内の空間を示す。その空間内に、張ることができる任意の曲面において、拡散光およびスポット光が照射されることを想定する。その曲面に投影された光量分布において、その光の強度が最大値と最小値との差分を比較する。その差分の比較において、大きい方をスポット光（第１の光）と呼び、小さい方を拡散光（第２の光）とする。
【0123】
また、光源部１０から出てきた光は、光学素子１１で偏向されるが、測距装置１００の筐体から出てきたすべての光を全方位積算することとする。これは光源に投入される電力量に比例し、スポット光および拡散光の大小関係は変わらない。つまり、積算光量は投入電力量と言い換えることもできる。ここで、光学素子１１に含まれる光学アパーチャーなどの測距装置１００内部の光学系による光の吸収などは、拡散光、スポット光の光量比較において大きな影響を受けないと仮定している。この測距装置１００内部での光吸収が大きい場合などの一般的ではない場合には、より正確な測距装置１００から出射された光を全方位に積算した光の量を積算光量とする。
【0124】
本実施形態にかかる測距装置１００は、前記第１投光部１－３および前記第２投光部１－１から投光される前記第１の光および前記第２の光の積算光量、または前記受光部の積算時間、増幅率を制御する制御部（駆動条件設定部１５０がその一例である。）を備えることを特徴とする。積算光量を適切に制御することができるため、広い距離範囲について高精度の計測が可能となる。
【0125】
本実施形態にかかる測距装置１００は、前記受光部は、光を検出する光検出器を含み、同一の該光検出器により前記第１の受光と前記第２の受光が行われることを特徴とする。これにより、受光部を複数台設置する必要がなく製造コストを低減できる。
【0126】
また、本実施形態によれば、複数の異なる投光部を使って得た測距結果を用いて距離補正を行うことでマルチパス干渉による誤差を減らすことができるので、より精度の高い距離画像を生成可能とすることができる。すなわち、本実施形態によれば、高空間分解能の画像のマルチパス誤差成分のみを除去することになるので、通常のＴＯＦ測距よりも高精度・高分解能の測距が可能となる。これにより、より精度の高い距離画像を生成可能な画像を撮像することができる撮像装置、測距装置、測距システムおよび測距方法を提供することができる。
【0127】
また、本実施形態によれば、スポット光を用いて測距を行うと、画素密度は低いが一般的なＴＯＦカメラと比較して正確な測距値を得ることができる。さらに、スポット位置で測距に必要な光量を発光した時、同じスポット位置で同一光量を得るように発光した場合の拡散照明よりも総光量が少なくて済む。さらにまた、一般的なＴＯＦカメラよりも発光している総光量が少ないので、マルチパス干渉の影響を減らすことができる。
【0128】
また、本実施形態によれば、拡散光を用いて得られた測距値とスポット光を用いて得られた測距値から算出された補正値に基づき、スポット光の測距値が得られていない画素における補正値を補間するので、より精度の高い補正を行うことができる。
【0129】
＜第２の実施形態＞
図１７に本実施形態の機能ブロック図を示す。受光制御部によって受光の条件を設定できる。具体的には、イメージセンサ２ａおよび変換回路２ｂで制御する受光の積算時間およびゲインの制御である。また、本実施形態では、光源部を２台として、スポット光（１０－３）と拡散光（１０－１）としている。
図１７に本実施形態の機能ブロック図を示す。受光制御部によって受光の条件を設定できる。具体的には、イメージセンサ２ａおよび変換回路２ｂで制御する受光の積算時間およびゲインの制御である。また、本実施形態では、光源部を２台として、スポット光（１０－３）と拡散光（１０－１）としている。
【0130】
測距を高フレームレートで実施したい場合がある。その一例が動画撮影である。その際には、光源（ＶＣＳＥＬ）１１０の光量、発光の積算時間を最小限にすることで高フレームレートの課題である発熱を抑えることがきる。一例として、ＶＣＳＥＬ光量、発光の積算時間をスポット光、拡散光ともに光量を最小限（ＶＣＳＥＬの発光閾値程度）として、ＴＯＦセンサのゲインのみを変更することで高フレームレートに有利としつつ、スポット光と拡散光の測距レンジを合わせることができる。表５に設定例を表に示す。ここで、光量は出射光量を電力（Ｗ）の単位で表記している。積算時間は、図１７に示すように、受光制御部１６０から制御され、イメージセンサ２ａおよび変換回路２ｂによって設定される。また、ゲインは変換回路２ｂによって変更される。
【表5】
【0131】
具体的なゲインを変更する構成を図１８に示す。受光系制御部から、マルチプレクサを制御し、１つのゲインを選択する。図１８では、変換回路にマルチプレクサを入れたが、イメージセンサ部に同様な回路を入れても構わない。マルチプレクサは変換回路の一例である。
【0132】
図１９は本実施形態の測距処理の流れを示すフローチャートである。図１９に示すように、まず、受光系制御部１６０は、イメージセンサ２ａおよび変換回路２ｂを制御し、スポット光用の積算時間およびゲインの設定を行う（ステップＳ２１）。また、同時に駆動条件設定部１５０により、光源部（１０－３）の発光条件を設定する。スポット光を発光させて、イメージセンサ２にスポット光を受光させて撮影を行う（ステップＳ２２）。次に、画像保存部４０２は、イメージセンサ２からの各位相の位相信号（位相画像）を、ＲＡＭ４６等の記憶部に保存する。
次に、受光系制御部１６０は、イメージセンサ２ａおよび変換回路２ｂを制御し、拡散光用の積算時間およびゲインの設定を行う（ステップＳ２３）。また、同時に駆動条件設定部により、光源部（１０－１）の発光条件を設定する。拡散光を発光させて、イメージセンサ２にスポット光を受光させて撮影を行う（ステップＳ２４）。次に、画像保存部４０２は、イメージセンサ２からの各位相の位相信号（位相画像）を、ＲＡＭ４６等の記憶部に保存する。
次に、受光系制御部１６０は、イメージセンサ２ａおよび変換回路２ｂを制御し、拡散光用の積算時間およびゲインの設定を行う（ステップＳ２３）。また、同時に駆動条件設定部により、光源部（１０－１）の発光条件を設定する。拡散光を発光させて、イメージセンサ２にスポット光を受光させて撮影を行う（ステップＳ２４）。次に、画像保存部４０２は、イメージセンサ２からの各位相の位相信号（位相画像）を、ＲＡＭ４６等の記憶部に保存する。
【0133】
すなわち、測距装置１００は、拡散光とスポット光とを異なるタイミングで発光して撮影を行い、２枚の距離画像を取得する。
【0134】
なお、本実施形態においては、拡散光からスポット光の順に距離画像を取得するようにしたが、これに限るものではなく、撮影タイミングが異なっていれば順番は問わないものとする。
【0135】
続いて、距離計算部４０３は、画像保存部４０２によって保存された複数枚の位相画像に基づいて、対象物までの間の距離を示す距離情報を計算する。
【0136】
次に、補正値算出部４０４は、光源部１０－１（拡散光）を発光して得られた距離画像と、光源部１０－３（スポット光）を発光して得られた距離画像とを用いて、距離情報を補正する補正値を算出する。具体的には、補正値算出部４０４は、光源部１０－１（拡散光）を発光して得られた距離画像においてスポット光が得られた位置での残差（拡散光の測距値とスポット光の測距値との差）を補正値とし、スポット光が得られない位置は一般的な画像処理で補間を行うことで、画像全体の補正値を計算する。
【0137】
次に、距離補正部４０５は、補正値算出部４０４で算出された補正値を用い、光源部１０－３（スポット光）を発光して得られた距離情報の補正を行う。具体的には、距離補正部４０５は、補正値算出部４０４で算出された補正値を、光源部１０－１を発光して得られた拡散光の測距値から減算することで補正を行う（ステップＳ２５）。
【0138】
なお、距離補正部４０５は、補正値算出部４０４で算出された拡散光の測距値とスポット光の測距値との差や比が所定の範囲内の場合には、補正を実行しないようにしてもよい。
【0139】
最後に、出力部４０６は、距離補正部４０５で補正された対象物までの間の距離を示す距離情報を、入出力Ｉ／Ｆ４３を介して外部機器に出力する。
【0140】
本実施形態にかかる測距装置１００は、第１の光を投光する第１投光部１－３と、第２の光を投光する第２投光部１－１と、領域内２８の物体２６で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部２と、を備え、前記第１の光２７を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光２９を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、前記第１の光は、前記領域内２８での強度分布を有する光（スポット光）であり、前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光（拡散光）であり、前記第２の受光は、前記第１の受光よりも長い積算時間及び大きい増幅率の少なくとも一方を含むことを特徴とする。
【0141】
受光の積算時間は受光系制御部１６０で設定され、イメージセンサ２ａと変換回路２ｂ、ＡＤＣ３によって受光は信号として積算される。この積算時間によって、信号はより精度の向上が図られる。
【0142】
スポット光の反射光を受光したイメージセンサの設定は、前記第１の光を投光した場合の第１の受光の設定の一例である。拡散光の反射光を受光したイメージセンサの設定は、前記第２の光を投光した場合の第２の受光の設定の一例である。またゲインは増幅率の一例である。この増幅率によって、信号は増強されて、ＡＤＣによってデジタル化される。
【0143】
本実施形態では、受光部の積算時間およびゲインをスポット光および拡散光で個別に制御することが可能なっている。このため、この数値を制御することで発光光量を制御することが可能となる。このように本実施形態によれば、発光光量を極力低減して光源の発熱量を抑えることができるため、高いフレームレートでの撮影が可能となり、動画などのＴＯＦ測距が可能となる。また、複数の異なる投光部を使って得た測距結果を用いて距離補正を行うことでマルチパス干渉による誤差を減らすことができるので、より精度の高い距離画像を生成可能とすることができる。
すなわち、本実施形態によれば、高空間分解能の画像のマルチパス誤差成分のみを除去することになるので、通常のＴＯＦ測距よりも高精度・高分解能の測距が可能となる。これにより、より精度の高い距離画像を生成可能な画像を撮像することができる撮像装置、測距装置、測距システムおよび測距方法を提供することができる。
すなわち、本実施形態によれば、高空間分解能の画像のマルチパス誤差成分のみを除去することになるので、通常のＴＯＦ測距よりも高精度・高分解能の測距が可能となる。これにより、より精度の高い距離画像を生成可能な画像を撮像することができる撮像装置、測距装置、測距システムおよび測距方法を提供することができる。
【0144】
＜第３の実施形態＞
図２０は本実施形態の機能ブロック図である。受光系や投光系に温度測定部１７１～１７３を有している点が特徴である。また、その温度計測を行った結果を温度判定部１７０でそれぞれの基準値と比較して、判定をする。その判定結果から受光系制御部１６０および駆動条件設定部１５０にそれぞれの設定値を設定させる。その設定値に制御された発光および受光を行い撮影する。
図２０は本実施形態の機能ブロック図である。受光系や投光系に温度測定部１７１～１７３を有している点が特徴である。また、その温度計測を行った結果を温度判定部１７０でそれぞれの基準値と比較して、判定をする。その判定結果から受光系制御部１６０および駆動条件設定部１５０にそれぞれの設定値を設定させる。その設定値に制御された発光および受光を行い撮影する。
【0145】
受光部２の温度測定部１７１は、イメージセンサの内蔵温度センサや、イメージセンサを実装した基板に温度センサを搭載する。また、投光部１－１には、光源基板に温度センサを搭載することで温度測定部１７２とする。投光部１－３には、光源基板に温度センサを搭載することで温度測定部１７３とする。これにより、温度情報に基づき、最適な制御を行うことも可能である。例えば、各温度センサの値を取得し、基準温度との比較を行う。基準温度は部品の定格からマージンを持った値（例えば、１０℃）や、測距性能が確保できる温度の上限、下限であってもいい。各温度センサの値が基準温度以上かつ許容温度以上の場合（例えば、異常発熱時）には、撮影をせずに終了する。ここで許容温度は各部品の定格からマージンを持った値な温度などを設定する。
【0146】
許容温度以下で、基準温度以上の部品が１つである場合には、以下の表に示すような設計に、投光系、受光系を設定することで、スポット照明と拡散照明の測距レンジを合わせることができる。また、許容温度以下で、基準温度以上の部品が１つ以上である場合には、最も基準温度に近い部品、最も高温な部品などを、以下に示すように設定を変更することが有効である。
表６は基準設定値である。
表７は拡散照明用の光源（ＶＣＳＥＬ）基板が高熱の場合の設定値である。例えば、ＶＣＳＥＬ光量を変化させ、ゲインを変更することでＶＣＳＥＬ基板の発熱を抑えつつ、拡散照明とスポット照明の両方で測距可能となり、マルチパス干渉補正が可能となる。
表８はスポット照明用のＶＣＳＥＬ基板が高熱の場合の設定値である。例えば、積算時間およびゲインを変更することでＶＣＳＥＬ基板の発熱を抑えつつ、拡散照明とスポット照明の両方で測距可能となり、マルチパス干渉補正が可能となる。
表９はイメージセンサが高熱の場合の設定値である。積算時間が長いほど、イメージセンサが動作し、発熱するため、積算時間を減らすことが発熱量緩和に有効である。そこで、積算時間を減少させて、ゲインもしくは光源光量を大きくすることで、拡散照明とスポット照明の両方で測距可能となり、マルチパス干渉補正が可能となる。
【表6】
【表7】
【表8】
【表9】
【0147】
図２１は本実施形態の測距処理の流れを示すフローチャートである。図２１に示すように、まず、基板温度の計測を行う（ステップＳ３１）。ここでの基板温度は、イメージセンサに関わる温度測定部１７１と、光源部１０－１に関わる温度測定１７２と、光源部１０－２に関わる温度測定１７３とで計測した温度を指している。それぞれの温度は、それぞれ決められた基準値を温度判定部に有している。
この時、得られた温度の基準値との比較を行う（ステップＳ３２）。基準値よりも高い場合には、それが許容の範囲かを判断する（ステップＳ３３）。基準値より低い場合には、事前に設定されていた標準設定値（表６はその一例）での撮影を行う。
この時、得られた温度の基準値との比較を行う（ステップＳ３２）。基準値よりも高い場合には、それが許容の範囲かを判断する（ステップＳ３３）。基準値より低い場合には、事前に設定されていた標準設定値（表６はその一例）での撮影を行う。
【0148】
許容値内であれば、モードを選択し、設定値を決定する。その設定値は、先に示した表６～表９のような設定値となる。その設定値に更新する（ステップＳ３４）。許容値よりも高い場合には、アラートの表示を行い（ステップＳ４２）計測を終了する。
【0149】
駆動条件設定部により、光源部（１０－２）の発光条件を設定する（ステップＳ３５）。受光系制御部１６０は、イメージセンサ２ａおよび変換回路２ｂを制御し、スポット光用の積算時間およびゲインの設定を行う（ステップＳ３６）。スポット光を発光させて、イメージセンサ２にスポット光を受光させて撮影を行う（ステップＳ３７）。次に、画像保存部４０２は、イメージセンサ２からの各位相の位相信号（位相画像）を、ＲＡＭ４６等の記憶部に保存する。
【0150】
次に、駆動条件設定部により、光源部（１０－１）の発光条件を設定する（ステップＳ３８）。受光系制御部１６０は、イメージセンサ２ａおよび変換回路２ｂを制御し、拡散光用の積算時間およびゲインの設定を行う（ステップＳ３９）。また、同時に駆動条件設定部により、光源部（１０－２）の発光条件を設定する。拡散光を発光させて、イメージセンサ２にスポット光を受光させて撮影を行う（ステップＳ４０）。次に、画像保存部４０２は、イメージセンサ２からの各位相の位相信号（位相画像）を、ＲＡＭ４６等の記憶部に保存する。
【0151】
すなわち、測距装置１００は、拡散光とスポット光とを異なるタイミングで発光して撮影を行い、２枚の距離画像を取得する。
【0152】
なお、本実施形態においては、拡散光からスポット光の順に距離画像を取得するようにしたが、これに限るものではなく、撮影タイミングが異なっていれば順番は問わないものとする。
【0153】
続いて、距離計算部４０３は、画像保存部４０２によって保存された複数枚の位相画像に基づいて、対象物までの間の距離を示す距離情報を計算する。
【0154】
次に、補正値算出部４０４は、光源部１０－１を発光して得られた距離画像と、光源部１０－３を発光して得られた距離画像とを用いて、距離情報を補正する補正値を算出する。具体的には、補正値算出部４０４は、光源部１０－１（拡散光）を発光して得られた距離画像において光源部１０－３（スポット光）が得られた位置での残差（拡散光の測距値とスポット光の測距値との差）を補正値とし、スポット光が得られない位置は一般的な画像処理で補間を行うことで、画像全体の補正値を計算する。
【0155】
次に、距離補正部４０５は、補正値算出部４０４で算出された補正値を用い、光源部１０－３（スポット光）を発光して得られた距離情報の補正を行う。具体的には、距離補正部４０５は、補正値算出部４０４で算出された補正値を、光源部１０－１を発光して得られた拡散光の測距値から減算することで補正を行う（ステップＳ４１）。
【0156】
なお、距離補正部４０５は、補正値算出部４０４で算出された拡散光の測距値とスポット光の測距値との差や比が所定の範囲内の場合には、補正を実行しないようにしてもよい。
【0157】
最後に、出力部４０６は、距離補正部４０５で補正された対象物までの間の距離を示す距離情報を、入出力Ｉ／Ｆ４３を介して外部機器に出力する。
【0158】
本実施形態によれば、許容温度以下で、基準温度以上の部品が１つである場合には、投光系、受光系を設定することで、スポット照明と拡散照明の測距レンジを合わせることができる。また、許容温度以下で、基準温度以上の部品が１つ以上である場合には、最も基準温度に近い部品、最も高温な部品などの設定を変更することが有効である。これにより、連続動作や動画撮影などの発光により発熱し、測距装置が高温状態になっても、安定した動作が確保できる。また、気温が上昇したとしても、安定した動作を実現できる測距装置を提供できる。
【0159】
本実施形態にかかる測距装置１００は、前記投受光装置の温度計測を行い、前記計測された温度に基づき、前記第１の光の積算光量と前記第２の光の積算光量の少なくとも一方を変化させ、前記第１の受光の積算時間と増幅率および前記第２の受光の積算時間と増幅率のうち少なくとも１つを変化させることを特徴とする。発熱による光量低下を避けることができる。これによりさらなる高精度の計測が可能となる。
【0160】
＜第４の実施形態＞
図２２は本実施形態の機能ブロック図である。外光を計測し画像保存部に保存された計測値を外光判定部１８０で判定する。この時、検出方法として、イメージセンサ２ａを利用してもよいし、外光を検出するために設置された外光取得部１８１を利用してもよい。その判定結果から受光系制御部１６０および駆動条件設定部１５０にそれぞれの結果を送信する。その結果を受けて、受光系制御部１６０および駆動条件設定部１５０によって投光部および受光部の設定値を設定する。その設定値に制御された発光および受光を行い撮影する。測定前に、外光を取得することで、外光に有利なスポット照明、拡散照明の条件を設定することができる。外光取得の方法としては、レーザ光を発光せずに、画像を取得する方法などがある。この方法を使えば、外光量に比例した値を取得することが可能である。
図２２は本実施形態の機能ブロック図である。外光を計測し画像保存部に保存された計測値を外光判定部１８０で判定する。この時、検出方法として、イメージセンサ２ａを利用してもよいし、外光を検出するために設置された外光取得部１８１を利用してもよい。その判定結果から受光系制御部１６０および駆動条件設定部１５０にそれぞれの結果を送信する。その結果を受けて、受光系制御部１６０および駆動条件設定部１５０によって投光部および受光部の設定値を設定する。その設定値に制御された発光および受光を行い撮影する。測定前に、外光を取得することで、外光に有利なスポット照明、拡散照明の条件を設定することができる。外光取得の方法としては、レーザ光を発光せずに、画像を取得する方法などがある。この方法を使えば、外光量に比例した値を取得することが可能である。
【0161】
また、外光が大きい場合と、小さい場合とでは、マルチパス干渉補正範囲を最大にする設定値が異なる。外光が大きい場合、外光によって、遠い距離でのＳＮ比が低下するので、遠い距離の計測が難しくなる。また、近距離ではイメージセンサが飽和してしまう確率が上昇する。そのため、近い距離での計測も難しくなる。そこで、外光の量を検出した後、スポット光および拡散光の光量を増大し、遠い距離の計測を増強する。また、イメージセンサおよび変換回路のゲインおよび積算時間を短くして、飽和状態が生じないようにする。
【0162】
受光および投光の設定条件の一例として、表１０および表１１を示す。
表１０は、外光が少ない場合の基準の設定である。
表１１は外光の強い場合の設定の一例である。光源光量を増加させ、その分、積算時間及びゲインの少なくとも一方を調整することで、外光が大きい場合でも測距可能となる。
【表10】
【表11】
【0163】
図２３は本実施形態の測距処理の流れを示すフローチャートである。図２３に示すように、まず、外光の計測を行う（ステップＳ５１）。ここでの外光測定では、イメージセンサを利用して、測距装置が発光していない状態での被対象物が、太陽光や室内光などによって照らされ、反射してくる光を定量する。この計測はイメージセンサ２ａに限定されず、外部取得部１８１を利用してもよい。この外光は、基準値との比較を行う（ステップＳ５２）。基準値よりも高い場合には、事前に設定されていた標準設定値（表１０はその一例）での設定を行う。外光が基準値よりも高い場合には、設定値を変更する（表１１がその一例）（ステップ６０）。
【0164】
駆動条件設定部により、光源部（１０－２）の発光条件を設定する（ステップＳ５３）。受光系制御部１６０は、イメージセンサ２ａおよび変換回路２ｂを制御し、スポット光用の積算時間およびゲインの設定を行う（ステップＳ５４）。スポット光を発光させて、イメージセンサ２にスポット光を受光させて撮影を行う（ステップＳ５５）。次に、画像保存部４０２は、イメージセンサ２からの各位相の位相信号（位相画像）を、ＲＡＭ４６等の記憶部に保存する。
【0165】
次に、駆動条件設定部により、光源部（１０－１）の発光条件を設定する（ステップＳ５６）。受光系制御部１６０は、イメージセンサ２ａおよび変換回路２ｂを制御し、拡散光用の積算時間およびゲインの設定を行う（ステップＳ５７）。また、同時に駆動条件設定部により、光源部（１０－３）の発光条件を設定する。拡散光を発光させて、イメージセンサ２にスポット光を受光させて撮影を行う（ステップＳ５８）。次に、画像保存部４０２は、イメージセンサ２からの各位相の位相信号（位相画像）を、ＲＡＭ４６等の記憶部に保存する。
【0166】
すなわち、測距装置１００は、拡散光とスポット光とを異なるタイミングで発光して撮影を行い、２枚の距離画像を取得する。
【0167】
なお、本実施形態においては、拡散光からスポット光の順に距離画像を取得するようにしたが、これに限るものではなく、撮影タイミングが異なっていれば順番は問わないものとする。
【0168】
続いて、距離計算部４０３は、画像保存部４０２によって保存された複数枚の位相画像に基づいて、対象物までの間の距離を示す距離情報を計算する。
【0169】
次に、補正値算出部４０４は、光源部１０－１を発光して得られた距離画像と、光源部１０－３を発光して得られた距離画像とを用いて、距離情報を補正する補正値を算出する。具体的には、補正値算出部４０４は、光源部１０－１（拡散光）を発光して得られた距離画像において光源部１０－３（スポット光）が得られた位置での残差（拡散光の測距値とスポット光の測距値との差）を補正値とし、スポット光が得られない位置は一般的な画像処理で補間を行うことで、画像全体の補正値を計算する。
【0170】
次に、距離補正部４０５は、補正値算出部４０４で算出された補正値を用い、光源部１０－３（スポット光）を発光して得られた距離情報の補正を行う。具体的には、距離補正部４０５は、補正値算出部４０４で算出された補正値を、光源部１０－１を発光して得られた拡散光の測距値から減算することで補正を行う（ステップＳ５９）。
【0171】
なお、距離補正部４０５は、補正値算出部４０４で算出された拡散光の測距値とスポット光の測距値との差や比が所定の範囲内の場合には、補正を実行しないようにしてもよい。
【0172】
最後に、出力部４０６は、距離補正部４０５で補正された対象物までの間の距離を示す距離情報を、入出力Ｉ／Ｆ４３を介して外部機器に出力する。
【0173】
本実施形態にかかる測距装置１００は、前記投光部から出射される光以外の外光の光量を前記受光部２（もしくは外部取得部１８１）によって検出し、検出された前記外光の光量に基づき前記第１の光の積算光量および前記第２の光の積算光量を変化させることを特徴とする。これにより、外光によるノイズを低減できる。特に、遠方の計測にも、光強度で有意差を出すことができる光強度に調整することが可能である。遠方のＳ／Ｎ比が改善し、さらなる高精度の計測が可能となる。
【0174】
本実施形態にかかる測距装置１００は、前記第１投光部および前記第２投光部から出射される光以外の外光の光量を前記受光部２（もしくは外部取得部１８１）によって検出し、検出された前記外光の光量に基づき、前記第１の受光の積算時間及び増幅率の少なくとも一方と、前記第２の受光の積算時間及び増幅率のうち少なくとも一方を変化させることを特徴とする。これにより、外光によるノイズを低減できる。特に、近距離の反射率の高い物体に対して、イメージセンサが飽和してしまう不具合を低減できる。これは増幅率や低下させ、積算時間を減少させることで実現できる。これにより近距離での飽和による不具合が低減でき、近距離の計測が改善し、これによりさらなる高精度の計測が可能となる。
【0175】
＜第５の実施例＞
受光光量は距離の二乗に反比例して小さくなるので、測距レンジが広いほど、受光光量レンジが広くなる。イメージセンサのダイナミックレンジは狭いので、１回ですべてを賄うには限界がある。複数の撮影を合成して１つの測距にするＨＤＲ撮影（ＨＤＲ：High Dynamic Range（ハイダイナミックレンジ）方式がある。
受光光量は距離の二乗に反比例して小さくなるので、測距レンジが広いほど、受光光量レンジが広くなる。イメージセンサのダイナミックレンジは狭いので、１回ですべてを賄うには限界がある。複数の撮影を合成して１つの測距にするＨＤＲ撮影（ＨＤＲ：High Dynamic Range（ハイダイナミックレンジ）方式がある。
【0176】
スポット照明・拡散照明の併用でもＨＤＲ撮影をすることでより広範囲で測距することが可能である。図２４は横軸を距離、縦軸をイメージセンサに入力される光量として示している。例えば、０．２５ｍ～１０ｍまでの広レンジで測定する際には、１０ｍでのターゲット反射による光量と２５ｃｍでのターゲット反射光は約１０００倍も必要となる。
【0177】
本実施形態では、それぞれの距離に対して適した光量を投光することを検討した。例えば、距離を近距離（１ｍ以下）、中距離（１ｍ～３ｍ）、遠距離（３ｍ～１０ｍ）と設定し、光量をそれぞれに設定するという手法である。一例として表１２～表１４のようにゲイン、光量、積算時間を調整した。これにより、設定した３種類の距離に対し、スポット照明と拡散照明の両方の測距が可能となる。これにより、それぞれの距離に対して、適したマルチパス干渉補正を行うことができる。この場合でも他のフローチャートに基づき、外光、基板温度等で値を更新することでより高精度な測距が可能となる。
表１２は近距離の設定条件である。
表１３は中距離の設定条件である。
表１４は遠距離の設定条件である。
【表12】
【表13】
【表14】
【0178】
図２５は本実施形態の測距処理の流れを示すフローチャートである。図２５に示すように、まず、駆動条件設定部により、光源部（１０－３）の発光条件を設定する（ステップＳ７１）。この時、発光条件の設定は３種類、近距離（表１２）、中距離（表１３）、遠距離（表１４）に即した光量とする。受光系制御部１６０は、イメージセンサ２ａおよび変換回路２ｂを制御し、スポット光用の積算時間およびゲインの設定を行う（ステップＳ７２）。この時、受光条件の設定は３種類、近距離（表１２）、中距離（表１３）、遠距離（表１４）に即した条件とする。スポット光を発光させて、イメージセンサ２にスポット光を受光させて撮影を行う。この時、撮影は３回、近距離、中距離、遠距離と条件を変えて撮影を行う（ステップＳ７３）。次に、画像保存部４０２は、イメージセンサ２からの各位相の位相信号（位相画像）を、ＲＡＭ４６等の記憶部に保存する。
【0179】
次に、駆動条件設定部により、光源部（１０－１）の発光条件を設定する（ステップＳ７４）。この時、発光条件の設定は３種類、近距離（表１２）、中距離（表１３）、遠距離（表１４）に即した光量とする。受光系制御部１６０は、イメージセンサ２ａおよび変換回路２ｂを制御し、拡散光用の積算時間およびゲインの設定を行う（ステップＳ７５）。この時、受光条件の設定は３種類、近距離（表１２）、中距離（表１３）、遠距離（表１４）に即した条件とする。拡散光を発光させて、イメージセンサ２にスポット光を受光させて撮影を行う（ステップＳ７６）。次に、画像保存部４０２は、イメージセンサ２からの各位相の位相信号（位相画像）を、ＲＡＭ４６等の記憶部に保存する。
【0180】
すなわち、測距装置１００は、３種類の距離、拡散光とスポット光とを異なるタイミングで発光して撮影を行い、計６枚の距離画像を取得する。
【0181】
なお、本実施形態においては、拡散光からスポット光の順に距離画像を取得するようにしたが、これに限るものではなく、撮影タイミングが異なっていれば順番は問わないものとする。
【0182】
続いて、距離計算部４０３は、画像保存部４０２によって保存された複数枚の位相画像に基づいて、対象物までの間の距離を示す距離情報を計算する。
【0183】
次に、補正値算出部４０４は、光源部１０－１を発光して得られた距離画像と、光源部１０－３を発光して得られた距離画像とを用いて、距離情報を補正する補正値を算出する。具体的には、補正値算出部４０４は、光源部１０－１（拡散光）を発光して得られた距離画像においてスポット光が得られた位置での残差（拡散光の測距値とスポット光の測距値との差）を補正値とし、光源部１０－３（スポット光）が得られない位置は一般的な画像処理で補間を行うことで、画像全体の補正値を計算する。
【0184】
次に、距離補正部４０５は、補正値算出部４０４で算出された補正値を用い、光源部１０－３（スポット光）を発光して得られた距離情報の補正を行う。具体的には、距離補正部４０５は、補正値算出部４０４で算出された補正値を、光源部１０－１を発光して得られた拡散光の測距値から減算することで補正を行う（ステップＳ５９）。
【0185】
なお、距離補正部４０５は、補正値算出部４０４で算出された拡散光の測距値とスポット光の測距値との差や比が所定の範囲内の場合には、補正を実行しないようにしてもよい。
【0186】
最後に、出力部４０６は、距離補正部４０５で補正された対象物までの間の距離を示す距離情報を、入出力Ｉ／Ｆ４３を介して外部機器に出力する。
【0187】
＜第６の実施形態＞
図２６は、本実施形態の機能ブロック図である。本実施形態は、被対象物に、光を照射してその反射光を検出する投受光装置２００および位相信号（ＤＣＳ信号）から距離情報へ変換するコンピューター３１０とで構成される測距システム３００である。
図２６は、本実施形態の機能ブロック図である。本実施形態は、被対象物に、光を照射してその反射光を検出する投受光装置２００および位相信号（ＤＣＳ信号）から距離情報へ変換するコンピューター３１０とで構成される測距システム３００である。
【0188】
投受光装置２００は検出した結果を位相信号などとして出力する。出力はクラウド２１６へ送信され、コンピューター３１０に送られる。本実施形態では、信号を外部のクラウドに通信するため、通信容量の少ない位相信号が適しているが、外光などが多い場合には適宜、ＤＣＳ信号との使い分けができる。以下では、位相信号を伝送する例を説明する。
【0189】
投光部１は、駆動条件設定部１５０に設定された条件で光源部１０を発光させる。本実施形態では光源部を１つとして、変換素子部１０２で、光路を機械的に切り替える。ミラーなどの光学素子に機械的な駆動部をもった切り替え装置がその一例である。この変換素子部１０２にて、スポット光および拡散光を切り替える。切り替えた先には、スポット光を形成する光学素子１１－２、もしくは拡散光を形成する光学素子１１－１が配置されている。
【0190】
受光部２は、光学素子を介してイメージセンサ２ａによって光から電気信号へ変換され、その信号を増幅、積算する。受光系制御部１６０によって設定された積算時間、およびゲインを経て、ＡＤＣによってデジタル値に変換される。この変換した信号をセンサのＩ／Ｆ部を介して、演算部に送信する。演算部では、先に記した位相信号を算出する。演算された位相信号を出力する。出力は送信部２１５を介して、クラウド２１６を介しコンピューター３１０に送信される。位相信号は、コンピューター３１０によって距離情報に変換される。
【0191】
図２７は本実施形態の測距処理の流れを示すシーケンス図である。図２７に示すように、まず、駆動条件設定部により、光源１１０の発光条件を設定する（ステップＳ８１）。スポット光を発光させて、イメージセンサ２にスポット光を受光させて撮影を行う（ステップＳ８２）。次に、イメージセンサ２からの信号を記憶部に保存する。この記憶されたイメージセンサの信号から演算部にて位相信号を算出する。その算出結果を記憶部に保存する（ステップＳ８３）
【0192】
次に、光源１１０から出てくる光の経路を変換する変換素子１０２を切り替える（ステップＳ８４）。これによって、光路は拡散光の光学素子を介して出射するようになる。
【0193】
駆動条件設定部１５０により、光源１１０の発光条件を設定する（ステップＳ８５）。拡散光を発光させて、イメージセンサ２に拡散光の反射光を受光させて撮影を行う（ステップＳ８６）。次に、イメージセンサ２からの信号を記憶部に保存する。この記憶されたイメージセンサの信号から演算部にて位相信号を算出する。その算出結果を記憶部に保存する（ステップＳ８７）。スポット光で得られた位相信号および拡散光で得られた位相信号を出力部から出力する（ステップＳ８８）。
【0194】
出力された位相信号は、クラウド２１６を介して、コンピューター３１０受信される（ステップＳ８９）。Ｉ／Ｆ３０１を介して受信し、一度、コンピューター内部の記憶部３０４に保存される（ステップＳ９０）。初めに、散乱光によって撮影された位相信号を距離画像へ変換する（ステップＳ９１）。次に、スポット光によって撮影された位相信号を距離画像へ変換する（ステップＳ９２）。それぞれの距離画像からマルチパス干渉の補正を行う（ステップＳ９３）。補正された距離画像を記憶部３０４に保存する（ステップＳ９４）。距離画像を出力し、クラウド２１６に送信する。
【0195】
本実施形態の投受光装置によって、出力された位相画像を一度クラウドなどの通信網を介して、大規模な計算容量があるコンピューターなどによって演算することが容易になる。例えば、位相信号から測距情報を生成する場合などは、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などを大規模な実装した装置を利用することが適している。高速に動く対象物を、短時間ごとの画像としてとらえ、それぞれの画像の測距データを作り上げることが可能となる。高速に動く対象物の動作様態を分析することが可能となる。
【0196】
以上説明したように、本発明の様態の一例は以下の通りである。
【0197】
＜１＞
本実施形態にかかる投受光装置２００は、第１の光を投光する第１投光部１－３と、第２の光を投光する第２投光部１－１と、領域内２８の物体２６で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部２と、を備え、前記第１の光２７を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光２９を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光（スポット光）であり、前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光（拡散光）であり、前記第２の光の積算光量は、前記第１の光の積算光量よりも大きいことを特徴とする。これにより高精度の計測が可能となる。
本実施形態にかかる投受光装置２００は、第１の光を投光する第１投光部１－３と、第２の光を投光する第２投光部１－１と、領域内２８の物体２６で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部２と、を備え、前記第１の光２７を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光２９を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光（スポット光）であり、前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光（拡散光）であり、前記第２の光の積算光量は、前記第１の光の積算光量よりも大きいことを特徴とする。これにより高精度の計測が可能となる。
【0198】
＜２＞
本実施形態にかかる投受光装置２００は、第１の光を投光する第１投光部１－３と、第２の光を投光する第２投光部１－１と、領域内２８の物体２６で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部２と、を備え、前記第１の光２７を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光２９を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、前記第１の光は、前記領域内２８での強度分布を有する光（スポット光）であり、前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光（拡散光）であり、前記第２の受光は、前記第１の受光よりも長い積算時間及び大きい増幅率の少なくとも一方を含むことを特徴とする。これによりさらなる高精度の計測が可能となる。
本実施形態にかかる投受光装置２００は、第１の光を投光する第１投光部１－３と、第２の光を投光する第２投光部１－１と、領域内２８の物体２６で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部２と、を備え、前記第１の光２７を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光２９を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、前記第１の光は、前記領域内２８での強度分布を有する光（スポット光）であり、前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光（拡散光）であり、前記第２の受光は、前記第１の受光よりも長い積算時間及び大きい増幅率の少なくとも一方を含むことを特徴とする。これによりさらなる高精度の計測が可能となる。
【0199】
＜３＞
本実施形態にかかる投受光装置２００は、前記第１投光部１－３および前記第２投光部１－１から投光される前記第１の光および前記第２の光の積算光量、または前記受光部の積算時間、増幅率を制御する制御部（駆動条件設定部１５０など）を備えることを特徴とした＜１＞および＜２＞に記載した投受光装置であることを特徴とする。これによりさらなる高精度の計測が可能となる。
本実施形態にかかる投受光装置２００は、前記第１投光部１－３および前記第２投光部１－１から投光される前記第１の光および前記第２の光の積算光量、または前記受光部の積算時間、増幅率を制御する制御部（駆動条件設定部１５０など）を備えることを特徴とした＜１＞および＜２＞に記載した投受光装置であることを特徴とする。これによりさらなる高精度の計測が可能となる。
【0200】
＜４＞
本実施形態にかかる投受光装置２００は、前記第１投光部および前記第２投光部は複数の光源からなり、発光する光源数を変化させることによって積算光量を制御することを特徴とした＜１＞～＜３＞に記載した投受光装置であることを特徴とする。これにより、複数の光源によって分担して積算光量を維持できる。大きな光を放つための発熱によって光源部１０が高温になってしまうことを避けることができる。さらなる高精度の計測が可能となる。
本実施形態にかかる投受光装置２００は、前記第１投光部および前記第２投光部は複数の光源からなり、発光する光源数を変化させることによって積算光量を制御することを特徴とした＜１＞～＜３＞に記載した投受光装置であることを特徴とする。これにより、複数の光源によって分担して積算光量を維持できる。大きな光を放つための発熱によって光源部１０が高温になってしまうことを避けることができる。さらなる高精度の計測が可能となる。
【0201】
＜５＞
本実施形態にかかる投受光装置２００は、前記第１投光部は第１光源（光源部１０－３など）を含み、前記第２投光部は第２光源（光源部１０－１など）を含み、該第１光源及び該第２光源は各々複数の発光部を有し、前記第２光源の発光部数は前記第１光源の発光部数よりも多いことを特徴とした＜１＞～＜４＞に記載した投受光装置であることを特徴とする。これによりさらなる高精度の計測が可能となる。
本実施形態にかかる投受光装置２００は、前記第１投光部は第１光源（光源部１０－３など）を含み、前記第２投光部は第２光源（光源部１０－１など）を含み、該第１光源及び該第２光源は各々複数の発光部を有し、前記第２光源の発光部数は前記第１光源の発光部数よりも多いことを特徴とした＜１＞～＜４＞に記載した投受光装置であることを特徴とする。これによりさらなる高精度の計測が可能となる。
【0202】
＜６＞
本実施形態にかかる投受光装置２００は、前記投光部から出射される光以外の外光の光量を前記受光部２（もしくは外光取得部１８１）によって検出し、検出された前記外光の光量に基づき前記第１の光の積算光量および前記第２の光の積算光量を変化させることを特徴とした＜１＞～＜５＞に記載した投受光装置であることを特徴とする。これにより、外光によるノイズを低減できる。特に、遠方の計測にも、光強度で有意差を出すことができる光強度に調整することが可能である。遠方のＳ／Ｎ比が改善し、さらなる高精度の計測が可能となる。
本実施形態にかかる投受光装置２００は、前記投光部から出射される光以外の外光の光量を前記受光部２（もしくは外光取得部１８１）によって検出し、検出された前記外光の光量に基づき前記第１の光の積算光量および前記第２の光の積算光量を変化させることを特徴とした＜１＞～＜５＞に記載した投受光装置であることを特徴とする。これにより、外光によるノイズを低減できる。特に、遠方の計測にも、光強度で有意差を出すことができる光強度に調整することが可能である。遠方のＳ／Ｎ比が改善し、さらなる高精度の計測が可能となる。
【0203】
＜７＞
本実施形態にかかる投受光装置２００は、前記第１投光部および前記第２投光部から出射される光以外の外光の光量を前記受光部２（もしくは外光取得部１８１）によって検出し、検出された前記外光の光量に基づき、前記第１の受光の積算時間及び増幅率の少なくとも一方と、前記第２の受光の積算時間及び増幅率のうち少なくとも一方を変化させることを特徴とした＜１＞～＜６＞に記載した投受光装置であることを特徴とする。これにより、外光によるノイズを低減できる。特に、近距離の反射率の高い物体に対して、イメージセンサが飽和してしまう不具合を低減できる。これは増幅率や低下させ、積算時間を減少させることで実現できる。これにより近距離での飽和による不具合が低減でき、近距離の計測が改善し、これによりさらなる高精度の計測が可能となる。
本実施形態にかかる投受光装置２００は、前記第１投光部および前記第２投光部から出射される光以外の外光の光量を前記受光部２（もしくは外光取得部１８１）によって検出し、検出された前記外光の光量に基づき、前記第１の受光の積算時間及び増幅率の少なくとも一方と、前記第２の受光の積算時間及び増幅率のうち少なくとも一方を変化させることを特徴とした＜１＞～＜６＞に記載した投受光装置であることを特徴とする。これにより、外光によるノイズを低減できる。特に、近距離の反射率の高い物体に対して、イメージセンサが飽和してしまう不具合を低減できる。これは増幅率や低下させ、積算時間を減少させることで実現できる。これにより近距離での飽和による不具合が低減でき、近距離の計測が改善し、これによりさらなる高精度の計測が可能となる。
【0204】
＜８＞
本実施形態にかかる投受光装置２００は、前記投受光装置の温度計測を行い、前記計測された温度に基づき、前記第１の光の積算光量と前記第２の光の積算光量の少なくとも一方を変化させ、前記第１の受光の積算時間と増幅率および前記第２の受光の積算時間と増幅率のうち少なくとも１つを変化させることを特徴とした＜１＞～＜７＞に記載した投受光装置であることを特徴とする。発熱による光量低下を避けることができる。これによりさらなる高精度の計測が可能となる。
本実施形態にかかる投受光装置２００は、前記投受光装置の温度計測を行い、前記計測された温度に基づき、前記第１の光の積算光量と前記第２の光の積算光量の少なくとも一方を変化させ、前記第１の受光の積算時間と増幅率および前記第２の受光の積算時間と増幅率のうち少なくとも１つを変化させることを特徴とした＜１＞～＜７＞に記載した投受光装置であることを特徴とする。発熱による光量低下を避けることができる。これによりさらなる高精度の計測が可能となる。
【0205】
＜９＞
本実施形態にかかる投受光装置２００の前記受光部は、光を検出する光検出器を含み、同一の該光検出器により前記第１の受光と前記第２の受光が行われることを特徴とした＜１＞～＜８＞に記載した投受光装置であることを特徴とする。これによりさらなる高精度の計測が可能となる。
本実施形態にかかる投受光装置２００の前記受光部は、光を検出する光検出器を含み、同一の該光検出器により前記第１の受光と前記第２の受光が行われることを特徴とした＜１＞～＜８＞に記載した投受光装置であることを特徴とする。これによりさらなる高精度の計測が可能となる。
【0206】
＜１０＞
本実施形態にかかる測距システム３００は、第１の光を投光する第１投光部と、第２の光を投光する第２投光部と、領域内の物体で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部と、前記受光部によって検出した情報から前記物体の距離情報を演算する距離計算部と、を備え、前記第１の光を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光であり、前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光であり、前記第２の光の積算光量は、前記第１の光の積算光量よりも大きいことを特徴とする。これにより外部のコンピューターのＧＰＵなどの大規模な計算装置を利用することができ、高精度の測距情報を提供できる測距システムを提供できる。
本実施形態にかかる測距システム３００は、第１の光を投光する第１投光部と、第２の光を投光する第２投光部と、領域内の物体で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部と、前記受光部によって検出した情報から前記物体の距離情報を演算する距離計算部と、を備え、前記第１の光を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光であり、前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光であり、前記第２の光の積算光量は、前記第１の光の積算光量よりも大きいことを特徴とする。これにより外部のコンピューターのＧＰＵなどの大規模な計算装置を利用することができ、高精度の測距情報を提供できる測距システムを提供できる。
【0207】
＜１１＞
本実施形態にかかる測距装置１００は、第１の光を投光する第１投光部と、第２の光を投光する第２投光部と、領域内の物体で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部と、を備え、前記第１の光を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光であり、前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光であり、前記第２の受光は、前記第１の受光よりも長い積算時間及び大きい増幅率の少なくとも一方を含むことを特徴とする。これにより高精度の測距情報を提供できる測距装置を提供できる。
本実施形態にかかる測距装置１００は、第１の光を投光する第１投光部と、第２の光を投光する第２投光部と、領域内の物体で反射された、前記第１の光及び前記第２の光を検出する受光部と、を備え、前記第１の光を投光したときの前記受光部による第１の受光と、前記第２の光を投光したときの前記受光部による第２の受光とを行い、前記第１の光は、前記領域内での強度分布を有する光であり、前記第２の光は、前記第１投光部から投光される光よりも前記領域内での強度分布の小さい光であり、前記第２の受光は、前記第１の受光よりも長い積算時間及び大きい増幅率の少なくとも一方を含むことを特徴とする。これにより高精度の測距情報を提供できる測距装置を提供できる。
【符号の説明】
【0208】
１ 投光部
１－１ 投光部（第２の投光部（拡散光）の一例）
１－２ 投光部（第２の投光部（拡散光）の一例）
１－３ 投光部（第１の投光部（スポット光）の一例）
２ 受光部
２ａ イメージセンサ
２ｂ 変換回路
３ ＡＤＣ
４ 制御部
１００ 測距装置
１０ 光源部
１０－１ 第２の光源部（拡散光）
１０－３ 第１の光源部（スポット光）
１１０ 光源（ＶＣＳＥＬなど）
１５０ 駆動条件設定部
１６０ 受光系制御部
１７０ 温度判定部
１８０ 外光判定部
２００ 投受光装置
３００ 測距システム
１－１ 投光部（第２の投光部（拡散光）の一例）
１－２ 投光部（第２の投光部（拡散光）の一例）
１－３ 投光部（第１の投光部（スポット光）の一例）
２ 受光部
２ａ イメージセンサ
２ｂ 変換回路
３ ＡＤＣ
４ 制御部
１００ 測距装置
１０ 光源部
１０－１ 第２の光源部（拡散光）
１０－３ 第１の光源部（スポット光）
１１０ 光源（ＶＣＳＥＬなど）
１５０ 駆動条件設定部
１６０ 受光系制御部
１７０ 温度判定部
１８０ 外光判定部
２００ 投受光装置
３００ 測距システム
【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】
