特開 2024-171857 測距装置および機器

(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】P2024171857

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】測距装置および機器

(51)【国際特許分類】

   G01S 17/894 20200101AFI20241205BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20241205BHJP

   H04N 25/70 20230101ALI20241205BHJP

   G01S 7/481 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

G01S17/894

G01C3/06 120Q

G01C3/06 140

H04N25/70

G01S7/481 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023089115

(22)【出願日】2023-05-30

(71)【出願人】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡村 高志

(72)【発明者】

【氏名】面谷 聡

【テーマコード（参考）】

2F112

5C024

5J084

【Ｆターム（参考）】

2F112AD01

2F112BA06

2F112CA02

2F112CA04

2F112CA05

2F112CA12

2F112DA05

2F112DA25

2F112DA28

2F112DA32

2F112EA05

2F112FA03

2F112FA21

2F112FA41

2F112FA45

2F112GA01

2F112GA10

5C024CY17

5C024EX12

5C024GX03

5C024GX16

5C024GY31

5C024GY39

5C024GY45

5C024HX17

5J084AA05

5J084AD01

5J084BA04

5J084BA36

5J084BA39

5J084BA40

5J084BB01

5J084CA03

5J084CA20

5J084CA65

5J084CA67

5J084EA04

(57)【要約】

【課題】測距精度の向上に有利な技術を提供する。
【解決手段】光源と、光電変換部と、前記光源が発する光を受けた対象物の像を前記光電変換部に形成するための光学系と、前記光電変換部によって光電変換された電気信号に基づいて前記対象物までの距離情報を取得するための演算部と、を備える測距装置であって、前記光学系のフォーカス駆動を制御するフォーカス駆動部をさらに備え、前記フォーカス駆動部は、対象物までの距離を測定する測距動作を行う期間において、フォーカス駆動を行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、光電変換部と、前記光源が発する光を受けた対象物の像を前記光電変換部に形成するための光学系と、前記光電変換部によって光電変換された電気信号に基づいて前記対象物までの距離情報を取得するための演算部と、を備える測距装置であって、
前記光学系のフォーカス駆動を制御するフォーカス駆動部をさらに備え、
前記フォーカス駆動部は、対象物までの距離を測定する測距動作を行う期間において、フォーカス駆動を行うことを特徴とする測距装置。

【請求項2】

前記フォーカス駆動部は、前記光学系の被写界深度が対象物のサーチ範囲に入るようにフォーカス駆動を行うことを特徴とする請求項１に記載の測距装置。

【請求項3】

前記フォーカス駆動部は、仮想的な被写体距離が断続的または連続的に変化するようにフォーカス駆動を行うことを特徴とする請求項１に記載の測距装置。

【請求項4】

前記測距動作において、前記測距装置は、前記光源の発光から前記光電変換部が露光動作を行うまでの待機時間が互いに異なる複数の撮影動作を行い、
前記フォーカス駆動部は、前記複数の撮影動作のそれぞれの前記待機時間によって決まる測距距離に応じて、仮想的な被写体距離が変化するようにフォーカス駆動を行うことを特徴とする請求項１に記載の測距装置。

【請求項5】

前記フォーカス駆動部は、前記複数の撮影動作のそれぞれの撮影動作に応じて、断続的に仮想的な被写体距離が変化するようにフォーカス駆動を行うことを特徴とする請求項４に記載の測距装置。

【請求項6】

前記待機時間は、前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも長くなるように制御され、
前記複数の撮影動作のうち最初の撮影動作における前記待機時間によって決まる測距距離は、前記光学系の前記最初の撮影動作における合焦位置の前方被写界深度の範囲であり、
前記複数の撮影動作のうち最後の撮影動作における前記待機時間によって決まる測距距離は、前記光学系の前記最後の撮影動作における合焦位置の後方被写界深度の範囲であることを特徴とする請求項４に記載の測距装置。

【請求項7】

前記待機時間は、前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも短くなるように制御され、
前記複数の撮影動作のうち最初の撮影動作における前記待機時間によって決まる測距距離は、前記光学系の前記最初の撮影動作における合焦位置の後方被写界深度の範囲であり、
前記複数の撮影動作のうち最後の撮影動作における前記待機時間によって決まる測距距離は、前記光学系の前記最後の撮影動作における合焦位置の前方被写界深度の範囲であることを特徴とする請求項４に記載の測距装置。

【請求項8】

前記測距動作を含む複数の測距動作が行われ、
前記複数の測距動作は、連続する第１測距動作と第２測距動作とを含み、
前記第１測距動作において、前記待機時間が前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも長くなるように制御される場合、前記第２測距動作において、前記待機時間が前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも短くなるように制御され、
前記第１測距動作において、前記待機時間が前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも短くなるように制御される場合、前記第２測距動作において、前記待機時間が前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも長くなるように制御されることを特徴とする請求項４に記載の測距装置。

【請求項9】

前記複数の測距動作のうち前記待機時間が前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも長くなる測距動作において、前記複数の撮影動作のうち最初の撮影動作における前記待機時間によって決まる測距距離は、前記光学系の前記最初の撮影動作における合焦位置の前方被写界深度の範囲であり、かつ、前記複数の撮影動作のうち最後の撮影動作における前記待機時間によって決まる測距距離は、前記光学系の前記最後の撮影動作における合焦位置の後方被写界深度の範囲であり、
前記複数の測距動作のうち前記待機時間が前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも短くなる測距動作において、前記最初の撮影動作における前記待機時間によって決まる測距距離は、前記光学系の前記最初の撮影動作における合焦位置の後方被写界深度の範囲であり、かつ、前記最後の撮影動作における前記待機時間によって決まる測距距離は、前記光学系の前記最後の撮影動作における合焦位置の前方被写界深度の範囲であることを特徴とする請求項８に記載の測距装置。

【請求項10】

前記光電変換部には複数の画素が配され、
前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて、前記複数の画素のそれぞれから前記電気信号が出力されることを特徴とする請求項４に記載の測距装置。

【請求項11】

前記光電変換部には複数の画素が配され、
前記測距動作において、前記複数の画素から１回ずつ前記電気信号が出力され、
前記フォーカス駆動部は、前記光電変換部における前記複数の画素が配された位置に応じて、仮想的な被写体距離が変化するようにフォーカス駆動を行うことを特徴とする請求項１に記載の測距装置。

【請求項12】

前記複数の画素は、前記光電変換部において複数の行を構成するように配され、
前記測距動作において、前記測距装置は、前記複数の画素のそれぞれの行ごとに前記光源の発光から反射光を検出するまでの時間計測を行う撮影動作を行い、
最初に前記撮影動作が行われる行から第１行までの間、前記フォーカス駆動部は、仮想的な被写体距離を第１距離に設定し、
前記第１行の次に前記撮影動作が行われる行から第２行までの間、前記フォーカス駆動部は、仮想的な被写体距離を第２距離に設定することを特徴とする請求項１１に記載の測距装置。

【請求項13】

前記第２行が、前記測距動作において最後に前記撮影動作が行われる行であることを特徴とする請求項１２に記載の測距装置。

【請求項14】

前記複数の画素のそれぞれが、アバランシェフォトダイオードを備えることを特徴とする請求項１０に記載の測距装置。

【請求項15】

請求項１乃至１４の何れか１項に記載の測距装置と、
前記測距装置から出力された信号を処理する処理装置と、
を備えることを特徴とする機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測距装置および機器に関する。

【背景技術】

【0002】

光源から光を射出し、対象物で反射された反射光を検出することによって測距を行うＴｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ（ＴｏＦ）方式の測距装置が知られている。特許文献１には、時間分解能を高めるために単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）を用いた測距装置が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開２０１７／００５２０６５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＴｏＦ方式の測距装置において、焦点が合っていない距離に存在する対象物は、物体の境界（エッジ）がぼけてしまうため、精度が高い測距を行うことが難しい。また、焦点が合う範囲（被写界深度）を拡張するためにＦ値（絞り値）が大きいレンズを用いると、センサが取り込む光量が減少し、測距精度が低下してしまう。

【0005】

本発明は、測距精度の向上に有利な技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る測距装置は、光源と、光電変換部と、前記光源が発する光を受けた対象物の像を前記光電変換部に形成するための光学系と、前記光電変換部によって光電変換された電気信号に基づいて前記対象物までの距離情報を取得するための演算部と、を備える測距装置であって、前記光学系のフォーカス駆動を制御するフォーカス駆動部をさらに備え、前記フォーカス駆動部は、対象物までの距離を測定する測距動作を行う期間において、フォーカス駆動を行うことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、測距精度の向上に有利な技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態の測距装置の構成例を示すブロック図。

【図2】図１の測距装置の受光部の構成例を示すブロック図。

【図3】図１の測距装置の画素の構成例を示すブロック図。

【図4】図１の測距装置の時間ゲート型ＴｏＦ方式の露光タイミング図。

【図5】図１の測距装置の対象物と被写界深度との関係を示す図。

【図6】図１の測距装置のフォーカス駆動を示す図。

【図7】図１の測距装置の被写界深度を説明する図。

【図8】図１の測距装置の合焦位置と被写界深度との関係を示す図。

【図9】図１の測距装置のフォーカス駆動を示す図。

【図10】図１の測距装置のフォーカス駆動を示す図。

【図11】図１の測距装置の変形例を示すブロック図。

【図12】図１１の測距装置の受光部の構成例を示すブロック図。

【図13】図１１の測距装置の画素の構成例を示すブロック図。

【図14】図１１の測距装置のフォーカス駆動を示す図。

【図15】図１の測距装置が組み込まれた機器の構成例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0010】

図１～図１４を参照して、本開示の測距装置について説明する。図１は、本実施形態における測距装置１００の構成例を概略的に示すブロック図である。図１に示されるように、測距装置１００は、タイミング制御部１０１、発光部１０２、光学系１０３、受光部１０４、演算部１０５、フォーカス駆動部１０６を含む。

【0011】

タイミング制御部１０１は、測距装置１００に配された各構成要素の動作タイミングを制御する。より具体的には、タイミング制御部１０１は、発光部１０２が発光するタイミングを制御する制御信号を発光部１０２に出力する。また、タイミング制御部１０１は、受光部１０４が露光動作を行うタイミングを制御する制御信号を受光部１０４に出力する。さらに、タイミング制御部１０１は、フォーカス駆動部１０６がフォーカス駆動を行うタイミングを制御する制御信号をフォーカス駆動部１０６に出力する。

【0012】

発光部１０２は、タイミング制御部１０１からの制御信号に基づいて発光する光源１１２を備える。光源１１２として、例えば、半導体レーザダイオードが用いられる。その場合に、光源１１２は、タイミング制御部１０１から供給される制御信号に応じて所定のパルス幅を有するレーザ光を発光する。発光部１０２には、拡散板などの光学部材（不図示）が配され、光源１１２から発せられた光は、所定の２次元範囲に拡散され照射される。

【0013】

光学系１０３は、発光部１０２の光源１１２が発する光を受けた対象物１１０の像を受光部１０４に配された光電変換部に形成する。光学系１０３は、例えば、１つ以上のレンズによって構成される。光学系１０３は、発光部１０２の光源１１２から発せられた光が対象物１１０に反射した反射光を受光部１０４へと結像する、ともいえる。

【0014】

受光部１０４は、所謂、イメージセンサを含む。受光部１０４は、例えば、ＣＭＯＳセンサや、アバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤと示す場合がある。）を用いたＳＰＡＤセンサなどであってもよい。受光部１０４は、光学系１０３によって結像された光学像を電気信号に変換する。

【0015】

演算部１０５は、受光部１０４に配された光電変換部によって光電変換された電気信号に基づいて対象物１１０までの距離情報を取得するために配される。演算部１０５は、得られた距離情報から３次元距離画像を生成してもよい。演算部１０５には、ＣＰＵやＡＳＩＣなどの半導体デバイスが用いられてもよい。

【0016】

フォーカス駆動部１０６は、光学系１０３のフォーカス駆動を制御する。フォーカス駆動とは、光学系１０３によって受光部１０４に形成される像の焦点を合わせるための駆動である。例えば、フォーカス駆動とは、光学系１０３の仮想的な被写体距離を変化させる駆動でありうる。ここで、被写体距離とは、光学系１０３の前側主点から被写体までの距離であるが、測距装置１００の測距範囲に被写体（対象物１１０）が常に存在するとは限らないため、「仮想的な」被写体距離と表現する。フォーカス駆動部１０６は、光学系１０３の被写界深度が、例えば、受光部１０４の露光タイミングで決まる対象物のサーチ範囲（目標とする測距距離：測距目標距離）に入るようにフォーカス駆動を行う。フォーカス駆動部１０６は、光学系１０３のレンズなどを移動させるモータなどを含み構成されうる。

【0017】

図２は、本実施形態における受光部１０４の構成例を示すブロック図である。受光部１０４は、光電変換部２０１、制御パルス生成回路２１５、垂直走査回路２１０、水平走査回路２１１、読出回路２１２、信号線２１３、出力回路２１４を含みうる。

【0018】

光電変換部２０１には、複数の画素２０４が２次元アレイ状（行列状）に配されている。画素２０４のそれぞれは、光電変換回路２０２および画素回路２０３を含み構成される。図３を用いて後述するが、本実施形態において、光電変換回路２０２は、光電変換素子としてＡＰＤを備える。本実施形態において、光電変換部２０１に配された画素２０４は、光電変換回路２０２および画素回路２０３を含むが、それに限られることはなく、光電変換部２０１において、少なくとも、ＡＰＤが２次元アレイ状に配されていればよい。光電変換部２０１に入射した光は、光電変換部２０１に配された画素２０４によって電気信号に変換される。画素回路２０３は、光電変換回路２０２によって光電変換された電気信号を信号線２１３に出力する。

【0019】

垂直走査回路２１０は、制御パルス生成回路２１５から供給された制御パルスに従って、画素２０４のそれぞれに制御パルスを供給する。垂直走査回路２１０には、シフトレジスタやアドレスデコーダなどの論理回路が用いられてもよい。

【0020】

画素２０４のそれぞれの光電変換回路２０２から出力された信号は、画素回路２０３で処理される。画素回路２０３には、カウンタ回路やメモリなどが設けられていてもよい。以下では、画素回路２０３がメモリを備える場合について説明する。メモリにはデジタル値が保持される。

【0021】

水平走査回路２１１は、デジタル信号が保持された画素２０４のそれぞれのメモリから信号を読み出すために、光電変換部２０１に配された複数の画素２０４を列ごとに順次選択する制御パルスを画素回路２０３に供給する。信号線２１３には、選択されている行について、垂直走査回路２１０によって選択された画素２０４の画素回路２０３から信号が出力される。信号線２１３に出力された信号は、出力回路２１４を介して、演算部１０５に出力される。

【0022】

図２に示される構成において、光電変換部２０１には、２次元アレイ状に画素２０４が配されている。しかしながら、それに限られることはなく、光電変換部２０１には、複数の画素２０４が１次元状に配されていてもよい。また、光電変換部２０１には、単一の画素２０４のみが配されていてもよい。

【0023】

画素回路２０３の機能は、必ずしも全ての画素２０４に１つずつ設けられる必要はない。例えば、複数の画素２０４によって１つの画素回路２０３が共有され、順次、信号処理が行われてもよい。

【0024】

図３は、本実施形態における画素２０４の構成例を示すブロック図である。上述の通り、画素２０４は、光電変換回路２０２と画素回路２０３とを含む。図３に示される構成において、光電変換回路２０２としてＡＰＤ３０１が用いられる。また、画素回路２０３は、クエンチ素子３０２、波形整形回路３０３、ゲート素子３０４、光量値保持回路３０５を含む。光量値保持回路３０５は、上述の画素回路２０３が備えるメモリに相当する。

【0025】

ＡＰＤ３０１は、アバランシェ電流を制御するクエンチ素子３０２に接続される。ＡＰＤ３０１から波形整形回路３０３を介して出力される光子検出信号は、ゲート素子３０４に入力されるゲート信号ＧＡＴＥによって時間的に制御される。ゲート素子３０４の出力は、光量値保持回路３０５に入力する。

【0026】

ＡＰＤ３０１は、光電変換によって入射光に応じた電荷対を生成する。ＡＰＤ３０１のカソードにはアノードに供給される電位ＶＬよりも高い電位ＶＨに基づく電位が供給される。ＡＰＤ３０１のアノードとカソードとの間には、ＡＰＤ３０１に入射したフォトンがアバランシェ増倍されるような逆バイアスがかかるように、電位ＶＨおよび電位ＶＬが供給される。このような逆バイアスを供給した状態で光電変換することで、ＡＰＤ３０１において入射光によって生じた電荷がアバランシェ増倍を起こしアバランシェ電流が発生する。

【0027】

逆バイアスが供給される場合において、アノードとカソードとの間の電位差（電圧）が降伏電圧より大きい場合には、ＡＰＤ３０１は、ガイガーモード動作になる。以下では、ガイガーモード動作を用いて単一光子レベルの微弱信号を高速検出するＡＰＤ３０１を、Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ（ＳＰＡＤ）と呼ぶ場合がある。本実施形態では、微弱信号を高速検出するためにＳＰＡＤを用いるが、ＡＰＤ３０１の動作モードは、降伏電圧以下の電圧でアバランシェ増倍させるリニアモード動作であってもよい。

【0028】

クエンチ素子３０２は、ＡＰＤ３０１で生じたアバランシェ電流の変化を電圧信号に変換する機能を有する。ＡＰＤ３０１においてアバランシェ増倍により光電流が増倍されると、増倍した電荷によって得られる電流が、ＡＰＤ３０１とクエンチ素子３０２との接続ノードに流れる。この電流による電圧降下によって、ＡＰＤ３０１のカソードの電位が下がり、ＡＰＤ３０１は、電子なだれを形成しなくなる。これによって、ＡＰＤ３０１のアバランシェ増倍が停止する。その後、電源の電位ＶＨがクエンチ素子３０２を介してＡＰＤ３０１のカソードに供給されるため、ＡＰＤ３０１のカソードに供給される電位が電位ＶＨに戻る。つまり、ＡＰＤ３０１の動作領域は再びガイガーモード動作となる。このように、クエンチ素子３０２は、アバランシェ増倍による電荷の増倍時に負荷回路（クエンチ素子）として機能し、アバランシェ増倍を抑制する働きを持つ（クエンチ動作）。また、クエンチ素子３０２は、アバランシェ増倍を抑制した後に、ＡＰＤ３０１の動作領域を再びガイガーモードにする働きを持つ（リチャージ動作）。

【0029】

波形整形回路３０３には、例えば、インバータ回路が用いられる。波形整形回路３０３は、光子検出時に得られるＡＰＤ３０１のカソードの電位変化を整形し、パルス信号を出力する。

【0030】

ゲート素子３０４には、例えば、ＡＮＤ回路が用いられ、ゲート信号ＧＡＴＥのＨｉｇｈ／Ｌｏｗレベルを制御することによって画素２０４の露光動作を行う期間を調整している。露光動作を行う期間とは、ＡＰＤ３０１において光子検出を可能な期間であり、かつ、ＡＰＤ３０１の電位変化が波形整形回路３０３によって変換されたパルス信号が光量値保持回路３０５に出力される期間を指す。また、画素２０４において露光動作を行わない期間を非露光期間と呼ぶ。非露光期間は、波形整形回路３０３からパルス信号が光量値保持回路３０５に出力されない期間である。図３において、ゲート信号ＧＡＴＥがＨｉｇｈレベルの場合に露光動作を行う期間になり、Ｌｏｗレベルの場合に非露光期間になる。

【0031】

光量値保持回路３０５は、信号線２１３に信号が出力されるように接続されている。光量値保持回路３０５から出力される信号値（電気信号）に基づき、演算部１０５は、対象物１１０までの距離情報を取得し、測距を行うことが可能になる。したがって、信号線２１３は、少なくとも光量値保持回路３０５から出力されるビット数の信号を出力できるような本数で構成されている。

【0032】

図４は、本実施形態における時間ゲート型ＴｏＦ方式の露光タイミングを示す図である。本実施形態では、対象物１１０までの距離を測定する１回の測距動作を行う期間において、光源１１２の発光から光電変換部２０１に配された画素２０４が露光動作を行うまでの時間を変化させながら複数フレームにわたる撮影動作を行う。図４では、それぞれ撮影動作を行う各フレームをサブフレームと定義している。

【0033】

図４において、各サブフレームの白色で示す範囲が、光電変換部２０１（画素２０４）において露光動作を行う期間であり、黒色で示す範囲が、非露光期間である。図４では、測距装置１００からの距離と発光から反射光が検出されるまでの時間との関係を分かりやすくするために、１回の発光に対して複数のサブフレームを並べて描かれている。しかしながら、実際の駆動では、１回目の発光で第１サブフレームの反射光の検出がなされる。次いで、２回目の発光で第２サブフレームの反射光の検出がなされる。そして、Ｎ回目の発光で第Ｎサブフレームの反射光の検出がなされる。つまり、第１サブフレームから第Ｎサブフレームまで、順番に直列状に撮影動作（発光および反射光の検出）が行われる。第１サブフレームから第Ｎサブフレームまで撮影動作が完了すると１枚の測距フレームが取得でき、１回の測距動作が完了する。以降、例えば、同様の動作を繰り返す。本実施形態において、複数の撮影動作（サブフレーム）のそれぞれにおいて、複数の画素２０４のそれぞれから電気信号が出力されうる。

【0034】

発光部１０２に配された光源１１２の発光タイミングに対して、露光動作を行う開始タイミングと終了タイミングとの相対的なタイミングをずらしながらＮ回の反射光検出を行う。つまり、露光動作を行う開始タイミングを少しずつずらして線形に走査しながら、反射光を検出することによって、所定の測距範囲に対して、各撮影動作（サブフレーム）におけるサーチ範囲（測距目標距離）の光子量（画素値）を取得できる。測距装置１００が、光源１１２の発光から光電変換部２０１が露光動作を行うまでの待機時間が互いに異なる複数の撮影動作を行うことによって、このように、測距が可能になる。

【0035】

ここで、図４では、それぞれの撮影動作（サブフレーム）は、１回の発光および１回の露光動作しか図示されていないが、各撮影動作を複数回にわたり繰り返して得られた信号を加算し、測距が行われてもよい。それによって、反射光を検出する精度を向上させることができる。また、図４に示される例では、光源１１２の発光から光電変換部２０１が露光動作を行うまでの待機時間が、複数の撮影動作（サブフレーム）のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作（サブフレーム）よりも長くなるように制御され、近距離から遠距離の方向に露光タイミングをずらして測距している。しかしながら、それに限られることはなく、遠距離から近距離の方向に露光タイミングをずらして測距してもよい。

【0036】

図４に示される例では、対象物１１０の反射光が、第５サブフレーム（１回の測距動作における５回目の撮影動作ともいえる。）の露光動作で受光されており、その他のサブフレームでは対象物が存在しないため、反射光は検出されない。演算部１０５は、光量値保持回路３０５から出力される各撮影動作（サブフレーム）の光子量（画素値：電気信号）から得られる画素値ヒストグラムのピークを検出することによって、距離情報を取得することができる。

【0037】

次いで、図５、図６を用いて、フォーカス駆動部１０６の動作について説明する。図５に示されるように、測距装置１００から距離ｄ_１１０に対象物１１０が配され、距離ｄ_１１０よりも遠い距離ｄ_１１１に対象物１１１が配されている。被写界深度５００は、焦点（ピントとも呼ばれうる。）を距離ｄ_１１０に合わせた場合の被写界深度である。被写界深度５０１は、焦点を距離ｄ_１１１に合わせた場合の被写界深度である。ここで、測距装置１００から見て対象物１１０と対象物１１１とは距離方向に重なっていない（測距装置１００から見通せる）ものとする。

【0038】

対象物１１０と対象物１１１とを含む距離の範囲を測距する場合、対象物１１０の距離ｄ_１１０に焦点を合わせると、被写界深度５００より後方にある対象物１１１には焦点が合わずに対象物１１１の像がぼけてしまう（所謂、ピンぼけ）。また、対象物１１１の距離ｄ_１１１に焦点を合わせると、被写界深度５０１より前方にある対象物１１０には焦点が合わずに対象物１１０の像がぼけてしまう。また、図示されていないが、距離ｄ_１１０と距離ｄ_１１１との間のどの位置に焦点を設定しても、対象物１１０と対象物１１１との両方が被写界深度の範囲内に入ることはなく、少なくともどちらか一方はピンぼけする。そのような場合、光学系１０３の仮想的な被写体距離（合焦位置）を固定した状態では、対象物１１０と対象物１１１とを含む距離範囲を測距することは難しく、レンズのＦ値を大きくして被写界深度を拡げる必要がある。しかしながら、レンズのＦ値を大きくすると、受光部１０４に取り込まれる反射光の光量が減少するため、測距精度が低下してしまう。そこで、本実施形態において、フォーカス駆動部１０６が、対象物１１０、１１１までの距離を測定する測距動作を行う期間において、フォーカス駆動を行う。

【0039】

図６は、時間軸に対するフォーカス駆動による合焦位置を示す。ここで、合焦位置とは、測距装置１００の前側主点から仮想的な被写体距離にある位置のことである。したがって、以下では、合焦位置と仮想的な被写体距離とは、同様の意味を有しうる。横軸（時間軸）に並ぶ↑のタイミングで、タイミング制御部１０１は、図４で示されるように近距離から遠距離の方向に露光タイミングをずらしていき、第１サブフレーム（最近距離）から第Ｎサブフレーム（最遠距離）までの撮影動作を行う。また、フォーカス駆動部１０６は、複数の撮影動作のそれぞれの光源１１２の発光から光電変換部２０１が露光動作を行うまでの待機時間によって決まる測距距離に応じて、仮想的な被写体距離が変化するようにフォーカス駆動を行う。例えば、フォーカス駆動部１０６は、露光タイミングによって一意に決まるサーチ範囲（測距目標距離）と同じになるように合焦位置を変化させる。図６に示されるように、フォーカス駆動部１０６は、複数のサブフレームにおける撮影動作のそれぞれの撮影動作に応じて、断続的に仮想的な被写体距離が変化するようにフォーカス駆動を行ってもよい。そして、第Ｎサブフレームの撮影動作が完了すると、次の測距動作の第１サブフレームの撮影動作に戻り、同様の動作を行う。

【0040】

図４を用いて説明したように、時間ゲート型ＴｏＦ方式では、対象物（例えば、対象物１１０、１１１）の有無に関わらず１回の撮影動作で測距する距離（サーチ範囲、測距目標距離）が予め決まっており、その対象物のサーチ範囲に合わせて露光タイミングを制御する。そのため、サーチ範囲が合焦位置になるようフォーカス駆動することによって、全てのサーチ範囲に対して焦点が合った状態で撮影動作を行い、測距することができる。

【0041】

以上のように、フォーカス駆動部１０６は、対象物までの距離を測定する測距動作を行う期間において、フォーカス駆動を行う。それによって、それぞれの撮影動作における光源１１２の発光から光電変換部２０１が露光動作を行うまでの待機時間によって決まる測距距離に合焦位置を合わせながらＴｏＦ方式の測距を行うことができる。結果として、広い測距範囲において対象物のエッジがぼける（ピンぼけする）ことなく、精度が高い測距が可能になる。

【0042】

上述の実施形態では、フォーカス駆動部１０６が、光源１１２の発光から光電変換部２０１が露光動作を行うまでの待機時間によって決まる測距距離に合焦位置を合わせるように、仮想的な被写体距離を変化させることを説明した。しかしながら、発光から露光動作までの待機時間で決まる測距距離が、光学系１０３の被写界深度の範囲内であれば、測距距離に焦点を合わせなくても像がぼけることなく、測距精度も低下する可能性は低い。

【0043】

そこで、本実施形態において、フォーカス駆動部１０６は、発光から露光動作までの待機時間で決まる測距距離が、近距離では前方被写界深度の範囲内に、遠距離では後方被写界深度の範囲内に入るように、仮想的な被写体距離を変化させる。それによって、フォーカス駆動による仮想的な被写体距離の変化量が小さくなり、光学系１０３の負荷を軽減できる。

【0044】

光学系１０３の被写界深度を考慮した実施形態について図７～９を用いて説明する。図１～４を用いて説明した測距装置１００の構成は、本実施形態でも同様であってもよいため、ここでは説明を適宜省略し、フォーカス駆動部１０６の図６を用いて説明した動作と異なる点を中心に詳細を説明する。

【0045】

図７は、被写界深度について説明する図である。被写界深度は、焦点が合っているように見える範囲のことであり、合焦位置の前後に前方被写界深度と後方被写界深度がある。前方被写界深度および後方被写界深度は、以下の式で求められる。ここで、Ｆ値以外の単位は長さの単位、例えば、ミリメートル（ｍｍ）である。
前方被写界深度
≒（許容錯乱円径×Ｆ値×合焦点距離^２）／（焦点距離^２＋許容錯乱円径×Ｆ値×合焦点距離）・・・（１）
後方被写界深度
≒（許容錯乱円径×Ｆ値×合焦点距離^２）／（焦点距離^２－許容錯乱円径×Ｆ値×合焦点距離）・・・（２）
被写界深度＝前方被写界深度＋後方被写界深度・・・（３）

【0046】

図８は、レンズの焦点距離を１０ｍｍ、許容錯乱円径を５μｍ、Ｆ値を１．４とした場合の合焦点距離と被写界深度の関係を示す。例えば、発光から露光動作までの待機時間で決まる測距距離が５ｍの撮影動作を行う場合を考える。この場合に、点ａの３．７ｍに合焦点距離を合わせると被写界遠点が５ｍになり、点ｂの７．６ｍに合焦点距離を合わせると被写界近点が５ｍになる。つまり、３．７ｍから７．６ｍの範囲に合焦点距離を合わせると測距距離５ｍが被写界深度の範囲内に収まり、像がぼけることなく測距することができる。

【0047】

図９は、本実施形態におけるフォーカス駆動部１０６のフォーカス駆動の例を説明する図である。発光から露光動作までの待機時間で決まる測距距離が点線、フォーカス駆動による合焦位置が実線で示されている。測距距離は、図６に示される例と同様に、近距離から遠距離の方向に一定の間隔でずらしている。一方、合焦位置は、測距距離に合わせるのではなく、近距離では測距目標距離より後方に焦点を合わせて、測距距離が前方被写界深度の範囲内に入るようにし、遠距離では、測距距離より前方に焦点を合わせて、測距距離が後方被写界深度の範囲内に入るようにフォーカス駆動している。つまり、発光から露光動作までの待機時間が、複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも長くなるように制御される場合に、複数の撮影動作のうち最初の撮影動作における待機時間によって決まる測距距離は、光学系１０３の最初の撮影動作における合焦位置の前方被写界深度の範囲であり、複数の撮影動作のうち最後の撮影動作における待機時間によって決まる測距距離は、光学系１０３の最後の撮影動作における合焦位置の後方被写界深度の範囲であるように設定される。そして、図９に示されるように、フォーカス駆動部１０６は、仮想的な被写体距離（合焦位置）が連続的に変化するようにフォーカス駆動を行う。

【0048】

以上のように、発光から露光動作までの待機時間で決まる測距距離が被写界深度の範囲内に入るようにフォーカス制御する。それによって、光学系１０３の焦点を合わせるための変化量が図６に示される構成よりも小さくなり、光学系１０３の負荷を下げることができる。

【0049】

図９に示される動作では、フォーカス駆動部１０６は、仮想的な被写体距離（合焦位置）が連続的に変化するようにフォーカス駆動を行うが、図６に示されるように、断続的に変化するようにフォーカス駆動を行ってもよい。また、発光から露光動作までの待機時間で決まる測距距離は、遠距離から近距離の方向に一定の間隔でずらしてもよい。つまり、発光から露光動作までの待機時間が、複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも短くなるように制御される場合に、複数の撮影動作のうち最初の撮影動作における待機時間によって決まる測距距離は、光学系１０３の最初の撮影動作における合焦位置の後方被写界深度の範囲であり、複数の撮影動作のうち最後の撮影動作における待機時間によって決まる測距距離は、光学系１０３の最後の撮影動作における合焦位置の前方被写界深度の範囲であるように設定されてもよい。そして、フォーカス駆動部１０６は、仮想的な被写体距離（合焦位置）が連続的または断続的に変化するようにフォーカス駆動を行ってもよい。

【0050】

図９に示される動作では、フォーカス駆動部１０６は、発光から露光までの待機時間で決まる測距距離が、近距離では前方被写界深度の範囲内に、遠距離では後方被写界深度の範囲内に入るように焦点を合わせることで、光学系１０３の負荷を軽減した。しかしながら、図６に示される動作と同様に、測距動作におけるそれぞれの撮影動作（サブフレーム）では近距離から遠距離の方向に測距していく。そのため、測距動作間で合焦位置を遠距離から近距離まで戻す際に、光学系１０３の合焦位置の変化量が大きくなり、光学系１０３の負荷も大きくなってしまう可能性がある。そこで、図１０に示されるように、測距動作における測距順序を変更することで、測距動作間の焦点位置の変化量を小さくし、光学系１０３の負荷を軽減してもよい。

【0051】

図６、図９に示される動作では、測距動作のそれぞれにおいて発光から露光までの待機時間によって決まる測距距離が、近距離から遠距離の方向に順番に測距している。つまり、図４に示されるそれぞれの撮影動作で測距できる距離範囲の各々を第１サブフレームから順番にＤ_１、Ｄ_２、Ｄ_３・・・Ｄ_Ｎとする。その場合に、図６、図９に示される動作では、Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３・・・Ｄ_Ｎ（近→遠）の順番に応じて、合焦位置を撮影動作間で変更している。それに対して、図１０に示される動作は、Ｄ_１、Ｄ_３、Ｄ_５・・・Ｄ_Ｎ－１、Ｄ_Ｎ、Ｄ_Ｎ－２・・・Ｄ_６、Ｄ_４、Ｄ_２（近→遠→近）の順番に応じて、合焦位置を変更する（この例では、Ｎは偶数とする）。それによって、図６、図９に示される動作では測距動作間で次の測距動作に移る際に、測距距離は最も遠距離から最も近距離（Ｄ_Ｎ→Ｄ_１）に変化するが、図１０に示される動作では、互いに隣り合う変化（Ｄ_Ｎ－１→Ｄ_Ｎ、または、Ｄ_２→Ｄ_１）になる。つまり、複数の測距動作は、連続する第１測距動作と第２測距動作とを含み、第１測距動作において、発光から露光までの待機時間が複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも長くなるように制御される場合、第２測距動作において、待機時間が複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも短くなるように制御される。また、第１測距動作において、発光から露光までの待機時間が複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも短くなるように制御される場合、第２測距動作において、待機時間が複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも長くなるように制御される。

【0052】

図１０には、発光から露光動作までの待機時間で決まる測距距離が点線、フォーカス駆動による合焦位置が実線で示されている。上述の通り、測距距離は、測距動作内で近距離から遠距離、または、遠距離から近距離の順番に測距するよう発光および露光のタイミングが制御され、合焦位置は、測距距離の順番に合わせて変化する。この場合に、フォーカス駆動部１０６は、図９に示される動作と同様に、測距距離が合焦位置の被写界深度の範囲内に入るようにフォーカス駆動を行ってもよい。それによって、合焦位置の変化量を小さくすることができる。しかしながら、それに限られることはなく、図６に示されるように、発光から露光動作までの待機時間で決まる焦点距離と、合焦位置と、が一致するようにフォーカス駆動が行われてもよい。

【0053】

また、図１０に示される動作では、図６、図９に示される動作に対して、１回の測距動作で行われる撮影動作（サブフレーム）が半分になっている。しかしながら、それに限られることはない。例えば、１回目の測距動作で測距できる距離範囲の各々を第１サブフレームから順番にＤ_１、Ｄ_２、Ｄ_３・・・Ｄ_Ｎとする。次いで、２回目の測距動作で測距できる距離範囲の各々を第１サブフレームから順番にＤ_Ｎ、Ｄ_Ｎ－１、Ｄ_Ｎ－２・・・Ｄ_１とする。３回目の測距動作では１回目の測距動作と同様の測距、４回目の測距動作で２回目の測距動作と同様の測距を行い、以降、同様の測距動作を繰り返してもよい。

【0054】

以上のように、図１０に示されるように、測距動作間でフォーカス駆動における合焦位置の変化量が小さくなるような測距順序に基づいて、発光および露光のタイミングと、フォーカス駆動と、が制御される。それによって、図６、図９に示される動作と比較して、光学系１０３の負荷をさらに下げることが可能になる。

【0055】

上述の各実施形態では、時間ゲート型ＴｏＦ方式を用いた測距装置１００を例に説明した。これに対し、以下の実施形態では、図１１～図１４を参照して、直接ＴｏＦ方式の測距装置１１００でフォーカス駆動を行う例について説明する。

【0056】

直接ＴｏＦ方式は、レーザ光の発光から反射光を受光するまでの飛行時間を直接計測し、対象物１１１０までの距離を算出する方式である。直接ＴｏＦ方式では、１回の測距動作で受光部１０４の光電変換部２０１に配された複数の画素１２０４から１回ずつ電気信号が出力され、画素１２０４ごとに異なる飛行時間（＝距離）を測定する。そのため、上述の時間ゲート型ＴｏＦ方式のように測距動作の開始時に予め測距距離が決まっているわけではない。しかしながら、撮影範囲内の領域に応じて測距したい距離が予め決まっている場合がある。本実施形態では、そのような場合に光電変換部２０１の画素１２０４が配された位置に応じて、仮想的な被写体距離が変化するようにフォーカス駆動を行い、測距範囲の拡張および測距精度の向上を図る。

【0057】

図１１は、本実施形態に係る測距装置１１００の構成例を概略的に示すブロック図である。測距装置１１００のブロック構成は、図１に示される構成と同様であり、タイミング制御部１１０１、発光部１１０２、光学系１１０３、受光部１１０４、演算部１１０５、フォーカス駆動部１１０６を含む。

【0058】

タイミング制御部１１０１は、測距装置１１００に配された各構成要素の動作タイミングを制御する。より具体的には、タイミング制御部１１０１は、発光部１１０２が発光するタイミングを制御する制御信号を発光部１１０２に出力する。また、タイミング制御部１１０１は、受光部１１０４に配された後述するＴｉｍｅ‐ｔｏ‐Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ(ＴＤＣ）部１２０１が時間計測を開始するタイミングを制御する制御信号をＴＤＣ部１２０１に出力する。さらに、タイミング制御部１１０１は、フォーカス駆動部１１０６がフォーカス駆動を行うタイミングを制御する制御信号をフォーカス駆動部１１０６に出力する。

【0059】

発光部１１０２は、タイミング制御部１１０１からの制御信号に基づいて発光する光源１１１２を備える。光源１１１２として、例えば、半導体レーザダイオードが用いられる。その場合に、光源１１１２は、タイミング制御部１１０１から供給される制御信号に応じて所定のパルス幅を有するレーザ光を発光する。発光部１１０２（光源１１１２）には、光電変換部２０１に配される画素１２０４の１行分に対応する発光素子が配されていてもよい。発光部１１０２の１回の発光に応じた１回の撮影動作（発光→受光）で１次元の距離情報が得られる。１行ずつ垂直方向に撮影動作を行う画素行をスキャンすることによって２次元の距離情報を得ることができる。つまり、測距動作において、測距装置１１００は、複数の画素１２０４のそれぞれの行ごとに光源１１１２の発光から反射光を検出するまでの時間計測を行う撮影動作を行う。外来光などのノイズの影響を除去するために、複数回にわたる測距動作を行い、１つの測距データが生成されてもよい。レーザ光の照射は、水平方向および垂直方向に２次元的にスキャンするラスタースキャンでもよいし、上述の発光部１０２と同様に、１回の撮影動作で２次元範囲に照射するフラッシュ方式でもよい。

【0060】

光学系１１０３は、発光部１１０２の光源１１１２が発する光を受けた対象物１１１０の像を受光部１０４に配された光電変換部２０１に形成する。光学系１１０３は、例えば、１つ以上のレンズによって構成される。光学系１１０３は、発光部１１０２の光源１１１２から発せられた光が対象物１１１０に反射した反射光を受光部１０４へと結像する、ともいえる。

【0061】

受光部１１０４は、所謂、イメージセンサを含む。受光部１１０４は、例えば、ＣＭＯＳセンサや、ＳＰＡＤセンサなどであってもよい。受光部１１０４は、光学系１１０３によって結像された光学像を電気信号に変換する。この電気信号に基づいて、後述するＴＤＣ部１２０１によって光源１１１２の発光から反射光の受光までの時間計測が行われ、デジタル値に変換される。

【0062】

演算部１１０５は、受光部１１０４のＴＤＣ部１２０１から出力される画素１２０４ごとの複数回にわたる時間計測値からヒストグラムを生成し、ピークとなる時間計測値と光速とに基づいて、対象物１１１０までの距離情報を取得する。演算部１１０５は、得られた距離情報から３次元距離画像を生成してもよい。演算部１１０５には、ＣＰＵやＡＳＩＣなどの半導体デバイスが用いられてもよい。

【0063】

フォーカス駆動部１０６は、光学系１０３のフォーカス駆動を制御する。フォーカス駆動部１０６は、受光部１１０４の光電変換部２０１における複数の画素１２０４が配された位置に応じて、予め決められた対象物のサーチ範囲（測距目標距離）が、光学系１０３の被写界深度内に入るようにフォーカス駆動する。

【0064】

図１２は、本実施形態における受光部１１０４の構成例を示すブロック図である。図１３は、本実施形態における画素１２０４の構成例を示すブロック図である。図２および図３と同様であってもよい構成については、同一の参照番号を付して説明を適宜、省略する。

【0065】

図１２に示される受光部１１０４は、画素１２０４の構成と、ＴＤＣ部１２０１を備えている点と、が図２に示される構成と異なっている。図１３に示される画素１２０４は、図３に示される画素回路２０３から、ゲート素子３０４と光量値保持回路３０５とが削除されている。反射光を検出することによって波形整形回路３０３から出力されるパルス信号が信号線２１３を介してＴＤＣ部１２０１に入力される。

【0066】

ＴＤＣ部１２０１は、タイミング制御部１１０１から出力される発光部１１０２の光源１１１２の発光タイミングに同期した時間計測開始信号に同期して、時間計測（カウンタ動作）を開始する。その後、ＴＤＣ部１２０１は、反射光を検出したことに起因するパルス信号を受けて、時間計測（カウンタ動作）を停止することで、レーザ光の発光から反射光を受光するまでの飛行時間が計測できる。計測された時間計測値は、出力回路２１４を介して演算部１１０５に出力される。

【0067】

図１４は、本実施形態におけるフォーカス駆動の例を示す。例えば、車載カメラでは撮像範囲の上側は合焦位置（ピントが合う位置）が遠く、下側は合焦位置が近い傾向にある。そのため、図１４に示される動作では、光電変換部２０１に配された画素２０４のうち上側の半分と下側の半分とで合焦位置を変化させ測距する例が示されている。

【0068】

図１４に示される動作において、光電変換部２０１の上側の半分である最初に時間計測を行う撮影動作が行われる１行目からＮ／２行目までの間、フォーカス駆動部１１０６は、仮想的な被写体距離（合焦位置）を第１距離に設定する。次いで、光電変換部２０１の下側の半分であるＮ／２行の次に撮影動作が行われるＮ／２＋１行目からＮ行目までの間、フォーカス駆動部１１０６は、仮想的な被写体距離（合焦位置）を第１距離よりも短い第２距離に設定する。Ｎ行は、測距動作において最後に撮影動作が行われる行である。図１４において、↑で示されるタイミングで、フォーカス駆動部１１０６は、フォーカス駆動を行う。ここで、各々の合焦位置（第１距離、第２距離）は、光電変換部２０１における画素１２０４の配置（上側の半分、下側の半分）で予め決められている目標とする測距範囲が、被写界深度に入るように決められる。

【0069】

本実施形態では、測距動作で２つの合焦位置のフォーカス駆動を行っているが、これに限られるものではない。予め光電変換部２０１に配された画素１２０４の配置に応じた測距範囲が決まっていれば、それぞれの測距動作において３つ以上の合焦位置でのフォーカス駆動が行われてもよい。また、合焦位置を変更する複数の画素１２０４の光電変換部２０１における配置位置に関しても特に限定はない。

【0070】

以上のように、直接ＴｏＦ方式を用いた測距装置１１００においてフォーカス駆動を行う。それによって、時間ゲート型ＴｏＦ方式を用いた測距装置１００だけに限らず、直接ＴｏＦ方式を用いた測距装置１１００においても測距範囲の拡張および測距精度の向上が実現する。

【0071】

上述の実施形態に係る測距装置１００、１１００の応用例を以下に説明する。図１５は、測距装置１００、１１００を搭載した機器ＥＱＰの模式図である。測距装置１００、１１００は、画素２０４が配された光電変換部２０１が設けられた積層構造の半導体チップでありうる。測距装置１００、１１００は、図１５に示されるように、半導体パッケージＰＫＧに収容されている。パッケージＰＫＧは、測距装置１００、１１００が固定された基体と、測距装置１００、１１００に対向するガラスなどの蓋体と、基体に設けられた端子と測距装置１００、１１００に設けられた端子とを接続するボンディングワイヤやバンプなどの導電性の接続部材と、を含みうる。機器ＥＱＰは、制御装置ＣＴＲＬ、処理装置ＰＲＣＳ、表示装置ＤＳＰＬ、記憶装置ＭＭＲＹの少なくともいずれかをさらに備えていてもよい。

【0072】

光学系ＯＰＴは、上述の光学系１０３を含み、光電変換部２０１に結像するものであり、例えば、レンズやシャッタ、ミラーなどでありうる。制御装置ＣＴＲＬは、測距装置１００、１１００の動作を制御するものであり、例えば、ＡＳＩＣなどの半導体デバイスでありうる。処理装置ＰＲＣＳは、測距装置１００、１１００から出力された信号を処理するものであり、ＣＰＵやＡＳＩＣなどの半導体デバイスでありうる。表示装置ＤＳＰＬは、測距装置１００、１１００で得られたデータを表示する、ＥＬ表示装置や液晶表示装置でありうる。記憶装置ＭＭＲＹは、測距装置１００、１１００で得られたデータを記憶する、磁気デバイスや半導体デバイスである。記憶装置ＭＭＲＹは、ＳＲＡＭやＤＲＡＭなどの揮発性メモリ、あるいは、フラッシュメモリやハードディスクドライブなどの不揮発性メモリでありうる。機械装置ＭＣＨＮはモータやエンジンなどの可動部あるいは推進部を有しうる。また、機械装置ＭＣＨＮは、例えば、ズーミングや合焦、シャッタ動作のために光学系ＯＰＴの部品を駆動する、上述のフォーカス駆動部１０６、１１０６を含みうる。機器ＥＱＰでは、測距装置１００、１１００から出力されたデータを表示装置ＤＳＰＬに表示したり、機器ＥＱＰが備える通信装置（不図示）によって外部に送信したりする。このため、機器ＥＱＰは、記憶装置ＭＭＲＹや処理装置ＰＲＣＳを備えていてもよい。

【0073】

測距装置１００、１１００が組み込まれた機器ＥＱＰは、監視カメラや、自動車や鉄道車両、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの輸送機器に搭載される車載カメラなどにも適用されうる。加えて、測距装置１００が組み込まれた機器ＥＱＰは、輸送機器に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）など、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

【0074】

本明細書の開示は、以下の測距装置および機器を含む。

【0075】

（項目１）
光源と、光電変換部と、前記光源が発する光を受けた対象物の像を前記光電変換部に形成するための光学系と、前記光電変換部によって光電変換された電気信号に基づいて前記対象物までの距離情報を取得するための演算部と、を備える測距装置であって、
前記光学系のフォーカス駆動を制御するフォーカス駆動部をさらに備え、
前記フォーカス駆動部は、対象物までの距離を測定する測距動作を行う期間において、フォーカス駆動を行うことを特徴とする測距装置。

【0076】

（項目２）
前記フォーカス駆動部は、前記光学系の被写界深度が対象物のサーチ範囲に入るようにフォーカス駆動を行うことを特徴とする項目１に記載の測距装置。

【0077】

（項目３）
前記フォーカス駆動部は、仮想的な被写体距離が断続的または連続的に変化するようにフォーカス駆動を行うことを特徴とする項目１または２に記載の測距装置。

【0078】

（項目４）
前記測距動作において、前記測距装置は、前記光源の発光から前記光電変換部が露光動作を行うまでの待機時間が互いに異なる複数の撮影動作を行い、
前記フォーカス駆動部は、前記複数の撮影動作のそれぞれの前記待機時間によって決まる測距距離に応じて、仮想的な被写体距離が変化するようにフォーカス駆動を行うことを特徴とする項目１乃至３の何れか１項目に記載の測距装置。

【0079】

（項目５）
前記フォーカス駆動部は、前記複数の撮影動作のそれぞれの撮影動作に応じて、断続的に仮想的な被写体距離が変化するようにフォーカス駆動を行うことを特徴とする項目４に記載の測距装置。

【0080】

（項目６）
前記待機時間は、前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも長くなるように制御され、
前記複数の撮影動作のうち最初の撮影動作における前記待機時間によって決まる測距距離は、前記光学系の前記最初の撮影動作における合焦位置の前方被写界深度の範囲であり、
前記複数の撮影動作のうち最後の撮影動作における前記待機時間によって決まる測距距離は、前記光学系の前記最後の撮影動作における合焦位置の後方被写界深度の範囲であることを特徴とする項目４または５に記載の測距装置。

【0081】

（項目７）
前記待機時間は、前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも短くなるように制御され、
前記複数の撮影動作のうち最初の撮影動作における前記待機時間によって決まる測距距離は、前記光学系の前記最初の撮影動作における合焦位置の後方被写界深度の範囲であり、
前記複数の撮影動作のうち最後の撮影動作における前記待機時間によって決まる測距距離は、前記光学系の前記最後の撮影動作における合焦位置の前方被写界深度の範囲であることを特徴とする項目４または５に記載の測距装置。

【0082】

（項目８）
前記測距動作を含む複数の測距動作が行われ、
前記複数の測距動作は、連続する第１測距動作と第２測距動作とを含み、
前記第１測距動作において、前記待機時間が前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも長くなるように制御される場合、前記第２測距動作において、前記待機時間が前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも短くなるように制御され、
前記第１測距動作において、前記待機時間が前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも短くなるように制御される場合、前記第２測距動作において、前記待機時間が前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも長くなるように制御されることを特徴とする項目４または５に記載の測距装置。

【0083】

（項目９）
前記複数の測距動作のうち前記待機時間が前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも長くなる測距動作において、前記複数の撮影動作のうち最初の撮影動作における前記待機時間によって決まる測距距離は、前記光学系の前記最初の撮影動作における合焦位置の前方被写界深度の範囲であり、かつ、前記複数の撮影動作のうち最後の撮影動作における前記待機時間によって決まる測距距離は、前記光学系の前記最後の撮影動作における合焦位置の後方被写界深度の範囲であり、
前記複数の測距動作のうち前記待機時間が前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて１つ前の撮影動作よりも短くなる測距動作において、前記最初の撮影動作における前記待機時間によって決まる測距距離は、前記光学系の前記最初の撮影動作における合焦位置の後方被写界深度の範囲であり、かつ、前記最後の撮影動作における前記待機時間によって決まる測距距離は、前記光学系の前記最後の撮影動作における合焦位置の前方被写界深度の範囲であることを特徴とする項目８に記載の測距装置。

【0084】

（項目１０）
前記光電変換部には複数の画素が配され、
前記複数の撮影動作のそれぞれにおいて、前記複数の画素のそれぞれから前記電気信号が出力されることを特徴とする項目４乃至９の何れか１項目に記載の測距装置。

【0085】

（項目１１）
前記光電変換部には複数の画素が配され、
前記測距動作において、前記複数の画素から１回ずつ前記電気信号が出力され、
前記フォーカス駆動部は、前記光電変換部における前記複数の画素が配された位置に応じて、仮想的な被写体距離が変化するようにフォーカス駆動を行うことを特徴とする項目１乃至３の何れか１項目に記載の測距装置。

【0086】

（項目１２）
前記複数の画素は、前記光電変換部において複数の行を構成するように配され、
前記測距動作において、前記測距装置は、前記複数の画素のそれぞれの行ごとに前記光源の発光から反射光を検出するまでの時間計測を行う撮影動作を行い、
最初に前記撮影動作が行われる行から第１行までの間、前記フォーカス駆動部は、仮想的な被写体距離を第１距離に設定し、
前記第１行の次に前記撮影動作が行われる行から第２行までの間、前記フォーカス駆動部は、仮想的な被写体距離を第２距離に設定することを特徴とする項目１１に記載の測距装置。

【0087】

（項目１３）
前記第２行が、前記測距動作において最後に前記撮影動作が行われる行であることを特徴とする項目１２に記載の測距装置。

【0088】

（項目１４）
前記複数の画素のそれぞれが、アバランシェフォトダイオードを備えることを特徴とする項目１０乃至１３の何れか１項目に記載の測距装置。

【0089】

（項目１５）
項目１乃至１４の何れか１項目に記載の測距装置と、
前記測距装置から出力された信号を処理する処理装置と、
を備えることを特徴とする機器。

【0090】

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

【符号の説明】

【0091】

１００：測距装置、１０３：光学系、１０５：演算部、１０６：フォーカス駆動部、１１０：対象物、１１２：光源、２０１：光電変換部

【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】