JP2008209298A - 測距装置及び測距方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの影響を受けにくく、撮像素子を駆動するための回路も簡単にすることができ、ＣＰＵへの負荷を低減することができる測距装置を提供する。
【解決手段】発光部２６と、発光部２６から出射される光を強度変調して第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄとして出射させる発光制御部２８と、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの基準時から照射開始時までの時間的長さを制御する開始時間制御部６４とを有する発光手段１４と、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄにより照射された被検出物１６からの反射光１８を受光する受光手段２０と、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄと反射光１８の位相差から被検出物１６までの距離を算出する演算手段２２とを有する。受光手段２０は、照射開始時を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において反射光１８の光量をサンプリングする。
【選択図】図１

Description

本発明は、測距装置及び測距方法に関するものであり、例えば変調光により照射された被検出物からの反射光の位相の遅れを撮像素子の各画素ごとに検出して被検出物の立体構造を検出する場合に好適な測距装置及び測距方法に関する。

被検出物までの距離を測定する方法として、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式の光波測距方法が知られている。

この方式による装置は、図１８に示すように、例えばＬＥＤアレイで構成され、強度変調された光（変調光）を出射する光源２００と、該光源２００から出射された変調光によって照射された被検出物２０２からの反射光を受光する撮像素子２０４と、反射光を撮像素子２０４に結像させる光学系２０６とを有する。

光源２００から被検出物２０２に照射される変調光が例えば２０ＭＨｚの高周波で強度変調されている場合、その波長は１５ｍとなるから、光が７．５ｍの距離を往復すれば１周期の位相の遅れが生じることになる。

ここで、変調光に対する反射光の位相の遅れについて図１９を参照しながら説明する。

図１９に示すように、変調光Ｗに対して、反射光Ｒはφだけ位相遅れが生じている。この位相遅れφを検出するために、変調光Ｗの１周期に例えば４回だけ等間隔に反射光Ｒをサンプリングする。例えば変調光Ｗの位相が０°、９０°、１８０°、２７０°であるときの反射光Ｒのサンプリング値をそれぞれＡ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３とすると、位相の遅れφは次式で与えられる。

φ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ａ３−Ａ１）／（Ａ０−Ａ２）｝
被検出物２０２からの反射光は、光学系２０６を介して撮像素子２０４の受光面に結像される。撮像素子２０４の受光面には複数の画素（フォトダイオード）が２次元的に配列されており、各画素について上式による位相遅れφを求めることにより、被検出物２０２の立体的な構造を検出できる。

そして、上述の原理を利用した測距装置として、例えば特許文献１が提案されている。

この特許文献１に係る測距装置は、被検出物からの反射光を、撮像素子の電荷掃き出しゲート（オーバーフロードレインゲート：ＯＦＤＧ）あるいは読出しゲートの開閉の位相をずらすことによって、複数のパターンの露光期間にて受光することで測距を行う、というものである。

具体的に、図２０及び図２１Ａ〜図２１Ｄを参照しながら説明すると、先ず、第１フレームにおいて、同期信号Ｓａの立ち下がりに基づいて（ステップＳ１：図２１Ａ参照）、光源２００から変調光Ｗが出射され（ステップＳ２）、該変調光Ｗによって照射された被検出物２０２からの反射光Ｒが撮像素子２０４に入射される。撮像素子２０４は、図２１Ａに示すように、同期信号Ｓａの立ち下がりから時間Ｔ１だけ遅れた時点、すなわち、変調光Ｒの位相が０°となる時点で最初の露光期間Ｔｒの中心が位置するように調整され、さらに、各露光期間Ｔｒの周期が２πとなるように調整される。

従って、この第１フレームにおいては、変調光Ｗの位相が０°であるときの反射光Ｒの光量が光電変換されて撮像素子２０４に蓄積されることになる（ステップＳ３）。撮像素子２０４に蓄積された電荷は、次の第２フレームにおいて転送されてアナログ信号とされ、さらにデジタル変換されて（ステップＳ４）、変調光の位相が０°であるときの反射光Ｒのサンプリング値Ａ０としてバッファメモリに保存される（ステップＳ５）。この段階で、光源２００からの変調光Ｗの出射が終了する（ステップＳ６）。

その後、次の第３フレームにおいて、同期信号Ｓａの立ち下がりに基づいて（ステップＳ７：図２１Ｂ参照）、再び光源２００から変調光Ｗが出射され（ステップＳ８）、該変調光Ｗによって照射された被検出物２０２からの反射光Ｒが撮像素子２０４に入射される。撮像素子２０４は、図２１Ｂに示すように、同期信号Ｓａの立ち下がりから時間Ｔ２（＞Ｔ１）だけ遅れた時点、すなわち、変調光Ｗの位相が９０°となる時点で最初の露光期間Ｔｒの中心が位置するように調整され、さらに、各露光期間Ｔｒの周期が２πとなるように調整される。

従って、この第３フレームにおいては、変調光Ｗの位相が９０°であるときの反射光Ｒの光量が光電変換されて撮像素子２０４に蓄積されることになる（ステップＳ９）。撮像素子に蓄積された電荷は、次の第４フレームにおいて転送されてアナログ信号とされ、さらにデジタル変換されて（ステップＳ１０）、変調光Ｗの位相が９０°であるときの反射光Ｒのサンプリング値Ａ１としてバッファメモリに保存される（ステップＳ１１）。この段階で、光源２００からの変調光Ｗの出射が終了する（ステップＳ１２）。

その後、次の第５フレームにおいて、同期信号Ｓａの立ち下がりに基づいて（ステップＳ１３：図２１Ｃ参照）、再び光源２００から変調光Ｗが出射され（ステップＳ１４）、該変調光Ｗによって照射された被検出物２０２からの反射光Ｒが撮像素子２０４に入射される。撮像素子２０４は、図２１Ｃに示すように、同期信号Ｓａの立ち下がりから時間Ｔ３（＞Ｔ２）だけ遅れた時点、すなわち、変調光Ｗの位相が１８０°となる時点で最初の露光期間Ｔｒの中心が位置するように調整され、さらに、各露光期間Ｔｒの周期が２πとなるように調整される。

従って、この第５フレームにおいては、変調光Ｗの位相が１８０°であるときの反射光Ｒの光量が光電変換されて撮像素子２０４に蓄積されることになる（ステップＳ１５）。撮像素子２０４に蓄積された電荷は、次の第６フレームにおいて転送されてアナログ信号とされ、さらにデジタル変換されて（ステップＳ１６）、変調光Ｗの位相が１８０°であるときの反射光Ｒのサンプリング値Ａ２としてバッファメモリに保存される（ステップＳ１７）。この段階で、光源２００からの変調光Ｗの出射が終了する（ステップＳ１８）。

その後、次の第７フレームにおいて、同期信号Ｓａの立ち下がりに基づいて（ステップＳ１９：図２１Ｄ参照）、再び光源２００から変調光Ｗが出射され（ステップＳ２０）、該変調光Ｗによって照射された被検出物２０２からの反射光Ｒが撮像素子２０４に入射される。撮像素子２０４は、図２１Ｄに示すように、同期信号Ｓａの立ち下がりから時間Ｔ４（＞Ｔ３）だけ遅れた時点、すなわち、変調光Ｗの位相が２７０°となる時点で最初の露光期間Ｔｒの中心が位置するように調整され、さらに、各露光期間Ｔｒの周期が２πとなるように調整される。

従って、この第７フレームにおいては、変調光Ｗの位相が２７０°であるときの反射光Ｒの光量が光電変換されて撮像素子２０４に蓄積されることになる（ステップＳ２１）。撮像素子２０４に蓄積された電荷は、次の第８フレームにおいて転送されてアナログ信号とされ、さらにデジタル変換されて（ステップＳ２２）、変調光の位相が２７０°であるときの反射光Ｒのサンプリング値Ａ３としてバッファメモリに保存される（ステップＳ２３）。この段階で、光源２００からの変調光Ｗの出射が終了する（ステップＳ２４）。

そして、バッファメモリ内のサンプリング値Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に基づいて、反射光Ｒの位相遅れφが求められ、さらに、この位相遅れφに基づいて被検出物２０２までの距離が求められる（ステップＳ２５）。

特許３７５８６１８号公報

ところで、上述した測距装置を例えばデジタルカメラや監視カメラ等に設置させた場合、表示回路系や他のＩＣ回路等からクロックノイズ等のノイズが測距装置に混入することとなる。

このような場合、図２２に簡略化して示すように、フレームによって露光タイミングが変化するため、あるフレームでは露光期間Ｔｒにノイズ２１０が重畳し、別のフレームでは露光期間Ｔｒにノイズ２１０が重畳しないという現象が生じ、ノイズ２１０の除去が困難であるという問題がある。図２２では、第３フレーム及び第５フレームの露光期間Ｔｒに、上述したノイズ２１０が重畳している例を示している。

また、同期信号Ｓａの立ち下がりから最初の露光期間Ｔｒ（中心位置）までの時間をフレームによって変化させる必要があるため（Ｔ１〜Ｔ４）、撮像素子２０４を駆動するための回路が複雑になり、ＣＰＵに負担がかかるという問題もある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ノイズの影響を受けにくく、撮像素子を駆動するための回路も簡単にすることができ、ＣＰＵへの負荷を低減することができる測距装置及び測距方法を提供することを目的とする。

第１の本発明に係る測距装置は、強度変調され、且つ、基準時から照射開始時までの時間的長さがそれぞれ異なる複数の変調光をシリーズに出射する発光手段と、前記変調光により照射された被検出物からの反射光を受光する受光手段と、前記変調光と前記反射光の位相差から前記被検出物までの距離を算出する演算手段とを有することを特徴とする。

これにより、ノイズの影響を受けにくくすることができる。しかも、撮像素子を駆動するための回路も簡単にすることができるため、ＣＰＵへの負荷を低減することができる。

そして、第１の本発明において、前記発光手段は、発光部と、前記発光部から出射される光を強度変調して前記変調光として出射させる発光制御部とを有し、さらに、前記発光制御部は、前記変調光の基準時から照射開始時までの時間的長さを制御する開始時間制御部を有するようにしてもよい。

また、前記受光手段は、前記基準時を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において前記反射光の光量をサンプリングするようにしてもよい。この場合、前記受光手段は、前記一定周期ごとに設定された露光期間のうち、前記基準時から少なくとも照射開始時までの時間的長さに含まれる露光期間でのサンプリングを行わないように設定する無効期間設定部を有することが好ましい。特許文献１に記載された先行技術は、露光期間の配置パターンを複数揃える必要があり、それに伴って、撮像素子を駆動するための回路が複雑になっていたが、この第１の本発明では、露光期間の配置パターンを１つで済むことから、撮像素子を駆動するための回路を簡単にすることができ、ＣＰＵへの負荷を低減することができる。

また、第１の本発明において、前記受光手段は、外部からの制御信号に基づいて前記露光期間の終端を変更する露光期間変更部を有し、前記発光手段は、前記露光期間変更部にて変更された前記露光期間に基づいて前記基準時の開始タイミングを変更する基準時変更部を有するようにしてもよい。

被検出物や背景が明るく、受光手段にて受光した信号が飽和状態になってしまうような場合は、使用者の操作入力、オートアイリス、撮像素子の電子シャッタ等で露光期間の幅が変更される場合がある。つまり、外部からの制御信号に基づいて露光期間の幅が変更される場合がある。このような場合、通常は、露光期間の中心位置を変化させずに、露光期間の幅を変化させるようにしている。そのため、露光期間の開始時点が変化し、それに応じて、撮像素子に対する駆動信号の印加タイミング等も変えなければならず、キャリブレーションが必要になるという問題がある。

しかし、第１の本発明における露光期間変更部は、各露光期間の終端を変更して露光期間の幅を変更し、基準時変更部は、変更された前記露光期間に基づいて前記基準時の開始タイミングを変更するようにしているため、各露光期間の開始時点を変化させる必要がない。つまり、露光期間の開始時点を変化させないため、上述のようなキャリブレーションは不要となる。

この場合、変更された前記露光期間に対応した前記基準時の開始タイミングの情報が登録されたテーブルが記憶されたメモリを有し、前記基準時変更部は、変更された前記露光期間と前記メモリに記憶された前記テーブルの情報に基づいて、前記基準時の開始タイミングを変更するようにしてもよい。これにより、基準時変更部は、変更された前記露光期間に基づいて前記基準時の開始タイミングを変更する際に、テーブルを参照して基準時の開始タイミングを変更することができることから、処理時間の短縮を図ることができる。

もちろん、変更された前記露光期間に基づいて、前記基準時の開始タイミングを演算する基準時演算部を有し、前記基準時変更部は、前記基準時演算部からのタイミング情報に基づいて、前記基準時の開始タイミングを変更するようにしてもよい。この場合、前記テーブルを格納するためのメモリやメモリ領域を設ける必要がない。

また、第１の本発明において、前記受光手段は、外部からの制御信号に基づいて前記露光期間の周期を変更する露光タイミング変更部を有し、前記発光手段は、前記露光タイミング変更部にて変更された前記露光期間の周期に基づいて前記複数の変調光の各波長を変更する波長変更部と、変更された前記露光期間の周期に基づいて前記基準時の開始タイミングを変更する基準時変更部と、変更された前記露光期間の周期に基づいて前記複数の変調光の前記基準時から照射開始時までの時間的長さを変更する開始時間変更部とを有するようにしてもよい。

被検出物までの距離が遠い場合においては、演算された距離が無効な値を示すことがあり、このような場合、ＣＰＵからの制御信号や使用者の操作入力に従って変調光の波長が変更される場合がある。つまり、外部からの制御信号に基づいて変調光の波長が変更される場合がある。このような場合、通常は、変調光の変更された波長に合わせて露光期間の中心位置を決定することになるが、予め設定された露光期間の周期に対して整数レベルの変化（整数倍の分周、あるいは整数倍の逓倍）であれば、簡単であるが、実数レベルでの変化ともなると、専用のキャリブレーションが必要になるという問題がある。

しかし、第１の本発明における波長変更部は、上述した外部からの制御信号に基づいて前記複数の変調光の波長を変更し、露光タイミング変更部は、上述した外部からの制御信号に基づいて前記露光期間の周期を変更し、基準時変更部は、前記露光タイミング変更部にて変更された前記露光期間の周期に基づいて前記基準時の開始タイミングを変更し、開始時間変更部は、変更された前記露光期間の周期に基づいて前記複数の変調光の前記基準時から照射開始時までの時間的長さを変更するようにしたので、露光期間の周期に合わせて、変調光の波長を設定することができるため、予め設定された露光期間の周期に対して整数レベル（整数倍の分周、あるいは整数倍の逓倍）で露光タイミングを変化させることができ、回路構成を簡単にすることができる。

この場合、変更された前記露光期間の周期に対応した前記複数の変調光の各波長と、前記基準時の開始タイミングと、前記基準時から照射開始時までの時間的長さの情報が登録されたテーブルが記憶されたメモリを有し、前記波長変更部は、変更された前記露光期間の周期と前記メモリに記憶された前記テーブルの情報に基づいて、前記複数の変調光の各波長を変更し、前記基準時変更部は、変更された前記露光期間の周期と前記テーブルの情報に基づいて前記基準時の開始タイミングを変更し、前記開始時間変更部は、変更された前記露光期間の周期と前記テーブルの情報に基づいて前記複数の変調光の前記基準時から照射開始時までの時間的長さを変更するようにしてもよい。これにより、波長変更部は、変更された前記露光期間に基づいて前記複数の変調光の各波長を変更する際に、テーブルを参照して各波長を変更し、基準時変更部は、テーブルを参照して前記基準時の開始タイミングを変更し、前記開始時間変更部は、テーブルを参照して前記複数の変調光の前記基準時から照射開始時までの時間的長さを変更することができることから、処理時間の短縮を図ることができる。

もちろん、変更された前記露光期間の周期に基づいて、前記複数の変調光の各波長を演算する波長演算部と、変更された前記露光期間の周期に基づいて、前記基準時の開始タイミングを演算する基準時演算部と、変更された前記露光期間の周期に基づいて、前記複数の変調光の前記基準時から照射開始時までの時間的長さを演算する開始時間演算部とを有するようにしてもよい。この場合、前記テーブルを格納するためのメモリやメモリ領域を設ける必要がない。

また、第１の本発明において、少なくとも以下の処理を行うように構成してもよい。すなわち、
（１）前記発光手段は、第１照射開始の基準時から所定期間にわたって第１変調光を出射し、第２照射開始の基準時から前記所定期間にわたって前記第１変調光と前記基準時から照射開始時までの時間的長さが異なる第２変調光を出射し、
（２）前記受光手段は、前記第１照射開始時から前記所定期間にわたって、前記第１変調光により照射された前記被検出物からの第１反射光を受光し、前記第２照射開始時から前記所定期間にわたって、前記第２変調光により照射された前記被検出物からの第２反射光を受光し、
（３）前記演算手段は、少なくとも前記第１変調光と前記第１反射光の位相差と、前記第２変調光と前記第２反射光の位相差とに基づいて、前記被検出物までの距離を演算する。

この場合、前記受光手段は、前記第１照射開始時を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において前記第１反射光の光量をサンプリングし、前記第２照射開始時を基準として前記一定周期ごとに設定された露光期間において前記第２反射光の光量をサンプリングし、前記演算手段は、前記一定周期ごとに設定された露光期間のうち、前記基準時から照射開始時までの時間的長さに含まれる露光期間でサンプリングされた値を距離演算上、無効にし、前記演算手段は、前記第１反射光の光量のサンプリング結果を前記所定期間にわたって積算した値を前記第１変調光と前記第１反射光の位相差とし、前記第２反射光の光量のサンプリング結果を前記所定期間にわたって積算した値を前記第２変調光と前記第２反射光の位相差としてもよい。

また、第１の本発明において、前記演算手段にて算出された前記被検出物までの距離と、前記被検出物までの実測距離との差に基づいて、前記複数の変調光おける前記基準時から照射開始時までの時間的長さを補正する開始時間補正部を有するようにしてもよい。

この場合、被検出物までの距離の誤測定を補正できるため、精度よく、且つ、安定に測距することができる。

次に、第２の本発明に係る測距方法は、強度変調され、且つ、基準時から照射開始時までの時間的長さがそれぞれ異なる複数の変調光をシリーズに出射する発光ステップと、前記変調光により照射された被検出物からの反射光を受光する受光ステップと、前記変調光と前記反射光の位相差から前記被検出物までの距離を算出する演算ステップとを有することを特徴とする。

これにより、ノイズの影響を受けにくく、撮像素子を駆動するための回路も簡単にすることができ、ＣＰＵへの負荷を低減することができる。

そして、第２の本発明において、前記受光ステップは、前記基準時を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において前記反射光の光量をサンプリングするようにしてよい。この場合、前記受光ステップは、前記一定周期ごとに設定された露光期間のうち、前記基準時から少なくとも照射開始時までの時間的長さに含まれる露光期間でのサンプリングを行わないように設定する無効期間設定ステップを有することが好ましい。

また、第２の本発明において、前記受光ステップは、外部からの制御信号に基づいて前記露光期間の終端を変更する露光期間変更ステップを有し、前記発光ステップは、前記露光期間変更ステップにて変更された前記露光期間に基づいて前記基準時の開始タイミングを変更する基準時変更ステップを有するようにしてもよい。この場合、変更された前記露光期間に対応した前記基準時の開始タイミングの情報が登録されたテーブルを用い、前記基準時変更ステップは、変更された前記露光期間と前記テーブルの情報に基づいて、前記基準時の開始タイミングを変更するようにしてもよい。あるいは、変更された前記露光期間に基づいて、前記基準時の開始タイミングを演算する基準時演算ステップを有し、前記基準時変更ステップは、前記基準時演算ステップからのタイミング情報に基づいて、前記基準時の開始タイミングを変更するようにしてもよい。

また、第２の本発明において、前記受光ステップは、外部からの制御信号に基づいて前記露光期間の周期を変更する露光タイミング変更ステップを有し、前記発光ステップは、前記露光タイミング変更ステップにて変更された前記露光期間の周期に基づいて前記複数の変調光の各波長を変更する波長変更ステップと、変更された前記露光期間の周期に基づいて前記基準時の開始タイミングを変更する基準時変更ステップと、変更された前記露光期間の周期に基づいて前記複数の変調光の前記基準時から照射開始時までの時間的長さを変更する開始時間変更ステップとを有するようにしてもよい。この場合、変更された前記露光期間の周期に対応した前記複数の変調光の各波長と、前記基準時の開始タイミングと、前記基準時から照射開始時までの時間的長さの情報が登録されたテーブルを用い、前記波長変更ステップは、変更された前記露光期間の周期と前記テーブルの情報に基づいて、前記複数の変調光の各波長を変更し、前記基準時変更ステップは、変更された前記露光期間の周期と前記テーブルの情報に基づいて前記基準時の開始タイミングを変更し、前記開始時間変更ステップは、変更された前記露光期間の周期と前記テーブルの情報に基づいて前記複数の変調光の前記基準時から照射開始時までの時間的長さを変更するようにしてもよい。あるいは、変更された前記露光期間の周期に基づいて、前記複数の変調光の各波長を演算する波長演算ステップと、変更された前記露光期間の周期に基づいて、前記基準時の開始タイミングを演算する基準時演算ステップと、変更された前記露光期間の周期に基づいて、前記複数の変調光の前記基準時から照射開始時までの時間的長さを演算する開始時間演算ステップとを有するようにしてもよい。

また、第２の本発明において、少なくとも以下の処理を行うようにしてもよい。すなわち、
（１）前記発光ステップは、第１照射開始の基準時から所定期間にわたって第１変調光を出射し、第２照射開始の基準時から前記所定期間にわたって前記第１変調光と前記基準時から照射開始時までの時間的長さが異なる第２変調光を出射し、
（２）前記受光ステップは、前記第１照射開始時から前記所定期間にわたって、前記第１変調光により照射された前記被検出物からの第１反射光を受光し、前記第２照射開始時から前記所定期間にわたって、前記第２変調光により照射された前記被検出物からの第２反射光を受光し、
（３）前記演算ステップは、少なくとも前記第１変調光と前記第１反射光の位相差と、前記第２変調光と前記第２反射光の位相差とに基づいて、前記被検出物までの距離を演算する。

この場合、前記受光ステップは、前記第１照射開始時を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において前記第１反射光の光量をサンプリングし、前記第２照射開始時を基準として前記一定周期ごとに設定された露光期間において前記第２反射光の光量をサンプリングし、前記演算ステップは、前記一定周期ごとに設定された露光期間のうち、前記基準時から照射開始時までの時間的長さに含まれる露光期間でサンプリングされた値を距離演算上、無効にし、前記演算ステップは、前記第１反射光の光量のサンプリング結果を前記所定期間にわたって積算した値を前記第１変調光と前記第１反射光の位相差とし、前記第２反射光の光量のサンプリング結果を前記所定期間にわたって積算した値を前記第２変調光と前記第２反射光の位相差としてもよい。

また、第２の本発明において、前記演算ステップにて算出された前記被検出物までの距離と、前記被検出物までの実測距離との差に基づいて、前記複数の変調光おける前記基準時から照射開始時までの時間的長さを補正する開始時間補正ステップを有するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明に係る測距装置及び測距方法によれば、ノイズの影響を受けにくく、撮像素子を駆動するための回路も簡単にすることができ、ＣＰＵへの負荷を低減することができる。

以下、本発明に係る測距装置及び測距方法の実施の形態例を図１〜図１７を参照しながら説明する。

先ず、第１の実施の形態に係る測距装置（以下、単に第１測距装置１０Ａと記す）は、図１に示すように、強度変調され、且つ、基準時から照射開始時までの時間的長さがそれぞれ異なる複数の変調光１２をシリーズに出射する発光手段１４と、変調光１２により照射された被検出物１６からの反射光１８を受光する受光手段２０と、変調光１２と反射光１８の位相差から被検出物１６までの距離を算出する演算手段２２と、発光開始を示す同期信号Ｓａを発生する同期信号発生部２４とを有する。

発光手段１４は、発光部２６と、該発光部２６から出射される光を強度変調して変調光１２として出射させる発光制御部２８とを有する。複数の変調光１２は、同期信号Ｓａの例えば立ち下がり時点ｔａを基準時ｔ０として、該基準時ｔ０から照射開始時までの時間的長さがそれぞれ異なるようにして照射開始されるようになっている。

発光部２６は、複数のＬＥＤが配列されて構成されている。発光制御部２８は、発光部２６を制御して、例えば発光部２６から出射される光を例えば発光強度がサイン曲線に沿って強度変調された変調光１２として出射させる。

受光手段２０は、撮像素子３０と、反射光１８を撮像素子３０の受光面に結像させる光学系３２と、撮像素子３０を駆動するための撮像素子制御部３４と、撮像素子３０からの撮像信号Ｓｂをアナログの画像信号Ｓｃに信号処理するアナログ信号処理部３６と、画像信号Ｓｃをデジタル変換して画像データＤｃにするＡ／Ｄ変換部３８と、画像データＤｃが保存されるバッファメモリ４０とを有する。

撮像素子３０は、図２に示すように、受光部４２と、該受光部４２に隣接して設けられた水平転送路４４とを有する。受光部４２は、入射光量に応じた量の電荷に光電変換する画素４６（フォトダイオード）が多数マトリクス状に配され、さらにこれら多数の画素４６のうち、列方向に配列された画素４６に対して共通とされた垂直転送路４８が多数本、行方向に配列されている。水平転送路４４は、多数本の垂直転送路４８に対して共通とされている。

ここで、画素４６から電荷を読み出す手順、例えば映像出力で用いられるフレームの概念に基づいて電荷の読出し手順を説明すると、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、例えば第１フレームにおいて、各画素４６は、反射光１８を受けて電荷を発生し、蓄積していく（露光）。このとき、第１フレーム全体にわたって露光するのではなく、必要なタイミングに露光期間を設定し、各露光期間において露光を行う。この露光期間は、撮像素子制御部３４からの制御信号に基づいて撮像素子３０に設置された電気光学シャッタあるいはＣＣＤ電子シャッタを駆動することで設定される。なお、各画素４６に隣接してオーバーフロードレイン領域５０が形成され、排出用電極５２に所定電圧を印加することで、オーバーフロードレイン領域５０の電位ポテンシャルが下がり、画素に蓄積されていた電荷を排出することができるようになっている。

そして、次の第２フレームにおいて電荷転送を行う。具体的には、第２フレームの例えば垂直ブランキング期間において、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、垂直転送路４８の１パケット分に対応する垂直転送用電極５４に所定電圧を印加することによって、該パケットの電位ポテンシャルが画素４６の電位ポテンシャルよりも下がる。これにより、画素４６に蓄積されていた電荷は垂直転送路４８側に流れ込むこととなる。その後、電位ポテンシャルを元に戻し、水平ブランキング期間において、垂直転送用電極５４に転送時電圧を印加することによって、図２に示すように、電荷を水平転送路４４に向けて転送する。水平転送路４４に電荷が転送されると、水平走査期間において、水平転送用電極に転送時電圧が印加されることによって、電荷が出力部５６に向けて転送される。そして、出力部５６において、シリーズに電荷の量に応じた電圧信号に変換されて撮像信号Ｓｂとして出力されることになる。

第２フレームにおける水平ブランキング期間及び水平走査期間が順次繰り返されることによって、各画素４６に蓄積されていた電荷が順次垂直転送路４８及び水平転送路４４を介して出力部５６にシリーズに転送され、撮像信号Ｓｂとして出力されることになる。

上述した第２フレームにおいては、各画素４６での露光を停止するようにしてもよいし、露光を行うようにしてもよい。

撮像素子３０からの撮像信号Ｓｂは、アナログ信号処理部３６においてアナログの画像信号Ｓｃに信号処理される。画像信号Ｓｃは、Ａ／Ｄ変換部３８にてデジタル変換されて画像データＤｃとされる。この画像データＤｃは、反射光１８を必要なタイミング（露光期間）でサンプリングしたサンプリング値が各画素４６に対応して配列されたデータ構造を有する。

そして、バッファメモリ４０には、上述したＴＯＦ方式に従って４種類の画像データＤｃ（第１画像データＤｃ１〜第４画像データＤｃ４）が保存される。第１画像データＤｃ１は、変調光１２の位相が例えば０°であるタイミングで反射光１８をサンプリングした際のサンプリング値が各画素４６に対応して配列されたデータ構造を有する。同様に、第２画像データＤｃ２、第３画像データＤｃ３、第４画像データＤｃ４は、それぞれ変調光１２の位相が例えば９０°、１８０°、２７０°であるタイミングで反射光１８をサンプリングした際のサンプリング値が各画素４６に対応して配列されたデータ構造を有する。

演算手段２２は、第１画像データＤｃ１〜第４画像データＤｃ４に基づいて、各画素４６に対応した被検出物１６までの距離を算出する距離演算部を有する。

この距離演算部５８での演算アルゴリズム、特に、１つの画素４６における距離の演算手法について図５を参照しながら説明する。変調光１２の軌跡を原点を中心とする円６０で考えたとき、反射光１８は、変調光１２の位相が０°（３６０°）、９０°、１８０°、２７０°のとき、それぞれ点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に位置し、点Ｐ１の座標を（Ａ，−Ｂ）としたとき、Ｐ２の座標は（Ｂ，Ａ）、Ｐ３の座標は（−Ａ，Ｂ）、Ｐ４の座標は（−Ｂ，−Ａ）となる。

これらの座標は、図５の直角三角形６２に変換することができるため、反射光１８の変調光１２に対する位相遅れφは、以下の式（１）で求めることができる。

φ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｂ−（−Ｂ））／（Ａ−（−Ａ））｝ ……（１）
ここで、Ａは第２画像データＤｃ２のサンプリング値Ｓ２に対応し、−Ａは第４画像データＤｃ４のサンプリング値Ｓ４に対応し、Ｂは第３画像データＤｃ３のサンプリング値Ｓ３に対応し、−Ｂは第１画像データＤｃ１のサンプリング値Ｓ１に対応することから、（１）式は以下の式（２）に書き換えることができる。

φ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｓ３−Ｓ１）／（Ｓ２−Ｓ４）｝ ……（２）
そして、変調光１２の１周期をＴとしたとき、変調光１２を出射してから反射光１８が受光されるまでの遅延時間τは、
τ＝Ｔ×（φ／２π）
で求めることができる。

この遅延時間τは、被検出物１６までの距離Ｌの往復距離であり、その間を光速ｃの速度で進むため、距離Ｌは、
Ｌ＝（τ×ｃ）／２
で求めることができる。

距離演算部５８は、上述したアルゴリズムが例えばソフトウエアとして組み込まれており、上述のアルゴリズムが各画素４６に対して行われ、各画素４６に対応した距離が演算され、その結果、被検出物１６の立体的な構造が検出されることになる。

そして、第１測距装置１０Ａにおける発光制御部２８は、複数の変調光１２の基準時ｔ０から照射開始時までの時間的長さを制御する開始時間制御部６４を有する。また、受光手段２０は、同期信号Ｓａの例えば立ち下がり時点を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において反射光１８の光量をサンプリングするように構成されている。

第１測距装置１０Ａでは、開始時間制御部６４によって、発光部２６からは、図６に示すように、基準時ｔ０で発光が開始される第１変調光１２Ａと、基準時ｔ０から第１遅延時間Ｔｄ１の経過時点で発光が開始される第２変調光１２Ｂと、基準時ｔ０から第２遅延時間Ｔｄ２の経過時点で発光が開始される第３変調光１２Ｃと、基準時ｔ０から第３遅延時間Ｔｄ３の経過時点で発光が開始される第４変調光１２Ｄとがシリーズに出射されるようになっている。さらに、同期信号発生部２４からの同期信号Ｓａは発光制御部２８のほか、撮像素子制御部３４にも供給され、発光制御部２８（及び開始時間制御部６４）と撮像素子制御部３４とが同期して動作するようになっている。

第１遅延時間Ｔｄ１は、第１変調光１２Ａの波長に対して９０°の位相遅れ分に相当する時間に設定され、第２遅延時間Ｔｄ２は、第１変調光１２Ａの波長に対して１８０°の位相遅れ分に相当する時間に設定され、第３遅延時間Ｔｄ３は、第１変調光１２Ａの波長に対して２７０°の位相遅れ分に相当する時間に設定されている。

従って、基準時ｔ０から所定期間Ｔａだけ遅れた時点で最初の露光期間Ｔｒを開始し、さらに、各露光期間Ｔｒの１周期を変調光１２の１波長に合わせることによって、第１変調光１２Ａの位相が０°、９０°、１８０°、２７０°のうちのいずれかにおける反射光１８のサンプリング値を得ることができ、第２変調光１２Ｂの位相が０°、９０°、１８０°、２７０°のうちのいずれかであって、且つ、第１変調光１２Ａの場合とは異なる位相における反射光１８のサンプリング値を得ることができる。同様に、第３変調光１２Ｃの位相が０°、９０°、１８０°、２７０°のうちのいずれかであって、且つ、第１変調光１２Ａ及び第２変調光１２Ｂの場合とは異なる位相における反射光１８のサンプリング値を得ることができ、第４変調光１２Ｄの位相が０°、９０°、１８０°、２７０°のうちのいずれかであって、且つ、第１変調光１２Ａ〜第３変調光１２Ｃの場合とは異なる位相における反射光１８のサンプリング値を得ることができる。

図７Ａ〜図７Ｄに１つの例を示す。図７Ａ〜図７Ｄでの第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄと各露光期間Ｔｒの時間的配置関係は、図７Ａに示すように、第１変調光１２Ａに対しては、２７０°の位置に露光期間Ｔｒの中心が位置し、図７Ｂに示すように、第２変調光１２Ｂに対しては、１８０°の位置に露光期間Ｔｒの中心が位置し、図７Ｃに示すように、第３変調光１２Ｃに対しては、９０°の位置に露光期間Ｔｒの中心が位置し、図７Ｄに示すように、第４変調光１２Ｄに対しては、０°の位置に露光期間Ｔｒの中心が位置している。

これにより、第１変調光１２Ａの位相が２７０°における反射光１８のサンプリング値Ｓ４を得ることができ、第２変調光１２Ｂの位相が１８０°における反射光１８のサンプリング値Ｓ３を得ることができる。同様に、第３変調光１２Ｃの位相が９０°における反射光１８のサンプリング値Ｓ２を得ることができ、第４変調光１２Ｄの位相が０°における反射光１８のサンプリング値Ｓ１を得ることができる。

ところで、例えば図６に示すように、最初の露光期間Ｔｒが、最も長い第３遅延時間Ｔｄ３内に含まれたり、一部重なる場合等においては、最初の露光期間Ｔｒでサンプリングした値は、実際の反射光１８をサンプリングできていない場合がある。この場合、反射光１８をサンプリングできなかった値が距離演算に影響し、誤測定を招くおそれがある。そこで、図１に示すように、第１測距装置１０Ａでは無効期間設定部６５を設けるようにしている。

この無効期間設定部６５は、一定周期ごとに設定された露光期間Ｔｒのうち、基準時ｔ０から第３遅延時間Ｔｄ３内に含まれる、あるいは一部重なる露光期間Ｔｒでのサンプリングを行わない無効期間Ｔｍとして設定する。図６の例では、基準時ｔ０から最初の露光期間Ｔｒとその次の露光期間Ｔｒを無効期間Ｔｍとして設定している。この無効期間Ｔｍの情報は、撮像素子制御部３４に供給される。撮像素子制御部３４は、供給された無効期間Ｔｍの情報に基づいて、基準時ｔ０から無効期間Ｔｍに蓄積された電荷をオーバーフロードレイン領域５０（図３Ａ、図３Ｂ参照）を介して排出するように撮像素子３０を制御する。従って、図６の例では、３番目の露光期間Ｔｒから撮像素子３０での実際のサンプリングが行われる。これにより、第１遅延時間Ｔｄ１〜第３遅延時間Ｔｄ３を設定した際の上述の問題、すなわち、反射光１８をサンプリングできなかった場合の値が距離演算に影響する、ということがなくなる。

次に、第１測距装置１０Ａの処理動作について図７Ａ〜図７Ｄの波形図、図８のフローチャートを参照しながら説明する。以下の説明では、無効期間設定部６５によって無効期間Ｔｍが設定されていることを前提としている。

先ず、同期信号発生部２４は、第１フレームを示す同期信号Ｓａを出力する（ステップＳ１０１：図７Ａ参照）。開始時間制御部６４は、同期信号Ｓａの立ち上がりに基づいて、第１変調光１２Ａの開始時間を設定する（ステップＳ１０２）。この場合、開始時間は０が設定される。従って、発光制御部２８は、同期信号Ｓａの立ち下がり時点ｔａ（＝基準時ｔ０）に基づいて発光部２６から第１変調光１２Ａを出射させる（ステップＳ１０３）。

発光部２６から出射された第１変調光１２Ａは、被検出物１６に照射され、該被検出物１６からの反射光１８が光学系３２を介して撮像素子３０に入射される。撮像素子３０は、基準時ｔ０から時間Ｔａだけ遅れた時点、すなわち、第１変調光１２Ａの位相が２７０°となる時点で最初の露光期間Ｔｒの中心が位置するように調整され、さらに、各露光期間Ｔｒの周期が２πとなるように調整されている（図７Ａ参照）。

従って、この第１フレームにおいては、第１変調光１２Ａの位相が２７０°であるときの反射光１８の光量が光電変換されて撮像素子３０に蓄積されることになる（ステップＳ１０４）。その後、同期信号発生部２４は、第２フレームを示す同期信号Ｓａを出力し（ステップＳ１０５）、撮像素子３０に蓄積された電荷は、この第２フレームにおいて転送されてアナログ信号（画像信号）とされ（ステップＳ１０６）、さらにデジタル変換されて（ステップＳ１０７）、第１変調光１２Ａの位相が２７０°であるときの反射光１８のサンプリング値Ｓ４が画素ごとに配列された第４画像データＤｃ４としてバッファメモリ４０に保存される（ステップＳ１０９）。この段階で、第１変調光１２Ａの出射が終了する（ステップＳ１１０）。

次に、同期信号発生部２４は、第３フレームを示す同期信号Ｓａを出力する（ステップＳ１１１：図７Ｂ参照）。開始時間制御部６４は、同期信号Ｓａの立ち上がりに基づいて、第２変調光１２Ｂの開始時間を第１遅延時間Ｔｄ１に設定する（ステップＳ１１２）。発光制御部２８は、同期信号Ｓａの立ち下がり時ｔａ（＝基準時ｔ０）から第１遅延時間Ｔｄ１を経過した時点から第２変調光１２Ｂを出射させる（ステップＳ１１３）。

発光部２６から出射された第２変調光１２Ｂは、被検出物１６に照射され、該被検出物１６からの反射光１８が光学系３２を介して撮像素子３０に入射される。撮像素子３０は、上述したように、基準時ｔ０から時間Ｔａだけ遅れた時点で最初の露光期間Ｔｒの中心が位置するように調整され、さらに、各露光期間Ｔｒの周期が２πとなるように調整されているので、この第３フレームにおいては、第２変調光１２Ｂの位相が１８０°であるときの反射光１８の光量が光電変換されて撮像素子３０に蓄積されることになる（ステップＳ１１４：図７Ｂ参照）。その後、同期信号発生部２４は、第４フレームを示す同期信号Ｓａを出力し、撮像素子３０に蓄積された電荷は、この第４フレームにおいて転送されてアナログ信号とされ（ステップＳ１１５）、さらにデジタル変換されて（ステップＳ１１６）、第２変調光１２Ｂの位相が１８０°であるときの反射光１８のサンプリング値Ｓ３が画素ごとに配列された第３画像データＤｃ４としてバッファメモリ４０に保存される（ステップＳ１１７）。この段階で、第２変調光１２Ｂの出射が終了する（ステップＳ１１８）。

次に、同期信号発生部２４は、第５フレームを示す同期信号Ｓａを出力する（ステップＳ１１９：図７Ｃ参照）。開始時間制御部６４は、同期信号Ｓａの立ち上がりに基づいて、第３変調光１２Ｃの開始時間を第２遅延時間Ｔｄ２に設定する（ステップＳ１２０）。発光制御部２８は、同期信号Ｓａの立ち下がり時ｔａ（＝基準時ｔ０）から第２遅延時間Ｔｄ２を経過した時点からから第３変調光１２Ｃを出射させる（ステップＳ１２１）。

発光部２６から出射された第３変調光１２Ｃは、被検出物１６に照射され、該被検出物１６からの反射光１８が光学系３２を介して撮像素子３０に入射される。撮像素子３０は、上述したように、基準時ｔ０から時間Ｔａだけ遅れた時点で最初の露光期間Ｔｒの中心が位置するように調整され、さらに、各露光期間Ｔｒの周期が２πとなるように調整されているので、この第５フレームにおいては、第３変調光１２Ｃの位相が９０°であるときの反射光１８の光量が光電変換されて撮像素子３０に蓄積されることになる（ステップＳ１２２：図７Ｃ参照）。その後、同期信号発生部２４は、第６フレームを示す同期信号Ｓａを出力し（ステップＳ１２３）、撮像素子３０に蓄積された電荷は、この第６フレームにおいて転送されてアナログ信号とされ（ステップＳ１２４）、さらにデジタル変換されて（ステップＳ１２５）、第３変調光１２Ｃの位相が９０°であるときの反射光１８のサンプリング値Ｓ２が画素ごとに配列された第２画像データＤｃ２としてバッファメモリ４０に保存される（ステップＳ１２６）。この段階で、第３変調光１２Ｃの出射が終了する（ステップＳ１２７）。

次に、同期信号発生部２４は、第７フレームを示す同期信号Ｓａを出力する（ステップＳ１２８：図７Ｄ参照）。開始時間制御部６４は、同期信号Ｓａの立ち上がりに基づいて、第４変調光１２Ｄの開始時間を第３遅延時間Ｔｄ３に設定する（ステップＳ１２９）。発光制御部２８は、同期信号Ｓａの立ち下がり時ｔａ（＝基準時ｔ０）から第３遅延時間Ｔｄ３を経過した時点からから第４変調光１２Ｄを出射させる（ステップＳ１３０）。

発光部２６から出射された第４変調光１２Ｄは、被検出物１６に照射され、該被検出物１６からの反射光１８が光学系３２を介して撮像素子３０に入射される。撮像素子３０は、上述したように、基準時ｔ０から時間Ｔａだけ遅れた時点で最初の露光期間Ｔｒの中心が位置するように調整され、さらに、各露光期間Ｔｒの周期が２πとなるように調整されているので、この第７フレームにおいては、第４変調光１２Ｄの位相が０°であるときの反射光１８の光量が光電変換されて撮像素子３０に蓄積されることになる（ステップＳ１３１：図７Ｄ参照）。その後、同期信号発生部２４は、第８フレームを示す同期信号Ｓａを出力し（ステップＳ１３２）、撮像素子３０に蓄積された電荷は、この第８フレームにおいて転送されてアナログ信号とされ（ステップＳ１３３）、さらにデジタル変換されて（ステップＳ１３４）、第４変調光１２Ｄの位相が０°であるときの反射光１８のサンプリング値Ｓ１が画素ごとに配列された第１画像データＤｃ１としてバッファメモリ４０に保存される（ステップＳ１３５）。この段階で、第４変調光１２Ｄの出射が終了する（ステップＳ１３６）。

次に、距離演算部５８は、バッファメモリ４０に保存された第１画像データＤｃ１〜第４画像データＤｃ４に基づいて被検出物１６までの距離を演算する（ステップＳ１３７）。

このように、第１測距装置１０Ａにおいては、強度変調され、且つ、基準時ｔ０から照射開始時までの時間的長さがそれぞれ異なる複数の変調光１２をシリーズに出射し、変調光１２により照射された被検出物１６からの反射光１８を受光し、変調光１２と反射光１８の位相差から被検出物１６までの距離を算出するようにしている。従って、上述した第１測距装置１０Ａを例えばデジタルカメラや監視カメラ等に設置させた場合、表示回路系や他のＩＣ回路等からクロックノイズ等のノイズが第１測距装置１０Ａに混入することとなるが、図６に簡略化して示すように、フレームによって露光タイミングが変化するということがないため、露光期間Ｔｒをノイズ６８の発生タイミングを避けて設定することが容易であり、ノイズ６８の抑圧が容易になるという利点がある。

また、露光期間Ｔｒの配置パターンを１つで済むことから、撮像素子３０を駆動するための回路（撮像素子制御部３４）を簡単にすることができ、ＣＰＵへの負荷を低減することができる。

上述の例では、第１フレーム、第３フレーム、第５フレーム及び第７フレームで第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの露光を行い、第２フレーム、第４フレーム、第６フレーム及び第８フレームで電荷転送を行うようにしたが、その他、第１フレームで第１変調光１２Ａの露光を行い、第２フレームでその電荷転送を行うと共に、第２変調光１２Ｂの露光を行い、第３フレームでその電荷転送を行うと共に、第３変調光１２Ｃの露光を行い、第４フレームでその電荷転送を行うと共に、第４変調光１２Ｄの露光を行い、第５フレームでその電荷転送を行うようにしてもよい。

次に、第２の実施の形態に係る測距装置（以下、第２測距装置１０Ｂと記す）について図９〜図１１を参照しながら説明する。

この第２測距装置１０Ｂは、図９に示すように、上述した第１測距装置１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。

すなわち、受光手段２０は、外部からの制御信号に基づいて露光期間Ｔｒの終端を変更する露光期間変更部７０を有し、発光手段１４は、露光期間変更部７０にて変更された露光期間Ｔｒに基づいて、基準時ｔ０の開始タイミングを変更する第１基準時変更部７２と、変更された露光期間Ｔｒに対応した基準時ｔ０の遅延時間（基準遅延時間Ｔｂ）の情報が登録された第１情報テーブル７４が記憶されたメモリ７６とを有する。

第１基準時変更部７２は、変更された露光期間Ｔｒとメモリ７６に記憶された第１情報テーブル７４の情報に基づいて、基準時ｔ０の開始タイミングを変更する。つまり、第１基準時変更部７２は、メモリ７６に記憶された第１情報テーブル７４に登録された複数の基準遅延時間Ｔｂの情報のうち、変更された露光期間Ｔｒに対応する基準遅延時間Ｔｂの情報を読み出して開始時間制御部６４に供給する。開始時間制御部６４は、供給された基準遅延時間Ｔｂの情報に基づいて、同期信号Ｓａの立ち下がり時点ｔａから基準遅延時間Ｔｂだけ経過した時点を新たな基準時ｔ０として第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの発光開始時間を制御する。

次に、第２測距装置１０Ｂの動作原理について図１０Ａ及び図１０Ｂを参照しながら説明する。

最初の段階では、第１測距装置１０Ａと同様に、開始時間制御部６４によって、発光部２６からは、図１０Ａに示すように、基準時ｔ０（この場合、同期信号の立ち下がり時点ｔａ）で発光が開始される第１変調光１２Ａと、基準時ｔ０から第１遅延時間Ｔｄ１の経過時点で発光が開始される第２変調光１２Ｂと、基準時ｔ０から第２遅延時間Ｔｄ２の経過時点で発光が開始される第３変調光１２Ｃと、基準時ｔ０から第３遅延時間Ｔｄ３の経過時点で発光が開始される第４変調光１２Ｄとがシリーズに出射される。

そして、受光手段２０においては、例えば第１変調光１２Ａの位相が２７０°における反射光１８のサンプリング値を得ることができ、第２変調光１２Ｂの位相が１８０°における反射光１８のサンプリング値を得ることができる。同様に、第３変調光１２Ｃの位相が９０°における反射光１８のサンプリング値を得ることができ、第４変調光１２Ｄの位相が０°における反射光１８のサンプリング値を得ることができる。

ところで、被検出物１６や背景が明るく、受光手段２０にて受光した信号が飽和状態になってしまうような場合は、使用者の操作入力、オートアイリス、撮像素子３０の電子シャッタ等で露光期間Ｔｒの幅が変更される場合がある。つまり、外部からの制御信号に基づいて露光期間Ｔｒの幅が変更される場合がある。このような場合、通常は、露光期間Ｔｒの中心位置を変化させずに、露光期間Ｔｒの幅を変化させるようにしている。そのため、露光期間Ｔｒの開始時点が変化し、それに応じて、撮像素子３０に対する駆動信号の印加タイミング等も変えなければならず、キャリブレーションが必要になるという問題がある。

そこで、この第２測距装置１０Ｂでは、露光期間変更部７０は、操作部７８からの指示信号（使用者の操作指示による露光期間Ｔｒを短くするか、長くするかの指示信号）や、バッファメモリ４０に蓄積されたサンプリング値に基づいて露光期間Ｔｒを短くするか、長くするかを演算する露光期間演算部８０から指示信号（露光期間Ｔｒを短くするか、長くするかの指示信号）に基づいて、露光期間Ｔｒを変更する。

露光期間Ｔｒの変更としては、時間的長さの異なる数種の露光期間Ｔｒ（少なくとも２種以上の露光期間Ｔｒ）を用意しておき、露光期間Ｔｒを短くする指示信号が入力された場合に、現在の露光期間Ｔｒよりも１段階短い露光期間Ｔｒを選択し、あるいは露光期間Ｔｒを長くする指示信号が入力された場合に、現在の露光期間Ｔｒよりも１段階長い露光期間Ｔｒを選択する。

この手法を採用することにより、露光期間Ｔｒの変更を簡単に設定することができる。

さらに、露光期間変更部７０は、各露光期間Ｔｒの終端を変更して露光期間Ｔｒの幅を変更するようにしているため、変更前の露光期間Ｔｒの開始タイミングと、変更後の露光期間Ｔｒの開始タイミングは変化していない。その代わりに、各露光期間Ｔｒの中心時点がずれてしまっており、この状態で反射光１８をサンプリングしても、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの規定の４つの位相（１８０°、９０°、０°、２７０°）でサンプリングすることができない。

そこで、予め用意した複数種の露光期間Ｔｒに対応してそれぞれ識別コードを割り当てておき、露光期間変更部７０にて選択した露光期間Ｔｒに対応する識別コードを第１基準時変更部７２に送信することによって、第１基準時変更部７２は、変更された露光期間Ｔｒを認識することができる。

そして、第１基準時変更部７２は、変更された露光期間Ｔｒ（選択された露光期間）とメモリ７６に記憶された第１情報テーブル７４の情報に基づいて、基準時ｔ０の開始タイミングを変更する。具体的には、変更後の露光期間Ｔｒは、上述したように、露光期間変更部７０から送信された識別コードにて認識できることから、第１情報テーブル７４に登録される情報としては、例えば図１１に示すように、露光期間Ｔｒの識別コードと、該露光期間Ｔｒの識別コードに対応した基準時の遅延時間（基準遅延時間Ｔｂ）とが考えられる。

ここで、露光期間Ｔｒの識別コードに対応した基準遅延時間Ｔｂとは、同期信号Ｓａの立ち下がり時点ｔａから基準遅延時間Ｔｂだけ経過した時点を新たな基準時ｔ０として設定して、該新たな基準時ｔ０にて第１変調光１２Ａを出射し、新たな基準時ｔ０から第１遅延時間Ｔｄ１が経過した時点で第２変調光１２Ｂを出射し、新たな基準時ｔ０から第２遅延時間Ｔｄ２が経過した時点で第３変調光１２Ｃを出射し、新たな基準時ｔ０から第３遅延時間Ｔｄ３が経過した時点で第４変調光１２Ｄを出射すれば、変更後の露光期間Ｔｒの中心時点にて、第１変調光１２Ａの位相が２７０°における反射光１８のサンプリング値を得ることができ、第２変調光１２Ｂの位相が１８０°における反射光１８のサンプリング値を得ることができ、第３変調光１２Ｃの位相が９０°における反射光１８のサンプリング値を得ることができ、第４変調光１２Ｄの位相が０°における反射光１８のサンプリング値を得ることができる時間を示す。

そして、第１基準時変更部７２は、供給された識別コードに対応する基準遅延時間Ｔｂを第１情報テーブル７４から読み出して、開始時間制御部６４に供給する。開始時間制御部６４は、同期信号Ｓａの立ち下がり時点ｔａから基準遅延時間Ｔｂだけ経過した時点を新たな基準時ｔ０として設定する。

また、無効期間設定部６５は、基準遅延時間Ｔｂに加えて、新たな基準時ｔ０から最初の露光期間Ｔｒとその次の露光期間Ｔｒを連続した無効期間Ｔｍとして設定する。

これにより、変更後の各露光期間Ｔｒの中心時点において、反射光１８をサンプリングした場合に、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの規定の４つの位相（１８０°、９０°、０°、２７０°）でサンプリングすることができ、第１測距装置１０Ａと同様に、距離演算部５８での距離演算を高精度に行わせることができる。

このように、第２測距装置１０Ｂにおいては、露光期間変更部７０において、各露光期間Ｔｒの終端を変更して露光期間Ｔｒの幅を変更し、第１基準時変更部７２において、変更された露光期間Ｔｒに基づいて基準時ｔ０の開始タイミングを変更するようにしているため、各露光期間Ｔｒの開始時点を変化させる必要がない。つまり、露光期間Ｔｒの開始時点を変化させないため、上述したようなキャリブレーションは不要となる。

この場合、露光期間Ｔｒの識別コードに対応した基準遅延時間Ｔｂの情報が登録された第１情報テーブル７４を使用し、該第１情報テーブル７４の情報に基づいて、基準時ｔ０の開始タイミングを変更するようにしたので、変更された露光期間Ｔｒに基づく基準時ｔ０の開始タイミングを複雑な演算を用いることなく、第１情報テーブル７４に対するアクセスにて簡単に求めることができるため、処理時間の短縮を図ることができる。

次に、第３の実施の形態に係る測距装置（以下、第３測距装置１０Ｃと記す）を図１２を参照しながら説明する。

この第３測距装置１０Ｃは、図１２に示すように、上述した第２測距装置１０Ｂとほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。

先ず、露光期間変更部７０は、初期段階の露光期間Ｔｒが予め設定され、露光期間Ｔｒを短くする指示信号が入力された場合に、現在の露光期間Ｔｒを１／ｎ（ｎ：実数）分だけ短くし、露光期間Ｔｒを長くする指示信号が入力された場合に、現在の露光期間Ｔｒを１／ｎ（ｎ：実数）分だけ長くする。

そして、第３測距装置１０Ｃは、変更された露光期間Ｔｒに基づいて、基準時ｔ０の開始タイミングを演算する第１基準時演算部８２が設置されている。

この第１基準時演算部８２は、変更された露光期間Ｔｒの幅に基づいて、基準時ｔ０の遅延時間（基準遅延時間Ｔｂ）を演算する。ここで求められる基準遅延時間Ｔｂも、上述したように、反射光１８をサンプリングした場合に、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの規定の４つの位相（１８０°、９０°、０°、２７０°）でサンプリングすることができる時間である。

演算にて得られた基準遅延時間Ｔｂは、開始時間制御部６４に供給される。開始時間制御部６４は、同期信号Ｓａの立ち下がり時点ｔａから基準遅延時間Ｔｂだけ経過した時点を新たな基準時ｔ０として設定する。

また、無効期間設定部６５は、基準遅延時間Ｔｂに加えて、新たな基準時ｔ０から最初の露光期間Ｔｒとその次の露光期間Ｔｒを連続した無効期間Ｔｍとして設定する。

これにより、変更後の各露光期間Ｔｒの中心時点において、反射光１８をサンプリングした場合に、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの規定の４つの位相（１８０°、９０°、０°、２７０°）でサンプリングすることができ、第２測距装置１０Ｂと同様に、距離演算部５８での距離演算を高精度に行わせることができる。特に、この第３測距装置１０Ｃでは、第１情報テーブル７４を格納するためのメモリ７６やメモリ領域を設ける必要がない。

次に、第４の実施の形態に係る測距装置（以下、第４測距装置１０Ｄと記す）について図１３〜図１４Ｂを参照しながら説明する。

この第４測距装置１０Ｄは、図１３に示すように、上述した第１測距装置１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。

すなわち、受光手段２０は、外部からの制御信号に基づいて露光期間Ｔｒの周期Ｔｔ（図１４Ａ、図１４Ｂ参照）を変更する露光タイミング変更部８４を有し、発光手段１４は、露光タイミング変更部８４にて変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて複数の変調光１２の各波長Ｔｄ（図１４Ａ、図１４Ｂ参照）を変更する波長変更部８６と、露光タイミング変更部８４にて変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて基準時の開始タイミングを変更する第２基準時変更部８８と、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて第２変調光１２Ｂ〜第４変調光１２Ｄの新たな基準時ｔ０から照射開始時までの時間的長さ（第１１遅延時間Ｔｄ１１〜第１３遅延時間Ｔｄ１４）を変更する開始時間変更部８９と、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに対応した少なくとも第１変調光の波長Ｔｄと、基準時ｔ０の遅延時間（基準遅延時間Ｔｂ）の情報と、少なくとも第２変調光１２Ｂの第１１遅延時間Ｔｄ１１が登録された第２情報テーブル９０が記憶されたメモリ７６とを有する。第１１遅延時間Ｔｄ１１は、第１変調光１２Ａの波長に対して９０°の位相遅れ分に相当する時間に設定される。従って、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに応じて時間的長さが変わることになる。

波長変更部８６は、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔとメモリ７６に記憶された第２情報テーブル９０の情報（波長情報）に基づいて、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの各波長Ｔｄを変更し、第２基準時変更部８８は、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔと第２情報テーブル９０の基準遅延時間Ｔｂに基づいて基準時ｔ０の開始タイミングを変更し、開始時間変更部８９は、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔと第２情報テーブルの第１１遅延時間Ｔｄ１１に基づいて第２変調光１２Ｂ〜第４変調光１２Ｄの各遅延時間Ｔｄ１１〜Ｔｄ１３を変更する。

次に、第４測距装置１０Ｄの動作原理について図１４Ａ及び図１４Ｂも参照しながら説明する。

最初の段階では、第１測距装置１０Ａと同様に、開始時間制御部６４によって、発光部２６からは、図１４Ａに示すように、同期信号の立ち下がり時点ｔａ（変更前の基準時ｔ０）で発光が開始される第１変調光１２Ａと、基準時ｔ０から第１遅延時間Ｔｄ１の経過時点で発光が開始される第２変調光１２Ｂと、基準時ｔ０から第２遅延時間Ｔｄ２の経過時点で発光が開始される第３変調光１２Ｃと、基準時ｔ０から第３遅延時間Ｔｄ３の経過時点で発光が開始される第４変調光１２Ｄとがシリーズに出射される。

そして、受光手段２０においては、例えば第１変調光１２Ａの位相が２７０°における反射光１８のサンプリング値Ｓ４を得ることができ、第２変調光１２Ｂの位相が１８０°における反射光１８のサンプリング値Ｓ３を得ることができる。同様に、第３変調光１２Ｃの位相が９０°における反射光１８のサンプリング値Ｓ２を得ることができ、第４変調光１２Ｄの位相が０°における反射光１８のサンプリング値Ｓ１を得ることができる。

ところで、被検出物１６までの距離が遠い場合においては、演算された距離が無効な値を示すことがあり、このような場合、ＣＰＵからの制御信号や使用者の操作入力に従って、１フレームの時間的長さが変更され、それに伴って、変調光１２の波長Ｔｄが変更される場合がある。つまり、外部からの制御信号に基づいて１フレームの時間的長さが変更される場合がある。このような場合、通常は、変更された１フレームの時間的長さに合わせて露光期間Ｔｒの中心位置を決定することになるが、予め設定された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに対して整数レベルの変化（整数倍の分周、あるいは整数倍の逓倍）であれば、簡単であるが、実数レベルでの変化ともなると、専用のキャリブレーションが必要になるという問題がある。

そこで、この第４測距装置１０Ｄでは、波長変更部８６は、操作部７８からの指示信号（使用者の操作指示による１フレームの時間的長さを短くするか、長くするかの指示信号）や、バッファメモリ４０に蓄積されたサンプリング値に基づいて１フレームの時間的長さを短くするか、長くするかを演算する露光タイミング演算部９２から指示信号（１フレームの時間的長さを短くするか、長くするかの指示信号）に基づいて、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの各波長Ｔｄを変更する。

同様に、露光タイミング変更部８４は、操作部７８からの指示信号や、露光タイミング演算部９２から指示信号に基づいて、露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを変更する。

露光期間Ｔｒの周期Ｔｔとしては、予め時間的長さの異なる数種の周期Ｔｔ（少なくとも２種以上の周期）を用意しておき、１フレームを短くする指示信号が入力された場合に、現在の露光期間Ｔｒの周期Ｔｔよりも１段階短い周期Ｔｔを選択し、あるいは１フレームを長くする指示信号が入力された場合に、現在の露光期間Ｔｒの周期Ｔｔよりも１段階長い周期Ｔｔを選択する。

この手法を採用することにより、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに合わせて、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの波長Ｔｄを設定することができるため、予め設定された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに対して整数レベル（整数倍の分周、あるいは整数倍の逓倍）で露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを変化させることができ、回路構成を簡単にすることができる。

露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを、予め設定された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに対して整数レベル（整数倍の分周、あるいは整数倍の逓倍）で変化させた場合、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの波長Ｔｄが変化していなければ、この状態で反射光１８をサンプリングしても、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの規定の４つの位相（１８０°、９０°、０°、２７０°）でサンプリングすることができるが、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの波長Ｔｄを変化させた場合は、反射光１８をサンプリングしても、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの規定の４つの位相でサンプリングすることができない。

そこで、予め用意した複数種の露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに対応してそれぞれ識別コードを割り当てておき、露光タイミング変更部８４にて選択した露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに対応する識別コードを波長変更部８６、第２基準時変更部８８及び開始時間変更部８９に送信することによって、波長変更部８６、第２基準時変更部８８及び開始時間変更部８９は、現在、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを認識することができる。

そして、波長変更部８６は、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔ（選択された露光期間の周期）とメモリ７６に記憶された第２情報テーブル９０の情報に基づいて、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの各波長Ｔｄを変更する。また、第２基準時変更部８８は、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔと第２情報テーブル９０の情報に基づいて、基準時ｔ０の開始タイミングを変更し、開始時間変更部８９は、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔと第２情報テーブル９０の情報に基づいて、第２変調光１２Ｂ〜第４変調光１２Ｄの各遅延時間Ｔｄ１１〜Ｔｄ１３を変更する。

具体的には、変更後の露光期間Ｔｒの周期Ｔｔは、上述したように、露光タイミング変更部８４から送信された識別コードにて認識できることから、第２情報テーブル９０に登録される情報としては、例えば図１５に示すように、露光期間Ｔｒの周期Ｔｔの識別コードと、該露光期間Ｔｒの周期Ｔｔの識別コードに対応した波長情報、基準遅延時間及び第１１遅延時間Ｔｄ１１の情報が考えられる。

ここで、露光期間Ｔｒの識別コードに対応した基準遅延時間Ｔｂ及び第１１遅延時間Ｔｄ１１とは、例えば第１変調光１２Ａの波長Ｔｄを、識別コードに対応する波長情報が示す波長に変更し、さらに、基準時ｔ０を基準遅延時間Ｔｂだけ経過した時点に変更し、変更された基準時ｔ０から第２変調光１２Ｂ〜第４変調光１２Ｄの発光開始時までの遅延時間を第１１遅延時間Ｔｄ１１に基づいて変更することによって、周期Ｔｔを変更した後の露光期間Ｔｒの中心時点にて、変更後の露光期間Ｔｒの中心時点にて、第１変調光１２Ａの位相が２７０°における反射光１８のサンプリング値を得ることができ、第２変調光１２Ｂの位相が１８０°における反射光１８のサンプリング値を得ることができ、第３変調光１２Ｃの位相が９０°における反射光１８のサンプリング値を得ることができ、第４変調光１２Ｄの位相が０°における反射光１８のサンプリング値を得ることができる時間を示す。

そして、波長変更部８６は、メモリ７６に記憶された第２情報テーブル９０に登録された複数の波長情報のうち、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに対応する波長情報を読み出して発光制御部２８に供給する。発光制御部２８は、供給された波長情報に基づいて第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの波長Ｔｄを変更する。

第２基準時変更部８８は、第２情報テーブル９０に登録された複数の基準遅延時間Ｔｂの情報のうち、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに対応する基準遅延時間Ｔｂの情報を読み出して開始時間制御部６４に供給する。開始時間制御部６４は、供給された基準遅延時間Ｔｂの情報に基づいて、同期信号Ｓａの立ち下がり時点ｔａから基準遅延時間Ｔｂだけ経過した時点を新たな基準時ｔ０として設定する。

開始時間変更部８９は、第２情報テーブル９０に登録された複数の第１１遅延時間Ｔｄ１１の情報のうち、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに対応する第１１遅延時間Ｔｄ１１の情報を読み出して開始時間制御部６４に供給する。開始時間制御部６４は、供給された第１１遅延時間Ｔｄ１１の情報に基づいて、残りの第１２遅延時間Ｔｄ１２及び第１３遅延時間Ｔｄ１３を設定する。なお、第１２遅延時間Ｔｄ１２は、第１変調光１２Ａの変更された波長に対して１８０°の位相遅れ分に相当する時間に設定され、第１３遅延時間Ｔｄ１３は、第１変調光１２Ａの変更された波長に対して２７０°の位相遅れ分に相当する時間に設定される。

また、無効期間設定部６５は、基準遅延時間Ｔｂに加えて、新たな基準時ｔ０から変更後の最初の露光期間Ｔｒとその次の露光期間Ｔｒを連続した無効期間Ｔｍとして設定する。

これにより、周期Ｔｔを変更した後の各露光期間Ｔｒの中心時点において、反射光１８をサンプリングした場合に、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの規定の４つの位相（１８０°、９０°、０°、２７０°）でサンプリングすることができ、被検出物１６までの距離が遠くても、第１測距装置１０Ａと同様に、距離演算部５８での距離演算を高精度に行わせることができる。

このように、第４測距装置１０Ｄにおいては、露光タイミング変更部８４において、各露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを変更し、波長変更部８６において、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの波長Ｔｄを変更し、第２基準時変更部８８において、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて基準時ｔ０の開始タイミングを変更し、開始時間変更部８９において、第２変調光１２Ｂ〜第４変調光１２Ｄの新たな基準時ｔ０から照射開始時までの時間的長さ（第１１遅延時間Ｔｄ１１〜第１３遅延時間Ｔｄ１３）を変更するようにしているため、露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに合わせて、変調光１２の波長Ｔｄを設定することができ、その結果、予め設定された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに対して整数レベル（整数倍の分周、あるいは整数倍の逓倍）で露光タイミングを変化させることができ、回路構成を簡単にすることができる。

この場合、露光期間Ｔｒの周期Ｔｔの識別コードに対応した第１変調光１２Ａの波長Ｔｄ、基準遅延時間Ｔｂ及び第１１遅延時間Ｔｄ１１の情報が登録された第２情報テーブル９０を使用し、該第２情報テーブル９０の情報に基づいて、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの波長Ｔｄ、基準時ｔ０の開始タイミング及び第１１遅延時間Ｔｄ１１〜第１３遅延時間Ｔｄ１４を変更するようにしたので、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づく第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの波長Ｔｄ、基準遅延時間Ｔｂ及び第１１遅延時間Ｔｄ１１〜第１３遅延時間Ｔｄ１３を複雑な演算を用いることなく、第２情報テーブル９０に対するアクセスにて簡単に求めることができるため、処理時間の短縮を図ることができる。

次に、第５の実施の形態に係る測距装置（以下、第５測距装置１０Ｅと記す）を図１６を参照しながら説明する。

この第５測距装置１０Ｅは、図１６に示すように、上述した第４測距装置１０Ｄとほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。

先ず、露光タイミング変更部８４は、初期段階の露光期間Ｔｒの周期Ｔｔが予め設定され、露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを短くする指示信号が入力された場合に、現在の露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを１／ｍ（ｍ：整数）分だけ短くし、露光期間Ｔｒの周期Ｔｒを長くする指示信号が入力された場合に、現在の露光期間Ｔｒの周期Ｔｔを１／ｍ（ｍ：整数）分だけ長くする。

そして、第５測距装置１０Ｅは、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの波長Ｔｄを演算する波長演算部９４と、基準時ｔ０の開始タイミングを演算する第２基準時演算部９６と、第２変調光１２Ｂ〜第４変調光１２Ｄの新たな基準時ｔ０から照射開始時までの時間的長さ（第１１遅延時間Ｔｄ１１〜第１３遅延時間Ｔｄ１３）を演算する開始時間演算部９７とが設置されている。

波長演算部９４は、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの波長Ｔｄを演算する。第２基準時演算部９６は、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて、基準遅延時間Ｔｂを演算する。開始時間演算部９７は、変更された露光期間Ｔｒの周期Ｔｔに基づいて、第１１遅延時間Ｔｄ１１を演算する。

ここで、演算された基準遅延時間Ｔｂ及び第１１遅延時間Ｔｂ１１とは、例えば第１変調光１２Ａの波長Ｔｄを、識別コードに対応する波長情報が示す波長に変更し、さらに、基準時ｔ０を基準遅延時間Ｔｂだけ経過した時点に変更し、変更された基準時ｔ０から第２変調光１２Ｂ〜第４変調光１２Ｄの発光開始時までの遅延時間を第１１遅延時間Ｔｄ１１に基づいて変更することによって、周期Ｔｔを変更した後の各露光期間Ｔｒの中心時点において、反射光１８をサンプリングした場合に、第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄの規定の４つの位相（１８０°、９０°、０°、２７０°）でサンプリングすることができる時間を示す。

従って、この第５測距装置１０Ｅにおいても、第４測距装置１０Ｄと同様に、距離演算部５８での距離演算を高精度に行わせることができる。特に、この第５測距装置１０Ｅでは、第２情報テーブル９０を格納するためのメモリ７６やメモリ領域を設ける必要がない。

次に、第６の実施の形態に係る測距装置（以下、第６測距装置１０Ｆと記す）について図１７を参照しながら説明する。

この第６測距装置１０Ｆは、図１７に示すように、上述した第１測距装置１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、差分演算部９８と、開始時間補正部１００とを有する点で異なる。

差分演算部９８は、距離演算部５８にて算出された被検出物１６までの距離（算出距離Ｌｃ）と、操作部７８によって入力された被検出物１６までの実測距離Ｌｒとの差分ΔＬを演算する。

開始時間補正部１００は、差分演算部９８にて得られた差分ΔＬに基づいて、第２変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄおける基準時から照射開始時までの時間的長さ（第１遅延時間Ｔｄ１〜第３遅延時間Ｔｄ３）を補正する。

具体的には、開始時間補正部１００は、差分演算部９８にて得られた差分ΔＬに基づいて、第２変調光１２Ｂの基準時ｔ０からの遅延時間（第１遅延時間Ｔｄ１）を演算する。距離演算部５８にて算出された被検出物１６までの距離（算出距離Ｌｃ）が、操作部７８によって入力された被検出物１６までの実測距離Ｌｒよりも短ければ、第１遅延時間Ｔｄ１を、現在の設定時間よりも例えば時間的に短く（あるいは時間的に長く）設定する。反対に、算出距離Ｌｃが、実測距離Ｌｒよりも長ければ、第１遅延時間Ｔｄ１を、現在の設定時間よりも例えば例えば時間的に長く（あるいは時間的に短く）設定する。

演算にて得られた第１遅延時間Ｔｄ１は、開始時間制御部６４に供給される。開始時間制御部６４は、供給された第１遅延時間Ｔｄ１の情報に基づいて、残りの第２遅延時間Ｔｄ２及び第３遅延時間Ｔｄ３を設定する。なお、第２遅延時間Ｔｄ２は、第１変調光１２Ａの波長に対して１８０°の位相遅れ分に相当する時間に設定され、第３遅延時間Ｔｄ３は、第１変調光１２Ａの波長に対して２７０°の位相遅れ分に相当する時間に設定される。

これによって、補正された各開始時間に基づいて被検出物１６までの距離が演算され、再び実測距離Ｌｒと比較される。

そして、算出距離Ｌｃと実測距離Ｌｒが一致あるいはほぼ一致した段階で、一旦、差分演算部９８及び開始時間補正部１００での動作が終了する。

この第６測距装置１０Ｆによれば、被検出物１６までの距離の誤測定を補正できるため、精度よく、且つ、安定に測距することができる。

上述の例では、４つの変調光（第１変調光１２Ａ〜第４変調光１２Ｄ）に適用した例を示したが、その他、３つの変調光やそれ以外の数の変調光に対応させることができる。

なお、本発明に係る測距装置及び測距方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

第１測距装置の構成を示すブロック図である。 撮像素子の概略構成を示す説明図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、撮像素子での電荷蓄積状態を示す説明図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、撮像素子での電荷転送状態を示す説明図である。 撮像素子からの撮像信号に基づくサンプリング値によって反射光の位相遅れを求める原理を示す説明図である。 発光手段から出射される第１変調光〜第４変調光と、同期信号及び露光期間の関係を示す波形図である。 図７Ａは第１フレームにおける第１変調光、反射光、同期信号及び露光期間の関係を示す波形図であり、図７Ｂは同じく第３フレームでの関係を示す波形図であり、図７Ｃは同じく第５フレームでの関係を示す波形図であり、図７Ｄは同じく第７フレームでの関係を示す波形図である。 第１測距装置での処理動作を示すフローチャートである。 第２測距装置の構成を示すブロック図である。 図１０Ａは通常の場合の第１変調光〜第４変調光、反射光、同期信号及び露光期間の関係を示す波形図であり、図１０Ｂは露光期間の幅を変更した後の第１変調光〜第４変調光、反射光、同期信号及び露光期間の関係を示す波形図である。 第１情報テーブルの内訳を示す説明図である。 第３測距装置の構成を示すブロック図である。 第４測距装置の構成を示すブロック図である。 図１４Ａは通常の場合の第１変調光〜第４変調光、反射光、同期信号及び露光期間の関係を示す波形図であり、図１４Ｂは露光期間の周期を変更した後の第１変調光〜第４変調光、反射光、同期信号及び露光期間の関係を示す波形図である。 第２情報テーブルの内訳を示す説明図である。 第５測距装置の構成を示すブロック図である。 第６測距装置の構成を示すブロック図である。 ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式の光波測距方法を示す説明図である。 変調光に対する反射光の位相の遅れを示す波形図である。 従来例に係る測距装置での処理動作を示すフローチャートである。 図２１Ａは従来例に係る測距装置での第１フレームにおける変調光、反射光、同期信号及び露光期間の関係を示す波形図であり、図２１Ｂは同じく第３フレームでの関係を示す波形図であり、図２１Ｃは同じく第５フレームでの関係を示す波形図であり、図２１Ｄは同じく第７フレームでの関係を示す波形図である。 従来例に係る測距装置による不都合点を示す説明図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｆ…第１測距装置〜第６測距装置
１２…変調光 １４…発光手段
１６…被検出物 １８…反射光
２０…受光手段 ２２…演算手段
２４…同期信号発生部 ２６…発光部
２８…発光制御部 ３０…撮像素子
３２…光学系 ３４…撮像素子制御部
３６…アナログ信号処理部 ３８…Ａ／Ｄ変換部
４０…バッファメモリ ５８…距離演算部
６４…開始時間制御部 ６５…無効期間設定部
７０…露光期間変更部 ７２…第１基準時変更部
７４…第１情報テーブル ７６…メモリ
７８…操作部 ８０…露光期間演算部
８２…第１基準時演算部 ８４…露光タイミング変更部
８６…波長変更部 ８８…第２基準時変更部
８９…開始時間変更部 ９０…第２情報テーブル
９２…露光タイミング演算部 ９４…波長演算部
９６…第２基準時演算部 ９７…開始時間演算部
９８…差分演算部 １００…開始時間補正部

Claims (25)

1. 強度変調され、且つ、基準時から照射開始時までの時間的長さがそれぞれ異なる複数の変調光をシリーズに出射する発光手段と、
   前記変調光により照射された被検出物からの反射光を受光する受光手段と、
   前記変調光と前記反射光の位相差から前記被検出物までの距離を算出する演算手段とを有することを特徴とする測距装置。
2. 請求項１記載の測距装置において、
   前記発光手段は、
   発光部と、前記発光部から出射される光を強度変調して前記変調光として出射させる発光制御部とを有し、
   さらに、前記発光制御部は、前記変調光の基準時から照射開始時までの時間的長さを制御する開始時間制御部を有することを特徴とする測距装置。
3. 請求項１又は２記載の測距装置において、
   前記受光手段は、前記基準時を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において前記反射光の光量をサンプリングすることを特徴とする測距装置。
4. 請求項３記載の測距装置において、
   前記受光手段は、前記一定周期ごとに設定された露光期間のうち、前記基準時から少なくとも照射開始時までの時間的長さに含まれる露光期間でのサンプリングを行わないように設定する無効期間設定部を有することを特徴とする測距装置。
5. 請求項３又は４記載の測距装置において、
   前記受光手段は、外部からの制御信号に基づいて前記露光期間の終端を変更する露光期間変更部を有し、
   前記発光手段は、前記露光期間変更部にて変更された前記露光期間に基づいて前記基準時の開始タイミングを変更する基準時変更部を有することを特徴とする測距装置。
6. 請求項５記載の測距装置において、
   変更された前記露光期間に対応した前記基準時の開始タイミングの情報が登録されたテーブルが記憶されたメモリを有し、
   前記基準時変更部は、変更された前記露光期間と前記メモリに記憶された前記テーブルの情報に基づいて、前記基準時の開始タイミングを変更することを特徴とする測距装置。
7. 請求項５記載の測距装置において、
   変更された前記露光期間に基づいて、前記基準時の開始タイミングを演算する基準時演算部を有し、
   前記基準時変更部は、前記基準時演算部からのタイミング情報に基づいて、前記基準時の開始タイミングを変更することを特徴とする測距装置。
8. 請求項３又は４記載の測距装置において、
   前記受光手段は、外部からの制御信号に基づいて前記露光期間の周期を変更する露光タイミング変更部を有し、
   前記発光手段は、前記露光タイミング変更部にて変更された前記露光期間の周期に基づいて前記複数の変調光の各波長を変更する波長変更部と、変更された前記露光期間の周期に基づいて前記基準時の開始タイミングを変更する基準時変更部と、変更された前記露光期間の周期に基づいて前記複数の変調光の前記基準時から照射開始時までの時間的長さを変更する開始時間変更部とを有することを特徴とする測距装置。
9. 請求項８記載の測距装置において、
   変更された前記露光期間の周期に対応した前記複数の変調光の各波長と、前記基準時の開始タイミングと、前記基準時から照射開始時までの時間的長さの情報が登録されたテーブルが記憶されたメモリを有し、
   前記波長変更部は、変更された前記露光期間の周期と前記メモリに記憶された前記テーブルの情報に基づいて、前記複数の変調光の各波長を変更し、
   前記基準時変更部は、変更された前記露光期間の周期と前記テーブルの情報に基づいて前記基準時の開始タイミングを変更し、
   前記開始時間変更部は、変更された前記露光期間の周期と前記テーブルの情報に基づいて前記複数の変調光の前記基準時から照射開始時までの時間的長さを変更することを特徴とする測距装置。
10. 請求項８記載の測距装置において、
    変更された前記露光期間の周期に基づいて、前記複数の変調光の各波長を演算する波長演算部と、
    変更された前記露光期間の周期に基づいて、前記基準時の開始タイミングを演算する基準時演算部と、
    変更された前記露光期間の周期に基づいて、前記複数の変調光の前記基準時から照射開始時までの時間的長さを演算する開始時間演算部とを有することを特徴とする測距装置。
11. 請求項１記載の測距装置において、
    少なくとも以下の処理を行うことを特徴とする測距装置。
    （１）前記発光手段は、第１照射開始の基準時から所定期間にわたって第１変調光を出射し、第２照射開始の基準時から前記所定期間にわたって前記第１変調光と前記基準時から照射開始時までの時間的長さが異なる第２変調光を出射し、
    （２）前記受光手段は、前記第１照射開始時から前記所定期間にわたって、前記第１変調光により照射された前記被検出物からの第１反射光を受光し、前記第２照射開始時から前記所定期間にわたって、前記第２変調光により照射された前記被検出物からの第２反射光を受光し、
    （３）前記演算手段は、少なくとも前記第１変調光と前記第１反射光の位相差と、前記第２変調光と前記第２反射光の位相差とに基づいて、前記被検出物までの距離を演算する。
12. 請求項１１記載の測距装置において、
    前記受光手段は、前記第１照射開始時を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において前記第１反射光の光量をサンプリングし、前記第２照射開始時を基準として前記一定周期ごとに設定された露光期間において前記第２反射光の光量をサンプリングし、
    前記演算手段は、前記一定周期ごとに設定された露光期間のうち、前記基準時から照射開始時までの時間的長さに含まれる露光期間でサンプリングされた値を距離演算上、無効にし、
    前記演算手段は、前記第１反射光の光量のサンプリング結果を前記所定期間にわたって積算した値を前記第１変調光と前記第１反射光の位相差とし、前記第２反射光の光量のサンプリング結果を前記所定期間にわたって積算した値を前記第２変調光と前記第２反射光の位相差とすることを特徴とする測距装置。
13. 請求項１記載の測距装置において、
    前記演算手段にて算出された前記被検出物までの距離と、前記被検出物までの実測距離との差に基づいて、前記複数の変調光おける前記基準時から照射開始時までの時間的長さを補正する開始時間補正部を有することを特徴とする測距装置。
14. 強度変調され、且つ、基準時から照射開始時までの時間的長さがそれぞれ異なる複数の変調光をシリーズに出射する発光ステップと、
    前記変調光により照射された被検出物からの反射光を受光する受光ステップと、
    前記変調光と前記反射光の位相差から前記被検出物までの距離を算出する演算ステップとを有することを特徴とする測距方法。
15. 請求項１４記載の測距方法において、
    前記受光ステップは、前記基準時を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において前記反射光の光量をサンプリングすることを特徴とする測距方法。
16. 請求項１５記載の測距方法において、
    前記受光ステップは、前記一定周期ごとに設定された露光期間のうち、前記基準時から少なくとも照射開始時までの時間的長さに含まれる露光期間でのサンプリングを行わないように設定する無効期間設定ステップを有することを特徴とする測距方法。
17. 請求項１５又は１６記載の測距方法において、
    前記受光ステップは、外部からの制御信号に基づいて前記露光期間の終端を変更する露光期間変更ステップを有し、
    前記発光ステップは、前記露光期間変更ステップにて変更された前記露光期間に基づいて前記基準時の開始タイミングを変更する基準時変更ステップを有することを特徴とする測距方法。
18. 請求項１７記載の測距方法において、
    変更された前記露光期間に対応した前記基準時の開始タイミングの情報が登録されたテーブルを用い、
    前記基準時変更ステップは、変更された前記露光期間と前記テーブルの情報に基づいて、前記基準時の開始タイミングを変更することを特徴とする測距方法。
19. 請求項１７記載の測距方法において、
    変更された前記露光期間に基づいて、前記基準時の開始タイミングを演算する基準時演算ステップを有し、
    前記基準時変更ステップは、前記基準時演算ステップからのタイミング情報に基づいて、前記基準時の開始タイミングを変更することを特徴とする測距方法。
20. 請求項１５又は１６記載の測距方法において、
    前記受光ステップは、外部からの制御信号に基づいて前記露光期間の周期を変更する露光タイミング変更ステップを有し、
    前記発光ステップは、前記露光タイミング変更ステップにて変更された前記露光期間の周期に基づいて前記複数の変調光の各波長を変更する波長変更ステップと、変更された前記露光期間の周期に基づいて前記基準時の開始タイミングを変更する基準時変更ステップと、変更された前記露光期間の周期に基づいて前記複数の変調光の前記基準時から照射開始時までの時間的長さを変更する開始時間変更ステップとを有することを特徴とする測距方法。
21. 請求項２０記載の測距方法において、
    変更された前記露光期間の周期に対応した前記複数の変調光の各波長と、前記基準時の開始タイミングと、前記基準時から照射開始時までの時間的長さの情報が登録されたテーブルを用い、
    前記波長変更ステップは、変更された前記露光期間の周期と前記テーブルの情報に基づいて、前記複数の変調光の各波長を変更し、
    前記基準時変更ステップは、変更された前記露光期間の周期と前記テーブルの情報に基づいて前記基準時の開始タイミングを変更し、
    前記開始時間変更ステップは、変更された前記露光期間の周期と前記テーブルの情報に基づいて前記複数の変調光の前記基準時から照射開始時までの時間的長さを変更することを特徴とする測距方法。
22. 請求項２０記載の測距方法において、
    変更された前記露光期間の周期に基づいて、前記複数の変調光の各波長を演算する波長演算ステップと、
    変更された前記露光期間の周期に基づいて、前記基準時の開始タイミングを演算する基準時演算ステップと、
    変更された前記露光期間の周期に基づいて、前記複数の変調光の前記基準時から照射開始時までの時間的長さを演算する開始時間演算ステップとを有することを特徴とする測距方法。
23. 請求項１４記載の測距方法において、
    少なくとも以下の処理を行うことを特徴とする測距方法。
    （１）前記発光ステップは、第１照射開始の基準時から所定期間にわたって第１変調光を出射し、第２照射開始の基準時から前記所定期間にわたって前記第１変調光と前記基準時から照射開始時までの時間的長さが異なる第２変調光を出射し、
    （２）前記受光ステップは、前記第１照射開始時から前記所定期間にわたって、前記第１変調光により照射された前記被検出物からの第１反射光を受光し、前記第２照射開始時から前記所定期間にわたって、前記第２変調光により照射された前記被検出物からの第２反射光を受光し、
    （３）前記演算ステップは、少なくとも前記第１変調光と前記第１反射光の位相差と、前記第２変調光と前記第２反射光の位相差とに基づいて、前記被検出物までの距離を演算する。
24. 請求項２３記載の測距方法において、
    前記受光ステップは、前記第１照射開始時を基準として一定周期ごとに設定された露光期間において前記第１反射光の光量をサンプリングし、前記第２照射開始時を基準として前記一定周期ごとに設定された露光期間において前記第２反射光の光量をサンプリングし、
    前記演算ステップは、前記一定周期ごとに設定された露光期間のうち、前記基準時から照射開始時までの時間的長さに含まれる露光期間でサンプリングされた値を距離演算上、無効にし、
    前記演算ステップは、前記第１反射光の光量のサンプリング結果を前記所定期間にわたって積算した値を前記第１変調光と前記第１反射光の位相差とし、前記第２反射光の光量のサンプリング結果を前記所定期間にわたって積算した値を前記第２変調光と前記第２反射光の位相差とすることを特徴とする測距方法。
25. 請求項１４記載の測距方法において、
    前記演算ステップにて算出された前記被検出物までの距離と、前記被検出物までの実測距離との差に基づいて、前記複数の変調光おける前記基準時から照射開始時までの時間的長さを補正する開始時間補正ステップを有することを特徴とする測距方法。

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