測距方法および装置ならびにこれに用いられる撮像素子
【課題】変調光位相差方式により距離を測定する際の時間の短縮を図る。
【解決手段】一定の周期Ｔで光強度を変調させた変調光Ｌ１が射出されたとき、射出した変調光Ｌ１が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光Ｌ２を受光する。このとき、第１検出信号αを取得する第１受光素子３０ａと、第２検出信号βを取得する第２受光素子３０ｃと、第３検出信号γを取得する第３受光素子３０ｃと、第４検出信号δを取得する第４受光素子３０ｄとから構成されるブロックが格子状に複数配列された受光部を用いて４種類の検出信号α〜δを取得する。そして、隣接した４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄから取得される４種類の検出信号α〜δを用いて位相差Δφを検出し被写体までの距離ｄを算出する。
【解決手段】一定の周期Ｔで光強度を変調させた変調光Ｌ１が射出されたとき、射出した変調光Ｌ１が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光Ｌ２を受光する。このとき、第１検出信号αを取得する第１受光素子３０ａと、第２検出信号βを取得する第２受光素子３０ｃと、第３検出信号γを取得する第３受光素子３０ｃと、第４検出信号δを取得する第４受光素子３０ｄとから構成されるブロックが格子状に複数配列された受光部を用いて４種類の検出信号α〜δを取得する。そして、隣接した４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄから取得される４種類の検出信号α〜δを用いて位相差Δφを検出し被写体までの距離ｄを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変調光位相差方式（ＴＯＦ：time of flight）により被写体までの距離を測定する測距方法および装置ならびにこれに用いられる撮像素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から被写体までの距離を測定する方法として変調光位相差方式（ＴＯＦ：time of flight）の測距装置が知られている（たとえば特許文献１、２参照）。この変調光位相差方式とは光強度を変調させた変調光を被写体に照射し、被写体からの反射変調光を受光しときの変調光と反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を測定するものである。特許文献１においては、変調光の位相が０°、９０°、１８０°、２７０°であるときに、それぞれ反射変調光の光量をサンプリングすることにより、位相の異なる複数の検出信号を取得する。そして、４つの位相の異なる測定値に基づいて被検出物までの距離情報が演算される。
【０００３】
ここで、反射変調光を受光するとき、各画素がそれぞれ位相の異なる４つの検出信号を取得し、各画素毎に位相差および距離の検出が行われている。
【特許文献１】特開２００４−４５３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述のように、１つの画素において４つの検出信号を取得しなければ距離情報を取得することができないため、変調光の射出から距離画像の生成まで時間が掛かってしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、距離画像を作成する時間の短縮を図ることができる測距方法および装置ならびにこれに用いられる撮像素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の測距方法は、一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出し、射出した変調光が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光を受光することにより、反射変調光から変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得し、取得した４種類の検出信号を用いて変調光と反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を算出する測距方法であって、４種類の検出信号を取得するとき、第１検出信号を取得する第１受光素子と、第２検出信号を取得する第２受光素子と、第３検出信号を取得する第３受光素子と、第４検出信号を取得する第４受光素子とから構成されるブロックが格子状に複数配列された受光部を用いて４種類の検出信号を取得し、被写体までの距離を算出するとき、隣接する４種類の受光素子から取得される４種類の検出信号を用いて位相差を検出し被写体までの距離を算出することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の測距装置は、一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出する発光部と、発光部から射出された変調光が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光を受光することにより、反射変調光から変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得する受光部と、受光部において取得された４種類の検出信号を用いて変調光と反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を算出する距離算出部とを備え、受光部が、第１検出信号を取得する第１受光素子と、第２検出信号を取得する第２受光素子と、第３検出信号を取得する第３受光素子と、第４検出信号を取得する第４受光素子とから構成されるブロックが格子状に複数配列されたものであり、距離算出部が、隣接した４種類の受光素子から取得される４種類の検出信号を用いて位相差を検出し被写体までの距離を算出するものであることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の撮像素子は、一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出し、変調光と反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を算出するために変調光が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光を受光することにより、反射変調光から変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得するための撮像素子であって、第１検出信号を取得する第１受光素子と、第２検出信号を取得する第２受光素子と、第３検出信号を取得する第３受光素子と、第４検出信号を取得する第４受光素子とを有し、４種類の受光素子から構成されるブロックが格子状に複数配列されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の測距装置は、一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出する発光部と、発光部から射出された変調光が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光を受光することにより、第１検出信号と、第１検出信号よりも位相がπ／２進んだ第２検出信号と、第２検出信号よりも位相がπ／２進んだ第３検出信号とを取得する受光部と、受光部において取得された３種類の検出信号を用いて変調光と反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を算出する距離算出部とを備え、受光部が、第１検出信号を取得する第１受光素子と、第２検出信号を取得する第２受光素子と、第３検出信号を取得する第３受光素子とから構成されるブロックが複数配列されたものであり、距離算出部が、隣接した３種類の受光素子から取得される３種類の検出信号を用いて位相差を検出し被写体までの距離を算出するものであることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の撮像素子は、一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出し、変調光と反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を算出するために変調光が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光を受光することにより、第１検出信号と、第１検出信号よりも位相がπ／２進んだ第２検出信号と、第２検出信号よりも位相がπ／２進んだ第３検出信号とを取得するための撮像素子であって、第１検出信号を取得する第１受光素子と、第２検出信号を取得する第２受光素子と、第３検出信号を取得する第３受光素子とから構成されるブロックが複数配列されていることを特徴とするものである。
【００１１】
ここで、各検出信号は、それぞれ変調光の位相π／２（１／４周期）毎に取得されたものであれば露光時間は問わない。
【００１２】
なお、距離算出部は、隣接した４種類の受光素子から得られた４種類の検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出するものであればよく、たとえば各ブロック毎に１つの位相差および距離を算出するものであってもよいし、各受光素子毎にそれぞれ位相差を検出し距離を算出するものであってもよい。ここで、距離算出部は、受光部の座標（ｍ、ｎ）における受光素子の距離を算出するとき、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の４種類の受光素子から得られる４種類の検出信号を用いて位相差を検出し被写体までの距離を算出するとともに、縦方向もしくは横方向に座標をずらしながら各受光素子の距離を算出するものであってもよい。
【００１３】
また、測距装置は、受光部において取得された検出信号が予め設定された設定最大信号値よりも大きい極大検出信号であるか否かを判定する異常信号検出部と、異常信号検出部において検出信号が極大検出信号であると判定されたとき、極大検出信号と同一種類であって極大検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて極大検出信号を補完する信号補完部とをさらに有するものであってもよい。このとき、距離算出部は、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出するものであってもよい。なお、信号補完部は、最も距離の近い１つの受光素子が取得した検出信号を用いたものであれば補完に用いる検出信号の数は問わず、たとえば四方に存在する最も距離の近い４種類の受光素子が取得した４つの検出信号を用いてもよい。
【００１４】
さらに、測距装置は、受光部において取得された検出信号が予め設定された設定最小信号値よりも小さい極小検出信号であるか否かを判定する異常信号検出部と、異常信号検出部において検出信号が極小検出信号であると判定されたとき、極小検出信号と同一種類であって極小検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて極小検出信号を補完する信号補完部とをさらに有するものであってもよい。このとき距離算出部は、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出する。なお、信号補完部は、最も距離の近い１つの受光素子が取得した検出信号を用いたものであれば補完に用いる検出信号の数は問わず、たとえば四方に存在する最も距離の近い４種類の受光素子が取得した４つの検出信号を用いてもよい。
【００１５】
また、測距装置は、第１検出信号と第３検出信号との第１の差分および第２検出信号と第４検出信号との第２の差分を算出する差分算出部と、差分算出部において算出された第１の差分もしくは第２の差分が予め設定された設定差分値よりも小さい異常差分値であるか否かを判定する差分判定部と、差分判定部において第１の差分もしくは第２の差分が異常差分値であると判定されたとき、異常差分値の元になった検出信号と同一種類の検出信号であって、異常差分値の元になった検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて異常差分値の元になった検出信号を補完する信号補完部とをさらに有するものであってもよい。このとき、距離算出部は、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出する。なお、信号補完部は、最も距離の近い１つの受光素子が取得した検出信号を用いたものであれば補完に用いる検出信号の数は問わず、たとえば四方に存在する最も距離の近い４種類の受光素子が取得した４つの検出信号を用いてもよい。
【００１６】
さらに、同一平面上の複数の受光素子から取得した４種類の検出信号は、各受光素子からそれぞれ取得されるものであってもよいし、フレーム画像として取得されるものであってもよい。ここで、測距装置は、第１検出信号と第３検出信号との第１の差分と第２検出信号と第４検出信号との第２の差分とを算出する差分算出部と、差分算出部において算出された第１の差分もしくは第２の差分が予め設定された設定差分値よりも小さい異常差分値であるか否かを判定する差分判定部と、差分判定部において第１の差分もしくは第２の差分が異常差分値であると判定されたとき、異常差分値の元になった検出信号を取得した受光素子が異なるフレーム画像において取得した検出信号を用いて異常差分値の元になった各検出信号を補完する信号補完部とをさらに有するものであってもよい。このとき、距離算出部は、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出する。なお、信号補完部は、１枚のフレーム画像を用いて補完を行ってもよいし、複数枚のフレーム画像を用いて補完を行ってもよい。
【００１７】
また、測距装置は、距離の算出に用いる４種類の検出信号が同一の被写体から取得した検出信号であるか否かを判別する被写体判別部と、被写体判定部において４種類の検出信号の中に異なる被写体から取得した異常検出信号が含まれていると判別されたとき、異常検出信号と同一種類であって異常検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて、４種類の検出信号が同一の被写体から取得した検出信号になるように異常検出信号を補完する信号補完部とをさらに有するものであってもよい。このとき、距離算出部は、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の測距方法および装置ならびにこれに用いられる撮像素子によれば、一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出し、射出した変調光が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光を受光することにより、反射変調光から変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得し、取得した４種類の検出信号を用いて変調光と反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を算出する際、第１検出信号を取得する第１受光素子と、第２検出信号を取得する第２受光素子と、第３検出信号を取得する第３受光素子と、第４検出信号を取得する第４受光素子とから構成されるブロックが格子状に複数配列された受光部を用いて４種類の検出信号を取得し、隣接する４種類の受光素子から取得される４種類の検出信号を用いて位相差を検出し被写体までの距離を算出することにより、同一平面上の隣接する４種類の受光素子から得られた４種類の検出信号を用いて距離を算出するため、距離演算に必要な４つの検出信号を高速に取得し距離演算の高速化を図ることができる。
【００１９】
なお、距離算出部が、受光素子毎にそれぞれ被写体までの距離を算出するものであり、受光部の座標（ｍ、ｎ）における受光素子の距離を算出するとき、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の４種類の受光素子から得られる４種類の検出信号を用いて位相差を検出し被写体までの距離を算出するとともに、縦方向もしくは横方向に座標をずらしながら各受光素子の距離を算出するものであるとき、所定の座標の距離を算出するときには直前の距離算出に用いた２つの検出信号を再利用して距離の算出を行うことができるため、より高速に距離の算出を行うことができる。
【００２０】
また、受光部において取得された検出信号が予め設定された設定最大信号値よりも大きい極大検出信号であるか否かを判定する異常信号検出部と、異常信号検出部において検出信号が極大検出信号であると判定されたとき、極大検出信号と同一種類であって極大検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて極大検出信号を補完する信号補完部とをさらに有し、距離算出部が、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出するものであれば、たとえば受光素子が飽和した場合等により検出信号に異常が生じている場合に、この異常が生じている検出信号を用いて距離を算出することにより誤測距が発生するのを防止することができ、精度良く距離の算出を行うことができる。
【００２１】
さらに、受光部において取得された検出信号が予め設定された設定最小信号値よりも小さい極小検出信号であるか否かを判定する異常信号検出部と、異常信号検出部において検出信号が極小検出信号であると判定されたとき、極小検出信号と同一種類であって極小検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて極小検出信号を補完する信号補完部とをさらに有し、距離算出部が、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出するものであるとき、たとえば受光素子が黒潰れしている等により検出信号に異常が生じている場合に、この異常が生じている検出信号を用いて距離を算出することにより誤測距が発生するのを防止することができ、精度良く距離の算出を行うことができる。
【００２２】
また、第１検出信号と第３検出信号との第１の差分および第２検出信号と第４検出信号との第２の差分を算出する差分算出部と、差分算出部において算出された第１の差分もしくは第２の差分が予め設定された設定差分値よりも小さい異常差分値であるか否かを判定する差分判定部と、差分判定部において第１の差分もしくは第２の差分が異常差分値であると判定されたとき、異常差分値の元になった検出信号と同一種類の検出信号であって、異常差分値の元になった検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて異常差分値の元になった検出信号を補完する信号補完部とをさらに有し、距離算出部が、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出するものであるとき、差分値が小さいことに起因する測距精度の劣化を防止することができる。
【００２３】
また、同一平面上の複数の受光素子から取得した４種類の検出信号がフレーム画像として取得されるものであり、第１検出信号と第３検出信号との第１の差分と第２検出信号と第４検出信号との第２の差分とを算出する差分算出部と、差分算出部において算出された第１の差分もしくは第２の差分が予め設定された設定差分値よりも小さい異常差分値であるか否かを判定する差分判定部と、差分判定部において第１の差分もしくは第２の差分が異常差分値であると判定されたとき、異常差分値の元になった検出信号を取得した受光素子が異なるフレーム画像において取得した検出信号を用いて異常差分値の元になった各検出信号を補完する信号補完部とをさらに有し、距離算出部が、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出するものであれば、差分値が小さいことに起因する測距精度の劣化を防止することができる。
【００２４】
さらに、距離の算出に用いる４種類の検出信号が同一の被写体から取得した検出信号であるか否かを判別する被写体判別部と、被写体判定部において４種類の検出信号の中に異なる被写体から取得した異常検出信号が含まれていると判別されたとき、異常検出信号と同一種類であって異常検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて、４種類の検出信号が同一の被写体から取得した検出信号になるように異常検出信号を補完する信号補完部とをさらに有し、距離算出部が、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出するものであるとき、異なる被写体から取得された反射変調光に基づいて距離が算出されることにより誤測距の発生を防止することができる。
【００２５】
本発明の測距装置ならびにこれに用いられる撮像素子によれば、一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出する発光部と、発光部から射出された変調光が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光を受光することにより、第１検出信号と、第１検出信号よりも位相がπ／２進んだ第２検出信号と、第２検出信号よりも位相がπ／２進んだ第３検出信号とを取得する受光部と、受光部において取得された３種類の検出信号を用いて変調光と反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を算出する距離算出部とを備え、受光部が、第１検出信号を取得する第１受光素子と、第２検出信号を取得する第２受光素子と、第３検出信号を取得する第３受光素子とから構成されるブロックが複数配列されたものであり、距離算出部が、隣接した３種類の受光素子から取得される３種類の検出信号を用いて位相差を検出し被写体までの距離を算出することにより、同一平面上の隣接する３種類の受光素子から得られた３種類の検出信号を用いて距離を算出するため、距離演算に必要な３種類の検出信号を高速に取得し距離演算の高速化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の測距装置の好ましい実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の測距装置の好ましい実施の形態を示す斜視図である。測距装置１はいわゆる位相差検出方式により被写体までの距離を測定するものであって、発光部１０、受光ユニット２０、距離算出部４０、距離画像生成部５０等を備えている。なお、距離算出部４０、距離画像生成部５０は、メモリ８等に記憶されたプログラムをメモリ制御部７を介してＣＰＵ２が実行することにより構成される。
【００２７】
発光部１０はたとえばＬＥＤアレイ等からなっており、図２に示すような光の強度を一定の周期Ｔ（たとえばＴ＝０．５ｍｓ、周波数２０Ｈｚ）で変調した変調光Ｌ１を被写体に連続的に射出するものである。発光部１０の動作は発光制御部１５により制御されている。
【００２８】
受光ユニット２０は、変調光Ｌ１が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光Ｌ２を受光して４種類の検出信号α、β、γ、δを取得するものであって、結像光学系２１、絞り２２、光学バンドパスフィルタ２３、受光制御部２５、受光部（撮像素子）３０等を備えている。結像光学系２１は複数の光学レンズ群からなり、被写体からの反射変調光Ｌ２を受光部３０上に結像する。絞り２２は周辺光線を遮断するものであり、光学バンドパスフィルタ２３は反射変調光Ｌ２（変調光Ｌ１）の波長帯域の光を透過する。そして、受光部３０は絞り２２および光学バンドパスフィルタ２３を通過した反射変調光Ｌ２を受光する。受光制御部２５はレンズ駆動部２５ａ、絞り駆動部２５ｂ、撮像素子駆動部２５ｃを備えており、レンズ駆動部２５ａは結像光学系２１の動作を制御し、絞り駆動部２５ｂは絞り２２の動作を制御し、撮像素子駆動部２５ｃは受光部３０の動作を制御する。
【００２９】
上述した受光部（撮像素子）３０はたとえばフォトダイオード、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等からなっており、図３は受光素子がＣＣＤからなる場合の一例を示す模式図を示す。図３の受光部３０は第１検出信号αを取得する第１受光素子３０ａと、第２検出信号βを取得する第２受光素子３０ｂと、第３検出信号γを取得する第３受光素子３０ｃと、第４検出信号δを取得する第４受光素子３０ｄとを有している。受光部３０は、４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄにより矩形状に形成された１つのブロックＢＲが格子状に並べられた構造を有しており、各受光素子３０ａ〜３０ｄは互いに隣接した配列を有している。
【００３０】
具体的には、ブロックＢＲは上段に第１受光素子３０ａと第３受光素子３０ｂとを有し、下段に第３受光素子３０ｃと第４受光素子３０ｄとを有しており、このブロックＢＲが縦方向および横方向に向かって複数配列されている。したがって、受光部３０内のすべての受光素子３０ａ〜３０ｄは互いに隣接した構造を有している。
【００３１】
各受光素子３０ａ〜３０ｄの露光時間および露光タイミングは受光制御部２５により制御されている。具体的には、図４に示すように、受光制御部２５の撮像素子駆動部２５ｃは、受光素子３０ａ〜３０ｄに対しそれぞれ転送制御パルスＴＰ１〜ＴＰ４および排出制御パルスＳＰ１〜ＳＰ４を印加することにより、光電変換された信号電荷（検出信号）を転送路に転送し、残存する残留電荷を排出する。
【００３２】
図５は転送制御パルスＴＰ１〜ＴＰ４および排出制御パルスＳＰ１〜ＳＰ４の一例を示すタイミングチャートである。図５に示すように、撮像素子駆動部２５ｃは、変調光Ｌ１の位相が０°になったとき、第１受光素子３０ａに対し１／２周期分（＝位相π）の転送制御パルスＴＰ１を印加する。すると、第１受光素子３０ａは、変調光Ｌ１の位相０°〜π／２までのＴ／２期間だけ露光したときの第１検出信号αを第１転送路３１ａから出力する。また、撮像素子駆動部２５ｃは、変調光Ｌ１の位相がπ／２になったとき、第２受光素子３０ｂに対し１／２周期分（＝位相π分）の転送制御パルスＴＰ２を印加する。すると、第２受光素子３０ｂは、変調光Ｌ１の位相π／２〜πまでのＴ／２期間だけ露光したときの第２検出信号βを第２転送路３１ｂから出力する。
【００３３】
さらに、撮像素子駆動部２５ｃは、変調光Ｌ１の位相がπになったとき、第３受光素子３０ｃに対し１／２周期分（＝位相π分）の転送制御パルスＴＰ３を印加する。すると、第３受光素子３０ｃは、変調光Ｌ１の位相π〜３π／２までのＴ／２期間だけ露光したときの第３検出信号γを第１転送路３１ａから出力する。また、撮像素子駆動部２５ｃは、変調光Ｌ１の位相が３π／２になったとき、第４受光素子３０ｄに対し１／２周期分（＝位相π分）の転送制御パルスＴＰ２を印加する。すると、第４受光素子３０ｄは、変調光Ｌ１の位相３π／２〜２πまでのＴ／２期間だけ露光したときの第４検出信号δを第２転送路３１ｂから出力する。
【００３４】
なお、第１受光素子３０ａから第１検出信号αが第１転送路３１ａに転送されている間、第２受光素子３０ｂには排出制御パルスＳＰ２が印加され、第２転送路３１ｂから第２受光素子３０ｂに残存する残存電荷が排出される。同様に、第２受光素子３０ｂから第２検出信号βが転送されている間、第３受光素子３０ｃには排出制御パルスＳＰ３が印加され転送路３１ａからそれぞれ残存電荷が排出される。さらに、第３受光素子３０ｃから第３検出信号γが転送されている間、第４受光素子３０ｄには排出制御パルスＳＰ４が印加され、各転送路３１ｂからそれぞれ残存電荷が排出される。
【００３５】
そして、アナログ信号処理部２６が各検出信号α〜δに対しアナログ信号処理を施した後、Ａ／Ｄ変換部２７が各検出信号α〜δをＡ／Ｄ変換して距離算出部４０に出力する。なお、アナログ信号処理部２６は、受光部３０により各検出信号α〜δがサンプリングされる度にＡ／Ｄ変換部２７に各検出信号α〜δを出力するようにしてもよいし、各検出信号α〜δ毎に予め設定された設定サンプリング数Ｎだけ積算してＡ／Ｄ変換部２７に出力するようにしてもよい。
【００３６】
ここで、受光部３０において同一平面上に配列された複数の受光素子３０ａ〜３０ｄから４種類の検出信号α〜δが出力されたとき、アナログ信号処理部２６は１枚のフレーム画像として出力する。したがって、同一平面上の各受光素子３０ａ〜３０ｄのすべてにおいて露光を終了したときに、各受光素子３０ａ〜３０ｄにより取得された各検出信号α〜δを画素とするフレーム画像が順次取得されていく。
【００３７】
距離算出部４０は、受光部３０が取得した第１検出信号αと第２検出信号βと第３検出信号γと第４検出信号δとを用いて変調光Ｌ１と反射変調光Ｌ２との位相差Δφを検出し距離ｄを算出する。つまり、反射変調光Ｌ２は変調光Ｌ１に対し被写体までの距離に応じて位相がずれた状態で検出されるものであり（図２参照）、距離算出部４０はこの位相差Δφを検出する。なお、変調光Ｌ１と反射変調光Ｌ２との位相が２πだけずれたときには両者は同位相になるため、変調光Ｌ１の波長λが距離を測定することができる最大測定距離になる。
【００３８】
具体的には、変調光Ｌ１と反射変調光Ｌ２との位相がずれているとき、その位相差Δφは４種類の検出信号α〜δの信号値の差となって表れ、距離算出部４０は下記式（１）により位相差Δφを検出することができる。
【数１】
【００３９】
距離算出部４０は、図３の受光部３０において隣接した４種類の受光素子２２ａ〜２２ｄにおいて取得された４種類の検出信号α〜δを用いて各ブロックＢＲ毎に位相差Δφを検出する。
【００４０】
そして、距離算出部４０は位相差Δφを用いて被写体までの距離ｄを算出する。被写体Ｓまでの距離ｄは下記式（２）に示すことができる。
【００４１】
ｄ＝ｃΔφ／４πｆ ・・・（２）
ここで、ｃは光速、ｆは変調光Ｌ１の周波数（ｆ＝１／Ｔ）である。そして距離算出部４０は算出した距離ｄをメモリ制御部７を介してメモリ８に記憶させる。
【００４２】
距離画像生成部５０は、距離算出部４０により算出された距離ｄを用いて距離画像Ｐを生成するものである。具体的には、距離画像生成部５０は各ブロックＢＲ毎に算出された複数の距離ｄを用いて距離画像を生成する。そして、生成した距離画像は表示制御部４を介して表示部５に表示される。
【００４３】
図６は本発明の測距方法の好ましい実施形態を示すフローチャートであり、図１から図６を参照して測距方法について説明する。まず、発光部１０から一定の周期Ｔで強度変調された変調光Ｌ１が被写体に対して射出される。そして、被写体から反射した反射変調光Ｌ２が受光ユニット２０において受光される。このとき、同一平面上に設けられた４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄによりそれぞれ第１検出信号α、第２検出信号β、第３検出信号γ、第４検出信号δが順に取得されていく（ステップＳＴ１〜ＳＴ４）。
【００４４】
その後、距離算出部４０において、３つの各検出信号α〜δを用いて上記式（１）により変調光Ｌ１と反射変調光Ｌ２との位相差Δφが検出される（ステップＳＴ５）。その後、距離算出部４０により位相差Δφを用いて上記式（２）により被写体までの距離ｄが算出される（ステップＳＴ６）。そして各ブロックＢＲについて距離ｄの算出が行われ距離画像が生成される（ステップＳＴ７）。
【００４５】
このように、第１検出信号αを取得する第１受光素子３０ａと、第２検出信号βを取得する第２受光素子３０ｃと、第３検出信号γを取得する第３受光素子３０ｃと、第４検出信号δを取得する第４受光素子３０ｄとから構成されるブロックが格子状に複数配列された受光部を用いて４種類の検出信号α〜δを取得するものであり、互いに隣接した４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄから取得される４種類の検出信号α〜δを用いて位相差Δφを検出し被写体までの距離ｄを算出することにより、隣接する４種類の受光素子から得られた４種類の検出信号α〜δを用いて距離を算出するため、高速に測距を行うことができる。
【００４６】
すなわち、従来においては各受光素子毎に４つの検出信号α〜δをそれぞれ取得しているため、各受光素子が検出信号の取得および残存電荷の排出を４サイクル行う必要があり、４種類の検出信号を取得するまでに時間が掛かってしまう。一方、上述した測距装置１においては同一平面上の受光素子３０ａ〜３０ｄにより４種類の検出信号α〜δを検出して位相差Δφを検出するため、データ取得時間の短縮化を図ることができる。また、受光素子３０ａ〜３０ｄにおける検出信号α〜δの取得と、残存電荷の排出とを並列して行うことができるため、検出信号α〜δの取得の効率化を図ることができる。
【００４７】
図７は本発明の測距装置の距離算出部による距離ｄの算出手法の第２の実施形態を示す模式図である。なお、図７において図１の測距装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図７の測距装置１００が図１の測距装置１と異なる点は各受光素子３０ａ〜３０ｄ毎に距離を算出する点である。
【００４８】
すなわち、図７（Ａ）において、距離算出部４０は、受光部３０における座標（ｍ、ｎ）の第４受光素子３０ｄについて距離ｄを算出するとき、座標（ｍ、ｎ）の第４受光素子３０ｄ、座標（ｍ＋１、ｎ）の第３受光素子３０ｃ、座標（ｍ、ｎ＋１）の第２受光素子３０ｂ、座標（ｍ＋１、ｎ＋１）の第１受光素子３０ａから得られた４種類の検出信号α〜δを用いて位相差Δφを検出し被写体までの距離ｄを算出する。また、図７（Ｂ）に示すように、（ｍ、ｎ）から横方向に１つずれた座標（ｍ＋１、ｎ）の距離ｄを算出するとき、座標（ｍ＋１、ｎ）の第３受光素子３０ｃ、座標（ｍ＋２、ｎ）の第４受光素子３０ｄ、座標（ｍ＋１、ｎ＋１）の第１受光素子３０ａ、座標（ｍ＋２、ｎ＋１）の第２受光素子３０ｂから得られた４種類の検出信号α〜δを用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出する。
【００４９】
上記２つの座標（ｍ、ｎ）および（ｍ＋１、ｎ）の距離ｄを算出する際、座標（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の検出信号α、γは共通して用いられている。したがって、この２つの座標の検出信号α、γについてはメモリ８から読み込む必要がなく、２つの座標（ｍ＋２、ｎ）および（ｍ＋２、ｎ＋１）の検出信号β、δを新たにメモリ８から読み込めば距離ｄを算出することができる。
【００５０】
つまり、図８に示すように、距離算出部４０において初期値ｍ＝１、ｎ＝１が設定され（ステップＳＴ１１）、フレーム画像の座標（ｍ、ｎ）を注目画素に設定し距離ｄの算出が開始する（ステップＳＴ１２）。次に、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の４種類の検出信号α〜δがメモリ８から距離算出部４０に読み込まれ（ステップＳＴ１３）、距離ｄの算出が行われる（ステップＳＴ１４）。そして、算出された距離ｄが座標情報（ｍ、ｎ）とともにメモリ８に記憶される（ステップＳＴ１５）。
【００５１】
その後、座標ｍがフレーム画像の横方向のサイズと同一であるかが判断され（ステップＳＴ１６）、同一ではないときにはｍ＝ｍ＋１が計算されて距離ｄを算出する画素が横方向に１つだけずらされる（ステップＳＴ１７、１８）。その後、距離算出部４０によりメモリから２つの座標（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の検出信号が取得される（ステップＳＴ１９）。そして、既に取得済みの２つの座標の検出信号と、新たに取得した２つの座標の検出信号とを用いて座標（ｍ、ｎ）の距離ｄが算出される（ステップＳＴ１４、ＳＴ１５）。
【００５２】
上述した横方向への距離ｄの算出が終了したとき（ステップＳＴ１６）、座標ｎがフレーム画像の縦方向のサイズと同一であるか否かが判断され（ステップＳＴ２０）、同一でない場合、距離ｄを算出する横方向のラインを１つずらし（ステップＳＴ２１）、上述した横方向に向かって距離ｄが算出されていく（ステップＳＴ１２〜ＳＴ２１）。フレーム画像のすべての画素について距離ｄの算出が終了したとき、メモリ８に記憶された座標および距離ｄを用いて距離画像が距離画像生成部５０により生成される。
【００５３】
このように、１画素毎に距離ｄの算出を行うことができるため、高解像度の距離画像を生成することができる。また、メモリ８から２つの座標の検出信号だけ新たに読み込み距離ｄの算出を行うことができるため、検出信号α〜δの読み込み速度を向上させて高速に距離ｄの算出および距離画像の生成を行うことができる。
【００５４】
図９は本発明の測距装置の第３の実施形態を示す模式図であり、図９を参照して測距装置１００について説明する。なお、図９の測距装置１００において図１の測距装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図９の測距装置１００が図１の測距装置１と異なる点は、各検出信号α〜δが異常値であるときにその検出信号を補完する点である。
【００５５】
図９の測距装置１００は、異常信号検出部１１０および信号補完部１２０をさらに備えている。異常信号検出部１１０は、受光素子３０ａ〜３０ｄが取得した検出信号α〜δが予め設定された設定最大信号値Ｓ１ｒｅｆよりも大きい極大検出信号Ｓｍａｘであるか否かを判定するものである。ここで、図１０（Ａ）において、第３受光素子３０ｘが飽和して第３検出信号γが極大検出信号Ｓｍａｘになった場合について例示する。
【００５６】
信号補完部１２０は、異常信号検出部１１０において第２受光素子３０ｘの検出信号γが極大検出信号Ｓｍａｘであると判定されたとき、極大検出信号Ｓｍａｘと同一種類の第３検出信号γであって極大検出信号Ｓｍａｘを取得した受光素子３０ｘからの距離が最も近い座標の受光素子により取得された検出信号γを用いて極大検出信号Ｓｍａｘを補完する。
【００５７】
具体的には、図１０（Ｂ）に示すように、信号補完部１２０は極大検出信号Ｓｍａｘを出力した画素３０ｘに最も距離が近い上下左右４つの画素３０ｘＵＰ、３０ｘＤＮ、３０ｘＬＥ、３０ｘＲＩの第３検出信号γの平均値を算出する。そして、信号補完部１２０は算出した平均値を画素３０ｘにおける第３検出信号γとして補完する。距離算出部４０は、信号補完部１２０により補完された第３検出信号γを用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出する。
【００５８】
図１１は図９の測距装置１００の動作例を示すフローチャートである。図１１において、異常信号検出部１１０により距離ｄの算出に用いる検出信号α〜δが設定最大信号値Ｓ１ｒｅｆよりも大きい極大検出信号Ｓｍａｘであるか否かが判定される（ステップＳＴ４１）。そして、検出信号が極大検出信号Ｓｍａｘであると判定されたとき、信号補完部１２０により同一種類であって最も距離が近い４画素の検出信号の平均値が算出される（ステップＳＴ４２、図１０参照）。その後、算出した平均値が極大検出信号Ｓｍａｘとなった検出信号として補完された後、位相差Δφの検出および距離ｄの算出が行われる（ステップＳＴ４３）。極大検出信号Ｓｍａｘの検出および信号の補完が全画素について行われる（ステップＳＴ４１〜ＳＴ４５）。このように、距離ｄの算出に用いる検出信号α〜δが飽和して極大検出信号Ｓｍａｘになっているときに、この極大検出信号Ｓｍａｘを補完し誤測距が生じるのを防止することができる。
【００５９】
ここで、図９〜１１において、異常信号検出部１１０は極大検出信号ｍａｘを検出する場合について例示しているが、極大検出信号Ｓｍａｘに代えて極小検出信号Ｓｍｉｎを検出するようにしてもよい。つまり、図１２に示すように、異常信号検出部１１０は、距離ｄに用いる検出信号α〜δが設定最小信号値Ｓ２ｒｅｆよりも小さい極小検出信号Ｓｍｉｎ（黒潰れ）であるか否かを判定する（ステップＳＴ５１）。検出信号α〜δが極小検出信号Ｓｍｉｎであると判定された場合、信号補完部１２０は同一種類であって最も距離が近い４画素の検出信号の平均値を算出する（ステップＳＴ５２、図１０参照）。信号補完部１２０が算出した平均値が極大検出信号Ｓｍａｘである検出信号として補完された後、距離算出部４０は位相差Δφの検出および距離ｄの算出を行う（ステップＳＴ５３）。極小検出信号Ｓｍｉｎの検出および信号の補完が全画素について行われる（ステップＳＴ５１〜ＳＴ５５）。このように、距離ｄの算出に用いる検出信号が１つでも黒潰れした極小検出信号Ｓｍｉｎになっているとき、この極小検出信号Ｓｍｉｎを補完して誤測距が生じるのを防止することができる。
【００６０】
なお、図９〜図１２に示すように、異常信号検出部１１０は極大検出信号Ｓｍａｘもしくは極小検出信号Ｓｍｉｎのいずれか一方を検出する場合について例示しているが、極大検出信号Ｓｍａｘおよび極小検出信号Ｓｍｉｎの双方を検出する機能を有していてもよい。そして、極大検出信号Ｓｍａｘもしくは極小検出信号Ｓｍｉｎを検出したとき、信号補完部１２０が図１０〜図１２に示す信号補完処理を施すようにしてもよい。
【００６１】
さらに、図９〜図１２においては、距離ｄの算出の際に極大検出信号Ｓｍａｘもしくは極小検出信号Ｓｍｉｎであるか否かを判定する場合について例示しているが、距離ｄの算出の前にメモリ８に記憶されている各検出信号α〜δに対して極大検出信号Ｓｍａｘもしくは極小検出信号Ｓｍｉｎの検出および信号補完を行い、その後に距離算出部４０による距離ｄの算出が行われるようにしてもよい。
【００６２】
図１３は本発明の測距装置の第３の実施形態を示す模式図であり、図１３を参照して測距装置２００について説明する。なお、図１３の測距装置２００において図１の測距装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１３の測距装置２００が図１の測距装置１と異なる点は、第１検出信号αと第３検出信号γとの第１の差分ΔＷ１もしくは第２検出信号βとの第４検出信号δの第２の差分ΔＷ２に基づいて検出信号の補完を行う点である。
【００６３】
図１３の測距装置２００は、差分算出部２１０、差分判定部２２０、信号補完部２３０をさらに有している。差分算出部２１０は、第１検出信号αと第３検出信号γとの第１の差分ΔＷ１と第２検出信号βと第４検出信号δとの第２の差分ΔＷ２とを算出するものである。なお、上述したように、距離算出部４０が位相Δφを検出するときには第１の差分ΔＷ１および第２の差分ΔＷ２を算出するものであるため、差分算出部２１０は距離算出部４０により構成されたものであってもよい。
【００６４】
差分判定部２２０は、第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分ΔＷ２が予め設定された設定差分値Ｗｒｅｆよりも小さい異常差分値であるか否かを判定するものである。信号補完部２３０は、差分判定部２２０において第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分ΔＷ２が設定差分値Ｄｔｈよりも小さい異常差分値であると判定されたとき、異常差分値の元になった検出信号（α、γ）もしくは（β、δ）と同一種類の検出信号であって、異常差分値の元になった検出信号（α、γ）もしくは（β、δ）を取得した受光素子からの距離が最も近い位置の受光素子により取得された検出信号を用いて異常差分値の元になった検出信号を補完するものである。
【００６５】
たとえば、図１４（Ａ）に示すように、差分判定部２１０が検出信号α〜δのうち第１の差分ΔＷ１が異常差分値であると判定したものとする。すると、図１４（Ｂ）に示すように、信号補完部２３０は、異常差分値の元になった第１検出信号αを出力した第１受光素子３０ａに最も距離が近い上下左右４つの画素３０ａＵＰ、３０ａＤＮ、３０ａＬＥ、３０ａＲＩの第１検出信号αを異常差分値の元になった第１検出信号αに加算する。同様に、信号補完部２３０は、異常差分値の元になった第３検出信号γを出力した第３受光素子３０ｃに最も距離が近い上下左右４つの画素３０ｃＵＰ、３０ｃＤＮ、３０ｃＬＥ、３０ｃＲＩの第３検出信号γを異常差分値の元になった第３検出信号γに加算する。そして、信号補完部２３０は加算された第１検出信号αと第３検出信号γとの第１の差分をブロックＢＲにおける第１の差分ΔＷ１として補完する。その後、距離算出部４０は、信号補完部１２０により補完された第１の差分ΔＷ１を用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出する。
【００６６】
図１５は図１３の測距装置２００の動作例を示すフローチャートである。図１５において、差分判定部２２０により第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分ΔＷ２が設定差分値Ｄｔｈよりも小さい異常差分値であるか否かが判定される（ステップＳＴ６１）。第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分ΔＷ２が異常差分値であると判定されたとき、信号補完部２３０において、異常差分値の元になった検出信号に他の受光素子が取得した信号を加算した状態での第１の差分ΔＷ１もしく第２の差分ΔＷ２を算出することにより補完する（ステップＳＴ６２、図１４参照）。そして、補完された第１の差分ΔＷ１もしく第２の差分ΔＷ２を用いて位相差Δφが検出され距離ｄの算出が行われる（ステップＳＴ６３）。また、異常差分値の検出、信号の補完および距離ｄの算出がすべての画素に対して行われる（ステップＳＴ６１〜ＳＴ６５）。これにより、第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分Ｗ２が小さすぎることに起因する測距精度の劣化を防止することができる。
【００６７】
なお、図１３〜図１５においては、信号補完部２３０は、同一平面上の受光素子３０ａ〜３０ｄにおいて最も距離が近い検出信号を用いて補完する場合について例示しているが、同一の受光素子が異なるタイミングで取得したフレーム画像から補完を行うようにしてもよい。
【００６８】
つまり、図１６に示すように、差分判定部２２０において第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分ΔＷ２が設定差分値Ｄｔｈよりも小さいか否かが判定される（ステップＳＴ７１）。たとえば、図１７（Ａ）に示すＮフレーム画像内の第１の差分ΔＷ１が異常差分値であると判定されたものとする。
【００６９】
信号補完部２３０は、異常差分値の元になった検出信号を取得した受光素子が異なるフレーム画像において取得した検出信号を用いて異常差分値の元になった各検出信号を補完する。具体的には、図１７（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、異常差分値の元になった第３検出信号γを出力した第１受光素子３０ａがｎ枚のフレーム画像Ｎ−１〜Ｎ−ｎにおいて取得したｎ個の第１検出信号αを異常差分値の元になった第１検出信号αに加算する。同様に、信号補完部２３０は、異常差分値の元になった第３検出信号γを出力した第３受光素子３０ｃがｎ枚のフレーム画像Ｎ−１〜Ｎ−ｎにおいて取得したｎ個の第１検出信号αを異常差分値の元になった第３検出信号γに加算する。そして、信号補完部２３０は加算された第１検出信号αと第３検出信号γとの差分をブロックＢＲにおける第１の差分ΔＷ１として補完する（ステップＳＴ７２）。
【００７０】
その後、距離算出部４０は、信号補完部１２０により補完された第１の差分ΔＷ１を用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出する（ステップＳＴ７３）。また、異常差分値の検出、信号の補完および距離ｄの算出がすべての画素に対して行われる（ステップＳＴ７１〜ＳＴ７５）。この場合であっても、第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分Ｗ２が小さすぎることに起因する測距精度の劣化を防止することができる。
【００７１】
図１８は本発明の測距装置の第４の実施形態を示す模式図であり、図１８を参照して測距装置３００について説明する。なお、図１８の測距装置３００において図１の測距装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１８の測距装置３００が図１の測距装置１と異なる点は、距離ｄの算出に用いる４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄ内に異なる被写体の境界が存在するときに、検出信号α〜δを補完する点である。
【００７２】
測距装置３００は、被写体判定部３１０、信号補完部３２０をさらに備えている。被写体判定部３１０は、距離ｄの算出に用いる４種類の検出信号α〜δが同一の被写体から取得した検出信号であるか否かを判別するものである。信号補完部３２０は、被写体判定部３１０において４種類の検出信号α〜δの中に異なる被写体から取得した異常検出信号が含まれていると判別されたとき、異常検出信号と同一種類であって異常検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて、４種類の検出信号α〜δが同一の被写体から取得した検出信号になるように異常検出信号を補完するものである。
【００７３】
たとえば図１９に示すように、被写体Ｓ１と被写体Ｓ２との境界が受光素子３０ａ〜３０ｄ内のラインＡとして存在すると仮定する。距離算出部４０が座標（ｍ、ｎ）について距離ｄを算出するとき、被写体Ｓ１から反射変調光Ｌ２を受光したときの第１検出信号αおよび第３検出信号γと、被写体Ｓ２から反射変調光Ｌ２を受光したときの第２検出信号βおよび第４検出信号δとを用いることになる。ここで、式（１）による距離ｄの算出は４種類の検出信号α〜γが同一被写体上の同一の点から取得されることを前提としているため正確な測距を行うことができない。そこで、被写体判定部３１０において、距離ｄの算出に使用される隣接した画素の検出信号α〜δ内に被写体の境界が存在するか否かを判定するとともに、境界があった場合には信号補完部３２０は検出信号の補完を行う。
【００７４】
具体的には、図２０（Ａ）に示すように、座標（ｍ、ｎ）について距離ｄを算出するとき、被写体判定部３１０は座標（ｍ、ｎ）の検出信号と座標（ｍ、ｎ＋２）の検出信号との差分ΔＷ１０が設定しきい値Ｓｔｈよりも小さいか否かを判定する。差分ΔＷ１０が設定しきい値Ｓｔｈ以上であるとき、異なる被写体のラインＡもしくはラインＢに被写体の境界が存在すると判定する。
【００７５】
さらに、ラインＡもしくはラインＢのどちらに境界が存在するか否かを判定するため、被写体判定部３１０は図２０（Ｂ）に示すように座標（ｍ、ｎ＋１）の検出信号と座標（ｍ、ｎ−１）の検出信号との差分ΔＷ１１が設定しきい値Ｓｔｈよりも小さいか否かを判定する。差分ΔＷ１１が設定しきい値Ｓｔｈ以上であるときラインＡに境界が存在すると判定し、信号補完部３２０は検出信号Ｓ（ｍ、ｎ＋１）＝検出信号Ｓ（ｍ、ｎ−１）とする補完を行う。一方、差分が設定しきい値Ｓｔｈよりも小さいときラインＢに境界が存在すると判定し、信号補完部３２０は信号の補完を行わず距離算出部４０は４つの検出信号α〜δを用いて距離ｄの算出を行う。
【００７６】
一方、被写体判定部３１０は差分ΔＷ１０が設定しきい値Ｓｔｈよりも小さく横方向に境界が存在しないと判定したとき、さらに上記４つの座標内の縦方向に被写体の境界があるか否かを判定する。具体的には、図２１（Ａ）に示すように、被写体判定部３１０は座標（ｍ、ｎ）の検出信号と座標の検出信号との差分ΔＷ２０が設定しきい値Ｓｔｈよりも小さいか否かを判定する。差分ΔＷ２０が設定しきい値Ｓｔｈ以上であるとき、異なる被写体のラインＸもしくはラインＹに被写体の境界が存在すると判定する。
【００７７】
さらに、ラインＸもしくはラインＹのどちらに境界が存在するか否かを判定するため、図２１（Ｂ）に示すように被写体判定部３１０は座標（ｍ＋１、ｎ）の検出信号と座標（ｍ−１、ｎ）の検出信号との差分ΔＷ２１が設定しきい値Ｓｔｈよりも小さいか否かを判定する。差分ΔＷ２１が設定しきい値Ｓｔｈ以上であるときラインＸに境界が存在すると判定し、信号補完部３２０は検出信号Ｓ（ｍ＋１、ｎ）＝検出信号Ｓ（ｍ−１、ｎ）とする補完を行う。一方、差分が設定しきい値Ｓｔｈよりも小さいときにはラインＹに境界が存在すると判定し、信号補完部３２０は信号の補完を行わず距離算出部４０は４つの検出信号α〜δを用いて距離ｄの算出を行う。
【００７８】
図２２は図２０の測距装置３００の動作例を示すフローチャートである。まず、距離算出部４０において初期値ｍ＝１、ｎ＝１が設定され（ステップＳＴ８１）、フレーム画像の座標（ｍ、ｎ）についての距離ｄの算出が開始される。次に、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の４種類の検出信号α〜δがメモリ８から距離算出部４０に読み込まれ（ステップＳＴ８２）、被写体判定部３１０において４種類の検出信号α〜δが同一の被写体から取得されたものであるか否かが判定される（ステップＳＴ８３〜ＳＴ８７）。
【００７９】
最初に、被写体判定部３１０により４つの座標内の横方向（ラインＡ、Ｂ）に被写体の境界があるか否かを判定する（ステップＳＴ８３、ＳＴ８４、図２０（Ａ）参照）。そして、横方向に境界が存在する場合には信号補完部３２０による検出信号の補完が行われる（ステップＳＴ８５、図２０（Ｂ）参照）。一方、横方向に境界が存在しない場合には縦方向に境界が存在するか否かが判定される（ステップＳＴ８６、ＳＴ８７、図２１（Ａ）参照）。そして、縦方向に境界が存在する場合には信号補完部３２０による補完が行われる（ステップＳＴ８８）。その後、距離算出部３０による位相差Δφの検出および距離ｄの算出が行われ（ステップＳＴ８９）、算出された距離ｄが座標情報（ｍ、ｎ）とともにメモリ８に記憶される（ステップＳＴ９０）。そして、横方向の座標ｎがフレーム画像のサイズと同一であるか否かが判断され（ステップＳＴ９１）、同一でない場合、距離ｄを算出するラインを縦方向に１つずらし（ステップＳＴ９１〜ＳＴ９３）、横方向に向かって距離ｄが算出されていく（ステップＳＴ８１〜ＳＴ９３）。
【００８０】
その後、座標ｍがフレーム画像の横方向のサイズと同一であるかが判断され（ステップＳＴ９１）、同一ではないときにはｍ＝ｍ＋１が計算されて距離ｄを算出する画素が横方向に１つだけずらされる（ステップＳＴ９２、ＳＴ９３）。その後、距離算出部４０によりメモリから２つの座標（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の検出信号が取得される（ステップＳＴ９４）。そして、既に取得済みの２つの座標の検出信号と、新たに取得した２つの座標の検出信号とを用いて座標（ｍ、ｎ）の距離ｄが算出される（ステップＳＴ８３〜ＳＴ９３）。
【００８１】
上述した横方向への距離ｄの算出が終了したとき（ステップＳＴ９０）、座標ｎがフレーム画像の縦方向のサイズと同一であるか否かが判断され（ステップＳＴ９４）、同一でない場合、距離ｄを算出する横方向のラインを１つずらし（ステップＳＴ９５）、上述した横方向に向かって距離ｄが算出されていく（ステップＳＴ８２〜ＳＴ９５）。フレーム画像のすべての画素について距離ｄの算出が終了したとき、メモリ８に記憶された座標および距離ｄを用いて距離画像が距離画像生成部５０により生成される。
【００８２】
このように、距離ｄの算出に用いる４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄ内に異なる被写体が存在するときに検出信号の補完を行うことにより、異なる被写体から反射した反射変調光Ｌ２に基づいて距離ｄが算出されることによる誤測距の発生を防止することができる。
【００８３】
図２３は本発明の測距装置の第５の実施形態を示す模式図であり、図２３を参照して測距装置４００について説明する。なお、図２３の測距装置４００において図１の測距装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図２３の測距装置４００が図１の測距装置１と異なる点は、３種類の検出信号を用いて位相差Δφを検出し距離を算出する点である。
【００８４】
受光部（撮像素子）４３０は、図２４に示すように、第１検出信号αを取得する第１受光素子４３０ａと、第２検出信号βを取得する第２受光素子４３０ｂと第３検出信号γを取得する第３受光素子４３０ｃとを備えている。受光部４３０は、横方向に対し第１受光素子３０ａ、第２受光素子４３０ｂ、第３受光素子４３０ｃの順に配列されており、縦方向に対し第１受光素子４３０ａと第３受光素子４３０ｃもしくは第２受光素子４３０ｂと第４受光素子４３０ｄとが交互に配列されている。したがって、３種類の受光素子４３０ａ〜４３０ｃは隣接した構造を有している。
【００８５】
各受光素子４３０ａ〜４３０ｃの露光時間および露光タイミングは受光制御部２５により制御されている。図２５に示すように、受光制御部２５の撮像素子駆動部２５ｃは、受光素子４３０ａ〜４３０ｃに対しそれぞれ転送制御パルスＴＰ１〜ＴＰ３および排出制御パルスＳＰ１〜ＳＰ３を印加することにより、光電変換された信号電荷（検出信号）を転送路に転送し、残存する残留電荷を排出するようになっている。
【００８６】
また、図２６に示すように、撮像素子駆動部２５ｃは、変調光Ｌ１の位相が０°になったとき、第１受光素子３０ａに対し１／２周期分（＝位相π）の転送制御パルスＴＰ１を印加する。すると、第１受光素子３０ａは、変調光Ｌ１の位相０°〜π／２までのＴ／２期間だけ露光したときの第１検出信号αを第１転送路３１ａから出力する。また、撮像素子駆動部２５ｃは、変調光Ｌ１の位相がπ／２になったとき、第２受光素子３０ｂに対し１／２周期分（＝位相π分）の転送制御パルスＴＰ２を印加する。すると、第２受光素子３０ｂは、変調光Ｌ１の位相π／２〜πまでのＴ／２期間だけ露光したときの第２検出信号βを第２転送路３１ｂから出力する。さらに、撮像素子駆動部２５ｃは、変調光Ｌ１の位相がπになったとき、第３受光素子３０ｃに対し１／２周期分（＝位相π分）の転送制御パルスＴＰ３を印加する。すると、第３受光素子３０ｃは、変調光Ｌ１の位相π〜３π／２までのＴ／２期間だけ露光したときの第３検出信号γを第１転送路３１ａから出力する。受光部３０は３種類の検出信号α〜γを出力する際、１枚のフレーム画像として出力するように制御されている。
【００８７】
このとき、距離算出部４４０は、下記式（３）を用いて位相差Δφを検出する。
【数２】
【００８８】
ここで、距離算出部４４０は座標（ｍ、ｎ）の距離を算出するとき、図２７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、座標（ｍ、ｎ）、座標（ｍ−１、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）の３種類の検出信号α〜γを用いて距離ｄを算出する。さらに、距離算出部４４０は、横方向に距離ｄを算出する座標をずらしていく。これにより、既に読み込み済みの座標（ｍ、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）の検出信号と、新たに読み込んだ座標（ｍ＋１、ｎ）とを用いて距離ｄを算出することができる。
【００８９】
図２８は測距装置４００の動作例を示すフローチャートである。まず、距離算出部４４０において初期値ｍ＝１、ｎ＝１が設定され（ステップＳＴ１０１）、フレーム画像の座標（ｍ、ｎ）＝（１、１）について距離ｄの算出が開始される。次に、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ＋２、ｎ）の３種類の検出信号α〜γがメモリ８から距離算出部４４０に読み込まれ（ステップＳＴ１０３）、位相差Δφの検出および距離ｄの算出が行われる（ステップＳＴ１０４）。そして、算出された距離ｄが座標情報（ｍ、ｎ）とともにメモリ８に記憶される（ステップＳＴ１０５）。
【００９０】
次に、横方向の座標ｍがフレーム画像のサイズと同一であるかが判断され（ステップＳＴ１０６）、同一ではないときにはｍ＝ｍ＋１が計算されて（ステップＳＴ１０７）、距離ｄを算出する座標が横方向に１つだけずらされる（ステップ１０８）。その後、距離算出部４４０によりメモリから座標（ｍ＋１、ｎ）の検出信号が取得される（ステップＳＴ１０９）。そして、既に取得済みの２つの検出信号および新たに取得した１つの検出信号とを用いて座標（ｍ、ｎ）の距離ｄが算出される（ステップＳＴ１０４〜ＳＴ１０９）。
【００９１】
上述した横方向への距離ｄの算出が終了したとき（ステップＳＴ１０６）、縦方向の座標ｎがフレーム画像のサイズと同一であるか否かが判断され（ステップＳＴ１１０）、同一でない場合、距離ｄを算出する横方向のラインを１つずらし（ステップＳＴ１１１）、上述した横方向に向かって距離ｄが算出されていく（ステップＳＴ１０２〜ＳＴ１１１）。フレーム画像のすべての座標について距離ｄの算出が終了したとき、メモリ８に記憶された座標および距離ｄを用いて距離画像が距離画像生成部５０により生成される。
【００９２】
このように、同一平面上の隣接する３種類の受光素子４３０ａ〜４３０ｃから得られた３種類の検出信号を用いて距離を算出するため、距離演算に必要な４つの検出信号を高速に取得し距離演算の高速化を図ることができる。
【００９３】
なお、図２７においては、距離算出部４４０は横方向に並んだ３種類の検出信号α〜γを用いて距離を算出する場合について例示しているが、図２９に示すように、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）の組み合わせおよび座標（ｍ、ｎ）、（ｍ、ｎ−１）、（ｍ−１、ｎ）の組み合わせからなる３種類の検出信号α〜γを用いるようにしてもよい。
【００９４】
また、図３０に示すように、受光部４３０は、縦方向に対し第１受光素子３０ａ、第２受光素子４３０ｂ、第３受光素子４３０ｃの順に配列されており、横方向に対し第１受光素子４３０ａと第３受光素子４３０ｃもしくは第２受光素子４３０ｂと第４受光素子４３０ｄとが交互に配列されたものであってもよい。このとき、距離算出部４０が座標（ｍ、ｎ）の距離ｄを算出するとき、図３０（Ａ）に示すように、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ、ｎ＋２）から取得された３種類の検出信号α〜γを用いるようにしてもよいし、図３０（Ｂ）に示すように、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ、ｎ−１）の組み合わせおよび座標（ｍ、ｎ）、（ｍ−１、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）の組み合わせからなる３種類の検出信号α〜γを用いて距離ｄを算出するようにしてもよい。
【００９５】
上記各実施の形態によれば、一定の周期で光強度を変調させた変調光Ｌ１を射出し、射出した変調光Ｌ１が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光Ｌ２を受光することにより、反射変調光Ｌ２から変調光Ｌ１の位相π／２毎に第１検出信号αと第２検出信号βと第３検出信号γと第４検出信号δとを取得し、取得した４種類の検出信号α〜δを用いて変調光Ｌ１と反射変調光Ｌ２との位相差Δφを検出して被写体までの距離ｄを算出する際、第１検出信号αを取得する第１受光素子３０ａと、第２検出信号βを取得する第２受光素子３０ｂと、第３検出信号γを取得する第３受光素子３０ｃと、第４検出信号δを取得する第４受光素子３０ｄとから構成されるブロックＢＲが格子状に複数配列された受光部３０を用いて４種類の検出信号α〜δを取得し、隣接する４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄから取得される４種類の検出信号α〜δを用いて位相差Δφを検出し被写体までの距離ｄを算出することにより、同一平面上の隣接する４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄから得られた４種類の検出信号α〜δを用いて距離ｄを算出するため、距離演算に必要な４種類の検出信号α〜δを高速に取得し距離演算の高速化を図ることができる。
【００９６】
また、図７、図８に示すように、距離算出部３０が、受光素子３０ａ〜３０ｄ毎にそれぞれ被写体までの距離ｄを算出するものであり、受光部３０の座標（ｍ、ｎ）における受光素子の距離ｄを算出するとき、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄから得られる４種類の検出信号α〜δを用いて位相差Δφを検出し被写体までの距離ｄを算出するとともに、縦方向もしくは横方向に座標をずらしながら各受光素子の距離ｄを算出するものであるとき、所定の座標の距離ｄを算出するときには直前の距離算出に用いた２つの検出信号を再利用して距離の算出を行うことができるため、より高速に距離の算出を行うことができる。
【００９７】
さらに、図９〜図１１に示すように、受光部３０において取得された検出信号α〜δが予め設定された設定最大信号値Ｓ１ｒｅｆよりも大きい極大検出信号Ｓｍａｘであるか否かを判定する異常信号検出部１１０と、異常信号検出部１１０において検出信号が極大検出信号Ｓｍａｘであると判定されたとき、極大検出信号Ｓｍａｘと同一種類であって極大検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて極大検出信号Ｓｍａｘを補完する信号補完部１２０とをさらに有し、距離算出部４０が、信号補完部１２０により補完された検出信号を用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出するものであれば、たとえば受光素子が飽和した場合等により検出信号に異常が生じている場合に、この異常が生じている検出信号を用いて距離ｄを算出することにより誤測距が発生するのを防止することができ、精度良く距離の算出を行うことができる。
【００９８】
さらに、図１２に示すように、受光部３０において取得された検出信号が予め設定された設定最小信号値Ｓ２ｒｅｆよりも小さい極小検出信号Ｓｍｉｎであるか否かを判定する異常信号検出部１１０と、異常信号検出部１１０において検出信号が極小検出信号Ｓｍｉｎであると判定されたとき、極小検出信号Ｓｍｉｎと同一種類であって極小検出信号Ｓｍｉｎを取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて極小検出信号を補完する信号補完部１２０とをさらに有し、距離算出部が、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出するものであるとき、たとえば受光素子が黒潰れしている等により検出信号に異常が生じている場合に、この異常が生じている検出信号を用いて距離ｄを算出することにより誤測距が発生するのを防止することができ、精度良く距離の算出を行うことができる。
【００９９】
また、図１３〜図１５に示すように、第１検出信号αと第３検出信号γとの第１の差分ΔＷ１および第２検出信号βと第４検出信号δとの第２の差分ΔＷ２を算出する差分算出部２１０と、差分算出部２１０において算出された第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分ΔＷ２が予め設定された設定差分値よりも小さい異常差分値であるか否かを判定する差分判定部２２０と、差分判定部２２０において第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分ΔＷ２が異常差分値であると判定されたとき、異常差分値の元になった検出信号と同一種類の検出信号であって、異常差分値の元になった検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて異常差分値の元になった検出信号を補完する信号補完部２３０とをさらに有し、距離算出部４０が、信号補完部２３０により補完された検出信号を用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出するものであるとき、差分値が小さいことに起因する測距精度の劣化を防止することができる。
【０１００】
さらに、図１６、図１７に示すように、同一平面上の複数の受光素子３０ａ〜３０ｄから取得した４種類の検出信号α〜δがフレーム画像として取得されるものであり、第１検出信号αと第３検出信号γとの第１の差分ΔＷ１と第２検出信号βと第４検出信号δとの第２の差分ΔＷ２とを算出する差分算出部２１０と、差分算出部２１０において算出された第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分ΔＷ２が予め設定された設定差分値よりも小さい異常差分値であるか否かを判定する差分判定部２２０と、差分判定部２２０において第１の差分もしくは第２の差分が異常差分値であると判定されたとき、異常差分値の元になった検出信号を取得した受光素子が異なるフレーム画像において取得した検出信号を用いて異常差分値の元になった各検出信号を補完する信号補完部２３０とをさらに有し、距離算出部４０が、信号補完部２３０により補完された検出信号を用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出するものであれば、差分値が小さいことに起因する測距精度の劣化を防止することができる。
【０１０１】
さらに、図１８〜図２２に示すように、距離の算出に用いる４種類の検出信号α〜δが同一の被写体から取得した検出信号であるか否かを判別する被写体判別部３１０と、被写体判定部３１０において４種類の検出信号α〜δの中に異なる被写体から取得した異常検出信号が含まれていると判別されたとき、異常検出信号と同一種類であって異常検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて、４種類の検出信号α〜δが同一の被写体から取得した検出信号になるように異常検出信号を補完する信号補完部３２０とをさらに有し、距離算出部４０が、信号補完部３２０により補完された検出信号を用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出するものであるとき、異なる被写体から取得された反射変調光Ｌ２に基づいて距離が算出されることにより誤測距の発生を防止することができる。
【０１０２】
また、図２３〜図３０に示すように、一定の周期で光強度を変調させた変調光Ｌ１を射出する発光部１０と、発光部１０から射出された変調光Ｌ１が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光Ｌ２を受光することにより、第１検出信号αと、第１検出信号αよりも位相がπ／２進んだ第２検出信号βと、第２検出信号βよりも位相がπ／２進んだ第３検出信号γとを取得する受光部４３０と、受光部４３０において取得された３種類の検出信号α〜γを用いて変調光Ｌ１と反射変調光Ｌ２との位相差Δφを検出して被写体までの距離ｄを算出する距離算出部とを備え、受光部４３０が、第１検出信号αを取得する第１受光素子４３０ａと、第２検出信号βを取得する第２受光素子４３０ｂと、第３検出信号γを取得する第３受光素子４３０ｃとから構成されるブロックが複数配列されたものであり、距離算出部４４０が、互いに隣接した３種類の受光素子４３０ａ〜４３０ｃから取得される３種類の検出信号α〜γを用いて位相差Δφを検出し被写体までの距離ｄを算出することにより、同一平面上の隣接する３種類の受光素子４３０ａ〜４３０ｃから得られた３種類の検出信号α〜γを用いて距離ｄを算出するため、距離演算に必要な３種類の検出信号を高速に取得し距離演算の高速化を図ることができる。
【０１０３】
本発明の実施形態は上記実施形態に限定されない。たとえば、上記各実施形態において、距離画像の生成する場合について例示しているが、距離画像の生成までは行わず、対象物までの距離ｄを算出し出力する場合についても適用することができる。
【０１０４】
また、図２３〜図３０に示す３種類の検出信号α〜γを用いる場合であっても、図８〜図２２に示す各種信号補完方法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の測距装置の第１の実施形態を示すブロック図
【図２】図１の測距装置において射出される変調光および被写体からの反射変調光の一例を示すグラフ
【図３】図１の測距装置における受光素子の一例を示す模式図
【図４】図１の測距装置における受光素子の一例を示す模式図
【図５】図１の測距装置における各検出信号の取得の一例を示すタイミングチャート
【図６】本発明の測距方法の好ましい実施形態を示すフローチャート
【図７】本発明の測距装置における距離算出の別の実施形態を示す模式図
【図８】図７における距離の算出方法を示すフローチャート
【図９】本発明の測距装置の第２の実施形態を示すブロック図
【図１０】図９の測距装置における検出信号の補完方法の一例を示す模式図
【図１１】図９の測距装置の動作例を示すフローチャート
【図１２】図９の測距装置の別の動作例を示すフローチャート
【図１３】本発明の測距装置の第３の実施形態を示すブロック図
【図１４】図１３の測距装置における検出信号の補完方法の一例を示す模式図
【図１５】図９の測距装置の動作例を示すフローチャート
【図１６】図９の測距装置の別の動作例を示すフローチャート
【図１７】図９の測距装置における検出信号の補完方法の別の一例を示す模式図
【図１８】本発明の測距装置の第４の実施形態を示すブロック図
【図１９】距離の算出に用いる４種類の画素に異なる被写体から取得した検出信号が存在する場合を示す模式図
【図２０】図１８の被写体判定部における判定の一例および信号補完部による補完の様子を示す模式図
【図２１】図１８の被写体判定部における判定の一例および信号補完部による補完の様子を示す模式図
【図２２】図１８の測距装置の動作例を示すフローチャート
【図２３】本発明の測距装置の第５の実施形態を示すブロック図
【図２４】図２３の測距装置における受光素子の一例を示す模式図
【図２５】図２３の測距装置における受光素子の一例を示す模式図
【図２６】図２３の測距装置における各検出信号の取得の一例を示すタイミングチャート
【図２７】図２３の測距装置の距離算出部において距離算出に用いる３つの画素の組み合わせの様子を示す模式図
【図２８】図２３の測距装置の動作例を示すフローチャート
【図２９】図２３の測距装置の距離算出部において距離算出に用いる３つの画素の組み合わせの別の一例を示す模式図
【図３０】図２３の測距装置の距離算出部において距離算出に用いる３つの画素の組み合わせの別の一例を示す模式図
【符号の説明】
【０１０６】
１、１００、２００、３００、４００ 測距装置
１０ 発光部
１５ 発光制御部
２０ 受光ユニット
３０、４３０ 受光部
３０ａ、４３０ａ 第１受光素子
３０ｂ、４３０ｂ 第２受光素子
３０ｃ、４３０ｃ 第３受光素子
３０ｄ 第４受光素子
４０ 距離算出部
５０ 距離画像生成部
１１０ 異常信号検出部
１２０ 信号補完部
２１０ 差分算出部
２２０ 差分判定部
２３０ 信号補完部
３１０ 被写体判定部
３２０ 信号補完部
ＢＲ ブロック
ｄ 距離
Ｄｔｈ 設定差分値
Ｌ１ 変調光
Ｌ２ 反射変調光
Ｐ 距離画像
Ｓ 被写体
Ｔ 周期
α 第１検出信号
β 第２検出信号
γ 第３検出信号
δ 第４検出信号
Δφ 位相差
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変調光位相差方式（ＴＯＦ：time of flight）により被写体までの距離を測定する測距方法および装置ならびにこれに用いられる撮像素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から被写体までの距離を測定する方法として変調光位相差方式（ＴＯＦ：time of flight）の測距装置が知られている（たとえば特許文献１、２参照）。この変調光位相差方式とは光強度を変調させた変調光を被写体に照射し、被写体からの反射変調光を受光しときの変調光と反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を測定するものである。特許文献１においては、変調光の位相が０°、９０°、１８０°、２７０°であるときに、それぞれ反射変調光の光量をサンプリングすることにより、位相の異なる複数の検出信号を取得する。そして、４つの位相の異なる測定値に基づいて被検出物までの距離情報が演算される。
【０００３】
ここで、反射変調光を受光するとき、各画素がそれぞれ位相の異なる４つの検出信号を取得し、各画素毎に位相差および距離の検出が行われている。
【特許文献１】特開２００４−４５３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述のように、１つの画素において４つの検出信号を取得しなければ距離情報を取得することができないため、変調光の射出から距離画像の生成まで時間が掛かってしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、距離画像を作成する時間の短縮を図ることができる測距方法および装置ならびにこれに用いられる撮像素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の測距方法は、一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出し、射出した変調光が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光を受光することにより、反射変調光から変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得し、取得した４種類の検出信号を用いて変調光と反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を算出する測距方法であって、４種類の検出信号を取得するとき、第１検出信号を取得する第１受光素子と、第２検出信号を取得する第２受光素子と、第３検出信号を取得する第３受光素子と、第４検出信号を取得する第４受光素子とから構成されるブロックが格子状に複数配列された受光部を用いて４種類の検出信号を取得し、被写体までの距離を算出するとき、隣接する４種類の受光素子から取得される４種類の検出信号を用いて位相差を検出し被写体までの距離を算出することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の測距装置は、一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出する発光部と、発光部から射出された変調光が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光を受光することにより、反射変調光から変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得する受光部と、受光部において取得された４種類の検出信号を用いて変調光と反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を算出する距離算出部とを備え、受光部が、第１検出信号を取得する第１受光素子と、第２検出信号を取得する第２受光素子と、第３検出信号を取得する第３受光素子と、第４検出信号を取得する第４受光素子とから構成されるブロックが格子状に複数配列されたものであり、距離算出部が、隣接した４種類の受光素子から取得される４種類の検出信号を用いて位相差を検出し被写体までの距離を算出するものであることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の撮像素子は、一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出し、変調光と反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を算出するために変調光が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光を受光することにより、反射変調光から変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得するための撮像素子であって、第１検出信号を取得する第１受光素子と、第２検出信号を取得する第２受光素子と、第３検出信号を取得する第３受光素子と、第４検出信号を取得する第４受光素子とを有し、４種類の受光素子から構成されるブロックが格子状に複数配列されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の測距装置は、一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出する発光部と、発光部から射出された変調光が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光を受光することにより、第１検出信号と、第１検出信号よりも位相がπ／２進んだ第２検出信号と、第２検出信号よりも位相がπ／２進んだ第３検出信号とを取得する受光部と、受光部において取得された３種類の検出信号を用いて変調光と反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を算出する距離算出部とを備え、受光部が、第１検出信号を取得する第１受光素子と、第２検出信号を取得する第２受光素子と、第３検出信号を取得する第３受光素子とから構成されるブロックが複数配列されたものであり、距離算出部が、隣接した３種類の受光素子から取得される３種類の検出信号を用いて位相差を検出し被写体までの距離を算出するものであることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の撮像素子は、一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出し、変調光と反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を算出するために変調光が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光を受光することにより、第１検出信号と、第１検出信号よりも位相がπ／２進んだ第２検出信号と、第２検出信号よりも位相がπ／２進んだ第３検出信号とを取得するための撮像素子であって、第１検出信号を取得する第１受光素子と、第２検出信号を取得する第２受光素子と、第３検出信号を取得する第３受光素子とから構成されるブロックが複数配列されていることを特徴とするものである。
【００１１】
ここで、各検出信号は、それぞれ変調光の位相π／２（１／４周期）毎に取得されたものであれば露光時間は問わない。
【００１２】
なお、距離算出部は、隣接した４種類の受光素子から得られた４種類の検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出するものであればよく、たとえば各ブロック毎に１つの位相差および距離を算出するものであってもよいし、各受光素子毎にそれぞれ位相差を検出し距離を算出するものであってもよい。ここで、距離算出部は、受光部の座標（ｍ、ｎ）における受光素子の距離を算出するとき、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の４種類の受光素子から得られる４種類の検出信号を用いて位相差を検出し被写体までの距離を算出するとともに、縦方向もしくは横方向に座標をずらしながら各受光素子の距離を算出するものであってもよい。
【００１３】
また、測距装置は、受光部において取得された検出信号が予め設定された設定最大信号値よりも大きい極大検出信号であるか否かを判定する異常信号検出部と、異常信号検出部において検出信号が極大検出信号であると判定されたとき、極大検出信号と同一種類であって極大検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて極大検出信号を補完する信号補完部とをさらに有するものであってもよい。このとき、距離算出部は、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出するものであってもよい。なお、信号補完部は、最も距離の近い１つの受光素子が取得した検出信号を用いたものであれば補完に用いる検出信号の数は問わず、たとえば四方に存在する最も距離の近い４種類の受光素子が取得した４つの検出信号を用いてもよい。
【００１４】
さらに、測距装置は、受光部において取得された検出信号が予め設定された設定最小信号値よりも小さい極小検出信号であるか否かを判定する異常信号検出部と、異常信号検出部において検出信号が極小検出信号であると判定されたとき、極小検出信号と同一種類であって極小検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて極小検出信号を補完する信号補完部とをさらに有するものであってもよい。このとき距離算出部は、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出する。なお、信号補完部は、最も距離の近い１つの受光素子が取得した検出信号を用いたものであれば補完に用いる検出信号の数は問わず、たとえば四方に存在する最も距離の近い４種類の受光素子が取得した４つの検出信号を用いてもよい。
【００１５】
また、測距装置は、第１検出信号と第３検出信号との第１の差分および第２検出信号と第４検出信号との第２の差分を算出する差分算出部と、差分算出部において算出された第１の差分もしくは第２の差分が予め設定された設定差分値よりも小さい異常差分値であるか否かを判定する差分判定部と、差分判定部において第１の差分もしくは第２の差分が異常差分値であると判定されたとき、異常差分値の元になった検出信号と同一種類の検出信号であって、異常差分値の元になった検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて異常差分値の元になった検出信号を補完する信号補完部とをさらに有するものであってもよい。このとき、距離算出部は、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出する。なお、信号補完部は、最も距離の近い１つの受光素子が取得した検出信号を用いたものであれば補完に用いる検出信号の数は問わず、たとえば四方に存在する最も距離の近い４種類の受光素子が取得した４つの検出信号を用いてもよい。
【００１６】
さらに、同一平面上の複数の受光素子から取得した４種類の検出信号は、各受光素子からそれぞれ取得されるものであってもよいし、フレーム画像として取得されるものであってもよい。ここで、測距装置は、第１検出信号と第３検出信号との第１の差分と第２検出信号と第４検出信号との第２の差分とを算出する差分算出部と、差分算出部において算出された第１の差分もしくは第２の差分が予め設定された設定差分値よりも小さい異常差分値であるか否かを判定する差分判定部と、差分判定部において第１の差分もしくは第２の差分が異常差分値であると判定されたとき、異常差分値の元になった検出信号を取得した受光素子が異なるフレーム画像において取得した検出信号を用いて異常差分値の元になった各検出信号を補完する信号補完部とをさらに有するものであってもよい。このとき、距離算出部は、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出する。なお、信号補完部は、１枚のフレーム画像を用いて補完を行ってもよいし、複数枚のフレーム画像を用いて補完を行ってもよい。
【００１７】
また、測距装置は、距離の算出に用いる４種類の検出信号が同一の被写体から取得した検出信号であるか否かを判別する被写体判別部と、被写体判定部において４種類の検出信号の中に異なる被写体から取得した異常検出信号が含まれていると判別されたとき、異常検出信号と同一種類であって異常検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて、４種類の検出信号が同一の被写体から取得した検出信号になるように異常検出信号を補完する信号補完部とをさらに有するものであってもよい。このとき、距離算出部は、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の測距方法および装置ならびにこれに用いられる撮像素子によれば、一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出し、射出した変調光が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光を受光することにより、反射変調光から変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得し、取得した４種類の検出信号を用いて変調光と反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を算出する際、第１検出信号を取得する第１受光素子と、第２検出信号を取得する第２受光素子と、第３検出信号を取得する第３受光素子と、第４検出信号を取得する第４受光素子とから構成されるブロックが格子状に複数配列された受光部を用いて４種類の検出信号を取得し、隣接する４種類の受光素子から取得される４種類の検出信号を用いて位相差を検出し被写体までの距離を算出することにより、同一平面上の隣接する４種類の受光素子から得られた４種類の検出信号を用いて距離を算出するため、距離演算に必要な４つの検出信号を高速に取得し距離演算の高速化を図ることができる。
【００１９】
なお、距離算出部が、受光素子毎にそれぞれ被写体までの距離を算出するものであり、受光部の座標（ｍ、ｎ）における受光素子の距離を算出するとき、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の４種類の受光素子から得られる４種類の検出信号を用いて位相差を検出し被写体までの距離を算出するとともに、縦方向もしくは横方向に座標をずらしながら各受光素子の距離を算出するものであるとき、所定の座標の距離を算出するときには直前の距離算出に用いた２つの検出信号を再利用して距離の算出を行うことができるため、より高速に距離の算出を行うことができる。
【００２０】
また、受光部において取得された検出信号が予め設定された設定最大信号値よりも大きい極大検出信号であるか否かを判定する異常信号検出部と、異常信号検出部において検出信号が極大検出信号であると判定されたとき、極大検出信号と同一種類であって極大検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて極大検出信号を補完する信号補完部とをさらに有し、距離算出部が、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出するものであれば、たとえば受光素子が飽和した場合等により検出信号に異常が生じている場合に、この異常が生じている検出信号を用いて距離を算出することにより誤測距が発生するのを防止することができ、精度良く距離の算出を行うことができる。
【００２１】
さらに、受光部において取得された検出信号が予め設定された設定最小信号値よりも小さい極小検出信号であるか否かを判定する異常信号検出部と、異常信号検出部において検出信号が極小検出信号であると判定されたとき、極小検出信号と同一種類であって極小検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて極小検出信号を補完する信号補完部とをさらに有し、距離算出部が、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出するものであるとき、たとえば受光素子が黒潰れしている等により検出信号に異常が生じている場合に、この異常が生じている検出信号を用いて距離を算出することにより誤測距が発生するのを防止することができ、精度良く距離の算出を行うことができる。
【００２２】
また、第１検出信号と第３検出信号との第１の差分および第２検出信号と第４検出信号との第２の差分を算出する差分算出部と、差分算出部において算出された第１の差分もしくは第２の差分が予め設定された設定差分値よりも小さい異常差分値であるか否かを判定する差分判定部と、差分判定部において第１の差分もしくは第２の差分が異常差分値であると判定されたとき、異常差分値の元になった検出信号と同一種類の検出信号であって、異常差分値の元になった検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて異常差分値の元になった検出信号を補完する信号補完部とをさらに有し、距離算出部が、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出するものであるとき、差分値が小さいことに起因する測距精度の劣化を防止することができる。
【００２３】
また、同一平面上の複数の受光素子から取得した４種類の検出信号がフレーム画像として取得されるものであり、第１検出信号と第３検出信号との第１の差分と第２検出信号と第４検出信号との第２の差分とを算出する差分算出部と、差分算出部において算出された第１の差分もしくは第２の差分が予め設定された設定差分値よりも小さい異常差分値であるか否かを判定する差分判定部と、差分判定部において第１の差分もしくは第２の差分が異常差分値であると判定されたとき、異常差分値の元になった検出信号を取得した受光素子が異なるフレーム画像において取得した検出信号を用いて異常差分値の元になった各検出信号を補完する信号補完部とをさらに有し、距離算出部が、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出するものであれば、差分値が小さいことに起因する測距精度の劣化を防止することができる。
【００２４】
さらに、距離の算出に用いる４種類の検出信号が同一の被写体から取得した検出信号であるか否かを判別する被写体判別部と、被写体判定部において４種類の検出信号の中に異なる被写体から取得した異常検出信号が含まれていると判別されたとき、異常検出信号と同一種類であって異常検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて、４種類の検出信号が同一の被写体から取得した検出信号になるように異常検出信号を補完する信号補完部とをさらに有し、距離算出部が、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差を検出し距離を算出するものであるとき、異なる被写体から取得された反射変調光に基づいて距離が算出されることにより誤測距の発生を防止することができる。
【００２５】
本発明の測距装置ならびにこれに用いられる撮像素子によれば、一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出する発光部と、発光部から射出された変調光が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光を受光することにより、第１検出信号と、第１検出信号よりも位相がπ／２進んだ第２検出信号と、第２検出信号よりも位相がπ／２進んだ第３検出信号とを取得する受光部と、受光部において取得された３種類の検出信号を用いて変調光と反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を算出する距離算出部とを備え、受光部が、第１検出信号を取得する第１受光素子と、第２検出信号を取得する第２受光素子と、第３検出信号を取得する第３受光素子とから構成されるブロックが複数配列されたものであり、距離算出部が、隣接した３種類の受光素子から取得される３種類の検出信号を用いて位相差を検出し被写体までの距離を算出することにより、同一平面上の隣接する３種類の受光素子から得られた３種類の検出信号を用いて距離を算出するため、距離演算に必要な３種類の検出信号を高速に取得し距離演算の高速化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の測距装置の好ましい実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の測距装置の好ましい実施の形態を示す斜視図である。測距装置１はいわゆる位相差検出方式により被写体までの距離を測定するものであって、発光部１０、受光ユニット２０、距離算出部４０、距離画像生成部５０等を備えている。なお、距離算出部４０、距離画像生成部５０は、メモリ８等に記憶されたプログラムをメモリ制御部７を介してＣＰＵ２が実行することにより構成される。
【００２７】
発光部１０はたとえばＬＥＤアレイ等からなっており、図２に示すような光の強度を一定の周期Ｔ（たとえばＴ＝０．５ｍｓ、周波数２０Ｈｚ）で変調した変調光Ｌ１を被写体に連続的に射出するものである。発光部１０の動作は発光制御部１５により制御されている。
【００２８】
受光ユニット２０は、変調光Ｌ１が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光Ｌ２を受光して４種類の検出信号α、β、γ、δを取得するものであって、結像光学系２１、絞り２２、光学バンドパスフィルタ２３、受光制御部２５、受光部（撮像素子）３０等を備えている。結像光学系２１は複数の光学レンズ群からなり、被写体からの反射変調光Ｌ２を受光部３０上に結像する。絞り２２は周辺光線を遮断するものであり、光学バンドパスフィルタ２３は反射変調光Ｌ２（変調光Ｌ１）の波長帯域の光を透過する。そして、受光部３０は絞り２２および光学バンドパスフィルタ２３を通過した反射変調光Ｌ２を受光する。受光制御部２５はレンズ駆動部２５ａ、絞り駆動部２５ｂ、撮像素子駆動部２５ｃを備えており、レンズ駆動部２５ａは結像光学系２１の動作を制御し、絞り駆動部２５ｂは絞り２２の動作を制御し、撮像素子駆動部２５ｃは受光部３０の動作を制御する。
【００２９】
上述した受光部（撮像素子）３０はたとえばフォトダイオード、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等からなっており、図３は受光素子がＣＣＤからなる場合の一例を示す模式図を示す。図３の受光部３０は第１検出信号αを取得する第１受光素子３０ａと、第２検出信号βを取得する第２受光素子３０ｂと、第３検出信号γを取得する第３受光素子３０ｃと、第４検出信号δを取得する第４受光素子３０ｄとを有している。受光部３０は、４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄにより矩形状に形成された１つのブロックＢＲが格子状に並べられた構造を有しており、各受光素子３０ａ〜３０ｄは互いに隣接した配列を有している。
【００３０】
具体的には、ブロックＢＲは上段に第１受光素子３０ａと第３受光素子３０ｂとを有し、下段に第３受光素子３０ｃと第４受光素子３０ｄとを有しており、このブロックＢＲが縦方向および横方向に向かって複数配列されている。したがって、受光部３０内のすべての受光素子３０ａ〜３０ｄは互いに隣接した構造を有している。
【００３１】
各受光素子３０ａ〜３０ｄの露光時間および露光タイミングは受光制御部２５により制御されている。具体的には、図４に示すように、受光制御部２５の撮像素子駆動部２５ｃは、受光素子３０ａ〜３０ｄに対しそれぞれ転送制御パルスＴＰ１〜ＴＰ４および排出制御パルスＳＰ１〜ＳＰ４を印加することにより、光電変換された信号電荷（検出信号）を転送路に転送し、残存する残留電荷を排出する。
【００３２】
図５は転送制御パルスＴＰ１〜ＴＰ４および排出制御パルスＳＰ１〜ＳＰ４の一例を示すタイミングチャートである。図５に示すように、撮像素子駆動部２５ｃは、変調光Ｌ１の位相が０°になったとき、第１受光素子３０ａに対し１／２周期分（＝位相π）の転送制御パルスＴＰ１を印加する。すると、第１受光素子３０ａは、変調光Ｌ１の位相０°〜π／２までのＴ／２期間だけ露光したときの第１検出信号αを第１転送路３１ａから出力する。また、撮像素子駆動部２５ｃは、変調光Ｌ１の位相がπ／２になったとき、第２受光素子３０ｂに対し１／２周期分（＝位相π分）の転送制御パルスＴＰ２を印加する。すると、第２受光素子３０ｂは、変調光Ｌ１の位相π／２〜πまでのＴ／２期間だけ露光したときの第２検出信号βを第２転送路３１ｂから出力する。
【００３３】
さらに、撮像素子駆動部２５ｃは、変調光Ｌ１の位相がπになったとき、第３受光素子３０ｃに対し１／２周期分（＝位相π分）の転送制御パルスＴＰ３を印加する。すると、第３受光素子３０ｃは、変調光Ｌ１の位相π〜３π／２までのＴ／２期間だけ露光したときの第３検出信号γを第１転送路３１ａから出力する。また、撮像素子駆動部２５ｃは、変調光Ｌ１の位相が３π／２になったとき、第４受光素子３０ｄに対し１／２周期分（＝位相π分）の転送制御パルスＴＰ２を印加する。すると、第４受光素子３０ｄは、変調光Ｌ１の位相３π／２〜２πまでのＴ／２期間だけ露光したときの第４検出信号δを第２転送路３１ｂから出力する。
【００３４】
なお、第１受光素子３０ａから第１検出信号αが第１転送路３１ａに転送されている間、第２受光素子３０ｂには排出制御パルスＳＰ２が印加され、第２転送路３１ｂから第２受光素子３０ｂに残存する残存電荷が排出される。同様に、第２受光素子３０ｂから第２検出信号βが転送されている間、第３受光素子３０ｃには排出制御パルスＳＰ３が印加され転送路３１ａからそれぞれ残存電荷が排出される。さらに、第３受光素子３０ｃから第３検出信号γが転送されている間、第４受光素子３０ｄには排出制御パルスＳＰ４が印加され、各転送路３１ｂからそれぞれ残存電荷が排出される。
【００３５】
そして、アナログ信号処理部２６が各検出信号α〜δに対しアナログ信号処理を施した後、Ａ／Ｄ変換部２７が各検出信号α〜δをＡ／Ｄ変換して距離算出部４０に出力する。なお、アナログ信号処理部２６は、受光部３０により各検出信号α〜δがサンプリングされる度にＡ／Ｄ変換部２７に各検出信号α〜δを出力するようにしてもよいし、各検出信号α〜δ毎に予め設定された設定サンプリング数Ｎだけ積算してＡ／Ｄ変換部２７に出力するようにしてもよい。
【００３６】
ここで、受光部３０において同一平面上に配列された複数の受光素子３０ａ〜３０ｄから４種類の検出信号α〜δが出力されたとき、アナログ信号処理部２６は１枚のフレーム画像として出力する。したがって、同一平面上の各受光素子３０ａ〜３０ｄのすべてにおいて露光を終了したときに、各受光素子３０ａ〜３０ｄにより取得された各検出信号α〜δを画素とするフレーム画像が順次取得されていく。
【００３７】
距離算出部４０は、受光部３０が取得した第１検出信号αと第２検出信号βと第３検出信号γと第４検出信号δとを用いて変調光Ｌ１と反射変調光Ｌ２との位相差Δφを検出し距離ｄを算出する。つまり、反射変調光Ｌ２は変調光Ｌ１に対し被写体までの距離に応じて位相がずれた状態で検出されるものであり（図２参照）、距離算出部４０はこの位相差Δφを検出する。なお、変調光Ｌ１と反射変調光Ｌ２との位相が２πだけずれたときには両者は同位相になるため、変調光Ｌ１の波長λが距離を測定することができる最大測定距離になる。
【００３８】
具体的には、変調光Ｌ１と反射変調光Ｌ２との位相がずれているとき、その位相差Δφは４種類の検出信号α〜δの信号値の差となって表れ、距離算出部４０は下記式（１）により位相差Δφを検出することができる。
【数１】
【００３９】
距離算出部４０は、図３の受光部３０において隣接した４種類の受光素子２２ａ〜２２ｄにおいて取得された４種類の検出信号α〜δを用いて各ブロックＢＲ毎に位相差Δφを検出する。
【００４０】
そして、距離算出部４０は位相差Δφを用いて被写体までの距離ｄを算出する。被写体Ｓまでの距離ｄは下記式（２）に示すことができる。
【００４１】
ｄ＝ｃΔφ／４πｆ ・・・（２）
ここで、ｃは光速、ｆは変調光Ｌ１の周波数（ｆ＝１／Ｔ）である。そして距離算出部４０は算出した距離ｄをメモリ制御部７を介してメモリ８に記憶させる。
【００４２】
距離画像生成部５０は、距離算出部４０により算出された距離ｄを用いて距離画像Ｐを生成するものである。具体的には、距離画像生成部５０は各ブロックＢＲ毎に算出された複数の距離ｄを用いて距離画像を生成する。そして、生成した距離画像は表示制御部４を介して表示部５に表示される。
【００４３】
図６は本発明の測距方法の好ましい実施形態を示すフローチャートであり、図１から図６を参照して測距方法について説明する。まず、発光部１０から一定の周期Ｔで強度変調された変調光Ｌ１が被写体に対して射出される。そして、被写体から反射した反射変調光Ｌ２が受光ユニット２０において受光される。このとき、同一平面上に設けられた４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄによりそれぞれ第１検出信号α、第２検出信号β、第３検出信号γ、第４検出信号δが順に取得されていく（ステップＳＴ１〜ＳＴ４）。
【００４４】
その後、距離算出部４０において、３つの各検出信号α〜δを用いて上記式（１）により変調光Ｌ１と反射変調光Ｌ２との位相差Δφが検出される（ステップＳＴ５）。その後、距離算出部４０により位相差Δφを用いて上記式（２）により被写体までの距離ｄが算出される（ステップＳＴ６）。そして各ブロックＢＲについて距離ｄの算出が行われ距離画像が生成される（ステップＳＴ７）。
【００４５】
このように、第１検出信号αを取得する第１受光素子３０ａと、第２検出信号βを取得する第２受光素子３０ｃと、第３検出信号γを取得する第３受光素子３０ｃと、第４検出信号δを取得する第４受光素子３０ｄとから構成されるブロックが格子状に複数配列された受光部を用いて４種類の検出信号α〜δを取得するものであり、互いに隣接した４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄから取得される４種類の検出信号α〜δを用いて位相差Δφを検出し被写体までの距離ｄを算出することにより、隣接する４種類の受光素子から得られた４種類の検出信号α〜δを用いて距離を算出するため、高速に測距を行うことができる。
【００４６】
すなわち、従来においては各受光素子毎に４つの検出信号α〜δをそれぞれ取得しているため、各受光素子が検出信号の取得および残存電荷の排出を４サイクル行う必要があり、４種類の検出信号を取得するまでに時間が掛かってしまう。一方、上述した測距装置１においては同一平面上の受光素子３０ａ〜３０ｄにより４種類の検出信号α〜δを検出して位相差Δφを検出するため、データ取得時間の短縮化を図ることができる。また、受光素子３０ａ〜３０ｄにおける検出信号α〜δの取得と、残存電荷の排出とを並列して行うことができるため、検出信号α〜δの取得の効率化を図ることができる。
【００４７】
図７は本発明の測距装置の距離算出部による距離ｄの算出手法の第２の実施形態を示す模式図である。なお、図７において図１の測距装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図７の測距装置１００が図１の測距装置１と異なる点は各受光素子３０ａ〜３０ｄ毎に距離を算出する点である。
【００４８】
すなわち、図７（Ａ）において、距離算出部４０は、受光部３０における座標（ｍ、ｎ）の第４受光素子３０ｄについて距離ｄを算出するとき、座標（ｍ、ｎ）の第４受光素子３０ｄ、座標（ｍ＋１、ｎ）の第３受光素子３０ｃ、座標（ｍ、ｎ＋１）の第２受光素子３０ｂ、座標（ｍ＋１、ｎ＋１）の第１受光素子３０ａから得られた４種類の検出信号α〜δを用いて位相差Δφを検出し被写体までの距離ｄを算出する。また、図７（Ｂ）に示すように、（ｍ、ｎ）から横方向に１つずれた座標（ｍ＋１、ｎ）の距離ｄを算出するとき、座標（ｍ＋１、ｎ）の第３受光素子３０ｃ、座標（ｍ＋２、ｎ）の第４受光素子３０ｄ、座標（ｍ＋１、ｎ＋１）の第１受光素子３０ａ、座標（ｍ＋２、ｎ＋１）の第２受光素子３０ｂから得られた４種類の検出信号α〜δを用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出する。
【００４９】
上記２つの座標（ｍ、ｎ）および（ｍ＋１、ｎ）の距離ｄを算出する際、座標（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の検出信号α、γは共通して用いられている。したがって、この２つの座標の検出信号α、γについてはメモリ８から読み込む必要がなく、２つの座標（ｍ＋２、ｎ）および（ｍ＋２、ｎ＋１）の検出信号β、δを新たにメモリ８から読み込めば距離ｄを算出することができる。
【００５０】
つまり、図８に示すように、距離算出部４０において初期値ｍ＝１、ｎ＝１が設定され（ステップＳＴ１１）、フレーム画像の座標（ｍ、ｎ）を注目画素に設定し距離ｄの算出が開始する（ステップＳＴ１２）。次に、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の４種類の検出信号α〜δがメモリ８から距離算出部４０に読み込まれ（ステップＳＴ１３）、距離ｄの算出が行われる（ステップＳＴ１４）。そして、算出された距離ｄが座標情報（ｍ、ｎ）とともにメモリ８に記憶される（ステップＳＴ１５）。
【００５１】
その後、座標ｍがフレーム画像の横方向のサイズと同一であるかが判断され（ステップＳＴ１６）、同一ではないときにはｍ＝ｍ＋１が計算されて距離ｄを算出する画素が横方向に１つだけずらされる（ステップＳＴ１７、１８）。その後、距離算出部４０によりメモリから２つの座標（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の検出信号が取得される（ステップＳＴ１９）。そして、既に取得済みの２つの座標の検出信号と、新たに取得した２つの座標の検出信号とを用いて座標（ｍ、ｎ）の距離ｄが算出される（ステップＳＴ１４、ＳＴ１５）。
【００５２】
上述した横方向への距離ｄの算出が終了したとき（ステップＳＴ１６）、座標ｎがフレーム画像の縦方向のサイズと同一であるか否かが判断され（ステップＳＴ２０）、同一でない場合、距離ｄを算出する横方向のラインを１つずらし（ステップＳＴ２１）、上述した横方向に向かって距離ｄが算出されていく（ステップＳＴ１２〜ＳＴ２１）。フレーム画像のすべての画素について距離ｄの算出が終了したとき、メモリ８に記憶された座標および距離ｄを用いて距離画像が距離画像生成部５０により生成される。
【００５３】
このように、１画素毎に距離ｄの算出を行うことができるため、高解像度の距離画像を生成することができる。また、メモリ８から２つの座標の検出信号だけ新たに読み込み距離ｄの算出を行うことができるため、検出信号α〜δの読み込み速度を向上させて高速に距離ｄの算出および距離画像の生成を行うことができる。
【００５４】
図９は本発明の測距装置の第３の実施形態を示す模式図であり、図９を参照して測距装置１００について説明する。なお、図９の測距装置１００において図１の測距装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図９の測距装置１００が図１の測距装置１と異なる点は、各検出信号α〜δが異常値であるときにその検出信号を補完する点である。
【００５５】
図９の測距装置１００は、異常信号検出部１１０および信号補完部１２０をさらに備えている。異常信号検出部１１０は、受光素子３０ａ〜３０ｄが取得した検出信号α〜δが予め設定された設定最大信号値Ｓ１ｒｅｆよりも大きい極大検出信号Ｓｍａｘであるか否かを判定するものである。ここで、図１０（Ａ）において、第３受光素子３０ｘが飽和して第３検出信号γが極大検出信号Ｓｍａｘになった場合について例示する。
【００５６】
信号補完部１２０は、異常信号検出部１１０において第２受光素子３０ｘの検出信号γが極大検出信号Ｓｍａｘであると判定されたとき、極大検出信号Ｓｍａｘと同一種類の第３検出信号γであって極大検出信号Ｓｍａｘを取得した受光素子３０ｘからの距離が最も近い座標の受光素子により取得された検出信号γを用いて極大検出信号Ｓｍａｘを補完する。
【００５７】
具体的には、図１０（Ｂ）に示すように、信号補完部１２０は極大検出信号Ｓｍａｘを出力した画素３０ｘに最も距離が近い上下左右４つの画素３０ｘＵＰ、３０ｘＤＮ、３０ｘＬＥ、３０ｘＲＩの第３検出信号γの平均値を算出する。そして、信号補完部１２０は算出した平均値を画素３０ｘにおける第３検出信号γとして補完する。距離算出部４０は、信号補完部１２０により補完された第３検出信号γを用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出する。
【００５８】
図１１は図９の測距装置１００の動作例を示すフローチャートである。図１１において、異常信号検出部１１０により距離ｄの算出に用いる検出信号α〜δが設定最大信号値Ｓ１ｒｅｆよりも大きい極大検出信号Ｓｍａｘであるか否かが判定される（ステップＳＴ４１）。そして、検出信号が極大検出信号Ｓｍａｘであると判定されたとき、信号補完部１２０により同一種類であって最も距離が近い４画素の検出信号の平均値が算出される（ステップＳＴ４２、図１０参照）。その後、算出した平均値が極大検出信号Ｓｍａｘとなった検出信号として補完された後、位相差Δφの検出および距離ｄの算出が行われる（ステップＳＴ４３）。極大検出信号Ｓｍａｘの検出および信号の補完が全画素について行われる（ステップＳＴ４１〜ＳＴ４５）。このように、距離ｄの算出に用いる検出信号α〜δが飽和して極大検出信号Ｓｍａｘになっているときに、この極大検出信号Ｓｍａｘを補完し誤測距が生じるのを防止することができる。
【００５９】
ここで、図９〜１１において、異常信号検出部１１０は極大検出信号ｍａｘを検出する場合について例示しているが、極大検出信号Ｓｍａｘに代えて極小検出信号Ｓｍｉｎを検出するようにしてもよい。つまり、図１２に示すように、異常信号検出部１１０は、距離ｄに用いる検出信号α〜δが設定最小信号値Ｓ２ｒｅｆよりも小さい極小検出信号Ｓｍｉｎ（黒潰れ）であるか否かを判定する（ステップＳＴ５１）。検出信号α〜δが極小検出信号Ｓｍｉｎであると判定された場合、信号補完部１２０は同一種類であって最も距離が近い４画素の検出信号の平均値を算出する（ステップＳＴ５２、図１０参照）。信号補完部１２０が算出した平均値が極大検出信号Ｓｍａｘである検出信号として補完された後、距離算出部４０は位相差Δφの検出および距離ｄの算出を行う（ステップＳＴ５３）。極小検出信号Ｓｍｉｎの検出および信号の補完が全画素について行われる（ステップＳＴ５１〜ＳＴ５５）。このように、距離ｄの算出に用いる検出信号が１つでも黒潰れした極小検出信号Ｓｍｉｎになっているとき、この極小検出信号Ｓｍｉｎを補完して誤測距が生じるのを防止することができる。
【００６０】
なお、図９〜図１２に示すように、異常信号検出部１１０は極大検出信号Ｓｍａｘもしくは極小検出信号Ｓｍｉｎのいずれか一方を検出する場合について例示しているが、極大検出信号Ｓｍａｘおよび極小検出信号Ｓｍｉｎの双方を検出する機能を有していてもよい。そして、極大検出信号Ｓｍａｘもしくは極小検出信号Ｓｍｉｎを検出したとき、信号補完部１２０が図１０〜図１２に示す信号補完処理を施すようにしてもよい。
【００６１】
さらに、図９〜図１２においては、距離ｄの算出の際に極大検出信号Ｓｍａｘもしくは極小検出信号Ｓｍｉｎであるか否かを判定する場合について例示しているが、距離ｄの算出の前にメモリ８に記憶されている各検出信号α〜δに対して極大検出信号Ｓｍａｘもしくは極小検出信号Ｓｍｉｎの検出および信号補完を行い、その後に距離算出部４０による距離ｄの算出が行われるようにしてもよい。
【００６２】
図１３は本発明の測距装置の第３の実施形態を示す模式図であり、図１３を参照して測距装置２００について説明する。なお、図１３の測距装置２００において図１の測距装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１３の測距装置２００が図１の測距装置１と異なる点は、第１検出信号αと第３検出信号γとの第１の差分ΔＷ１もしくは第２検出信号βとの第４検出信号δの第２の差分ΔＷ２に基づいて検出信号の補完を行う点である。
【００６３】
図１３の測距装置２００は、差分算出部２１０、差分判定部２２０、信号補完部２３０をさらに有している。差分算出部２１０は、第１検出信号αと第３検出信号γとの第１の差分ΔＷ１と第２検出信号βと第４検出信号δとの第２の差分ΔＷ２とを算出するものである。なお、上述したように、距離算出部４０が位相Δφを検出するときには第１の差分ΔＷ１および第２の差分ΔＷ２を算出するものであるため、差分算出部２１０は距離算出部４０により構成されたものであってもよい。
【００６４】
差分判定部２２０は、第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分ΔＷ２が予め設定された設定差分値Ｗｒｅｆよりも小さい異常差分値であるか否かを判定するものである。信号補完部２３０は、差分判定部２２０において第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分ΔＷ２が設定差分値Ｄｔｈよりも小さい異常差分値であると判定されたとき、異常差分値の元になった検出信号（α、γ）もしくは（β、δ）と同一種類の検出信号であって、異常差分値の元になった検出信号（α、γ）もしくは（β、δ）を取得した受光素子からの距離が最も近い位置の受光素子により取得された検出信号を用いて異常差分値の元になった検出信号を補完するものである。
【００６５】
たとえば、図１４（Ａ）に示すように、差分判定部２１０が検出信号α〜δのうち第１の差分ΔＷ１が異常差分値であると判定したものとする。すると、図１４（Ｂ）に示すように、信号補完部２３０は、異常差分値の元になった第１検出信号αを出力した第１受光素子３０ａに最も距離が近い上下左右４つの画素３０ａＵＰ、３０ａＤＮ、３０ａＬＥ、３０ａＲＩの第１検出信号αを異常差分値の元になった第１検出信号αに加算する。同様に、信号補完部２３０は、異常差分値の元になった第３検出信号γを出力した第３受光素子３０ｃに最も距離が近い上下左右４つの画素３０ｃＵＰ、３０ｃＤＮ、３０ｃＬＥ、３０ｃＲＩの第３検出信号γを異常差分値の元になった第３検出信号γに加算する。そして、信号補完部２３０は加算された第１検出信号αと第３検出信号γとの第１の差分をブロックＢＲにおける第１の差分ΔＷ１として補完する。その後、距離算出部４０は、信号補完部１２０により補完された第１の差分ΔＷ１を用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出する。
【００６６】
図１５は図１３の測距装置２００の動作例を示すフローチャートである。図１５において、差分判定部２２０により第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分ΔＷ２が設定差分値Ｄｔｈよりも小さい異常差分値であるか否かが判定される（ステップＳＴ６１）。第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分ΔＷ２が異常差分値であると判定されたとき、信号補完部２３０において、異常差分値の元になった検出信号に他の受光素子が取得した信号を加算した状態での第１の差分ΔＷ１もしく第２の差分ΔＷ２を算出することにより補完する（ステップＳＴ６２、図１４参照）。そして、補完された第１の差分ΔＷ１もしく第２の差分ΔＷ２を用いて位相差Δφが検出され距離ｄの算出が行われる（ステップＳＴ６３）。また、異常差分値の検出、信号の補完および距離ｄの算出がすべての画素に対して行われる（ステップＳＴ６１〜ＳＴ６５）。これにより、第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分Ｗ２が小さすぎることに起因する測距精度の劣化を防止することができる。
【００６７】
なお、図１３〜図１５においては、信号補完部２３０は、同一平面上の受光素子３０ａ〜３０ｄにおいて最も距離が近い検出信号を用いて補完する場合について例示しているが、同一の受光素子が異なるタイミングで取得したフレーム画像から補完を行うようにしてもよい。
【００６８】
つまり、図１６に示すように、差分判定部２２０において第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分ΔＷ２が設定差分値Ｄｔｈよりも小さいか否かが判定される（ステップＳＴ７１）。たとえば、図１７（Ａ）に示すＮフレーム画像内の第１の差分ΔＷ１が異常差分値であると判定されたものとする。
【００６９】
信号補完部２３０は、異常差分値の元になった検出信号を取得した受光素子が異なるフレーム画像において取得した検出信号を用いて異常差分値の元になった各検出信号を補完する。具体的には、図１７（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、異常差分値の元になった第３検出信号γを出力した第１受光素子３０ａがｎ枚のフレーム画像Ｎ−１〜Ｎ−ｎにおいて取得したｎ個の第１検出信号αを異常差分値の元になった第１検出信号αに加算する。同様に、信号補完部２３０は、異常差分値の元になった第３検出信号γを出力した第３受光素子３０ｃがｎ枚のフレーム画像Ｎ−１〜Ｎ−ｎにおいて取得したｎ個の第１検出信号αを異常差分値の元になった第３検出信号γに加算する。そして、信号補完部２３０は加算された第１検出信号αと第３検出信号γとの差分をブロックＢＲにおける第１の差分ΔＷ１として補完する（ステップＳＴ７２）。
【００７０】
その後、距離算出部４０は、信号補完部１２０により補完された第１の差分ΔＷ１を用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出する（ステップＳＴ７３）。また、異常差分値の検出、信号の補完および距離ｄの算出がすべての画素に対して行われる（ステップＳＴ７１〜ＳＴ７５）。この場合であっても、第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分Ｗ２が小さすぎることに起因する測距精度の劣化を防止することができる。
【００７１】
図１８は本発明の測距装置の第４の実施形態を示す模式図であり、図１８を参照して測距装置３００について説明する。なお、図１８の測距装置３００において図１の測距装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１８の測距装置３００が図１の測距装置１と異なる点は、距離ｄの算出に用いる４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄ内に異なる被写体の境界が存在するときに、検出信号α〜δを補完する点である。
【００７２】
測距装置３００は、被写体判定部３１０、信号補完部３２０をさらに備えている。被写体判定部３１０は、距離ｄの算出に用いる４種類の検出信号α〜δが同一の被写体から取得した検出信号であるか否かを判別するものである。信号補完部３２０は、被写体判定部３１０において４種類の検出信号α〜δの中に異なる被写体から取得した異常検出信号が含まれていると判別されたとき、異常検出信号と同一種類であって異常検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて、４種類の検出信号α〜δが同一の被写体から取得した検出信号になるように異常検出信号を補完するものである。
【００７３】
たとえば図１９に示すように、被写体Ｓ１と被写体Ｓ２との境界が受光素子３０ａ〜３０ｄ内のラインＡとして存在すると仮定する。距離算出部４０が座標（ｍ、ｎ）について距離ｄを算出するとき、被写体Ｓ１から反射変調光Ｌ２を受光したときの第１検出信号αおよび第３検出信号γと、被写体Ｓ２から反射変調光Ｌ２を受光したときの第２検出信号βおよび第４検出信号δとを用いることになる。ここで、式（１）による距離ｄの算出は４種類の検出信号α〜γが同一被写体上の同一の点から取得されることを前提としているため正確な測距を行うことができない。そこで、被写体判定部３１０において、距離ｄの算出に使用される隣接した画素の検出信号α〜δ内に被写体の境界が存在するか否かを判定するとともに、境界があった場合には信号補完部３２０は検出信号の補完を行う。
【００７４】
具体的には、図２０（Ａ）に示すように、座標（ｍ、ｎ）について距離ｄを算出するとき、被写体判定部３１０は座標（ｍ、ｎ）の検出信号と座標（ｍ、ｎ＋２）の検出信号との差分ΔＷ１０が設定しきい値Ｓｔｈよりも小さいか否かを判定する。差分ΔＷ１０が設定しきい値Ｓｔｈ以上であるとき、異なる被写体のラインＡもしくはラインＢに被写体の境界が存在すると判定する。
【００７５】
さらに、ラインＡもしくはラインＢのどちらに境界が存在するか否かを判定するため、被写体判定部３１０は図２０（Ｂ）に示すように座標（ｍ、ｎ＋１）の検出信号と座標（ｍ、ｎ−１）の検出信号との差分ΔＷ１１が設定しきい値Ｓｔｈよりも小さいか否かを判定する。差分ΔＷ１１が設定しきい値Ｓｔｈ以上であるときラインＡに境界が存在すると判定し、信号補完部３２０は検出信号Ｓ（ｍ、ｎ＋１）＝検出信号Ｓ（ｍ、ｎ−１）とする補完を行う。一方、差分が設定しきい値Ｓｔｈよりも小さいときラインＢに境界が存在すると判定し、信号補完部３２０は信号の補完を行わず距離算出部４０は４つの検出信号α〜δを用いて距離ｄの算出を行う。
【００７６】
一方、被写体判定部３１０は差分ΔＷ１０が設定しきい値Ｓｔｈよりも小さく横方向に境界が存在しないと判定したとき、さらに上記４つの座標内の縦方向に被写体の境界があるか否かを判定する。具体的には、図２１（Ａ）に示すように、被写体判定部３１０は座標（ｍ、ｎ）の検出信号と座標の検出信号との差分ΔＷ２０が設定しきい値Ｓｔｈよりも小さいか否かを判定する。差分ΔＷ２０が設定しきい値Ｓｔｈ以上であるとき、異なる被写体のラインＸもしくはラインＹに被写体の境界が存在すると判定する。
【００７７】
さらに、ラインＸもしくはラインＹのどちらに境界が存在するか否かを判定するため、図２１（Ｂ）に示すように被写体判定部３１０は座標（ｍ＋１、ｎ）の検出信号と座標（ｍ−１、ｎ）の検出信号との差分ΔＷ２１が設定しきい値Ｓｔｈよりも小さいか否かを判定する。差分ΔＷ２１が設定しきい値Ｓｔｈ以上であるときラインＸに境界が存在すると判定し、信号補完部３２０は検出信号Ｓ（ｍ＋１、ｎ）＝検出信号Ｓ（ｍ−１、ｎ）とする補完を行う。一方、差分が設定しきい値Ｓｔｈよりも小さいときにはラインＹに境界が存在すると判定し、信号補完部３２０は信号の補完を行わず距離算出部４０は４つの検出信号α〜δを用いて距離ｄの算出を行う。
【００７８】
図２２は図２０の測距装置３００の動作例を示すフローチャートである。まず、距離算出部４０において初期値ｍ＝１、ｎ＝１が設定され（ステップＳＴ８１）、フレーム画像の座標（ｍ、ｎ）についての距離ｄの算出が開始される。次に、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の４種類の検出信号α〜δがメモリ８から距離算出部４０に読み込まれ（ステップＳＴ８２）、被写体判定部３１０において４種類の検出信号α〜δが同一の被写体から取得されたものであるか否かが判定される（ステップＳＴ８３〜ＳＴ８７）。
【００７９】
最初に、被写体判定部３１０により４つの座標内の横方向（ラインＡ、Ｂ）に被写体の境界があるか否かを判定する（ステップＳＴ８３、ＳＴ８４、図２０（Ａ）参照）。そして、横方向に境界が存在する場合には信号補完部３２０による検出信号の補完が行われる（ステップＳＴ８５、図２０（Ｂ）参照）。一方、横方向に境界が存在しない場合には縦方向に境界が存在するか否かが判定される（ステップＳＴ８６、ＳＴ８７、図２１（Ａ）参照）。そして、縦方向に境界が存在する場合には信号補完部３２０による補完が行われる（ステップＳＴ８８）。その後、距離算出部３０による位相差Δφの検出および距離ｄの算出が行われ（ステップＳＴ８９）、算出された距離ｄが座標情報（ｍ、ｎ）とともにメモリ８に記憶される（ステップＳＴ９０）。そして、横方向の座標ｎがフレーム画像のサイズと同一であるか否かが判断され（ステップＳＴ９１）、同一でない場合、距離ｄを算出するラインを縦方向に１つずらし（ステップＳＴ９１〜ＳＴ９３）、横方向に向かって距離ｄが算出されていく（ステップＳＴ８１〜ＳＴ９３）。
【００８０】
その後、座標ｍがフレーム画像の横方向のサイズと同一であるかが判断され（ステップＳＴ９１）、同一ではないときにはｍ＝ｍ＋１が計算されて距離ｄを算出する画素が横方向に１つだけずらされる（ステップＳＴ９２、ＳＴ９３）。その後、距離算出部４０によりメモリから２つの座標（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の検出信号が取得される（ステップＳＴ９４）。そして、既に取得済みの２つの座標の検出信号と、新たに取得した２つの座標の検出信号とを用いて座標（ｍ、ｎ）の距離ｄが算出される（ステップＳＴ８３〜ＳＴ９３）。
【００８１】
上述した横方向への距離ｄの算出が終了したとき（ステップＳＴ９０）、座標ｎがフレーム画像の縦方向のサイズと同一であるか否かが判断され（ステップＳＴ９４）、同一でない場合、距離ｄを算出する横方向のラインを１つずらし（ステップＳＴ９５）、上述した横方向に向かって距離ｄが算出されていく（ステップＳＴ８２〜ＳＴ９５）。フレーム画像のすべての画素について距離ｄの算出が終了したとき、メモリ８に記憶された座標および距離ｄを用いて距離画像が距離画像生成部５０により生成される。
【００８２】
このように、距離ｄの算出に用いる４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄ内に異なる被写体が存在するときに検出信号の補完を行うことにより、異なる被写体から反射した反射変調光Ｌ２に基づいて距離ｄが算出されることによる誤測距の発生を防止することができる。
【００８３】
図２３は本発明の測距装置の第５の実施形態を示す模式図であり、図２３を参照して測距装置４００について説明する。なお、図２３の測距装置４００において図１の測距装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図２３の測距装置４００が図１の測距装置１と異なる点は、３種類の検出信号を用いて位相差Δφを検出し距離を算出する点である。
【００８４】
受光部（撮像素子）４３０は、図２４に示すように、第１検出信号αを取得する第１受光素子４３０ａと、第２検出信号βを取得する第２受光素子４３０ｂと第３検出信号γを取得する第３受光素子４３０ｃとを備えている。受光部４３０は、横方向に対し第１受光素子３０ａ、第２受光素子４３０ｂ、第３受光素子４３０ｃの順に配列されており、縦方向に対し第１受光素子４３０ａと第３受光素子４３０ｃもしくは第２受光素子４３０ｂと第４受光素子４３０ｄとが交互に配列されている。したがって、３種類の受光素子４３０ａ〜４３０ｃは隣接した構造を有している。
【００８５】
各受光素子４３０ａ〜４３０ｃの露光時間および露光タイミングは受光制御部２５により制御されている。図２５に示すように、受光制御部２５の撮像素子駆動部２５ｃは、受光素子４３０ａ〜４３０ｃに対しそれぞれ転送制御パルスＴＰ１〜ＴＰ３および排出制御パルスＳＰ１〜ＳＰ３を印加することにより、光電変換された信号電荷（検出信号）を転送路に転送し、残存する残留電荷を排出するようになっている。
【００８６】
また、図２６に示すように、撮像素子駆動部２５ｃは、変調光Ｌ１の位相が０°になったとき、第１受光素子３０ａに対し１／２周期分（＝位相π）の転送制御パルスＴＰ１を印加する。すると、第１受光素子３０ａは、変調光Ｌ１の位相０°〜π／２までのＴ／２期間だけ露光したときの第１検出信号αを第１転送路３１ａから出力する。また、撮像素子駆動部２５ｃは、変調光Ｌ１の位相がπ／２になったとき、第２受光素子３０ｂに対し１／２周期分（＝位相π分）の転送制御パルスＴＰ２を印加する。すると、第２受光素子３０ｂは、変調光Ｌ１の位相π／２〜πまでのＴ／２期間だけ露光したときの第２検出信号βを第２転送路３１ｂから出力する。さらに、撮像素子駆動部２５ｃは、変調光Ｌ１の位相がπになったとき、第３受光素子３０ｃに対し１／２周期分（＝位相π分）の転送制御パルスＴＰ３を印加する。すると、第３受光素子３０ｃは、変調光Ｌ１の位相π〜３π／２までのＴ／２期間だけ露光したときの第３検出信号γを第１転送路３１ａから出力する。受光部３０は３種類の検出信号α〜γを出力する際、１枚のフレーム画像として出力するように制御されている。
【００８７】
このとき、距離算出部４４０は、下記式（３）を用いて位相差Δφを検出する。
【数２】
【００８８】
ここで、距離算出部４４０は座標（ｍ、ｎ）の距離を算出するとき、図２７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、座標（ｍ、ｎ）、座標（ｍ−１、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）の３種類の検出信号α〜γを用いて距離ｄを算出する。さらに、距離算出部４４０は、横方向に距離ｄを算出する座標をずらしていく。これにより、既に読み込み済みの座標（ｍ、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）の検出信号と、新たに読み込んだ座標（ｍ＋１、ｎ）とを用いて距離ｄを算出することができる。
【００８９】
図２８は測距装置４００の動作例を示すフローチャートである。まず、距離算出部４４０において初期値ｍ＝１、ｎ＝１が設定され（ステップＳＴ１０１）、フレーム画像の座標（ｍ、ｎ）＝（１、１）について距離ｄの算出が開始される。次に、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ＋２、ｎ）の３種類の検出信号α〜γがメモリ８から距離算出部４４０に読み込まれ（ステップＳＴ１０３）、位相差Δφの検出および距離ｄの算出が行われる（ステップＳＴ１０４）。そして、算出された距離ｄが座標情報（ｍ、ｎ）とともにメモリ８に記憶される（ステップＳＴ１０５）。
【００９０】
次に、横方向の座標ｍがフレーム画像のサイズと同一であるかが判断され（ステップＳＴ１０６）、同一ではないときにはｍ＝ｍ＋１が計算されて（ステップＳＴ１０７）、距離ｄを算出する座標が横方向に１つだけずらされる（ステップ１０８）。その後、距離算出部４４０によりメモリから座標（ｍ＋１、ｎ）の検出信号が取得される（ステップＳＴ１０９）。そして、既に取得済みの２つの検出信号および新たに取得した１つの検出信号とを用いて座標（ｍ、ｎ）の距離ｄが算出される（ステップＳＴ１０４〜ＳＴ１０９）。
【００９１】
上述した横方向への距離ｄの算出が終了したとき（ステップＳＴ１０６）、縦方向の座標ｎがフレーム画像のサイズと同一であるか否かが判断され（ステップＳＴ１１０）、同一でない場合、距離ｄを算出する横方向のラインを１つずらし（ステップＳＴ１１１）、上述した横方向に向かって距離ｄが算出されていく（ステップＳＴ１０２〜ＳＴ１１１）。フレーム画像のすべての座標について距離ｄの算出が終了したとき、メモリ８に記憶された座標および距離ｄを用いて距離画像が距離画像生成部５０により生成される。
【００９２】
このように、同一平面上の隣接する３種類の受光素子４３０ａ〜４３０ｃから得られた３種類の検出信号を用いて距離を算出するため、距離演算に必要な４つの検出信号を高速に取得し距離演算の高速化を図ることができる。
【００９３】
なお、図２７においては、距離算出部４４０は横方向に並んだ３種類の検出信号α〜γを用いて距離を算出する場合について例示しているが、図２９に示すように、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）の組み合わせおよび座標（ｍ、ｎ）、（ｍ、ｎ−１）、（ｍ−１、ｎ）の組み合わせからなる３種類の検出信号α〜γを用いるようにしてもよい。
【００９４】
また、図３０に示すように、受光部４３０は、縦方向に対し第１受光素子３０ａ、第２受光素子４３０ｂ、第３受光素子４３０ｃの順に配列されており、横方向に対し第１受光素子４３０ａと第３受光素子４３０ｃもしくは第２受光素子４３０ｂと第４受光素子４３０ｄとが交互に配列されたものであってもよい。このとき、距離算出部４０が座標（ｍ、ｎ）の距離ｄを算出するとき、図３０（Ａ）に示すように、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ、ｎ＋２）から取得された３種類の検出信号α〜γを用いるようにしてもよいし、図３０（Ｂ）に示すように、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ、ｎ−１）の組み合わせおよび座標（ｍ、ｎ）、（ｍ−１、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）の組み合わせからなる３種類の検出信号α〜γを用いて距離ｄを算出するようにしてもよい。
【００９５】
上記各実施の形態によれば、一定の周期で光強度を変調させた変調光Ｌ１を射出し、射出した変調光Ｌ１が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光Ｌ２を受光することにより、反射変調光Ｌ２から変調光Ｌ１の位相π／２毎に第１検出信号αと第２検出信号βと第３検出信号γと第４検出信号δとを取得し、取得した４種類の検出信号α〜δを用いて変調光Ｌ１と反射変調光Ｌ２との位相差Δφを検出して被写体までの距離ｄを算出する際、第１検出信号αを取得する第１受光素子３０ａと、第２検出信号βを取得する第２受光素子３０ｂと、第３検出信号γを取得する第３受光素子３０ｃと、第４検出信号δを取得する第４受光素子３０ｄとから構成されるブロックＢＲが格子状に複数配列された受光部３０を用いて４種類の検出信号α〜δを取得し、隣接する４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄから取得される４種類の検出信号α〜δを用いて位相差Δφを検出し被写体までの距離ｄを算出することにより、同一平面上の隣接する４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄから得られた４種類の検出信号α〜δを用いて距離ｄを算出するため、距離演算に必要な４種類の検出信号α〜δを高速に取得し距離演算の高速化を図ることができる。
【００９６】
また、図７、図８に示すように、距離算出部３０が、受光素子３０ａ〜３０ｄ毎にそれぞれ被写体までの距離ｄを算出するものであり、受光部３０の座標（ｍ、ｎ）における受光素子の距離ｄを算出するとき、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の４種類の受光素子３０ａ〜３０ｄから得られる４種類の検出信号α〜δを用いて位相差Δφを検出し被写体までの距離ｄを算出するとともに、縦方向もしくは横方向に座標をずらしながら各受光素子の距離ｄを算出するものであるとき、所定の座標の距離ｄを算出するときには直前の距離算出に用いた２つの検出信号を再利用して距離の算出を行うことができるため、より高速に距離の算出を行うことができる。
【００９７】
さらに、図９〜図１１に示すように、受光部３０において取得された検出信号α〜δが予め設定された設定最大信号値Ｓ１ｒｅｆよりも大きい極大検出信号Ｓｍａｘであるか否かを判定する異常信号検出部１１０と、異常信号検出部１１０において検出信号が極大検出信号Ｓｍａｘであると判定されたとき、極大検出信号Ｓｍａｘと同一種類であって極大検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて極大検出信号Ｓｍａｘを補完する信号補完部１２０とをさらに有し、距離算出部４０が、信号補完部１２０により補完された検出信号を用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出するものであれば、たとえば受光素子が飽和した場合等により検出信号に異常が生じている場合に、この異常が生じている検出信号を用いて距離ｄを算出することにより誤測距が発生するのを防止することができ、精度良く距離の算出を行うことができる。
【００９８】
さらに、図１２に示すように、受光部３０において取得された検出信号が予め設定された設定最小信号値Ｓ２ｒｅｆよりも小さい極小検出信号Ｓｍｉｎであるか否かを判定する異常信号検出部１１０と、異常信号検出部１１０において検出信号が極小検出信号Ｓｍｉｎであると判定されたとき、極小検出信号Ｓｍｉｎと同一種類であって極小検出信号Ｓｍｉｎを取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて極小検出信号を補完する信号補完部１２０とをさらに有し、距離算出部が、信号補完部により補完された検出信号を用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出するものであるとき、たとえば受光素子が黒潰れしている等により検出信号に異常が生じている場合に、この異常が生じている検出信号を用いて距離ｄを算出することにより誤測距が発生するのを防止することができ、精度良く距離の算出を行うことができる。
【００９９】
また、図１３〜図１５に示すように、第１検出信号αと第３検出信号γとの第１の差分ΔＷ１および第２検出信号βと第４検出信号δとの第２の差分ΔＷ２を算出する差分算出部２１０と、差分算出部２１０において算出された第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分ΔＷ２が予め設定された設定差分値よりも小さい異常差分値であるか否かを判定する差分判定部２２０と、差分判定部２２０において第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分ΔＷ２が異常差分値であると判定されたとき、異常差分値の元になった検出信号と同一種類の検出信号であって、異常差分値の元になった検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて異常差分値の元になった検出信号を補完する信号補完部２３０とをさらに有し、距離算出部４０が、信号補完部２３０により補完された検出信号を用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出するものであるとき、差分値が小さいことに起因する測距精度の劣化を防止することができる。
【０１００】
さらに、図１６、図１７に示すように、同一平面上の複数の受光素子３０ａ〜３０ｄから取得した４種類の検出信号α〜δがフレーム画像として取得されるものであり、第１検出信号αと第３検出信号γとの第１の差分ΔＷ１と第２検出信号βと第４検出信号δとの第２の差分ΔＷ２とを算出する差分算出部２１０と、差分算出部２１０において算出された第１の差分ΔＷ１もしくは第２の差分ΔＷ２が予め設定された設定差分値よりも小さい異常差分値であるか否かを判定する差分判定部２２０と、差分判定部２２０において第１の差分もしくは第２の差分が異常差分値であると判定されたとき、異常差分値の元になった検出信号を取得した受光素子が異なるフレーム画像において取得した検出信号を用いて異常差分値の元になった各検出信号を補完する信号補完部２３０とをさらに有し、距離算出部４０が、信号補完部２３０により補完された検出信号を用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出するものであれば、差分値が小さいことに起因する測距精度の劣化を防止することができる。
【０１０１】
さらに、図１８〜図２２に示すように、距離の算出に用いる４種類の検出信号α〜δが同一の被写体から取得した検出信号であるか否かを判別する被写体判別部３１０と、被写体判定部３１０において４種類の検出信号α〜δの中に異なる被写体から取得した異常検出信号が含まれていると判別されたとき、異常検出信号と同一種類であって異常検出信号を取得した受光素子からの距離が最も近い受光素子により取得された検出信号を用いて、４種類の検出信号α〜δが同一の被写体から取得した検出信号になるように異常検出信号を補完する信号補完部３２０とをさらに有し、距離算出部４０が、信号補完部３２０により補完された検出信号を用いて位相差Δφを検出し距離ｄを算出するものであるとき、異なる被写体から取得された反射変調光Ｌ２に基づいて距離が算出されることにより誤測距の発生を防止することができる。
【０１０２】
また、図２３〜図３０に示すように、一定の周期で光強度を変調させた変調光Ｌ１を射出する発光部１０と、発光部１０から射出された変調光Ｌ１が被写体に照射されたときの被写体からの反射変調光Ｌ２を受光することにより、第１検出信号αと、第１検出信号αよりも位相がπ／２進んだ第２検出信号βと、第２検出信号βよりも位相がπ／２進んだ第３検出信号γとを取得する受光部４３０と、受光部４３０において取得された３種類の検出信号α〜γを用いて変調光Ｌ１と反射変調光Ｌ２との位相差Δφを検出して被写体までの距離ｄを算出する距離算出部とを備え、受光部４３０が、第１検出信号αを取得する第１受光素子４３０ａと、第２検出信号βを取得する第２受光素子４３０ｂと、第３検出信号γを取得する第３受光素子４３０ｃとから構成されるブロックが複数配列されたものであり、距離算出部４４０が、互いに隣接した３種類の受光素子４３０ａ〜４３０ｃから取得される３種類の検出信号α〜γを用いて位相差Δφを検出し被写体までの距離ｄを算出することにより、同一平面上の隣接する３種類の受光素子４３０ａ〜４３０ｃから得られた３種類の検出信号α〜γを用いて距離ｄを算出するため、距離演算に必要な３種類の検出信号を高速に取得し距離演算の高速化を図ることができる。
【０１０３】
本発明の実施形態は上記実施形態に限定されない。たとえば、上記各実施形態において、距離画像の生成する場合について例示しているが、距離画像の生成までは行わず、対象物までの距離ｄを算出し出力する場合についても適用することができる。
【０１０４】
また、図２３〜図３０に示す３種類の検出信号α〜γを用いる場合であっても、図８〜図２２に示す各種信号補完方法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の測距装置の第１の実施形態を示すブロック図
【図２】図１の測距装置において射出される変調光および被写体からの反射変調光の一例を示すグラフ
【図３】図１の測距装置における受光素子の一例を示す模式図
【図４】図１の測距装置における受光素子の一例を示す模式図
【図５】図１の測距装置における各検出信号の取得の一例を示すタイミングチャート
【図６】本発明の測距方法の好ましい実施形態を示すフローチャート
【図７】本発明の測距装置における距離算出の別の実施形態を示す模式図
【図８】図７における距離の算出方法を示すフローチャート
【図９】本発明の測距装置の第２の実施形態を示すブロック図
【図１０】図９の測距装置における検出信号の補完方法の一例を示す模式図
【図１１】図９の測距装置の動作例を示すフローチャート
【図１２】図９の測距装置の別の動作例を示すフローチャート
【図１３】本発明の測距装置の第３の実施形態を示すブロック図
【図１４】図１３の測距装置における検出信号の補完方法の一例を示す模式図
【図１５】図９の測距装置の動作例を示すフローチャート
【図１６】図９の測距装置の別の動作例を示すフローチャート
【図１７】図９の測距装置における検出信号の補完方法の別の一例を示す模式図
【図１８】本発明の測距装置の第４の実施形態を示すブロック図
【図１９】距離の算出に用いる４種類の画素に異なる被写体から取得した検出信号が存在する場合を示す模式図
【図２０】図１８の被写体判定部における判定の一例および信号補完部による補完の様子を示す模式図
【図２１】図１８の被写体判定部における判定の一例および信号補完部による補完の様子を示す模式図
【図２２】図１８の測距装置の動作例を示すフローチャート
【図２３】本発明の測距装置の第５の実施形態を示すブロック図
【図２４】図２３の測距装置における受光素子の一例を示す模式図
【図２５】図２３の測距装置における受光素子の一例を示す模式図
【図２６】図２３の測距装置における各検出信号の取得の一例を示すタイミングチャート
【図２７】図２３の測距装置の距離算出部において距離算出に用いる３つの画素の組み合わせの様子を示す模式図
【図２８】図２３の測距装置の動作例を示すフローチャート
【図２９】図２３の測距装置の距離算出部において距離算出に用いる３つの画素の組み合わせの別の一例を示す模式図
【図３０】図２３の測距装置の距離算出部において距離算出に用いる３つの画素の組み合わせの別の一例を示す模式図
【符号の説明】
【０１０６】
１、１００、２００、３００、４００ 測距装置
１０ 発光部
１５ 発光制御部
２０ 受光ユニット
３０、４３０ 受光部
３０ａ、４３０ａ 第１受光素子
３０ｂ、４３０ｂ 第２受光素子
３０ｃ、４３０ｃ 第３受光素子
３０ｄ 第４受光素子
４０ 距離算出部
５０ 距離画像生成部
１１０ 異常信号検出部
１２０ 信号補完部
２１０ 差分算出部
２２０ 差分判定部
２３０ 信号補完部
３１０ 被写体判定部
３２０ 信号補完部
ＢＲ ブロック
ｄ 距離
Ｄｔｈ 設定差分値
Ｌ１ 変調光
Ｌ２ 反射変調光
Ｐ 距離画像
Ｓ 被写体
Ｔ 周期
α 第１検出信号
β 第２検出信号
γ 第３検出信号
δ 第４検出信号
Δφ 位相差
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出し、
射出した前記変調光が被写体に照射されたときの該被写体からの反射変調光を受光することにより、該反射変調光から前記変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得し、
取得した４種類の前記検出信号を用いて前記変調光と前記反射変調光との位相差を検出して前記被写体までの距離を算出する測距方法であって、
前記４種類の検出信号を取得するとき、前記第１検出信号を取得する第１受光素子と、前記第２検出信号を取得する第２受光素子と、前記第３検出信号を取得する第３受光素子と、前記第４検出信号を取得する第４受光素子とから構成されるブロックが格子状に複数配列された受光部を用いて前記４種類の検出信号を取得し、
前記被写体までの前記距離を算出するとき、隣接する４種類の前記受光素子から取得される前記４種類の検出信号を用いて前記位相差を検出し前記被写体までの前記距離を算出することを特徴とする測距方法。
【請求項２】
一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出する発光部と、
該発光部から射出された前記変調光が被写体に照射されたときの該被写体からの反射変調光を受光することにより、該反射変調光から前記変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得する受光部と、
該受光部において取得された４種類の前記検出信号を用いて前記変調光と前記反射変調光との位相差を検出して前記被写体までの距離を算出する距離算出部と
を備え、
前記受光部が、前記第１検出信号を取得する第１受光素子と、前記第２検出信号を取得する第２受光素子と、前記第３検出信号を取得する第３受光素子と、前記第４検出信号を取得する第４受光素子とから構成されるブロックが格子状に複数配列されたものであり、
前記距離算出部が、隣接した４種類の前記受光素子から取得される前記４種類の検出信号を用いて前記位相差を検出し前記被写体までの前記距離を算出するものであることを特徴とする測距装置。
【請求項３】
前記距離算出部が、前記受光素子毎にそれぞれ前記被写体までの前記距離を算出するものであり、前記受光部の座標（ｍ、ｎ）における前記受光素子の前記距離を算出するとき、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の４つの前記受光素子から得られる前記４種類の検出信号を用いて前記位相差を検出し被写体までの前記距離を算出するとともに、縦方向もしくは横方向に座標をずらしながら前記各受光素子の距離を算出するものであることを特徴とする請求項２記載の測距装置。
【請求項４】
前記受光部において取得された前記検出信号が予め設定された設定最大信号値よりも大きい極大検出信号であるか否かを判定する異常信号検出部と、
前記異常信号検出部において前記検出信号が前記極大検出信号であると判定されたとき、前記極大検出信号と同一種類であって該極大検出信号を取得した前記受光素子からの距離が最も近い前記受光素子により取得された前記検出信号を用いて前記極大検出信号を補完する信号補完部と
をさらに有し、
前記距離算出部が、前記信号補完部により補完された前記検出信号を用いて前記位相差を検出し前記距離を算出するものであることを特徴とする請求項２または３記載の測距装置。
【請求項５】
前記受光部において取得された前記検出信号が予め設定された設定最小信号値よりも小さい極小検出信号であるか否かを判定する異常信号検出部と、
前記異常信号検出部において前記検出信号が前記極小検出信号であると判定されたとき、前記極小検出信号と同一種類であって該極小検出信号を取得した前記受光素子からの距離が最も近い前記受光素子により取得された前記検出信号を用いて前記極小検出信号を補完する信号補完部と
をさらに有し、
前記距離算出部が、前記信号補完部により補完された前記検出信号を用いて前記位相差を検出し前記距離を算出するものであることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の測距装置。
【請求項６】
前記第１検出信号と前記第３検出信号との第１の差分および前記第２検出信号と前記第４検出信号との第２の差分を算出する差分算出部と、
該差分算出部において算出された前記第１の差分もしくは前記第２の差分が予め設定された設定差分値よりも小さい異常差分値であるか否かを判定する差分判定部と、
該差分判定部において前記第１の差分もしくは前記第２の差分が前記異常差分値であると判定されたとき、該異常差分値の元になった前記検出信号と同一種類の前記検出信号であって、前記異常差分値の元になった前記検出信号を取得した前記受光素子からの距離が最も近い前記受光素子により取得された前記検出信号を用いて前記異常差分値の元になった前記検出信号を補完する信号補完部と
をさらに有し、
前記距離算出部が、前記信号補完部により補完された前記検出信号を用いて前記位相差を検出し前記距離を算出するものであることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項記載の測距装置。
【請求項７】
同一平面上の前記複数の受光素子から取得した４種類の前記検出信号がフレーム画像として取得されるものであり、
前記第１検出信号と前記第３検出信号との第１の差分と前記第２検出信号と前記第４検出信号との第２の差分とを算出する差分算出部と、
該差分算出部において算出された前記第１の差分もしくは前記第２の差分が予め設定された設定差分値よりも小さい異常差分値であるか否かを判定する差分判定部と、
該差分判定部において前記第１の差分もしくは第２の差分が前記異常差分値であると判定されたとき、該異常差分値の元になった前記検出信号を取得した前記受光素子が異なる前記フレーム画像において取得した前記検出信号を用いて前記異常差分値の元になった前記各検出信号を補完する信号補完部と
をさらに有し、
前記距離算出部が、前記信号補完部により補完された前記検出信号を用いて前記位相差を検出し前記距離を算出するものであることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項記載の測距装置。
【請求項８】
前記距離の算出に用いる前記４種類の検出信号が同一の前記被写体から取得した検出信号であるか否かを判別する被写体判別部と、
該被写体判定部において前記４種類の検出信号の中に異なる前記被写体から取得した異常検出信号が含まれていると判別されたとき、該異常検出信号と同一種類であって該異常検出信号を取得した前記受光素子からの距離が最も近い前記受光素子により取得された前記検出信号を用いて、前記４種類の検出信号が前記同一の被写体から取得した前記検出信号になるように前記異常検出信号を補完する信号補完部と
をさらに有し、
前記距離算出部が、前記信号補完部により補完された前記検出信号を用いて前記位相差を検出し前記距離を算出するものであることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項記載の測距装置。
【請求項９】
一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出し、前記変調光と前記反射変調光との位相差を検出して前記被写体までの距離を算出するために前記変調光が被写体に照射されたときの該被写体からの反射変調光を受光することにより、該反射変調光から前記変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得するための撮像素子であって、
前記第１検出信号を取得する第１受光素子と、前記第２検出信号を取得する第２受光素子と、前記第３検出信号を取得する第３受光素子と、前記第４検出信号を取得する第４受光素子とを有し、４種類の前記受光素子から構成されるブロックが格子状に複数配列されていることを特徴とする撮像素子。
【請求項１０】
一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出する発光部と、
該発光部から射出された前記変調光が被写体に照射されたときの該被写体からの反射変調光を受光することにより、第１検出信号と、該第１検出信号よりも位相がπ／２進んだ第２検出信号と、該第２検出信号よりも位相がπ／２進んだ第３検出信号とを取得する受光部と、
該受光部において取得された３種類の前記検出信号を用いて前記変調光と前記反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を算出する距離算出部と
を備え、
前記受光部が、前記第１検出信号を取得する第１受光素子と、前記第２検出信号を取得する第２受光素子と、前記第３検出信号を取得する第３受光素子とから構成されるブロックが複数配列されたものであり、
前記距離算出部が、隣接した３種類の前記受光素子から取得される前記３種類の検出信号を用いて前記位相差を検出し前記被写体までの前記距離を算出するものであることを特徴とする測距装置。
【請求項１１】
一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出し、前記変調光と前記反射変調光との位相差を検出して前記被写体までの距離を算出するために前記変調光が被写体に照射されたときの該被写体からの反射変調光を受光することにより、第１検出信号と、該第１検出信号よりも位相がπ／２進んだ第２検出信号と、該第２検出信号よりも位相がπ／２進んだ第３検出信号とを取得するための撮像素子であって、
前記第１検出信号を取得する第１受光素子と、前記第２検出信号を取得する第２受光素子と、前記第３検出信号を取得する第３受光素子とから構成されるブロックが複数配列されていることを特徴とする撮像素子。
【請求項１】
一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出し、
射出した前記変調光が被写体に照射されたときの該被写体からの反射変調光を受光することにより、該反射変調光から前記変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得し、
取得した４種類の前記検出信号を用いて前記変調光と前記反射変調光との位相差を検出して前記被写体までの距離を算出する測距方法であって、
前記４種類の検出信号を取得するとき、前記第１検出信号を取得する第１受光素子と、前記第２検出信号を取得する第２受光素子と、前記第３検出信号を取得する第３受光素子と、前記第４検出信号を取得する第４受光素子とから構成されるブロックが格子状に複数配列された受光部を用いて前記４種類の検出信号を取得し、
前記被写体までの前記距離を算出するとき、隣接する４種類の前記受光素子から取得される前記４種類の検出信号を用いて前記位相差を検出し前記被写体までの前記距離を算出することを特徴とする測距方法。
【請求項２】
一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出する発光部と、
該発光部から射出された前記変調光が被写体に照射されたときの該被写体からの反射変調光を受光することにより、該反射変調光から前記変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得する受光部と、
該受光部において取得された４種類の前記検出信号を用いて前記変調光と前記反射変調光との位相差を検出して前記被写体までの距離を算出する距離算出部と
を備え、
前記受光部が、前記第１検出信号を取得する第１受光素子と、前記第２検出信号を取得する第２受光素子と、前記第３検出信号を取得する第３受光素子と、前記第４検出信号を取得する第４受光素子とから構成されるブロックが格子状に複数配列されたものであり、
前記距離算出部が、隣接した４種類の前記受光素子から取得される前記４種類の検出信号を用いて前記位相差を検出し前記被写体までの前記距離を算出するものであることを特徴とする測距装置。
【請求項３】
前記距離算出部が、前記受光素子毎にそれぞれ前記被写体までの前記距離を算出するものであり、前記受光部の座標（ｍ、ｎ）における前記受光素子の前記距離を算出するとき、座標（ｍ、ｎ）、（ｍ＋１、ｎ）、（ｍ、ｎ＋１）、（ｍ＋１、ｎ＋１）の４つの前記受光素子から得られる前記４種類の検出信号を用いて前記位相差を検出し被写体までの前記距離を算出するとともに、縦方向もしくは横方向に座標をずらしながら前記各受光素子の距離を算出するものであることを特徴とする請求項２記載の測距装置。
【請求項４】
前記受光部において取得された前記検出信号が予め設定された設定最大信号値よりも大きい極大検出信号であるか否かを判定する異常信号検出部と、
前記異常信号検出部において前記検出信号が前記極大検出信号であると判定されたとき、前記極大検出信号と同一種類であって該極大検出信号を取得した前記受光素子からの距離が最も近い前記受光素子により取得された前記検出信号を用いて前記極大検出信号を補完する信号補完部と
をさらに有し、
前記距離算出部が、前記信号補完部により補完された前記検出信号を用いて前記位相差を検出し前記距離を算出するものであることを特徴とする請求項２または３記載の測距装置。
【請求項５】
前記受光部において取得された前記検出信号が予め設定された設定最小信号値よりも小さい極小検出信号であるか否かを判定する異常信号検出部と、
前記異常信号検出部において前記検出信号が前記極小検出信号であると判定されたとき、前記極小検出信号と同一種類であって該極小検出信号を取得した前記受光素子からの距離が最も近い前記受光素子により取得された前記検出信号を用いて前記極小検出信号を補完する信号補完部と
をさらに有し、
前記距離算出部が、前記信号補完部により補完された前記検出信号を用いて前記位相差を検出し前記距離を算出するものであることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の測距装置。
【請求項６】
前記第１検出信号と前記第３検出信号との第１の差分および前記第２検出信号と前記第４検出信号との第２の差分を算出する差分算出部と、
該差分算出部において算出された前記第１の差分もしくは前記第２の差分が予め設定された設定差分値よりも小さい異常差分値であるか否かを判定する差分判定部と、
該差分判定部において前記第１の差分もしくは前記第２の差分が前記異常差分値であると判定されたとき、該異常差分値の元になった前記検出信号と同一種類の前記検出信号であって、前記異常差分値の元になった前記検出信号を取得した前記受光素子からの距離が最も近い前記受光素子により取得された前記検出信号を用いて前記異常差分値の元になった前記検出信号を補完する信号補完部と
をさらに有し、
前記距離算出部が、前記信号補完部により補完された前記検出信号を用いて前記位相差を検出し前記距離を算出するものであることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項記載の測距装置。
【請求項７】
同一平面上の前記複数の受光素子から取得した４種類の前記検出信号がフレーム画像として取得されるものであり、
前記第１検出信号と前記第３検出信号との第１の差分と前記第２検出信号と前記第４検出信号との第２の差分とを算出する差分算出部と、
該差分算出部において算出された前記第１の差分もしくは前記第２の差分が予め設定された設定差分値よりも小さい異常差分値であるか否かを判定する差分判定部と、
該差分判定部において前記第１の差分もしくは第２の差分が前記異常差分値であると判定されたとき、該異常差分値の元になった前記検出信号を取得した前記受光素子が異なる前記フレーム画像において取得した前記検出信号を用いて前記異常差分値の元になった前記各検出信号を補完する信号補完部と
をさらに有し、
前記距離算出部が、前記信号補完部により補完された前記検出信号を用いて前記位相差を検出し前記距離を算出するものであることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項記載の測距装置。
【請求項８】
前記距離の算出に用いる前記４種類の検出信号が同一の前記被写体から取得した検出信号であるか否かを判別する被写体判別部と、
該被写体判定部において前記４種類の検出信号の中に異なる前記被写体から取得した異常検出信号が含まれていると判別されたとき、該異常検出信号と同一種類であって該異常検出信号を取得した前記受光素子からの距離が最も近い前記受光素子により取得された前記検出信号を用いて、前記４種類の検出信号が前記同一の被写体から取得した前記検出信号になるように前記異常検出信号を補完する信号補完部と
をさらに有し、
前記距離算出部が、前記信号補完部により補完された前記検出信号を用いて前記位相差を検出し前記距離を算出するものであることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項記載の測距装置。
【請求項９】
一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出し、前記変調光と前記反射変調光との位相差を検出して前記被写体までの距離を算出するために前記変調光が被写体に照射されたときの該被写体からの反射変調光を受光することにより、該反射変調光から前記変調光の位相π／２毎に第１検出信号と第２検出信号と第３検出信号と第４検出信号とを取得するための撮像素子であって、
前記第１検出信号を取得する第１受光素子と、前記第２検出信号を取得する第２受光素子と、前記第３検出信号を取得する第３受光素子と、前記第４検出信号を取得する第４受光素子とを有し、４種類の前記受光素子から構成されるブロックが格子状に複数配列されていることを特徴とする撮像素子。
【請求項１０】
一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出する発光部と、
該発光部から射出された前記変調光が被写体に照射されたときの該被写体からの反射変調光を受光することにより、第１検出信号と、該第１検出信号よりも位相がπ／２進んだ第２検出信号と、該第２検出信号よりも位相がπ／２進んだ第３検出信号とを取得する受光部と、
該受光部において取得された３種類の前記検出信号を用いて前記変調光と前記反射変調光との位相差を検出して被写体までの距離を算出する距離算出部と
を備え、
前記受光部が、前記第１検出信号を取得する第１受光素子と、前記第２検出信号を取得する第２受光素子と、前記第３検出信号を取得する第３受光素子とから構成されるブロックが複数配列されたものであり、
前記距離算出部が、隣接した３種類の前記受光素子から取得される前記３種類の検出信号を用いて前記位相差を検出し前記被写体までの前記距離を算出するものであることを特徴とする測距装置。
【請求項１１】
一定の周期で光強度を変調させた変調光を射出し、前記変調光と前記反射変調光との位相差を検出して前記被写体までの距離を算出するために前記変調光が被写体に照射されたときの該被写体からの反射変調光を受光することにより、第１検出信号と、該第１検出信号よりも位相がπ／２進んだ第２検出信号と、該第２検出信号よりも位相がπ／２進んだ第３検出信号とを取得するための撮像素子であって、
前記第１検出信号を取得する第１受光素子と、前記第２検出信号を取得する第２受光素子と、前記第３検出信号を取得する第３受光素子とから構成されるブロックが複数配列されていることを特徴とする撮像素子。
【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】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【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】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２００９−７９９８８（Ｐ２００９−７９９８８Ａ）
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４９０２５（Ｐ２００７−２４９０２５）
【出願日】平成１９年９月２６日（２００７．９．２６）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【復代理人】
【識別番号】１００１３４２４５
【弁理士】
【氏名又は名称】本澤 大樹
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２６日（２００７．９．２６）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【復代理人】
【識別番号】１００１３４２４５
【弁理士】
【氏名又は名称】本澤 大樹
【Ｆターム（参考）】
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