測距装置および測距方法並びにプログラム
【課題】高いフレームレートにて距離画像を生成できるようにする。
【解決手段】測距光照射部３が所定周期にて強度変調された測距光を被写体に照射し、複数の受光素子が配列されたＣＣＤ１３が測距光の反射光を受光し受光光量に応じた信号を出力する。この際測距光の変調周期における互いに異なる複数の位相の数に対応する数の受光素子からなる受光素子単位を設定し、第１の基準変調周期において受光素子単位に含まれる受光素子により複数の位相の反射光を受光し、複数の位相数に対応する数の第１の基準変調周期からなる第２の基準変調周期において、各受光素子により受光される反射光の位相を順次切り替えて、各受光素子により複数の位相のすべての反射光を受光して、複数の位相のすべての受光信号を取得する。第１の距離画像生成部３１が受光素子単位毎に第１の距離画像Ｓ１を生成し、第２の距離画像生成部３２が受光素子毎に第２の距離画像Ｓ２を生成する。
【解決手段】測距光照射部３が所定周期にて強度変調された測距光を被写体に照射し、複数の受光素子が配列されたＣＣＤ１３が測距光の反射光を受光し受光光量に応じた信号を出力する。この際測距光の変調周期における互いに異なる複数の位相の数に対応する数の受光素子からなる受光素子単位を設定し、第１の基準変調周期において受光素子単位に含まれる受光素子により複数の位相の反射光を受光し、複数の位相数に対応する数の第１の基準変調周期からなる第２の基準変調周期において、各受光素子により受光される反射光の位相を順次切り替えて、各受光素子により複数の位相のすべての反射光を受光して、複数の位相のすべての受光信号を取得する。第１の距離画像生成部３１が受光素子単位毎に第１の距離画像Ｓ１を生成し、第２の距離画像生成部３２が受光素子毎に第２の距離画像Ｓ２を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体の立体形状を表す距離画像を生成する測距装置および方法並びに測距方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光の反射を用いて被写体までの距離の測定（測距）を行うＴＯＦ（Time Of Flight）方式の測距方法を用いて、撮影装置から被写体までの距離を測定して、被写体の立体形状を表す距離画像を生成することが行われている。ＴＯＦ方式を用いた測距は、具体的には強度変調された測距光を被写体に向けて照射し、この変調周期における０，π／２，π，３π／２の４つの位相において反射光を受光して受光光量に応じた受光信号を得、受光信号に基づいて測距光と反射光との位相の遅れ（位相差）を、撮影装置に設けられた撮像素子の受光素子毎に検出して距離情報を算出し、この距離情報を各画素の画素値とする被写体の立体形状を表す距離画像を生成するものである。
【０００３】
また、上記変調周期における０，π／２，π，３π／２の４つの位相において受光信号を取得するための手法として、撮像素子の１つの受光素子において反射光を受光するタイミングを、変調周期における０，π／２，π，３π／２の４つの位相に順次切り替え、４回の撮像により１つの距離情報を算出する手法が提案されている（特許文献１参照）。この手法によれば撮像素子の受光素子数に対応する解像度を有する距離画像を生成することができる。
【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】
しかしながら、上記特許文献１に記載された手法は、高解像度の距離画像を生成できるものの、１つの距離画像を生成するのに４回の撮像が必要である。このため、１回の撮像により取得される画像を１フレームとすると、４フレームに１つの距離画像しか生成できないことから、距離画像のフレームレートが低い。したがって、表示された距離画像に含まれる被写体が動いている場合、その変化がぎこちないものとなる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、高いフレームレートにて距離画像を生成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による測距装置は、所定周期にて強度変調された測距光を被写体に照射する測距光照射手段と、
前記被写体による前記測距光の反射光を受光し、受光光量に応じた受光信号を出力する複数の受光素子が２次元状に配列された撮像素子を有する撮像手段と、
前記測距光の変調周期における互いに異なる複数の位相の数に対応する数の前記受光素子からなる受光素子単位を設定し、第１の基準変調周期において、該受光素子単位に含まれる該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のそれぞれの前記反射光を受光し、前記複数の位相の数に対応する数の前記第１の基準変調周期からなる第２の基準変調周期において、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えることにより、該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のすべての前記反射光を受光して、前記複数の位相のすべての受光信号を前記各受光素子において取得するよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する撮像制御手段と、
前記第１の基準変調周期において、前記受光素子単位毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第１の距離情報を算出し、該第１の距離情報を各画素の情報とする第１の距離画像を生成する第１の距離画像生成手段と、
前記第２の基準変調周期において、前記受光素子毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第２の距離情報を算出し、該第２の距離情報を各画素の情報とする第２の距離画像を生成する第２の距離画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
「第１の基準変調周期」とは、受光素子単位に含まれる受光素子のそれぞれにおいて複数の位相のそれぞれの反射光を１回ずつ受光して、受光素子単位により複数の位相のすべての受光信号を１回取得することが可能な測距光の変調周期である。例えば、複数の位相が、測距光の変調周期における基準位相、基準位相からπ／２ずれた位相、基準位相からπずれた位相および基準位相から３π／２ずれた位相であり、測距光の変調の１周期においてこれら４つの位相の反射光を受光する場合には、第１の基準変調周期は測距光の変調の１周期に相当するものとなる。なお、距離情報の算出には、測距光の変調周期における複数の位相における受光信号が必要であるが、被写体までの距離、変調の周期および変調の波長は種々変更可能であることから、複数の位相の受光信号が必ずしも変調の１周期において取得されるわけではない。このため、第１の基準変調周期は、必ずしも測距光の変調の１周期とは一致しないものである。
【０００８】
「第２の基準変調周期」とは、受光素子単位に含まれる受光素子のそれぞれにおいて複数の位相の反射光をすべて受光して、１つの受光素子により複数の位相のすべての受光信号を取得することが可能な測距光の変調周期である。例えば、複数の位相が、測距光の変調周期における基準位相、基準位相からπ／２ずれた位相、基準位相からπずれた位相および基準位相から３π／２ずれた位相であり、測距光の変調の１周期においてこれら４つの位相の反射光を受光する場合には、１つの受光素子においては測距光の４周期分の反射光を受光するとすべての位相の受光信号が取得されることとなるため、第２の基準変調周期は測距光の変調の４周期、すなわち第１の基準変調周期×位相数となる。
【０００９】
なお、本発明による測距装置においては、前記撮像制御手段を、前記測距光の変調周期における基準位相、該基準位相からπ／２ずれた位相、該基準位相からπずれた位相および該基準位相から３π／２ずれた位相において前記反射光をそれぞれ受光し、前記受光素子が前記複数の位相のすべての前記反射光を受光するまで、該受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えるよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段としてもよい。
【００１０】
また、本発明による測距装置においては、前記撮像制御手段を、前記測距光の変調周期における基準位相と、該基準位相からπ／２ずれた位相、該基準位相からπずれた位相および該基準位相から３π／２ずれた位相のうちの２つの位相とにおいて、前記測距光の変調周期の少なくとも１／２の期間の前記反射光をそれぞれ受光し、前記受光素子が前記複数の位相のすべての前記反射光を受光するまで、該受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えるよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段としてもよい。
【００１１】
また、本発明による測距装置においては、前記撮像制御手段を、前記受光素子の受光のタイミングを変更することにより、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えるよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段としてもよい。
【００１２】
また、本発明による測距装置においては、前記撮像制御手段を、前記測距光の出射を開始する位相を変更することにより、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えるよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段としてもよい。
【００１３】
また、本発明による測距装置においては、前記第２の距離画像生成手段を、所定条件を満たす場合にのみ、前記第２の距離画像を生成する手段としてもよい。
【００１４】
また、本発明による測距装置においては、前記撮像制御手段を、前記所定条件を満たさない場合には、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相の切り替えを停止するよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段としてもよい。
【００１５】
また、本発明による測距装置においては、前記第２の距離画像生成手段を、前記第２の基準変調周期に生成される複数の前記第１の距離画像のうち、すべてまたはいずれかの前記第１の距離画像において、あらかじめ定められた所定距離範囲内に前記被写体が存在する場合にのみ、前記第２の距離画像を生成する手段としてもよい。
【００１６】
また、本発明による測距装置においては、前記第２の距離画像生成手段は、前記第２の基準変調周期に生成される複数の前記第１の距離画像のすべてにおいて、あらかじめ定められた所定距離範囲内にある前記第１の距離情報を算出した前記受光素子単位に含まれる前記受光素子についてのみ、前記第２の距離情報を算出して前記第２の距離画像を生成する手段としてもよい。
【００１７】
また、本発明による測距装置においては、前記第２の距離画像生成手段は、前記第２の基準変調周期に生成される複数の前記第１の距離画像のそれぞれにおいて、あらかじめ定められた所定距離範囲内にある前記第１の距離情報を算出した前記受光素子単位に含まれる前記受光素子についてのみ、前記第２の距離情報を算出して前記第２の距離画像を生成する手段としてもよい。
【００１８】
本発明による測距方法は、測距光照射手段により、所定周期にて強度変調された測距光を被写体に照射し、
受光光量に応じた受光信号を出力する複数の受光素子が２次元状に配列された撮像素子を有する撮像手段により、前記被写体による前記測距光の反射光を受光し、
前記測距光の変調周期における互いに異なる複数の位相の数に対応する数の前記受光素子からなる受光素子単位を設定し、第１の基準変調周期において、該受光素子単位に含まれる該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のそれぞれの前記反射光を受光し、前記複数の位相の数に対応する数の前記第１の基準変調周期からなる第２の基準変調周期において、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えることにより、該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のすべての前記反射光を受光して、前記複数の位相のすべての受光信号を前記各受光素子において取得するよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御し、
前記第１の基準変調周期において、前記受光素子単位毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第１の距離情報を算出し、
該第１の距離情報を各画素の情報とする第１の距離画像を生成し、
前記第２の基準変調周期において、前記受光素子毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第２の距離情報を算出し、
該第２の距離情報を各画素の情報とする第２の距離画像を生成することを特徴とするものである。
【００１９】
なお、本発明による測距方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１の基準変調周期において、受光素子単位に含まれる受光素子のそれぞれにより複数の位相のそれぞれの反射光が受光され、受光素子単位毎に取得される複数の位相の受光信号に基づいて、被写体までの距離を表す第１の距離情報が算出され、第１の距離情報を各画素の情報とする第１の距離画像が生成される。
【００２１】
一方、第２の基準変調周期において、受光素子単位に含まれる受光素子のそれぞれにより複数の位相のすべての反射光が受光され、受光素子毎に取得される複数の位相の受光信号に基づいて、被写体までの距離を表す第２の距離情報が算出され、第２の距離情報を各画素の情報とする第２の距離画像が生成される。
【００２２】
ここで、第２の距離画像を生成するためには、第２の基準変調周期において複数の位相に対応する受光信号を取得する必要があるが、第１の距離画像を生成するためには、（第２の基準変調周期）／（複数の位相の数）という、第２の基準変調周期よりも短い第１の基準変調周期においてのみ、複数の位相に対応する受光信号を取得すればよいこととなる。このため、第１の距離画像については、第２の距離画像よりもフレームレートを高くすることができる。また、第２の距離画像はフレームレートが低いものの、第１の距離画像よりも高解像度となっている。したがって、本発明によれば、高解像度の距離画像を生成しつつも、距離画像のフレームレートの低下を防止することができる。したがって、距離画像を連続して生成する場合、第１の距離画像を表示すれば、被写体が動いていてもその動きを滑らかに再生することができる。
【００２３】
また、所定条件を満たす場合にのみ第２の距離画像を生成することにより、不要な場合に第２の距離画像を生成しなくてもよくなるため、無駄な処理を防止できる。
【００２４】
とくに、所定条件を満たさない場合には、受光素子のそれぞれにより受光される反射光の位相の切り替えを停止することにより、測距光照射手段および撮像手段の無駄な駆動を防止することができる。
【００２５】
また、第２の基準変調周期に生成される複数の第１の距離画像のすべてにおいて、あらかじめ定められた所定距離範囲内にある第１の距離情報を算出した受光素子についてのみ、第２の距離情報を算出して第２の距離画像を生成することにより、必要な部分のみ第２の距離情報を算出すればよいため、第２の距離画像の容量を少なくすることができる。また、第１の距離画像の生成時に、第１の距離情報の算出を誤ってしまった受光素子においては、第２の距離情報は算出されないため、誤測距による高解像の距離画像の無駄な生成を防止することができる。
【００２６】
また、第２の基準変調周期に生成される複数の第１の距離画像のそれぞれにおいて、あらかじめ定められた所定距離範囲内にある第１の距離情報を算出した受光素子についてのみ、第２の距離情報を算出して第２の距離画像を生成することにより、必要な部分のみ第２の距離情報を算出すればよいため、第２の距離画像の容量を少なくすることができる。また、所定距離範囲内にある被写体についてもれなく高解像の距離画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態による測距装置の構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように第１の実施形態による測距装置１は撮像部２を備える。
【００２８】
撮像部２は、レンズ１０、絞り１１、シャッタ１２、ＣＣＤ１３、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）１４およびＡ／Ｄ変換部１５を備える。
【００２９】
レンズ１０は、被写体にピントを合わせるためのフォーカスレンズ、ズーム機能を実現するためのズームレンズ等の複数の機能別レンズにより構成され、不図示のレンズ駆動部によりその位置が調整される。
【００３０】
絞り１１は、不図示の絞り駆動部により、ＡＥ処理により得られる絞り値データに基づいて絞り径の調整が行われる。
【００３１】
シャッタ１２はメカニカルシャッタであり、不図示のシャッタ駆動部により、ＡＥ処理により得られるシャッタスピードに応じて駆動される。
【００３２】
ＣＣＤ１３は、多数の受光素子を２次元的に配列した光電面を有する撮像素子であり、被写体光がこの光電面に結像して光電変換されてアナログ撮像信号である受光信号が取得される。
【００３３】
ＡＦＥ１４は、ＣＣＤ１３から出力される受光信号に対して、受光信号のノイズを除去する処理、および受光信号のゲインを調節する処理（以下アナログ処理とする）を施す。
【００３４】
Ａ／Ｄ変換部１５は、ＡＦＥ１４によりアナログ処理が施された受光信号をデジタル信号に変換する。
【００３５】
また、撮像部２は、被写体に向けて赤外光からなる測距光を照射するための測距光照射部３を備える。測距光照射部３は複数のＬＥＤが２次元状に配設された面光源からなる。測距光照射部３が発光する測距光は、変調部１８により所定の周期により強度変調される。また、撮像部２は、ＣＣＤ１３、ＡＦＥ１４および変調部１８の駆動を制御するための撮像制御部１９を備える。具体的には、撮像制御部１９は、ＣＰＵ３３からの指示により、変調部１８に変調の指示を行って測距光照射部３を変調発光させ、これとタイミングを合わせて被写体による測距光の反射光を受光し、受光した光の光量に応じた受光信号を出力するよう撮像部２の各部を制御する。なお、ＣＣＤ１３の各受光素子からの受光信号の取得の制御については後述する。
【００３６】
また、測距装置１は、撮影条件設定部２２、画像処理部２３、圧縮／伸長処理部２４、フレームメモリ２５、メディア制御部２６、内部メモリ２７、および表示制御部２８を備える。
【００３７】
撮影条件設定部２２は、ＡＦ処理部およびＡＥ処理部からなる。ＡＦ処理部は入力部３４からの指示により撮像部２が取得した画像（プレ画像）に基づいてレンズ１０の焦点距離を決定し、撮像部２に出力する。ＡＥ処理部は、プレ画像に基づいて絞り値とシャッタ速度とを決定し、撮像部２に出力する。
【００３８】
画像処理部２３は、後述するように生成された距離画像の画像データに対して、ホワイトバランスを調整する処理、階調補正、シャープネス補正等の画像処理を施す。
【００３９】
圧縮／伸長処理部２４は、画像処理部２３によって画像処理が施された距離画像の画像データに対して、例えば、ＪＰＥＧ等の圧縮形式で圧縮処理を行い、画像ファイルを生成する。この画像ファイルには、Ｅｘｉｆフォーマット等に基づいて、撮影日時等の付帯情報が格納されたタグが付加される。
【００４０】
フレームメモリ２５は、撮像部２が取得した受光信号に対して、前述の画像処理を含む各種処理を行う際に使用する作業用メモリである。
【００４１】
メディア制御部２６は、記録メディア２９にアクセスして距離画像の画像ファイルの書き込みと読み込みの制御を行う。
【００４２】
内部メモリ２７は、測距装置１において設定される各種定数、およびＣＰＵ３３が実行するプログラム等を記憶する。
【００４３】
表示制御部２８は、フレームメモリ２５に格納された画像データをモニタ３０に表示させたり、記録メディア２９に記録されている画像をモニタ３０に表示させたりするためのものである。
【００４４】
また、測距装置１は、第１の距離画像生成部３１、第２の距離画像生成部３２およびＣＰＵ３３を備える。
【００４５】
第１の距離画像生成部３１は、撮像部２が取得した受光信号を用いて被写体上の各点の測距装置１からの第１の距離情報Ｄ１を、ＣＣＤ１３上における所定数の受光素子からなる受光素子単位毎に算出し、第１の距離情報Ｄ１を各画素とする第１の距離画像Ｓ１を生成する。一方、第２の距離画像生成部３２は、ＣＣＤ１３上における各受光素子毎に第２の距離情報Ｄ２を算出し、第２の距離情報Ｄ２を各画素とする第２の距離画像Ｓ２を生成する。以下、距離情報Ｄ１，Ｄ２の算出について説明する。
【００４６】
第１および第２の距離画像生成部３１，３２は、強度変調された測距光が出射されてから被写体により反射された反射光を受光するまでの時間（すなわち光の飛行時間）により距離情報Ｄ１，Ｄ２を算出する。
【００４７】
図２は距離情報を算出するための位相差の算出を説明するための図である。図２に示すように、測距光照射部３から出射される測距光の強度が曲線Ｋ１に示すように正弦波状に変化し、ＣＣＤ１３のある受光素子により受光した反射光の受光光量が曲線Ｋ２のように変化するとすれば、位相差ψは測距光の飛行時間に相当するため、位相差ψを求めることにより被写体までの距離を求めることができる。
【００４８】
位相差ψは、測距光の複数のタイミングで求めた反射光の受光光量を用いて計算することができる。ここで、測距光における０、π／２、π、３π／２の位相で求めた反射光の受光光量がそれぞれα、β、γ、δであるとする。なお、受光は図２に示すようにパルス状に行われ、図２においてはパルスに対応する受光光量α、β、γ、δを斜線で示している。なお、受光光量α、β、γ、δを求める間に、位相差ψが変化せず、かつ被写体の反射率にも変化がないものとし、時刻ｔにおいてＣＣＤ１３の各受光素子で受光される光の強度がＡ・ｓｉｎ（ωｔ＋φ）＋Ｂで表されるものとする。ここで、Ａは振幅、Ｂは外光成分、ωは角振動数、δは位相である。これにより、受光素子で受光する受光光量α、β、γ、δは、次のように表すことができる。なお、受光光量は測距光における０、π／２、π、３π／２の位相において各受光素子から出力される受光信号に相当する。
【００４９】
α＝Ａ・ｓｉｎ（φ）＋Ｂ
β＝Ａ・ｓｉｎ（π／２＋φ）＋Ｂ
γ＝Ａ・ｓｉｎ（π＋φ）＋Ｂ
δ＝Ａ・ｓｉｎ（３π／２＋φ）＋Ｂ
ここで、φ＝−ψであるから、α＝−Ａ・ｓｉｎ（ψ）＋Ｂ、β＝Ａ・ｃｏｓ（ψ）＋Ｂ、γ＝Ａ・ｓｉｎ（ψ）＋Ｂ、δ＝−Ａ・ｃｏｓ（ψ）＋Ｂであるため、各受光光量α、β、γ、δと位相差ψとの関係は、次式のようになる。
【００５０】
ψ＝ｔａｎ-1｛（γ−α）／（β−δ）｝ （１）
したがって、各受光素子と被写体との距離Ｄは、
Ｄ＝ｃ・ψ／（４πＦ） （２）
により算出することができる。なお、Ｆは周波数（＝ω／２π）である。
【００５１】
なお、距離情報Ｄ１，Ｄ２の算出には、上述した４つの受光光量すなわち４つの受光信号α、β、γ、δをＣＣＤ１３から取得することが必要であるが、第１の実施形態においては、ＣＣＤ１３上における２×２の範囲にある４つの受光素子を１つの単位として、この受光素子単位において受光信号α、β、γ、δを取得し、１つの受光素子単位毎に１つの距離情報Ｄ１を算出する。また、受光素子単位の４つの受光素子毎に１つの距離情報Ｄ２を算出する。
【００５２】
次いで、距離情報Ｄ１，Ｄ２の算出に必要な受光信号の取得について説明する。図３は第１の実施形態におけるＣＣＤ１３からの受光信号の取得を説明するための図である。なお、図３はＣＣＤ１３の光電面を示し、ここでは受光素子が６×６に並んでいるものとする。また、図３においては説明のため左上隅にある２×２の範囲にある４つの受光素子からなる受光素子単位Ｒ１、および右から２列目の最上段にある受光素子Ｒ２における受光信号α、β、γ、δの取得について説明する。なお、以降の説明のため、１つの受光素子単位Ｒ１に含まれる受光素子について、図３（ａ）に示すようにＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の参照符号を付与するものとする。また、図示はしないが受光素子Ｒ２はＣＣＤ１３の右上隅にある受光素子単位に含まれ、受光素子単位Ｒ１における受光素子Ｐ１に対応するものとなる。
【００５３】
図４は第１の実施形態における測距光の変調周期と反射光の受光のタイミングを示す図である。なお、図４においては、反射光の受光のタイミングに、そのタイミングにおいて取得される受光信号の参照符号を付与している。第１の実施形態においては、測距光の変調の１周期において０、π／２、π、３π／２の位相の受光信号α、β、γ、δを取得するものであり、１つの受光素子において４つの受光信号α、β、γ、δを取得するためには、変調周期として４周期分の測距光を被写体に照射する必要がある。このため、図４に示すように、まず測距光の１周期目において、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれについて０、π／２、π、３π／２の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、図３（ａ）に示すように受光信号α、β、γ、δをそれぞれ取得する。なお、この際に取得される受光信号は測距光の１周期目のものであることから、受光信号α１、β１、γ１、δ１と称する。
【００５４】
次いで、測距光の２周期目において、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれについてπ／２、０、３π／２、πの位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、図３（ｂ）に示すように受光信号β、α、δ、γをそれぞれ取得する。なお、この際に取得される受光信号は測距光の２周期目のものであることから、受光信号α２、β２、γ２、δ２と称する。
【００５５】
次いで、測距光の３周期目において、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれについてπ、３π／２、０、π／２の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、図３（ｃ）に示すように受光信号γ、δ、α、βをそれぞれ取得する。なお、この際に取得される受光信号は測距光の３周期目のものであることから、受光信号α３、β３、γ３、δ３と称する。
【００５６】
そして、測距光の４周期目において、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれについて３π／２、π、π／２、０の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、図３（ｄ）に示すように受光信号δ、γ、β、αをそれぞれ取得する。なお、この際に取得される受光信号は測距光の４周期目のものであることから、受光信号α４、β４、γ４、δ４と称する。
【００５７】
これにより、受光素子単位Ｒ１においては、測距光の１つの変調周期において４つの受光信号α、β、γ、δが取得される。また、受光素子Ｒ２においては測距光の４つの変調周期において４つの受光信号α、β、γ、δが取得される。
【００５８】
図５は第１の実施形態におけるＣＣＤ１３の受光素子から受光信号に相当する電荷を読み出すための回路図である。図５に示すようにＣＣＤ１３は、受光素子のそれぞれに対応する光電変換部３９と、電荷蓄積部４０と、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ８とを備える。なお、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は一方がオンの時に他方がオフとされるスイッチである。また、スイッチＳＷ３，ＳＷ４は一方がオンの時に他方がオフとされるスイッチである。また、スイッチＳＷ５，ＳＷ６は一方がオンの時に他方がオフとされるスイッチである。また、スイッチＳＷ７，ＳＷ８は一方がオンの時に他方がオフとされるスイッチである。そして、反射光の受光時には、測距光の０、π／２、π、３π／２の位相において複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ８のオン／オフを切り替えて、各光電変換部３９の電荷を電荷蓄積部４０に蓄積する。
【００５９】
具体的には、変調の１周期目においては、位相０のタイミングにおいて、スイッチＳＷ３をオン、スイッチＳＷ２，ＳＷ６，ＳＷ８をオンとする。なお、この際スイッチＳＷ４はオフとされる。これにより、受光信号αを得るための電荷のみが電荷蓄積部４０に蓄積される。また、位相π／２のタイミングにおいては、スイッチＳＷ５をオン、スイッチＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ８をオンとする。なお、この際スイッチＳＷ６はオフとされる。これにより、受光信号βを得る電荷のみが電荷蓄積部４０に蓄積される。また、位相πのタイミングにおいては、スイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ８をオンとする。なお、この際スイッチＳＷ２はオフとされる。これにより、受光信号γを得る電荷のみが電荷蓄積部４０に蓄積される。そして、位相３π／２のタイミングにおいては、スイッチＳＷ７をオン、スイッチＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６をオンとする。なお、この際スイッチＳＷ８はオフとされる。これにより、受光信号δを得る電荷のみが電荷蓄積部４０に蓄積される。以上より、変調の１周期目においてはＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７をオンとする順序は、ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ１，ＳＷ７となる。
【００６０】
一方、変調の２周期目においては、スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７をオンとする順序は、ＳＷ５，ＳＷ３，ＳＷ７，ＳＷ１となる。変調の３周期目においてはスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７をオンとする順序は、ＳＷ１，ＳＷ７，ＳＷ３，ＳＷ５となる。そして、変調の４周期目においてはスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７をオンとする順序は、ＳＷ７，ＳＷ１，ＳＷ５，ＳＷ３となる。
【００６１】
このように、オンとするスイッチの順序を、測距光の変調の位相に応じて切り替えることにより、測距光の変調の各周期における０、π／２、π、３π／２の位相において、受光素子単位Ｒ１毎に４つの受光信号α、β、γ、δを取得することができる。そして、測距光の４つの周期において、オンとするスイッチのタイミングを測距光の変調の位相に応じて切り替えることにより、受光素子Ｒ２毎に４つの受光信号α、β、γ、δを取得することができる。
【００６２】
そして、第１の距離画像生成部３１は、上述したように受光素子単位毎に取得した４つの受光信号α、β、γ、δに基づいて第１の距離情報Ｄ１を算出し、第１の距離情報Ｄ１を各画素の画素値とする第１の距離画像Ｓ１を生成する。なお、第１の距離画像Ｓ１の画素数は、ＣＣＤ１３の受光素子数の１／４となる。また、測距光の変調の１周期毎に１つの第１の距離画像Ｓ１が生成される。
【００６３】
また第２の距離画像生成部３２は、上述したように受光素子毎に測距光の変調の４周期において取得した４つの受光信号α、β、γ、δに基づいて第２の距離情報Ｄ２を算出し、第２の距離情報Ｄ２を各画素の画素値とする第２の距離画像Ｓ２を生成する。なお、第２の距離画像Ｓ２の画素数は、ＣＣＤ１３の受光素子数と同一となる。したがって、フレームレートは第１の距離画像Ｓ１の方が高いが、解像度は第２の距離画像Ｓ２の方が高くなる。
【００６４】
ＣＰＵ３３は、入力部３４からの信号に応じて測距装置１の各部を制御する。
【００６５】
データバス３５は、測距装置１を構成する各部およびＣＰＵ３３に接続されており、測距装置１における各種データおよび各種情報のやり取りを行う。
【００６６】
次いで、第１の実施形態において行われる処理について説明する。図６は第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、撮影条件設定部２２におけるＡＦ処理およびＡＥ処理はすでに行われているものとし、ここでは撮像の指示が行われた以降の処理について説明する。また、第１および第２の距離画像Ｓ１，Ｓ２の表示および記録の指示は、入力部３４からあらかじめ行われているものとする。
【００６７】
撮影指示が行われることによりＣＰＵ３３が処理を開始し、撮像部２がＣＰＵ３３からの指示により測距光照射部３から強度変調された測距光を被写体に向けて照射し（ステップＳＴ１）、さらに測距光の被写体による反射光を撮像して、４つの受光素子からなる受光素子単位にて受光信号α、β、γ、δを取得する（ステップＳＴ２）。次いで、第１の距離画像生成部３１が、受光素子単位毎に第１の距離情報Ｄ１を算出し（ステップＳＴ３）、第１の距離情報Ｄ０を各画素の画素値とする第１の距離画像Ｓ１を生成する（ステップＳＴ４）。
【００６８】
続いて、ＣＰＵ３３は、第１の距離画像Ｓ１を表示する指示がなされているか否かを判定し（ステップＳＴ５）、ステップＳＴ５が肯定されると、表示制御部２８が第１の距離画像Ｓ１をモニタ３０に表示する（ステップＳＴ６）。次いでＣＰＵ３３は、第１の距離画像Ｓ１の画像データを記録する指示がなされているか否かを判定し（ステップＳＴ７）、ステップＳＴ７が肯定されると、メディア制御部２６が第１の距離画像Ｓ１の画像データを記録メディア２９に記録する（ステップＳＴ８）。なお、ステップＳＴ５が否定された場合もステップＳＴ８の処理を行う。ステップＳＴ７が否定されるとステップＳＴ９の処理に進む。
【００６９】
次いで、ＣＰＵ３３は１つの受光素子が４つの受光信号α、β、γ、δを取得したか否かを判定し（ステップＳＴ９）、ステップＳＴ９が否定されると、撮像制御部１９がＣＣＤ１３の受光素子における受光のタイミングを変更し（ステップＳＴ１０）、ステップＳＴ２に戻ってステップＳＴ２以降の処理を繰り返す。
【００７０】
ステップＳＴ９が肯定されると、第２の距離画像生成部３２が、受光素子毎に第２の距離情報Ｄ２を算出し（ステップＳＴ１１）、第２の距離情報Ｄ２を各画素の画素値とする第２の距離画像Ｓ２を生成する（ステップＳＴ１２）。
【００７１】
続いて、ＣＰＵ３３は、第２の距離画像Ｓ２を表示する指示がなされているか否かを判定し（ステップＳＴ１３）、ステップＳＴ１３が肯定されると、表示制御部２８が第２の距離画像Ｓ２をモニタ３０に表示する（ステップＳＴ１４）。次いでＣＰＵ３３は、第２の距離画像Ｓ２の画像データを記録する指示がなされているか否かを判定し（ステップＳＴ１５）、ステップＳＴ１５が肯定されると、メディア制御部２６が第２の距離画像Ｓ２の画像データを記録メディア２９に記録し（ステップＳＴ１６）、処理を終了する。なお、ステップＳＴ１５が否定された場合も処理を終了する。また、ステップＳＴ１３が否定された場合はステップＳＴ１６の処理を行う。
【００７２】
このように、第１の実施形態においては、４つの受光素子からなる受光素子単位毎に第１の距離画像Ｓ１を生成し、受光素子毎に第２の距離画像Ｓ２を生成するようにしたものである。ここで、第１の距離画像Ｓ１は測距光の変調の１周期毎に生成されるため、第１の距離画像Ｓ１については、フレームレートを高くすることができる。また、第２の距離画像Ｓ２はフレームレートが低いものの、第１の距離画像Ｓ１よりも高解像度となっている。したがって、第１の実施形態によれば、高解像度の距離画像を生成しつつも、距離画像のフレームレートの低下を防止することができる。
【００７３】
なお、上記第１の実施形態においては、ＣＣＤ１３上における２×２の範囲にある４つの受光素子を１つの受光素子単位としているが、図７に示すように、ＣＣＤ１３上における縦横１×４の範囲にある４つの受光素子を１つの受光素子単位としてもよい。この場合、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順序にて受光素子における反射光の受光のタイミングを切り替えることとなる。
【００７４】
ここで、図７に示すように受光素子単位を設定することにより、第１の距離画像Ｓ１は縦方向と横方向とで解像度が異なるものとなるが、高解像度の第２の距離画像Ｓ２を生成することができる。また、ＣＣＤ１３の横方向に並ぶ受光素子が受光する反射光の位相を同一とすることができるため、ＣＣＤ１３の横方向に並ぶ受光素子の列から同時に受光信号を読み出すようにすればよいこととなる。したがって、既存のＣＣＤを用いることができ、その結果、測距装置の製造コストを低減することができる。
【００７５】
次いで、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態による測距装置の構成は、第１の実施形態による測距装置１の構成と同一であり、行われる処理のみが異なるため、ここでは構成についての詳細な説明は省略する。第１の実施形態においては、測距光の変調周期における０、π／２、π、３π／２の４つの位相において４つの受光信号をα、β、γ、δ取得しているが、第２の実施形態においては、測距光の変調周期における０の位相、およびπ／２、π、３π／２の位相のうちの２つの位相の、合計３つの位相において３つの受光信号を取得して距離情報を算出するようにした点が第１の実施形態と異なる。
【００７６】
図８は第２の実施形態における位相差の算出を説明するための図である。図８に示すように、測距光照射部３から出射される測距光の強度が曲線Ｋ１に示すように正弦波状に変化し、ＣＣＤ１３の各受光素子により受光した反射光の受光光量が曲線Ｋ２のように変化するとする。第２の実施形態においては、測距光の変調周期における０、π／２、πの３つの位相において、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、変調周期の半分の期間反射光を受光するように受光素子の受光タイミングを制御する。なお、これにより取得される受光光量をＸ，Ｙ，Ｚとし、図８（ａ）〜（ｃ）において斜線で示す。
【００７７】
なお、受光光量Ｘは、測距光の変調周期の０〜πの期間の受光信号に、受光光量Ｙはπ／２〜３π／２の期間の受光信号に、受光光量Ｚはπ〜２πの期間の受光信号にそれぞれ対応するため、受光信号についても参照符号としてＸ，Ｙ，Ｚを用いる。
【００７８】
また、曲線Ｋ１における０〜π／２、π／２〜π、π〜３π／２、３π／２〜２πの位相において求めた曲線Ｋ２の受光光量は、上記第１の実施形態における受光光量α、β、γ、δに相当する。したがって、Ｘ＝α＋β、Ｙ＝β＋γ、Ｚ＝γ＋δとなるため、下記の関係が成立する。
【００７９】
Ｙ−Ｘ＝γ−α
Ｙ−Ｚ＝β−δ
ここで位相差ψは上記式（１）により算出することができるため、上記関係を式（１）に代入すると、
ψ＝ｔａｎ-1｛（Ｙ−Ｘ）／（Ｙ−Ｚ）｝ （３）
となる。したがって、３つの位相において取得した受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚからも、式（３）により位相差ψを算出し、式（２）により各受光素子と被写体との距離を算出することができる。
【００８０】
図９は第２の実施形態におけるＣＣＤ１３からの受光信号の取得を説明するための図である。なお、図９においては説明のため左上隅にある３つの受光素子からなる受光素子単位Ｒ３、および右から２列目の最上段にある受光素子Ｒ４における受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚの取得について説明する。なお、受光素子単位Ｒ３はＣＣＤ１３上に図１０に示すように分布することとなる。なお、以降の説明のため、１つの受光素子単位Ｒ３に含まれる受光素子について、図９に示すようにＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３の参照符号を付与するものとする。また、図示はしないが受光素子Ｒ４はＣＣＤ１３の右上隅にある受光素子単位に含まれ、受光素子単位Ｒ３における受光素子Ｐ１１に対応するものとなる。
【００８１】
図１１は測距光の変調周期と反射光の受光のタイミングを示す図である。なお、図１１においては、反射光の受光のタイミングに、そのタイミングにおいて取得される受光信号の参照符号を付与している。第２の実施形態においては、測距光の１の変調周期において０、π／２、πの位相の受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚを取得するものであり、１つの受光素子Ｒ４において３つの受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚを取得するためには、３周期分の測距光を被写体に照射する必要がある。図１１に示すように、まず測距光の１周期目において、受光素子Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３のそれぞれについて０、π／２、πの位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３は、図９（ａ）に示すように受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚをそれぞれ取得する。なお、この際に取得される受光信号は測距光の１周期目のものであることから、受光信号Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１と称する。
【００８２】
次いで、測距光の２周期目において、受光素子Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３のそれぞれについてπ／２、π、０の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３は、図９（ｂ）に示すように受光信号Ｙ，Ｚ，Ｘをそれぞれ取得する。なお、この際に取得される受光信号は測距光の２周期目のものであることから、受光信号Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２と称する。
【００８３】
次いで、測距光の３周期目において、受光素子Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３のそれぞれについてπ、０、π／２の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３は、図９（ｃ）に示すように受光信号Ｚ，Ｘ，Ｙをそれぞれ取得する。なお、この際に取得される受光信号は測距光の３周期目のものであることから、受光信号Ｚ３，Ｘ３，Ｙ３と称する。
【００８４】
これにより、受光素子単位Ｒ３においては、測距光の１つの変調周期において３つの受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚが取得される。また、受光素子Ｒ４においては測距光の３つの変調周期において３つの受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚが取得される。
【００８５】
そして、第２の実施形態において、第１の距離画像生成部３１は、上述したように受光素子単位毎に取得した３つの受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚに基づいて第１の距離情報Ｄ１を算出し、第１の距離情報Ｄ１を各画素の画素値とする第１の距離画像Ｓ１を生成する。なお、第１の距離画像Ｓ１の画素数は、ＣＣＤ１３の受光素子数の１／３となる。また、測距光の変調の１周期毎に１つの第１の距離画像Ｓ１が生成される。
【００８６】
また第２の距離画像生成部３２は、上述したように受光素子毎に測距光の変調の３周期において取得した３つの受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚに基づいて第２の距離情報Ｄ２を算出し、第２の距離情報Ｄ２を各画素の画素値とする第２の距離画像Ｓ２を生成する。なお、第２の距離画像Ｓ２の画素数は、ＣＣＤ１３の受光素子数と同一となる。したがって、フレームレートは第１の距離画像Ｓ１の方が高いが、解像度は第２の距離画像Ｓ２の方が高くなる。
【００８７】
次いで、第２の実施形態において行われる処理について説明する。図１２は第２の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、撮影条件設定部２２におけるＡＦ処理およびＡＥ処理はすでに行われているものとし、ここでは撮像の指示が行われた以降の処理について説明する。また、第１および第２の距離画像Ｓ１，Ｓ２の表示および記録の指示は、入力部３４からあらかじめ行われているものとする。
【００８８】
撮影指示が行われることによりＣＰＵ３３が処理を開始し、撮像部２がＣＰＵ３３からの指示により測距光照射部３から強度変調された測距光を被写体に向けて照射し（ステップＳＴ２１）、さらに測距光の被写体による反射光を撮像して、３つの受光素子からなる受光素子単位にて受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚを取得する（ステップＳＴ２２）。次いで、第１の距離画像生成部３１が、受光素子単位毎に第１の距離情報Ｄ１を算出し（ステップＳＴ２３）、第１の距離情報Ｄ０を各画素の画素値とする第１の距離画像Ｓ１を生成する（ステップＳＴ２４）。
【００８９】
続いて、ＣＰＵ３３は、第１の距離画像Ｓ１を表示する指示がなされているか否かを判定し（ステップＳＴ２５）、ステップＳＴ２５が肯定されると、表示制御部２８が第１の距離画像Ｓ１をモニタ３０に表示する（ステップＳＴ２６）。次いでＣＰＵ３３は、第１の距離画像Ｓ１の画像データを記録する指示がなされているか否かを判定し（ステップＳＴ２７）、ステップＳＴ２７が肯定されると、メディア制御部２６が第１の距離画像Ｓ１の画像データを記録メディア２９に記録する（ステップＳＴ２８）。なお、ステップＳＴ２５が否定された場合もステップＳＴ２８の処理を行う。ステップＳＴ２７が否定されるとステップＳＴ２９の処理に進む。
【００９０】
次いで、ＣＰＵ３３は１つの受光素子が３つの受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚを取得したか否かを判定し（ステップＳＴ２９）、ステップＳＴ２９が否定されると、撮像制御部１９がＣＣＤ１３の受光素子における受光のタイミングを変更し（ステップＳＴ３０）、ステップＳＴ２２に戻ってステップＳＴ２２以降の処理を繰り返す。
【００９１】
ステップＳＴ２９が肯定されると、第２の距離画像生成部３２が、受光素子毎に第２の距離情報Ｄ２を算出し（ステップＳＴ３１）、第２の距離情報Ｄ２を各画素の画素値とする第２の距離画像Ｓ２を生成する（ステップＳＴ３２）。
【００９２】
続いて、ＣＰＵ３３は、第２の距離画像Ｓ２を表示する指示がなされているか否かを判定し（ステップＳＴ３３）、ステップＳＴ３３が肯定されると、表示制御部２８が第２の距離画像Ｓ２をモニタ３０に表示する（ステップＳＴ３４）。次いでＣＰＵ３３は、第２の距離画像Ｓ２の画像データを記録する指示がなされているか否かを判定し（ステップＳＴ３５）、ステップＳＴ３５が肯定されると、メディア制御部２６が第２の距離画像Ｓ２の画像データを記録メディア２９に記録し（ステップＳＴ３６）、処理を終了する。なお、ステップＳＴ３５が否定された場合も処理を終了する。また、ステップＳＴ３３が否定された場合はステップＳＴ３６の処理を行う。
【００９３】
このように、第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、フレームレートの高い第１の距離画像Ｓ１、および解像度の高い第２の距離画像を生成することができる。
【００９４】
なお、上記第２の実施形態においては、図１０に示すようにＣＣＤ１３上における３つの受光素子を１つの受光素子単位としているが、図１３に示すように、ＣＣＤ１３上における縦横１×３の範囲にある３つの受光素子を１つの受光素子単位としてもよい。この場合、図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順序にて受光素子における反射光の受光のタイミングを切り替えることとなる。
【００９５】
ここで、図１３に示すように受光素子単位を設定することにより、第１の距離画像Ｓ１は縦方向と横方向とで解像度が異なるものとなるものの、高解像度の第２の距離画像Ｓ２を生成することができる。また、ＣＣＤ１３の横方向に並ぶ受光素子が受光する反射光の位相を同一とすることができるため、ＣＣＤ１３の横方向に並ぶ受光素子の列から同時に受光信号を読み出すようにすればよいこととなる。したがって、既存のＣＣＤを用いることができ、その結果、測距装置の製造コストを低減することができる。
【００９６】
なお、上記第１および第２の実施形態においては、ＣＣＤ１３の受光素子による反射光の受光のタイミングを制御することにより、受光信号α、β、γ、δおよび受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚを取得しているが、測距光の出射開始位相を変更することにより、受光素子の受光タイミングを変更することなく、受光信号α、β、γ、δを取得することができる。以下、これを第３の実施形態として説明する。なお、測距光の出射開始の変更は、撮像制御部１９が行う。
【００９７】
図１４は第３の実施形態における測距光の変調周期と反射光の受光のタイミングを示す図である。なお、ここでは第１の実施形態における測距光を出射する位相を変更する処理について説明するが、第２の実施形態に対しても同様に適用できるものである。
【００９８】
第３の実施形態においては、測距光の１の変調周期において０、π／２、π、３π／２の位相の受光信号α、β、γ、δを取得するものであり、１つの受光素子Ｒ２において４つの受光信号α、β、γ、δを取得するためには、４周期分の測距光を被写体に照射する必要がある。このため、図１４に示すように、まず測距光の１周期目においては、位相０にて測距光の出射を開始し、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれについて０、π／２、π、３π／２の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、受光信号α、β、γ、δをそれぞれ取得する。
【００９９】
次いで、測距光の２周期目においては、位相をπ／２ずらして測距光の出射を開始し、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれについて、１周期目と同一のタイミングにてπ／２、π、３π／２、０の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、受光信号β、γ、δ、αをそれぞれ取得する。なお、この場合は、受光素子Ｐ２，Ｐ４が取得する受光信号は図３と逆となる。
【０１００】
次いで、測距光の３周期目においては、位相をπずらして測距光の出射を開始し、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれについて、１周期目と同一のタイミングにてπ／２、π、３π／２、０の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、受光信号γ、δ、α、βをそれぞれ取得する。
【０１０１】
そして、測距光の４周期目においては、位相を３π／２ずらして測距光の出射を開始し、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれについて、１周期目と同一のタイミングにてπ／２、π、３π／２、０の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、受光信号δ、α、β、γをそれぞれ取得する。なお、この場合は、受光素子Ｐ２，Ｐ４が取得する受光信号は図３と逆となる。
【０１０２】
これにより、受光素子の受光のタイミングを変更する場合と同様に、受光素子単位Ｒ１においては、測距光の１つの変調周期において４つの受光信号α、β、γ、δが取得される。また、受光素子Ｒ２においては測距光の４つの変調周期において４つの受光信号α、β、γ、δが取得される。また、測距光の発光の位相を変更することにより、受光素子の受光のタイミングを変更する場合と比較して、受光タイミングの変更に起因するノイズの影響を低減できるため、より高画質の距離画像を生成することができる。
【０１０３】
次いで、本発明の第４の実施形態について説明する。図１５は本発明の第４の実施形態による測距装置の構成を示す概略ブロック図である。なお、第４の実施形態において第１の実施形態と同一の構成については同一の参照番号を付与し、詳細な説明は省略する。第４の実施形態による測距装置１Ａは、第１の距離画像生成部３１が生成した距離画像Ｓ１において、あらかじめ定められた所定距離範囲内に被写体が存在するか否かを判定する判定部３６を備え、判定部３６による判定が肯定された場合にのみ、第２の距離画像生成部３２が第２の距離画像Ｓ２を生成するようにした点が第１および第２の実施形態と異なる。なお、所定距離範囲はあらかじめ入力部３４から入力されて内部メモリ２７に記憶されている。
【０１０４】
ここで、判定部３６は、距離画像Ｓ２の最大値および最小値（すなわち距離情報Ｄ１の最大値および最小値）の差分値を算出し、算出した差分値が上記所定距離範囲内にあるか否かを判定することにより、所定距離範囲内に被写体が存在するか否かを判定する。
【０１０５】
次いで、第４の実施形態において行われる処理について説明する。図１６は第４の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、ここでは、判定の処理を第１の実施形態の処理に適用する場合について説明する。
【０１０６】
撮影指示が行われることによりＣＰＵ３３が処理を開始し、撮像部２がＣＰＵ３３からの指示により測距光照射部３から強度変調された測距光を被写体に向けて照射し（ステップＳＴ４１）、さらに上記第１の実施形態と同様に、測距光の被写体による反射光を撮像して、４つの受光素子からなる受光素子単位にて受光信号α、β、γ、δを取得し、第１の距離画像生成部３１が、受光素子単位毎に第１の距離情報Ｄ１を算出し、第１の距離情報Ｄ０を各画素の画素値とする第１の距離画像Ｓ１を生成する（第１の距離画像生成処理、ステップＳＴ４２）。続いて、ＣＰＵ３３は、第１の実施形態におけるステップＳＴ５〜ステップＳＴ８の処理を行う（第１の距離画像表示記録処理、ステップＳＴ４３）。
【０１０７】
次いで、ＣＰＵ３３は１つの受光素子が４つの受光信号α、β、γ、δを取得したか否かを判定し（ステップＳＴ４４）、ステップＳＴ４４が否定されると、撮像制御部１９がＣＣＤ１３の受光素子における受光のタイミングを変更し（ステップＳＴ４５）、ステップＳＴ４２に戻ってステップＳＴ４２以降の処理を繰り返す。
【０１０８】
ステップＳＴ４４が肯定されると、判定部３６が、４つの第１の距離画像Ｓ１のうちいずれかの距離画像Ｓ１において、所定距離範囲内に被写体が存在するか否かを判定する（ステップＳＴ４６）。ステップＳＴ４６が肯定されると、第２の距離画像生成部３２が、受光素子毎に第２の距離情報Ｄ２を算出し、第２の距離情報Ｄ２を各画素の画素値とする第２の距離画像Ｓ２を生成する（第２の距離画像生成処理、ステップＳＴ４７）。続いて、ＣＰＵ３３は、第１の実施形態におけるステップＳＴ１３〜ステップＳＴ１６の処理を行い（第２の距離画像表示記録処理、ステップＳＴ４８）、処理を終了する。なお、ステップＳＴ４６が否定された場合、第２の距離画像Ｓ２を生成することなく処理を終了する。
【０１０９】
このように、第４の実施形態においては、第１の距離画像Ｓ１における所定距離範囲に被写体がある場合にのみ、第２の距離画像Ｓ２を生成するようにしたため、被写体までの距離が近すぎたり遠すぎたりする場合のように、高解像度の距離画像が不要な場合には第２の距離画像Ｓ２は生成されないこととなる。したがって、処理の無駄および記録メディア２９の無駄な消費を防止することができる。
【０１１０】
なお、上記第４の実施形態においては、判定の処理を第１の実施形態の処理に適用しているが、第２の実施形態に対しても上記と同様に適用することができる。また、第４の実施形態において、第３の実施形態と同様に、測距光の出射開始の位相を変更することにより、受光信号を取得するようにしてもよい。
【０１１１】
また、上記第４の実施形態においては、ステップＳＴ４６の処理において、いずれかの第１の距離画像Ｓ１の所定距離範囲内に被写体が存在するか否かを判定しているが、すべての第１の距離画像Ｓ１の所定距離範囲内に被写体が存在するか否かを判定するようにしてもよいことはもちろんである。
【０１１２】
次いで、本発明の第５の実施形態について説明する。なお、第５の実施形態による測距装置の構成は、第４の実施形態による測距装置１Ａの構成と同一であり、行われる処理内容のみが異なるため、ここでは構成についての詳細な説明は省略する。第５の実施形態においては、４つの第１の距離画像Ｓ１のすべてにおいて所定距離範囲にある距離情報を算出した受光素子単位についてのみ、第２の距離情報を算出して第２の距離画像Ｓ２を生成するようにした点が第４の実施形態と異なる。
【０１１３】
次いで、第５の実施形態において行われる処理について説明する。図１７は第５の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、ここでは、判定の処理を第１の実施形態の処理に適用する場合について説明する。
【０１１４】
撮影指示が行われることによりＣＰＵ３３が処理を開始し、撮像部２がＣＰＵ３３からの指示により測距光照射部３から強度変調された測距光を被写体に向けて照射し（ステップＳＴ５１）、変調の周期ｎを初期値に設定し（ｎ＝１、ステップＳＴ５２）、さらに上記第１の実施形態と同様に、測距光の被写体による反射光を撮像して、４つの受光素子からなる受光素子単位にて受光信号α、β、γ、δを取得し、第１の距離画像生成部３１が、受光素子単位毎に第１の距離情報Ｄ１を算出し、第１の距離情報Ｄ０を各画素の画素値とする第１の距離画像Ｓ１を生成する（第１の距離画像生成処理、ステップＳＴ５３）。
【０１１５】
続いて、ＣＰＵ３３がｎ＞１であるか否かを判定し（ステップＳＴ５４）、ステップＳＴ５４が否定されると、判定部３６が、第１の距離画像Ｓ１に所定距離範囲内にある被写体が含まれるか否かを判定する（ステップＳＴ５５）。具体的には第１の距離画像Ｓ１における各画素の距離情報Ｄ１に、所定距離範囲内にある距離情報Ｄ１が含まれるか否かを判定する。ステップＳＴ５５が肯定されると、所定距離範囲内にある距離情報Ｄ１を算出した受光素子の位置を内部メモリ２７に記憶し（ステップＳＴ５６）、さらにＣＰＵ３３は、上記第１の実施形態におけるステップＳＴ５〜ステップＳＴ８の処理を行う（第１の距離画像表示記録処理、ステップＳＴ５７）。
【０１１６】
一方、ステップＳＴ５４が肯定されると、１つ前の変調周期において取得した第１の距離画像Ｓ１において、所定距離範囲にある距離情報Ｄ１を算出した受光素子の位置が内部メモリ２７に記憶されているか否かを判定する（ステップＳＴ５８）。ステップＳＴ５８が肯定されると、ステップＳＴ５５に進み、ステップＳＴ５６およびステップＳＴ５７の処理を行う。なお、この場合、ステップＳＴ５６の処理においては、１つ前の処理において記憶されている受光素子の位置と共通する受光素子の位置のみが内部メモリ２７に記憶される。なお、ステップＳＴ５８が否定されると、ステップＳＴ５７の処理に進む。
【０１１７】
なお、ステップＳＴ５５が否定されると、内部メモリ２７に記憶されている受光素子の位置を削除し（ステップＳＴ５９）、ステップＳＴ５７の処理に進む。
【０１１８】
ステップＳＴ５７に続いて、ＣＰＵ３３は１つの受光素子が４つの受光信号α、β、γ、δを取得したか否かを判定し（ステップＳＴ６０）、ステップＳＴ６０が否定されると、撮像制御部１９がＣＣＤ１３の受光素子における受光のタイミングを変更するとともに、測距光の変調周期を次の周期に変更し（ｎ＝ｎ＋１）（ステップＳＴ６１）、ステップＳＴ５３に戻ってステップＳＴ５３以降の処理を繰り返す。
【０１１９】
続いて、第２の距離画像生成部３２が、内部メモリ２７に受光素子の位置が記憶されているか否かを判定する（ステップＳＴ６２）。ステップＳＴ６２が肯定されると、第２の距離画像生成部３２が、受光素子毎に第２の距離情報Ｄ２を算出し、第２の距離情報Ｄ２を各画素の画素値とする第２の距離画像Ｓ２を生成する（第２の距離画像生成処理、ステップＳＴ６３）。続いて、ＣＰＵ３３は、第１の実施形態におけるステップＳＴ１３〜ステップＳＴ１６の処理を行い（第２の距離画像表示記録処理、ステップＳＴ６４）、処理を終了する。なお、ステップＳＴ６２が否定された場合、第２の距離画像Ｓ２を生成することなく、処理を終了する。
【０１２０】
図１８は第５の実施形態における撮影シーンおよび生成される第２の距離画像を示す図である。実際に撮影するシーンが図１８（ａ）に示すように人物および背景を含むものであり、人物のみが所定距離範囲内にある場合、第５の実施形態により生成される第２の距離画像Ｓ２は、図１８（ｂ）に示すように、人物のみが距離情報を有し、背景は距離情報を有さないものとなる。なお、図１８（ｂ）においては、人物が距離情報を有することを撮影シーンの画像そのもので示し、顔の背景が距離情報を有さないことを斜線にて示している。
【０１２１】
このように、第５の実施形態においては、４つの第１の距離画像Ｓ１のすべてにおいて、あらかじめ定められた所定距離範囲内にある第１の距離情報Ｄ１を算出した受光素子についてのみ、第２の距離情報Ｄ２を算出して第２の距離画像Ｓ２を生成するようにしたものである。このため、必要な部分のみ高解像度の画像を生成すればよいこととなり、その結果、第２の距離画像の容量を少なくすることができる。また、第１の距離画像Ｓ１の生成時に、第１の距離情報Ｄ１の算出を誤ってしまった受光素子においては、第２の距離情報Ｄ２は算出されないため、誤測距による高解像の距離情報の生成を防止することができる。
【０１２２】
なお、上記第５の実施形態においては、判定の処理を第１の実施形態の処理に適用しているが、第２の実施形態に対しても上記と同様に適用することができる。また、第５の実施形態においても、第３の実施形態と同様に、測距光の出射開始の位相を変更することにより、受光信号を取得するようにしてもよい。
【０１２３】
次いで、本発明の第６の実施形態について説明する。なお、第６の実施形態による測距装置の構成は、第４の実施形態による測距装置１Ａの構成と同一であり、行われる処理内容のみが異なるため、ここでは構成についての詳細な説明は省略する。第６の実施形態においては、４つの第１の距離画像Ｓ１のいずれかにおいて所定距離範囲にある距離情報を算出した受光素子単位についてのみ、第２の距離情報を算出して第２の距離画像Ｓ２を生成するようにした点が第４の実施形態と異なる。
【０１２４】
次いで、第６の実施形態において行われる処理について説明する。図１９は第６の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、ここでは、判定の処理を第１の実施形態の処理に適用する場合について説明する。
【０１２５】
撮影指示が行われることによりＣＰＵ３３が処理を開始し、撮像部２がＣＰＵ３３からの指示により測距光照射部３から強度変調された測距光を被写体に向けて照射し（ステップＳＴ７１）、変調の周期ｎを初期値に設定し（ｎ＝１、ステップＳＴ７２）、さらに上記第１の実施形態と同様に、測距光の被写体による反射光を撮像して、４つの受光素子からなる受光素子単位にて受光信号α、β、γ、δを取得し、第１の距離画像生成部３１が、受光素子単位毎に第１の距離情報Ｄ１を算出し、第１の距離情報Ｄ０を各画素の画素値とする第１の距離画像Ｓ１を生成する（第１の距離画像生成処理、ステップＳＴ７３）。
【０１２６】
続いて、判定部３６が第１の距離画像Ｓ１に所定距離範囲内にある被写体が含まれるか否かを判定する（ステップＳＴ７４）。具体的には距離画像Ｓ１における各画素の距離情報Ｄ１に、所定距離範囲内にある距離情報Ｄ１が含まれるか否かを判定する。ステップＳＴ７４が肯定されると、所定距離範囲内にある距離情報Ｄ１を算出した受光素子の位置を内部メモリ２７に記憶し（ステップＳＴ７５）、さらにＣＰＵ３３は、上記第１の実施形態におけるステップＳＴ５〜ステップＳＴ８の処理を行う（第１の距離画像表示記録処理、ステップＳＴ７６）。一方、ステップＳＴ７４が否定されると、ステップＳＴ７６の処理に進む。
【０１２７】
ステップＳＴ７６に続いて、ＣＰＵ３３は１つの受光素子が４つの受光信号α、β、γ、δを取得したか否かを判定し（ステップＳＴ７７）、ステップＳＴ７７が否定されると、撮像制御部１９がＣＣＤ１３の受光素子における受光のタイミングを変更するとともに、測距光の変調周期を次の周期に変更し（ｎ＝ｎ＋１）（ステップＳＴ７８）、ステップＳＴ７３に戻ってステップＳＴ７３以降の処理を繰り返す。
【０１２８】
なお、変調周期の２周期目以降の処理においてステップＳＴ７４が肯定された場合、内部メモリ２７には、それまでに記憶されている受光素子の位置に新たに所定距離範囲内にあると判定された距離情報Ｄ１を得た受光素子の位置が追記される。
【０１２９】
続いて、第２の距離画像生成部３２が、内部メモリ２７に受光素子の位置が記憶されているか否かを判定する（ステップＳＴ７９）。ステップＳＴ７９が肯定されると、第２の距離画像生成部３２が、受光素子毎に第２の距離情報Ｄ２を算出し、第２の距離情報Ｄ２を各画素の画素値とする第２の距離画像Ｓ２を生成する（第２の距離画像生成処理、ステップＳＴ８０）。続いて、ＣＰＵ３３は、第１の実施形態におけるステップＳＴ１３〜ステップＳＴ１６の処理を行い（第２の距離画像表示記録処理、ステップＳＴ８１）、処理を終了する。なお、ステップＳＴ７９が否定された場合、第２の距離画像Ｓ２を生成することなく処理を終了する。
【０１３０】
このように、第６の実施形態においては、４つの第１の距離画像Ｓ１のいずれかにおいて、あらかじめ定められた所定距離範囲内にある第１の距離情報Ｄ１を算出した受光素子についてのみ、第２の距離情報Ｄ２を算出して第２の距離画像Ｓ２を生成するようにしたものである。このため、必要な部分のみ高解像度の画像を生成すればよいこととなり、その結果、第２の距離画像の容量を少なくすることができる。また、所定距離範囲内にある被写体についてもれなく高解像の距離情報を得ることができる。
【０１３１】
なお、上記第６の実施形態においては、判定の処理を第１の実施形態に適用しているが、第２の実施形態に対しても上記と同様に適用することができる。また、第６の実施形態においても、第３の実施形態と同様に、測距光の出射開始の位相を変更することにより、受光信号を取得するようにしてもよい。
【０１３２】
また、上記第４から第６の実施形態においては、第１の距離画像Ｓ１に基づいて第２の距離画像Ｓ２を生成するか否かを判定しているが、あらかじめユーザが入力部３４から第２の距離画像Ｓ２を生成するか否かを設定し、その設定結果を用いて第２の距離画像Ｓ２を生成するか否かを判定するようにしてもよい。以下、これを第７の実施形態として説明する。なお、第７の実施形態による測距装置の構成は、第４の実施形態による測距装置１Ａの構成と同一であり、行われる処理内容のみが異なるため、ここでは構成についての詳細な説明は省略する。
【０１３３】
次いで、第７の実施形態において行われる処理について説明する。図２０は第７の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、ここでは、判定の処理を第１の実施形態の処理に適用する場合について説明する。
【０１３４】
撮影指示が行われることによりＣＰＵ３３が処理を開始し、判定部３６が第２の距離画像Ｓ２を生成する設定となっているか否かを判定する（ステップＳＴ９２）。ステップＳＴ９２が肯定されると、第１の実施形態におけるステップＳＴ１以降の処理を行う。
【０１３５】
ステップＳＴ９２が否定されると、第２の距離画像Ｓ２を生成する必要がないことから、ＣＣＤ１３の受光素子の受光タイミングの変更を停止する（ステップＳＴ９３）。なお、第３の実施形態のように測距光の出射開始の位相を変更している場合には、測距光の出射開始の位相の変更を停止する。これにより、第２の距離画像Ｓ２を生成しない場合の撮像部２の無駄な駆動を防止することができる。
【０１３６】
そして、撮像部２がＣＰＵ３３からの指示により測距光照射部３から強度変調された測距光を被写体に向けて照射し（ステップＳＴ９４）、上記第１の実施形態と同様に、測距光の被写体による反射光を撮像して、４つの受光素子からなる受光素子単位にて受光信号α、β、γ、δを取得し、第１の距離画像生成部３１が、受光素子単位毎に第１の距離情報Ｄ１を算出し、第１の距離情報Ｄ０を各画素の画素値とする第１の距離画像Ｓ１を生成する（第１の距離画像生成処理、ステップＳＴ９４）。次いで、ＣＰＵ３３は、上記第１の実施形態におけるステップＳＴ５〜ステップＳＴ８の処理を行い（第１の距離画像表示記録処理、ステップＳＴ９５）、処理を終了する。
【０１３７】
なお、上記第７の実施形態においては、判定の処理を第１の実施形態に適用しているが、第２の実施形態に対しても上記と同様に適用することができる。
【０１３８】
また、上記第７の実施形態においては、処理の開始直後に第２の距離画像Ｓ２を生成するか否かを判定しているが、１周期目の処理の終了後に第２の距離画像Ｓ２を生成するか否かを判定するようにしてもよい。
【０１３９】
なお、上記各実施形態においては、測距光の変調の０の位相を基準としているが、０でない位相を基準として基準位相、基準位相からπ／２ずれた位相、基準位相からπずれた位相および基準位相から３π／２ずれた位相において反射光をそれぞれ受光するようにしてもよい。また、受光信号を取得する位相のずれは、π／２に限定されるものではない。
【０１４０】
また、上記各実施形態においては、測距光を正弦波により変調しているが、三角波、パルス波等、一定の周期で変調するものであれば、どのように変調を行ってもよい。
【０１４１】
また、上記各実施形態においては、第１の距離画像Ｓ１および第２の距離画像Ｓ２を連続して取得するようにしてもよい。この場合、図６，１２，１６，１７，１９，２０に示す処理は、撮影停止の指示がなされるまで繰り返し行われる。これにより、第１の距離画像Ｓ１および第２の距離画像Ｓ２の少なくとも一方が、動画のようにモニタ３０に表示される。なお、この場合、複数の第１の距離画像Ｓ１および第２の距離画像Ｓ２が生成されるが、複数の第１の距離画像Ｓ１および複数の第２の距離画像Ｓ２が１つの距離画像ファイルとして、記録メディア２９に記録されることとなる。
【０１４２】
以上、本発明の実施形態に係る測距装置１，１Ａについて説明したが、コンピュータを、上記の撮像制御部１９、第１の距離画像生成部３１、第２の距離画像生成部３２および判定部３６に対応する手段として機能させ、図６，１２，１６，１７，１９，２０に示すような処理を行わせるプログラムも、本発明の実施形態の１つである。また、そのようなプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体も、本発明の実施形態の１つである。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】第１の実施形態による測距装置の構成を示す概略ブロック図
【図２】位相差の算出を説明するための図
【図３】第１の実施形態におけるＣＣＤからの受光信号の取得を説明するための図（その１）
【図４】第１の実施形態における測距光の変調周期と反射光の受光のタイミングを示す図
【図５】第１の実施形態における受光素子から電荷を読み出すための回路図
【図６】第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【図７】第１の実施形態におけるＣＣＤからの受光信号の取得を説明するための図（その２）
【図８】第２の実施形態における位相差の算出を説明するための図
【図９】第２の実施形態におけるＣＣＤからの受光信号の取得を説明するための図（その１）
【図１０】第２の実施形態における受光素子単位を説明するための図
【図１１】第２の実施形態における測距光の変調周期と反射光の受光のタイミングを示す図
【図１２】第２の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【図１３】第２の実施形態におけるＣＣＤからの受光信号の取得を説明するための図（その２）
【図１４】第３の実施形態における測距光の変調周期と反射光の受光のタイミングを示す図
【図１５】第４の実施形態による測距装置の構成を示す概略ブロック図
【図１６】第４の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【図１７】第５の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【図１８】第５の実施形態における撮影シーンおよび生成される第２の距離画像を示す図
【図１９】第６の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【図２０】第７の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【符号の説明】
【０１４４】
１，１Ａ 測距装置
２ 撮像部
３ 測距光照射部
１３ ＣＣＤ
１９ 撮像制御部
３１ 距離画像生成部
３２ 第２の距離画像生成部
３３ ＣＰＵ
３６ 判定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体の立体形状を表す距離画像を生成する測距装置および方法並びに測距方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光の反射を用いて被写体までの距離の測定（測距）を行うＴＯＦ（Time Of Flight）方式の測距方法を用いて、撮影装置から被写体までの距離を測定して、被写体の立体形状を表す距離画像を生成することが行われている。ＴＯＦ方式を用いた測距は、具体的には強度変調された測距光を被写体に向けて照射し、この変調周期における０，π／２，π，３π／２の４つの位相において反射光を受光して受光光量に応じた受光信号を得、受光信号に基づいて測距光と反射光との位相の遅れ（位相差）を、撮影装置に設けられた撮像素子の受光素子毎に検出して距離情報を算出し、この距離情報を各画素の画素値とする被写体の立体形状を表す距離画像を生成するものである。
【０００３】
また、上記変調周期における０，π／２，π，３π／２の４つの位相において受光信号を取得するための手法として、撮像素子の１つの受光素子において反射光を受光するタイミングを、変調周期における０，π／２，π，３π／２の４つの位相に順次切り替え、４回の撮像により１つの距離情報を算出する手法が提案されている（特許文献１参照）。この手法によれば撮像素子の受光素子数に対応する解像度を有する距離画像を生成することができる。
【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】
しかしながら、上記特許文献１に記載された手法は、高解像度の距離画像を生成できるものの、１つの距離画像を生成するのに４回の撮像が必要である。このため、１回の撮像により取得される画像を１フレームとすると、４フレームに１つの距離画像しか生成できないことから、距離画像のフレームレートが低い。したがって、表示された距離画像に含まれる被写体が動いている場合、その変化がぎこちないものとなる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、高いフレームレートにて距離画像を生成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による測距装置は、所定周期にて強度変調された測距光を被写体に照射する測距光照射手段と、
前記被写体による前記測距光の反射光を受光し、受光光量に応じた受光信号を出力する複数の受光素子が２次元状に配列された撮像素子を有する撮像手段と、
前記測距光の変調周期における互いに異なる複数の位相の数に対応する数の前記受光素子からなる受光素子単位を設定し、第１の基準変調周期において、該受光素子単位に含まれる該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のそれぞれの前記反射光を受光し、前記複数の位相の数に対応する数の前記第１の基準変調周期からなる第２の基準変調周期において、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えることにより、該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のすべての前記反射光を受光して、前記複数の位相のすべての受光信号を前記各受光素子において取得するよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する撮像制御手段と、
前記第１の基準変調周期において、前記受光素子単位毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第１の距離情報を算出し、該第１の距離情報を各画素の情報とする第１の距離画像を生成する第１の距離画像生成手段と、
前記第２の基準変調周期において、前記受光素子毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第２の距離情報を算出し、該第２の距離情報を各画素の情報とする第２の距離画像を生成する第２の距離画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
「第１の基準変調周期」とは、受光素子単位に含まれる受光素子のそれぞれにおいて複数の位相のそれぞれの反射光を１回ずつ受光して、受光素子単位により複数の位相のすべての受光信号を１回取得することが可能な測距光の変調周期である。例えば、複数の位相が、測距光の変調周期における基準位相、基準位相からπ／２ずれた位相、基準位相からπずれた位相および基準位相から３π／２ずれた位相であり、測距光の変調の１周期においてこれら４つの位相の反射光を受光する場合には、第１の基準変調周期は測距光の変調の１周期に相当するものとなる。なお、距離情報の算出には、測距光の変調周期における複数の位相における受光信号が必要であるが、被写体までの距離、変調の周期および変調の波長は種々変更可能であることから、複数の位相の受光信号が必ずしも変調の１周期において取得されるわけではない。このため、第１の基準変調周期は、必ずしも測距光の変調の１周期とは一致しないものである。
【０００８】
「第２の基準変調周期」とは、受光素子単位に含まれる受光素子のそれぞれにおいて複数の位相の反射光をすべて受光して、１つの受光素子により複数の位相のすべての受光信号を取得することが可能な測距光の変調周期である。例えば、複数の位相が、測距光の変調周期における基準位相、基準位相からπ／２ずれた位相、基準位相からπずれた位相および基準位相から３π／２ずれた位相であり、測距光の変調の１周期においてこれら４つの位相の反射光を受光する場合には、１つの受光素子においては測距光の４周期分の反射光を受光するとすべての位相の受光信号が取得されることとなるため、第２の基準変調周期は測距光の変調の４周期、すなわち第１の基準変調周期×位相数となる。
【０００９】
なお、本発明による測距装置においては、前記撮像制御手段を、前記測距光の変調周期における基準位相、該基準位相からπ／２ずれた位相、該基準位相からπずれた位相および該基準位相から３π／２ずれた位相において前記反射光をそれぞれ受光し、前記受光素子が前記複数の位相のすべての前記反射光を受光するまで、該受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えるよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段としてもよい。
【００１０】
また、本発明による測距装置においては、前記撮像制御手段を、前記測距光の変調周期における基準位相と、該基準位相からπ／２ずれた位相、該基準位相からπずれた位相および該基準位相から３π／２ずれた位相のうちの２つの位相とにおいて、前記測距光の変調周期の少なくとも１／２の期間の前記反射光をそれぞれ受光し、前記受光素子が前記複数の位相のすべての前記反射光を受光するまで、該受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えるよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段としてもよい。
【００１１】
また、本発明による測距装置においては、前記撮像制御手段を、前記受光素子の受光のタイミングを変更することにより、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えるよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段としてもよい。
【００１２】
また、本発明による測距装置においては、前記撮像制御手段を、前記測距光の出射を開始する位相を変更することにより、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えるよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段としてもよい。
【００１３】
また、本発明による測距装置においては、前記第２の距離画像生成手段を、所定条件を満たす場合にのみ、前記第２の距離画像を生成する手段としてもよい。
【００１４】
また、本発明による測距装置においては、前記撮像制御手段を、前記所定条件を満たさない場合には、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相の切り替えを停止するよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段としてもよい。
【００１５】
また、本発明による測距装置においては、前記第２の距離画像生成手段を、前記第２の基準変調周期に生成される複数の前記第１の距離画像のうち、すべてまたはいずれかの前記第１の距離画像において、あらかじめ定められた所定距離範囲内に前記被写体が存在する場合にのみ、前記第２の距離画像を生成する手段としてもよい。
【００１６】
また、本発明による測距装置においては、前記第２の距離画像生成手段は、前記第２の基準変調周期に生成される複数の前記第１の距離画像のすべてにおいて、あらかじめ定められた所定距離範囲内にある前記第１の距離情報を算出した前記受光素子単位に含まれる前記受光素子についてのみ、前記第２の距離情報を算出して前記第２の距離画像を生成する手段としてもよい。
【００１７】
また、本発明による測距装置においては、前記第２の距離画像生成手段は、前記第２の基準変調周期に生成される複数の前記第１の距離画像のそれぞれにおいて、あらかじめ定められた所定距離範囲内にある前記第１の距離情報を算出した前記受光素子単位に含まれる前記受光素子についてのみ、前記第２の距離情報を算出して前記第２の距離画像を生成する手段としてもよい。
【００１８】
本発明による測距方法は、測距光照射手段により、所定周期にて強度変調された測距光を被写体に照射し、
受光光量に応じた受光信号を出力する複数の受光素子が２次元状に配列された撮像素子を有する撮像手段により、前記被写体による前記測距光の反射光を受光し、
前記測距光の変調周期における互いに異なる複数の位相の数に対応する数の前記受光素子からなる受光素子単位を設定し、第１の基準変調周期において、該受光素子単位に含まれる該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のそれぞれの前記反射光を受光し、前記複数の位相の数に対応する数の前記第１の基準変調周期からなる第２の基準変調周期において、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えることにより、該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のすべての前記反射光を受光して、前記複数の位相のすべての受光信号を前記各受光素子において取得するよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御し、
前記第１の基準変調周期において、前記受光素子単位毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第１の距離情報を算出し、
該第１の距離情報を各画素の情報とする第１の距離画像を生成し、
前記第２の基準変調周期において、前記受光素子毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第２の距離情報を算出し、
該第２の距離情報を各画素の情報とする第２の距離画像を生成することを特徴とするものである。
【００１９】
なお、本発明による測距方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１の基準変調周期において、受光素子単位に含まれる受光素子のそれぞれにより複数の位相のそれぞれの反射光が受光され、受光素子単位毎に取得される複数の位相の受光信号に基づいて、被写体までの距離を表す第１の距離情報が算出され、第１の距離情報を各画素の情報とする第１の距離画像が生成される。
【００２１】
一方、第２の基準変調周期において、受光素子単位に含まれる受光素子のそれぞれにより複数の位相のすべての反射光が受光され、受光素子毎に取得される複数の位相の受光信号に基づいて、被写体までの距離を表す第２の距離情報が算出され、第２の距離情報を各画素の情報とする第２の距離画像が生成される。
【００２２】
ここで、第２の距離画像を生成するためには、第２の基準変調周期において複数の位相に対応する受光信号を取得する必要があるが、第１の距離画像を生成するためには、（第２の基準変調周期）／（複数の位相の数）という、第２の基準変調周期よりも短い第１の基準変調周期においてのみ、複数の位相に対応する受光信号を取得すればよいこととなる。このため、第１の距離画像については、第２の距離画像よりもフレームレートを高くすることができる。また、第２の距離画像はフレームレートが低いものの、第１の距離画像よりも高解像度となっている。したがって、本発明によれば、高解像度の距離画像を生成しつつも、距離画像のフレームレートの低下を防止することができる。したがって、距離画像を連続して生成する場合、第１の距離画像を表示すれば、被写体が動いていてもその動きを滑らかに再生することができる。
【００２３】
また、所定条件を満たす場合にのみ第２の距離画像を生成することにより、不要な場合に第２の距離画像を生成しなくてもよくなるため、無駄な処理を防止できる。
【００２４】
とくに、所定条件を満たさない場合には、受光素子のそれぞれにより受光される反射光の位相の切り替えを停止することにより、測距光照射手段および撮像手段の無駄な駆動を防止することができる。
【００２５】
また、第２の基準変調周期に生成される複数の第１の距離画像のすべてにおいて、あらかじめ定められた所定距離範囲内にある第１の距離情報を算出した受光素子についてのみ、第２の距離情報を算出して第２の距離画像を生成することにより、必要な部分のみ第２の距離情報を算出すればよいため、第２の距離画像の容量を少なくすることができる。また、第１の距離画像の生成時に、第１の距離情報の算出を誤ってしまった受光素子においては、第２の距離情報は算出されないため、誤測距による高解像の距離画像の無駄な生成を防止することができる。
【００２６】
また、第２の基準変調周期に生成される複数の第１の距離画像のそれぞれにおいて、あらかじめ定められた所定距離範囲内にある第１の距離情報を算出した受光素子についてのみ、第２の距離情報を算出して第２の距離画像を生成することにより、必要な部分のみ第２の距離情報を算出すればよいため、第２の距離画像の容量を少なくすることができる。また、所定距離範囲内にある被写体についてもれなく高解像の距離画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態による測距装置の構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように第１の実施形態による測距装置１は撮像部２を備える。
【００２８】
撮像部２は、レンズ１０、絞り１１、シャッタ１２、ＣＣＤ１３、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）１４およびＡ／Ｄ変換部１５を備える。
【００２９】
レンズ１０は、被写体にピントを合わせるためのフォーカスレンズ、ズーム機能を実現するためのズームレンズ等の複数の機能別レンズにより構成され、不図示のレンズ駆動部によりその位置が調整される。
【００３０】
絞り１１は、不図示の絞り駆動部により、ＡＥ処理により得られる絞り値データに基づいて絞り径の調整が行われる。
【００３１】
シャッタ１２はメカニカルシャッタであり、不図示のシャッタ駆動部により、ＡＥ処理により得られるシャッタスピードに応じて駆動される。
【００３２】
ＣＣＤ１３は、多数の受光素子を２次元的に配列した光電面を有する撮像素子であり、被写体光がこの光電面に結像して光電変換されてアナログ撮像信号である受光信号が取得される。
【００３３】
ＡＦＥ１４は、ＣＣＤ１３から出力される受光信号に対して、受光信号のノイズを除去する処理、および受光信号のゲインを調節する処理（以下アナログ処理とする）を施す。
【００３４】
Ａ／Ｄ変換部１５は、ＡＦＥ１４によりアナログ処理が施された受光信号をデジタル信号に変換する。
【００３５】
また、撮像部２は、被写体に向けて赤外光からなる測距光を照射するための測距光照射部３を備える。測距光照射部３は複数のＬＥＤが２次元状に配設された面光源からなる。測距光照射部３が発光する測距光は、変調部１８により所定の周期により強度変調される。また、撮像部２は、ＣＣＤ１３、ＡＦＥ１４および変調部１８の駆動を制御するための撮像制御部１９を備える。具体的には、撮像制御部１９は、ＣＰＵ３３からの指示により、変調部１８に変調の指示を行って測距光照射部３を変調発光させ、これとタイミングを合わせて被写体による測距光の反射光を受光し、受光した光の光量に応じた受光信号を出力するよう撮像部２の各部を制御する。なお、ＣＣＤ１３の各受光素子からの受光信号の取得の制御については後述する。
【００３６】
また、測距装置１は、撮影条件設定部２２、画像処理部２３、圧縮／伸長処理部２４、フレームメモリ２５、メディア制御部２６、内部メモリ２７、および表示制御部２８を備える。
【００３７】
撮影条件設定部２２は、ＡＦ処理部およびＡＥ処理部からなる。ＡＦ処理部は入力部３４からの指示により撮像部２が取得した画像（プレ画像）に基づいてレンズ１０の焦点距離を決定し、撮像部２に出力する。ＡＥ処理部は、プレ画像に基づいて絞り値とシャッタ速度とを決定し、撮像部２に出力する。
【００３８】
画像処理部２３は、後述するように生成された距離画像の画像データに対して、ホワイトバランスを調整する処理、階調補正、シャープネス補正等の画像処理を施す。
【００３９】
圧縮／伸長処理部２４は、画像処理部２３によって画像処理が施された距離画像の画像データに対して、例えば、ＪＰＥＧ等の圧縮形式で圧縮処理を行い、画像ファイルを生成する。この画像ファイルには、Ｅｘｉｆフォーマット等に基づいて、撮影日時等の付帯情報が格納されたタグが付加される。
【００４０】
フレームメモリ２５は、撮像部２が取得した受光信号に対して、前述の画像処理を含む各種処理を行う際に使用する作業用メモリである。
【００４１】
メディア制御部２６は、記録メディア２９にアクセスして距離画像の画像ファイルの書き込みと読み込みの制御を行う。
【００４２】
内部メモリ２７は、測距装置１において設定される各種定数、およびＣＰＵ３３が実行するプログラム等を記憶する。
【００４３】
表示制御部２８は、フレームメモリ２５に格納された画像データをモニタ３０に表示させたり、記録メディア２９に記録されている画像をモニタ３０に表示させたりするためのものである。
【００４４】
また、測距装置１は、第１の距離画像生成部３１、第２の距離画像生成部３２およびＣＰＵ３３を備える。
【００４５】
第１の距離画像生成部３１は、撮像部２が取得した受光信号を用いて被写体上の各点の測距装置１からの第１の距離情報Ｄ１を、ＣＣＤ１３上における所定数の受光素子からなる受光素子単位毎に算出し、第１の距離情報Ｄ１を各画素とする第１の距離画像Ｓ１を生成する。一方、第２の距離画像生成部３２は、ＣＣＤ１３上における各受光素子毎に第２の距離情報Ｄ２を算出し、第２の距離情報Ｄ２を各画素とする第２の距離画像Ｓ２を生成する。以下、距離情報Ｄ１，Ｄ２の算出について説明する。
【００４６】
第１および第２の距離画像生成部３１，３２は、強度変調された測距光が出射されてから被写体により反射された反射光を受光するまでの時間（すなわち光の飛行時間）により距離情報Ｄ１，Ｄ２を算出する。
【００４７】
図２は距離情報を算出するための位相差の算出を説明するための図である。図２に示すように、測距光照射部３から出射される測距光の強度が曲線Ｋ１に示すように正弦波状に変化し、ＣＣＤ１３のある受光素子により受光した反射光の受光光量が曲線Ｋ２のように変化するとすれば、位相差ψは測距光の飛行時間に相当するため、位相差ψを求めることにより被写体までの距離を求めることができる。
【００４８】
位相差ψは、測距光の複数のタイミングで求めた反射光の受光光量を用いて計算することができる。ここで、測距光における０、π／２、π、３π／２の位相で求めた反射光の受光光量がそれぞれα、β、γ、δであるとする。なお、受光は図２に示すようにパルス状に行われ、図２においてはパルスに対応する受光光量α、β、γ、δを斜線で示している。なお、受光光量α、β、γ、δを求める間に、位相差ψが変化せず、かつ被写体の反射率にも変化がないものとし、時刻ｔにおいてＣＣＤ１３の各受光素子で受光される光の強度がＡ・ｓｉｎ（ωｔ＋φ）＋Ｂで表されるものとする。ここで、Ａは振幅、Ｂは外光成分、ωは角振動数、δは位相である。これにより、受光素子で受光する受光光量α、β、γ、δは、次のように表すことができる。なお、受光光量は測距光における０、π／２、π、３π／２の位相において各受光素子から出力される受光信号に相当する。
【００４９】
α＝Ａ・ｓｉｎ（φ）＋Ｂ
β＝Ａ・ｓｉｎ（π／２＋φ）＋Ｂ
γ＝Ａ・ｓｉｎ（π＋φ）＋Ｂ
δ＝Ａ・ｓｉｎ（３π／２＋φ）＋Ｂ
ここで、φ＝−ψであるから、α＝−Ａ・ｓｉｎ（ψ）＋Ｂ、β＝Ａ・ｃｏｓ（ψ）＋Ｂ、γ＝Ａ・ｓｉｎ（ψ）＋Ｂ、δ＝−Ａ・ｃｏｓ（ψ）＋Ｂであるため、各受光光量α、β、γ、δと位相差ψとの関係は、次式のようになる。
【００５０】
ψ＝ｔａｎ-1｛（γ−α）／（β−δ）｝ （１）
したがって、各受光素子と被写体との距離Ｄは、
Ｄ＝ｃ・ψ／（４πＦ） （２）
により算出することができる。なお、Ｆは周波数（＝ω／２π）である。
【００５１】
なお、距離情報Ｄ１，Ｄ２の算出には、上述した４つの受光光量すなわち４つの受光信号α、β、γ、δをＣＣＤ１３から取得することが必要であるが、第１の実施形態においては、ＣＣＤ１３上における２×２の範囲にある４つの受光素子を１つの単位として、この受光素子単位において受光信号α、β、γ、δを取得し、１つの受光素子単位毎に１つの距離情報Ｄ１を算出する。また、受光素子単位の４つの受光素子毎に１つの距離情報Ｄ２を算出する。
【００５２】
次いで、距離情報Ｄ１，Ｄ２の算出に必要な受光信号の取得について説明する。図３は第１の実施形態におけるＣＣＤ１３からの受光信号の取得を説明するための図である。なお、図３はＣＣＤ１３の光電面を示し、ここでは受光素子が６×６に並んでいるものとする。また、図３においては説明のため左上隅にある２×２の範囲にある４つの受光素子からなる受光素子単位Ｒ１、および右から２列目の最上段にある受光素子Ｒ２における受光信号α、β、γ、δの取得について説明する。なお、以降の説明のため、１つの受光素子単位Ｒ１に含まれる受光素子について、図３（ａ）に示すようにＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の参照符号を付与するものとする。また、図示はしないが受光素子Ｒ２はＣＣＤ１３の右上隅にある受光素子単位に含まれ、受光素子単位Ｒ１における受光素子Ｐ１に対応するものとなる。
【００５３】
図４は第１の実施形態における測距光の変調周期と反射光の受光のタイミングを示す図である。なお、図４においては、反射光の受光のタイミングに、そのタイミングにおいて取得される受光信号の参照符号を付与している。第１の実施形態においては、測距光の変調の１周期において０、π／２、π、３π／２の位相の受光信号α、β、γ、δを取得するものであり、１つの受光素子において４つの受光信号α、β、γ、δを取得するためには、変調周期として４周期分の測距光を被写体に照射する必要がある。このため、図４に示すように、まず測距光の１周期目において、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれについて０、π／２、π、３π／２の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、図３（ａ）に示すように受光信号α、β、γ、δをそれぞれ取得する。なお、この際に取得される受光信号は測距光の１周期目のものであることから、受光信号α１、β１、γ１、δ１と称する。
【００５４】
次いで、測距光の２周期目において、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれについてπ／２、０、３π／２、πの位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、図３（ｂ）に示すように受光信号β、α、δ、γをそれぞれ取得する。なお、この際に取得される受光信号は測距光の２周期目のものであることから、受光信号α２、β２、γ２、δ２と称する。
【００５５】
次いで、測距光の３周期目において、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれについてπ、３π／２、０、π／２の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、図３（ｃ）に示すように受光信号γ、δ、α、βをそれぞれ取得する。なお、この際に取得される受光信号は測距光の３周期目のものであることから、受光信号α３、β３、γ３、δ３と称する。
【００５６】
そして、測距光の４周期目において、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれについて３π／２、π、π／２、０の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、図３（ｄ）に示すように受光信号δ、γ、β、αをそれぞれ取得する。なお、この際に取得される受光信号は測距光の４周期目のものであることから、受光信号α４、β４、γ４、δ４と称する。
【００５７】
これにより、受光素子単位Ｒ１においては、測距光の１つの変調周期において４つの受光信号α、β、γ、δが取得される。また、受光素子Ｒ２においては測距光の４つの変調周期において４つの受光信号α、β、γ、δが取得される。
【００５８】
図５は第１の実施形態におけるＣＣＤ１３の受光素子から受光信号に相当する電荷を読み出すための回路図である。図５に示すようにＣＣＤ１３は、受光素子のそれぞれに対応する光電変換部３９と、電荷蓄積部４０と、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ８とを備える。なお、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は一方がオンの時に他方がオフとされるスイッチである。また、スイッチＳＷ３，ＳＷ４は一方がオンの時に他方がオフとされるスイッチである。また、スイッチＳＷ５，ＳＷ６は一方がオンの時に他方がオフとされるスイッチである。また、スイッチＳＷ７，ＳＷ８は一方がオンの時に他方がオフとされるスイッチである。そして、反射光の受光時には、測距光の０、π／２、π、３π／２の位相において複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ８のオン／オフを切り替えて、各光電変換部３９の電荷を電荷蓄積部４０に蓄積する。
【００５９】
具体的には、変調の１周期目においては、位相０のタイミングにおいて、スイッチＳＷ３をオン、スイッチＳＷ２，ＳＷ６，ＳＷ８をオンとする。なお、この際スイッチＳＷ４はオフとされる。これにより、受光信号αを得るための電荷のみが電荷蓄積部４０に蓄積される。また、位相π／２のタイミングにおいては、スイッチＳＷ５をオン、スイッチＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ８をオンとする。なお、この際スイッチＳＷ６はオフとされる。これにより、受光信号βを得る電荷のみが電荷蓄積部４０に蓄積される。また、位相πのタイミングにおいては、スイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ８をオンとする。なお、この際スイッチＳＷ２はオフとされる。これにより、受光信号γを得る電荷のみが電荷蓄積部４０に蓄積される。そして、位相３π／２のタイミングにおいては、スイッチＳＷ７をオン、スイッチＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６をオンとする。なお、この際スイッチＳＷ８はオフとされる。これにより、受光信号δを得る電荷のみが電荷蓄積部４０に蓄積される。以上より、変調の１周期目においてはＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７をオンとする順序は、ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ１，ＳＷ７となる。
【００６０】
一方、変調の２周期目においては、スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７をオンとする順序は、ＳＷ５，ＳＷ３，ＳＷ７，ＳＷ１となる。変調の３周期目においてはスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７をオンとする順序は、ＳＷ１，ＳＷ７，ＳＷ３，ＳＷ５となる。そして、変調の４周期目においてはスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７をオンとする順序は、ＳＷ７，ＳＷ１，ＳＷ５，ＳＷ３となる。
【００６１】
このように、オンとするスイッチの順序を、測距光の変調の位相に応じて切り替えることにより、測距光の変調の各周期における０、π／２、π、３π／２の位相において、受光素子単位Ｒ１毎に４つの受光信号α、β、γ、δを取得することができる。そして、測距光の４つの周期において、オンとするスイッチのタイミングを測距光の変調の位相に応じて切り替えることにより、受光素子Ｒ２毎に４つの受光信号α、β、γ、δを取得することができる。
【００６２】
そして、第１の距離画像生成部３１は、上述したように受光素子単位毎に取得した４つの受光信号α、β、γ、δに基づいて第１の距離情報Ｄ１を算出し、第１の距離情報Ｄ１を各画素の画素値とする第１の距離画像Ｓ１を生成する。なお、第１の距離画像Ｓ１の画素数は、ＣＣＤ１３の受光素子数の１／４となる。また、測距光の変調の１周期毎に１つの第１の距離画像Ｓ１が生成される。
【００６３】
また第２の距離画像生成部３２は、上述したように受光素子毎に測距光の変調の４周期において取得した４つの受光信号α、β、γ、δに基づいて第２の距離情報Ｄ２を算出し、第２の距離情報Ｄ２を各画素の画素値とする第２の距離画像Ｓ２を生成する。なお、第２の距離画像Ｓ２の画素数は、ＣＣＤ１３の受光素子数と同一となる。したがって、フレームレートは第１の距離画像Ｓ１の方が高いが、解像度は第２の距離画像Ｓ２の方が高くなる。
【００６４】
ＣＰＵ３３は、入力部３４からの信号に応じて測距装置１の各部を制御する。
【００６５】
データバス３５は、測距装置１を構成する各部およびＣＰＵ３３に接続されており、測距装置１における各種データおよび各種情報のやり取りを行う。
【００６６】
次いで、第１の実施形態において行われる処理について説明する。図６は第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、撮影条件設定部２２におけるＡＦ処理およびＡＥ処理はすでに行われているものとし、ここでは撮像の指示が行われた以降の処理について説明する。また、第１および第２の距離画像Ｓ１，Ｓ２の表示および記録の指示は、入力部３４からあらかじめ行われているものとする。
【００６７】
撮影指示が行われることによりＣＰＵ３３が処理を開始し、撮像部２がＣＰＵ３３からの指示により測距光照射部３から強度変調された測距光を被写体に向けて照射し（ステップＳＴ１）、さらに測距光の被写体による反射光を撮像して、４つの受光素子からなる受光素子単位にて受光信号α、β、γ、δを取得する（ステップＳＴ２）。次いで、第１の距離画像生成部３１が、受光素子単位毎に第１の距離情報Ｄ１を算出し（ステップＳＴ３）、第１の距離情報Ｄ０を各画素の画素値とする第１の距離画像Ｓ１を生成する（ステップＳＴ４）。
【００６８】
続いて、ＣＰＵ３３は、第１の距離画像Ｓ１を表示する指示がなされているか否かを判定し（ステップＳＴ５）、ステップＳＴ５が肯定されると、表示制御部２８が第１の距離画像Ｓ１をモニタ３０に表示する（ステップＳＴ６）。次いでＣＰＵ３３は、第１の距離画像Ｓ１の画像データを記録する指示がなされているか否かを判定し（ステップＳＴ７）、ステップＳＴ７が肯定されると、メディア制御部２６が第１の距離画像Ｓ１の画像データを記録メディア２９に記録する（ステップＳＴ８）。なお、ステップＳＴ５が否定された場合もステップＳＴ８の処理を行う。ステップＳＴ７が否定されるとステップＳＴ９の処理に進む。
【００６９】
次いで、ＣＰＵ３３は１つの受光素子が４つの受光信号α、β、γ、δを取得したか否かを判定し（ステップＳＴ９）、ステップＳＴ９が否定されると、撮像制御部１９がＣＣＤ１３の受光素子における受光のタイミングを変更し（ステップＳＴ１０）、ステップＳＴ２に戻ってステップＳＴ２以降の処理を繰り返す。
【００７０】
ステップＳＴ９が肯定されると、第２の距離画像生成部３２が、受光素子毎に第２の距離情報Ｄ２を算出し（ステップＳＴ１１）、第２の距離情報Ｄ２を各画素の画素値とする第２の距離画像Ｓ２を生成する（ステップＳＴ１２）。
【００７１】
続いて、ＣＰＵ３３は、第２の距離画像Ｓ２を表示する指示がなされているか否かを判定し（ステップＳＴ１３）、ステップＳＴ１３が肯定されると、表示制御部２８が第２の距離画像Ｓ２をモニタ３０に表示する（ステップＳＴ１４）。次いでＣＰＵ３３は、第２の距離画像Ｓ２の画像データを記録する指示がなされているか否かを判定し（ステップＳＴ１５）、ステップＳＴ１５が肯定されると、メディア制御部２６が第２の距離画像Ｓ２の画像データを記録メディア２９に記録し（ステップＳＴ１６）、処理を終了する。なお、ステップＳＴ１５が否定された場合も処理を終了する。また、ステップＳＴ１３が否定された場合はステップＳＴ１６の処理を行う。
【００７２】
このように、第１の実施形態においては、４つの受光素子からなる受光素子単位毎に第１の距離画像Ｓ１を生成し、受光素子毎に第２の距離画像Ｓ２を生成するようにしたものである。ここで、第１の距離画像Ｓ１は測距光の変調の１周期毎に生成されるため、第１の距離画像Ｓ１については、フレームレートを高くすることができる。また、第２の距離画像Ｓ２はフレームレートが低いものの、第１の距離画像Ｓ１よりも高解像度となっている。したがって、第１の実施形態によれば、高解像度の距離画像を生成しつつも、距離画像のフレームレートの低下を防止することができる。
【００７３】
なお、上記第１の実施形態においては、ＣＣＤ１３上における２×２の範囲にある４つの受光素子を１つの受光素子単位としているが、図７に示すように、ＣＣＤ１３上における縦横１×４の範囲にある４つの受光素子を１つの受光素子単位としてもよい。この場合、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順序にて受光素子における反射光の受光のタイミングを切り替えることとなる。
【００７４】
ここで、図７に示すように受光素子単位を設定することにより、第１の距離画像Ｓ１は縦方向と横方向とで解像度が異なるものとなるが、高解像度の第２の距離画像Ｓ２を生成することができる。また、ＣＣＤ１３の横方向に並ぶ受光素子が受光する反射光の位相を同一とすることができるため、ＣＣＤ１３の横方向に並ぶ受光素子の列から同時に受光信号を読み出すようにすればよいこととなる。したがって、既存のＣＣＤを用いることができ、その結果、測距装置の製造コストを低減することができる。
【００７５】
次いで、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態による測距装置の構成は、第１の実施形態による測距装置１の構成と同一であり、行われる処理のみが異なるため、ここでは構成についての詳細な説明は省略する。第１の実施形態においては、測距光の変調周期における０、π／２、π、３π／２の４つの位相において４つの受光信号をα、β、γ、δ取得しているが、第２の実施形態においては、測距光の変調周期における０の位相、およびπ／２、π、３π／２の位相のうちの２つの位相の、合計３つの位相において３つの受光信号を取得して距離情報を算出するようにした点が第１の実施形態と異なる。
【００７６】
図８は第２の実施形態における位相差の算出を説明するための図である。図８に示すように、測距光照射部３から出射される測距光の強度が曲線Ｋ１に示すように正弦波状に変化し、ＣＣＤ１３の各受光素子により受光した反射光の受光光量が曲線Ｋ２のように変化するとする。第２の実施形態においては、測距光の変調周期における０、π／２、πの３つの位相において、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、変調周期の半分の期間反射光を受光するように受光素子の受光タイミングを制御する。なお、これにより取得される受光光量をＸ，Ｙ，Ｚとし、図８（ａ）〜（ｃ）において斜線で示す。
【００７７】
なお、受光光量Ｘは、測距光の変調周期の０〜πの期間の受光信号に、受光光量Ｙはπ／２〜３π／２の期間の受光信号に、受光光量Ｚはπ〜２πの期間の受光信号にそれぞれ対応するため、受光信号についても参照符号としてＸ，Ｙ，Ｚを用いる。
【００７８】
また、曲線Ｋ１における０〜π／２、π／２〜π、π〜３π／２、３π／２〜２πの位相において求めた曲線Ｋ２の受光光量は、上記第１の実施形態における受光光量α、β、γ、δに相当する。したがって、Ｘ＝α＋β、Ｙ＝β＋γ、Ｚ＝γ＋δとなるため、下記の関係が成立する。
【００７９】
Ｙ−Ｘ＝γ−α
Ｙ−Ｚ＝β−δ
ここで位相差ψは上記式（１）により算出することができるため、上記関係を式（１）に代入すると、
ψ＝ｔａｎ-1｛（Ｙ−Ｘ）／（Ｙ−Ｚ）｝ （３）
となる。したがって、３つの位相において取得した受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚからも、式（３）により位相差ψを算出し、式（２）により各受光素子と被写体との距離を算出することができる。
【００８０】
図９は第２の実施形態におけるＣＣＤ１３からの受光信号の取得を説明するための図である。なお、図９においては説明のため左上隅にある３つの受光素子からなる受光素子単位Ｒ３、および右から２列目の最上段にある受光素子Ｒ４における受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚの取得について説明する。なお、受光素子単位Ｒ３はＣＣＤ１３上に図１０に示すように分布することとなる。なお、以降の説明のため、１つの受光素子単位Ｒ３に含まれる受光素子について、図９に示すようにＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３の参照符号を付与するものとする。また、図示はしないが受光素子Ｒ４はＣＣＤ１３の右上隅にある受光素子単位に含まれ、受光素子単位Ｒ３における受光素子Ｐ１１に対応するものとなる。
【００８１】
図１１は測距光の変調周期と反射光の受光のタイミングを示す図である。なお、図１１においては、反射光の受光のタイミングに、そのタイミングにおいて取得される受光信号の参照符号を付与している。第２の実施形態においては、測距光の１の変調周期において０、π／２、πの位相の受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚを取得するものであり、１つの受光素子Ｒ４において３つの受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚを取得するためには、３周期分の測距光を被写体に照射する必要がある。図１１に示すように、まず測距光の１周期目において、受光素子Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３のそれぞれについて０、π／２、πの位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３は、図９（ａ）に示すように受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚをそれぞれ取得する。なお、この際に取得される受光信号は測距光の１周期目のものであることから、受光信号Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１と称する。
【００８２】
次いで、測距光の２周期目において、受光素子Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３のそれぞれについてπ／２、π、０の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３は、図９（ｂ）に示すように受光信号Ｙ，Ｚ，Ｘをそれぞれ取得する。なお、この際に取得される受光信号は測距光の２周期目のものであることから、受光信号Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２と称する。
【００８３】
次いで、測距光の３周期目において、受光素子Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３のそれぞれについてπ、０、π／２の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３は、図９（ｃ）に示すように受光信号Ｚ，Ｘ，Ｙをそれぞれ取得する。なお、この際に取得される受光信号は測距光の３周期目のものであることから、受光信号Ｚ３，Ｘ３，Ｙ３と称する。
【００８４】
これにより、受光素子単位Ｒ３においては、測距光の１つの変調周期において３つの受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚが取得される。また、受光素子Ｒ４においては測距光の３つの変調周期において３つの受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚが取得される。
【００８５】
そして、第２の実施形態において、第１の距離画像生成部３１は、上述したように受光素子単位毎に取得した３つの受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚに基づいて第１の距離情報Ｄ１を算出し、第１の距離情報Ｄ１を各画素の画素値とする第１の距離画像Ｓ１を生成する。なお、第１の距離画像Ｓ１の画素数は、ＣＣＤ１３の受光素子数の１／３となる。また、測距光の変調の１周期毎に１つの第１の距離画像Ｓ１が生成される。
【００８６】
また第２の距離画像生成部３２は、上述したように受光素子毎に測距光の変調の３周期において取得した３つの受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚに基づいて第２の距離情報Ｄ２を算出し、第２の距離情報Ｄ２を各画素の画素値とする第２の距離画像Ｓ２を生成する。なお、第２の距離画像Ｓ２の画素数は、ＣＣＤ１３の受光素子数と同一となる。したがって、フレームレートは第１の距離画像Ｓ１の方が高いが、解像度は第２の距離画像Ｓ２の方が高くなる。
【００８７】
次いで、第２の実施形態において行われる処理について説明する。図１２は第２の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、撮影条件設定部２２におけるＡＦ処理およびＡＥ処理はすでに行われているものとし、ここでは撮像の指示が行われた以降の処理について説明する。また、第１および第２の距離画像Ｓ１，Ｓ２の表示および記録の指示は、入力部３４からあらかじめ行われているものとする。
【００８８】
撮影指示が行われることによりＣＰＵ３３が処理を開始し、撮像部２がＣＰＵ３３からの指示により測距光照射部３から強度変調された測距光を被写体に向けて照射し（ステップＳＴ２１）、さらに測距光の被写体による反射光を撮像して、３つの受光素子からなる受光素子単位にて受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚを取得する（ステップＳＴ２２）。次いで、第１の距離画像生成部３１が、受光素子単位毎に第１の距離情報Ｄ１を算出し（ステップＳＴ２３）、第１の距離情報Ｄ０を各画素の画素値とする第１の距離画像Ｓ１を生成する（ステップＳＴ２４）。
【００８９】
続いて、ＣＰＵ３３は、第１の距離画像Ｓ１を表示する指示がなされているか否かを判定し（ステップＳＴ２５）、ステップＳＴ２５が肯定されると、表示制御部２８が第１の距離画像Ｓ１をモニタ３０に表示する（ステップＳＴ２６）。次いでＣＰＵ３３は、第１の距離画像Ｓ１の画像データを記録する指示がなされているか否かを判定し（ステップＳＴ２７）、ステップＳＴ２７が肯定されると、メディア制御部２６が第１の距離画像Ｓ１の画像データを記録メディア２９に記録する（ステップＳＴ２８）。なお、ステップＳＴ２５が否定された場合もステップＳＴ２８の処理を行う。ステップＳＴ２７が否定されるとステップＳＴ２９の処理に進む。
【００９０】
次いで、ＣＰＵ３３は１つの受光素子が３つの受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚを取得したか否かを判定し（ステップＳＴ２９）、ステップＳＴ２９が否定されると、撮像制御部１９がＣＣＤ１３の受光素子における受光のタイミングを変更し（ステップＳＴ３０）、ステップＳＴ２２に戻ってステップＳＴ２２以降の処理を繰り返す。
【００９１】
ステップＳＴ２９が肯定されると、第２の距離画像生成部３２が、受光素子毎に第２の距離情報Ｄ２を算出し（ステップＳＴ３１）、第２の距離情報Ｄ２を各画素の画素値とする第２の距離画像Ｓ２を生成する（ステップＳＴ３２）。
【００９２】
続いて、ＣＰＵ３３は、第２の距離画像Ｓ２を表示する指示がなされているか否かを判定し（ステップＳＴ３３）、ステップＳＴ３３が肯定されると、表示制御部２８が第２の距離画像Ｓ２をモニタ３０に表示する（ステップＳＴ３４）。次いでＣＰＵ３３は、第２の距離画像Ｓ２の画像データを記録する指示がなされているか否かを判定し（ステップＳＴ３５）、ステップＳＴ３５が肯定されると、メディア制御部２６が第２の距離画像Ｓ２の画像データを記録メディア２９に記録し（ステップＳＴ３６）、処理を終了する。なお、ステップＳＴ３５が否定された場合も処理を終了する。また、ステップＳＴ３３が否定された場合はステップＳＴ３６の処理を行う。
【００９３】
このように、第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、フレームレートの高い第１の距離画像Ｓ１、および解像度の高い第２の距離画像を生成することができる。
【００９４】
なお、上記第２の実施形態においては、図１０に示すようにＣＣＤ１３上における３つの受光素子を１つの受光素子単位としているが、図１３に示すように、ＣＣＤ１３上における縦横１×３の範囲にある３つの受光素子を１つの受光素子単位としてもよい。この場合、図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順序にて受光素子における反射光の受光のタイミングを切り替えることとなる。
【００９５】
ここで、図１３に示すように受光素子単位を設定することにより、第１の距離画像Ｓ１は縦方向と横方向とで解像度が異なるものとなるものの、高解像度の第２の距離画像Ｓ２を生成することができる。また、ＣＣＤ１３の横方向に並ぶ受光素子が受光する反射光の位相を同一とすることができるため、ＣＣＤ１３の横方向に並ぶ受光素子の列から同時に受光信号を読み出すようにすればよいこととなる。したがって、既存のＣＣＤを用いることができ、その結果、測距装置の製造コストを低減することができる。
【００９６】
なお、上記第１および第２の実施形態においては、ＣＣＤ１３の受光素子による反射光の受光のタイミングを制御することにより、受光信号α、β、γ、δおよび受光信号Ｘ，Ｙ，Ｚを取得しているが、測距光の出射開始位相を変更することにより、受光素子の受光タイミングを変更することなく、受光信号α、β、γ、δを取得することができる。以下、これを第３の実施形態として説明する。なお、測距光の出射開始の変更は、撮像制御部１９が行う。
【００９７】
図１４は第３の実施形態における測距光の変調周期と反射光の受光のタイミングを示す図である。なお、ここでは第１の実施形態における測距光を出射する位相を変更する処理について説明するが、第２の実施形態に対しても同様に適用できるものである。
【００９８】
第３の実施形態においては、測距光の１の変調周期において０、π／２、π、３π／２の位相の受光信号α、β、γ、δを取得するものであり、１つの受光素子Ｒ２において４つの受光信号α、β、γ、δを取得するためには、４周期分の測距光を被写体に照射する必要がある。このため、図１４に示すように、まず測距光の１周期目においては、位相０にて測距光の出射を開始し、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれについて０、π／２、π、３π／２の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、受光信号α、β、γ、δをそれぞれ取得する。
【００９９】
次いで、測距光の２周期目においては、位相をπ／２ずらして測距光の出射を開始し、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれについて、１周期目と同一のタイミングにてπ／２、π、３π／２、０の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、受光信号β、γ、δ、αをそれぞれ取得する。なお、この場合は、受光素子Ｐ２，Ｐ４が取得する受光信号は図３と逆となる。
【０１００】
次いで、測距光の３周期目においては、位相をπずらして測距光の出射を開始し、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれについて、１周期目と同一のタイミングにてπ／２、π、３π／２、０の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、受光信号γ、δ、α、βをそれぞれ取得する。
【０１０１】
そして、測距光の４周期目においては、位相を３π／２ずらして測距光の出射を開始し、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれについて、１周期目と同一のタイミングにてπ／２、π、３π／２、０の位相において反射光を受光する。これにより、受光素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、受光信号δ、α、β、γをそれぞれ取得する。なお、この場合は、受光素子Ｐ２，Ｐ４が取得する受光信号は図３と逆となる。
【０１０２】
これにより、受光素子の受光のタイミングを変更する場合と同様に、受光素子単位Ｒ１においては、測距光の１つの変調周期において４つの受光信号α、β、γ、δが取得される。また、受光素子Ｒ２においては測距光の４つの変調周期において４つの受光信号α、β、γ、δが取得される。また、測距光の発光の位相を変更することにより、受光素子の受光のタイミングを変更する場合と比較して、受光タイミングの変更に起因するノイズの影響を低減できるため、より高画質の距離画像を生成することができる。
【０１０３】
次いで、本発明の第４の実施形態について説明する。図１５は本発明の第４の実施形態による測距装置の構成を示す概略ブロック図である。なお、第４の実施形態において第１の実施形態と同一の構成については同一の参照番号を付与し、詳細な説明は省略する。第４の実施形態による測距装置１Ａは、第１の距離画像生成部３１が生成した距離画像Ｓ１において、あらかじめ定められた所定距離範囲内に被写体が存在するか否かを判定する判定部３６を備え、判定部３６による判定が肯定された場合にのみ、第２の距離画像生成部３２が第２の距離画像Ｓ２を生成するようにした点が第１および第２の実施形態と異なる。なお、所定距離範囲はあらかじめ入力部３４から入力されて内部メモリ２７に記憶されている。
【０１０４】
ここで、判定部３６は、距離画像Ｓ２の最大値および最小値（すなわち距離情報Ｄ１の最大値および最小値）の差分値を算出し、算出した差分値が上記所定距離範囲内にあるか否かを判定することにより、所定距離範囲内に被写体が存在するか否かを判定する。
【０１０５】
次いで、第４の実施形態において行われる処理について説明する。図１６は第４の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、ここでは、判定の処理を第１の実施形態の処理に適用する場合について説明する。
【０１０６】
撮影指示が行われることによりＣＰＵ３３が処理を開始し、撮像部２がＣＰＵ３３からの指示により測距光照射部３から強度変調された測距光を被写体に向けて照射し（ステップＳＴ４１）、さらに上記第１の実施形態と同様に、測距光の被写体による反射光を撮像して、４つの受光素子からなる受光素子単位にて受光信号α、β、γ、δを取得し、第１の距離画像生成部３１が、受光素子単位毎に第１の距離情報Ｄ１を算出し、第１の距離情報Ｄ０を各画素の画素値とする第１の距離画像Ｓ１を生成する（第１の距離画像生成処理、ステップＳＴ４２）。続いて、ＣＰＵ３３は、第１の実施形態におけるステップＳＴ５〜ステップＳＴ８の処理を行う（第１の距離画像表示記録処理、ステップＳＴ４３）。
【０１０７】
次いで、ＣＰＵ３３は１つの受光素子が４つの受光信号α、β、γ、δを取得したか否かを判定し（ステップＳＴ４４）、ステップＳＴ４４が否定されると、撮像制御部１９がＣＣＤ１３の受光素子における受光のタイミングを変更し（ステップＳＴ４５）、ステップＳＴ４２に戻ってステップＳＴ４２以降の処理を繰り返す。
【０１０８】
ステップＳＴ４４が肯定されると、判定部３６が、４つの第１の距離画像Ｓ１のうちいずれかの距離画像Ｓ１において、所定距離範囲内に被写体が存在するか否かを判定する（ステップＳＴ４６）。ステップＳＴ４６が肯定されると、第２の距離画像生成部３２が、受光素子毎に第２の距離情報Ｄ２を算出し、第２の距離情報Ｄ２を各画素の画素値とする第２の距離画像Ｓ２を生成する（第２の距離画像生成処理、ステップＳＴ４７）。続いて、ＣＰＵ３３は、第１の実施形態におけるステップＳＴ１３〜ステップＳＴ１６の処理を行い（第２の距離画像表示記録処理、ステップＳＴ４８）、処理を終了する。なお、ステップＳＴ４６が否定された場合、第２の距離画像Ｓ２を生成することなく処理を終了する。
【０１０９】
このように、第４の実施形態においては、第１の距離画像Ｓ１における所定距離範囲に被写体がある場合にのみ、第２の距離画像Ｓ２を生成するようにしたため、被写体までの距離が近すぎたり遠すぎたりする場合のように、高解像度の距離画像が不要な場合には第２の距離画像Ｓ２は生成されないこととなる。したがって、処理の無駄および記録メディア２９の無駄な消費を防止することができる。
【０１１０】
なお、上記第４の実施形態においては、判定の処理を第１の実施形態の処理に適用しているが、第２の実施形態に対しても上記と同様に適用することができる。また、第４の実施形態において、第３の実施形態と同様に、測距光の出射開始の位相を変更することにより、受光信号を取得するようにしてもよい。
【０１１１】
また、上記第４の実施形態においては、ステップＳＴ４６の処理において、いずれかの第１の距離画像Ｓ１の所定距離範囲内に被写体が存在するか否かを判定しているが、すべての第１の距離画像Ｓ１の所定距離範囲内に被写体が存在するか否かを判定するようにしてもよいことはもちろんである。
【０１１２】
次いで、本発明の第５の実施形態について説明する。なお、第５の実施形態による測距装置の構成は、第４の実施形態による測距装置１Ａの構成と同一であり、行われる処理内容のみが異なるため、ここでは構成についての詳細な説明は省略する。第５の実施形態においては、４つの第１の距離画像Ｓ１のすべてにおいて所定距離範囲にある距離情報を算出した受光素子単位についてのみ、第２の距離情報を算出して第２の距離画像Ｓ２を生成するようにした点が第４の実施形態と異なる。
【０１１３】
次いで、第５の実施形態において行われる処理について説明する。図１７は第５の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、ここでは、判定の処理を第１の実施形態の処理に適用する場合について説明する。
【０１１４】
撮影指示が行われることによりＣＰＵ３３が処理を開始し、撮像部２がＣＰＵ３３からの指示により測距光照射部３から強度変調された測距光を被写体に向けて照射し（ステップＳＴ５１）、変調の周期ｎを初期値に設定し（ｎ＝１、ステップＳＴ５２）、さらに上記第１の実施形態と同様に、測距光の被写体による反射光を撮像して、４つの受光素子からなる受光素子単位にて受光信号α、β、γ、δを取得し、第１の距離画像生成部３１が、受光素子単位毎に第１の距離情報Ｄ１を算出し、第１の距離情報Ｄ０を各画素の画素値とする第１の距離画像Ｓ１を生成する（第１の距離画像生成処理、ステップＳＴ５３）。
【０１１５】
続いて、ＣＰＵ３３がｎ＞１であるか否かを判定し（ステップＳＴ５４）、ステップＳＴ５４が否定されると、判定部３６が、第１の距離画像Ｓ１に所定距離範囲内にある被写体が含まれるか否かを判定する（ステップＳＴ５５）。具体的には第１の距離画像Ｓ１における各画素の距離情報Ｄ１に、所定距離範囲内にある距離情報Ｄ１が含まれるか否かを判定する。ステップＳＴ５５が肯定されると、所定距離範囲内にある距離情報Ｄ１を算出した受光素子の位置を内部メモリ２７に記憶し（ステップＳＴ５６）、さらにＣＰＵ３３は、上記第１の実施形態におけるステップＳＴ５〜ステップＳＴ８の処理を行う（第１の距離画像表示記録処理、ステップＳＴ５７）。
【０１１６】
一方、ステップＳＴ５４が肯定されると、１つ前の変調周期において取得した第１の距離画像Ｓ１において、所定距離範囲にある距離情報Ｄ１を算出した受光素子の位置が内部メモリ２７に記憶されているか否かを判定する（ステップＳＴ５８）。ステップＳＴ５８が肯定されると、ステップＳＴ５５に進み、ステップＳＴ５６およびステップＳＴ５７の処理を行う。なお、この場合、ステップＳＴ５６の処理においては、１つ前の処理において記憶されている受光素子の位置と共通する受光素子の位置のみが内部メモリ２７に記憶される。なお、ステップＳＴ５８が否定されると、ステップＳＴ５７の処理に進む。
【０１１７】
なお、ステップＳＴ５５が否定されると、内部メモリ２７に記憶されている受光素子の位置を削除し（ステップＳＴ５９）、ステップＳＴ５７の処理に進む。
【０１１８】
ステップＳＴ５７に続いて、ＣＰＵ３３は１つの受光素子が４つの受光信号α、β、γ、δを取得したか否かを判定し（ステップＳＴ６０）、ステップＳＴ６０が否定されると、撮像制御部１９がＣＣＤ１３の受光素子における受光のタイミングを変更するとともに、測距光の変調周期を次の周期に変更し（ｎ＝ｎ＋１）（ステップＳＴ６１）、ステップＳＴ５３に戻ってステップＳＴ５３以降の処理を繰り返す。
【０１１９】
続いて、第２の距離画像生成部３２が、内部メモリ２７に受光素子の位置が記憶されているか否かを判定する（ステップＳＴ６２）。ステップＳＴ６２が肯定されると、第２の距離画像生成部３２が、受光素子毎に第２の距離情報Ｄ２を算出し、第２の距離情報Ｄ２を各画素の画素値とする第２の距離画像Ｓ２を生成する（第２の距離画像生成処理、ステップＳＴ６３）。続いて、ＣＰＵ３３は、第１の実施形態におけるステップＳＴ１３〜ステップＳＴ１６の処理を行い（第２の距離画像表示記録処理、ステップＳＴ６４）、処理を終了する。なお、ステップＳＴ６２が否定された場合、第２の距離画像Ｓ２を生成することなく、処理を終了する。
【０１２０】
図１８は第５の実施形態における撮影シーンおよび生成される第２の距離画像を示す図である。実際に撮影するシーンが図１８（ａ）に示すように人物および背景を含むものであり、人物のみが所定距離範囲内にある場合、第５の実施形態により生成される第２の距離画像Ｓ２は、図１８（ｂ）に示すように、人物のみが距離情報を有し、背景は距離情報を有さないものとなる。なお、図１８（ｂ）においては、人物が距離情報を有することを撮影シーンの画像そのもので示し、顔の背景が距離情報を有さないことを斜線にて示している。
【０１２１】
このように、第５の実施形態においては、４つの第１の距離画像Ｓ１のすべてにおいて、あらかじめ定められた所定距離範囲内にある第１の距離情報Ｄ１を算出した受光素子についてのみ、第２の距離情報Ｄ２を算出して第２の距離画像Ｓ２を生成するようにしたものである。このため、必要な部分のみ高解像度の画像を生成すればよいこととなり、その結果、第２の距離画像の容量を少なくすることができる。また、第１の距離画像Ｓ１の生成時に、第１の距離情報Ｄ１の算出を誤ってしまった受光素子においては、第２の距離情報Ｄ２は算出されないため、誤測距による高解像の距離情報の生成を防止することができる。
【０１２２】
なお、上記第５の実施形態においては、判定の処理を第１の実施形態の処理に適用しているが、第２の実施形態に対しても上記と同様に適用することができる。また、第５の実施形態においても、第３の実施形態と同様に、測距光の出射開始の位相を変更することにより、受光信号を取得するようにしてもよい。
【０１２３】
次いで、本発明の第６の実施形態について説明する。なお、第６の実施形態による測距装置の構成は、第４の実施形態による測距装置１Ａの構成と同一であり、行われる処理内容のみが異なるため、ここでは構成についての詳細な説明は省略する。第６の実施形態においては、４つの第１の距離画像Ｓ１のいずれかにおいて所定距離範囲にある距離情報を算出した受光素子単位についてのみ、第２の距離情報を算出して第２の距離画像Ｓ２を生成するようにした点が第４の実施形態と異なる。
【０１２４】
次いで、第６の実施形態において行われる処理について説明する。図１９は第６の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、ここでは、判定の処理を第１の実施形態の処理に適用する場合について説明する。
【０１２５】
撮影指示が行われることによりＣＰＵ３３が処理を開始し、撮像部２がＣＰＵ３３からの指示により測距光照射部３から強度変調された測距光を被写体に向けて照射し（ステップＳＴ７１）、変調の周期ｎを初期値に設定し（ｎ＝１、ステップＳＴ７２）、さらに上記第１の実施形態と同様に、測距光の被写体による反射光を撮像して、４つの受光素子からなる受光素子単位にて受光信号α、β、γ、δを取得し、第１の距離画像生成部３１が、受光素子単位毎に第１の距離情報Ｄ１を算出し、第１の距離情報Ｄ０を各画素の画素値とする第１の距離画像Ｓ１を生成する（第１の距離画像生成処理、ステップＳＴ７３）。
【０１２６】
続いて、判定部３６が第１の距離画像Ｓ１に所定距離範囲内にある被写体が含まれるか否かを判定する（ステップＳＴ７４）。具体的には距離画像Ｓ１における各画素の距離情報Ｄ１に、所定距離範囲内にある距離情報Ｄ１が含まれるか否かを判定する。ステップＳＴ７４が肯定されると、所定距離範囲内にある距離情報Ｄ１を算出した受光素子の位置を内部メモリ２７に記憶し（ステップＳＴ７５）、さらにＣＰＵ３３は、上記第１の実施形態におけるステップＳＴ５〜ステップＳＴ８の処理を行う（第１の距離画像表示記録処理、ステップＳＴ７６）。一方、ステップＳＴ７４が否定されると、ステップＳＴ７６の処理に進む。
【０１２７】
ステップＳＴ７６に続いて、ＣＰＵ３３は１つの受光素子が４つの受光信号α、β、γ、δを取得したか否かを判定し（ステップＳＴ７７）、ステップＳＴ７７が否定されると、撮像制御部１９がＣＣＤ１３の受光素子における受光のタイミングを変更するとともに、測距光の変調周期を次の周期に変更し（ｎ＝ｎ＋１）（ステップＳＴ７８）、ステップＳＴ７３に戻ってステップＳＴ７３以降の処理を繰り返す。
【０１２８】
なお、変調周期の２周期目以降の処理においてステップＳＴ７４が肯定された場合、内部メモリ２７には、それまでに記憶されている受光素子の位置に新たに所定距離範囲内にあると判定された距離情報Ｄ１を得た受光素子の位置が追記される。
【０１２９】
続いて、第２の距離画像生成部３２が、内部メモリ２７に受光素子の位置が記憶されているか否かを判定する（ステップＳＴ７９）。ステップＳＴ７９が肯定されると、第２の距離画像生成部３２が、受光素子毎に第２の距離情報Ｄ２を算出し、第２の距離情報Ｄ２を各画素の画素値とする第２の距離画像Ｓ２を生成する（第２の距離画像生成処理、ステップＳＴ８０）。続いて、ＣＰＵ３３は、第１の実施形態におけるステップＳＴ１３〜ステップＳＴ１６の処理を行い（第２の距離画像表示記録処理、ステップＳＴ８１）、処理を終了する。なお、ステップＳＴ７９が否定された場合、第２の距離画像Ｓ２を生成することなく処理を終了する。
【０１３０】
このように、第６の実施形態においては、４つの第１の距離画像Ｓ１のいずれかにおいて、あらかじめ定められた所定距離範囲内にある第１の距離情報Ｄ１を算出した受光素子についてのみ、第２の距離情報Ｄ２を算出して第２の距離画像Ｓ２を生成するようにしたものである。このため、必要な部分のみ高解像度の画像を生成すればよいこととなり、その結果、第２の距離画像の容量を少なくすることができる。また、所定距離範囲内にある被写体についてもれなく高解像の距離情報を得ることができる。
【０１３１】
なお、上記第６の実施形態においては、判定の処理を第１の実施形態に適用しているが、第２の実施形態に対しても上記と同様に適用することができる。また、第６の実施形態においても、第３の実施形態と同様に、測距光の出射開始の位相を変更することにより、受光信号を取得するようにしてもよい。
【０１３２】
また、上記第４から第６の実施形態においては、第１の距離画像Ｓ１に基づいて第２の距離画像Ｓ２を生成するか否かを判定しているが、あらかじめユーザが入力部３４から第２の距離画像Ｓ２を生成するか否かを設定し、その設定結果を用いて第２の距離画像Ｓ２を生成するか否かを判定するようにしてもよい。以下、これを第７の実施形態として説明する。なお、第７の実施形態による測距装置の構成は、第４の実施形態による測距装置１Ａの構成と同一であり、行われる処理内容のみが異なるため、ここでは構成についての詳細な説明は省略する。
【０１３３】
次いで、第７の実施形態において行われる処理について説明する。図２０は第７の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、ここでは、判定の処理を第１の実施形態の処理に適用する場合について説明する。
【０１３４】
撮影指示が行われることによりＣＰＵ３３が処理を開始し、判定部３６が第２の距離画像Ｓ２を生成する設定となっているか否かを判定する（ステップＳＴ９２）。ステップＳＴ９２が肯定されると、第１の実施形態におけるステップＳＴ１以降の処理を行う。
【０１３５】
ステップＳＴ９２が否定されると、第２の距離画像Ｓ２を生成する必要がないことから、ＣＣＤ１３の受光素子の受光タイミングの変更を停止する（ステップＳＴ９３）。なお、第３の実施形態のように測距光の出射開始の位相を変更している場合には、測距光の出射開始の位相の変更を停止する。これにより、第２の距離画像Ｓ２を生成しない場合の撮像部２の無駄な駆動を防止することができる。
【０１３６】
そして、撮像部２がＣＰＵ３３からの指示により測距光照射部３から強度変調された測距光を被写体に向けて照射し（ステップＳＴ９４）、上記第１の実施形態と同様に、測距光の被写体による反射光を撮像して、４つの受光素子からなる受光素子単位にて受光信号α、β、γ、δを取得し、第１の距離画像生成部３１が、受光素子単位毎に第１の距離情報Ｄ１を算出し、第１の距離情報Ｄ０を各画素の画素値とする第１の距離画像Ｓ１を生成する（第１の距離画像生成処理、ステップＳＴ９４）。次いで、ＣＰＵ３３は、上記第１の実施形態におけるステップＳＴ５〜ステップＳＴ８の処理を行い（第１の距離画像表示記録処理、ステップＳＴ９５）、処理を終了する。
【０１３７】
なお、上記第７の実施形態においては、判定の処理を第１の実施形態に適用しているが、第２の実施形態に対しても上記と同様に適用することができる。
【０１３８】
また、上記第７の実施形態においては、処理の開始直後に第２の距離画像Ｓ２を生成するか否かを判定しているが、１周期目の処理の終了後に第２の距離画像Ｓ２を生成するか否かを判定するようにしてもよい。
【０１３９】
なお、上記各実施形態においては、測距光の変調の０の位相を基準としているが、０でない位相を基準として基準位相、基準位相からπ／２ずれた位相、基準位相からπずれた位相および基準位相から３π／２ずれた位相において反射光をそれぞれ受光するようにしてもよい。また、受光信号を取得する位相のずれは、π／２に限定されるものではない。
【０１４０】
また、上記各実施形態においては、測距光を正弦波により変調しているが、三角波、パルス波等、一定の周期で変調するものであれば、どのように変調を行ってもよい。
【０１４１】
また、上記各実施形態においては、第１の距離画像Ｓ１および第２の距離画像Ｓ２を連続して取得するようにしてもよい。この場合、図６，１２，１６，１７，１９，２０に示す処理は、撮影停止の指示がなされるまで繰り返し行われる。これにより、第１の距離画像Ｓ１および第２の距離画像Ｓ２の少なくとも一方が、動画のようにモニタ３０に表示される。なお、この場合、複数の第１の距離画像Ｓ１および第２の距離画像Ｓ２が生成されるが、複数の第１の距離画像Ｓ１および複数の第２の距離画像Ｓ２が１つの距離画像ファイルとして、記録メディア２９に記録されることとなる。
【０１４２】
以上、本発明の実施形態に係る測距装置１，１Ａについて説明したが、コンピュータを、上記の撮像制御部１９、第１の距離画像生成部３１、第２の距離画像生成部３２および判定部３６に対応する手段として機能させ、図６，１２，１６，１７，１９，２０に示すような処理を行わせるプログラムも、本発明の実施形態の１つである。また、そのようなプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体も、本発明の実施形態の１つである。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】第１の実施形態による測距装置の構成を示す概略ブロック図
【図２】位相差の算出を説明するための図
【図３】第１の実施形態におけるＣＣＤからの受光信号の取得を説明するための図（その１）
【図４】第１の実施形態における測距光の変調周期と反射光の受光のタイミングを示す図
【図５】第１の実施形態における受光素子から電荷を読み出すための回路図
【図６】第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【図７】第１の実施形態におけるＣＣＤからの受光信号の取得を説明するための図（その２）
【図８】第２の実施形態における位相差の算出を説明するための図
【図９】第２の実施形態におけるＣＣＤからの受光信号の取得を説明するための図（その１）
【図１０】第２の実施形態における受光素子単位を説明するための図
【図１１】第２の実施形態における測距光の変調周期と反射光の受光のタイミングを示す図
【図１２】第２の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【図１３】第２の実施形態におけるＣＣＤからの受光信号の取得を説明するための図（その２）
【図１４】第３の実施形態における測距光の変調周期と反射光の受光のタイミングを示す図
【図１５】第４の実施形態による測距装置の構成を示す概略ブロック図
【図１６】第４の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【図１７】第５の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【図１８】第５の実施形態における撮影シーンおよび生成される第２の距離画像を示す図
【図１９】第６の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【図２０】第７の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【符号の説明】
【０１４４】
１，１Ａ 測距装置
２ 撮像部
３ 測距光照射部
１３ ＣＣＤ
１９ 撮像制御部
３１ 距離画像生成部
３２ 第２の距離画像生成部
３３ ＣＰＵ
３６ 判定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周期にて強度変調された測距光を被写体に照射する測距光照射手段と、
前記被写体による前記測距光の反射光を受光し、受光光量に応じた受光信号を出力する複数の受光素子が２次元状に配列された撮像素子を有する撮像手段と、
前記測距光の変調周期における互いに異なる複数の位相の数に対応する数の前記受光素子からなる受光素子単位を設定し、第１の基準変調周期において、該受光素子単位に含まれる該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のそれぞれの前記反射光を受光し、前記複数の位相の数に対応する数の前記第１の基準変調周期からなる第２の基準変調周期において、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えることにより、該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のすべての前記反射光を受光して、前記複数の位相のすべての受光信号を前記各受光素子において取得するよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する撮像制御手段と、
前記第１の基準変調周期において、前記受光素子単位毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第１の距離情報を算出し、該第１の距離情報を各画素の情報とする第１の距離画像を生成する第１の距離画像生成手段と、
前記第２の基準変調周期において、前記受光素子毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第２の距離情報を算出し、該第２の距離情報を各画素の情報とする第２の距離画像を生成する第２の距離画像生成手段とを備えたことを特徴とする測距装置。
【請求項２】
前記撮像制御手段は、前記測距光の変調周期における基準位相、該基準位相からπ／２ずれた位相、該基準位相からπずれた位相および該基準位相から３π／２ずれた位相において前記反射光をそれぞれ受光し、前記受光素子が前記複数の位相のすべての前記反射光を受光するまで、該受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えるよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段であることを特徴とする請求項１記載の測距装置。
【請求項３】
前記撮像制御手段は、前記測距光の変調周期における基準位相と、該基準位相からπ／２ずれた位相、該基準位相からπずれた位相および該基準位相から３π／２ずれた位相のうちの２つの位相とにおいて、前記測距光の変調周期の少なくとも１／２の期間の前記反射光をそれぞれ受光し、前記受光素子が前記複数の位相のすべての前記反射光を受光するまで、該受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えるよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段であることを特徴とする請求項１記載の測距装置。
【請求項４】
前記撮像制御手段は、前記受光素子の受光のタイミングを変更することにより、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えるよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の測距装置。
【請求項５】
前記撮像制御手段は、前記測距光の出射を開始する位相を変更することにより、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えるよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の測距装置。
【請求項６】
前記第２の距離画像生成手段は、所定条件を満たす場合にのみ、前記第２の距離画像を生成する手段であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の測距装置。
【請求項７】
前記撮像制御手段は、前記所定条件を満たさない場合には、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相の切り替えを停止するよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段であることを特徴とする請求項６記載の測距装置。
【請求項８】
前記第２の距離画像生成手段は、前記第２の基準変調周期に生成される複数の前記第１の距離画像のうち、すべてまたはいずれかの前記第１の距離画像において、あらかじめ定められた所定距離範囲内に前記被写体が存在する場合にのみ、前記第２の距離画像を生成する手段であることを特徴とする請求項６または７記載の測距装置。
【請求項９】
前記第２の距離画像生成手段は、前記第２の基準変調周期に生成される複数の前記第１の距離画像のすべてにおいて、あらかじめ定められた所定距離範囲内にある前記第１の距離情報を算出した前記受光素子単位に含まれる前記受光素子についてのみ、前記第２の距離情報を算出して前記第２の距離画像を生成する手段であることを特徴とする請求項６または７記載の測距装置。
【請求項１０】
前記第２の距離画像生成手段は、前記第２の基準変調周期に生成される複数の前記第１の距離画像のそれぞれにおいて、あらかじめ定められた所定距離範囲内にある前記第１の距離情報を算出した前記受光素子単位に含まれる前記受光素子についてのみ、前記第２の距離情報を算出して前記第２の距離画像を生成する手段であることを特徴とする請求項６または７記載の測距装置。
【請求項１１】
測距光照射手段により、所定周期にて強度変調された測距光を被写体に照射し、
受光光量に応じた受光信号を出力する複数の受光素子が２次元状に配列された撮像素子を有する撮像手段により、前記被写体による前記測距光の反射光を受光し、
前記測距光の変調周期における互いに異なる複数の位相の数に対応する数の前記受光素子からなる受光素子単位を設定し、第１の基準変調周期において、該受光素子単位に含まれる該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のそれぞれの前記反射光を受光し、前記複数の位相の数に対応する数の前記第１の基準変調周期からなる第２の基準変調周期において、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えることにより、該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のすべての前記反射光を受光して、前記複数の位相のすべての受光信号を前記各受光素子において取得するよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御し、
前記第１の基準変調周期において、前記受光素子単位毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第１の距離情報を算出し、
該第１の距離情報を各画素の情報とする第１の距離画像を生成し、
前記第２の基準変調周期において、前記受光素子毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第２の距離情報を算出し、
該第２の距離情報を各画素の情報とする第２の距離画像を生成することを特徴とする測距方法。
【請求項１２】
測距光照射手段により、所定周期にて強度変調された測距光を被写体に照射する手順と、
受光光量に応じた受光信号を出力する複数の受光素子が２次元状に配列された撮像素子を有する撮像手段により、前記被写体による前記測距光の反射光を受光する手順と、
前記測距光の変調周期における互いに異なる複数の位相の数に対応する数の前記受光素子からなる受光素子単位を設定し、第１の基準変調周期において、該受光素子単位に含まれる該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のそれぞれの前記反射光を受光し、前記複数の位相の数に対応する数の前記第１の基準変調周期からなる第２の基準変調周期において、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えることにより、該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のすべての前記反射光を受光して、前記複数の位相のすべての受光信号を前記各受光素子において取得するよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手順と、
前記第１の基準変調周期において、前記受光素子単位毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第１の距離情報を算出する手順と、
該第１の距離情報を各画素の情報とする第１の距離画像を生成する手順と、
前記第２の基準変調周期において、前記受光素子毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第２の距離情報を算出する手順と、
該第２の距離情報を各画素の情報とする第２の距離画像を生成する手順とを有することを特徴とする測距方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１】
所定周期にて強度変調された測距光を被写体に照射する測距光照射手段と、
前記被写体による前記測距光の反射光を受光し、受光光量に応じた受光信号を出力する複数の受光素子が２次元状に配列された撮像素子を有する撮像手段と、
前記測距光の変調周期における互いに異なる複数の位相の数に対応する数の前記受光素子からなる受光素子単位を設定し、第１の基準変調周期において、該受光素子単位に含まれる該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のそれぞれの前記反射光を受光し、前記複数の位相の数に対応する数の前記第１の基準変調周期からなる第２の基準変調周期において、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えることにより、該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のすべての前記反射光を受光して、前記複数の位相のすべての受光信号を前記各受光素子において取得するよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する撮像制御手段と、
前記第１の基準変調周期において、前記受光素子単位毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第１の距離情報を算出し、該第１の距離情報を各画素の情報とする第１の距離画像を生成する第１の距離画像生成手段と、
前記第２の基準変調周期において、前記受光素子毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第２の距離情報を算出し、該第２の距離情報を各画素の情報とする第２の距離画像を生成する第２の距離画像生成手段とを備えたことを特徴とする測距装置。
【請求項２】
前記撮像制御手段は、前記測距光の変調周期における基準位相、該基準位相からπ／２ずれた位相、該基準位相からπずれた位相および該基準位相から３π／２ずれた位相において前記反射光をそれぞれ受光し、前記受光素子が前記複数の位相のすべての前記反射光を受光するまで、該受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えるよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段であることを特徴とする請求項１記載の測距装置。
【請求項３】
前記撮像制御手段は、前記測距光の変調周期における基準位相と、該基準位相からπ／２ずれた位相、該基準位相からπずれた位相および該基準位相から３π／２ずれた位相のうちの２つの位相とにおいて、前記測距光の変調周期の少なくとも１／２の期間の前記反射光をそれぞれ受光し、前記受光素子が前記複数の位相のすべての前記反射光を受光するまで、該受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えるよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段であることを特徴とする請求項１記載の測距装置。
【請求項４】
前記撮像制御手段は、前記受光素子の受光のタイミングを変更することにより、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えるよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の測距装置。
【請求項５】
前記撮像制御手段は、前記測距光の出射を開始する位相を変更することにより、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えるよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の測距装置。
【請求項６】
前記第２の距離画像生成手段は、所定条件を満たす場合にのみ、前記第２の距離画像を生成する手段であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の測距装置。
【請求項７】
前記撮像制御手段は、前記所定条件を満たさない場合には、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相の切り替えを停止するよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手段であることを特徴とする請求項６記載の測距装置。
【請求項８】
前記第２の距離画像生成手段は、前記第２の基準変調周期に生成される複数の前記第１の距離画像のうち、すべてまたはいずれかの前記第１の距離画像において、あらかじめ定められた所定距離範囲内に前記被写体が存在する場合にのみ、前記第２の距離画像を生成する手段であることを特徴とする請求項６または７記載の測距装置。
【請求項９】
前記第２の距離画像生成手段は、前記第２の基準変調周期に生成される複数の前記第１の距離画像のすべてにおいて、あらかじめ定められた所定距離範囲内にある前記第１の距離情報を算出した前記受光素子単位に含まれる前記受光素子についてのみ、前記第２の距離情報を算出して前記第２の距離画像を生成する手段であることを特徴とする請求項６または７記載の測距装置。
【請求項１０】
前記第２の距離画像生成手段は、前記第２の基準変調周期に生成される複数の前記第１の距離画像のそれぞれにおいて、あらかじめ定められた所定距離範囲内にある前記第１の距離情報を算出した前記受光素子単位に含まれる前記受光素子についてのみ、前記第２の距離情報を算出して前記第２の距離画像を生成する手段であることを特徴とする請求項６または７記載の測距装置。
【請求項１１】
測距光照射手段により、所定周期にて強度変調された測距光を被写体に照射し、
受光光量に応じた受光信号を出力する複数の受光素子が２次元状に配列された撮像素子を有する撮像手段により、前記被写体による前記測距光の反射光を受光し、
前記測距光の変調周期における互いに異なる複数の位相の数に対応する数の前記受光素子からなる受光素子単位を設定し、第１の基準変調周期において、該受光素子単位に含まれる該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のそれぞれの前記反射光を受光し、前記複数の位相の数に対応する数の前記第１の基準変調周期からなる第２の基準変調周期において、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えることにより、該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のすべての前記反射光を受光して、前記複数の位相のすべての受光信号を前記各受光素子において取得するよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御し、
前記第１の基準変調周期において、前記受光素子単位毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第１の距離情報を算出し、
該第１の距離情報を各画素の情報とする第１の距離画像を生成し、
前記第２の基準変調周期において、前記受光素子毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第２の距離情報を算出し、
該第２の距離情報を各画素の情報とする第２の距離画像を生成することを特徴とする測距方法。
【請求項１２】
測距光照射手段により、所定周期にて強度変調された測距光を被写体に照射する手順と、
受光光量に応じた受光信号を出力する複数の受光素子が２次元状に配列された撮像素子を有する撮像手段により、前記被写体による前記測距光の反射光を受光する手順と、
前記測距光の変調周期における互いに異なる複数の位相の数に対応する数の前記受光素子からなる受光素子単位を設定し、第１の基準変調周期において、該受光素子単位に含まれる該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のそれぞれの前記反射光を受光し、前記複数の位相の数に対応する数の前記第１の基準変調周期からなる第２の基準変調周期において、前記受光素子のそれぞれにより受光される前記反射光の位相を順次切り替えることにより、該受光素子のそれぞれにより前記複数の位相のすべての前記反射光を受光して、前記複数の位相のすべての受光信号を前記各受光素子において取得するよう、前記測距光照射手段および前記撮像手段を制御する手順と、
前記第１の基準変調周期において、前記受光素子単位毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第１の距離情報を算出する手順と、
該第１の距離情報を各画素の情報とする第１の距離画像を生成する手順と、
前記第２の基準変調周期において、前記受光素子毎に取得される前記複数の位相の受光信号に基づいて、前記被写体までの距離を表す第２の距離情報を算出する手順と、
該第２の距離情報を各画素の情報とする第２の距離画像を生成する手順とを有することを特徴とする測距方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図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】
【公開番号】特開２００９−８５７０６（Ｐ２００９−８５７０６Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５４２５４（Ｐ２００７−２５４２５４）
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【復代理人】
【識別番号】１００１０４１８９
【弁理士】
【氏名又は名称】福尾 勲将
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【復代理人】
【識別番号】１００１０４１８９
【弁理士】
【氏名又は名称】福尾 勲将
【Ｆターム（参考）】
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