CN108474849A - 距离测量装置 - Google Patents

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Abstract

距离测量装置(10)具备控制部(103)以及距离算出部(105)。控制部(103)在第1期间中，设定与第一测量距离范围对应的时间范围即第一测量时间范围，在第一测量时间范围，使发光部(101)发出射出光，使受光部(102)成为曝光状态，进而在第二期间中，设定与第二测量距离范围对应的时间范围即第二测量时间范围，在第二测量时间范围，使发光部(101)发出射出光，使受光部(102)成为曝光状态。在此，在第一期间和第二期间中，至少有一个测量条件是不同的，距离算出部(105)，根据在第一期间或第二期间的至少一方的期间中，发光部(101)发出射出光的时刻到受光部(102)接受反射光的时刻为止的时间，算出距离测量装置(10)到测量对象物(60)的距离。

Description

距离测量装置
技术领域
本申请涉及距离测量装置。
背景技术
作为从距离测量装置到测量对象的物体(以下称测量对象物)的距离测量方法，有TOF(Time Of Flight：飞行时间)法，该TOF方法是对从距离测量装置附近向测量对象物照射的光，被物体反射而回到距离测量装置的时间进行测量。TOF法与复眼方式等其他距离测量方法比较时，短处是除了距离测量装置之外还需要光源，优点是如果使光源很强时，能够对远方的物体以高分辨率进行距离测量。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1：日本特开2001-337166号公报
专利文献2：国际公开第2010/013779号
发明内容
发明要解决的问题
然而，在TOF法中，将测量范围设为远方时，随之带来测量时间长的课题。
更具体而言，在TOF法中，针对测量对象物发出光脉冲，将来自测量对象物的反射光，以与发光定时同步的多个延迟量的曝光定时来曝光，根据在各曝光中的输出，算出到对象物的距离。因此，测量对象物越是在远方，需要越大强度的光脉冲，所以为了避免发光与曝光配对的偏差的等待时间变长，一个组的发光与曝光需要的时间变长。此外，测量对象物在远方的情况下，以高距离分辨率进行距离测量，发光和曝光的配对需要执行很多次，测量时间变长。
本申请鉴于所述情况而提出，其目的在于，提供一种能够高效地进行距离测量的距离测量装置。
解决问题所采用的手段
为了达到所述目的，本申请的一个形态涉及的距离测量装置具备：发光部，发出射出光；受光部，能够在曝光状态中，接受所述射出光在测量对象物反射的反射光；控制部，对所述发光部以及所述受光部进行控制；距离算出部，根据从所述发光部发出射出光的时刻到所述受光部接受反射光的时刻为止的时间，算出所述距离测量装置到所述测量对象物的距离；以及输出部，输出被算出的所述距离，所述控制部，在第一期间中，设定第一测量时间范围，该第一测量时间范围是与第一测量距离范围对应的时间范围，在所述第一测量时间范围，使所述发光部发出射出光，使所述受光部成为曝光状态，进而所述控制部，在第二期间中，设定第二测量时间范围，该第二测量时间范围是与第二测量距离范围对应的时间范围，在所述第二测量时间范围，使所述发光部发出射出光，使所述受光部成为曝光状态，在所述第一期间和所述第二期间中，至少有一个测量条件是不同的，所述距离算出部，根据在所述第一期间或所述第二期间的至少一方的期间中，所述发光部发出射出光的时刻到所述受光部接受反射光的时刻为止的时间，算出所述距离测量装置到所述测量对象物的距离。
为了达到所述目的，本申请的一个形态涉及的距离测量装置具备：发光部，发出射出光；受光部，能够在曝光状态中，接受所述射出光在测量对象物反射的反射光；控制部，对所述发光部以及所述受光部进行控制；距离算出部，根据从所述发光部发出射出光的时刻到所述受光部接受反射光的时刻为止的时间，算出所述距离测量装置到所述测量对象物的距离；以及输出部，输出被算出的所述距离，所述控制部，在第一期间中，设定第一测量时间范围，该第一测量时间范围是与第一测量距离范围对应的时间范围，在所述第一测量时间范围，使所述发光部发出射出光，使所述受光部成为曝光状态，进而所述控制部，在第二期间中，将第二测量时间范围分割为K’个区间，该第二测量时间范围是与第二测量距离范围对应的时间范围，重复包括所述发光部发出射出光的时间以及所述第二测量时间范围的重复期间，并且在至少一个所述重复期间中，在所述K’个区间的至少一个区间使所述受光部成为曝光状态，其中K’是2以上的自然数，所述距离算出部，根据所述第一期间或所述第二期间的至少一方的期间中，所述发光部发出射出光的时刻到所述受光部接受反射光的时刻为止的时间，算出所述距离测量装置到所述测量对象物的距离。
另外，这些全体或具体的实施方式可以用系统、方法、集成电路、计算机程序或记录介质来实现，也可以任意组合系统、方法、集成电路、计算机程序以及记录介质来实现。
发明效果
通过本说明书中公开的发明而获得的主要效果简单说明如下。即通过本申请，能够实现以高效率进行测距的距离测量装置。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的距离测量装置的功能构成的一例的方框图。
图2是表示实施方式1涉及的距离测量装置的测量序列的一例的图。
图3是表示实施方式2涉及的距离测量装置的测量序列的一例的图。
图4是表示实施方式2涉及的距离测量装置的测量序列的另一例的图。
图5是表示实施方式2涉及的距离测量装置的测距动作序列的另一例的图。
图6A是表示实施方式2涉及的距离测量装置的测距动作序列的另一例的图。
图6B是表示实施方式2涉及的距离测量装置的测距动作序列的另一例的图。
图6C是表示实施方式2涉及的距离测量装置的测距动作序列的另一例的图。
图7是表示实施方式3涉及的距离测量装置的测距动作序列的一例的图。
图8是表示实施方式4涉及的距离测量装置的测距动作序列的一例的图。
图9是表示实施方式4涉及的距离测量装置的测距动作序列的一例的图。
图10是表示实施方式5涉及的距离测量装置的测距动作序列的一例的图。
图11是实施方式6的实施例1涉及的像素电路的电路结构的一例的图。
图12是用于说明实施方式6的实施例2涉及的图像传感器与对象物之间的距离、图像传感器内的成像的关系的图。
图13是实施方式6的实施例2涉及的距离测量装置测量的距离图像的一例。
图14A是用于说明实施方式6的实施例3涉及的距离测量装置的曝光序列的示意图。
图14B是用于说明实施方式6的实施例3涉及的距离测量装置的曝光序列的示意图。
图15是表示实施方式6的实施例3涉及的受光部构成的图像传感器的一例的图。
图16是表示实施方式6的实施例3涉及的受光部构成的图像传感器的一例的图。
图17A是表示实施方式6的实施例3涉及的受光部构成的图像传感器的一例的图。
图17B是表示图16的图像传感器的控制电路的一例的图。
图18是表示实施方式6的实施例3涉及的受光部构成的图像传感器的另一例的图。
图19是用于说明控制实施方式6的实施例3涉及的读出时刻的情况的一例的图。
图20是表示实施方式1涉及的像素电路的电路结构的一例的图。
图21是用于说明实施方式4涉及的利用全像素为相同的曝光序列，能够获得与测量对象的距离对应的不同的结果的图。
图22是表示实施方式5涉及的像素电路结构与曝光序列的图。
图23A是用于说明实施方式7的实施例2涉及的快门阵列与图像传感器的驱动的图。
图23B是用于说明实施方式7的实施例2涉及的快门阵列与图像传感器的驱动的图。
图24是表示实施方式1的变形例涉及的距离测量装置的测距动作序列的一例的图。
图25是用于说明测量距离范围的分割距离区间与每个分割距离区间的光源参数的变动的图。
具体实施方式
下面，参考附图来具体说明本申请涉及的实施方式。另外，下面说明的实施方式都是示出本发明的优选的一个具体例子。以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形式、步骤、步骤的顺序等，都是本发明的一个例子，主旨不是限制本发明。因而，在以下实施方式的构成要素中，表示本发明的最上位概念的方案所没有记载的构成要素，被说明为任意构成要素。
下面，参考附图来详细说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
图1是表示本实施方式涉及的距离测量装置10的功能构成的一例的方框图。
图1表示的距离测量装置10具备：发光部101、受光部102、控制部103、输出部104、距离算出部105。另外，在图1中作为一例示出了测量对象物60。
发光部101，由控制部103控制，发出射出光。发光部101，例如具有激光光源等光源，通过以规定的光脉冲宽度发光，从而射出光脉冲(射出光)。另外，发光部101使用的光脉冲强度，例如是级别1或级别2的程度，按照预先规定的安全基准被认为不是危险的程度。
光源中单一波长、短脉冲、高强度的光源适用于距离测量，优选的是使用脉冲激光器。此外，光源可以使用发光二极管(LED)、卤素灯泡等不同的光源。此外，光源的波长，鉴于在市区等使用，优选的是使用红外光的波长，但是没有特别的限定。
受光部102，由控制部103控制，接受射出光在测量对象物60反射的反射光。受光部102，能够在由控制部103控制为曝光状态的期间，接受反射光。受光部102，例如利用光电二极管构成。此外，受光部102，可以使用突崩光电二极体以及光电子倍增管，也可以使用将受光元件二维地排列的图像传感器。在这个情况下，受光部102，按照需要，可以包括透镜等光学系统。尤其在受光部使用图像传感器的情况下，将独立的受光元件的一个称为像素。进而，在受光部102使用图像传感器的情况下，在之后能够进行图像处理和识别处理等数据分析。
此外，受光部102，通过设置使特定频率的光遮断或透过的滤光器，从而获得频率的信息。换言之，不会根据受光部102的构成而限定本申请的权利。
控制部103，对发光部101以及受光部102进行控制。控制部103，在第1期间中的规定的测量条件下，对发光部101以及受光部102进行控制，使距离算出部105，算出从距离测量装置10到测量对象物60的距离。更具体而言，控制部103，在第1期间中，将第1测量时间范围分割为K个(K为2以上的自然数)区间，重复K次包括发光部101发出射出光的时间以及第1测量时间范围的重复期间。而且，控制部103，在每个重复期间使发光部101发出射出光，在每个重复期间，在K个区间的至少一个区间使受光部102处于曝光状态。另外，控制部103，使第1期间与第2期间的测量条件不同。
在本实施方式，控制部103，在第1期间中，以规定位置为起点，将与测量距离范围对应的时间范围、即测量时间范围分割为K个(K为1以上的自然数)区间(分割区间)，重复K次包括发光部101发出射出光的时间以及测量时间范围的重复期间。而且控制部103，按每个重复期间使发光部101发出射出光，按每个重复期间，在K个区间的至少一个区间使受光部102处于曝光状态。另外，控制部103，使第1期间和接着所述第1期间的第2期间的测量条件不同，该测量条件至少包括测量距离范围。
距离算出部105，根据在第1期间以及第2期间中发光部101发出射出光的时刻开始，到受光部102接受光的时刻为止的时间，算出距离测量装置10到测量对象物60的距离。
输出部104，输出被算出的距离测量装置10到测量对象物60的距离。
下面说明如上述构成的距离测量装置10的距离测量动作(测距动作)。
图2是表示本实施方式涉及的距离测量装置10的测距动作序列的一例的图。
在图2的(a)表示距离测量的序列，以纵线切断的各个期间中，进行距离数据的测量。本申请中在1个以上的期间中进行距离数据的测量，至少在1个期间，以与其他期间不同的测量条件来实施距离测量。在这里的测量条件，至少包括射出光的脉冲周期、脉冲强度、脉冲宽度、脉冲串的编码方法、受光部102的曝光时间宽度、曝光周期、曝光次数、受光部102的驱动电路的控制方法、以及受光部的图像读出范围等数据处理的方法中的至少任意一个。另外，测量条件不限于所述举出的例子。
另外，不需要在所有的期间中获得距离数据，也可以包括亮度数据的测量。此外，可以对所有期间的测量完成之后输出数据，也可以按每一个期间测量完成就输出数据。并且本申请的范围也包括在一个期间内改变测量条件进行测量的方法。
在图2的(b)中表示在各测量期间内的射出光、反射光、曝光的序列的一例。另外，本申请的方案不限定于图2说明的该距离测量方式。
控制部103，首先决定实施距离测量的距离范围l，在时间轴上决定与这个距离对应的时间范围，即测量时间范围2l/c。下面，将决定的测量时间范围分割为一个或多个区间。在一个区间的测量时间范围的上限由光源的强度、受光部102的灵敏度来决定，由受光部102能够检测在测量对象反射的脉冲光作为条件。与测量时间范围2l/c的开始同步或者延迟以及先行一定时间，来至少一次射出脉冲光，在分割的区间内，在至少一个区间进行曝光。当然，可以设置不曝光的区间。将这个动作，重复与所述分割区间的数量相同的次数，在各个动作中，使曝光的区间不同的方式进行测量。只有在曝光中反射光返回的情况下，才能够检测光信号，所以与分割区间对应地决定测量对象的距离。另外，对进行曝光的区间进行限定等，分割的区间数和重复的次数不同的情况，也包括在本申请的方案中。此时，重复时间的下限，由射出的脉冲光强度和受光部102的灵敏度来决定，这时需要脉冲光强度充分减少，以在下次测量时不产生光的错误检测。
测量时间范围、分割区间、测量距离范围、距离分辨率与下述对应。
即，从光源发出的光被位于距离d的测量对象物60反射而返回来的情况下，该时间t用下列(式1)来表示。在这里，c是光速，数值“2”是考虑从光源发出的光的往返。
(数式1)
将所述测量距离范围设为l时，与该测量距离范围l对应的测量时间范围ta，参考(式1)表示为(式2)。
(数式2)
将测量时间范围ta均分为N区间，从发光时刻按照顺序赋予1、2、3、···的编号。在(式3)表示的i区间的时间范围，反射光返回到距离测量装置10的情况下，能够知道测量对象物位于距离范围di(式4)。
(数式3)
(数式4)
在这里，di的宽度是cta/2N，用这个分辨率能够测量测量对象到自身装置的距离。
另外，测量时间范围的区间分割，可以不与测量时间范围是等分，可以在距离测量装置10中构筑算法，也可以由使用者任意设定。
下面，详细说明一个分割区间i中的发光部101以及受光部102的驱动。
首先，控制部103，使发光部101射出光脉冲(射出光)。射出的光脉冲在到达位于距离d的测量对象物60之后反射，该反射光从脉冲光射出时(发光时)经过时间t后回到距离测量装置10。为了检测反射光，控制部103进行控制，与该一个分割区间i配合，从发光时延迟(式3)后的时间范围ti，使受光部102处于曝光状态。而且，控制部103在这个时间范围ti内(曝光中)，由受光部102接受预先设定的信号强度以上的光(反射光)的情况下，表示与这个时间范围ti对应的距离范围的距离(由最小值和平均值等表示的距离)，作为到测量对象物60的距离，保存到未图示的存储器等，或者输出到输出部104。
另外，图2的(b)的第1期间中表示，区间数N是3的情况下的例子，发光部101，在每个重复期间发出光脉冲(P11、P12、P13)，受光部102，在每个重复期间中分割区间(区间11、区间12、区间13)的至少一个区间成为曝光中(曝光时间E11、E12以及E13)的例子。在图2的(b)中，在区间13有反射光返回，所以在第3重复期间的曝光期间即曝光时间E13的曝光中检测反射光。
在这个例子中，在一个期间中的全部区间进行曝光，但是不需要如此。例如，在第1期间只曝光区间11，第2期间曝光区间12、区间13也可以。
有无检测出反射光的判断，可以考虑如下两个方法。第1方法是测量背景光强度，确认了与曝光时的受光部102的信号强度有显著差的情况下，将该区间判断为检测出测量对象物的方法。第2方法是，记录各个区间中的信号强度，将信号强度最大的区间判断为检测出测量对象物的方法。
在第1方法的情况下，只确认信号的有无，没有必要记录信号强度大小，例如使用突崩光电二极体、光电子倍增管等，能够检测一光子左右的微弱光的元件，提高检测效率的方法有效。此外，在第2方法的情况下，可以想到使用光电二极管，求出信号量的方法，也可以是使用突崩光电二极体、光电子倍增管等，对光子数进行计数。此外，在第2方法的情况下，图2的(b)中，曝光时间E11～E13的时间宽度与区间11～区间13的时间宽度不一定一致。在图2的(b)中，脉冲光的发光(射出)与曝光的组合，在一个区间只记载有一个，但是针对一个区间的测量，可以发生任意次数的脉冲串，针对各自进行曝光并进行累计，将其和以及平均值作为距离数据算出的基准。这时，光脉冲的发光不需要具有完全的周期性，可以随机设置不发光、也可以组合利用长的发光周期的测量和利用短的发光周期的测量。进而，通过延迟发光定时等的方法，进行编码，防止误检测。发光脉冲宽度优选的是比曝光宽度小，但不需要一定短。
通过进行以上的测距动作，能够测量测量对象物60与距离测量装置10之间的距离。
图2的(c)是与第1期间不同的第2期间的测量序列的一例。在图2的(a)中，第1期间与第2期间相邻，但是不需要一定相邻，在两个期间之间可以导入其他的测量，例如进行背景光强度的测量等。
控制部103，决定在第2期间的规定的测量距离范围，将决定的测量距离范围分割为一个或多个区间(分割区间)，按照每个分割区间进行测距动作。
更具体而言，图2的(c)表示的第2期间中，测量距离范围l’，与第1期间的测量距离范围l不同。在图2的(c)中，将N为3的情况为例子示出，发光部101，在每个重复期间发出光脉冲(P21、P22、P23)，受光部102，在每个重复期间分割区间(区间21、区间22、区间23)的至少一个区间成为曝光中(曝光时间E21、E22以及E23)的例子。在图2的(c)中，在区间23有反射光返回，所以在第3重复期间的曝光期间即曝光时间E23的曝光中检测反射光。
换言之，在图2的(b)表示的第1期间中，距离测量装置10用测量距离范围l、分割区间的分割数3、射出光的光脉冲宽度tp来进行测距动作。另一方面，在图2的(c)表示的第2期间中，距离测量装置10针对测量距离范围l’、分割的分割数3、射出光的光脉冲宽度tp’，改变测量条件来进行测距动作。
另外，测量条件除了所述举出例之外，还可以使分割数、发光的强度、光源的重复周期等发生变化。作为一例，在第1期间与第2期间中，可以使直接方式以外的测量方式、亮度、颜色等测量对象的物理量发生变化。这些通过距离测量装置10具备具有如下功能的电路构成就能够实现，该电路构成具有：将光强度与任意设定的阈值进行比较判断大小的功能、以及对光强度进行测量的功能。
如上所述，本实施方式涉及的距离测量装置10，在第1期间与第2期间用不同的测量条件，自适应地执行发光和曝光的配对，所以即使减少执行发光与曝光的配对的数量，也能够以高距离分辨率(高测距精度)进行测距动作。
另外，在所述中，在距离测量的前后、以及距离测量中，对距离测量装置10适当地进行校正，例如对背景光强度进行测量等。
以下，在本实施方式的像素电路的电路结构的一例，利用附图来进行说明。图20是表示本实施方式涉及的像素电路的电路结构的一例的图。
本实施方式的像素电路，图20所示，由受光电路201、计数器电路202、比较电路203、存储电路204、受光元件205、转移晶体管206、复位晶体管207、电荷蓄积电容器208、计数器晶体管209、计数器电容210、直流切断电容器211、箝位晶体管212、逆变器213、输入晶体管214、存储电容器215、存储节点复位晶体管216、放大晶体管217以及选择晶体管218构成。在这里，230是输出允许信号。
首先说明通过比较光强度与阈值，来测量距离的电路的动作。距离测量中包括，检测背景光并设定阈值的期间、以及测量距离的期间。
检测背景光的动作，通过断开来自光源的信号光来进行。此时，入射到距离测量装置10的入射光是只基于背景光的光。首先使复位晶体管207成为导通，之后使转移晶体管206成为导通、使受光元件205复位。之后，使转移晶体管206、复位晶体管207一同截止后，使转移晶体管206导通ta秒。在该ta秒光射入时，与其对应的电荷经由转移晶体管206蓄积到电荷蓄积电容器208。在ta秒后，使转移晶体管206成为截止，向计数器晶体管209的栅极施加电压(计数器触发器)，通过使计数器晶体管209成为导通，将该电荷传输到计数器电容210。之后，使计数器触发器截止，即计数器晶体管209截止之后，使复位晶体管207导通，使电荷蓄积电容器208的电荷复位。将这个行程重复b次。之后，使比较电路203的阈值设定信号导通，将该信号施加到箝位晶体管212，从而与背景光对应的计数器电容210的电压，作为直流切断电容器211的两端的电压来存储。在这个期间，输出允许信号设定为任意的电压E。
距离测量动作，在导通光源的发光的时候实施。下列的动作，相当于1个重复期间内的动作。在下列中，说明与第i个分割区间的测量对应的重复期间中的动作。首先与背景光检测期间相同，预先使复位晶体管207导通，使电荷蓄积电容器208的电荷复位。之后，射出信号光脉冲。针对该光脉冲，如(式3)表示的期间使转移栅极导通。在导通ta秒之后，使计数器触发器导通，在受光元件205生成的电荷，传输到计数器电容210。这个工序重复b次。之后，使输出允许信号的电压变为0。此时，在计数器电容210存储的计数值的绝对值，比在背景光检测期间设定的比较电路203的阈值与任意设定的电压的阈值E的和的绝对值大的时候，比较电路内的逆变器213的状态发生变化，使输入晶体管214导通。这个阈值，通过改变计数器电容210的下端的电压E来进行调节，所以能够按照使用环境而设定恰当的值。还有，这里输出允许信号的电压值在背景光检测期间设为E，在距离测量期间设为0，但是不限于此，例如在背景光检测期间为0，距离测量期间为－E等也可以，只要设定为，背景光检测期间的设定值与距离测量期间的设定值有差就可以。
输入晶体管214的漏极施加了相当于距离信号的时间信号(电压)。例如，可以是(1+i/R)伏特(R是任意整数)等。由比较电路203，输入晶体管214的栅极成为导通时，相当于距离信号的电压，存储到存储电容器215。
在全期间结束之后，各像素的存储电容器215，存储有相当于到测量对象物的距离的电压。在距离信号输出期间中输出这个信号。首先，选择晶体管218被导通。此时，通过放大晶体管217，输出存储在存储电容器215的电压。在该电压中，实际上重叠有放大晶体管217固有的偏移电压。之后，使存储节点复位晶体管216导通，对存储电容器215的电压进行复位。使存储节点复位晶体管216截止之后，读出来自放大晶体管217的电压。在读出线的后级具备相关双重取样(CDS)电路等，除去所述偏移电压，获得距离数据。
在这里，说明图20表示的像素电路的动作与上述测距动作序列的关系。
在图20表示的像素电路中，使曝光前的转移晶体管206、复位晶体管207、计数器晶体管209成为导通，将光电二极管201、电荷蓄积电容器208及计数器电容210设为复位电压。
接着，使计数器晶体管209截止之后，使复位晶体管207截止。
之后，由光电二极管201进行了光电转换的电子，蓄积到光电二极管201的寄生电容以及电荷蓄积电容器208，这与曝光开始对应，相当于图2的(b)中的曝光时间E11、E12、E13的开始时刻。
通过改变复位晶体管207截止的时刻，从而能够任意地改变曝光开始时刻，在图2的(b)的第1重复期间，可以在曝光时间E11的开始时刻，使复位晶体管207截止，在图2的(b)的第2重复期间，可以与曝光时间E12的开始同步地使复位晶体管207截止，在图2的(b)的第3重复期间，可以与曝光时间E13的开始同步地使复位晶体管207截止。
接着，从复位晶体管207的截止时刻开始，等待一定时间ta之后，使转移晶体管206截止。之后，在受光元件205被光电转换的电子，不移动到电荷蓄积电容器208，所以这个时刻成为曝光结束的时刻。即，相当于图2的(b)中的曝光时间E11、E12、E13的结束时刻。
将分割区间的数设为n的情况下，从曝光开始到曝光结束为止的时间a设为2l/nc。换言之，可以将从复位晶体管207截止之后，转移晶体管206截止为止的时间设为2l/nc。
在分割区间中的曝光时间E11、E12、E13的开始时刻和结束时刻，通过计测相对于脉冲发光的延迟时间来决定。发光和曝光之间的同步方法的例子，可以考虑使用时钟电路的方法。对来自光脉冲发光的时钟数进行计数，能够决定曝光开始时刻以及曝光结束时刻。另外，发光和曝光的同步方法不限于所述。
另外，在上述距离测量装置10，一边改变第1期间和第2期间的测量条件，一边在第1期间或第2期间进行距离测量，但是也可以在第1期间以及第2期间的至少一方的期间，进行距离测量。即，控制部103，在第1期间中，设定与第1测量距离范围对应的时间范围即第1测量时间范围，在第1测量时间范围中，使发光部101发出射出光，使受光部102成于曝光状态。进而控制部103，在第2期间中，设定与第2测量距离范围对应的时间范围即第2测量时间范围，在第2测量时间范围中，使发光部101发出射出光，使受光部102处于曝光状态。控制部103，在第1期间和第2期间中，至少使一个测量条件不同。而且，距离算出部105，根据在第1期间或第2期间的至少一方的期间中，发光部101发出射出光的时刻到受光部102接受反射光的时刻为止的时间，算出从距离测量装置10到测量对象物60的距离。
此外，距离测量装置10，多次进行距离测量，将其中一次的测量区间进行分割并进行距离测量。在图24表示在这个情况下的测距动作序列的一例。
图24是表示实施方式1的变形例涉及的距离测量装置10的测距动作序列的一例的图。与图2同样的要素附上相同的名称，省略详细的说明。
也就是如图24所示的例子，实施方式1的变形例涉及的距离测量装置10的控制部103，在第1期间中，设定与第1测量距离范围对应的时间范围即第1测量时间范围，在第1测量时间范围，从发光部101发出射出光，使受光部102成为曝光状态。进而，该控制部103，在第2期间中，将与第2测量距离范围对应的时间范围即第2测量时间范围，分割为K’个(K’是2以上的自然数)区间，重复包括发光部101发出射出光的时间以及第2测量时间范围的重复期间，并且至少在一个所述重复期间中，所述K’个区间的至少一个区间，使所述受光部处于曝光状态。在这个情况下，距离算出部105，可以根据在第1期间或第2期间的至少一方的期间中、从发光部101发出射出光的时刻到受光部102接受反射光的时刻为止的时间，算出从距离测量装置10到测量对象物60的距离。
(实施方式2)
在实施方式1，说明了第1期间和第2期间的测量条件决定方法没有限定的情况，但是也可以如下述一样，按照在第1期间的距离数据的测量结果，决定第2期间的测量条件。换言之，控制部103，可以根据在第1期间算出的距离测量装置10到测量对象物60的距离，来决定第2期间的测量条件。以下对于这个情况，将与实施方式1不同的部分，作为实施方式2来说明。
本实施方式涉及的距离测量装置10，相对于实施方式1的距离测量装置10，控制部103以及距离算出部105的动作内容不同。
也就是，控制部103控制进行，在第1期间，将第1测量时间范围分割为K个(K为1以上的自然数)区间，重复K次第1重复期间，该第1重复期间包括发光部101发出射出光的时间以及第1测量时间范围，并且，在每个第1重复期间，由发光部101发出射出光，在每个第1重复期间，在K个区间的至少一个区间，使受光部102成为曝光状态。
控制部103，在第1期间，受光部102没有接受反射光，确认了测量对象物60不存在于第1测量距离范围的情况下，变更第2期间的第2测量距离范围。而且利用该第2测量距离范围，进行受光部102的控制。更具体而言，控制部103在这个情况下，在第2期间，利用与第2测量距离范围对应的第2测量时间范围，进行受光部102的控制，该第2测量距离范围包括了不包括在第1期间使用的测量距离范围的区域。
此外，控制部103，因为受光部102接受反射光，确认了测量对象物60存在于K个区间中的第L区间(L是K以下的自然数)。这个时候，控制部103进行控制，在第2期间，将包括第L区间且比第1期间使用的第1测量时间范围短的第2测量时间范围，分割为K’个(K’是2以上的自然数)区间，重复K’次第2重复期间，第2重复期间包括发光部101发出射出光的时间以及第2测量时间范围，并且在每个第2重复期间的所述K’个区间中的至少一个区间，使受光部102成为曝光状态。
而且，距离算出部105，根据第2期间的发光部101发出射出光的时刻到受光部102接受光的时刻为止的时间，算出从距离测量装置10到测量对象物60的距离。
下面说明如上所述构成的本实施方式涉及的距离测量装置10的距离测量动作(测距动作)。
图3是表示本实施方式涉及的距离测量装置10的测距动作序列的一例的图。与图2同样的要素标上相同的符号，省略详细的说明。
在图3的(a)中，与实施方式1的图2的(a)比较时，第1期间和第2期间，用不同的测量条件进行测距动作是一样的，但是在第2期间，按照第1期间的测距动作的结果来决定测量条件是不同的。
在图3的(b)中表示，在第1期间没有检测出测量对象物60的情况。关于其他动作与图2的(b)的说明相同，所以这里省略说明。
在图3的(c)表示的第2期间，表示了利用第2测量距离范围来进行测距动作的情况的例子，该第2测量距离范围具有图3的(b)表示的第1期间的第1测量距离范围的上限值更远的上限值的距离范围。更具体而言，表示在第2期间重复3次重复期间的例子，该重复期间是N为3的情况下，包括3个分割区间(区间31、区间32、区间33)和发光部101发出脉冲光的时间的期间。而且，发光部101在每个重复期间，发出脉冲光(P21、P22、P23)，受光部102，在每个重复期间的分割区间(区间31，区间32，区间33)的至少一个区间成为曝光状态。
另外，在图3的(c)，将不包括在第1期间进行测距动作的第1测量时间范围(区间11～13的时间范围)的范围，作为第2测量时间范围(区间31～33的时间范围)，但是可以包括在第1期间进行测距动作的第1测量时间范围，来作为测量时间范围。此外，第2期间的测量时间范围，可以任意决定。尤其不限于第1期间和第2期间，可以设定为任意多次，可以具有第3期间，第4期间，···等期间数。在这个情况下，可以考虑逐渐增大测量距离范围的方法。
图4是表示本实施方式涉及的距离测量装置10的测量动作序列的另一例的图。与图2以及图3同样的要素标上相同的符号，省略详细的说明。
图4的(b)表示，在第1期间检测出测量对象物60的情况。关于其他动作，与图2的(b)的说明相同，所以这里省略说明。
图4的(c)表示在第2期间中，利用第2测量时间范围进行测距动作的情况的例子，该第2测量时间范围限定为在图4的(b)表示的第1期间检测出测量对象物60的分割区间(区间13)内或者该分割区间的近旁。更具体而言，表示在第2期间重复3次重复期间的例子，该重复期间是N为3的情况下，包括3个分割区间(区间41、区间42、区间43)和发光部101发出脉冲光的时间的期间。而且，发光部101，在每个重复期间，发出脉冲光(P21、P22、P23)，受光部102，在每个重复期间的分割区间(区间41，区间42，区间43)的至少一个区间成为曝光状态。
即，在本实施方式，控制部103，按照第1期间的测距动作的结果，决定第2测量时间范围。而且，控制部103将第2测量时间范围分割为多个区间(分割区间)，重复多次重复期间，从而在每个分割区间进行测距动作。
在此，控制部103，由受光部102在第1期间发出脉冲光的时刻的分割区间的第i个的分割区间中检测出反射光的情况下，使第2期间中进行测距动作的第2测量时间范围，与第1期间中检测出测量对象物60的分割区间i一致。
在这个情况下，将第1测量时间范围设为ta、第2测量时间范围设为tb时，第2测量时间范围的宽度可以表现为tb＝ta/N。将第2测量时间范围进行M分割，按照时间序列赋予1、2、···的编号，在其中第j个区间，可以用(式5)来表示。
(数式5)
根据(式5)，将第2测量时间范围tb均分为M区间的情况下的测量分辨率是ta/MN，与第1期间的距离分辨率即第1测量时间范围ta/N比较时，成为1/M倍，从而提高了距离分辨率。
另外，在本实施方式，分割第1测量时间范围以及第2测量时间范围的方法，不限于等间隔，可以是任意的。此外，如图5所示，在第3期间以后，同样参照前期间的结果，可以逐渐缩短测量时间范围，提高测量分辨率。在这里，图5是表示本实施方式涉及的距离测量装置10的测距动作序列的另一例的图。与图4同样的要素标上相同的符号，省略详细的说明。
另外，测量时间范围，优选的是与前期间的检测出测量对象物的区间相同，但是可以选择比该分割区间广的时间范围。
此外，测量时间范围，不需要必须逐渐缩短，例如，测量时间范围窄的测量期间，可以追加进行测量时间范围广的低分辨率的期间测量的期间。这个方法的优点是，距离测量装置10，在该测量时间范围以外，有物体突然侵入的情况下，也能够利用测量时间范围广的测量，能够进行测量对象物的距离测量。
作为这个实施方式的特殊例子，有K＝1的情况。在这个情况下，在第1期间确认测量对象的有无，只有在发现了测量对象物的情况下，在第2期间进行距离测量。
尤其是想以高于光脉冲宽度的测量分辨率进行测距动作的情况下，可以考虑这样的方法，使曝光时间宽度设为与光脉冲宽度同等程度以下，将曝光开始的时刻改变为比光脉冲宽度小的刻度，利用检测出的反射光的强度成为最大的曝光开始时刻，作为测量对象物60的距离。在这个情况下，需要将测量距离以及亮度的双方，所以可以利用后述图10所述的电路。
此外，在受光部102由图像传感器来构成的情况下，能够构成二维的距离数据群，能够获得距离图像。在这个情况下，通过一次的距离测量可能检测出多个测量对象(测量对象物60)。在这个情况下，需要在第2期间选择多个测量时间范围。换言之，在这个情况下，将测量对象1存在的测量时间范围1、测量对象2存在的测量时间范围2、···的测量，可以以一次全部进行，但是测量对象多的情况下，测量时间有可能变长。为了防止这样的情况，例如测量对象1存在的测量时间范围1的测量与测量对象2存在的测量时间范围2的测量之间，可以进行与第1期间的测量条件相同条件的测量。此外，决定进行提高距离测量的分辨率的测量的对象，可以限定为通过算法或者通过使用者任意规定等方法。例如，对人、动物实施距离分辨率高的测量，但是对家和墙壁、标识等不实施高分辨率的测量。限定方法不限于上述。
另外，在受光部102具有二维排列的多个距离测量装置，在能够输出距离图像的情况下，能够合并多个距离测量装置的测量结果，对入射光子数的和、平均、分散等进行计数，确认与背景光有显著差的情况下，判断为检测了光子的方法也可以。在这个情况下的测量的流程，通过以下图来说明。
图6A、图6B以及图6C是表示本实施方式涉及的距离测量装置10的测量动作序列的另一例的图。
例如在图6A表示，在第1期间以低测量分辨率进行测距动作之后，进行n次第2期间的情况，该第2期间是比第1期间测量分辨率高的期间。更具体而言，距离测量装置10，在第1期间以低测量分辨率进行测距动作，算出物体1、2、3、···、n位于距离z1、z2、z3、…、zn。在这个情况下，距离测量装置10，针对位于距离z1、z2、z3、…、zn的物体1、2、3、···、n，分别按照比第1期间测量分辨率高的第2-1期间，第2-2期间，…，第2-n期间，进行测距动作。
另外，期间的经过，不限于图6A表示的情况，如图6B所示，可以以第1期间、第2-1期间、第1期间、第2-2期间…等测量分辨率低的第1期间与测量分辨率高的第2期间交替地进行测距动作。
此外，如图6B所示，测量分辨率高的第1期间与测量分辨率低的第2期间的比率作为1：1来进行，也可以以1：2等任意的比率来进行。
此外，如图6C所示，在期间T1，可以通过重复测量分辨率高的第2期间等，预先设定进行多个第2期间的时间。另外，期间的设定当然不限定于上述的例子。
(实施方式3)
在实施方式1以及2中，没有说明距离测量装置10以及测量对象物60移动等运动的情况，在本实施方式，针对距离测量装置10或测量对象物60移动的情况，以与实施方式1以及2的不同点为中心进行说明。
本实施方式涉及的距离测量装置10，与实施方式1、2中的距离测量装置10相比，控制部103以及距离算出部105的动作内容不同。
即，控制部103，在第2期间，受光部102接受反射光，确认了测量对象物60位于K’(M)个区间中第N区间(N是K’(M)以下的自然数)。在这个情况下，控制部103进行控制，在接着第2期间的第3期间中，包括第N区间且第2期间使用的第2测量时间范围以下的第3测量时间范围分割为O个(O是2以上的自然数)区间，重复O次第3重复期间，该第3重复期间包括发光部101发出射出光的时间以及第3测量时间范围，并且，在每个第3重复期间的所述O个区间中的至少一个区间，使受光部102成为曝光状态。
而且，距离算出部105，可以根据在第3期间中发光部101发出射出光的时刻到受光部102接受光的时刻为止的时间，算出从距离测量装置10到测量对象物60的距离。
进而，由控制部103确认了受光部102接受反射光，测量对象物60存在于O个区间中的第P区间(P是O以下的自然数)时，距离算出部105，可以求出在第3期间算出的距离与在第2期间算出的距离的差分即距离差分。而且，距离算出部105，可以计算求出的距离差分，与第2期间的第N区间的开始时刻到第3期间的第P区间的开始时刻为止的时间的比，从而求出距离测量装置10的射出光的行进方向的速度。在此，使用了第N区间的开始时刻与第P区间的开始时刻，但是只要使用第N区间和第P区间的有特征的时刻就可以，例如，可以是第N区间的结束时间和第P区间的结束时间。
在此，控制部103，将第3期间的开始时刻到第4期间的开始时刻为止的时间与所述速度相乘的距离值、和第3期间算出的距离相加，从而能够预测第4期间的测量对象物60的距离范围。因此，控制部103进行控制，在第4期间，决定包括与预测的距离范围对应的测量时间范围，并且比第3测量时间范围短的第4测量时间范围，与所述距离测量相同，划分为多个区间，多次重复第4重复期间，该第4重复期间包括发光部101发出射出光的时间以及第4测量时间范围，并且在每次重复第4重复期间时，在该多个区间的至少一个区间，使受光部102成为曝光状态。
下面说明如上所述构成的本实施方式涉及的距离测量装置10的距离测量动作(测距动作)。
图7是表示本实施方式涉及的距离测量装置10的测距动作序列的一例的图。与图4同样的要素标上相同的符号，省略详细的说明。
在本实施方式，如图7的(a)所示，将第1期间、第2期间、第3期间、第4期间的4次测距动作为一个组来进行。图7的(b)、(c)与图4的(b)、(c)相同所以省略说明。
图7的(c)表示的第3期间中，进行与第2期间同等的距离分辨率或比第2期间高的距离分辨率的距离测量。动作的详细与图4的(c)的说明相同，在此省略说明。
控制部103在第2期间获得的测量对象物60为止的距离设为z1，在第3期间获得的测量对象物60为止的距离设为z2。此外，在第2期间检测出测量对象物60的时刻到在第3期间检测出测量对象物60的时刻为止的时间，设为△t1。在这个情况下，控制部103，将测量对象物60的距离方向的速度V1，利用(式6)来算出。
(数式6)
另外，控制部103，可以在第4期间，求出从第3期间到第4期间为止的测量对象物60的距离方向的速度V2，控制部103，可以利用在第3期间检测出测量对象物60的时刻到第4期间检测出测量对象物60的时刻为止的时间△t2以及速度V1、V2，算出测量对象物60的加速度a1(式7)。
(数式7)
在图7的(e)表示的第4期间中，控制部103，利用图7的(d)表示的第3期间获得的测量对象物60的速度v1，预测第4期间中测量对象物60的距离(位置)，并决定包括预测的距离(位置)的第4测量距离范围。从而，距离测量装置10，对在第4期间包括测量对象物60存在的距离(位置)的第4测量距离范围进行分割，来提高测量分辨率，从而能够进一步提高测量精确度。
以下进行详细说明。在第3期间获得的测量对象物60的距离设为z2、速度设为v1、代表第3期间的时刻到代表第4期间的时刻为止的时间设为△t2。在这个情况下，控制部103，将在第4期间存在的测量对象物60的位置，能够用(式8)来预测。
(数式8)
z3＝z2+v1·Δt2---------(式8)
因此，控制部103，在第4期间能够限定估计位于测量对象物60近旁的距离，来进行测距动作，能够以更高的分辨率以及更少的测量次数，来算出到测量对象物60的距离。这个方法在以后的期间重复进行，从而能够逐渐地提高距离测量的精度。
例如，能够考虑如下的用途，利用在受光部102以二维阵列状排列受光元件的元件即图像传感器，进而有必要时搭载光学系统来测量二维状的距离数据、即测量距离图像，从而识别人和动物。通过这个用途适用于以时速60km行驶一般道路的车辆，搭载距离测量装置10，想要识别人和动物的情况下，需要下列的性能。一般的运动图像帧速率为30fps的运动图像摄像时，在1帧间，人和装置的距离会变化60×(1000/3600)×(1/30)＝0.6m。
人和动物的厚度大概是0.2m左右，想要识别人和动物的情况下，测量分辨率，需要该厚度的一半即0.1m左右。将与一个分割区间对应的距离范围设为0.1m的情况下，距离测量装置10不丢失测量对象物60而进行测距动作，所以测量时间范围的分割区间数，需要至少是6以上，以包括距离变化的0.6m。60km/h的车辆的停止距离是大约35m，为了识别人，比较有余地停止，需要摄像该三倍左右即100m左右前方的距离图像。在此，考虑到发光部101使用的激光光源是相当于级别1的光源，将强度设为1mW左右，照射角设为10°。识别人的时候，图像传感器的水平垂直方向的分辨率需要0.1m左右，所以为了成为上述分辨率而设计透镜的焦点距离，将透镜半径设为1cm左右。此外，测量对象物60的反射率是0.1。激光光源发出的光脉冲的波长是860nm的情况下，光脉冲的光子数是1秒钟4×1015个左右，在测量对象物60反射回来的反射光，计算为1秒钟大概1×103个。因此，即使将图像传感器的量子效率设为60％，检测出1个光子返回到传感器，需要2ms左右的时间，实施6次的测量，就需要12ms的测量时间。一般的运动图像帧速率是大概30fps，所以1帧需要成为30ms以下，在所述示出的以往的测距动作中，识别3个以上的人和动物并作为图像来输出是不可能的。
在这样的情况下，通过使用本实施方式的测量方法，各期间的分割区间数的下限实际上不存在，通过1次测量，就能够确实捕捉到正在运动的测量对象物。从而，在所述例子中，测量时间最大成为1/6倍，所以能够以高距离分辨率捕捉10个左右的测量对象物。因此，例如能够期待车载用途的对远方物体的识别等用途上有效果。
在本实施方式，在受光部102将距离测量装置以二维阵列状排列，有必要时可以使用通过透镜等构筑光学系统，能够测量距离测量数据的二维图像的距离测量装置。此时，不包括光学系统的受光元件称为图像传感器，独立输出测量结果的每一个元件称为像素。在这个情况下，能够分别获得将距离数据以二维排列的距离图像、以及将亮度数据以二维排列的亮度图像。此外，也可以构成为，在后阶段对距离图像进行识别处理等的方法，来识别测量对象物60。
图12是用于说明针对本实施方式涉及的图像传感器31与对象物33的距离，在图像传感器31内测量对象物中的点P成像的位置的关系的图。
在某个时刻，从图像传感器31隔开距离d的对象物33上的点，从透镜32的光轴隔开距离r的点P上反射的光，射入到图像传感器31上的点即从透镜光轴隔开距离R的点Q。在下次的距离测量期间，图像传感器31与对象物33的距离变为d’的情况下，在点P反射的光射入的图像传感器上的点与透镜光轴之间的距离R’变为(式9)。
(数式9)
利用(式9)能够预测在下一个帧中测量对象出现在图像传感器中的区域。
在这个情况下，将进行图像识别处理的图像传感器上的区域，能够限定在测量对象的附近，能够缩短图像识别处理所需要的时间。
此外，在图像中的测量对象物60的垂直水平方向位置(x，y)的差分为(△x，△y)，将该差分除以两个测量的有特色的时刻的差分△t，从而在画面内的测量对象物60的速度(vx，vy)＝(△x/△t，△y/△t)，所以在下面距离测量时，预测测量对象物60存在的区域，并决定进行图像识别处理的区域。
此外，在距离测量装置10移动的情况下，通过本实施方式表示的速度的测量，能够求出距离测量装置10的速度。在摄像机系统上预先登记静止物。作为静止物的例子，有墙壁和建造物、道路标识等，但不限于此。
只要求出静止物的速度vst，则该速度vst是静止物和距离测量装置10的相对速度，静止物的绝对速度是0m/s，所以如(式10)表示，将相对速度vst乘以－1的速度，成为距离测量装置的移动速度V。
(数式10)
V＝-vst---------(式10)
图13是距离测量装置10测量的距离图像的一例。在图13示出例如人是物体41，例如车辆是物体42，例如标识是物体43。具备图像传感器31的距离测量装置10，在图13表示的人(物体41)、车辆(物体42)、标识(物体43)的三个测量对象物60中，识别停止标识(物体43)，能够从该相对速度求出距离测量装置10的速度。
例如，以车载用途来使用本实施例的距离测量装置10的情况下，需要根据车速改变测量条件。例如，车辆速度快的情况下，想要实施远方的距离测量，速度慢的情况下，只想对近处进行距离测量。因此，通过距离测量装置10自身识别自己的速度，从而反馈测量结果，一边变更测量条件，一边依次进行距离测量。
在车载用途的情况下，速度计量器与距离测量装置10进行通信，但是即使在通信突然延迟或切断的情况下，也能构筑由距离测量装置10单独继续距离测量动作的鲁棒性系统。
此外，即使该摄像机系统与速度计量器的通信正常动作的情况下，在打滑或空转时等，速度计量器没有正确动作的情况下，能够将距离测量装置10求出的速度提供给速度计量器，显示正确的车速。
(实施方式4)
在实施方式2、3说明了按照第1期间的测距动作的结果，决定第2期间的测量条件的情况，但是不限于此。可以利用如下方法，不参考第1期间的结果，进行第2期间的测量，对两个期间的测量结果进行数据处理，从而获得距离数据的方法。以下在这个情况下，针对与实施方式1不同的部分，作为实施方式4来说明。
本实施方式涉及的距离测量装置10，与实施方式1中的距离测量装置10相比，控制部103的动作内容不同。
即，控制部103，在第2期间设置第2重复期间，该第2重复期间比第1测量时间范围短，并且在该K个区间中，与检测出测量对象物60的区间的时间宽度相同。控制部103进行控制，以与第2重复期间相同的周期，使发光部101发出射出光，将第2重复期间分割为M个(M是2以上的自然数)区间的分割区间中的一个区间，使受光部102成为曝光中。尤其是在实施方式1～3，重复期间的时间宽度的下限规定为充分衰减的时间，从而使某个重复期间的反射光，不会在其他重复期间误检测，但是在本实施方式中没有上述规定。
控制部103，在第1期间以及第2期间的各自的结果进行AND处理，从而使距离算出部105测量(算出)测量对象物60的距离。
下列示出本实施方式的原理。首先，在第1期间，以(式4)表示的分辨率来决定距离。在第2期间中，曝光时间宽度设为第1期间的分割区间宽度的1/M，所以距离分辨率也是1/M。在第2期间，估计以比光脉冲的衰变时间短的发光周期进行发光，所以发光脉冲与受光脉冲的对应不能决定为1：1，有必要以发光周期Td的整数倍，周期性地往返。即在M个区间中，在第j个区间检测出脉冲光的情况下，在重复期间的时间宽度设为Td，距离数据成为下列(式11)。
t＝(j-1)Td/M+kTd～jTd/M+kTd (式11)
在这里，k是未知的0以上的整数，kTd对应于所述往返成分。(式4)中能够以Td的分辨率，唯一地决定距离，所以能够唯一地决定在(式11)的结果中未知的整数k，能够以分辨率Td/M决定测量对象的位置。
以上说明了如上所述构成的本实施方式涉及的距离测量装置10的距离测量中的发光以及曝光的驱动方法(测距动作)。
图8以及图9是表示本实施方式涉及的距离测量装置10的测距动作序列的一例的图。与图2同样的要素标上相同的符号，省略详细的说明。
图8的(b)表示，在第1期间测量对象物60在区间12检测的情况。此时，反射光的返回定时，限定在t＝Td～2Td的范围。针对其他的动作，与图2的(b)的说明相同，所以这里省略说明。
在图8的(c)表示的第2期间中，控制部103，以在第1测量时间范围的第1分割区间(区间12、或区间13、区间14)相同的时间Td的周期，使发光部101发出光脉冲。此外，在第2期间，控制部103进行控制，将该周期分割为三个区间(第2分割区间)的一个区间中，使受光部102成为曝光中。另外，在图8的(c)中，示出进行累计的驱动的例子，图中的调和(averaging)对应于一次的累计。当然，可以不进行累计，可以针对1个区间，只发射1个光脉冲。进行累计的情况下，利用该平均值或者和等，算出距离。在图8的(c)中表示，在第2期间中的第2个区间反射光返回的例子。按照(式12)，在这个情况下，可知脉冲光返回的定时为t＝Td/3+kTd～2Td/3+kTd。如上所述，在第1期间的测量中，反射光的返回定时是t＝Td～2Td，所以能够知道k＝1，能够唯一地决定t＝4Td/3～5Td/3。
尤其本驱动方法有如下的优点，不参照在第1期间的距离数据，就能在第2期间实施测量，在之后进行运算处理，从而能够决定距离数据。不需要进行有无检测出测量对象的判断，以及识别处理的时间，所以能够缩短测量时间。尤其，在受光部102使用一般的图像传感器，即106个左右的高集成的距离测量装置阵列的情况下，识别处理时间需要数ms左右，对于帧速率成为速率控制，但是在本测量方法中，不需要识别处理的时间，从而能够缩短测量时间。在本实施方式说明的测量方法有下列2个优点。1.长距离的距离测量的效率化，2.距离图像测量中的多个物体的高精度测量。以下，举例说明。
1.说明长距离的距离测量的效率化。即，远方的测量时，在测量对象反射后返回的光子数下降，所以累计次数变多。因此，使发光脉冲周期缩短，增加累计次数很重要。作为1个例子，考虑使用距离图像装置，到250m的远方进行距离测量的状况。例如，使用脉冲强度20W、光脉冲宽度100ns、射出角10度左右的光脉冲源、量子效率60％、受光部面积10μm的受光部、以及F＝2的透镜，对250m以上的远方的测量对象测量距离的情况下，起因于1个光脉冲的光子的一个返回到受光部，进行光电转换的概率是2000分之1以下，所以至少需要2000次左右的累计。在实施方式1～3的情况下，光脉冲在250m远方的测量对象反射并返回到受光部花费的时间是大概1.6μs，所以重复时间的下限规定为1.6μs，即使光脉冲的射出设为2000次，一个区间的测量需要4ms的时间。
另一方面，利用本实施方式的距离测量装置10进行测量的方法的情况下，在第1期间将测量距离范围的刻度设为10m，在第2期间发出光脉冲的周期成为1/25倍大概0.06μs，所以进行2000次的脉冲发光，也成为0.12ms。这样在运动图像的一般的帧速率30fps的情况下，1帧的时间30ms比较时成为1/400倍，是能够忽视的程度的时间。
2.针对距离图像测量中多个物体的高精度测量，进行下列说明。在此距离图像是指，通过二维矩阵状排列的距离测量装置、以及必要时具有透镜等光学系统的测量装置系统输出的二维状的距离数据群。在实施方式2，测量对象存在多个的情况下，按照各个测量对象的距离，以对应的像素检测反射光的定时不同，所以针对全部测量对象，需要另外实施高距离分辨率的测量。但是，在本实施方式，能够在全像素以同一个曝光序列，获得与测量对象的距离对应的不同的结果。对于此利用图21来说明。对于检测测量对象A的像素A和检测测量对象B的像素B，示出了射出光、反射光、曝光的序列。射出光是同一个，曝光的定时在像素A和像素B是相同的。在第1期间，像素A在第3个区间，像素B在第2个区间检测光，在第2期间，像素A在第2个区间，像素B在第1个区间检测光。从而，通过1次测量就能明白来自测量对象A的反射光在t＝7Td/3～8Td/3之间返回，来自测量对象B的反射光在t＝4Td/3～5Td/3之间返回。
在此，第1期间、第2期间，可以按不同顺序进行。此外，当然可以追加第3期间、第4期间、···、依次提高分辨率地进行操作。
此外，从光脉冲的发光到反射光返回为止花费时间，所以第2期间的第1个曝光，优选的开始时刻是从确实期待第1个脉冲光返回的时刻。例如，图9的(a)示出的第2期间中，在第1次曝光时间E31中第1次发出的光脉冲P31的反射光R31没有返回，该曝光时间E31成为无用的曝光，此外，本来4次的累计中，4次都应该检测光，但是光检测只有3次，所以发生检测遗漏的可能性高。
于是，如图9的(b)所示，使第2期间的第1个曝光开始时刻，作为第1期间中第1测量时间范围的最后区间的开始时刻以后，这样就能防止检测遗漏。换言之，在第2期间的第1个曝光设为从曝光时间E33开始就可以。另外，如图9的(b)所示的第2期间，脉冲发光次数比曝光次数多，所以有功耗上升，测量时间变长的缺点。但是，远方的距离测量，例如，在250m远方的距离测量的情况下，需要进行1000次以上的脉冲发光，对于此，脉冲发光次数的增加，与第1测量区间分割数是相同程度，至多是10次，所以只增加了1％。
(实施方式5)
在实施方式1～4中到测量对象物60的距离的决定方式是相同的，但是也可以变更为不同的方式，在以下的实施方式5中说明这个情况。
本实施方式涉及的距离测量装置10，相对于实施方式1～4的距离测量装置10，控制部103的动作内容不同。以下，以与实施方式1～4的不同点为中心进行说明。
即，控制部103，在第1期间以及所述第2期间中，将测量时间范围分割为K个(K是1以上的自然数)区间，重复K次重复期间，该重复期间包括发光部101发出射出光的时间以及该测量时间范围。
控制部103进行控制，在第1期间，按每个重复期间的开始时刻，以比该区间的一半短的时间即窄脉冲宽度来使发光部101发出射出光，按照每个重复期间，在K个区间的至少一个区间，使受光部102成为曝光状态。
此外，控制部103，在第2期间，按照重复期间的K个区间的每个开始时刻，使发光部101以该区间的一半时间即广脉冲宽度来发出射出光。而且，控制部103，在重复期间的K个区间的各自，进行第1曝光期间控制和第2曝光期间控制，该第1曝光期间控制是按照该区间的开始时刻，以该区间的一半的时间即第1时间，使受光部102成为曝光状态，该第2曝光期间控制是从该区间的开始时刻经过了第1时间的时刻开始，以第1时间使受光部102成为曝光状态。另外，第1曝光期间，对应于以下的A曝光期间，第2曝光期间，对应于以下的B曝光期间。
下面说明如上所述构成的本实施方式涉及的距离测量装置10的距离测量动作(测距动作)。
图10是表示本实施方式涉及的距离测量装置10的测距动作序列的一例的图。与图2同样的要素标上相同的符号，省略详细的说明。
在图10的(b)中，使用实施方式1的图2的(a)同样的测距方法，测量测量对象物60的距离。除了反射光返回的是区间12，以及在重复期间之间没有等候时间，其他与图2的(a)相同，在这里省略详细说明。另外，在第1期间中，重复期间之间可以有等候时间。
如图10的(c)表示的第2期间中，发光部101，将发光灭光以相同时间宽度(第1时间)交替地重复，受光部102以与发光部101的发光灭光的各自同步的2个不同的曝光序列进行受光。而且，控制部103，根据以这些曝光序列分别获得的反射光的强度的比，算出测量对象物60与距离测量装置10之间的距离。
下面，参考图10的(c)，更详细地说明测量原理。在本实施方式，发光部101，发光第1时间T0之后，灭光第1时间T0，并且重复这样的动作。在此，第1时间T0是第1测量时间范围的分割区间的一半的时间。控制部103，控制受光部102，分别进行与发光部101的发光同步进行的A曝光(第1曝光序列)和与灭光同步进行的B曝光(第2曝光序列)。此外，控制部103将在A曝光中受光部102检测出的反射光的光强度SA和在B曝光中受光部102检测出的反射光的光强度SB，分别保存到未图示的存储器。
另外，在受光部102，A曝光和B曝光可以用不同的像素进行，也可以用相同的像素进行。
在这里，将到测量对象物60的距离设为z4、从发光开始反射光返回到距离测量装置10的时刻设为τ，首先考虑反射光返回的时刻τ＝(2z4/c)<第1时间T0的情况。在这个情况下，在A曝光期间接受的反射光的时间宽度是T0－τ，在B曝光期间接受的反射光的时间宽度是T0－(T0－τ)＝τ，在A曝光中受光部102检测出的反射光的光强度SA和在B曝光中受光部102检测出的反射光的光强度SB的比(强度比)可以用(式12)来表示。而且，测量对象物60与距离测量装置10的距离可以用(式13)来表示。
(数式11)
(数式12)
因此，在图10的(c)表示的第2期间中用相位差方式来进行测距动作的情况下，能够利用反射光的信号强度比(SA-SB)/(SA+SB)，以连续值来求出距离测量装置10到测量对象物60的距离。这样的第2期间，比只能以分割区间的时间宽度来规定的分辨率来求出距离的第1期间具有优点。
另外，到测量对象物60的距离远(τ>T0)的情况下，第1个发光(光脉冲)的反射光在第2个发光时刻以后才能检测出，光脉冲返回的时刻是脉冲返回时刻τ+2nT0(n:整数)的任一个(式12)的值变得相同，所以不能区分。
但是，在本实施方式，在第1期间用2T0的分辨率知道测量对象的距离，所以能够决定τ+2nT0中的n。
用式来表示时，在第1期间，第i个的区间脉冲光返回的情况下，τ+2nT0，能够用(式14)来表示，所以能够唯一地决定n。
(数式13)
2(i-1)T0＜τ+2nT0＜2iTd---------(式14)
这样求出的τ+2nT0代入到(式13)中的τ得出的(式15)，成为τ＞T0的情况下的解。
z5＝c(τ+2nT0)/2＝cT0/2(1-(SA-SB)/(SA+SB))+cnT0 (式15)
这样，通过两次的测量，以连续值获得测量对象的距离。
在本实施方式的测量方法中，不反馈第1期间的结果，对第1期间结果和第2期间结果进行AND处理(逻辑与运算处理)，从而具有能够唯一地决定距离测量装置10到测量对象物60的距离的优点。将受光部102作为图像传感器来进行图像处理的情况下，识别处理的时间需要数ms左右，对于帧速率成为速率控制，但是在本测量方法中，不需要识别处理的时间，所以能够缩短测量时间。
另外，也可以反馈第1期间的结果，进行第2期间的测量。在这个情况下，可以不重复如图10的(c)表示的光脉冲的发光灭光。在第1期间检测出反射光的分割区间的开始时刻以T0来曝光的A曝光和在A曝光结束时以T0曝光的B曝光只进行一次就可以。从而减少曝光次数，能够避免基于背景光的脉冲的噪声以及热噪声发生，所以能够避免反射光的误检测。
此外，受光部102，可以使用雪崩光电二极管(APD)。
在APD中，施加了击穿电压以上的电压的状态的盖革模式，能够将来自单一的光子的光信号到饱和值为止进行倍增，能够将受光部102的灵敏度提高到能够检测出单一光子的级别。盖革模式中，光电二极管容易饱和，此外噪声放大，所以适合检测光的有无的用途，但是不适合求出光量的绝对值的用途。施加了击穿电压以下的电压的状态的正常模式，能够用于通常的光电二极管，也能够用于获得信号强度的绝对值的用途。
因此，在本实施方式中，在第1期间只要判断在曝光期间中光是否返回就可以，所以用盖革模式测量。从而，返回的光量少的远方的测量，也能以少的累计次数来进行。另一方面，在第2期间，以正常模式测量就可以。这样，APD只要变更施加电压就能够切换光检测特性，用单一装置就能实现适合第1期间以及第2期间各自的测量方式的驱动方法，能够以高感度检测出低强度光，以连续值获得到测量对象物60的距离。
另外，在这个情况的像素电路可以使用专利文献2。尤其，在专利文献2，该电路只用于与第2期间的测量相同的测量，但是通过使用该电路，能够有效实施第1期间的测量。图22表示像素电路结构和曝光序列。如图22的(a)所示，像素电路具有两个浮游扩散区域(FD1、FD2)为特点。在所述第2期间中，将(式12)、(式13)、(式9)表示的SA的信号值保存在一方(例如FD1)，将SB的信号值(例如FD2)保存在另一方、通过之后取和、差分，从而能够测量(式13)、(式9)的距离值。在第1期间，如图22的(b)所示，使FD1和FD2的曝光的定时不同，从而在相同的重复期间中，能够进行不同的两个分割区间的测量。进而，之后进行信号差分处理，仅看信号的正负，就能容易判断电荷进入到哪个浮游扩散电容里。例如，在此之后，设置计算FD1的信号量－FD2的信号量的处理，信号的符号为正时，能够知道反射光返回到在FD1进行曝光的区间，信号的符号为负时，能够知道反射光返回到在FD1进行曝光的区间。通过利用本方式，脉冲发光次数能够减少到一半，第1期间的测量时间也减半。
(实施方式6)
在本实施方式中说明不仅测量距离数据，还测量亮度数据的测量方法。
本实施方式的距离测量装置10具备在第1期间中获得距离数据，在第2期间中获得亮度数据的像素电路。换言之，在本实施方式的像素电路，具备获得距离数据的距离测量电路和获得亮度数据的亮度测量电路的双方。
本实施方式的像素电路的一例，由图11表示的结构来构成，距离图像数据和亮度图像数据的双方，用相同的电路结构来测量。此外，能够同时进行距离测量和亮度测量。
以下利用附图说明本实施方式的像素电路的电路结构的一例。图11是表示本实施方式涉及的像素电路的电路结构的一例的图。
本实施方式的像素电路，如图11所示，由受光电路201、计数器电路202、比较电路203、存储电路204、受光元件205、转移晶体管206、复位晶体管207、电荷蓄积电容器208、计数器晶体管209、计数器电容210、直流切断电容器211、箝位晶体管212、逆变器213、输入晶体管214、存储电容器215、存储节点复位晶体管216、放大晶体管217、选择晶体管218、亮度图像用放大晶体管219、亮度图像用选择晶体管220以及亮度图像用电路221构成。在这里，230是输出允许信号。
进行距离测量的电路部分与图20完全相同，所以这里省略详细说明。
以下说明测量光强度的电路。结合亮度图像用电路221和受光电路201，则与通常的图像传感器的像素电路的构成相同。首先使复位晶体管207导通，使转移栅极电压导通，将受光元件205复位之后，使复位晶体管207截止，在ta之间，进行受光，与其对应的电荷经由转移晶体管206，蓄积到电荷蓄积电容器208。在ta秒之后，使转移晶体管206截止，使亮度图像用选择晶体管220导通，则读出来自亮度图像用放大晶体管219的输出电压，获得信号。此时优选的是，在此之后设置CDS电路，除去偏移电压，获得亮度信号。在这样的电路结构中，用单一的电路结构，就能获得距离和亮度的双方。
在本实施方式，受光部102可以使用以二维阵列状排列了距离测量装置的图像传感器，有必要时也可以使用固体摄像装置，该固体摄像装置利用透镜等构筑光学系统，从而能够测量距离测量数据的二维图像。在这个情况下，能够获得如下图像：处理多个像素输出的距离数据，排列成二维状，进行图像化而输出的距离图像、以及处理多个像素输出的亮度数据，排列成二维状，进行图像化而输出的亮度图像等。
在此，获得的图像数据的种类，不限于距离和亮度，除此之外，例如，也可以在受光部102的前面，设置遮断或透过特定频率的光的过滤器等的方法，来获得频率信息。
此外，获得亮度图像与距离图像的顺序不限定本申请的范围，例如可以考虑交替地重复亮度图像测量与距离图像测量的方法，也就是，例如实施方式1中的第1期间的距离测量之后，进行亮度测量，之后进行第2期间的测量，再之后进行亮度测量的重复方法，或者在进行距离测量之前或之后，进行亮度测量的方法等。此外，针对距离测量和亮度测量的实施次数的比，可以以任意的比来进行。
此外，通过在此之后对距离图像以及亮度图像进行识别处理等的方法，来识别测量对象物60的构成也可以。在这个情况下，通过组合距离图像和亮度图像，能够提高识别处理的效率化。本实施方式的距离测量装置10，首先实施对距离图像的识别处理，缩小测量对象物60的边界。接着，本实施例的距离测量装置10，进行亮度图像的识别处理，并且在相当于由距离图像进行了缩小的测量对象物60的边界内部的区域，再次进行识别处理。通过这个方法，本实施例的距离测量装置10，能够有效进行图像识别。
此外，用距离图像和亮度图像，互补地进行识别处理。在存在多个测量对象物60，那些的距离比较近，距离的差分为距离测量装置的分辨率以下的情况下，在距离图像中，不能区分识别两个测量对象物60的形状。人和地面的边界，墙壁和在墙壁附近的动物等就是其例子。在这个情况下，如本实施例一样，利用亮度图像，识别2个测量对象物60之间的反射率差异，能够区分识别2个测量对象物60。另一方面，只利用亮度图像进行识别的情况下，隔开的两个测量对象物60的亮度偶然地成为相同程度的情况下，根据亮度图像区分两个测量对象物60是不可能的，但是利用距离图像，就能够分别识别2个测量对象物60。
(实施方式7)
在本实施方式，受光部102使用图像传感器以及根据需要使用固体摄像装置，该固体摄像装置是通过构筑透镜等光学系统，能够测量距离测量数据的二维图像的装置。可以分别获得二维排列距离数据的距离图像、二维排列亮度数据的亮度图像。此外，也可以是再之后通过识别处理距离图像以及亮度图像等的方法，能够识别测量对象物60的构成。
在实施方式1～6，受光部由多个距离测量装置构成的情况下，曝光定时在全部的像素设定为相同，但是可以在不同的像素以不同定时进行曝光。
(实施例1)
图14A以及图14B是用于说明本实施例涉及的距离测量装置10的曝光序列的示意图。图14A的(a)是包括距离测量装置10摄像的测量对象物60的图像的一例的示意图，表示在距离z1的物体41、在距离z2的物体42、在距离z3的物体43。
在此，如本申请实施方式2的说明，在第1期间检测作为测量对象的3个物体41、42、43，在第2期间，限定测量对象的各物体41、42、43附近的测量范围，在进行距离测量的情况下的驱动，表示在图14A的(b)以及图14B的(c)。
作为测量对象的物体41、42、43，存在于距离图像内不同的位置，将检测测量对象的物体41的距离测量装置，称为像素1，曝光序列设为曝光1，检测测量对象的物体42的距离测量装置，称为像素2，曝光序列设为曝光2，检测测量对象的物体43的距离测量装置，称为像素3，曝光序列设为曝光3。
在图14A的(b)中，测量对象物60存在多个，分别对应于距离z1的物体41、距离z2的物体42、距离z3的物体43，来自物体41的反射光在τ1(＝2z1/c)、来自物体42的反射光在τ2(＝2z2/c)、来自物体43的反射光在τ3(＝2z3/c)返回。曝光动作与实施方式2的图2的(b)相同，全像素一齐进行。这里省略详细说明。
在图14B的(c)中，如实施方式2的图4的(c)以及图6A～图6C说明，针对测量对象物即物体41、42、43的全部重复如下动作，将测量范围限定在检测出的测量对象的附近，进行距离测量的动作。
在图14B的(c)的情况下，位于距离z1的测量对象的物体41、位于距离z2的测量对象的物体42、位于距离z3的测量对象物体43的各自的附近，为了进行进一步细致的区间的距离测量，需要对将第1测量时间范围的分割区间11进一步分割的分割区间21、分割区间22、分割区间23，以及将分割区间12进一步分割的分割区间24、分割区间25、分割区间26，以及将分割区间13进一步分割的分割区间27、分割区间28、分割区间29的9个全部进行测量，所以测量时间变得长期化。
在此，如图14B的(d)所示，分别测量像素1中测量对象物体41存在的距离z1的附近，像素2中测量对象物体42存在的距离z2的附近，像素3中测量对象物体43存在的距离z3的附近，这样能够缩短测量时间。尤其通过本实施例表示的驱动，各像素的曝光次数减少，所以能够期待降低背景光强度及热噪声，具有防止误检测的效果。
在此，详细说明图14B的(d)的序列。在第1测量时间范围内，在将包括与距离z1对应的时刻即τ1(＝2z1/c)的分割区间(图中是区间11)，进一步分割的分割区间21、22、23中，使在第1期间检测出测量对象即物体41的像素1成为曝光状态，在第1测量时间范围内，在将包括与距离z2对应的时刻即τ2(＝2z2/c)的分割区间(图中是区间12)，进一步分割的分割区间24、25、26中，使在第1期间检测出测量对象即物体42的像素2成为曝光状态，在第1测量时间范围内，在将包括与距离z3对应的时刻即τ3(＝2z3/c)的分割区间(图中是区间13)，进一步分割的分割区间27、28、29中，使在第1期间检测出测量对象即物体43的像素3成为曝光状态。更具体而言，本实施例的距离测量装置10中，受光部102具有分别能够接受光的二维排列的多个像素，受光部102被分割为多个区域。在这里，各像素属于多个区域的任一个。控制部103，在第1期间，将第1测量时间范围分割为K个(K:1以上的自然数)区间(第1分割期间)，重复K次包括发光部101发出射出光的时间以及第1测量时间范围的重复期间(第1重复期间)。控制部103，在每次该重复期间的开始时刻，使发光部101发出射出光，并且在重复期间的K个区间的各自，在所述多个区域内的全部区域中，使包括在该区域的全部像素成为曝光状态。在第2期间中，只将所述第1分割期间中的检测出测量对象物60的区间的附近，规定为测量时间范围(第2测量时间范围)进行测量。将第2测量时间范围分割为L个(L:1以上的自然数)区间，重复L次包括发光部101发出射出光的时间以及测量时间范围的重复期间。控制部103，在每次该重复期间的开始时刻，使发光部101发出射出光，在重复期间的L个区间的每一个，使多个区域之一成为曝光状态。尤其，控制部103针对多个区域的各自，将不同的所述区域，在不同的所述第2分割区间成为曝光状态。换句话说，控制部103，将多个区域的各自不同的区域，在重复期间的K个区间中不同的区间成为曝光状态。
另外，控制部103，假设在第1期间，受光部102接受多个反射光，从而确认了存在多个测量对象物即物体41、42、43，并且存在于K个区间中的不同区间。在这个情况下，控制部103，在第2期间，设定多个区域的各自不同的测量距离范围，按照设定的不同的测量距离范围，将第2测量时间范围分割为K’个区间就可以。从而，能够决定针对多个像素(区域)各自的测量范围，进行距离测量。
以下具体说明实际的像素以及像素电路的结构。
一般的图像传感器中，使受光部102曝光的驱动电路，在全部像素是共同的，但是在本实施例，根据多个驱动电路，使每个像素的曝光定时不同。图15、图16以及图17A是表示在本实施例涉及的受光部102构成的图像传感器的一例的图。图17B是表示图17A的图像传感器的控制电路的一例的图。
可以考虑如图15，将图像传感器的像素阵列102a，分割为纵向N行，横向M列(N、M是自然数)的小区域的方法。这个小区划区域分别包括一个或多个像素。小区划区域的行以及列的各自，设置有对应的曝光用栅极驱动程序，独立地动作。换句话说，与小区划区域中的纵向N行、横向M列的各自对应地使曝光用的行脉冲电源N个连接，并且使列脉冲电源M个连接，分别独立地动作。在行脉冲电源成为导通时，行选择晶体管1301成为导通，在列脉冲电源成为导通时，列选择晶体管1302成为导通，所以只有行选择晶体管1301、列选择晶体管1302的双方成为导通的小区域，经由行选择晶体管1301和列选择晶体管1302，电源电压1303施加到像素电路。
在此所述小区域包含的像素的电路，可以考虑为例如图20、图11表示的构成。在这个情况下，电路结构是作为复位晶体管207的触发器电源使用电源电压1303的时候，能够将进行曝光的像素电路，以图15的方式来决定，按照图像传感器的所述每个小区域，使曝光独立化。
作为在像素阵列内独立进行曝光的区域的决定方法，例如图16一样分割为像素阵列102b的中央部与外周部的两个区划、或者分割为同心圆形等不限制分割方法。当然，可以以全像素独立地进行曝光。此外可以按照分割的小区域的每一个，改变测量条件。例如，在图16的情况下，为了能够从外周部尽快捕捉来自画面外的物体(测量对象物60)的侵入，使测量距离范围变宽，为了以低分辨率测量，所以使曝光时间宽度变长，在中央部为了以高分辨率对画面内测量对象物60进行距离测量，所以使曝光时间宽度变窄。
此外，如图17A所示，受光部102，可以在不同的2个以上的曝光用电源连接的像素交替地排列。
在这个情况下，只用像素A，或只用像素B，就能画出与原来的图像相同的摄像范围的距离图像的优点。当然，也可以将从像素A、像素B获得的距离图像合成之后，输出最终的图像。
在此，对如图17A表示的像素阵列102c进行控制的控制电路，例如图17B一样构成。如图17B表示的控制电路中，脉冲电源A导通时，只与像素电路A连接的晶体管导通，电源电压1701只施加到像素A，只有像素A进行曝光。此外，在脉冲电源B导通时，与像素电路B连接的晶体管导通，电源电压1701只施加到像素B，只有像素B进行曝光。
与如图15表示的像素阵列102a比较，图17A表示的像素阵列102c中，要准备的电源是2个，在各像素的晶体管数量有1个就可以，所以电路结构容易，容易构成小型化的优点。此外，如图15表示的像素阵列102a中，根据在画面内的测量对象物60的位置，需要选择各像素区域的曝光定时，但是图17A的方法中不需要选择。
此外，即使牺牲分辨率，也要缩短测量时间的情况下，在图14A的(b)表示的第1期间中，在第1个重复期间中，例如，使用在像素A进行区间11的曝光，在像素B进行区间12的曝光等的方法，在1个重复期间中，可以实施两个分割区间的测量，能够将测量时间最大减少一半。
使用3个以上的曝光用电源的情况下，能够将测量时间缩短为曝光用电源数量的一倍为止。
另外，在图17A，与曝光用电源A连接的像素A和与曝光用电源B连接的像素B，按照方格花纹状排列，但是排列的种类不限于此。例如，可以准备3个曝光用电源，交替地重复与曝光用电源A连接的像素A、与曝光用电源B连接的像素B、与曝光用电源C连接的像素C，也可以进一步增加曝光用电源，增加重复的次数。此外，作为重复的方式，除了方格花纹以外，也可以是按每个行重复像素A、像素B、···的排列、按照每个列重复像素A、像素B、···的排列、随机排列等任何排列，也可以使用任意个曝光用电源。
(实施例2)
如同实施例1，除了设置多个受光部102的曝光电路的电源的方法以外，也可以导入对在外部能够曝光的区域进行控制的元件。
具体而言，受光部102在受光元件的前面，可以内置快门机构，该快门机构能够控制反射光的透过以及遮断。更具体而言，距离测量装置10作为所述受光部102具备快门机构，所述快门通过机械的，或者电等的方法，能够切换使光透过的开状态和使光遮断的闭状态。
在这个情况下，使用图18进行说明。图18是本实施例涉及的构成受光部102的图像传感器102d以及快门阵列102e的一例的示意图。
即，在本实施例中，在图像传感器102d的上面，导入自由地进行一部分开闭的快门阵列102e。在图18的例子中，快门阵列102e的能够独立开闭的区域被排列为阵列状，被构成为按照每个图像传感器的像素，独立地控制快门的开状态以及闭状态。开状态与闭状态的控制为独立的快门的排列方法，不限定为所述的阵列状排列，可以使用自由的排列。例如，可举出按每个行能够独立控制的排列，按每个列独立控制的排列等。
快门阵列102e，需要进行从10ns到1μs左右的高速的动作，优选的是电子化的驱动，液晶快门作为其一个例子来举出。但是不限定使用的快门的种类，作为其他例子，可以举出机构快门等，使遮光体物理移动。
在本实施例，在快门内，使独立地控制开状态和闭状态的区域，与图像传感器102d的一个像素，或者多个像素对应，排列为二维状。在液晶快门的例子中，例如只有电压施加时，液晶体使光透过的构成，则电压施加时成为快门开状态。
下面，关于快门阵列102e和图像传感器102d的驱动，利用图23A以及图23B来说明。在图23A、图23B表示测量对象即物体41、42、43位于距离z1、z2、z3的情况，那时从发光到反射光返回为止的时间成为τ1,τ2,τ3(τi＝2zi/c)。此外，将检测测量对象的物体41的像素作为像素1、将检测测量对象物体42的像素作为像素2、将检测测量对象物体43的像素作为像素3。
在图23A、图23B中，来自物体对象的物体41的反射光的返回定时用反射光1来表示，来自物体对象的物体42的反射光的返回定时用反射光2来表示，来自物体对象的物体43的反射光的返回定时用反射光3来表示，像素1的曝光定时用曝光1表示，像素2的曝光定时用曝光2表示，像素3的曝光定时用曝光3表示，像素1全面的快门开闭用快门1表示，像素2全面的快门开闭用快门2表示，像素3全面的快门开闭用快门3表示。
本实施例的控制部103，在第1期间，经常将快门阵列102e的全区域设为开状态。图像传感器102d与图2的(b)一样进行曝光，所以省略详细说明。在第2期间，在包括时刻τi的期间，仅将快门i设为开状态，在其他期间，将快门设为闭状态。关于曝光，在第1期间分割为K个的区间，进一步分割为L个。在图23A表示的例子的情况下，K＝3、L＝3，所以区间被分为区间21、区间22、区间23、区间24、区间25、区间26、区间27、区间28、区间29的9个。
在第2重复期间1中，分割为L个的区间内，将第1个区间全部曝光，换言之，将图23B的区间21，区间24，区间27设为曝光中。在第2重复期间2中，分割为L个的区间内，将第2个区间全部曝光，换言之，图23B的区间22，区间25，区间28设为曝光中。在第2重复期间3中，分割为L个的区间内，将第3个区间全部曝光，换言之，将图23B的区间23，区间26，区间29设为曝光中。将该操作重复L次，使全部区间至少有一次曝光。
在所述动作中，能够检测反射光，只限于快门处于开状态且像素在曝光中的情况，在第2重复期间中即使进行多次曝光，光检测的定时是唯一地决定的。
(实施例3)
在所述实施例中控制了曝光的定时，但是也可以考虑控制读出范围的方法。例如，所述受光部102利用图像传感器，在所述第1期间进行距离图像的测量，识别测量对象物，在第2期间可以仅读出识别的测量对象的附近。此外，当然可以追加第3期间，第4期间，····，上述期间是多次重复只读出识别的测量对象的附近的期间，也可以不识别测量对象物，读出预先规定的区域。
在这个情况下，利用图19进行说明。图19是利用控制所述读出范围的方法，输出图像时的图像序列的一例。首先，在第1期间读出画面整体。之后，在第2期间、第3期间、···、第N期间(N:2以上的整数)，读出画面内的一部分区域。在图19的例子中，只读出测量对象1901的周围。读出区域的决定的办法可以由使用者任意决定，也可以由算法来规定，这时，可以包括图像的识别处理等。
通过限定读出信号的区域，从而能够缩短读出信号以及显示所需要的时间。从而，例如对测量对象的运动以高帧速率进行动画摄影。
尤其，与实施方式3所述的一边预测下一个图像一边进行距离测量的方法进行组合，能够期待高效果。
在实施方式3，在第Q的期间的测量(Q:4以上的整数)中，预先预测对象的距离，但有时获得与预测的结果不同的结果。那时，通过设置仅读出获得了预测外的结果的像素的距离测量，从而能够高速地对应突然的数据变化。例如，高速地检测出人和动物等突然侵入到画面内，例如能够利用于车载用途的防止事故对策。
如上所述，作为本申请的技术的例示，说明了实施方式。因此，提供了附图以及详细说明。
因此，在附图以及详细说明中记载的构成要素中，不仅是为了解决课题而必须的构成要素，为了例示出所述技术，也包括为了解决课题不是必须的构成要素。因此，那些不是必须的构成要素也记载在附图和详细说明中，所以那些不是必须的构成要素不能认定为必须的。
此外，在上述实施方式，是将本申请的技术作为例子表示出来的，所以能够针对权利范围或者与其相等的范围内，进行各种变更、调换、附加、省略等。
例如，在所述实施方式的说明中，将测距动作的测量条件，按照每个帧期间作出变更，但是不限于此。按照测量距离时间范围的分割区间，即按照每个测量距离范围的分割距离区间，变更发光部的光源参数的条件等的测量条件。例如，距离测量装置，可以将该距离测量装置为起点的测量距离范围，分割为与距离范围不同的多个区间即分割距离区间。而且，该距离测量装置，按照分割距离区间的距离范围，以发光部的光源参数即光脉冲的发光强度、发光次数以及脉冲宽度的积，与该分割距离区间的最大测量距离的平方成比例的方式，使光源参数不同，对发光部进行控制按每个分割距离区间至少发出1次发光，按每个分割距离区间进行测距动作。
换言之，在该距离测量装置中，将由用户设定的测量距离范围，分割为1个以上的区间(分割距离区间)，进行与分割的分割距离区间(对应的测量距离)对应的测距动作。分割数以及分割宽度，可以按照用户的情况随时决定，也可以事先设定。
图25是用于说明测量距离范围的分割距离区间与每个分割距离区间的光源参数的变动的图。在这里利用图25说明，将测量距离范围，分割为对应的测量距离为0～2的范围1、对应的测量距离为2～4的范围2、对应的测量距离为4～8的范围3的各个区间(分割距离区间)的情况。另外，分割距离区间的数k是自然数中可以自由决定的。此外，分割距离区间的宽度可以是均等的，如图25所示可以与对应于分割距离区间的测量距离成比例。此外，与用户特别注目的测量距离对应的分割距离区间中，可以将该宽度分为更细，可以按照预先设定的测量距离与分割距离区间宽度的表来规定。
图25表示的点划线的曲线P表示，各分割距离区间的发光部的光源参数即光脉冲的发光强度I、发光次数N以及脉冲宽度W的积P依照的条件(测量条件)。控制电路103A，在各分割距离区间按照该曲线的测量条件下，控制发光部的激光光源。在图25表示，以发光部的光源参数即光脉冲的发光强度I、发光次数N、以及脉冲宽度W的积P与各分割距离区间的最大测量距离的平方成比例的方式进行控制。在这里，将比例常数作为A(A为正数)时，积P的值，可以设定为大于各个分割距离区间的最大测量距离的平方乘以比例常数A的值。
从而，例如图25所示，例如范围1的第1期间与例如范围2的第2期间，可以是射出光即脉冲光的发光强度、发光次数以及光脉冲宽度的至少一个测量条件不同。在这个情况下，以第1测量距离范围以及第2测量距离范围的中点的位置中远的一方的测量距离范围，与近的一方的测量距离范围相比，光脉冲的发光强度、发光次数以及光脉冲宽度的积的值更大的方式进行设定。
此外，上述实施方式中组合任意的构成要素来实现的其他实施方式，以及在不脱离本发明的主旨的范围内，针对所述实施方式实施本领域技术人员想出的各种变形获得的变形例，以及本申请的测距摄像装置内置的各种设备均包括在本发明内。
另外，本发明不仅能够以具备上述的有特色的构成的距离测量装置来实现，而且也作为该距离测量装置的测距方法来实现。
工业实用性
本申请能够利用于距离测量装置，尤其适用于防止冲突或无人驾驶的汽车用设备、距离测量装置或者使用该测量方法的设备。
符号说明
10 距离测量装置
31，102d 图像传感器
32 透镜
33 对象物
41，42，43 物体
60 测量对象物
101 发光部
102 受光部
102a，102b，102c 像素阵列
102e 快门阵列
103 控制部
104 输出部
105 距离算出部
201 受光电路(光电二极管)
202 计数器电路
203 比较电路
204 存储电路
205 受光元件
206 转移晶体管
207 复位晶体管
208 电荷蓄积电容器(电荷蓄积电容)
209 计数器晶体管
210 计数器电容
211 直流切断电容器
212 箝位晶体管
213 逆变器
214 输入晶体管
215 存储电容器
216 存储节点复位晶体管
217 放大晶体管
218 选择晶体管
219 亮度图像用放大晶体管
220 亮度图像用选择晶体管
221 亮度图像用电路
1301 行选择晶体管
1302 列选择晶体管
1303，1701 电源电压

Claims (17)

1.一种距离测量装置，具备：
发光部，发出射出光；
受光部，能够在曝光状态中，接受所述射出光在测量对象物反射的反射光；
控制部，对所述发光部以及所述受光部进行控制；
距离算出部，根据从所述发光部发出射出光的时刻到所述受光部接受反射光的时刻为止的时间，算出所述距离测量装置到所述测量对象物的距离；以及
输出部，输出被算出的所述距离，
所述控制部，
在第一期间中，设定第一测量时间范围，该第一测量时间范围是与第一测量距离范围对应的时间范围，
在所述第一测量时间范围，使所述发光部发出射出光，使所述受光部成为曝光状态，
进而所述控制部，在第二期间中，设定第二测量时间范围，该第二测量时间范围是与第二测量距离范围对应的时间范围，
在所述第二测量时间范围，使所述发光部发出射出光，使所述受光部成为曝光状态，
在所述第一期间和所述第二期间中，至少有一个测量条件是不同的，
所述距离算出部，根据在所述第一期间或所述第二期间的至少一方的期间中，所述发光部发出射出光的时刻到所述受光部接受反射光的时刻为止的时间，算出所述距离测量装置到所述测量对象物的距离。
2.如权利要求1所述的距离测量装置，
所述测量条件是下述中的至少一个：与测量距离范围对应的时间范围、将与测量距离范围对应的时间范围分割为多个区间时的分割数、所述射出光即脉冲光的脉冲宽度、所述脉冲光的脉冲数、所述脉冲光的强度、曝光时间、曝光周期、曝光次数、所述受光部的图像读出范围、以及所述受光部的驱动电路的控制。
3.如权利要求1所述的距离测量装置，
在所述第一期间和所述第二期间中，所述射出光即脉冲光的发光强度、发光次数以及光脉冲宽度中的至少一个测量条件不同，
所述第一测量距离范围以及第二测量距离范围的中点的位置中远的一方的测量距离范围，与近的一方的测量距离范围相比，所述光脉冲的发光强度、发光次数以及光脉冲宽度的积的值被设定为大。
4.一种距离测量装置，具备：
发光部，发出射出光；
受光部，能够在曝光状态中，接受所述射出光在测量对象物反射的反射光；
控制部，对所述发光部以及所述受光部进行控制；
距离算出部，根据从所述发光部发出射出光的时刻到所述受光部接受反射光的时刻为止的时间，算出所述距离测量装置到所述测量对象物的距离；以及
输出部，输出被算出的所述距离，
所述控制部，
在第一期间中，设定第一测量时间范围，该第一测量时间范围是与第一测量距离范围对应的时间范围，
在所述第一测量时间范围，使所述发光部发出射出光，使所述受光部成为曝光状态，
进而所述控制部，
在第二期间中，将第二测量时间范围分割为K’个区间，该第二测量时间范围是与第二测量距离范围对应的时间范围，
重复包括所述发光部发出射出光的时间以及所述第二测量时间范围的重复期间，并且在至少一个所述重复期间中，在所述K’个区间的至少一个区间使所述受光部成为曝光状态，其中K’是2以上的自然数，
所述距离算出部，根据所述第一期间或所述第二期间的至少一方的期间中，所述发光部发出射出光的时刻到所述受光部接受反射光的时刻为止的时间，算出所述距离测量装置到所述测量对象物的距离。
5.如权利要求4所述的距离测量装置，
所述控制部进行如下控制：
在所述第一期间中，将所述第一测量时间范围分割为K个区间，
重复K次包括所述发光部发出射出光的时间以及所述第一测量时间范围的重复期间，并且，在每个所述重复期间使所述发光部发出射出光，在每个所述重复期间中的所述K个区间的至少一个区间使所述受光部成为曝光状态，其中K是2以上的自然数，
在所述第一期间和所述第二期间中，使测量条件不同，
所述距离算出部，根据所述第一期间以及所述第二期间中，所述发光部发出射出光的时刻到所述受光部接受光的时刻为止的时间，算出所述距离测量装置到所述测量对象物的距离。
6.如权利要求4所述的距离测量装置，
所述控制部进一步，
根据在所述第一期间算出的所述距离测量装置到所述测量对象物的距离，决定在所述第二期间的测量条件。
7.如权利要求6所述的距离测量装置，
所述控制部，
在所述第一期间，所述受光部没有接受所述反射光，确认了所述测量对象物不存在于第一测量距离范围的情况下，变更所述第二期间中的所述第二测量距离范围。
8.如权利要求6所述的距离测量装置，
所述控制部，
在所述第一期间确认了所述受光部接受所述反射光、并且所述测量对象物存在于所述K个区间中的第L区间的情况下，
在所述第二期间，进行如下控制：
将包括所述第L区间并且比在所述第一期间使用的所述第一测量时间范围短的所述第二测量时间范围分割为K’个区间，重复K’次包括所述发光部发出射出光的时间以及所述第二测量时间范围的第二重复期间，并且在每个所述第二重复期间的所述K’个区间的至少一个区间，使所述受光部成为曝光状态，其中L是K以下的自然数，K’是2以上的自然数，
所述距离算出部，根据所述第二期间中，所述发光部发出射出光的时刻到所述受光部接受光的时刻为止的时间，算出所述距离测量装置到所述测量对象物的距离。
9.如权利要求8所述的距离测量装置，
所述控制部，
在所述第二期间确认了所述受光部接受所述反射光、并且所述测量对象物存在于所述K’个区间中的第N区间的情况下，
进而，在接着所述第二期间的第三期间中，进行如下控制：
将包括所述第N区间并且所述第二期间中使用的所述第二测量时间范围以下的第三测量时间范围分割为O个区间，重复O次包括所述发光部发出射出光的时间以及所述第三测量时间范围的第三重复期间，并且在每个所述第三重复期间的所述O个区间的至少一个区间，使所述受光部成为曝光状态，其中N是K’以下的自然数，O是2以上的自然数，
所述距离算出部，根据所述第三期间中，所述发光部发出射出光的时刻到所述受光部接受光的时刻为止的时间，算出所述距离测量装置到所述测量对象物的距离。
10.如权利要求9所述的距离测量装置，
所述距离算出部，
在由所述控制部确认了所述受光部接受所述反射光、并且所述测量对象物存在于所述O个区间中的第P区间时，
求出差分距离，该差分距离是在所述第三期间算出的距离与在所述第二期间算出的距离的差分，其中P是O以下的自然数，
通过计算所述差分距离、与从所述第二期间的所述第N区间的开始时刻到所述第三期间的所述第P区间的开始时刻为止的时间的比，从而求出所述距离测量装置的所述射出光的行进方向的速度。
11.如权利要求10所述的距离测量装置，
所述控制部进一步进行如下控制：
将所述第三期间的开始时刻到接着所述第三期间的第四期间的开始时刻为止的时间和所述速度相乘的值、与在所述第三期间算出的距离相加，从而预测所述第四期间中所述测量对象物存在的距离范围，
在所述第四期间，
将包括与预测的所述距离范围对应的时间范围、且比所述第三测量时间范围短的第四测量时间范围分割为多个区间，以与所述多个区间数相同的次数重复第四重复期间，并且在每个所述第四重复期间的所述多个区间的至少一个区间，使所述受光部成为曝光状态，所述第四重复期间包括所述发光部发出射出光的时间以及所述第四测量时间范围。
12.如权利要求4所述的距离测量装置，
所述受光部具有二维排列的多个像素，该多个像素的各自能够接受光，
所述受光部，分割为多个区域，所述多个像素，属于所述多个区域中的任一个，
所述控制部进行如下控制：
在所述第一期间以及所述第二期间中的至少所述第一期间，
将所述第一测量时间范围分割为K个区间，重复K次包括所述发光部发出射出光的时间以及所述第一测量时间范围的重复期间，
按照每个所述重复期间的开始时刻，使所述发光部以比所述区间的一半短的时间即窄脉冲宽度，发出射出光，
在所述重复期间的所述K个区间的各自，使所述多个区域的一个成为曝光状态，其中K是2以上的自然数。
13.如权利要求12所述的距离测量装置，
所述控制部进行控制，使所述多个区域的各自不同的区域，在所述重复期间的所述K个区间中的不同区间成为曝光状态。
14.如权利要求12所述的距离测量装置，
所述控制部，在所述第一期间，由所述受光部接受多个所述反射光，从而确认了所述测量对象物有多个，并且存在于所述K个区间中的不同区间的情况下，
在所述第二期间，针对所述多个区域的各自设定不同的测量距离范围，按照设定的所述不同的测量距离范围，将所述第二测量时间范围分割为所述K’个区间。
15.如权利要求12所述的距离测量装置，
在所述多个区域的行以及列，分别设置了对应的曝光用栅极驱动，所述曝光用栅极驱动的各自独立地动作。
16.如权利要求4所述的距离测量装置，
所述控制部，在所述第一测量时间范围和所述第二测量时间范围，使所述发光部发出射出光的周期不同。
17.如权利要求4所述的距离测量装置，
所述受光部具有二维排列的多个像素，该多个像素的各自能够接受光，
所述控制部进一步，
在所述第一期间以及所述第二期间中的至少所述第一期间中，根据所述多个像素接受的反射光获得距离图像，该距离图像是与所述测量对象物的距离有关的图像，
在所述第二期间，获得所述多个像素接受的反射光的亮度，以获得亮度图像，该亮度图像是与所述测量对象物有关的亮度的图像，
根据所述距离图像和所述亮度图像，识别所述测量对象物。
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