JP2008102000A - 強度変調光を用いた空間情報検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強度変調光を用いた空間情報検出装置において、周囲環境の変動による検出の誤差の増加を抑制する。
【解決手段】発光素子１は対象空間に強度変調光を投光し、ＣＣＤ撮像素子からなる受光素子２により対象空間からの光を受光する。受光素子２から電荷を読み出すタイミングは受光駆動回路２２からの受光タイミング信号ｓｇ４により決まる。受光タイミング信号ｓｇ４は受光タイミング回路２１から出力される受光制御信号ｓｇ３をタイミング調整回路３で遅延させることにより得られる。タイミング調整回路３での遅延時間は、強度変調光に相当する発光タイミング信号ｓｇ２と受光制御信号ｓｇ３との位相差に応じて決まり、発光タイミング信号ｓｇ１と受光制御信号ｓｇ３との位相差を一定に保つ。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象空間に強度変調光を投光し、対象空間から受光した光と投光した強度変調光との位相関係を用いて、対象空間内に存在する物体までの距離や物体の反射率などの空間情報を検出する強度変調光を用いた空間情報検出装置に関するものである。

従来から強度変調光を対象空間に投光し、投光空間からの受光した光と投光した強度変調光との位相関係を用いることにより空間情報を検出する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

投光する強度変調光の変調波形を正弦波とすれば、物体により反射された反射光の波形も正弦波であり、両者の位相差は物体までの距離によって変化する。つまり、強度変調光の投受光の位相差を求めることにより対象空間内の物体までの距離を計測することができる。ここに、対象空間とは強度変調光の投受光が可能な範囲の空間を意味している。

強度変調光の投受光の位相差は、強度変調光の変調波形の複数の位相区間に対応する受光強度を計測すれば、位相区間の位置と受光強度の対応関係によって知ることができる。たとえば、投光強度は時間の関数であるから時刻ｔの投光強度をＩ（ｔ）と表すと、対象空間からの受光強度Ｉｒは、物体までの距離や物体での反射率などによる光の減衰率をηとし、環境光（外乱光）の強度をＩｅとすれば、Ｉｒ＝η・Ｉ（ｔ−δ）＋Ｉｅと表すことができる。ここに、δは物体までの距離に応じた遅れ時間であり、物体までの距離をＬとすれば、δ＝２Ｌ／ｃである。

上式の未知数は、減衰率η、遅れ時間δ、環境光の強度Ｉｅの３個であるから、３個以上の異なる時刻について受光強度を求めると、これらの未知数を求めることができ、空間情報として物体までの距離や物体の反射率などを知ることが可能になる。強度変調光には強度が周期的に変化するものを用いるのが一般的であり、たとえば、上述のように変調波形を正弦波とする。強度変調光の強度が周期的に変化していれば複数周期に亘って検出した受光強度を積分することにより、環境光の変動成分の影響を抑制したり、装置の内部で発生するノイズの影響を抑制したりすることができる。
特開２００４−４５３０４号公報

ところで、上述の技術を用いて空間情報を検出するには、対象空間に投光した強度変調光の位相区間の位置と受光強度との対応付けを正確に行うことが要求される。一般に、受光強度を検出する受光素子で生成された電荷のうち所望の位相区間に対応する電荷を取り出す技術としては、受光素子から取り出した電荷のうち所望の位相区間に対応した期間の電荷のみを利用する技術（フォトダイオードのような受光素子を用いる場合）と、電荷の取出タイミングを制御する電極を備えた受光素子に対して所望の位相区間に対応した信号を与えて電荷を取り出す技術（ＣＣＤのような受光素子を用いる場合）とがある。どちらの技術を利用するとしても、結果の精度を高めるには、発光素子に与える信号と受光素子の電荷を取り出す信号とを正確に同期させることが必要である。

しかしながら、発光素子や受光素子の特性、あるいは発光素子や受光素子に関連する信号を生成する回路の特性は、周囲温度や湿度などの環境の変動によって変動することがあり、キャリブレーションを行った後に装置を稼働させたとしても、環境の変動により検出結果に含まれる誤差が拡大する可能性がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、周囲環境の変動による検出の誤差の増加を抑制した強度変調光を用いた空間情報検出装置を提供することにある。

請求項１の発明は、対象空間に光を投光する発光素子と、対象空間からの光を受光し受光強度を反映した電荷が取り出される受光素子と、発光素子から強度変調光を投光させるように発光素子を駆動する発光駆動回路と、強度変調光の変調波形に同期したタイミングで生成された電荷を受光素子から取り出すように受光素子を駆動する受光駆動回路と、発光素子の投光のタイミングを指示する発光制御信号を生成するとともに受光素子を駆動するタイミングを指示する受光制御信号を生成するタイミング回路と、発光素子から投光した強度変調光の変調波形と受光素子により受光した光との位相の関係を用いて対象空間の空間情報を検出する評価演算部と、発光駆動回路と受光駆動回路との少なくとも一方とタイミング回路との間に挿入され強度変調光の変調波形に相当する発光タイミング信号と受光素子を駆動するタイミングを規定する受光タイミング信号との位相差を一定に保つように発光制御信号を発光駆動回路に入力するタイミングと受光制御信号を受光駆動回路に入力するタイミングとの少なくとも一方を調整するタイミング調整回路とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、タイミング調整回路を設けることによって、強度変調光の変調波形に相当する発光タイミング信号と受光素子を駆動するタイミングを規定する受光タイミング信号との位相差を一定に保っているから、周囲環境の変動により構成要素の応答に変化が生じてもタイミング調整回路により投受光のタイミングが一定に保たれ、環境の変動による誤差の発生を抑制することができる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記タイミング調整回路は、前記受光駆動回路の入力側において発光タイミング信号を基準にして受光制御信号の位相を調整する機能と、前記発光駆動回路の入力側において受光タイミング信号を用いて発光制御信号の位相を調整する機能との少なくとも一方の機能を備えることを特徴とする。

この構成によれば、強度変調光の変調波形に相当する発光タイミング信号を基準に用いて受光素子の駆動のタイミングを決める受光制御信号の位相を決めるか、あるいは、受光側において受光素子を駆動する受光タイミング信号を基準に用いて発光素子の駆動のタイミングを決める発光制御信号の位相を決めるから、発光側の動作タイミングを基準として受光側の動作を規定するか、受光側の動作タイミングを基準として発光側の動作を規定することになり、周囲環境の変動によらず発光側と受光側との動作を同期させることができる。その結果、強度変調光の変調波形に同期したタイミングで受光素子において生成された電荷を高い時間精度で取り出すことが可能になる。

請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記タイミング調整回路は、前記タイミング回路と前記受光駆動回路との間に挿入されタイミング回路から出力される受光制御信号が受光駆動回路に入力されるまでの遅延時間を調整する遅延時間可変回路と、発光タイミング信号と受光制御信号との位相差を検出し位相差に応じて遅延時間可変回路の遅延時間を決定する位相比較回路とからなることを特徴とする。

この構成によれば、発光タイミング信号に合わせて受光駆動回路への入力のタイミングを調整するから、環境の変動により発光タイミング信号に変化が生じても発光タイミング信号の変化分に応じて受光側のタイミングを調整することで誤差の発生を抑制することができる。

請求項４の発明では、請求項１の発明において、前記タイミング調整回路は、前記受光駆動回路と前記発光駆動回路との一方と前記タイミング回路との間に挿入されタイミング回路から出力される発光制御信号が発光駆動回路に入力されるまでの遅延時間またはタイミング回路から出力される受光制御信号が受光駆動回路に入力されるまでの遅延時間を調整する遅延時間可変回路と、発光タイミング信号と受光タイミング信号との位相差を検出し位相差に応じて遅延時間可変回路の遅延時間を決定する位相比較回路とからなることを特徴とする。

この構成によれば、発光タイミング信号と受光タイミング信号との位相差に合わせて受光駆動回路への入力のタイミングを調整するから、環境の変動により発光タイミング信号と受光タイミング信号との一方に変化が生じてもその変化分に応じて発光側または受光側のタイミングを調整することで誤差の発生を抑制することができる。しかも、発光タイミング信号と受光タイミング信号との位相差を比較しているから、環境の変動により発光駆動回路または受光駆動回路の応答に変化が生じても、その変化は発光タイミング信号または受光タイミング信号に折り込まれており、発光駆動回路または受光駆動回路の変動分による誤差の発生も抑制することができる。

請求項５の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記タイミング調整回路は、前記タイミング回路と前記発光駆動回路との間に挿入されタイミング回路から出力される発光制御信号が発光駆動回路に入力されるまでの遅延時間を調整する第１の遅延時間可変回路と、発光制御信号と受光タイミング信号との位相差を検出し位相差に応じて第１の遅延時間可変回路の遅延時間を決定する第１の位相比較回路と、前記タイミング回路と前記受光駆動回路との間に挿入されタイミング回路から出力される受光制御信号が受光駆動回路に入力されるまでの遅延時間を調整する第２の遅延時間可変回路と、受光制御信号と発光タイミング信号との位相差を検出し位相差に応じて第２の遅延時間可変回路の遅延時間を決定する第２の位相比較回路とからなることを特徴とする。

この構成によれば、受光タイミング信号に合わせて発光駆動回路への入力のタイミングを調整し、しかも発光タイミング信号に合わせて受光駆動回路への入力のタイミングを調整するから、環境の変動により発光タイミング信号と受光タイミング信号とに変化が生じても発光タイミング信号と受光タイミング信号との変化分に応じて発光側と受光側とでそれぞれのタイミングを調整することで誤差の発生を抑制することができる。しかも、発光側と受光側とでともにタイミングの調整を行うから、発光側と受光側とのタイミングにずれが生じたときに互いにタイミングを合わせるように調整がなされ、環境の変動に対して迅速に対応することができる。

請求項６の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記タイミング調整回路は、前記受光駆動回路に与える受光制御信号を出力するとともに入力電圧に応じて出力周波数を調整する発振回路と、前記タイミング回路から出力される受光制御信号と発光タイミング信号との位相差に応じた出力電圧を発振回路に与える位相比較器とからなることを特徴とする。

請求項３から請求項５の構成では、タイミング回路から出力される受光制御信号の遅延時間を調整した信号を受光駆動回路に入力しているから、受光制御信号のジッタに対応して精度を高めることができる。一方、請求項６の構成によれば、発振回路の出力を受光駆動回路に与えているから、発振回路の出力におけるジッタを抑制する機能はないが、発振回路から出力する受光制御信号を受光駆動回路に直接入力するから、受光駆動回路に与える信号のデューティ比の制御が容易である。また、発光タイミング信号に合わせて受光駆動回路への入力のタイミングを調整するから、環境の変動により発光タイミング信号に変化が生じても発光タイミング信号の変化分に応じて受光側のタイミングを調整することで誤差の発生を抑制することができる。

請求項７の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記タイミング調整回路は、前記受光駆動回路に与える受光制御信号を出力するとともに入力電圧に応じて出力周波数を調整する発振回路と、前記タイミング回路から出力される受光タイミング信号と発光タイミング信号との位相差に応じた出力電圧を発振回路に与える位相比較器とからなることを特徴とする。

この構成によれば、請求項７の発明の構成と同様にデューティ比の制御が容易である。また、発光タイミング信号と受光タイミング信号との位相差に合わせて受光駆動回路への入力のタイミングを調整するから、環境の変動により発光タイミング信号と受光タイミング信号とのいずれかに変化が生じてもその変化分に応じて受光側のタイミングを調整することで誤差の発生を抑制することができる。

請求項８の発明では、請求項３ないし請求項７のいずれかの発明において、前記遅延時間可変回路と前記受光駆動回路との間に挿入され遅延時間可変回路の出力が受光駆動回路に入力されるまでの遅延時間を調整する第３の遅延時間可変回路と、第３の遅延時間可変回路への入力と受光駆動回路から出力される受光タイミング信号との位相差を検出し位相差に応じて第３の遅延時間可変回路の遅延時間を決定する第３の位相比較回路とを備え、第３の遅延時間可変回路への入力と受光タイミング信号との位相差を一定に保つことを特徴とする。

この構成によれば、受光駆動回路の入出力の位相差を一定に保つから、受光駆動回路の応答は環境の変動の影響を受けず、環境の変動による受光タイミング信号の変動を抑制することで誤差の発生を抑制することができる。

請求項９の発明では、請求項３ないし請求項８のいずれかの発明において、前記評価演算部は、前記受光素子から取り出される電荷のうち強度変調光の変調波形における複数の位相区間に同期するタイミングで得られる電荷を強度変調光の複数周期に亘って積分した結果を用いて空間情報を検出しており、前記受光駆動回路から受光素子に与える受光タイミング信号は前記位相区間に対応した複数相であり、受光素子から取り出される電荷が積分される期間において複数相の受光タイミング信号を強度変調光の１周期毎に１相ずつ選択して前記位相比較回路に与えるセレクタとを備えることを特徴とする。

この構成によれば、受光タイミング信号が複数相であって評価演算部では受光素子の出力として強度変調光の複数周期分の積分値を用いる場合に、強度変調光の毎周期ごとに各相の受光タイミング信号をセレクタで選択して発光側との位相差を求めるから、各相の受光タイミング信号に時間のずれがあったとしても、積分を行っている間にその時間のずれが平均化されることになり、誤差の発生を抑制することができる。

請求項１０の発明では、請求項１ないし請求項９のいずれかの発明において、前記発光素子に流れる電流と発光素子に印加される電圧との一方を発光タイミング信号に用いることを特徴とする。

この構成によれば、発光タイミング信号が発光素子を駆動する部位で取り出されるから、発光素子の動作を反映した発光タイミング信号を得ることができ、強度変調光の変調波形にほぼ一致する変調波形を有する発光タイミング信号を取り出すことが可能になる。その結果、評価演算部において精度よく空間情報を検出することができる。

請求項１１の発明では、請求項１ないし請求項９のいずれかの発明において、前記発光素子から出射した光の一部を受光し受光強度を反映した出力が得られる参照用受光素子を備え、参照用受光素子の出力を発光タイミング信号に用いることを特徴とする。

この構成によれば、参照用受光素子により発光素子から出射された強度変調光を検出するから、強度変調光の変調波形を正確に抽出することができ、評価演算部において精度よく空間情報を検出することができる。

請求項１２の発明では、請求項１１の発明において、前記受光素子はそれぞれ受光強度に応じた電荷を生成する複数個の受光部を備え、前記参照用受光素子として受光素子の一部の受光部を用いることを特徴とする。

この構成によれば、受光素子として複数個の受光部を備えたものを用いることにより、参照用受光素子を別途に設けることなく、受光素子の一部の受光部を流用することで、部品点数の増加を抑制することができる。

本発明の構成によれば、タイミング調整回路を設け強度変調光の変調波形に相当する発光タイミング信号と受光素子からの電荷を抽出するタイミングを規定する受光タイミング信号との位相差を一定に保つから、周囲環境の変動により構成要素の応答に変化が生じてもタイミング調整回路により投受光のタイミングが一定に保たれ、評価演算部での空間情報の検出結果に環境の変動による誤差が発生するを抑制することができるという利点がある。

以下に説明する各実施形態は、発光素子が対象空間に投光している強度変調光の変調波形と受光側で生成する受光タイミング信号とが規定した一定の時間差になるように調整するタイミング調整回路を備える。

タイミング調整回路を設ける位置に応じて基本的には３種類の構成がある。すなわち、強度変調光のタイミングに相当する発光タイミング信号を基準にして受光タイミング信号（実際には後述する受光制御信号）のタイミングを調整する構成と、受光タイミング信号を基準にして発光タイミング信号（実際には後述する発光制御信号）を調整する構成と、発光タイミング信号と受光タイミング信号とをそれぞれ基準にして互いに他方のタイミングを調整する構成とである。

発光タイミング信号には、発光素子に流れる電流または発光素子に印加する電圧を用いる場合と、発光素子から出射された光の一部である参照光を光電変換した信号を用いる場合とがある。

また、以下の実施形態では、対象空間に投光する発光素子として発光ダイオードを用いるとともに、対象空間からの光を受光する受光素子としてＣＣＤ撮像素子を用いる場合を想定している。ただし、発光素子は、目的に応じて１００Ｈｚ〜１ＧＨｚ程度の範囲の駆動信号で強度を変調することができればよく、発光ダイオードのほかレーザダイオードなども用いることができる。また、受光素子としてはＣＣＤ撮像素子のほかＣＭＯＳ撮像素子、あるいはそれらに準じた素子を用いることができる。これらの撮像素子では、受光素子において電荷を蓄積するタイミングや電荷を取り出すタイミングの制御のために受光タイミング信号が用いられる。なお、撮像素子ではなくフォトダイオードのような受光素子を用い、受光素子から出力された電気信号について利用する期間を受光タイミング信号により指定する場合でも本発明の技術思想を適用可能である。

以下に説明する実施形態では、受光素子の出力を用いて距離を計測する測距装置について説明するが、他の空間情報を検出するために本発明の技術思想を用いることも可能である。受光素子の出力から距離あるいは他の空間情報を求める演算は、マイクロコンピュータを用いた評価演算部において行われる。

（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、対象空間に投光する発光素子１に印加する電圧（もしくは、発光素子１に流れる電流）を発光タイミング信号に用いる構成であって、発光タイミング信号を基準にして受光タイミング信号のタイミングを調整する例を示す。

発光素子１の発光周期は一定であり、発光タイミング回路（タイミング回路）１１から出力される矩形波の発光制御信号ｓｇ１により発光周期が規定される。発光制御信号ｓｇ１は、発光駆動回路１２に入力され、発光駆動回路１２では発光制御信号ｓｇ１の立ち上がりと立ち下がりとに対応するタイミングで発光素子１を点灯・消灯させる。発光制御信号ｓｇ１は矩形波信号であるが、発光素子１の応答には遅れがあり、発光制御信号ｓｇ１の周波数が数百ｋＨｚより高い範囲では、発光素子１から取り出される光の強度は正弦波状に変化する。したがって、対象空間には強度が正弦波状に変調された強度変調光が投光される。

発光駆動回路１２は、図３に示すように、ＭＯＳＦＥＴのようなスイッチング素子ＳＷと電流調整用の抵抗Ｒ１との直列回路からなり抵抗Ｒ１とスイッチング素子ＳＷとの間に発光素子１を直列に接続した直列回路を電源に接続する構成と、図４に示すように、ロジック回路であるインバータ（またはバッファ）ＩＮと電流調整用の抵抗Ｒ１とを用い抵抗Ｒ１に発光素子１を直列に接続した直列回路の一端をインバータＩＮに接続する構成とのいずれかが採用される。また、ロジック回路がオープンコレクタ型の場合には、図３の構成と実質的に同回路になる。

図３に示す回路は発光制御信号ｓｇ１がＨレベルになると発光素子１が点灯し、図４に示す回路はロジック回路としてインバータＩＮを用いているから発光制御信号ｓｇ１がＬレベルになると発光素子１が点灯する。発光制御信号ｓｇ１の信号レベルと発光素子１の点灯・消灯との関係は適宜に選択することができる。

発光タイミング信号ｓｇ２は、図３（ａ）のように発光素子１とスイッチング素子ＳＷとの直列回路の両端電圧、図３（ｂ）のようにスイッチング素子ＳＷの両端電圧、図４（ａ）のように抵抗Ｒの両端電圧、図４（ｂ）のように発光素子１と抵抗Ｒとの両端電圧のいずれかとして取り出される。図３、図４に示すどの構成でも、発光タイミング信号ｓｇ２は、発光素子１に流れる電流（もしくは、発光素子１の印加電圧）を反映する。

したがって、発光駆動回路１２を構成するスイッチング素子ＳＷやインバータＩＮの応答により発光制御信号ｓｇ１と発光素子１の点灯・消灯とのタイミングがずれても、このタイミングのずれには関係なく実際の発光素子１の点灯・消灯のタイミングに対応した発光タイミング信号ｓｇ２を得ることができる。また、抵抗Ｒ１に流れる電流は発光素子１の応答を反映しているから、発光タイミング信号ｓｇ２には発光素子１の応答も折り込まれることになる。

つまり、発光素子１が対象空間に投光する強度変調光の変調波形にほぼ一致した発光タイミング信号ｓｇ２を得ることができる。言い換えると、発光タイミング信号ｓｇ２の立ち上がりから発光素子１の光出力が増加し、発光タイミング信号ｓｇ２の立ち下がりから発光素子１の光出力が減少するから、対象空間に投光する光の光量変化にほぼ一致した発光タイミング信号ｓｇ２が得られる。

一方、図１に示すように、受光素子２の動作は受光タイミング信号ｓｇ４により制御される。受光タイミング信号ｓｇ４は、受光タイミング回路（タイミング回路）２１から一定周期で出力される受光制御信号ｓｇ３を用いて生成される。受光制御信号ｓｇ３は、矩形波信号であって発光制御信号ｓｇ１と同じクロック信号（後述する評価演算部を動作させるために別途に発生させているクロック信号を流用することができる）を用いて生成される。

したがって、発光制御信号ｓｇ１と受光制御信号ｓｇ３とは位相がほぼ一致しているが、発光タイミング回路１１と受光タイミング回路２１との動作のばらつきによって位相に若干のずれが生じることがある。また、発光素子１は周囲温度の変化により応答が変化するから、発光制御信号ｓｇ１と受光制御信号ｓｇ３との位相が一致していたとしても、発光素子１から対象空間に投光される強度変調光と受光制御信号ｓｇ３との位相には差が生じることがある。

そこで、本実施形態では、受光素子２に与える受光タイミング信号ｓｇ４を生成する受光駆動回路２２と、受光タイミング回路２１との間にタイミング調整回路３を設け、発光タイミング信号ｓｇ２を用いて受光制御信号ｓｇ３の位相を調整し、発光素子１から投光される強度変調光の変調波形と受光素子２に与える受光タイミング信号ｓｇ４との位相差を一定に保つようにしてある。この構成は、周囲温度のような環境の影響による受光駆動回路２２の応答の変化は発光素子１に比較して十分に小さいという条件付きで採用される。通常はこの条件が成立していると考えてよい。

タイミング調整回路３は、具体的には、図２に示すように、発光タイミング信号ｓｇ２を基準として受光制御信号ｓｇ３との位相差に相当する電圧を出力する位相比較回路３１と、位相比較回路３１の出力電圧に応じた遅延時間で受光制御信号ｓｇ３を遅延させる遅延時間可変回路３２とにより構成される。この構成により、遅延時間可変回路３２に入力された受光制御信号ｓｇ３が位相比較回路３１の出力電圧に応じて適宜に遅延され、発光タイミング信号ｓｇ２に対して位相差が一定である受光制御信号ｓｇ３′を得ることができる。この受光制御信号ｓｇ３′を受光駆動回路２２に入力することにより、発光タイミング信号ｓｇ２に同期した受光タイミング信号ｓｇ４が生成される。つまり、発光素子１から対象空間に出射される強度変調光の変調波形と、受光タイミング信号ｓｇ４との位相差が一定に保たれる。受光駆動回路２２は、発光駆動回路１２と同様に、スイッチング素子やロジック回路を用いて構成される。

ところで、位相比較回路３１としては、矩形波の位相差を検出する構成を採用している。受光タイミング回路２１から出力される受光制御信号ｓｇ３は矩形波であるが、発光タイミング信号ｓｇ２は発光素子１に流れる電流の変化分を含む波形であるから、波形整形回路３１ａを用いて矩形波に整形した後に受光制御信号ｓｇ３との位相を比較する。波形整形回路３１ａは、受光制御信号ｓｇ３を適宜の閾値電圧と比較する電圧比較回路を用いるか、シュミットトリガ回路を用いることにより実現される。

波形整形回路３１ａの出力は受光制御信号ｓｇ３とともに位相比較器３１ｂに入力される。位相比較器３１ｂには、たとえばＡＮＤ回路やＯＲ回路のような２入力を比較するロジック回路（ＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路、ＸＯＲ回路も可能）を用いる。位相比較器３１ｂとして、ＡＮＤ回路を用いると位相差が小さいほどＨレベルの期間が長くなり、ＯＲ回路を用いると位相差が小さいほどＨレベルの期間が短くなる。したがって、位相比較器３１ｂの出力を積分器３１ｃに与え、積分器３１ｃの出力を位相比較回路３１の出力とすれば、発光タイミング信号ｓｇ２と受光制御信号ｓｇ３との位相差に応じた信号（ここでは電圧信号）を位相比較回路３１の出力として取り出すことができる。なお、位相比較回路３１としては乗算器形位相比較器を用いることも可能であり、位相比較回路３１の構成は上述した構成に制限されるものではない。

ところで、発光素子１から対象空間に強度変調光を投光するとともに対象空間内の物体で反射された光が受光素子２に入射するまでの時間を投受光の位相差に基づいて計測し、この位相差によって物体までの距離を求める場合などには、強度変調光と受光タイミング信号ｓｇ４との位相差を一定に保つことが必要である。本実施形態では、上述したように、発光素子１から対象空間に投光される強度変調光の変調波形を基準とし、受光素子１に与える受光タイミング信号ｓｇ４の位相差が一定になるように制御しているから、発光素子１の応答が周囲温度などの影響で変動したとしても、応答の変化を受光タイミング信号ｓｇ４に反映させ、強度変調光の変調波形と受光タイミング信号ｓｇ４との位相差を一定に保つことができる。したがって、上述のような距離の測定の際に、キャリブレーションを一度行えば、以後は周囲温度の変化などの環境変化の影響を受けることなく、距離を精度よく求めることが可能になる。

投受光の位相差を求める技術についてさらに詳しく説明する。たとえば、図５（ａ）に示す変調波形の強度変調光を対象空間に投光し、このとき、対象空間から受光した光の波形が図５（ｂ）のようになっているとする。ここで、受光タイミング信号ｓｇ４として、図５（ａ）に示す変調波形の位相が０〜９０度、９０〜１８０度、１８０〜２７０度、２７０〜３６０度である４個の位相区間について、受光した光の受光量を受光素子２の出力として検出し、各位相区間の受光量がそれぞれＡ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３であったとすると、投受光の位相差φと受光量Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３との間では以下の関係が成立する（符号は適宜に選択される）。
φ＝ｔａｎ^−１（Ａ３−Ａ１）／（Ａ０−Ａ２）
この演算は評価演算部４において行われる。位相差φを正確に求めるには、強度変調光の変調波形に正確に同期したタイミングで受光量を求める必要があり、強度変調光の変調波形と受光タイミング信号ｓｇ４との位相差を一定に保つことが必要である。しかしながら、周囲温度のような環境が変化すると、両者の位相差にずれが生じる可能性があり、その場合、対象空間において同距離に存在する物体に対して受光量Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３に変動が生じ、物体までの距離に変動がないにもかかわらず、位相差φが変動して距離の測定結果が変動することがある。

上述した本実施形態の構成によれば、タイミング調整回路３を設けることにより、強度変調光の変調波形と受光タイミング信号ｓｇ４との位相差を一定に保っているので、環境の変動による測定結果の変動を防止することができ、計測結果の信頼性が高くなるのである。

上述の構成例では、発光タイミング回路１１と受光タイミング回路２１とを個別に設け、発光制御信号ｓｇ１と受光制御信号ｓｇ３とを別の信号としているが、発光タイミング回路１１と受光タイミング回路２１とを兼用する１つのタイミング回路を設け、発光制御信号ｓｇ１と受光制御信号ｓｇ３とに兼用される１つの信号を分岐して、発光制御信号ｓｇ１および受光制御信号ｓｇ３として用いるようにしてもよい。要するに、発光制御信号ｓｇ１と受光制御信号ｓｇ３とは同じ信号を用いてもよい。

後述するように複数相の受光タイミング信号ｓｇ４を必要とするときには、タイミング信号から複数相のタイミング信号を生成することが必要になるから、発光制御信号ｓｇ１と受光制御信号ｓｇ３とに分岐した後に、複数相の受光制御信号ｓｇ３を生成すればよい。あるいはまた、受光駆動回路２２において複数相の受光タイミング信号ｓｇ４を生成すればよい。

なお、上述の例では発光制御信号ｓｇ１と受光制御信号ｓｇ３とを矩形波信号とする例を示したが、正弦波信号など他の波形の信号を用いてもよい。

（実施形態２）
実施形態１では、発光素子１に流れる電流（あるいは、発光素子１に印加される電圧）を反映する信号として発光タイミング信号ｓｇ２を取り出す構成を採用したが、本実施形態では、図６に示すように、発光素子１から対象空間に投光する光の一部を受光して受光強度に比例した大きさの電気信号を出力する参照用受光素子５を設け、参照用受光素子５から出力される電気信号を発光タイミング信号ｓｇ２に用いる例を説明する。

参照用受光素子５は受光素子１とは別に設けてある。上述のように受光素子２にはＣＣＤ撮像素子を用いるから、受光素子２にはそれぞれ受光強度に応じた電荷を生成する多数個の受光部が存在する。したがって、一部（複数個でもよい）の受光部を参照用受光素子５として流用することは可能である。この場合、参照用受光素子５として用いる受光部で生成された電荷は他の受光部とは別経路で電荷を取り出すとともに、電荷を取り出す周期を発光素子１から投光される強度変調光の変調波形よりも十分に短くする。

参照用受光素子５を設ける場合には、発光素子１からの光を参照用受光素子５で受光することができるように、発光素子１と参照用受光素子５とを光結合が可能な程度に近接して配置するか、ミラー、ハーフミラー、光ファイバのような光学要素を用いて発光素子１から投光される光の一部を参照用受光素子５に入射させる。

たとえば、ハーフミラーを用いる構成では、発光素子１から光を投光する正面方向に対してハーフミラーを傾斜させた形で配置し、ハーフミラーを透過した光を対象空間に投光するとともに、ハーフミラーで反射された光を参照用受光素子５に導入する。また、光ファイバを用いる場合には、発光素子１から放射される光の一部が導入されるように発光素子１に光結合された光ファイバを設け、発光素子１からの光を光ファイバを通して参照用受光素子５に導く。どちらの構成を採用する場合も発光素子１からの大部分の光が対象空間に投光されるように配置する。さらに、参照用受光素子５には発光素子１からの光のみが入射し、他の光が入射しないように遮光する。

上述した構成により、参照用受光素子５には発光素子１から放射された強度変調光が入射し、強度変調光の変調波形に相当する電気信号が参照用受光素子５から出力されるから、この電気信号を必要に応じて増幅して発光タイミング信号ｓｇ２として用いる。発光タイミング信号ｓｇ２は、実施形態１の構成と動揺に、タイミング調整回路３の位相比較回路３１に入力される。他の構成および動作は実施形態１と同様である。

本実施形態では、発光素子１に流れる電流あるいは発光素子１に印加される電圧ではなく、発光素子１から放射された光を参照用受光素子５で受光することにより発光タイミング信号ｓｇ２を生成しているから、実施形態１の構成と比較すると、周囲温度のような環境の変動による発光駆動回路１２の動作の変化および発光素子１を通過する電流（あるいは発光素子１に印加される電圧）の変化のみならず、発光素子１における変換効率の変化による強度変化も折り込んだ発光タイミング信号ｓｇ２を得ることができる。

したがって、本実施形態では、発光素子１から対象空間に投光される実際の強度変調光の変調波形を受光タイミング信号ｓｇ４に反映させることができ、周囲温度のような環境の変動による誤差の発生を実施形態１の構成よりもさらに低減することができる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
上述した各実施形態は、周囲温度のような環境が変化したときの受光駆動回路２２の応答の変化は発光素子１よりも十分に小さいという条件付きであるが、受光駆動回路２２の応答は実際には環境の変動に影響される。

本実施形態は、環境の変動による受光駆動回路２２の応答の変化を抑制するために、図７に示すように、受光駆動回路２２の出力である受光タイミング信号ｓｇ４と遅延時間可変回路３２の出力である受光制御信号ｓｇ３′との位相差に応じた信号（ここでは電圧信号）を出力する位相比較回路２３と、遅延時間可変回路３２と受光駆動回路２２との間に挿入され位相比較回路２３の出力に応じて受光制御信号ｓｇ３′の遅延時間を調整する遅延時間可変回路２４とを付加している。したがって、受光駆動回路２２には受光制御信号ｓｇ３′を遅延させた受光制御信号ｓｇ３″が入力され、受光制御信号ｓｇ３′と受光タイミング信号ｓｇ４との位相差が一定に保たれる。

位相比較回路２３と遅延時間可変回路２４とは、タイミング調整回路３における位相比較回路３１および遅延時間可変回路３２と同様の構成を採用している。図７の位相比較回路２３および遅延時間可変回路２４はディレイロックループ（いわゆるＤＬＬ）を形成しており、周囲温度のような環境に変化があり受光駆動回路２２が環境の変動により応答が変化する場合であっても、受光制御信号ｓｇ３′と受光タイミング信号ｓｇ４との位相差が一定に保たれる。また、実施形態１と同様に、発光タイミング信号ｓｇ２と受光制御信号ｓｇ３との位相差が一定に保たれるから、結果的に発光タイミング信号ｓｇ２と受光タイミング信号ｓｇ４との位相差が一定に保たれる。

図７に示す構成では、発光タイミング信号ｓｇ２を発光素子１に流れる電流（または、発光素子１に印加する電圧）としているが、実施形態２と同様に参照用受光素子５を別途に設け、参照用受光素子５の出力を発光タイミング信号ｓｇ２として用いてもよい。他の構成および動作は実施形態１と同様である。

（実施形態４）
上述した各実施形態では、発光タイミング信号ｓｇ２と受光制御信号ｓｇ３との位相差を検出し、受光制御信号ｓｇ３の遅延時間を調整することにより受光駆動回路２２に与える受光制御信号ｓｇ３′を生成しているが、本実施形態は、図８に示すように、発光タイミング信号ｓｇ２と受光タイミング信号ｓｇ４との位相差により遅延時間を調整する構成例を示す。受光制御信号ｓｇ３に代えて受光タイミング信号ｓｇ４を用いている点以外の構成は実施形態１と同様である。

本実施形態の構成では、受光駆動回路２２による変動分を加味して遅延時間が決定されるから、受光駆動回路２２の動作が周囲温度のような環境の変動により変動しても発光タイミング信号ｓｇ２と受光タイミング信号ｓｇ４との位相差が一定に保たれる。つまり、実施形態１，２の構成は、環境の影響による受光駆動回路２２の応答の変化は発光素子１よりも十分に小さいという条件付きで採用しているが、本実施形態ではこの条件を除外することができる。

ところで、受光素子２として用いるＣＣＤ撮像素子のような撮像素子を動作させるために与える受光タイミング信号ｓｇ４は、一般に互いに異なる複数相の信号からなり、たとえば、実施形態１において説明したように４個の位相区間でそれぞれ受光量を求める場合には、２相または４相の受光タイミング信号ｓｇ４を用いる（図示例では４相の受光タイミング信号ｓｇ４を用いている）。したがって、本実施形態の構成では、発光タイミング信号ｓｇ２との位相を比較する信号として受光タイミング信号ｓｇ４のうちのどの相の信号を用いるかを選択することが必要である。つまり、複数相の受光タイミング信号ｓｇ４のうちの適宜の１相のみを選択して発光タイミング信号ｓｇ２との位相差を比較するのである。

なお、複数相の受光タイミング信号ｓｇ４を得るには、１つの受光制御信号ｓｇ３を受光駆動回路２２で４相に分割することが可能であるが、本実施形態では、受光タイミング回路２１において複数相の受光制御信号ｓｇ３を生成している（図９参照）。したがって、受光駆動回路２２はバッファ回路やボルテージフォロワ回路などで構成され、受光素子２の駆動に必要な電力を供給し、後段の回路が前段の回路に影響するのを防止する。

上述のように受光タイミング信号ｓｇ４が複数相であるときには、受光駆動回路２２の応答が相ごとにばらつく可能性があり、また環境の変動に対する応答の変化にも相ごとにばらつきを生じることがある。相ごとに応答にばらつきを有していると、受光駆動回路２２に入力される受光制御信号ｓｇ３の遅延時間を調整しても、各相の受光タイミング信号ｓｇ４の位相にはばらつきが生じる。

また、評価演算部４において距離を求める場合などでは、受光素子２の内部でランダムに生じるショットノイズや環境光の変動成分の影響を軽減するために、４個の位相区間の受光量を各位相区間ごとに積分することがある。積分は受光素子２の内部において行う場合と、評価演算部４において行う場合とがある。このような積分を行うと、受光駆動回路２２の各相のばらつきが小さい場合でも積分によってばらつきが蓄積され、評価演算部４において求めた結果に含まれる誤差が拡大する可能性がある。

一方、積分を実行する間に各相の受光タイミング信号ｓｇ４を順に利用する構成を採用すれば、積分によって応答のばらつきによる変動分が相殺されると考えられる。そこで、図９に示すように、位相比較回路３１に入力する受光タイミング信号ｓｇ４を選択するセレクタ３３を設け、セレクタ３３に選択信号ｓｅｌを入力するたびに受光タイミング信号ｓｇ４の相を切り換える構成を採用する。選択信号ｓｅｌは評価演算部４で用いるクロック信号に同期させて発生すればよく、上述の積分を実行する期間に各相の受光タイミング信号ｓｇ４が同数回ずつ選択されるように適宜の時間間隔でセレクタ３３に与えられる。また、相別の受光制御信号ｓｇ３を生成しているから、各相ごとに遅延時間可変回路３２を設け、セレクタ３３で選択した受光タイミング信号ｓｇ４を用いて各遅延時間可変回路３２の遅延時間を調整する。

なお、図示例では、位相比較回路３１に入力する発光タイミング信号ｓｇ２として、実施形態１と同様に発光素子１に流れる電流（あるいは、発光素子１に印加される電圧）を用いているが、実施形態２のように参照用受光素子５を付加し、参照用受光素子５の出力を発光タイミング信号ｓｇ２に用いてもよい。あるいはまた、実施形態３のように受光駆動回路２２にＤＬＬを組み合わせた構成を採用してもよい。また、本実施形態では、セレクタ３３により各相の受光タイミング信号ｓｇ４を順に選択する動作について説明したが、受光タイミング信号ｓｇ４はランダムに選択してもよい。

（実施形態５）
上述した各実施形態では、タイミング調整回路３として、発光タイミング信号ｓｇ２を基準にして受光制御信号ｓｇ３の位相を調整する構成を採用しているが、本実施形態では、図１０に示すように、受光タイミング信号ｓｇ４を基準にして発光制御信号ｓｇ１の位相を調整する構成について説明する。受光タイミング信号ｓｇ４は実施形態４において説明したようにセレクタ３３を用いて各相を選択して用いる場合の例を示しているが、１相の受光タイミング信号ｓｇ４のみを用いる構成を採用することも可能である。

タイミング調整回路３の構成は、上述した各実施形態の構成と同様であって、位相比較回路３１と遅延時間可変回路３２とを備える。ただし、遅延時間可変回路３２が発光タイミング回路１１と発光駆動回路１２との間に挿入されており、位相比較回路３１がセレクタ３３により選択された受光タイミング信号ｓｇ４を基準にして、発光タイミング信号ｓｇ２との位相差に相当する電圧を出力する点が実施形態４とは相違する。

本実施形態の構成は、受光タイミング信号ｓｇ４を基準にして発光駆動回路１２に発光制御信号ｓｇ１′を入力するタイミングを調整する。したがって、発光素子１から対象空間に投光される強度変調光の変調波形は、受光タイミング信号ｓｇ４と一定の位相差になるように調整される。この構成では、周囲温度のような環境の変動により発光素子１および発光駆動回路１２の応答が変化した場合でも、発光タイミング信号ｓｇ２の受光タイミング信号ｓｇ４に対する位相差が一定に保たれる。

ところで、実施形態４において説明したように、受光タイミング回路２１から複数相の受光制御信号ｓｇ３を出力する構成において、受光タイミング回路２１と受光駆動回路２２との間に遅延時間可変回路３２を挿入する構成を採用した場合には、位相比較回路３１および遅延時間可変回路３２が受光駆動回路２２の相数分必要になるから、部品点数が多くなるという問題を生じる。これに対して、本実施形態では、タイミング調整回路３を発光タイミング回路１１と発光駆動回路１２との間に挿入していることにより、位相比較回路３１および遅延時間可変回路３２が１個ずつあればよく、回路構成が実施形態４よりも簡単で部品点数が少なくなり、結果的に低コスト化が可能になる。

また、図１０では、発光タイミング信号ｓｇ２として、発光素子１に流れる電流（または、発光素子１に印加される電圧）を用いる場合を示しているが、実施形態２と同様に、参照用受光素子５を付設し、参照用受光素子５の出力を受光タイミング信号ｓｇ２に用いる構成を採用してもよい。あるいはまた、実施形態３のように受光駆動回路２２にＤＬＬを組み合わせる構成を採用することも可能であり、実施形態４のように位相比較回路３１において発光タイミング信号ｓｇ２と受光タイミング信号ｓｇ４との位相を比較する構成を採用することも可能である。他の構成および動作は実施形態１と同様である。

（実施形態６）
本実施形態は、図１１に示すように、発光タイミング信号ｓｇ２と受光制御信号ｓｇ３との位相差を一定に保つように受光タイミング信号ｓｇ４の位相を調整するとともに、受光タイミング信号ｓｇ４と発光制御信号ｓｇ１との位相差を一定に保つように発光タイミング信号ｓｇ２の位相を調整する構成としたものである。

したがって、位相比較回路３１_１、３１_２と遅延時間可変回路３２_１，３２_２とを２個ずつ備える。一方の位相比較回路３１_１では受光タイミング信号ｓｇ４と発光制御信号ｓｇ１との位相差を検出し、他方の位相比較回路３１_２では発光タイミング信号ｓｇ２と受光制御信号ｓｇ３との位相差を比較する。また、一方の遅延時間可変回路３２_１は発光タイミング回路１１と発光駆動回路１２との間に挿入され、他方の遅延時間可変回路３２_２は受光タイミング回路２１と受光駆動回路２２との間に挿入される。位相比較回路３１_１，３１_２と遅延時間可変回路３２_１，３２_２との動作は実施形態４，５の構成と同様であり、本実施形態の構成では、発光制御信号ｓｇ１と受光制御信号ｓｇ３との両方について遅延時間を調整しているから、発光タイミング信号ｓｇ２と受光タイミング信号ｓｇ４とは互いに他方の位相に近付くように遅延時間が調整される。

他の構成および動作は実施形態４，５と同様である。すなわち、図１１には記載していないが、受光タイミング信号ｓｇ４はセレクタ３３によって選択するのが望ましい。また、発光タイミング信号ｓｇ２は発光素子１に流れる電流（あるいは、発光素子１に印加される電圧）として以外に、参照用受光素子５を別途に設け、参照用受光素子５の出力を受光タイミング信号ｓｇ２に用いることが可能である。

（実施形態７）
上述した各実施形態は、２信号の位相差に応じて遅延時間を調整することにより、位相差を一定に保つ構成を採用していたが、本実施形態は、図１２に示すように、受光駆動回路２２に与える受光制御信号ｓｇ３′を出力する発振回路３４を設け、２信号の位相差に応じて発振回路３４の出力周波数を調整する構成を採用している。発振回路３４は入力電圧に応じて出力周波数が変化する電圧制御発振回路（ＶＣＯ）であって、位相比較回路３１の出力電圧に応じて発振回路３４の出力が変化する。つまり、タイミング調整回路３を位相比較回路３１と発振回路３４とで構成している。位相比較回路３１の出力電圧は積分回路などにより平滑してリプル成分を除去しておくのが望ましい。

図１２に示す構成例では、実施形態１と同様に位相比較回路３１は、発光タイミング信号ｓｇ２と受光制御信号ｓｇ３との位相差を比較するものであって、この位相差が一定に保たれるように発振回路３４の出力周波数が制御される。したがって、発光タイミング信号ｓｇ２と受光タイミング信号ｓｇ４との位相差が一定に保たれる。

上述した他の実施形態の構成は本実施形態にも採用可能であって、参照用受光素子５から発光タイミング信号ｓｇ２を得る構成（実施形態２）、位相比較回路３１に入力する信号として受光制御信号ｓｇ３に代えて受光タイミング信号ｓｇ４を用いる構成（実施形態４）を用いることができる。受光タイミング信号ｓｇ４を位相比較回路３１に入力する場合には受光タイミング回路２１は不要になる。

また、発振回路３４から発光駆動回路１２に与える発光制御信号ｓｇ１′を出力し、位相比較回路３１には発光タイミング回路１１から出力された発光制御信号ｓｇ１と受光タイミング信号ｓｇ４とを入力することにより、発光制御信号ｓｇ１と受光タイミング信号ｓｇ４との位相差を一定に保つようにしてもよい。あるいはまた、位相比較回路３１に対して発光タイミング信号ｓｇ２と受光タイミング信号ｓｇ４とを与え、両者の位相差を一定に保つように発振回路３４の出力周波数を調整してもよい。この構成では、発光タイミング回路１１が不要になる。

すなわち、本実施形態では、タイミング調整回路３として、遅延時間を調整する構成ではなく、発光駆動回路１２あるいは受光駆動回路２２に与える受光制御信号ｓｇ３′の周波数を調整する構成を採用しており、上述した他の実施形態と同様に、周囲温度などの環境変化による応答の変化があっても、発光タイミング信号ｓｇ２と受光タイミング信号ｓｇ４との位相差を一定に保つことができ、結果的に発光素子１から対象空間に投光した強度変調光と受光素子２で受光した光との位相関係を正確に求めることができ、位相を利用して距離などの情報を得ようとするときに、周囲温度のような環境の変動の影響を軽減して正確な情報を得ることが可能になる。

実施形態１を示すブロック図である。 同上の要部ブロック図である。 同上に用いる発光駆動回路の構成例を示す回路図である。 同上に用いる発光駆動回路の他の構成例を示す回路図である。 同上の動作説明図である。 実施形態２を示すブロック図である。 実施形態３を示すブロック図である。 実施形態４を示すブロック図である。 同上の要部ブロック図である。 実施形態５を示すブロック図である。 実施形態６を示すブロック図である。 実施形態７を示すブロック図である。

符号の説明

１ 発光素子
２ 受光素子
３ タイミング調整回路
４ 評価演算部
５ 参照用受光素子
１１ 発光タイミング回路（タイミング回路）
１２ 発光駆動回路
２１ 受光タイミング回路（タイミング回路）
２２ 受光駆動回路
２３ （第３の）位相比較回路
２４ （第３の）遅延時間可変回路
３１ 位相比較回路
３１_１ （第１の）位相比較回路
３１_２ （第２の）位相比較回路
３２ 遅延時間可変回路
３２_１ （第１の）遅延時間可変回路
３２_２ （第２の）遅延時間可変回路
３３ セレクタ
３４ 発振回路
ｓｇ１ 発光制御信号
ｓｇ２ 発光タイミング信号
ｓｇ３ 受光制御信号
ｓｇ４ 受光タイミング信号
ＩＮ インバータ
Ｒ１ 抵抗
ＳＷ スイッチング素子

Claims (12)

1. 対象空間に光を投光する発光素子と、対象空間からの光を受光し受光強度を反映した電荷が取り出される受光素子と、発光素子から強度変調光を投光させるように発光素子を駆動する発光駆動回路と、強度変調光の変調波形に同期したタイミングで生成された電荷を受光素子から取り出すように受光素子を駆動する受光駆動回路と、発光素子の投光のタイミングを指示する発光制御信号を生成するとともに受光素子を駆動するタイミングを指示する受光制御信号を生成するタイミング回路と、発光素子から投光した強度変調光の変調波形と受光素子により受光した光との位相の関係を用いて対象空間の空間情報を検出する評価演算部と、発光駆動回路と受光駆動回路との少なくとも一方とタイミング回路との間に挿入され強度変調光の変調波形に相当する発光タイミング信号と受光素子を駆動するタイミングを規定する受光タイミング信号との位相差を一定に保つように発光制御信号を発光駆動回路に入力するタイミングと受光制御信号を受光駆動回路に入力するタイミングとの少なくとも一方を調整するタイミング調整回路とを備えることを特徴とする強度変調光を用いた空間情報検出装置。
2. 前記タイミング調整回路は、前記受光駆動回路の入力側において発光タイミング信号を基準にして受光制御信号の位相を調整する機能と、前記発光駆動回路の入力側において受光タイミング信号を用いて発光制御信号の位相を調整する機能との少なくとも一方の機能を備えることを特徴とする請求項１記載の強度変調光を用いた空間情報検出装置。
3. 前記タイミング調整回路は、前記タイミング回路と前記受光駆動回路との間に挿入されタイミング回路から出力される受光制御信号が受光駆動回路に入力されるまでの遅延時間を調整する遅延時間可変回路と、発光タイミング信号と受光制御信号との位相差を検出し位相差に応じて遅延時間可変回路の遅延時間を決定する位相比較回路とからなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の強度変調光を用いた空間情報検出装置。
4. 前記タイミング調整回路は、前記受光駆動回路と前記発光駆動回路との一方と前記タイミング回路との間に挿入されタイミング回路から出力される発光制御信号が発光駆動回路に入力されるまでの遅延時間またはタイミング回路から出力される受光制御信号が受光駆動回路に入力されるまでの遅延時間を調整する遅延時間可変回路と、発光タイミング信号と受光タイミング信号との位相差を検出し位相差に応じて遅延時間可変回路の遅延時間を決定する位相比較回路とからなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の強度変調光を用いた空間情報検出装置。
5. 前記タイミング調整回路は、前記タイミング回路と前記発光駆動回路との間に挿入されタイミング回路から出力される発光制御信号が発光駆動回路に入力されるまでの遅延時間を調整する第１の遅延時間可変回路と、発光制御信号と受光タイミング信号との位相差を検出し位相差に応じて第１の遅延時間可変回路の遅延時間を決定する第１の位相比較回路と、前記タイミング回路と前記受光駆動回路との間に挿入されタイミング回路から出力される受光制御信号が受光駆動回路に入力されるまでの遅延時間を調整する第２の遅延時間可変回路と、受光制御信号と発光タイミング信号との位相差を検出し位相差に応じて第２の遅延時間可変回路の遅延時間を決定する第２の位相比較回路とからなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の強度変調光を用いた空間情報検出装置。
6. 前記タイミング調整回路は、前記受光駆動回路に与える受光制御信号を出力するとともに入力電圧に応じて出力周波数を調整する発振回路と、前記タイミング回路から出力される受光制御信号と発光タイミング信号との位相差に応じた出力電圧を発振回路に与える位相比較器とからなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の強度変調光を用いた空間情報検出装置。
7. 前記タイミング調整回路は、前記受光駆動回路に与える受光制御信号を出力するとともに入力電圧に応じて出力周波数を調整する発振回路と、前記タイミング回路から出力される受光タイミング信号と発光タイミング信号との位相差に応じた出力電圧を発振回路に与える位相比較器とからなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の強度変調光を用いた空間情報検出装置。
8. 前記遅延時間可変回路と前記受光駆動回路との間に挿入され遅延時間可変回路の出力が受光駆動回路に入力されるまでの遅延時間を調整する第３の遅延時間可変回路と、第３の遅延時間可変回路への入力と受光駆動回路から出力される受光タイミング信号との位相差を検出し位相差に応じて第３の遅延時間可変回路の遅延時間を決定する第３の位相比較回路とを備え、第３の遅延時間可変回路への入力と受光タイミング信号との位相差を一定に保つことを特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれか１項に記載の強度変調光を用いた空間情報検出装置。
9. 前記評価演算部は、前記受光素子から取り出される電荷のうち強度変調光の変調波形における複数の位相区間に同期するタイミングで得られる電荷を強度変調光の複数周期に亘って積分した結果を用いて空間情報を検出しており、前記受光駆動回路から受光素子に与える受光タイミング信号は前記位相区間に対応した複数相であり、受光素子から取り出される電荷が積分される期間において複数相の受光タイミング信号を強度変調光の１周期毎に１相ずつ選択して前記位相比較回路に与えるセレクタとを備えることを特徴とする請求項３ないし請求項８のいずれか１項に記載の強度変調光を用いた空間情報検出装置。
10. 前記発光素子に流れる電流と発光素子に印加される電圧との一方を発光タイミング信号に用いることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の強度変調光を用いた空間情報検出装置。
11. 前記発光素子から出射した光の一部を受光し受光強度を反映した出力が得られる参照用受光素子を備え、参照用受光素子の出力を発光タイミング信号に用いることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の強度変調光を用いた空間情報検出装置。
12. 前記受光素子はそれぞれ受光強度に応じた電荷を生成する複数個の受光部を備え、前記参照用受光素子として受光素子の一部の受光部を用いることを特徴とする請求項１１記載の強度変調光を用いた空間情報検出装置。

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