JP2015081780A - 距離測定システム及び補正用データの取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】距離を算出するために用いられる補正用データを取得する距離測定システム及び補正用データの取得方法を提供する。【解決手段】照射装置１２によるパルス光Ｌｐの照射タイミングを規定する基準照射タイミング制御信号と、照射タイミングに対して予め決められた固体撮像装置１４による露光タイミングを規定する基準露光タイミング制御信号とを生成し、固体撮像装置１４の露光によって得られた画像データと補正用データとを用いて測距対象Ｗまでの距離を演算する距離測定システム１０であって、補正用データを取得するために、測距対象Ｗと固体撮像装置１４との仮想距離の長さに応じて、基準露光タイミング制御信号に対して相対的に前記基準照射タイミング制御信号を遅延させた補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、ＴＯＦを用いて測距対象までの距離を算出に用いられる補正用データを取得する距離測定システム及び補正用データの取得方法に関する。

従来から、測距対象への距離を非接触に測定する方法として、タイム・オブ・フライト（ＴＯＦ）法が知られている。即ち、照射装置が光を照射し、その光の反射光を照射タイミングと同期した予め決められたタイミングで撮像装置が露光し、それにより得られるタイミングと光電子数の情報に基づいて測距対象までの距離を算出する。

光は、１ナノ秒で約３００ｍｍ進むため、測距を実現するためには、高い時間分解能で照射装置の照射タイミングと撮像装置の露光タイミングとを制御する必要がある。しかし、温度等の周辺環境によって、照射タイミングや受光タイミングを規定する制御信号を駆動、伝達する回路は特性変動する。また、経年変化による特性変動も生じる。これらの特性変動に影響されない測距を実現するには、補正処理が必要となる。

下記特許文献１には、これらの問題に対応するため、照射タイミングと露光タイミングとを規定する制御信号の位相を比較する位相比較器を有し、位相比較器の出力をフィードバックして照射タイミング及び露光タイミングを制御する手法が開示されている。

特許第４９７１７４４号公報

照射装置と撮像装置から構成される距離測定装置は、温度等の周辺環境により、照射装置の照射タイミングと撮像装置の露光タイミングとのズレの発生だけでなく、照射装置自身の発光強度変動や波形変動、撮像装置の感度変動が生じる。従って、上記特許文献１の手法では、タイミング以外の特性変動に対応が困難である。

そこで本発明は、タイミング以外での特性変動にも対応可能にするため、距離を算出するために用いられる補正用データを取得する距離測定システム及び補正用データの取得方法を提供することを目的とする。

本発明は、パルス光の照射タイミングを規定する基準照射タイミング制御信号と、前記照射タイミングに対して予め決められた露光タイミングを規定する基準露光タイミング制御信号とを生成する測定用制御信号生成部と、前記基準照射タイミング制御信号に従って、測距対象に対して前記パルス光を照射する照射装置と、前記基準露光タイミング制御信号に従って、前記パルス光を露光する固体撮像装置と、前記固体撮像装置が露光することで蓄積した光電子数の情報と補正用データとを用いて前記測距対象までの距離を演算する演算部と、を備える距離測定システムであって、前記補正用データを取得するために、予め決められた前記照射装置から前記測距対象と、前記測距対象から前記固体撮像装置を足した実距離より、仮想的に長い仮想距離の長さに応じて、前記基準露光タイミング制御信号に対して相対的に前記基準照射タイミング制御信号を遅延させた補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を生成する補正用制御信号生成部と、前記照射装置が前記補正用照射タイミング制御信号に従って照射し、前記固体撮像装置が前記補正用露光タイミング制御信号に従って露光することによって、固体撮像装置が蓄積した光電子数の情報を、前記仮想距離に相当する距離における前記補正用データとして記憶する記憶部と、を備えることを特徴とする。

本発明は、前記距離測定システムであって、複数回の照射と露光をする場合であって、前記補正用制御信号生成部は、前記仮想距離の長さに応じて、前記固体撮像装置の露光回数を減らすように前記補正用露光タイミング制御信号を生成することを特徴とする。

本発明は、前記距離測定システムであって、複数回の照射と露光をする場合であって、前記補正用制御信号生成部は、前記仮想距離の長さに応じて、前記照射装置の照射回数及び前記固体撮像装置の露光回数を減らすように前記補正用照射タイミング制御信号及び前記補正用露光タイミング制御信号を生成し、その後、減らした回数分だけ前記照射装置が前記パルス光を照射するようにダミー用照射タイミング制御信号を生成することを特徴とする。

本発明は、前記距離測定システムであって、前記仮想距離の長さに応じて、前記照射装置が照射する前記パルス光の光強度を減光させる第１減光手段を備えることを特徴とする。

本発明は、前記距離測定システムであって、前記第１減光手段は、前記照射装置から前記測距対象までの光路の間に設けられた減光フィルタ、スリット、又は拡散板であることを特徴とする。

本発明は、前記距離測定システムであって、前記固体撮像装置が露光する光の光強度を減光させる第２減光手段を備えることを特徴とする。

本発明は、前記距離測定システムであって、前記第２減光手段は、前記測距対象から前記固体撮像装置までの光路の間に設けられた絞り可変集光レンズであることを特徴とする。

本発明は、パルス光の照射タイミングを規定する基準照射タイミング制御信号と、前記照射タイミングに対して予め決められた露光タイミングを規定する基準露光タイミング制御信号とを生成する測定用制御信号生成部と、前記基準照射タイミング制御信号に従って、測距対象に対して前記パルス光を照射する照射装置と、前記基準露光タイミング制御信号に従って、前記パルス光を露光する固体撮像装置と、前記固体撮像装置が露光することで蓄積した光電子数の情報と補正用データとを用いて前記測距対象までの距離を演算する演算部と、を備える距離測定システムを用いた補正用データの取得方法であって、前記補正用データを取得するために、予め決められた前記照射装置から前記測距対象と、前記測距対象から前記固体撮像装置を足した実距離より、仮想的に長い仮想距離の長さに応じて、前記基準露光タイミング制御信号に対して相対的に前記基準照射タイミング制御信号を遅延させた補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を生成し、前記照射装置が前記補正用照射タイミング制御信号に従って照射し、前記固体撮像装置が前記補正用露光タイミング制御信号に従って露光することによって、固体撮像装置が蓄積した光電子数の情報を、前記仮想距離に相当する距離における前記補正用データとして取得することを特徴とする。

本願発明によれば、補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号によって、仮想的に測距対象と固体撮像装置との距離（仮想距離）を変えることで、コストを抑え、簡易な手法で、タイミング以外での特性変動に対応できる補正用データを取得することができる。また、タイミング以外の特性変動に対応できる。

仮想距離の長さに応じて露光回数を減らす、又は、仮想距離の長さに応じて照射装置が照射するパルス光の光強度を減光させる第１減光手段を備えるので、固体撮像装置の露光により発生する光電子数を仮想距離の長さに応じて減らすことができる。

固体撮像装置が露光する光の光強度を減光させる第２減光手段を備えるので、測距対象の反射率を仮想的に変更することができる。

第１の実施の形態にかかる固体撮像装置を有する距離測定システムの概略構成を示す図である。 図１に示す制御部の機能ブロック図である。 基準照射タイミング制御信号及び基準露光タイミング制御信号と、基準照射タイミング制御信号に従って照射装置が照射した照射光と、基準露光タイミング制御信号に従った固体撮像装置の単位画素の露光とを示す図である。 基準照射タイミング制御信号及び基準露光タイミング制御信号と、補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号との関係を示す図である。 固体撮像装置の構成を示す図である。 図５に示す固体撮像装置を構成する単位画素の一部を示す一部平面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面構成図である。 第２の実施の形態において、１枚の画像データを取得する１フレーム画像取得期間に、照射装置が照射するパルス光のタイムチャートの例を示す図である。 本変形例１において、２枚の画像データを取得する２フレーム画像取得期間に、照射装置が照射するパルス光のタイムチャートの例を示す図である。 本変形例２において、１枚の画像データを取得する１フレーム画像取得期間に、照射装置が照射するパルス光のタイムチャートの他の例を示す図である。 距離測定システムの温度特性を示す図である。 第４の実施の形態の構成の要部を示す図である。

本発明に係る補正用データの取得方法及び、該補正用データの取得方法を実現する距離測定システムについて、好適な実施の形態を掲げて添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態にかかる距離測定システム１０の概略構成を示す図である。図１に示すように、距離測定システム１０は、照射装置１２、固体撮像装置１４、演算部１６、制御部１８、温度センサ２０ａ、２０ｂ、及び記憶部２２を備える。

照射装置１２は、測距対象Ｗに対してパルス光Ｌｐを照射するものであり、照射装置１２は、パルス光Ｌｐを出力する発光部（光源）１２ａを有する。照射装置１２は、図示しないスイッチを有し、前記スイッチがオンのときに前記発光部１２ａに電流が流れて光を発光する。照射装置１２は、制御部１８の制御に従ってパルス光Ｌｐを照射する。

この距離測定システム１０では、照射装置１２から照射したパルス光Ｌｐが測距対象Ｗで反射し、固体撮像装置１４に入射する。なお、説明の便宜のため、照射装置１２から測距対象Ｗまでのパルス光Ｌｐを照射光Ｌｅと、測距対象Ｗから固体撮像装置１４までのパルス光Ｌｐを反射光Ｌｒと呼ぶ。

固体撮像装置１４は、制御部１８の制御に従って反射光Ｌｒ及び環境光Ｌｓを電子シャッタ方式によって露光する。固体撮像装置１４は、照射装置１２が投光するパルス光Ｌｐ及び環境光Ｌｓに対して感度を有し、投光タイミングに同期したグローバル電子シャッタ方式で光を露光する。演算部１６は、固体撮像装置１４の各単位画素５０（図５参照）が露光して蓄積した光電子数Ｑの情報等に基づいて測距対象Ｗまでの距離を算出する。なお、本実施の形態で、「露光」という場合は、入射した光が固体撮像装置１４によって光電変換により光電子を生成し、その光電子数の情報が画素信号として読み出される光入射期間と定義する。つまり、光電変換はするが、それによって発生した光電子数の情報をリセットして、画素信号として読み出さない光入射期間は含まないと定義する。

制御部１８は、照射装置１２及び固体撮像装置１４の駆動を制御する。温度センサ２０ａは、照射装置１２の温度を検出し、温度センサ２０ｂは、固体撮像装置１４の温度を検出する。記憶部２２は、後述する補正用データを記憶する。なお、照射装置１２と測距対象Ｗまでの距離と、測距対象Ｗから固体撮像装置１４までの距離とは、説明の簡略化のため同一と定義する。

図２は、制御部１８の機能ブロック図である。制御部１８は、基準クロック生成部３２、測定用制御信号生成部３４、及び補正用制御信号生成部３６を備える。

基準クロック生成部３２は、基準クロックを生成し、生成した基準クロックを測定用制御信号生成部３４及び補正用制御信号生成部３６に出力する。測定用制御信号生成部３４は、基準クロックに基づいて、照射光Ｌｅの照射タイミングを規定する基準照射タイミング制御信号と、照射タイミングに対して予め決められた露光タイミングを規定する基準露光タイミング制御信号を生成する。測定用制御信号生成部３４は、１枚の画像データを取得するのに必要な照射装置１２の照射回数が記憶された測定用照射回数記憶部３４ａを有する。

照射装置１２は、基準照射タイミング制御信号に従って照射光Ｌｅを照射する。固体撮像装置１４の各単位画素５０は、基準露光タイミング制御信号に従って反射光Ｌｒを露光する。

図３は、基準照射タイミング制御信号及び基準露光タイミング制御信号と、基準照射タイミング制御信号に従って照射装置１２が照射した照射光Ｌｅと、基準露光タイミング制御信号に従った固体撮像装置１４の単位画素５０の露光とを示す図である。

図３に示すように、基準照射タイミング制御信号に同期して、照射装置１２は、光強度Ｅの照射光Ｌｅを照射する。反射光Ｌｒは、固体撮像装置１４と測距対象Ｗとの距離に応じて、照射光Ｌｅの照射タイミングに対して遅れて固体撮像装置１４に入射する。この固体撮像装置１４に入射する反射光Ｌｒの光強度Ｒは、固体撮像装置１４と測距対象Ｗとの距離や測距対象Ｗの反射率に応じて変動する。また、固体撮像装置１４には、照射光Ｌｅの照射とは関係なく、周辺の環境光Ｌｓも入射する。

固体撮像装置１４の単位画素５０は、照射光Ｌｅの１回の照射に対して４回露光を行うとすると、基準露光タイミング制御信号は、１つの照射タイミングに対して予め決められた４つの露光タイミングを規定する。４つの露光タイミングによって、第１露光期間Ｐ１、第２露光期間Ｐ２、第３露光期間Ｐ３、及び第４露光期間Ｐ４が決定される。

第３露光期間Ｐ３及び第４露光期間Ｐ４は、測距可能範囲の測距対象Ｗに反射して戻ってくる反射光Ｌｒが入射しない一定時間（Ｔ_sense）であり、環境光Ｌｓのみに応じた光電子を取得する期間である。

第１露光期間Ｐ１は、測距可能範囲の測距対象Ｗに反射して戻ってくる反射光が必ず入射する一定時間（Ｔ_sense）であり、反射光Ｌｒ及び環境光Ｌｓに応じた光電子を取得する期間である。第２露光期間Ｐ２は、照射装置１２が投光を完了するタイミングからの一定時間（Ｔ_sense）である。第２露光期間Ｐ２は、照射装置１２から測距対象Ｗまでの距離と測距対象Ｗから撮像部までの距離とを光が往復する時間で且つ前記一定時間よりも短い時間の反射光Ｌｒと、前記一定時間で常時入射している環境光Ｌｓとに応じた光電子を取得する期間である。

第３露光期間Ｐ３に単位画素５０で発生した光電子数ＱをＱｃで表し、第４露光期間Ｐ４に単位画素５０で発生した光電子数ＱをＱｄで表す。また、第１露光期間Ｐ１に単位画素５０で発生した光電子数ＱをＱａで表し、第２露光期間Ｐ２に単位画素５０で発生した光電子数ＱをＱｂで表す。

図３から、Ｑｂ−Ｑｄ∝Ｒ×Ｔ_delay と、Ｑａ−Ｑｃ∝Ｒ×Ｔ_sense、との関係式が成り立つ。Ｔ_delayは、投光した光が測距対象Ｗに反射して戻ってくるまでの往復時間である。

上述した式から、
Ｔ_delay＝Ｔ_sense×（Ｑｂ−Ｑｄ）／（Ｑａ−Ｑｃ）・・（１）
の数式が導き出せ、測距対象Ｗまでの距離Ｚは、
Ｚ＝ｃ×Ｔ_delay／２＝ｃ×Ｔ_sense×（Ｑｂ−Ｑｄ）／（２×（Ｑａ−Ｑｃ））・・（２）
の数式によって求めることができる。なお、ｃは光速を示す。

ここで、図３に示す基準照射タイミング制御信号及び基準露光タイミング制御信号を１組の測定用制御信号とし、この１組の測定用制御信号が測定用制御信号生成部３４によって、所定照射回数（例えば、１０回）生成される。この所定照射回数は、測定用照射回数記憶部３４ａに記憶されている。従って、照射装置１２は、所定照射回数分照射光Ｌｅを照射し、固体撮像装置１４の各単位画素５０は、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を所定照射回数分行う。

固体撮像装置１４の各単位画素５０は、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４の露光で得られるそれぞれの光電子数Ｑａ〜Ｑｄを所定照射回数分蓄積する。この蓄積後の第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４でそれぞれ得られた光電子数Ｑをそれぞれ、ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤとする。なお、固体撮像装置１４の構成については後で詳細に説明する。

従って、数式（２）を以下のように変形することができ、光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤから測距対象Ｗまでの距離Ｚを求めることができる。
Ｚ＝ｃ×Ｔ_sense×（ＱＢ−ＱＤ）／（２×（ＱＡ−ＱＣ））・・（３）

従って、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を所定照射回数行った後、固体撮像装置１４から各単位画素５０の光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤの情報（画素信号）が読み出される。演算部１６は、読み出された全単位画素５０の光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤの情報（画像データ）に基づいて、数式（３）を用いて単位画素５０毎に測距対象Ｗまでの距離を計測することができる。なお、単位画素５０の光電子数Ｑの情報を画素信号と呼び、固体撮像装置１４の全単位画素５０の画素信号をまとめて画像データと呼ぶ場合がある。

しかしながら、基準照射タイミング制御信号及び基準露光タイミング制御信号は、温度等の周辺環境の影響によって、理想の基準照射タイミング制御信号及び基準露光タイミング制御信号に対して変動してしまう。また、この周辺環境の影響によって、照射装置１２が照射する照射光Ｌｅの光強度Ｅや波形も変動するとともに、固体撮像装置１４の感度も変動する。

そのため、周辺環境が、演算部１６が算出する距離に与える影響を補正するためには補正用データを取得する必要がある。具体的には、補正測定用の測距対象Ｗ（以下、補正用測距対象Ｗ´）から固体撮像装置１４までの距離を測距可能範囲内で変更しながら、それぞれの距離における固体撮像装置１４から得られる画像データ及び測定時の温度等を補正用データとして取得する必要がある。

補正用データを取得するため、補正用測距対象Ｗ´から固体撮像装置１４までの実際の測距で想定する距離範囲のデータを取得するためには、広い計測環境が必要となる。また、空間容積の広い恒温槽のような計測環境を用意する場合には、補正装置が大型化し、且つ恒温槽内部の雰囲気が増大することにより、熱容量が増大するため、同じ熱量を供給した場合、温度変更に対して安定時間が長くなるので、補正コストが増大する。

従って、本実施の形態では、省スペースの計測環境で測定するために、補正用測距対象Ｗ´から固体撮像装置１４までの距離（実距離）Ｚを変更することなく、補正用測距対象Ｗ´から固体撮像装置１４までの距離を実距離より仮想的に長くする。

補正用測距対象Ｗ´から固体撮像装置１４までの実距離が長くなる程、反射光Ｌｒが固体撮像装置１４に入射するタイミングは遅くなるので、照射装置１２が照射する照射タイミング自体を遅らせることで、補正用測距対象Ｗ´から固体撮像装置１４までの距離を仮想的に長くすることができる。

詳しくは、補正用制御信号生成部３６は、補正用測距対象Ｗ´と固体撮像装置１４との仮想距離に応じた遅延量で、基準露光タイミング制御信号に対して相対的に基準照射タイミング制御信号を遅延させた補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を生成する。つまり、図４に示すように、仮想距離に応じた遅延量で、基準露光タイミング制御信号で規定される露光タイミングに対して基準照射タイミング制御信号で規定される照射タイミングを相対的に遅らせた補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を生成する。これにより、予め決められた複数の実距離に相当する画素信号を仮想距離で取得することができる。補正用制御信号生成部３６は、１枚の画像データを取得するのに必要な照射装置１２の照射回数が記憶された補正用照射回数記憶部３６ａを有する。

仮想距離に応じた遅延量は、補正用測距対象Ｗ´と固体撮像装置１４との仮想距離の長さが長い程多くなる。また、仮想距離が、補正用測距対象Ｗ´と固体撮像装置１４との実距離と等しい場合は、遅延量は０となる。

この補正用照射露光タイミング制御信号は、基準照射タイミング制御信号と同様に、照射光Ｌｅの照射タイミングを規定する。また、補正用露光タイミング制御信号は、基準露光タイミング制御信号と同様に、１つの照射タイミングに対して予め決められた４つの露光タイミングを規定する。

図４に示す補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を１組の補正用制御信号とし、この１組の補正用制御信号が補正用制御信号生成部３６によって所定照射回数（例えば、１０回）生成される。この所定照射回数は、補正用照射回数記憶部３６ａに記憶されている。補正用データを取得する場合も、上述した測距（距離計測）動作と同様に、照射装置１２は、照射光Ｌｅを所定照射回数分照射し、固体撮像装置１４は、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を所定照射回数分行う。

そして、固体撮像装置１４の各単位画素５０は、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を所定照射回数行った後、固体撮像装置１４から各単位画素５０の光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤの情報（画素信号）が読み出される。演算部１６は、読み出された画像データ（全単位画素５０の光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤの情報）と、距離測定時に温度センサ２０ａ、２０ｂが検出した温度等の測定データと、仮想距離や露光の回数等の設定動作条件とを、補正用データとして記憶部２２に記憶する。

補正用制御信号生成部３６は、予め決められた複数の仮想距離毎に、仮想距離に応じた補正用照射タイミング信号及び補正用露光タイミング制御信号を所定照射回数生成する。これにより、単位画素５０毎に、仮想距離毎の各単位画素５０の画素信号を固体撮像装置１４から読み出すことができる。演算部１６は、仮想距離毎に、補正用データを記憶部２２に記憶する。

なお、照射装置１２及び固体撮像装置１４には、測定用制御信号生成部３４が生成した基準照射タイミング信号及び基準露光タイミング制御信号と、補正用制御信号生成部３６が生成した補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号とのうち、一方のみが入力される。

即ち、図２に示すように、測定用制御信号生成部３４及び補正用制御信号生成部３６は、スイッチＳＷ１を介して照射装置１２に接続されるとともに、スイッチＳＷ２を介して固体撮像装置１４に接続される。そして、測定用制御信号生成部３４が生成した基準照射タイミング制御信号及び基準露光タイミング制御信号を照射装置１２及び固体撮像装置１４に出力する場合は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２を端子Ｔ１に接続させる。これにより、基準照射タイミング制御信号及び基準露光タイミング制御信号が照射装置１２及び固体撮像装置１４に入力される。また、補正用制御信号生成部３６が生成した補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を照射装置１２及び固体撮像装置１４に出力する場合は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２を端子Ｔ２に接続させる。これにより、補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号が照射装置１２及び固体撮像装置１４に入力される。

このとき、測定用制御信号生成部３４が、照射装置１２及び固体撮像装置１４に基準照射タイミング信号及び基準露光タイミング制御信号を出力している場合は、補正用制御信号生成部３６は、補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を生成しなくてよい。また、補正用制御信号生成部３６が、照射装置１２及び固体撮像装置１４に補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を出力している場合は、測定用制御信号生成部３４は、基準照射タイミング信号及び基準露光タイミング制御信号を生成しなくてよい。

ここで、画素に入射する反射光Ｌｒの光強度は、補正用測距対象Ｗ´までの距離が長い程低下する。そのため、実際の測距動作時と条件を合わせるために、固体撮像装置１４から補正用測距対象Ｗ´までの仮想距離を長くする程、固体撮像装置１４に入射する反射光Ｌｒの光強度Ｒを弱くする必要がある。しかしながら、補正用測距対象Ｗ´から固体撮像装置１４までの距離を仮想的に長くしても、補正用測距対象Ｗ´から固体撮像装置１４までの実際の距離は変わらないので、反射光Ｌｒの光強度は変わらない。

そこで、本実施の形態では、距離測定システム１０は、補正用測距対象Ｗ´と固体撮像装置１４との実距離に対する仮想距離の長さが長い程、固体撮像装置１４に入射する反射光Ｌｒの光強度Ｒを多く減光させる第１減光手段４２を設ける。この第１減光手段４２は、照射装置１２から補正用測距対象Ｗ´までの光路の間に設けられており、照射装置１２の近傍に設けられている。第１減光手段４２は、照射装置１２から照射される照射光Ｌｅの光強度Ｅを減光することで、固体撮像装置１４に入射する反射光Ｌｒの光強度Ｒを減光させる。

本実施の形態では、第１減光手段４２として、減光（ＮＤ）フィルタ、スリット板、及び拡散板の何れか１つを使用する。前記減光フィルタは、入射した光の光強度を減光させて出力するフィルタである。前記スリット板は、スリット（開口）が形成された板であり、スリットに入射した光のみが前記スリット板を通過するので、入射した光の強度を減光させることができる。前記拡散板は、光を拡散させるものであり、補正用測距対象Ｗ´及び固体撮像装置１４に入射する光強度を低減させることができる。

前記減光フィルタを第１減光手段４２として使用する場合は、予め決められた複数の仮想距離に応じた減光量の前記減光フィルタを複数用意する。そして、仮想距離の長さに応じて使用する前記減光フィルタを交換する。同様に、前記スリット板又は拡散板を第１減光手段４２として使用する場合は、予め決められた複数の仮想距離に応じた減光量の前記スリット板又は前記拡散板を複数用意する。そして、仮想距離の長さに応じて使用する前記スリット板又は前記拡散板を交換する。なお、スリット幅の大きさを可変できる前記スリット板を用いる場合は、該スリット板のスリット幅を仮想距離に応じた減光量となる大きさに変える。

このように、第１減光手段４２を設けることで、擬似的に補正用測距対象Ｗ´から固体撮像装置１４に入射する反射光Ｌｒの光強度Ｒを、実際の測距動作時と合わせることができる。つまり、実距離に相当する反射光Ｌｒの光強度Ｒを仮想距離で実現できる。

また、実際に距離測定の対象となる測距対象Ｗは、外界に存在するあらゆる部材、材質、物質で形成されるため、単一の補正用測距対象Ｗ´の反射率で置き換えることができない。

このような場合を考慮して、測距対象Ｗの反射率を仮想的に変更するために、距離測定システム１０は、固体撮像装置１４が露光する光の光強度を低減する第２減光手段４４を備えてもよい。第２減光手段４４は、補正用測距対象Ｗ´から固体撮像装置１４までの光路の間に設けられており、固体撮像装置１４の近傍に設けられている。

実際に距離測定の対象となる測距対象Ｗの反射率が補正用測距対象Ｗ´の反射率に比べて低い場合は、第２減光手段４４で光強度を減光する。本実施の形態では、第２減光手段４４として、絞り可変集光レンズを用いてもよい。絞り可変集光レンズは、絞りの絞り値を変えることによって、透過する光強度を変更することができる。

図５は、固体撮像装置１４の構成を示す図である。固体撮像装置１４は、２次元の半導体表面に行列状に単位画素５０を配置した画素アレイ５２と、画素駆動回路５４と、サンプルホールド回路５６と、水平選択回路５８と、Ａ／Ｄ変換器６０とを有する。

画素駆動回路５４は、制御部１８から出力される基準受光タイミング制御信号又は補正用受光タイミング制御信号に従ってゲート駆動信号を生成して画素アレイ５２に出力する。画素アレイ５２の各単位画素５０は、ゲート駆動信号によって駆動し、各単位画素５０の光電子の発生（蓄積）、保持、転送、及び排出等を行う。また、画素駆動回路５４は、画素信号を出力する単位画素５０の行を選択する。選択された行の単位画素５０は、画素信号をサンプルホールド回路５６に出力する。サンプルホールド回路５６は、一時的に画素信号を保持する。水平選択回路５８は、サンプルホールド回路５６に保持された画素１行分の画素信号を時分割により逐次選択し、Ａ／Ｄ変換器６０に出力させる。演算部１６は、Ａ／Ｄ変換器６０の出力に基づき単位画素５０の画素信号に基づいて測距対象Ｗまでの算出を測定する。

図６は、図５に示す固体撮像装置１４を構成する単位画素５０の一部を示す一部平面図である。図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面構成図である。単位画素５０は、ｐ型半導体基板１０２上に形成された光電変換素子１０４と、４つの光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ（総称して、光電子振分部１０６と呼ぶ場合もある）と、２つの光電子排出部１０８ａ、１０８ｂ（以下、総称して、光電子排出部１０８と呼ぶ場合もある）とを有する。

光電変換素子１０４は、ｐ型半導体基板１０２上に絶縁体（図示略）を介して形成された電極（以下、フォトゲートと呼ぶ）１１０を有する（図７参照）。光電変換素子１０４は、光を検知して光電子を生成する。画素駆動回路５４は、光電変換素子１０４を駆動するゲート駆動信号電圧Ｓａをフォトゲート１１０に印加する。なお、光電変換素子１０４は、ｐ型半導体基板１０２に光が入射可能なＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造により形成する。

各光電子振分部１０６は、第１転送部１１２、光電子保持部１１４、第２転送部１１６、及び電荷検出部１１８をそれぞれ有する。第１転送部１１２は、光電変換素子１０４で生成した光電子を振り分けて光電子保持部１１４に転送するためのものであり、ｐ型半導体基板１０２上に絶縁体（図示略）を介して形成された電極（以下、第１転送ゲートと呼ぶ）１２０を有する（図７参照）。画素駆動回路５４は、第１転送ゲート１２０に第１転送部１１２を駆動するゲート駆動信号電圧Ｓｂを印加する。なお、第１転送部１１２、光電子保持部１１４、及び第２転送部１１６は、ｐ型半導体基板１０２に光が入射し光電変換しないように遮光したＭＯＳ構造により形成する。

光電子保持部１１４は、光電変換素子１０４に対して第１転送部１１２を挟んで配置され、光電変換素子１０４が発生した光電子を一時的に保持するものであり、ｐ型半導体基板１０２上に絶縁体（図示略）を介して形成された電極（以下、保持ゲートと呼ぶ）１２２を有する（図７参照）。画素駆動回路５４は、保持ゲート１２２に、光電子保持部１１４を駆動するゲート駆動信号電圧Ｓｃを印加する。

第２転送部１１６は、第１転送部１１２に対して、光電子保持部１１４を挟んで配置し、光電子保持部１１４で累積蓄積して保持された光電子を転送するものであり、ｐ型半導体基板１０２上に絶縁体（図示略）を介して形成された電極（以下、第２転送ゲートと呼ぶ）１２４を有する（図７参照）。画素駆動回路５４は、第２転送ゲート１２４に、第２転送部１１６を駆動するゲート駆動信号電圧Ｓｄを印加する。

電荷検出部（ＦＤ：Floating Diffusion）１１８は、光電子保持部１１４に対して第２転送部１１６を挟んで配置し、光電子保持部１１４から転送される光電子を一時的に保持するものであり、ｐ型半導体基板１０２上にｎ型不純物をドープして形成されたＮ型拡散層である。

電荷検出部１１８は、図７に示すように、電荷検出部１１８の電位を基準電位にリセットするリセット用トランジスタ１２６を接続する。リセット用トランジスタ１２６は電荷検出部１１８とリセット電圧ノードＶｒｅｆの間に接続し、ゲート１２７は、画素駆動回路５４からリセット信号Ｒｅが印加される。リセット信号Ｒｅが“Ｈｉｇｈ”でリセット用トランジスタ１２６がオンとなり、電荷検出部１１８の電荷は排出され、電荷検出部１１８の電位は基準電位にリセットされる。

また、電荷検出部１１８には、電荷検出部１１８の電荷に応じた電圧信号（画素信号）を出力するための画素アンプトランジスタ１３０が接続される。画素アンプトランジスタ１３０と垂直信号線１３２の間には、選択用トランジスタ１３４が配置され、画素信号を垂直信号線１３２に出力するかを選択する。

第３転送部１４０は、光電変換素子１０４で生成した光電子を電源電圧に接続された光電子排出用Ｎ型拡散層１４２に転送するためのものであり、ｐ型半導体基板１０２上に絶縁体（図示略）を介して形成された電極（第３転送ゲート）１４４を有する（図７参照）。

第３転送ゲート１４４のゲート駆動信号電圧Ｓｅに“Ｈｉｇｈ”を印加すると、第３転送ゲート１４４がオンとなり、光電変換素子１０４で生成した光電子は、第３転送部１４０を介して光電子排出用Ｎ型拡散層１４２に排出される。図６に示すように、２つの光電子排出部１０８は、光電変換素子１０４の短辺に平行で且つ中心を通る線に対して線対称的に１個ずつ配置する。

光電子振分部１０６ａは、光電変換素子１０４が第１露光期間Ｐ１で露光した光電子を振り分けるものであり、光電子振分部１０６ａの光電子保持部１１４は、第１露光期間Ｐ１で発生した光電子を保持する。光電子振分部１０６ｂは、光電変換素子１０４が第２露光期間Ｐ２で露光した光電子を振り分けるものであり、光電子振分部１０６ｂの光電子保持部１１４は、第２露光期間Ｐ２で発生した光電子を保持する。光電子振分部１０６ｃは、光電変換素子１０４が第３露光期間Ｐ３で露光した光電子を振り分けるものであり、光電子振分部１０６ｃの光電子保持部１１４は、第３露光期間Ｐ３で発生した光電子を保持する。光電子振分部１０６ｄは、光電変換素子１０４が第４露光期間Ｐ４で露光した光電子を振り分けるものであり、光電子振分部１０６ｄの光電子保持部１１４は、第４露光期間Ｐ４で発生した光電子を保持する。

従って、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光が所定照射回数行われるまで、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４で発生した光電子は、光電子振分部１０６ａ〜１０６ｄの光電子保持部１１４で蓄積される。そして、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を所定照射回数行った後に、光電子振分部１０６ａ〜ｄの光電子保持部１１４に累積蓄積された光電子が電荷検出部１１８に転送される。そして、電荷検出部１１８に転送された光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤの情報（画素信号）が、電荷検出部１１８に選択用トランジスタ１３４を介して垂直信号線１３２から順次読み出される。

なお、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４以外の期間で、光電変換素子１０４で発生した光電子は、光電子排出用Ｎ型拡散層１４２から排出される。また、光電子振分部１０６ａ〜１０６ｄの光電子保持部１１４に蓄積された光電子を電荷検出部１１８に転送する前に、リセット用トランジスタ１２６をオンにして、電荷検出部１１８の電位を基準電位にリセットする。

このように、補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号によって、仮想的に補正用測距対象Ｗ´と固体撮像装置１４との距離（仮想距離）を変えることで、コストを抑え、簡易な手法で、タイミング以外での特性変動に対応できる各距離における補正用データを取得することができる。

仮想距離の長さに応じて照射装置１２が照射する照射光Ｌｅの光強度Ｅを減光させる第１減光手段４２を備えるので、固体撮像装置１４の露光により発生する光電子数を仮想距離の長さに応じて減らすことができる。

固体撮像装置１４が露光する光の光強度を低減させる第２減光手段４４を備えるので、補正用測距対象Ｗ´の反射率を仮想的に変更することができる。

［第２の実施の形態］
上記第１の実施の形態では、第１減光手段４２を用いて、仮想距離の長さに応じて固体撮像装置１４に入射する反射光Ｌｒの光強度Ｒを減光させたが、第２の実施の形態では、仮想距離の長さに応じて、固体撮像装置１４の露光回数を減らすというものである。つまり、第２の実施の形態では、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を所定照射回数（例えば、１０回）より少ない回数で行う。なお、上記第１の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付す。

これにより、第２の実施の形態でも、第１減光手段４２を用いた場合と同等の結果を得るというものである。つまり、第１減光手段４２で減光されて固体撮像装置１４に蓄積される光電子数Ｑと、固体撮像装置１４の露光回数を減らすことで蓄積される光電子数Ｑとは略同じなる。

ここで、露光回数を減らすとともに照射回数も一緒に減らすと、実際の測距時に照射装置１２の照射によって発生する熱量に対して、少ない熱量しか発生せず、正確な補正用データを得られなくなる。そこで、第２の実施の形態では、露光回数を所定照射回数より小さい回数とするが、照射装置１２の照射回数は、所定照射回数と同一の回数とする。以下、第２の実施の形態の距離測定システム１０について詳しく説明する。

図８は、第２の実施の形態において、１枚の画像データを取得する１フレーム画像取得期間に、照射装置１２が照射する照射光Ｌｅのタイムチャートの一例を示す図である。図８の仮想距離ｄ０は、補正用測距対象Ｗ´と固体撮像装置１４との実距離と同一の長さとし、仮想距離ｄ１〜ｄ３は、補正用測距対象Ｗ´と固体撮像装置１４との実距離よりも長い距離とする。また、仮想距離ｄ１〜ｄ３は、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３、の関係を有する。

仮想距離を仮想距離ｄ０にした場合は、固体撮像装置１４に入射する反射光Ｌｒを減光させる必要はなく、仮想距離に応じた遅延量は０となるので、照射装置１２による照射と、固体撮像装置１４による露光及び読出しは、測距動作と同じ動作となる。

従って、補正用制御信号生成部３６は、図４に示すような補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を１組の補正用制御信号として、所定照射回数（図８に示す例では、１０回）分生成する。これにより、照射装置１２は、所定照射回数（１０回）分照射光Ｌｅを照射し、固体撮像装置１４の各単位画素５０は、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を、所定照射回数（１０回）分行う。第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光が所定照射回数分行われると、固体撮像装置１４の全単位画素５０が蓄積した光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤの情報（画素データ）を読み出す。この読み出した画像データと温度センサ２０ａ、２０ｂが検出した温度といった測定データと、設定動作条件とを、仮想距離ｄ０のときの補正用データとして記憶する。なお、所定照射回数は、上述したように補正用照射回数記憶部３６ａに記憶されている。

仮想距離を仮想距離ｄ１にした場合は、仮想距離ｄ１に応じた回数分露光回数を減らす必要がある。従って、補正用制御信号生成部３６は、図４に示すような補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を１組の補正用制御信号として、仮想距離ｄ１に応じた照射回数（図８に示す例では、８回）分生成する。これにより、照射装置１２は、仮想距離ｄ１に応じた照射回数（８回）分照射光Ｌｅを照射し、固体撮像装置１４の各単位画素５０は、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を仮想距離ｄ１に応じた照射回数（８回）分行う。第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光が照射回数分行われると、固体撮像装置１４の全単位画素５０が蓄積した光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤの情報（画像データ）を読み出す。この読み出した画像データと温度センサ２０ａ、２０ｂが検出した温度といった測定データと、設定動作条件とを、仮想距離ｄ１のときの補正用データとして記憶する。このとき、温度センサ２０ａ、２０ｂによって検出された温度も一緒に記憶される。補正用照射回数記憶部３６ａには、仮想距離ｄ１〜ｄ３に応じた照射回数が記憶されている。

なお、言うまでもないが、補正用制御信号生成部３６は、仮想距離ｄ１に応じた遅延量で、基準露光タイミング制御信号に対して相対的に基準照射タイミング制御信号を遅延させた補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を生成する。

また、仮想距離ｄ１の場合は、照射装置１２が照射する照射回数は、所定照射回数より小さくなる。そのため、照射装置１２は、固体撮像装置１４の画像データの読出しが終了した後、減らした回数（「所定照射回数」−「仮想距離ｄ１に応じた照射回数」）分だけ、別途ダミー発光を行う（照射光Ｌｅを照射する）必要がある。このダミー発光とは、照射光Ｌｅは照射されるものの、この照射に対して第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光が固体撮像装置１４によって行われない発光のこという。なお、このダミー発光も１フレーム画像取得期間内に行われる。

補正用制御信号生成部３６は、ダミー発光の照射タイミングを規定するダミー用照射タイミング制御信号を、仮想距離ｄ１に応じたダミー発光用の照射回数分生成する。これにより、照射装置１２は、画像データの読出しの終了後に、減らした回数分（図８に示す例では２回）ダミー発光を行うことができる。補正用照射回数記憶部３６ａには、仮想距離ｄ１〜ｄ３に応じたダミー発光用の照射回数が記憶されている。仮想距離ｄ１、ｄ２、ｄ３に応じたダミー発光用の照射回数は、「所定照射回数」−「仮想距離ｄ１、ｄ２、ｄ３に応じた照射回数」である。

仮想距離を仮想距離ｄ２にした場合は、仮想距離ｄ２に応じた回数分露光回数を減らす必要がある。従って、補正用制御信号生成部３６は、図４に示すような補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を１組の補正用制御信号として、仮想距離ｄ２に応じた照射回数（図８に示す例では、６回）分生成する。これにより、照射装置１２は、仮想距離ｄ２に応じた照射回数（６回）分照射光Ｌｅを照射し、固体撮像装置１４の各単位画素５０は、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を仮想距離ｄ２に応じた照射回数（６回）分行う。第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光が照射回数分行われると、固体撮像装置１４の全単位画素５０が蓄積した光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤの情報（画像データ）を読み出す。この読み出した画像データと温度センサ２０ａ、２０ｂが検出した温度といった測定データと、設定動作条件とを、仮想距離ｄ２のときの補正用データとして記憶する。

なお、言うまでもないが、補正用制御信号生成部３６は、仮想距離ｄ２に応じた遅延量で、基準露光タイミング制御信号に対して相対的に基準照射タイミング制御信号を遅延させた補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を生成する。

また、仮想距離ｄ２の場合は、照射装置１２が照射する照射回数は、所定照射回数より小さくなる。そのため、照射装置１２は、固体撮像装置１４の画像データの読出しが終了した後、減らした回数（「所定照射回数」−「仮想距離ｄ２に応じた照射回数」）分だけ、ダミー発光を行う必要がある。従って、補正用制御信号生成部３６は、ダミー用照射タイミング制御信号を、仮想距離ｄ２に応じたダミー発光用の照射回数分生成する。これにより、照射装置１２は、１フレーム画像取得期間内であって、画像データの読出しの終了後に、減らした回数分（図８に示す例では４回）ダミー発光を行うことができる。

仮想距離を仮想距離ｄ３にした場合は、仮想距離ｄ３に応じた回数分露光回数を減らす必要がある。従って、補正用制御信号生成部３６は、図４に示すような補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を１組の補正用制御信号として仮想距離ｄ３に応じた照射回数（図８に示す例では、４回）分生成する。これにより、照射装置１２は、仮想距離ｄ３に応じた照射回数（４回）分照射光Ｌｅを照射し、固体撮像装置１４の各単位画素５０は、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を仮想距離ｄ３に応じた照射回数（４回）分行う。第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光が照射回数分行われると、固体撮像装置１４の全単位画素５０が蓄積した光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤの情報（画像データ）を読み出す。この読み出した画像データと温度センサ２０ａ、２０ｂが検出した温度といった測定データと、設定動作条件とを、仮想距離ｄ３のときの補正用データとして記憶される。

なお、言うまでもないが、補正用制御信号生成部３６は、仮想距離ｄ３に応じた遅延量で、基準露光タイミング制御信号に対して相対的に基準照射タイミング制御信号を遅延させた補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を生成する。

また、仮想距離ｄ３の場合は、照射装置１２が照射する照射回数は、所定照射回数より小さくなる。そのため、照射装置１２は、固体撮像装置１４の画像データの読出しが終了した後、減らした回数（「所定照射回数」−「仮想距離ｄ３に応じた照射回数」）分だけ、ダミー発光を行う必要がある。従って、補正用制御信号生成部３６は、ダミー用照射タイミング制御信号を、仮想距離ｄ３に応じたダミー発光用の照射回数分生成する。これにより、照射装置１２は、１フレーム画像取得期間内であって、画像データの読出しの終了後に、減らした回数分（図８に示す例では６回）ダミー発光を行う。

このように、仮想距離の長さに応じて露光回数を減らすので、擬似的に、固体撮像装置１４に入射して露光される反射光Ｌｒの光量を、実際に仮想距離に相当する距離に位置する補正用測距対象Ｗ´で反射し、固体撮像装置１４に入射して露光される反射光Ｌｒの光量と略同じにすることができる。また、露光回数を減らしても、照射装置１２の照射回数は減らないので、本来の測距動作と補正用動作での照射装置及び固体撮像素子の発熱量を揃えることができる。

［第２の実施の形態の変形例］
なお、上記第２の実施の形態は、以下のように変形してもよい。

（変形例１）変形例１では、１枚目の画像データと２枚目の画像データとを取得するための照射回数を変えて、２フレーム画像取得期間に２枚の画像データを取得することで測距対象Ｗまでの距離を計測する測距動作で使用される補正用データの取得について説明する。この１枚目の画像データと２枚目の画像データとを取得するための照射回数を変えることで、比較的近い位置にある測距対象Ｗと比較的遠い位置にある測距対象Ｗまで距離を計測することでき、ダイナミックレンジを向上させることができる。

図９は、本変形例１において、２枚の画像データを取得する２フレーム画像取得期間に、照射装置１２が照射する照射光Ｌｅのタイムチャートの例を示す図である。図８に示す例では、固体撮像装置１４の全単位画素５０の画素信号（画像データ）を１回読み出した後、ダミー発光を行うようにしたが、図９に示す例では、固体撮像装置１４の全単位画素５０の画素信号（画像データ）を２回読み出した後、ダミー発光を行う。

仮想距離を仮想距離ｄ０にした場合は、固体撮像装置１４に入射する反射光Ｌｒを減光させる必要はなく、仮想距離に応じた遅延量は０となるので、照射装置１２による照射と、固体撮像装置１４による露光及び読出しは、測距動作と同じ動作となる。

仮想距離が仮想距離ｄ０の場合は、補正用制御信号生成部３６は、図４に示すような補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を１組の補正用制御信号として、第１フレーム用の所定照射回数（図９に示す例では５回）分生成する。これにより、照射装置１２は、５回照射光Ｌｅを照射し、固体撮像装置１４の各単位画素５０は、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を５回行う。第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光が５回行われると、固体撮像装置１４の全単位画素が蓄積した光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤの情報（画像データ）を読み出す。この読み出した画像データと温度センサ２０ａ、２０ｂが検出した温度といった測定データと、設定動作条件とを、仮想距離ｄ０のときの第１フレーム用の補正用データとして記憶される。なお、第１フレーム用の所定照射回数は、補正用照射回数記憶部３６ａに記憶されている。

その後、補正用制御信号生成部３６は、図４に示すような補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を１組の補正用制御信号として、第２フレーム用の所定照射回数（図９に示す例では１０回）分生成する。これにより、照射装置１２は、１０回照射光Ｌｅを照射し、固体撮像装置１４の各単位画素５０は、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を１０回行う。第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光が１０回行われると、固体撮像装置１４の全単位画素５０が蓄積した光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤの情報（画像データ）を読み出す。この読み出した画像データと温度センサ２０ａ、２０ｂが検出した温度といった測定データと、設定動作条件とを、仮想距離ｄ０のときの第２フレーム用の補正用データとして記憶される。なお、第２フレーム用の所定照射回数は、補正用照射回数記憶部３６ａに記憶されている。

仮想距離が仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に変更されると、補正用制御信号生成部３６は、図４に示すような補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を１組の補正用制御信号として、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第１フレーム用の照射回数分生成する。これにより、照射装置１２は、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第１フレーム用の照射回数分照射光Ｌｅを照射し、固体撮像装置１４の各単位画素５０は、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第１フレーム用の照射回数分行う。第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光が、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第１フレーム用の照射回数分行われると、固体撮像装置１４の全単位画素５０が蓄積した光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤの情報（画像データ）を読み出す。この読み出した画像データと温度センサ２０ａ、２０ｂが検出した温度といった測定データと、設定動作条件とを、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３のときの第１フレーム用の補正用データとして記憶される。

なお、仮想距離ｄ１、ｄ２、ｄ３に応じた第１フレーム用の照射回数は、補正用照射回数記憶部３６ａに記憶されており、第１フレーム用の所定照射回数（５回）より小さい。図９に示す例では、第１フレーム用の照射回数は、仮想距離ｄ１の場合は４回に、仮想距離ｄ２の場合は３回に、仮想距離ｄ３の場合は２回に設定されている。

その後、補正用制御信号生成部３６は、図４に示すような補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を１組の補正用制御信号として、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第２フレーム用の照射回数分生成する。これにより、照射装置１２は、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第２フレーム用の照射回数分照射光Ｌｅを照射し、固体撮像装置１４の各単位画素５０は、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第２フレーム用の照射回数分行う。第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光が、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第２フレーム用の照射回数分行われると、固体撮像装置１４の全単位画素５０が蓄積した光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤの情報（画像データ）を読み出す。この読み出した画像データと温度センサ２０ａ、２０ｂが検出した温度といった測定データと、設定動作条件とを、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３のときの第２フレーム用の補正用データとして記憶される。

なお、仮想距離ｄ１、ｄ２、ｄ３に応じた第２フレーム用の照射回数は、補正用照射回数記憶部３６ａに記憶されており、第２フレーム用の所定照射回数（１０回）より小さい。図９に示す例では、第２フレーム用の照射回数は、仮想距離ｄ１の場合は８回に、仮想距離ｄ２の場合は６回に、仮想距離ｄ３の場合は４回に設定されている。

また、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じて、第１フレーム用及び第２フレーム用の照射回数の和が第１フレーム用及び第２フレーム用の所定照射回数の和（１５回）より小さくなる。そのため、照射装置１２は、２枚目の画像データの読出しが終了した後、減らした回数分（「仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第１フレーム用及び第２フレーム用の所定照射回数の和」−「仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第１フレーム用及び第２フレーム用の照射回数の和」）だけ、ダミー発光を行う必要がある。従って、補正用制御信号生成部３６は、ダミー用照射タイミング制御信号を、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じたダミー発光用の照射回数分生成する。これにより、照射装置１２は、２枚の画像データの読出し終了後に、減らした回数分ダミー発光を行うことができる。

仮想距離ｄ１、ｄ２、ｄ３に応じたダミー発光用の照射回数は、補正用照射回数記憶部３６ａに記憶されている。仮想距離ｄ１、ｄ２、ｄ３に応じたダミー発光用の照射回数は、「仮想距離ｄ１、ｄ２、ｄ３に応じた第１フレーム用及び第２フレーム用の所定照射回数の和」−「仮想距離ｄ１、ｄ２、ｄ３に応じた第１フレーム用及び第２フレーム用の照射回数の和」である。図９に示す例では、ダミー発光用の照射回数は、仮想距離ｄ１の場合は３回に、仮想距離ｄ２の場合は６回に、仮想距離ｄ３の場合は９回に設定されている。

このように、仮想距離の長さに応じて露光回数を減らすので、擬似的に、固体撮像装置１４に入射して露光される反射光Ｌｒの光量を、実際に仮想距離に相当する距離に位置する補正用測距対象Ｗ´で反射し、固体撮像装置１４に入射して露光される反射光Ｌｒの光量と略同じにすることができる。また、露光回数を減らしても、照射装置１２の照射回数は減らないので、本来の測距動作と補正用動作での照射装置及び固体撮像素子の発熱量を揃えることができる。なお、露光回数を減らすようにしたが、露光回数を減らさずに、第１減光手段４２を設けるようにしてもよい。

（変形例２）本変形例２では、シーケンス処理に、照射装置１２の照射と固体撮像装置による露光及び読出しとが一体不可分に組み込まれていて照射装置１２の照射のみを行うことが不能な測距動作で使用される補正用データの取得について説明する。

図１０は、本変形例２において、１枚の画像データを取得する１フレーム画像取得期間に、照射装置１２が照射する照射光Ｌｅのタイムチャートの一例を示す図である。

図１０においては、仮想距離を仮想距離ｄ０にした場合は、固体撮像装置１４に入射する反射光Ｌｒを減光させる必要はなく、仮想距離に応じた遅延量は０となるので、照射装置１２による照射と、固体撮像装置１４による露光及び読出しは、測距動作と同じ動作となる。

仮想距離が仮想距離ｄ０の場合は、補正用制御信号生成部３６は、図４に示すような補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を１組の補正用制御信号として、第１フレーム用の所定照射回数（１０回）分生成する。これにより、照射装置１２は、１０回照射光Ｌｅを照射し、固体撮像装置１４の各単位画素５０は、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を１０回行う。第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光が１０回行われると、固体撮像装置１４の全単位画素５０が蓄積した光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤの情報（画像データ）を読み出す。この読み出した画像データと温度センサ２０ａ、２０ｂが検出した温度といった測定データと、設定動作条件とを、仮想距離ｄ０のときの第１フレーム用の補正用データとして記憶される。なお、第１フレーム用の所定照射回数は、補正用照射回数記憶部３６ａに記憶されている。

その後、補正用制御信号生成部３６は、図４に示すような補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を１組の補正用制御信号として、第２フレーム用の所定照射回数（１回）分生成する。これにより、照射装置１２は、１回照射光Ｌｅを照射し、固体撮像装置１４の各単位画素５０は、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を１回行う。第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光が１回行われると、固体撮像装置１４の全単位画素５０が蓄積した光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤの情報（画像データ）が読み出されるが破棄される。従って、照射装置１２による第２フレームにおける照射は、結果的にダミー発光となる。なお、第２フレーム用の所定照射回数は、補正用照射回数記憶部３６ａに記憶されている。

仮想距離がｄ１、ｄ２、又はｄ３に変更されると、補正用制御信号生成部３６は、図４に示すような補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を１組の補正用制御信号として、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第１フレーム用の照射回数分生成する。これにより、照射装置１２は、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第１フレーム用の照射回数分照射光Ｌｅを照射し、固体撮像装置１４の各単位画素５０は、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第１フレーム用の照射回数分行う。第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光が、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第１フレーム用の照射回数分行われると、固体撮像装置１４の全単位画素５０が蓄積した光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤの情報（画像データ）を読み出す。この読み出した画像データと温度センサ２０ａ、２０ｂが検出した温度といった測定データと、設定動作条件とを、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３のときの第１フレーム用の補正用データとして記憶される。

なお、仮想距離ｄ１、ｄ２、ｄ３に応じた第１フレーム用の照射回数は、補正用照射回数記憶部３６ａに記憶されており、第１フレーム用の所定照射回数（１０回）より小さい。図１０に示す例では、第１フレーム用の照射回数は仮想距離ｄ１の場合は８回に、仮想距離ｄ２の場合は６回に、仮想距離ｄ３の場合は４回に設定されている。

ここで、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第１フレーム用の照射回数は第１フレーム用の所定照射回数より小さくなる。そのため、照射装置１２は、１枚目の画像データを読み出した後、第２フレーム用の所定照射回数（図１０に示す例では１回）に対して、減らした回数だけ多くした回数分照射光Ｌｅを照射する必要がある。つまり、照射装置１２は、「第２フレーム用の所定照射回数（１回）」＋「第１フレーム用の所定照射回数（１０回）」−「仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第１フレーム用の照射回数」で表される回数分、照射光Ｌｅを照射する必要がある。

そのため、補正用照射回数記憶部３６ａには、仮想距離ｄ１、ｄ２、ｄ３に応じた第２フレーム用の照射回数が記憶されている。仮想距離ｄ１、ｄ２、ｄ３に応じた第２フレーム用の照射回数は、「第２フレーム用の所定照射回数（１回）」＋「第１フレーム用の所定照射回数（１０回）」−「仮想距離ｄ１、ｄ２、ｄ３に応じた第１フレーム用の照射回数」である。図１０に示す例では、第２フレーム用の照射回数は、仮想距離ｄ１の場合は３回、仮想距離ｄ２の場合は５回、仮想距離ｄ３の場合は７回に設定されている。

従って、１枚目の画像データが読み出されると、補正用制御信号生成部３６は、図４に示すような補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を１組の補正用制御信号として、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第２フレーム用の照射回数分生成する。これにより、照射装置１２は、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第２フレーム用の照射回数分照射光Ｌｅを照射し、固体撮像装置１４の各単位画素５０は、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第２フレーム用の照射回数分回行う。第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光が、仮想距離ｄ１、ｄ２、又はｄ３に応じた第２フレーム用の照射回数分行われると、固体撮像装置１４の全単位画素５０が蓄積した光電子数ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤの情報（画像データ）が読み出されるが破棄される。従って、照射装置１２による第２フレームにおける照射はダミー発光となる。

このように、仮想距離の長さに応じて露光回数を減らすので、擬似的に、固体撮像装置１４に入射して露光される反射光Ｌｒの光量を、実際に仮想距離に相当する距離に位置する補正用測距対象Ｗ´で反射し、固体撮像装置１４に入射して露光される反射光Ｌｒの光量と略同じにすることができる。また、露光回数を減らしても、照射装置１２の照射回数は減らないので、本来の測距動作と補正用動作での照射装置及び固体撮像素子の発熱量を揃えることができる。なお、露光回数を減らすようにしたが、露光回数を減らさずに、第１減光手段４２を設けるようにしてもよい。

［第３の実施の形態］
距離測定システム１０は、画像データを周期的に読出して、逐次測距対象Ｗまでの距離を計測するものである。従って、図１１に示すように、距離測定システム１０は、動作開始時から徐々に温度センサ２０ａ、２０ｂが検出する温度が徐々に上昇する温度過渡状態（動作開始から時間Ｔ）を経て、発熱と放熱との釣り合いが取れて温度センサ２０ａ、２０ｂが検出する温度が安定する温度安定状態（温度変化率が閾値以下の状態）に突入する。

従って、動作開始から温度安定状態に突入するまでの時間Ｔを予め記憶部２２に記憶しておき、演算部１６は、動作開始から時間Ｔが経過してから（温度安定状態に突入してから）、温度安定状態における補正用データを用いて測距対象Ｗまでの距離を算出してもよい。これにより、距離測定の精度を向上させることができる。

また、動作開始からの各経過時間における温度過渡状態時の温度変化率を予め記憶部２２に記憶してもよい。この場合は、制御部１８は、温度センサ２０ａ、２０ｂが検出した温度に基づいて、動作開始からの各経過時間における温度変化率を求め、該求めた温度変化率と記憶部２２に記憶されている温度変化率とを比較することで、発熱異常から経年劣化による故障を検知してもよい。

また、温度過渡状態時に、各仮想距離毎に、上記第１の実施の形態及び第２の実施の形態（変形例も含む）で示した何れかの補正用データの取得動作を周期的に行うことで、動作開始からの各経過時間において固体撮像装置１４から読み出された画像データを温度過渡状態時の補正用データとして記憶部２２に記憶してもよい。そして、温度過渡状態における測距動作時には、距離測定システム１０は、固体撮像装置１４から読み出された画像データと、該画像データが読み出された時の動作開始からの経過時間に対応する補正用データとを用いて測距対象Ｗまでの距離を計測してもよい。これにより、距離測定の精度を向上させることができる。

［第４の実施の形態］
図１２は、第４の実施の形態の構成の要部を示す図である。第４の実施の形態においは、図１２に示すように、照射装置１２と第１減光手段４２（又は測距対象Ｗ）との間、及び、固体撮像装置１４と第２減光手段４４（又は測距対象Ｗ）との間に、ミラー１５０、１５２を設ける。このミラー１５０、１５２は、照射光Ｌｅの光路、反射光Ｌｒの光路から退避できるように移動する可動式ミラーである。なお、他の構成は、図１と同一である。

補正用データを取得する場合は、ミラー１５０、１５２を照射光Ｌｅ、反射光Ｌｒの光路に移動させることで、照射装置１２が照射した照射光Ｌｅは、ミラー１５０、１５２を反射して、反射光Ｌｒとして固体撮像装置１４に入射する。従って、図１２に示すような構成であっても、上記第２の実施の形態の動作を行うことによって、補正用データを取得することができる。

また、定期的に、ミラー１５０、１５２を照射光Ｌｅ、反射光Ｌｒの光路に移動させて、上記第１の実施の形態、又は、上記第２の実施の形態の動作（変形例も含む）で示した補正用データの取得動作を行うことで、距離測定システム１０の経年劣化も測定することもできる。本第４の実施の形態においては、第１減光手段４２及び第２減光手段４４は必須の構成ではない。

なお、上記第１〜第４の実施の形態では、１回の照射光Ｌｅの照射に対して、第１露光期間Ｐ１〜第４露光期間Ｐ４での露光を行うようにしたが、第３露光期間Ｐ３と第４露光期間Ｐ４とは、略同じ値が得られるので、第４露光期間Ｐ４での露光を行わなくてもよい。この場合は、基準露光タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号は、３つの露光タイミングを規定する信号となる。また、測距対象Ｗまでの距離を求める方法は、数式（３）に限定されず、他の方法によって測距対象Ｗまでの距離を求めてもよい。この場合は、測距対象Ｗまでの距離を求める方法によって、１回の照射光Ｌｅの照射に対して予め決められた露光タイミングの数は、任意に変更可能である。

１０…距離測定システム １２…照射装置
１４…固体撮像装置 １６…演算部
１８…制御部 ２０ａ、２０ｂ…温度センサ
２２…記憶部 ３２…基準クロック生成部
３４…測定用制御信号生成部 ３４ａ…測定用照射回数記憶部
３６…補正用制御信号生成部 ３６ａ…補正用照射回数記憶部
４２…第１減光手段 ４４…第２減光手段

Claims (8)

1. パルス光の照射タイミングを規定する基準照射タイミング制御信号と、前記照射タイミングに対して予め決められた露光タイミングを規定する基準露光タイミング制御信号とを生成する測定用制御信号生成部と、
   前記基準照射タイミング制御信号に従って、測距対象に対して前記パルス光を照射する照射装置と、
   前記基準露光タイミング制御信号に従って、前記パルス光を露光する固体撮像装置と、
   前記固体撮像装置が露光することで蓄積した光電子数の情報と補正用データとを用いて前記測距対象までの距離を演算する演算部と、
   を備える距離測定システムであって、
   前記補正用データを取得するために、予め決められた前記照射装置から前記測距対象と、前記測距対象から前記固体撮像装置を足した実距離より、仮想的に長い仮想距離の長さに応じて、前記基準露光タイミング制御信号に対して相対的に前記基準照射タイミング制御信号を遅延させた補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を生成する補正用制御信号生成部と、
   前記照射装置が前記補正用照射タイミング制御信号に従って照射し、前記固体撮像装置が前記補正用露光タイミング制御信号に従って露光することによって、固体撮像装置が蓄積した光電子数の情報を、前記仮想距離に相当する距離における前記補正用データとして記憶する記憶部と、
   を備えることを特徴とする距離測定システム。
2. 請求項１に記載の距離測定システムであって、
   複数回の照射と露光をする場合であって、
   前記補正用制御信号生成部は、前記仮想距離の長さに応じて、前記固体撮像装置の露光回数を減らすように前記補正用露光タイミング制御信号を生成する
   ことを特徴とする距離測定システム。
3. 請求項１に記載の距離測定システムであって、
   複数回の照射と露光をする場合であって、
   前記補正用制御信号生成部は、前記仮想距離の長さに応じて、前記照射装置の照射回数及び前記固体撮像装置の露光回数を減らすように前記補正用照射タイミング制御信号及び前記補正用露光タイミング制御信号を生成し、その後、減らした回数分だけ前記照射装置が前記パルス光を照射するようにダミー用照射タイミング制御信号を生成する
   ことを特徴とする距離測定システム。
4. 請求項１に記載の距離測定システムであって、
   前記仮想距離の長さに応じて、前記照射装置が照射する前記パルス光の光強度を減光させる第１減光手段を備える
   ことを特徴とする距離測定システム。
5. 請求項４に記載の距離測定システムであって、
   前記第１減光手段は、前記照射装置から前記測距対象までの光路の間に設けられた減光フィルタ、スリット、又は拡散板である
   ことを特徴とする距離測定システム。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の距離測定システムであって、
   前記固体撮像装置が露光する光の光強度を減光させる第２減光手段を備える
   ことを特徴とする距離測定システム。
7. 請求項６に記載の距離測定システムであって、
   前記第２減光手段は、前記測距対象から前記固体撮像装置までの光路の間に設けられた絞り可変集光レンズである
   ことを特徴とする距離測定システム。
8. パルス光の照射タイミングを規定する基準照射タイミング制御信号と、前記照射タイミングに対して予め決められた露光タイミングを規定する基準露光タイミング制御信号とを生成する測定用制御信号生成部と、
   前記基準照射タイミング制御信号に従って、測距対象に対して前記パルス光を照射する照射装置と、
   前記基準露光タイミング制御信号に従って、前記パルス光を露光する固体撮像装置と、
   前記固体撮像装置が露光することで蓄積した光電子数の情報と補正用データとを用いて前記測距対象までの距離を演算する演算部と、
   を備える距離測定システムを用いた補正用データの取得方法であって、
   前記補正用データを取得するために、予め決められた前記照射装置から前記測距対象と、前記測距対象から前記固体撮像装置を足した実距離より、仮想的に長い仮想距離の長さに応じて、前記基準露光タイミング制御信号に対して相対的に前記基準照射タイミング制御信号を遅延させた補正用照射タイミング制御信号及び補正用露光タイミング制御信号を生成し、前記照射装置が前記補正用照射タイミング制御信号に従って照射し、前記固体撮像装置が前記補正用露光タイミング制御信号に従って露光することによって、固体撮像装置が蓄積した光電子数の情報を、前記仮想距離に相当する距離における前記補正用データとして取得する
   ことを特徴とする補正用データの取得方法。

Images