JP2020153715A - 測距装置および測距方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の光源を用いる場合に消費電力のピークの上昇を抑制し、測距の精度を向上させることができる測距装置および測距方法を提供する。【解決手段】照射光をそれぞれ発光する複数の光源と、各照射光が対象物に反射した反射光をそれぞれ受光する、複数の光源と同数の受光部と、複数の光源のうち少なくとも２以上の光源の発光タイミングをずらす動作制御部と、各受光部から出力された情報に基づいて、対象物までの距離を求める測定部と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、測距装置および測距方法に関する。

撮像装置から被写体までの測距の手法の一つに、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式と呼ばれる、被写体に向けて測距光を照射し、その反射光の時間差から距離を算出する方法が既に知られている。これは、所定の照射パターンにより測距光を被写体に向けて照射した後、被写体によって反射された測距光を撮像素子で受光し、当該照射パターンにより照射から受光までの時間差を画素ごとに検出して距離を算出するものである。算出された距離値は画素ごとにビットマップ状に集められ、距離画像として保存される。

しかし、今までのＴＯＦ方式を利用した測距装置（ＴＯＦカメラ）においては、広い画角を撮影するものはなかった。ＴＯＦカメラでは、撮影範囲全体に測距光が行き届いていることが必要であるが、広い画角に対応して照射範囲を広げると、測距光が拡散されることになり、単位立体角当たりの光量が減少して光量が距離の二乗に反比例するので、結果として、測定可能な距離が短くなってしまう。その対策として光源の明るさを増加させると、消費電力も増加するという問題がある。また、測距光を照射する投光部と、反射光を受光すうるセンサ部とのセットを複数使用して同時に撮影を行うと、他のセットから照射された測距光の反射光を受光してしまい、正しく距離が測定できないという問題がある。

このような、測距装置として、プロジェクションマッピング用の距離データを取得するために、２つの光源と２つＴＯＦとを用いて距離を測定する技術が開示されている（特許文献１参照）。また、複数の光源を使用して遠距離の距離データを取得する技術が開示されている（特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載された技術では、２つ光源の発光タイミングが重なることにより測距の精度が低下するという問題がある。また、２つ光源の発光タイミングが重なると、消費電力のピークが上昇するため、バッテリ駆動等による電力供給では十分な電力を供給することができない場合があるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の光源を用いる場合に消費電力のピークの上昇を抑制し、測距の精度を向上させることができる測距装置および測距方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、照射光をそれぞれ発光する複数の光源と、前記各照射光が対象物に反射した反射光をそれぞれ受光する、前記複数の光源と同数の受光部と、前記複数の光源のうち少なくとも２以上の前記光源の発光タイミングをずらす動作制御部と、前記各受光部から出力された情報に基づいて、前記対象物までの距離を求める測定部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、複数の光源を用いる場合に消費電力のピークの上昇を抑制し、測距の精度を向上させることができる。

図１は、実施形態に係る測距装置の概要構成の一例を示す図である。 図２は、実施形態に係る測距装置の画角を説明する図である。 図３は、実施形態に係る測距装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 図４は、実施形態に係る測距装置の機能ブロックの構成の一例を示す図である。 図５は、実施形態に係る測距装置の２つの光源からの発光タイミングを同じにした場合の発光および受光のタイミングチャートの一例を示す図である。 図６は、実施形態に係る測距装置の２つの光源からの発光タイミングをずらした場合の発光および受光のタイミングチャートの一例を示す図である。 図７は、実施形態に係る測距装置の全体動作の流れの一例を示すフローチャートである。 図８は、実施形態の変形例１に係る測距装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 図９は、実施形態の変形例２に係る測距装置の外観図である。 図１０は、実施形態の変形例２に係る測距装置の画角を説明する図である。 図１１は、実施形態の変形例３に係る測距装置の外観図である。 図１２は、実施形態の変形例３に係る測距装置の画角を説明する図である。 図１３は、実施形態の変形例３に係る測距装置の機能ブロックの構成の一例を示す図である。 図１４は、実施形態の変形例３に係る測距装置の複数の光源のすべての発光タイミングをずらした場合のタイミングチャートの一例を示す図である。 図１５は、実施形態の変形例３に係る測距装置の複数の光源の一部の発光タイミングを同じにした場合のタイミングチャートの一例を示す図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明に係る測距装置および測距方法の実施形態を詳細に説明する。また、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、およびいわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更および組み合わせを行うことができる。

（測距装置の概要構成）
図１は、実施形態に係る測距装置の概要構成の一例を示す図である。図１を参照しながら、本実施形態に係る測距装置１の概要構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る測距装置１は、光源１１ａ、１１ｂと、光源用光学系１２ａ、１２ｂと、ＴＯＦセンサ１３ａ、１３ｂ（受光部）と、センサ用光学系１４ａ、１４ｂと、制御部２１と、バッテリ２２と、を備えている。

光源１１ａ、１１ｂは、レーザダイオード、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の発光装置である。

光源用光学系１２ａは、光源１１ａから発光した光（以下、照射光と称する場合がある）をレンズ等によって必要な画角に広げて投光するための光学系である。光源用光学系１２ｂは、光源１１ｂから発光した光（以下、照射光と称する場合がある）をレンズ等によって必要な画角に広げて投光するための光学系である。

ＴＯＦセンサ１３ａは、光源１１ａから発光し、光源用光学系１２ａから投光された照射光が対象物に当たって反射した反射光を受光して、照射光が投光されてから反射光として受光するまでの時間を測定する受光センサである。ＴＯＦセンサ１３ｂは、光源１１ｂから発光し、光源用光学系１２ｂから投光された照射光が対象物に当たって反射した反射光を受光して、照射光が投光されてから反射光として受光するまでの時間を測定する受光センサである。このように、照射光が投光されてから対象物に当たって反射された反射光を受光するまでの時間と、光速度とを用いることによって、当該対象物の距離を求めることができる。ＴＯＦセンサ１３ａ、１３ｂは、センサ素子が二次元アレイに配列した構造となっている。なお、ＴＯＦセンサ１３ａ、１３ｂは、単に反射光が受光されるまでの時間を測定する受光センサであることに限定されるものではなく、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）またはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の固体撮像素子を用いたイメージセンサであってもよい。

センサ用光学系１４ａは、光源１１ａから発光し、光源用光学系１２ａから投光された照射光が対象物に当たって反射した反射光を、レンズ等によって集光してＴＯＦセンサ１３ａに導くための光学系である。センサ用光学系１４ｂは、光源１１ｂから発光し、光源用光学系１２ｂから投光された照射光が対象物に当たって反射した反射光を、レンズ等によって集光してＴＯＦセンサ１３ｂに導くための光学系である。

制御部２１は、ＴＯＦセンサ１３ａ、１３ｂによる撮影（撮像）における受光時間、および撮影のタイミング（受光タイミング）等を制御する制御基板である。バッテリ２２は、光源１１ａ、１１ｂによる発光のための電力を共有するバッテリである。また、バッテリ２２は、ＴＯＦセンサ１３ａ、１３ｂ、および制御部２１における処理のためにも電力を供給する。なお、バッテリ２２は、図１に示す構成はモバイル運用を想定した場合に備えらえるものとしているが、これに限定されるものではなく、外部給電であってもよく、または併用するものであってもよい。

なお、図１に示す光源１１ａ、１１ｂおよびＴＯＦセンサ１３ａ、１３ｂのように、２セットの光源およびＴＯＦセンサを備えた構成の例を示しているが、これに限定されるものではなく、３セット以上の光源およびＴＯＦセンサを備えるものとしてもよい。

（測距装置の画角について）
図２は、実施形態に係る測距装置の画角を説明する図である。図２を参照しながら、本実施形態に係る測距装置１の画角について説明する。

図１および図２に示すように、本実施形態に係る測距装置１は、光源１１ａ、光源用光学系１２ａ、ＴＯＦセンサ１３ａおよびセンサ用光学系１４ａが、光源１１ｂ、光源用光学系１２ｂ、ＴＯＦセンサ１３ｂおよびセンサ用光学系１４ｂと反対側に配置された構成を有し、全天周の距離情報を取得可能な構成となっている。例えば、光源用光学系１２ａから投光される光源１１ａからの照射光は、図２に示すように、１８０度以上の画角２０１ａを有する。同様に、光源用光学系１２ｂから投光される光源１１ｂからの照射光は、図２に示すように、１８０度以上の画角２０１ｂを有する。これによって、測距装置１は、全天周の距離情報を取得することができる。また、光源用光学系１２ａ、１２ｂから投光される照射光の画角は、それぞれ１８０度以上であるので、図２に示すように、一部画角が重なることになる。

なお、センサ用光学系１４ａは、画角２０１ａで投光される照射光が反射した反射光を、ＴＯＦセンサ１３ａで受光させるために、同様の画角で反射光を当該ＴＯＦセンサ１３ａに対して集光できるようになっている。同様に、センサ用光学系１４ｂは、画角２０１ｂで投光される照射光が反射した反射光を、ＴＯＦセンサ１３ｂで受光させるために、同様の画角で反射光を当該ＴＯＦセンサ１３ｂに対して集光できるようになっている。

（測距装置のハードウェア構成）
図３は、実施形態に係る測距装置のハードウェア構成の一例を示す図である。図３を参照しながら、本実施形態に係る測距装置１のハードウェア構成について説明する。

図３に示すように、測距装置１は、光源１１ａと光源用光学系１２ａとを含む投光部１５ａと、光源１１ｂと光源用光学系１２ｂとを含む投光部１５ｂと、ＴＯＦセンサ１３ａとセンサ用光学系１４ａとを含む受光部１６ａと、ＴＯＦセンサ１３ｂとセンサ用光学系１４ｂとを含む受光部１６ｂと、制御部２１と、を有する。

制御部２１は、ＴＯＦセンサ１３ａ、１３ｂに対して、後述するようにタイミングをずらした撮影信号（動作信号）をそれぞれ送信する。ＴＯＦセンサ１３ａ、１３ｂは、制御部２１から撮影信号を受信すると、それぞれ発光信号（発光パターン）を光源１１ａ、１１ｂに送信して、光源１１ａ、１１ｂの発光動作を制御する。光源１１ａ、１１ｂは、それぞれＴＯＦセンサ１３ａ、１３ｂからの発光信号に従って発光し、それぞれ光源用光学系１２ａ、１２ｂを介して照射光として投光される。

図３に示す例では、光源用光学系１２ａから投光された照射光は、Ａ側（遠距離）に配置された対象物５０ａに当たって反射し、センサ用光学系１４ａを介してＴＯＦセンサ１３ａに受光される動作を示している。また、光源用光学系１２ｂから投光された照射光は、Ｂ側（近距離）に配置された対象物５０ｂに当たって反射し、センサ用光学系１４ｂを介してＴＯＦセンサ１３ｂに受光される動作を示している。

ＴＯＦセンサ１３ａ、１３ｂは、反射光を受光し、センサ素子ごとに検出された照射光が投光されてから反射光として受光するまでの時間の情報を含む検出情報を、それぞれ制御部２１へ出力する。制御部２１は、ＴＯＦセンサ１３ａ、１３ｂから受信した検出情報に基づいて、画素ごとに時間の情報を距離値に変換した距離画像を求める。なお、具体的な距離の測定動作については、一般的な位相検出方式のＴＯＦカメラの動作と同様であり、例えば、特開２０１８−０７７１４３号公報に記載された動作によって実現することができる。

（測距装置の機能ブロック構成）
図４は、実施形態に係る測距装置の機能ブロックの構成の一例を示す図である。図４を参照しながら、本実施形態に係る測距装置１の機能ブロックの構成について説明する。

図４に示すように、測距装置１は、第１受光部１０１（受光部）と、第２受光部１０２（受光部）と、第１投光部１０３と、第２投光部１０４と、撮影制御部１１１（動作制御部）と、距離測定部１１２（測定部）と、を有する。

第１受光部１０１は、撮影制御部１１１からの撮影信号に従って、第１投光部１０３から投光された照射光が対象物に当たって反射した反射光を受光する機能部である。また、第１受光部１０１は、撮影制御部１１１から撮影信号を受信すると、第１投光部１０３に対して発光信号を出力することによって発光動作を制御する。また、第１受光部１０１は、反射光を受光することにより、照射光が投光されてから反射光として受光するまでの時間の情報を含む検出情報を出力する。第１受光部１０１は、図３に示す受光部１６ａ、すなわちＴＯＦセンサ１３ａおよびセンサ用光学系１４ａによって実現される。

第２受光部１０２は、撮影制御部１１１からの撮影信号に従って、第２投光部１０４から投光された照射光が対象物に当たって反射した反射光を受光する機能部である。また、第２受光部１０２は、撮影制御部１１１から撮影信号を受信すると、第２投光部１０４に対して発光信号を出力することによって発光動作を制御する。また、第２受光部１０２は、反射光を受光することにより、照射光が投光されてから反射光として受光するまでの時間の情報を含む検出情報を出力する。第２受光部１０２は、図３に示す受光部１６ｂ、すなわちＴＯＦセンサ１３ｂおよびセンサ用光学系１４ｂによって実現される。

第１投光部１０３は、第１受光部１０１からの発光信号に従って、光源１１ａから発光した照射光を外部へ投光する機能部である。第１投光部１０３は、図３に示す投光部１５ａ、すなわち光源１１ａおよび光源用光学系１２ａによって実現される。

第２投光部１０４は、第２受光部１０２からの発光信号に従って、光源１１ｂから発光した照射光を外部へ投光する機能部である。第２投光部１０４は、図３に示す投光部１５ｂ、すなわち光源１１ｂおよび光源用光学系１２ｂによって実現される。

撮影制御部１１１は、第１受光部１０１および第２受光部１０２の動作を制御する機能部である。具体的には、撮影制御部１１１は、第１受光部１０１および第２受光部１０２に対してそれぞれタイミングをずらした撮影信号（動作信号）を送信して、第１受光部１０１および第２受光部１０２の撮影動作（受光動作、ならびに第１投光部１０３および第２投光部１０４による投光動作）がずれるように制御する。すなわち、撮影制御部１１１が出力する撮影信号によって、第１投光部１０３および第２投光部１０４の発光動作が制御されることになる。また、撮影制御部１１１は、第１受光部１０１および第２受光部１０２からそれぞれ検出情報を受信する。撮影制御部１１１は、図２に示す制御部２１によって実現される。

距離測定部１１２は、撮影制御部１１１により第１受光部１０１および第２受光部１０２それぞれから受信された検出情報により、画素ごとに時間の情報を距離値に変換した距離画像をそれぞれ求める機能部である。距離測定部１１２は、図２に示す制御部２１によって実現される。

なお、図４に示す測距装置１の第１受光部１０１、第２受光部１０２、第１投光部１０３、第２投光部１０４、撮影制御部１１１および距離測定部１１２は、機能を概念的に示したものであって、このような構成に限定されるものではない。すなわち、図４に示す測距装置１で独立した機能部として図示した複数の機能部を、１つの機能部として構成してもよい。例えば、撮影制御部１１１と距離測定部１１２とが別ブロックとなっているが、１つのブロックとして捉えるものとしてもよい。一方、図４に示す測距装置１で１つの機能部が有する機能を複数に分割し、複数の機能部として構成するものとしてもよい。

また、第１受光部１０１および第２受光部１０２は、反射光を受光することにより、照射光が投光されてから反射光として受光するまでの時間の情報を含む検出情報を出力するものとしているが、これに限定されるものではない。すなわち、第１受光部１０１及び第２受光部１０２は、照射光が投光されてから反射光として受光するまでの時間の情報に基づいて距離を演算し、検出情報として直接、距離情報を出力するものとしてもよい。

（投光部の発光タイミングおよび受光部の受光タイミングについて）
図５は、実施形態に係る測距装置の２つの光源からの発光タイミングを同じにした場合の発光および受光のタイミングチャートの一例を示す図である。まず、図５を参照しながら、２つの光源１１ａ、１１ｂの発光タイミングを同じにした場合の動作について説明する。

図３で上述したように、第１投光部１０３から照射光が投光される側であるＡ側の遠距離に対象物５０ａが配置され、第２投光部１０４から照射光が投光される側であるＢ側の近距離に対象物５０ｂが配置された場合を考える。

Ａ側に投光された、すなわち、第１投光部１０３から投光された照射光は、対象物５０ａに当たって反射し、その反射光は、第１受光部１０１によって受光される。このときのＡ側に照射光が投光されたタイミング（Ａ側発光タイミング）と、Ａ側で受光されたタイミング（Ａ側受光タイミング）との差である時間Ａ＿Ｄｉｆｆから、測距装置１から対象物５０ａまで光が往復する時間が分かり、当該時間により、測距装置１から対象物５０ａまでの距離が算出される。

また、Ｂ側に投光された、すなわち、第２投光部１０４から投光された照射光は、対象物５０ｂに当たって反射し、その反射光は、第２受光部１０２によって受光される。このときのＢ側に照射光が投光されたタイミング（Ｂ側発光タイミング）と、Ｂ側で受光されたタイミング（Ｂ側受光タイミング）との差である時間Ｂ＿Ｄｉｆｆから、測距装置１から対象物５０ｂまで光が往復する時間が分かり、当該時間により、測距装置１から対象物５０ｂまでの距離が算出される。

このとき、測距装置１から対象物５０ａまでの距離は、測距装置１から対象物５０ｂまでの距離よりも長いので、図５に示すように、時間Ａ＿Ｄｉｆｆは、時間Ｂ＿Ｄｉｆｆよりも長くなる。また、図５に示す例では、Ａ側発光タイミングとＢ側発光タイミングとが同じになっているので、図５の下図の消費電力の波形が示すように、第１投光部１０３および第２投光部１０４とが同時に発光するため、その分、消費電力のピークが大きくなる。消費電力のピークが大きくなると、バッテリ２２による駆動の場合、十分な電力を供給することができず、第１投光部１０３および第２投光部１０４の照射光の光量が小さくなり、測定可能な距離が短くなってしまう可能性がある。さらに、図１に示すような全天周型の測距装置１では、第１投光部１０３の投光範囲（図２に示す画角２０１ａの範囲）と、第２投光部１０４の投光範囲（図２に示す画角２０１ｂ）とがほぼ別れてはいるものの、一部が重なっている。そのため、Ａ側発光タイミングとＢ側発光タイミングとが同時である場合、第１受光部１０１および第２受光部１０２は、それぞれ第１投光部１０３からの光であるのか、第２投光部１０４からの光であるのか判別できないため、正しい距離測定が行えず、測距の精度を低下させる可能性もある。

図６は、実施形態に係る測距装置の２つの光源からの発光タイミングをずらした場合の発光および受光のタイミングチャートの一例を示す図である。次に、図６を参照しながら、２つの光源１１ａ、１１ｂの発光タイミングをずらした場合の動作について説明する。

本実施形態に係る測距装置１では、図６に示すように、第１投光部１０３による投光のタイミング（Ａ側発光タイミング）と、第２投光部１０４による投光のタイミング（Ｂ側発光タイミング）とが重ならないようにずらしている。これによって、図６の下図の消費電力の波形が示すように、各波形のピークは、第１投光部１０３または第２投光部１０４がそれぞれ独立して発光した場合の消費電力のピークとなるので、図５に示した消費電力の波形のピークよりも小さくなる。すなわち、図５に示す第１投光部１０３および第２投光部１０４の投光タイミングを同じした場合の動作と、図６に示す第１投光部１０３および第２投光部１０４の投光タイミングをずらした場合の動作とでは、トータルの消費電力としては同じになるものの、後者の方が、バッテリ２２による駆動の場合、十分な電力を供給することができ、第１投光部１０３および第２投光部１０４の照射光の光量が十分となり、測定可能な距離を長くすることができる。さらに、Ａ側発光タイミングとＢ側発光タイミングとがずれている場合、第１受光部１０１および第２受光部１０２は、それぞれ第１投光部１０３からの光であるのか、第２投光部１０４からの光であるのか判別可能なため、正しい距離測定を行うことができ、測距の精度を向上させることができる。

（測距装置の全体動作の流れ）
図７は、実施形態に係る測距装置の全体動作の流れの一例を示すフローチャートである。図７を参照しながら、本実施形態に係る測距装置１の全体動作の流れについて説明する。

＜ステップＳ１１、Ｓ１２＞
撮影制御部１１１は、第１受光部１０１に対して撮影信号を送信することにより、第１受光部１０１による撮影動作の開始を指示する。第１受光部１０１は、撮影信号を受信すると、第１投光部１０３に対して発光信号を出力することによって発光（投光）動作を開始させる。そして、ステップＳ１３へ移行する。

＜ステップＳ１３＞
第１受光部１０１は、第１投光部１０３から投光された照射光についての反射光を受光することにより、照射光が投光されてから反射光として受光するまでの時間の情報を含む検出情報を出力する。撮影制御部１１１は、第１受光部１０１から検出情報を受信（データを取得）し、距離測定部１１２へ送る。距離測定部１１２は、撮影制御部１１１により第１受光部１０１から受信された検出情報により、画素ごとに時間の情報を距離値に変換した距離画像を求める。距離測定部１１２により第１受光部１０１についての距離画像の導出が終了した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４へ移行し、終了していない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、処理を継続する。なお、距離測定部１１２による距離画像の導出は、このタイミングで実行することに限定されるものではなく、図７に示す一連の処理の終了後に実行されるものとしてもよい。

＜ステップＳ１４、Ｓ１５＞
撮影制御部１１１は、第２受光部１０２に対して撮影信号を送信することにより、第２受光部１０２による撮影動作の開始を指示する。第２受光部１０２は、撮影信号を受信すると、第２投光部１０４に対して発光信号を出力することによって発光（投光）動作を開始させる。そして、ステップＳ１６へ移行する。

＜ステップＳ１６＞
第２受光部１０２は、第２投光部１０４から投光された照射光についての反射光を受光することにより、照射光が投光されてから反射光として受光するまでの時間の情報を含む検出情報を出力する。撮影制御部１１１は、第２受光部１０２から検出情報を受信（データを取得）し、距離測定部１１２へ送る。距離測定部１１２は、撮影制御部１１１により第２受光部１０２から受信された検出情報により、画素ごとに時間の情報を距離値に変換した距離画像を求める。距離測定部１１２により第２受光部１０２についての距離画像の導出が終了した場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、処理を終了し、終了していない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、処理を継続する。

以上のステップＳ１１〜Ｓ１６の流れによって、測距装置１の全体動作が行われる。

なお、図７に示す例では、第１受光部１０１による撮影動作と、第２受光部１０２による撮影動作とが、各１回ずつの動作で終了となっているが、これに限定されるものではなく、図７に示すフローを所定回数繰り返すものとしてもよい。所定回数繰り返す場合は、例えば、各回で距離測定部１１２で導出された距離画像が示す各画素の距離値の平均を求めるものとすればよい。

以上のように、本実施形態に係る測距装置１は、第１投光部１０３による投光（発光）のタイミングと、第２投光部１０４による投光（発光）のタイミングとが重ならないようにずらしている。これによって、第１投光部１０３および第２投光部１０４それぞれによる消費電力の波形のピークは、第１投光部１０３または第２投光部１０４がそれぞれ独立して発光した場合の消費電力のピークとなるので、タイミングを同一にした場合と比較して消費電力の波形のピークを抑えることができる。また、この場合、バッテリ２２により十分な電力を供給することができ、第１投光部１０３および第２投光部１０４の照射光の光量が十分となり、測定可能な距離を長くすることができるので、複数の投光部（第１投光部１０３および第２投光部１０４）および受光部（第１受光部１０１および第２受光部１０２）の組み合わせにより測距装置１により撮影が可能な画角を広げることができる。さらに、第１投光部１０３による投光（発光）のタイミングと、第２投光部１０４による投光（発光）のタイミングとがずれている場合、第１受光部１０１および第２受光部１０２は、それぞれ第１投光部１０３からの光であるのか、第２投光部１０４からの光であるのか判別可能なため、正しい距離測定を行うことができ、測距の精度を向上させることができる。

（変形例１）
図８は、実施形態の変形例１に係る測距装置のハードウェア構成の一例を示す図である。図８を参照しながら、本変形例に係る測距装置１ａのハードウェア構成について説明する。

図８に示すように、本変形例に係る測距装置１ａは、光源１１ａと光源用光学系１２ａとを含む投光部１５ａと、光源１１ｂと光源用光学系１２ｂとを含む投光部１５ｂと、ＴＯＦセンサ１７ａとセンサ用光学系１４ａとを含む受光部１８ａと、ＴＯＦセンサ１７ｂとセンサ用光学系１４ｂとを含む受光部１８ｂと、制御部２１ａと、を有する。

制御部２１ａは、ＴＯＦセンサ１７ａ、１７ｂに対して、上述の実施形態の制御部２１と同様に、タイミングをずらした撮影信号（動作信号）をそれぞれ送信する。また、制御部２１ａは、ＴＯＦセンサ１７ａ、１７ｂに対する撮影信号と同期させて、光源１１ａ、１１ｂにそれぞれ発光信号（発光パターン）を送信する。光源１１ａ、１１ｂは、制御部２１ａからの発光信号に従ってそれぞれ発光し、光源用光学系１２ａ、１２ｂをそれぞれ介して照射光として投光される。

図８に示す例では、光源用光学系１２ａから投光された照射光は、Ａ側（遠距離）に配置された対象物５０ａに当たって反射し、センサ用光学系１４ａを介してＴＯＦセンサ１７ａに受光される動作を示している。また、光源用光学系１２ｂから投光された照射光は、Ｂ側（近距離）に配置された対象物５０ｂに当たって反射し、センサ用光学系１４ｂを介してＴＯＦセンサ１７ｂに受光される動作を示している。

ＴＯＦセンサ１７ａ、１７ｂは、反射光を受光し、センサ素子ごとに検出された照射光が投光されてから反射光として受光するまでの時間の情報を含む検出情報を、それぞれ制御部２１ａへ出力する。制御部２１ａは、ＴＯＦセンサ１７ａ、１７ｂから受信した検出情報に基づいて、画素ごとに時間の情報を距離値に変換した距離画像を求める。

以上のように、本変形例１に係る測距装置１ａでは、ＴＯＦセンサが光源に対して発光信号を送信するのではなく、制御部２１ａによって発光信号が光源１１ａ、１１ｂに送信され発光動作が制御されるものとしている。これによっても、上述の実施形態に係る測距装置１と同様の効果を奏する。

（変形例２）
図９は、実施形態の変形例２に係る測距装置の外観図である。図９を参照しながら、本変形例に係る測距装置１ｂの外観構成について説明する。

図９に示すように、本変形例に係る測距装置１ｂは、上述の測距装置１が有する光源用光学系１２ａ、１２ｂ、およびセンサ用光学系１４ａ、１４ｂの代わりに、それぞれ、光源用光学系３２ａ、３２ｂ、およびセンサ用光学系３４ａ、３４ｂを備えている。

図９に示すように、光源用光学系３２ａ、３２ｂ、およびセンサ用光学系３４ａ、３４ｂは、測距装置１ｂの筐体の同一の平面に配置されている。すなわち、光源用光学系３２ａおよび光源用光学系３２ｂの光軸は平行となっており、光源用光学系３２ａから投光される照射光と、光源用光学系３２ｂから投光される照射光とは同じ方向に投光される。また、センサ用光学系３４ａおよびセンサ用光学系３４ｂの光軸も平行となっている。測距装置１ｂの動作は、上述の実施形態に係る測距装置１と同様である。

図１０は、実施形態の変形例２に係る測距装置の画角を説明する図である。図１０を参照しながら、本変形例に係る測距装置１ｂの画角について説明する。

光源用光学系３２ａから投光される照射光は、図１９に示すように、画角２１１ａを有し、光源用光学系３２ｂから投光される照射光は、図１９に示すように、画角２１１ｂを有する。したがって、光源用光学系３２ａ、３２ｂから投光される照射光の画角は、図９に示すように、広範囲で画角が重なることになる。

しかし、本変形例に係る測距装置１ｂは、上述の実施形態に係る測距装置１と同様に、光源用光学系３２ａからの投光のタイミングと、光源用光学系３２ｂからの投光のタイミングとが重ならないようにずらしている。これによって、光源用光学系３２ａおよび光源用光学系３２ｂそれぞれの光源による消費電力の波形のピークは、各光源がそれぞれ独立して発光した場合の消費電力のピークとなるので、タイミングを同一にした場合と比較して消費電力の波形のピークを抑えることができる。また、この場合、バッテリ２２により十分な電力を供給することができ、光源用光学系３２ａおよび光源用光学系３２ｂの各光源の照射光の光量が十分となり、測定可能な距離を長くすることができるので、図１０に示すように、光源用光学系３２ａおよび光源用光学系３２ｂが配置された筐体の面と平行な方向に画角を広げることができる。さらに、光源用光学系３２ａからの投光（発光）のタイミングと、光源用光学系３２ｂからの投光（発光）のタイミングとがずれている場合、センサ用光学系３４ａに対応するＴＯＦセンサ（ＴＯＦセンサ１３ａに相当）、およびセンサ用光学系３４ｂに対応するＯＴＯＦセンサ（ＴＯＦセンサ１３ｂに相当）は、それぞれ光源用光学系３２ａから投光された光であるのか、光源用光学系３２ｂから投光された光であるのか判別可能なため、正しい距離測定を行うことができ、測距の精度を向上させることができる。

なお、図９に示すように、２セットの光源およびＴＯＦセンサを備えた構成に限定されるものではなく、３セット以上の光源およびＴＯＦセンサを備えるものとしてもよい。

また、図９に示すように、光源用光学系３２ａ、３２ｂ、およびセンサ用光学系３４ａ、３４ｂは、測距装置１ｂの筐体の同一の平面に配置されているものとしたが、これに限定されるものではなく、光源用光学系３２ａおよびセンサ用光学系３４ａが配置される筐体の平面、および、光源用光学系３２ｂおよびセンサ用光学系３４ｂが配置される筐体の平面が同一でなくてもよい。

（変形例３）
変形例３に係る測距装置について、上述の実施形態に係る測距装置１と相違する点を中心に説明する。上述の実施形態では、光源およびＴＯＦセンサを２セット備えた構成について説明したが、本変形例では、光源およびＴＯＦセンサを４セット備えた構成について説明する。

＜測距装置の概要構成および画角＞
図１１は、実施形態の変形例３に係る測距装置の外観図である。図１２は、実施形態の変形例３に係る測距装置の画角を説明する図である。図１１および図１２を参照しながら、本変形例に係る測距装置１ｃの概要構成および画角について説明する。

図１１に示すように、本実施形態に係る測距装置１ｃは、光源用光学系４２ａ〜４２ｄと、センサ用光学系４４ａ〜４４ｄと、を備えている。また、測距装置１ｃは、光源用光学系４２ａ〜４２ｄそれぞれに対応する図示しない光源を備え、センサ用光学系４４ａ〜４４ｄそれぞれに対応する図示しないＴＯＦセンサを備えている。また、測距装置１ｃは、上述の実施形態に係る測距装置１が有する制御部２１およびバッテリ２２に相当するものを備えている。

図１１に示すように、本変形例に係る測距装置１ｃは、光源用光学系４２ａおよびセンサ用光学系４４ａ、光源用光学系４２ｂおよびセンサ用光学系４４ｂ、光源用光学系４２ｃおよびセンサ用光学駅４４ｃ、ならびに、光源用光学系４２ｄおよびセンサ用光学系４４ｄが、直方体形状の筐体の側面に対応する４面にそれぞれ配置されている。また、図１２に示すように、光源用光学系４２ａからＡ側に投光される照射光は、９０度以上の画角２２１ａを有し、光源用光学系４２ｂからＢ側に投光される照射光は、９０度以上の画角２２１ｂを有し、光源用光学系４２ｃからＣ側に投光される照射光は、９０度以上の画角２２１ｃを有し、光源用光学系４２ｄからＤ側に投光される照射光は、９０度以上の画角２２１ｄを有する。したがって、光源用光学系４２ａ〜４２ｄから投光される照射光の画角は、それぞれ９０度以上であるので、図１２に示すように、一部画角が重なることになる。

なお、センサ用光学系４４ａ〜４４ｄは、画角２２１ａ〜２２１ｄでそれぞ投光される照射光が反射した反射光を、各ＴＯＦセンサで受光させるために、光源用光学系４２ａ〜４２ｄそれぞれと同様の画角で反射光を集光できるようになっている。

＜測距装置の機能ブロック構成＞
図１３は、実施形態の変形例３に係る測距装置の機能ブロックの構成の一例を示す図である。図１３を参照しながら、本変形例に係る測距装置１ｃの機能ブロックの構成について説明する。

図１３に示すように、測距装置１ｃは、第１受光部１２１（受光部）と、第２受光部１２２（受光部）と、第３受光部１２３（受光部）と、第４受光部１２４（受光部）と、第１投光部１２５と、第２投光部１２６と、第３投光部１２７と、第４投光部１２８と、撮影制御部１３１（動作制御部）と、距離測定部１３２（測定部）と、を有する。

第１受光部１２１は、撮影制御部１３１からの撮影信号に従って、第１投光部１２５から投光された照射光が対象物に当たって反射した反射光を受光する機能部である。また、第１受光部１２１は、撮影制御部１３１から撮影信号を受信すると、第１投光部１２５に対して発光信号を出力することによって発光動作を制御する。また、第１受光部１２１は、反射光を受光することにより、照射光が投光されてから反射光として受光するまでの時間の情報を含む検出情報を出力する。第１受光部１２１は、図１１に示すセンサ用光学系４４ａ、および対応するＴＯＦセンサによって実現される。

第２受光部１２２は、撮影制御部１３１からの撮影信号に従って、第２投光部１２６から投光された照射光が対象物に当たって反射した反射光を受光する機能部である。また、第２受光部１２２は、撮影制御部１３１から撮影信号を受信すると、第２投光部１２６に対して発光信号を出力することによって発光動作を制御する。また、第２受光部１２２は、反射光を受光することにより、照射光が投光されてから反射光として受光するまでの時間の情報を含む検出情報を出力する。第２受光部１２２は、図１１に示すセンサ用光学系４４ｂ、および対応するＴＯＦセンサによって実現される。

第３受光部１２３は、撮影制御部１３１からの撮影信号に従って、第３投光部１２７から投光された照射光が対象物に当たって反射した反射光を受光する機能部である。また、第３受光部１２３は、撮影制御部１３１から撮影信号を受信すると、第３投光部１２７に対して発光信号を出力することによって発光動作を制御する。また、第３受光部１２３は、反射光を受光することにより、照射光が投光されてから反射光として受光するまでの時間の情報を含む検出情報を出力する。第３受光部１２３は、図１１に示すセンサ用光学系４４ｃ、および対応するＴＯＦセンサによって実現される。

第４受光部１２４は、撮影制御部１３１からの撮影信号に従って、第４投光部１２８から投光された照射光が対象物に当たって反射した反射光を受光する機能部である。また、第４受光部１２４は、撮影制御部１３１から撮影信号を受信すると、第４投光部１２８に対して発光信号を出力することによって発光動作を制御する。また、第４受光部１２４は、反射光を受光することにより、照射光が投光されてから反射光として受光するまでの時間の情報を含む検出情報を出力する。第４受光部１２４は、図１１に示すセンサ用光学系４４ｄ、および対応するＴＯＦセンサによって実現される。

第１投光部１２５は、第１受光部１２１からの発光信号に従って、対応する光源から発光した照射光を外部へ投光する機能部である。第１投光部１２５は、図１１に示す光源用光学系４２ａ、および対応する光源によって実現される。

第２投光部１２６は、第２受光部１２２からの発光信号に従って、対応する光源から発光した照射光を外部へ投光する機能部である。第２投光部１２６は、図１１に示す光源用光学系４２ｂ、および対応する光源によって実現される。

第３投光部１２７は、第３受光部１２３からの発光信号に従って、対応する光源から発光した照射光を外部へ投光する機能部である。第３投光部１２７は、図１１に示す光源用光学系４２ｃ、および対応する光源によって実現される。

第４投光部１２８は、第４受光部１２４からの発光信号に従って、対応する光源から発光した照射光を外部へ投光する機能部である。第４投光部１２８は、図１１に示す光源用光学系４２ｄ、および対応する光源によって実現される。

撮影制御部１３１は、第１受光部１２１、第２受光部１２２、第３受光部１２３および第４受光部１２４の動作を制御する機能部である。具体的には、撮影制御部１３１は、第１受光部１２１、第２受光部１２２、第３受光部１２３および第４受光部１２４に対してそれぞれタイミングをずらした撮影信号（動作信号）を送信して、第１受光部１２１、第２受光部１２２、第３受光部１２３および第４受光部１２４の撮影動作（受光動作、ならびに第１投光部１２５、第２投光部１２６、第３投光部１２７および第４投光部１２８による投光動作）がずれるように制御する。また、撮影制御部１３１は、第１受光部１２１、第２受光部１２２、第３受光部１２３および第４受光部１２４からそれぞれ検出情報を受信する。撮影制御部１３１は、図３に示す制御部２１に相当する制御部によって実現される。

距離測定部１３２は、撮影制御部１３１により第１受光部１２１、第２受光部１２２、第３受光部１２３および第４受光部１２４それぞれから受信された検出情報により、画素ごとに時間の情報を距離値に変換した距離画像をそれぞれ求める機能部である。距離測定部１３２は、図３に示す制御部２１に相当する制御部によって実現される。

なお、図１３に示す測距装置１ｃの第１受光部１２１、第２受光部１２２、第３受光部１２３、第４受光部１２４、第１投光部１２５、第２投光部１２６、第３投光部１２７．第４投光部１２８、撮影制御部１３１および距離測定部１３２は、機能を概念的に示したものであって、このような構成に限定されるものではない。すなわち、図１３に示す測距装置１ｃで独立した機能部として図示した複数の機能部を、１つの機能部として構成してもよい。一方、図１３に示す測距装置１ｃで１つの機能部が有する機能を複数に分割し、複数の機能部として構成するものとしてもよい。

また、第１受光部１２１、第２受光部１２２、第３受光部１２３および第４受光部１２４は、反射光を受光することにより、照射光が投光されてから反射光として受光するまでの時間の情報を含む検出情報を出力するものとしているが、これに限定されるものではない。すなわち、第１受光部１２１、第２受光部１２２、第３受光部１２３および第４受光部１２４は、照射光が投光されてから反射光として受光するまでの時間の情報に基づいて距離を演算し、検出情報として直接、距離情報を出力するものとしてもよい。

（投光部の発光タイミングおよび受光部の受光タイミングについて）
図１４は、実施形態の変形例３に係る測距装置の複数の光源のすべての発光タイミングをずらした場合のタイミングチャートの一例を示す図である。図１５は、実施形態の変形例３に係る測距装置の複数の光源の一部の発光タイミングを同じにした場合のタイミングチャートの一例を示す図である。まず、図１４を参照しながら、４つの投光部（第１投光部１２５、第２投光部１２６、第３投光部１２７および第４投光部１２８）の発光タイミングをずらした場合の動作について説明する。

本変形例に係る測距装置１ｃでは、例えば、図１４に示すように、第１投光部１２５による投光のタイミング（Ａ側発光タイミング）と、第２投光部１２６による投光のタイミング（Ｂ側発光タイミング）と、第３投光部１２７による投光のタイミング（Ｃ側発光タイミング）と、第４投光部１２８による投光のタイミング（Ｄ側発光タイミング）とが重ならないようにそれぞれずらしている。これによって、各消費電力の波形のピークは、第１投光部１２５、第２投光部１２６、第３投光部１２７および第４投光部１２８がそれぞれ独立して発光した場合の消費電力のピークとなるので、消費電力の波形のピークを抑えることができる。また、バッテリ２２による駆動の場合、十分な電力を供給することができ、第１投光部１２５、第２投光部１２６、第３投光部１２７および第４投光部１２８の照射光の光量が十分となり、測定可能な距離を長くすることができる。さらに、Ａ側発光タイミング、Ｂ側発光タイミング、Ｃ側発光タイミングおよびＤ側発光タイミングがそれぞれずれている場合、第１受光部１２１、第２受光部１２２、第３受光部１２３および第４受光部１２４は、第１投光部１２５、第２投光部１２６、第３投光部１２７および第４投光部１２８のいずれからの光であるのか判別可能なため、正しい距離測定を行うことができ、測距の精度を向上させることができる。

なお、各発光タイミングのずらしかたは図１４に示すずらしかたに限られず、少なくとも、いずれの発光タイミングも重ならないようにすればよい。

また、図１４に示す例では、すべての発光タイミングがずれているものとなっているが、例えば、図１５に示すように、図１１に示した構成のように、互いに画角が重ならないＡ側およびＣ側の発光タイミング、ならびに、Ｂ側およびＤ側の発光タイミングが重なるようにしてもよい。これによっても、同一タイミングで発光される照射光の画角が重なることがなく、第１受光部１２１、第２受光部１２２、第３受光部１２３および第４受光部１２４は、第１投光部１２５、第２投光部１２６、第３投光部１２７および第４投光部１２８のいずれからの光であるのか判別可能なため、正しい距離測定を行うことができ、測距の精度を向上させることができる。また、この場合、すべての発光タイミングをずらした場合よりも消費電力のピークが大きくなるものの、撮影動作にかかる時間を短縮できる。また、すべての発光タイミングを同時にした場合よりは消費電力のピークを抑えることができる。

なお、本変形例では、光源およびＴＯＦセンサを４セット備えた構成について説明したが、５セット以上備えた場合でも、互いに画角が重ならない光源については同時に発光するものとしても、上述の効果を得ることができる。

なお、上述の実施形態および各変形例の各機能（例えば、撮影制御部１１１および距離測定部１１２）は、一または複数の処理回路によって実現することも可能である。ここで、「処理回路」とは、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、上述した各機能を実行するよう設計されたＡＳＩＣ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ、ＳＯＣ（Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ ｃｈｉｐ)、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。

なお、上述の実施形態および各変形例において、測距装置１、１ａ〜１ｃの各機能部の少なくともいずれかがプログラムの実行によって実現される場合、そのプログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。また、上述の実施形態および各変形例において、測距装置１、１ａ〜１ｃで実行されるプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ−Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、またはＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。また、上述の実施形態および各変形例において、測距装置１、１ａ〜１ｃで実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、上述の実施形態および各変形例において、測距装置１、１ａ〜１ｃで実行されるプログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。また、上述の実施形態および各変形例において、測距装置１、１ａ〜１ｃで実行されるプログラムは、上述した各機能部のうち少なくともいずれかを含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵが上述の記憶装置からプログラムを読み出して実行することにより、上述の各機能部が主記憶装置上にロードされて生成されるようになっている。

１、１ａ〜１ｃ 測距装置
１１ａ、１１ｂ 光源
１２ａ、１２ｂ 光源用光学系
１３ａ、１３ｂ ＴＯＦセンサ
１４ａ、１４ｂ センサ用光学系
１５ａ、１５ｂ 投光部
１６ａ、１６ｂ 受光部
１７ａ、１７ｂ ＴＯＦセンサ
１８ａ、１８ｂ 受光部
２１、２１ａ 制御部
２２ バッテリ
３２ａ、３２ｂ 光源用光学系
３４ａ、３４ｂ センサ用光学系
４２ａ〜４２ｄ 光源用光学系
４４ａ〜４４ｄ センサ用光学系
５０ａ、５０ｂ 対象物
１０１ 第１受光部
１０２ 第２受光部
１０３ 第１投光部
１０４ 第２投光部
１１１ 撮影制御部
１１２ 距離測定部
１２１ 第１受光部
１２２ 第２受光部
１２３ 第３受光部
１２４ 第４受光部
１２５ 第１投光部
１２６ 第２投光部
１２７ 第３投光部
１２８ 第４投光部
１３１ 撮影制御部
１３２ 距離測定部
２０１ａ、２０１ｂ 画角
２１１ａ、２１１ｂ 画角
２２１ａ〜２２１ｄ 画角

国際公開第２０１７／０３８２０３号 特表２０１３−５１９０９２号公報

Claims (9)

1. 照射光をそれぞれ発光する複数の光源と、
   前記各照射光が対象物に反射した反射光をそれぞれ受光する、前記複数の光源と同数の受光部と、
   前記複数の光源のうち少なくとも２以上の前記光源の発光タイミングをずらす動作制御部と、
   前記各受光部から出力された情報に基づいて、前記対象物までの距離を求める測定部と、
   を備えた測距装置。
2. 前記動作制御部は、前記複数の光源のうち一部の前記光源の発光タイミングが重なるようにする請求項１に記載の測距装置。
3. 前記動作制御部は、前記複数の光源のうち、前記照射光の画角が重ならない前記光源の発光タイミングを重なるようにする請求項２に記載の測距装置。
4. 前記動作制御部は、前記受光部に動作信号を送信し、
   前記受光部は、前記動作制御部からの前記動作信号に従って、対応する前記光源に発光信号を出力する請求項１〜３のいずれか一項に記載の測距装置。
5. 前記動作制御部は、前記受光部に動作信号を送信し、該動作信号のタイミングに基づいて、前記光源に発光信号を出力する請求項１〜３のいずれか一項に記載の測距装置。
6. 前記複数の光源は、それぞれ前記照射光を同じ方向に発光する請求項１〜５のいずれか一項に記載の測距装置。
7. 前記受光部は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサである請求項１〜６のいずれか一項に記載の測距装置。
8. 前記各受光部は、二次元に配列されたセンサ素子により構成され、
   前記測定部は、前記各受光部から出力された前記情報に基づいて距離画像を求める請求項１〜７のいずれか一項に記載の測距装置。
9. 照射光をそれぞれ発光する複数の光源のうち少なくとも２以上の前記光源の発光タイミングをずらす動作制御ステップと、
   前記複数の光源と同数の受光部が、前記各照射光が対象物に反射した反射光をそれぞれ受光する受光ステップと、
   前記各受光部から出力された情報に基づいて、前記対象物までの距離を求める測定ステップと、
   を有する測距方法。

Images