JP2022155344A - 距離計測方法および距離計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測距離の変曲点を軽微にすることで、直線性の改善、距離精度の誤差の抑制を目的とする。【解決手段】本願発明の好ましい一側面は、発光タイミングに従って光パルスを照射する発光部と、露光タイミングに従って露光信号を取得する受光部と、前記露光信号に基づいて被測定物までの距離を計算する距離計算部と、距離演算データ合成部と、を備え、前記距離計算部は、第１のパルス幅を持つ第１の光パルスを照射して、得られる前記露光信号に対して複数種の計算を適用して距離を計算する第１の計算と、前記第１のパルス幅より大きな第２のパルス幅を持つ第２の光パルスを照射して、得られる前記露光信号を用いて距離を計算する第２の計算と、を実行し、前記距離演算データ合成部は、前記第１の計算の結果および前記第２の計算の結果を用いて被測定物までの距離を算出する、距離計測装置である。【選択図】 図５

Description

本発明は、距離を計測する技術に係る。

距離を正確に測定する技術として、照射した光が対象物に当たり、反射光が戻ってくるまでの時間を求め「距離＝光速×時間」の原理で、距離を求めるものがある。このような技術で、ＴＯＦ（Time Of Flight）方式と呼ばれるものが実用化されている。

特許文献１には、ＴＯＦ方式に係り、「撮像装置は、発光信号と露光信号とを発生する制御部と、発光信号を受信することにより光照射を行う光源部と、露光信号に従ったタイミングで反射光の露光量を取得する撮像部と、撮像部から受けた撮像信号における信号量に基づいて演算により距離画像と輝度画像とを出力する信号処理部とを備え、撮像部は、距離画像の信号を得るための露光を行う画素と、輝度画像の信号を得るための露光を行う画素とが共通である構成を有し、光源部は、撮像部が輝度画像の信号を得るための露光を行う期間にも、制御部で発生する発光信号が示すタイミングに従って光の照射を行う」、ことが開示されている。

ＷＯ２０１７／１５０２４６ Ａ１

特許文献１の「実施の形態１の変形例１」には、照射光に対する被写体からの反射光の光路による遅延の大小に応じて、すなわち被写体との距離に応じて、異なる計算式を用いて被写体との距離を測定する例が示されている。一方で、距離計測範囲の中間点付近などで変曲点が生じることで直線性が損なわれ、距離計測誤差が生じてしまう課題がある。以下で当該課題について詳細に説明する。

図１は、ＴＯＦ方式を利用した距離測定器であるＴＯＦカメラの構成を示すブロック図である。ＴＯＦカメラ１０は、発光部１１、受光部１２、発光制御部１３、距離計算部１４を備える。発光部１１からの光は光路３１を経由して被写体２に照射され、被写体２からの反射光は光路３２を経て受光部１２に入射する。受光部１２は個体撮像素子３３を備えており、入射光を電気信号に変換する。変換した電気信号に基づいて、距離計算部１４が被写体までの距離Ｌを計算する。発光制御部１３は、発光部１１が出力する光のタイミング等を制御する。

図２は、特許文献１の内容をもとに、本発明の課題を説明するため作成した原理図である。図１に示したＴＯＦカメラの構成を用い、発光部１１の発光タイミングと、受光部１２の受光タイミングを制御する。発光部１１からの発光パルス２０１は、パルス幅Ｔを有しており、パルス幅Ｔの間光を照射する。これに対して、受光部１２の露光パルス２０２は、パルス幅Ｔを有しており、パルス幅の間受光した反射光２０３を露光して電気信号に変換する。

ここで、特許文献１は発光・露光期間のタイミングを３とおりに設定している。第１の発光・露光期間では、発光パルス２０１－０と露光パルス２０２－０は同期している。第２の発光・露光期間では、露光パルス２０２－１は発光パルス２０１－１より時間Ｔだけ遅れている。第３の発光・露光期間では、露光パルス２０２－２は発光パルス２０１－２より時間２Ｔだけ遅れている。

反射光２０３が受光部１２に到達するタイミングは、被測定物の距離Ｌに依存するが、露光パルス２０２のタイミングが異なるため、それぞれのタイミングでの露光量が異なることになる。第１の発光・露光期間では、露光量はＡ０の値となる。第２の発光・露光期間では、露光量はＡ１の値となる。第３の発光・露光期間では、露光量はＡ２の値となる。図２ではＡ２の露光量が示されていないが、これは、反射光は検出されておらず、背景光が受光されてＡ２の露光量を得ていることを意味する。

図２の式（１）のみを用いると、最大の測定可能距離は原理上（Ｃ×Ｔ／２）である。式中Ｃは光速を、Ｔは使用パルス幅を示す。（Ｃ×Ｔ／２）のＴ幅を長くすることで測距レンジを伸ばすことができるが、Ｔ幅が長くなると距離の分解能が低下するため距離精度が劣化する。

特許文献１では、図２に示すように、Ａ０とＡ２の大小関係に基づいて、計算式を式（２）に変えて距離Ｌを計算する。特許文献１は、このような手法を用いて、精度を落とさずに測距範囲を（Ｃ×Ｔ／２）から２×（Ｃ×Ｔ／２）まで２倍に広げることができることを示す。

発明者らの検討によると、特許文献１の上記方式では、理想的な状態であれば発光部１１から発射した反射光２０３のみを使用して距離演算を行うため、式が切り替わる間の反射光は連続的に変化し、直線性が確保される。しかし、実際の環境下では、マルチパスなどの外乱光により、式が切り替わる付近で変曲点が発生する要因となる。マルチパスなどの外乱光とは、被写体２からの反射光が直接受光部１２に到達するのではなく、付近の物体に１～複数回反射した後に受光部１２に到達した光をいう。

図３は、外乱光が露光量に及ぼす影響を説明する概念図である。第１の発光・露光期間では、理想的な露光量Ａ０に対して外乱反射光による露光量３０２－０が加わる。第２の発光・露光期間では、理想的な露光量Ａ１に対して外乱反射光による露光量３０２－１が加わる。第３の発光・露光期間では、理想的な露光量Ａ２に対して外乱反射光による露光量３０２－２が加わる。

図４は、Ａ０とＡ２の大小関係の判定により図２で示した式の切り替えを行い、測距を行う場合に生じる誤差を説明するグラフ図である。図２に示すように、演算条件が異なる２つの式の接続点付近となる計測距離の中間付近に変曲点が生じ、直線性が損なわれてしまう。Ｌは図２に示した測定方法により、２×（Ｃ・Ｔ／２）で得られる最大測距距離である。以下の図でもＬの定義は同様とする。

そこで本発明の課題は、計測距離の変曲点を軽微にすることで、直線性の改善、距離精度の誤差の抑制を目的とする。

本願発明の好ましい一側面は、発光タイミングに従って光パルスを照射する発光部と、露光タイミングに従って露光信号を取得する受光部と、前記露光信号に基づいて被測定物までの距離を計算する距離計算部と、距離演算データ合成部と、を備え、前記距離計算部は、第１のパルス幅を持つ第１の光パルスを照射して、得られる前記露光信号に対して複数種の計算を適用して距離を計算する第１の計算と、前記第１のパルス幅より大きな第２のパルス幅を持つ第２の光パルスを照射して、得られる前記露光信号を用いて距離を計算する第２の計算と、を実行し、前記距離演算データ合成部は、前記第１の計算の結果および前記第２の計算の結果を用いて被測定物までの距離を算出する、距離計測装置である。

本願発明の好ましい他の一側面は、第１のパルス幅を持つ第１の光パルスを被測定物に照射する第１のステップ、前記第１のパルス幅を持ちタイミングの異なる第１の露光パルスを複数用いて、前記第１の光パルスに起因する第１の露光信号を複数得る第２のステップ、前記複数の第１の露光信号の大小関係に基づいて、前記第１の露光信号を用いた計算方式を切り替えて、前記被測定物までの距離を計算する第３のステップ、前記第１のパルス幅より大きい第２のパルス幅を持つ第２の光パルスを被測定物に照射する第４のステップ、前記第２の光パルスに起因する第２の露光信号を得る第５のステップ、前記第２の露光信号に基づいて、前記被測定物までの距離を計算する第６のステップ、前記第３のステップの計算結果と前記第６のステップの計算結果に基づいて、最終的な前記被測定物までの距離を算出する第７のステップ、を実行する距離計測方法である。

本発明によれば、計測距離の変曲点を軽微にすることで、直線性の改善、距離精度の誤差の抑制をすることができる。

ＴＯＦカメラの構成を示すブロック図。 発光タイミングと受光タイミングを制御して距離計算を行う方式の原理図。 外乱光の露光量への影響を説明するグラフ図。 測距の直線性が損なわれてしまう概念を示すグラフ図。 実施例１のＴＯＦカメラの構成を示すブロック図。 実施例１の発光パルスと露光パルスのタイミングの関係を示すタイミング図。 実施例１のＴＯＦカメラの動作フローを示す流れ図。 実施例１の距離合成の概念を説明するグラフ図。 実施例１の効果を説明するグラフ図。 実施例２の発光パルスと露光パルスのタイミングの関係を示すタイミング図。 実施例２の距離合成の概念を説明するグラフ図。 実施例３のＴＯＦカメラの構成を示すブロック図。 実施例３の発光パルスと露光パルスのタイミングの関係を示すタイミング図。 実施例４の距離合成の概念を説明するグラフ図。 距離オフセットを行ってＬ～２Ｌまでを測定した場合を示すグラフ図。 距離オフセットを行う場合の発光パルスと露光パルスのタイミングの関係を示すタイミング図。 実施例４の効果を説明するグラフ図。 実施例５の距離合成の概念を説明するグラフ図。 実施例５の効果を説明するグラフ図。

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。

以下に説明する実施例の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。

同一あるいは同様な機能を有する要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、複数の要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。

本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数、順序、もしくはその内容を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。

図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

本明細書で引用した刊行物、特許および特許出願は、そのまま本明細書の説明の一部を構成する。

本明細書において単数形で表される構成要素は、特段文脈で明らかに示されない限り、複数形を含むものとする。

以下に説明する実施例では、被測定物との距離に応じた異なる条件で距離演算された距離計測範囲が結合される部分で発生する変曲点を、パルスを任意の幅に延長（短縮）し、計測範囲を拡大（縮小)することで直線性が保たれている距離計測値と平均化を行うことにより抑制する。

パルス幅を拡大して距離計測を行うと、１フレームで取得される計測値の距離精度が低下する場合がある。ここで言う距離精度の低下とは、繰り返し測定精度（偏差）の低下による計測値バラツキである。これを補うためにパルス幅を拡大したフレームを複数フレーム設定し、複数フレームによる距離計測値を用いて平均化処理を行うことにより、分解能低下に伴う距離誤差の劣化を抑制することができる。なお、複数のフレームの拡大するパルス幅は全てのフレームで同一の幅であっても、それぞれに異なる幅であっても良い。

図５は、実施例のＴＯＦ方式を利用した距離測定器であるＴＯＦカメラの構成を示すブロック図である。ＴＯＦカメラ５００は、発光部５０１、発光制御部５０２、受光部５０３、距離計算部５０４、距離演算データ保管部５０５、距離演算データ合成部５０６、画像処理部５０７、外部処理装置５０８、および電源部５０９を備える。

発光部５０１からの光は図示しない被測定物（被写体）に照射され、被写体からの反射光は受光部５０３に入射する。発光部５０１は、例えばレーザーダイオード（ＬＤ）で光を発生する。受光部５０３は例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサを用いた撮像素子からなり、反射光を露光時間の間電気的にチャージし、電気信号に変換して取り出す。図２で説明したように、図示しない制御部や制御線により、発光部５０１の発光タイミングと受光部５０３の露光タイミングは制御されている。

受光部５０３で光を電気信号に変換した露光信号に基づいて、距離計算部５０４が被写体までの距離Ｌを計算する。発光制御部５０２は、発光部５０１が出力する光のタイミング等を制御する。距離演算データ保管部５０５は、距離計算部５０４が１フレームの信号に基づいて計算した距離を一時的に保管する。距離演算データ合成部５０６は、距離計算部５０４で計算した距離データと距離演算データ保管部５０５に保管された距離データを合成する。合成した合成距離データは画像処理部５０７に送られる
また、受光部５０３が可視光や赤外光などの光を変換して得られる、ＣＣＤセンサの画素ごとの電気信号により、可視光や赤外光の画像データが生成され、画像処理部５０７に送られる。画像処理部５０７は、画像データと合成距離データにより、画像データ中の被写体の距離を算出する。画像処理部５０７で生成された信号は、コンピュータやマイコンなどの外部処理装置５０８に送られて利用される。

電源部５０９は、図示しない配線にて、各構成要素に電源を供給する。図１２において、発光制御部５０２、距離計算部５０４、距離演算データ合成部５０６、画像処理部５０７は、ハードウェアで実装してもよいし、マイコンなどにソフトウェアとして実装してもよい。距離演算データ保管部５０５は、半導体メモリ等を記憶領域として用いればよい。以下で、図５に示した距離測定器の動作を詳細に説明する。本実施例に説明のない構成については、基本的に特許文献１等の公知の構成を援用してよい。

図６は、図５に示した発光部５０１が出力する発光パルスと受光部５０３の露光パルスのタイミングの関係を示すタイミング図である。発光および露光のパターンは、第１フレームと第２フレームの２パターンを備える。第１フレームの構成と計算方法は、図２で示した構成と同様であり、（Ｃ×Ｔ／２）の２倍まで距離の測定が可能である。

第２フレームの構成は、第１フレームのパルス幅Ｔより長いパルス幅を用いる。ここではパルス幅２Ｔを使用することにする。計算方法は公知の測距方法を利用したものでよい。図６の例では、第１フレームと同様に、露光パルスは発光パルスに対して、０、２Ｔ、４Ｔの遅延を持たせることにして、それぞれの露光信号をＡ２０、Ａ２１、Ａ２０とした。

第２フレームで計算する距離をＬ２とすれば、たとえば、
Ｌ２＝｛（Ｃ×２Ｔ）／２｝×｛（Ａ２１－Ａ２２）／（Ａ２０＋Ａ２１－２×Ａ２２）｝
の計算によって、第２フレームでは（Ｃ×２Ｔ／２）まで距離の測定が可能である。結局第１フレームと第２フレームは測定方式が異なるが、同じ距離まで測定が可能である。第１フレームと第２フレームは、任意の数繰り返し行ない、繰り返しの間距離を測定することができる。

図７は、図５に示した距離測定器の動作フローを示す流れ図である。ステップＳ７０１で、発光部５０１と受光部５０３は、図６あるいは図２に示した第１フレームの発光パルス、露光パルスのパターンにて、露光信号を生成する。露光信号は距離計算部５０４に入力され、距離計算部５０４は、図２の式を用いて距離Ｌを計算する。

ステップＳ７０２で、ステップＳ７０１で計算した距離Ｌを距離演算データ保管部５０５で記憶する。

ステップＳ７０３で、発光部５０１と受光部５０３は、図６に示した第２フレームの発光パルス、露光パルスのパターンにて、露光信号を生成する。露光信号は距離計算部５０４に入力され、距離計算部５０４は、例えば図２の式１を用いて距離を計算する（ただしＴを２Ｔに置き換える）。第２フレームによる距離測定方式は、直線性が優れていれば、これに限らず公知の方法を採用してよい。この例では、第２フレームのパルス幅は第１フレームの２倍のパルス幅なので、第２フレームの測定可能距離は第１フレームの測定可能距離と同じになる。

ステップＳ７０４で、距離演算データ合成部５０６は、ステップＳ７０３で計算した第２フレームによる距離Ｌ２と、距離演算データ保管部５０５に記憶した第１フレームによる距離Ｌを合成する。合成は、例えば平均値をとることで実行できる。あるいはＬとＬ２に適当に重みづけをしてもよい。

ステップＳ７０５で、終了条件を判定する。例えば終了コマンドの入力の確認や所定の計算回数の実行を確認した後、処理を終了する。なお第１フレームと第２フレームの処理順序は任意であり、図７と逆でもよい。逆の場合は、距離演算データ保管部５０５で記憶するのは、第２フレームによるデータである。

図８で、距離演算データ合成部５０６による距離合成の概念を説明する。図８において、実線８０１は第１フレームにより測定した距離、点線８０２は第２フレームにより測定した距離、一点鎖線８０３は両者を合成した距離である。第１フレームにより測定した距離は、図４で説明したように変曲点を持つため直線性が損なわれる。そこで、第１フレームにより測定した距離を第２フレームにより測定した距離で補正する。第２フレームにより測定した距離は分解能では劣るが、直線性では優れるので、例えば両者の平均値を計算することで、より実際の距離に近い値を得ることができる。

なお、図８の実線８０１では変曲点の前後で傾きを同じにしているが、計測距離が実際の距離と同一になる場合の傾きを１とした場合、厳密には変曲点より近い側の傾きが１より大きく、変曲点より遠い側の傾きが１より小さくなる傾向があると考えられる。このため、異なる式による計算結果の結合点（図８では中点）では、段差（変曲点）が発生すると考えられる。

図９で、第１フレームにより測定した距離を実線８０１で示し、合成（補正）後の距離を一点鎖線８０３で示した。変曲点の影響が低減されていることがわかる。

実施例１の構成より測定可能な距離を拡大した例を示す。基本的な構成は図５と同様で良く、基本的な処理の流れは図７と同様で良い。主な差分である発光パルス、露光パルスのパターンと計算方法について以下説明する。本実施例も実施例１と同様に第１フレームと第２フレームを使用する。第１フレームの構成および計算方法は、実施例１と同様で良い。

図１０は、第２フレームの発光パルス、露光パルスのパターンと計算方法を説明する原理図である。第１フレームと同様に露光パルスの遅延時間が異なる第１～第３の期間を備えている。計算される距離をＬ２とし、３つの第２の露光パルスの遅延時間をそれぞれ０、２Ｔ、４Ｔとし、３つの第２の露光パルスにより得られる前記露光信号をそれぞれＡ２０、Ａ２１、Ａ２２としている。

第１フレームとの差異は、パルス幅が２倍の２Ｔになっており、遅延時間が２Ｔの倍数となっていることである。このため、第２フレームでは第１フレームの２倍の２Ｌまで測距が可能である。本実施例でも、図７と同様に、第１フレームの結果と第２フレームの結果を合成する。

図１１で、距離演算データ合成部５０６による距離合成の概念を説明する。実線１１０１は第１フレームにより測定した距離Ｌ、点線１１０２は第２フレームにより測定した距離Ｌ２である。第１フレームはＬまで測距が可能であり、第２フレームは２Ｌまで測距が可能である。距離Ｌまでは両者の平均値を計算し、距離Ｌ以上では第２フレームの値を採用して合成すれば、結果的に第１の実施例の２倍まで測距が可能となる。

第１フレームの計算結果による実線１１０１の変曲点１１０３が、第２フレームの計算結果による点線１１０２の直線性の良好な部分と合成することで低減される。また、距離計算部１４での計算式をフレームごとに変える必要がない。

前述したように、パルス幅拡大による測定可能距離の長距離化のデメリットとして、ダイナミックレンジの制約よる距離精度の劣化が生じる。これを補う方法として、パルス幅を拡大した複数のフレームを設定し、複数フレームによって平均化処理を行うことで、分解能低下に伴う距離誤差の劣化を抑制することができる。

図１２は、本実施例のＴＯＦ方式を利用した距離測定器であるＴＯＦカメラの構成を示すブロック図である。本実施例のＴＯＦカメラ１２００と実施例１のＴＯＦカメラ５００の差異は、距離演算データ保管部５０５を複数備える点である。

図１３は、本実施例の発光パルス、露光パルスのパターン説明する原理図である。実施例２のパターンとの差異は、第２フレームと同一構成の第３フレームが付加されている点である。すなわち、第２フレームと第３フレームでは、パルス幅が第１フレームの２倍の２Ｔになっている。このため、第２フレームと第３フレームでは、第１フレームの２倍の２Ｌまで２回測距が可能である。本実施例は、第１フレーム～第３フレームの結果を合成する。

処理の流れの概要としては、第１フレームの距離演算データは、第１の距離演算データ保管部５０５－１に一時保管され、第２フレームの距離演算データは、第２の距離演算データ保管部５０５－２に一時保管される。第３フレームの露光信号から距離計算部５０４によって距離を計算したのち、第１、第２、第３フレームの距離データを、距離演算データ合成部５０６によって平均化する。

平均化に用いるフレームは上記の３フレームに限らず、さらに多くののフレームを用いても良い。この場合、距離演算データ保管部５０５は保管すべきフレーム数に応じて増設する。

本実施例では、分解能が劣る２Ｔ幅のパルスを用いた計測を複数回行って平均化することで、精度の向上を図ることができる。

さらに変曲点の変化を抑制する例を示す。本実施例では、実施例３に対して、さらに計測距離Ｌ／２の測距方法を加えることで、よりよい直線性を得ることができる。

本実施例の基本的な構成は図１２と同様で良く、基本的な処理の流れは図７と同様で良い。主な差分である発光パルス、露光パルスのパターンと計算方法について以下説明する。本実施例も実施例２と同様に第１フレームと第２フレームを使用する。第１フレームと第２フレームの構成および計算方法は、実施例２と同様で良い。本実施例と実施例２の差異は、Ｔ／２幅のパルスを用いた第３フレームと第４フレームをさらに備えることである。

図１４で、本実施例の距離演算データ合成部５０６による距離合成の概念を説明する。実線１１０１は第１フレームにより測定した距離、点線１１０２は第２フレームにより測定した距離である。第１フレームは０～Ｌまで測距が可能であり、第２フレームは０～２Ｌまで測距が可能である。本実施例ではさらにＴ／２幅のパルスを用いた第３フレームと第４フレームを用いる。二点鎖線１４０１は第３フレームにより測定した距離、一点鎖線１４０２は第４フレームにより測定した距離である。第３フレームは０～Ｌ／２まで測距が可能であり、第４フレームはＬ／２～Ｌまで測距が可能である。ここで、第３フレームは、図２の第１フレームのパルス幅ＴをＴ／２に置き換えたものに相当する。また、第４フレームは計測距離を距離オフセットして計算する。

図１５は、距離オフセットを行ってＬ～２Ｌまでを測定した場合を示すグラフ図であり、実線１５０１が測定値である。

図１６は、パルス幅Ｔの場合に、距離Ｌだけオフセットを行って距離Ｌ～２Ｌを測定するためのフレームの概念図と計算式を示す。パルス幅Ｔ／２の場合に、距離Ｌ／２オフセットを行う場合はパルス幅ＴをＴ／２に置き換えればよい。

図１７は、第１～第４フレームで測距した図１４の４本の測定値を平均化した例を示す。平均化した点線１７０１では実線１１０１より優れた直線性を示す。

本実施例では、変曲点が多段化することになるが、一段あたりの変化量（誤差）を抑制することが可能となり、より直線に近い補正が可能となる。なお、本実施例では複数のフレームを平均化することになることから、図１２の構成において、フレームの数マイナス１の数だけ距離演算データ保管部５０５が必要となる。

実施例１～実施例４では、フレームに用いるパルスの幅を２倍あるいは１／２倍としている。ただし、本発明は例えば特許文献１のように被測定物までの距離に応じて複数の式を用いて距離を計算する際に、計測距離に生じる変曲点を直線性に優れた他の値を用いて緩和できればよいので、２倍あるいは１／２倍に限る必要はない。

図１８は、実施例２において、第２フレームのパルス幅を１．５Ｔとして、１．５Ｌまで測距できるようにした例である（点線１８０１）。

図１９は、図１８の実線１１０１と点線１８０１を平均化した結果（実線１９０１）を示す図である。一つあたりの変曲点の大きさ（段差）は小さくでき、変曲点の抑制効果は大きいが、距離Ｌまでの間に２カ所の変曲点１９０２，１９０３が生じるため、変曲点の出現頻度が増える。

以上説明した実施例によれば、複数の式を用いて距離を計算する際に計測距離に生じる変曲点を、単一あるいは複数の式を用いて計算した距離の直線性の高い領域と平均値をとることにより、補正することができる。これにより、実際の距離との誤差を緩和することができる。具体的な例では、２つの式を用いて距離Ｌまで計算する際に計測距離の中間点に生じる変曲点を、２つの式を用いて距離２Ｌまで計算した値の直線性が高い範囲と平均値をとることにより、変曲点による誤差を緩和することが可能になる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

ＴＯＦカメラ５００、発光部５０１、発光制御部５０２、受光部５０３、距離計算部５０４、距離演算データ保管部５０５、距離演算データ合成部５０６、画像処理部５０７、外部処理装置５０８、電源部５０９

Claims (15)

1. 発光タイミングに従って光パルスを照射する発光部と、
   露光タイミングに従って露光信号を取得する受光部と、
   前記露光信号に基づいて被測定物までの距離を計算する距離計算部と、
   距離演算データ合成部と、を備え、
   前記距離計算部は、
   第１のパルス幅を持つ第１の光パルスを照射して、得られる前記露光信号に対して複数種の計算を適用して距離を計算する第１の計算と、
   前記第１のパルス幅より大きな第２のパルス幅を持つ第２の光パルスを照射して、得られる前記露光信号を用いて距離を計算する第２の計算と、を実行し、
   前記距離演算データ合成部は、前記第１の計算の結果および前記第２の計算の結果を用いて被測定物までの距離を算出する、
   距離計測装置。
2. 前記第１の計算は、前記被測定物までの距離に応じて前記複数種の計算を切り替えて計算するものであり、
   前記前記距離演算データ合成部は、前記第１の計算の結果の前記複数種の計算の切り替えによる変曲点を、前記第２の計算の結果を用いて補正する、
   請求項１記載の距離計測装置。
3. 前記距離演算データ合成部は、前記第１の計算の結果および前記第２の計算の結果の平均値を用いて被測定物までの距離を算出する、
   請求項２記載の距離計測装置。
4. 前記第１の計算は、前記第１の光パルスと同じ第１のパルス幅を持ち、前記第１の光パルスに対して異なる遅延時間を持つ３つの露光パルスにより得られる前記露光信号に対して、複数種の計算を適用して距離を計算する、
   請求項２記載の距離計測装置。
5. 前記第１の計算は、前記第１のパルス幅をＴ、光速をＣ、計算される距離をＬとし、前記３つの露光パルスの遅延時間をそれぞれ０、Ｔ、２Ｔとし、前記３つの露光パルスにより得られる前記露光信号をそれぞれＡ０、Ａ１、Ａ２としたとき、
   Ａ０＞Ａ２のとき、
   Ｌ＝｛（Ｃ×Ｔ）／２｝×｛（Ａ１－Ａ２）／（Ａ０＋Ａ１－２×Ａ２）｝
   Ａ０≦Ａ２のとき、
   Ｌ＝｛（Ｃ×Ｔ）／２｝×｛（Ａ２－Ａ０）／（Ａ１＋Ａ２－２×Ａ０）｝＋｛（Ｃ×Ｔ）／２｝
   である、
   請求項４記載の距離計測装置。
6. 前記第２のパルス幅は２Ｔである、
   請求項５記載の距離計測装置。
7. 前記第２の計算は、前記第２の光パルスと同じ第２のパルス幅を持ち、前記第２の光パルスに対して異なる遅延時間を持つ３つの第２の露光パルスにより得られる前記露光信号に対して、複数種の計算を適用して距離を計算するものであって、
   計算される距離をＬ２とし、前記３つの第２の露光パルスの遅延時間をそれぞれ０、２Ｔ、４Ｔとし、前記３つの第２の露光パルスにより得られる前記露光信号をそれぞれＡ２０、Ａ２１、Ａ２２としたとき、前記第２の計算は、
   Ａ２０＞Ａ２２のとき、
   Ｌ２＝｛（Ｃ×２Ｔ）／２｝×｛（Ａ２１－Ａ２２）／（Ａ２０＋Ａ２１－２×Ａ２２）｝
   Ａ２０≦Ａ２２のとき、
   Ｌ２＝｛（Ｃ×２Ｔ）／２｝×｛（Ａ２２－Ａ２０）／（Ａ２１＋Ａ２２－２×Ａ２０）｝＋｛（Ｃ×２Ｔ）／２｝
   である、
   請求項６記載の距離計測装置。
8. 前記第２の光パルスと前記３つの第２の露光パルスを複数組用い、これらにより得られる露光信号を用いた前記第２の計算を複数回繰り返し、複数の前記第２の計算の結果を前記距離演算データ合成部で用いる、
   請求項７記載の距離計測装置。
9. 前記第１のパルス幅より小さな第３のパルス幅を持つ第３の光パルスを照射して、得られる前記露光信号を用いて距離を計算する第３の計算を実行し、
   前記距離演算データ合成部は、前記第１の計算の結果、前記第２の計算の結果、および前記第３の計算の結果を用いて被測定物までの距離を算出する、
   請求項１記載の距離計測装置。
10. 前記第３のパルス幅はＴ／２である、
    請求項９記載の距離計測装置。
11. 第１のパルス幅を持つ第１の光パルスを被測定物に照射する第１のステップ、
    前記第１のパルス幅を持ちタイミングの異なる第１の露光パルスを複数用いて、前記第１の光パルスに起因する第１の露光信号を複数得る第２のステップ、
    複数の前記第１の露光信号の大小関係に基づいて、前記第１の露光信号を用いた計算方式を切り替えて、前記被測定物までの距離を計算する第３のステップ、
    前記第１のパルス幅より大きい第２のパルス幅を持つ第２の光パルスを被測定物に照射する第４のステップ、
    前記第２の光パルスに起因する第２の露光信号を得る第５のステップ、
    前記第２の露光信号に基づいて、前記被測定物までの距離を計算する第６のステップ、
    前記第３のステップの計算結果と前記第６のステップの計算結果に基づいて、最終的な前記被測定物までの距離を算出する第７のステップ、
    を実行する距離計測方法。
12. 前記第２のパルス幅は、前記第１のパルス幅の２倍である、
    請求項１１記載の距離計測方法。
13. 前記第４のステップから前記第６のステップを複数回繰り返し、前記第６のステップの計算結果を複数得る、
    請求項１１記載の距離計測方法。
14. 前記第１のパルス幅より小さい第３のパルス幅を持つ第３の光パルスを被測定物に照射する第８のステップ、
    前記第３の光パルスに起因する第３の露光信号を得る第９のステップ、
    前記第３の露光信号に基づいて、前記被測定物までの距離を計算する第１０のステップ、を実行し、
    前記第７のステップは、前記第３のステップの計算結果と前記第６のステップの計算結果と、前記第１０のステップの計算結果に基づいて、最終的な前記被測定物までの距離を算出する、
    請求項１１記載の距離計測方法。
15. 前記第７のステップは、前記第３のステップにおける前記第１の露光信号を用いた計算方式の切り替えによる計算結果の非直線性を、前記第６のステップの計算結果を用いて緩和する、
    請求項１１記載の距離計測方法。

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