JP2024005071A - 測距装置、測距システム、および測距方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示では、位相差に基づき測距値を生成する装置の大型化を抑制可能な受光装置、制御方法、および測距システムを提供する。
【解決手段】本開示によれば、光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距センサと、測距センサで受光されたパターン光の位置に基づき、物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成部と、パターン光が照射されてから反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成部と、位相差と、第１測距値に基づく位相差の繰り返し周期と、に応じて物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成部と、を備える測距装置が提供される。
【選択図】図８

Description

本開示は、測距装置、測距システム、および測距方法に関する。

測距モジュールにおける測距方法としては、例えばＩｎｄｉｒｅｃｔ ＴｏＦ（Ｉｎｄｉｒｅｃｔ Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式が一般に知られている。このＩｎｄｉｒｅｃｔ ＴｏＦ方式では、物体に向かってパターン光が照射されてから反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成し、この位相差に基づき測距値を生成する。

特許６７２７５３９号公報 国際公開２０２１／０８５１２８号

位相差の繰り返し周期が生じるため、測距値は１周期内に制限される恐れがある。このため、Ｉｎｄｉｒｅｃｔ ＴｏＦ方式とは異なる光学系による測距値を用いて繰り返し周期を求める技術が知られている。ところが、異なる光学系を備えるため測距装置が大型化してしまう。

そこで、本開示では、位相差に基づき測距値を生成する装置の大型化を抑制可能な受光装置、制御方法、および測距システムを提供する。

上記の課題を解決するために、本開示によれば、
光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距センサと、
測距センサで受光された前記パターン光の位置に基づき、前記物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成部と、
前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成部と、
前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成部と、
を備える測距装置が提供される。

前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理部を、更に備えてもよい。

前記パターン光は、所定の周期で前記物体に照射されており、
前記測距センサは、前記所定の周期で、且つ複数の異なる位相で電荷の蓄積を行ってもよい。

前記複数の異なる位相で蓄積された電荷に基づく、複数の検出信号の少なくともいずれかに基づき２次元の第１画像を生成する第１画像生成部を更に備え、
前記第１距離生成部は、前記第１画像生成部の生成した第１画像を用いて、第１測距値を生成してもよい。

前記第１距離生成部は、前記パターン光の明部の位置を検出し、検出した前記明部の位置に基づき、三角測量の原理により前記第１測距値を生成してもよい。

前記複数の異なる位相は、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度の４種類であり、
前記第１画像生成部は、位相０度、および、位相１８０度の検出信号の組合わせ、又は、位相９０度、および、位相２７０度の検出信号の組合わせ、に基づき、前記第１画像を生成してもよい。

前記第１画像生成部は、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度のいずれかに基づき、前記第１画像を生成してもよい。

前記第１測距値に基づき、前記位相の繰り返し周期を判定する周期判定部を、更に備え、
前記第２距離生成部は、前記繰り返し周期に基づき、前記第２測距値を生成してもよい。

前記出力処理部は、前記第１測距値に応じた第１重み値と、前記第２測距値に応じた第２重み値と、を用いて、前記第１測距値と前記第２測距値とを加重平均して第３測距値を生成してもよい。

前記位相差を検出する際の検出信号が飽和状態であるか否かを判定する判定処理部を更に備え、
前記出力処理部は、前記判定処理部の判定に応じて、第３測距値を生成してもよい。

前記第１距離生成部は、前記判定処理部が、飽和状態であると判定する場合に、位相０度、および、位相１８０度の検出信号の組合わせ、又は、位相９０度、および、位相２７０度の検出信号の組合わせ、に基づき生成した前記第１画像を用いて第１測距値を生成してもよい。

前記第１距離生成部は、前記判定処理部が、飽和状態でないと判定する場合に、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度の検出信号に基づき生成した前記第１画像を用いて第１測距値を生成してもよい。

前記第２測距値に基づき、前記パターン光の幾何学的な第２繰り返し周期を判定する第２周期判定部を、更に備えてもよい。

前記第１距離生成部は、前記第２繰り返し周期に基づき、前記第１測距値を生成してもよい。

前記第１距離生成部は、前記飽和状態であると判定する場合に、前記第２繰り返し周期に基づき、前記第１測距値を生成してもよい。

上記の課題を解決するために、本開示によれば、
明部と暗部の２種類の輝度を有するパターン光を照射する光源装置と、
前記パターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距装置と
を備え、
前記測距装置は、
光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距センサと、
測距センサで受光された前記パターン光の位置に基づき、前記物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成部と、
前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成部と、
前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成部と、
を有してもよい。

前記測距装置は、前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理部を、更に備えてもよい。

前記第３測距値に基づき、距離画像を表示する表示装置を更に備えてもよい。

上記の課題を解決するために、本開示によれば、
光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を用いる測距方法であって、
前記反射光に含まれるパターン光の位置に基づき、物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成工程と、
前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成工程と、
前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成工程と、
を備える測距方法が提供される。

前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理工程を、更に備えてもよい。

本技術を適用した測距システムの概略構成例を示している図。 光源装置と測距装置の構成例を示すブロック図。 物体までの距離と測距方式の関係を模式的に示す図。 測距装置のチップ構成例を示す斜視図。 測距センサの構成例を示すブロック図。 画素の構成例を示すブロック図。 発光源の発光パターンと画素での検出信号との関係を示す図。 信号処理部の構成例を示すブロック図。 対象物までの距離と、第１画像、及び第６画像との関係を示す図。 第１距離生成部の第１測距値生成のアルゴリズム例を説明する図。 位相生成部の生成する位相差を示す図。 周波数別の第２測距値の例を示す図。 パルス光の周期１２０ＭＨｚの測距値と、比較対象のパルス光の周期１０ＭＨｚの第２測距値と、を示す図。 測距システム１における制御例を示すフローチャート。 重み付け加算した測距値と、第１測距値を加算していない測距値との測距誤差と距離との関係を示す図。 第２実施形態に係る信号処理部の構成例を示すブロック図。 第１距離生成部におけるパターン光の測距範囲を模式的に示す図。

以下、図面を参照して、測距装置、測距システム、および測距方法の実施形態について説明する。以下では、測距装置、測距システム、および測距方法の主要な構成部分を中心に説明するが測距装置、測距システム、および測距方法には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。

（第１実施形態）
図１は、本技術を適用した測距システムの概略構成例を示している図である。図１に示す測距システム１は、光源装置１１、発光側光学系１２、測距装置２１、受光側光学系２２、および、表示装置５１を有する。光源装置１１は、例えば明部と暗部の２種類の輝度を有するパターン光１５を生成して照射する。パターン光１５は、例えば、図１に示されるような、規則的または不規則な所定の間隔で配置されたドット（丸）形状からなる複数のスポットＳＰを明部とし、その他の領域を暗部とするパターン光とされる。なお、光源装置１１が照射するパターン光１５は、明部をドット形状としたパターンに限定されず、格子パターン等でもよい。光源装置１１から照射されたパターン光１５は、発光側光学系１２を介して被測定物としての所定の物体ＯＢＪに照射される。そして、パターン光１５は、所定の物体ＯＢＪで反射され、受光側光学系２２を介して、測距装置２１に入射される。

測距装置２１は、物体ＯＢＪで反射されて入射されてくるパターン光１５を受光する。測距装置２１は、受光したパターン光１５の光量に応じた検出信号を生成する。そして、測距装置２１は、検出信号に基づいて、所定の物体ＯＢＪまでの距離の測定値である測距値を算出し、出力する。

図２は、光源装置１１と測距装置２１の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、光源装置１１は、発光源３１と、光源駆動部３２とを有する。測距装置２１は、同期制御部４１、測距センサ４２、信号処理部４３、および、記憶部４４を有する。

発光源３１は、例えば、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：垂直共振器面発光レーザ）等の発光素子を平面方向に複数配列した光源アレイで構成される。発光源３１は、光源駆動部３２の制御にしたがい、測距装置２１の同期制御部４１から供給される発光タイミング信号に応じたタイミングで変調しながら発光して、照射光としてのパターン光１５を所定の物体ＯＢＪに照射する。照射光には、例えば、波長が約８５０ｎｍから９４０ｎｍの範囲の赤外光が用いられる。

光源駆動部３２は、例えば、レーザドライバ等で構成され、同期制御部４１から供給される発光タイミング信号に応じて、発光源３１の各発光素子を発光させる。測距装置２１の同期制御部４１は、発光源３１の各発光素子が発光するタイミングを制御する発光タイミング信号を生成し、光源駆動部３２に供給する。また、同期制御部４１は、発光源３１の発光のタイミングに合わせて測距センサ４２を駆動させるために、発光タイミング信号を測距センサ４２にも供給する。発光タイミング信号には、例えば、所定の周波数（例えば、１０ＭＨｚ、２０ＭＨｚ、５０ＭＨｚ、１２０ＭＨｚなど）でオンオフする矩形波の信号（パルス信号）を用いることができる。なお、発光タイミング信号は、周期信号であれば、矩形波に限定されず、例えば、サイン波などでもよい。

測距センサ４２は、複数の画素７１（図３参照）が行列状に２次元配置された画素アレイ部６３（図３参照）により、光源装置１１から照射されたパターン光１５が所定の物体ＯＢＪで反射された反射光を受光する。そして、測距センサ４２は、受光した反射光の受光量に応じた検出信号を、画素アレイ部６３の画素単位で信号処理部４３に供給する。

信号処理部４３は、例えばＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を含んで構成される。信号処理部４３は、記憶部４４に記憶されるプログラムにしたがい、信号処理を行う。すなわち、この信号処理部４３は、測距センサ４２から供給される検出信号に基づいて、測距センサ４２から所定の物体ＯＢＪまでの距離である測距値を生成する。

図３は、物体ＯＢＪまでの距離と測距方式の関係を模式的に示す図である。図３に示すように、本実施形態に係る信号処理部４３は、例えば第１距離の範囲では、主として第１測距方式で測距値を生成し、第１距離の範囲よりも遠方である第２距離の範囲では、主として第２測距方式で測距値を生成する。

第１測距方式は、例えばパターン光における明部のスポットＳＰの測距センサ４２上の位置に基き、第１測距値を生成する。この第１測距方式は、例えば所謂ＳＬ方式を用いることが可能であり、パターン光１５の明部であるスポットＳＰの位置を検出し、検出したスポット光の位置を用いて三角測量の原理により、第１測距値を生成する。また、信号処理部４３は、第１測距方式に用いる画像を物体ＯＢＪまでの距離に応じて使い分けることが可能である。

第２測距方式は、例えばＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式であり、パターン光１５の明部であるスポットＳＰが照射されてから、反射光として受光されるまでの時間を位相差として検出し、位相差に基づいて距離を算出する。より具体的には、本実施形態に係る第２測距方式は、位相差に基づく距離と、第１測距値に基づく繰り返し周期数ｎと、を用いて第２測距値を生成する。

例えば、第１距離の範囲では、検出信号が飽和する場合があり、第２測距方式による測距精度が低下する傾向を示すが、第１測距方式での測距精度は維持される。一方で、第２距離の範囲では、第１測距方式での測距精度は低下傾向を示すが、繰り返し周期数ｎを判別する程度の精度は有する。

記憶部４４は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。この記憶部４４は、検出信号、第１測距値、及び第２測距値などを記憶する。表示装置５１は、例えばモニタである。この表示装置５１は、例えば、二次元の距離画像などを表示可能である。

図４は、測距装置２１のチップ構成例を示す斜視図である。測距装置２１は、図４のＡに示されるように、第１ダイ（基板）９１と、第２ダイ（基板）９２とが積層された１つのチップで構成することができる。第１ダイ９１には、例えば、同期制御部４１と測距センサ４２が構成され、第２ダイ９２には、例えば、信号処理部４３と記憶部４４とが構成される。

なお、測距装置２１は、第１ダイ９１と第２ダイ９２とに加えて、もう１つのロジックダイを積層した３層で構成したり、４層以上のダイ（基板）の積層で構成したりしてもよい。また、測距装置２１は、例えば、図４のＢに示されるように、測距センサ４２としての第１チップ９５と、信号処理部４３としての第２チップ９６とを、中継基板９７上に形成して構成することができる。同期制御部４１は、第１チップ９５または第２チップ９６のいずれかに含んで構成される。

図５は、測距センサ４２の構成例を示すブロック図である。測距センサ４２は、タイミング制御部６１、行走査回路６２、画素アレイ部６３、複数のＡＤ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部６４、列走査回路６５、および、信号処理部６６を備える。画素アレイ部６３には、複数の画素７１が行方向および列方向の行列状に２次元配置されている。ここで、行方向とは、水平方向の画素７１の配列方向であり、列方向とは、垂直方向の画素７１の配列方向である。行方向は、図中、横方向であり、列方向は図中、縦方向である。

タイミング制御部６１は、例えば、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータなどによって構成され、同期制御部４１（図２）から供給される発光タイミング信号に同期して、各種のタイミング信号を生成し、行走査回路６２、ＡＤ変換部６４、および、列走査回路６５に供給する。すなわち、タイミング制御部６１は、行走査回路６２、ＡＤ変換部６４、および、列走査回路６５の駆動タイミングを制御する。

行走査回路６２は、例えば、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部６３の各画素７１を全画素同時または行単位等で駆動する。画素７１は、行走査回路６２の制御に従って反射光を受光し、受光量に応じたレベルの検出信号（画素信号）を出力する。画素７１の詳細については、図７で後述する。

画素アレイ部６３の行列状の画素配列に対して、画素行ごとに画素駆動線７２が水平方向に沿って配線され、画素列ごとに垂直信号線７３が垂直方向に沿って配線されている。画素駆動線７２は、画素７１から検出信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。以後の説明では、画素７１を記号Ｉで示し、その座標を（ｘ、ｙ）で示す場合がある。ｘは、画素Ｉの行方向の位置であり、ｙは列方向の位置である。図５では、画素駆動線７２が１本の配線として示されているが、実際には複数の配線で構成される。同様に、垂直信号線７３も１本の配線として示されているが、実際には複数の配線で構成される。

ＡＤ変換部６４は、列単位に設けられ、タイミング制御部６１から供給されるクロック信号ＣＫに同期して、垂直信号線７３を介して、対応する列の各画素７１から供給される検出信号をＡＤ変換する。ＡＤ変換部６４は、列走査回路６５の制御に従って、ＡＤ変換した検出信号（検出データ）を信号処理部６６に出力する。列走査回路６５は、ＡＤ変換部６４を順に選択して、ＡＤ変換後の検出データを信号処理部６６へ出力させる。

図６は、画素７１の構成例を示すブロック図である。図６に示すように、画素７１は、光電変換素子８１、転送スイッチ８２、電荷蓄積部８３および８４、並びに、選択スイッチ８５および８６を備える。光電変換素子８１は、例えば、フォトダイオードで構成され、反射光を光電変換して電荷を生成する。転送スイッチ８２は、光電変換素子８１が生成した電荷を、転送信号ＳＥＬ＿ＦＤに基づいて、電荷蓄積部８３および８４のいずれかに転送する。この転送スイッチ８２は、例えば、一対のＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタなどで構成される。

電荷蓄積部８３および８４は、例えば、浮遊拡散層で構成され、電荷を蓄積して、その蓄積電荷に応じた電圧を生成する。電荷蓄積部８３および８４に蓄積された電荷は、リセット信号ＲＳＴに基づいてリセットすることができる。選択スイッチ８５は、選択信号ＲＤ＿ＦＤ１に従って、電荷蓄積部８３の出力を選択する。選択スイッチ８６は、選択信号ＲＤ＿ＦＤ２に従って、電荷蓄積部８４の出力を選択する。すなわち、選択信号ＲＤ＿ＦＤ１またはＲＤ＿ＦＤ２により、選択スイッチ８５または８６がオンされると、オンされた電荷蓄積部８３または８４の蓄積電荷に応じた電圧の信号が、検出信号として、垂直信号線７３を介して、ＡＤ変換部６４へ出力される。選択スイッチ８５および８６それぞれは、例えば、ＭＯＳトランジスタなどで構成される。

転送信号ＳＥＬ＿ＦＤ、リセット信号ＲＳＴ、並びに、選択信号ＲＤ＿ＦＤ１およびＲＤ＿ＦＤ２を伝送する配線が、図４の画素駆動線７２に相当する。電荷蓄積部８３および８４を、それぞれ、第１タップおよび第２タップと呼ぶこととすると、ＴｏＦ方式では、画素７１は、光電変換素子８１で生成された電荷を、第１タップおよび第２タップに交互に電荷を蓄積させることにより、例えば、位相０度と位相１８０度のように、位相が反転した２つの受光タイミングの検出信号を１フレームで取得することができる。次のフレームでは、位相９０度と位相２７０度の２つの受光タイミングの検出信号が取得できる。

図７は、発光源３１の発光パターンと画素７１での検出信号との関係を示す図である。上から発光源３１の発光パターン、画素７１に発光パターンが受光されるタイミングである受光パターン、位相０度、位相９０度、位相１８０度、位相２７０度、の検出信号を示す。各信号の縦軸はハイレベルとロウレベルを示し、横軸は時間を示す。発光パターンのハイレベルでは、パターン光１５（図１参照）が照射される時間を示し、受光パターンのハイレベルは、パターン光１５が反射して戻ってくる時間を示す。すなわち、本実施形態では、周波数ｆ（変調周波数）で高速にオンオフを繰り返すパルス光が採用される。パルス光の１周期Ｔは１／ｆとなる。画素７１では、発光源３１から測距センサ４２に到達するまでの時間Δｔに応じて、反射光（受光パターン）の位相がずれて検出される。

位相０度の検出信号におけるハイレベルは、画素７１の受光タイミングを示す。すなわち、光源装置１１の発光源３１が出射するパルス光の位相、すなわち発光パターンと同じ位相とするタイミングである。

同様に、位相９０度の検出信号のハイレベルは、光源装置１１の発光源３１が出射するパルス光（発光パターン）から９０度遅れた位相とするタイミングである。同様に、位相１８０度の検出信号のハイレベルは、光源装置１１の発光源３１が出射するパルス光（発光パターン）から１８０度遅れた位相とするタイミングである。同様に、位相２７０度の検出信号のハイレベルは、光源装置１１の発光源３１が出射するパルス光（発光パターン）から２７０度遅れた位相とするタイミングである。

受光タイミングを、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度としたときに蓄積された電荷に対応する計測信号を、それぞれ、Ｑ０、Ｑ９０、Ｑ１８０、および、Ｑ２７０とする。これらの電荷に対応する信号はＡＤ変換され、画素Ｉ（ｘ、ｙ）毎に計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）として、記憶部４４に記憶される。

ここで、図８を用いて、信号処理部４３の詳細を説明する。図８は、信号処理部４３の構成例を示すブロック図である。図８に示すように、信号処理部４３は、画像生成部４３０と、パターン検出部４３２と、判定部４３４と、第１距離生成部４３６と、位相生成部４３7と、周期判定部４３８と、第２距離生成部４４０と、出力処理部４４２とを備える。

画像生成部４３０は、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）の少なくともいずれかを用いて、２次元画像を生成する。より具体的には、画像生成部４３０は、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）を加算して、第１画像Ｇａの画素値Ga（ｘ、ｙ）を生成する。また、画像生成部４３０は、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）のそれぞれを用いて、第２画像Ｇ０の画素値Ｇ０（ｘ、ｙ）と、第３画像Ｇ９０の画素値Ｇ９０（ｘ、ｙ）と、第４画像Ｇ１８０の画素値Ｇ１８０（ｘ、ｙ）と、第５画像Ｇ２７０の画素値Ｇ２７０（ｘ、ｙ）と、を生成する。更に、画像生成部４３０は、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）とＱ１８０（ｘ、ｙ）を加算した第５画像Ｇｂの画素値Ｇｂ（ｘ、ｙ）を生成し、計測信号Ｑ９０（ｘ、ｙ）とＱ２７０（ｘ、ｙ）を加算した第６画像Ｇｃの画素値Ｇｃ（ｘ、ｙ）を生成する。

図９は、対象物ＯＢＪまでの距離と、第１画像Ｇａ、及び第６画像Ｇｃとの関係を示す図である。白色が、高輝度の領域を示す、上が第１画像Ｇａを示し、下が第６画像Ｇｃを示す。例えば、対象物ＯＢＪまでの距離が、１０、１５、２５、５０センチメートルの例を示す。図９に示すように、第１画像Ｇａの画素値Ｇａ（ｘ、ｙ）は、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）を加算するので、ＳＮ比がより良い画像が生成される。一方で、例えば２５センチ程度の近距離では、画素が飽和し、明部のスポットＳＰの領域を個別に判別できなくなる恐れがある。これに対し、図９に示すように、第６画像Ｇｃでは、１５センチぐらいまで、明部のスポットＳＰの領域を個別に判別可能である。

また、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）の各信号値の大きさは異なる。このため、パターン光における明部のスポットＳＰの領域のコントラストは異なる。これにより、第２画像Ｇ０、第３画像Ｇ９０、第４画像Ｇ１８０、第５画像Ｇ２７０のいずれかは、例えば、対象物ＯＢＪまでの距離が１５センチ程度でもさらに、明部のスポットＳＰの領域を明瞭に判別可能となる。

パターン検出部４３２は、画像生成部４３０が生成した２次元画像から例えばパターン光における明部のスポットＳＰの領域を検出する。パターン検出部４３２は、例えば２次元画像に対して２値化処理を施し、その後でラベリング処理を行う。そして、パターン検出部４３２は、ラベリング処理した領域の情報と、ラベリング処理された各領域の重心位置に対応する各座標を記憶部４４に記憶する。

判定部４３４は、パターン検出部４３２が第１画像Ｇａに対してラベリング処理した領域の情報から、二次元画像の飽和している領域があるか否かを判定する。例えば、ラベリング処理された各領域の大きさが、所定の範囲を超えていると判定する場合に、飽和と判定する。これにより画素Ｉ（ｘ、ｙ）毎の判定結果を記憶部４４に記憶する。例えば、判定部４３４は、飽和していない領域の画素Ｉ（ｘ、ｙ）には、０を関連付け、飽和している領域の画素Ｉ（ｘ、ｙ）には、１を関連付けて記憶させる。

第１距離生成部４３６は、上述の第１測距方式により画素Ｉ（ｘ、ｙ）毎の第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を生成する。この第１距離生成部４３６は、判定部４３４の判定結果に応じて、第１測距値の生成に用いる画像を異ならせることが可能である。例えば、第１距離生成部４３６は、判定部４３４が、飽和していないと判定する領域に対しては、第１画像Ｇａを用いて、第１測距値を生成する。この場合は、例えば、６０センチ以上の遠方に物体ＯＢＪがあり、より高ＳＮの信号を用いることにより、測定精度が向上する。一方で、第１距離生成部４３６は、判定部４３４が、飽和していると判定する領域に対しては、第５画像Ｇｂ又は第６画像Ｇｃを用いて、第１測距値を生成する。この場合には、第１画像Ｇａよりも飽和が抑制された第５画像Ｇｂ又は第６画像Ｇを用いることにより、より近距離の物体ＯＢＪへの測定精度を向上させることが可能となる。

また、第１距離生成部４３６は、第２画像Ｇ０、第３画像Ｇ９０）、第４画像Ｇ１８０、第５画像Ｇ２７０のいずれかの中の画像を選択して、第１測距値を生成してもよい。この場合第１距離生成部４３６は、判定部４３４によりラベリング処理された各領域の大きさが最も小さな画像を選択する。この場合には、第５画像Ｇｂ又は第６画像Ｇｃよりも飽和が更に抑制された、第２画像Ｇ０、第３画像Ｇ９０、第４画像Ｇ１８０、第５画像Ｇ２７０）のいずれかを用いることにより、近距離の物体ＯＢＪへの測定精度を更に向上させることが可能となる。

図１０は、第１距離生成部４３６の第１測距値生成のアルゴリズム例を説明する図である。図１０に示すように、第１距離生成部４３６にＳＬ方式を用いる場合の例である。ＳＬ方式は、パターン光を投影する光源装置１１と、そのパターン光を受光する測距センサ４２とを用いて、投影パターン内のある位置とそれに対応する受光センサの位置との対を探すことにより、三角測量を適用して測距する。

光源装置１１は、図１に示したように所定の間隔で配置された複数のスポットＳＰを物体ＯＢＪへ照射するが、１つのスポットＳＰ（以下、注目スポットＳＰと称する。）に注目し、注目スポットＳＰが、測距センサ４２の受光領域の所定の位置Ｐ２で検出されたとする。パターン検出部４３２は、この位置Ｐ２の各重心座標を記憶部４４に記憶している。

このとき、注目スポットＳＰを発した光源装置１１の投影パターン内の位置Ｐ１は、光源装置１１において既知である。また、光源装置１１の光源主点（投影中心）と、測距センサ４２のセンサ主点（受光中心）との間のベースライン距離ＢＬを含む光源装置１１と測距センサ４２の位置関係も既知である。したがって、第１距離生成部４３６は、位置Ｐ１と、位置Ｐ２と、ベースライン距離ＢＬとを用いて、三角測量の原理により、測距装置２１から物体ＯＢＪまでの距離に相当する第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を算出することができる。

このように、第１距離生成部４３６は、測距センサ４２が、パターン光１５の複数のスポットＳＰを受光したとき、受光した各スポットＳＰが、光源装置１１が発した複数のスポットＳＰのどのスポットＳＰと対応するかが分かれば、複数のスポットＳＰそれぞれについて、画素Ｉ（ｘ，ｙ）毎に測距装置２１から物体ＯＢＪまでの第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を算出することが可能となる。

そこで、測距システム１の光源装置１１が発光するパターン光１５は、測距センサ４２が、受光領域の所定の位置で所定のスポットＳＰを受光したとき、それを発した発光源３１のスポットＳＰ（の位置）を特定できるように、複数のスポットＳＰが配置されたパターンとされている。

具体的には、測距センサ４２で反射光として受光されるスポットＳＰの位置は、物体ＯＢＪまでの距離に応じて受光領域内で所定の軌跡で移動するが、各スポットＳＰの軌跡が他のスポットＳＰの軌跡とオーバーラップしなければ、測距センサ４２が受光したスポットＳＰの位置に基づいて、それを発した発光源３１のスポットＳＰ（の位置）を同定することができる。換言すると、パターン光１５は、測距センサ４２で検出されるスポットＳＰの位置が他のスポットＳＰとオーバーラップしない十分に疎な間隔で複数のスポットＳＰが配置されたドットパターンとされている。

ここで、図７を参照にしつつ、位相生成部４３7、周期判定部４３８、及び第２距離生成部４４０について説明する。最初に、ＴｏＦ方式による測距の方法を説明する。

測距装置２１から物体ＯＢＪまでの距離に相当する第２測距値Ｄ２（ｘ，ｙ）［ｍｍ］は、以下の式（１）で計算することができる。
式（１）のΔｔ（ｘ、ｙ）は、発光源３１から出射されたパターン光１５が物体ＯＢＪで反射されて測距センサ４２の各画素（ｘ、ｙ）に入射するまでの時間であり、ｃは、光速を表す。（ｘ、ｙ）は、画素７１の座標である。

発光源３１から照射されるパターン光１５には、図７に示されるような、所定の周波数ｆ（変調周波数）で高速にオンオフを繰り返すパルス光が採用される。パルス光の１周期Ｔは１／ｆとなる。測距センサ４２では、発光源３１から測距センサ４２に到達するまでの時間Δｔ（ｘ、ｙ）に応じて、反射光（受光パターン）の位相がずれて検出される。この発光パターンと受光パターンとの位相のずれ量（位相差）をφ（ｘ、ｙ）とすると、時間Δｔ（ｘ、ｙ）は、下記の式（２）で算出することができる。

したがって、測距センサ４２から物体ＯＢＪまでの測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）は、式（１）と式（２）とから、下記の式（３）で算出することができる。

図１１は、位相生成部４３7の生成する位相差φを示す図である。図１１に示すように、位相生成部４３7は、画素I（ｘ、ｙ）における位相差φ（ｘ、ｙ）を、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）を用いて、下記の式（４）で算出する。

式（４）で算出された位相差φ（ｘ、ｙ）を上記の式（３）に入力することにより、測距システム１から物体ＯＢＪまでの第２測距値Ｄ２a（ｘ、ｙ）を算出することができる。

図１２は、周波数別の第２測距値の例を示す図である。縦軸は計測距離であり、第２測距値に対応する。周波数１０ＭＨｚのパルス信号を発光に用いた場合の第２測距値Ｌ１０と、周波数１２０ＭＨｚのパルス信号を発光に用いた場合の第２測距値Ｌ１２０と、を示す。

第２測距値は、高周波数になるにしたがい高精度となることが知られている。一方で、第２測距値Ｌ１２０に示すように、高周波になると所謂エイリアスが発生する。例えば、周波数１２０ＭＨｚのパルス信号を発光に用いた場合の第２測距値は、０から１．２５メートである。このため、第２測距値Ｌ１２０は、０から１．２５メートの測距値を繰り返す。この場合の第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）は、例えば繰り返し周期ｎ＝０の時には、０から１．２５メートであり、繰り返し周期ｎ＝１の時には、１．２５から２．５メートであり、繰り返し周期ｎ＝７の時には、７．５から８．７５メートとなる。

そこで、周期判定部４３８は、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を用いて、繰り返し周期ｎ（ｘ、ｙ）を判定する。すなわち、この周期判定部４３８は、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）をＤ３（ｆ）で除算して床関数ｆｌｏｏｒで整数化する。Ｄ３（ｆ）は、パルス信号の周期ｆで定まる距離である。

第２距離生成部４４０は、第２測距方式により、第２測距値を生成する。すなわち、第２距離生成部４４０は、（６）式に示すように、位相差φ（ｘ、ｙ）に基づく距離測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）と、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）に基づく繰り返し周期数ｎ（ｘ、ｙ）と、を用いて第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）を生成する。

出力処理部４４２は、各画素Ｉ（ｘ、ｙ）に対応する測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）を、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）と第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）とを用いて生成する。より具体的には、記憶部４４に記憶される各画素Ｉ（ｘ、ｙ）の判定部４３４による判定結果を用いて、距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）を生成する。例えば、画素Ｉ（ｘ、ｙ）の判定結果が飽和を示す場合には、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）とし、飽和を示さない場合には、第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）を測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）とする。出力処理部４４２は、測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）を記憶部４４に記憶させるととともに、生成した２次元の距離画像Ｄａｌｌを表示装置５１に表示させてもよい。これにより、操作者は、２次元の距離画像Ｄａｌｌを視覚的に確認することが可能である。

図１３は、パルス光の周期１２０ＭＨｚの測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）と、比較対象のパルス光の周期１０ＭＨｚの第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）と、を示す図である。パルス光の周期１２０ＭＨｚの測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）をラインＬ２０で示し、パルス光の周期１０ＭＨｚの第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）をラインＬ３０で示す。横軸は物体ＯＢＪまでの距離を示し、縦軸は測距ノイズを示す。測距ノイズは、測定距離の分散である。

図１３に示すように、第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）だけでは、計測信号が飽和するため、例えば第１距離範囲（図３参照）に対応する６０センチメートル未満の測定は困難となる。一方で、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）は２次元画像を用いるため、計測信号が飽和している場合にも、スポットＳＰの位置の検出が可能となる。このため、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）をも用いる本実施形態に係る測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）では、１５センチメートルぐらいまで、測距が可能となる。

また、従来であれば、パルス光の周期１２０ＭＨｚの測距値は、１．２５メートルであるが、本実施形態に係る測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）では、繰り返し周期数ｎ（ｘ、ｙ）の情報を用いることにより、９メートルぐらいまで、測距が可能となる。上述のように、パルス光の周期がより高周になるにしたがい第２測距値がより高精度に測定される。このため、本実施形態に係る測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）は、比較対象であるパルス光の周期１０ＭＨｚの第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）よりも測距ノイズが、５メートルで９１パーセント低減し、７メートルで８１パーセント低減する。

このように、本実施系形態に係る測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）は、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を用いることが可能となる。このため、通常であれば、検出信号が飽和して、Ｔｏｆ法により第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）をえることが困難な第１距離範囲（図３参照）に対応する測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）を得ることが可能となる。

更に、パルス光の周期１２０ＭＨｚで測距する場合に、第２距離範囲（図３参照）に対応する１．２５メートル以上の範囲において、所謂エイリアスが発生する場合にも、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を用いて、周期数ｎ（ｘ、ｙ）を生成し、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）よりも測定精度のより高い第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）を生成することが可能となるまた、同一の測距センサ４２を用いるので、測定系が複数になることを抑制でき、装置の大型化を抑制できる。

以上が本実施形態に係る測距システム１の構成の説明であるが、以下に制御例を説明する。図１４は、測距システム１における制御例を示すフローチャートである。まず、測距装置２１の測距センサ４２は、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）を生成する（ステップＳ１０）。

次に、画像生成部４３０は、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）を加算した第１画像Ｇａと、信号ＳＱ９０（ｘ、ｙ）とＱ２７０（ｘ、ｙ）を加算した第６画像Ｇｃとを生成する（ステップＳ１２）。

次に、判定部４３４は、パターン検出部４３２が第１画像Ｇａに対してラベリング処理した領域の情報から、第１画像Ｇａの飽和している領域と飽和していない領域とを判定する（ステップＳ１４）。飽和していないと判定する領域がある場合（ステップＳ１４のＮｏ）、第１距離生成部４３６は、飽和していない領域に対して、第１画像Ｇａを用いて、画素Ｉ（ｘ、ｙ）毎の第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を生成する（ステップＳ１６）。判定部４３４は、飽和していないと判定する領域の画素Ｉ（ｘ、ｙ）毎に例えば１を関連付けて、記憶部４４に記憶する。

次に、周期判定部４３８は、飽和していないと判定する領域に対して、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を用いて、繰り返し周期ｎ（ｘ、ｙ）を判定する（ステップＳ１８）。そして、第２距離生成部４４０は、飽和していないと判定する領域に対して、位相生成部４３7の生成する位相差φ（ｘ、ｙ）に基づく距離測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）と、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）に基づく繰り返し周期数ｎ（ｘ、ｙ）と、を用いて第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）を生成する（ステップＳ２０）。

一方で、判定部４３４が、第１画像Ｇａ（ｘ、ｙ）に飽和している領域があると判定する場合（ステップＳ１４のＹｅｓ）、第１距離生成部４３６は、飽和している領域に対して、第６画像Ｇｃを用いて、画素Ｉ（ｘ、ｙ）毎の第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を生成する（ステップＳ２２）。判定部４３４は、飽和していると判定する領域の画素Ｉ（ｘ、ｙ）毎に例えば０を関連付けて、記憶部４４に記憶する。

次に、出力処理部４４２は、記憶部４４に記憶される各画素Ｉ（ｘ、ｙ）の判定部４３４による判定結果を用いて、画素Ｉ（ｘ、ｙ）の判定結果が飽和を示す場合には、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）とし、飽和を示さない場合には、第１測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）を測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）として、２次元の距離画像Ｄａｌｌを生成する（ステップＳ２４）。そして、出力処理部４４２は、２次元の距離画像Ｄａｌｌを記憶部４４に記憶させるととともに、表示装置５１に表示させる（ステップＳ２６）。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１距離生成部４３６が、測距センサ４２で受光されたパターン光の位置に基づき、物体ＯＢＪまでの距離である第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を生成し、第２距離生成部４４０は、位相生成部４３7の生成する位相差φ（ｘ、ｙ）に基づく距離測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）と、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）に基づく繰り返し周期数ｎ（ｘ、ｙ）と、を用いて第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）を生成することとした。これにより、位相差φ（ｘ、ｙ）にエイリアスが生じる場合にも、第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）をより高精度に生成可能となる。この場合、単一の測距センサ４２で第１距離生成部４３６及び第２距離生成部４４０の計測に用いる信号を生成するので、測距装置２１をより小型化することが可能である。

（第１実施形態の変形例１）
第１実施形態の変形例１に係る測距システム１は、出力処理部４４２が、周期判定部４３８が飽和していないと判定する領域に対して、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）と第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）とを重み付け加算して測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）を生成する点で第１実施形態に係る測距システム１と相違する。以下では、第１実施形態に係る測距システム１と相違する点を説明する。

第１実施形態の変形例１に係る出力処理部（７）式に従い、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）と第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）とを重み付け加算して測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）を生成する。ここで、W_{_ToF}（ｘ、ｙ）は、（８）式に示すように、第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）の距離に応じた重み値であり、距離に応じた距離の分散値σ^２ _{_ToF} （ｘ、ｙ）の逆数である。一方で、W_{_ＳＬ}（ｘ、ｙ）は、（９）式に示すように、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）の距離に応じた重み値であり、距離に応じた距離の分散値σ^２ _{_ＳＬ}（ｘ、ｙ）の逆数である。

図１５は、重み付け加算した測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）と、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を加算していない測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）との測距誤差と距離との関係を示す図である。ラインＬ４０は、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を加算していない測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）であり、ラインＬ５０は、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を重み付け加算した測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）である。重み付け加算した測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）では、例えば０．９メートルから２メートルの範囲で、測距誤差が改善される。これは、例えば０．９メートルから２メートルの範囲では、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）の測距精度と、第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）の測定精度が同等であので、加算処理により測定精度が改善されると考えられている。一方で、例えば２メートルを超える範囲では、分散値σ^２ _{_ＳＬ}（ｘ、ｙ）が増加して、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）の重み値W_{_ＳＬ}（ｘ、ｙ）が低下するので、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）の影響が低減される。このため、ラインＬ４０とラインＬ５０とは同等の値を示す。

以上説明したように、距離に応じた距離の分散値σ^２ _＿ＴｏＦ（ｘ、ｙ）、σ^２ _＿ＳＬ（ｘ、ｙ）の逆数で第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）と第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）とを加算することにより、測定精度をより向上させることが可能となる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る測距システム１は、第１距離生成部４３６が、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を生成する際に、パターン光１５の繰り返し周期の情報を用いることが可能である点で第１実施形態の変形例１に係る測距システム１と相違する。以下では、第１実施形態の変形例１に係る測距システム１と相違する点を説明する。

図１６は、第２実施形態に係る信号処理部４３の構成例を示すブロック図である。図１６に示すように第２周期判定部４４４を更に備える。

図１７は、第１距離生成部４３６におけるパターン光１５の測距範囲を模式的に示す図である。例えば、第１距離生成部４３６は、測距センサ４２の受光面上の領域Ａ２０の各スポット光の位置に応じて１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を生成する。この場合、パターン光１５が均一なパターンで構成される場合がある。この場合、物体ＯＢＪが近かずくに従い、例えば領域Ａ１０のパターンが領域Ａ２０に入ってくる。一方で、測距センサ４２の周辺部では、第２距離生成部４４０は、測定精度は低下するが、第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）を生成することが可能である。

また、パターン光１５は既知であるので、物体ＯＢＪまでの距離に応じて、領域Ａ１０のパターンが、領域Ａ２０にあったパターンであるかが判定可能となる。そこで、第２周期判定部４４４は、判定部４３４は、飽和していると判定する領域に関しては、測距センサ４２の周辺部の第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）を用いて、パターン光１５の幾何学的な周期を判定する。例えば、第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）が、０．６メートルから０．４メートルの範囲では幾何学的な周期ｍ＝０とし、０．４メートルから０．１５メートルの範囲では幾何学的な周期ｍ＝１とする。

第１距離生成部４３６は、幾何学的な周期ｍ＝０では、パターン検出部４３２が検出した位置を用いて、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を生成する。一方で、第１距離生成部４３６は、幾何学的な周期ｍ＝１では、パターン検出部４３２が検出した位置に所定の距離Ｄ３を加算した位置を用いて、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を生成する。

以上説明したように、第２周期判定部４４４が、判定部４３４は、飽和していると判定する領域に関して、測距センサ４２における周辺部の第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）を用いて、パターン光１５の幾何学的な周期を判定することとした。これにより、パターン光１５が幾何学的に均一な繰り返し周期パターンで構成される場合にも、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）の測定精度が低下すのを抑制できる。

なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。

（１）
光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距センサと、
測距センサで受光された前記パターン光の位置に基づき、前記物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成部と、
前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成部と、
前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成部と、
を備える測距装置。

（２）
前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理部を、更に備える、（１）に記載の測距装置。

（３）
前記パターン光は、所定の周期で前記物体に照射されており、
前記測距センサは、前記所定の周期で、且つ複数の異なる位相で電荷の蓄積を行っている、（２）に記載の測距装置。

（４）
前記複数の異なる位相で蓄積された電荷に基づく、複数の検出信号の少なくともいずれかに基づき２次元の第１画像を生成する第１画像生成部を更に備え、
前記第１距離生成部は、前記第１画像生成部の生成した第１画像を用いて、第１測距値を生成する、（３）に記載の測距装置。

（５）
前記第１距離生成部は、前記パターン光の明部の位置を検出し、検出した前記明部の位置に基づき、三角測量の原理により前記第１測距値を生成する、（４）に記載の測距装置。

（６）
前記複数の異なる位相は、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度の４種類であり、
前記第１画像生成部は、位相０度、および、位相１８０度の検出信号の組合わせ、又は、位相９０度、および、位相２７０度の検出信号の組合わせ、に基づき、前記第１画像を生成する、（５）に記載の測距装置。

（７）
前記第１画像生成部は、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度のいずれかに基づき、前記第１画像を生成する、（６）に記載の測距装置。

（８）
前記第１測距値に基づき、前記位相の繰り返し周期を判定する周期判定部を、更に備え、
前記第２距離生成部は、前記繰り返し周期に基づき、前記第２測距値を生成する、（７）に記載の測距装置。

（９）
前記出力処理部は、前記第１測距値に応じた第１重み値と、前記第２測距値に応じた第２重み値と、を用いて、前記第１測距値と前記第２測距値とを加重平均して第３測距値を生成する、（８）に記載の測距装置。

（１０）
前記位相差を検出する際の検出信号が飽和状態であるか否かを判定する判定処理部を更に備え、
前記出力処理部は、前記判定処理部の判定に応じて、第３測距値を生成する、（９）に記載の測距装置。

（１１）
前記第１距離生成部は、前記判定処理部が、飽和状態であると判定する場合に、位相０度、および、位相１８０度の検出信号の組合わせ、又は、位相９０度、および、位相２７０度の検出信号の組合わせ、に基づき生成した前記第１画像を用いて第１測距値を生成する、（１０）に記載の測距装置。

（１２）
前記第１距離生成部は、前記判定処理部が、飽和状態でないと判定する場合に、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度の検出信号に基づき生成した前記第１画像を用いて第１測距値を生成する、（１１）に記載の測距装置。

（１３）
前記第２測距値に基づき、前記パターン光の幾何学的な第２繰り返し周期を判定する第２周期判定部を、更に備える、（１２）に記載の測距装置。

（１４）
前記第１距離生成部は、前記第２繰り返し周期に基づき、前記第１測距値を生成する、（１３）に記載の測距装置。

（１５）
前記第１距離生成部は、前記飽和状態であると判定する場合に、前記第２繰り返し周期に基づき、前記第１測距値を生成する、（１４）に記載の測距装置。

（１６）
明部と暗部の２種類の輝度を有するパターン光を照射する光源装置と、
前記パターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距装置と
を備え、
前記測距装置は、
光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距センサと、
測距センサで受光された前記パターン光の位置に基づき、前記物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成部と、
前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成部と、
前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成部と、
を有する、測距システム。

（１７）
前記測距装置は、前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理部を、更に備える、（１６）に記載の測距システム。

（１８）
前記第３測距値に基づき、距離画像を表示する表示装置を更に備える、（１７）に記載の測距システム。

（１９）
光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を用いる測距方法であって、
前記反射光に含まれるパターン光の位置に基づき、物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成工程と、
前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成工程と、
前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成工程と、
を備える測距方法。

（２０）
前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理工程を、更に備える、（１９）に記載の測距方法。

本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１：測距システム、１１：光源装置、２１：測距装置、１５：パターン光、４２：測距センサ、４３：信号処理部、５１：表示装置、１６：赤外光パルスレーザ、２０：制御部、２４：表示装置、４３０：像生成部、４３２：パターン検出部、４３４：判定部、４３６：第１距離生成部、４３7：位相生成部、４３８：周期判定部、４４０：第２距離生成部、４４２：出力処理部、４４４：第２周期判定部。

Claims (20)

1. 光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距センサと、
   測距センサで受光された前記パターン光の位置に基づき、前記物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成部と、
   前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成部と、
   前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成部と、
   を備える測距装置。
2. 前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理部を、更に備える、請求項１に記載の測距装置。
3. 前記パターン光は、所定の周期で前記物体に照射されており、
   前記測距センサは、前記所定の周期で、且つ複数の異なる位相で電荷の蓄積を行っている、請求項２に記載の測距装置。
4. 前記複数の異なる位相で蓄積された電荷に基づく、複数の検出信号の少なくともいずれかに基づき２次元の第１画像を生成する第１画像生成部を更に備え、
   前記第１距離生成部は、前記第１画像生成部の生成した第１画像を用いて、第１測距値を生成する、請求項３に記載の測距装置。
5. 前記第１距離生成部は、前記パターン光の明部の位置を検出し、検出した前記明部の位置に基づき、三角測量の原理により前記第１測距値を生成する、請求項４に記載の測距装置。
6. 前記複数の異なる位相は、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度の４種類であり、
   前記第１画像生成部は、位相０度、および、位相１８０度の検出信号の組合わせ、又は、位相９０度、および、位相２７０度の検出信号の組合わせ、に基づき、前記第１画像を生成する、請求項５に記載の測距装置。
7. 前記第１画像生成部は、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度のいずれかに基づき、前記第１画像を生成する、請求項６に記載の測距装置。
8. 前記第１測距値に基づき、前記位相の繰り返し周期を判定する周期判定部を、更に備え、
   前記第２距離生成部は、前記繰り返し周期に基づき、前記第２測距値を生成する、請求項７に記載の測距装置。
9. 前記出力処理部は、前記第１測距値に応じた第１重み値と、前記第２測距値に応じた第２重み値と、を用いて、前記第１測距値と前記第２測距値とを加重平均して前記第３測距値を生成する、請求項８に記載の測距装置。
10. 前記位相差を検出する際の検出信号が飽和状態であるか否かを判定する判定処理部を更に備え、
    前記出力処理部は、前記判定処理部の判定に応じて、前記第３測距値を生成する、請求項９に記載の測距装置。
11. 前記第１距離生成部は、前記判定処理部が、飽和状態であると判定する場合に、位相０度、および、位相１８０度の検出信号の組合わせ、又は、位相９０度、および、位相２７０度の検出信号の組合わせ、に基づき生成した前記第１画像を用いて第１測距値を生成する、請求項１０に記載の測距装置。
12. 前記第１距離生成部は、前記判定処理部が、飽和状態でないと判定する場合に、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度の検出信号に基づき生成した前記第１画像を用いて第１測距値を生成する、請求項１１に記載の測距装置。
13. 前記第２測距値に基づき、前記パターン光の幾何学的な第２繰り返し周期を判定する第２周期判定部を、更に備える、請求項１２に記載の測距装置。
14. 前記第１距離生成部は、前記第２繰り返し周期に基づき、前記第１測距値を生成する、請求項１３に記載の測距装置。
15. 前記第１距離生成部は、前記飽和状態であると判定する場合に、前記第２繰り返し周期に基づき、前記第１測距値を生成する、請求項１４に記載の測距装置。
16. 明部と暗部の２種類の輝度を有するパターン光を照射する光源装置と、
    前記パターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距装置と
    を備え、
    前記測距装置は、
    光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距センサと、
    測距センサで受光された前記パターン光の位置に基づき、前記物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成部と、
    前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成部と、
    前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成部と、
    を有する、測距システム。
17. 前記測距装置は、前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理部を、更に備える、請求項１６に記載の測距システム。
18. 前記第３測距値に基づき、距離画像を表示する表示装置を更に備える、請求項１７に記載の測距システム。
19. 光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を用いる測距方法であって、
    前記反射光に含まれるパターン光の位置に基づき、物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成工程と、
    前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成工程と、
    前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成工程と、
    を備える測距方法。
20. 前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理工程を、更に備える、請求項１９に記載の測距方法。