JP4200328B2

JP4200328B2 - 空間情報検出システム

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Publication number: JP4200328B2
Application number: JP2005120200A
Authority: JP
Inventors: 史和栗原; 裕司高田; 裕介橋本; 扶美常定
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2025-04-18
Also published as: TW200706901A; TWI292830B; US7718938B2; EP1873555A4; US20090072170A1; EP1873555A1; WO2006112431A1; JP2006300616A

Description

本発明は、対象空間に光を投光するとともに対象空間からの光を受光し、投光した光に対する受光した光の変化から対象空間に関する空間情報を検出する空間情報検出システムに関するものである。

従来から、強度を変調した光を対象空間に投光し、対象空間からの光を受光するとともに、投光した光と受光した光との変調成分の位相差を求めることによって、対象空間に存在する物体までの距離を空間情報として求める技術が知られており（たとえば、特許文献１参照）、また変調成分の異なる位相において得られた受光光量の差分によって環境光成分を除去した反射光成分を空間情報として求める技術が知られている。ここに、反射光成分は、投受光の変化を表しているから、対象空間内の物体の存否や既知距離に存在する物体の反射率などに対応する。
特表平１０−５０８７３６号公報

ところで、空間情報の検出に用いるこの種の検出装置は、発光源から対象空間に対して強度を変調した光を投光しているから、複数台の検出装置が共通の対象空間に関する空間情報を検出しようとして各検出装置から対象空間に投光した光が混合されると、どの検出装置から対象空間に投光された光かを区別することができなくなる。つまり、各検出装置では自身が投光した光を分離して検出することができなくなるから、各検出装置において空間情報を検出することができなくなるという問題を生じる。

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、複数台の検出装置が対象空間を共通にしている場合であっても、各検出装置においてそれぞれ対象空間の空間情報を検出することができるようにした空間情報検出システムを提供することにある。

請求項１の発明は、所定の変調周期で強度が変調された光を対象空間に投光する発光源と、対象空間からの光を受光し受光光量に応じた電荷を生成する感光部を有した光検出素子と、発光源から投光した光と光検出素子で受光した光との間の変化から対象空間の空間情報を検出する評価部とを備える検出装置を複数台用いた空間情報検出システムであって、発光源の投光タイミングを制御することにより対象空間に光を投光する投光期間と対象空間に光を投光しない休止期間とをそれぞれ設けるタイミング制御部を備え、タイミング制御部は、各検出装置の発光源の投光期間に重複する期間が生じないように発光源の投光タイミングを制御し、かつ各検出装置の投光期間がそれぞれ複数回ずつ含まれる単位期間を設定し、検出装置のうちのいずれかについては単位期間当たりの投光期間の回数をあらかじめ他の検出装置よりも少なく設定し、当該検出装置において減らした投光期間に相当する余剰の時間を利用して前記他の検出装置の投光期間を延長することを特徴とする。

この構成によれば、各検出装置の発光源の投光期間を互いに異ならせるタイミング制御部を設けたことにより、各検出装置から対象空間に投光した光が混合されることがなく、対象空間の空間情報を各検出装置で独立して検出することが可能になる。とくに、複数回の投光期間を含む期間を単位期間とし、単位期間の中で受光光量が規定の光量範囲を満たすようになった検出装置については、当該単位期間での投光を中止することで投光回数を削減し、当該検出装置の投光期間を削減したことにより生じた余剰の時間を他の検出装置の投光期間に付加することにより、他の検出装置の受光光量を増加させることができる。したがって、単位期間は一定に保ちながらも各検出装置での受光強度の相違の影響を低減し、各検出装置を光検出素子が飽和しない光量範囲で動作させることが可能になる。
請求項２の発明は、所定の変調周期で強度が変調された光を対象空間に投光する発光源と、対象空間からの光を受光し受光光量に応じた電荷を生成する感光部を有した光検出素子と、発光源から投光した光と光検出素子で受光した光との間の変化から対象空間の空間情報を検出する評価部とを備える検出装置を複数台用いた空間情報検出システムであって、発光源の投光タイミングを制御することにより対象空間に光を投光する投光期間と対象空間に光を投光しない休止期間とをそれぞれ設けるタイミング制御部を備え、タイミング制御部は、各検出装置の発光源の投光期間に重複する期間が生じないように発光源の投光タイミングを制御し、かつ各検出装置の投光期間がそれぞれ規定の複数回ずつ含まれる単位期間を設定し、検出装置のうち単位期間における投光期間が規定の回数に達する前に受光光量が規定の光量範囲に達した検出装置については以後の投光期間を削減するとともに、当該検出装置において削減した投光期間に相当する余剰の時間を利用して受光光量が前記光量範囲に達していない他の検出装置の投光期間を延長することを特徴とする。
この構成によれば、各検出装置の発光源の投光期間を互いに異ならせるタイミング制御部を設けたことにより、各検出装置から対象空間に投光した光が混合されることがなく、対象空間の空間情報を各検出装置で独立して検出することが可能になる。さらに、単位期間は一定に保ちながらも各検出装置での受光強度の相違の影響を低減し、各検出装置を光検出素子が飽和しない光量範囲で動作させることが可能になる。しかも、受光光量に応じて投光期間の回数が環境条件に応じて動的に変化するから、環境条件に応じた適正な受光光量を得ることができる。

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、前記光検出素子は、前記感光部で光を受光し電荷を生成する受光期間と感光部で生成された電荷を取り出す読出期間とを有するように前記タイミング制御部により制御され、前記タイミング制御部は、読出期間を前記休止期間の範囲内に設定していることを特徴とする。

この構成によれば、光検出素子としてＣＣＤイメージセンサのように特定の期間の電荷を蓄積するために受光期間においてスイッチングを繰り返す構成のものを採用する場合には、受光期間と読出期間とが独立していないとスイッチングにより発生する電気的なノイズが読出期間に読み出している電荷に混入する可能性があるが、読出期間を休止期間の範囲内に設定したことにより、受光期間と読出期間とが独立分離し、読出中の電荷にスイッチングに伴うノイズが混入するのを防止できる。

請求項４の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明において、前記タイミング制御部は、前記検出装置ごとに設けられており、前記発光源の投光期間の終了時点でシンクロ信号を出力するとともに、他の検出装置からのシンクロ信号を受け取った後に発光源の投光期間を開始させることを特徴とする。

この構成によれば、各検出装置の間でシンクロ信号を順に転送するだけで、各検出装置の投光期間をずらすことができる。すなわち、検出装置の間でシンクロ信号を転送する経路を形成するだけの簡単な構成で、各検出装置の投光期間の重複を防止することができる。

請求項５の発明では、請求項３の発明において、前記タイミング制御部は、前記検出装置ごとに設けられており、前記発光源の投光期間の終了時点でシンクロ信号を出力するとともに、他の検出装置からのシンクロ信号を受け取ると前記読出期間の終了を待って発光源の投光期間を開始させることを特徴とする。

この構成によれば、各検出装置において光検出素子での電荷の読出期間を確保することができるから、読出期間の途中で投光期間が開始されることがなく、電荷の読出中に次の投光期間が開始されるのを防止することができる。

請求項６の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明において、前記タイミング制御部は、前記光検出素子での受光強度を条件として投光期間の長さを設定し、前記検出装置のうち当該受光強度が小さい検出装置ほど投光期間を長く設定することを特徴とする。

この構成によれば、検出装置ごとに投光期間の長さを設定しているから、すべての検出装置の投光期間と休止期間とが１回ずつ含まれる１周期の時間を比較的短くしながらも、検出可能な受光強度の範囲を広くとることができる。たとえば、対象空間に存在する物体の反射率が変化しなければ、物体からの反射光の受光強度は遠方ほど小さくなるから、遠方の物体ほど投光期間を長くして光検出素子での受光光量を確保することができる。あるいはまた、対象空間において等距離の位置に反射率の異なる物体が存在する場合には、反射率が小さいほど受光強度が小さくなるから、反射率の小さい物体ほど投光期間を長くすることで受光光量を確保することができる。すなわち、受光強度に応じて投光期間を調節することにより、システム全体としてのダイナミックレンジを広くすることができる。

請求項７の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明において、前記タイミング制御部は、各検出装置にそれぞれ長さの異なる複数の投光期間を設定し、前記評価部は、各長さの投光期間に対応する光検出素子の受光光量のうち許容された受光光量を越えない範囲で最大になる受光光量を選択し、当該受光光量を用いて対象空間の空間情報を検出することを特徴とする。

この構成によれば、光検出素子に許容された範囲内で可及的に大きい受光光量を用いて所望の空間情報を検出するから、空間情報の検出精度の向上につながる。また、投光期間の長さを変えて発光源の光量（光の強度の時間積）を増減させることにより受光光量を変化させるから、各検出装置のダイナミックレンジが広くなる。

本発明の構成によれば、各検出装置の発光源の投光期間を互いに異ならせるタイミング制御部を設けたことにより、各検出装置から対象空間に投光した光が混合されず、検出装置が互いに干渉することなく独立して対象空間の空間情報を検出することができるという利点を有する。また、単位期間は一定に保ちながらも各検出装置での受光強度の相違の影響を低減し、各検出装置を光検出素子が飽和しない光量範囲で動作させることが可能になる。

以下に説明する実施形態では、検出装置として対象空間に存在する物体までの距離を計測する測距装置を例示する。また、以下に説明する測距装置は、対象空間の画像を撮像することにより対象空間の場所ごとの距離を各画素に対応付けた距離画像を生成する。なお、空間情報には、対象空間に存在する物体の反射率のように環境光成分を除去することにより得られる情報も含まれる。

（測距装置の基本構成）
検出装置である測距装置の基本構成について説明する。測距装置は、図３に示すように、対象空間に光を投光する発光源２を備えるとともに、対象空間からの光を受光し受光光量を反映した出力が得られる光検出素子１を備える。対象空間に存在する物体Ｏｂまでの距離は、発光源２から対象空間に光が投光されてから物体Ｏｂでの反射光が光検出素子１に入射するまでの時間（「飛行時間」と呼ぶ）によって求める。ただし、飛行時間は非常に短いから、対象空間に投光する光の強度が一定周期で周期的に変化するように変調した強度変調光を発光源２から対象空間に投光し、光の強度の変調成分について投受光の位相差を求め、この位相差を飛行時間に換算する技術を用いている。

すなわち、図４に示すように、発光源２から空間に放射する光の強度が曲線イのように正弦波形になるように変調されており、光検出素子１で受光した受光光量が曲線ロのように変化するとすれば、位相差ψは飛行時間に相当するから、位相差ψを求めることにより物体Ｏｂまでの距離を求めることができる。つまり、位相差ψの単位を［ｒａｄ］、物体Ｏｂまでの距離をＬ［ｍ］、光速をｃ［ｍ／ｓ］、強度変調光の角周波数をω［ｒａｄ／ｓ］とすれば、Ｌ＝ψ・ｃ／２ωになる。

位相差ψは、曲線イの複数のタイミングで求めた曲線ロの受光光量を用いて計算することができる。たとえば、曲線イにおける位相が０〜９０度、９０〜１８０度、１８０〜２７０度、２７０〜３６０度のタイミングで求めた曲線ロの受光光量をそれぞれＡ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３とする（受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３を斜線部で示している）。つまり、各位相における受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３は、それぞれ９０度ずつの期間Ｔｗの積分値になる。ここに、受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３を求める間に、位相差ψが変化せず（つまり、物体Ｏｂまでの距離が変化せず）、かつ物体Ｏｂの反射率にも変化がないものとする。また、発光源２から放射する光の強度を正弦波で変調し、時刻ｔにおいて光検出素子１で受光される光の強度がＡ・ｓｉｎ（ωｔ＋δ）＋Ｂで表されるものとする。ただし、Ａは振幅、Ｂは直流成分（環境光成分と反射光成分との平均値）、ωは強度変調光の角周波数（ω＝２πｆ；ｆは変調周波数）、δは初期位相である。これらの条件から、位相差ψを、たとえば次式で表すことができる。
ψ＝ｔａｎ^−１（Ａ２−Ａ０）／（Ａ１−Ａ３）
上式は積分する区間の取り方（たとえば、上述の例では１区間の位相幅が９０度であるが、１８０度などにしてもよい）によって符号が変化したり位相が９０度異なったりするが、いずれにしても、位相差ψは４区間の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３を用いて求めることができる。

対象空間に投光する光の強度を比較的高い変調周波数の変調信号で変調する必要があるから、発光源２としては、応答速度の速い光源を用いる。たとえば多数個の発光ダイオードを一平面上に配列したものや半導体レーザと発散レンズとを組み合わせたものなどを発光源２に用いる。発光源２を駆動する変調信号はタイミング制御部３から出力され、発光源２から放射される光の強度が変調信号により変調される。タイミング制御部３では、たとえば１０ＭＨｚの正弦波を変調信号として出力する。なお、変調信号の波形は、正弦波のほかに、三角波、鋸歯状波などでもよい。

光検出素子１は、規則的に配列された複数個の感光部１１を備える。また、感光部１１への光の入射経路には受光光学系５が配置される。感光部１１は光検出素子１において対象空間からの光が受光光学系５を通して入射する部位であって、感光部１１において受光光量に応じた量の電荷を生成する。また、感光部１１は、平面格子の格子点上に配置され、たとえば垂直方向（つまり、縦方向）と水平方向（つまり、横方向）とにそれぞれ等間隔で複数個ずつ並べたマトリクス状に配列される。

受光光学系５は、光検出素子１から対象空間を見るときの視線方向と各感光部１１とを対応付ける。すなわち、受光光学系５を通して各感光部１１に光が入射する範囲を、受光光学系５の中心を頂点とし各感光部１１ごとに設定された頂角の小さい円錐状の視野とみなすことができる。したがって、発光源２から放射され対象空間に存在する物体Ｏｂで反射された反射光が感光部１１に入射すれば、反射光を受光した感光部１１の位置により、受光光学系５の光軸を基準方向として物体Ｏｂの存在する方向を知ることができる。

受光光学系５は一般に感光部１１を配列した平面に光軸を直交させるように配置されるから、受光光学系５の中心を原点とし、感光部１１を配列した平面の垂直方向と水平方向と受光光学系５の光軸とを３軸の方向とする直交座標系を設定すれば、対象空間に存在する物体Ｏｂの位置を球座標で表したときの角度（いわゆる方位角と仰角）が各感光部１１に対応する。なお、受光光学系５は、感光部１１を配列した平面に対して光軸が９０度以外の角度で交差するように配置することも可能である。

上述のように、物体Ｏｂまでの距離を求めるために、発光源２から対象空間に投光される光の強度変化に同期する４区間の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３を求めている。したがって、目的の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３を得るためのタイミングの制御が必要である。また、発光源２から対象空間に投光される光の強度変化の１周期において感光部１１で発生する電荷の量は少ないから、複数周期に亘って電荷を集積することが望ましい。そこで、図３のように各感光部１１で発生した電荷をそれぞれ集積する複数個の電荷集積部１３を設けるとともに、感光部１１で生成した電荷を電荷集積部１３に集積するタイミングを制御する感度制御部１２を設けている。このタイミングはタイミング制御部３が制御する。

光検出素子１は、図５に示すように、複数個（たとえば、１００×１００個）の感光部１１をマトリクス状に配列したものであって１枚の半導体基板上に形成される。感光部１１のうち垂直方向の各列では一体に連続する半導体層を共用するとともに半導体層を垂直方向への電荷（本例では、電子を用いる）の転送経路として用い、さらに各列の半導体層の一端から電荷を受け取って水平方向に電荷を転送するＣＣＤである水平転送部Ｔｈを半導体基板に設けた構成を有する。すなわち、半導体層が感光部１１と電荷の転送経路とに兼用されている。

この光検出素子１は、フレーム・トランスファー（ＦＴ）方式のＣＣＤイメージセンサと同様に、感光部１１を配列した撮像領域Ｄａに隣接して遮光された蓄積領域Ｄｂを備え、撮像領域Ｄａから蓄積領域Ｄｂに転送された電荷を水平転送部Ｔｈを通して外部に取り出す構成になっている。撮像領域Ｄａから蓄積領域Ｄｂへの電荷の転送は垂直ブランキング期間に一気に行い、水平転送部Ｔｈでは１水平期間に１水平ライン分の電荷を転送する。図３に示した電荷取出部１４は、半導体層における垂直方向への電荷の転送経路としての機能とともに水平転送部Ｔｈを含む機能を表している。ただし、電荷集積部１３は蓄積領域Ｄｂを意味するのではなく、撮像領域Ｄａにおいて電荷を集積する機能を表している。言い換えると、蓄積領域Ｄｂは電荷取出部１４に含まれる。

ところで、感度制御部１２は、上述した受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３にそれぞれ対応する４区間において感度を高めるようにタイミング制御部３で制御され、受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に相当する電荷を電荷集積部１３に集積する。ここで、ＦＴ方式のＣＣＤイメージセンサに類似した構成を採用しているから、電荷を集積するタイミングを制御する方法は限られているが、ここでは各感光部１１ごとに電荷を廃棄することができる廃棄電極を設けることにより感度制御部１２の機能を持たせている。すなわち、所望の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する区間を除いては電荷を廃棄するように廃棄電極への印加電圧を制御することで、所望の区間のみの電荷を撮像領域Ｄａで集積し、集積した電荷を蓄積領域Ｄｂに転送するようにしてある。廃棄電極への電圧の印加は受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する区間に合わせることが必要であるから、光検出素子１への廃棄電圧のオンオフにより光検出素子１はスイッチングを繰り返す。

ただし、発光源２から対象空間に投光され物体Ｏｂで反射された後に光検出素子１の感光部１１に入射する光の強度は小さいから、上述した各区間の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に相当する電荷を強度変調光の変調周期の１周期内で電荷集積部１３に集積したとしても各受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に十分な大きさの差が得られず、距離の測定精度が低くなる。したがって、実際には各区間に相当して生成される電荷を強度変調光の複数周期（たとえば、１万周期）にわたって電荷集積部１３に集積した後に、電荷取出部１４を通して光検出素子１から取り出している。電荷取出部１４を通して電荷を取り出すタイミングはタイミング制御部３が制御する。

以下では、電荷集積部１３に電荷を集積している期間（つまり、感光部１１において目的の区間の電荷を生成している期間）を受光期間と呼び、電荷集積部１３に集積された電荷を電荷取出部１４により取り出す期間を読出期間と呼ぶ。

ところで、上述した構成例において、隣接する感光部１１を４個ずつ一組にして用いると、一組に含まれる４個の感光部１１で上述した４区間の区間別の電荷を電荷集積部１３に集積することが可能である。つまり、一組にした４個の感光部１１に対応する感度制御部１２を、それぞれ受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応した各期間に対応付けて制御すれば、４個の電荷集積部１３にはそれぞれ受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応した電荷が集積されることになる。このような動作とすれば、受光期間と読出期間とを１回ずつ設けるだけで４区間の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３を取り出すことができ、比較的短い時間内の情報を用いて物体Ｏｂの距離を求めることができる。ただし、４個の感光部１１が対象空間の一つの方向に対応するから、１個の感光部１１を対象空間の一つの方向に対応付ける場合に比較すると、分解能は４分の１に低下する。また、異なる位置の感光部１１を対象空間の一方向に対応付けているから、各感光部１１が異なる物体Ｏｂからの反射光を受光する可能性が高くなり、距離に関して誤測定を生じやすくなる。

一方、１つの感光部１１を対象空間の一方向に対応付けるようにすれば、分解能が高くなるから静止している物体Ｏｂに対する距離の誤測定を低減できるが、受光期間と読出期間とが４回ずつ必要になるから、相対的に移動する物体Ｏｂについては距離の誤測定が生じやすくなる。そこで、本例では、２個の感光部１１を一組に用い、受光期間と読出期間とを２回ずつ用いて４区間の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に相当する電荷を取り出す方法を採用している。つまり、２回の受光期間のうちの１回目は受光光量Ａ０、Ａ２に相当する電荷を取り出し、２回目は受光光量Ａ１、Ａ３に相当する電荷を取り出すようにしている。

上述した光検出素子１から出力される受光出力は評価部としての距離演算部４に与えられ、距離演算部４では上述の４区間の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に相当する電荷に相当する受光出力を受け取り、上述した位相差ψを求める数式に当て嵌めるか、あるいは当該数式に相当するテーブルに当て嵌めることによって位相差ψを求め、さらに位相差ψから物体Ｏｂまでの距離を求める。距離演算部４は対象空間の複数方向について距離を求めるから、対象空間についての三次元情報を得ることができるのであって、画素値に距離値を対応付けた距離画像を生成することができる。

（参考例１）
本例では、図１に示すように、上述した構成の測距装置を検出装置１０ａ〜１０ｃとし、３台の検出装置１０ａ〜１０ｃにより空間情報検出システムを構成する場合を想定する。つまり、各検出装置１０ａ〜１０ｃは、それぞれ発光源２と光検出素子１と距離演算部４とを備える。また、各検出装置１０ａ〜１０ｃは、上述したように発光源２に変調信号を与えて強度変調光を対象空間に投光させるタイミング制御部３を備える。タイミング制御部３は発光源２を制御する機能を有しているから、本例では、タイミング制御部３に、発光源２から対象空間に光を投光する投光期間と、発光源２による対象空間への光の投光を休止する休止期間とを設定する機能を付加している。つまり、各検出装置１０ａ〜１０ｃでは強度変調光を対象空間に対して間欠的に投光する。

各検出装置１０ａ〜１０ｃに設けたタイミング制御部３は互いに連携する。本例では、検出装置１０ａ〜１０ｃのうちの１台が自発的に投光するマスタになり、他の検出装置１０はマスタからのシンクロ信号を受けて従動的に投光するスレーブとなる例を示す。図示例では、検出装置１０ａがマスタになり、検出装置１０ｂ、１０ｃがスレーブになる。したがって、マスタの検出装置１０ａはシンクロ信号を送り出す機能を有し、スレーブの検出装置１０ｂ、１０ｃはシンクロ信号を受け取る機能を有する。また、スレーブの検出装置１０ｂ、１０ｃのうちで末端以外のスレーブの検出装置１０ｂはシンクロ信号を受け取るだけではなく、シンクロ信号を送出する機能も有する。末端の検出装置１０ｃはシンクロ信号を受け取るだけであるから終端させることが望ましい。各検出装置１０ａ〜１０ｃの間でのシンクロ信号の受け渡しのために、検出装置１０ａ〜１０ｃの間は信号線Ｌｓを介して接続される。ただし、必ずしも有線伝送路を用いる必要はなく、無線伝送路を用いてもよい。

まず、タイミング制御部３により投光期間と休止期間とを設ける基本的な動作を説明する。本例に用いる各検出装置１０ａ〜１０ｃは構成と動作とが同じものであって、検出装置１０ａ〜１０ｃに設けたタイミング制御部３は、それぞれマスタとスレーブとの設定を行うモード切換部３ａを備える。いま、３台の各検出装置１０ａ〜１０ｃのうち検出装置１０ａのモード切換部３ａにおいてマスタが選択されているものとする。マスタの検出装置１０ａでは、図２（ａ）に示すように、一定の投光周期Ｔ１で所定期間ずつの投光期間Ｔ１１を自動的に繰り返す。つまり、マスタの検出装置１０ａは自走動作し、投光周期Ｔ１ごとに投光期間Ｔ１１において発光源２から対象空間に光を投光する。

投光周期Ｔ１のうち投光期間Ｔ１１を除く期間は、発光源２から対象空間に光を投光しない休止期間Ｔ１２であって、本例では、休止期間Ｔ１２の中で光検出素子１から距離演算部４に電荷を取り出す読出期間を設けている。光検出素子１から距離演算部４に電荷を取り出す読出期間は、一般的なＣＣＤイメージセンサと同様に１画面分の電荷を読み出すのに必要な期間であり、電荷集積部１３の個数と電荷取出部１４を駆動するクロック信号の周期とによって決定される。つまり、読出期間は投光期間Ｔ１１には関係がなく、休止期間Ｔ１２は光検出素子１における読出期間よりも長く設定してあればよい。このように、読出期間が休止期間Ｔ１２に含まれるように設定しているから、変調信号に同期した特定区間の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する電荷を蓄積するために、受光期間において光検出素子１の感度制御部１２のスイッチングを繰り返しても、スイッチングによるノイズが読出中の電荷に混入するのを防止することができる。ただし、本例では、休止期間Ｔ１２を読出期間にほぼ一致させている。また、本例を含め以下に説明する構成例では、読出期間を休止期間Ｔ１２の範囲内に設けるが、投光期間Ｔ１１の一部に読出期間が重複する構成を採用することも可能である。

マスタの検出装置１０ａでは投光期間Ｔ１１が終了すると、スレーブの検出装置１０ｂに対するシンクロ信号を発生する。つまり、検出装置１０ａの投光期間Ｔ１１が終了すると、シンクロ信号を受けて検出装置１０ｂの投光期間Ｔ２１が開始される。ここに、検出装置１０ａの投光期間Ｔ１１が終了してから検出装置１０ｂの投光期間Ｔ２１が開始されるまでには遅れ時間Ｔｄが生じる。さらに、検出装置１０ｂの投光期間Ｔ２１が終了すると、検出装置１０ｃに対してシンクロ信号が出力され、検出装置１０ｃの投光期間Ｔ３１が開始される。投光期間Ｔ２１の終了から投光期間Ｔ３１の開始までの間にも遅れ時間Ｔｄが生じる。上述したように、各検出装置１０ａ〜１０ｃは構成および動作が同じであるから、検出装置１０ｂ、１０ｃの投光周期Ｔ２、Ｔ３は検出装置１０ａの投光周期Ｔ１に等しくＴ１＝Ｔ２＝Ｔ３であり、投光期間に関してはＴ１１＝Ｔ２１＝Ｔ３１、さらに検出装置１０ｂ、１０ｃの休止期間をそれぞれＴ２２、Ｔ３２とすれば、Ｔ１２＝Ｔ２２＝Ｔ３２である。また、以下の関係が成立する。
Ｔ１＝Ｔ１１＋Ｔ１２
Ｔ２＝Ｔ２１＋Ｔ２２
Ｔ３＝Ｔ３１＋Ｔ３２
Ｔ１２≧Ｔ２１＋Ｔ３１＋２Ｔｄ
Ｔ２２≧Ｔ３１＋Ｔ１１＋２Ｔｄ
Ｔ３２≧Ｔ１１＋Ｔ２１＋２Ｔｄ
上述の関係が成立することにより、マスタの検出装置１０ａが自走動作している休止期間Ｔ１２の間に、スレーブの検出装置１０ｂ、１０ｃの投光期間Ｔ２１、Ｔ３１が終了する。この動作により、マスタの検出装置１０ａの投光周期Ｔ１の間にすべての検出装置１０ａ〜１０ｃから互いに光を重複させることなく対象空間に投光することができる。つまり、各検出装置１０ａ〜１０ｃは独立して距離を計測することになる。その結果、各検出装置１０ａ〜１０ｃからの光の混合による誤測定を防止することができる。

上述の例では、３台の検出装置１０ａ〜１０ｃを用いているが、マスタになる検出装置１０ａの休止期間Ｔ１２が、他の検出装置の投光期間を加算した時間（実際には台数分の遅れ時間Ｔｄも加算した時間）よりも長くなるという関係を満たしていれば、４台以上の検出装置を用いることが可能である。

なお、各検出装置１０ａ〜１０ｃの休止期間は読出期間よりも長いが、休止期間を読出期間にほぼ一致させているから、一つの検出装置１０ａ〜１０ｃの読出期間中に他の検出装置１０ａ〜１０ｃが投光することになる。これに対して、各検出装置においてそれぞれ投光期間および読出期間が終了した後に、他の検出装置における投光期間を設けるようにしてもよい。

さらに、上述した構成例では、末端になるスレーブの検出装置１０ｃではシンクロ信号を受け取る機能しか用いていないが、末端になるスレーブの検出装置１０ｃからのシンクロ信号を送り出し、そのシンクロ信号をマスタの検出装置１０ａに受け取らせるようにする構成を採用してもよい。つまり、マスタの検出装置１０ａが、スレーブの検出装置１０ｂに対して投光期間のタイミングを指示するだけではなく、末端になるスレーブの検出装置１０ｃからのシンクロ信号を受けるようにする。この構成を採用すれば、マスタの検出装置１０ａでは、スレーブのすべての検出装置１０ｂ、１０ｃにおいて投光期間が終了したことを検出することができ、次の投光期間のタイミングを適正に設定することが可能になる。つまり、各検出装置１０ａ〜１０ｃにおける投光期間の重複を確実に防止することができる。

（参考例２）
参考例１では各検出装置１０ａ〜１０ｃにそれぞれ設けたタイミング制御部３が互いに連携する構成を例示したが、本例では、図６に示すように、検出装置１０ａ〜１０ｃとは別に設けたコントローラ６からタイミング制御部３に指示を与え、すべての検出装置１０ａ〜１０ｃの投光期間と休止期間とをコントローラ６からの指示により集中的に制御する例を示す。つまり、コントローラ６は各検出装置１０ａ〜１０ｃの投光期間と休止期間とをまとめて制御しており、各検出装置１０ａ〜１０ｃの投光期間が重複しないようにするために各検出装置１０ａ〜１０ｃが互いに連携することを必要としない。この構成では、１つのコントローラ６で複数台の検出装置１０ａ〜１０ｃの動作タイミングを制御するから、コントローラ６に接続できる検出装置１０ａ〜１０ｃの台数の範囲内であれば、投光期間と休止期間とを自由にかつ容易に設定することができる。他の構成および動作は参考例１と同様である。

（実施形態１）
参考例１では、各検出装置１０ａ〜１０ｃの構成および動作が同じである場合を示したが、各検出装置１０の投光期間を異なる長さに設定してもよい。すなわち、参考例１では検出装置１０ａ〜１０ｃの投光期間Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１を等しく設定し、かつ休止期間Ｔ１２、Ｔ２２、Ｔ３２を等しく設定していたが、本実施形態では、図７に示すように、Ｔ１１＞Ｔ２１＞Ｔ３１、Ｔ１２＜Ｔ２２＜Ｔ３２の関係としている。ただし、Ｔ１１＋Ｔ１２＝Ｔ２１＋Ｔ２２＝Ｔ３１＋Ｔ３２であって、投光周期Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は等しくしてある。さらに、参考例１と同様に以下の関係も成立する。
Ｔ１２≧Ｔ２１＋Ｔ３１＋２Ｔｄ
Ｔ２２≧Ｔ３１＋Ｔ１１＋２Ｔｄ
Ｔ３２≧Ｔ１１＋Ｔ２１＋２Ｔｄ
ところで、発光源２から対象空間に投光する光の強度が同じであって物体Ｏｂの反射率が一定であれば、光検出素子１において受光する物体Ｏｂからの反射光は、物体Ｏｂまでの距離が遠距離であるほど受光強度が小さくなる。したがって、光検出素子１での受光光量（受光強度の時間積）を確保しようとすれば、物体Ｏｂまでの距離が遠距離であるほど受光時間を長くすることが望ましい。一方、受光時間を長くすれば近距離の物体Ｏｂからの反射光の強度が大きくなり、光検出素子１が飽和しやすくなるから、物体Ｏｂまでの距離が近距離であるほど受光時間を短くすることが望ましい。

そこで、本実施形態では、各検出装置１０ごとに距離の測定範囲を異ならせ、検出装置１０ａを遠距離用、検出装置１０ｂを中距離用、検出装置１０ｃを近距離用として用いるために、検出装置１０ａの投光期間Ｔ１１を最長にし、遠方に存在する物体Ｏｂからの反射光量を確保している。さらに、図示例では検出装置１０ａ〜１０ｃの投光周期Ｔ１の２周期分を単位期間Ｐ１としている。すなわち、図８に示すように、各検出装置１０ａ〜１０ｃの距離演算部４に、光検出素子１からの受光出力を投光周期Ｔ１の２周期分にわたって保持する保持部４１を設けてあり、演算部４３において単位期間Ｐ１における投光期間Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１に対応した受光光量の積算値を用いて距離を演算するように構成してある。図７から明らかなように、投光周期Ｔ１の２周期の期間には、各検出装置１０ａ〜１０ｃの投光期間Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１が２回ずつ含まれる（必ずしも読出期間は含まれない）。また、本実施形態では、投光期間Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１の１回毎に受光光量を規定の光量範囲と比較し、受光光量が光量範囲内であるか否かを判断する判断部４２を距離演算部４に設けている。

判断部４２では単位期間Ｐ１の前半の１回の投光期間Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１における受光光量が光量範囲よりも小さいと判断したときには、保持部４１において２回の投光期間Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１に対応する受光光量を加算した結果を距離の演算に用いる。一方、単位期間Ｐ１内における前半の１回の投光期間Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１の受光光量が光量範囲内であると判断部４２が判断したときには、単位期間Ｐ１内における後半の１回の投光期間Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１を削除するようにタイミング制御部３に指示を与える。なお、単位期間Ｐ１の前半の１回の投光期間Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１における受光光量が光量範囲よりも大きいと判断したときには、単位期間Ｐ１の後半の１回の投光期間Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１を通常よりも短縮することにより受光光量が光量範囲に収まるようにするか、または当該単位期間Ｐ１における距離の測定を無効にするように構成を採用してもよい。

さらに、近距離用または中距離用の検出装置１０ｂ、１０ｃにおいて、単位期間Ｐ１内の２回ずつの投光期間Ｔ２１、Ｔ３１のうちの後半の１回を削除したときには、当該投光期間Ｔ２１、Ｔ３１の遠方側の測定範囲を有する検出装置１０ａ、１０ｂの投光期間Ｔ１１、Ｔ２１を、省略した投光期間Ｔ２１、Ｔ３１により生じた余剰の時間を利用して延長するようにタイミング制御部３から検出装置１０ａ、１０ｂに対して指示を与える。図示例は、近距離用の検出装置１０ｃの前半の投光期間Ｔ１１において受光光量が光量範囲である場合を示しており、近距離用の検出装置１０ｃの後半の投光期間Ｔ３１を省略し、中距離用の検出装置１０ｂにおける後半の投光期間Ｔ２１を投光期間Ｔ３１の削減により生じた余剰の時間を利用して延長している。

同様にして、中距離用の検出装置１０ｂの前半の投光期間Ｔ２１において受光光量が光量範囲である場合には、中距離用の検出装置１０ｂにおける後半の投光期間Ｔ２１を省略し、遠距離用の検出装置１０ａにおける後半の投光期間Ｔ１１を投光期間Ｔ２１の省略により生じた余剰の時間を利用して延長する。なお、投光期間Ｔ１１、Ｔ２１を延長しようとする検出装置１０ａ、１０ｂにおいて受光光量が光量範囲内であるときには、投光期間Ｔ１１、Ｔ２１の延長は行わない。さらに、近距離用と中距離用との検出装置１０ｂ、１０ｃの前半の１回の投光期間Ｔ２１、Ｔ３１で受光光量がともに光量範囲を満たし、かつ遠距離用の検出装置１０ａの前半の１回の投光期間Ｔ１１で受光光量が光量範囲を満たしていないときには、遠距離用の検出装置１０ａにおける後半の投光期間Ｔ１１を投光期間Ｔ２１、Ｔ３１の削減により生じた余剰の時間を利用して延長するようにしてもよい。

他の構成および動作は参考例１と同様である。なお、上述した構成例では単位期間Ｐ１において投光期間Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１を２回ずつ設けているが、３回以上の複数回ずつ設けるようにしてもよい。また、投光周期の１周期で２区間ずつの受光光量Ａ０、Ａ２またはＡ１、Ａ３を抽出し、単位期間Ｐ１において４種類の受光光量Ａ０〜Ａ３を得る場合には、近距離用の検出装置１０ｃについても単位期間Ｐ１において２回の投光期間Ｔ３１が必要である。したがって、この場合には単位期間Ｐ１には偶数回の投光期間Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１が必ず含まれるようにする。本実施形態では、物体Ｏｂまでの距離に応じて光検出素子１での受光強度が変化する場合を例示したが、物体Ｏｂの反射率の相違によって受光強度が変化する場合も同様の構成を採用することができる。つまり、ほぼ同じ距離範囲に存在する物体Ｏｂについて反射率の範囲に応じた検出装置１０ａ〜１０ｃを設けるようにしてもよい。

また、上述の例では投光期間の受光光量に応じて単位期間Ｐ１における投光期間の回数を動的に変化させる構成を採用しているが、各検出装置１０ａ〜１０ｃごとに単位期間Ｐ１における投光期間の回数をあらかじめ設定しておき、投光期間の回数を少なくした検出装置１０ａ〜１０ｃでの削減した投光期間に相当する余剰の時間を利用して他の検出装置１０ａ〜１０ｃの投光期間を延長する構成を採用してもよい。要するに、投光期間の回数と長さとをあらかじめ固定的に設定しておいてもよい。

（実施形態２）
上述した構成の検出装置は、投光期間には感光部１１で生成された電荷を電荷集積部１３に集積しているから、感光部１１での受光光量が多くなれば光検出素子１が電荷集積部１３において飽和する可能性がある。そこで、本実施形態では投光期間を長短２種類設け、電荷集積部１３が飽和しない投光期間を選択することによって、距離演算部４で正確な距離を求めることを可能にしている。以下では、長いほうの投光期間を長投光期間と呼び、短いほうの投光期間を短投光期間と呼ぶ。なお、ここでは説明を簡単にするために投光期間を２種類のみ設けているが、長さの異なる３種類以上の投光期間を設定することも可能である。

距離演算部４では投光期間毎に光検出素子１から受光出力が与えられ、長投光期間と短投光期間とでそれぞれ得られた受光出力から選択して距離を求めるから、図９に示すように、距離演算部４には長投光期間の画像信号と短投光期間の受光出力とを一時的に保持するために、２個の保持部４１ａ、４１ｂを設ける。また、両保持部４１ａ、４１ｂに保持された受光出力を評価して一方の保持部４１ａ、４１ｂに保持されている受光出力を選択する選択部４４を設ける。言い換えると、選択部４４は長投光期間と短投光期間との一方の投光期間を選択する。距離演算部４では、選択部４４で選択された受光出力を用いて演算部４３において画素ごとの距離を演算する。

選択部４４では、保持部４１ａに保持された受光出力を規定の飽和閾値と比較し受光出力が飽和閾値を越えていない場合には、長投光期間に対応する保持部４１ａを選択する。また、長投光期間に対応する保持部４１ａに保持された受光出力が飽和閾値を越えている場合には短投光期間に対応する保持部４１ｂを選択する。なお、保持部４１ｂに保持された受光出力も飽和閾値を越えている場合には別処理を行う必要があるが、要旨ではないからここでは説明しない。また、距離演算部４において光検出素子１から入力された画像信号をアナログ−デジタル変換によってデジタルデータに変換する構成を採用する場合には、デジタルデータを記憶するメモリを保持部４１ａ、４１ｂとして設け、選択部４４ではメモリに格納されたデジタルデータを選択する構成を採用してもよい。

本実施形態の特徴である動作は図１０のようになる。まず、タイミング制御部３では光検出素子１における投光期間を長投光期間Ｔ１１ａとして受光光量Ａ０、Ａ２に相当する電荷を電荷集積部１３に集積させ、この電荷を休止期間Ｔ１２ａに読み出して保持部４１ａに保持させる。次に、投光期間を短投光期間Ｔ１１ｂとして受光光量Ａ０、Ａ２に相当する電荷を電荷集積部１３に集積させ、この電荷を休止期間Ｔ１２ｂに読み出して保持部４１ｂに保持させる。このように、長投光期間Ｔ１１ａと短投光期間Ｔ１１ｂと休止期間Ｔ１２ａ、Ｔ１２ｂとの合計を単位期間Ｐ１として受光光量Ａ０、Ａ２に相当する受光出力を各保持部４１ａ、４１ｂにそれぞれ保持させる。

同様にして、次の長投光期間Ｔ１１ａと短投光期間Ｔ１１ｂと休止期間Ｔ１２ａ、Ｔ１２ｂとを１回の単位期間Ｐ１として受光光量Ａ１、Ａ３に相当する電荷を各保持部４１ａ、４１ｂにそれぞれ保持させる。こうして２回の単位期間Ｐ１で各保持部４１ａ、４１ｂには４種類の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する電荷がそれぞれ保持され、演算部４３での距離の演算が可能になる。ここに、長投光期間Ｔ１１ａに対応する受光出力を保持部４１ａに保持させ、短投光期間Ｔ１１ｂに対応する受光出力を保持部４１ｂに保持させる。

距離を求めるのに必要な４区間の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する受光出力について長投光期間Ｔ１１ａと短投光期間Ｔ１１ｂとのすべての受光出力が保持部４１ａ、４１ｂに保持された後、選択部４４では長投光期間Ｔ１１ａに対応する受光出力を保持している保持部４１ａに保持された受光出力のうち受光出力が最大であるものを飽和閾値と比較する。飽和閾値は光検出素子１の飽和を判断するための閾値であり、保持部４１ａに保持された受光出力のうちの最大値（図４に示した例では受光光量Ａ１に対応する受光出力が最大になる）が飽和閾値以下であれば、比較的大きい受光出力を用いて距離を求めることができ距離の測定精度が高くなる。

また、保持部４１ａに保持された４区間の受光出力のうちの１個でも飽和閾値を越えている場合は、保持部４１ｂに保持されている受光出力のうち最大であるものを飽和閾値と比較する。想定している使用環境では保持部４１ｂに保持された受光出力が飽和閾値を越えないように短投光期間Ｔ１１ｂを設定してあり、保持部４１ｂが選択された場合には、ほとんどの場合には距離の演算が可能になる。この場合、保持部４１ａを選択した場合に比較すると距離の測定精度が低下するが、距離を求めることが可能である。ここにおいて、飽和閾値と受光出力との比較は画素毎に行い、保持部４１ａ、４１ｂのいずれかに保持された受光出力を用いて距離の演算が可能な画素については、当該画素の距離を求める。

ところで、参考例１において説明したように、複数台（ここでは２台で説明する）の検出装置１０ａ、１０ｂを用いる場合に、マスタになる検出装置１０ａとスレーブになる検出装置１０ｂとは、マスタになる検出装置１０ａからのシンクロ信号をスレーブになる検出装置１０ｂに送ることにより、検出装置１０ａの長投光期間Ｔ１１ａおよび短投光期間Ｔ１１ｂと、検出装置１０ｂの長投光期間Ｔ２１ａおよび短投光期間Ｔ２１ｂとの重複を防止している。ここに、Ｔ１１ａ＝Ｔ２１ａ、Ｔ１１ｂ＝Ｔ２１ｂであって、Ｔ１１ａ、Ｔ１１ｂ、Ｔ２１ａ、Ｔ２１ｂ＞Ｔ１２（ただし、Ｔ１２＝Ｔ１２ａ＝Ｔ１２ｂ＝Ｔ２２ａ＝Ｔ２２ｂ、遅れ時間は無視している）に設定してある。また、検出装置１０ｂの休止期間Ｔ２２ａ、Ｔ２２ｂは検出装置１０ａの休止期間Ｔ１２ａ，Ｔ１２ｂと等しく設定されている。各検出装置１０ａ、１０ｂにおける読出期間は休止期間Ｔ１２よりも短いが、ここではほぼ一致している場合を想定する。

すなわち、検出装置１０ａの長投光期間Ｔ１１ａの終了後に検出装置１０ｂの長投光期間Ｔ２１ａを開始する場合と、短投光期間Ｔ１１ｂの終了後に検出装置１０ｂの短投光期間Ｔ２１ｂを開始する場合とのいずれにおいても、マスタになる検出装置１０ａの休止期間Ｔ１２ａ，Ｔ１２ｂ内に、スレーブになる検出装置１０ｂの長投光期間Ｔ２１ａまたは短投光期間Ｔ２１ｂが含まれるから、長投光期間Ｔ１１ａ、Ｔ２１ａと短投光期間Ｔ１１ｂ、Ｔ２１ｂとのいずれも重複することがない。

しかしながら、検出装置１０ａの短投光期間Ｔ１１ｂの終了後に検出装置１０ｂの短投光期間Ｔ２１ｂを開始するとすれば、検出装置１０ｂでは長投光期間Ｔ２１ａに対応する休止期間Ｔ２２ａ，Ｔ２２ｂの満了前に短投光期間Ｔ２１ｂが開始されることになり、不都合が生じる。そこで、スレーブになる検出装置１０ｂでは休止期間Ｔ２２ａ，Ｔ２２ｂを管理しており、マスタになる検出装置１０ａからシンクロ信号を受けた後に休止期間Ｔ２２ａ，Ｔ２２ｂが満了するまで待ってから長投光期間Ｔ２１ａまたは短投光期間Ｔ２１ｂを開始するように構成してある。

このような構成を採用することにより、長投光期間Ｔ１１ａ、Ｔ２１ａと短投光期間Ｔ２１ａ、Ｔ２１ｂとのいずれもが重なることを防止しながらも、読出期間（休止期間Ｔ１２ａ、Ｔ１２ｂ、Ｔ２２ａ、Ｔ２２ｂよりも短いがほぼ一致する場合を想定する）を確保することができる。他の構成および動作は他の構成例と同様である。

なお、上述の例では２台の検出装置１０ａ、１０ｂを用いる場合について説明したが、参考例１のように３台以上の検出装置１０ａ〜１０ｃを順に接続して用いる場合であっても、上述の例と同様に、接続順で一つ前になる検出装置１０ａ〜１０ｃからのシンクロ信号を受けたときに、自身の休止期間が終了していることを確認してから投光期間を開始すればよい。ここに、マスタになる検出装置１０ａの休止期間Ｔ１２ａ，Ｔ１２ｂに対して、他の検出装置の投光期間の合計が短ければ検出装置１０ａは自走動作でよい。また、複数台の検出装置をコントローラ６で集中的に制御する場合は、コントローラ６で投光期間の重複がないように管理すればよい。

ところで、受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３には発光源２から放射された光のほか環境光成分が含まれており、環境光成分の変動を無視できる程度の短時間であれば、組になる４区間の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３の平均値（Ａ０＋Ａ１＋Ａ２＋Ａ３）／４は、発光源２から放射され物体Ｏｂで反射された反射光成分の振幅（図４のＡ）と環境光成分（図４のＢ−Ａ）との合計に相当する（すなわち、図４のＢ）。したがって、距離演算部４において、組になる４区間の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３に対応する電荷の平均の電荷量を適宜に設定した飽和閾値と比較すれば、光検出素子１が飽和しているか否かを判断することが可能になる。この判断結果に基づいて長投光期間Ｔ１１ａ，Ｔ２１ａと短投光期間Ｔ１１ｂ、Ｔ２１ｂとのどちらの電荷量を採用するかを決定してもよい。

また、平均値を用いる代わりに４区間の受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３のうちの最大値と飽和閾値とを比較する構成を採用してもよい。ただし、環境光成分が多い環境では受光した光に含まれる反射光成分の割合が少ないにもかかわらず最大値や平均値は飽和閾値を越えることがある。このような場合には測距の精度が低くなる可能性がある。そこで、光検出素子１に飽和が生じない程度の受光期間で集積した電荷を光検出素子１から受光出力として取り出し、複数回分の受光出力を用いて距離を求めるのが望ましい。ここで、反射光成分の多寡は、光検出素子１で受光した光の振幅により評価することができる。振幅については、飽和閾値ではなく測定の信頼性を評価する閾値と比較する。なお、振幅は環境光成分が変化しないとみなせる時間内で得られた受光光量Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３を用いることにより、次式の演算で求めることができる。
｛（Ａ０−Ａ２）^２＋（Ａ１−Ａ３）^２｝^０．５／２
なお、上述した各構成例では、ＦＴ方式のＣＣＤイメージセンサと同様の構成を採用しているが、インターライン・トランスファ（ＩＴ）方式、フレーム・インターライン・トランスファ（ＦＩＴ）方式と同様の構成を採用することも可能である。また、電荷の転送にＩＴ方式の構成を採用する場合には、感度制御部１２として電荷を廃棄する構成のほか、感光部１１から電荷取出部（垂直転送部）に電荷を引き渡すゲート部を制御する構成なども採用可能である。

参考例１を示すブロック図である。同上の動作タイミングを示す動作説明図である。同上に用いる検出装置の構成を示すブロック図である。同上の動作説明図である。同上に用いる光検出素子を示す正面図である。参考例２を示すブロック図である。本発明の実施形態１を示す動作説明図である。同上に用いる検出装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の実施形態２を示すブロック図である。同上の動作説明図である。

符号の説明

１光検出素子
２発光源
３タイミング制御部
４距離演算部（評価部）
１０ａ〜１０ｃ検出装置
１１感光部

Claims

所定の変調周期で強度が変調された光を対象空間に投光する発光源と、対象空間からの光を受光し受光光量に応じた電荷を生成する感光部を有した光検出素子と、発光源から投光した光と光検出素子で受光した光との間の変化から対象空間の空間情報を検出する評価部とを備える検出装置を複数台用いた空間情報検出システムであって、発光源の投光タイミングを制御することにより対象空間に光を投光する投光期間と対象空間に光を投光しない休止期間とをそれぞれ設けるタイミング制御部を備え、タイミング制御部は、各検出装置の発光源の投光期間に重複する期間が生じないように発光源の投光タイミングを制御し、かつ各検出装置の投光期間がそれぞれ複数回ずつ含まれる単位期間を設定し、検出装置のうちのいずれかについては単位期間当たりの投光期間の回数をあらかじめ他の検出装置よりも少なく設定し、当該検出装置において減らした投光期間に相当する余剰の時間を利用して前記他の検出装置の投光期間を延長することを特徴とする空間情報検出システム。
所定の変調周期で強度が変調された光を対象空間に投光する発光源と、対象空間からの光を受光し受光光量に応じた電荷を生成する感光部を有した光検出素子と、発光源から投光した光と光検出素子で受光した光との間の変化から対象空間の空間情報を検出する評価部とを備える検出装置を複数台用いた空間情報検出システムであって、発光源の投光タイミングを制御することにより対象空間に光を投光する投光期間と対象空間に光を投光しない休止期間とをそれぞれ設けるタイミング制御部を備え、タイミング制御部は、各検出装置の発光源の投光期間に重複する期間が生じないように発光源の投光タイミングを制御し、かつ各検出装置の投光期間がそれぞれ規定の複数回ずつ含まれる単位期間を設定し、検出装置のうち単位期間における投光期間が規定の回数に達する前に受光光量が規定の光量範囲に達した検出装置については以後の投光期間を削減するとともに、当該検出装置において削減した投光期間に相当する余剰の時間を利用して受光光量が前記光量範囲に達していない他の検出装置の投光期間を延長することを特徴とする空間情報検出システム。
前記光検出素子は、前記感光部で光を受光し電荷を生成する受光期間と感光部で生成された電荷を取り出す読出期間とを有するように前記タイミング制御部により制御され、前記タイミング制御部は、読出期間を前記休止期間の範囲内に設定していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の空間情報検出システム。
前記タイミング制御部は、前記検出装置ごとに設けられており、前記発光源の投光期間の終了時点でシンクロ信号を出力するとともに、他の検出装置からのシンクロ信号を受け取った後に発光源の投光期間を開始させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の空間情報検出システム。
前記タイミング制御部は、前記検出装置ごとに設けられており、前記発光源の投光期間の終了時点でシンクロ信号を出力するとともに、他の検出装置からのシンクロ信号を受け取ると前記読出期間の終了を待って発光源の投光期間を開始させることを特徴とする請求項３記載の空間情報検出システム。
前記タイミング制御部は、前記光検出素子での受光強度を条件として投光期間の長さを設定し、前記検出装置のうち当該受光強度が小さい検出装置ほど投光期間を長く設定することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の空間情報検出システム。
前記タイミング制御部は、各検出装置にそれぞれ長さの異なる複数の投光期間を設定し、前記評価部は、各長さの投光期間に対応する光検出素子の受光光量のうち許容された受光光量を越えない範囲で最大になる受光光量を選択し、当該受光光量を用いて対象空間の空間情報を検出することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の空間情報検出システム。