JP7828371B2 - 測定装置 - Google Patents

Description

本開示は、測定装置に関する。

特許文献１は、レーザー光（パルス光）を照射し、反射して戻ってきた光を露光することに基づいて対象物までの距離を測定する間接ＴｏＦ（Time of Flight）方式の測定装置を開示している。

日本国特開２０２１－２５８３３号公報

特許文献１の測定装置では、出射光のパルス幅と同じ幅で露光している。なお、発光パルス幅と露光幅を共に長く設定することで、測定の対象とする領域の奥行を大きくでき、結果としてフレームレート（ＦＰＳ）の高速化を行うことができる。しかしながら、光源装置の制約上、発光パルス幅は一定範囲に限られている場合が多く、その範囲を超えて露光期間を伸ばした場合、発光パルス幅＜露光幅となってしまう。この場合でも測定対象領域の奥行を大きくでき、高速化が可能であるが、露光が一定の期間生じて（すなわち、不感帯が生じて）、間接ＴｏＦによる時間や距離の測定ができなくなる区間が生じてしまう。この為、発光パルス幅＜露光幅となる条件下でのフレームレートの高速化は難しい。

本開示は、発光パルス幅＜露光幅となる条件においてもフレームレートの高速化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するための本開示の一態様に係る測定装置は、
パルス光を発光する発光部と、
画素ごとの露光量に応じた信号値を出力する撮像センサと、
測定対象となる領域に対応する露光期間を設定し、前記露光期間に前記撮像センサの前記画素に反射光を露光させるタイミング制御部と、
前記撮像センサの出力に基づいて、前記露光期間における前記画素の前記露光量に応じた信号値を取得する信号取得部とを備え、
前記タイミング制御部は、前記露光期間として、前記パルス光の幅よりも長い複数のサブ露光期間であって、前記パルス光の幅に相当する重複期間を持つように開始タイミングを異ならせた複数の前記サブ露光期間を設定し、それぞれの前記サブ露光期間に前記撮像センサの前記画素に前記反射光を露光させ、
前記信号取得部は、複数の前記サブ露光期間における前記画素の前記露光量の合計に相当する前記信号値を取得する。

本開示によれば、発光パルス幅＜露光幅となる条件においてもフレームレートの高速化を図ることができる。

図１Ａは、測定装置１の構成説明図である。 図１Ｂは、発光タイミングと露光タイミングの説明図である。 図２は、間接ＴｏＦによる距離画像作成の説明図である。 図３Ａは、通常モードとについての説明図である。 図３Ｂは、高速モードについての説明図である。 図４Ａは、通常モードにおける発光動作と露光動作の説明図であり、反射光の到達時間が、露光開始タイミング（遅延時間Ｔdelay）よりも早い場合の説明図である。 図４Ｂは、通常モードにおける発光動作と露光動作の説明図であり、反射光の到達時間が、露光開始タイミング（遅延時間Ｔdelay）と一致する場合の説明図である。 図４Ｃは、通常モードにおける発光動作と露光動作の説明図であり、反射光の到達時間が、露光開始タイミング（遅延時間Ｔdelay）よりも遅い場合の説明図である。 図５は、通常モードにおける対象物までの距離と露光量の関係の説明図である。 図６Ａは、通常モードにおける発光動作と露光動作の関係の説明図である。 図６Ｂは、図６Ａの露光動作Ａ，Ｂのそれぞれの露光量と距離の関係を示す図である。 図７Ａは、高速モードの処理の説明図であり、反射光の到達時間が、露光開始タイミング（遅延時間Ｔdelay）と一致する場合の説明図である。 図７Ｂは、高速モードの処理の説明図であり、反射光の到達時間が、露光開始タイミング（遅延時間Ｔdelay）よりも遅い場合の説明図である。 図８は、高速モードにおける対象物までの距離と露光量の関係の説明図である。 図９Ａは、高速モードにおける発光動作と露光動作のタイミングチャートである。 図９Ｂは、対象物までの距離と露光量の関係の説明図である。 図１０は、４タップの撮像センサ２２の構成例を示す図である。 図１１Ａは、４タップの撮像センサ２２を用いた場合における通常モードの発光動作と受光動作のタイミングチャートである。 図１１Ｂは、対象物までの距離と露光量の関係の説明図である。 図１２Ａは、４タップの撮像センサ２２を用いた場合における高速モードの発光動作と受光動作のタイミングチャートである。 図１２Ｂは、対象物までの距離と露光量の関係の説明図である。 図１３は、サブ露光動作（サブ露光期間）を交互に行うことを説明するための図である。 図１４Ａは、サブ露光動作が３つの場合の発光動作と露光動作のタイミングチャートである。 図１４Ｂは、サブ露光動作が３つの場合の距離と露光量の関係の説明図である。

以下、本開示を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

＝＝＝＝＝実施形態＝＝＝＝＝
＜＜測定装置の概略＞＞
図１Ａは、測定装置１の構成説明図である。
図１Ａに例示する測定装置１は、前方の物体との距離を測定するＴｏＦ（Time of Flight）方式の装置である。本実施形態では、間接ＴｏＦ方式のカメラが用いられている。このような測定装置１では、霧や雨の影響を除去可能であり、悪天候の場合でも撮影や測定が可能である。測定装置１は、例えば車両に設けられる。

図１Ａに例示するように、測定装置１は、発光部１０、撮像部２０、及び制御部３０を備えている。

発光部１０は、撮影対象の空間に光を照射（投光）する。発光部１０は、制御部３０からの指示に従って、光を照射する。発光部１０は、光源１２と、光源１２が発した光を照射する投光光学系（不図示）を有している。

光源１２は、発光素子を有する光源である。光源１２は、制御部３０の制御によってパルス状のレーザー光を発光する。以下、このパルス状の光（パルス光）のことを発光パルスともいう。

撮像部２０（間接ＴｏＦカメラ）は、距離測定の対象物によって反射された光を露光することに基づいて撮像を行う。撮像部２０は、撮像センサ２２と、入射（露光）した光を撮像センサ２２に導く露光光学系（不図示）とを有している。

撮像センサ２２は、制御部３０の指示に応じて撮影対象の撮像を行うとともに、撮像により得られた画像データを、制御部３０の画像取得部３４に出力する。この画像データを構成する各画素の値（画素データ）は、露光量に応じた信号値を示す。なお、撮像センサ２２については後述する。

制御部３０は、測定装置１を制御する。制御部３０は、例えばメモリやＣＰＵなどの素子や回路などのハードウェア構成で実現される。制御部３０は、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、所定の機能を実現する。なお、制御部３０は、メモリとＣＰＵとによるソフトウェア処理実行により実現されるものには限られない。例えば、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等のハードウェアにより実現されてもよい。図１Ａには、制御部３０によって実現される各種機能が示されている。制御部３０は、タイミング制御部３２、画像取得部３４、時間算出部３６、及び距離算出部３８を備えている。

タイミング制御部３２は、発光部１０の発光タイミング、及び撮像部２０の露光タイミングを制御する。発光タイミングや露光タイミングについては後述する。

画像取得部３４は、撮像部２０の撮像センサ２２から画像データを取得する。また、画像取得部３４は、取得した画像データを記憶するメモリ（不図示）を有している。なお、画像取得部３４は、「信号取得部」に相当する。

時間算出部３６は、発光部１０が光を照射してから、撮像センサ２２に反射光が到達するまでの到達時間（光の飛行時間：ＴｏＦ）を算出する。本実施形態において、時間算出部３６は、「算出部」に相当する。

距離算出部３８は、光の到達時間に基づいて、距離を算出する。後述するように、測定装置１は、距離算出部３８が画素ごとに距離を算出することによって、距離画像を取得することができる。

＜＜間接ＴｏＦについて＞＞
図１Ｂは、発光タイミングと露光タイミングの説明図である。また、図２は、間接ＴｏＦによる距離画像作成の説明図である。

図１Ｂに例示するように、制御部３０（タイミング制御部３２）は、発光部１０から発光パルスを照射させる。この発光パルスの幅（以下、パルス幅）はＬｗである。

制御部３０（タイミング制御部３２）は、発光パルスの照射から時間Ｔdelay後に、撮
像部２０の撮像センサ２２に反射光を露光させる。露光期間は、遅延時間Ｔdelayと露光
幅Ｇｗによって設定される。

遅延時間Ｔdelayは、発光パルスの照射から露光期間開始までの時間（遅延時間）であ
る。遅延時間Ｔdelayは、測定対象となる領域までの距離に応じて設定される。すなわち
、測定装置１は、発光部１０が発光パルスを照射してから撮像センサ２２で露光するまでの時間を短く設定すれば、近距離の領域の対象物（光を反射する物体）の画像を取得できる。逆に、測定装置１は、発光部１０が発光パルスを照射してから撮像センサ２２で露光するまでの時間を長く設定すれば、遠距離の領域の対象物の画像を取得できる。

露光幅Ｇｗは、露光期間の幅（すなわち、露光開始から露光終了までの期間）である。露光期間の幅は、測定対象となる領域の測定方向の長さを規定する。よって、露光幅Ｇｗが短いほど、距離分解能が高くなる。

本実施形態では、図２に例示するように、測定対象となる領域までの距離に応じて、異なる露光期間を設定する。なお、図２では、簡略化のため４つの領域が示されているが、実際には領域の数Ｎは４には限らない。

発光及び露光は、図１Ｂに例示する周期Ｔｐで複数回繰り返される。これは、後述する撮像センサ２２における電荷の蓄積のためである。また、測定対象の領域が遠いほど、繰り返し回数ｎが多く設定される。これは、領域が遠いほど、反射光が弱くなるためである。

領域ごとに得られる画像には、その領域に存在する対象物（光を反射した物体）が撮影されている。この領域ごとの画像のことを「レンジ画像」と呼ぶことがある。なお、画像を構成する各画素の値（画像データ）は、露光量に応じた信号値を示している。また、１回の撮影で得られる枚数（例えば４枚）のレンジ画像のことを「サブフレーム」と呼ぶことがある。また、１回の撮影で測定される複数の領域（例えば４つの領域）のことを「ゾーン」と呼ぶことがある。

本実施形態の測定装置１は、図２に例示するように、異なる距離の複数の領域の画像データを取得し、取得した複数の画像データに基づいて、対象物までの距離を示す距離画像を取得できる。レンジ画像が一部の距離を切り取った画像であるのに対し、これらを合算した画像は全距離の合成画像となる（一般的な撮影画像に相当）。一方、レンジ画像の画素値情報をもとに距離情報を算出し、これらを画素毎に並べた画像が距離画像となる。これらの画像が次々に流れてくることで動画となり、その時の時間軸を意識した呼び方が「フレーム」である。このため、ＴｏＦカメラでの「フレーム」には、全距離合成画像と距離画像が含まれる。

＜＜画像取得について＞＞
まず、制御部３０（タイミング制御部３２）は、発光部１０を周期Ｔｐ（図１Ｂ参照）で発光させるととともに、発光タイミングに応じて、撮像部２０の撮像センサ２２の露光タイミングを制御し、露光を行わせる。ここでは、1回の撮影で１つの領域の画像が取得
されることとする。

最初に、制御部３０は、領域１の画像を取得する。このとき、タイミング制御部３２は、画像の各画素について、発光タイミングから遅延した露光期間にて撮像部２０の撮像センサ２２に露光を行わせる。

タイミング制御部３２は、周期Ｔｐごとに撮像部２０の撮像センサ２２に露光を繰り返し（ｎ回）行わせ、撮像センサ２２の蓄積部ＣＳ（後述）に電荷を蓄積させる。

画像取得部３４は、撮像センサ２２（蓄積部ＣＳ）に蓄積された電荷に応じた信号値を取得する。そして、取得した領域１の画像データを画像メモリに書き込む。

次に、同様にして、制御部３０は、領域１の測定方向に隣接（連続）する領域２の画像を取得する。そして、制御部３０は、領域２の画像データを画像取得部３４の画像メモリに書き込む。なお、領域２における発光タイミングに対する遅延時間Ｔdelayは、領域１
の場合よりも長く設定される。また、前述したように、測定対象の領域が遠くなるほど、繰り返し回数（電荷の蓄積回数）が多くなるように設定される。

以上の動作を領域Ｎまで行うことにより、領域Ｎまでの画像（全領域の画像）が取得されることになる。

＜＜通常モードと高速モードについて＞＞
本実施形態の測定装置１は、通常モードと高速モードの２つのモードで測定可能である。

図３Ａ及び図３Ｂは、通常モードと高速モードについての説明図である。なお、図３Ａ及び図３Ｂにおいて、測定方向の長さは、測定装置１からの距離を示している。

通常モードは、通常の測定（間接ＴｏＦによる一般的な測定）を行うモードである。通常モードでは、発光パルスのパルス幅Ｌｗと露光期間の幅Ｇｗが等しく設定される（Ｌｗ＝Ｇｗ）。例えば、発光パルスのパルス幅Ｌｗ＝１０ｎｓｅｃ、露光期間の幅Ｇｗ＝１０ｎｓｅｃにすると、測定対象となる領域の奥行（測定方向の幅）は、１．５ｍに設定される。

高速モードは、通常モードよりも高速に測定を行うモードである。高速モードでは、露光期間の幅Ｇｗが、発光パルスのパルス幅Ｌｗよりも大きく設定される（Ｇｗ＞Ｌｗ）。例えば、発光パルスのパルス幅１０ｎｓｅｃ、露光期間の幅Ｇｗ＝１００ｎｓｅｃにすると、測定対象となる領域の奥行（測定方向の幅）は、１５ｍに設定される。この場合、高速モードの領域の奥行（測定方向の幅）は、通常モードの領域の奥行（測定方向の幅）の１０倍になる。このように、高速モードでは、測定対象となる領域の奥行きが通常モードよりも広くなり、領域の数（距離画像を作成する際に取得する画像の数）を減らすことによって高速化できる。なお、以下では、露光期間の幅Ｇｗが、発光パルスのパルス幅Ｌｗの２倍（Ｇｗ＝２Ｌｗ）として説明する。

＜通常モードの処理について＞
図４Ａ～図４Ｃは、通常モードにおける発光動作と露光動作の説明図である。図４Ａは、反射光の到達時間が、露光開始タイミング（遅延時間Ｔdelay）よりも早い場合の説明
図である。図４Ｂは、反射光の到達時間が、露光開始タイミング（遅延時間Ｔdelay）と
一致する場合の説明図である。図４Ｃは、反射光の到達時間が、露光開始タイミング（遅延時間Ｔdelay）よりも遅い場合の説明図である。なお、図４Ａ～図４Ｃのタイミングチ
ャートの横軸は「時間」を示している。また、前述したように、通常モードの露光期間の幅Ｇｗは、発光パルスのパルス幅Ｌｗと等しい。さらに、反射光のパルス幅もＬｗとする。

図４Ｂにおいて、測定の対象物（車両）までの距離がＬ２のとき、反射光の到達時間は、遅延時間Ｔdelayと一致している。このとき、反射光の到達期間と撮像センサ２２の露
光期間とが一致し、反射光を全て撮像センサ２２に露光させることができるので、露光量がピークになる。図４Ａのように対象物までの距離がＬ１（Ｌ１＜Ｌ２）のときには、Ｌ１からＬ２（図４Ｂ参照）に近づくほど、反射光の到達期間と撮像センサ２２の露光期間との重複が多くなり、露光量が徐々に多くなる。また、図４Ｃのように対象物までの距離がＬ３（Ｌ３＞Ｌ２）のときには、Ｌ２からＬ３に遠ざかるほど、反射光の到達期間と撮像センサ２２の露光期間との重複が少なくなり、露光量が徐々に少なくなる。

図５は、通常モードにおける対象物までの距離と露光量の関係の説明図である。なお、図５のグラフの横軸は「距離」を示しており、縦軸は「露光量（信号値）」を示しており、図４Ａから図４Ｃにおける露光動作の斜線部面積にあたる。

通常モードでは、発光パルスのパルス幅Ｌｗと露光期間の幅Ｇｗが等しく設定されるため（Ｌｗ＝Ｇｗ）、図４Ｂのように発光パルスの反射光を全て露光する距離Ｌ２のときに露光量は最大（ピーク）となる。また、距離Ｌ２から離れるほど、露光量は少なくなる。よって、通常モードにおける距離と露光量の関係を示すグラフは、所定距離（ここでは距離Ｌ２）で露光量がピークとなるような「三角形状」になる。

図６Ａは、通常モードにおける発光動作と露光動作の関係の説明図である。図６Ｂは、図６Ａの露光動作Ａ，Ｂのそれぞれの露光量と距離の関係を示す図である。図６Ａの横軸は時間を示し、図６Ｂの横軸は距離を示している。なお、図６Ａの発光パルスの斜線部面積が「露光量」を表しており、この面積を縦軸として表示したのが図６Ｂの露光量－距離の関係図である。

図６Ａにおいて、発光パルスのパルス幅はＬｗである。また、反射光のパルス幅もＬｗとする。ここでは、露光動作Ａと露光動作Ｂが設定されている。

露光動作Ａには、所定領域（以下、一方の領域ともいう）に対応する露光期間（露光期間Ａ）が設定されている。発光パルスの発光開始（時間０）に対する露光期間Ａの遅延時間は遅延時間Ｔａ（図１ＢのＴdelayに相当）である。また、露光動作Ａにおける露光期
間の幅はＧｗ（＝Ｌｗ）である。なお、露光期間は、図６Ａ中の露光動作のレベルがハイレベル（Ｈレベル）の期間である。

露光動作Ｂには、上記所定領域の測定方向に連続する領域（以下、他方の領域ともいう）に対応する露光期間（露光期間Ｂ）が設定されている。発光パルスの発光開始（時間０）に対する露光動作Ｂの遅延時間はＴｂ（図１ＢのＴdelayに相当：Ｔｂ＝Ｔａ＋Ｌｗに
相当）である。また、露光動作Ｂにおける露光期間の幅もＧｗ（＝Ｌｗ）である。

タイミング制御部３２は、このような露光動作Ａと露光動作Ｂを設定して、撮像センサ２２の各画素に反射光を露光させる。そして、画像取得部３４は、撮像センサ２２から露光量に応じた信号値（ここでは図６Ｂに例示する信号値Ｓａ，Ｓｂ）を取得する。なお、信号値Ｓａは、対象物までの距離がＬｘのときの露光量Ａに応じた信号値であり、一方の領域の画像データ（レンジ画像）を構成する画素の値（画素データ）に相当する。また、信号値Ｓｂは、対象物までの距離がＬｘのときの露光量Ｂに応じた信号値であり、他方の領域の画像データ（レンジ画像）を構成する画素の値（画素データ）に相当する。

図６Ａにおいて、Ｔｘは、光源１２が光（発光パルス）を照射してから、撮像センサ２２に反射光が到達するまでの到達時間（光の飛行時間：ＴｏＦ）である。到達時間Ｔｘは、
Ｔｘ＝Ｔｂ－Ｌｗ×｛Ｓａ／（Ｓａ＋Ｓｂ）｝・・・・・（１）
で求められる。時間算出部３６は、式（１）に従って到達時間Ｔｘを算出する。

また、対象物までの距離Ｌｘは、到達時間Ｔｘに基づいて算出される。すなわち、光は、到達時間Ｔｘの間に、距離Ｌの２倍の距離を進むことになるので、光の速度をＣｏとすると、
Ｌｘ＝（Ｃｏ×Ｔｘ）／２・・・・・・・（２）
となる。距離算出部３８は、到達時間Ｔｘを用いて式（２）に従って、距離Ｌｘを画素ごとに算出する。

ここで、図６Ｂにおいて、距離Ｌｘ＝Ｌａ（図６Ａにおいて、到達時間Ｔｘ＝Ｔａ）のときに露光量Ａ（信号値Ｓａ）はピークであり、露光量Ｂ（信号値Ｓｂ）はゼロである。以後、距離Ｌｘ（到達時間Ｔｘ）が大きくなるほど、露光量Ａ（信号値Ｓａ）は減少し、露光量Ｂ（信号値Ｓｂ）が増える。そして、距離Ｌｘ＝Ｌｂ（到達時間Ｔｘ＝Ｔｂ）のとき露光量Ａ（信号値Ｓａ）はゼロになり、露光量Ｂ（信号値Ｓｂ）がピークになる。つまり、距離Ｌｘ（到達時間Ｔｘ）の変化に応じて、全信号値（Ｓａ＋Ｓｂ）のうちの露光量Ａに対応する信号値Ｓａの割合が変化する。そして、この関係があることにより、信号値Ｓａの割合を用いて式（１）が導かれることになる。すなわち、通常モードでの到達時間Ｔｘの算出は、距離と露光量との関係を示すグラフが三角形状になることを利用している。

なお、露光量Ａがピークになる距離Ｌａは、Ｌａ＝Ｃｏ×Ｔａ／２に相当する。また、露光量Ｂがピークになる距離Ｌｂは、Ｌｂ＝Ｃｏ×Ｔｂ／２に相当する。

＜高速モードの処理について＞
図７Ａ及び図７Ｂは、高速モードの処理の説明図である。図７Ａは、反射光の到達時間が、露光開始タイミング（遅延時間Ｔdelay）と一致する場合の説明図である。図７Ｂは
、反射光の到達時間が、露光開始タイミング（遅延時間Ｔdelay）よりも遅い場合の説明
図である。図７Ｂでは、反射光の到達完了時間が、露光終了タイミングと一致している。なお、図７Ａ及び図７Ｂのタイミングチャートの横軸は時間を示している。

高速モードでは、前述したように露光幅Ｇｗは発光パルスのパルス幅Ｌｗよりも大きく設定される（Ｇｗ＞Ｌｗ：ここではＧｗ＝２Ｌｗ）。また、反射光のパルス幅はＬｗとする。

ＧｗがＬｗより大きいことにより、対象物までの距離がＬ２の場合（図７Ａ）も、対象物までの距離がＬ２’の場合（図７Ｂ）も、反射光の到達期間が撮像センサ２２の露光期間に含まれているため、撮像センサ２２は反射光を全て露光している。つまり、対象物までの距離がＬ２の場合も、対象物までの距離がＬ２’の場合も、露光量は同じになる。

図８は、高速モードにおける対象物までの距離と露光量の関係の説明図である。なお、図８のグラフの横軸は「距離」を示している。

図８に例示するように、距離がＬ２未満では、距離Ｌ２に近づくほど、露光量が多くなる。距離Ｌ２～Ｌ２’では、反射光は全て露光されるため、露光量は一定である。距離がＬ２’より大きくなると、距離Ｌ２’から遠ざかるほど、露光量が減少する。よって、高速モードでは、露光幅Ｇｗが発光パルスのパルス幅Ｌｗよりも大きく設定されるため（Ｇｗ＞Ｌｗ）、図８のように所定の範囲（ここでは距離Ｌ２～Ｌ２’の範囲）で露光量が一定になり、距離と露光量との関係を示すグラフは、「台形状」になる。

すなわち、図７Ａ及び図７Ｂに示す露光動作だけでは、距離Ｌ２～Ｌ２’で露光量は変化しない（すなわち、距離Ｌ２～Ｌ２’の範囲は不感帯となる）。よって、高速モードのために単に露光幅Ｇｗを長く設定しただけでは、通常モードと同様な間接ＴｏＦによる到達時間Ｔｘや距離Ｌｘの算出が出来ない。但し、光源の構造上及びコスト上の制約により出射光のパルス幅Ｌｗを変更することは難しい。例えば、発光時に（時間軸で）局所的に発熱が集中するため、発光デューティや発光パルス幅の規定が必要であるため、発光パルス幅Ｌｗを伸ばす（変更する）ことは困難である。

そこで、本実施形態では、高速モード時に次のような測定を行う。

図９Ａは、高速モードにおける発光動作と露光動作のタイミングチャートである。図９Ｂは、対象物までの距離と露光量の関係の説明図である。なお、図９Ａの横軸は「時間」を示し、図９Ｂの横軸は「距離」を示している。

図９Ａに例示するように、本実施形態の制御部３０のタイミング制御部３２は、露光動作（露光期間）として、パルス幅Ｌｗよりも長い複数（ここでは２つ）のサブ露光動作（サブ露光期間）を設定する。より具体的には、タイミング制御部３２は、発光パルスのパルス幅Ｌｗに相当する重複期間を持つように、開始タイミングを異ならせた２つのサブ露光動作（サブ露光期間）を設定する。例えば、露光動作Ａの場合、タイミング制御部３２は、サブ露光動作Ａ_１とサブ露光動作Ａ_２を設定する。サブ露光動作Ａ_１とサブ露光動作Ａ_２の露光幅は、ともにＧｗ（＝２Ｌｗ）である。なお、サブ露光動作Ａ_１とサブ露光動作Ａ_２の開始タイミングは、パルス幅Ｌｗに相当する時間だけ異なっている。これにより、サブ露光動作Ａ_１の露光期間（サブ露光期間Ａ_１）と、サブ露光動作Ａ_２の露光期間（サブ露光期間Ａ_２）とには、発光パルスのパルス幅Ｌｗに相当する重複期間が設けられている。

また、タイミング制御部３２は、露光動作Ｂについても同様に、２つのサブ露光動作（サブ露光動作Ｂ_１とサブ露光動作Ｂ_２）を設定する。サブ露光動作Ｂ_１とサブ露光動作Ｂ_２の露光幅は、ともにＧｗ（＝２Ｌｗ）である。なお、サブ露光動作Ｂ_１とサブ露光動作Ｂ_２の開始タイミングは、パルス幅Ｌｗに相当する時間だけ異なっている。これにより、サブ露光動作Ｂ_１の露光期間（サブ露光期間Ｂ_１）と、サブ露光動作Ｂ_２の露光期間（サブ露光期間Ｂ_２）とには、発光パルスのパルス幅Ｌｗに相当する重複期間が設けられている。

そして、タイミング制御部３２は、撮像センサ２２の各画素にそれぞれ２つのサブ露光動作を行わせ、反射光を露光させる。なお、２つのサブ露光動作は、後述するように、繰り返し行われる。撮像センサ２２の各画素は、２つのサブ露光動作のそれぞれの露光期間における合計の露光量に相当する信号値を出力する。図９Ｂに例示するように、例えば、撮像センサ２２の各画素は、露光動作Ａによる信号値として、サブ露光期間Ａ_１における露光量Ａ_１とサブ露光期間Ａ_２における露光量Ａ_２とを合計した露光量Ａ（＝Ａ_１＋Ａ_２）に相当する信号値Ｓａを出力する。

なお、サブ露光動作Ａ_１における距離と露光量Ａ_１の関係は、図８と同様に台形状になり、サブ露光動作Ａ_２における距離と露光量Ａ_２の関係は、露光量Ａ_１とはタイミングがＬｗずれた台形状になる。この露光量Ａ_１と露光量Ａ_２を加算した（露光量Ａ_１と露光量Ａ_２の合計の）露光量Ａは、図９Ｂに例示するように三角形状になる。また、同様に、サブ露光動作Ｂ_１における距離と露光量Ｂ_１の関係は台形状になり、サブ露光動作Ｂ_２における距離と露光量Ｂ_２の関係は、露光量Ｂ_１とタイミングがＬｗずれた台形状になる。この露光量Ｂ_１と露光量Ｂ_２を加算した（露光量Ｂ_１と露光量Ｂ_２の合計の）露光量Ｂは、図９Ｂに例示するように露光量Ａとはタイミングのずれた三角形状になる。

このように、露光動作Ａ，Ｂとしてそれぞれ２つのサブ露光動作（サブ露光動作Ａ_１とＡ_２，サブ露光動作Ｂ_１とＢ_２）を設けることで、露光量Ａと露光量Ｂの関係が、図６Ｂと同様の関係になる。つまり、露光量Ａの最大（ピーク）のときには露光量Ｂがゼロであり、距離Ｌｘが大きくなるほど、露光量Ａが減少し、露光量Ｂが増加する。そして、露光量Ｂがピークになると、露光量Ａがゼロになる。なお、図９Ａ及び図９Ｂに例示するように、幅Ｌｗの反射光の到達時間（発光パルスの照射に対する遅延時間）がサブ露光動作Ａ_２の開始タイミングＴａ（重複期間の開始タイミング）の時、露光量Ａ_１，Ａ_２が両方最大値になり、露光量Ａがピークになる。また、幅Ｌｗの反射光の到達時間（発光パルスの照射に対する遅延時間）がサブ露光動作Ｂ_２の開始タイミングＴｂ（重複期間の開始タイミング）の時、露光量Ｂ_１，Ｂ_２が両方最大値になり、露光量Ｂがピークになる。

画像取得部３４は、撮像センサ２２の出力に基づいて、画素ごとに、各画素が露光期間に露光した露光量に相当する信号値をそれぞれ取得する。ここでは、画像取得部３４は、画素ごとに、露光期間Ａにおける露光量に相当する信号値として、サブ露光期間Ａ_１における露光量Ａ_１とサブ露光期間Ａ_２における露光量Ａ_２とを合計した露光量Ａ（＝Ａ_１＋Ａ_２）に相当する信号値Ｓａをそれぞれ取得することになる。また、画像取得部３４は、画素ごとに、露光期間Ｂにおける露光量に相当する信号値として、サブ露光期間Ｂ_１における露光量Ｂ_１とサブ露光期間Ｂ_２における露光量Ｂ_２とを合計した露光量Ｂ（＝Ｂ_１＋Ｂ_２）に相当する信号値Ｓｂをそれぞれ取得することになる。

時間算出部３６は、この関係により、以下の式（３）に従って到達時間Ｔｘの算出を行なう。
Ｔｘ＝Ｔｂ－Ｇｗ×｛Ｓａ／（Ｓａ＋Ｓｂ）｝・・・・・・（３）
ここで、Ｇｗ：サブ受光期間の幅（ここではＧｗ＝２Ｌｗ）
Ｓａ：一方の領域に対応する信号値
Ｓｂ：他方の領域に対応する信号値
Ｔｂ：発光パルスの発光から露光動作Ｂの重複期間の開始タイミングまでの時間

式（３）に示すように、時間算出部３６は、２つの領域に対応する信号値の合計（Ｓａ＋Ｓｂ）に対する一方の領域に対応する信号値Ｓａの割合と、他方の領域に対応する２つのサブ露光期間Ｂ_１，Ｂ_２の重複期間の開始タイミングＴｂとに基づいて、到達時間Ｔｘを算出する。これにより、高速モードにおいても到達時間Ｔｘを算出することが可能になる。

また、距離算出部３８は、通常モードと同様に、到達時間Ｔｘを用いて式（２）に従って距離Ｌｘの算出を行う。なお、露光量Ａがピークになる距離Ｌａは、Ｌａ＝Ｃｏ×Ｔａ／２に相当する。また、露光量Ｂがピークになる距離Ｌｂは、Ｌｂ＝Ｃｏ×Ｔｂ／２に相当する。

このように、本実施形態の制御部３０（タイミング制御部３２）は、高速モードの際に、開始タイミングが異なり、パルス幅Ｌｗと同じ重複期間を有する２つのサブ露光動作（サブ露光期間）を設定する。これにより、露光幅Ｇｗが発光パルスのパルス幅Ｌｗより大きい高速モードにおいても、三角形状の露光量の波形を作ることができ、到達時間Ｔｘや距離Ｌｘの算出を行うことができる。よってフレームレートの高速化を図ることができる。

＜撮像センサ２２について＞
１回の発光に対して測定可能な領域が１つの場合、多数の領域の画像データの取得に時間がかかるため、測定時間が長くなる（ＦＰＳの高速化が難しい）。そこで、１回の発光に対して、複数（ここでは４つ）の露光期間を設定し、１回の発光に対して、複数（ここでは４つ）の領域を測定する。ここでは、撮像センサ２２として、マルチタップ（４タップ）のＣＭＯＳイメージセンサを用いている。但し、撮像センサ２２は、マルチタップのＣＭＯＳイメージセンサに限られるものではない。また、１回の発光に対して測定可能な領域が１つであっても良い。

図１０は、４タップの撮像センサ２２の構成例を示す図である。
図１０に例示するように、撮像センサ２２には複数の画素２２１が２次元配置（例えば６４０×４８０）されている。そして、それぞれの画素２２１の中に、１つの受光素子ＰＤと、この１つの受光素子ＰＤに対応する複数（ここでは４つ）の信号読み出し部ＲＵ１～ＲＵ４が設けられている。なお、信号読み出し部ＲＵ１～ＲＵ４はそれぞれ同じ構成である（構成要素の符号の数字のみ異なる）。以下の説明において、信号読み出し部については、主に信号読み出し部ＲＵ１を用いて説明する。

受光素子ＰＤは、露光量に応じた電荷を発生する素子（例えばフォトダイオード）である。

信号読み出し部ＲＵ１は、蓄積部ＣＳ１、トランジスタＧ１、リセットトランジスタＲＴ１、ソースフォロアトランジスタＳＦ１、及び選択トランジスタＳＬ１を有している。

蓄積部ＣＳ１は、受光素子ＰＤで発生した電荷を蓄積するための蓄積容量Ｃ１で形成されており、一般にフローティングディフュージョン（ＦＤ）とも呼ばれる。

トランジスタＧ１は、受光素子ＰＤと蓄積部ＣＳ１の間に設けられている。そしてトランジスタＧ１は、制御部３０のタイミング制御部３２の指示に基づいて所定の露光期間（例えば、後述する露光期間Ａ）にオンになり、受光素子ＰＤが発生した電荷を蓄積部ＣＳ１に供給する。同様に、トランジスタＧ２～Ｇ４は、それぞれ、タイミング制御部３２の指示に基づいて、受光素子ＰＤが発生した電荷を蓄積部ＣＳ２～ＣＳ４に供給する。すなわち、トランジスタＧ１～Ｇ４は、受光素子ＰＤが発生した電荷を露光期間に応じて蓄積部ＣＳ１～ＣＳ４に振り分ける「駆動回路」に相当する。

このように、本実施形態の撮像センサ２２は、４つの露光期間に発生した電荷を、それぞれ、露光期間ごとに対応する蓄積部（ＣＳ１～ＣＳ４）に分けて蓄積することができる。

なお、通常モードでは、各蓄積部には、それぞれ対応する露光期間に繰り返し電荷が蓄積される。各蓄積部に蓄積された電荷は、露光期間に受光素子ＰＤが露光した露光量に相当する。そして、各蓄積部に蓄積された電荷に基づいて信号値が出力される。蓄積部に蓄積された電荷に基づく信号値は、それぞれの露光期間の露光量に応じた信号値となる。

一方、高速モードでは、各蓄積部には、それぞれ対応する２つのサブ露光期間に繰り返し電荷が蓄積される。各蓄積部に蓄積された電荷は、２つのサブ露光期間に受光素子ＰＤが露光した露光量に相当する。そして、各蓄積部に蓄積された電荷に基づいて信号値が出力される。蓄積部に蓄積された電荷に基づく信号値は、それぞれの２つのサブ露光期間の露光量の合計に相当する信号値となる。なお、サブ露光（電荷の蓄積）を各蓄積部に行わせ、蓄積部の信号値を読み出した後に合算することも可能である。

このような撮像センサ２２を用いることによって、１回の撮影で４つの領域を測定することができる。つまり、撮像センサ２２を用いることで、１回の撮影で４つの領域（ゾーン）の撮影が可能となり、４枚のレンジ画像（サブフレーム）を得ることができる。

（通常モードの測定）
図１１Ａは、４タップの撮像センサ２２を用いた場合における通常モードの発光動作と受光動作のタイミングチャートである。また、図１１Ｂは、対象物までの距離と露光量の関係の説明図である。なお、図１１Ａの横軸は時間を示し、図１１Ｂの横軸は距離を示している。

この例では、露光動作Ａ～Ｄ（露光期間Ａ～Ｄ）が設定されている。また、通常モードでは、前述したように、各露光期間の幅Ｇｗは、発光パルスのパルス幅Ｌｗと等しい（Ｇｗ＝Ｌｗ）。なお、露光期間は、図１１Ａ中の露光（露光動作）のレベルがＨレベルの期間である。また、露光動作Ａ～ＤのＨ／Ｌレベルは、図１０のトランジスタＧ１～Ｇ４のオン／オフを示している。例えば、露光動作ＡのＨレベルの期間（露光期間Ａ）にトランジスタＧ１がオンになり、受光素子ＰＤで発生した電荷が蓄積部ＣＳ１の蓄積容量Ｃ１に蓄積される。また、露光動作ＢのＨレベルの期間（露光期間Ｂ）にトランジスタＧ２がオンになり、受光素子ＰＤで発生した電荷が蓄積部ＣＳ２の蓄積容量Ｃ２に蓄積される。同様に、露光期間Ｃでは、受光素子ＰＤで発生した電荷が蓄積部ＣＳ３の蓄積容量Ｃ３に蓄積され、露光期間Ｄでは、受光素子ＰＤで発生した電荷が蓄積部ＣＳ４の蓄積容量Ｃ４に蓄積される。

露光動作Ａでは、発光パルスの発光開始に対する遅延時間（図１ＢのＴdelay）、露光
幅Ｇｗ（＝Ｌｗ）によって規定された領域（ここでは領域１とする）の測定が行われる。また、露光動作Ｂでは、領域１の次の領域（領域２）の測定が行われる。また、露光動作Ｃでは、領域２の次の領域（領域３）の測定が行われ、露光動作Ｄでは、領域３の次の領域（領域４）の測定が行われる。

また、図１１Ｂに例示するように、露光動作（露光期間）Ａ～Ｄに対応して、それぞれ、露光量Ａ～Ｄが三角形状になっている。これは前述の図６Ｂと同じであるので説明を省略する。

なお、図１１及び図１１Ｂでは、説明のため、１回の露光に基づいて説明しているが、実際には、露光は、繰り返し回数ｎで繰り返し行われる。そして、撮像センサ２２の各蓄積部（蓄積部ＣＳ１～ＣＳ４）には露光量に応じた電荷が繰り返し蓄積される。撮像センサ２２の画素２２１の信号出力部ＳＯ１～ＳＯ４は、蓄積部ＣＳ１～ＣＳ４に蓄積された電荷に応じた信号値Ｓａ～Ｓｄをそれぞれ出力する。なお、信号値Ｓａ～Ｓｄは、それぞれ、領域１～４の画像（レンジ画像）の画像データを構成する画素の値（画素データ）に相当する。

制御部３０の画像取得部３４は、撮像センサ２２から各画素２２１の信号値Ｓａ～Ｓｄ（蓄積部ＣＳ１～ＣＳ４の電荷に応じた信号値）をそれぞれ取得する。これにより、画像取得部３４は、領域１～４の画像データを取得する。なお、同様にして、画像取得部３４は、領域Ｎまでの画像（全領域の画像）を取得する。

制御部３０の時間算出部３６は、反射光の到達時間Ｔｘを算出する。具体的には、まず、時間算出部３６は、領域Ｎまでの信号値Ｓの中から反射光を露光した信号値Ｓを特定する。例えば、時間算出部３６は、連続する２つの露光期間（換言すると連続する２つの領域）に対応する信号であって、露光量が最も高い信号値を特定する。例えば、反射光を露光開始した露光期間ｉに対応する信号値をＳ_ｉとしたとき、２つの信号値Ｓ_ｉ、Ｓ_ｉ+１
が特定される。例えば、反射光が露光期間Ｂと露光期間Ｃで露光された場合、信号値Ｓｂ、Ｓｃが、反射光を露光した信号値Ｓ_ｉ、Ｓ_ｉ+１に相当する。

時間算出部３６は、信号値Ｓ_ｉ、Ｓ_ｉ+１を用いて、次式（４）により光の飛行時間（
以下、到達時間ともいう）Ｔｘを算出する。
Ｔｘ＝Ｔ_ｉ+１－Ｌｗ×｛Ｓ_ｉ／（Ｓ_ｉ＋Ｓ_ｉ＋１）｝ ・・・・・（４）

また、距離算出部３８は、到達時間Ｔｘを用いて、前述した式（２）に従い対象物までの距離Ｌｘを算出する。

（高速モードの測定）
図１２Ａは、４タップの撮像センサ２２を用いた場合における高速モードの発光動作と受光動作のタイミングチャートである。また、図１２Ｂは、対象物までの距離と露光量の関係の説明図である。なお、図１２Ａの横軸は時間を示し、図１２Ｂの横軸は距離を示している。

この例では、露光動作Ａ～Ｄが設けられており、さらに、それぞれの露光動作について、図９Ａと同様に、開始タイミングの異なる２つのサブ露光動作（サブ露光期間）が設けられている。高速モードであるので、サブ露光期間の幅Ｇｗは、発光パルスのパルス幅Ｌｗより大きい（ここではＧｗ＝２Ｌｗ）。

また、それぞれの２つのサブ露光期間は、発光パルスのパルス幅Ｌｗに相当する重複期間を持つように設けられている。この場合も、それぞれの露光動作（２つのサブ露光動作）において、距離と露光量の関係は、図１２Ｂに示すように三角形状になる。なお、図１２Ｂでは、一方のサブ露光期間（サブ露光期間Ａ_１～Ｄ_１）に対応する露光量（露光量Ａ_１～Ｄ_１）を一点鎖線で示し、他方のサブ露光期間（サブ露光期間Ａ_２～Ｄ_２）に対応する露光量（露光量Ａ_２～Ｄ_２）を破線で示し、２つサブ露光期間の露光量の合計（露光量Ａ～Ｄ）を実線で示している。

図１２Ａ及び図１２Ｂに示す例においても、各露光量（露光量Ａ～Ｄ）が三角形状なので、図９Ａ及び図９Ｂのときと同様に、到達時間Ｔｘ、及び、対象物までの距離Ｌｘを算出することができる。つまり、時間算出部３６は、連続する２つの露光期間に対応する信号値であって、露光量が最も高い信号値Ｓ_ｉ、Ｓ_ｉ+１（例えば、Ｓａ、Ｓｂ）を特定し
、その信号値と、サブ露光期間の重複期間の開始タイミング（Ｔｂ）を用いて式（３）に従って到達時間Ｔｘを求める。また、距離算出部３６は、到達時間Ｔｘを用いて、式（２）に従って距離Ｌｘを算出する。

上記の通り、４タップの撮像センサ２２を用いた場合、１回の撮影で、４つの領域を測定できるので、さらにフレームレートの高速化を図ることができる。

なお、図１２Ａでは、説明のため、各露光動作に対する２つのサブ露光動作（例えば、サブ露光動作Ａ_１とサブ露光動作Ａ_２）を並べて示しているが、実際には、２つのサブ露光動作は、交互に行われる。

図１３は、サブ露光動作（サブ露光期間）を交互に行うことを説明するための図である。なお、図１３の横軸は時間を示している。

タイミング制御部３２は、図１３に例示するように、光源１２に発光動作を周期Ｔｐで行わせるとともに、一方のサブ露光動作（サブ露光期間）Ａ_１～Ｄ_１と、他方のサブ露光動作（サブ露光期間）Ａ_２～Ｄ_２とを撮像センサ２２に交互に行わせる。このようにタイミング制御部３２は、２つのサブ露光期間を交互に繰り返し行わせ、撮像センサ２２の各画素２２１の蓄積部ＣＳ１～ＣＳ４にそれぞれ電荷を蓄積させる。これにより、２つのサブ露光期間による電荷の蓄積回数を均等にできる。

そして、画像取得部３４は、２つのサブ露光期間における画素２２１の露光量の合計（蓄積部ＣＳ１～ＣＳ４に蓄積された電荷の合計）に相当する信号値を取得する。

なお、ここでは、２つのサブ露光動作（サブ露光期間）を交互に行うこととしたが、これには限られない。例えば、一方のサブ露光動作を所定回数繰り返した後、他方のサブ露光動作を所定回数繰り返すようにしてよい。但し、一方のサブ露光動作（サブ露光期間）Ａ_１～Ｄ_１を複数回行った後に他方のサブ露光動作（サブ露光期間）Ａ_２～Ｄ_２を複数回行う場合と比べると、一方のサブ露光動作（サブ露光期間）Ａ_１～Ｄ_１と、他方のサブ露光動作（サブ露光期間）Ａ_２～Ｄ_２とを交互に複数行う方が、測定中における対象物までの距離の変動の影響を分散させることができるため、測定精度を向上させることができる。

＜変形例＞
本実施形態では、各露光動作に対して２つのサブ露光動作（サブ露光期間）を設けていたが、サブ露光動作（サブ露光期間）は、複数であればよく、２つには限られない。例えば、各露光動作に対して３つのサブ露光動作（サブ露光期間）を設けてもよい。

図１４Ａは、サブ露光動作が３つの場合の発光動作と露光動作のタイミングチャートである。図１４Ｂは、サブ露光動作が３つの場合の距離と露光量の関係の説明図である。なお、図１４Ａの横軸は時間を示し、図１４Ｂの横軸は距離を示している。

この例において、タイミング制御部３２は、露光動作Ａとして、開始タイミングを異ならせた３つのサブ露光動作（サブ露光期間）Ａ_１～Ａ_３を設定する。図１４Ａに例示するように、それぞれの露光期間の幅Ｇｗは、発光パルス幅Ｌｗよりも長く（ここでは３倍）に設定される（Ｇｗ＝３Ｌｗ）。また３つのサブ露光期間の開始タイミングは、パルス幅Ｌｗに相当する時間異なっている。３つのサブ露光期間Ａ_１～Ａ_３には発光パルスのパルス幅Ｌｗに相当する重複期間が設けられている。

また、タイミング制御部３２は、露光動作Ｂについても同様に３つのサブ露光動作（サブ露光期間）Ｂ_１～Ｂ_３を設定する（説明については省略する）。

この場合、サブ露光動作Ａ_１～Ａ_３における距離と露光量の関係は、図１４Ｂに例示するように、タイミングがＬｗずれた台形状になる。そして、この露光量Ａ_１～Ａ_３を加算した（露光量Ａ_１～Ａ_３の合計の）露光量Ａは、図１４Ｂに例示するように三角形状になる。また、露光量Ｂ_１～Ｂ_３を加算した（露光量Ｂ_１～Ｂ_３の合計の）露光量Ｂは、露光量Ａとはタイミングのずれた三角形状になり、露光量Ａと露光量Ｂは、図９Ｂの関係と同じになる。

このように、サブ露光動作が３つの場合においても、発光パルスの発光から露光動作Ｂの重複期間の開始タイミングまでの時間をＴｂとしたとき、到達時間ＴｘをＴｘ＝Ｔｂ－Ｇｗ×{Ｓａ／（Ｓａ＋Ｓｂ）}として同様に算出できる。
また、距離Ｌｘも式（２）により算出できる。

＝＝＝＝＝まとめ＝＝＝＝＝
以上、本実施形態の測定装置１について説明した。測定装置１は、発光パルス（パルス光）を発光する発光部１０と、撮像センサ２２と、タイミング制御部３２と、画像取得部３４を備えている。撮像センサ２２は、画素ごとの露光量に応じた信号値を出力する。タイミング制御部３２は、測定対象となる領域に対応する露光期間を設定し、この露光期間に撮像センサ２２の画素に反射光を露光させる。画像取得部３４は、撮像センサ２２の出力に基づいて、露光期間における画素の露光量に応じた信号値を取得する。このような構成において、タイミング制御部３２は、露光期間として、発光パルスのパルス幅Ｌｗよりも長い複数（例えば２つ）のサブ露光期間を設定する。具体的には、発光パルスのパルス幅Ｌｗに相当する重複期間を持つように開始タイミングを異ならせた複数のサブ露光期間を設定する。そして、タイミング制御部３２は、それぞれのサブ露光期間に撮像センサ２２の画素２２１に反射光を露光させる。また、画像取得部３４は、複数のサブ露光期間における画素２２１の露光量の合計に相当する信号値を取得する。これにより、露光期間の幅Ｇｗが発光パルスのパルス幅Ｌｗよりも大きい高速モードにおいても、距離と露光量の関係を三角形状にすることができる。よって、測定装置１によれば、高速モードでも、反射光の到達時間や対象物までの距離の測定が可能となりフレームレートの高速化を図ることができる。

また、測定装置１は、連続する２つの領域に対応する信号値に基づいて、反射光の到達時間Ｔｘを算出する時間算出部３６を更に備えている。これにより、到達時間Ｔｘを求めることができる。また、到達時間Ｔｘに基づいて、対象物までの距離Ｌｘも求めることができる。

また、時間算出部３６は、２つの領域に対応する信号値の合計（Ｓａ＋Ｓｂ）に対する、一方の領域に対応する信号値Ｓａの割合と、他方の領域に対応する２つのサブ露光期間の重複期間の開始タイミングＴｂとに基づいて、到達時間Ｔｘを算出する。これにより、高速モードにおいても到達時間Ｔｘを求めることができる。

より具体的には、サブ露光期間の幅をＧｗとし、一方の領域に対応する信号値をＳａとし、他方の領域に対応する信号値をＳｂとし、パルス光の発光から重複期間の開始タイミングまでの時間をＴｂとしたとき、時間算出部３６は、到達時間Ｔｘを、
Ｔｘ＝Ｔｂ－Ｇｗ×｛Ｓａ／（Ｓａ＋Ｓｂ）｝
に従い算出する。これにより、到達時間Ｔｘを求めることができる。

また、サブ露光期間の幅Ｇｗは、発光パルスのパルス幅Ｌｗの整数倍である。これにより、サブ露光期間の開始タイミングをパルス幅Ｌｗずつ異ならせることによって、パルス幅Ｌｗに相当する重複期間を持つように複数のサブ露光期間を設定することができる（この結果、距離と露光量との関係を示すグラフが三角形状になる）。

また、撮像センサ２２は、画素２２１ごとに、露光量に応じた電荷を発生する受光素子ＰＤと、発生した電荷を蓄積する蓄積部ＣＳとを有している。そして、撮像センサ２２は、或るサブ露光期間（例えば、サブ露光期間Ａ_１）に受光素子ＰＤに発生した電荷と、開始タイミングの異なる別のサブ露光期間（例えば、サブ露光期間Ａ_２）に受光素子ＰＤに発生した電荷とを蓄積部ＣＳ（例えば蓄積部ＣＳ１）に蓄積させ、蓄積部ＣＳに蓄積された電荷に応じた信号値（例えば、信号値Ｓａ）を出力する。これにより、２つのサブ露光期間の露光量に応じた信号値を取得できる。

また、撮像センサ２２は、或るサブ露光期間に受光素子ＰＤに発生した電荷と、別のサブ露光期間に受光素子ＰＤに発生した電荷と、を交互に繰り返し蓄積部ＣＳに蓄積させる。そして、撮像センサ２２は、蓄積部ＣＳに蓄積された電荷に応じた信号値を出力する。これにより、測定中における対象物までの距離の変動の影響を分散させることができ、測定精度を向上させることができる。

また、撮像センサ２２は、４つの蓄積部ＣＳ１～ＣＳ４を有するとともに、露光期間に応じて電荷をそれぞれの蓄積部ＣＳ１～ＣＳ４に振り分けて蓄積させるトランジスタＧ１～Ｇ４を有している。そして、１つの発光パルスによって発生した電荷を露光期間に応じてそれぞれの蓄積部ＣＳ１～ＣＳ４に振り分けて蓄積させる。これにより、さらにフレームレートの高速化を図ることができる。

上記の実施形態は、本開示の理解を容易にするためのものであり、本開示を限定して解釈するためのものではない。また、本開示は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本開示にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。

以上説明したように、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）パルス光を発光する発光部と、
画素ごとの露光量に応じた信号値を出力する撮像センサと、
測定対象となる領域に対応する露光期間を設定し、前記露光期間に前記撮像センサの前記画素に反射光を露光させるタイミング制御部と、
前記撮像センサの出力に基づいて、前記露光期間における前記画素の前記露光量に応じた信号値を取得する信号取得部とを備え、
前記タイミング制御部は、前記露光期間として、前記パルス光の幅よりも長い複数のサブ露光期間であって、前記パルス光の幅に相当する重複期間を持つように開始タイミングを異ならせた複数の前記サブ露光期間を設定し、それぞれの前記サブ露光期間に前記撮像センサの前記画素に前記反射光を露光させ、
前記信号取得部は、複数の前記サブ露光期間における前記画素の前記露光量の合計に相当する前記信号値を取得する、測定装置。
（２）連続する２つの前記領域に対応する前記信号値に基づいて、前記反射光の到達時間を算出する算出部を更に備える、（１）に記載の測定装置。
（３）前記算出部は、２つの前記領域に対応する前記信号値の合計に対する、一方の前記領域に対応する前記信号値の割合と、他方の前記領域に対応する複数の前記サブ露光期間の前記重複期間の開始タイミングとに基づいて、前記到達時間を算出する、（２）に記載の測定装置。
（４）前記サブ露光期間の幅をＧｗとし、
一方の前記領域に対応する前記信号値をＳａとし、
他方の前記領域に対応する前記信号値をＳｂとし、
前記パルス光の発光から前記重複期間の前記開始タイミングまでの時間をＴｂとしたとき、
前記算出部は、前記到達時間Ｔｘを、
Ｔｘ＝Ｔｂ－Ｇｗ×｛Ｓａ／（Ｓａ＋Ｓｂ）｝
として算出する、（３）に記載の測定装置。
（５）前記サブ露光期間は、前記パルス光の幅の整数倍である、（１）から（４）のいずれか一つに記載の測定装置。
（６）前記撮像センサは、
前記画素ごとに、露光量に応じた電荷を発生する受光素子と、前記電荷を蓄積する蓄積部とを有し、
或るサブ露光期間に前記受光素子に発生した前記電荷と、前記開始タイミングの異なる別の前記サブ露光期間に前記受光素子に発生した前記電荷とを前記蓄積部に蓄積させ、前記蓄積部に蓄積された前記電荷に応じた信号値を出力する、（１）から（５）のいずれか一つに記載の測定装置。
（７）前記撮像センサは、
或るサブ露光期間に前記受光素子に発生した前記電荷と、前記開始タイミングの異なる別の前記サブ露光期間に前記受光素子に発生した前記電荷と、を交互に繰り返し前記蓄積部に蓄積させ、前記蓄積部に蓄積された前記電荷に応じた信号値を出力する、（６）に記載の測定装置。
（８）前記撮像センサは、
複数の前記蓄積部を有するとともに、
前記露光期間に応じて前記電荷をそれぞれの前記蓄積部に振り分けて蓄積させる駆動回路を有し、
１つの前記パルス光によって発生した前記電荷を前記露光期間に応じてそれぞれの前記蓄積部に振り分けて蓄積させる、（６）または（７）に記載の測定装置。

本出願は、２０２２年２月１日出願の日本国特許出願（特願２０２２－０１４０８９号）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Claims (8)

1. パルス光を発光する発光部と、
   画素ごとの露光量に応じた信号値を出力する撮像センサと、
   測定対象となる領域に対応する露光期間を設定し、前記露光期間に前記撮像センサの前記画素に反射光を露光させるタイミング制御部と、
   前記撮像センサの出力に基づいて、前記露光期間における前記画素の前記露光量に応じた信号値を取得する信号取得部とを備え、
   前記タイミング制御部は、前記露光期間として、前記パルス光の幅よりも長い複数のサブ露光期間であって、前記パルス光の幅に相当する重複期間を持つように開始タイミングを異ならせた複数の前記サブ露光期間を設定し、それぞれの前記サブ露光期間に前記撮像センサの前記画素に前記反射光を露光させ、
   前記信号取得部は、複数の前記サブ露光期間における前記画素の前記露光量の合計に相当する前記信号値を取得する、測定装置。
2. 連続する２つの前記領域に対応する前記信号値に基づいて、前記反射光の到達時間を算出する算出部を更に備える、請求項１に記載の測定装置。
3. 前記算出部は、２つの前記領域に対応する前記信号値の合計に対する、一方の前記領域に対応する前記信号値の割合と、他方の前記領域に対応する複数の前記サブ露光期間の前記重複期間の開始タイミングとに基づいて、前記到達時間を算出する、請求項２に記載の測定装置。
4. 前記サブ露光期間の幅をＧｗとし、
   一方の前記領域に対応する前記信号値をＳａとし、
   他方の前記領域に対応する前記信号値をＳｂとし、
   前記パルス光の発光から前記重複期間の前記開始タイミングまでの時間をＴｂとしたとき、
   前記算出部は、前記到達時間Ｔｘを、
   Ｔｘ＝Ｔｂ－Ｇｗ×｛Ｓａ／（Ｓａ＋Ｓｂ）｝
   として算出する、請求項３に記載の測定装置。
5. 前記サブ露光期間は、前記パルス光の幅の整数倍である、請求項１又は請求項２に記載の測定装置。
6. 前記撮像センサは、
   前記画素ごとに、露光量に応じた電荷を発生する受光素子と、前記電荷を蓄積する蓄積部とを有し、
   或るサブ露光期間に前記受光素子に発生した前記電荷と、前記開始タイミングの異なる別の前記サブ露光期間に前記受光素子に発生した前記電荷とを前記蓄積部に蓄積させ、前記蓄積部に蓄積された前記電荷に応じた信号値を出力する、請求項１又は請求項２に記載の測定装置。
7. 前記撮像センサは、
   或るサブ露光期間に前記受光素子に発生した前記電荷と、前記開始タイミングの異なる別の前記サブ露光期間に前記受光素子に発生した前記電荷と、を交互に繰り返し前記蓄積部に蓄積させ、前記蓄積部に蓄積された前記電荷に応じた信号値を出力する、請求項６に記載の測定装置。
8. 前記撮像センサは、
   複数の前記蓄積部を有するとともに、
   前記露光期間に応じて前記電荷をそれぞれの前記蓄積部に振り分けて蓄積させる駆動回路を有し、
   １つの前記パルス光によって発生した前記電荷を前記露光期間に応じてそれぞれの前記蓄積部に振り分けて蓄積させる、請求項６に記載の測定装置。