WO2006112431A1

WO2006112431A1 - 空間情報検出システム

Info

Publication number: WO2006112431A1
Application number: PCT/JP2006/308024
Authority: WO
Inventors: Fumikazu Kurihara; Yuji Takada; Yusuke Hashimoto; Fumi Tsunesada
Original assignee: Matsushita Electric Works, Ltd.
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2006-10-26
Also published as: JP4200328B2; TWI292830B; EP1873555A4; JP2006300616A; US20090072170A1; US7718938B2; TW200706901A; EP1873555A1

Abstract

　複数台の検出装置により共通の対象空間から空間情報を検出する場合であっても、装置同士の間に干渉を生じることなく正確な検出を行える空間情報検出システムを提供する。各検出装置は、変調周期で強度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する光検出素子と、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で構成され、空間情報検出システムは、検出装置の一つの発光源の投光期間が別の検出装置の発光源の投光期間と重複しないように各検出装置の発光源の投光タイミングを制御するタイミング制御部を備える。

Description

明細書

空間情報検出システム

技術分野

[0001] 本発明は、強度変調した光が照射されている対象空間からの光を受光して対象空間に関する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。

背景技術

[0002] 従来から、強度変調した光が投光されて!ヽる対象空間からの光を受光し、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等の空間情報を求める技術が利用されている。この技術は、例えば、国際公開 W096Z15626号パンフレットや、国際公開 WO2004Z008175号パンフレットに紹介されており、所定の変調周期で強度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て受光光量に応じた電荷を生成する光電変換部を有する光検出素子と、発光源から投光した光と光検出素子で受光した光の間の変化力対象空間の空間情報を検出する評価部とを基本構成とする検出装置が使用されている。

[0003] ところで、この種の検出装置は対象空間に強度変調した光を投光するため、共通の対象空間について複数台の検出装置により空間情報を検出する場合、各検出装置力対象空間に光が投光されると、どの検出装置の発光源力対象空間に投光された光であるかを区別することができなくなる。つまり、各検出装置はそれ自身の発光源力投光した光のみを分離して検出することができないので、空間情報の検出精度が低下すると、う問題を生じる。

発明の開示

[0004] そこで、本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その主たる目的は、複数台の空間情報検出装置により共通の対象空間力空間情報を検出する場合であつても、それぞれの検出装置によって空間情報を精度よく検出することのできる空間情報検出システムを提供することにある。

[0005] すなわち、本発明の空間情報検出システムは、複数の検出装置の使用を必須とするものであって、各検出装置は、所定の変調周期で強度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て受光光量に応じた電荷を生成する感光部を有する光検出素子と、発光源から投光した光と光検出素子で受光した光の間の変化力も対象空間の空間情報を検出する評価部とを具備する。そして、本発明の空間情報検出システムは、前記複数の検出装置の一つの発光源の投光期間が前記検出装置の別の一つの発光源の投光期間と重複しないように前記複数の検出装置の発光源の投光タイミングを制御するとともに、前記投光期間において感光部が対象空間からの光を受光して電荷を生成する受光期間と、前記発光源の光が対象空間に投光されな!、休止期間と前記投光期間の少なくとも一方の範囲内に設定され

、前記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複数の検出装置の各々の光検出素子を制御するタイミング制御部を有することを特徴とする。

[0006] 本発明によれば、投光期間同士が重複しな、ように検出装置の発光源の投光タイミングを制御するタイミング制御部を設けたことにより、検出装置力対象空間に投光した光同士が干渉することなぐ検出装置のそれぞれによって対象空間の空間情報を検出することができる。

[0007] 上記空間情報検出システムにおいて、読出期間を前記投光期間内に設定したり、あるいは休止期間の少なくとも一部を含むように投光期間と休止期間にまたがって設定したりすることも可能である力以下の理由から、タイミング制御部は、前記読出期間が前記休止期間内に設定されるように前記複数の検出装置の各々の光検出素子を制御することが特に好ましい。例えば、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、てスイッチングを繰り返す構成のものを採用する場合は、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される電荷に混入する恐れがある。そこで、読出期間を休止期間内に設定することにより、受光期間と読出期間とを独立分離してスイッチングに伴うノイズの読出中の電荷への混入を防止することができ、結果的に検出精度の信頼性を向上することができる。

[0008] また、前記タイミング制御部は前記複数の検出装置の各々に設けられ、前記検出装置の一つのタイミング制御部は、その発光源の投光期間の終了時点でシンクロ信号を前記検出装置の別の一つのタイミング制御部に出力し、前記シンクロ信号を受信したタイミング制御部が、対応する検出装置の発光源の投光期間を開始させることが好ましい。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、検出装置のタイミング制御部間でシンクロ信号を転送する経路を形成するだけの洗練された構成によって各検出装置の投光期間の重複を防止することができる。また、前記シンクロ信号を受信したタイミング制御部は、対応する検出装置における前記読出期間が終了するまで発光源の投光期間の開始を待機させることが好ましい。この場合は、各検出装置において光検出素子での電荷の読出期間の途中で投光期間が開始されることがなぐ一定の読出期間を安定して確保することができる。

[0009] さらに、タイミング制御部の各々は、対応する検出装置の発光源が自発的に投光するマスタとして機能する力、他の検出装置のタイミング制御部力シンクロ信号を受けて従動的に投光するスレーブとして機能するかのいずれかを設定するためのモード切換部を有することが好まし、。

[0010] また、複数のタイミング制御部を連携させる上記構成に代えて、検出装置の各々に設けられる前記タイミング制御部に対して異なるタイミングでシンクロ信号を出力する中央制御部を設け、前記シンクロ信号を受信したタイミング制御部が、対応する検出装置の発光源の投光期間を開始させるようにすることも好ま、。

[0011] また、タイミング制御部は、感光部の受光光量に応じて前記複数の検出装置の各々における投光期間の長さを制御することが好ましぐこの場合、投光期間は、感光部の受光光量が少ない検出装置ほど長く設定される。例えば、複数の検出装置を、短い投光期間が設定される短距離用検出装置、長い投光期間が設定される長距離用検出装置、および短距離用検出装置の投光期間より長ぐ長距離用検出装置の投光期間よりも短い投光期間が設定される中距離用検出装置を少なくとも含むように構成することができる。この構成によれば、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、物体力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。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。このように、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さる。

[0012] また、各検出装置は、長さの異なる複数の投光期間を設定するための設定部と、前記複数の投光期間の各々の受光光量が、予め設定されたしきい値以下であるか否かを判定する判定部とをさらに含み、前記評価部は、前記しきい値以下の最大の受光光量を用いて対象空間の空間情報を検出することが好ましい。この場合は、光検出素子に許容された範囲内においてできるだけ多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さらなる向上を図れる。また、投光期間の長さを変えて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を広くできる。

[0013] さらに、各検出装置に関して、所定回数の投光期間を含んでなる単位期間を設定するための設定部と、対象空間の環境に応じて前記複数の検出装置の一つにおいて設定された単位期間中の投光期間の回数を削減し、削減した回数の投光期間に相当する時間を別の検出装置の投光期間に付加して延長する時間調整部とを設けることも好ましい。また、時間調整部の特に好ましい形態として、前記複数の検出装置のうち、単位期間内に設定された投光期間の回数より少ない回数で受光光量が所定値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、削減した回数の投光期間に相当する時間を受光光量が前記所定値に達していない他の検出装置の投光期間に付加して延長することが好ましい。この構成によれば、単位期間内に設定された投光期間の回数より少ない回数で規定の光量範囲に達した検出装置において余った投光期間を、受光光量が少ない検出装置のために効率よく利用できるとともに、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できるという効果が得られる。要するに、受光強度の相違に応じて各検出装置に適切な投光期間を割振ることができるのである。

[0014] 本発明のさらなる特徴およびその効果は、以下の発明を実施するための最良の形態力より明確に理解されるだろう。図面の簡単な説明

[0015] [図 1]本発明の空間情報検出システムの好ましい実施形態に使用される検出装置の基本構成を示すブロック図である。

[図 2]同検出装置の動作説明図である。

[図 3]同検出装置の光検出素子の一例を示す平面図である。

[図 4]本発明の第 1実施形態に力かる空間情報検出システムのブロック図である。

[図 5] (A)〜 (C)は、図 4の空間情報検出システムの動作説明図である。

[図 6]本発明の第 2実施形態に力かる空間情報検出システムのブロック図である。

[図 7]本発明の第 3実施形態に力かる空間情報検出システムの動作説明図である。

[図 8]第 3実施形態の変更例を示すブロック図である。

[図 9]本発明の第 4実施形態に力かる空間情報検出システムのブロック図である。

[図 10] (A)および (B)は、図 9の空間情報検出システムの動作説明図である。

発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下に説明する実施形態では、本発明の空間情報検出システムに使用される検出装置として、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が、本発明における空間情報は距離に限定されない。例えば、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。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各位置までの距離を画素に対応付けた距離画像を生成する。

(検出装置の基本構成）

本実施形態に使用される測距装置は、図 1に示すように、対象空間に光を投光する発光源 2と、対象空間からの光を受光して受光光量を反映した出力を提供する光検出素子 1とを備える。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力物体 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ので、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が用いられる。 [0017] すなわち、図 2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 X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 Y のように変化するとすれば、位相差 φは飛行時間に相当するから、位相差 φ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 φの単位を [rad

1、物体 Obまでの距離を L[m]、光速を c [mZs]、強度変調光の角周波数を ω [rad Zs]とすれば、 L= φ ·。Ζ2ωになる。

[0018] 位相差 φは、曲線 Xの複数のタイミングで求めた曲線 Υ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 Xにおける位相が 0〜90度、 90〜180度、 180-2 70度、 270〜360度のタイミングで求めた曲線 Υの受光光量をそれぞれ A0、 Al、 A

2、 A3とする（図 2中、受光光量 A0、 Al、 A2、 A3を斜線部で示す)。つまり、各位相における受光光量 A0、 Al、 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、 Al、 A2、 A3を求める間に、位相差 φ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 ( co t+ δ ) +Βで表されるものとする。ただし、 Α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 = 2 π ί;ί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 Φを、たとえば次式で表すことができる。

φ =tan^_1 (A2- AO) / (Al - 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度である力 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度異なったりする力いずれにしても、位相差 φは 4区間の受光光量 A0、 Al、 A2、 A3を用いて求めることがでさる。

[0019] 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ため、発光源 2として、応答速度の速い光源が使用される。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を発光源 2として使用できる。発光源 2を駆動する変調信号は後述するタイミング制御部 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つて変調される。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、鋸歯状波などでちょい。

[0020] 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 1 1への光の入射経路には受光光学系 5が配置される。したがって、感光部 11には対象空間からの光が受光光学系 5を介して入射し、受光光量に応じた量の電荷が生成される。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マトリクス状に配列される。

[0021] 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、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から照射され、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。

[0022] 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ので、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。尚、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してもよ!/、。

[0023] 本実施形態では、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、 Al、 A2、 A 3を求めている。したがって、目的の受光光量 A0、 Al、 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、て感光部 11で発生する電荷の量は少な、から、複数周期に亘つて電荷を集積することが望ましい。そこで、図 1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、る。このタイミングはタイミング制御部 3が制御する。

[0024] 本実施形態で用いる光検出素子 1は、図 3に示すように、複数個（たとえば、 100 X 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し、半導体層は垂直方向への電荷 (本実施形態では、電子を用いる）の転送経路として用いられる。さらに、各列の半導体層の一端力も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が半導体基板に設けられて、る。すなわち、半導体層が感光部 11と電荷の転送経路に兼用されて、る。

[0025] 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に転送された電荷は水平転送部 Thを介して外部に取り出される構成になってヽる。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、、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 1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、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ぐ撮像領域 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。

[0026] ところで、感度制御部 12は、上述した受光光量 AO、 Al、 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 AO 、 Al、 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 CC D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^^積するタイミングを制御する方法は限られるが、ここでは感光部 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 AO、 Al、 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。廃棄電極への電圧の印加は受光光量 A

0、 Al、 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。

[0027] 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ので、上述した各区間の受光光量 A0、 A

1、 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、 Al、 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）にわたつて電荷集積部 13に集積した後に、電荷取出部 14を通して光検出素子 1から取り出す。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によって制御される。

[0028] 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。

[0029] ところで、上記構成において、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 に集積することができる。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、 Al、 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、 Al、 A2、 A3に対応した電荷を集積できる。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、 Al、 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して分解能は 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、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。

[0030] 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回ずつ必要になるので、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、本実施形態では、 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、 Al、 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 Al、 A3に相当する電荷を取り出す。

[0031] 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に送られ、距離演算部 4では上述の 4区間の受光光量 A0、 Al、 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 φを求める数式に当てはめるか、あるいは当該数式に相当するテーブルに当てはめることによって位相差 φを求め、さらに位相差 Φ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、て距離を求めるから、対象空間につ、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のである。

(第 1実施形態）

本実施形態に力かる空間情報検出システムは、図 4に示すように、検出装置として上述した構成の測距装置 10a〜10cを 3台所有する。つまり、各検出装置 10a〜： LOc 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 1 0a〜10cは、上述のように発光源 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。本実施形態のタイミング制御部 3は、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有するように発光源 2を制御する機能を有している。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。

[0032] 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。本実施形態では、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、他の検出装置はマスタ力も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。すなわち、図 4に示す例では、検出装置 10aがマスタになり、検出装置 10b、 10cがそれぞれスレーブとして機能する。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は、検出装置 10aのシンクロ信号を受け取るとともに、末端のスレーブの検出装置 10cにシンクロ信号を送出する。スレーブの検出装置 10cは、検出装置 10bのシンクロ信号を受け取る機能を有する。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、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ぐ無線伝送路を用いてもよい。

[0033] 以下、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について説明する。本実施形態に用いる各検出装置 10a〜10cは構成と動作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〜： LOc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とすると、マスタの検出装置 10aでは、図 5 (A)に示すように、一定の投光周期 T1で所定期間の投光期間 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 Tl 1にお、て発光源 2から対象空間に光を投光する。

[0034] 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、本実施形態では、休止期間 T12中に光検出素子 1から距離演算部 4に電荷を取り出す読出期間が設定される。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 T 11には関係がなぐ休止期間 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、 Al、 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。本実施形態では、休止期間 T12を読出期間にほぼ一致させている。また、本実施形態を含め、以下に説明する実施形態では、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。

[0035] マスタの検出装置 10aでは投光期間 Ti lが終了すると、スレーブの検出装置 10b に対してシンクロ信号を出力する。つまり、図 5 (B)に示すように、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が終了して力も検出装置 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、図 5 (C)に示すように、スレーブの検出装置 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 T2 1の終了力も投光期間 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、 Τ3は検出装置 10aの投光周期 T1に等しく Τ1 =Τ2=Τ3であり、投光期間に関しては Τ11 =Τ21 =Τ31、さらに検出装置 10b、 10cの休止期間をそれぞれ T22、 Τ32とすれば、 Τ12=Τ22=Τ32である。また、以下の関係が成立する。 Τ1 =Τ11 +Τ12

Τ2=Τ21 +Τ22

Τ3=Τ31 +Τ32

T12≥T21 +T31 + 2Td

T22≥T31 +Tl l + 2Td

T32≥Tl l +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の間にすベての検出装置 10 a〜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できることになり、結果的に対象空間に複数の光を投光することにより生じる各検出装置 10a〜10cの誤測定を防止することがでさる。

[0036] 上述の例では、 3台の検出装置 10a〜10cを用いている力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。

[0037] 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。

[0038] 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、図 4中、点線の矢印で示されるように、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ぐ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取るようにする。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 10 a〜 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のである。

(第 2実施形態）

実施形態 1では各検出装置 10a〜10cにそれぞれタイミング制御部 3を設け、それらが互いに連携して動作する構成について説明したが、本実施形態は、図 6に示すように、検出装置 10a〜： LOcとは別に設けた中央制御部 6から各タイミング制御部 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中央制御部 6 力もの指示により集中的に制御することを特徴とする。つまり、中央制御部 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 〜： LOcの投光期間が重複しな、ように各検出装置 10a〜 10cを互、に連携させることを必要としない。この構成では、 1つの中央制御部 6で複数台の検出装置 10a〜10c の動作タイミングを制御できるので、中央制御部 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。その他の構成および動作は実施形態 1と同様であるので、重複する説明を省略する。

(第 3実施形態）

実施形態 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、本実施形態では、各検出装置 10の投光期間を異なる長さに設定した場合について説明する。すなわち、実施形態 1では検出装置 10a〜10cの投光期間 Tl l、 T21、 T31を等しく設定し、かつ休止期間 Τ12、 Τ22、 Τ32を等しく設定した力本実施形態では、図 7に示すように、 Τ11 >Τ21 >Τ31、Τ12<Τ22<Τ32の関係となるように投光期間および休止期間を設定している。ただし、 Τ11 +Τ12=Τ21 +Τ 22=Τ31 +Τ32であって、投光周期 Tl、 Τ2、 Τ3は等しくしてある。さらに、実施形態 1と同様に以下の関係が成立する。

T12≥T21 +T31 + 2Td

T22≥T31 +Tl l + 2Td

T32≥Tl l +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で所定の受光光量 (受光強度の時間積)を確保しょうとすれば、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、検出装置ごとに距離の測定範囲が異なるようにしてある。つまり、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、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、検出装置 10cの投光期間 T31を最短にし、近距離に存在する物体 Obから受ける反射光量を減らして光検出素子 1が飽和するのを防いでいる。 [0040] 例えば、 1つの検出装置で遠距離にある空間情報、中距離にある空間情報および近距離にある空間情報を検出しょうとすると、受光期間は光検出素子の飽和を防ぐため一般に近距離力の受光量を考慮して短く設定せざるを得な、。しかしながら、このような設定とすると、中距離や遠距離からの受光量が相対的に減少することは避けられず、結果的に対象空間内の遠くにある物体の空間情報や、反射率の低い物体の空間情報の検出が困難になる。そこで、本実施形態においては、 3台の検出装置をそれぞれ遠距離用、中距離用および近距離用として用い、各光検出素子が飽和しない範囲で十分量の受光量が得られる受光期間を個別に設定することができる。例えば、遠距離用の検出装置においては受光時間を長くし、近距離用の検出装置になるほど受光時間を短くすることで、光検出素子のダイナミックレンジを各検出装置において有効に活用でき、結果的として複数の光検出素子を有効に活用して異なる距離にある空間情報をほぼ等しい精度で検出することができるである。

[0041] さらに、 1台の検出装置を用いて遠距離にある空間情報、中距離にある空間情報および近距離にある空間情報を検出する場合は、検出にかかる時間が長くなるという問題がある。例えば、遠距離、中距離および近距離力もの受光期間をそれぞれ、 8m s、 4msおよび 2msとし、それぞれの読出期間を 15msとすると、これらの距離にある空間情報を取得するのに必要な最小時間は 59ms (= (8 + 15) + (4+ 15) + (2 + 15) )となる。これに対して、本実施形態においては、 3台の検出装置の動作をタイミング制御部により制御することで、例えば、図 7に示すように、遠距離からの受光期間が完了した後、遠距離力受光した光量に対応する電荷の読取期間中に中距離からの受光期間を開始することができ、同様に、中距離力もの受光期間が完了した後、中距離力受光した光量に対応する電荷の読取期間中に近距離力の受光期間を開始することができるので、上記と同じ受光期間と読出期間の条件下において、これらの距離にある空間情報を得るために必要な最小時間は約 29ms ( = 8(T11) +4(T2 1) + 2(Τ31)+ 15(Τ32)、ここでは遅れ時間 (Td)を無視している）となる。このように、本発明によれば、異なる距離にある空間情報の検出効率の改善、すなわちフレームレートの向上を達成することができる。

[0042] また、本実施形態においては、図 7に示すように、検出装置 10a〜10cの投光周期 Tlの 2周期分を単位期間 PIとしている。単位期間 P1は、設定部（図示せず）により設定することができる。あるいは、単位期間 P1をタイミング制御部 3で設定できるようにすることも好ましい。また、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 Tl l、 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 Tl l、 T21、 T31が 2回ずつ含まれ (必ずしも読出期間は含まれない）、投光期間 Tl l、 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定部 42が距離演算部 4に設けられている。

[0043] 判定部 42では単位期間 P1の前半の 1回の投光期間 Tl l、 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 Tl l、 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 Tl l、 T21、 T31の受光光量が光量範囲内であると判定部 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 Tl l、 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 Tl l、 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 T1 1、 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し、より短い投光期間でなる別の単位期間を採用して測定をやり直すような構成を採用してもよい。

[0044] 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 PI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 Tl l、 T21を、省略した投光期間 T21、 T31により生じた余剰の時間によって延長するようにタイミング制御部 3内の時間調整部（図示せず)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所定光量範囲に達した場合を示しており、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によって延長した場合が示されている。

[0045] 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所定光量範囲に達した場合には、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によって延長することができる。尚、投光期間 Tl l、 T21を延長しょうとする検出装置 10a、 10bにおいて受光光量がすでに所定光量範囲内であるときには、投光期間 Tl l、 T21の延長は行われない。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所定光量範囲を満たし、かつ遠距離用の検出装置 10aの前半の 1回の投光期間 T11で受光光量が所定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の合計によって延長してもよい。また、中距離用の検出装置 10b における後半の投光期間 T21を省略する場合は、必要に応じて、近距離用の検出装置 10cにおける後半の投光期間 T31を投光期間 T21の省略により生じた余剰の時間によって延長してもよい。

[0046] その他の構成および動作は実施形態 1と同様であるので重複する説明を省略する。尚、上述した構成では単位期間 P1において投光期間 Tl l、 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、上記説明では、単位期間 P1において投光期間が 2回設けられ、それぞれの投光期間において 2区間の受光光量 ΑΟ、 Α2を抽出しているので、前半の 1回の投光期間で受光光量が所定光量範囲を満たせば、受光光量 ΑΟ、 Α2を抽出することができ、従って後半の投光期間を省略しても問題はない。しかしながら、投光周期の最初の 1周期で 2区間の受光光量 ΑΟ、 Α2を抽出し、投光周期の次の 1周期で別の 2区間の受光光量を Al、 A3を抽出し、結果として単位期間 P1において 4種類の受光光量 ΑΟ〜Α3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。要するに、 2区間の受光光量 AO、 A2を抽出するための前半の投光期間で受光光量が所定光量範囲を満たしていても、後半の投光期間は別の 2 区間の受光光量 Al、 A3を抽出するために省略することができないのである。尚、単位期間 P1に例えば 4回の投光期間を設ければ、 2回の投光期間で 4種類の受光光量 AO〜A3を得ることができるので、残りの 2回の投光期間を省略できる場合がある。

[0047] 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、て反射率の範囲に応じて検出装置 10a〜 10cを設けるようにしてもょ、。

[0048] 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、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、ある検出装置において投光期間の回数を少なく設定したことで得られた余剰の時間により他の検出装置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をあらカじめ固定的に設定してお！、てもよ!/、。

[0049] (第 4実施形態）

本実施形態は、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で距離を求めることを特徴としている。以下、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。尚、ここでは説明を簡単にするため、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。また、長さの異なる投光期間は、設定部（図示せず）により設定することができる。あるいは、タイミング制御部 3で各投光期間の長さを設定 Z変更できるようにすることも好まし、。

[0050] 本実施形態の距離演算部 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適切な出力を選択して距離を求める。例えば、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が設けられる。また、保持部 41a、 4 lbに保持された受光出力を評価していずれか一方の保持部に保持されている受光出力を選択して演算部 43に送る選択部 44を有する。要するに、選択部 44は長投光期間と短投光期間の一方の投光期間を選択する。演算部 43は、選択部 44で選択された受光出力を用いて画素ごとの距離を演算する。

[0051] 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ヽな、場合、長投光期間に対応する保持部 41 a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、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は、例えば感度を低下させる等の別処理を行う必要がある。

[0052] 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ょ、。

[0053] 本実施形態に力かる空間情報検出システムを図 10 (A)に示す動作例に基づいてより具体的に説明する。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 Tl laとして受光光量 AO、 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 Tl 2aにお、て読み出して保持部 41 aに保持する。次に、投光期間を短投光期間 Tl lbとして受光光量 AO、 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 Tl 2bにお、て読み出して保持部 4 lbに保持する。このように、長投光期間 Tl laと短投光期間 Tl lbと休止期間 T12a、 T12 bとの合計を単位期間 P 1として受光光量 AO、 A2に相当する受光出力を各保持部 4 la、 41bにそれぞれ保持する。

[0054] 同様にして、次の長投光期間 Tl laと短投光期間 Tl lbと休止期間 T12a、 T12bとを 1回の単位期間 PIとして受光光量 Al、 A3に相当する電荷を各保持部 41a、 41b にそれぞれ保持する。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 AO、 Al、 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 Tl laに対応する受光出力を保持部 41 aに保持し、短投光期間 Tl lbに対応する受光出力を保持部 41bに保持する。 [0055] 距離を求めるのに必要な 4区間の受光光量 A0、 Al、 A2、 A3に対応する受光出力について長投光期間 Tl laと短投光期間 Tl lbとのすベての受光出力が保持部 4 la、 41bに保持された後、選択部 44では長投光期間 Tl la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 2に示した例では受光光量 A 1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、大きい方の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。

[0056] 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 Tl lbを設定してあり、保持部 41bが選択された場合は、ほとんどの場合には距離の演算が可能になるように構成してある。この場合、保持部 41aを選択した場合に比較すると、受光出力が小さくなるため距離の測定精度がやや低下するものの距離測定を行うことが可能である。尚、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 V、て距離の演算が可能な画素にっ、ては、当該画素の距離を求める。

[0057] ところで、実施形態 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、図 10 (A)および図 10 (B)に示すように、検出装置 10a の長投光期間 Tl laおよび短投光期間 Tl lb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、 Tl la=T21a、 Tl lb=T 21bであって、 Tl la, Tl lb, T21a、 T21b<T12a (=T12b=T22a=T22b,ここでは遅れ時間を無視している）に設定してある。すなわち、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よりも短いが、ここではほぼ一致する場合を想定している。 [0058] さて、検出装置 10aの長投光期間 Tl laの終了後に検出装置 10bの長投光期間 T 21aを開始する場合と、短投光期間 Tl lbの終了後に検出装置 10bの短投光期間 T 21bを開始する場合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 T1 2a, 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 Tl la、 T21aと短投光期間 Tl lb、 T21bとのいずれも重複することがない。し力しながら、検出装置 10aの短投光期間 Tl lb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の満了前に短投光期間 T21bが開始されることになる。そこで、スレーブになる検出装置 10bでは、タイミング制御部 3が休止期間 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力も長投光期間 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 Tl la、 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、所定の読出期間（休止期間 T12a、 T12b、 T22a、 T22bよりも短い力本実施形態ではほぼ一致する場合を想定する）を確保することができる。その他の構成および動作は他の実施形態と同様であるので、重複する説明を省略する。

[0059] 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、実施形態 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つても、上述の例と同様に、接続順で一つ前になる検出装置 10a〜： LOc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力投光期間を開始することができる。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中央制御部 6で集中的に制御する場合は、中央制御部 6で投光期間の重複がな、ように管理すればよ!、。

[0060] ところで、受光光量 A0、 Al、 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、 Al、 A2、八3の平均値(八0+八1 +八2+八3) 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 2の A)と環境光成分 (図 2の B— A)との合計に相当する (すなわち、図 2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 AO、 Al、 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 Tl la, T21 aと短投光期間 Tl lb、T21bとのどちらの電荷量を採用するかを決定してもよい。

[0061] また、平均値を用いる代わりに 4区間の受光光量 AO、 Al、 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。尚、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 AO、 Al、 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}°· ⁵/2

上述した各実施形態では、 FT方式の CCDイメージセンサと同様の構成を採用して V、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等を採用することができる。

[0062] このように、本発明の空間情報検出システムは、複数の検出装置それぞれにおける投光タイミングをタイミング制御部により制御することを基本思想として、るから、空間情報を検出すべき対象空間が異なるが、それらへの照射領域が部分的に重複して V、る場合や、共通の対象空間から異なる距離にある対象物の空間情報 (あるいは、反射率の異なる対象物の空間情報)を検出する場合においてその有効性を発揮する。換言すれば、投光経路や対象空間が重複しない複数の対象空間から空間情報を検出する場合は、それぞれの検出装置によって自由なタイミングで検出を行っても投光した光同士の混合 Z干渉という問題が生じないので、本発明のタイミング制御部による投光タイミングの制御は必須とされない。尚、このような投光経路や対象空間が重複しない複数の対象空間力も空間情報を検出する場合にも本発明の空間情報検出システムが利用可能であることは言うまでもない。

産業上の利用可能性

このように、本発明は、複数の検出装置が共通の対象空間を有するような場合に想定される新たな問題点に注目し、これを効果的に解消する手段として、上記第 1〜第 4実施形態に代表されるタイミング制御部を設けたことを特徴とするものであり、これにより、検出装置同士間で干渉を生じることなぐそれぞれの検出装置により正確な空間情報の検出を行える空間情報検出システムとしてその利用が期待される。

Claims

請求の範囲

[1] 各々が、所定の変調周期で強度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て受光光量に応じた電荷を生成する感光部を有する光検出素子と、発光源力投光した光と光検出素子で受光した光の間の変化力対象空間の空間情報を検出する評価部とを有する複数の検出装置;および

前記複数の検出装置の一つの発光源の投光期間が前記検出装置の別の一つの発光源の投光期間と重複しないように前記複数の検出装置の発光源の投光タイミングを制御するとともに、前記投光期間において感光部が対象空間からの光を受光して電荷を生成する受光期間と、前記発光源の光が対象空間に投光されない休止期間と前記投光期間の少なくとも一方の範囲内に設定され、前記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複数の検出装置の各々の光検出素子を制御するタイミング制御部を含むことを特徴とする空間情報検出システム。

[2] 前記タイミング制御部は、前記読出期間が前記休止期間内に設定されるように前記複数の検出装置の各々の光検出素子を制御することを特徴とする請求項 1に記載の空間情報検出システム。

[3] 前記タイミング制御部は前記複数の検出装置の各々に設けられ、前記検出装置の一つのタイミング制御部は、その発光源の投光期間の終了時点でシンクロ信号を前記検出装置の別の一つのタイミング制御部に出力し、前記シンクロ信号を受信したタイミング制御部が、対応する検出装置の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に記載の空間情報検出システム。

[4] 前記シンクロ信号を受信したタイミング制御部は、対応する検出装置における前記読出期間が終了するまで発光源の投光期間の開始を待機させることを特徴とする請求項 3に記載の空間情報検出システム。

[5] 前記タイミング制御部の各々は、対応する検出装置の発光源が自発的に投光するマスタとして機能する力、他の検出装置のタイミング制御部力シンクロ信号を受けて従動的に投光するスレーブとして機能するかのいずれかを設定するためのモード切換部を有することを特徴とする請求項 3に記載の空間情報検出システム。

[6] 前記検出装置の各々に設けられる前記タイミング制御部に対して異なるタイミングでシンクロ信号を出力する中央制御部をさらに含み、前記シンクロ信号を受信したタイミング制御部が、対応する検出装置の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に記載の空間情報検出システム。

[7] 前記タイミング制御部は、感光部の受光光量に基づいて前記複数の検出装置の各々における投光期間の長さを制御することを特徴とする請求項 1に記載の空間情報検出システム。

[8] 前記投光期間は、感光部の受光光量が少ない検出装置ほど長く設定されることを特徴とする請求項 7に記載の空間情報検出システム。

[9] 前記複数の検出装置は、短い投光期間が設定される短距離用検出装置、長い投光期間が設定される長距離用検出装置、および短距離用検出装置の投光期間より長く、長距離用検出装置の投光期間よりも短い投光期間が設定される中距離用検出装置とを少なくとも含むことを請求項 7に記載の空間情報検出システム。

[10] 各検出装置において長さの異なる複数の投光期間を設定するための設定部と、前記複数の投光期間の各々の受光光量が、予め設定されたしきい値以下であるか否かを判定する判定部とをさらに含み、前記評価部は、前記しきい値以下の最大の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に記載の空間情報検出システム。

[11] 各検出装置に関して、所定回数の投光期間を含む単位期間を設定する設定部と、対象空間の環境に応じて前記複数の検出装置の一つにおいて設定された単位期間中の投光期間の回数を削減し、削減した回数の投光期間に相当する時間を別の検出装置の投光期間に付加して延長する時間調整部とをさらに含むことを特徴とする請求項 1に記載の空間情報検出システム。

投光期間

[12] 前記時間調整部は、前記複数の検出装置のうち、単位期間内に設定された投光期間の回数より少ない回数で受光光量が所定値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、削減した回数の投光期間に相当する時間を受光光量が前記所定値に達していない別の検出装置の投光期間に付加して延長することを特徴とする請求項 11に記載の空間情報検出システム。