WO2020031603A1

WO2020031603A1 - 距離計測装置、距離計測システム、および距離計測方法、並びにプログラム

Info

Publication number: WO2020031603A1
Application number: PCT/JP2019/027353
Authority: WO
Inventors: 堅誠城; 智哉竹田; 奈々松本
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2020-02-13
Anticipated expiration: 2021-02-07
Also published as: TWI846711B; KR102785590B1; US20210293939A1; TW202010999A; CN112513670A; US12228684B2; KR20210042311A; DE112019003952T5; CN112513670B

Abstract

複数光源を有する光源ユニットと距離計測装置（カメラ）を個別のクロックで制御して、光源を任意の位置に設定可能とした構成を実現する。光源ユニットの複数光源の出力光を物体表面で反射させてＴｏＦセンサで撮影し物体までの距離を算出する。ＴｏＦセンサの撮影タイミングを制御するセンサクロックは、光源ユニットの光源の発光タイミングを制御する光源ユニットクロックと異なる装置固有のクロックであり、距離計測装置は、各光源から装置までの距離を算出する複数の距離算出式の差分算出式を生成し、生成した差分算出式を用いて物体までの距離を算出する。

Description

距離計測装置、距離計測システム、および距離計測方法、並びにプログラム

　本開示は、距離計測装置、距離計測システム、および距離計測方法、並びにプログラムに関する。具体的には、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いて物体の距離を計測する距離計測装置、距離計測システム、および距離計測方法、並びにプログラムに関する。

　物体までの距離や、物体の３次元形状を計測する方式として、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）方式が知られている。
　ＴｏＦ方式は、光を物体に照射し、その反射光を解析して物体までの距離や、物体の形状を計測する方式である。

　ＴｏＦ方式を用いた距離計測装置は、発光部（光源）と受光部（カメラ）を一体化したいわゆるＴｏＦカメラを用いて、光源からの出力光を計測対象となる物体（距離計測対象オブジェクト）に照射して、その反射光をカメラで受光する構成を持つ。

　しかし、この構成ではカメラと一体化された光源から出力した光は、物体に到達した後、物体表面で反射してカメラ側に戻る往復経路を辿ることになり、カメラから物体までの距離がｄである場合、光路はその２倍の２ｄとなる。このように、光路が長いとカメラに入力する光の強度が低下し、距離計測精度が低下するという問題がある。特に、カメラから遠方の物体の距離を計測する場合には、測定精度の低下が顕著になる。

　本出願人は、先の特許出願である特許文献１（特開２０１８－３１６０７号公報）において、光源とカメラを独立した構成とし、カメラから離れた位置にある光源の出力光を、直接、カメラで受光して、カメラから光源までの距離を計測する装置を提案した。

　この構成では、光源とカメラの距離がｄである場合、光源の出力光も距離ｄの経路のみを経由してカメラに入射することになり、上述した光強度の低下による測定精度の低下を防止できる。
　しかし、この特許文献において開示した構成は、光源を直接カメラで観測することを想定しており、センサのダイナミックレンジが広くないと使用できない構成だった。例えば、光源を直接観測するためには飽和を避けるために露光時間を短く設定する必要があるが、そうすると周囲の被写体が黒つぶれしてしまう問題がある。また、光源とカメラのクロックのズレに起因する問題に対する解決方法は開示していなかった。

特開２０１８－３１６０７号公報

　本開示は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、光源以外の一般的な物体についても光強度の低下による測定精度の低下を発生させることのない距離計測装置、距離計測システム、および距離計測方法、並びにプログラムを提供することを目的とする。

　さらに、本開示の一実施例は、発光部（光源）と受光部（カメラ）を個別のクロックで制御する構成として発光部（光源）と受光部（カメラ）を離れた位置に置くことを可能とし、発光部（光源）から物体に照射した光の反射光を受光部（カメラ）に入射してＴｏＦ方式によって物体までの距離や、物体の３次元形状を計測する距離計測装置、距離計測システム、および距離計測方法、並びにプログラムを提供するものである。

　本開示の第１の側面は、
　複数光源を有する光源ユニットの各光源の出力光を物体の表面で反射させて入力するＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）センサと、
　前記ＴｏＦセンサの出力を解析して、前記物体までの距離を算出する距離算出部を有し、
　前記ＴｏＦセンサの画像撮影タイミングを制御するセンサクロックは、前記光源ユニットの光源の発光タイミングを制御する光源ユニットクロックと異なる装置固有のクロックである距離計測装置にある。

　さらに、本開示の第２の側面は、
　複数光源を有する光源ユニットと、
　前記光源ユニットの各光源の出力光を物体の表面で反射させて入力する距離計測装置を有する距離計測システムであり、
　前記距離計測装置は、
　前記物体からの反射光を入力するＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）センサと、
　前記ＴｏＦセンサの出力を解析して、前記物体までの距離を算出する距離算出部を有し、
　前記光源ユニットの光源の発光タイミングを制御する光源ユニットクロックと、前記距離計測装置のＴｏＦセンサの画像撮影タイミングを制御するセンサクロックは異なる独立したクロックである距離計測システムにある。

　さらに、本開示の第３の側面は、
　距離計測装置において実行する距離計測方法であり、
　ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）センサが、複数光源を有する光源ユニットの各光源の出力光を物体の表面で反射させて入力するステップと、
　距離算出部が、前記ＴｏＦセンサの出力を解析して、前記物体までの距離を算出する距離算出ステップを実行し、
　前記距離算出ステップは、
　前記光源ユニットの複数光源から前記距離計測装置までの距離を算出する複数の距離算出式として、
　（ａ）前記距離計測装置と前記物体間の距離データと、
　（ｂ）前記物体と、前記光源ユニットの各光源間の距離データと、
　（ｃ）前記センサクロックと前記光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣ、
　これら（ａ）～（ｃ）のデータからなる複数の距離算出式を生成し、
　さらに、前記距離算出式各々の差分を算出する差分算出式を生成して、生成した差分算出式を用いて前記物体までの距離を算出するステップである距離計測方法にある。

　さらに、本開示の第４の側面は、
　複数光源を有する光源ユニットと、前記光源ユニットの各光源の出力光を物体の表面で反射させて入力する距離計測装置を有する距離計測システムにおいて実行する距離計測方法であり、
　前記光源ユニットが、
　光源ユニットクロックによって規定される発光タイミングで前記光源ユニットの各光源を発光するステップと、
　前記距離計測装置のＴｏＦセンサが、
　前記光源ユニットクロックと異なるセンサクロックによって規定される画像撮影タイミングで画像撮影を実行するステップと、
　前記距離計測装置の距離算出部が、
　前記ＴｏＦセンサの出力を解析して、前記物体までの距離を算出するステップ、
　を有する距離計測方法にある。

　さらに、本開示の第５の側面は、
　距離計測装置において距離計測処理を実行させるプログラムであり、
　ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）センサに、複数光源を有する光源ユニットの各光源の出力光を物体の表面で反射させて入力させるステップと、
　距離算出部に、前記ＴｏＦセンサの出力を解析して、前記物体までの距離を算出させる距離算出ステップを実行させ、
　前記距離算出ステップにおいて、
　前記光源ユニットの複数光源から前記距離計測装置までの距離を算出する複数の距離算出式として、
　（ａ）前記距離計測装置と前記物体間の距離データと、
　（ｂ）前記物体と、前記光源ユニットの各光源間の距離データと、
　（ｃ）前記センサクロックと前記光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣ、
　これら（ａ）～（ｃ）のデータからなる複数の距離算出式を生成する処理と、
　さらに、前記距離算出式各々の差分を算出する差分算出式を生成する処理と、生成した差分算出式を用いて前記物体までの距離を算出する処理を実行させるプログラムにある。

　なお、本開示のプログラムは、例えば、様々なプログラム・コードを実行可能な画像処理装置やコンピュータ・システムに対して、コンピュータ可読な形式で提供する記憶媒体、通信媒体によって提供可能なプログラムである。このようなプログラムをコンピュータ可読な形式で提供することにより、情報処理装置やコンピュータ・システム上でプログラムに応じた処理が実現される。

　本開示のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。なお、本明細書においてシステムとは、複数の装置の論理的集合構成であり、各構成の装置が同一筐体内にあるものには限らない。

　本開示の一実施例の構成によれば、複数光源を有する光源ユニットと距離計測装置（カメラ）を個別のクロックで制御して、光源を任意の位置に設定可能とした構成が実現される。
　具体的には、例えば、光源ユニットの複数光源の出力光を物体表面で反射させてＴｏＦセンサで撮影し物体までの距離を算出する。ＴｏＦセンサの撮影タイミングを制御するセンサクロックは、光源ユニットの光源の発光タイミングを制御する光源ユニットクロックと異なる装置固有のクロックであり、距離計測装置は、各光源から装置までの距離を算出する複数の距離算出式の差分算出式を生成し、生成した差分算出式を用いて物体までの距離を算出する。
　本構成により、複数光源を有する光源ユニットと距離計測装置（カメラ）を個別のクロックで制御して、光源を任意の位置に設定可能とした構成が実現される
　なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また付加的な効果があってもよい。

ＴｏＦ方式による距離計測処理の概要について説明する図である。ＴｏＦ方式による距離計測処理の概要について説明する図である。ＴｏＦ方式による距離計測処理の概要について説明する図である。ＴｏＦ方式による距離計測処理の概要について説明する図である。本開示の距離計測装置が実行する処理の概要について説明する図である。位相同期処理について説明する図である。本開示の距離計測システムの一構成例について説明する図である。光源ユニットの具体的構成例について説明する図である。各光源を時分割で駆動する設定とした光源の駆動制御例を示す図である距離計測装置（カメラ）の詳細構成について説明する図である。本開示の距離計測システムを利用した距離計測の全体シーケンスについて説明するフローチャートを示す図である。本開示の距離計測システムを利用した距離計測の全体シーケンスについて説明するフローチャートを示す図である。フレーム同期処理の詳細について説明する図である。クロックの周波数を推定する処理について説明する図である。距離計測装置（カメラ）における周波数同期処理のシーケンスについて説明するフローチャートを示す図である。距離計測装置（カメラ）における周波数同期処理を実行する構成要素について説明する図である。光源ユニットの位置姿勢の算出処理と被写体距離算出の具体的処理例について説明する図である。光源ユニットの位置姿勢の算出処理と被写体距離算出の具体的処理例について説明する図である。光源ユニットの位置姿勢の算出処理と被写体距離算出の具体的処理シーケンスについて説明するフローチャートを示す図である。距離計測装置（カメラ）において光源ユニットの位置姿勢の算出処理と被写体距離算出を行う構成要素について説明する図である。クロック位相差に基づくオフセット算出処理と、物体の距離（デプス）算出処理を行う場合の具体的処理例について説明する図である。クロック位相差に基づくオフセット算出処理と、物体の距離（デプス）算出処理を行う場合の具体的処理例について説明する図である。双曲面について説明する図である。クロック位相差に基づくオフセット算出処理と、物体の距離（デプス）算出処理を行う場合の具体的処理シーケンスについて説明するフローチャートを示す図である。距離計測装置（カメラ）において、クロック位相差に基づくオフセット算出処理と、物体の距離（デプス）算出処理を行う構成要素について説明する図である。光源位置、光源クロックオフセットが既知の場合に、物体の距離（デプス）を算出する処理の具体例について説明する図である。距離計測装置（カメラ）において、光源位置、光源クロックオフセットが既知の場合に、物体の距離（デプス）を算出する処理を行う構成要素について説明する図である。双曲面方程式と直線方程式との連立方程式の解に重解を発生させない構成例について説明する図である。双曲面方程式と直線方程式との連立方程式の解に重解を発生させない構成例について説明する図である。本開示の距離計測システムの特徴について説明する図である。複数の光源ユニットを利用した構成例について説明する図である。複数の光源ユニットを利用した構成例について説明する図である。本開示の距離計測システムの利用例について説明する図である。本開示の距離計測システムの利用例について説明する図である。本開示の距離計測システムの利用例について説明する図である。本開示の距離計測システムの利用例について説明する図である。本開示の距離計測システムの利用例について説明する図である。本開示の距離計測装置のハードウェア構成例について説明する図である。

　以下、図面を参照しながら本開示の距離計測装置、距離計測システム、および距離計測方法、並びにプログラムの詳細について説明する。なお、説明は以下の項目に従って行う。
　　１．ＴｏＦ方式による距離計測処理の概要について
　　２．本開示の距離計測装置が実行する処理の概要について
　　３．本開示の距離計測装置の実行する処理のシーケンスについて
　　４．フレーム同期処理について
　　５．周波数同期処理について
　　６．光源ユニットの位置姿勢の算出処理の詳細と、光源ユニット位置姿勢算出処理に併せて距離算出を行う場合の具体的処理例について
　　７．クロック位相差に基づくオフセット算出処理と、物体の距離（デプス）算出処理を行う場合の具体的処理例について
　　８．光源位置、光源クロックオフセットが既知の場合に、物体の距離（デプス）を算出する処理の具体例について
　　９．双曲面方程式と直線方程式との連立方程式の解に重解を発生させない構成について
　１０．複数の光源ユニットを利用した構成例について
　１１．本開示の距離計測システムのその他の利用例について
　１２．距離計測装置のハードウェア構成例について
　１３．本開示の構成のまとめ

　　［１．ＴｏＦ方式による距離計測処理の概要について］
　まず、ＴｏＦ方式による距離計測処理の概要について説明する。

　前述したように、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）方式は、物体までの距離や、物体の３次元形状を計測する方式の一つである。ＴｏＦ方式は、光を物体に照射し、その反射光を解析して物体までの距離（デプス）や、物体の形状を計測する方式である。
　図１以下を参照して、ＴｏＦ方式による距離（デプス）計測処理の概要について説明する。なお、以下の説明では３次元形状の計測処理については特に言及しないが、物体表面の距離を物体表面全体に渡って計測することで物体の３次元形状を計測することが可能となる。

　図１には、光源（発光部）１、カメラ（受光部）２、物体３を示している。光源（発光部）１から出力された光が物体３に反射してカメラ（受光部）２に入射する。
　この構成において、光源１からの出力光が物体３に反射してカメラ２に入射するまでの時間Δｔを計測することで、カメラ２から物体３までの距離（デプス）ｄを計測することができる。

　距離ｄは以下の（式１）に従って算出できる。
　ｄ＝（１／２）×ｃ×Δｔ・・・（式１）
　上記（式１）において、
　ｃ：光速
　である。

　なお、図では、分かりやすくするため光源１とカメラ２をわずかに離れた位置に示しているが、従来の一般的な装置では、光源１の発光タイミングやとカメラ２による撮像タイミングを１つのクロックで制御するため、光源１とカメラ２は同一の装置等、ほぼ同じ位置に構成される。従って、光源１からの出力光が物体３に反射してカメラ２に入射するまでの時間Δｔは、カメラ２から物体３までの距離（デプス）dの２倍の距離を光が進む時間となる。これが、上記（式１）の距離ｄの算出式で、（１／２）を乗算している理由である。

　しかし、この図１に示す構成において、時間Δｔは非常に短い時間であり、この時間Δｔを正確に計測するのは困難である。従って、実際には、光源１からパルス光を発光し、カメラ２が受光したパルス光の時間差を位相差に変換して距離を求める。
　この処理について、図２を参照して説明する。

　図２にも図１と同様、光源（発光部）１、カメラ（受光部）２、物体３を示している。光源１からパルス光を発光し、物体３で反射して帰ってきたパルス光をカメラ２が受光する。
　この構成で、光源１の出力パルス光と、カメラ２の入力パルス光の時間差を位相差に変換して観測する。

　光源１は、既知の周波数ｆＨｚで高速に点滅させる。すなわち光源１の発光パターンの１周期は１／ｆ秒となる。カメラ２は、画素毎に光の点滅パターンの位相を計測する。この画素単位の位相計測構成の具体例については、後段で図３を参照して説明する。

　例えば、光源１の出力するパルス光の位相と、カメラ２が受光したパルス光の位相の差がφとすると、光源１からの出力光が物体３に反射してカメラ２に入射するまでの時間Δｔは、以下の（式２）によって算出できる。
　Δｔ＝（１／ｆ）×（φ／２π）・・・（式２）

　上記（式２）によって算出された時間Δｔを先に説明した（式１）に代入することで、カメラ２（または光源１）から物体３までの距離ｄは、以下の（式３）によって算出できる。
　ｄ＝（ｃφ）／４πｆ・・・（式３）
　上記（式３）において、
　ｃ：光速
　φ：光源１の出力パルス光の位相と、カメラ２の受光パルス光の位相の差
　ｆ：パルス光の周波数
　である。

　図３を参照して、カメラ２における画素単位のパルス光の位相算出構成について説明する。
　図１、図２を参照して説明したカメラ２は、通常のカメラとは異なるＴｏＦカメラであり、各画素が高速にＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、ＯＮ期間のみ電化を蓄積する。
　ＴｏＦカメラを用いて、物体の距離計測を行う場合、
　ＯＮ／ＯＦＦの実行タイミングを順次、切り替えて各タイミングにおける蓄積電荷を解析する。ＯＮ／ＯＦＦの実行タイミングの切り替えパターンは、例えば、図３左の図に示す以下の４種類である。
　（ｃ１）位相０度、
　（ｃ２）位相９０度、
　（ｃ３）位相１８０度
　（ｃ４）位相２７０度

　（ｃ１）位相０度は、ＯＮタイミング（受光タイミング）を光源１の出力するパルス光の位相、すなわち図３左の図に示す（ａ）発光パターンと同じ位相とした設定である。
　（ｃ２）位相９０度は、ＯＮタイミング（受光タイミング）を光源１の出力するパルス光（（ａ）発光パターン）と９０度遅れた位相とした設定である。
　（ｃ３）位相１８０度は、ＯＮタイミング（受光タイミング）を光源１の出力するパルス光（（ａ）発光パターン）と１８０度遅れた位相とした設定である。
　（ｃ４）位相２７０度は、ＯＮタイミング（受光タイミング）を光源１の出力するパルス光（（ａ）発光パターン）と２７０度遅れた位相とした設定である。

　カメラ２において、これら４種類の切り替えを順次実行し、受光タイミングを変化させた受光量を取得する。すなわち蓄積位相を変えた４種類の受光量とその受光量に応じた電荷を得る。
　例えば、発光パターンに対する受光画素の位相差を０，９０，１８０，２７０度としたときに蓄積する電荷を、それぞれＱ_０，Ｑ_９０，Ｑ_１８０，Ｑ_２７０とする。

　ここで、先に説明した（式３）を適用して物体までの距離ｄを算出するために必要な位相差φは、光源１の出力パルス光の位相と、カメラ２の受光パルス光の位相の差である。この位相差φは、以下の（式４）に基づいて算出することができる。
　φ＝Ａｒｃｔａｎ（（Ｑ_９０－Ｑ_２７０）／（Ｑ_１８０－Ｑ_０））・・・（式４）

　上記（式４）によって算出した位相差φ、すなわち、光源１の出力パルス光の位相と、カメラ２の受光パルス光の位相の差φを上記（式３）に代入することで、（式３）に従って、カメラ２（または光源１）から物体３までの距離ｄを算出することができる。

　なお、本開示書では、図４に示すように、ＴｏＦカメラにおいて撮影される画像フレーム、すなわち、発光パターン（パルス）との位相ズレ量０度、９０度、１８０度、２７０度の各位相設定の撮影画像や各撮影画像の蓄積電荷をコンポーネントと呼ぶ。
　図４に示す図は、カメラ（ＴｏＦカメラ）によって撮影される画像データを左から右に示す時間軸に従って示した図である。
　発光パターン（パルス）との位相ズレ量０度、９０度、１８０度、２７０度の各位相設定の撮影画像が順次、繰り返し撮影される。

　０度、９０度、１８０度、２７０度の各位相設定のコンポーネントの組み合わせの１セットをフレームと呼ぶ。
　すなわち、１つのフレームは、発光パターン（パルス）との位相ズレ量０度、９０度、１８０度、２７０度の各位相設定の撮影画像の蓄積電荷情報Ｑ_０，Ｑ_９０，Ｑ_１８０，Ｑ_２７０を持つ。
　なお、一般的に各コンポーネント間の時間は、フレーム間の時間より短い設定である。

　　［２．本開示の距離計測装置が実行する処理の概要について］
　次に、本開示の距離計測装置が実行する処理の概要について説明する。
　図１～図３を参照して説明したように、ＴｏＦ方式による物体の距離計測では、光源の発光パルスとカメラの受光パルスの位相差を検出することが必要である。

　この位相差を正確に検出するためには、光源の発光パルスのＯＮ／ＯＦＦタイミングと、カメラにおいて実行される画素のＯＮ／ＯＦＦタイミングを把握することが必要である。
　このためには、例えば、光源の発光パルスのＯＮ／ＯＦＦタイミングと、カメラにおいて実行される画素のＯＮ／ＯＦＦタイミングの制御を１つのクロックに基づいて実行すること、すなわち同期させて実行すればよい。

　図５（ａ）に示すように、光源１とカメラ２を例えば１つの装置内に構成して１つのクロックからのクロック信号で制御すれば、光源の発光パルスとカメラ２の電荷蓄積タイミングを同期させた処理が可能となる。すなわち、発光パターン（パルス）との位相ズレ量０度、９０度、１８０度、２７０度の各位相設定の撮影画像からなるコンポーネントを取得することができる。
　しかし、図５（ａ）に示す設定では、光源１からカメラ２に至るまでの光の経路は物体３までの距離ｄの２倍、すなわち２ｄと長くなってしまうため、カメラ２の受光強度が落ち、距離計測精度が低下するという問題がある。

　カメラ２の受光強度が落ち、距離計測精度が低下するという問題を解決するための構成として、図５（ｂ）に示す構成が考えられる。
　図５（ｂ）に示す構成は、光源１を物体３の近くに置いたものである。このような設定とすることで、光源１の出力光が物体３に反射してカメラ２において受光するまでの経路を短くすることが可能となり、カメラ２の受光強度を低下させることなく、距離計測精度を向上させることが可能となる。

　しかし、このように、光源１とカメラ２の位置を離して、それぞれの装置を別の装置とした場合、各装置は、個別のクロック信号によって制御せざる得ない場合が発生する。
　このように、光源１とカメラ２を各々異なるクロック信号で制御すると、光源１とカメラ２の制御タイミングを完全に一致させること、すなわち同期させることが困難となる。同期がとれないと、発光パターン（パルス）との位相ズレ量０度、９０度、１８０度、２７０度の各位相設定の撮影画像からなるコンポーネントを正確に取得することができない。

　なお、正確な距離計測を行うために必要な同期処理の種類として、以下の複数の同期処理がある。
　（１）フレーム同期処理
　（２）周波数同期処理
　（３）位相同期処理

　（１）フレーム同期処理は、カメラ２側で取得したフレームやコンポーネント各々に対する光源１側の発光タイミングを取得する同期処理である。
　（２）周波数同期処理は、光源１とカメラ２のクロックの周波数のズレを確認して、周波数のズレを解消するように調整する処理である。例えば、光源１と、カメラ２のクロックを１００ＭＨｚに設定したとしても、クロックの個体差により、光源１のクロックが１００．０００１ＭＨｚになるといったことはよくあることであり、この差を正確に把握することが必要となる。
　（３）位相同期処理は、光源１とカメラ２のクロックの位相のズレを確認して、位相のズレを解消するように位相を調整する処理である。
　例えば、図６に示すように、光源１の波形（Ｌｉｇｈｔ（ｔ））を、以下の正弦波とする。
　Ｌｉｇｈｔ（ｔ）＝ｃｏｓ（ｆ_Ｌｔ＋θ_Ｌ）
　位相同期処理を行うためには、図６に示すように上記正弦波に従った発光を行う光源１の発光開始時刻ｔ_１と、ｆ_Ｌ、θ_Ｌを推定する処理が必要となる。

　本開示の距離計測システムの一実施例の全体構成例を図７に示す。本開示の距離計測システムは、先に図５（ｂ）を参照して説明した構成と同様、光源とカメラを個別のクロックで制御可能としたシステムである。
　すなわち、光源の発光タイミング制御のためのクロックとカメラの撮像タイミング制御のためのクロックを個別のクロックとすることを可能としたシステムである。

　このような構成とすることで、光源をカメラと離れた任意の位置に置くことが可能となる。これにより光源を距離計測対象となる物体の近くに置くことが可能となる。
　この結果、光源からの出射光を距離計測対象物体に反射させて、この反射光を撮影するカメラは、光強度の低下しない反射光を撮影することが可能となり、高精度な距離計測を実現することができる。
　このように本開示のシステムは、光源からの出力光を物体に反射させてカメラに入射するまでの光路を短く設定することが可能な構成を持つ。

　ただし、本開示の距離計測システム光源の制御タイミングを決定するクロック（ＣＬＫ１）と、カメラの制御タイミングを決定するクロック（ＣＬＫ２）は異なるクロックであり、このクロックのズレを考慮した処理を行うことが必要となる。この処理については後段で詳細に説明する。

　図７に示す本開示の距離計測システムは、光源ユニット１０と、距離計測装置（カメラ）２０によって構成される。なお、距離計測装置（カメラ）２０は、物体３０と距離計測装置（カメラ）２０との距離を計測する。また、距離計測に伴い、物体３０の表面形状、すなわち物体３０の３次元形状を計測することも可能である。

　図７に示すように、光源ユニット１０は、複数の光源ａ，ｂ，ｃを有する。これら３つの光源は、等間隔（Ｗ）で配列されている。この光源ａ～ｃは、個別のパルス光を出力する。パルス光の出力タイミングすなわち位相制御は１つのクロック（ＣＬＫ１）のクロック信号によって行われる。

　なお、図７に示す実施例において光源ユニット１０は、相対位置が固定された３つの光源を有している。この光源数は３個に限定されるものではなく、４つ、５つ等、３以上の光源を備えた構成でもよく、また処理によっては２つのみでもよい。
　以下では３つの光源を有する光源ユニット１０を用いた構成と処理、および２つの光源を有する光源ユニット１０を用いた構成と処理について説明する。

　ここでは、まず、３つの光源を有する光源ユニット１０を用いた構成と処理について説明する。光源ユニット１０の３つの光源ａ～ｃの出力パルス光は物体３０の表面において反射し、距離計測装置（カメラ）２０に入射する。距離計測装置（カメラ）２０は、先に図２～図４を参照して説明したＴｏＦカメラと同様のＴｏＦセンサを有し、異なる受光タイミングを設定した画像、すなわち複数のコンポーネントから構成されるフレームを取得する。
　距離計測装置（カメラ）２０の制御タイミングは、カメラ固有のクロック（ＣＬＫ２）の出力するクロック信号に基づいて実行される。

　次に、図８を参照して、光源ユニット１０の具体的構成例について説明する。先に図７を参照して説明したように、光源ユニット１０は複数の光源と、クロックから構成される。

　図８に示すように、光源ユニット１０は、光源ユニットクロック（ＣＬＫｌ）１０１、光源制御部１０２、と、各光源対応の遅延制御部１０３～１０５、および複数の光源ａ１０６，光源ｂ１０７、光源ｃ１０８を有する。複数の光源ａ～ｃは、１つの光源ユニットクロック１０１によって制御されるため、発光する光（パルス光）の周波数は同一（あるいは既知の倍数）となる。

　例えば、基準クロックが１０ＭＨｚクロックである場合の光源ａ～ｃの出力パルス光の周波数設定は、以下のような設定が可能である。
　（設定例１）光源ａ～ｃのパルス光がすべて１０ＭＨｚの設定、
　（設定例２）光源ａ～ｃのパルス光が、各々１０ＭＨｚ、２０ＭＨｚ、３０ＭＨｚ等のように、規定の倍数に設定、
　例えば、上記のような設定が可能である。

　なお、各光源ａ～ｃのパルス光の位相はクロック１０１から光源ａ～ｃまでの配線の長さにも依存するため、一定量のズレが生じる可能性があるが、予め補正されるとする。ここでは便宜上、複数の光源ａ～ｃの位相は同一でズレがないものとする。なお、個々の光源の位相がずれていても、ズレ量が既知であれば後段で補正して使用することができる。

　また、図８（ａ）光源配置例に示すように、各光源ａ～ｃの物理的配置は固定されているとする。
　例えば、光源ａ～ｃを光源ユニット１０の筐体に固定し、各光源間距離がＷとなるように固定する。物理的に複数の光源を固定した構成が光源ユニット１０である。
　図８（ａ）光源配置例に示すように、光源ユニット１０内のある点を基準とし、光源座標系を定義する。光源ユニット内部の部品は固定されているため、各光源の位置は、光源座標系では既知となる。

　光源ａ～ｃの発光タイミング、すなわち発光パルスは、光源制御部１０２と遅延調整部１０３～１０５によって調整される。なお、光源制御部１０２と遅延調整部１０３～１０５は光源ユニットクロック１０１から供給されるクロックによって光源ａ～ｃの発光タイミングの制御を行う。遅延調整部１０３～１０５は各光源ａ～ｃ，１０５～１０８の発光タイミングの遅延量を制御する。

　なお、光源ユニット１０の各光源ａ～ｃからの光は、それぞれ干渉することなく距離計測装置（カメラ）２０に届くように制御される。このため、例えば、以下のような光源の駆動制御を行う。
　（ａ）各光源を時分割で駆動する
　（ｂ）各光源の発光周波数を異なる設定とする。例えば、各光源の発光周波数をクロック周波数の１倍、２倍、３倍などのように異なる設定とする。
　（ｃ）各光源の使用する波長を変える。例えば、８５０ｎｍ，９０５ｎｍ，９４０ｎｍ等の異なる波長光を利用する。

　図９に「（ａ）各光源を時分割で駆動する」設定とした光源の駆動制御例を示す。
　図９には、光源ユニットクロック１０１から供給されるクロックと信号と、光源ａ～ｃの発光パルスの例を示している。
　図９に示す例は、光源ａ～ｃが基準クロック（光源ユニットクロック）に対して同じ周波数、位相でタイミングを変更して順次発光する設定である。
　なお、どの光源が今、発光しているかを識別可能とするため、消灯期間を設ける。消灯期間の後、光源ａ→ｂ→ｃの順で発光させ、その後も所定の消灯期間の後、光源ａ→ｂ→ｃの順での発光を繰り返す。

　次に、図１０を参照して、距離計測装置（カメラ）２０の詳細構成について説明する。
　図１０に示すように、距離計測装置（カメラ）２０は、センサクロック２０１、ＴｏＦセンサ２０２、動被写体検知部２０３、位相算出部２０４、位相画像メモリ２０５、光源位置推定部２０６、光源ユニット位置姿勢メモリ２０７、クロック位相差（光源クロックオフセット）算出部２０８、クロック位相差（光源クロックオフセット）メモリ２０９、クロックズレ量推定部２１０、センサクロック調整部２１１、距離（デプス）算出部２２０を有する。

　ＴｏＦセンサ２０２は、先に図２～図４を参照して説明したＴｏＦカメラと同様の撮像素子によって構成される。すなわち、異なる受光タイミングを設定した画像、すなわち複数のコンポーネントから構成されるフレームを取得する。
　このＴｏＦセンサ２０２の受光タイミングを決定するのがセンサクロック２０１の出力するクロック信号である。

　動被写体検知部２０３は、ＴｏＦセンサ２０２によって撮影された画像から動く被写体を検出する。この動被写体検出処理は、先に説明した周波数同期処理、すなわち光源とＴｏＦセンサのクロックのズレを修正するための同期処理に際して利用される。この処理の詳細については後段で説明する。

　位相算出部２０４は、先に図２、図３を参照して説明した発光パルスと受光パルスとの位相差φを算出する。本構成において、発光パルスは、光源ユニット１０の各光源ａ～ｃの発光パルスであり、受光パルスはＴｏＦセンサ２０２が受光した光源ａ～ｃの出力光に対応する受光パルスである。

　位相画像メモリ２０５には、ＴｏＦセンサ２０２において撮影されたコンポーネント（位相画像）から構成されるフレーム画像と、位相算出部２０４の算出した位相差データが格納される。

　光源位置推定部２０６は、光源ユニット１０の位置姿勢の推定処理、具体的には例えば光源ａ～ｃの３次元位置推定処理を実行する。この具体的な処理例については後述する。
　光源ユニット位置姿勢メモリ２０７には、光源位置推定部２０６の推定した光源ユニット１０の位置姿勢情報（光源ａ～ｃの３次元位置情報）が格納される。

　クロック位相差（光源クロックオフセット）算出部２０８は、センサクロック２０１と光源ユニットクロック１０１のズレ、すなわちクロック位相差の算出処理を行い、算出したクロック位相差をクロック位相差（光源クロックオフセット）メモリ２０９に格納する。この処理の詳細については後述する。

　クロックズレ量推定部２１０は、センサクロック２０１と光源ユニットクロック１０１の周波数のズレ量を推定する。センサクロック調整部２１１は、クロックズレ量推定部２１０が推定したセンサクロック２０１と光源ユニットクロック１０１のズレ量に基づいてセンサクロック２０１の周波数を調整する。すなわち、センサクロック２０１のクロック周波数と光源ユニットクロック１０１のクロック周波数とのズレを解消または減少させる周波数調整を行う。この処理の詳細についても後述する。

　なお、このクロック周波数の調整を行っても、２つのクロックの位相差（位相ズレ）は解消されない。実際の距離計測時には、このクロック位相差を考慮した処理が必要となる。このクロック位相差を算出するのが上述のクロック位相差（光源クロックオフセット）算出部２０８である。

　距離（デプス）算出部２２０は、距離計測対象となる物体３０の距離（デプス）を算出する。この算出距離は、距離計測装置（カメラ）２０から物体３０表面までの距離である。

　この距離算出のために、位相画像メモリ２０５、光源ユニット位置姿勢メモリ２０７、クロック位相差（光源クロックオフセット）メモリ２０９の格納データが利用される。すなわち、
　（ａ）位相画像メモリ２０５に格納されたＴｏＦセンサ２０２において撮影されたコンポーネント（位相画像）から構成されるフレーム画像と、位相差算出部２０４の算出した位相差データ。
　（ｂ）光源ユニット位置姿勢メモリ２０７に格納された光源位置推定部２０６の推定した光源ユニット１０の位置姿勢情報（光源ａ～ｃの３次元位置情報）。
　（ｃ）クロック位相差（光源クロックオフセット）メモリ２０９に格納されたセンサクロック２０１と光源ユニットクロック１０１のズレ（位相差）、または位相差に基づいて発生する距離算出時の誤差量に相当するオフセット。
　これらを用いた距離算出を行う。
　この処理の詳細については後述する。

　　［３．本開示の距離計測装置の実行する処理のシーケンスについて］
　次に、本開示の距離計測装置（カメラ）２０の実行する処理のシーケンスについて説明する。
　まず、図１１に示すフローチャートを参照して、図７に示す構成を持つ本開示の距離計測システムを利用した距離計測の全体シーケンスの概要について説明する。
　なお、図１１に示すフローにはステップＳ１１～Ｓ１４の４つの処理ステップがあるが、まず、各ステップの大まかな処理と全体の処理の流れについて説明する。個々のステップの詳細な処理については、後段で説明する。
　以下、図１１に示すフローチャートの各ステップの処理について、説明する。

　　（ステップＳ１１）
　まず、ステップＳ１１においてフレーム同期処理を実行する。
　フレーム同期処理は、先に図６を参照して説明したようにカメラ側で取得したフレームやコンポーネント各々に対する光源側の発光タイミングを取得する同期処理である。
　ステップＳ１１では、距離計測装置（カメラ）２０側で取得したフレームやコンポーネント各々に対する光源ユニット１０側の発光タイミングを取得する。
　なお、この具体的な処理については後段で説明する。

　　（ステップＳ１２）
　次に、ステップＳ１２において、周波数同期処理を実行する。この処理は、距離計測装置（カメラ）２０側で利用するセンサクロックと、光源ユニット１０側で利用する光源ユニットクロックの周波数のズレを確認して、周波数のズレを解消するように調整する処理である。この処理には、距離計測装置（カメラ）２０が、光源ユニット１０で利用しているクロックの周波数を推定する処理が必要となる。

　　（ステップＳ１３）
　次に、ステップＳ１３において、光源ユニット１０の位置姿勢を推定する。先に図７を参照して説明したように、光源ユニット１０は、複数の光源ａ～ｃによって構成されており、ステップＳ１３では、これらの各光源ａ～ｃの位置を推定する処理を行う。

　　（ステップＳ１４）
　次に、ステップＳ１４において、物体３０の距離（デプス）計測処理を実行する。すなわち距離計測装置（カメラ）２０から物体３０までの距離を計測する。
　なお、この処理に際して、クロック位相差、すなわち、センサクロックと光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣの算出処理を実行する。
　これらステップのＳ１１～Ｓ１４の詳細処理については、後段で説明する。

　なお、図１１に示すフローは、本開示の距離計測装置（カメラ）２０が実行する処理シーケンスの基本的なフローであるが、本開示の距離計測装置（カメラ）２０は、この図１１に示すフローに従った処理以外に、例えば図１２（ａ），（ｂ）に示すようなシーケンスで、物体の距離（デプス）を算出することも可能である。

　図１２（ａ）に示すフローは、ステップＳ１１～Ｓ１２は、図１１に示すフローのステップＳ１１～Ｓ１２と同様の処理である。
　図１２（ａ）に示すフローは、ステップＳ１２におけるクロック周波数同期処理の後に、ステップＳ２１において、以下の処理を行う。

　　（ステップＳ２１）
　ステップＳ２１において、光源ユニット１０の位置姿勢を推定する処理と、物体までの距離、すなわち距離計測装置（カメラ）２０から物体３０までの距離の算出を併せて実行する。
　このステップＳ２１の処理は、図１１に示すフローのステップＳ１３の処理とステップＳ１４の処理を併せて実行する処理に相当する。

　また、図１２（ｂ）に示すフローは、ステップＳ１１～Ｓ１３は、図１１に示すフローのステップＳ１１～Ｓ１３と同様の処理である。
　図１２（ｂ）に示すフローは、ステップＳ１３における光源ユニット１０の位置姿勢を推定処理の後に、ステップＳ３１において、以下の処理を行う。

　　（ステップＳ３１）
　ステップＳ３１において、クロック位相差、すなわちセンサクロックと光源クロックの位相差に基づくオフセットＣ、すなわち、クロック位相差に基づく距離計測誤差の値を適用して物体の距離（デプス）計測処理を実行する。

　この図１２（ｂ）に示すフローに従った処理は、既にクロック位相差に基づくオフセットＣが算出され、メモリに格納されている場合に実行されるフローである。

　このように、本開示の距離計測装置（カメラ）２０は、この図１１に示すフローに従った処理以外に、例えば図１２（ａ），（ｂ）に示すようなシーケンスで、物体の距離（デプス）を算出することも可能である。
　これらの処理の詳細については、以下、説明する。

　　［４．フレーム同期処理について］
　次に、図１１に示すフローチャートを参照して説明したステップＳ１１のフレーム同期処理の詳細について説明する。フレーム同期処理は、距離計測装置（カメラ）２０側で取得したフレームやコンポーネント各々に対する光源ユニット１０側の発光タイミングを取得する処理である。
　図１３を参照して、この具体的な処理例について説明する。

　先に図９を参照して説明したように、光源ユニット１０の３つの光源ａ～ｃは、基準クロックである光源ユニットクロックに対して同じ周波数、位相でタイミングを変更して順次発光する。さらに、どの光源が今、発光しているかを識別可能とするため、消灯期間が設けられている。消灯期間の後、光源ａ→ｂ→ｃの順で発光させ、その後も所定の消灯期間の後、光源ａ→ｂ→ｃの順での発光を繰り返す。

　このように、時分割で各光源を順次点灯させる場合、距離計測装置（カメラ）２０は、いつどの光源が発光したかを同定する必要がある。このために、光源ユニット１０は、図１３の下部に示すように、一定周期で消灯期間を交えて光源を順次点灯させる。

　なお、距離計測装置（カメラ）２０は、予め各光源の点灯時間や点灯順、消灯期間の長さについては確認済みであるとする。距離計測装置（カメラ）２０は、まず撮影開始後、最初の消灯期間を検知する。一度、消灯期間が検知できれば、その後は、周期性（光源ａ→ｂ→ｃの順）を考慮することで今どの光源が点灯しているかを判定する。
　図１１に示すフローのステップＳ１１のフレーム同期処理は、この処理であり、距離計測装置（カメラ）２０が受光しているパルス光が光源ユニット１０のどの広言の出力パルス光であるかを判定する処理である。

　　［５．周波数同期処理について］
　次に、図１１に示すフローチャートを参照して説明したステップＳ１２の周波数同期処理の詳細について説明する。

　ステップＳ１２の処理は、周波数同期処理である。この処理は、距離計測装置（カメラ）２０側で利用するセンサクロックと、光源ユニット１０側で利用する光源ユニットクロックの周波数のズレを確認して、周波数のズレを解消するように調整する処理である。この処理には、距離計測装置（カメラ）２０が、光源ユニット１０で利用しているクロックの周波数を推定する処理が必要となる。

　この処理の具体例について、図１４を参照して説明する。
　この処理の目的は、図１４に示す距離計測装置（カメラ）２０側のセンサクロック（ＣＬＫ２）を、光源ユニット１０側の光源ユニットクロック（ＣＬＫ１）に同期するように、距離計測装置（カメラ）２０側のセンサクロック（ＣＬＫ２）を調整することである。

　光源ユニット１０には３つの光源ａ～ｃがあるが、これらはいずれも同じ光源ユニットクロック（ＣＬＫ１）を利用しているので、どれか１つの光源の出力光を用いて調整すればよい。例えば光源ａの出力光を用いた処理例について説明する。

　図１４に示すように光源ユニット１０からの出力光（光源ａの出力光）を物体１０に反射させて、距離計測装置（カメラ）２０で受光する。
　受光信号は、図１４の右側の（ａ１）に示すコンポーネントからなるフレームである。すなわち、先に図３、図４を参照して説明したに蓄積位相を順次変更（０，９０，１８０，２７０度）したコンポーネントによって構成されるフレームである。

　この４つのコンポーネントから構成されるフレームを時系列に複数、取得する。
　ここで、距離計測装置（カメラ）２０と、光源ユニット１０と、物体３０はいずれも動かない固定位置にあるものとする。
　この場合、光源ユニット１０の光源ａの出力パルスと、距離計測装置（カメラ）２０の受光パルスとの位相差φは、光源ユニット１０～物体１０～距離計測装置（カメラ）２０、この経路を進む光の時間に応じた位相差となる。

　距離計測装置（カメラ）２０と、光源ユニット１０と、物体３０はいずれも動かない固定位置にあり、かつ、距離計測装置（カメラ）２０側のセンサクロック（ＣＬＫ２）と、光源ユニット１０側の光源ユニットクロック（ＣＬＫ１）との周波数が一致していれば、図１４の右側の（ａ２１）に示すように、時系列に取得されるいずれのフレームにおいても、光源ユニット１０の光源ａの出力パルスと、距離計測装置（カメラ）２０の受光パルスとの位相差φは不変となるはずである。

　しかし、距離計測装置（カメラ）２０側のセンサクロック（ＣＬＫ２）と、光源ユニット１０側の光源ユニットクロック（ＣＬＫ１）との周波数が一致しない場合、すなわちズレが存在すると、図１４の右側の（ａ２２）に示すように、時系列に取得されるフレームの進行に従って、光源ユニット１０の光源ａの出力パルスと、距離計測装置（カメラ）２０の受光パルスとの位相差φが変化してしまう。

　距離計測装置（カメラ）２０は、図１４（ａ２２）に示すような観測データが得られた場合、距離計測装置（カメラ）２０側のセンサクロック（ＣＬＫ２）と、光源ユニット１０側の光源ユニットクロック（ＣＬＫ１）との周波数にズレがあると判定し、このずれを解消させるためのセンサクロック調整処理を行う。

　センサクロック調整処理の詳細シーケンスは以下の通りである。
　まず、ズレのある２つのクロックの周波数を以下のｆ_Ｌ、ｆ_Ｓとする。
　ｆ_Ｌ：光源ユニットクロック周波数
　ｆ_Ｓ：センサクロック周波数
　とする。

　このとき、２つのクロックのＴ秒間のクロックズレ量は、
　（ｆ_Ｌ－ｆ_Ｓ）Ｔ
　となる。
　また、２つのクロックのＴ秒間のクロックの位相ズレ量は、
　２π（ｆ_Ｌ－ｆ_Ｓ）Ｔ
　となる。

　さらに、単位時間（１秒）あたりの位相ズレ量（Δφ）は、
　Δφ＝２π（ｆ_Ｌ－ｆ_Ｓ）
　となる。
　この単位時間（１秒）あたりの位相ズレ量（Δφ）は、図１４の（ａ２１），（ａ２２）に示すグラフの傾きに相当する。
　図１４の（ａ２１），（ａ２２）に示すデータは、距離計測装置（カメラ）２０観測値として得られるデータである。すなわち、観測データに基づいて、単位時間（１秒）あたりの位相ズレ量（Δφ）が取得できる。

　観測データから得られる単位時間（１秒）あたりの位相ズレ量（Δφ）に基づい捨て上記式（Δφ＝２π（ｆ_Ｌ－ｆ_Ｓ））に従って、２つのクロックの周波数差（ｆ_Ｌ－ｆ_Ｓ）を以下の式に従って算出することができる。
　（ｆ_Ｌ－ｆ_Ｓ）＝（Δφ／２π）

　距離計測装置（カメラ）２０は、上記式に従って算出された２つのクロックの周波数差に基づいて、センサクロックの周波数と光源ユニットクロックの周波数とのズレを解消または低減させる処理（周波数同期処理）を行う。調整後の新たなセンサクロックの周波数ｆ'_Ｓは以下の式によって得られる周波数である。
　ｆ'_Ｓ＝ｆ_Ｓ＋（Δφ／２π）

　このようにして、図１１のフローのステップＳ１２の周波数同期処理、すなわち、距離計測装置（カメラ）２０側で利用するセンサクロックと、光源ユニット１０側で利用する光源ユニットクロックの周波数ズレを確認して、周波数ズレを解消する調整処理が実行される。

　次に、図１５、図１６を参照して、距離計測装置（カメラ）２０における周波数同期処理を実行する構成要素と、処理シーケンスについて説明する。
　図１５は、周波数同期処理の処理シーケンスを説明するフローチャートである。
　図１６は、先に図１０を参照して説明した距離計測装置（カメラ）２０の構成と同様の構成図であり、周波数同期処理において利用される構成要素を太枠で示している。

　図１５のフローチャートの各ステップの処理について、図１６に示す構成図を参照しながら説明する。
　　（ステップＳ１０１）
　まず、ステップＳ１０１において、時刻ｔにおいて取得した１つのフレームに基づいて位相画像φ（ｔ，ｘ）を計測する。
　この処理は、図１６に示す位相差算出部２０４が、ＴｏＦセンサ２０２から入力する１つのフレームに基づいて実行する。
　この処理は、先に図１４を参照して説明した図１４（ａ２１）または（ａ２２）のフレーム１の時間ｔにおける位相差φの取得処理に相当する。なお、ｘは取得画像の画素位置を示す。

　　（ステップＳ１０２）
　次に、ステップＳ１０２において、時刻ｔ＋Δｔにおいて取得した１つのフレームに基づいて位相画像φ（ｔ＋Δｔ，ｘ）を計測する。
　この処理も、図１６に示す位相差算出部２０４が、ＴｏＦセンサ２０２から入力する１つのフレームに基づいて実行する。

　　（ステップＳ１０３）
　次に、ステップＳ１０３において取得フレームに含まれる動被写体位置を検出する。
　この処理は、図１６に示す動被写体検知部２０３が実行する処理である。

　先に図１４を参照して説明したように、この周波数同期処理においては、光源、物体、カメラ（ＴｏＦセンサ）の相対位置が固定されていることが必要であり、例えば物体が移動している場合、その移動物体による反射光を用いても正確な周波数同期処理を行うことができない。
　ステップＳ１０３の処理は、このような動被写体の撮影画素を処理対象から除去するために行われる。

　　（ステップＳ１０４）
　次に、ステップＳ１０４において、ステップＳ１０１～Ｓ１０２において取得した位相画像φ（ｔ，ｘ）と位相画像φ（ｔ＋Δｔ，ｘ）を用いて、単位時間（１秒）あたりの位相ズレ量Δφ（ｔ，ｘ）を以下の式に基づいて算出する。
　Δφ（ｔ，ｘ）＝（φ（ｔ＋Δｔ，ｘ）－φ（ｔ，ｘ））／Δｔ

　なお、前述したように、ｘは取得画像の画素位置を示し、各画素位置について、単位時間（１秒）あたりの位相ズレ量Δφ（ｔ，ｘ）を算出する。
　この処理は、図１６に示す位相差算出部２０４が実行する。なお、ｘは取得画像の画素位置を示す。

　　（ステップＳ１０５）
　次に、ステップＳ１０５において、ステップＳ１０１～Ｓ１０４の処理を複数フレームの繰り返し処理として規定回数分、完了したか否かを判定する。
　規定回数に達していない場合は、ステップＳ１０１以下の処理を繰り返す。規定回数に達した場合は、ステップＳ１０６に進む。

　　（ステップＳ１０６）
　次に、ステップＳ１０６において、ステップＳ１０４において算出した各画素単位の位相ズレ量Δφ（ｔ，ｘ）から、動被写体位置の画素対応データを除去して、静止被写体対応の位相ズレ量Δφ（ｔ，ｘ）の平均値を算出して、これを、単位時間（１秒）あたりの位相ズレ量（Δφ）とする。
　この処理は、図１６に示すクロックズレ量推定部２１０が実行する。

　なお、動被写体画素対応データを含めないのは、前述したように物体が移動している場合、その移動物体による反射光を用いても正確な周波数同期処理を行うことができないからである。

　　（ステップＳ１０７）
　次に、ステップＳ１０７において、現在のセンサクロック周波数ｆ_Ｓを、光源ユニットクロックの周波数にほぼ一致させた新たな調整センサクロック周波数ｆ'_Ｓを以下式に従って算出する。
　ｆ'_Ｓ＝ｆ_Ｓ＋（Δφ／２π）
　この処理は、図１６に示すクロックズレ量推定部２１０が実行する。

　　（ステップＳ１０８）
　最後に、ステップＳ１０８において、ステップＳ１０７で算出した調整センサクロック周波数ｆ'_Ｓを、センサクロックの周波数に設定する。
　この処理は、図１６に示すセンサクロック調整部２１１が実行する処理である。

　このフローに立従った処理の結果、距離計測装置（カメラ）２０側のセンサクロック（ＣＬＫ２）と、光源ユニット１０側の光源ユニットクロック（ＣＬＫ１）との周波数のズレがほぼ解消される。
　なお、本実施例では、距離計測装置（カメラ）２０側にクロック調整部２１１を設けて光源ユニット１０側の光源ユニットクロック（ＣＬＫ１）と、距離計測装置（カメラ）２０側のセンサクロック（ＣＬＫ２）の周波数ズレを解消または減少させる構成としているが、例えば、光源ユニット１０側にクロック調整部を設けて、光源ユニット１０側で２つのクロック間の周波数のズレを解消または減少させるための調整を行う構成としてもよい。

　　［６．光源ユニットの位置姿勢の算出処理の詳細と、光源ユニット位置姿勢算出処理に併せて距離算出を行う場合の具体的処理例について］
　次に、図１１に示すフローチャートを参照して説明したステップＳ１３の光源ユニットの位置姿勢の推定処理の詳細について説明する。
　さらに、本項目では、図１２（ａ）に示すフローチャートを参照して説明したステップＳ２１の処理、すなわち、光源ユニットの位置姿勢の推定と距離算出を併せて行う場合の処理の具体例についても併せて説明する。

　図１１に示すフローのステップＳ１３の処理は、光源ユニット１０の位置姿勢を推定す処理である。先に図７を参照して説明したように、光源ユニット１０は、複数の光源ａ～ｃによって構成されており、ステップＳ１３では、これらの各光源ａ～ｃの３次元位置を推定する処理を行う。

　また、図１２（ａ）に示すフローのステップＳ２１の処理は、光源ユニット１０の位置姿勢を推定する処理と、物体までの距離、すなわち距離計測装置（カメラ）２０から物体３０までの距離の算出を併せて実行する処理である。
　このステップＳ２１の処理は、図１１に示すフローのステップＳ１３の処理とステップＳ１４の処理を併せて実行する処理に相当する。

　これらの処理の具体例について、図１７以下を参照して説明する。
　図１７、図１８は、光源ユニットの位置姿勢の推定処理の手順を説明する図である。なお、この光源ユニットの位置姿勢の推定処理は、以下の前提の下で実行される。
　（ａ）光源ユニットの座標系である光源座標系が定義されている、未定義の場合は定義する。
　　　　ただし光源座標系とカメラ座標系の相対位置は未知である。
　（ｂ）光源ユニット内での各光源の相対位置は既知。
　　　　すなわち、光源座標系では各光源位置は既知。
　（ｃ）光源ユニット全体はどこに配置されているかはわからない。
　（ｄ）光源クロックとセンサクロックのクロック周波数はほぼ一致（調整完了済み）、またはズレが既知とする。
　　　　ただし、位相ズレは残っている。

　これらの前提条件の下、光源ユニット１０の位置姿勢推定処理、具体的には、光源ユニット１０に備えられた複数の光源各々の３次元位置の推定処理を行う。
　なお、この光源位置推定処理を実行するのは、図１０に示す距離計測装置（カメラ）２０の光源位置推定部２０６である。光源位置推定部２０６の詳細構成については、後段で図２０を参照して説明する。

　光源位置推定部２０６は、まず、図１７（１）に示す光源位置推定処理手順の前半の処理（ステップＳ１）を実行する。
　すなわち、（ステップＳ１）において、光源ユニット１０の各光源ａ～ｃが発光するパルスの受光パルスに基づいて取得されるフレームを用いて距離（各光源ａ～ｃから距離計測装置（カメラ）２０間の距離）を算出する。

　この各光源ａ～ｃから距離計測装置（カメラ）２０間の距離は、以下の（式１１）によって表される。

　なお、上記（式１１）におけるベクトル表記パラメータ（各パラメータの上部に→を表記したパラメータ）は、ある１つの座標系、例えば光源座標系の原点からのベクトルを示す。また、上記（式１１）における各パラメータは以下の意味を有する。
　Ｃは光源ユニット１０と距離計測装置（カメラ）２０のクロックの位相ズレに起因する計測距離誤差に相当するオフセット項、
　Ｏｂｓ（ｕ_Ｄ，Ｅ_１）は、位置Ｅ_１に位置する光源ａが発光したときに画素位置ｕ_Ｄにて観測される距離、
　Ｏｂｓ（ｕ_Ｄ，Ｅ_２）は、位置Ｅ_２に位置する光源ｂが発光したときに画素位置ｕ_Ｄにて観測される距離、
　Ｏｂｓ（ｕ_Ｄ，Ｅ_３）は、位置Ｅ_３に位置する光源ｃが発光したときに画素位置ｕ_Ｄにて観測される距離、
　ｕ_Ｄ＝（ｕ_Ｄ，ｖ_Ｄ）は点Ｄが投影される画素位置
　｜ＯＤ｜は、距離計測装置（カメラ）２０と物体３０とを結ぶベクトルの大きさ（距離）。なお、Ｏは距離計測装置（カメラ）２０の座標系であるカメラ座標系の原点である。Ｄは光源からの光の物体３０における反射位置である。
　｜ＤＥｎ｜は、位置Ｅｎにある各光源と物体３０における反射位置とを結ぶベクトルの大きさ（距離）
　である。
　なお、上記式の説明においてベクトル表記は省略している。なお、以下においても、明細書中の説明部分ではベクトル表記は省略して説明する。

　このように、光源位置推定部２０６は、（ステップＳ１）において、光源ユニット１０に装着された３つの光源ａ～ｃから距離計測装置（カメラ）２０までの３つの距離算出式として、
　（ａ）距離計測装置と物体間の距離データ｜ＯＤ｜と、
　（ｂ）物体と各光源間の距離データ｜ＤＥｎ｜と、
　（ｃ）センサクロックと光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣ、
　これら（ａ）～（ｃ）のデータからなる３つの距離算出式を算出する。

　次に、光源位置推定部２０６は、図１８（１）に示す光源位置推定処理手順の後半の処理（ステップＳ２～Ｓ３）を実行する。
　すなわち、（ステップＳ２）において、ステップＳ１で算出した３つの各距離：Ｏｂｓ（ｕ_Ｄ，Ｅ_１）、Ｏｂｓ（ｕ_Ｄ，Ｅ_２）、Ｏｂｓ（ｕ_Ｄ，Ｅ_３）、これらの各距離の差分の算出式からなる連立方程式を生成する。以下の（式１２）に示す連立方程式である。

　次に、（ステップＳ３）において、上記連立方程式を解いて、光源座標系での複数の被写体位置Ｌ_Ｄｋと、対応する画素位置ｕ_ｋを求める。
　カメラ座標からみた各光源位置は未知であるため、この式をカメラ座標系でそのまま解くことはできない。しかし、光源座標系での各光源位置は既知であるため光源座標系であれば解くことができる。

　上記の（式１２）に示す連立方程式を光源座標系を用いて解くことで、光源座標系での複数の被写体位置Ｌ_Ｄｋと、対応する画素位置ｕ_ｋを求めることができる。
　なお、本例において、上記の複数の被写体位置Ｌ_Ｄｋには、例えば光源ユニット１０の各光源ａ～ｃの位置Ｅ_１，Ｅ_２，Ｅ_３や、物体３０の表面位置が含まれる。

　なお、一般に、ある座標系での複数の点と、その点がカメラで投影される画素位置の対応関係がわかっていれば、その座標系とカメラ座標系の相対位置姿勢を求めることができる。
　すなわち、いわゆるＰｎＰ（Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ－ｎ－Ｐｏｉｎｔ　Ｐｒｏｂｌｅｍ）問題を解くことで、光源座標系とカメラ座標系との相対関係を導き、光源座標系での被写体位置をカメラ座標系に変換することができる。

　この処理により、カメラ座標系における被写体位置Ｌ_Ｄｋと、対応する画素位置ｕ_ｋを求めることができ、光源ａ～ｃの撮影された画素位置から、各光源ａ～ｃの位置Ｅ_１，Ｅ_２，Ｅ_３や、物体３０の表面位置をカメラ座標系で求めることが可能となる。物体３０の表面位置をカメラ座標系で求めることで、物体３０までの距離、すなわち、距離計測装置（カメラ）２０と物体までの距離を算出することができる。

　次に、図１９、図２０を参照して、距離計測装置（カメラ）２０の光源位置推定部２０６の詳細構成と、光源位置姿勢推定処理と被写体位置算出処理（＝距離算出処理）の処理シーケンスについて説明する。
　図１９は、光源位置姿勢推定処理と被写体位置算出処理（＝距離算出処理）の処理シーケンスを説明するフローチャートである。
　図２０は、先に図１０を参照して説明した距離計測装置（カメラ）２０の光源位置推定部２０６の詳細構成を示す図である。

　図１９のフローチャートの各ステップの処理について、図２０に示す構成図を参照しながら説明する。
　　（ステップＳ２０１）
　まず、ステップＳ２０１において、光源ユニット１０の光源ａ～ｃの１つの光源からの出力光、すなわち発光パルスの受光パルスに基づいて取得されるフレームを用いて距離（光源ａ～ｃから距離計測装置（カメラ）２０間の距離）を算出する。

　この各光源ａ～ｃから距離計測装置（カメラ）２０間の距離は、先に説明した以下の（式１１）によって表される。

　このように、光源位置推定部２０６は、ステップＳ２０１において、光源ユニット１０に装着された３つの光源ａ～ｃから距離計測装置（カメラ）２０までの３つの距離算出式として、
　（ａ）距離計測装置と物体間の距離データ｜ＯＤ｜と、
　（ｂ）物体と各光源間の距離データ｜ＤＥｎ｜と、
　（ｃ）センサクロックと光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣ、
　これら（ａ）～（ｃ）のデータからなる３つの距離算出式を算出する。

　図２０は、距離計測装置（カメラ）２０の光源位置推定部２０６の詳細構成を示す図である。位相画像メモリ１～３，２０５は、図１０に示す位相画像メモリ２０５に対応する。図２０では、各光源ａ～ｃ対応の位相画像を格納したメモリとして個別に示している。
　このステップＳ２０１の処理は、図２０に示す位相－距離変換部２５１において実行される。

　　（ステップＳ２０２）
　ステップＳ２０２は、すべての光源についての距離情報の取得が完了したか否かを判定するステップである。
　すべての光源についての距離情報の取得が完了していない場合は、ステップＳ２０１に戻り、未処理の光源についての距離情報取得処理を実行する。
　すべての光源についての距離情報取得を完了するとステップＳ２０３に進む。

　　（ステップＳ２０３）
　ステップＳ２０３では、複数の注目点（被写体）の光源座標系での位置と、その点の画像上での座標を求める処理を行う。

　この処理は、先に説明した図１８の（ステップＳ２～Ｓ３）の処理に対応する処理である。
　すなわち、まず、（ステップＳ２０１）において算出した３つの各光源対応の距離：Ｏｂｓ（ｕ_Ｄ，Ｅ_１）、Ｏｂｓ（ｕ_Ｄ，Ｅ_２）、Ｏｂｓ（ｕ_Ｄ，Ｅ_３）、これらの各距離の差分の算出式からなる連立方程式を生成する。先に説明した以下の（式１２）に示す連立方程式である。

　なお、この差分算出処理は、図２０に示す差分計算部２５２において実行される。
　差分計算部２５２の算出した差分データは、被写体位置計算部２５３に出力され、被写体位置計算部２５３が、上記連立方程式を解いて、光源座標系での複数の被写体位置Ｌ_Ｄｋと、対応する画素位置ｕ_ｋを算出する。

　先に図１８を参照して説明したように、カメラ座標からみた各光源位置は未知であるため、この式をカメラ座標系でそのまま解くことはできない。しかし、光源座標系での各光源位置は既知であるため光源座標系であれば解くことができる。

　上記の（式１２）に示す連立方程式を、光源座標系を用いて解くことで、光源座標系での複数の被写体位置Ｌ_Ｄｋと、対応する画素位置ｕ_ｋを求めることができる。
　なお、本例において、複数の被写体位置Ｌ_Ｄｋには、例えば光源ユニット１０の各光源ａ～ｃの位置Ｅ_１，Ｅ_２，Ｅ_３や、物体３０の表面位置が含まれる。

　　（ステップＳ２０４～Ｓ２０５）
　先に図１８を参照して説明したように、一般に、ある座標系での複数の点と、その点がカメラで投影される画素位置の対応関係がわかっていれば、その座標系とカメラ座標系の相対位置姿勢を求めることができる。

　まず、ステップＳ２０４において、ＰｎＰ（Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ－ｎ－Ｐｏｉｎｔ　Ｐｒｏｂｌｅｍ）問題を解くことで、光源座標系とカメラ座標系との相対関係を導く。
　この処理は、図２０に示す光源－カメラ位置関係推定部２５４が実行する。光源－カメラ位置関係推定部２５４は、光源座標系光源位置メモリ２５４に格納された光源座標系光源位置を取得して、ＰｎＰ（Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ－ｎ－Ｐｏｉｎｔ　Ｐｒｏｂｌｅｍ）問題を解くことで、光源座標系とカメラ座標系との相対関係を導き、結果をカメラ－光源座標系相対位置ＤＢ２５６に格納する。この情報は、座標変換部２５７に出力される。

　次に、ステップＳ２０５において、光源座標系での被写体位置をカメラ座標系に変換する。この処理は、座標変換部２５７において実行される。
　これらの処理により、カメラ座標系における被写体位置Ｌ_Ｄｋと、対応する画素位置ｕ_ｋを求めることができ、光源ａ～ｃの撮影された画素位置から、各光源ａ～ｃの位置Ｅ_１，Ｅ_２，Ｅ_３や、物体３０の表面位置をカメラ座標系で求めることで、物体３０までの距離、すなわち、距離計測装置（カメラ）２０と物体までの距離を算出することができる。
　なお、この距離（デプス）算出処理を実行するのは、図１０を参照して説明した距離計測装置（カメラ）２０の距離（デプス）算出部２２０である。

　　［７．クロック位相差に基づくオフセット算出処理と、物体の距離（デプス）算出処理を行う場合の具体的処理例について］
　次に、図１１に示すフローチャートを参照して説明したステップＳ１４の処理、すなわち、クロック位相差に基づくオフセット算出処理と、物体の距離（デプス）算出処理を行う場合の具体的処理例について説明する。

　図１１に示すフローのステップＳ１４の処理は、物体３０の距離（デプス）の計測処理、すなわち距離計測装置（カメラ）２０から物体３０までの距離を計測する処理である。さらに、この処理に際して、クロック位相差、すなわち、センサクロックと光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣの算出処理を実行する。
　なお、この処理は光源ユニット１０が２つの光源からなる構成であっても実行可能な処理である。すなわち光源ユニット１０は２つ以上の複数の光源を備えていればよい。

　この処理の具体例について、図２１以下を参照して説明する。
　光源ユニット１０側のクロックと、距離計測装置（カメラ）２０側のクロックとの位相差算出処理は、以下の前提の下で実行される。
　（ａ）光源ユニット１０の各光源位置は、カメラ座標系で既知である。
　（ｂ）光源ユニット１０の光源ユニットクロックと、距離計測装置（カメラ）２０側のセンサクロックの周波数はほぼ一致、または推定されている。

　これらの前提条件の下、距離計測装置（カメラ）２０側のクロックとの位相差算出処理を実行し、さらに、物体３０等の被写体距離の算出を行う。
　なお、クロック位相差算出処理を実行するのは、図１０に示す距離計測装置（カメラ）２０のクロック位相差（光源クロックオフセット）算出部２０８であり、距離算出を行うのは、距離（デプス）算出部２２０である。

　なお、クロック位相差（光源クロックオフセット）算出部２０８は、距離計測装置（カメラ）２０側のクロックとの位相差、または、位相差に基づく距離計測誤差に相当するオフセットＣを算出する。距離（デプス）算出部２２０は、このオフセットＣを適用して物体３０までの距離を算出する。

　オフセットＣは、センサクロック２０１と光源ユニットクロック１０１の位相差に基づく距離算出時の誤差量に相当するオフセットＣであり、先に図１７を参照して説明した（ステップＳ１）で利用した式１１のオフセットＣと同様の値である。

　距離計測装置（カメラ）２０側のクロックとの位相差算出処理と、物体３０等の被写体距離算出処理は、光源ユニット１０の２つの光源からの発光パルスのみを用いて実行することができる。
　前述したように、この処理は光源ユニット１０が３つの光源を有することなく、２つの光源のみの構成であっても実行可能な処理である。

　図２１には、光源ユニット１０の２つの光源ａ，ｂのみを示している。
　光源ａ，ｂは位置Ｅ_１に位置する光源ａと、位置Ｅ_２に位置する光源ｂである。なお、位置は、図２１に示す距離計測装置（カメラ）２０の位置に原点Ｏを持つカメラ座標系で取得されているものとする。

　図２１右側には、クロック位相差（光源クロックオフセット）算出部２０８と距離（デプス）算出部２２０の実行する（１）距離（デプス）算出処理の概要を示している。
　まず、（ステップＳ１）において、光源ユニット１０の２つの光源ａ，ｂが発光するパルスの受光パルスに基づいて取得されるフレームを用いて距離（各光源ａ，ｂから距離計測装置（カメラ）２０間の距離）を算出する。

　この各光源ａ，ｂから距離計測装置（カメラ）２０間の距離は、以下の（式２１）によって表される。

　なお、上記（式２１）におけるベクトル表記パラメータ（各パラメータの上部に→を表記したパラメータ）は、ある１つの座標系、例えばカメラ座標系の原点からのベクトルを示す。また、上記（式２１）における各パラメータは以下の意味を有する。
　Ｃは光源ユニット１０と距離計測装置（カメラ）２０のクロックの位相ズレに起因する計測距離誤差に相当するオフセット項、
　Ｏｂｓ（ｕ_Ｄ，Ｅ_１）は、位置Ｅ_１に位置する光源ａが発光したときに画素位置ｕ_Ｄにて観測される距離、
　Ｏｂｓ（ｕ_Ｄ，Ｅ_２）は、位置Ｅ_２に位置する光源ｂが発光したときに画素位置ｕ_Ｄにて観測される距離、
　ｕ_Ｄ＝（ｕ_Ｄ，ｖ_Ｄ）は点Ｄが投影される画素位置
　｜ＯＤ｜は、距離計測装置（カメラ）２０と物体３０とを結ぶベクトルの大きさ（距離）。なお、Ｏは距離計測装置（カメラ）２０の座標系であるカメラ座標系の原点である。Ｄは光源からの光の物体３０における反射位置である。
　｜ＤＥｎ｜は、位置Ｅｎにある各光源と物体３０における反射位置とを結ぶベクトルの大きさ（距離）
　である。
　なお、上記式の説明においてベクトル表記は省略している。

　このように、距離（デプス）算出部２２０は、（ステップＳ１）において、光源ユニット１０に装着された２つの光源ａ～ｂから距離計測装置（カメラ）２０までの２つの距離算出式として、
　（ａ）距離計測装置と物体間の距離データ｜ＯＤ｜と、
　（ｂ）物体と各光源間の距離データ｜ＤＥｎ｜と、
　（ｃ）センサクロックと光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣ、
　これら（ａ）～（ｃ）のデータからなる２つの距離算出式を算出する。

　次に、（ステップＳ２）において、ステップＳ１で算出した２つの各距離：Ｏｂｓ（ｕ_Ｄ，Ｅ_１）、Ｏｂｓ（ｕ_Ｄ，Ｅ_２）、これらの距離の差分の算出式を生成する。以下の（式２２）に示す差分算出式である。

　この差分算出式を生成することで、（ステップＳ１）において生成した距離算出式に含まれるオフセット項Ｃ、すなわち、光源ユニット１０と距離計測装置（カメラ）２０のクロックの位相ズレに起因する計測距離誤差に相当するオフセット項Ｃを消去できる。

　次に、（ステップＳ３）において、物体３０までの距離、すなわち、距離計測装置（カメラ）２０と物体３０との距離Ｄを算出する。
　この処理においては、まず、距離計測装置（カメラ）２０の原点Ｏから、物体３０の表面ＤまでのベクトルＯＤ方向の単位ベクトルｄを求めて、以下の（式２３）を生成する。

　この（式２３）は、距離計測装置（カメラ）２０から物体３０を結ぶ直線方程式である。
　このように、距離（デプス）算出部２２０は、（ステップＳ３）において、
　（ｄ）距離計測装置（カメラ）２０と物体３０間を結ぶ直線方程式を生成する。

　次に、この（式２３）と、先に（ステップＳ２）で生成した距離の差分算出式（式２２）を用いて、物体３０の表面Ｄの位置（ｘ，ｙ，ｚ）を算出し、この位置（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて距離Ｄを算出する。

　ステップＳ１～Ｓ３の処理をまとめると以下の処理となる。
　距離（デプス）算出部２２０は、（ステップＳ１）において、光源ユニット１０に装着された少なくとも２つの光源から距離計測装置（カメラ）２０までの２つの距離算出式として、
　（ａ）前記距離計測装置と前記物体間の距離データと、
　（ｂ）前記物体と、前記光源ユニットの各光源間の距離データと、
　（ｃ）前記センサクロックと前記光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣ、
　これら（ａ）～（ｃ）のデータからなる２つの距離算出式を生成する。
　さらに、（ステップＳ２）において、距離算出式各々の差分を算出する１つの差分算出式を生成する。

　さらに、（ステップＳ３）において、
　（ｄ）前記距離計測装置と前記物体間を結ぶ直線方程式を生成し、
　差分算出式と、直線方程式を連立方程式として解いて、距離計測装置（カメラ）２０と物体３０との距離を算出する

　この処理について、図２２を参照して説明する。
　（ステップＳ２）で生成した距離の差分算出式（式２２）は、光源ａ，ｂの位置Ｅ_１と位置Ｅ_２を焦点とする二葉双曲面の片側を示す方程式に相当する。本稿では以下簡単のため単に双曲面と記述する。
　一方、（ステップＳ３）で生成した（式２３）は、距離計測装置（カメラ）２０の原点Ｏと、物体３０の表面Ｄを結ぶ直線を示す方程式に相当する。

　図２２（Ａ）に示すように、
　双曲面の方程式に相当する差分算出式（式２２）と、
　直線方程式に相当する（式２３）、
　これら２つの式を連立方程式として解くと、図２２（Ｂ１）に示すように、２つの式を満たす点、すなわち交点が算出できる。
　図２２（Ｂ１）に示すように、この交点は、物体３０の表面の位置Ｄの位置（ｘ，ｙ，ｚ）となる。

　このように、双曲面の方程式に相当する差分算出式（式２２）と、
　直線方程式に相当する（式２３）、
　これら２つの式を連立方程式として解くことで、物体３０の表面Ｄの位置（ｘ，ｙ，ｚ）を算出することが可能となる。この位置（ｘ，ｙ，ｚ）はカメラ座標系の位置を示す座標であり、この位置（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて、カメラ座標系の原点Ｏからの距離Ｄを算出することができる。

　なお、図２２（Ｂ２）に示すように、双曲面の方程式に相当する差分算出式（式２２）と、直線方程式に相当する（式２３）による交点が２つ検出されてしまう可能性があり、一般的にはどちらが真の位置か特定することは出来ない。しかしこの問題はカメラ、光源の相対位置を変えることでさけることができる（後述）。あるいは、各点光源に遮光板等をつけ、カメラ方向（あるいはカメラと逆方向）にのみ投光することで、重解のうちどちらが真の位置か特定することができる。

　なお、一般的にある点Ａ，点Ｂから点Ｐの距離を｜ＡＰ｜，｜ＢＰ｜としたとき、｜ＡＰ｜－｜ＢＰ｜が一定となる点Ｐの集合は双曲面の一部となる。すなわち、前述の差分算出式（式２２）は双曲面の一部を示す式となる。
　例えば、図２３に示すように点Ａの座標を（０，０，ｃ）、点Ｂ（０，０，－ｃ）、｜ＡＰ｜－｜ＢＰ｜＝２ｅとすると点Ｐは、下記（式２４）を満たす。

　なお、上記（式２４）が表す図形は、図２３の双曲面を示す図中の＋ｚ方向と－ｚ方向の２つの曲面に分かれるが、これは｜ＡＰ｜－｜ＢＰ｜＝－２ｅとなる場合も同じ上記（式２４）が得られるためであり、｜ＡＰ｜－｜ＢＰ｜の符号が分かって入ればどちらか片方に特定される。
　前述の差分算出式（式２２）も、この問題と同等であるため、（式２２）が表す図形は、（二葉）双曲面の片側となる。

　このように、距離（デプス）算出部２２０は、双曲面の方程式に相当する差分算出式（式２２）と、直線方程式に相当する（式２３）、これら２つの式を連立方程式として解き、物体３０の表面Ｄの位置（ｘ，ｙ，ｚ）を算出し、さらに、算出した位置（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて、カメラ座標系の原点Ｏからの距離Ｄを算出する。

　次に、図２４、図２５を参照して、距離計測装置（カメラ）２０のクロック位相差（光源クロックオフセット）算出部２０８と距離（デプス）算出部２２０の詳細構成と、クロック位相差算出処理と被写体位置算出処理（＝距離算出処理）の処理シーケンスについて説明する。
　図２４は、クロック位相差算出処理と被写体位置算出処理（＝距離算出処理）の処理シーケンスを説明するフローチャートである。
　図２５は、先に図１０を参照して説明した距離計測装置（カメラ）２０のクロック位相差（光源クロックオフセット）算出部２０８と距離（デプス）算出部２２０の詳細構成を示す図である。

　図２５に示す構成中、クロック位相差（光源クロックオフセット）算出部２０８以外の位相－距離変換部２７１～被写体位置計算部２７５の構成は、距離（デプス）算出部２２０の構成要素である。内部パラメータメモリ２７３は、距離（デプス）算出部２２０がアクセス可能な距離計測装置（カメラ）２０内のメモリであり、例えば事前に実行されるカメラのキャリブレーション処理によって得られたカメラパラメータ等が格納されている。

　図２４のフローチャートの各ステップの処理について、図２５に示す構成図を参照しながら説明する。
　　（ステップＳ３０１）
　まず、ステップＳ３０１において、光源ユニット１０の２つの光源ａ，ｂいずれか１つの光源からの出力光、すなわち発光パルスの受光パルスに基づいて取得されるフレームを用いて距離（光源から距離計測装置（カメラ）２０間の距離）を算出する。

　このステップＳ３０１の処理は、図２５に示す位相－距離変換部２７１において実行される。

　　（ステップＳ３０２）
　ステップＳ３０２は、２つの光源についての距離情報の取得が完了したか否かを判定するステップである。
　２つの光源についての距離情報の取得が完了していない場合は、ステップＳ３０１に戻り、未処理の光源についての距離情報取得処理を実行する。
　２つの光源についての距離情報取得を完了するとステップＳ３０３に進む。

　このステップＳ３０２の処理において２つの光源の距離情報取得完了と判断された場合は、２つの光源から距離計測装置（カメラ）２０間の距離算出式として、先に説明した以下の（式２１）によって表される式の距離情報が取得されたことになる。

　図２５は、距離計測装置（カメラ）２０のクロック位相差（光源クロックオフセット）算出部２０８と距離（デプス）算出部２２０の詳細構成を示す図である。位相画像メモリ１～２，２０５は、図１０に示す位相画像メモリ２０５に対応する。図２５では、各光源ａ，ｂ対応の位相画像を格納したメモリとして個別に示している。

　　（ステップＳ３０３）
　次に、（ステップＳ３０１）において算出した２つの各光源対応の距離：Ｏｂｓ（ｕ_Ｄ，Ｅ_１）、Ｏｂｓ（ｕ_Ｄ，Ｅ_２）、これらの各距離の差分算出式を生成する。先に説明した以下の（式２２）に示す差分算出式である。

　なお、この差分算出処理は、図２５に示す差分計算部２７２において実行される。
　差分計算部２７２の算出した差分データは、被写体位置計算部２７５に出力される。

　　（ステップＳ３０４）
　次に、ステップＳ３０４において、既知条件、既知パラメータを用いて、ステップＳ３０３で生成した差分算出式を満たす双曲面方程式を生成する。

　先に説明したようように前述の差分算出式（式２２）は双曲面の一部を示す式となる。すなわち、図２３に示すように点Ａの座標を（０，０，ｃ）、点Ｂ（０，０，－ｃ）、｜ＡＰ｜－｜ＢＰ｜＝２ｅとすると点Ｐは、先に説明した（式２４）を満たし、（式２４）が表す図形は、図２３の双曲面を示す図中の＋ｚ方向と－ｚ方向の２つの曲面に分かれる。
　これは｜ＡＰ｜－｜ＢＰ｜＝－２ｅとなる場合も同じ上記（式２４）が得られるためであり、｜ＡＰ｜－｜ＢＰ｜の符号が分かって入ればどちらか片方に特定される。
　前述の差分算出式（式２２）も、この問題と同等であるため、（式２２）が表す図形は、（二葉）双曲面の片側となる。
　ステップＳ３０４では、上記の既知条件、既知パラメータを用いて、ステップＳ３０３で生成した差分算出式を満たす双曲面方程式を生成する。
　この処理は、図２５に示す被写体位置計算部２７５が実行する。

　　（ステップＳ３０５）
　次に、ステップＳ３０５において、既知条件、既知パラメータを用いて、距離計測装置（カメラ）２０から、物体３０の表面ＤまでのベクトルＯＤ方向の単位ベクトルｄを求めて、単位ベクトルｄを含む直線方程式、すなわち、先に説明した（式２３）に示す直線方程式を生成する。
　なお、一般的に、ある空間上の点（ｘ，ｙ，ｚ）が、カメラ上に投影される画素位置を（ｕ，ｖ）とすると、これらの位置関係は以下の（式２５）のように定義される。

　なお、ｆ，ｃｖ，ｃｕは、予め求めることができるレンズのパラメータ（内部パラメータ）であり、図２５に示す内部パラメータメモリ２７３に格納されている。

　一方、カメラ上に投影される画素位置（ｕ，ｖ）が与えられれば、その画素位置が観察している視線方向（視線ベクトル）を推定することができる。すなわち、以下の（式２６）が成立する。

　上記の（式２６）を解くことで、ベクトルＯＤ方向の視線ベクトルに相当する単位ベクトルｄを求めることができる。
　この処理によって、距離計測装置（カメラ）２０から、物体３０の表面ＤまでのベクトルＯＤ方向の単位ベクトルｄを求めて、単位ベクトルｄを含む直線方程式、すなわち、以下に示す先に説明した（式２３）に示す直線方程式を生成する。

　なお、この処理は、図２５に示す視線ベクトル算出部２７４と、被写体位置計算部２７５において実行される。

　　（ステップＳ３０６）
　最後に、ステップＳ３０６において、ステップＳ３０３～Ｓ３０４で生成した双曲面方程式と、ステップＳ３０５で生成した直線方程式からなる連立方程式を解き、双曲面と直線との交点位置を算出し、算出した交点位置に基づいて、距離計測装置（カメラ）２０から、物体３０の表面までの距離Ｄを算出する。

　この処理は、先に図２２を参照して説明した双曲面と直線との交点位置の算出処理である。すなわち、双曲面の方程式に相当する差分算出式（式２２）と、直線方程式に相当する（式２３）、これら２つの式から構成される以下の連立方程式を取得する処理である。

　上記の連立方程式として解くことで、物体３０の表面Ｄの位置（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する。この位置（ｘ，ｙ，ｚ）はカメラ座標系の位置を示す座標であり、この位置（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて、カメラ座標系の原点Ｏからの距離Ｄを算出することができる。

　このステップＳ３０６の処理は、図２５に示す被写体位置計算部２７５において実行される。
　このようにして、物体３０までの距離を算出することができる。

　なお、フローには示していないが、この距離算出処理に際して、図２５に示すクロック位相差（光源クロックオフセット）算出部２０８は、さらに、ステップＳ３０１～Ｓ３０２において生成した距離算出式、すなわち、以下の（式２１）の距離算出式に含まれるオフセットＣ、すなわち、センサクロックと光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差の値を算出して、クロック位相差（光源クロックオフセット）メモリ２０９に格納する。

　オフセットＣの値は固定的な値であるので、その後の距離算出処理おいて利用可能となる。
　なお、物体３０の位置や距離は、図２４に示すフローに従った処理によって算出済みであり、また、光源位置も取得済みであるので、これらの値から、上記（式２１）の距離算出式を用いてオフセットＣの値を算出することができる。
　なお、オフセットＣの値が算出できれば、オフセットＣの値に基づいてセンサクロックと光源クロックの位相差も算出可能であり、算出した位相差を、オフセットＣの値とともに、クロック位相差（光源クロックオフセット）メモリ２０９に格納する構成としてもよい。

　　［８．光源位置、光源クロックオフセットが既知の場合に、物体の距離（デプス）を算出する処理の具体例について］
　次に、光源位置、光源クロックオフセットが既知の場合に、物体の距離（デプス）を算出する処理の具体例について説明する。

　この処理は、図１２（ｂ）に示すフローチャートのステップＳ３１の処理に相当する。
　図１２（ｂ）に示すフローのステップＳ３１の処理は、クロック位相差、すなわちセンサクロックと光源クロックの位相差に基づくオフセットＣ、すなわち、クロック位相差に基づく距離計測誤差の値を適用して物体の距離（デプス）を計測する処理である。先に説明したように、この図１２（ｂ）に示すフローに従った処理は、既にクロック位相差に基づくオフセットＣが算出され、メモリに格納されている場合に実行されるフローである。

　すなわち、例えば、前述した図２１～図２５を参照して説明した処理において、クロック位相差（光源クロックオフセット）算出部２０８が、オフセットＣの値をクロック位相差（光源クロックオフセット）メモリ２０９に格納した後に行われる距離算出処理である。
　なお、先に説明したように、オフセットＣは、センサクロックと光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差の値に相当する。

　この処理の具体例について、図２６以下を参照して説明する。
　この処理では、距離（デプス）算出部２２０が、図２６の右側に示す２つの式の連立方程式を解くことで、物体３０までの距離を算出する。
　すなわち、以下の（式３１）に示す連立方程式である。

　上記（式３１）の連立方程式は、光源ａから距離計測装置（カメラ）２０間の距離算出式と、距離計測装置（カメラ）２０から物体３０表面までのベクトルＯＤ方向の単位ベクトルｄを含む直線方程式の２つの式によって構成される。

　光源ａから距離計測装置（カメラ）２０間の距離算出式は、先に説明した（式１１）や（式２１）に含まれる式と同じであり、
　Ｏｂｓ（ｕ_Ｄ，Ｅ_１）は、位置Ｅ_１に位置する光源ａが発光したときに画素位置ｕ_Ｄにて観測される距離、
　ｕ_Ｄ＝（ｕ_Ｄ，ｖ_Ｄ）は点Ｄが投影される画素位置
　また、Ｃは、オフセット項であり、センサクロックと光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差の値に相当する。本処理例において、このオフセットＣの値は既知である。
　単位ベクトルｄを含む直線方程式は、先に説明した（式２３）と同じ式である。

　図２７は、この処理を実行する距離（デプス）算出部２２０の詳細構成を示す図である。図２７を参照して、これらの連立方程式の生成処理と、連立方程式を解いて物体３０までの距離を算出する距離（デプス）算出部２２０の実行する処理について説明する。

　まず、位相－距離変換部２８２が、光源ユニット１０の１つの光源ａからの出力光、すなわち発光パルスの受光パルスに基づいて取得されるフレームを用いて距離（光源から距離計測装置（カメラ）２０間の距離）を算出する。
　この算出式が、上記（式３１）のＯｂｓ（ｕ_Ｄ，Ｅ_１）を算出する距離算出式である。なお、この距離算出式に含まれるオフセットＣは、センサクロックと光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差の値であり、図２７に示すクロック位相差（光源クロックオフセット）メモリ２０９に格納された既知の値である。

　一方、視線ベクトル算出部２８１と被写体位置計算部２８３は、既知条件、既知パラメータを用いて、距離計測装置（カメラ）２０から、物体３０の表面ＤまでのベクトルＯＤ方向の単位ベクトルｄを求めて、単位ベクトルｄを含む直線方程式、すなわち、上記の（式３１）に含まれる直線方程式を生成する。

　この処理は、先に図２４を参照して説明したフローのステップＳ３０５の処理と同じ処理である。

　次に、被写体位置計算部２８３は、位相－距離変換部２８２が生成した距離算出式と、単位ベクトルｄを含む直線方程式から構成される連立方程式、すなわち、上述した（式３１）の連立方程式を解いて、物体３０の表面Ｄの３次元位置を求めて、カメラ座標系の原点Ｏからの距離Ｄを算出する。なお、これらの処理において利用する光源位置情報は、光源ユニット位置姿勢メモリ２０７から取得し、オフセットＣの値は、クロック位相差（光源クロックオフセット）メモリ２０９から取得する。

　　［９．双曲面方程式と直線方程式との連立方程式の解に重解を発生させない構成について］
　次に、双曲面方程式と直線方程式との連立方程式の解に重解を発生させない構成について説明する。

　先に図２２を参照して説明したように、物体３０の距離を求めるための処理として、以下の連立方程式を解いて、双曲面と直線との交点を算出する処理について説明した。

　すなわち、２つの光源からの距離算出式の差分算出式である（式２２）と、距離計測装置（カメラ）２０から物体３０を結ぶ直線方程式、すなわち、距離計測装置（カメラ）２０の原点Ｏから、物体３０の表面ＤまでのベクトルＯＤ方向の単位ベクトルｄを含む直線方程式である（式２３）によって構成される連立方程式である。

　先に図２２を参照して説明したように、双曲面の方程式に相当する差分算出式（式２２）と、
　直線方程式に相当する（式２３）、
　これら２つの式を連立方程式として解くと、図２２（Ｂ１）に示すように、２つの式を満たす点、すなわち交点が算出できる。
　図２２（Ｂ１）に示すように、この交点は、物体３０の表面の位置Ｄの位置（ｘ，ｙ，ｚ）となる。

　このように２つの式を連立方程式として解くことで、物体３０の表面Ｄの位置（ｘ，ｙ，ｚ）を算出することが可能となる。この位置（ｘ，ｙ，ｚ）はカメラ座標系の位置を示す座標であり、この位置（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて、カメラ座標系の原点Ｏからの距離Ｄを算出することができる。

　しかし、図２２（Ｂ２）に示すように、双曲面の方程式に相当する差分算出式（式２２）と、直線方程式に相当する（式２３）による交点が２つ検出されてしまう、すなわち連立方程式に複数の解、いわゆる重解が発生する可能性がある。
　以下では、このような重解を発生させないための被写体、すなわち距離計測対象となる物体の配置制限について説明する。

　図２８は、重解を発生させないための物体３０の配置制限例の一例を示す図である。
　図２８に示すように、予め被写体、すなわち距離計測対象となる物体の物体（被写体）存在許容領域３０１を規定する。

　次に、この物体（被写体）存在許容領域３０１の端点に接する双曲面３０２を求める。この際、双曲面３０２が物体（被写体）存在許容領域３０１の端点に接し、かつ以下の式（式４１）によって定義されるｋの絶対値が最大値となる面を算出する。

　上記（式４１）によって算出される値ｋは、物体３０と光源ａとの距離と、物体３０と光源ｂとの距離の差分に相当する。
　この条件で定義される双曲面の内側領域にカメラ、すなわち、図に示すような位置に距離計測装置（カメラ）２０を配置する。
　このような設定とすることで、双曲面の方程式に相当する差分算出式（式２２）と、直線方程式に相当する（式２３）との連立方程式に重解が発生しない、すなわち、交点が２つ検出されることのない設定とすることができる。

　図２９は、連立方程式に重解を発生させないための図２８と異なる条件設定例である。
　図２９に示す例は、光源ａ，ｂとカメラ、すなわち距離計測装置（カメラ）２０を以下の条件を満たす配置とする配置制限例である。
　（条件Ａ）光源ａ，ｂとカメラ、すなわち距離計測装置（カメラ）２０を一直線上に並べる。
　（条件Ｂ）距離計測装置（カメラ）２０の光軸（撮影方向）を上記直線から傾ける。

　これらの条件Ａ，Ｂを満足するように光源と距離計測装置（カメラ）２０を配置することで、双曲面の方程式に相当する差分算出式（式２２）と、直線方程式に相当する（式２３）との連立方程式に重解が発生しない、すなわち、交点が２つ検出されることのない設定とすることができる。
　例えば図２９に示す物体（被写体）存在許容領域３０３に距離計測対象となる物体３０を配置することができる。

　　［１０．複数の光源ユニットを利用した構成例について］
　次に、複数の光源ユニットを利用した構成例について説明する。本開示の距離計測システムの特徴として、光源ユニットを距離計測装置（カメラ）と独立した構成とすることができるという特徴がある。

　すなわち、図３０に示すように、光源ユニット１０は、距離計測装置（カメラ）２０と異なるクロックによって制御されており、光源ユニットを距離計測装置（カメラ）と独立した構成とすることができ、光源ユニット１０は、任意の位置に置くことが可能となる。

　この結果、光源ユニット１０を、距離計測対象とする物体３０の近くに置くことが可能となり、光源ユニット１０の各光源の光が物体３０表面に反射して距離計測装置（カメラ）２０のセンサ（ＴｏＦセンサ）に入力するまでの光路を短くすることができる。この構成により、距離計測装置（カメラ）２０のセンサ（ＴｏＦセンサ）は強度の高い光を入力することが可能となり、検出精度を向上させることができる。

　このような特徴を利用して、例えば、図３１に示すような構成とすることで、例えば、広い空間に配置された様々な物体についての距離計測可能な構成を実現することができる。
　すなわち、図３１に示すように、複数の光源ユニットＵ１～Ｕ３を数珠つなぎに連結して、それぞれを同期用配線で接続し、１つのクロックによって発光制御を行う。

　光源ユニットＵ１～Ｕ３は同期用配線で接続されており、１つのクロックによって規定されるタイミングで発光制御がなされる。
　しかし、各ユニットの光源ａ～ｉは、それぞれ干渉することなく距離計測装置（カメラ）２０に届くように制御される。具体的には、上述したように、例えば、以下のような光源の駆動制御を行う。
　（ａ）各光源を時分割で駆動する
　（ｂ）各光源の発光周波数を異なる設定とする。例えば、各光源の発光周波数をクロック周波数の１倍、２倍、３倍などのように異なる設定とする。
　（ｃ）各光源の使用する波長を変える。例えば、８５０ｎｍ，９０５ｎｍ，９４０ｎｍ等の異なる波長光を利用する。

　このような構成とすることで、色い空間に置かれた様々な物体の距離を正確に計測することができる。具体的利用例を図３２に示す。
　図３２は、例えば倉庫の棚に複数の光源ユニットを配置したものである。各光源ユニットは同期用配線で接続され、１つのクロックで制御される。

　各棚には、それぞれ異なる品物が置かれ、光源からの光は、それぞれの品物の表面で反射し、距離計測装置（カメラ）２０のＴｏＦセンサに入力される。ＴｏＦセンサは、入力光中、最も高強度の光に基づいて距離算出を行う。このような構成とすることで、広い空間内の様々な位置の物体の距離を高精度に計測することができる。

　　［１１．本開示の距離計測システムのその他の利用例について］
　次に本開示の距離計測システムのその他の利用例について説明する。
　図３３は、車両内部に、光源ユニット１０と、距離計測装置（カメラ）２０を装着した構成である。
　この装置は、例えばドライバの姿勢等を検出することを可能とした装置である。
　例えば、突然の病気の発生により、ドライバがハンドルにもたれかかったような姿勢になった場合に車両を緊急停止させるといった用途に利用可能である

　光源ユニット１０の出力光をドライバの頭部等に照射し、その反射光を距離計測装置（カメラ）２０によって撮影してドライバの姿勢を検知し、通常の運転姿勢と異なる姿勢が検出された場合に、警報を出力する、あるいは車両を緊急停止させるといった処置を行うことができる。

　図３４は、リビングルームにいるユーザがＨＭＤ（Ｈｅａｄ　Ｍｏｕｎｔ　Ｄｉｓｐｌａｙ）を装着してＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ）画像を見ながらゲームを楽しんでいる設定である。
　ＨＭＤには、現実のカメラによる撮影映像と、例えばアニメーション等の仮想画像が併せて表示されることになる。
　アニメーション等の画像は、現実の撮影画像に存在する様々な物体に合せて表示、移動させることが必要となる。
　例えば図に示すリビングルームの床の上やテレビの脇などをアニメーションの動物が移動するといった設定である。

　このようなＶＲ画像をＨＭＤに表示するためには、実在の物体までの距離を正確に計測することが必要となる。
　この距離計測のために、本開示のシステムを利用する。例えば図に示す天井の照明を、本開示のシステムの光源ユニット１０とし、ユーザが装着するＨＭＤに本開示の距離計測装置（カメラ）２０を内蔵する。

　このようなシステムにより、ＨＭＤ側の距離計測装置（カメラ）２０は、天井照明によって構成される光源ユニット１０からの出力光の反射光を解析して、リビングルーム内の床、テレビ、観葉植物等の様々な物体までの距離を正確に計測することが可能となる。この距離情報をＨＭＤ内の仮想オブジェクト表示制御に用いることで、高精度なＶＲ画像の出力を行うことができる。

　なお、図３４に示す例では、距離計測装置（カメラ）２０をＨＭＤに一体化した構成例を説明したが、例えば、図３５に示すように、距離計測装置（カメラ）２０をＨＭＤとは別に構成してもよい。図３５に示す例は、距離計測装置（カメラ）２０はテレビの上に置き、光源ユニット１０をＨＭＤ側に設けた構成である。

　このような構成とすることで、ユーザ側のＨＭＤと一体化した光源からの光をリビングルーム内の様々な物体に反射させ、その反射光をテレビの上の距離計測装置（カメラ）２０内のＴｏＦセンサが受光することが可能であり、この受光信号を解析することで各物体の距離を計測することができる。距離計測情報は、例えばＷｉＦｉ等でＨＭＤやテレビに送信し、ＨＭＤやテレビに測距情報を利用したＶＲ画像を出力する。

　光源ユニット１０と距離計測装置（カメラ）２０の配置例は、その他、様々な構成が可能である例えば図３６に示すように、光源ユニット１０をリビングルームに置かれたスタンドに配置するといった構成も可能である。

　本開示の距離計測システムのもう一つの利用例として、例えば洗車機における利用例を図３７に示す。

　洗車装置では、洗車対象の自動車の位置を正確に計測することで最適な洗浄処理を行うことが可能となる。
　そのために、本開示の距離計測システムを利用することができる。洗車装置の天井部や側面に光源ユニット１０と距離計測装置（カメラ）２０を配置する。

　この構成では、光源ユニット１０からの光は車両の表面で反射して光源ユニット１０のＴｏＦセンサに入力する。この反射光を解析することで車両表面までの距離を正確に測定することが可能となり、水圧調整、洗浄剤の噴射量等の最適制御が可能となり、より効果的な洗浄を行うことが可能となる。

　　［１２．距離計測装置のハードウェア構成例について］
　次に、図３８を参照して距離計測装置のハードウェア構成例について説明する。
　なお、図３８は、上述した実施例において説明した距離計測装置として利用可能なハードウェアの一構成例を示す図である。

　ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）５０１は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）５０２、または記憶部５０８に記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行するデータ処理部として機能する。例えば、上述した実施例において説明したシーケンスに従った処理を実行する。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）５０３には、ＣＰＵ５０１が実行するプログラムやデータなどが記憶される。これらのＣＰＵ５０１、ＲＯＭ５０２、およびＲＡＭ５０３は、バス５０４により相互に接続されている。

　ＣＰＵ５０１はバス５０４を介して入出力インタフェース５０５に接続され、入出力インタフェース５０５には、各種スイッチ、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部５０６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部５０７が接続されている。
　ＣＰＵ５０１は、入力部５０６から入力される指令に対応して各種の処理を実行し、処理結果を例えば出力部５０７に出力する。

　入出力インタフェース５０５に接続されている記憶部５０８は、例えばハードディスク等からなり、ＣＰＵ５０１が実行するプログラムや各種のデータを記憶する。通信部５０９は、インターネットやローカルエリアネットワークなどのネットワークを介したデータ通信の送受信部、さらに放送波の送受信部として機能し、外部の装置と通信する。

　入出力インタフェース５０５に接続されているドライブ５１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、あるいはメモリカード等の半導体メモリなどのリムーバブルメディア５１１を駆動し、データの記録あるいは読み取りを実行する。

　ＴｏＦセンサ５２１は、光源から出力される光の物体反射光を検出する。センサクロック５２２は、ＴｏＦセンサ５２１の受光タイミングを制御するクロックとして利用される。

　　［１３．本開示の構成のまとめ］
　以上、特定の実施例を参照しながら、本開示の実施例について詳解してきた。しかしながら、本開示の要旨を逸脱しない範囲で当業者が実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。本開示の要旨を判断するためには、特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。

　なお、本明細書において開示した技術は、以下のような構成をとることができる。
　（１）　複数光源を有する光源ユニットの各光源の出力光を物体の表面で反射させて入力するＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）センサと、
　前記ＴｏＦセンサの出力を解析して、前記物体までの距離を算出する距離算出部を有し、
　前記ＴｏＦセンサの画像撮影タイミングを制御するセンサクロックは、前記光源ユニットの光源の発光タイミングを制御する光源ユニットクロックと異なる装置固有のクロックである距離計測装置。

　（２）　前記距離計測装置は、
　前記センサクロックの周波数と、前記光源ユニットクロックの周波数とのズレを解消または減少させる制御を行うセンサクロック調整部を有する（１）に記載の距離計測装置。

　（３）　前記距離計測装置は、
　前記センサクロックの周波数と、前記光源ユニットクロックの周波数とのズレ量を算出するクロックズレ量推定部を有し、
　前記センサクロック調整部は、
　前記クロックズレ量推定部の推定した周波数ズレ量に従って前記センサクロックの周波数を調整する（２）に記載の距離計測装置。

　（４）　前記距離計測装置は、
　前記光源ユニットの各光源の位置を解析する光源位置推定部を有する（１）～（３）いずれかに記載の距離計測装置。

　（５）　前記光源位置推定部は、
　前記光源ユニットに装着された少なくとも３つの光源から前記距離計測装置までの距離を算出する３つの距離算出式として、
　（ａ）前記距離計測装置と前記物体間の距離データと、
　（ｂ）前記物体と、前記光源ユニットの各光源間の距離データと、
　（ｃ）前記センサクロックと前記光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣ、
　これら（ａ）～（ｃ）のデータからなる３つの距離算出式を生成する（４）に記載の距離計測装置。

　（６）　前記距離計測装置は、さらに、
　前記距離算出式各々の差分を算出する３つの差分算出式を生成して、
　生成した３つの差分算出式を連立方程式として解いて、前記距離計測装置と物体間の距離を算出する距離算出部を有する（５）に記載の距離計測装置。

　（７）　前記差分算出式は、
　前記センサクロックと前記光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣを含まない式である（６）に記載の距離計測装置。

　（８）　前記距離計測装置は、
　前記光源ユニットに装着された少なくとも２つの光源から前記距離計測装置までの距離を算出する２つの距離算出式として、
　（ａ）前記距離計測装置と前記物体間の距離データと、
　（ｂ）前記物体と、前記光源ユニットの各光源間の距離データと、
　（ｃ）前記センサクロックと前記光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣ、
　これら（ａ）～（ｃ）のデータからなる２つの距離算出式を生成し、
　さらに、前記距離算出式各々の差分を算出する１つの差分算出式を生成し、
　さらに、
　（ｄ）前記距離計測装置と前記物体間を結ぶ直線方程式を生成し、
　前記差分算出式と、前記直線方程式を連立方程式として解いて、前記距離計測装置と物体間の距離を算出する距離算出部を有する（１）～（７）いずれかに記載の距離計測装置。

　（９）　前記差分算出式は、
　前記光源ユニットの２つの光源の位置を焦点とする双曲面を規定する方程式であり、
　前記距離算出部は、
　前記差分算出式によって規定される双曲面と、前記直線方程式との交点を前記物体の位置として算出する（８）に記載の距離計測装置。

　（１０）　複数光源を有する光源ユニットと、
　前記光源ユニットの各光源の出力光を物体の表面で反射させて入力する距離計測装置を有する距離計測システムであり、
　前記距離計測装置は、
　前記物体からの反射光を入力するＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）センサと、
　前記ＴｏＦセンサの出力を解析して、前記物体までの距離を算出する距離算出部を有し、
　前記光源ユニットの光源の発光タイミングを制御する光源ユニットクロックと、前記距離計測装置のＴｏＦセンサの画像撮影タイミングを制御するセンサクロックは異なる独立したクロックである距離計測システム。

　（１１）　前記光源ユニットは、相対位置が固定された複数の光源を有する（１０）に記載の距離計測システム。

　（１２）　前記光源ユニットは、相対位置が固定された３つ以上の光源を有する（１０）または（１１）に記載の距離計測システム。

　（１３）　距離計測システムは、
　複数光源を有する光源ユニットを複数有する構成であり、
　複数の光源ユニットに装着された複数の光源の発光タイミングは、１つの光源ユニットクロックによって制御される構成である（１０）～（１２）いずれかに記載の距離計測システム。

　（１４）　前記光源ユニットの複数の光源と、前記距離計測装置は１つの直線上に配置された構成であり、
　前記距離計測装置は、前記直線方向と異なる方向からの入力光を前記ＴｏＦセンサによって撮影する構成である（１０）～（１３）いずれかに記載の距離計測システム。

　（１５）　前記光源ユニット、または前記距離計測装置の少なくとも一方に、
　前記センサクロックの周波数と、前記光源ユニットクロックの周波数とのズレを解消または減少させる制御を行うクロック調整部を有する（１０）～（１４）いずれかに記載の距離計測システム。

　（１６）　距離計測装置において実行する距離計測方法であり、
　ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）センサが、複数光源を有する光源ユニットの各光源の出力光を物体の表面で反射させて入力するステップと、
　距離算出部が、前記ＴｏＦセンサの出力を解析して、前記物体までの距離を算出する距離算出ステップを実行し、
　前記距離算出ステップは、
　前記光源ユニットの複数光源から前記距離計測装置までの距離を算出する複数の距離算出式として、
　（ａ）前記距離計測装置と前記物体間の距離データと、
　（ｂ）前記物体と、前記光源ユニットの各光源間の距離データと、
　（ｃ）前記センサクロックと前記光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣ、
　これら（ａ）～（ｃ）のデータからなる複数の距離算出式を生成し、
　さらに、前記距離算出式各々の差分を算出する差分算出式を生成して、生成した差分算出式を用いて前記物体までの距離を算出するステップである距離計測方法。

　（１７）　複数光源を有する光源ユニットと、前記光源ユニットの各光源の出力光を物体の表面で反射させて入力する距離計測装置を有する距離計測システムにおいて実行する距離計測方法であり、
　前記光源ユニットが、
　光源ユニットクロックによって規定される発光タイミングで前記光源ユニットの各光源を発光するステップと、
　前記距離計測装置のＴｏＦセンサが、
　前記光源ユニットクロックと異なるセンサクロックによって規定される画像撮影タイミングで画像撮影を実行するステップと、
　前記距離計測装置の距離算出部が、
　前記ＴｏＦセンサの出力を解析して、前記物体までの距離を算出するステップ、
　を有する距離計測方法。

　（１８）　距離計測装置において距離計測処理を実行させるプログラムであり、
　ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）センサに、複数光源を有する光源ユニットの各光源の出力光を物体の表面で反射させて入力させるステップと、
　距離算出部に、前記ＴｏＦセンサの出力を解析して、前記物体までの距離を算出させる距離算出ステップを実行させ、
　前記距離算出ステップにおいて、
　前記光源ユニットの複数光源から前記距離計測装置までの距離を算出する複数の距離算出式として、
　（ａ）前記距離計測装置と前記物体間の距離データと、
　（ｂ）前記物体と、前記光源ユニットの各光源間の距離データと、
　（ｃ）前記センサクロックと前記光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣ、
　これら（ａ）～（ｃ）のデータからなる複数の距離算出式を生成する処理と、
　さらに、前記距離算出式各々の差分を算出する差分算出式を生成する処理と、生成した差分算出式を用いて前記物体までの距離を算出する処理を実行させるプログラム。

　また、明細書中において説明した一連の処理はハードウェア、またはソフトウェア、あるいは両者の複合構成によって実行することが可能である。ソフトウェアによる処理を実行する場合は、処理シーケンスを記録したプログラムを、専用のハードウェアに組み込まれたコンピュータ内のメモリにインストールして実行させるか、あるいは、各種処理が実行可能な汎用コンピュータにプログラムをインストールして実行させることが可能である。例えば、プログラムは記録媒体に予め記録しておくことができる。記録媒体からコンピュータにインストールする他、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネットといったネットワークを介してプログラムを受信し、内蔵するハードディスク等の記録媒体にインストールすることができる。

　なお、明細書に記載された各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。また、本明細書においてシステムとは、複数の装置の論理的集合構成であり、各構成の装置が同一筐体内にあるものには限らない。

　以上、説明したように、本開示の一実施例の構成によれば、複数光源を有する光源ユニットと距離計測装置（カメラ）を個別のクロックで制御して、光源を任意の位置に設定可能とした構成が実現される。
　具体的には、例えば、光源ユニットの複数光源の出力光を物体表面で反射させてＴｏＦセンサで撮影し物体までの距離を算出する。ＴｏＦセンサの撮影タイミングを制御するセンサクロックは、光源ユニットの光源の発光タイミングを制御する光源ユニットクロックと異なる装置固有のクロックであり、距離計測装置は、各光源から装置までの距離を算出する複数の距離算出式の差分算出式を生成し、生成した差分算出式を用いて物体までの距離を算出する。
　本構成により、複数光源を有する光源ユニットと距離計測装置（カメラ）を個別のクロックで制御して、光源を任意の位置に設定可能とした構成が実現される

　　　１　光源
　　　２　カメラ（受光部）
　　　３　物体
　　１０　光源ユニット
　　２０　距離計測装置（カメラ）
　　３０　物体
　１０１　光源ユニットクロック
　１０２　光源制御部
　１０３～１０５　遅延制御部
　１０６～１０８　光源ａ～ｃ
　２０１　センサクロック
　２０２　ＴｏＦセンサ
　２０３　動被写体検知部
　２０４　位相算出部
　２０５　位相画像メモリ
　２０６　光源位置推定部
　２０７　光源ユニット位置姿勢メモリ
　２０８　クロック位相差（光源クロックオフセット）算出部
　２０９　クロック位相差（光源クロックオフセット）メモリ
　２１０　クロックズレ量推定部
　２１１　センサクロック調整部
　２２０　距離（デプス）算出部
　２５１　位相－距離変換部
　２５２　差分計算部
　２５３　被写体計算部
　２５４　光源－位置姿勢メモリ
　２５６　カメラ－光源座標系相対位置ＤＢ
　２５７　座標変換部
　２７１　位相－距離変換部
　２７２　差分計算部
　２７３　内部パメータメモリ
　２７４　視線ベクトル算出部
　２７５　被写体位置計算部
　２８１　視線ベクトル算出部
　２８２　位相－距離変換部
　２８３　被写体位置計算部
　３０１，３０２　物体（被写体）存在許容領域
　５０１　ＣＰＵ
　５０２　ＲＯＭ
　５０３　ＲＡＭ
　５０４　バス
　５０５　入出力インタフェース
　５０６　入力部
　５０７　出力部
　５０８　記憶部
　５０９　通信部
　５１０　ドライブ
　５１１　リムーバブルメディア
　５２１　ＴｏＦセンサ
　５２２　センサクロック

Claims

　複数光源を有する光源ユニットの各光源の出力光を物体の表面で反射させて入力するＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）センサと、
　前記ＴｏＦセンサの出力を解析して、前記物体までの距離を算出する距離算出部を有し、
　前記ＴｏＦセンサの画像撮影タイミングを制御するセンサクロックは、前記光源ユニットの光源の発光タイミングを制御する光源ユニットクロックと異なる装置固有のクロックである距離計測装置。
　前記距離計測装置は、
　前記センサクロックの周波数と、前記光源ユニットクロックの周波数とのズレを解消または減少させる制御を行うセンサクロック調整部を有する請求項１に記載の距離計測装置。
　前記距離計測装置は、
　前記センサクロックの周波数と、前記光源ユニットクロックの周波数とのズレ量を算出するクロックズレ量推定部を有し、
　前記センサクロック調整部は、
　前記クロックズレ量推定部の推定した周波数ズレ量に従って前記センサクロックの周波数を調整する請求項２に記載の距離計測装置。
　前記距離計測装置は、
　前記光源ユニットの各光源の位置を解析する光源位置推定部を有する請求項１に記載の距離計測装置。
　前記光源位置推定部は、
　前記光源ユニットに装着された少なくとも３つの光源から前記距離計測装置までの距離を算出する３つの距離算出式として、
　（ａ）前記距離計測装置と前記物体間の距離データと、
　（ｂ）前記物体と、前記光源ユニットの各光源間の距離データと、
　（ｃ）前記センサクロックと前記光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣ、
　これら（ａ）～（ｃ）のデータからなる３つの距離算出式を生成する請求項４に記載の距離計測装置。
　前記距離計測装置は、さらに、
　前記距離算出式各々の差分を算出する３つの差分算出式を生成して、
　生成した３つの差分算出式を連立方程式として解いて、前記距離計測装置と物体間の距離を算出する距離算出部を有する請求項５に記載の距離計測装置。
　前記差分算出式は、
　前記センサクロックと前記光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣを含まない式である請求項６に記載の距離計測装置。
　前記距離計測装置は、
　前記光源ユニットに装着された少なくとも２つの光源から前記距離計測装置までの距離を算出する２つの距離算出式として、
　（ａ）前記距離計測装置と前記物体間の距離データと、
　（ｂ）前記物体と、前記光源ユニットの各光源間の距離データと、
　（ｃ）前記センサクロックと前記光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣ、
　これら（ａ）～（ｃ）のデータからなる２つの距離算出式を生成し、
　さらに、前記距離算出式各々の差分を算出する１つの差分算出式を生成し、
　さらに、
　（ｄ）前記距離計測装置と前記物体間を結ぶ直線方程式を生成し、
　前記差分算出式と、前記直線方程式を連立方程式として解いて、前記距離計測装置と物体間の距離を算出する距離算出部を有する請求項１に記載の距離計測装置。
　前記差分算出式は、
　前記光源ユニットの２つの光源の位置を焦点とする双曲面を規定する方程式であり、
　前記距離算出部は、
　前記差分算出式によって規定される双曲面と、前記直線方程式との交点を前記物体の位置として算出する請求項８に記載の距離計測装置。
　複数光源を有する光源ユニットと、
　前記光源ユニットの各光源の出力光を物体の表面で反射させて入力する距離計測装置を有する距離計測システムであり、
　前記距離計測装置は、
　前記物体からの反射光を入力するＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）センサと、
　前記ＴｏＦセンサの出力を解析して、前記物体までの距離を算出する距離算出部を有し、
　前記光源ユニットの光源の発光タイミングを制御する光源ユニットクロックと、前記距離計測装置のＴｏＦセンサの画像撮影タイミングを制御するセンサクロックは異なる独立したクロックである距離計測システム。
　前記光源ユニットは、相対位置が固定された複数の光源を有する請求項１０に記載の距離計測システム。
　前記光源ユニットは、相対位置が固定された３つ以上の光源を有する請求項１０に記載の距離計測システム。
　距離計測システムは、
　複数光源を有する光源ユニットを複数有する構成であり、
　複数の光源ユニットに装着された複数の光源の発光タイミングは、１つの光源ユニットクロックによって制御される構成である請求項１０に記載の距離計測システム。
　前記光源ユニットの複数の光源と、前記距離計測装置は１つの直線上に配置された構成であり、
　前記距離計測装置は、前記直線方向と異なる方向からの入力光を前記ＴｏＦセンサによって撮影する構成である請求項１０に記載の距離計測システム。
　前記光源ユニット、または前記距離計測装置の少なくとも一方に、
　前記センサクロックの周波数と、前記光源ユニットクロックの周波数とのズレを解消または減少させる制御を行うクロック調整部を有する請求項１０に記載の距離計測システム。
　距離計測装置において実行する距離計測方法であり、
　ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）センサが、複数光源を有する光源ユニットの各光源の出力光を物体の表面で反射させて入力するステップと、
　距離算出部が、前記ＴｏＦセンサの出力を解析して、前記物体までの距離を算出する距離算出ステップを実行し、
　前記距離算出ステップは、
　前記光源ユニットの複数光源から前記距離計測装置までの距離を算出する複数の距離算出式として、
　（ａ）前記距離計測装置と前記物体間の距離データと、
　（ｂ）前記物体と、前記光源ユニットの各光源間の距離データと、
　（ｃ）前記センサクロックと前記光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣ、
　これら（ａ）～（ｃ）のデータからなる複数の距離算出式を生成し、
　さらに、前記距離算出式各々の差分を算出する差分算出式を生成して、生成した差分算出式を用いて前記物体までの距離を算出するステップである距離計測方法。
　複数光源を有する光源ユニットと、前記光源ユニットの各光源の出力光を物体の表面で反射させて入力する距離計測装置を有する距離計測システムにおいて実行する距離計測方法であり、
　前記光源ユニットが、
　光源ユニットクロックによって規定される発光タイミングで前記光源ユニットの各光源を発光するステップと、
　前記距離計測装置のＴｏＦセンサが、
　前記光源ユニットクロックと異なるセンサクロックによって規定される画像撮影タイミングで画像撮影を実行するステップと、
　前記距離計測装置の距離算出部が、
　前記ＴｏＦセンサの出力を解析して、前記物体までの距離を算出するステップ、
　を有する距離計測方法。
　距離計測装置において距離計測処理を実行させるプログラムであり、
　ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）センサに、複数光源を有する光源ユニットの各光源の出力光を物体の表面で反射させて入力させるステップと、
　距離算出部に、前記ＴｏＦセンサの出力を解析して、前記物体までの距離を算出させる距離算出ステップを実行させ、
　前記距離算出ステップにおいて、
　前記光源ユニットの複数光源から前記距離計測装置までの距離を算出する複数の距離算出式として、
　（ａ）前記距離計測装置と前記物体間の距離データと、
　（ｂ）前記物体と、前記光源ユニットの各光源間の距離データと、
　（ｃ）前記センサクロックと前記光源クロックの位相差に基づいて発生する距離計測誤差に相当するオフセットＣ、
　これら（ａ）～（ｃ）のデータからなる複数の距離算出式を生成する処理と、
　さらに、前記距離算出式各々の差分を算出する差分算出式を生成する処理と、生成した差分算出式を用いて前記物体までの距離を算出する処理を実行させるプログラム。