WO2021166523A1 - 距離測定装置及び距離測定方法 - Google Patents

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Definitions

  • This technology relates to a distance measuring device and a distance measuring method.
  • a distance measuring device (sometimes called a distance measuring sensor) that measures the distance to an object (object) based on ToF (Time of Flight) is known.
  • ToF generally includes direct ToF (dToF) and indirect ToF (iToF).
  • Direct ToF emits pulsed light from a light emitting element, receives reflected light from an object irradiated with pulsed light by a light receiving element called SPAD (Single Photon Avalanche Diode), detects photons, and detects the carriers generated by this.
  • SPAD Single Photon Avalanche Diode
  • This is a technology that measures the arrival time of reflected light by converting it into an electric signal pulse using Avalanche multiplication and inputting it to a TDC (Time to Digital Converter), and calculates the distance to an object.
  • TDC Time to Digital Converter
  • the indirect ToF detects the electric charge generated by emitting the pulsed light from the light emitting element and receiving the reflected light from the object irradiated with the pulsed light by the light receiving element, and the accumulated amount is set at the arrival timing of the light.
  • the flight time of light is measured by utilizing the semiconductor element structure that changes depending on the light.
  • irradiation light having a uniform light intensity is generally used as the irradiation light emitted toward the target space.
  • the target space includes an object having a relatively short distance and an object having a distance far from the object, a technique for changing the light intensity for each position on the image based on the reflected light from the object has been proposed.
  • pulsed light is generated from a light transmitting device in a plurality of angular directions, reflected light from an object is received by a light receiving device, and the distance to the object is detected from the time difference between transmission and reception of transmitted light and reflected light.
  • a device for individually controlling the power of the transmitted light for each angular direction so that the reception intensity of the reflected light for each angular direction falls within a predetermined range is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a technique for generating a distance image with higher accuracy by changing the amount of light of a light emitting source.
  • Patent Document 2 describes a light emitting source that irradiates the target space with modulated light, and a plurality of photoelectrics that receive the reflected light emitted from the light emitting source and reflected by an object in the target space and convert it into an electric charge. It is provided with a conversion element, a plurality of charge storage units provided for each photoelectric conversion element, and a means for distributing the charges converted by the photoelectric conversion element to a plurality of charge storage units in synchronization with the modulation of the light emitting source.
  • Patent Document 2 also includes a plurality of light emitters in which a light emitting source irradiates a target space with modulated light, and the plurality of light emitters are divided into a plurality of regions, while a plurality of photoelectric conversion elements are divided into a plurality of regions. Correspondingly, it is divided into a plurality of photoelectric conversion element areas, and the light amount adjusting means discloses a device which adjusts the light amount for each light emitter in the region.
  • the technique disclosed in the above document adjusts the intensity or amount of the emitted light according to the distance to the object, but the reflected light depending on the light emitted for distance measurement (distance measuring light).
  • the light intensity was adjusted using. Therefore, even if the light intensity is weakened to some extent when irradiating distance measurement light, it cannot be said that the safety of the eyes is always sufficient, for example, when wavelengths harmful to the human eye are included. ..
  • the safety of the eyes is prioritized, there is a problem that sufficient light intensity cannot be obtained for the distance measurement around the surroundings and the distance measurement cannot be performed accurately.
  • the purpose of this technology is to provide a distance measuring device and a distance measuring method that fully consider the safety of the human eye.
  • the present technology for solving the above problems is configured to include the following invention-specific matters or technical features.
  • the present technology includes an irradiation unit that emits light to a target space, a light receiving unit that includes a plurality of light receiving elements that receive observation light in the target space and output an electric signal, and a first from the irradiation unit.
  • the light in the target space is based on the first electric signal corresponding to the reflected light from the object irradiated with the first light contained in the observation light received by the light receiving unit after the light of 1 is emitted.
  • the light intensity calculation unit for calculating the intensity and the second light based on the light intensity calculated by the light intensity calculation unit are emitted from the irradiation unit and included in the observation light received by the light receiving unit.
  • a distance measuring device including a distance measuring processing unit that performs distance measuring processing for calculating the distance to the object based on a second electric signal corresponding to the reflected light from the object irradiated with the light of 2. Is.
  • the present technology emits light from the irradiation unit to the target space, receives the observation light in the target space at the light receiving unit, and outputs an electric signal, and outputs an electric signal from the irradiation unit.
  • the first light is emitted and based on the first electric signal corresponding to the reflected light from the object irradiated with the first light contained in the observation light received by the light receiving unit.
  • This is a distance measuring method including performing a distance measuring process for calculating the distance to the object based on a second electric signal corresponding to the reflected light from the object.
  • the means does not simply mean a physical means, but also includes a case where the function of the means is realized by software. Further, the function of one means may be realized by two or more physical means, or the function of two or more means may be realized by one physical means.
  • system refers to a logical collection of a plurality of devices (or functional modules that realize a specific function), and whether or not each device or functional module is in a single housing. Is not particularly limited.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a distance measuring device according to an embodiment of the present technology.
  • the distance measuring device 1 emits the pulsed light modulated from the light source into the target space, and receives the reflected light from the object OBJ irradiated with the pulsed light by the light receiving element.
  • This is a so-called indirect ToF type ranging sensor that measures the distance to an object (object or subject) OBJ.
  • an indirect ToF type distance measuring sensor will be described as an example, but the technique according to the present disclosure is similarly applied to various sensors using a direct ToF type distance measuring sensor, an optical cutting method, or the like. Can be done.
  • the distance measuring device 1 includes, for example, a control unit 10, an irradiation unit 20, a light receiving unit 30, a storage unit 40, a distance measuring processing unit 60, a communication IF unit 70, and a light intensity. It is configured to include a component such as a calculation unit 50. These components can be integrally configured as, for example, a system-on-chip (SoC) such as a CMOS LSI, but for example, some components such as the irradiation unit 20 and the light receiving unit 30 are configured as separate LSIs. May be done.
  • SoC system-on-chip
  • the control unit 10 is a component that comprehensively controls the operation of the distance measuring device 1.
  • the control unit 10 may include a control signal generation unit that generates and outputs a control signal for driving and controlling the irradiation unit 20 and the light receiving unit 30 according to the generated clock.
  • the control unit 10 controls the emission mode of the irradiation unit 20.
  • the emission mode measures, for example, a profile generation mode that emits a first light having a first wavelength for generating a light receiving luminance profile indicating the light intensity for each region of the target space, and a distance to the object OBJ. Includes a ranging mode that emits a second light having a second wavelength for the purpose.
  • the irradiation unit 20 is a component including a light source that emits a modulated pulsed light for ToF distance measurement with respect to the target space.
  • the light source may be, for example, a surface-illuminated laser including a plurality of light emitting elements arranged in a two-dimensional array.
  • the irradiation unit 20 emits a first light source having a first wavelength so that the irradiation unit 20 can emit light having at least two kinds of wavelengths corresponding to the above-mentioned emission mode. It includes 201 and a second light source 202 that emits a second light having a second wavelength.
  • the first light is, for example, near-infrared light having a wavelength of 800 to 2500 nm.
  • the irradiation unit 20 emits a first light having a uniform spatial light intensity from the first light source 201 with respect to the target space in the profile generation mode. Further, under the control of the control unit 10, the irradiation unit 20 has spatial light intensity according to the irradiation profile described later from the second light source 202 with respect to the target space in the distance measuring mode following the profile generation mode. It emits a second light.
  • the second light source 202 is driven at a high speed at a frequency of, for example, 10 to 200 MHz, has a pulse width of several to several tens of ns, and emits pulsed light (multiphase pulsed light) having different phases.
  • An irradiation profile showing the spatial light intensity for each region of the target space is generated by the light intensity calculation unit 50 according to the observed light including the reflected light from the object OBJ by the first light, as will be described later.
  • the second light source 202 of the irradiation unit 20 is configured to emit a spot-shaped second light from the second light source 202 according to the generated irradiation profile. That is, in the distance measuring mode, the control unit 10 irradiates only a part of the second light emitting element 202a in the irradiation unit 20 with the second light so that the distance can be measured only in a specific region of the target space, and the other second light emitting element 202a.
  • the light emitting element 202a of 2 is controlled so as not to irradiate.
  • the irradiation unit 20 irradiates a specific area in a spot shape, for example.
  • the irradiation unit 20 will be described by taking a surface irradiation type laser as an example, but the irradiation unit 20 may be configured to realize surface emission by a line irradiation type laser or a spot irradiation laser and a scanning mirror.
  • the light receiving unit 30 is a sensor that reacts to light (observation light) incident from the target space, accumulates electric charges under the control of the control unit 10, and outputs an electric signal corresponding to the charge.
  • a light receiving optical system such as a condenser lens is provided in front of the light receiving surface of the light receiving unit 30 so that light can be efficiently received.
  • the light receiving unit 30 is typically a CMOS image sensor including a plurality of light receiving elements arranged in a two-dimensional array, but the light receiving unit 30 is not limited to this, and may be, for example, a CCD image sensor.
  • the specific light receiving element group of the light receiving unit 30 operates and receives at a predetermined light receiving timing synchronized with the predetermined irradiation timing in either the profile generation mode or the distance measuring mode under the control of the control unit 10, for example. Accumulates electric charge according to the observed light.
  • a specific light receiving element group of the light receiving unit 30 is applied and driven by a voltage modulated to the same frequency (10 to 200 MHz) as the pulse driving frequency (10 to 200 MHz) described above.
  • the irradiation timing of the irradiation light and the accumulation timing of the light receiving element group are matched.
  • the light receiving unit 30 performs four charge accumulation and output (reading) in response to, for example, four emission of pulsed light.
  • the electric charge (electric signal) read from the light receiving unit 30 is transferred to the storage unit 40.
  • the storage unit 40 is a memory that temporarily holds pixel data based on the electric signal read from the light receiving unit 30.
  • the storage unit 40 may be a volatile memory or a non-volatile memory.
  • the storage unit 40 is configured to hold image data for one image frame read from the light receiving unit 30, but is not limited to this.
  • the storage unit 40 can hold image data based on the observation light corresponding to the irradiation of several lines of pulsed light by the irradiation unit 20.
  • the image data held in the storage unit 40 is referred to and processed by the light intensity calculation unit 50 and the distance measuring processing unit 60.
  • the light intensity calculation unit 50 calculates the light intensity in the target space based on the first pixel data read from the storage unit 40, and generates an irradiation profile from the received light intensity profile based on this.
  • the first pixel data is data obtained based on the first light from the first light source 201.
  • the light intensity may be, for example, brightness, brightness, or illuminance, but in the present disclosure, brightness will be described as an example.
  • the light receiving luminance profile and the irradiation profile are, for example, a data set showing the light intensity for each predetermined region obtained by dividing the image frame corresponding to the target space.
  • the irradiation profile can be, for example, an inverted profile of the received luminance profile.
  • the predetermined area is an area in which the image frame is divided into 16, 24, 32, etc., but is not limited to this.
  • one or four pixels (light receiving elements) may be one region.
  • the light intensity is represented by a value of 0 to 255, for example.
  • the light intensity calculation unit 50 may use spatial light in the irradiation profile so that, for example, the higher the light intensity in the light receiving luminance profile, the lower the light intensity of the irradiation light when irradiating in the distance measurement mode. The strength can be calculated.
  • the light intensity calculation unit 50 can calculate the spatial light intensity in the irradiation profile so that the lower the light intensity in the light receiving luminance profile, the higher the light intensity of the irradiation light when irradiating in the ranging mode.
  • the light intensity calculation unit 50 transmits the calculated data regarding the light intensity to the control signal generation unit.
  • the distance measuring processing unit 60 is a component that calculates (measures the distance) to the object OBJ based on the pulsed light emitted by the irradiation unit 20 and the observed light received by the light receiving unit 30 in the distance measuring mode. ..
  • the ranging processing unit 60 is typically configured by a signal processing processor.
  • the distance measuring processing unit 60 corresponds to the pulsed light having different phases (multiphase pulsed light) emitted by the irradiation unit 20, and the electric charge received and accumulated for each phase by the light receiving unit 30. Based on this, it is configured to calculate the distance.
  • the distance measurement processing unit 60 transmits data regarding the distance to the object calculated in the distance measurement processing to the communication IF unit 70.
  • the communication IF unit 70 communicates information regarding the distance calculated by the distance measuring processing unit 60 to an external device such as a host device.
  • the irradiation unit 20 has a first light source 201 that emits a first light having a first wavelength and a second light source 202 that emits a second light having a second wavelength. Consists of. As shown in FIG. 2A, the first light source 201 may be composed of a plurality of first light emitting elements 201a arranged in a two-dimensional array. The second light source 202 may be composed of a plurality of second light emitting elements 202a arranged in a two-dimensional array.
  • the first light source 201 irradiates light having a smaller light energy than the second light source 202.
  • the first light is, for example, near-infrared light having a wavelength in the range of about 800 to 2500 nm, while the second light is near-infrared light in the range of about 800 to 1000 nm.
  • the wavelength of the first light is a wavelength of about 1000 nm, while the wavelength of the second light is a wavelength of about 940 nm.
  • the irradiation unit 20 may be composed of only the first light source 201.
  • the first light source 201 may be composed of a plurality of first light emitting elements 201a arranged in a two-dimensional array.
  • the irradiation unit 20 emits either a profile generation mode for generating a light receiving luminance profile indicating the light intensity for each region of the target space or a distance measuring mode for measuring the distance to the target object OBJ. Also in the mode, the light is emitted from the first light source 201.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the light receiving unit according to the embodiment of the present technology.
  • the light receiving unit 30 includes, for example, a pixel array unit 32, a vertical drive unit 33, a horizontal drive unit 34, and a column processing unit 35.
  • the light receiving unit 30 is driven by the control of the control unit 10 (see FIG. 1).
  • the pixel array unit 32 includes a group of photoelectric conversion elements arranged in an array that generates and stores electric charges according to the intensity of incident light.
  • the embedded photodiode is an aspect of a photoelectric conversion element.
  • Each or some of the plurality of photoelectric conversion elements may constitute one pixel.
  • the vertical direction of the pixel array unit 32 is referred to as a column direction or a vertical direction, and the left-right direction is defined as a row direction or a horizontal direction.
  • the vertical drive unit 33 includes a shift register, an address decoder (not shown), and the like. Under the control of the control unit 10, the vertical drive unit 33 drives, for example, a group of pixels of the pixel array unit 32 in a row-by-row manner in the vertical direction.
  • the vertical drive unit 33 may include a read scan circuit 332 that scans for reading signals and a sweep scan circuit 334 that sweeps (reset) unnecessary charges from the photoelectric conversion element.
  • the read-out scanning circuit 332 selectively scans the pixel groups of the pixel array unit 32 row by row in order to read out a signal based on the electric charge from each pixel.
  • the sweep scanning circuit 334 performs sweep scanning for the read row for which the read operation is performed by the read scan circuit 332, ahead of the read operation by the time of the operating speed of the electronic shutter.
  • the so-called electronic shutter operation is performed by sweeping (resetting) unnecessary charges by the sweep scanning circuit 334.
  • the electronic shutter operation is an operation of sweeping out the electric charge of the photoelectric conversion element and starting a new exposure (accumulation of electric charge).
  • the signal based on the electric charge read by the read operation by the read scan circuit 332 corresponds to the magnitude of the light energy incidented after the read operation immediately before or the electronic shutter operation. Then, the period from the read timing by the immediately preceding read operation or the sweep operation timing by the electronic shutter operation to the read timing by the current read operation is the charge accumulation time in the pixel.
  • the horizontal drive unit 34 includes a shift register, an address decoder (not shown), and the like. Under the control of the control unit 10, the horizontal drive unit 34 drives, for example, the pixel groups of the pixel array unit 32 in a row-by-column manner in the horizontal direction. By selectively driving the pixels by the vertical drive unit 33 and the horizontal drive unit 34, a signal based on the electric charge accumulated in the selected pixels is output to the column processing unit 35.
  • the column processing unit 35 performs predetermined processing such as CDS (Correlated Double Sampling) processing on the signals output from each of the pixel groups in the selected row of the pixel array unit 32. Specifically, the column processing unit 35 receives the difference signal output from each of the pixel groups in the selected row, and obtains the level (potential) difference indicated by the difference signal for each row of pixels. Get the signal. Further, the column processing unit 35 can remove fixed pattern noise from the acquired signal. The column processing unit 35 converts the signal subjected to such predetermined processing into a digital signal by the A / D conversion unit (not shown), and outputs this as pixel data. The pixel data is temporarily stored in the storage unit 40 and referred to.
  • CDS Correlated Double Sampling
  • FIG. 4 shows an example of a timing chart for explaining the operating principle of the light receiving unit in the distance measuring device according to the embodiment of the present technology. That is, as shown in the figure, the pulsed light having the pulse width T emitted by the irradiating unit 20 is irradiated to the object OBJ, and after the delay time Td, it is observed as reflected light in the light receiving unit 30.
  • Each light receiving element has a pair of gates, and by alternately applying pulse signals to each of the pair of gates, the gates are opened alternately, and the charges QA and QB generated by the light receiving elements are stored in each charge storage unit (FIG. Transfer to).
  • the charges QA and QB accumulated in each charge storage unit of each light receiving element are converted into the amount of change in voltage and read out as an electric signal.
  • the light receiving unit 30 configured as described above is a light receiving element having a plurality of lines by the cooperative operation of the vertical drive unit 33 and the horizontal drive unit 34 according to the control signal from the control signal generation unit under the control of the control unit 10.
  • the groups are sequentially activated, and the accumulated charges are read out as electric signals (pixel data) from the light receiving element group and output to the storage unit 40.
  • the electric signal based on the accumulated electric charge is used by the light intensity calculation unit 50 to calculate the light intensity (for example, the brightness value) in the profile generation mode, and in the distance measurement mode, the distance measurement processing unit 60. Used to calculate the distance.
  • FIG. 5 shows an example of a timing chart for explaining the operating principle of the light receiving unit by the multiphase pulse in the distance measuring device according to the embodiment of the present technology. That is, under the control of the control unit 10, the irradiation unit 20 has pulsed light (many) with different phases such as 0 degree, 90 degree, 180 degree, and 270 degree with respect to the target space as shown in the figure. Phase pulsed light) is emitted.
  • the light receiving unit 30 collects the reflected light for the pulsed light emitted out of phase in this way, and accumulates charges according to the amount of light received for each phase.
  • the irradiation unit 20 emits multi-phase pulsed light having a uniform spatial light intensity (first irradiation profile) from the first light source 201 as the first light, and in the distance measuring mode, the irradiation unit 20 emits light.
  • Multi-phase pulsed light having spatial light intensity according to the irradiation profile (second irradiation profile) generated by the irradiation profile generation unit 504 is emitted from the second light source 202 as the second light.
  • the intensity of the light received by using the multiphase pulsed light is calculated by using the accumulated charge amount based on the observed light in each phase of the light receiving unit 30. That is, the x component of the light intensity and y are defined as the phase difference ⁇ between the phase of the pulsed light emitted by the first light source 201 of the irradiation unit 20 and the phase of the observed light corresponding to the pulsed light received by the light receiving unit 30.
  • the perspective of the distance from the light source to the object OBJ and the magnitude of the reflectance of the object OBJ are related to the magnitude of the amount of charge accumulated in the light receiving unit 30, and therefore, this can be expressed as the light intensity.
  • the phase difference ⁇ is the difference between the phase of the pulsed light emitted by the second light source 202 of the irradiation unit 20 and the phase of the observed light corresponding to the pulsed light received by the light receiving unit 30.
  • ⁇ t (1 / f) ⁇ ( ⁇ / 2 ⁇ )... Equation 5 Is.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an example of the configuration of the light intensity calculation unit of the distance measuring device according to the embodiment of the present technology.
  • the light intensity calculation unit 50 may include, for example, a light receiving brightness profile generation unit 501, an averaging processing unit 502, an irradiation profile generation unit 504, and an irradiation light intensity determination table 503. ..
  • the light receiving brightness profile generation unit 501 calculates the light intensity in the target space based on the pixel data read from the storage unit 40.
  • the light intensity calculation unit 50 calculates the brightness value of each pixel corresponding to the target space as the light intensity I by using the above formula 3. That is, the brightness value of each pixel constitutes the light receiving brightness profile.
  • the light receiving brightness profile generation unit 501 outputs the generated light receiving brightness profile data to the averaging processing unit 502.
  • the averaging processing unit 502 performs averaging processing on the light receiving brightness profile based on the light receiving brightness profile generated by the light receiving brightness profile generation unit 501.
  • the averaging processing unit 502 can calculate a plurality of pixels forming a predetermined region as one pixel block, and the average value of the brightness values of the plurality of pixels as the brightness value of the pixel block.
  • the averaging process makes it possible to suppress the load of subsequent arithmetic processing on the distance measuring device 1.
  • the averaging processing unit 502 outputs the averaging data to the irradiation profile generation unit 504.
  • the averaging processing unit 502 may use the brightness value of a specific pixel in the pixel block instead of the averaging value.
  • the irradiation profile described later may be generated based on the received luminance profile without performing the averaging process in the averaging processing unit 502.
  • the irradiation light intensity determination table 503 is a table showing the relationship of the irradiation light intensity of light with respect to the brightness value of the target space, for example, as shown in FIG.
  • the irradiation light intensity is "0 (none)", “3 (strong)", “2 (medium)", “1” according to a predetermined range of the average brightness value. (Weak) ”can be divided into 4 stages. That is, when the average brightness value exceeds a predetermined threshold value (“10” in this example), the irradiation light intensity is determined to be higher as the average brightness value is lower (lower as the average brightness value is higher).
  • NS predetermined threshold value
  • the average brightness value in a certain region is 0 to 10
  • “0” is selected as the irradiation light intensity.
  • “3” is selected as the irradiation light intensity.
  • the average brightness value is 64 to 127
  • the irradiation light intensity is selected as “2”
  • the average brightness value is 127 to 255
  • the irradiation light intensity is selected as “1”.
  • the irradiation light intensity determination table 503 is referred to by the irradiation profile generation unit 504.
  • the irradiation profile generation unit 504 can generate an irradiation profile by referring to the irradiation light intensity determination table 503 based on the received light intensity profile averaged by the averaging processing unit 502.
  • the irradiation profile indicates the intensity of light emitted into the target space from the second light source 202 corresponding to each pixel in the ranging mode.
  • the irradiation profile generation unit 504 performs processing so that the region where the brightness value is high in the light receiving brightness profile is low in the light intensity in the irradiation profile. Further, the irradiation profile generation unit 504 performs processing so that the region where the brightness value is low in the light receiving brightness profile is high in light intensity in the irradiation profile.
  • the distance measuring device 1 can irradiate a region having a low luminance value in the target space with a weak light intensity and irradiate a region having a high luminance value with a strong light intensity.
  • the irradiation profile generation unit 504 outputs the generated irradiation profile data to the control signal generation unit (not shown) of the control unit 10.
  • the irradiation profile is generated based on the irradiation light intensity determination table 503, but the irradiation profile is not limited to this, and for example, the irradiation profile is obtained by reversing the light receiving brightness profile according to a predetermined rule. It may be generated.
  • FIG. 9A is a flowchart for explaining an example of the operation of the distance measuring process by the distance measuring device according to the embodiment of the present technology.
  • the control unit 10 sets the emission mode to the profile generation mode, whereby the irradiation unit 20 is set to the control unit 10 as shown in FIG. 10A, for example.
  • the first light source 201 irradiates the target space with the first light having a uniform spatial light intensity (S901).
  • the light receiving unit 30 receives the reflected light from the object irradiated with the first light (S902) and outputs pixel data based on the reflected light.
  • the pixel data output from the light receiving unit 30 is temporarily held in the storage unit 40.
  • the light intensity calculation unit 50 calculates the brightness value of each pixel corresponding to the target space and generates a light receiving brightness profile (S903).
  • the light receiving luminance profile is a luminance value of each pixel for forming an image frame.
  • the light intensity calculation unit 50 performs an averaging process based on the received light intensity profile to generate an average received light intensity profile as shown in FIG. 10 (c), for example (S904).
  • the average received luminance profile is an average value of the luminance values of the pixel groups in each predetermined region in which the image frame is divided. That is, in the example of the average light-receiving brightness profile shown in FIG. It shows that the average luminance value for each predetermined region is calculated, such as the two regions in the upper part.
  • the light intensity calculation unit 50 generates an irradiation profile as shown in FIG. 10D according to the average received luminance profile (S905).
  • the irradiation profile in the average received luminance profile, among the regions where the average luminance value exceeds a predetermined threshold value, the region where the average luminance value is higher shows a weaker light intensity value, and the average luminance value is lower. It is a profile showing a value of light intensity stronger in a region. That is, in the example of the irradiation profile shown in FIG. 3D, it is shown that the light intensity of the leftmost three regions including the human-like features is lower than the light intensity of the four regions including the building-like features.
  • the light intensity of the upper two regions of the building-like feature is set to "0" because the average brightness value does not exceed a predetermined threshold value.
  • the control unit 10 switches the emission mode to the ranging mode, whereby the irradiation unit 20 follows the irradiation profile from the second light source 202 under the control of the control unit 10.
  • Irradiation with light is performed (S906). That is, the distance measuring device 1 irradiates a region having a high luminance value in the received luminance profile with a weak light intensity, and irradiates a region having a low luminance value with a strong light intensity.
  • the second light source 202 of the irradiation unit 20 may irradiate a spot-shaped second light on a detailed region according to the generated irradiation profile.
  • the light receiving unit 30 receives the reflected light from the object irradiated with the second light (S907) and outputs pixel data based on the reflected light.
  • the pixel data output from the light receiving unit 30 is temporarily held in the storage unit 40.
  • the distance measuring processing unit 60 performs distance measuring processing based on the pixel data held in the storage unit 40 (S908). As described above, the distance measuring processing unit 60 calculates the distance from the irradiation unit 20 to the object OBJ according to the equation 7.
  • the control unit 10 determines whether or not the distance measurement process has been completed (S909). When the control unit 10 determines that the distance measuring process is completed (Yes in S909), the control unit 10 ends the distance measuring process. Further, when the distance measuring device 1 determines that the distance measuring process has not been completed (No in S909), the distance measuring device 1 returns to the process of S901.
  • the distance measuring device 1 can irradiate a region having a high luminance value with a weak light intensity and irradiate a region having a low luminance value with a strong light intensity in the target space. As a result, the distance measuring device 1 can safely perform distance measurement on an object OBJ having a high brightness value, for example, located at a short distance. Further, the distance measuring device 1 can measure a distance to an object OBJ having a low brightness value, for example, located at a long distance, without deteriorating the distance measuring accuracy.
  • the first light having a uniform spatial light intensity is not always irradiated before the distance measurement process based on the second light, for example, FIG.
  • the distance measurement process may be performed a plurality of times by the second light according to the irradiation profile. This makes it possible to omit the process of irradiating the first light source with the first light source 201 and the process of receiving the reflected light from the object irradiated with the first light by the light receiving unit 30. Distance measurement processing can be performed efficiently.
  • the present embodiment relates to a modified example of the distance measuring process of the distance measuring device 1.
  • the irradiation unit 20 emits the first light having a uniform spatial light intensity from the first light source, and the second light source has the spatial light intensity according to the irradiation profile. It is configured to emit the light of.
  • the present embodiment is characterized in that the irradiation unit 20 is configured to emit both the first light and the second light from the first light source 201.
  • FIG. 2B is a diagram showing an example of the configuration of the irradiation unit of the distance measuring device according to the embodiment of the present technology.
  • the irradiation unit 20 of the present embodiment is different from the irradiation unit 20 shown in FIG. 2A in that the irradiation unit 20 of the present embodiment does not include the second light source 202 and is composed of only the first light source 201.
  • the same components as those shown in FIG. 2A are designated by the same reference numerals.
  • the irradiation unit 20 has a first spatial light intensity uniform from the first light source 201 in the profile generation mode for generating a light receiving luminance profile indicating the light intensity for each region of the target space.
  • a second light having a spatial light intensity according to the irradiation profile is emitted from the first light source. Since both the first light and the second light are emitted from the first light source, the first light and the second light have the same wavelength.
  • the first light and the second light are, for example, near-infrared light having a wavelength in the range of about 800 to 1000 nm. In the present disclosure, it is assumed that the wavelengths of the first light and the second light are wavelengths of about 940 nm.
  • the control unit 10 sets the emission mode to the profile generation mode, whereby the irradiation unit 20 is controlled by the control unit 10 from the first light source 201. Irradiation with the first light having a uniform spatial light intensity to the target space is performed (S901).
  • the light receiving unit 30 receives the reflected light from the object irradiated with the first light (S902) and outputs pixel data based on the reflected light. The pixel data output from the light receiving unit 30 is temporarily held in the storage unit 40.
  • the light intensity calculation unit 50 calculates the brightness value of each pixel corresponding to the target space and generates a light receiving brightness profile (S903).
  • the received luminance profile is a luminance value of each pixel for forming an image frame.
  • the light intensity calculation unit 50 performs an averaging process based on the received light intensity profile to generate an average received light intensity profile (S904).
  • the light intensity calculation unit 50 generates an irradiation profile according to the average received luminance profile (S905).
  • the control unit 10 switches the emission mode to the ranging mode.
  • the irradiation unit 20 irradiates from the first light source 201 with the second light according to the irradiation profile under the control of the control unit 10 (S906). That is, in the present embodiment, the distance measuring device 1 uses the first light source 201 to irradiate a region having a high luminance value in the received luminance profile with a weak light intensity, and to a region having a low luminance value. Irradiate with strong light intensity.
  • the first light source 201 of the irradiation unit 20 may irradiate a small area with a spot-shaped second light according to the generated irradiation profile.
  • the light receiving unit 30 receives the reflected light from the object irradiated with the second light (S907) and outputs pixel data based on the reflected light.
  • the pixel data output from the light receiving unit 30 is temporarily held in the storage unit 40.
  • the distance measuring processing unit 60 performs distance measuring processing based on the pixel data held in the storage unit 40 (S908). As described above, the distance measuring processing unit 60 calculates the distance from the irradiation unit 20 to the object OBJ according to the equation 7.
  • the control unit 10 determines whether or not the distance measurement process has been completed (S909). When the control unit 10 determines that the distance measuring process is completed (Yes in S909), the control unit 10 ends the distance measuring process. Further, when the distance measuring device 1 determines that the distance measuring process has not been completed (No in S909), the distance measuring device 1 returns to the process of S901.
  • the distance measuring device 1 of the present embodiment uses only one light source to irradiate a region having a high luminance value with a weak light intensity in a target space, and to irradiate a region having a low luminance value with a strong light intensity. It can be irradiated with light intensity. As a result, the distance measuring device 1 can safely perform distance measurement on an object OBJ having a high luminance value, for example, located at a short distance, while reducing the cost. Further, the distance measuring device 1 can measure a distance to an object OBJ having a low brightness value, for example, located at a long distance, without deteriorating the distance measuring accuracy.
  • the first light having a uniform spatial light intensity is not always irradiated before the distance measurement process based on the second light, for example, FIG.
  • the distance measurement process may be performed a plurality of times by the second light according to the irradiation profile. This makes it possible to omit the process of irradiating the first light and the process of receiving the reflected light from the object irradiated with the first light by the light receiving unit 30, and the distance measurement process is more efficient. It can be performed.
  • the present embodiment relates to a modified example of the distance measuring process of the distance measuring device 1.
  • the distance measuring device 1 generates a light receiving luminance profile and an irradiation profile of the fixed object OBJ, and irradiates the second light based on the irradiation profile.
  • the form is characterized in that the optimum irradiation profile is predicted for the target space including the dynamic target object OBJ, and the second light is irradiated according to the predicted irradiation profile.
  • FIG. 11 is a block diagram showing an example of another configuration of the light intensity calculation unit of the distance measuring device according to the embodiment of the present technology.
  • the light intensity calculation unit 50'of the present embodiment is different from the light intensity calculation unit 50 shown in FIG. 7 in that the light intensity calculation unit 50'is configured to include a light reception brightness profile holding unit 511 and a predicted light reception brightness profile generation unit 512. ing.
  • the same components as those shown in FIG. 7 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted below.
  • the light-receiving brightness profile generation unit 501 creates a light-receiving brightness profile based on the brightness value of each pixel corresponding to the target space based on the pixel data read from the storage unit 40. Generate.
  • the generated light-receiving brightness profile is output to the light-receiving brightness profile holding unit 511 and output to the predicted light-receiving brightness profile generation unit 512.
  • the light-receiving brightness profile holding unit 511 temporarily holds the light-receiving brightness profile generated by the light-receiving brightness profile generation unit 501.
  • the temporarily held light-receiving brightness profile is read out by the predicted light-receiving brightness profile generation unit 512, for example, at the timing of the next image frame.
  • the predicted light receiving brightness profile generation unit 512 generates a predicted light receiving brightness profile based on the current and past light receiving brightness profiles. Specifically, the predicted light-receiving brightness profile generation unit 512 has a light-receiving brightness profile corresponding to the current image frame output from the light-receiving brightness profile generation unit 501 and a past temporarily held by the light-receiving brightness profile holding unit 511. A predicted light-receiving brightness profile corresponding to the next image frame is generated based on the light-receiving brightness profile corresponding to the image frame of.
  • the predicted light-receiving brightness profile generation unit 512 predicts the movement of the object OBJ by specifying the positional change with respect to the temporal change. , Generate the predicted received luminance profile.
  • the averaging processing unit 502 performs averaging processing on the predicted light receiving brightness profile predicted and generated by the predicted light receiving brightness profile generation unit 512.
  • the irradiation profile generation unit 504 generates an irradiation profile by referring to the irradiation light intensity determination table 503 based on the predicted light receiving brightness profile that has been averaged. That is, in this example, the irradiation profile output from the irradiation profile generation unit 504 is the irradiation profile for the predicted target space.
  • the second light source 202 of the irradiation unit 20 emits the second light according to the irradiation profile under the control of the control unit 10.
  • the light intensity calculation unit 50' is configured to generate the predicted received luminance profile and then perform the averaging process, but the present invention is not limited to this.
  • FIG. 13 is a flowchart for explaining an example of distance measurement processing including motion prediction according to an embodiment of the present technology.
  • the control unit 10 sets the emission mode to the profile generation mode, whereby the irradiation unit 20 is controlled by the control unit 10 from the first light source 201. Irradiation with the first light having a uniform spatial light intensity to the target space is performed (S1301).
  • the light receiving unit 30 receives the reflected light from the object irradiated with the first light (S1302) and outputs pixel data based on the reflected light. The pixel data output from the light receiving unit 30 is temporarily held in the storage unit 40.
  • the light intensity calculation unit 50 calculates the brightness value of each pixel corresponding to the target space and generates a light receiving brightness profile (S1303).
  • the light receiving luminance profile is a luminance value of each pixel constituting the image frame.
  • the generated light-receiving brightness profile is output to the light-receiving brightness profile holding unit 511 and temporarily held, and is output to the predicted light-receiving brightness profile generation unit 512.
  • the light intensity calculation unit 50 generates a predicted light receiving brightness profile according to the current and past light receiving brightness profiles (S1304). Specifically, for example, the light intensity calculation unit 50'in the predicted light-receiving brightness profile generation unit 512, the light-receiving brightness profile and the light-receiving brightness profile holding unit 511 as shown in FIG. 12B corresponding to the current image frame. Based on the light-receiving brightness profile as shown in FIG. 12 (a) corresponding to the past image frame temporarily held in, the predicted light-receiving brightness as shown in FIG. 12 (c) corresponding to the next image frame. Generate a profile.
  • the light intensity calculation unit 50 preforms an averaging process based on the predicted received light intensity profile to generate an average received light intensity profile (S1305).
  • the light intensity calculation unit 50 'generates an irradiation profile as shown in FIG. 12 (f) according to the generated average received luminance profile (S1306).
  • the irradiation profile in the average received luminance profile, among the regions where the average luminance value exceeds a predetermined threshold value, the region where the average luminance value is higher shows a weaker light intensity value, and the average luminance value is lower. It is a profile showing a value of light intensity stronger in a region.
  • the control unit 10 switches the emission mode to the ranging mode, whereby the irradiation unit 20 follows the irradiation profile from the second light source 202 under the control of the control unit 10.
  • Irradiation with light is performed (S1307). That is, the distance measuring device 1 irradiates a region having a high luminance value in the received luminance profile with a weak light intensity, and irradiates a region having a low luminance value with a strong light intensity.
  • the second light source 202 of the irradiation unit 20 may irradiate a spot-shaped second light on a detailed region according to the generated irradiation profile.
  • the light receiving unit 30 receives the reflected light from the object irradiated with the second light (S1308), and outputs pixel data based on the reflected light.
  • the pixel data output from the light receiving unit 30 is temporarily held in the storage unit 40.
  • the distance measuring processing unit 60 performs distance measuring processing based on the pixel data held in the storage unit 40 (S1309). As described above, the distance measuring processing unit 60 calculates the distance from the irradiation unit 20 to the object OBJ according to the equation 7.
  • the control unit 10 determines whether or not the distance measurement process has been completed (S1310). When the control unit 10 determines that the distance measuring process is completed (Yes in S1310), the control unit 10 ends the distance measuring process. Further, when the distance measuring device 1 determines that the distance measuring process has not been completed (No in S1310), the distance measuring device 1 returns to the process of S1301.
  • the first light having a uniform spatial light intensity is not always irradiated, but for example, the first light is irradiated once and the irradiation profile. Is created, the distance measurement process may be performed a plurality of times by the second light according to the irradiation profile. This makes it possible to omit the process of irradiating the first light source with the first light source 201 and the process of receiving the reflected light from the object irradiated with the first light by the light receiving unit 30. Distance measurement processing can be performed efficiently.
  • the optimum irradiation profile is predicted not only for the fixed object OBJ but also for the target space including the dynamic object OBJ, and the second light is emitted according to the predicted irradiation profile. Irradiation can be performed and the distance can be measured.
  • steps, actions or functions may be performed in parallel or in a different order, as long as the results are not inconsistent.
  • the steps, actions and functions described are provided merely as examples, and some of the steps, actions and functions can be omitted and combined with each other to the extent that they do not deviate from the gist of the invention. It may be one, or other steps, actions or functions may be added.
  • An irradiation unit that emits light to the target space
  • a light receiving unit including a plurality of light receiving elements that receive the observation light in the target space and output an electric signal.
  • the first light is emitted from the irradiation unit, and the first light included in the observation light received by the light receiving unit is based on the first electric signal corresponding to the reflected light from the irradiated object.
  • a light intensity calculation unit that calculates the light intensity in the target space, A second light based on the light intensity calculated by the light intensity calculation unit is emitted from the irradiation unit, and is emitted from an object irradiated with the second light included in the observation light received by the light receiving unit.
  • a distance measuring processing unit that performs distance measuring processing for calculating the distance to the object based on a second electric signal corresponding to the reflected light is provided.
  • the first light emitted from the irradiation unit is light having a uniform spatial light intensity with respect to the target space.
  • (3) The distance measuring device according to (1) or (2) above, wherein the first light is infrared light.
  • the distance measuring device according to (1) to (3), wherein the wavelength of the second light is shorter than the wavelength of the first light.
  • the light intensity calculation unit calculates the brightness value as the light intensity based on the first electric signal.
  • the light intensity calculation unit generates a light receiving luminance profile for the target space based on the first electric signal.
  • the distance measuring device according to (1) or (5) above.
  • the light intensity calculation unit generates an irradiation profile regarding the spatial light intensity with respect to the target space for the second light based on the generated received light intensity profile.
  • the irradiation unit emits the second light according to the generated irradiation profile.
  • the distance measuring device according to (5) or (6) above.
  • the light intensity calculation unit calculates the light intensity in the irradiation profile so that the higher the light intensity in the received light intensity profile, the lower the light intensity for the second light.
  • the distance measuring device according to (5) to (7) above.
  • the light intensity calculation unit calculates the light intensity in the irradiation profile so that the lower the light intensity in the received light intensity profile, the higher the light intensity for the second light.
  • the distance measuring device according to (5) to (7) above.
  • the light intensity calculation unit calculates an average value of light intensity for each region in the received light intensity profile, and generates the irradiation profile based on the average value.
  • the distance measuring device according to (5) to (7) above.
  • the light intensity calculation unit sets the light intensity in the irradiation profile to a predetermined value so that the second light is not irradiated in a region where the calculated average value does not exceed a predetermined threshold value.
  • the distance measuring device according to (5) to (10) above.
  • the light intensity calculation unit calculates the light intensity for the object in the target space based on the received light intensity profile.
  • the irradiation unit emits the second light in a spot shape according to the calculated light intensity for the object.
  • the calculation of the light intensity by the light intensity calculation unit and the distance measurement process by the distance measurement processing unit are alternately repeated.
  • the light receiving unit receives the observation light in the target space and outputs an electric signal.
  • the first light is emitted from the irradiation unit, and the first light included in the observation light received by the light receiving unit is based on the first electric signal corresponding to the reflected light from the irradiated object.
  • Calculating the light intensity in the target space and A second light based on the calculated light intensity is emitted from the irradiation unit, and the second light included in the observation light received by the light receiving unit corresponds to the reflected light from the irradiated object.

Landscapes

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Abstract

測距において人間の目の安全性を十分に考慮することを目的とする。本技術は、対象空間に対して光を出射する照射部と、前記対象空間における観測光を受光し、電気信号を出力する複数の受光素子を含む受光部と、前記照射部から第１の光が出射され、前記受光部により受光された観測光に含まれる前記第１の光が照射された物体からの反射光に応じた第１の電気信号に基づいて、前記対象空間における光強度を算出する光強度算出部と、前記光強度算出部により算出された前記光強度に基づく第２の光が前記照射部から出射され、前記受光部により受光された観測光に含まれる前記第２の光が照射された物体からの反射光に応じた第２の電気信号に基づいて、前記物体までの距離を算出するための測距処理を行う測距処理部とを備える距離測定装置である。

Description

距離測定装置及び距離測定方法
　本技術は、距離測定装置及び距離測定方法に関する。
　物体（対象物）までの距離をＴｏＦ（Time of Flight）に基づいて計測する距離測定装置（測距センサと称されることもある。）が知られている。ＴｏＦには、一般に、直接ＴｏＦ（dToF）と間接ＴｏＦ（iToF）とがある。直接ＴｏＦは、発光素子からパルス光を発射し、パルス光が照射された物体からの反射光をＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）と呼ばれる受光素子で受けてフォトンを検出し、これにより発生したキャリアを、アバランシェ増倍を用いて電気信号パルスに変換し、これをＴＤＣ（Time to Digital Converter）に入力することで反射光の到来時刻を計測し、物体までの距離を算出する技術である。一方、間接ＴｏＦは、発光素子からパルス光を発射し、パルス光が照射された物体からの反射光を受光素子で受光することにより発生した電荷を検出し、その蓄積量が光の到来タイミングに依存して変化する半導体素子構造を利用して、光の飛行時間を計測する。
　上記のようなＴｏＦに従う距離測定装置では、一般に、対象空間に向けて照射される照射光として、均一の光強度を有する照射光が用いられる。一方で、対象空間には、距離が比較的に近い物体と遠い物体とを含むことから、物体からの反射光に基づく画像上の位置ごとに光強度を変化させる技術が提案されている。
　下記特許文献１は、送光装置から複数の角度方向にパルス光を発生し、受光装置で物体からの反射光を受光し、送出光と反射光の送受信の時間差から物体までの距離を検出するとともに、角度方向ごとの反射光の受信強度が予め定めた範囲に収まるように送出光のパワーを角度方向ごとに個別に制御する装置を開示する。
　また、下記特許文献２は、発光源の光量を変化させることにより、より精度の高い距離画像を生成する技術を開示する。具体的には、特許文献２は、対象空間に変調した光を照射する発光源と、発光源から照射され対象空間内の対象物で反射した反射光を受光して電荷に変換する複数の光電変換素子、光電変換素子ごとに設けられた複数の電荷蓄積部、及び、発光源の変調に同期して、光電変換素子により変換された電荷を複数の電荷蓄積部に振り分ける手段と、を備えた撮像素子と、複数の電荷蓄積部に蓄積された電荷に基づいて所定演算を行い、画素値が距離値である距離画像を生成する距離画像生成部と、発光源の光量を調整する光量調整手段とを備える装置を開示する。特許文献２はまた、発光源が、対象空間に変調した光を照射する複数の発光体を備え、複数の発光体が複数の領域に分割される一方、複数の光電変換素子が複数の領域に対応して複数の光電変換素子エリアに分割されており、光量調整手段が、領域の発光体ごとに光量を調整する装置を開示する。
特開平７－１６７９５８号公報 特開２００８－２４１４３５号公報
　上記文献に開示されるような技術は、対象物までの距離に応じて、照射する光の強度ないしは量を調整するものの、測距のために照射した光（測距光）に依存した反射光を用いて、光強度の調整が行われていた。したがって、測距光の照射に際して、その光強度がある程度弱められたとしても、例えば人間の目に有害な波長が含まれる場合には、目の安全性については必ずしも十分であるとはいえなかった。一方で、目の安全性を優先した場合、その周囲の測距のために十分な光強度が得られず、測距を正確に行うことができないという問題があった。また、測距光に照射を受けてその光強度の調整を行うには、ある一定程度の光強度の測距光を予め照射する必要があるため、調整前の光強度の測距光が人間の目に照射されるおそれがあった。
　そこで、本技術の目的は、人間の目の安全性を十分に考慮した距離測定装置及び距離測定方法を提供することである。
　上記課題を解決するための本技術は、以下に示す発明特定事項乃至は技術的特徴を含んで構成される。
　ある観点に従う本技術は、対象空間に対して光を出射する照射部と、前記対象空間における観測光を受光し、電気信号を出力する複数の受光素子を含む受光部と、前記照射部から第１の光が出射され、前記受光部により受光された観測光に含まれる前記第１の光が照射された物体からの反射光に応じた第１の電気信号に基づいて、前記対象空間における光強度を算出する光強度算出部と、前記光強度算出部により算出された前記光強度に基づく第２の光が前記照射部から出射され、前記受光部により受光された観測光に含まれる前記第２の光が照射された物体からの反射光に応じた第２の電気信号に基づいて、前記物体までの距離を算出するための測距処理を行う測距処理部と、を備える距離測定装置である。
　また、他の観点に従う本技術は、照射部から対象空間に対して光を出射することと、受光部において前記対象空間における観測光を受光し、電気信号を出力することと、前記照射部から第１の光が出射され、前記受光部により受光された観測光に含まれる前記第１の光が照射された物体からの反射光に応じた第１の電気信号に基づいて、前記対象空間における光強度を算出することと、算出された前記光強度に基づく第２の光が前記照射部から出射され、前記受光部により受光された観測光に含まれる前記第２の光が照射された物体からの反射光に応じた第２の電気信号に基づいて、前記物体までの距離を算出するための測距処理を行うこととを含む距離測定方法である。
　なお、本明細書等において、手段とは、単に物理的手段を意味するものではなく、その手段が有する機能をソフトウェアによって実現する場合も含む。また、１つの手段が有する機能が２つ以上の物理的手段により実現されても、２つ以上の手段の機能が１つの物理的手段により実現されてもよい。
　また、「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
　本技術の他の技術的特徴、目的、及び作用効果乃至は利点は、添付した図面を参照して説明される以下の実施形態により明らかにされる。
　また、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無く、また他の効果があってもよい。
本技術の一実施形態に係る距離測定装置の構成の一例を示すブロックダイアグラムである。 本技術の一実施形態に係る距離測定装置の照射部の構成の一例を示す図である。 本技術の一実施形態に係る距離測定装置の照射部の構成の一例を示す図である。 本技術の一実施形態に係る距離測定装置の受光部の構成の一例を示す図である。 本技術の一実施形態に係る距離測定装置における受光部の動作原理を説明するタイミングチャートの一例を示す図である。 本技術の一実施形態に係る距離測定装置における多相パルスによる受光部の動作原理を説明するタイミングチャートの一例を示す図である。 本技術の一実施形態に係る距離測定装置による多相パルス光を用いた光強度の算出手法の一例を示すグラフである。 本技術の一実施形態に係る距離測定装置の光強度算出部の構成の一例を示すブロックダイアグラムである。 本技術の一実施形態に係る距離測定装置の照射光強度決定テーブルの一例を説明するための図である。 本技術の一実施形態に係る距離測定装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 本技術の一実施形態に係る距離測定装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 本技術の一実施形態に係る距離測定装置の動作の一例を説明するための図である。 本技術の一実施形態に係る距離測定装置の光強度算出部の他の構成の一例を示すブロックダイアグラムである。 本技術の一実施形態に係る距離測定装置の予測受光輝度プロファイル生成部の動作を説明する図である。 本技術の一実施形態に係る距離測定装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
　以下、図面を参照して本技術の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本技術は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（例えば各実施形態を組み合わせる等）して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。
　［第１の実施形態］
　図１は、本技術の一実施形態に係る距離測定装置の構成の一例を示すブロックダイアグラムである。距離測定装置１は、光源から変調されたパルス光を対象空間に出射し、パルス光が照射された物体ＯＢＪからの反射光を受光素子で受けることにより得られる電気信号に基づいて、対象空間内の物体（対象物ないしは被写体）ＯＢＪまでの距離を測定するいわゆる間接ＴｏＦ型測距センサである。本開示では、間接ＴｏＦ型測距センサを例にして説明されるが、本開示に係る技術は、直接ＴｏＦ型測距センサや光切断法等を用いた各種のセンサに対しても同様に適用され得る。
　同図に示すように、距離測定装置１は、例えば、制御部１０と、照射部２０と、受光部３０と、記憶部４０と、測距処理部６０と、通信ＩＦ部７０と、光強度算出部５０といったコンポーネントを含み構成される。これらのコンポーネントは、例えば、ＣＭＯＳ　ＬＳＩのようなシステム・オン・チップ（ＳｏＣ）として一体的に構成され得るが、例えば、照射部２０や受光部３０といったいくつかのコンポーネントが別体のＬＳＩとして構成されても良い。
　制御部１０は、距離測定装置１の動作を統括的に制御するコンポーネントである。図示されていないが、制御部１０は、生成されるクロックに従って、照射部２０及び受光部３０を駆動制御するための制御信号を生成し、出力する制御信号生成部を含み得る。また、本開示では、制御部１０は、照射部２０の出射モードを制御する。出射モードは、例えば、対象空間の領域ごとの光強度を示す受光輝度プロファイルを生成するための第１の波長を有する第１の光を出射するプロファイル生成モードと、対象物ＯＢＪまでの距離を測定するための第２の波長を有する第２の光を出射する測距モードとを含む。
　照射部２０は、対象空間に対して、ＴｏＦ測距のための変調されたパルス光を出射する光源を含むコンポーネントである。光源は、例えば、２次元アレイ状に配置された複数の発光素子を備える面照射型レーザであり得る。本開示では、照射部２０は、上述した出射モードに対応して少なくとも２種類の波長の光を出射することができるように、第１の波長を有する第１の光を出射する第１の光源２０１と、第２の波長を有する第２の光を出射する第２の光源２０２とを含み構成される。第１の光は、例えば波長８００～２５００ｎｍの近赤外光である。照射部２０は、制御部１０の制御の下、プロファイル生成モードにおいて、対象空間に対して、第１の光源２０１から、一様な空間光強度を有する第１の光を出射する。また、照射部２０は、制御部１０の制御の下、プロファイル生成モードに続く測距モードにおいて、対象空間に対して、第２の光源２０２から、後述する照射プロファイルに従った空間光強度を有する第２の光を出射する。第２の光源２０２は、例えば１０～２００ＭＨｚの周波数で高速駆動され、また、数～数十ｎｓのパルス幅を有し、異なる位相を持つパルス光（多相パルス光）を出射する。対象空間の領域ごとの空間光強度を示す照射プロファイルは、後述するように、光強度算出部５０によって、第１の光による対象物ＯＢＪからの反射光を含む観測光に応じて生成される。他の例として、照射部２０の第２の光源２０２は、生成された照射プロファイルに従って、第２の光源２０２からスポット状の第２の光を出射するように構成される。すなわち、測距モードにおいて制御部１０が、対象空間の特定の領域のみ測距し得るように、照射部２０における一部の第２の発光素子２０２ａのみ第２の光を照射し、他の第２の発光素子２０２ａは照射しないように制御する。これにより、照射部２０は、特定の領域を例えばスポット状に照射する。本開示では、照射部２０は、面照射型レーザを例にして説明されるが、ライン照射型レーザ又はスポット照射レーザと走査ミラーとにより面発光を実現するように構成されても良い。
　受光部３０は、対象空間から入射する光（観測光）に反応して、制御部１０の制御の下、電荷を蓄積し、これに応じた電気信号を出力するセンサである。図示されていないが、典型的には、受光部３０の受光面の前方には、光を効率よく受光することができるように、集光レンズ等の受光光学系が設けられる。受光部３０は、典型的には、２次元アレイ状に配置された複数の受光素子を含み構成されたＣＭＯＳイメージセンサであるが、これに限られず、例えば、ＣＣＤイメージセンサであっても良い。受光部３０の特定の受光素子群は、例えば、制御部１０の制御の下、プロファイル生成モード又は測距モードのいずれかにおいて、所定の照射タイミングに同期した所定の受光タイミングで動作し、受信した観測光に応じた電荷を蓄積する。例えば、受光部３０の特定の受光素子群は、上述したパルス駆動の周波数（１０～２００ＭＨｚ）と同じ周波数（１０～２００ＭＨｚ）に変調された電圧で印加され駆動される。これにより、照射光の照射タイミングと受光素子群の蓄積タイミングとを整合させる。本例では、後述するように、受光部３０は、例えば４回のパルス光の出射に対応して４回の電荷蓄積及び出力（読出し）を行う。受光部３０から読み出された電荷（電気信号）は、記憶部４０に転送される。
　記憶部４０は、受光部３０から読み出された電気信号に基づく画素データを一時的に保持するメモリである。記憶部４０は、揮発性メモリであっても良いし、不揮発性メモリであっても良い。本例では、記憶部４０は、受光部３０から読み出される１画像フレーム分の画像データを保持するように構成されるが、これに限られない。代替例として、記憶部４０は、照射部２０による数ライン分のパルス光の照射に対応する観測光に基づく画像データを保持し得る。記憶部４０に保持された画像データは、光強度算出部５０及び測距処理部６０によって参照され、処理される。
　光強度算出部５０は、プロファイル生成モードにおいて、記憶部４０から読み出される第１の画素データに基づいて、対象空間における光強度を算出し、これに基づく受光輝度プロファイルから照射プロファイルを生成する。第１の画素データは、第１の光源２０１による第１の光に基づいて得られるデータである。光強度は、例えば、輝度や明度、照度であり得るが、本開示では、輝度を例にして説明する。受光輝度プロファイル及び照射プロファイルは、例えば、対象空間に対応する画像フレームを分割した所定の領域ごとの光強度を示すデータセットである。照射プロファイルは、例えば、受光輝度プロファイルの反転プロファイルであり得る。所定の領域は、画像フレームを１６分割、２４分割、３２分割等した領域であるが、これに限られない。例えば１つ又は４の画素（受光素子）を１つの領域としても良い。光強度は、例えば０～２５５の値で示される。なお、光強度算出部５０は、後述するように、例えば、受光輝度プロファイルにおいて光強度が高い領域ほど、測距モードで照射する際に照射光の光強度が低くなるように照射プロファイルにおける空間光強度を算出し得る。また、光強度算出部５０は、受光輝度プロファイルにおいて光強度が低い領域ほど、測距モードで照射する際に照射光の光強度が高くなるように照射プロファイルにおける空間光強度を算出し得る。光強度算出部５０は、算出した光強度に関するデータを制御信号生成部に送信する。
　測距処理部６０は、測距モードにおいて、照射部２０により出射したパルス光と受光部３０により受光した観測光とに基づいて、物体ＯＢＪまでの距離を算出する（測距する）コンポーネントである。測距処理部６０は、典型的には、信号処理プロセッサにより構成される。本開示では、測距処理部６０は、照射部２０により出射された異なる位相を持つパルス光（多相のパルス光）に対応して、受光部３０により各位相について受光され蓄積された電荷に基づいて、距離を算出するように構成される。測距処理部６０は、測距処理において算出した物体までの距離に関するデータを通信ＩＦ部７０に送信する。
　通信ＩＦ部７０は、測距処理部６０において算出された距離に関する情報をホスト装置等の外部装置に通信する。
　図２Ａ及び２Ｂは、本技術の一実施形態に係る照射部の構成の一例を示す図である。上述したように、照射部２０は、第１の波長を有する第１の光を出射する第１の光源２０１と、第２の波長を有する第２の光を出射する第２の光源２０２とを含み構成される。図２Ａに示すように、第１の光源２０１は、２次元アレイ状に配置された複数の第１の発光素子２０１ａから構成され得る。第２の光源２０２は、２次元アレイ状に配置された複数の第２の発光素子２０２ａから構成され得る。第１の光源２０１は、後述するように、第２の光源２０２に比較して、光エネルギーが小さい光を照射する。このような第１の光源２０１を用いて照射することにより、人間の目への安全性を確保することができる。第１の光は、例えば波長約８００～２５００ｎｍの範囲の近赤外光である一方、第２の光は、約８００～１０００ｎｍの範囲の近赤外光である。本開示では、第１の光の波長は、約１０００ｎｍの波長である一方、第２の光は、約９４０ｎｍの波長であるものとする。
　また、後述するように、例えば、図２Ｂに示すように、照射部２０は、第１の光源２０１のみから構成されてもよい。同図に示すように、第１の光源２０１は、２次元アレイ状に配置された複数の第１の発光素子２０１ａから構成され得る。このとき、照射部２０は、対象空間の領域ごとの光強度を示す受光輝度プロファイルを生成するためのプロファイル生成モードと、対象物ＯＢＪまでの距離を測定するための測距モードとのどちらの出射モードにおいても、第１の光源２０１から出射する。
　図３は、本技術の一実施形態に係る受光部の構成の一例を示す図である。同図に示すように、受光部３０は、例えば、画素アレイ部３２と、垂直駆動部３３と、水平駆動部３４と、カラム処理部３５とを含み構成される。受光部３０は、制御部１０（図１参照）の制御によって駆動される。
　画素アレイ部３２は、入射した光の強さに応じた電荷を生成し蓄積する、アレイ状に配置された光電変換素子群を含み構成される。埋め込みフォトダイオードは、光電変換素子の一態様である。複数の光電変換素子のそれぞれ又は幾つかは、１つの画素を構成し得る。同図中、画素アレイ部３２の上下方向を列方向ないしは垂直方向と称し、左右方向を行方向ないしは水平方向と定義する。
　垂直駆動部３３は、シフトレジスタやアドレスデコーダ（図示せず）などを含み構成される。垂直駆動部３３は、制御部１０の制御の下、例えば、画素アレイ部３２の画素群を、行単位で順番に、垂直方向に駆動していく。本開示では、垂直駆動部３３は、信号の読出しのための走査を行う読出し走査回路３３２と光電変換素子から不要な電荷を掃き出す（リセットする）走査を行う掃出し走査回路３３４を含み得る。
　読出し走査回路３３２は、各画素から電荷に基づく信号を読み出すために、画素アレイ部３２の画素群を行単位で順に選択走査を行う。
　掃出し走査回路３３４は、読出し走査回路３３２によって読出し動作が行われる読出し行に対して、その読出し動作よりも電子シャッタの動作速度の時間分だけ先行して掃出し走査を行う。掃出し走査回路３３４による不要電荷の掃き出し（リセット）により、いわゆる電子シャッタ動作が行われる。電子シャッタ動作とは、光電変換素子の電荷を掃き出し、新たに露光（電荷の蓄積）を開始する動作をいう。
　読出し走査回路３３２による読出し動作によって読み出される電荷に基づく信号は、その直前の読出し動作又は電子シャッタ動作以降に入射した光エネルギーの大きさに対応する。そして、直前の読出し動作による読出しタイミング又は電子シャッタ動作による掃出し動作タイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、画素における電荷の蓄積時間となる。
　水平駆動部３４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ（図示せず）などを含み構成される。水平駆動部３４は、制御部１０の制御の下、例えば、画素アレイ部３２の画素群を、列単位で順番に、水平方向に駆動していく。垂直駆動部３３及び水平駆動部３４による画素の選択的な駆動により、選択された画素に蓄積された電荷に基づく信号がカラム処理部３５に出力される。
　カラム処理部３５は、画素アレイ部３２の選択された行における画素群のそれぞれから出力される信号に対して、例えばＣＤＳ（Correlated Double Sampling；相関二重サンプリング）処理といった所定の処理を行う。具体的には、カラム処理部３５は、選択された行における画素群のそれぞれから出力される差分信号を受け取り、該差分信号が示すレベル（電位）差を求めることによって１行分の画素ごとの信号を取得する。また、カラム処理部３５は、取得した信号について、固定パターンノイズを除去し得る。カラム処理部３５は、このような所定の処理を施した信号を、Ａ／Ｄ変換部（図示せず）により、デジタル信号に変換し、これを画素データとして出力する。画素データは、記憶部４０に一時的に保持され、参照される。
　図４は、本技術の一実施形態に係る距離測定装置における受光部の動作原理を説明するタイミングチャートの一例を示す。すなわち、同図に示すように、照射部２０により出射されたパルス幅Ｔを有するパルス光は物体ＯＢＪに照射され、遅延時間Ｔｄ後に、受光部３０において反射光として観測される。
　各受光素子は、一対のゲートを有し、該一対のゲートのそれぞれに交互にパルス信号を与えることによって交互にゲートを開き、該受光素子で発生した電荷ＱＡ及びＱＢを各電荷蓄積部（図示せず）に転送する。各受光素子の各電荷蓄積部に蓄積された電荷ＱＡ及びＱＢは、電圧の変化量に変換され、電気信号として外部に読み出される。
　以上のように構成された受光部３０は、制御部１０の制御の下、制御信号生成部からの制御信号に従った垂直駆動部３３及び水平駆動部３４の協調動作により、複数行の受光素子群が順次に有効化され、蓄積した電荷が受光素子群から電気信号（画素データ）として読み出され、記憶部４０に出力される。本開示では、蓄積された電荷に基づく電気信号は、プロファイル生成モードでは、光強度算出部５０によって光強度（例えば輝度値）の算出に用いられ、また、測距モードでは、測距処理部６０によって距離の算出に用いられる。
　また、本開示では、距離測定装置１は、上述したように、４回のパルス光に対応して、４回の電荷蓄積及び電荷読出しを行う。図５は、本技術の一実施形態に係る距離測定装置における多相パルスによる受光部の動作原理を説明するタイミングチャートの一例を示す。すなわち、照射部２０は、制御部１０の制御の下、対象空間に対して、同図に示すように、０度、９０度、１８０度、及び２７０度というように位相が異なるパルス光（多相パルス光）を出射する。受光部３０は、制御部１０の制御の下、このように位相がずれて出射されたパルス光に対する反射光を集光し、各位相についての受光量に応じた電荷を蓄積する。なお、照射部２０は、プロファイル生成モードでは、第１の光源２０１から一様な空間光強度（第１の照射プロファイル）を有する多相パルス光を第１の光として出射し、測距モードでは、照射プロファイル生成部５０４によって生成された照射プロファイル（第２の照射プロファイル）に従った空間光強度を有する多相パルス光を第２の光として第２の光源２０２から出射する。
　プロファイル生成モードでは、多相パルス光を用いた受光した光の強度は、受光部３０での各位相における観測光に基づく蓄積電荷量を用いて算出される。すなわち、照射部２０の第１の光源２０１が出射するパルス光の位相と受光部３０が受光したパルス光に対応する観測光の位相との差を位相差φとして、光強度のｘ成分及びｙ成分は、それぞれ、
　　ｘ（φ）＝（Ｑ０－Ｑ１８０）／２　　　…式１
　　ｙ（φ）＝（Ｑ９０－Ｑ２７０）／２　　　…式２
となる。ただし、Ｑ０、Ｑ９０、Ｑ２７０、及びＱ１８０は各位相における蓄積電荷量（Ｑ＝ＱＡ－ＱＢ）である。
　したがって、光強度（輝度値）Ｉは、図６に示すように、
　　Ｉ＝√（ｘ（φ）＾２＋ｙ（φ）＾２）　　　…式３
となる。光源から対象物ＯＢＪまでの距離の遠近や対象物ＯＢＪの反射率の大小は、受光部３０における電荷蓄積量の大小に関係し、したがって、これを光強度として表すことができる。
　一方、測距モードでは、照射部２０の第２の光源２０２が出射するパルス光の位相と受光部３０が受光したパルス光に対応する観測光の位相との位相差φを用いて距離Ｄを算出する。すなわち、照射部２０の光源から物体ＯＢＪまでの距離Ｄは、
　　Ｄ＝（１／２）×ｃ×Δｔ　　　…式４
である。ただし、ｃは光速である。
　また、Δｔは、照射部２０の第２の光源２０２が出射するパルス光の位相と受光部３０が受光したパルス光に対応する観測光の位相との差を位相差φとすると、
　　Δｔ＝（１／ｆ）×（φ／２π）　　　…式５
である。ここで、位相差φは、
　　φ＝Ａｒｃｔａｎ（（Ｑ９０－Ｑ２７０）／（Ｑ１８０－Ｑ０））　　　…式６
であるから、照射部２０から物体ＯＢＪまでの距離Ｄは、
　　Ｄ＝ｃφ／（４πｆ）　　　…式７
として算出される。
　図７は、本技術の一実施形態に係る距離測定装置の光強度算出部の構成の一例を示すブロックダイアグラムである。同図に示すように、光強度算出部５０は、例えば、受光輝度プロファイル生成部５０１と、平均化処理部５０２と、照射プロファイル生成部５０４と、照射光強度決定テーブル５０３とを含み構成され得る。
　受光輝度プロファイル生成部５０１は、記憶部４０から読み出された画素データに基づいて、対象空間における光強度を算出する。本例においては、光強度算出部５０は、上述した式３を用いて、光強度Ｉとして、対象空間に対応する各画素の輝度値を算出する。つまり、各画素の輝度値は、受光輝度プロファイルを構成する。受光輝度プロファイル生成部５０１は、生成した受光輝度プロファイルのデータを平均化処理部５０２に出力する。
　平均化処理部５０２は、受光輝度プロファイル生成部５０１が生成した受光輝度プロファイルに基づいて、受光輝度プロファイルに対する平均化処理を行う。本例において、平均化処理部５０２は、所定の領域を形成する複数の画素を１つの画素ブロックとして、該複数の画素の輝度値の平均値を画素ブロックの輝度値として算出し得る。平均化処理により、距離測定装置１における以降の演算処理の負荷を抑制することが可能となる。平均化処理部５０２は、平均化したデータを照射プロファイル生成部５０４に出力する。平均化処理部５０２は、平均値に代えて、画素ブロックにおける特定の画素の輝度値を用いても良い。或いは、平均化処理部５０２における平均化の処理を行わずに、受光輝度プロファイルに基づいて後述する照射プロファイルを生成しても良い。
　照射光強度決定テーブル５０３は、例えば図８に示すように、対象空間の輝度値に対する光の照射光強度の関係を示すテーブルである。本例では、照射光強度決定テーブル５０３において、平均輝度値の所定の範囲に応じて、照射光強度は「０（無）」、「３（強）」、「２（中）」、「１（弱）」の４段階に分けられる。つまり、平均輝度値が所定のしきい値（本例では「１０」）を超える場合に、照射光強度は、平均輝度値が低いほど高く（平均輝度値が高いほど低く）なるように決定される。例えば、ある領域における平均輝度値が０～１０の場合、照射光強度は「０」が選択される。また、平均輝度値が１０～６３の場合、照射光強度は「３」が選択される。また、平均輝度値が６４～１２７の場合、照射光強度は「２」が選択され、平均輝度値が１２７～２５５の場合、照射光強度は「１」が選択される。照射光強度決定テーブル５０３は、照射プロファイル生成部５０４によって参照される。
　図７に戻り、照射プロファイル生成部５０４は、平均化処理部５０２により平均化処理された受光輝度プロファイルに基づいて、照射光強度決定テーブル５０３を参照し、照射プロファイルを生成し得る。照射プロファイルは、測距モードにおける各画素に対応する第２の光源２０２から対象空間に出射された光の強さを示す。照射プロファイル生成部５０４は、受光輝度プロファイルにおいて輝度値が高い領域を、照射プロファイルにおいては光強度が低くなるように処理を行う。また、照射プロファイル生成部５０４は、受光輝度プロファイルにおいて輝度値が低い領域を、照射プロファイルにおいては光強度が高くなるように処理を行う。これにより、距離測定装置１は、対象空間における輝度値の低い領域に対して、弱い光強度で照射を行い、輝度値の高い領域に対して、強い光強度で照射を行うことができる。照射プロファイル生成部５０４は、生成した照射プロファイルのデータを制御部１０の制御信号生成部（不図示）に出力する。本開示では、照射プロファイルは、照射光強度決定テーブル５０３に基づいて、生成される例が示されるが、これに限られず、例えば、照射プロファイルは、受光輝度プロファイルを所定のルールに従って反転することにより生成されても良い。
　図９Ａは、本技術の一実施形態に係る距離測定装置による測距処理の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
　同図に示すように、距離測定装置１において、制御部１０は、出射モードをプロファイル生成モードに設定し、これにより、照射部２０は、例えば図１０（ａ）に示すように、制御部１０の制御の下、第１の光源２０１から対象空間に対して一様な空間光強度を有する第１の光による照射を行う（Ｓ９０１）。これに応答して、受光部３０は、第１の光が照射された対象物からの反射光を受光し（Ｓ９０２）、反射光に基づく画素データを出力する。受光部３０から出力された画素データは、記憶部４０に一時的に保持される。
　次に、光強度算出部５０は、対象空間に対応する各画素の輝度値を算出し、受光輝度プロファイルを生成する（Ｓ９０３）。受光輝度プロファイルは、図１０（ｂ）に示すように、画像フレームを構成するための各画素の輝度値である。続いて、光強度算出部５０は、受光輝度プロファイルに基づいて平均化処理を行い、例えば図１０（ｃ）に示すような平均受光輝度プロファイルを生成する（Ｓ９０４）。平均受光輝度プロファイルは、画像フレームを分割した各所定の領域における画素群の輝度値の平均値である。つまり、同図（ｃ）に示す平均受光輝度プロファイルの例では、人物らしきフィーチャを含む左端の３つの領域の平均輝度値が最も高く、続いて、建物らしきフィーチャを含む４つの領域、建物らしきフィーチャの上部分の２つの領域というように、所定の領域ごとの平均輝度値が算出されていることを示している。
　次に、光強度算出部５０は、平均受光輝度プロファイルに従って、図１０（ｄ）に示すような照射プロファイルを生成する（Ｓ９０５）。照射プロファイルは、上述したように、平均受光輝度プロファイルにおいて、平均輝度値が所定のしきい値を超える領域のうち、平均輝度値が高い領域ほど弱い光強度の値を示し、平均輝度値が低い領域ほど強い光強度の値を示すプロファイルである。すなわち、同図（ｄ）に示す照射プロファイルの例では、人物らしきフィーチャを含む左端の３つの領域の光強度が、建物らしきフィーチャを含む４つの領域の光強度よりも低いことを示している。なお、建物らしきフィーチャの上部分の２つの領域は、平均輝度値が所定のしきい値を超えていないため、光強度が「０」に設定されている。
　照射プロファイルが生成されると、制御部１０は、出射モードを測距モードに切り替え、これにより、照射部２０は、制御部１０の制御の下、第２の光源２０２から照射プロファイルに従う第２の光による照射を行う（Ｓ９０６）。すなわち、距離測定装置１は、受光輝度プロファイルにおいて輝度値が高い領域に対しては弱い光強度で照射し、輝度値が低い領域に対しては強い光強度で照射する。なお、照射部２０の第２の光源２０２は、生成された照射プロファイルに従って、細部の領域に対してスポット状の第２の光を照射しても良い。これに応答して、受光部３０は、第２の光が照射された対象物からの反射光を受光し（Ｓ９０７）、反射光に基づく画素データを出力する。受光部３０から出力された画素データは、記憶部４０に一時的に保持される。
　続いて、測距処理部６０は、記憶部４０に保持された画素データに基づいて、測距処理を行う（Ｓ９０８）。上述したように、測距処理部６０は、照射部２０から物体ＯＢＪまでの距離を、式７に従って算出する。
　制御部１０は、測距処理が終了したか否かを判定する（Ｓ９０９）。制御部１０は、測距処理が終了したと判定する場合（Ｓ９０９のＹｅｓ）、当該測距処理を終了する。また、距離測定装置１は、測距処理が終了していないと判定する場合（Ｓ９０９のＮｏ）、Ｓ９０１の処理に戻る。
　このように、距離測定装置１は、対象空間において輝度値が高い領域に対しては弱い光強度で照射し、輝度値が低い領域に対しては強い光強度で照射することができる。これにより、距離測定装置１は、輝度値が高い例えば近距離に位置する対象物ＯＢＪに対して安全に測距を行うことができる。また、距離測定装置１は、輝度値が低い例えば遠距離に位置する対象物ＯＢＪに対して測距精度を低下させずに測距を行うことができる。
　なお、図９Ｂに示した例のように、第２の光に基づく測距処理の前に、必ず、一様な空間光強度を有する第１の光が照射される構成ではなく、例えば、図９Ｂに示すように、第１の光が１回照射され照射プロファイルが作成された後、該照射プロファイルに従った第２の光により複数回の測距処理が行われる構成であっても良い。これにより、第１の光源２０１が第１の光を照射する処理及び受光部３０が第１の光を照射された対象物からの反射光を受光する処理を省略することが可能になり、より効率的に測距処理を行うことができる。
　［第２の実施形態］
　本実施形態は、距離測定装置１の測距処理の変形例に関する。第１の実施形態は、照射部２０が、第１の光源から一様な空間光強度を有する第１の光を出射し、第２の光源から照射プロファイルに従った空間光強度を有する第２の光を出射するように構成される。これに対し、本実施形態は、照射部２０が、第１の光源２０１から第１の光と第２の光とのどちらも出射するように構成されることを特徴とする。
　図２Ｂは、本技術の一実施形態に係る距離測定装置の照射部の構成の一例を示す図である。本実施形態の照射部２０は、第２の光源２０２を含まず、第１の光源２０１のみから構成される点で、図２Ａに示した照射部２０と異なっている。同図では、図２Ａに示した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付している。
　本実施形態において、照射部２０は、対象空間の領域ごとの光強度を示す受光輝度プロファイルを生成するためのプロファイル生成モードにおいて、第１の光源２０１から一様な空間光強度を有する第１の光を出射し、対象物ＯＢＪまでの距離を測定するための測距モードにおいて、第１の光源から照射プロファイルに従った空間光強度を有する第２の光を出射する。第１の光と第２の光とはどちらも第１の光源から出射されるため、第１の光と第２の光とは同一の波長となる。第１の光及び第２の光は、例えば波長約８００～１０００ｎｍの範囲の近赤外光である。本開示では、第１の光及び第２の光の波長は、約９４０ｎｍの波長であるものとする。
　また、本実施形態における距離測定装置による測距処理の動作の一例を図９Ａを用いて説明する。同図に示すように、距離測定装置１において、制御部１０は、出射モードをプロファイル生成モードに設定し、これにより、照射部２０は、制御部１０の制御の下、第１の光源２０１から対象空間に対して一様な空間光強度を有する第１の光による照射を行う（Ｓ９０１）。これに応答して、受光部３０は、第１の光が照射された対象物からの反射光を受光し（Ｓ９０２）、反射光に基づく画素データを出力する。受光部３０から出力された画素データは、記憶部４０に一時的に保持される。
　次に、光強度算出部５０は、対象空間に対応する各画素の輝度値を算出し、受光輝度プロファイルを生成する（Ｓ９０３）。受光輝度プロファイルは、画像フレームを構成するための各画素の輝度値である。続いて、光強度算出部５０は、受光輝度プロファイルに基づいて平均化処理を行い、平均受光輝度プロファイルを生成する（Ｓ９０４）。
　次に、光強度算出部５０は、平均受光輝度プロファイルに従って、照射プロファイルを生成する（Ｓ９０５）。照射プロファイルが生成されると、制御部１０は、出射モードを測距モードに切り替える。ここで、本実施形態において、照射部２０は、制御部１０の制御の下、第１の光源２０１から照射プロファイルに従う第２の光による照射を行う（Ｓ９０６）。すなわち、本実施形態において距離測定装置１は、第１の光源２０１を用いて、受光輝度プロファイルにおいて輝度値が高い領域に対しては弱い光強度で照射し、輝度値が低い領域に対しては強い光強度で照射する。なお、照射部２０の第１の光源２０１は、生成された照射プロファイルに従って、細部の領域に対してスポット状の第２の光を照射しても良い。これに応答して、受光部３０は、第２の光が照射された対象物からの反射光を受光し（Ｓ９０７）、反射光に基づく画素データを出力する。受光部３０から出力された画素データは、記憶部４０に一時的に保持される。
　続いて、測距処理部６０は、記憶部４０に保持された画素データに基づいて、測距処理を行う（Ｓ９０８）。上述したように、測距処理部６０は、照射部２０から物体ＯＢＪまでの距離を、式７に従って算出する。
　制御部１０は、測距処理が終了したか否かを判定する（Ｓ９０９）。制御部１０は、測距処理が終了したと判定する場合（Ｓ９０９のＹｅｓ）、当該測距処理を終了する。また、距離測定装置１は、測距処理が終了していないと判定する場合（Ｓ９０９のＮｏ）、Ｓ９０１の処理に戻る。
　このように、本実施形態の距離測定装置１は、一つの光源のみを用いて対象空間において輝度値が高い領域に対しては弱い光強度で照射し、輝度値が低い領域に対しては強い光強度で照射することができる。これにより、距離測定装置１は、コストを削減しつつ、輝度値が高い例えば近距離に位置する対象物ＯＢＪに対して安全に測距を行うことができる。また、距離測定装置１は、輝度値が低い例えば遠距離に位置する対象物ＯＢＪに対して測距精度を低下させずに測距を行うことができる。
　なお、図９Ｂに示した例のように、第２の光に基づく測距処理の前に、必ず、一様な空間光強度を有する第１の光が照射される構成ではなく、例えば、図９Ｂに示すように、第１の光が１回照射され照射プロファイルが作成された後、該照射プロファイルに従った第２の光により複数回の測距処理が行われる構成であっても良い。これにより、第１の光を照射する処理及び受光部３０が第１の光を照射された対象物からの反射光を受光する処理を省略することが可能になり、より効率的に測距処理を行うことができる。
　［第３の実施形態］
　本実施形態は、距離測定装置１の測距処理の変形例に関する。第１の実施形態は、距離測定装置１が、固定された対象物ＯＢＪの受光輝度プロファイル及び照射プロファイルを生成し、照射プロファイルに基づいて第２の光を照射する構成であったが、本実施形態は、動的な対象物ＯＢＪを含む対象空間に対して、最適な照射プロファイルを予測して、予測した照射プロファイルに従って第２の光を照射するように構成したことを特徴とする。
　図１１は、本技術の一実施形態に係る距離測定装置の光強度算出部の他の構成の一例を示すブロックダイアグラムである。本実施形態の光強度算出部５０’は、受光輝度プロファイル保持部５１１と、予測受光輝度プロファイル生成部５１２とを含むように構成される点で、図７に示した光強度算出部５０と異なっている。同図では、図７に示した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付し、以下では、その詳細な説明を省略する。
　同図を参照して、受光輝度プロファイル生成部５０１は、上述したように、記憶部４０から読み出された画素データに基づいて、対象空間に対応する各画素の輝度値に基づく受光輝度プロファイルを生成する。生成された受光輝度プロファイルは、受光輝度プロファイル保持部５１１に出力されるとともに、予測受光輝度プロファイル生成部５１２に出力される。
　受光輝度プロファイル保持部５１１は、受光輝度プロファイル生成部５０１により生成された受光輝度プロファイルを一時的に保持する。一時的に保持された受光輝度プロファイルは、例えば次の画像フレームのタイミングで、予測受光輝度プロファイル生成部５１２によって読み出される。
　予測受光輝度プロファイル生成部５１２は、現在及び過去の受光輝度プロファイルに基づいて、予測受光輝度プロファイルを生成する。具体的には、予測受光輝度プロファイル生成部５１２は、受光輝度プロファイル生成部５０１から出力される現在の画像フレームに対応する受光輝度プロファイルと、受光輝度プロファイル保持部５１１に一時的に保持された過去の画像フレームに対応する受光輝度プロファイルとに基づいて、次の画像フレームに対応する予測受光輝度プロファイルを生成する。つまり、受光輝度プロファイル中、ある輝度値の集まりによって認識される対象物ＯＢＪについて、予測受光輝度プロファイル生成部５１２は、時間的変化に対する位置的変化を特定することにより対象物ＯＢＪの動きを予測し、該予測される受光輝度プロファイルを生成する。
　平均化処理部５０２は、予測受光輝度プロファイル生成部５１２によって予測され生成された予測受光輝度プロファイルについて平均化処理を行う。照射プロファイル生成部５０４は、平均化処理された予測受光輝度プロファイルに基づいて、照射光強度決定テーブル５０３を参照し、照射プロファイルを生成する。つまり、本例では、照射プロファイル生成部５０４から出力される照射プロファイルは、予測された対象空間に対する照射プロファイルとなる。これにより、照射部２０の第２の光源２０２は、制御部１０の制御の下、該照射プロファイルに従って第２の光を出射することになる。
　なお、本例では、光強度算出部５０’は、予測受光輝度プロファイルを生成した後に、これを平均化処理するように構成されたが、これに限られない。例えば、光強度算出部５０’は、受光輝度プロファイルを平均化処理した平均受光輝度プロファイルを一時的に保持しておき、現在及び過去の平均受光輝度プロファイルに基づいて、予測受光輝度プロファイルを生成するように構成されても良い。この場合、対象物ＯＢＪが認識され得るよう、個々の所定の領域のサイズが適宜に設定される。
　図１３は、本技術の一実施形態に係る動体予測を含む測距処理の一例を説明するためのフローチャートである。
　同図に示すように、距離測定装置１において、制御部１０は、出射モードをプロファイル生成モードに設定し、これにより、照射部２０は、制御部１０の制御の下、第１の光源２０１から対象空間に対して一様な空間光強度を有する第１の光による照射を行う（Ｓ１３０１）。これに応答して、受光部３０は、第１の光が照射された対象物からの反射光を受光し（Ｓ１３０２）、反射光に基づく画素データを出力する。受光部３０から出力された画素データは、記憶部４０に一時的に保持される。
　次に、光強度算出部５０’は、対象空間に対応する各画素の輝度値を算出し、受光輝度プロファイルを生成する（Ｓ１３０３）。受光輝度プロファイルは、図１２（ｂ）に示すように、画像フレームを構成する各画素の輝度値である。生成された受光輝度プロファイルは、受光輝度プロファイル保持部５１１に出力されて一時的に保持されるとともに、予測受光輝度プロファイル生成部５１２に出力される。
　次に、光強度算出部５０’は、現在及び過去の受光輝度プロファイルに従って予測受光輝度プロファイルを生成する（Ｓ１３０４）。具体的には、例えば、光強度算出部５０’は、予測受光輝度プロファイル生成部５１２において、現在の画像フレームに対応する図１２（ｂ）に示すような受光輝度プロファイルと受光輝度プロファイル保持部５１１に一時的に保持された過去の画像フレームに対応する図１２（ａ）に示すような受光輝度プロファイルとに基づいて、次の画像フレームに対応する図１２（ｃ）に示すような予測受光輝度プロファイルを生成する。
　続いて、光強度算出部５０’は、予測受光輝度プロファイルに基づいて平均化処理を行い、平均受光輝度プロファイルを生成する（Ｓ１３０５）。
　次に、光強度算出部５０’は、生成された平均受光輝度プロファイルに従って、図１２（ｆ）に示すような照射プロファイルを生成する（Ｓ１３０６）。照射プロファイルは、上述したように、平均受光輝度プロファイルにおいて、平均輝度値が所定のしきい値を超える領域のうち、平均輝度値が高い領域ほど弱い光強度の値を示し、平均輝度値が低い領域ほど強い光強度の値を示すプロファイルである。
　照射プロファイルが生成されると、制御部１０は、出射モードを測距モードに切り替え、これにより、照射部２０は、制御部１０の制御の下、第２の光源２０２から照射プロファイルに従う第２の光による照射を行う（Ｓ１３０７）。すなわち、距離測定装置１は、受光輝度プロファイルにおいて輝度値が高い領域に対しては弱い光強度で照射し、輝度値が低い領域に対しては強い光強度で照射する。なお、照射部２０の第２の光源２０２は、生成された照射プロファイルに従って、細部の領域に対してスポット状の第２の光を照射しても良い。これに応答して、受光部３０は、第２の光が照射された対象物からの反射光を受光し（Ｓ１３０８）、反射光に基づく画素データを出力する。受光部３０から出力された画素データは、記憶部４０に一時的に保持される。
　続いて、測距処理部６０は、記憶部４０に保持された画素データに基づいて、測距処理を行う（Ｓ１３０９）。上述したように、測距処理部６０は、照射部２０から物体ＯＢＪまでの距離を、式７に従って算出する。
　制御部１０は、測距処理が終了したか否かを判定する（Ｓ１３１０）。制御部１０は、測距処理が終了したと判定する場合（Ｓ１３１０のＹｅｓ）、当該測距処理を終了する。また、距離測定装置１は、測距処理が終了していないと判定する場合（Ｓ１３１０のＮｏ）、Ｓ１３０１の処理に戻る。
　なお、第２の光に基づく測距処理の前に、必ず、一様な空間光強度を有する第１の光が照射される構成ではなく、例えば、第１の光が１回照射され照射プロファイルが作成された後、該照射プロファイルに従った第２の光により複数回の測距処理が行われる構成であっても良い。これにより、第１の光源２０１が第１の光を照射する処理及び受光部３０が第１の光を照射された対象物からの反射光を受光する処理を省略することが可能になり、より効率的に測距処理を行うことができる。
　本実施形態によれば、固定された対象物ＯＢＪのみならず、動的な対象物ＯＢＪを含む対象空間に対して、最適な照射プロファイルを予測して、予測した照射プロファイルに従って第２の光の照射を行い、測距することができる。
　上記各実施形態は、本技術を説明するための例示であり、本技術をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本技術は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな形態で実施することができる。
　例えば、本明細書に開示される方法においては、その結果に矛盾が生じない限り、ステップ、動作又は機能を並行して又は異なる順に実施しても良い。説明されたステップ、動作及び機能は、単なる例として提供されており、ステップ、動作及び機能のうちのいくつかは、発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略でき、また、互いに結合させることで一つのものとしてもよく、また、他のステップ、動作又は機能を追加しても良い。
　また、本明細書では、さまざまな実施形態が開示されているが、一の実施形態における特定のフィーチャ（技術的事項）を、適宜改良しながら、他の実施形態に追加し、又は該他の実施形態における特定のフィーチャと置換することができ、そのような形態も本技術の要旨に含まれる。
　また、本技術は、以下のような技術的事項を含み構成されても良い。
（１）
　対象空間に対して光を出射する照射部と、
　前記対象空間における観測光を受光し、電気信号を出力する複数の受光素子を含む受光部と、
　前記照射部から第１の光が出射され、前記受光部により受光された観測光に含まれる前記第１の光が照射された物体からの反射光に応じた第１の電気信号に基づいて、前記対象空間における光強度を算出する光強度算出部と、
　前記光強度算出部により算出された前記光強度に基づく第２の光が前記照射部から出射され、前記受光部により受光された観測光に含まれる前記第２の光が照射された物体からの反射光に応じた第２の電気信号に基づいて、前記物体までの距離を算出するための測距処理を行う測距処理部と、を備える、
距離測定装置。
（２）
　前記照射部から出射される前記第１の光は、前記対象空間に対して一様な空間光強度を有する光である、
前記（１）に記載の距離測定装置。
（３）
　前記第１の光は、赤外線光である、前記（１）又は（２）に記載の距離測定装置。
（４）
　前記第２の光の波長は、前記第１の光の波長よりも短い、前記（１）乃至（３）に記載の距離測定装置。
（５）
　前記光強度算出部は、前記光強度として、前記第１の電気信号に基づいて輝度値を算出する、
前記（１）に記載の距離測定装置。
（６）
　前記光強度算出部は、前記第１の電気信号に基づいて、前記対象空間に対する受光輝度プロファイルを生成する、
前記（１）又は（５）に記載の距離測定装置。
（７）
　前記光強度算出部は、生成された前記受光輝度プロファイルに基づいて、前記第２の光についての、前記対象空間に対する空間光強度に関する照射プロファイルを生成し、
　前記照射部は、生成された前記照射プロファイルに従って前記第２の光を出射する、
前記（５）又は（６）に記載の距離測定装置。
（８）
　前記光強度算出部は、前記受光輝度プロファイルにおいて光強度が高い領域ほど、前記第２の光についての前記光強度が低くなるように、前記照射プロファイルにおける光強度を算出する、
前記（５）乃至（７）に記載の距離測定装置。
（９）
　前記光強度算出部は、前記受光輝度プロファイルにおいて光強度が低い領域ほど、前記第２の光についての前記光強度が高くなるように、前記照射プロファイルにおける光強度を算出する、
前記（５）乃至（７）に記載の距離測定装置。
（１０）
　前記光強度算出部は、前記受光輝度プロファイルにおける領域ごとに光強度の平均値を算出し、前記平均値に基づいて、前記照射プロファイルを生成する、
前記（５）乃至（７）に記載の距離測定装置。
（１１）
　前記光強度算出部は、算出された前記平均値が所定のしきい値を超えない領域について、前記第２の光が照射されないように前記照射プロファイルにおける前記光強度を所定の値に設定する、
前記（５）乃至（１０）に記載の距離測定装置。
（１２）
　前記光強度算出部は、前記受光輝度プロファイルに基づいて、前記対象空間における前記物体に対する前記光強度を算出する、
前記（５）乃至（１１）に記載の距離測定装置。
（１３）
　前記照射部は、算出された前記物体に対する前記光強度に従って、前記第２の光をスポット状に出射する、
前記（２）又は（９）に記載の距離測定装置。
（１４）
　前記光強度算出部による前記光強度の算出及び前記測距処理部による前記測距処理は交互に繰り返される、
前記（１）又は（５）乃至（１２）に記載の距離測定装置。
（１５）
　前記光強度算出部は、前記第１の光が照射された物体の動きを予測して、前記対象空間における光強度を算出する
前記（１）又は（５）乃至（１２）に記載の距離測定装置。
（１６）
　照射部から対象空間に対して光を出射することと、
　受光部において前記対象空間における観測光を受光し、電気信号を出力することと、
　前記照射部から第１の光が出射され、前記受光部により受光された観測光に含まれる前記第１の光が照射された物体からの反射光に応じた第１の電気信号に基づいて、前記対象空間における光強度を算出することと、
　算出された前記光強度に基づく第２の光が前記照射部から出射され、前記受光部により
受光された観測光に含まれる前記第２の光が照射された物体からの反射光に応じた第２の電気信号に基づいて、前記物体までの距離を算出するための測距処理を行うことと、を含む、
距離測定方法。
１…距離測定装置
１０…制御部
２０…照射部
　２０１…第１の光源
　２０１ａ…第１の発光素子
　２０２…第２の光源
　２０２ａ…第２の発光素子
３０…受光部
３２…画素アレイ部
３３…垂直駆動部
　３３２…読出し走査回路
　３３４…掃出し走査回路
３４…水平駆動部
３５…カラム処理部
４０…記憶部
５０…光強度算出部
　５０１…受光輝度プロファイル生成部
　５０２…平均化処理部
　５０３…照射光強度決定テーブル
　５０４…照射プロファイル生成部
　５１１…受光輝度プロファイル保持部
　５１２…予測受光輝度プロファイル生成部
６０…測距処理部
７０…通信ＩＦ部

Claims (16)

  1. 　対象空間に対して光を出射する照射部と、
    　前記対象空間における観測光を受光し、電気信号を出力する複数の受光素子を含む受光部と、
    　前記照射部から第１の光が出射され、前記受光部により受光された観測光に含まれる前記第１の光が照射された物体からの反射光に応じた第１の電気信号に基づいて、前記対象空間における光強度を算出する光強度算出部と、
    　前記光強度算出部により算出された前記光強度に基づく第２の光が前記照射部から出射され、前記受光部により受光された観測光に含まれる前記第２の光が照射された物体からの反射光に応じた第２の電気信号に基づいて、前記物体までの距離を算出するための測距処理を行う測距処理部と、を備える、
    距離測定装置。
  2. 　前記照射部から出射される前記第１の光は、前記対象空間に対して一様な空間光強度を有する光である、
    請求項１に記載の距離測定装置。
  3. 　前記第１の光は、赤外線光である、請求項２に記載の距離測定装置。
  4. 　前記第２の光の波長は、前記第１の光の波長よりも短い、請求項３に記載の距離測定装置。
  5. 　前記光強度算出部は、前記光強度として、前記第１の電気信号に基づいて輝度値を算出する、
    請求項１に記載の距離測定装置。
  6. 　前記光強度算出部は、前記第１の電気信号に基づいて、前記対象空間に対する受光輝度プロファイルを生成する、
    請求項１に記載の距離測定装置。
  7. 　前記光強度算出部は、生成された前記受光輝度プロファイルに基づいて、前記第２の光についての、前記対象空間に対する空間光強度に関する照射プロファイルを生成し、
    　前記照射部は、生成された前記照射プロファイルに従って前記第２の光を出射する、
    請求項６に記載の距離測定装置。
  8. 　前記光強度算出部は、前記受光輝度プロファイルにおいて光強度が高い領域ほど、前記第２の光についての前記光強度が低くなるように、前記照射プロファイルにおける光強度を算出する、
    請求項７に記載の距離測定装置。
  9. 　前記光強度算出部は、前記受光輝度プロファイルにおいて光強度が低い領域ほど、前記第２の光についての前記光強度が高くなるように、前記照射プロファイルにおける光強度を算出する、
    請求項７に記載の距離測定装置。
  10. 　前記光強度算出部は、前記受光輝度プロファイルにおける領域ごとに光強度の平均値を算出し、前記平均値に基づいて、前記照射プロファイルを生成する、
    請求項７に記載の距離測定装置。
  11. 　前記光強度算出部は、算出された前記平均値が所定のしきい値を超えない領域について、前記第２の光が照射されないように前記照射プロファイルにおける前記光強度を所定の値に設定する、
    請求項１０に記載の距離測定装置。
  12. 　前記光強度算出部は、前記受光輝度プロファイルに基づいて、前記対象空間における前記物体に対する前記光強度を算出する、
    請求項７に記載の距離測定装置。
  13. 　前記照射部は、算出された前記物体に対する前記光強度に従って、前記第２の光をスポット状に出射する、
    請求項９に記載の距離測定装置。
  14. 　前記光強度算出部による前記光強度の算出及び前記測距処理部による前記測距処理は交互に繰り返される、
    請求項１に記載の距離測定装置。
  15. 　前記光強度算出部は、前記第１の光が照射された物体の動きを予測して、前記対象空間における光強度を算出する
    請求項１に記載の距離測定装置。
  16. 　照射部から対象空間に対して光を出射することと、
    　受光部において前記対象空間における観測光を受光し、電気信号を出力することと、
    　前記照射部から第１の光が出射され、前記受光部により受光された観測光に含まれる前記第１の光が照射された物体からの反射光に応じた第１の電気信号に基づいて、前記対象空間における光強度を算出することと、
    　算出された前記光強度に基づく第２の光が前記照射部から出射され、前記受光部により受光された観測光に含まれる前記第２の光が照射された物体からの反射光に応じた第２の電気信号に基づいて、前記物体までの距離を算出するための測距処理を行うことと、を含む、
    距離測定方法。
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