WO2024004645A1 - 測距装置、測距システム、および測距方法 - Google Patents

測距装置、測距システム、および測距方法 Download PDF

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WO2024004645A1
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distance
value
phase
distance measurement
light
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PCT/JP2023/022012
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English (en)
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卓也 鶴園
良平 池野
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/86—Combinations of lidar systems with systems other than lidar, radar or sonar, e.g. with direction finders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates

Definitions

  • the present disclosure relates to a ranging device, a ranging system, and a ranging method.
  • an indirect time of flight (ToF) method is generally known.
  • Indirect ToF method the time from when pattern light is irradiated toward an object until it is received as reflected light is generated as a phase difference, and a distance measurement value is generated based on this phase difference.
  • the measured distance value may be limited within one period. For this reason, a technique is known in which the repetition period is determined using a distance value measured by an optical system different from the indirect ToF method. However, since the distance measuring device is equipped with different optical systems, it becomes large in size.
  • the present disclosure provides a light receiving device, a control method, and a distance measuring system that can suppress the increase in size of a device that generates a distance value based on a phase difference.
  • a distance measuring sensor that receives the reflected light that is returned from the patterned light emitted from the light source device and reflected by the object; a first distance generation unit that generates a first distance measurement value that is a distance to the object based on the position of the pattern light received by a distance measurement sensor; a phase generation unit that generates a time period from when the pattern light is irradiated to when it is received as the reflected light as a phase difference; a second distance generation unit that generates a second distance measurement value that is a distance to the object according to the phase difference and a repetition period of the phase difference based on the first distance measurement value;
  • a distance measuring device is provided.
  • the apparatus may further include an output processing unit that generates a third measured distance value based on the first measured distance value and the second measured distance value.
  • the pattern light is irradiated onto the object at a predetermined period
  • the range sensor may accumulate charges at the predetermined period and at a plurality of different phases.
  • the first distance generation section may generate a first distance measurement value using the first image generated by the first image generation section.
  • the first distance generation unit may detect the position of a bright part of the pattern light, and generate the first measured distance value based on the detected position of the bright part based on the principle of triangulation.
  • the plurality of different phases are of four types: 0 degree phase, 90 degree phase, 180 degree phase, and 270 degree phase
  • the first image generation unit generates the first image based on a combination of detection signals with a phase of 0 degrees and a phase of 180 degrees, or a combination of detection signals with a phase of 90 degrees and a phase of 270 degrees. May be generated.
  • the first image generation unit may generate the first image based on any one of a phase of 0 degrees, a phase of 90 degrees, a phase of 180 degrees, and a phase of 270 degrees.
  • the second distance generation unit may generate the second distance measurement value based on the repetition period.
  • the output processing unit calculates the first distance value and the second distance value using a first weight value corresponding to the first distance value and a second weight value corresponding to the second distance value.
  • the third distance measurement value may be generated by weighted averaging the distance measurement values.
  • the output processing section may generate a third measured distance value according to the determination by the determination processing section.
  • the first distance generation unit When the determination processing unit determines that the saturation state is present, the first distance generation unit generates a combination of detection signals of a phase of 0 degrees and a phase of 180 degrees, or a combination of detection signals of a phase of 90 degrees and a phase of 270 degrees.
  • the first distance measurement value may be generated using the first image generated based on a combination of detection signals of degrees.
  • the first distance generating section generates the first distance generated based on the detection signals of 0 degree phase, 90 degree phase, 180 degree phase, and 270 degree phase when the determination processing section determines that the state is not saturated.
  • the first distance measurement value may be generated using the image.
  • the apparatus may further include a second period determining section that determines a second geometric repetition period of the patterned light based on the second measured distance value.
  • the first distance generation unit may generate the first distance measurement value based on the second repetition period.
  • the first distance generation unit may generate the first distance measurement value based on the second repetition period when determining that the saturation state is present.
  • a light source device that emits patterned light having two types of brightness, a bright part and a dark part; a distance measuring device that receives reflected light that is returned after the patterned light is reflected by an object; Equipped with The distance measuring device is a distance measuring sensor that receives the reflected light that is returned from the patterned light emitted from the light source device and reflected by the object; a first distance generation unit that generates a first distance measurement value that is a distance to the object based on the position of the pattern light received by a distance measurement sensor; a phase generation unit that generates a time period from when the pattern light is irradiated to when it is received as the reflected light as a phase difference; a second distance generation unit that generates a second distance measurement value that is a distance to the object according to the phase difference and a repetition period of the phase difference based on the first distance measurement value; It may have.
  • the distance measuring device may further include an output processing unit that generates a third measured distance value based on the first measured distance value and the second measured distance value.
  • the apparatus may further include a display device that displays a distance image based on the third measured distance value.
  • a distance measurement method that uses reflected light that is returned from a pattern of light emitted from a light source device and reflected by an object, a first distance generation step of generating a first distance value, which is a distance to the object, based on the position of the pattern light included in the reflected light; a phase generation step of generating a time period from when the pattern light is irradiated to when it is received as the reflected light as a phase difference; a second distance generation step of generating a second distance value that is the distance to the object according to the phase difference and a repetition period of the phase difference based on the first distance value;
  • a distance measuring method is provided.
  • the method may further include an output processing step of generating a third measured distance value based on the first measured distance value and the second measured distance value.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a ranging system to which the present technology is applied.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a light source device and a distance measuring device. A diagram schematically showing the relationship between the distance to an object and the distance measurement method.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of a chip configuration of a distance measuring device.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a distance measurement sensor.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of a pixel configuration.
  • FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a light emission pattern of a light source and a detection signal at a pixel.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of a signal processing section.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an algorithm for generating a first measured distance value by a first distance generating section.
  • FIG. 3 is a diagram showing a phase difference generated by a phase generation section.
  • 5 is a flowchart showing an example of control in the ranging system 1.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a signal processing unit according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a distance measurement range of pattern light in a first distance generation section.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a ranging system to which the present technology is applied.
  • the distance measuring system 1 shown in FIG. 1 includes a light source device 11, a light emitting side optical system 12, a distance measuring device 21, a light receiving side optical system 22, and a display device 51.
  • the light source device 11 generates and irradiates patterned light 15 having two types of brightness, for example, a bright portion and a dark portion.
  • the pattern light 15 has, for example, a plurality of spots SP formed of dots (rounds) arranged at regular or irregular predetermined intervals as shown in FIG. 1 as bright parts, and other areas as dark parts. It is said to be a patterned light.
  • the pattern light 15 emitted by the light source device 11 is not limited to a pattern in which bright portions are dot-shaped, but may be a lattice pattern or the like.
  • the pattern light 15 irradiated from the light source device 11 is irradiated onto a predetermined object OBJ as the object to be measured via the light emitting side optical system 12 . Then, the pattern light 15 is reflected by a predetermined object OBJ, and enters the distance measuring device 21 via the light receiving side optical system 22.
  • the distance measuring device 21 receives the pattern light 15 reflected by the object OBJ and incident thereon.
  • the distance measuring device 21 generates a detection signal according to the amount of the received pattern light 15. Then, the distance measuring device 21 calculates and outputs a distance value, which is a measured value of the distance to the predetermined object OBJ, based on the detection signal.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the light source device 11 and the distance measuring device 21.
  • the light source device 11 includes a light emitting source 31 and a light source driving section 32.
  • the distance measurement device 21 includes a synchronization control section 41, a distance measurement sensor 42, a signal processing section 43, and a storage section 44.
  • the light emitting source 31 is constituted by a light source array in which a plurality of light emitting elements such as VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) are arranged in a plane direction.
  • the light source 31 emits light while modulating the timing according to the light emission timing signal supplied from the synchronization control section 41 of the distance measuring device 21 under the control of the light source driving section 32, and emits pattern light 15 as irradiation light. Irradiates a predetermined object OBJ.
  • OBJ a predetermined object
  • infrared light having a wavelength in the range of about 850 nm to 940 nm is used as the irradiation light.
  • the light source driving section 32 is composed of, for example, a laser driver, and causes each light emitting element of the light source 31 to emit light in accordance with a light emission timing signal supplied from the synchronization control section 41.
  • the synchronization control section 41 of the distance measuring device 21 generates a light emission timing signal that controls the timing at which each light emitting element of the light source 31 emits light, and supplies it to the light source driving section 32 .
  • the synchronization control unit 41 also supplies a light emission timing signal to the distance measurement sensor 42 in order to drive the distance measurement sensor 42 in accordance with the timing of light emission from the light source 31.
  • a rectangular wave signal (pulse signal) that turns on and off at a predetermined frequency (eg, 10 MHz, 20 MHz, 50 MHz, 120 MHz, etc.) can be used as the light emission timing signal.
  • a predetermined frequency eg, 10 MHz, 20 MHz, 50 MHz, 120 MHz, etc.
  • the light emission timing signal is not limited to a rectangular wave as long as it is a periodic signal, and may be a sine wave, for example.
  • the distance measuring sensor 42 uses a pixel array section 63 (see FIG. 3) in which a plurality of pixels 71 (see FIG. 3) are two-dimensionally arranged in a matrix, so that the pattern light 15 irradiated from the light source device 11 is directed to a predetermined object OBJ. receives the reflected light. Then, the distance measurement sensor 42 supplies a detection signal corresponding to the amount of received reflected light to the signal processing section 43 for each pixel of the pixel array section 63.
  • the signal processing unit 43 is configured to include, for example, a CPU (Central Processing Unit).
  • the signal processing unit 43 performs signal processing according to a program stored in the storage unit 44. That is, the signal processing unit 43 generates a distance measurement value, which is the distance from the distance measurement sensor 42 to the predetermined object OBJ, based on the detection signal supplied from the distance measurement sensor 42.
  • a CPU Central Processing Unit
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the relationship between the distance to the object OBJ and the distance measurement method.
  • the signal processing unit 43 according to the present embodiment mainly generates the distance measurement value using the first distance measurement method in the first distance range, and In the second distance range, the distance measurement value is mainly generated using the second distance measurement method.
  • the first distance measurement method generates a first distance measurement value based on the position of the bright spot SP in the pattern light on the distance measurement sensor 42, for example.
  • This first distance measuring method can use, for example, the so-called SL method, in which the position of the spot SP, which is the bright part of the patterned light 15, is detected, and the position of the detected spot light is used to calculate the distance according to the principle of triangulation. , generates a first distance measurement value.
  • the signal processing unit 43 can selectively use images used in the first distance measurement method depending on the distance to the object OBJ.
  • the second distance measurement method is, for example, a ToF (Time of Flight) method, in which the time from when the spot SP, which is the bright part of the patterned light 15, is irradiated until it is received as reflected light is detected as a phase difference, Calculate distance based on phase difference. More specifically, the second distance measurement method according to the present embodiment generates the second distance measurement value using the distance based on the phase difference and the repetition cycle number n based on the first distance measurement value.
  • ToF Time of Flight
  • the detection signal may be saturated, and the distance measurement accuracy by the second distance measurement method tends to decrease, but the distance measurement accuracy by the first distance measurement method is maintained.
  • the distance measurement accuracy in the first distance measurement method tends to decrease, but the accuracy is sufficient to determine the repetition period number n.
  • the storage unit 44 is realized by, for example, a RAM (Random Access Memory), a semiconductor memory element such as a flash memory, a hard disk, an optical disk, or the like. This storage unit 44 stores the detection signal, the first measured distance value, the second measured distance value, and the like.
  • the display device 51 is, for example, a monitor. This display device 51 can display, for example, a two-dimensional distance image.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an example of the chip configuration of the distance measuring device 21.
  • the distance measuring device 21 can be configured with one chip in which a first die (substrate) 91 and a second die (substrate) 92 are stacked.
  • the first die 91 includes, for example, a synchronization control section 41 and a distance measurement sensor 42
  • the second die 92 includes, for example, a signal processing section 43 and a storage section 44.
  • the distance measuring device 21 may be configured with three layers in which another logic die is stacked in addition to the first die 91 and the second die 92, or may be configured with a stack of four or more layers of dies (substrates). You can also Further, the distance measuring device 21 includes a first chip 95 as the distance measuring sensor 42 and a second chip 96 as the signal processing section 43 on a relay board 97, as shown in FIG. 4B, for example. Can be formed and configured. The synchronization control section 41 is included in either the first chip 95 or the second chip 96.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of the ranging sensor 42.
  • the distance measurement sensor 42 includes a timing control section 61, a row scanning circuit 62, a pixel array section 63, a plurality of AD (Analog to Digital) conversion sections 64, a column scanning circuit 65, and a signal processing section 66.
  • a pixel array section 63 a plurality of pixels 71 are two-dimensionally arranged in a matrix in the row and column directions.
  • the row direction is the direction in which the pixels 71 are arranged in the horizontal direction
  • the column direction is the direction in which the pixels 71 are arranged in the vertical direction.
  • the row direction is the horizontal direction in the figure
  • the column direction is the vertical direction in the figure.
  • the timing control section 61 includes, for example, a timing generator that generates various timing signals, and generates various timing signals in synchronization with the light emission timing signal supplied from the synchronization control section 41 (FIG. 2).
  • the signal is supplied to a row scanning circuit 62, an AD converter 64, and a column scanning circuit 65. That is, the timing control section 61 controls the drive timing of the row scanning circuit 62, the AD conversion section 64, and the column scanning circuit 65.
  • the row scanning circuit 62 is composed of, for example, a shift register or an address decoder, and drives each pixel 71 of the pixel array section 63 simultaneously or in units of rows.
  • the pixel 71 receives reflected light under the control of the row scanning circuit 62 and outputs a detection signal (pixel signal) at a level corresponding to the amount of received light. Details of the pixel 71 will be described later with reference to FIG.
  • pixel drive lines 72 are wired along the horizontal direction for each pixel row, and vertical signal lines 73 are wired along the vertical direction for each pixel column.
  • the pixel drive line 72 transmits a drive signal for driving when reading a detection signal from the pixel 71.
  • the pixel 71 may be indicated by the symbol I, and its coordinates may be indicated by (x, y).
  • x is the position of pixel I in the row direction
  • y is the position in the column direction.
  • the pixel drive line 72 is shown as one wiring in FIG. 5, it is actually composed of a plurality of wirings.
  • the vertical signal line 73 is shown as one wiring, it is actually composed of a plurality of wirings.
  • the AD converter 64 is provided for each column, and converts the detection signal supplied from each pixel 71 in the corresponding column via the vertical signal line 73 in synchronization with the clock signal CK supplied from the timing controller 61. AD convert.
  • the AD converter 64 outputs the AD-converted detection signal (detection data) to the signal processor 66 under the control of the column scanning circuit 65 .
  • the column scanning circuit 65 sequentially selects the AD conversion units 64 and outputs the detected data after AD conversion to the signal processing unit 66 .
  • FIG. 6 is a block diagram showing an example of the configuration of the pixel 71.
  • the pixel 71 includes a photoelectric conversion element 81, a transfer switch 82, charge storage sections 83 and 84, and selection switches 85 and 86.
  • the photoelectric conversion element 81 is composed of, for example, a photodiode, and photoelectrically converts reflected light to generate charges.
  • Transfer switch 82 transfers the charge generated by photoelectric conversion element 81 to either charge storage section 83 or 84 based on transfer signal SEL_FD.
  • the transfer switch 82 is composed of, for example, a pair of MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) transistors.
  • MOS Metal-Oxide-Semiconductor
  • the charge storage sections 83 and 84 are formed of, for example, floating diffusion layers, accumulate charges, and generate a voltage according to the accumulated charges.
  • the charges accumulated in charge accumulation sections 83 and 84 can be reset based on a reset signal RST.
  • the selection switch 85 selects the output of the charge storage section 83 according to the selection signal RD_FD1.
  • the selection switch 86 selects the output of the charge storage section 84 according to the selection signal RD_FD2. That is, when the selection switch 85 or 86 is turned on by the selection signal RD_FD1 or RD_FD2, a voltage signal corresponding to the accumulated charge of the turned-on charge storage section 83 or 84 is sent as a detection signal via the vertical signal line 73. Then, it is output to the AD conversion section 64.
  • Each of the selection switches 85 and 86 is composed of, for example, a MOS transistor.
  • the wiring that transmits the transfer signal SEL_FD, the reset signal RST, and the selection signals RD_FD1 and RD_FD2 corresponds to the pixel drive line 72 in FIG. 4.
  • the charge storage units 83 and 84 are called a first tap and a second tap, respectively, in the ToF method, the pixel 71 transfers the charge generated by the photoelectric conversion element 81 to the first tap and the second tap.
  • detection signals at two light reception timings with opposite phases such as phase 0 degrees and phase 180 degrees, can be acquired in one frame.
  • detection signals of two light reception timings one with a phase of 90 degrees and the other with a phase of 270 degrees, can be obtained.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the light emission pattern of the light source 31 and the detection signal at the pixel 71. From the top, the light emission pattern of the light emitting source 31, the light reception pattern which is the timing at which the light emission pattern is received by the pixel 71, and the detection signals of phase 0 degrees, phase 90 degrees, phase 180 degrees, and phase 270 degrees are shown.
  • the vertical axis of each signal indicates high level and low level, and the horizontal axis indicates time.
  • the high level of the light emission pattern indicates the time during which the pattern light 15 (see FIG. 1) is irradiated, and the high level of the light reception pattern indicates the time during which the pattern light 15 is reflected and returned.
  • pulsed light that repeatedly turns on and off at high speed at a frequency f (modulation frequency) is used.
  • One period T of the pulsed light is 1/f.
  • the reflected light is detected with a phase shift depending on the time ⁇ t from the light emitting source 31 to the distance measurement sensor 42.
  • a high level in the detection signal of phase 0 degrees indicates the light reception timing of the pixel 71. That is, this is the timing at which the phase of the pulsed light emitted by the light source 31 of the light source device 11 is the same as that of the light emission pattern.
  • the high level of the detection signal with a phase of 90 degrees is the timing at which the phase is delayed by 90 degrees from the pulsed light (light emission pattern) emitted by the light emitting source 31 of the light source device 11.
  • the high level of the detection signal with a phase of 180 degrees is the timing at which the phase is delayed by 180 degrees from the pulsed light (light emission pattern) emitted by the light emitting source 31 of the light source device 11.
  • the high level of the detection signal with a phase of 270 degrees is the timing at which the phase is delayed by 270 degrees from the pulsed light (light emission pattern) emitted by the light emitting source 31 of the light source device 11.
  • the measurement signals corresponding to the charges accumulated when the light reception timing is set to phase 0 degrees, phase 90 degrees, phase 180 degrees, and phase 270 degrees are respectively Q0, Q90, Q180, and Q270. Signals corresponding to these charges are AD converted, and measurement signals Q0 (x, y), Q90 (x, y), Q180 (x, y), and Q270 (x, y) are generated for each pixel I (x, y). y) is stored in the storage unit 44.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of the signal processing section 43.
  • the signal processing section 43 includes an image generation section 430, a pattern detection section 432, a determination section 434, a first distance generation section 436, a phase generation section 437, a period determination section 438, It includes a second distance generation section 440 and an output processing section 442.
  • the image generation unit 430 generates a two-dimensional image using at least one of the measurement signals Q0 (x, y), Q90 (x, y), Q180 (x, y), and Q270 (x, y). do. More specifically, the image generation unit 430 adds the measurement signals Q0 (x, y), Q90 (x, y), Q180 (x, y), and Q270 (x, y) to obtain the first A pixel value Ga(x,y) of the image Ga is generated. Furthermore, the image generation unit 430 generates the second image G0 using each of the measurement signals Q0(x, y), Q90(x, y), Q180(x, y), and Q270(x, y).
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the distance to the object OBJ, the first image Ga, and the sixth image Gc.
  • White indicates a high-luminance area
  • the top shows the first image Ga
  • the bottom shows the sixth image Gc.
  • the distance to the object OBJ is 10, 15, 25, and 50 centimeters.
  • the pixel value Ga(x,y) of the first image Ga is determined by the measurement signals Q0(x,y), Q90(x,y), Q180(x,y), and Q270(x , y), an image with a better SN ratio is generated.
  • the pixels may become saturated and it may become impossible to individually distinguish the areas of the bright spots SP.
  • the areas of bright spots SP can be individually determined up to about 15 cm.
  • the signal values of the measurement signals Q0 (x, y), Q90 (x, y), Q180 (x, y), and Q270 (x, y) are different in magnitude. Therefore, the contrast of the bright spot SP region in the pattern light is different. As a result, any one of the second image G0, the third image G90, the fourth image G180, and the fifth image G270 can further reduce the area of the bright spot SP even if the distance to the object OBJ is about 15 cm. It becomes clearly distinguishable.
  • the pattern detection unit 432 detects, for example, a bright spot SP area in the pattern light from the two-dimensional image generated by the image generation unit 430.
  • the pattern detection unit 432 performs, for example, binarization processing on the two-dimensional image, and then performs labeling processing. Then, the pattern detection unit 432 stores information on the regions subjected to the labeling process and each coordinate corresponding to the position of the center of gravity of each area subjected to the labeling process in the storage unit 44.
  • the determining unit 434 determines whether there is a saturated area of the two-dimensional image based on the information on the area where the pattern detecting unit 432 has performed the labeling process on the first image Ga. For example, when it is determined that the size of each area subjected to labeling processing exceeds a predetermined range, it is determined that the area is saturated. As a result, the determination result for each pixel I(x, y) is stored in the storage unit 44. For example, the determination unit 434 associates 0 with a pixel I (x, y) in an unsaturated area, and stores 1 in association with a pixel I (x, y) in a saturated area.
  • the first distance generation unit 436 generates the first distance measurement value D1(x,y) for each pixel I(x,y) using the first distance measurement method described above.
  • the first distance generation section 436 can change the image used to generate the first distance value, depending on the determination result of the determination section 434.
  • the first distance generation unit 436 uses the first image Ga to generate the first distance measurement value for the area that the determination unit 434 determines is not saturated.
  • the object OBJ is located at a distance of 60 cm or more, and measurement accuracy is improved by using a signal with a higher SN.
  • the first distance generation unit 436 generates the first distance measurement value using the fifth image Gb or the sixth image Gc for the area determined by the determination unit 434 to be saturated. .
  • the fifth image Gb or the sixth image G whose saturation is suppressed more than the first image Ga it is possible to improve the measurement accuracy for the object OBJ at a closer distance.
  • the first distance generation unit 436 selects one of the second image G0, third image G90), fourth image G180, and fifth image G270, and generates the first distance measurement value. It's okay. In this case, the first distance generation unit 436 selects the image in which each region subjected to the labeling process by the determination unit 434 has the smallest size. In this case, by using any one of the second image G0, third image G90, fourth image G180, and fifth image G270 whose saturation is further suppressed than the fifth image Gb or the sixth image Gc. , it becomes possible to further improve the measurement accuracy for the object OBJ at a short distance.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example algorithm for generating the first measured distance value by the first distance generating section 436. As shown in FIG. 10, this is an example in which the SL method is used for the first distance generating section 436.
  • the SL method uses a light source device 11 that projects pattern light and a distance measurement sensor 42 that receives the pattern light to find a pair between a certain position within the projection pattern and the corresponding position of the light receiving sensor. , apply triangulation to measure distance.
  • the light source device 11 irradiates the object OBJ with a plurality of spots SP arranged at predetermined intervals as shown in FIG. Assume that the spot SP is detected at a predetermined position P2 in the light receiving area of the distance measuring sensor 42.
  • the pattern detection unit 432 stores each barycenter coordinate of this position P2 in the storage unit 44.
  • the position P1 in the projection pattern of the light source device 11 that has emitted the attention spot SP is known in the light source device 11. Furthermore, the positional relationship between the light source device 11 and the distance measurement sensor 42, including the baseline distance BL between the light source principal point (projection center) of the light source device 11 and the sensor principal point (light reception center) of the distance measurement sensor 42, is also known. It is. Therefore, the first distance generation unit 436 uses the position P1, the position P2, and the baseline distance BL to perform first distance measurement corresponding to the distance from the distance measurement device 21 to the object OBJ based on the principle of triangulation. The value D1(x,y) can be calculated.
  • the first distance generation unit 436 determines which of the plurality of spots SP emitted by the light source device 11 each of the received spots SP corresponds to when the distance measurement sensor 42 receives the plurality of spots SP of the pattern light 15. Once it is known whether the spot SP corresponds to the spot SP, the first distance measurement value D1 (x, y) from the distance measuring device 21 to the object OBJ is calculated for each pixel I (x, y) for each of the plurality of spots SP. becomes possible.
  • the distance measurement sensor 42 receives a predetermined spot SP at a predetermined position in the light receiving area, the pattern light 15 emitted by the light source device 11 of the distance measurement system 1 is transmitted to the spot SP of the light emitting source 31 that emitted it.
  • a plurality of spots SP are arranged in a pattern so that (the position of) the spot SP can be specified.
  • the position of the spot SP that is received as reflected light by the distance measurement sensor 42 moves within the light receiving area according to the distance to the object OBJ, but the trajectory of each spot SP is different from that of other spots. If the trajectory of the spot SP does not overlap, the spot SP (the position of the light emitting source 31) that has emitted the light can be identified based on the position of the spot SP received by the distance measuring sensor 42.
  • the pattern light 15 has a dot pattern in which a plurality of spots SP are arranged at sufficiently sparse intervals such that the position of the spot SP detected by the distance measurement sensor 42 does not overlap with other spots SP.
  • phase generation section 437 period determination section 438
  • second distance generation section 440 will be explained with reference to FIG. First, a distance measurement method using the ToF method will be explained.
  • the second distance measurement value D2 (x, y) [mm] corresponding to the distance from the distance measurement device 21 to the object OBJ can be calculated using the following equation (1).
  • ⁇ t (x, y) in equation (1) is the time it takes for the pattern light 15 emitted from the light emitting source 31 to be reflected by the object OBJ and to enter each pixel (x, y) of the distance measurement sensor 42.
  • c represents the speed of light.
  • (x, y) are the coordinates of the pixel 71.
  • the patterned light 15 emitted from the light emitting source 31 employs pulsed light that repeatedly turns on and off at a predetermined frequency f (modulation frequency) as shown in FIG. 7 at high speed.
  • One period T of the pulsed light is 1/f.
  • the distance measurement sensor 42 detects the reflected light (light reception pattern) with a phase shift depending on the time ⁇ t (x, y) from the light emitting source 31 to the distance measurement sensor 42 . If the amount of phase shift (phase difference) between the light emitting pattern and the light receiving pattern is ⁇ (x, y), the time ⁇ t(x, y) can be calculated using the following equation (2).
  • the distance measurement value D2a (x, y) from the distance measurement sensor 42 to the object OBJ can be calculated using the following equation (3) from equation (1) and equation (2).
  • FIG. 11 is a diagram showing the phase difference ⁇ generated by the phase generator 437.
  • the phase generation unit 437 converts the phase difference ⁇ (x, y) at the pixel I(x, y) into the measurement signals Q0(x, y), Q90(x, y), Q180(x , y) and Q270(x, y) using the following equation (4).
  • the second distance measurement value D2a(x, y) from distance measurement system 1 to object OBJ can be obtained. It can be calculated.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of second distance measurement values for each frequency.
  • the vertical axis is the measured distance and corresponds to the second measured distance value.
  • a second distance measurement value L10 when a pulse signal with a frequency of 10 MHz is used for light emission and a second distance measurement value L120 when a pulse signal with a frequency of 120 MHz is used for light emission are shown.
  • the second distance measurement value becomes more accurate as the frequency becomes higher.
  • so-called aliasing occurs at high frequencies.
  • the second distance measurement value when a pulse signal with a frequency of 120 MHz is used for light emission is 0 to 1.25 meters. Therefore, the second distance measurement value L120 repeats the distance measurement value from 0 to 1.25 meters.
  • the cycle determining unit 438 determines the repetition cycle n(x, y) using the first distance measurement value D1(x, y). That is, the cycle determining unit 438 divides the first distance measurement value D1 (x, y) by D3 (f) and converts it into an integer using the floor function floor. D3(f) is a distance determined by the period f of the pulse signal.
  • the second distance generation unit 440 generates a second distance measurement value using a second distance measurement method. That is, as shown in equation (6), the second distance generation unit 440 generates the distance measurement value D2a (x, y) based on the phase difference ⁇ (x, y) and the first distance measurement value D1 (x, y). The second distance measurement value D2 (x, y) is generated using the repetition period number n (x, y) based on y).
  • the output processing unit 442 converts the measured distance value Dall (x, y) corresponding to each pixel I (x, y) into the first measured distance value D1 (x, y) and the second measured distance value D2 (x, y). ). More specifically, the distance value Dall(x,y) is generated using the determination result by the determination unit 434 for each pixel I(x,y) stored in the storage unit 44. For example, when the determination result of pixel I (x, y) indicates saturation, the first distance measurement value D1 (x, y) is set as the distance value Dall (x, y), and when it does not indicate saturation, Let the second measured distance value D2 (x, y) be the measured distance value Dall (x, y). The output processing unit 442 may cause the storage unit 44 to store the measured distance value Dall (x, y) and display the generated two-dimensional distance image Dall on the display device 51. This allows the operator to visually confirm the two-dimensional distance image Dall.
  • FIG. 13 is a diagram showing the distance measurement value Dall (x, y) of pulsed light with a period of 120 MHz and the second distance measurement value D2 (x, y) of pulsed light with a period of 10 MHz to be compared.
  • the distance measurement value Dall (x, y) of pulsed light with a period of 120 MHz is shown by line L20
  • the second distance measurement value D2 (x, y) of pulsed light with a period of 10 MHz is shown by line L30.
  • the horizontal axis indicates the distance to the object OBJ
  • the vertical axis indicates distance measurement noise. Ranging noise is the variance of measured distances.
  • the measurement signal is saturated using only the second distance value D2 (x, y), it is difficult to measure less than 60 centimeters, which corresponds to the first distance range (see FIG. 3), for example. Become.
  • the first distance measurement value D1 (x, y) uses a two-dimensional image, the position of the spot SP can be detected even when the measurement signal is saturated. Therefore, with the distance measurement value Dall (x, y) according to the present embodiment that also uses the first distance measurement value D1 (x, y), distance measurement is possible up to about 15 centimeters.
  • the distance measurement value of pulsed light with a period of 120 MHz is 1.25 meters, but in the distance measurement value Dall (x, y) according to the present embodiment, the repetition period number n (x, y ), it becomes possible to measure distances up to about 9 meters. As described above, as the period of the pulsed light becomes higher, the second distance measurement value is measured with higher precision. Therefore, the distance measurement value Dall (x, y) according to the present embodiment has less distance measurement noise at 5 meters than the second distance measurement value D2 (x, y) with a period of 10 MHz of pulsed light, which is the subject of comparison. 91 percent reduction and 81 percent reduction at 7 meters.
  • the first distance measurement value D1(x,y) can be used as the distance measurement value Dall(x,y) according to the present embodiment. Therefore, the distance measurement value corresponding to the first distance range (see FIG. 3) where the detection signal is saturated and it is difficult to obtain the second distance measurement value D2 (x, y) by the Tof method is normally used. It becomes possible to obtain Dall(x, y).
  • the first distance value D1 (x, y) when measuring distance with a pulsed light cycle of 120 MHz, even if so-called aliasing occurs in a range of 1.25 meters or more corresponding to the second distance range (see FIG. 3), the first distance value D1 (x, y) to generate a period number n(x, y), and a second distance measurement value D2 (x, y) with higher measurement accuracy than the first distance measurement value D1 (x, y).
  • the same distance measurement sensor 42 since the same distance measurement sensor 42 is used, it is possible to suppress the number of measurement systems from becoming plural, and it is possible to suppress the increase in size of the apparatus.
  • FIG. 14 is a flowchart showing an example of control in the ranging system 1.
  • the distance measurement sensor 42 of the distance measurement device 21 generates measurement signals Q0 (x, y), Q90 (x, y), Q180 (x, y), and Q270 (x, y) (step S10 ).
  • the image generation unit 430 generates a first image Ga obtained by adding the measurement signals Q0 (x, y), Q90 (x, y), Q180 (x, y), and Q270 (x, y), and the signal A sixth image Gc is generated by adding SQ90(x, y) and Q270(x, y) (step S12).
  • the determining unit 434 determines the saturated area and the unsaturated area of the first image Ga from the information of the area where the pattern detecting unit 432 has subjected the labeling process to the first image Ga (step S14). If there is a region that is determined to be not saturated (No in step S14), the first distance generation unit 436 uses the first image Ga to calculate pixel I(x, y) for the region that is not saturated. A first distance measurement value D1 (x, y) is generated for each time (step S16). The determining unit 434 associates, for example, 1 with each pixel I(x, y) in the area determined to be not saturated, and stores it in the storage unit 44 .
  • the period determining unit 438 uses the first distance measurement value D1 (x, y) to determine the repetition period n(x, y) for the area determined to be not saturated (step S18 ). Then, the second distance generation unit 440 generates a measured distance value D2a(x,y) based on the phase difference ⁇ (x,y) generated by the phase generation unit 437 for the area determined to be not saturated. , the repetition period number n(x,y) based on the first distance measurement value D1(x,y), and a second distance measurement value D2(x,y) is generated (step S20).
  • the first distance generation unit 436 determines that there is a saturated area in the first image Ga(x, y).
  • the first distance measurement value D1 (x, y) for each pixel I (x, y) is generated using the sixth image Gc (step S22).
  • the determining unit 434 associates, for example, 0 with each pixel I(x, y) in the area determined to be saturated and stores it in the storage unit 44 .
  • the output processing unit 442 uses the determination result of the determination unit 434 for each pixel I (x, y) stored in the storage unit 44 to determine if the determination result of the pixel I (x, y) indicates saturation.
  • the first measured distance value D1 (x, y) is set as the measured distance value Dall (x, y)
  • the first measured distance value D2 (x, y) is set as the measured distance value Dall (x, y)
  • a two-dimensional distance image Dall is generated as (x, y) (step S24).
  • the output processing unit 442 causes the two-dimensional distance image Dall to be stored in the storage unit 44 and displayed on the display device 51 (step S26).
  • the first distance generation unit 436 generates the first distance value D1 (which is the distance to the object OBJ) based on the position of the pattern light received by the distance measurement sensor 42. x, y), and the second distance generation unit 440 generates a distance measurement value D2a (x, y) based on the phase difference ⁇ (x, y) generated by the phase generation unit 437, and a first distance measurement value
  • the second distance measurement value D2 (x, y) is generated using the repetition period number n (x, y) based on D1 (x, y).
  • the second distance measurement value D2(x, y) can be generated with higher accuracy.
  • the single distance measurement sensor 42 since the single distance measurement sensor 42 generates a signal used for measurement by the first distance generation section 436 and the second distance generation section 440, it is possible to further downsize the distance measurement device 21.
  • the output processing unit 442 calculates a first distance value D1 (x, y) for the region determined by the period determining unit 438 as not being saturated.
  • the distance measurement system 1 differs from the distance measurement system 1 according to the first embodiment in that the distance measurement value Dall (x, y) is generated by weighted addition of the second distance measurement value D2a (x, y).
  • W _SL (x, y) is a weight value according to the distance of the first distance measurement value D1 (x, y), as shown in equation (9), and a dispersion value of the distance according to the distance.
  • ⁇ 2 _SL is the reciprocal of (x, y).
  • FIG. 15 shows the distance measurement error and distance between the weighted and added distance value Dall (x, y) and the distance value Dall (x, y) to which the first distance value D1 (x, y) is not added.
  • FIG. Line L40 is the measured distance value Dall (x, y) without adding the first measured distance value D1 (x, y)
  • line L50 is the weighted sum of the first measured distance value D1 (x, y).
  • the measured distance value Dall(x, y) is In the distance measurement value Dall (x, y) obtained by weighted addition, the distance measurement error is improved in the range of, for example, 0.9 meters to 2 meters.
  • the first distance measurement value D1 (x, y) and the second distance measurement value are the reciprocals of the distance variance values ⁇ 2 _ToF (x, y) and ⁇ 2 _SL (x, y) according to the distance.
  • D2a (x, y) By adding the value D2a (x, y), it is possible to further improve measurement accuracy.
  • the first distance generation unit 436 can use information about the repetition period of the patterned light 15 when generating the first distance measurement value D1 (x, y). This differs from the ranging system 1 according to the first modification of the first embodiment in this respect. Below, differences from the ranging system 1 according to the first modification of the first embodiment will be explained.
  • FIG. 16 is a block diagram showing a configuration example of the signal processing section 43 according to the second embodiment. As shown in FIG. 16, a second period determination section 444 is further provided.
  • FIG. 17 is a diagram schematically showing the distance measurement range of the patterned light 15 in the first distance generation section 436.
  • the first distance generation unit 436 generates one distance measurement value D1 (x, y) according to the position of each spot light in the area A20 on the light receiving surface of the distance measurement sensor 42.
  • the patterned light 15 may be formed into a uniform pattern.
  • the second distance generation unit 440 is able to generate the second distance measurement value D2a (x, y), although the measurement accuracy is reduced.
  • the second cycle determination unit 444 uses the second distance measurement value D2a (x, y) of the peripheral area of the distance measurement sensor 42 with respect to the area determined to be saturated. Therefore, the geometric period of the patterned light 15 was determined. Thereby, even when the pattern light 15 is configured with a geometrically uniform repeating periodic pattern, it is possible to suppress the measurement accuracy of the first distance measurement value D1 (x, y) from decreasing.
  • a distance measuring sensor that receives the reflected light that is returned from the patterned light emitted from the light source device and reflected by the object; a first distance generation unit that generates a first distance measurement value that is a distance to the object based on the position of the pattern light received by a distance measurement sensor; a phase generation unit that generates a time period from when the pattern light is irradiated to when it is received as the reflected light as a phase difference; a second distance generation unit that generates a second distance measurement value that is a distance to the object according to the phase difference and a repetition period of the phase difference based on the first distance measurement value; A distance measuring device equipped with.
  • (4) further comprising a first image generation unit that generates a two-dimensional first image based on at least one of the plurality of detection signals based on the charges accumulated in the plurality of different phases, The distance measuring device according to (3), wherein the first distance generation section generates a first distance measurement value using the first image generated by the first image generation section.
  • the first distance generation unit detects the position of the bright part of the pattern light, and generates the first measured distance value based on the detected position of the bright part based on the principle of triangulation. distance measuring device.
  • the plurality of different phases are of four types: 0 degree phase, 90 degree phase, 180 degree phase, and 270 degree phase
  • the first image generation unit generates the first image based on a combination of detection signals with a phase of 0 degrees and a phase of 180 degrees, or a combination of detection signals with a phase of 90 degrees and a phase of 270 degrees.
  • the distance measuring device according to (5) that generates.
  • (8) further comprising a cycle determination unit that determines a repetition cycle of the phase based on the first distance measurement value, The distance measuring device according to (7), wherein the second distance generation unit generates the second distance measurement value based on the repetition period.
  • the output processing unit calculates the first distance value and the second distance value using a first weight value corresponding to the first distance value and a second weight value corresponding to the second distance value.
  • the distance measurement device according to (8) which generates the third distance measurement value by weighted averaging the distance measurement values.
  • the first distance generation unit When the determination processing unit determines that the saturation state is present, the first distance generation unit generates a combination of detection signals of a phase of 0 degrees and a phase of 180 degrees, or a combination of detection signals of a phase of 90 degrees and a phase of 270 degrees.
  • the first distance generating section generates the first distance generated based on the detection signals of 0 degree phase, 90 degree phase, 180 degree phase, and 270 degree phase when the determination processing section determines that the state is not saturated.
  • the distance measuring device further comprising a second period determination unit that determines a second geometric repetition period of the patterned light based on the second distance measurement value.
  • a light source device that emits patterned light having two types of brightness, a bright part and a dark part; a distance measuring device that receives reflected light that is returned after the patterned light is reflected by an object; Equipped with The distance measuring device is a distance measuring sensor that receives the reflected light that is returned from the patterned light emitted from the light source device and reflected by the object; a first distance generation unit that generates a first distance measurement value that is a distance to the object based on the position of the pattern light received by a distance measurement sensor; a phase generation unit that generates a time period from when the pattern light is irradiated to when it is received as the reflected light as a phase difference; a second distance generation unit that generates a second distance measurement value that is a distance to the object according to the phase difference and a repetition period of the phase difference based on the first distance measurement value; A ranging system with
  • the ranging device further includes an output processing unit that generates a third ranging value based on the first ranging value and the second ranging value.
  • a distance measurement method that uses reflected light that is returned from a pattern of light emitted from a light source device and reflected by an object, a first distance generation step of generating a first distance value, which is a distance to the object, based on the position of the pattern light included in the reflected light; a phase generation step of generating a time period from when the pattern light is irradiated to when it is received as the reflected light as a phase difference; a second distance generation step of generating a second distance value that is the distance to the object according to the phase difference and a repetition period of the phase difference based on the first distance value;
  • a distance measurement method comprising:

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Abstract

［課題］本開示では、位相差に基づき測距値を生成する装置の大型化を抑制可能な受光装置、制御方法、および測距システムを提供する。 ［解決手段］本開示によれば、光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距センサと、測距センサで受光されたパターン光の位置に基づき、物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成部と、パターン光が照射されてから反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成部と、位相差と、第１測距値に基づく位相差の繰り返し周期と、に応じて物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成部と、を備える測距装置が提供される。

Description

測距装置、測距システム、および測距方法
　本開示は、測距装置、測距システム、および測距方法に関する。
　測距モジュールにおける測距方法としては、例えばＩｎｄｉｒｅｃｔ　ＴｏＦ（Ｉｎｄｉｒｅｃｔ　Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）方式が一般に知られている。このＩｎｄｉｒｅｃｔ　ＴｏＦ方式では、物体に向かってパターン光が照射されてから反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成し、この位相差に基づき測距値を生成する。
特許６７２７５３９号公報 国際公開２０２１／０８５１２８号
　位相差の繰り返し周期が生じるため、測距値は１周期内に制限される恐れがある。このため、Ｉｎｄｉｒｅｃｔ　ＴｏＦ方式とは異なる光学系による測距値を用いて繰り返し周期を求める技術が知られている。ところが、異なる光学系を備えるため測距装置が大型化してしまう。
　そこで、本開示では、位相差に基づき測距値を生成する装置の大型化を抑制可能な受光装置、制御方法、および測距システムを提供する。
　上記の課題を解決するために、本開示によれば、
　光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距センサと、
　測距センサで受光された前記パターン光の位置に基づき、前記物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成部と、
　前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成部と、
　前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成部と、
　を備える測距装置が提供される。
　前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理部を、更に備えてもよい。
　前記パターン光は、所定の周期で前記物体に照射されており、
　前記測距センサは、前記所定の周期で、且つ複数の異なる位相で電荷の蓄積を行ってもよい。
　前記複数の異なる位相で蓄積された電荷に基づく、複数の検出信号の少なくともいずれかに基づき２次元の第１画像を生成する第１画像生成部を更に備え、
　前記第１距離生成部は、前記第１画像生成部の生成した第１画像を用いて、第１測距値を生成してもよい。
　前記第１距離生成部は、前記パターン光の明部の位置を検出し、検出した前記明部の位置に基づき、三角測量の原理により前記第１測距値を生成してもよい。
　前記複数の異なる位相は、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度の４種類であり、
　前記第１画像生成部は、位相０度、および、位相１８０度の検出信号の組合わせ、又は、位相９０度、および、位相２７０度の検出信号の組合わせ、に基づき、前記第１画像を生成してもよい。
　前記第１画像生成部は、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度のいずれかに基づき、前記第１画像を生成してもよい。
　前記第１測距値に基づき、前記位相の繰り返し周期を判定する周期判定部を、更に備え、
　前記第２距離生成部は、前記繰り返し周期に基づき、前記第２測距値を生成してもよい。
　前記出力処理部は、前記第１測距値に応じた第１重み値と、前記第２測距値に応じた第２重み値と、を用いて、前記第１測距値と前記第２測距値とを加重平均して第３測距値を生成してもよい。
　前記位相差を検出する際の検出信号が飽和状態であるか否かを判定する判定処理部を更に備え、
　前記出力処理部は、前記判定処理部の判定に応じて、第３測距値を生成してもよい。
　前記第１距離生成部は、前記判定処理部が、飽和状態であると判定する場合に、位相０度、および、位相１８０度の検出信号の組合わせ、又は、位相９０度、および、位相２７０度の検出信号の組合わせ、に基づき生成した前記第１画像を用いて第１測距値を生成してもよい。
　前記第１距離生成部は、前記判定処理部が、飽和状態でないと判定する場合に、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度の検出信号に基づき生成した前記第１画像を用いて第１測距値を生成してもよい。
　前記第２測距値に基づき、前記パターン光の幾何学的な第２繰り返し周期を判定する第２周期判定部を、更に備えてもよい。
　前記第１距離生成部は、前記第２繰り返し周期に基づき、前記第１測距値を生成してもよい。
　前記第１距離生成部は、前記飽和状態であると判定する場合に、前記第２繰り返し周期に基づき、前記第１測距値を生成してもよい。
　上記の課題を解決するために、本開示によれば、
明部と暗部の２種類の輝度を有するパターン光を照射する光源装置と、　
　前記パターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距装置と　
　を備え、　
　前記測距装置は、　
　光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距センサと、
　測距センサで受光された前記パターン光の位置に基づき、前記物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成部と、
　前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成部と、
　前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成部と、
　を有してもよい。
　前記測距装置は、前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理部を、更に備えてもよい。
　前記第３測距値に基づき、距離画像を表示する表示装置を更に備えてもよい。
　上記の課題を解決するために、本開示によれば、
光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を用いる測距方法であって、
　前記反射光に含まれるパターン光の位置に基づき、物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成工程と、
　前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成工程と、
　前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成工程と、
　を備える測距方法が提供される。
　前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理工程を、更に備えてもよい。
本技術を適用した測距システムの概略構成例を示している図。 光源装置と測距装置の構成例を示すブロック図。 物体までの距離と測距方式の関係を模式的に示す図。 測距装置のチップ構成例を示す斜視図。 測距センサの構成例を示すブロック図。 画素の構成例を示すブロック図。 発光源の発光パターンと画素での検出信号との関係を示す図。 信号処理部の構成例を示すブロック図。 対象物までの距離と、第１画像、及び第６画像との関係を示す図。 第１距離生成部の第１測距値生成のアルゴリズム例を説明する図。 位相生成部の生成する位相差を示す図。 周波数別の第２測距値の例を示す図。 パルス光の周期１２０ＭＨｚの測距値と、比較対象のパルス光の周期１０ＭＨｚの第２測距値と、を示す図。 測距システム１における制御例を示すフローチャート。 重み付け加算した測距値と、第１測距値を加算していない測距値との測距誤差と距離との関係を示す図。 第２実施形態に係る信号処理部の構成例を示すブロック図。 第１距離生成部におけるパターン光の測距範囲を模式的に示す図。
　以下、図面を参照して、測距装置、測距システム、および測距方法の実施形態について説明する。以下では、測距装置、測距システム、および測距方法の主要な構成部分を中心に説明するが測距装置、測距システム、および測距方法には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。
（第１実施形態）
　図１は、本技術を適用した測距システムの概略構成例を示している図である。図１に示す測距システム１は、光源装置１１、発光側光学系１２、測距装置２１、受光側光学系２２、および、表示装置５１を有する。光源装置１１は、例えば明部と暗部の２種類の輝度を有するパターン光１５を生成して照射する。パターン光１５は、例えば、図１に示されるような、規則的または不規則な所定の間隔で配置されたドット（丸）形状からなる複数のスポットＳＰを明部とし、その他の領域を暗部とするパターン光とされる。なお、光源装置１１が照射するパターン光１５は、明部をドット形状としたパターンに限定されず、格子パターン等でもよい。光源装置１１から照射されたパターン光１５は、発光側光学系１２を介して被測定物としての所定の物体ＯＢＪに照射される。そして、パターン光１５は、所定の物体ＯＢＪで反射され、受光側光学系２２を介して、測距装置２１に入射される。
　測距装置２１は、物体ＯＢＪで反射されて入射されてくるパターン光１５を受光する。測距装置２１は、受光したパターン光１５の光量に応じた検出信号を生成する。そして、測距装置２１は、検出信号に基づいて、所定の物体ＯＢＪまでの距離の測定値である測距値を算出し、出力する。
　図２は、光源装置１１と測距装置２１の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、光源装置１１は、発光源３１と、光源駆動部３２とを有する。測距装置２１は、同期制御部４１、測距センサ４２、信号処理部４３、および、記憶部４４を有する。
　発光源３１は、例えば、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｃａｖｉｔｙ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｌａｓｅｒ：垂直共振器面発光レーザ）等の発光素子を平面方向に複数配列した光源アレイで構成される。発光源３１は、光源駆動部３２の制御にしたがい、測距装置２１の同期制御部４１から供給される発光タイミング信号に応じたタイミングで変調しながら発光して、照射光としてのパターン光１５を所定の物体ＯＢＪに照射する。照射光には、例えば、波長が約８５０ｎｍから９４０ｎｍの範囲の赤外光が用いられる。
　光源駆動部３２は、例えば、レーザドライバ等で構成され、同期制御部４１から供給される発光タイミング信号に応じて、発光源３１の各発光素子を発光させる。測距装置２１の同期制御部４１は、発光源３１の各発光素子が発光するタイミングを制御する発光タイミング信号を生成し、光源駆動部３２に供給する。また、同期制御部４１は、発光源３１の発光のタイミングに合わせて測距センサ４２を駆動させるために、発光タイミング信号を測距センサ４２にも供給する。発光タイミング信号には、例えば、所定の周波数（例えば、１０ＭＨｚ、２０ＭＨｚ、５０ＭＨｚ、１２０ＭＨｚなど）でオンオフする矩形波の信号（パルス信号）を用いることができる。なお、発光タイミング信号は、周期信号であれば、矩形波に限定されず、例えば、サイン波などでもよい。
　測距センサ４２は、複数の画素７１（図３参照）が行列状に２次元配置された画素アレイ部６３（図３参照）により、光源装置１１から照射されたパターン光１５が所定の物体ＯＢＪで反射された反射光を受光する。そして、測距センサ４２は、受光した反射光の受光量に応じた検出信号を、画素アレイ部６３の画素単位で信号処理部４３に供給する。
　信号処理部４３は、例えばＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を含んで構成される。信号処理部４３は、記憶部４４に記憶されるプログラムにしたがい、信号処理を行う。すなわち、この信号処理部４３は、測距センサ４２から供給される検出信号に基づいて、測距センサ４２から所定の物体ＯＢＪまでの距離である測距値を生成する。
　図３は、物体ＯＢＪまでの距離と測距方式の関係を模式的に示す図である。図３に示すように、本実施形態に係る信号処理部４３は、例えば第１距離の範囲では、主として第１測距方式で測距値を生成し、第１距離の範囲よりも遠方である第２距離の範囲では、主として第２測距方式で測距値を生成する。
　第１測距方式は、例えばパターン光における明部のスポットＳＰの測距センサ４２上の位置に基き、第１測距値を生成する。この第１測距方式は、例えば所謂ＳＬ方式を用いることが可能であり、パターン光１５の明部であるスポットＳＰの位置を検出し、検出したスポット光の位置を用いて三角測量の原理により、第１測距値を生成する。また、信号処理部４３は、第１測距方式に用いる画像を物体ＯＢＪまでの距離に応じて使い分けることが可能である。
　第２測距方式は、例えばＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）方式であり、パターン光１５の明部であるスポットＳＰが照射されてから、反射光として受光されるまでの時間を位相差として検出し、位相差に基づいて距離を算出する。より具体的には、本実施形態に係る第２測距方式は、位相差に基づく距離と、第１測距値に基づく繰り返し周期数ｎと、を用いて第２測距値を生成する。
　例えば、第１距離の範囲では、検出信号が飽和する場合があり、第２測距方式による測距精度が低下する傾向を示すが、第１測距方式での測距精度は維持される。一方で、第２距離の範囲では、第１測距方式での測距精度は低下傾向を示すが、繰り返し周期数ｎを判別する程度の精度は有する。
　記憶部４４は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。この記憶部４４は、検出信号、第１測距値、及び第２測距値などを記憶する。表示装置５１は、例えばモニタである。この表示装置５１は、例えば、二次元の距離画像などを表示可能である。
　図４は、測距装置２１のチップ構成例を示す斜視図である。測距装置２１は、図４のＡに示されるように、第１ダイ（基板）９１と、第２ダイ（基板）９２とが積層された１つのチップで構成することができる。第１ダイ９１には、例えば、同期制御部４１と測距センサ４２が構成され、第２ダイ９２には、例えば、信号処理部４３と記憶部４４とが構成される。
　なお、測距装置２１は、第１ダイ９１と第２ダイ９２とに加えて、もう１つのロジックダイを積層した３層で構成したり、４層以上のダイ（基板）の積層で構成したりしてもよい。また、測距装置２１は、例えば、図４のＢに示されるように、測距センサ４２としての第１チップ９５と、信号処理部４３としての第２チップ９６とを、中継基板９７上に形成して構成することができる。同期制御部４１は、第１チップ９５または第２チップ９６のいずれかに含んで構成される。
　図５は、測距センサ４２の構成例を示すブロック図である。測距センサ４２は、タイミング制御部６１、行走査回路６２、画素アレイ部６３、複数のＡＤ（Ａｎａｌｏｇ　ｔｏ　Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部６４、列走査回路６５、および、信号処理部６６を備える。画素アレイ部６３には、複数の画素７１が行方向および列方向の行列状に２次元配置されている。ここで、行方向とは、水平方向の画素７１の配列方向であり、列方向とは、垂直方向の画素７１の配列方向である。行方向は、図中、横方向であり、列方向は図中、縦方向である。
　タイミング制御部６１は、例えば、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータなどによって構成され、同期制御部４１（図２）から供給される発光タイミング信号に同期して、各種のタイミング信号を生成し、行走査回路６２、ＡＤ変換部６４、および、列走査回路６５に供給する。すなわち、タイミング制御部６１は、行走査回路６２、ＡＤ変換部６４、および、列走査回路６５の駆動タイミングを制御する。
　行走査回路６２は、例えば、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部６３の各画素７１を全画素同時または行単位等で駆動する。画素７１は、行走査回路６２の制御に従って反射光を受光し、受光量に応じたレベルの検出信号（画素信号）を出力する。画素７１の詳細については、図７で後述する。
　画素アレイ部６３の行列状の画素配列に対して、画素行ごとに画素駆動線７２が水平方向に沿って配線され、画素列ごとに垂直信号線７３が垂直方向に沿って配線されている。画素駆動線７２は、画素７１から検出信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。以後の説明では、画素７１を記号Ｉで示し、その座標を（ｘ、ｙ）で示す場合がある。ｘは、画素Ｉの行方向の位置であり、ｙは列方向の位置である。図５では、画素駆動線７２が１本の配線として示されているが、実際には複数の配線で構成される。同様に、垂直信号線７３も１本の配線として示されているが、実際には複数の配線で構成される。
　ＡＤ変換部６４は、列単位に設けられ、タイミング制御部６１から供給されるクロック信号ＣＫに同期して、垂直信号線７３を介して、対応する列の各画素７１から供給される検出信号をＡＤ変換する。ＡＤ変換部６４は、列走査回路６５の制御に従って、ＡＤ変換した検出信号（検出データ）を信号処理部６６に出力する。列走査回路６５は、ＡＤ変換部６４を順に選択して、ＡＤ変換後の検出データを信号処理部６６へ出力させる。
　図６は、画素７１の構成例を示すブロック図である。図６に示すように、画素７１は、光電変換素子８１、転送スイッチ８２、電荷蓄積部８３および８４、並びに、選択スイッチ８５および８６を備える。光電変換素子８１は、例えば、フォトダイオードで構成され、反射光を光電変換して電荷を生成する。転送スイッチ８２は、光電変換素子８１が生成した電荷を、転送信号ＳＥＬ＿ＦＤに基づいて、電荷蓄積部８３および８４のいずれかに転送する。この転送スイッチ８２は、例えば、一対のＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタなどで構成される。
　電荷蓄積部８３および８４は、例えば、浮遊拡散層で構成され、電荷を蓄積して、その蓄積電荷に応じた電圧を生成する。電荷蓄積部８３および８４に蓄積された電荷は、リセット信号ＲＳＴに基づいてリセットすることができる。選択スイッチ８５は、選択信号ＲＤ＿ＦＤ１に従って、電荷蓄積部８３の出力を選択する。選択スイッチ８６は、選択信号ＲＤ＿ＦＤ２に従って、電荷蓄積部８４の出力を選択する。すなわち、選択信号ＲＤ＿ＦＤ１またはＲＤ＿ＦＤ２により、選択スイッチ８５または８６がオンされると、オンされた電荷蓄積部８３または８４の蓄積電荷に応じた電圧の信号が、検出信号として、垂直信号線７３を介して、ＡＤ変換部６４へ出力される。選択スイッチ８５および８６それぞれは、例えば、ＭＯＳトランジスタなどで構成される。
　転送信号ＳＥＬ＿ＦＤ、リセット信号ＲＳＴ、並びに、選択信号ＲＤ＿ＦＤ１およびＲＤ＿ＦＤ２を伝送する配線が、図４の画素駆動線７２に相当する。電荷蓄積部８３および８４を、それぞれ、第１タップおよび第２タップと呼ぶこととすると、ＴｏＦ方式では、画素７１は、光電変換素子８１で生成された電荷を、第１タップおよび第２タップに交互に電荷を蓄積させることにより、例えば、位相０度と位相１８０度のように、位相が反転した２つの受光タイミングの検出信号を１フレームで取得することができる。次のフレームでは、位相９０度と位相２７０度の２つの受光タイミングの検出信号が取得できる。
　図７は、発光源３１の発光パターンと画素７１での検出信号との関係を示す図である。上から発光源３１の発光パターン、画素７１に発光パターンが受光されるタイミングである受光パターン、位相０度、位相９０度、位相１８０度、位相２７０度、の検出信号を示す。各信号の縦軸はハイレベルとロウレベルを示し、横軸は時間を示す。発光パターンのハイレベルでは、パターン光１５（図１参照）が照射される時間を示し、受光パターンのハイレベルは、パターン光１５が反射して戻ってくる時間を示す。すなわち、本実施形態では、周波数ｆ（変調周波数）で高速にオンオフを繰り返すパルス光が採用される。パルス光の１周期Ｔは１／ｆとなる。画素７１では、発光源３１から測距センサ４２に到達するまでの時間Δｔに応じて、反射光（受光パターン）の位相がずれて検出される。
　位相０度の検出信号におけるハイレベルは、画素７１の受光タイミングを示す。すなわち、光源装置１１の発光源３１が出射するパルス光の位相、すなわち発光パターンと同じ位相とするタイミングである。
　同様に、位相９０度の検出信号のハイレベルは、光源装置１１の発光源３１が出射するパルス光（発光パターン）から９０度遅れた位相とするタイミングである。同様に、位相１８０度の検出信号のハイレベルは、光源装置１１の発光源３１が出射するパルス光（発光パターン）から１８０度遅れた位相とするタイミングである。同様に、位相２７０度の検出信号のハイレベルは、光源装置１１の発光源３１が出射するパルス光（発光パターン）から２７０度遅れた位相とするタイミングである。
　受光タイミングを、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度としたときに蓄積された電荷に対応する計測信号を、それぞれ、Ｑ０、Ｑ９０、Ｑ１８０、および、Ｑ２７０とする。これらの電荷に対応する信号はＡＤ変換され、画素Ｉ（ｘ、ｙ）毎に計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）として、記憶部４４に記憶される。
　ここで、図８を用いて、信号処理部４３の詳細を説明する。図８は、信号処理部４３の構成例を示すブロック図である。図８に示すように、信号処理部４３は、画像生成部４３０と、パターン検出部４３２と、判定部４３４と、第１距離生成部４３６と、位相生成部４３7と、周期判定部４３８と、第２距離生成部４４０と、出力処理部４４２とを備える。
　画像生成部４３０は、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）の少なくともいずれかを用いて、２次元画像を生成する。より具体的には、画像生成部４３０は、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）を加算して、第１画像Ｇａの画素値Ga（ｘ、ｙ）を生成する。また、画像生成部４３０は、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）のそれぞれを用いて、第２画像Ｇ０の画素値Ｇ０（ｘ、ｙ）と、第３画像Ｇ９０の画素値Ｇ９０（ｘ、ｙ）と、第４画像Ｇ１８０の画素値Ｇ１８０（ｘ、ｙ）と、第５画像Ｇ２７０の画素値Ｇ２７０（ｘ、ｙ）と、を生成する。更に、画像生成部４３０は、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）とＱ１８０（ｘ、ｙ）を加算した第５画像Ｇｂの画素値Ｇｂ（ｘ、ｙ）を生成し、計測信号Ｑ９０（ｘ、ｙ）とＱ２７０（ｘ、ｙ）を加算した第６画像Ｇｃの画素値Ｇｃ（ｘ、ｙ）を生成する。
　図９は、対象物ＯＢＪまでの距離と、第１画像Ｇａ、及び第６画像Ｇｃとの関係を示す図である。白色が、高輝度の領域を示す、上が第１画像Ｇａを示し、下が第６画像Ｇｃを示す。例えば、対象物ＯＢＪまでの距離が、１０、１５、２５、５０センチメートルの例を示す。図９に示すように、第１画像Ｇａの画素値Ｇａ（ｘ、ｙ）は、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）を加算するので、ＳＮ比がより良い画像が生成される。一方で、例えば２５センチ程度の近距離では、画素が飽和し、明部のスポットＳＰの領域を個別に判別できなくなる恐れがある。これに対し、図９に示すように、第６画像Ｇｃでは、１５センチぐらいまで、明部のスポットＳＰの領域を個別に判別可能である。
　また、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）の各信号値の大きさは異なる。このため、パターン光における明部のスポットＳＰの領域のコントラストは異なる。これにより、第２画像Ｇ０、第３画像Ｇ９０、第４画像Ｇ１８０、第５画像Ｇ２７０のいずれかは、例えば、対象物ＯＢＪまでの距離が１５センチ程度でもさらに、明部のスポットＳＰの領域を明瞭に判別可能となる。
　パターン検出部４３２は、画像生成部４３０が生成した２次元画像から例えばパターン光における明部のスポットＳＰの領域を検出する。パターン検出部４３２は、例えば２次元画像に対して２値化処理を施し、その後でラベリング処理を行う。そして、パターン検出部４３２は、ラベリング処理した領域の情報と、ラベリング処理された各領域の重心位置に対応する各座標を記憶部４４に記憶する。
　判定部４３４は、パターン検出部４３２が第１画像Ｇａに対してラベリング処理した領域の情報から、二次元画像の飽和している領域があるか否かを判定する。例えば、ラベリング処理された各領域の大きさが、所定の範囲を超えていると判定する場合に、飽和と判定する。これにより画素Ｉ（ｘ、ｙ）毎の判定結果を記憶部４４に記憶する。例えば、判定部４３４は、飽和していない領域の画素Ｉ（ｘ、ｙ）には、０を関連付け、飽和している領域の画素Ｉ（ｘ、ｙ）には、１を関連付けて記憶させる。
　第１距離生成部４３６は、上述の第１測距方式により画素Ｉ（ｘ、ｙ）毎の第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を生成する。この第１距離生成部４３６は、判定部４３４の判定結果に応じて、第１測距値の生成に用いる画像を異ならせることが可能である。例えば、第１距離生成部４３６は、判定部４３４が、飽和していないと判定する領域に対しては、第１画像Ｇａを用いて、第１測距値を生成する。この場合は、例えば、６０センチ以上の遠方に物体ＯＢＪがあり、より高ＳＮの信号を用いることにより、測定精度が向上する。一方で、第１距離生成部４３６は、判定部４３４が、飽和していると判定する領域に対しては、第５画像Ｇｂ又は第６画像Ｇｃを用いて、第１測距値を生成する。この場合には、第１画像Ｇａよりも飽和が抑制された第５画像Ｇｂ又は第６画像Ｇを用いることにより、より近距離の物体ＯＢＪへの測定精度を向上させることが可能となる。
　また、第１距離生成部４３６は、第２画像Ｇ０、第３画像Ｇ９０）、第４画像Ｇ１８０、第５画像Ｇ２７０のいずれかの中の画像を選択して、第１測距値を生成してもよい。この場合第１距離生成部４３６は、判定部４３４によりラベリング処理された各領域の大きさが最も小さな画像を選択する。この場合には、第５画像Ｇｂ又は第６画像Ｇｃよりも飽和が更に抑制された、第２画像Ｇ０、第３画像Ｇ９０、第４画像Ｇ１８０、第５画像Ｇ２７０）のいずれかを用いることにより、近距離の物体ＯＢＪへの測定精度を更に向上させることが可能となる。
　図１０は、第１距離生成部４３６の第１測距値生成のアルゴリズム例を説明する図である。図１０に示すように、第１距離生成部４３６にＳＬ方式を用いる場合の例である。ＳＬ方式は、パターン光を投影する光源装置１１と、そのパターン光を受光する測距センサ４２とを用いて、投影パターン内のある位置とそれに対応する受光センサの位置との対を探すことにより、三角測量を適用して測距する。
　光源装置１１は、図１に示したように所定の間隔で配置された複数のスポットＳＰを物体ＯＢＪへ照射するが、１つのスポットＳＰ（以下、注目スポットＳＰと称する。）に注目し、注目スポットＳＰが、測距センサ４２の受光領域の所定の位置Ｐ２で検出されたとする。パターン検出部４３２は、この位置Ｐ２の各重心座標を記憶部４４に記憶している。
　このとき、注目スポットＳＰを発した光源装置１１の投影パターン内の位置Ｐ１は、光源装置１１において既知である。また、光源装置１１の光源主点（投影中心）と、測距センサ４２のセンサ主点（受光中心）との間のベースライン距離ＢＬを含む光源装置１１と測距センサ４２の位置関係も既知である。したがって、第１距離生成部４３６は、位置Ｐ１と、位置Ｐ２と、ベースライン距離ＢＬとを用いて、三角測量の原理により、測距装置２１から物体ＯＢＪまでの距離に相当する第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を算出することができる。
　このように、第１距離生成部４３６は、測距センサ４２が、パターン光１５の複数のスポットＳＰを受光したとき、受光した各スポットＳＰが、光源装置１１が発した複数のスポットＳＰのどのスポットＳＰと対応するかが分かれば、複数のスポットＳＰそれぞれについて、画素Ｉ（ｘ，ｙ）毎に測距装置２１から物体ＯＢＪまでの第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を算出することが可能となる。
　そこで、測距システム１の光源装置１１が発光するパターン光１５は、測距センサ４２が、受光領域の所定の位置で所定のスポットＳＰを受光したとき、それを発した発光源３１のスポットＳＰ（の位置）を特定できるように、複数のスポットＳＰが配置されたパターンとされている。
　具体的には、測距センサ４２で反射光として受光されるスポットＳＰの位置は、物体ＯＢＪまでの距離に応じて受光領域内で所定の軌跡で移動するが、各スポットＳＰの軌跡が他のスポットＳＰの軌跡とオーバーラップしなければ、測距センサ４２が受光したスポットＳＰの位置に基づいて、それを発した発光源３１のスポットＳＰ（の位置）を同定することができる。換言すると、パターン光１５は、測距センサ４２で検出されるスポットＳＰの位置が他のスポットＳＰとオーバーラップしない十分に疎な間隔で複数のスポットＳＰが配置されたドットパターンとされている。
　ここで、図７を参照にしつつ、位相生成部４３7、周期判定部４３８、及び第２距離生成部４４０について説明する。最初に、ＴｏＦ方式による測距の方法を説明する。
　測距装置２１から物体ＯＢＪまでの距離に相当する第２測距値Ｄ２（ｘ，ｙ）［ｍｍ］は、以下の式（１）で計算することができる。
式（１）のΔｔ（ｘ、ｙ）は、発光源３１から出射されたパターン光１５が物体ＯＢＪで反射されて測距センサ４２の各画素（ｘ、ｙ）に入射するまでの時間であり、ｃは、光速を表す。（ｘ、ｙ）は、画素７１の座標である。
　発光源３１から照射されるパターン光１５には、図７に示されるような、所定の周波数ｆ（変調周波数）で高速にオンオフを繰り返すパルス光が採用される。パルス光の１周期Ｔは１／ｆとなる。測距センサ４２では、発光源３１から測距センサ４２に到達するまでの時間Δｔ（ｘ、ｙ）に応じて、反射光（受光パターン）の位相がずれて検出される。この発光パターンと受光パターンとの位相のずれ量（位相差）をφ（ｘ、ｙ）とすると、時間Δｔ（ｘ、ｙ）は、下記の式（２）で算出することができる。
　したがって、測距センサ４２から物体ＯＢＪまでの測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）は、式（１）と式（２）とから、下記の式（３）で算出することができる。
　図１１は、位相生成部４３7の生成する位相差φを示す図である。図１１に示すように、位相生成部４３7は、画素I（ｘ、ｙ）における位相差φ（ｘ、ｙ）を、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）を用いて、下記の式（４）で算出する。
　式（４）で算出された位相差φ（ｘ、ｙ）を上記の式（３）に入力することにより、測距システム１から物体ＯＢＪまでの第２測距値Ｄ２a（ｘ、ｙ）を算出することができる。
　図１２は、周波数別の第２測距値の例を示す図である。縦軸は計測距離であり、第２測距値に対応する。周波数１０ＭＨｚのパルス信号を発光に用いた場合の第２測距値Ｌ１０と、周波数１２０ＭＨｚのパルス信号を発光に用いた場合の第２測距値Ｌ１２０と、を示す。
　第２測距値は、高周波数になるにしたがい高精度となることが知られている。一方で、第２測距値Ｌ１２０に示すように、高周波になると所謂エイリアスが発生する。例えば、周波数１２０ＭＨｚのパルス信号を発光に用いた場合の第２測距値は、０から１．２５メートである。このため、第２測距値Ｌ１２０は、０から１．２５メートの測距値を繰り返す。この場合の第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）は、例えば繰り返し周期ｎ＝０の時には、０から１．２５メートであり、繰り返し周期ｎ＝１の時には、１．２５から２．５メートであり、繰り返し周期ｎ＝７の時には、７．５から８．７５メートとなる。
　そこで、周期判定部４３８は、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を用いて、繰り返し周期ｎ（ｘ、ｙ）を判定する。すなわち、この周期判定部４３８は、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）をＤ３（ｆ）で除算して床関数ｆｌｏｏｒで整数化する。Ｄ３（ｆ）は、パルス信号の周期ｆで定まる距離である。
　第２距離生成部４４０は、第２測距方式により、第２測距値を生成する。すなわち、第２距離生成部４４０は、（６）式に示すように、位相差φ（ｘ、ｙ）に基づく距離測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）と、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）に基づく繰り返し周期数ｎ（ｘ、ｙ）と、を用いて第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）を生成する。
　出力処理部４４２は、各画素Ｉ（ｘ、ｙ）に対応する測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）を、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）と第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）とを用いて生成する。より具体的には、記憶部４４に記憶される各画素Ｉ（ｘ、ｙ）の判定部４３４による判定結果を用いて、距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）を生成する。例えば、画素Ｉ（ｘ、ｙ）の判定結果が飽和を示す場合には、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）とし、飽和を示さない場合には、第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）を測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）とする。出力処理部４４２は、測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）を記憶部４４に記憶させるととともに、生成した２次元の距離画像Ｄａｌｌを表示装置５１に表示させてもよい。これにより、操作者は、２次元の距離画像Ｄａｌｌを視覚的に確認することが可能である。
　図１３は、パルス光の周期１２０ＭＨｚの測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）と、比較対象のパルス光の周期１０ＭＨｚの第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）と、を示す図である。パルス光の周期１２０ＭＨｚの測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）をラインＬ２０で示し、パルス光の周期１０ＭＨｚの第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）をラインＬ３０で示す。横軸は物体ＯＢＪまでの距離を示し、縦軸は測距ノイズを示す。測距ノイズは、測定距離の分散である。
　図１３に示すように、第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）だけでは、計測信号が飽和するため、例えば第１距離範囲（図３参照）に対応する６０センチメートル未満の測定は困難となる。一方で、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）は２次元画像を用いるため、計測信号が飽和している場合にも、スポットＳＰの位置の検出が可能となる。このため、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）をも用いる本実施形態に係る測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）では、１５センチメートルぐらいまで、測距が可能となる。
　また、従来であれば、パルス光の周期１２０ＭＨｚの測距値は、１．２５メートルであるが、本実施形態に係る測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）では、繰り返し周期数ｎ（ｘ、ｙ）の情報を用いることにより、９メートルぐらいまで、測距が可能となる。上述のように、パルス光の周期がより高周になるにしたがい第２測距値がより高精度に測定される。このため、本実施形態に係る測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）は、比較対象であるパルス光の周期１０ＭＨｚの第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）よりも測距ノイズが、５メートルで９１パーセント低減し、７メートルで８１パーセント低減する。
　このように、本実施系形態に係る測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）は、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を用いることが可能となる。このため、通常であれば、検出信号が飽和して、Ｔｏｆ法により第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）をえることが困難な第１距離範囲（図３参照）に対応する測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）を得ることが可能となる。
　更に、パルス光の周期１２０ＭＨｚで測距する場合に、第２距離範囲（図３参照）に対応する１．２５メートル以上の範囲において、所謂エイリアスが発生する場合にも、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を用いて、周期数ｎ（ｘ、ｙ）を生成し、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）よりも測定精度のより高い第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）を生成することが可能となるまた、同一の測距センサ４２を用いるので、測定系が複数になることを抑制でき、装置の大型化を抑制できる。
　以上が本実施形態に係る測距システム１の構成の説明であるが、以下に制御例を説明する。図１４は、測距システム１における制御例を示すフローチャートである。まず、測距装置２１の測距センサ４２は、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）を生成する（ステップＳ１０）。
　次に、画像生成部４３０は、計測信号Ｑ０（ｘ、ｙ）、Ｑ９０（ｘ、ｙ）、Ｑ１８０（ｘ、ｙ）、および、Ｑ２７０（ｘ、ｙ）を加算した第１画像Ｇａと、信号ＳＱ９０（ｘ、ｙ）とＱ２７０（ｘ、ｙ）を加算した第６画像Ｇｃとを生成する（ステップＳ１２）。
　次に、判定部４３４は、パターン検出部４３２が第１画像Ｇａに対してラベリング処理した領域の情報から、第１画像Ｇａの飽和している領域と飽和していない領域とを判定する（ステップＳ１４）。飽和していないと判定する領域がある場合（ステップＳ１４のＮｏ）、第１距離生成部４３６は、飽和していない領域に対して、第１画像Ｇａを用いて、画素Ｉ（ｘ、ｙ）毎の第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を生成する（ステップＳ１６）。判定部４３４は、飽和していないと判定する領域の画素Ｉ（ｘ、ｙ）毎に例えば１を関連付けて、記憶部４４に記憶する。
　次に、周期判定部４３８は、飽和していないと判定する領域に対して、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を用いて、繰り返し周期ｎ（ｘ、ｙ）を判定する（ステップＳ１８）。そして、第２距離生成部４４０は、飽和していないと判定する領域に対して、位相生成部４３7の生成する位相差φ（ｘ、ｙ）に基づく距離測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）と、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）に基づく繰り返し周期数ｎ（ｘ、ｙ）と、を用いて第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）を生成する（ステップＳ２０）。
　一方で、判定部４３４が、第１画像Ｇａ（ｘ、ｙ）に飽和している領域があると判定する場合（ステップＳ１４のＹｅｓ）、第１距離生成部４３６は、飽和している領域に対して、第６画像Ｇｃを用いて、画素Ｉ（ｘ、ｙ）毎の第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を生成する（ステップＳ２２）。判定部４３４は、飽和していると判定する領域の画素Ｉ（ｘ、ｙ）毎に例えば０を関連付けて、記憶部４４に記憶する。
　次に、出力処理部４４２は、記憶部４４に記憶される各画素Ｉ（ｘ、ｙ）の判定部４３４による判定結果を用いて、画素Ｉ（ｘ、ｙ）の判定結果が飽和を示す場合には、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）とし、飽和を示さない場合には、第１測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）を測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）として、２次元の距離画像Ｄａｌｌを生成する（ステップＳ２４）。そして、出力処理部４４２は、２次元の距離画像Ｄａｌｌを記憶部４４に記憶させるととともに、表示装置５１に表示させる（ステップＳ２６）。
　以上説明したように、本実施形態によれば、第１距離生成部４３６が、測距センサ４２で受光されたパターン光の位置に基づき、物体ＯＢＪまでの距離である第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を生成し、第２距離生成部４４０は、位相生成部４３7の生成する位相差φ（ｘ、ｙ）に基づく距離測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）と、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）に基づく繰り返し周期数ｎ（ｘ、ｙ）と、を用いて第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）を生成することとした。これにより、位相差φ（ｘ、ｙ）にエイリアスが生じる場合にも、第２測距値Ｄ２（ｘ、ｙ）をより高精度に生成可能となる。この場合、単一の測距センサ４２で第１距離生成部４３６及び第２距離生成部４４０の計測に用いる信号を生成するので、測距装置２１をより小型化することが可能である。
　（第１実施形態の変形例１）
　第１実施形態の変形例１に係る測距システム１は、出力処理部４４２が、周期判定部４３８が飽和していないと判定する領域に対して、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）と第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）とを重み付け加算して測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）を生成する点で第１実施形態に係る測距システム１と相違する。以下では、第１実施形態に係る測距システム１と相違する点を説明する。
　第１実施形態の変形例１に係る出力処理部（７）式に従い、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）と第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）とを重み付け加算して測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）を生成する。ここで、W_ToF（ｘ、ｙ）は、（８）式に示すように、第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）の距離に応じた重み値であり、距離に応じた距離の分散値σ２ _ToF （ｘ、ｙ）の逆数である。一方で、W_ＳＬ（ｘ、ｙ）は、（９）式に示すように、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）の距離に応じた重み値であり、距離に応じた距離の分散値σ２ _ＳＬ（ｘ、ｙ）の逆数である。
　図１５は、重み付け加算した測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）と、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を加算していない測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）との測距誤差と距離との関係を示す図である。ラインＬ４０は、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を加算していない測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）であり、ラインＬ５０は、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を重み付け加算した測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）である。重み付け加算した測距値Ｄａｌｌ（ｘ、ｙ）では、例えば０．９メートルから２メートルの範囲で、測距誤差が改善される。これは、例えば０．９メートルから２メートルの範囲では、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）の測距精度と、第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）の測定精度が同等であので、加算処理により測定精度が改善されると考えられている。一方で、例えば２メートルを超える範囲では、分散値σ２ _ＳＬ（ｘ、ｙ）が増加して、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）の重み値W_ＳＬ（ｘ、ｙ）が低下するので、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）の影響が低減される。このため、ラインＬ４０とラインＬ５０とは同等の値を示す。
　以上説明したように、距離に応じた距離の分散値σ２ ＿ＴｏＦ（ｘ、ｙ）、σ２ ＿ＳＬ（ｘ、ｙ）の逆数で第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）と第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）とを加算することにより、測定精度をより向上させることが可能となる。
　（第２実施形態）
　第２実施形態に係る測距システム１は、第１距離生成部４３６が、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を生成する際に、パターン光１５の繰り返し周期の情報を用いることが可能である点で第１実施形態の変形例１に係る測距システム１と相違する。以下では、第１実施形態の変形例１に係る測距システム１と相違する点を説明する。
　図１６は、第２実施形態に係る信号処理部４３の構成例を示すブロック図である。図１６に示すように第２周期判定部４４４を更に備える。
　図１７は、第１距離生成部４３６におけるパターン光１５の測距範囲を模式的に示す図である。例えば、第１距離生成部４３６は、測距センサ４２の受光面上の領域Ａ２０の各スポット光の位置に応じて１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を生成する。この場合、パターン光１５が均一なパターンで構成される場合がある。この場合、物体ＯＢＪが近かずくに従い、例えば領域Ａ１０のパターンが領域Ａ２０に入ってくる。一方で、測距センサ４２の周辺部では、第２距離生成部４４０は、測定精度は低下するが、第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）を生成することが可能である。
　また、パターン光１５は既知であるので、物体ＯＢＪまでの距離に応じて、領域Ａ１０のパターンが、領域Ａ２０にあったパターンであるかが判定可能となる。そこで、第２周期判定部４４４は、判定部４３４は、飽和していると判定する領域に関しては、測距センサ４２の周辺部の第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）を用いて、パターン光１５の幾何学的な周期を判定する。例えば、第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）が、０．６メートルから０．４メートルの範囲では幾何学的な周期ｍ＝０とし、０．４メートルから０．１５メートルの範囲では幾何学的な周期ｍ＝１とする。
　第１距離生成部４３６は、幾何学的な周期ｍ＝０では、パターン検出部４３２が検出した位置を用いて、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を生成する。一方で、第１距離生成部４３６は、幾何学的な周期ｍ＝１では、パターン検出部４３２が検出した位置に所定の距離Ｄ３を加算した位置を用いて、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）を生成する。
　以上説明したように、第２周期判定部４４４が、判定部４３４は、飽和していると判定する領域に関して、測距センサ４２における周辺部の第２測距値Ｄ２ａ（ｘ、ｙ）を用いて、パターン光１５の幾何学的な周期を判定することとした。これにより、パターン光１５が幾何学的に均一な繰り返し周期パターンで構成される場合にも、第１測距値Ｄ１（ｘ、ｙ）の測定精度が低下すのを抑制できる。
なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）
　光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距センサと、
　測距センサで受光された前記パターン光の位置に基づき、前記物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成部と、
　前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成部と、
　前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成部と、
　を備える測距装置。
（２）
　前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理部を、更に備える、（１）に記載の測距装置。
（３）
　前記パターン光は、所定の周期で前記物体に照射されており、
　前記測距センサは、前記所定の周期で、且つ複数の異なる位相で電荷の蓄積を行っている、（２）に記載の測距装置。
（４）
　前記複数の異なる位相で蓄積された電荷に基づく、複数の検出信号の少なくともいずれかに基づき２次元の第１画像を生成する第１画像生成部を更に備え、
　前記第１距離生成部は、前記第１画像生成部の生成した第１画像を用いて、第１測距値を生成する、（３）に記載の測距装置。
（５）
　前記第１距離生成部は、前記パターン光の明部の位置を検出し、検出した前記明部の位置に基づき、三角測量の原理により前記第１測距値を生成する、（４）に記載の測距装置。
（６）
　前記複数の異なる位相は、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度の４種類であり、
　前記第１画像生成部は、位相０度、および、位相１８０度の検出信号の組合わせ、又は、位相９０度、および、位相２７０度の検出信号の組合わせ、に基づき、前記第１画像を生成する、（５）に記載の測距装置。
（７）
　前記第１画像生成部は、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度のいずれかに基づき、前記第１画像を生成する、（６）に記載の測距装置。
（８）
　前記第１測距値に基づき、前記位相の繰り返し周期を判定する周期判定部を、更に備え、
　前記第２距離生成部は、前記繰り返し周期に基づき、前記第２測距値を生成する、（７）に記載の測距装置。
（９）
　前記出力処理部は、前記第１測距値に応じた第１重み値と、前記第２測距値に応じた第２重み値と、を用いて、前記第１測距値と前記第２測距値とを加重平均して第３測距値を生成する、（８）に記載の測距装置。
（１０）
　前記位相差を検出する際の検出信号が飽和状態であるか否かを判定する判定処理部を更に備え、
　前記出力処理部は、前記判定処理部の判定に応じて、第３測距値を生成する、（９）に記載の測距装置。
（１１）
　前記第１距離生成部は、前記判定処理部が、飽和状態であると判定する場合に、位相０度、および、位相１８０度の検出信号の組合わせ、又は、位相９０度、および、位相２７０度の検出信号の組合わせ、に基づき生成した前記第１画像を用いて第１測距値を生成する、（１０）に記載の測距装置。
（１２）
　前記第１距離生成部は、前記判定処理部が、飽和状態でないと判定する場合に、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度の検出信号に基づき生成した前記第１画像を用いて第１測距値を生成する、（１１）に記載の測距装置。
（１３）
　前記第２測距値に基づき、前記パターン光の幾何学的な第２繰り返し周期を判定する第２周期判定部を、更に備える、（１２）に記載の測距装置。
（１４）
　前記第１距離生成部は、前記第２繰り返し周期に基づき、前記第１測距値を生成する、（１３）に記載の測距装置。
（１５）
　前記第１距離生成部は、前記飽和状態であると判定する場合に、前記第２繰り返し周期に基づき、前記第１測距値を生成する、（１４）に記載の測距装置。
（１６）
　明部と暗部の２種類の輝度を有するパターン光を照射する光源装置と、
　前記パターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距装置と　
　を備え、
　前記測距装置は、
　光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距センサと、
　測距センサで受光された前記パターン光の位置に基づき、前記物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成部と、
　前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成部と、
　前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成部と、
　を有する、測距システム。
（１７）
　前記測距装置は、前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理部を、更に備える、（１６）に記載の測距システム。
（１８）
　前記第３測距値に基づき、距離画像を表示する表示装置を更に備える、（１７）に記載の測距システム。
（１９）
　光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を用いる測距方法であって、
　前記反射光に含まれるパターン光の位置に基づき、物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成工程と、
　前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成工程と、
　前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成工程と、
　を備える測距方法。
（２０）
　前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理工程を、更に備える、（１９）に記載の測距方法。
　本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
　１：測距システム、１１：光源装置、２１：測距装置、１５：パターン光、４２：測距センサ、４３：信号処理部、５１：表示装置、１６：赤外光パルスレーザ、２０：制御部、２４：表示装置、４３０：像生成部、４３２：パターン検出部、４３４：判定部、４３６：第１距離生成部、４３7：位相生成部、４３８：周期判定部、４４０：第２距離生成部、４４２：出力処理部、４４４：第２周期判定部。

Claims (20)

  1. 　光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距センサと、
    　測距センサで受光された前記パターン光の位置に基づき、前記物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成部と、
    　前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成部と、
    　前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成部と、
    　を備える測距装置。
  2. 　前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理部を、更に備える、請求項１に記載の測距装置。
  3. 　前記パターン光は、所定の周期で前記物体に照射されており、
    　前記測距センサは、前記所定の周期で、且つ複数の異なる位相で電荷の蓄積を行っている、請求項２に記載の測距装置。
  4. 　前記複数の異なる位相で蓄積された電荷に基づく、複数の検出信号の少なくともいずれかに基づき２次元の第１画像を生成する第１画像生成部を更に備え、
    　前記第１距離生成部は、前記第１画像生成部の生成した第１画像を用いて、第１測距値を生成する、請求項３に記載の測距装置。
  5. 　前記第１距離生成部は、前記パターン光の明部の位置を検出し、検出した前記明部の位置に基づき、三角測量の原理により前記第１測距値を生成する、請求項４に記載の測距装置。
  6. 　前記複数の異なる位相は、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度の４種類であり、
    　前記第１画像生成部は、位相０度、および、位相１８０度の検出信号の組合わせ、又は、位相９０度、および、位相２７０度の検出信号の組合わせ、に基づき、前記第１画像を生成する、請求項５に記載の測距装置。
  7. 　前記第１画像生成部は、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度のいずれかに基づき、前記第１画像を生成する、請求項６に記載の測距装置。
  8. 　前記第１測距値に基づき、前記位相の繰り返し周期を判定する周期判定部を、更に備え、
    　前記第２距離生成部は、前記繰り返し周期に基づき、前記第２測距値を生成する、請求項７に記載の測距装置。
  9. 　前記出力処理部は、前記第１測距値に応じた第１重み値と、前記第２測距値に応じた第２重み値と、を用いて、前記第１測距値と前記第２測距値とを加重平均して前記第３測距値を生成する、請求項８に記載の測距装置。
  10. 　前記位相差を検出する際の検出信号が飽和状態であるか否かを判定する判定処理部を更に備え、
    　前記出力処理部は、前記判定処理部の判定に応じて、前記第３測距値を生成する、請求項９に記載の測距装置。
  11. 　前記第１距離生成部は、前記判定処理部が、飽和状態であると判定する場合に、位相０度、および、位相１８０度の検出信号の組合わせ、又は、位相９０度、および、位相２７０度の検出信号の組合わせ、に基づき生成した前記第１画像を用いて第１測距値を生成する、請求項１０に記載の測距装置。
  12. 　前記第１距離生成部は、前記判定処理部が、飽和状態でないと判定する場合に、位相０度、位相９０度、位相１８０度、および、位相２７０度の検出信号に基づき生成した前記第１画像を用いて第１測距値を生成する、請求項１１に記載の測距装置。
  13. 　前記第２測距値に基づき、前記パターン光の幾何学的な第２繰り返し周期を判定する第２周期判定部を、更に備える、請求項１２に記載の測距装置。
  14. 　前記第１距離生成部は、前記第２繰り返し周期に基づき、前記第１測距値を生成する、請求項１３に記載の測距装置。
  15. 　前記第１距離生成部は、前記飽和状態であると判定する場合に、前記第２繰り返し周期に基づき、前記第１測距値を生成する、請求項１４に記載の測距装置。
  16. 　明部と暗部の２種類の輝度を有するパターン光を照射する光源装置と、
    　前記パターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距装置と　
    　を備え、
    　前記測距装置は、
    　光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する測距センサと、
    　測距センサで受光された前記パターン光の位置に基づき、前記物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成部と、
    　前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成部と、
    　前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成部と、
    　を有する、測距システム。
  17. 　前記測距装置は、前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理部を、更に備える、請求項１６に記載の測距システム。
  18. 　前記第３測距値に基づき、距離画像を表示する表示装置を更に備える、請求項１７に記載の測距システム。
  19. 　光源装置から照射されたパターン光が物体で反射されて返ってきた反射光を用いる測距方法であって、
    　前記反射光に含まれるパターン光の位置に基づき、物体までの距離である第１測距値を生成する第１距離生成工程と、
    　前記パターン光が照射されてから前記反射光として受光されるまでの時間を位相差として生成する、位相生成工程と、
    　前記位相差と、前記第１測距値に基づく前記位相差の繰り返し周期と、に応じて前記物体までの距離である第２測距値を生成する第２距離生成工程と、
    　を備える測距方法。
  20. 　前記第１測距値、および前記第２測距値に基づき、第３測距値を生成する出力処理工程を、更に備える、請求項１９に記載の測距方法。
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