WO2025239237A1 - 測距装置および測距方法 - Google Patents

測距装置および測距方法

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WO2025239237A1
WO2025239237A1 PCT/JP2025/016576 JP2025016576W WO2025239237A1 WO 2025239237 A1 WO2025239237 A1 WO 2025239237A1 JP 2025016576 W JP2025016576 W JP 2025016576W WO 2025239237 A1 WO2025239237 A1 WO 2025239237A1
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WO
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mode
distance
light emission
exposure
light
Prior art date
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Pending
Application number
PCT/JP2025/016576
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English (en)
French (fr)
Inventor
清治 中村
良直 河合
哲郎 奥山
真由 小川
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Nuvoton Technology Corp Japan
Original Assignee
Nuvoton Technology Corp Japan
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Filing date
Publication date
Application filed by Nuvoton Technology Corp Japan filed Critical Nuvoton Technology Corp Japan
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    • 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
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—Three-dimensional [3D] imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a two-dimensional [2D] array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar

Definitions

  • This disclosure relates to a distance measuring device and a distance measuring method.
  • Range measuring devices that use the indirect ToF (Time of Flight) method are known.
  • a range finding device that uses the indirect ToF method includes, for example, a light emitting unit and a light receiving unit.
  • the light emitting unit emits light that is reflected by an object and is received by the light receiving unit, and the light receiving unit outputs a signal based on the reflected light to calculate the distance to the object.
  • Patent Document 1 expands the distance measurement range by capturing images with different light emission or exposure conditions between multiple frames.
  • Range measuring devices are required to not only have a wide ranging range, but also to measure distances with high accuracy.
  • This disclosure provides a distance measuring device that can expand the distance measurement range and measure distances with high accuracy.
  • a distance measuring device for measuring the distance to an object, and includes: a light emitting unit that emits light to the object; a light receiving unit having a plurality of pixels that generates a signal based on the light emitted by the light emitting unit and reflected by the object; a parameter calculation unit that calculates light emission exposure parameters that indicate the conditions for light emission by the light emitting unit and exposure by the plurality of pixels; a light emission exposure control unit that controls the light emission and the exposure based on the light emission exposure parameters calculated by the parameter calculation unit; and a data processing unit that generates a distance image that indicates the distance to the object based on the signals generated by each of the plurality of pixels through the exposure,
  • the light exposure control unit controls the light emission and the exposure by switching between a plurality of control modes, each having different light emission exposure parameters, on a frame-by-frame basis.
  • the plurality of control modes include a first mode and a second mode having a distance measurement range capable of measuring a longer distance than the first mode.
  • the parameter calculation unit calculates the light emission exposure parameters of the other of the first mode and the second mode so as to eliminate the unmeasurable distance range.
  • a distance measurement method is a distance measurement method using a distance measurement device that measures the distance to an object, the distance measurement device comprising: a light-emitting unit that emits light to the object; and a light-receiving unit having a plurality of pixels that generates a signal based on the light emitted by the light-emitting unit and reflected by the object; a parameter calculation step that calculates light-emission exposure parameters that indicate the conditions for light emission by the light-emitting unit and exposure by the plurality of pixels; a light-emission exposure control step that controls the light emission and the exposure based on the light-emission exposure parameters calculated in the parameter calculation step; and a data calculation step that generates a distance image that indicates the distance to the object based on the signals generated by each of the plurality of pixels through the exposure.
  • the method includes a data processing step, wherein the light emission and exposure control step controls the light emission and the exposure by switching between a plurality of control modes, each having different light emission exposure parameters, on a frame-by-frame basis, and the plurality of control modes includes a first mode and a second mode having a distance measurement range capable of measuring a longer distance than the first mode, and the parameter calculation step calculates the light emission exposure parameters for the other of the first mode and the second mode so as to eliminate the unmeasurable distance range when the light emission exposure parameters for one of the first mode and the second mode are changed, resulting in an unmeasurable distance range between the distance measurement range of the first mode and the distance measurement range of the second mode.
  • This disclosure makes it possible to expand the distance measurement range and perform distance measurements with high accuracy.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing an example of the configuration of a distance measuring device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a pixel array included in a solid-state imaging element of a light receiving section according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of light emission and exposure control by the light emission and exposure control unit in the pulse ToF method.
  • FIG. 4 is a diagram showing another example of the control of light emission and exposure by the light emission and exposure control unit in the pulse ToF method.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the measurable distance to an object and the reflectance of the object.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the final distance measurement range.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing an example of the configuration of a distance measuring device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a pixel array included in a solid-state imaging element of a light receiving section according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of the operation of the distance measuring device according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a distance measurement range during operation of the distance measuring device.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the relationship between the reflected light signal level and the distance to the target object.
  • FIG. 10 is a diagram showing another example of the distance measurement range during operation of the distance measuring device.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the control of light emission and exposure by the light emission and exposure control unit in the CWToF method.
  • FIG. 12 is a diagram showing yet another example of the distance measurement range during operation of the distance measuring device.
  • FIG. 13 is a functional block diagram showing an example of the configuration of a distance measuring device according to a modification of the embodiment.
  • distance measuring devices are required to not only widen the distance measurement range but also measure distances with high accuracy.
  • the inventors of the present application have discovered that in order to not only widen the distance measurement range but also measure distances with high accuracy in distance measuring devices, the following challenges arise.
  • the inventors of the present application focused on the unmeasurable distance ranges between the distance measurement ranges of the above-mentioned multiple modes, and came up with one aspect of the present disclosure.
  • ordinal numbers such as “first” and “second” do not refer to the number or order of components, etc., unless otherwise specified, but are used for the purpose of avoiding confusion and distinguishing between components of the same type.
  • Fig. 1 is a functional block diagram showing an example of the configuration of a distance measuring device 100 according to the embodiment.
  • Fig. 2 is a schematic diagram of a pixel array of a solid-state image sensor 21 of a light receiving unit 20 according to the embodiment.
  • the distance measuring device 100 includes a light emitting unit 10, a light receiving unit 20, a parameter calculation unit 30, a light emission exposure control unit 40, and a data processing unit 50.
  • Range measuring device 100 is a distance measuring device that measures the distance to an object using the indirect ToF method. Range measuring device 100 measures the distance to the object and generates a distance image that indicates the distance to the object.
  • the distance image generated by the distance measuring device 100 is output to a 3D application processing unit 210 of an ECU (Electronic Control Unit) 200.
  • the ECU 200 is, for example, an ECU for central control of the equipment in which the distance measuring device 100 is installed, and controls the equipment.
  • the 3D application processing unit 210 is realized by software as part of the ECU's functions, and performs processing using the distance image output from the distance measuring device 100.
  • the 3D application processing unit 210 performs, for example, object detection and image authentication based on the distance image.
  • Some of the components included in the ECU 200, such as the 3D application processing unit 210, may be included in the distance measuring device 100.
  • the light-emitting unit 10 is a light source that emits light toward an object.
  • the light-emitting unit 10 emits pulsed light or modulated light whose intensity is modulated at a predetermined frequency, for example, in accordance with an emission control signal input from the light-emitting exposure control unit 40.
  • the light-emitting unit 10 includes a light-emitting element, such as a light-emitting diode or laser element that emits infrared light (IR), and an optical system that receives light from the light-emitting element and controls the distribution of light from the light-emitting element.
  • the light-emitting unit 10 may be capable of adjusting the intensity of the light it emits. Methods for adjusting the intensity of light emitted by the light-emitting unit 10 include, for example, changing the number of light-emitting elements that are turned on and/or the voltage input to the light-emitting elements.
  • the light receiving unit 20 receives light that is emitted by the light emitting unit 10 and reflected by an object.
  • the light receiving unit 20 includes a solid-state image sensor 21 that generates a signal based on the received reflected light.
  • the light receiving unit 20 may further include an optical system that guides the reflected light to the solid-state image sensor 21 and a bandpass filter that transmits light of a predetermined wavelength.
  • the solid-state imaging element 21 is, for example, a CCD (Charge Coupled Device) sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor. As shown in FIG. 2, the solid-state imaging element 21 has a pixel array made up of multiple pixels 22 arranged two-dimensionally. For the sake of explanation, FIG. 2 shows a configuration of 4 pixels horizontally and 4 pixels vertically, for a total of 16 pixels, but the number of pixels 22 that the solid-state imaging element 21 has is not particularly limited. The multiple pixels 22 have, for example, the same configuration as each other.
  • Each of the multiple pixels 22 receives incident light and generates a signal based on the received incident light. More specifically, each of the multiple pixels 22 converts the incident light into a signal charge and generates a signal based on the converted signal charge.
  • the multiple pixels 22 receive, as incident light, light emitted by the light-emitting unit 10 and reflected by an object.
  • Each of the multiple pixels 22 includes at least one photoelectric conversion element that receives the reflected light and converts it into an electric charge. For example, a photodiode or the like is used as the photoelectric conversion element.
  • Each of the multiple pixels 22 outputs a signal based on the charge obtained by exposure in accordance with the exposure control signal input from the light emission exposure control unit 40.
  • Each of the multiple pixels 22 is exposed at different times based on the light emission by the light emitting unit 10, and outputs a signal for each exposure.
  • the solid-state imaging element 21 transfers, for example, for each pixel 22, the charge obtained by exposure in accordance with the exposure control signal to a vertical transfer path or charge storage unit, and reads out a signal based on the charge obtained by exposure.
  • the charge obtained by exposure at multiple different times based on the light emission by the light-emitting unit 10 is read out as individual signals.
  • AD Analog to Digital
  • the parameter calculation unit 30 calculates light emission exposure parameters that indicate the conditions for light emission by the light emission unit 10 and exposure by the multiple pixels 22.
  • the light emission exposure parameters calculated by the parameter calculation unit 30 include at least one of the number of light emissions and exposures, the pulse width of the light emission and exposure, the timing of exposure relative to the light emission, the frequency of the light emission and exposure, the exposure time, the number of light-emitting elements turned on during light emission, and the input voltage to the light-emitting elements during light emission.
  • the parameter calculation unit 30 outputs the calculated light emission exposure parameters to the light emission exposure control unit 40.
  • the light emission exposure control unit 40 controls the light emission by the light emitting unit 10 and the exposure by the multiple pixels 22 based on the light emission exposure parameters output from the parameter calculation unit 30.
  • the light emission exposure control unit 40 outputs a light emission control signal to the light emitting unit 10 that drives the light emitting unit 10 under the light emission conditions indicated by the light emission exposure parameters output from the parameter calculation unit 30.
  • the light emission exposure control unit 40 also outputs an exposure control signal to the light receiving unit 20 that drives the multiple pixels 22 under the exposure conditions indicated by the light emission exposure parameters output from the parameter calculation unit 30.
  • the light emission exposure control unit 40 controls the light emission by the light emission unit 10 and the exposure by the multiple pixels 22 by switching between multiple control modes with different light emission exposure parameters on a frame-by-frame basis, which are multiple control modes for measuring the distance to the object.
  • a frame is a period during which the multiple pixels 22 output signals capable of generating one image.
  • the light emission exposure parameters for each control mode are output from the parameter calculation unit 30 to the light emission exposure control unit 40.
  • Each of the multiple control modes has a different ranging range.
  • the multiple control modes include a first mode and a second mode that has a ranging range that can measure longer distances than the first mode.
  • the multiple control modes consist of two control modes, the first mode and the second mode.
  • the multiple control modes may also include one or more other control modes that have a ranging range different from the first mode and the second mode.
  • the data processing unit 50 generates a distance image indicating the distance to the object based on the signals generated by each of the multiple pixels 22 due to exposure.
  • the data processing unit 50 may further generate a luminance image indicating the luminance of light reflected from the object based on the signals generated by each of the multiple pixels 22 due to exposure.
  • the data processing unit 50 generates a distance image and a luminance image for each control mode of the light emission exposure control unit 40, for example.
  • the data processing unit 50 outputs the generated distance image and luminance image to the parameter calculation unit 30 and the 3D application processing unit 210.
  • the data processing unit 50 may also perform processing to combine multiple distance images generated corresponding to multiple control modes.
  • the parameter calculation unit 30, light emission exposure control unit 40, and data processing unit 50 are processing circuits realized, for example, by a memory that stores programs and a processor that executes the programs. Although they are separate functional blocks, all or part of the parameter calculation unit 30, light emission exposure control unit 40, and data processing unit 50 may be configured using the same memory and processor. Furthermore, at least one of the parameter calculation unit 30, light emission exposure control unit 40, and data processing unit 50 may be a dedicated logic circuit that performs predetermined processing. Details of the processing by the parameter calculation unit 30, light emission exposure control unit 40, and data processing unit 50 will be described later.
  • the pulse ToF method is an indirect ToF method in which the light emitting unit 10 emits pulsed light with a predetermined pulse width to measure the distance to the object.
  • the distance to the object is measured based on the time difference between the time when the light emitting unit 10 emits pulsed light and the time when the light receiving unit 20 receives the pulsed light reflected by the object.
  • Figure 3 is a diagram showing an example of light emission and exposure control by the light emission exposure control unit 40 in the pulse ToF method.
  • Figure 3 shows an example of the timing of the reflected light from an object of the pulsed light emitted by the light emission unit 10, along with the light emission pulse indicating the timing of light emission by the light emission unit 10 and the exposure pulse indicating the timing of exposure by the pixel 22.
  • the light emission exposure control unit 40 causes the light emitting unit 10 to emit light using a light emission pulse included in the light emission control signal, and exposes the multiple pixels 22 using exposure pulses A0 to A3.
  • the light emission pulse is a control pulse that instructs the light emitting unit 10 to emit pulsed light, and in the example shown in FIG. 3, the light emitting unit 10 is caused to emit pulsed light during the high level period. In other words, the high level period of the light emission pulse is the light emission period.
  • the exposure pulses A0 to A3 are control pulses that instruct the pixels 22 to be exposed, and in the example shown in FIG. 3, the pixels 22 are exposed during the low level period. In other words, the low level period of the exposure pulses A0 to A3 is the exposure period. Note that there are no particular limitations on the form of the control signals for controlling the light emitting unit 10 and the multiple pixels 22, as long as the light emission period of the light emitting unit 10 and the exposure period of the pixels 22 can be specified.
  • the light emission exposure control unit 40 outputs a light emission pulse with a pulse width T.
  • the light emission exposure control unit 40 also outputs exposure pulses A0 to A3 with a pulse width T based on the timing of the light emission pulse.
  • the exposure pulses A0 to A3 do not overlap with one another and have different start times based on the light emission pulse.
  • Exposure using the exposure pulses A0 and A1 is exposure for the pixel 22 to generate a signal based on reflected light.
  • the exposure pulse A0 starts simultaneously with the start of the light emission pulse.
  • the exposure pulse A1 starts with a delay of pulse width T from the start of the exposure pulse A0.
  • Exposure using the exposure pulses A2 and A3 is exposure for the pixel 22 to generate a signal based on background light. In other words, exposure using the exposure pulses A2 and A3 is performed at a timing when reflected light is not incident on the pixel 22. Note that exposure using the exposure pulses A2 and A3 is not essential, and exposure using the exposure pulses A2 and A3 may not be performed in environments with little background light, for example.
  • the pixel 22, for example, has multiple charge storage sections, and the charge generated by each exposure with exposure pulses A0 to A3 is allocated and stored in different charge storage sections. Then, multiple signals corresponding to the amount of charge stored in each of the multiple charge storage sections are read out.
  • the number of exposure pulses A0 to A3 is the same as the number of charge storage sections in the pixel 22. Note that the number of charge storage sections in the pixel 22 may be fewer than the number of exposure pulses A0 to A3.
  • signals based on the exposure pulses A0 to A3 may be generated using two or more pixels 22, or a frame may be divided into multiple subframes and exposure pulses A0 to A3 may be output in the multiple subframes.
  • the distance to the object can be calculated from the delay time between the emission of pulsed light and the reflected light being reflected by the object and returning.
  • the delay time can be calculated from the ratio of the signals generated by exposure using exposure pulses A0 and A1. Therefore, when exposure is performed at the timing shown in Figure 3, the distance value (Depth) indicating the distance to the object can be calculated using the following formula (1).
  • T is the pulse width T mentioned above, and c is the speed of light.
  • S0 is the value obtained by subtracting the signal generated by exposure with exposure pulse A2 from the signal generated by exposure with exposure pulse A0.
  • S1 is the value obtained by subtracting the signal generated by exposure with exposure pulse A3 from the signal generated by exposure with exposure pulse A1.
  • distance values can be calculated if reception of reflected light can begin during the exposure pulse A0 period, so the width of the distance measurement range depends on the pulse width T, and is specifically T ⁇ c/2. Furthermore, in the example shown in Figure 3, the exposure pulse A0 begins at the same time as the start of the light emission pulse, so the distance measurement range is from 0 to T ⁇ c/2. For example, if the pulse width T is 8 ns, the distance measurement range is approximately 0 m to 1.2 m.
  • the exposure timing is based on the emission of one pulse of light, but in reality, within a frame, the light emission pulse and exposure pulses A0 to A3 shown in Figure 3 are repeatedly output from the light emission exposure control unit 40, and signals based on multiple light emissions and exposures are read out from the pixels 22. Therefore, the signal level of the signal generated by the pixels 22 can be adjusted depending on the number of light emissions and exposures.
  • the distance measurement range can be shifted by changing the timing of exposure relative to the emission of pulsed light.
  • Figure 4 shows another example of the control of light emission and exposure by the light emission exposure control unit 40 in the pulse ToF method.
  • FIG. 4 shows an example in which exposure pulses A0 and A1 start a time P later than the example shown in FIG. 3. Therefore, in the example shown in FIG. 4, exposure pulse A0 starts a time P later than the start of the light emission pulse.
  • the distance value (Depth) indicating the distance to the object is calculated using the following equation (2).
  • Equation (2) is the equation obtained by adding P ⁇ c/2 to the right-hand side of equation (1) above, where P is the time P mentioned above.
  • the width of the ranging range is T ⁇ c/2, but the ranging range is shifted by P ⁇ c/2 toward the long distance side from the example shown in Figure 3, from P ⁇ c/2 to P ⁇ c/2 + T ⁇ c/2.
  • the ranging range is approximately 0.1 m to 1.3 m. In this way, with the pulse ToF method, the ranging range can be changed by changing the pulse width T and the timing of exposure relative to the emission of pulsed light.
  • the distance measurement range which is determined by the pulse width T and the timing of exposure, but the distance measurement range is also limited by the amount of reflected light received by pixel 22 during the exposure period (the signal level of the signal generated by pixel 22 based on the reflected light).
  • the distance value is calculated as described above, if the amount of reflected light received is low, the signal based on the reflected light will be buried in noise and distance measurement will not be possible. Furthermore, if the amount of reflected light received is high, the signal based on the reflected light will reach a saturated signal level, and the correct distance value will not be calculated, making distance measurement impossible.
  • the amount of reflected light received by the pixel 22 is determined by the distance to the object and the reflectivity of the object. Specifically, the amount of reflected light received by the pixel 22 is inversely proportional to the square of the distance to the object and proportional to the reflectivity of the object.
  • Figure 5 is a diagram for explaining the relationship between the measurable distance to an object and the reflectivity of the object. Figure 5 shows the relationship between the measurable distance to an object and the reflectivity of the object under certain light emission and exposure conditions. If the light emission and exposure conditions change, the measurable distance to the object also changes.
  • Area (a) in Figure 5 indicates the range of distances to the object where distance measurement becomes impossible even if pixel 22 receives reflected light during the exposure period because the signal based on the reflected light reaches a saturated signal level. Area (a) in Figure 5 expands as the reflectivity of the object increases, because the amount of reflected light received by pixel 22 increases.
  • Area (b) in Figure 5 indicates the range of distances to objects where distance measurement is impossible even if pixel 22 receives reflected light during the exposure period because the signal based on the reflected light is buried in noise, making distance measurement impossible.
  • Area (b) in Figure 5 widens as the reflectivity of the object decreases, because the amount of reflected light received by pixel 22 decreases.
  • Area (c) in Figure 5 indicates the range of distances to an object that can be measured by pixel 22 receiving reflected light during the exposure period. Therefore, the boundary between areas (a) and (c) in Figure 5 is the short-distance limit (lower limit of the measurement range) of distance measurement due to signal level saturation. Furthermore, the boundary between areas (b) and (c) in Figure 5 is the long-distance limit (upper limit of the measurement range) of distance measurement due to the signal being buried in noise. Therefore, the measurement range determined by the amount of reflected light received by pixel 22 is the range between these two boundary lines. As can be seen from Figure 5, the measurement range determined by the amount of reflected light received by pixel 22 depends on the reflectivity of the object. Note that although the boundary between areas (b) and (c) in Figure 5 ends at a distance of approximately 0.15 m, in reality, it extends toward the origin of the graph.
  • the final distance measurement range is a range where the distance measurement range determined by the pulse width T and exposure timing described using Figures 3 and 4 overlaps with the distance measurement range determined by the amount of reflected light received by the pixels 22 described using Figure 5.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the final distance measurement range.
  • the area between the two solid lines is the distance measurement range determined by the amount of reflected light received by pixel 22, as explained using FIG. 5, and the area between the two dashed dotted lines is the distance measurement range determined by the pulse width T and exposure timing, as explained using FIG. 4. Therefore, in FIG. 6, the final distance measurement range is indicated by the patterned area.
  • distance measurement range refers to the final distance measurement range described above, unless otherwise specified.
  • the distance measurement method using the distance measuring device 100 generally includes a parameter calculation step of calculating light emission exposure parameters that indicate the conditions for light emission by the light emitting unit 10 and exposure by the multiple pixels 22; a light emission exposure control step of controlling light emission by the light emitting unit 10 and exposure by the multiple pixels 22 based on the light emission exposure parameters calculated in the parameter calculation step; and a data processing step of generating a distance image that indicates the distance to the object based on signals generated by each of the multiple pixels 22 through exposure.
  • the parameter calculation step is performed by the parameter calculation unit 30
  • the light emission exposure control step is performed by the light emission exposure control unit 40
  • the data processing step is performed by the data processing unit 50.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of the operation of the distance measuring device 100 according to the embodiment.
  • the light emission exposure control unit 40 switches between a first mode and a second mode, which have different light emission exposure parameters, on a frame-by-frame basis to control the light emission by the light emitting unit 10 and the exposure by the multiple pixels 22.
  • the second mode has a distance measurement range that can measure longer distances than the first mode.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the distance measurement range when the distance measuring device 100 is operating.
  • the patterned area indicates the distance measurement range.
  • the distance measurement range shown in FIG. 8 is the range of distances that can be measured when the reflectance of the object is within a predetermined range.
  • the predetermined range is the range of reflectance of the object to be measured, which in the example shown in FIG. 8 is 10% to 90%.
  • the two solid lines are the two boundary lines described in FIG. 5 for the first mode.
  • the two dashed lines are the two boundary lines described in FIG. 5 for the second mode. The same applies to FIGS. 10 and 12, which will be described later.
  • the parameter calculation unit 30 outputs the initial light emission exposure parameters for the first and second modes to the light emission exposure control unit 40 (step S11).
  • the light emission exposure parameters output by the parameter calculation unit 30 include, for example, the number of light emissions and exposures, the pulse widths of the light emission pulses and exposure pulses, and the exposure timing based on the emission of pulsed light.
  • the initial light emission exposure parameters are stored, for example, in a memory (not shown), and the parameter calculation unit 30 reads the initial light emission exposure parameters from the memory and outputs them to the light emission exposure control unit 40.
  • the light emission exposure control unit 40 controls the light emission by the light emission unit 10 and the exposure by the multiple pixels 22 based on the light emission exposure parameters for the first and second modes output by the parameter calculation unit 30 (step S12). For example, in the first frame, the light emission exposure control unit 40 controls the light emission by the light emission unit 10 and the exposure by the multiple pixels 22 based on the light emission exposure parameters for the first mode, and in the next frame, controls the light emission by the light emission unit 10 and the exposure by the multiple pixels 22 based on the light emission exposure parameters for the second mode.
  • the first mode is performed first, but either the control in the first mode or the control in the second mode can be performed first.
  • step S11 may be omitted.
  • the light emission exposure control unit 40 may read the initial light emission exposure parameters from memory and use them for control, or may use the light emission exposure parameters at the end of the previous operation for control.
  • FIG. 8 shows the distance measurement ranges in the first and second modes with the initial light emission exposure parameters.
  • the distance measurement range R1 in the first mode and the distance measurement range R2 in the second mode partially overlap (the area with the highest dot density). Furthermore, if the reflectance of the object is within a specified range (10% to 90% in Figure 8), there is no distance range that cannot be measured between the distance measurement range R1 in the first mode and the distance measurement range R2 in the second mode.
  • the data processing unit 50 generates a distance image indicating the distance to the object and a luminance image indicating the luminance of light reflected from the object in each of the first and second modes based on signals generated by the multiple pixels 22 through light emission by the light-emitting unit 10 and exposure by the multiple pixels 22 (step S13).
  • the data processing unit 50 generates the distance image by calculating the distance value to the object using, for example, equation (1) or equation (2) above.
  • the data processing unit 50 also generates the luminance image by, for example, calculating S0 + S1 as the luminance value.
  • the generation of the distance image and luminance image in the first mode and the subsequent processing described below may be performed in parallel with the control of light emission by the light-emitting unit 10 and exposure by the multiple pixels 22 in the second mode.
  • the generation of the distance image and luminance image in the second mode may also be performed in parallel with the subsequent processing described below.
  • the parameter calculation unit 30 changes the first mode light emission exposure parameters based on the first mode luminance image (step S14).
  • the changed light emission exposure parameters are output to the light emission exposure control unit 40.
  • the parameter calculation unit 30 changes the parameters related to the amount of light emission in the first mode light emission exposure parameters, for example, when the first mode luminance image indicates that there is a high possibility that there are pixels 22 for which the distance to the object cannot be measured due to the amount of reflected light received.
  • the parameter calculation unit 30 changes the first mode light emission exposure parameters to reduce the number of pulsed light emissions, since there is a high possibility that there are pixels 22 for which the signal based on reflected light reaches a saturated signal level. At this time, the parameter calculation unit 30 also changes the number of exposures to reduce corresponding to the number of pulsed light emissions.
  • the parameter related to the amount of light emission that is changed is not limited to the number of pulsed light emissions.
  • At least one of the pulse width of the pulsed light and the intensity of the pulsed light may be changed as a parameter related to the amount of light emitted, in addition to or instead of the number of times the pulsed light is emitted.
  • the light emission exposure parameters for the first mode are dynamically changed, reducing the number of cases in which distance measurement is impossible and improving the accuracy of distance measurement.
  • the change in the first mode emission exposure parameters does not necessarily have to be based on the first mode luminance image.
  • the parameter calculation unit 30 may change the first mode emission exposure parameters based on at least one of the first mode luminance image, the first mode distance image, the second mode luminance image, and the second mode distance image.
  • the parameter calculation unit 30 may change the first mode emission exposure parameters based on a signal that is input from outside and instructs the parameter calculation unit 30 to change the first mode emission exposure parameters.
  • a signal that instructs the parameter calculation unit 30 to change the first mode emission exposure parameters may be input from the 3D application processing unit 210 to the parameter calculation unit 30.
  • the parameter calculation unit 30 may change emission exposure parameters other than parameters related to the amount of emission.
  • step S14 there may be cases where the first mode light emission exposure parameters are not changed in step S14. In this case, the first mode light emission exposure parameters are not changed, and processing is performed again from step S12.
  • the parameter calculation unit 30 determines whether a distance range that cannot be measured exists between the distance measurement range in the first mode and the distance measurement range in the second mode due to the change in the light emission exposure parameters in the first mode (step S15).
  • (b) of Figure 8 shows the distance measurement ranges in the first and second modes when the number of pulsed light emissions in the first mode light emission exposure parameters is reduced.
  • reducing the number of pulsed light emissions reduces the lower limit of the distance measurement range R1 in the first mode, making it possible to measure objects with reflectances and distances marked with stars that could not be measured in (a) of Figure 8.
  • reducing the number of pulsed light emissions also reduces the upper limit of the distance measurement range R1 in the first mode, resulting in a distance range R0 between the distance measurement range R1 in the first mode and the distance measurement range R2 in the second mode, in which the distance to the object cannot be measured.
  • the lower limit of the distance measurement range R2 in the second mode is greater than the upper limit of the distance measurement range R1 in the first mode.
  • changing the light emission exposure parameters in the first mode can result in a distance range R0 in which measurement is not possible.
  • the non-measurable distance range R0 is between the first mode measurement range R1 and the second mode measurement range R2, which causes the continuity of the distance values to be lost, resulting in reduced distance measurement accuracy.
  • step S15 processing is repeated from step S12.
  • step S15 the parameter calculation unit 30 calculates the light emission exposure parameters for the second mode so as to eliminate the unmeasurable distance range.
  • the parameter calculation unit 30 calculates the light emission exposure parameters for the second mode so as to eliminate the unmeasurable distance range between the distance measurement ranges of the first mode and the second mode when the reflectance of the subject is within a predetermined range.
  • the parameter calculation unit 30 calculates the exposure timing based on the emission of pulsed light and shifts the exposure timing so that the lower limit of the distance measurement range in the second mode is equal to or lower than the upper limit of the distance measurement range in the first mode.
  • the calculated light emission exposure parameters are output to the light emission exposure control unit 40, and the processing from step S12 is repeated.
  • the distance measurement device 100 performs the operations shown in FIG. 7 until it receives an instruction to stop operation.
  • (c) of Figure 8 shows the distance measurement ranges in the first and second modes when the light emission exposure parameters for the second mode are calculated so as to eliminate any distance ranges that cannot be measured.
  • the distance measurement range R2 in the second mode also shifts, eliminating any distance range R0 that cannot be measured. Therefore, even if the light emission exposure parameters for the first mode are changed, the distance measurement device 100 can measure the distance seamlessly from the lower limit of the distance measurement range R1 in the first mode to the upper limit of the distance measurement range R2 in the second mode.
  • the parameter calculation unit 30 may calculate the light emission exposure parameters for the second mode so that the distance measurement range of the second mode follows changes in the distance measurement range of the first mode.
  • the parameter calculation unit 30 calculates the second mode light emission exposure parameters.
  • the parameter calculation unit 30 calculates the second mode light emission exposure parameters when, as described above, the first mode light emission exposure parameters are changed in step S14 to reduce the number of pulsed light emissions.
  • the relationship between the signal level of the signal generated based on the total reflected light received by the pixel 22 (hereinafter also referred to as the "reflected light signal level”) and the distance to the object is used.
  • the reflected light signal level indicates the amount of reflected light received by the pixel 22.
  • Figure 9 is a diagram showing an example of the relationship between the reflected light signal level and the distance to the object.
  • Figure 9 shows the relationship between the reflected light signal level and the distance to the object under conditions where the number of pulsed light emissions is different when the reflectance of the object is at the lower limit of the above-mentioned specified range.
  • the solid line graph in Figure 9 shows the relationship between the reflected light signal level and the distance to the object before reducing the number of pulsed light emissions in the first mode of light emission exposure parameters
  • the dashed line graph in Figure 9 shows the relationship between the reflected light signal level and the distance to the object after reducing the number of pulsed light emissions in the first mode of light emission exposure parameters.
  • IR_TARGET shown in Figure 9 is the lowest reflected light signal level at which distance measurement is possible; below IR_TARGET, distance measurement is not possible due to being buried in noise.
  • DIST1 shown in Figure 9 is the distance to the subject at which the reflected light signal level becomes IR_TARGET before reducing the number of pulsed light emissions in the first mode light emission exposure parameters.
  • DIST1 is the upper limit of the distance measurement range in the first mode when the reflectance of the subject is at the lower limit of the above-mentioned specified range before reducing the number of pulsed light emissions in the first mode light emission exposure parameters.
  • DIST2 shown in Figure 9 is the distance to the subject at which the reflected light signal level becomes IR_TARGET after reducing the number of pulsed light emissions in the first mode light emission exposure parameters.
  • DIST2 is the upper limit of the distance measurement range in the first mode when the reflectance of the subject is at the lower limit of the above-mentioned specified range after reducing the number of pulsed light emissions in the first mode light emission exposure parameters.
  • the reflected light signal level y is inversely proportional to the square of the distance x to the object.
  • the constant K of the inverse proportionality is k1 or k2.
  • the constant K is proportional to the number of pulsed light emissions (i.e., the amount of light emitted by the light-emitting unit 10 per frame).
  • the constant K is also proportional to the reflectance of the object.
  • the parameter calculation unit 30 can calculate DIST2, which is the upper limit of the distance measurement range in the first mode when the target reflectance is at the lower limit of the predetermined range, using the number of pulsed light emissions, etc.
  • the parameter calculation unit 30 calculates P so that P ⁇ c/2 in equation (2) is equal to or smaller than DIST2, thereby calculating the light emission exposure parameters for the second mode so as to eliminate any unmeasurable distance range between the distance measurement ranges of the first mode and the second mode.
  • the parameter calculation unit 30 may store a table that corresponds the number of times pulsed light is emitted with the calculation results, and perform calculations using the table. Furthermore, the calculation results may be corrected depending on the temperature of the light-emitting unit 10 or the solid-state imaging element 21.
  • the parameter calculation unit 30 holds the following parameter values: These values are determined in advance by the user using the distance measuring device 100, and are input to the parameter calculation unit 30, for example.
  • DIST_STD Distance to the reference object [mm]
  • REF_STD Reflectance of the reference object [%]
  • EXP_DFLT Number of pulsed light emissions as a reference [times]
  • IR_STD Reflected light signal level [LSB] when the number of pulsed light emissions is EXP_DFLT, the distance to the target is DIST_STD, and the reflectance of the target is REF_STD.
  • REF_MIN The minimum reflectance of the object to be measured [%]
  • IR_TARGET Minimum reflected light signal level that can be measured [LSB]
  • ALPHA_NEW the number of times the pulsed light in the first mode is emitted after being changed in step S14.
  • IR_NEW the calculated value [LSB] of the reflected light signal level when the number of times the pulsed light is emitted is ALPHA_NEW, the distance to the object is DIST_STD, and the reflectance of the object is REF_STD. Let's say.
  • the parameter calculation unit 30 changes the light emission exposure parameters for the first mode in step S14, but this is not limited to this.
  • the parameter calculation unit 30 may change the light emission exposure parameters for the second mode. For example, in step S14, if the brightness value of the pixel in the central region of the first mode brightness image is below a threshold, the parameter calculation unit 30 determines that an object is unlikely to exist within the first mode's distance measurement range on the short distance side. Therefore, in order to measure the longer distance side, the parameter calculation unit 30 changes the exposure timing based on the emission of pulsed light in the second mode light emission exposure parameters to delay it.
  • the parameter calculation unit 30 calculates the light emission exposure parameters for the first mode so as to eliminate any distance range that cannot be measured.
  • the parameter calculation unit 30, for example, calculates the number of times pulsed light is emitted, and increases the upper limit of the distance measurement range in the first mode so that the upper limit of the distance measurement range in the first mode is equal to or greater than the lower limit of the distance measurement range in the second mode.
  • Figure 10 is a diagram showing another example of the distance measurement range during operation of the distance measuring device 100.
  • Figure 10(a) shows the distance measurement ranges in the first and second modes with the initial light emission exposure parameters.
  • Figure 10(b) shows the distance measurement ranges in the first and second modes when the exposure timing based on the emission of pulsed light in the second mode light emission exposure parameters is delayed.
  • Figure 10(c) shows the distance measurement ranges in the first and second modes when the light emission exposure parameters for the first mode are calculated so as to eliminate any distance ranges that cannot be measured.
  • the light emission exposure control unit 40 switches between the first mode and the second mode, which has a distance measurement range capable of measuring longer distances than the first mode, on a frame-by-frame basis, to control the light emission by the light emission unit 10 and the exposure by the multiple pixels 22. Furthermore, if a distance range that cannot be measured arises between the distance measurement range of the first mode and the distance measurement range of the second mode due to a change in the light emission exposure parameters of one of the first mode and the second mode, the parameter calculation unit 30 calculates the light emission exposure parameters of the other of the first mode and the second mode so as to eliminate the distance range that cannot be measured.
  • the light emission and exposure control unit 40 controls light emission and exposure in the first mode and the second mode, which have different distance measurement ranges, allowing for a wider distance measurement range. Furthermore, if an unmeasurable distance range occurs between the distance measurement range of the first mode and the distance measurement range of the second mode, the accuracy of distance measurement will decrease, but the parameter calculation unit 30 calculates the light emission and exposure parameters for the other of the first mode and the second mode so as to eliminate the unmeasurable distance range. Therefore, the unmeasurable distance range between the distance measurement range of the first mode and the distance measurement range of the second mode is eliminated, thereby improving distance measurement accuracy. Therefore, the distance measurement device 100 can widen the distance measurement range and perform distance measurement with high accuracy.
  • the distance measuring device 100 measures the distance to the target using the pulse ToF method.
  • the distance measuring device 100 may measure the distance using a ToF method other than the pulse ToF method.
  • the distance measuring device 100 may measure the distance to the target using a CW (Continuous Wave) ToF method.
  • the CW ToF method is an indirect ToF method in which the light emitting unit 10 continuously emits modulated light whose intensity is modulated at a predetermined period to measure the distance to the target.
  • the distance to the target is measured based on the phase difference between the modulated light emitted by the light emitting unit 10 and the reflected light of the modulated light from the target that is received by the light receiving unit 20.
  • Figure 11 is a diagram showing an example of light emission and exposure control by the light emission exposure control unit 40 in the CWToF method.
  • Figure 11 shows an example of the timing of the reflected light from an object of the pulsed light emitted by the light emitter 10, along with light emission pulses indicating the timing of light emission by the light emitter 10 and exposure pulses indicating the timing of exposure by the pixels 22.
  • the light emission exposure control unit 40 continuously outputs light emission pulses at a period 1/f (i.e., frequency f). This causes modulated light whose intensity is modulated at frequency f to be emitted from the light emission unit 10.
  • the light emission pulse is a rectangular wave, but it may be other waveforms such as a sine wave or a triangular wave.
  • the light emission exposure control unit 40 outputs exposure pulses C0, C180, C90, and C270 with a phase based on the light emission pulse.
  • the exposure pulses C0, C180, C90, and C270 are control pulses that are continuously output at the same frequency f as the light emission pulse. In the example shown in FIG.
  • the pulse widths of the light emission pulse and exposure pulses C0, C180, C90, and C270 are equal to half the period 1/f of the light emission pulse.
  • the exposure pulses C0, C180, C90, and C270 have different phase differences from the light emission pulse. Specifically, the exposure pulse C0 has a phase difference of 0° with the light emission pulse.
  • the exposure pulse C90 has a phase difference of 90° with the light emission pulse.
  • the exposure pulse C180 has a phase difference of 180° with the light emission pulse.
  • the exposure pulse C270 has a phase difference of 270° with the light emission pulse.
  • the light emission exposure control unit 40 divides the exposure pulses C0, C180 and the exposure pulses C90, C270 into two subframes and outputs them to one pixel 22 at a time, or divides them into two pixels 22 and outputs them at a time.
  • the exposure pulses C0, C180, C90, and C270 continue for a predetermined exposure time, and signals based on charges generated in the pixels 22 by the exposure pulses C0, C180, C90, and C270 during the exposure time are read out.
  • the light emission pulses may be output for a time corresponding to the exposure time, or may be continuously output during operation of the distance measuring device 100. As long as the distance to the object can be calculated using the CWTof method, there are no particular restrictions on the type and number of exposure pulses.
  • the distance to an object can be calculated based on the phase delay of reflected light relative to modulated light. Specifically, the distance value (Depth) indicating the distance to the object is calculated using the following equation (3):
  • C0, C180, C90, and C270 are the signal values of the signals generated by pixel 22 in response to exposure pulses C0, C180, C90, and C270, respectively.
  • the ranging range depends on the frequency f, specifically, from 0 to c/f. As with the pulse ToF method, the CWToF method is also limited by the amount of reflected light received by the pixel 22 (the signal level of the signal generated by the pixel 22 based on the reflected light). Therefore, in the CWToF method, the final ranging range is the overlapping range of the ranging range determined by the frequency f of the light emission pulse and the ranging range determined by the amount of reflected light received by the pixel 22.
  • FIG. 12 is a diagram showing yet another example of the ranging range when the ranging device 100 is operating.
  • FIG. 12 shows an example of the ranging range when the ranging device 100 is operating using the CWToF method.
  • the initial light emission exposure parameters output by the parameter calculation unit 30 in step S11 include, for example, the frequencies of the light emission pulse and exposure pulse, and the exposure time.
  • FIG. 12 shows the distance measurement ranges of the first and second modes with the initial light emission exposure parameters.
  • the first and second modes have the same frequencies of light emission pulses and exposure pulses, but different exposure times. Specifically, the exposure time of the second mode is longer than the exposure time of the first mode. This makes it possible to measure a longer distance in the distance measurement range R2 of the second mode than in the distance measurement range R1 of the first mode. Note that the frequencies of the light emission pulses and exposure pulses may be different between the first and second modes.
  • the data processing unit 50 In the CWToF method, in step S13, the data processing unit 50 generates a distance image by calculating the distance value to the object using, for example, the above-mentioned equation (3). The data processing unit 50 also generates a luminance image by calculating, for example, C0 + C180 or C90 + C270 as the luminance value.
  • the exposure time in the first mode light emission exposure parameters is changed.
  • the parameter calculation unit 30 changes the exposure time in the first mode light emission exposure parameters to be shorter, for example, if the first mode luminance image indicates that there is a high possibility that there are pixels 22 for which the distance to the object cannot be measured due to the amount of reflected light received.
  • (b) of Figure 12 shows the distance measurement ranges in the first and second modes when the exposure time in the light emission exposure parameters of the first mode is shortened.
  • shortening the exposure time reduces the lower limit of the distance measurement range R1 in the first mode, making it possible to measure objects with reflectances and distances marked with stars that could not be measured in (a) of Figure 12.
  • shortening the exposure time also reduces the upper limit of the distance measurement range R1 in the first mode, resulting in a distance range R0 between the distance measurement range R1 in the first mode and the distance measurement range R2 in the second mode, in which the distance to the object cannot be measured.
  • step S16 the parameter calculation unit 30 calculates the exposure time so that the lower limit of the ranging range in the second mode is equal to or lower than the upper limit of the ranging range in the first mode, thereby reducing the lower limit of the ranging range in the second mode.
  • the reflected light signal level at saturation is used as the IR_TARGET.
  • (c) of Figure 12 shows the distance measurement ranges in the first and second modes when the light emission exposure parameters for the second mode are calculated so as to eliminate any distance ranges that cannot be measured.
  • the lower limit of the distance measurement range R2 in the second mode becomes smaller, eliminating the distance range R0 that cannot be measured. Therefore, even if the light emission exposure parameters for the first mode are changed, the distance measurement device 100 can measure the distance seamlessly from the lower limit of the distance measurement range R1 in the first mode to the upper limit of the distance measurement range R2 in the second mode.
  • the parameter calculation unit 30 may also calculate the emission exposure parameters for the first mode if a distance range that cannot be measured occurs due to a change in the emission exposure parameters for the second mode.
  • FIG. 13 is a functional block diagram showing an example of the configuration of a distance measuring device 100A according to a modified embodiment.
  • distance measuring device 100A differs from distance measuring device 100 according to the embodiment mainly in that it has a parameter calculation unit 30A instead of parameter calculation unit 30. Furthermore, in distance measuring device 100A, the distance image generated by distance measuring device 100A is output to 3D application processing unit 210A of ECU 200A.
  • the parameter calculation unit 30A includes a memory unit 31 that stores one or more sets including first mode emission exposure parameters and second mode emission exposure parameters.
  • the memory unit 31 is, for example, a storage element such as a semiconductor memory.
  • the memory unit 31 stores, for example, multiple sets including first mode emission exposure parameters and second mode emission exposure parameters. In each of the multiple sets, the first mode emission exposure parameters and the second mode emission exposure parameters have a relationship such that there is no distance range that cannot be measured between the first mode measurement range and the second mode measurement range.
  • the parameter calculation unit 30A outputs, for example, measurement range information indicating the measurement range of each of the multiple sets stored in the memory unit 31 to the 3D application processing unit 210A.
  • the parameter calculation unit 30A has a mode in which it outputs the emission exposure parameters of one set of multiple sets stored in the memory unit 31, and a mode in which it calculates and outputs emission exposure parameters so as to eliminate any unmeasurable distance range, similar to the above-described operation of the parameter calculation unit 30. For example, when the parameter calculation unit 30A receives input of a parameter selection signal instructing the output of one set of multiple sets, it outputs the emission exposure parameters of the first mode and the second mode of that set to the emission exposure control unit 40.
  • the parameter calculation unit 30A when it does not receive input of a parameter selection signal, it calculates the emission exposure parameters of the other of the first mode and the second mode so as to eliminate any unmeasurable distance range between the measurement range of the first mode and the measurement range of the second mode, and outputs them to the emission exposure control unit 40.
  • the 3D application processing unit 210A has, for example, the function of generating a parameter selection signal.
  • the 3D application processing unit 210A generates a parameter selection signal based on, for example, the distance measurement range information output from the parameter calculation unit 30A and operation information of the device in which the ECU 200A is installed, and outputs the signal to the parameter calculation unit 30A.
  • the operation information of the device is information indicating the operating status of the mobile object.
  • the operation information includes, for example, whether the mobile object is starting up, and the driving status of the mobile object (for example, moving straight, turning, stopped, etc.).
  • the 3D application processing unit 210A when the mobile object is starting up, turning, or stopped, the 3D application processing unit 210A generates and outputs a parameter selection signal indicating the distance measurement range set among multiple sets that can measure the shortest distance. Furthermore, for example, when the mobile object is moving straight, the 3D application processing unit 210A generates and outputs a parameter selection signal indicating the distance measurement range set among multiple sets that can measure the longest distance.
  • distance measuring device 100A when distance measuring device 100A receives a parameter selection signal, the light emission of light emitting unit 10 and the exposure of multiple pixels 22 are controlled using a set of first mode light emission exposure parameters and second mode light emission exposure parameters indicated by the parameter selection signal. Therefore, distance measuring device 100A can measure distances within a distance measurement range that corresponds to the operating status of the equipment in which ECU 200A is installed.
  • the distance measuring device does not need to include all of the components described in the above embodiments, and may be composed of only the components required to perform the intended operation.
  • each component may be realized by executing a software program appropriate for that component.
  • Each component may also be realized by a program execution unit such as a CPU or processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or semiconductor memory.
  • each component may be realized by hardware.
  • Each component may be a circuit (or integrated circuit). These circuits may form a single circuit as a whole, or each may be a separate circuit. Furthermore, each of these circuits may be a general-purpose circuit or a dedicated circuit.
  • processing performed by a specific processing circuit may be performed by a different processing circuit.
  • the order of multiple processes may be changed, or multiple processes may be performed in parallel.
  • the general or specific aspects of this disclosure may be realized as a system, device, method, integrated circuit, computer program, or computer-readable recording medium such as a CD-ROM. Also, they may be realized as any combination of a system, device, method, integrated circuit, computer program, and recording medium.
  • the present disclosure may be realized as the distance measuring device of the above-described embodiment, as a control device that controls the distance measuring device, as a distance measuring method including steps (processing) performed by components that make up the distance measuring device, as a program for causing a computer to execute such a distance measuring method, or as a computer-readable non-transitory recording medium on which such a program is recorded.
  • the distance measuring device and distance measuring method according to the present disclosure are not limited to the following examples.
  • a distance measuring device is a distance measuring device that measures the distance to an object, and includes: a light emitting unit that emits light to the object; a light receiving unit having a plurality of pixels that generates signals based on light reflected from the object when the light emitted by the light emitting unit is reflected; a parameter calculation unit that calculates light emission exposure parameters that indicate the conditions for light emission by the light emitting unit and exposure by the plurality of pixels; a light emission exposure control unit that controls the light emission and the exposure based on the light emission exposure parameters calculated by the parameter calculation unit; and a data processing unit that generates a distance image that indicates the distance to the object based on signals generated by each of the plurality of pixels through the exposure,
  • the light emission exposure control unit controls the light emission and the exposure by switching between a plurality of control modes, each having different light emission exposure parameters, on a frame-by-frame basis, and the plurality of control modes include a first mode and a second mode having a distance measurement
  • the parameter calculation unit calculates the light emission exposure parameters of the other of the first mode and the second mode so as to eliminate the unmeasurable distance range.
  • the light emission and exposure control unit controls light emission and exposure in the first mode and the second mode, which have different distance measurement ranges, allowing for a wider distance measurement range. Furthermore, if an unmeasurable distance range occurs between the distance measurement range of the first mode and the distance measurement range of the second mode, the accuracy of distance measurement will decrease, but the parameter calculation unit calculates the light emission and exposure parameters for the other of the first mode and the second mode so as to eliminate the unmeasurable distance range. Therefore, the unmeasurable distance range between the distance measurement range of the first mode and the distance measurement range of the second mode is eliminated, improving distance measurement accuracy. Therefore, the distance measurement device according to this embodiment can widen the distance measurement range and perform distance measurement with high accuracy.
  • a distance measuring device is the distance measuring device according to the first aspect, wherein the light emitting unit emits pulsed light, and the parameter calculation unit calculates the timing of the exposure based on the emission of the pulsed light in the light emission exposure parameters of the second mode so as to eliminate the unmeasurable distance range when a parameter related to the amount of light emission in the light emission exposure parameters of the first mode is changed, resulting in the unmeasurable distance range.
  • the unmeasurable distance range can be eliminated simply by calculating the exposure timing based on the emission of pulsed light in the second mode light emission exposure parameters.
  • a distance measuring device is the distance measuring device according to the first aspect, wherein the light emitting unit emits pulsed light, and the parameter calculation unit calculates parameters related to the amount of light emission in the light emission exposure parameters of the first mode so as to eliminate the unmeasurable distance range when the timing of the exposure based on the emission of the pulsed light in the light emission exposure parameters of the second mode is changed, resulting in the unmeasurable distance range.
  • the unmeasurable distance range can be eliminated simply by calculating the parameters related to the amount of light emission in the light emission exposure parameters of the first mode.
  • a distance measuring device is a distance measuring device according to the second or third aspect, in which the parameter related to the amount of light emission is the number of times the pulsed light is emitted by the light emitting unit.
  • a distance measuring device is a distance measuring device according to the first aspect, wherein the light emitting unit continuously emits modulated light whose intensity is modulated at a predetermined frequency, and the parameter calculation unit calculates the exposure time for the light emitting exposure parameters for one of the first mode and the second mode so as to eliminate the unmeasurable distance range when the exposure time for the light emitting exposure parameters for the other of the first mode and the second mode is changed, thereby causing the unmeasurable distance range to occur.
  • a distance measuring device is a distance measuring device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the data processing unit generates a luminance image indicating the luminance of the reflected light from the object based on signals generated by each of the plurality of pixels through the light emission and the exposure, and the parameter calculation unit changes the light emission exposure parameters for one of the first mode and the second mode based on the luminance image.
  • a distance measuring device is a distance measuring device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the parameter calculation unit includes a storage unit that stores one or more sets including the emission exposure parameters of the first mode and the emission exposure parameters of the second mode, and in each of the one or more sets, the emission exposure parameters of the first mode and the emission exposure parameters of the second mode have a relationship such that no distance range is unmeasurable, and when the parameter calculation unit receives input of a parameter selection signal instructing output of one of the one or more sets, it outputs the emission exposure parameters of the first mode and the emission exposure parameters of the second mode of the one set to the emission exposure control unit.
  • the parameter calculation unit includes a storage unit that stores one or more sets including the emission exposure parameters of the first mode and the emission exposure parameters of the second mode, and in each of the one or more sets, the emission exposure parameters of the first mode and the emission exposure parameters of the second mode have a relationship such that no distance range is unmeasurable, and when the parameter calculation unit receives input of a parameter selection signal instructing output of one of the
  • a distance measurement method is a distance measurement method using a distance measurement device that measures the distance to an object, the distance measurement device comprising a light emitting unit that emits light to the object, and a light receiving unit having a plurality of pixels that generates a signal based on the light emitted by the light emitting unit and reflected by the object, the distance measurement method comprising a parameter calculation step that calculates light emission exposure parameters that indicate the conditions for light emission by the light emitting unit and exposure by the plurality of pixels, a light emission exposure control step that controls the light emission and the exposure based on the light emission exposure parameters calculated in the parameter calculation step, and a distance image that indicates the distance to the object based on the signals generated by each of the plurality of pixels due to the exposure.
  • the emission exposure parameters of the other of the first mode and the second mode are calculated so as to eliminate the distance range that cannot be measured.
  • the distance measurement range can be expanded and distance can be measured with high accuracy.
  • the distance measuring device and the like disclosed herein can be used in a variety of applications, including distance measurement systems, as well as sensing systems and recognition systems that use distance images.
  • Light Emitting Unit 20 Light Receiving Unit 21 Solid-State Image Sensor 22 Pixels 30, 30A Parameter Calculation Unit 31 Storage Unit 40 Light Emission and Exposure Control Unit 50 Data Processing Unit 100, 100A Distance Measuring Device 200, 200A ECU 210, 210A 3D application processing unit

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Abstract

測距装置（１００）は、対象物に光を出射する発光部（１０）と、反射光に基づく信号を生成する複数の画素を有する受光部（２０）と、発光および露光の条件を示す発光露光パラメータを算出するパラメータ計算部（３０）と、パラメータ計算部（３０）が算出した発光露光パラメータに基づいて発光および露光を制御する発光露光制御部（４０）と、対象物までの距離を示す距離画像を生成するデータ処理部（５０）と、を備える。発光露光制御部（４０）は、第１モードと、第１モードよりも長い距離を測距可能な測距レンジを有する第２モードとを含む複数のモードで発光および露光を制御する。パラメータ計算部（３０）は、第１モードの測距レンジと第２モードの測距レンジとの間に測距不可な距離レンジが生じた場合に、測距不可な距離レンジを無くすように、発光露光パラメータを算出する。

Description

測距装置および測距方法
　本開示は、測距装置および測距方法に関する。
　従来、間接ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）方式を採用した測距装置が知られている。間接ＴｏＦ方式を採用した測距装置は、例えば、発光部と受光部とを備える。このような測距装置は、発光部が出射する光の対象物による反射光を受光部で受光し、受光部が出力する反射光に基づく信号によって対象物までの距離を算出する。
　また、測距装置において、測距可能な距離のレンジ（以降、測距レンジとも称する）を広げる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１に記載の技術では、複数のフレームの間で、発光または露光の条件を変えた撮像を行うことで測距レンジを広げている。
特開２０２０－１３４４６３号公報
　測距装置において、測距レンジを広くするだけでなく、高精度に測距することが求められている。
　本開示では、測距レンジを広げ、かつ、高精度に測距することができる測距装置等を提供する。
　本開示の一態様に係る測距装置は、対象物までの距離を測定する測距装置であって、前記対象物に光を出射する発光部と、前記発光部によって出射された光が前記対象物で反射した反射光に基づく信号を生成する複数の画素を有する受光部と、前記発光部による発光および前記複数の画素による露光の条件を示す発光露光パラメータを算出するパラメータ計算部と、前記パラメータ計算部が算出した前記発光露光パラメータに基づいて前記発光および前記露光を制御する発光露光制御部と、前記露光によって前記複数の画素のそれぞれが生成した信号に基づいて、前記対象物までの距離を示す距離画像を生成するデータ処理部と、を備え、前記発光露光制御部は、前記発光露光パラメータが互いに異なる複数の制御モードをフレーム単位で切り替えて前記発光および前記露光を制御し、前記複数の制御モードは、第１モードと、前記第１モードよりも長い距離を測距可能な測距レンジを有する第２モードと、を含み、前記パラメータ計算部は、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの一方の前記発光露光パラメータが変更されることにより、前記第１モードの測距レンジと、前記第２モードの測距レンジとの間に測距不可な距離レンジが生じた場合に、前記測距不可な距離レンジを無くすように、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの他方の前記発光露光パラメータを算出する。
　本開示の一態様に係る測距方法は、対象物までの距離を測定する測距装置による測距方法であって、前記測距装置は、前記対象物に光を出射する発光部と、前記発光部によって出射された光が前記対象物で反射した反射光に基づく信号を生成する複数の画素を有する受光部と、を備え、前記測距方法は、前記発光部による発光および前記複数の画素による露光の条件を示す発光露光パラメータを算出するパラメータ計算ステップと、前記パラメータ計算ステップで算出した前記発光露光パラメータに基づいて前記発光および前記露光を制御する発光露光制御ステップと、前記露光によって前記複数の画素のそれぞれが生成した信号に基づいて、前記対象物までの距離を示す距離画像を生成するデータ処理ステップと、含み、前記発光露光制御ステップでは、前記発光露光パラメータが互いに異なる複数の制御モードをフレーム単位で切り替えて前記発光および前記露光を制御し、前記複数の制御モードは、第１モードと、前記第１モードよりも長い距離を測距可能な測距レンジを有する第２モードと、を含み、前記パラメータ計算ステップでは、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの一方の前記発光露光パラメータが変更されることにより、前記第１モードの測距レンジと、前記第２モードの測距レンジとの間に測距不可な距離レンジが生じた場合に、前記測距不可な距離レンジを無くすような、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの他方の前記発光露光パラメータを算出する。
　本開示によれば、測距レンジを広げ、かつ、高精度に測距することができる。
図１は、実施の形態に係る測距装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。 図２は、実施の形態に係る受光部の固体撮像素子が有する画素アレイの概略図である。 図３は、パルスＴｏＦ方式における発光露光制御部による発光および露光の制御の一例を示す図である。 図４は、パルスＴｏＦ方式における発光露光制御部による発光および露光の制御の別の一例を示す図である。 図５は、測距可能な対象物までの距離と対象物の反射率との関係を説明するための図である。 図６は、最終的な測距レンジの一例を説明するための図である。 図７は、実施の形態に係る測距装置の動作例を示すフローチャートである。 図８は、測距装置の動作時の測距レンジの一例を示す図である。 図９は、反射光信号レベルと対象物までの距離との関係の例を示す図である。 図１０は、測距装置の動作時の測距レンジの別の一例を示す図である。 図１１は、ＣＷＴｏＦ方式における発光露光制御部による発光および露光の制御の一例を示す図である。 図１２は、測距装置の動作時の測距レンジのさらに別の一例を示す図である。 図１３は、実施の形態の変形例に係る測距装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。
　（本開示の一態様を得るに至った経緯）
　本開示の実施の形態を具体的に説明するのに先立ち、本開示の一態様を得るに至った経緯について説明する。
　上述のように、測距装置において、測距レンジを広くするだけでなく、高精度に測距することが求められている。本願発明者らは、測距装置において、測距レンジを広くするだけでなく、高精度に測距するために、以下のような課題があることを見出した。
　測距レンジを広くし、かつ、測距の精度を高めるためには、対象物からの反射光に基づく信号の信号レベルを調整するように、発光および露光の条件を変更することは有効である。一方で、特許文献１に記載の技術のように、測距レンジを広げるために、発光および露光の条件を示す発光露光パラメータが互いに異なる複数のモードで測距を行う場合、複数のモードのうちのいずれかの発光露光パラメータを変更することで、発光露光パラメータが変更されたモードの測距レンジが変化するために、複数のモードの測距レンジの間に測距不可な距離レンジが生じ得る。複数のモードの測距レンジの間に測距不可な距離レンジが生じると、距離値の連続性が失われるために測距の精度が低下する。そのため、複数のモードで測距を行う場合には、発光露光パラメータを変更することが、測距の精度の低下にもつながり得る。
　本願発明者らは、上記のような複数のモードの測距レンジの間の測距不可な距離レンジに着目して検討し、本開示の一態様を得るに至った。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
　なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の本実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。
　また、本明細書において、垂直、平行または一致などの要素間の関係性を示す用語、および、円形または矩形などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
　また、本明細書において、「第１」、「第２」などの序数詞は、特に断りのない限り、構成要素等の数または順序を意味するものではなく、同種の構成要素等の混同を避け、区別する目的で用いられている。
　（実施の形態）
　［構成］
　まず、本実施の形態に係る測距装置の構成について説明する。図１は、実施の形態に係る測距装置１００の構成の一例を示す機能ブロック図である。図２は、実施の形態に係る受光部２０の固体撮像素子２１が有する画素アレイの概略図である。
　図１に示されるように、本実施の形態に係る測距装置１００は、発光部１０と、受光部２０と、パラメータ計算部３０と、発光露光制御部４０と、データ処理部５０と、を備える。
　測距装置１００は、間接ＴｏＦ方式で対象物までの距離を測定する測距装置である。測距装置１００は、対象物までの距離を測定し、対象物までの距離を示す距離画像を生成する。
　図１で示される例では、測距装置１００が生成した距離画像は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）２００の３Ｄアプリ処理部２１０に出力される。ＥＣＵ２００は、例えば、測距装置１００が搭載される機器の中央制御用のＥＣＵであり、当該機器を制御する。３Ｄアプリ処理部２１０は、ＥＣＵの機能の一部としてソフトウェアにより実現され、測距装置１００から出力された距離画像等を用いた処理を行う。３Ｄアプリ処理部２１０は、例えば、距離画像に基づいて、物体検知および画像認証等を行う。３Ｄアプリ処理部２１０等のＥＣＵ２００に含まれる構成要素の一部は、測距装置１００に含まれていてもよい。
　発光部１０は、対象物に光を出射する光源である。発光部１０は、例えば、発光露光制御部４０から入力される発光制御信号に従ってパルス光または所定の周波数で強度が変調された変調光を出射する。発光部１０は、例えば、赤外光（ＩＲ）を発光する発光ダイオードまたはレーザ素子等の発光素子と、発光素子からの光が入射され、発光素子からの光の配光を制御する光学系と、を含む。発光部１０は、出射する光の強度を調整可能であってもよい。発光部１０によって出射する光の強度を調整する方法としては、例えば、点灯させる発光素子の数および／または発光素子に入力する電圧を変更する方法が挙げられる。
　受光部２０は、発光部１０によって出射された光が対象物で反射した反射光を受光する。受光部２０は、受光した反射光に基づいて信号を生成する固体撮像素子２１を含む。図１では示されていないが、受光部２０は、固体撮像素子２１に反射光を導く光学系および所定の波長の光を透過させるバンドパスフィルタをさらに含んでいてもよい。
　固体撮像素子２１は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）センサまたはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサである。図２で示されるように、固体撮像素子２１は、二次元状に配列された複数の画素２２で構成される画素アレイを有する。図２では、説明のため横４ｐｉｘ、縦４ｐｉｘの合計１６ｐｉｘの構成となっているが、固体撮像素子２１が有する画素２２の数は特に制限されない。複数の画素２２は、例えば、互いに同じ構成を有する。
　複数の画素２２は、それぞれ、入射光を受光し、受光した入射光に基づいて信号を生成する。詳細には、複数の画素２２は、それぞれ、入射光を信号電荷に変換し、変換された信号電荷に基づいて信号を生成する。複数の画素２２は、入射光として、発光部１０によって出射された光が対象物で反射した反射光を受光する。複数の画素２２は、それぞれ、反射光を受光して電荷に変換する光電変換素子を少なくとも１つ含む。光電変換素子としては、例えば、フォトダイオード等が用いられる。
　複数の画素２２は、それぞれ、発光露光制御部４０から入力される露光制御信号に従った露光で得られた電荷に基づく信号を出力する。複数の画素２２は、それぞれ、発光部１０による発光を基準として異なる複数のタイミングで露光し、露光ごとの信号を出力する。
　固体撮像素子２１は、例えば、画素２２毎に、露光制御信号に従った露光で得られた電荷を垂直転送路または電荷蓄積部に転送し、露光で得られた電荷に基づく信号を読み出す。発光部１０による発光を基準として異なる複数のタイミングで露光によって得られた電荷は、個別の信号として読み出される。固体撮像素子２１は、例えば、信号の読み出しにおいてＡＤ（Ａｎａｌｏｇ　ｔｏ　Ｄｉｇｉｔａｌ）変換を行い、ＡＤ変換されたデジタルの信号を出力する。
　パラメータ計算部３０は、発光部１０による発光および複数の画素２２による露光の条件を示す発光露光パラメータを算出する。パラメータ計算部３０が算出する発光露光パラメータは、発光および露光の回数、発光および露光のパルス幅、発光を基準とする露光のタイミング、発光および露光の周波数、露光時間、発光時の発光素子の点灯数、ならびに、発光時の発光素子への入力電圧のうちの少なくとも１つを含む。パラメータ計算部３０は、算出した発光露光パラメータを発光露光制御部４０に出力する。
　発光露光制御部４０は、パラメータ計算部３０から出力された発光露光パラメータに基づいて、発光部１０による発光および複数の画素２２による露光を制御する。発光露光制御部４０は、パラメータ計算部３０から出力された発光露光パラメータが示す発光の条件で発光部１０を駆動させる発光制御信号を発光部１０に出力する。また、発光露光制御部４０は、パラメータ計算部３０から出力された発光露光パラメータが示す露光の条件で複数の画素２２を駆動させる露光制御信号を受光部２０に出力する。
　また、発光露光制御部４０は、対象物までの距離を測定するための複数の制御モードであって、発光露光パラメータが互いに異なる複数の制御モードをフレーム単位で切り替えて発光部１０による発光および複数の画素２２による露光を制御する。ここで、フレームは、１つの画像を生成可能な信号を複数の画素２２に出力させるための期間である。パラメータ計算部３０からは、各制御モードの発光露光パラメータが発光露光制御部４０に出力される。
　複数の制御モードのそれぞれは、測距レンジが互いに異なる。複数の制御モードは、第１モードと、第１モードよりも長い距離を測距可能な測距レンジで測距を有する第２モードと、を含む。以下では、複数の制御モードが、第１モードと第２モードとの２つの制御モードからなる場合について説明する。なお、複数の制御モードは、第１モードおよび第２モードとは異なる測距レンジを有する１以上の別の制御モードを含んでいてもよい。
　データ処理部５０は、露光によって複数の画素２２のそれぞれが生成した信号に基づいて対象物までの距離を示す距離画像を生成する。データ処理部５０は、さらに、露光によって複数の画素２２のそれぞれが生成した信号に基づいて対象物からの反射光の輝度を示す輝度画像を生成してもよい。データ処理部５０は、例えば、発光露光制御部４０の制御モード毎に、距離画像および輝度画像を生成する。データ処理部５０は、生成した距離画像および輝度画像をパラメータ計算部３０および３Ｄアプリ処理部２１０に出力する。データ処理部５０は、複数の制御モードに対応して生成された複数の距離画像を合成する処理を行ってもよい。
　パラメータ計算部３０、発光露光制御部４０およびデータ処理部５０は、例えば、プログラムを格納するメモリおよびプログラムを実行するプロセッサ等で実現される処理回路である。なお、機能ブロックとしては別々になっているが、パラメータ計算部３０、発光露光制御部４０およびデータ処理部５０の全て、または、一部は、同じメモリおよびプロセッサで構成されていてもよい。また、パラメータ計算部３０、発光露光制御部４０およびデータ処理部５０のうちの少なくとも１つは、所定の処理を行う専用の論理回路であってもよい。パラメータ計算部３０、発光露光制御部４０およびデータ処理部５０による処理の詳細は後述する。
　［測距レンジ］
　次に、測距装置１００による対象物の測距における測距レンジについて説明する。
　以下では、測距装置１００がパルスＴｏＦ方式で対象物までの距離の測定を行う場合について説明する。パルスＴｏＦ方式は、発光部１０が所定のパルス幅のパルス光を出射して、対象物までの距離の測定を行う間接ＴｏＦ方式である。パルスＴｏＦ方式では、発光部１０がパルス光を出射した時間と、受光部２０が対象物によるパルス光の反射光を受光した時間との時間差に基づいて対象物までの距離が測定される。
　図３は、パルスＴｏＦ方式における発光露光制御部４０による発光および露光の制御の一例を示す図である。図３では、発光部１０による発光のタイミングを示す発光パルスおよび画素２２による露光のタイミングを示す露光パルスと共に、発光部１０が出射したパルス光の対象物による反射光のタイミングの一例が示されている。
　図３に示されるように、発光露光制御部４０は、発光制御信号に含まれる発光パルスによって発光部１０を発光させ、露光パルスＡ０からＡ３によって複数の画素２２を露光させる。発光パルスは、発光部１０にパルス光の出射を指示する制御パルスであり、図３で示される例では、ハイレベルの期間に発光部１０にパルス光を出射させる。つまり、発光パルスのハイレベルの期間が発光期間である。露光パルスＡ０からＡ３は、画素２２の露光を指示する制御パルスであり、図３で示される例では、ローレベルの期間に画素２２を露光させる。つまり、露光パルスＡ０からＡ３のローレベルの期間が露光期間である。なお、発光部１０の発光期間および画素２２の露光期間を規定できれば、発光部１０および複数の画素２２を制御するための制御信号の態様は特に制限されない。
　図３に示されるように、発光露光制御部４０は、パルス幅Ｔの発光パルスを出力する。また、発光露光制御部４０は、発光パルスを基準とするタイミングでパルス幅Ｔの露光パルスＡ０からＡ３を出力する。露光パルスＡ０からＡ３は、互いに期間が重複せず、発光パルスを基準とした開始のタイミングが互いに異なる。露光パルスＡ０およびＡ１による露光は、画素２２が反射光に基づく信号を生成するための露光である。図３で示される例では、露光パルスＡ０は、発光パルスの開始と同時に開始する。露光パルスＡ１は、露光パルスＡ０の開始からパルス幅Ｔ遅れて開始する。露光パルスＡ２およびＡ３による露光は、画素２２が背景光に基づく信号を生成するための露光である。つまり、露光パルスＡ２およびＡ３による露光は、反射光が画素２２に入射しないタイミングで行われる。なお、露光パルスＡ２およびＡ３による露光を行うことは必須ではなく、背景光が少ない環境である場合などは、露光パルスＡ２およびＡ３による露光が行われなくてもよい。
　画素２２は、例えば、複数の電荷蓄積部を有しており、露光パルスＡ０からＡ３のそれぞれの露光で生成する電荷は、互いに異なる電荷蓄積部に振り分けて蓄積される。そして、複数の電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に応じた複数の信号が読み出される。例えば、露光パルスＡ０からＡ３の数と、画素２２が有する電荷蓄積部の数とは同じである。なお、画素２２が有する電荷蓄積部の数は、露光パルスＡ０からＡ３の数よりも少なくてもよい。この場合、例えば、２以上の画素２２を用いて露光パルスＡ０からＡ３に基づく信号が生成されてもよく、フレームを複数のサブフレームに分割し、複数のサブフレームに分けて露光パルスＡ０からＡ３が出力されてもよい。
　パルスＴｏＦ方式では、パルス光の出射から反射光が対象物に反射して返ってくる遅延時間によって対象物までの距離が算出できる。遅延時間は露光パルスＡ０およびＡ１による露光で生成する信号の比率で算出できる。そのため、図３で示されるタイミングで露光が行われる場合、対象物までの距離を示す距離値（Ｄｅｐｔｈ）は、以下の式（１）によって算出される。
　Ｄｅｐｔｈ＝（Ｔ・ｃ／２）・［Ｓ１／（Ｓ０＋Ｓ１）］　　　（１）
　ここで、Ｔは、上記のパルス幅Ｔであり、ｃは光速である。また、Ｓ０は露光パルスＡ０の露光によって生成した信号から露光パルスＡ２の露光によって生成した信号を減算した値である。また、Ｓ１は露光パルスＡ１の露光によって生成した信号から露光パルスＡ３の露光によって生成した信号を減算した値である。Ｓ０およびＳ１を距離値の算出に用いることにより背景光の影響を差し引くことができる。なお、Ｓ０として、露光パルスＡ０の露光によって生成した信号の信号値を用い、Ｓ１として、露光パルスＡ１の露光によって生成した信号の信号値を用いてもよい。
　パルスＴｏＦ方式では、露光パルスＡ０の期間中に反射光の受光を開始できれば距離値を算出できるため、測距レンジの幅は、パルス幅Ｔに依存し、具体的にはＴ・ｃ／２である。また、図３で示される例では、露光パルスＡ０は、発光パルスの開始と同時に開始するため、測距レンジは０からＴ・ｃ／２である。例えば、パルス幅Ｔが８ｎｓである場合、およそ０ｍから１．２ｍが測距レンジとなる。
　なお、図３で示される例では、１回のパルス光の出射を基準とした露光のタイミングが示されているが、実際には、フレーム内で、図３で示される発光パルスおよび露光パルスＡ０からＡ３が繰り返し発光露光制御部４０から出力され、複数回の発光および露光に基づく信号が画素２２から読み出される。そのため、発光および露光の回数によって画素２２が生成する信号の信号レベルを調整できる。
　パルスＴｏＦ方式においては、パルス光の出射を基準とした露光のタイミングを変更することで測距レンジをシフトさせることができる。図４は、パルスＴｏＦ方式における発光露光制御部４０による発光および露光の制御の別の一例を示す図である。
　図４では、露光パルスＡ０およびＡ１が、図３で示される例から時間Ｐだけ遅れて開始する例が示されている。そのため、図４で示される例では、露光パルスＡ０は、発光パルスの開始から時間Ｐだけ遅れて開始する。その結果、図４で示されるタイミングで露光が行われる場合、対象物までの距離を示す距離値（Ｄｅｐｔｈ）は、以下の式（２）によって算出される。
　Ｄｅｐｔｈ＝（Ｔ・ｃ／２）・［Ｓ１／（Ｓ０＋Ｓ１）］＋Ｐ・ｃ／２　　　（２）
　式（２）は、上記の式（１）の右辺にＰ・ｃ／２が加算された式であり、ここでのＰは上記の時間Ｐである。
　図４で示される例においても、図３で示される例と同様に、測距レンジの幅は、Ｔ・ｃ／２であるが、測距レンジは、図３で示される例からＰ・ｃ／２だけ長距離側にシフトし、Ｐ・ｃ／２からＰ・ｃ／２＋Ｔ・ｃ／２である。例えば、パルス幅Ｔが８ｎｓであり、Ｔ・ｃ／２が０．１ｍである場合、およそ０．１ｍから１．３ｍが測距レンジとなる。このように、パルスＴｏＦ方式では、パルス幅Ｔおよびパルス光の出射を基準とする露光のタイミングによって測距レンジを変更可能である。
　ここまでは、パルス幅Ｔと露光のタイミングによって決まる測距レンジについて説明したが、測距レンジは、露光期間中の画素２２の反射光の受光量（画素２２が反射光に基づいて生成する信号の信号レベル）によっても制限される。上記のようにして距離値が算出される場合、反射光の受光量が少なくなると、反射光に基づく信号がノイズに埋もれて測距できなくなる。また、反射光の受光量が多くなると、反射光に基づく信号が飽和の信号レベルになり、正しい距離値が算出されないため測距できなくなる。
　また、発光部１０による発光および複数の画素２２による露光の条件が同じ場合には、画素２２の反射光の受光量は、対象物までの距離および対象物の反射率によって決まる。具体的には、画素２２の反射光の受光量は、対象物までの距離の二乗に反比例し、対象物の反射率に比例する。図５は、測距可能な対象物までの距離と対象物の反射率との関係を説明するための図である。図５は、ある一定の発光および露光の条件での測距可能な対象物までの距離と対象物の反射率との関係を示している。発光および露光の条件が変化した場合には、測距可能な対象物までの距離も変化する。
　図５における（ａ）の領域は、露光期間中に画素２２が反射光を受光した場合でも、反射光に基づく信号が飽和の信号レベルになるために測距不可になる対象物までの距離のレンジを示す領域である。図５における（ａ）の領域は、対象物の反射率が高くなるほど画素２２の反射光の受光量が多くなるため、範囲が広がる。
　図５における（ｂ）の領域は、露光期間中に画素２２が反射光を受光した場合でも、反射光に基づく信号がノイズに埋もれて測距できなくなるために測距不可になる対象物までの距離のレンジを示す。図５における（ｂ）の領域は、対象物の反射率が低くなるほど画素２２の反射光の受光量が少なくなるため、範囲が広がる。
　図５における（ｃ）の領域は、露光期間中に画素２２が反射光を受光することにより、測距可能な対象物までの距離のレンジを示す。そのため、図５における（ａ）の領域と（ｃ）の領域との境界線は、信号レベルの飽和による測距の近距離限界（測距レンジの下限）である。また、図５における（ｂ）の領域と（ｃ）の領域との境界線は、信号がノイズに埋もれることによる測距の遠距離限界（測距レンジの上限）である。よって、画素２２の反射光の受光量によって決まる測距レンジは、これらの２つの境界線の間のレンジである。図５からわかるように、画素２２の反射光の受光量によって決まる測距レンジは、対象物の反射率に対して依存性を示す。なお、図５において、（ｂ）の領域と（ｃ）の領域との境界線は、距離が０．１５ｍ付近で途切れているが、実際には、グラフの原点に向かって延びている。
　以上のことから、所定の条件で発光部１０による発光および複数の画素２２による露光が行われた場合の最終的な測距レンジは、図３および図４を用いて説明したパルス幅Ｔと露光のタイミングによって決まる測距レンジと、図５を用いて説明した画素２２の反射光の受光量によって決まる測距レンジとが重複するレンジである。
　図６は、最終的な測距レンジの一例を説明するための図である。図６において、２つの実線の間が図５を用いて説明した画素２２の反射光の受光量によって決まる測距レンジであり、２つの一点鎖線の間が図４を用いて説明したパルス幅Ｔと露光のタイミングによって決まる測距レンジである。そのため、図６において、最終的な測距レンジは、模様が付された領域で示される。
　［動作］
　次に、本実施の形態に係る測距装置１００の動作について説明する。具体的には、測距装置１００の動作として、測距装置１００による測距方法について説明する。
　なお、以降の動作の説明における「測距レンジ」との表現は、特に言及の無い限り、上記で説明した最終的な測距レンジである。
　測距装置１００による測距方法は、概略的には、発光部１０による発光および複数の画素２２による露光の条件を示す発光露光パラメータを算出するパラメータ計算ステップと、パラメータ計算ステップで算出した発光露光パラメータに基づいて発光部１０による発光および複数の画素２２による露光を制御する発光露光制御ステップと、露光によって複数の画素２２のそれぞれが生成した信号に基づいて、対象物までの距離を示す距離画像を生成するデータ処理ステップと、を含む。本実施の形態においては、パラメータ計算ステップはパラメータ計算部３０によって行われ、発光露光制御ステップは、発光露光制御部４０によって行われ、データ処理ステップは、データ処理部５０によって行われる。以下、測距装置１００による測距方法の詳細について説明する。
　図７は、実施の形態に係る測距装置１００の動作例を示すフローチャートである。図７で示される動作において、発光露光制御部４０は、発光露光パラメータが互いに異なる第１モードと第２モードとをフレーム単位で切り替えて発光部１０による発光および複数の画素２２による露光を制御する。上述のように、第２モードは、第１モードよりも長い距離を測距可能な測距レンジを有する。
　図８は、測距装置１００の動作時の測距レンジの一例を示す図である。図８において、模様を付した領域が、測距レンジを示している。図８で示される測距レンジは、対象物の反射率が所定の範囲である場合の測距可能な距離のレンジである。所定の範囲は、測距したい対象物の反射率の範囲であり、図８で示される例では、１０％から９０％である。図８において、２つの実線は、第１モードにおける図５で説明した２つの境界線である。また、図８において、２つの破線は、第２モードにおける図５で説明した２つの境界線である。これらは、後述する図１０および図１２においても同様である。
　図７に示されるように、まず、パラメータ計算部３０は、第１モードおよび第２モードの初期の発光露光パラメータを発光露光制御部４０に出力する（ステップＳ１１）。パラメータ計算部３０が出力する発光露光パラメータは、例えば、発光および露光の回数、発光パルスおよび露光パルスのパルス幅、ならびに、パルス光の出射を基準とする露光のタイミングを含む。初期の発光露光パラメータは、例えば、不図示のメモリに保持されており、パラメータ計算部３０は、メモリから初期の発光露光パラメータを読み出して、発光露光制御部４０に出力する。
　次に、発光露光制御部４０は、パラメータ計算部３０が出力した第１モードおよび第２モードの発光露光パラメータに基づいて、発光部１０による発光および複数の画素２２による露光を制御する（ステップＳ１２）。発光露光制御部４０は、例えば、最初のフレームで、第１モードの発光露光パラメータに基づいて、発光部１０による発光および複数の画素２２による露光を制御し、次のフレームで、第２モードの発光露光パラメータに基づいて、発光部１０による発光および複数の画素２２による露光を制御する。以下では、第１モードが先に行われる例を説明するが、第１モードの制御および第２モードの制御はどちらが先に行われてもよい。
　なお、ステップＳ１１は省略されてもよい。例えば、ステップＳ１２において、発光露光制御部４０は、メモリから初期の発光露光パラメータを読み出して制御に用いてもよく、前回の動作終了時の発光露光パラメータを制御に用いてもよい。
　図８の（ａ）には、初期の発光露光パラメータでの第１モードおよび第２モードの測距レンジが示されている。図８の（ａ）に示されるように、第１モードの測距レンジＲ１と、第２モードの測距レンジＲ２とは、一部が重複している（最もドットの密度が高い領域）。また、対象物の反射率が所定の範囲（図８においては１０％から９０％）であれば、第１モードの測距レンジＲ１と第２モードの測距レンジＲ２との間には測距不可な距離レンジが存在しない。図８の（ａ）で示されるような測距レンジの第１モードと第２モードとであることで、第１モードの測距レンジの下限から第２モードの測距レンジの上限までの距離を切れ目なく測距できる。
　次に、図７に示されるように、データ処理部５０は、発光部１０による発光および複数の画素２２による露光によって複数の画素２２で生成した信号に基づいて、第１モードおよび第２モードそれぞれでの、対象物までの距離を示す距離画像および対象物からの反射光の輝度を示す輝度画像を生成する（ステップＳ１３）。データ処理部５０は、例えば、上述した式（１）または式（２）を用いて対象物までの距離値を算出することで距離画像を生成する。また、データ処理部５０は、例えば、輝度値としてＳ０＋Ｓ１を算出することにより輝度画像を生成する。第１モードの発光部１０による発光および複数の画素２２による露光の制御が先に行われる場合、第１モードの距離画像および輝度画像の生成、および、後述する以降の処理は、第２モードの発光部１０による発光および複数の画素２２による露光の制御と並行して行われてもよい。また、この場合、第２モードの距離画像および輝度画像の生成は、後述する以降の処理と並行して行われてもよい。
　次に、パラメータ計算部３０は、第１モードの輝度画像に基づいて、第１モードの発光露光パラメータを変更する（ステップＳ１４）。変更された発光露光パラメータは、発光露光制御部４０に出力される。パラメータ計算部３０は、例えば、第１モードの輝度画像が反射光の受光量によって対象物までの距離を測定できない画素２２が存在する可能性が高いことを示している場合に、第１モードの発光露光パラメータにおける発光の量に関するパラメータを変更する。例えば、パラメータ計算部３０は、第１モードの輝度画像における中央の領域の画素の輝度値が閾値以上である場合、反射光に基づく信号が飽和の信号レベルになる画素２２が存在する可能性が高いため、第１モードの発光露光パラメータにおけるパルス光の発光回数を減らすように変更する。この際、パラメータ計算部３０は、パルス光の発光回数に対応させて露光の回数も減らすように変更する。変更される発光の量に関するパラメータは、パルス光の発光回数に限られない。例えば、パルス光のパルス幅、および、パルス光の強度（すなわち、点灯する発光素子の数、または、発光素子に入力される電圧）の少なくとも一方が、パルス光の発光回数に加えて、または、代えて、発光の量に関するパラメータとして変更されてもよい。このようなステップＳ１４の動作により、第１モードの発光露光パラメータが動的に変更されて、測距不可となる場合を減らすことで測距の精度を高めることができる。
　なお、ステップＳ１４において、第１モードの発光露光パラメータの変更は、第１モードの輝度画像に基づいて行われることに限られない。例えば、パラメータ計算部３０は、第１モードの輝度画像、第１モードの距離画像、第２モードの輝度画像および第２モードの距離画像のうちの少なくとも１つに基づいて第１モードの発光露光パラメータを変更してもよい。また、例えば、パラメータ計算部３０は、外部から入力される第１モードの発光露光パラメータの変更を指示する信号に基づいて第１モードの発光露光パラメータを変更してもよい。例えば、３Ｄアプリ処理部２１０からパラメータ計算部３０に第１モードの発光露光パラメータの変更を指示する信号が入力されてもよい。また、パラメータ計算部３０は、発光の量に関するパラメータ以外の発光露光パラメータを変更してもよい。
　また、ステップＳ１４において第１モードの発光露光パラメータが変更されない場合があってもよく、この場合には、第１モードの発光露光パラメータが変更されることなく、再びステップＳ１２からの処理が行われる。
　次に、パラメータ計算部３０は、第１モードの発光露光パラメータが変更されることにより、第１モードの測距レンジと第２モードの測距レンジとの間に測距不可な距離レンジが生じているか否かを判定する（ステップＳ１５）。
　図８の（ｂ）には、第１モードの発光露光パラメータにおけるパルス光の発光回数を減らした場合の第１モードおよび第２モードの測距レンジが示されている。図８の（ｂ）に示されるように、パルス光の発光回数を減らすと第１モードの測距レンジＲ１の下限が小さくなるため、図８の（ａ）では測距できなかった星印の反射率および距離の対象物も測距可能になる。一方で、パルス光の発光回数を減らすと第１モードの測距レンジＲ１の上限も小さくなるため、第１モードの測距レンジＲ１と第２モードの測距レンジＲ２との間に対象物までの距離を測距不可な距離レンジＲ０が生じる。言い換えると、第１モードの測距レンジＲ１の上限よりも、第２モードの測距レンジＲ２の下限の方が大きくなる。このように、第１モードの発光露光パラメータが変更されることにより、測距不可な距離レンジＲ０が生じ得る。測距不可な距離レンジＲ０は、第１モードの測距レンジＲ１と第２モードの測距レンジＲ２との間にあるため、距離値の連続性が失われ、測距の精度を低下させる要因となる。
　図７に示されるように、第１モードの測距レンジと第２モードの測距レンジとの間に測距不可な距離レンジが生じていない場合（ステップＳ１５でＮｏ）、再びステップＳ１２からの処理が行われる。
　一方、第１モードの測距レンジと第２モードの測距レンジとの間に測距不可な距離レンジが生じた場合（ステップＳ１５でＹｅｓ）、パラメータ計算部３０は、当該測距不可な距離レンジを無くすように、第２モードの発光露光パラメータを算出する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６では、パラメータ計算部３０は、被写体の反射率が所定の範囲である場合において第１モードの測距レンジと第２モードの測距レンジとの間の測距不可な距離レンジを無くすように、第２モードの発光露光パラメータを算出する。パラメータ計算部３０は、例えば、被写体の反射率が所定の範囲である場合において、第２モードの測距レンジの下限が、第１モードの測距レンジの上限以下になるように、パルス光の出射を基準とする露光のタイミングを算出して、露光のタイミングをシフトさせる。算出された発光露光パラメータは、発光露光制御部４０に出力され、再びステップＳ１２からの処理が行われる。測距装置１００は、動作の停止の指示を受信するまで、図７で示される動作を行う。
　図８の（ｃ）には、測距不可な距離レンジを無くすように第２モードの発光露光パラメータが算出された場合の第１モードおよび第２モードの測距レンジが示されている。図８の（ｃ）に示されるように、第２モードにおけるパルス光の出射を基準とする露光のタイミングがシフトすることで、第２モードの測距レンジＲ２もシフトして、測距不可な距離レンジＲ０が無くなる。よって、測距装置１００は、第１モードの発光露光パラメータが変更された場合であっても、第１モードの測距レンジＲ１の下限から第２モードの測距レンジＲ２の上限までの距離を切れ目なく測距できる。
　なお、パラメータ計算部３０は、第１モードの測距レンジと第２モードの測距レンジとの間に測距不可な距離レンジが生じていない場合にも、第１モードの測距レンジの変化に第２モードの測距レンジが追随するように、第２モードの発光露光パラメータを算出してもよい。
　ここで、パラメータ計算部３０による第２モードの発光露光パラメータの算出について詳細に説明する。ここでは、上述のように、ステップＳ１４において、第１モードの発光露光パラメータにおけるパルス光の発光回数を減らすように変更した場合のパラメータ計算部３０による第２モードの発光露光パラメータの算出について説明する。
　発光露光パラメータの算出においては、画素２２が受光する全反射光に基づいて生成する信号の信号レベル（以下、「反射光信号レベル」とも称する）と対象物までの距離との関係を利用する。つまり、反射光信号レベルは、画素２２の反射光の受光量を示している。図９は、反射光信号レベルと対象物までの距離との関係の例を示す図である。図９では、対象物の反射率が上記の所定の範囲の下限である場合において、互いにパルス光の発光回数が異なる条件での反射光信号レベルと対象物までの距離との関係が示されている。具体的には、図９における実線のグラフは、第１モードの発光露光パラメータにおけるパルス光の発光回数を減らす前の反射光信号レベルと対象物までの距離との関係を示し、図９における破線のグラフは、第１モードの発光露光パラメータにおけるパルス光の発光回数を減した後の反射光信号レベルと対象物までの距離との関係を示す。
　また、図９で示されるＩＲ＿ＴＡＲＧＥＴは、測距可能な最低の反射光信号レベルであり、ＩＲ＿ＴＡＲＧＥＴ未満では、ノイズに埋もれて測距できない。また、図９で示されるＤＩＳＴ１は、第１モードの発光露光パラメータにおけるパルス光の発光回数を減らす前に、反射光信号レベルがＩＲ＿ＴＡＲＧＥＴとなる被写体までの距離である。つまり、ＤＩＳＴ１は、第１モードの発光露光パラメータにおけるパルス光の発光回数を減らす前の、対象物の反射率が上記の所定の範囲の下限である場合の第１モードの測距レンジの上限である。図９で示されるＤＩＳＴ２は、第１モードの発光露光パラメータにおけるパルス光の発光回数を減らした後の、反射光信号レベルがＩＲ＿ＴＡＲＧＥＴとなる被写体までの距離である。つまり、ＤＩＳＴ２は、第１モードの発光露光パラメータにおけるパルス光の発光回数を減らした後の、対象物の反射率が上記の所定の範囲の下限である場合の第１モードの測距レンジの上限である。
　図９に示されるように、反射光信号レベルｙは、対象物までの距離ｘの二乗に反比例する。つまり、反射光信号レベルｙと対象物までの距離ｘとの関係は、ｙ＝Ｋ／ｘ２で表現することができる。図９で示されるグラフにおいては、反比例の定数Ｋは、ｋ１またはｋ２である。また、定数Ｋは、パルス光の発光回数（つまり、フレーム毎の発光部１０の発光の量）に比例する。さらに、定数Ｋは、対象物の反射率にも比例する。そのため、所定のパルス光の発光回数および所定の対象物の反射率での反射光信号レベルｙと対象物までの距離ｘとの関係がわかっていれば、パルス光の発光回数および対象物までの反射率が変わっても、反射光信号レベルｙがＩＲ＿ＴＡＲＧＥＴとなる被写体までの距離ｘを算出可能である。よって、パラメータ計算部３０は、パルス光の発光回数等を用いて、対象物の反射率が上記の所定の範囲の下限である場合の第１モードの測距レンジの上限であるＤＩＳＴ２を算出できる。そして、パラメータ計算部３０は、式（２）におけるＰ・ｃ／２がＤＩＳＴ２以下になるようなＰを算出する。これにより、第１モードの測距レンジと第２モードの測距レンジとの間の測距不可な距離レンジを無くすような、第２モードの発光露光パラメータが算出される。
　また、ｙ＝Ｋ／ｘ２および定数Ｋとパルス光の発光回数および対象物の反射率との関係を利用することで、被写体の反射率がどのような値である場合でも、図５等で示した画素２２の反射光の受光量によって決まる測距レンジの上限および下限を求めることができる。
　以下に、具体的なＤＩＳＴ２を算出のための計算式を示すが、計算式は、これに制限されるものではない。また、パラメータ計算部３０は、計算式を用いて算出する代わりに、パルス光の発光回数と計算結果とを対応させたテーブルを保持して、テーブルを用いて算出してもよい。また、発光部１０または固体撮像素子２１の温度によって、計算結果が補正されてもよい。
　パラメータ計算部３０は、以下のパラメータの値を保持しておく。これらの値は、例えば、ユーザが事前に測距装置１００を用いて測定する等によって決定し、パラメータ計算部３０に入力される。
ＤＩＳＴ＿ＳＴＤ：基準となる対象物までの距離［ｍｍ］
ＲＥＦ＿ＳＴＤ：基準となる対象物の反射率［％］
ＥＸＰ＿ＤＦＬＴ：基準となるパルス光の発光回数［回］
ＩＲ＿ＳＴＤ：パルス光の発光回数がＥＸＰ＿ＤＦＬＴであり、対象物までの距離がＤＩＳＴ＿ＳＴＤにあり、対象物の反射率がＲＥＦ＿ＳＴＤである場合の、反射光信号レベル［ＬＳＢ］
ＲＥＦ＿ＭＩＮ：測距したい対象物の下限の反射率［％］
ＩＲ＿ＴＡＲＧＥＴ：測距可能な最低の反射光信号レベル［ＬＳＢ］
　また、
ＡＬＰＨＡ＿ＮＥＷ：ステップＳ１４で変更後の第１モードのパルス光の発光回数
ＩＲ＿ＮＥＷ：パルス光の発光回数がＡＬＰＨＡ＿ＮＥＷであり、対象物までの距離がＤＩＳＴ＿ＳＴＤであり、対象物の反射率がＲＥＦ＿ＳＴＤである場合の、反射光信号レベルの計算値［ＬＳＢ］
とする。
　まず、反射光信号レベルは、パルス光の発光回数に比例するため、
ＩＲ＿ＮＥＷ＝ＩＲ＿ＳＴＤ・ＡＬＰＨＡ＿ＮＥＷ／ＥＸＰ＿ＤＦＬＴ
により、ＩＲ＿ＮＥＷを算出できる。
　また、反射光信号レベルは、対象物の反射率に比例し、対象物までの距離の二乗に反比例することから、
ＩＲ＿ＴＡＲＧＥＴ＝ＩＲ＿ＮＥＷ・（ＲＥＦ＿ＭＩＮ／ＲＥＦ＿ＳＴＤ）・（ＤＩＳＴ＿ＳＴＤ／ＤＩＳＴ２）２
となるため、この式を変形し、
ＤＩＳＴ２＝√｛（ＩＲ＿ＮＥＷ／ＩＲ＿ＴＡＲＧＥＴ）・（ＲＥＦ＿ＭＩＮ／ＲＥＦ＿ＳＴＤ）・ＤＩＳＴ＿ＳＴＤ２｝
により、ＤＩＳＴ２を算出できる。
　なお、測距装置１００の動作は上述した例に限られない。例えば、上記の測距装置１００の動作では、ステップＳ１４において、パラメータ計算部３０は、第１モードの発光露光パラメータを変更したが、これに限らない。ステップＳ１４において、パラメータ計算部３０は、第２モードの発光露光パラメータを変更してもよい。例えば、ステップＳ１４において、パラメータ計算部３０は、第１モードの輝度画像の中央の領域の画素の輝度値が閾値以下である場合、近距離側の第１モードの測距レンジ内に対象物が存在する可能性が低いため、より遠距離側を測距するために、第２モードの発光露光パラメータにおけるパルス光の出射を基準とする露光のタイミングを遅らせるように変更する。そして、ステップＳ１６において、パラメータ計算部３０は、測距不可な距離レンジを無くすように、第１モードの発光露光パラメータを算出する。パラメータ計算部３０は、例えば、第１モードの測距レンジの上限が、第２モードの測距レンジの下限以上になるように、パルス光の発光回数を算出して、第１モードの測距レンジの上限を大きくする。
　図１０は、測距装置１００の動作時の測距レンジの別の一例を示す図である。図１０の（ａ）には、初期の発光露光パラメータでの第１モードおよび第２モードの測距レンジが示されている。また、図１０の（ｂ）には、第２モードの発光露光パラメータにおけるパルス光の出射を基準とする露光のタイミングを遅らせた場合の第１モードおよび第２モードの測距レンジが示されている。また、図１０の（ｃ）には、測距不可な距離レンジを無くすように第１モードの発光露光パラメータが算出された場合の第１モードおよび第２モードの測距レンジが示されている。
　図１０の（ａ）および（ｂ）に示されるように、第２モードの発光露光パラメータにおけるパルス光の出射を基準とする露光のタイミングを遅らせると、第２モードの測距レンジＲ２は遠距離側にシフトする。そのため、図１０の（ａ）では測距できなかった星印の反射率および距離の対象物も測距可能になる。一方で、第２モードの測距レンジＲ２が遠距離側にシフトすることで、第１モードの測距レンジＲ１と第２モードの測距レンジＲ２との間に対象物までの距離を測距不可な距離レンジＲ０が生じる。そして、図１０の（ｃ）に示されるように、第１モードの発光パルスの発光回数が増やされて、第１モードの測距レンジＲ１の上限が大きくなることで、測距不可な距離レンジＲ０が無くなる。よって、測距装置１００は、第２モードの発光露光パラメータが変更された場合であっても、第１モードの測距レンジの下限から第２モードの測距レンジの上限までの距離を切れ目なく測距できる。
　以上のように、本実施の形態に係る測距装置１００では、発光露光制御部４０は、第１モードと、第１モードよりも長い距離を測距可能な測距レンジを有する第２モードとをフレーム単位で切り替えて、発光部１０による発光および複数の画素２２による露光を制御する。また、パラメータ計算部３０は、第１モードおよび第２モードのうちの一方の発光露光パラメータが変更されることにより、第１モードの測距レンジと第２モードの測距レンジとの間に測距不可な距離レンジが生じた場合に、測距不可な距離レンジを無くすように、第１モードおよび第２モードのうちの他方の発光露光パラメータを算出する。
　これにより、発光露光制御部４０が、測距レンジが異なる第１モードと第２モードとで発光および露光を制御するため、測距レンジを広げることができる。また、第１モードの測距レンジと第２モードの測距レンジとの間に測距不可な距離レンジが生じた場合には測距の精度が低下するものの、パラメータ計算部３０が、測距不可な距離レンジを無くすように、第１モードおよび第２モードのうちの他方の発光露光パラメータを算出する。そのため、第１モードの測距レンジと第２モードの測距レンジとの間の測距不可な距離レンジを無くして、測距の精度を高めることができる。よって、測距装置１００は、測距レンジを広げ、かつ、高精度に測距することができる。
　［ＣＷＴｏＦ方式での動作］
　上記では、測距装置１００が、パルスＴｏＦ方式で対象物までの距離の測定を行うことについて説明したが、これに限らず、測距装置１００は、パルスＴｏＦ方式以外のＴｏＦ方式で測距を行ってもよい。例えば、測距装置１００は、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ）ＴｏＦ方式で対象物までの距離の測定を行ってもよい。ＣＷＴｏＦ方式は、発光部１０が所定の周期で強度が変調された変調光を連続的に出射して、対象物までの測距を行う間接ＴｏＦ方式である。ＣＷＴｏＦ方式では、発光部１０が出射する変調光と、受光部２０で受光する対象物による変調光の反射光との位相差に基づいて対象物までの距離が測定される。
　図１１は、ＣＷＴｏＦ方式における発光露光制御部４０による発光および露光の制御の一例を示す図である。図１１では、発光部１０による発光のタイミングを示す発光パルスおよび画素２２による露光のタイミングを示す露光パルスと共に、発光部１０が出射したパルス光の対象物による反射光のタイミングの一例が示されている。
　図１１に示されるように、発光露光制御部４０は、発光パルスを周期１／ｆ（つまり、周波数ｆ）で連続的に出力する。これにより、発光部１０から周波数ｆで強度が変調された変調光が出射される。図１１で示される例では、発光パルスは矩形波であるが、正弦波または三角波等の他の波形であってもよい。また、発光露光制御部４０は、発光パルスを基準とする位相で露光パルスＣ０、Ｃ１８０、Ｃ９０、Ｃ２７０を出力する。露光パルスＣ０、Ｃ１８０、Ｃ９０、Ｃ２７０は、発光パルスと同じ周波数ｆで連続して出力される制御パルスである。図１１に示される例では、発光パルスおよび露光パルスＣ０、Ｃ１８０、Ｃ９０、Ｃ２７０のパルス幅は、発光パルスの周期１／ｆの半分と等しい。露光パルスＣ０、Ｃ１８０、Ｃ９０、Ｃ２７０は、発光パルスとの位相差が互いに異なる。具体的には、露光パルスＣ０は、発光パルスとの位相差が０°である。露光パルスＣ９０は、発光パルスとの位相差が９０°である。露光パルスＣ１８０は、発光パルスとの位相差が１８０°である。露光パルスＣ２７０は、発光パルスとの位相差が２７０°である。発光露光制御部４０は、例えば、露光パルスＣ０、Ｃ１８０と、露光パルスＣ９０、Ｃ２７０とを、２つのサブフレームで分けて１つの画素２２に、または、２つの画素２２に分けて一度に出力する。各フレームにおいて、各露光パルスＣ０、Ｃ１８０、Ｃ９０、Ｃ２７０は、所定の露光時間の間継続し、露光時間の間に各露光パルスＣ０、Ｃ１８０、Ｃ９０、Ｃ２７０によって画素２２で生成した電荷に基づく信号が読み出される。発光パルスは、露光時間に対応する時間だけ出力されていてもよく、測距装置１００の動作中、出力され続けていてもよい。なお、ＣＷＴｏｆ方式で対象物までの距離が算出できれば、露光パルスの態様および数は特に制限されない。
　ＣＷＴｏＦ方式では、変調光に対して反射光が遅延する位相に基づいて、対象物までの距離が算出できる。具体的には、対象物までの距離を示す距離値（Ｄｅｐｔｈ）は、以下の式（３）によって算出される。
　Ｄｅｐｔｈ＝
　　（ｃ／４πｆ）・ｔａｎ－１｛（Ｃ０－Ｃ１８０）／（Ｃ９０－Ｃ２７０）｝　　　（３）
　ここで、ｃは光速であり、ｆは、上記の周波数ｆである。また、Ｃ０、Ｃ１８０、Ｃ９０、Ｃ２７０は、それぞれ、露光パルスＣ０、Ｃ１８０、Ｃ９０、Ｃ２７０によって画素２２が生成する信号の信号値である。
　ＣＷＴｏＦ方式では、測距レンジは、周波数ｆに依存し、具体的には、０からｃ／ｆである。また、パルスＴｏＦ方式と同様に、ＣＷＴｏＦ方式でも、画素２２の反射光の受光量（画素２２が反射光に基づいて生成する信号の信号レベル）によっても制限される。そのため、ＣＷＴｏＦ方式では、最終的な測距レンジは、発光パルスの周波数ｆによって決まる測距レンジと、画素２２の反射光の受光量によって決まる測距レンジとが重複するレンジである。
　測距装置１００は、ＣＷＴｏＦ方式で測距を行う場合でも、図７で示した動作と同様の動作を行う。図１２は、測距装置１００の動作時の測距レンジのさらに別の一例を示す図である。図１２では、測距装置１００がＣＷＴｏＦ方式で測距を行う場合の動作時の測距レンジの例が示されている。
　ＣＷＴｏＦ方式では、ステップＳ１１においてパラメータ計算部３０が出力する初期の発光露光パラメータは、例えば、発光パルスおよび露光パルスの周波数、および、露光時間を含む。
　図１２の（ａ）には、初期の発光露光パラメータでの第１モードおよび第２モードの測距レンジが示されている。図１２の（ａ）において、第１モードと第２モードとは、発光パルスおよび露光パルスの周波数が同じであり、露光時間が互いに異なる。具体的には、第２モードの露光時間は、第１モードの露光時間よりも長い。これにより、第２モードの測距レンジＲ２が第１モードの測距レンジＲ１よりもより長い距離を測距可能になっている。なお、第１モードと第２モードとで発光パルスおよび露光パルスの周波数が異なっていてもよい。また、図１２の（ａ）においても、上述の図８の（ａ）と同様に、対象物の反射率が所定の範囲であれば、第１モードの測距レンジＲ１と第２モードの測距レンジＲ２との間には測距不可な距離レンジが存在しない。
　ＣＷＴｏＦ方式では、ステップＳ１３において、データ処理部５０は、例えば、上述した式（３）を用いて対象物までの距離値を算出することで距離画像を生成する。また、データ処理部５０は、例えば、輝度値としてＣ０＋Ｃ１８０またはＣ９０＋Ｃ２７０を算出することにより輝度画像を生成する。また、ＣＷＴｏＦ方式では、ステップＳ１４において、例えば、第１モードの発光露光パラメータにおける露光時間が変更される。ステップＳ１４において、パラメータ計算部３０は、例えば、第１モードの輝度画像が反射光の受光量によって対象物までの距離を測定できない画素２２が存在する可能性が高いことを示している場合に、第１モードの発光露光パラメータにおける露光時間を短くするように変更する。
　図１２の（ｂ）には、第１モードの発光露光パラメータにおける露光時間を短くした場合の第１モードおよび第２モードの測距レンジが示されている。図１２の（ｂ）に示されるように、露光時間を短くすると第１モードの測距レンジＲ１の下限が小さくなるため、図１２の（ａ）では測距できなかった星印の反射率および距離の対象物も測距可能になる。一方で、露光時間を短くすると第１モードの測距レンジＲ１の上限も小さくなるため、第１モードの測距レンジＲ１と第２モードの測距レンジＲ２との間に対象物までの距離を測距不可な距離レンジＲ０が生じる。
　ＣＷＴｏＦ方式では、ステップＳ１６において、パラメータ計算部３０は、例えば、第２モードの測距レンジの下限が、第１モードの測距レンジの上限以下になるように、露光時間を算出して、第２モードの測距レンジの下限を小さくする。ＣＷＴｏＦ方式において、図９を用いて説明した反射光信号レベルが露光時間に比例するため、パラメータ計算部３０は、上記で説明したｙ＝Ｋ／ｘ２の関係を利用して、第１モードの測距レンジの上限（ＤＩＳＴ２）を算出できる。さらに、パラメータ計算部３０は、上記で説明したｙ＝Ｋ／ｘ２の関係を利用して、第２モードの測距レンジの下限が第１モードの測距レンジの上限以下になる第２モードの露光時間を算出できる。測距レンジの下限に対応する露光時間を算出する場合には、上記のＩＲ＿ＴＡＲＧＥＴとして、飽和時の反射光信号レベルを用いる。
　図１２の（ｃ）には、測距不可な距離レンジを無くすように第２モードの発光露光パラメータが算出された場合の第１モードおよび第２モードの測距レンジが示されている。図１２の（ｃ）に示されるように、第２モードにおける露光時間が短くなることで、第２モードの測距レンジＲ２の下限が小さくなることで、測距不可な距離レンジＲ０が無くなる。よって、測距装置１００は、第１モードの発光露光パラメータが変更された場合であっても、第１モードの測距レンジＲ１の下限から第２モードの測距レンジＲ２の上限までの距離を切れ目なく測距できる。
　なお、ＣＷＴｏＦ方式においても、パラメータ計算部３０は、第２モードの発光露光パラメータが変更されることにより測距不可な距離レンジが生じた場合に、第１モードの発光露光パラメータを算出してもよい。
　［変形例］
　次に、実施の形態の変形例に係る測距装置について説明する。以下の変形例の説明では、実施の形態との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
　図１３は、実施の形態の変形例に係る測距装置１００Ａの構成の一例を示す機能ブロック図である。
　図１３に示されるように、本変形例に係る測距装置１００Ａは、実施の形態に係る測距装置１００と比較して、パラメータ計算部３０の代わりに、パラメータ計算部３０Ａを備える点で主に相違する。また、測距装置１００Ａでは、測距装置１００Ａが生成した距離画像は、ＥＣＵ２００Ａの３Ｄアプリ処理部２１０Ａに出力される。
　パラメータ計算部３０Ａは、第１モードの発光露光パラメータと第２モードの発光露光パラメータとを含むセットを１以上保持する記憶部３１を含む。記憶部３１は、例えば、半導体メモリ等の記憶素子である。記憶部３１は、例えば、第１モードの発光露光パラメータと第２モードの発光露光パラメータとを含むセットを複数保持する。複数のセットのそれぞれにおいて、第１モードの発光露光パラメータと第２モードの発光露光パラメータとは、第１モードの測距レンジと第２モードの測距レンジとの間の測距不可な距離レンジが存在しない関係である。パラメータ計算部３０Ａは、例えば、記憶部３１に保持された複数のセットのそれぞれの測距レンジを示す測距レンジ情報を３Ｄアプリ処理部２１０Ａに出力する。
　パラメータ計算部３０Ａは、記憶部３１に保持された複数のセットのうちの１つのセットの発光露光パラメータを出力するモードと、パラメータ計算部３０の上記の動作と同様に測距不可な距離レンジを無くすように発光露光パラメータを算出して出力するモードと、を有する。例えば、パラメータ計算部３０Ａは、複数のセットのうちの１つのセットの出力を指示するパラメータ選択信号の入力を受けた場合には、１つのセットの第１モードの発光露光パラメータと第２モードの発光露光パラメータとを発光露光制御部４０に出力する。また、例えば、パラメータ計算部３０Ａは、パラメータ選択信号の入力を受けていない場合には、第１モードの測距レンジと第２モードの測距レンジとの間の測距不可な距離レンジを無くすように、第１モードおよび第２モードのうちの他方の発光露光パラメータを算出して発光露光制御部４０に出力する。
　３Ｄアプリ処理部２１０Ａは、例えば、上記の３Ｄアプリ処理部２１０の機能に加えて、パラメータ選択信号を生成する機能を有する。３Ｄアプリ処理部２１０Ａは、例えば、パラメータ計算部３０Ａから出力された測距レンジ情報と、ＥＣＵ２００Ａが搭載された機器の動作情報とに基づいて、パラメータ選択信号を生成してパラメータ計算部３０Ａに出力する。機器の動作情報は、機器が移動体である場合、移動体の動作状況を示す情報である。動作情報は、例えば、移動体の起動時か否か、および、移動体の駆動状況（例えば、直進、旋回、停止等）を含む。３Ｄアプリ処理部２１０Ａは、例えば、移動体の起動時、ならびに、移動体の旋回および停止時には、複数のセットのうち最も近い距離を測距できる測距レンジのセットを示すパラメータ選択信号を生成して出力する。また、３Ｄアプリ処理部２１０Ａは、例えば、移動体の直進時には、複数のセットのうち最も遠い距離を測距できる測距レンジのセットを示すパラメータ選択信号を生成して出力する。
　以上のように、測距装置１００Ａにおいては、パラメータ選択信号の入力を受けた場合には、パラメータ選択信号が示す１つのセットの第１モードの発光露光パラメータと第２モードの発光露光パラメータとで発光部１０の発光および複数の画素２２の露光が制御される。そのため、測距装置１００Ａは、ＥＣＵ２００Ａが搭載された機器の動作の状況に応じた測距レンジでの測距が可能である。
　（その他）
　以上、本開示の一つまたは複数の態様に係る測距装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を各実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
　また、本開示に係る測距装置は、上記実施の形態で説明した各構成要素を全て備えていなくてもよく、目的の動作をさせるための構成要素のみで構成されていてもよい。
　また、上記実施の形態において、各構成要素は、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
　また、各構成要素は、ハードウェアによって実現されてもよい。各構成要素は、回路（または集積回路）でもよい。これらの回路は、全体として１つの回路を構成してもよいし、それぞれ別々の回路でもよい。また、これらの回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。
　また、上記実施の形態において、特定の処理回路が実行する処理を別の処理回路が実行してもよい。また、複数の処理の順序が変更されてもよいし、複数の処理が並行して実行されてもよい。
　また、本開示の全般的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよい。また、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
　例えば、本開示は、上記実施の形態の測距装置として実現されてもよいし、測距装置を制御する制御装置として実現されてもよいし、測距装置を構成する構成要素が行うステップ（処理）を含む測距方法として実現されてもよいし、このような測距方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現されてもよいし、このようなプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体として実現されてもよい。
　以下に、上記実施の形態に基づいて説明した本開示に係る測距装置および測距方法の例を示す。本開示に係る測距装置および測距方法は、以下の例に限定されるものではない。
　例えば、本開示の第１態様に係る測距装置は、対象物までの距離を測定する測距装置であって、前記対象物に光を出射する発光部と、前記発光部によって出射された光が前記対象物で反射した反射光に基づく信号を生成する複数の画素を有する受光部と、前記発光部による発光および前記複数の画素による露光の条件を示す発光露光パラメータを算出するパラメータ計算部と、前記パラメータ計算部が算出した前記発光露光パラメータに基づいて前記発光および前記露光を制御する発光露光制御部と、前記露光によって前記複数の画素のそれぞれが生成した信号に基づいて、前記対象物までの距離を示す距離画像を生成するデータ処理部と、を備え、前記発光露光制御部は、前記発光露光パラメータが互いに異なる複数の制御モードをフレーム単位で切り替えて前記発光および前記露光を制御し、前記複数の制御モードは、第１モードと、前記第１モードよりも長い距離を測距可能な測距レンジを有する第２モードと、を含み、前記パラメータ計算部は、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの一方の前記発光露光パラメータが変更されることにより、前記第１モードの測距レンジと、前記第２モードの測距レンジとの間に測距不可な距離レンジが生じた場合に、前記測距不可な距離レンジを無くすように、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの他方の前記発光露光パラメータを算出する。
　これにより、発光露光制御部が、測距レンジが異なる第１モードと第２モードとで発光および露光を制御するため、測距レンジを広げることができる。また、第１モードの測距レンジと第２モードの測距レンジとの間に測距不可な距離レンジが生じた場合には測距の精度が低下するものの、パラメータ計算部が、測距不可な距離レンジを無くすように、第１モードおよび第２モードのうちの他方の発光露光パラメータを算出する。そのため、第１モードの測距レンジと第２モードの測距レンジとの間の測距不可な距離レンジを無くして、測距の精度を高めることができる。よって、本態様に係る測距装置は、測距レンジを広げ、かつ、高精度に測距することができる。
　また、例えば、本開示の第２態様に係る測距装置は、第１態様に係る測距装置であって、前記発光部は、パルス光を出射し、前記パラメータ計算部は、前記第１モードの前記発光露光パラメータにおける前記発光の量に関するパラメータが変更されることにより、前記測距不可な距離レンジが生じた場合に、前記測距不可な距離レンジを無くすように、前記第２モードの前記発光露光パラメータにおける前記パルス光の出射を基準とする前記露光のタイミングを算出する。
　これにより、近距離側を測定するための第１モードの発光の量を調整することで上記の測距不可な距離レンジが生じた場合でも、第２モードの発光露光パラメータにおけるパルス光の出射を基準とする露光のタイミングを算出するだけで、測距不可な距離レンジを無くすことができる。
　また、例えば、本開示の第３態様に係る測距装置は、第１態様に係る測距装置であって、前記発光部は、パルス光を出射し、前記パラメータ計算部は、前記第２モードの前記発光露光パラメータにおける前記パルス光の出射を基準とする前記露光のタイミングが変更されることにより、前記測距不可な距離レンジが生じた場合に、前記測距不可な距離レンジを無くすように、前記第１モードの前記発光露光パラメータにおける前記発光の量に関するパラメータを算出する。
　これにより、遠距離側を測定するための第２モードの発光露光パラメータにおけるパルス光の出射を基準とする露光のタイミングを調整することで上記の測距不可な距離レンジが生じた場合でも、第１モードの発光露光パラメータにおける発光の量に関するパラメータを算出するだけで、測距不可な距離レンジを無くすことができる。
　また、例えば、本開示の第４態様に係る測距装置は、第２態様または第３態様に係る測距装置であって、前記発光の量に関するパラメータは、前記発光部が出射する前記パルス光の発光回数である。
　これにより、発光の量をパルス光の発光回数により容易に調整できる。
　また、例えば、本開示の第５態様に係る測距装置は、第１態様に係る測距装置であって、前記発光部は、所定の周波数で強度が変調された変調光を連続的に出射し、前記パラメータ計算部は、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの一方の前記発光露光パラメータにおける露光時間が変更されることにより、前記測距不可な距離レンジが生じた場合に、前記測距不可な距離レンジを無くすように、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの他方の前記発光露光パラメータにおける露光時間を算出する。
　これにより、露光時間によって測距レンジを調整する場合に、測距不可な距離レンジを無くすことができる。
　また、例えば、本開示の第６態様に係る測距装置は、第１態様から第５態様のいずれか１つに係る測距装置であって、前記データ処理部は、前記発光および前記露光によって前記複数の画素のそれぞれが生成した信号に基づいて、前記対象物からの前記反射光の輝度を示す輝度画像を生成し、前記パラメータ計算部は、前記輝度画像に基づいて、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの一方の前記発光露光パラメータを変更する。
　これにより、対象物の反射光の輝度に応じて、第１モードおよび第２モードのうちの一方の発光露光パラメータを変更でき、測距の精度を高めることができる。
　また、例えば、本開示の第７態様に係る測距装置は、第１態様から第６態様のいずれか１つに係る測距装置であって、前記パラメータ計算部は、前記第１モードの前記発光露光パラメータと前記第２モードの前記発光露光パラメータとを含むセットを１以上保持する記憶部を含み、前記１以上のセットのそれぞれにおいて、前記第１モードの前記発光露光パラメータと前記第２モードの前記発光露光パラメータとは、前記測距不可な距離レンジが存在しない関係であり、前記パラメータ計算部は、前記１以上のセットのうちの１つのセットの出力を指示するパラメータ選択信号の入力を受けた場合には、前記１つのセットの前記第１モードの前記発光露光パラメータと前記第２モードの前記発光露光パラメータとを前記発光露光制御部に出力する。
　これにより、必要に応じて外部からの指示に従った測距レンジでの測距が可能になる。
　また、例えば、本開示の第８態様に係る測距方法は、対象物までの距離を測定する測距装置による測距方法であって、前記測距装置は、前記対象物に光を出射する発光部と、前記発光部によって出射された光が前記対象物で反射した反射光に基づく信号を生成する複数の画素を有する受光部と、を備え、前記測距方法は、前記発光部による発光および前記複数の画素による露光の条件を示す発光露光パラメータを算出するパラメータ計算ステップと、前記パラメータ計算ステップで算出した前記発光露光パラメータに基づいて前記発光および前記露光を制御する発光露光制御ステップと、前記露光によって前記複数の画素のそれぞれが生成した信号に基づいて、前記対象物までの距離を示す距離画像を生成するデータ処理ステップと、含み、前記発光露光制御ステップでは、前記発光露光パラメータが互いに異なる複数の制御モードをフレーム単位で切り替えて前記発光および前記露光を制御し、前記複数の制御モードは、第１モードと、前記第１モードよりも長い距離を測距可能な測距レンジを有する第２モードと、を含み、前記パラメータ計算ステップでは、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの一方の前記発光露光パラメータが変更されることにより、前記第１モードの測距レンジと、前記第２モードの測距レンジとの間に測距不可な距離レンジが生じた場合に、前記測距不可な距離レンジを無くすような、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの他方の前記発光露光パラメータを算出する。
　これにより、第１態様に係る測距装置と同様に、測距レンジを広げ、かつ、高精度に測距することができる。
　本開示に係る測距装置等は、距離測定システムならびに距離画像を用いたセンシングシステムおよび認識システム等の様々な用途に適用できる。
１０　発光部
２０　受光部
２１　固体撮像素子
２２　画素
３０、３０Ａ　パラメータ計算部
３１　記憶部
４０　発光露光制御部
５０　データ処理部
１００、１００Ａ　測距装置
２００、２００Ａ　ＥＣＵ
２１０、２１０Ａ　３Ｄアプリ処理部

Claims (8)

  1. 　対象物までの距離を測定する測距装置であって、
    　前記対象物に光を出射する発光部と、
    　前記発光部によって出射された光が前記対象物で反射した反射光に基づく信号を生成する複数の画素を有する受光部と、
    　前記発光部による発光および前記複数の画素による露光の条件を示す発光露光パラメータを算出するパラメータ計算部と、
    　前記パラメータ計算部が算出した前記発光露光パラメータに基づいて前記発光および前記露光を制御する発光露光制御部と、
    　前記露光によって前記複数の画素のそれぞれが生成した信号に基づいて、前記対象物までの距離を示す距離画像を生成するデータ処理部と、を備え、
    　前記発光露光制御部は、前記発光露光パラメータが互いに異なる複数の制御モードをフレーム単位で切り替えて前記発光および前記露光を制御し、
    　前記複数の制御モードは、第１モードと、前記第１モードよりも長い距離を測距可能な測距レンジを有する第２モードと、を含み、
    　前記パラメータ計算部は、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの一方の前記発光露光パラメータが変更されることにより、前記第１モードの測距レンジと、前記第２モードの測距レンジとの間に測距不可な距離レンジが生じた場合に、前記測距不可な距離レンジを無くすように、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの他方の前記発光露光パラメータを算出する、
    　測距装置。
  2. 　前記発光部は、パルス光を出射し、
    　前記パラメータ計算部は、前記第１モードの前記発光露光パラメータにおける前記発光の量に関するパラメータが変更されることにより、前記測距不可な距離レンジが生じた場合に、前記測距不可な距離レンジを無くすように、前記第２モードの前記発光露光パラメータにおける前記パルス光の出射を基準とする前記露光のタイミングを算出する、
    　請求項１に記載の測距装置。
  3. 　前記発光部は、パルス光を出射し、
    　前記パラメータ計算部は、前記第２モードの前記発光露光パラメータにおける前記パルス光の出射を基準とする前記露光のタイミングが変更されることにより、前記測距不可な距離レンジが生じた場合に、前記測距不可な距離レンジを無くすように、前記第１モードの前記発光露光パラメータにおける前記発光の量に関するパラメータを算出する、
    　請求項１に記載の測距装置。
  4. 　前記発光の量に関するパラメータは、前記発光部が出射する前記パルス光の発光回数である、
    　請求項２または３に記載の測距装置。
  5. 　前記発光部は、所定の周波数で強度が変調された変調光を連続的に出射し、
    　前記パラメータ計算部は、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの一方の前記発光露光パラメータにおける露光時間が変更されることにより、前記測距不可な距離レンジが生じた場合に、前記測距不可な距離レンジを無くすように、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの他方の前記発光露光パラメータにおける露光時間を算出する、
    　請求項１に記載の測距装置。
  6. 　前記データ処理部は、前記発光および前記露光によって前記複数の画素のそれぞれが生成した信号に基づいて、前記対象物からの前記反射光の輝度を示す輝度画像を生成し、
    　前記パラメータ計算部は、前記輝度画像に基づいて、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの一方の前記発光露光パラメータを変更する、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の測距装置。
  7. 　前記パラメータ計算部は、前記第１モードの前記発光露光パラメータと前記第２モードの前記発光露光パラメータとを含むセットを１以上保持する記憶部を含み、
    　前記１以上のセットのそれぞれにおいて、前記第１モードの前記発光露光パラメータと前記第２モードの前記発光露光パラメータとは、前記測距不可な距離レンジが存在しない関係であり、
    　前記パラメータ計算部は、前記１以上のセットのうちの１つのセットの出力を指示するパラメータ選択信号の入力を受けた場合には、前記１つのセットの前記第１モードの前記発光露光パラメータと前記第２モードの前記発光露光パラメータとを前記発光露光制御部に出力する、
    　請求項１から６のいずれか１項に記載の測距装置。
  8. 　対象物までの距離を測定する測距装置による測距方法であって、
    　前記測距装置は、
    　　前記対象物に光を出射する発光部と、
    　　前記発光部によって出射された光が前記対象物で反射した反射光に基づく信号を生成する複数の画素を有する受光部と、を備え、
    　前記測距方法は、
    　　前記発光部による発光および前記複数の画素による露光の条件を示す発光露光パラメータを算出するパラメータ計算ステップと、
    　　前記パラメータ計算ステップで算出した前記発光露光パラメータに基づいて前記発光および前記露光を制御する発光露光制御ステップと、
    　　前記露光によって前記複数の画素のそれぞれが生成した信号に基づいて、前記対象物までの距離を示す距離画像を生成するデータ処理ステップと、含み、
    　前記発光露光制御ステップでは、前記発光露光パラメータが互いに異なる複数の制御モードをフレーム単位で切り替えて前記発光および前記露光を制御し、
    　前記複数の制御モードは、第１モードと、前記第１モードよりも長い距離を測距可能な測距レンジを有する第２モードと、を含み、
    　前記パラメータ計算ステップでは、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの一方の前記発光露光パラメータが変更されることにより、前記第１モードの測距レンジと、前記第２モードの測距レンジとの間に測距不可な距離レンジが生じた場合に、前記測距不可な距離レンジを無くすような、前記第１モードおよび前記第２モードのうちの他方の前記発光露光パラメータを算出する、
    　測距方法。
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