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技術 距離測定装置

出願人 パナソニック株式会社
発明者 村上憲一橋本裕介
出願日 2010年2月26日 (10年9ヶ月経過) 出願番号 2011-501672
公開日 2012年9月6日 (8年2ヶ月経過) 公開番号 WO2010-098454
状態 特許登録済
技術分野 光学的距離測定 固体撮像素子 光レーダ方式及びその細部
主要キーワード 採用範囲 単位期間分 位相差τ CMOSエリアイメージセンサ 正誤判断 各距離値 読出回数 受光期間中
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2012年9月6日)のものです。
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課題・解決手段

距離測定装置は、発光源1と受光センサ2とタイミング制御部5と距離演算部6と遅延制御部8とを備える。タイミング制御部5は、変調信号と複数の基準タイミング信号とを出力する。変調信号は、ハイレベルである期間とロウレベルである期間との長さがそれぞれ単位期間整数倍の長さからランダムに選択される方形波信号である。各基準タイミング信号は、変調信号または反転された変調信号と同じ波形を有する。発光源1は、変調信号に基づいて光の強度を変化させる。遅延制御部8は、基準タイミング信号を遅延時間Tdだけ遅延させてタイミング信号を生成する。受光センサ2は、複数のタイミング信号のそれぞれに対応する受光期間に生成された電荷蓄積する。距離演算部6は、複数のタイミング信号のそれぞれに対応付けられた電荷量を用いて時間差τを求め、時間差τと遅延時間Tdとに基づいて対象物3までの距離Lを求める。

概要

背景

文献1(特開2004−45304)は、タイムオブフライト法原理を用いた測距装置を開示する。上記文献1に開示された測距装置は、正弦波形のように一定周期で強度が変化する強度変調光投光し、強度変調光の投光時点と受光時点とにおける変調波形位相差計測することによって、対象物までの距離を測定する。

上記文献1に開示された測距装置では、投光時点と受光時点とにおける変調波形の位相差は、投光された強度変調光が対象物で反射された後に受光されるまでの時間差(投光時と受光時との時間差)に相当する。よって、強度変調光の周期をT〔s〕、光速をc〔m/s〕、変調波形の位相差をψ〔ラジアン〕とすると、投光時と受光時との時間差τは、τ=T(ψ/2π)になる。対象物までの距離Lは、L=(1/2)cT(ψ/2π)で表わされる。

上記文献1に開示された測距装置では、測定最大距離は強度変調光の半周期に対応する距離である。したがって、強度変調光の周波数を低下させれば、測定最大距離を長くすることができる。しかしながら、測定最大距離を長くするために強度変調光の周波数を低下させると、距離の分解能も低下してしまう。

概要

距離測定装置は、発光源1と受光センサ2とタイミング制御部5と距離演算部6と遅延制御部8とを備える。タイミング制御部5は、変調信号と複数の基準タイミング信号とを出力する。変調信号は、ハイレベルである期間とロウレベルである期間との長さがそれぞれ単位期間整数倍の長さからランダムに選択される方形波信号である。各基準タイミング信号は、変調信号または反転された変調信号と同じ波形を有する。発光源1は、変調信号に基づいて光の強度を変化させる。遅延制御部8は、基準タイミング信号を遅延時間Tdだけ遅延させてタイミング信号を生成する。受光センサ2は、複数のタイミング信号のそれぞれに対応する受光期間に生成された電荷蓄積する。距離演算部6は、複数のタイミング信号のそれぞれに対応付けられた電荷量を用いて時間差τを求め、時間差τと遅延時間Tdとに基づいて対象物3までの距離Lを求める。

目的

本発明の目的は、測定最大距離を長くしても距離の分解能を一定に保つことができる距離測定装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

この技術が所属する分野

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請求項1

対象物が存在する対象空間に光を照射するための発光源と、受光期間中に上記対象空間から受け取った光の強度に応じた量の電荷を生成する光電変換部と、上記光電変換部で生成された電荷を上記受光期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積する電荷蓄積部と、タイミング制御部と、遅延制御部と、距離演算部と、を備え、上記タイミング制御部は、変調信号を上記発光源に出力し、複数の基準タイミング信号を上記遅延制御部に出力するように構成され、上記変調信号は、方形波信号であり、上記変調信号がハイレベルである期間とロウレベルである期間との長さは、所定の単位期間整数倍の長さから乱数的に決定され、上記複数の基準タイミング信号は、上記変調信号と同じ波形を有する非反転基準タイミング信号と、上記非反転基準タイミング信号を反転させた信号である反転基準タイミング信号とを含み、上記発光源は、上記タイミング制御部から受け取った上記変調信号に基づいて光の強度を変化させるように構成され、上記遅延制御部は、上記タイミング制御部から受け取った上記各基準タイミング信号を遅延時間だけ遅延させ、これによって複数のタイミング信号を生成して上記光電変換部に出力するように構成され、上記光電変換部は、上記遅延制御部から受け取った上記各タイミング信号がハイレベルである期間とロウレベルである期間とのいずれか一方を上記受光期間として選択するように構成され、上記電荷蓄積部は、上記光電変換部が生成した電荷を、上記複数のタイミング信号のそれぞれと対応付けて蓄積するように構成され、上記距離演算部は、上記各タイミング信号に対応付けられた電荷量を用いて時間差を求め、求められた上記時間差と上記遅延時間とに基づいて上記対象物までの距離を求めるように構成されることを特徴とする距離測定装置

請求項2

上記複数の基準タイミング信号は、上記変調信号に一致する第1基準タイミング信号と、上記第1基準タイミング信号を反転させた信号である第2基準タイミング信号と、上記変調信号と同一の波形を有し上記変調信号から単位期間分だけ遅延した第3基準タイミング信号と、上記第3基準タイミング信号を反転させた信号である第4基準タイミング信号と、を含み、上記距離演算部は、上記第1基準タイミング信号に対応する電荷量と上記第2基準タイミング信号に対応する電荷量と上記第3基準タイミング信号に対応する電荷量と上記第4基準タイミング信号に対応する電荷量とを用いて、上記時間差を求めるように構成されることを特徴とする請求項1記載の距離測定装置。

請求項3

上記距離演算部は、上記遅延時間に相当する距離を上記時間差に相当する距離に加算することにより上記対象物までの距離を算出するように構成されることを特徴とする請求項1記載の距離測定装置。

請求項4

距離範囲設定部を有し、上記距離範囲設定部は、受け取った入力信号に応じて、上記複数の異なる時間から上記遅延時間を選択して上記遅延制御部に通知するように構成され、上記遅延制御部は、上記基準タイミング信号を、上記距離範囲設定部から通知された上記遅延時間だけ遅延させて上記タイミング信号を生成するように構成されることを特徴とする請求項1記載の距離測定装置。

請求項5

複数の上記光電変換部を有し、上記複数の光電変換部は、撮像面を形成するように平面状に配列され、上記距離演算部は、上記複数の光電変換部にそれぞれ関連付けられた複数の画素を有する距離画像を生成するように構成され、上記距離演算部は、上記対象物までの距離が所定距離と一致するかどうかを判断し、上記対象物までの距離が上記所定距離と一致する上記画素の画素値を上記対象物までの距離が上記所定距離と一致しない上記画素の画素値と異ならせるように構成され、上記所定距離は、上記発光源が光を放射するときの時間と上記発光源が光を放射してから上記遅延時間の経過後に上記非反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量と上記反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量とが最初に一致するときの時間との差に相当する距離であることを特徴とする請求項4記載の距離測定装置。

請求項6

距離範囲設定部を有し、上記距離範囲設定部は、複数の異なる時間から上記遅延時間を選択して上記遅延制御部に通知するように構成され、上記遅延制御部は、上記基準タイミング信号を、上記距離範囲設定部から通知された上記遅延時間だけ遅延させて上記タイミング信号を生成するように構成されることを特徴とする請求項1記載の距離測定装置。

請求項7

上記対象空間内での所定のイベントの発生を検知するイベント検知部を有し、複数の上記光電変換部を有し、上記複数の光電変換部は、撮像面を形成するように平面状に配列され、上記距離範囲設定部は、上記イベント検知部が上記イベントの発生を検知すると、上記対象空間内で上記イベントが発生した場所までの距離に応じて上記遅延時間を選択するように構成され、上記距離演算部は、上記複数の光電変換部にそれぞれ関連付けられた複数の画素を有する距離画像を生成するように構成され、上記各画素は、上記対象物までの距離を示す画素値を有することを特徴とする請求項6記載の距離測定装置。

請求項8

複数の上記光電変換部を有し、上記複数の光電変換部は、撮像面を形成するように平面状に配列され、上記距離範囲設定部は、測定可能範囲が互いに異なる複数の上記遅延時間を選択するように構成され、上記距離演算部は、上記複数の光電変換部にそれぞれ対応付けられた複数の画素を有する距離画像を上記複数の遅延時間毎に生成するように構成され、上記距離演算部は、上記画素に対応する上記対象物までの距離が上記測定可能範囲に含まれていれば上記画素の画素値を上記対象物までの距離を示す有効画素値に設定し、上記画素に対応する上記対象物までの距離が上記測定可能範囲に含まれていなければ上記画素の画素値を上記対象物までの距離が測定可能範囲外であることを示す無効画素値に設定するように構成され、上記距離演算部は、上記無効画素値を有する上記画素の数が少なくなるように、複数の上記距離画像を合成して合成距離画像を生成するように構成されることを特徴とする請求項6記載の距離測定装置。

請求項9

上記複数の遅延時間は、それぞれに対応する上記測定可能範囲が互いに連続するように選択されることを特徴とする請求項8記載の距離測定装置。

請求項10

上記距離演算部は、上記画素に対応する上記対象物までの距離が所定距離と一致していれば上記画素の画素値を上記有効画素値に設定し、上記画素に対応する上記対象物までの距離が上記所定距離と一致していなければ上記画素の画素値を上記無効画素値に設定するように構成され、上記所定距離は、上記発光源が光を放射するときの時間と上記発光源が光を放射してから上記遅延時間の経過後に上記非反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量と上記反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量とが最初に一致するときの時間との差に相当する距離であることを特徴とする請求項8記載の距離測定装置。

請求項11

正誤判断部を有し、上記正誤判断部は、上記各タイミング信号に対応付けられた電荷量の大小関係に対して所定の判定条件を用いて上記対象物までの距離が測定可能範囲内か否かを判断するように構成され、上記距離演算部は、上記正誤判断部の判断結果を参照して、上記距離画像を生成するように構成されることを特徴とする請求項8記載の距離測定装置。

請求項12

上記複数の基準タイミング信号は、上記変調信号と同一の波形を有し上記変調信号から上記単位期間分だけ遅延した遅延非反転基準タイミング信号と、上記遅延非反転基準タイミング信号を反転させた信号である遅延反転基準タイミング信号と、を含み、上記距離演算部は、上記遅延非反転基準タイミング信号に対応する電荷量と上記遅延反転基準タイミング信号に対応する電荷量とを用いて、上記時間差を求めるように構成されることを特徴とする請求項1記載の距離測定装置。

技術分野

0001

本発明は、距離測定装置に関し、特に、タイムオブフライト(time of flight)法の原理を用いたアクティブ型の距離測定装置に関する。

背景技術

0002

文献1(特開2004−45304)は、タイムオブフライト法の原理を用いた測距装置を開示する。上記文献1に開示された測距装置は、正弦波形のように一定周期で強度が変化する強度変調光投光し、強度変調光の投光時点と受光時点とにおける変調波形位相差計測することによって、対象物までの距離を測定する。

0003

上記文献1に開示された測距装置では、投光時点と受光時点とにおける変調波形の位相差は、投光された強度変調光が対象物で反射された後に受光されるまでの時間差(投光時と受光時との時間差)に相当する。よって、強度変調光の周期をT〔s〕、光速をc〔m/s〕、変調波形の位相差をψ〔ラジアン〕とすると、投光時と受光時との時間差τは、τ=T(ψ/2π)になる。対象物までの距離Lは、L=(1/2)cT(ψ/2π)で表わされる。

0004

上記文献1に開示された測距装置では、測定最大距離は強度変調光の半周期に対応する距離である。したがって、強度変調光の周波数を低下させれば、測定最大距離を長くすることができる。しかしながら、測定最大距離を長くするために強度変調光の周波数を低下させると、距離の分解能も低下してしまう。

0005

本発明は上記事由に鑑みて為された。本発明の目的は、測定最大距離を長くしても距離の分解能を一定に保つことができる距離測定装置を提供することである。

0006

本発明に係る距離測定装置は、対象物が存在する対象空間に光を照射するための発光源と、受光期間中に上記対象空間から受け取った光の強度に応じた量の電荷を生成する光電変換部と、上記光電変換部で生成された電荷を上記受光期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積する電荷蓄積部と、タイミング制御部と、遅延制御部と、距離演算部と、を備える。上記タイミング制御部は、変調信号を上記発光源に出力し、複数の基準タイミング信号を上記遅延制御部に出力するように構成される。上記変調信号は、方形波信号であり、上記変調信号がハイレベルである期間とロウレベルである期間との長さは、所定の単位期間整数倍の長さから乱数的に決定される。上記複数の基準タイミング信号は、上記変調信号と同じ波形を有する非反転基準タイミング信号と、上記非反転基準タイミング信号を反転させた信号である反転基準タイミング信号とを含む。上記発光源は、上記タイミング制御部から受け取った上記変調信号に基づいて光の強度を変化させるように構成される。上記遅延制御部は、上記タイミング制御部から受け取った上記各基準タイミング信号を遅延時間だけ遅延させ、これによって複数のタイミング信号を生成して上記光電変換部に出力するように構成される。上記光電変換部は、上記遅延制御部から受け取った上記各タイミング信号がハイレベルである期間とロウレベルである期間とのいずれか一方を上記受光期間として選択するように構成される。上記電荷蓄積部は、上記光電変換部が生成した電荷を、上記複数のタイミング信号のそれぞれと対応付けて蓄積するように構成される。上記距離演算部は、上記各タイミング信号に対応付けられた電荷量を用いて時間差を求め、求められた上記時間差と上記遅延時間とに基づいて上記対象物までの距離を求めるように構成される。

0007

好ましくは、上記複数の基準タイミング信号は、上記変調信号に一致する第1基準タイミング信号と、上記第1基準タイミング信号を反転させた信号である第2基準タイミング信号と、上記変調信号と同一の波形を有し上記変調信号から単位期間分だけ遅延した第3基準タイミング信号と、上記第3基準タイミング信号を反転させた信号である第4基準タイミング信号と、を含む。上記距離演算部は、上記第1基準タイミング信号に対応する電荷量と上記第2基準タイミング信号に対応する電荷量と上記第3基準タイミング信号に対応する電荷量と上記第4基準タイミング信号に対応する電荷量とを用いて、上記時間差を求めるように構成される。

0008

好ましくは、上記距離演算部は、上記遅延時間に相当する距離を上記時間差に相当する距離に加算することにより上記対象物までの距離を算出するように構成される。

0009

好ましくは、距離範囲設定部を有し、上記距離範囲設定部は、受け取った入力信号に応じて、上記複数の異なる時間から上記遅延時間を選択して上記遅延制御部に通知するように構成される。上記遅延制御部は、上記基準タイミング信号を、上記距離範囲設定部から通知された上記遅延時間だけ遅延させて上記タイミング信号を生成するように構成される。

0010

好ましくは、上記距離測定装置は、複数の上記光電変換部を有する。上記複数の光電変換部は、撮像面を形成するように平面状に配列される。上記距離演算部は、上記複数の光電変換部にそれぞれ関連付けられた複数の画素を有する距離画像を生成するように構成される。上記距離演算部は、上記対象物までの距離が所定距離と一致するかどうかを判断し、上記対象物までの距離が上記所定距離と一致する上記画素の画素値を上記対象物までの距離が上記所定距離と一致しない上記画素の画素値と異ならせるように構成される。上記所定距離は、上記発光源が光を放射するときの時間と上記発光源が光を放射してから上記遅延時間の経過後に上記非反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量と上記反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量とが最初に一致するときの時間との差に相当する距離である。

0011

好ましくは、上記距離測定装置は、距離範囲設定部を有する。上記距離範囲設定部は、複数の異なる時間から上記遅延時間を選択して上記遅延制御部に通知するように構成される。上記遅延制御部は、上記基準タイミング信号を、上記距離範囲設定部から通知された上記遅延時間だけ遅延させて上記タイミング信号を生成するように構成される。

0012

好ましくは、上記距離測定装置は、上記対象空間内での所定のイベントの発生を検知するイベント検知部を有する。上記距離測定装置は、複数の上記光電変換部を有する。上記複数の光電変換部は、撮像面を形成するように平面状に配列される。上記距離範囲設定部は、上記イベント検知部が上記イベントの発生を検知すると、上記対象空間内で上記イベントが発生した場所までの距離に応じて上記遅延時間を選択するように構成される。上記距離演算部は、上記複数の光電変換部にそれぞれ関連付けられた複数の画素を有する距離画像を生成するように構成され、上記各画素は、上記対象物までの距離を示す画素値を有する。

0013

好ましくは、上記距離測定装置は、複数の上記光電変換部を有する。上記複数の光電変換部は、撮像面を形成するように平面状に配列される。上記距離範囲設定部は、測定可能範囲が互いに異なる複数の上記遅延時間を選択するように構成される。上記距離演算部は、上記複数の光電変換部にそれぞれ対応付けられた複数の画素を有する距離画像を上記複数の遅延時間毎に生成するように構成される。上記距離演算部は、上記画素に対応する上記対象物までの距離が上記測定可能範囲に含まれていれば上記画素の画素値を上記対象物までの距離を示す有効画素値に設定し、上記画素に対応する上記対象物までの距離が上記測定可能範囲に含まれていなければ上記画素の画素値を上記対象物までの距離が測定可能範囲外であることを示す無効画素値に設定するように構成される。上記距離演算部は、上記無効画素値を有する上記画素の数が少なくなるように、複数の上記距離画像を合成して合成距離画像を生成するように構成される。

0014

好ましくは、上記複数の遅延時間は、それぞれに対応する上記測定可能範囲が互いに連続するように選択される。

0015

好ましくは、上記距離演算部は、上記画素に対応する上記対象物までの距離が所定距離と一致していれば上記画素の画素値を上記有効画素値に設定し、上記画素に対応する上記対象物までの距離が上記所定距離と一致していなければ上記画素の画素値を上記無効画素値に設定するように構成される。上記所定距離は、上記発光源が光を放射するときの時間と上記発光源が光を放射してから上記遅延時間の経過後に上記非反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量と上記反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量とが最初に一致するときの時間との差に相当する距離である。

0016

好ましくは、上記距離測定装置は、正誤判断部を有する。上記正誤判断部は、上記各タイミング信号に対応付けられた電荷量の大小関係に対して所定の判定条件を用いて上記対象物までの距離が測定可能範囲内か否かを判断するように構成される。上記距離演算部は、上記正誤判断部の判断結果を参照して、上記距離画像を生成するように構成される。

0017

好ましくは、上記複数の基準タイミング信号は、上記変調信号と同一の波形を有し上記変調信号から上記単位期間分だけ遅延した遅延非反転基準タイミング信号と、上記遅延非反転基準タイミング信号を反転させた信号である遅延反転基準タイミング信号と、を含む。上記距離演算部は、上記遅延非反転基準タイミング信号に対応する電荷量と上記遅延反転基準タイミング信号に対応する電荷量とを用いて、上記時間差を求めるように構成される。

図面の簡単な説明

0018

本発明の一実施形態の距離測定装置のブロック図である。
同上の距離測定装置の変調信号の一例を示す図である。
同上の距離測定装置の動作の説明図である。
同上の距離測定装置の動作の説明図である。
同上の距離測定装置の動作の説明図である。
同上の距離測定装置の動作の説明図である。
同上に距離測定装置おける距離測定概念の説明図である。
同上の距離測定装置の動作の説明図である。
同上の距離測定装置の動作の説明図である。

実施例

0019

本実施形態の距離測定装置は、図1に示すように、アクティブ型の距離測定装置であって、距離を測定する対象となる対象物3が存在する空間(対象空間)に投光する発光源1と、対象空間から受光する受光センサ2と、コード発生器4と、タイミング制御部5と、距離演算部6と、正誤判断部7と、遅延制御部8と、距離範囲設定部9と、を備える。本実施形態の距離測定装置は、発光源1から投光された光が対象物3で反射され受光センサ2に受光されるまでの時間(飛行時間)Tf(図3(b)参照)に相当する物理量に基づいて対象物3までの距離を測定する。すなわち、本実施形態の距離測定装置は、タイムオブフライト法の原理を用いて対象物3までの距離を測定する。

0020

発光源1は、発光ダイオードレーザダイオードのように、光出力(光の強度)を高周波(たとえば、10MHz)で変調可能な発光素子である。

0021

受光センサ2は、発光源1から放射された光の光出力が変化する時間と同程度の時間の受光強度の変化を検出することが可能な受光素子である。

0022

受光センサ2は、たとえば、CCDエリアイメージセンサCMOSエリアイメージセンサのように多数の受光領域(画素に相当する領域)を備える受光素子(撮像素子)である。この場合、受光素子の視野で決定される空間領域に存在する対象物3までの距離を一括して測定できる。つまり、発光源1から放射された光を走査したり受光素子の視野を走査したりしなくても、各画素の画素値が距離値(対象物3までの距離に応じた値)を示す距離画像を生成できる。

0023

以下では、互いに隣接した4つの受光領域に着目する。4つの受光領域は、距離画像の1画素に相当する画素(セル)を構成する。すなわち、本実施形態では、1つのセルにおける受光量を用いて距離画像の1画素の情報が得られる。距離画像の1画素に相当する動作は4個の受光領域に相当する動作により説明できる。受光センサ2の各受光領域は、フォトダイオードフォトトランジスタのような単独の受光領域を持つ受光素子と等価である。すなわち、受光センサ2は、受光強度(実際には所定時間における受光光量)に応じた量の電荷を生成し集積する。4つの受光領域は、たとえば、一直線上や、2列に2個ずつ配列される。なお、1つの受光領域を、距離画像の1画素に相当する画素として用いてもよい。

0024

受光センサ2がフォトダイオードやフォトトランジスタであれば、受光期間に受光センサ2で生成された電荷を抽出するために、アナログスイッチなどのゲート回路が設けられる。受光センサ2が撮像素子であれば、電子シャッタの原理を用いて撮像素子内において電荷を集積する受光期間が制御される。受光センサ2の受光領域ごとに集積された電荷は多数回(たとえば、10000回)蓄積された後に外部に取り出される(以下では、電荷を蓄積する期間を「蓄積期間」と呼ぶ)。受光期間は、受光強度を一定とみなしてよい程度の短時間とする。したがって、受光期間では、受光光量は受光強度と等価である。

0025

すなわち、受光センサ2は、複数の光電変換部と、電荷蓄積部と、電荷取出部と、を備える。各光電変換部は、受光期間中に対象空間から受け取った光の強度に応じた量の電荷を生成する。言い換えれば、光電変換部は、受光期間における受光光量に相当する電荷を生成して集積する。本実施形態では、複数の光電変換部は、撮像面を形成するように平面状に配列されている。電荷蓄積部は、光電変換部が集積した電荷(光電変換部で生成された電荷)を受光期間よりも十分に長い所定の蓄積期間に亘って蓄積する。電荷取出部は、電荷蓄積部が蓄積した電荷を取り出す。FT型のCCDイメージセンサであれば、光電変換部は撮像領域の各画素に相当し、電荷蓄積部は蓄積領域に相当し、電荷取出部は水平転送部に相当する。また、IT型のCCDイメージセンサであれば、光電変換部は各撮像領域の画素に相当し、電荷蓄積部は垂直転送部に相当し、電荷取出部は垂直転送部および水平転送部に相当する。

0026

光電変換部が集積した電荷を蓄積することにより、各受光領域に対応付けて取り出される電荷量が増加するから信号レベルを高めることができ、ショットノイズの影響を低減できる。また、発光源1の光出力を10MHz程度の周波数で変調している場合には、蓄積回数を10000回程度にしても受光センサ2から電荷を外部に取り出す回数を1秒間に30回以上とすることができる。つまり、上記距離画像を用いて滑らかな動画像を生成できる。

0027

変調信号は、図2に示すように、方形波信号である。図2において、「1」はハイレベルを示し、「0」はロウレベルを示す。変調信号において、ハイレベルとロウレベルとは周期性を持たずに発生し、ハイレベルの発生確率はロウレベルの発生確率と等しい。変調信号は、たとえば、スペクトル拡散の技術で用いられるPN(Pseudorandom Noise)符合を発生する技術(たとえば、ゴールド符合発生回路)を用いて生成される。変調信号は、PN符合と同様に、ハイレベルとロウレベルとの各期間が単位期間の整数倍の長さを有するように生成される。以下では、PN符合にならってこの単位期間をチップ長と呼ぶ。チップ長は、たとえば、100〔ns〕であるが、これに限定されない。

0028

すなわち、変調信号は、信号値が第1値(たとえばハイレベルに相当する値)と上記第1値とは異なる第2値(たとえばロウレベルに相当する値)との間で交互に変化する方形波信号である。上記第1信号値が上記第1値である第1期間と上記第1信号値が上記第2値である第2期間とは、所定の単位期間の整数倍の長さを有し、上記第1期間と上記第2期間との長さは乱数的に決定される。なお、第1値がロウレベルに相当する値であり、第2値がハイレベルに相当する値であってもよい。

0029

コード発生器4は、変調信号を生成して出力する。コード発生器4から出力された変調信号はタイミング制御部5を介して発光源1に与えられる。

0030

発光源1は、変調信号がハイレベルである期間に点灯し、変調信号がロウレベルである期間に消灯する。すなわち、発光源1は変調信号の信号値(第1信号値)に応じて点灯・消灯を行う(光の強度を変化させる)。

0031

タイミング制御部5は、コード発生器4から受け取った変調信号を発光源1に出力し、複数の基準タイミング信号を遅延制御部8に出力するように構成される。

0032

タイミング制御部5は、コード発生器4から受け取った変調信号に基づいて、基準タイミング信号を生成する。基準タイミング信号は、受光センサ2が電荷を集積する受光期間を決定する。本実施形態では、1枚の距離画像を生成するために4種類の基準タイミング信号を生成する。4種類の基準タイミング信号は、受光センサ2の4つの受光領域にそれぞれ対応し、4つの受光領域の受光期間をそれぞれ決定する。さらに、タイミング制御部5は、受光センサ2が蓄積した電荷を外部に取り出すタイミングや、距離演算部6および正誤判断部7の動作タイミングを決めるためのクロック信号を出力する。

0033

図3は、変調信号と基準タイミング信号との関係を示す。図3(a)は変調信号(発光源1から放射された光の強度)を示す。図3(b)は受光センサ2が受光した光の強度を示す。タイミング制御部5は、第1の基準タイミング信号(図3(c)参照)と第2の基準タイミング信号(図3(d)参照)と第3の基準タイミング信号(図3(e)参照)と、第4の基準タイミング信号(図3(f)参照)とを、変調信号に基づいて生成する。

0034

第1の基準タイミング信号は、図3(c)に示すように、変調信号と一致する。すなわち、第1の基準タイミング信号は、変調信号と同じ波形を有し、かつ、変調信号から遅延していない。第2の基準タイミング信号は、図3(d)に示すように、変調信号に対してハイレベルとロウレベルとが反転された信号(反転された変調信号)である。すなわち、第2の基準タイミング信号は、反転された変調信号と同じ波形を有し、かつ、変調信号から遅延していない。言い換えれば、第2の基準タイミング信号は、第1の基準タイミング信号を反転させた信号である。第3の基準タイミング信号は、図3(e)に示すように、変調信号に対して1チップ長(単位時間)Tcだけ遅延した信号である。すなわち、第3の基準タイミング信号は、変調信号と同じ波形を有し、かつ、変調信号から遅延している。第4の基準タイミング信号は、図3(f)に示すように、変調信号に対して1チップ長Tcだけ遅延し、かつ、変調信号に対してハイレベルとロウレベルとが反転された信号である。すなわち、第4の基準タイミング信号は、変調信号と同じ波形を有し、かつ、変調信号から遅延している。言い換えれば、第4の基準タイミング信号は、第3の基準タイミング信号を反転させた信号である。

0035

このように、タイミング制御部5は、複数の基準タイミング信号を生成する。複数の基準タイミング信号は、変調信号と同じ波形を有する非反転基準タイミング信号(第1の基準タイミング信号や第3の基準タイミング信号)と、非反転基準タイミング信号を反転させた信号である反転基準タイミング信号(第2の基準タイミング信号や第4の基準タイミング信号)とを含む。ここで、第3の基準タイミング信号は、変調信号と同一の波形を有し変調信号から単位期間分だけ遅延した遅延非反転基準タイミング信号である。第4の基準タイミング信号は、遅延非反転基準タイミング信号(第3の基準タイミング信号)を反転させて得られた遅延反転基準タイミング信号である。

0036

遅延制御部8は、タイミング制御部5と受光センサ2との間に設けられる。遅延制御部8は、タイミング制御部5から受け取った各基準タイミング信号を遅延時間Tdだけ遅延させ、これによって複数のタイミング信号を生成して受光センサ2に出力するように構成される。本実施形態では、遅延制御部8は、図3(c)〜(f)のそれぞれが示す基準タイミング信号を、基準タイミング信号間の相対的な時間関係を維持しながら全体的に時間軸後方偏移させる(つまり、遅延させる)。これによって、遅延制御部8は、第1の基準タイミング信号を遅延時間だけ遅延させた第1のタイミング信号(図6(c)参照)と、第2の基準タイミング信号を遅延時間だけ遅延させた第2のタイミング信号(図6(d)参照)と、第3の基準タイミング信号を遅延時間だけ遅延させた第3のタイミング信号(図6(e)参照)と、第4の基準タイミング信号を遅延時間だけ遅延させた第4のタイミング信号(図6(f)参照)と、を生成する。図6(c)〜(f)に示す例では、遅延時間は、(2/3)Tcである。なお、遅延時間が0である場合、タイミング信号は、基準タイミング信号と一致する。

0037

測定範囲設定部9は、遅延制御部8における遅延時間を設定するために用いられる。遅延制御部8は複数の異なる時間から遅延時間を選択するように構成される。測定範囲設定部9は、遅延制御部8にどの時間を選択すべきかを指示する。測定範囲設定部9は、操作部(たとえばスイッチ)からの入力(ユーザからの入力)または遅延時間を指定する信号の入力を受けて遅延時間を選択する。すなわち、距離範囲設定部9は、受け取った入力信号に応じて、複数の異なる時間から遅延時間を選択して遅延制御部8に通知するように構成される。遅延制御部8は、基準タイミング信号を、距離範囲設定部9から通知された遅延時間だけ遅延させてタイミング信号を生成するように構成される。

0038

発光源1から放射された後に対象物3で反射された光を受光センサ2が受け取るまでには対象物3までの距離に応じた時間がかかる。ここで、受光センサ2の各受光領域が、各基準タイミング信号がハイレベルである期間に電荷を生成したとする。第1の基準タイミング信号に対応する受光領域(第1受光領域)で生成される電荷量A0は、図3(c)に斜線で示す部位の面積に相当する量になる。第2の基準タイミング信号に対応する受光領域(第2受光領域)で生成される電荷量A2は、図3(d)に斜線で示す部位の面積に相当する量になる。第3の基準タイミング信号に対応する受光領域(第3受光領域)で生成される電荷量A1は、図3(e)に斜線で示す部位の面積に相当する量になる。第4の基準タイミング信号に対応する受光領域(第4受光領域)で生成される電荷量A3は、図3(f)に斜線で示す部位の面積に相当する量になる。

0039

受光センサ2からは、受光領域ごとに電荷の蓄積を多数回行った後に(チップ長Tcの多数倍の時間に亘って電荷を蓄積した後に)、電荷が取り出される。そのため、各受光領域から取り出された電荷量は、変調信号の乱数性(第1期間と第2期間の長さが乱数的に決定されること)によって、飛行時間Tfの一次関数で表される値に収束する。飛行時間Tfは、遅延時間Tdに時間差τを加算して得られる値である(Tf=Td+τ)。時間差τは、受光センサ2より取り出された電荷量A0〜A3を用いて算出される。図3に示す例では、遅延時間Tdが0であるから、時間差τは飛行時間Tfと等しい。

0040

図4に示すように、時間差τが0≦τ≦Tcの範囲であれば、電荷量A0,A3は時間差τの増加に伴って減少し、電荷量A1,A2は時間差τの増加に伴って増加する。

0041

電荷量A0〜A3は、理想的には、A0+A2=A1+A3=一定という関係を有している。さらに、時間差τが0である場合、電荷量A0は、蓄積期間の全期間に亘って受光センサ2が受光した場合(受光期間が蓄積期間と等しい場合)の電荷量の2分の1になる。同様に、時間差τが1チップ長Tcである合、電荷量A1は、蓄積期間の全期間に亘って受光センサ2が受光した場合(受光期間が蓄積期間と等しい場合)の電荷量の2分の1になる。

0042

ここで、(A0+A2)/2=(A1+A3)/2=Bとする。また、時間差τ〔s〕が0のときの電荷量A0をA+Bとする。0≦τ≦Tcの範囲において、各電荷量A0〜A3は以下のように表される。

0043

0044

ただし、αは時間差τに対する電荷量の変化率を表す定数であり、α=A/Tcになる。

0045

上式から時間差τ〔s〕は、以下の式により与えられる。

0046

0047

対象物3までの距離をL〔m〕とし、光速をc〔m/s〕とすれば、距離Lは、L=c・τ/2で与えられる。

0048

1チップ長Tcを100〔ns〕とすれば、0≦τ≦100〔ns〕である。よって、0≦L≦15〔m〕になる。遅延時間Tdが0〔s〕、1チップ長Tcが100〔ns〕であるとき、測定可能な最大距離(以下、「測定最大距離」という)は15〔m〕である。

0049

距離演算部6は、タイミング制御部5で生成された基準タイミング信号により規定される期間に受光センサ2で生成された電荷を用いて上述した演算を行って対象物3までの距離Lを求める。

0050

なお、上式から明らかなように、4種類の電荷量A0〜A4のうちの3種類を用いるだけでも時間差τ〔s〕は求められる。3種類の電荷量A1,A2,A3を用いた場合、A1−A2=Aであり、A1−A3=2α・τであるから、τ=(Tc/2)(A1−A3)/A1−A2になる。3種類の電荷量A0,A1,A2を用いた場合、A0=−(A/Tc)τ+A+B、A1=(A/Tc)τ+B、A2=(A/Tc)τ−A+Bになるから、時間差τは、

0051

で表わされる。

0052

外乱光外光成分)がない場合、すなわちB=Aである場合には、未知数が時間差τ〔s〕とAとの2つになる。よって、4種類の電荷量A0〜A4のうちの2種類を用いるだけでも時間差τ〔s〕は求められる。2種類の電荷量A0,A2を用いた場合、A0=−(A/Tc)τ+2A、A2=(A/Tc)τであるから、時間差τは、

0053

で表わされる。

0054

また、既知の距離から定数αを求めておけば(あるいは対象物3の反射率が一定であれば)、Aが既知となるから、未知数が時間差τ〔s〕とBとの2個になる。よって、4種類の電荷量A0〜A4のうちの2種類を用いるだけでも時間差τ〔s〕は求められる。2種類の電荷量A0,A2を用いた場合、A0=−(A/Tc)τ+A+B、A2=(A/Tc)τ−A+Bであるから、時間差τは、τ={(2A−A0+A2)/2A}Tcで表わされる。

0055

ところで、蓄積期間中に発光源1が常に消灯していれば、電荷量A2は、時間差τが0であるときの電荷量(=B−A)に等しくなる。よって、発光源1が消灯している間に受光センサ2で生成された電荷量を用いることにより、B−Aが求められる。よって、予めB−Aを求めておけば、4種類の電荷量A0〜A4のうちの2種類を用いるだけでも時間差τ〔s〕は求められる。2種類の電荷量A0,A2を用いた場合、時間差τは、

0056

で表わされる。ただし、AL=B−Aである。

0057

また、蓄積期間中に発光源1が常に所定の強度で点灯していれば、電荷量A1は、時間差τが0であるときの電荷量(=A+B)に等しくなる。よって、発光源1が点灯している間に受光センサ2で生成された電荷量を用いることにより、A+Bが求められる。よって、予めA+Bを求めておけば、4種類の電荷量A0〜A4のうちの2種類を用いるだけでも時間差τ〔s〕は求められる。2種類の電荷量A0,A2を用いた場合、時間差τは、

0058

で表わされる。ただし、AH=A+Bである。

0059

対象物3の反射率が一定であり、かつ外光成分がない場合、Aが既知となり、B=0となる。この場合、未知数が時間差τ〔s〕だけになる。よって、4種類の電荷量A0〜A4のうちの1種類を用いて時間差τ〔s〕は求められる。

0060

上述のように4種類の基準タイミング信号にそれぞれ対応する電荷量A0〜A3を撮像素子によって得る場合、1回の蓄積期間で1つの距離値を得るようにしてもよい。この場合、撮像素子の隣接する4個(1列4個でも2列2個ずつでもよい)の受光領域(第1受光領域と第2受光領域と第3受光領域と第4受光領域)を1つのグループとする。第1受光領域は第1の基準タイミング信号(第1のタイミング信号)に応じて電荷を集積し、第2受光領域は第2の基準タイミング信号(第2のタイミング信号)に応じて電荷を集積し、第3受光領域は第3の基準タイミング信号(第3のタイミング信号)に応じて電荷を集積し、第4受光領域は第4の基準タイミング信号(第4のタイミング信号)に応じて電荷を集積する。各受光領域で集積された電荷は、蓄積期間に亘って蓄積される。このようにして撮像素子が電荷を蓄積すれば、1回の蓄積期間で4つの受光領域を用いるから、1回の蓄積期間で1つの距離値が得られる。この場合、各受光領域が複数の基準タイミング信号に応じて電荷を順次集積する場合に比べて、解像度は低下する。しかしながら、4つの電荷量A0〜A3を撮像素子から1回で読み出すことができる。そのため、1画面の距離画像を生成するために必要な電荷の読出回数を少なくでき、1画面の距離画像を得るのに要する時間を短くできる。よって、距離画像を用いて滑らかな動画像を生成できる。

0061

また、4回の蓄積期間で1つの距離値を得るようにしてもよい。この場合、撮像素子の各受光領域に4種類の基準タイミング信号(タイミング信号)を順番に与える。すなわち、4回の蓄積期間を1周期とする。たとえば、各受光領域は、1回目の蓄積期間に第1の基準タイミング信号(第1のタイミング信号)に応じて電荷を集積し、2回目の蓄積期間に第2の基準タイミング信号(第2タイミング信号)に応じて電荷を集積し、3回目の蓄積期間に第3の基準タイミング信号(第3のタイミング信号)に応じて電荷を集積し、4回目の蓄積期間に第4の基準タイミング信号(第4のタイミング信号)に応じて電荷を集積する。すなわち、各受光領域が蓄積期間ごとに異なる基準タイミング信号(タイミング信号)に応じて電荷を集積する。このようにして撮像素子が電荷を蓄積すれば、4回の蓄積期間で1つの距離値が得られる。この場合、複数の受光領域がそれぞれ異なる基準タイミング信号に応じて電荷を集積する場合に比べて、1画面の距離画像を得るのに要する時間が長くなる。しかしながら、受光領域ごとに距離値を得ることができる。そのため、解像度の高い距離画像を生成できる。

0062

正誤判断部7は、各タイミング信号に対応付けられた電荷量の大小関係に対して所定の判定条件を用いて対象物3までの距離が測定可能範囲内か否かを判断するように構成される。

0063

ここで、電荷量A0,A2は、時間差τが1チップ長Tcを超えると一定値であるBになる。電荷量A1は、0≦τ≦Tcである間は増加し、Tc<τ≦2Tcである間は減少する。電荷量A3は、0≦τ≦Tcである間は減少し、Tc<τ≦2Tcである間は増加する。電荷量A1,A3は、時間差τが2チップ長Tcを超えると一定値であるBになる。

0064

Tc<τの場合、A0−A2=0になる。ただし、実際には外乱光によるショットノイズなどが発生する環境下において電荷量A0,A2には揺らぎが生じる。つまり、Tc<τになっても、必ずしもA0−A2が0になるとは限らない。

0065

正誤判断部7は、電荷量A0と電荷量A2との差分が規定の閾値β(第1の閾値)以下になれば、時間差τが1チップ長Tcを超えた、すなわち、測定可能な最大距離(測定最大距離)を越えたと判断する。すなわち、正誤判断部7の判定条件は、A0−A2≦β(≒0)である。

0066

正誤判断部7は、対象物3までの距離が測定最大距離を超えていると判断したときには、当該画素について距離値を出力しないように距離演算部6に指示を与える。距離演算部6は、正誤判断部7によって、距離値を出力しないように指示を与えられると、対象物3までの距離が無効であると判断する。その結果、距離演算部6は、測定最大距離を超える遠方の対象物3までの距離を出力しない。よって、距離の誤測定を防止できる。

0067

受光センサ2は多数の画素を備えるから、対象物3までの距離が測定最大距離までの範囲内である領域については距離の測定を行える。測定最大距離を越える対象物3までの距離を無効にしても、受光センサ2の感度が低減されることはない。

0068

外乱光が強くショットノイズによる電荷量の揺らぎが大きいような環境下では、時間差τが1チップ長Tcを超える場合でもA0−A2≦βにならず、A0−A2>βになることがある。このような場合に備えて、正誤判断部7は、対象物3までの距離が測定最大距離を超えるか否かの判断に、電荷量(受光量)A1と電荷量A3との差分を用いる。電荷量A1と電荷量A3との差分は、2Tc<τになると0になる。したがって、正誤判断部7は、電荷量A1と電荷量A3との差分が規定の閾値γ(第2の閾値)以下になれば、時間差τがチップ長Tcの2倍を超えたと判断する。すなわち、正誤判断部7は、A1−A3≦γ(≒0)を判定条件として用いる。正誤判断部7は、A1−A3≦γが成立すると、対象物3までの距離が測定最大距離の2倍を超えていると判断する。正誤判断部7は、対象物3までの距離が測定最大距離の2倍を超えていると判断したときには、当該画素について距離値を出力しないように距離演算部6に指示を与える。

0069

正誤判断部7が、電荷量A0と電荷量A2との差分を閾値βと比較し、電荷量A1と電荷量A3との差分を閾値γと比較すれば、電荷量を用いて得られる距離が測定最大距離の2倍を超えるか否かを信頼性よく判断できる。閾値βと閾値γとは同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。

0070

本実施形態では、測定最大距離が1チップ長Tcに相当する距離に設定されている(上述の例では、1チップ長Tc=100〔ns〕に対して、測定最大距離は15〔m〕である)。すなわち、対象物3の測定可能範囲は0〜15〔m〕である。

0071

上述したように、遅延制御部8は、タイミング制御部5から出力される基準タイミング信号(図3(c)〜(f)参照)を、時間軸方向に偏移させて受光センサ2に与える。いま、遅延制御部8が、基準タイミング信号を時間軸方向において1チップ長Tcだけ遅延させたとする。この場合、図3(b)に示す受光強度の波形が1チップ長Tcだけ右に偏移しているときに、各受光領域から得られる電荷量は、図3(c)〜(f)に斜線部で示す部位の面積に相当する量になる。

0072

言い換えると、基準タイミング信号を1チップ長Tcだけ右に偏移させれば、受光強度の波形が1チップ長Tcだけ右に偏移する距離に位置する対象物3までの距離を測定できる。

0073

受光強度の波形が1チップ長Tcだけ右に偏移する距離は、上述の条件では15〔m〕である。図3(c)〜(f)に示す基準タイミング信号を1チップ長Tcだけ右に偏移させたタイミング信号を用いて求めた距離に15〔m〕を加算すれば、対象物3までの実際の距離が得られる。ただし、基準タイミング信号を1チップ長Tcだけ右に偏移させた場合には、距離の測定可能範囲は15〔m〕〜30〔m〕になる。すなわち、遅延時間が1チップ長Tcである場合には、測定可能範囲は15〔m〕〜30〔m〕になる。

0074

基準タイミング信号をチップ長Tcの2倍だけ右に偏移させたタイミング信号を用いれば(すなわち、遅延時間Td=2Tc)、距離の測定可能範囲は30〜45〔m〕になる。ただし、対象物3までの距離が大きくなるほど対象物3での反射光の受光強度は低下する。よって、タイミング信号を遅延させることが可能な範囲(遅延時間の最大値)は、受光強度に応じて決定される。また、本実施形態の距離測定装置では、遅延時間を変化させることで、測定可能範囲を変化させても測定可能範囲の上限値と下限値との差は一定である。よって、測定可能範囲が変化しても距離の分解能は変化しない。

0075

上述の説明からわかるように、測定可能範囲の幅は単位期間によって決定される。また、距離の分解能も単位期間により決定される。一方、測定可能範囲の上限値と下限値は遅延時間によって決定される。

0076

本実施形態の距離測定装置では、単位期間を変更せずに、遅延時間を変更することで測定可能範囲を偏移させる。これによって測定最大距離を変化させる。したがって、分解能に影響を与えることなく測定最大距離を変更できる。測定可能範囲は、単位期間と遅延時間とによって決定される。したがって、図5(a)に示すように、測定可能範囲に周期性がなく、測定可能範囲外の対象物3については距離が測定されない。したがって、図5(b)に示すように遅延時間に応じたオフセットL1を設定することで測定最大距離を変更しても、測定可能範囲外の対象物3までの距離を誤って測定することがない。

0077

ところで、上述の例のようにチップ長Tcを単位として偏移させたタイミング信号を用いると(遅延時間をチップ長Tcの整数倍とすると)、測定可能範囲の境界付近(たとえば、0〜15〔m〕と15〜30〔m〕とを測定可能範囲とする場合の15〔m〕付近)では、距離の算出に用いられる電荷量A0と電荷量A2との差が小さくなる。そのため、測定誤差が生じやすくなる。したがって、遅延時間は、チップ長Tcよりも短い時間とすることが望ましい。

0078

次に、図6を参照して、遅延時間Tdをチップ長Tcの3分の2の時間にした例について説明する。図6(a)は変調信号を示し、図6(b)は受光センサ2が受光した光の強度を示し、図6(c)は第1のタイミング信号を示し、図6(d)は第2のタイミング信号を示し、図6(e)は第3のタイミング信号を示し、図6(f)は第4のタイミング信号を示す。

0079

受光センサ2により得られた電荷量A0〜A3から求められる時間差τは、発光源1から投光した光が受光センサ2に入射するまでの飛行時間Tfではなく、発光源1から投光し遅延時間Td=(2/3)Tcが経過した後から受光センサ2に光が入射するまでの時間である。よって、時間差τは、τ=Tf−Tdである。

0080

チップ長Tcが100〔ns〕である場合、遅延時間Td=(2/3)Tcに相当する距離は10mである。よって、図6に示すタイミング信号を用いれば、図7(a)にR11で示すように、測定可能範囲は10〔m〕〜25〔m〕になる。R10は遅延時間Td=0である場合の測定可能範囲を示す。また、遅延時間Tdをチップ長Tcの3分の4の時間にすれば、遅延時間Td=(4/3)Tcに相当する距離は20mである。この場合、図7(a)にR12で示すように、測定可能範囲は20〔m〕〜35〔m〕になる。遅延時間Td=(2/3)Tcに対応する測定可能範囲(近距離側の測定可能範囲)と、遅延時間Td=(4/3)Tcに対応する測定可能範囲(遠距離側の測定可能範囲)とは5m重複している。近距離側の測定可能範囲の上限値(25〔m〕)付近の電荷量を用いないようにし、遠距離側の測定可能範囲の下限値(20〔m〕)付近の電荷量を用いないようにすることで、測定誤差を抑制できる。

0081

距離演算部6は、基準タイミング信号を時間軸方向に偏移させることによって測定可能範囲が変更されたときには、距離の補正を行う(図7(b)参照)。距離範囲設定部9は、遅延制御部8と距離演算部6とに遅延時間Tdを通知する。距離演算部6は、距離範囲設定部9から通知された遅延時間Tdに相当する距離を位相差τより求められた距離に加算することにより距離の補正を行う。距離演算部は、距離の補正を行うことにより、対象物3までの距離値を求める。

0082

距離演算部6は、複数の光電変換部にそれぞれ関連付けられた複数の画素を有する距離画像を生成するように構成される。距離画像の各画素は、対象物3までの距離を示す画素値を有する。距離演算部6は、画素に対応する対象物3までの距離が測定可能範囲に含まれていれば画素の画素値を対象物3までの距離を示す有効画素値に設定する。距離演算部6は、画素に対応する対象物3までの距離が測定可能範囲に含まれていなければ画素の画素値を対象物3までの距離が測定可能範囲外であることを示す無効画素値に設定する。

0083

ところで、電荷量A1と電荷量A3との差分は、対象物3までの距離が測定可能範囲の下限値(以下、「測定最小距離」という)を下回る場合も閾値γ以下になる(図4参照)。したがって、正誤判断部7は、電荷量A1と電荷量A3との差分が閾値γ以下であれば、対象物3までの距離が測定最小距離以下か、または、測定最大距離の2倍以上であるかを判定できる。正誤判断部7は、受光センサ2の受光領域からなるグループごとに対象物3までの距離が測定可能範囲内か否かを判定する。

0084

距離範囲設定部9は、複数の異なる時間から遅延時間Tdを選択して遅延制御部8に通知するように構成されていてもよい。遅延制御部8は、基準タイミング信号を、距離範囲設定部9から通知された遅延時間Tdだけ遅延させてタイミング信号を生成するように構成される。すなわち、距離範囲設定部9が遅延時間を切り換えるようにすれば、測定可能範囲を各遅延時間に対応する測定可能範囲に切り換えることができる。これにより、距離測定装置の測定可能範囲を広げることができる。

0085

たとえば、チップ長Tcが100〔ns〕であるときに、遅延時間Tdを0〔s〕、75〔ns〕、150〔ns〕の異なる3つの時間で切り換えるとする。遅延時間Td=0〔s〕に対応する測定可能範囲は0〜15〔m〕であり、遅延時間Td=75〔ns〕に対応する測定可能範囲は11.25〔m〕〜26.25〔m〕であり、遅延時間Td=150〔ns〕に対応する測定可能範囲は22.5〔m〕〜37.5〔m〕である。このように測定可能範囲(遅延時間Td)を切り換えれば、距離の異なるいろいろな対象物3について距離測定を行える。

0086

距離範囲設定部9は、所定フレームごとに測定可能範囲(遅延時間Td)を自動的に切り換えるように構成されていてもよい。上記所定フレームは、複数フレームでもよい。上記所定フレームが1フレームである場合、距離範囲設定部9は、遅延時間Tdを循環的に(遅延時間Tdが徐々に大きくまたは小さくなるように)切り換えるようにしてもよい。このようにすれば、測定可能範囲の境界(上限値または下限値)付近に存在する対象物3が移動している場合でも、対象物3の動きを滑らかに追跡できる。この場合、距離範囲設定部9は、遅延時間制御部8が選択可能な遅延時間が循環的に選択されるように遅延制御部8に指示を与える。

0087

また、距離測定装置は、所定のイベントの発生を検知するイベント検知部10を備えていてもよい。イベント検知部10は、たとえば、距離演算部6で生成された距離画像に基づいて人のような移動する対象物3を検知する。イベント検知部10は、対象物3が移動する位置の予測を行う予測手段としても機能する。イベント検知部10は、予測した結果を距離範囲設定部9に通知する。距離範囲設定部9は、イベント検知部10からの指示を受けて遅延時間Tdを選択する。距離範囲設定部9は、対象物3が隣接する測定可能範囲の境界(距離が重複している範囲)に存在している場合、どちらの測定可能範囲(遅延時間Td)を選択するかをイベント検知部10の予測結果に基づいて決定する。この場合、対象物3を追跡して、対象物3までの距離に応じて測定可能範囲を切り換えることができる。すなわち、対象物3を追跡して距離を測定できる。

0088

距離演算部6は、測定可能範囲ごとに補正した距離値を生成する。すなわち、距離演算部6は、測定可能範囲ごとの距離画像を生成する。たとえば、遅延時間Tdが0〔s〕と75〔ns〕と150〔ns〕との異なる3つの時間で切り換えられる場合、遅延時間Td(測定可能範囲)ごとに距離画像が生成される。すなわち、測定可能範囲が0〜15〔m〕である距離画像と、測定可能範囲が11.25〔m〕〜26.25〔m〕である距離画像と、測定可能範囲が22.5〔m〕〜37.5〔m〕である距離画像とが、生成される。

0089

実空間では受光センサ2の各受光領域にはそれぞれ1つの対象物3からの反射光しか入射しない。測定可能範囲が異なっても1グループの受光領域には1つの距離値しか対応しない。したがって、対象空間において受光センサ2にもっとも近い対象物3からの反射光のみが受光領域に入射する。言い換えれば、対象物3が直線状に並んでいても、受光領域には距離測定装置に近い対象物3で反射された光しか入射しない。

0090

複数の測定可能範囲(遅延時間)が設定されても、受光センサ2の受光領域のグループごとに1つの距離値のみを対応付ければよい。距離演算部6は、測定可能範囲ごとに求めた距離値を1枚の距離画像の画素に対応付けることによって、複数の測定可能範囲から得られた距離値を用いて1枚の距離画像(合成距離画像)を生成するように構成されることが好ましい。

0091

複数の距離画像を1の距離画像にまとめる際には(合成距離画像を生成する際には)、距離演算部6は、正誤判断部7での判定結果を参照して、対象物3までの距離が測定可能範囲内であると判定された距離値のみを組み合わせる。また、すべての測定可能範囲において正誤判断部7での判定結果が異常値となる画素(測定最大距離を超えるか測定最小距離を下回ることを示している画素)には、測定不能であることを示す値を割り当てる。すなわち、距離演算部6は、無効画素値を有する画素の数が少なくなるように、複数の距離画像を合成して合成距離画像を生成するように構成される。

0092

この構成を採用すれば、測定可能範囲を利用者に意識させることなく近距離から遠距離まで継ぎ目なく距離を測定できる。ここで、測定可能範囲の境界では、上述したように誤差が少ないほうの距離を選択して用いるのが望ましい。ただし、境界において得られる2つの距離の平均値を用いたり、各距離の重み付き平均を用いたりしてもよい。

0093

ところで、距離測定装置の測定精度は、対象物3までの距離が測定可能範囲内であっても、変調信号やタイミング信号の波形のなまりなどに起因してばらつくことがある。

0094

すなわち、変調信号やタイミング信号の波形は、回路キャパシタンス成分インダクタンス成分に起因して、完全な方形波信号にはならないことがある。そのため、図8に示すように、電荷量A0〜A3が小さい領域と大きい領域とにおいて、電荷量A0〜A3の理論値(特性V10)と実際値(特性V11)との間に誤差が生じることがある。なお、図8では、電荷量A1,A3を示しているが、電荷量A0,A2でも同様の誤差が生じることがある。図8に示す例では、電荷量A0〜A3が大きい領域では理論値よりも実際値が小さい。電荷量A0〜A3が小さい領域では理論値よりも実際値が大きい。実際値は、理論値とは異なり直線的ではなくS字状の曲線的に変化する。

0095

このように、電荷量A0〜A3に対して距離が直線的に変化しないことがある。そのため、図9に示すように、演算距離(特性D10)と実距離(特性D11)とにずれが生じることがある。ただし、図8に示すように、電荷量A0〜A3には、理論値と実際値との傾きがほぼ一致する領域がある。したがって、理論値と実際値との傾きが一致するときの電荷量A0〜A3を利用すれば、演算距離と実距離との誤差を低減できる。

0096

遅延時間が0〔s〕である(測定最小距離が0〔m〕である)場合に、理論値と実際値との傾きの一致度が高くなる距離の範囲(最適範囲)をx〜x+a〔m〕とする。遅延時間を所定の値にして測定最小距離をy〔m〕とした場合、最適範囲はx+y〜x+y+a〔m〕になる。

0097

最適範囲x〜x+a〔m〕は、たとえば、実距離と演算距離との誤差が所定値(たとえば、10%)以内になる範囲として定める。最適範囲x〜x+a〔m〕は、多くの場合、チップ長Tcにより決まる測定可能範囲の中央付近になる。よって、測定可能範囲の中央付近を距離の測定に利用する採用範囲Dp(図8参照)とする。このようにすれば、直線性のよい(高精度な)距離測定が可能になる。

0098

測定可能範囲の中央付近の距離のみを用いることができるように、複数の測定可能範囲を設定してもよい。この場合、距離演算部6は、各測定可能範囲内の採用範囲Dp内の距離のみを用いて1枚の距離画像(合成距離画像)を生成するように構成される。この構成では、各距離値の測定精度のばらつきが小さくなる。よって、対象物3までの距離を高精度に測定できる。

0099

発光源1から放射された光は、対象空間において多重反射するおそれがある。発光源1から放射された光が多重反射すると、光の正反射成分により生成される電荷量に、光の多重反射成分により生成される電荷量が加算されて、電荷量が実際の電荷量よりも多くなってしまうことがある。たとえば、ある時間T1における電荷量に、時間T1より後の時間T2における電荷量が重畳されることがある。このように多重反射が生じた場合には、多重反射の影響によって、正しい電荷量が得られず、測定された距離と実際の距離とが大きく異なってしまうおそれがある。

0100

そこで、距離演算部6は、対象物3までの距離が所定距離と一致するかどうかを判断し、対象物3までの距離Lが所定距離と一致する画素の画素値を対象物3までの距離が所定距離と一致しない画素の画素値と異ならせるように構成されていてもよい。たとえば、距離演算部6は、画素に対応する対象物3までの距離が所定距離と一致していれば画素の画素値を有効画素値に設定し、画素に対応する対象物3までの距離が所定距離と一致していなければ画素の画素値を無効画素値に設定する。

0101

所定距離は、発光源1が光を放射してから遅延時間Tdの経過後に非反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量と反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量とが最初に一致するときの飛行時間Tfに相当する距離である。ここで、”対象物3までの距離が所定距離と一致する”とは、対象物3までの距離が厳密な意味で所定距離に一致していることだけではなく、対象物3までの距離が、多重反射による影響を無視できる程度の距離であることを含む。

0102

たとえば、距離演算部6が、電荷量A0と電荷量A2とを用いて、対象物3までの距離Lを算出する場合を考える。遅延時間Tdが(2/3)Tcであれば、電荷量A0と電荷量A2とが最初に一致するときの飛行時間Tfは、Td+Tcである。この飛行時間Tf=Td+Tcに相当する距離は、測定最大距離Lmax〔m〕である。この場合、測定最大距離Lmaxは25〔m〕になる。

0103

電荷量A0と電荷量A2とは、時間差τが1チップ長Tcを越えると(対象物3までの距離が測定最大距離Lmaxを越えると)、一定値であるBになる(図4参照)。

0104

距離演算部6は、測定最大距離Lmaxに対応する電荷量を用いて対象物3までの距離を算出する。そのため、光の多重反射によって加算される電荷量は第1のタイミング信号と第2のタイミング信号とのいずれの場合であってもBである。つまり、光が多重反射しても、測定最大距離Lmaxに対応する電荷量A0と電荷量A2とのそれぞれに重畳される電荷量は等しい。そのため、測定最大距離Lmaxに対応する電荷量A0と電荷量A2とを用いれば、発光源1から放射された光の多重反射による影響を受けることなく、対象物3までの距離を測定できる。

0105

上述の例では、遅延時間Tdに対応する測定可能範囲は、測定最大距離Lmax〔m〕のみである。ここで、光の正反射成分と多重反射成分との光路差許容値がDA〔m〕であるとする。許容値は、多重反射による影響を無視できる値である。この場合、測定最小距離Lminを、Lmin=Lmax−DAとすることができる。すなわち、測定可能範囲を、測定最小距離Lmin=Lmax−DAから測定最大距離Lmax〔m〕までの範囲にできる。たとえば、DA=0.5〔m〕であり、Lmax=25〔m〕であれば、測定可能範囲は、24.5〔m〕〜25〔m〕となる。

0106

ここで、遅延時間Tdを、許容値DA〔m〕に対応する時間ずつ大きくすれば、多重反射の影響がない合成距離画像が得られる。たとえば、1チップ長Tcが100〔ns〕で、DA=0.5〔m〕であるときに、測定可能範囲が10〔m〕〜25〔m〕までの合成距離画像を得るには、遅延時間Tdを、(2/3)Tc(10〔m〕に相当)から、(49/30)Tc(24.5〔m〕に相当)まで、(1/30)Tc(0.5〔m〕に相当)ずつ大きくすればよい。なお、上述したように測定可能範囲の一部が他の測定可能範囲の一部と重複していてもよい。すなわち、遅延時間Tdは、許容値DA〔m〕に対応する時間未満の時間ずつ大きくしてもよい。

0107

発光源1から放射された光は、理想的には、受光センサ2に最も近い対象物3で反射されて受光センサ2に戻ってくる。しかしながら、受光センサ2と最も近い対象物3との間にガラスがあったり、受光センサ2の近傍に光の反射率が高い物体があったりする場合には、対象物3よりも近距離にある物体で反射された光(光の近距離成分フレア成分)に応じた電荷量が対象物3で反射された光に応じた電荷量に加算されて、電荷量が実際の電荷量よりも多くなってしまうことがある。たとえば、ある時間T1における電荷量に、時間T1より前の時間T3における電荷量が重畳されてしまうことがある。このように、光の近距離成分の影響によって、正しい電荷量が得られず、測定された距離と実際の距離とが大きく異なってしまうおそれがある。特に、光の近距離成分の強度は強く、距離画像にフレアが生じるおそれある。

0108

そこで、距離演算部6は、第3の基準タイミング信号(遅延非反転基準タイミング信号)に対応する電荷量A1と第4の基準タイミング信号(遅延反転基準タイミング信号)に対応する電荷量A3とを用いて、時間差τを求めるように構成されていてもよい。

0109

第3の基準タイミング信号(第3のタイミング信号)に対応する電荷量A1と、第4の基準タイミング信号(第4のタイミング信号)に対応する電荷量A3とは、時間差τが0未満、すなわち、遅延時間Tdにおいては、対象物3までの距離が測定最小距離Lmin未満であると、一定値であるBになる。

0110

そのため、近距離成分によって加算される電荷量は第3のタイミング信号と第4のタイミング信号とのいずれの場合であってもBである。つまり、光の近距離成分によって、第3のタイミング信号に対応する電荷量と第4のタイミング信号に対応する電荷量とのそれぞれに重畳される電荷量は等しい。よって、電荷量A1と電荷量A3との差分を用いれば、発光源1から放射された光の近距離成分を除去できる。

0111

すなわち、電荷量A1と電荷量A3を用い、かつ、光の近距離成分が遅延時間Td内に受光センサ2に入射するように、遅延時間Tdを選択すれば、発光源1から放射された光の近距離成分による影響を受けることなく、対象物3までの距離を測定できる。

0112

以上述べたように、本実施形態の距離測定装置は、発光源1と、受光センサ2と、タイミング制御部5と、距離演算部6と、遅延制御部8と、を備える。

0113

発光源1は、対象物3が存在する対象空間に光を照射するために用いられる。

0114

受光センサ2は、受光期間中に対象空間から受け取った光の強度に応じた量の電荷を生成する光電変換部と、光電変換部で生成された電荷を受光期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積する電荷蓄積部と、を備える。

0115

タイミング制御部5は、変調信号を発光源1に出力し、複数の基準タイミング信号を遅延制御部8に出力するように構成される。

0116

ここで、変調信号は、方形波信号である。変調信号がハイレベルである期間とロウレベルである期間との長さは、所定の単位期間の整数倍の長さから乱数的に決定される。複数の基準タイミング信号は、変調信号と同じ波形を有する非反転基準タイミング信号と、非反転基準タイミング信号を反転させた信号である反転基準タイミング信号とを含む。上述の例では、第1の基準タイミング信号と第3の基準タイミング信号とはそれぞれ非反転基準タイミング信号である。第2の基準タイミング信号は、第1の基準タイミング信号と組となる反転基準タイミング信号である。第4の基準タイミング信号は、第3の基準タイミング信号と組となる反転基準タイミング信号である。

0117

発光源1は、タイミング制御部5から受け取った変調信号に基づいて光の強度を変化させるように構成される。上述の例では、発光源1は、変調信号の信号値がハイレベル(第1値)である間は点灯し、変調信号の信号値(第1信号値)がロウレベル(第2値)である間は消灯する。

0118

遅延制御部8は、タイミング制御部5から受け取った各基準タイミング信号を遅延時間Tdだけ遅延させ、これによって複数のタイミング信号を生成して受光センサ2(光電変換部)に出力するように構成される。

0119

受光センサ2(光電変換部)は、遅延制御部8から受け取った各タイミング信号がハイレベルである期間とロウレベルである期間とのいずれか一方を受光期間として選択するように構成される。上述の例では、受光センサ2は、タイミング信号の信号値がハイレベルである期間を受光期間として選択する。受光センサ2は、タイミング信号の信号値がロウレベルである期間を受光期間として選択してもよい。

0120

受光センサ2(電荷蓄積部)は、光電変換部が生成した電荷を、複数のタイミング信号のそれぞれと対応付けて蓄積するように構成される。

0121

距離演算部6は、各タイミング信号に対応付けられた電荷量を用いて、時間差τを求める。距離演算部6は、時間差τと遅延時間Tdとに基づいて対象物3までの距離を求めるように構成される。ここで、時間差τは、発光源1から放射された後に対象物3で反射された光を受光センサ2(光電変換部)が受け取るまでにかかる時間である飛行時間Tfと遅延時間Tdとの時間差である。

0122

本実施形態の距離測定装置では、蓄積期間に蓄積される電荷量は、対象物3までの距離に応じて変化する時間差τの一次関数になる。ここで、複数の異なるタイミング信号にそれぞれ対応して蓄積された電荷量を用いることにより時間差τを決定できる。よって、対象物3までの距離を算出できる。

0123

また、距離演算部6は、電荷量から求めた時間差τと遅延制御部8での遅延時間Tdとを用いて対象物3までの距離を求める。距離の分解能は基準タイミング信号によって決まり、測定最大距離は単位期間と遅延時間Tdとにより決まる。よって、測定最大距離にかかわらず距離の分解能を一定に保つことができる。測定可能範囲の幅と距離の分解能とは単位期間によって決定される。距離測定装置は、単位期間を変えずに遅延時間を変えることによって測定可能範囲の上限値と下限値とを変える。すなわち、測定可能範囲の幅はそのままに、測定可能範囲の上限値と下限値とを変える。したがって、測定最大距離を変更しても距離の分解能が低下することがない。

0124

測定可能範囲の幅は単位期間によって決まり、測定可能範囲の下限値は遅延時間によって決まる。距離演算部6は、測定可能範囲外の対象物3までの距離を測定しないから、測定最大距離を変更しても測定可能範囲外の距離を誤って測定することがない。

0125

また、遅延時間Tdを調節するだけで距離の測定可能範囲を任意に設定できる。つまり、測定可能範囲の幅は単位期間で決まるから、測定可能範囲の上限値と下限値とを遅延時間により決めることができる。よって、測定したい距離の範囲に測定可能範囲を設定できる。

0126

好ましくは、複数の基準タイミング信号は、変調信号に一致する第1基準タイミング信号と、第1基準タイミング信号を反転させた信号である第2基準タイミング信号と、変調信号と同一の波形を有し変調信号から単位期間(1チップ長Tc)分だけ遅延した第3基準タイミング信号と、第3基準タイミング信号を反転させて得られた第4基準タイミング信号と、を含む。距離演算部6は、第1基準タイミング信号に対応する電荷量A0と第2基準タイミング信号に対応する電荷量A2と第3基準タイミング信号に対応する電荷量A1と第4基準タイミング信号に対応する電荷量A3とを用いて、時間差τを求めるように構成される。

0127

したがって、環境光(発光源1から放射される光とは無関係の光)の存在下においても環境光の影響を除去して距離を求めることができる。

0128

距離演算部6は、遅延時間Tdに相当する距離を時間差τに相当する距離に加算することにより対象物3までの距離を算出するように構成される。したがって、対象物3までの距離を容易に求めることができる。

0129

距離測定装置は、距離範囲設定部9を有する。距離範囲設定部9は、受け取った入力信号に応じて、複数の異なる時間から遅延時間Tdを選択して遅延制御部8に通知するように構成される。遅延制御部8は、基準タイミング信号を、距離範囲設定部9から通知された遅延時間Tdだけ遅延させてタイミング信号を生成するように構成される。

0130

この場合、測定可能範囲の幅を変更せずに(距離の分解能を維持したままで)、測定可能範囲の上限値および下限値を変更できる。

0131

距離範囲設定部9は、受け取った入力信号に応じて遅延時間Tdを選択する。よって、ユーザが手動操作するスイッチや、人感センサなどから距離範囲設定部9に入力信号を送信することで、遅延時間Td(測定可能範囲)を変更できる。すなわち、距離範囲設定部は、所定の手段と連携して測定可能範囲を変更できる。たとえば、移動する人を追跡するために測定可能範囲を変更することが可能になる。

0132

なお、距離範囲設定部9は、自動的に、複数の異なる時間から遅延時間Tdを選択して遅延制御部8に通知するように構成されていてもよい。

0133

たとえば、距離範囲設定部9が遅延時間Tdを複数の異なる時間から循環的に(順次)選択すると、利用者に測定可能範囲の切換を意識させることなく、広範囲な距離測定が行える。すなわち、実質的に測定可能範囲を広げることができる。

0134

距離測定装置は、複数の光電変換部を有する。上述の例では、受光センサ2は、複数の光電変換部として機能する。複数の光電変換部は、撮像面を形成するように平面状に配列される。距離演算部6は、複数の光電変換部にそれぞれ関連付けられた複数の画素を有する距離画像を生成するように構成される。距離演算部6は、対象物3までの距離が所定距離と一致するかどうかを判断し、対象物3までの距離が所定距離と一致する画素の画素値を対象物3までの距離が所定距離と一致しない画素の画素値と異ならせるように構成される。所定距離は、発光源1が光を放射してから遅延時間Tdの経過後に非反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量と反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量とが最初に一致するときの飛行時間Tfに相当する距離である。言い換えれば、所定距離は、発光源1が光を放射するときの時間と、発光源1が光を放射してから遅延時間Tdの経過後に非反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量と反転基準タイミング信号に対応付けられた電荷量とが最初に一致するときの時間との差に相当する距離である。このようにすれば、光の多重反射成分による影響を除去できる。

0135

距離測定装置は、対象空間内での所定のイベントの発生を検知するイベント検知部10を有する。距離範囲設定部9は、イベント検知部10がイベントの発生を検知すると、対象空間内でイベントが発生した場所までの距離に応じて遅延時間Tdを選択するように構成される。この場合、対象空間で発生したイベントに適した遅延時間Tdで、対象物3までの距離を測定できる。

0136

距離測定装置は、正誤判断部7を有する。正誤判断部7は、各タイミング信号に対応付けられた電荷量の大小関係に対して所定の判定条件を用いて対象物3までの距離が測定可能範囲内か否かを判断するように構成される。

0137

距離演算部6は、複数の光電変換部にそれぞれ対応付けられた複数の画素を有する距離画像を複数の遅延時間毎に生成するように構成される。

0138

距離演算部6は、正誤判断部の判断結果を参照して、距離画像を生成するように構成される。すなわち、距離演算部6は、画素に対応する対象物までの距離が測定可能範囲に含まれていれば画素の画素値を対象物3までの距離を示す有効画素値に設定し、画素に対応する対象物3までの距離が測定可能範囲に含まれていなければ画素の画素値を対象物3までの距離が測定可能範囲外であることを示す無効画素値に設定するように構成される。

0139

距離演算部6は、無効画素値を有する画素の数が少なくなるように、複数の距離画像を合成して合成距離画像を生成するように構成される。

0140

測定可能範囲が異なる複数の距離画像から、各距離画像よりも広い測定可能範囲を有する1枚の距離画像(合成距離画像)が得られる。すなわち、広範囲な距離値を持つ距離画像を生成することができる。

0141

ここで、距離画像として、多重反射成分の影響が除去された距離画像を用いれば、距離の測定精度が高い合成距離画像が得られる。

0142

ここで、複数の遅延時間は、それぞれに対応する測定可能範囲が互いに連続するように選択されることが好ましい。このようにすれば、測定可能範囲を連続的につなげることができる。なお、「測定可能範囲が互いに連続する」とは、測定可能範囲が互いに連続しているとみなせる程度であればよい。よって、測定可能範囲の一部が他の測定可能範囲の一部と重複していてもよいし、測定可能範囲の上限値が他の測定可能範囲の下限値と一致していてもよい。また、測定可能範囲の上限値と他の測定可能範囲の下限値との差が、測定可能範囲の上限値が他の測定可能範囲の下限値と一致しているとみなせる程度であれば、測定可能範囲が互いに連続しているといえる。

0143

好ましくは、複数の基準タイミング信号は、変調信号と同一の波形を有し変調信号から単位期間分だけ遅延した遅延非反転基準タイミング信号と、上記遅延非反転基準タイミング信号を反転させて得られた遅延反転基準タイミング信号と、を含む。上述の例では、遅延非反転基準タイミング信号は第3の基準タイミング信号であり、遅延反転基準タイミング信号は第4の基準タイミング信号である。距離演算部6は、遅延非反転基準タイミング信号(第3の基準タイミング信号)に対応する電荷量A1と遅延反転基準タイミング信号(第4の基準タイミング信号)に対応する電荷量A3とを用いて、時間差τを求めるように構成されていてもよい。このようにすれば、発光源1から放射された光の近距離成分による影響を受けることなく、対象物3までの距離を測定できる。

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