JP6245900B2 - 距離測定装置 - Google Patents
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Description
<1.距離測定装置の全体構成>
図1は、本実施の形態にかかる距離測定装置の一例たる距離画像センサの概念的な構成の一例を示す図である。本距離画像センサは、受光装置1と、制御演算装置2と、照射装置3とを備える。
<2−1.照射光>
制御演算装置2は、照射制御部22を有している。照射制御部22は照射指令L1*を照射装置3へと出力し、照射装置3は照射指令L1*に基づいて照射光L1を出力する。
受光装置1は、照射光L1に同期した期間T1〜T4の各々において受光する。図3の例示では、期間T1は照射光L1が立ち上がり始める時点から始まっており、期間T2は照射光L1が立ち下がり終わった時点から始まっている。期間T3は期間T1,T2の間の期間であり、期間T4は期間T2に続く期間である。
算出部24は、算出した遅れ時間t’に基づいて測定対象までの距離Rを算出する。遅れ時間t’は、照射光L1が、照射装置3から測定対象まで到達し、当該測定対象から受光装置1まで到達するのに要する時間である。よって、例えば測定対象から受光装置1までの距離と、測定対象から照射装置3までの距離とが互いに等しいと仮定すると、この距離Rは、光速cを用いて次式で算出される。
ここで遅れ時間t’について更に考察する。式(2)を変形すると、次式が導かれる。
<4−1.反射光L2の波形>
論理的に誤差を解消するために、反射光L2は必ずしも正弦波に沿って立ち上がる必要はなく、同様に、必ずしも正弦波に沿って立ち下がる必要はない。要するに、(i)時間t11,t21が互いに等しく、(ii')式(7),(8)が成立すればよい。(i)(ii')により、式(9)が導かれるからである。
図3の例示では、期間T1は、照射光L1が立ち上がり始める時点から始まっており、期間T2は、照射光L1が立ち下がり始める時点から始まっている。しかしながら、これに限らず、例えば図8に示すように、期間T1は、照射光L1が立ち上がり終わった時点から始まり、期間T2は、照射光L1が立ち下がり始まる時点から始まっていてもよい。
t2=t+t21/2 ・・・(11)
ただし、誤差を低減するという観点では、必ずしも(i)〜(iii)を満たす必要はない。以下に詳述する。
上述の例では、期間T1は照射光L1が立ち上がり部分のいずれかの時点から始まっている。しかしながら、図10に示すように、期間T1は、図3の期間T1よりも予め定められた時間差Δtの分、遅れて始まっても構わない。この場合、式(2)又は式(3)の右辺で算出した時間に、時間差Δtを加算して、遅れ時間t’を算出すればよい。これを定式化すると、次式が導かれる。
t’=Δt+ΔT・(A3-A1+A2-A4)/{2・(A3-A4)} ・・・(15)
図3のように期間T1〜T4が設定されている場合の測定可能距離について考慮する。遅れ時間t’が期間長さΔTよりも長いときには、式(2)又は式(3)を用いても、適切に遅れ時間t’を算出することができない。よって、遅れ時間t’が期間長さΔTよりも短いときには、距離を算出できない。言い換えれば、測定可能な距離が、例えばc・ΔT/2とほぼ等しい値に制限される。そこで、第2の実施の形態では、期間T4における受光量A4の受光を前提として、測定可能な距離を伸ばすことを企図する。
第2の実施の形態では、遅れ時間t’が期間長さΔTの2倍よりも長いときには、適切に遅れ時間t’を算出することができない。そこで、第3の実施の形態では、測定可能な距離をさらに伸ばすことを企図する。
t’=2・ΔT+ΔT・(A2−A3)/(A4−A3) ・・・(19)
第1から第3の実施の形態では、一つの受光素子Pkで得られる受光量A1〜A4を用いて、距離を算出する場合について説明した。第4の実施の形態では、第1から第3の実施の形態で説明した距離Rの算出方法を、複数の受光素子Pkに対して適用する方法について説明する。
第1から第4の実施の形態では、期間T1〜T4における受光により受光量A1〜A4の受光量を得ている。しかるに、各期間T1〜T4のみにおける受光では、受光量A1〜A4が十分に取得できない可能性がある。例えば、照射光L1の強度が小さい場合、受光素子Pkの感度が低い場合、或いは、測定対象の反射率が低い場合に、十分な受光量を取得できない可能性がある。
3 照射装置
22 照射制御部
24 算出部
25 推定部
Pk 受光素子
a1〜a3 反射光量
A1〜A4 受光量
T1〜T4 期間
ΔT 期間長さ
Claims (11)
- 測定対象へと照射光を照射する照射装置と、
傾斜して立ち上がる第1傾斜部分と、前記第1傾斜部分と連続する第1平坦部分と、前記第1平坦部分から傾斜して立ち下がる第2傾斜部分と、前記第2傾斜部分と連続する第2平坦部分とを含む波形で、前記照射光の強度を変調する照射制御部と、
前記照射光のうち前記測定対象で反射した光を、反射光として受光する受光素子と、
いずれもが同じ期間長さΔTを有する期間であって、第1期間と、前記第1期間よりも後の第2期間と、前記第1期間と前記第2期間の間に位置する第3期間とにおいて、それぞれ前記反射光を受光して得られる第1反射光量a1、第2反射光量a2、および、第3反射光量a3を用いて、
ΔT・(a3−a1+a2)/(2・a3)
で表される式に基づいて時間を算出し、前記時間に基づいて、前記測定対象までの距離を算出する算出部と
を備え、
前記第1傾斜部分の中央時点に対する前記第1期間の開始時点の前後関係は、前記第2傾斜部分の中央時点に対する前記第2期間の開始時点の前後関係と反対である、距離測定装置。 - 前記第1傾斜部分の時間および前記第2傾斜部分の時間は互いに等しく、
前記第1傾斜部分および前記第2傾斜部分の各々は互いに2回転対称であり、
前記第1傾斜部分の開始時点から前記第1期間の開始時点までの時間は、前記第2期間の開始時点から前記第2傾斜部分の終了時点までの時間と等しい、請求項1に記載の距離測定装置。 - 前記第1傾斜部分は、正弦波のうち最小値から最大値へと増大する部分に沿った形状を有し、前記第2傾斜部分は、前記正弦波のうち前記最大値から前記最小値へと低減する部分に沿った形状を有する、請求項1または2に記載の距離測定装置。
- 前記受光素子は、前記反射光と、前記照射光を光源としない周囲光とを受光し、
前記算出部は、前記受光素子がそれぞれ前記第1期間から前記第3期間において受光する第1受光量A1から第3受光量A3と、前記受光素子が、前記第1期間から前記第3期間と同じ期間長さΔTを有し、前記反射光の強度が零である第4期間において、受光する第4受光量A4とを用いて、
ΔT・(A3−A1+A2−A4)/{2・(A3−A4)}
で表される式に基づいて前記時間を算出する、請求項1から3のいずれか一つに記載の距離測定装置。 - 前記時間の算出前に、前記時間と前記期間長さとの長短を推定する推定部を更に備え、
前記受光素子は、前記反射光と、前記照射光を光源としない周囲光とを受光し、
前記算出部は、前記受光素子がそれぞれ前記第1期間から前記第3期間において受光する第1受光量A1から第3受光量A3と、前記受光素子が、前記第1期間から前記第3期間と同じ期間長さΔTを有し、前記第2期間の後の第4期間において、受光する第4受光量A4とを用いて、
前記時間が前記期間長さよりも短いと推定されるときに、
ΔT・(A3−A1+A2−A4)/{2・(A3−A4)}
で表される式に基づいて前記時間を算出し、
前記時間が前記期間長さよりも長く、前記期間長さの2倍よりも短いと推定されるときに、
ΔT+ΔT・(A2−A3+A4−A1)/{2・(A2−A1)}
で表される式に基づいて前記時間を算出する、請求項1から3のいずれか一つに記載の距離測定装置。 - 前記推定部は、前記第3受光量が前記第2受光量よりも大きいとき、または、前記第1受光量が前記第4受光量よりも大きいときに、前記時間が前記期間長さよりも短いと推定し、前記第3受光量が前記第2受光量よりも小さいとき、または、前記第1受光量が前記第4受光量よりも小さいときに、前記時間が前記期間長さよりも長いと推定する、請求項5に記載の距離測定装置。
- 前記算出部は、
前記時間が前記期間長さよりも長く、前記期間長さの2倍よりも短いと推定されるときに、
ΔT+ΔT・(A2−A3+A4−A1)/{2・(A2−A1)}
で表される式に基づいて前記時間を算出し、
前記時間が前記期間長さの2倍よりも長いと推定されるときに、
2・ΔT+ΔT・(A4−A2)/(A4−A1)
もしくは、
2・ΔT+ΔT・(A4−A2)/(A4−A3)
で表される式に基づいて前記時間を算出する、請求項5または6に記載の距離測定装置。 - 前記推定部は、前記第4受光量が前記第2受光量よりも小さいときに、前記時間が前記期間長さの2倍よりも短いと推定し、前記第4受光量が前記第2受光量よりも大きいときに、前記時間が前記期間長さの2倍よりも長いと推定する、請求項7に記載の距離測定装置。
- 第1から第4のコンデンサと、
前記受光素子と、前記第1から前記第4のコンデンサとの間の導通/非導通をそれぞれ選択する第1から第4のスイッチと、
前記第1期間から前記第4期間において、それぞれ前記第1から前記第4のスイッチをオンすることで、前記第1から前記第4のコンデンサにそれぞれ前記第1受光量から前記第4受光量に応じた電圧を充電させる制御部と
を更に備える、請求項4から8のいずれか一つに記載の距離測定装置。 - 前記照射装置は、前記第1傾斜部分、前記第1平坦部分、前記第2傾斜部分および前記第2平坦部分を有する略矩形波の前記照射光を少なくとも4回繰り返し照射し、
前記距離測定装置は、
コンデンサと、
前記受光素子と、前記コンデンサとの導通/非導通を選択するスイッチと、
前記コンデンサを放電する放電部と、
前記照射光についての第1照射周期内の前記第1期間において前記スイッチをオンして前記第1受光量に応じた電圧を前記コンデンサに充電させ、前記放電部を用いて前記コンデンサを放電した後で、第2照射周期内の前記第2期間において前記スイッチをオンして、前記第2受光量に応じた電圧を前記コンデンサに充電させ、前記放電部を用いて前記コンデンサを放電した後で、第3照射周期内の前記第3期間において前記スイッチをオンして、前記第3受光量に応じた電圧を前記コンデンサに充電させ、前記放電部を用いて前記コンデンサを放電した後で、第4照射周期内の前記第4期間において前記スイッチをオンして、前記第4受光量に応じた電圧を前記コンデンサに充電させる制御部と
を更に備える、請求項4から8のいずれか一つに記載の距離測定装置。 - 前記照射装置は、前記第1傾斜部分、前記第1平坦部分、前記第2傾斜部分および前記第2平坦部分を有する略矩形波の前記照射光を繰り返して出力し、
前記照射光についての複数回の照射周期のそれぞれに対する前記第3期間において、前記反射光を積算して受光することで得られる第4反射光量が、所定の基準値を超えたときに、前記第4反射光量を前記第3反射光量と把握し、前記第4反射光量が前記基準値を超えたときの回数の前記照射周期のそれぞれに対する前記第1期間において、前記反射光を積算して受光することで前記第1反射光量を取得し、前記回数の前記照射周期のそれぞれに対する前記第2期間において、前記反射光を積算して受光することで前記第2反射光量を取得する、請求項1から3のいずれか一つに記載の距離測定装置。
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