JP6455088B2 - 光飛行型測距装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明を、車両に搭載可能な光飛行型測距装置に適用した第1の実施形態について図1から図16を参照して説明する。光飛行型測距装置が車両に搭載される態様はどのような態様でも良い。例えば光飛行型測距装置1が車両の前方部及び後方部に搭載される態様では、車両の前方及び後方が対象物(例えば人、他の車両、壁等)の監視エリアとなる。光飛行型測距装置1は、1個の受光素子が1画素として構成されているセンサであり、所定の発光周波数(例えば20MHz)の変調光(測距光)を空間に発光する(照射する)。変調光が発光された空間に対象物が存在すると、変調光が対象物で反射した戻り光(反射光)を含む入射光が光飛行型測距装置1に受光される。
尚、各受光素子群11a〜11nには戻り光の他に背景光も入射光として受光されるが、入射光のうち戻り光による(戻り光成分の)電荷は遅延時間に応じて第1〜第4の単位蓄積部15a〜15dに割り振られる。そのため、第1〜第4の単位蓄積部15a〜15dに蓄積される戻り光による電荷の電荷量は異なる。一方、入射光のうち背景光による(背景光成分の)電荷は均等に第1〜第4の単位蓄積部15a〜15dに割り振られる。そのため、第1〜第4の単位蓄積部15a〜15dに蓄積される背景光による電荷の電荷量は略等しくなる。上記した式(1)では、背景光による電荷の電荷量が相殺されるので、背景光の影響を受けずに位相差φを計測することができる。
尚、位相型TOF計測部6bは、第1〜第4の単位蓄積部15a〜15dに蓄積されている電荷の電荷量を読み出す場合に、それらの電荷量を同時に読み出しても良いし個別に読み出しても良いし、複数のフレームに亘って読み出しても良い。又、本実施形態では、電荷蓄積部14を4個の単位蓄積部15a〜15dで構成する場合を例示したが、互いに異なる位相の電荷量に基づいて自装置から対象物までの距離Dを計算して取得可能であれば、単位蓄積部の個数は2以上の幾つであっても良い。
次に、本発明の第2の実施形態について、図17を参照して説明する。尚、上記した第1の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第1の実施形態は、受光部4において、縦方向のラインを構成する受光素子群11毎にサンプリング動作を制御する構成であるが、第2の実施形態は、受光素子12毎にサンプリング動作を制御する構成である。即ち、光飛行型測距装置21において、受光部224は、選択回路10と、マトリックス状に配列されている複数の受光素子23とを有する。各受光素子23は、選択回路10から受光指令を入力すると、発光素子8から発光された変調光が対象物で反射した戻り光を含む入射光の受光を待機する。又、各受光素子23は、選択回路10から読出指令を入力すると、蓄積されている電荷の電荷量(受光量)を受光制御回路6に出力する。第2の実施形態によれば、必要な距離精度を画素単位で実現することができる。
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形又は拡張することができる。
車両以外の用途に適用しても良い。
変調光の発光波形を低デューティー化することとして、発光波形のデューティーを50%よりも短くすれば、発光波形のデューティーを6.25%以外の値に短くしても良い。又、発光波形のデューティーを50%よりも短くした場合に、発光波形のデューティーを50%としたときとエネルギー的に等価となる範囲内で、発光ピークパワーを高めれば良い。即ち、発光波形のデューティーを例えば12.5%とするときには、発光ピークパワーを従来の4倍として変調光を発光させれば良い。
Claims (13)
- 変調光を空間に発光する発光手段(8)と、
前記発光手段から発光された変調光が対象物で反射した戻り光を含む入射光を受光して電荷を蓄積する受光手段(4、22)と、
前記発光手段の発光動作を制御する発光制御手段(5)と、
前記受光手段の受光動作を制御する受光制御手段(6)と、
前記発光手段から変調光が発光された時点を基点とする所定時間間隔の距離スロットのうち戻り光が前記受光手段に受光された距離スロットを受光スロットとして特定する受光スロット特定手段(6a)と、
前記受光手段における電荷の蓄積状態に基づいて変調光と戻り光との間の位相差を計測する位相型TOF計測手段(6b)と、
前記受光スロット特定手段による特定結果と前記位相型TOF計測手段による計測結果とを組み合わせることで、自装置から対象物までの距離を計算して取得する距離取得手段(6c)と、を備え、
前記受光スロット特定手段は、バイナリコードのサンプリングパターンを用いて前記受光スロットを特定することを特徴とする光飛行型測距装置(1、21)。 - 変調光を空間に発光する発光手段(8)と、
前記発光手段から発光された変調光が対象物で反射した戻り光を含む入射光を受光して電荷を蓄積する受光手段(4、22)と、
前記発光手段の発光動作を制御する発光制御手段(5)と、
前記受光手段の受光動作を制御する受光制御手段(6)と、
前記発光手段から変調光が発光された時点を基点とする所定時間間隔の距離スロットのうち戻り光が前記受光手段に受光された距離スロットを受光スロットとして特定する受光スロット特定手段(6a)と、
前記受光手段における電荷の蓄積状態に基づいて変調光と戻り光との間の位相差を計測する位相型TOF計測手段(6b)と、
前記受光スロット特定手段による特定結果と前記位相型TOF計測手段による計測結果とを組み合わせることで、自装置から対象物までの距離を計算して取得する距離取得手段(6c)と、を備え、
前記受光スロット特定手段は、グレイコードのサンプリングパターンを用いて前記受光スロットを特定することを特徴とする光飛行型測距装置(1、21)。 - 請求項1又は2に記載した光飛行型測距装置において、
前記発光制御手段は、発光波形のデューティーを50%よりも短くし、その分、デューティーを50%とするときよりも発光ピークパワーを高めて変調光を前記発光手段から発光させ、
前記受光スロット特定手段は、前記発光手段から当該発光ピークパワーが高められた変調光が発光されたことで、前記発光手段から当該発光ピークパワーが高められた変調光が発光された時点を基点とする所定時間間隔の距離スロットのうち戻り光が前記受光手段に受光された距離スロットを前記受光スロットとして特定することを特徴とする光飛行型測距装置。 - 請求項1から3の何れか一項に記載した光飛行型測距装置において、
前記発光制御手段は、発光波形のデューティーを50%よりも短くし、その分、デューティーを50%とするときよりも発光ピークパワーを高めて変調光を前記発光手段から発光させ、
前記位相型TOF計測手段は、前記受光スロットのみに対して位相差の計測を行うことを特徴とする光飛型測距装置。 - 請求項1から3の何れか一項に記載した光飛行型測距装置において、
前記発光制御手段は、発光波形のデューティーを50%として変調光を前記発光手段から発光させ、
前記位相型TOF計測手段は、前記受光スロットを含む全ての距離スロットに対して位相差の計測を行うことを特徴とする光飛行型測距装置。 - 請求項1から5の何れか一項に記載した光飛行型測距装置において、
前記受光スロット特定手段は、一の距離スロットの時間間隔を、前記位相型TOF計測手段が変調光と戻り光との間の位相差を計測するときの1周期とすることを特徴とする光飛行型測距装置。 - 変調光を空間に発光する発光手段(8)と、
前記発光手段から発光された変調光が対象物で反射した戻り光を含む入射光を受光して電荷を蓄積する受光手段(4、22)と、
前記発光手段の発光動作を制御する発光制御手段(5)と、
前記受光手段の受光動作を制御する受光制御手段(6)と、
前記発光手段から変調光が発光された時点を基点とする所定時間間隔の距離スロットのうち戻り光が前記受光手段に受光された距離スロットを受光スロットとして特定する受光スロット特定手段(6a)と、
前記受光手段における電荷の蓄積状態に基づいて変調光と戻り光との間の位相差を計測する位相型TOF計測手段(6b)と、
少なくとも前記受光スロット特定手段により特定した受光スロットの1周期内での位相差を計測するよう、前記受光スロット特定手段による特定結果と前記位相型TOF計測手段による計測結果とを組み合わせることで、自装置から対象物までの距離を計算して取得する距離取得手段(6c)と、を備えたことを特徴とする光飛行型測距装置(1、21)。
- 請求項7に記載した光飛行型測距装置において、
前記受光スロット特定手段は、バイナリコードのサンプリングパターンを用いて前記受光スロットを特定することを特徴とする光飛行型測距装置。 - 請求項7に記載した光飛行型測距装置において、
前記受光スロット特定手段は、グレイコードのサンプリングパターンを用いて前記受光スロットを特定することを特徴とする光飛行型測距装置。 - 請求項7から9の何れか一項に記載した光飛行型測距装置において、
前記発光制御手段は、発光波形のデューティーを50%よりも短くし、その分、デューティーを50%とするときよりも発光ピークパワーを高めて変調光を前記発光手段から発光させ、
前記受光スロット特定手段は、前記発光手段から当該発光ピークパワーが高められた変調光が発光されたことで、前記発光手段から当該発光ピークパワーが高められた変調光が発光された時点を基点とする所定時間間隔の距離スロットのうち戻り光が前記受光手段に受光された距離スロットを前記受光スロットとして特定することを特徴とする光飛行型測距装置。 - 請求項7から10の何れか一項に記載した光飛行型測距装置において、
前記発光制御手段は、発光波形のデューティーを50%よりも短くし、その分、デューティーを50%とするときよりも発光ピークパワーを高めて変調光を前記発光手段から発光させ、
前記位相型TOF計測手段は、前記受光スロットのみに対して位相差の計測を行うことを特徴とする光飛型測距装置。 - 請求項7から10の何れか一項に記載した光飛行型測距装置において、
前記発光制御手段は、発光波形のデューティーを50%として変調光を前記発光手段から発光させ、
前記位相型TOF計測手段は、前記受光スロットを含む全ての距離スロットに対して位相差の計測を行うことを特徴とする光飛行型測距装置。 - 請求項7から12の何れか一項に記載した光飛行型測距装置において、
前記受光スロット特定手段は、一の距離スロットの時間間隔を、前記位相型TOF計測手段が変調光と戻り光との間の位相差を計測するときの1周期とすることを特徴とする光飛行型測距装置。
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