JP6825565B2 - 測距装置 - Google Patents
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Description
少なくとも1つの計測ユニットと他の計測ユニットとを備え、
計測ユニットは、
複数のフォトンカウント型受光素子が接続されて成る第1の受光部と、
第1の受光部から出力される電流を電圧に変換する第1の変換部と、
第1の変換部から出力される電圧を増幅した増幅値を出力し、該増幅値が所定の制限値を超える場合には、該制限値で出力する第1の増幅部と、
第1の増幅部からの出力値が所定の閾値に達するタイミングを計測する第1の計測部とを備え、
他の計測ユニットは、
第2の受光部と、
第2の受光部から出力される電流を電圧に変換する第2の変換部と、
第2の変換部からの出力値が所定の閾値に達するタイミングを計測する第2の計測部と、
第2の変換部から出力される電圧を増幅した増幅値を出力し、増幅値が所定の制限値を超える場合には、該制限値で出力する第2の増幅部とを備え、
さらに、第1および第2の計測部により得られるタイミングの差に基づいて、測定対象物までの距離を算出し、第1の受光部により受光されたフォトン数に応じた補正量に基づいて、算出した距離を補正する算出部を備える
測距装置である。
<1.一実施形態>
<2.変形例>
以下に説明する実施形態等は本開示の好適な具体例であり、本開示の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
「測距装置の構成例」
図1は、本開示の一実施形態に係る測距装置1の構成例を示している。測距装置1は、例えば、1の計測ユニットとしての第1計測ユニット10と、他の計測ユニットとしての第2計測ユニット20と、投光部30と、算出部40とを備えている。概略的に説明すれば、本実施形態に係る測距装置1は、投光部30から照射されたパルス光のうち測定対象物MTからの反射パルス光RP(反射光)を第1計測ユニット10により受光しつつ、基準パルス光SP(基準光)を第2計測ユニット20により受光し、受光タイミングの差からパルス光の飛行時間TTOFを求め、当該飛行時間TTOFに例えば光速を乗算し、乗算結果を2で除算することで測定対象物MTまでの距離を測定する装置である。
Photo Diode)106と、APD106に接続されるクエンチング抵抗107とを備えている。
次に、本実施形態における受光部101について詳細に説明する。なお、本実施形態では、受光部201も受光部101と同様の構成としているので、以下の説明は受光部201に適用することも可能である。
次に、本実施形態における増幅部103について詳細に説明する。なお、本実施形態では、増幅部203も増幅部103と同様の構成としているので、以下の説明は増幅部203に適用することも可能である。
次に、測距装置1の動作の一例について説明する。投光部30のドライバが動作することで投光部30からパルス光が出射する。パルス光の一部がハーフミラーHMで反射された光が、基準パルス光(非反射パルス光)SPとして第2計測ユニット20の受光部201により受光される。基準パルス光SPを受光することにより受光部201からSPAD和信号S21が出力される。そして、変換部202では、電流パルスであるSPAD和信号S21を電圧パルスのSPAD和信号S22に変換して増幅部203に出力する。
以上、本開示の一実施形態について具体的に説明したが、本開示の内容は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。以下、変形例について説明する。
図5は、変形例1に係る測距装置(測距装置2)の構成を示している。測距装置1と構成的に異なる点は、測距装置2は第2計測ユニット20を備えていない点である。
次に、変形例2について説明する。受光部101で受光される反射パルス光RPの光強度は、測定対象物MTまでの距離や測定対象物MTの反射率などの条件によって変化する。伝送信号(パルス光)は完全な三角波ではなく、信号の立ち上がりおよびパルス頂上付近で時間に対する電圧変化量が小さくなる。図6に示すように、反射パルス光RPの光強度が弱い場合には、光強度が強いレベルの反射パルス光RPの場合と比べて所定の閾値Vthに達する時間がΔtb(=tb'−tb)分遅れてしまう。この誤差Δtbにより測定対象物MTまでの距離が長く算出され、測距の精度に影響を与えるおそれがある。なお、受光部201により受光される基準パルス光SPの光強度の変動は少ないものの誤差Δtaが生じ得る。図7に示すように、算出部40で計測される飛行時間tTOFは、真の飛行時間TTOFとは(Δtb-Δta)分だけ異なった値となるため、高い距離分解能を得るためには誤差量(Δtb-Δta)を補正する必要がある。
その他の変形例について説明する。反射パルス光RPを処理する系と基準パルス光SPを処理する系、すなわち、第1計測ユニット10の構成および第2計測ユニット20の構成は等長配線とし同一の構成とすることが好ましいが、異なる構成であってもよい。例えば、第2計測ユニット20の受光部201は、比較的強い光強度の基準パルス光SPを受光するので、必ずしもSPADを使用せずにPD(Photo Diode)等で構成してもよい。また、受光部201の構成に応じて受光部201より後段の構成を適宜変更してもよい。例えば、変換部202から出力される信号のレベルが十分である場合には、増幅部203の構成がなくてもよい。さらに、受光部201の特性に応じてハーフミラーHMの透過度等を適宜変更してもよい。
(1)
少なくとも1つの計測ユニットを備え、
前記計測ユニットは、
複数のフォトンカウント型受光素子が接続されて成る第1の受光部と、
前記第1の受光部から出力される電流を電圧に変換する第1の変換部と、
前記第1の変換部から出力される電圧を増幅した増幅値を出力し、該増幅値が所定の制限値を超える場合には、該制限値で出力する第1の増幅部と、
前記第1の増幅部からの出力値が所定の閾値に達するタイミングを計測する第1の計測部とを備える測距装置。
(2)
他の計測ユニットを備え、
前記他の計測ユニットは、
第2の受光部と、
前記第2の受光部から出力される電流を電圧に変換する第2の変換部と、
前記第2の変換部からの出力値が所定の閾値に達するタイミングを計測する第2の計測部とを備える(1)に記載の測距装置。
(3)
前記他の計測ユニットは、
前記第2の変換部から出力される電圧を増幅した増幅値を出力し、増幅値が所定の制限値を超える場合には、該制限値で出力する第2の増幅部を備える(2)に記載の測距装置。
(4)
前記第1の受光部は、投光部から投光された光が測定対象物により反射された反射光を受光するように構成され、
前記第2の受光部は、前記投光部から投光された基準光を受光するように構成される(2)または(3)に記載の測距装置。
(5)
前記投光部を備える(4)に記載の測距装置。
(6)
前記第1および第2の計測部により得られるタイミングの差に基づいて、測定対象物までの距離を算出する算出部を備える(2)乃至(5)のいずれかに記載の測距装置。
(7)
前記第1の受光部は、投光部から投光された基準光および前記投光部から投光された光が測定対象物により反射された反射光を受光するように構成される(1)に記載の測距装置。
(8)
前記フォトンカウント型受光素子は、単一のフォトンを受光した後、所定期間内に他のフォトンを受光しても反応しない素子を含む(1)乃至(7)のいずれかに記載の測距装置。
(9)
複数のフォトンカウント型受光素子が接続されて成る第1の受光部が、投光部から投光された基準光および前記投光部から投光された光が測定対象物により反射された反射光のうち、少なくとも前記反射光を受光し、
第1の変換部が、前記反射光の受光に伴って前記第1の受光部から出力される電流を電圧に変換し、
第1の増幅部が、前記第1の変換部から出力される電圧を増幅した増幅値を出力し、増幅値が所定の制限値を超える場合には、該制限値で出力し、
第1の計測部が、前記第1の増幅部からの出力値が所定の閾値に達するタイミングを計測する測距方法。
10・・・第1計測ユニット
20・・・第2計測ユニット
30・・・投光部
40・・・算出部
101,201・・・受光部
102,202・・・変換部
103,203・・・増幅部
104,204・・・計測部
MT・・・測定対象物
Claims (3)
- 少なくとも1つの計測ユニットと他の計測ユニットとを備え、
前記計測ユニットは、
複数のフォトンカウント型受光素子が接続されて成る第1の受光部と、
前記第1の受光部から出力される電流を電圧に変換する第1の変換部と、
前記第1の変換部から出力される電圧を増幅した増幅値を出力し、該増幅値が所定の制限値を超える場合には、該制限値で出力する第1の増幅部と、
前記第1の増幅部からの出力値が所定の閾値に達するタイミングを計測する第1の計測部とを備え、
前記他の計測ユニットは、
第2の受光部と、
前記第2の受光部から出力される電流を電圧に変換する第2の変換部と、
前記第2の変換部からの出力値が所定の閾値に達するタイミングを計測する第2の計測部と、
前記第2の変換部から出力される電圧を増幅した増幅値を出力し、増幅値が所定の制限値を超える場合には、該制限値で出力する第2の増幅部とを備え、
さらに、前記第1および第2の計測部により得られるタイミングの差に基づいて、測定対象物までの距離を算出し、前記第1の受光部により受光されたフォトン数に応じた補正量に基づいて、前記算出した距離を補正する算出部を備える
測距装置。 - 前記第1の受光部は、投光部から投光された光が測定対象物により反射された反射光を受光するように構成され、
前記第2の受光部は、前記投光部から投光された基準光を受光するように構成される請求項1に記載の測距装置。 - 前記投光部を備える請求項2に記載の測距装置。
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