JP2016090436A - Time-of-flight optical ranging device - Google Patents
Time-of-flight optical ranging device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016090436A JP2016090436A JP2014226070A JP2014226070A JP2016090436A JP 2016090436 A JP2016090436 A JP 2016090436A JP 2014226070 A JP2014226070 A JP 2014226070A JP 2014226070 A JP2014226070 A JP 2014226070A JP 2016090436 A JP2016090436 A JP 2016090436A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light receiving
- distance
- receiving slot
- phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 23
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 13
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000004397 blinking Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
本発明は、変調光を空間に発光し、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し、その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し、自装置から対象物までの距離を計算して取得する光飛行型測距装置に関する。 The present invention emits modulated light into a space, receives incident light including return light reflected by an object, accumulates charges, and based on the accumulated state of the charges, The present invention relates to an optical flight-type distance measuring device that measures a phase difference between them and calculates and obtains a distance from its own device to an object.
従来より、変調光(測距光)を空間に発光し、変調光が対象物で反射した戻り光(反射光)を含む入射光を受光して電荷を蓄積し、その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し、自装置から対象物までの距離を計算して取得する光飛行(TOF:Time of Flight)型測距装置が供されている。近年では、複数の変調周波数を用いた位相差の計測を組み合わせることで、高精度且つ2π以上の遠距離測距に対応する技術も供されている(例えば特許文献1、2参照)。
Conventionally, modulated light (ranging light) is emitted into space, incident light including return light (reflected light) reflected by the object is received, charges are accumulated, and the charge is accumulated based on the accumulated state. Thus, a time-of-flight (TOF) type distance measuring device is provided that measures the phase difference between the modulated light and the return light and calculates and obtains the distance from the device to the object. In recent years, there has also been provided a technology that supports high-precision long-distance ranging of 2π or more by combining measurement of phase differences using a plurality of modulation frequencies (see, for example,
しかしながら、必要な距離精度を維持したまま、車載要求の遠距離測距(例えば数10m程度)を行うには、発光強度(発光時間と発光ピークパワーとの積)を高める必要がある。そのため、大電力の光源を用いる構成や複数の光源を並列接続する構成が必要となり、装置全体の体格が大きくなってしまうという問題がある。 However, in order to perform a long-distance ranging (for example, about several tens of meters) required for in-vehicle use while maintaining the necessary distance accuracy, it is necessary to increase the emission intensity (product of emission time and emission peak power). For this reason, a configuration using a high-power light source or a configuration in which a plurality of light sources are connected in parallel is required, and there is a problem that the overall size of the apparatus becomes large.
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光強度を高めることを不要として装置全体の大型化を回避しつつ、遠距離測距でも必要な距離精度を維持することができる光飛行型測距装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to maintain the necessary distance accuracy even in long-distance ranging while avoiding an increase in the size of the entire apparatus without increasing the emission intensity. It is an object of the present invention to provide an optical flight type distance measuring device capable of performing the above.
請求項1に記載した発明によれば、発光手段は、変調光を空間に発光する。受光手段は、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。発光制御手段は、発光手段の発光動作を制御する。受光制御手段は、受光手段の受光動作を制御する。受光スロット特定手段は、変調光が発光手段から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。位相型TOF計測手段は、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。距離取得手段は、受光スロット特定手段による特定結果と位相型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。 According to the first aspect of the present invention, the light emitting means emits the modulated light in space. The light receiving means receives incident light including the return light reflected by the object from the modulated light emitted from the light emitting means, and accumulates charges. The light emission control means controls the light emission operation of the light emission means. The light receiving control means controls the light receiving operation of the light receiving means. The light receiving slot specifying means specifies, as a light receiving slot, a distance slot in which the return light is received by the light receiving means among distance slots of a predetermined time interval starting from the time when the modulated light is emitted from the light emitting means. The phase-type TOF measurement unit measures the phase difference between the modulated light and the return light based on the charge accumulation state in the light receiving unit. The distance acquisition means calculates and acquires the distance from the own apparatus to the object by combining the specification result by the light receiving slot specification means and the measurement result by the phase-type TOF measurement means.
戻り光が受光された受光スロットを特定する方法は、高い分解能で距離を特定できなかったり、高範囲(高解像度)をカバーできなかったりする点で不利であるが、位相回りの発生を回避できたり、マルチパスやミックスドピクセルの影響を除去できたりする点で有利である。一方、変調光と戻り光との間の位相差を計測する方法は、位相回りが発生したり、マルチパスやミックスドピクセルの影響を受ける点で不利であるが、高い分解能で距離を特定できたり、高範囲をカバーできたりする点で有利である。 The method of identifying the receiving slot where the return light is received is disadvantageous in that it cannot identify the distance with high resolution or cannot cover the high range (high resolution), but it can avoid the occurrence of phase rotation. Or the influence of multi-pass and mixed pixels can be removed. On the other hand, the method of measuring the phase difference between the modulated light and the return light is disadvantageous in that phase rotation occurs and it is affected by multi-pass and mixed pixels, but the distance can be specified with high resolution. It is advantageous in that it can cover a high range.
本発明では、受光スロット特定手段による特定結果と位相型TOF計測手段による計測結果とを組み合わせることで、それぞれの方法による利点を両立する。即ち、受光スロット特定では、変調光の発光波形のデューティーを従来の50%よりも短くし(低デューティー化し)、その分、発光ピークパワーを高めることで、遠距離まで受光スロットを特定する。位相型TOF計測では、変調光の発光波形のデューティーを従来の50%よりも短くする、又は従来の50%のままとし、受光スロットの1周期内での位相差を計測する。このように受光スロット特定により自装置から対象物までの大まかな距離を遠距離まで計測し、位相型TOF計測により受光スロットの1周期内での位相差を計測することで、自装置から対象物までの詳細な距離を計算して取得することできる。これにより、発光強度を高めることを不要として装置全体の大型化を回避しつつ、遠距離測距でも必要な距離精度を維持することができる。 In the present invention, by combining the identification result by the light receiving slot identification unit and the measurement result by the phase-type TOF measurement unit, the advantages of the respective methods can be achieved. That is, in specifying the light receiving slot, the duty of the light emission waveform of the modulated light is made shorter than the conventional 50% (lower duty), and the light emission peak power is increased accordingly, thereby specifying the light receiving slot up to a long distance. In the phase-type TOF measurement, the duty of the emission waveform of the modulated light is made shorter than the conventional 50%, or is kept at the conventional 50%, and the phase difference within one period of the light receiving slot is measured. In this way, by measuring the rough distance from the own device to the object by specifying the light receiving slot, and measuring the phase difference within one period of the light receiving slot by the phase-type TOF measurement, the object from the own device is measured. It is possible to calculate and obtain a detailed distance up to. Thereby, it is possible to maintain the required distance accuracy even in long-distance ranging while avoiding the increase in the size of the entire apparatus without increasing the emission intensity.
(第1の実施形態)
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。
(First embodiment)
A first embodiment in which the present invention is applied to an optical flight type distance measuring device that can be mounted on a vehicle will be described below with reference to FIGS. The mode in which the optical flight type distance measuring device is mounted on the vehicle may be any mode. For example, in a mode in which the optical flight type
光飛行型測距装置1は、制御部2と、発光部3(発光手段)と、受光部4(受光手段)とを有する。制御部2は、発光部3の発光動作を制御する発光制御回路5(発光制御手段)と、受光部4の受光動作を制御する受光制御回路6(受光制御手段)と、記憶部7とを有する。受光制御回路6は、受光スロット特定部6a(受光スロット特定手段)と、位相型TOF計測部6b(位相型TOF計測手段)と、距離取得部6c(距離取得手段)とを有する。制御部2は、マイクロコンピュータを有しており、制御プログラムを実行することで、発光部3の発光動作や受光部4の受光動作等を制御する処理を行う。
The optical flight type
発光部3は、光源としての発光素子8と、発光素子8を駆動する駆動回路9とを有する。駆動回路9は、発光制御回路5から発光指令信号を入力すると、発光指令を発光素子8に出力する。発光素子8は、例えばLED(Light Emitting Diode)やレーザ等の高速変調(高速点滅)が可能なデバイスから構成されている。発光素子8は、駆動回路9から発光指令を入力すると、駆動回路9から供給される電力を動作電力として駆動し、変調光を予め設定されている空間に発光する。
The
発光制御回路5は、図2に示すように、発光素子8から発光させる変調光の発光波形のデューティーを切替可能となっている。具体的には、発光制御回路5は、発光波形のデューティーを50%として変調光を発光素子8から発光させる期間と、発光波形のデューティーを6.25%として変調光を発光素子8から発光させる期間とを切替可能となっている。発光制御回路5は、発光波形のデューティーを6.25%とする(低デューティー化する)ときには、従来の(発光波形のデューティーを50%とするときの)8倍の発光ピークパワーで変調光を発光素子8から発光させる(P2=8×P1)。尚、発光波形のデューティーを50%とした場合と、発光波形のデューティーを6.25%として発光ピークパワーを8倍とした場合とでは、発光強度がエネルギー(熱)的に等価であるので、回路規模や放熱対策は従来と同等のままで済む。即ち、ハードウェアの改良を必要とせずに、低デューティー化して発光ピークパワーを高めることで、遠距離までの測距が可能になると共に、外乱光に対するSNR(信号対雑音比)も向上して距離精度が高まる。加えて、発光素子8を駆動する駆動回路9でもデューティーを短くすることによる温度条件の緩和で電流ロスが少なくなり、発光ピークパワーがより一層高まる。
As shown in FIG. 2, the light
受光部4は、選択回路10と、縦方向のラインを構成する複数の受光素子群11a〜11nとを有する。選択回路10は、受光制御回路6から受光指令信号を入力すると、受光指令を各受光素子群11a〜11nに出力する。又、選択回路10は、受光制御回路6から読出指令信号を入力すると、読出指令を各受光素子群11a〜11nに出力する。各受光素子群11a〜11n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(受光不可能な状態から受光可能な状態へと移行する)。各受光素子群11a〜11nは、規則的に配列されている複数の受光素子12a〜12nを有する。
The light-receiving
各受光素子12a〜12nは、図3に示すように、光電変換素子13と、電荷蓄積部14とを有する。光電変換素子13は、変調光が対象物で反射した戻り光を含む入射光を受光すると、その受光した入射光を受光量に応じた電荷に変換する。電荷蓄積部14は、第1〜第4の4個の単位蓄積部15a〜15dを有し、光電変換素子13により変換された電荷を変調光の変調周期(1フレームの周期)に同期して振り分ける。そして、電荷蓄積部14は、その振り分けた電荷をそれぞれ第1〜第4の単位蓄積部15a〜15dに蓄積する。
As shown in FIG. 3, each of the
又、各受光素子群11a〜11nは、選択回路10から読出指令を入力すると、各受光素子12a〜12nの第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(受光量)を受光制御回路6に出力する。受光制御回路6は、読出指令を所定の時間間隔で選択回路10に出力し、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所定の時間間隔で読み出す。そして、受光制御回路6は、その読み出した電荷の電荷量を用いて、戻り光が受光された距離スロットである受光スロットの特定(受光スロット特定)を受光スロット特定部6aにより行ったり、変調光と戻り光との間の位相差の計測(位相型TOF計測)を位相型TOF計測部6bにより行ったりする。
Further, when each light receiving element group 11a to 11n receives a read command from the
受光スロット特定部6aは、変調光が発光素子8から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(最大強度の戻り光)が受光部4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。このとき、発光制御回路5は、発光波形のデューティーを6.25%とし、発光ピークパワーを発光波形のデューティーが50%のときの8倍として変調光を発光素子8から発光させる。受光スロット特定部6aは、距離スロットの個数に対してバイナリコードやグレイコードを用いてサンプル数を最小化し、各サンプルについて電圧値の大小を判定することで、受光スロットを特定する。受光スロット特定部6aは、電圧値の差が規定値以上である期間では「1」を割当て、電圧値の差が規定値未満である期間では「0」を割当てる。
The light receiving
図4は、距離スロットの個数を「8」とし、サンプル数を「3」とし、バイナリコードのサンプリングパターンを用いて受光スロットを特定する態様を例示している。図4の例示では、戻り光の受光期間が距離スロッ3から距離スロット4への変化タイミングに重なっており、受光スロット特定部6aは、バイナリコードを「1,0,1」と特定することで、距離スロット3を受光スロットとして特定する。又、図5は、距離スロットの個数を「8」とし、サンプル数を「3」とし、グレイコードのサンプリングパターンを用いて受光スロットを特定する態様を例示している。図5の例示でも、戻り光の受光期間が距離スロッ3から距離スロット4への変化タイミングに重なっており、受光スロット特定部6aは、グレイコードを「1,1,1」と特定することで、距離スロット3を受光スロットとして特定する。
FIG. 4 illustrates an example in which the number of distance slots is “8”, the number of samples is “3”, and the light receiving slots are specified using a binary code sampling pattern. In the example of FIG. 4, the light receiving period of the return light overlaps with the change timing from the
バイナリコードを用いる方法では、「0」、「1」の変化点がサンプル同士で重複するタイミングが存在する。図4の例示では、例えば距離スロット2から距離スロット3への変化タイミング(t2)では「0」、「1」の変化点がサンプル2、3で重複し、距離スロット4から距離スロット5への変化タイミング(t4)では「0」、「1」の変化点がサンプル1〜3で重複し、距離スロット6から距離スロット7への変化タイミング(t6)では「0」、「1」の変化点がサンプル2、3で重複する。これに対して、グレイコードを用いる方法では、「0」、「1」の変化点がサンプル同士で重複するタイミングが存在しない。このような性質の相違により、グレイコードを用いる場合はバイナリコードを用いる場合よりもロバスト性の点で有利である。
In the method using the binary code, there is a timing at which the change points of “0” and “1” overlap between samples. In the example of FIG. 4, for example, at the change timing (t2) from the
具体的に説明すると、図6及び図7に示すように戻り光の受光期間が距離スロット4から距離スロット5への変化タイミングに重なるときを想定する。バイナリコードを用いた図6の例示では、受光スロット特定部6aは、サンプル1〜3を「1,0,0」と特定することで、距離スロット4を受光スロットとして特定する。しかしながら、受光スロット特定部6aは、例えばサンプル1を「0」と特定してしまい、サンプル1〜3を「0,0,0」と特定してしまうと、距離スロット8を受光スロットとして特定してしまう。即ち、サンプル1〜3のうちサンプル1について「0」、「1」の特定がずれただけでも、受光スロットの特定が距離スロット4から距離スロット8までずれてしまい、受光スロットを特定する誤差が大きい(受光スロットを特定する精度が低い)。サンプル2、3について「0」、「1」の特定がずれた場合も同様である。又、戻り光の受光期間が距離スロット2から距離スロット3への変化タイミングに重なるときや距離スロット6から距離スロット7への変化タイミングに重なるときも同様である。
More specifically, it is assumed that the light receiving period of the return light overlaps with the change timing from the
これに対して、グレイコードを用いた図7の例示では、受光スロット特定部6aは、サンプル1〜3を「1,1,0」と特定することで、距離スロット4を受光スロットとして特定する。この場合、上記と同様に例えばサンプル1を「0」と特定してしまい、サンプル1〜3を「0,1,0」と特定してしまっても、距離スロット4に隣接する距離スロット5を受光スロットとして特定するに止まる。即ち、サンプル1〜3のうちサンプル1について「0」、「1」の特定がずれても、受光スロットの特定が距離スロット4から距離スロット5までに止まり、受光スロットを特定する誤差が小さい(受光スロットを特定する精度が高い)。戻り光の受光期間が別の距離スロットから更に別の距離スロットへの変化タイミングに重なるときも同様である。このようにグレイコードを用いる場合はバイナリコードを用いる場合よりもロバスト性の点で有利である。
On the other hand, in the illustration of FIG. 7 using the gray code, the light receiving
位相型TOF計測部6bは、発光制御回路5と連携し、各受光素子12の第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に基づいて変調光と戻り光との間の位相差を計測する。即ち、図8に示すように、発光制御回路5は、1フレームの周期内の発光期間において、発光指令信号を周期がTs、オン時間がTs/2、オフ時間がTs/2の矩形波として駆動回路9に出力し、発光素子8からのTs/2時間の発光とTs/2時間の発光停止とを繰り返させる。尚、発光制御回路5は、発光指令信号を矩形波で出力することに限らず、発光指令信号を正弦波や鋸波等で出力しても良い。
The phase-type
位相型TOF計測部6bは、発光期間において、受光指令信号を受光制御回路6から選択回路10に出力させ、各受光素子群11a〜11nの第1〜第4の単位蓄積部15a〜15dにおける電荷を蓄積するタイミングを制御する。即ち、位相型TOF計測部6bは、発光指令信号の周期Tsを4等分した時間を、それぞれ順にT1、T2、T3、T4とすると、発光素子8の発光と同期するタイミングで第1の単位蓄積部15aをTs/2時間オンする(蓄積Q1)。又、位相型TOF計測部6bは、第1の単位蓄積部15aのオンからT1遅れたタイミングで第2の単位蓄積部15bをTs/2時間オンする(蓄積Q2)。又、位相型TOF計測部6bは、第1の単位蓄積部15aのオンから(T1+T2)遅れたタイミングで第3の単位蓄積部15cをTs/2時間オンする(蓄積Q3)。更に、位相型TOF計測部6bは、第1の単位蓄積部15aのオンから(T1+T2+T3)遅れたタイミングで第4の単位蓄積部15dをTs/2時間オンする(蓄積Q4)。位相型TOF計測部6bは、このように周期Tsを4等分した時間ずつずらして電荷を振り分け、変調光の発光からそれぞれ0度、90度、180度、270度位相がずれた電荷の蓄積を繰り返させる。
The phase-type
一般的に、自装置から対象物までの距離を計測するには、数ms程度の時間の電荷の蓄積が必要である。一方、発光素子8から発光される変調光の発光周波数(変調周波数)は数十MHzである。よって、変調の1周期Tsは数十ns程度である。このため、自装置から対象物までの距離を計測するには、数千〜数十万周期の露光期間(電荷蓄積期間)を必要とする。位相型TOF計測部6bは、露光期間の時間間隔毎に第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。
Generally, in order to measure the distance from its own device to an object, it is necessary to accumulate charges for a time of about several ms. On the other hand, the emission frequency (modulation frequency) of the modulated light emitted from the
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と、以下のようにして自装置から対象物までの距離を計測する。発光素子8から発光された変調光と、変調光が対象物で反射して各受光素子群11a〜11nに受光される戻り光との間には、光が対象物まで往復する飛行時間による位相差(遅延時間)が生じる。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それぞれC1、C2、C3、C4とすると、次式(1)により位相差φを計測する。
When the phase-type
φ=tan−1[(C1−C3)/(C2−C4)]…(1)
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。
φ = tan −1 [(C1-C3) / (C2-C4)] (1)
Note that each of the light receiving element groups 11a to 11n receives background light as incident light in addition to the return light, but the charge of the return light (return light component) of the incident light depends on the delay time. The fourth unit accumulating units 15a to 15d are allocated. Therefore, the charge amount of the return light accumulated in the first to fourth unit accumulation units 15a to 15d is different. On the other hand, the electric charge by the background light (background light component) in the incident light is equally allocated to the first to fourth unit accumulating units 15a to 15d. Therefore, the charge amount of the background light accumulated in the first to fourth unit accumulating units 15a to 15d is substantially equal. In the above equation (1), since the charge amount of the background light is canceled, the phase difference φ can be measured without being affected by the background light.
距離取得部6cは、変調光と戻り光との間の位相差φが位相型TOF計測部6bにより計測されると、その計測された位相差φ、周期Ts、光速cを用い、次式(2)により自装置から対象物までの距離Dを計算して取得する。
When the phase difference φ between the modulated light and the return light is measured by the phase-type
D=(φ/2π)・(c/2Ts)…(2)
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。
D = (φ / 2π) · (c / 2Ts) (2)
The phase-type
図9は、制御部2が行う処理の流れを示している。制御部2は、自装置から対象物までの測距の開始条件が成立すると測距を開始する。制御部2は、測距を開始すると、受光スロット特定を受光スロット特定部6aにより行い、戻り光が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(S1)。このとき、制御部2は、発光波形のデューティーを6.25%とし、発光ピークパワーを従来の8倍として変調光を発光素子8から発光させる。
FIG. 9 shows the flow of processing performed by the
次いで、制御部2は、受光スロットを特定すると、位相型TOF計測を位相型TOF計測部6bにより行い、その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(S2)。このとき、制御部2は、発光波形を低デューティー化しても良いししなくても良い。制御部2は、発光波形を低デューティー化する場合であれば、図10に示すように、発光波形のデューティーを6.25%とし、発光ピークパワーを従来の(発光波形のデューティーを50%とするときの)8倍として変調光を発光素子8から発光させ、受光スロットのみに対して位相差の計測を行う。この場合には、最大強度の戻り光が存在すると特定した距離スロットのみに対して位相差の計測を行うことにより、マルチパスやミックスドピクセルの原因となり得る複数の戻り光を同時に計測してしまうことがなくなり、マルチパスやミックスドピクセルの発生を未然に防ぐことができる。又、制御部2は、発光波形を低デューティー化しない場合であれば、図11に示すように、発光波形のデューティーを従来の50%のままとし、全ての距離スロットに対して位相差の計測を行う。この場合には、従来の制御をそのまま流用して実現することができる。そして、制御部2は、位相差を計測すると、その計測した位相差を用い、自装置から対象物までの詳細な距離を計算して取得する(S3)。
Next, when the light receiving slot is specified, the
このように本発明は、図12に示すように、受光スロット特定と位相型TOF計測とを組み合わせ、受光スロット特定により自装置から対象物までの大まかな距離を遠距離まで計測し、位相型TOF計測により受光スロットの1周期内での位相差を計測することで、自装置から対象物までの詳細な距離を計算して取得する。 In this way, as shown in FIG. 12, the present invention combines light receiving slot identification and phase-type TOF measurement, and measures the approximate distance from its own device to the object by far light identification by specifying the light-receiving slot. By measuring the phase difference within one cycle of the light receiving slot by measurement, the detailed distance from the device to the object is calculated and acquired.
尚、以上に説明した一連の処理では、1つの距離スロットの時間間隔を、図13に示すように、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(2π)としたが、図14に示すように、半周期(π)としても良い。又、このように受光スロット特定と位相型TOF計測とを組み合わせる構成では、車載アプリやシステム要件に依存する距離精度の要求により露光パターンや発光ピークパワーを最適に調整すれば良い。近距離のみで高い精度が要求される場合であれば、図15に示すように、受光スロット特定を目標最長距離までとし、位相型TOF計測を近距離までとする調整を行うことで、近距離で高い精度の測距を実現することができつつ、処理時間を低減することができ、又、必要な発光強度を抑えることができる。又、全域で高い精度が要求される場合であれば、図16に示すように、受光スロット特定と位相型TOF計測との両方を目標最長距離までとする調整を行うことで、全域で高い精度の測距を実現することができる。 In the series of processes described above, the time interval of one distance slot is set to one cycle (2π) when measuring the phase difference between the modulated light and the return light, as shown in FIG. However, as shown in FIG. 14, it is good also as a half period ((pi)). Further, in the configuration in which the light receiving slot identification and the phase-type TOF measurement are combined as described above, the exposure pattern and the light emission peak power may be optimally adjusted according to the requirement of distance accuracy depending on the in-vehicle application and system requirements. If high accuracy is required only at a short distance, as shown in FIG. 15, by adjusting the light receiving slot to the target longest distance and adjusting the phase-type TOF measurement to a short distance, Thus, it is possible to reduce the processing time while suppressing the required light emission intensity while realizing highly accurate ranging. If high accuracy is required in the entire area, as shown in FIG. 16, high accuracy can be achieved in the entire area by adjusting both the light receiving slot specification and the phase-type TOF measurement to the target maximum distance. Can be achieved.
以上に説明したように第1の実施形態によれば、次に示す作用効果を得ることができる。光飛行型測距装置1において、変調光が発光されたことで戻り光が受光された受光スロットを受光スロット特定部6aにより特定し、変調光と戻り光との間の位相差を位相型TOF計測部6bにより計測する。そして、受光スロット特定部6aによる特定結果と位相型TOF計測部6bによる計測結果とを組み合わせることで、それぞれの方法による利点を両立するようにした。即ち、受光スロット特定により自装置から対象物までの大まかな距離を遠距離まで計測し、位相型TOF計測により受光スロットの1周期内での位相差を計測することで、自装置から対象物までの詳細な距離を計算して取得する。これにより、発光強度を高めることを不要として装置全体の大型化を回避しつつ、遠距離測距でも必要な距離精度を維持することができる。
As described above, according to the first embodiment, the following operational effects can be obtained. In the optical flight type
(第2の実施形態)
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。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, description is abbreviate | omitted about the same part as above-mentioned 1st Embodiment, and a different part is demonstrated. The first embodiment is configured to control the sampling operation for each light receiving element group 11 constituting the vertical line in the
(その他の実施形態)
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。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified or expanded as follows.
You may apply to uses other than a vehicle.
In order to reduce the duty of the light emission waveform of the modulated light, if the duty of the light emission waveform is made shorter than 50%, the duty of the light emission waveform may be shortened to a value other than 6.25%. Further, when the duty of the light emission waveform is shorter than 50%, the light emission peak power may be increased within a range that is energetically equivalent to that when the duty of the light emission waveform is 50%. That is, when the duty of the light emission waveform is set to 12.5%, for example, the modulated light may be emitted by setting the light emission peak power to four times that of the prior art.
本実施形態では、先に受光スロット特定を行い、後から位相型TOF計測を行う構成を例示したが、先に位相型TOF計測を行い、後から受光スロット特定を行う構成でも良い。即ち、位相型TOF計測では発光波形のデューティーを50%として全ての距離スロットに対して位相差の計測を行い、受光スロット特定では発光波形のデューティーを50%よりも短くして受光スロットを特定すれば良い。 In the present embodiment, the configuration in which the light receiving slot is identified first and the phase-type TOF measurement is performed later is illustrated, but the configuration in which the phase-type TOF measurement is performed first and the light receiving slot is identified later may be employed. That is, in the phase-type TOF measurement, the duty of the light emission waveform is set to 50%, and the phase difference is measured for all the distance slots, and in the light receiving slot specification, the light receiving waveform duty is made shorter than 50% to specify the light receiving slot. It ’s fine.
図面中、1、21は光飛行型測距装置、3は発光部(発光手段)、4、22は受光部(受光手段)、5は発光制御回路(発光制御手段)、6は受光制御回路(受光制御手段)、6aは受光スロット特定部(受光スロット特定手段)、6bは位相型TOF計測部(位相型TOF計測手段)、6cは距離取得部(距離取得手段)である。 In the drawings, 1 and 21 are optical flight distance measuring devices, 3 is a light emitting part (light emitting means), 4 and 22 are light receiving parts (light receiving means), 5 is a light emission control circuit (light emission control means), and 6 is a light reception control circuit. (Light receiving control means), 6a is a light receiving slot specifying section (light receiving slot specifying means), 6b is a phase type TOF measuring section (phase type TOF measuring means), and 6c is a distance acquiring section (distance acquiring means).
Claims (7)
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、を備えたことを特徴とする光飛行型測距装置(1、21)。 A light emitting means (8) for emitting modulated light in space;
A light receiving means (4, 22) for receiving incident light including return light reflected by an object from the modulated light emitted from the light emitting means and accumulating charges;
A light emission control means (5) for controlling the light emission operation of the light emission means;
A light receiving control means (6) for controlling the light receiving operation of the light receiving means;
A light receiving slot specifying means (6a) for specifying, as a light receiving slot, a distance slot in which return light is received by the light receiving means among distance slots of a predetermined time interval starting from the time when modulated light is emitted from the light emitting means;
Phase-type TOF measuring means (6b) for measuring the phase difference between the modulated light and the return light based on the charge accumulation state in the light receiving means;
Distance acquisition means (6c) for calculating and acquiring the distance from the device itself to the object by combining the result of identification by the light receiving slot identification means and the result of measurement by the phase-type TOF measurement means An optical flight-type distance measuring device (1, 21).
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。 In the optical flight type distance measuring device according to claim 1,
The optical flight rangefinder characterized in that the light receiving slot specifying means specifies the light receiving slot using a binary code sampling pattern.
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。 In the optical flight type distance measuring device according to claim 1,
The optical flight type distance measuring device, wherein the light receiving slot specifying means specifies the light receiving slot using a gray code sampling pattern.
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、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。 In the optical flight type distance measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The light emission control means shortens the duty of the light emission waveform to less than 50%, increases the emission peak power correspondingly, and emits modulated light from the light emission means,
The optical flight range finder according to claim 1, wherein the light receiving slot specifying means specifies the light receiving slot when the light emitting means emits modulated light having an increased emission peak power.
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。 In the optical flight type distance measuring device according to any one of claims 1 to 4,
The light emission control means shortens the duty of the light emission waveform to less than 50%, and accordingly, emits modulated light from the light emission means by increasing the light emission peak power than when the duty is 50%,
The phase-type TOF measuring means measures a phase difference only with respect to the light receiving slot.
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。 In the optical flight type distance measuring device according to any one of claims 1 to 4,
The light emission control means causes the modulated light to be emitted from the light emission means with a duty of a light emission waveform as 50%,
The optical flight type distance measuring device, wherein the phase-type TOF measuring means measures phase differences for all distance slots including the light receiving slot.
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。 In the optical flight type distance measuring device according to any one of claims 1 to 6,
The light receiving slot specifying means sets the time interval of one distance slot as one period when the phase-type TOF measuring means measures the phase difference between the modulated light and the return light. Type ranging device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014226070A JP6455088B2 (en) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | Optical flight rangefinder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014226070A JP6455088B2 (en) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | Optical flight rangefinder |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016090436A true JP2016090436A (en) | 2016-05-23 |
JP6455088B2 JP6455088B2 (en) | 2019-01-23 |
Family
ID=56019498
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014226070A Expired - Fee Related JP6455088B2 (en) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | Optical flight rangefinder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6455088B2 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110192118A (en) * | 2017-12-22 | 2019-08-30 | 索尼半导体解决方案公司 | Impulse generator and signal generating apparatus |
DE112018002395T5 (en) | 2017-05-11 | 2020-01-23 | Sony Corporation | OPTICAL SENSOR AND ELECTRONIC DEVICE |
WO2020189339A1 (en) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Distance measuring device and distance measuring method |
JPWO2019123830A1 (en) * | 2017-12-22 | 2020-10-22 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Signal generator |
JP2021139733A (en) * | 2020-03-05 | 2021-09-16 | スタンレー電気株式会社 | Distance detector, distance detection method, distance image generation device, and distance image generation method |
WO2022264557A1 (en) * | 2021-06-17 | 2022-12-22 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Control device and control method |
US11921209B2 (en) | 2017-12-22 | 2024-03-05 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Signal generation apparatus |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001183458A (en) * | 1999-12-28 | 2001-07-06 | Tadanori Miyauchi | Distance sensor |
WO2005017540A1 (en) * | 2003-08-13 | 2005-02-24 | Elinnova Hb | Position detecting device |
JP2008076131A (en) * | 2006-09-20 | 2008-04-03 | Hokuyo Automatic Co | Range finder |
JP2008241435A (en) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Stanley Electric Co Ltd | Distance image generation device |
JP2009063573A (en) * | 2007-09-07 | 2009-03-26 | Samsung Electronics Co Ltd | Distance measuring method and apparatus |
JP2010025906A (en) * | 2008-07-24 | 2010-02-04 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Distance image sensor |
-
2014
- 2014-11-06 JP JP2014226070A patent/JP6455088B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001183458A (en) * | 1999-12-28 | 2001-07-06 | Tadanori Miyauchi | Distance sensor |
WO2005017540A1 (en) * | 2003-08-13 | 2005-02-24 | Elinnova Hb | Position detecting device |
JP2008076131A (en) * | 2006-09-20 | 2008-04-03 | Hokuyo Automatic Co | Range finder |
JP2008241435A (en) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Stanley Electric Co Ltd | Distance image generation device |
JP2009063573A (en) * | 2007-09-07 | 2009-03-26 | Samsung Electronics Co Ltd | Distance measuring method and apparatus |
JP2010025906A (en) * | 2008-07-24 | 2010-02-04 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Distance image sensor |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112018002395T5 (en) | 2017-05-11 | 2020-01-23 | Sony Corporation | OPTICAL SENSOR AND ELECTRONIC DEVICE |
CN110192118A (en) * | 2017-12-22 | 2019-08-30 | 索尼半导体解决方案公司 | Impulse generator and signal generating apparatus |
JPWO2019123831A1 (en) * | 2017-12-22 | 2020-10-22 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Pulse generator and signal generator |
JPWO2019123830A1 (en) * | 2017-12-22 | 2020-10-22 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Signal generator |
US11867842B2 (en) | 2017-12-22 | 2024-01-09 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Pulse generator and signal generation apparatus |
US11894851B2 (en) | 2017-12-22 | 2024-02-06 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Signal generation apparatus for time-of-flight camera with suppressed cyclic error |
US11921209B2 (en) | 2017-12-22 | 2024-03-05 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Signal generation apparatus |
WO2020189339A1 (en) * | 2019-03-20 | 2020-09-24 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Distance measuring device and distance measuring method |
JP2021139733A (en) * | 2020-03-05 | 2021-09-16 | スタンレー電気株式会社 | Distance detector, distance detection method, distance image generation device, and distance image generation method |
JP7407021B2 (en) | 2020-03-05 | 2023-12-28 | スタンレー電気株式会社 | Distance detection device, distance detection method, distance image generation device, distance image generation method |
WO2022264557A1 (en) * | 2021-06-17 | 2022-12-22 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Control device and control method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6455088B2 (en) | 2019-01-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6455088B2 (en) | Optical flight rangefinder | |
KR101580571B1 (en) | Method and time-of-flight camera for providing distance information | |
KR20210093306A (en) | Methods and systems for spatially distributed strobing | |
JP6766815B2 (en) | Correction device, correction method and distance measuring device | |
JP2013076645A (en) | Distance image generation apparatus and distance image generation method | |
US8848172B2 (en) | Distance measuring device having homogenizing measurement evaluation | |
JP6427998B2 (en) | Optical flight rangefinder | |
WO2006112431A1 (en) | Spatial information detection system | |
US11991341B2 (en) | Time-of-flight image sensor resolution enhancement and increased data robustness using a binning module | |
US8908156B2 (en) | Electro-optical distance measuring device | |
US10481263B2 (en) | Range finding apparatus, moveable apparatus, robot, three dimensional measurement apparatus, method of measuring three dimensional information, and storage medium | |
US11675060B2 (en) | LIDAR system, a method for a LIDAR system and a receiver for LIDAR system having first and second converting elements | |
CN111448474A (en) | Full-waveform multi-pulse optical distance measuring instrument | |
JP2015227781A (en) | Light-of-flight ranging device | |
CN102738694A (en) | Method for realizing laser frequency stabilization by utilizing Fabry-Perot (F-P) interferometer | |
JP2010071832A (en) | Method and system for controlling light flying time type distance image sensor | |
JP2018019044A (en) | Light source driving device and distance measuring device | |
US20220350024A1 (en) | Distance image capturing device and distance image capturing method | |
JP2019164039A (en) | Distance sensor and distance measurement device | |
JPH109834A (en) | Three-dimensional image input system | |
US20220276358A1 (en) | Distance-measuring imaging device | |
CN110389356A (en) | Imaging system and the method executed by imaging system | |
JP2015152428A (en) | Laser radar device and object detection method | |
US11802962B2 (en) | Method for multipath error compensation and multipath error-compensated indirect time of flight range calculation apparatus | |
CN114667457A (en) | Electronic device and control method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170419 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180207 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180213 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180323 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180905 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181022 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181120 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181203 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6455088 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |