JP2011022088A - 空間情報検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光源1が対象空間に投光し、受光センサ2では規定の受光期間の電荷を集積し、さらに受光期間よりも長い蓄積期間に亘って蓄積した電荷を取り出す。発光源1の光出力は、2値の信号値の継続期間がそれぞれ単位期間の整数倍の期間となるように蓄積期間において乱数的に発生させた方形波信号で変調される。受光センサ2の受光期間は、変調信号に基づいて生成されたタイミング信号で規定される。距離演算部6は、タイミング信号に対応する電荷量を用いて物体までの距離を算出する。正誤判断部7は、2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分を評価値に用い、評価値を用いて物体までの距離が測定可能範囲外と判断したときに空間情報を無効にする。
【選択図】図1
Description
距離測定装置は、図1に示すように、距離測定の物体3が存在する対象空間に投光する発光源1と、当該対象空間からの光を受光する受光センサ2とを備えるアクティブ型の構成であり、発光源1から投光された光(以下、「信号光」という)が物体3で反射され受光センサ2に受光されるまでの時間に相当する物理量に基づいて物体3までの距離を測定するものである。すなわち、タイムオブフライト法の原理を用いて距離を測定する。
A0=−α・τ+A+B
A1=α・τ+B
A2=α・τ+B−A
A3=−α・τ+B
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。
τ=(A1−A3)Tc/{(A0−A2)+(A1−A3)}
物体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、時間差τを用いて、L=c・τ/2と表すことができる。
次に、物体3での反射光の強度を検出する強度検出装置について説明する。強度検出装置では、発光源1から対象空間に信号光を投光する投光期間と、発光源1から対象空間に信号光を投光しない非投光期間とを設け、投光期間に受光した光から非投光期間に検出される環境光ないし周囲光による外光成分を除去することにより、反射光の強度を検出する。
(動作例1)
以下では、正誤判断部7の動作について説明する。正誤判断部7は、各タイミング信号に対応して得られる4種類の電荷量A0〜A3のうち少なくとも2種類の電荷量の差分にを評価値に用いる。評価値として用いる電荷量の組み合わせは、物体3までの距離の増加に伴って評価値が増加または減少する組み合わせであり、具体的には、(A0,A2)(A1,A3)(A0,A1)(A2,A3)の4種類の組み合わせを用いることが可能である。各組み合わせの評価値は、時間差τに応じて図8(a)〜(d)に示すように変化する。
上述した動作例1では、正誤判断部7において、1種類の評価値(=A0−A2)のみを用いる例を示したが、上述した4種類のタイミング信号を用いることにより、4種類の電荷量A0〜A4が得られる場合には、上述した評価値にA1−A3も評価値として併用してもよい。
動作例2では、2種類の評価値の少なくとも一方において空間情報が無効であると判断されると、検出した空間情報を無効にしているが、以下では、1種類の評価値に対する閾値を切り換えることによって、空間情報の信頼性を向上させる技術について説明する。
動作例3からわかるように、判定値(=A1−A3)は、時間差τが0〜Tcの範囲において時間差τの増加に伴って増加し、時間差τがTc〜2Tcの範囲において時間差τの増加に伴って減少しており、時間差τが2Tcを超えると略0になる。判定値のこのような特性を利用すれば、物体3までの距離が測定可能範囲内か否かを判定値によっても検出することが可能になる。
2 受光センサ(光電変換部、電荷蓄積部、電荷取出部)
3 物体
4 コード発生器
5 タイミング制御部
6 距離演算部
7 正誤判断部
8 強度演算部
Claims (6)
- 対象空間に投光する発光源と、対象空間から受光し指示された受光期間における受光強度に応じた量の電荷を生成かつ集積する光電変換部と、光電変換部において集積し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、電荷蓄積部に蓄積された電荷を取り出す電荷取出部と、発光源の光出力を変調する変調信号および受光期間を規定するタイミング信号を出力するとともに蓄積期間を決定するタイミング制御部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間の空間情報を検出する空間情報検出部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間に存在する物体からの反射光が許容された測定可能範囲内か否かを判断する正誤判断部とを備え、変調信号は、2値の各信号値の継続期間がそれぞれ単位期間の整数倍でありかつ前記蓄積期間において継続期間が乱数的に変化する方形波信号であって、タイミング制御部は、変調信号の非反転信号または反転信号を時間軸方向において変調信号と規定の関係とした複数種類のタイミング信号を生成し、光電変換部は、各タイミング信号における一方の信号値の継続期間を受光期間に用いて生成した電荷を集積し、空間情報検出部は、各タイミング信号に基づく受光期間に集積された電荷を蓄積期間において蓄積することにより得られた電荷量を用いて空間情報を検出し、正誤判断部は、2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分のうち物体までの距離の増加に伴って増加または減少する差分を評価値に用い、物体までの距離の増加に伴って増加する評価値が規定の閾値よりも大きいか、物体までの距離の増加に伴って減少する評価値が規定の閾値よりも小さいときに測定可能範囲外と判断し、測定可能範囲外と判断したときに空間情報検出部により検出した空間情報を無効にすることを特徴とする空間情報検出装置。
- 前記正誤判断部は、変調信号の非反転信号である第1のタイミング信号と、第1のタイミング信号の反転信号である第2のタイミング信号との2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分を評価値に用い、評価値が規定の閾値よりも小さいときに測定可能範囲外と判断することを特徴とする請求項1記載の空間情報検出装置。
- 前記正誤判断部は、変調信号の非反転信号である第1のタイミング信号と、第1のタイミング信号の反転信号である第2のタイミング信号との2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分を第1の評価値に用い、変調信号の非反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第3のタイミング信号と、変調信号の反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第4のタイミング信号との2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分を第2の評価値に用い、第1の評価値が第1の閾値よりも小さいという条件と、第2の評価値が第2の閾値よりも小さいという条件との少なくとも一方が成立するときに測定可能範囲外と判断することを特徴とする請求項1記載の空間情報検出装置。
- 前記正誤判断部は、変調信号の非反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第3のタイミング信号と、変調信号の反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第4のタイミング信号との2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分を判定値に用い、判定値の大きさに応じて前記閾値を切り換えることを特徴とする請求項2記載の空間情報検出装置。
- 前記正誤判断部は、前記閾値を大小2段階から選択し、前記判定値が規定の基準値よりも大きい場合は小さい閾値を選択し、前記判定値が規定の基準値よりも小さい場合は大きい閾値を選択することを特徴とする請求項4記載の空間情報検出装置。
- 前記正誤判断部は、変調信号の非反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第3のタイミング信号と、変調信号の反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第4のタイミング信号との2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分を第1の判定値とし、第3のタイミング信号および第4のタイミング信号を前記単位期間よりも短い規定の遅延時間だけ遅延させた第5のタイミング信号および第6のタイミング信号との2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分を第2の判定値とし、前記閾値を大小2段階から選択し、第1の判定値に対して第2の判定値が小さい場合は小さい閾値を選択し、第1の判定値に対して第2の判定値が大きい場合は大きい閾値を選択することを特徴とする請求項2記載の空間情報検出装置。
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