JP2013076645A - Distance image generation apparatus and distance image generation method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately perform range measurement even when a plurality of optical flying type distance image generation apparatuses simultaneously exist in the same photographing space when generating a distance image of the photographing space by an optical flying type distance image generation apparatus.SOLUTION: While fixing a light emission (ON) period of modulation light applied from a light source and a charge accumulation period in each unit accumulation part of a charge accumulation part, light emission and accumulation are controlled so that a period length is changed in each modulation period. The period length is changed by adding additional time different in each period to a predetermined fixed modulation period Ts. Electric charge acquired during the additional time is discharged.

Description

本発明は、距離画像生成技術に関し、特に、光飛行時間型距離画像センサを用いた距離画像生成技術に関する。   The present invention relates to a distance image generation technique, and more particularly to a distance image generation technique using an optical time-of-flight distance image sensor.

光飛行時間型距離画像センサを用いて、撮影空間の対象物の、当該センサからの距離を画素値とする距離画像を生成する距離画像生成装置(以下、光飛行型距離画像生成装置と呼ぶ。)がある。光飛行型距離画像生成装置では、光源から照射した変調光(測距光)と、当該変調光の対象物による反射光との位相差を用いて、画素毎に対象物の距離を算出する。位相差は、画素毎に用意された撮像素子で受光した反射光を光量に応じた電荷量に変換し、この電荷量に所定の演算を施すことにより算出される(例えば、特許文献1参照)。   A distance image generation device (hereinafter referred to as an optical flight type distance image generation device) that uses a light time-of-flight distance image sensor to generate a distance image of an object in an imaging space with the distance from the sensor as a pixel value. ) In the optical flight type distance image generation device, the distance of the object is calculated for each pixel using the phase difference between the modulated light (ranging light) emitted from the light source and the reflected light of the modulated light from the object. The phase difference is calculated by converting the reflected light received by the imaging device prepared for each pixel into a charge amount corresponding to the light amount, and performing a predetermined calculation on the charge amount (for example, see Patent Document 1). .

光飛行型距離画像生成装置は、上述のように画素毎に受光した反射光を基に距離値を算出している。しかし、例えば、通行量の多い道路など、同様な光飛行型距離画像生成装置が複数台、同じ空間に存在する場合、他装置の測距光が自装置の測距光と干渉し、誤測距が発生する。   The optical flight-type distance image generation device calculates the distance value based on the reflected light received for each pixel as described above. However, for example, when there are multiple similar optical flight-type distance image generation devices in the same space, such as a road with a large amount of traffic, the distance measurement light of the other device interferes with the distance measurement light of its own device, resulting in erroneous measurement. A distance is generated.

他装置の測距光との干渉による誤測距の問題を解決するため、光飛行型距離画像生成装置の外部にタイミング制御部を設け、複数の測距光が干渉しないよう時分割で点灯制御を行う技術がある(例えば、特許文献2参照)。また、変調光の変調周波数を、光飛行型距離画像生成装置毎に異なるよう設定し、干渉を回避する技術がある(例えば、特許文献3参照)。   In order to solve the problem of erroneous ranging due to interference with ranging light from other devices, a timing control unit is provided outside the optical flight-type distance image generating device, and lighting control is performed in a time-sharing manner so that multiple ranging lights do not interfere with each other. There is a technique for performing (see, for example, Patent Document 2). In addition, there is a technique for avoiding interference by setting the modulation frequency of modulated light to be different for each optical flight-type distance image generation device (see, for example, Patent Document 3).

特開2008−241435号公報JP 2008-241435 A 特許第4200328号公報Japanese Patent No. 4300368 特開2009−124398号公報JP 2009-124398 A

しかし、特許文献2に記載の技術では、タイミング制御部という追加の装置が必要となる。また、時分割で測距光を照射するため、制御対象の距離画像生成装置の台数が増えると1台あたりの発光時間が短くなり、距離精度、フレームレートが低下する。   However, the technique described in Patent Document 2 requires an additional device called a timing control unit. In addition, since the distance measuring light is emitted in a time division manner, if the number of distance image generating devices to be controlled increases, the light emission time per unit decreases, and the distance accuracy and the frame rate decrease.

また、特許文献3に記載の技術では、細かな周波数設定が必要となる。さらに、周波数を変更する毎に距離演算の式が変わるため、距離算出が煩雑となる。   In the technique described in Patent Document 3, fine frequency setting is required. Furthermore, since the equation for calculating the distance changes every time the frequency is changed, the distance calculation becomes complicated.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、光飛行型距離画像生成装置によって撮影空間の距離画像生成する際、同一撮影空間内に同時期に複数の光飛行型距離画像生成装置が存在する場合であっても、精度良く測距を行うことを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances. When a distance image of a shooting space is generated by an optical flight type distance image generation device, a plurality of optical flight type distance image generation devices exist in the same shooting space at the same time. Even if it is a case, it aims at ranging accurately.

本発明は、光源から照射する変調光の発光(ON)期間と、電荷蓄積部の各単位蓄積部における電荷の蓄積期間とを一定としながら、変調周期毎に周期の長さを変化させるよう、発光と蓄積とを制御する。周期の長さは、予め定めた固定の変調周期に、周期毎に異なる付加時間を付加することにより変化させる。そして、付加時間中に取得した電荷は廃棄する。   The present invention changes the period length for each modulation period while keeping the emission period (ON) period of modulated light emitted from the light source and the charge accumulation period in each unit accumulation part of the charge accumulation part. Controls light emission and accumulation. The length of the period is changed by adding an additional time different for each period to a predetermined fixed modulation period. Then, the charges acquired during the additional time are discarded.

具体的には、撮影空間に変調光を照射する光源と、前記光源から照射され前記撮影空間内の対象物で反射した反射光を含む入射光を受光して電荷に変換する複数の撮像素子を備える受光手段と、前記電荷を用いて画素値が距離値であり画素数が前記撮像素子数である距離画像を生成する距離画像生成手段と、前記変調光の変調周期と前記受光手段における電荷の蓄積とを制御する制御手段と、を備える距離画像生成装置であって、前記複数の撮像素子は、それぞれ、受光した入射光を電荷に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子ごとに設けられた、前記電荷を蓄積する電荷蓄積手段と、を備え、前記電荷蓄積手段は、前記距離画像生成部が距離値算出に用いる電荷を蓄積する複数の測距単位蓄積手段を備え、前記制御手段は、前記変調光の変調周期毎に異なる付加時間を出力する付加時間出力手段を備え、前記変調周期毎に前記付加時間を付加することにより、前記照射する変調光の変調周期を当該変調周期の1周期毎に変化させ、前記各測距単位蓄積手段への電荷の蓄積期間を全周期同じとなるよう制御することを特徴とする距離画像生成装置を提供する。   Specifically, a light source that irradiates modulated light to the imaging space, and a plurality of imaging elements that receive incident light including reflected light that is irradiated from the light source and reflected by an object in the imaging space and converts the incident light into charges. A light receiving means, a distance image generating means for generating a distance image in which the pixel value is a distance value and the number of pixels is the number of image pickup devices using the charge, a modulation period of the modulated light, and a charge of the light receiving means A distance image generating device including a control unit that controls accumulation, wherein each of the plurality of imaging elements is provided for each photoelectric conversion element that converts received incident light into electric charge, and for each of the photoelectric conversion elements. Charge accumulation means for accumulating the charge, the charge accumulation means comprising a plurality of distance measurement unit accumulation means for accumulating charges used by the distance image generation unit for distance value calculation, and the control means The modulation Additional time output means for outputting a different additional time for each modulation period, and by adding the additional time for each modulation period, the modulation period of the modulated light to be irradiated is changed for each one of the modulation periods And providing a distance image generating apparatus that controls the charge accumulation period in each distance measurement unit accumulating means to be the same in all cycles.

また、撮影空間に変調光を照射する光源と、前記光源から照射され前記撮影空間内の対象物で反射した反射光を含む入射光を受光して電荷に変換する複数の光電変換素子と、前記光電変換素子毎に設けられた前記電荷を蓄積する複数の単位蓄積手段と、前記複数の単位蓄積手段のうち、予め定めた測距に用いる単位蓄積手段に蓄積された電荷を用いて距離値を算出する距離画像算出手段と、を備える距離画像生成装置における、距離画像生成方法であって、前記変調光の変調周期毎に付加する付加時間を生成する付加時間生成ステップと、前記変調周期毎に、前記変調周期に前記付加時間を付加して前記変調光の変調周期を変化させるとともに、前記付加時間中に受光した入射光を変換して得た電荷を廃棄用の単位蓄積手段に蓄積し、当該付加時間以外の予め定めた期間に取得した電荷を、予め定めた複数の電荷蓄積用の単位蓄積手段にそれぞれ蓄積する同期制御ステップと、所定の時間間隔で前記電荷蓄積用の単位蓄積手段に蓄積された電荷を読み出し、距離画像の各画素値である距離値を算出する距離値算出ステップと、を備えることを特徴とする距離画像生成方法を提供する。   A light source that emits modulated light to the imaging space; and a plurality of photoelectric conversion elements that receive incident light including reflected light that is irradiated from the light source and reflected by an object in the imaging space and converts the incident light into charges; and A plurality of unit accumulating means for accumulating the electric charge provided for each photoelectric conversion element and a distance value using the electric charge accumulated in the unit accumulating means used for the predetermined distance measurement among the plural unit accumulating means. A distance image generation method in a distance image generation device comprising: a distance image calculation means for calculating; an additional time generation step for generating an additional time to be added for each modulation period of the modulated light; and for each modulation period Adding the additional time to the modulation period to change the modulation period of the modulated light, and storing the charge obtained by converting the incident light received during the additional time in the unit storage means for disposal, Applicable A synchronization control step for accumulating charges acquired in a predetermined period other than time in a plurality of predetermined unit units for accumulating charges and the unit accumulating unit for accumulating charges at predetermined time intervals. And a distance value calculating step of calculating a distance value that is each pixel value of the distance image.

本発明によれば、光飛行型距離画像生成装置によって撮影空間の距離画像生成する際、同一撮影空間内に同時期に複数の光飛行型距離画像生成装置が存在する場合であっても、精度良く測距ができる。   According to the present invention, when the distance image of the shooting space is generated by the optical flight-type distance image generation device, even if there are a plurality of optical flight-type distance image generation devices at the same time in the same shooting space, the accuracy is improved. Can measure well.

(a)は、一般の距離画像生成装置のブロック図であり、(b)は、一般の距離画像生成装置の撮像素子のブロック図である。(A) is a block diagram of a general distance image generation device, (b) is a block diagram of an image sensor of a general distance image generation device. 一般の距離画像生成装置の制御信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of the control signal of a general distance image generation device. (a)は、本発明の実施形態の距離画像生成装置のブロック図であり、(b)は、本発明の実施形態の距離画像生成装置の撮像素子のブロック図である。(A) is a block diagram of the distance image generation device of the embodiment of the present invention, (b) is a block diagram of the image sensor of the distance image generation device of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の距離画像生成装置の制御信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of the control signal of the distance image generation device of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の距離画像生成装置により干渉が防止されることを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating that interference is prevented by the distance image generation apparatus of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の距離画像生成装置の他の例の制御信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of the control signal of the other example of the distance image generation device of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の距離画像生成装置の他の例の制御信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of the control signal of the other example of the distance image generation device of the embodiment of the present invention. (a)は、本発明の実施形態の付加時間データベースを説明するための説明図であり、(b)は、本発明の実施形態のパターン生成回路により生成されるパターンを説明するための説明図である。(A) is explanatory drawing for demonstrating the additional time database of embodiment of this invention, (b) is explanatory drawing for demonstrating the pattern produced | generated by the pattern generation circuit of embodiment of this invention. It is. 本発明の実施形態のランダム付加時間データベースを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the random addition time database of embodiment of this invention. (a)は、付加時間Twを0にした場合の変調光の周波数スペクトラムのグラフであり、(b)は、本発明の実施形態の、周波数拡散を行う場合の変調光の周波数スペクトラムのグラフである。(A) is a graph of the frequency spectrum of the modulated light when the additional time Tw is 0, and (b) is a graph of the frequency spectrum of the modulated light when performing frequency spreading according to the embodiment of the present invention. is there.

以下、本発明を適用する実施形態について説明する。以下、本発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments to which the present invention is applied will be described. Hereinafter, in all the drawings for explaining the embodiments of the present invention, those having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated explanation thereof is omitted.

本実施形態の光飛行時間型距離画像生成装置(以下、距離画像生成装置と呼ぶ。)の構成の説明に先立ち、一般の電荷振り分け式の光飛行時間型センサを用いた距離画像生成装置101の構成および距離画像生成の原理について説明する。   Prior to the description of the configuration of the optical time-of-flight distance image generation device (hereinafter referred to as a distance image generation device) of the present embodiment, the distance image generation device 101 using a general charge distribution type optical time-of-flight sensor is described. The configuration and the principle of distance image generation will be described.

光飛行時間型距離画像センサは、1個の撮像素子を1画素として構成したセンサである。この光飛行時間型距離画像センサを用いた距離画像生成装置101は、対象物体200へ照射した光の反射光を受光することにより光飛行時間計測法(TOF:Time of flight)を用いて光飛行時間を測定し、当該光飛行時間に基づいて当該対象物体200までの距離を測定することにより距離画像を生成する。   The optical time-of-flight range image sensor is a sensor configured with one image sensor as one pixel. The distance image generation apparatus 101 using this optical time-of-flight range image sensor receives optical reflected light using the optical time-of-flight (TOF) method by receiving reflected light of light irradiated on the target object 200. The distance image is generated by measuring the time and measuring the distance to the target object 200 based on the light flight time.

電荷振り分け方式とは、後述するように、2つ以上の電荷蓄積容量を1つの光電変換素子に接続し、例えば、周期的に発光(ON/OFF)を繰り返すパルス光(以下、本明細書では、パルス光を「変調光」と呼ぶ。)を、その変調周期や発光時間に同期させて2つ以上の電荷蓄積容量に分離蓄積し、これらの電荷に基づいて距離を算出する方式である。この電荷振り分け方式では、距離値の算出にあたり、一定時間毎に分離蓄積した電荷を読み出して平均化することにより信号雑音比を高める。従って、この電荷振り分け方式の光飛行時間型距離画像センサは、未知の背景光下で使用することができる。   As will be described later, the charge distribution method connects two or more charge storage capacitors to one photoelectric conversion element, and, for example, pulse light that periodically emits light (ON / OFF) (hereinafter, referred to in this specification). The pulsed light is referred to as “modulated light”.) Is synchronized and stored in two or more charge storage capacitors in synchronization with the modulation period and light emission time, and the distance is calculated based on these charges. In this charge distribution method, when calculating the distance value, the signal-to-noise ratio is increased by reading out and averaging the charges separated and accumulated at regular intervals. Therefore, the light distribution type optical time-of-flight distance image sensor can be used under unknown background light.

図1(a)は、この距離画像生成装置101のブロック図である。本図に示すように、距離画像生成装置100は、光源110と、受光部120と、距離画像生成部130と、制御部140と、を備える。   FIG. 1A is a block diagram of the distance image generating apparatus 101. As shown in the figure, the distance image generation device 100 includes a light source 110, a light receiving unit 120, a distance image generation unit 130, and a control unit 140.

光源110は、撮影空間に変調光151を照射する。光源110には、LED、レーザ等の高速変調(高速点滅)が可能なデバイスが用いられる。   The light source 110 irradiates the imaging space with the modulated light 151. As the light source 110, a device capable of high-speed modulation (high-speed blinking) such as an LED or a laser is used.

受光部120は、入射光152を受光し、電荷に変換する。受光部120は、図1(a)に示すように、距離画像生成部130が生成する距離画像の各画素に対応する複数の撮像素子121を備える。複数の撮像素子121は、距離画像生成部130が生成する距離画像の各画素に対応づけて規則的に配列される。図1(a)には、4×4の場合を例示する。   The light receiving unit 120 receives the incident light 152 and converts it into electric charges. As illustrated in FIG. 1A, the light receiving unit 120 includes a plurality of imaging elements 121 corresponding to each pixel of the distance image generated by the distance image generating unit 130. The plurality of imaging elements 121 are regularly arranged in association with each pixel of the distance image generated by the distance image generation unit 130. FIG. 1A illustrates a 4 × 4 case.

なお、受光部120に入射する入射光152は、光源110から照射された変調光151が撮影空間内の物体200により反射されることに由来する反射光と、自然光などの外部光源からの光が対象物体200に反射されることに由来する背景光との総和である。   The incident light 152 incident on the light receiving unit 120 includes reflected light derived from the fact that the modulated light 151 emitted from the light source 110 is reflected by the object 200 in the imaging space, and light from an external light source such as natural light. It is the sum total with the background light derived from being reflected by the target object 200.

この光飛行時間型距離センサは、上述のように電荷振り分け方式を採用する。このため、各撮像素子121は、図1(b)に示すように、光電変換素子122と、電荷蓄積部123と、を備える。光電変換素子122は、入射光152を受光し、受光量に応じた電荷に変換する。電荷蓄積部123は、光電変換素子122で変換された電荷を蓄積する複数の単位蓄積部124を備える。   This optical time-of-flight distance sensor employs the charge distribution method as described above. For this reason, each imaging element 121 includes a photoelectric conversion element 122 and a charge accumulation unit 123 as shown in FIG. The photoelectric conversion element 122 receives the incident light 152 and converts it into charges corresponding to the amount of received light. The charge storage unit 123 includes a plurality of unit storage units 124 that store the charges converted by the photoelectric conversion element 122.

光電変換素子122で変換された電荷は、制御部140からの指示に従って、それぞれの単位蓄積部124に振り分けられ、蓄積される。各単位蓄積部124への電荷の振り分けは、変調光151の変調周期に同期して行われる。各単位蓄積部124に蓄積された電荷は、制御部140からの指示に従って読み出され、距離画像生成部130へ出力される。読み出しは、所定の時間間隔で行われる。   The charges converted by the photoelectric conversion element 122 are distributed and stored in the respective unit storage units 124 in accordance with instructions from the control unit 140. The distribution of charges to each unit storage unit 124 is performed in synchronization with the modulation period of the modulated light 151. The charges accumulated in each unit accumulation unit 124 are read according to an instruction from the control unit 140 and output to the distance image generation unit 130. Reading is performed at predetermined time intervals.

なお、単位蓄積部124は、電荷蓄積部123毎に、2以上設けられる。後述するように、単位蓄積部124に蓄積された電荷を用いて距離画像を生成する際、変調光151と入射光152との位相差(遅延時間)を用いる。この遅延時間を算出するためには、一定の間隔で取得開始を遅延させ、異なる位相で取得した、2以上の電荷情報が必要となるためである。   Two or more unit accumulation units 124 are provided for each charge accumulation unit 123. As will be described later, when a distance image is generated using the charges accumulated in the unit accumulation unit 124, the phase difference (delay time) between the modulated light 151 and the incident light 152 is used. This is because, in order to calculate the delay time, two or more pieces of charge information acquired at different phases by delaying the start of acquisition at certain intervals are required.

距離画像生成部130は、変調光151と入射光152との遅延時間(位相差)を用いて、画素毎の対象物200の距離を算出する。算出の詳細は後述する。距離画像の算出は、制御部140の指示に従って、単位蓄積部124から電荷が読み出される毎に行われる。距離画像は、各画素位置に対応する撮影空間の距離値を算出することにより生成する。生成した距離画像は、例えば、外部出力端子(不図示)から出力される。   The distance image generation unit 130 calculates the distance of the object 200 for each pixel using the delay time (phase difference) between the modulated light 151 and the incident light 152. Details of the calculation will be described later. The calculation of the distance image is performed every time the charge is read from the unit accumulation unit 124 in accordance with an instruction from the control unit 140. The distance image is generated by calculating the distance value of the shooting space corresponding to each pixel position. The generated distance image is output from, for example, an external output terminal (not shown).

制御部140は、光源110と受光部120とを同期制御する。制御部140は、光源110の変調(発光)、受光部120での各単位蓄積部124への電荷の振り分けおよび各単位蓄積部124からの電荷の読出しを指示する制御信号をそれぞれ出力し、この同期制御を実現する。以下、光源110の発光を制御する制御信号を発光信号TE、受光部120の各単位蓄積部124への電荷の振り分けを制御する制御信号をゲート信号TX、各単位蓄積部124からの読出しタイミングを制御する制御信号を読出信号とそれぞれ呼ぶ。   The control unit 140 controls the light source 110 and the light receiving unit 120 synchronously. The control unit 140 outputs control signals instructing the modulation (light emission) of the light source 110, the distribution of charges to each unit storage unit 124 in the light receiving unit 120, and the reading of the charges from each unit storage unit 124, respectively. Realize synchronous control. Hereinafter, the control signal for controlling the light emission of the light source 110 is a light emission signal TE, the control signal for controlling the distribution of charges to each unit storage unit 124 of the light receiving unit 120 is a gate signal TX, and the read timing from each unit storage unit 124 is set. A control signal to be controlled is called a read signal.

次に、制御部140が、光源110、受光部120それぞれに出力する制御信号のタイミングと、距離画像生成の原理について説明する。ここでは、単位蓄積部124が4つの場合を例示する。横軸は時間、縦軸は、各信号等のON/OFFを示す。   Next, the timing of control signals output from the control unit 140 to the light source 110 and the light receiving unit 120 and the principle of distance image generation will be described. Here, a case where there are four unit accumulation units 124 is illustrated. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents ON / OFF of each signal.

図2は、制御部140が光源110および受光部120に出力する制御信号のタイミングチャートである。ここでは、発光信号TEが矩形波であり、変調光151が矩形波で変調されてパルス発光する場合を例にあげて説明する。なお、変調に用いる波形は、矩形波に限られない。正弦波、鋸波、等であってもよい。   FIG. 2 is a timing chart of control signals output from the control unit 140 to the light source 110 and the light receiving unit 120. Here, a case where the light emission signal TE is a rectangular wave and the modulated light 151 is modulated by the rectangular wave and emits a pulse will be described as an example. The waveform used for modulation is not limited to a rectangular wave. A sine wave, a sawtooth wave, etc. may be sufficient.

最上段が発光信号TEのタイミングチャートである。発光信号TEは、周期がTs、ON時間がTs/2、OFF時間がTs/2の矩形波として出力される。光源110は、発光信号TEに従って、ON(発光)/OFF(発光停止)を繰り返す。ここでは、光源110は、発光信号TEがONのTs/2間、発光し、発光信号TEがOFFのTs/2間、発光を停止する。   The top row is a timing chart of the light emission signal TE. The light emission signal TE is output as a rectangular wave having a cycle of Ts, an ON time of Ts / 2, and an OFF time of Ts / 2. The light source 110 repeats ON (light emission) / OFF (light emission stop) according to the light emission signal TE. Here, the light source 110 emits light during Ts / 2 when the light emission signal TE is ON, and stops light emission during Ts / 2 when the light emission signal TE is OFF.

ここで、次段に、受光部120による変調光151の反射光の受光タイミングを示す。本図に示すように、反射光は時間Tdだけ遅れて、受光部120に到達する。この時間Tdが、変調光151が光源110から照射されて、対象物体200により反射され、受光部120で受光されるまので飛行時間により生じる遅延(位相差)である。以後、遅延時間Tdと呼ぶ。   Here, the light reception timing of the reflected light of the modulated light 151 by the light receiving unit 120 is shown in the next stage. As shown in the figure, the reflected light reaches the light receiving unit 120 with a delay of time Td. This time Td is a delay (phase difference) caused by the flight time until the modulated light 151 is irradiated from the light source 110, reflected by the target object 200, and received by the light receiving unit 120. Hereinafter, it is called a delay time Td.

下段は、4つの単位蓄積部124それぞれに電荷を蓄積するタイミングを指示する4つのゲート信号TX1、TX2、TX3、TX4のタイミングチャートである。   The lower part is a timing chart of four gate signals TX1, TX2, TX3, and TX4 for instructing the timing for accumulating charges in each of the four unit accumulation units 124.

これらのゲート信号TX1、TX2、TX3、TX4は、発光信号TEに同期して出力される。発光信号TE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、ゲート信号TX1は、発光信号TEとON/OFFタイミングを同期させた信号として、また、ゲート信号TX2、TX3、TX4は、それぞれ、ゲート信号TX1から、T1、T1+T2、T1+T2+T3ずれた、周期Tsの信号として出力される。ゲート信号TX2、TX3、TX4も、1周期Ts毎に、Ts/2間、ONとなり、Ts/2間、OFFとなる。   These gate signals TX1, TX2, TX3, TX4 are output in synchronization with the light emission signal TE. Assuming that the period Ts of the light emission signal TE is equally divided into four, T1, T2, T3, and T4, respectively, the gate signal TX1 is a signal that synchronizes the light emission signal TE and the ON / OFF timing, and the gate signal. TX2, TX3, and TX4 are output as signals having a period Ts that are shifted from the gate signal TX1 by T1, T1 + T2, and T1 + T2 + T3, respectively. The gate signals TX2, TX3, TX4 are also turned ON for Ts / 2 and turned OFF for Ts / 2 every cycle Ts.

このように、発光信号TEの周期Tsを4等分した時間ずつずらしたゲート信号TX1、TX2、TX3、TX4に従って、電荷を振り分けることにより、0度位相がずれた電荷情報C1、90度位相がずれた電荷情報C2、180度位相がずれた電荷情報C3、270度位相がずれた電荷情報C4が、4つの単位蓄積部124それぞれに蓄積される。   In this way, by distributing charges according to the gate signals TX1, TX2, TX3, and TX4 that are shifted by the time obtained by dividing the period Ts of the light emission signal TE into four equal parts, the charge information C1 that is 0 degrees out of phase and the 90 degrees phase are changed. Charge information C2 that is shifted, charge information C3 that is 180 degrees out of phase, and charge information C4 that is 270 degrees out of phase are stored in each of the four unit storage units 124.

なお、読出信号は、ここでは、図示しないが、予め定めた時間間隔で出力される。一般に、1つの距離画像を得るためには、数ms程度の時間の電荷の蓄積が必要である。一方、光源110の変調周波数は数十MHzである。従って、変調の1周期Tsは数十ns程度である。このため、距離画像を得るためには、数百〜数十万周期の電荷蓄積期間Δtを要する。読出信号は、この電荷蓄積期間Δt間隔毎に出力される。読出信号に従って、受光部120は、4つの単位蓄積部124に蓄積された各電荷量C1、C2、C3、C4を距離画像生成部130に出力する。   Here, although not shown in the figure, the read signal is output at a predetermined time interval. In general, in order to obtain one distance image, it is necessary to accumulate charges for a time of about several ms. On the other hand, the modulation frequency of the light source 110 is several tens of MHz. Therefore, one modulation period Ts is about several tens of ns. For this reason, in order to obtain a distance image, a charge accumulation period Δt of several hundred to several hundred thousand cycles is required. A read signal is output at intervals of this charge accumulation period Δt. In accordance with the read signal, the light receiving unit 120 outputs the charge amounts C1, C2, C3, and C4 stored in the four unit storage units 124 to the distance image generation unit 130.

距離画像生成部130は、電荷蓄積期間Δt毎に受け取った各電荷量C1、C2、C3、C4を用いて距離値Dを算出する。上述のように、変調光151と入射光152とには、光が物体200まで往復する飛行時間による遅延時間Td(位相差φ)が生じる。光の速度cは既知であるため、この遅延時間Tdと周期Tsとを用い、対象物までの距離値Dは、以下の式(1)で求めることができる。

Figure 2013076645
The distance image generation unit 130 calculates the distance value D using each of the charge amounts C1, C2, C3, and C4 received for each charge accumulation period Δt. As described above, the modulated light 151 and the incident light 152 have the delay time Td (phase difference φ) due to the flight time during which the light travels back and forth to the object 200. Since the speed of light c is known, the distance value D to the object can be obtained by the following equation (1) using the delay time Td and the period Ts.
Figure 2013076645

遅延時間Td(位相差φ)は、各単位蓄積部124に蓄積される電荷量C1、C2、C3、C4を用い、以下の式(2)で表される。

Figure 2013076645
The delay time Td (phase difference φ) is expressed by the following equation (2) using the charge amounts C1, C2, C3, and C4 accumulated in each unit accumulation unit 124.
Figure 2013076645

このとき、入射光152の中の変調光151由来の成分、すなわち、反射光による電荷は、各単位蓄積部124に、位相(遅延時間)に応じた量が割り振られる。従って、各単位蓄積部124で蓄積される電荷の量が異なる。一方、入射光152の中の背景光による電荷は、各単位蓄積部124に均等に割り振られる。従って、各単位蓄積部124に蓄積される電荷の量は略等しくなる。従って、上記式により背景光は相殺され、反射光のみの位相差を得ることができる。   At this time, the component derived from the modulated light 151 in the incident light 152, that is, the charge due to the reflected light, is allocated to each unit storage unit 124 in an amount corresponding to the phase (delay time). Therefore, the amount of charge stored in each unit storage unit 124 is different. On the other hand, the electric charge due to the background light in the incident light 152 is equally allocated to each unit storage unit 124. Accordingly, the amount of charge accumulated in each unit accumulation unit 124 is substantially equal. Therefore, the background light is canceled by the above formula, and the phase difference of only the reflected light can be obtained.

ゲート信号TX1、TX2、TX3、TX4に従って取得する4つの電荷は、同時に取得してもよいし、複数のフレームにわたって取得してもよい。なお、少なくとも2つの、異なる位相の電荷情報から距離を算出していれば、何等分であってもよい。   The four charges acquired according to the gate signals TX1, TX2, TX3, and TX4 may be acquired simultaneously or may be acquired over a plurality of frames. Any distance may be used as long as the distance is calculated from the charge information of at least two different phases.

なお、対象物体200で反射された変調光151の変調光成分の振幅量Bは、以下の式(3)で求められる。

Figure 2013076645
The amplitude amount B of the modulated light component of the modulated light 151 reflected by the target object 200 is obtained by the following equation (3).
Figure 2013076645

また、一般に輝度画像の画素値として用いられるのは、以下の式(4)に従って、4つの電荷蓄積部123に振り分けられた電荷の平均値Aである。

Figure 2013076645
In general, the average value A of the charges distributed to the four charge storage units 123 according to the following equation (4) is used as the pixel value of the luminance image.
Figure 2013076645

このように、距離画像生成装置101は、距離画像と輝度画像とを同時に得ることができる。   As described above, the distance image generating apparatus 101 can obtain the distance image and the luminance image at the same time.

次に、本実施形態の距離画像生成装置100について説明する。図3(a)は、本実施形態の距離画像生成装置100の機能ブロック図である。本実施形態の距離画像生成装置100は、基本的に距離画像生成装置101と同様の構成を有する。すなわち、光源110と、受光部120と、距離画像生成部130と、制御部140とを備える。   Next, the distance image generation device 100 of this embodiment will be described. FIG. 3A is a functional block diagram of the distance image generating apparatus 100 of the present embodiment. The distance image generation device 100 of the present embodiment basically has the same configuration as the distance image generation device 101. That is, the light source 110, the light receiving unit 120, the distance image generation unit 130, and the control unit 140 are provided.

本実施形態の受光部120も、複数の撮像素子121を備える。各撮像素子121は、距離画像生成部130が生成する距離画像の各画素に対応づけて規則的に配列される。距離画像生成部130は、撮像素子121数の画素数を有する距離画像を生成する。   The light receiving unit 120 of this embodiment also includes a plurality of image sensors 121. Each image sensor 121 is regularly arranged in association with each pixel of the distance image generated by the distance image generation unit 130. The distance image generation unit 130 generates a distance image having the number of pixels of the image sensor 121.

本実施形態の撮像素子121も、図3(b)に示すように、距離画像生成装置101の撮像素子121同様、入射光152を電荷に変換する光電変換素子122と、複数の単位蓄積部124を備え、電荷を蓄積する電荷蓄積部123と、を備える。   As shown in FIG. 3B, the image sensor 121 according to the present embodiment also includes a photoelectric conversion element 122 that converts incident light 152 into electric charges and a plurality of unit accumulation units 124, as in the image sensor 121 of the distance image generation device 101. And a charge accumulating portion 123 for accumulating charges.

これらの各部は、従来の距離画像生成装置101の同名の構成と基本的に同様の機能を有する。   Each of these units has basically the same function as the configuration of the same name of the conventional distance image generation device 101.

ただし、本実施形態の距離画像生成装置100は、同一空間内に同時期に複数の光飛行型距離センサを用いる距離画像生成装置が存在する場合であっても、干渉することなく高精度の測距を行う。本実施形態の距離画像生成装置100は、光源110から照射する変調光151の発光(ON)期間と、電荷蓄積部123の各単位蓄積部124における電荷の蓄積タイミングおよび期間とは、従来同様一定としながら、変調周期毎に、すなわち、光源110の発光毎に、周期の長さを変化させる。周期の長さは、予め定めた固定の変調周期Tsに、周期毎に異なる付加時間Twを付加することにより変化させる。   However, the distance image generation device 100 according to the present embodiment is capable of high-precision measurement without interference even when there is a distance image generation device that uses a plurality of optical flight distance sensors in the same space at the same time. Do the distance. In the distance image generating apparatus 100 of the present embodiment, the emission (ON) period of the modulated light 151 emitted from the light source 110 and the charge accumulation timing and period in each unit accumulation unit 124 of the charge accumulation unit 123 are constant as in the conventional case. However, the length of the period is changed for each modulation period, that is, for each light emission of the light source 110. The length of the period is changed by adding an additional time Tw that is different for each period to a predetermined fixed modulation period Ts.

これを実現するため、本実施形態の距離画像生成装置100の制御部140は、周期毎に異なる付加時間Twを出力する付加時間出力部144を備える。また、本実施形態の制御部140は、この付加時間Twを用いて光源110の発光(ON/OFF)を制御する発光信号を生成する発光制御部141と、付加時間Twを用いて受光部120の電荷蓄積部123での電荷の蓄積を制御するゲート信号を生成する蓄積制御部142と、各単位蓄積部124からの読出しを制御する読出制御部143と、をさらに備える。   In order to realize this, the control unit 140 of the distance image generating apparatus 100 according to the present embodiment includes an additional time output unit 144 that outputs an additional time Tw that differs for each period. In addition, the control unit 140 of the present embodiment uses the additional time Tw to generate a light emission signal 141 that controls the light emission (ON / OFF) of the light source 110, and the light receiving unit 120 using the additional time Tw. A storage control unit 142 that generates a gate signal for controlling charge storage in the charge storage unit 123, and a read control unit 143 that controls reading from each unit storage unit 124.

なお、本実施形態の電荷蓄積部123が備える複数の単位蓄積部124は、蓄積された電荷が距離画像生成部130における距離画像の生成に用いられる測距単位蓄積部125と、蓄積された電荷が距離画像生成には用いられず廃棄される廃棄単位蓄積部126として用いられる。本図では、測距単位蓄積部125が4つ、廃棄単位蓄積部126が1つの場合を例示する。   Note that the plurality of unit storage units 124 included in the charge storage unit 123 of the present embodiment includes a distance measurement unit storage unit 125 that uses the accumulated charge to generate a distance image in the distance image generation unit 130, and the accumulated charge. Is used as the discard unit storage unit 126 that is not used for distance image generation but is discarded. This figure illustrates the case where there are four ranging unit storage units 125 and one discard unit storage unit 126.

4つの測距単位蓄積部125には、従来の距離画像生成装置101の単位蓄積部124同様、それぞれ異なる位相の電荷情報が蓄積される。すなわち、発光信号TEの周期Tsを4等分した時間ずつずらしたゲート信号TX1、TX2、TX3、TX4に従って、0度位相がずれた電荷情報C1、90度位相がずれた電荷情報C2、180度位相がずれた電荷情報C3、270度位相がずれた電荷情報C4が、4つの測距単位蓄積部125それぞれに蓄積される。   Similar to the unit storage unit 124 of the conventional distance image generation apparatus 101, the charge measurement information of different phases is stored in the four distance measurement unit storage units 125. That is, according to the gate signals TX1, TX2, TX3, and TX4 that are shifted by four equal intervals of the period Ts of the light emission signal TE, the charge information C1 that is 0 degrees out of phase, the charge information C2 that is 90 degrees out of phase, and 180 degrees Charge information C3 with a phase shift and charge information C4 with a phase shift of 270 degrees are stored in each of the four distance measurement unit storage units 125.

距離画像生成部130は、測距単位蓄積部125に蓄積された各電荷情報を用い、上記従来の距離画像生成装置101で説明した手法で距離値を算出する。距離値Dを算出するためには、この位相が異なる電荷情報が、2以上あればよい。また、この2以上の電荷情報は、同時に取得してもよいし、複数のフレームに渡って取得してもよい。従って、測距単位蓄積部125の数は、上記距離画像生成装置101同様、2以上であればよく、撮像素子121の構造、仕様により決定される。   The distance image generation unit 130 uses the charge information stored in the distance measurement unit storage unit 125 to calculate the distance value by the method described in the conventional distance image generation device 101. In order to calculate the distance value D, it is sufficient if there are two or more pieces of charge information having different phases. The two or more pieces of charge information may be acquired at the same time or may be acquired over a plurality of frames. Therefore, the number of ranging unit accumulating units 125 may be two or more like the distance image generating apparatus 101, and is determined by the structure and specifications of the image sensor 121.

一方、廃棄単位蓄積部126には、付加時間Twを含む時間に電荷が蓄積される。廃棄単位蓄積部126に蓄積された電荷は、距離の算出には用いない。廃棄単位蓄積部126に蓄積された電荷は、読み出し後、廃棄されるよう構成してもよいし、所定の時間間隔で廃棄されるよう構成してもよい。   On the other hand, charges are accumulated in the discard unit accumulating unit 126 at a time including the additional time Tw. The charges accumulated in the discard unit accumulation unit 126 are not used for calculating the distance. The charge stored in the discard unit storage unit 126 may be configured to be discarded after reading, or may be configured to be discarded at a predetermined time interval.

付加時間出力部144は、付加時間Twを、CPUやマイコンを使い、ソフト的に算出し、発光制御部141、蓄積制御部142、読出制御部143へ出力する。なお、付加時間出力部144は、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の回路により実現されてもよい。付加時間Twは、例えば、100ns〜10μs程度の範囲で算出する。   The additional time output unit 144 calculates the additional time Tw in software using a CPU or a microcomputer, and outputs the calculated time to the light emission control unit 141, the accumulation control unit 142, and the read control unit 143. The additional time output unit 144 may be realized by a circuit such as an FPGA (Field Programmable Gate Array). The additional time Tw is calculated in the range of about 100 ns to 10 μs, for example.

以上の構成を有する本実施形態の距離画像生成装置100における、制御部140による制御を、各制御信号の出力タイミングを示すタイミングチャートを用いて説明する。図4は、本実施形態の制御部140による制御信号のタイミングチャートである。ここでは、図2に示す従来例同様、発光信号TEが矩形波であり、変調光151がこの矩形波で変調されてパルス発光する場合を例にあげて説明する。なお、本実施形態においても、変調に用いる波形は、矩形波に限られない。正弦波、鋸波等であってもよい。また、ここでは、図3に示すように、測距単位蓄積部125が4つ、廃棄単位蓄積部126が1つの場合を例にあげて説明する。   Control by the control unit 140 in the distance image generating apparatus 100 of the present embodiment having the above configuration will be described using a timing chart showing the output timing of each control signal. FIG. 4 is a timing chart of control signals by the control unit 140 of this embodiment. Here, as in the conventional example shown in FIG. 2, the case where the light emission signal TE is a rectangular wave and the modulated light 151 is modulated by this rectangular wave and emits pulses will be described as an example. In this embodiment as well, the waveform used for modulation is not limited to a rectangular wave. A sine wave, a sawtooth wave, etc. may be sufficient. Further, here, as shown in FIG. 3, a case where there are four ranging unit accumulating units 125 and one discard unit accumulating unit 126 will be described as an example.

最上段は、発光信号TEのタイミングチャートである。本図に示すように、本実施形態の発光制御部141は、付加時間出力部144から付加時間Twを受信すると、周期TsのON/OFF信号である発光信号のOFF信号に受信した付加時間Twを付加し、発光信号TEとして出力する。すなわち、発光信号TEは、周期が(Ts+Tw)、ON期間はTs/2、OFF期間はTs/2+Twの制御信号である。以下、Tsを設定周期、(Ts+Tw)を実効周期と呼ぶ。   The top row is a timing chart of the light emission signal TE. As shown in this figure, when the light emission control unit 141 of this embodiment receives the additional time Tw from the additional time output unit 144, the additional time Tw received in the OFF signal of the light emission signal that is an ON / OFF signal of the period Ts. And output as a light emission signal TE. That is, the light emission signal TE is a control signal having a cycle of (Ts + Tw), an ON period of Ts / 2, and an OFF period of Ts / 2 + Tw. Hereinafter, Ts is referred to as a set period, and (Ts + Tw) is referred to as an effective period.

この発光信号TEに従って、本実施形態の光源110は、実効周期(Ts+Tw)毎に、Ts/2間発光(ON)し、(Ts/2+Tw)間発光を停止(OFF)する。発光期間は周期に寄らず一定であり、発光停止期間は、周期毎に変化する。付加時間Twの間は、光源110は変調光151を照射しない。   In accordance with the light emission signal TE, the light source 110 of the present embodiment emits light (ON) for Ts / 2 and stops (OFF) light emission for (Ts / 2 + Tw) every effective period (Ts + Tw). The light emission period is constant regardless of the period, and the light emission stop period changes for each period. During the additional time Tw, the light source 110 does not emit the modulated light 151.

ここで、次段に、変調光151の反射光の受光部120による受光タイミングを示す。本図に示すように、本実施形態においても反射光は遅延時間Tdだけ遅れて受光部120に到達する。この遅延時間Tdが、変調光151が光源110から照射されて対象物体200による反射され、受光部120で受光されるまでの飛行時間により生じる遅延である。   Here, the light receiving timing of the reflected light of the modulated light 151 by the light receiving unit 120 is shown in the next stage. As shown in the figure, also in this embodiment, the reflected light reaches the light receiving unit 120 with a delay of the delay time Td. This delay time Td is a delay caused by the flight time from when the modulated light 151 is irradiated from the light source 110, reflected by the target object 200, and received by the light receiving unit 120.

下段は、4つの測距単位蓄積部125それぞれに電荷を蓄積するタイミングを指示する4つのゲート信号TX1、TX2、TX3、TX4と、廃棄単位蓄積部126に電荷を蓄積するタイミングを指示する廃棄ゲート信号TX5と、を示す。   The lower stage shows four gate signals TX1, TX2, TX3, TX4 for instructing the timing for storing charges in each of the four distance measuring unit storage units 125, and the discard gate for instructing the timing for storing charges in the discard unit storage unit 126. Signal TX5 is shown.

本図に示すように、本実施形態の蓄積制御部142は、上記従来例同様、発光信号TEに同期して、これらのゲート信号TX1、TX2、TX3、TX4、TX5を出力する。   As shown in the figure, the accumulation control unit 142 according to the present embodiment outputs these gate signals TX1, TX2, TX3, TX4, and TX5 in synchronization with the light emission signal TE, as in the conventional example.

測距単位蓄積部125に対するゲート信号TX1、TX2、TX3、TX4については、上記従来例と同様とする。すなわち、設定周期Tsを4等分した時間を順にそれぞれT1、T2、T3、T4とすると、TX1は、発光信号TEがONとなるタイミングからTs/2間ONとなるよう出力され、TX2、TX3、TX4は、T1、T1+T2、T1+T2+T3ずつ順に発光信号TEがONとなるタイミングから遅延させた時間からTs/2間ONとなるよう出力される。これらは、全周期にわたり、付加時間Twによらず、同じとする。これらのゲート信号TX1、TX2、TX3、TX4により、全周期にわたり、各測距単位蓄積部125に、従来同様、4つの異なる位相の電荷情報(0度、90度、180度、270度)C1、C2、C3、C4が蓄積される。   The gate signals TX1, TX2, TX3, and TX4 for the ranging unit accumulating unit 125 are the same as those in the conventional example. That is, assuming that the times obtained by dividing the set period Ts into four equal parts are T1, T2, T3, and T4, respectively, TX1 is output to be ON for Ts / 2 from the timing when the light emission signal TE is ON, and TX2, TX3 , TX4 are output so as to be ON for Ts / 2 from the time delayed from the timing at which the light emission signal TE is turned ON in order of T1, T1 + T2, and T1 + T2 + T3. These are the same throughout the entire period regardless of the additional time Tw. With these gate signals TX1, TX2, TX3, and TX4, charge information of four different phases (0 degree, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees) C1 is stored in each distance measurement unit accumulation unit 125 over the entire period, as in the past. , C2, C3, C4 are accumulated.

廃棄ゲート信号TX5は、他のゲート信号同様、その周期が(Ts+Tw)の信号として生成され、出力される。ただし、廃棄ゲート信号TX5は、1周期(Ts+Tw)の中で、測距単位蓄積部125のいずれのゲート信号TX1、TX2、TX3、TX4もONでない期間、ONとなるよう生成され、出力される。廃棄単位蓄積部126には、付加時間Twの期間を含み、いずれの測距単位蓄積部125にも電荷が蓄積されない期間、電荷が蓄積される。ここでは、ゲート信号TX5は、付加時間Tw間ONとなるよう生成されて出力される。そして、廃棄単位蓄積部126には、その間、電荷が蓄積される。   The discard gate signal TX5 is generated and output as a signal having a cycle of (Ts + Tw) like the other gate signals. However, the discard gate signal TX5 is generated and output during one period (Ts + Tw) so that any of the gate signals TX1, TX2, TX3, and TX4 of the ranging unit accumulating unit 125 is not ON. . The discard unit accumulation unit 126 accumulates charges during a period in which no charge is accumulated in any of the distance measurement unit accumulation units 125, including the period of the additional time Tw. Here, the gate signal TX5 is generated and output so as to be ON for the additional time Tw. Then, charges are accumulated in the discard unit accumulation unit 126 during that time.

読出信号については、ここでは、図示しないが、従来例同様、予め定められた時間間隔Δtで出力される。時間間隔Δtは、1つの距離画像を得るために必要な電荷が蓄積される間隔であり、予め定められる。読出信号に従って、受光部120は、4つの単位蓄積部124に蓄積された各電荷量C1、C2、C3、C4を距離画像生成部130に出力する。   The read signal is output at a predetermined time interval Δt as in the conventional example, although not shown here. The time interval Δt is an interval in which charges necessary for obtaining one distance image are accumulated, and is determined in advance. In accordance with the read signal, the light receiving unit 120 outputs the charge amounts C1, C2, C3, and C4 stored in the four unit storage units 124 to the distance image generation unit 130.

距離画像生成部130は、電荷蓄積期間Δt毎に受け取った各電荷量C1、C2、C3、C4を用いて、従来例同様、式(1)および式(2)を用い、距離値Dを算出する。   The distance image generation unit 130 calculates the distance value D using the equations (1) and (2) as in the conventional example, using the respective charge amounts C1, C2, C3, and C4 received for each charge accumulation period Δt. To do.

以上のように構成された距離画像生成装置100が、同一撮影空間の他の距離画像生成装置との干渉が防止されることを説明する。図5は、干渉が防止されることを説明するための図である。ここでは、2つの距離画像生成装置AおよびBの、TsとTwとによる実効周期と、光源110の発光タイミングと、を示す。   It will be described that the distance image generating apparatus 100 configured as described above can prevent interference with other distance image generating apparatuses in the same shooting space. FIG. 5 is a diagram for explaining that interference is prevented. Here, the effective period by Ts and Tw of the two distance image generation devices A and B and the light emission timing of the light source 110 are shown.

距離画像生成装置AおよびBの光源110が、同一空間を照射する場合、距離画像生成装置Aから照射される変調光151が距離画像生成装置Bにも入射する。しかし、本図に示すように、距離画像生成装置Aの変調光151の発光タイミングは、距離画像生成装置Bの発光タイミングとずれているため、距離画像生成装置Bの受光部120における電荷蓄積タイミングと同期せず、干渉は起こらない。   When the light sources 110 of the distance image generation devices A and B irradiate the same space, the modulated light 151 emitted from the distance image generation device A also enters the distance image generation device B. However, as shown in this figure, since the emission timing of the modulated light 151 of the distance image generation device A is shifted from the emission timing of the distance image generation device B, the charge accumulation timing in the light receiving unit 120 of the distance image generation device B. And no interference occurs.

上述のように、1つの距離画像を得るためには、数ms(10−3秒)程度、光を蓄積する必要がある。これに対し、変調光の周期Tsは数十ns〜100ns(10−9秒)程度である。従って、数千から数万周期分蓄積後、読み出し部により読み出され、距離値が算出される。このため、従って、同期していない他の距離画像生成装置の変調光151は、数千から数万回の繰返しによって、ノイズ(DC光)とみなされ、上述のように、相殺される。 As described above, in order to obtain one distance image, it is necessary to accumulate light for several ms (10 −3 seconds). On the other hand, the period Ts of the modulated light is about several tens to 100 ns (10 −9 seconds). Accordingly, after accumulating thousands to tens of thousands of cycles, the data is read by the reading unit, and the distance value is calculated. Therefore, the modulated light 151 of another distance image generation device that is not synchronized is regarded as noise (DC light) by being repeated thousands to tens of thousands of times, and is canceled as described above.

このため、本実施形態によれば、同一撮像空間に、複数の距離画像生成装置がある場合であっても、互いに干渉することなく、誤測距を避けることができる。   For this reason, according to the present embodiment, even if there are a plurality of distance image generation devices in the same imaging space, erroneous distance measurement can be avoided without interfering with each other.

なお、本実施形態の距離画像生成装置100は、CPUとメモリと記憶装置とを備え、記憶装置に格納されたプログラムを実行することにより、画像生成部130および制御部140の機能を実現する。   The distance image generation device 100 according to the present embodiment includes a CPU, a memory, and a storage device, and implements the functions of the image generation unit 130 and the control unit 140 by executing a program stored in the storage device.

以上説明したように、本実施形態の距離画像生成装置100は、撮影空間に変調光を照射する光源110と、前記光源から照射され前記撮影空間内の対象物で反射した反射光を含む入射光を受光して電荷に変換する複数の撮像素子121を備える受光手段(受光部120)と、前記電荷を用いて画素値が距離値であり画素数が前記撮像素子数である距離画像を生成する距離画像生成手段(距離画像生成部130)と、前記変調光の変調周期と前記受光手段における電荷の蓄積とを制御する制御手段(制御部140)と、を備え、前記複数の撮像素子121は、それぞれ、受光した入射光を電荷に変換する光電変換素子122と、前記光電変換素子ごとに設けられた、前記電荷を蓄積する電荷蓄積手段(電荷蓄積部123)と、を備え、前記電荷蓄積手段(電荷蓄積部123)は、前記距離画像生成部が距離値算出に用いる電荷を蓄積する複数の測距単位蓄積手段(測距単位蓄積部125)を備え、前記制御手段(制御部140)は、前記変調光の変調周期毎に異なる付加時間を出力する付加時間出力手段(付加時間出力部144)を備え、前記変調周期毎に異なる前記付加時間を付加することにより、前記照射する変調光の変調周期を当該変調周期の1周期毎に変化させ、前記測距単位蓄積手段(測距単位蓄積部125)への電荷の蓄積期間を全周期同じとなるよう制御することを特徴とする。   As described above, the distance image generating apparatus 100 according to the present embodiment includes the light source 110 that irradiates the imaging space with the modulated light, and the incident light that includes the reflected light that is emitted from the light source and reflected by the object in the imaging space. A light receiving unit (light receiving unit 120) including a plurality of imaging elements 121 that receive light and convert it into charges, and generate a distance image in which the pixel value is a distance value and the number of pixels is the number of imaging elements, using the charge. A distance image generating unit (distance image generating unit 130); and a control unit (control unit 140) for controlling a modulation period of the modulated light and charge accumulation in the light receiving unit. Each of the photoelectric conversion elements 122 for converting the received incident light into charges, and charge storage means (charge storage unit 123) for storing the charges provided for each of the photoelectric conversion elements. The storage unit (charge storage unit 123) includes a plurality of distance measurement unit storage units (range measurement unit storage unit 125) for storing charges used by the distance image generation unit for calculating distance values, and the control unit (control unit 140). ) Includes additional time output means (additional time output unit 144) for outputting different additional times for each modulation period of the modulated light, and adding the different additional times for each modulation period to thereby modulate the irradiation The light modulation period is changed for each one of the modulation periods, and the charge accumulation period in the ranging unit accumulating unit (ranging unit accumulating unit 125) is controlled to be the same in all periods. .

前記変調光は、発光と発光停止とを繰り返すパルス光であり、前記電荷蓄積手段(電荷蓄積部123)は、廃棄する電荷を蓄積する1の廃棄単位蓄積手段(廃棄単位蓄積部126)をさらに備え、前記制御手段(制御部140)は、前記付加時間を前記変調光の発光停止期間に付加することにより前記変調光の変調周期を変化させる発光制御手段(発光制御部141)と、前記付加時間に受光した入射光から得た電荷を前記廃棄単位蓄積手段に蓄積するよう制御する蓄積制御手段(蓄積制御部142)と、を備える。   The modulated light is pulsed light that repeats light emission and emission stop, and the charge storage unit (charge storage unit 123) further includes one discard unit storage unit (discard unit storage unit 126) that stores charges to be discarded. The control means (control unit 140) includes a light emission control means (light emission control unit 141) for changing the modulation period of the modulated light by adding the additional time to the light emission stop period of the modulated light, and the addition Accumulation control means (accumulation control unit 142) for controlling to accumulate charges obtained from incident light received in time in the discard unit accumulation means.

このように、本実施形態では、発光期間は周期によらず一定であるが、発光停止期間を周期毎に変化させ、全体として発光周期をランダムにする。一方、距離値の算出に用いる測距単位蓄積部125への電荷蓄積期間は周期毎に一定とする。   As described above, in this embodiment, the light emission period is constant regardless of the period, but the light emission stop period is changed for each period, and the light emission period is randomized as a whole. On the other hand, the charge accumulation period in the distance measurement unit accumulation unit 125 used for calculating the distance value is constant for each period.

すなわち、本実施形態では、光源110から照射される変調光151の発光期間、および、受光部120の測距単位蓄積部125の電荷蓄積期間は、従来の光飛行時間型距離センサを用いた距離画像生成装置のそれらと同じである。このため、従来と同様の距離演算により、高い精度で光源110からの変調光の反射光を用いた距離値を得ることができる。また、光源110の発光時間が短くなり、算出される距離値の精度が低下することもない。   That is, in the present embodiment, the light emission period of the modulated light 151 emitted from the light source 110 and the charge accumulation period of the distance measurement unit accumulation unit 125 of the light receiving unit 120 are distances using a conventional time-of-flight distance sensor. The same as those of the image generation apparatus. For this reason, the distance value using the reflected light of the modulated light from the light source 110 can be obtained with high accuracy by the same distance calculation as before. Further, the light emission time of the light source 110 is shortened, and the accuracy of the calculated distance value is not lowered.

さらに、ランダムな周期は、1周期毎に異なる付加時間Twを付加することにより実現する。この付加時間Twは、100ns〜数μsであり、1つの画像を取得するために要する蓄積時間(数ms)に比べ、十分小さい。このため、付加時間Twを付加することにより、フレームレートが極端に低下することはない。   Furthermore, a random cycle is realized by adding a different additional time Tw for each cycle. This additional time Tw is 100 ns to several μs, which is sufficiently shorter than the accumulation time (several ms) required to acquire one image. For this reason, by adding the additional time Tw, the frame rate does not extremely decrease.

一方、本実施形態では、変調光151の変調周期を、周期毎に変更し、ランダムにしている。従って、同一撮像空間にある他の距離画像生成装置の変調光と同期する可能性は極めて低くなる。従って、距離画像生成装置間の干渉による誤測距の可能性も抑えることができる。   On the other hand, in the present embodiment, the modulation period of the modulated light 151 is changed for each period to be random. Therefore, the possibility of synchronizing with the modulated light of another distance image generation device in the same imaging space is extremely low. Accordingly, it is possible to suppress the possibility of erroneous distance measurement due to interference between the distance image generation apparatuses.

従って、本実施形態によれば、距離画像生成装置によって撮影空間の距離画像生成する際、同一撮影空間内に同時期に複数の距離画像生成装置が存在する場合であっても、複雑な処理を行うことなく、精度良く測距を行うことができる。   Therefore, according to the present embodiment, when the distance image generating device generates a distance image of the shooting space, even if there are a plurality of distance image generating devices in the same shooting space at the same time, complicated processing is performed. Ranging can be performed with high accuracy without being performed.

なお、上記実施形態では、単位蓄積部124を5つ備え、その中の4つを測距単位蓄積部125とし、1つを廃棄単位蓄積部126とする場合を例にあげて説明したが、電荷蓄積部123の単位蓄積部124の数はこれに限られない。単位蓄積部124の数は2以上であれば、がいくつであってもよい。単位蓄積部124の数によらず、その中の1つの単位蓄積部124を、廃棄する電荷の蓄積用の廃棄単位蓄積部126とし、残りを測距単位蓄積部125とする。そして、測距単位蓄積部125には、発光および電荷の蓄積に付加時間Twを付加しない場合と同様に電荷を蓄積するよう制御することにより、同様の効果を得ることができる。   In the above-described embodiment, the case where five unit accumulation units 124 are provided, four of which are ranging unit accumulation units 125 and one is a discard unit accumulation unit 126 has been described as an example. The number of unit storage units 124 of the charge storage unit 123 is not limited to this. The number of unit storage units 124 may be any number as long as it is two or more. Regardless of the number of unit storage units 124, one unit storage unit 124 among them is a discard unit storage unit 126 for storing discarded charges, and the rest is a distance measurement unit storage unit 125. The distance measurement unit storage unit 125 can obtain the same effect by controlling to store charges in the same manner as when the additional time Tw is not added to the emission and charge storage.

例えば、単位蓄積部124が3つであり、その中の2つを測距単位蓄積部125とし、残りの1つを廃棄単位蓄積部126としてもよい。この場合の制御部140により出力される制御信号のタイミングチャートの一例を図6に示す。   For example, there may be three unit accumulating units 124, two of which may be distance measurement unit accumulating units 125 and the other one may be a discard unit accumulating unit 126. An example of a timing chart of the control signal output by the control unit 140 in this case is shown in FIG.

この場合、発光制御部141による発光信号TEは上記実施形態と同様である。すなわち、予め定めた周期Tsに付加時間Twを付加し、周期(Ts+Tw)の信号として出力される。このとき、(Ts+Tw)時間毎に、変調光151を、Ts/2間ON、Ts/2+Tw間OFFする信号として生成される。   In this case, the light emission signal TE by the light emission control unit 141 is the same as that in the above embodiment. That is, an additional time Tw is added to a predetermined period Ts, and the signal is output as a signal of the period (Ts + Tw). At this time, every (Ts + Tw) time, the modulated light 151 is generated as a signal for turning on for Ts / 2 and turning off for Ts / 2 + Tw.

一方、蓄積制御部142は、2つの測距単位蓄積部125の電荷の蓄積タイミングを指示する2つのゲート信号TX1とTX2と、廃棄単位蓄積部126への蓄積を指示する廃棄ゲート信号TX5とを生成し、出力する。   On the other hand, the accumulation control unit 142 generates two gate signals TX1 and TX2 that instruct the charge accumulation timing of the two distance measurement unit accumulation units 125, and a discard gate signal TX5 that instructs accumulation in the discard unit accumulation unit 126. Generate and output.

ゲート信号TX1とTX2とは、周期を実効周期(Ts+Tw)、ON期間をTs/2とし、ONのタイミングを、例えば、設定周期Tsを2等分した時間、ずらした信号として生成する。ここでは、ゲート信号TX1を発光信号TEと同期させた信号とし、ゲート信号TX2を、ON開始タイミングを発光信号TEおよびゲート信号TX1からTs/2だけずらした信号とする場合を例示する。この場合も、ゲート信号TX1およびTX2の、設定周期Ts内のON期間は、全周期にわたり、同じとする。   The gate signals TX1 and TX2 are generated as signals that are shifted by an effective period (Ts + Tw), an ON period of Ts / 2, and the ON timing, for example, by dividing the set period Ts into two equal parts. Here, a case where the gate signal TX1 is a signal synchronized with the light emission signal TE and the gate signal TX2 is a signal whose ON start timing is shifted from the light emission signal TE and the gate signal TX1 by Ts / 2 is illustrated. Also in this case, the ON periods of the gate signals TX1 and TX2 within the set period Ts are the same over the entire period.

また、廃棄ゲート信号TX5は、周期を実効周期(Ts+Tw)とし、ゲート信号TX1およびTX2のいずれの信号もONでない期間ONとなるよう生成する。ここでは、Tw間、ONとなる信号として生成する。   The discard gate signal TX5 is generated so that the period is an effective period (Ts + Tw) and is ON during a period in which neither of the gate signals TX1 and TX2 is ON. Here, it is generated as a signal that is ON for Tw.

これにより、2つの測距単位蓄積部125には、2つの開始タイミングが異なる電荷情報、すなわち、周期Tsを2等分した時間だけ蓄積開始時間がずれた電荷情報であるC1およびC2がそれぞれ蓄積され、廃棄単位蓄積部126には、付加時間Tw分の電荷が蓄積される。距離画像生成部130は、この電荷C1およびC2を用い、その比から遅延時間Tdを算出し、それを用いて距離値Dを算出する。   As a result, the two ranging unit accumulating units 125 accumulate charge information having different start timings, that is, charge information C1 and C2, which are charge information whose accumulation start times are shifted by a time equal to the period Ts. Then, charges for the additional time Tw are accumulated in the discard unit accumulation unit 126. The distance image generation unit 130 calculates the delay time Td from the ratio using the charges C1 and C2, and calculates the distance value D using the delay time Td.

また、単位蓄積部124は、2つであってもよい。単位蓄積部124が2つであり、一方を測距単位蓄積部125とし、他方を廃棄単位蓄積部126とする場合の、制御部140により出力される各制御信号のタイミングチャートの一例を図7に示す。   Further, the number of unit accumulating units 124 may be two. An example of a timing chart of each control signal output by the control unit 140 when there are two unit storage units 124, one of which is the distance measurement unit storage unit 125 and the other of which is the discard unit storage unit 126. Shown in

この場合、発光信号TEは、上記実施形態と同様である。すなわち、予め定めた周期Tsに付加時間Twを付加し、周期(Ts+Tw)の信号として出力される。このとき、(Ts+Tw)時間毎に、変調光151を、Ts/2間ON、Ts/2+Tw間OFFする信号として生成される。   In this case, the light emission signal TE is the same as that in the above embodiment. That is, an additional time Tw is added to a predetermined period Ts, and the signal is output as a signal of the period (Ts + Tw). At this time, every (Ts + Tw) time, the modulated light 151 is generated as a signal for turning on for Ts / 2 and turning off for Ts / 2 + Tw.

一方、蓄積制御部142が生成するゲート信号のうち、測距単位蓄積部125の制御信号となるゲート信号は、周期が(Ts+Tw)、ON期間がTs/2の信号として出力される。また、廃棄ゲート信号は、周期が(Ts+Tw)、ON期間が(Ts/2+Tw)の信号として出力される。廃棄ゲート信号のON期間は、測距単位蓄積部125用のゲート信号がOFFの期間、ONとなるよう設定される。この場合も、ゲート信号TX1の設定周期Ts内のON期間は、全周期にわたり、同じとする。   On the other hand, among the gate signals generated by the accumulation control unit 142, the gate signal that is the control signal for the distance measurement unit accumulation unit 125 is output as a signal having a cycle of (Ts + Tw) and an ON period of Ts / 2. The discard gate signal is output as a signal having a cycle of (Ts + Tw) and an ON period of (Ts / 2 + Tw). The ON period of the discard gate signal is set to be ON while the gate signal for the distance measurement unit accumulation unit 125 is OFF. Also in this case, the ON period within the set period Ts of the gate signal TX1 is the same over the entire period.

この場合、測距に必要な、一定の間隔で遅延させて取得する電荷情報は、1周期あたり、1つしか取得できない。このため、単位蓄積部124が2つの場合は、複数のフレームを用い、距離値算出に必要な、取得タイミングの異なる電荷情報を取得する。例えば、上記実施形態のように、異なる4つの電荷情報を用いて距離値Dを算出する場合、4フレームを用いて、位相の異なる電荷情報を取得する。また、図6を用いて説明したように、取得タイミングが異なる2つの電荷量を用いて距離値Dを算出する場合、2フレームを用いて、周期Tsを2等分した時間ずつ蓄積開始時間をずらした電荷情報を取得する。   In this case, only one piece of charge information required for ranging and acquired with a delay at regular intervals can be acquired per cycle. For this reason, when there are two unit accumulating units 124, a plurality of frames are used to acquire charge information with different acquisition timings necessary for distance value calculation. For example, when the distance value D is calculated using four different pieces of charge information as in the above-described embodiment, charge information having different phases is acquired using four frames. Further, as described with reference to FIG. 6, when the distance value D is calculated using two charge amounts having different acquisition timings, the accumulation start time is set for each time obtained by dividing the period Ts into two equal parts using two frames. Acquire the shifted charge information.

また、上記実施形態では、付加時間Twを生成する付加時間出力部144は、特に限定されていない。CPUやマイコンでソフト的に実現、FPGAなどを用いて回路的に実現される場合を例にあげて説明したが、付加時間出力部144の構成は、これに限られない。周期毎に、異なる付加時間Twが生成可能であれば、どのような手段で構成されていてもよい。   In the above embodiment, the additional time output unit 144 that generates the additional time Tw is not particularly limited. Although the case where it implement | achieved as software by CPU and a microcomputer, and implement | achieved as a circuit using FPGA etc. was mentioned as an example, the structure of the additional time output part 144 is not restricted to this. Any means may be used as long as a different additional time Tw can be generated for each period.

付加時間出力部144は、例えば、ランダム時間生成回路により実現されていてもよい。ランダム時間生成回路は、例えば、擬似乱数生成回路などを用いて構成する。この擬似乱数生成回路を用い、付加時間Twを、100nsから10μs程度の範囲で生成する。   The additional time output unit 144 may be realized by a random time generation circuit, for example. The random time generation circuit is configured using, for example, a pseudo random number generation circuit. Using this pseudo-random number generation circuit, the additional time Tw is generated in the range of about 100 ns to 10 μs.

また、付加時間出力部144は、例えば、パターン生成回路により構成されていてもよい。パターン生成回路は、出力順をパターンとして生成する回路である。この場合、予め、所定数の付加時間Twを生成し、付加時間データベースとして保持しておく。保持しておく付加時間Twは、例えば、1〜1000の1000個程度とする。パターン生成回路が生成したパターン(順序)に従って、付加時間出力部144は、付加時間データベースから抽出し、付加時間Twとして出力する。   Further, the additional time output unit 144 may be configured by a pattern generation circuit, for example. The pattern generation circuit is a circuit that generates an output order as a pattern. In this case, a predetermined number of additional times Tw are generated in advance and stored as an additional time database. The additional time Tw to be held is, for example, about 1000 from 1 to 1000. According to the pattern (order) generated by the pattern generation circuit, the additional time output unit 144 extracts from the additional time database and outputs it as the additional time Tw.

付加時間データベース301の一例を図8(a)に示す。また、パターン生成回路が生成するパターン302の例を図8(b)に示す。付加時間出力部144は、1周期毎に、パターン生成回路が生成したパターン302の番号(No.)に対応する付加時間Twを、付加時間データベース301から順に抽出し、付加時間Twとして出力する。   An example of the additional time database 301 is shown in FIG. An example of the pattern 302 generated by the pattern generation circuit is shown in FIG. The additional time output unit 144 sequentially extracts the additional time Tw corresponding to the number (No.) of the pattern 302 generated by the pattern generation circuit from the additional time database 301 and outputs it as the additional time Tw for each cycle.

また、付加時間出力部144は、予めランダムに生成した付加時間Twを、ランダム付加時間データベース311として登録しておき、それを、周期毎に順に出力するよう構成してもよい。このとき、ランダム付加時間データベース311として登録される付加時間Twの例を図9に示す。付加時間出力部144は、1周期毎に、ランダム付加時間データベース311から順に付加時間Twを抽出し、付加時間Twとして出力する。   Further, the additional time output unit 144 may be configured to register the additional time Tw randomly generated in advance as the random additional time database 311 and sequentially output it for each period. At this time, an example of the additional time Tw registered as the random additional time database 311 is shown in FIG. The additional time output unit 144 extracts the additional time Tw in order from the random additional time database 311 for each cycle, and outputs it as the additional time Tw.

予め、ランダムに付加時間を生成し、データベースに登録しておくことにより、ランダム時間を生成する回路、パターンを生成する回路が不要となる。従って、構成がシンプルとなり、処理時間も短縮できる。   By generating the additional time at random in advance and registering it in the database, a circuit for generating random time and a circuit for generating a pattern become unnecessary. Therefore, the configuration becomes simple and the processing time can be shortened.

また、予めランダム付加時間データベース311として登録しておくことにより、干渉が起こり易いTwの設定となる可能性をさらに低下させることができる。   Further, by registering in advance as the random addition time database 311, it is possible to further reduce the possibility of setting Tw that is likely to cause interference.

さらに、付加時間出力部144は、変調光151の変調周波数分布が一定になるよう制御する周波数拡散制御回路により実現されていてもよい。   Further, the additional time output unit 144 may be realized by a frequency spread control circuit that controls the modulation frequency distribution of the modulated light 151 to be constant.

図10(a)は、付加時間Twを0にした場合の光源110から照射される変調光151の周波数スペクトラムである。図10(a)において、横軸は周波数〔Hz〕、縦軸はスペクトラム強度〔dB〕である。例えば、図2のタイミングチャートに示すように、付加時間Twが0の場合、すなわち、変調光151の変調が一定、光源110の発光が周期的である場合、その周期をTsとすると、周波数スペクトラムは、1/Tsの周波数に急峻なピークを持つ。例えば、付加時間Twが一定の場合、光源の発光周期は(Ts+Tw)となるため、1/(Ts+Tw)の周波数にピークを持つ。   FIG. 10A shows the frequency spectrum of the modulated light 151 emitted from the light source 110 when the additional time Tw is zero. In FIG. 10A, the horizontal axis represents frequency [Hz] and the vertical axis represents spectrum intensity [dB]. For example, as shown in the timing chart of FIG. 2, when the additional time Tw is 0, that is, when the modulation of the modulated light 151 is constant and the light source 110 emits light periodically, the frequency spectrum is assumed to be Ts. Has a steep peak at a frequency of 1 / Ts. For example, when the additional time Tw is constant, the light emission cycle of the light source is (Ts + Tw), and thus has a peak at a frequency of 1 / (Ts + Tw).

図10(b)は、周波数拡散を行った場合の、光源110から照射される変調光151の周波数スペクトラムである。図10(b)において、横軸は周波数〔Hz〕、縦軸はスペクトラム強度〔dB〕である。周期Tsに付加時間Twを追加することにより、周波数1/Tsより低周波数側に周波数スペクトラムのピークが移動する。   FIG. 10B shows a frequency spectrum of the modulated light 151 emitted from the light source 110 when frequency spreading is performed. In FIG. 10B, the horizontal axis represents frequency [Hz] and the vertical axis represents spectrum intensity [dB]. By adding the additional time Tw to the period Ts, the peak of the frequency spectrum moves to the lower frequency side than the frequency 1 / Ts.

本実施形態の変形例の周波数拡散制御回路は、スペクトラム拡散単位時間を設定し、このスペクトラム拡散単位時間毎に図8に示す周波数スペクトラムを満足するよう、付加時間Twを決定し、出力する。スペクトラム拡散単位時間は、光蓄積時間より十分短い時間を設定する。   The frequency spread control circuit according to the modification of the present embodiment sets the spread spectrum unit time, and determines and outputs the additional time Tw so as to satisfy the frequency spectrum shown in FIG. 8 for each spread spectrum unit time. The spread spectrum unit time is set to a time sufficiently shorter than the light accumulation time.

100:距離画像生成装置、101:距離画像生成装置、101:距離画像生成装置、110:光源、120:受光部、121:撮像素子、122:光電変換素子、123:電荷蓄積部、124:単位蓄積部、125:測距単位蓄積部、126:廃棄単位蓄積部、130:距離画像生成部、140:制御部、141:発光制御部、142:蓄積制御部、143:読出制御部、144:付加時間出力部、151:変調光、152:入射光、200:対象物体、200:物体、301:付加時間データベース、302:パターン、311:ランダム付加時間データベース   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Distance image generation apparatus, 101: Distance image generation apparatus, 101: Distance image generation apparatus, 110: Light source, 120: Light-receiving part, 121: Image sensor, 122: Photoelectric conversion element, 123: Charge storage part, 124: Unit Accumulator, 125: Ranging unit accumulator, 126: Discarding unit accumulator, 130: Distance image generator, 140: Controller, 141: Light emission controller, 142: Accumulator controller, 143: Read controller, 144: Additional time output unit, 151: modulated light, 152: incident light, 200: target object, 200: object, 301: additional time database, 302: pattern, 311: random additional time database

Claims (7)

撮影空間に変調光を照射する光源と、前記光源から照射され前記撮影空間内の対象物で反射した反射光を含む入射光を受光して電荷に変換する複数の撮像素子を備える受光手段と、前記電荷を用いて画素値が距離値であり画素数が前記撮像素子数である距離画像を生成する距離画像生成手段と、前記変調光の変調周期と前記受光手段における電荷の蓄積とを制御する制御手段と、を備える距離画像生成装置であって、
前記複数の撮像素子は、それぞれ、
受光した入射光を電荷に変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子ごとに設けられた、前記電荷を蓄積する電荷蓄積手段と、を備え、
前記電荷蓄積手段は、前記距離画像生成部が距離値算出に用いる電荷を蓄積する複数の測距単位蓄積手段を備え、
前記制御手段は、前記変調光の変調周期毎に異なる付加時間を出力する付加時間出力手段を備え、前記変調周期毎に前記付加時間を付加することにより、前記照射する変調光の変調周期を当該変調周期の1周期毎に変化させ、前記各測距単位蓄積手段への電荷の蓄積期間を全周期同じとなるよう制御すること
を特徴とする距離画像生成装置。
A light source that irradiates the imaging space with modulated light; and a light receiving means that includes a plurality of imaging elements that receive incident light including reflected light that is irradiated from the light source and reflected by an object in the imaging space, and converts the incident light into charges. A distance image generating unit that generates a distance image having a pixel value that is a distance value and the number of pixels is the number of image pickup devices using the charge, and controls a modulation period of the modulated light and charge accumulation in the light receiving unit. A distance image generating device comprising a control means,
Each of the plurality of image sensors is
A photoelectric conversion element that converts received incident light into electric charge;
Charge accumulation means for accumulating the charge, provided for each photoelectric conversion element,
The charge storage means includes a plurality of distance measurement unit storage means for storing charges used by the distance image generation unit for calculating distance values
The control means includes additional time output means for outputting a different additional time for each modulation period of the modulated light, and the modulation period of the modulated light to be irradiated is determined by adding the additional time for each modulation period. A distance image generating apparatus characterized by changing the modulation period for each period and controlling the accumulation period of electric charges in each ranging unit accumulating unit to be the same in all periods.
請求項1記載の距離画像生成装置であって、
前記変調光は、発光と発光停止とを繰り返すパルス光であり、
前記電荷蓄積手段は、廃棄する電荷を蓄積する1の廃棄単位蓄積手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記付加時間を前記変調光の発光停止期間に付加することにより前記変調光の変調周期を変化させる発光制御手段と、
前記付加時間に受光した入射光から得た電荷を前記廃棄単位蓄積手段に蓄積するよう制御する蓄積制御手段と、を備えること
を特徴とする距離画像生成装置。
The distance image generating device according to claim 1,
The modulated light is pulsed light that repeats light emission and light emission stop,
The charge storage means further comprises one discard unit storage means for storing charges to be discarded,
The control means includes
Light emission control means for changing the modulation period of the modulated light by adding the additional time to the emission stop period of the modulated light;
And a storage control means for controlling the charge obtained from the incident light received during the additional time to be stored in the discard unit storage means.
請求項1または2記載の距離画像生成装置であって、
前記付加時間出力手段は、前記付加時間をランダムに生成し、出力すること
を特徴とする距離画像生成装置。
The distance image generating device according to claim 1 or 2,
The distance image generating device, wherein the additional time output means randomly generates and outputs the additional time.
請求項1または2記載の距離画像生成装置であって、
前記付加時間出力手段は、前記付加時間を、複数の異なる付加時間の中から予め定めた順に出力すること
を特徴とする距離画像生成装置。
The distance image generating device according to claim 1 or 2,
The distance image generating device, wherein the additional time output means outputs the additional time in a predetermined order from a plurality of different additional times.
請求項1または2記載の距離画像生成装置であって、
前記付加時間出力手段は、複数の異なる付加時間を予め定めた順に記憶する付加時間記憶手段を備え、前記付加時間記憶手段から周期毎に順に出力すること
を特徴とする距離画像生成装置。
The distance image generating device according to claim 1 or 2,
The distance image generating apparatus according to claim 1, wherein the additional time output means includes additional time storage means for storing a plurality of different additional times in a predetermined order, and sequentially outputs from the additional time storage means for each period.
請求項1または2記載の距離画像生成装置であって、
前記付加時間出力手段は、前記変調光の周波数分布が予め定めた単位時間毎に一定となるよう前記付加時間を決定し、出力すること
を特徴とする距離画像生成装置。
The distance image generating device according to claim 1 or 2,
The distance image generating device characterized in that the additional time output means determines and outputs the additional time so that the frequency distribution of the modulated light becomes constant every predetermined unit time.
撮影空間に変調光を照射する光源と、前記光源から照射され前記撮影空間内の対象物で反射した反射光を含む入射光を受光して電荷に変換する複数の光電変換素子と、前記光電変換素子毎に設けられた前記電荷を蓄積する複数の単位蓄積手段と、前記複数の単位蓄積手段のうち、予め定めた測距に用いる単位蓄積手段に蓄積された電荷を用いて距離値を算出する距離画像算出手段と、を備える距離画像生成装置における、距離画像生成方法であって、
前記変調光の変調周期毎に付加する付加時間を生成する付加時間生成ステップと、
前記変調周期毎に、前記変調周期に前記付加時間を付加して前記変調光の変調周期を変化させるとともに、前記付加時間中に受光した入射光を変換して得た電荷を廃棄用の単位蓄積手段に蓄積し、当該付加時間以外の予め定めた期間に取得した電荷を、予め定めた複数の電荷蓄積用の単位蓄積手段にそれぞれ蓄積する同期制御ステップと、
所定の時間間隔で前記電荷蓄積用の単位蓄積手段に蓄積された電荷を読み出し、距離画像の各画素値である距離値を算出する距離値算出ステップと、を備えること
を特徴とする距離画像生成方法。
A light source that irradiates modulated light to the imaging space, a plurality of photoelectric conversion elements that receive incident light including reflected light that is irradiated from the light source and reflected by an object in the imaging space, and converts the incident light into charges, and the photoelectric conversion A plurality of unit accumulating means for accumulating the electric charge provided for each element, and a distance value is calculated using the electric charge accumulated in the unit accumulating means used for the predetermined distance measurement among the plurality of unit accumulating means. A distance image generation method in a distance image generation device comprising a distance image calculation means,
An additional time generation step of generating an additional time to be added for each modulation period of the modulated light;
For each modulation period, the additional period is added to the modulation period to change the modulation period of the modulated light, and the charge obtained by converting incident light received during the additional period is stored in a unit for disposal. A synchronization control step of accumulating charges in the means and accumulating charges acquired in a predetermined period other than the additional time in a plurality of predetermined unit accumulating means for charge accumulation,
A distance value calculating step of reading a charge accumulated in the unit for storing charges at a predetermined time interval and calculating a distance value that is each pixel value of the distance image. Method.
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