JP2013137237A5

JP2013137237A5 -

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Publication number: JP2013137237A5
Application number: JP2011288343A
Authority: JP
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2014-10-30
Anticipated expiration: 2031-12-28

Description

処理部は、フレーム期間、即ち、第１のリセットスイッチ及び第２のリセットスイッチを制御して第１の蓄積領域及び第２の蓄積領域をリセット電位に接続してから第１の蓄積領域及び第２の蓄積領域を次にリセット電位に接続するまでの期間内の（ａ１）複数の第１の電荷転送サイクルにおいて、一以上の放出期間に光源部に変調光を放出させ、（ａ２）一以上の放出期間に同期した一以上の第１の転送期間に第１の転送電極に与える電圧を制御して光感応領域で発生した電荷を第１の蓄積領域に蓄積させ、（ａ２）一以上の第１の転送期間と位相反転した一以上の第２の転送期間に第２の転送電極に与える電圧を制御して光感応領域で発生した電荷を第２の蓄積領域に蓄積させる。

処理部は、フレーム期間内の複数の第２の電荷転送サイクルであり一以上の第１の電荷転送サイクルと交互の該一以上の第２の電荷転送サイクルにおいて、（ｂ１）光源部に変調光を放出させず、（ｂ２）第３の転送期間に第１の転送電極に与える電圧を制御して光感応領域で発生した電荷を第１の蓄積領域に蓄積させ、（ｂ２）第３の転送期間と位相反転した第４の転送期間に第２の転送電極に与える電圧を制御して光感応領域で発生した電荷を第２の蓄積領域に蓄積させる。

一実施形態においては、処理部は、（ｃ１）複数の第２の読出しサイクルのうち、別の第１の読出し値及び別の第２の読出し値が所定の閾値を超えない最終の第２の読出しサイクルを特定し、（ｃ２）最終の第２の読出しサイクルまでに得られた一以上の第１の読出し値及び二以上の別の第１の読出し値に基づいてＭ個の第１の値を求め、当該最終の第２の読出しサイクルまでに得られた一以上の第２の読出し値及び二以上の別の第２の読出し値に基づいてＭ個の第２の値を求めてもよい。この実施形態によれば、所定の閾値を蓄積領域の飽和蓄積容量に対応する読出し値以上の値に設定することにより、飽和蓄積容量に対応する読出し値を超えない範囲の読出し値を利用して、距離を算出することが可能となる。その結果、より高い精度で距離を算出することが可能となる。

一実施形態においては、処理部は、（ｄ１）ｎ回目の第２の読出しサイクルの別の第１の読出し値と、ｎ回目の第２の読出しサイクルの別の第１の読出し値とｎ−１回目の第２の読出しサイクルの別の第１の読出し値との間の差分値との和、又は、ｎ回目の第２の読出しサイクルの別の第２の読出し値と、ｎ回目の第２の読出しサイクルの別の第２の読出し値とｎ−１回目の第２の読出しサイクルの別の第２の読出し値との間の差分値との和が、所定の閾値を超える場合に、ｎ＋１回目以降の第１の読出しサイクル及び第２の読出しサイクルを停止してもよく、（ｄ２）最終の読出しサイクルであるｎ回目の第２の読出しサイクルまでに得られた一以上の第１の読出し値及び一以上の別の第１の読出し値に基づいてＭ個の第１の値を求め、最終の第２の読出しサイクルまでに得られた一以上の第２の読出し値及び一以上の別の第２の読出し値に基づいてＭ個の第２の値を求めてもよい。この実施形態では、所定の閾値を蓄積領域の飽和蓄積容量に対応する読出し値以上の値に設定することにより、飽和蓄積容量に対応する読出し値を超えない範囲の読出し値を利用して、距離を算出することが可能となる。また、測定距離のダイナミックレンジが向上され得る。さらに、この実施形態によれば、上述した和が所定の閾値を超える場合に、読出し値のセンサ部からの取得を停止することができるので、距離の算出を早期に開始することが可能となる。

一実施形態においては、処理部は、（ｅ１）Ｍ個の第１の値を順に積算してＭ個の第１の積算値を算出し、Ｍ個の第２の値を順に積算してＭ個の第２の積算値を算出し、（ｅ２）第１の推定値をＭ個の第１の積算値に基づく近似式を用いて算出し、第２の推定値をＭ個の第２の積算値に基づく近似式を用いて算出し、（ｅ３）第１の推定値及び第２の推定値に基づいて、前記距離を算出してもよい。この実施形態によれば、第１の値及び第２の値の一部が変動しても、近似式に基づく第１の推定値及び第２の推定値では、変動を含む値の影響が低減される。故に、この距離測定装置によれば、距離の測定精度が更に向上され得る。

次いで、信号処理部１６ａは、ｎを１にセットして（ステップＳ１３）、１回目〜Ｎ回目の第１及び第２の電荷転送サイクル及び１回目〜Ｎ回目の第１及び第２の読出しサイクルを以下に説明するように試みる。ここで、「Ｎ」は、予め設定された最大のサイクルの順番を示している。

また、ｎ回目の第２の電荷転送サイクルＣｙ２においても、第３の転送期間Ｔ３及び第４の転送期間Ｔ４の間、信号処理部１６ａは、第３の転送電極ＴＸ３にＬｏｗレベルの電圧信号ＶＴＸ３が与えられるよう、デジタル信号をセンサ部１４に与える。また、信号処理部１６ａは、第２の電荷転送サイクルＣｙ２内の第３の転送期間Ｔ１及び第４の転送期間Ｔ４以外の期間に、第３の転送電極ＴＸ３にＨｉｇｈレベルの電圧信号ＶＴＸ３が与えられるよう、デジタル信号をセンサ部１４に与える。

次いで、信号処理部１６ａは、第１の予測値Ｑ１ｄｃ（ｎ＋１）及び第２の予測値Ｑ２ｄｃ（ｎ＋１）を求める（ステップＳ２０）。第１の予測値Ｑ１ｄｃ（ｎ＋１）は、第１の読出し値Ｑ１ｄｃ（ｎ）と差分値ｋ１（ｎ）との和を求めることにより、得られる。また、第２の予測値Ｑ２ｄｃ（ｎ＋１）は、第１の読出し値Ｑ２ｄｃ（ｎ）と差分値ｋ２（ｎ）との和を求めることにより、得られる。第１の予測値Ｑ１ｄｃ（ｎ＋１）は、ｎ＋１回目の第２の読み出しサイクルの第１の読出し値の予測値である。また、第２の予測値Ｑ２ｄｃ（ｎ＋１）は、ｎ＋１回目の第２の読み出しサイクルの第２の読出し値の予測値である。

ここで、Ｑ１ａｃ（ｎ）、Ｑ１ｄｃ（ｎ）、Ｑ２ａｃ（ｎ）、Ｑ２ｄｃ（ｎ）は、下記の式（４）により表わされる。

なお、ｑ１ａａは、ｎ回目の第１の電荷転送サイクルにおける第１の蓄積領域の電荷量の増加分のうち変調光に対する対象物からの反射光、即ち信号光に基づく電荷量の増加分に対応する値である。ｑ２ａａは、ｎ回目の第１の電荷転送サイクルにおける第２の蓄積領域の電荷量の増加分のうち信号光に基づく電荷量の増加分に対応する値である。ｑ１ａｄは、ｎ回目の第１の電荷転送サイクルにおける第１の蓄積領域の電荷量の増加分のうち信号光以外の要因に基づく電荷量の増加分に対応する値である。ｑ２ａｄは、ｎ回目の第１の電荷転送サイクルにおける第２の蓄積領域の電荷量の増加分のうち信号光以外の要因に基づく電荷量の増加分に対応する値である。ｑ１ｄｄは、ｎ回目の第２の電荷転送サイクルにおける第１の蓄積領域の電荷量の増加分に対応する値である。また、ｑ２ｄｄは、ｎ回目の第２の電荷転送サイクルにおける第２の蓄積領域の電荷量の増加分に対応する成分である。

したがって、第１の値Ｑ１（ｎ）及び第２の値Ｑ２（ｎ）は、下記の式（５）及び式（６）により表わされる。

よって、第１の値Ｑ１（ｎ）は、ｎ回目の第１の電荷転送サイクルにおける第１の蓄積領域の電荷量の増加分のうち信号光に基づく電荷量の増加分を表している。また、第２の値Ｑ２（ｎ）は、ｎ回目の第２の電荷転送サイクルにおける第２の蓄積領域の電荷量の増加分のうち信号光に基づく電荷量の増加分を表している。

Claims

飛行時間法により対象物に対する距離を求める距離測定装置であって、
変調光を放出する光源部と、
入射光に応じて電荷を発生する光感応領域、前記光感応領域で発生した電荷を蓄積する第１の蓄積領域及び第２の蓄積領域、前記光感応領域と前記第１の蓄積領域との間に設けられた第１の転送電極、前記光感応領域と前記第２の蓄積領域との間に設けられた第２の転送電極、前記第１の蓄積領域とリセット電位との間に設けられた第１のリセットスイッチ、並びに、前記第２の蓄積領域とリセット電位との間に設けられた第２のリセットスイッチを有するセンサ部と、
前記変調光の放出タイミング及び前記センサ部を制御して、距離を算出する処理部と、
を備え、
前記処理部は、
前記第１のリセットスイッチ及び前記第２のリセットスイッチを制御して前記第１の蓄積領域及び前記第２の蓄積領域を前記リセット電位に接続してから該第１の蓄積領域及び該第２の蓄積領域を次に前記リセット電位に接続するまでのフレーム期間内の複数の第１の電荷転送サイクルにおいて、一以上の放出期間に前記光源部に前記変調光を放出させ、前記一以上の放出期間に同期した一以上の第１の転送期間に前記第１の転送電極に与える電圧を制御して前記光感応領域で発生した電荷を前記第１の蓄積領域に蓄積させ、前記一以上の第１の転送期間と位相反転した一以上の第２の転送期間に前記第２の転送電極に与える電圧を制御して前記光感応領域で発生した電荷を前記第２の蓄積領域に蓄積させ、
前記フレーム期間内の複数の第２の電荷転送サイクルであり前記複数の第１の電荷転送サイクルと交互の該複数の第２の電荷転送サイクルにおいて、前記光源部に前記変調光を放出させず、第３の転送期間に前記第１の転送電極に与える電圧を制御して前記光感応領域で発生した電荷を前記第１の蓄積領域に蓄積させ、前記第３の転送期間と位相反転した第４の転送期間に前記第２の転送電極に与える電圧を制御して前記光感応領域で発生した電荷を前記第２の蓄積領域に蓄積させ、
前記複数の第１の電荷転送サイクルのそれぞれに対応する複数の第１の読出しサイクルにおいて、該複数の第１の電荷転送サイクルのそれぞれと次の前記第２の電荷転送サイクルの間の時点に前記第１の蓄積領域に蓄積されている電荷量に応じた第１の読出し値及び該時点に前記第２の蓄積領域に蓄積されている電荷量に応じた第２の読出し値を、前記センサ部から取得し、
前記複数の第２の電荷転送サイクルのそれぞれに対応する複数の第２の読出しサイクルにおいて、該複数の第２の電荷転送サイクルのそれぞれと次の前記第１の電荷転送サイクルの間の時点に前記第１の蓄積領域に蓄積されている電荷量に応じた別の第１の読出し値及び該時点に前記第２の蓄積領域に蓄積されている電荷量に応じた別の第２の読出し値を、前記センサ部から取得し、
ｎ回目の前記第１の読出しサイクルの前記第１の読出し値の２倍の値からｎ回目及びｎ−１回目の前記第２の読出しサイクルの前記別の第１の読出し値を差し引いた値である第１の値、及び、ｎ回目の前記第１の読出しサイクルの前記第２の読出し値の２倍の値からｎ回目及びｎ−１回目の前記第２の読出しサイクルの前記別の第２の読出し値を差し引いた値である第２の値を算出して、Ｍ個の第１の値及びＭ個の第２の値を求め、ここで、ｎは前記複数の第１の読出しサイクル及び前記複数の第２の読出しサイクルの順番を示し、
前記Ｍ個の第１の値及び前記Ｍ個の第２の値に基づいて、距離を算出する、
距離測定装置。
前記第１の電荷転送サイクルにおいて前記第１の蓄積領域に電荷を蓄積させる時間長、前記第１の電荷転送サイクルにおいて前記第２の蓄積領域に電荷を蓄積させる時間長、前記第２の電荷転送サイクルにおいて前記第１の蓄積領域に電荷を蓄積させる時間長、及び、前記第２の電荷転送サイクルにおいて前記第２の蓄積領域に電荷を蓄積させる時間長は、実質的に同じ時間長である、請求項１に記載の距離測定装置。
前記複数の第１の電荷転送サイクルの各々は、一回の前記第１の転送期間、及び、一回の前記第２の転送期間を含む、請求項１又は２に記載の距離測定装置。
前記処理部は、
前記複数の第２の読出しサイクルのうち、前記別の第１の読出し値及び前記別の第２の読出し値が所定の閾値を超えない最終の第２の読出しサイクルを特定し、
該最終の第２の読出しサイクルまでに得られた一以上の前記第１の読出し値及び二以上の前記別の第１の読出し値に基づいて前記Ｍ個の第１の値を求め、該最終の第２の読出しサイクルまでに得られた一以上の前記第２の読出し値及び二以上の前記別の第２の読出し値に基づいて前記Ｍ個の第２の値を求める、
請求項１〜３の何れか一項に記載の距離測定装置。
前記処理部は、ｎ回目の前記第２の読出しサイクルの前記別の第１の読出し値と、ｎ回目の前記第２の読出しサイクルの前記別の第１の読出し値とｎ−１回目の前記第２の読出しサイクルの前記別の第１の読出し値との間の差分値との和、又は、ｎ回目の前記第２の読出しサイクルの前記別の第２の読出し値と、ｎ回目の前記第２の読出しサイクルの前記別の第２の読出し値とｎ−１回目の前記第２の読出しサイクルの前記別の第２の読出し値との間の差分値との和が、所定の閾値を超える場合に、ｎ＋１回目以降の前記第１の読出しサイクル及び前記第２の読出しサイクルを停止し、
最終の読出しサイクルであるｎ回目の前記第２の読出しサイクルまでに得られた一以上の前記第１の読出し値及び二以上の前記別の第１の読出し値に基づいて前記Ｍ個の第１の値を求め、該最終の読出しサイクルまでに得られた一以上の前記第２の読出し値及び二以上の前記別の第２の読出し値に基づいて前記Ｍ個の第２の値を求める、
請求項１〜３の何れか一項に記載の距離測定装置。
前記処理部は、前記Ｍ個の第１の値の積算値及び前記Ｍ個の第２の値の積算値に基づいて、前記距離を算出する、請求項１〜５の何れか一項に記載の距離測定装置。
前記処理部は、
前記Ｍ個の第１の値を順に積算してＭ個の第１の積算値を算出し、前記Ｍ個の第２の値を順に積算してＭ個の第２の積算値を算出し、
第１の推定値を前記Ｍ個の第１の積算値に基づく近似式を用いて算出し、第２の推定値を前記Ｍ個の第２の積算値に基づく近似式を用いて算出し、
前記第１の推定値及び前記第２の推定値に基づいて、前記距離を算出する、
請求項１〜５の何れか一項に記載の距離測定装置。