JP2016211881A - Light flight time measurement device and optical range-finding device - Google Patents

Light flight time measurement device and optical range-finding device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light flight time measurement device that can measure a delay time on a light reception side.SOLUTION: In a radar device, a pixel 52, which is arrayed in a light reception element receiving reflection light having irradiation light reflected upon an object, includes: a delay measurement circuit 18 that outputs a delay measurement signal in response to an input of a delay measurement start signal; and a delay measurement FB circuit 56 that outputs a delay measurement FB signal feeding back the input of the delay measurement start signal to the delay measurement circuit 18. The radar device is configured to use the delay measurement signal to measure a delay time from the pixel 52 to a time measurement unit; use the delay measurement FB signal to measure a delay time of the delay measurement signal; and measure a delay time on a light reception side.SELECTED DRAWING: Figure 19

Description

本発明は、光飛行時間測定装置及び光学的測距装置に関する。   The present invention relates to an optical time-of-flight measuring device and an optical distance measuring device.

従来より、光の受光に応答して受光信号を出力する受光素子を有する画素を含む受光部と、画素から受光信号を入力したタイミングに応じた時間を光飛行時間(TOF時間)として計測する時間計測部とを備えた光飛行時間測定装置が供されている。発光部から発光された照射光が物体(ターゲット)で反射した反射光の受光に応答して受光信号を出力する構成では、図30に示すように、スタート信号を出力したタイミングから発光部が照射光を発光したタイミングまでの時間差が発光側の遅延時間となり、画素が反射光を受光したタイミングから時間計測部が受光信号を入力したタイミングまでの時間差が受光側の遅延時間(画素から時間計測部までの遅延時間)となる。そのため、それらの遅延時間を含む時間を光飛行時間として計測する構成では、光飛行時間の精度が十分でないという問題がある。特に受光部の面積が大面積化されている場合には影響が多大である。一方、特許文献1には、画素に信号を入力し、画素の故障診断を行う技術が開示されている。   Conventionally, a light receiving unit including a pixel having a light receiving element that outputs a light reception signal in response to light reception, and a time for measuring a time corresponding to a timing at which the light reception signal is input from the pixel as a light flight time (TOF time) An optical time-of-flight measuring device provided with a measuring unit is provided. In the configuration in which the light emitted from the light emitting unit outputs a light reception signal in response to the reception of the reflected light reflected by the object (target), as shown in FIG. 30, the light emitting unit irradiates from the timing when the start signal is output. The time difference from the timing when the light is emitted becomes the delay time on the light emission side, and the time difference from the timing when the pixel receives the reflected light to the timing when the time measurement unit inputs the light reception signal is the delay time on the light reception side (from the pixel to the time measurement unit) Delay time). Therefore, in the configuration in which the time including the delay time is measured as the optical flight time, there is a problem that the accuracy of the optical flight time is not sufficient. In particular, when the area of the light receiving portion is increased, the influence is great. On the other hand, Patent Literature 1 discloses a technique for inputting a signal to a pixel and diagnosing the failure of the pixel.

A 0.18μm CMOS SoC for a 100m-Range 10-Frame/s 200x96-Pixel Time-of-Flight Depth Sensor Cristiano Niclass et.al.A 0.18μm CMOS SoC for a 100m-Range 10-Frame / s 200x96-Pixel Time-of-Flight Depth Sensor Cristiano Niclass et.al.

しかしながら、特許文献1に開示されている技術は、画素の故障診断を行う技術であり、上記した受光側の遅延時間を測定するものではない。このような事情から、受光側の遅延時間を測定可能な構成が望まれている。   However, the technique disclosed in Patent Document 1 is a technique for diagnosing a failure of a pixel, and does not measure the delay time on the light receiving side described above. Under such circumstances, a configuration capable of measuring the delay time on the light receiving side is desired.

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、画素が光を受光したタイミングから時間計測部が受光信号を入力したタイミングまでの時間差を受光側の遅延時間として測定することができる光飛行時間測定装置及び光学的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 thereof is to measure a time difference from a timing at which a pixel receives light to a timing at which a time measurement unit inputs a light reception signal as a delay time on the light receiving side. It is an object of the present invention to provide an optical time-of-flight measuring device and an optical distance measuring device.

請求項1に記載した発明によれば、受光部は、光の受光に応答して受光信号を出力する受光素子を有する画素を含む。時間計測部は、画素から受光信号を入力したタイミングに応じた時間を光飛行時間として計測する。ここで、遅延測定回路は、画素が光を受光したタイミングから時間計測部が受光信号を入力したタイミングまでの時間差を受光側の遅延時間として特定可能な遅延測定信号を出力する。   According to the first aspect of the present invention, the light receiving unit includes a pixel having a light receiving element that outputs a light reception signal in response to light reception. The time measuring unit measures the time corresponding to the timing when the light reception signal is input from the pixel as the optical flight time. Here, the delay measurement circuit outputs a delay measurement signal that can specify the time difference from the timing when the pixel receives light to the timing when the time measurement unit inputs the light reception signal as the delay time on the light reception side.

即ち、画素が光を受光したタイミングから時間計測部が受光信号を入力したタイミングまでの時間差を受光側の遅延時間として特定可能な遅延測定信号を出力する遅延測定回路を設けたので、遅延測定回路から出力される遅延測定信号を用いることで、画素が光を受光したタイミングから時間計測部が受光信号を入力したタイミングまでの時間差を受光側の遅延時間として測定することができる。   In other words, a delay measurement circuit that outputs a delay measurement signal that can specify the time difference from the timing at which the pixel receives light to the timing at which the time measurement unit inputs the light reception signal as a delay time on the light receiving side is provided. By using the delay measurement signal output from, the time difference from the timing when the pixel receives light to the timing when the time measurement unit inputs the light reception signal can be measured as the delay time on the light receiving side.

本発明の第1の実施形態を示し、全体構成を示す機能ブロック図The functional block diagram which shows the 1st Embodiment of this invention and shows the whole structure 照射光の経路を示す図Diagram showing irradiation light path 照射光の走査範囲を示す図The figure which shows the scanning range of irradiation light 照射光の走査周期を示す図Diagram showing scanning cycle of irradiation light 測距動作モードでの信号の流れを示す図Diagram showing signal flow in ranging operation mode 測距動作処理を示すフローチャートFlow chart showing distance measurement operation processing 遅延測定動作モードでの信号の流れを示す図Diagram showing signal flow in delay measurement operation mode 遅延測定動作処理を示すフローチャートFlow chart showing delay measurement operation processing 受光部及び周辺の構成を示す図A diagram showing the configuration of the light receiving unit and the surrounding area 画素の構成を示す機能ブロック図Functional block diagram showing pixel configuration 画素の構成を示す電気回路図Electrical circuit diagram showing pixel configuration 画素のタイミングチャートPixel timing chart 画素の構成を示す電気回路図Electrical circuit diagram showing pixel configuration 画素のタイミングチャートPixel timing chart 時間計測部の構成を示す機能ブロック図Functional block diagram showing the configuration of the time measurement unit 時間計測部のタイミングチャートTiming chart of time measurement unit 本発明の第2の実施形態を示し、画素から時間計測部までの遅延時間と遅延測定信号の遅延時間との関係を示す図The figure which shows the 2nd Embodiment of this invention and shows the relationship between the delay time from a pixel to a time measurement part, and the delay time of a delay measurement signal. 受光部及び周辺の構成を示す図A diagram showing the configuration of the light receiving unit and the surrounding area 画素の構成を示す機能ブロック図Functional block diagram showing pixel configuration 画素の構成を示す電気回路図Electrical circuit diagram showing pixel configuration 画素のタイミングチャートPixel timing chart 画素の構成を示す電気回路図Electrical circuit diagram showing pixel configuration 画素のタイミングチャートPixel timing chart 時間計測部の構成を示す機能ブロック図Functional block diagram showing the configuration of the time measurement unit 時間計測部のタイミングチャートTiming chart of time measurement unit 本発明の第3の実施形態を示し、画素の配列を示す図The figure which shows the 3rd Embodiment of this invention and shows the arrangement | sequence of a pixel 画素の配列を示す図Diagram showing pixel array 画素の配列を示す図Diagram showing pixel array 画素の列番号と遅延時間との関係を示す図Diagram showing the relationship between pixel column number and delay time タイミングチャートTiming chart

(第1の実施形態)
以下、本発明を車両に搭載可能なレーダー装置に適用した第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。レーダー装置(光飛行時間測定装置及び光学的測距装置に相当)は、車両に搭載されている状態で自装置から車両周囲の物体(ターゲット)までの距離測定(測距)を行う。レーダー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。例えばレーダー装置が車両前方部に搭載される態様では車両前方が物体の検出エリアとなり、レーダー装置が車両後方部に搭載される態様では車両後方が物体の検出エリアとなる。車両周囲の物体は、例えば歩行者、先行車両、後続車両、壁等である。
(First embodiment)
A first embodiment in which the present invention is applied to a radar device that can be mounted on a vehicle will be described below with reference to FIGS. A radar device (corresponding to an optical time-of-flight measuring device and an optical distance measuring device) measures a distance (ranging) from the device itself to an object (target) around the vehicle while mounted on the vehicle. Any mode may be sufficient as a mode with which a radar apparatus is mounted in a vehicle. For example, in a mode in which the radar device is mounted on the front portion of the vehicle, the front side of the vehicle is an object detection area, and in a mode in which the radar device is mounted on the rear side of the vehicle, the rear side of the vehicle is an object detection area. Objects around the vehicle are, for example, pedestrians, preceding vehicles, succeeding vehicles, walls, and the like.

レーダー装置1は、図1に示すように、制御部2と、距離測定部3と、遅延測定部4と、時間計測部5と、発光部6と、受光部7とを有する。距離測定部3、遅延測定部4、時間計測部5及び受光部7は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)プロセスにより同一基板上に作成可能である。   As shown in FIG. 1, the radar apparatus 1 includes a control unit 2, a distance measurement unit 3, a delay measurement unit 4, a time measurement unit 5, a light emitting unit 6, and a light receiving unit 7. The distance measuring unit 3, the delay measuring unit 4, the time measuring unit 5 and the light receiving unit 7 can be formed on the same substrate by a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) process.

発光部6は、図2に示すように、光源8及び一次元スキャナ9を有すると共に、走査制御部(図示せず)を有する。光源8は、例えば半導体レーザーダイオードで構成されており、パルスレーザー光を照射光として発光する(照射する)。光源8から発光される照射光は、図3に示すように、走査方向SD1に対して垂直方向が長手方向となる矩形状に成形されている(スキャン光SL)。又、光源8から発光される照射光は、例えばパルス幅が4nsであり、発光周期が4μsである。   As shown in FIG. 2, the light emitting unit 6 includes a light source 8 and a one-dimensional scanner 9, and also includes a scanning control unit (not shown). The light source 8 is composed of, for example, a semiconductor laser diode, and emits (irradiates) pulsed laser light as irradiation light. As shown in FIG. 3, the irradiation light emitted from the light source 8 is formed in a rectangular shape whose longitudinal direction is the longitudinal direction with respect to the scanning direction SD1 (scanning light SL). The irradiation light emitted from the light source 8 has, for example, a pulse width of 4 ns and a light emission period of 4 μs.

一次元スキャナ9は、MEMS(Micro Electro Mechanical System)スキャナと、そのMEMSスキャナの駆動を制御するスキャナ制御回路とを有する。一次元スキャナ9は、駆動源(図示せず)から駆動指示信号を入力すると、回転軸10を振動中心としてミラー11を振動させ、光源8から発光された照射光の一次元走査を所定の走査角度の範囲R1で行う。尚、一次元スキャナ9における走査角度の範囲R1は、図4に示すように、例えば−27°〜+27°である。又、走査周期は、例えば50msであり、40msの時間で−27°から+27°まで走査し、10msの時間で+27°から−27°まで戻る。   The one-dimensional scanner 9 includes a MEMS (Micro Electro Mechanical System) scanner and a scanner control circuit that controls driving of the MEMS scanner. When a drive instruction signal is input from a drive source (not shown), the one-dimensional scanner 9 vibrates the mirror 11 about the rotation shaft 10 as a vibration center, and performs one-dimensional scanning of irradiation light emitted from the light source 8 by a predetermined scan. This is performed in the angle range R1. Note that the scanning angle range R1 in the one-dimensional scanner 9 is, for example, −27 ° to + 27 ° as shown in FIG. The scanning cycle is, for example, 50 ms, scanning from −27 ° to + 27 ° in a time of 40 ms, and returning from + 27 ° to −27 ° in a time of 10 ms.

光源8から発光された照射光は、コリメートレンズ12を通過して一次元スキャナ9に到達する(光L1)。一次元スキャナ9に到達した照射光は、ミラー11で反射し、ミラー11の走査角度に応じた方向に向かって照射され(光L2)、車両周囲の物体に到達すると、物体で反射する。そして、その物体で反射した照射光は、反射光(物体で反射した信号光)として受光レンズ13を通過して受光部7に到達する(光L3)。尚、上述したように照射光は矩形状に成形されているので、受光部7には、反射光の走査方向SD2に対して垂直方向が長手方向となる矩形状に成形された反射光が到達する(反射光RL)。又、矩形状に成形された反射光の長手方向の長さが、矩形状に形成されている受光面RPの短手方向の長さよりも長くなるように、光源8から発光される照射光の長手方向の長さが設定されている。   Irradiation light emitted from the light source 8 passes through the collimating lens 12 and reaches the one-dimensional scanner 9 (light L1). The irradiation light that has reached the one-dimensional scanner 9 is reflected by the mirror 11, is irradiated in the direction according to the scanning angle of the mirror 11 (light L2), and when it reaches an object around the vehicle, it is reflected by the object. The irradiation light reflected by the object passes through the light receiving lens 13 as reflected light (signal light reflected by the object) and reaches the light receiving unit 7 (light L3). Since the irradiation light is shaped in a rectangular shape as described above, the reflected light shaped in a rectangular shape whose longitudinal direction is the longitudinal direction with respect to the scanning direction SD2 of the reflected light arrives at the light receiving unit 7. (Reflected light RL). In addition, the length of the reflected light formed in the rectangular shape in the longitudinal direction is longer than the length in the short direction of the light receiving surface RP formed in the rectangular shape. The length in the longitudinal direction is set.

走査制御部は、一次元スキャナ9の走査角度を検出し、その検出した走査角度に基づいて光源8からの照射光の発光を制御すると共に、一次元スキャナ9による照射光の走査を制御する。又、走査制御部は、レーダー装置1を搭載している車両の走行速度(車速)を示す車速信号(車速パルス)を車速センサから入力し、その入力した車速信号により特定した車速に応じて光源8及び一次元スキャナ9のそれぞれの動作を制御する。   The scanning control unit detects the scanning angle of the one-dimensional scanner 9, controls the emission of irradiation light from the light source 8 based on the detected scanning angle, and controls the scanning of irradiation light by the one-dimensional scanner 9. Further, the scanning control unit inputs a vehicle speed signal (vehicle speed pulse) indicating the traveling speed (vehicle speed) of the vehicle on which the radar device 1 is mounted from a vehicle speed sensor, and a light source according to the vehicle speed specified by the input vehicle speed signal. 8 and the one-dimensional scanner 9 are controlled.

具体的には、走査制御部は、車速に応じて光源8からの発光強度を変更し、車速が相対的に遅いときには発光強度を相対的に低減させ、車速が相対的に速いときには発光強度を相対的に増大させる。又、走査制御部は、車速に応じて一次元スキャナ9の走査角度の範囲R1を変更し、車速が相対的に遅いときには走査角度の範囲R1を相対的に広く設定し、車速が相対的に速いときには走査角度の範囲R1を相対的に狭く設定する。車速が相対的に遅ければ、車両周囲に歩行者が存在する可能性が高く、周辺の歩行者の存在を考慮する必要がある。このとき、発光強度を相対的に低減させることで、強度が高い照射光の歩行者への照射を回避することができ、走査角度の範囲R1を相対的に広く設定することで、歩行者の存在を速やかに検出することができる。一方、車速が相対的に速ければ、先行車両の存在を考慮する必要がある。このとき、発光強度を相対的に増大させることで、遠方の先行車両を検出することができ、走査角度の範囲R1を相対的に狭く設定することで、先行車両が存在しない可能性が高い領域を走査範囲から除外し、遠方の先行車両を速やかに検出することができる。   Specifically, the scanning control unit changes the light emission intensity from the light source 8 according to the vehicle speed, relatively reduces the light emission intensity when the vehicle speed is relatively slow, and changes the light emission intensity when the vehicle speed is relatively fast. Increase relatively. In addition, the scanning control unit changes the scanning angle range R1 of the one-dimensional scanner 9 according to the vehicle speed, and when the vehicle speed is relatively slow, sets the scanning angle range R1 relatively wide so that the vehicle speed is relatively high. When the speed is high, the scan angle range R1 is set relatively narrow. If the vehicle speed is relatively slow, there is a high possibility that there are pedestrians around the vehicle, and it is necessary to consider the presence of pedestrians in the vicinity. At this time, by relatively reducing the emission intensity, it is possible to avoid irradiating the pedestrian with irradiation light having high intensity, and by setting the scanning angle range R1 relatively wide, Presence can be detected quickly. On the other hand, if the vehicle speed is relatively high, it is necessary to consider the presence of a preceding vehicle. At this time, it is possible to detect a distant preceding vehicle by relatively increasing the emission intensity, and by setting the scanning angle range R1 to be relatively narrow, it is highly possible that the preceding vehicle does not exist. Can be excluded from the scanning range, and a distant preceding vehicle can be detected quickly.

さて、この種のレーダー装置1では、上記した[発明が解決しようとする課題]で説明したように、受光部7を構成する各画素が光を受光したタイミングから時間計測部5が受光信号を入力したタイミングまでの時間差を受光側の遅延時間(画素から時間計測部5までの遅延時間)として測定することが望まれている。このような事情に鑑み、レーダー装置1は、以下のように構成されている。   Now, in this type of radar device 1, as described in [Problems to be Solved by the Invention], the time measuring unit 5 receives the light reception signal from the timing when each pixel constituting the light receiving unit 7 receives light. It is desired to measure the time difference from the input timing as the delay time on the light receiving side (delay time from the pixel to the time measuring unit 5). In view of such circumstances, the radar device 1 is configured as follows.

制御部2は、マイクロコンピュータを有し、予め格納している制御プログラムを実行することで、レーダー装置1の動作を制御する。制御部2は、レーダー装置1の動作モードとして測距動作モードと遅延測定動作モードとを選択的に切り替える。制御部2は、測距動作モードを選択することでレーダー装置1を測距動作モードにより動作させ、遅延測定動作モードを選択することでレーダー装置1を遅延測定動作モードにより動作させる。   The control unit 2 includes a microcomputer, and controls the operation of the radar device 1 by executing a control program stored in advance. The control unit 2 selectively switches between the ranging operation mode and the delay measurement operation mode as the operation mode of the radar device 1. The control unit 2 operates the radar apparatus 1 in the distance measurement operation mode by selecting the distance measurement operation mode, and operates the radar apparatus 1 in the delay measurement operation mode by selecting the delay measurement operation mode.

制御部2は、測距動作モードを選択しているときには、図5に示すように、測距指示信号を距離測定部3に出力する。距離測定部3は、制御部2から測距指示信号を入力すると、測距開始信号を発光部6、受光部7及び時間計測部5に出力し、発光部6、受光部7及び時間計測部5による測距動作を制御する。   When the ranging operation mode is selected, the control unit 2 outputs a ranging instruction signal to the distance measuring unit 3 as shown in FIG. When the distance measuring unit 3 receives a ranging instruction signal from the control unit 2, the distance measuring unit 3 outputs a ranging start signal to the light emitting unit 6, the light receiving unit 7, and the time measuring unit 5, and the light emitting unit 6, the light receiving unit 7, and the time measuring unit. 5 to control the distance measuring operation.

発光部6は、距離測定部3から測距開始信号を入力すると、照射光を発光する(照射する)。受光部7は、距離測定部3から測距開始信号を入力すると、光の受光(入射)を待機し、照射光が物体で反射された反射光の受光や例えば太陽光等の外乱光(背景光)の受光を検出すると、その受光強度(受光レベル)に応じた受光信号を時間計測部5に出力する。時間計測部5は、距離測定部3から測距開始信号を入力すると、受光部7からの受光信号の入力を待機し、受光部7から受光信号を入力すると、測距開始信号を入力したタイミングから受光信号を入力したタイミングまでの時間差に基づいて光飛行時間(TOF時間)を計測し、その計測したTOF時間を距離測定部3に出力する。そして、距離測定部3は、時間計測部5からTOF時間を入力すると、その入力したTOF時間に基づいて距離情報を演算し、その演算した距離情報を制御部2に出力する。   When receiving the distance measurement start signal from the distance measuring unit 3, the light emitting unit 6 emits (irradiates) irradiation light. When receiving the distance measurement start signal from the distance measuring unit 3, the light receiving unit 7 waits for light reception (incident) and receives reflected light reflected by the object or disturbance light such as sunlight (background). When light reception is detected, a light reception signal corresponding to the light reception intensity (light reception level) is output to the time measurement unit 5. When the time measurement unit 5 inputs a distance measurement start signal from the distance measurement unit 3, the time measurement unit 5 waits for input of the light reception signal from the light reception unit 7, and when the light reception signal is input from the light reception unit 7, timing when the distance measurement start signal is input. The optical flight time (TOF time) is measured based on the time difference from when the received light signal is input to the time when the received light signal is input, and the measured TOF time is output to the distance measuring unit 3. Then, when the TOF time is input from the time measuring unit 5, the distance measuring unit 3 calculates distance information based on the input TOF time, and outputs the calculated distance information to the control unit 2.

レーダー装置1は、測距動作モードにより動作しているときには、図6に示すように、測距動作処理を行う。レーダー装置1は、測距動作モードによる動作を開始すると、測距動作のスタンバイ(測距動作を行うのに必要な事前処理)を開始する(S1)。レーダー装置1は、測距動作のスタンバイを正常に終了すると、発光部6からの照射光の発光を行う(S2)。レーダー装置1は、光の受光に応答して受光信号が受光部7から時間計測部5に入力されると、TOF時間を時間計測部5により計測し(S3)、その計測したTOF時間が時間計測部5から距離測定部3に入力されると、TOF時間毎の出力回数を距離測定部3により累積する(S4)。レーダー装置1は、予め規定されている規定時間(受光動作の時間)が経過したか否かを制御部2により判定し(S5)、規定時間が経過していないと判定すると(S5:NO)、上記したステップS3に戻り、ステップS3以降を繰り返して行う。   When the radar apparatus 1 is operating in the ranging operation mode, as shown in FIG. 6, the radar apparatus 1 performs a ranging operation process. When the radar apparatus 1 starts the operation in the distance measurement operation mode, the radar apparatus 1 starts standby of the distance measurement operation (pre-processing necessary for performing the distance measurement operation) (S1). When the radar apparatus 1 normally finishes the standby of the distance measuring operation, the radar apparatus 1 emits the irradiation light from the light emitting unit 6 (S2). When the light receiving signal is input from the light receiving unit 7 to the time measuring unit 5 in response to light reception, the radar device 1 measures the TOF time by the time measuring unit 5 (S3), and the measured TOF time is timed. When input from the measuring unit 5 to the distance measuring unit 3, the distance measuring unit 3 accumulates the number of outputs per TOF time (S4). The radar apparatus 1 determines whether or not a predetermined time (light receiving operation time) specified in advance has elapsed (S5), and determines that the specified time has not elapsed (S5: NO). Then, the process returns to the above-described step S3, and step S3 and subsequent steps are repeated.

レーダー装置1は、規定時間が経過したと判定すると(S5:YES)、予め規定されている規定回数の繰り返し(受光動作の繰り返し)を終了したか否かを制御部2により判定し(S6)、規定回数の繰り返しを終了していないと判定すると(S6:NO)、上記したステップS2に戻り、ステップS2以降を繰り返して行う。そして、レーダー装置1は、規定回数の繰り返しを終了したと判定すると(S6:YES)、TOF時間毎の出力回数の累積結果に基づいて距離情報を距離測定部3により演算し(S7)、測距動作モードによる動作を終了する。   When the radar device 1 determines that the specified time has elapsed (S5: YES), the control unit 2 determines whether or not the predetermined number of repetitions (repetition of the light receiving operation) has been completed (S6). If it is determined that the specified number of repetitions has not been completed (S6: NO), the process returns to step S2 described above, and steps S2 and after are repeated. When the radar device 1 determines that the repetition of the specified number of times has been completed (S6: YES), the distance measurement unit 3 calculates the distance information based on the accumulated result of the number of outputs for each TOF time (S7), and the measurement is performed. The operation in the distance operation mode is terminated.

一方、図7に示すように、制御部2は、遅延測定動作モードを選択しているときには、遅延測定指示信号を遅延測定部4に出力する。遅延測定部4は、制御部2から遅延測定指示信号を入力すると、遅延測定開始信号を受光部7及び時間計測部5に出力し、受光部7及び時間計測部5による遅延測定動作を制御する。又、遅延測定部4は、時間計測部5から遅延時間(画素から時間計測部5までの遅延時間)を入力すると、その入力した遅延時間に基づいて遅延補正情報を演算し、その演算した遅延補正情報を制御部2に出力する。   On the other hand, as shown in FIG. 7, the control unit 2 outputs a delay measurement instruction signal to the delay measurement unit 4 when the delay measurement operation mode is selected. When the delay measurement instruction signal is input from the control unit 2, the delay measurement unit 4 outputs a delay measurement start signal to the light receiving unit 7 and the time measuring unit 5, and controls the delay measurement operation by the light receiving unit 7 and the time measuring unit 5. . When the delay measuring unit 4 inputs a delay time (delay time from the pixel to the time measuring unit 5) from the time measuring unit 5, the delay measuring unit 4 calculates delay correction information based on the input delay time, and calculates the calculated delay. The correction information is output to the control unit 2.

レーダー装置1は、遅延測定動作モードにより動作しているときには、図8に示すように、遅延測定動作処理を行う。レーダー装置1は、遅延測定動作モードによる動作を開始すると、遅延測定動作のスタンバイ(遅延測定動作を行うのに必要な事前処理)を開始する(S11)。レーダー装置1は、遅延測定動作のスタンバイを正常に終了し、遅延測定信号が受光部7から時間計測部5に入力されると、遅延時間を時間計測部5により計測し(S12)、その計測した遅延時間が時間計測部5から遅延測定部4に入力されると、遅延補正情報を遅延測定部4により演算し(S13)、遅延測定動作モードによる動作を終了する。   When the radar apparatus 1 is operating in the delay measurement operation mode, the radar apparatus 1 performs a delay measurement operation process as shown in FIG. When the radar apparatus 1 starts the operation in the delay measurement operation mode, the radar apparatus 1 starts standby of the delay measurement operation (pre-processing necessary for performing the delay measurement operation) (S11). When the radar apparatus 1 normally ends standby for the delay measurement operation and a delay measurement signal is input from the light receiving unit 7 to the time measurement unit 5, the radar device 1 measures the delay time by the time measurement unit 5 (S12). When the delay time is input from the time measurement unit 5 to the delay measurement unit 4, the delay correction information is calculated by the delay measurement unit 4 (S13), and the operation in the delay measurement operation mode is terminated.

制御部2は、このようにして測距動作モードを選択しているときに距離測定部3から入力した距離情報と、遅延測定動作モードを選択しているときに遅延測定部4から入力した遅延補正情報とに基づいて自装置から車両周囲の物体までの距離測定を行う。   In this way, the control unit 2 receives the distance information input from the distance measurement unit 3 when the distance measurement operation mode is selected and the delay input from the delay measurement unit 4 when the delay measurement operation mode is selected. Based on the correction information, the distance from the device to an object around the vehicle is measured.

以下、レーダー装置1が測距動作モードによる動作と遅延測定動作モードによる動作とを切り替えて行う構成について説明する。受光部7は、図9に示すように、水平方向及び鉛直方向にそれぞれ1つ以上の画素14が配列され、複数の画素14が二次元行列状(図9の例示では6×4)に配列されて構成されている。   Hereinafter, a configuration in which the radar apparatus 1 performs switching between the operation in the ranging operation mode and the operation in the delay measurement operation mode will be described. As shown in FIG. 9, the light receiving unit 7 includes one or more pixels 14 arranged in the horizontal direction and the vertical direction, and a plurality of pixels 14 arranged in a two-dimensional matrix (6 × 4 in the example of FIG. 9). Has been configured.

複数の画素14は、その列毎に選択制御線15を介して遅延測定部4と接続されている。遅延測定部4は、動作セレクト信号を選択制御線15を介して各画素14に出力することで、各画素14の動作を測距動作と遅延測定動作との間で切り替え、遅延測定開始信号を選択制御線15を介して各画素14に出力することで遅延測定を行う。遅延測定部4は、遅延測定開始信号及び動作セレクト信号を各画素14に出力することに対応し、遅延測定開始信号及び動作セレクト信号を時間計測部5にも出力する。   The plurality of pixels 14 are connected to the delay measurement unit 4 via the selection control line 15 for each column. The delay measurement unit 4 outputs the operation select signal to each pixel 14 via the selection control line 15 to switch the operation of each pixel 14 between the distance measurement operation and the delay measurement operation, and to generate a delay measurement start signal. Delay measurement is performed by outputting to each pixel 14 via the selection control line 15. The delay measurement unit 4 outputs the delay measurement start signal and the operation select signal to the time measurement unit 5 in response to outputting the delay measurement start signal and the operation select signal to each pixel 14.

又、複数の画素14は、その行毎に信号出力線16を介して時間計測部5と接続されている。時間計測部5は、レーダー装置1が測距動作モードにより動作しているときには各画素14からの画素出力信号として受光信号を信号出力線16を介して入力し、レーダー装置1が遅延測定動作モードにより動作しているときには各画素14からの画素出力信号として遅延測定信号を信号出力線16を介して入力する。   The plurality of pixels 14 are connected to the time measuring unit 5 via signal output lines 16 for each row. When the radar device 1 is operating in the distance measurement operation mode, the time measurement unit 5 inputs a light reception signal as a pixel output signal from each pixel 14 via the signal output line 16, and the radar device 1 is in the delay measurement operation mode. When the operation is performed, a delay measurement signal is input through the signal output line 16 as a pixel output signal from each pixel 14.

各画素14は、図10に示すように、光の受光に応答する受光素子としてのSPAD(Single Photon Avalanche Diode)17と、遅延測定部4から遅延測定開始信号を入力する遅延測定回路18と、SPAD17から入力した信号と遅延測定回路18から入力した信号とを選択的に切り替えて出力する動作セレクタ19と、動作セレクタ19から入力した信号を画素出力信号として出力する読み出し回路20とを有する。   As shown in FIG. 10, each pixel 14 includes a SPAD (Single Photon Avalanche Diode) 17 as a light receiving element that responds to light reception, a delay measurement circuit 18 that inputs a delay measurement start signal from the delay measurement unit 4, An operation selector 19 that selectively switches and outputs a signal input from the SPAD 17 and a signal input from the delay measurement circuit 18, and a readout circuit 20 that outputs the signal input from the operation selector 19 as a pixel output signal.

SPAD17は、そのアノードとカソードとの間に降伏電圧(ブレークダウン電圧)VBR以上の逆バイアス電圧が印加されてガイガーモードで動作するアバランシェフォトダイオードであり、単一光子の受光を検出可能である。尚、図10の例示では、1つの画素14が1つのSPAD17を有する構成であるが、1つの画素14が複数(例えば4個)のSPAD17を有する構成でも良い。その場合、複数のSPAD17に対して複数(SPAD17と同数)の遅延測定回路18が個別に設けられる構成でも良いし、複数のSPAD17に対して1個の遅延測定回路18が共通して設けられる構成でも良い。このように1つの画素14が複数のSPAD17を有する構成では、複数のSPAD17のうち幾つかのSPAD17に反射光が同時に受光されたことを、画素14に反射光が受光されたという検出方法を採用することができる。即ち、このような検出方法を採用することで、複数のSPAD17が同時に誤検出する可能性が極めて低くなり、画素14の誤検出を低減することができる。 The SPAD 17 is an avalanche photodiode that operates in a Geiger mode by applying a reverse bias voltage equal to or higher than a breakdown voltage (breakdown voltage) V BR between its anode and cathode, and can detect light reception of a single photon. . In the example of FIG. 10, one pixel 14 has one SPAD 17, but one pixel 14 may have a plurality of (for example, four) SPADs 17. In that case, a configuration in which a plurality of (same as the number of SPAD 17) delay measurement circuits 18 are individually provided for the plurality of SPADs 17 or a configuration in which one delay measurement circuit 18 is provided in common for the plurality of SPADs 17 is possible. But it ’s okay. As described above, in a configuration in which one pixel 14 has a plurality of SPADs 17, a detection method is adopted in which reflected light is simultaneously received by some SPADs 17 among the plurality of SPADs 17. can do. That is, by adopting such a detection method, the possibility that a plurality of SPADs 17 erroneously detect at the same time becomes extremely low, and the erroneous detection of the pixels 14 can be reduced.

次に、画素14の電気的に構成について説明する。ここでは、
(1)動作セレクタ19が動作セレクト信号の入力に連動して出力を切り替える構成
(2)動作セレクタ19が遅延測定開始信号の入力に連動して出力を切り替える構成
について説明する。
Next, the electrical configuration of the pixel 14 will be described. here,
(1) Configuration in which operation selector 19 switches output in conjunction with input of operation select signal (2) Configuration in which operation selector 19 switches output in conjunction with input of delay measurement start signal will be described.

図11は、動作セレクタ19が動作セレクト信号の入力に連動して出力を切り替える構成を採用した画素14の電気回路図を示す。遅延測定回路18は、インバータ21を有する。SPAD17のカソードは電源電圧VDD2に接続されており、SPAD17のアノードはクエンチ抵抗22を介して接地されている。クエンチ抵抗22は、SPAD17のアノードとカソードとの間に降伏電圧VBR以上の逆バイアス電圧VSPADが印加されている状態で光子が入射すると、アバランシェ電流が発生し、このアバランシェ電流は一度発生すると流れ続けるので、逆バイアス電圧VSPADを降伏電圧VBR以下まで低下させてアバランシェ電流を止めるように作用する。尚、抵抗の代わりにMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用いても良い。SPAD17のアノードとクエンチ抵抗22との接続点はインバータ23を介して動作セレクタ19の第1の入力端子に接続されている。 FIG. 11 is an electric circuit diagram of the pixel 14 adopting a configuration in which the operation selector 19 switches the output in conjunction with the input of the operation select signal. The delay measurement circuit 18 includes an inverter 21. The cathode of SPAD 17 is connected to power supply voltage V DD2 , and the anode of SPAD 17 is grounded via quench resistor 22. The quench resistor 22 generates an avalanche current when a photon is incident while a reverse bias voltage V SPAD equal to or higher than the breakdown voltage V BR is applied between the anode and the cathode of the SPAD 17, and once this avalanche current is generated. Since it continues to flow, the reverse bias voltage V SPAD is lowered to the breakdown voltage V BR or less to act to stop the avalanche current. A MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) may be used instead of the resistor. A connection point between the anode of the SPAD 17 and the quench resistor 22 is connected to the first input terminal of the operation selector 19 via the inverter 23.

遅延測定回路18を構成するインバータ21の出力端子は動作セレクタ19の第2の入力端子に接続されている。読み出し回路20は、Pチャネル型MOSFET(P型トランジスタ)26とNチャネル型MOSFET(N型トランジスタ)27とを有する。P型トランジスタ26は、そのドレインが電源電圧VDD1に接続され、そのソースがN型トランジスタ27のドレインに接続されている。N型トランジスタ27は、そのドレインがP型トランジスタ26のソースに接続され、そのソースが接地されている。上記した動作セレクタ19の出力端子は、P型トランジスタ26のゲートとN型トランジスタ27のゲートとの接続点に接続されている。又、P型トランジスタ26のソースとN型トランジスタ27のドレインとの接続点は画素14の出力端子とされている。 The output terminal of the inverter 21 constituting the delay measurement circuit 18 is connected to the second input terminal of the operation selector 19. The read circuit 20 includes a P-channel MOSFET (P-type transistor) 26 and an N-channel MOSFET (N-type transistor) 27. The drain of the P-type transistor 26 is connected to the power supply voltage V DD1 and the source thereof is connected to the drain of the N-type transistor 27. The N-type transistor 27 has its drain connected to the source of the P-type transistor 26 and its source grounded. The output terminal of the operation selector 19 is connected to a connection point between the gate of the P-type transistor 26 and the gate of the N-type transistor 27. A connection point between the source of the P-type transistor 26 and the drain of the N-type transistor 27 is an output terminal of the pixel 14.

上記した構成の画素14は、図12に示すように動作する。動作セレクタ19は、動作セレクト信号(VEN)がロウレベルの状態では第1の入力端子に入力される信号を出力可能な状態になり、SPAD17の応答に応じて信号(VS1)を第1の入力端子に入力すると、その入力した信号(VS1)を読み出し回路20に出力する。その結果、画素14は、画素出力信号(VOUT)としてSPAD17の応答に応じた受光信号を読み出し回路20から出力する(図12中t1参照)。一方、動作セレクタ19は、動作セレクト信号(VEN)がハイレベルの状態では第2の入力端子に入力される信号を出力可能な状態になり、遅延測定開始信号(VTEST)をパルス信号として第2の入力端子に入力すると、その入力した遅延測定開始信号(VTEST)を読み出し回路20に出力する。その結果、画素14は、画素出力信号(VOUT)としてSPAD17の応答に応じた受光信号に類似した信号を読み出し回路20から出力する(図12中t2参照)。 The pixel 14 configured as described above operates as shown in FIG. The operation selector 19 is in a state capable of outputting a signal input to the first input terminal when the operation select signal (V EN ) is at a low level, and the signal (V S1 ) is output to the first signal according to the response of the SPAD 17. When input to the input terminal, the input signal (V S1 ) is output to the reading circuit 20. As a result, the pixel 14 outputs a light reception signal corresponding to the response of the SPAD 17 as a pixel output signal (V OUT ) from the readout circuit 20 (see t1 in FIG. 12). On the other hand, the operation selector 19 is in a state capable of outputting a signal input to the second input terminal when the operation select signal (V EN ) is at a high level, and uses the delay measurement start signal (V TEST ) as a pulse signal. When input to the second input terminal, the input delay measurement start signal (V TEST ) is output to the readout circuit 20. As a result, the pixel 14 outputs a signal similar to the light reception signal corresponding to the response of the SPAD 17 from the readout circuit 20 as the pixel output signal (V OUT ) (see t2 in FIG. 12).

図13は、動作セレクタ19が遅延測定開始信号の入力に連動して出力を切り替える構成を採用した画素14の電気回路図を示す。遅延測定回路18は、第1の信号遅延時間(td1)が設定されている第1の遅延測定回路31と、第2の信号遅延時間(td2)が設定されている第2の遅延回路32と、インバータ33と、D型フリップフロップ回路34とを有する。第1の信号遅延時間(td1)は第2の信号遅延時間(td2)よりも長く設定されている。第2の遅延回路32の出力端子はインバータ33を介して動作セレクタ19の第2の入力端子に接続されている。D型フリップフロップ回路34は、その入力端子Dが電源電圧VDD1に接続され、その出力端子Qが動作セレクタ19に接続されていると共に第1の遅延回路31を介して自身のリセット端子に接続されている。即ち、遅延測定回路18は、遅延測定開始信号(VTEST)の入力に応じて動作セレクト信号(VEN)を動作セレクタ19に入力させる。 FIG. 13 shows an electric circuit diagram of the pixel 14 adopting a configuration in which the operation selector 19 switches the output in conjunction with the input of the delay measurement start signal. The delay measurement circuit 18 includes a first delay measurement circuit 31 in which a first signal delay time (td1) is set, and a second delay circuit 32 in which a second signal delay time (td2) is set. And an inverter 33 and a D-type flip-flop circuit 34. The first signal delay time (td1) is set longer than the second signal delay time (td2). The output terminal of the second delay circuit 32 is connected to the second input terminal of the operation selector 19 via the inverter 33. The D-type flip-flop circuit 34 has its input terminal D connected to the power supply voltage V DD1 , its output terminal Q connected to the operation selector 19, and connected to its own reset terminal via the first delay circuit 31. Has been. That is, the delay measurement circuit 18 causes the operation selector 19 to input the operation select signal (V EN ) in response to the input of the delay measurement start signal (V TEST ).

上記した構成の画素14は、図14に示すように動作する。動作セレクタ19は、動作セレクト信号(VEN)がロウレベルの状態では第1の入力端子に入力される信号を出力可能な状態になり、SPAD17の応答に応じて信号(VS1)を第1の入力端子に入力すると、その入力した信号(VS1)を読み出し回路20に出力する。その結果、画素14は、画素出力信号(VOUT)としてSPAD17の応答に応じた受光信号(VOUT)を読み出し回路20から出力する(図14中t11参照)。一方、動作セレクタ19は、動作セレクト信号(VEN)がロウレベルの状態で遅延測定開始信号(VTEST)が遅延測定回路18に入力されると、動作セレクト信号(VEN)がロウレベルからハイレベルに変化することで、第2の入力端子に入力される信号を出力可能な状態になり、遅延測定開始信号をパルス信号として第2の入力端子に入力すると、その入力した遅延測定信号(VTEST)を読み出し回路20に出力する。その結果、画素14は、画素出力信号(VOUT)としてSPAD17の応答に応じた受光信号に類似した信号を読み出し回路20から出力する(図14中t12参照)。その後、動作セレクト信号(VEN)がロウレベルからハイレベルに変化してから一定時間(第1の遅延回路31の信号遅延時間(td1))が経過すると、動作セレクト信号(VEN)がハイレベルからロウレベルに変化し、遅延測定開始信号(VTEST)が遅延測定回路18に入力される前の状態に戻る(図14中t13参照)。尚、動作セレクタ19が遅延測定開始信号の入力に連動して出力を切り替える構成では、動作セレクタ19が動作セレクト信号の入力に連動して出力を切り替える構成と比較すると、動作セレクト信号を伝播させる配線が不要となる利点があり、その分、画素14内での受光面積(開口率)を多く確保することできる。 The pixel 14 having the above-described configuration operates as shown in FIG. The operation selector 19 is in a state capable of outputting a signal input to the first input terminal when the operation select signal (V EN ) is at a low level, and the signal (V S1 ) is output to the first signal according to the response of the SPAD 17. When input to the input terminal, the input signal (V S1 ) is output to the reading circuit 20. As a result, the pixel 14 outputs a light reception signal (V OUT ) corresponding to the response of the SPAD 17 as a pixel output signal (V OUT ) from the readout circuit 20 (see t11 in FIG. 14). On the other hand, when the operation select signal (V EN ) is low level and the delay measurement start signal (V TEST ) is input to the delay measurement circuit 18, the operation selector 19 changes the operation select signal (V EN ) from low level to high level. By changing to, the signal input to the second input terminal can be output, and when the delay measurement start signal is input to the second input terminal as a pulse signal, the input delay measurement signal (V TEST ) To the readout circuit 20. As a result, the pixel 14 outputs a signal similar to the light reception signal corresponding to the response of the SPAD 17 from the readout circuit 20 as the pixel output signal (V OUT ) (see t12 in FIG. 14). Thereafter, when a certain time (the signal delay time (td1) of the first delay circuit 31) elapses after the operation select signal (V EN ) changes from the low level to the high level, the operation select signal (V EN ) becomes the high level. Changes to the low level and returns to the state before the delay measurement start signal (V TEST ) is input to the delay measurement circuit 18 (see t13 in FIG. 14). In the configuration in which the operation selector 19 switches the output in conjunction with the input of the delay measurement start signal, the wiring for propagating the operation select signal is different from the configuration in which the operation selector 19 switches the output in conjunction with the input of the operation select signal. Therefore, a large light receiving area (aperture ratio) in the pixel 14 can be secured.

次に、時間計測部5の構成について説明する。時間計測部5は、2信号の入力タイミングの時間差をデジタル信号として出力し、測距動作と遅延測定動作とを略共通の回路で行う。時間計測部5は、動作制御信号を入力することで、計測結果の出力先を距離測定部3と遅延測定部4との間で切り替える。時間計測部5は、図15に示すように、PLL(Phase Locked Loop)41と、TDC(Time to Digital Converter)42と、計測制御回路43とを有する。PLL41は、時間基準クロックを生成し、その生成した時間基準クロックをTDC42に出力する。TDC42は、PLL41から入力した時間基準クロックを利用し、2信号の入力タイミングの時間差をデジタル信号として計測制御回路43に出力する。   Next, the configuration of the time measuring unit 5 will be described. The time measurement unit 5 outputs a time difference between the input timings of the two signals as a digital signal, and performs a distance measurement operation and a delay measurement operation with a substantially common circuit. The time measuring unit 5 switches the output destination of the measurement result between the distance measuring unit 3 and the delay measuring unit 4 by inputting the operation control signal. As shown in FIG. 15, the time measuring unit 5 includes a PLL (Phase Locked Loop) 41, a TDC (Time to Digital Converter) 42, and a measurement control circuit 43. The PLL 41 generates a time reference clock and outputs the generated time reference clock to the TDC 42. The TDC 42 uses the time reference clock input from the PLL 41 and outputs the time difference between the input timings of the two signals to the measurement control circuit 43 as a digital signal.

計測制御回路43は、レーダー装置1が測距動作モードにより動作しているときには、図16(a)に示すように、測距開始信号を入力したタイミングから画素出力信号(受光信号)を入力したタイミングまでの時間差(図16中t21〜t22)をTOF時間として計測し、その計測したTOF時間を距離測定部3に出力する。一方、計測制御回路43は、レーダー装置1が遅延測定動作モードにより動作しているときには、図16(b)に示すように、遅延測定開始信号を入力したタイミングから画素出力信号(遅延測定信号)を入力したタイミングまでの時間差(図16中t31〜t32)を画素14から時間計測部5までの遅延時間として計測し、その計測した遅延時間を遅延測定部4に出力する。   When the radar apparatus 1 is operating in the ranging operation mode, the measurement control circuit 43 receives the pixel output signal (light reception signal) from the timing at which the ranging start signal is input, as shown in FIG. The time difference until the timing (t21 to t22 in FIG. 16) is measured as the TOF time, and the measured TOF time is output to the distance measuring unit 3. On the other hand, when the radar apparatus 1 is operating in the delay measurement operation mode, the measurement control circuit 43 receives the pixel output signal (delay measurement signal) from the timing when the delay measurement start signal is input, as shown in FIG. 16 is measured as a delay time from the pixel 14 to the time measuring unit 5, and the measured delay time is output to the delay measuring unit 4.

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。レーダー装置1において、遅延測定開始信号の入力に応じて遅延測定信号を出力する遅延測定回路18を設けたので、遅延測定回路18から出力される遅延測定信号を用いることで、画素14が光を受光したタイミングから時間計測部5が受光信号を入力したタイミングまでの時間差を受光側の遅延時間として測定することができる。例えば受光側の遅延時間に基づいて距離情報を補正することで、自装置から車両周囲の物体までの距離測定の精度を高めることができる。又、例えば故障の判定基準となる基準時間が予め設定されていれば、受光側の遅延時間が基準時間よりも長いと判定することで、故障の発生を特定することができる。   As described above, according to the first embodiment, the following operational effects can be obtained. Since the radar apparatus 1 includes the delay measurement circuit 18 that outputs the delay measurement signal in response to the input of the delay measurement start signal, the pixel 14 emits light by using the delay measurement signal output from the delay measurement circuit 18. The time difference from the timing of receiving light to the timing at which the time measuring unit 5 inputs the light receiving signal can be measured as the delay time on the light receiving side. For example, by correcting the distance information based on the delay time on the light receiving side, it is possible to improve the accuracy of distance measurement from the own device to an object around the vehicle. For example, if a reference time serving as a failure determination criterion is set in advance, the occurrence of a failure can be specified by determining that the delay time on the light receiving side is longer than the reference time.

(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から図25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の実施形態により計測する画素14から時間計測部5までの遅延時間には、図17に示すように、遅延測定部4から各画素14まで伝播する遅延測定信号の遅延時間が含まれる。この点に関し、第2の実施形態は、画素が遅延測定フィードバック(FB)信号を出力することで、遅延測定信号の遅延時間による影響を解消する点で第1の実施形態とは異なる。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, description is abbreviate | omitted about the same part as above-mentioned 1st Embodiment, and a different part is demonstrated. The delay time from the pixel 14 to the time measurement unit 5 measured according to the first embodiment includes the delay time of the delay measurement signal propagated from the delay measurement unit 4 to each pixel 14 as shown in FIG. In this regard, the second embodiment differs from the first embodiment in that the pixel outputs a delay measurement feedback (FB) signal to eliminate the influence of the delay time of the delay measurement signal.

第2の実施形態は、図18に示すように、第1の実施形態で説明した受光部7に代えて受光部51が設けられている。受光部51は、水平方向及び鉛直方向にそれぞれ1つ以上の画素52が配列され、複数の画素52が二次元行列状に配列されて構成されている。複数の画素52は、その列毎に選択制御線53を介して遅延測定部4と接続されている。遅延測定部4は、動作セレクト信号を選択制御線53を介して各画素52に出力することで、各画素52の動作を測距動作と遅延測定動作との間で切り替え、遅延測定開始信号を選択制御線53を介して各画素52に出力することで遅延測定を行う。又、複数の画素52は、その列毎にFB信号出力線54を介して遅延測定部4と接続されている。遅延測定部4は、遅延測定開始信号及び動作セレクト信号を各画素52に出力することに対応し、遅延測定開始信号及び動作セレクト信号を時間計測部5に出力し、各画素52から遅延測定FB信号を入力することに対応し、遅延測定FB信号を時間計測部5に出力する。   In the second embodiment, as shown in FIG. 18, a light receiving unit 51 is provided instead of the light receiving unit 7 described in the first embodiment. The light receiving unit 51 includes one or more pixels 52 arranged in the horizontal direction and the vertical direction, and a plurality of pixels 52 arranged in a two-dimensional matrix. The plurality of pixels 52 are connected to the delay measurement unit 4 via the selection control line 53 for each column. The delay measurement unit 4 outputs the operation select signal to each pixel 52 via the selection control line 53, thereby switching the operation of each pixel 52 between the distance measurement operation and the delay measurement operation, and a delay measurement start signal. Delay measurement is performed by outputting to each pixel 52 via the selection control line 53. The plurality of pixels 52 are connected to the delay measuring unit 4 via the FB signal output line 54 for each column. In response to outputting the delay measurement start signal and the operation select signal to each pixel 52, the delay measurement unit 4 outputs the delay measurement start signal and the operation select signal to the time measurement unit 5 and outputs the delay measurement FB from each pixel 52. In response to inputting a signal, the delay measurement FB signal is output to the time measurement unit 5.

又、複数の画素52は、その行毎に信号出力線55を介して時間計測部5と接続されている。時間計測部5は、レーダー装置1が測距動作モードにより動作しているときには各画素52からの画素出力信号として受光信号を信号出力線55を介して入力し、レーダー装置1が遅延測定動作モードにより動作しているときには各画素52からの画素出力信号として遅延測定信号を信号出力線55を介して入力する。   The plurality of pixels 52 are connected to the time measuring unit 5 via signal output lines 55 for each row. When the radar device 1 is operating in the ranging operation mode, the time measuring unit 5 inputs a light reception signal as a pixel output signal from each pixel 52 via the signal output line 55, and the radar device 1 is in the delay measurement operation mode. When the operation is performed, a delay measurement signal is input via the signal output line 55 as a pixel output signal from each pixel 52.

画素52は、図19に示すように、第1の実施形態で説明したSPAD17と、遅延測定回路18と、動作セレクタ19と、読み出し回路20とを有すると共に、遅延測定FB回路56を有する。遅延測定FB回路56を有する画素52では、遅延測定開始信号が遅延測定部4から出力されて各画素52に入力されるまでの遅延時間と、遅延測定FB信号が各画素52から出力されて遅延測定部4に入力されるまでの遅延時間との時間差が所定値以下となるように設計(レイアウト)されていることが望ましい。又、画素52では、遅延測定開始信号が遅延測定部4から出力されて時間計測部5に入力されるまでの遅延時間が、遅延測定開始信号が遅延測定部4から出力されて各画素52に入力されるまでの遅延時間及び遅延測定FB信号が各画素52から出力されて時間計測部5に入力されるまでの遅延時間のうちの少なくとも一方の遅延時間以下となるように設計されている(レイアウト)されていることが望ましい。   As illustrated in FIG. 19, the pixel 52 includes the SPAD 17 described in the first embodiment, the delay measurement circuit 18, the operation selector 19, and the readout circuit 20, and also includes a delay measurement FB circuit 56. In the pixel 52 having the delay measurement FB circuit 56, the delay time until the delay measurement start signal is output from the delay measurement unit 4 and input to each pixel 52, and the delay measurement FB signal is output from each pixel 52 and delayed. It is desirable to design (lay out) the time difference from the delay time until it is input to the measurement unit 4 to be a predetermined value or less. In the pixel 52, the delay time from when the delay measurement start signal is output from the delay measurement unit 4 to when it is input to the time measurement unit 5, the delay measurement start signal is output from the delay measurement unit 4 to each pixel 52. The delay time until input and the delay measurement FB signal are designed to be equal to or shorter than at least one of the delay times from the output from each pixel 52 to the time measurement unit 5 ( Layout) is desirable.

次に、画素52の電気的に構成について説明する。ここでは、
(1)遅延測定開始信号と遅延測定FB信号とを別々の配線とする構成
(2)遅延測定開始信号と遅延測定FB信号とを同一の配線とする構成
について説明する。
Next, the electrical configuration of the pixel 52 will be described. here,
(1) Configuration in which delay measurement start signal and delay measurement FB signal are separate wirings (2) Configuration in which delay measurement start signal and delay measurement FB signal are the same wiring will be described.

(1)遅延測定開始信号と遅延測定FB信号とを別々の配線とする構成
図20は、遅延測定開始信号と遅延測定FB信号とを別々の配線とする構成とした画素51の電気回路図を示す。遅延測定FB回路56は、インバータ61を有する。インバータ61の入力端子は遅延測定回路18のインバータ25の出力端子に接続されている。
(1) Configuration in which Delay Measurement Start Signal and Delay Measurement FB Signal are Separated Wirings FIG. 20 is an electric circuit diagram of the pixel 51 having a configuration in which the delay measurement start signal and the delay measurement FB signal are separately wired. Show. The delay measurement FB circuit 56 includes an inverter 61. The input terminal of the inverter 61 is connected to the output terminal of the inverter 25 of the delay measurement circuit 18.

上記した構成の画素52は、図21に示すように動作する。動作セレクタ19は、動作セレクト信号(VEN)がロウレベルの状態では第1の入力端子から入力する信号を出力可能な状態になり、SPAD17の応答に応じて信号(VS1)を第1の入力端子に入力すると、その入力した信号(VS1)を読み出し回路20に出力する。その結果、画素52は、画素出力信号(VOUT)としてSPAD17の応答に応じた受光信号を読み出し回路20から出力する(図21中t41参照)。一方、動作セレクタ19は、動作セレクト信号(VEN)がハイレベルの状態では第2の入力端子から入力する信号を出力可能な状態になり、遅延測定開始信号(VTEST)をパルス信号として第2の入力端子に入力すると、その入力した遅延測定開始信号(VTEST)を読み出し回路20に出力する。その結果、画素52は、画素出力信号(VOUT)としてSPAD17の応答に応じた受光信号に類似した信号(VOUT)を読み出し回路20から出力する(図21中t42参照)。又、遅延測定開始信号(VTEST)が遅延測定回路18から動作セレクタ19に入力されることに伴い、遅延測定FB回路56は、遅延測定FB信号(VDLY)を出力する。即ち、遅延測定部4が遅延測定開始信号(VTEST)を出力したタイミングから遅延測定FB信号(VDLY)を入力したタイミングまでの時間差には往復分の配線の遅延が影響するので、遅延測定部4は、その時間差を測定することで、遅延測定信号の遅延時間を測定する。 The pixel 52 configured as described above operates as shown in FIG. The operation selector 19 is capable of outputting a signal input from the first input terminal when the operation select signal (V EN ) is at a low level, and the signal (V S1 ) is input to the first input according to the response of the SPAD 17. When input to the terminal, the input signal (V S1 ) is output to the reading circuit 20. As a result, the pixel 52 outputs a light reception signal corresponding to the response of the SPAD 17 as a pixel output signal (V OUT ) from the readout circuit 20 (see t41 in FIG. 21). On the other hand, when the operation select signal (V EN ) is at a high level, the operation selector 19 can output a signal input from the second input terminal, and the delay measurement start signal (V TEST ) is used as a pulse signal. When input to the input terminal 2, the input delay measurement start signal (V TEST ) is output to the readout circuit 20. As a result, the pixel 52 outputs, as a pixel output signal (V OUT ), a signal (V OUT ) similar to the light reception signal corresponding to the response of the SPAD 17 from the readout circuit 20 (see t42 in FIG. 21). The delay measurement FB circuit 56 outputs a delay measurement FB signal (V DLY ) in response to the delay measurement start signal (V TEST ) being input from the delay measurement circuit 18 to the operation selector 19. That is, the delay of the round trip wiring influences the time difference from the timing when the delay measurement unit 4 outputs the delay measurement start signal (V TEST ) to the timing when the delay measurement FB signal (V DLY ) is input. The unit 4 measures the delay time of the delay measurement signal by measuring the time difference.

(2)遅延測定開始信号と遅延測定FB信号とを同一の配線とする構成
図22は、遅延測定開始信号と遅延測定FB信号とを同一の配線とする構成とした画素52の電気回路図を示す。遅延測定FB回路56は、遅延回路71と、インバータ72と、D型フリップフロップ回路73とを有する。D型フリップフロップ回路73は、その入力端子Dが電源電圧VDD1に接続され、その出力端子Qがインバータ72に接続されていると共に遅延回路71を介して自身のリセット端子に接続されている。
(2) Configuration in which delay measurement start signal and delay measurement FB signal are made the same wiring FIG. 22 is an electric circuit diagram of pixel 52 having a configuration in which the delay measurement start signal and the delay measurement FB signal are made the same wiring. Show. The delay measurement FB circuit 56 includes a delay circuit 71, an inverter 72, and a D-type flip-flop circuit 73. The D-type flip-flop circuit 73 has its input terminal D connected to the power supply voltage V DD1 , its output terminal Q connected to the inverter 72, and connected to its own reset terminal via the delay circuit 71.

上記した構成の画素52は、図23に示すように動作する。動作セレクタ19は、動作セレクト信号(VEN)がロウレベルの状態では第1の入力端子から入力する信号を出力可能な状態になり、SPAD17の応答に応じて信号(VS1)を第1の入力端子に入力すると、その入力した信号(VS1)を読み出し回路20に出力する。その結果、画素52は、画素出力信号(VOUT)としてSPAD17の応答に応じた受光信号を読み出し回路20から出力する(図23中t51参照)。一方、動作セレクタ19は、動作セレクト信号(VEN)がハイレベルの状態では第2の入力端子から入力する信号を出力可能な状態になり、遅延測定信号(VTEST)をパルス信号として第2の入力端子に入力すると、その入力した遅延測定信号(VTEST)を読み出し回路20に出力する。その結果、画素52は、画素出力信号(VOUT)としてSPAD17の応答に応じた受光信号に類似した信号を読み出し回路20から出力する(図23中t52参照)。その後、遅延測定FB回路56は、遅延測定信号(VTEST)を遅延測定FB信号として出力する(図23中t53参照)。即ち、画素52は、遅延測定信号と遅延測定FB信号とを同一の配線により出力する。 The pixel 52 configured as described above operates as shown in FIG. The operation selector 19 is capable of outputting a signal input from the first input terminal when the operation select signal (V EN ) is at a low level, and the signal (V S1 ) is input to the first input according to the response of the SPAD 17. When input to the terminal, the input signal (V S1 ) is output to the reading circuit 20. As a result, the pixel 52 outputs a light receiving signal corresponding to the response of the SPAD 17 as a pixel output signal (V OUT ) from the readout circuit 20 (see t51 in FIG. 23). On the other hand, when the operation select signal (V EN ) is at a high level, the operation selector 19 can output a signal input from the second input terminal, and the second operation measurement signal (V TEST ) is used as a pulse signal. The input delay measurement signal (V TEST ) is output to the readout circuit 20. As a result, the pixel 52 outputs a signal similar to the light reception signal corresponding to the response of the SPAD 17 from the readout circuit 20 as the pixel output signal (V OUT ) (see t52 in FIG. 23). Thereafter, the delay measurement FB circuit 56 outputs the delay measurement signal (V TEST ) as a delay measurement FB signal (see t53 in FIG. 23). That is, the pixel 52 outputs the delay measurement signal and the delay measurement FB signal through the same wiring.

次に、時間計測部5の構成について説明する。時間計測部5は、図24に示すように、遅延測定FB信号を入力する点が第1の実施形態と異なる。計測制御回路43は、レーダー装置1が測距動作モードにより動作しているときには、図25(a)に示すように、第1の実施形態で説明した図15(a)と同様に、測距開始信号を入力したタイミングと画素出力信号(受光信号)を入力したタイミングとの時間差(図25中t61〜t62)をTOF時間として計測し、その計測したTOF時間を距離測定部3に出力する。一方、計測制御回路43は、レーダー装置1が遅延測定動作モードにより動作しているときには、図25(b)に示すように、遅延測定開始信号を入力したタイミングから遅延測定FB信号を入力したタイミングまでの半分の時間に相当したタイミングを特定し、遅延測定開始信号を入力したタイミングから当該特定したタイミングまでの時間差(図25中t71〜t72)を遅延測定信号の遅延時間として計測し、その特定したタイミングから画素出力信号(遅延測定信号)を入力したタイミングまでの時間差(図25中t72〜t73)を画素52から時間計測部5までの遅延時間として計測し、その計測した遅延時間を遅延測定部4に出力する。尚、遅延測定指示信号と遅延測定FB信号とを同一の配線とする構成では、遅延測定指示信号と遅延測定FB信号とを別々の配線とする構成と比較すると、配線を低減する利点があり、その分、画素52内での受光面積(開口率)を多く確保することできる。   Next, the configuration of the time measuring unit 5 will be described. As shown in FIG. 24, the time measurement unit 5 is different from the first embodiment in that a delay measurement FB signal is input. When the radar apparatus 1 is operating in the ranging operation mode, the measurement control circuit 43 performs ranging as in FIG. 15A described in the first embodiment, as shown in FIG. The time difference (t61 to t62 in FIG. 25) between the timing at which the start signal is input and the timing at which the pixel output signal (light reception signal) is input is measured as the TOF time, and the measured TOF time is output to the distance measuring unit 3. On the other hand, when the radar apparatus 1 is operating in the delay measurement operation mode, the measurement control circuit 43 receives the delay measurement FB signal from the timing when the delay measurement start signal is input, as shown in FIG. The timing corresponding to half of the time is specified, and the time difference (t71 to t72 in FIG. 25) from the timing when the delay measurement start signal is input to the specified timing is measured as the delay time of the delay measurement signal, and the specification is performed. The time difference (t72 to t73 in FIG. 25) from the timing when the pixel output signal (delay measurement signal) is input is measured as the delay time from the pixel 52 to the time measurement unit 5, and the measured delay time is measured as a delay. Output to part 4. The configuration in which the delay measurement instruction signal and the delay measurement FB signal are the same wiring has an advantage of reducing the wiring compared to the configuration in which the delay measurement instruction signal and the delay measurement FB signal are separate wirings. Accordingly, a large light receiving area (aperture ratio) in the pixel 52 can be secured.

以上に説明したように第2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。遅延測定開始信号の遅延測定回路18への入力をフィードバックする遅延測定FB信号を出力する遅延測定FB回路56を設けたので、遅延測定信号の遅延時間を測定することができ、画素52から時間計測部5までの遅延時間から遅延測定信号の遅延時間を減算することで、受光側の遅延時間をより正確に測定することができる。   As described above, according to the second embodiment, the following operational effects can be obtained. Since the delay measurement FB circuit 56 for outputting the delay measurement FB signal for feeding back the input of the delay measurement start signal to the delay measurement circuit 18 is provided, the delay time of the delay measurement signal can be measured, and the time measurement from the pixel 52 is performed. By subtracting the delay time of the delay measurement signal from the delay time up to the unit 5, the delay time on the light receiving side can be measured more accurately.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について、図26から図29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7を構成する全ての画素14が遅延測定回路18を有する構成であるが、第3の実施形態は、受光部を構成する全ての画素のうち一部が遅延測定回路を有する又は受光部を構成する全ての画素とは異なるダミー画素が遅延測定回路を有する点で第1の実施形態とは異なる。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, description is abbreviate | omitted about the same part as above-mentioned 1st Embodiment, and a different part is demonstrated. In the first embodiment, all the pixels 14 constituting the light receiving unit 7 have the delay measurement circuit 18, but in the third embodiment, some of all the pixels constituting the light receiving unit are delayed. This embodiment is different from the first embodiment in that a dummy pixel having a measurement circuit or different from all the pixels constituting the light receiving unit has a delay measurement circuit.

図26に示す構成では、受光部81において、二次元行列状に配列されている複数の画素82、83のうち最上位の行に属する画素82は第1の実施形態で説明した画素14と同様に遅延測定回路18を有する画素であり、それ以外の画素83は遅延測定回路18を有しない画素である。水平方向の画素が多い場合、垂直方向の遅延時間は一定と仮定又は予め決定された遅延時間とし、水平方向の遅延時間のみを測定することで、メモリ量を削減したり遅延時間の測定に要する時間を削減したりすることができる。又、配線を低減する分、受光部81での受光面積(開口率)を多く確保することできる。尚、遅延測定回路18を有する画素82が最上位の行に配列される構成に限らず、遅延測定回路18を有する画素82が最下位の行に配列される構成でも良いし、最上位の行と最下位の行との間の途中の行に配列される構成でも良い。   In the configuration shown in FIG. 26, in the light receiving unit 81, the pixel 82 belonging to the uppermost row among the plurality of pixels 82 and 83 arranged in a two-dimensional matrix is the same as the pixel 14 described in the first embodiment. The other pixels 83 are pixels that do not have the delay measurement circuit 18. When there are many pixels in the horizontal direction, the delay time in the vertical direction is assumed to be constant or set as a predetermined delay time, and only the horizontal delay time is measured, thereby reducing the amount of memory and measuring the delay time. Or save time. Further, as the wiring is reduced, a larger light receiving area (aperture ratio) at the light receiving portion 81 can be secured. The pixel 82 having the delay measurement circuit 18 is not limited to be arranged in the uppermost row, and the pixel 82 having the delay measurement circuit 18 may be arranged in the lowest row, or the uppermost row. It may be arranged in a line in the middle between and the lowest line.

図27に示す構成では、受光部91において、二次元行列状に配列されている複数の画素92、93のうち最上位及び最下位の両方の行にそれぞれ属する画素92は遅延測定回路を有する画素であり、それ以外の画素93は遅延測定回路を有しない画素である。この場合も、メモリ量を削減したり遅延時間の測定に要する時間を削減したりすることができると共に、配線を低減する分、受光部91での受光面積(開口率)を多く確保することできる。又、最上位の行及び最下位の行にそれぞれ属する画素92では遅延時間を測定するので、垂直方向の遅延時間が測定可能となり、図26に示した構成と比較すると、受光側の遅延時間をより正確に測定することができる。   In the configuration shown in FIG. 27, in the light receiving unit 91, among the plurality of pixels 92 and 93 arranged in a two-dimensional matrix, the pixels 92 belonging to both the highest and lowest rows are pixels having delay measurement circuits. Other pixels 93 are pixels having no delay measurement circuit. In this case as well, it is possible to reduce the amount of memory and the time required for measuring the delay time, and to secure a large light receiving area (aperture ratio) in the light receiving portion 91 as the wiring is reduced. . In addition, since the delay time is measured in the pixels 92 belonging to the uppermost row and the lowermost row, the delay time in the vertical direction can be measured. Compared with the configuration shown in FIG. It can be measured more accurately.

図28に示す構成では、受光部101の水平方向の上方近傍に、ダミー画素行が設けられている。ダミー画素行を構成する複数の画素102は遅延測定回路18を有する画素であり、受光部101に二次元行列状に配列されている複数の画素103は遅延測定回路を有しない画素である。受光部101の外部にダミー画素行が設けられることで、受光部101での受光面積(開口率)を維持したまま垂直方向の遅延時間が測定可能となる。尚、ダミー画素行が受光部101の水平方向の上方近傍に設けられる構成に限らず、ダミー画素行が受光部101の水平方向の下方近傍に設けられる構成でも良いし、ダミー画素行が受光部101の水平方向の上方近傍及び下方近傍の両方に設けられる構成でも良い。尚、第2の実施形態で説明した遅延測定FB回路56についても、遅延測定回路18と同様にして、受光部を構成する全ての画素のうち一部に設けられても良いし、受光部の上方近傍や下方近傍のダミー画素行に設けられても良い。   In the configuration shown in FIG. 28, a dummy pixel row is provided near the upper part of the light receiving unit 101 in the horizontal direction. The plurality of pixels 102 constituting the dummy pixel row are pixels having the delay measurement circuit 18, and the plurality of pixels 103 arranged in a two-dimensional matrix in the light receiving unit 101 are pixels having no delay measurement circuit. By providing the dummy pixel row outside the light receiving unit 101, the delay time in the vertical direction can be measured while maintaining the light receiving area (aperture ratio) in the light receiving unit 101. The dummy pixel row is not limited to the configuration in the vicinity of the upper part of the light receiving unit 101 in the horizontal direction, and the dummy pixel row may be configured in the vicinity of the lower part of the light receiving unit 101 in the horizontal direction. 101 may be provided in both the upper vicinity and the lower vicinity in the horizontal direction. Note that the delay measurement FB circuit 56 described in the second embodiment may also be provided in a part of all the pixels constituting the light receiving unit in the same manner as the delay measurement circuit 18. It may be provided in a dummy pixel row in the upper vicinity or the lower vicinity.

又、図29に示すように、行毎の列番号と遅延時間との対応を列番号の1次関数として保持し、その1次関数から遅延時間を計測しても良い。行毎の列番号と遅延時間との対応を列番号の1次関数として保持する構成では、受光部を構成する全ての画素分の遅延時間を保持する構成と比較すると、メモリ量を削減することができる。又、行番号と列番号と遅延時間との対応を行番号と列番号の2次関数として保持し、その2次関数から遅延時間を計測しても良い。   Further, as shown in FIG. 29, the correspondence between the column number for each row and the delay time may be held as a linear function of the column number, and the delay time may be measured from the linear function. In the configuration in which the correspondence between the column number for each row and the delay time is held as a linear function of the column number, the amount of memory is reduced compared to the configuration in which the delay times for all the pixels constituting the light receiving unit are held. Can do. The correspondence between the row number, the column number, and the delay time may be held as a quadratic function of the row number and the column number, and the delay time may be measured from the quadratic function.

(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。
本実施形態では、車両に搭載されているレーダー装置から車両周囲の物体までの距離測定を行う構成を例示したが、車両以外の用途に適用しても良い。
第1の実施形態では、遅延測定回路18及び動作セレクタ19が画素14の内部に配置される構成を例示したが、遅延測定回路18及び動作セレクタ19が画素14の外部に配置される構成でも良い。又、第2の実施形態では、遅延測定回路18、動作セレクタ19及び遅延測定FB回路56が画素52の内部に配置される構成を例示したが、遅延測定回路18及び遅延測定FB回路56が画素52の内部に配置される構成でも良い。このように構成すれば、画素内の配線を削減することができる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified or expanded as follows.
In this embodiment, although the structure which measures the distance from the radar apparatus mounted in the vehicle to the object around the vehicle was illustrated, you may apply to uses other than a vehicle.
In the first embodiment, the configuration in which the delay measurement circuit 18 and the operation selector 19 are arranged inside the pixel 14 is exemplified, but the configuration in which the delay measurement circuit 18 and the operation selector 19 are arranged outside the pixel 14 may be used. . In the second embodiment, the configuration in which the delay measurement circuit 18, the operation selector 19, and the delay measurement FB circuit 56 are arranged inside the pixel 52 is exemplified. However, the delay measurement circuit 18 and the delay measurement FB circuit 56 are pixels. The structure arrange | positioned inside 52 may be sufficient. With this configuration, wiring in the pixel can be reduced.

第3の実施形態では、二次元行列状に配列されている複数の画素のうち一部の行に属する画素が遅延測定回路18を有する画素とされる構成を例示したが、二次元行列状に配列されている複数の画素のうち一部の列に属する画素が遅延測定回路18を有する画素とされる構成でも良い。又、二次元行列状に配列されている複数の画素のうち四隅の少なくとも1カ所の画素が遅延測定回路18を有する画素とされる構成でも良い。   In the third embodiment, the configuration in which the pixels belonging to some of the plurality of pixels arranged in a two-dimensional matrix are pixels having the delay measurement circuit 18 is exemplified. However, in the two-dimensional matrix, A configuration may be adopted in which pixels belonging to some of the plurality of arranged pixels are pixels having the delay measurement circuit 18. Further, a configuration may be adopted in which at least one pixel at four corners among the plurality of pixels arranged in a two-dimensional matrix is a pixel having the delay measurement circuit 18.

図面中、1はレーダー装置(光飛行時間測定装置、光学的測距装置)、2は制御部、3は距離測定部、4は遅延測定部、5は時間計測部、6は発光部、7は受光部、14、52は画素、18は遅延測定回路、56は遅延測定フィードバック回路である。   In the drawing, 1 is a radar device (light time-of-flight measuring device, optical distance measuring device), 2 is a control unit, 3 is a distance measuring unit, 4 is a delay measuring unit, 5 is a time measuring unit, 6 is a light emitting unit, 7 Is a light receiving unit, 14 and 52 are pixels, 18 is a delay measurement circuit, and 56 is a delay measurement feedback circuit.

Claims (28)

光の受光に応答して受光信号を出力する受光素子(17)を有する画素(14、52)を含む受光部(7)と、
前記画素から前記受光信号を入力したタイミングに応じた時間を光飛行時間として計測する時間計測部(5)と、を備え、
遅延測定開始信号を入力すると、前記画素が光を受光したタイミングから前記時間計測部が前記受光信号を入力したタイミングまでの時間差を受光側の遅延時間として特定可能な遅延測定信号を出力する遅延測定回路(18)を備えたことを特徴とする光飛行時間測定装置(1)。
A light receiving section (7) including a pixel (14, 52) having a light receiving element (17) that outputs a light receiving signal in response to light reception;
A time measuring unit (5) that measures the time corresponding to the timing at which the light reception signal is input from the pixel as the optical flight time, and
When a delay measurement start signal is input, a delay measurement signal is output that can specify a time difference from the timing at which the pixel receives light to the timing at which the time measurement unit inputs the light reception signal as a delay time on the light receiving side. An optical time-of-flight measuring device (1) comprising a circuit (18).
請求項1に記載した光飛行時間測定装置において、
前記画素からの前記受光信号の出力と前記遅延測定信号の出力とを選択的に切り替える動作セレクタ(19)を備え、前記受光信号が伝播する配線の少なくとも一部と前記遅延測定信号が伝播する配線の少なくとも一部とが共通に設けられていることを特徴とする光飛行時間測定装置。
The optical time-of-flight measuring device according to claim 1,
An operation selector (19) that selectively switches between the output of the light reception signal from the pixel and the output of the delay measurement signal, and at least a part of the wiring through which the light reception signal propagates and the wiring through which the delay measurement signal propagates An optical time-of-flight measuring device, wherein at least a part of the optical time-of-flight is provided in common.
請求項2に記載した光飛行時間測定装置において、
前記動作セレクタは、動作セレクト信号の入力に応じて前記受光信号の出力を許可する状態と前記遅延測定信号の出力を許可する状態とを選択的に切り替えることを特徴とする光飛行時間測定装置。
The optical time-of-flight measuring device according to claim 2,
The optical time-of-flight measuring device, wherein the operation selector selectively switches between a state in which the output of the light reception signal is permitted and a state in which the output of the delay measurement signal is permitted according to an input of an operation select signal.
請求項3に記載した光飛行時間測定装置において、
前記遅延測定回路は、前記遅延測定開始信号の入力に応じて前記動作セレクト信号を前記動作セレクタに入力させ、
前記動作セレクタは、前記動作セレクト信号の入力に応じて前記受光信号の出力を許可する状態と前記遅延測定信号の出力を許可する状態とを選択的に切り替えることを特徴とする光飛行時間測定装置。
The optical time-of-flight measuring device according to claim 3,
The delay measurement circuit inputs the operation select signal to the operation selector according to the input of the delay measurement start signal,
The optical time-of-flight measurement device, wherein the operation selector selectively switches between a state of permitting the output of the received light signal and a state of permitting the output of the delay measurement signal according to the input of the operation select signal. .
請求項1から4の何れか一項に記載した光飛行時間測定装置において、
前記時間計測部は、前記遅延測定開始信号を入力したタイミングから前記遅延測定信号を入力したタイミングまでの時間差に基づいて前記画素から前記時間計測部までの遅延時間を計測することを特徴とする光飛行時間測定装置。
In the optical time-of-flight measuring device according to any one of claims 1 to 4,
The time measuring unit measures a delay time from the pixel to the time measuring unit based on a time difference from a timing at which the delay measurement start signal is input to a timing at which the delay measurement signal is input. Time-of-flight measuring device.
請求項1から5の何れか一項に記載した光飛行時間測定装置において、
前記遅延測定開始信号の前記遅延測定回路への入力をフィードバックする遅延測定フィードバック信号を出力する遅延測定フィードバック回路(56)を備えたことを特徴とする光飛行時間測定装置。
In the optical time-of-flight measuring device according to any one of claims 1 to 5,
An optical time-of-flight measurement apparatus comprising a delay measurement feedback circuit (56) for outputting a delay measurement feedback signal for feeding back an input of the delay measurement start signal to the delay measurement circuit.
請求項6に記載した光飛行時間測定装置において、
前記遅延測定開始信号が伝播する配線の少なくとも一部と前記遅延測定フィードバック信号が伝播する配線の少なくとも一部とが共通に設けられていることを特徴とする光飛行時間測定装置。
The optical time-of-flight measuring device according to claim 6,
An optical time-of-flight measurement apparatus, wherein at least a part of the wiring through which the delay measurement start signal propagates and at least a part of the wiring through which the delay measurement feedback signal propagates are provided in common.
請求項7に記載した光飛行時間測定装置において、
前記遅延測定開始信号が伝播する配線の少なくとも一部と前記遅延測定フィードバック信号が伝播する配線の少なくとも一部とが前記画素内又は前記画素近傍で短絡されていることを特徴とする光飛行時間測定装置。
The optical time-of-flight measuring device according to claim 7,
An optical time-of-flight measurement characterized in that at least a part of the wiring through which the delay measurement start signal propagates and at least a part of the wiring through which the delay measurement feedback signal propagates are short-circuited in or near the pixel. apparatus.
請求項6から8の何れか一項に記載した光飛行時間測定装置において、
前記遅延測定フィードバック回路は、前記遅延測定開始信号の前記遅延測定回路への入力に応じて前記遅延測定フィードバック信号の出力を開始することを特徴とする光飛行時間測定装置。
In the optical time-of-flight measuring device according to any one of claims 6 to 8,
The delay measurement feedback circuit starts to output the delay measurement feedback signal in response to an input of the delay measurement start signal to the delay measurement circuit.
請求項6から9の何れか一項に記載した光飛行時間測定装置において、
前記遅延測定開始信号が前記遅延測定回路に入力されるまでの遅延時間と、前記遅延測定フィードバック信号が前記遅延測定フィードバック回路から出力されて前記時間計測部に入力されるまでの遅延時間との時間差が所定値以下となるように設計されていることを特徴とする光飛行時間測定装置。
The optical time-of-flight measuring device according to any one of claims 6 to 9,
A time difference between a delay time until the delay measurement start signal is input to the delay measurement circuit and a delay time until the delay measurement feedback signal is output from the delay measurement feedback circuit and input to the time measurement unit. An optical time-of-flight measuring device designed to be less than or equal to a predetermined value.
請求項6から10の何れか一項に記載した光飛行時間測定装置において、
前記遅延測定開始信号が前記時間計測部に入力されるまでの遅延時間が、前記遅延測定開始信号が前記遅延測定回路に入力されるまでの遅延時間及び前記遅延測定フィードバック信号が前記遅延測定フィードバック回路から出力されて前記時間計測部に入力されるまでの遅延時間のうちの少なくとも一方の遅延時間以下となるように設計されていることを特徴とする光飛行時間測定装置。
The optical time-of-flight measuring device according to any one of claims 6 to 10,
The delay time until the delay measurement start signal is input to the time measurement unit, the delay time until the delay measurement start signal is input to the delay measurement circuit, and the delay measurement feedback signal are the delay measurement feedback circuit. An optical time-of-flight measuring device designed to be equal to or shorter than at least one of the delay times from the output to the time measuring unit.
請求項6から11の何れか一項に記載した光飛行時間測定装置において、
前記時間計測部は、前記遅延測定開始信号を入力したタイミングから前記遅延測定フィードバック信号を入力したタイミングまでの時間差に基づいて前記遅延測定信号の遅延時間を計測することを特徴とする光飛行時間測定装置。
The optical time-of-flight measuring device according to any one of claims 6 to 11,
The time measuring unit measures a delay time of the delay measurement signal based on a time difference from a timing at which the delay measurement start signal is input to a timing at which the delay measurement feedback signal is input. apparatus.
請求項1から12の何れか一項に記載した光飛行時間測定装置において、
前記受光素子は、アバランシェフォトダイオードであることを特徴とする光飛行時間測定装置。
In the optical time-of-flight measuring device according to any one of claims 1 to 12,
An optical time-of-flight measuring apparatus, wherein the light receiving element is an avalanche photodiode.
請求項13に記載した光飛行時間測定装置において、
前記受光素子は、ガイガーモードで動作する単一光子アバランシェフォトダイオードであることを特徴とする光飛行時間測定装置。
The optical time-of-flight measuring device according to claim 13,
The optical time-of-flight measuring apparatus, wherein the light receiving element is a single photon avalanche photodiode operating in a Geiger mode.
請求項14に記載した光飛行時間測定装置において、
前記画素は、単一光子アバランシェフォトダイオードのクエンチングを行うクエンチ抵抗(22)と、前記受光信号をデジタル信号として出力する読み出し回路(20)と、を有することを特徴とする光飛行時間測定装置。
The optical time-of-flight measuring device according to claim 14,
The pixel includes a quench resistor (22) for quenching a single photon avalanche photodiode, and a readout circuit (20) for outputting the received light signal as a digital signal. .
請求項1から15の何れか一項に記載した光飛行時間測定装置において、
前記受光部は、前記遅延測定回路を有する前記画素を、二次元配列のうちの水平方向の一行又は垂直方向の一列に含むことを特徴とする光飛行時間測定装置。
In the optical time-of-flight measuring device according to any one of claims 1 to 15,
The light receiving unit includes the pixel having the delay measurement circuit in one horizontal row or one vertical column of a two-dimensional array.
請求項1から15の何れか一項に記載した光飛行時間測定装置において、
前記受光部は、前記遅延測定回路を有する前記画素を、二次元配列のうちの水平方向の上下両端一行又は垂直方向の左右両端一列に含むことを特徴とする光飛行時間測定装置。
In the optical time-of-flight measuring device according to any one of claims 1 to 15,
The light receiving unit includes the pixels having the delay measurement circuit in one row in both horizontal upper and lower rows or in one column on both right and left sides in a two-dimensional array.
請求項1から15の何れか一項に記載した光飛行時間測定装置において、
前記受光部は、前記遅延測定回路を有する前記画素を、二次元配列のうちの四隅のうち少なくとも1カ所に含むことを特徴とする光飛行時間測定装置。
In the optical time-of-flight measuring device according to any one of claims 1 to 15,
The optical time-of-flight measuring apparatus, wherein the light receiving unit includes the pixel having the delay measuring circuit in at least one of four corners of a two-dimensional array.
請求項1から15の何れか一項に記載した光飛行時間測定装置において、
前記受光部とは別に、前記遅延測定回路を有する画素をダミー画素として備えたことを特徴とする光飛行時間測定装置。
In the optical time-of-flight measuring device according to any one of claims 1 to 15,
An optical time-of-flight measurement apparatus comprising a pixel having the delay measurement circuit as a dummy pixel separately from the light receiving unit.
請求項1から19の何れか一項に記載した光飛行時間測定装置において、
前記受光部と前記時間計測部とが同一のチップ上に作成されていることを特徴とする光飛行時間測定装置。
The optical time-of-flight measuring device according to any one of claims 1 to 19,
The optical time-of-flight measuring apparatus, wherein the light receiving unit and the time measuring unit are formed on the same chip.
請求項1から20の何れか一項に記載した光飛行時間測定装置において、
前記画素から前記時間計測部までの遅延時間に基づいて遅延補正情報を演算する遅延測定部(4)を備えたことを特徴とする光飛行時間測定装置。
In the optical time-of-flight measuring device according to any one of claims 1 to 20,
An optical time-of-flight measurement apparatus comprising a delay measurement unit (4) that calculates delay correction information based on a delay time from the pixel to the time measurement unit.
請求項21に記載した光飛行時間測定装置において、
前記遅延測定部は、前記画素から前記時間計測部までの遅延時間と前記遅延測定信号の遅延時間とに基づいて前記遅延補正情報を演算することを特徴とする光飛行時間測定装置。
The optical time-of-flight measuring device according to claim 21,
The optical time-of-flight measurement apparatus, wherein the delay measurement unit calculates the delay correction information based on a delay time from the pixel to the time measurement unit and a delay time of the delay measurement signal.
請求項21又は22に記載した光飛行時間測定装置において、
前記遅延測定部は、遅延測定指示信号を入力すると、前記遅延測定開始信号を前記受光部及び前記時間計測部に出力することを特徴とする光飛行時間測定装置。
The optical time-of-flight measuring device according to claim 21 or 22,
When the delay measurement instruction signal is input, the delay measurement unit outputs the delay measurement start signal to the light receiving unit and the time measurement unit.
請求項20から23の何れか一項に記載した光飛行時間測定装置において、
前記遅延測定開始信号が前記遅延測定部から出力されて前記遅延測定回路に入力されるまでの遅延時間と、前記遅延測定フィードバック信号が前記遅延測定フィードバック回路から出力されて前記時間計測部に入力されるまでの遅延時間との時間差が所定値以下となるように設計されていることを特徴とする光飛行時間測定装置。
The optical time-of-flight measurement device according to any one of claims 20 to 23,
The delay time until the delay measurement start signal is output from the delay measurement unit and input to the delay measurement circuit, and the delay measurement feedback signal is output from the delay measurement feedback circuit and input to the time measurement unit. An optical time-of-flight measuring apparatus, which is designed so that a time difference from a delay time until a predetermined time is less than or equal to a predetermined value.
請求項20から24の何れか一項に記載した光飛行時間測定装置において、
前記遅延測定開始信号が前記遅延測定部から出力されて前記時間計測部に入力されるまでの遅延時間が、前記遅延測定開始信号が前記遅延測定部から出力されて前記遅延測定回路に入力されるまでの遅延時間及び前記遅延測定フィードバック信号が前記遅延測定フィードバック回路から出力されて前記時間計測部に入力されるまでの遅延時間のうちの少なくとも一方の遅延時間以下となるように設計されていることを特徴とする光飛行時間測定装置。
In the optical time-of-flight measuring device according to any one of claims 20 to 24,
The delay time from when the delay measurement start signal is output from the delay measurement unit to the time measurement unit is input, and the delay measurement start signal is output from the delay measurement unit and input to the delay measurement circuit. Delay time until the delay measurement feedback signal is output from the delay measurement feedback circuit and input to the time measurement unit, the delay time is designed to be equal to or shorter than at least one of the delay times. An optical time-of-flight measuring device.
請求項20から25の何れか一項に記載した光飛行時間測定装置において、
前記受光部と前記時間計測部と前記遅延測定部とが同一のチップ上に作成されていることを特徴とする光飛行時間測定装置。
In the optical time-of-flight measuring device according to any one of claims 20 to 25,
The optical time-of-flight measuring apparatus, wherein the light receiving unit, the time measuring unit, and the delay measuring unit are formed on the same chip.
請求項1から26の何れか一項に記載した光飛行時間測定装置と、
測距開始信号を入力すると、照射光を発光する発光部(6)と、
光飛行時間に基づいて距離情報を演算する距離測定部(3)と、
距離測定を行う制御部(2)と、を備え、
前記時間計測部は、前記測距開始信号を入力したタイミングから前記受光信号を入力したタイミングまでの時間差に基づいて前記光飛行時間を計測し、
前記制御部は、前記距離情報と前記遅延補正情報とに基づいて距離測定を行うことを特徴とする光学的測距装置。
An optical time-of-flight measuring device according to any one of claims 1 to 26;
When a ranging start signal is input, a light emitting unit (6) that emits irradiation light;
A distance measuring unit (3) for calculating distance information based on the optical flight time;
A control unit (2) for measuring distance,
The time measurement unit measures the optical flight time based on a time difference from a timing at which the ranging start signal is input to a timing at which the light reception signal is input,
The control unit performs distance measurement based on the distance information and the delay correction information.
請求項27に記載した光学的測距装置において、
前記制御部は、前記発光部からの照射光の発光を休止している期間で遅延測定を行うことを特徴とする光学的測距装置。
The optical distance measuring device according to claim 27.
The optical distance measuring device, wherein the control unit performs delay measurement in a period in which emission of irradiation light from the light emitting unit is suspended.
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