JP2020027109A - 距離測定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】評価回路に必要なスペースを低減する一方で高分解能を達成することができる距離測定装置を提供する。【解決手段】距離測定装置は、光を放射するように構成された光放射部３と、光放射部によって放射され測定対象物によって反射された測定光を受けるように構成された受光部４であって、受けられた測定光によって決まる受光信号ＬＲを出力するように構成された複数の画素を含む受光部４と、受光信号ＬＲ１〜１２を受け、受光信号ＬＲ１〜１２から特性値を決定するように構成された複数の決定部と、複数の決定部に接続された評価部１３であって、決定部によって決定された特性値から距離を計算するように構成された評価部１３と、を含む。複数の決定部のそれぞれは、複数の非隣接画素１０１〜１２だけから受光信号ＬＲ１〜１２を受けるように構成される。【選択図】図５

Description

本発明は、距離測定装置に関し、より具体的には、複数の画素を有する受光部を含む距離測定装置に関する。
対象物までの距離を検知するセンサが知られており、そのセンサにおいて、測定光は、受光素子または画素のアレイによって構成された受光領域に入射する。そのようなセンサの距離検知分解能は、受光素子の数を増やすことによって高めることができる。しかしながら、受光素子の数を増やすと、受光素子によって生成された信号を評価するための対応する評価回路を設ける必要がある。この評価回路が大きくなるほど、存在する受光素子が多くなる。
それぞれの受光素子に対して評価回路を設ける場合、必要とされるスペースが大きくなる。いくつかの受光素子をまとめてグループにして、受光素子のそれぞれのグループに対して評価回路を１つだけ設けることは可能であるが、その場合、分解能が低下する。例えば、ＥＰ２７０８９１３Ａ１は、受光素子として機能する光子アバランシェダイオードのアレイを備える受光領域を含む光電センサを提示している。隣接する光子アバランシェダイオードは、光子アバランシェダイオードから受信した信号を処理するための単一の処理装置に接続される。
ＵＳ２０１２／０２６２６９６Ａ１は、ターゲット対象物までの距離を光学的に測定するための測定装置を開示しており、その装置は、光測定ビームをターゲット対象物に放射するための放射装置と、ターゲット対象物によって返された光ビームを検知するための検知面を含むキャプチャ装置と、評価装置とを含む。検知面は複数の画素を有し、それぞれの画素は少なくとも１つの感光素子を有し、複数の画素のそれぞれは評価装置に接続されている。放射装置およびキャプチャ装置は、ターゲット対象物によって返された光測定ビームが複数の画素を同時に照らすように構成される。評価装置は、複数の画素の検知信号が複数の距離決定装置の少なくとも１つに導かれるように構成される。
本発明の目的の１つは、評価回路に必要なスペースを低減する一方で高分解能を達成することができる距離測定装置を提供することである。
本発明の一態様によれば、測定対象物の特性を決定するための距離測定装置が提供される。その距離測定装置は、
光を放射するように構成された光放射部と、
前記光放射部によって放射され測定対象物によって反射された測定光を受けるように構成された受光部であって、前記受けられた測定光によって決まる受光信号を出力するように構成された複数の画素を含む受光部と、
前記受光信号を受信し、前記受光信号から特性値を決定するように構成された複数の決定部と、
前記複数の決定部に接続された評価部であって、前記決定部によって決定された前記特性値から距離を計算するように構成された評価部と、を含み、
前記複数の決定部のそれぞれは、複数の非隣接画素だけから前記受光信号を受信するように構成される。
非隣接画素は、それらの間に少なくとも１つの他の画素が配置された、隣り合わない画素とすることができる。特別には、非隣接画素間には、非隣接画素間に設けられた他の画素と交差しない直通経路は存在しない。前記複数の決定部のそれぞれは、複数の非隣接画素から前記受光信号を同時に受信するように構成されてもよい。すなわち、決定部のそれぞれは、複数の非隣接画素に同時に導電的に接続されてもよく、その結果、それらの非隣接画素のうちのどれからも出力を受信することができる。
決定部は、画素より少なくてもよい。具体的には、それぞれの決定部は、複数の画素に結びつけられる。すべての画素がそれに結びつけられた決定部を有する配置と比較して、決定部の数を低減することができる。そのため、距離測定装置のコストを低減できる。さらに、決定部のスペース所要量を低減でき、特に、より小さい距離測定装置が得られる。そのような低減されたスペース所要量はさらに、電力損およびスケール化技術の必要性を低減できる。
さらに、単一の決定部に非隣接画素だけを結びつけることは有利になりうる。なぜなら、それによって、異なる画素からの受光信号の区別が容易になり、処理された信号の分解能を向上できるためである。
１つの画素は、隣接し且つその出力が同じ決定部に入力される１つ以上の受光素子を含んでもよい。より具体的には、それぞれの受光素子は、単一光子アバランシェダイオードであってもよい。受光素子はまた、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）および／またはシリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）のような、アナログ検知器であってもよい。
前記複数の画素のそれぞれは、同じサイズであってもよい。すべての画素が同じサイズである場合、画素のレイアウトがより容易になり、それによって、製造コストが低減される。
さらなる一態様によれば、前記複数の画素は、少なくとも１つの行を含むアレイの形式に配置されてもよく、それぞれの行の前記画素は、Ｎ個の画素グループを構成してもよく、それぞれの画素グループの前記画素は同じ決定部に接続されてもよく、それぞれの画素グループの前記画素は、同じ画素グループの隣り合う画素の間に他の画素グループのＮ−１個の画素が位置するように、配置されてもよい。換言すれば、非隣接画素の異なる画素グループの画素は、異なる決定部に接続される。この配置では、個々の画素は、単純な繰り返しパターンで、対応する決定部に接続される。なお、パターンが繰り返しまたは周期的である必要は必ずしもなく、ランダムおよび／または自動調整式のパターン（ｓｅｌｆ−ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎ）であってもよい。
アレイはさらに、複数の列を含んでもよく、前記複数の列の少なくとも１つの列のそれぞれの画素からの前記受光信号は、異なる決定部に送信されてもよい。特に、前記複数の列のそれぞれの列のそれぞれの画素からの前記受光信号が、異なる決定部に送信されることが好ましい。
前記複数の画素は、行および列を含むアレイの形式に配置されてもよく、隣接する２つの行および隣接する２つの列の４つの画素のそれぞれは、異なる決定部に接続されてもよい。この配置では、２×２の配置で配置された４つの画素によって構成された任意の画素ブロックの画素は、異なる決定部に接続される。これは、距離測定装置の測定精度を高める。
好ましくは、前記画素は、前記決定部に直接接続される。すなわち、この配置において、画素と決定部との間に、スイッチおよび特別にはマルチプレクサは必要とされない。これは、距離測定装置の制御を単純化し、製造コストを低減し、製品の信頼性を向上させる。
距離測定装置は、測定対象物までの距離、測定対象物のサイズ、測定対象物の色、測定対象物の反射率、測定対象物の照度、および／または、測定対象物の形状を測定するように構成されてもよい。
距離測定装置は、それぞれの画素の前記受光信号を個々に選択的に進めるように構成された画素出力制御部をさらに含んでもよい。より具体的には、前記画素出力制御部は、測定光を受けた画素の前記受光信号だけを進めるように構成されてもよい。測定光を受けない画素からの信号を遮断することによって、ＳＮ比を増大させることができ、それによって測定精度を向上できる。
距離測定装置は、前記複数の決定部に接続された評価部であって、前記決定部によって決定された前記特性値から測定値を計算するように構成された評価部を、さらに含んでもよい。
評価部は、複数の対象物からの複数の受光信号を検知するように、対象物が配置された形状を決定するように、および／または、各々の対象物までの距離を決定するように、構成されてもよい。
本発明の他の可能な実施または代替案は、実施形態に関して上述または後述の特徴の組み合わせ（ここでは明示的には言及されない）をさらに含む。さらに、当業者は、個別のまたは分離された態様および特徴を、本発明の最も基本的な形式に加えてもよい。
本発明の、さらなる実施形態、特徴および利点は、添付の図面と共に、以下の記載および従属する請求項から明らかになるであろう。
図１は、第１の実施形態による距離測定装置を備える光学系の一例を示す。 図２は、受光部の一例を示す。 図３Ａは、時間に対する放射光強度の一例を示す。 図３Ｂは、時間に対する受光強度の一例を示す。 図４Ａは、決定部の配置の第１の比較例を示す。 図４Ｂは、決定部の配置の第２の比較例を示す。 図５は、第２の実施形態による距離測定装置を示す。 図６は、第３の実施形態による距離測定装置を示す。 図７Ａは、画素の例を示す。 図７Ｂは、画素の例を示す。 図７Ｃは、画素の例を示す。 図７Ｄは、画素の例を示す。 図８は、第４の実施形態による距離測定装置を示す。
図において、同様の符号は、指摘がない限り、同様のまたは機能的に等価な要素を示す。
図１は、第１の実施形態による距離測定装置１および測定対象物２を含む光学系２０の一例を示す。この実施形態の距離測定装置１は、光電センサとして構成されており、測定対象物２（以下では「対象物２」とも称される）までの距離を決定するための距離決定装置である。距離測定装置１から対象物２までの距離は、対象物２の特性である。距離測定装置１は、光放射部３、受光部４、４つの決定部１１、コリメータ６、および収束レンズ７を含む。
光放射部３は、所定の周波数および所定の強度でパルス光を放射するレーザ源である。光放射部３によって放射された光は、距離測定装置１を出るときにコリメータ６を通る。コリメータ６は、光放射部３によって放射された光を、実質的に平行な光ビーム（以下では放射光８と称する）にする。
放射光８が測定対象物２に達すると、それは、測定対象物２によって、距離測定装置１の方へ戻るように反射される。測定対象物２によって反射された放射光は、測定光５を形成する。換言すれば、測定光５は、測定対象物２における放射光８の反射によって得られる。測定光５は、距離測定装置１の入口にある収束レンズ７によって、受光部４のスポット１９に収束される。スポット１９は、入射測定光５を受ける受光部４の表面である。
対象物２が距離測定装置１からどのくらい離れているかに応じて、スポット１９のサイズが変化し得る。これは、受光部４の一例を示す図２に示される。図２に示されるように、受光部４は、アレイの形式に配置された複数の画素１０を備える検知領域３０を含む。一例として、アレイは、７列および７行を有する。検知領域３０は、入射光（具体的には入射測定光５）を検知するために用いることができる受光部４の一部である。本実施例において、それぞれの画素１０は、正方形の受光面を有する。なお、図示の関係で、図２において画素が互いに接触しているように示されているが、それらは、通常は互いに接触せずにわずかに離れており、これにより、信号線などが、隣接する画素間に配置し得る。さらに、図２において、画素１０は、いくつかの行および列を備えるパターンの形式で配置されている。しかしながら、それらは、異なる配列の形式（例えば、円、放射状の配置、非対称の配置など）に配置されてもよい。これは、以下に述べる図面に対しても同様である。
決定部１１（図１）はそれぞれ、受光部４の異なる画素１０から受光信号ＬＲを受信する。決定部１１の可能な配置について、図４、５および６を参照して以下に記載する。受光信号ＬＲは、受けた測定光５によって決まる。例えば、受光信号ＬＲは、受けた測定光５の強度または量によって決まる。
図１に示した光スポット１９の例として、４つの光スポット１９ａ〜１９ｄを図２に示す。実質的に円形の光スポット１９ａ〜１９ｄは、直径が互いに異なる。光スポット１９ａ〜１９ｄの直径に応じて、異なる数の画素１０が測定光５によって照らされる。例えば対象物２（それからの測定光５を受ける）がどのくらい離れて位置しているかに応じて、それぞれの光スポット１９ａ〜１９ｄの直径は変化する。光スポット１９ａ〜１９ｄの直径が小さいほど、対象物２は、距離測定装置１からより遠くに（または、光学系によってはより近くに）位置する。したがって、図２の例において、光スポット１９ｄは、光スポット１９ｃなどをもたらす対象物２よりも近い対象物２から得られる。図２に示されるように、光スポット１９ａ〜１９ｄの中心は、視差の影響により、対象物２の距離に応じてシフトしてもよい。
対象物２までの距離は、測定光５の伝搬時間を分析することによって決定できる。測定光５の伝搬時間は、測定光５が、距離測定装置１から対象物２に移動しさらに距離測定装置１に戻るためにかかる時間に対応する。ある光パルスが光放射部３によって放射された時間と、その光パルスが受光部４によって受けられた時間との差を測定することによって、測定光５の伝搬時間を検知できる。そのような伝搬時間の測定の例を、図３Ａおよび３Ｂに示す。
図３Ａは、光放射部３によって放射された光の、時間に対する強度の一例を示す。図３Ａに示されるように、光放射部３は、対象物２に向かって一定間隔で光８のパルスを放射する。すなわち、光パルス１７は、所定の期間ΔＴの間、一定の時間間隔Δｔで互いに離れているｔＡ１、ｔＡ２、ｔＡ３、ｔＡ４、ｔＡ５およびｔＡ６の時間に放射される。
図３Ｂは、測定光５を受ける受光部４の画素１０によって受けられた光の光強度を、時間の関数として示す。測定光５は、同じ一定の時間間隔Δｔだけ離れているパルス２７として受けられる。測定光５のパルス２７は、ｔＢ１、ｔＢ２、ｔＢ３、ｔＢ４、ｔＢ５およびｔＢ６の時間（それぞれ、ｔＡ１、ｔＡ２、ｔＡ３、ｔＡ４、ｔＡ５およびｔＡ６の時間に対して時間シフトΔｄだけシフトしている）に受けられる。時間シフトΔｄは、光放射部３によって発せられた光８が対象物２に移動しさらに距離測定装置１に戻るためにかかる時間と、さらに、例えば電子機器、ケーブルまたは他の手段によって生じる他の時間遅延とに起因する。時間シフトΔｄは、対象物２までの距離（伝搬時間）の関数として変化し、それを評価して対象物２までの距離を決定できる。図３Ｂにおいて、時間間隔Δｔと同じスケールで時間シフトΔｄが示されるとは限らない。
図４Ａおよび４Ｂは、決定部１１の配置の比較例を示す。図４Ａの比較例では、１６の画素１０を示す。それぞれの画素１０は、決定部１１に接続されている。なお、図４Ａでは、２つの画素１０と１つの決定部１１だけに符号を付すが、それらはすべて同一であってもよい。
図４Ａに示されるように、受けた光の光スポット１９は、４つの画素１０をカバーする。それらの４つの画素１０に接続された決定部１１は、それに接続された画素１０から受光信号を受信し、受光信号を評価する。図４Ａの例では、４つの決定部１１のそれぞれが、特性値の一例である伝搬時間ｔ１〜ｔ４を示す信号を生成する。すなわち、それぞれの決定部１１は、距離測定装置１によって放射され、その決定部１１に結びつけられた画素１０によって受けられた光ビームの伝搬時間に関する情報を含む信号を生成する。なお、決定部１１のこの機能は、以下で説明する実施例および実施形態においても同様である。
伝搬時間ｔ１〜ｔ４を示す信号は、処理のために評価部に送られる。例えば、評価部は、４つの伝搬時間ｔ１〜ｔ４の平均時間を決定する計算を行ってもよい。あるいは、それは、得られたすべての伝搬時間のヒストグラムを決定し、測定対象物２までの距離をそのヒストグラムから決定してもよい。さらに、他の評価処理も可能である（特に、複数の測定対象物２から複数の受光信号ＬＲを受信する場合）。
図４Ａの比較例におけるように、それぞれの画素１０に対して１つの決定部１１を設けることは、それぞれの画素１０の隣りに決定部１１を配置する必要があるため、スペースを特に必要とし、また、高い電力消費、著しい電位の乱れ、および異なる部分間のクロストークをもたらす。
図４Ｂの配置は、１６の画素１０と４つの決定部１１とを含む。１つの決定部１１は、４つの画素１０からなる１つのグループに接続され、それから受光信号を受信する。図４Ｂに示されるように、光スポット１９は、同じ決定部１１の４つの画素１０をカバーする。この決定部１１は、それに接続された４つの画素１０からの受光信号に基づいて、伝搬時間ｔ１を示す信号を生成する。この伝搬時間ｔ１から、評価部は、測定対象物２までの距離を決定できる。
図４Ｂの配置は、上記の図４Ａの配置よりも、スペースの利用が少ない。しかしながら、図４Ｂの配置では同じ決定部１１に接続された４つの画素１０を区別できないため、距離測定装置１の空間分解能が低下する。より高い分解能とは、距離測定装置１が、与えられた測定範囲内において、より多くの別個の測定値を出力する能力を意味する。図４Ｂのレイアウトの場合のように、いくつかの画素１０が１つの決定部１１を共有する場合、決定部１１は、光を受けている画素１０と光を全く受けない画素１０とを区別できない。したがって、いくつかの画素１０が１つの決定部１１を共有する場合、測定対象物２までの距離の測定精度は、より低精度になる。
以上から分かるように、多くの決定部１１を設けるために必要となるスペースと、多くの決定部１１によって得られる測定精度との間にはトレードオフがある。
図４Ａおよび４Ｂの配置で直面する問題は、以下に記載する図５、６および８に示される配置によって克服される。図５は、第２の実施形態による距離測定装置１００を示す。図５において、距離測定装置１００は、距離測定装置１を制御するための中央演算処理装置（ＣＰＵ）１を含む。
図５の受光部４の検知領域３１は、１０１〜１０１２で示される１２の画素１０の行を含む。それぞれの画素１０１〜１０１２は、それが受ける測定光５に応じて受光信号ＬＲ１〜ＬＲ１２を出力する。
画素１０１、１０４、１０７および１０１０は、配線１６を介して決定部１１３に接続されている。画素１０１、１０４、１０７および１０１０によって発せられた受光信号ＬＲ１、ＬＲ４、ＬＲ７およびＬＲ１０は、評価のために決定部１１３に送信される。画素１０２、１０５、１０８および１０１１は、別の配線１６を介して決定部１１２に接続されている。画素１０２、１０５、１０８および１０１１によって発せられた受光信号ＬＲ２、ＬＲ５、ＬＲ８およびＬＲ１１は、評価のために決定部１１２に送信される。画素１０３、１０６、１０９および１０１２は、別の配線１６を介して決定部１１１に接続されている。画素１０３、１０６、１０９および１０１２によって発せられた受光信号ＬＲ３、ＬＲ６、ＬＲ９およびＬＲ１２は、決定部１１１に送信される。
画素１０と決定部１１１、１１２および１１３との接続の配置は、上記の配置に限定されず、所望により変更してもよい。特別には、配置を固定する必要はなく、適応性のある接続によって自己構成（ｓｅｌｆ−ｃｏｎｆｉｇｕｒｉｎｇ）してもよい。
決定部１１１〜１１３はそれぞれ、測定光５の伝搬時間に対応するデジタル値（例えば０１０１０１０１１１）を出力する。なお、決定部１１１〜１１３によって出力される値の間には、レーザパルス幅および／または全体的な時間ジッタに起因するわずかな差異があってもよい。決定部１１１〜１１３は、例えば時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）によって実現されてもよい。それぞれのＴＤＣは、複数の非隣接画素に接続されてもよい。異なる画素の出力間に遅延が生じるかもしれないが、その場合、ＴＤＣがそれに接続された画素のうちの１つからの最初の受光信号を受信したときに、ＴＤＣが止められる。
画素１０ならびに決定部１１１、１１２および１１３の機能は、上述した比較例のものと同様である。本実施形態は、画素が決定部に接続される方法において、上述した比較例とは異なる。すなわち、行のＮ番目ごとの画素１０１〜１０１２は、その受光信号ＬＲ１〜ＬＲ１２を同じ決定部１１１〜１１３に送信する。図５の例ではＮは３であるが、Ｎは、２、または４、またはそれより大きくてもよい。決定部１１１〜１１３のそれぞれは、４つの非隣接画素１０１〜１０１２のグループから、受光信号ＬＲ１〜ＬＲ１２を受信する。なお、「非隣接画素のグループ」とは、それらの間に他の画素と交差しない直通経路が存在しない少なくとも２つの画素を含む画素のグループである。例えば、画素１０１、１０３および１０５のグループ、および画素１０１、１０２、１０４、１０５のグループは、非隣接画素のグループの例であるが、画素１０１、１０２および１０３のグループは非隣接画素のグループではない。
図５に示される例では、画素１０１、１０４、１０７、１０１０は、すべてが同じ決定部１１３に接続される画素の第１のグループを構成する。この画素グループの画素を、図５において太線で示す。同じ画素グループの隣り合う画素は、画素グループの連続する画素ではあるが、非隣接画素である。例えば、画素１０１および１０４は、１０４および１０７と同様に、第１の画素グループの「隣り合う画素」である。しかしながら、画素１０４および１０１０は、第１の画素グループの画素１０７がそれらの間に存在するので、第１の画素グループの「隣り合う画素」ではない。換言すれば、それぞれの画素グループの隣り合う画素は、必ずしも互いに隣接していない。
図５に示される例では、Ｎ＝３であり、画素１０４および１０７（画素１０１、１０４、１０７および１０１０を含む画素グループの隣り合う画素である）の間に配置された他の画素グループのＮ−１＝２個の画素（すなわち画素１０５および１０６）があることが分かる。
それぞれの決定部１１１〜１１３は、受信した受光信号ＬＲ１〜ＬＲ１２に基づいて、対象物２までの距離を示す信号を生成して出力する。決定部１１１〜１１３は、上記の比較例に関して説明したものと同じ機能を有する評価部１３に接続されている。すなわち、評価部１３は、決定部１１１〜１１３からの結果（伝搬時間などの特性値）に基づいて、対象物２までの距離を計算する。より具体的には、評価部１３は、決定部１１１〜１１３によって出力される特性値を、空間的および／または時間的に平均する。評価部１３は、決定部１１と同様に、同じ半導体チップ上に組み込まれてもよい（例えば論理演算装置として）が、決定部１１によって出力される信号を受信して必要な計算を行なうＣＰＵまたはＦＰＧＡによって評価部１３の機能を実現することも可能である。計算された対象物２までの距離は、次に、距離測定装置１が備えるディスプレイ１４に表示される。あるいは、対象物２までの距離を、別の処理部（コントローラなど）に出力したり、別の処理を制御するために使用したりすることも可能である。
このように、この実施形態の決定部１１１〜１１３は、受信した受光信号ＬＲ（特別には、同じ時、すなわち同時に受信した受光信号ＬＲから）から特性値を決定し、評価部１３は、決定部１１１〜１１３によって決定された特性値から測定値を計算して出力する。本実施形態では、この測定値は、測定対象物２から距離測定装置１までの距離（測定対象物の特性）である。
図５の例では、光スポット１９は、隣接する画素１０５および１０６をカバーする。したがって、受光信号ＬＲ５およびＬＲ６は、伝搬時間および対象物２までの距離を決定するために、各々の決定部１１２および１１１に送られる。
複数の画素１０１〜１０１２に対してそれぞれ１つだけの決定部１１１〜１１３を設けることは、距離測定装置１００内に配置する必要がある決定部１１１〜１１３の数がより少ないため、スペースを節約でき、電力損を低減でき、信号の遅延を制限できる点で、有利である。これはさらに、距離測定装置１００を製造するためのコストを低減する。したがって、図５の決定部１１１〜１１３の配置は、図４Ａに示される決定部１１の配置よりも優れている。
隣接する画素１０が同じ決定部１１に接続される場合と比較して、隣接する画素１０１〜１０１２を異なる決定部１１１〜１１３に接続することは、それによって距離測定装置１００の分解能を高めることができるため、有利である。隣接する画素１０が同じ決定部１１に接続される場合、決定部１１は、隣接する画素１０のうちの１つだけに光が入射する状態と、２つの（または２つより多くの）隣接する画素１０に光が入射する状態とを区別できず、その結果、分解能が低下する。このように、図５の配置によって、対象物２までの距離を、より高い精度で決定できる。したがって、図５の決定部１１１〜１１３の配置はまた、図４Ｂに示される決定部１１の配置に対しても優れている。
他の実施形態では、決定部１１１、１１２、１１３の少なくとも１つは、単一の受光信号ＬＲだけではなく、オーバラップしていない複数の受光信号ＬＲを検知するように構成される。そのような決定部１１１、１１２、１１３は、特別には、多数の事象（ｅｖｅｎｔ）を記録して格納できる。
図５の例では、光スポット１９は、好ましくは、画素１０が３個分のサイズ以下のサイズを有する。画素１０が３個分のサイズよりも光スポット１９が大きい場合、複数の画素１０が各々の決定部１１１〜１１３に接続されるパターンが注意深く選ばれるなら、上述の利点は依然として保たれる。
図６は、第３の実施形態による距離測定装置１０１を示す。第３の実施形態による距離測定装置１０１は、第２の実施形態による距離測定装置１００とは、その検知領域３２が、１０Ａ１〜１０Ａ８および１０Ｂ１〜１０Ｂ８で示される１６の画素１０のアレイであって２行および８列を含むアレイを含む点で異なる。
画素１０の第１行の１つおきの画素１０Ａ１、１０Ａ３、１０Ａ５および１０Ａ７は、決定部１１５に接続され、その受光信号ＬＲＡ１、ＬＲＡ３、ＬＲＡ５およびＬＲＡ７を、決定部１１５に送信する。画素の第１行の残りの画素１０Ａ２、１０Ａ４、１０Ａ６および１０Ａ８は、決定部１１４に接続され、それらの受光信号ＬＲＡ２、ＬＲＡ４、ＬＲＡ６およびＬＲＡ８を決定部１１４に送信する。
同様に、画素１０の第２行の１つおきの画素１０Ｂ１、１０Ｂ３、１０Ｂ５および１０Ｂ７は、決定部１１６に接続され、その受光信号ＬＲＢ１、ＬＲＢ３、ＬＲＢ５およびＬＲＢ７を決定部１１６に送信する。画素の第２行の残りの画素１０Ｂ２、１０Ｂ４、１０Ｂ６および１０Ｂ８は、決定部１１７に接続され、それらの受光信号ＬＲＢ２、ＬＲＢ４、ＬＲＢ６およびＬＲＢ８を決定部１１７に送信する。このように、検知領域３２のすべての隣接する２つの画素１０は、異なる決定部１１４〜１１７に接続され、それらの受光信号ＬＲＡ１〜ＬＲＡ８およびＬＲＢ１〜ＬＲＢ８を決定部１１４〜１１７に与える。
決定部１１４〜１１７の機能は、上記の図５を参照して記載した決定部１１１〜１１３の機能と同様である。特別には、図６の例において、光スポット１９は、画素１０Ａ５、１０Ａ６、１０Ｂ５および１０Ｂ６をカバーする。従って、これらの画素１０Ａ５、１０Ａ６、１０Ｂ５および１０Ｂ６は、各々の受光信号ＬＲＡ５、ＬＲＡ６、ＬＲＢ５およびＬＲＢ６を、評価のために、決定部１１４、１１５、１１６および１１７に送る。
決定部１１４〜１１７の配置は、スペースの利用がより少ないかまたは高分解能が得られるため、図４Ａおよび４Ｂの比較例の配置と比較して有利である。
距離測定装置１００および１０１では、検知領域３１、３２はそれぞれ、１２および１６の画素１０を含む。しかしながら、検知領域３１、３２を、はるかに小さくまたははるかに大きくすることも可能である。例えば、検知領域３１、３２は、画素の４０列および１０行を含むアレイの形式に配置された４００の画素１０を含むことができる。そのような配置では、画素１０の１０の行（それぞれの行は４０の画素を含む）が設けられる。個々の画素１０を決定部に配線することを可能にするために、画素１０の行は、所定の距離で互いから等距離に配置される。そのような検知領域３１、３２の４００の画素１０は、例えば、図５に示されるものと同じパターン（例えば、１０の行の各行に対して８つ）で配置された８０の異なる検知部に割り当てることができる。
この配置では、隣接する２つの行および隣接する２つの列の４つの隣接する画素は、４つの画素からなる１つの「画素ブロック」と見なすことができる。例えば、図６では、画素１０Ａ４、１０Ａ５、１０Ｂ４および１０Ｂ５は、そのような１つの画素ブロックを構成する。上記の配置によって、任意の画素ブロックの４つの画素は異なる４つの決定部に接続され、その結果、高い測定精度を達成できる。同様に、上記の配置によって、画素の同じ列のすべての画素は、異なる決定部に接続される。
図７Ａ〜７Ｄは、異なる数の受光素子１５ａ〜１５ｄを含む画素１０ａ〜１０ｄの例を示す。図７Ａでは、画素１０ａは、ただ１つの受光素子１５ａを含む。受光素子１５ａは、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）として形成される。図７Ｂでは、画素１０ｂは、４つのＳＰＡＤ受光素子１５ｂを含む。距離測定装置１、１０１において、画素１０ｂの４つの受光素子１５ｂの受光信号ＬＲはすべて、同じ決定部１１１〜１１７に送信される。図７Ｃでは、画素１０ｃは、９つのＳＰＡＤ受光素子１５ｃを含む。距離測定装置１、１０１において、画素１０ｃの９つの受光素子１５ｃの受光信号ＬＲはすべて、同じ決定部１１１〜１１７に送信される。図７Ｄでは、画素１０ｄは、１６のＳＰＡＤ受光素子１５ｄを含む。距離測定装置１、１００、１０１において、画素１０ｄの１６の受光素子１５ｄの受光信号ＬＲはすべて、同じ決定部１１１〜１１７に送信される。
第１、第２および第３の実施形態の距離測定装置１、１００および１０１の画素１０はすべて同一とすることができ、例えば図７Ａ〜７Ｄの画素１０ａ〜１０ｄから選択できる。あるいは、距離測定装置１、１００および１０１の画素１０をすべて同一とはしないことも可能である。後者の場合、画素１０を、同様に、図７Ａ〜図７Ｄの画素１０ａ〜１０ｄから選択できる。
図８は、第４の実施形態による距離測定装置１０２を示す。第４の実施形態による距離測定装置１０２は、第３の実施形態による距離測定装置１０１とは、それぞれの画素１０がそれに結びつけられた画素出力制御部１２を有する点で異なる。詳細には、それぞれの画素１０Ａ１〜１０Ａ８および１０Ｂ１〜１０Ｂ８に対して、対応する画素１０Ａ１〜１０Ａ８および１０Ｂ１〜１０Ｂ８に接続された画素出力制御部１２Ａ１〜１２Ａ８および１２Ｂ１〜１２Ｂ８が設けられる。したがって、画素と出力制御部とは、一対一に対応している。
画素出力制御部１２Ａ１〜１２Ａ８および１２Ｂ１〜１２Ｂ８は、それぞれの画素１０の受光信号ＬＲを個々に選択的に進める。画素出力制御部１２Ａ１〜１２Ａ８および１２Ｂ１〜１２Ｂ８は、対応する画素１０が測定光５を受けるかどうかに応じて制御されるスイッチ（トランジスタなど）を含む。したがって、それぞれの画素出力制御部１２は、画素１０によって受けられた光が周辺光（すなわち迷光）またはノイズのみである場合には対応する画素１０の出力を無効にし、画素１０によって受けられた光が測定光５（すなわち、光放射部３によって放射され対象物２によって反射された光）である場合には対応する画素１０の出力を有効にする。従って、決定部１１４〜１１７は、実際に測定光５を受けた画素１０から受光信号ＬＲを受信するだけであり、周辺光のみを受けた画素１０からは受信しない。その結果、対象物２までの決定された距離の精度を向上できる。
好ましい実施形態に沿って本発明を記載したが、すべての実施形態において変更が可能であることは当業者にとって自明である。例えば、受光素子４の画素１０の数は、増加または低減できる。
さらに、複数の非隣接画素１０を１つの決定部１１１〜１１７に接続するパターンは、図４、５、６および７に示されるパターンに限定されない。このパターンは、隣接する画素１０がそれらの受光信号ＬＲを同じ決定部１１１〜１１７に送らない限り、所望により変更できる。
さらに、上記実施形態では複数の決定部が設けられているが、複数の受光信号を受信して受光信号から特性値を決定する上記機能を行なう単一の回路を設けることも可能であることに留意すべきである。この場合、そのような単一の回路も、「複数の決定部」と見なすことができる。
１ 距離測定装置
２ 測定対象物
３ 光放射部
４ 受光部
５ 測定光
６ コリメータ
７ （収束）レンズ
８ 放射された光ビーム
１０ 画素
１０１〜１０１２ 画素
１０ａ〜１０ｄ 画素
１０Ａ１〜１０Ａ８ 画素
１０Ｂ１〜１０Ｂ８ 画素
１１ 決定部
１２ 画素出力制御部
１２Ａ１〜１２Ａ８ 画素出力制御部
１２Ｂ１〜１２Ｂ８ 画素出力制御部
１３ 評価部
１４ ディスプレイ
１５ 受光素子
１５ａ〜１５ｄ 受光素子
１６ 配線
１７ パルス
１９ スポット
１９ａ〜１９ｄ スポット
２０ 光学系
２１ ＣＰＵ
２７ パルス
３０〜３２ 検知領域
１００，１０１，１０２ 距離測定装置
１１１〜１１７ 決定部
ＬＲ 受光信号
ＬＲ１〜ＬＲ１２ 受光信号
ＬＲＡ１〜ＬＲＡ８ 受光信号
ＬＲＢ１〜ＬＲＢ８ 受光信号
ｔＡ１〜ｔＡ６ 時間
ｔＢ１〜ｔＢ６ 時間
Δｔ 期間
Δｄ 時間シフト
ΔＴ 所定の期間

Claims (11)

  1. 光を放射するように構成された光放射部と、
    前記光放射部によって放射され測定対象物によって反射された測定光を受けるように構成された受光部であって、前記受けられた測定光によって決まる受光信号を出力するように構成された複数の画素を含む受光部と、
    前記受光信号を受け、前記受光信号から特性値を決定するように構成された複数の決定部と、
    前記複数の決定部に接続された評価部であって、前記決定部によって決定された前記特性値から距離を計算するように構成された評価部と、を含み、
    前記複数の決定部のそれぞれは、複数の非隣接画素だけから前記受光信号を受信するように構成される、距離測定装置。
  2. １つの画素は、隣接し且つその出力が同じ決定部に入力される１つ以上の受光素子を含む、請求項１に記載の距離測定装置。
  3. それぞれの受光素子は、単一光子アバランシェダイオードである、請求項２に記載の距離測定装置。
  4. 前記複数の画素のそれぞれは同じサイズである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の距離測定装置。
  5. 前記画素は、異なるサイズの画素を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の距離測定装置。
  6. 前記複数の画素は、少なくとも１つの行を含むアレイの形式に配置されており、
    それぞれの行の前記画素は、Ｎ個の画素グループを構成し、
    それぞれの画素グループの前記画素は、同じ決定部に接続され、
    それぞれの画素グループの前記画素は、同じ画素グループの隣り合う画素の間に他の画素グループのＮ−１個の画素が位置するように、配置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の距離測定装置。
  7. 前記アレイは複数の列を含み、前記複数の列の少なくとも１つの列のそれぞれの画素からの前記受光信号は、異なる決定部に送信される、請求項６に記載の距離測定装置。
  8. 前記複数の画素は行および列を含むアレイの形式に配置され、隣接する２つの行および隣接する２つの列の４つの画素のそれぞれは、異なる決定部に接続される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の距離測定装置。
  9. 前記画素は、前記複数の決定部に直接接続される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の距離測定装置。
  10. それぞれの画素の前記受光信号を個々に選択的に進めるように構成された画素出力制御部をさらに含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の距離測定装置。
  11. 前記画素出力制御部は、測定光を受けた画素の前記受光信号だけを進めるように構成される、請求項１０に記載の距離測定装置。
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