JP2021096177A - 受光装置及び受光装置の制御方法、並びに、測距装置 - Google Patents

受光装置及び受光装置の制御方法、並びに、測距装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2021096177A
JP2021096177A JP2019228003A JP2019228003A JP2021096177A JP 2021096177 A JP2021096177 A JP 2021096177A JP 2019228003 A JP2019228003 A JP 2019228003A JP 2019228003 A JP2019228003 A JP 2019228003A JP 2021096177 A JP2021096177 A JP 2021096177A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
unit
light receiving
receiving device
optical sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2019228003A
Other languages
English (en)
Inventor
龍太郎 本間
Ryutaro Homma
龍太郎 本間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority to JP2019228003A priority Critical patent/JP2021096177A/ja
Priority to PCT/JP2020/042732 priority patent/WO2021124762A1/ja
Publication of JP2021096177A publication Critical patent/JP2021096177A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

【課題】１回のヒストグラム生成中に反射光イベントのタイミング推定が可能で、短時間での測距を実現できる受光装置を提供する。【解決手段】本開示の受光装置は、光センサ、時間計測部、及び、システム制御部を備える。光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光する。時間計測部は、光センサの出力パルスを基に、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成する。システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果に基づいて測距に関する特性についてフィードバック制御する。【選択図】 図７

Description

本開示は、受光装置及び受光装置の制御方法、並びに、測距装置に関する。
受光素子として、光子の受光に応じて信号を発生する素子を用いた受光装置がある。この種の受光装置を備える測距装置では、測距対象物（被写体）までの距離を測定する測定法として、光源から測距対象物に向けて照射した光が、測距対象物で反射されて戻ってくるまでの時間を計測するＴｏＦ（Time of Flight：飛行時間）法が採用されている。
ＴｏＦ法を用いる従来の測距装置では、距離精度の向上を図るために、測距動作を繰り返して実行し、受光素子出力のヒストグラムを生成することで、統計的にＳ／Ｎの改善を図っている。しかし、この従来手法の場合、大量のヒストグラムを積み重ねるために大容量のメモリが必要となる。そのため、光源から連続したパルス列を発射し、その反射光から得られる応答を累算した結果から距離の推定値を算出することで、大量のヒストグラムの積み重ねを不要とし、メモリ量の削減を図っている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１７−１２５８４４号公報
上記の特許文献１に記載の従来技術では、大量のヒストグラムの積み重ねを不要とし、メモリ量の削減を図ることはできるものの、反射光から得られる応答の累算結果から距離の推定値を算出するようにしているため、距離を推定するための処理が必要となり、その分だけ測距に時間を要することになる。
本開示は、１回のヒストグラム生成中に、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントのタイミング推定が可能で、短時間での動的フィードバックを行った測距を実現できる受光装置及び受光装置の制御方法、並びに、当該受光装置を有する測距装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための本開示の第１受光装置は、
光センサ、
時間計測部、及び、
システム制御部、
を備え、
光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
時間計測部は、光センサの出力パルスを基に、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果に基づいて測距に関する特性についてフィードバック制御する。
上記の目的を達成するための本開示の受光装置の制御方法は、
光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光する光センサ、
を備える受光装置の制御に当たって、
光センサの出力パルスを基に、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
生成したヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果に基づいて測距に関する特性についてフィードバック制御する。
上記の目的を達成するための本開示の第２受光装置は、
光センサ、
ローパスフィルタ、
コンパレータ、及び、
時間計測部、
を備え、
光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
ローパスフィルタは、光センサの出力パルスを波形整形して、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
コンパレータは、ローパスフィルタで生成されたヒストグラムを測距対象判定閾値と比較し、測距開始タイミングから、ヒストグラムが測距対象判定閾値を超えるタイミングまでをパルス幅とするパルスを出力し、
時間計測部は、ΔΣ変調技術を用いたΔΣ型の時間計測部から成り、コンパレータの出力パルスを入力とし、計測結果を入力にフィードバックする。
上記の目的を達成するための本開示の第１測距装置は、上記の構成の第１受光装置を有する構成となっており、本開示の第２測距装置は、上記の構成の第２受光装置を有する構成となっている。
図１は、本開示に係る技術が適用される測距装置の一例を示す概略構成図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、本適用例に係る測距装置の具体的な構成の一例を示すブロック図である。 図３は、ＳＰＡＤ素子を用いた基本的な画素回路の一例を示す回路図である。 図４Ａは、ＳＰＡＤ素子のＰＮ接合の電流−電圧特性を示す特性図であり、図４Ｂは、画素回路の回路動作の説明に供する波形図である。 図５は、測距動作を繰り返して実行してヒストグラムを生成する手法について説明する図である。 図６は、複数のレーザ光源Ａ〜Ｘを用いて、それぞれの発光タイミングに時間差を設けることによって連続パルス光を照射する光源部について説明する図である。 図７は、本開示の実施形態に係る受光装置の構成の一例を示すブロック図である。 図８は、実施例１に係る時間計測部の制御について説明するタイミング波形図である。 図９は、本開示の実施形態に係る受光装置の制御方法についての処理の流れを示すフローチャートである。 図１０は、具体例１に係る時間分解能切替えについて説明するための図である。 図１１は、具体例２に係る時間分解能切替えについて説明するための図である。 図１２は、具体例３に係る時間分解能切替えについて説明するための図である。 図１３は、実施例２に係る受光装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１４Ａ及び図１４Ｂは、実施例２に係る受光装置において、光センサの画素領域に、連続発光による読み出し領域と、通常発光による読み出し領域とを混在させる例について説明する図である。 図１５は、実施例２の変形例について説明する図である。 図１６は、実施例３に係る受光装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１７は、実施例３に係る受光装置の各部の信号波形を示すタイミング波形図である。 図１８は、ΔΣＴＤＣから成る時間計測部の実動作例について説明するための回路図である。 図１９は、図１８の回路の各部の信号波形を示すタイミング波形図である。 図２０Ａは、ΔΣ変調器の基本構成を示す回路図であり、図２０Ｂは、基本構成をＺ領域でモデル化した図である。 図２１は、ノイズシェーピングの有無による量子化ノイズの分布の違いについて説明する図である。 図２２は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。 図２３は、測距装置の設置位置の例を示す図である。
以下、本開示に係る技術を実施するための形態（以下、「実施形態」と記述する）について図面を用いて詳細に説明する。本開示に係る技術は実施形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。尚、説明は以下の順序で行う。
１．本開示の受光装置、並びに、測距装置及びその制御方法、全般に関する説明
２．本開示に係る技術が適用される測距装置
２−１．測距装置の具体的な構成例
２−２．ＳＰＡＤ素子を用いた基本的な画素回路例
２−３．ＳＰＡＤ素子を用いた画素回路の回路動作例
２−４．ＳＰＡＤ出力のヒストグラムの生成について
３．本開示の実施形態
３−１．実施例１（測距結果を時間計測部にフィードバックする例）
３−２．実施例２（測距結果を光センサにフィードバックする例）
３−３．実施例３（ΔΣ型の時間計測部の計測結果を入力にフィードバックする例）
４．変形例
５．本開示に係る技術の適用例（移動体の例）
６．本開示がとることができる構成
＜本開示の受光装置及び測距装置、全般に関する説明＞
本開示の第１受光装置及び第１測距装置にあっては、システム制御部について、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングを、反射光イベントの発生タイミングとして推定し、その推定結果に基づいて、時間計測部の時間分解能を制御する構成とすることができる。
上述した好ましい構成を含む本開示の第１受光装置及び第１測距装置にあっては、システム制御部について、光センサの受光素子の出力パルスをサンプリングするサンプリング周波数を変えることによって時間計測部の時間分解能を切り替える構成とすることができる。更に、システム制御部について、時間計測部の時間分解能を、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングで、相対的に粗い時間分解能から相対的に細かい時間分解能に切り替える構成とすることができる。
あるいは又、上述した好ましい構成を含む本開示の第１受光装置及び第１測距装置にあっては、システム制御部について、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングを、反射光イベントの発生タイミングとして推定し、その推定結果に基づいて、光センサの画素領域における読み出し領域を制御する構成とすることができる。
また、上述した好ましい構成を含む本開示の第１受光装置及び第１測距装置にあっては、光センサの画素領域には、光源部側の連続発光領域に対応した第１読み出し領域と、光源部側の連続発光よりも長い周期での通常発光領域に対応した第２読み出し領域とが混在した構成とすることができる。この場合において、システム制御部について、第１読み出し領域に対して、時間計測部で生成されたヒストグラムに基づいて反射光イベントの発生タイミングを推定する処理を実施する構成とすることができる。
また、上述した好ましい構成を含む本開示の第１受光装置及び第１測距装置にあっては、光センサの受光素子について、光子の受光に応じて信号を発生する素子から成る構成、好ましくは、単一光子アバランシェダイオードから成る構成とすることができる。
また、上述した好ましい構成を含む本開示第１測距装置にあっては、光源部について、光源がアレイ状に２次元配置されて成る面発光半導体レーザから成る、好ましくは、面発光半導体レーザについて、垂直共振器型面発光レーザである構成とすることができる。そして、光源部の発光領域には、光源を連続的に発光させる連続発光領域と、連続発光の周期よりも長い周期で光源を発光させる通常発光領域とが混在している構成とすることができる。
また、上述した好ましい構成を含む本開示第１測距装置にあっては、光センサの画素領域には、光源部側の連続発光領域に対応した第１読み出し領域と、光源部側の通常発光領域に対応した第２読み出し領域との設定が可能な構成とすることができる。このとき、システム制御部について、第１読み出し領域に対して反射光イベントの発生タイミングを推定する処理を実施する構成とすることができる。
本開示の第２受光装置及び第２測距装置にあっては、時間計測部について、信号の差を取る減算器、減算器の出力について時間積分を行う積分器、積分器の出力について量子化を行うコンパレータ、及び、コンパレータの出力を減算器の減算入力としてフィードバックするデジタル−アナログ変換器から成る構成とすることができる。
また、上述した好ましい構成を含む本開示の第２受光装置及び第２測距装置にあっては、光センサの受光素子について、光子の受光に応じて信号を発生する素子、好ましくは、単一光子アバランシェダイオードから成る構成とすることができる。
＜本開示に係る技術が適用される測距装置＞
図１は、本開示に係る技術が適用される測距装置の一例を示す概略構成図である。本適用例に係る測距装置１は、測距対象物である被写体１０までの距離を測定する測定法として、被写体１０に向けて照射した光（例えば、赤外の波長域にピーク波長を有するレーザ光）が、当該被写体１０で反射されて戻ってくるまでの飛行時間を測定するＴｏＦ法を採用している。ＴｏＦ法による距離測定を実現するために、本適用例に係る測距装置１は、光源部２０及び受光装置３０を備えている。そして、受光装置３０として、後述する本開示の実施形態に係る受光装置を用いることができる。
［測距装置の具体的な構成例］
本適用例に係る測距装置１の具体的な構成の一例を図２Ａ及び図２Ｂに示す。光源部２０は、例えば、レーザ駆動部２１、レーザ光源２２、及び、拡散レンズ２３を有し、被写体１０に対してレーザ光を照射する。レーザ駆動部２１は、システム制御部４０による制御の下に、レーザ光源２２を駆動する。レーザ光源２２は、例えば半導体レーザから成り、レーザ駆動部２１によって駆動されることによってレーザ光を出射する。拡散レンズ２３は、レーザ光源２２から出射されたレーザ光を拡散し、測距対象物である被写体１０に対して照射する。
受光装置３０は、受光レンズ３１、受光部である光センサ３２、及び、信号処理部３３を有し、光源部２０からの照射レーザ光が被写体１０で反射されて戻ってくる反射レーザ光を受光する。受光レンズ３１は、被写体１０からの反射レーザ光を光センサ３２の受光面上に集光する。光センサ３２は、受光レンズ３１を経た被写体１０からの反射レーザ光を画素単位で受光し、光電変換する。光センサ３２としては、受光素子を含む画素が行列状（アレイ状）に２次元配置されて成る２次元アレイセンサを用いることができる。
光センサ３２の出力信号は、信号処理部３３を経由してシステム制御部４０へ供給される。システム制御部４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理ユニット）等によって構成されるアプリケーションプロセッサであり、光源部２０及び受光装置３０を制御するとともに、光源部２０から被写体１０に向けて照射したレーザ光が、当該被写体１０で反射されて戻ってくるまでの時間の計測を行う。この計測した時間に基づいて、被写体１０までの距離を求めることができる。
そして、本適用例に係る測距装置１では、光センサ３２として、画素の受光素子が、光子の受光に応じて信号を発生する素子、例えば、ＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode：単一光子アバランシェダイオード）素子から成るセンサを用いている。すなわち、本適用例に係る測距装置１における受光装置３０は、画素の受光素子としてＳＰＡＤ素子を用いた構成となっている。ＳＰＡＤ素子は、ブレイクダウン電圧（降伏電圧）を超えた逆電圧で素子を動作させるガイガーモードで動作する。尚、画素の受光素子としては、ＳＰＡＤ素子に限定されるものではなく、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）や、ＳｉＰＭ（シリコンフォトマルチプライヤ）等、ガイガーモードで動作する種々の素子を用いることができる。
［ＳＰＡＤ素子を用いた基本的な画素回路例］
ＳＰＡＤ素子を用いた受光装置３０における基本的な画素回路の構成の一例を図３に示す。ここでは、１画素分の基本構成を図示している。
ＳＰＡＤ素子を用いた画素５０の基本的な画素回路は、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電極が、例えばＰ型ＭＯＳトランジスタＱLから成る負荷５４を介して、電源電圧ＶDDが与えられる端子５２に接続され、ＳＰＡＤ素子５１のアノード電極が、アノード電圧Ｖanoが与えられる端子５３に接続された構成となっている。アノード電圧Ｖanoとしては、アバランシェ増倍が発生する大きな負電圧が印加される（図４Ｂ参照）。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱLのゲート電極には、当該ＭＯＳトランジスタＱLを所望の電流源として動作させるためのバイアス電圧Ｖbiasが印加される。
そして、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAが、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱp及びＮ型ＭＯＳトランジスタＱnから成るＣＭＯＳインバータ５５を介してＳＰＡＤ出力（画素出力）として導出される。ＣＭＯＳインバータ５５は、閾値電圧Ｖthを比較基準とする比較回路（比較器）ということもできるし、閾値電圧Ｖthを基準としてＳＰＡＤ素子５１の出力であるカソード電圧ＶCAの波形整形を行う波形整形回路ということもできる。
ＳＰＡＤ素子５１には、ブレイクダウン電圧ＶBD以上の電圧が印加される。ブレイクダウン電圧ＶBD以上の過剰電圧は、エクセスバイアス電圧ＶEXと呼ばれる。ブレイクダウン電圧ＶBDの電圧値に対して、どの程度大きな電圧値のエクセスバイアス電圧ＶEXを印加するかによってＳＰＡＤ素子５１の特性が変わる。
ガイガーモードで動作するＳＰＡＤ素子５１のＰＮ接合のＩ（電流）−Ｖ（電圧）特性を図４Ａに示す。図４Ａには、ブレイクダウン電圧ＶBD、エクセスバイアス電圧ＶEX、及び、ＳＰＡＤ素子５１の動作点の関係を図示している。
［ＳＰＡＤ素子を用いた画素回路の回路動作例］
続いて、上記の構成の画素回路の回路動作の一例について、図４Ｂの波形図を用いて説明する。
ＳＰＡＤ素子５１に電流が流れていない状態では、ＳＰＡＤ素子５１には（ＶDD−Ｖano）の値の電圧が印加されている。この電圧値（ＶDD−Ｖano）は、（ＶBD＋ＶEX）である。そして、ＳＰＡＤ素子５１のＰＮ接合部で暗電子の発生レートＤＣＲ（Dark Count Rate）や光照射によって発生した電子がアバランシェ増倍を生じ、アバランシェ電流が発生する。
カソード電圧ＶCAが低下し、ＳＰＡＤ素子５１の端子間の電圧がＰＮダイオードのブレイクダウン電圧ＶBDになると、アバランシェ電流が停止する。そして、アバランシェ増倍で発生し、蓄積された電子が、負荷５５（例えば、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＱL）を通して放電し、カソード電圧ＶCAが上昇する。そして、カソード電圧ＶCAが電源電圧ＶDDまで回復し、再び初期状態に戻る。
ＳＰＡＤ素子５１に光が入射して１個でも電子−正孔対が発生すると、それが種となってアバランシェ電流が発生するので、光子１個の入射でも、ある検知効率ＰＤＥ（Photon Detection Efficiency）で検出することができる。
以上の動作が繰り返される。そして、この一連の動作において、カソード電圧ＶCAが、ＣＭＯＳインバータ５５で波形整形され、１フォトンの到来時刻を開始点とするパルス幅Ｔのパルス信号がＳＰＡＤ出力（画素出力）となる。
［ＳＰＡＤ出力のヒストグラムの生成について］
ＴｏＦ法を用いる従来の測距装置では、外乱光イベント（外乱光に基づくイベント）が起こる中で、反射光イベント（反射光に基づくイベント）が起こる箇所を推定する必要がある。ここで、外乱光イベントが起こる要因としては、光が入射していない状態で発生するダーク（ＤＣ）、１発目のパルス光を発生後に、光の入射と無関係に発生するアフターパルス（ＡＰ）、隣接するＳＰＡＤ素子５１の応答の影響によるクロストーク、あるいは、環境光等を例示することができる。
また、ＳＰＡＤ素子５１は、感度が非常に高い高性能なデバイスであり、図５に示すように、１イベントにつき１パルスを生成（発生）することになるために、外乱光イベントと反射光イベントとを区別することが難しい。そのため、ＴｏＦ法を用いる従来の測距装置では、測距動作を繰り返して実行して、複数回計測した時間を積み上げてヒストグラムを生成し、反射光によるカウント数が、外乱光イベントのカウント数よりも優位になる時点を推定値とすることで、統計的に、Ｓ／Ｎの改善を図っている。
しかし、上述した手法の場合、一定周期毎にパルス光を１個照射し、その反射光に基づいてヒストグラムを生成する、という測距動作を複数回繰り返して実行することになる。そのため、測距開始時点から、ある程度時間が経過し、反射光イベントのカウント数が、外乱光イベントのカウント数よりも優位になるまで、反射光イベントが起こった時点を推定することができない。その結果、従来の測距装置では、測距に時間を要することになるため、測距結果をリアルタイムにフィードバックして、測距に関する特性（例えば、時間分解能など）を動的に制御することができない。
＜本開示の実施形態＞
本開示の実施形態では、図２Ａに示す、本開示に係る技術が適用される測距装置１において、システム制御部４０による制御の下に、光源部２０から測距対象物に向けて、複数のパルス光（連続発光パルス光）を、短時間に連続的に照射（発射）する。
連続発光パルス光を照射する光源部２０については、例えば、汎用のレーザ光源を１個用いて点滅発光させる構成や、汎用のレーザ光源を複数用いて時分割で順次発光させる構成とすることができる。後者の場合、例えば、図６に示すように、複数のレーザ光源Ａ〜Ｘを用いて、それぞれの発光タイミングに時間差を持たせる、即ち、発光タイミングをずらすことによって連続発光パルス光を照射することができる。また、光源部２０として、光源がアレイ状（行列状）に２次元配置されて成る面発光半導体レーザ、例えば垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）を用いて、各発光部の発光タイミングに時間差を持たせる構成とすることもできる。
光源部２０からの複数のパルス光の短時間での連続的な照射、即ち、連続発光パルス光の照射により、当該照射に基づく測距対象物からの反射光（連続パルス光）を受光する受光装置３０では、１回のヒストグラム生成で取得する反射光イベントのカウント数が増えるため、外乱光イベントのカウント数よりも優位になる。
このように、光源部２０から複数のパルス光を短時間に連続的に照射する一方、受光装置３０では、当該照射に基づく反射光を受光してヒストグラム生成を１回行うことで、１回のヒストグラム生成で取得する反射光イベントのカウント数が増え、外乱光イベントのカウント数よりも優位になる。これにより、１回のヒストグラム生成によって、反射光イベントが発生しているであろうと思われる箇所の推定が可能になる。
その結果、ヒストグラム生成を複数回実行しなくても、連続発光パルス光の照射に基づく１回のヒストグラム生成中に、反射光イベントの発生タイミング（発生箇所）を推定することが可能となるために、ヒストグラム生成を複数回実行する場合よりも測距時間を短縮することができる。そして、測距時間を短縮できることにより、測距結果をリアルタイムにフィードバックして、時間分解能などの測距に関する特性を動的に制御することができることになる。
本開示の実施形態に係る受光装置３０の構成の一例を図７に示す。本実施形態に係る受光装置３０では、光センサ３２として、ＳＰＡＤ素子５１を含む複数の画素４０が行列状（アレイ状）に２次元配置されて成るアレイセンサを用いている。光センサ３２は、光源部２０から測距対象物に向けて照射された連続発光パルス光が、当該測距対象物で反射されて戻ってくるパルス光（以下、「連続反射パルス光」と記述する場合がある）を受光する。
本実施形態に係る受光装置３０は、光センサ３２の他に、信号処理部３３および制御回路３４を備えている。光センサ３２における複数の画素４０の各受光データは、信号処理部３３に供給される。制御回路３４は、外部から与えられるトリガー信号等に基づいて、信号処理部３３の制御を行う。
信号処理部３３は、例えば、時間計測部（Time-to-Digital Converter：ＴＤＣ）３３０を有する構成となっており、制御回路３４による制御の下に、複数の画素４０から出力される各受光データに対して、測距のための信号処理を行う。
具体的には、時間計測部３３０は、例えば、光の飛行時間から直接距離を算出する直接ＴｏＦ法を用いて、画素４０から出力される受光データを基に測距のための信号処理を行う。すなわち、時間計測部３３０は、光源部２０から測距対象物に向けて照射した光が、当該測距対象物で反射されて戻ってくるまでの時間を計測する。
本実施形態に係る受光装置３０は、光源部２０から測距対象物に向けて短時間で照射された連続発光パルス光が、測距対象物で反射されて戻ってくる反射パルス光（連続反射パルス光）を受光する。そして、受光装置３０において、時間計測部３３０は、受光した連続反射パルス光に基づいて、反射光イベントについてのヒストグラム生成を１回実行し、生成したヒストグラムに関するデータをシステム制御部４０（図２Ａ参照）に供給する。システム制御部４０は、時間計測部３３０から取得したヒストグラムに関するデータを基に、反射光イベントの発生タイミング（発生箇所）に対応する距離を、測距対象物までの距離として算出する。
このように、光源部２０から短時間に複数のパルス光を連続的に照射することで、１回のヒストグラム生成中に、反射光イベントの発生タイミング（コード）を推定することが可能となるため、測距時間を短縮できる。そして、測距時間を短縮できることにより、測距結果をリアルタイムにフィードバックして、時間分解能などの測距に関する特性を動的に制御することができるようになる。
以下に、本実施形態の具体的な実施例、即ち、短時間で測距を実行し、その測距結果をリアルタイムにフィードバックして、測距に関する特性を動的に制御するための具体的な実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１は、取得したヒストグラムに基づく測距結果を時間計測部３３０にフィードバックして、測距に関する特性の一例である、時間計測部３３０の時間分解能を制御する例である。実施例１に係る時間計測部３３０の制御について説明するタイミング波形図を図８に示す。
図８には、連続発光パルス光、ＳＰＡＤ出力パルス、及び、同期クロックのタイミング関係、並びに、移動平均ヒストグラムの波形が示されている。連続発光パルス光は、光源部２０から短時間に連続的に照射されるパルス光であり、ここでは、簡略化のために、Ｘ点からＸ’点までの例えば５個のパルス光を例示している。ＳＰＡＤ出力パルスは、連続発光パルス光に基づく測距対象物からの連続反射パルス光を受光するＳＰＡＤ素子５１の出力パルスであり、同期クロックは、サンプリングタイミングに同期したクロックである。移動平均ヒストグラムは、ＳＰＡＤ素子５１の出力の時系列データを平滑化したヒストグラムである。
時間計測部（ＴＤＣ）３３０は、ＳＰＡＤ素子５１の出力パルスをサンプリングするサンプリング周波数を変えることによって時間分解能の切替えが可能な構成、例えば、相対的に粗い時間分解能と相対的に細かい時間分解能とに切替えが可能な構成となっている。この時間分解能の切替えのために、図８に示すように、移動平均ヒストグラムに対してＴＤＣ動作閾値が設定されている。移動平均ヒストグラムがＴＤＣ動作閾値を超えることで、時間計測部３３０の時間分解能が、相対的に低いサンプリング周波数に基づく相対的に粗い時間分解能から、相対的に高いサンプリング周波数に基づく相対的に細かい時間分解能に切り替えられる。時間分解能は、ＳＰＡＤ出力パルスの立上がりタイミングを取得する際の分解能である。
尚、外乱光イベントに対して連続発光パルス光の密度を高くすることで、連続発光パルス光による応答時に、取得するヒストグラムの移動平均量が増加する。従って、ヒストグラムの移動平均量に対して連続発光パルス光の密度からＴＤＣ動作閾値を推定することができる。この連続発光パルス光の密度から推定されるＴＤＣ動作閾値を設定し、当該ＴＤＣ動作閾値を超えた場合に、時間計測部３３０を細かい時間分解能で動作させるようにすることもできる。
上述したように、実施例１に係る時間計測部３３０では、光源部２０からの短時間での連続発光パルス光の照射による、測距対象物からの連続反射パルス光の受光に応じたＳＰＡＤ出力パルスに基づいてヒストグラムを１回生成する。そして、１回のヒストグラム生成で反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果を時間計測部３３０にフィードバックさせる（図７参照）。具体的には、１回生成したヒストグラムがＴＤＣ動作閾値を超えたら、時間計測部３３０の時間分解能を粗い時間分解能から細かい時間分解能に切り替える。その結果、動的フィードバック制御により、測距対象物付近のみ細かい分解能で測距を行うことができる。
尚、１回のヒストグラム生成については時間計測部３３０で行われ、１回のヒストグラム生成に基づく反射光イベントの発生タイミングの推定についてはシステム制御部４０で行われる。そして、反射光イベントの発生タイミングの推定結果が、システム制御部４０から時間計測部３３０にフィードバックされ、時間分解能の切替えが行われる。
続いて、本実施形態に係る受光装置３０の制御方法についての処理の流れについて、図９のフローチャートを用いて説明する。
光センサ３２は、光源部２０からの短時間での連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光する（ステップＳ１１）。次に、時間計測部３３０は、光センサ３２での連続反射パルス光の受光に応じたＳＰＡＤ出力パルスを光センサ３２から受け、当該ＳＰＡＤ出力パルスに基づいてヒストグラムを１回生成し、システム制御部４０に供給する（ステップＳ１２）。
システム制御部４０は、１回の生成によるヒストグラムを時間計測部３３０から受け、当該ヒストグラム生成に基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し（ステップＳ１３）、時間計測部３３０に対して測距に関する特性（本例では、時間分解能）についてフィードバック制御を行う（ステップＳ１４）。測距に関する特性については、時間分解能に限られるものではなく、後述する実施例２の場合のように、光センサ３２の画素領域における読み出し領域とすることもできる。
尚、図９のフローチャートに示した処理の流れについては、一例であってこれに限られるものではない。例えば、ステップＳ１２以降の処理について、ヒストグラムを生成しきる前にフィードバック制御を行う処理の流れとすることもできる。具体的には、ヒストグラムを生成しながら、その移動平均がある閾値を超えた場合に、時間分解能を変える処理の流れとすることもできる。
次に、時間計測部３３０の時間分解能を切り替える手法について、具体例を挙げて説明する。尚、以下では、時間分解能を２段階に切り替える場合について説明するが、２段階に限られるものではない。
（時間分解能切替えの具体例１）
図１０は、時間計測部３３０の時間分解能を切り替える具体例１について説明するための図（タイミング波形図）である。図１０には、ＳＰＡＤ出力パルス及び、サンプリングタイミングのタイミング関係を示している。
具体例１では、時間計測部３３０において、システム制御部４０からのフィードバック制御の下に、サンプリング周波数を、相対的に低い周波数（例えば、１ＧＨｚ）から、相対的に高い（例えば、１６ＧＨｚ）に切り替えるようにする。このように、サンプリング周波数を低い周波数から高い周波数に切り替えることにより、時間計測部３３０において、ＳＰＡＤ出力パルスの立上がりタイミングを取得する際の時間分解能を向上させることができる。
（時間分解能切替えの具体例２）
図１１は、時間計測部３３０の時間分解能を切り替える具体例２について説明するための図である。
具体例２では、時間計測部３３０として、分解能が粗い時間計測部３３０_11、及び、分解能が細かい時間計測部３３０_12の２種類を用いる。そして、システム制御部４０からフィードバック制御の下に、分解能が粗い時間計測部３３０_11から、分解能が細かい時間計測部３３０_12に切り替えるようにする。このように、分解能が粗い時間計測部３３０_11から、分解能が細かい時間計測部３３０_12に切り替えることにより、時間計測部３３０において、ＳＰＡＤ出力パルスの立上がりタイミングを取得する際の時間分解能を向上させることができる。
（時間分解能切替えの具体例３）
図１２は、時間計測部３３０の時間分解能を切り替える具体例３について説明するための図である。
具体例３では、時間計測部（ＴＤＣ）３３０を、２ステージＴＤＣ（パイプラインＴＤＣ）とする。具体的には、時間計測部３３０を、分解能が粗い２つの時間計測部３３０_21及び時間計測部３３０_22を、利得Ａの時間アンプ３３１を挟んで直列に接続した構成とする。システム制御部４０からフィードバック制御の下に、１段目の時間計測部３３０_21だけを使ってＳＰＡＤ出力パルスの立上がりタイミングを取得するか、１段目の時間計測部３３０_21及び２段目の時間計測部３３０_22を使ってＳＰＡＤ出力パルスの立上がりタイミングを取得するかを切り替えるようにする。
具体例３の場合にも、具体例１及び具体例２の場合と同様に、時間計測部３３０において、ＳＰＡＤ出力パルスの立上がりタイミングを取得する際の時間分解能を向上させることができる。尚、１段目の時間計測部３３０_21及び２段目の時間計測部３３０_22を使ってＳＰＡＤ出力パルスの立上がりタイミングを取得した際の誤差については、利得Ａの時間アンプ３３１で増幅後の誤差であるため、当該誤差による影響は微細である（１／Ａである。
［実施例２］
実施例２は、取得したヒストグラムに基づく測距結果を時間計測部３３０にフィードバックして、測距に関する特性の一例である、光センサ３２の画素領域における読み出し領域を制御する例である。実施例２に係る受光装置３０の構成の一例を図１３に示す。
光源部２０として、例えば、光源がアレイ状に２次元配置されて成る面発光半導体レーザ、例えば、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いる場合、発光部（光源）を部分的に発光させることが可能である。これにより、例えば垂直共振器型面発光レーザを光源部２０として用いる測距装置１において、垂直共振器型面発光レーザの発光領域として、短時間に連続的に発光させる連続発光領域と、連続的に発光させる周期よりも長い周期で発光させる通常発光領域とを設けることが可能になる。換言すれば、垂直共振器型面発光レーザの発光領域内に連続発光領域と通常発光領域とを混在させることができる。
実施例２に係る受光装置３０では、光源部２０側の連続発光領域と通常発光領域とに対応させて、光センサ３２の画素領域３２０に、図１４Ａに示すように、連続発光による読み出し領域３２０Ａと、通常発光による読み出し領域３２０Ｂとを設定可能な構成となっている。そして、連続発光による読み出し領域３２０Ａに対しては、実施例１に係る反射光イベント発生タイミングの推定技術、即ち、受光した連続反射パルス光に基づいてヒストグラム生成を１回実行し、生成したヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定する技術が適用することができる。因みに、通常発光による読み出し領域３２０Ｂについては、光源部２０からの短時間での連続発光パルス光の照射でないために、フィードバック処理を適用することはできない。
上述したように、光センサ３２の画素領域３２０に、光源部２０からの連続発光による第１読み出し領域３２０Ａと、光源部２０からの通常発光による第２読み出し領域３２０Ｂとを設定し、第１読み出し領域３２０Ａに対して、実施例１に係る反射光イベント発生タイミングの推定技術を適用することにより、次のような作用、効果を得ることができる。例えば、図１４Ｂに示すように、光センサ３２の画素領域３２０の全面で受光内容を取得するが、特に、受光内容の中央部だけ時間分解能を上げたい場合などの状況下において効果を発揮することができる。また、第１読み出し領域３２０ＡのＳＰＡＤ出力パルスのみを用いてヒストグラムの生成を行うことになるため、ヒストグラム生成の際に用いるメモリの容量を削減することができる。
（実施例２の変形例）
実施例２の変形例として、図１５に示すように、連続発光に基づいて取得したヒストグラムの結果を用いて、光センサ３２の画素領域３２０において、連続発光による第１読み出し領域３２０Ａの設定位置を変えるようにしてもよい。具体的には、第１ステップとして、光センサ３２の画素領域３２０の全面に対して粗い時間分解能で読み出しを行い、その後、第２ステップとして、測距対象物（被写体）が存在することがわかった箇所について注目領域を絞る処理を行う。図１５の右側の図の場合、画素領域３２０の左上と右下が注目領域であり、その箇所の時間分解能を高めることになる。このように、光センサ３２の画素領域３２０において、連続発光による第１読み出し領域３２０Ａを絞ることで、受光装置３０の消費電力の削減に対して効果がある。
［実施例３］
実施例３は、時間計測部３３０としてΔΣ型の時間計測部（以下、「ΔΣＴＤＣ」を用い、ΔΣＴＤＣの計測結果を入力にフィードバックする例である。ここで、ΔΣＴＤＣとは、ΔΣ変調技術を用いた時間計測部である。
実施例３に係る受光装置３０の構成の一例を図１６に示す。実施例３に係る受光装置３０は、ＳＰＡＤ素子５１のカソード電圧ＶCAを波形整形するＣＭＯＳインバータ５５の後段に、抵抗素子Ｒ及び容量素子Ｃから成るアナログローパスフィルタ（ＬＰＦ）５６が設けられ、その後段に、コンパレータ５７が設けられている。アナログローパスフィルタ５６は、ＳＰＡＤ素子５１の出力パルスを波形整形することで、反射光イベントについてのヒストグラムを生成する。コンパレータ５７は、比較基準として測距対象判定閾値を有しており、アナログローパスフィルタ５６の出力と比較する。
コンパレータ５７の出力は、ΔΣＴＤＣから成る時間計測部３３０に入力される。ΔΣ変調技術を用いた時間計測部３３０は、減算器３３０１、積分器３３０２、コンパレータ３３０３、及び、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）３３０４から成る構成となっている。減算器３３０１は、２入力となる信号の差を取る。積分器３３０２は、減算器３３０１の出力について時間積分を行う。コンパレータ３３０３は、積分器３３０２の出力について量子化を行う。
上記の構成の実施例３に係る受光装置３０では、フィードバック回路部分を、デジタル−アナログ変換器３３０４を用いて構成しているが、この構成に限られるものではなく、一般的な負帰還系の回路構成であってもよい。
実施例３に係る受光装置３０の各部の信号波形を図１７に示す。図１７には、光源部２０から出射される連続発光パルス光、ＳＰＡＤ素子５１の出力パルス、アナログローパスフィルタ５６の出力（ＬＰＦ出力）、及び、コンパレータ５７の出力（ＣＭＰ出力）の各タイミング波形を示している。
図１７のタイミング波形図から明らかなように、光源部２０からの連続発光パルス光に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光して得られるＳＰＡＤ出力パルスを、アナログローパスフィルタ５６を通して波形整形することで、ＳＰＡＤ出力パルスの計測時間を積み上げたヒストグラムを取得することができる。コンパレータ５７は、アナログローパスフィルタ５６の出力（ＬＰＦ出力）を、測距対象判定閾値と比較し、測距開始タイミングから、ＬＰＦ出力が測距対象判定閾値を超えるタイミングまでをパルス幅とするパルスを出力する。このパルス幅は、反射光イベントが発生しているであろうと推定されるまでの推定時間となる。
ここで、ΔΣＴＤＣから成る時間計測部３３０の実動作について、図１８の回路図を用いて説明する。図１８は、ΔΣＴＤＣから成る時間計測部３３０の実動作について説明するための回路図である。
ここでは、時間計測部３３０の出力側にローパスフィルタ５８を設けた回路構成を示しており、ＴＤＣ入力をｘとし、ＴＤＣ出力をｙとし、ローパスフィルタ５８の出力をｚとしている。図１８の回路の各部の信号波形、即ち、ＴＤＣ入力ｘ、ＴＤＣ出力ｙ、及び、ローパスフィルタ５８の出力ｚの信号波形を図１９に示している。
上述したように、実施例３では、実施例１及び実施例２のように、時間計測部３３０で生成されたヒストグラムを用い、当該ヒストグラムに基づく測距結果を、時間分解能や光センサの読み出し領域の制御にフィードバックするのではなく、時間計測部３３０としてΔΣＴＤＣを用い、ΔΣＴＤＣの計測結果をその入力にフィードバックする構成となっている。
実施例３の場合にも、実施例１や実施例２の場合のように、光源部２０からの短時間での連続発光パルス光の照射による、測距対象物からの連続反射パルス光の受光に応じたＳＰＡＤ出力パルスに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定することができるため、測距を短時間で行うことができる。
また、実施例３によれば、時間計測部３３０として、ＳＰＡＤ出力パルスの計測時間を積み上げてヒストグラムを生成する手法以外のＴＤＣ手法、具体的には、ΔΣ変調技術を用いた手法を用いることができる。そして、時間計測部３３０として、ΔΣＴＤＣを用いることで、時間分解能による丸め込まれる誤差を抑えて、より高い時間分解能で測距を行うことができる。
ここで、時間計測部３３０として用いるΔΣＴＤＣの基本となるΔΣ変調器について説明する。ΔΣ変調器の基本構成の回路図を図２０Ａに示し、基本構成をｚ領域でモデル化した図を図２０Ｂに示す。
上記の構成のΔΣ変調器において、アナログ入力をｘとし、アナログ出力をｙとし、量子化ノイズをＮqとすると、
（ｘ−ｙｚ-1）（１／（１−ｚ-1）＋Ｎq＝ｙ
から、アナログ出力ｙは、
ｙ＝ｘ＋Ｎq（１−ｚ-1）
となり、アナログ入力ｘと、高域通過フィルタを通過した量子化ノイズＮqとの和で表される。量子化ノイズＮqのパワーは一定であるため、積分器を含むΔΣ変調器は、所謂、ノイズシェーピングの効果により、図２１に示すように、高域側にノイズを遷移させる。高域側に遷移したノイズを、適当なカットオフ周波数を持つ後段のフィルタ（図１８のローパスフィルタ５８に相当）によって除去することにより、ΔΣ変調器は、非常に高い分解能を達成することができる。
図２１は、ノイズシェーピングの有無による量子化ノイズの分布の違いについて説明する図である。図２１において、左側の図がノイズシェーピング無しの場合を示し、右側の図がノイズシェーピング有りの場合を示している。
上述したことか明らかなように、ノイズシェーピングの効果により、非常に高い分解能を達成することができるΔΣ変調器から成るΔΣＴＤＣを時間計測部３３０として用いることで、非常に高い分解能の時間計測部３３０を実現できることになる。
＜変形例＞
以上、本開示に係る技術について、好ましい実施形態に基づき説明したが、本開示に係る技術は当該実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態において説明した受光装置及び測距装置の構成、構造は例示であり、適宜、変更することができる。
＜本開示に係る技術の適用例＞
本開示に係る技術は、様々な製品に適用することができる。以下に、より具体的な適用例について説明する。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される測距装置として実現されてもよい。
［移動体］
図２２は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２２に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、ＬＡＮ（Local Area Network）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。
各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図２２では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。
駆動系制御ユニット７１００は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット７１００は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Antilock Brake System）又はＥＳＣ（Electronic Stability Control）等の制御装置としての機能を有してもよい。
駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。
ボディ系制御ユニット７２００は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット７２００は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット７２００には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット７２００は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Time Of Flight）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。
環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。
ここで、図２３は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部７９１０及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として車両７９００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部７９１２，７９１４は、主として車両７９００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部７９１６は、主として車両７９００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
尚、図２３には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０〜７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。
図２２に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。
また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。
車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。
統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。
汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Global System of Mobile communications）、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ（Long Term Evolution）若しくはＬＴＥ−Ａ（LTE−Advanced）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Peer To Peer）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Machine Type Communication）端末）と接続してもよい。
専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Wireless Access in Vehicle Environment）、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communications）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Vehicle to Vehicle）通信、路車間（Vehicle to Infrastructure）通信、車両と家との間（Vehicle to Home）の通信及び歩車間（Vehicle to Pedestrian）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。
測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。尚、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。
ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。尚、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。
車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）又はＷＵＳＢ（Wireless USB）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition Multimedia Interface）、又はＭＨＬ（Mobile High-definition Link）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。
車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。
統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。
マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。
音声画像出力部７６７０は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２２の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部７７２０は、ＡＲ（Augmented Reality）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。
尚、図２２に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部７４１０がＴｏＦカメラを含む場合に、当該ＴｏＦカメラに適用され得る。そして、本開示に係る技術を適用することにより、信頼性の高い測距を行うことができる受光装置を実現できる。そして、当該受光装置を測距装置の受光装置として搭載することで、例えば、測定対象物を高精度にて検出可能な車両制御システムを構築できる。
＜本開示がとることができる構成＞
尚、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
≪Ａ．第１受光装置≫
［Ａ−１］光センサ、
時間計測部、及び、
システム制御部、
を備え、
光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
時間計測部は、光センサの出力パルスを基に、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果に基づいて測距に関する特性についてフィードバック制御する、
受光装置。
［Ａ−２］システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングを、反射光イベントの発生タイミングとして推定し、その推定結果に基づいて、時間計測部の時間分解能を制御する、
上記［Ａ−１］に記載の受光装置。
［Ａ−３］システム制御部は、光センサの受光素子の出力パルスをサンプリングするサンプリング周波数を変えることによって時間計測部の時間分解能を切り替える、
上記［Ａ−２］に記載の受光装置。
［Ａ−４］システム制御部は、時間計測部の時間分解能を、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングで、相対的に粗い時間分解能から相対的に細かい時間分解能に切り替える、
上記［Ａ−３］に記載の受光装置。
［Ａ−５］システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングを、反射光イベントの発生タイミングとして推定し、その推定結果に基づいて、光センサの画素領域における読み出し領域を制御する、
上記［Ａ−１］に記載の受光装置。
［Ａ−６］光センサの画素領域には、光源部側の連続発光領域に対応した第１読み出し領域と、光源部側の連続発光よりも長い周期での通常発光領域に対応した第２読み出し領域とが混在しており、
システム制御部は、第１読み出し領域に対して、時間計測部で生成されたヒストグラムに基づいて反射光イベントの発生タイミングを推定する処理を実施する、
上記［Ａ−５］に記載の受光装置。
［Ａ−７］光センサの受光素子は、光子の受光に応じて信号を発生する素子から成る、
上記［Ａ−１］乃至上記［Ａ−６］のいずれかに記載の受光装置。
［Ａ−８］光センサの受光素子は、単一光子アバランシェダイオードから成る、
上記［Ａ−７］に記載の受光装置。
≪Ｂ．受光装置の制御方法≫
［Ｂ−１］光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光する光センサ、
を備える受光装置の制御に当たって、
光センサの出力パルスを基に、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
生成したヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果に基づいて測距に関する特性についてフィードバック制御する、
受光装置の制御方法。
≪Ｃ．第２受光装置≫
［Ｃ−１］光センサ、
ローパスフィルタ、
コンパレータ、及び、
時間計測部、
を備え、
光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
ローパスフィルタは、光センサの出力パルスを波形整形して、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
コンパレータは、ローパスフィルタで生成されたヒストグラムを測距対象判定閾値と比較し、測距開始タイミングから、ヒストグラムが測距対象判定閾値を超えるタイミングまでをパルス幅とするパルスを出力し、
時間計測部は、ΔΣ変調技術を用いたΔΣ型の時間計測部から成り、コンパレータの出力パルスを入力とし、計測結果を入力にフィードバックする、
受光装置。
［Ｃ−２］時間計測部は、
信号の差を取る減算器、
減算器の出力について時間積分を行う積分器、
積分器の出力について量子化を行うコンパレータ、及び、
コンパレータの出力を減算器の減算入力としてフィードバックするデジタル−アナログ変換器、
から成る上記［Ｃ−１］に記載の受光装置。
［Ｃ−３］光センサの受光素子は、光子の受光に応じて信号を発生する素子である、
上記［Ｃ−１］又は上記［Ｃ−２］に記載の受光装置。
［Ｃ−４］光センサの受光素子は、単一光子アバランシェダイオードから成る、
上記［Ｃ−３］に記載の受光装置。
≪Ｄ．第１測距装置≫
［Ｄ−１］光源部、及び、
受光装置、
を備え、
光源部は、測距対象物に対して連続発光パルス光を照射し、
受光装置は、
光センサ、
時間計測部、及び、
システム制御部、
を備え、
光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
時間計測部は、光センサの出力パルスに基づいて、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果に基づいて測距に関する特性についてフィードバック制御する、
測距装置。
［Ｄ−２］光源部は、光源がアレイ状に２次元配置されて成る面発光半導体レーザから成る、
上記［Ｄ−１］に記載の測距装置。
［Ｄ−３］面発光半導体レーザは、垂直共振器型面発光レーザである、
上記［Ｄ−２］に記載の測距装置。
［Ｄ−４］光源部の発光領域には、発光部を連続的に発光させる連続発光領域と、連続発光の周期よりも長い周期で発光部を発光させる通常発光領域とが混在している、
上記［Ｄ−２］又は上記［Ｄ−３］に記載の測距装置。
［Ｄ−５］光センサの画素領域には、光源部側の連続発光領域に対応した第１読み出し領域と、光源部側の通常発光領域に対応した第２読み出し領域との設定が可能であり、
システム制御部は、第１読み出し領域に対して反射光イベントの発生タイミングを推定する処理を実施する、
上記［Ｄ−４］に記載の測距装置。
≪Ｅ．第２測距装置≫
［Ｅ−１］光源部、及び、
受光装置、
を備え、
光源部は、測距対象物に対して連続発光パルス光を照射し、
受光装置は、
光センサ、
ローパスフィルタ、
コンパレータ、及び、
時間計測部、
を備え、
光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
ローパスフィルタは、光センサの出力パルスを波形整形して、反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
コンパレータは、ローパスフィルタで生成されたヒストグラムを測距対象判定閾値と比較し、測距開始タイミングから、ヒストグラムが測距対象判定閾値を超えるタイミングまでをパルス幅とするパルスを出力し、
時間計測部は、ΔΣ変調技術を用いたΔΣ型の時間計測部から成り、コンパレータの出力パルスを入力とし、計測結果を入力にフィードバックする、
測距装置。
１・・・測距装置、１０・・・被写体（測定対象物）、２０・・・光源部、２１・・・レーザ駆動部、２２・・・レーザ光源、２３・・・拡散レンズ、３０・・・受光装置、３１・・・受光レンズ、３２・・・光センサ、３３・・・信号処理部、４０・・・システム制御部、５０・・・画素、５１・・・ＳＰＡＤ素子、５４・・・負荷、５５・・・ＣＭＯＳインバータ、３３０・・・時間計測部

Claims (19)

  1. 光センサ、
    時間計測部、及び、
    システム制御部、
    を備え、
    光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
    時間計測部は、光センサの出力パルスを基に、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
    システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果に基づいて測距に関する特性についてフィードバック制御する、
    受光装置。
  2. システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングを、反射光イベントの発生タイミングとして推定し、その推定結果に基づいて、時間計測部の時間分解能を制御する、
    請求項１に記載の受光装置。
  3. システム制御部は、光センサの受光素子の出力パルスをサンプリングするサンプリング周波数を変えることによって時間計測部の時間分解能を切り替える、
    請求項２に記載の受光装置。
  4. システム制御部は、時間計測部の時間分解能を、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングで、相対的に粗い時間分解能から相対的に細かい時間分解能に切り替える、
    請求項３に記載の受光装置。
  5. システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングを、反射光イベントの発生タイミングとして推定し、その推定結果に基づいて、光センサの画素領域における読み出し領域を制御する、
    請求項１に記載の受光装置。
  6. 光センサの画素領域には、光源部側の連続発光領域に対応した第１読み出し領域と、光源部側の連続発光よりも長い周期での通常発光領域に対応した第２読み出し領域とが混在しており、
    システム制御部は、第１読み出し領域に対して、時間計測部で生成されたヒストグラムに基づいて反射光イベントの発生タイミングを推定する処理を実施する、
    請求項５に記載の受光装置。
  7. 光センサの受光素子は、光子の受光に応じて信号を発生する素子から成る、
    請求項１に記載の受光装置。
  8. 光センサの受光素子は、単一光子アバランシェダイオードから成る、
    請求項７に記載の受光装置。
  9. 光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光する光センサ、
    を備える受光装置の制御に当たって、
    光センサの出力パルスを基に、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
    生成したヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果に基づいて測距に関する特性についてフィードバック制御する、
    受光装置の制御方法。
  10. 光センサ、
    ローパスフィルタ、
    コンパレータ、及び、
    時間計測部、
    を備え、
    光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
    ローパスフィルタは、光センサの出力パルスを波形整形して、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
    コンパレータは、ローパスフィルタで生成されたヒストグラムを測距対象判定閾値と比較し、測距開始タイミングから、ヒストグラムが測距対象判定閾値を超えるタイミングまでをパルス幅とするパルスを出力し、
    時間計測部は、ΔΣ変調技術を用いたΔΣ型の時間計測部から成り、コンパレータの出力パルスを入力とし、計測結果を入力にフィードバックする、
    受光装置。
  11. 時間計測部は、
    信号の差を取る減算器、
    減算器の出力について時間積分を行う積分器、
    積分器の出力について量子化を行うコンパレータ、及び、
    コンパレータの出力を減算器の減算入力としてフィードバックするデジタル−アナログ変換器、
    から成る請求項１０に記載の受光装置。
  12. 光センサの受光素子は、光子の受光に応じて信号を発生する素子から成る、
    請求項１０に記載の受光装置。
  13. 光センサの受光素子は、単一光子アバランシェダイオードから成る、
    請求項１２に記載の受光装置。
  14. 光源部、及び、
    受光装置、
    を備え、
    光源部は、測距対象物に対して連続発光パルス光を照射し、
    受光装置は、
    光センサ、
    時間計測部、及び、
    システム制御部、
    を備え、
    光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
    時間計測部は、光センサの出力パルスに基づいて、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
    システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果に基づいて測距に関する特性についてフィードバック制御する、
    測距装置。
  15. 光源部は、光源がアレイ状に２次元配置されて成る面発光半導体レーザから成る、
    請求項１４に記載の測距装置。
  16. 面発光半導体レーザは、垂直共振器型面発光レーザである、
    請求項１５に記載の測距装置。
  17. 光源部の発光領域には、発光部を連続的に発光させる連続発光領域と、連続発光の周期よりも長い周期で発光部を発光させる通常発光領域とが混在している、
    請求項１５に記載の測距装置。
  18. 光センサの画素領域には、光源部側の連続発光領域に対応した第１読み出し領域と、光源部側の通常発光領域に対応した第２読み出し領域との設定が可能であり、
    システム制御部は、第１読み出し領域に対して反射光イベントの発生タイミングを推定する処理を実施する、
    請求項１７に記載の測距装置。
  19. 光源部、及び、
    受光装置、
    を備え、
    光源部は、測距対象物に対して連続発光パルス光を照射し、
    受光装置は、
    光センサ、
    ローパスフィルタ、
    コンパレータ、及び、
    時間計測部、
    を備え、
    光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
    ローパスフィルタは、光センサの出力パルスを波形整形して、反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
    コンパレータは、ローパスフィルタで生成されたヒストグラムを測距対象判定閾値と比較し、測距開始タイミングから、ヒストグラムが測距対象判定閾値を超えるタイミングまでをパルス幅とするパルスを出力し、
    時間計測部は、ΔΣ変調技術を用いたΔΣ型の時間計測部から成り、コンパレータの出力パルスを入力とし、計測結果を入力にフィードバックする、
    測距装置。
JP2019228003A 2019-12-18 2019-12-18 受光装置及び受光装置の制御方法、並びに、測距装置 Pending JP2021096177A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019228003A JP2021096177A (ja) 2019-12-18 2019-12-18 受光装置及び受光装置の制御方法、並びに、測距装置
PCT/JP2020/042732 WO2021124762A1 (ja) 2019-12-18 2020-11-17 受光装置及び受光装置の制御方法、並びに、測距装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019228003A JP2021096177A (ja) 2019-12-18 2019-12-18 受光装置及び受光装置の制御方法、並びに、測距装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021096177A true JP2021096177A (ja) 2021-06-24

Family

ID=76431048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019228003A Pending JP2021096177A (ja) 2019-12-18 2019-12-18 受光装置及び受光装置の制御方法、並びに、測距装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2021096177A (ja)
WO (1) WO2021124762A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11476372B1 (en) * 2020-05-13 2022-10-18 Apple Inc. SPAD-based photon detectors with multi-phase sampling TDCs
CN116047532A (zh) * 2021-10-28 2023-05-02 宁波飞芯电子科技有限公司 一种测距方法和测距系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5936405B2 (ja) * 2012-03-23 2016-06-22 本田技研工業株式会社 測距システム
JP6225411B2 (ja) * 2012-10-16 2017-11-08 株式会社豊田中央研究所 光学的測距装置
JP6965784B2 (ja) * 2018-02-13 2021-11-10 株式会社リコー 距離測定装置、およびこれを用いた移動体

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021124762A1 (ja) 2021-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7246863B2 (ja) 受光装置、車両制御システム及び測距装置
JPWO2018003227A1 (ja) 測距装置および測距方法
WO2020022137A1 (ja) 受光装置及び測距装置
WO2020121736A1 (ja) 光検出装置及び測距装置
WO2021019939A1 (ja) 受光装置及び受光装置の制御方法、並びに、測距装置
WO2021124762A1 (ja) 受光装置及び受光装置の制御方法、並びに、測距装置
WO2021111766A1 (ja) 受光装置及び受光装置の制御方法、並びに、測距装置
WO2020153182A1 (ja) 光検出装置及び光検出装置の駆動方法、並びに、測距装置
WO2021053958A1 (ja) 受光装置、並びに、測距装置及び測距装置の制御方法
JP7407734B2 (ja) 光検出装置及び光検出装置の制御方法、並びに、測距装置
US11725983B2 (en) Light receiving device and distance measuring device comprising a circuit to protect a circuit element of a readout circuit from overvoltage
WO2023218870A1 (ja) 測距装置、測距方法及びプログラムを記録した記録媒体
WO2023162734A1 (ja) 測距装置
WO2024095625A1 (ja) 測距装置および測距方法
TWI840456B (zh) 光檢測裝置、光檢測裝置之控制方法及測距裝置
JP2023066297A (ja) 光検出装置および測距システム
JP2023106153A (ja) 測距装置
JP2023170280A (ja) 測距装置及び測距システム