JP2022183614A - Distance image photographing device and distance image photographing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、距離画像撮像装置、及び距離画像撮像方法に関する。 The present invention relates to a range image capturing device and a range image capturing method.
従来から、物体との距離を計測するための技術として、光パルスの飛行時間を測定する技術がある。このような技術は、タイム・オブ・フライト(Time of Flight、以下、ToFという)と呼ばれる。ToFでは、光の速度が既知であることを利用し、物体に近赤外領域の光パルスを照射する。そして、この光パルスを照射した時刻と、照射した光パルスが物体によって反射してきた反射光を受光した時刻との時間差を測定する。この時間差に基づいて物体との距離を算出する。フォトダイオード(光電変換素子)を用いて距離を測定するための光を検出する測距センサ(ToFセンサ)が実用化されている。 Conventionally, as a technique for measuring the distance to an object, there is a technique for measuring the flight time of light pulses. Such a technique is called Time of Flight (hereinafter referred to as ToF). ToF utilizes the fact that the speed of light is known, and irradiates an object with light pulses in the near-infrared region. Then, the time difference between the time when the light pulse is applied and the time when the reflected light of the applied light pulse is received by the object is measured. The distance to the object is calculated based on this time difference. A distance measuring sensor (ToF sensor) that detects light for measuring distance using a photodiode (photoelectric conversion element) has been put to practical use.
そして、近年では、物体との距離のみではなく、物体を含む二次元の画像における画素ごとの奥行き情報、つまり、物体に対する三次元の情報を得ることができる測距センサが実用化されている。このような測距センサは、距離画像撮像装置ともいわれている。距離画像撮像装置では、フォトダイオードを含む画素がシリコン基板に二次元の行列状に複数配置され、この画素面で物体に反射した反射光を受光する。距離画像撮像装置では、それぞれの画素が受光した光量(電荷)に基づいた光電変換信号を1つの画像分出力することによって、物体を含む二次元の画像と、この画像を構成するそれぞれの画素ごとの距離の情報を得ることができる。例えば、特許文献1には、1つの画素に3つの電荷蓄積部が設けられ、それぞれの電荷蓄積部に蓄積された電荷量に基づいて距離を計算する技術が開示されている。 In recent years, distance measuring sensors have been put into practical use that can obtain depth information for each pixel in a two-dimensional image including the object, that is, three-dimensional information about the object, in addition to the distance to the object. Such a distance measuring sensor is also called a distance image pickup device. In the depth image pickup device, a plurality of pixels including photodiodes are arranged in a two-dimensional matrix on a silicon substrate, and light reflected by an object is received by the pixel surface. A depth image pickup device outputs a photoelectric conversion signal for one image based on the amount of light (charge) received by each pixel. distance information can be obtained. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200003 discloses a technique in which three charge storage units are provided in one pixel and the distance is calculated based on the amount of charge stored in each charge storage unit.
ToFセンサにおいて、近距離にある物体までの距離を測定する場合における測定精度を向上させる場合は、光パルスの照射時間、及び電荷蓄積部に電荷を蓄積させる蓄積時間を短くすることが考えられる。しかし、この場合、測定可能な距離範囲が短くなる。この対策として、測定精度を向上させるような照射時間及び蓄積時間の関係を維持しつつ、測定可能な距離範囲を伸ばすには、電荷蓄積部の数を増やすことが考えられる。しかし、1画素が占める面積の制約から、電荷蓄積部の数には制限があり、近距離にある物体までの測定精度を高めつつ、測定可能な距離範囲を長くすることは困難であった。特に、移動速度が速い移動体に搭載した距離画像撮像装置を用いて、移動体の周囲にある物体までの距離で測定する場合、近距離にある物体までの距離を測定するのみならず、移動体が動くことにより相対的に近づく遠距離にある物体の有無を感知して回避行動をとるなど移動体の制御を行う必要がある。このため、近距離にある物体までの距離を高精度に測定しつつも遠距離にある物体の有無を判定できる距離画像撮像装置が求められている。 In a ToF sensor, in order to improve the measurement accuracy when measuring the distance to an object at a short distance, it is conceivable to shorten the irradiation time of the light pulse and the accumulation time for accumulating charges in the charge accumulation unit. However, in this case, the measurable distance range is shortened. As a countermeasure, it is conceivable to increase the number of charge storage units in order to extend the measurable distance range while maintaining the relationship between the irradiation time and the storage time that improves the measurement accuracy. However, due to restrictions on the area occupied by one pixel, there is a limit to the number of charge storage units, and it has been difficult to increase the measurable distance range while increasing the measurement accuracy of an object at a short distance. In particular, when measuring the distance to an object around the moving body using a range imaging device mounted on a moving body that moves at a high speed, it is possible to measure not only the distance to an object at a short distance, but also It is necessary to control the moving body by detecting the presence or absence of an object at a long distance that is relatively approaching by moving the body and taking avoidance action. Therefore, there is a demand for a range imaging apparatus that can determine the presence or absence of an object at a long distance while measuring the distance to an object at a short distance with high accuracy.
本発明は、上記の課題に基づいてなされたものであり、近距離にある物体までの距離を測定し、且つ、遠距離にある物体の有無を判定することができる距離画像撮像装置、及び距離画像撮像方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made based on the above problems, and provides a distance image capturing apparatus capable of measuring the distance to an object at a short distance and determining the presence or absence of an object at a long distance. It is an object of the present invention to provide an image capturing method.
本発明の距離画像撮像装置は、被写体が存在する測定空間に光パルスを照射する光源部と、入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び前記電荷を蓄積する三つ以上の電荷蓄積部を具備する画素と、前記光パルスの照射に同期させた所定のタイミングで前記画素における前記電荷蓄積部のそれぞれに前記電荷を振り分けて蓄積させる画素駆動回路と、を有する受光部と、前記光電変換素子が発生させた電荷を排出する電荷排出部と、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量を用いて前記被写体までの測定距離を決定する距離画像処理部と、を備え、前記距離画像処理部は、1フレーム期間に、単位蓄積処理を複数回実施し、前記三つ以上の電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量を用いて前記被写体までの測定距離を決定し、前記単位蓄積処理では、前記三つ以上の電荷蓄積部のうちの一部の電荷蓄積部に前記被写体に反射した前記光パルスである反射光に応じた電荷を振り分けて蓄積させる近距離物体測定処理、前記光電変換素子が発生させた電荷を前記電荷排出部が排出する排出処理、前記一部の電荷蓄積部とは異なる電荷蓄積部を含む電荷蓄積部に前記反射光に応じた電荷を蓄積させる遠距離物体測定処理が順に実施される。 The distance image pickup device of the present invention comprises a light source unit that irradiates a light pulse into a measurement space where an object exists, a photoelectric conversion element that generates electric charges according to the incident light, and three or more electric charges that accumulate the electric charges. a light-receiving unit comprising: a pixel having an accumulating portion; and a pixel driving circuit that distributes and accumulates the charge in each of the charge accumulating portions of the pixel at a predetermined timing synchronized with irradiation of the light pulse; a charge discharging unit for discharging charges generated by photoelectric conversion elements; and a distance image processing unit for determining a measured distance to the subject using the amount of charge accumulated in each of the charge accumulating units, The distance image processing unit performs unit accumulation processing a plurality of times in one frame period, determines the measured distance to the subject using the amount of charge accumulated in each of the three or more charge accumulation units, and In the unit accumulation processing, short-distance object measurement processing for distributing and accumulating electric charges according to the reflected light, which is the light pulse reflected by the subject, in some of the three or more electric charge accumulation units; discharge processing in which the charge discharge unit discharges the charge generated by the photoelectric conversion element; Distance object measurement processing is performed in order.
本発明の距離画像撮像方法は、被写体が存在する測定空間に光パルスを照射する光源部と、入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び前記電荷を蓄積する三つ以上の電荷蓄積部を具備する画素と、前記光パルスの照射に同期させた所定のタイミングで前記画素における前記電荷蓄積部のそれぞれに前記電荷を振り分けて蓄積させる画素駆動回路と、を有する受光部と、前記光電変換素子が発生させた電荷を排出する電荷排出部と、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量を用いて前記被写体までの測定距離を決定する距離画像処理部と、を備える距離画像撮像装置による距離画像撮像方法であって、前記距離画像処理部が、1フレーム期間に、単位蓄積処理を複数回実施し、前記三つ以上の電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量を用いて前記被写体までの測定距離を決定し、前記単位蓄積処理では、前記三つ以上の電荷蓄積部のうちの一部の電荷蓄積部に前記被写体に反射した前記光パルスである反射光に応じた電荷を振り分けて蓄積させる近距離物体測定処理、前記光電変換素子が発生させた電荷を前記電荷排出部が排出する排出処理、前記一部の電荷蓄積部とは異なる電荷蓄積部を含む電荷蓄積部に前記反射光に応じた電荷を蓄積させる遠距離物体測定処理が順に実施される。 The distance image capturing method of the present invention includes a light source unit that irradiates a light pulse into a measurement space in which an object exists, a photoelectric conversion element that generates charges according to the incident light, and three or more charges that accumulate the charges. a light-receiving unit comprising: a pixel having an accumulating portion; and a pixel driving circuit that distributes and accumulates the charge in each of the charge accumulating portions of the pixel at a predetermined timing synchronized with irradiation of the light pulse; A distance image, comprising: a charge discharging unit for discharging charges generated by a photoelectric conversion element; and a distance image processing unit for determining a measured distance to the subject using the amount of charge accumulated in each of the charge accumulating units. In a range image capturing method using an image capturing device, the range image processing unit performs unit accumulation processing a plurality of times in one frame period, and uses the charge amount accumulated in each of the three or more charge accumulation units. to determine the measurement distance to the object; A short-distance object measurement process of distributing and accumulating charges, a discharge process of discharging the charges generated by the photoelectric conversion element by the charge discharging section, and a charge accumulating section including a charge accumulating section different from the part of the charge accumulating sections. , long-distance object measurement processing for accumulating charges corresponding to the reflected light is sequentially performed.
本発明によれば、近距離にある物体までの距離を測定し、且つ、遠距離にある物体の有無を判定することができる。 According to the present invention, it is possible to measure the distance to an object at a short distance and determine the presence or absence of an object at a long distance.
以下、実施形態の距離画像撮像装置を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, the distance image capturing device of the embodiment will be described with reference to the drawings.
(実施形態の基本的な構成)
まず、実施形態の基本的な構成について説明する。図1は、本発明の実施形態の距離画像撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図1に示した構成の距離画像撮像装置1は、光源部2と、受光部3と、距離画像処理部4とを備える。図1には、距離画像撮像装置1において距離を測定する対象物である被写体OBも併せて示している。
(Basic configuration of embodiment)
First, the basic configuration of the embodiment will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a distance image pickup device according to an embodiment of the present invention. A distance
光源部2は、距離画像処理部4からの制御に従って、距離画像撮像装置1において距離を測定する対象の被写体OBが存在する撮像対象の空間に光パルスPOを照射する。光源部2は、例えば、垂直共振器面発光レーザー(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)などの面発光型の半導体レーザーモジュールである。光源部2は、光源装置21と、拡散板22とを備える。
Under the control of the distance
光源装置21は、被写体OBに照射する光パルスPOとなる近赤外の波長帯域(例えば、波長が850nm~940nmの波長帯域)のレーザー光を発光する光源である。光源装置21は、例えば、半導体レーザー発光素子である。光源装置21は、タイミング制御部41からの制御に応じて、パルス状のレーザー光を発光する。
The
拡散板22は、光源装置21が発光した近赤外の波長帯域のレーザー光を、被写体OBに照射する面の広さに拡散する光学部品である。拡散板22が拡散したパルス状のレーザー光が、光パルスPOとして出射され、被写体OBに照射される。
The
受光部3は、距離画像撮像装置1において距離を測定する対象の被写体OBによって反射された光パルスPOの反射光RLを受光し、受光した反射光RLに応じた画素信号を出力する。受光部3は、レンズ31と、距離画像センサ32とを備える。
The light receiving unit 3 receives the reflected light RL of the light pulse PO reflected by the object OB whose distance is to be measured in the distance
レンズ31は、入射した反射光RLを距離画像センサ32に導く光学レンズである。レンズ31は、入射した反射光RLを距離画像センサ32側に出射して、距離画像センサ32の受光領域に備えた画素に受光(入射)させる。
The
距離画像センサ32は、距離画像撮像装置1に用いられる撮像素子である。距離画像センサ32は、二次元の受光領域に複数の画素を備える。距離画像センサ32のそれぞれの画素の中に、1つの光電変換素子と、この1つの光電変換素子に対応する複数の電荷蓄積部と、それぞれの電荷蓄積部に電荷を振り分ける構成要素とが設けられる。つまり、画素は、複数の電荷蓄積部に電荷を振り分けて蓄積させる振り分け構成の撮像素子である。
The
距離画像センサ32は、タイミング制御部41からの制御に応じて、光電変換素子が発生した電荷をそれぞれの電荷蓄積部に振り分ける。また、距離画像センサ32は、電荷蓄積部に振り分けられた電荷量に応じた画素信号を出力する。距離画像センサ32には、複数の画素が二次元の行列状に配置されており、それぞれの画素の対応する1フレーム分の画素信号を出力する。
The
距離画像処理部4は、距離画像撮像装置1を制御し、被写体OBまでの距離を演算する。距離画像処理部4は、タイミング制御部41と、距離演算部42と、測定制御部43と、記憶部44とを備える。なお、距離画像処理部4の機能部(タイミング制御部41、距離演算部42、測定制御部43、及び記憶部44)の一部が、距離画像センサ32に組み込まれていてもよい。
The distance
タイミング制御部41は、測定制御部43の制御に応じて、測定に要する様々な制御信号を出力するタイミングを制御する。ここでの様々な制御信号とは、例えば、光パルスPOの照射を制御する信号、反射光RLを複数の電荷蓄積部に振り分けて蓄積させる信号、1フレームあたりの振り分け回数(蓄積回数)を制御する信号などである。振り分け回数とは、電荷蓄積部CS(図3参照)に電荷を振り分ける処理を繰返す回数である。
The
距離演算部42は、距離画像センサ32から出力された画素信号と、後述する(1)式を用いてToF距離を算出する。距離演算部42は、算出したToF距離を、補正情報440を用いて補正し、補正したToF距離を、被写体OBまでの距離(測定距離)とする。補正情報440、及び、距離演算部42が補正情報440を用いてToF距離を補正する方法については、後で詳しく説明する。
The
測定制御部43は、タイミング制御部41を制御する。例えば、測定制御部43は、1フレームの振り分け回数、及び蓄積時間Ta等を設定し、設定した内容で撮像が行われるようにタイミング制御部41を制御する。
The
記憶部44は、記憶媒体、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、フラッシュメモリ、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、RAM(Random Access read/write Memory)、ROM(Read Only Memory)、または、これらの記憶媒体の任意の組み合わせによって構成される。
The
このような構成によって、距離画像撮像装置1では、光源部2が被写体OBに照射した近赤外の波長帯域の光パルスPOが被写体OBによって反射された反射光RLを受光部3が受光し、距離画像処理部4が、被写体OBとの距離を測定した距離情報を出力する。
With such a configuration, in the distance
なお、図1においては、距離画像処理部4を内部に備えた構成の距離画像撮像装置1を示しているが、距離画像処理部4は、距離画像撮像装置1の外部に備える構成要素であってもよい。
Although FIG. 1 shows the distance
次に、距離画像撮像装置1において撮像素子として用いられる距離画像センサ32の構成について説明する。図2は、実施形態の距離画像撮像装置1に用いられる撮像素子(距離画像センサ32)の概略構成を示したブロック図である。
Next, the configuration of the
図2に示すように、距離画像センサ32は、例えば、複数の画素321が配置された受光領域320と、制御回路322と、振り分け動作を有した垂直走査回路323と、水平走査回路324と、画素信号処理回路325とを備える。
As shown in FIG. 2, the
受光領域320は、複数の画素321が配置された領域であって、図2では、8行8列に二次元の行列状に配置された例を示している。画素321は、受光した光量に応じた電荷を蓄積する。制御回路322は、距離画像センサ32を統括的に制御する。制御回路322は、例えば、距離画像処理部4のタイミング制御部41からの指示に応じて、距離画像センサ32の構成要素の動作を制御する。なお、距離画像センサ32に備えた構成要素の制御は、タイミング制御部41が直接行う構成であってもよく、この場合、制御回路322を省略することも可能である。
The light-receiving
垂直走査回路323は、制御回路322からの制御に応じて、受光領域320に配置された画素321を行ごとに制御する回路である。垂直走査回路323は、画素321の電荷蓄積部CSそれぞれに蓄積された電荷量に応じた電圧信号を画素信号処理回路325に出力させる。この場合、垂直走査回路323は、光電変換素子により変換された電荷を画素321の電荷蓄積部それぞれに振り分ける。つまり、垂直走査回路323は、「画素駆動回路」の一例である。
The
画素信号処理回路325は、制御回路322からの制御に応じて、それぞれの列の画素321から対応する垂直信号線に出力された電圧信号に対して、予め定めた信号処理(例えば、ノイズ抑圧処理やA/D変換処理など)を行う回路である。
The pixel
水平走査回路324は、制御回路322からの制御に応じて、画素信号処理回路325から出力される信号を、水平信号線に順次出力させる回路である。これにより、1フレーム分蓄積された電荷量に相当する画素信号が、水平信号線を経由して距離画像処理部4に順次出力される。
The
以下では、画素信号処理回路325がA/D変換処理を行い、画素信号がデジタル信号であるものとして説明する。
In the following description, it is assumed that the pixel
ここで、距離画像センサ32に備える受光領域320内に配置された画素321の構成について説明する。図3は、実施形態の距離画像センサ32の受光領域320内に配置された画素321の構成の一例を示した回路図である。図3には、受光領域320内に配置された複数の画素321のうち、1つの画素321の構成の一例を示している。この図の例では、画素321が4つの画素信号読み出し部を備えた構成の一例である。
Here, the configuration of the
図3に示すように、画素321は、1つの光電変換素子PDと、ドレインゲートトランジスタGDと、4つの画素信号読み出し部RU(画素信号読み出し部RU1~RU4)とを備える。それぞれの画素信号読み出し部RUは、出力端子Oから電圧信号を出力する。
As shown in FIG. 3, the
以下の説明においては、4つの画素信号読み出し部RU符号の後に、「1」、「2」、「3」または「4」の数字を付与することによって、それぞれの画素信号読み出し部RU、を区別する。また、同様に、4つの画素信号読み出し部RUに備えたそれぞれの構成要素も、それぞれの符号の後に数字を付与することによって、それぞれの構成要素を区別して表す。 In the following description, each pixel signal readout unit RU is distinguished by adding a number "1", "2", "3" or "4" after the code of the four pixel signal readout units RU. do. Similarly, each constituent element provided in the four pixel signal readout units RU is distinguished by adding a numeral after each reference numeral.
画素信号読み出し部RUのそれぞれは、電荷振り分けゲートトランジスタGと、フローティングディフュージョンFDと、電荷蓄積容量Cと、リセットゲートトランジスタRTと、ソースフォロアゲートトランジスタSFと、選択ゲートトランジスタSLとを備える。それぞれの画素信号読み出し部RUでは、フローティングディフュージョンFDと電荷蓄積容量Cとによって電荷蓄積部CSが構成されている。具体的には、画素信号読み出し部RU1は、電荷振り分けゲートトランジスタG1と、フローティングディフュージョンFD1と、電荷蓄積容量C1と、リセットゲートトランジスタRT1と、ソースフォロアゲートトランジスタSF1と、選択ゲートトランジスタSL1とを備える。画素信号読み出し部RU1では、フローティングディフュージョンFD1と電荷蓄積容量C1とによって電荷蓄積部CS1が構成されている。画素信号読み出し部RU2~RU4も同様の構成である。なお、電荷振り分けゲートトランジスタGの構成は、トランスファー方式に限定されず、フォトゲート方式の電荷振り分けであってもよい。 Each pixel signal readout unit RU includes a charge distribution gate transistor G, a floating diffusion FD, a charge storage capacitor C, a reset gate transistor RT, a source follower gate transistor SF, and a select gate transistor SL. In each pixel signal readout unit RU, the floating diffusion FD and the charge storage capacitor C constitute a charge storage unit CS. Specifically, the pixel signal readout unit RU1 includes a charge distribution gate transistor G1, a floating diffusion FD1, a charge storage capacitor C1, a reset gate transistor RT1, a source follower gate transistor SF1, and a select gate transistor SL1. . In the pixel signal readout unit RU1, the charge storage unit CS1 is composed of the floating diffusion FD1 and the charge storage capacitor C1. The pixel signal readout units RU2 to RU4 also have the same configuration. The configuration of the charge distribution gate transistor G is not limited to the transfer method, and may be a photogate method for charge distribution.
光電変換素子PDは、入射した光を光電変換して電荷を発生させ、発生させた電荷を蓄積する埋め込み型のフォトダイオードである。光電変換素子PDの構造は任意であってよい。光電変換素子PDは、例えば、P型半導体とN型半導体とを接合した構造のPNフォトダイオードであってもよいし、P型半導体とN型半導体との間にI型半導体を挟んだ構造のPINフォトダイオードであってもよい。 The photoelectric conversion element PD is an embedded photodiode that photoelectrically converts incident light to generate charges and accumulate the generated charges. The structure of the photoelectric conversion element PD may be arbitrary. The photoelectric conversion element PD may be, for example, a PN photodiode having a structure in which a P-type semiconductor and an N-type semiconductor are joined together, or a structure in which an I-type semiconductor is sandwiched between a P-type semiconductor and an N-type semiconductor. It may be a PIN photodiode.
画素321では、光電変換素子PDが入射した光を光電変換して発生させた電荷を4つの電荷蓄積部CSのそれぞれに振り分け、振り分けられた電荷の電荷量に応じたそれぞれの電圧信号を、画素信号処理回路325に出力する。
In the
距離画像センサ32に配置される画素の構成は、図3に示したような、4つの画素信号読み出し部RUを備えた構成に限定されるものではなく、複数の画素信号読み出し部RUを備えた構成の画素であればよい。つまり、距離画像センサ32に配置される画素に備える画素信号読み出し部RU(電荷蓄積部CS)の数は、2つであってもよいし、3つであってもよいし、5つ以上であってもよい。
The configuration of the pixels arranged in the
また、図3に示した構成の画素321では、電荷蓄積部CSを、フローティングディフュージョンFDと電荷蓄積容量Cとによって構成する一例を示した。しかし、電荷蓄積部CSは、少なくともフローティングディフュージョンFDによって構成されればよく、画素321が電荷蓄積容量Cを備えない構成であってもよい。
Also, in the
また、図3に示した構成の画素321では、ドレインゲートトランジスタGDを備える構成の一例を示したが、これに限定されない。例えば、電荷蓄積部CSに蓄積されずに光電変換素子PDに残っている電荷を破棄する必要がない場合には、ドレインゲートトランジスタGDを備えない構成であってもよい。
Further, although the
(従来の駆動タイミング)
ここで、従来の駆動タイミングについて図4を用いて説明する。図4は、従来における駆動タイミング(画素を駆動するタイミング)を示すタイミングチャートである。
(conventional drive timing)
Here, the conventional driving timing will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a timing chart showing conventional drive timings (timings for driving pixels).
図4では、1回の振り分け処理において、電荷蓄積部CSのそれぞれに電荷を蓄積させるまでに要する時間を「単位蓄積時間UT」と表している。「単位蓄積時間UT」において行われる振り分け処理(単位蓄積処理)を1フレームに相当する蓄積回数だけ繰り返し行った後に、その間に蓄積された電荷量を読み出す処理が行われる。この蓄積された電荷量を読み出す処理が行われる時間を「読み出し期間」と表している。 In FIG. 4, the time required for accumulating charges in each of the charge accumulating units CS in one sorting process is represented as "unit accumulation time UT". After repeating the sorting process (unit accumulation process) performed in the "unit accumulation time UT" for the number of times of accumulation corresponding to one frame, the process of reading out the amount of charge accumulated during that period is performed. The time during which the process of reading out the accumulated charge amount is expressed as a “readout period”.
また、図4では、光パルスPOを照射するタイミングを「L」、反射光RLが受光されるタイミングを「R」、電荷振り分けゲートトランジスタG1を駆動させるタイミングを「G1」、電荷振り分けゲートトランジスタG2を駆動させるタイミングを「G2」、電荷振り分けゲートトランジスタG3を駆動させるタイミングを「G3」、電荷振り分けゲートトランジスタG4を駆動させるタイミングを「G4」、駆動信号RSTDのタイミングを「GD」、の項目名でそれぞれ示している。 In FIG. 4, "L" is the timing for irradiating the light pulse PO, "R" is the timing for receiving the reflected light RL, "G1" is the timing for driving the charge distribution gate transistor G1, and "G1" is the timing for driving the charge distribution gate transistor G2. "G2" for the timing to drive the charge distribution gate transistor G3, "G3" for the timing for driving the charge distribution gate transistor G3, "G4" for the timing for driving the charge distribution gate transistor G4, and "GD" for the timing of the drive signal RSTD. , respectively.
垂直走査回路323は、光パルスPOの照射に同期させたタイミングで、電荷蓄積部CS1~CS4に電荷を蓄積させる。図4の例では、光パルスPOを照射したタイミングと同じタイミングで電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させ、電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させた後、順次、電荷蓄積部CS2~CS4に電荷を蓄積させる。
The
図4の例では、光パルスPOが照射された時刻から遅延時間Td遅れて反射光RLが距離画像センサ32に受光される場合のタイミングチャートが示されている。遅延時間Tdに応じて、反射光RLに応じた電荷が電荷蓄積部CS1及びCS2に振り分けて蓄積される。電荷蓄積部CS3及びCS4が電荷を蓄積するタイミングでは、反射光RLが受光されることはなく、背景光などの外光成分に応じた電荷が電荷蓄積部CS3及びCS4に蓄積される。
The example of FIG. 4 shows a timing chart when the reflected light RL is received by the
具体的に、まず、垂直走査回路323は、光パルスPOを照射させる。垂直走査回路323は照射のタイミングと同じタイミングでドレインゲートトランジスタGDをオフ状態にするとともに、電荷振り分けゲートトランジスタG1を蓄積時間Taに渡りオン状態とする。垂直走査回路323は、電荷振り分けゲートトランジスタG1を蓄積時間Taに渡りオン状態とした後に、電荷振り分けゲートトランジスタG1をオフ状態とする。これにより、電荷振り分けゲートトランジスタG1がオン状態に制御されている間に光電変換素子PDにより光電変換された電荷が、電荷振り分けゲートトランジスタG1を介して電荷蓄積部CS1に蓄積される。
Specifically, first, the
次に、垂直走査回路323は、電荷振り分けゲートトランジスタG2をオフ状態としたタイミングで、電荷振り分けゲートトランジスタG2を蓄積時間Taに渡りオン状態とする。垂直走査回路323は、電荷振り分けゲートトランジスタG2を蓄積時間Taに渡りオン状態とした後に、電荷振り分けゲートトランジスタG2をオフ状態にする。これにより、電荷振り分けゲートトランジスタG2がオン状態に制御されている間に光電変換素子PDにより光電変換された電荷が、電荷振り分けゲートトランジスタG2を介して電荷蓄積部CS2に蓄積される。
Next, the
次に、垂直走査回路323は、電荷振り分けゲートトランジスタG2をオフ状態としたタイミングで、電荷振り分けゲートトランジスタG3を蓄積時間Taに渡りオン状態にする。垂直走査回路323は、電荷振り分けゲートトランジスタG3を蓄積時間Taに渡りオン状態とした後に、電荷振り分けゲートトランジスタG3をオフ状態にする。これにより、電荷振り分けゲートトランジスタG3がオン状態に制御されている間に光電変換素子PDにより光電変換された電荷は、電荷振り分けゲートトランジスタG3を介して電荷蓄積部CS3に蓄積される。
Next, the
次に、垂直走査回路323は、電荷蓄積部CS3への電荷の蓄積を終了させたタイミングで、電荷振り分けゲートトランジスタG4を蓄積時間Taに渡りオン状態にする。垂直走査回路323は、電荷振り分けゲートトランジスタG4を蓄積時間Taに渡りオン状態とした後に、電荷振り分けゲートトランジスタG4をオフ状態とする。垂直走査回路323は、電荷振り分けゲートトランジスタG4をオフ状態としたタイミングでドレインゲートトランジスタGDをオン状態にする。ドレインゲートトランジスタGDがオン状態とされることにより、この間に光電変換素子PDにより光電変換された電荷は、電荷蓄積部CSに蓄積されることなく、ドレインゲートトランジスタGDを介して破棄される。
Next, the
垂直走査回路323は、上述したような駆動を、1フレームに渡って所定の振り分け回数分繰り返し行う。その後、垂直走査回路323は、それぞれの電荷蓄積部CSに蓄積され電荷量に応じた電圧信号を出力する。具体的に、垂直走査回路323は、選択ゲートトランジスタSL1を所定時間オン状態にすることにより、画素信号読み出し部RU1を介して電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量に応じた電圧信号を出力端子O1から出力させる。同様に、垂直走査回路323は、順次、選択ゲートトランジスタSL2~SL4をオン状態とすることにより、電荷蓄積部CS2~CS4に蓄積された電荷量に応じた電圧信号を出力端子O2~O4から出力させる。これによって、電荷蓄積部CSのそれぞれに蓄積された1フレーム分の電荷量に相当する電気信号が距離演算部42に出力される。
The
なお、上記では、光パルスPOが照射されたタイミングで、電荷振り分けゲートトランジスタG1をオン状態とする場合を例に説明した。しかしながらこれに限定されることはない。少なくとも反射光RLに応じた電荷が電荷蓄積部CS1及びCS2、又はCS2又はCS3に振り分けて蓄積されるタイミングで光パルスPOが照射されればよい。 In the above description, the case where the charge distribution gate transistor G1 is turned on at the timing when the light pulse PO is irradiated has been described as an example. However, it is not limited to this. The light pulse PO may be applied at the timing at which the charges according to at least the reflected light RL are distributed and accumulated in the charge accumulation units CS1 and CS2, CS2, or CS3.
図4では、光パルスPOを照射するタイミングと、反射光RLが受光されるタイミングと、電荷蓄積部CSのそれぞれに電荷を蓄積させるタイミングとの関係から、電荷蓄積部CS1及びCS2に、反射光RLに応じた電荷量が振り分けられて蓄積される。また、電荷蓄積部CS1~CS4に外光成分に応じた電荷量が蓄積される。 In FIG. 4, from the relationship between the timing of irradiating the light pulse PO, the timing of receiving the reflected light RL, and the timing of accumulating charges in each of the charge accumulating portions CS, reflected light is applied to the charge accumulating portions CS1 and CS2. A charge amount corresponding to RL is distributed and accumulated. Further, the charge amount corresponding to the external light component is accumulated in the charge accumulation units CS1 to CS4.
電荷蓄積部CS1及びCS2に振り分けられる電荷量の配分(振り分け比率)は、光パルスPOの照射時刻から反射光RLの受光時刻までの遅延時間Tdに応じた比率となる。距離演算部42は、この原理を利用して、以下の(1)式により、遅延時間Tdを算出する。(1)式におけるRは反射光RLの振り分け比率を示す電荷比である。(1)式では、電荷蓄積部CS1~CS3のそれぞれに蓄積された外光成分に応じた電荷量が同量であることを前提とする。
The distribution (distribution ratio) of the amount of charge distributed to the charge storage units CS1 and CS2 is a ratio according to the delay time Td from the irradiation time of the light pulse PO to the reception time of the reflected light RL. Using this principle, the
Td=To×R …(1)
但し、 R=(Q2-Q3)/(Q1+Q2-2×Q3)
Toは光パルスPOが照射された時間間隔
Q1は電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量
Q2は電荷蓄積部CS2に蓄積された電荷量
Q3は電荷蓄積部CS3に蓄積された電荷量
Td=To×R (1)
However, R=(Q2-Q3)/(Q1+Q2-2×Q3)
To is the time interval during which the optical pulse PO is irradiated
Q1 is the amount of charge accumulated in the charge accumulation section CS1
Q2 is the amount of charge accumulated in the charge accumulation section CS2
Q3 is the charge amount accumulated in the charge accumulation section CS3
距離演算部42は、近距離受光画素においては、(1)式で求めた遅延時間Tdに、光速(速度)を乗算させることにより、被写体OBまでの往復の距離を算出する。そして、距離演算部42は、上記で算出した往復の距離を1/2とすることにより、ToF距離を求める。
The
(第1の実施形態の駆動タイミング)
ここで、第1の実施形態の駆動タイミングについて図5を用いて説明する。図5は、第1の実施形態における画素321の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
(Drive timing of the first embodiment)
Here, the driving timing of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a timing chart showing driving timings of the
図5には、本実施形態の単位蓄積時間UTにおいて行われる振り分け処理(単位蓄積処理)のタイミングチャートが示されている。図5では、図4と同様に、電荷振り分けゲートトランジスタG1を駆動させるタイミングを「G1」、電荷振り分けゲートトランジスタG2を駆動させるタイミングを「G2」、電荷振り分けゲートトランジスタG3を駆動させるタイミングを「G3」、電荷振り分けゲートトランジスタG4を駆動させるタイミングを「G4」、駆動信号RSTDのタイミングを「GD」、の項目名でそれぞれ示している。また、ここでは、単位蓄積時間UTの開始時において、電荷振り分けゲートトランジスタG1~G4のそれぞれがオフ状態であり、ドレインゲートトランジスタGDがオン状態とする。 FIG. 5 shows a timing chart of the sorting process (unit accumulation process) performed in the unit accumulation time UT of this embodiment. In FIG. 5, as in FIG. 4, the timing for driving the charge distribution gate transistor G1 is "G1", the timing for driving the charge distribution gate transistor G2 is "G2", and the timing for driving the charge distribution gate transistor G3 is "G3". ”, “G4” for the timing of driving the charge distribution gate transistor G4, and “GD” for the timing of the drive signal RSTD. Also, here, at the start of the unit accumulation time UT, each of the charge distribution gate transistors G1 to G4 is in an off state, and the drain gate transistor GD is in an on state.
本実施形態では、単位蓄積処理において、近距離物体測定処理、排出処理、及び遠距離物体測定処理が、順に実施される。以下、各処理について説明する。 In the present embodiment, short-distance object measurement processing, discharge processing, and long-distance object measurement processing are sequentially performed in the unit accumulation processing. Each process will be described below.
まず、近距離物体測定処理について説明する。近距離物体測定処理は、比較的近距離にある物体までの距離を測定する処理であり、従来の駆動タイミングにて画素321の電荷蓄積部CS1~CS3を駆動させることにより実施される。
First, short-distance object measurement processing will be described. The short-distance object measurement process is a process of measuring the distance to an object at a relatively short distance, and is performed by driving the charge storage units CS1 to CS3 of the
具体的に、垂直走査回路323は、光パルスPOの照射に応じたタイミング、例えば、光パルスPOの照射と同じタイミングで、図4と同様に、ドレインゲートトランジスタGDをオフ状態にし、電荷振り分けゲートトランジスタG1~G3を、順次、蓄積時間Taに渡りオン状態とする。
Specifically, the
次に、排出処理について説明する。排出処理は、光電変換素子PDが発生させた電荷を排出する処理であり、ドレインゲートトランジスタGDをオン状態とすることにより実施される。 Next, the discharge process will be explained. The discharge process is a process for discharging charges generated by the photoelectric conversion element PD, and is performed by turning on the drain gate transistor GD.
具体的に、垂直走査回路323は、電荷蓄積部CS3への電荷の蓄積を終了させたタイミングで、ドレインゲートトランジスタGDを、一定時間(この図の例では、ゾーンZ3に相当する時間)、オン状態とする。
Specifically, the
次に、遠距離物体測定処理について説明する。遠距離物体測定処理は、遠距離に存在する物体の有無を判定する処理である。遠距離物体測定処理は、排出処理後に、電荷振り分けゲートトランジスタG4をオン状態とすることにより実施される。 Next, long-distance object measurement processing will be described. The long-distance object measurement process is a process of determining the presence or absence of an object existing at a long distance. The long-distance object measurement process is performed by turning on the charge distribution gate transistor G4 after the discharge process.
具体的に、垂直走査回路323は、ドレインゲートトランジスタGDをオフ状態にし、電荷振り分けゲートトランジスタG4を、一定時間(この図の例では、蓄積時間Tb)、オン状態とする。その後、垂直走査回路323は、電荷蓄積部CS4への電荷の蓄積を終了させたタイミングで、ドレインゲートトランジスタGDをオン状態とする。
Specifically, the
また、この図では、被写体OBまでの距離に応じて、反射光RLが距離画像撮像装置1に到来する時間区間が、ゾーンZ1~Z4でそれぞれ示されている。ここでは、反射光RLがゾーンZ1~Z4の何れにおいて受光されたかに応じて、被写体OBまでの距離を第1距離~第4距離まで分類する。
Also, in this figure, zones Z1 to Z4 indicate time intervals in which the reflected light RL reaches the depth
第1距離は、ゾーンZ1に対応する距離である。第1距離に存在する被写体OBに反射した反射光RLはゾーンZ1にて受光される。第1距離としては、例えば、0(ゼロ)[m]~2.5[m]程度の距離が想定される。 The first distance is the distance corresponding to zone Z1. The reflected light RL reflected by the object OB existing at the first distance is received in the zone Z1. As the first distance, for example, a distance of approximately 0 (zero) [m] to 2.5 [m] is assumed.
第2距離は、ゾーンZ2に対応する距離である。第2距離は、第1距離よりも大きい距離であり、第2距離に存在する被写体OBに反射した反射光RLはゾーンZ2にて受光される。第2距離としては、例えば、2.5[m]~5.0[m]程度の距離が想定される。 The second distance is the distance corresponding to zone Z2. The second distance is longer than the first distance, and the reflected light RL reflected by the object OB existing at the second distance is received in the zone Z2. As the second distance, for example, a distance of about 2.5 [m] to 5.0 [m] is assumed.
第3距離は、ゾーンZ3に対応する距離である。第3距離は、第2距離よりも大きい距離であり、第3距離に存在する被写体OBに反射した反射光RLがゾーンZ3にて受光される。第3距離としては、例えば、5.0[m]~15.0[m]程度の距離が想定される。 The third distance is the distance corresponding to zone Z3. The third distance is longer than the second distance, and the reflected light RL reflected by the object OB existing at the third distance is received in the zone Z3. As the third distance, for example, a distance of approximately 5.0 [m] to 15.0 [m] is assumed.
第4距離は、ゾーンZ4に対応する距離である。第4距離は、第3距離よりも大きい距離であり、第4距離に存在する被写体OBに反射した反射光RLがゾーンZ4において受光される。第4距離として、例えば、15.0[m]~25.0[m]程度の距離が想定される。 The fourth distance is the distance corresponding to zone Z4. The fourth distance is a distance greater than the third distance, and the reflected light RL reflected by the object OB existing at the fourth distance is received in the zone Z4. As the fourth distance, for example, a distance of approximately 15.0 [m] to 25.0 [m] is assumed.
この図の例に示すように画素321を駆動した場合、ゾーンZ1において受光された反射光に応じた電荷は、電荷蓄積部CS1及び電荷蓄積部CS2に振り分けられて蓄積される。この場合、電荷蓄積部CS3及びCS4に蓄積される電荷が外光成分に相当する。電荷蓄積部CS4に蓄積された電荷を外光成分として用いる場合、電荷蓄積部CS1~CS3とは、電荷蓄積部CS4の蓄積時間が異なる設定となることがある。その為、Ta/Tbを乗算することで、電荷蓄積部CS4の蓄積時間に応じた外光成分を導出する必要がある。Ta/Tbを乗算する計算を実行する際に蓄積時間に関係ないノイズ成分を増減(変化)させてしまう可能性がある。このため、外光成分を導出する際に計算を実行する必要がない電荷蓄積部CS3に蓄積された電荷に基づいて外光成分に相当する電荷を導出することが好ましい。
When the
ゾーンZ2において受光された反射光に応じた電荷は、電荷蓄積部CS2及び電荷蓄積部CS3に振り分けられて蓄積される。この場合、電荷蓄積部CS1及びCS4に蓄積される電荷が外光成分に相当する。電荷蓄積部CS4に蓄積された電荷を外光成分として用いる場合、電荷蓄積部CS1~CS3とは、電荷蓄積部CS4の蓄積時間が異なる設定となることがある。その為、Ta/Tbを乗算することで、電荷蓄積部CS4の蓄積時間に応じた外光成分を導出する必要がある。Ta/Tbを乗算する計算を実行する際に蓄積時間に関係ないノイズ成分を増減(変化)させてしまう可能性がある。このため、外光成分を導出する際に計算を実行する必要がない電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷に基づいて外光成分に相当する電荷を導出することが好ましい。 Charge corresponding to the reflected light received in the zone Z2 is distributed to and accumulated in the charge accumulating portion CS2 and the charge accumulating portion CS3. In this case, the charges accumulated in the charge accumulation units CS1 and CS4 correspond to the external light component. When the charge accumulated in the charge storage section CS4 is used as an external light component, the charge storage section CS4 may be set to have a different accumulation time than the charge storage sections CS1 to CS3. Therefore, by multiplying Ta/Tb, it is necessary to derive an external light component corresponding to the accumulation time of the charge accumulation section CS4. There is a possibility that the noise component that is not related to the accumulation time may be increased or decreased (changed) when executing the calculation for multiplying Ta/Tb. Therefore, it is preferable to derive the charge corresponding to the external light component based on the charge accumulated in the charge storage section CS1, which does not require calculation when deriving the external light component.
ゾーンZ3において受光された反射光に応じた電荷は、いずれの電荷蓄積部CSにも蓄積されることなく、排出される。すなわち、ゾーンZ3に対応する第3距離に存在する被写体OBまでの距離は測定されない。第3距離は、「測長範囲外距離」の一例である。 The charge corresponding to the reflected light received in zone Z3 is discharged without being accumulated in any charge accumulation section CS. That is, the distance to the object OB that exists at the third distance corresponding to zone Z3 is not measured. The third distance is an example of the "measurement range out-of-range distance".
ゾーンZ4において受光された反射光に応じた電荷は、電荷蓄積部CS4に蓄積される。この場合、電荷蓄積部CS1~CS3に蓄積される電荷が外光成分に相当する。 Charge corresponding to the reflected light received in zone Z4 is accumulated in charge accumulation unit CS4. In this case, the charges accumulated in the charge accumulation units CS1 to CS3 correspond to the external light component.
図5に示す振り分け処理を1フレームに相当する蓄積回数だけ繰り返し行った後に、その間に蓄積された電荷量を読み出す処理が行われる。 After repeating the allocation process shown in FIG. 5 for the number of times of accumulation corresponding to one frame, the process of reading out the amount of charge accumulated during that period is performed.
(第1の実施形態の処理の流れ)
ここで、第1の実施形態の処理の流れについて図6を用いて説明する。図6は、第1の実施形態の距離画像処理部4が行う処理の流れを示すフローチャートである。
(Processing flow of the first embodiment)
Here, the flow of processing according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flow chart showing the flow of processing performed by the distance
まず、距離画像処理部4は、図5に示す駆動タイミングにて、1フレーム分の電荷蓄積を実施する(ステップS10)。
First, the distance
次に、距離画像処理部4は、外光成分に相当する電荷量Qgを算出する(ステップS11)。距離画像処理部4は、例えば、電荷蓄積部CS1~CS3のそれぞれに蓄積された電荷量のうち、最も少ない電荷量を、外光成分に相当する電荷量Qgとする。
Next, the distance
次に、距離画像処理部4は、電荷蓄積部CS4に蓄積された電荷量Q4を補正した補正後電荷量Q4#を算出する(ステップS12)。補正後電荷量Q4#は、電荷蓄積部CS4に蓄積された電荷量Q4を、他の電荷蓄積部CS(電荷蓄積部CS1~CS3)における蓄積時間に相当する電荷量に補正した値である。距離画像処理部4は、以下の(2)式により、補正後電荷量Q4#を算出する。
Next, the distance
Q4#=Ta/Tb×Q4 …(2)
但し、 Taは電荷蓄積部CS1に電荷が蓄積された時間間隔
Tbは電荷蓄積部CS4に電荷が蓄積された時間間隔
Q4は電荷蓄積部CS4に蓄積された電荷量
Q4#=Ta/Tb×Q4 (2)
where Ta is the time interval during which charges are accumulated in the charge accumulation unit CS1
Tb is the time interval during which charges are accumulated in the charge accumulation unit CS4.
Q4 is the amount of charge accumulated in the charge accumulation section CS4
次に、距離画像処理部4は、何れの電荷蓄積部CSに、反射光に相当する電荷量が蓄積されているか判定する(ステップS13)。距離画像処理部4は、ステップS11で算出した電荷量Qgと、電荷蓄積部CSのそれぞれに蓄積された電荷量とを比較する。この場合において、距離画像処理部4は、電荷蓄積部CS1~CS3については、電荷量Qgと、CS1~CS3のそれぞれに蓄積された電荷量Q1~Q3とを比較する。距離画像処理部4は、電荷蓄積部CS4については、電荷量Qgと、ステップS12で算出した補正後電荷量Q4#とを比較する。距離画像処理部4は、電荷量Qgよりも多い電荷量が蓄積されている電荷蓄積部CSを、反射光RLに相当する電荷量が蓄積されている電荷蓄積部CSと判定する。
Next, the distance
電荷蓄積部CS1及びCS2に反射光に相当する電荷が蓄積されていると判定した場合、距離画像処理部4は、ゾーンZ1に相当する距離(第1距離)に物体があると判定し、(1)式を用いて、物体までの距離を算出する(ステップS14)。
When it is determined that charges corresponding to reflected light are accumulated in the charge storage units CS1 and CS2, the distance
距離画像処理部4は、ゾーンZ1に相当する距離(第1距離)に物体がある場合の制御を実施する(ステップS15)。ここでのゾーンZ1に相当する距離(第1距離)に物体がある制御は、距離画像撮像装置1が搭載される環境に応じて任意に設定される。例えば、距離画像撮像装置1が移動体に搭載されて移動しているような環境においては、近距離に物体が存在している状況にて移動し続けると衝突などの危険が高まる。このため、移動体を緊急停止させる等の処理が実施される。
The distance
電荷蓄積部CS2及びCS3に反射光に相当する電荷が蓄積されていると判定した場合、距離画像処理部4は、ゾーンZ2に相当する距離(第2距離)に物体があると判定し、(1)式を用いて、物体までの距離を算出する(ステップS16)。この場合、(1)式における電荷比R=(Q3-Q1)/(Q2+Q3-2×Q1)である。なお、電荷比Rから距離を求めた際、ゾーンに対応するベース距離を加えることで、物体までの距離が確定する。例えば、ゾーンZ2の場合、ベース距離は2.5[m]である。ゾーンZ2の場合、上記電荷比Rに基づいて算出した距離に、ベース距離2.5[m]を加算した距離が、ゾーンZ2に存在する被写体OBまでの距離となる。
When it is determined that charges corresponding to reflected light are accumulated in the charge storage units CS2 and CS3, the distance
距離画像処理部4は、ゾーンZ2に相当する距離(第2距離)に物体がある場合の制御を実施する(ステップS17)。ここでのゾーンZ2に相当する距離(第2距離)に物体がある制御は、距離画像撮像装置1が搭載される環境に応じて任意に設定される。例えば、移動体の進行方向を変更する回避行動などの処理が実施される。
The distance
電荷蓄積部CS4に反射光に相当する電荷が蓄積されていると判定した場合、距離画像処理部4は、ゾーンZ4に相当する距離(第4距離)に物体があると判定する(ステップS18)。
When determining that the charge corresponding to the reflected light is accumulated in the charge accumulating section CS4, the distance
距離画像処理部4は、ゾーンZ4に相当する距離(第4距離)に物体がある場合の制御を実施する(ステップS19)。ここでのゾーンZ4に相当する距離(第4距離)に物体がある制御は、距離画像撮像装置1が搭載される環境に応じて任意に設定される。例えば、移動体の移動速度を低下する等の処理が実施される。
The distance
なお、上記ではステップS15、S17、及びS19のそれぞれに示す処理を、距離画像処理部4が行う場合を例示して説明した。しかしながらこれに限定されることはない。距離画像処理部4は、少なくともステップS14、S15、又はS18に示す処理を実行すればよい。例えば、距離画像撮像装置1が搭載された移動体を制御する外部装置が設けられている場合を考える。外部装置は、距離画像撮像装置1と通信可能に接続される。距離画像撮像装置1は、ステップS14、又はS15により算出した物体までの距離を示す情報を外部装置に出力する。或いは、距離画像撮像装置1は、ステップSS18より判定した物体の有無を示す情報を、外部装置に出力する。外部装置は、距離画像撮像装置1から受信した情報に基づいて、移動体を制御する。
In the above description, the case where the distance
以上説明したように、第1の実施形態の距離画像撮像装置1は、光源部2と、受光部3と、ドレインゲートトランジスタGDと、距離画像処理部4と、を備える。光源部2は、被写体OBが存在する測定空間に光パルスPOを照射する。受光部3は、画素321と、垂直走査回路323(駆動回路の一例)を備える。垂直走査回路323は、光パルスPOの照射に同期させた所定のタイミングで画素321における電荷蓄積部CSのそれぞれに電荷を振り分けて蓄積させる。ドレインゲートトランジスタGDは、光電変換素子PDが発生させた電荷を排出する。距離画像処理部4は、電荷蓄積部CSのそれぞれに蓄積された電荷量を用いて被写体OBまでの測定距離を決定する。距離画像処理部4は、1フレーム期間に、単位蓄積処理を複数回実施し、電荷蓄積部CSのそれぞれに蓄積された電荷量を用いて被写体OBまでの測定距離を決定する。単位蓄積処理では、近距離物体測定処理、排出処理、及び遠距離物体測定処理が順に実施される。近距離物体測定処理は、電荷蓄積部CS1~CS3(電荷蓄積部CSのうちの一部の電荷蓄積部CS)に、反射光RLに応じた電荷を振り分けて蓄積させる処理である。排出処理は、光電変換素子PDが発生させた電荷を、ドレインゲートトランジスタGDが排出する処理である。遠距離物体測定処理は、電荷蓄積部CS4(一部の電荷蓄積部CSとは異なる電荷蓄積部CSを含む電荷蓄積部CS)に反射光RLに応じた電荷を蓄積させる処理である。
As described above, the range
これにより、第1の実施形態の距離画像撮像装置1は、近距離物体測定処理にて近距離にある物体までの距離を測定することができる。また、遠距離物体測定処理にて遠距離にある物体の有無を判定することができる。すなわち、近距離にある物体までの距離を測定し、且つ、遠距離にある物体の有無を判定することが可能である。尚且つ、第1の実施形態に係る距離画像撮像装置1では、近距離物体測定処理を実施した後、遠距離物体測定処理を実施する前に、排出処理を実施する。このため、この間に電荷蓄積部CSに電荷が蓄積されないようにして、遠距離にある物体から反射した反射光に相当する電荷を精度よく蓄積することができる。
As a result, the distance
第1の実施形態では、単位蓄積時間UTにおいて、電荷蓄積部CSに電荷を蓄積させる時間以外のタイミングで余計な電荷が蓄積されることがないように、ドレインゲートトランジスタGDがオフ状態となる。これにより、近距離物体までの距離の測定、及び遠距離物体の有無の判定を行わない時間(ゾーンZ3)において、電荷が蓄積され続けることを回避する。 In the first embodiment, during the unit accumulation time UT, the drain gate transistor GD is turned off so that unnecessary charges are not accumulated at a timing other than the time at which charges are accumulated in the charge accumulation section CS. This avoids the continuous accumulation of charges during the time (zone Z3) in which the distance to the short-distance object is not measured and the presence or absence of the long-distance object is not determined.
(第2の実施形態の駆動タイミング)
ここで、第2の実施形態の駆動タイミングについて図7を用いて説明する。図7は、第2の実施形態における画素321の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
(Drive timing of the second embodiment)
Here, the drive timing of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a timing chart showing driving timings of the
図7には、本実施形態の単位蓄積時間UTにおいて行われる振り分け処理(単位蓄積処理)のタイミングチャートが示されている。図7では、図5と同様に、電荷振り分けゲートトランジスタG1を駆動させるタイミングを「G1」、電荷振り分けゲートトランジスタG2を駆動させるタイミングを「G2」、電荷振り分けゲートトランジスタG3を駆動させるタイミングを「G3」、電荷振り分けゲートトランジスタG4を駆動させるタイミングを「G4」、駆動信号RSTDのタイミングを「GD」、の項目名でそれぞれ示している。また、ここでは、単位蓄積時間UTの開始時において、電荷振り分けゲートトランジスタG1~G4のそれぞれがオフ状態であり、ドレインゲートトランジスタGDがオン状態であるとする。 FIG. 7 shows a timing chart of the sorting process (unit accumulation process) performed in the unit accumulation time UT of this embodiment. In FIG. 7, as in FIG. 5, the timing for driving the charge distribution gate transistor G1 is "G1", the timing for driving the charge distribution gate transistor G2 is "G2", and the timing for driving the charge distribution gate transistor G3 is "G3". ”, “G4” for the timing of driving the charge distribution gate transistor G4, and “GD” for the timing of the drive signal RSTD. Also, here, it is assumed that each of the charge distribution gate transistors G1 to G4 is off and the drain gate transistor GD is on at the start of the unit accumulation time UT.
本実施形態では、遠距離物体測定処理において、物体までの距離を測定する点において、第1の実施形態と相違する。以下では、第1の実施形態と相違する点について説明する。 This embodiment differs from the first embodiment in that the distance to an object is measured in the long-distance object measurement process. Differences from the first embodiment will be described below.
近距離物体測定処理、及び、排出処理については、第1の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。 Since the short-distance object measurement process and the ejection process are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
本実施形態の遠距離物体測定処理について説明する。遠距離物体測定処理は、遠距離に存在する物体までの距離を判定する処理である。遠距離物体測定処理は、排出処理後に、電荷振り分けゲートトランジスタG4、及びG1を順にオン状態とすることにより実施される。 A long-distance object measurement process according to the present embodiment will be described. The long-distance object measurement process is a process of determining the distance to an object existing at a long distance. The long-distance object measurement process is performed by sequentially turning on the charge distribution gate transistors G4 and G1 after the discharge process.
具体的に、垂直走査回路323は、ドレインゲートトランジスタGDをオフ状態にし、電荷振り分けゲートトランジスタG4を、蓄積時間Taに渡りオン状態とする。垂直走査回路323は、電荷振り分けゲートトランジスタG4を蓄積時間Taに渡りオン状態とした後に、電荷振り分けゲートトランジスタG4をオフ状態にする。垂直走査回路323は、電荷蓄積部CS4への電荷の蓄積を終了させたタイミングで、電荷振り分けゲートトランジスタG1を蓄積時間Taに渡りオン状態にする。垂直走査回路323は、電荷振り分けゲートトランジスタG1を蓄積時間Taに渡りオン状態とした後に、電荷振り分けゲートトランジスタG1をオフ状態とする。垂直走査回路323は、電荷蓄積部CS1への電荷の蓄積を終了させたタイミングで、ドレインゲートトランジスタGDをオン状態とする。
Specifically, the
本実施形態におけるゾーンZ4に対応する第4距離は、第1の実施形態における第4距離の全範囲、又は一部の範囲である。本実施形態における第4距離は、第1の実施形態における蓄積時間Tbと、本実施形態における、遠距離物体測定処理における電荷振り分けゲートトランジスタG4及びG1への蓄積時間Taとの関係に応じて、任意に決定されてよい。例えば、本実施形態における第4距離は、17.5[m]~20.0[m]程度の距離が想定される。 The fourth distance corresponding to zone Z4 in this embodiment is the entire range or a partial range of the fourth distance in the first embodiment. The fourth distance in this embodiment is determined according to the relationship between the accumulation time Tb in the first embodiment and the accumulation time Ta in the charge distribution gate transistors G4 and G1 in the long-distance object measurement process in this embodiment. It may be determined arbitrarily. For example, the fourth distance in this embodiment is assumed to be approximately 17.5 [m] to 20.0 [m].
(第2の実施形態の処理の流れ)
ここで、第2の実施形態の処理の流れについて図8を用いて説明する。図8は、第2の実施形態の距離画像処理部4が行う処理の流れを示すフローチャートである。
(Processing flow of the second embodiment)
Here, the flow of processing according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flow chart showing the flow of processing performed by the distance
ステップS20については、図5のステップS10と同様であるためその説明を省略する。 Since step S20 is the same as step S10 in FIG. 5, its description is omitted.
距離画像処理部4は、外光成分に相当する電荷量Qgを算出する(ステップS21)。距離画像処理部4は、例えば、電荷蓄積部CS2~CS4のそれぞれに蓄積された電荷量のうち、最も少ない電荷量を、外光成分に相当する電荷量Qgとする。
The distance
次に、距離画像処理部4は、電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量Q1を補正した補正後電荷量Q1#を算出する(ステップS22)。補正後電荷量Q1#は、電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量Q1を、他の電荷蓄積部CS(電荷蓄積部CS2~CS4)における蓄積時間に相当する電荷量に補正した値である。距離画像処理部4は、以下の(3)式により、補正後電荷量Q1#を算出する。
Next, the distance
Q1#=Q1-Qg…(3)
但し、
Q1は電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量
Qgは外光成分に相当する電荷量
なお、(3)式では、近距離物体測定処理における電荷蓄積部CS1に電荷が蓄積された時間間隔と遠距離物体測定処理における電荷蓄積部CS1に電荷が蓄積された時間間隔(図7におけるTa)は同じ値であることを前提とする。
Q1#=Q1-Qg (3)
however,
Q1 is the amount of charge accumulated in the charge accumulating section CS1 Qg is the amount of charge corresponding to the external light component It is assumed that the time interval (Ta in FIG. 7) at which charges are accumulated in the charge accumulation unit CS1 in the distance object measurement process is the same value.
次に、距離画像処理部4は、何れの電荷蓄積部CSに、反射光に相当する電荷量が蓄積されているか判定する(ステップS23)。距離画像処理部4は、ステップS21で算出した電荷量Qgと、電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量とを比較する。この場合において、距離画像処理部4は、電荷蓄積部CS2~CS4については、電荷量Qgと、CS2~CS4のそれぞれに蓄積された電荷量Q2~Q4とを比較する。距離画像処理部4は、電荷蓄積部CS1については、電荷量Qgと、ステップS22で算出した補正後電荷量Q1#とを比較する。距離画像処理部4は、電荷量Qgよりも多い電荷量が蓄積されている電荷蓄積部CSを、反射光に相当する電荷量が蓄積されている電荷蓄積部CSと判定する。
Next, the distance
電荷蓄積部CS1及びCS2に反射光に相当する電荷が蓄積されていると判定した場合、距離画像処理部4は、ゾーンZ1に相当する距離(第1距離)に物体があると判定し、(1)式を用いて、物体までの距離を算出する(ステップS24)。この場合、(1)式における電荷比R=(Q2-Q3)/(Q1#+Q2-2×Q3)である。
When it is determined that charges corresponding to reflected light are accumulated in the charge storage units CS1 and CS2, the distance
ステップS25~27については、図5のステップS15~17と同様であるためその説明を省略する。 Steps S25 to S27 are the same as steps S15 to S17 in FIG. 5, so description thereof will be omitted.
電荷蓄積部CS4及びCS1に反射光に相当する電荷が蓄積されていると判定した場合、距離画像処理部4は、ゾーンZ4に相当する距離(第4距離)に物体があると判定し、(1)式を用いて、物体までの距離を算出する(ステップS28)。この場合、(1)式における電荷比R=(Q1#-Q2)/(Q4+Q1#-2×Q2)、又は、電荷比R=(Q1#-Q3)/(Q4+Q1#-2×Q3)である。なお、電荷比Rから距離を求めた際、ゾーンに対応するベース距離を加えることで、物体までの距離が確定する。
When it is determined that charges corresponding to reflected light are accumulated in the charge storage units CS4 and CS1, the distance
ステップS29については、図5のステップS19と同様であるためその説明を省略する。 Since step S29 is the same as step S19 in FIG. 5, its description is omitted.
以上説明したように、第2の実施形態の距離画像撮像装置1では、遠距離物体測定処理において、電荷蓄積部CS4及びCS1(一部の電荷蓄積部CSとは異なる電荷蓄積部CSを含む電荷蓄積部CS)に反射光RLに応じた電荷を振り分けて蓄積させる。
As described above, in the distance
これにより、第2の実施形態の距離画像撮像装置1は、遠距離物体測定処理にて物体までの距離を測定することができる。このため、遠距離にある物体までの距離に応じた処理が可能となる。
Thereby, the distance
(第2の実施形態に係る変形例1の駆動タイミング)
ここで、第2の実施形態に係る変形例1の駆動タイミングについて図9を用いて説明する。図9は、第2の実施形態に係る変形例1における画素321の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
(Drive Timing of
Here, the drive timing of
図9には、本変形例の単位蓄積時間UTにおいて行われる振り分け処理(単位蓄積処理)のタイミングチャートが示されている。図9では、図5と同様に、電荷振り分けゲートトランジスタG1を駆動させるタイミングを「G1」、電荷振り分けゲートトランジスタG2を駆動させるタイミングを「G2」、電荷振り分けゲートトランジスタG3を駆動させるタイミングを「G3」、電荷振り分けゲートトランジスタG4を駆動させるタイミングを「G4」、駆動信号RSTDのタイミングを「GD」、の項目名でそれぞれ示している。また、ここでは、単位蓄積時間UTの開始時において、電荷振り分けゲートトランジスタG1~G4のそれぞれがオフ状態であり、ドレインゲートトランジスタGDがオン状態であるとする。 FIG. 9 shows a timing chart of the sorting process (unit accumulation process) performed during the unit accumulation time UT of this modification. In FIG. 9, as in FIG. 5, the timing for driving the charge distribution gate transistor G1 is "G1", the timing for driving the charge distribution gate transistor G2 is "G2", and the timing for driving the charge distribution gate transistor G3 is "G3". ”, “G4” for the timing of driving the charge distribution gate transistor G4, and “GD” for the timing of the drive signal RSTD. Also, here, it is assumed that each of the charge distribution gate transistors G1 to G4 is off and the drain gate transistor GD is on at the start of the unit accumulation time UT.
本変形例では、遠距離物体測定処理において、物体までの距離を測定可能な範囲をより大きい範囲とする点において、第2の実施形態と相違する。以下では、第2の実施形態と相違する点について説明する。 This modification differs from the second embodiment in that the measurable range of the distance to the object is set larger in the long-distance object measurement process. Below, points different from the second embodiment will be described.
本変形例では、この図に示すように、ゾーンZ1~Z4に加えて、ゾーンZ5が示されている。ゾーンZ4に対応する第4距離は、第2の実施形態と同様に、例えば、17.5[m]~20.0[m]程度の距離である。 In this modification, as shown in this figure, zone Z5 is shown in addition to zones Z1 to Z4. The fourth distance corresponding to zone Z4 is, for example, about 17.5 [m] to 20.0 [m], as in the second embodiment.
本変形例では、ゾーンZ5に対応する距離を、第5距離とする。第5距離に存在する被写体OBに反射した反射光RLはゾーンZ5にて受光される。第5距離としては、例えば、20.0[m]~22.5[m]程度の距離が想定される。 In this modified example, the distance corresponding to zone Z5 is set as the fifth distance. The reflected light RL reflected by the object OB present at the fifth distance is received by the zone Z5. As the fifth distance, for example, a distance of approximately 20.0 [m] to 22.5 [m] is assumed.
近距離物体測定処理、及び、排出処理については、第2の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。 Since the short-distance object measurement process and the ejection process are the same as those in the second embodiment, description thereof will be omitted.
本変形例の遠距離物体測定処理について説明する。遠距離物体測定処理は、排出処理後に、電荷振り分けゲートトランジスタG4、G1、及びG2を順にオン状態とすることにより実施される。 A long-distance object measurement process of this modification will be described. The long-distance object measurement process is performed by sequentially turning on the charge distribution gate transistors G4, G1, and G2 after the discharge process.
具体的に、垂直走査回路323は、ドレインゲートトランジスタGDをオフ状態にし、第2の実施形態と同様に、電荷振り分けゲートトランジスタG4、及びG1を蓄積時間Taに渡りオン状態にする。垂直走査回路323は、電荷振り分けゲートトランジスタG1を蓄積時間Taに渡りオン状態とした後に、電荷振り分けゲートトランジスタG1をオフ状態とする。垂直走査回路323は、電荷蓄積部CS4への電荷の蓄積を終了させたタイミングで、電荷振り分けゲートトランジスタG2を蓄積時間Taに渡りオン状態にする。垂直走査回路323は、電荷振り分けゲートトランジスタG2を蓄積時間Taに渡りオン状態とした後に、電荷振り分けゲートトランジスタG2をオフ状態とする。垂直走査回路323は、電荷蓄積部CS2への電荷の蓄積を終了させたタイミングで、ドレインゲートトランジスタGDをオン状態とする。
Specifically, the
(第2の実施形態に係る変形例1の処理の流れ)
ここで、第2の実施形態に係る変形例1の処理の流れについて図10を用いて説明する。図10は、第2の実施形態に係る変形例1の距離画像処理部4が行う処理の流れを示すフローチャートである。
(Processing flow of
Here, the flow of processing of
ステップS30については、図5のステップS10と同様であるためその説明を省略する。 Since step S30 is the same as step S10 in FIG. 5, its description is omitted.
距離画像処理部4は、外光成分に相当する電荷量Qgを算出する(ステップS31)。距離画像処理部4は、例えば、電荷蓄積部CS3及びCS4のそれぞれに蓄積された電荷量のうち、最も少ない電荷量を、外光成分に相当する電荷量Qgとする。
The distance
次に、距離画像処理部4は、補正後電荷量Q1#、Q2#を算出する(ステップS32)。補正後電荷量Q1#は、電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量Q1を、他の電荷蓄積部CS(電荷蓄積部CS3~CS4)における蓄積時間に相当する電荷量に補正した値であり、(3)式により算出される。補正後電荷量Q2#は、電荷蓄積部CS2に蓄積された電荷量Q2を、他の電荷蓄積部CS(電荷蓄積部CS3~CS4)における蓄積時間に相当する電荷量に補正した値であり、以下の(4)式により算出される。
Next, the distance
Q2#=Q2-Qg…(4)
但し、
Q2は電荷蓄積部CS2に蓄積された電荷量
Qgは外光成分に相当する電荷量
なお、(4)式では、近距離物体測定処理における電荷蓄積部CS2に電荷が蓄積された時間間隔と遠距離物体測定処理における電荷蓄積部CS2に電荷が蓄積された時間間隔(図9におけるTa)は同じ値であることを前提とする。
Q2#=Q2-Qg (4)
however,
Q2 is the amount of charge accumulated in the charge accumulating section CS2 Qg is the amount of charge corresponding to the external light component It is assumed that the time interval (Ta in FIG. 9) at which charges are accumulated in the charge accumulation unit CS2 in the distance object measurement process is the same value.
次に、距離画像処理部4は、何れの電荷蓄積部CSに、反射光に相当する電荷量が蓄積されているか判定する(ステップS33)。距離画像処理部4は、ステップS31で算出した電荷量Qgと、電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量とを比較する。この場合において、距離画像処理部4は、電荷蓄積部CS3及びCS4については、電荷量Qgと、CS3及びCS4のそれぞれに蓄積された電荷量Q3及びQ4とを比較する。距離画像処理部4は、電荷蓄積部CS1及びCS2については、電荷量Qgと、ステップS22で算出した補正後電荷量Q1#及びQ2#とを比較する。距離画像処理部4は、電荷量Qgよりも多い電荷量が蓄積されている電荷蓄積部CSを、反射光に相当する電荷量が蓄積されている電荷蓄積部CSと判定する。
Next, the distance
電荷蓄積部CS1及びCS2に反射光に相当する電荷が蓄積されていると判定した場合、距離画像処理部4は、補正後電荷量Q1#及びQ2#との和(Q1#+Q2#)が閾値Thより大きいか否かを判定する(ステップS34)。
When it is determined that charges corresponding to reflected light are accumulated in the charge accumulation units CS1 and CS2, the distance
閾値Thは、近距離にある物体からの反射光の強度と、遠距離にある物体からの反射光の強度との境界に相当する電荷量に応じて設定される値である。つまり、和(Q1#+Q2#)が閾値Thより大きい場合には、電荷蓄積部CS1及びCS2には、近距離にある物体からの反射光が振り分けて蓄積されたと判定することができる。一方、和(Q1#+Q2#)が閾値Th未満である場合には、電荷蓄積部CS1及びCS2には、遠距離にある物体からの反射光が振り分けて蓄積されたと判定することができる。 The threshold Th is a value set according to the amount of charge corresponding to the boundary between the intensity of reflected light from an object at a short distance and the intensity of reflected light from an object at a long distance. That is, when the sum (Q1#+Q2#) is greater than the threshold Th, it can be determined that reflected light from an object at a short distance is distributed and accumulated in the charge accumulation units CS1 and CS2. On the other hand, when the sum (Q1#+Q2#) is less than the threshold Th, it can be determined that reflected light from a distant object is distributed and accumulated in the charge accumulation units CS1 and CS2.
和(Q1#+Q2#)が閾値Thより大きい場合、距離画像処理部4は、ゾーンZ1に相当する距離(第1距離)に物体があると判定し、(1)式を用いて、物体までの距離を算出する(ステップS35)。この場合、(1)式における電荷比R=(Q2#-Q3)/(Q1#+Q2#-2×Q3)である。ステップS36については、図5のステップS15と同様であるためその説明を省略する。
If the sum (Q1#+Q2#) is greater than the threshold Th, the distance
一方、和(Q1#+Q2#)が閾値Th未満である場合、距離画像処理部4は、ゾーンZ5に相当する距離(第5距離)に物体があると判定し、(1)式を用いて、物体までの距離を算出する(ステップS37)。この場合、(1)式における電荷比R=(Q2#-Q3)/(Q1#+Q2#-2×Q3)である。ステップS38については、図5のステップS19と同様であるためその説明を省略する。
On the other hand, when the sum (Q1#+Q2#) is less than the threshold Th, the distance
ステップS33において、電荷蓄積部CS2及びCS3に反射光に相当する電荷が蓄積されていると判定した場合の処理(ステップS39)については、図5のステップS16と同様であるためその説明を省略する。また、その後処理(ステップS40)については、図5のステップS17と同様であるためその説明を省略する。 The processing (step S39) when it is determined in step S33 that charges corresponding to the reflected light are accumulated in the charge accumulation units CS2 and CS3 is the same as step S16 in FIG. . Also, the post-processing (step S40) is the same as step S17 in FIG. 5, so the description thereof is omitted.
ステップS33において、電荷蓄積部CS4及びCS1に反射光に相当する電荷が蓄積されていると判定した場合の処理(ステップS41)については、図8のステップS28と同様であるためその説明を省略する。また、その後処理(ステップS42)については、図8のステップS29と同様であるためその説明を省略する。 The process (step S41) when it is determined in step S33 that the charge corresponding to the reflected light is accumulated in the charge accumulation units CS4 and CS1 is the same as step S28 in FIG. 8, so the explanation thereof is omitted. . Also, the post-processing (step S42) is the same as step S29 in FIG. 8, so the description thereof will be omitted.
以上説明したように、第2の実施形態に係る変形例1の距離画像撮像装置1では、遠距離物体測定処理において、電荷蓄積部CS4、CS1、及びCS2(一部の電荷蓄積部CSとは異なる電荷蓄積部CSを含む電荷蓄積部CS)に反射光RLに応じた電荷を振り分けて蓄積させる。
As described above, in the
これにより、第2の実施形態に係る変形例1の距離画像撮像装置1は、遠距離物体測定処理にて3タップ構成(電荷蓄積部CS4、CS1、及びCS2)にて物体までの距離を測定することができる。このため、遠距離にある物体までの距離について、より遠距離まで測定することができる。
As a result, the distance
(第2の実施形態に係る変形例2の駆動タイミング)
ここで、第2の実施形態に係る変形例2の駆動タイミングについて図11を用いて説明する。図11は、第2の実施形態に係る変形例2における画素321の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。
(Drive Timing of Modified Example 2 According to Second Embodiment)
Here, the drive timing of
図11には、本変形例の単位蓄積時間UTにおいて行われる振り分け処理(単位蓄積処理)のタイミングチャートが示されている。図11では、図5と同様に、電荷振り分けゲートトランジスタG1を駆動させるタイミングを「G1」、電荷振り分けゲートトランジスタG2を駆動させるタイミングを「G2」、電荷振り分けゲートトランジスタG3を駆動させるタイミングを「G3」、電荷振り分けゲートトランジスタG4を駆動させるタイミングを「G4」、駆動信号RSTDのタイミングを「GD」、の項目名でそれぞれ示している。また、ここでは、単位蓄積時間UTの開始時において、電荷振り分けゲートトランジスタG1~G4のそれぞれがオフ状態であり、ドレインゲートトランジスタGDがオン状態であるとする。 FIG. 11 shows a timing chart of the sorting process (unit accumulation process) performed during the unit accumulation time UT of this modification. In FIG. 11, as in FIG. 5, the timing for driving the charge distribution gate transistor G1 is "G1", the timing for driving the charge distribution gate transistor G2 is "G2", and the timing for driving the charge distribution gate transistor G3 is "G3". ”, “G4” for the timing of driving the charge distribution gate transistor G4, and “GD” for the timing of the drive signal RSTD. Also, here, it is assumed that each of the charge distribution gate transistors G1 to G4 is off and the drain gate transistor GD is on at the start of the unit accumulation time UT.
本変形例では、遠距離物体測定処理において、物体までの距離を測定可能な範囲をより大きい範囲とする点において、第2の実施形態と相違する。以下では、第2の実施形態と相違する点について説明する。 This modification differs from the second embodiment in that the measurable range of the distance to the object is set larger in the long-distance object measurement process. Below, points different from the second embodiment will be described.
本変形例では、この図に示すように、ゾーンZ2がなく、ゾーンZ1、Z3~Z5が示されている。本変形例において、ゾーンZ1に対応する第1距離は、第1の実施形態と同様に、例えば、0(ゼロ)[m]~2.5[m]程度の距離である。
本変形例において、ゾーンZ3に対応する第3距離は、例えば、2.5[m]~15.0[m]程度の距離である。
本変形例において、ゾーンZ4に対応する第4距離は、例えば、15.0[m]~17.5[m]程度の距離である。
本変形例において、ゾーンZ5に対応する第5距離は、例えば、17.5[m]~20.0[m]程度の距離である。
In this modification, as shown in this figure, zones Z1, Z3 to Z5 are shown without zone Z2. In this modification, the first distance corresponding to zone Z1 is, for example, a distance of approximately 0 (zero) [m] to 2.5 [m], as in the first embodiment.
In this modified example, the third distance corresponding to zone Z3 is, for example, a distance of approximately 2.5 [m] to 15.0 [m].
In this modified example, the fourth distance corresponding to zone Z4 is, for example, a distance of approximately 15.0 [m] to 17.5 [m].
In this modified example, the fifth distance corresponding to zone Z5 is, for example, a distance of approximately 17.5 [m] to 20.0 [m].
本変形例における近距離物体測定処理について説明する。本変形例では、従来の駆動タイミングにて画素321の電荷蓄積部CS1及びCS2を駆動させることにより、近距離物体測定処理が実施される。
A short-distance object measurement process in this modified example will be described. In this modification, short-distance object measurement processing is performed by driving the charge storage units CS1 and CS2 of the
具体的に、垂直走査回路323は、光パルスPOの照射に応じたタイミング、例えば、光パルスPOの照射と同じタイミングで、ドレインゲートトランジスタGDをオフ状態にし、電荷振り分けゲートトランジスタG1及びG2を、順次、蓄積時間Taに渡りオン状態とする。
Specifically, the
本変形例における排出処理は、第1の実施形態の排出処理と同様であるためその説明を省略する。 Since the discharge process in this modified example is the same as the discharge process in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
本実施形態における遠距離物体測定処理について説明する。本変形例では、排出処理後に、電荷振り分けゲートトランジスタG3、G4、及びG1を順次オン状態とすることにより実施される。 A long-distance object measurement process in this embodiment will be described. In this modification, after the discharging process, the charge distribution gate transistors G3, G4, and G1 are sequentially turned on.
具体的に、垂直走査回路323は、ドレインゲートトランジスタGDをオフ状態にし、電荷振り分けゲートトランジスタG3を、蓄積時間Taに渡りオン状態とする。垂直走査回路323は、電荷振り分けゲートトランジスタG3を蓄積時間Taに渡りオン状態とした後に、電荷振り分けゲートトランジスタG3をオフ状態にする。垂直走査回路323は、電荷蓄積部CS3への電荷の蓄積を終了させたタイミングで、電荷振り分けゲートトランジスタG4を蓄積時間Taに渡りオン状態にする。垂直走査回路323は、電荷振り分けゲートトランジスタG4を蓄積時間Taに渡りオン状態とした後に、電荷振り分けゲートトランジスタG4をオフ状態とする。垂直走査回路323は、電荷蓄積部CS4への電荷の蓄積を終了させたタイミングで、電荷振り分けゲートトランジスタG1を蓄積時間Taに渡りオン状態にする。垂直走査回路323は、電荷振り分けゲートトランジスタG1を蓄積時間Taに渡りオン状態とした後に、電荷振り分けゲートトランジスタG1をオフ状態とする。垂直走査回路323は、電荷蓄積部CS1への電荷の蓄積を終了させたタイミングで、ドレインゲートトランジスタGDをオン状態とする。
Specifically, the
(第2の実施形態に係る変形例2の処理の流れ)
ここで、第2の実施形態に係る変形例2の処理の流れについて図12を用いて説明する。図12は、第2の実施形態に係る変形例2の距離画像処理部4が行う処理の流れを示すフローチャートである。
(Processing flow of
Here, the flow of processing of
ステップS50については、図5のステップS10と同様であるためその説明を省略する。 Since step S50 is the same as step S10 in FIG. 5, its description is omitted.
距離画像処理部4は、外光成分に相当する電荷量Qgを算出する(ステップS51)。距離画像処理部4は、例えば、電荷蓄積部CS2~CS4のそれぞれに蓄積された電荷量のうち、最も少ない電荷量を、外光成分に相当する電荷量Qgとする。
The distance
次に、距離画像処理部4は、電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量Q1を補正した補正後電荷量Q1#を算出する(ステップS52)。補正後電荷量Q1#は、電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量Q1を、他の電荷蓄積部CS(電荷蓄積部CS2~CS4)における蓄積時間に相当する電荷量に補正した値である。距離画像処理部4は、以下の(5)式により、補正後電荷量Q1#を算出する。
Next, the distance
Q1#=Q1-Qg…(5)
但し、
Q1は電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量
Qgは外光成分に相当する電荷量
なお、(5)式では、近距離物体測定処理における電荷蓄積部CS1に電荷が蓄積された時間間隔と遠距離物体測定処理における電荷蓄積部CS1に電荷が蓄積された時間間隔(図11におけるTa)は同じ値であることを前提とする。
Q1#=Q1-Qg (5)
however,
Q1 is the amount of charge accumulated in the charge accumulating section CS1 Qg is the amount of charge corresponding to the external light component It is assumed that the time interval (Ta in FIG. 11) at which charges are accumulated in the charge accumulation unit CS1 in the distance object measurement process is the same value.
次に、距離画像処理部4は、何れの電荷蓄積部CSに、反射光に相当する電荷量が蓄積されているか判定する(ステップS53)。距離画像処理部4は、ステップS51で算出した電荷量Qgと、電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量とを比較する。この場合において、距離画像処理部4は、電荷蓄積部CS2~CS4については、電荷量Qgと、CS2~CS4のそれぞれに蓄積された電荷量Q2~Q4とを比較する。距離画像処理部4は、電荷蓄積部CS1については、電荷量Qgと、ステップS52で算出した補正後電荷量Q1#とを比較する。距離画像処理部4は、電荷量Qgよりも多い電荷量が蓄積されている電荷蓄積部CSを、反射光に相当する電荷量が蓄積されている電荷蓄積部CSと判定する。
Next, the distance
電荷蓄積部CS1及びCS2に反射光に相当する電荷が蓄積されていると判定した場合、ゾーンZ1に相当する距離(第1距離)に物体があると判定し、(1)式を用いて、物体までの距離を算出する(ステップS54)。この場合、(1)式における電荷比R=(Q2-Q3)/(Q1#+Q2-2×Q3)である。ステップS55については、図5のステップS15と同様であるためその説明を省略する。 When it is determined that charges corresponding to reflected light are accumulated in the charge storage units CS1 and CS2, it is determined that there is an object at a distance (first distance) corresponding to the zone Z1, and using equation (1), A distance to the object is calculated (step S54). In this case, the charge ratio R in equation (1)=(Q2-Q3)/(Q1#+Q2-2.times.Q3). Since step S55 is the same as step S15 in FIG. 5, its description is omitted.
電荷蓄積部CS3及びCS4に反射光に相当する電荷が蓄積されていると判定した場合、ゾーンZ4に相当する距離(第4距離)に物体があると判定し、(1)式を用いて、物体までの距離を算出する(ステップS56)。この場合、(1)式における電荷比R=(Q4-Q2)/(Q3+Q4-2×Q2)である。ステップS57については、図5のステップS19と同様であるためその説明を省略する。 When it is determined that charges corresponding to reflected light are accumulated in the charge storage units CS3 and CS4, it is determined that there is an object at a distance (fourth distance) corresponding to the zone Z4, and using equation (1), A distance to the object is calculated (step S56). In this case, the charge ratio R in equation (1)=(Q4-Q2)/(Q3+Q4-2×Q2). Since step S57 is the same as step S19 in FIG. 5, its description is omitted.
電荷蓄積部CS4及びCS1に反射光に相当する電荷が蓄積されていると判定した場合、ゾーンZ5に相当する距離(第5距離)に物体があると判定し、(1)式を用いて、物体までの距離を算出する(ステップS58)。この場合、(1)式における電荷比R=(Q1#-Q2)/(Q4+Q1#-2×Q2)である。ステップS59については、図5のステップS19と同様であるためその説明を省略する。 When it is determined that charges corresponding to reflected light are accumulated in the charge storage units CS4 and CS1, it is determined that there is an object at a distance (fifth distance) corresponding to the zone Z5, and using equation (1), A distance to the object is calculated (step S58). In this case, the charge ratio R in equation (1)=(Q1#-Q2)/(Q4+Q1#-2.times.Q2). Since step S59 is the same as step S19 in FIG. 5, its description is omitted.
以上説明したように、第2の実施形態に係る変形例2の距離画像撮像装置1では、近距離物体測定処理において、電荷蓄積部CS1、及びCS2(一部の電荷蓄積部CS)に反射光RLに応じた電荷を振り分けて蓄積させる。遠距離物体測定処理において、電荷蓄積部CS3、CS4、及びCS1(一部の電荷蓄積部CSとは異なる電荷蓄積部CSを含む電荷蓄積部CS)に反射光RLに応じた電荷を振り分けて蓄積させる。
As described above, in the distance
これにより、第2の実施形態に係る変形例2の距離画像撮像装置1は、近距離物体測定処理にて2タップ構成(電荷蓄積部CS1及びCS2)にてごく近くにある物体までの距離を測定することができ、遠距離物体測定処理にて3タップ構成(電荷蓄積部CS3、CS4及びCS1)にて物体までの距離を測定することができる。このため、図10のステップS34に示すような分岐処理を実行しなくとも、遠距離にある物体までの距離について、より遠距離まで測定することができる。
As a result, the distance
なお、上述した実施形態では、単位蓄積時間UTにおいて行われる振り分け処理を、1フレームに相当する回数だけ繰り返し実行する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。 Note that in the above-described embodiment, the case where the allocation process performed in the unit accumulation time UT is repeatedly performed the number of times corresponding to one frame has been described as an example. However, it is not limited to this.
実施形態の振り分け処理には、所定時間を要する排出処理が含まれていることから、実施形態の振り分け処理を繰り返し実行した場合には、従来の振り分け処理を繰り返し実行する場合と比較して、時間がかかる。このため、1フレームにて実行できる振り分け処理の回数の最大値が、従来と比較して、少なくなる可能性がある。この対策として、1フレームに、実施形態の振り分け処理と、従来の振り分け処理とを、一定の割合で混在させるようにしてもよい。 Since the sorting process of the embodiment includes a discharge process that takes a predetermined time, repeating the sorting process of the embodiment takes less time than repeating the conventional sorting process. It takes Therefore, there is a possibility that the maximum number of distribution processes that can be executed in one frame will be smaller than in the conventional case. As a countermeasure against this, the sorting process of the embodiment and the conventional sorting process may be mixed in one frame at a certain ratio.
また、ゾーンZ3における排出処理を実行する時間区間は、距離画像撮像装置1が適用される環境に応じて、任意に設定されてよい。例えば、ゾーンZ3と第3距離との関係は、ゾーンZ3が1[ns]である場合、第3距離は15[cm]程度になる。ゾーンZ3が100[ns]である場合、第3距離は15[m]程度になる。ゾーンZ3が200[ns]である場合、第3距離は30[m]程度になる。
Also, the time interval for performing the discharge process in zone Z3 may be arbitrarily set according to the environment in which the distance
例えば、距離画像撮像装置1が移動体に搭載され、移動する方向に存在する物体との衝突を回避するような目的で利用されるケースを考える。この場合、例えば、時速50[km]程度で走行中の移動体が、遠距離に存在する物体を認識してから0.033[秒]後にブレーキをかけるとする。この場合、空走距離が0.5「m」程度となり、路面の状況にもよるが制動距離が14.1[m]程度となる。すなわち、15[m]程度離れた距離に物体が存在するか否かを認識することができれば、その物体との衝突を回避することができる。この場合、第3距離の上限値、及び第4距離の下限値は15[m]に設定される。したがって、ゾーンZ3は100[ns]程度に設定されることとなる。
For example, consider a case in which the distance
この考え方を、時速70[km]程度で走行中の移動体に適用すると、空走距離が0.6「m」程度となり、制動距離が27.6[m]程度とり、30[m]程度離れた距離に物体が存在するか否かを認識することができれば、その物体との衝突を回避することができる。この場合、第3距離の上限値、及び第4距離の下限値は30[m]に設定される。したがって、ゾーンZ3は200[ns]程度に設定されることとなる。 If this idea is applied to a moving body running at a speed of about 70 [km] per hour, the free running distance is about 0.6 "m", the braking distance is about 27.6 [m], and the braking distance is about 30 [m]. If it is possible to recognize whether or not an object exists at a distant distance, it is possible to avoid collision with that object. In this case, the upper limit of the third distance and the lower limit of the fourth distance are set to 30 [m]. Therefore, zone Z3 is set to about 200 [ns].
また、上述した少なくとも一つの実施形態において、フレーム単位で単位蓄積処理を繰り返し実施する場合において、今回の1フレーム期間に電荷蓄積部CSのそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、次回の1フレーム期間における単位蓄積処理の内容(近距離物体測定処理、排出処理、及び、遠距離物体測定処理の各々における処理内容)を決定するようにしてもよい。例えば、距離画像処理部4は、まず、最初のフレームで、第1の実施形態により遠距離に物体が存在するか否かを判定する。遠距離に物体が存在する場合、次のフレームで、第2の実施形態により遠距離に存在する物体までの距離を測定する。遠距離に物体が存在しない場合、次のフレームでも、第1の実施形態により距離に物体が存在するか否かを判定する。これにより、状況に応じて、遠距離に物体が存在する場合と存在しない場合とで、フレームごとに処理内容を変更することができ、状況に応じた対応が可能となる。
Further, in at least one embodiment described above, when the unit accumulation process is repeatedly performed on a frame-by-frame basis, based on the amount of charge accumulated in each of the charge accumulation units CS during the current one frame period, The details of the unit accumulation process in the period (the details of each of the short-distance object measurement process, the discharge process, and the long-distance object measurement process) may be determined. For example, the distance
なお、上述した少なくとも一つの実施形態において、光源部2が、性質の異なる複数の光源装置を備えていてもよい。ここでの複数の光源装置は、少なくとも単位面積当たりに照射される光の強度が異なればよく、任意の光源を用いたものであってよい。光源として、例えば、LED(Light Emitting Diode)、レーザー、VCSEL等を適用することが可能である。
In at least one embodiment described above, the
面光源は、撮像対象となる空間に均一に光パルスPOを照射する。撮像対象となる空間に面光源を照射した場合、空間を均一に照射することができるので、その空間における解像度を高めることができるメリットがある。一方、広範囲に均一に光パルスPOを照射する必要がある。このため、レーザー製品における安全性を規定する規格(例えば、IEC 60825-1、JIS C6802など)に定められた、いわゆるアイセーフの規格を守ろうとすると、照射する光の強度を低くしなければならないというデメリットがある。これは、アイセーフが、単位面積当たりに照射される光の強度で定義される指標であるためである。 The surface light source uniformly irradiates the space to be imaged with light pulses PO. When a space to be imaged is irradiated with a surface light source, the space can be uniformly irradiated, so there is an advantage that the resolution in the space can be improved. On the other hand, it is necessary to irradiate the light pulse PO uniformly over a wide area. Therefore, in order to comply with the so-called eye-safe standards stipulated in the safety standards for laser products (eg IEC 60825-1, JIS C6802, etc.), the intensity of the irradiated light must be reduced. There are disadvantages. This is because eye-safety is an index defined by the intensity of light irradiated per unit area.
このため、面光源を用いて照射する光の強度を低く抑えた場合、遠い距離に存在する物体に反射した反射光の強度が弱くなってしまう。このため、1フレームあたりの単位蓄積時間UTにおいて行われる振り分け処理の回数を増やしても、信号(反射光に相当する電荷)が小さく、ノイズに埋もれてしまう可能性が高い。 For this reason, when the intensity of light emitted from a surface light source is suppressed to a low level, the intensity of reflected light reflected by an object existing at a long distance becomes weak. Therefore, even if the number of distribution processes performed in the unit accumulation time UT per frame is increased, the signal (charge corresponding to the reflected light) is small and likely to be buried in noise.
トッド光源は、例えば、所定のドットパターンを持つ光パルスPOを照射する等、撮像対象となる空間に均一に光パルスPOを照射する。例えば、光源からの光を、コリメーターレンズ等を用いて平行な光にし、並行な光に回折光学素子(DOE)を通すことによって、ドットパターンを持つ光を照射することができる。DOEの一方の面、または両面が回折面であるためである。なお、光源、及び設計を工夫することによって、コリメーターレンズを省略することも可能である(例えば、国際公開第2020/066981号を参照)。 The Todd light source, for example, irradiates a light pulse PO having a predetermined dot pattern, and uniformly irradiates the space to be imaged with the light pulse PO. For example, light having a dot pattern can be irradiated by collimating light from a light source using a collimator lens or the like and passing the parallel light through a diffractive optical element (DOE). This is because one or both surfaces of the DOE are diffractive surfaces. Note that it is possible to omit the collimator lens by devising the light source and design (see, for example, International Publication No. 2020/066981).
なお、上記では、ドットパターンが格子状である場合を例示して説明したが、これに限定されない。ドットパターンは、六方など規則的なパターンでもよいし、ランダム、または疑似ランダムパターンであってもよい。 In addition, although the case where the dot pattern is grid-like has been described above, the present invention is not limited to this. The dot pattern may be a regular pattern such as hexagonal, or may be a random or pseudo-random pattern.
ドット光源を用いて光を照射する場合、空間が不均一に照射されるため空間解像度が低くなる。一方で、ドット光源を用いると、アイセーフにより規定された光強度の範囲内で、面光源よりも、ドット当たりの光の強度を高めることが可能となる。すなわち、単位面積当たりの光強度が同等である場合、面光源よりも、ドット光源の方が、局所的な光強度を高くすることが可能となる。 When the dot light source is used to irradiate light, the space is irradiated non-uniformly, resulting in low spatial resolution. On the other hand, when using a dot light source, it is possible to increase the intensity of light per dot within the range of light intensity defined by eye-safe, compared to a surface light source. That is, when the light intensity per unit area is the same, the dot light source can make the local light intensity higher than the surface light source.
このため、ドット光源を用いると、遠い距離に存在する物体に反射した反射光の強度による信号(反射光に相当する電荷)が、ノイズに埋もれてしまわない程度に大きくすることができる。そして、遠い距離からの反射信号(遠い距離に存在する物体に反射した反射光に相当する電荷)をノイズと分離して、検出することが可能となる。 Therefore, when a dot light source is used, the signal (charge corresponding to the reflected light) due to the intensity of the reflected light reflected by an object at a long distance can be increased to the extent that it is not buried in noise. Then, it becomes possible to separate a reflected signal from a long distance (charge corresponding to reflected light reflected by an object existing at a long distance) from noise and detect it.
また、測定可能とする距離の範囲に応じて、ドットパターンの密度と強度を調整してもよい。例えば、ドットパターンの密度を高めて面光源に近づけることにより、空間解像度が高くなるように調整する。或いは、アイセーフの規定を考慮して、単位面積当たりの光強度が閾値を超えないように、ドットパターンの密度を低く設定してもよい。 Also, the density and intensity of the dot pattern may be adjusted according to the range of measurable distance. For example, by increasing the density of the dot pattern to bring it closer to the surface light source, the spatial resolution is adjusted to be higher. Alternatively, considering eye-safe regulations, the density of the dot pattern may be set low so that the light intensity per unit area does not exceed the threshold.
また、ドット光源のみを使用してもよいし、面光源とドット光源とを組み合わせて使用してもよい。面光源とドット光源とを組み合わせる場合には、面光源とドット光源とを交互に照射させてもよいし、面光源とドット光源とを併用して同時に照射させてもよい。 Moreover, only dot light sources may be used, or a surface light source and a dot light source may be used in combination. When the surface light source and the dot light source are combined, the surface light source and the dot light source may be alternately irradiated, or the surface light source and the dot light source may be used together for irradiation at the same time.
面光源とドット光源とを交互に照射させる場合、定期的、例えば、1フレーム毎、数フレーム毎、1回の単位蓄積時間UT毎、或いは、複数回の単位蓄積時間UT毎に、ドット光源を用いて光パルスを照射し、その他の照射タイミングでは面光源を用いた光パルスの照射を実施する。 When alternately irradiating the surface light source and the dot light source, the dot light source is radiated periodically, for example, every frame, every several frames, every unit accumulation time UT, or every unit accumulation time UT multiple times. A light pulse is irradiated using a surface light source, and at other irradiation timings, a light pulse is irradiated using a surface light source.
以上説明したように、実施形態の距離画像撮像装置1では、光源部2が、面光源と、ドット光源とを有する。面光源による照射とドット光源による照射とにおいて、単位面積当たりの光強度は同等である。面光源による照射とドット光源による照射とにおいて、ドット光源により照射される光の強度は、面光源により照射される光の強度よりも大きく、単位面積当たりの光の強度は同等である。距離画像処理部4は、面光源による照射と、ドット光源による照射とを切り替えて測定を行う。これにより、実施形態の距離画像撮像装置1では、空間を均一的に測定できるように解像度を高めるか、遠い距離に存在する物体の測定精度を高めるか等、目的に応じて測定を切り替えることができる。
As described above, in the distance
また、実施形態の距離画像撮像装置1では、距離画像処理部4は、面光源による照射とドット光源による照射とが定期的に繰り返されるように制御する。例えば、距離画像処理部4は、1フレーム毎、数フレーム毎、1回の単位蓄積時間UT毎、或いは、複数回の単位蓄積時間UT毎などの単位で、定期的に、面光源とドット光源とを交互に発光する。これにより、空間を均一的に測定できるように解像度を維持しつつ、遠い距離に存在する物体の測定精度を高めることができる。
Further, in the distance
なお、上述した少なくとも1つ実施形態で説明した構成が、他の構成に適用されてもよい。例えば、第1の実施形態に係る遠距離物体の有無を判定する測定と、第2の実施形態に係る遠距離物体までの距離の測定とが組み合わされて測定が実施されてもよい。第1の実施形態に係る測定を実施する際に、実施形態に係るドット光源が用いられてもよい。 Note that the configuration described in at least one embodiment described above may be applied to other configurations. For example, the measurement for determining the presence or absence of a long-distance object according to the first embodiment and the measurement of the distance to the long-distance object according to the second embodiment may be combined to perform measurement. The dot light source according to the embodiment may be used when performing the measurement according to the first embodiment.
また、上述した実施形態では、(3)式において、近距離物体測定処理と遠距離物体測定処理における電荷蓄積部CS1に電荷が蓄積された時間間隔(図7におけるTa)が同じ値であることを前提とした。両者が異なる値である場合は、近距離物体測定処理と遠距離物体測定処理の何れにおいて、反射光RLが受光されたかに応じて場合分けをして、補正後電荷量Q1#を算出する必要がある。 Further, in the above-described embodiment, in the equation (3), the time interval (Ta in FIG. 7) at which charges are accumulated in the charge accumulation unit CS1 in the short-distance object measurement process and the long-distance object measurement process is the same value. premised on. If both have different values, it is necessary to calculate the post-correction charge amount Q1# by distinguishing between short-distance object measurement processing and long-distance object measurement processing depending on whether the reflected light RL is received. There is
近距離物体測定処理において反射光RLが受光されたか、遠距離物体測定処理において反射光RLが受光されたかは、図7に示すタイミングで駆動させた場合において、電荷量Q2と電荷量Q4とを比較することによって判定することが可能である。ここで、電荷量Q2は電荷蓄積部CS2に蓄積された電荷量である。電荷量Q4は電荷蓄積部CS4に蓄積された電荷量である。具体的には、電荷量Q2>電荷量Q4である場合、近距離物体測定処理において反射光RLが受光されたと判定することができる。電荷量Q2<電荷量Q4である場合、遠距離物体測定処理において反射光RLが受光されたと判定することができる。なお、この場合、近距離物体測定処理における電荷蓄積部CS2に電荷を蓄積させる蓄積時間Taと、遠距離物体測定処理における電荷蓄積部CS4に電荷を蓄積させる蓄積時間Taとが同一であることを前提とする。同一でない場合、電荷蓄積部CS2とCS4の蓄積時間を同一とした場合に、電荷蓄積部CS4に蓄積されると推定される電荷量Q4#を、下記(6)式を用いて算出し、算出した電荷量Q4#と、電荷量Q2とを比較する。電荷量Q2は電荷蓄積部CS2に蓄積された電荷量である。 Whether the reflected light RL is received in the short-distance object measurement process or the reflected light RL is received in the long-distance object measurement process depends on the amount of charge Q2 and the amount of charge Q4 when driving is performed at the timing shown in FIG. It is possible to determine by comparison. Here, the charge amount Q2 is the charge amount accumulated in the charge accumulation section CS2. The charge amount Q4 is the charge amount accumulated in the charge accumulation section CS4. Specifically, when the charge amount Q2>the charge amount Q4, it can be determined that the reflected light RL has been received in the short-distance object measurement process. If the amount of charge Q2<the amount of charge Q4, it can be determined that the reflected light RL has been received in the long-distance object measurement process. In this case, it should be noted that the accumulation time Ta for accumulating charges in the charge accumulating unit CS2 in the short-distance object measurement process is the same as the accumulation time Ta for accumulating charges in the charge accumulating unit CS4 in the long-distance object measurement process. It is assumed. If they are not the same, the amount of charge Q4# estimated to be accumulated in the charge accumulating section CS4 when the accumulation times of the charge accumulating sections CS2 and CS4 are the same is calculated using the following equation (6). The amount of charge Q4# thus obtained is compared with the amount of charge Q2. The charge amount Q2 is the charge amount accumulated in the charge accumulation section CS2.
Q4#=Ta/Ta#×Q4 …(6)
但し、
Taは近距離物体測定処理において電荷蓄積部CS2に電荷が蓄積された時間間隔
Ta#は遠距離物体測定処理において電荷蓄積部CS4に電荷が蓄積された時間間隔
Q4は電荷蓄積部CS4に蓄積された電荷量
Q4#は蓄積時間Taとした場合に電荷蓄積部CS4に蓄積されると推定される電荷量
Q4#=Ta/Ta#×Q4 (6)
however,
Ta is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage unit CS2 in the short distance object measurement process, Ta# is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage unit CS4 in the long distance object measurement process, and Q4 is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage unit CS4. The charge amount Q4# is the charge amount estimated to be accumulated in the charge accumulation unit CS4 when the accumulation time is Ta.
近距離物体測定処理において反射光RLが受光された場合、以下の(7)式により、補正後電荷量Q1#を算出する。 When the reflected light RL is received in the short-distance object measurement process, the post-correction charge amount Q1# is calculated by the following equation (7).
Q1#=(Q1-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)+Qg …(7)
但し、
Taは近距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1に電荷が蓄積された時間間隔
Ta#は遠距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1に電荷が蓄積された時間間隔
Q1は電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量
Qgは外光成分に相当する電荷量(蓄積時間Taで電荷を蓄積させた場合の電荷量)
Q1#=(Q1-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)+Qg (7)
however,
Ta is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage unit CS1 in the short-distance object measurement process. Ta# is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage unit CS1 in the long-distance object measurement process. The amount of charge Qg is the amount of charge corresponding to the external light component (the amount of charge when the charge is accumulated for the accumulation time Ta)
一方、遠距離物体測定処理において反射光RLが受光された場合、以下の(8)式により、補正後電荷量Q1#を算出する。 On the other hand, when the reflected light RL is received in the long-distance object measurement process, the post-correction charge amount Q1# is calculated by the following equation (8).
Q1#=(Q1-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)×Ta/Ta#+Qg …(8)
但し、
Taは近距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1に電荷が蓄積された時間間隔
Ta#は遠距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1に電荷が蓄積された時間間隔
Q1は電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量
Qgは外光成分に相当する電荷量(蓄積時間Taで電荷を蓄積させた場合の電荷量)
Q1#=(Q1-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)×Ta/Ta#+Qg (8)
however,
Ta is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage unit CS1 in the short-distance object measurement process. Ta# is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage unit CS1 in the long-distance object measurement process. The amount of charge Qg is the amount of charge corresponding to the external light component (the amount of charge when the charge is accumulated for the accumulation time Ta)
(4)式においては、さらに場合分けが必要となる。具体的には、近距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1及びCS2に反射光RLが受光された場合、及び、電荷蓄積部CS2及びCS3に反射光RLが受光された場合にそれぞれ場合分けする必要がある。さらに、遠距離物体測定処理において電荷蓄積部CS4及びCS1に反射光RLが受光された場合、及び電荷蓄積部CS1及びCS2に反射光RLが受光された場合にそれぞれ場合分けする必要がある。 Equation (4) requires further classification. Specifically, in the short-distance object measurement process, it is necessary to distinguish between cases in which the charge storage units CS1 and CS2 receive the reflected light RL, and cases in which the charge storage units CS2 and CS3 receive the reflected light RL. There is Further, in the long-distance object measurement process, it is necessary to distinguish between cases in which the charge storage units CS4 and CS1 receive the reflected light RL, and cases in which the charge storage units CS1 and CS2 receive the reflected light RL.
近距離物体測定処理において電荷蓄積部CS2及びCS3に反射光RLが受光された場合と、遠距離物体測定処理において電荷蓄積部CS4及びCS1に反射光RLが受光された場合とは、図9に示すタイミングで駆動させた場合において、電荷量Q3と電荷量Q4とを比較することによって判定することが可能である。ここで、電荷量Q3は電荷蓄積部CS3に蓄積された電荷量である。電荷量Q4は電荷蓄積部CS4に蓄積された電荷量である。具体的には、電荷量Q3>電荷量Q4である場合、近距離物体測定処理において電荷蓄積部CS2及びCS3に反射光RLが受光されたと判定することができる。電荷量Q2<電荷量Q4である場合、遠距離物体測定処理において電荷蓄積部CS4及びCS1に反射光RLが受光されたと判定することができる。なお、この場合、近距離物体測定処理における電荷蓄積部CS3に電荷を蓄積させる蓄積時間Taと、遠距離物体測定処理における電荷蓄積部CS4に電荷を蓄積させる蓄積時間Taとが同一であることを前提とする。同一でない場合、電荷蓄積部CS3とCS4の蓄積時間を同一とした場合に、電荷蓄積部CS4に蓄積されると推定される電荷量Q4#を、下記(9)式を用いて算出し、算出した電荷量Q4#と、電荷量Q3とを比較する。電荷量Q3は電荷蓄積部CS3に蓄積された電荷量である。 FIG. 9 shows the case where the charge storage units CS2 and CS3 receive the reflected light RL in the short-distance object measurement process and the case where the charge storage units CS4 and CS1 receive the reflected light RL in the long-distance object measurement process. It can be determined by comparing the amount of charge Q3 and the amount of charge Q4 when driven at the timing shown. Here, the charge amount Q3 is the charge amount accumulated in the charge accumulation section CS3. The charge amount Q4 is the charge amount accumulated in the charge accumulation section CS4. Specifically, when the charge amount Q3>the charge amount Q4, it can be determined that the reflected light RL has been received by the charge storage units CS2 and CS3 in the short-distance object measurement process. If the charge amount Q2<the charge amount Q4, it can be determined that the reflected light RL has been received by the charge storage units CS4 and CS1 in the long-distance object measurement process. In this case, it should be noted that the accumulation time Ta for accumulating charges in the charge accumulating unit CS3 in the short-distance object measurement process is the same as the accumulation time Ta for accumulating charges in the charge accumulating unit CS4 in the long-distance object measurement process. It is assumed. If they are not the same, the amount of charge Q4# estimated to be accumulated in the charge accumulating section CS4 when the accumulation times of the charge accumulating sections CS3 and CS4 are the same is calculated using the following equation (9). The charge amount Q4# thus obtained is compared with the charge amount Q3. The charge amount Q3 is the charge amount accumulated in the charge accumulation section CS3.
Q4#=Ta/Ta#×Q4 …(9)
但し、
Taは近距離物体測定処理において電荷蓄積部CS3に電荷が蓄積された時間間隔
Ta#は遠距離物体測定処理において電荷蓄積部CS4に電荷が蓄積された時間間隔
Q4は電荷蓄積部CS4に蓄積された電荷量
Q4#は蓄積時間Taとした場合に電荷蓄積部CS4に蓄積されると推定される電荷量
Q4#=Ta/Ta#×Q4 (9)
however,
Ta is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage unit CS3 in the short distance object measurement process, Ta# is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage unit CS4 in the long distance object measurement process, and Q4 is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage unit CS4. The charge amount Q4# is the charge amount estimated to be accumulated in the charge accumulation unit CS4 when the accumulation time is Ta.
近距離物体測定処理において電荷蓄積部CS2及びCS3に反射光RLが受光された場合、以下の(10)式により、補正後電荷量Q2#を算出する。 When the charge accumulation units CS2 and CS3 receive the reflected light RL in the short-distance object measurement process, the corrected charge amount Q2# is calculated by the following equation (10).
Q2#=(Q2-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)+Qg …(10)
但し、
Taは近距離物体測定処理において電荷蓄積部CS2に電荷が蓄積された時間間隔
Ta#は遠距離物体測定処理において電荷蓄積部CS2に電荷が蓄積された時間間隔
Q2は電荷蓄積部CS2に蓄積された電荷量
Qgは外光成分に相当する電荷量(蓄積時間Taで電荷を蓄積させた場合の電荷量)
Q2#=(Q2-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)+Qg (10)
however,
Ta is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage unit CS2 in the short distance object measurement process Ta# is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage unit CS2 in the long distance object measurement process Q2 is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage unit CS2 The amount of charge Qg is the amount of charge corresponding to the external light component (the amount of charge when the charge is accumulated for the accumulation time Ta)
遠距離物体測定処理において電荷蓄積部CS4及びCS1に反射光RLが受光された場合、以下の(11)式により、補正後電荷量Q1#を算出する。 When the charge storage units CS4 and CS1 receive the reflected light RL in the long-distance object measurement process, the corrected charge amount Q1# is calculated by the following equation (11).
Q1#=(Q1-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)×Ta/Ta#+Qg …(11)
但し、
Taは近距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1に電荷が蓄積された時間間隔
Ta#は遠距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1に電荷が蓄積された時間間隔
Q1は電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量
Qgは外光成分に相当する電荷量(蓄積時間Taで電荷を蓄積させた場合の電荷量)
Q1#=(Q1-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)×Ta/Ta#+Qg (11)
however,
Ta is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage unit CS1 in the short-distance object measurement process. Ta# is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage unit CS1 in the long-distance object measurement process. The amount of charge Qg is the amount of charge corresponding to the external light component (the amount of charge when the charge is accumulated for the accumulation time Ta)
近距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1及びCS2に反射光RLが受光された場合と、遠距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1及びCS2に反射光RLが受光された場合とは、図9に示すタイミングで駆動させた場合において、電荷量Q3と電荷量Q4とがほぼ同量となると考えられる。すなわち、電荷量Q3=電荷量Q4、又は、電荷量Q3≒電荷量Q4となる。この場合、例えば、一旦、以下の(12)式により、暫定電荷量Q1##、Q2##を算出する。 The case where the reflected light RL is received by the charge storage units CS1 and CS2 in the short-distance object measurement process and the case where the charge storage units CS1 and CS2 receive the reflected light RL in the long-distance object measurement process are shown in FIG. It is considered that the amount of charge Q3 and the amount of charge Q4 are approximately the same when driven at the timing shown. That is, the amount of charge Q3=the amount of charge Q4, or the amount of charge Q3≈the amount of charge Q4. In this case, for example, provisional charge amounts Q1## and Q2## are once calculated by the following equation (12).
Q1##=(Q1-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)
Q2##=(Q2-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)
…(12)
但し、
Taは近距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1及びCS2に電荷が蓄積された時間間隔
Ta#は遠距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1及びCS2に電荷が蓄積された時間間隔
Q1は電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量
Q2は電荷蓄積部CS2に蓄積された電荷量
Qgは外光成分に相当する電荷量(蓄積時間Taで電荷を蓄積させた場合の電荷量)
Q1##=(Q1-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)
Q2##=(Q2-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)
…(12)
however,
Ta is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage units CS1 and CS2 in the short-distance object measurement process, Ta# is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage units CS1 and CS2 in the long-distance object measurement process, and Q1 is the charge storage unit. The amount of charge accumulated in CS1 Q2 is the amount of charge accumulated in the charge storage section CS2 Qg is the amount of charge corresponding to the external light component (the amount of charge when the charge is accumulated over the accumulation time Ta)
なお、この場合、近距離物体測定処理における電荷蓄積部CS3に電荷を蓄積させる蓄積時間Taと、遠距離物体測定処理における電荷蓄積部CS4に電荷を蓄積させる蓄積時間Taとが同一であることを前提とする。同一でない場合、上述したように、(9)式を用いて電荷量Q4#を算出し、算出した電荷量Q4#と、電荷量Q3とが、ほぼ同量となり、電荷量Q3=電荷量Q4#、又は、電荷量Q3≒電荷量Q4#となる。電荷量Q3は電荷蓄積部CS3に蓄積された電荷量である。電荷量Q4#は電荷蓄積部CS3とCS4の蓄積時間を同一とした場合に、電荷蓄積部CS4に蓄積されると推定される電荷量である。 In this case, it should be noted that the accumulation time Ta for accumulating charges in the charge accumulating unit CS3 in the short-distance object measurement process is the same as the accumulation time Ta for accumulating charges in the charge accumulating unit CS4 in the long-distance object measurement process. It is assumed. If they are not equal, the charge amount Q4# is calculated using the equation (9) as described above, and the calculated charge amount Q4# and the charge amount Q3 are approximately the same amount, and the charge amount Q3=the charge amount Q4. # or the amount of charge Q3≈the amount of charge Q4#. The charge amount Q3 is the charge amount accumulated in the charge accumulation section CS3. The amount of charge Q4# is the amount of charge estimated to be accumulated in the charge storage section CS4 when the storage times of the charge storage sections CS3 and CS4 are the same.
次に、暫定電荷量Q1##及びQ2##の和(Q1##+Q2##)と閾値Thとを比較する。閾値Thは、近距離にある物体からの反射光の強度と、遠距離にある物体からの反射光の強度との境界に相当する電荷量に応じて設定される値である。つまり、和(Q1##+Q2##)が閾値Thより大きい場合には、近距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1及びCS2に反射光RLが受光されたと判定することができる。一方、和(Q1##+Q2##)が閾値Th以下である場合には、近距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1及びCS2に反射光RLが受光されていない、つまり、遠距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1及びCS2に反射光RLが受光されたと判定することができる。 Next, the sum of the provisional charge amounts Q1## and Q2## (Q1##+Q2##) is compared with the threshold value Th. The threshold Th is a value set according to the amount of charge corresponding to the boundary between the intensity of reflected light from an object at a short distance and the intensity of reflected light from an object at a long distance. That is, when the sum (Q1##+Q2##) is greater than the threshold value Th, it can be determined that the reflected light RL has been received by the charge storage units CS1 and CS2 in the short-distance object measurement process. On the other hand, when the sum (Q1##+Q2##) is equal to or less than the threshold value Th, the reflected light RL is not received by the charge storage units CS1 and CS2 in the short-distance object measurement process, that is, the long-distance object measurement process , it can be determined that the reflected light RL is received by the charge storage units CS1 and CS2.
近距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1及びCS2に反射光RLが受光された場合、以下の(13)式により、補正後電荷量Q1#及びQ2#を算出する。 When the charge storage units CS1 and CS2 receive the reflected light RL in the short-distance object measurement process, the corrected charge amounts Q1# and Q2# are calculated by the following equation (13).
Q1#=(Q1-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)+Qg
Q2#=(Q2-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)+Qg
…(13)
但し、
Taは近距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1及びCS2に電荷が蓄積された時間間隔
Ta#は遠距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1及びCS2に電荷が蓄積された時間間隔
Q1は電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量
Q2は電荷蓄積部CS2に蓄積された電荷量
Qgは外光成分に相当する電荷量(蓄積時間Taで電荷を蓄積させた場合の電荷量)
Q1#=(Q1-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)+Qg
Q2#=(Q2-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)+Qg
…(13)
however,
Ta is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage units CS1 and CS2 in the short-distance object measurement process, Ta# is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage units CS1 and CS2 in the long-distance object measurement process, and Q1 is the charge storage unit. The amount of charge accumulated in CS1 Q2 is the amount of charge accumulated in the charge storage section CS2 Qg is the amount of charge corresponding to the external light component (the amount of charge when the charge is accumulated over the accumulation time Ta)
遠距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1及びCS2に反射光RLが受光された場合、以下の(14)式により、補正後電荷量Q1#及びQ2#を算出する。 When the charge storage units CS1 and CS2 receive the reflected light RL in the long-distance object measurement process, the corrected charge amounts Q1# and Q2# are calculated by the following equation (14).
Q1#=(Q1-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)×Ta/Ta#+Qg
Q2#=(Q2-(Ta+Ta#)/Ta×Qg)×Ta/Ta#+Qg
…(14)
但し、
Taは近距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1及びCS2に電荷が蓄積された時間間隔
Ta#は遠距離物体測定処理において電荷蓄積部CS1及びCS2に電荷が蓄積された時間間隔
Q1は電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量
Q2は電荷蓄積部CS2に蓄積された電荷量
Qgは外光成分に相当する電荷量(蓄積時間Taで電荷を蓄積させた場合の電荷量)
Q1#=(Q1−(Ta+Ta#)/Ta×Qg)×Ta/Ta#+Qg
Q2#=(Q2−(Ta+Ta#)/Ta×Qg)×Ta/Ta#+Qg
…(14)
however,
Ta is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage units CS1 and CS2 in the short-distance object measurement process, Ta# is the time interval during which charges are accumulated in the charge storage units CS1 and CS2 in the long-distance object measurement process, and Q1 is the charge storage unit. The amount of charge accumulated in CS1 Q2 is the amount of charge accumulated in the charge storage section CS2 Qg is the amount of charge corresponding to the external light component (the amount of charge when the charge is accumulated over the accumulation time Ta)
上記で計算した電荷量を用いて、いずれのゾーンZに物体があるかの判定(ステップS23、S33、S34、S53)及び物体まで距離算出(ステップS15、S17、S19等)を行う。遠距離に物体があると判定した場合、電荷比、ベース距離、及び、蓄積時間TaとTa#の比率を用いて距離の補正を行い、補正後の距離を物体までの距離とする。また、上記の例では、蓄積時間Taに合わせて、蓄積時間Ta#で蓄積された電荷量を補正する場合を例示したが、これに限定されない。少なくとも、比較する2つ電荷量が、同じ蓄積時間に相当する時間に蓄積された電荷量であればよい。蓄積時間Ta#に合わせて、蓄積時間Taで蓄積された電荷量を補正してもよい。 Using the charge amount calculated above, it is determined in which zone Z the object is located (steps S23, S33, S34, S53) and the distance to the object is calculated (steps S15, S17, S19, etc.). When it is determined that there is an object at a long distance, the distance is corrected using the charge ratio, the base distance, and the ratio between the accumulation times Ta and Ta#, and the corrected distance is taken as the distance to the object. Further, in the above example, the case where the amount of charge accumulated in the accumulation time Ta# is corrected in accordance with the accumulation time Ta has been illustrated, but the present invention is not limited to this. At least, the two charge amounts to be compared should be the charge amounts accumulated during the same accumulation time. The charge amount accumulated during the accumulation time Ta may be corrected in accordance with the accumulation time Ta#.
このように、時間間隔TaとTa#とを同一としない場合、振り分け処理の時間(電荷を蓄積させた時間)に応じて信号量を補正する必要がある。信号量を補正すると、ノイズを増減させたり、計算負荷が大きくなったりする場合がある。このため、近距離物体測定処理と遠距離物体測定処理とにおいて、時間間隔TaとTa#とを同一にすることが望ましい。 Thus, when the time intervals Ta and Ta# are not the same, it is necessary to correct the signal amount according to the distribution processing time (charge accumulation time). Correcting the signal amount may increase or decrease noise or increase the computational load. Therefore, it is desirable that the time intervals Ta and Ta# be the same in the short-distance object measurement process and the long-distance object measurement process.
また、時間間隔TaとTa#とを同一にしない場合、図10のステップS33において、距離画像処理部4は、電荷蓄積部CS3及びCS4に蓄積された電荷量Q3及びQ4を比較する。電荷量Q3>電荷量Q4である場合、距離画像処理部4は、ステップS39に進む。電荷量Q3<電荷量Q4である場合、距離画像処理部4は、ステップS41に進む。両者の電荷量がほぼ同量であり、電荷量Q3=電荷量Q4、又は電荷量Q3≒電荷量Q4である場合、距離画像処理部4は、ステップS34に進む。ステップS34において、距離画像処理部4は、一旦、(12)式に示す暫定電荷量Q1##及びQ2##を算出し、その和(Q1##+Q2##)が閾値Thより大きいか否かを判定する。和(Q1##+Q2##)が閾値Thより大きい場合、距離画像処理部4は、ステップS35に進む。和(Q1##+Q2##)が閾値Th以下である場合、距離画像処理部4は、ステップS37に進む。
If the time intervals Ta and Ta# are not the same, the distance
上述した実施形態における距離画像撮像装置1、距離画像処理部4の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
All or part of the distance
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design and the like are included within the scope of the gist of the present invention.
1…距離画像撮像装置
2…光源部
3…受光部
32…距離画像センサ
321…画素
323…垂直走査回路
4…距離画像処理部
41…タイミング制御部
42…距離演算部
43…測定制御部
44…記憶部
CS…電荷蓄積部
PO…光パルス
REFERENCE SIGNS
Claims (10)
入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び前記電荷を蓄積する三つ以上の電荷蓄積部を具備する画素と、前記光パルスの照射に同期させた所定のタイミングで前記画素における前記電荷蓄積部のそれぞれに前記電荷を振り分けて蓄積させる画素駆動回路と、を有する受光部と、
前記光電変換素子が発生させた電荷を排出する電荷排出部と、
前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量を用いて前記被写体までの測定距離を決定する距離画像処理部と、
を備え、
前記距離画像処理部は、1フレーム期間に、単位蓄積処理を複数回実施し、前記三つ以上の電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量を用いて前記被写体までの測定距離を決定し、
前記単位蓄積処理では、前記三つ以上の電荷蓄積部のうちの一部の電荷蓄積部に前記被写体に反射した前記光パルスである反射光に応じた電荷を振り分けて蓄積させる近距離物体測定処理、前記光電変換素子が発生させた電荷を前記電荷排出部が排出する排出処理、前記一部の電荷蓄積部とは異なる電荷蓄積部を含む電荷蓄積部に前記反射光に応じた電荷を蓄積させる遠距離物体測定処理が順に実施される、
距離画像撮像装置。 a light source unit that irradiates a light pulse into a measurement space in which an object exists;
a pixel comprising a photoelectric conversion element that generates charges according to incident light; and three or more charge storage units that store the charges; a light-receiving unit having a pixel drive circuit that distributes and accumulates the electric charge in each of the electric charge accumulation units;
a charge discharging unit for discharging the charge generated by the photoelectric conversion element;
a distance image processing unit that determines a measured distance to the subject using the amount of charge accumulated in each of the charge accumulation units;
with
The distance image processing unit performs unit accumulation processing a plurality of times in one frame period, and determines the measured distance to the subject using the amount of charge accumulated in each of the three or more charge accumulation units;
In the unit accumulation processing, a short-distance object measurement processing is performed for allocating and accumulating electric charges according to the reflected light, which is the light pulse reflected from the subject, in some of the three or more electric charge accumulation units. a discharge process in which the charge discharge unit discharges the charge generated by the photoelectric conversion element; and a charge storage unit including a charge storage unit different from the part of the charge storage unit stores the charge corresponding to the reflected light. long-distance object measurement processing is performed in order,
Range imaging device.
前記距離画像処理部は、
第1距離にある前記被写体に反射した前記反射光に対応する電荷が、前記第1電荷蓄積部及び前記第2電荷蓄積部に、順に振り分けて蓄積され、
前記第1距離よりも大きい第2距離にある前記被写体に反射した前記反射光に対応する電荷が、前記第2電荷蓄積部及び前記第3電荷蓄積部に、順に振り分けて蓄積され、
前記第2距離から、前記第2距離より測長範囲外距離だけ大きい第3距離までの間にある前記被写体に反射した前記反射光が受光される時間に前記排出処理を実施し、
前記第3距離よりも大きい第4距離にある前記被写体に反射した前記反射光に対応する電荷が、前記第4電荷蓄積部に蓄積されるように制御する、
請求項1に記載の距離画像撮像装置。 The pixel is provided with a first charge storage portion, a second charge storage portion, a third charge storage portion, and a fourth charge storage portion, which are the four charge storage portions,
The distance image processing unit is
electric charges corresponding to the reflected light reflected by the subject at the first distance are accumulated in the first charge accumulation unit and the second charge accumulation unit in order;
charges corresponding to the reflected light reflected by the object at a second distance larger than the first distance are accumulated in the second charge storage unit and the third charge storage unit in order;
performing the discharge process at a time when the reflected light reflected by the subject located between the second distance and a third distance larger than the second distance by the distance outside the measurement range is received;
controlling so that the charge corresponding to the reflected light reflected by the subject at a fourth distance larger than the third distance is accumulated in the fourth charge accumulation unit;
The distance image pickup device according to claim 1.
前記距離画像処理部は、
第1距離にある前記被写体に反射した前記反射光に対応する電荷が、前記第1電荷蓄積部及び前記第2電荷蓄積部に、順に振り分けて蓄積され、
前記第1距離よりも大きい第2距離にある前記被写体に反射した前記反射光に対応する電荷が、前記第2電荷蓄積部及び前記第3電荷蓄積部に、順に振り分けて蓄積され、
前記第2距離から、前記第2距離より測長範囲外距離だけ大きい第3距離までの間にある前記被写体に反射した前記反射光が受光される時間に前記排出処理を実施し、
前記第3距離よりも大きい第4距離にある前記被写体に反射した前記反射光に対応する電荷が、前記第4電荷蓄積部及び前記第1電荷蓄積部に、順に振り分けて蓄積されるように制御する、
請求項1に記載の距離画像撮像装置。 The pixel is provided with a first charge storage portion, a second charge storage portion, a third charge storage portion, and a fourth charge storage portion, which are the four charge storage portions,
The distance image processing unit is
electric charges corresponding to the reflected light reflected by the subject at the first distance are accumulated in the first charge accumulation unit and the second charge accumulation unit in order;
charges corresponding to the reflected light reflected by the object at a second distance larger than the first distance are accumulated in the second charge storage unit and the third charge storage unit in order;
performing the discharge process at a time when the reflected light reflected by the subject located between the second distance and a third distance larger than the second distance by the distance outside the measurement range is received;
Control is performed so that the electric charge corresponding to the reflected light reflected by the subject at a fourth distance greater than the third distance is distributed and accumulated in the fourth electric charge accumulation section and the first electric charge accumulation section in order. do,
The distance image pickup device according to claim 1.
前記距離画像処理部は、
第1距離にある前記被写体に反射した前記反射光に対応する電荷が、前記第1電荷蓄積部及び前記第2電荷蓄積部に、順に振り分けて蓄積され、
前記第1距離から、前記第1距離より測長範囲外距離だけ大きい第3距離までの間にある前記被写体に反射した前記反射光が受光される時間に前記排出処理を実施し、
前記第3距離よりも大きい第4距離にある前記被写体に反射した前記反射光に対応する電荷が、前記第3電荷蓄積部及び前記第4電荷蓄積部に、順に振り分けて蓄積され、
前記第4距離よりも大きい第5距離にある前記被写体に反射した前記反射光に対応する電荷が、前記第4電荷蓄積部及び前記第1電荷蓄積部に、順に振り分けて蓄積されるように制御する、
請求項1に記載の距離画像撮像装置。 The pixel is provided with a first charge storage portion, a second charge storage portion, a third charge storage portion, and a fourth charge storage portion, which are the four charge storage portions,
The distance image processing unit is
electric charges corresponding to the reflected light reflected by the subject at the first distance are accumulated in the first charge accumulation unit and the second charge accumulation unit in order;
performing the discharge process at a time when the reflected light reflected by the subject, which is between the first distance and a third distance larger than the first distance by the distance outside the measurement range, is received;
electric charges corresponding to the reflected light reflected by the subject at a fourth distance greater than the third distance are distributed and accumulated in the third charge accumulation unit and the fourth charge accumulation unit in order;
Control is performed so that charges corresponding to the reflected light reflected by the subject at a fifth distance greater than the fourth distance are distributed and accumulated in the fourth charge storage unit and the first charge storage unit in order. do,
The distance image pickup device according to claim 1.
前記距離画像処理部は、
第1距離にある前記被写体に反射した前記反射光に対応する電荷が、前記第1電荷蓄積部及び前記第2電荷蓄積部に、順に振り分けて蓄積され、
第1距離よりも大きい第2距離にある前記被写体に反射した前記反射光に対応する電荷が、前記第2電荷蓄積部及び前記第3電荷蓄積部に、順に振り分けて蓄積され、
前記第2距離から、前記第2距離より測長範囲外距離だけ大きい第3距離までの間にある前記被写体に反射した前記反射光が受光される時間に前記排出処理を実施し、
前記第3距離よりも大きい第4距離にある前記被写体に反射した前記反射光に対応する電荷が、前記第4電荷蓄積部及び前記第1電荷蓄積部に、順に振り分けて蓄積され、
前記第4距離よりも大きい第5距離にある前記被写体に反射した前記反射光に対応する電荷が、前記第1電荷蓄積部及び前記第2電荷蓄積部に、順に振り分けて蓄積されるように制御する、
請求項1に記載の距離画像撮像装置。 The pixel is provided with a first charge storage portion, a second charge storage portion, a third charge storage portion, and a fourth charge storage portion, which are the four charge storage portions,
The distance image processing unit is
electric charges corresponding to the reflected light reflected by the subject at the first distance are accumulated in the first charge accumulation unit and the second charge accumulation unit in order;
charges corresponding to the reflected light reflected by the object at a second distance larger than the first distance are accumulated in the second charge storage unit and the third charge storage unit in order;
performing the discharge process at a time when the reflected light reflected by the subject located between the second distance and a third distance larger than the second distance by the distance outside the measurement range is received;
electric charges corresponding to the reflected light reflected by the subject at a fourth distance greater than the third distance are accumulated in the fourth charge accumulation unit and the first charge accumulation unit in order;
Control is performed so that charges corresponding to the reflected light reflected by the subject at a fifth distance larger than the fourth distance are distributed and accumulated in the first charge storage unit and the second charge storage unit in order. do,
The distance image pickup device according to claim 1.
前記距離画像処理部は、
第1距離にある前記被写体に反射した前記反射光に対応する電荷が、前記第1電荷蓄積部及び前記第2電荷蓄積部に、順に振り分けて蓄積され、
前記第1距離から、前記第1距離より測長範囲外距離だけ大きい第3距離までの間にある前記被写体に反射した前記反射光が受光される時間に前記排出処理を実施し、
前記第3距離よりも大きい第4距離にある前記被写体に反射した前記反射光に対応する電荷が、前記第3電荷蓄積部及び前記第4電荷蓄積部に、順に振り分けて蓄積され、
前記第4距離よりも大きい第5距離にある前記被写体に反射した前記反射光に対応する電荷が、前記第4電荷蓄積部及び前記第1電荷蓄積部に、順に振り分けて蓄積され、
前記第5距離よりも大きい第6距離にある前記被写体に反射した前記反射光に対応する電荷が、前記第1電荷蓄積部及び前記第2電荷蓄積部に、順に振り分けて蓄積されるように制御する、
請求項1に記載の距離画像撮像装置。 The pixel is provided with a first charge storage portion, a second charge storage portion, a third charge storage portion, and a fourth charge storage portion, which are the four charge storage portions,
The distance image processing unit is
electric charges corresponding to the reflected light reflected by the subject at the first distance are accumulated in the first charge accumulation unit and the second charge accumulation unit in order;
performing the discharge process at a time when the reflected light reflected by the subject, which is between the first distance and a third distance larger than the first distance by the distance outside the measurement range, is received;
electric charges corresponding to the reflected light reflected by the subject at a fourth distance greater than the third distance are distributed and accumulated in the third charge accumulation unit and the fourth charge accumulation unit in order;
electric charges corresponding to the reflected light reflected by the subject at a fifth distance that is greater than the fourth distance are accumulated in the fourth charge accumulation unit and the first charge accumulation unit in order;
Control is performed so that charges corresponding to the reflected light reflected by the subject at a sixth distance greater than the fifth distance are distributed and accumulated in the first charge storage unit and the second charge storage unit in order. do,
The distance image pickup device according to claim 1.
請求項1に記載の距離画像撮像装置。 The distance image processing unit performs the short-distance object measurement process, the discharge process, and the and determining processing details in each of the long-distance object measurement processing;
The distance image pickup device according to claim 1.
前記面光源による照射と前記ドット光源による照射とにおいて、前記ドット光源により照射される光の強度は前記面光源により照射される光の強度よりも大きく、単位面積当たりの光の強度は同等であり、
前記距離画像処理部は、前記面光源による照射と、前記ドット光源による照射とを切り替えて測定を行う、
請求項1に記載の距離画像撮像装置。 The light source unit has a surface light source that uniformly irradiates the light pulse into the measurement space and a dot light source that non-uniformly irradiates the light pulse into the measurement space,
In the irradiation by the surface light source and the irradiation by the dot light source, the intensity of the light irradiated by the dot light source is greater than the intensity of the light irradiated by the surface light source, and the intensity of light per unit area is the same. ,
The distance image processing unit performs measurement by switching between irradiation by the surface light source and irradiation by the dot light source.
The distance image pickup device according to claim 1.
請求項8に記載の距離画像撮像装置。 The distance image processing unit controls such that the irradiation by the surface light source and the irradiation by the dot light source are periodically repeated.
The distance image pickup device according to claim 8.
前記距離画像処理部が、1フレーム期間に、単位蓄積処理を複数回実施し、前記三つ以上の電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量を用いて前記被写体までの測定距離を決定し、
前記単位蓄積処理では、前記三つ以上の電荷蓄積部のうちの一部の電荷蓄積部に前記被写体に反射した前記光パルスである反射光に応じた電荷を振り分けて蓄積させる近距離物体測定処理、前記光電変換素子が発生させた電荷を前記電荷排出部が排出する排出処理、前記一部の電荷蓄積部とは異なる電荷蓄積部を含む電荷蓄積部に前記反射光に応じた電荷を蓄積させる遠距離物体測定処理が順に実施される、
距離画像撮像方法。 A light source unit for irradiating a measurement space in which an object exists with a light pulse, a photoelectric conversion element for generating charges according to the incident light, and pixels comprising three or more charge storage units for storing the charges; a pixel driving circuit for distributing and accumulating the electric charge in each of the electric charge accumulating portions of the pixel at a predetermined timing synchronized with the irradiation of the light pulse; A range image capturing method using a range image capturing device, comprising: a charge discharging unit for discharging charge; hand,
The distance image processing unit performs unit accumulation processing multiple times in one frame period, and determines the measured distance to the subject using the amount of charge accumulated in each of the three or more charge accumulation units;
In the unit accumulation processing, a short-distance object measurement processing is performed for allocating and accumulating electric charges according to the reflected light, which is the light pulse reflected from the subject, in some of the three or more electric charge accumulation units. a discharge process in which the charge discharge unit discharges the charge generated by the photoelectric conversion element; and a charge storage unit including a charge storage unit different from the part of the charge storage unit stores the charge corresponding to the reflected light. long-distance object measurement processing is performed in order,
Range image capturing method.
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