JP2024013232A - Range-finding device and range-finding method - Google Patents

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JP2024013232A JP2023117423A JP2023117423A JP2024013232A JP 2024013232 A JP2024013232 A JP 2024013232A JP 2023117423 A JP2023117423 A JP 2023117423A JP 2023117423 A JP2023117423 A JP 2023117423A JP 2024013232 A JP2024013232 A JP 2024013232A
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洋 川崎
Hiroshi Kawasaki
尭史 岩口
Takafumi Iwaguchi
文彬 羅
Wenbin Luo
立昌 佐川
Ryusuke Sagawa
一 長原
Hajime Nagahara
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Kyushu University NUC
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Osaka University NUC
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Kyushu University NUC
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Osaka University NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a range-finding device and the like that are robust against noise more than conventional arts.
SOLUTION: A range-finding device 100 is the range-finding device that measures a distance to an object according to a TOF (Time Of Flight) method, and comprises: a light source unit 40; a light reception element that receives reflection light in which light the light source unit 40 emits is reflected upon an object 200; and a light reception unit 60 that has a first tap, second tap and third tap to which an electric charge generated by the light reception element receiving the reflection light is distributed; and a signal generation unit 20 that generates a control signal for a light emitting timing of the light source unit 40, and an exposure timing corresponding to the first tap, second tap and third tap by adding modulation using a pseudo random number to a basic signal.
SELECTED DRAWING: Figure 2
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本発明は、測距装置及び測距方法に関する。 The present invention relates to a distance measuring device and a distance measuring method.

従来、対象物までの距離を測定する測距装置として、光の飛行時間を利用したTOF(Time Of Flight)方式の測距装置が知られている。特許文献1には、スペクトラム拡散信号が光パルスの変調基準周波数に印加される測距装置が開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a distance measuring device for measuring the distance to an object, a TOF (Time of Flight) type distance measuring device that uses the flight time of light is known. Patent Document 1 discloses a distance measuring device in which a spread spectrum signal is applied to a modulation reference frequency of an optical pulse.

特表2014-522979号公報Special Publication No. 2014-522979

しかしながら、測距装置では、測定される距離がより外乱ノイズの影響を受けないことが望まれる。つまり、よりノイズに頑健な測距装置が望まれる。 However, in a distance measuring device, it is desired that the measured distance be less affected by disturbance noise. In other words, a distance measuring device that is more robust against noise is desired.

そこで、本発明は、従来よりもノイズに頑健な測距装置及び測距方法を提供する。 Therefore, the present invention provides a distance measuring device and a distance measuring method that are more robust against noise than conventional ones.

本発明の一形態に係る測距装置は、TOF(Time Of Flight)方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、光源部と、前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子、及び、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第1タップ、第2タップ及び第3タップを有する受光部と、前記光源部の発光タイミング、並びに、前記第1タップ、前記第2タップ及び前記第3タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部とを備える。 A distance measuring device according to one embodiment of the present invention is a distance measuring device that measures a distance to a target object using a TOF (Time Of Flight) method, and includes a light source section and light emitted from the light source section that measures a distance to a target object using a TOF (Time Of Flight) method. a light-receiving element that receives the reflected light reflected by the light-receiving element, and a light-receiving section having a first tap, a second tap, and a third tap to which charges generated when the light-receiving element receives the reflected light are distributed; A signal that generates a control signal for the light emission timing of the light source unit and the exposure timing corresponding to the first tap, the second tap, and the third tap by modulating the basic signal using pseudorandom numbers. and a generating section.

本発明の一形態に係る測距方法は、TOF(Time Of Flight)方式により対象物までの距離を測定する測距装置で実行される測距方法であって、前記測距装置は、光源部と、前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子、及び、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第1タップ、第2タップ及び第3タップを有する受光部とを備え、前記測距方法は、前記光源部の発光タイミング、前記受光素子の露光タイミング、並びに、前記第1タップ、前記第2タップ及び前記第3タップへの電荷の振り分けのそれぞれを制御するための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する。 A distance measuring method according to one embodiment of the present invention is a distance measuring method executed by a distance measuring device that measures the distance to an object using a TOF (Time Of Flight) method, and the distance measuring device includes a light source section. and a light-receiving element that receives reflected light from which the light emitted by the light source is reflected by the object; a first tap to which charges generated when the light-receiving element receives the reflected light are distributed; a light receiving section having two taps and a third tap; A control signal for controlling the distribution of charges to each is generated by modulating the basic signal using pseudo-random numbers.

本発明の一形態によれば、従来よりもノイズに頑健な測距装置等を実現することができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to realize a distance measuring device or the like that is more robust against noise than conventional ones.

図1は、実施の形態1に係る測距装置の機能構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the functional configuration of a distance measuring device according to the first embodiment. 図2は、実施の形態1に係る受光部の画素の回路構成の一部を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a part of the circuit configuration of a pixel in the light receiving section according to the first embodiment. 図3は、各種信号の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of various signals. 図4は、実施の形態1に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a light emission control signal and an exposure control signal according to the first embodiment. 図5は、実施の形態1に係る検出信号及び距離の算出方法の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a detection signal and distance calculation method according to the first embodiment. 図6は、実施の形態1に係る測距装置の動作を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the distance measuring device according to the first embodiment. 図7Aは、距離の測定結果の比較を示す第1図である。FIG. 7A is a first diagram showing a comparison of distance measurement results. 図7Bは、距離の測定結果の比較を示す第2図である。FIG. 7B is a second diagram showing a comparison of distance measurement results. 図8は、比較例の測距装置の測定結果を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing measurement results of a distance measuring device of a comparative example. 図9は、実施の形態1に係る測距装置の測定結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing measurement results of the distance measuring device according to the first embodiment. 図10は、実施の形態1の変形例に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a light emission control signal and an exposure control signal according to a modification of the first embodiment. 図11は、実施の形態1の変形例に係る測距装置の動作を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the distance measuring device according to a modification of the first embodiment. 図12は、実施の形態1の変形例に係る測距装置の測定結果を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing measurement results of the distance measuring device according to a modification of the first embodiment. 図13は、実施の形態2に係る受光部の画素の回路構成の一部を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a part of the circuit configuration of a pixel of a light receiving section according to the second embodiment. 図14は、実施の形態2に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a light emission control signal and an exposure control signal according to the second embodiment. 図15は、実施の形態2に係る検出信号及び距離の算出方法の一例を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a detection signal and distance calculation method according to the second embodiment. 図16は、実施の形態2に係る測距装置の動作を示すフローチャートである。FIG. 16 is a flowchart showing the operation of the distance measuring device according to the second embodiment. 図17Aは、比較例の測距装置の測定結果を示す図である。FIG. 17A is a diagram showing measurement results of a distance measuring device of a comparative example. 図17Bは、実施の形態2に係る測距装置の測定結果を示す第1図である。FIG. 17B is a first diagram showing measurement results of the distance measuring device according to the second embodiment. 図18は、実施の形態2に係る測距装置の測定結果を示す第2図である。FIG. 18 is a second diagram showing measurement results of the distance measuring device according to the second embodiment. 図19は、動作例1に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a light emission control signal and an exposure control signal according to Operation Example 1. 図20Aは、図19のタイミングチャートを用いてシミュレーションして得られたグラフを示す図である。FIG. 20A is a diagram showing a graph obtained by simulation using the timing chart of FIG. 19. 図20Bは、図19のタイミングチャートを用いて実際に測定して得られたグラフを示す図である。FIG. 20B is a diagram showing a graph obtained by actually measuring using the timing chart of FIG. 19. 図21は、動作例2に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a light emission control signal and an exposure control signal according to Operation Example 2. 図22Aは、図21のタイミングチャートを用いてシミュレーションして得られたグラフを示す図である。FIG. 22A is a diagram showing a graph obtained by simulation using the timing chart of FIG. 21. 図22Bは、図21のタイミングチャートを用いて実際に測定して得られたグラフを示す図である。FIG. 22B is a diagram showing a graph obtained by actually measuring using the timing chart of FIG. 21. 図23は、動作例3に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a light emission control signal and an exposure control signal according to operation example 3. 図24は、図23のタイミングチャートを用いて得られたグラフを示す図である。FIG. 24 is a diagram showing a graph obtained using the timing chart of FIG. 23. 図25は、追加で行った第1距離計測の様子を示す図である。FIG. 25 is a diagram showing how the first distance measurement was additionally performed. 図26Aは、従来手法における距離計測結果を示す図である。FIG. 26A is a diagram showing distance measurement results using the conventional method. 図26Bは、擬似乱数変調を用いた手法における距離計測結果を示す図である。FIG. 26B is a diagram showing distance measurement results using a method using pseudo-random number modulation. 図27Aは、図3の(b)に示す基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いた場合の距離計測結果を示す図である。FIG. 27A is a diagram showing distance measurement results when a control signal obtained by adding pseudo-random number modulation to the basic signal shown in FIG. 3(b) is used. 図27Bは、図3の(f)に示す基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いた場合の距離計測結果を示す図である。FIG. 27B is a diagram showing a distance measurement result when a control signal obtained by adding pseudo-random number modulation to the basic signal shown in FIG. 3(f) is used. 図28は、基本信号の違いによる距離計測の比較結果を示す図である。FIG. 28 is a diagram showing comparison results of distance measurement based on differences in basic signals. 図29Aは、図3の(b)に示す基本信号を用いた場合のコーディング曲線を説明するための図である。FIG. 29A is a diagram for explaining a coding curve when using the basic signal shown in FIG. 3(b). 図29Bは、図3の(f)に示す基本信号を用いた場合のコーディング曲線を説明するための図である。FIG. 29B is a diagram for explaining a coding curve when using the basic signal shown in FIG. 3(f). 図30は、追加で行った第2距離計測の様子を示す図である。FIG. 30 is a diagram showing how the second distance measurement was additionally performed. 図31Aは、従来手法における距離計測結果を示す図である。FIG. 31A is a diagram showing distance measurement results using the conventional method. 図31Bは、擬似乱数変調を用いた手法における距離計測結果を示す図である。FIG. 31B is a diagram showing distance measurement results using a method using pseudo-random number modulation. 図32Aは、ノイズがない環境において、図3の(d)に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。FIG. 32A is a diagram showing evaluation results of distance estimation accuracy when the basic signal shown in FIG. 3(d) is used in a noise-free environment. 図32Bは、ノイズがない環境において、図3の(b)に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。FIG. 32B is a diagram showing evaluation results of distance estimation accuracy when using the basic signal shown in FIG. 3(b) in a noise-free environment. 図32Cは、ノイズがない環境において、図3の(f)に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。FIG. 32C is a diagram showing evaluation results of distance estimation accuracy when the basic signal shown in FIG. 3(f) is used in a noise-free environment. 図32Dは、ノイズがない環境において、基本信号に対してDSSS変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。FIG. 32D is a diagram showing evaluation results of distance estimation accuracy when DSSS modulation is applied to the basic signal in a noise-free environment. 図32Eは、ノイズがない環境において、図3の(d)に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。FIG. 32E is a diagram showing evaluation results of distance estimation accuracy when pseudo-random number modulation is applied to the basic signal shown in FIG. 3(d) in a noise-free environment. 図32Fは、ノイズがない環境において、図3の(b)に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。FIG. 32F is a diagram showing evaluation results of distance estimation accuracy when pseudo-random number modulation is applied to the basic signal shown in FIG. 3(b) in a noise-free environment. 図32Gは、ノイズがない環境において、図3の(f)に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。FIG. 32G is a diagram showing evaluation results of distance estimation accuracy when pseudo-random number modulation is applied to the basic signal shown in FIG. 3(f) in a noise-free environment. 図33Aは、ノイズがある環境において、図3の(d)に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。FIG. 33A is a diagram showing evaluation results of distance estimation accuracy when the basic signal shown in FIG. 3(d) is used in a noisy environment. 図33Bは、ノイズがある環境において、図3の(b)に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。FIG. 33B is a diagram showing evaluation results of distance estimation accuracy when using the basic signal shown in FIG. 3(b) in a noisy environment. 図33Cは、ノイズがある環境において、図3の(f)に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。FIG. 33C is a diagram showing evaluation results of distance estimation accuracy when the basic signal shown in FIG. 3(f) is used in a noisy environment. 図33Dは、ノイズがある環境において、基本信号に対してDSSS変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。FIG. 33D is a diagram showing evaluation results of distance estimation accuracy when DSSS modulation is added to the basic signal in a noisy environment. 図33Eは、ノイズがある環境において、図3の(d)に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。FIG. 33E is a diagram showing evaluation results of distance estimation accuracy when pseudo-random number modulation is applied to the basic signal shown in FIG. 3(d) in a noisy environment. 図33Fは、ノイズがある環境において、図3の(b)に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。FIG. 33F is a diagram showing evaluation results of distance estimation accuracy when pseudo-random number modulation is applied to the basic signal shown in FIG. 3(b) in a noisy environment. 図33Gは、ノイズがある環境において、図3の(f)に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。FIG. 33G is a diagram showing evaluation results of distance estimation accuracy when pseudo-random number modulation is applied to the basic signal shown in FIG. 3(f) in a noisy environment. 図34は、距離推定精度の比較結果を示す図である。FIG. 34 is a diagram showing comparison results of distance estimation accuracy.

本発明の一態様に係る測距装置は、TOF(Time Of Flight)方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、光源部と、前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子と、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第1タップ、第2タップ及び第3タップとを有する受光部と、前記光源部の発光タイミング、並びに、前記第1タップ、前記第2タップ及び前記第3タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部とを備える。 A distance measuring device according to one aspect of the present invention is a distance measuring device that measures a distance to a target object using a TOF (Time Of Flight) method, and includes a light source section and light emitted from the light source section that measures a distance to a target object. a light-receiving element that receives reflected light reflected by the light-receiving element, and a first tap, a second tap, and a third tap to which charges generated when the light-receiving element receives the reflected light are distributed; A signal that generates a control signal for the light emission timing of the light source unit and the exposure timing corresponding to the first tap, the second tap, and the third tap by modulating the basic signal using pseudorandom numbers. and a generating section.

これにより、測距装置は、基本信号を擬似乱数によりランダムに変調するため、低周波及び高周波の外乱光の影響を抑制することができる。また、受光部が3タップを有することで、太陽光等の定常な外乱光(環境光)の影響も抑制することができる。よって、本発明によれば、低周波及び高周波の外乱光、並びに、定常な外乱光それぞれの影響を抑制することができるので、従来よりもノイズに頑健な測距装置を実現することができる。 Thereby, since the distance measuring device randomly modulates the basic signal using pseudo-random numbers, it is possible to suppress the influence of low-frequency and high-frequency disturbance light. Furthermore, since the light receiving section has three taps, the influence of constant disturbance light (environmental light) such as sunlight can also be suppressed. Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress the effects of low-frequency and high-frequency disturbance light as well as steady disturbance light, so it is possible to realize a distance measuring device that is more robust against noise than the conventional one.

また、例えば、前記擬似乱数を用いた変調は、ガロア体を用いた変調であってもよい。 Furthermore, for example, the modulation using the pseudorandom numbers may be modulation using a Galois field.

これにより、ガロア体を用いた変調により生成された制御信号を用いて第1タップ、第2タップ及び第3タップが制御されることで、第1タップ、第2タップ及び第3タップに定常な外乱光を受光した場合の電荷も蓄積させることができる。つまり、第1タップ、第2タップ及び第3タップには、反射光及び定常な外乱光の受光量に応じた電荷が蓄積される。この場合、第1タップ、第2タップ及び第3タップそれぞれから出力される出力信号(検出信号)により定常な外乱光の影響が除去可能であるので、測距装置は、定常な外乱光の影響を抑制することができる。よって、本発明によれば、従来よりもノイズに頑健な測距装置を実現することができる。 As a result, the first tap, second tap, and third tap are controlled using a control signal generated by modulation using a Galois field, so that the first tap, second tap, and third tap have a steady state. Charges generated when disturbance light is received can also be accumulated. That is, the first tap, the second tap, and the third tap accumulate electric charges corresponding to the received amount of reflected light and steady disturbance light. In this case, the influence of steady ambient light can be removed by the output signal (detection signal) output from each of the first tap, second tap, and third tap, so the distance measuring device can eliminate the influence of steady ambient light. can be suppressed. Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a distance measuring device that is more robust against noise than the conventional one.

また、例えば、前記ガロア体を用いた変調では、ガロア体として、前記受光部が有するタップの数と同数の位数のガロア体における擬似乱数が用いられてもよい。 Further, for example, in the modulation using the Galois field, a pseudorandom number in the Galois field having the same number of orders as the number of taps included in the light receiving section may be used as the Galois field.

これにより、タップ数とガロア体の位数とが同数であるので、タップがオン、オフ及び移行状態の3つの状態を取り得る場合、第1タップ、第2タップ及び第3タップのそれぞれにおいて、オン、オフ及び移行状態の出現確率を等しくすることができる。つまり、オン、オフ及び移行状態のときの受光量を均等に距離の測定結果に寄与させることができる。よって、オン、オフ及び移行状態の出現確率を等しくして距離を測定する場合にも、従来よりもノイズに頑健な測距装置を実現することができる。 As a result, since the number of taps and the order of the Galois field are the same, if the tap can take on three states: on, off, and transition state, in each of the first tap, second tap, and third tap, The probability of occurrence of on, off and transition states can be made equal. In other words, the amount of light received in the on, off, and transition states can equally contribute to the distance measurement result. Therefore, even when measuring distance with equal probability of occurrence of on, off, and transition states, it is possible to realize a distance measuring device that is more robust against noise than the conventional one.

また、例えば、前記ガロア体を用いた変調では、ガロア体として、前記受光部が有するタップの数より大きい位数のガロア体における擬似乱数が用いられてもよい。 Further, for example, in the modulation using the Galois field, a pseudorandom number in the Galois field having an order larger than the number of taps included in the light receiving section may be used as the Galois field.

これにより、タップ数より位数が大きいガロア体が用いられることで、例えば、第1タップ、第2タップ及び第3タップの制御の自由度が増す。これは、従来よりもノイズに頑健な測距装置を実現することにつながり得る。 Accordingly, by using a Galois field whose order is larger than the number of taps, the degree of freedom in controlling the first tap, second tap, and third tap increases, for example. This can lead to realizing a distance measuring device that is more robust to noise than conventional ones.

また、例えば、前記第1タップ、前記第2タップ及び前記第3タップのそれぞれは、一期間をオンとする第1状態、一期間をオフとする第2状態、及び、一期間内においてオン及びオフの一方から他方へ切り替わる第3状態とを有し、前記信号生成部は、前記擬似乱数に基づいて、前記第1タップ、前記第2タップ及び前記第3タップのうちの一のタップにおいて、前記第1状態、前記第2状態及び前記第3状態のうちの一の状態の出現確率を、他のタップと異ならせるように当該一のタップの制御信号を生成してもよい。 Further, for example, each of the first tap, the second tap, and the third tap may be in a first state in which it is on for one period, a second state in which it is off for one period, and a state in which it is on and off within one period. and a third state that switches from one off state to the other state, and the signal generation unit, based on the pseudo-random number, at one tap of the first tap, the second tap, and the third tap, The control signal for the one tap may be generated so that the probability of appearance of one of the first state, the second state, and the third state is different from that of the other taps.

これにより、タップがオン、オフ及び移行状態の3つの状態を取り得る場合、第1タップ、第2タップ及び第3タップの少なくとも1つにおいて、オン、オフ及び移行状態の出現確率を他のタップと異ならせることができる。例えば、オン、オフ及び移行状態のうち優先させたい状態の受光量を距離の測定結果により大きく寄与させることができる。よって、オン、オフ及び移行状態の出現確率を異ならせて距離を測定する場合にも、従来よりもノイズに頑健な測距装置を実現することができる。 As a result, when a tap can take on three states: on, off, and a transition state, in at least one of the first tap, second tap, and third tap, the probability of occurrence of the on, off, and transition state is reduced compared to the other taps. It can be made different. For example, the amount of light received in a state to be prioritized among on, off, and transition states can be made to contribute more to the distance measurement result. Therefore, even when measuring distances with different probabilities of occurrence of on, off, and transition states, it is possible to realize a distance measuring device that is more robust against noise than conventional ones.

また、例えば、前記信号生成部は、前記基本信号に第1擬似乱数を用いて変調を加えた第1信号と、前記基本信号に前記第1擬似乱数と異なる第2擬似乱数を用いて変調を加えた第2信号とを時間方向に多重化することで、前記発光タイミングのための前記制御信号を生成し、かつ、前記第1信号に基づく第1の受光信号と、前記第2信号に基づく第2の受光信号とを時間方向に多重化することで、前記露光タイミングのための制御信号を生成してもよい。 Further, for example, the signal generation unit modulates the basic signal with a first pseudo-random number using a first pseudo-random number, and modulates the basic signal with a second pseudo-random number different from the first pseudo-random number. The control signal for the light emission timing is generated by multiplexing the added second signal in the time direction, and a first light reception signal based on the first signal and a first light reception signal based on the second signal are generated. The control signal for the exposure timing may be generated by multiplexing the second light reception signal in the time direction.

これにより、測距装置の測定可能な距離範囲を広げることができ、かつ、距離の精度を高めることができる。 Thereby, the measurable distance range of the distance measuring device can be expanded, and the accuracy of the distance can be improved.

また、例えば、前記測距装置が配置される空間には、他の測距装置が配置されており、前記受光部が受光した外乱光に基づいて、当該外乱光を出射するために用いられた擬似乱数を特定し、特定された擬似乱数から前記他の測距装置を識別する信号処理部を備えてもよい。 Further, for example, another distance measuring device is arranged in the space where the distance measuring device is arranged, and the distance measuring device is used to emit the disturbance light based on the disturbance light received by the light receiving section. The distance measuring device may include a signal processing unit that specifies a pseudorandom number and identifies the other distance measuring device from the specified pseudorandom number.

これにより、測距装置を用いて他の測距装置の識別を行うことができる。また、測距装置と、他の測距装置とが擬似乱数を用いて光源部から光を出射している場合、当該光は互いに無相関であるので、例えば、当該測距装置は、他の測距装置が出射する光(外乱光)の影響を受けにくい。よって、他の測距装置が外乱光を出射する環境下でも、ノイズに頑健な測距装置を実現することができる。 Thereby, it is possible to identify other distance measuring devices using the distance measuring device. Furthermore, when a distance measuring device and another distance measuring device emit light from their light sources using pseudo-random numbers, the light is uncorrelated with each other. Less susceptible to light emitted by the range finder (disturbance light). Therefore, even in an environment where other distance measuring devices emit disturbance light, it is possible to realize a distance measuring device that is robust against noise.

また、例えば、前記第1タップ、前記第2タップ、及び、前記第3タップのそれぞれに蓄積された電荷量を用いた比に基づいて、前記距離を算出する算出部を備えてもよい。 Further, for example, a calculation unit may be provided that calculates the distance based on a ratio using the amount of charge accumulated in each of the first tap, the second tap, and the third tap.

これにより、信号処理部は、各タップに蓄積された電荷量を用いた比、具体的には電荷量に応じた検出信号を用いた比により距離を算出することができる。つまり、信号処理部は、受光部からの検出信号を用いて直接距離を算出することができる。よって、測距装置は、例えば、A/D(Analog/Digital)変換して距離を算出する場合に比べて、AD変換時に発生するノイズの影響を受けずに、距離を算出することができる。 Thereby, the signal processing section can calculate the distance based on a ratio using the amount of charge accumulated in each tap, specifically, a ratio using a detection signal corresponding to the amount of charge. That is, the signal processing section can directly calculate the distance using the detection signal from the light receiving section. Therefore, the distance measuring device can calculate the distance without being affected by noise generated during AD conversion, for example, compared to the case where the distance is calculated by A/D (Analog/Digital) conversion.

また、例えば、前記基本信号は、単一周波数の信号であってもよい。 Further, for example, the basic signal may be a single frequency signal.

これにより、測距装置は、基本信号の周波数を変更し複数回の測定を行うことなく距離を算出することができる。よって、測距装置は、距離の算出を、より高速で行うことができる。 Thereby, the distance measuring device can calculate the distance without changing the frequency of the basic signal and performing measurements multiple times. Therefore, the distance measuring device can calculate distance at higher speed.

また、例えば、前記発光タイミングのための制御信号の基本信号は、パルス状の信号であり、前記露光タイミングのための制御信号の基本信号は、前記第1タップ、前記第2タップ及び前記第3タップで位相が異なる台形形状の信号であってもよい。 Further, for example, the basic signal of the control signal for the light emission timing is a pulse-like signal, and the basic signal of the control signal for the exposure timing is the first tap, the second tap, and the third tap. It may also be a trapezoidal signal whose phase differs depending on the tap.

これにより、距離に対応する各タップへの制御信号の入力値を繋ぎ三次元空間中に可視化したコーディング曲線をより長くすることができるので、ノイズにより頑健な測距装置を実現することができる。 This makes it possible to lengthen the coding curve visualized in three-dimensional space by connecting the input values of the control signals to each tap corresponding to the distance, so it is possible to realize a distance measuring device that is more robust against noise.

また、例えば、高周波ノイズが存在する環境下において測定された距離の二乗平均平方根誤差は、100mm以下であってもよい。 Further, for example, the root mean square error of the distance measured in an environment where high frequency noise is present may be 100 mm or less.

これにより、二乗平均平方根誤差が100mmであるので、精度のよい距離計測を行うことができる。 As a result, since the root mean square error is 100 mm, accurate distance measurement can be performed.

本発明の一態様に係る測距装置は、TOF(Time Of Flight)方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、光源部と、前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子と、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第1タップ及び第2タップとを有する受光部と、前記光源部の発光タイミング、並びに、前記第1タップ及び前記第2タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部とを備える。 A distance measuring device according to one aspect of the present invention is a distance measuring device that measures a distance to a target object using a TOF (Time Of Flight) method, and includes a light source section and light emitted from the light source section that measures a distance to a target object. a light receiving element that receives the reflected light reflected by the light receiving element; a light receiving part having a first tap and a second tap to which charges generated when the light receiving element receives the reflected light are distributed; and a light emitting part of the light source part. and a signal generation unit that generates a control signal for timing and exposure timing corresponding to the first tap and the second tap by modulating the basic signal using pseudorandom numbers.

これにより、測距装置は、基本信号を擬似乱数によりランダムに変調するため、低周波及び高周波の外乱光の影響を抑制することができる。よって、本発明によれば、従来よりもノイズに頑健な測距装置を実現することができる。 Thereby, since the distance measuring device randomly modulates the basic signal using pseudo-random numbers, it is possible to suppress the influence of low-frequency and high-frequency disturbance light. Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a distance measuring device that is more robust against noise than the conventional one.

本発明の一態様に係る測距方法は、TOF(Time Of Flight)方式により対象物までの距離を測定する測距装置で実行される測距方法であって、前記測距装置は、光源部と、前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子と、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第1タップ、第2タップ及び第3タップとを有する受光部とを備え、前記測距方法は、前記光源部の発光タイミング、前記受光素子の露光タイミング、並びに、前記第1タップ、前記第2タップ及び前記第3タップへの電荷の振り分けのそれぞれを制御するための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する。 A distance measuring method according to one aspect of the present invention is a distance measuring method executed by a distance measuring device that measures the distance to an object using a TOF (Time Of Flight) method, and the distance measuring device includes a light source unit. a light-receiving element that receives light emitted by the light source and reflected by the object; a first tap and a second tap to which charges generated when the light-receiving element receives the reflected light are distributed; a light receiving section having a tap and a third tap; A control signal for controlling the distribution of charges to each is generated by modulating the basic signal using pseudo-random numbers.

これにより、上記の測距装置と同様の効果を奏する。 This produces the same effect as the distance measuring device described above.

なお、これらの全般的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータで読み取り可能なCD-ROM等の非一時的記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又は記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。プログラムは、記録媒体に予め記憶されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されてもよい。 Note that these general or specific aspects may be realized in a system, a method, an integrated circuit, a computer program, or a non-transitory recording medium such as a computer-readable CD-ROM. It may be realized by any combination of a circuit, a computer program, or a recording medium. The program may be stored in advance on a recording medium, or may be supplied to the recording medium via a wide area communication network including the Internet.

以下、実施の形態等について、図面を参照しながら具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments and the like will be specifically described with reference to the drawings.

なお、以下で説明する実施の形態等は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態等で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態等における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Note that the embodiments described below are all inclusive or specific examples. Numerical values, shapes, constituent elements, arrangement positions and connection forms of constituent elements, steps, order of steps, etc. shown in the following embodiments are merely examples, and do not limit the present invention. Further, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims will be described as arbitrary constituent elements.

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺等は必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。 Furthermore, each figure is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, for example, the scale etc. of each figure do not necessarily match. Further, in each figure, substantially the same configurations are denoted by the same reference numerals, and overlapping explanations will be omitted or simplified.

また、本明細書において、直交、同じ等の要素間の関係性を示す用語、及び、正弦波状、矩形状等の形状を示す用語、並びに、数値、及び、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度(例えば、10%程度)の差異をも含むことを意味する表現である。 In addition, in this specification, terms indicating relationships between elements such as orthogonal and the same, terms indicating shapes such as sine wave shape and rectangular shape, numerical values, and numerical ranges have only strict meanings. This is not an expressive expression, but an expression that means that it includes a substantially equivalent range, for example, a difference of about several percent (for example, about 10%).

また、本明細書において、「第1」、「第2」等の序数詞は、特に断りの無い限り、構成要素の数又は順序を意味するものではなく、同種の構成要素の混同を避け、区別する目的で用いられている。 In addition, in this specification, ordinal numbers such as "first" and "second" do not mean the number or order of components, unless otherwise specified, and should be used to avoid confusion and distinguish between similar components. It is used for the purpose of

(実施の形態1)
以下、本実施の形態に係る測距装置について、図1~図9を参照しながら説明する。本実施の形態では、2タップ(又は3タップ)方式の測距装置に、ランダム符号化を適用する例について説明する。
(Embodiment 1)
The distance measuring device according to this embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 to 9. In this embodiment, an example in which random encoding is applied to a 2-tap (or 3-tap) distance measuring device will be described.

[1-1.測距装置の構成]
図1は、本実施の形態に係る測距装置100の機能構成を示すブロック図である。
[1-1. Configuration of distance measuring device]
FIG. 1 is a block diagram showing the functional configuration of distance measuring device 100 according to the present embodiment.

図1に示すように、測距装置100は、対象物200に対して光を出射し、その光が対象物200で反射した反射光を受光して、対象物200までの距離を測定する。測距装置100は、TOF(Time Of Flight)方式により対象物200までの距離を測定する装置である。測距装置100は、TOFカメラとも称される。測距装置100は、自動運転車両に搭載される測距装置、生体認証装置、エンターテイメントを含むAR(Augmented Reality:拡張現実)/MR(Mixed Reality:複合現実)での形状計測等において用いられる。また、測距装置100は、リアルタイムで形状計測を行うための装置としても用いられてもよい。なお、距離は、測距装置100から対象物200までの距離である。 As shown in FIG. 1, the distance measuring device 100 measures the distance to the target object 200 by emitting light toward the target object 200 and receiving the reflected light that is reflected by the target object 200. The distance measuring device 100 is a device that measures the distance to an object 200 using a TOF (Time of Flight) method. The distance measuring device 100 is also called a TOF camera. The distance measuring device 100 is used for shape measurement in AR (Augmented Reality)/MR (Mixed Reality) including entertainment, a distance measuring device mounted on an autonomous vehicle, a biometric authentication device, and the like. Further, the distance measuring device 100 may also be used as a device for performing shape measurement in real time. Note that the distance is the distance from the distance measuring device 100 to the target object 200.

測距装置100は、制御部10と、信号生成部20と、光源制御部30と、光源部40と、受光制御部50と、受光部60と、信号処理部70とを備える。 The distance measuring device 100 includes a control section 10, a signal generation section 20, a light source control section 30, a light source section 40, a light reception control section 50, a light reception section 60, and a signal processing section 70.

制御部10は、測距装置100の各構成要素を制御する制御装置である。制御部10は、例えば、測距装置100が搭載される物体からの制御信号、ユーザの操作部(図示しない)への操作等に基づいて、光源部40及び受光部60を制御するための制御信号を信号生成部20に生成させる。なお、操作部は、例えば、ボタン、タッチパネル等である。 The control unit 10 is a control device that controls each component of the distance measuring device 100. The control unit 10 controls the light source unit 40 and the light receiving unit 60 based on, for example, a control signal from an object on which the distance measuring device 100 is mounted, a user's operation on an operation unit (not shown), etc. The signal generation unit 20 is caused to generate a signal. Note that the operation unit is, for example, a button, a touch panel, or the like.

信号生成部20は、光源部40の発光タイミング及び受光部60の露光タイミング等のそれぞれを制御するための制御信号を生成する。信号生成部20は、光源部40及び受光部60のそれぞれに、ランダム性を有する制御信号を生成する。 The signal generating section 20 generates control signals for controlling the light emission timing of the light source section 40, the exposure timing of the light receiving section 60, and the like. The signal generating section 20 generates random control signals for each of the light source section 40 and the light receiving section 60.

信号生成部20は、基本信号に擬似乱数(ビット列)を用いた変調を加えることで制御信号を生成する。基本信号は、対象物200までの距離測定を実現可能な信号であり、例えば、単一の周波数の信号が用いられる。本実施の形態では、基本信号として「double ramp」と呼ばれる信号(図3の(d)を参照)を用いる。また、本実施の形態では、擬似乱数を用いた変調として、DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum:直接スペクトラム拡散)変調を用いる。つまり、擬似乱数の生成にDSSSを用いる。DSSSは、PN(Pseudo random Noise:擬似ランダム雑音)拡散とも称され、擬似ランダム雑音としてM系列符号を用いることができる。 The signal generation unit 20 generates a control signal by modulating the basic signal using a pseudorandom number (bit string). The basic signal is a signal that can realize distance measurement to the target object 200, and for example, a signal with a single frequency is used. In this embodiment, a signal called "double ramp" (see (d) in FIG. 3) is used as the basic signal. Furthermore, in this embodiment, DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) modulation is used as the modulation using pseudo-random numbers. That is, DSSS is used to generate pseudo-random numbers. DSSS is also referred to as PN (Pseudo Random Noise) spreading, and can use an M-sequence code as the pseudo random noise.

なお、M系列とは0及び1の2値をランダムに並べた乱数であり、所定の長さのシフトレジスタと排他的論理和とを用いてフィードバックすることにより生成される。また、擬似乱数は、変調信号(変調符号)とも称される。 Note that the M sequence is a random number in which binary values of 0 and 1 are randomly arranged, and is generated by feeding back using a shift register of a predetermined length and an exclusive OR. Pseudo-random numbers are also called modulation signals (modulation codes).

信号生成部20が生成する制御信号は、スペクトラム拡散された、「1」及び「0」のビットがほとんどランダムに並んだ信号となる。制御信号がランダム性を有していることで、低周波及び高周波の外乱光が距離の測定に与える影響を抑制することができる。つまり、低周波及び高周波の外乱光に頑健な測距装置100を実現することができる。 The control signal generated by the signal generation unit 20 is a spread spectrum signal in which "1" and "0" bits are arranged almost randomly. Since the control signal has randomness, it is possible to suppress the influence of low-frequency and high-frequency disturbance light on distance measurement. In other words, it is possible to realize the distance measuring device 100 that is robust against low-frequency and high-frequency disturbance light.

なお、擬似乱数の生成方法は上記に限定されず、既知のいかなる方法が用いられてもよい。また、以下において、光源部40を制御するための制御信号を発光制御信号とも記載し、受光部60を制御するための制御信号を露光制御信号とも記載する。 Note that the method for generating pseudorandom numbers is not limited to the above, and any known method may be used. Further, hereinafter, a control signal for controlling the light source section 40 will also be referred to as a light emission control signal, and a control signal for controlling the light receiving section 60 will also be referred to as an exposure control signal.

光源制御部30は、信号生成部20からの制御に従い、光源部40から光を出射させる。光源制御部30は、信号生成部20からの発光制御信号に基づいて光源部40の各発光素子に電力を供給するタイミングを制御することにより、光源部40による発光を制御する。 The light source control section 30 causes the light source section 40 to emit light according to control from the signal generation section 20 . The light source control section 30 controls the light emission by the light source section 40 by controlling the timing of supplying power to each light emitting element of the light source section 40 based on the light emission control signal from the signal generation section 20 .

光源部40は、光源制御部30からの制御により光を出射する。光源部40は、例えば、発光素子としてLED(Light Emitting Diode)素子を有していてもよいし、レーザ素子を有していてもよいし、その他の発光素子を有していてもよい。また、光源部40が出射する光の波長は、所望の距離が測定可能な波長であれば特に限定されない。 The light source section 40 emits light under control from the light source control section 30. The light source section 40 may have, for example, an LED (Light Emitting Diode) element as a light emitting element, a laser element, or another light emitting element. Further, the wavelength of the light emitted by the light source section 40 is not particularly limited as long as it is a wavelength that allows the measurement of a desired distance.

受光制御部50は、信号生成部20からの制御に従い、受光部60に反射光を受光させる。受光制御部50は、信号生成部20からの露光制御信号に基づいて受光部60に電力を供給するタイミングを制御することにより、受光部60による受光(露光)を制御する。受光制御部50は、例えば、露光制御信号に基づいて、受光部60の転送トランジスタ63a及び63b(図2を参照)のゲート電極に当該ゲート電極をオン、オフさせるためのゲート信号(電圧)を出力する。受光制御部50は、転送トランジスタ63a及び63bの一方をオンさせている間、転送トランジスタ63a及び63bの他方をオフさせるように、転送トランジスタ63a及び63bのゲート電極にゲート信号を出力する。 The light reception control section 50 causes the light reception section 60 to receive the reflected light under control from the signal generation section 20 . The light reception control section 50 controls light reception (exposure) by the light reception section 60 by controlling the timing of supplying power to the light reception section 60 based on the exposure control signal from the signal generation section 20 . For example, the light reception control section 50 applies a gate signal (voltage) to the gate electrodes of the transfer transistors 63a and 63b (see FIG. 2) of the light reception section 60 for turning the gate electrodes on and off based on the exposure control signal. Output. The light reception control section 50 outputs a gate signal to the gate electrodes of the transfer transistors 63a and 63b so as to turn off the other transfer transistor 63a and 63b while turning on one of the transfer transistors 63a and 63b.

受光部60は、光源部40からの光が対象物200で反射した反射光を受光することで受光量に応じた検出信号を出力する。受光部60は、フォトダイオード62(図2を参照)等の受光素子を有する。受光部60は、例えば、受光素子が二次元状に配列されたCMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor)センサである。なお、検出信号は、電荷の蓄積量の応じた1つの電圧値を示す信号である。 The light receiving section 60 outputs a detection signal according to the amount of received light by receiving the reflected light from the light source section 40 reflected by the target object 200. The light receiving section 60 includes a light receiving element such as a photodiode 62 (see FIG. 2). The light receiving section 60 is, for example, a CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) sensor in which light receiving elements are arranged in a two-dimensional manner. Note that the detection signal is a signal that indicates one voltage value depending on the amount of accumulated charge.

図2は、本実施の形態に係る受光部60の画素61の回路構成の一部を示す図である。図2では、画素61の回路構成のうち、反射光を受光してから電荷が蓄積されるまでに要する構成要素のみを図示している。 FIG. 2 is a diagram showing a part of the circuit configuration of the pixel 61 of the light receiving section 60 according to the present embodiment. In FIG. 2, of the circuit configuration of the pixel 61, only the components required from receiving reflected light to accumulating charges are illustrated.

図2に示すように、受光部60の画素61は、回路構成として、フォトダイオード62と、第1タップ61aと、第2タップ61bとを有する。画素61は、1つのフォトダイオード62で発生した電荷が第1タップ61a及び第2タップ61bのいずれかに振り分けられるように構成される。第1タップ61aに蓄積された電荷量に応じた検出信号、及び、第2タップ61bに蓄積された電荷量に応じた検出信号は、別々に信号処理部70に出力される。なお、上記の振り分けとは、タップごとに蓄積された電荷を読み出し可能なように電荷を振り分けることを意味する。また、別々に出力とは、例えば、異なるタイミング又は異なる信号線により出力されることを意味する。 As shown in FIG. 2, the pixel 61 of the light receiving section 60 has a photodiode 62, a first tap 61a, and a second tap 61b as a circuit configuration. The pixel 61 is configured such that the charge generated in one photodiode 62 is distributed to either the first tap 61a or the second tap 61b. A detection signal corresponding to the amount of charge accumulated in the first tap 61a and a detection signal corresponding to the amount of charge accumulated in the second tap 61b are separately output to the signal processing section 70. Note that the above-mentioned distribution means to distribute the charges so that the charges accumulated for each tap can be read out. Further, separately outputting means, for example, outputting at different timings or using different signal lines.

第1タップ61aは、転送トランジスタ63aと、FD(Floating Diffusion)部64aとを有し、FD部64aに蓄積された電荷量に応じた検出信号を出力する。 The first tap 61a includes a transfer transistor 63a and an FD (Floating Diffusion) section 64a, and outputs a detection signal according to the amount of charge accumulated in the FD section 64a.

第2タップ61bは、転送トランジスタ63bと、FD部64bとを有し、FD部64bに蓄積された電荷量に応じた検出信号を出力する。 The second tap 61b includes a transfer transistor 63b and an FD section 64b, and outputs a detection signal according to the amount of charge accumulated in the FD section 64b.

転送トランジスタ63a及び63bの導電型は同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、転送トランジスタ63a及び63bのうち一方の導電型がn型であり、転送トランジスタ63a及び63bのうち他方の導電型がp型である場合、共通のゲート信号を用いて転送トランジスタ63a及び63bのオン、オフを制御することができる。なお、導電型は、n型及びp型であることに限定されない。 The conductivity types of transfer transistors 63a and 63b may be the same or different. For example, if one of the transfer transistors 63a and 63b has an n-type conductivity type, and the other transfer transistor 63a and 63b has a p-type conductivity type, a common gate signal is used to connect the transfer transistors 63a and 63b. Can be controlled on and off. Note that the conductivity type is not limited to n-type and p-type.

なお、画素61は、さらにフォトダイオード62に接続される第3タップ(図示しないが、例えば、図13に示す第3タップ61c)を有していてもよい。第3タップは、例えば、太陽光、照明光等の定常な環境光(大域光)による電荷を蓄積するためのタップである。この場合、信号生成部20は、第3タップを制御するためのゲート信号をさらに生成する。当該ゲート信号は、光源部40から出射され対象物200で反射された反射光を受光しないタイミング、例えば光源部40が光を出射する前のタイミングで第3タップをオンするゲート信号である。なお、第3タップを制御する制御信号は、例えば、擬似乱数によりランダム符号化されていない信号である。 Note that the pixel 61 may further include a third tap (not shown, but for example, the third tap 61c shown in FIG. 13) connected to the photodiode 62. The third tap is, for example, a tap for accumulating charges caused by constant environmental light (global light) such as sunlight and illumination light. In this case, the signal generation unit 20 further generates a gate signal for controlling the third tap. The gate signal is a gate signal that turns on the third tap at a timing when the reflected light emitted from the light source section 40 and reflected by the target object 200 is not received, for example, at a timing before the light source section 40 emits light. Note that the control signal that controls the third tap is, for example, a signal that is not randomly encoded using pseudorandom numbers.

図1を再び参照して、信号処理部70は、受光部60から供給される検出信号に基づいて、測距装置100から対象物200までの距離を算出する算出部として機能する。信号処理部70は、第1タップ61aからの検出信号と、第2タップ61bからの検出信号とを用いた比を算出し、算出された比に基づいて当該距離を算出する。 Referring again to FIG. 1, the signal processing section 70 functions as a calculation section that calculates the distance from the distance measuring device 100 to the target object 200 based on the detection signal supplied from the light receiving section 60. The signal processing unit 70 calculates a ratio using the detection signal from the first tap 61a and the detection signal from the second tap 61b, and calculates the distance based on the calculated ratio.

信号処理部70は、第1タップ61aからの検出信号が示す電荷量をQ2、第2タップ61bからの検出信号が示す電荷量をQ3、第3タップからの検出信号が示す電荷量をQ1とし、発光期間をT0とすると、反射光の飛行時間ΔTを、以下の(式1)により算出する。 The signal processing unit 70 sets the amount of charge indicated by the detection signal from the first tap 61a as Q2, the amount of charge indicated by the detection signal from the second tap 61b as Q3, and the amount of charge indicated by the detection signal from the third tap as Q1. , when the light emission period is T0, the flight time ΔT of the reflected light is calculated using the following (Formula 1).

(Q3-Q1)/((Q2-Q1)+(Q3-Q1))=ΔT/T0 ・・・(式1) (Q3-Q1)/((Q2-Q1)+(Q3-Q1))=ΔT/T0...(Formula 1)

なお、発光期間T0は、例えば、所定期間(例えば、1フレーム期間)における複数の発光それぞれの発光期間の累積期間であるが、これに限定されない。また、本明細書において、飛行時間ΔTを遅延時間とも記載する。 Note that the light emission period T0 is, for example, a cumulative period of light emission periods of each of a plurality of light emissions in a predetermined period (for example, one frame period), but is not limited thereto. Further, in this specification, flight time ΔT is also referred to as delay time.

信号処理部70は、受光部60から出力された検出信号(アナログ信号)の信号強度から直接距離を算出するが、例えば、デジタル信号処理により距離を算出してもよい。 Although the signal processing section 70 directly calculates the distance from the signal strength of the detection signal (analog signal) output from the light receiving section 60, the distance may be calculated by digital signal processing, for example.

ここで、測距装置100における各種信号について、図3~図5を参照しながら説明する。まずは、基本信号等について、図3を参照しながら説明する。図3は、各種信号の一例を示す図である。図3では、発光制御信号及び露光制御信号の基本信号と、基本信号ごとの距離及び信号強度の関係とを示す。出力信号は、受光部60が信号処理部70に出力する検出信号である。図3の(a)及び(b)に示す各グラフは、横軸が時間を示し、縦軸が信号強度を示し、図3の(c)に示すグラフは、横軸が深さ(距離)を示し、縦軸が信号強度を示す。縦軸は、信号強度の最大値を1とした値である。また、深さは、光の往復時間(飛行時間ΔT)と同義である。 Here, various signals in the distance measuring device 100 will be explained with reference to FIGS. 3 to 5. First, basic signals and the like will be explained with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing an example of various signals. FIG. 3 shows the basic signals of the light emission control signal and the exposure control signal, and the relationship between the distance and signal strength for each basic signal. The output signal is a detection signal that the light receiving section 60 outputs to the signal processing section 70. In the graphs shown in FIGS. 3(a) and 3(b), the horizontal axis represents time, the vertical axis represents signal strength, and the horizontal axis represents depth (distance) in the graph shown in FIG. 3(c). , and the vertical axis shows the signal strength. The vertical axis is a value with the maximum value of signal strength being 1. Further, the depth is synonymous with the round trip time (flight time ΔT) of light.

また、図3では、3タップ方式の場合の基本信号を示している。実線(M1(t)、D1(t)及びF1(t))は、第1タップ61aに対する信号を示し、破線(M2(t)、D2(t)及びF2(t))は、第2タップ61bに対する信号を示し、一点鎖線(M3(t)、D3(t)及びF3(t))は、第3タップに対する信号を示している。例えば、実線M1(t)は、第1タップ61aに電荷を蓄積するための光を光源部40に出射させるための基本信号であり、破線M2(t)は、実線M1(t)の基本信号により光源部40から出射された光が対象物200で反射された反射光により生成された電荷を第1タップ61aに蓄積するための基本信号を示す。 Further, FIG. 3 shows basic signals in the case of the 3-tap method. The solid lines (M1(t), D1(t) and F1(t)) indicate the signals for the first tap 61a, and the broken lines (M2(t), D2(t) and F2(t)) indicate the signals for the second tap 61a. 61b, and the dash-dotted lines (M3(t), D3(t), and F3(t)) indicate the signal for the third tap. For example, the solid line M1(t) is a basic signal for causing the light source unit 40 to emit light for accumulating charges in the first tap 61a, and the broken line M2(t) is the basic signal of the solid line M1(t). shows a basic signal for accumulating charges generated by reflected light emitted from the light source unit 40 by the target object 200 in the first tap 61a.

なお、図3では、信号同士が重なる場合、実線を優先して図示している。また、図3では、(a)~(f)までの6種類の基本信号を例示しているが、この6種類に限定されず、他の形状の信号が用いられてもよい。 In FIG. 3, when signals overlap, the solid line is given priority. Furthermore, although six types of basic signals (a) to (f) are illustrated in FIG. 3, the present invention is not limited to these six types, and signals of other shapes may be used.

図3の(a)は、発光制御信号の基本信号が3タップで同位相の正弦波状の信号であり、露光制御信号の基本信号が3タップで位相が異なる正弦波状の信号である場合を示している。この場合、出力信号は、3タップそれぞれにおいて、対象物200までの距離に応じた、正弦波状の波形上のいずれかの値(図3の(a)の「距離に対する出力信号」に示される正弦波状の波形上のいずれかの値)を示す信号となる。 FIG. 3(a) shows a case where the basic signal of the light emission control signal is a sinusoidal signal with three taps and the same phase, and the basic signal of the exposure control signal is a sinusoidal signal with three taps and different phases. ing. In this case, for each of the three taps, the output signal is set to any value on the sinusoidal waveform depending on the distance to the object 200 (the sine wave shown in "output signal for distance" in (a) of FIG. 3). This is a signal that indicates any value on a wavy waveform.

図3の(b)は、発光制御信号の基本信号が3タップで同位相の矩形波状の信号であり、露光制御信号の基本信号が3タップで位相が異なる矩形波状の信号である場合を示している。この場合、出力信号は、3タップそれぞれにおいて、対象物200までの距離に応じた、三角波状の波形上のいずれかの値を示す信号となる。 FIG. 3(b) shows a case where the basic signal of the light emission control signal is a rectangular waveform signal with 3 taps and the same phase, and the basic signal of the exposure control signal is a rectangular waveform signal with 3 taps and different phases. ing. In this case, the output signal becomes a signal indicating any value on the triangular waveform depending on the distance to the target object 200 in each of the three taps.

図3の(c)は、発光制御信号の基本信号が、第1タップ61aでは所定期間(2τ)の半分のタイミングで1から0へ遷移するランプ方式の信号であり、第2タップ61bでは強度が0.5の信号であり、第3タップでは強度が0の信号であり、露光制御信号の基本信号が、第1タップ61aでは所定期間(2τ)の半分のタイミングで1から0へ遷移するランプ方式の信号であり、第2タップ61b及び第3タップでは強度が1の信号である場合を示している。この場合、出力信号は、対象物200までの距離に応じて、第1タップ61aでは右下がりの直線上のいずれかの値を示す信号となり、第2タップ61bでは強度が1を示す信号となり、第3タップでは外乱光がない場合、0を示す信号となる。 FIG. 3(c) shows that the basic signal of the light emission control signal is a ramp-type signal that changes from 1 to 0 at the timing of half the predetermined period (2τ) at the first tap 61a, and the intensity at the second tap 61b. is a signal with an intensity of 0.5, the intensity is a signal with an intensity of 0 at the third tap, and the basic signal of the exposure control signal transitions from 1 to 0 at the timing of half the predetermined period (2τ) at the first tap 61a. The signal is a ramp type signal, and the intensity is 1 at the second tap 61b and the third tap. In this case, the output signal is a signal indicating any value on a straight line downward to the right at the first tap 61a, and a signal whose intensity is 1 at the second tap 61b, depending on the distance to the target object 200. The third tap provides a signal indicating 0 when there is no disturbance light.

図3の(d)は、発光制御信号の基本信号が、第1タップ61a及び第2タップ61bでは所定期間(2τ)の半分のタイミングで1から0へ遷移するランプ方式の信号であり、第3タップでは強度が0の信号であり、露光制御信号の基本信号が、第1タップ61aでは所定期間(2τ)の半分のタイミングで1から0へ遷移するランプ方式の信号であり、第2タップ61bでは所定期間(2τ)の半分のタイミングで0から1へ遷移するランプ方式の信号であり、第3タップでは強度が1の信号である場合を示している。この場合、出力信号は、対象物200までの距離に応じて、第1タップ61aでは右下がりの直線上のいずれかの値を示す信号となり、第2タップ61bでは右上がりの直線上のいずれかの値を示す信号となり、第3タップでは外乱光がない場合、0を示す信号となる。 (d) of FIG. 3 is a ramp type signal in which the basic signal of the light emission control signal changes from 1 to 0 at the timing of half the predetermined period (2τ) at the first tap 61a and the second tap 61b; At 3 taps, the intensity is 0, and the basic signal of the exposure control signal is a ramp type signal that transitions from 1 to 0 at half the timing of a predetermined period (2τ) at the first tap 61a, and at the second tap 61b is a ramp type signal that transitions from 0 to 1 at a timing half of a predetermined period (2τ), and the third tap shows a case where the signal has an intensity of 1. In this case, the output signal is a signal indicating any value on a straight line downward to the right at the first tap 61a, and any value on a straight line upward to the right at the second tap 61b, depending on the distance to the target object 200. If there is no disturbance light at the third tap, the signal becomes 0.

図3の(e)は、発光制御信号の基本信号が3タップで同位相のパルス状の信号であり、露光制御信号の基本信号が3タップで位相が異なる正弦波状の信号である場合を示している。この場合、出力信号は、3タップそれぞれにおいて、対象物200までの距離に応じた、正弦波状の波形上のいずれかの値を示す信号となる。 (e) in FIG. 3 shows a case where the basic signal of the light emission control signal is a pulse-like signal with 3 taps and the same phase, and the basic signal of the exposure control signal is a sine wave-like signal with 3 taps and different phases. ing. In this case, the output signal becomes a signal indicating any value on a sinusoidal waveform depending on the distance to the target object 200 in each of the three taps.

図3の(f)は、発光制御信号の基本信号が3タップで同位相のパルス状の信号であり、露光制御信号の基本信号が3タップで位相が異なる台形波状の信号である場合を示している。この場合、出力信号は、3タップそれぞれにおいて、対象物200までの距離に応じた、台形波状の波形上のいずれかの値を示す信号となる。 (f) in FIG. 3 shows a case where the basic signal of the light emission control signal is a pulse-like signal with 3 taps and the same phase, and the basic signal of the exposure control signal is a trapezoidal wave-like signal with 3 taps and different phases. ing. In this case, the output signal becomes a signal indicating any value on the trapezoidal waveform depending on the distance to the target object 200 in each of the three taps.

次に、発光制御信号及び露光制御信号について、図4を参照しながら説明する。図4は、本実施の形態に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は信号強度を示す。 Next, the light emission control signal and the exposure control signal will be explained with reference to FIG. 4. FIG. 4 is a diagram showing an example of a light emission control signal and an exposure control signal according to this embodiment. The horizontal axis shows time, and the vertical axis shows signal strength.

図4の(a)は、第1タップ61aに対する露光制御信号であり、具体的には転送トランジスタ63aのゲート電極に供給されるゲート信号を示す。図4の(a)は、フォトダイオード62が露光し、かつ、第1タップ61aが電荷を蓄積するタイミング及び期間を示すとも言える。言い換えると、信号生成部20は、擬似乱数を用いて、フォトダイオード62の露光期間及び露光周期、並びに、第1タップ61aへの電荷の蓄積期間及び蓄積周期を変化させる。露光期間及び露光周期を露光態様とも記載する。 FIG. 4A shows an exposure control signal for the first tap 61a, specifically a gate signal supplied to the gate electrode of the transfer transistor 63a. It can also be said that (a) in FIG. 4 shows the timing and period during which the photodiode 62 is exposed and the first tap 61a accumulates charge. In other words, the signal generation unit 20 uses pseudo-random numbers to change the exposure period and exposure period of the photodiode 62, as well as the storage period and storage period of the charge to the first tap 61a. The exposure period and exposure cycle are also referred to as exposure mode.

図4の(b)は、第2タップ61bに対する露光制御信号であり、具体的には転送トランジスタ63bのゲート電極に供給されるゲート信号を示す。図4の(b)は、フォトダイオード62が露光し、かつ、第2タップ61bが電荷を蓄積するタイミング及び期間を示すとも言える。言い換えると、信号生成部20は、擬似乱数を用いて、フォトダイオード62の露光期間及び露光周期、並びに、第2タップ61bへの電荷の蓄積期間及び蓄積周期を変化させる。 FIG. 4B shows an exposure control signal for the second tap 61b, specifically a gate signal supplied to the gate electrode of the transfer transistor 63b. It can also be said that (b) in FIG. 4 shows the timing and period during which the photodiode 62 is exposed and the second tap 61b accumulates charge. In other words, the signal generation unit 20 uses pseudo-random numbers to change the exposure period and exposure period of the photodiode 62, as well as the storage period and storage period of the charge to the second tap 61b.

図4の(c)は、光源部40を制御するための発光制御信号であり、具体的には光源部40の発光素子に供給される信号を示す。図4の(c)は、光源部40が発光するタイミング及び発光期間を示すとも言える。言い換えると、信号生成部20は、擬似乱数を用いて、光源部40の発光期間及び発光周期を変化させる。発光期間及び発光周期を発光態様とも記載する。 FIG. 4C shows a light emission control signal for controlling the light source section 40, and specifically shows a signal supplied to the light emitting element of the light source section 40. It can also be said that (c) of FIG. 4 shows the timing and light emission period when the light source section 40 emits light. In other words, the signal generation section 20 changes the light emission period and light emission period of the light source section 40 using pseudo-random numbers. The light emission period and the light emission period are also referred to as the light emission mode.

図4の(a)~(c)に示す信号はそれぞれ、擬似乱数を用いた変調に基づく信号である。擬似乱数を用いて変調された信号は、複数の周波数を含む信号となる。複数の周波数を含むとは、所定期間内(例えば1フレーム内)に複数の発光期間及び複数の発光周期を含むことを意味する。なお、図4では、図4の(a)~(c)の対応する任意の3箇所を破線で示している。 The signals shown in (a) to (c) of FIG. 4 are signals based on modulation using pseudo-random numbers, respectively. A signal modulated using pseudo-random numbers becomes a signal including multiple frequencies. Including a plurality of frequencies means including a plurality of light emission periods and a plurality of light emission cycles within a predetermined period (for example, within one frame). Note that in FIG. 4, three arbitrary locations corresponding to (a) to (c) in FIG. 4 are indicated by broken lines.

図4の(a)及び(c)に示すように、第1タップ61aを制御する露光制御信号と光源部40を制御する発光制御信号とは、同一の信号である。つまり、第1タップ61aのオン、オフと光源部40のオン、オフとが同期しており、第1タップ61aは、光源部40が発光するとオンとなり、光源部40が消灯するとオフとなる。信号生成部20は、光源部40を制御する発光制御信号と同じ信号を用いて第1タップ61aを制御する。 As shown in FIGS. 4A and 4C, the exposure control signal that controls the first tap 61a and the light emission control signal that controls the light source section 40 are the same signal. That is, the on/off of the first tap 61a and the on/off of the light source section 40 are synchronized, and the first tap 61a is turned on when the light source section 40 emits light, and turned off when the light source section 40 is turned off. The signal generation section 20 controls the first tap 61a using the same signal as the light emission control signal that controls the light source section 40.

図4の(b)及び(c)に示すように、第2タップ61bを制御する露光制御信号と光源部40を制御する発光制御信号とは、オン、オフが反転した信号である。つまり、第2タップ61bは、光源部40が発光するとオフとなり、光源部40が消灯するとオンとなる。信号生成部20は、光源部40を制御する発光制御信号からオン、オフが反転した露光制御信号を用いて第2タップ61bを制御する。 As shown in FIGS. 4B and 4C, the exposure control signal that controls the second tap 61b and the light emission control signal that controls the light source section 40 are signals in which ON and OFF are inverted. That is, the second tap 61b is turned off when the light source section 40 emits light, and turned on when the light source section 40 is turned off. The signal generation section 20 controls the second tap 61b using an exposure control signal that is an inverted state of on/off from the light emission control signal that controls the light source section 40.

このような制御信号により光源部40及び受光部60が制御されることで、測距装置100から近い位置にある対象物200からの反射光により生成される電荷は主に第1タップ61aに蓄積され、測距装置100から遠い位置にある対象物200からの反射光により生成される電荷は主に第2タップ61bに蓄積される。 By controlling the light source section 40 and the light receiving section 60 with such a control signal, the charge generated by the reflected light from the object 200 located near the distance measuring device 100 is mainly accumulated in the first tap 61a. The charges generated by the reflected light from the object 200 located far from the distance measuring device 100 are mainly accumulated in the second tap 61b.

次に、検出信号及び距離の算出方法について、図5を参照しながら説明する。図5は、本実施の形態に係る検出信号及び距離の算出方法の一例を示す図である。図5に示す一点鎖線の枠は、測距装置100が測定対象とする距離範囲を示す。 Next, a method for calculating the detection signal and distance will be described with reference to FIG. 5. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a detection signal and distance calculation method according to the present embodiment. The dashed-dotted line frame shown in FIG. 5 indicates the distance range to be measured by the distance measuring device 100.

図5の(a)は、第1タップ61a及び第2タップ61bから出力される検出信号それぞれにおける、対象物200までの距離と、検出信号の信号強度との関係を示す図である。図5の(a)の横軸は距離を示しており、縦軸は信号強度(sensor output)を示す。また、図5の(a)に示す「tap1」は第1タップ61aからの検出信号を示しており、「tap2」は第2タップ61bからの検出信号を示している。図5の(a)に示す関係は、測距装置100を用いて距離ごとに対象物200を測定することで得られる。 (a) of FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the distance to the object 200 and the signal strength of the detection signal in each of the detection signals output from the first tap 61a and the second tap 61b. In FIG. 5(a), the horizontal axis indicates distance, and the vertical axis indicates signal strength (sensor output). Moreover, "tap1" shown in FIG. 5(a) indicates the detection signal from the first tap 61a, and "tap2" indicates the detection signal from the second tap 61b. The relationship shown in FIG. 5A is obtained by measuring the object 200 for each distance using the distance measuring device 100.

図5の(a)に示すように、第1タップ61a及び第2タップ61bからの検出信号はそれぞれ、距離「0」を基準に左右反転した形状を有する。 As shown in FIG. 5A, the detection signals from the first tap 61a and the second tap 61b each have a shape that is horizontally inverted with respect to the distance "0".

図5の(b)は、第1タップ61a及び第2タップ61bから出力される検出信号の信号強度の比と、対象物200までの距離との関係を示す図である。図5の(b)の横軸は距離を示しており、縦軸は信号強度の比(ratio)を示す。図5の(b)に示す信号強度の比と、対象物200までの距離との関係は、予め取得可能である。当該関係は、環境光の影響が除外されたものであってもよい。 FIG. 5B is a diagram showing the relationship between the signal strength ratio of the detection signals output from the first tap 61a and the second tap 61b and the distance to the target object 200. The horizontal axis in FIG. 5(b) indicates distance, and the vertical axis indicates the ratio of signal strengths. The relationship between the signal strength ratio and the distance to the target object 200 shown in FIG. 5(b) can be obtained in advance. The relationship may be such that the influence of environmental light is excluded.

図5の(b)に示す左右方向の破線は、対象物200までの距離を測定したときに得られる1つの比を示している。一点鎖線の枠内における、検出信号の比(破線)と、比及び距離の関係を示すグラフ(実線)との交点が対象物200までの距離となる。 The broken line in the left-right direction shown in FIG. 5(b) indicates one ratio obtained when the distance to the target object 200 is measured. The distance to the target object 200 is the intersection of the detection signal ratio (broken line) and the graph showing the relationship between the ratio and distance (solid line) within the dashed-dotted line frame.

[1-2.測距装置の動作]
続いて、上記のように構成される測距装置100の動作について、図6を参照しながら説明する。図6は、本実施の形態に係る測距装置100の動作(測距方法)を示すフローチャートである。
[1-2. Operation of distance measuring device]
Next, the operation of the distance measuring device 100 configured as described above will be explained with reference to FIG. 6. FIG. 6 is a flowchart showing the operation (distance measuring method) of the distance measuring device 100 according to the present embodiment.

図6に示すように、信号生成部20は、基本信号と変調信号(DSSS)とから、発光制御信号及び露光制御信号を生成する(S11)。信号生成部20は、発光制御信号を光源制御部30に出力し、露光制御信号を受光制御部50に出力する。 As shown in FIG. 6, the signal generation unit 20 generates a light emission control signal and an exposure control signal from the basic signal and the modulation signal (DSSS) (S11). The signal generation section 20 outputs a light emission control signal to the light source control section 30 and an exposure control signal to the light reception control section 50.

次に、光源制御部30は、発光制御信号に基づいて、光源部40を発光させる(S12)。ステップS12では、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えた発光制御信号に基づいて、光源部40の発光態様が制御される。これにより、光源部40から発光周期及び発光期間がランダムな光が出射される。 Next, the light source control section 30 causes the light source section 40 to emit light based on the light emission control signal (S12). In step S12, the light emission mode of the light source section 40 is controlled based on a light emission control signal obtained by adding modulation using a pseudorandom number to a basic signal. As a result, light with random light emission periods and light emission periods is emitted from the light source section 40.

次に、受光制御部50は、露光制御信号に基づいて受光部60を制御することで、反射光を受光させる(S13)。露光制御信号には、第1タップ61aを制御するための制御信号と、第2タップ61bを制御するための制御信号とが含まれ、受光制御部50は、露光制御信号に基づいて、第1タップ61a及び第2タップ61bのオン、オフを制御する。 Next, the light reception control section 50 controls the light reception section 60 based on the exposure control signal to receive the reflected light (S13). The exposure control signal includes a control signal for controlling the first tap 61a and a control signal for controlling the second tap 61b. Controls on/off of the tap 61a and the second tap 61b.

ステップS13では、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えた露光制御信号に基づいて、受光部60の露光態様が制御される。具体的には、ステップS13では、フォトダイオード62の露光態様、並びに、第1タップ61a及び第2タップ61bへの電荷の振り分けが制御される。ステップS13では、第1タップ61a及び第2タップ61bに対応する露光タイミングが制御されるとも言える。また、測距装置が第3タップを備える場合、ステップS13では、第1タップ61a、第2タップ61b及び第3タップに対応する露光タイミングが制御されるとも言える。 In step S13, the exposure mode of the light receiving section 60 is controlled based on an exposure control signal obtained by adding modulation using a pseudorandom number to the basic signal. Specifically, in step S13, the exposure mode of the photodiode 62 and the distribution of charges to the first tap 61a and the second tap 61b are controlled. It can also be said that in step S13, the exposure timings corresponding to the first tap 61a and the second tap 61b are controlled. Furthermore, when the distance measuring device includes a third tap, it can be said that in step S13, the exposure timings corresponding to the first tap 61a, the second tap 61b, and the third tap are controlled.

そして、受光制御部50は、所定期間(例えば、予め定められた1フレーム期間)の露光が終わると、第1タップ61aに蓄積された電荷量に応じた検出信号、及び、第2タップ61bに蓄積された電荷量に応じた検出信号をそれぞれ信号処理部70に出力させる。 Then, when the exposure for a predetermined period (for example, one predetermined frame period) is completed, the light reception control section 50 sends a detection signal corresponding to the amount of charge accumulated in the first tap 61a and a detection signal to the second tap 61b. The signal processing unit 70 outputs a detection signal corresponding to the amount of accumulated charge.

次に、信号処理部70は、2つの検出信号を用いた比に基づいて対象物200までの距離を算出する(S14)。これにより、測距装置100は、対象物200までの距離を得ることができる。 Next, the signal processing unit 70 calculates the distance to the target object 200 based on the ratio using the two detection signals (S14). Thereby, the distance measuring device 100 can obtain the distance to the target object 200.

[1-3.実験結果]
続いて、測距装置100のノイズ耐性(外乱光の影響の受け難さ)について、図7A~図9を参照しながら説明する。図7Aは、距離の測定結果の比較を示す第1図である。図7Bは、距離の測定結果の比較を示す第2図である。図7A及び図7Bは、比較例の測距装置と、本実施の形態に係る測距装置100とで、対象物200を測定した結果を示す。対象物200は、測距装置100から約60cmの位置に置かれた板状の第1対象物と、第1対象物の上方であって測距装置100から約90cmの位置に置かれた板状の第2対象物とを測定した結果を示している。図7Aは、距離画像を示し、図7Bは、図7Aに示す直線に含まれる画素61ごとの距離測定結果を示す。また、図7A及び図7Bでは、高周波ノイズとして、100MHzの外乱光を出射した場合(with noise)と、100MHzの外乱光を出射していない場合(w/o noise)とで実験を行っている。
[1-3. Experimental result]
Next, noise resistance (susceptibility to disturbance light) of the distance measuring device 100 will be explained with reference to FIGS. 7A to 9. FIG. 7A is a first diagram showing a comparison of distance measurement results. FIG. 7B is a second diagram showing a comparison of distance measurement results. 7A and 7B show the results of measuring the target object 200 using the distance measuring device of the comparative example and the distance measuring device 100 according to the present embodiment. The objects 200 include a plate-shaped first object placed approximately 60 cm from the distance measuring device 100 and a plate placed above the first object and approximately 90 cm from the distance measuring device 100. The figure shows the results of measuring a second target object. 7A shows a distance image, and FIG. 7B shows a distance measurement result for each pixel 61 included in the straight line shown in FIG. 7A. In addition, in FIGS. 7A and 7B, experiments are conducted with a case in which a 100 MHz disturbance light is emitted as high-frequency noise (with noise) and a case in which a 100 MHz disturbance light is not emitted (w/o noise). .

なお、比較例の測距装置は、一定間隔でパルス光を出射する3タップ方式の測距装置(TOFカメラ)である。つまり、比較例の測距装置は、擬似乱数を用いた変調を行わず、基本信号をそのまま用いて光源部及び受光部を制御する測距装置である。 Note that the distance measuring device of the comparative example is a three-tap distance measuring device (TOF camera) that emits pulsed light at regular intervals. In other words, the distance measuring device of the comparative example is a distance measuring device that does not perform modulation using pseudo-random numbers and uses the basic signal as it is to control the light source section and the light receiving section.

図7Aの(a)及び(b)と、図7Bとに示すように、高周波ノイズを発生させていない場合、比較例の測距装置と測距装置100とで同様の結果となっている。 As shown in (a) and (b) of FIG. 7A and FIG. 7B, when high frequency noise is not generated, the distance measuring device of the comparative example and the distance measuring device 100 have similar results.

図7Aの(c)及び(d)と、図7Bとに示すように、高周波ノイズを発生させている場合、比較例の測距装置では、特に第1対象物までの距離が大きくズレているが、測距装置100では、高周波ノイズを発生させていない場合と同様の結果となっている。つまり、測距装置100は、高周波ノイズの影響を受けにくい。 As shown in FIGS. 7A (c) and (d) and FIG. 7B, when high-frequency noise is generated, the distance to the first object is particularly deviated greatly in the distance measuring device of the comparative example. However, in the distance measuring device 100, the results are similar to those obtained when high frequency noise is not generated. In other words, the distance measuring device 100 is not easily affected by high frequency noise.

次に、高周波ノイズを与えた場合の距離算出のシミュレーション結果について、図8及び図9を参照しながら説明する。図8は、比較例の測距装置の測定結果を示す図である。図9は、本実施の形態に係る測距装置100の測定結果を示す図である。図8及び図9では、高周波ノイズとして、100MHzの外乱光を出射した場合の測定結果を示す。 Next, simulation results of distance calculation when high frequency noise is applied will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 8 is a diagram showing measurement results of a distance measuring device of a comparative example. FIG. 9 is a diagram showing measurement results of distance measuring device 100 according to this embodiment. FIGS. 8 and 9 show measurement results when 100 MHz disturbance light is emitted as high-frequency noise.

図8の(a)は、横軸が遅延時間(例えば、距離に相当)を示しており、縦軸が反射光(又は外乱光)の明るさ(例えば、信号強度に相当)を示している。図8の(a)に示す「tap0」は、環境光の明るさと、遅延時間との関係を示しており、「tap1」及び「tap2」は、反射光を含む光の明るさと遅延時間との関係を示している。図8の(a)に示す明るさと遅延時間との関係、つまり信号強度と、対象物200までの距離との関係は、測定により取得可能である。また、図8の(b)は、反射光を含む光により生成された電荷を蓄積するタップからの2つの検出信号それぞれから、環境光により生成された電荷を蓄積するタップからの検出信号を減算し、減算された当該2つの検出信号の比をとったグラフを示す。また、遅延時間は、光の飛行時間と同義である。 In (a) of FIG. 8, the horizontal axis shows the delay time (e.g., equivalent to distance), and the vertical axis shows the brightness of reflected light (or disturbance light) (e.g., equivalent to signal strength). . "tap0" shown in (a) of FIG. 8 shows the relationship between the brightness of environmental light and the delay time, and "tap1" and "tap2" show the relationship between the brightness of light including reflected light and the delay time. It shows a relationship. The relationship between brightness and delay time shown in FIG. 8(a), that is, the relationship between signal strength and distance to target object 200, can be obtained by measurement. In addition, in (b) of FIG. 8, the detection signal from the tap that accumulates charges generated by ambient light is subtracted from each of the two detection signals from the taps that accumulate charges generated by light including reflected light. A graph showing the ratio of the two subtracted detection signals is shown. Further, the delay time is synonymous with the flight time of light.

図8の(a)に示すように、比較例の測距装置では、各信号が波打っており、その結果、図8の(b)に示すように比のグラフも波打っている(例えば、図8の(b)に示す枠内を参照)。これは、比較例の測距装置の測定結果が、高周波ノイズの影響を受けていることを示している。このような場合、正確な距離を測定することが困難である。 As shown in FIG. 8(a), in the distance measuring device of the comparative example, each signal is wavy, and as a result, the ratio graph is also wavy as shown in FIG. 8(b) (for example, , see the frame shown in FIG. 8(b)). This indicates that the measurement results of the distance measuring device of the comparative example are affected by high frequency noise. In such cases, it is difficult to measure accurate distances.

一方、測距装置100は、図9の(a)に示すように信号が波打っておらず、その結果、図9の(b)に示すように比のグラフも波打っておらず、直線状である(例えば、図9の(b)に示す枠内を参照)。これは、本実施の形態に係る測距装置100の測定結果が、高周波ノイズの影響をあまり受けていないことを示している。このような場合、正確な距離を測定することができる。 On the other hand, in the distance measuring device 100, the signal is not wavy as shown in FIG. 9(a), and as a result, the ratio graph is not wavy as shown in FIG. (For example, see the frame shown in FIG. 9(b)). This indicates that the measurement results of distance measuring device 100 according to this embodiment are not significantly affected by high frequency noise. In such cases, accurate distance measurements can be made.

なお、図9の(a)に示す「tap0」は第1タップ61aを示し、「tap1」は第2タップ61bを示す。 Note that "tap0" shown in FIG. 9(a) indicates the first tap 61a, and "tap1" indicates the second tap 61b.

(実施の形態1の変形例)
以下、本変形例に係る測距装置について、図10~図12を参照しながら説明する。本変形例では、周波数(周波数帯)の異なる複数の信号を多重化することにより、制御信号を生成する例について説明する。以下では、3つの信号を多重化する例について説明するが、多重化される信号の数は2以上であればよい。なお、TOF方式の測距において、制御信号の周波数を高くすると、測定レンジが狭くなり距離の精度が高くなる傾向があり、周波数を低くすると、測定レンジが広くなり距離の精度が低くなる傾向がある。
(Modification of Embodiment 1)
The distance measuring device according to this modification will be described below with reference to FIGS. 10 to 12. In this modification, an example will be described in which a control signal is generated by multiplexing a plurality of signals with different frequencies (frequency bands). An example in which three signals are multiplexed will be described below, but the number of signals to be multiplexed may be two or more. In addition, in distance measurement using the TOF method, increasing the frequency of the control signal tends to narrow the measurement range and increase the accuracy of distance, while decreasing the frequency tends to widen the measurement range and decrease accuracy of distance. be.

本変形例に係る測距装置の構成は、画素以外は実施の形態1に係る測距装置100と同じであってもよく、以下では画素以外は測距装置100の符号を用いて説明する。 The configuration of the distance measuring device according to this modification may be the same as the distance measuring device 100 according to Embodiment 1 except for the pixels, and hereinafter, the components other than the pixels will be described using the reference numerals of the distance measuring device 100.

図10は、本変形例に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing an example of a light emission control signal and an exposure control signal according to this modification.

図10に示すように、発光制御信号は、複数の発光期間及び複数の発光周期を含む第1周波数の信号である第1信号(破線)、複数の発光期間及び複数の発光周期を含む第2周波数の信号である第2信号(実線)、及び、複数の発光期間及び複数の発光周期を含む第3周波数の信号である第3信号(一点鎖線)が時間的に多重化されて生成される。第1信号、第2信号及び第3信号に含まれる複数の発光期間及び複数の発光周期は、互いに異なる発光期間及び発光周期を含んでおり、発光制御信号における第1信号、第2信号及び第3信号は互いに異なる信号である。 As shown in FIG. 10, the light emission control signal includes a first signal (dashed line) which is a signal of a first frequency including a plurality of light emission periods and a plurality of light emission cycles, a second signal including a plurality of light emission periods and a plurality of light emission cycles. A second signal (solid line), which is a frequency signal, and a third signal (dotted chain line), which is a third frequency signal including a plurality of light emission periods and a plurality of light emission periods, are temporally multiplexed and generated. . The plurality of light emission periods and the plurality of light emission cycles included in the first signal, second signal, and third signal include mutually different light emission periods and light emission cycles, and the first signal, second signal, and light emission period in the light emission control signal are different from each other. The three signals are mutually different signals.

また、図10に示すように、露光制御信号は、複数の露光期間及び複数の露光周期を含む第1周波数の信号である第1信号(破線)、複数の露光期間及び複数の露光周期を含む第2周波数の信号である第2信号(実線)、及び、複数の露光期間及び複数の露光周期を含む第3周波数の信号である第3信号(一点鎖線)が時間的に多重化されて生成される。第1信号、第2信号及び第3信号に含まれる複数の露光期間及び複数の露光周期は、互いに異なる露光期間及び露光周期を含んでおり、露光制御信号における第1信号、第2信号及び第3信号は互いに異なる信号である。 Further, as shown in FIG. 10, the exposure control signal includes a first signal (dashed line) which is a signal of a first frequency including a plurality of exposure periods and a plurality of exposure cycles; A second signal (solid line), which is a signal at the second frequency, and a third signal (dotted chain line), which is a signal at the third frequency including multiple exposure periods and multiple exposure cycles, are temporally multiplexed and generated. be done. The plurality of exposure periods and the plurality of exposure periods included in the first signal, the second signal, and the third signal include mutually different exposure periods and exposure periods, and the first signal, the second signal, and the plurality of exposure periods in the exposure control signal The three signals are mutually different signals.

なお、露光制御信号における第1信号は、発光制御信号における第1信号に基づく信号であり、第1の受光信号の一例である。また、露光制御信号における第2信号は、発光制御信号における第2信号に基づく信号であり、第2の受光信号の一例である。また、露光制御信号における第3信号は、発光制御信号における第3信号に基づく信号であり、第3の受光信号の一例である。 Note that the first signal in the exposure control signal is a signal based on the first signal in the light emission control signal, and is an example of the first light reception signal. Further, the second signal in the exposure control signal is a signal based on the second signal in the light emission control signal, and is an example of the second light reception signal. Further, the third signal in the exposure control signal is a signal based on the third signal in the light emission control signal, and is an example of the third light reception signal.

図10の例では、第1周波数、第2周波数及び第3周波数の順に周波数が低くなる例を示しているが、周波数の並びはこれに限定されない。また、多重化とは、1つ目の信号の後に2つ目の信号を時間的につなげることを意味する。また、図10の例では、発光制御信号と露光制御信号とは、位相がズレた信号である。 Although the example of FIG. 10 shows an example in which the frequencies decrease in the order of the first frequency, the second frequency, and the third frequency, the order of the frequencies is not limited to this. Moreover, multiplexing means temporally connecting a second signal after a first signal. Furthermore, in the example of FIG. 10, the light emission control signal and the exposure control signal are signals whose phases are shifted.

第1信号、第2信号及び第3信号のそれぞれは、擬似乱数で変調された信号である。信号生成部20は、例えば、第1基本信号に第1擬似乱数(第1変調信号)を用いて変調を加えた第1信号と、第2基本信号に第1擬似乱数と異なる第2擬似乱数(第2変調信号)を用いて変調を加えた第2信号と、第3基本信号に第1擬似乱数及び第2擬似乱数と異なる第3擬似乱数(第3変調信号)を用いて変調を加えた第3信号とを生成する。なお、第1基本信号~第3基本信号は、同一の信号であってもよいし、互いに異なる信号であってもよい。 Each of the first signal, second signal, and third signal is a signal modulated with a pseudo-random number. For example, the signal generation unit 20 generates a first signal obtained by modulating a first basic signal using a first pseudorandom number (first modulation signal), and a second pseudorandom number different from the first pseudorandom number as a second basic signal. (second modulation signal), and the third basic signal is modulated using a third pseudo-random number (third modulation signal) that is different from the first pseudo-random number and the second pseudo-random number. and a third signal. Note that the first to third basic signals may be the same signal or may be different signals.

このような第1信号、第2信号及び第3信号は、互いに無相関な信号である。言い換えると、第1信号、第2信号及び第3信号のそれぞれは、発光周期又は露光周期、及び、発光期間又は露光期間が互いに異なる信号である。そのため、第1信号、第2信号及び第3信号を用いて測距する場合、互いの光による混信が生じにくい。つまり、第1信号、第2信号及び第3信号を多重化しても、距離の測定への影響は少ない。なお、擬似乱数を用いた変調を行っていない場合、例えば、第1信号が第2信号の露光に影響を与えてしまうので、正確な距離を測定することが困難である。 The first signal, second signal, and third signal are mutually uncorrelated signals. In other words, the first signal, the second signal, and the third signal are signals that have different light emission periods or exposure periods, and different light emission periods or exposure periods. Therefore, when distance measurement is performed using the first signal, second signal, and third signal, interference due to mutual light is less likely to occur. That is, even if the first signal, second signal, and third signal are multiplexed, there is little effect on distance measurement. Note that if modulation using pseudo-random numbers is not performed, for example, the first signal will affect the exposure of the second signal, making it difficult to accurately measure the distance.

そのため、時間t1~t2の間において、発光制御信号は第2信号であり、露光制御信号は第1信号であるが信号同士に相関関係がないので、光源部40の発光が受光部60の受光に与える影響は少ない。時間t3~t4の間においても同様である。また、時間t1以前、時間t2~t3の間、時間t4以降において、発光制御信号及び露光制御信号は同じ周波数の信号(例えば、同じ波形の信号)であるので、光源部40の発光による反射光を受光部60が受光することができる。 Therefore, between time t1 and t2, the light emission control signal is the second signal and the exposure control signal is the first signal, but since there is no correlation between the signals, the light emission from the light source unit 40 is the light reception by the light reception unit 60. There is little impact on The same holds true between times t3 and t4. In addition, since the light emission control signal and the exposure control signal are signals of the same frequency (for example, signals of the same waveform) before time t1, between time t2 and t3, and after time t4, the reflected light due to light emission from the light source section 40 The light receiving unit 60 can receive the light.

このように、本変形例に係る測距装置では、基本信号と擬似乱数とにより生成された複数の信号を時間方向に多重化することで、任意の発光及び露光を実現することができる。また、信号を多重化することにより、マルチパス問題の解消、光通信への利用も可能となる。また、従来であれば複数の周波数の信号による測定を周波数ごとに行っているが、本変形例のようにランダム符号化された信号を多重化することにより、複数の周波数の信号での測定結果を1回の測定で取得することができる。 In this manner, in the distance measuring device according to the present modification, arbitrary light emission and exposure can be realized by multiplexing a plurality of signals generated from the basic signal and pseudo-random numbers in the time direction. Furthermore, by multiplexing signals, it becomes possible to solve the multipath problem and use it for optical communication. In addition, conventionally, measurements using signals of multiple frequencies are performed for each frequency, but by multiplexing randomly encoded signals as in this modification, measurement results using signals of multiple frequencies can be obtained. can be obtained in one measurement.

なお、本明細書において、「無相関」及び「相関関係がない」との表現は、相関関係が全くないことに限定されず、実質的に相関関係がない、及び、所定以下の小さな相関関係を有することも含まれる。 In addition, in this specification, the expressions "no correlation" and "no correlation" are not limited to no correlation at all, but include substantially no correlation and a small correlation below a predetermined value. It also includes having.

信号処理部70において、第1信号、第2信号及び第3信号のそれぞれに対して評価(距離の算出)が行われることで、広い測定レンジを高精度で同時に測定することができる。 In the signal processing unit 70, evaluation (distance calculation) is performed for each of the first signal, second signal, and third signal, so that a wide measurement range can be measured simultaneously with high precision.

なお、図10の露光制御信号は、以下に示す2つのタップのうちの一方のタップの制御信号を示しており、他方のタップの制御信号は、当該一方のタップの制御信号のオン、オフを反転した信号となる。 Note that the exposure control signal in FIG. 10 indicates the control signal for one of the two taps shown below, and the control signal for the other tap turns on or off the control signal for the one tap. It becomes an inverted signal.

本変形例に係る受光部60の画素の回路構成は、実施の形態1の受光部60の画素61の回路構成と同様であり、説明を省略する。なお、画素61は、さらにフォトダイオード62に接続される第3タップ(図示しないが、例えば、図13に示す第3タップ61c)を有していてもよい。第3タップは、例えば、太陽光、照明光等の定常な環境光(大域光)による電荷を蓄積するためのタップである。 The circuit configuration of the pixel of the light receiving section 60 according to this modification is the same as the circuit configuration of the pixel 61 of the light receiving section 60 of Embodiment 1, and a description thereof will be omitted. Note that the pixel 61 may further include a third tap (not shown, but for example, the third tap 61c shown in FIG. 13) connected to the photodiode 62. The third tap is, for example, a tap for accumulating charges caused by constant environmental light (global light) such as sunlight and illumination light.

画素61は、回路構成として、1つのフォトダイオード62で発生した電荷が第1タップ61a及び第2タップ61bのいずれかに振り分けられるように構成される。例えば、図10に示す露光制御信号における第1信号~第3信号によりフォトダイオード62で発生した電荷が第1タップ61a及び第2タップ61bの一方に蓄積され、図10に示す露光制御信号における第1信号~第3信号が反転した信号によりフォトダイオード62で発生した電荷が第1タップ61a及び第2タップ61bの他方に蓄積される。 The pixel 61 has a circuit configuration such that charges generated in one photodiode 62 are distributed to either the first tap 61a or the second tap 61b. For example, charges generated in the photodiode 62 by the first to third signals in the exposure control signal shown in FIG. 10 are accumulated in one of the first tap 61a and the second tap 61b, and Charges generated in the photodiode 62 by signals obtained by inverting the first to third signals are accumulated in the other of the first tap 61a and the second tap 61b.

そして、第1タップ61a及び第2タップ61bに蓄積された電荷量に応じた検出信号が、別々に信号処理部70に出力される。 Then, detection signals corresponding to the amount of charge accumulated in the first tap 61a and the second tap 61b are separately output to the signal processing section 70.

画素61は、さらにフォトダイオード62に接続され、定常な環境光による電荷を蓄積するためのタップを有していてもよい。 Pixel 61 may further have a tap connected to photodiode 62 to store charge due to constant ambient light.

上記のように構成される測距装置の動作について、図11を参照しながら説明する。図11は、本変形例に係る測距装置の動作(測距方法)を示すフローチャートである。 The operation of the distance measuring device configured as described above will be explained with reference to FIG. 11. FIG. 11 is a flowchart showing the operation (distance measuring method) of the distance measuring device according to this modification.

図11に示すように、信号生成部20は、基本信号と複数の変調信号(DSSS)とから、多重化した発光制御信号及び露光制御信号を生成する(S21)。信号生成部20は、例えば、図10に示すような発光制御信号及び露光制御信号を生成する。信号生成部20は、発光制御信号を光源制御部30に出力し、露光制御信号を受光制御部50に出力する。 As shown in FIG. 11, the signal generation unit 20 generates a multiplexed light emission control signal and exposure control signal from the basic signal and a plurality of modulation signals (DSSS) (S21). The signal generation unit 20 generates, for example, a light emission control signal and an exposure control signal as shown in FIG. The signal generation section 20 outputs a light emission control signal to the light source control section 30 and an exposure control signal to the light reception control section 50.

次に、光源制御部30は、発光制御信号に基づいて、光源部40を発光させる(S22)。これにより、光源部40から発光周期及び発光期間が互いにランダムな第1信号、第2信号及び第3信号のそれぞれに対応する光が出射される。 Next, the light source control section 30 causes the light source section 40 to emit light based on the light emission control signal (S22). Thereby, light corresponding to each of the first signal, second signal, and third signal whose light emission period and light emission period are random is emitted from the light source section 40.

次に、受光制御部50は、露光制御信号に基づいて受光部60を制御することで、変調された信号ごとに反射光を受光させる(S23)。露光制御信号には、第1タップ61a及び第2タップ61bを制御するための信号が含まれ、受光制御部50は、露光制御信号に基づいて、第1タップ61a及び第2タップ61bのオン、オフを独立して制御する。なお、受光制御部50は、例えば、第1タップ61a及び第2タップ61bにおいて、2つのタップが同時にオンしないように制御してもよい。ステップS23では、第1タップ61a及び第2タップ61bに対応する露光タイミングが制御されるとも言える。 Next, the light reception control section 50 controls the light reception section 60 based on the exposure control signal to receive reflected light for each modulated signal (S23). The exposure control signal includes a signal for controlling the first tap 61a and the second tap 61b, and the light reception control unit 50 turns on the first tap 61a and the second tap 61b based on the exposure control signal. Control off independently. Note that the light reception control unit 50 may control, for example, the first tap 61a and the second tap 61b so that the two taps are not turned on at the same time. It can also be said that in step S23, the exposure timings corresponding to the first tap 61a and the second tap 61b are controlled.

そして、受光制御部50は、所定期間(例えば、予め定められた1フレーム期間)の露光が終わると、第1タップ61a及び第2タップ61bのそれぞれに蓄積された電荷量に応じた検出信号を、別々に信号処理部70に出力させる。 Then, when the exposure for a predetermined period (for example, one predetermined frame period) is completed, the light reception control section 50 outputs a detection signal according to the amount of charge accumulated in each of the first tap 61a and the second tap 61b. , are separately output to the signal processing section 70.

次に、信号処理部70は、変調された信号ごとに対象物200までの距離を算出する(S24)。信号処理部70は、第1タップ61a及び第2タップ61bのそれぞれの検出信号に基づいて、対象物200までの距離を算出する。 Next, the signal processing unit 70 calculates the distance to the target object 200 for each modulated signal (S24). The signal processing unit 70 calculates the distance to the target object 200 based on the detection signals of the first tap 61a and the second tap 61b.

図12は、本変形例に係る測距装置の測定結果を示す図である。図12は、高周波ノイズとして、100MHzの外乱光を出射していない場合の測定結果を示す。図12の(a)は、横軸が遅延時間(例えば、距離に相当)を示し、縦軸が反射光の明るさ(例えば、信号強度に相当)を示す。図12の(a)では、第1タップ61aから取得した検出信号と遅延時間との関係を実線(tap0)で示し、第2タップ61bから取得した検出信号と遅延時間との関係を破線(tap1)で示している。 FIG. 12 is a diagram showing measurement results of the distance measuring device according to this modification. FIG. 12 shows measurement results when 100 MHz disturbance light is not emitted as high-frequency noise. In (a) of FIG. 12, the horizontal axis indicates delay time (e.g., corresponds to distance), and the vertical axis indicates brightness of reflected light (e.g., corresponds to signal strength). In (a) of FIG. 12, the relationship between the detection signal obtained from the first tap 61a and the delay time is shown by the solid line (tap0), and the relationship between the detection signal obtained from the second tap 61b and the delay time is shown by the broken line (tap1). ).

また、図12の(b)の実線(「multiplex」)は、図12の(a)のtap0とtap1との比を取ったものであり、この値が光源信号(光源制御信号)と、検出信号とのズレ、すなわち距離を表している。なお、図12の(b)中の3つの破線等(「sequence1」から「sequence3」)は、図10の第1信号から第3信号までに対応するものであり、仮に多重化されなかった場合に計算される比の値である。 In addition, the solid line (“multiplex”) in FIG. 12(b) is the ratio of tap0 and tap1 in FIG. 12(a), and this value is the light source signal (light source control signal) and the detection It represents the deviation from the signal, that is, the distance. Note that the three broken lines ("sequence 1" to "sequence 3") in FIG. 12(b) correspond to the first signal to the third signal in FIG. 10, and if they were not multiplexed, is the value of the ratio calculated.

図12の(b)に示すように、「sequence1」から「sequence3」に変化するに伴い、信号のズレの有効範囲(0以上の比の範囲)が拡大していることが分かる。これに対して、図12の(b)実線に示すように、中心付近(遅延時間0nsec)から遅延時間がプラスに向かうときの傾きが急であるので、多重化前の「sequence1」から「sequence3」に比べて、距離分解能が高く、その結果、測距装置の測定精度が高いことがわかる。 As shown in FIG. 12(b), it can be seen that as the sequence changes from "sequence 1" to "sequence 3", the effective range of signal deviation (range of ratios of 0 or more) expands. On the other hand, as shown by the solid line in FIG. 12 (b), the slope when the delay time goes positive from near the center (delay time 0 nsec) is steep, so the difference between "sequence 1" and "sequence 3" before multiplexing is It can be seen that the distance resolution is higher than that of ``, and as a result, the measurement accuracy of the distance measuring device is high.

また、図12の(a)及び(b)に示すように、測定レンジも第1信号のみを用いた「sequence1」の場合に比べて拡大している。 Furthermore, as shown in FIGS. 12(a) and 12(b), the measurement range is also expanded compared to the case of "sequence 1" using only the first signal.

このように、本変形例に係る測距装置では、周波数(周波数帯)が異なる複数の信号を多重化し、多重化された信号に基づいて発光及び露光を制御することで、距離の測定精度の向上及び測定レンジの拡大を両立することができる。 In this way, the distance measuring device according to this modification multiplexes multiple signals with different frequencies (frequency bands) and controls light emission and exposure based on the multiplexed signals, thereby improving the accuracy of distance measurement. It is possible to achieve both improvement and expansion of the measurement range.

また、本変形例に係る測距装置を、TOF信号の識別に利用することもできる。測距装置は、例えば、他の測距装置から出射された測距のための光(外乱光)を受光し、受光した光に基づいて、当該光の出射を制御する発光制御信号の生成に、どの擬似乱数系列が用いられたかを特定する。他の測距装置で用いられる擬似乱数系列は、例えば、本変形例に係る測距装置で用いられるM系列でシードが異なるものであってもよいし、M系列とは異なる系列であってもよい。 Furthermore, the distance measuring device according to this modification can also be used to identify TOF signals. For example, the distance measurement device receives light for distance measurement (disturbance light) emitted from another distance measurement device, and generates a light emission control signal to control the emission of the light based on the received light. , to identify which pseudorandom number sequence was used. The pseudo-random number sequence used in another ranging device may be, for example, the M sequence used in the ranging device according to this modification with a different seed, or may be a sequence different from the M sequence. good.

そして、測距装置は、擬似乱数系列、及び、製品の種別、メーカ等が対応付けられたテーブルと、特定された擬似乱数系列とに基づいて、他の装置の種別、メーカ等を特定することができる。つまり、信号処理部70は、特定された擬似乱数から他の測距装置を識別することができる。なお、測距装置と他の測距装置とは、例えば、同じ空間内に配置されていてもよいし、互いに異なる空間に配置されていてもよい。 The distance measuring device then identifies the type, manufacturer, etc. of the other device based on the pseudo-random number series and the table in which product types, manufacturers, etc. are associated with each other, and the identified pseudo-random number series. Can be done. In other words, the signal processing unit 70 can identify other ranging devices from the identified pseudo-random numbers. Note that the distance measuring device and another distance measuring device may be placed in the same space, or may be placed in different spaces, for example.

(実施の形態2)
以下、本実施の形態に係る測距装置について、図13~図18を参照しながら説明する。本実施の形態では、3タップ方式の測距装置に、ガロア体GF(q)を用いたランダム符号化を適用する例について説明する。ガロア体とは、要素数が有限の集合であり、有限体とも称される。GF(q)は、計算結果に対してmod qを計算することで生成される。なお、「q」は位数である。
(Embodiment 2)
The distance measuring device according to this embodiment will be described below with reference to FIGS. 13 to 18. In this embodiment, an example will be described in which random encoding using Galois field GF(q) is applied to a 3-tap distance measuring device. A Galois field is a set with a finite number of elements, and is also called a finite field. GF(q) is generated by calculating mod q for the calculation result. Note that "q" is the order.

[2-1.測距装置の構成]
本実施の形態に係る測距装置の構成は、画素以外は実施の形態1に係る測距装置100と同じであってもよく、以下では画素以外は測距装置100の符号を用いて説明する。図13は、本実施の形態に係る受光部60の画素161の回路構成の一部を示す図である。
[2-1. Configuration of ranging device]
The configuration of the distance measuring device according to this embodiment may be the same as the distance measuring device 100 according to Embodiment 1 except for the pixels, and the components other than the pixels will be described using the reference numerals of the distance measuring device 100 below. . FIG. 13 is a diagram showing a part of the circuit configuration of the pixel 161 of the light receiving section 60 according to this embodiment.

図13に示すように、受光部60の画素161は、回路構成として、フォトダイオード62と、第1タップ61aと、第2タップ61bと、第3タップ61cとを有する。画素161は、1つのフォトダイオード62で発生した電荷が第1タップ61a、第2タップ61b及び第3タップ61cに振り分けられるように構成される。そして、第1タップ61a第2タップ61b及び第3タップ61cに蓄積された電荷量に応じた検出信号のそれぞれが、別々に信号処理部70に出力される。 As shown in FIG. 13, the pixel 161 of the light receiving section 60 has a photodiode 62, a first tap 61a, a second tap 61b, and a third tap 61c as a circuit configuration. The pixel 161 is configured such that charges generated in one photodiode 62 are distributed to a first tap 61a, a second tap 61b, and a third tap 61c. Then, each of the detection signals corresponding to the amount of charge accumulated in the first tap 61a, second tap 61b, and third tap 61c is output to the signal processing section 70 separately.

第3タップ61cは、転送トランジスタ63cと、FD部64cとを有する。 The third tap 61c includes a transfer transistor 63c and an FD section 64c.

また、本実施の形態では、信号生成部20は、擬似乱数を用いた変調としてガロア体を用いた変調を用いて基本信号を変調する。信号生成部20は、例えば、ガロア体を用いた変調において、3つの要素のガロア体GF(3)を用いて基本信号を変調する。つまり、ガロア体の位数qは、測距装置のタップ数と同じ数である。この場合、擬似乱数として、3つの要素のガロア体GF(3)における擬似乱数が用いられる。また、本実施の形態では、基本信号として「single ramp」と呼ばれる信号(図3の(c)を参照)を用いるが、これに限定されない。 Further, in this embodiment, the signal generation unit 20 modulates the basic signal using modulation using a Galois field as modulation using pseudo-random numbers. For example, in modulation using a Galois field, the signal generation unit 20 modulates the basic signal using a Galois field GF(3) of three elements. That is, the order q of the Galois field is the same number as the number of taps of the distance measuring device. In this case, a pseudorandom number in a Galois field GF(3) of three elements is used as the pseudorandom number. Further, in this embodiment, a signal called "single ramp" (see (c) in FIG. 3) is used as the basic signal, but the present invention is not limited to this.

なお、ガロア体GF(q)の位数qは、測距装置のタップ数より大きい値であってもよい。例えば、ガロア体として、例えばガロア体GF(5)等が用いられてもよい。ガロア体GF(3)を3タップ方式に用いる場合、3タップのそれぞれにおいて、オン、オフ及び遷移部分の出現確率は1/3となる。オンは一期間の全てがオンとなる第1状態であり、オフは一期間の全てがオフとなる第2状態であり、遷移部分は、一期間内においてオン及びオフが一方から他方へ切り替わる第3状態(移行状態)である。例えば、遷移部分は、一期間の前半をオンとし、後半をオフとする、又は、その反対であるがこれに限定されない。なお、一期間とは、例えば、1フレーム内を複数に分割した1つの期間を意味しており、その長さは予め設定されている。 Note that the order q of the Galois field GF(q) may be a value larger than the number of taps of the distance measuring device. For example, a Galois field GF(5) or the like may be used as the Galois field. When the Galois field GF(3) is used in a three-tap method, the probability of appearance of on, off, and transition portions is 1/3 in each of the three taps. On is the first state in which all of one period is on, Off is a second state in which all of one period is off, and the transition part is the first state in which on and off are switched from one to the other within one period. There are 3 states (transition states). For example, but not limited to, the transition portion may be on for the first half of a period and off for the second half, or vice versa. Note that one period means, for example, one period in which one frame is divided into a plurality of periods, and the length thereof is set in advance.

例えば、露光制御信号において、距離測定に重要である遷移部分を多めに出現させ、オン及びオフは出現確率を下げたい場合がある。つまり、露光制御信号において、遷移部分の回数を増やし、それ以外のオン及びオフの回数を減らしたい場合がある。そのため、信号生成部20は、タップ数より位数qが大きいガロア体を用いて、複数のタップにおけるオン、オフ及び遷移部分の出現確率を変更させてもよい。信号生成部20は、例えば、3タップ方式の場合にガロア体GF(5)を用いて1/5の出現確率の擬似ランダム符号を生成し、そのうち3つを第1タップ61aに、1つを第2タップ61bに、1つを第3タップ61cに割り振ることで、第1タップ61a、第2タップ61b及び第3タップ61cそれぞれにおける遷移部分の出現確率を3/5、1/5、1/5等とすることが可能となる。 For example, in the exposure control signal, there may be a case where it is desired to cause transition portions important for distance measurement to appear more frequently, and to lower the probability of occurrence of on and off portions. That is, in the exposure control signal, there are cases where it is desired to increase the number of transition portions and reduce the number of on and off times in other portions. Therefore, the signal generation unit 20 may change the appearance probabilities of on, off, and transition portions in a plurality of taps using a Galois field whose order q is larger than the number of taps. For example, in the case of the 3-tap method, the signal generation unit 20 generates pseudorandom codes with an appearance probability of 1/5 using the Galois field GF(5), and sends three of them to the first tap 61a and one to the first tap 61a. By allocating one to the second tap 61b and one to the third tap 61c, the probability of appearance of the transition part in the first tap 61a, second tap 61b, and third tap 61c is reduced to 3/5, 1/5, 1/5, and 1/5, respectively. It becomes possible to make it 5th grade.

なお、出現確率を異ならせる(例えば、高くする)対象の状態は、遷移部分であることに限定されず、オン、オフ及び遷移部分のうちの1つ又は2つであればよい。例えば、信号生成部20は、擬似乱数に基づいて、第1タップ61a、第2タップ61b及び第3タップ61cのうちの一のタップにおいて、第1状態、第2状態及び第3状態のうちの一の状態の出現確率を、他のタップと異ならせるように当該一のタップの制御信号を生成してもよい。 Note that the target state for which the appearance probability is to be varied (for example, increased) is not limited to the transition portion, and may be one or two of on, off, and transition portions. For example, the signal generation unit 20 selects one of the first state, the second state, and the third state based on the pseudo-random numbers at one of the first tap 61a, the second tap 61b, and the third tap 61c. A control signal for one tap may be generated so that the probability of appearance of one state is different from that of other taps.

なお、擬似乱数の生成方法は、上記に限定されず、ガロア体を用いた既知のいかなる方法が用いられてもよい。 Note that the method for generating pseudorandom numbers is not limited to the above, and any known method using a Galois field may be used.

また、本実施の形態では、信号処理部70は、第1タップ61a、第2タップ61b及び第3タップ61cのそれぞれに蓄積された電荷量を用いた比に基づいて、対象物200までの距離を算出する算出部として機能する。例えば、信号処理部70は、第1タップ61aが第1状態のときに蓄積された電荷量をQ2、第2タップ61bが第2状態のときに蓄積された電荷量をQ3、第3タップ61cが第3状態のときに蓄積された電荷量をQ1とし、発光期間をT0とすると、反射光の飛行時間ΔTを、以下に示す(式2)を用いて算出する。 Further, in the present embodiment, the signal processing unit 70 determines the distance to the object 200 based on the ratio using the amount of charge accumulated in each of the first tap 61a, the second tap 61b, and the third tap 61c. It functions as a calculation unit that calculates . For example, the signal processing unit 70 sets the amount of charge accumulated when the first tap 61a is in the first state to Q2, the amount of charge accumulated when the second tap 61b is in the second state to Q3, and the amount of charge accumulated when the third tap 61c is in the second state. Assuming that the amount of charge accumulated when is in the third state is Q1 and the light emission period is T0, the flight time ΔT of the reflected light is calculated using (Equation 2) shown below.

(Q2-Q1)/(Q3-Q1)=ΔT/T0 ・・・(式2) (Q2-Q1)/(Q3-Q1)=ΔT/T0...(Formula 2)

ここで、測距装置における各種信号について、図14及び図15を参照しながら説明する。まずは、発光制御信号及び露光制御信号について、図14を参照しながら説明する。図14は、本実施の形態に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。 Here, various signals in the distance measuring device will be explained with reference to FIGS. 14 and 15. First, the light emission control signal and the exposure control signal will be explained with reference to FIG. 14. FIG. 14 is a diagram showing an example of a light emission control signal and an exposure control signal according to this embodiment.

図14の(a)は、ドレインつまり露光しない状態の信号を示す。 FIG. 14(a) shows the signal in the drain state, that is, in the non-exposed state.

図14の(b)は、光源部40を制御するための発光制御信号であり、具体的には光源部40の発光素子に供給される信号を示す。図14の(b)に示す発光制御信号により制御されることで、光源部40は、ランダムな発光態様で発光する。信号生成部20は、1つの期間(例えば、発光期間又は消灯期間)に対して、擬似乱数系列のうちの2bitを用いて、基本信号の変調を行う。例えば、「00」である場合、オン(発光)とし、「11」である場合、オフ(消灯)とし、「10」である場合、移行状態とする。本実施の形態に係る擬似乱数系列は、オン、オフ及び移行状態の3つの状態がランダムに出現するような乱数系列である。 FIG. 14B shows a light emission control signal for controlling the light source section 40, and specifically shows a signal supplied to the light emitting element of the light source section 40. By being controlled by the light emission control signal shown in FIG. 14(b), the light source section 40 emits light in a random light emission manner. The signal generation unit 20 modulates the basic signal using 2 bits of the pseudorandom number sequence for one period (for example, a light emission period or a light-off period). For example, when it is "00", it is turned on (light emission), when it is "11", it is turned off (light out), and when it is "10", it is turned on (light emission). The pseudorandom number sequence according to this embodiment is a random number sequence in which three states, on, off, and transition states, appear randomly.

図14の(c)は、第1タップ61aに対する露光制御信号であり、具体的には転送トランジスタ63aのゲート電極に供給されるゲート信号を示す。 FIG. 14C shows an exposure control signal for the first tap 61a, specifically a gate signal supplied to the gate electrode of the transfer transistor 63a.

図14の(d)は、第2タップ61bに対する露光制御信号であり、具体的には転送トランジスタ63bのゲート電極に供給されるゲート信号を示す。 FIG. 14(d) shows an exposure control signal for the second tap 61b, specifically a gate signal supplied to the gate electrode of the transfer transistor 63b.

図14の(e)は、第3タップ61cに対する露光制御信号であり、具体的には転送トランジスタ63cのゲート電極に供給されるゲート信号を示す。 FIG. 14(e) shows an exposure control signal for the third tap 61c, specifically a gate signal supplied to the gate electrode of the transfer transistor 63c.

図14の(b)は、図3の(c)に示す発光制御信号の基本信号にガロア体を用いた変調を加えた制御信号である。また、図14の(c)~(e)のそれぞれは、図3の(c)に示す露光制御信号の基本信号にガロア体を用いた変調を加えた制御信号である。図14の(b)~(e)はそれぞれ、互いに異なる信号であり、かつ、互いに無相関な信号である。 FIG. 14(b) is a control signal obtained by adding modulation using a Galois field to the basic signal of the light emission control signal shown in FIG. 3(c). Further, each of (c) to (e) in FIG. 14 is a control signal obtained by adding modulation using a Galois field to the basic signal of the exposure control signal shown in (c) in FIG. (b) to (e) in FIG. 14 are mutually different signals, and are mutually uncorrelated signals.

図14の(c)~(e)に示すように、本実施の形態では、第1タップ61a~第3タップ61cのそれぞれが反射光の受光及び環境光の受光を行うように制御される。言い換えると、画素161は、環境光による電荷を蓄積するための専用のタップを有していない。 As shown in FIGS. 14C to 14E, in this embodiment, each of the first tap 61a to third tap 61c is controlled to receive reflected light and ambient light. In other words, pixel 161 does not have a dedicated tap for accumulating charge due to ambient light.

次に、検出信号及び距離の算出方法について、図15を参照しながら説明する。図15は、本実施の形態に係る検出信号及び距離の算出方法の一例を示す図である。図15は、高周波ノイズとして、100MHzの外乱光を出射していない場合の検出信号及を示す。 Next, a method for calculating the detection signal and distance will be described with reference to FIG. 15. FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a detection signal and distance calculation method according to the present embodiment. FIG. 15 shows detection signals when 100 MHz disturbance light is not emitted as high frequency noise.

図15の(a)は、第1タップ61a(tap0)、第2タップ61b(tap1)及び第3タップ61c(tap2)から出力される検出信号それぞれにおける、反射光の明るさ(luminance)と、遅延時間との関係を示す図である。図15の(a)の横軸は遅延時間(例えば、距離に相当)を示しており、縦軸は反射光の明るさ(例えば、信号強度に相当)を示す。 (a) of FIG. 15 shows the brightness (luminance) of reflected light in each of the detection signals output from the first tap 61a (tap0), the second tap 61b (tap1), and the third tap 61c (tap2), It is a figure showing the relationship with delay time. The horizontal axis in (a) of FIG. 15 shows the delay time (e.g., equivalent to distance), and the vertical axis shows the brightness of reflected light (e.g., equivalent to signal intensity).

図15の(a)に示すように、第1タップ61a、第2タップ61b及び第3タップ61cからの検出信号はそれぞれ、遅延時間に応じて互いに異なるように明るさが変化する。例えば、明るさの変化が打ち消し合うように変化する。例えば、遅延時間が30ns以上の範囲において、遅延時間が長くなると、第1タップ61aの明るさが上昇している代わりに第3タップ61cの明るさが低下している。図15の(a)に示す関係は、測距装置を用いて距離ごとに対象物200を測定することで得られる。 As shown in FIG. 15(a), the detection signals from the first tap 61a, the second tap 61b, and the third tap 61c each vary in brightness depending on the delay time. For example, changes in brightness cancel each other out. For example, in a range where the delay time is 30 ns or more, as the delay time becomes longer, the brightness of the third tap 61c decreases instead of increasing the brightness of the first tap 61a. The relationship shown in FIG. 15(a) is obtained by measuring the object 200 for each distance using a distance measuring device.

図15の(b)は、第1タップ61a、第2タップ61b及び第3タップ61cのそれぞれから出力される検出信号の信号強度の比と、遅延時間との関係を示す図である。図15の(b)の横軸は遅延時間を示しており、縦軸は信号強度の比(ratio)を示す。図15の(b)に示す信号強度の比と、対象物200までの距離との関係は、予め取得される。 FIG. 15(b) is a diagram showing the relationship between the signal strength ratio of the detection signals output from each of the first tap 61a, second tap 61b, and third tap 61c and delay time. The horizontal axis of FIG. 15(b) shows the delay time, and the vertical axis shows the ratio of signal strengths. The relationship between the signal strength ratio and the distance to the target object 200 shown in FIG. 15(b) is obtained in advance.

図15の(b)に示す左右方向の破線は、対象物200までの距離を測定したときに得られる1つの比を示している。検出信号の比(破線)と、比及び遅延時間の関係を示すグラフ(実線)との交点が、現在測定した対象物200までの距離となる。本実施の形態に係る測距装置では、検出信号の比を示す直線とグラフとの交点が1点のみであるので、対象物200までの距離が一意に決まるメリットがある。 The broken line in the left-right direction shown in FIG. 15(b) indicates one ratio obtained when the distance to the target object 200 is measured. The intersection of the detection signal ratio (broken line) and the graph showing the relationship between the ratio and delay time (solid line) is the currently measured distance to the target object 200. The distance measuring device according to the present embodiment has the advantage that the distance to the target object 200 is uniquely determined because the straight line indicating the ratio of detection signals intersects with the graph at only one point.

[2-2.測距装置の動作]
続いて、上記のように構成される測距装置の動作について、図16を参照しながら説明する。図16は、本実施の形態に係る測距装置の動作(測距方法)を示すフローチャートである。
[2-2. Operation of distance measuring device]
Next, the operation of the distance measuring device configured as described above will be explained with reference to FIG. 16. FIG. 16 is a flowchart showing the operation (distance measurement method) of the distance measurement device according to this embodiment.

図16に示すように、信号生成部20は、基本信号と変調信号(ガロア体GF(3))とから、発光制御信号及び露光制御信号を生成する(S31)。信号生成部20は、例えば、図14の(b)に示すような発光制御信号及び図14の(c)~(e)に示すような露光制御信号を生成する。信号生成部20は、発光制御信号を光源制御部30に出力し、露光制御信号を受光制御部50に出力する。 As shown in FIG. 16, the signal generation unit 20 generates a light emission control signal and an exposure control signal from the basic signal and the modulation signal (Galois field GF(3)) (S31). The signal generation unit 20 generates, for example, a light emission control signal as shown in FIG. 14(b) and an exposure control signal as shown in FIGS. 14(c) to 14(e). The signal generation section 20 outputs a light emission control signal to the light source control section 30 and an exposure control signal to the light reception control section 50.

次に、光源制御部30は、発光制御信号に基づいて、光源部40を発光させる(S32)。ステップS32では、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えた発光制御信号に基づいて、光源部40の発光態様が制御される。これにより、光源部40から発光周期及び発光期間が互いにランダムな光が出射される。 Next, the light source control section 30 causes the light source section 40 to emit light based on the light emission control signal (S32). In step S32, the light emission mode of the light source section 40 is controlled based on a light emission control signal obtained by adding modulation using pseudo-random numbers to the basic signal. As a result, light is emitted from the light source section 40 with random light emission periods and light emission periods.

次に、受光制御部50は、露光制御信号に基づいて受光部60を制御することで、反射光を受光させる(S33)。露光制御信号には、第1タップ61aを制御するための制御信号と、第2タップ61bを制御するための制御信号と、第3タップ61cを制御するための制御信号とが含まれ、受光制御部50は、露光制御信号に基づいて、第1タップ61a~第3タップ61cのオン、オフを独立して制御する。なお、受光制御部50は、第1タップ61a~第3タップ61cにおいて、2以上のタップが同時にオンしてもよいように制御する。 Next, the light reception control section 50 controls the light reception section 60 based on the exposure control signal to receive the reflected light (S33). The exposure control signal includes a control signal for controlling the first tap 61a, a control signal for controlling the second tap 61b, and a control signal for controlling the third tap 61c. The unit 50 independently controls on and off of the first tap 61a to the third tap 61c based on the exposure control signal. Note that the light reception control unit 50 controls the first tap 61a to the third tap 61c so that two or more taps may be turned on at the same time.

ステップS33では、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えた露光制御信号に基づいて、受光部60の露光態様が制御される。具体的には、ステップS33では、フォトダイオード62の露光態様、並びに、第1タップ61a、第2タップ61b及び第3タップ61cへの電荷の振り分けが制御される。ステップS33では、第1タップ61a、第2タップ61b及び第3タップ61cに対応する露光タイミングが制御されるとも言える。 In step S33, the exposure mode of the light receiving section 60 is controlled based on an exposure control signal obtained by adding modulation using a pseudorandom number to the basic signal. Specifically, in step S33, the exposure mode of the photodiode 62 and the distribution of charges to the first tap 61a, second tap 61b, and third tap 61c are controlled. It can also be said that in step S33, the exposure timings corresponding to the first tap 61a, the second tap 61b, and the third tap 61c are controlled.

そして、受光制御部50は、所定期間(例えば、予め定められた1フレーム期間)の露光が終わると、第1タップ61a~第3タップ61cのそれぞれに蓄積された電荷量に応じた検出信号を、別々に信号処理部70に出力させる。 Then, when the exposure for a predetermined period (for example, one predetermined frame period) is completed, the light reception control section 50 outputs a detection signal according to the amount of charge accumulated in each of the first tap 61a to the third tap 61c. , are separately output to the signal processing section 70.

次に、信号処理部70は、第1タップ61a~第3タップ61cからの検出信号を用いた比に基づいて、対象物200までの距離を算出する(S34)。信号処理部70は、3つの検出信号から1つの比を算出し、当該1つの比の値に基づいて、対象物200までの距離を算出する。 Next, the signal processing unit 70 calculates the distance to the target object 200 based on the ratio using the detection signals from the first tap 61a to the third tap 61c (S34). The signal processing unit 70 calculates one ratio from the three detection signals, and calculates the distance to the target object 200 based on the value of the one ratio.

[2-3.実験結果]
続いて、本実施の形態に係る測距装置のノイズ耐性について、図17A~図18を参照しながら説明する。図17Aは、比較例の測距装置の測定結果を示す図である。図17Bは、本実施の形態に係る測距装置の測定結果を示す第1図である。図17A及び図17Bは、比較例の測距装置と、本実施の形態に係る測距装置とで、対象物200を測定した距離画像を示す。対象物200は、測距装置から所定距離の位置に置かれた板状の物体である。図17A及び図17Bに示す「ノイズあり」は、高周波ノイズとして、100MHzの外乱光を出射した場合の測定結果を示している。高周波ノイズの影響がなければ、「ノイズなし」の距離画像と、「ノイズあり」の距離画像とは同一の画像となる。
[2-3. Experimental result]
Next, the noise resistance of the distance measuring device according to this embodiment will be explained with reference to FIGS. 17A to 18. FIG. 17A is a diagram showing measurement results of a distance measuring device of a comparative example. FIG. 17B is a first diagram showing measurement results of the distance measuring device according to the present embodiment. FIGS. 17A and 17B show distance images obtained by measuring object 200 using a distance measuring device according to a comparative example and a distance measuring device according to the present embodiment. The target object 200 is a plate-shaped object placed at a predetermined distance from the distance measuring device. “With noise” shown in FIGS. 17A and 17B indicates the measurement results when 100 MHz disturbance light is emitted as high-frequency noise. If there is no influence of high-frequency noise, the distance image "without noise" and the distance image "with noise" will be the same image.

図17Aでは、「ノイズあり」と「ノイズなし」とで、右下(丸枠箇所)の距離が大きく異なっている。これは、比較例の測距装置が高周波ノイズの影響を受けていることを意味する。 In FIG. 17A, the distance at the lower right (circled frame) is significantly different between "with noise" and "without noise". This means that the distance measuring device of the comparative example is affected by high frequency noise.

一方、図17Bでは、「ノイズあり」と「ノイズなし」とで、右下(丸枠箇所)の距離が多少異なってはいるが、比較例の測距装置ほどの大きな差はない。これは、本実施の形態に係る測距装置が比較例の測距装置より高周波ノイズの影響を受けにくいことを意味する。 On the other hand, in FIG. 17B, although the distance at the lower right (circular frame) is slightly different between "with noise" and "without noise", the difference is not as large as in the distance measuring device of the comparative example. This means that the distance measuring device according to the present embodiment is less susceptible to the effects of high frequency noise than the distance measuring device of the comparative example.

図18は、本実施の形態に係る測距装置の測定結果を示す第2図である。図18は、高周波ノイズとして、100MHzの外乱光を出射した場合の測定結果を示している。高周波ノイズの影響がなければ、図18に示すグラフは、図15に示すグラフと同一のグラフとなる。 FIG. 18 is a second diagram showing the measurement results of the distance measuring device according to the present embodiment. FIG. 18 shows measurement results when 100 MHz disturbance light is emitted as high frequency noise. Without the influence of high frequency noise, the graph shown in FIG. 18 would be the same as the graph shown in FIG. 15.

図18の(a)は、横軸が遅延時間(例えば、距離に相当)を示しており、縦軸が反射光(又は外乱光)の明るさ(例えば、信号強度に相当)を示している。図18の(a)に示す「tap0」~「tap2」のそれぞれは、第1タップ61a~第3タップ61cのそれぞれにおける光の明るさと遅延時間との関係を示している。また、図18の(b)は、3つのタップからの3つの検出信号の比と、遅延時間との関係を示す。 In (a) of FIG. 18, the horizontal axis shows the delay time (e.g., equivalent to distance), and the vertical axis shows the brightness of reflected light (or disturbance light) (e.g., equivalent to signal strength). . “tap0” to “tap2” shown in FIG. 18(a) each indicate the relationship between the brightness of light and the delay time at each of the first tap 61a to third tap 61c. Moreover, (b) of FIG. 18 shows the relationship between the ratio of the three detection signals from the three taps and the delay time.

図18の(a)に示すように、本実施の形態に係る測距装置では、信号が少ししか波打っておらず、その結果、図18の(b)に示すように比のグラフも少ししか波打っておらず、直線に近い。これは、本実施の形態に係る測距装置の測定結果が、高周波ノイズの影響を少ししか受けていないことを示している。このような場合、正確な距離を測定することができる。 As shown in FIG. 18(a), in the distance measuring device according to the present embodiment, the signal is only slightly wavy, and as a result, the ratio graph is also slightly wavy, as shown in FIG. 18(b). It's only wavy and almost straight. This indicates that the measurement results of the distance measuring device according to this embodiment are only slightly affected by high frequency noise. In such cases, accurate distance measurements can be made.

なお、実施の形態1の図8に示すように、比較例の測距装置では、各信号が波打っており、高周波ノイズの影響を受けている。本実施の形態に係る測距装置は、高周波ノイズの影響は受けるものの、比較例の測距装置に比べてその影響は大幅に抑制されている。 Note that, as shown in FIG. 8 of the first embodiment, in the distance measuring device of the comparative example, each signal is undulating and is affected by high frequency noise. Although the distance measuring device according to the present embodiment is affected by high frequency noise, the influence is significantly suppressed compared to the distance measuring device of the comparative example.

(動作例1)
本動作例では、実施の形態2に係る測距装置(3TapのToF)の動作例を示す。実施の形態2に係る測距装置を用いて、図3の(b)の基本信号に、ガロア体による変調を加えた信号による動作例を、図19~図20Bを用いて示す。図19は、本動作例に係る発光制御信号(図19の(a))及び露光制御信号(図19の(b))の一例を示す図である。図19は、光源部40の制御信号(emitted signal)、及び、第1タップ61a(例えば、「tap0」)、第2タップ61b(例えば、「tap1」)、及び、第3タップ61c(例えば、「tap2」)の制御信号(tap control)のタイミングチャートを示す。ここでは、矩形波の光源信号に対してそれぞれ位相を0、π/3、2π/3シフトした矩形波信号を基本波形とし、ガロア体(GF3)の3ビット信号により変調し、第1タップ61a~第3タップ61cの露光制御信号とすることで、タイミングチャートに実装した。
(Operation example 1)
This operation example shows an operation example of the distance measuring device (3Tap ToF) according to the second embodiment. An example of operation using a signal obtained by adding Galois field modulation to the basic signal of FIG. 3(b) using the distance measuring device according to the second embodiment will be shown using FIGS. 19 to 20B. FIG. 19 is a diagram showing an example of a light emission control signal ((a) in FIG. 19) and an exposure control signal ((b) in FIG. 19) according to this operation example. FIG. 19 shows the control signal (emitted signal) of the light source unit 40, the first tap 61a (for example, "tap0"), the second tap 61b (for example, "tap1"), and the third tap 61c (for example, 3 shows a timing chart of the control signal (tap control) of “tap2”). Here, the basic waveform is a rectangular wave signal whose phase is shifted by 0, π/3, and 2π/3 with respect to the rectangular light source signal, and is modulated by a 3-bit signal of a Galois field (GF3). - Implemented in the timing chart by making it the exposure control signal of the third tap 61c.

図20Aは、図19のタイミングチャートを用いてシミュレーションして得られたグラフ(積分グラフ)を示す図であり、図20Bは、図19のタイミングチャートを用いて実際に測定して得られたグラフを示す図である。図20A及び図20Bは、第1タップ61a(tap0又はtap0 minus dark noise)、第2タップ61b(tap1又はtap1 minus dark noise)及び第3タップ61c(tap2又はtap2 minus dark noise)から出力される検出信号それぞれにおける、反射光の明るさ(luminance)と、遅延時間との関係を示す図である。また、図20Bは、実際のToFでディレイヤを使って計測したグラフを示す。 20A is a diagram showing a graph (integral graph) obtained by simulation using the timing chart of FIG. 19, and FIG. 20B is a graph obtained by actually measuring using the timing chart of FIG. 19. FIG. FIGS. 20A and 20B show detection output from the first tap 61a (tap0 or tap0 minus dark noise), the second tap 61b (tap1 or tap1 minus dark noise), and the third tap 61c (tap2 or tap2 minus dark noise) FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the luminance of reflected light and delay time for each signal. Moreover, FIG. 20B shows a graph measured using a delay layer in actual ToF.

図20Bに示すように、図3の(c)に示す基本信号を用いた場合よりも誤り訂正能力が高いので、図3の(b)を基本信号として用いることで、実施の形態1の2Tap方式よりも、計測がロバストになることが期待される。 As shown in FIG. 20B, since the error correction ability is higher than when using the basic signal shown in FIG. 3(c), by using FIG. 3(b) as the basic signal, the 2Tap It is expected that the measurement will be more robust than the conventional method.

(動作例2)
本動作例では、実施の形態1の変形例に係る測距装置(2TAPのToF+多重化)の第1動作例を示す。以下では、異なる3つの信号を多重化した場合の動作例を、図21~図22Bを用いて示す。図21は、本動作例に係る発光制御信号(図21の(a))及び露光制御信号(図21の(b))の一例を示す図である。図21は、光源部40の制御信号(emitted signal)、及び、3つの信号を時間多重化した各タップの制御信号(tap control)のタイミングチャートを示す。ここでは、それぞれ単位パルス長30ns、60ns、120nsからなる全長が等しい同位相のDSSS変調されたシーケンス1、シーケンス2及びシーケンス3を結合により時間的に多重化し、発光・露光の制御信号とすることで、タイミングチャートに実装した。例えば、図21の(b)のtap0が第1タップ61aに対応し、tap1が第2タップ61bに対応する。
(Operation example 2)
This operation example shows a first operation example of the distance measuring device (2TAP ToF+multiplexing) according to a modification of the first embodiment. Below, an example of operation when three different signals are multiplexed will be shown using FIGS. 21 to 22B. FIG. 21 is a diagram showing an example of a light emission control signal ((a) in FIG. 21) and an exposure control signal ((b) in FIG. 21) according to this operation example. FIG. 21 shows a timing chart of a control signal (emitted signal) of the light source unit 40 and a control signal (tap control) of each tap obtained by time-multiplexing three signals. Here, in-phase DSSS modulated sequences 1, 2, and 3, each having unit pulse lengths of 30 ns, 60 ns, and 120 ns and having the same total length, are temporally multiplexed by combining and used as control signals for light emission and exposure. So, I implemented it in the timing chart. For example, tap0 in FIG. 21(b) corresponds to the first tap 61a, and tap1 corresponds to the second tap 61b.

図22Aは、図21のタイミングチャートを用いてシミュレーションして得られたグラフを示す図であり、図22Bは、図21のタイミングチャートを用いて実際に測定して得られたグラフを示す図である。 22A is a diagram showing a graph obtained by simulation using the timing chart of FIG. 21, and FIG. 22B is a diagram showing a graph obtained by actually measuring using the timing chart of FIG. 21. be.

図22Aの(a)は、図21のタイミングチャートを用いてシミュレーションして得られたグラフ(積分グラフ)を示す図であり、横軸が遅延時間を示し、縦軸が反射光の明るさを示す。図22Aの(a)では、第1タップ61aから取得した検出信号と遅延時間との関係を実線(tap0)で示し、第2タップ61bから取得した検出信号と遅延時間との関係を破線(tap1)で示している。また、図22Aの(b)の実線(「multiplex」)は、図22Aの(a)のtap0とtap1との比を取ったものであり、この値が光源信号と、検出信号とのズレ、すなわち距離を表している。なお、図22Aの(b)中の3つの破線等(「sequence1」から「sequence3」)は、3つの信号それぞれに対応するものであり、仮に多重化されなかった場合に計算される比の値である。また、図22Aの(b)中の二点鎖線が示す「sequence sum」は、「sequence1」から「sequence3」のグラフを足し合わせたグラフである。 (a) of FIG. 22A is a diagram showing a graph (integral graph) obtained by simulation using the timing chart of FIG. 21, in which the horizontal axis represents the delay time and the vertical axis represents the brightness of reflected light. show. In (a) of FIG. 22A, the relationship between the detection signal obtained from the first tap 61a and the delay time is shown by a solid line (tap0), and the relationship between the detection signal obtained from the second tap 61b and the delay time is shown by a broken line (tap1). ). The solid line (“multiplex”) in FIG. 22A (b) is the ratio of tap0 and tap1 in FIG. 22A (a), and this value represents the difference between the light source signal and the detection signal, In other words, it represents distance. Note that the three broken lines ("sequence 1" to "sequence 3") in (b) of FIG. 22A correspond to each of the three signals, and are the ratio values calculated if they were not multiplexed. It is. Further, "sequence sum" indicated by the two-dot chain line in FIG. 22A (b) is a graph obtained by adding up the graphs of "sequence 1" to "sequence 3".

図22Bは、実際のToFでディレイヤを使って計測したグラフを図23に示す。 FIG. 22B shows a graph of actual ToF measured using a delay layer in FIG.

図22A及び図22Bに示すように、計測レンジが拡大していることが確認できる。 As shown in FIGS. 22A and 22B, it can be confirmed that the measurement range is expanded.

また、図22Aの(b)に示す「sequence sum」のグラフは、実線とほぼ一致している。これにより、3つの信号を時間多重化した制御信号を用いて得られる測定結果が、正確な値であることを示している。 Moreover, the graph of "sequence sum" shown in FIG. 22A (b) almost matches the solid line. This shows that the measurement results obtained using the control signal obtained by time-multiplexing three signals are accurate values.

(動作例3)
本動作例では、実施の形態1の変形例に係る測距装置(2TAPのToF+多重化)の第2動作例を示す。以下では、異なる3つの信号を、光源部40の信号からそれぞれ異なる位相でずらして多重化した場合の動作例を、図23及び図24を用いて示す。図23は、本動作例に係る発光制御信号(図23の(a))及び露光制御信号(図23の(b))の一例を示す図である。図23は、光源部40の制御信号(emitted signal)、及び、3つの信号を時間多重化した各タップの制御信号(tap control)のタイミングチャートを示す。ここでは、それぞれ光源部40に対して位相遅れが30ns、30ns、0nsの単位パルス長及び全長が等しいDSSS変調されたシーケンス1、シーケンス2及びシーケンス3を結合により時間的に多重化し、発光・露光の制御信号とすることで、タイミングチャートに実装した。例えば、図23の(b)のtap0が第1タップ61aに対応し、tap1が第2タップ61bに対応する。
(Operation example 3)
This operation example shows a second operation example of the distance measuring device (2TAP ToF+multiplexing) according to the modification of the first embodiment. In the following, an example of an operation in which three different signals are multiplexed with different phases shifted from the signal of the light source unit 40 will be shown using FIGS. 23 and 24. FIG. 23 is a diagram showing an example of a light emission control signal ((a) in FIG. 23) and an exposure control signal ((b) in FIG. 23) according to this operation example. FIG. 23 shows a timing chart of a control signal (emitted signal) of the light source unit 40 and a control signal (tap control) of each tap obtained by time-multiplexing three signals. Here, DSSS-modulated sequences 1, 2, and 3 having the same unit pulse length and the same total length with phase delays of 30 ns, 30 ns, and 0 ns are temporally multiplexed by coupling to the light source unit 40, and light emission/exposure is performed. This control signal was implemented in the timing chart. For example, tap0 in FIG. 23(b) corresponds to the first tap 61a, and tap1 corresponds to the second tap 61b.

図24は、図23のタイミングチャートを用いて得られたグラフを示す図である。図24の(a)は、図23のタイミングチャートを用いてシミュレーションして得られたグラフ(積分グラフ)を示す図であり、横軸が遅延時間を示し、縦軸が反射光の明るさを示す。図24の(a)では、第1タップ61aから取得した検出信号と遅延時間との関係を実線(tap0)で示し、第2タップ61bから取得した検出信号と遅延時間との関係を破線(tap1)で示している。また、図24の(b)の実線(「multiplex」)は、図24の(a)のtap0とtap1との比を取ったものであり、この値が光源信号と、検出信号とのズレ、すなわち距離を表している。なお、図24の(b)中の3つの破線等(「sequence1」から「sequence3」)は、3つの信号それぞれに対応するものであり、仮に多重化されなかった場合に計算される比の値である。また、図24の(b)中の二点鎖線が示す「sequence sum」は、「sequence1」から「sequence3」のグラフを足し合わせたグラフである。 FIG. 24 is a diagram showing a graph obtained using the timing chart of FIG. 23. FIG. 24(a) is a graph (integral graph) obtained by simulation using the timing chart of FIG. 23, where the horizontal axis represents the delay time and the vertical axis represents the brightness of reflected light. show. In (a) of FIG. 24, the relationship between the detection signal obtained from the first tap 61a and the delay time is shown by a solid line (tap0), and the relationship between the detection signal obtained from the second tap 61b and the delay time is shown by a broken line (tap1). ). Moreover, the solid line (“multiplex”) in FIG. 24(b) is the ratio of tap0 and tap1 in FIG. 24(a), and this value is the difference between the light source signal and the detection signal, In other words, it represents distance. Note that the three broken lines ("sequence 1" to "sequence 3") in FIG. 24(b) correspond to each of the three signals, and are the ratio values calculated if they were not multiplexed. It is. Further, "sequence sum" indicated by the two-dot chain line in FIG. 24(b) is a graph obtained by adding together the graphs of "sequence 1" to "sequence 3".

図24の(a)及び(b)に示すように、制御信号の位相をずらすことで、左右対称ではない相関グラフが得られることが確認できる。 As shown in FIGS. 24A and 24B, it can be confirmed that by shifting the phase of the control signal, a non-symmetrical correlation graph can be obtained.

また、図24の(b)に示す「sequence sum」のグラフは、実線とほぼ一致している。これにより、異なる3つの信号を位相でずらして多重化した制御信号を用いて得られる測定結果が、正確な値であることを示している。 Further, the graph of "sequence sum" shown in FIG. 24(b) almost matches the solid line. This shows that the measurement results obtained using a control signal obtained by multiplexing three different signals with phase shifts are accurate values.

(距離計測の追加データ)
以下の実環境での距離計測を追加で行ったため、図25~図34を参照しながら説明する。なお、以下では、擬似乱数を用いた変調のことを、擬似乱数変調とも記載する。また、測距装置100は、3タップ方式の測距装置であるが、2タップ方式の測距装置であってもよい。
(Additional data for distance measurement)
Distance measurement in the following actual environment was additionally performed, and will be explained with reference to FIGS. 25 to 34. Note that below, modulation using pseudorandom numbers will also be referred to as pseudorandom number modulation. Further, although the distance measuring device 100 is a 3-tap type distance measuring device, it may be a 2-tap type distance measuring device.

(1つ目の距離計測結果について)
まず、1つ目の距離計測結果について、図25~図29Bを参照しながら説明する。図25は、追加で行った第1距離計測の様子を示す図である。図25では、測距装置100の構成要素のうち、光源部40及び受光部60のみを図示している。
(About the first distance measurement result)
First, the first distance measurement result will be explained with reference to FIGS. 25 to 29B. FIG. 25 is a diagram showing how the first distance measurement was additionally performed. FIG. 25 shows only the light source section 40 and the light receiving section 60 among the components of the distance measuring device 100.

図25に示すように、1つ目の距離計測では、対象物体として、板410及び420を配置している。板410は、受光部60からの距離が45cmの位置に配置され、板420は、受光部60からの距離が60cmの位置に配置されている。また、板420は、板410より高い。そのため、光源部40及び受光部60の位置から板410及び420を見ると、板410の上方に板420の一部が見えることとなる。 As shown in FIG. 25, in the first distance measurement, plates 410 and 420 are placed as target objects. The plate 410 is placed at a distance of 45 cm from the light receiving section 60, and the plate 420 is placed at a distance of 60 cm from the light receiving section 60. Also, plate 420 is taller than plate 410. Therefore, when the plates 410 and 420 are viewed from the positions of the light source section 40 and the light receiving section 60, a part of the plate 420 can be seen above the plate 410.

板410及び420は、例えば、平行に配置されており、光源部40及び受光部60の光軸は板410及び420の主面と直交するように配置されている。 For example, the plates 410 and 420 are arranged in parallel, and the optical axes of the light source section 40 and the light receiving section 60 are arranged to be perpendicular to the main surfaces of the plates 410 and 420.

また、高周波ノイズを発生させるノイズ源としてノイズ用光源300が配置される。ノイズ用光源300は、斜め方向から板410及び420に向けて高周波ノイズを出力可能な姿勢で固定されている。高周波ノイズとしては、100MHzの外乱光が用いられる。 Further, a noise light source 300 is arranged as a noise source that generates high frequency noise. The noise light source 300 is fixed in a posture that allows it to output high-frequency noise toward the plates 410 and 420 from an oblique direction. As the high frequency noise, disturbance light of 100 MHz is used.

次に、高周波ノイズの有無及び信号列ごとの実環境距離計測の結果について、図26A及び図26Bを参照しながら説明する。図26Aは、従来手法における距離計測結果(距離画像)を示す図である。従来手法とは、基本信号に対して擬似乱数変調を加えずに生成された制御信号を用いて距離計測を行うことを意味する。また、「ノイズなし」は、ノイズ用光源300が高周波ノイズを出力していないことを意味し、「ノイズあり」は、ノイズ用光源300が高周波ノイズを出力していることを意味する。なお、信号列とは、擬似乱数変調されていない基本信号(制御信号)(例えば、図3に示す信号)、又は、基本信号に対して擬似乱数変調した後の制御信号(例えば、図4に示す信号)を意味する。 Next, the presence or absence of high frequency noise and the results of actual environment distance measurement for each signal train will be described with reference to FIGS. 26A and 26B. FIG. 26A is a diagram showing distance measurement results (distance images) in the conventional method. The conventional method means that distance measurement is performed using a control signal that is generated without applying pseudo-random number modulation to the basic signal. Further, "no noise" means that the noise light source 300 is not outputting high frequency noise, and "with noise" means that the noise light source 300 is outputting high frequency noise. Note that the signal sequence refers to a basic signal (control signal) that has not been pseudo-randomly modulated (for example, the signal shown in FIG. 3), or a control signal that has been pseudo-randomly modulated to the basic signal (for example, the signal shown in FIG. 4). signal).

図26Aに示す「(a)C-Double ramp」は、図3の(d)に示す基本信号を制御信号として用いる場合を示しており、「(b)C-Square」は、図3の(b)に示す基本信号を制御信号として用いる場合を示しており、「(c)C-Hamiltonian」は、図3の(f)に示す基本信号を制御信号として用いる場合を示している。なお、「(a)C-Double ramp」を「(a)」とも記載する。 "(a) C-Double ramp" shown in FIG. 26A indicates the case where the basic signal shown in FIG. 3(d) is used as a control signal, and "(b) C-Square" indicates "(c) C-Hamiltonian" shows the case where the basic signal shown in (f) of FIG. 3 is used as the control signal. Note that "(a) C-Double ramp" is also written as "(a)".

図26Aに示すように、従来手法では、いずれもノイズありの計測結果がノイズなしの計測結果から変化している。言い換えると、従来手法では、高周波ノイズの影響を受けやすく、ノイズがある場合、正確な距離計測を行うことが困難である。 As shown in FIG. 26A, in the conventional method, the measurement results with noise are different from the measurement results without noise. In other words, the conventional method is easily affected by high-frequency noise, and when there is noise, it is difficult to accurately measure distance.

図26Bは、擬似乱数変調を用いた手法(本発明の手法)における距離計測結果(距離画像)を示す図である。図26Bに示す「(d)DSSS」は、繰り返しのない1単位のDouble rampを基本信号とし、当該基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いる場合を示しており、「(e)PR(擬似乱数:pseudorandom number)-Double ramp」は、図3の(d)に示す基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いる場合を示しており、「(f)PR-Square」は、図3の(b)に示す基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いる場合を示しており、「(g)PR-Hamiltonian」は、図3の(f)に示す基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いる場合を示している。 FIG. 26B is a diagram showing a distance measurement result (distance image) in a method using pseudo-random number modulation (method of the present invention). “(d) DSSS” shown in FIG. 26B indicates a case where a non-repetitive unit of double ramp is used as a basic signal, and a control signal obtained by adding pseudo-random number modulation to the basic signal is used, and “(e) PR (pseudorandom number)-Double ramp" indicates the case where a control signal obtained by adding pseudorandom number modulation to the basic signal shown in (d) of FIG. 3 is used, and "(f) PR-Square" This shows a case where a control signal obtained by adding pseudo-random number modulation to the basic signal shown in (b) of FIG. A case is shown in which a modulated control signal is used.

なお、「(d)DSSS」を「(d)」とも記載し、「(e)PR-Double ramp」を「(e)」とも記載し、「(f)PR-Square」を「(f)」とも記載し、「(g)PR-Hamiltonian」を「(g)」とも記載する。(d)~(g)では、擬似乱数としてM系列を用いている。また、(e)~(g)に用いる基本信号は、繰り返しのある信号(周期的な信号)である。 In addition, "(d) DSSS" is also written as "(d)", "(e) PR-Double ramp" is also written as "(e)", and "(f) PR-Square" is also written as "(f)". "(g)PR-Hamiltonian" is also written as "(g)". In (d) to (g), M sequences are used as pseudorandom numbers. Further, the basic signals used in (e) to (g) are repetitive signals (periodic signals).

図26Bに示すように、擬似乱数変調を用いた手法では、いずれもノイズありの計測結果とノイズなしの計測結果とがほぼ同じである。言い換えると、擬似乱数変調を用いた手法では、高周波ノイズの影響を受けにくく、ノイズがある場合であっても、正確な距離計測を行うことができる。 As shown in FIG. 26B, in both methods using pseudo-random number modulation, the measurement results with and without noise are almost the same. In other words, the method using pseudo-random number modulation is less susceptible to the effects of high-frequency noise and can perform accurate distance measurements even in the presence of noise.

また、擬似乱数変調を用いる手法においては、(d)>(e)>(f)>(g)の順で距離画像中のノイズが小さくなっている。これは、センサノイズの影響と考えられ、コーディング曲線が長い信号列ほど良好な計測結果が得られている。 Furthermore, in the method using pseudo-random number modulation, noise in the distance image becomes smaller in the order of (d)>(e)>(f)>(g). This is considered to be the effect of sensor noise, and the longer the coding curve is, the better the measurement results are obtained.

図27Aは、図3の(b)に示す基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いた場合の距離計測結果を示す図である。図27Aの(a)は、距離画像を示し、図27Aの(b)は、図27Aの(a)に示す直線(中央部分の上下方向の直線)に含まれる画素61ごとの距離測定結果を示す。 FIG. 27A is a diagram showing distance measurement results when a control signal obtained by adding pseudo-random number modulation to the basic signal shown in FIG. 3(b) is used. 27A (a) shows a distance image, and FIG. 27A (b) shows the distance measurement results for each pixel 61 included in the straight line (vertical straight line in the central part) shown in FIG. 27A (a). show.

図27Bは、図3の(f)に示す基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いた場合の距離計測結果を示す図である。図27Bの(a)は、距離画像を示し、図27Bの(b)は、図27Bの(a)に示す直線(中央部分の上下方向の直線)に含まれる画素61ごとの距離測定結果を示す。 FIG. 27B is a diagram showing a distance measurement result when a control signal obtained by adding pseudo-random number modulation to the basic signal shown in FIG. 3(f) is used. 27B (a) shows a distance image, and FIG. 27B (b) shows the distance measurement results for each pixel 61 included in the straight line (vertical straight line in the center) shown in FIG. 27B (a). show.

図27Aの(a)及び図27Bの(a)の縦軸及び横軸は、画素位置(pixel index)を示し、図27Aの(b)及び図27Bの(b)の横軸は、画素位置(pixel index)を示し、縦軸は、計測された距離([mm])を示す。図27Aの(b)の横軸は、図27Aの(a)の縦軸に対応しており、図27Bの(b)の横軸は、図27Bの(a)の縦軸に対応している。 The vertical and horizontal axes in (a) of FIG. 27A and (a) of FIG. 27B indicate the pixel position (pixel index), and the horizontal axis of (b) of FIG. 27A and (b) of FIG. 27B indicates the pixel position. (pixel index), and the vertical axis indicates the measured distance ([mm]). The horizontal axis in FIG. 27A (b) corresponds to the vertical axis in FIG. 27A (a), and the horizontal axis in FIG. 27B (b) corresponds to the vertical axis in FIG. 27B (a). There is.

図27A及び図27Bの一点鎖線枠に示すように、「(g)PR-Hamiltonian」の方が「(f)PR-Square」よりノイズの影響が軽減していることがわかる。 As shown in the dashed-dotted line frames in FIGS. 27A and 27B, it can be seen that the influence of noise is reduced in "(g) PR-Hamiltonian" than in "(f) PR-Square."

図28は、基本信号の違いによる距離計測の比較結果を示す図である。図28は、「(g)PR-Hamiltonian」及び「(f)PR-Square」における、板410及び420までの距離と、RMSE(Root Mean Squared Error:二乗平均平方根誤差)とを示す。RMSEが小さいほど、ノイズの影響を受けていないことを意味する。 FIG. 28 is a diagram showing comparison results of distance measurement based on differences in basic signals. FIG. 28 shows the distances to the plates 410 and 420 and the RMSE (Root Mean Squared Error) in "(g) PR-Hamiltonian" and "(f) PR-Square." The smaller the RMSE, the less affected by noise.

図28に示すように、距離は、「(g)PR-Hamiltonian」及び「(f)PR-Square」のどちらの信号列も真値(450.00mm及び600.00mm)に近い値が得られている。また、距離の誤差は、「(f)PR-Square」より「(g)PR-Hamiltonian」の方が小さく、「(g)PR-Hamiltonian」の方がセンサノイズに対して頑健であると言える。 As shown in FIG. 28, distance values close to the true values (450.00 mm and 600.00 mm) are obtained for both signal trains of "(g) PR-Hamiltonian" and "(f) PR-Square". ing. Furthermore, the distance error is smaller in "(g) PR-Hamiltonian" than in "(f) PR-Square", and it can be said that "(g) PR-Hamiltonian" is more robust against sensor noise. .

図29Aは、図3の(b)に示す基本信号を用いた場合のコーディング曲線を説明するための図である。図29Bは、図3の(f)に示す基本信号を用いた場合のコーディング曲線を説明するための図である。コーディング曲線とは、距離に対応する各タップにおける観測値を繋ぎ三次元空間中に可視化した曲線である。 FIG. 29A is a diagram for explaining a coding curve when using the basic signal shown in FIG. 3(b). FIG. 29B is a diagram for explaining a coding curve when using the basic signal shown in FIG. 3(f). The coding curve is a curve that connects observed values at each tap corresponding to distance and is visualized in three-dimensional space.

図29A及び図29Bに示すように、図3の(f)に示す基本信号を用いた場合のコーディング曲線の方が、図3の(b)に示す基本信号を用いた場合のコーディング曲線より全長が長いことがわかる。計測された観測値が誤差を含む場合、計測点はコーディング曲線上に存在せず、真の距離に対応する計測点は一点鎖線状の楕円で囲まれた範囲にあった曖昧性を有するように推定される。図29A及び29B中の「〇」は、誤差を含む観測点を示している。図29A及び29B中の矢印線は、誤差を含む観測点が、当該楕円で囲まれた範囲のコーディング曲線上のどこか(例えば、矢印の位置のいずれか)に対応していることを示す。コーディング曲線が長いほど、この範囲に対応する距離の範囲が狭くなるため、距離推定の曖昧性は小さくなる。つまり、「(f)PR-Square」より「(g)PR-Hamiltonian」の方が距離の曖昧性が小さい。 As shown in FIGS. 29A and 29B, the total length of the coding curve when using the basic signal shown in FIG. 3(f) is longer than that when using the basic signal shown in FIG. 3(b). It can be seen that it is long. If the measured observed value contains an error, the measurement point does not exist on the coding curve, and the measurement point corresponding to the true distance has an ambiguity that is within the range surrounded by the dashed-dotted ellipse. Presumed. “O” in FIGS. 29A and 29B indicates an observation point containing an error. The arrow lines in FIGS. 29A and 29B indicate that an observation point containing an error corresponds to somewhere on the coding curve within the range surrounded by the ellipse (for example, at any position of the arrow). The longer the coding curve, the narrower the range of distances corresponding to this range, and thus the less ambiguous the distance estimation. In other words, "(g) PR-Hamiltonian" has less ambiguity in distance than "(f) PR-Square".

図27A~図29Bから、コーディング曲線が長いほど、ノイズの影響が小さくなることがわかる。このことから、ノイズに対する頑健さをより有する測距装置100を実現する観点から、基本信号には、コーディング曲線が長いものが用いられるとよく、(g)>(f)>(e)>(d)の順に適していると言える。 It can be seen from FIGS. 27A to 29B that the longer the coding curve, the smaller the influence of noise. Therefore, from the viewpoint of realizing the distance measuring device 100 that is more robust against noise, it is preferable to use a basic signal with a long coding curve, and (g)>(f)>(e)>( It can be said that the order of d) is suitable.

(2つ目の距離計測結果について)
続いて、2つ目の距離計測結果について、図30~図34を参照しながら説明する。図30は、追加で行った第2距離計測の様子を示す図である。
(About the second distance measurement result)
Next, the second distance measurement result will be explained with reference to FIGS. 30 to 34. FIG. 30 is a diagram showing how the second distance measurement was additionally performed.

図30に示すように、2つ目の距離計測では、対象物体として、犬の置物430を配置している。置物430は、受光部60からの距離が50cmの位置に配置されている。置物430は、光源部40及び受光部60の正面に配置されている。 As shown in FIG. 30, in the second distance measurement, a dog figurine 430 is placed as the target object. The figurine 430 is placed at a distance of 50 cm from the light receiving section 60. The figurine 430 is placed in front of the light source section 40 and the light receiving section 60.

また、高周波ノイズを発生させるノイズ源として、図25の場合と同様、ノイズ用光源300が配置される。高周波ノイズとしては、100MHzの外乱光が用いられる。 Furthermore, as a noise source that generates high-frequency noise, a noise light source 300 is arranged as in the case of FIG. 25. As the high frequency noise, disturbance light of 100 MHz is used.

次に、高周波ノイズの有無及び信号列ごとの実環境距離計測の結果について、図31A及び図31Bを参照しながら説明する。図31Aは、従来手法における距離計測結果(距離画像)を示す図である。図31Bは、擬似乱数変調を用いた手法における距離計測結果(距離画像)を示す図である。 Next, the presence or absence of high frequency noise and the results of actual environment distance measurement for each signal train will be described with reference to FIGS. 31A and 31B. FIG. 31A is a diagram showing distance measurement results (distance images) in the conventional method. FIG. 31B is a diagram showing a distance measurement result (distance image) using a method using pseudo-random number modulation.

図31Aに示すように、従来手法では、いずれもノイズありの計測結果がノイズなしの計測結果から変化している。言い換えると、従来手法では、高周波ノイズの影響を受けやすく、ノイズがある場合、正確な距離計測を行うことが困難である。 As shown in FIG. 31A, in the conventional method, the measurement results with noise are different from the measurement results without noise. In other words, the conventional method is easily affected by high-frequency noise, and when there is noise, it is difficult to accurately measure distance.

図31Bに示すように、擬似乱数変調を用いた手法では、いずれもノイズありの計測結果とノイズなしの計測結果とがほぼ同じである。言い換えると、擬似乱数変調を用いた手法では、高周波ノイズの影響を受けにくく、ノイズがある場合であっても、正確な距離計測を行うことができる。なお、図31Bからも、コーディング曲線の長い信号列ほどセンサノイズに頑健であると言える。 As shown in FIG. 31B, in both methods using pseudo-random number modulation, the measurement results with noise and those without noise are almost the same. In other words, the method using pseudo-random number modulation is less susceptible to the effects of high-frequency noise and can perform accurate distance measurements even in the presence of noise. Note that from FIG. 31B, it can be said that the longer the coding curve, the more robust the signal train is to sensor noise.

次に、ノイズがない環境における距離測定精度の評価結果について、図32A~図32Gを参照しながら説明する。図32A~図32Gは、ノイズがない環境において、各信号列を用いた場合の距離測定精度の評価結果を示す図である。図32A~図32Gそれぞれの(a)は、横軸が光源部40の発光からの遅延時間(delay[ns])を示しており、縦軸が反射光(又は外乱光)の明るさ(例えば、信号強度に相当)を示している。図32A~図32Gそれぞれの(b)は、遅延時間と対象物体までの距離(depth[mm])との関係を示しており、横軸が遅延時間を示しており、縦軸が距離を示す。なお、各図において、実線と、破線等の他の線とが重なる場合、実線を優先して図示している。 Next, evaluation results of distance measurement accuracy in a noise-free environment will be described with reference to FIGS. 32A to 32G. FIGS. 32A to 32G are diagrams showing evaluation results of distance measurement accuracy when using each signal train in a noise-free environment. In (a) of each of FIGS. 32A to 32G, the horizontal axis represents the delay time (delay [ns]) from the light emission of the light source unit 40, and the vertical axis represents the brightness of the reflected light (or disturbance light) (for example, , corresponding to signal strength). (b) in each of FIGS. 32A to 32G shows the relationship between the delay time and the distance to the target object (depth [mm]), where the horizontal axis shows the delay time and the vertical axis shows the distance. . Note that in each figure, when a solid line overlaps another line such as a broken line, the solid line is shown with priority.

図32A~図32Gに示すように、高周波ノイズが存在しないときは、すべての信号で理想的な計測信号が得られ、距離推定も正確である。理想的とは、例えば、真値に近く、かつ標準偏差が小さいことを意味する。 As shown in FIGS. 32A to 32G, when there is no high-frequency noise, ideal measurement signals are obtained for all signals, and distance estimation is accurate. Ideal means, for example, that it is close to the true value and that the standard deviation is small.

次に、ノイズがある環境における距離測定精度の評価結果について、図33A~図33Gを参照しながら説明する。図33A~図33Gは、ノイズがある環境において、各信号列を用いた場合の距離測定精度の評価結果を示す図である。図33A~図33Gそれぞれの(a)は、横軸が遅延時間を示しており、縦軸が反射光(又は外乱光)の明るさ(例えば、信号強度に相当)を示している。図33A~図33Gそれぞれの(b)は、遅延時間と対象物体までの距離との関係を示しており、横軸が遅延時間を示しており、縦軸が距離を示す。なお、各グラフの幅(グレースケールで表される領域の幅)は、誤差の標準偏差を示す。 Next, evaluation results of distance measurement accuracy in a noisy environment will be described with reference to FIGS. 33A to 33G. 33A to 33G are diagrams showing evaluation results of distance measurement accuracy when using each signal train in a noisy environment. In each of FIGS. 33A to 33G (a), the horizontal axis indicates the delay time, and the vertical axis indicates the brightness (corresponding to signal intensity, for example) of the reflected light (or disturbance light). (b) in each of FIGS. 33A to 33G shows the relationship between the delay time and the distance to the target object, with the horizontal axis showing the delay time and the vertical axis showing the distance. Note that the width of each graph (the width of the area expressed in gray scale) indicates the standard deviation of the error.

図33A~図33Cに示すように、高周波ノイズが存在するときに、従来手法((a)~(c))では計測信号に大きなノイズが含まれ、距離推定にも大きな誤差がみられる。一方、図33D~図33Fに示すように、高周波ノイズが存在するときに、擬似乱数変調を用いた手法(本発明の手法)((d)~(g))では、計測信号のノイズが抑制され、距離推定に大きな影響がみられない。 As shown in FIGS. 33A to 33C, when high-frequency noise is present, the conventional methods ((a) to (c)) include large noise in the measurement signal and large errors in distance estimation. On the other hand, as shown in FIGS. 33D to 33F, when high-frequency noise is present, the method using pseudorandom number modulation (method of the present invention) ((d) to (g)) suppresses noise in the measurement signal. , and there is no significant effect on distance estimation.

図34は、距離推定精度の比較結果を示す図である。図34は、比較評価として、図32A~33Gに示す距離推定における二乗平均平方根誤差の比較結果を示す。 FIG. 34 is a diagram showing comparison results of distance estimation accuracy. As a comparative evaluation, FIG. 34 shows a comparison result of the root mean square error in the distance estimation shown in FIGS. 32A to 33G.

図34に示すように、擬似乱数変調を用いた手法は、従来手法より二乗平均平方根誤差が小さく、ノイズ条件下で頑健であることがわかる。また、コーディング曲線が長い(g)の精度が最も高い。 As shown in FIG. 34, it can be seen that the method using pseudo-random number modulation has a smaller root mean square error than the conventional method and is robust under noise conditions. Furthermore, the accuracy of (g) with a long coding curve is the highest.

なお、高周波ノイズが存在する環境下において、擬似乱数変調を用いた手法(本発明の手法)で算出された距離の二乗平均平方根誤差は、従来手法で算出された距離の二乗平均平方根誤差より小さければよく、例えば、100mm以下であってもよいし、50mm以下であってもよいし、25mm以下であってもよいし、10mm以下であってもよい。 In addition, in an environment where high-frequency noise exists, the root mean square error of the distance calculated using the method using pseudorandom number modulation (the method of the present invention) is smaller than the root mean square error of the distance calculated using the conventional method. For example, it may be 100 mm or less, 50 mm or less, 25 mm or less, or 10 mm or less.

(その他の実施の形態)
以上、一つ又は複数の態様に係る測距装置等について、実施の形態等に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態等に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明に含まれてもよい。
(Other embodiments)
Although the distance measuring device and the like according to one or more aspects have been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the embodiments. Unless departing from the spirit of the present invention, the present invention may include various modifications that can be thought of by those skilled in the art to this embodiment, and embodiments constructed by combining components of different embodiments. .

例えば、上記実施の形態等では、信号生成部はデジタル変調するように構成される例を示したが、アナログ変調するように構成されていてもよい。 For example, in the above embodiments, the signal generating section is configured to perform digital modulation, but it may be configured to perform analog modulation.

また、上記実施の形態1の変形例では、DSSS変調された信号を多重化する例について説明したが、ガロア体を用いて変調された信号など他の変調方法により生成された信号が多重化されてもよい。また、多重化される信号のそれぞれは、単一周波数の信号であってもよい。 Furthermore, in the modification of the first embodiment, an example in which DSSS modulated signals are multiplexed is described, but signals generated by other modulation methods such as signals modulated using a Galois field may also be multiplexed. It's okay. Further, each of the signals to be multiplexed may be a signal of a single frequency.

また、上記実施の形態等における測距装置は、屋内で用いられてもよいし、屋外で用いられてもよい。 Further, the distance measuring device in the above embodiments and the like may be used indoors or outdoors.

また、上記実施の形態等において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、CPU又はプロセッサ等のプログラム実行部が、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。 Further, in the above embodiments and the like, each component may be configured with dedicated hardware, or may be realized by executing a software program suitable for each component. Each component may be realized by a program execution unit such as a CPU or a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or a semiconductor memory.

また、フローチャートにおける各ステップが実行される順序は、本発明を具体的に説明するために例示するためのものであり、上記以外の順序であってもよい。また、上記ステップの一部が他のステップと同時(並列)に実行されてもよいし、上記ステップの一部は実行されなくてもよい。 Further, the order in which the steps in the flowchart are executed is for illustrative purposes to specifically explain the present invention, and may be in an order other than the above. Furthermore, some of the above steps may be executed simultaneously (in parallel) with other steps, or some of the above steps may not be executed.

また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。 Furthermore, the division of functional blocks in the block diagram is just an example; multiple functional blocks can be realized as one functional block, one functional block can be divided into multiple functional blocks, or some functions can be moved to other functional blocks. It's okay. Further, functions of a plurality of functional blocks having similar functions may be processed in parallel or in a time-sharing manner by a single piece of hardware or software.

また、上記実施の形態等に係る測距装置は、単一の装置として実現されてもよいし、複数の装置により実現されてもよい。測距装置が複数の装置によって実現される場合、当該測距装置が有する各構成要素は、複数の装置にどのように振り分けられてもよい。測距装置が複数の装置で実現される場合、当該複数の装置間の通信方法は、特に限定されず、無線通信であってもよいし、有線通信であってもよい。また、装置間では、無線通信及び有線通信が組み合わされてもよい。 Further, the distance measuring device according to the above embodiments may be realized as a single device, or may be realized by a plurality of devices. When a distance measuring device is realized by a plurality of devices, each component included in the distance measuring device may be distributed to the plurality of devices in any manner. When the distance measuring device is realized by a plurality of devices, the communication method between the plurality of devices is not particularly limited, and may be wireless communication or wired communication. Additionally, wireless communication and wired communication may be combined between devices.

また、上記実施の形態等で説明した各構成要素は、ソフトウェアとして実現されても良いし、典型的には、集積回路であるLSIとして実現されてもよい。これらは、個別に1チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように1チップ化されてもよい。ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路(専用のプログラムを実行する汎用回路)又は汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)又は、LSI内部の回路セルの接続若しくは設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。更には、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて構成要素の集積化を行ってもよい。 Furthermore, each of the components described in the above embodiments may be realized as software, or typically, as an LSI that is an integrated circuit. These may be integrated into one chip individually, or may be integrated into one chip including some or all of them. Although it is referred to as an LSI here, it may also be called an IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration. Further, the method of circuit integration is not limited to LSI, and may be implemented using a dedicated circuit (a general-purpose circuit that executes a dedicated program) or a general-purpose processor. An FPGA (Field Programmable Gate Array) that can be programmed or a reconfigurable processor that can reconfigure the connections or settings of circuit cells inside the LSI may be used after the LSI is manufactured. Furthermore, if an integrated circuit technology that replaces LSI emerges due to advances in semiconductor technology or other derived technology, that technology may of course be used to integrate the components.

システムLSIは、複数の処理部を1個のチップ上に集積して製造された超多機能LSIであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を含んで構成されるコンピュータシステムである。ROMには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムLSIは、その機能を達成する。 A system LSI is an ultra-multifunctional LSI manufactured by integrating multiple processing units on a single chip, and specifically includes a microprocessor, ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), etc. A computer system that includes: A computer program is stored in the ROM. The system LSI achieves its functions by the microprocessor operating according to a computer program.

また、本発明の一態様は、図6、図11及び図16のいずれかに示される測距方法に含まれる特徴的な各ステップをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであってもよい。 Further, one aspect of the present invention may be a computer program that causes a computer to execute each characteristic step included in the ranging method shown in any one of FIGS. 6, 11, and 16.

また、例えば、プログラムは、コンピュータに実行させるためのプログラムであってもよい。また、本発明の一態様は、そのようなプログラムが記録された、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体であってもよい。例えば、そのようなプログラムを記録媒体に記録して頒布又は流通させてもよい。例えば、頒布されたプログラムを、他のプロセッサを有する装置にインストールして、そのプログラムをそのプロセッサに実行させることで、その装置に、上記各処理を行わせることが可能となる。 Further, for example, the program may be a program to be executed by a computer. Further, one aspect of the present invention may be a computer-readable non-transitory recording medium in which such a program is recorded. For example, such a program may be recorded on a recording medium and distributed or distributed. For example, by installing a distributed program on a device having another processor and having that processor execute the program, it becomes possible to cause that device to perform each of the above processes.

(付記)
以上の実施の形態等の記載により、下記の技術が開示される。
(Additional note)
The following technology is disclosed by the description of the above embodiments and the like.

(技術1)
TOF(Time Of Flight)方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、
光源部と、
前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子、及び、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第1タップ、第2タップ及び第3タップを有する受光部と、
前記光源部の発光タイミング、並びに、前記第1タップ、前記第2タップ及び前記第3タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部とを備える
測距装置。
(Technology 1)
A distance measuring device that measures the distance to an object using a TOF (Time Of Flight) method,
A light source part,
a light-receiving element that receives light emitted by the light source and reflected by the object; and a first tap and a second tap to which charges generated when the light-receiving element receives the reflected light are distributed. and a light receiving section having a third tap;
Control signals for the light emission timing of the light source unit and the exposure timing corresponding to the first tap, the second tap, and the third tap are generated by modulating the basic signal using pseudorandom numbers. A distance measuring device comprising a signal generating section.

(技術2)
前記擬似乱数を用いた変調は、ガロア体を用いた変調である
技術1に記載の測距装置。
(Technology 2)
The distance measuring device according to technique 1, wherein the modulation using the pseudo-random numbers is modulation using a Galois field.

(技術3)
前記ガロア体を用いた変調では、ガロア体として、前記受光部が有するタップの数と同数の位数のガロア体における擬似乱数が用いられる
技術2に記載の測距装置。
(Technology 3)
The distance measuring device according to technique 2, wherein in the modulation using the Galois field, a pseudorandom number in the Galois field having the same number of orders as the number of taps that the light receiving section has is used as the Galois field.

(技術4)
前記ガロア体を用いた変調では、ガロア体として、前記受光部が有するタップの数より大きい位数のガロア体における擬似乱数が用いられる
技術2に記載の測距装置。
(Technology 4)
The ranging device according to technique 2, wherein in the modulation using the Galois field, a pseudorandom number in the Galois field having an order larger than the number of taps included in the light receiving section is used as the Galois field.

(技術5)
前記第1タップ、前記第2タップ及び前記第3タップのそれぞれは、一期間をオンとする第1状態、一期間をオフとする第2状態、及び、一期間内においてオン及びオフの一方から他方へ切り替わる第3状態とを有し、
前記信号生成部は、前記擬似乱数に基づいて、前記第1タップ、前記第2タップ及び前記第3タップのうちの一のタップにおいて、前記第1状態、前記第2状態及び前記第3状態のうちの一の状態の出現確率を、他のタップと異ならせるように当該一のタップの制御信号を生成する
技術1~4のいずれかに記載の測距装置。
(Technique 5)
Each of the first tap, second tap, and third tap has a first state of being on for one period, a second state of being off for one period, and one of on and off within one period. and a third state that switches to the other state,
The signal generation unit is configured to change the first state, the second state, and the third state in one of the first tap, the second tap, and the third tap based on the pseudo-random number. The distance measuring device according to any one of techniques 1 to 4, wherein a control signal for one of the taps is generated so that the probability of appearance of one of the states is different from that of other taps.

(技術6)
前記信号生成部は、前記基本信号に第1擬似乱数を用いて変調を加えた第1信号と、前記基本信号に前記第1擬似乱数と異なる第2擬似乱数を用いて変調を加えた第2信号とを時間方向に多重化することで、前記制御信号を生成し、
前記受光部は、前記第1信号に基づく発光により受光する反射光と、前記第2信号に基づく発光により受光する反射光とにより生成される電荷を互いに異なるタップに蓄積する
技術1~5のいずれかに記載の測距装置。
(Technology 6)
The signal generation unit generates a first signal obtained by modulating the basic signal using a first pseudo-random number, and a second signal obtained by modulating the basic signal using a second pseudo-random number different from the first pseudo-random number. generating the control signal by multiplexing the signal in the time direction,
Any of techniques 1 to 5, wherein the light receiving unit accumulates charges generated by reflected light received by emitting light based on the first signal and reflected light received by emitting light based on the second signal in mutually different taps. Distance measuring device described in Crab.

(技術7)
前記測距装置が配置される空間には、他の測距装置が配置されており、
前記受光部が受光した外乱光に基づいて、当該外乱光を出射するために用いられた擬似乱数を特定し、特定された擬似乱数から前記他の測距装置を識別する信号処理部を備える
技術1~6のいずれかに記載の測距装置。
(Technology 7)
Another distance measuring device is arranged in the space where the distance measuring device is arranged,
A signal processing unit that identifies a pseudorandom number used for emitting the disturbance light based on the disturbance light received by the light receiving unit, and identifies the other distance measuring device from the identified pseudorandom number. 7. The distance measuring device according to any one of 1 to 6.

(技術8)
前記第1タップ、前記第2タップ、及び、前記第3タップのそれぞれに蓄積された電荷量を用いた比に基づいて、前記距離を算出する算出部を備える
技術1~7のいずれかに記載の測距装置。
(Technology 8)
The method according to any one of techniques 1 to 7, further comprising a calculation unit that calculates the distance based on a ratio using the amount of charge accumulated in each of the first tap, the second tap, and the third tap. distance measuring device.

(技術9)
前記基本信号は、単一周波数の信号である
技術1~8のいずれかに記載の測距装置。
(Technology 9)
The distance measuring device according to any one of techniques 1 to 8, wherein the basic signal is a single frequency signal.

(技術10)
前記発光タイミングのための制御信号の基本信号は、パルス状の信号であり、
前記露光タイミングのための制御信号の基本信号は、前記第1タップ、前記第2タップ及び前記第3タップで位相が異なる台形形状の信号である
技術1~9のいずれかに記載の測距装置。
(Technology 10)
The basic signal of the control signal for the light emission timing is a pulse-like signal,
The distance measuring device according to any one of Techniques 1 to 9, wherein the basic signal of the control signal for the exposure timing is a trapezoidal signal having different phases at the first tap, the second tap, and the third tap. .

(技術11)
高周波ノイズが存在する環境下において測定された距離の二乗平均平方根誤差は、100mm以下である
技術1~10のいずれかに記載の測距装置。
(Technology 11)
The distance measuring device according to any one of Techniques 1 to 10, wherein the root mean square error of distance measured in an environment where high frequency noise is present is 100 mm or less.

(技術12)
TOF(Time Of Flight)方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、
光源部と、
前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第1タップ及び第2タップを有する受光部と、
前記光源部の発光タイミング、並びに、前記第1タップ及び前記第2タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部とを備える
測距装置。
(Technology 12)
A distance measuring device that measures the distance to an object using a TOF (Time Of Flight) method,
A light source part,
The light-receiving element receives reflected light generated by the light emitted by the light source being reflected by the object, and the light-receiving element has a first tap and a second tap to which charges generated when the light-receiving element receives the reflected light are distributed. A light receiving section,
a signal generation unit that generates a control signal for the light emission timing of the light source unit and the exposure timing corresponding to the first tap and the second tap by modulating a basic signal using pseudo-random numbers; Equipped with a distance measuring device.

(技術13)
TOF(Time Of Flight)方式により対象物までの距離を測定する測距装置で実行される測距方法であって、
前記測距装置は、
光源部と、
前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子、及び、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第1タップ、第2タップ及び第3タップを有する受光部とを備え、
前記測距方法は、
前記光源部の発光タイミング、前記受光素子の露光タイミング、並びに、前記第1タップ、前記第2タップ及び前記第3タップへの電荷の振り分けのそれぞれを制御するための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する
測距方法。
(Technology 13)
A distance measurement method performed by a distance measurement device that measures the distance to an object using a TOF (Time Of Flight) method,
The distance measuring device is
A light source part,
a light-receiving element that receives light emitted by the light source and reflected by the object; and a first tap and a second tap to which charges generated when the light-receiving element receives the reflected light are distributed. and a light receiving section having a third tap,
The distance measuring method is
A control signal for controlling each of the light emission timing of the light source section, the exposure timing of the light receiving element, and the distribution of charges to the first tap, the second tap, and the third tap is simulated as a basic signal. A distance measurement method that generates distance by adding modulation using random numbers.

本発明は、対象物の形状計測等を行う測距装置等に有用である。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention is useful for the distance measuring device etc. which measure the shape of a target object, etc.

10 制御部
20 信号生成部
30 光源制御部
40 光源部
50 受光制御部
60 受光部
61、161 画素
61a 第1タップ
61b 第2タップ
61c 第3タップ
62 フォトダイオード
63a、63b、63c 転送トランジスタ
64a、64b、64c FD部
70 信号処理部(算出部)
100 測距装置
200 対象物
300 ノイズ用光源
410、420 板
430 置物
t1、t2、t3、t4 時間
10 control section 20 signal generation section 30 light source control section 40 light source section 50 light reception control section 60 light reception section 61, 161 pixel 61a 1st tap 61b 2nd tap 61c 3rd tap 62 photodiode 63a, 63b, 63c transfer transistor 64a, 64b , 64c FD section 70 Signal processing section (calculation section)
100 Range finder 200 Object 300 Light source for noise 410, 420 Board 430 Figurine t1, t2, t3, t4 Time

Claims (13)

TOF(Time Of Flight)方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、
光源部と、
前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子と、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第1タップ、第2タップ及び第3タップとを有する受光部と、
前記光源部の発光タイミング、並びに、前記第1タップ、前記第2タップ及び前記第3タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部とを備える
測距装置。
A distance measuring device that measures the distance to an object using a TOF (Time Of Flight) method,
A light source part,
a light-receiving element that receives light emitted by the light source and reflected by the object; a first tap, a second tap, and a second tap to which charges generated when the light-receiving element receives the reflected light are distributed; a light receiving section having a third tap;
Control signals for the light emission timing of the light source unit and the exposure timing corresponding to the first tap, the second tap, and the third tap are generated by modulating the basic signal using pseudorandom numbers. A distance measuring device comprising a signal generating section.
前記擬似乱数を用いた変調は、ガロア体を用いた変調である
請求項1に記載の測距装置。
The distance measuring device according to claim 1, wherein the modulation using the pseudorandom numbers is modulation using a Galois field.
前記ガロア体を用いた変調では、ガロア体として、前記受光部が有するタップの数と同数の位数のガロア体における擬似乱数が用いられる
請求項2に記載の測距装置。
The ranging device according to claim 2, wherein in the modulation using the Galois field, a pseudorandom number in the Galois field having the same number of orders as the number of taps that the light receiving section has is used as the Galois field.
前記ガロア体を用いた変調では、ガロア体として、前記受光部が有するタップの数より大きい位数のガロア体における擬似乱数が用いられる
請求項2に記載の測距装置。
The distance measuring device according to claim 2, wherein in the modulation using the Galois field, a pseudorandom number in the Galois field having an order larger than the number of taps included in the light receiving section is used as the Galois field.
前記第1タップ、前記第2タップ及び前記第3タップのそれぞれは、一期間をオンとする第1状態、一期間をオフとする第2状態、及び、一期間内においてオン及びオフの一方から他方へ切り替わる第3状態とを有し、
前記信号生成部は、前記擬似乱数に基づいて、前記第1タップ、前記第2タップ及び前記第3タップのうちの一のタップにおいて、前記第1状態、前記第2状態及び前記第3状態のうちの一の状態の出現確率を、他のタップと異ならせるように当該一のタップの制御信号を生成する
請求項4に記載の測距装置。
Each of the first tap, second tap, and third tap has a first state of being on for one period, a second state of being off for one period, and one of on and off within one period. and a third state that switches to the other state,
The signal generation unit is configured to change the first state, the second state, and the third state in one of the first tap, the second tap, and the third tap based on the pseudo-random number. The distance measuring device according to claim 4, wherein a control signal for one of the taps is generated so that the probability of appearance of one of the taps is different from that of the other taps.
前記信号生成部は、前記基本信号に第1擬似乱数を用いて変調を加えた第1信号と、前記基本信号に前記第1擬似乱数と異なる第2擬似乱数を用いて変調を加えた第2信号とを時間方向に多重化することで、前記発光タイミングのための前記制御信号を生成し、かつ、前記第1信号に基づく第1の受光信号と、前記第2信号に基づく第2の受光信号とを時間方向に多重化することで、前記露光タイミングのための制御信号を生成する
請求項1~5のいずれか1項に記載の測距装置。
The signal generation unit generates a first signal obtained by modulating the basic signal using a first pseudo-random number, and a second signal obtained by modulating the basic signal using a second pseudo-random number different from the first pseudo-random number. The control signal for the light emission timing is generated by multiplexing the signals in the time direction, and a first light reception signal based on the first signal and a second light reception signal based on the second signal are generated. The distance measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the control signal for the exposure timing is generated by multiplexing the signals in the time direction.
前記測距装置が配置される空間には、他の測距装置が配置されており、
前記受光部が受光した外乱光に基づいて、当該外乱光を出射するために用いられた擬似乱数を特定し、特定された擬似乱数から前記他の測距装置を識別する信号処理部を備える
請求項1~5のいずれか1項に記載の測距装置。
Another distance measuring device is arranged in the space where the distance measuring device is arranged,
A signal processing unit that identifies a pseudorandom number used for emitting the disturbance light based on the disturbance light received by the light receiving unit, and identifies the other distance measuring device from the identified pseudorandom number. The distance measuring device according to any one of items 1 to 5.
前記第1タップ、前記第2タップ、及び、前記第3タップのそれぞれに蓄積された電荷量を用いた比に基づいて、前記距離を算出する算出部を備える
請求項1~5のいずれか1項に記載の測距装置。
Any one of claims 1 to 5, further comprising a calculation unit that calculates the distance based on a ratio using the amount of charge accumulated in each of the first tap, the second tap, and the third tap. Distance measuring device described in section.
前記基本信号は、単一周波数の信号である
請求項1~5のいずれか1項に記載の測距装置。
The distance measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the basic signal is a single frequency signal.
前記発光タイミングのための制御信号の基本信号は、パルス状の信号であり、
前記露光タイミングのための制御信号の基本信号は、前記第1タップ、前記第2タップ及び前記第3タップで位相が異なる台形形状の信号である
請求項1~5のいずれか1項に記載の測距装置。
The basic signal of the control signal for the light emission timing is a pulse-like signal,
6. The basic signal of the control signal for the exposure timing is a trapezoidal signal having different phases at the first tap, the second tap, and the third tap. Ranging device.
高周波ノイズが存在する環境下において測定された距離の二乗平均平方根誤差は、100mm以下である
請求項1~5のいずれか1項に記載の測距装置。
The distance measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the root mean square error of distance measured in an environment where high frequency noise is present is 100 mm or less.
TOF(Time Of Flight)方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、
光源部と、
前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子と、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第1タップ及び第2タップとを有する受光部と、
前記光源部の発光タイミング、並びに、前記第1タップ及び前記第2タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部とを備える
測距装置。
A distance measuring device that measures the distance to an object using a TOF (Time Of Flight) method,
A light source part,
a light-receiving element that receives light emitted by the light source and reflected by the object; and a first tap and a second tap to which charges generated when the light-receiving element receives the reflected light are distributed. a light receiving section having;
a signal generation unit that generates a control signal for the light emission timing of the light source unit and the exposure timing corresponding to the first tap and the second tap by modulating a basic signal using pseudo-random numbers; Equipped with a distance measuring device.
TOF(Time Of Flight)方式により対象物までの距離を測定する測距装置で実行される測距方法であって、
前記測距装置は、
光源部と、
前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子と、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第1タップ、第2タップ及び第3タップとを有する受光部とを備え、
前記測距方法は、
前記光源部の発光タイミング、前記受光素子の露光タイミング、並びに、前記第1タップ、前記第2タップ及び前記第3タップへの電荷の振り分けのそれぞれを制御するための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する
測距方法。
A distance measurement method performed by a distance measurement device that measures the distance to an object using a TOF (Time Of Flight) method,
The distance measuring device is
A light source part,
a light-receiving element that receives light emitted by the light source and reflected by the object; a first tap, a second tap, and a second tap to which charges generated when the light-receiving element receives the reflected light are distributed; and a light receiving section having a third tap,
The distance measuring method is
A control signal for controlling each of the light emission timing of the light source section, the exposure timing of the light receiving element, and the distribution of charges to the first tap, the second tap, and the third tap is simulated as a basic signal. A distance measurement method that generates distance by adding modulation using random numbers.
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