JP3906859B2 - 距離画像センサ - Google Patents
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A0=A・sin(δ)+B
A1=A・sin(π/2+δ)+B
A2=A・sin(π+δ)+B
A3=A・sin(3π/2+δ)+B
図2では位相差がψであるから、光検出信号1の受光光量に関する波形の初期位相δ(時刻t=0の位相)は−ψになる。つまり、δ=−ψであるから、A0=−A・sin(ψ)+B、A1=A・cos(ψ)+B、A2=A・sin(ψ)+B、A3=−A・cos(ψ)+Bであり、結果的に、各受光光量A0、A1、A2、A3と位相差ψとの関係は、次式のようになる。
ψ=tan−1{(A2−A0)/(A1−A3)} …(1)
(1)式では受光光量A0、A1、A2、A3の瞬時値を用いているが、受光光量A0、A1、A2、A3として受光期間Twにおける積算値を用いても(1)式で位相差ψを求めることができる。
ψ=tan−1{(A1−A3)/(A0−A2)}
この関係は、変調信号に同期させるタイミングを90度ずらした関係である。また、距離値の符号は正であるから、位相差ψを求めたときに符号が負になる場合には、tan−1の括弧内の分母または分子の各項の順序を入れ換えるか括弧内の絶対値を用いるようにしてもよい。
(1/2)・{(A0−A2)2+(A1−A3)2}1/2
つまり、上述したように、受光光量A0、A1、A2、A3の瞬時値を用いると、A0=−A・sin(ψ)+B、A1=A・cos(ψ)+B、A2=A・sin(ψ)+B、A3=−A・cos(ψ)+Bと表すことができ、(A0−A2)2=4A2・sin2(ψ)、(A1−A3)2=4A2・cos2(ψ)であって、(A0−A2)2+(A1−A3)2=4A2{sin2(ψ)+cos2(ψ)}=4A2であるから、振幅Aを上式で求めることができる。なお、直流成分Bは、たとえば、(A0+A1+A2+A3)/4、(A0+A2)/2、(A1+A3)/2のいずれかの演算により求めることができる。なお、変調信号の整数倍周期の時間における受光光量は直流成分Bに比例するから、この値を用いることも可能である。
2 発光源
3 制御回路部
4 画像生成部
4a,4b 電荷保持部
4c 選択部
4d 演算部
5 受光光学系
11 感光部
Ob 対象物
Claims (11)
- 所定周期の変調信号で強度変調された光を対象空間に照射する発光源と、対象空間からの光を受光してそれぞれ受光光量に応じた電荷を生成する複数個の感光部を有し対象空間を撮像する光検出素子と、各感光部が対象空間からの光を受光する受光期間を制御する制御回路部と、感光部で生成された電荷を用いて対象物までの距離を求めこの距離を画素値とする距離画像を生成する画像生成部とを備え、受光期間は、変調信号の位相に同期しかつ変調信号の周期よりも短く設定され、光検出素子は、複数個隣接した前記感光部を演算単位とし、複数の受光期間で得られる電荷を変調信号の1周期以上の期間である検出期間ごとに集積した電荷を画像生成部に与え、かつ演算単位となる各感光部の受光期間を、検出期間毎に前記位相のうちの異なる位相の受光期間に変更するように電荷の転送タイミングが制御回路部で制御され、制御回路部は、あらかじめ設定した異なる長さの複数の検出期間を光検出素子に適用可能であり、画像生成部は、各長さの検出期間で集積される電荷の電荷量が光検出素子に許容された電荷量を越えない範囲で最大になる検出期間を選択し、さらに選択した長さの検出期間に関して複数の検出期間の電荷量を受光期間別に積算した電荷量を用いて距離を求め、当該距離を距離画像の画素値とすることを特徴とする距離画像センサ。
- 前記制御回路部は、複数の長さの検出期間を前記光検出素子に順に適用し、画像生成部は、異なる長さの検出期間ごとに集積された電荷のうち電荷量が規定の飽和閾値を越えない範囲で最大になる検出期間を選択することを特徴とする請求項1記載の距離画像センサ。
- 前記画像生成部は、変調信号の複数の位相に同期する受光期間で得られる電荷を組にして用いることにより距離を求め、組になるすべての受光期間に対応して集積された電荷について最大の電荷量が前記飽和閾値を越えない範囲で最大になる長さの検出期間を選択することを特徴とする請求項2記載の距離画像センサ。
- 前記画像生成部は、変調信号の複数の位相に同期する受光期間で得られる電荷を組にして用いることにより距離を求め、組になる各受光期間に対応して集積された電荷についてそれぞれ電荷量が前記飽和閾値を越えない範囲で最大になるときの検出期間を各受光期間ごとに選択するとともに、各受光期間に対応する電荷量を検出期間の長さの比率で補正した電荷量を用いて距離を求めることを特徴とする請求項2記載の距離画像センサ。
- 前記画像生成部は、変調信号の複数の位相に同期する受光期間で得られる電荷を組にして用いることにより距離を求め、組になるすべての受光期間に対応して集積された電荷の平均の電荷量が前記飽和閾値を越えない範囲で最大になる長さの検出期間を選択することを特徴とする請求項2記載の距離画像センサ。
- 前記画像生成部は、演算単位となる前記各感光部で得られた電荷を積算する複数の検出期間において、各検出期間ごとの受光期間の回数を同回数ずつとすることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の距離画像センサ。
- 前記画像生成部は、前記感光部で生成された電荷から受光光量の関数である適宜の比較値を算出し、算出した比較値を規定の閾値と比較することにより検出期間を選択することを特徴とする請求項1記載の距離画像センサ。
- 前記画像生成部は、前記感光部で生成された電荷から受光光量について変調信号の整数倍周期の平均値を直流成分として抽出し、抽出した直流成分を規定の閾値と比較することにより検出期間を選択することを特徴とする請求項1記載の距離画像センサ。
- 前記画像生成部は、検出期間を選択できない画素の画素値を、代用できる他の値に置き換える異常処理を行うことを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の距離画像センサ。
- 前記異常処理は、検出期間を選択できない画素の画素値を、過去の距離値で代用する処理であることを特徴とする請求項9記載の距離画像センサ。
- 前記異常処理は、検出期間を選択できない画素の画素値を、周辺の画素の画素値の平均値で代用する処理であることを特徴とする請求項9記載の距離画像センサ。
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