JP5760168B2 - Spatial information detector - Google Patents

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Description

本発明は、発光源から対象空間に投光し、対象空間からの光を受光することにより、対象空間に存在する物体までの距離計測、物体の反射率あるいは吸収率の計測、対象空間における媒質の反射率あるいは吸収率の計測、対象空間における物体の存否の検出のような空間情報を検出するアクティブ型の空間情報検出装置に関するものである。   The present invention projects light from a light source to a target space and receives light from the target space, thereby measuring the distance to the object existing in the target space, measuring the reflectance or absorption rate of the object, and the medium in the target space. The present invention relates to an active type spatial information detection device that detects spatial information such as measurement of reflectance or absorption rate and detection of the presence or absence of an object in a target space.

従来から、発光源から対象空間に投光し、対象空間からの光を受光することにより、空間情報を検出するアクティブ型の空間情報検出装置が提案されている。この種の空間情報検出装置には、対象空間に存在する物体までの距離計測、物体の反射率の計測、対象空間における媒質の透過率の計測、対象空間における物体の存否の検出などの目的に応じてそれぞれ構成されたものが知られている。   Conventionally, an active type spatial information detection device that detects spatial information by projecting light from a light source to a target space and receiving light from the target space has been proposed. This type of spatial information detection device is used for purposes such as measuring the distance to an object in the target space, measuring the reflectance of the object, measuring the transmittance of the medium in the target space, and detecting the presence or absence of the object in the target space. Those configured accordingly are known.

物体までの距離計測には、発光源から投光された後に物体で反射された光が受光されるまでの時間を計測することによって、物体までの距離を測定するタイムオブフライト(time of flight)法の原理を用いた距離測定装置がある。この種の距離測定装置では、正弦波形のように一定周期で強度が変化する強度変調光を投光し、強度変調光の投光時点と受光時点とにおける変調波形の位相差を計測することによって、物体までの距離を測定する構成が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。具体的には、強度変調光の周期に同期した異なる複数位相のタイミングで受光強度(実際には、受光光量)に相当する電荷量を求め、電荷量の関係に基づいて投光時点と受光時点とにおける変調波形の位相差を計算により求めている。   For measuring the distance to an object, the time of flight is used to measure the distance to the object by measuring the time it takes for the light reflected from the object to be received after being emitted from the light source. There are distance measuring devices that use the principle of law. This type of distance measuring device projects intensity-modulated light whose intensity changes at a constant cycle, such as a sine waveform, and measures the phase difference of the modulated waveform between the time when the intensity-modulated light is projected and the time when it is received. A configuration for measuring the distance to an object has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Specifically, the charge amount corresponding to the received light intensity (actually, the received light amount) is obtained at different timings synchronized with the period of the intensity-modulated light, and the light projection time and the light reception time point are determined based on the relationship between the charge amounts. The phase difference of the modulation waveform at and is obtained by calculation.

求めた位相差は、投光した強度変調光が物体で反射された後に受光されるまでの時間差に相当するから、強度変調光の周期をT〔s〕、光速をc〔m/s〕、変調波形の位相差をψ〔ラジアン〕とするときに、投光から受光までの時間差rは、r=T(ψ/2π)になり、物体までの距離Lは、L=(1/2)c・r=(1/2)c・T(ψ/2π)として求めることができる。たとえば、強度変調光の周波数を10MHzとすれば、周期Tは100〔ns〕であるから、測定可能な最大距離(以下、「測定最大距離」という)は15〔m〕になる。すなわち、一定周期で強度が変化する強度変調光を用いているから、測定可能範囲の上限は強度変調光の半周期に対応した距離(半波長の距離)になる。   Since the obtained phase difference corresponds to a time difference until the projected intensity modulated light is reflected after being reflected by the object, the period of the intensity modulated light is T [s], the speed of light is c [m / s], When the phase difference of the modulation waveform is ψ [radian], the time difference r from light projection to light reception is r = T (ψ / 2π), and the distance L to the object is L = (1/2) c · r = (½) c · T (ψ / 2π). For example, if the frequency of intensity-modulated light is 10 MHz, the period T is 100 [ns], so the maximum measurable distance (hereinafter referred to as “measurement maximum distance”) is 15 [m]. That is, since intensity-modulated light whose intensity changes at a constant period is used, the upper limit of the measurable range is a distance (half-wavelength distance) corresponding to a half-period of intensity-modulated light.

一方、物体の反射率や吸収率の計測、媒質の反射率や吸収率の計測、物体の存否の検出などに用いる空間情報検出装置では、発光源から対象空間に投光する投光期間と、発光源から対象空間に投光しない非投光期間とを設け、投光期間と非投光期間との受光量の変化を用いることによって、環境光ないし周囲光の影響を除去し、発光源から対象空間に投光した信号光に対応する反射光の成分のみを検出する強度検出装置が考えられている(たとえば、特許文献2参照)。   On the other hand, in the spatial information detection device used for measuring the reflectance and absorptance of an object, measuring the reflectance and absorptance of a medium, and detecting the presence or absence of an object, a light projection period for projecting light from a light source to a target space, By providing a non-light-projecting period during which light is not projected from the light-emitting source to the target space, and using the change in the amount of light received between the light-projecting period and the non-light-projecting period, the influence of ambient light or ambient light is eliminated, An intensity detection device that detects only a component of reflected light corresponding to signal light projected into a target space is considered (see, for example, Patent Document 2).

すなわち、非投光期間の受光量は環境光ないし周囲光の成分のみに対応した受光量になるが、投光期間の受光量は環境光ないし周囲光の成分と発光源から投光した信号光に対応する成分とが含まれるから、強度検出装置では、投光期間の受光量と非投光期間の受光量とに基づいて信号光に対応した成分を取り出し、信号光に対応する成分から目的の空間情報を抽出している。言い換えると、信号光の成分に応じた濃淡画像を生成していることになる。   In other words, the amount of light received during the non-projection period corresponds to only the ambient light or ambient light component, but the amount of light received during the light projection period is the signal light emitted from the ambient light or ambient light component and the light source. Therefore, in the intensity detection device, the component corresponding to the signal light is extracted based on the received light amount during the light projection period and the received light amount during the non-light projection period, and the target is obtained from the component corresponding to the signal light. The spatial information is extracted. In other words, a grayscale image corresponding to the signal light component is generated.

特開2004−45304号公報JP 2004-45304 A 特開2006−121617号公報JP 2006-121617 A

ところで、特許文献1に記載された距離測定装置では、一定周期で強度が変化する強度変調光を用いているから、物体までの距離が上述した測定最大距離を超えている場合であっても反射光を受光することができる場合には、測定可能範囲内の距離と誤認識することになる。つまり、投光から受光までの時間差を変調波形の位相差に基づいて検出しており、位相差がψである場合と(ψ+2nπ)である場合(nは正整数)とでは受光量が等しいから、測定最大距離をLmaxとして測定可能範囲を0〜Lmaxとしたときに、範囲〔0,Lmax〕と範囲〔n・Lmax,(n+1)・Lmax〕とを区別することが困難であるという問題を有している。   By the way, in the distance measuring apparatus described in Patent Document 1, since intensity-modulated light whose intensity changes at a constant period is used, even if the distance to the object exceeds the above-described maximum measurement distance, reflection is performed. If the light can be received, it is erroneously recognized as a distance within the measurable range. That is, the time difference from light projection to light reception is detected based on the phase difference of the modulation waveform, and the amount of light received is the same when the phase difference is ψ and when (ψ + 2nπ) (n is a positive integer). When the maximum measurement distance is Lmax and the measurable range is 0 to Lmax, it is difficult to distinguish the range [0, Lmax] from the range [n · Lmax, (n + 1) · Lmax]. Have.

この種の問題は、物体までの距離が大きいほど反射光の受光強度が小さくなることを利用し、受光強度を考慮して距離を測定すれば解決可能な場合もあるが、物体の反射率によっては受光強度だけでは判断することができないこともあるから、許容された測定最大距離を超える距離に反射率の大きい物体が存在し、当該物体からの反射光の強度が比較的大きい場合には、依然として距離を誤認識する可能性が残る。   This type of problem can be solved by taking advantage of the fact that the received light intensity of reflected light decreases as the distance to the object increases. May not be determined only by the received light intensity, so there is an object with a high reflectivity at a distance exceeding the maximum allowable measurement distance, and when the intensity of reflected light from the object is relatively high, There is still the possibility of misrecognizing distance.

とくに、測定可能範囲の境界付近に存在する物体については、反射光の受光強度が比較的大きいから、受光強度だけで測定可能範囲内か測定可能範囲外かを区別することは困難である。   In particular, for an object that exists near the boundary of the measurable range, the received light intensity of the reflected light is relatively high, so it is difficult to distinguish whether it is within the measurable range or outside the measurable range based on the received light intensity alone.

また、特許文献2に記載された強度検出装置では、測定可能範囲を規定することは想定されていないから、測定可能範囲を制限することができない。しかしながら、強度検出装置においても、測定可能範囲を制限することができれば、測定可能範囲内に存在しない物体についての空間情報を求める必要がなくなり、空間情報を求める際に無駄な処理が抑制されることになる。したがって、強度検出装置においても、物体までの距離について測定可能範囲を制限することが要望されている。   Moreover, in the intensity | strength detection apparatus described in patent document 2, since it is not assumed that a measurable range is prescribed | regulated, a measurable range cannot be restrict | limited. However, even in the intensity detection device, if the measurable range can be limited, it is not necessary to obtain spatial information about an object that does not exist within the measurable range, and wasteful processing is suppressed when obtaining spatial information. become. Therefore, in the intensity detection apparatus, it is desired to limit the measurable range with respect to the distance to the object.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、物体の反射率にかかわらず物体までの距離が測定可能範囲外であるときに検出した空間情報を無効にすることで誤検出を防止した空間情報検出装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above reasons, and its purpose is to invalidate spatial information detected when the distance to an object is outside the measurable range regardless of the reflectance of the object. An object of the present invention is to provide a spatial information detection device that prevents detection.

本発明は、上記目的を達成するために、対象空間に投光する発光源と、対象空間から受光し指示された受光期間における受光強度に応じた量の電荷を生成かつ集積する光電変換部と、光電変換部において集積した電荷を受光期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積する電荷蓄積部と、電荷蓄積部に蓄積された電荷を取り出す電荷取出部と、発光源の光出力を変調する変調信号および受光期間を規定するタイミング信号を出力するとともに蓄積期間を決定するタイミング制御部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間の空間情報を検出する空間情報検出部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間に存在する物体からの反射光が許容された測定可能範囲内か否かを判断する正誤判断部とを備え、変調信号は、2値の各信号値の継続期間がそれぞれ単位期間の整数倍でありかつ前記蓄積期間において継続期間が乱数的に変化する方形波信号であって、タイミング制御部は、変調信号の非反転信号または反転信号を時間軸方向において変調信号と規定の関係とした複数種類のタイミング信号を生成し、光電変換部は、各タイミング信号における一方の信号値の継続期間を受光期間に用いて生成した電荷を集積し、空間情報検出部は、各タイミング信号に基づく受光期間に集積された電荷を蓄積期間において蓄積することにより得られた電荷量を用いて空間情報を検出し、正誤判断部は、2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分のうち物体までの距離の増加に伴って増加または減少する差分を、当該電荷量の和に相当する値で除算することにより正規化し、正規化した差分を評価値に用い、物体までの距離の増加に伴って増加する評価値が規定の閾値よりも大きいか、物体までの距離の増加に伴って減少する評価値が規定の閾値よりも小さいときに測定可能範囲外と判断し、測定可能範囲外と判断したときに空間情報検出部により検出した空間情報を無効にする構成を採用している。   In order to achieve the above object, the present invention provides a light emitting source that projects light into a target space, and a photoelectric conversion unit that generates and accumulates an amount of electric charge according to the received light intensity received and instructed from the target space. A charge accumulator that accumulates the charges accumulated in the photoelectric conversion unit over a predetermined accumulation period longer than the light receiving period, a charge extraction unit that extracts the charges accumulated in the charge accumulator, and the light output of the light source A timing control unit that outputs a modulation signal and a timing signal that defines a light reception period and determines an accumulation period; a spatial information detection unit that detects spatial information of a target space by using the charge extracted by the charge extraction unit; A correct / incorrect determination unit that determines whether the reflected light from the object existing in the target space is within the allowable measurable range by using the electric charge extracted by the electric charge extraction unit; The signal is a square wave signal in which the duration of each binary signal value is an integral multiple of the unit period and the duration varies randomly in the accumulation period, and the timing control unit Generates multiple types of timing signals that have a defined relationship between the inverted signal or the inverted signal and the modulation signal in the time axis direction, and the photoelectric conversion unit generates the duration of one of the signal values in each timing signal as the light receiving period The spatial information detection unit detects the spatial information using the charge amount obtained by accumulating the charge accumulated in the light receiving period based on each timing signal in the accumulation period, and the correctness determination unit The difference that increases or decreases with the increase in the distance to the object among the difference between the two kinds of charge amounts obtained by using the two kinds of timing signals corresponds to the sum of the charge amounts. Normalize by dividing by the value, use the normalized difference as the evaluation value, the evaluation value that increases with the increase of the distance to the object is greater than the specified threshold, or with the increase of the distance to the object A configuration is adopted in which when the decreasing evaluation value is smaller than a prescribed threshold value, it is determined that it is outside the measurable range, and when it is determined that it is outside the measurable range, the spatial information detected by the spatial information detection unit is invalidated.

また、上記目的を達成するために、対象空間に投光する発光源と、対象空間から受光し指示された受光期間における受光強度に応じた量の電荷を生成かつ集積する光電変換部と、光電変換部において集積した電荷を受光期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積する電荷蓄積部と、電荷蓄積部に蓄積された電荷を取り出す電荷取出部と、発光源の光出力を変調する変調信号および受光期間を規定するタイミング信号を出力するとともに蓄積期間を決定するタイミング制御部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間の空間情報を検出する空間情報検出部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間に存在する物体からの反射光が許容された測定可能範囲内か否かを判断する正誤判断部とを備え、変調信号は、2値の各信号値の継続期間がそれぞれ単位期間の整数倍でありかつ前記蓄積期間において継続期間が乱数的に変化する方形波信号であって、タイミング制御部は、変調信号の非反転信号または反転信号を時間軸方向において変調信号と規定の関係とした複数種類のタイミング信号を生成するとともに、変調信号を出力して前記発光源から対象空間に投光する投光期間と、変調信号を停止して発光源から対象空間に投光しない非投光期間とを規定し、光電変換部は、各タイミング信号における一方の信号値の継続期間を受光期間に用いて生成した電荷を集積し、空間情報検出部は、各タイミング信号に基づく受光期間に集積された電荷を蓄積期間において蓄積することにより得られた電荷量を用いて空間情報を検出し、正誤判断部は、非投光期間に蓄積された電荷量を用いて発光源が投光した信号光以外の光成分を抽出し、2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分のうち物体までの距離の増加に伴って増加または減少する差分を、当該電荷量の和から信号光以外の光成分に相当する電荷量を除いた値で除算することにより正規化し、正規化した差分を評価値に用い、物体までの距離の増加に伴って増加する評価値が規定の閾値よりも大きいか、物体までの距離の増加に伴って減少する評価値が規定の閾値よりも小さいときに測定可能範囲外と判断し、測定可能範囲外と判断したときに空間情報検出部により検出した空間情報を無効にする構成を採用することもできる。   In order to achieve the above object, a light emitting source that projects light into the target space, a photoelectric conversion unit that generates and accumulates an amount of charge according to the received light intensity received and instructed from the target space, A charge accumulator that accumulates the charges accumulated in the converter over a predetermined accumulation period longer than the light receiving period, a charge extraction unit that extracts the charges accumulated in the charge accumulator, and a modulation that modulates the light output of the light source A timing control unit that outputs a timing signal that defines a signal and a light receiving period and determines an accumulation period; a spatial information detection unit that detects spatial information of a target space by using the charge extracted by the charge extraction unit; and a charge extraction And a correct / incorrect determination unit that determines whether the reflected light from the object existing in the target space is within the allowable measurable range by using the electric charge extracted by the unit. Is a square wave signal in which the duration of each binary signal value is an integral multiple of the unit period and the duration varies randomly in the accumulation period, and the timing control unit A plurality of types of timing signals having a prescribed relationship with the modulation signal in the time axis direction of the signal or the inverted signal, and a light projection period in which the modulation signal is output and projected from the light source to the target space; and the modulation signal The photoelectric conversion unit integrates the charge generated using the duration of one of the signal values in each timing signal for the light receiving period. The spatial information detection unit detects the spatial information using the amount of charge obtained by accumulating the charges accumulated in the light receiving period based on each timing signal in the accumulation period, and the correctness determination unit The light component other than the signal light projected by the light source is extracted using the amount of charge accumulated during the light period, and the distance to the object is the difference between the two types of charge amount obtained using the two types of timing signals. Normalization is performed by dividing the difference that increases or decreases with the increase by the value obtained by subtracting the charge amount corresponding to the light component other than the signal light from the sum of the charge amounts, and the normalized difference is used as the evaluation value. When the evaluation value that increases as the distance to the object increases is larger than the prescribed threshold value, or the evaluation value that decreases as the distance to the object increases is smaller than the prescribed threshold value, It is also possible to adopt a configuration in which the spatial information detected by the spatial information detection unit is invalidated when it is determined to be outside the measurable range.

正誤判断部は、変調信号の非反転信号である第1のタイミング信号と、第1のタイミング信号の反転信号である第2のタイミング信号とを用いて得られる2種類の電荷量から求める評価値を用いるようにしてもよい。   The correctness / incorrectness determination unit obtains an evaluation value obtained from two types of charge amounts obtained by using a first timing signal that is a non-inverted signal of the modulation signal and a second timing signal that is an inverted signal of the first timing signal. May be used.

また、正誤判断部は、変調信号の非反転信号である第1のタイミング信号と、第1のタイミング信号の反転信号である第2のタイミング信号とを用いて得られる2種類の電荷量から求める第1の評価値と、変調信号の非反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第3のタイミング信号と、変調信号の反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第4のタイミング信号とを用いて得られる2種類の電荷量から求める第2の評価値とを用い、第1の評価値が第1の閾値よりも小さいという条件と、第2の評価値が第2の閾値よりも小さいという条件との少なくとも一方が成立するときに測定可能範囲外と判断するようにしてもよい。   In addition, the correctness / incorrectness determination unit obtains from two types of charge amounts obtained using a first timing signal that is a non-inverted signal of the modulation signal and a second timing signal that is an inverted signal of the first timing signal. A first evaluation value, a third timing signal obtained by delaying a non-inverted signal of the modulated signal by a unit period in the time axis direction, and a fourth timing obtained by delaying an inverted signal of the modulated signal by a unit period in the time axis direction. A second evaluation value obtained from two kinds of charge amounts obtained using the timing signal, a condition that the first evaluation value is smaller than the first threshold value, and the second evaluation value is the second value. You may make it judge that it is outside a measurable range, when at least one of the conditions of being smaller than a threshold value is materialized.

正誤判断部において、評価値として第1のタイミング信号と第2のタイミング信号とを用いる場合は、正誤判断部は、変調信号の非反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第3のタイミング信号と、変調信号の反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第4のタイミング信号との2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分を判定値に用い、判定値の大きさに応じて前記閾値を切り換えるようにしてもよい。   When the correctness determination unit uses the first timing signal and the second timing signal as evaluation values, the correctness determination unit delays the non-inverted signal of the modulation signal by a unit period in the time axis direction. A difference between two types of charge amounts obtained by using two types of timing signals of the timing signal and a fourth timing signal obtained by delaying the inverted signal of the modulation signal by a unit period in the time axis direction is used as a determination value. The threshold value may be switched according to the magnitude of the determination value.

また、この場合に、正誤判断部が、前記閾値を大小2段階から選択し、前記判定値が規定の基準値よりも大きい場合は小さい閾値を選択し、前記判定値が規定の基準値よりも小さい場合は大きい閾値を選択するようにしてもよい。   Further, in this case, the correctness / incorrectness determination unit selects the threshold value from two levels, a small threshold value when the determination value is larger than a specified reference value, and the determination value is lower than the specified reference value. If it is small, a large threshold value may be selected.

あるいはまた、正誤判断部は、変調信号の非反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第3のタイミング信号と、変調信号の反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第4のタイミング信号との2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分を第1の判定値とし、第3のタイミング信号および第4のタイミング信号を前記単位期間よりも短い規定の遅延時間だけ遅延させた第5のタイミング信号および第6のタイミング信号との2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分を第2の判定値とし、前記閾値を大小2段階から選択し、第1の判定値に対して第2の判定値が小さい場合は小さい閾値を選択し、第1の判定値に対して第2の判定値が大きい場合は大きい閾値を選択する構成とすることができる。   Alternatively, the correct / incorrect determination unit may include a third timing signal obtained by delaying the non-inverted signal of the modulated signal by a unit period in the time axis direction and a fourth timing signal obtained by delaying the inverted signal of the modulated signal by a unit period in the time axis direction. The difference between two types of charge amounts obtained using two types of timing signals and the first timing signal is used as a first determination value, and the third timing signal and the fourth timing signal are defined to be shorter than the unit period. The difference between the two types of charge amounts obtained by using the two types of timing signals, the fifth timing signal and the sixth timing signal delayed by the delay time, is used as the second determination value, and the threshold value is set in two levels. When the second determination value is smaller than the first determination value, a small threshold is selected, and when the second determination value is larger than the first determination value, a large threshold is selected. It can be formed.

本発明の構成によれば、乱数的に発生させた方形波信号である変調信号で変調した光を対象空間に投光し、この変調信号に基づいて生成したタイミング信号に応じたタイミングで受光期間を規定するとともに、受光期間に集積した電荷を蓄積して得られる電荷量を用いることにより、対象空間に存在する物体までの距離に相当する評価値を生成し、この評価値を規定の判定条件で判定することによって、物体が測定可能範囲内に存在するか否かを判断して、測定可能範囲内であるときに有効な情報として採用するので、誤測定を防止することができる。   According to the configuration of the present invention, the light modulated by the modulation signal, which is a square wave signal generated randomly, is projected onto the target space, and the light receiving period at a timing according to the timing signal generated based on the modulation signal And an evaluation value corresponding to the distance to the object existing in the target space is generated by using the amount of charge obtained by accumulating the charges accumulated during the light receiving period, and this evaluation value is used as the specified judgment condition. In this case, it is determined whether or not the object is within the measurable range, and is used as effective information when it is within the measurable range, so that erroneous measurement can be prevented.

すなわち、変調信号の各信号値の期間が単位期間の整数倍の期間に設定されていることにより、単位期間で決まる測定最大距離までは、電荷量が、投光から受光までの時間差の一次関数になり、変調信号の乱数性によって測定最大距離を超えるとほぼ一定値になる。この性質を利用することにより、タイミング信号に対応して得られる電荷量を用いて評価値を設定することにより、物体までの距離が測定可能範囲か否かを判断することが可能になる。   That is, since the period of each signal value of the modulation signal is set to a period that is an integral multiple of the unit period, the charge amount is a linear function of the time difference from light projection to light reception up to the maximum measurement distance determined by the unit period. When the maximum measurement distance is exceeded due to the randomness of the modulation signal, the value becomes almost constant. By utilizing this property, it is possible to determine whether or not the distance to the object is within the measurable range by setting the evaluation value using the amount of charge obtained corresponding to the timing signal.

しかも、正誤判断部において、2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分を電荷量の和に相当する値で除算して正規化した値を評価値に用いるから、投光から受光までの経路における光の減衰率の影響を除去した評価が可能になり、とくに物体の反射率にかかわらず測定可能範囲か否かの判断が可能になる。   In addition, the correctness determination unit uses the normalized value obtained by dividing the difference between the two types of charge amounts obtained by using the two types of timing signals by the value corresponding to the sum of the amount of charges. Evaluation that eliminates the influence of the attenuation factor of light in the path from light reception to light reception becomes possible, and in particular, it is possible to determine whether or not it is within the measurable range regardless of the reflectance of the object.

また、発光源から対象空間に投光する投光期間と対象空間に投光しない非投光期間とを規定し、非投光期間に蓄積した電荷量を用いて信号光以外の光成分に相当する電荷量を求め、2種類の電荷量の和から信号光以外の光成分に相当する電荷量を減算した値により電荷量の差分の正規化を行う構成では、物体の反射率だけではなく外光成分の影響も除去した評価値が得られるから、環境光や周囲光の存在する環境下において物体の反射率の影響を受けることなく、物体までの距離が測定可能範囲か否かを判断することが可能になる。   Also, it defines a light projection period in which light is projected from the light source to the target space and a non-light projection period in which light is not projected into the target space, and corresponds to light components other than signal light using the amount of charge accumulated during the non-light projection period. In the configuration in which the charge amount difference is normalized by the value obtained by subtracting the charge amount corresponding to the light component other than the signal light from the sum of the two types of charge amounts, not only the reflectance of the object but also the external Since the evaluation value obtained by removing the influence of the light component can be obtained, it is determined whether the distance to the object is within the measurable range without being influenced by the reflectance of the object in an environment where ambient light or ambient light exists. It becomes possible.

タイミング信号として、変調信号に一致する第1のタイミング信号と第1のタイミング信号とは信号値が反転している第2のタイミング信号とを用い、第1のタイミング信号と第2のタイミング信号とに対応する2種類の電荷量を用いて評価値を規定すると、評価値は、投光から受光までの時間差が単位期間内である距離範囲において変化し、他の距離範囲では変化しないから、時間差が単位期間内である距離範囲を測定可能距離内に設定することができる。   As the timing signal, a first timing signal that matches the modulation signal and a second timing signal in which the signal value of the first timing signal is inverted are used, and the first timing signal, the second timing signal, If the evaluation value is defined using two types of charge amounts corresponding to, the time difference from the light projection to the light reception changes in the distance range within the unit period and does not change in other distance ranges. Can be set within the measurable distance.

正誤判断部において、測定可能範囲か否かの評価に、第1の評価値と第2の評価値とを併せて用いる構成を採用すれば、第1の評価値の理論値は、単位期間により規定される測定可能範囲の上限を超えると0になり、第2の評価値の理論値は、測定可能範囲の上限と単位期間により規定される距離とを加算した距離を超えると0になるから、第1の評価値が第1の閾値よりも小さいという条件と、第2の評価値が第2の閾値よりも小さいという条件との少なくとも一方が成立するときに測定可能範囲外と判断することにより、測定可能範囲か否かの判断をより確実に行うことができる。すなわち、ショットノイズなどの影響により、第1の評価値と第2の評価値との一方が測定可能範囲内であることを示していても、他方により測定可能範囲外と判断される場合には、測定可能範囲外と判断されるので、無効な空間情報を採用する可能性が低減され、検出された空間情報の信頼性が高くなる。   If the correct / incorrect determination unit adopts a configuration in which the first evaluation value and the second evaluation value are used together for the evaluation of whether or not the measurement is within the measurable range, the theoretical value of the first evaluation value depends on the unit period. If the upper limit of the measurable range specified is exceeded, it becomes 0, and the theoretical value of the second evaluation value becomes 0 if it exceeds the distance obtained by adding the upper limit of the measurable range and the distance specified by the unit period. Determining that the measurement value is out of the measurable range when at least one of the condition that the first evaluation value is smaller than the first threshold and the condition that the second evaluation value is smaller than the second threshold is satisfied. This makes it possible to more reliably determine whether or not the measurement range is met. That is, even if one of the first evaluation value and the second evaluation value indicates that it is within the measurable range due to the influence of shot noise, etc. Therefore, the possibility of employing invalid spatial information is reduced, and the reliability of detected spatial information is increased.

正誤判断部において、評価値を求める電荷量とは異なるタイミングの受光期間で得られる電荷量を用いて定めた判定値の大きさにより、評価値と比較される閾値を切り換える構成では、評価値に対する閾値を物体までの距離に応じて適正に設定し、物体までの距離が測定可能距離内である場合には判定精度を高くし、物体までの距離が測定範囲外である場合には閾値を切り換えて測定可能範囲内と誤判断する可能性を低減することができる。   In the configuration in which the threshold value to be compared with the evaluation value is switched by the magnitude of the determination value determined using the charge amount obtained in the light receiving period at a timing different from the charge amount for which the evaluation value is obtained in the correctness / incorrectness determination unit, Set the threshold appropriately according to the distance to the object, increase the accuracy when the distance to the object is within the measurable distance, and switch the threshold when the distance to the object is outside the measurement range Therefore, the possibility of misjudgment as being within the measurable range can be reduced.

正誤判断部において、評価値を求める電荷量とは異なるタイミングの受光期間で得られる電荷量を用いて求めた判定値を規定の基準値と比較して評価値に対する閾値を切り換える構成を採用すれば、測定可能範囲外であって評価値が小さい場合には閾値を大きくすることにより、ショットノイズなどの影響で評価値が変動しても、測定可能範囲内と誤判断される可能性を低減することができる。すなわち、評価値だけではなく判定値も物体までの距離に応じて変化するから、判定値の大きさから物体までの距離が測定可能範囲内か否かを粗く判断し、その判断結果を評価値に対する閾値に反映させることで、測定可能範囲内か否かの判断の確実性を高めることができる。   If the correctness / incorrectness determination unit adopts a configuration in which the threshold value for the evaluation value is switched by comparing the determination value obtained using the charge amount obtained in the light receiving period at a timing different from the charge amount for obtaining the evaluation value with a specified reference value. If the evaluation value is small and outside the measurable range, the threshold value is increased to reduce the possibility that the evaluation value fluctuates within the measurable range even if the evaluation value fluctuates due to the effects of shot noise, etc. be able to. In other words, not only the evaluation value but also the judgment value changes according to the distance to the object, so it is roughly judged whether the distance to the object is within the measurable range from the magnitude of the judgment value, and the judgment result is the evaluation value. By reflecting the value on the threshold value, it is possible to improve the certainty of the determination as to whether or not it is within the measurable range.

ここに、判定値は、物体までの距離が単位期間に対応する距離と単位期間の2倍に対応する距離との間であるときに距離の増加に伴って減少するから、判定値が基準値よりも小さい場合に閾値を大きくすると、単位期間に対応した距離と単位期間の2倍に対応した距離との間の距離で閾値が大きくなる。つまり、物体までの距離が単位期間に対応した距離を超え単位期間の2倍に対応した距離に達するまでの間に閾値を大きくすることによって、ショットノイズなどの影響による誤判断の確率を低減することができる。また、判定値と基準値との比較によって閾値を切り換えると、物体までの距離が比較的小さい区間であって評価値が比較的大きい区間においても大きい閾値が選択されることになるが、この区間においては評価値が比較的大きいから、この区間における評価値の最小値よりも閾値を小さくしておけば、判断に影響はない。   Here, the determination value decreases as the distance increases when the distance to the object is between the distance corresponding to the unit period and the distance corresponding to twice the unit period. When the threshold value is larger than the threshold value, the threshold value increases at a distance between a distance corresponding to the unit period and a distance corresponding to twice the unit period. In other words, by increasing the threshold before the distance to the object exceeds the distance corresponding to the unit period and reaches the distance corresponding to twice the unit period, the probability of erroneous determination due to the influence of shot noise or the like is reduced. be able to. In addition, when the threshold value is switched by comparing the determination value with the reference value, a large threshold value is selected even in a section where the distance to the object is relatively small and the evaluation value is relatively large. Since the evaluation value is relatively large in, judgment is not affected if the threshold value is set smaller than the minimum value of the evaluation value in this section.

一方、物体までの距離が比較的大きい区間であって評価値が比較的小さい区間においては、小さい閾値を選択することによって、測定可能範囲内と判定できる最大距離が大きくなる。   On the other hand, in a section where the distance to the object is relatively large and the evaluation value is relatively small, the maximum distance that can be determined to be within the measurable range is increased by selecting a small threshold.

正誤判断部において、評価値を求める電荷量とは異なるタイミングの受光期間で得られる電荷量を用いて2種類の判定値を求め、両判定値の大小関係により物体までの距離の増加に伴って評価値が増加するか減少するかを判定し、増加する区間と減少する区間とで評価値に対する閾値を切り換える構成を採用すれば、測定可能範囲内であって評価値が大きい場合には閾値を小さくすることにより測定可能範囲内の判断をなされやすくし、測定可能範囲外であって評価値が小さい場合には閾値を大きくすることにより、ショットノイズなどの影響で評価値が変動しても、測定可能範囲内と誤判断される可能性を低減することができる。すなわち、評価値だけではなく判定値も物体までの距離に応じて変化するから、判定値の大きさから物体までの距離が測定可能範囲内か否かを粗く判断し、その判断結果を評価値に対する閾値に反映させることで、測定可能範囲内か否かの判断の確実性を高めることができる。しかも、2種類の判定値の大小関係を用いるから、物体の反射率の影響を受けることなく評価値が増加する区間か減少する区間かを判断することができる。   In the correctness / incorrectness determination unit, two types of determination values are obtained using the charge amount obtained in the light receiving period at a timing different from the charge amount for obtaining the evaluation value, and the increase in the distance to the object due to the magnitude relationship between the two determination values. If it is determined whether the evaluation value increases or decreases and the threshold value for the evaluation value is switched between the increasing interval and the decreasing interval, the threshold is set when the evaluation value is large within the measurable range. By making it smaller, it is easier to make a judgment within the measurable range, and when the evaluation value is outside the measurable range and the evaluation value is small, even if the evaluation value fluctuates due to the influence of shot noise, etc. The possibility of being erroneously determined as being within the measurable range can be reduced. In other words, not only the evaluation value but also the judgment value changes according to the distance to the object, so it is roughly judged whether the distance to the object is within the measurable range from the magnitude of the judgment value, and the judgment result is the evaluation value. By reflecting the value on the threshold value, it is possible to improve the certainty of the determination as to whether or not it is within the measurable range. In addition, since the magnitude relationship between the two types of determination values is used, it is possible to determine whether the evaluation value increases or decreases without being affected by the reflectance of the object.

距離測定装置の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows embodiment of a distance measuring device. 同上に用いる変調信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the modulation signal used for the same as the above. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 強度検出装置の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows embodiment of an intensity | strength detection apparatus. 図5に示した実施形態の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of embodiment shown in FIG. 同上の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing same as the above. 本発明に用いる正誤判断部の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the correctness determination part used for this invention. 本発明に用いる正誤判断部の他の動作の説明図である。It is explanatory drawing of other operation | movement of the correctness determination part used for this invention. 本発明に用いる正誤判断部のさらに他の動作の説明図である。It is explanatory drawing of other operation | movement of the correctness determination part used for this invention.

以下に説明する実施形態では、空間情報検出装置の例として、対象空間に存在する物体までの距離を計測する距離測定装置と、対象空間に存在する物体での反射光の強度を検出する強度検出装置とを例示する。したがって、まず距離測定装置と強度検出装置との構成を説明する。   In the embodiment described below, as an example of the spatial information detection device, a distance measurement device that measures the distance to an object existing in the target space, and an intensity detection that detects the intensity of reflected light from the object existing in the target space An apparatus is illustrated. Therefore, first, the configuration of the distance measuring device and the intensity detecting device will be described.

(距離測定装置)
距離測定装置は、図1に示すように、距離測定の物体3が存在する対象空間に投光する発光源1と、当該対象空間からの光を受光する受光センサ2とを備えるアクティブ型の構成であり、発光源1から投光された光(以下、「信号光」という)が物体3で反射され受光センサ2に受光されるまでの時間に相当する物理量に基づいて物体3までの距離を測定するものである。すなわち、タイムオブフライト法の原理を用いて距離を測定する。
(Distance measuring device)
As shown in FIG. 1, the distance measuring device has an active configuration including a light emitting source 1 that projects light into a target space where a distance measuring object 3 is present, and a light receiving sensor 2 that receives light from the target space. The distance to the object 3 is calculated based on a physical quantity corresponding to the time until light projected from the light source 1 (hereinafter referred to as “signal light”) is reflected by the object 3 and received by the light receiving sensor 2. Measure. That is, the distance is measured using the principle of the time-of-flight method.

発光源1には、発光ダイオードやレーザダイオードのように、光出力を高周波(たとえば、10MHz)で変調可能な発光素子を用いる。一方、受光センサ2には、発光源1の光出力が変化する時間と同程度の時間の受光強度の変化を検出することが可能な受光素子を用いる。   As the light source 1, a light emitting element capable of modulating the optical output at a high frequency (for example, 10 MHz) such as a light emitting diode or a laser diode is used. On the other hand, the light receiving sensor 2 uses a light receiving element capable of detecting a change in received light intensity for a time approximately equal to the time for the light output of the light source 1 to change.

受光センサ2として、本実施形態では、CCDエリアイメージセンサやCMOSエリアイメージセンサのように多数の受光領域(画素に相当する領域)を備える構成の受光素子(撮像素子)を用いる構成を想定している。この種の受光センサ2を用いることにより、受光センサ2の視野で規定される空間領域に存在する物体3までの距離を一括して測定することが可能になる。つまり、発光源1から投光する信号光を走査したり受光センサ2の視野を走査したりせずに、画素値が距離値である距離画像を生成することが可能になる。   In this embodiment, the light receiving sensor 2 is assumed to use a light receiving element (imaging device) having a large number of light receiving regions (regions corresponding to pixels) like a CCD area image sensor or a CMOS area image sensor. Yes. By using this type of light receiving sensor 2, it is possible to collectively measure the distance to the object 3 existing in the spatial region defined by the field of view of the light receiving sensor 2. That is, it is possible to generate a distance image whose pixel value is a distance value without scanning the signal light projected from the light emitting source 1 or scanning the visual field of the light receiving sensor 2.

後述するように、距離画像の1画素は受光センサ2の1個の受光領域に対応付けることができるが、まず、距離画像の1画素を受光センサ2の隣接した4個の受光領域に対応付けているものとして説明する。受光センサ2の隣接した4個の受光領域における受光量を用いて距離画像の1画素分の情報を抽出する構成とすれば、距離画像の1画素分の動作は4個の受光領域の動作により説明できる。受光センサ2の各受光領域は、フォトダイオードやフォトトランジスタのような単独の受光領域を持つ受光素子と等価である。すなわち、受光センサ2は、受光強度(実際には所定時間における受光光量)に応じた量の電荷を生成し集積する。4個の受光領域は、4個の受光領域を一直線上に配列した形や、2×2個の受光領域を格子点上に配列した形などを採用することができる。   As will be described later, one pixel of the distance image can be associated with one light receiving region of the light receiving sensor 2. First, one pixel of the distance image is associated with four light receiving regions adjacent to the light receiving sensor 2. Explain that it is. If it is set as the structure which extracts the information for 1 pixel of a distance image using the light reception amount in the four adjacent light reception area | regions of the light reception sensor 2, the operation | movement for 1 pixel of a distance image is based on operation | movement of 4 light reception areas. I can explain. Each light receiving area of the light receiving sensor 2 is equivalent to a light receiving element having a single light receiving area such as a photodiode or a phototransistor. That is, the light receiving sensor 2 generates and accumulates an amount of electric charge according to the received light intensity (actually, the amount of received light at a predetermined time). For the four light receiving regions, a shape in which four light receiving regions are arranged on a straight line, a shape in which 2 × 2 light receiving regions are arranged on lattice points, or the like can be adopted.

受光センサ2がフォトダイオードやフォトトランジスタであれば、受光センサ2の後段にアナログスイッチなどのゲート回路を設けることにより受光期間に生成された電荷を抽出するように制御するが、受光センサ2に撮像素子を用いる場合には電子シャッタの原理を用いて撮像素子内において電荷を集積する受光期間を制御し、各受光領域ごとに多数回(たとえば、10000回)集積した電荷を蓄積した後に外部に取り出す(以下では、電荷を蓄積する期間を「蓄積期間」と呼ぶ)。受光期間は、当該期間における受光強度を一定とみなしてよい程度の短時間とする。したがって、受光期間における受光光量は受光強度と等価である。   If the light receiving sensor 2 is a photodiode or a phototransistor, a gate circuit such as an analog switch is provided after the light receiving sensor 2 so as to extract charges generated during the light receiving period. In the case of using an element, the light receiving period in which charges are accumulated in the imaging element is controlled using the principle of an electronic shutter, and the accumulated charges are accumulated many times (for example, 10,000 times) for each light receiving area and then taken out to the outside. (Hereinafter, a period for accumulating charges is referred to as an “accumulation period”). The light receiving period is set to a short time such that the light receiving intensity in the period may be considered constant. Therefore, the amount of received light during the light receiving period is equivalent to the received light intensity.

すなわち、受光センサ2は受光期間における受光光量に相当する電荷を生成して集積する光電変換部と、受光期間よりも十分に長い所定の蓄積期間において蓄積する電荷蓄積部と、蓄積した電荷を外部に取り出す電荷取出部とを備えていることになる。FT型のCCDイメージセンサであれば、光電変換部は撮像領域の各画素に相当し、電荷蓄積部は蓄積領域に相当し、電荷取出部は水平転送部に相当する。また、IT型のCCDイメージセンサであれば、光電変換部は各撮像領域の画素に相当し、電荷蓄積部は垂直転送部に相当し、電荷取出部は垂直転送部および水平転送部に相当する。   That is, the light receiving sensor 2 generates and accumulates charges corresponding to the amount of received light in the light receiving period, a charge accumulating part that accumulates in a predetermined accumulation period sufficiently longer than the light receiving period, and the accumulated charges externally. And a charge extraction portion to be taken out. In the case of an FT type CCD image sensor, the photoelectric conversion unit corresponds to each pixel in the imaging region, the charge storage unit corresponds to the storage region, and the charge extraction unit corresponds to the horizontal transfer unit. In the case of an IT type CCD image sensor, the photoelectric conversion unit corresponds to a pixel in each imaging region, the charge storage unit corresponds to a vertical transfer unit, and the charge extraction unit corresponds to a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit. .

このように電荷を蓄積することにより、各受光領域に対応付けて取り出す電荷量を増加させて信号レベルを高めることができるとともに、ショットノイズの影響を低減することができる。また、発光源1の光出力を10MHz程度の周波数で変調している場合には、10000回程度の蓄積回数でも受光センサ2から電荷を外部に取り出す回数を1秒間に30回以上とすることができる。つまり、画素値を距離値とする距離画像について滑らかな動きの動画像を得ることが可能である。   By accumulating charges in this way, it is possible to increase the amount of charge extracted in association with each light receiving region and increase the signal level, and to reduce the influence of shot noise. In addition, when the light output of the light source 1 is modulated at a frequency of about 10 MHz, the number of times the charge is taken out from the light receiving sensor 2 to the outside even if the number of times of accumulation is about 10,000 may be 30 times or more per second. it can. That is, it is possible to obtain a moving image having a smooth motion with respect to a distance image whose pixel value is a distance value.

ところで、本構成では、発光源1から投光する信号光の強度を変調する変調信号の信号パターンと、この信号パターンに対応付けて受光センサ2において電荷を集積するタイミングとの関係により物体3までの距離を検出している。   By the way, in this configuration, a signal pattern of a modulation signal that modulates the intensity of the signal light projected from the light source 1 and the object 3 depending on the relationship between the timing of accumulating charges in the light receiving sensor 2 in association with this signal pattern. The distance is detected.

変調信号は、図2に示すように、HレベルとLレベルとの2値の各信号値の計測期間を乱数的に変化させた方形波信号であり(図2における「1」はHレベルを示し、「0」はLレベルを示す)、HレベルとLレベルとが周期性を持たずに発生し、かつHレベルとLレベルとの発生確率が等しくなるように生成される。   As shown in FIG. 2, the modulation signal is a square wave signal in which the measurement period of each of the binary signal values of the H level and the L level is changed randomly (“1” in FIG. 2 indicates the H level). "0" indicates the L level), the H level and the L level are generated without periodicity, and the generation probabilities of the H level and the L level are equal.

この種の変調信号は、スペクトル拡散の技術で用いられるPN(Pseudorandom Noise)符合を発生する技術(たとえば、Gold符合発生回路)を用いて生成することができる。変調信号は、PN符合と同様に、HレベルとLレベルとの各期間が単位期間の整数倍の長さを有するように生成される。以下では、PN符合にならってこの単位期間をチップ長と呼ぶ。チップ長は適宜に設定することができるが、たとえば100〔ns〕に設定される。   This type of modulation signal can be generated using a technique (for example, a Gold code generation circuit) that generates a PN (Pseudorandom Noise) code used in the spread spectrum technique. Similar to the PN code, the modulation signal is generated so that each period of the H level and the L level has a length that is an integral multiple of the unit period. Hereinafter, this unit period is referred to as a chip length following the PN code. The chip length can be set appropriately, but is set to 100 [ns], for example.

上述した変調信号はコード発生器4において生成され、コード発生器4から出力された変調信号はタイミング制御部5を介して発光源1に与えられる。発光源1は、変調信号がHレベルである期間に点灯し、変調信号がLレベルである期間に消灯する。すなわち、発光源1は変調信号の信号値に応じて点灯・消灯を行い、強度が矩形波状に変化する信号光を対象空間に投光する。   The modulation signal described above is generated in the code generator 4, and the modulation signal output from the code generator 4 is given to the light emission source 1 via the timing control unit 5. The light emitting source 1 is turned on during a period when the modulation signal is at the H level, and is turned off when the modulation signal is at the L level. That is, the light source 1 is turned on / off according to the signal value of the modulation signal, and the signal light whose intensity changes in a rectangular wave shape is projected onto the target space.

タイミング制御部5は、コード発生器4から出力される変調信号に基づいて、受光センサ2において電荷を集積する受光期間を規定するタイミング信号も生成する。本実施形態では、1枚の距離画像を生成するためにタイミングの異なる4種類のタイミング信号を生成する。さらに、タイミング制御部5は、受光センサ2で蓄積した電荷を外部に取り出すタイミングや後述する距離演算部6、正誤判断部7の動作タイミングを決めるためのクロック信号も出力する。   Based on the modulation signal output from the code generator 4, the timing control unit 5 also generates a timing signal that defines a light receiving period in which charges are accumulated in the light receiving sensor 2. In the present embodiment, four types of timing signals having different timings are generated in order to generate one distance image. Further, the timing control unit 5 also outputs a clock signal for determining the timing at which the charge accumulated in the light receiving sensor 2 is taken out and the operation timing of the distance calculation unit 6 and the correctness determination unit 7 described later.

図3に変調信号と各タイミング信号との関係を示す。図3(a)は変調信号(投光した光の強度)を示しており、図3(b)は受光センサ2が受光した光の強度を示している。各タイミング信号は、図3(c)〜(f)のように変調信号に基づいて生成される。すなわち、図3(c)のように変調信号の非反転信号(すなわち、変調信号と同期した信号)である第1のタイミング信号、図3(d)のように変調信号とはHレベルとLレベルとを反転させた反転信号である第2のタイミング信号、図3(e)のように変調信号の非反転信号を1チップ長Tcだけ遅延させた第3のタイミング信号、図3(f)のように変調信号の反転信号を1チップ長Tcだけ遅延させるとともにHレベルとLレベルとを反転させた第4のタイミング信号の4種類のタイミング信号がある。すなわち、各タイミング信号は、変調信号の非反転信号または反転信号を時間軸方向において変調信号と規定の関係とすることにより生成される。   FIG. 3 shows the relationship between the modulation signal and each timing signal. FIG. 3A shows the modulation signal (the intensity of the projected light), and FIG. 3B shows the intensity of the light received by the light receiving sensor 2. Each timing signal is generated based on the modulation signal as shown in FIGS. That is, the first timing signal that is a non-inverted signal (that is, a signal synchronized with the modulation signal) as shown in FIG. 3C, and the modulation signal as shown in FIG. A second timing signal which is an inverted signal obtained by inverting the level, a third timing signal obtained by delaying the non-inverted signal of the modulation signal by one chip length Tc as shown in FIG. 3E, and FIG. As described above, there are four types of timing signals of the fourth timing signal in which the inverted signal of the modulation signal is delayed by one chip length Tc and the H level and the L level are inverted. That is, each timing signal is generated by setting a non-inverted signal or an inverted signal of the modulation signal in a predetermined relationship with the modulation signal in the time axis direction.

発光源1から投光されてから物体3で反射された信号光を受光センサ2で受光するまでには時間差があるから、受光センサ2の4個の受光領域からそれぞれ上述した各タイミング信号がHレベルである期間に電荷を取り出すと、各受光領域から得られる電荷量は、図3(c)〜(f)に斜線部で示す部位の面積に相当する量になる。   Since there is a time difference between signal light reflected from the object 3 after being projected from the light emitting source 1 and received by the light receiving sensor 2, each timing signal described above from each of the four light receiving areas of the light receiving sensor 2 is H. When charge is taken out during a period of level, the amount of charge obtained from each light receiving region becomes an amount corresponding to the area of the portion indicated by the hatched portion in FIGS.

ここで、上述したように、各受光領域ごとに電荷の蓄積を多数回行った後に(チップ長Tcの多数倍の時間に亘って電荷を蓄積した後に)、受光センサ2から電荷を取り出すから、各受光領域に対応して取り出した電荷量は、変調信号の乱数性によって、投光から受光までの時間差τの一次関数で表される値に収束する。図3(c)〜(f)に対応するタイミングで各受光領域ごとに取り出した電荷量をそれぞれA0,A2,A1,A3とすれば、図4に示すように、時間差τが0≦τ≦Tcの範囲では、電荷量A0,A3は時間差τの増加に伴って減少し、電荷量A1,A2は時間差τの増加に伴って増加することになる。また、Tc<τ≦2Tcならば、電荷量A0,A2は一定になり、電荷量A1は時間差τの増加に伴って減少し、電荷量A3は時間差τの増加に伴って増加する。さらに、2Tc<τならば、すべての電荷量A0〜A3は一定になる。   Here, as described above, the charge is taken out from the light receiving sensor 2 after the charge is accumulated many times for each light receiving region (after the charge is accumulated for many times the chip length Tc). The amount of charge extracted corresponding to each light receiving region converges to a value represented by a linear function of the time difference τ from light projection to light reception due to the randomness of the modulation signal. If the charge amounts extracted for each light receiving region at timings corresponding to FIGS. 3C to 3F are A0, A2, A1, and A3, respectively, the time difference τ is 0 ≦ τ ≦ as shown in FIG. In the range of Tc, the charge amounts A0 and A3 decrease as the time difference τ increases, and the charge amounts A1 and A2 increase as the time difference τ increases. If Tc <τ ≦ 2Tc, the charge amounts A0 and A2 are constant, the charge amount A1 decreases as the time difference τ increases, and the charge amount A3 increases as the time difference τ increases. Further, if 2Tc <τ, all the charge amounts A0 to A3 are constant.

また、電荷量A0〜A3は、理想的には、A0+A2=A1+A3=一定という関係を有している。さらに、時間差τが0であるときの電荷量A0は、蓄積期間の全期間に亘って受光した場合の電荷量の2分の1の電荷量になる。同様に、時間差τが1チップ長Tcであるときの電荷量A1は、蓄積期間の全期間に亘って受光した場合の電荷量の2分の1の電荷量になる。   The charge amounts A0 to A3 ideally have a relationship of A0 + A2 = A1 + A3 = constant. Furthermore, the charge amount A0 when the time difference τ is 0 is a charge amount that is a half of the charge amount when light is received over the entire accumulation period. Similarly, the charge amount A1 when the time difference τ is one chip length Tc is a charge amount that is one half of the charge amount when light is received over the entire accumulation period.

したがって、図4に示すように、(A0+A2)/2=(A1+A3)/2=Bとし、時間差τが0のときの電荷量A0をA+Bとして、上述の関係をまとめると、0≦τ≦Tcの範囲において、各電荷量A0〜A3は以下のように表すことができる。
A0=−α・τ+A+B
A1=α・τ+B
A2=α・τ+B−A
A3=−α・τ+B
ただし、αは時間差τに対する電荷量の変化率を表す定数であり、α=A/Tcになる。
Therefore, as shown in FIG. 4, when (A0 + A2) / 2 = (A1 + A3) / 2 = B, the charge amount A0 when the time difference τ is 0 is A + B, and the above relation is summarized, 0 ≦ τ ≦ Tc In this range, each charge amount A0 to A3 can be expressed as follows.
A0 = -α · τ + A + B
A1 = α ・ τ + B
A2 = α · τ + BA
A3 = -α · τ + B
However, α is a constant representing the rate of change of charge with respect to the time difference τ, and α = A / Tc.

また、定数A,Bの値は、環境光ないし周囲光の強度と、発光源1から対象空間に投光された信号光が受光センサ2に受光されるまでの経路における光の減衰率に依存する。この減衰率には、物体3による反射率、光が通過する媒質の透過率をパラメータに含んでいる。したがって、変化率αも環境光ないし周囲光の強度と反射率と透過率とをパラメータに含んでいる。光の減衰率が変化すれば、図5に破線で示すように、電荷量の変化率αが変化する。通常、媒質の透過率は一定とみなしてよいから、変化率αは物体3の反射率に依存するということができる。   The values of the constants A and B depend on the intensity of ambient light or ambient light and the light attenuation rate in the path from the light source 1 to the light receiving sensor 2 that receives the signal light projected from the light source 1 to the target space. To do. This attenuation factor includes the reflectance of the object 3 and the transmittance of the medium through which light passes as parameters. Therefore, the change rate α also includes the intensity, reflectance, and transmittance of ambient light or ambient light as parameters. If the light attenuation rate changes, the charge amount change rate α changes as shown by the broken line in FIG. Usually, since the transmittance of the medium may be considered to be constant, it can be said that the change rate α depends on the reflectance of the object 3.

ところで、上式から時間差τ〔s〕を求めると、以下のようになる。
τ=(A1−A3)Tc/{(A0−A2)+(A1−A3)}
物体3までの距離をL〔m〕とし、光速をc〔m/s〕とすれば、距離Lは、時間差τを用いて、L=c・τ/2と表すことができる。
By the way, when the time difference τ [s] is obtained from the above equation, it is as follows.
τ = (A1−A3) Tc / {(A0−A2) + (A1−A3)}
If the distance to the object 3 is L [m] and the speed of light is c [m / s], the distance L can be expressed as L = c · τ / 2 using the time difference τ.

たとえば、1チップ長Tcを100〔ns〕とすれば、0≦τ≦100〔ns〕であるから、0≦L≦15〔m〕になり、15〔m〕を測定可能範囲の上限として物体3の距離の測定が可能になる。すなわち、空間情報検出部としての距離演算部6では、タイミング制御部5で生成されたタイミング信号により規定される期間に生成された電荷を用いて上述した演算を行って物体3までの距離を求める。   For example, if 1 chip length Tc is 100 [ns], 0 ≦ τ ≦ 100 [ns], so 0 ≦ L ≦ 15 [m], and 15 [m] is the upper limit of the measurable range. 3 distances can be measured. That is, the distance calculation unit 6 as the spatial information detection unit obtains the distance to the object 3 by performing the above-described calculation using the charge generated during the period defined by the timing signal generated by the timing control unit 5. .

また、時間差τを求める式から明らかなように、電荷量A0,A2の差分と、電荷量A1,A3の差分とを用いているから、定数Bの成分は除去され、さらに、定数Aを含む成分同士の除算を行うことにより、定数Aの成分も除去される。つまり、時間差τを上式で求めることによって、環境光ないし周囲光による外光成分と、投受光の経路における光の減衰率とに影響されることなく、時間差τを求めることができる。   Further, as apparent from the equation for obtaining the time difference τ, the difference between the charge amounts A0 and A2 and the difference between the charge amounts A1 and A3 are used, so the component of the constant B is removed and further includes the constant A. By dividing the components, the constant A component is also removed. That is, by obtaining the time difference τ by the above equation, the time difference τ can be obtained without being affected by the ambient light component or the ambient light component caused by the ambient light and the light attenuation rate in the light transmission / reception path.

なお、上式から明らかなように、4種類の電荷量A0〜A4のうちの3種類を用いるだけでも外光成分および光の減衰率に影響されることなく時間差τ〔s〕を求めることができる。たとえば、A1−A2=Aであり、A1−A3=2α・τであるから、τ=(Tc/2)(A1−A3)/(A1−A2)になる。   As is clear from the above equation, the time difference τ [s] can be obtained without being affected by the external light component and the light attenuation factor even if only three of the four types of charge amounts A0 to A4 are used. it can. For example, since A1-A2 = A and A1-A3 = 2α · τ, τ = (Tc / 2) (A1-A3) / (A1-A2).

あるいはまた、環境光ないし周囲光が存在しないという条件下においてA=Bであることを利用し、既知の距離(既知の時間差τ)での電荷量A0〜A3のいずれか2種類を求めると、定数α,A,Bを決定することができる。つまり、4種類の電荷量A0〜A4のうちの2種類の電荷量を組み合わせることで、時間差τ〔s〕を求めることができる。   Alternatively, by using the fact that A = B under the condition that there is no ambient light or ambient light, and determining any two types of charge amounts A0 to A3 at a known distance (known time difference τ), Constants α, A, B can be determined. That is, the time difference τ [s] can be obtained by combining two types of charge amounts among the four types of charge amounts A0 to A4.

さらに、環境光ないし周囲光が存在しないという条件下ではA=Bになり、物体3の反射率が一定(不変)であればα=一定であるから、既知の距離(既知の時間差τ)で電荷量A0〜A3のいずれかを求めると、定数α,A,B(実際には、いずれか1つの定数)を決定することができる。すなわち、1種類の電荷量A0を求めることによって、τ=2{1−(A0/A)}Tcなどとして時間差τ〔s〕を電荷量A0〜A3のうちの1種類に対応する電荷量のみから算出することができる。   Further, A = B under the condition that there is no ambient light or ambient light, and α = constant if the reflectance of the object 3 is constant (invariable), so that it is a known distance (known time difference τ). When any one of the charge amounts A0 to A3 is obtained, the constants α, A, and B (in reality, any one constant) can be determined. That is, by obtaining one type of charge amount A0, the time difference τ [s] is set to τ = 2 {1- (A0 / A)} Tc or the like, and only the charge amount corresponding to one of the charge amounts A0 to A3. It can be calculated from

上述のように4種類のタイミング信号に対応する電荷量A0〜A3を撮像素子によって得るには、撮像素子の隣接する4個(1列4個でも2列2個ずつでもよい)の受光領域をグループとし、グループに含まれる各受光領域で各タイミング信号に応じた電荷を集積し、撮像素子で電荷を蓄積すればよい。すなわち、4個の受光領域を用いて1個の距離値を得るものであり、解像度は低下するが、4個の電荷量A0〜A3を撮像素子から1回で読み出すことが可能になり、1画面の距離画像を生成するための電荷の読出回数を低減することで1画面の距離画像を得るのに要する時間を短くすることができる。すなわち、距離画像について滑らかな動画像を生成することが可能になる。   As described above, in order to obtain the charge amounts A0 to A3 corresponding to the four types of timing signals by the image sensor, four adjacent light receiving regions (four in one row or two in two rows) may be provided. Charges corresponding to the timing signals may be accumulated in each light receiving region included in the group, and the charges may be accumulated in the image sensor. That is, one distance value is obtained using four light receiving regions, and the resolution is lowered, but four charge amounts A0 to A3 can be read out from the image sensor at one time. By reducing the number of times of reading of charges for generating a distance image of a screen, the time required to obtain a distance image of one screen can be shortened. That is, a smooth moving image can be generated for the distance image.

また、撮像素子の各受光領域について4回の蓄積期間を1周期とし、1個の受光領域において各蓄積期間ごとに異なるタイミング信号に応じた電荷を集積し、撮像素子において各タイミング信号に応じた電荷を蓄積することにより、4回の蓄積期間で1個の距離値を得るようにしてもよい。この構成では、通常は、蓄積期間ごとに電荷を読み出すことになるから、1画面の距離画像を得るのに要する時間は、上述した動作に比較すると長くなるが、受光領域ごとに距離値を得ることができるから、解像度の高い距離画像を生成することが可能になる。   Further, four accumulation periods for each light receiving region of the image sensor are set as one cycle, and charges corresponding to different timing signals for each accumulation period are integrated in one light receiving region, and each image signal corresponds to each timing signal. By accumulating charges, one distance value may be obtained in four accumulation periods. In this configuration, since charges are usually read out every accumulation period, the time required to obtain a one-screen distance image is longer than in the above-described operation, but a distance value is obtained for each light receiving region. Therefore, it is possible to generate a range image with high resolution.

ところで、電荷量A0〜A3のうち電荷量A0,A3は、時間差τについて0≦τ≦Tcの範囲で負の傾きを持つ一次関数であるが、時間差τが1チップ長Tcを超えると一定値Bになり、電荷量A1,A2は、時間差τについて0≦τ≦Tcの範囲で正の傾きを持つ一次関数であり、かつTc<τ≦2Tcの範囲で負の傾きを持つ一次関数であるが(図4に破線で示す)、時間差τが2チップ長Tcを超えると一定値Bになる。   By the way, among the charge amounts A0 to A3, the charge amounts A0 and A3 are linear functions having a negative slope in the range of 0 ≦ τ ≦ Tc with respect to the time difference τ, but when the time difference τ exceeds one chip length Tc, a constant value is obtained. The charge amounts A1 and A2 are linear functions having a positive slope in the range of 0 ≦ τ ≦ Tc with respect to the time difference τ, and are linear functions having a negative slope in the range of Tc <τ ≦ 2Tc. (Indicated by a broken line in FIG. 4), when the time difference τ exceeds the 2-chip length Tc, the constant value B is obtained.

すなわち、0≦τ≦Tcでは、A0−A2=−2α・τ+2Aであって、A=α・Tcであるから、A0−A2=2α(Tc−τ)>0であるのに対して、Tc<τでは、A0−A2=0になるから、物体3までの距離は計測することができない。言い換えると、τ=Tcに対応する距離が測定可能範囲の上限になる。   That is, when 0 ≦ τ ≦ Tc, A0−A2 = −2α · τ + 2A and A = α · Tc, so that A0−A2 = 2α (Tc−τ)> 0, whereas Tc Since <0, A0−A2 = 0, so the distance to the object 3 cannot be measured. In other words, the distance corresponding to τ = Tc is the upper limit of the measurable range.

しかしながら、実際にはショットノイズなどが発生する環境下において電荷量A0,A2には揺らぎが生じるから、Tc<τにおいて、必ずしもA0−A2=0の条件は満たされず、このことから、Tc<τにおいて、物体3までの距離を誤検出する場合がある。このような誤検出を防止するために、図1に示す構成では、正誤判断部7を設けている。すなわち、正誤判断部7は物体3までの距離が測定可能範囲内か否かを判断し、測定可能範囲外であるときには空間情報検出部としての距離演算部6で検出した空間情報を無効にする。正誤判断部7の具体的な動作は後述する。   However, since the charges A0 and A2 fluctuate in an environment where shot noise or the like actually occurs, the condition of A0−A2 = 0 is not always satisfied when Tc <τ. From this, Tc <τ In this case, the distance to the object 3 may be erroneously detected. In order to prevent such erroneous detection, the configuration shown in FIG. That is, the correctness / incorrectness determination unit 7 determines whether or not the distance to the object 3 is within the measurable range, and invalidates the spatial information detected by the distance calculation unit 6 as the spatial information detection unit when the distance is outside the measurable range. . The specific operation of the correctness determination unit 7 will be described later.

(強度検出装置)
次に、物体3での反射光の強度を検出する強度検出装置について説明する。強度検出装置では、発光源1から対象空間に信号光を投光する投光期間と、発光源1から対象空間に信号光を投光しない非投光期間とを設け、投光期間に受光した光から非投光期間に検出される環境光ないし周囲光による外光成分を除去することにより、反射光の強度を検出する。
(Intensity detector)
Next, an intensity detection device that detects the intensity of reflected light from the object 3 will be described. In the intensity detection device, a light projection period in which signal light is projected from the light source 1 to the target space and a non-light projection period in which signal light is not projected from the light source 1 to the target space are provided, and light is received during the light projection period. The intensity of the reflected light is detected by removing the ambient light component or ambient light component detected during the non-projection period from the light.

強度検出装置は、図6に示すように、図1に示した距離測定装置の距離演算部6を空間情報検出部としての強度演算部8に置き換えた構成を有している。強度演算部8を除く構成は、距離測定装置と同様であり、ここでは、受光センサ2として撮像素子を用いる場合を想定する。すなわち、発光源1から投光した信号光が物体3により反射した反射光の強度を画素値に持つ濃淡画像を生成する。この濃淡画像の画素値は、外光成分が除去(ないし低減)されているから、通常の濃度値と区別するために、以下では「反射強度値」という。また、反射強度値を画素値に持つ画像を、通常の濃淡画像と区別するために、以下では「反射強度画像」という。なお、撮像素子を用いることは本質的なことではなく、1個の受光領域のみを備える受光センサ2を用いることも可能である。   As shown in FIG. 6, the intensity detection apparatus has a configuration in which the distance calculation unit 6 of the distance measurement apparatus shown in FIG. 1 is replaced with an intensity calculation unit 8 as a spatial information detection unit. The configuration excluding the intensity calculation unit 8 is the same as that of the distance measuring device, and here, it is assumed that an image sensor is used as the light receiving sensor 2. That is, a grayscale image having the pixel value of the intensity of the reflected light reflected from the object 3 by the signal light projected from the light source 1 is generated. Since the external light component is removed (or reduced), the pixel value of the grayscale image is hereinafter referred to as a “reflection intensity value” in order to distinguish it from a normal density value. Further, in order to distinguish an image having a reflection intensity value as a pixel value from a normal grayscale image, it is hereinafter referred to as a “reflection intensity image”. Note that the use of the image sensor is not essential, and the light receiving sensor 2 having only one light receiving region can also be used.

このような反射強度画像は、外光成分が除去されているから、一定の照明条件の下での物体3の濃淡画像ということができ、たとえば画像に基づく顔認証を行う場合のように、物体3の特徴量を画像から抽出する用途において利便性が高くなる。   Since such an external light component is removed, such a reflection intensity image can be referred to as a grayscale image of the object 3 under a certain illumination condition. For example, as in the case of performing face authentication based on the image, the object In the application of extracting the feature amount 3 from the image, the convenience is enhanced.

ところで、発光源1が対象空間に信号光を投光している投光期間に受光センサ2が受光する光は、信号光の成分(以下、「信号成分」という)と外光成分とを含み、発光源1が対象空間に信号光を投光していない非投光期間に受光センサ2が受光する光は、外光成分のみである。したがって、投光期間と非投光期間とを設け、受光センサ2での投光期間における電荷量(受光量に相当)と非投光期間における電荷量(受光量に相当)とを用いることにより、信号成分を抽出することが可能になる。   By the way, the light received by the light receiving sensor 2 during the light projection period in which the light source 1 projects the signal light into the target space includes a signal light component (hereinafter referred to as “signal component”) and an external light component. The light received by the light receiving sensor 2 during the non-projection period when the light source 1 does not project the signal light into the target space is only the external light component. Therefore, a light projection period and a non-light projection period are provided, and the charge amount (corresponding to the light reception amount) in the light projection period of the light receiving sensor 2 and the charge amount (corresponding to the light reception amount) in the non-light projection period are used. The signal component can be extracted.

すなわち、距離測定装置では、距離を測定している間に、タイミング制御部5から変調信号を連続的に出力しているのに対して、強度検出装置では、強度を検出している間に、タイミング制御部5から変調信号を出力する投光期間と、変調信号を出力しない非投光期間とを設けている。このように、距離測定装置と強度検出装置とでは、タイミング制御部5の動作が異なっている。   That is, while the distance measurement device continuously outputs the modulation signal from the timing control unit 5 while measuring the distance, the intensity detection device detects the intensity while A light projection period for outputting a modulation signal from the timing control unit 5 and a non-light projection period for not outputting a modulation signal are provided. As described above, the operation of the timing controller 5 is different between the distance measuring device and the intensity detecting device.

以下では、説明を簡単にするために、図7(a)に示すように、投光期間Taと非投光期間Tbとの長さが一対一である場合を例として説明する。この場合、投光期間Taと非投光期間Tbとを合わせた時間が、環境光ないし周囲光の強度が実質的に変化しない程度の短時間であれば、理想的には、図7(b)に示すように、投光期間Taに受光センサ2で蓄積された電荷量Baと、非投光期間Tbに受光センサ2で蓄積された電荷量Bbとの差分は、信号成分のみを含むことになる。すなわち、この差分を強度値(あるいは濃淡値)として検出する。言い換えると、強度検出装置は、発光源1から投光した信号光に対応した反射光の強度を有した濃淡画像を生成するアクティブ型の撮像装置ということができる。   Hereinafter, in order to simplify the description, as shown in FIG. 7A, a case where the lengths of the light projection period Ta and the non-light projection period Tb are one to one will be described as an example. In this case, if the time when the light projection period Ta and the non-light projection period Tb are combined is short enough that the intensity of the ambient light or the ambient light does not substantially change, ideally, FIG. ), The difference between the charge amount Ba accumulated by the light receiving sensor 2 during the light projection period Ta and the charge amount Bb accumulated by the light reception sensor 2 during the non-light projection period Tb includes only the signal component. become. That is, this difference is detected as an intensity value (or gray value). In other words, the intensity detection device can be said to be an active imaging device that generates a grayscale image having the intensity of reflected light corresponding to the signal light projected from the light source 1.

なお、投光期間Taと非投光期間Tbとの長さは一対一でなくてもよく、投光期間Taと非投光期間Tbとの長さを適宜の比率とし、比率に応じた係数を電荷量Ba,Bbに乗じて差分を算出してもよい。たとえば、Ta/Tb=kであるときに、Ba−k・Bbを求めることにより、外光成分を除去することができる。この動作では、投光期間Taと非投光期間Tbとを一対一にする場合と投光期間Taの長さを等しくしているとすれば、投光期間Taと非投光期間Tbとの合計時間が短くなる。   The lengths of the light projection period Ta and the non-light projection period Tb do not have to be one-to-one. The length of the light projection period Ta and the non-light projection period Tb is an appropriate ratio, and a coefficient corresponding to the ratio. The charge amount Ba, Bb may be multiplied to calculate the difference. For example, when Ta / Tb = k, the external light component can be removed by obtaining Ba−k · Bb. In this operation, if the light projection period Ta and the non-light projection period Tb are made one-to-one and the length of the light projection period Ta is equal, the light projection period Ta and the non-light projection period Tb are Total time is shortened.

上述した動作から明らかなように、反射光の強度を検出するにあたっては、投光期間Taと非投光期間Tbとを規定するための1種類のタイミング信号があればよく、投光期間Taと非投光期間Tbとの受光量Ba,Bbの差分を用いて信号成分のみを抽出しているから、1種類のタイミング信号を用いるだけで、外光成分の影響を受けずに反射光の強度を検出することができる。   As apparent from the operation described above, in detecting the intensity of the reflected light, it is sufficient if there is one kind of timing signal for defining the light projection period Ta and the non-light projection period Tb. Since only the signal component is extracted using the difference between the received light amounts Ba and Bb with respect to the non-light projection period Tb, the intensity of the reflected light is not affected by the external light component by using only one type of timing signal. Can be detected.

ところで、強度検出装置におけるタイミング信号は、距離測定装置と同様に、コード発生器4で生成された変調信号に基づいてタイミング制御部5で生成される。したがって、距離測定装置と同様に正誤判断部7を用いて物体3までの距離が測定可能範囲内か否かを判断し、測定可能範囲外であるときには、空間情報検出部である強度演算部8において求めた空間情報を無効にすることが可能である。すなわち、強度検出装置において、距離測定装置と同様に、物体3までの距離を制限することにより、無駄な空間情報を抽出せずに目的の情報を強調して抽出することが可能になる。   By the way, the timing signal in the intensity detection device is generated by the timing control unit 5 based on the modulation signal generated by the code generator 4 as in the distance measurement device. Accordingly, similarly to the distance measuring device, the correctness determination unit 7 is used to determine whether or not the distance to the object 3 is within the measurable range, and when it is outside the measurable range, the intensity calculation unit 8 that is a spatial information detection unit. It is possible to invalidate the spatial information obtained in step. That is, in the intensity detection device, by limiting the distance to the object 3 as in the distance measurement device, it is possible to emphasize and extract target information without extracting useless spatial information.

(正誤判断部)
(動作例1)
以下では、正誤判断部7の動作について説明する。正誤判断部7は、各タイミング信号に対応して得られる4種類の電荷量A0〜A3のうち少なくとも2種類の電荷量の差分にに基づく値を評価値に用いる。差分を求める電荷量の組み合わせは、物体3までの距離の増加に伴って差分が増加または減少する組み合わせであり、具体的には、(A0,A2)(A1,A3)(A0,A1)(A2,A3)の4種類の組み合わせを用いることが可能である。各組み合わせの差分は、時間差τに応じて図8(a)〜(d)に示すように変化する。
(Correct / incorrect judgment section)
(Operation example 1)
Below, operation | movement of the correctness determination part 7 is demonstrated. The correctness / incorrectness determination unit 7 uses, as an evaluation value, a value based on a difference between at least two types of charge amounts among the four types of charge amounts A0 to A3 obtained corresponding to each timing signal. The combination of the charge amounts for obtaining the difference is a combination in which the difference increases or decreases as the distance to the object 3 increases. Specifically, (A0, A2) (A1, A3) (A0, A1) ( It is possible to use four combinations of A2, A3). The difference of each combination changes as shown in FIGS. 8A to 8D according to the time difference τ.

したがって、(A1,A3)(A0,A1)(A2,A3)の組み合わせのいずれでも差分として採用することが可能であるが、まず、(A0,A2)の組み合わせを差分として用いる場合について説明する。電荷量A0,A2の差分(=A0−A2)は、時間差τを変数とする一次関数であり、時間差τの増加に伴って減少するから、当該差分に対して閾値を設定し、当該差分が閾値よりも小さくなったときに測定可能範囲外と判断することが考えられる。この場合、閾値をごく小さい正数(≒0)とすれば、時間差τが0≦τ<Tcとなる距離範囲を測定可能範囲内とすることができる。   Therefore, any combination of (A1, A3) (A0, A1) (A2, A3) can be adopted as the difference. First, a case where the combination of (A0, A2) is used as the difference will be described. . The difference between the charge amounts A0 and A2 (= A0−A2) is a linear function with the time difference τ as a variable, and decreases as the time difference τ increases. Therefore, a threshold is set for the difference, and the difference is It can be considered that it is determined that it is outside the measurable range when it becomes smaller than the threshold. In this case, if the threshold is a very small positive number (≈0), the distance range where the time difference τ satisfies 0 ≦ τ <Tc can be set within the measurable range.

ところで、上記差分は、A0−A2=2A−2α・τであって、α=A/Tcであるから、2A{1−(τ/Tc)}になる。つまり、各電荷量A0〜A3には、上述したように定数A,Bが含まれており、これらの定数A,Bは、投光から受光までの光の経路の減衰率と外光成分とにより決まる値であるから、差分のみによっては定数A,Bをともに除去することはできない。   By the way, since the difference is A0−A2 = 2A−2α · τ and α = A / Tc, 2A {1− (τ / Tc)}. That is, each of the charge amounts A0 to A3 includes the constants A and B as described above, and these constants A and B indicate the attenuation rate of the light path from light projection to light reception, the external light component, and the like. Therefore, the constants A and B cannot be removed by only the difference.

ここに、上記減衰率は、物体3の反射率、物体3までの距離、経路の媒質などのパラメータの影響を受けるが、説明を簡単にするために、以下では、物体3の反射率のみに着目する。上記差分(=A0−A2)が物体3の反射率に影響されることは図5からも容易に推測することができる。したがって、物体3の反射率の影響を除去して物体3までの距離が測定可能範囲か否かを正確に判断するには、定数A,Bの影響を除去するように正規化する必要がある。   Here, the attenuation rate is affected by parameters such as the reflectance of the object 3, the distance to the object 3, and the medium of the path. However, in order to simplify the description, only the reflectance of the object 3 will be described below. Pay attention. It can be easily estimated from FIG. 5 that the difference (= A0−A2) is influenced by the reflectance of the object 3. Therefore, in order to remove the influence of the reflectance of the object 3 and accurately determine whether or not the distance to the object 3 is within the measurable range, it is necessary to normalize so as to remove the influence of the constants A and B. .

ここでは、物体3の反射率の影響のみに着目するから、外光成分の存在しない環境下に物体3が存在する場合について考える。上述したように、差分(A0−A2)には、定数Bは含まれていないから、差分(A0−A2)を正規化して評価値に用いるには、定数Aを除去するように正規化すればよいことがわかる。   Here, since only the influence of the reflectance of the object 3 is focused, consider the case where the object 3 exists in an environment where no external light component exists. As described above, since the difference (A0−A2) does not include the constant B, in order to normalize the difference (A0−A2) and use it as the evaluation value, the difference (A0−A2) is normalized to remove the constant A. I understand that

外光成分は電荷量においては(B−A)に相当するから、外光成分の存在しない環境下ではA=Bになる。また、A0+A2=A+Bであるから、外光成分の存在しない環境下ではA0+A2=2Aである。したがって、差分(A0−A2)を(A0+A2)で除算すれば、{(A0−A2)/(A0+A1)}=1−(τ/Tc)になり、定数A,Bを含まない時間差τの一次関数を求めることができる。したがって、この値を評価値に用いることによって、外光成分の存在しない環境下において反射率の影響を受けずに物体3までの距離を評価することが可能になる。   Since the external light component corresponds to (B−A) in the amount of charge, A = B in an environment where no external light component exists. Further, since A0 + A2 = A + B, A0 + A2 = 2A in an environment where no external light component exists. Therefore, if the difference (A0−A2) is divided by (A0 + A2), {(A0−A2) / (A0 + A1)} = 1− (τ / Tc), and the first order of the time difference τ not including the constants A and B A function can be obtained. Therefore, by using this value as the evaluation value, it is possible to evaluate the distance to the object 3 without being affected by the reflectance in an environment where no external light component exists.

すなわち、正誤判断部7は、上記評価値が閾値以上であるときには、物体3までの距離が0〜c・τ/2の範囲であると判断して、当該物体3について検出した空間情報(距離、物体3の反射率など)を有効な空間情報として扱う。また、評価値が閾値よりも小さいときには、物体3までの距離がc・τ/2を超えたことになるから、物体3のまでの距離が測定距離範囲外であると判断して、検出した空間情報を無効にする。   That is, the correctness / incorrectness determination unit 7 determines that the distance to the object 3 is in the range of 0 to c · τ / 2 when the evaluation value is equal to or greater than the threshold value, and detects the spatial information (distance distance) detected for the object 3. , The reflectance of the object 3, etc.) is treated as effective spatial information. Further, when the evaluation value is smaller than the threshold value, the distance to the object 3 has exceeded c · τ / 2. Therefore, the distance to the object 3 is determined to be out of the measurement distance range and detected. Disable spatial information.

ここに、1チップ長Tcを100〔ns〕とすれば、測定可能範囲は0〜15〔m〕にであり、正誤判断部7では、物体3までの距離が測定可能範囲の上限である15〔m〕を超えると検出した空間情報(距離値、反射強度値)を無効にする。   Here, if the one-chip length Tc is 100 [ns], the measurable range is 0 to 15 [m]. In the correctness determination unit 7, the distance to the object 3 is the upper limit of the measurable range 15 If [m] is exceeded, the detected spatial information (distance value, reflection intensity value) is invalidated.

受光センサ2には撮像素子を用いており、距離画像や反射強度画像が得られるから、正誤判断部7では、画素ごとに測定距離範囲内か否かを判断し、画素ごとに空間情報が有効か無効かを判断する。距離画像については、正誤判断部7で距離値を無効と判断した画素については、距離値を出力しないように距離演算部6に指示を与え、反射強度画像については、正誤判断部7で反射強度値を無効と判断した画素については、反射強度値を出力しないように強度演算部8に指示を与える。   Since the image sensor is used for the light receiving sensor 2 and a distance image and a reflection intensity image are obtained, the correctness / incorrectness determination unit 7 determines whether or not each pixel is within the measurement distance range, and spatial information is valid for each pixel. Or invalid. For the distance image, an instruction is given to the distance calculation unit 6 so that the distance value is not output for the pixel for which the distance value is determined to be invalid by the correctness / incorrectness determination unit 7. For the pixel whose value is determined to be invalid, the intensity calculation unit 8 is instructed not to output the reflection intensity value.

この動作により、測定可能範囲の上限を超える遠方の物体3については距離値や反射強度値を画素に与えないから、距離値の誤検出を防止することができ、また反射強度値について距離を制限することができる。すなわち、物体3までの距離が測定可能範囲内である領域については画素値が得られ、測定可能範囲外である領域については、受光センサ2の感度を調節したりせずに、測定可能範囲に制限を与えることができる。   By this operation, the distance value and the reflection intensity value are not given to the pixel for the distant object 3 that exceeds the upper limit of the measurable range, so that erroneous detection of the distance value can be prevented and the distance is limited for the reflection intensity value. can do. That is, a pixel value is obtained for a region where the distance to the object 3 is within the measurable range, and the region outside the measurable range is within the measurable range without adjusting the sensitivity of the light receiving sensor 2. Limits can be given.

ただし、ショットノイズによる電荷量の揺らぎが大きいような環境下では、時間差τが1チップ長Tcを超える場合でも評価値(=A0−A2)が0にならず、A0−A2>0になる可能性がある。したがって、正誤判断部7では評価値(=A0−A2)に対して0ではない適宜の閾値を与えている。この場合、測定距離範囲の上限はc・τ/2よりもやや短くなり、下限は0よりやや大きくなる。   However, in an environment where the amount of charge fluctuation due to shot noise is large, the evaluation value (= A0−A2) does not become 0 and A0−A2> 0 even when the time difference τ exceeds 1 chip length Tc. There is sex. Accordingly, the correctness / incorrectness determination unit 7 gives an appropriate threshold value other than 0 to the evaluation value (= A0−A2). In this case, the upper limit of the measurement distance range is slightly shorter than c · τ / 2, and the lower limit is slightly larger than 0.

(動作例2)
上述した動作例1では、電荷量A0,A2を用い、電荷量A0,A2の差分を和で除算することにより正規化しているが、上述した強度検出装置のように、発光源1から対象空間に投光する投光期間Taと、発光源1から対象空間に投光しない非投光期間Tbとを設ける(図7参照)ことによって、定数Bに相当する値を求め、この値により正規化することも可能である。すなわち、動作例1では、外光成分が存在しない環境下において、A0+A2=A+B=2Aになることを利用して正規化を行っているが、本動作例では、定数A+Bに相当する電荷量から定数Bに相当する電荷量を除去して定数Aに相当する電荷量を求め、外光成分が存在する環境下においても正規化を可能にしている。
(Operation example 2)
In the operation example 1 described above, the charge amounts A0 and A2 are used and normalized by dividing the difference between the charge amounts A0 and A2 by the sum. By providing a light projection period Ta for projecting light and a non-light projecting period Tb for projecting light from the light source 1 to the target space (see FIG. 7), a value corresponding to the constant B is obtained and normalized by this value. It is also possible to do. That is, in the operation example 1, normalization is performed using the fact that A0 + A2 = A + B = 2A in an environment where no external light component exists, but in this operation example, from the amount of charge corresponding to the constant A + B. A charge amount corresponding to the constant A is obtained by removing a charge amount corresponding to the constant B, and normalization is possible even in an environment where an external light component exists.

ここでは、投光期間Taと非投光期間Tbとの長さが等しく、投光期間Taと非投光期間Tbとでは外光成分に変化がないものと仮定する。非投光期間Tbでは電荷量A0〜A3は物体3までの距離とは無関係に一定であって、変化率α=0であるから、定数A=0であることがわかる。つまり、非投光期間Tbにおける電荷量A0,A2の和は、A0+A2=A+B=Bになる。   Here, it is assumed that the light projection period Ta and the non-light projection period Tb are equal in length, and that the external light component does not change between the light projection period Ta and the non-light projection period Tb. In the non-light projection period Tb, the charge amounts A0 to A3 are constant regardless of the distance to the object 3, and the rate of change α = 0, so it can be seen that the constant A = 0. That is, the sum of the charge amounts A0 and A2 in the non-light projection period Tb is A0 + A2 = A + B = B.

投光期間Taと非投光期間Tbとにおいて定数Bは変化しないから、投光期間Taに得られる電荷量A0,A2の和から、非投光期間Tbに得られる電荷量A0,A2の和を減算すれば、A+B−B=Aであるから、この値で、投光期間Taに得られた電荷量A0,A2の差分(A−B)を除算すれば、2A{1−(τ/Tc)})/A=1−(τ/Tc)が得られる。動作例1と同様に、この値を評価値に用いることによって、物体3までの距離が測定可能範囲内か否かを判断することができる。   Since the constant B does not change in the light projection period Ta and the non-light projection period Tb, the sum of the charge quantities A0 and A2 obtained in the non-light projection period Tb from the sum of the charge quantities A0 and A2 obtained in the light projection period Ta. Since A + B−B = A, the difference (A−B) between the charge amounts A0 and A2 obtained in the light projection period Ta is divided by this value to obtain 2A {1− (τ / Tc)}) / A = 1− (τ / Tc). Similar to Operation Example 1, by using this value as an evaluation value, it can be determined whether or not the distance to the object 3 is within the measurable range.

本動作では、投光期間Taと非投光期間Tbとに得られる電荷量を用いて外光成分の影響を除去しているから、外光成分が存在する環境下いおいても利用することができる。他の動作は動作例1と同様である。また、投光期間Taと非投光期間Tbとを設ける必要があるが、投光期間Taにおいて空間情報として距離を求めることにより、距離測定装置に本動作を適用することができる。また、投光期間Taと非投光期間Tbとは必ずしも時間長が等しくなくてもよく、投光期間Taに得られる電荷量の和から非投光期間Tbに得られる電荷量の和を減算する際に、投光期間Taと非投光期間Tbとの時間比に応じた補正を行ってもよい。   In this operation, the influence of the external light component is removed by using the charge amount obtained in the light projection period Ta and the non-light projection period Tb, so that it can be used even in an environment where the external light component exists. Can do. Other operations are the same as those in the first operation example. Moreover, although it is necessary to provide the light projection period Ta and the non-light projection period Tb, this operation | movement can be applied to a distance measuring device by calculating | requiring distance as spatial information in the light projection period Ta. Further, the light projection period Ta and the non-light projection period Tb do not necessarily have the same time length, and the sum of the charge amount obtained in the non-light projection period Tb is subtracted from the sum of the charge quantity obtained in the light projection period Ta. When doing so, you may perform correction | amendment according to the time ratio of the light projection period Ta and the non-light projection period Tb.

(動作例3)
上述した動作例1では、正誤判断部7において、2種類の電荷量A0,A2)を組み合わせて求めた評価値を用いる例を示したが、上述した4種類のタイミング信号を用いることにより、4種類の電荷量A0〜A4が得られる場合には、他の2種類の電荷量A1,A3を組み合わせた評価値を併用してもよい。
(Operation example 3)
In the operation example 1 described above, an example is shown in which the evaluation value obtained by combining the two types of charge amounts A0 and A2) is used in the correctness / incorrectness determination unit 7, but by using the four types of timing signals described above, 4 When the types of charge amounts A0 to A4 are obtained, an evaluation value obtained by combining the other two types of charge amounts A1 and A3 may be used in combination.

以下では、電荷量A0,A2から求めた評価値を第1の評価値といい、電荷量A1,A3から求めた評価値を第2の評価値という。図8(a)(b)を参照すれば容易に理解できるように、第1の評価値は時間差τが1チップ長Tc以上であると0になり、第2の評価値は、時間差τが1チップ長Tcであるときに最大値(=2)になり、時間差τが2チップ長2Tc以上であると0になる。   Hereinafter, the evaluation value obtained from the charge amounts A0 and A2 is referred to as a first evaluation value, and the evaluation value obtained from the charge amounts A1 and A3 is referred to as a second evaluation value. As can be easily understood with reference to FIGS. 8A and 8B, the first evaluation value becomes 0 when the time difference τ is 1 chip length Tc or more, and the second evaluation value has the time difference τ of It becomes the maximum value (= 2) when the length is 1 chip length Tc, and becomes 0 when the time difference τ is 2 chips length 2Tc or more.

このことを利用し、第1の評価値と第2の評価値とに対してそれぞれ略0である第1の閾値と第2の閾値との大小2段階の閾値を設定しておき、正誤判断部7において、第1の評価値が第1の閾値以下になると時間差τが1チップ長Tc以上であると判断するとともに、第2の評価値が第2の閾値以下になると時間差τが2チップ長2Tc以上であると判断する構成を採用することができる。   Using this fact, the first and second evaluation values are set to a threshold value of two levels, a first threshold value and a second threshold value, which are substantially 0, and correct / incorrect determination is made. The unit 7 determines that the time difference τ is 1 chip length Tc or more when the first evaluation value is equal to or less than the first threshold value, and the time difference τ is 2 chips when the second evaluation value is equal to or less than the second threshold value. A configuration in which it is determined that the length is 2 Tc or more can be employed.

すなわち、第1の評価値が第1の閾値よりも小さいという条件と、第2の評価値が第2の閾値よりも小さいという条件との両条件が成立するときには、時間差τが2チップ長2Tc以上であることがわかり、第1の評価値が第1の閾値よりも小さいという条件が成立し、第2の評価値が第2の閾値よりも大きいという条件が成立するときには、時間差τが1チップ長Tc以上であることがわかる。また、ショットノイズなどの影響によって、時間差τが1チップ長Tcを超えているときに、第1の評価値が第1の閾値よりも大きくなる場合が考えられるが、このときも、第2の評価値が第2の閾値よりも小さければ2チップ長2Tcを超えていると判断することができる。すなわち、正誤判断部7では、上述した2条件のうちの少なくとも一方が成立すれば、時間差τが2チップ長Tcを超えていると判断することができる。なお、第1の閾値と第2の閾値とは、同じ値を用いることができるが、異なる値を用いてもよい。他の動作は動作例1と同様である。また、動作例2に本動作の技術思想を適用することが可能である。   That is, when both the condition that the first evaluation value is smaller than the first threshold and the condition that the second evaluation value is smaller than the second threshold are satisfied, the time difference τ is 2 chips long 2Tc. When the condition that the first evaluation value is smaller than the first threshold is satisfied and the condition that the second evaluation value is larger than the second threshold is satisfied, the time difference τ is 1 It can be seen that the chip length is not less than Tc. Further, when the time difference τ exceeds one chip length Tc due to the influence of shot noise or the like, the first evaluation value may be larger than the first threshold value. If the evaluation value is smaller than the second threshold value, it can be determined that the 2-chip length 2Tc is exceeded. That is, the correctness determination unit 7 can determine that the time difference τ exceeds the two-chip length Tc if at least one of the two conditions described above is satisfied. Note that the same value can be used for the first threshold and the second threshold, but different values may be used. Other operations are the same as those in the first operation example. Further, the technical concept of this operation can be applied to the operation example 2.

(動作例4)
動作例3では、2種類の評価値の少なくとも一方において空間情報が無効であると判断されると、検出した空間情報を無効にしているが、以下では、1種類の評価値に対する閾値を切り換えることによって、空間情報の信頼性を向上させる技術について説明する。
(Operation example 4)
In the operation example 3, when it is determined that the spatial information is invalid in at least one of the two types of evaluation values, the detected spatial information is invalidated. In the following, the threshold value for one type of evaluation value is switched. Thus, a technique for improving the reliability of spatial information will be described.

本動作例では、電荷量A0,A2から求めた評価値を用い、評価値に対する閾値を切り換える条件を判定するための判定値を電荷量A1,A3の差分(A1−A3)とする。判定値は、図8(b)に示すように、時間差τが1〜Tcでは増加し、時間差τがTc〜2Tcでは減少し、時間差τが2Tcを超えると0になる。   In this operation example, evaluation values obtained from the charge amounts A0 and A2 are used, and a determination value for determining a condition for switching a threshold value for the evaluation value is defined as a difference (A1−A3) between the charge amounts A1 and A3. As shown in FIG. 8B, the determination value increases when the time difference τ is 1 to Tc, decreases when the time difference τ is Tc to 2Tc, and becomes 0 when the time difference τ exceeds 2Tc.

上述したように、評価値に対する閾値は、物体3までの距離が測定可能範囲の上限(c・τ/2)を超える場合に空間情報が無効であると判断するために規定されている。したがって、評価値が比較的大きい測定可能範囲内では、評価値に対する閾値を小さく設定することにより、測定可能範囲の上限をできるだけc・τ/2に近付け、検出した空間情報を有効として扱える範囲を広げるのが望ましい。その一方で、評価値が小さくなる測定可能範囲外では、評価値に対する閾値を比較的大きく設定することにより、ショットノイズなどの影響で評価値が十分に小さくならない場合でも、検出した空間情報を無効にして空間情報の誤検出を防止することが望ましい。   As described above, the threshold value for the evaluation value is defined in order to determine that the spatial information is invalid when the distance to the object 3 exceeds the upper limit (c · τ / 2) of the measurable range. Therefore, within the measurable range where the evaluation value is relatively large, the upper limit of the measurable range is set as close to c · τ / 2 as possible by setting the threshold for the evaluation value as small as possible, and the range in which the detected spatial information can be treated as effective It is desirable to spread. On the other hand, outside the measurable range where the evaluation value is small, by setting a relatively large threshold for the evaluation value, the detected spatial information is invalidated even if the evaluation value does not become sufficiently small due to the effects of shot noise, etc. It is desirable to prevent erroneous detection of spatial information.

すなわち、判定値としては、評価値と同様に、測定可能範囲か否かの判断に用いることができる値を用いるのが望ましい。ただし、判定値は、単独では測定可能範囲か否かの判断ができなくてもよい。たとえば、判定値としてA1−A3を採用すると、図8(b)のように、1つの電荷量が2つの時間差に対応しているから、判定値のみでは時間差τが、1チップ長Tc以内であるのか、1チップ長Tcを超えて2チップ長2Tcまでの範囲かは判断することができない。   That is, as the determination value, it is desirable to use a value that can be used to determine whether or not it is within the measurable range, similarly to the evaluation value. However, it may not be possible to determine whether the determination value is within the measurable range alone. For example, when A1-A3 is adopted as the determination value, one charge amount corresponds to two time differences as shown in FIG. 8B. Therefore, the time difference τ is within one chip length Tc with only the determination value. It is not possible to determine whether there is a range from 1 chip length Tc to 2 chip length 2Tc.

本例では、図9(a)に示すように、評価値(A0−A2)にする閾値を大小2段階の閾値Ths,Thiから選択する構成を採用する。どちらの閾値Ths,Thiを選択するかは、図9(b)に示すように、判定値(A1−A3)を規定の基準値Vtと比較することにより決定する。すなわち、判定値が基準値Vtよりも小さい場合は、大きい閾値Thsを選択し、判定値が基準値Vtよりも大きい場合は、小さい閾値Thsを選択する。基準値Vtは、閾値Ths,Thiの大きさに応じて、判定値の最小値と最大値との間の値で適宜に設定することができる。   In this example, as shown in FIG. 9A, a configuration is adopted in which the threshold value for the evaluation value (A0-A2) is selected from threshold values Ths and Thi of two levels. Which threshold Ths or Thi is selected is determined by comparing the determination value (A1-A3) with a prescribed reference value Vt, as shown in FIG. 9B. That is, when the determination value is smaller than the reference value Vt, a large threshold value Ths is selected, and when the determination value is larger than the reference value Vt, a small threshold value Ths is selected. The reference value Vt can be appropriately set as a value between the minimum value and the maximum value of the determination value according to the magnitudes of the threshold values Ths and Thi.

具体的には、時間差τが1チップ長Tcを超えると評価値は理想的には0になるが、実際にはショットノイズなどの影響によって評価値が変動するから、この変動よりも大きい閾値Thsを設定しておけば、評価値による誤判定を防止することができる。しかしながら、評価値に対して大きい閾値Thsを用いると、測定可能範囲と判定する距離が、1チップ長Tcに対応する距離よりも大幅に短縮されるという不都合が生じる。   Specifically, when the time difference τ exceeds one chip length Tc, the evaluation value ideally becomes 0. However, since the evaluation value actually fluctuates due to the influence of shot noise or the like, the threshold Ths that is larger than this fluctuation Is set, it is possible to prevent erroneous determination due to the evaluation value. However, when a large threshold Ths is used for the evaluation value, there arises a disadvantage that the distance determined as the measurable range is significantly shortened than the distance corresponding to one chip length Tc.

そこで、時間差τが1チップ長Tcよりも短い区間で評価値が比較的小さくなる区間、つまり物体までの距離が比較的大きい区間においては、小さい閾値Thiを選択して測定可能範囲をできるだけ延長することが望ましい。ただし、小さい閾値Thiのみであるとショットノイズなどの影響によって評価値が変動したときに誤判定の可能性が高くなる。   Therefore, in a section where the evaluation value is relatively small in a section where the time difference τ is shorter than one chip length Tc, that is, in a section where the distance to the object is relatively large, a small threshold value Thi is selected to extend the measurable range as much as possible. It is desirable. However, if only the small threshold value Thi is used, the possibility of erroneous determination increases when the evaluation value fluctuates due to the influence of shot noise or the like.

本動作例では、判定値が基準値Vtよりも小さい場合に大きい閾値Thsを選択することで、1チップ長(単位期間)Tcに対応した距離と2チップ長2Tcに対応した距離との間の距離から遠方側では大きい閾値Vtが選択される。したがって、物体までの距離が1チップ長Tcに対応した距離を超え2チップ長2Tcに対応した距離に達するまでの間に大きい閾値Thsが選択されることにより、2チップ長2Tcに対応する距離よりも小さい距離以降においてショットノイズなどの影響による誤判断の確率を低減することができる。   In this operation example, by selecting a large threshold Ths when the determination value is smaller than the reference value Vt, the distance between the distance corresponding to 1 chip length (unit period) Tc and the distance corresponding to 2 chips length 2Tc is selected. A large threshold value Vt is selected on the far side from the distance. Accordingly, a larger threshold Ths is selected until the distance to the object exceeds the distance corresponding to the one-chip length Tc and reaches the distance corresponding to the two-chip length 2Tc, so that the distance corresponding to the two-chip length 2Tc can be selected. The probability of misjudgment due to the influence of shot noise after a small distance can be reduced.

すなわち、本例の動作を採用することによって、動作例2のように2チップ長2Tcに対応した距離よりも大きいか否かを判断する構成に比較して、ショットノイズなどの影響をさらに受けにくくすることが可能である。   That is, by adopting the operation of this example, compared to the configuration in which it is determined whether or not the distance corresponding to the 2-chip length 2Tc is larger as in the operation example 2, it is less susceptible to the influence of shot noise and the like. Is possible.

一方、判定値が基準値Vtよりも小さい場合に大きい閾値Thsを選択しているから、物体までの距離が比較的小さい区間であって評価値が比較的大きい区間においても大きい閾値Thsが選択されるが、図9(a)のように、この区間においては評価値が比較的大きいから、この区間における評価値の最小値よりも閾値Thsを小さく設定することで、評価値による判断に影響することはない。   On the other hand, since the large threshold Ths is selected when the determination value is smaller than the reference value Vt, the large threshold Ths is selected even in the section where the distance to the object is relatively small and the evaluation value is relatively large. However, as shown in FIG. 9A, since the evaluation value is relatively large in this section, setting the threshold Ths smaller than the minimum value of the evaluation value in this section affects the judgment based on the evaluation value. There is nothing.

以上説明したように、大きい閾値Thsは、評価値のショットノイズなどによる変動分よりも大きく、かつ物体までの距離が短い区間での評価値よりは小さく設定する必要がある。また、小さい閾値Thiは測定可能範囲の上限を引き上げるためには、できるだけ小さく設定するのが望ましい。他の構成および動作は動作例1と同様である。   As described above, the large threshold value Ths needs to be set larger than the variation of the evaluation value due to shot noise or the like and smaller than the evaluation value in the section where the distance to the object is short. In addition, it is desirable to set the small threshold Thi as small as possible in order to raise the upper limit of the measurable range. Other configurations and operations are the same as those in the first operation example.

(動作例5)
動作例3からわかるように、判定値(=A1−A3)は、時間差τが0〜Tcの範囲において時間差τの増加に伴って増加し、時間差τがTc〜2Tcの範囲において時間差τの増加に伴って減少しており、時間差τが2Tcを超えると略0になる。判定値のこのような特性を利用すれば、物体3までの距離が測定可能範囲内か否かを判定値によっても検出することが可能になる。
(Operation example 5)
As can be seen from the operation example 3, the determination value (= A1−A3) increases as the time difference τ increases in the time difference τ range of 0 to Tc, and the time difference τ increases in the range of Tc to 2Tc. And decreases to approximately 0 when the time difference τ exceeds 2Tc. If such a characteristic of the determination value is used, it is possible to detect whether or not the distance to the object 3 is within the measurable range based on the determination value.

判定値(=A1−A3)が時間差τの増加に伴って増加するか減少するかは、以下のようにして判断することが可能である。以下では、時間差τの増加に伴って判定値が増加する領域を増加領域と呼び、判定値が減少する領域を減少領域と呼ぶ。図8(b)の例では、時間差τが0〜Tcである領域が増加領域になり、時間差τがTc〜2Tcである領域が減少領域になる。   Whether the determination value (= A1-A3) increases or decreases as the time difference τ increases can be determined as follows. Hereinafter, a region where the determination value increases as the time difference τ increases is referred to as an increase region, and a region where the determination value decreases is referred to as a decrease region. In the example of FIG. 8B, a region where the time difference τ is 0 to Tc is an increase region, and a region where the time difference τ is Tc to 2Tc is a decrease region.

ここでは、正誤判断部7がタイミング制御部5と連携し、タイミング制御部5から、上述した4種類のタイミング信号のほかに、電荷量A1,A3に対応するタイミング信号を規定の判定時間ΔTd(≪Tc)だけ遅延させたタイミング信号も出力するものとする。前者のタイミング信号と後者のタイミング信号とは、異なる時刻に出力される。ただし、両タイミング信号は、物体3までの距離、物体3の反射率、媒質の透過率、外光成分に実質的な変化がない程度の短時間内に出力されるようにする。   Here, the correctness / incorrectness determination unit 7 cooperates with the timing control unit 5, and in addition to the above-described four types of timing signals, the timing signal corresponding to the charge amounts A1 and A3 is transmitted from the timing control unit 5 to a predetermined determination time ΔTd ( A timing signal delayed by << Tc) is also output. The former timing signal and the latter timing signal are output at different times. However, both timing signals are output within a short time such that there is no substantial change in the distance to the object 3, the reflectance of the object 3, the transmittance of the medium, and the external light component.

いま、図10に実線で示すように、求めた判定値(=A1−A3)がQ1であるとすれば、時間差τはτ1,τ2のいずれかであると言えるが、判定値Q1を単独で用いるだけでは、時間差τを一意に決定することができない。そこで、正誤判断部7は判定値Q1を求めた後に、タイミング制御部5に指示することにより、電荷量A1,A3に対応するタイミング信号(図3(e)(f)参照)を判定時間ΔTdだけ遅延させたタイミング信号を出力させる。電荷量A1,A3に対応するタイミング信号は、電荷量A0,A2に対応するタイミング信号に対して1チップ長Tcだけ遅延しているから、新たに生成されたタイミング信号は、電荷量A0,A2に対応するタイミング信号に対して(Tc+ΔTd)だけ遅延していることになる。   Now, as shown by the solid line in FIG. 10, if the obtained determination value (= A1-A3) is Q1, it can be said that the time difference τ is either τ1 or τ2, but the determination value Q1 alone is used. The time difference τ cannot be uniquely determined only by using it. Therefore, the correctness determination unit 7 obtains the determination value Q1, and then instructs the timing control unit 5 to determine the timing signals (see FIGS. 3E and 3F) corresponding to the charge amounts A1 and A3 as the determination time ΔTd. A timing signal delayed by an amount of time is output. Since the timing signals corresponding to the charge amounts A1 and A3 are delayed by one chip length Tc with respect to the timing signals corresponding to the charge amounts A0 and A2, the newly generated timing signals are the charge amounts A0 and A2. Is delayed by (Tc + ΔTd) with respect to the timing signal corresponding to.

上述のようにして判定時間ΔTdだけずらしたタイミング信号を用いて電荷量A1,A3に相当する電荷量A11,A31を求め、その差分A11−A13の電荷量Q11,Q12を求めると、図10に破線で示すように、増加領域であれば電荷量Q11は判定値Q1よりも小さい値になり、減少領域であれば電荷量Q12は判定値Q1よりも大きい値になる。すなわち、判定時間ΔTdだけ遅延させたタイミング信号を用いて判定値に相当する電荷量Q11,Q12を求めると、遅延させていないタイミング信号を用いて求めた判定値Q1に対する変化方向によって、増加領域か減少領域かを識別することができる。   When the charge amounts A11 and A31 corresponding to the charge amounts A1 and A3 are obtained using the timing signal shifted by the determination time ΔTd as described above, and the charge amounts Q11 and Q12 of the difference A11-A13 are obtained, FIG. As indicated by a broken line, the charge amount Q11 is smaller than the determination value Q1 in the increase region, and the charge amount Q12 is larger than the determination value Q1 in the decrease region. That is, when the charge amounts Q11 and Q12 corresponding to the determination value are obtained using the timing signal delayed by the determination time ΔTd, the increase region is determined depending on the change direction with respect to the determination value Q1 obtained using the non-delayed timing signal. It can be identified whether it is a decreasing area.

上述のようにして判定値Q1が増加領域であるか減少領域であるかを識別することにより、時間差τが1チップ長Tcより短いか長いかを識別することができ、時間差τを一意に決定することができる。   By identifying whether the determination value Q1 is an increase region or a decrease region as described above, it is possible to identify whether the time difference τ is shorter or longer than one chip length Tc, and the time difference τ is uniquely determined. can do.

したがって、正誤判断部7では、判定値(=A1−A3)が増加領域であるときには評価値に対する閾値を小さくして測定可能範囲の上限をできるだけ高くしておき、判定値が減少領域であるときには評価値に対する閾値を大きくして評価値の変動による誤判断を防止することが可能になる。なお、判定値が増加領域か減少領域かを検出する技術を採用すれば、判定値のみを用いて測定可能範囲内か否かを判断することが一応は可能であるが、測定可能範囲の上限付近において判定を正確に行うことができない。したがって、評価値に対する閾値の切換にのみ用いている。他の動作は動作例1、動作例2と同様である。   Therefore, the correctness determination unit 7 reduces the threshold value for the evaluation value to increase the upper limit of the measurable range as much as possible when the determination value (= A1-A3) is in the increase region, and when the determination value is in the decrease region. By increasing the threshold value for the evaluation value, it is possible to prevent erroneous determination due to fluctuations in the evaluation value. If a technology that detects whether the judgment value is an increase region or a decrease region is adopted, it is possible to determine whether it is within the measurable range using only the judgment value, but the upper limit of the measurable range Judgment cannot be made accurately in the vicinity. Therefore, it is used only for switching the threshold value for the evaluation value. Other operations are the same as those in the first and second operation examples.

上述の各動作例では、評価値を電荷量A0,A2により規定しているが、図8に示したように、4種類の電荷量A0〜A3のうち時間差τに応じて差分が増減する2種類の電荷量の組み合わせであれば、評価値として用いることが可能である。また、評価値として用いることができる値は、判定値としても用いることが可能である。   In each of the above-described operation examples, the evaluation value is defined by the charge amounts A0 and A2, but as shown in FIG. 8, the difference increases or decreases according to the time difference τ among the four types of charge amounts A0 to A3. Any combination of charge amounts can be used as an evaluation value. A value that can be used as an evaluation value can also be used as a determination value.

1 発光源
2 受光センサ(光電変換部、電荷蓄積部、電荷取出部)
3 物体
4 コード発生器
5 タイミング制御部
6 距離演算部
7 正誤判断部
8 強度演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emission source 2 Light reception sensor (a photoelectric conversion part, a charge storage part, a charge extraction part)
3 Object 4 Code Generator 5 Timing Control Unit 6 Distance Calculation Unit 7 Correct / Error Judgment Unit 8 Strength Calculation Unit

Claims (7)

対象空間に投光する発光源と、対象空間から受光し指示された受光期間における受光強度に応じた量の電荷を生成かつ集積する光電変換部と、光電変換部において集積した電荷を受光期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積する電荷蓄積部と、電荷蓄積部に蓄積された電荷を取り出す電荷取出部と、発光源の光出力を変調する変調信号および受光期間を規定するタイミング信号を出力するとともに蓄積期間を決定するタイミング制御部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間の空間情報を検出する空間情報検出部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間に存在する物体からの反射光が許容された測定可能範囲内か否かを判断する正誤判断部とを備え、変調信号は、2値の各信号値の継続期間がそれぞれ単位期間の整数倍でありかつ前記蓄積期間において継続期間が乱数的に変化する方形波信号であって、タイミング制御部は、変調信号の非反転信号または反転信号を時間軸方向において変調信号と規定の関係とした複数種類のタイミング信号を生成し、光電変換部は、各タイミング信号における一方の信号値の継続期間を受光期間に用いて生成した電荷を集積し、空間情報検出部は、各タイミング信号に基づく受光期間に集積された電荷を蓄積期間において蓄積することにより得られた電荷量を用いて空間情報を検出し、正誤判断部は、変調信号の非反転信号である第1のタイミング信号と、第1のタイミング信号の反転信号である第2のタイミング信号とを用いて得られる2種類の電荷量の差分を当該電荷量の和に相当する値で除算することにより正規化した第1の評価値と、変調信号の非反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第3のタイミング信号と、変調信号の反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第4のタイミング信号とを用いて得られる2種類の電荷量の差分を当該電荷量の和に相当する値で除算することにより正規化した第2の評価値とを用い、第1の評価値が第1の閾値よりも小さいという条件と、第2の評価値が第2の閾値よりも小さいという条件との少なくとも一方が成立するときに測定可能範囲外と判断し、測定可能範囲外と判断したときに空間情報検出部により検出した空間情報を無効にすることを特徴とする空間情報検出装置。 A light emitting source that projects light into the target space, a photoelectric conversion unit that generates and accumulates an amount of charge according to the light reception intensity received and instructed from the target space, and a charge accumulated in the photoelectric conversion unit from the light reception period A charge accumulating unit that accumulates over a long predetermined accumulation period, a charge extracting unit that extracts charges accumulated in the charge accumulating unit, a modulation signal that modulates the light output of the light emitting source, and a timing signal that defines the light receiving period. The timing control unit that outputs and determines the accumulation period, the spatial information detection unit that detects the spatial information of the target space by using the charge extracted by the charge extraction unit, and the target by using the charge extracted by the charge extraction unit A correct / incorrect determination unit that determines whether reflected light from an object existing in space is within a permissible measurable range, and the modulation signal has a duration of each binary signal value. Each is a square wave signal that is an integral multiple of the unit period and whose duration changes randomly in the accumulation period, and the timing control unit modulates the non-inverted signal or the inverted signal of the modulated signal in the time axis direction. A plurality of types of timing signals having a prescribed relationship with the signal are generated, the photoelectric conversion unit integrates the generated charges using the duration of one signal value in each timing signal as the light receiving period, and the spatial information detection unit The spatial information is detected by using the charge amount obtained by accumulating the charge accumulated in the light receiving period based on each timing signal in the accumulation period, and the correctness determination unit is a first non-inverted signal of the modulation signal. And the difference between the two types of charge amounts obtained by using the second timing signal that is an inverted signal of the first timing signal is divided by a value corresponding to the sum of the charge amounts. The first evaluation value normalized thereby, the third timing signal obtained by delaying the non-inverted signal of the modulated signal by the unit period in the time axis direction, and the inverted signal of the modulated signal for the unit period in the time axis direction Using the second evaluation value normalized by dividing the difference between the two types of charge amounts obtained by using the delayed fourth timing signal by a value corresponding to the sum of the charge amounts, When at least one of the condition that the evaluation value is smaller than the first threshold and the condition that the second evaluation value is smaller than the second threshold is satisfied, it is determined that the measurement value is out of the measurable range, and the measurable range. A spatial information detection device that invalidates spatial information detected by a spatial information detection unit when it is determined to be outside. 対象空間に投光する発光源と、対象空間から受光し指示された受光期間における受光強度に応じた量の電荷を生成かつ集積する光電変換部と、光電変換部において集積した電荷を受光期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積する電荷蓄積部と、電荷蓄積部に蓄積された電荷を取り出す電荷取出部と、発光源の光出力を変調する変調信号および受光期間を規定するタイミング信号を出力するとともに蓄積期間を決定するタイミング制御部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間の空間情報を検出する空間情報検出部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間に存在する物体からの反射光が許容された測定可能範囲内か否かを判断する正誤判断部とを備え、変調信号は、2値の各信号値の継続期間がそれぞれ単位期間の整数倍でありかつ前記蓄積期間において継続期間が乱数的に変化する方形波信号であって、タイミング制御部は、変調信号の非反転信号または反転信号を時間軸方向において変調信号と規定の関係とした複数種類のタイミング信号を生成するとともに、変調信号を出力して前記発光源から対象空間に投光する投光期間と、変調信号を停止して発光源から対象空間に投光しない非投光期間とを規定し、光電変換部は、各タイミング信号における一方の信号値の継続期間を受光期間に用いて生成した電荷を集積し、空間情報検出部は、各タイミング信号に基づく受光期間に集積された電荷を蓄積期間において蓄積することにより得られた電荷量を用いて空間情報を検出し、正誤判断部は、非投光期間に蓄積された電荷量を用いて発光源が投光した信号光以外の光成分を抽出し、変調信号の非反転信号である第1のタイミング信号と、第1のタイミング信号の反転信号である第2のタイミング信号とを用いて得られる2種類の電荷量の差分を、当該電荷量の和から信号光以外の光成分に相当する電荷量を除いた値で除算することにより正規化した第1の評価値と、変調信号の非反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第3のタイミング信号と、変調信号の反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第4のタイミング信号とを用いて得られる2種類の電荷量の差分を、当該電荷量の和から信号光以外の光成分に相当する電荷量を除いた値で除算することにより正規化した第2の評価値とを用い、第1の評価値が第1の閾値よりも小さいという条件と、第2の評価値が第2の閾値よりも小さいという条件との少なくとも一方が成立するときに測定可能範囲外と判断し、測定可能範囲外と判断したときに空間情報検出部により検出した空間情報を無効にすることを特徴とする空間情報検出装置。 A light emitting source that projects light into the target space, a photoelectric conversion unit that generates and accumulates an amount of charge according to the light reception intensity received and instructed from the target space, and a charge accumulated in the photoelectric conversion unit from the light reception period A charge accumulating unit that accumulates over a long predetermined accumulation period, a charge extracting unit that extracts charges accumulated in the charge accumulating unit, a modulation signal that modulates the light output of the light emitting source, and a timing signal that defines the light receiving period. The timing control unit that outputs and determines the accumulation period, the spatial information detection unit that detects the spatial information of the target space by using the charge extracted by the charge extraction unit, and the target by using the charge extracted by the charge extraction unit A correct / incorrect determination unit that determines whether reflected light from an object existing in space is within a permissible measurable range, and the modulation signal has a duration of each binary signal value. Each is a square wave signal that is an integral multiple of the unit period and whose duration changes randomly in the accumulation period, and the timing control unit modulates the non-inverted signal or the inverted signal of the modulated signal in the time axis direction. A plurality of types of timing signals having a prescribed relationship with the signal are generated, a modulation period is output to project light from the light emission source to the target space, and the modulation signal is stopped to emit light from the light source to the target space. A non-projection period in which no light is projected is defined, the photoelectric conversion unit accumulates charges generated using the duration of one signal value in each timing signal as a light reception period, and the spatial information detection unit The spatial information is detected using the charge amount obtained by accumulating the charge accumulated in the light receiving period based on the storage period in the accumulation period, and the correctness determination unit uses the charge amount accumulated in the non-light emitting period. Extracting light components other than the signal light emitting source is projected, with the first timing signal is a non-inverted signal of the modulation signal and a second timing signal which is an inverted signal of the first timing signal A first evaluation value normalized by dividing the difference between the two types of charge amounts obtained by a value obtained by dividing the sum of the charge amounts by the amount of charge corresponding to a light component other than the signal light, and the modulation signal Two types obtained by using a third timing signal obtained by delaying a non-inverted signal by a unit period in the time axis direction and a fourth timing signal obtained by delaying an inverted signal of the modulated signal by a unit period in the time axis direction. The first evaluation value using the second evaluation value normalized by dividing the difference in charge amount by the value obtained by subtracting the charge amount corresponding to the light component other than the signal light from the sum of the charge amounts. That is less than the first threshold When at least one of the condition and the condition that the second evaluation value is smaller than the second threshold is satisfied, it is determined to be out of the measurable range, and is detected by the spatial information detection unit when it is determined to be out of the measurable range Spatial information detection apparatus characterized by invalidating the spatial information. 対象空間に投光する発光源と、対象空間から受光し指示された受光期間における受光強度に応じた量の電荷を生成かつ集積する光電変換部と、光電変換部において集積した電荷を受光期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積する電荷蓄積部と、電荷蓄積部に蓄積された電荷を取り出す電荷取出部と、発光源の光出力を変調する変調信号および受光期間を規定するタイミング信号を出力するとともに蓄積期間を決定するタイミング制御部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間の空間情報を検出する空間情報検出部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間に存在する物体からの反射光が許容された測定可能範囲内か否かを判断する正誤判断部とを備え、変調信号は、2値の各信号値の継続期間がそれぞれ単位期間の整数倍でありかつ前記蓄積期間において継続期間が乱数的に変化する方形波信号であって、タイミング制御部は、変調信号の非反転信号または反転信号を時間軸方向において変調信号と規定の関係とした複数種類のタイミング信号を生成し、光電変換部は、各タイミング信号における一方の信号値の継続期間を受光期間に用いて生成した電荷を集積し、空間情報検出部は、各タイミング信号に基づく受光期間に集積された電荷を蓄積期間において蓄積することにより得られた電荷量を用いて空間情報を検出し、正誤判断部は、変調信号の非反転信号である第1のタイミング信号と、第1のタイミング信号の反転信号である第2のタイミング信号とを用いて得られる2種類の電荷量の差分を、当該電荷量の和に相当する値で除算することにより正規化した評価値を用い、評価値が規定の閾値よりも小さいときに測定可能範囲外と判断し、測定可能範囲外と判断したときに空間情報検出部により検出した空間情報を無効にするように構成され、さらに、正誤判断部は、変調信号の非反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第3のタイミング信号と、変調信号の反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第4のタイミング信号との2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分を判定値に用い、判定値の大きさに応じて前記閾値を切り換えることを特徴とする空間情報検出装置。 A light emitting source that projects light into the target space, a photoelectric conversion unit that generates and accumulates an amount of charge according to the light reception intensity received and instructed from the target space, and a charge accumulated in the photoelectric conversion unit from the light reception period A charge accumulating unit that accumulates over a long predetermined accumulation period, a charge extracting unit that extracts charges accumulated in the charge accumulating unit, a modulation signal that modulates the light output of the light emitting source, and a timing signal that defines the light receiving period. The timing control unit that outputs and determines the accumulation period, the spatial information detection unit that detects the spatial information of the target space by using the charge extracted by the charge extraction unit, and the target by using the charge extracted by the charge extraction unit A correct / incorrect determination unit that determines whether reflected light from an object existing in space is within a permissible measurable range, and the modulation signal has a duration of each binary signal value. Each is a square wave signal that is an integral multiple of the unit period and whose duration changes randomly in the accumulation period, and the timing control unit modulates the non-inverted signal or the inverted signal of the modulated signal in the time axis direction. A plurality of types of timing signals having a prescribed relationship with the signal are generated, the photoelectric conversion unit integrates the generated charges using the duration of one signal value in each timing signal as the light receiving period, and the spatial information detection unit The spatial information is detected by using the charge amount obtained by accumulating the charge accumulated in the light receiving period based on each timing signal in the accumulation period, and the correctness determination unit is a first non-inverted signal of the modulation signal. of the timing signal, two kinds of electric charge amount of the difference obtained using the second timing signal is an inverted signal of the first timing signal, a value corresponding to the sum of the charge quantity Using the evaluation value normalized by calculation, when the evaluation value is smaller than the prescribed threshold, it is determined that it is outside the measurable range, and the spatial information detected by the spatial information detection unit when it is determined that it is outside the measurable range Further, the correctness determination unit is configured to invalidate the non-inverted signal of the modulated signal by a unit period in the time axis direction and the inverted signal of the modulated signal in the time axis direction. A difference between two kinds of charge amounts obtained by using two kinds of timing signals from a fourth timing signal delayed by a period is used as a judgment value, and the threshold value is switched according to the magnitude of the judgment value. and spatial information detecting device you. 対象空間に投光する発光源と、対象空間から受光し指示された受光期間における受光強度に応じた量の電荷を生成かつ集積する光電変換部と、光電変換部において集積した電荷を受光期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積する電荷蓄積部と、電荷蓄積部に蓄積された電荷を取り出す電荷取出部と、発光源の光出力を変調する変調信号および受光期間を規定するタイミング信号を出力するとともに蓄積期間を決定するタイミング制御部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間の空間情報を検出する空間情報検出部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間に存在する物体からの反射光が許容された測定可能範囲内か否かを判断する正誤判断部とを備え、変調信号は、2値の各信号値の継続期間がそれぞれ単位期間の整数倍でありかつ前記蓄積期間において継続期間が乱数的に変化する方形波信号であって、タイミング制御部は、変調信号の非反転信号または反転信号を時間軸方向において変調信号と規定の関係とした複数種類のタイミング信号を生成するとともに、変調信号を出力して前記発光源から対象空間に投光する投光期間と、変調信号を停止して発光源から対象空間に投光しない非投光期間とを規定し、光電変換部は、各タイミング信号における一方の信号値の継続期間を受光期間に用いて生成した電荷を集積し、空間情報検出部は、各タイミング信号に基づく受光期間に集積された電荷を蓄積期間において蓄積することにより得られた電荷量を用いて空間情報を検出し、正誤判断部は、非投光期間に蓄積された電荷量を用いて発光源が投光した信号光以外の光成分を抽出し、変調信号の非反転信号である第1のタイミング信号と、第1のタイミング信号の反転信号である第2のタイミング信号とを用いて得られる2種類の電荷量の差分を、当該電荷量の和から信号光以外の光成分に相当する電荷量を除いた値で除算することにより正規化した評価値を用い、評価値が規定の閾値よりも小さいときに測定可能範囲外と判断し、測定可能範囲外と判断したときに空間情報検出部により検出した空間情報を無効にするように構成され、さらに、正誤判断部は、変調信号の非反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第3のタイミング信号と、変調信号の反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第4のタイミング信号との2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分を判定値に用い、判定値の大きさに応じて前記閾値を切り換えることを特徴とする空間情報検出装置。 A light emitting source that projects light into the target space, a photoelectric conversion unit that generates and accumulates an amount of charge according to the light reception intensity received and instructed from the target space, and a charge accumulated in the photoelectric conversion unit from the light reception period A charge accumulating unit that accumulates over a long predetermined accumulation period, a charge extracting unit that extracts charges accumulated in the charge accumulating unit, a modulation signal that modulates the light output of the light emitting source, and a timing signal that defines the light receiving period. The timing control unit that outputs and determines the accumulation period, the spatial information detection unit that detects the spatial information of the target space by using the charge extracted by the charge extraction unit, and the target by using the charge extracted by the charge extraction unit A correct / incorrect determination unit that determines whether reflected light from an object existing in space is within a permissible measurable range, and the modulation signal has a duration of each binary signal value. Each is a square wave signal that is an integral multiple of the unit period and whose duration changes randomly in the accumulation period, and the timing control unit modulates the non-inverted signal or the inverted signal of the modulated signal in the time axis direction. A plurality of types of timing signals having a prescribed relationship with the signal are generated, a modulation period is output to project light from the light emission source to the target space, and the modulation signal is stopped to emit light from the light source to the target space. A non-projection period in which no light is projected is defined, the photoelectric conversion unit accumulates charges generated using the duration of one signal value in each timing signal as a light reception period, and the spatial information detection unit the charge accumulated in the light receiving period based on the using amount of charge obtained by storing in the storage period to detect the spatial information, validation checking unit uses a charge amount accumulated in the non-light emitting period Extracting light components other than the signal light emitting source is projected, with the first timing signal is a non-inverted signal of the modulation signal and a second timing signal which is an inverted signal of the first timing signal Using the evaluation value normalized by dividing the difference between the two types of charge amounts obtained by the value obtained by dividing the sum of the charge amounts by the charge amount corresponding to the light component other than the signal light. When it is smaller than the threshold value, it is determined to be out of the measurable range, and when it is determined to be out of the measurable range, the spatial information detected by the spatial information detecting unit is invalidated. Two types of timing signals , a third timing signal obtained by delaying the non-inverted signal of the modulated signal by a unit period in the time axis direction and a fourth timing signal obtained by delaying the inverted signal of the modulated signal by the unit period in the time axis direction Spatial information detecting device you characterized in that switches the threshold according to the magnitude of 2 with a different amount of charge difference to the determination value, the determination value obtained using. 前記正誤判断部は、前記閾値を大小2段階から選択し、前記判定値が規定の基準値よりも大きい場合は小さい閾値を選択し、前記判定値が規定の基準値よりも小さい場合は大きい閾値を選択することを特徴とする請求項3又は4記載の空間情報検出装置。 The right / wrong judgment unit selects the threshold value from two levels, a small threshold value when the judgment value is larger than a prescribed reference value, and a large threshold value when the judgment value is smaller than a prescribed reference value. The spatial information detection device according to claim 3 or 4 , wherein the spatial information detection device is selected. 対象空間に投光する発光源と、対象空間から受光し指示された受光期間における受光強度に応じた量の電荷を生成かつ集積する光電変換部と、光電変換部において集積した電荷を受光期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積する電荷蓄積部と、電荷蓄積部に蓄積された電荷を取り出す電荷取出部と、発光源の光出力を変調する変調信号および受光期間を規定するタイミング信号を出力するとともに蓄積期間を決定するタイミング制御部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間の空間情報を検出する空間情報検出部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間に存在する物体からの反射光が許容された測定可能範囲内か否かを判断する正誤判断部とを備え、変調信号は、2値の各信号値の継続期間がそれぞれ単位期間の整数倍でありかつ前記蓄積期間において継続期間が乱数的に変化する方形波信号であって、タイミング制御部は、変調信号の非反転信号または反転信号を時間軸方向において変調信号と規定の関係とした複数種類のタイミング信号を生成し、光電変換部は、各タイミング信号における一方の信号値の継続期間を受光期間に用いて生成した電荷を集積し、空間情報検出部は、各タイミング信号に基づく受光期間に集積された電荷を蓄積期間において蓄積することにより得られた電荷量を用いて空間情報を検出し、正誤判断部は、変調信号の非反転信号である第1のタイミング信号と、第1のタイミング信号の反転信号である第2のタイミング信号とを用いて得られる2種類の電荷量の差分を、当該電荷量の和に相当する値で除算することにより正規化した評価値を用い、評価値が規定の閾値よりも小さいときに測定可能範囲外と判断し、測定可能範囲外と判断したときに空間情報検出部により検出した空間情報を無効にするように構成され、さらに、正誤判断部は、変調信号の非反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第3のタイミング信号と、変調信号の反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第4のタイミング信号との2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分を第1の判定値とし、第3のタイミング信号および第4のタイミング信号を前記単位期間よりも短い規定の遅延時間だけ遅延させた第5のタイミング信号および第6のタイミング信号との2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分を第2の判定値とし、前記閾値を大小2段階から選択し、第1の判定値に対して第2の判定値が小さい場合は小さい閾値を選択し、第1の判定値に対して第2の判定値が大きい場合は大きい閾値を選択することを特徴とする空間情報検出装置。 A light emitting source that projects light into the target space, a photoelectric conversion unit that generates and accumulates an amount of charge according to the light reception intensity received and instructed from the target space, and a charge accumulated in the photoelectric conversion unit from the light reception period A charge accumulating unit that accumulates over a long predetermined accumulation period, a charge extracting unit that extracts charges accumulated in the charge accumulating unit, a modulation signal that modulates the light output of the light emitting source, and a timing signal that defines the light receiving period. The timing control unit that outputs and determines the accumulation period, the spatial information detection unit that detects the spatial information of the target space by using the charge extracted by the charge extraction unit, and the target by using the charge extracted by the charge extraction unit A correct / incorrect determination unit that determines whether reflected light from an object existing in space is within a permissible measurable range, and the modulation signal has a duration of each binary signal value. Each is a square wave signal that is an integral multiple of the unit period and whose duration changes randomly in the accumulation period, and the timing control unit modulates the non-inverted signal or the inverted signal of the modulated signal in the time axis direction. A plurality of types of timing signals having a prescribed relationship with the signal are generated, the photoelectric conversion unit integrates the generated charges using the duration of one signal value in each timing signal as the light receiving period, and the spatial information detection unit The spatial information is detected by using the charge amount obtained by accumulating the charge accumulated in the light receiving period based on each timing signal in the accumulation period, and the correctness determination unit is a first non-inverted signal of the modulation signal. And the difference between the two types of charge amounts obtained by using the second timing signal that is an inverted signal of the first timing signal is a value corresponding to the sum of the charge amounts. Using the evaluation value normalized by calculation, when the evaluation value is smaller than the prescribed threshold, it is determined that it is outside the measurable range, and the spatial information detected by the spatial information detection unit when it is determined that it is outside the measurable range Further, the correctness determination unit is configured to invalidate the non-inverted signal of the modulated signal by a unit period in the time axis direction and the inverted signal of the modulated signal in the time axis direction. The difference between the two types of charge amounts obtained using the two types of timing signals from the fourth timing signal delayed by the period is set as the first determination value, and the third timing signal and the fourth timing signal are Two kinds of charge amounts obtained by using two kinds of timing signals of the fifth timing signal and the sixth timing signal delayed by a specified delay time shorter than the unit period. The difference is set as a second determination value, the threshold value is selected from two levels, and if the second determination value is smaller than the first determination value, a smaller threshold value is selected. spatial information detecting device you characterized in that if a large second determination value is to select a larger threshold. 対象空間に投光する発光源と、対象空間から受光し指示された受光期間における受光強度に応じた量の電荷を生成かつ集積する光電変換部と、光電変換部において集積した電荷を受光期間よりも長い所定の蓄積期間に亘って蓄積する電荷蓄積部と、電荷蓄積部に蓄積された電荷を取り出す電荷取出部と、発光源の光出力を変調する変調信号および受光期間を規定するタイミング信号を出力するとともに蓄積期間を決定するタイミング制御部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間の空間情報を検出する空間情報検出部と、電荷取出部が取り出した電荷を用いることにより対象空間に存在する物体からの反射光が許容された測定可能範囲内か否かを判断する正誤判断部とを備え、変調信号は、2値の各信号値の継続期間がそれぞれ単位期間の整数倍でありかつ前記蓄積期間において継続期間が乱数的に変化する方形波信号であって、タイミング制御部は、変調信号の非反転信号または反転信号を時間軸方向において変調信号と規定の関係とした複数種類のタイミング信号を生成するとともに、変調信号を出力して前記発光源から対象空間に投光する投光期間と、変調信号を停止して発光源から対象空間に投光しない非投光期間とを規定し、光電変換部は、各タイミング信号における一方の信号値の継続期間を受光期間に用いて生成した電荷を集積し、空間情報検出部は、各タイミング信号に基づく受光期間に集積された電荷を蓄積期間において蓄積することにより得られた電荷量を用いて空間情報を検出し、正誤判断部は、非投光期間に蓄積された電荷量を用いて発光源が投光した信号光以外の光成分を抽出し、変調信号の非反転信号である第1のタイミング信号と、第1のタイミング信号の反転信号である第2のタイミング信号とを用いて得られる2種類の電荷量の差分を、当該電荷量の和から信号光以外の光成分に相当する電荷量を除いた値で除算することにより正規化した評価値を用い、評価値が規定の閾値よりも小さいときに測定可能範囲外と判断し、測定可能範囲外と判断したときに空間情報検出部により検出した空間情報を無効にするように構成され、さらに、正誤判断部は、変調信号の非反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第3のタイミング信号と、変調信号の反転信号を時間軸方向において単位期間だけ遅延させた第4のタイミング信号との2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分を第1の判定値とし、第3のタイミング信号および第4のタイミング信号を前記単位期間よりも短い規定の遅延時間だけ遅延させた第5のタイミング信号および第6のタイミング信号との2種類のタイミング信号を用いて得られる2種類の電荷量の差分を第2の判定値とし、前記閾値を大小2段階から選択し、第1の判定値に対して第2の判定値が小さい場合は小さい閾値を選択し、第1の判定値に対して第2の判定値が大きい場合は大きい閾値を選択することを特徴とする空間情報検出装置。 A light emitting source that projects light into the target space, a photoelectric conversion unit that generates and accumulates an amount of charge according to the light reception intensity received and instructed from the target space, and a charge accumulated in the photoelectric conversion unit from the light reception period A charge accumulating unit that accumulates over a long predetermined accumulation period, a charge extracting unit that extracts charges accumulated in the charge accumulating unit, a modulation signal that modulates the light output of the light emitting source, and a timing signal that defines the light receiving period. The timing control unit that outputs and determines the accumulation period, the spatial information detection unit that detects the spatial information of the target space by using the charge extracted by the charge extraction unit, and the target by using the charge extracted by the charge extraction unit A correct / incorrect determination unit that determines whether reflected light from an object existing in space is within a permissible measurable range, and the modulation signal has a duration of each binary signal value. Each is a square wave signal that is an integral multiple of the unit period and whose duration changes randomly in the accumulation period, and the timing control unit modulates the non-inverted signal or the inverted signal of the modulated signal in the time axis direction. A plurality of types of timing signals having a prescribed relationship with the signal are generated, a modulation period is output to project light from the light emission source to the target space, and the modulation signal is stopped to emit light from the light source to the target space. A non-projection period in which no light is projected is defined, the photoelectric conversion unit accumulates charges generated using the duration of one signal value in each timing signal as a light reception period, and the spatial information detection unit The spatial information is detected using the charge amount obtained by accumulating the charge accumulated in the light receiving period based on the storage period in the accumulation period, and the correctness determination unit uses the charge amount accumulated in the non-light emitting period. A light component other than the signal light projected by the light source is extracted, and a first timing signal that is a non-inverted signal of the modulation signal and a second timing signal that is an inverted signal of the first timing signal are used. Using the evaluation value normalized by dividing the difference between the two types of charge amounts obtained by the value obtained by dividing the sum of the charge amounts by the charge amount corresponding to the light component other than the signal light. When it is smaller than the threshold value, it is determined to be out of the measurable range, and when it is determined to be out of the measurable range, the spatial information detected by the spatial information detecting unit is invalidated. Two types of timing signals, a third timing signal obtained by delaying the non-inverted signal of the modulated signal by a unit period in the time axis direction and a fourth timing signal obtained by delaying the inverted signal of the modulated signal by the unit period in the time axis direction The fifth timing obtained by setting the difference between the two types of charge amounts obtained by using the first determination value as the first determination value and delaying the third timing signal and the fourth timing signal by a specified delay time shorter than the unit period. A difference between two types of charge amounts obtained by using two types of timing signals of the signal and the sixth timing signal is set as a second determination value, the threshold value is selected from two levels, and the first determination value is set as the first determination value. If the second determination value is smaller selects a smaller threshold for the first determination value for the second determination value spatial information detection apparatus you and selects the larger threshold is large .
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