JP6766815B2 - 補正装置、補正方法および測距装置 - Google Patents
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Description
受光部から出力される出力信号に基づいて光子数を計数する光子数計数部と、
前記光子数に対応する補正値を取得する補正値取得部と、
前記補正値に基づく補正を行う補正部と
を備え、
光子数計数部は、出力信号のレベルが第1の閾値を上回る第1のタイミングと出力信号のレベルが第2の閾値を上回る第2のタイミングとの時間差に応じて光子数を計数するように構成された補正装置である。
光子数計数部が、受光部から出力される出力信号に基づいて光子数を計数し、
補正値取得部が、前記光子数に対応する補正値を取得し、
補正部が、前記補正値に基づく補正を行い、
光子数計数部は、出力信号のレベルが第1の閾値を上回る第1のタイミングと出力信号のレベルが第2の閾値を上回る第2のタイミングとの時間差に応じて光子数を計数する補正方法である。
受光部から出力される出力信号に基づいて光子数を計数する光子数計数部と、
前記光子数に対応する補正値を取得する補正値取得部と、
前記補正値に基づく補正を行う補正部と、
前記補正結果を使用して、測距対象物までの距離を算出する距離算出部と
を備え、
光子数計数部は、出力信号のレベルが第1の閾値を上回る第1のタイミングと出力信号のレベルが第2の閾値を上回る第2のタイミングとの時間差に応じて光子数を計数するように構成された測距装置である。
<実施形態の概要>
<第1の実施形態>
<第2の実施形態>
<第3の実施形態>
<第4の実施形態>
<変形例>
以下に説明する実施形態等は本開示の好適な具体例であり、本開示の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
本開示の理解を容易とするために、始めに、光学的方法で測距を行う測距装置において生じ得るウォークエラー(タイムウォークと称される場合もある)について説明する。なお、光学的方法で測距を行う測距装置とは、概略的に例示すれば、発光タイミングとその光が物体(測距対象物)により反射して戻った光の入力タイミングとの時間差を計測し、その時間差に光速を乗算した後、2で除算することにより測距対象物までの距離を求める装置である。
始めに、理解の容易のために本開示の実施形態(例えば、第1の実施形態)の概要について説明する。本開示は、一例として補正装置として構成することができる。図3に示す補正装置1は、例えば、パルス光源2と、受光部の一例である離散化出力型光検出器3と、計測部の一例であるタイミング計測回路4と、光子数計数部の一例である光子数計数回路5と、補正値取得部の一例であるずれ量算出回路6と、補正部の一例であるタイミング補正回路7とを備えている。
「補正装置の構成例」
図4は、第1の実施形態における補正装置10の構成例を示すブロック図である。第1の実施形態における補正装置10は、例えば、パルス光源11と、マルチピクセル型SPAD(Single Photon Avalanche Diode)(以下、SPADと適宜、略称する)12と、時間デジタル変換器(TDC(Time-to-Digital Converter))13と、積分回路/変換器14と、ルックアップテーブル参照回路15と、タイミング補正回路16とを備えている。
次に、SPAD12の詳細について説明する。図5は、SPAD12の構成例を示している。SPAD12は、実際に光を受光する受光部121を備えている。受光部121は、複数の受光素子122を備えている。受光素子122は、アバランシェフォトダイオード122aと、アバランシェフォトダイオード122aに直列に接続されたクエンチング抵抗122bとを備えている。すなわち、受光部121は、1個の受光素子122を基本単位とし、複数の受光素子122が2次元に電気的に接続(例えば、並列接続)された構成を成している。
次に、第1の実施形態における補正装置10の動作例について説明する。パルス光源11から出射されたパルス光が測距対象物により反射され、反射パルス光RPとしてSPAD12により入力される。反射パルス光RPを受光するのに伴ってSPAD12からSPAD出力信号s11が出力される。SPAD出力信号s11が時間デジタル変換器13に入力される。時間デジタル変換器13は、SPAD出力信号s11の電圧レベルが閾値Vthを上回るタイミングt1を計測し、タイミングt1を示すタイミング信号t1sをタイミング補正回路16に出力する。
上述した第1の実施形態は、以下の変形が可能である。例えば、積分回路/変換器14において、積分回路に代えてアナログのピークホールド回路を使用してもよい。また、積分回路/変換器14において、AD変換器の量子化間隔を積分回路(またはピークホールド回路)の出力の離散化間隔と一致させることで、光子数の計数精度を保ったままAD変換器の回路規模を小さくすることができる。
次に、第2の実施形態について説明する。なお、以下の説明において同一の名称、符号については、特に断らない限り同一もしくは同質の部材を示しており、重複する説明を適宜省略する。また、第1の実施形態で説明した事項は、特に断らない限り第2の実施形態に適用することができる。
第2の実施形態は、本開示における補正装置を測距装置に適用した例である。図10は、第2の実施形態における測距装置20の構成例を示すブロック図である。測距装置20は、例えば、パルス光源21と、フォトダイオード22と、第2の実施形態における補正装置23と、距離算出回路24とを備えている。
次に、測距装置20の動作例について説明する。パルス光源21からパルス光が出射され、ハーフミラーHMで分岐された光が基準パルス光SPとしてフォトダイオード22に入力される。フォトダイオード22が基準パルス光SPを受光すると、フォトダイオード22から受光信号s22が出力される。受光信号s22は図示しない増幅部により増幅等の処理がなされた後、時間デジタル変換器23bに入力される。時間デジタル変換器23bは、リーディングエッジ検出方式によりフォトダイオード22が基準パルス光SPを受光したタイミングt22を取得する。
上述した第2の実施形態は、以下の変形が可能である。フォトダイオード22により受光される基準パルス光SPの光強度は一般的に大きい(例えば、光子数100個以上)。このため特定の受光素子を用いる必要性は低いものの、フォトダイオード22に代えて、連続モードのアバランシェフォトダイオードや、SPADを使用してもよい。より感度の高い素子を使用することで、ハーフミラーHMで分岐する光量をより小さくして測距対象物に照射する光量を大きくすることができる。また、第1の実施形態で説明した変形例を第2の実施形態に適用することも可能である。
次に、第3の実施形態について説明する。なお、以下の説明において同一の名称、符号については、特に断らない限り同一もしくは同質の部材を示しており、重複する説明を適宜省略する。また、第1、第2の実施形態で説明した事項は、特に断らない限り第3の実施形態に適用することができる。
第3の実施形態は、第2の実施形態と同様、本開示における補正装置を測距装置に適用した例である。図11は、第2の実施形態における測距装置30の構成例を示すブロック図である。測距装置30は、例えば、パルス光源31と、第3の実施形態における補正装置33と、距離算出回路34とを備えている。
測距装置30は、第2の実施形態におけるフォトダイオード22の代わりに、駆動回路31bから駆動タイミングに同期したパルス信号を取り出して、このパルス信号を発光タイミング検出のための参照信号(以下適宜、参照パルスと称する)とする。以下、測距装置30の具体的な動作例について説明する。
次に、第4の実施形態について説明する。なお、以下の説明において同一の名称、符号については、特に断らない限り同一もしくは同質の部材を示しており、重複する説明を適宜省略する。また、第1−3の実施形態で説明した事項は、特に断らない限り第4の実施形態に適用することができる。
次に、第4の実施形態における、本開示における補正装置を適用した測距装置について説明する。図14は、第4の実施形態における測距装置40の構成例を示すブロック図である。測距装置40は、例えば、パルス光源41と、第4の実施形態における補正装置43と、距離算出回路44とを備えている。
次に、測距装置40の動作例について説明する。駆動回路41bの動作に伴ってパルス光源41からパルス光が出射される。駆動回路41bの駆動タイミングに同期して参照パルスが出力され、当該参照パルスが駆動回路41bから補正装置43の時間デジタル変換器43bに入力される。時間デジタル変換器43bは、参照パルスが入力されたタイミングt41を記憶する。
以上、本開示の複数の実施形態について具体的に説明したが、本開示の内容は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。以下、変形例について説明する。
(1)
受光部から出力される出力信号に基づいて光子数を計数する光子数計数部と、
前記光子数に対応する補正値を取得する補正値取得部と
前記補正値に基づく補正を行う補正部と
を備える補正装置。
(2)
前記光子数計数部は、前記出力信号を積分する積分回路を備え、
前記積分回路による積分値に応じて前記光子数を計数するように構成された
(1)に記載の補正装置。
(3)
前記光子数計数部は、前記出力信号のレベルが第1の閾値を上回る第1のタイミングと前記出力信号のレベルが第2の閾値を上回る第2のタイミングとの時間差に応じて前記光子数を計数するように構成された
(1)に記載の補正装置。
(4)
前記光子数計数部は、前記光子数を示すデジタル形式の光子数信号を前記補正値取得部に出力するように構成された
(1)乃至(3)の何れか1項に記載の補正装置。
(5)
前記補正値取得部は、前記光子数に対応した補正値が記述されたルックアップテーブルを備え、前記ルックアップテーブルを参照して前記光子数に対応した補正値を取得するように構成された
(1)乃至(4)の何れか1項に記載の補正装置。
(6)
前記補正部は、前記補正値に基づいて、前記受光部が光を受光したタイミングまたは前記光の飛行時間を補正するように構成された
(1)乃至(5)の何れか1項に記載の補正装置。
(7)
前記出力信号のレベルが所定の閾値を上回るタイミングを計測する計測部を備える
(1)乃至(6)の何れか1項に記載の補正装置。
(8)
前記受光部が受光する光の出力タイミングが入力される計測部を備え、
前記計測部は、前記出力タイミングと前記出力信号のレベルが所定の閾値を上回るタイミングとの差を計測するように構成された
(1)乃至(6)の何れか1項に記載の補正装置。
(9)
前記受光部は、光を受けて出力する前記出力信号のピーク値または積分値の度数分布が光子数に対応して複数の極大値を持つものである
(1)乃至(8)の何れか1項に記載の補正装置。
(10)
前記受光部は、アバランシェフォトダイオードと前記アバランシェフォトダイオードに直列に接続される抵抗とを備える受光素子が複数接続されて成る
(9)に記載の補正装置。
(11)
前記受光部を備える
(1)乃至(10)の何れか1項に記載の補正装置。
(12)
光子数計数部が、受光部から出力される出力信号に基づいて光子数を計数し、
補正値取得部が、前記光子数に対応する補正値を取得し、
補正部が、前記補正値に基づく補正を行う
補正方法。
(13)
受光部から出力される出力信号に基づいて光子数を計数する光子数計数部と、
前記光子数に対応する補正値を取得する補正値取得部と
前記補正値に基づく補正を行う補正部と
前記補正結果を使用して、測距対象物までの距離を算出する距離算出部と
を備える測距装置。
(14)
前記補正部は、前記補正値に基づいて、前記受光部が光を受光したタイミングまたは前記光の飛行時間を補正するように構成された
(13)に記載の測距装置。
3・・・離散化出力型光検出器
4・・・タイミング計測回路
5・・・光子数計数回路
6・・・ずれ量算出回路
7,16,23e,33e,43e・・・タイミング補正回路
12,23a,33a,43a・・・マルチピクセル型SPAD
13,23b,33b,43b,43c・・・時間デジタル変換器
14,23c,33c・・・積分回路/変換器
15,23d,33d,43d・・・ルックアップテーブル参照回路
20,30,40・・・測距装置
RP・・・反射パルス光
MT・・・測距対象物
Claims (12)
- 受光部から出力される出力信号に基づいて光子数を計数する光子数計数部と、
前記光子数に対応する補正値を取得する補正値取得部と、
前記補正値に基づく光の飛行時間の補正を行う補正部と
を備え、
前記光子数計数部は、前記出力信号のレベルが第1の閾値を上回る第1のタイミングと前記出力信号のレベルが第2の閾値を上回る第2のタイミングとの時間差に応じて前記光子数を計数するように構成された補正装置。 - 前記光子数計数部は、前記光子数を示すデジタル形式の光子数信号を前記補正値取得部に出力するように構成された
請求項1に記載の補正装置。 - 前記補正値取得部は、前記光子数に対応した補正値が記述されたルックアップテーブルを備え、前記ルックアップテーブルを参照して前記光子数に対応した補正値を取得するように構成された
請求項1に記載の補正装置。 - 前記補正部は、前記補正値に基づいて、前記受光部が光を受光したタイミングまたは前記光の飛行時間を補正するように構成された
請求項1に記載の補正装置。 - 前記出力信号のレベルが所定の閾値を上回るタイミングを計測する計測部を備える
請求項1に記載の補正装置。 - 前記受光部が受光する光の出力タイミングが入力される計測部を備え、
前記計測部は、前記出力タイミングと前記出力信号のレベルが所定の閾値を上回るタイミングとの差を計測するように構成された
請求項1に記載の補正装置。 - 前記受光部は、光を受けて出力する前記出力信号のピーク値または積分値の度数分布が光子数に対応して複数の極大値を持つものである
請求項1に記載の補正装置。 - 前記受光部は、アバランシェフォトダイオードと前記アバランシェフォトダイオードに直列に接続される抵抗とを備える受光素子が複数接続されて成る
請求項7に記載の補正装置。 - 前記受光部を備える
請求項1に記載の補正装置。 - 光子数計数部が、受光部から出力される出力信号に基づいて光子数を計数し、
補正値取得部が、前記光子数に対応する補正値を取得し、
補正部が、前記補正値に基づく光の飛行時間の補正を行い、
前記光子数計数部は、前記出力信号のレベルが第1の閾値を上回る第1のタイミングと前記出力信号のレベルが第2の閾値を上回る第2のタイミングとの時間差に応じて前記光子数を計数する
補正方法。 - 受光部から出力される出力信号に基づいて光子数を計数する光子数計数部と、
前記光子数に対応する補正値を取得する補正値取得部と、
前記補正値に基づく光の飛行時間の補正を行う補正部と、
前記補正結果を使用して、測距対象物までの距離を算出する距離算出部と
を備え、
前記光子数計数部は、前記出力信号のレベルが第1の閾値を上回る第1のタイミングと前記出力信号のレベルが第2の閾値を上回る第2のタイミングとの時間差に応じて前記光子数を計数するように構成された測距装置。 - 前記補正部は、前記補正値に基づいて、前記受光部が光を受光したタイミングまたは前記光の飛行時間を補正するように構成された
請求項11に記載の測距装置。
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