JPWO2020022137A1 - 受光装置及び測距装置 - Google Patents
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Abstract
Description
2次元状に配置された複数の画素を有する受光部、
画素に接続された信号線、
信号線に接続され、発光指令タイミングから受光タイミングまでの時間を計測する時間計測部、
時間計測部が計測した計測値のヒストグラムを作成するヒストグラム作成部、
受光部内における画素の位置に対応した補正値を記憶する記憶部、
記憶部に記憶された補正値に基づいて、ヒストグラム作成部が作成したヒストグラムに対して補正処理を行う補正処理部、及び、
補正処理部で補正処理された信号を出力する出力部、
を備える構成となっている。
測定対象物に対して光を照射する光源、及び、
測定対象物で反射された光を受光する受光装置を備え、
受光装置として、上記の構成の受光装置を用いる構成となっている。
1.本開示の受光装置及び測距装置、全般に関する説明
2.実施形態に係る測距装置
2−1.SPAD素子を用いた受光装置の基本構成
2−2.受光装置の受光部の構成
2−3.受光装置の信号処理部の基本的な構成
2−4.面内遅延スキューについて
3.実施形態に係る受光装置
3−1.実施例1(ヒストグラムに関するデータのヒストグラム作成部からの読み出し時に、面内遅延スキューの補正処理を行う例)
3−2.実施例2(実施例1の変形例:各画素から時間計測部までの遅延が面内で線形的な傾向を示す場合の例)
3−3.実施例3(実施例1の変形例:全ヒストグラムに共通する遅延についても補正処理を行う例)
3−4.実施例4(ヒストグラムに関するデータのヒストグラム作成部への書き込み時に、面内遅延スキューの補正処理を行う例)
4.本開示に係る技術の適用例(移動体の例)
5.本開示がとることができる構成
本開示の受光装置及び測距装置にあっては、補正値について、画素から時間計測部までの距離に基づく値である形態とすることができる。受光部内の端部の画素についての補正値を基に、その他の画素についての補正値を線形補間によって算出する構成とすることができる。
図1は、本開示の一実施形態に係る測距装置を示す概略構成図である。本実施形態に係る測距装置1は、測定対象物である被写体10までの距離を測定する測定法として、被写体10に向けて照射した光(例えば、赤外の波長領域にピーク波長を有するレーザ光)が、当該被写体10で反射されて戻ってくるまでの時間を測定するTOF(time of flight:飛行時間)法を採用している。TOF法による距離測定を実現するために、本実施形態に係る測距装置1は、光源20及び受光装置30を備えている。そして、受光装置30として、後述する本開示の一実施形態に係る受光装置を用いる。
SPAD素子を用いた受光装置30の基本的な画素回路の回路図を図3に示す。ここでは、1画素分の基本構成を図示している。
上記の構成の画素50が、行列状に2次元配置されて成る受光装置30の受光部の構成の一例について、図5を用いて説明する。図5には、n行m列に2次元配置された画素50の集合から成る受光部60を例示している。
受光装置30の測距制御部の基本的な構成を図6に示す。受光装置30は、図2Aの光センサ32に相当する受光部60、及び、図2Aの論理回路33に相当する測距制御部70から成る。測距制御部70は、受光部60から信号線61を通して供給される画素50の信号を処理する。
上述したように、複数の画素50を2次元状に配置して成る受光装置30では、各画素50と測距制御部70との間は、画素行毎に配線された信号線61を通して接続されることから、各画素50から時間計測部720〜72n-1に至る経路の長さが異なる。このように、各画素50から時間計測部720〜72n-1に至る経路の長さが異なると、信号線61の配線遅延によって2次元の面内遅延スキューが問題になる。
本実施形態では、面内遅延スキューの補正を、受光装置30内で実施することで、面内遅延スキューの高速な補正処理を実現する。より具体的には、ヒストグラム作成部730〜73n-1が作成したヒストグラムを全体的に時間軸方向にシフトすることによって面内遅延スキューの補正を実現する。このように、本実施形態に係る受光装置30は、面内遅延スキューの高速な補正処理を実現できるため、自動運転や測定対象物が動被写体の測距など、即時応答(高速な応答)が必要なアプリケーションに使用することが可能となる。
実施例1は、ヒストグラムに関するデータのヒストグラム作成部730〜73n-1からの読み出し時に、面内遅延スキューの補正処理を行う例である。実施例1に係る受光装置30の構成を図8に示す。
実施例2は、実施例1の変形例であり、各画素50から時間計測部(TDC)720〜72n-1までの遅延が受光部60の面内で線形的な傾向を示す場合の例である。
実施例3は、実施例1の変形例であり、全ヒストグラムに共通する遅延についても補正処理を行う例である。ここで、「全ヒストグラムに共通する遅延」としては、回路の処理遅延や、受光装置30の外部、具体的には、図2Aに示す光源20のレーザ光源22を発光させるトリガー信号を伝送する配線の遅延などを例示することができる。
実施例4は、ヒストグラムに関するデータのヒストグラム作成部730〜73n-1への書き込み時に、面内遅延スキューの補正処理を行う例である。実施例4に係る受光装置30の構成を図14に示す。
本開示に係る技術は、様々な製品に適用することができる。以下に、より具体的な適用例について説明する。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械(トラクター)などのいずれかの種類の移動体に搭載される測距装置として実現されてもよい。
図15は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム7000の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム7000は、通信ネットワーク7010を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図15に示した例では、車両制御システム7000は、駆動系制御ユニット7100、ボディ系制御ユニット7200、バッテリ制御ユニット7300、車外情報検出ユニット7400、車内情報検出ユニット7500、及び統合制御ユニット7600を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク7010は、例えば、CAN(Controller Area Network)、LIN(Local Interconnect Network)、LAN(Local Area Network)又はFlexRay(登録商標)等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。
本開示は、以下のような構成をとることもできる。
[A−1]2次元状に配置された複数の画素を有する受光部、
画素に接続された信号線、
信号線に接続され、発光指令タイミングから受光タイミングまでの時間を計測する時間計測部、
時間計測部が計測した計測値のヒストグラムを作成するヒストグラム作成部、
受光部内における画素の位置に対応した補正値を記憶する記憶部、
記憶部に記憶された補正値に基づいて、ヒストグラム作成部が作成したヒストグラムに対して補正処理を行う補正処理部、及び、
補正処理部で補正処理された信号を出力する出力部、
を備える受光装置。
[A−2]補正値は、画素から時間計測部までの距離に基づく値である、
上記[A−1]に記載の受光装置。
[A−3]受光部内の端部の画素についての補正値を基に、その他の画素についての補正値を線形補間によって算出する、
上記[A−2]に記載の受光装置。
[A−4]ヒストグラム作成部は、受光部の画素行に対応して複数設けられており、
補正処理部は、複数のヒストグラム作成部の各々が作成したヒストグラム毎に補正処理を行う、
上記[A−1]乃至上記[A−3]のいずれかに記載の受光装置。
[A−5]補正処理部は、ヒストグラムのビン単位で補正処理を行う、
上記[A−4]に記載の受光装置。
[A−6]補正処理部は、複数のヒストグラム作成部の各々が作成した全ヒストグラムに共通のシステム補正値を用いて補正処理を行う、
上記[A−4]又は上記[A−5]に記載の受光装置。
[A−7]システム補正値は、複数のヒストグラム作成部の各々が作成した全ヒストグラムに共通する遅延に対応する値である、
上記[A−6]に記載の受光装置。
[A−8]記憶部は、ヒストグラム毎に補正値が設定された補正レジスタ群から成る、
上記[A−1]乃至上記[A−7]のいずれかに記載の受光装置。
[A−9]補正処理部は、ヒストグラム作成部の後段に設けられており、
ヒストグラム作成部が作成したヒストグラムのビン値に、補正値を加算することによって補正処理を行う、
上記[A−8]に記載の受光装置。
[A−10]補正処理部は、ヒストグラム作成部の前段に設けられており、
時間計測部が計測した計測値に、補正値を加算することによって補正処理を行う、
上記[A−8]に記載の受光装置。
[A−11]画素の受光素子は、光子の受光に応じて信号を発生する素子から成る、
上記[A−1]乃至上記[A−10]のいずれかに記載の受光装置。
[A−12]受光部は、複数の画素を単位とする画素グループを含み、
信号線は、複数の信号線を単位とする信号線グループを含み、
画素グループに含まれる複数の画素と、信号線グループに含まれる複数の信号線とがそれぞれ1対1で接続される、
上記[A−1]乃至上記[A−11]のいずれかに記載の受光装置。
[B−1]測定対象物に対して光を照射する光源、及び、
測定対象物で反射された光を受光する受光装置を備え、
受光装置は、
2次元状に配置された複数の画素を有する受光部、
画素に接続された信号線、
信号線に接続され、発光指令タイミングから受光タイミングまでの時間を計測する時間計測部、
時間計測部が計測した計測値のヒストグラムを作成するヒストグラム作成部、
受光部内における画素の位置に対応した補正値を記憶する記憶部、
記憶部に記憶された補正値に基づいて、ヒストグラム作成部で作成したヒストグラムに対して補正処理を行う補正処理部、及び、
補正処理部で補正処理された信号を出力する出力部、を備える、
測距装置。
[B−2]補正値は、画素から時間計測部までの距離に基づく値である、
上記[B−1]に記載の測距装置。
[B−3]受光部内の端部の画素についての補正値を基に、その他の画素についての補正値を線形補間によって算出する、
上記[B−2]に記載の測距装置。
[B−4]ヒストグラム作成部は、受光部の画素行に対応して複数設けられており、
補正処理部は、複数のヒストグラム作成部の各々が作成したヒストグラム毎に補正処理を行う、
上記[B−1]乃至上記[B−3]のいずれかに記載の測距装置。
[B−5]補正処理部は、ヒストグラムのビン単位で補正処理を行う、
上記[B−4]に記載の測距装置。
[B−6]補正処理部は、複数のヒストグラム作成部の各々が作成した全ヒストグラムに共通のシステム補正値を用いて補正処理を行う、
上記[B−4]又は上記[B−5]に記載の測距装置。
[B−7]システム補正値は、複数のヒストグラム作成部の各々が作成した全ヒストグラムに共通する遅延に対応する値である、
上記[B−6]に記載の測距装置。
[B−8]記憶部は、ヒストグラム毎に補正値が設定された補正レジスタ群から成る、
上記[B−1]乃至上記[B−7]のいずれかに記載の測距装置。
[B−9]補正処理部は、ヒストグラム作成部の後段に設けられており、
ヒストグラム作成部が作成したヒストグラムのビン値に、補正値を加算することによって補正処理を行う、
上記[B−8]に記載の測距装置。
[B−10]補正処理部は、ヒストグラム作成部の前段に設けられており、
時間計測部が計測した計測値に、補正値を加算することによって補正処理を行う、
上記[B−8]に記載の測距装置。
[B−11]画素の受光素子は、光子の受光に応じて信号を発生する素子から成る、
上記[B−1]乃至上記[B−10]のいずれかに記載の測距装置。
[B−12]受光部は、複数の画素を単位とする画素グループを含み、
信号線は、複数の信号線を単位とする信号線グループを含み、
画素グループに含まれる複数の画素と、信号線グループに含まれる複数の信号線とがそれぞれ1対1で接続される、
上記[B−1]乃至上記[B−11]のいずれかに記載の受光装置。
Claims (13)
- 2次元状に配置された複数の画素を有する受光部、
画素に接続された信号線、
信号線に接続され、発光指令タイミングから受光タイミングまでの時間を計測する時間計測部、
時間計測部が計測した計測値のヒストグラムを作成するヒストグラム作成部、
受光部内における画素の位置に対応した補正値を記憶する記憶部、
記憶部に記憶された補正値に基づいて、ヒストグラム作成部が作成したヒストグラムに対して補正処理を行う補正処理部、及び、
補正処理部で補正処理された信号を出力する出力部、
を備える受光装置。 - 補正値は、画素から時間計測部までの距離に基づく値である、
請求項1に記載の受光装置。 - 受光部内の端部の画素についての補正値を基に、その他の画素についての補正値を線形補間によって算出する、
請求項2に記載の受光装置。 - ヒストグラム作成部は、受光部の画素行に対応して複数設けられており、
補正処理部は、複数のヒストグラム作成部の各々が作成したヒストグラム毎に補正処理を行う、
請求項1に記載の受光装置。 - 補正処理部は、ヒストグラムのビン単位で補正処理を行う、
請求項4に記載の受光装置。 - 補正処理部は、複数のヒストグラム作成部の各々が作成した全ヒストグラムに共通のシステム補正値を用いて補正処理を行う、
請求項4に記載の受光装置。 - システム補正値は、複数のヒストグラム作成部の各々が作成した全ヒストグラムに共通する遅延に対応する値である、
請求項6に記載の受光装置。 - 記憶部は、ヒストグラム毎に補正値が設定された補正レジスタ群から成る、
請求項1に記載の受光装置。 - 補正処理部は、ヒストグラム作成部の後段に設けられており、
ヒストグラム作成部が作成したヒストグラムのビン値に、補正値を加算することによって補正処理を行う、
請求項8に記載の受光装置。 - 補正処理部は、ヒストグラム作成部の前段に設けられており、
時間計測部が計測した計測値に、補正値を加算することによって補正処理を行う、
請求項8に記載の受光装置。 - 画素の受光素子は、光子の受光に応じて信号を発生する素子から成る、
請求項1に記載の受光装置。 - 受光部は、複数の画素を単位とする画素グループを含み、
信号線は、複数の信号線を単位とする信号線グループを含み、
画素グループに含まれる複数の画素と、信号線グループに含まれる複数の信号線とがそれぞれ1対1で接続される、
請求項1に記載の受光装置。 - 測定対象物に対して光を照射する光源、及び、
測定対象物で反射された光を受光する受光装置を備え、
受光装置は、
2次元状に配置された複数の画素を有する受光部、
画素に接続された信号線、
信号線に接続され、発光指令タイミングから受光タイミングまでの時間を計測する時間計測部、
時間計測部が計測した計測値のヒストグラムを作成するヒストグラム作成部、
受光部内における画素の位置に対応した補正値を記憶する記憶部、
記憶部に記憶された補正値に基づいて、ヒストグラム作成部で作成したヒストグラムに対して補正処理を行う補正処理部、及び、
補正処理部で補正処理された信号を出力する出力部、を備える、
測距装置。
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