KR101279103B1

KR101279103B1 - 거리 측정 장치

Info

Publication number: KR101279103B1
Application number: KR1020117022580A
Authority: KR
Inventors: 켄이치 무라카미; 유스케 하시모토
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2013-06-26
Also published as: EP2402783A1; WO2010098454A1; CN102378920A; KR20110126724A; EP2402783B1; JP5261571B2; CN102378920B; US8699008B2; JPWO2010098454A1; EP2402783A4; US20120050716A1

Abstract

거리 측정 장치는 발광원(1)과 수광센서(2)와 타이밍 제어부(5)와 거리연산부(6)과 지연제어부(8)를 포함한다. 타이밍 제어부(5)는 변조신호와 복수의 기준 타이밍 신호를 출력한다. 변조 신호는 하이 레벨인 기간과 로우 레벨인 기간의 길이가 각각 단위기간의 정수배의 길이로부터 랜덤으로 선택되는 방형파 신호이다. 각 기준 타이밍 신호는 변조 신호 또는 반전된 변조신호와 동일한 파형을 가진다. 발광원(1)은 변조신호에 근거하여 광의 강도를 변화시킨다. 지연 제어부(8)는 기준 타이밍 신호를 지연시간 Td만 지연시켜 타이밍 신호를 생성한다. 수광센서(2)는 복수의 타이밍 신호의 각각에 대응하는 수광 기간에 생성된 전하를 축적한다. 거리 연산부(6)는 복수의 타이밍 신호의 각각에 대응된 전하량을 이용하여 시간차τ를 구하며, 시간차τ와 지연 시간 Td에 근거하여 대상물(3)까지의 거리L을 구한다.

Description

거리 측정 장치{DISTANCE MEASURING DEVICE}

본 발명은 거리 측정 장치들에 관한 것으로서, 특히 비행시간(time of flight)에 기초한 능동형 거리 측정 장치에 관한 것이다.

문헌 1(JP2004-45304)은 비행시간(time of flight:ToF)의 원리를 이용한 거리 측정 장치를 개시한다. 상기 문헌 1에 개시된 거리 측정 장치는 정현파형과 같이 일정 주기에 강도가 변화하는 강도 변조광(intensity-modulated light)을 투광하여, 강도 변조광의 투광 시점과 수광 시점에 있어서의 변조파형의 위상차이를 계측함으로써 대상물까지의 거리를 측정한다.

상기 문헌 1에 개시된 거리 측정 장치에서는 투광 시점과 수광 시점에 있어서의 변조파형의 위상차이가 투광된 강도 변조광이 대상물에 반사된 후에 수광될 때까지의 시간차(투광시와 수광시의 시간차)에 상당한다. 따라서, 강도 변조광의 주기를 T〔s〕, 광속을 c〔m/s〕, 변조파형의 위상차이를 ψ(라디안)으로 하면, 투광시와 수광시의 시간차 τ는τ=T(ψ/2π)가 된다. 대상물까지의 거리 L는 L=(1/2)cT(ψ/2π)로 표현된다.

상기 문헌 1에 개시된 거리 측정 장치에서 최대 측정 거리는 강도 변조광의 반주기에 대응하는 거리이다. 따라서, 강도 변조광의 주파수를 감소시키면 최대 측정 거리를 길게 할 수가 있다. 그렇지만, 최대 측정 거리를 길게 하기 위해서 강도 변조광의 주파수를 감소시키면 거리의 분해능력도 저하한다.

상기와 같은 문제점을 고려하여 본 발명이 제안되었다. 본 발명의 목적은 최대 측정 거리를 길게 해도 거리 분해능을 일정에 유지할 수 있는 거리 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명과 관련되는 거리 측정 장치는: 대상물이 존재하는 대상 공간에 빛을 조사하기 위한 발광원; 수광 기간 중에 상기 대상 공간으로부터 받은 빛의 강도에 대응한 양의 전하를 생성하는 광전변환부; 상기 광전변환부에서 생성된 전하를 상기 수광 기간보다 긴 소정의 축적 기간에 걸쳐서 축적하는 전하 축적부; 타이밍 제어부; 지연 제어부; 그리고, 거리 연산부를 포함한다.

상기 타이밍 제어부는 변조 신호를 상기 발광원에 출력하여 복수의 기준 타이밍 신호를 상기 지연 제어부에 출력하도록 구성된다. 상기 변조 신호는 방형파(square wave) 신호이며 상기 변조 신호가 하이 레벨인 기간과 로우 레벨인 기간의 길이는 소정의 단위 기간의 정수배의 길이로부터 난수적으로 결정된다. 상기 복수의 기준 타이밍 신호는 상기 변조 신호와 같은 파형을 가지는 비반전 기준 타이밍 신호와 상기 비반전 기준 타이밍 신호를 반전시킨 신호인 반전 기준 타이밍 신호를 포함한다. 상기 발광원은 상기 타이밍 제어부로부터 받은 상기 변조 신호에 근거하여 빛의 강도를 변화시키도록 구성된다. 상기 지연 제어부는 상기 타이밍 제어부로부터 받은 상기 각 기준 타이밍 신호를 지연 기간만큼 지연시키고, 이것에 의해 복수의 타이밍 신호를 생성해 상기 광전변환부에 출력하도록 구성된다. 상기 광전변환부는 상기 지연 제어부로부터 받은 상기 각 타이밍 신호가 하이 레벨인 기간과 로우 레벨인 기간의 어느 쪽이든 한편을 상기 수광 기간으로서 선택하도록 구성된다. 상기 전하 축적부는 상기 광전변환부가 생성한 전하를 상기 복수의 타이밍 신호의 각각 대응하여 축적하도록 구성된다. 상기 거리 연산부는 상기 각 타이밍 신호에 대응한 전하량을 이용해 시간차를 구하며, 구해진 상기 시간차와 상기 지연 시간에 근거하여 상기 대상물까지의 거리를 구하도록 구성된다.

바람직하게는 상기 복수의 기준 타이밍 신호는 상기 변조 신호에 일치하는 제1 기준 타이밍 신호와 상기 제1 기준 타이밍 신호를 반전시킨 신호인 제2 기준 타이밍 신호와 상기 변조 신호와 동일한 파형을 가지며 상기 변조 신호로부터 단위 기간만큼 지연한 제3 기준 타이밍 신호와 상기 제 3 기준 타이밍 신호를 반전시킨 신호인 제4 기준 타이밍 신호를 포함한다. 상기 거리 연산부는 상기 제1 기준 타이밍 신호에 대응하는 전하량과 상기 제2 기준 타이밍 신호에 대응하는 전하량과 상기 제3 기준 타이밍 신호에 대응하는 전하량과 상기 제4 기준 타이밍 신호에 대응하는 전하량을 이용해 상기 시간차를 구하도록 구성된다.

바람직하게는 상기 거리 연산부는 상기 지연 시간에 상당하는 거리를 상기 시간차에 상당하는 거리에 가산함으로써 상기 대상물까지의 거리를 산출하도록 구성된다.

바람직하게는 상기 거리 측정 장치는 거리 범위 설정부를 더 포함한다. 상기 거리 범위 설정부는 받은 입력 신호에 응하여 다른 시간들에서 상기 지연 시간을 선택해 상기 지연 제어부에 통지하도록 구성된다. 상기 지연 제어부는 상기 기준 타이밍 신호를 상기 거리 범위 설정부로부터 통지된 상기 지연 시간만큼 지연시켜 상기 타이밍 신호를 생성하도록 구성된다.

바람직하게는 상기 거리 측정 장치는 상기 광전변환부 복수 개 포함한다. 상기 복수의 광전변환부는 촬상면을 형성하도록 평면형태로 배열된다. 상기 거리 연산부는 상기 복수의 광전변환부에 각각 관련된 복수의 화소를 가지는 거리 화상을 생성하도록 구성된다. 상기 거리 연산부는 상기 대상물까지의 거리가 소정 거리와 일치한지 어떤지를 판단하며, 상기 대상물까지의 거리가 상기 소정 거리와 일치하는 상기 화소의 화소값을 상기 대상물까지의 거리가 상기 소정 거리와 일치하지 않는 상기 화소의 화소값과 다르게 하도록 구성된다. 상기 소정 거리는 상기 발광원이 빛을 방사할 때의 시간과 상기 발광원이 빛을 방사하고 나서 상기 지연 시간의 경과 후에 상기 비반전 기준 타이밍 신호에 대응한 전하량과 상기 반전 기준 타이밍 신호에 대응한 전하량이 최초로 일치할 때의 시간과의 차이에 상당하는 거리이다.

바람직하게는 상기 거리 측정 장치는 거리 범위 설정부를 가진다. 상기 거리 범위 설정부는 다른 시간들로부터 상기 지연 시간을 선택해 상기 지연 제어부에 통지하도록 구성된다. 상기 지연 제어부는 상기 기준 타이밍 신호를 상기 거리 범위 설정부로부터 통지된 상기 지연 시간만큼 지연 시켜 상기 타이밍 신호를 생성하도록 구성된다.

바람직하게는 상기 거리 측정 장치는 상기 대상 공간 내에서의 소정의 이벤트의 발생을 검지하는 이벤트 검지부를 포함한다. 상기 거리 측정 장치는 상기 광전변환부를 복수 개 포함한다. 상기 복수의 광전변환부는 촬상면을 형성하도록 평면형태로 배열된다. 상기 거리 범위 설정부는 상기 이벤트 검지부가 상기 이벤트의 발생을 검지하면, 상기 대상 공간 내에서 상기 이벤트가 발생한 장소까지의 거리에 응하여 상기 지연 시간을 선택하도록 구성된다. 상기 거리 연산부는 상기 복수의 광전변환부에 각각 관련된 복수의 화소를 가지는 거리 화상을 생성하도록 구성되어 상기 각 화소는 상기 대상물까지의 거리를 나타내는 화소값을 가진다.

바람직하게는 상기 거리 측정 장치는 상기 광전변환부를 복수 개 포함한다. 상기 복수의 광전변환부는 촬상면을 형성하도록 평면형태로 배열된다. 상기 거리 범위 설정부는 측정 가능 범위가 서로 다른 복수의 상기 지연 시간을 선택하도록 구성된다. 상기 거리 연산부는 상기 복수의 광전변환부에 각각 대응한 복수의 화소를 가지는 거리 화상을 상기 복수의 지연 시간마다 생성하도록 구성된다. 상기 거리 연산부는 상기 화소에 대응하는 상기 대상물까지의 거리가 상기 측정 가능 범위에 포함되어 있으면 상기 화소의 화소값을 상기 대상물까지의 거리를 나타내는 유효 화소값으로 설정하며, 상기 화소에 대응하는 상기 대상물까지의 거리가 상기 측정 가능 범위에 포함되지 않으면 상기 화소의 화소값을 상기 대상물까지의 거리가 측정 가능 범위 외인 것을 나타내는 무효 화소값으로 설정하도록 구성된다. 상기 거리 연산부는 상기 무효 화소값을 가지는 상기 화소의 수가 적게 되도록 복수의 상기 거리 화상을 합성하여 합성 거리 화상을 생성하도록 구성된다.

바람직하게는 상기 복수의 지연 시간은 각각 대응하는 상기 측정 가능 범위가 서로 연속하도록 선택된다.

바람직하게는 상기 거리 연산부는 상기 화소에 대응하는 상기 대상물까지의 거리가 소정 거리와 일치하면 상기 화소의 화소값을 상기 유효 화소값으로 설정하며, 상기 화소에 대응하는 상기 대상물까지의 거리가 상기 소정 거리와 일치하지 않으면 상기 화소의 화소값을 상기 무효 화소값으로 설정하도록 구성된다. 상기 소정 거리는 상기 발광원이 빛을 방사할 때의 시간과 상기 발광원이 빛을 방사하고 나서 상기 지연 시간의 경과 후에 상기 비반전 기준 타이밍 신호에 대응한 전하량과 상기 반전 기준 타이밍 신호에 대응한 전하량이 최초로 일치할 때의 시간의 차이에 상당하는 거리이다.

바람직하게는 상기 거리 측정 장치는 정오 판단부를 가진다. 상기 정오 판단부는 상기 각 타이밍 신호에 대응한 전하량의 대소 관계에 대해서 소정의 판정 조건을 이용하여 상기 대상물까지의 거리가 측정 가능 범위 내인가 아닌가를 판단하도록 구성된다. 상기 거리 연산부는 상기 정오 판단부의 판단 결과를 참조하여 상기 거리 화상을 생성하도록 구성된다.

바람직하게는 상기 복수의 기준 타이밍 신호는 상기 변조 신호와 동일한 파형을 가지며 상기 변조 신호로부터 상기 단위 기간분만큼 지연한 지연 비반전 기준 타이밍 신호와 상기 지연 비반전 기준 타이밍 신호를 반전시킨 신호인 지연 반전 기준 타이밍 신호를 포함한다. 상기 거리 연산부는 상기 지연 비반전 기준 타이밍 신호에 대응하는 전하량과 상기 지연 반전 기준 타이밍 신호에 대응하는 전하량을 이용해 상기 시간차를 구하도록 구성된다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 발광원으로부터 방사된 빛의 근거리 성분에 의한 영향을 받지않고 대상물까지의 거리를 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 최대 측정 거리에 관계없이 거리의 분해능력을 일정하게 유지할 수 있다. 측정 가능 범위의 폭은 그대로 측정 가능 범위의 상한치와 하한치를 바꾼다. 따라서, 최대 측정 거리를 변경해도 거리의 분해가능이 저하하지 않는다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 측정하고 싶은 거리의 범위로 측정 가능 범위를 설정할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 거리 연산부는 측정 가능 범위 밖의 대상물까지의 거리를 측정하지 않기 때문에 최대 측정 거리를 변경해도 측정 가능 범위 밖의 거리를 측정하는 일이 없다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 상 공간에서 발생한 이벤트에 적절한 지연 시간 Td로 대상물까지의 거리를 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 빛의 다중 반사 성분에 의한 영향을 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 거리 측정 장치의 블럭도이다.
도 2는 거리 측정 장치의 변조 신호의 일례를 나타내는 도다.
도 3은 거리 측정 장치의 동작 설명도이다.
도 4는 거리 측정 장치의 동작 설명도이다.
도 5는 거리 측정 장치의 동작 설명도이다.
도 6은 거리 측정 장치의 동작 설명도이다.
도 7은 거리 측정 장치의 거리 측정 개념의 설명도이다.
도 8은 거리 측정 장치의 동작 설명도이다.
도 9는 거리 측정 장치의 동작 설명도이다.

본 실시예의 거리 측정 장치는 도 1에 나타내듯이 능동형(active-type)의 거리 측정 장치이다. 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치는 거리를 측정하는 대상이 되는 대상물(3)이 존재하는 공간(대상 공간)에 투광하는 발광원(1)과 대상 공간으로부터 수광하는 수광 센서(2)와 코드 발생기(4)와 타이밍 제어부(5)와 거리 연산부(6)과 정오 판단부(7)과 지연 제어부(8)과 거리 범위 설정부(9)를 포함한다. 본 실시예의 거리 측정 장치는 발광원(1)으로부터 투광된 빛이 대상물(3)에서 반사되고 수광 센서(2)에 수광될 때까지의 시간(비행 시간) Tf(도3(b) 참조)에 상당하는 물리량에 근거하여 대상물(3)까지의 거리를 측정한다. 즉, 본 실시예의 거리 측정 장치는 비행 시간법(time of flight)의 원리를 이용하여 대상물(3)까지의 거리를 측정한다.

발광원(1)은 발광 다이오드나 레이저 다이오드처럼 광출력(빛의 강도)을 고주파(예를 들어 10MHz)로 변조 가능한 발광소자이다.

수광 센서(2)는 발광원(1)으로부터 방사된 빛의 광출력이 변화하는 시간과 동일한 정도의 시간의 수광 강도의 변화를 검출하는 것이 가능한 수광 소자이다.

수광 센서(2)는 예를 들면, CCD 영역 이미지 센서나 CMOS 영역 이미지 센서처럼 다수의 수광 영역(화소에 상당하는 영역)을 가지는 수광 소자(촬상 소자)이다. 이 경우, 수광 소자의 시야에서 결정되는 공간 영역에 존재하는 대상물(3)까지의 거리를 일괄하게 측정할 수 있다. 즉, 발광원(1)으로부터 방사된 빛을 주사(scan) 하거나 수광 소자의 시야를 주사하거나 하지 않아도 각 화소의 화소값이 거리값(대상물(3)까지의 거리에 응한 값)를 나타내는 거리 화상을 생성할 수 있다.

이하에서는 서로 인접한 4개의 수광 영역을 예로 들어 설명한다. 4개의 수광 영역은 거리 화상(distance image)의 1 화소에 상당하는 1 화소(셀)를 구성한다. 즉, 본 실시예에서는 1개의 셀에 있어서의 수광량을 이용하여 거리 화상의 1 화소의 정보를 얻을 수 있다. 거리 화상의 1 화소에 상당하는 동작은 4개의 수광 영역에 상당하는 동작에 의해 설명할 수 있다. 수광 센서(2)의 각 수광 영역은 포토 다이오드나 포토 트랜지스터와 같은 단독의 수광 영역을 가지는 수광 소자와 동등하다. 즉, 수광 센서(2)는 수광 강도(실제로는 소정 시간에 있어서의 수광 광량)에 응하는 양의 전하를 생성하여 집적한다. 4개의 수광 영역은 예를 들면, 일 직선상이나 2열에 2개씩 배열된다. 게다가 1개의 수광 영역을 거리 화상의 1 화소에 상당하는 화소로서 이용해도 좋다.

수광 센서(2)가 포토 다이오드나 포토 트랜지스터이면 수광 기간에 수광 센서(2)로 생성된 전하를 추출하기 위해 아날로그 스위치 등의 게이트 회로가 설치된다. 수광 센서(2)가 촬상 소자이면 전자 셔터의 원리를 이용하여 촬상 소자 내에 전하를 집적하는 수광 기간이 제어된다. 수광 센서(2)의 수광 영역마다 집적된 전하는 여러 번(예를 들어, 10000회) 축적된 후에 외부에 도출된다(이하에서는 전하를 축적하는 기간을 "축적 기간"이라고 부른다). 수광 기간은 수광 강도가 일정한 것으로 간주해도 좋을 정도의 단시간(short time)으로 한다. 따라서, 수광 기간에서 수광 광량은 수광 강도와 동등하다.

즉, 수광 센서(2)는 복수의 광전변환부와 전하 축적부와 전하 도출부를 포함한다. 광전변환부들 각각은 수광 기간 중에 대상 공간으로부터 받은 빛의 강도에 응한 양(amount)의 전하를 생성한다. 즉, 광전변환부는 수광 기간에 있어서의 수광 광량에 상당하는 전하를 생성해 집적한다. 본 실시예에서는 복수의 광전변환부는 촬상면을 형성하도록 평면형태로 배열되고 있다. 전하 축적부는 광전변환부가 집적한 전하(광전변환부에서 생성된 전하)를 수광 기간보다 충분히 긴 소정의 축적 기간에 걸쳐 축적한다. 전하 도출부는 전하 축적부가 축적한 전하를 꺼낸다. FT형의 CCD 이미지 센서이면 광전변환부는 촬상 영역의 각 화소에 상당하며 전하 축적부는 축적 영역에 상당하고 전하 도출부는 수평 전송부에 상당한다. 또, IT형의 CCD 이미지 센서이면 광전변환부는 각 촬상 영역의 화소에 상당하며 전하 축적부는 수직 전송부에 상당하고 전하 도출부는 수직 전송부 및 수평 전송부에 상당한다.

광전변환부가 집적한 전하를 축적하는 것으로써, 각 수광 영역에 대응하여 도출되는 전하량이 증가할 수 있다. 따라서, 신호 레벨을 높일 수가 있고, 산탄 잡음(shot noise)의 영향을 저감 할 수 있다. 또한, 발광원(1)의 광출력을 10 MHz 정도의 주파수로 변조하는 경우에는 축적 회수를 10000회 정도로 해도 수광 센서(2)로부터 전하를 외부에 꺼내는 회수를 1초간에 30회 이상으로 할 수가 있다. 즉, 상기 거리 화상을 이용해 매끄러운 동화상을 생성할 수 있다.

변조 신호는 도 2에 나타내듯이 방형파(square wave) 신호이다. 도 2에 있어서, "1"은 하이 레벨(high level)을 나타내며, "0"은 로우 레벨(low level)을 나타낸다. 변조 신호에서 하이 레벨과 로우 레벨은 주기성을 가지지 않고 발생하며 하이 레벨의 발생 확률은 로우 레벨의 발생 확률과 동일하다. 변조 신호는 예를 들면, 스펙트럼 확산의 기술로 이용되는 PN(Pseudorandom Noise) 코드를 발생하는 기술(예를 들어, 골드 코드 발생 회로)을 이용해 생성된다. 변조 신호는 PN 코드와 동일하게 하이 레벨과 로우 레벨의 각 기간이 단위 기간(unit time period)의 정수 배의 길이를 가지도록 생성된다. 이하에서는 PN 코드에 따라, 이 단위 기간을 "칩 기간"(chip duration)이라고 부른다. 칩 기간은 예를 들면, 100〔ns〕이지만 이것으로 한정되지 않는다.

즉, 변조 신호는 신호치가 제1 값(예를 들어 하이 레벨에 상당하는 값)과 상기 제1 값과는 다른 제2 값(예를 들어 로우 레벨에 상당하는 값) 사이에 교대로 변화하는 방형파 신호이다. 상기 제1 신호값이 상기 제1 값인 제1 기간과 상기 제1 신호값이 상기 제2 값인 제2 기간은 소정의 단위 기간의 정수 배의 길이를 가지며, 상기 제1 기간과 상기 제2 기간의 길이는 난수적으로 결정된다. 게다가 제1 값은 로우 레벨에 상당하는 값이며 제2 값은 하이 레벨에 상당하는 값이어도 좋다.

코드 발생기(4)는 변조 신호를 생성하여 출력한다. 코드 발생기(4)로부터 출력된 변조 신호는 타이밍 제어부(5)를 통하여 발광원(1)에 전송될 수 있다.

발광원(1)은 변조 신호가 하이 레벨인 기간에 점등하며 변조 신호가 로우 레벨인 기간에 소등한다. 즉, 발광원(1)은 변조 신호의 신호값(제1 신호값)에 응하여 점등·소등을 행한다(빛의 강도를 변화시킨다).

타이밍 제어부(5)는 코드 발생기(4)로부터 받은 변조 신호를 발광원(1)에 출력하며, 복수의 기준 타이밍 신호를 지연 제어부(8)에 출력하도록 구성된다.

타이밍 제어부(5)는 코드 발생기(4)로부터 받은 변조 신호에 근거하여 기준 타이밍 신호를 생성한다. 기준 타이밍 신호는 수광 센서(2)가 전하를 집적하는 수광 기간(receptime time)을 결정한다. 본 실시예에서는 1매의 거리 화상을 생성하기 위해서 4 종류의 기준 타이밍 신호를 생성한다. 4 종류의 기준 타이밍 신호는 수광 센서(2)의 4개의 수광 영역에 각각 대응하며, 4개의 수광 영역의 수광 기간을 각각 결정한다. 게다가 타이밍 제어부(5)는 수광 센서(2)가 축적한 전하를 외부에 도출하는 타이밍이나 거리 연산부(6) 및 정오 판단부(7)의 동작 타이밍을 결정하기 위한 클록 신호를 출력한다.

도 3은 변조 신호와 기준 타이밍 신호의 관계를 나타낸다. 도 3(a)는 변조 신호(발광원(1)으로부터 방사된 빛의 강도)를 나타낸다. 도 3(b)는 수광 센서(2)가 수광한 빛의 강도를 나타낸다. 타이밍 제어부(5)는 제1 기준 타이밍 신호(도 3(c) 참조)로 제2 기준 타이밍 신호(도 3(d) 참조)로 제3의 기준 타이밍 신호(도 3(e) 참조)와 제4의 기준 타이밍 신호(도 3(f) 참조)를 변조 신호에 근거하여 생성한다.

제1 기준 타이밍 신호는 도 3(c)에 나타내듯이, 변조 신호와 일치한다. 즉, 제1 기준 타이밍 신호는 변조 신호와 같은 파형을 가지며 한편, 변조 신호로부터 지연 하고 있지 않다. 제2 기준 타이밍 신호는 도 3(d)에 나타내듯이, 변조 신호에 대해서 하이 레벨과 로우 레벨이 반전된 신호(반전된 변조 신호)이다. 즉, 제2 기준 타이밍 신호는 반전된 변조 신호와 같은 파형을 가지며, 변조 신호로부터 지연 하고 있지 않다. 즉, 제2 기준 타이밍 신호는 제1 기준 타이밍 신호를 반전시킨 신호이다. 제3 기준 타이밍 신호는 도 3(e)에 나타내듯이, 변조 신호에 대해서 1 칩 기간(단위시간) Tc만큼 지연한 신호이다. 즉, 제3 기준 타이밍 신호는 변조 신호와 같은 파형을 가지며, 변조 신호로부터 지연 하고 있다. 제4 기준 타이밍 신호는 도 3(f)에 나타내듯이, 변조 신호에 대해서 1 칩 기간 Tc만큼 지연하며, 변조 신호에 대해서 하이 레벨과 로우 레벨이 반전된 신호이다. 즉, 제4 기준 타이밍 신호는 변조 신호와 같은 파형을 가지며, 변조 신호로부터 지연하고 있다. 즉, 제4 기준 타이밍 신호는 제3 기준 타이밍 신호를 반전시킨 신호이다.

이와 같이, 타이밍 제어부(5)는 복수의 기준 타이밍 신호를 생성한다. 복수의 기준 타이밍 신호는 변조 신호와 같은 파형을 가지는 비반전 기준 타이밍 신호( 제1 기준 타이밍 신호나 제3 기준 타이밍 신호)와 비반전 기준 타이밍 신호를 반전시킨 신호인 반전 기준 타이밍 신호(제2 기준 타이밍 신호나 제4 기준 타이밍 신호)를 포함한다. 여기서, 제3 기준 타이밍 신호는 변조 신호와 동일한 파형을 가지는 변조 신호로부터 단위 시간만큼 지연한 지연비반전 기준 타이밍 신호이다. 제의 기준 타이밍 신호는 지연비반전 기준 타이밍 신호(제3 기준 타이밍 신호)를 반전시켜 얻을 수 있는 지연 반전 기준 타이밍 신호이다.

지연 제어부(8)는 타이밍 제어부(5)와 수광 센서(2)의 사이에 설치된다. 지연 제어부(8)는 타이밍 제어부(5)로부터 받은 각 기준 타이밍 신호를 지연 시간 Td만큼 지연시키며 이것에 의해 복수의 타이밍 신호를 생성하여 수광 센서(2)에 출력하도록 구성된다. 본 실시예에서 지연 제어부(8)는 도 3(c)~(f)의 각각이 나타내는 기준 타이밍 신호를 기준 타이밍 신호 간의 상대적인 시간 관계를 유지하면서 전체적으로 시간축의 후방으로 편이 시킨다.(즉, 신호를 지연시킨다). 이것에 의해, 지연 제어부(8)는 제1 기준 타이밍 신호를 지연 시간만큼 지연시킨 제1 타이밍 신호(도 6(c) 참조)와 제2 기준 타이밍 신호를 지연 시간만큼 지연시킨 제2 타이밍 신호(도 6(d) 참조)와 제3 기준 타이밍 신호를 지연 시간만큼 지연시킨 제3 타이밍 신호(도 6(e) 참조)와 제4 기준 타이밍 신호를 지연 시간만큼 지연시킨 제4 타이밍 신호(도 6(f) 참조)를 생성한다. 도 6(c)~(f)에 나타내는 예에서 지연 시간은 (2/3)Tc 이다. 게다가 지연 시간이 0인 경우, 타이밍 신호는 기준 타이밍 신호와 일치한다.

측정 범위 설정부(9)는 지연 제어부(8)의 지연 시간을 설정하기 위해서 이용된다. 지연 제어부(8)는 복수의 다른 시간으로부터 지연 시간을 선택하도록 구성된다. 측정 범위 설정부(9)는 지연 제어부(8)에 어느 시간을 선택해야 할 것인가를 지시한다. 측정 범위 설정부(9)는 조작부(예를 들어 스위치)로부터의 입력(사용자로부터의 입력) 또는 지연 시간을 지정하는 신호의 입력을 받아 지연 시간을 선택한다. 즉, 측정 범위 설정부(9)는 받은 입력 신호에 응하여 복수의 다른 시간으로부터 지연 시간을 선택하여 지연 제어부(8)에 통지하도록 구성된다. 지연 제어부(8)는 기준 타이밍 신호를 측정 범위 설정부(9)로부터 통지된 지연 시간만 지연시켜 타이밍 신호를 생성하도록 구성된다.

발광원(1)으로부터 방사된 후에 대상물(3)로 반사된 빛을 수광 센서(2)가 받기까지는 대상물(3)까지의 거리에 대응하는 시간이 걸린다. 여기서, 수광 센서(2)의 각 수광 영역은 각 기준 타이밍 신호가 하이 레벨인 기간에 전하를 생성한다. 제1 기준 타이밍 신호에 대응하는 수광 영역(제1 수광 영역)에서 생성되는 전하량 A0는 도 3(c)에 사선으로 나타내는 부위의 면적에 상당하는 양이 된다. 제2 기준 타이밍 신호에 대응하는 수광 영역(제2 수광 영역)에서 생성되는 전하량 A2는 도 3(d)에 사선으로 나타내는 부위의 면적에 상당하는 양이 된다. 제3 기준 타이밍 신호에 대응하는 수광 영역(제3 수광 영역)에서 생성되는 전하량 A1는 도 3(e)에 사선으로 나타내는 부위의 면적에 상당하는 양이 된다. 제4 기준 타이밍 신호에 대응하는 수광 영역(제4 수광 영역)에서 생성되는 전하량 A3는 도 3(f)에 사선으로 나타내는 부위의 면적에 상당하는 양이 된다.

수광 센서(2)로부터는 수광 영역마다 전하의 축적을 여러 번 행한 후에(칩 기간 Tc의 다수 배의 시간에 걸쳐 전하를 축적한 후에) 전하가 도출된다. 그 때문에, 각 수광 영역으로부터 도출된 전하량은 변조 신호의 난수성(제1 기간과 제2 기간의 길이가 난수적으로 결정되는 것)에 의해, 비행 시간 Tf의 일차 함수로 나타내지는 값에 수렴한다. 비행 시간 Tf는 지연 시간 Td에 시간차τ를 가산해 얻을 수 있는 값이다(Tf=Td+τ). 시간차τ는 수광 센서(2)로부터 도출된 전하량 A0~A3를 이용해 산출된다. 도 3에 나타내는 예에서는 지연 시간 Td가 0이기 때문에 시간차τ는 비행 시간 Tf와 동일하다.

도 4에서 나타내듯이, 시간차τ가 0≤τ≤Tc의 범위면 전하량 A0, A3은 시간차τ의 증가에 수반하여 감소하며 전하량 A1, A2는 시간차τ의 증가에 수반하여 증가한다.

전하량 A0~A3는 이상적으로는 A0+A2=A1+A3=일정하다는 관계를 가진다. 게다가 시간차 τ가 0인 경우, 전하량 A0는 축적 기간의 모든 기간에 걸쳐 수광 센서(2)가 수광 했을 경우(수광 기간이 축적 기간과 동일한 경우)의 전하량의 2분의 1이 된다. 마찬가지로 시간차 τ가 1칩 기간 Tc인 경우, 전하량 A1는 축적 기간의 모든 기간에 걸쳐 수광 센서(2)가 수광 했을 경우(수광 기간이 축적 기간과 동일한 경우)의 전하량의 2분의 1이 된다.

여기서, (A0+A2)/2=(A1+A3)/2=B 이다. 또한 시간차τ[s]가 0일 때의 전하량 A0을 A+B로 한다. 0≤τ≤Tc의 범위에 대하여 각 전하량 A0~A3는 이하와 같이 나타낸다.

[수1]

여기서, a는 시간차τ에 대한 전하량의 변화율을 나타내는 정수이며, a=A/Tc가 된다.

위의 식으로부터 시간차τ[s]는 이하의 식에 의해 주어진다.

[수2]

대상물(3)까지의 거리를 L[m으로 하며, 광속을 c[m/s]로 하면 거리 L은 L=c·τ/2)로 주어진다.

1칩 기간 Tc를 100〔ns〕으로 하면 0≤τ≤100〔ns〕이다. 따라서, 0≤L≤15〔m〕가 된다. 지연 시간 Td가 0〔s〕, 1 칩 기간 Tc가 100〔ns〕일 때, 측정 가능한 최대 거리(이하, "최대 측정 거리"라고 한다)는 15〔m〕이다.

거리 연산부(6)는 타이밍 제어부(5)로 생성된 기준 타이밍 신호에 의해 규정되는 기간에 수광 센서(2)로 생성된 전하를 이용하여 상술한 연산을 실시 해 대상물(3)까지의 거리 L를 구한다.

게다가 위의 식에서 명확하듯이 4 종류의 전하량 A0~A4 가운데 3 종류를 이용하는 것만으로도 시간차τ[s]는 구해진다. 3종류의 전하량 A1, A2, A3를 이용했을 경우, A1-A2=A이며, A1-A3=2a·τ이기 때문에 τ=(Tc/2)(A1-A3)/A1-A2가 된다. 3종류의 전하량 A0, A1, A2를 이용했을 경우, A0=-(A/Tc)τ+A+B, A1=(A/Tc)τ+B, A2=(A/Tc)τ-A+B가 되기 때문에, 시간차τ는

[수3]

으로 표현된다.

외란광(외광 성분)이 없는 경우, 즉 B=A인 경우에는 미지수가 시간차τ[s]와 A의 2개가 된다. 따라서, 4 종류의 전하량 A0~A4 가운데 2 종류를 이용하는 것만으로도 시간차τ[s]는 구해진다. 2 종류의 전하량 A0, A2를 이용했을 경우, A0=-(A/Tc)τ+2A, A2=(A/Tc)τ이기 때문에 시간차τ는

[수4]

으로 표현된다.

또한, 알려진 거리로부터 정수 a를 구하면 두 면(혹은 대상물(3)의 반사율이 일정하면) A는 알 수 있기 때문에, 미지수가 시간차τ[s]와 B의 2개가 된다. 따라서, 4 종류의 전하량 A0~A4 가운데 2 종류를 이용하는 것만으로도 시간차τ[s]는 구해진다. 2 종류의 전하량 A0, A2를 이용했을 경우, A0=-(A/Tc)τ+A+B, A2=(A/Tc)τ-A+B이기 때문에 시간차τ는 τ={(2A-A0+A2) /2A}Tc로 표현된다.

그러나, 축적 기간 중에 발광원(1)이 항상 소등하고 있으면 전하량 A2는 시간차τ가 0일 때의 전하량(=B-A)에 동일해진다. 따라서, 발광원(1)이 소등하는 동안에 수광 센서(2)로 생성된 전하량을 이용하는 것으로 B-A가 구해진다. 따라서, 미리 B-A를 구해두면, 4 종류의 전하량 A0~A4 가운데 2 종류를 이용하는 것만으로도 시간차τ[s]는 구해진다. 2 종류의 전하량 A0, A2를 이용했을 경우, 시간차τ는

[수5]

로 표현된다. 다만, AL=B-A이다.

또, 축적 기간 중에 발광원(1)이 항상 소정의 강도로 점등하고 있으면, 전하량 A1는 시간차τ가 0일 때의 전하량(=A+B)에 동일해진다. 따라서, 발광원(1)이 점등하는 동안에 수광 센서(2)로 생성된 전하량을 이용하는 것으로, A+B가 구해진다. 따라서, 미리 A+B를 구해두면, 4 종류의 전하량 A0~A4 가운데 2 종류를 이용하는 것만으로도 시간차τ[s]는 구해진다. 2 종류의 전하량 A0, A2를 이용했을 경우, 시간차τ는

[수6]

으로 표현된다. 다만, AH=A+B이다.

대상물(3)의 반사율이 일정하며 한편 외광 성분이 없는 경우 A가 알려져 있기 때문에 B=0이 된다. 이 경우, 미지수가 시간차τ[s]만으로 된다. 따라서, 4 종류의 전하량 A0~A4 가운데 1 종류를 이용해 시간차τ[s]는 구해진다.

위에서 설명한 바와 같이 4 종류의 기준 타이밍 신호에 각각 대응하는 전하량 A0~A3를 촬상 소자에 의해 얻는 경우 1회의 축적 기간에 1개의 거리 값을 얻도록 해도 좋다. 이 경우, 촬상 소자의 인접하는 4개(1열 4개에서도 2열 2개씩이라도 좋다)의 수광 영역(제1 수광 영역과 제2 수광 영역과 제3 수광 영역과 제4 수광 영역)을 1개의 그룹으로 한다. 제1 수광 영역은 제1 기준 타이밍 신호(제1 타이밍 신호)에 응하여 전하를 집적하며, 제2 수광 영역은 제2 기준 타이밍 신호(제2 타이밍 신호)에 응하여 전하를 집적하고, 제3 수광 영역은 제3 기준 타이밍 신호(제3 타이밍 신호)에 응하여 전하를 집적하며, 제4 수광 영역은 제4 기준 타이밍 신호(제4 타이밍 신호)에 응하여 전하를 집적한다. 각 수광 영역에서 집적된 전하는 축적 기간에 걸쳐 축적된다. 이와 같이 하여 촬상 소자가 전하를 축적하면 1회의 축적 기간에 4개의 수광 영역을 이용하기 때문에 1회의 축적 기간에 1개의 거리 값을 얻을 수 있다. 이 경우, 각 수광 영역이 복수의 기준 타이밍 신호에 응하여 전하를 차례차례 집적하는 경우에 비해 해상도는 저하한다. 그렇지만, 4개의 전하량 A0~A3를 촬상 소자로부터 1회에 읽어낼 수가 있다. 그 때문에 1 화면의 거리 화상을 생성하기 위해서 필요한 전하의 독출 회수를 적게 할 수 있으며 1 화면의 거리 화상을 얻는데 필요로 하는 시간을 짧게 할 수 있다. 따라서, 거리 화상을 이용하여 매끄러운 동화상을 생성할 수 있다.

또, 4회의 축적 기간에 1개의 거리 값을 얻도록 해도 좋다. 이 경우, 촬상 소자의 각 수광 영역에 4 종류의 기준 타이밍 신호(타이밍 신호)를 차례로 보낸다. 즉, 4회의 축적 기간을 1 주기로 한다. 예를 들어, 각 수광 영역은 1회째의 축적 기간에 제1 기준 타이밍 신호(제1의 타이밍 신호)에 응하여 전하를 집적하며, 2번째의 축적 기간에 제2 기준 타이밍 신호(제2 타이밍 신호)에 응하여 전하를 집적하고, 3번째의 축적 기간에 제3 기준 타이밍 신호(제3 타이밍 신호)에 응하여 전하를 집적하며, 4번째의 축적 기간에 제4 기준 타이밍 신호(제4 타이밍 신호)에 응하여 전하를 집적한다. 즉, 각 수광 영역이 축적 기간마다 다른 기준 타이밍 신호(타이밍 신호)에 응하여 전하를 집적한다. 이와 같이 해 촬상 소자가 전하를 축적하면, 4회의 축적 기간에 1개의 거리 값을 얻을 수 있다. 이 경우, 복수의 수광 영역이 각각 다른 기준 타이밍 신호에 응하여 전하를 집적하는 경우에 비해 1 화면의 거리 화상을 얻는데 필요로 하는 시간이 길어진다. 그렇지만, 수광 영역마다 거리 값을 얻을 수 있다. 그 때문에, 해상도가 높은 거리 화상을 생성할 수 있다.

정오 판단부(7)는 각 타이밍 신호에 대응한 전하량의 대소 관계에 대해서 소정의 판정 조건을 이용하여 대상물(3)까지의 거리가 측정 가능 범위 내인지 아닌지를 판단하도록 구성된다.

여기서, 전하량 A0, A2는 시간차 τ가 1칩 기간 Tc를 넘으면 일정 값인 B가 된다. 전하량 A1는 0≤τ≤Tc인 동안은 증가하고, Tc≤τ≤2Tc인 동안은 감소한다. 전하량 A3는 0≤τ≤Tc인 동안은 감소하며, Tc<τ≤2Tc인 동안은 증가한다. 전하량 A1, A3는 시간차τ가 2 칩 기간 Tc를 넘으면 일정 값인 B가 된다.

Tc<τ의 경우, A0-A2=0이 된다. 다만, 실제로는 외란광에 의한 탄산 잡음 등이 발생하는 환경에 있어서 전하량 A0, A2에는 요동이 생긴다. 즉, Tc<τ가 되어도 반드시 A0-A2= 0을 만족할 필요는 없다.

정오 판단부(7)는 전하량 A0와 전하량 A2의 차이분이 미리 결정된 역치 β(제1 역치) 이하가 되면, 시간차 τ가 1 칩 기간 Tc를 초과한 즉, 측정 가능한 최대 거리(최대 측정 거리)를 초과했다고 판단한다. 즉, 정오 판단부(7)의 판정 조건은 A0-A2≤β(≒0)이다.

정오 판단부(7)는 대상물(3)까지의 거리가 최대 측정 거리를 초과하고 있다고 판단했을 때에는 해당 화소에 대해 거리 값을 출력하지 않도록 거리 연산부(6)에 지시를 보낸다. 거리 연산부(6)는 정오 판단부(7)가 거리 값을 출력하지 않도록 지시를 보내면 대상물(3)까지의 거리가 무효라고 판단한다. 그 결과, 거리 연산부(6)는 최대 측정 거리를 초과하는 먼 곳의 대상물(3)까지의 거리를 출력하지 않는다. 따라서, 거리의 오측정을 방지할 수 있다.

수광 센서(2)는 다수의 화소를 가지기 때문에, 대상물(3)까지의 거리가 최대 측정 거리까지의 범위 내인 영역에 대해서는 거리 측정을 실시할 수 있다. 최대 측정 거리를 넘는 대상물(3)까지의 거리를 무효로 해도 수광 센서(2)의 감도가 저감되지 않는다.

외란광이 강하고 산탄 잡음에 의한 전하량의 요동이 큰 환경에서는 시간차τ가 1 칩 기간 Tc를 초과하는 경우에서도 A0-A≤β가 되지 않고, A0-A2>β가 된다. 이러한 경우에 대비하여 정오 판단부(7)는 대상물(3)까지의 거리가 최대 측정 거리를 초과하는지 아닌지의 판단에 전하량(수광량) A1와 전하량 A3의 차이분을 이용한다. 전하량 A1와 전하량 A3와의 차이분은 2Tc<τ가 되면 0이 된다. 따라서, 정오 판단부(7)은 전하량 A1와 전하량 A3의 차이분이 미리 결정된 역치 γ(제2 역치) 이하가 되면, 시간차τ가 칩 기간 Tc의 2배를 초과했다고 판단한다. 즉, 정오 판단부(7)는 A1-A3≤γ(≒0)을 판정 조건으로서 이용한다. 정오 판단부(7)은 A1-A3≤γ가 성립하면 대상물(3)까지의 거리가 최대 측정 거리의 2배를 초과한다고 판단한다. 정오 판단부(7)은 대상물(3)까지의 거리가 최대 측정 거리의 2배를 초과한다고 판단했을 때에는 해당 화소에 대해 거리값을 출력하지 않도록 거리 연산부(6)에 지시를 보낸다.

정오 판단부(7)가 전하량 A0와 전하량 A2와의 차이분을 반응을 일으키는 역치 β과 비교하고, 전하량 A1와 전하량 A3의 차이분을 역치 γ과 비교하면, 전하량을 이용해 얻을 수 있는 거리가 최대 측정 거리의 2배를 초과하는지 아닌지를 신뢰성 좋게 판단할 수 있다. 역치 β와 역치 γ는 같은 값이어도 좋고 다른 값이어도 좋다.

본 실시예에서는 최대 측정 거리가 1 칩 기간 Tc에 상당하는 거리로 설정되어 있다(상술의 예에서는 1 칩 기간 Tc=100〔ns〕에 대하여 최대 측정 거리는 15〔m〕이다). 즉, 대상물(3)의 측정 가능 범위는0~15〔m〕이다.

상술한 것처럼, 지연 제어부(8)는 타이밍 제어부(5)로부터 출력되는 기준 타이밍 신호(도 3(c)~(f) 참조)를, 시간축 방향으로 편이시켜 수광 센서(2)에게 보낸다. 지금, 지연 제어부(8)이 기준 타이밍 신호를 시간축 방향에 대해 1 칩 기간 Tc만큼 지연시켰다고 하면 이 경우, 도 3(b)에 나타내는 수광 강도의 파형이 1 칩 기간 Tc만 오른쪽으로 편이할 때, 각 수광 영역으로부터 얻을 수 있는 전하량은 도 3(c)~(f)에 사선부에서 나타내는 부위의 면적에 상당하는 양이 된다.

즉 기준 타이밍 신호를 1 칩 기간 Tc만 오른쪽으로 편이 시키면 수광 강도의 파형이 1 칩 기간 Tc만 오른쪽으로 편이 하는 거리에 위치하는 대상물(3)까지의 거리를 측정할 수 있다.

수광 강도의 파형이 1 칩 기간 Tc만 오른쪽으로 편이 하는 거리는 상술의 조건에서는 15〔m〕이다. 도 3(c)~(f)에 나타내는 기준 타이밍 신호를 1 칩 기간 Tc만 오른쪽으로 편이 시킨 타이밍 신호를 이용해 구한 거리에 15〔m〕를 가산하면, 대상물(3)까지의 실제의 거리를 얻을 수 있다. 다만, 기준 타이밍 신호를 1 칩 기간 Tc만큼 오른쪽으로 편 옮기게 했을 경우에는 거리의 측정 가능 범위는 15〔m〕~30〔m〕가 된다. 즉, 지연 시간이 1 칩 기간 Tc인 경우에는 측정 가능 범위는 15〔m〕~30〔m〕가 된다.

기준 타이밍 신호를 칩 기간 Tc의 2배만 오른쪽으로 편이 시킨 타이밍 신호를 이용하면(즉, 지연 시간 Td=2Tc), 거리의 측정 가능 범위는 30~45〔m〕가 된다. 다만, 대상물(3)까지의 거리가 커지는 만큼 대상물(3)에서의 반사광의 수광 강도는 저하한다. 따라서, 타이밍 신호를 지연 시키는 것이 가능한 범위(지연 시간의 최대치)는 수광 강도에 응하여 결정된다. 또, 본 실시예의 거리 측정 장치에서는 지연 시간을 변화시키는 것으로 측정 가능 범위를 변화시켜도 측정 가능 범위의 상한치와 하한치의 차이는 일정 하다. 따라서, 측정 가능 범위가 변화해도 거리의 분해가능은 변화하지 않는다.

상술의 설명으로부터 알 수 있듯이 측정 가능 범위의 폭은 단위 기간에 의해 결정된다. 또, 거리의 분해가능도 단위 기간에 의해 결정된다. 한편, 측정 가능 범위의 상한치와 하한치는 지연 시간에 의해 결정된다.

본 실시예의 거리 측정 장치에서는 단위 기간을 변경하지 않고 지연 시간을 변경하는 것으로 측정 가능 범위를 편이 시킨다. 이것에 의해 최대 측정 거리를 변화시킨다. 따라서, 분해가능에 영향을 주지 않고 최대 측정 거리를 변경할 수 있다. 측정 가능 범위는 단위 기간과 지연 시간에 의해 결정된다. 따라서, 도 5(a)에 나타내듯이 측정 가능 범위에 주기성이 없고, 측정 가능 범위 밖의 대상물(3)에 대해서는 거리가 측정되지 않는다. 따라서, 도 5(b)에 나타내듯이 지연 시간에 응한 오프셋(offset) L1를 설정하는 것으로 최대 측정 거리를 변경해도 측정 가능 범위밖의 대상물(3)까지의 거리를 측정하지는 않는다.

그러나, 상술의 예처럼 칩 기간 Tc를 단위로 해서 편이 시킨 타이밍 신호를 이용하면(지연 시간을 칩 기간 Tc의 정수 배로 하면), 측정 가능 범위의 경계 부근(예를 들어,0~15〔m〕와15~30〔m〕를 측정 가능 범위로 하는 경우의 15〔m〕부근)에서는 거리의 산출에 이용되는 전하량 A0와 전하량 A2와의 차이가 작아진다. 그 때문에, 측정 오차가 생기기 쉬워진다. 따라서, 지연 시간은 칩 기간 Tc보다 짧은 시간으로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 6을 참조하여 지연 시간 Td를 칩 기간 Tc의 3분의 2의 시간으로 한 예에 대해 설명한다. 도 6(a)은 변조 신호를 나타내며 도 6(b)은 수광 센서(2)가 수광한 빛의 강도를 나타내며 도 6(c)는 제1 타이밍 신호를 나타내며 도 6(d)는 제2 타이밍 신호를 나타내며 도 6(e)는 제3 타이밍 신호를 나타내며 도 6(f)는 제4 타이밍 신호를 나타낸다.

수광 센서(2)에 의해 얻을 수 있는 전하량 A0~A3로부터 구해진 시간차τ는 발광원(1)으로부터 투광 한 빛이 수광 센서(2)에 입사 할 때까지의 비행 시간 Tf가 아니라 발광원(1)으로부터 투광하여 지연 시간 Td=(2/3) Tc가 경과한 후에 수광 센서(2)에 빛이 입사할 때까지의 시간이다. 따라서, 시간차τ는τ=Tf-Td이다.

칩 기간 Tc가 100〔ns〕인 경우 지연 시간 Td=(2/3) Tc에 상당하는 거리는 10 m이다. 따라서, 도 6에 나타내는 타이밍 신호를 이용하면 도 7(a)에 R11로 나타내듯이 측정 가능 범위는 10〔m〕~25〔m〕가 된다. R10는 지연 시간 Td=0인 경우의 측정 가능 범위를 나타낸다. 또한, 지연 시간 Td를 칩 기간 Tc의 3분의 4의 시간으로 하면 지연 시간 Td=(4/3) Tc에 상당하는 거리는 20 m이다. 이 경우, 도 7(a)에 R12로 나타내듯이 측정 가능 범위는 20〔m〕~35〔m〕가 된다. 지연 시간 Td=(2/3) Tc에 대응하는 측정 가능 범위(근거리측의 측정 가능 범위)와 지연 시간 Td=(4/3) Tc에 대응하는 측정 가능 범위(원거리측의 측정 가능 범위)는 5 m 중복한다. 근거리측의 측정 가능 범위의 상한치(25〔m〕) 부근의 전하량을 이용하지 않도록 하며 원거리측의 측정 가능 범위의 하한치(20〔m〕) 부근의 전하량을 이용하지 않도록 함으로써 측정 오차를 억제할 수 있다.

거리 연산부(6)는 기준 타이밍 신호를 시간축 방향으로 편이시킴으로써 측정 가능 범위가 변경되었을 때에 거리의 보정을 실시한다(도 7(b) 참조). 측정 범위 설정부(9)는 지연 제어부(8)와 거리 연산부(6)에 지연 시간 Td를 통지한다. 거리 연산부(6)는 측정 범위 설정부(9)로부터 통지된 지연 시간 Td에 상당하는 거리를 위상차이τ으로부터 구해진 거리에 가산하는 것으로써 거리의 보정을 실시한다. 거리 연산부(6)는 거리의 보정을 실시하는 것으로 대상물(3)까지의 거리 값을 구한다.

거리 연산부(6)는 복수의 광전변환부에 각각 관련된 복수의 화소를 가지는 거리 화상을 생성하도록 구성된다. 거리 화상의 각 화소는 대상물(3)까지의 거리를 나타내는 화소값을 가진다. 거리 연산부(6)은 화소에 대응하는 대상물(3)까지의 거리가 측정 가능 범위에 포함되어 있으면 화소의 화소값을 대상물(3)까지의 거리를 나타내는 유효 화소값으로 설정한다. 거리 연산부(6)는 화소에 대응하는 대상물(3)까지의 거리가 측정 가능 범위에 포함되지 않으면 화소의 화소값을 대상물(3)까지의 거리가 측정 가능 범위 밖인 것을 나타내는 무효 화소값으로 설정한다.

그러나, 전하량 A1와 전하량 A3와의 차이분은 대상물(3)까지의 거리가 측정 가능 범위의 하한치(이하, "최소 측정 거리"라고 한다)를 밑도는 경우에도 역치 γ 이하가 된다(도 4 참조). 따라서, 정오 판단부(7)는 전하량 A1와 전하량 A3의 차이분이 역치 γ이하이면 대상물(3)까지의 거리가 최소 측정 거리 이하인지 또는 최대 측정 거리의 2배 이상인지를 판정할 수 있다. 정오 판단부(7)는 수광 센서(2)의 수광 영역으로부터 이루어지는 그룹마다 대상물(3)까지의 거리가 측정 가능 범위내인가 아닌가를 판정한다.

측정 범위 설정부(9)는 복수의 다른 시간부터 지연 시간 Td를 선택하여 지연 제어부(8)에 통지하도록 구성되어도 좋다. 지연 제어부(8)는 기준 타이밍 신호를 측정 범위 설정부(9)로부터 통지된 지연 시간 Td만큼 지연시켜 타이밍 신호를 생성하도록 구성된다. 즉, 측정 범위 설정부(9)가 지연 시간이 채 안되어 바꾸도록 하면 측정 가능 범위를 각 지연 시간에 대응하는 측정 가능 범위에 새로 바꿀 수가 있다. 이것에 의해, 거리 측정 장치의 측정 가능 범위를 넓힐 수 있다.

예를 들어, 칩 기간 Tc가 100〔ns〕이고, 지연 시간 Td가 0〔s〕, 75〔ns〕, 150〔ns〕로부터 선택된다고 할 때, 지연 시간 Td=0〔s〕에 대응하는 측정 가능 범위는0~15〔m〕이며, 지연 시간 Td=75〔ns〕에 대응하는 측정 가능 범위는 11.25〔m〕~26. 25〔m〕이며, 지연 시간 Td=150〔ns〕에 대응하는 측정 가능 범위는 22.5〔m〕~37. 5〔m〕이다. 이와 같이 측정 가능 범위(지연 시간 Td)를 새로 바꾸면 거리가 다른 여러 가지 대상물(3)에 대해 거리 측정을 실시할 수 있다.

측정 범위 설정부(9)는 소정 프레임마다 측정 가능 범위(지연 시간 Td)를 자동적으로 새로 바꾸도록 구성되어도 좋다. 상기 소정 프레임은 복수 프레임이라도 좋다. 상기 소정 프레임이 1 프레임인 경우, 측정 범위 설정부(9)는 지연 시간 Td를 순환적으로(지연 시간 Td가 서서히 크거나 또는 작아지도록) 새로 바꾸도록 해도 좋다. 이와 같이 하면, 측정 가능 범위의 경계(상한치 또는 하한치) 부근에 존재하는 대상물(3)이 이동하는 경우에서도 대상물(3)의 움직임을 매끄럽게 추적할 수 있다. 이 경우, 측정 범위 설정부(9)는 지연 시간 제어부 8이 선택 가능한 지연 시간이 순환적으로 선택되도록 지연 제어부(8)에 지시를 보낸다.

또한, 거리 측정 장치는 소정의 이벤트의 발생을 검지하는 이벤트 검지부(10)를 가지고 있어도 좋다. 이벤트 검지부(10)는 예를 들면 거리 연산부(6)에서 생성된 거리 화상에 근거하여 사람과 같은 이동하는 대상물(3)을 검지한다. 이벤트 검지부(10)는 대상물(3)이 이동하는 위치의 예측을 실시하는 예측 수단으로서도 기능한다. 이벤트 검지부(10)는 예측한 결과를 측정 범위 설정부(9)에 통지한다. 측정 범위 설정부(9)는 이벤트 검지부(10)로부터의 지시를 받아 지연 시간 Td를 선택한다. 측정 범위 설정부(9)는 대상물(3)이 인접하는 측정 가능 범위의 경계(거리가 중복하는 범위)에 존재하는 경우, 어느 쪽의 측정 가능 범위(지연 시간 Td)를 선택할까를 이벤트 검지부(10)의 예측 결과에 근거해 결정한다. 이 경우, 대상물(3)을 추적하여 대상물(3)까지의 거리에 응하여 측정 가능 범위를 새로 바꿀 수 있다. 즉, 대상물(3)을 추적해 거리를 측정할 수 있다.

거리 연산부(6)는 측정 가능 범위마다 보정한 거리값을 생성한다. 즉, 거리 연산부(6)는 측정 가능 범위마다의 거리 화상을 생성한다. 예를 들어, 지연 시간 Td가 0〔s〕와 75〔ns〕와 150〔ns〕에서 선택되는 경우 지연 시간 Td(측정 가능 범위) 마다 거리 화상이 생성된다. 즉, 측정 가능 범위가 0~15〔m〕인 거리 화상과 측정 가능 범위가 11.25〔m〕~26. 25〔m〕인 거리 화상과 측정 가능 범위가 22.5〔m〕~37. 5〔m〕인 거리 화상이 생성된다.

실제 공간에서는 수광 센서(2)의 각 수광 영역에는 각각 1개의 대상물(3)로부터의 반사광밖에 입사하지 않는다. 측정 가능 범위가 달라도 1 그룹의 수광 영역에는 1개의 거리치밖에 대응하지 않는다. 따라서, 대상 공간에 있어서 수광 센서(2)에 가장 가까운 대상물(3)으로부터의 반사광만이 수광 영역에 입사한다. 즉, 대상물(3)이 직선 상태로 나란히 있어도 수광 영역에는 거리 측정 장치에 가까운 대상물(3)로 반사된 빛밖에 입사하지 않는다.

복수의 측정 가능 범위(지연 시간)가 설정되어도 수광 센서(2)의 수광 영역의 그룹마다 1개의 거리치만을 대응하면 좋다. 거리 연산부(6)는 측정 가능 범위마다 구해진 거리값을 1매의 거리 화상의 화소에 대응함으로써 복수의 측정 가능 범위로부터 얻을 수 있는 거리값을 이용해 1매의 거리 화상(합성 거리 화상)을 생성하도록 구성되는 것이 바람직하다.

복수의 거리 화상을 하나의 거리 화상으로 합성하려면 (합성 거리 화상을 생성하려면), 거리 연산부(6)는 정오 판단부(7)에서의 판정 결과를 참조하여 대상물(3)까지의 거리가 측정 가능 범위 내라고 판정된 거리치만을 조합한다. 또, 모든 측정 가능 범위에 대해 정오 판단부(7)에서의 판정 결과가 이상치가 되는 화소(최대 측정 거리를 넘거나 또는 최소 측정 거리를 밑도는 것을 나타내는 화소)에는 측정 불능인 것을 나타내는 값을 할당한다. 즉, 거리 연산부(6)는 무효 화소값을 가지는 화소의 수가 적게 되도록 복수의 거리 화상을 합성하여 합성 거리 화상을 생성하도록 구성된다.

이 구성을 채용하면, 측정 가능 범위를 이용자에게 의식시키지 않고 근거리로부터 원거리까지 연결고리 없이 거리를 측정할 수 있다. 여기서, 측정 가능 범위의 경계에서는 상술한 것처럼 오차가 적은 편의 거리를 선택해 이용하는 것이 바람직하다. 다만, 경계에 있어 얻을 수 있는 2개의 거리의 평균치를 이용하거나 각 거리의 가중 평균을 이용하거나 해도 좋다.

그러나, 거리 측정 장치의 측정 정밀도는 대상물(3)까지의 거리가 측정 가능 범위내에서도 변조 신호나 타이밍 신호의 파형의 라운딩(rounding) 등에 기인해 요동하는 일이 있다.

즉, 변조 신호나 타이밍 신호의 파형은 회로의 캐패시턴스 성분이나 유도계수 성분에 기인하여, 완전한 방형파 신호는 되지 않는 것이 있다. 그 때문에, 도 8에 나타내듯이 전하량 A0~A3가 작은 영역과 큰 영역에 있어서 전하량 A0~A3의 이론값(특성 V10)와 실제값(특성 V11)의 사이에 오차가 생기는 일이 있다. 게다가 도 8에서는 전하량 A1, A3를 나타내고 있지만, 전하량 A0, A2에서도 같은 오차가 생길 수 있다. 도 8에 나타내는 예에서는 전하량 A0~A3가 큰 영역에서는 이론값보다 실제값이 작다. 전하량 A0~A3가 작은 영역에서는 이론값보다 실제값이 크다. 실제값은 이론값과는 달리 직선이지 않고 S자 모양의 곡선으로 변화한다.

이와 같이, 전하량 A0~A3에 대해서 거리가 직선적으로 변화하지 않는 것이 있다. 그 때문에, 도 9에 나타내듯이 연산 거리(특성 D10)와 실제 거리(특성 D11)와 차이가 생길 수 있다. 다만, 도 8에 나타내듯이 전하량 A0~A3에는 이론값과 실제값의 기울기가 거의 일치하는 영역이 있다. 따라서, 이론값과 실제값의 기울기가 일치할 때의 전하량 A0~A3를 이용하면 연산 거리와 실제 거리와의 오차를 저감할 수 있다.

지연 시간이 0〔s〕인(최소 측정 거리가 0〔m〕이다) 경우에, 이론값과 실제값의 기울기의 일치도가 높아지는 거리의 범위(최적 범위)를 x~x+a〔m〕로 한다. 지연 시간을 소정의 값으로 하고 최소 측정 거리를 y〔m〕로 했을 경우, 최적 범위는 x+y~x+y+a〔m〕가 된다.

최적 범위 x~x+a〔m〕는 예를 들면 실제 거리와 연산 거리의 오차가 소정치(예를 들어,10%) 이내가 되는 범위로 정한다. 최적 범위 x~x+a〔m〕는 많은 경우, 칩 기간 Tc에 의해 정해지는 측정 가능 범위의 중앙 부근이 된다. 따라서, 측정 가능 범위의 중앙 부근을 거리의 측정에 이용하는 채용 범위 Dp(도 8 참조)로 한다. 이와 같이 하면 직선성이 좋은(고정밀의) 거리 측정이 가능하게 된다.

측정 가능 범위의 중앙 부근의 거리만을 이용할 수가 있도록 복수의 측정 가능 범위를 설정해도 좋다. 이 경우, 거리 연산부(6)는 각 측정 가능 범위 내의 채용 범위 Dp내의 거리만을 이용해 1매의 거리 화상(합성 거리 화상)을 생성하도록 구성된다. 이 구성에서는 각 거리치의 측정 정밀도의 격차가 작아진다. 따라서, 대상물(3)까지의 거리를 고정밀도에 측정할 수 있다.

발광원(1)으로부터 방사된 빛은 대상 공간에 있어서 다중 반사할 우려가 있다. 발광원(1)으로부터 방사된 빛이 다중 반사하면 빛의 정반사 성분에 의해 생성되는 전하량에 빛의 다중 반사 성분에 의해 생성되는 전하량이 가산되어, 전하량이 실제의 전하량보다 많아질 수 있다. 예를 들어, 어느 시간 T1에 있어서의 전하량에 시간 T1보다 후의 시간 T2에 있어서의 전하량이 중첩될 수 있다. 이와 같이 다중 반사가 생겼을 경우에는 다중 반사의 영향에 의해 올바른 전하량을 얻지 못하고, 측정된 거리와 실제의 거리가 크게 달라질 우려가 있다.

여기서, 거리 연산부(6)는 대상물(3)까지의 거리가 소정 거리와 일치할지 어떨지를 판단하여 대상물(3)까지의 거리 L가 소정 거리와 일치하는 화소의 화소값과 대상물(3)까지의 거리가 소정 거리와 일치하지 않는 화소의 화소값을 다르게 하도록 구성되어도 좋다. 예를 들어, 거리 연산부(6)는 화소에 대응하는 대상물(3)까지의 거리가 소정 거리와 일치하면 화소의 화소값을 유효 화소값으로 설정하고, 화소에 대응하는 대상물(3)까지의 거리가 소정 거리와 일치하지 않으면 화소의 화소값을 무효 화소값으로 설정한다.

소정 거리는 발광원(1)이 빛을 방사하고 나서 지연 시간 Td의 경과 후에 비반전 기준 타이밍 신호에 대응한 전하량과 반전 기준 타이밍 신호에 대응한 전하량이 최초로 일치할 때의 비행 시간 Tf에 상당하는 거리이다. 여기서, "대상물(3)까지의 거리가 소정 거리와 일치한다"는 것은 대상물(3)까지의 거리가 엄밀한 의미로 소정 거리에 일치하는 것만이 아니라, 대상물(3)까지의 거리가 다중 반사에 의한 영향을 무시할 수 있는 정도의 거리인 것을 포함한다.

예를 들어, 거리 연산부(6)가 전하량 A0와 전하량 A2를 이용하여 대상물(3)까지의 거리 L를 산출하는 경우를 생각한다. 지연 시간 Td가(2/3) Tc이면, 전하량 A0와 전하량 A2가 최초로 일치할 때의 비행 시간 Tf는 Td+Tc이다. 이 비행 시간 Tf=Td+Tc에 상당하는 거리는 최대 측정 거리 Lmax〔m〕이다. 이 경우, 최대 측정 거리 Lmax는 25〔m〕가 된다.

전하량 A0와 전하량A2는 시간차τ가 1칩 기간 Tc를 초과하면(대상물(3)까지의 거리가 측정 최대거리 Lmax를 초과하면) 일정값인 B가 된다.(도4참조)

거리 연산부(6)는 최대 측정 거리 Lmax에 대응하는 전하량을 이용하여 대상물(3)까지의 거리를 산출한다. 그 때문에, 빛의 다중 반사에 의해 가산되는 전하량은 제1 타이밍 신호와 제2의 타이밍 신호의 어느 경우여도 B이다. 즉, 빛이 다중 반사해도 최대 측정 거리 Lmax에 대응하는 전하량 A0와 전하량 A2와의 각각 중첩 되는 전하량은 동일하다. 그 때문에, 최대 측정 거리 Lmax에 대응하는 전하량 A0와 전하량 A2를 이용하면 발광원(1)으로부터 방사된 빛의 다중 반사에 의한 영향을 받지 않고 대상물(3)까지의 거리를 측정할 수 있다.

상술의 예에서는 지연 시간 Td에 대응하는 측정 가능 범위는 최대 측정 거리 Lmax〔m〕만을 포함한다. 여기서, 빛의 정반사 성분과 다중 반사 성분의 광로차의 허용치는 DA〔m〕으로 한다. 허용치는 다중 반사에 의한 영향을 무시할 수 있는 값이다. 이 경우, 최소 측정 거리 Lmin를, Lmin=Lmax-DA로 할 수가 있다. 즉, 측정 가능 범위를, 최소 측정 거리 Lmin=Lmax-DA로부터 최대 측정 거리 Lmax〔m〕까지의 범위로 할 수 있다. 예를 들어, DA=0. 5〔m〕이며, Lmax=25〔m〕이면, 측정 가능 범위는 24.5〔m〕~25〔m〕가 된다.

여기서, 지연 시간 Td를 허용치 DA〔m〕에 대응하는 시간씩 크게 하면, 다중 반사의 영향이 없는 합성 거리 화상을 얻을 수 있다. 예를 들어, 1 칩 기간 Tc가 100〔ns〕로, DA=0. 5〔m〕일 때 측정 가능 범위가 10〔m〕~25〔m〕까지의 합성 거리 화상을 얻으려면, 지연 시간 Td를 (2/3) Tc(10〔m〕에 상당)로부터 (49/30) Tc(24.5〔m〕에 상당)까지 (1/30) Tc(0.5〔m〕에 상당) 씩 크게 하면 좋다. 게다가 상술한 것처럼 측정 가능 범위의 일부가 다른 측정 가능 범위의 일부와 중복해도 좋다. 즉, 지연 시간 Td는 허용치 DA〔m〕에 대응하는 시간 미만의 시간씩 크게 해도 좋다.

발광원(1)으로부터 방사된 빛은 이상적으로는 수광 센서(2)에 가장 가까운 대상물(3)으로 반사되어 수광 센서(2)로 돌아온다. 그렇지만, 수광 센서(2)로 가장 가까운 대상물(3)의 사이에 유리가 있거나 수광 센서(2)의 근방에 빛의 반사율이 높은 물체가 있거나 하는 경우에는 대상물(3)보다 근거리에 있는 물체로 반사된 빛(빛의 근거리 성분, 플레어(flare) 성분)에 응하는 전하량이 대상물(3)으로 반사된 빛에 대응한 전하량에 가산되어 전하량이 실제의 전하량보다 많아질 수 있다. 예를 들어, 어느 시간 T1에 있어서의 전하량에 시간 T1보다 전의 시간 T3에 있어서의 전하량이 중첩될 수 있다. 이와 같이, 빛의 근거리 성분의 영향에 의해 올바른 전하량을 얻지 못하고 측정된 거리와 실제의 거리가 크게 달라져 버릴 우려가 있다. 특히, 빛의 근거리 성분의 강도는 강하고, 거리 화상에 플레어가 생길 우려가 있다.

여기서, 거리 연산부(6)는 제3 기준 타이밍 신호(지연비반전 기준 타이밍 신호)에 대응하는 전하량 A1와 제4 기준 타이밍 신호(지연 반전 기준 타이밍 신호)에 대응하는 전하량 A3를 이용하여 시간차τ를 구하도록 구성되어도 좋다. 제3 기준 타이밍 신호(제3 타이밍 신호)에 대응하는 전하량 A1와 제4 기준 타이밍 신호(제4 타이밍 신호)에 대응하는 전하량 A3는 시간차 τ가 0 미만, 즉, 지연 시간 Td에 대해서는 대상물(3)까지의 거리가 최소 측정 거리 Lmin 미만이면 일정값인 B가 된다.

그 때문에, 근거리 성분에 의해 가산되는 전하량은 제3 타이밍 신호와 제4 타이밍 신호의 어느 경우에도 B이다. 즉, 빛의 근거리 성분에 의해 제3 타이밍 신호에 대응하는 전하량과 제4 타이밍 신호에 대응하는 전하량의 각각 중첩 되는 전하량은 동일하다. 따라서, 전하량 A1와 전하량 A3와의 차이분을 이용하면 발광원(1)으로부터 방사된 빛의 근거리 성분을 제거할 수 있다.

즉, 전하량 A1와 전하량 A3를 이용하고 한편, 빛의 근거리 성분이 지연 시간 Td내에 수광 센서(2)에 입사하도록 지연 시간 Td를 선택하면 발광원(1)으로부터 방사된 빛의 근거리 성분에 의한 영향을 받지 않고 대상물(3)까지의 거리를 측정할 수 있다.

이상에서 말할 것처럼, 본 실시예의 거리 측정 장치는 발광원(1)과 수광센서(2)의 타이밍 제어부(5)와 거리 연산부(6)와 지연 제어부(8)를 포함한다.

발광원(1)은 대상물(3)이 존재하는 대상 공간에 빛을 조사하기 위해서 이용된다.

수광 센서(2)는 수광 기간 중에 대상 공간으로부터 받은 빛의 강도에 대응한 양의 전하를 생성하는 광전변환부와 광전변환부에서 생성된 전하를 수광 기간보다 긴 소정의 축적 기간에 걸쳐 축적하는 전하 축적부를 포함한다.

타이밍 제어부(5)는 변조 신호를 발광원(1)에 출력하며 복수의 기준 타이밍 신호를 지연 제어부(8)에 출력하도록 구성된다.

여기서, 변조 신호는 방형파 신호이다. 변조 신호가 하이 레벨인 기간과 로우 레벨인 기간의 길이는 소정의 단위 기간의 정수 배의 길이로부터 난수적으로 결정된다. 복수의 기준 타이밍 신호는 변조 신호와 같은 파형을 가지는 비반전 기준 타이밍 신호와 비반전 기준 타이밍 신호를 반전시킨 신호인 반전 기준 타이밍 신호를 포함한다. 상술의 예에서는 제1 기준 타이밍 신호와 제3 기준 타이밍 신호는 각각 비반전 기준 타이밍 신호이다. 제2 기준 타이밍 신호는 제1 기준 타이밍 신호와 조가 되는 반전 기준 타이밍 신호이다. 제4 기준 타이밍 신호는 제3 기준 타이밍 신호와 조가 되는 반전 기준 타이밍 신호이다.

발광원(1)은 타이밍 제어부(5)로부터 받은 변조 신호에 근거하여 빛의 강도를 변화시키도록 구성된다. 상술의 예에서는 발광원(1)은 변조 신호의 신호값이 하이 레벨(제1 값)인 동안은 점등하며, 변조 신호의 신호값(제1 신호값)이 로우 레벨( 제2 값)인 동안은 소등한다.

지연 제어부(8)는 타이밍 제어부(5)로부터 받은 각 기준 타이밍 신호를 지연 시간 Td만 지연시키고 이것에 의해 복수의 타이밍 신호를 생성하여 수광 센서(2)(광전변환부)에 출력하도록 구성된다.

수광 센서(2)(광전변환부)는 지연 제어부(8)로부터 받은 각 타이밍 신호가 하이 레벨인 기간과 로우 레벨인 기간의 어느 쪽이든 한편을 수광 기간으로 선택하도록 구성된다. 상술의 예에서는 수광 센서(2)는 타이밍 신호의 신호치가 하이 레벨인 기간을 수광 기간으로 선택한다. 수광 센서(2)는 타이밍 신호의 신호치가 로우 레벨인 기간을 수광 기간으로 선택해도 좋다.

수광 센서2(전하 축적부)는 광전변환부가 생성한 전하를 복수의 타이밍 신호 의 각각과 대응하여 축적되도록 구성된다.

거리 연산부(6)는 각 타이밍 신호에 대응한 전하량을 이용하여 시간차τ를 구한다. 거리 연산부(6)는 시간차 τ와 지연 시간 Td에 근거하여 대상물(3)까지의 거리를 구하도록 구성된다. 여기서, 시간차 τ는 발광원(1)으로부터 방사된 후에 대상물(3)으로 반사된 빛을 수광 센서(2)(광전변환부)가 받기까지 걸리는 시간인 비행 시간 Tf와 지연 시간 Td의 시간차이다.

본 실시예의 거리 측정 장치에서 축적 기간에 축적되는 전하량은 대상물(3)까지의 거리에 대응하여 변화하는 시간차 τ의 일차 함수가 된다. 여기서, 복수가 다른 타이밍 신호에 각각 대응하여 축적된 전하량을 이용하는 것으로 시간차τ를 결정할 수 있다. 따라서, 대상물(3)까지의 거리를 산출할 수 있다.

또한, 거리 연산부(6)는 전하량으로부터 구해진 시간차τ와 지연 제어부(8)에서의 지연 시간 Td를 이용해 대상물(3)까지의 거리를 구한다. 거리의 분해가능은 기준 타이밍 신호에 의해 정해지며 최대 측정 거리는 단위 기간과 지연 시간 Td에 의해 정해진다. 따라서, 최대 측정 거리에 관계없이 거리의 분해능력을 일정하게 유지할 수 있다. 측정 가능 범위의 폭과 거리의 분해가능은 단위 기간에 의해 결정된다. 거리 측정 장치는 단위 기간을 바꾸지 않고 지연 시간을 바꾸는 것에 의해 측정 가능 범위의 상한치와 하한치를 바꾼다. 즉, 측정 가능 범위의 폭은 그대로 측정 가능 범위의 상한치와 하한치를 바꾼다. 따라서, 최대 측정 거리를 변경해도 거리의 분해가능이 저하하지 않는다.

측정 가능 범위의 폭은 단위 기간에 의해 정해지며, 측정 가능 범위의 하한치는 지연 시간에 의해 정해진다. 거리 연산부(6)는 측정 가능 범위 밖의 대상물(3)까지의 거리를 측정하지 않기 때문에 최대 측정 거리를 변경해도 측정 가능 범위 밖의 거리를 측정하는 일이 없다.

또, 지연 시간 Td를 조절하는 것만으로 거리의 측정 가능 범위를 임의로 설정할 수 있다. 즉, 측정 가능 범위의 폭은 단위 기간에 정해지기 때문에 측정 가능 범위의 상한치와 하한치를 지연 시간에 의해 결정할 수 있다. 따라서, 측정하고 싶은 거리의 범위로 측정 가능 범위를 설정할 수 있다.

바람직하게는 복수의 기준 타이밍 신호는 변조 신호에 일치하는 제1 기준 타이밍 신호와 제1 기준 타이밍 신호를 반전시킨 신호인 제2 기준 타이밍 신호와 변조 신호와 동일한 파형을 가지고 변조 신호로부터 단위 기간(1 칩 기간 Tc) 분만큼 지연한 제3 기준 타이밍 신호와 제3 기준 타이밍 신호를 반전시켜 얻을 수 있는 제4 기준 타이밍 신호를 포함한다. 거리 연산부(6)는 제1 기준 타이밍 신호에 대응하는 전하량 A0와 제2 기준 타이밍 신호에 대응하는 전하량 A2와 제3 기준 타이밍 신호에 대응하는 전하량 A1와 제4 기준 타이밍 신호에 대응하는 전하량 A3를 이용하여 시간차τ를 구하도록 구성된다.

따라서, 환경광(발광원(1)으로부터 방사되는 빛과는 무관한 빛)의 존재하에 있어서도 환경광의 영향을 제거하여 거리를 구할 수 있다.

거리 연산부(6)는 지연 시간 Td에 상당하는 거리를 시간차τ에 상당하는 거리에 가산하는 것으로써 대상물(3)까지의 거리를 산출하도록 구성된다. 따라서, 대상물(3)까지의 거리를 용이하게 구할 수 있다.

거리 측정 장치는 측정 범위 설정부(9)를 포함한다. 측정 범위 설정부(9)는 받은 입력 신호에 대응하여 복수가 다른 시간부터 지연 시간 Td를 선택하여 지연 제어부(8)에 통지하도록 구성된다. 지연 제어부(8)는 기준 타이밍 신호를 측정 범위 설정부(9)로부터 통지된 지연 시간 Td만 지연시켜 타이밍 신호를 생성하도록 구성된다.

이 경우, 측정 가능 범위의 폭을 변경하지 않고(거리의 분해능력을 유지한 채로), 측정 가능 범위의 상한치 및 하한치를 변경할 수 있다.

측정 범위 설정부(9)는 받은 입력 신호에 응하여 지연 시간 Td를 선택한다. 따라서, 사용자가 수동 조작하는 스위치나 사람감 센서등에서 측정 범위 설정부(9)에 입력 신호를 송신하는 것으로 지연 시간 Td(측정 가능 범위)를 변경할 수 있다. 즉, 거리 범위 설정부는 소정의 수단과 제휴해 측정 가능 범위를 변경할 수 있다. 예를 들어, 이동하는 사람을 추적하기 위해서 측정 가능 범위를 변경하는 것이 가능하게 된다.

게다가 측정 범위 설정부(9)는 자동적으로 복수의 다른 시간으로부터 지연 시간 Td를 선택하여 지연 제어부(8)에 통지하도록 구성되어도 좋다.

예를 들어, 측정 범위 설정부(9)가 지연 시간 Td를 복수의 다른 시간에서 순환적으로(순차적으로) 선택하면 이용자에게 측정 가능 범위의 전환을 의식시키지 않고 광범위한 거리 측정을 실시할 수 있다. 즉, 실질적으로 측정 가능 범위를 넓힐 수 있다.

거리 측정 장치는 복수의 광전변환부를 가진다. 상술의 예에서는 수광 센서(2)는 복수의 광전변환부로서 기능한다. 복수의 광전변환부는 촬상면을 형성하도록 평면형태로 배열된다. 거리 연산부(6)는 복수의 광전변환부에 각각 관련된 복수의 화소를 가지는 거리 화상을 생성하도록 구성된다. 거리 연산부(6)는 대상물(3)까지의 거리가 소정 거리와 일치할지 어떨지를 판단해, 대상물(3)까지의 거리가 소정 거리와 일치하는 화소의 화소값과 대상물(3)까지의 거리가 소정 거리와 일치하지 않는 화소의 화소값을 다르게 하도록 구성된다. 소정 거리는 발광원(1)이 빛을 방사하고 나서 지연 시간 Td의 경과 후에 비반전 기준 타이밍 신호에 대응한 전하량과 반전 기준 타이밍 신호에 대응한 전하량이 최초로 일치할 때의 비행 시간 Tf에 상당하는 거리이다. 즉, 소정 거리는 발광원(1)이 빛을 방사할 때의 시간과 발광원(1)이 빛을 방사하고나서 지연 시간 Td의 경과 후에 비반전 기준 타이밍 신호에 대응한 전하량과 반전 기준 타이밍 신호에 대응한 전하량이 최초로 일치할 때의 시간의 차이에 상당하는 거리이다. 이와 같이 하면, 빛의 다중 반사 성분에 의한 영향을 제거할 수 있다.

거리 측정 장치는 대상 공간내에서의 소정의 이벤트의 발생을 검지하는 이벤트 검지부(10)을 가진다. 측정 범위 설정부(9)는 이벤트 검지부(10)이 이벤트의 발생을 검지하면 대상 공간내에서 이벤트가 발생한 장소까지의 거리에 대응하여 지연 시간 Td를 선택하도록 구성된다. 이 경우, 대상 공간에서 발생한 이벤트에 적절한 지연 시간 Td로 대상물(3)까지의 거리를 측정할 수 있다.

거리 측정 장치는 정오 판단부(7)를 포함한다. 정오 판단부(7)는 각 타이밍 신호에 대응한 전하량의 대소 관계에 대해서 소정의 판정 조건을 이용해 대상물(3)까지의 거리가 측정 가능 범위내인가 아닌가를 판단하도록 구성된다.

거리 연산부(6)는 복수의 광전변환부에 각각 대응한 복수의 화소를 가지는 거리 화상을 복수의 지연 시간마다 생성하도록 구성된다.

거리 연산부(6)는 정오 판단부의 판단 결과를 참조하여 거리 화상을 생성하도록 구성된다. 즉, 거리 연산부(6)는 화소에 대응하는 대상물까지의 거리가 측정 가능 범위에 포함되어 있으면 화소의 화소값을 대상물(3)까지의 거리를 나타내는 유효 화소값으로 설정하고 화소에 대응하는 대상물(3)까지의 거리가 측정 가능 범위에 포함되지 않으면 화소의 화소값을 대상물(3)까지의 거리가 측정 가능 범위 밖인 것을 나타내는 무효 화소값으로 설정하도록 구성된다.

거리 연산부(6)는 무효 화소값을 가지는 화소의 수가 적게 되도록 복수의 거리 화상을 합성하여 합성 거리 화상을 생성하도록 구성된다.

측정 가능 범위가 다른 복수의 거리 화상으로부터 각 거리 화상보다 넓은 측정 가능 범위를 가지는 1매의 거리 화상(합성 거리 화상)을 얻을 수 있다. 즉, 광범위한 거리값을 가지는 거리 화상을 생성할 수 있다.

여기서, 거리 화상으로서 다중 반사 성분의 영향이 제거된 거리 화상을 이용하면 거리의 측정 정밀도가 높은 합성 거리 화상을 얻을 수 있다.

여기서, 복수의 지연 시간은 각각 대응하는 측정 가능 범위가 서로 연속하도록 선택되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 측정 가능 범위를 연속적으로 연결할 수 있다. 게다가 "측정 가능 범위가 서로 연속한다"란, 측정 가능 범위가 서로 연속한다고 간주할 수 있는 정도이면 좋다. 따라서, 측정 가능 범위의 일부가 다른 측정 가능 범위의 일부와 중복해도 좋고, 측정 가능 범위의 상한치가 다른 측정 가능 범위의 하한치와 일치해도 좋다. 또, 측정 가능 범위의 상한치와 다른 측정 가능 범위의 하한치와의 차이가 측정 가능 범위의 상한치가 다른 측정 가능 범위의 하한치와 일치한다고 간주할 수 있는 정도이면 측정 가능 범위가 서로 연속하고 있다고 말할 수 있다.

바람직하게는 복수의 기준 타이밍 신호는 변조 신호와 동일한 파형을 가지고 변조 신호로부터 단위 기간분만큼 지연한 지연 비반전 기준 타이밍 신호와 상기 지연비반전 기준 타이밍 신호를 반전시켜 얻을 수 있는 지연 반전 기준 타이밍 신호를 포함한다. 상술의 예에서 지연 비반전 기준 타이밍 신호는 제3 기준 타이밍 신호이며, 지연 반전 기준 타이밍 신호는 제4 기준 타이밍 신호이다. 거리 연산부(6)는 지연 비반전 기준 타이밍 신호(제3의기준 타이밍 신호)에 대응하는 전하량 A1와 지연 반전 기준 타이밍 신호( 제4 기준 타이밍 신호)에 대응하는 전하량 A3를 이용하여 시간차τ를 구하도록 구성되어도 좋다. 이와 같이 하면, 발광원(1)으로부터 방사된 빛의 근거리 성분에 의한 영향을 받지않고 대상물(3)까지의 거리를 측정할 수 있다.

1 발광원
2 수광 센서
3 대상물
4 코드 발생기
5 타이밍 제어부
6 거리 연산부
7 정오 판단부
8 지연 제어부
9 거리범위 설정부
10 이벤트 검지부

Claims

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대상물이 존재하는 대상 공간에 빛을 방사하기 위한 발광원;
수광 기간 중에 상기 대상 공간으로부터 받은 빛의 강도에 응한 양의 전하를 생성하는 광전변환부;
상기 광전변환부에서 생성된 전하를 상기 수광 기간보다 긴 소정의 축적 기간에 걸쳐 축적하는 전하 축적부;
타이밍 제어부;
지연 제어부;
거리 연산부를 포함하며,
상기 타이밍 제어부는 변조 신호를 상기 발광원에 출력하여 복수의 기준 타이밍 신호를 상기 지연 제어부에 출력하도록 구성되며,
상기 변조 신호는 방형파 신호이며, 상기 변조 신호가 하이 레벨인 기간과 로우 레벨인 기간의 길이는 소정의 단위 기간의 정수 배의 길이로부터 난수적으로 결정되며,
상기 복수의 기준 타이밍 신호는 상기 변조 신호와 같은 파형을 가지는 비반전 기준 타이밍 신호와 상기 비반전 기준 타이밍 신호를 반전시킨 신호인 반전 기준 타이밍 신호를 포함하며,
상기 발광원은 상기 타이밍 제어부로부터 받은 상기 변조 신호에 근거하여 빛의 강도를 변화시키도록 구성되며,
상기 지연 제어부는 상기 타이밍 제어부로부터 받은 상기 각 기준 타이밍 신호를 지연 시간만큼 지연시켜 복수의 타이밍 신호를 생성하여 상기 광전변환부에 출력하도록 구성되며,
상기 광전변환부는 상기 지연 제어부로부터 받은 상기 각 타이밍 신호가 하이 레벨인 기간과 로우 레벨인 기간의 어느 쪽이든 한편을 상기 수광 기간으로 선택하도록 구성되며,
상기 전하 축적부는 상기 광전변환부가 생성한 전하를 상기 복수의 타이밍 신호의 각각에 대응하여 축적하도록 구성되며,
상기 거리 연산부는 상기 각 타이밍 신호에 대응한 전하량을 이용하여 시간차를 구하며, 구해진 상기 시간차와 상기 지연 시간에 근거하여 상기 대상물까지의 거리를 구하도록 구성되는 것을 특징으로 하되,
상기 복수의 기준 타이밍 신호는 상기 변조 신호에 일치하는 제1 기준 타이밍 신호, 상기 제1 기준 타이밍 신호를 반전시킨 신호인 제2 기준 타이밍 신호, 상기 변조 신호와 동일한 파형을 가지며 상기 변조 신호로부터 단위 기간분만큼 지연한 제3 기준 타이밍 신호, 그리고 상기 제3 기준 타이밍 신호를 반전시킨 신호인 제4 기준 타이밍 신호를 포함하며,
상기 거리 연산부는 상기 제1 기준 타이밍 신호에 대응하는 전하량과 상기 제2 기준 타이밍 신호에 대응하는 전하량과 상기 제3 기준 타이밍 신호에 대응하는 전하량과 상기 제4 기준 타이밍 신호에 대응하는 전하량을 이용하여 상기 시간차를 구하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
대상물이 존재하는 대상 공간에 빛을 방사하기 위한 발광원;
수광 기간 중에 상기 대상 공간으로부터 받은 빛의 강도에 응한 양의 전하를 생성하는 광전변환부;
상기 광전변환부에서 생성된 전하를 상기 수광 기간보다 긴 소정의 축적 기간에 걸쳐 축적하는 전하 축적부;
타이밍 제어부;
지연 제어부;
거리 연산부를 포함하며,
상기 타이밍 제어부는 변조 신호를 상기 발광원에 출력하여 복수의 기준 타이밍 신호를 상기 지연 제어부에 출력하도록 구성되며,
상기 변조 신호는 방형파 신호이며, 상기 변조 신호가 하이 레벨인 기간과 로우 레벨인 기간의 길이는 소정의 단위 기간의 정수 배의 길이로부터 난수적으로 결정되며,
상기 복수의 기준 타이밍 신호는 상기 변조 신호와 같은 파형을 가지는 비반전 기준 타이밍 신호와 상기 비반전 기준 타이밍 신호를 반전시킨 신호인 반전 기준 타이밍 신호를 포함하며,
상기 발광원은 상기 타이밍 제어부로부터 받은 상기 변조 신호에 근거하여 빛의 강도를 변화시키도록 구성되며,
상기 지연 제어부는 상기 타이밍 제어부로부터 받은 상기 각 기준 타이밍 신호를 지연 시간만큼 지연시켜 복수의 타이밍 신호를 생성하여 상기 광전변환부에 출력하도록 구성되며,
상기 광전변환부는 상기 지연 제어부로부터 받은 상기 각 타이밍 신호가 하이 레벨인 기간과 로우 레벨인 기간의 어느 쪽이든 한편을 상기 수광 기간으로 선택하도록 구성되며,
상기 전하 축적부는 상기 광전변환부가 생성한 전하를 상기 복수의 타이밍 신호의 각각에 대응하여 축적하도록 구성되며,
상기 거리 연산부는 상기 각 타이밍 신호에 대응한 전하량을 이용하여 시간차를 구하며, 구해진 상기 시간차와 상기 지연 시간에 근거하여 상기 대상물까지의 거리를 구하도록 구성되는 것을 특징으로 하되,
상기 거리 연산부는 상기 지연 시간에 상당하는 거리를 상기 시간차에 상당하는 거리에 가산하는 것으로써 상기 대상물까지의 거리를 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
대상물이 존재하는 대상 공간에 빛을 방사하기 위한 발광원;
수광 기간 중에 상기 대상 공간으로부터 받은 빛의 강도에 응한 양의 전하를 생성하는 광전변환부;
상기 광전변환부에서 생성된 전하를 상기 수광 기간보다 긴 소정의 축적 기간에 걸쳐 축적하는 전하 축적부;
타이밍 제어부;
지연 제어부;
거리 연산부를 포함하며,
상기 타이밍 제어부는 변조 신호를 상기 발광원에 출력하여 복수의 기준 타이밍 신호를 상기 지연 제어부에 출력하도록 구성되며,
상기 변조 신호는 방형파 신호이며, 상기 변조 신호가 하이 레벨인 기간과 로우 레벨인 기간의 길이는 소정의 단위 기간의 정수 배의 길이로부터 난수적으로 결정되며,
상기 복수의 기준 타이밍 신호는 상기 변조 신호와 같은 파형을 가지는 비반전 기준 타이밍 신호와 상기 비반전 기준 타이밍 신호를 반전시킨 신호인 반전 기준 타이밍 신호를 포함하며,
상기 발광원은 상기 타이밍 제어부로부터 받은 상기 변조 신호에 근거하여 빛의 강도를 변화시키도록 구성되며,
상기 지연 제어부는 상기 타이밍 제어부로부터 받은 상기 각 기준 타이밍 신호를 지연 시간만큼 지연시켜 복수의 타이밍 신호를 생성하여 상기 광전변환부에 출력하도록 구성되며,
상기 광전변환부는 상기 지연 제어부로부터 받은 상기 각 타이밍 신호가 하이 레벨인 기간과 로우 레벨인 기간의 어느 쪽이든 한편을 상기 수광 기간으로 선택하도록 구성되며,
상기 전하 축적부는 상기 광전변환부가 생성한 전하를 상기 복수의 타이밍 신호의 각각에 대응하여 축적하도록 구성되며,
상기 거리 연산부는 상기 각 타이밍 신호에 대응한 전하량을 이용하여 시간차를 구하며, 구해진 상기 시간차와 상기 지연 시간에 근거하여 상기 대상물까지의 거리를 구하도록 구성되는 것을 특징으로 하되,
상기 거리 측정 장치는 거리 범위 설정부를 더 포함하며,
상기 거리 범위 설정부는 받은 입력 신호에 응하여 복수의 다른 시간으로부터 상기 지연 시간을 선택하여 상기 지연 제어부에 통지하도록 구성되며,
상기 지연 제어부는 상기 기준 타이밍 신호를 상기 거리 범위 설정부로부터 통지된 상기 지연 시간만큼 지연시켜 상기 타이밍 신호를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
제4 항에 있어서,
상기 거리 측정 장치는 상기 광전변환부를 복수 개 포함하며,
상기 복수의 광전변환부는 촬상면을 형성하도록 평면형태로 배열되고,
상기 거리 연산부는 상기 복수의 광전변환부 각각과 관련된 복수의 화소를 가지는 거리 화상을 생성하도록 구성되며,
상기 거리 연산부는 상기 대상물까지의 거리가 소정 거리와 일치할지 어떨지를 판단하여 상기 대상물까지의 거리가 상기 소정 거리와 일치하는 상기 화소의 화소값과 상기 대상물까지의 거리가 상기 소정 거리와 일치하지 않는 상기 화소의 화소값을 구별하도록 구성되며,
상기 소정 거리는 상기 발광원이 빛을 방사할 때의 시간과 상기 발광원이 빛을 방사하고 나서 상기 지연 시간의 경과후에 상기 비반전 기준 타이밍 신호에 대응한 전하량과 상기 반전 기준 타이밍 신호에 대응한 전하량이 최초로 일치할 때의 시간과의 차이에 상당하는 거리인 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
대상물이 존재하는 대상 공간에 빛을 방사하기 위한 발광원;
수광 기간 중에 상기 대상 공간으로부터 받은 빛의 강도에 응한 양의 전하를 생성하는 광전변환부;
상기 광전변환부에서 생성된 전하를 상기 수광 기간보다 긴 소정의 축적 기간에 걸쳐 축적하는 전하 축적부;
타이밍 제어부;
지연 제어부;
거리 연산부를 포함하며,
상기 타이밍 제어부는 변조 신호를 상기 발광원에 출력하여 복수의 기준 타이밍 신호를 상기 지연 제어부에 출력하도록 구성되며,
상기 변조 신호는 방형파 신호이며, 상기 변조 신호가 하이 레벨인 기간과 로우 레벨인 기간의 길이는 소정의 단위 기간의 정수 배의 길이로부터 난수적으로 결정되며,
상기 복수의 기준 타이밍 신호는 상기 변조 신호와 같은 파형을 가지는 비반전 기준 타이밍 신호와 상기 비반전 기준 타이밍 신호를 반전시킨 신호인 반전 기준 타이밍 신호를 포함하며,
상기 발광원은 상기 타이밍 제어부로부터 받은 상기 변조 신호에 근거하여 빛의 강도를 변화시키도록 구성되며,
상기 지연 제어부는 상기 타이밍 제어부로부터 받은 상기 각 기준 타이밍 신호를 지연 시간만큼 지연시켜 복수의 타이밍 신호를 생성하여 상기 광전변환부에 출력하도록 구성되며,
상기 광전변환부는 상기 지연 제어부로부터 받은 상기 각 타이밍 신호가 하이 레벨인 기간과 로우 레벨인 기간의 어느 쪽이든 한편을 상기 수광 기간으로 선택하도록 구성되며,
상기 전하 축적부는 상기 광전변환부가 생성한 전하를 상기 복수의 타이밍 신호의 각각에 대응하여 축적하도록 구성되며,
상기 거리 연산부는 상기 각 타이밍 신호에 대응한 전하량을 이용하여 시간차를 구하며, 구해진 상기 시간차와 상기 지연 시간에 근거하여 상기 대상물까지의 거리를 구하도록 구성되는 것을 특징으로 하되,
상기 거리 측정 장치는 거리 범위 설정부를 더 포함하며,
상기 거리 범위 설정부는 복수의 다른 시간으로부터 상기 지연 시간을 선택해 상기 지연 제어부에 통지하도록 구성되며,
상기 지연 제어부는 상기 기준 타이밍 신호를 상기 거리 범위 설정부로부터 통지된 상기 지연 시간만 지연시켜 상기 타이밍 신호를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
제6 항에 있어서,
상기 거리 측정 장치는 상기 대상 공간 내에서의 소정의 이벤트의 발생을 검지하는 이벤트 검지부를 더 포함하고,
상기 광전변환부를 복수 개 포함하며,
상기 복수의 광전변환부는 촬상면을 형성하도록 평면형태로 배열되며,
상기 거리 범위 설정부는 상기 이벤트 검지부가 상기 이벤트의 발생을 검지하면, 상기 대상 공간 내에서 상기 이벤트가 발생한 장소까지의 거리에 응하여 상기 지연 시간을 선택하도록 구성되며,
상기 거리 연산부는 상기 복수의 광전변환부에 각각 관련된 복수의 화소를 가지는 거리 화상을 생성하도록 구성되며 상기 각 화소는 상기 대상물까지의 거리를 나타내는 화소값을 가지는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
제6 항에 있어서,
상기 거리 측정 장치는 상기 광전변환부를 복수 개 포함하며,
상기 복수의 광전변환부는 촬상면을 형성하도록 평면형태로 배열되며,
상기 거리 범위 설정부는 측정 가능 범위가 서로 다른 복수의 상기 지연 시간을 선택하도록 구성되며,
상기 거리 연산부는 상기 복수의 광전변환부에 각각 대응한 복수의 화소를 가지는 거리 화상을 상기 복수의 지연 시간마다 생성하도록 구성되며,
상기 거리 연산부는 상기 화소에 대응하는 상기 대상물까지의 거리가 상기 측정 가능 범위에 포함되어 있으면 상기 화소의 화소값을 상기 대상물까지의 거리를 나타내는 유효 화소값으로 설정하고, 상기 화소에 대응하는 상기 대상물까지의 거리가 상기 측정 가능 범위에 포함되지 않으면 상기 화소의 화소값을 상기 대상물까지의 거리가 측정 가능 범위 밖인 것을 나타내는 무효 화소값으로 설정하도록 구성되며,
상기 거리 연산부는 상기 무효 화소값을 가지는 상기 화소의 수가 적게 되도록 복수의 상기 거리 화상을 합성해 합성 거리 화상을 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
제8 항에 있어서,
상기 복수의 지연 시간은 각각 대응하는 상기 측정 가능 범위가 서로 연속하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
제8 항에 있어서,
상기 거리 연산부는 상기 화소에 대응하는 상기 대상물까지의 거리가 소정 거리와 일치하면 상기 화소의 화소값을 상기 유효 화소값으로 설정하고, 상기 화소에 대응하는 상기 대상물까지의 거리가 상기 소정 거리와 일치하지 않으면 상기 화소의 화소값을 상기 무효 화소값으로 설정하도록 구성되며,
상기 소정 거리는 상기 발광원이 빛을 방사할 때의 시간과 상기 발광원이 빛을 방사하고 나서 상기 지연 시간의 경과 후에 상기 비반전 기준 타이밍 신호에 대응한 전하량과 상기 반전 기준 타이밍 신호에 대응한 전하량이 최초로 일치할 때의 시간과의 차이에 상당하는 거리인 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
제8 항에 있어서,
상기 거리 측정 장치는 정오 판단부를 더 포함하며,
상기 정오 판단부는 상기 각 타이밍 신호에 대응한 전하량의 대소 관계에 대해서 소정의 판정 조건을 이용하여 상기 대상물까지의 거리가 측정 가능 범위 내인가 아닌가를 판단하도록 구성되며,
상기 거리 연산부는 상기 정오 판단부의 판단 결과를 참조하여 상기 거리 화상을 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
대상물이 존재하는 대상 공간에 빛을 방사하기 위한 발광원;
수광 기간 중에 상기 대상 공간으로부터 받은 빛의 강도에 응한 양의 전하를 생성하는 광전변환부;
상기 광전변환부에서 생성된 전하를 상기 수광 기간보다 긴 소정의 축적 기간에 걸쳐 축적하는 전하 축적부;
타이밍 제어부;
지연 제어부;
거리 연산부를 포함하며,
상기 타이밍 제어부는 변조 신호를 상기 발광원에 출력하여 복수의 기준 타이밍 신호를 상기 지연 제어부에 출력하도록 구성되며,
상기 변조 신호는 방형파 신호이며, 상기 변조 신호가 하이 레벨인 기간과 로우 레벨인 기간의 길이는 소정의 단위 기간의 정수 배의 길이로부터 난수적으로 결정되며,
상기 복수의 기준 타이밍 신호는 상기 변조 신호와 같은 파형을 가지는 비반전 기준 타이밍 신호와 상기 비반전 기준 타이밍 신호를 반전시킨 신호인 반전 기준 타이밍 신호를 포함하며,
상기 발광원은 상기 타이밍 제어부로부터 받은 상기 변조 신호에 근거하여 빛의 강도를 변화시키도록 구성되며,
상기 지연 제어부는 상기 타이밍 제어부로부터 받은 상기 각 기준 타이밍 신호를 지연 시간만큼 지연시켜 복수의 타이밍 신호를 생성하여 상기 광전변환부에 출력하도록 구성되며,
상기 광전변환부는 상기 지연 제어부로부터 받은 상기 각 타이밍 신호가 하이 레벨인 기간과 로우 레벨인 기간의 어느 쪽이든 한편을 상기 수광 기간으로 선택하도록 구성되며,
상기 전하 축적부는 상기 광전변환부가 생성한 전하를 상기 복수의 타이밍 신호의 각각에 대응하여 축적하도록 구성되며,
상기 거리 연산부는 상기 각 타이밍 신호에 대응한 전하량을 이용하여 시간차를 구하며, 구해진 상기 시간차와 상기 지연 시간에 근거하여 상기 대상물까지의 거리를 구하도록 구성되는 것을 특징으로 하되,
상기 복수의 기준 타이밍 신호는 상기 변조 신호와 동일한 파형을 가지며 상기 변조 신호로부터 상기 단위 기간분만큼 지연한 지연 비반전 기준 타이밍 신호와 상기 지연비반전 기준 타이밍 신호를 반전시킨 신호인 지연 반전 기준 타이밍 신호를 포함하며,
상기 거리 연산부는 상기 지연비반전 기준 타이밍 신호에 대응하는 전하량과 상기 지연 반전 기준 타이밍 신호에 대응하는 전하량을 이용하여 상기 시간차를 구하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.