WO2020174765A1 - 測距装置、測距方法、およびプログラム - Google Patents

測距装置、測距方法、およびプログラム Download PDF

Info

Publication number
WO2020174765A1
WO2020174765A1 PCT/JP2019/044259 JP2019044259W WO2020174765A1 WO 2020174765 A1 WO2020174765 A1 WO 2020174765A1 JP 2019044259 W JP2019044259 W JP 2019044259W WO 2020174765 A1 WO2020174765 A1 WO 2020174765A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
light receiving
light beams
control circuit
beams
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/044259
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
加藤　弓子
和樹 中村
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority to JP2021501567A priority Critical patent/JPWO2020174765A1/ja
Publication of WO2020174765A1 publication Critical patent/WO2020174765A1/ja
Priority to US17/388,315 priority patent/US20210356587A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G01S7/4815—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone using multiple transmitters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4868—Controlling received signal intensity or exposure of sensor

Definitions

  • the present disclosure relates to a distance measuring device, a distance measuring method, and a program.
  • Patent Document 1 discloses a system for measuring the distance to an object by using the Ding ⁇ (T1s 6 ⁇ NOTE I 1 9 1) technology.
  • Patent Document 1 discloses a locking system that uses modulated light of a plurality of frequencies in order to remove aliasing of the locking signal.
  • Patent Document 2 discloses a system that measures the distance to an object by scanning the space with a light beam and detecting the reflected light from the object. This system causes one or more light receiving elements in the image sensor to sequentially detect reflected light while changing the direction of the light beam in each of a plurality of frame periods. By such operation, we succeeded in shortening the time required to acquire the distance information of the entire target scene.
  • Patent Document 3 discloses a scanning method in which a scene is divided into a plurality of regions, and light having a different spatial density is emitted for each region.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 20 1 6 _ 2 1 4 0 6 2
  • Patent Document 2 JP 20 18 _ 1 2 4 2 7 1
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 1 3 _ 1 5 6 1 3 8
  • the present disclosure provides a technique for more efficiently acquiring distance information of a target scene. ⁇ 2020/174765 2 ⁇ (:171?2019/044259 Means for solving problems
  • a distance measuring apparatus includes at least one light source that emits a light beam and a plurality of light receiving elements, and reflects the reflected light from the scene generated by the irradiation of the light beam.
  • a light receiving device for receiving light
  • a control circuit for controlling the at least one light source and the light receiving device, and a signal processing circuit.
  • the control circuit includes at least one exposure operation for detecting and accumulating charges generated by receiving the reflected light in at least a part of the plurality of light receiving elements, and a charge output operation for reading out the accumulated charges. And are repeatedly executed, and the at least one light source emits a plurality of light beams whose irradiation areas do not overlap with each other toward the scene during two consecutive charge output operations.
  • the signal processing circuit generates and outputs distance data based on the received light data generated based on the charge.
  • a comprehensive or specific aspect of the present disclosure may be realized by a recording medium such as a system, an apparatus, a method, an integrated circuit, a computer program or a computer readable recording disk, and a system, an apparatus, a method, It may be realized by any combination of an integrated circuit, a computer program, and a recording medium.
  • the computer-readable recording medium may include a non-volatile recording medium such as a CD-ROM (CompactDicsc-R e a d O n l y Me mory).
  • the device may consist of one or more devices. When a device is composed of two or more devices, the two or more devices may be arranged in one device or may be separately arranged in two or more separate devices.
  • "device" can mean not only one device, but also a system composed of a plurality of devices.
  • Fig. 1 is a diagram schematically showing a distance measuring device in an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of a usage scene of a distance measuring device.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a distance measuring device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of light beam information recorded in a memory.
  • Fig. 5 is a diagram schematically showing a region covered by a plurality of light beams defined by the light beam information shown in Fig. 4.
  • Fig. 68 is a diagram for explaining an example of the operation in the indirect switching system.
  • Fig. 68 is a diagram for explaining another example of the operation in the indirect switching method.
  • FIG. 78 is a diagram showing a first example of a light detection method.
  • FIG. 78 is a diagram showing a second example of the light detection method.
  • FIG. 8 is a perspective view schematically showing an example of a light emitting device.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of one optical waveguide device and an example of propagating light.
  • FIG. 10 is a diagram showing a cross section of an optical waveguide array that emits light in a direction perpendicular to the emission surface of the optical waveguide array.
  • FIG. 108 is a diagram showing a cross section of an optical waveguide array that emits light in a direction different from the direction perpendicular to the emission surface of the optical waveguide array.
  • FIG. 11 A perspective view schematically showing an optical waveguide array in a three-dimensional space.
  • FIG. 12 A schematic view of the optical waveguide array and the phase shifter array as seen from the normal direction (direction) of the light emitting surface.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a light source.
  • FIG. 14 is a diagram showing another configuration example of the light source.
  • FIG. 15 is a diagram showing still another configuration example of the light source.
  • FIG. 16 is a diagram showing still another configuration example of the light source.
  • FIG. 17 is a side view schematically showing a configuration example of a light receiving device. ⁇ 2020/174765 4 ⁇ (:171?2019/044259
  • FIG. 178 is a perspective view schematically showing a configuration example of a light receiving device.
  • FIG. 18 is a diagram showing an example of data recorded in a memory.
  • FIG. 19 is a flowchart showing an outline of the operation of the distance measuring device in the first embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram schematically showing the relationship between the direction of the emitted light beam, the position of the object, and the light receiving position.
  • FIG. 208 is a diagram showing an example of an efficient scanning method.
  • FIG. 21 Eight A flow chart showing an example of detailed operation of step 3120.
  • FIG. 218 is a flowchart showing another example of detailed operation of step 3120.
  • FIG. 21(:] is a flowchart showing still another example of the detailed operation of step 3120.
  • FIG. 22 is a flow chart showing an example of detailed operation of step 3300.
  • FIG. 23 is a flowchart showing an example of detailed operation of step 3140.
  • FIG. 24 is a diagram showing an example of data recorded in a memory in a modified example.
  • FIG. 25 is a diagram for explaining the operation in the modified example.
  • FIG. 26 is a block diagram showing a basic configuration of the distance measuring device according to the second embodiment.
  • FIG. 27 is a diagram schematically showing an example of arrangement of two light sources in the second embodiment.
  • FIG. 278 is a diagram schematically showing an example of arrangement of four light sources.
  • FIG. 28 is a block diagram showing an example of a configuration of a distance measuring device according to the second embodiment.
  • FIG. 29 is a diagram showing an example of information recorded in a memory in the second embodiment.
  • FIG. 30 is a diagram showing a coordinate system of an image sensor plane.
  • FIG. 31 is a flow chart showing an example of the operation of step 3120 in the second embodiment.
  • FIG. 318 Flow showing another example of the operation of step 3120 in the second embodiment. ⁇ 2020/174765 5 ⁇ (:171?2019/044259
  • FIG. 31(:) is a flowchart showing still another example of the operation of step 3120 in the second embodiment.
  • Fig. 310 is a flow chart showing details of the operation of selecting the directions of a plurality of light beams for each light source in step 3320.
  • FIG. 32 is a diagram showing a first example of the operation in the second embodiment.
  • FIG. 328 is a diagram showing a second example of the operation in the second embodiment.
  • FIG. 33 A flow chart showing the operations of light projection and exposure in the second embodiment.
  • FIG. 34 is a diagram showing an operation of a modified example of the second embodiment.
  • FIG. 348 is a diagram showing an operation of another modification of the second embodiment.
  • the inventors of the present invention receive reflected light from a plurality of different objects on the same light receiving element. I found that there are cases. If the axis of the light beam emitted from the light source and the axis of the light beam received by the image sensor match, the distance to the object located on the axis of those light beams must be measured correctly. ⁇ 2020/174765 6 ⁇ (:171?2019/044259
  • the light diffused from a specific direction when viewed from the center point of the light receiving surface of the image sensor is focused by the optical component at one point on the light receiving surface. ..
  • the position of the object that reflects the light beam is unknown. That is, the direction of the reflected light seen from the center point of the light receiving surface of the image sensor is unclear, and it is unknown which light receiving element receives the light. Therefore, when a plurality of light beams are successively emitted in different directions within a preset frame period, reflected light from a plurality of different objects may enter the same light receiving element. In that case, the distance at the position corresponding to the light receiving element cannot be accurately measured.
  • the present inventors have found that the above problems can be solved by appropriately determining the combination of the directions of a plurality of light beams based on the relationship between the direction of the light beam and the direction of the reflected light. ..
  • By appropriately determining the combination of the directions of the plurality of light beams it is possible to prevent the reflected light from reaching the same point on the light receiving surface of the light receiving device regardless of the position of the object.
  • the distance information can be obtained more accurately by emitting the light beams in a plurality of different directions determined in this way within a preset unit period.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a distance measuring apparatus 100 in an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • This distance measuring device 100 has at least one light source 110 capable of changing the emitting direction of a light beam, a light receiving device 120, a control circuit 130, and a signal processing circuit 140.
  • the control circuit 130 and the signal processing circuit 140 are realized by two separate circuits.
  • the control circuit 1300 and the signal processing circuit 1440 may be realized by a single circuit.
  • each of the control circuit 130 and the signal processing circuit 140 may be realized by a set of a plurality of circuits.
  • the light source 110 is a light emitting device capable of emitting a light beam in a plurality of different directions.
  • the light source 1 1 0 is the method of emitting the light beam emitted toward the scene. ⁇ 2020/174765 7 ⁇ (:171?2019/044259
  • the light receiving device 120 includes a plurality of light receiving elements, and has a function of detecting light for each light receiving element.
  • the light receiving device 120 may include, for example, an image sensor in which a plurality of light receiving elements are two-dimensionally arranged along the imaging surface, and an optical system that forms an image on the imaging surface of the image sensor.
  • the light receiving device 120 receives the reflected light from the scene generated by the irradiation of the light beam.
  • the control circuit 1300 controls the light source 110 and the light receiving device 120. The control circuit 1300 performs the following operations.
  • At least one exposure operation for detecting and accumulating the electric charge generated by receiving the reflected light on at least a part of the plurality of light receiving elements, and the charge output operation for reading the accumulated electric charge are repeated. Let it run. (Case) At least one light source 110 emits a plurality of light beams whose irradiation areas do not overlap with each other toward the scene during two consecutive charge output operations.
  • the plurality of light receiving elements generate light reception data based on the accumulated charges.
  • the signal processing circuit 140 generates and outputs distance data based on the received light data output from the plurality of light receiving elements.
  • distance data means any form of data that represents the absolute distance of one or more measurement points in a scene from a reference point, or the relative distance between measurement points. ..
  • the distance data may be, for example, distance image data that is two-dimensional image data in which, for each pixel, the distance information of the measurement point corresponding to the pixel is attached.
  • the distance data may also be 3D point cloud data representing the 3D coordinates of each measurement point.
  • the distance data is not limited to the data representing the distance directly, but the sensor data acquired for the distance measurement, that is, the 3 May be data.
  • the data is, for example, received light data indicating the amount of light detected by each light receiving element of the light receiving device 120.
  • the data can be handled as distance data, together with the additional data required to calculate the distance.
  • the additional data is, for example, data indicating the exposure timing and the exposure time width of each light receiving element, which are necessary for distance calculation by an indirect switch described later.
  • the at least one light source 110 may be a single light source or multiple light sources. ⁇ 2020/174765 8 ⁇ (:171?2019/044259
  • the light source 110 may be configured to emit a light beam in a plurality of directions at the same time, or may be configured to change the direction of the light beam within a unit period. That is, the plurality of light beams may be emitted simultaneously or sequentially.
  • the control circuit 130 controls the exposure timing of each of the plurality of light receiving elements so that the reflected light of each of the plurality of light beams is received by any of the plurality of light receiving elements.
  • At least one light source 110 scans the scene by changing the combination of directions and repeating the emission of multiple light beams.
  • the control circuit 130 sets the directions of the plurality of light beams so that the reflected light generated by the plurality of light beams respectively enters different light receiving elements of the plurality of light receiving elements. decide. For example, when a plurality of light receiving elements are two-dimensionally arranged along the light receiving surface of the light receiving device 120, the control circuit 130 is configured so that the paths of the plurality of light beams projected on the light receiving surface are The combination of the directions of the plurality of light beams may be determined so that they do not overlap with each other or intersect with each other in the light receiving surface. By doing so, it is possible to prevent reflected light from a plurality of objects from entering one light receiving element.
  • the control circuit 130 may start exposure at a fixed timing and stop exposure at a fixed timing for all the light receiving elements. Even in that case, only a part of the light receiving elements receives the reflected light generated by the plurality of light beams emitted from the light source 110. Therefore, during one exposure period, only the received light data from some light receiving elements is used for distance measurement.
  • the "light reception data" may be, for example, a signal indicating the amount of light detected by the light receiving element. Such received light data can be used for, for example, a distance measurement by an indirect method described later. When indirect distance measurement is performed, multiple exposure periods can be set within a unit period for each light receiving element. The distance can be obtained by calculation using the received light data obtained in a plurality of exposure periods.
  • the “light reception data” may be a signal indicating the fact that the light receiving element has detected light, or a signal indicating the time from the emission of the light beam to the reception of the light beam. ⁇ 2020/174765 9 ⁇ (:171?2019/044259
  • Such received light data can be used, for example, for distance measurement by a direct method described later.
  • the control circuit 130 causes the at least one light source 110 to emit a plurality of light beams in each of a plurality of unit periods each including at least one charge output operation. At least a part of the plurality of light receiving elements receives the reflected light from the scene generated by the plurality of light beams. At this time, the combination of the directions of the plurality of light beams may be set to be different for each unit period. For example, the entire plurality of light beams emitted in a plurality of unit periods can be determined to cover the entire target area for a preset distance range. The generation of the distance information can be performed for each unit period for a part of the light receiving elements for which the light receiving data is obtained.
  • the signal processing circuit 140 may generate the distance data at the positions of some of the light receiving elements that receive the reflected light, for each unit period. Alternatively, the signal processing circuit 140 may generate the distance data of the entire distance measurement target area after emission and reception of a plurality of light beams in a plurality of unit periods are completed.
  • the combination of the directions of the plurality of light beams are different" and “the combination of the directions is changed and the emission of the plurality of light beams is repeated” means at least the emission directions of the plurality of light beams in a certain period.
  • each of the emission directions of the plurality of light beams in a certain period may be different from any of the emission directions of the plurality of light beams in another certain period.
  • the number of the plurality of light beams emitted in a certain period may be the same as the number of the plurality of light beams emitted in another certain period, or may be different.
  • the emission directions of the plurality of light beams in a certain period may be the same as the emission directions of the plurality of light beams in another period.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of a usage scene of the distance measuring device 100.
  • the light receiving device 120 includes an image sensor that acquires a two-dimensional image.
  • the light source 110 emits a plurality of light beams 200 in each unit period. ⁇ 2020/174765 10 ⁇ (:171?2019/044259
  • the ranging device 100 can be used to measure the distance to an object such as a person or a vehicle on the road.
  • the range finder 100 can be used, for example, as a component of an in-vehicle L i DAR (L i g h t D e t e c t i o n a n d R a n g i n g) system.
  • a plurality of light beams are emitted for each unit period, and it is possible to acquire distance information of a plurality of locations in the target scene. Therefore, it is possible to measure the distance of the entire scene in a short time, as compared with the conventional distance measurement system that emits light in only one direction per unit period. Furthermore, it is possible to prevent reflected light from multiple objects from entering one light-receiving element, so that distance measurement can be performed more accurately.
  • all or part of a circuit, unit, device, member or part, or all or part of a functional block in a block diagram is, for example, a semiconductor device, a semiconductor integrated circuit (1 C), Alternatively, it may be implemented by one or more electronic circuits including an LSI (large seal integration). LS or C may be integrated on a single chip or ⁇ 2020/174765 11 ⁇ (:171?2019/044259
  • LS I or I C the functional blocks other than the memory element may be integrated on one chip. It is called LS I or I C here, but the name changes depending on the degree of integration, and the system LS ⁇ % VLS I iv e r y l a r g e s c a l e i n t e g r a t i o n) or U LS I (u l t r a l a r g e s c a l e i n t e n a g a t.
  • F ield Programmable Gate A rray F PGA
  • F PGA F ield Programmable Gate A rray
  • all or a part of the functions or operations of the circuit, unit, device, member or unit can be executed by software processing.
  • the software is recorded on one or more ROMs, optical discs, hard disk drives, or other non-transitory recording media, and when the software is executed by the processing unit (pr cess ess r). Functions identified in software are performed by processors and peripherals.
  • a system or device may have one or more non-transitory storage media containing software, a processing unit (P r o c e s s o r), and any required hardware devices, such as interfaces.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the distance measuring device 100 according to the first embodiment.
  • the distance measuring device 100 includes a light source 110, a light receiving device 120, a control circuit 130, a signal processing circuit 140, a recording device 150, and a display 160.
  • the control circuit 1 30 includes a memory 1 3 1 and a processor 1 38. ⁇ 2020/174765 12 ⁇ (:171?2019/044259
  • the signal processing circuit 1440 includes a memory 1414 and a processor 1448.
  • the light source 110 is a light emitting device capable of emitting a plurality of light beams in different directions at the same time or with a short time difference.
  • the light source 110 can be, for example, a laser light source.
  • the reaching distance of the light beam emitted from the light source 110 can be, for example, about 100 to 200 meters.
  • the reaching distance of the light beam is not limited to this example, and can be set arbitrarily.
  • the light receiving device 120 includes an image sensor having a plurality of light receiving elements arranged two-dimensionally on the light receiving surface, and an optical system for forming an image on the imaging surface of the image sensor.
  • the light receiving element may be referred to as a “pixel”.
  • the image sensor outputs light reception data according to the amount of light received by each light receiving element during the designated exposure period.
  • Each light receiving element may include, for example, a photoelectric conversion element such as a photodiode and one or more charge storage units that store charges generated by photoelectric conversion. When each light receiving element receives light, it performs photoelectric conversion and outputs an electric signal according to the amount of received light.
  • the distance between the light source 110 and the light receiving device 120 can be, for example, about several.
  • the distance range for distance measurement is, for example, in the range of 0 to 200 meters, and in many cases is several meters or more. Considering this, it can be considered that the light source 110 and the light receiving device 120 are located at the same point in space coordinates. Therefore, the light beam emitted from the light source 110 is reflected by an object in the direction of the light beam, and is received by the light receiving device 120 which is located at substantially the same position as the light source 110.
  • the control circuit 1300 controls the operations of the light source 1100, the light receiving device 1120, and the signal processing circuit 1440.
  • the control circuit 130 determines the direction and timing of emission of a plurality of light beams by the light source 110, and the timing of exposure by each light receiving element of the light receiving device 120. At this time, the emission directions of the plurality of light beams are determined so that the reflected light from the plurality of objects does not enter the same light receiving element within the same unit period.
  • the control circuit 1300 controls the light emission control signal for controlling the light source 1100 and the exposure control for controlling the light receiving device 1120 according to the determined timing. ⁇ 2020/174765 13 ⁇ (:171?2019/044259
  • the signals are generated and input to the light source 110 and the light receiving device 120, respectively.
  • the light source 110 emits a plurality of light beams in different directions in response to the input light emission control signal.
  • the light receiving device 120 executes exposure by each light receiving element in response to the input exposure control signal.
  • the signal processing circuit 140 obtains the light reception data generated by the light receiving device 120 for each exposure period, and calculates the distance to the object based on the light reception data.
  • the distance is calculated by an indirect method, for example, as described later.
  • the distances to the objects located in multiple different directions are measured. This operation is repeated while changing the combination of the emission directions of the light beams, so that the distance information of the entire scene is acquired.
  • the signal processing circuit 140 generates distance data of the entire scene when light emission and light reception in a plurality of unit periods are completed.
  • the generated distance data is recorded in the recording device 150.
  • the recording device 150 may include any recording medium such as a hard disk or a memory.
  • An image based on the distance data may be displayed on the display 160.
  • the distance data may be, for example, distance image data having a distance value for each pixel.
  • the distance measuring apparatus 100 combines the emission of a plurality of light beams and the detection of their reflected light in a combination of the emission directions of the plurality of light beams for every certain unit period. Repeat while changing the. It is possible to generate a distance image of the entire scene by accumulating the distance data obtained in each of a plurality of unit periods.
  • the control circuit 1300 is, for example, a microcontroller unit. Can be realized by an electronic circuit such as.
  • the control circuit 1300 shown in FIG. 3 includes a processor 1338 and a memory 131.
  • the processor 1 3 8 can be realized by, for example, ⁇ II ( ⁇ 6 ⁇ 1: “3 1 ?“ 0. 6 3 3 1 ⁇ 9 11 ⁇ 11 1:). ⁇ 2020/174765 14 ⁇ (:171?2019/044259
  • non-volatile memory such as R A M (R a n d o m A c c es s M e m o r y ).
  • the memory 1 3 1 stores the computer program executed by the processor 1 3 8.
  • the processor 138 can execute the operation described below by executing the program.
  • the processor 1 3 8 includes a light emitting direction combination determining unit 1 3 2, a clock unit 1 3 4, a light emitting control signal output unit 1 3 5, and an exposure control signal output unit 1 3 6.
  • the memory 1 3 1 is a record that stores a computer program executed by the processor 1 3 8, information defining a plurality of light beams emitted from the light source 1 10 and various data generated in the process of processing. It is a medium.
  • the functions of the light emitting direction combination determining unit 1 3 2, the time measuring unit 1 3 4, the light emitting control signal output unit 1 3 5, and the exposure control signal output unit 1 3 6 are, for example, processor 1 3 8 and memory 1 3 1 It can be realized by executing a program stored in. In that case, the processor 1 3 8 functions as the light emitting direction combination determining unit 1 3 2, the timer unit 1 3 4, the light emitting control signal output unit 1 3 5, and the exposure control signal output unit 1 3 6. Each of these functional units may be realized by dedicated hardware.
  • FIG. 4 is a diagram showing the light beam information recorded in the memory 1 3 1.
  • information about the beam shape, beam divergence angle, and distance range is recorded as information common to multiple light beams. Furthermore, for each light beam, the light beam number and the information on the emission direction are recorded.
  • the distance range refers to a range of distances measured using the light beam. In the example of FIG. 4, the distance range is 0 to 200 meters, but other distance ranges may be set.
  • the X axis and the y axis which are orthogonal to each other are set in parallel to the light receiving surface of the light receiving device 120, and the z axis is set in the direction perpendicular to the light receiving surface and toward the scene.
  • each light beam can be specified by the angle from the X axis when projected onto the xy plane and the angle from the z axis when projected onto the yz plane.
  • the information shown in FIG. 4 is merely an example, and information different from the above may be recorded in the memory 1 3 1.
  • the xy plane ⁇ 2020/174765 15 ⁇ (:171?2019/044259
  • the projection direction is described by the angle when projected onto the V and V 2 planes, the projection direction may be described by other methods.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a region where a plurality of light beams defined by the light beam information shown in FIG. 4 collide.
  • the circles in FIG. 5 indicate the cross sections of the light beams in a plane parallel to the light receiving surface of the light receiving device 120, which is separated from the light source 110 by a predetermined distance (for example, 100 meters). There is.
  • a predetermined distance for example, 100 meters.
  • the entire scene of the distance measurement target is covered comprehensively.
  • only some of these light beams are emitted within one unit period.
  • the combination of a plurality of light beams is different for each unit period. For reference, an example of two light beams emitted in the same unit period is shown by a thick circle in Fig. 5.
  • the projection direction combination determination unit 1332 shown in FIG. 3 determines a combination of a plurality of light beams to be emitted and a timing and an order of emission of each light beam for each unit period.
  • a plurality of light beams are continuously emitted in each unit period.
  • the light emitting direction combination determination unit 1 3 2 refers to the light beam information recorded in the memory 1 3 1 and continuously emits light beams within each unit period among the light beams that have not been emitted yet. Determine a combination of multiple light beams.
  • the clock unit 1 3 4 is a means for measuring time.
  • the light emission control signal output unit 135 outputs a light emission control signal for controlling the light source 1 10.
  • the light emission control signal is generated based on light beam information (see Fig. 4) that defines the direction, beam shape, and intensity of each light beam.
  • the light source 1 10 sequentially emits a plurality of light beams in response to the light emission control signal.
  • the exposure control signal output unit 1336 outputs an exposure control signal for controlling the exposure by the image sensor in the light receiving device 120.
  • the image sensor executes the exposure by each light receiving element in response to the exposure control signal.
  • the distance from the device to the object is measured by measuring the flight time until returning to the launcher.
  • the method that directly measures the flight time is called a direct switch.
  • the method of calculating the flight time from the energy distribution of the reflected light for each exposure period with multiple exposure periods is called an indirect switch.
  • Fig. 68 is a diagram showing an example of light projection timing, reflected light arrival timing, and two exposure timings in the indirect manual scanning method.
  • the horizontal axis represents time.
  • the rectangles represent the periods of projection, reflection, and two exposures.
  • Fig. 68 shows the timing at which light is emitted from the light source.
  • Ding 0 is the pulse width of the light beam for distance measurement.
  • Fig. 68 shows the period during which the light beam emitted from the light source and reflected by the object reaches the image sensor.
  • Ding is the time of flight of the light beam.
  • the reflected light reaches the image sensor in a time period shorter than the time width 0 of the optical pulse.
  • ( ⁇ ) in Fig. 68 shows the first exposure period of the image sensor.
  • the exposure is started at the same time as the projection is started, and the exposure is finished at the same time as the projection is finished.
  • the first exposure period of the reflected light, the light that returns early is photoelectrically converted, and the generated charges are accumulated.
  • 0 1 represents the energy of light photoelectrically converted during the first exposure period. This energy 0 1 is proportional to the amount of charge stored during the first exposure period.
  • ( ⁇ 1) in Fig. 68 shows the second exposure period of the image sensor.
  • the second exposure period starts at the same time as the end of the light projection and ends when the same time as the pulse width of the light beam, that is, the same time as the first exposure period has elapsed.
  • ⁇ 2 represents the energy of light photoelectrically converted during the second exposure period.
  • the energy _ ⁇ 2 is proportional to the amount of charge accumulated during the second exposure period.
  • the second exposure period of the reflected light, the light that arrives after the first exposure period has ended is received. Since the length of the first exposure period is equal to the pulse width of the light beam 0, the time width of the reflected light received in the second exposure period is equal to the time of flight. ⁇ 2020/174765 17 ⁇ (:171?2019/044259
  • the integrated capacity of the charge accumulated in the light receiving element during the first exposure period is 0, and the integrated capacity of the charge accumulated in the light receiving element during the second exposure period is 0. 2.
  • I be the photocurrent and 1 ⁇ ! the number of charge transfer clocks.
  • the output voltage of the light receiving element during the first exposure period is V below. Re: 1 to 1.
  • the image sensor actually outputs the electric charge accumulated during the exposure period, it may not be possible to perform the exposure twice consecutively in time. In that case, for example, the method shown in FIG. 6 can be used.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing the timings of light projection and exposure, and charge output when two consecutive exposure periods cannot be provided.
  • the image sensor starts exposure at the same time when the light source starts projecting light, and the image sensor ends exposure at the same time when the light source stops projecting light.
  • This exposure period corresponds to exposure period 1 in Fig. 68.
  • the image sensor outputs the electric charge accumulated during this exposure period immediately after the exposure. This amount of charge corresponds to the energy of the received light, ⁇ 1.
  • the light source starts projecting again and finishes projecting when the same time as the first time has passed.
  • the image sensor starts exposure as soon as the light source finishes projecting light, and the same length of time as the first exposure period elapses. ⁇ 2020/174765 18 ⁇ (:171?2019/044259
  • This exposure period corresponds to the exposure period 2 in Fig. 68.
  • the image sensor outputs the electric charge accumulated during this exposure period immediately after the exposure. This amount of charge corresponds to the energy of the received light, 02.
  • the light source in order to obtain the signal for the above distance calculation, the light source emits light twice, and the image sensor is different for each light emission. Expose at the timing. By doing so, the voltage can be obtained for each exposure period even when the two exposure periods cannot be provided consecutively in time. In this way, in an image sensor that outputs electric charge for each exposure period, in order to obtain information on the electric charge accumulated in each of a plurality of preset exposure periods, light under the same exposure conditions Will be projected as many times as the number of.
  • the image sensor receives not only the light emitted from the light source and reflected by the object, but also the background light, that is, the light from the outside such as sunlight or surrounding lighting. You can Therefore, in general, an exposure period is provided for measuring the accumulated charge due to the background light that is incident on the image sensor in the state where the light beam is not emitted. By subtracting the charge amount measured during the background exposure period from the charge amount measured when the reflected light beam is received, the charge amount when only the reflected light beam is received Can be asked. In the present embodiment, for simplicity, the description of the operation of background light is omitted.
  • FIG. 78 is a diagram showing a first example of light detection in the case where two light beams are successively emitted in different directions in each unit period.
  • the horizontal axis represents time. In this example, three exposures are successively performed within the unit period.
  • FIG. 78 shows the timing at which two light beams are emitted from the light source 110.
  • () is the two optical beams emitted from the light source 110. ⁇ 2020/174765 19 ⁇ (:171?2019/044259
  • the first exposure period starts at the same time as the start of the projection of the first light beam and ends at the same time as the end of the projection.
  • the second exposure period starts at the same time as the start of the projection of the second light beam and ends at the same time as the end of the projection.
  • the third exposure period starts at the same time as the projection of the second light beam ends, and ends when the same time as the pulse width of the light beam elapses.
  • Fig. 78 H
  • the shutter open period of the image sensor is shown.
  • (9) in Fig. 78 shows the charge output period of each light receiving element.
  • each light receiving element of the image sensor independently accumulates electric charges generated by photoelectric conversion during the three exposure periods.
  • the charges accumulated in each charge accumulation period are read out at the same time.
  • each light receiving element is provided with three or more charge storage units.
  • the accumulation of electric charges in those electric charge accumulating portions is switched by, for example, a switch.
  • the length of each exposure period is set to a time shorter than the shutter open period.
  • the image sensor opens the shutter and starts exposure at the start of the first projection of the light beam.
  • the shutter is open for a period in which reflected light may be received.
  • the third exposure period which is the period in which the reflected light generated by the last light beam can be received, ends, the image sensor closes the shutter and ends the exposure.
  • the image sensor When the shutter open period ends, the image sensor reads the signal. At this time, a signal corresponding to each charge amount accumulated in the first to third charge accumulation periods is read out for each pixel.
  • the read-out signal as a light-receiving de _ evening, ⁇ 2020/174765 20 ⁇ (:171?2019/044259
  • the signal processing circuit 140 based on the received light data, can calculate the distance for the light receiving element that receives the reflected light by the method described with reference to FIG.
  • a plurality of charge storage units are required for each light receiving element, but the charges stored in the plurality of charge storage units can be collectively output. Therefore, it is possible to repeat the projection and the exposure in a shorter time.
  • Fig. 7 is a diagram showing a second example of light detection in the case where two light beams are successively emitted in different directions in each unit period.
  • charge is output every time the exposure period ends.
  • the first light beam and the second light beam are emitted, exposed, and the charge output is repeated three sets.
  • the first set exposure of each light receiving element is started at the same time as the projection of the first light beam is started, and the exposure is finished at the same time as the projection of the first light beam is finished.
  • This exposure period 1 corresponds to the exposure period 1 shown in FIG. When exposure period 1 ends, the electric charge accumulated in each light receiving element is read out.
  • each light receiving element is started at the same time when the projection of the first light beam is finished, that is, at the same time when the projection of the second light beam is started, and the projection of the second light beam is started.
  • the exposure ends at the same time when the light ends.
  • This exposure period 2 corresponds to the exposure period 2 shown in FIG.
  • the exposure period 2 ends, the electric charge accumulated in each light receiving element is read out.
  • the exposure of each light receiving element is started at the same time as the projection of the second light beam is finished, and the exposure is finished when the time length corresponding to the Hulls width of each light beam elapses.
  • This exposure period 3 corresponds to the exposure period 3 shown in FIG.
  • the exposure period 1 ends, the charge accumulated in each light receiving element is read out.
  • continuous projection of the plurality of light beams, exposure, and _ ream of operation of reading of the light receiving data is repeated three times.
  • the distance can be calculated by the above-described calculation.
  • each light receiving element may have one charge accumulating portion. ⁇ 2020/174765 21 ⁇ (:171?2019/044259
  • the exposure period may be two per unit period.
  • the distance can be calculated by the method described with reference to Fig. 68 or Fig. 6.
  • the distance calculation method using the direct method described below there may be only one exposure period per unit period.
  • the number of light beams emitted per unit period is not limited to two and may be three or more. The timing of light projection and light reception can be adjusted according to the setting of the reach range of a plurality of light beams and the like.
  • the light source 110 is a light emitting device capable of changing the emission direction of the light beam under the control of the control circuit 130.
  • a light emitting device may be referred to as an “optical scanning device”.
  • the optical scanning device sequentially irradiates a partial area within the scene to be measured with a light beam.
  • the optical scanning device includes a mechanism that changes the emission direction of the light beam.
  • an optical scan device may include a light emitting device such as a laser and at least one working mirror, eg a 1 ⁇ /1 mirror 1 ⁇ /1 3 mirror. The light emitted from the light emitting element is reflected by the moving mirror and travels to a predetermined area in the scene of the distance measurement target.
  • the control circuit 130 can change the emitting direction of the light beam by driving the moving mirror.
  • a light emitting device capable of changing the emission direction of light by a structure different from that of the light emitting device having the working mirror may be used.
  • a light emitting device using a reflection type waveguide as disclosed in Patent Document 2 may be used.
  • a light emitting device that changes the direction of the light of the entire array by adjusting the phase of the light output from each antenna by the antenna array may be used.
  • Fig. 8 is a perspective view schematically showing an example of a light emitting device that can be used in the light source 110.
  • the light source 110 can be composed of a combination of a plurality of light emitting devices each emitting light in different directions.
  • Figure 8 shows a simplified configuration of one of the light emitting devices.
  • the light emitting device includes an optical waveguide array including a plurality of optical waveguide elements 10.
  • Each of the plurality of optical waveguide elements 10 has a shape extending in the first direction (X direction in FIG. 8).
  • the plurality of optical waveguide elements 10 are regularly arranged in the second direction (the vertical direction in FIG. 8) intersecting the first direction.
  • the plurality of optical waveguide elements 10 allow the light to propagate in the first direction and emit the light in the third direction 03 intersecting the virtual plane parallel to the first and second directions.
  • Each of the plurality of optical waveguide elements 10 includes a first mirror 30 and a second mirror 40 facing each other, and an optical waveguide layer 20 located between the mirror 30 and the mirror 40.
  • Each of the mirror 30 and the mirror 40 has a reflecting surface intersecting the third direction 03 at the interface with the optical waveguide layer 20.
  • the mirror 30 and the mirror 40, and the optical waveguide layer 20 have a shape extending in the first direction.
  • the reflecting surface of the first mirror 30 and the reflecting surface of the second mirror 40 oppose each other substantially in parallel.
  • the first mirror 30 has the property of transmitting a part of the light propagating through the optical waveguide layer 20.
  • the first mirror 30 has a higher light transmittance for the light than the second mirror 40. Therefore, a part of the light propagating through the optical waveguide layer 20 is emitted from the first mirror 30 to the outside.
  • Such mirrors 30 and 40 may be multilayer mirrors formed by, for example, a multilayer film (sometimes referred to as a "multilayer reflective film") made of a dielectric material.
  • the phase of the light input to each optical waveguide element 10 is adjusted, and the refractive index or thickness of the optical waveguide layer 20 in these optical waveguide elements 10 or the optical waveguide layer 20 is adjusted.
  • the wavelength of the input light the light is emitted in any direction.
  • Fig. 9 is a diagram schematically showing an example of a cross-sectional structure of one optical waveguide device 10 and propagating light.
  • a direction parallel to the X direction and the vertical direction shown in FIG. 8 is taken as a direction, and a cross section parallel to the X plane of the optical waveguide device 10 is schematically shown.
  • a pair of mirrors 30 and 40 are arranged so as to sandwich the optical waveguide layer 20.
  • Light 22 introduced from one end of the optical waveguide layer 20 in the X direction is reflected by the first mirror 30 provided on the upper surface of the optical waveguide layer 20 and the second mirror 40 provided on the lower surface thereof. Propagating in the optical waveguide layer 20 while repeating.
  • the light transmittance of the first mirror 30 is higher than that of the second mirror 40. Therefore, a part of the light can be mainly output from the first mirror 30.
  • the light propagation angle means the angle of incidence on the interface between the mirror 30 or the mirror 40 and the optical waveguide layer 20.
  • Light incident on the mirror 30 or the mirror 40 at a more vertical angle can also propagate. That is, light incident on the interface at an angle smaller than the critical angle of total reflection can also propagate. Therefore, the group velocity of light in the light propagation direction is much lower than that in free space.
  • the optical waveguide device 10 has the property that the propagation conditions of light change significantly with changes in the wavelength of light, the thickness of the optical waveguide layer 20 and the refractive index of the optical wave layer 20.
  • Such an optical waveguide is referred to as a “reflection type optical waveguide” or a “slow light optical waveguide”.
  • the emission angle 0 of the light emitted from the optical waveguide device 10 into the air is calculated by the following equation (
  • Formula (1) of light in the air wavelength scan, the light by changing either the thickness Rei_1 refractive Ritsu ⁇ 3 ⁇ 4 "and the optical waveguide layer 20 of the optical waveguide layer 20 The emission direction can be changed.
  • the emission angle is 0 ° .
  • the refractive index is changed to
  • ⁇ DOT 2.2
  • the output angle changes to about 66°.
  • the output angle changes to about 51 °
  • the output angle changes to about 30°.
  • the emission direction of light can be changed by changing any of the wavelength of light, the refractive index n w of the optical waveguide layer 20, and the thickness 1 of the optical waveguide layer 20.
  • the wavelength of light is, for example, an image sensor that detects light by absorbing the light with general silicon (3), and high detection sensitivity can be obtained. From 1
  • (Visible light near infrared light) 1 00 n m can be included in a wavelength range of.
  • the wavelength is 1 260 with relatively low transmission loss in an optical fiber or a 3x optical waveguide. From 1 to 162511 in the near infrared wavelength range. Note that these wavelength ranges are examples.
  • the wavelength range of the light used is not limited to the wavelength range of visible light or infrared light, and may be the wavelength range of ultraviolet light, for example.
  • the light emitting device may include a first adjustment element that changes at least one of the refractive index, the thickness, and the wavelength of the optical waveguide layer 20 in each optical waveguide element 10. This makes it possible to adjust the direction of emitted light.
  • the optical waveguide layer 20 may include a liquid crystal material or an electro-optical material.
  • the optical waveguide layer 20 can be sandwiched by a pair of electrodes. By applying a voltage to the pair of electrodes, the refractive index of the optical waveguide layer 20 can be changed. ⁇ 2020/174765 25 ⁇ (:171?2019/044259
  • At least one actuator may be connected to at least one of the first mirror 30 and the second mirror 40.
  • the thickness of the optical waveguide layer 20 can be changed by changing the distance between the first mirror 30 and the second mirror 40 by at least one actuator. If the optical waveguide layer 20 is made of a liquid, the thickness of the optical waveguide layer 20 can be easily changed.
  • the light emission direction changes due to the interference of the light emitted from each optical waveguide element 10.
  • the emission direction of light can be changed by adjusting the phase of the light supplied to each optical waveguide element 10. The principle will be described below.
  • FIG. 10 is a diagram showing a cross section of an optical waveguide array that emits light in a direction perpendicular to the emission surface of the optical waveguide array.
  • FIG. 10 also shows the amount of phase shift of the light propagating through each optical waveguide device 10.
  • the amount of phase shift is a value based on the phase of the light propagating in the leftmost optical waveguide device 10.
  • the optical waveguide array in the present embodiment includes a plurality of optical waveguide elements 10 arranged at equal intervals.
  • a dashed arc indicates a wavefront of light emitted from each optical waveguide element 10.
  • the straight line shows the wavefront formed by the interference of light.
  • the arrow indicates the direction of light emitted from the optical waveguide array (that is, the direction of the wave number vector).
  • the light propagating in the optical waveguide layer 20 in each optical waveguide element 10 has the same phase.
  • light is emitted in a direction (direction) perpendicular to both the arrangement direction of the optical waveguide elements 10 (direction of the arrow) and the direction in which the optical waveguide layer 20 extends (the direction of X).
  • FIG. 10 shows a cross section of the optical waveguide array that emits light in a direction different from the direction perpendicular to the emission surface of the optical waveguide array.
  • the phase of light propagating through the optical waveguide layer 20 in the plurality of optical waveguide elements 10 differs by a certain amount ( ⁇ ) in the array direction.
  • ⁇ the phase of light propagating through the optical waveguide layer 20 in the plurality of optical waveguide elements 10
  • the light is emitted in a direction different from the direction.
  • ⁇ certain amount
  • the spread angle ⁇ a of the light emission angle is represented by the following equation (3).
  • Fig. 11 is a perspective view schematically showing an optical waveguide array in a three-dimensional space.
  • the thick arrow in Fig. 11 indicates the direction of the light emitted from the light emitting device.
  • 0 is the angle between the light emission direction and the YZ plane. 0 satisfies equation (2). Is the angle between the light emission direction and the XZ plane. Satisfies Eq. (3).
  • a phase shifter for changing the phase of the light is provided before the light is introduced into the optical waveguide element 10.
  • the light emitting device may include a plurality of phase shifters connected to each of the plurality of optical waveguide elements 10 and a second adjustment element that adjusts the phase of light propagating through each phase shifter.
  • Each phase shifter includes an optical waveguide that extends directly to the optical waveguide layer 20 of the corresponding one of the plurality of optical waveguide elements 10 or via another optical waveguide.
  • the second adjusting element changes the phase difference of the light propagating from the plurality of phase shifters to the plurality of optical waveguide elements 10 respectively, so that the direction of the light emitted from the plurality of optical waveguide elements 10 ( That is, the third direction D 3) is changed.
  • a plurality of arranged phase shifters may be referred to as a “phase shifter array”.
  • Fig. 12 is a schematic view of the optical waveguide array 108 and the phase shifter array 808 as viewed from the direction normal to the light emitting surface.
  • all the phase shifters 80 have the same propagation characteristics, and all the optical waveguide devices 10 have the same propagation characteristics.
  • Each phase shifter 80 and each optical waveguide element 10 may have the same length or different lengths.
  • the respective phase shift amounts can be adjusted by the drive voltage, for example. Also, by making the length of each phase shifter 80 change in equal steps, it is possible to give equal step phase shifts with the same drive voltage.
  • this light emitting device includes an optical branching device 90 for branching and supplying light to a plurality of phase shifters 80, a first drive circuit 210 for driving each optical waveguide element 10 and each phase shifter 80.
  • a second drive circuit 220 for driving 0 is further provided.
  • the straight arrows in Fig. 12 indicate the light input.
  • the first drive circuit 210 controls the angle of light emitted from the optical waveguide layer 20 by changing at least one of the refractive index and the thickness of the optical waveguide layer 20 in each optical waveguide element 10. Change.
  • the second driving circuit 2 2 by changing the refractive index of the optical waveguide 2 0 3 in the phase shifter 8 0, to change the phase of light propagating inside the optical waveguide 2 0 3.
  • the optical branching device 90 may be composed of an optical waveguide in which light propagates by total reflection, or may be composed of a reflection type optical waveguide similar to the optical waveguide device 10.
  • the light may be introduced into the phase shifter 80.
  • a passive phase control structure can be used by adjusting the length of the optical waveguide up to the phase shifter 80.
  • similar to the phase shifter 80 ⁇ 2020/174765 28 ⁇ (:171?2019/044259
  • phase shifter that can be controlled by an electric signal having a function may be used.
  • the phases may be adjusted before being introduced into the phase shifters 80 so that the light of equal phase is supplied to all the phase shifters 80.
  • the control of each phase shifter 80 by the second drive circuit 220 can be simplified.
  • Patent Document 2 Disclosed in 2. The entire disclosure of Patent Document 2 is incorporated herein.
  • the light source 110 in the present embodiment can be realized by combining a plurality of waveguide arrays, each of which emits light in different directions.
  • a configuration example of such a light source 110 will be described.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of the light source 110.
  • the light source 110 in this example comprises an optical waveguide array 10 and a phase shifter array 808 connected to the optical waveguide array 10.
  • Waveguide array 1 ⁇ eight includes a plurality of optical waveguides group 1 ⁇ 9 arranged in ⁇ direction.
  • Each optical waveguide group 109 includes one or more optical waveguide elements 10.
  • Phase Shifutaarei 8 0 eight includes a plurality of phase shifters group 8 0 9 arranged in ⁇ direction.
  • Each phase shifter group 80 9 includes one or more phase shifters 80.
  • collection of the phase shifter group 8 0 9 is different from the group of optical waveguide group 1 0 9. More specifically, in one optical waveguide group 109,
  • the phase shift amount of each phase shifter 80 is individually controlled by the control circuit 130.
  • the phase shift amount of each phase shifter 80 is the first phase shift amount (an integer multiple of ⁇ ) according to the order of the array, and the second phase shift amount that is different for each phase shifter group 809. V 6 or V ⁇ , either).
  • the second phase shift amount for each phase shifter group 80 9 the vertical component of the emission direction of the light beam and the spread angle of the spot size in the vertical direction are controlled.
  • control circuit 130 determines individually the value of the applied voltage for each optical waveguide group 109.
  • the optical beam is controlled by controlling the voltage applied to each optical waveguide group 109. ⁇ 2020/174765 29 ⁇ (:171?2019/044259
  • the X component of the emission direction of the beam is controlled.
  • the emission direction of light is determined depending on the combination of the phase shifter group 809 and the optical waveguide group 109. In the example of FIG. 1 3, adjacent are connected to one phase shifter group 8 0 9
  • Light is emitted in the direction of the same _ from. If the light flux emitted from one optical waveguide group 109 is one light beam, two light beams can be emitted simultaneously in the example of FIG. The number of beams can be further increased by increasing the numbers of the optical waveguide elements 10 and the phase shifters 80.
  • FIG. 14 is a diagram showing another configuration example of the light source 110.
  • Light source in this example is a diagram showing another configuration example of the light source 110.
  • the 110 comprises a plurality of light emitting devices 70, each emitting a light beam in different directions.
  • a plurality of phase shifters 80 and a plurality of optical waveguide elements 10 are mounted on one chip.
  • the control circuit 130 controls the voltage applied to each phase shifter 80 and each optical waveguide element 10 in each light emitting device 700. Accordingly, the control circuit 130 controls the direction of the light beam emitted from each light emitting device 700.
  • the light source 110 comprises three light emitting devices 700, but it may also comprise a large number of light emitting devices 700.
  • Each of the short-distance beam and the long-distance beam can be constituted by a set of light beams emitted from a plurality of light emitting devices 700.
  • Fig. 15 is a diagram showing still another configuration example of the light source 110.
  • the light source 110 in this example includes a plurality of light emitting devices 700 each mounted on different chips.
  • the plurality of light emitting devices 700 emit light beams in different directions.
  • Each light emitting device 700 includes a plurality of phase shifters 80 and a control circuit 1300 that determines the voltage applied to the optical waveguide devices 10.
  • the control circuit 1300 in each light emitting device 700 is controlled by an external control circuit 1300.
  • the light source 110 includes three light emitting devices 700, but it may include a larger number of light emitting devices 700.
  • Each of the short-distance beam and the long-distance beam can be composed of a set of optical beams emitted from a plurality of light emitting devices 70.
  • FIG. 16 is a diagram showing still another example of the light source 110.
  • the light source ⁇ 2020/174765 30 ⁇ (:171?2019/044259
  • the 110 includes a light emitting element such as a laser and at least one movable mirror, for example, a MEMS mirror.
  • the light emitted from the light emitting element is reflected by the movable mirror and goes to a predetermined area in the target area (indicated by a rectangle in FIG. 16).
  • the control circuit 130 changes the direction of the light emitted from the light source 110 by driving the movable mirror. This allows the target area to be scanned with light, as shown by the dotted arrow in FIG. 16, for example.
  • FIG. 17A is a side view schematically showing a configuration example of the light receiving device 120.
  • Figure 1
  • FIG. 7 is a perspective view schematically showing a configuration example of the light receiving device 120.
  • the light receiving device 120 includes an image sensor 1 2 1 in which a plurality of light receiving elements are two-dimensionally arranged, and an optical system 12 2. A plurality of light receiving elements are two-dimensionally arranged on the light receiving surface of the image sensor 1 21.
  • Optics 122 may include, for example, at least one lens.
  • the optical system 122 may include other optical elements such as prisms or mirrors.
  • the optical system 122 is designed so that the light scattered from one point on the object 500 in the scene is focused on one point on the light receiving surface of the image sensor 1 2 1.
  • the image sensor 1 2 1 is, for example, CC D (C h a r g e-Co u p I e d
  • Each light receiving element includes a photoelectric conversion element such as a photodiode and one or more charge storage units.
  • the charges generated by photoelectric conversion are stored in the charge storage unit during the exposure period.
  • the charges stored in the charge storage section are output after the exposure period ends.
  • each light receiving element outputs an electric signal according to the amount of light received during the exposure period. This electrical signal is called "light reception data”.
  • the image sensor 1 21 may be a monochrome type image sensor or a color type image sensor. For example, colors with R/G/B, R/G/B/IR, or R/G/B/W filters ⁇ 2020/174765 31 ⁇ (:171?2019/044259
  • the image sensor 1 21 may have detection sensitivity not only in the visible wavelength range but also in the wavelength range such as ultraviolet, near infrared, mid infrared, and far infrared.
  • the image sensor 1 2 1 may be a sensor using S P AD (S i n g l e P h o t o n Av a l a n c h e D i o d e).
  • the image sensor 1 21 can be equipped with a mechanism of an electronic shutter, that is, a global shutter capable of collectively exposing the signals of all pixels.
  • the signal processing circuit 1 40 includes a memory 1 4 1 and a processor 1 48 such as a CPU and/or a GPU that processes a signal output from the image sensor 1 2 1 of the photo detector 1 20.
  • the processor 148 of the signal processing circuit 140 shown in FIG. 3 includes a distance calculation unit 142 and a distance image synthesis unit 143.
  • the distance calculation unit 142 calculates the distance at each pixel based on the signal output from the image sensor 1 21.
  • the distance image synthesizing unit 143 generates a distance image based on the distance information of each pixel.
  • the functions of the distance calculation unit 142 and the distance image synthesis unit 1 43 can be realized, for example, by the processor 148 executing a computer program stored in the memory 1 4 1. In that case, the processor 148 functions as the distance calculation unit 142 and the distance image synthesis unit 143.
  • Each of these functional units may be implemented by dedicated hardware.
  • the control circuit 1 30 and the signal processing circuit 1 40 are
  • one MCU may have the functions of both the control circuit 130 and the signal processing circuit 140.
  • the memory 1 41 records the light receiving data for each light receiving element output from the image sensor 1 21 and the distance data calculated based on the light receiving data for each unit period.
  • FIG. 18 shows an example of data recorded in the memory 1 41.
  • the data recorded in the memory 1 41 are the X and Y coordinate values that indicate the position of each light receiving element, the value that expresses the amount of charge accumulated during each exposure period in voltage, and those values. And a distance value calculated from the voltage value.
  • Signal processing circuit 1 40 ⁇ 2020/174765 32 ⁇ (:171?2019/044259
  • the data shown in Fig. 18 is recorded in the memory 1 41 at intervals.
  • the data shown in FIG. 18 is merely an example, and the format of the data may be modified as appropriate.
  • Fig. 19 is a flowchart showing an outline of the operation of the distance measuring apparatus 100 in the present embodiment.
  • the range finder 100 performs the operations of steps 311 to 3150 shown in FIG. The operation of each step will be described below.
  • the control circuit 1300 refers to the light beam information (see FIG. 4) recorded in the memory 131 and determines whether or not light emission in all directions is completed. If light emission in all directions has been completed, proceed to step 3150. If there is a direction that has not been projected, proceed to step 3120.
  • the control circuit 1300 is a combination of the directions of a plurality of light beams that are continuously projected within the same unit period among the beam directions recorded in the memory 1331 that have not been projected. And decide the order of light emission.
  • the combination of the directions of the light beams is determined such that the reflected light from the multiple light beams is incident on each of the multiple points on the light receiving surface of the image sensor 1 21 regardless of the position of the object in the scene. It That is, the reflected lights of all the light beams projected continuously are received by different light receiving elements on the light receiving surface of the image sensor 1 21.
  • the order of light projection can be determined so that the time required for switching the light projection direction is the shortest. For example, if the light source 1 1 0 adjusts the direction of light emission using the 2-axis 1 ⁇ /1 mirror 1 ⁇ /1 3 mirror, the number and amount of adjustments in the slow axis direction of the IV! The order of the projections can be determined to minimize and, under that condition, minimize the amount of adjustment in the fast axis direction. IV!Semi IV! 3 Even when using other optical scanning devices that do not use mirrors, when adjusting the direction of the light beam with multiple adjustment items (for example, parameters or axes), the light is projected from the same viewpoint. The order of can be determined. In other words, if the time required for adjustment varies depending on the adjustment item, ⁇ 2020/174765 33 ⁇ (:171?2019/044259
  • the order of projection may be determined such that the number and amount of adjustments for slower adjustment items is minimized and under that condition the amount of adjustments for higher speed adjustment items is minimized.
  • the control circuit 130 also determines the timing of light projection of each light beam and the timing of exposure by the image sensor 1 21.
  • the control circuit 1300 instructs the light source 1100 to emit light in accordance with the determined order and timing of light emission.
  • the control circuit 130 also instructs the light receiving device 120 to start and end the exposure according to the determined exposure timing.
  • the light receiving device 1200 measures the charge accumulated in each exposure period for each light receiving element, and records the information in the memory 1 41 of the signal processing circuit 140.
  • the signal processing circuit 1440 calculates the distance for each pixel from the charge information recorded in the memory 1441.
  • the signal processing circuit 140 obtains the distance of each pixel from the value of the charge acquired in each of a plurality of exposure periods for each pixel.
  • the time of flight of light is calculated based on the ratio of charges during multiple exposure periods, and the distance to the object is determined.
  • the signal processing circuit 1 4 0 records the calculated distance in the memory 1 4 1.
  • the signal processing circuit 140 When light emission in all preset directions is completed for one unit period, the signal processing circuit 140 generates a distance image.
  • the signal processing circuit 1440 generates a distance image by replacing the distance value recorded for each pixel in step 3140 with a color scale, for example.
  • the distance image is not limited to the color scale, and may be a two-dimensional distance represented by a gray scale or other representation method.
  • the signal processing circuit 140 may generate and output data indicating the distance of one or more objects without generating a distance image.
  • Fig. 20 shows the direction of the light beam emitted from the light source 110 and the position of the object. ⁇ 2020/174765 34 ⁇ (: 171?2019/044259
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the relationship with the light receiving position of the image sensor 1 21.
  • the light diffused at a certain position in the scene (referred to as "reflected light” in this specification) is caused by the action of the lens of the optical system 1 2 2.
  • the focal point is the point where a straight line passing through the center of the lens from the position where the light is diffused in the scene intersects the light receiving surface of the image sensor 1 2 1.
  • the position on the image sensor 1 2 1 at which the reflected light is incident depends on the position of the reflecting object. However, the reflected light from the object located on the straight line in the light projecting direction is focused on the straight line projected in the light receiving surface of the image sensor 1 2 1 in the light projecting direction. Although the position of the object is unknown at the time of distance measurement, the position on the light receiving surface where the reflected light is incident is limited to the straight line of the light projecting direction projected onto the light receiving surface.
  • the horizontal direction of the light receiving surface of the image sensor 1 21 is the X direction
  • the vertical direction is the V direction
  • the direction perpendicular to the X and V directions and on the side from which light is emitted is the horizontal direction.
  • the optical beam !_ 1 and the optical beam !_ 2 share the X and V components of the unit vector along the emission direction.
  • the reflected light caused by the light beam !_ 1 being diffused by the object 300 8 and the light beam !_ 2 being diffused by another object 300
  • the generated reflected light is incident on the same point 3 on the light receiving surface.
  • the light receiving element located at the point 3 receives both the reflected light from the object 300 and the reflected light from the object 300 within the same unit period.
  • control circuit 1300 projects the paths of a plurality of light beams onto the light receiving surface of the image sensor 1 21, they do not overlap with each other in the light receiving surface,
  • the directions of a plurality of light beams emitted in each unit period are determined so that they do not intersect. This makes it possible to prevent each light receiving element from detecting the reflected light from a different object in the same unit period.
  • the light source 1 10 is arranged at a position closer to the image sensor 1 21 in the + direction.
  • the light source 1 1 1 0 is located on a straight line passing through the center of the image sensor 1 2 1 and parallel to the X axis.
  • scanning with the light beam from the light source 110 should be performed so that the position where the reflected light of the light beam can be received moves, as indicated by the zigzag arrow in Fig. 20. Is efficient.
  • the light beam is necessarily reflected by the object at a certain distance from the light source 110 or the light receiving device 120.
  • zigzag arrows schematically show an example of the temporal change of the position of the light receiving element that receives the reflected light of the light beam in the image sensor 1 21.
  • the light receiving position of the reflected light moves from one end to the other end of the image sensor 1 2 1 in the so direction, and moves in the 1X direction shorter than the so direction.
  • the scanning operation is performed so that the sensor 1 2 1 moves from the other end to the one end in the S-direction along the S-direction, and moves in the X direction for a shorter time than in the V-direction. ..
  • by reducing the total variation in the emission direction of the light beams sequentially emitted from one light source ⁇ 2020/174765 36 ⁇ (:171?2019/044259
  • the light receiving positions are close to each other along the direction shown in the figure. Thus, they are emitted in directions close to each other.
  • the light source 1 1 0 can be used for two axes within the preset angle range. Direction starts from the angle with the largest inclination toward the X direction side and the smallest angle toward the 1X direction side, and the light beam is moved from the +7 direction side toward the 1V direction side without changing the inclination toward the 1X direction side. Change the angle of.
  • the light source 110 increases the tilt of the light beam toward the 1X direction by a predetermined amount and maintains the tilt toward the 1X direction while maintaining the Change the angle of the light beam from the side to the + direction.
  • the light source 110 again increases the inclination of the light beam in the 1X direction side by a predetermined amount. Such actions are repeated.
  • the light beams are emitted so that the straight lines projected on the light receiving surface of the image sensor 1 21 do not intersect or overlap, it is efficient to scan at high speed along the V direction as described above.
  • the change in the angle of the light beam in the _ X direction is smaller than the change in the angle in the S_ direction because the movement in the X direction is shorter than that in the S0 direction. doing.
  • the light receiving position of the reflected light of the light beam may be moved in the + direction instead of being moved in the _ X direction.
  • a plurality of light beams are output simultaneously or with a short time difference to perform high-speed scanning, so that efficient scanning can be performed.
  • the receiving position of the reflected light moves along the X direction from one end to the other end of the image sensor 1 2 1 in the X direction. It moves shorter than the movement in the X direction, moves from the other end of the image sensor 1 2 1 in the X direction to one end along the X direction, and moves in the direction shorter than the movement in the X direction.
  • it is repeated.
  • 7 0 Shooting ⁇ 2020/174765 37 ⁇ (:171?2019/044259
  • Shadows overlap each other. Therefore, there is a possibility that the reflected light of a plurality of light beams of different directions may enter the same light receiving element within the same unit period.
  • the projections of the light beams of different directions on the light receiving surface do not overlap each other. Therefore, in the arrangement shown in Fig. 28, it is efficient to scan at high speed in the S0 direction and receive the reflected light of multiple light beams within the same unit period.
  • FIG. 218 is a flow chart showing an example of the operation for determining the combination and the order of a plurality of light beams continuously emitted within one unit period.
  • the light source 110 comprises an IV!M 1/3 mirror with a slow axis and a fast axis.
  • the control circuit 1300 executes the operations from steps 31210 to 3125 shown in FIG. The operation of each step will be described below.
  • the control circuit 1300 controls the light beam that has the least amount of slow axis adjustment among the light beams that have not yet been selected among all the light beams to be emitted that have been recorded in the memory 1331. Select all.
  • the adjustment amount of the slow axis is determined based on the direction of the light beam emitted immediately before or the direction of the light beam determined by the initial setting.
  • the rotation speed of one axis is faster than the rotation speed of the other axis. slow. For example, if the V-axis rotation speed is slower than the X-axis rotation speed, the V-axis direction is the low-speed axis direction and the X-axis direction is the high-speed axis direction.
  • the control circuit 1300 selects one of the light beams selected in step 3121 0, which has the smallest amount of adjustment of the fast axis.
  • the adjustment amount of the fast axis is also determined based on the direction of the light beam emitted immediately before or the direction of the light beam determined by the initial setting.
  • the projection direction of the selected light beam is set as the first projection direction.
  • the control circuit 1300 calculates a straight line projecting the direction of the light beam selected in step 31220 on the light receiving surface of the image sensor 1221, and records the information in the memory 131.
  • the control circuit 1300 selects the slow axis from the first projection direction from the light beams that have not yet been selected among all the light beams to be emitted recorded in the memory 1331. Select all the light beams with the least adjustment amount. However, the light beam in the direction in which the straight line projected in the projection direction on the light receiving surface of the image sensor 1 21 overlaps with or intersects the straight line calculated in step 3 1 2 3 0 is excluded.
  • the control circuit 1300 selects one of the light beams selected in step 31140, which has the smallest amount of adjustment of the fast axis from the first projection direction.
  • the projection direction of the selected light beam is set as the second projection direction.
  • the projection directions of the first light beam and the second light beam that are successively emitted in one unit period are determined.
  • the light source 110 emits light beams in two directions in succession, but may emit three or more light beams. Even in that case, the combination of the emission directions of the light beams can be selected by the same method.
  • the light source 110 emits light beams in two directions in succession, but may emit three or more light beams. Even in that case, the combination of the emission directions of the light beams can be selected by the same method.
  • three or more light beams are emitted in each unit period will be described.
  • FIG. 21 is a flow chart showing an example of a method of determining a light beam when three or more light beams are successively emitted in different directions.
  • the number of light beams emitted in succession be ⁇ (n is an integer of 3 or more).
  • the control circuit 1300 executes the operations of steps 31201 to 31207 shown in FIG. The operation of each step will be described below.
  • the control circuit 1300 determines whether or not all the n light beams to be continuously projected have been selected. If all light beams are already selected, the ⁇ 2020/174765 39 ⁇ (:171?2019/044259
  • step 3300 If there are light beams not selected yet, go to step 3 1 2 0 2.
  • the control circuit 1300 determines whether or not one or more light beams have already been selected from the light beams of the selected number of doors. If no light beams have been selected yet, proceed to step 3125. If one or more light beams are already selected, proceed to step 31203.
  • the control circuit 130 sets the projection direction of the light beam determined immediately before as the adjustment starting point. That is, when the second (k is an integer of 2 or more and n or less) light beam is selected from the light beams of the original, the projection direction of the 1 ⁇ _ 1 light beam is set as the starting point.
  • Control circuit 1 3 0 is 1 _ Information from the memory 1 3 1 is acquired from the memory 1 3 1 as information on the straight line that is obtained by projecting the directions of all the first light beams onto the light receiving surface of the image sensor 1 2 1.
  • the control circuit 1300 controls the light beam that has the least amount of slow axis adjustment among the light beams that have not yet been selected among all the light beams to be emitted that have been recorded in the memory 1331. Select all. However, the light beam in the direction in which the straight line projected in the projection direction on the light receiving surface of the image sensor 1 21 overlaps with or intersects the straight line acquired in step 3 1 2 0 4 is excluded.
  • the adjustment amount of the slow axis is determined based on the direction of the light beam selected immediately before or the direction of the light beam determined by the initial setting.
  • the direction of the light beam set as the starting point in step 3123 is used as the reference.
  • the control circuit 1 3 0, from the light beam selected in step 3 1 2 0 5 ⁇ 2020/174765 40 ⁇ (:171?2019/044259
  • the adjustment amount of the fast axis is also determined based on the direction of the light beam selected immediately before or the direction of the light beam determined by the initial settings.
  • control circuit 1 3 0 Based on the direction of the light beam selected in step 3 1 2 0 6, the control circuit 1 3 0 calculates the straight line projecting the direction of the light beam on the light receiving surface of the image sensor 1 2 1 and stores it in the memory 1 3 Record to 1.
  • control circuit 130 can sequentially select n light beams to be continuously projected.
  • the light beams are selected and the order is determined at the same time, but they may be performed separately. For example, it is possible to first select the direction of a plurality of light beams that emit light continuously and then determine the order of the selected plurality of light emission directions. An example of such an operation will be described below with reference to FIG.
  • Fig. 210 is a flowchart showing another example of the operation of step 3120 shown in Fig. 19.
  • step 3 1 2 0 0 consists of step 3 1 2 6 0 that selects the direction of the light beam of the book that is continuously projected and step 3 1 2 7 0 that determines the order of light projection.
  • Step 3 1 2 6 0 includes steps 3 1 2 6 1 to 3 1 2 6 3 and step 3 1 2 7 0 includes steps 3 1 2 7 1 to 3 1 2 7 5. The operation of each step will be described below.
  • the control circuit 130 calculates a straight line when the locus is projected on the light receiving surface of the image sensor for the projection directions of all the light beams that have not been projected yet. Alternatively, if those straight lines have been pre-calculated and recorded, obtain that information.
  • the control circuit 1300 clusters all the light beams that have not been projected yet into clusters composed of light beams based on the following criteria. Same as for the light receiving surface of the image sensor 1 2 1 in the projection direction of the 0 light beams included in the cluster. ⁇ 2020/174765 41 ⁇ (:171?2019/044259
  • the projections do not overlap or intersect each other in the receiving plane. Furthermore, the projection directions of the light beams of the books included in the same cluster are close to each other, that is, the adjustment amount of the directions is small.
  • the adjustment amount may be calculated after weighting according to the adjustment speed for each axis. For example, the amount of adjustment between the directions of the light beams may be calculated by multiplying the slow axis by 5 and the fast axis by 1.
  • the clusters are generated so that the sum of adjustment amounts in each cluster is small.
  • the control circuit 1 3 0 selects the light emitting direction with the smallest adjustment amount among the light emitting directions in the cluster.
  • the adjustment amount is determined based on the direction of the light beam projected immediately before or the direction of the light beam determined by the initial setting.
  • the control circuit 130 selects the cluster including the light beam in the projection direction with the smallest adjustment amount among the projection directions with the smallest adjustment amount selected for each cluster. Then, the 1! light beams included in the selected class are selected as the light beams of the books to be continuously projected.
  • the control circuit 1300 selects the light beam in the light projecting direction with the smallest adjustment amount from the light projecting directions of the light beams of the book included in the cluster selected in step 31263.
  • the adjustment amount is determined on the basis of the direction of the light beam projected immediately before or the direction of the light beam determined by the initial setting.
  • the light beam selected here will be the first light beam to be projected from the light beams of the original book.
  • the control circuit 1300 sets the light emission direction selected in step 311271 as the starting point.
  • the control circuit 130 determines whether or not all the projection orders of the n light beams to be projected continuously have been determined. ⁇ The order of projecting the light beams is all decided ⁇ 2020/174765 42 ⁇ (:171?2019/044259
  • step 31 300 If yes, go to step 31 300. If the determination of the order of projecting the light beams of the book has not been completed yet, the process proceeds to step 31 274.
  • the control circuit 1 30 has the smallest adjustment amount of the low-speed axis from the starting point among the projection directions in which the projection order has not yet been determined among the projection directions included in the cluster selected in step 31 263. Select all projection directions.
  • the control circuit 1 30 selects one of the projection directions selected in step 31 274, which has the smallest adjustment amount of the high-speed axis from the starting point.
  • the light beam in the projection direction determined here will be projected next. After step 31 275, return to step 31 272.
  • FIG. 22 is a flow chart showing the details of the operation of step 31300.
  • the control circuit 130 executes the operations of steps 31 301 to 31 308 shown in FIG. The operation of each step will be described below.
  • the control circuit 130 determines whether or not a preset number of exposures have been completed. If this judgment is less than 3, proceed to step 31 400. If this determination is N 0, proceed to step 31 302.
  • the control circuit 1 30 starts timing.
  • the control circuit 1 30 determines the emission order determined in step 31 200 and the ⁇ 2020/174765 43 ⁇ (:171?2019/044259
  • Whether or not the light beam is currently being projected is determined based on the sequence adjustment time of the light beam and the predetermined time length of each light beam pulse and each exposure period. to decide. If it is determined that it is the timing for projecting light, the process proceeds to step 3 1 3 0 4. If it is determined that it is not the timing for projecting light, the process proceeds to step 3135.
  • the control circuit 1300 sends a light emission control signal to the light source 1100.
  • the light source 110 emits the first light beam or the second light beam in the instructed direction according to the light emission control signal.
  • the light emission control signal includes information on the beam shape, divergence angle, emission direction, and pulse time length for each light beam.
  • the information on the beam shape, divergence angle, and emission direction is the information shown in FIG. 4, for example, and is stored in the memory 1 3 1.
  • the pulse time length of each light beam is preset to an appropriate length.
  • the control circuit 1300 based on the exposure timing determined according to the direction adjustment time of the light beam associated with the projection order determined in step 3120 and the exposure time length determined in advance, Judge whether the present is the timing of exposure. When it is determined that it is the exposure timing, the process proceeds to step 3130. If it is determined that it is not the timing of exposure, the process returns to step 3133.
  • the control circuit 1300 outputs an exposure start signal. In response to the exposure start signal, the light receiving device 120 starts exposure.
  • the control circuit 1300 outputs an exposure end signal when a predetermined exposure time length has passed after step 3130. In response to the exposure end signal, the light receiving device 120 finishes the exposure.
  • the control circuit 1300 controls the amount of charge accumulated in each pixel in the light receiving device 120. ⁇ 2020/174765 44 ⁇ (:171?2019/044259
  • the read signal is sent to the signal processing circuit 140. After completion of step 3 1 3 0 8, return to step 3 1 3 0 1.
  • the control shown in Fig. 7 is realized by repeating the operations of steps 3131 to 3138. As a result, the charge associated with the exposure of each pixel is measured for each exposure period.
  • step 3140 details of the operation of calculating the distance for each pixel in step 3140 will be described.
  • FIG. 23 is a diagram showing an example of the distance calculation operation performed by the signal processing circuit 140.
  • the signal processing circuit 140 executes the operations of steps 3 1 4 1 0 to 3 1 4 8 0 shown in FIG. The operation of each step will be described below.
  • the signal processing circuit 140 determines whether or not the distance calculation is completed for all the light beams continuously projected in each unit period. If the distance calculation has been completed for all the light beams projected in succession, the process returns to step 311100 and the next unit period starts. If the distance calculation has not been completed for all of the light beams projected in succession, proceed to step 3 1 4 20.
  • the signal processing circuit 140 selects one of the light beams whose distances have not been calculated yet among the light beams continuously projected.
  • the signal processing circuit 140 extracts information on the projection timing and direction of the selected light beam based on the projection control signal acquired from the control circuit 130.
  • the projection timing refers to the relative time from the start of projection of the first light beam of a plurality of light beams continuously projected. Further, with respect to the direction of the light beam, a plurality of pixels located on a straight line when projected onto the light receiving surface of the image sensor 1 21 are specified.
  • the signal processing circuit 140 determines whether or not the distance calculation has been completed for all of the plurality of pixels on the projective line identified in step 3143. When the distance calculation has been completed for all the pixels on the projective line, the process returns to step 3 1 4 1 0. If distance calculation has not been completed for all pixels on the projective line, proceed to step 3 1 4 5 0.
  • the signal processing circuit 140 selects one pixel for which the distance calculation has not yet been performed, from the plurality of pixels on the projection line.
  • the signal processing circuit 1440 continuously selects the pixels selected in step 3145 based on the ratio of the charges accumulated in the successive exposure periods in the method described with reference to FIG. The time length from the start of light projection to the light reception of the first light beam of the plurality of light beams projected is calculated.
  • the signal processing circuit 1440 corrects the time length obtained in step 3140 by using the information of the projection timing of the light beam obtained in step 3140 for the pixel. ..
  • For correction for example, from the time length from the start of light emission of the first light beam of the multiple light beams emitted continuously to the time of light reception, attention is paid from the time of the start of light emission of the first light beam. This is done by reducing the time until the start of light beam projection. As a result, the time length from the start of light emission of the light beam of interest to the light reception can be obtained.
  • the signal processing circuit 1440 calculates the distance according to the method described with reference to FIG. 6 based on the corrected time length generated in step 3140. After completion of step 3 1 4 8 0, return to step 3 1 4 40.
  • step 3 1 4 1 0 By repeating the operation from step 3 1 4 1 0 to step 3 1 4 8 0
  • the distance measuring device 100 includes the light source 110, the light receiving device 120 including a plurality of light receiving elements, the control circuit 1300, and the signal processing circuit 1440. And.
  • the control circuit 1300 sequentially causes the light source 1130 to emit a plurality of light beams whose irradiation areas do not overlap each other toward the scene within a preset unit period.
  • Control circuit 1 3 0, a part of the plurality of light receiving elements, to receive the reflected light from a scene generated by a plurality of light beams in the same _ exposure period, causing output light reception data.
  • the signal processing circuit 140 generates and outputs distance data at some positions of the plurality of light receiving elements based on the light receiving data.
  • the control circuit 130 determines the combination of the directions of the plurality of light beams so that the reflected light generated by the plurality of light beams respectively enters different light receiving elements of the plurality of light receiving elements. .. More specifically, the plurality of light receiving elements are two-dimensionally arranged along the light receiving surface of the light receiving device, and the control circuit 130 is configured so that the paths of the plurality of light beams projected on the light receiving surface are The combination of the directions of the multiple light beams is determined so that they do not overlap or intersect with each other in the light receiving surface. The control circuit 130 executes the above operation in each of a plurality of continuous unit periods. However, the combination of the directions of multiple light beams is determined to be different for each unit period.
  • the number of light beams sequentially emitted in each unit period is two. ⁇ 2020/174765 47 ⁇ (:171?2019/044259
  • the number of exposure periods included in each unit period is set to be one more than the number of light beams emitted sequentially. It
  • the indirect touch method is used as a method of measuring the distance from the distance measuring device 100 to the object, but in this modification, the direct touch method is used.
  • the light receiving device 120 of the distance measuring device 100 is an image sensor in which a plurality of light receiving elements are two-dimensionally arranged along the light receiving surface.
  • the light receiving device 120 according to the present modification is a sensor in which light receiving elements with a timer counter are two-dimensionally arranged along the light receiving surface. The timer counter starts timing with the start of exposure, and ends timing when the light receiving element receives the reflected light. In this way, the timer counter measures the time for each light receiving element and directly measures the flight time of light.
  • the basic configuration is the same as that shown in Figs. 1 and 3.
  • the difference from the first embodiment is the structure of the light receiving device 120 and the processing of the control circuit 1300 and the signal processing circuit 1440.
  • the points different from the first embodiment will be mainly described.
  • the light receiving device 120 is a sensor device including a timer counter for each light receiving element. With the timer counter, the elapsed time from the start of exposure to the reception of light can be measured for each light-receiving element. Each light receiving element outputs the data of the time measured by the timer counter as “light receiving data”.
  • the signal processing circuit 140 calculates the distance for each pixel based on the time value for each pixel output by the light receiving device 120 for each exposure period.
  • the signal processing circuit 140 can generate and output a distance image based on the calculated distance value of each pixel.
  • the distance measuring device performs the operation shown in Fig. 19. However, ⁇ 2020/174765 48 ⁇ (:171?2019/044259
  • Steps 3 1 3 0 0 and 3 1 4 0 0 are modified as follows.
  • the control circuit 1300 outputs light emission control signals of a plurality of light beams to the light source 1130. At the same time, it outputs to the signal processing circuit 140 the information on the straight line on the sensor plane that projects the light projection direction onto the sensor plane and the information on the exposure timing. Further, the “I” control circuit 1300 outputs a control signal for starting and ending exposure to the light receiving device 1120.
  • Each light receiving element of the light receiving device 120 operates a timer counter at the start of exposure. Each light receiving element stops the timer counter at the same time it receives the reflected light, and measures the elapsed time from the start of exposure to the light reception.
  • the signal processing circuit 140 corrects the value of the elapsed time for each light receiving element measured in step 3130 with the value of the projection timing of each light beam, and calculates the distance for each light receiving element.
  • FIG. 24 shows an example of data recorded in the memory 1 41 of the signal processing circuit 1 4 0 in the present modification.
  • the memory 1 41 records the information shown in FIG. 24 instead of the information shown in FIG.
  • the memory 1 41 stores the X-coordinate value indicating the position of the light-receiving element in the light-receiving surface of the light-receiving device 120 and the projection timing of the light beam at which the reflected light may enter the position of the coordinate. Record the information, the measured time of flight values and the calculated distance values.
  • the light beam projection timing is the time measured from the start point of the first light beam of the plurality of light beams that are continuously projected.
  • Fig. 25 is a schematic diagram showing an example of the light projection timing, the reflected light arrival timing, the two timer counter timings, the exposure timing, and the signal read timing in this modification. .. Also in this example, the timing of the projected light and the reflected light is the same as the example shown in FIG. In this modification, the exposure is performed only once in each unit period. During the exposure period, reflected light caused by two light beams emitted in different directions is detected by two different light receiving elements or light receiving element groups. Each light receiving element is illuminated at the same time as the first light beam is emitted. ⁇ 2020/174765 49 ⁇ (:171?2019/044259
  • the timer count is started, and when the reflected light is detected, the timer counter is stopped and the data for the time interval is generated as the received light data.
  • the control circuit 130 stops the exposure when a certain time has elapsed from the emission of the second light beam, and instructs the light receiving device 120 to read the light reception data. During the reading period, the received light data is read from the light receiving element that has detected the reflected light. The light receiving element that does not detect the reflected light during the exposure period stops the timer counter at the end of the exposure period, and the time data is not recorded.
  • the light receiving element that receives the reflected light of the light beam that is first projected
  • the timer counter measures the time from the start of light emission to the start of light reception. Therefore, the measured value is recorded as it is as the flight time.
  • the evening counter is emitted second from the time when the light beam emitted first is started. The time until the start of receiving the reflected light of the light beam is measured. For this reason, the signal processing circuit 140 calculates the flight time by subtracting the time corresponding to the difference between the projection start timings of the two light beams from the measured time. The difference between the light emission start timings of the two light beams can be obtained by referring to the light emission timing values shown in Fig. 24.
  • control circuit 130 is included in each unit period.
  • the signal processing circuit 140 determines the position of the light receiving element based on the time from the emission of each of the plurality of light beams until the reflected light generated by the light beam is received by one of the plurality of light receiving elements. Generate distance data at. With such an operation, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • Ranging equipment in the first embodiment includes a light source 1 1 ⁇ single _ to sequentially emit a plurality of light beams in different directions.
  • the distance measuring device according to the present embodiment is ⁇ 2020/174765 50 ⁇ (:171?2019/044259
  • a plurality of light sources that simultaneously emit light beams are provided.
  • the configuration and operation of the present embodiment will be described, focusing on the differences from the first embodiment.
  • FIG. 26 is a block diagram showing the basic configuration of the distance measuring device 100 according to the second embodiment.
  • light source 1 1 0 is light source 1
  • the light source is the same as that shown in Fig. 1 except that the light source is replaced with a light source.
  • the light source 1103 and the light source 1103 may be a light emitting device capable of emitting a light beam such as a laser beam in a desired direction.
  • Light source 1 1 ⁇ 3 and the light source 1 1 0, the specification of the spread angle and intensity, etc. of the light beam is the same _.
  • the configuration of the light source 1 103 and the light source 1 10 as a single light source is the same as the light source 1 10 of the first embodiment.
  • the structures of the light receiving device 120, the control circuit 130, and the signal processing circuit 140 are the same as the corresponding structures in the first embodiment.
  • FIG. 27 shows the light source 1 1 in the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of an arrangement of 1 and 10 saggers.
  • light source 1 1 And 110 c are arranged symmetrically with respect to the center position of the light receiving surface of the image sensor 1 21 of the light receiving device 120.
  • Light source 1 And 110° are equidistant from the center position of the light receiving surface of the image sensor 1 21 of the light receiving device 120.
  • the number of light sources is not limited to two and may be three or more.
  • Fig. 27 Mimi shows, as an example, a configuration in which four light sources 1 1 0 3 , 1 1 1 1 1 1 0 0, 1 1 0 are arranged. Also in this case, the four light sources can be arranged symmetrically with respect to the center position of the light receiving surface of the image sensor 1 21.
  • Fig. 28 is a block diagram showing an example of a more detailed configuration of the distance measuring apparatus 100 according to the present embodiment. Compared with the configuration of FIG. 3, the only difference is that the light source 110 is replaced by two light sources 1 and 1 13 13.
  • Fig. 29 shows an example of information recorded in the memory 1 3 1 in the present embodiment. ⁇ 2020/174765 51 ⁇ (:171?2019/044259
  • FIG. 30 is a diagram showing a coordinate system of the image sensor plane set in the present embodiment.
  • the light source number, the light beam number, the emission direction of the light beam, and the straight line information obtained by projecting the emission direction of the light beam onto the light receiving surface of the image sensor 1 2 1 are recorded in the memory 1 3 1.
  • the information on the projected straight line can be, for example, the information on the slope and the slice of the straight line expressed in the coordinate system of the image sensor plane shown in FIG. Similar to the first embodiment, as information common to a plurality of light beams, information on the shape, divergence angle, and reach range of each light beam is also recorded.
  • the control circuit 1300 controls a plurality of light beams, which have not been emitted yet among the light beams stored in the memory 1331, to be emitted simultaneously or continuously within each unit period.
  • the combination of light beams and the timing and order of emission of each light beam are determined.
  • the distance measuring device 100 performs the distance measurement by the indirect alignment method.
  • the distance measuring method and the distance calculating method by the indirect D method are the same as those in the first embodiment.
  • the operation of the distance measuring device 100 according to this embodiment will be described below.
  • the basic operation of the distance measuring device 108 is the same as that shown in FIG. However, the operations of steps 31200 and 3100 are different in the following points.
  • the control circuit 130 controls each light source so that the light emission by the light source 1 103 and the light emission by the light source 1 10 3 are simultaneously and continuously performed a plurality of times.
  • the combination of the light beams emitted in the same unit period, regardless of whether they are projected simultaneously or sequentially, is determined by the same concept as in the first embodiment. That is, the combination of the directions of the light beams is determined such that the reflected light from the multiple light beams is incident on each of the multiple points on the light receiving surface of the image sensor 1 21 regardless of the position of the object in the scene. Be done. Therefore, the reflected lights of all the light beams projected in the same unit period are received by different light receiving elements on the light receiving surface of the image sensor 1 21. Throw ⁇ 2020/174765 52 ⁇ (:171?2019/044259
  • the order of light is determined so that the time required for switching the light projecting direction is the shortest, as in the first embodiment. Since a plurality of light sources are provided in the present embodiment, the control circuit 130 may determine the order of light projection so that the switching times of the light beam projection directions of the light sources are aligned. This makes it easier to align the exposure timing with the projection timing, and it is possible to efficiently perform projection and exposure without the occurrence of waiting time due to the difference in the direction switching time for each light source.
  • the control circuit 1300 instructs each of the light sources 1 1 and 1 1 0 to emit light in accordance with the determined order and timing of light emission.
  • the control circuit 1300 outputs a light emission control signal to each of the light sources 1 1 and 1 1 0.
  • the light source 1 And each of the 110 slabs emit two consecutive projections in different directions within one unit period.
  • the reflected light generated by these light projections is detected by a part of the light receiving elements of the light receiving device 120.
  • the method of exposure control of each light receiving element is the same as that in the first embodiment.
  • step 3120 in this embodiment, a specific example of the operation of step 3120 in this embodiment will be described.
  • Fig. 3 18 shows an example of the operation of determining the combination and order of a plurality of light beams emitted from the light sources 1 103 and 1 10 simultaneously or successively within one unit period. It's a flow chart. In this example, light source 1 1 And 1 1 1 10 1 each have IV!_ 1/3 mirrors with slow and fast axes.
  • the control circuit 1300 executes the operations of steps 3320 to 1330 shown in FIG. The operation of each step will be described below.
  • the control circuit 1300 determines the adjustment amount of the slow axis from the light beams that have not yet been emitted among all the light beams that are to be emitted by the light source 1103 and are recorded in the memory 1331. Select all light beams with the fewest. Slow axis adjustment ⁇ 2020/174765 53 ⁇ (:171?2019/044259
  • the adjustment is determined based on the direction of the light beam emitted from the light source 1 103 immediately before, or the direction of the light beam determined by the initial setting.
  • the control circuit 1300 selects one of the light beams selected in step 33201, which has the smallest amount of adjustment of the fast axis.
  • the adjustment amount of the fast axis is also determined based on the direction of the light beam emitted from the light source 1 103 immediately before, or the direction of the light beam determined by the initial setting.
  • the light emitting direction of the selected light beam is set as the first light emitting direction of the light source 1 103.
  • the control circuit 1300 calculates a straight line projecting the direction of the light beam selected in step 3320 2 on the light receiving surface of the image sensor 1 21 and records the information in the memory 1 31.
  • the control circuit 1300 controls the slow axis adjustment amount from the light beams that have not yet been emitted among all the light beams that are to be emitted by the light source 1110 and are recorded in the memory 1331. Select all light beams with the fewest.
  • the adjustment amount of the slow axis is determined based on the direction of the light beam emitted from the light source 1100 immediately before or the direction of the light beam determined by the initial setting.
  • the light beam in the direction in which the straight line projected in the projection direction on the light receiving surface of the image sensor 1 2 1 overlaps with or intersects the straight line calculated in step 3 3 2 0 3 is excluded.
  • the control circuit 1300 selects one of the light beams selected in step 3320, which has the smallest adjustment amount of the fast axis.
  • the adjustment amount of the fast axis is also determined based on the direction of the light beam emitted from the light source 110 immediately before or the direction of the light beam determined by the initial setting.
  • the light emitting direction of the selected light beam is the first light emitting direction of the light source 110.
  • the control circuit 1300 calculates a straight line projecting the direction of the light beam selected in step 3320 on the light receiving surface of the image sensor 121 and records the information in the memory 131.
  • the control circuit 1330 selects the light source 1103 from among the light beams recorded in the memory 1331 that are to be emitted by the light source 1103 and are not yet selected. Select all the light beams with the least amount of slow axis adjustment from the first projection direction. However, the light beam in the direction in which the straight line projected in the projection direction onto the light receiving surface of the image sensor 1 2 1 overlaps with or intersects the straight line calculated in steps 3 3 2 0 3 and 3 3 2 0 6 Excluded.
  • the control circuit 1300 selects one of the light beams selected in step 3320, which has the least amount of adjustment of the fast axis from the first projection direction of the light source 1103. select.
  • the selected projection direction of the light beam is the second projection direction of the light source 1 108.
  • the control circuit 1300 calculates a straight line projecting the direction of the light beam selected in step 3320 on the light receiving surface of the image sensor 121 and records the information in the memory 131.
  • the control circuit 1330 selects the light source 111013 from among the light beams recorded in the memory 1331 that are to be emitted by the light source 1110 and have not been selected. Select all the light beams with the least amount of slow axis adjustment from the first projection direction. However, the straight line projecting the straight line in the light emitting direction onto the light receiving surface of the image sensor 1 2 1 overlaps with or intersects with the straight line calculated in steps 3 3 2 0 3, 3 3 2 0 6, 3 3 2 0 9. Directional light beams are excluded.
  • control circuit 1 3 from the light beam selected in step 3 3 2 1 0, ⁇ 2020/174765 55 ⁇ (:171?2019/044259
  • Light source 1 1 0 Select one of the light beams with the smallest amount of adjustment of the fast axis from the first projection direction.
  • the selected projection direction of the light beam is the second projection direction of the light source 1 1 1 10 1.
  • each of the light source 1 103 and the light source 1 10 0 emits a light beam in two directions simultaneously and continuously, but each light source has three or more light beams. May be continuously emitted. Even in that case, the combination of the emission directions of the light beams can be selected by the same method.
  • each light source emits three or more light beams in each unit period.
  • FIG. 31 is a flow chart showing an example of a method of determining a light beam when each light source continuously emits three or more light beams in different directions.
  • the number of light beams continuously emitted from each light source is (11 is an integer of 3 or more).
  • the control circuit 1300 executes the operations of steps 33221 to 3322 of FIG. 31. The operation of each step will be described below.
  • the control circuit 1300 determines whether or not all of the 0 light beams that are continuously projected are selected for each of the light sources 1 1 0 3 and 1 1 0. If all light beams are already selected, proceed to step 3130. If you have a light beam that you have not yet selected, go to steps 3 3 2 2 2.
  • the control circuit 1300 determines whether or not at least one light beam has already been selected from the n light beams to be selected for the light source 1103. If no light beams have been selected yet, go to step 3 3 2 2 5. If more than one light beam is already selected, proceed to steps 3 3 2 2 3.
  • the control circuit 1300 sets the projection direction of the light beam determined immediately before for each of the light sources 1 and 1100 as the starting point of the adjustment. Ie ⁇ 2020/174765 56 ⁇ (:171?2019/044259
  • the control circuit 1 3 0 is the light source 1 And, for each of the 110 slabs, obtain information on the projections on the light-receiving surface in all the selected projection directions. That is, for each light source, The information of the straight line that the beam direction is projected on the light receiving surface of the image sensor 1 2 1 is acquired from the memory 1 3 1.
  • the control circuit 1300 adjusts the slow axis from the light beams that have not yet been selected among all the light beams to be emitted from the light source 1103, which are recorded in the memory 1331. Select all light beams with the least amount. However, the light beam in the direction in which the straight line projected in the projection direction on the light receiving surface of the image sensor 1 2 1 overlaps with or intersects the straight line acquired in step 3 3 2 2 4 is excluded.
  • the adjustment amount of the slow axis is determined on the basis of the direction of the light beam selected immediately before for the light source 1 103 or the direction of the light beam determined by the initial setting.
  • the direction of the light beam set as the starting point in step 3 3 2 2 3 is used as a reference.
  • the control circuit 1300 selects one of the light beams selected in step 3322, which has the smallest adjustment amount of the fast axis.
  • the adjustment amount of the fast axis is also determined based on the light beam direction selected immediately before for the light source 1 103 or the light beam direction determined by the initial setting.
  • the control circuit 1300 calculates a straight line projecting the direction of the light beam selected in step 33226 on the light receiving surface of the image sensor 121, and records it in the memory 131.
  • the control circuit 1300 has n light beams to be selected for the source 1100. ⁇ 2020/174765 57 ⁇ (:171?2019/044259
  • step 3 3 2 3 it is judged whether one or more light beams have already been selected. If no light beam has been selected yet, go to step 3 3 2 3 0. If more than one light beam is already selected, proceed to step 3 3 2 2 9.
  • the control circuit 1 3 0 is the light source 1 And, for each of the 110 slabs, obtain information on the projections on the light-receiving surface in all the selected projection directions. This information also includes the information calculated in steps 3 3 2 2 7.
  • the control circuit 1300 adjusts the slow axis from among the light beams that have not yet been selected among all the light beams that should be emitted from the light source 1100 and are recorded in the memory 1331. Select all light beams with the least amount. However, the light beam in the direction in which the straight line projected in the projection direction on the light receiving surface of the image sensor 1 2 1 overlaps with or intersects the straight line acquired in step 3 3 2 2 9 is excluded.
  • the adjustment amount of the slow axis is determined on the basis of the direction of the light beam selected immediately before for the light source 11013 or the direction of the light beam determined by the initial setting.
  • the direction of the light beam set as the starting point in step 3 3 2 2 3 is used as a reference.
  • the control circuit 1300 selects one of the light beams selected in step 3320, which has the smallest amount of adjustment of the fast axis.
  • the adjustment amount of the fast axis is also determined based on the light beam direction selected immediately before for the light source 110, or the light beam direction determined by the initial setting.
  • the control circuit 1 3 0 calculates a straight line projecting the direction of the light beam selected in step 3 3 2 3 1 on the light receiving surface of the image sensor 1 2 1 and records it in the memory 1 3 1.
  • control circuit 1300 becomes the light source 1 1 And 1 1 0 13 can successively select the light beams of the book that are continuously projected. ⁇ 2020/174765 58 ⁇ (:171?2019/044259
  • the combination and order of the plurality of light beams can be determined by the same method. Even when there are three or more light sources, the straight lines obtained by projecting the paths of multiple light beams emitted in the same unit period onto the light receiving surface do not overlap or intersect each other. Is determined. Furthermore, the projection order of each light source can be determined so that the adjustment time of the projection direction of each light source is the shortest. When there are low speed axis and high speed axis in the adjustment axis of the light emitting direction of each light source, the order of the light emitting direction is determined by giving priority to reducing the adjustment amount of the low speed axis.
  • the light beams are selected and the order is determined at the same time, but they may be performed separately.
  • the directions of a plurality of light beams that are continuously projected may be selected first, and then the order of the selected plurality of projection directions may be determined. An example of such operation will be described below with reference to FIGS. 310 to 31.
  • Fig. 31 ( 3 is a flow chart showing another example of the operation of step 3120 when a plurality of light beams are simultaneously and successively emitted in different directions.
  • the number of light sources be 111, and the number of light beams continuously emitted from each light source be 1.! 01 and are both integers greater than or equal to 2.
  • the control circuit 1 3 0 performs the operations of steps 3 3 2 6 0 and 3 3 2 7 0 below.
  • the control circuit 1300 selects the direction of each of the light beams for each of the light sources. A specific example of the selection method will be described later.
  • the control circuit 1300 outputs the 1st to the 3rd light beam for each light source for the n light beam directions selected for each light source in step 3 3 2 6 0. ⁇ 2020/174765 59 ⁇ (:171?2019/044259
  • step 3 3 2 6 determines the light order. This determination method is similar to the operation of step 3 1 2 7 0 shown in Fig. 2 1 ( 3. In step 3 3 2 6 0, there is no overlap or intersection when projected onto the image sensor plane. It is not necessary to consider the order of the light beams among the light sources, because the combination of the directions of the multiple light beams is determined. The order of light emission can be determined so as to be the smallest.
  • FIG. 310 is a flowchart showing details of the operation of selecting the directions of a plurality of light beams for each light source in step 3320.
  • the control circuit 1300 executes the operations of the following steps 3 3 2 6 1 to 3 3 2 6 4.
  • the control circuit 130 calculates a straight line when the locus is projected on the light receiving surface of the image sensor for the projection directions of all the light beams that have not been projected yet. Alternatively, if those straight lines have been pre-calculated and recorded, obtain that information.
  • the control circuit 1300 clusters, for each light source, all the light beams that have not been projected yet into clusters composed of light beams based on the following criteria.
  • the projection directions of the light beams of the original light beams onto the light receiving surface of the image sensor 1 2 1 do not overlap or intersect with each other in the light receiving surface.
  • the projection directions of the 1! light beams included in the same cluster are close to each other, that is, the adjustment amount of the directions is small.
  • the adjustment amount may be calculated after weighting according to the adjustment speed for each axis.
  • the amount of adjustment is the sum of the rotation angles of each rotation axis. If the rotation speed varies greatly depending on the rotation axis, such as the 1 ⁇ /1 mirror 1 ⁇ /1 3 mirror, the adjustment amount may be calculated by setting the angle of the low speed axis to 5 times that of the high speed axis. ..
  • the control circuit 1300 performs clustering using the adjustment amount as an index so that the total sum of the adjustment amounts between the light projecting directions becomes small. ⁇ 2020/174765 60 ⁇ (:171?2019/044259
  • the control circuit 1300 selects one cluster for each light source from the clusters generated for each light source in step 3332, and creates a combination. Among them, for all the projection directions included in the cluster for each light source, select one or more combinations in which the straight line calculated in step 3 3 2 6 1 does not intersect on the light receiving surface of image sensor 1 2 1. To do.
  • the control circuit 1300 selects, from among the combinations of clusters of the respective light sources selected in step 3326, the one having the smallest sum of adjustment amounts in each cluster.
  • steps 3 3 2 6 1 and 3 are performed for each unit period.
  • clustering of the projection direction is performed for each light source, but other methods may be used.
  • a plurality of clusters may be generated in advance and recorded in a format in which a cluster identification symbol is given to a combination of a light source and a light projecting direction.
  • Information about such clusters may be recorded in the memory 1 3 1 in advance.
  • FIG. 3 is a diagram showing a first example of photodetection in the case where two light beams are continuously emitted in different directions from each of the 10 hoops.
  • the horizontal axis represents time. In this example, three exposures are performed consecutively within the unit period.
  • Fig. 328 shows the timing when two light beams are emitted from the light source 1 103.
  • () is the timing at which two light beams are emitted from the light source 110.
  • (3) in Fig. 328 shows the timing at which the reflected light from the two light beams emitted from the light source 1 103 reaches the image sensor 1 21.
  • (3) in Fig. 32 shows that the reflected light from the two light beams emitted from the light source 110 reaches the image sensor 1 2 1. ⁇ 2020/174765 61 ⁇ (:171?2019/044259
  • FIG. 328 Showing imming.
  • ( 6 ) to (9) in Figure 328 show the first to third exposure periods, respectively.
  • the parentheses in Fig. 328 indicate the shutter release period of the image sensor 1 21.
  • (9) in Fig. 328 shows the readout period of the charge accumulated in each light receiving element.
  • the image sensor 1 21 has three charge storage units for each pixel. By switching the charge storage unit that stores the charge during the unit period, it is possible to detect the reflected light in each of the three exposure periods without reading. Multiple light sources 1 1 And the operation is the same as that shown in FIG.
  • two light beams in two different directions are simultaneously emitted during one unit period, and in two other directions which are different from each other in succession in the previous two directions.
  • a light beam is emitted. That is, light beams in four different directions are emitted once, and reflected light from the four directions is received by the four light receiving elements or light receiving element groups in the light receiving surface of the image sensor 1 21.
  • Each light receiving element accumulates charges generated by light reception during the exposure period. By switching the switches, electric charges are accumulated in three different charge accumulators in the first to third exposure periods.
  • a signal indicating the charge amount is read out from all the charge storage units.
  • the read signal is sent to the signal processing circuit 140 as received light data. Based on the received light data, the signal processing circuit 140 can calculate the distance for the light receiving element that receives the reflected light by the method described with reference to FIG.
  • FIG. 3 2 shows the light source 1 in each unit period.
  • FIG. 6 is a diagram showing a second example of light detection in the case where two light beams are continuously emitted in different directions from each of the 10 hoops. In this example, each light receiving element does not need to have a plurality of charge storage units.
  • Fig. 3 2 The operation of multiple light sources 1 1 And 1 1 ⁇ ⁇ 2020/174765 62 ⁇ (:171?2019/044259
  • each light receiving element needs to have only one charge accumulating portion, so that the structure of the image sensor can be simplified.
  • Fig. 32 and Fig. 32 three exposure periods are set for each unit period, but the number of exposure periods per unit period is 2 or less or 4 or more. May be.
  • the timing of light projection and light reception can be adjusted according to the setting of the reach range of a plurality of light beams and the like.
  • Fig. 33 is a flowchart showing the operations of light projection and exposure in the present embodiment. This flow chart shows the details of the operation of step 3130 shown in FIG. Here, an example in which the control shown in FIG. 32 is performed will be described.
  • the control circuit 1300 according to the present embodiment executes the operation of steps 33401 to 3340 shown in FIG. The operation of each step is explained below.
  • the control circuit 1300 starts timing.
  • the control circuit 1 3 0 is the light source 1 And a 1 1 0 clot respectively, and outputs a first exposure control signal to the light receiving device 120.
  • Each of the light sources 1 and 1 1 0 outputs a respective first light beam in response to the first light emission control signal.
  • the light receiving device 120 starts charge accumulation in response to the first exposure start signal.
  • the control circuit 130 outputs a first exposure stop signal to the light receiving device 120 when the preset length of the exposure period has elapsed.
  • the light receiving device 120 finishes the charge accumulation in response to the first exposure stop signal.
  • the control circuit 130 causes the light receiving device 120 to read out the charges accumulated in the first exposure period.
  • the light receiving device 1 20 sends to the signal processing circuit 1 4 0 the received light data corresponding to the amount of charges accumulated in the charge accumulating unit.
  • the control circuit 1 3 0 is the light source 1 And a second exposure control signal to the light receiving device 1120, and a second exposure control signal to the light receiving device 120.
  • Each of the light sources 1 and 110 outputs a respective second light beam in response to the second light emission control signal.
  • the light receiving device 120 starts charge accumulation in response to the second exposure start signal.
  • the control circuit 130 outputs a second exposure stop signal to the light receiving device 120 when the preset length of the exposure period elapses.
  • the light receiving device 120 finishes the charge accumulation in response to the second exposure stop signal.
  • the control circuit 1300 causes the light receiving device 1120 to read out the charges accumulated in the second exposure period.
  • the light receiving device 1 20 sends to the signal processing circuit 1 4 0 the received light data corresponding to the amount of charges accumulated in the charge accumulating section.
  • the control circuit 130 outputs a third exposure start signal to the light receiving device 120.
  • the light receiving device 120 starts charge accumulation in response to the third exposure start signal.
  • the control circuit 130 outputs a third exposure stop signal to the light receiving device 120 when the preset length of the exposure period elapses.
  • the receiver 1 20 has a third dew ⁇ 2020/174765 64 ⁇ (:171?2019/044259
  • the charge accumulation is ended in response to the light stop signal.
  • the control circuit 130 causes the light receiving device 120 to read out the charges accumulated in the third exposure period.
  • the light receiving device 1 20 sends to the signal processing circuit 1 4 0 the received light data corresponding to the amount of charges accumulated in the charge accumulating section.
  • the distance measuring device 100 includes a plurality of light sources.
  • the plurality of light beams emitted from the plurality of light sources include two or more light beams emitted simultaneously. More specifically, the plurality of light beams are simultaneously emitted at the first timing and the second light beam group is simultaneously emitted at the second timing different from the first timing. And a light beam group of.
  • Control circuitry 1 3 in a plurality of exposure periods consecutive in each unit period, by exposure to each of the plurality of light receiving elements, a portion of the plurality of light receiving elements, the exposure light reflected same _ of Light is received during the period and light reception data corresponding to the amount of light received is output.
  • control circuit 130 sets a plurality of light beam paths projected on the light receiving surface of the light receiving device 120 so that the paths of the plurality of light beams do not overlap or intersect with each other in the light receiving surface. Determine the combination of light beam directions.
  • a plurality of light sources emit light beams at the same time, but a plurality of light sources may emit light beams at different timings. Even in that case, the above-mentioned effects can be obtained.
  • FIG. 348 shows a modification thereof.
  • the light source 1 Light beams in two different directions are simultaneously emitted from 10 ⁇ . That is, light beams in two different directions are emitted at the same time, and reflected light from the two directions is received by the two light receiving elements or light receiving element groups in the light receiving surface of the image sensor 1 21. Each light receiving element accumulates electric charges generated by receiving light during the exposure period. By switching the switches, charges are stored in three different charge storage units in the first to third exposure periods. When the third exposure period ends, a signal indicating the charge amount is read out from all the charge storage units. The read signal is sent to the signal processing circuit 140 as received light data. The signal processing circuit 140, based on the received light data, can calculate the distance for the light receiving element that receives the reflected light.
  • the light source 1 1 And 110 may be replaced by a single light source capable of emitting a plurality of light beams in different directions at the same time.
  • FIG. 34 is a diagram showing another modification of the second embodiment.
  • each light receiving element does not need to include a plurality of charge storage units.
  • each light receiving element should have one charge accumulating portion. ⁇ 2020/174765 66 ⁇ (:171?2019/044259
  • the light sources 1103 and 110 may be replaced by a single light source capable of emitting a plurality of light beams in different directions at the same time.
  • the technique of the present disclosure can be widely used for a distance measuring device that uses laser light.
  • the technology of the present disclosure includes! _ This is useful for Kuchihachi.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

測距装置は、シーンに向けて光ビームを出射する少なくとも１つの光源と、複数の受光素子を含み、前記光ビームの照射によって生じた前記シーンからの反射光を受光する受光装置と、制御回路と、信号処理回路とを備える。前記制御回路は、前記複数の受光素子の少なくとも一部に、前記反射光を受光して生じた電荷を検出および蓄積する少なくとも１回の露光動作と、蓄積された前記電荷を読み出す電荷出力動作とを繰り返し実行させ、前記少なくとも１つの光源に、連続する２回の前記電荷出力動作の間に前記シーンに向けて照射領域が重ならない複数の光ビームを出射させる。前記信号処理回路は、前記電荷を基に生成された受光データに基づき、距離データを生成して出力する。

Description

\¥0 2020/174765 1 卩（：17 2019/044259 明 細 書
発明の名称 ： 測距装置、 測距方法、 およびプログラム
技術分野
[0001 ] 本開示は、 測距装置、 測距方法、 およびプログラムに関する。
背景技術
[0002] 空間中に存在する物体までの距離を計測する種々のデバイスが提案されて いる。 例えば、 特許文献 1から 3は、 丁〇 （丁 1 6 〇干 I 1 9 1） 技術を利用して物体までの距離を計測するシステムを開示している。
[0003] 特許文献 1は、 丁〇 信号のエイリアシングを除去するために、 複数の周 波数の変調光を用いた丁〇 システムを開示している。
[0004] 特許文献 2は、 光ビームで空間をスキャンし、 物体からの反射光を検出す ることにより、 物体までの距離を計測するシステムを開示している。 このシ ステムは、 複数のフレーム期間の各々において、 光ビームの方向を変化させ ながら、 イメージセンサにおける 1つ以上の受光素子に、 反射光を逐次検出 させる。 このような動作により、 対象シーン全体の距離情報の取得に要する 時間を短縮することに成功している。
[0005] 特許文献 3は、 シーンを複数の領域に分割し、 領域ごとに異なる空間密度 の光を出射するスキャン方法を開示している。
先行技術文献
特許文献
[0006] 特許文献 1 :特開 2 0 1 6 _ 2 1 4 0 6 2号公報
特許文献 2 :特開 2 0 1 8 _ 1 2 4 2 7 1号公報
特許文献 3 :特開 2 0 1 3 _ 1 5 6 1 3 8号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0007] 本開示は、 対象シーンの距離情報をより効率的に取得するための技術を提 供する。 〇 2020/174765 2 卩（：171?2019/044259 課題を解決するための手段
[0008] 本開示の一態様に係る測距装置は、 光ビームを出射する少なくとも 1つの 光源と、 複数の受光素子を含み、 前記光ビームの照射によって生じた前記シ —ンからの反射光を受光する受光装置と、 前記少なくとも 1つの光源および 前記受光装置を制御する制御回路と、 信号処理回路とを備える。 前記制御回 路は、 前記複数の受光素子の少なくとも一部に、 前記反射光を受光して生じ た電荷を検出および蓄積する少なくとも 1回の露光動作と、 蓄積された前記 電荷を読み出す電荷出力動作とを繰り返し実行させ、 前記少なくとも 1つの 光源に、 連続する 2回の前記電荷出力動作の間に前記シーンに向けて照射領 域が重ならない複数の光ビームを出射させる。 前記信号処理回路は、 前記電 荷を基に生成された受光データに基づき、 距離データを生成して出力する。
[0009] 本開示の包括的または具体的な態様は、 システム、 装置、 方法、 集積回路 、 コンビュータプログラムまたはコンビュータ読み取り可能な記録ディスク 等の記録媒体で実現されてもよく、 システム、 装置、 方法、 集積回路、 コン ピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい 。 コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、 例えば CD- ROM (Com p a c t D i s c - R e a d O n l y Me mo r y) 等の不揮発性の記 録媒体を含み得る。 装置は、 1つ以上の装置で構成されてもよい。 装置が 2 つ以上の装置で構成される場合、 当該 2つ以上の装置は、 1つの機器内に配 置されてもよく、 分離した 2つ以上の機器内に分かれて配置されてもよい。 本明細書および特許請求の範囲では、 「装置」 とは、 1つの装置を意味し得 るだけでなく、 複数の装置からなるシステムも意味し得る。
発明の効果
[0010] 本開示の一態様によれば、 対象シーンの距離情報をより効率的に取得する ことができる。
[0011] 本開示の一態様の付加的な恩恵および有利な点は本明細書および図面から 明らかとなる。 この恩恵および/または有利な点は、 本明細書および図面に 開示した様々な態様および特徴により個別に提供され得るものであり、 恩恵 〇 2020/174765 3 卩（：171?2019/044259
および/または有利な点の 1つ以上を得るために特徴の全てが必要ではない 図面の簡単な説明
［0012］ ［図 1］本開示の例示的な実施形態における測距装置を模式的に示す図である。
［図 2］測距装置の利用シーンの一例を模式的に示す図である。
［図 3］実施形態 1 に係る測距装置の概略構成を示すブロック図である。
［図 4］メモリに記録されている光ビーム情報の例を示す図である。
［図 5］図 4に示す光ビーム情報によつて規定される複数の光ビームがカバーす る領域を模式的に示す図である。
［図 6八］間接丁〇 方式における動作の例を説明するための図である。
［図 68］間接丁〇 方式における動作を他の例を説明するための図である。
［図 7八］光検出方法の第 1の例を示す図である。
［図 78］光検出方法の第 2の例を示す図である。
［図 8］発光デバイスの一例を模式的に示す斜視図である。
［図 9］ 1つの光導波路素子の断面の構造および伝搬する光の例を模式的に示す 図である。
［図 10八］光導波路アレイの出射面に垂直な方向に光を出射する光導波路アレイ の断面を示す図である。
［図 108］光導波路アレイの出射面に垂直な方向とは異なる方向に光を出射する 光導波路アレイの断面を示す図である。
［図 1 1］ 3次元空間における光導波路アレイを模式的に示す斜視図である。
［図 12］光導波路アレイおよび位相シフタアレイを、 光出射面の法線方向 （ 方向） から見た模式図である。
［図 13］光源の一例を示す図である。
［図 14］光源の他の構成例を示す図である。
［図 15］光源のさらに他の構成例を示す図である。
［図 16］光源のさらに他の構成例を示す図である。
［図 17八］受光装置の構成例を模式的に示す側面図である。 〇 2020/174765 4 卩（：171?2019/044259
［図 178］受光装置の構成例を模式的に示す斜視図である。
［図 18］メモリに記録されるデータの一例を示す図である。
［図 19］実施形態 1 における測距装置の動作の概要を示すフローチャートであ る。
［図 20八］出射される光ビームの方向と、 物体の位置と、 受光位置との関係を模 式的に示す図である。
［図 208］効率的なスキャン方法の一例を示す図である。
［図 21八］ステップ 3 1 2 0 0の詳細な動作の一例を示すフローチャートである
［図 218］ステップ 3 1 2 0 0の詳細な動作の他の例を示すフローチャートであ る。
［図 21（：］ステップ 3 1 2 0 0の詳細な動作のさらに他の例を示すフローチャー 卜である。
［図 22］ステップ 3 1 3 0 0の詳細な動作の一例を示すフローチャートである
［図 23］ステップ 3 1 4 0 0の詳細な動作の一例を示すフローチャートである
［図 24］変形例において、 メモリに記録されるデータの一例を示す図である。 ［図 25］変形例における動作を説明するための図である。
［図 26］実施形態 2に係る測距装置の基本的な構成を示すブロック図である。 ［図 27八］実施形態 2における 2つの光源の配置の例を模式的に示す図である。 ［図 278］ 4つの光源の配置の例を模式的に示す図である。
［図 28］実施形態 2に係る測距装置の構成の一例を示すブロック図である。
［図 29］実施形態 2においてメモリに記録される情報の一例を示す図である。 ［図 30］イメージセンサ平面の座標系を示す図である。
［図 31八］実施形態 2におけるステップ 3 1 2 0 0の動作の例を示すフローチャ —卜である。
［図 318］実施形態 2におけるステップ 3 1 2 0 0の動作の他の例を示すフロー 〇 2020/174765 5 卩（：171?2019/044259
チヤートである。
［図 31（：］実施形態 2におけるステップ 3 1 2 0 0の動作のさらに他の例を示す フローチヤートである。
［図 310］ステップ 3 3 2 6 0における、 光源ごとに複数の光ビームの方向を選 択する動作の詳細を示すフローチヤートである。
［図 32八］実施形態 2における動作の第 1の例を示す図である。
［図 328］実施形態 2における動作の第 2の例を示す図である。
［図 33］実施形態 2における投光と露光の動作を示すフローチヤートである。 ［図 34八］実施形態 2の変形例の動作を示す図である。
［図 348］実施形態 2の他の変形例の動作を示す図である。
発明を実施するための形態
［0013］ 本開示の実施形態を説明する前に、 本開示の基礎となった知見を説明する
［0014］ 物体への投光のタイミングと反射光の受光のタイミングとの差に基づいて 当該物体までの距離を計測する動作を、 光の出射方向を変化させながら行う 丁〇 システムが知られている。 このようなシステムでは、 対象シーンの全 体をスキヤンするのに要する時間が長くなる。 シーン全体をスキヤンするの に要する時間を短縮する技術として、 例えば特許文献 2に開示された技術が 存在する。 特許文献 2のシステムは、 複数のフレーム期間のそれぞれにおい て、 光ビームの方向を変化させながら、 イメージセンサの複数の受光素子に よって反射光を検出する。 各受光素子から出力された信号に基づく演算によ り、 距離が計測される。 このような動作により、 対象シーン全体の距離情報 の取得に要する時間を短縮することが可能である。
［0015］ 本発明者らは、 1つのフレーム期間内に複数の方向に光ビームを出射して 反射光を検出するシステムにおいては、 複数の異なる物体からの反射光が同 —の受光素子に入射する場合があることを見出した。 光源から出射される光 ビームの軸とイメージセンサが受ける光ビームの軸とが一致している場合は 、 それらの光ビームの軸上に位置する物体までの距離を正しく計測すること 〇 2020/174765 6 卩（：171?2019/044259
ができる。 一方、 イメージセンサの前方にレンズなどの光学部品が配置され る場合、 イメージセンサの受光面の中心点から見て特定の方向から拡散する 光は、 光学部品によって受光面上の 1点に集束する。 ここで、 光源から光ビ —ムが出射される時点では、 その光ビームを反射する物体の位置は不明であ る。 すなわち、 イメージセンサの受光面の中心点から見た反射光の方向は不 明であり、 どの受光素子で受光するかは不明である。 したがって、 予め設定 されたフレーム期間内に、 異なる方向に複数の光ビームを連続で出射すると 、 複数の異なる物体からの反射光が同一の受光素子に入射する可能性がある 。 その場合、 当該受光素子に対応する位置の距離を正確に計測できなくなる
[0016] 本発明者らは、 光ビームの方向と反射光の方向との関係に基づき、 複数の 光ビームの方向の組み合わせを適切に決定することにより、 上記の課題を解 決できることに想到した。 複数の光ビームの方向の組み合わせを適切に決定 することにより、 物体の位置にかかわらず、 反射光が受光装置の受光面上の 同一の点に到達しないようにすることができる。 そのようにして決定した複 数の異なる方向の光ビームを予め設定された単位期間内に出射することによ り、 距離情報をより正確に取得することができる。
[0017] 以下、 図 1 を参照しながら、 本開示の実施形態の概要を説明する。
[0018] 図 1は、 本開示の例示的な実施形態における測距装置 1 0 0を模式的に示 す図である。 この測距装置 1 〇〇は、 光ビームの出射方向を変更可能な少な くとも 1つの光源 1 1 0と、 受光装置 1 2 0と、 制御回路 1 3 0と、 信号処 理回路 1 4 0とを備える。 この例では、 制御回路 1 3 0および信号処理回路 1 4 0は、 それぞれ分離した 2つの回路によって実現されている。 しかし、 制御回路 1 3 0および信号処理回路 1 4 0は、 単一の回路によって実現され ていてもよい。 あるいは、 制御回路 1 3 0および信号処理回路 1 4 0の各々 は、 複数の回路の集合によって実現されていてもよい。
[0019] 光源 1 1 0は、 異なる複数の方向に光ビームを出射することが可能な発光 デバイスである。 光源 1 1 0は、 シーンに向けて出射する光ビームの出射方 〇 2020/174765 7 卩（：171?2019/044259
向を変更することによってシーンをスキャンする。 受光装置 1 2 0は、 複数 の受光素子を含み、 受光素子ごとに、 光を検出する機能を有する。 受光装置 1 2 0は、 例えば、 複数の受光素子が撮像面に沿って 2次元的に配列された イメージセンサと、 イメージセンサの撮像面に像を形成する光学系とを含み 得る。 受光装置 1 2 0は、 上記光ビームの照射によって生じたシーンからの 反射光を受光する。 制御回路 1 3 0は、 光源 1 1 0および受光装置 1 2 0を 制御する。 制御回路 1 3 0は、 以下の動作を行う。 （3） 複数の受光素子の 少なくとも一部に、 反射光を受光して生じた電荷を検出および蓄積する少な くとも 1回の露光動作と、 蓄積された電荷を読み出す電荷出力動作とを繰り 返し実行させる。 （匕） 少なくとも 1つの光源 1 1 0に、 連続する 2回の電 荷出力動作の間にシーンに向けて照射領域が重ならない複数の光ビームを出 射させる。
[0020] 複数の受光素子は、 蓄積された電荷を基に受光データを生成する。 信号処 理回路 1 4 0は、 複数の受光素子から出力された受光データに基づき、 距離 データを生成して出力する。 本開示において、 「距離データ」 とは、 シーン 中の 1つ以上の計測点の、 基準点からの絶対的な距離、 あるいは計測点間の 相対的な距離を表す任意の形式のデータを意味する。 距離データは、 例えば 、 画素ごとに、 当該画素に対応する計測点の距離情報が付された 2次元画像 データである距離画像データであってもよい。 距離データはまた、 各計測点 の 3次元座標を表す 3次元点群データであってもよい。 また、 距離データは 、 直接的に距離を表すデータに限られず、 測距のために取得されたセンサデ —夕そのもの、 すなわち
Figure imgf000009_0001
3 データであってもよい。
Figure imgf000009_0002
3 データは、 例 えば受光装置 1 2 0の各受光素子が検出した光の量を示す受光データである 。 データは、 距離を計算するために必要な付加データと併せて、 距離 データとして取り扱うことができる。 付加データは、 例えば、 後述する間接 丁〇 による距離計算に必要な、 各受光素子の露光タイミングおよび露光時 間幅を示すデータである。
[0021 ] 少なくとも 1つの光源 1 1 0は、 単一の光源であってもよいし、 複数の光 〇 2020/174765 8 卩（：171?2019/044259
源であってもよい。 光源 1 1 0は、 同時に複数の方向に光ビームを出射でき るように構成されていてもよいし、 単位期間内に光ビームの方向を変化させ るように構成されていてもよい。 すなわち、 複数の光ビームは、 同時に出射 されてもよいし、 逐次的に出射されてもよい。 制御回路 1 3 0は、 複数の光 ビームのそれぞれの反射光が、 複数の受光素子のいずれかによって受光され るように、 複数の受光素子の各々の露光タイミングを制御する。 少なくとも 1つの光源 1 1 〇は、 方向の組み合わせを変更して複数の光ビームの出射を 繰り返すことによりシーンをスキヤンする。
[0022] ある実施形態において、 制御回路 1 3 0は、 複数の光ビームによって生じ た反射光が、 複数の受光素子のうちの異なる受光素子にそれぞれ入射するよ うに、 複数の光ビームの方向を決定する。 例えば、 複数の受光素子が受光装 置 1 2 0の受光面に沿って 2次元的に配列されている場合、 制御回路 1 3 0 は、 当該受光面に投影された複数の光ビームの経路が、 前記受光面内で互い に重ならず、 交差もしないように、 複数の光ビームの方向の組み合わせを決 定してもよい。 このようにすることで、 1つの受光素子に、 複数の物体から の反射光が入射することを回避することができる。
[0023] 制御回路 1 3 0は、 全ての受光素子について、 一定のタイミングで露光を 開始し、 一定のタイミングで露光を停止してもよい。 その場合でも、 光源 1 1 〇から出射された複数の光ビームによって生じた反射光を受光するのは一 部の受光素子のみである。 このため、 1回の露光期間においては、 一部の受 光素子からの受光データのみが距離計測に用いられる。
[0024] 「受光データ」 は、 例えば、 受光素子が検出した光の量を示す信号であり 得る。 そのような受光データは、 例えば後述する間接丁〇 法による距離計 測に用いられ得る。 間接丁〇 法による距離計測が行われる場合、 各受光素 子について、 単位期間内に複数の露光期間が設定され得る。 複数の露光期間 で得られた受光データを用いた演算により、 距離を求めることができる。 「 受光データ」 は、 受光素子が光を検出したという事実を示す信号、 または光 ビームが出射されてから受光されるまでの時間を示す信号であってもよい。 〇 2020/174765 9 卩（：171?2019/044259
そのような受光データは、 例えば後述する直接丁〇 法による距離計測に用 いられ得る。
[0025] ある実施形態において、 制御回路 1 3 0は、 各々が少なくとも 1回の電荷 出力動作を含む複数の単位期間のそれぞれにおいて、 少なくとも 1つの光源 1 1 〇に、 複数の光ビームを出射させ、 複数の受光素子の少なくとも一部に 、 複数の光ビームによって生じたシーンからの反射光を受光させる。 この際 、 複数の光ビームの方向の組み合わせは、 単位期間ごとに異なるように設定 され得る。 例えば、 複数の単位期間において出射される複数の光ビームの全 体が、 予め設定された距離レンジについて、 対象領域の全体をカバーするよ うに決定され得る。 距離情報の生成は、 単位期間ごとに、 受光データが得ら れた一部の受光素子に関して行われ得る。 信号処理回路 1 4 0は、 単位期間 ごとに、 反射光を受光した一部の受光素子の位置における距離データを生成 してもよい。 あるいは、 信号処理回路 1 4 0は、 複数の単位期間における複 数の光ビームの出射と受光とが終了した後、 測距対象領域全体の距離データ を生成してもよい。
[0026] 「複数の光ビームの方向の組み合わせが異なる」 および 「方向の組み合わ せを変更して複数の光ビームの出射を繰り返す」 とは、 ある期間における複 数の光ビームの出射方向の少なくとも _つが、 他のある期間における複数の 光ビームの出射方向の何れとも異なることをいう。 例えば、 ある期間におけ る複数の光ビームの出射方向の各々が、 他のある期間における複数の光ビー ムの出射方向の何れとも異なっていてもよい。 ある期間において出射される 複数の光ビームの数は、 他のある期間において出射される複数の光ビームの 数と同じであってもよく、 また、 異なっていてもよい。 ある期間における複 数の光ビームの出射方向が、 さらに他の期間における複数の光ビームの出射 方向と同じであってもよい。
[0027] 図 2は、 測距装置 1 0 0の利用シーンの一例を模式的に示す図である。 こ の例では、 受光装置 1 2 0は、 2次元画像を取得するイメージセンサを含む 。 光源 1 1 〇は、 各単位期間において、 複数の光ビーム 2 0 0を出射する。 〇 2020/174765 10 卩（：171?2019/044259
図 2では、 4本の光ビーム 200が例示されている。 1つの単位期間に出射 させる光ビームの本数は 4本に限らず、 2以上の任意の数であり得る。 図 2 には、 測距対象の例として、 人および複数の車両が示されている。 図示され るように、 測距装置 1 〇〇は、 路上の人または車両などの物体までの距離の 計測に使用され得る。 測距装置 1 〇〇は、 例えば車載 L i DAR (L i g h t D e t e c t i o n a n d R a n g i n g) システムの構成要素と して使用され得る。
[0028] 上記の構成によれば、 単位期間ごとに、 複数の光ビームが出射され、 対象 シーンにおける複数の箇所の距離情報を取得することができる。 このため、 単位期間ごとに 1つの方向にのみ光を出射させる従来の測距システムと比較 して、 短時間でシーン全体の距離計測を行うことができる。 さらに、 複数の 物体からの反射光が 1つの受光素子に入射することを避けることができるた め、 距離計測をより正確に行うことができる。
[0029] 以下、 本開示の実施形態を、 図面を参照しながら具体的に説明する。 なお 、 以下で説明される実施形態は、 いずれも包括的または具体的な例を示すも のである。 以下の実施形態で示される数値、 形状、 構成要素、 構成要素の配 置位置および接続形態、 ステップ、 ステップの順序などは、 一例であり、 本 開示を限定する趣旨ではない。 また、 以下の実施形態における構成要素のう ち、 最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、 任意の構成要素として説明される。 また、 各図は模式図であり、 必ずしも厳 密に図示されたものではない。 さらに、 各図において、 実質的に同一の構成 要素に対しては同一または類似の符号を付しており、 重複する説明は省略ま たは簡略化されることがある。
[0030] 本開示において、 回路、 ユニッ ト、 装置、 部材または部の全部または一部 、 またはブロック図における機能ブロックの全部または一部は、 例えば、 半 導体装置、 半導体集積回路 ( 1 C) 、 または L S I ( l a r g e s e a l e i n t e g r a t i o n) を含む 1つまたは複数の電子回路によって実 行され得る。 LS 丨 または丨 Cは、 1つのチップに集積されてもよいし、 複 〇 2020/174765 11 卩（：171?2019/044259
数のチップを組み合わせて構成されてもよい。 例えば、 記憶素子以外の機能 ブロックは、 1つのチップに集積されてもよい。 ここでは、 LS I または I Cと呼んでいるが、 集積の度合いによって呼び方が変わり、 システム LS 丨 % VLS I iv e r y l a r g e s c a l e i n t e g r a t i o n ) 、 もしくは U LS I (u l t r a l a r g e s c a l e i n t e g r a t i o n) と呼ばれるものであってもよい。 L S 丨の製造後にプログラ ムされる、 F i e l d P r o g r amm a b l e G a t e A r r a y (F PGA) 、 または LS 丨 内部の接合関係の再構成または L S 丨 内部の回 路区画のセッ トアップができる r e c o n f i g u r a b l e l o g i c d e v i c eも同じ目的で使うことができる。
[0031] さらに、 回路、 ユニッ ト、 装置、 部材または部の全部または一部の機能ま たは動作は、 ソフトウェア処理によって実行することが可能である。 この場 合、 ソフトウェアは 1つまたは複数の ROM、 光学ディスク、 ハードディス クドライブなどの非一時的記録媒体に記録され、 ソフトウェアが処理装置 ( p r〇 c e s s〇 r ) によって実行されたときに、 そのソフトウェアで特定 された機能が処理装置 (p r o c e s s o r) および周辺装置によって実行 される。 システムまたは装置は、 ソフトウェアが記録されている 1つまたは 複数の非一時的記録媒体、 処理装置 (P r o c e s s o r) 、 および必要と されるハードウェアデバイス、 例えばインターフェースを備えていてもよい
[0032] (実施形態 1 )
本開示の例示的な実施形態 1 に係る測距装置の構成および動作を説明する
[0033] [1 - 1 測距装置の構成]
図 3は、 実施形態 1 に係る測距装置 1 00の概略構成を示すブロック図で ある。 測距装置 1 〇〇は、 光源 1 1 〇と、 受光装置 1 20と、 制御回路 1 3 〇と、 信号処理回路 1 40と、 記録装置 1 50と、 ディスプレイ 1 60とを 備える。 制御回路 1 30は、 メモリ 1 3 1 と、 プロセッサ 1 38とを備える 〇 2020/174765 12 卩（：171?2019/044259
。 信号処理回路 1 4 0は、 メモリ 1 4 1 と、 プロセッサ 1 4 8とを備える。
[0034] 光源 1 1 0は、 例えば同時にまたは短い時間差で複数の光ビームを異なる 方向に出射することが可能な発光デバイスである。 光源 1 1 〇は、 例えばレ —ザ光源であり得る。 光源 1 1 〇から出射される光ビームの到達距離は、 例 えば 1 0 0メートルから 2 0 0メートル程度であり得る。 光ビームの到達距 離は、 この例に限らず、 任意に設定できる。
[0035] 受光装置 1 2 0は、 受光面に 2次元的に配列された複数の受光素子を有す るイメージセンサと、 イメージセンサの撮像面に像を形成する光学系とを含 む。 以下の説明において、 受光素子を 「画素」 と称することがある。 イメー ジセンサは、 指示された露光期間において各受光素子が受けた光の量に応じ た受光データを出力する。 各受光素子は、 例えばフォトダイオードなどの光 電変換素子と、 光電変換によって生じた電荷を蓄積する 1つ以上の電荷蓄積 部とを含み得る。 各受光素子は、 光を受けると光電変換を行い、 受光量に応 じた電気信号を出力する。
[0036] 本実施形態において、 光源 1 1 0と受光装置 1 2 0との距離は、 例えば数 程度であり得る。 一方、 測距の距離レンジは、 例えば 0メートルから 2 0 0メートル程度の範囲であり、 多くの場合数メートル以上である。 このこ とを考慮すると、 光源 1 1 〇および受光装置 1 2 0は、 空間座標において同 —の点に位置するとみなすことができる。 従って、 光源 1 1 〇から出射した 光ビームは、 光ビームの方向にある物体によって反射され、 光源 1 1 0とほ ぼ同じ位置にある受光装置 1 2 0によって受光される。
[0037] 制御回路 1 3 0は、 光源 1 1 0、 受光装置 1 2 0、 および信号処理回路 1 4 0の動作を制御する。 制御回路 1 3 0は、 光源 1 1 0による複数の光ビー ムの出射の方向およびタイミングと、 受光装置 1 2 0の各受光素子による露 光のタイミングとを決定する。 この際、 同一の単位期間内に、 複数の物体か らの反射光が同一の受光素子に入射することがないように、 複数の光ビーム の出射方向を決定する。 制御回路 1 3 0は、 決定したタイミングに従って、 光源 1 1 〇を制御する投光制御信号と、 受光装置 1 2 0を制御する露光制御 〇 2020/174765 13 卩（：171?2019/044259
信号とを生成し、 光源 1 1 0および受光装置 1 2 0にそれぞれ入力する。 光 源 1 1 〇は、 入力された投光制御信号に応答して複数の光ビームを互いに異 なる方向に出射する。 受光装置 1 2 0は、 入力された露光制御信号に応答し て、 各受光素子による露光を実行する。
[0038] 信号処理回路 1 4 0は、 受光装置 1 2 0によって露光期間ごとに生成され る受光データを取得し、 当該受光データに基づいて、 物体までの距離を計算 する。 本実施形態では、 距離は、 例えば後述するように、 間接丁〇 法によ って計算される。 複数の単位期間のそれぞれにおいて、 複数の異なる方向に 位置する物体までの距離が計測される。 この動作が、 光ビームの出射方向の 組み合わせを変えながら、 繰り返し行われることによってシーン全体の距離 情報が取得される。 信号処理回路 1 4 0は、 複数の単位期間における投光と 受光とが終了すると、 シーン全体の距離データを生成する。 生成された距離 データは、 記録装置 1 5 0に記録される。 記録装置 1 5 0は、 例えばハード ディスクまたはメモリなどの任意の記録媒体を含み得る。 距離データに基づ く映像がディスプレイ 1 6 0に表示されてもよい。 距離データは、 例えば画 素ごとに距離の値を有する距離画像のデータであってもよい。
[0039] このように、 測距装置 1 0 0は、 複数の光ビームの出射と、 それらの反射 光の検出とを、 一定の単位期間ごとに、 複数の光ビームの出射方向の組み合 わせを変更しながら、 繰り返し実行する。 複数の単位期間でそれぞれ取得さ れた距離データを集積することで、 シーン全体の距離画像を生成することが できる。
[0040] 以下、 各構成要素をより詳細に説明する。
[0041 ] [ 1 - 1 - 1 制御回路 1 3 0の構成]
制御回路 1 3 0は、 例えばマイクロコントローラユニッ ト
Figure imgf000015_0001
など の電子回路によって実現され得る。 図 3に示す制御回路 1 3 0は、 プロセッ サ 1 3 8と、 メモリ 1 3 1 とを備える。 プロセッサ 1 3 8は、 例えば〇 II （〇6门 1： 「 3 1 ? 「 0。 6 3 3 1 门 9 11门 1 1：） によって実現され得 る。 メモリ 1 3 1は、 例えば
Figure imgf000015_0002
〇 2020/174765 14 卩（：171?2019/044259
などの不揮発性メモリ、 および R A M ( R a n d o m A c c e s s M e m o r y ) などの揮発性メモリを含み得る。 メモリ 1 3 1は、 プロセッサ 1 3 8によって実行されるコンビュータプログラムを格納する。 プロセッサ 1 3 8は、 当該プログラムを実行することにより、 後述する動作を実行するこ とができる。
[0042] プロセッサ 1 3 8は、 投光方向組合せ決定部 1 3 2と、 計時部 1 3 4と、 投光制御信号出力部 1 3 5と、 露光制御信号出力部 1 3 6とを含む。 メモリ 1 3 1は、 プロセッサ 1 3 8が実行するコンビュータプログラムと、 光源 1 1 0から出射される複数の光ビームを規定する情報と、 処理の過程で生成さ れる各種のデータとを格納する記録媒体である。 投光方向組合せ決定部 1 3 2、 計時部 1 3 4、 投光制御信号出力部 1 3 5、 露光制御信号出力部 1 3 6 のそれぞれの機能は、 例えばプロセッサ 1 3 8がメモリ 1 3 1 に格納された プログラムを実行することによって実現され得る。 その場合、 プロセッサ 1 3 8が、 投光方向組合せ決定部 1 3 2、 計時部 1 3 4、 投光制御信号出力部 1 3 5、 および露光制御信号出力部 1 3 6として機能する。 これらの各機能 部は、 専用のハードウエアによって実現されていてもよい。
[0043] 図 4は、 メモリ 1 3 1 に記録されている光ビーム情報を示す図である。 図 4の例では、 複数の光ビームに共通する情報として、 ビームの形状、 ビーム の広がり角、 距離レンジの情報が記録されている。 さらに、 各光ビームにつ いて、 光ビーム番号と出射方向の情報が記録されている。 ここで距離レンジ は、 その光ビームを用いて測定される距離の範囲を指す。 図 4の例では、 距 離レンジは 0メートルから 2 0 0メートルであるが、 他の距離レンジが設定 されていてもよい。 この例では、 受光装置 1 2 0の受光面に平行に、 互いに 直交する X軸および y軸が設定され、 受光面に垂直でシーンに向けた方向に z軸が設定されている。 各光ビームの出射方向は、 x y平面に投影した場合 の X軸からの角度と、 y z平面に投影した場合の z軸からの角度とによって 指定され得る。 なお、 図 4に示す情報は、 一例に過ぎず、 上記とは異なる情 報がメモリ 1 3 1 に記録されていてもよい。 また、 図 4の例では、 x y面お 〇 2020/174765 15 卩（：171?2019/044259
よび V 2平面にそれぞれ投影した場合の角度によって投光方向が記述される が、 これ以外の方法で投光の方向を記述してもよい。
[0044] 図 5は、 図 4に示す光ビーム情報によって規定される複数の光ビームが力 パーする領域を模式的に示す図である。 図 5における複数の円は、 光源 1 1 0から所定の距離 （例えば、 1 0 0メートル） だけ離れた、 受光装置 1 2 0 の受光面に平行な平面における複数の光ビームの断面を示している。 この例 のように、 光ビーム情報が規定する複数の光ビームの全てを同時に出射した とすると、 測距対象のシーンの全体が網羅的にカバーされる。 本実施形態に おいては、 これらの光ビームのうちの一部の光ビームのみが 1つの単位期間 内に出射される。 単位期間ごとに、 複数の光ビームの組み合わせは異なる。 図 5には、 参考のため、 同じ単位期間に出射される 2つの光ビームの例が太 い円で示されている。
[0045] 図 3に示す投光方向組合せ決定部 1 3 2は、 単位期間ごとに、 出射する複 数の光ビームの組み合わせと、 各光ビームの出射のタイミングおよび順序を 決定する。 本実施形態では、 各単位期間において、 複数の光ビームが連続で 出射される。 投光方向組合せ決定部 1 3 2は、 メモリ 1 3 1 に記録されてい る光ビーム情報を参照し、 まだ投光されていない光ビームの中で、 各単位期 間内に連続で投光する複数の光ビームの組み合わせを決定する。
[0046] 計時部 1 3 4は、 時間を計測する手段である。
[0047] 投光制御信号出力部 1 3 5は、 光源 1 1 0を制御する投光制御信号を出力 する。 投光制御信号は、 各光ビームの方向、 ビーム形状、 および強度を規定 する光ビーム情報 （図 4参照） に基づいて生成される。 光源 1 1 0は、 投光 制御信号に応答して、 複数の光ビームを逐次的に出射する。
[0048] 露光制御信号出力部 1 3 6は、 受光装置 1 2 0におけるイメージセンサに よる露光を制御する露光制御信号を出力する。 イメージセンサは、 露光制御 信号に応答して、 各受光素子による露光を実行する。
[0049] ここで、 一般的な間接丁〇 方式による測距方法の一例を説明する。 丁〇 方式は、 光源から出射した光が物体によって反射されて光源の近傍の光検 〇 2020/174765 16 卩（：171?2019/044259
出器まで戻ってくるまでの飛行時間を測定することで、 装置から物体までの 距離を測定する方式である。 飛行時間を直接計測する方式を直接丁〇 と呼 ぶ。 複数の露光期間を設け、 露光期間ごとの反射光のエネルギー分布から、 飛行時間を計算する方式を間接丁〇 と呼ぶ。
[0050] 図 6八は、 間接丁〇 方式における投光タイミング、 反射光の到達タイミ ング、 および 2回の露光タイミングの例を示す図である。 横軸は時間を示し ている。 矩形部分は、 投光、 反射光の到達、 および 2回の露光のそれぞれの 期間を表している。 この例では、 簡単のため、 1つの光ビームが出射され、 その光ビームによって生じた反射光を受ける受光素子が連続で 2回露光する 場合の例を説明する。 図 6八の （3） は、 光源から光が出射するタイミング を示している。 丁 0は測距用の光ビームのパルス幅である。 図 6八の （ 1〇） は、 光源から出射して物体で反射された光ビームがイメージセンサに到達す る期間を示している。 丁 は光ビームの飛行時間である。 図 6八の例では、 光パルスの時間幅丁 0よりも短い時間丁 で反射光がイメージセンサに到達 している。 図 6八の （〇） は、 イメージセンサの第 1の露光期間を示してい る。 この例では、 投光の開始と同時に露光が開始され、 投光の終了と同時に 露光が終了している。 第 1の露光期間では、 反射光のうち、 早期に戻ってき た光が光電変換され、 生じた電荷が蓄積される。 0 1は、 第 1の露光期間の 間に光電変換された光のエネルギーを表す。 このエネルギー〇 1は、 第 1の 露光期間の間に蓄積された電荷の量に比例する。 図 6八の （〇1） は、 イメー ジセンサの第 2の露光期間を示している。 この例では、 第 2の露光期間は、 投光の終了と同時に開始し、 光ビームのパルス幅丁 0と同一の時間、 すなわ ち第 1の露光期間と同一の時間が経過した時点で終了する。 〇2は、 第 2の 露光期間の間に光電変換された光のエネルギーを表す。 このエネルギ_〇 2 は、 第 2の露光期間の間に蓄積された電荷の量に比例する。 第 2の露光期間 では、 反射光のうち、 第 1の露光期間が終了した後に到達した光が受光され る。 第 1の露光期間の長さが光ビームのパルス幅丁 0に等しいことから、 第 2の露光期間で受光される反射光の時間幅は、 飛行時間丁 に等しい。 〇 2020/174765 17 卩（：171?2019/044259
[0051] ここで、 第 1の露光期間の間に受光素子に蓄積される電荷の積分容量を〇 干 1、 第 2の露光期間の間に受光素子に蓄積される電荷の積分容量を〇干 2、 光電流を I 、 電荷転送クロック数を 1\!とする。 第 1の露光期間に おける受光素子の出力電圧は、 以下の V。リ 1: 1で表される。
〇リ 1 =〇 1 /〇 干 1 = \ 1 （丁〇-丁〇〇 /〇 干 1 [0052] 第 2の露光期間における受光素子の出力電圧は、 以下の V。リ 1 2で表さ れる。
〇 1^ 2 = 02/〇 干 2 = \ 1 丁 "〇 干 2
[0053] 図 6八の例では、 第 1の露光期間の時間長と第 2の露光期間の時間長とが 等しいため、 〇干 1 =〇干 2である。 従って、 丁 は以下の式で表すこ とができる。
丁 = { 〇 1^ 2/ （ 〇 1^ 1 + 〇 1^ 2） } X I 0
[0054] 光速を 0 （=3X 1 08〇1/3） とすると、 装置と物体との距離！-は、 以下 の式で表される。
1_= 1 /2\〇 丁 = 1 / 2\〇\ { 〇 1^ 2/ （ 〇 1^ 1 + V〇 u I 2） } X丁 0
[0055] イメージセンサは、 実際には露光期間に蓄積した電荷を出力するため、 時 間的に連続して 2回の露光を行うことができない場合がある。 その場合には 、 例えば図 6巳に示す方法が用いられ得る。
[0056] 図 6巳は、 連続で 2つの露光期間を設けることができない場合の投光と露 光、 および電荷出力のタイミングを模式的に示す図である。 図 6巳の例では 、 まず、 光源が投光を開始すると同時にイメージセンサは露光を開始し、 光 源が投光を終了すると同時にイメージセンサは露光を終了する。 この露光期 間は、 図 6八における露光期間 1 に相当する。 イメージセンサは、 露光直後 にこの露光期間で蓄積された電荷を出力する。 この電荷量は、 受光された光 のエネルギー〇 1 に相当する。 次に、 光源は再度投光を開始し、 1回目と同 一の時間丁 0が経過すると投光を終了する。 イメージセンサは、 光源が投光 を終了すると同時に露光を開始し、 第 1の露光期間と同一の時間長が経過す 〇 2020/174765 18 卩（：171?2019/044259
ると露光を終了する。 この露光期間は、 図 6八における露光期間 2に相当す る。 イメージセンサは、 露光直後にこの露光期間で蓄積された電荷を出力す る。 この電荷量は、 受光された光のエネルギー〇 2に相当する。
[0057] このように、 図 6巳の例では、 上記の距離計算のための信号を取得するた めに、 光源は投光を 2回行い、 イメージセンサはそれぞれの投光に対して異 なるタイミングで露光する。 このようにすることで、 2つの露光期間を時間 的に連続して設けることができない場合でも、 露光期間ごとに電圧を取得で きる。 このように、 露光期間ごとに電荷の出力を行うイメージセンサでは、 予め設定された複数の露光期間の各々で蓄積される電荷の情報を得るために 、 同一条件の光を、 設定された露光期間の数と等しい回数だけ投光すること になる。
[0058] なお、 実際の測距では、 イメージセンサは、 光源から出射されて物体で反 射された光のみではなく、 バックグラウンド光、 すなわち太陽光または周辺 の照明等の外部からの光を受光し得る。 そこで、 一般には、 光ビームが出射 されていない状態でイメージセンサに入射するバックグラウンド光による蓄 積電荷を計測するための露光期間が設けられる。 バックグランド用の露光期 間で計測された電荷量を、 光ビームの反射光を受光したときに計測される電 荷量から減算することで、 光ビームの反射光のみを受光した場合の電荷量を 求めることができる。 本実施形態では、 簡便のため、 バックグランド光につ いての動作の説明を省略する。
[0059] 上記の例では、 簡単のため、 1つの光ビームのみに着目したが、 本実施形 態では、 各単位期間において、 複数の光ビームが連続で出射される。 以下、
2つの光ビームが連続で出射される場合の光検出動作の例を説明する。
[0060] 図 7八は、 各単位期間において、 異なる方向に 2つの光ビームが連続で出 射される場合の光検出の第 1の例を示す図である。 横軸は時間を表す。 この 例では、 単位期間内に、 3回の露光が連続して行われる。
[0061 ] 図 7八の （3） は、 光源 1 1 0から 2つの光ビームが出射されるタイミン グを示している。 図 7八の （匕） は、 光源 1 1 0から出射された 2つの光ビ 〇 2020/174765 19 卩（：171?2019/044259
—ムが物体で拡散されることによって生じる反射光が受光装置 1 2 0におけ るイメージセンサに到達するタイミングを示している。 この例では、 実線で 示される第 1の光ビームの投光が終了すると、 すぐに破線で示される第 2の 光ビームの投光が開始される。 これらの光ビームの反射光は、 各光ビームの 投光タイミングよりも少し遅れてイメージセンサに到達する。 第 1の光ビー ムと、 第 2の光ビームとでは、 出射方向が異なり、 これらの光ビームの反射 光は、 イメージセンサにおける異なる 2つの受光素子または 2つの受光素子 群に入射する。 図 7八の （〇） から （6） は、 第 1から第 3の露光期間をそ れぞれ示している。 この例では、 第 1の露光期間は、 第 1の光ビームの投光 の開始と同時に開始され、 投光の終了と同時に終了する。 第 2の露光期間は 、 第 2の光ビームの投光の開始と同時に開始され、 投光の終了と同時に終了 する。 第 3の露光期間は、 第 2の光ビームの投光の終了と同時に開始され、 当該光ビームのパルスの時間幅と同じ時間が経過すると終了する。 図 7八の （干） は、 イメージセンサのシャッタ開放期間を示している。 図 7八の （9 ） は、 各受光素子の電荷出力の期間を示している。
[0062] この例では、 イメージセンサの各受光素子は、 3つの露光期間において、 それぞれ独立に、 光電変換によって生じた電荷を蓄積する。 各電荷蓄積期間 で蓄積された電荷は、 同時に読み出される。 この動作を実現するために、 各 受光素子には、 3つ以上の電荷蓄積部が設けられる。 それらの電荷蓄積部へ の電荷の蓄積は、 例えばスイッチによって切り替えられる。 各露光期間の長 さは、 シャッタ開放期間よりも短い時間に設定される。 イメージセンサは、 最初の光ビームの投光の開始時点でシャッタを開いて露光を開始する。 反射 光が受光される可能性のある期間にわたってシャッタは開放されている。 最 後の光ビームによって生じた反射光が受光され得る期間である第 3の露光期 間が終了すると、 イメージセンサは、 シャッタを閉じ、 露光を終了する。 シ ャッタ開放期間が終了すると、 イメージセンサは、 信号の読出しを行う。 こ の際、 第 1から第 3の電荷蓄積期間に蓄積されたそれぞれの電荷量に応じた 信号が画素ごとに読み出される。 読み出された信号は、 受光デ _夕として、 〇 2020/174765 20 卩（：171?2019/044259
信号処理回路 1 4 0に送られる。 信号処理回路 1 4 0は、 当該受光データに 基づき、 図 6 を参照して説明した方法により、 反射光を受けた受光素子に ついて、 距離を計算することができる。
[0063] 図 7八の例によれば、 受光素子ごとに複数の電荷蓄積部が必要であるが、 複数の電荷蓄積部に蓄積された電荷の出力を一括で行うことができる。 この ため、 投光と露光の反復をより短時間で行うことができる。
[0064] 図 7巳は、 各単位期間において、 異なる方向に 2つの光ビームが連続で出 射される場合の光検出の第 2の例を示す図である。 図 7巳の例では、 図 6巳 の例と同様に、 露光期間が終了する度に電荷出力が行われる。 1つの単位期 間の間に、 第 1の光ビームおよび第 2の光ビームの出射、 露光、 および電荷 出力が、 3セッ ト繰り返される。 第 1のセッ トにおいて、 第 1の光ビームの 投光開始と同時に、 各受光素子の露光が開始され、 第 1の光ビームの投光終 了と同時に露光が終了する。 この露光期間 1は、 図 7八に示す露光期間 1 に相当する。 露光期間 1が終了すると、 各受光素子に蓄積された電荷が読 み出される。 第 2のセッ トにおいては、 第 1の光ビームの投光終了と同時に 、 すなわち第 2の光ビームの投光開始と同時に、 各受光素子の露光が開始さ れ、 第 2の光ビームの投光終了と同時に露光が終了する。 この露光期間 2 は、 図 7八に示す露光期間 2に相当する。 露光期間 2が終了すると、 各受 光素子に蓄積された電荷が読み出される。 第 3のセッ トにおいては、 第 2の 光ビームの投光終了と同時に、 各受光素子の露光が開始され、 各光ビームの ハルス幅に相当する時間長が経過すると露光が終了する。 この露光期間 3 は、 図 7八に示す露光期間 3に相当する。 露光期間 1が終了すると、 各受 光素子に蓄積された電荷が読み出される。 この例では、 各単位期間において 、 複数の光ビームの連続投光、 露光、 および受光データの読出しの _連の動 作が 3回繰り返される。 これにより、 図 7八の例と同様に、 受光素子ごとに 、 各露光期間の電荷量に応じた受光データを取得することができる。 これに より、 前述の演算によつて距離を計算することができる。
[0065] 図 7巳の例によれば、 各受光素子は 1つの電荷蓄積部を有していればよい 〇 2020/174765 21 卩（：171?2019/044259
ため、 イメージセンサの構造を簡素化できる。
[0066] なお、 図 7八および図 7巳の例では、 単位期間ごとに、 3つの露光期間が 設定されているが、 単位期間あたりの露光期間の数は 2以下または 4以上で あってもよい。 例えば、 同時に複数の方向に光ビームを出射できる光源を使 用する場合、 単位期間あたりの露光期間は 2つでもよい。 その場合、 図 6八 または図 6巳を参照して説明した方法によって距離を計算できる。 あるいは 、 後述する直接丁〇 による距離計算方法を適用する場合、 単位期間あたり の露光期間は 1つでもよい。 さらに、 単位期間あたりに出射される光ビーム の数は 2つに限らず、 3つ以上でもよい。 投光および受光のタイミングは、 複数の光ビームの到達距離範囲の設定等に応じて調整され得る。
[0067] [ 1 - 1 - 2 光源 1 1 0の構成]
次に、 光源 1 1 〇の構成例を説明する。 光源 1 1 〇は、 制御回路 1 3 0の 制御に応じて光ビームの出射方向を変化させることができる発光デバイスで ある。 このような発光デバイスを、 以下、 「光スキャンデバイス」 と称する ことがある。 光スキャンデバイスは、 測距対象のシーン内の一部の領域を光 ビームで順次照射する。 この機能を実現するため、 光スキャンデバイスは、 光ビームの出射方向を変化させる機構を備える。 例えば、 光スキャンデバイ スは、 レーザなどの発光素子と、 少なくとも 1つの稼働ミラー、 例えば 1\/1巳 1\/1 3ミラーとを備え得る。 発光素子から出射された光は、 稼働ミラーによっ て反射され、 測距対象のシーン内の所定の領域に向かう。 制御回路 1 3 0は 、 稼働ミラーを駆動することにより、 光ビームの出射方向を変化させること ができる。
[0068] 稼働ミラーを有する発光デバイスとは異なる構造によって光の出射方向を 変化させることが可能な発光デバイスを用いてもよい。 例えば、 特許文献 2 に開示されているような、 反射型導波路を利用した発光デバイスを用いても よい。 あるいは、 アンテナアレイによって各アンテナから出力される光の位 相を調節することで、 アレイ全体の光の方向を変化させる発光デバイスを用 いてもよい。 〇 2020/174765 22 卩（：171?2019/044259
[0069] 以下、 光源 1 1 0の構成の一例を説明する。
[0070] 図 8は、 光源 1 1 0において使用され得る発光デバイスの一例を模式的に 示す斜視図である。 光源 1 1 〇は、 各々が異なる方向に光を出射する複数の 発光デバイスの組み合わせによって構成され得る。 図 8は、 そのうちの 1つ の発光デバイスの構成を簡略化して示している。
[0071 ] 発光デバイスは、 複数の光導波路素子 1 0を含む光導波路アレイを備える 。 複数の光導波路素子 1 0の各々は、 第 1の方向 （図 8における X方向） に 延びた形状を有する。 複数の光導波路素子 1 〇は、 第 1の方向に交差する第 2の方向 （図 8における丫方向） に規則的に配列されている。 複数の光導波 路素子 1 〇は、 第 1の方向に光を伝搬させながら、 第 1および第 2の方向に 平行な仮想的な平面に交差する第 3の方向 0 3に光を出射させる。
[0072] 複数の光導波路素子 1 0のそれぞれは、 互いに対向する第 1のミラー 3 0 および第 2のミラー 4 0と、 ミラー 3 0とミラー 4 0の間に位置する光導波 層 2 0とを有する。 ミラー 3 0およびミラー 4 0の各々は、 第 3の方向 0 3 に交差する反射面を、 光導波層 2 0との界面に有する。 ミラー 3 0およびミ ラー 4 0、 ならびに光導波層 2 0は、 第 1の方向に延びた形状を有している
[0073] 第 1のミラー 3 0の反射面と第 2のミラー 4 0の反射面とは略平行に対向 している。 2つのミラー 3 0およびミラー 4 0のうち、 少なくとも第 1のミ ラー 3 0は、 光導波層 2 0を伝搬する光の一部を透過させる特性を有する。 言い換えれば、 第 1のミラー 3 0は、 当該光について、 第 2のミラー 4 0よ りも高い光透過率を有する。 このため、 光導波層 2 0を伝搬する光の一部は 、 第 1のミラー 3 0から外部に出射される。 このようなミラー 3 0および 4 0は、 例えば誘電体による多層膜 （ 「多層反射膜」 と称することもある。 ） によって形成される多層膜ミラーであり得る。
[0074] それぞれの光導波路素子 1 0に入力する光の位相を調整し、 さらに、 これ らの光導波路素子 1 〇における光導波層 2 0の屈折率もしくは厚さ、 または 光導波層 2 0に入力される光の波長を調整することで、 任意の方向に光を出 〇 2020/174765 23 卩（：171?2019/044259
射させることができる。
[0075] 図 9は、 1つの光導波路素子 1 0の断面の構造および伝搬する光の例を模 式的に示す図である。 図 9では、 図 8に示す X方向および丫方向に垂直な方 向を 方向とし、 光導波路素子 1 0の X 面に平行な断面が模式的に示され ている。 光導波路素子 1 0において、 一対のミラー 3 0とミラー 4 0が光導 波層 2 0を挟むように配置されている。 光導波層 2 0の X方向における一端 から導入された光 2 2は、 光導波層 2 0の上面に設けられた第 1のミラー 3 0および下面に設けられた第 2のミラー 4 0によって反射を繰り返しながら 光導波層 2 0内を伝搬する。 第 1のミラー 3 0の光透過率は第 2のミラー 4 〇の光透過率よりも高い。 このため、 主に第 1のミラー 3 0から光の一部を 出力することができる。
[0076] 通常の光ファイバーなどの光導波路では、 全反射を繰り返しながら光が光 導波路に沿って伝搬する。 これに対して、 本実施形態における光導波路素子 1 0では、 光は光導波層 2 0の上下に配置されたミラー 3 0および 4 0によ って反射を繰り返しながら伝搬する。 このため、 光の伝搬角度に制約がない 。 ここで光の伝搬角度とは、 ミラー 3 0またはミラー 4 0と光導波層 2 0と の界面への入射角度を意味する。 ミラー 3 0またはミラー 4 0に対して、 よ り垂直に近い角度で入射する光も伝搬できる。 すなわち、 全反射の臨界角よ りも小さい角度で界面に入射する光も伝搬できる。 このため、 光の伝搬方向 における光の群速度は自由空間における光速に比べて大きく低下する。 これ により、 光導波路素子 1 〇は、 光の波長、 光導波層 2 0の厚さ、 および光導 波層 2 0の屈折率の変化に対して光の伝搬条件が大きく変化するという性質 を持つ。 このような光導波路を、 「反射型光導波路」 または 「スローライ ト 光導波路」 と称する。
[0077] 光導波路素子 1 0から空気中に出射される光の出射角度 0は、 以下の式 （
1） によって表される。 \¥02020/174765 24 卩(：17 2019/044259
[数 1]
51110
Figure imgf000026_0001
[0078] 式 （1） からわかるように、 空気中での光の波長ス、 光導波層 20の屈折 率门¾„および光導波層 20の厚さ〇1のいずれかを変えることで光の出射方向を 変えることができる。
[0079] 例えば、 门¾7=2、 〇1 = 387门 111、 ス = 1 550门 111、
Figure imgf000026_0002
の場合、 出 射角度は 0° である。 この状態から、 屈折率を |^„=2. 2に変化させると、 出射角度は約 66° に変化する。 一方、 屈折率を変えずに厚さを〇^ =420 门 に変化させると、 出射角度は約 5 1 ° に変化する。 屈折率も厚さも変化 させずに波長をス = 1 500 n
Figure imgf000026_0003
に変化させると、 出射角度は約 30° に変 化する。 このように、 光の波長ス、 光導波層 20の屈折率 nw、 および光導波 層 20の厚さ ¢1のいずれかを変化させることにより、 光の出射方向を変化さ せることができる。
[0080] 光の波長スは、 例えば一般的なシリコン （3 丨） により光を吸収すること で光を検出するイメージセンサで高い検出感度が得られる 400
Figure imgf000026_0004
から 1
1 00 n m （可視光から近赤外光） の波長域に含まれ得る。 他の例では、 波 長スは、 光ファイバーまたは 3 丨光導波路において伝送損失の比較的小さい 1 260
Figure imgf000026_0005
から 1 62511 の近赤外光の波長域に含まれ得る。 なお、 こ れらの波長範囲は一例である。 使用される光の波長域は、 可視光または赤外 光の波長域に限定されず、 例えば紫外光の波長域であってもよい。
[0081] 発光デバイスは、 各光導波路素子 1 0における光導波層 20の屈折率、 厚 さ、 および波長の少なくとも 1つを変化させる第 1調整素子を備え得る。 こ れにより、 出射光の方向を調製することができる。
[0082] 光導波層 20の少なくとも一部の屈折率を調整するために、 光導波層 20 は、 液晶材料または電気光学材料を含んでいてもよい。 光導波層 20は、 一 対の電極によって挟まれ得る。 一対の電極に電圧を印加することにより、 光 導波層 20の屈折率を変化させることができる。 〇 2020/174765 25 卩（：171?2019/044259
[0083] 光導波層 2 0の厚さを調整するために、 例えば、 第 1のミラー 3 0および 第 2のミラー 4 0の少なくとも一方に少なくとも 1つのアクチユエータが接 続されてもよい。 少なくとも 1つのアクチユエータによって第 1のミラー 3 0と第 2のミラー 4 0との距離を変化させることにより、 光導波層 2 0の厚 さを変化させることができる。 光導波層 2 0が液体から形成されていれば、 光導波層 2 0の厚さは容易に変化し得る。
[0084] 複数の光導波路素子 1 0が一方向に配列された光導波路アレイにおいて、 それぞれの光導波路素子 1 0から出射される光の干渉により、 光の出射方向 は変化する。 各光導波路素子 1 〇に供給する光の位相を調整することにより 、 光の出射方向を変化させることができる。 以下、 その原理を説明する。
[0085] 図 1 0 は、 光導波路アレイの出射面に垂直な方向に光を出射する光導波 路アレイの断面を示す図である。 図 1 〇 には、 各光導波路素子 1 0を伝搬 する光の位相シフト量も記載されている。 ここで、 位相シフト量は、 左端の 光導波路素子 1 〇を伝搬する光の位相を基準にした値である。 本実施形態に おける光導波路アレイは、 等間隔に配列された複数の光導波路素子 1 〇を含 んでいる。 図 1 0八において、 破線の円弧は、 各光導波路素子 1 0から出射 される光の波面を示している。 直線は、 光の干渉によって形成される波面を 示している。 矢印は、 光導波路アレイから出射される光の方向 （すなわち、 波数ベクトルの方向） を示している。 図 1 〇 の例では、 各光導波路素子 1 0における光導波層 2 0を伝搬する光の位相はいずれも同じである。 この場 合、 光は光導波路素子 1 〇の配列方向 （丫方向） および光導波層 2 0が延び る方向 （X方向） の両方に垂直な方向 （ 方向） に出射される。
[0086] 図 1 0巳は、 光導波路アレイの出射面に垂直な方向とは異なる方向に光を 出射する光導波路アレイの断面を示す図である。 図 1 〇巳に示す例では、 複 数の光導波路素子 1 〇における光導波層 2 0を伝搬する光の位相が、 配列方 向に一定量 （△ø） ずつ異なっている。 この場合、 光は、 方向とは異なる 方向に出射される。
Figure imgf000027_0001
を変化させることにより、 光の波数ベクトルの 丫方向の成分を変化させることができる。 隣接する 2つの光導波路素子 1 0 〇 2020/174765 26 卩（：171?2019/044259
の間の中心間距離を とすると、 光の出射角度《。は、 以下の式 （2） によつ て表される。
[数 2] sma （2）
Figure imgf000028_0001
[0087] 光導波路素子 1 0の本数が Nのとき、 光の出射角度の広がり角△ aは、 以 下の式 （3） によって表される。
[数 3]
Figure imgf000028_0002
[0088] したがって、 光導波路素子 1 0の本数が多いほど、 広がり角
Figure imgf000028_0003
を小さく することができる。
[0089] 図 1 1は、 3次元空間における光導波路アレイを模式的に示す斜視図であ る。 図 1 1 に示す太い矢印は、 発光デバイスから出射される光の方向を表す 。 0は、 光の出射方向と Y Z平面とがなす角度である。 0は式 （2） を満た す。 は、 光の出射方向と X Z平面とがなす角度である。
Figure imgf000028_0004
は式 （3） を 満たす。
[0090] それぞれの光導波路素子 1 0から出射される光の位相を制御するために、 例えば、 光導波路素子 1 〇に光を導入する前段に、 光の位相を変化させる位 相シフタが設けられ得る。 発光デバイスは、 複数の光導波路素子 1 0のそれ それに接続された複数の位相シフタと、 各位相シフタを伝搬する光の位相を 調整する第 2調整素子とを備え得る。 各位相シフタは、 複数の光導波路素子 1 0の対応する 1つにおける光導波層 2 0に直接的にまたは他の光導波路を 介して繫がる光導波路を含む。 第 2調整素子は、 複数の位相シフタから複数 の光導波路素子 1 0へ伝搬する光の位相の差をそれぞれ変化させることによ り、 複数の光導波路素子 1 〇から出射される光の方向 （すなわち、 第 3の方 向 D 3） を変化させる。 以下の説明では、 光導波路アレイと同様に、 配列さ れた複数の位相シフタを 「位相シフタアレイ」 と称することがある。 〇 2020/174765 27 卩（：171?2019/044259
[0091 ] 図 1 2は、 光導波路アレイ 1 0八および位相シフタアレイ 8 0八を、 光出 射面の法線方向 （ 方向） から見た模式図である。 図 1 2に示す例では、 全 ての位相シフタ 8 0が同じ伝搬特性を有し、 全ての光導波路素子 1 0が同じ 伝搬特性を有する。 それぞれの位相シフタ 8 0およびそれぞれの光導波路素 子 1 0は同じ長さであってもよいし、 長さが異なっていてもよい。 それぞれ の位相シフタ 8 0の長さが等しい場合は、 例えば、 駆動電圧によってそれぞ れの位相シフト量を調整することができる。 また、 それぞれの位相シフタ 8 0の長さを等ステップで変化させた構造にすることで、 同じ駆動電圧で等ス テップの位相シフトを与えることもできる。 さらに、 この発光デバイスは、 複数の位相シフタ 8 0に光を分岐して供給する光分岐器 9 0と、 各光導波路 素子 1 〇を駆動する第 1駆動回路 2 1 0と、 各位相シフタ 8 0を駆動する第 2駆動回路 2 2 0とをさらに備える。 図 1 2における直線の矢印は光の入力 を示している。 別々に設けられた第 1駆動回路 2 1 0と第 2駆動回路 2 2 0 とをそれぞれ独立に制御することにより、 2次元的に光の出射方向を変化さ せることができる。 この例では、 第 1駆動回路 2 1 0は、 第 1調整素子の 1 つの要素として機能し、 第 2駆動回路 2 2 0は、 第 2調整素子の 1つの要素 として機能する。
[0092] 第 1駆動回路 2 1 0は、 各光導波路素子 1 0における光導波層 2 0の屈折 率および厚さの少なくとも一方を変化させることにより、 光導波層 2 0から 出射する光の角度を変化させる。 第 2駆動回路 2 2 0は、 各位相シフタ 8 0 における光導波路 2 0 3の屈折率を変化させることにより、 光導波路 2 0 3 の内部を伝搬する光の位相を変化させる。 光分岐器 9 0は、 全反射によって 光が伝搬する光導波路で構成してもよいし、 光導波路素子 1 〇と同様の反射 型光導波路で構成してもよい。
[0093] なお、 光分岐器 9 0で分岐したそれぞれの光の位相を制御した後に、 それ それの光を位相シフタ 8 0に導入してもよい。 この位相制御には、 例えば、 位相シフタ 8 0に至るまでの光導波路の長さを調整することによるパッシブ な位相制御構造を用いることができる。 あるいは、 位相シフタ 8 0と同様の 〇 2020/174765 28 卩（：171?2019/044259
機能を有する電気信号で制御可能な位相シフタを用いても良い。 このような 方法により、 例えば、 全ての位相シフタ 8 0に等位相の光が供給されるよう に、 位相シフタ 8 0に導入される前に位相を調整してもよい。 そのような調 整により、 第 2駆動回路 2 2 0による各位相シフタ 8 0の制御をシンプルに することができる。
[0094] 上記の発光デバイスの動作原理、 および動作方法などの詳細は、 特許文献
2に開示されている。 特許文献 2の開示内容全体を本明細書に援用する。
[0095] 本実施形態における光源 1 1 0は、 各々が異なる方向に光を出射する複数 の導波路アレイを組み合わせることによって実現され得る。 以下、 そのよう な光源 1 1 〇の構成例を説明する。
[0096] 図 1 3は、 光源 1 1 0の一例を示す図である。 この例における光源 1 1 0 は、 光導波路アレイ 1 〇 と、 光導波路アレイ 1 0 に接続された位相シフ タアレイ 8 0八とを備える。 光導波路アレイ 1 〇八は、 丫方向に並ぶ複数の 光導波路群 1 〇 9を含む。 各光導波路群 1 0 9は、 1つ以上の光導波路素子 1 〇を含む。 位相シフタアレイ 8 0八は、 丫方向に並ぶ複数の位相シフタ群 8 0 9を含む。 各位相シフタ群 8 0 9は、 1つ以上の位相シフタ 8 0を含む 。 この例において、 位相シフタ群 8 0 9のまとまりは、 光導波路群 1 0 9の まとまりとは異なっている。 より具体的には、 1つの光導波路群 1 〇 9に、
2つの位相シフタ群 8 0 9が接続されている。
[0097] 各位相シフタ 8 0の位相シフト量は、 制御回路 1 3 0によって個別に制御 される。 各位相シフタ 8 0の位相シフト量は、 その配列の順序に応じた第 1 の位相シフト量 （△ の整数倍） と、 位相シフタ群 8 0 9ごとに異なる第 2 の位相シフト量
Figure imgf000030_0001
V 6 , V〇, のいずれか） との和になるように 制御される。 第 2の位相シフト量を位相シフタ群 8 0 9ごとに変化させるこ とにより、 光ビームの出射方向の丫成分、 およびスポッ トサイズの丫方向の 広がり角が制御される。
[0098] 一方、 制御回路 1 3 0は、 光導波路群 1 0 9ごとに、 印加される電圧の値 を個別に決定する。 各光導波路群 1 〇 9への印加電圧の制御により、 光ビー 〇 2020/174765 29 卩（：171?2019/044259
ムの出射方向の X成分が制御される。 位相シフタ群 8 0 9と光導波路群 1 0 9との組み合わせに依存して、 光の出射方向が決定される。 図 1 3の例では 、 1つの位相シフタ群 8 0 9に接続された隣り合う
Figure imgf000031_0001
から同 _の方向に光が出射する。 1つの光導波路群 1 〇 9から出射される光 束を 1つの光ビームとすると、 図 1 3の例では、 2本の光ビームを同時に出 射することができる。 光導波路素子 1 0および位相シフタ 8 0の数を増やせ ば、 さらにビーム本数を増やすことができる。
[0099] 図 1 4は、 光源 1 1 0の他の構成例を示す図である。 この例における光源
1 1 0は、 各々が異なる方向に光ビームを出射する複数の発光デバイス 7 0 0を備える。 この例では、 1つのチップ上に複数の位相シフタ 8 0および複 数の光導波路素子 1 〇が実装される。 制御回路 1 3 0は、 各発光デバイス 7 0 0における各位相シフタ 8 0および各光導波路素子 1 0への印加電圧を制 御する。 これにより、 制御回路 1 3 0は、 各発光デバイス 7 0 0から出射す る光ビームの方向を制御する。 この例では、 光源 1 1 0は 3つの発光デバイ ス 7 0 0を備えるが、 さらに多数の発光デバイス 7 0 0を備えていてもよい 。 近距離用ビームおよび遠距離用ビームの各々は、 複数の発光デバイス 7 0 0から出射する光ビームの集合によって構成され得る。
[0100] 図 1 5は、 光源 1 1 0のさらに他の構成例を示す図である。 この例におけ る光源 1 1 〇は、 各々が異なるチップに実装された複数の発光デバイス 7 0 0を備える。 複数の発光デバイス 7 0 0は、 異なる方向に光ビームを出射す る。 各発光デバイス 7 0 0は、 複数の位相シフタ 8 0および複数の光導波路 素子 1 〇に印加する電圧を決定する制御回路 1 3〇 3を備える。 各発光デバ イス 7 0 0における制御回路 1 3 0 3は、 外部の制御回路 1 3 0によって制 御される。 この例でも、 光源 1 1 0は 3つの発光デバイス 7 0 0を備えるが 、 さらに多数の発光デバイス 7 0 0を備えていてもよい。 近距離用ビームお よび遠距離用ビームの各々は、 複数の発光デバイス 7 0 0から出射する光ビ —ムの集合によって構成され得る。
[0101 ] 図 1 6は、 光源 1 1 0のさらに他の例を示す図である。 この例では、 光源 〇 2020/174765 30 卩（：171?2019/044259
1 1 0は、 レーザなどの発光素子と、 少なくとも 1つの可動ミラー、 例えば MEMSミラーとを備える。 発光素子から出射された光は、 可動ミラーによ って反射され、 対象領域内 (図 1 6において矩形で表示) の所定の領域に向 かう。 制御回路 1 30は、 可動ミラーを駆動することにより、 光源 1 1 0か らの出射光の方向を変化させる。 これにより、 例えば図 1 6において点線矢 印で示すように、 対象領域を光でスキヤンすることができる。
[0102] [1 - 1 -3 受光装置 1 20の構成]
次に、 受光装置 1 20の構成例を説明する。
[0103] 図 1 7 Aは、 受光装置 1 20の構成例を模式的に示す側面図である。 図 1
7巳は、 受光装置 1 20の構成例を模式的に示す斜視図である。 受光装置 1 20は、 複数の受光素子が 2次元に配置されたイメージセンサ 1 2 1 と、 光 学系 1 22とを含む。 イメージセンサ 1 2 1の受光面には、 複数の受光素子 が 2次元的に配列されている。 光学系 1 22は、 例えば少なくとも 1つのレ ンズを含み得る。 光学系 1 22は、 プリズムまたはミラー等の他の光学素子 を含んでいてもよい。 光学系 1 22は、 シーン中の物体 500の 1点から拡 散した光がイメージセンサ 1 2 1の受光面上の 1点に集束するように設計さ れている。
[0104] イメージセンサ 1 2 1は、 例えば CC D (C h a r g e-Co u p I e d
D e v i c e ) センサ、 CMOS (Com p I e me n t a r y Me t a I Ox i d e S e m i c o n d u c t o r) センサ、 または赤外線ア レイセンサであり得る。 各受光素子は、 例えばフォトダイオードなどの光電 変換素子と、 1つ以上の電荷蓄積部とを含む。 光電変換によって生じた電荷 が、 露光期間の間、 電荷蓄積部に蓄積される。 電荷蓄積部に蓄積された電荷 は、 露光期間終了後、 出力される。 このようにして、 各受光素子は、 露光期 間の間に受けた光の量に応じた電気信号を出力する。 この電気信号を 「受光 データ」 と称する。 イメージセンサ 1 2 1は、 モノクロタイプの撮像素子で あってもよいし、 カラータイプの撮像素子であってもよい。 例えば、 R/G /B、 R/G/B/ I R、 または R/G/B/Wのフイルタを有するカラー 〇 2020/174765 31 卩（：171?2019/044259
タイプの撮像素子を用いてもよい。 イメージセンサ 1 2 1は、 可視の波長範 囲に限らず、 例えば紫外、 近赤外、 中赤外、 遠赤外などの波長範囲に検出感 度を有していてもよい。 イメージセンサ 1 2 1は、 S P A D (S i n g l e P h o t o n Av a l a n c h e D i o d e) を利用したセンサであ ってもよい。 イメージセンサ 1 2 1は、 全画素の信号を一括で露光すること が可能な電子シヤッタ、 すなわちグローバルシヤッタの機構を備え得る。
[0105] [1 - 1 -4 信号処理回路 1 40の構成]
信号処理回路 1 40は、 図 3に示すように、 メモリ 1 4 1 と、 受光装置 1 20のイメージセンサ 1 2 1から出力された信号を処理する C P Uおよび/ または G P Uなどのプロセッサ 1 48とを含む。 図 3に示す信号処理回路 1 40のプロセッサ 1 48は、 距離計算部 1 42と、 距離画像合成部 1 43と を備える。 距離計算部 1 42は、 イメージセンサ 1 2 1から出力された信号 に基づいて、 各画素における距離を計算する。 距離画像合成部 1 43は、 各 画素の距離情報に基づいて、 距離画像を生成する。 距離計算部 1 42および 距離画像合成部 1 43の機能は、 例えばプロセッサ 1 48がメモリ 1 4 1 に 格納されたコンピュータプログラムを実行することによって実現され得る。 その場合、 プロセッサ 1 48が、 距離計算部 1 42および距離画像合成部 1 43として機能する。 これらの各機能部は、 専用のハードウエアによって実 現されていてもよい。 なお、 制御回路 1 30および信号処理回路 1 40は、
1つの回路によって実現されていてもよい。 例えば、 1つの MCUが、 制御 回路 1 30および信号処理回路 1 40の両方の機能を有していてもよい。 メ モリ 1 4 1は、 イメージセンサ 1 2 1から出力された受光素子ごとの受光デ —夕と、 受光データに基づいて計算した距離データとを、 単位期間ごとに記 録する。
[0106] 図 1 8は、 メモリ 1 4 1 に記録されるデータの一例を示している。 図 1 8 の例では、 メモリ 1 4 1 に記録されるデータは、 各受光素子の位置を示す X y座標値と、 各露光期間で蓄積された電荷量を電圧で表現した値と、 それら の電圧値から計算される距離の値とを含む。 信号処理回路 1 40は、 単位期 〇 2020/174765 32 卩（：171?2019/044259
間ごとに、 図 1 8に示すようなデータをメモリ 1 4 1 に記録する。 なお、 図 1 8に示すデータは一例にすぎず、 データの形式は適宜変形してもよい。
[0107] [ 1 - 2 測距装置 1 0 0の動作]
次に、 測距装置 1 〇〇の動作をより詳細に説明する。
[0108] 図 1 9は、 本実施形態における測距装置 1 0 0の動作の概要を示すフロー チャートである。 測距装置 1 0 0は、 図 1 9に示すステップ 3 1 1 0 0から 3 1 5 0 0の動作を実行する。 以下、 各ステップの動作を説明する。
[0109] <ステップ3 1 1 0 0 >
制御回路 1 3 0は、 メモリ 1 3 1 に記録された光ビーム情報 （図 4参照） を参照して、 全ての方向への投光が完了しているか否かを判断する。 全ての 方向への投光が完了している場合、 ステップ 3 1 5 0 0に進む。 まだ投光し ていない方向がある場合、 ステップ 3 1 2 0 0に進む。
[01 10] <ステップ3 1 2 0 0 >
制御回路 1 3 0は、 メモリ 1 3 1 に記録されているビーム方向のうち、 ま だ投光されていない方向について、 同一の単位期間内に連続で投光する複数 の光ビームの方向の組合せと、 投光の順序を決定する。 光ビームの方向の組 み合わせは、 シーン内の物体の位置にかかわらず、 複数の光ビームによる反 射光が、 イメージセンサ 1 2 1の受光面上の複数の点にそれぞれ入射するよ うに決定される。 すなわち、 連続して投光されるすべての光ビームの反射光 は、 イメージセンサ 1 2 1の受光面上の異なる受光素子で受光される。
[01 1 1 ] 投光の順序については、 投光方向の切り替えに要する時間が最短になるよ うに決定され得る。 例えば、 光源 1 1 0が投光方向を 2軸の 1\/1巳1\/1 3ミラー によって調整する場合、 IV!巳 1\/1 3ミラーの低速軸方向の調整の回数と量を最 小にし、 その条件下において、 高速軸方向の調整の量が最小になるように、 投光の順序が決定され得る。 IV!巳 IV! 3ミラーを用いない他の光スキャンデバ イスを使用する場合でも、 光ビームの方向を複数の調整項目 （例えば、 パラ メータまたは軸） によって調整する場合、 同様の観点で投光の順序が決定さ れ得る。 すなわち、 調整項目によって調整に要する時間が異なる場合、 より 〇 2020/174765 33 卩（：171?2019/044259
低速の調整項目の調整の回数と量を最小にし、 その条件下において、 より高 速の調整項目の調整の量が最小になるように、 投光の順序が決定され得る。 制御回路 1 3 0は、 投光の順序に加えて、 各光ビームの投光のタイミングと 、 イメージセンサ 1 2 1 による露光のタイミングも決定する。
[01 12] <ステップ 3 1 3 0 0 >
制御回路 1 3 0は、 決定した投光の順序およびタイミングに従い、 光源 1 1 〇に投光を指示する。 制御回路 1 3 0はまた、 決定した露光のタイミング に従い、 受光装置 1 2 0に露光の開始と終了とを指示する。 これにより、 受 光装置 1 2 0は、 受光素子ごとに、 各露光期間で蓄積された電荷の計測を行 い、 信号処理回路 1 4 0のメモリ 1 4 1 にその情報を記録する。
[01 13] <ステップ 3 1 4 0 0 >
信号処理回路 1 4 0は、 メモリ 1 4 1 に記録された電荷の情報から、 画素 ごとに距離を計算する。 信号処理回路 1 4 0は、 画素ごとに複数の露光期間 でそれぞれ取得された電荷の値から、 各画素の距離を求める。 複数の露光期 間における電荷の比に基づき、 光の飛行時間を計算し、 物体までの距離を決 定する。 信号処理回路 1 4 0は、 計算した距離をメモリ 1 4 1 に記録する。
[01 14] <ステップ 3 1 5 0 0 >
1回の単位期間について、 予め設定された全ての方向への投光が完了する と、 信号処理回路 1 4 0は、 距離画像を生成する。 信号処理回路 1 4 0は、 ステップ 3 1 4 0 0において画素ごとに記録された距離の値を、 例えば色彩 のスケールに置き換えて、 距離画像を生成する。 なお、 距離画像は、 色彩の スケールに限らず、 グレースケールその他の表現方法で 2次元的な距離を表 現してもよい。 信号処理回路 1 4 0は、 距離画像を生成することなく、 1つ 以上の物体の距離を示すデータを生成して出力してもよい。
[01 15] [ 1 - 2 - 1 投光方向の組み合わせおよび順序の決定]
以下、 本実施形態における投光方向の組み合わせおよび順序の決定方法の 例を説明する。
[01 16] 図 2 0八は、 光源 1 1 0から出射される光ビームの方向と、 物体の位置と 〇 2020/174765 34 卩（：171?2019/044259
、 イメージセンサ 1 2 1の受光位置との関係を模式的に示す図である。 図 1 7八および図 1 7巳に示すように、 シーン中のある位置で拡散された光 （本 明細書において 「反射光」 と称する。 ） は、 光学系 1 2 2のレンズの作用に よって、 シーン中の当該位置に対応する受光面上の特定の位置に集束する。 光学系 1 2 2がレンズである場合、 焦点は、 シーン中で光が拡散される位置 からレンズの中心を通る直線がイメージセンサ 1 2 1の受光面と交差する点 である。 図 2 0八に実線矢印で示すように、 光ビームをシーンの特定の方向 に出射した場合、 出射した方向の直線上に存在する物体によって光が拡散さ れ、 破線矢印で示す反射光が生じる。 反射光が入射するイメージセンサ 1 2 1上の位置は、 反射する物体の位置によって異なる。 しかし、 投光方向の直 線上に位置する物体からの反射光は、 投光方向の直線をイメージセンサ 1 2 1の受光面に投影した直線の上に集束する。 測距時には物体の位置は不明で あるが、 反射光が入射する受光面上の位置は、 投光方向の直線を受光面に投 影した直線の上に限定される。
[01 17] ここで、 同一の単位期間に、 光ビームの出射方向の直線を受光面に投影し た直線が重なる複数の方向に光ビームを出射すると、 それらの反射光が受光 面上の同一の点に入射するおそれがある。 例えば図 2 0八に示す光ビーム !_ 1および光ビーム 1- 2は、 イメージセンサ 1 2 1の受光面に投影した場合に 、 互いに重なる方向に出射されている。 ここで、 図 2 0八に示すように、 互 いに直交する X、 V、 å座標を設定する。 イメージセンサ 1 2 1の受光面の 横方向を X方向、 縦方向を V方向とし、 Xおよび V方向に垂直でかつ光が出 射する側の方向を å方向とする。 このような座標系を設定した場合、 光ビー ム !_ 1 と、 光ビーム !_ 2とでは、 出射方向に沿った単位べクトルの X成分お よび V成分が共通する。 図 2 0八の例では、 光ビーム !_ 1が物体 3 0 0八で 拡散されることによって生じた反射光と、 光ビーム !_ 2が他の物体 3 0 0巳 で拡散されることによって生じた反射光とが、 受光面上の同一の点 3に入射 している。 この場合、 点 3に位置する受光素子は、 同一の単位期間内に、 物 体 3 0 0 からの反射光と、 物体 3 0 0巳からの反射光の両方を受ける。 こ 〇 2020/174765 35 卩（：171?2019/044259
の場合、 前述の間接丁〇 法による距離計算結果に誤差が生じる。 この課題 は、 受光面に投影された複数の光ビームの経路が受光面内で互いに重なる場 合に限らず、 互いに交差する場合にも生じ得る。 例えば複数の光源を用いる 構成において、 それらの光源から出射された複数の光ビームの経路を受光面 に投影した場合に受光面上で交差するように複数の光ビームの出射方向を決 定すると、 前述の問題が生じ得る。
[01 18] そこで、 本実施形態では、 制御回路 1 3 0が、 複数の光ビームの経路をイ メージセンサ 1 2 1の受光面に投影した場合に、 それらが受光面内で互いに 重ならず、 交差もしないように、 各単位期間に出射される複数の光ビームの 方向を決定する。 これにより、 同一の単位期間において、 異なる物体からの 反射光を各受光素子が検出することを回避することができる。
[01 19] 図 2 0八の例では、 光源 1 1 0は、 イメージセンサ 1 2 1 に対して、 +父 方向に近接した位置に配置されている。 光源 1 1 〇は、 イメージセンサ 1 2 1の中心を通り X軸に平行な直線上に位置する。 この光源 1 1 0のソ座標を ソ= 0とする。 このような配置においては、 光源 1 1 0からの光ビームによ るスキャンは、 図 2 0巳においてジグザグの矢印で示すように光ビームの反 射光を受光し得る位置が移動するように行うことが効率的である。 図 2 0巳 のジグザグの矢印で示した光ビームの反射光の受光位置は、 光ビームが光源 1 1 0あるいは受光装置 1 2 0からある一定の距離にある対象物によって必 ず反射されるものとして想定された受光位置である。 図 2 0巳において、 ジ グザグの矢印は、 イメージセンサ 1 2 1 において、 光ビームの反射光を受け る受光素子の位置の時間変化の例を模式的に示している。 この例では、 反射 光の受光位置が、 イメージセンサ 1 2 1のソ方向の一端から他端までソ方向 に沿って移動し、 一X方向に、 ソ方向の移動よりも短く移動し、 イメージセ ンサ 1 2 1のソ方向の他端から一端までソ方向に沿って移動し、 一X方向に 、 V方向の移動よりも短く移動する、 ということが繰り返されるように、 ス キャン動作がなされる。 本実施形態において、 1つの光源から順次出射され る光ビームの出射方向の総変化量を少なくすることにより、 対象シーンの全 〇 2020/174765 36 卩（：171?2019/044259
体を効率的にスキャンすることができる。 よって、 図 2 0巳の例では、 同一 の単位期間内に出射される複数の光ビームは、 同一の距離にある物体で反射 された場合に、 受光位置が図示された方向に沿って近接するように、 互いに 近い方向に出射される。 図 2 0巳のように受光位置が移動するスキャンを行 う場合、 光源 1 1 〇は、 予め設定された角度範囲のうち、 2軸に対して
Figure imgf000038_0001
方向側に最も大きく傾き、 かつ一 X方向側に最も小さく傾いた角度からスキ ャンを開始し、 一X方向側への傾きを変えることなく、 + 7方向側から一 V 方向側へ光ビームの角度を変化させる。 _ V方向側への傾きが最大になると 、 光源 1 1 〇は、 光ビームの一 X方向側への傾きを所定量だけ増加させ、 一 X方向側への傾きを維持しながら、 _ソ方向側から +ソ方向側へ光ビームの 角度を変化させる。 + 7方向側への傾きが最大になると、 光源 1 1 〇は、 再 度、 光ビームの一 X方向側への傾きを所定量だけ増加させる。 このような動 作が繰り返される。 光ビームの出射方向をイメージセンサ 1 2 1の受光面に 投影した直線が交差あるいは重ならないように出射する場合、 上記のように V方向に沿って高速にスキャンすることが効率的である。 図 2 0巳のジグザ グの矢印は X方向の移動がソ方向の移動より短いことにより、 _ X方向への 光ビームの出射方向の角度の変化がソ方向の角度の変化より小さいことを示 している。 光ビームの反射光の受光位置は、 _ X方向に短く移動することに 代えて、 +父方向に短く移動してもよい。 反射光の受光位置がソ方向に沿っ て移動する際に、 複数の光ビームを同時または短い時間差で出力して高速ス キャンを行うことにより、 効率的なスキャンを行うことができる。
[0120] ここで、 図 2 0巳に示す例とは異なり、 反射光の受光位置が、 イメージセ ンサ 1 2 1の X方向の一端から他端まで X方向に沿って移動し、 方向に 、 X方向の移動よりも短く移動し、 イメージセンサ 1 2 1の X方向の他端か ら一端まで X方向に沿って移動し、 方向に、 X方向の移動よりも短く移 動する、 ということが繰り返される場合を考える。 この様な場合、 反射光の 受光位置を X方向に沿って移動させるときに、 複数の光ビームを同時または 短い時間差で出力すると、 7 = 0の条件で、 複数の光ビームの受光面への射 〇 2020/174765 37 卩（：171?2019/044259
影が互いに重なってしまう。 このため、 同一の単位期間内に、 方向の異なる 複数の光ビームの反射光が同一の受光素子に入射する可能性がある。 これに 対し、 図 2 0巳の例の場合には、 方向の異なる複数の光ビームの受光面への 射影が互いに重ならない。 したがって、 図 2〇八に示す配置では、 ソ方向に 高速にスキャンし、 複数の光ビームの反射光を同一の単位期間内に受光する ように構成することが効率的である。
[0121 ] 以下、 図 1 9に示すステップ 3 1 2 0 0における光ビームの決定の動作の 詳細を説明する。 図 2 1 八は、 1つの単位期間内に連続で出射する複数の光 ビームの組み合わせと順序とを決定する動作の一例を示すフローチャートで ある。 この例では、 光源 1 1 0が、 低速軸と高速軸とを有する IV!巳 1\/1 3ミラ —を備えている。 制御回路 1 3 0は、 図 2 1 八に示すステップ 3 1 2 1 0か ら3 1 2 5 0の動作を実行する。 以下、 各ステップの動作を説明する。
[0122] <ステップ 3 1 2 1 0 >
制御回路 1 3 0は、 メモリ 1 3 1 に記録された、 すべての出射すべき光ビ —ムのうち、 まだ選択されていない光ビームの中から、 低速軸の調整量が最 も少ない光ビームを全て選択する。 低速軸の調整量は、 直前に出射した光ビ —ムの方向、 または初期設定によって決定された光ビームの方向を基準とし て決定される。 1\/1巳1\/1 3ミラーのように、 ミラーの傾きを 2つの軸のまわり の回転で調整する場合、 一般に、 一方の軸の回転速度は、 他方の軸の回転速 度よりも遅い。 例えば、 X軸の回転速度よりも V軸の回転速度が遅い場合は 、 V軸方向を低速軸方向とし、 X軸方向を高速軸方向とする。
[0123] <ステップ 3 1 2 2 0 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 1 2 1 0で選択された光ビームの中から、 高速軸の調整量が最も少ない光ビームを 1つ選択する。 高速軸の調整量につ いても、 直前に出射した光ビームの方向、 または初期設定によって決定され た光ビームの方向を基準として決定される。 選択した光ビームの投光方向を 第 1の投光方向とする。
[0124] <ステップ 3 1 2 3 0 > 〇 2020/174765 38 卩（：171?2019/044259
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 1 2 2 0で選択した光ビームの方向をイメ —ジセンサ 1 2 1の受光面に射影した直線を計算し、 その情報をメモリ 1 3 1 に記録する。
[0125] <ステップ 3 1 2 4 0 >
制御回路 1 3 0は、 メモリ 1 3 1 に記録された、 すべての出射すべき光ビ ームのうち、 まだ選択されていない光ビームの中から、 第 1の投光方向から の低速軸の調整量が最も少ない光ビームを全て選択する。 ただし、 投光方向 の直線をイメージセンサ 1 2 1の受光面に射影した直線が、 ステップ 3 1 2 3 0で計算した直線と重なる、 あるいは交差する方向の光ビームは除外され る。
[0126] <ステップ 3 1 2 5 0 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 1 1 4 0で選択された光ビームの中から、 第 1の投光方向からの高速軸の調整量が最も少ない光ビームを 1つ選択する 。 選択した光ビームの投光方向を第 2の投光方向とする。
[0127] 以上の動作により、 1つの単位期間に連続して出射される第 1の光ビーム および第 2の光ビームのそれぞれの投光方向が決定される。
[0128] なお、 本実施形態では、 光源 1 1 0は、 連続して 2つの方向に光ビームを 出射するが、 3つ以上の光ビームを出射してもよい。 その場合でも、 同様の 方法で、 光ビームの出射方向の組み合わせを選択することができる。 以下、 各単位期間に 3つ以上の光ビームを出射する場合の例を説明する。
[0129] 図 2 1 巳は、 連続して 3つ以上の光ビームを異なる方向に出射する場合の 光ビームの決定方法の例を示すフローチヤートである。 ここで、 連続して出 射される光ビームの数を门 （nは 3以上の整数） とする。 制御回路 1 3 0は 、 図 2 1 巳に示すステップ 3 1 2 0 1から 3 1 2 0 7の動作を実行する。 以 下、 各ステップの動作を説明する。
[0130] <ステップ 3 1 2 0 1 >
制御回路 1 3 0は、 連続で投光される n本の光ビームのすべてが選択され たか否かを判断する。 すべての光ビームが既に選択されている場合は、 ステ 〇 2020/174765 39 卩（：171?2019/044259
ップ 3 1 3 0 0に進む。 まだ選択していない光ビームがある場合は、 ステッ プ3 1 2 0 2に進む。
[0131 ] <ステップ 3 1 2 0 2 >
制御回路 1 3 0は、 選択されるべき门本の光ビームのうち、 既に 1本以上 の光ビームが選択されたか否かを判断する。 光ビームがまだ 1本も選択され ていない場合は、 ステップ3 1 2 0 5に進む。 1本以上の光ビームが既に選 択されている場合は、 ステップ 3 1 2 0 3に進む。
[0132] <ステップ 3 1 2 0 3 >
制御回路 1 3 0は、 直前に決定した光ビームの投光方向を、 調整の起点と して設定する。 すなわち、 门本の光ビームのうち、 番目 （kは2以上n以 下の整数） の光ビームを選択する場合、 1< _ 1番目の光ビームの投光方向を 起点として設定する。
[0133] <ステップ 3 1 2 0 4 >
制御回路 1 3 0は、 1
Figure imgf000041_0001
_ 1番目のすべての光ビームの方向をイ メージセンサ 1 2 1の受光面に射影した直線の情報をメモリ 1 3 1から取得 する。
[0134] <ステップ 3 1 2 0 5 >
制御回路 1 3 0は、 メモリ 1 3 1 に記録された、 すべての出射すべき光ビ —ムのうち、 まだ選択されていない光ビームの中から、 低速軸の調整量が最 も少ない光ビームを全て選択する。 ただし、 投光方向の直線をイメージセン サ 1 2 1の受光面に射影した直線が、 ステップ 3 1 2 0 4で取得された直線 と重なる、 あるいは交差する方向の光ビームは除外される。 ここで、 低速軸 の調整量は、 直前に選択した光ビームの方向、 または初期設定によって決定 された光ビームの方向を基準として決定される。 2本目以降の光ビームの選 択の際には、 ステップ 3 1 2 0 3で起点として設定された光ビームの方向を 基準とする。
[0135] <ステップ 3 1 2 0 6 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 1 2 0 5で選択された光ビームの中から、 〇 2020/174765 40 卩（：171?2019/044259
高速軸の調整量が最も少ない光ビームを 1つ選択する。 高速軸の調整量につ いても、 直前に選択した光ビームの方向、 または初期設定によって決定され た光ビームの方向を基準として決定される。
[0136] <ステップ 3 1 2 0 7 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 1 2 0 6で選択した光ビームの方向に基づ き、 当該光ビームの方向をイメージセンサ 1 2 1の受光面に射影した直線を 計算し、 メモリ 1 3 1 に記録する。
[0137] 以上の動作を繰り返すことにより、 制御回路 1 3 0は、 連続で投光する n 本の光ビームを順に選択することができる。
[0138] なお、 図 2 1 八および図 2 1 巳の例では、 光ビームの選択と順序の決定と を同時に行うが、 別々に行ってもよい。 例えば、 連続で投光する複数の光ビ —ムの方向をまず選択し、 その後、 選択された複数の投光方向の順序を決定 してもよい。 以下、 図 2 1 〇を参照して、 そのような動作の例を説明する。
[0139] 図 2 1 〇は、 図 1 9に示すステップ 3 1 2 0 0の動作の他の例を示すフロ —チヤートである。 この例では、 ステップ 3 1 2 0 0は、 連続で投光される 本の光ビームの方向を選択するステップ 3 1 2 6 0と、 投光する順序を決 定するステップ3 1 2 7 0とを含む。 ステップ3 1 2 6 0は、 ステップ3 1 2 6 1から 3 1 2 6 3を含み、 ステップ3 1 2 7 0は、 ステップ3 1 2 7 1 から 3 1 2 7 5を含む。 以下、 各ステップの動作を説明する。
[0140] <ステップ3 1 2 6 1 >
制御回路 1 3 0は、 まだ投光していない全ての光ビームの投光方向につい て、 その軌跡をイメージセンサの受光面に射影した場合の直線を計算する。 あるいは、 それらの直線が予め計算され、 記録されている場合は、 その情報 を取得する。
[0141 ] <ステップ 3 1 2 6 2 >
制御回路 1 3 0は、 まだ投光していない全ての光ビームを、 以下の基準で 门本の光ビームで構成されるクラスタにクラスタリングする。 同ークラスタ に含まれる〇本の光ビームの投光方向のイメージセンサ 1 2 1の受光面への 〇 2020/174765 41 卩（：171?2019/044259
射影は、 受光面内で互いに重なることも交差することもない。 さらに、 同一 クラスタに含まれる 本の光ビームの投光方向は互いに近い、 すなわち方向 の調整量が少ない。 低速軸と高速軸とが設定されたビームスキャナを光源 1 1 0として用いる場合には、 軸ごとの調整速度に応じて重み付けを行った上 で調整量を計算してもよい。 例えば、 低速軸に 5、 高速軸に 1のように重み を乗じて光ビームの方向間の調整量を計算してもよい。 クラスタは、 それぞ れのクラスタ内の調整量の総和が少なくなるように生成される。
[0142] <ステップ 3 1 2 6 3 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 1 2 6 2で生成されたすベてのクラスタに ついて、 クラスタ内の投光方向のうち、 調整量が最小の投光方向を選択する 。 調整量は、 直前に投光した光ビームの方向、 あるいは初期設定によって決 定された光ビームの方向を基準として決定される。 制御回路 1 3 0は、 各ク ラスタについて選択した調整量が最小の投光方向のうち、 最も調整量が小さ い投光方向の光ビームを含むクラスタを選択する。 そして、 選択したクラス 夕に含まれる 1·!本の光ビームを、 連続で投光する 本の光ビームとして選択 する。
[0143] <ステップ 3 1 2 7 1 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 1 2 6 3で選択されたクラスタに含まれる 本の光ビームの投光方向のうち、 調整量が最小の投光方向の光ビームを選 択する。 調整量は、 直前に投光した光ビームの方向、 あるいは初期設定によ って決定された光ビームの方向を基準として決定される。 ここで選択された 光ビームが门本の光ビームのうち、 最初に投光されることになる。
[0144] <ステップ 3 1 2 7 2 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 1 2 7 1 において選択した投光方向を起点 として設定する。
[0145] <ステップ 3 1 2 7 3 >
制御回路 1 3 0は、 連続で投光する n本の光ビームの全ての投光の順序が すべて決定したか否かを判断する。 〇本の光ビームの投光の順序がすべて決 〇 2020/174765 42 卩（：171?2019/044259
定している場合、 ステップ 31 300に進む。 本の光ビームの投光の順序 の決定がまだ完了していない場合はステップ31 274に進む。
[0146] <ステップ 31 274>
制御回路 1 30は、 ステップ 31 263で選択されたクラスタに含まれる 投光方向のうち、 まだ投光順序の決まっていない投光方向の中から、 起点か らの低速軸の調整量が最も小さい投光方向を全て選択する。
[0147] <ステップ 31 275>
制御回路 1 30は、 ステップ 31 274で選択した投光方向のうち、 起点 から高速軸の調整量が最も小さい投光方向を 1つ選択する。 ここで決定され た投光方向の光ビームが、 次に投光されることになる。 ステップ 31 275 の後、 ステップ 31 272に戻る。
[0148] 以後、 ステップ 31 272から 31 275を繰り返すことで、 連続で投光 される 本の光ビームの投光順序を決定することができる。
[0149] [1 -2-2 投光/露光による電荷計測]
次に、 ステップ 31 300における光源 1 1 0による投光と受光装置 1 2 0による露光の動作の詳細を説明する。
[0150] 図 22は、 ステップ 31 300の動作の詳細を示すフローチヤートである 。 ここでは、 図 7巳に示す制御が行われる場合の例を説明する。 制御回路 1 30は、 図 22に示すステップ 31 301から 31 308の動作を実行する 。 以下、 各ステップの動作を説明する。
[0151] <ステップ 31 301 >
制御回路 1 30は、 予め設定された回数の露光が終了したかを判断する。 この判断が丫㊀ 3の場合、 ステップ 31 400に進む。 この判断が N 0の場 合、 ステップ 31 302に進む。
[0152] <ステップ 31 302 >
制御回路 1 30は、 計時を開始する。
[0153] <ステップ 31 303 >
制御回路 1 30は、 ステップ 31 200で決定された投光順序およびその 〇 2020/174765 43 卩（：171?2019/044259
順序に伴う光ビームの方向調整時間と、 予め定められた各光ビームのパルス の時間長および各露光期間の時間長とに基づいて、 現在が光ビームの投光夕 イミングであるか否かを判断する。 投光タイミングであると判断した場合、 ステップ 3 1 3 0 4に進む。 投光タイミングでないと判断した場合、 ステッ プ3 1 3 0 5に進む。
[0154] <ステップ 3 1 3 0 4 >
制御回路 1 3 0は、 投光制御信号を光源 1 1 0に送る。 光源 1 1 0は、 投 光制御信号に従って、 指示された方向に第 1の光ビームまたは第 2の光ビー ムを出射する。 投光制御信号には、 各光ビームについて、 ビーム形状、 広が り角、 出射方向、 およびパルス時間長の情報を含む。 ビーム形状、 広がり角 、 および出射方向の情報は、 例えば図 4に示す情報であり、 メモリ 1 3 1 に 記録されている。 各光ビームのパルス時間長は、 予め適切な長さに設定され ている。
[0155] <ステップ 3 1 3 0 5 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 1 2 0 0で決定された投光順序に伴う光ビ —ムの方向調整時間に従って定められた露光タイミングと、 予め定められた 露光時間長とに基づいて、 現在が露光のタイミングであるか否かを判断する 。 露光のタイミングであると判断した場合、 ステップ 3 1 3 0 6に進む。 露 光のタイミングでないと判断した場合、 ステップ 3 1 3 0 3に戻る。
[0156] <ステップ 3 1 3 0 6 >
制御回路 1 3 0は、 露光開始信号を出力する。 露光開始信号に応答して、 受光装置 1 2 0は露光を開始する。
[0157] <ステップ 3 1 3 0 7 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 1 3 0 6の後、 予め定められた露光時間長 が経過すると、 露光終了信号を出力する。 露光終了信号に応答して、 受光装 置 1 2 0は露光を終了する。
[0158] <ステップ 3 1 3 0 8 >
制御回路 1 3 0は、 受光装置 1 2 0に、 画素ごとに蓄積された電荷の量を 〇 2020/174765 44 卩（：171?2019/044259
す信号を読み出させる。 読み出された信号は、 信号処理回路 1 4 0に送ら れる。 ステップ3 1 3 0 8の終了後、 ステップ3 1 3 0 1 に戻る。
[0159] ステップ 3 1 3 0 1から 3 1 3 0 8の動作を繰り返すことにより、 図 7巳 に示す制御が実現される。 これにより、 露光期間ごとに、 各画素の露光に伴 う電荷が計測される。
[0160] [ 1 - 2 - 3 距離計算]
次に、 ステップ 3 1 4 0 0における画素ごとに距離を計算する動作の詳細 を説明する。
[0161 ] 図 2 3は、 信号処理回路 1 4 0が実行する距離計算動作の例を示す図であ る。 信号処理回路 1 4 0は、 図 2 3に示すステップ 3 1 4 1 0から 3 1 4 8 0の動作を実行する。 以下、 各ステップの動作を説明する。
[0162] <ステップ 3 1 4 1 0 >
信号処理回路 1 4 0は、 各単位期間において、 連続で投光された光ビーム のすべてについて、 距離計算が終了したか否かを判断する。 連続で投光され た光ビームのすべてについて距離計算が終了している場合、 ステップ 3 1 1 0 0に戻り、 次の単位期間が開始する。 連続で投光された光ビームのすべて について距離計算が終了していない場合、 ステップ 3 1 4 2 0に進む。
[0163] <ステップ 3 1 4 2 0 >
信号処理回路 1 4 0は、 連続で投光された光ビームのうち、 距離がまだ計 算されていない光ビームの中から 1つを選択する。
[0164] <ステップ 3 1 4 3 0 >
信号処理回路 1 4 0は、 制御回路 1 3 0から取得した投光制御信号に基づ き、 選択した光ビームの投光タイミングと方向の情報を抽出する。 投光タイ ミングは、 連続で投光された複数の光ビームのうちの最初の光ビームの投光 開始時点からの相対時間を指す。 さらに、 当該光ビームの方向について、 イ メージセンサ 1 2 1の受光面に射影した場合の直線上に位置する複数の画素 を特定する。
[0165] <ステップ 3 1 4 4 0 > 〇 2020/174765 45 卩（：171?2019/044259
信号処理回路 1 4 0は、 ステップ 3 1 4 3 0で特定した射影直線上の複数 の画素の全てについて、 距離計算が終了したか否かを判断する。 射影直線上 の全ての画素について、 距離計算が終了している場合、 ステップ 3 1 4 1 0 に戻る。 射影直線上の全ての画素について、 距離計算が終了していない場合 、 ステップ 3 1 4 5 0に進む。
[0166] <ステップ 3 1 4 5 0 >
信号処理回路 1 4 0は、 射影直線上の複数の画素のうち、 距離計算がまだ なされていない 1つの画素を選択する。
[0167] <ステップ 3 1 4 6 0 >
信号処理回路 1 4 0は、 ステップ 3 1 4 5 0で選択した画素について、 図 6八を参照して説明した方法で、 連続する複数の露光期間に蓄積された電荷 の比に基づき、 連続で投光された複数の光ビームのうちの最初の光ビームの 投光開始時点から受光までの時間長を求める。
[0168] <ステップ 3 1 4 7 0 >
信号処理回路 1 4 0は、 当該画素について、 ステップ 3 1 4 3 0で取得し た、 当該光ビームの投光タイミングの情報を用いて、 ステップ 3 1 4 6 0で 求めた時間長を補正する。 補正は、 例えば、 連続で投光された複数の光ビー ムのうちの最初の光ビームの投光開始時点から受光までの時間長から、 最初 の光ビームの投光開始時点から着目している光ビームの投光開始までの時間 長を減ずることによって行われる。 これにより、 着目している光ビームの投 光開始時点から受光までの時間長が得られる。
[0169] <ステップ 3 1 4 8 0 >
信号処理回路 1 4 0は、 ステップ 3 1 4 7 0で生成した補正済みの時間長 に基づいて、 図 6 を参照して説明した方法により、 距離を計算する。 ステ ップ 3 1 4 8 0の終了後、 ステップ 3 1 4 4 0に戻る。
[0170] ステップ 3 1 4 1 0からステップ 3 1 4 8 0の動作を反復することにより
、 連続して投光された複数の光ビームの方向に位置する複数の物体までの距 離を計算することができる。 〇 2020/174765 46 卩（：171?2019/044259
[0171 ] [ 1 _ 3 . 効果]
以上のように、 本実施形態の測距装置 1 〇〇は、 光源 1 1 0と、 複数の受 光素子を含む受光装置 1 2 0と、 制御回路 1 3 0と、 信号処理回路 1 4 0と を備える。 制御回路 1 3 0は、 予め設定された単位期間内に、 光源 1 1 0に 、 シーンに向けて照射領域が重ならない複数の光ビームを逐次的に出射させ る。 制御回路 1 3 0は、 複数の受光素子の一部に、 複数の光ビームによって 生じたシーンからの反射光を同 _の露光期間に受光させ、 受光データを出力 させる。 信号処理回路 1 4 0は、 受光データに基づき、 複数の受光素子の一 部の位置における距離データを生成して出力する。 ここで、 制御回路 1 3 0 は、 複数の光ビームによって生じた反射光が、 複数の受光素子のうちの異な る受光素子にそれぞれ入射するように、 複数の光ビームの方向の組み合わせ を決定する。 より具体的には、 複数の受光素子は、 受光装置の受光面に沿っ て 2次元的に配列されており、 制御回路 1 3 0は、 受光面に投影された複数 の光ビームの経路が、 受光面内で互いに重ならず、 交差もしないように、 複 数の光ビームの方向の組み合わせを決定する。 制御回路 1 3 0は、 前述の動 作を、 連続する複数の単位期間のそれぞれにおいて実行する。 ただし、 複数 の光ビームの方向の組み合わせは、 単位期間ごとに異なるように決定される
[0172] 以上の構成により、 単位期間ごとに一方向にのみ光ビームを出射して測距 を行う従来のシステムと比較して、 シーン全体の測距に要する時間を短縮す ることができる。 これにより、 測距の対象領域が広い場合でも、 現実的な時 間で測距を行うことができる。 例えば距離画像を動画として生成する場合に 、 より高いフレームレートで滑らかな動画を生成することができる。 フレー ムレートを高めることにより、 時間方向の情報を利用して距離画像の正確性 を向上させることも可能である。 さらに、 異なる位置に存在する複数の物体 からの反射光が同一の受光素子に入射することを回避できるため、 距離をよ り正確に計測することができる。
[0173] 本実施形態では、 各単位期間に逐次的に出射される光ビームの数が 2つで 〇 2020/174765 47 卩（：171?2019/044259
あるが、 3つ以上であってもよい。 図 7八または図 7巳に示す方法で測距を 行う場合、 各単位期間に含まれる露光期間の数は、 逐次的に出射される光ビ —ムの数よりも 1つ多い数に設定される。
[0174] （実施形態 1の変形例）
次に、 実施形態 1の変形例を説明する。 実施形態 1では、 測距装置 1 〇〇 から物体までの距離を測定する方法として間接丁〇 法が用いられるが、 本 変形例では、 直接丁〇 法が用いられる。
[0175] 実施形態 1では、 測距装置 1 0 0の受光装置 1 2 0は、 複数の受光素子を 受光面に沿って 2次元に配置したイメージセンサである。 これに対し、 本変 形例における受光装置 1 2 0は、 タイマーカウンタを伴った受光素子を受光 面に沿って 2次元に配置したセンサである。 タイマーカウンタは、 露光開始 と伴に計時を開始し、 受光素子が反射光を受光した時点で計時を終了する。 このようにして、 タイマーカウンタは、 受光素子ごとに計時を行い、 光の飛 行時間を直接計測する。
[0176] 本変形例でも、 基本的な構成は、 図 1および図 3に示す構成と変わらない 。 実施形態 1 と異なる点は、 受光装置 1 2 0の構造と、 制御回路 1 3 0およ び信号処理回路 1 4 0の処理である。 以下、 実施形態 1 と異なる点を中心に 説明する。
[0177] 本実施形態における受光装置 1 2 0は、 受光素子ごとにタイマーカウンタ を備えるセンサデバイスである。 タイマーカウンタによって、 露光開始から 受光までの経過時間を受光素子ごとに計測することが可能である。 各受光素 子は、 タイマーカウンタによって計測した時間のデータを 「受光データ」 と して出力する。
[0178] 本変形例における信号処理回路 1 4 0は、 露光期間ごとに受光装置 1 2 0 が出力した画素ごとの時間の値に基づき、 画素ごとに距離を計算する。 信号 処理回路 1 4 0は、 計算した各画素の距離の値に基づき、 距離画像を生成し て出力することができる。
[0179] 本変形例においても、 測距装置は、 図 1 9に示す動作を行う。 ただし、 ス 〇 2020/174765 48 卩（：171?2019/044259
テップ3 1 3 0 0および 3 1 4 0 0は、 以下のように変更される。
[0180] <ステップ 3 1 3 0 0 >
制御回路 1 3 0は、 複数の光ビームの投光制御信号を光源 1 1 0に出力す る。 同時に、 信号処理回路 1 4 0に投光方向をセンサ平面へ射影したセンサ 平面上の直線の情報と、 露光タイミングの情報とを出力する。 さらに、 芾 I」御 回路 1 3 0は、 受光装置 1 2 0に露光の開始と終了の制御信号を出力する。 受光装置 1 2 0の各受光素子は、 露光の開始とともにタイマーカウンタを作 動させる。 各受光素子は、 反射光を受光すると同時にタイマーカウンタを停 止して、 露光開始から受光までの経過時間を計測する。
[0181 ] <ステップ 3 1 4 0 0 >
信号処理回路 1 4 0は、 ステップ 3 1 3 0 0で計測された受光素子ごとの 経過時間の値を、 各光ビームの投光タイミングの値で補正し、 受光素子ごと に距離を計算する。
[0182] 図 2 4は、 本変形例において、 信号処理回路 1 4 0のメモリ 1 4 1 に記録 されるデータの一例を示している。 本変形例では、 メモリ 1 4 1は、 図 1 8 示す情報に代えて、 図 2 4に示す情報を記録する。 メモリ 1 4 1は、 受光装 置 1 2 0の受光面内の受光素子の位置を示す Xソ座標値と、 当該座標の位置 に反射光が入射する可能性のある光ビームの投光タイミングの情報と、 計測 された飛行時間の値と、 計算された距離の値とを記録する。 光ビームの投光 タイミングは、 連続して投光される複数の光ビームのうちの最初の光ビーム の投光開始時点から測つた時間である。
[0183] 図 2 5は、 本変形例における、 投光タイミング、 反射光の到達タイミング 、 および 2回のタイマーカウンタのタイミング、 露光タイミング、 および信 号の読出しのタイミングの例を示す模式図である。 この例でも、 投光と反射 光のタイミングは、 図 7八に示す例と同じである。 本変形例では、 各単位期 間において、 露光は一回のみ行われる。 その露光期間中に、 異なる方向に出 射された 2つの光ビームに起因する反射光が、 異なる 2つの受光素子または 受光素子群で検出される。 各受光素子は、 最初の光ビームの出射と同時に夕 〇 2020/174765 49 卩（：171?2019/044259
イマーカウンタによる計時を開始し、 反射光を検出すると、 タイマーカウン 夕を停止し、 その間の時間のデータを受光データとして生成する。 制御回路 1 3 0は、 2つ目の光ビームの出射から一定の時間が経過すると、 露光を停 止し、 受光装置 1 2 0に受光データの読出しを指示する。 その読出し期間中 に、 反射光を検出した受光素子から受光データが読み出される。 露光期間中 に反射光を検出しなかった受光素子は、 露光期間の終了とともにタイマーカ ウンタを停止し、 時間のデータは記録されない。
[0184] 図 2 5の例では、 最初に投光された光ビームの反射光を受光する受光素子
1では、 タイマーカウンタは投光開始から受光開始までの時間を計測してい る。 このため、 計測された値がそのまま飛行時間として記録される。 これに 対し、 2番目に投光された光ビームの反射光を受光する受光素子 2では、 夕 イマーカウンタは、 最初に投光された光ビームの投光開始時点から 2番目に 投光された光ビームの反射光の受光開始までの時間を計測している。 このた め、 信号処理回路 1 4 0は、 計測された時間から、 2つの光ビームの投光開 始タイミングの差に相当する時間を減じることによって飛行時間を計算する 。 2つの光ビームの投光開始タイミングの差は、 図 2 4に示す投光タイミン グの値を参照することによって得られる。
[0185] 以上のように、 本変形例では、 制御回路 1 3 0は、 各単位期間に含まれる
1つの露光期間において、 複数の受光素子の各々に露光させることにより、 複数の受光素子の一部に反射光を受光させる。 信号処理回路 1 4 0は、 複数 の光ビームの各々が出射されてから、 光ビームによって生じた反射光が複数 の受光素子の 1つによって受光されるまでの時間に基づき、 当該受光素子の 位置における距離データを生成する。 このような動作により、 実施形態 1 と 同様の効果が得られる。
[0186] （実施形態 2）
次に、 実施形態 2に係る測距装置を説明する。 実施形態 1 における測距装 置は、 複数の光ビームを異なる方向に逐次的に出射する単 _の光源 1 1 〇を 備える。 これに対し、 本実施形態における測距装置は、 測距対象のシーンに 〇 2020/174765 50 卩（：171?2019/044259
同時に光ビームを出射する複数の光源を備える。 以下、 実施形態 1 と異なる 点を中心に、 本実施形態の構成および動作を説明する。
[0187] [ 2 - 1 測距装置の構成]
図 2 6は、 実施形態 2に係る測距装置 1 〇〇 の基本的な構成を示すブロ ック図である。 図 2 6は、 光源 1 1 0が光源 1
Figure imgf000052_0001
と光源 1 1 〇匕に置き 換わった点を除き、 図 1 に示す構成と同じである。
[0188] 光源 1 1 0 3および光源 1 1 〇匕は、 例えばレーザ光などの光ビームを任 意の方向に出射することが可能な発光デバイスであり得る。 光源 1 1 〇 3と 光源 1 1 0 は、 光ビームの広がり角および強度等の仕様が同 _である。 光 源 1 1 〇 3、 光源 1 1 0匕とも、 単一の光源としての構成は、 実施形態 1の 光源 1 1 0と同様である。 受光装置 1 2 0、 制御回路 1 3 0、 および信号処 理回路 1 4 0の構造は、 実施形態 1 における対応する構造と同様である。
[0189] 図 2 7八は、 本実施形態における光源 1 1
Figure imgf000052_0002
および 1 1 0匕の配置の例 を模式的に示す図である。 この例では、 光源 1 1
Figure imgf000052_0003
および 1 1 0匕は、 受 光装置 1 2 0のイメージセンサ 1 2 1の受光面の中心位置に対して対称に配 置されている。 光源 1
Figure imgf000052_0004
および 1 1 〇匕は、 受光装置 1 2 0のイメージ センサ 1 2 1の受光面の中心位置から等距離にある。 このような構成により 、 光源 1 1 〇 3および 1 1 0匕とイメージセンサ 1 2 1 との視差の大きさは 、 両光源で同一となる。 このため、 距離計算の誤差を小さくすることができ る。
[0190] なお、 光源の数は 2つに限らず、 3つ以上であってもよい。 図 2 7巳は、 —例として、 4つの光源 1 1 〇 3、 1 1 〇 1 1 0〇, 1 1 0 が配置さ れた構成を示している。 この場合も、 4つの光源は、 イメージセンサ 1 2 1 の受光面の中心位置に対して対称に配置され得る。
[0191 ] 図 2 8は、 本実施形態に係る測距装置 1 0 0 のより詳細な構成の一例を 示すブロック図である。 図 3の構成と比較して、 光源 1 1 0が 2つの光源 1 および 1 1 0 13に置き換わった点のみが異なる。
[0192] 図 2 9は、 本実施形態においてメモリ 1 3 1 に記録される情報の一例を示 〇 2020/174765 51 卩（：171?2019/044259
す図である。 図 3 0は、 本実施形態において設定されるイメージセンサ平面 の座標系を示す図である。 この例では、 光源番号、 光ビーム番号、 光ビーム の出射方向、 および光ビームの出射方向をイメージセンサ 1 2 1の受光面に 射影した直線の情報とがメモリ 1 3 1 に記録される。 射影直線の情報は、 例 えば、 図 3 0に示すイメージセンサ平面の座標系で表現した直線の傾きと切 片の情報であり得る。 実施形態 1 と同様、 複数の光ビームに共通する情報と して、 各光ビームの形状、 広がり角、 到達距離範囲の情報も記録される。
[0193] 制御回路 1 3 0は、 メモリ 1 3 1 に記憶されている光ビームのうち、 まだ 投光されていない光ビームの中で、 各単位期間内に同時にまたは連続で投光 する複数の光ビームの組み合わせと、 各光ビームの出射のタイミングおよび 順序とを決定する。 本実施形態でも、 測距装置 1 0 0 は、 間接丁〇 方式 による測距を行う。 間接丁〇 方式による測距方法と距離の計算方法は、 実 施形態 1 と同様である。
[0194] [ 2 - 2 測距装置の動作]
以下、 本実施形態における測距装置 1 〇〇 の動作を説明する。 測距装置 1 0 0八の基本的な動作は、 図 1 9に示す動作と同一である。 但し、 ステッ プ3 1 2 0 0および 3 1 3 0 0の動作については、 以下の点で異なる。
[0195] <ステップ 3 1 2 0 0 >
本実施形態では、 複数の光源が設けられているため、 光源の数だけ同時に 投光することができる。 そこで、 制御回路 1 3 0は、 光源 1 1 0 3による投 光と、 光源 1 1 〇匕による投光とを同時に、 連続して複数回実行するように 、 各光源を制御する。 同時に投光する場合でも、 逐次的に投光する場合でも 、 同一の単位期間内に出射する光ビームの組み合わせについては、 実施形態 1 と同様の考え方で決定される。 すなわち、 光ビームの方向の組み合わせは 、 シーン内の物体の位置にかかわらず、 複数の光ビームによる反射光が、 イ メージセンサ 1 2 1の受光面上の複数の点にそれぞれ入射するように決定さ れる。 したがって、 同一の単位期間内に投光されるすべての光ビームの反射 光は、 イメージセンサ 1 2 1の受光面上の異なる受光素子で受光される。 投 〇 2020/174765 52 卩（：171?2019/044259
光の順序については、 実施形態 1 と同様、 投光方向の切り替えに要する時間 が最短になるように決定される。 本実施形態では複数の光源が設けられてい るため、 制御回路 1 3 0は、 各光源の光ビームの投光方向の切り替え時間を 揃えるように投光の順序を決定してもよい。 これにより、 露光のタイミング を投光のタイミングに揃えやすくなり、 光源ごとの方向の切り替え時間の違 いによる待ち時間が発生することなく、 効率的に投光と露光を実行すること ができる。
[0196] <ステップ 3 1 3 0 0 >
制御回路 1 3 0は、 決定した投光の順序およびタイミングに従い、 光源 1 1 および 1 1 0匕の各々に投光を指示する。 制御回路 1 3 0は、 光源 1 1 および 1 1 0匕の各々に、 投光制御信号を出力する。 本実施形態では 、 光源 1
Figure imgf000054_0001
および 1 1 0匕の各々が、 1つの単位期間内に連続して 2回 の投光を異なる方向に行う。 それらの投光によって生じた反射光が、 受光装 置 1 2 0の一部の受光素子で検出される。 各受光素子の露光制御の方法は、 実施形態 1 と同様である。
[0197] [ 2 - 2 - 1 投光方向の組み合わせおよび順序の決定]
次に、 本実施形態におけるステップ 3 1 2 0 0の動作の具体例を説明する
[0198] 図 3 1 八は、 1つの単位期間内に光源 1 1 0 3および 1 1 0匕から同時か つ連続で出射する複数の光ビームの組合せと順序とを決定する動作の例を示 すフローチヤートである。 この例では、 光源 1 1
Figure imgf000054_0002
および 1 1 0 1〇の各々 が、 低速軸と高速軸とを有する IV!巳 1\/1 3ミラーを備えている。 制御回路 1 3 0は、 図 3 1 八に示すステップ 3 3 2 0 1から 3 3 2 1 1の動作を実行する 。 以下、 各ステップの動作を説明する。
[0199] <ステップ 3 3 2 0 1 >
制御回路 1 3 0は、 メモリ 1 3 1 に記録された、 光源 1 1 0 3によって出 射されるべきすべての光ビームのうち、 まだ出射されていない光ビームの中 から、 低速軸の調整量が最も少ない光ビームをすべて選択する。 低速軸の調 〇 2020/174765 53 卩（：171?2019/044259
整量は、 直前に光源 1 1 〇 3から出射した光ビームの方向、 または初期設定 によって決定された光ビームの方向を基準として決定される。
[0200] <ステップ 3 3 2 0 2 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 3 2 0 1で選択された光ビームの中から、 高速軸の調整量が最も少ない光ビームを 1つ選択する。 高速軸の調整量につ いても、 直前に光源 1 1 〇 3から出射した光ビームの方向、 または初期設定 によって決定された光ビームの方向を基準として決定される。 選択した光ビ —ムの投光方向を光源 1 1 〇 3の第 1の投光方向とする。
[0201 ] <ステップ 3 3 2 0 3 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 3 2 0 2で選択した光ビームの方向をイメ —ジセンサ 1 2 1の受光面に射影した直線を計算し、 その情報をメモリ 1 3 1 に記録する。
[0202] <ステップ 3 3 2 0 4 >
制御回路 1 3 0は、 メモリ 1 3 1 に記録された、 光源 1 1 0匕によって出 射されるべきすべての光ビームのうち、 まだ出射されていない光ビームの中 から、 低速軸の調整量が最も少ない光ビームをすべて選択する。 低速軸の調 整量は、 直前に光源 1 1 〇匕から出射した光ビームの方向、 または初期設定 によって決定された光ビームの方向を基準として決定される。 ここで、 投光 方向の直線をイメージセンサ 1 2 1の受光面に射影した直線が、 ステップ 3 3 2 0 3で計算した直線と重なる、 あるいは交差する方向の光ビームは除外 される。
[0203] <ステップ 3 3 2 0 5 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 3 2 0 4で選択された光ビームの中から、 高速軸の調整量が最も少ない光ビームを 1つ選択する。 高速軸の調整量につ いても、 直前に光源 1 1 〇 から出射した光ビームの方向、 または初期設定 によって決定された光ビームの方向を基準として決定される。 選択した光ビ —ムの投光方向を光源 1 1 〇 の第 1の投光方向とする。
[0204] <ステップ 3 3 2 0 6 > 〇 2020/174765 54 卩（：171?2019/044259
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 3 2 0 5で選択した光ビームの方向をイメ —ジセンサ 1 2 1の受光面に射影した直線を計算し、 その情報をメモリ 1 3 1 に記録する。
[0205] <ステップ 3 3 2 0 7 >
制御回路 1 3 0は、 メモリ 1 3 1 に記録された、 光源 1 1 0 3によって出 射されるべき光ビームのうち、 まだ選択されていない光ビームの中から、 光 源 1 1 0 3の第 1の投光方向からの低速軸の調整量が最も少ない光ビームを 全て選択する。 ただし、 投光方向の直線をイメージセンサ 1 2 1の受光面に 射影した直線が、 ステップ 3 3 2 0 3および 3 3 2 0 6で計算した直線と重 なる、 あるいは交差する方向の光ビームは除外される。
[0206] <ステップ 3 3 2 0 8 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 3 2 0 7で選択された光ビームの中から、 光源 1 1 0 3の第 1の投光方向からの高速軸の調整量が最も少ない光ビーム を 1つ選択する。 選択した光ビームの投光方向を光源 1 1 0 8の第 2の投光 方向とする。
[0207] <ステップ 3 3 2 0 9 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 3 2 0 8で選択した光ビームの方向をイメ —ジセンサ 1 2 1の受光面に射影した直線を計算し、 その情報をメモリ 1 3 1 に記録する。
[0208] <ステップ 3 3 2 1 0 >
制御回路 1 3 0は、 メモリ 1 3 1 に記録された、 光源 1 1 0匕によって出 射されるべき光ビームのうち、 まだ選択されていない光ビームの中から、 光 源 1 1 0 13の第 1の投光方向からの低速軸の調整量が最も少ない光ビームを 全て選択する。 ただし、 投光方向の直線をイメージセンサ 1 2 1の受光面に 射影した直線が、 ステップ 3 3 2 0 3、 3 3 2 0 6 , 3 3 2 0 9で計算した 直線と重なる、 あるいは交差する方向の光ビームは除外される。
[0209] <ステップ 3 3 2 1 1 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 3 2 1 0で選択された光ビームの中から、 〇 2020/174765 55 卩（：171?2019/044259
光源 1 1 0匕の第 1の投光方向からの高速軸の調整量が最も少ない光ビーム を 1つ選択する。 選択した光ビームの投光方向を光源 1 1 0 1〇の第 2の投光 方向とする。
[021 0] 以上の動作により、 1つの単位期間に出射される 4つの光ビームのそれぞ れの投光方向および順序が決定される。
[021 1 ] なお、 本実施形態では、 光源 1 1 0 3および光源 1 1 0匕の各々が、 同時 に連続して 2方向に光ビームを出射するが、 各光源が 3つ以上の光ビームを 連続して出射してもよい。 その場合でも、 同様の方法で、 光ビームの出射方 向の組み合わせを選択することができる。 以下、 各単位期間に各光源が 3つ 以上の光ビームを出射する場合の例を説明する。
[0212] 図 3 1 巳は、 各光源が連続して 3つ以上の光ビームを異なる方向に出射す る場合の光ビームの決定方法の例を示すフローチヤートである。 ここで、 各 光源から連続して出射される光ビームの数を （11は 3以上の整数） とする 。 制御回路 1 3 0は、 図 3 1 巳に示すステップ 3 3 2 2 1から 3 3 2 3 2の 動作を実行する。 以下、 各ステップの動作を説明する。
[0213] <ステップ 3 3 2 2 1 >
制御回路 1 3 0は、 光源 1 1 〇 3、 1 1 0匕のそれぞれについて、 連続で 投光される〇本の光ビームのすべてが選択されたか否かを判断する。 すべて の光ビームが既に選択されている場合は、 ステップ 3 1 3 0 0に進む。 まだ 選択していない光ビームがある場合は、 ステップ 3 3 2 2 2に進む。
[0214] <ステップ 3 3 2 2 2 >
制御回路 1 3 0は、 光源 1 1 0 3について選択されるべき n本の光ビーム のうち、 既に 1本以上の光ビームが選択されたか否かを判断する。 光ビーム がまだ 1本も選択されていない場合は、 ステップ3 3 2 2 5に進む。 1本以 上の光ビームが既に選択されている場合は、 ステップ 3 3 2 2 3に進む。
[021 5] <ステップ 3 3 2 2 3 >
制御回路 1 3 0は、 光源 1 および 1 1 0匕のそれぞれについて、 直 前に決定した光ビームの投光方向を、 調整の起点として設定する。 すなわち 〇 2020/174765 56 卩（：171?2019/044259
、 门本の光ビームのうち、 1＜番目 （1＜は 2以上 n以下の整数） の光ビームを 選択する場合、 ！＜_ 1番目の光ビームの投光方向を起点として設定する。
[0216] ＜ステップ 3 3 2 2 4＞
制御回路 1 3 0は、 光源 1
Figure imgf000058_0001
および 1 1 0匕の各々について、 既に選 択された全ての投光方向の受光面への射影の情報を取得する。 すなわち、 各 光源について、
Figure imgf000058_0002
ビームの方向をイメージ センサ 1 2 1の受光面に射影した直線の情報をメモリ 1 3 1から取得する。
[0217] ＜ステップ 3 3 2 2 5＞
制御回路 1 3 0は、 メモリ 1 3 1 に記録された、 光源 1 1 0 3から出射さ れるべきすべての光ビ _ムのうち、 まだ選択されていない光ビームの中から 、 低速軸の調整量が最も少ない光ビームを全て選択する。 ただし、 投光方向 の直線をイメージセンサ 1 2 1の受光面に射影した直線が、 ステップ 3 3 2 2 4で取得された直線と重なる、 あるいは交差する方向の光ビームは除外さ れる。 ここで、 低速軸の調整量は、 光源 1 1 0 3について直前に選択された 光ビームの方向、 または初期設定によって決定された光ビームの方向を基準 として決定される。 2本目以降の光ビームの選択の際には、 ステップ 3 3 2 2 3で起点として設定された光ビームの方向を基準とする。
[0218] ＜ステップ 3 3 2 2 6＞
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 3 2 2 5で選択された光ビームの中から、 高速軸の調整量が最も少ない光ビームを 1つ選択する。 高速軸の調整量につ いても、 光源 1 1 〇 3について直前に選択した光ビームの方向、 または初期 設定によって決定された光ビームの方向を基準として決定される。
[0219] ＜ステップ 3 3 2 2 7＞
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 3 2 2 6で選択した光ビームの方向をイメ —ジセンサ 1 2 1の受光面に射影した直線を計算し、 メモリ 1 3 1 に記録す る。
[0220] ＜ステップ 3 3 2 2 8＞
制御回路 1 3 0は、 光源 1 1 0匕について選択されるべき n本の光ビーム 〇 2020/174765 57 卩（：171?2019/044259
のうち、 既に 1本以上の光ビームが選択されたか否かを判断する。 光ビーム がまだ 1本も選択されていない場合は、 ステップ3 3 2 3 0に進む。 1本以 上の光ビームが既に選択されている場合は、 ステップ 3 3 2 2 9に進む。
[0221 ] <ステップ 3 3 2 2 9 >
制御回路 1 3 0は、 光源 1
Figure imgf000059_0001
および 1 1 0匕の各々について、 既に選 択された全ての投光方向の受光面への射影の情報を取得する。 この情報には 、 ステップ 3 3 2 2 7で計算された情報も含まれる。
[0222] <ステップ 3 3 2 3 0 >
制御回路 1 3 0は、 メモリ 1 3 1 に記録された、 光源 1 1 0匕から出射さ れるべきすべての光ビ _ムのうち、 まだ選択されていない光ビームの中から 、 低速軸の調整量が最も少ない光ビームを全て選択する。 ただし、 投光方向 の直線をイメージセンサ 1 2 1の受光面に射影した直線が、 ステップ 3 3 2 2 9で取得された直線と重なる、 あるいは交差する方向の光ビームは除外さ れる。 ここで、 低速軸の調整量は、 光源 1 1 0 13について直前に選択された 光ビームの方向、 または初期設定によって決定された光ビームの方向を基準 として決定される。 2本目以降の光ビームの選択の際には、 ステップ 3 3 2 2 3で起点として設定された光ビームの方向を基準とする。
[0223] <ステップ 3 3 2 3 1 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 3 2 3 0で選択された光ビームの中から、 高速軸の調整量が最も少ない光ビームを 1つ選択する。 高速軸の調整量につ いても、 光源 1 1 〇 について直前に選択した光ビームの方向、 または初期 設定によって決定された光ビームの方向を基準として決定される。
[0224] <ステップ 3 3 2 3 2 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 3 2 3 1で選択した光ビームの方向をイメ —ジセンサ 1 2 1の受光面に射影した直線を計算し、 メモリ 1 3 1 に記録す る。
[0225] 以上の動作を繰り返すことにより、 制御回路 1 3 0は、 光源 1 1
Figure imgf000059_0002
およ び 1 1 0 13の各々が連続で投光する 本の光ビームを順に選択することがで 〇 2020/174765 58 卩（：171?2019/044259
きる。
[0226] なお、 この例では光源は 2つであるが、 3つ以上の光源を用いてもよい。
3つ以上の光源から同時にまたは連続して複数の光ビームを出射して測距を 行う場合も同様の方法で複数の光ビームの組み合わせと順序とを決定するこ とができる。 光源が 3つ以上の場合でも、 同一の単位期間中に出射される複 数の光ビームの経路を受光面にそれぞれ射影した直線は、 重なることも交差 することもないように、 複数の光ビームの組み合わせが決定される。 さらに 、 各光源における投光順序は、 各光源の投光方向の調整時間が最短になるよ うに決定され得る。 各光源の投光方向の調整軸に低速軸と高速軸とがある場 合には、 低速軸の調整量を少なくすることを優先して投光方向の順序が決定 される。
[0227] なお、 図 3 1 八および図 3 1 巳の例では、 光ビームの選択と順序の決定と を同時に行うが、 別々に行ってもよい。 例えば、 連続で投光される複数の光 ビームの方向をまず選択し、 その後、 選択された複数の投光方向の順序を決 定してもよい。 以下、 図 3 1 〇から図 3 1 口を参照して、 そのような動作の 例を説明する。
[0228] 図 3 1 (3は、 複数の光源から同時に連続して複数の光ビームを異なる方向 に出射する場合のステップ3 1 2 0 0の動作の他の例を示すフローチヤート である。 ここで、 光源の個数を 111、 各光源から連続して出射される光ビーム の個数を 1·!とする。 01および は、 いずれも 2以上の整数である。 この例で は、 制御回路 1 3 0は、 以下のステップ 3 3 2 6 0および 3 3 2 7 0の動作 を実行する。
[0229] <ステップ 3 3 2 6 0 >
制御回路 1 3 0は、 個の光源のそれぞれについて、 门個の光ビームの方 向を選択する。 選択方法の具体例については後述する。
[0230] <ステップ 3 1 2 7 0 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 3 2 6 0で光源ごとに選択された n個の光 ビームの方向について、 光源ごとに、 1番目から 番目までの光ビームの投 〇 2020/174765 59 卩（：171?2019/044259
光順序を決定する。 この決定方法は、 図 2 1 (3に示すステップ 3 1 2 7 0の 動作と同様である。 ステップ 3 3 2 6 0において、 イメージセンサ平面に射 影した場合に重なりも交差も生じないように複数の光ビームの方向の組み合 わせが決定されるため、 光源の間での光ビームの順序については考慮する必 要はない。 各光源において独立に、 光ビームの投光方向の調整量が最も少な くなるように投光順序を決定することができる。
[0231 ] 図 3 1 0は、 ステップ 3 3 2 6 0における、 光源ごとに複数の光ビームの 方向を選択する動作の詳細を示すフローチャートである。 制御回路 1 3 0は 、 以下のステップ 3 3 2 6 1から 3 3 2 6 4の動作を実行する。
[0232] <ステップ 3 3 2 6 1 >
制御回路 1 3 0は、 まだ投光していない全ての光ビームの投光方向につい て、 その軌跡をイメージセンサの受光面に射影した場合の直線を計算する。 あるいは、 それらの直線が予め計算され、 記録されている場合は、 その情報 を取得する。
[0233] <ステップ 3 3 2 6 2 >
制御回路 1 3 0は、 光源ごとに、 まだ投光していない全ての光ビームを、 以下の基準で门本の光ビームで構成されるクラスタにクラスタリングする。 同ークラスタに含まれる门本の光ビームの投光方向のイメージセンサ 1 2 1 の受光面への射影は、 受光面内で互いに重なることも交差することもない。 さらに、 同ークラスタに含まれる 1·!本の光ビームの投光方向は互いに近い、 すなわち方向の調整量が少ない。 低速軸と高速軸とが設定されたビームスキ ャナを光源として用いる場合には、 軸ごとの調整速度に応じて重み付けを行 った上で調整量を計算してもよい。 調整量は、 例えば IV!巳 IV! 3ミラーのよう に 2つの回転軸で投光方向を調整する光源の場合、 各回転軸での回転角度の 和とする。 また、 1\/1巳1\/1 3ミラーのように、 回転軸によって回転速度が大き く異なる場合には、 例えば低速軸の角度を高速軸の 5倍として調整量を計算 してもよい。 制御回路 1 3 0は、 調整量を指標に投光方向間の調整量の総和 が少なくなるようにクラスタリングを行う。 〇 2020/174765 60 卩（：171?2019/044259
[0234] <ステップ 3 3 2 6 3 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 3 2 6 2で光源ごとに生成されたクラスタ の中から、 光源ごとに 1つずつクラスタを選択して組合せを作成する。 その 中で、 光源ごとのクラスタに含まれるすべての投光方向について、 ステップ 3 3 2 6 1で計算された直線がイメージセンサ 1 2 1の受光面上で交差しな い組合せを 1つ以上選択する。
[0235] <ステップ 3 3 2 6 4 >
制御回路 1 3 0は、 ステップ 3 3 2 6 3で選択された各光源のクラスタの 組合せの中で、 各クラスタ内の調整量の和が最小のものを選択する。
[0236] なお、 図 3 1 0の例では、 単位期間ごとに、 ステップ 3 3 2 6 1および 3
3 2 6 2の動作により、 光源ごとに投光方向のクラスタリングが行われるが 、 他の方法を用いてもよい。 例えば、 予め複数のクラスタを生成し、 光源と 投光方向との組み合わせに対してクラスタの識別記号を付与する等の形式で 記録しておいてもよい。 そのようなクラスタに関する情報が、 予めメモリ 1 3 1 に記録されていてもよい。
[0237] [ 2 - 2 - 2 投光/露光による電荷計測]
次に、 本実施形態における光源 1 1
Figure imgf000062_0001
および 1 1 0匕による投光と受光 装置 1 2 0による露光の動作の詳細を説明する。
[0238] 図 3 2八は、 各単位期間において、 光源 1
Figure imgf000062_0002
1 0匕の各々か ら、 異なる方向に 2つの光ビームが連続で出射される場合の光検出の第 1の 例を示す図である。 横軸は時間を表す。 この例では、 単位期間内に、 3回の 露光が連続して行われる。
[0239] 図 3 2八の （3） は、 光源 1 1 0 3から 2つの光ビームが出射されるタイ ミングを示している。 図 3 2八の （匕） は、 光源 1 1 0匕から 2つの光ビー ムが出射されるタイミングを示している。 図 3 2八の （〇） は、 光源 1 1 0 3から出射された 2つの光ビームによる反射光がイメージセンサ 1 2 1 に到 達するタイミングを示している。 図 3 2八の （ ） は、 光源 1 1 0匕から出 射された 2つの光ビームによる反射光がイメージセンサ 1 2 1 に到達する夕 〇 2020/174765 61 卩（：171?2019/044259
イミングを示している。 図 3 2八の （6） から （9） は、 第 1から第 3の露 光期間をそれぞれ示している。 図 3 2八の （ ） は、 イメージセンサ 1 2 1 のシャツタ開放期間を示している。 図 3 2八の （9） は、 各受光素子に蓄積 された電荷の読み出し期間を示している。
[0240] この例では、 イメージセンサ 1 2 1が、 画素ごとに 3つの電荷蓄積部を備 える。 単位期間中に、 電荷を蓄積する電荷蓄積部を切り替えることで、 読み 出しを行うことなく、 3つの露光期間のそれぞれで反射光を検出することが できる。 複数の光源 1 1
Figure imgf000063_0001
および 1 1 0匕が同時に投光する点以外は、 図 7八に示す動作と同様である。
[0241 ] 図 3 2八の例では、 1つの単位期間の間に、 2つの異なる方向の光ビーム が同時に出射され、 かつ連続して先の 2つの方向のいずれとも異なる他の 2 つの方向の光ビームが出射される。 すなわち 4つの異なる方向の光ビームが 1回ずつ出射され、 4方向からの反射光がイメージセンサ 1 2 1の受光面内 の 4つの受光素子または受光素子群によって受光される。 各受光素子は、 露 光期間中に受光によって発生した電荷を蓄積する。 スイツチの切り替えによ り、 第 1から第 3の露光期間で異なる 3つの電荷蓄積部にそれぞれ電荷が蓄 積される。 第 3の露光期間が終了すると、 すべての電荷蓄積部から電荷量を 示す信号が読み出される。 読み出された信号は、 受光データとして、 信号処 理回路 1 4 0に送られる。 信号処理回路 1 4 0は、 当該受光データに基づき 、 図 6八を参照して説明した方法により、 反射光を受けた受光素子について 、 距離を計算することができる。
[0242] 図 3 2八の例によれば、 受光素子ごとに複数の電荷蓄積部が必要であるが 、 複数の電荷蓄積部に蓄積された電荷の出力を一括で行うことができる。 こ のため、 投光と露光の反復をより短時間で行うことができる。
[0243] 図 3 2巳は、 各単位期間において、 光源 1
Figure imgf000063_0002
1 0匕の各々か ら、 異なる方向に 2つの光ビームが連続で出射される場合の光検出の第 2の 例を示す図である。 この例では、 各受光素子は複数の電荷蓄積部を備えてい る必要はない。 図 3 2巳の動作は、 複数の光源 1 1
Figure imgf000063_0003
および 1 1 〇匕が設 〇 2020/174765 62 卩（：171?2019/044259
けられ、 それらが同時に投光する点以外は、 図 7巳に示す動作と同様である
[0244] 図 3 2巳の例では、 露光期間が終了する度に電荷出力が行われる。 1つの 単位期間の間に、 光源 1 1
Figure imgf000064_0001
および 1 1 0匕による 2つの光ビームの出射 、 露光、 および電荷出力が、 3セッ ト繰り返される。 これにより、 図 3 2八 の例と同様に、 受光素子ごとに、 各露光期間の電荷量に応じた受光データを 取得することができる。 これにより、 前述の演算によって距離を計算するこ とができる。
[0245] 図 3 2巳の例によれば、 各受光素子は 1つの電荷蓄積部を有していればよ いため、 イメージセンサの構造を簡素化できる。
[0246] 図 3 2八および図 3 2巳の例では、 単位期間ごとに、 3つの露光期間が設 定されているが、 単位期間あたりの露光期間の数は 2以下または 4以上であ ってもよい。 投光および受光のタイミングは、 複数の光ビームの到達距離範 囲の設定等に応じて調整され得る。
[0247] 図 3 3は、 本実施形態における投光と露光の動作を示すフローチャートで ある。 このフローチャートは、 図 1 9に示すステップ 3 1 3 0 0の動作の詳 細を示している。 ここでは、 図 3 2巳に示す制御が行われる場合の例を説明 する。 本実施形態における制御回路 1 3 0は、 図 3 3に示すステップ 3 3 4 0 1から 3 3 4 0 8の動作を実行する。 以下、 各ステップの動作を説明する
[0248] <ステップ 3 3 4 0 1 >
制御回路 1 3 0は計時を開始する。
[0249] <ステップ 3 3 4 0 2 >
制御回路 1 3 0は、 光源 1
Figure imgf000064_0002
および 1 1 0匕のそれぞれに第 1の投光 制御信号を出力し、 受光装置 1 2 0に第 1の露光開始信号を出力する。 光源 1 および 1 1 〇匕は、 第 1の投光制御信号に応答してそれぞれの第 1 の光ビームを出力する。 同時に、 受光装置 1 2 0は、 第 1の露光開始信号に 応答して電荷蓄積を開始する。 〇 2020/174765 63 卩（：171?2019/044259
[0250] <ステップ 3 3 4 0 3 >
制御回路 1 3 0は、 予め設定された露光期間の時間長が経過すると、 受光 装置 1 2 0に第1の露光停止信号を出力する。 受光装置 1 2 0は、 第 1の露 光停止信号に応答して電荷蓄積を終了する。
[0251 ] <ステップ 3 3 4 0 4 >
制御回路 1 3 0は、 受光装置 1 2 0に、 第 1の露光期間において蓄積された 電荷を読み出させる。 受光装置 1 2 0は、 電荷蓄積部に蓄積された電荷の量 に応じた受光データを信号処理回路 1 4 0に送る。
[0252] <ステップ 3 3 4 0 5 >
制御回路 1 3 0は、 光源 1
Figure imgf000065_0001
および 1 1 0匕のそれぞれに第 2の投光 制御信号を出力し、 受光装置 1 2 0に第 2の露光開始信号を出力する。 光源 1 および 1 1 〇匕は、 第 2の投光制御信号に応答してそれぞれの第 2 の光ビームを出力する。 同時に、 受光装置 1 2 0は、 第 2の露光開始信号に 応答して電荷蓄積を開始する。
[0253] <ステップ 3 3 4 0 6 >
制御回路 1 3 0は、 予め設定された露光期間の時間長が経過すると、 受光 装置 1 2 0に第 2の露光停止信号を出力する。 受光装置 1 2 0は、 第 2の露 光停止信号に応答して電荷蓄積を終了する。
[0254] <ステップ 3 3 4 0 7 >
制御回路 1 3 0は、 受光装置 1 2 0に、 第 2の露光期間において蓄積され た電荷を読み出させる。 受光装置 1 2 0は、 電荷蓄積部に蓄積された電荷の 量に応じた受光データを信号処理回路 1 4 0に送る。
[0255] <ステップ 3 3 4 0 8 >
制御回路 1 3 0は、 受光装置 1 2 0に第 3の露光開始信号を出力する。 受 光装置 1 2 0は、 第 3の露光開始信号に応答して電荷蓄積を開始する。
[0256] <ステップ 3 3 4 0 9 >
制御回路 1 3 0は、 予め設定された露光期間の時間長が経過すると、 受光 装置 1 2 0に第 3の露光停止信号を出力する。 受光装置 1 2 0は、 第 3の露 〇 2020/174765 64 卩（：171?2019/044259
光停止信号に応答して電荷蓄積を終了する。
[0257] <ステップ 3 3 4 1 0 >
制御回路 1 3 0は、 受光装置 1 2 0に、 第 3の露光期間において蓄積され た電荷を読み出させる。 受光装置 1 2 0は、 電荷蓄積部に蓄積された電荷の 量に応じた受光データを信号処理回路 1 4 0に送る。
[0258] [ 2 - 3 . 効果]
以上のように、 実施形態 2における測距装置 1 〇〇 は、 複数の光源を備 える。 複数の光源から出射される複数の光ビームは、 同時に出射される 2以 上の光ビームを含む。 より具体的には、 複数の光ビームは、 第 1のタイミン グで同時に出射される第 1の光ビーム群と、 前記第 1のタイミングとは異な る第 2のタイミングで同時に出射される第 2の光ビーム群とを含む。 制御回 路 1 3 0は、 各単位期間に含まれる連続する複数の露光期間において、 複数 の受光素子の各々に露光させることにより、 複数の受光素子の一部に、 反射 光を同 _の露光期間に受光させ、 受光量に応じた受光データを出力させる。 本実施形態においても、 制御回路 1 3 0は、 受光装置 1 2 0の受光面に投影 された複数の光ビームの経路が、 受光面内で互いに重ならず、 交差もしない ように、 複数の光ビームの方向の組み合わせを決定する。
[0259] 以上の構成により、 単位期間ごとに一方向にのみ光ビームを出射して測距 を行う従来のシステムと比較して、 シーン全体の測距に要する時間を短縮す ることができる。 これにより、 測距の対象領域が広い場合でも、 現実的な時 間で測距を行うことができる。 さらに、 異なる位置に存在する複数の物体か らの反射光が同一の受光素子に入射することを回避できるため、 距離をより 正確に計測することができる。
[0260] なお、 実施形態 2では複数の光源が同時に光ビームを出射するが、 複数の 光源が異なるタイミングで光ビームを出射してもよい。 その場合でも、 前述 の効果を得ることができる。
[0261 ] （実施形態 2の変形例 1）
図 3 2八に示す例では、 光源 1 および 1 1 0匕の各々から、 異なる 〇 2020/174765 65 卩（：171?2019/044259
方向に 2つの光ビームが異なるタイミングで連続して出射された。 図 3 4八 は、 その変形例を示す図である。
[0262] 図 3 4八の例では、 1つの単位期間の間に、 光源 1
Figure imgf000067_0001
1 〇匕 から、 2つの異なる方向の光ビームが同時に出射される。 すなわち、 2つの 異なる方向の光ビームが同時に出射され、 2方向からの反射光がイメージセ ンサ 1 2 1の受光面内の 2つの受光素子または受光素子群によって受光され る。 各受光素子は、 露光期間中に受光によって発生した電荷を蓄積する。 ス イッチの切り替えにより、 第 1から第 3の露光期間で異なる 3つの電荷蓄積 部にそれぞれ電荷が蓄積される。 第 3の露光期間が終了すると、 すべての電 荷蓄積部から電荷量を示す信号が読み出される。 読み出された信号は、 受光 データとして、 信号処理回路 1 4 0に送られる。 信号処理回路 1 4 0は、 当 該受光データに基づき、 反射光を受けた受光素子について、 距離を計算する ことができる。
[0263] 本変形例においても、 単位期間ごとに一方向にのみ光ビームを出射して測 距を行う従来のシステムと比較して、 シーン全体の測距に要する時間を短縮 することができる。
[0264] なお、 光源 1 1
Figure imgf000067_0002
および 1 1 0匕は同時に異なる方向に複数に光ビーム を出射可能な単一の光源によって代替されてもよい。
[0265] （実施形態 2の変形例 2）
図 3 4巳は、 実施形態 2の他の変形例を示す図である。 この例では、 各受 光素子は複数の電荷蓄積部を備えている必要はない。
[0266] 図 3 4巳の例では、 露光期間が終了する度に電荷出力が行われる。 1つの 単位期間の間に、 光源 1 1
Figure imgf000067_0003
および 1 1 0匕による 2つの光ビームの出射 、 露光、 および電荷出力が、 3セッ ト繰り返される。 これにより、 図 3 2巳 の例と同様に、 受光素子ごとに、 各露光期間の電荷量に応じた受光データを 取得することができる。 これにより、 前述の演算によって距離を計算するこ とができる。
[0267] 図 3 4巳の例によれば、 各受光素子は 1つの電荷蓄積部を有していればよ 〇 2020/174765 66 卩（：171?2019/044259
いため、 イメージセンサの構造を簡素化できる。
[0268] なお、 本変形例においても、 光源 1 1 03および 1 1 0匕は同時に異なる 方向に複数に光ビームを出射可能な単一の光源によって代替されてもよい。
[0269] 以上の各実施形態において、 図 1 9のステップ 31 200において決定さ れる各単位期間に出射される複数の光ビームの組み合わせおよびその順序の 決定は、 必ずしも動作の都度行う必要はない。 最初に 1回決定しておけば、 以後は毎回同じパターンで投光を行ってもよい。
産業上の利用可能性
[0270] 本開示の技術は、 レーザ光を用いる測距装置に広く利用可能である。 例え ば、 本開示の技術は、 ！_ 丨 口八 に有用である。 符号の説明
[0271] 1 00、 1 00 測距装置
1 1 0、 1 1 03、 1 1 0匕 光源
1 20 受光装置
1 2 1 イメージセンサ
1 22 光学系
1 30 制御回路
1 3 1 , 1 4 1 メモリ
1 40 信号処理回路
1 50 記録装置
1 60 ディスプレイ

Claims

\¥0 2020/174765 67 卩（：17 2019/044259 請求の範囲
[請求項 1 ] シーンに向けて光ビームを出射する少なくとも 1つの光源と、 複数の受光素子を含み、 前記光ビームの照射によって生じた前記シ ―ンからの反射光を受光する受光装置と、
前記少なくとも 1つの光源および前記受光装置を制御する制御回路 であって、
前記複数の受光素子の少なくとも一部に、 前記反射光を受光して 生じた電荷を検出および蓄積する少なくとも 1回の露光動作と、 蓄積 された前記電荷を読み出す電荷出力動作とを繰り返し実行させ、 前記少なくとも 1つの光源に、 連続する 2回の前記電荷出力動作 の間に前記シーンに向けて照射領域が重ならない複数の光ビームを出 射させる、 制御回路と、
前記電荷を基に生成された受光データに基づき、 距離データを生成 して出力する信号処理回路と、 を備える測距装置。
[請求項 2] 前記制御回路は、 前記複数の光ビームの照射によって生じた反射光 が、 前記複数の受光素子のうちの異なる受光素子にそれぞれ入射する ように、 前記複数の光ビームの方向の組み合わせを決定する、 請求項 1 に記載の測距装置。
[請求項 3] 前記複数の受光素子は、 前記受光装置の受光面に沿って 2次元的に 配列され、
前記制御回路は、 前記受光面に投影された前記複数の光ビームの経 路が、 前記受光面内で互いに重ならず、 交差もしないように、 前記複 数の光ビームの方向の組み合わせを決定する、 請求項 1 または 2に記 載の測距装置。
[請求項 4] 前記複数の光ビームは、 第 1のタイミングで出射される第 1の光ビ
—ムと、 前記第 1のタイミングとは異なる第 2のタイミングで出射さ れる第 2の光ビームとを含む、 請求項 1から 3のいずれかに記載の測 距装置。 〇 2020/174765 68 卩（：171?2019/044259
[請求項 5] 前記複数の光ビームは、 同時に出射される 2以上の光ビームを含む
、 請求項 1から 4のいずれかに記載の測距装置。
[請求項 6] 前記複数の光ビームは、 第 1のタイミングで同時に出射される第 1 の光ビーム群と、 前記第 1のタイミングとは異なる第 2のタイミング で同時に出射される第 2の光ビーム群とを含む、 請求項 1から 5のい ずれかに記載の測距装置。
[請求項 7] 前記少なくとも 1つの光源は、 単一の光源であり、
前記制御回路は、 前記光源に、 前記複数の光ビームを逐次的に出射 させる、 請求項 1から 6のいずれかに記載の測距装置。
[請求項 8] 前記少なくとも 1つの光源は、 複数の光源を含み、
前記制御回路は、 前記複数の光源に、 前記複数の光ビームの少なく とも一部を、 同時に出射させる、 請求項 1から 6のいずれかに記載の 測距装置。
[請求項 9] 前記制御回路は、 各々が少なくとも 1回の前記電荷出力動作を含む 複数の単位期間のそれぞれにおいて、
前記少なくとも 1つの光源に、 前記複数の光ビームを出射させ、 前記複数の受光素子の少なくとも一部に、 前記複数の光ビームの 照射によって生じた前記シーンからの前記反射光を受光させ、 前記複数の光ビームの方向の組み合わせは、 前記単位期間ごとに異 なる、 請求項 1から 8のいずれかに記載の測距装置。
[請求項 10] 前記複数の単位期間において出射される前記複数の光ビームの全体 は、 測距対象領域の全体をカバーする、 請求項 9に記載の測距装置。
[請求項 1 1 ] 前記信号処理回路は、 前記複数の単位期間における前記複数の光ビ
—ムの出射と受光とが終了した後、 前記測距対象領域の距離画像デー 夕を生成する、 請求項 1 〇に記載の測距装置。
[請求項 12] 前記制御回路は、 前記複数の受光素子の少なくとも一部に、 前記複 数の光ビームによつて生じた前記反射光を、 同 _の露光期間内に検出 させる、 請求項 1から 1 1のいずれかに記載の測距装置。 〇 2020/174765 69 卩（：171?2019/044259
[請求項 13] 前記複数の受光素子は、 グローバルシャツタ方式の電子シャツタを 備える、 請求項 1 2に記載の測距装置。
[請求項 14] コンピュータに、
複数の受光素子の少なくとも一部に、 シーンからの光を受光して 生じた電荷を検出および蓄積する少なくとも 1回の露光動作と、 蓄積 された前記電荷を読み出す電荷出力動作とを繰り返し実行させること と、
少なくとも 1つの光源に、 連続する 2回の前記電荷出力動作の間 に前記シーンに向けて照射領域が重ならない複数の光ビームを出射さ せることと、
前記電荷を基に生成された受光データに基づき、 距離データを生成 して出力することと、 を実行させる、 プログラム。
[請求項 15] 複数の受光素子の少なくとも一部に、 シーンからの光を受光して生 じた電荷を検出および蓄積する少なくとも 1回の露光動作と、 蓄積さ れた前記電荷を読み出す電荷出力動作とを繰り返し実行させることと 少なくとも 1つの光源に、 連続する 2回の前記電荷出力動作の間に 前記シーンに向けて照射領域が重ならない複数の光ビームを出射させ ることと、
前記電荷を基に生成された受光データに基づき、 距離データを生成 して出力することと、 を備える、 測距方法。
PCT/JP2019/044259 2019-02-28 2019-11-12 測距装置、測距方法、およびプログラム WO2020174765A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021501567A JPWO2020174765A1 (ja) 2019-02-28 2019-11-12
US17/388,315 US20210356587A1 (en) 2019-02-28 2021-07-29 Distance measurement apparatus, distance measurement method, and storage medium

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-035656 2019-02-28
JP2019035656 2019-02-28
JP2019-191666 2019-10-21
JP2019191666 2019-10-21

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/388,315 Continuation US20210356587A1 (en) 2019-02-28 2021-07-29 Distance measurement apparatus, distance measurement method, and storage medium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020174765A1 true WO2020174765A1 (ja) 2020-09-03

Family

ID=72239035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/044259 WO2020174765A1 (ja) 2019-02-28 2019-11-12 測距装置、測距方法、およびプログラム

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20210356587A1 (ja)
JP (1) JPWO2020174765A1 (ja)
WO (1) WO2020174765A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160079447A1 (en) * 2014-09-11 2016-03-17 Ams Ag Optical sensor arrangement and method for generating an analog output signal
JP2016090268A (ja) * 2014-10-30 2016-05-23 株式会社デンソー 車両用光飛行型測距装置
JP2017040594A (ja) * 2015-08-20 2017-02-23 株式会社Ｚｍｐ 距離センサー及びそれを用いた搬送用ロボット
JP2018004372A (ja) * 2016-06-30 2018-01-11 株式会社リコー 光走査装置および距離計測装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3127193B2 (ja) * 1995-02-08 2001-01-22 キヤノン株式会社 多点測距装置
JPH08292261A (ja) * 1995-04-25 1996-11-05 Nikon Corp 光レーダ装置
JP4427954B2 (ja) * 2003-02-13 2010-03-10 アイシン精機株式会社 監視装置
JP5073273B2 (ja) * 2006-11-21 2012-11-14 スタンレー電気株式会社 遠近判定方法およびその装置
KR102369792B1 (ko) * 2015-03-05 2022-03-03 한화테크윈 주식회사 촬영 장치 및 촬영 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160079447A1 (en) * 2014-09-11 2016-03-17 Ams Ag Optical sensor arrangement and method for generating an analog output signal
JP2016090268A (ja) * 2014-10-30 2016-05-23 株式会社デンソー 車両用光飛行型測距装置
JP2017040594A (ja) * 2015-08-20 2017-02-23 株式会社Ｚｍｐ 距離センサー及びそれを用いた搬送用ロボット
JP2018004372A (ja) * 2016-06-30 2018-01-11 株式会社リコー 光走査装置および距離計測装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20210356587A1 (en) 2021-11-18
JPWO2020174765A1 (ja) 2020-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3721475B1 (en) Method to operate a multi-photodiode pixel cell
TWI719325B (zh) 具有電子掃描發射器陣列及同步感測器陣列之光測距裝置
JP7019894B2 (ja) 物体を感知する方法及びセンサシステム
JP7420849B2 (ja) 複数のｆ値レンズのための方法およびシステム
WO2019217681A1 (en) Multi-photodiode pixel cell
US20200075652A1 (en) Pixel cell with multiple photodiodes
US10687034B1 (en) Image sensor with switchable optical filter
WO2019241238A1 (en) Pixel cell with multiple photodiodes
TWI500901B (zh) 測量裝置
EP3009871B1 (en) Image acquisition device and image acquisition device focusing method
EP1191306A2 (en) Distance information obtaining apparatus and distance information obtaining method
KR20020062625A (ko) 광학적으로 제어 가능한 증분 시간 지연을 형성시키는 장치
KR20220006638A (ko) 전자 스캐닝 lidar 시스템을 위한 동기화된 이미지 캡처
US20220120908A1 (en) Distance measurement apparatus, information processing method, and information processing apparatus
CN116057454A (zh) 用于噪声减轻的光学系统
WO2020174765A1 (ja) 測距装置、測距方法、およびプログラム
CN113534484A (zh) 一种光发射装置及电子设备
CN112241012A (zh) 测距传感器
JPH09203631A (ja) 測距センサ
CN113302515A (zh) 具有光束转向和广角信号检测的lidar系统和方法
US11601607B2 (en) Infrared and non-infrared channel blender for depth mapping using structured light
CN112470035A (zh) 距离信息取得装置、距离信息取得方法及程序
KR20150018026A (ko) 3차원 카메라
CN105892043B (zh) 光学系统
JP2023500601A (ja) 多層光学デバイスおよびシステム

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19916773

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021501567

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19916773

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1