WO2020195465A1 - 距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及び、プログラム - Google Patents

距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及び、プログラム Download PDF

Info

Publication number
WO2020195465A1
WO2020195465A1 PCT/JP2020/007563 JP2020007563W WO2020195465A1 WO 2020195465 A1 WO2020195465 A1 WO 2020195465A1 JP 2020007563 W JP2020007563 W JP 2020007563W WO 2020195465 A1 WO2020195465 A1 WO 2020195465A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
unit
photoelectric conversion
distance
light
conversion unit
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/007563
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
信三 香山
廣瀬　裕
徹 沖野
繁 齋藤
基範 石井
小田川　明弘
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 JP2021508834A priority Critical patent/JP7285454B2/ja
Priority to CN202080023732.6A priority patent/CN113646663A/zh
Publication of WO2020195465A1 publication Critical patent/WO2020195465A1/ja
Priority to US17/486,863 priority patent/US20220011437A1/en

Links

Images

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
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar
    • 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
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/36—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
    • 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

Definitions

  • the present disclosure generally relates to a distance measuring device, a distance measuring system, a distance measuring method, and a program.
  • the present disclosure specifically relates to a distance measuring device, a distance measuring system, a distance measuring method, and a program for measuring a distance to an object.
  • Patent Document 1 discloses a distance measuring device.
  • the distance measuring device of Patent Document 1 includes a solid-state imaging device, a signal processing device, a computer, and a light source.
  • the solid-state image sensor has a plurality of pixels arranged two-dimensionally. Each pixel has a light receiving circuit that detects the incident light that has reached the light receiving element within a predetermined exposure time, a counter circuit that counts the number of arrivals of the incident light based on the received signal from the light receiving circuit, and a count value of the counter circuit. It is provided with a comparison circuit that outputs a comparison signal according to the above, and a storage circuit that stores a time signal as a distance signal when the comparison signal from the comparison circuit is on.
  • Patent Document 1 describes that the measurable distance range can be widened by the solid-state image sensor having the above configuration. However, Patent Document 1 does not describe improving the measurement accuracy over the entire measurable range of the distance to the object.
  • the challenge is to provide a distance measuring device, a distance measuring system, a distance measuring method, and a program that can improve the measurement accuracy over the entire measurable range of the distance to the object.
  • the distance measuring device includes a control unit and a measuring unit.
  • the control unit controls the light receiving unit.
  • the light receiving unit outputs a photoelectric conversion unit that generates an electric charge when the measurement light emitted from the light emitting unit receives the light reflected by the object, and an electric signal corresponding to the amount of the electric charge generated by the photoelectric conversion unit. It consists of an output unit.
  • the measuring unit calculates the distance to the object within a measurable range based on the electric signal.
  • the control unit sets the conversion ratio of the amount of electric charge generated by the photoelectric conversion unit to the amount of light received by the photoelectric conversion unit in each of the plurality of sections constituting the measurable range.
  • the distance measuring system includes the distance measuring device, the light emitting unit, and the light receiving unit.
  • the distance measuring method includes a control step and a measuring step.
  • the control step is a step of controlling the light receiving unit.
  • the light receiving unit outputs a photoelectric conversion unit that generates an electric charge when the measurement light emitted from the light emitting unit receives the light reflected by the object, and an electric signal corresponding to the amount of the electric charge generated by the photoelectric conversion unit. It consists of an output unit.
  • the measurement step is a step of calculating the distance to the object within a measurable range based on the electric signal.
  • the control step includes setting a conversion ratio of the amount of electric charge generated by the photoelectric conversion unit to the amount of light received by the photoelectric conversion unit in each of the plurality of sections constituting the measurable range.
  • the program according to one aspect of the present disclosure is a program for causing one or more processors to execute the distance measurement method.
  • FIG. 1 is a block diagram of the distance measurement system of one embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of the distance measurement system.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a photoelectric conversion unit of the distance measurement system.
  • FIG. 4 is a schematic explanatory view of the operation of the distance measurement system.
  • FIG. 5 is a schematic explanatory view of the operation of the distance measurement system.
  • FIG. 6 is a schematic explanatory view of the operation of the distance measurement system.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of the first control method of the distance measurement system.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of the second control method of the distance measurement system.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing the configuration of a plurality of sections constituting the measurable range in the modified example.
  • the distance measuring system 1 includes a distance measuring device 10.
  • the distance measuring device 10 includes a control unit 11 and a measuring unit 12.
  • the control unit 11 controls the light receiving unit 3.
  • the light receiving unit 3 has a photoelectric conversion unit D10 and a photoelectric conversion unit D10 that generate an electric charge when the measurement light L1 emitted from the light emitting unit 2 receives the light L2 reflected by the object 100. It is composed of an output unit 32 that outputs an electric signal corresponding to the amount of electric charge generated in.
  • the measuring unit 12 calculates the distance to the object within the measurable range FR based on the electric signal.
  • the control unit 11 sets the ratio of the amount of electric charge generated by the photoelectric conversion unit D10 to the amount of light received by the photoelectric conversion unit D10 in each of the plurality of sections R1 to R7 constituting the measurable range FR.
  • the conversion ratio can be appropriately set in each of the plurality of sections R1 to R7 constituting the measurable range FR. That is, the conversion ratio can be set to an appropriate value with respect to the position of the object 100. Therefore, according to the distance measuring device 10, the measurement accuracy can be improved in the entire measurable range of the distance to the object 100.
  • the distance measurement system 1 measures the distance to the object 100 by using the TOF method (Time Of Flight). It includes a distance measuring device 10, a light emitting unit 2, a light receiving unit 3, a voltage source 4, and a current measuring unit 5. As shown in FIG. 2, the distance measuring system 1 measures the distance to the object 100 by using the light (reflected light) L2 reflected by the measurement light L1 emitted from the light emitting unit 2 by the object 100.
  • the distance measurement system 1 can be used, for example, in an object recognition system mounted on an automobile to detect an obstacle, a surveillance camera for detecting an object (person), a security camera, or the like.
  • the light emitting unit 2 includes a light source 21 for irradiating the object 100 with the measurement light L1.
  • the measurement light L1 is pulsed light.
  • the measurement light L1 is conceptually described by a virtual line.
  • the measurement light L1 has a single wavelength, the pulse width is relatively short, and the peak intensity is relatively high.
  • the wavelength of the measured light L1 is near red, which has low human visual sensitivity and is not easily affected by ambient light from sunlight. It is preferably in the wavelength range of the outer band.
  • the light source 21 is composed of, for example, a laser diode, and outputs a pulse laser.
  • the intensity of the pulsed laser output by the light source 21 satisfies the class 1 or class 2 standard of the safety standard (JIS C 6802) of the laser product.
  • the light source 21 is not limited to the above configuration, and may be a light emitting diode (LED: Light Emitting Diode), a surface emitting laser (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting LASER), a halogen lamp, or the like.
  • the measurement light L1 may be in a wavelength range different from the near infrared band.
  • the light receiving unit 3 corresponds to the photoelectric conversion unit D10 that generates an electric charge when the measurement light L1 emitted from the light emitting unit 2 receives the light L2 reflected by the object 100, and the amount of the electric charge generated by the photoelectric conversion unit D10. It includes an output unit 32 that outputs an electric signal (pixel signal).
  • the light receiving unit 3 includes an image sensor 31 and an output unit 32. As shown in FIG. 1, the image sensor 31 has a plurality of pixels 311 arranged two-dimensionally. Each of the plurality of pixels 311 can receive light only during the exposure time.
  • the output unit 32 outputs an electric signal from the image sensor 31 (pixel 311) to the distance measuring device 10.
  • FIG. 3 shows a circuit diagram of pixel 311.
  • the pixel 311 includes a photoelectric conversion unit D10, a charge storage unit C10, a floating diffusion unit FD, an amplifier A10, transfer transistors ST1, ST2, ST3, and reset transistors SR1,. It includes SR2 and SR3.
  • the photoelectric conversion unit D10 generates an electric charge when the measurement light L1 emitted from the light emitting unit 2 receives the light L2 reflected by the object 100.
  • the photoelectric conversion unit D10 is configured so that the conversion ratio changes according to the voltage applied (to the photoelectric conversion unit D10).
  • the conversion ratio means the ratio of the amount of electric charge generated by the photoelectric conversion unit D10 to the amount of light (the number of photons) received by the photoelectric conversion unit D10.
  • the conversion ratio of the photoelectric conversion unit D10 is variable in the range of 1 or more.
  • the photoelectric conversion unit D10 is an avalanche photodiode.
  • the avalanche photodiode has a linear multiplier mode and a Geiger multiplier mode.
  • the avalanche photodiode goes into a linear multiplier mode when a first bias (eg -25V) is applied.
  • a linear multiplier mode an avalanche photodiode collects an amount of charge on the cathode that is approximately proportional to the number of photons that cause photoelectric conversion when a photon is incident.
  • the avalanche photodiode is in the Geiger multiplication mode when a second bias (for example, ⁇ 27V) having an absolute value larger than that of the first bias is applied.
  • a second bias for example, ⁇ 27V
  • an avalanche photodiode collects a saturated amount of charge (saturated charge amount) at the cathode when one photon causes photoelectric conversion when a photon is incident.
  • the avalanche photodiode has a different magnification depending on the magnitude of the bias, that is, the voltage (reverse voltage) applied to the avalanche photodiode.
  • the conversion ratio of the photoelectric conversion unit D10 is the multiplication factor of the avalanche photodiode.
  • the charge storage unit C10 stores at least a part of the charges generated by the photoelectric conversion unit D10.
  • the charge storage unit C10 is a capacitor.
  • the capacity of the charge storage unit C10 is set so that the charge generated by the photoelectric conversion unit D10 can be stored a plurality of times. That is, the charge storage unit C10 enables the integration of the charges generated by the photoelectric conversion unit D10, which contributes to the improvement of the S / N ratio of the electric signal of the image sensor 31 and the improvement of the measurement accuracy.
  • the first end of the charge storage unit C10 is grounded.
  • the floating diffusion unit FD is located between the photoelectric conversion unit D10 and the charge storage unit C10, and is used for charge storage.
  • the amplifier A10 outputs an electric signal (pixel signal) having a magnitude corresponding to the amount of electric charge generated by the photoelectric conversion unit D10 (a magnitude corresponding to the amount of electric charge accumulated in the electric charge storage unit C10). Output to 32.
  • the transistor ST1 connects the cathode of the photoelectric conversion unit D10 and the floating diffusion unit FD.
  • the transistor ST2 connects the floating diffusion unit FD and the second end of the charge storage unit C10.
  • the transistor ST3 connects the floating diffusion unit FD and the input terminal of the amplifier A10.
  • the transistor SR1 connects the cathode of the photoelectric conversion unit D10 and the internal power supply VDD.
  • the transistor SR2 connects the second end of the charge storage unit C10 to the internal power supply VDD.
  • the transistor SR3 connects the floating diffusion unit FD and the internal power supply VDD.
  • the electric charge generated by the photoelectric conversion unit D10 is transferred to the electric charge storage unit C10 by the transistors ST1 and ST2 and stored. Then, after the charges generated by the photoelectric conversion unit D10 are accumulated in the charge storage unit C10 a plurality of times, the charges are transferred from the charge storage unit C10 to the amplifier A10 by the transistor ST3. As a result, the amplifier A10 produces an electric signal (pixel signal) having a magnitude corresponding to the amount of electric charge generated by the photoelectric conversion unit D10 (a magnitude corresponding to the amount of electric charge stored in the electric charge storage unit C10). Output. Unnecessary charges remaining in the photoelectric conversion unit D10, the floating diffusion unit FD, and the charge storage unit C10 are appropriately removed by the transistors SR1, SR2, and SR3. The control of the pixel 311 is executed by the control unit 11.
  • the voltage source 4 applies a DC control voltage to the light receiving unit 3.
  • the magnitude of the control voltage of the voltage source 4 can be changed.
  • the voltage source 4 is electrically connected to the anode of the photoelectric conversion unit D10 of each of the plurality of pixels 311 of the image sensor 31 of the light receiving unit 3.
  • the voltage source 4 applies a control voltage to the photoelectric conversion unit D10 of each of the plurality of pixels 311 of the image sensor 31 of the light receiving unit 3.
  • the voltage source 4 is used to apply a reverse voltage (reverse bias) to the photoelectric conversion unit D10 as a control voltage. That is, the voltage source 4 can switch the mode of the photoelectric conversion unit D10 between the linear multiplication mode and the Geiger multiplication mode.
  • the voltage source 4 is controlled by the control unit 11. Therefore, the control unit 11 can switch the mode of the photoelectric conversion unit D10 by the voltage source 4. Since the voltage source 4 can be realized by a conventionally known power source such as a switching power supply, detailed description thereof will be omitted.
  • the current measuring unit 5 measures the magnitude of the current flowing from the voltage source 4 to the light receiving unit 3.
  • the current measuring unit 5 gives the measured value to the control unit 11. Since the current measuring unit 5 can be realized by a conventionally known current measuring device such as a current transformer, detailed description thereof will be omitted.
  • the distance measuring device 10 calculates the distance to the object 100 within the measurable range FR.
  • the measurable range FR is divided into a plurality of (seven) sections R1 to R7 as shown in FIG. That is, the measurable range FR is composed of a plurality of sections R1 to R7.
  • the measurable range FR is not particularly limited, but as an example, it is several tens of centimeters to several tens of meters.
  • the plurality of sections R1 to R7 have the same length. As an example, each of the plurality of sections R1 to R7 is several cm to several m.
  • the plurality of sections R1 to R7 do not necessarily have the same length, and the number of sections is not particularly limited.
  • the distance measuring device 10 includes a control unit 11, a measuring unit 12, and an output unit 13.
  • the control unit 11 and the measurement unit 12 can be realized by, for example, a computer system including one or more processors (microprocessors) and one or more memories. That is, when one or more processors execute one or more programs (applications) stored in one or more memories, they function as the control unit 11 and the measurement unit 12.
  • the program is pre-recorded in the memory here, it may be recorded and provided through a telecommunication line such as the Internet or a non-temporary recording medium such as a memory card.
  • the control unit 11 is configured to control the light emitting unit 2 and the light receiving unit 3.
  • the control unit 11 controls the timing of outputting the measurement light L1 from the light source 21 (light emission timing), the pulse width of the measurement light L1 output from the light source 21, and the like.
  • the control unit 11 determines the timing (exposure timing), the exposure time (exposure period), and the transistors ST1 to ST3 of each pixel 311 when the pixel 311 (photoelectric conversion unit D10) is exposed. It controls the operation timing of SR1 to SR3.
  • control unit 11 is configured to control the conversion ratio of the photoelectric conversion unit D10.
  • the control unit 11 controls the conversion ratio of the photoelectric conversion unit D10 in each of the plurality of sections R1 to R7 constituting the measurable range FR. Since the distance measuring device 10 uses the TOF method, the plurality of sections R1 to R7, which are distances, correspond to the plurality of periods T1 to T7, respectively, as shown in FIG. Therefore, the control unit 11 sets the conversion ratio according to the voltage applied to the photoelectric conversion unit D10 in the plurality of periods T1 to T7 corresponding to each of the plurality of sections R1 to R7.
  • the control unit 11 converts the photoelectric conversion unit D10 by setting the control voltage applied to the photoelectric conversion unit D10 by the voltage source 4 in each of the plurality of sections R1 to R7 (plural periods T1 to T7). Set the ratio.
  • the conversion ratio of the photoelectric conversion unit D10 is the multiplication factor of the avalanche photodiode.
  • the control unit 11 sets the magnification of the avalanche photodiode to one of the corresponding magnification in the linear magnification mode and the magnification corresponding to the Geiger magnification mode.
  • VSUB shows a control voltage applied to the photoelectric conversion unit D10 by the voltage source 4.
  • V1 indicates the first bias (that is, the voltage at which the photoelectric conversion unit D10 is in the linear multiplication mode).
  • V2 indicates the second bias (that is, the voltage at which the photoelectric conversion unit D10 is in the Geiger multiplication mode).
  • the amount of electric charge generated by the photoelectric conversion unit D10 is substantially proportional to the number of photons incident on the photoelectric conversion unit D10.
  • the amount of electric charge generated by the photoelectric conversion unit D10 is constant regardless of the number of photons incident on the photoelectric conversion unit D10. Therefore, when the photoelectric conversion unit D10 is set to the linear magnification mode, the resolution of the distance to the object 100 can be improved as compared with the case where the photoelectric conversion unit D10 is set to the Geiger magnification mode.
  • the amount of electric charge generated by the photoelectric conversion unit D10 with respect to the incident of photons is larger in the Geiger multiplication mode than in the linear multiplication mode. Therefore, when the number of photons incident on the photoelectric conversion unit D10 (that is, the amount of light received by the photoelectric conversion unit D10) is relatively large, the photoelectric conversion unit D10 may be in the linear multiplication mode. On the other hand, when the number of photons incident on the photoelectric conversion unit D10 (that is, the amount of light received by the photoelectric conversion unit D10) is relatively small, the photoelectric conversion unit D10 may be in the Geiger multiplication mode.
  • the light received by the photoelectric conversion unit D10 includes the light L2 from the object 100 and the ambient light (mainly the light of the ambient environment of the light receiving unit 3).
  • the amount of light received by the photoelectric conversion unit D10 changes according to the time (exposure time) at which the photoelectric conversion unit D10 can receive light from the object 100. Further, the amount of light L2 from the object 100 is affected by the distance to the object 100 and the surface condition of the object 100.
  • An example of the surface state of the object 100 is the (surface) reflectance of the object 100.
  • control unit 11 is based on each factor of the assumed distance to the object 100, the amount of ambient light, the exposure time, and the amount of light received from the object 100 by the photoelectric conversion unit D10. Set the conversion ratio.
  • the control unit 11 decreases the conversion ratio when increasing the resolution of the distance to the object 100 (linear magnification mode), and increases the conversion ratio when decreasing the resolution (Geiger magnification mode). ..
  • the control unit 11 classifies the plurality of sections R1 to R7 into a first section and a second section corresponding to a distance farther from the photoelectric conversion unit D10 (that is, the distance measurement system 1) than the first section.
  • the control unit 11 reduces the conversion ratio in the first section and increases the conversion ratio in the second section.
  • the control unit 11 sets the photoelectric conversion unit D10 in the linear multiplication mode in the first section, and sets the photoelectric conversion unit D10 in the Geiger multiplication mode in the second section.
  • the control unit 11 has sections R1 to R5 as the first section and sections R6 and R7 as the second section.
  • control unit 11 sets the control voltage VSUB of the voltage source 4 to V1 during the periods T1 to T5 corresponding to the sections R1 to R5, and sets the photoelectric conversion unit D10 to the linear multiplication mode. Further, the control unit 11 sets the control voltage VSUB of the voltage source 4 to V2 during the periods T6 and T7 corresponding to the sections R6 and R7, and sets the photoelectric conversion unit D10 to the Geiger multiplication mode.
  • control unit 11 changes the conversion ratio according to the amount of ambient light. More specifically, the control unit 11 reduces the conversion ratio when the amount of ambient light is large, and increases the conversion ratio when the amount of ambient light is small.
  • control unit 11 compares the amount of ambient light with the threshold value for each of the plurality of sections R1 to R7. If the amount of ambient light is equal to or less than the threshold value, the control unit 11 sets the photoelectric conversion unit D10 to the Geiger multiplication mode, and if the amount of ambient light exceeds the threshold value, sets the photoelectric conversion unit D10 to the linear multiplication mode. ..
  • the control unit 11 sets the control voltage VSUB of the voltage source 4 to V1 and linearly multiplys the photoelectric conversion unit D10 during the periods T1 to T5 corresponding to the sections R1 to R5. Set to mode.
  • the control unit 11 sets the control voltage VSUB of the voltage source 4 to V2 during the periods T6 and T7 corresponding to the sections R6 and R7, and sets the photoelectric conversion unit D10 to the Geiger multiplication mode.
  • the control unit 11 sets the control voltage VSUB of the voltage source 4 to V1 and linearly multiplys the photoelectric conversion unit D10 during the periods T1 to T4 corresponding to the sections R1 to R4. Set to mode.
  • the control unit 11 sets the control voltage VSUB of the voltage source 4 to V2 during the periods T5 to T7 corresponding to the sections R5 to R7, and sets the photoelectric conversion unit D10 to the Geiger multiplication mode.
  • control unit 11 changes the conversion ratio according to the length of the exposure time. More specifically, the control unit 11 reduces the conversion ratio when the exposure time is long, and increases the conversion ratio when the exposure time is short.
  • control unit 11 compares the length of the exposure time with the threshold value for each of the plurality of sections R1 to R7. If the length of the exposure time is equal to or less than the threshold value, the control unit 11 sets the photoelectric conversion unit D10 to the Geiger multiplication mode, and if the length of the exposure time exceeds the threshold value, sets the photoelectric conversion unit D10 to the linear multiplication mode. And.
  • control unit 11 changes the conversion ratio according to the amount of light received from the object 100 by the photoelectric conversion unit D10 (that is, the amount of light L2 from the object 100). More specifically, the control unit 11 reduces the conversion ratio when the amount of light L2 is large, and increases the conversion ratio when the amount of light L2 is small. In the present embodiment, the control unit 11 compares the amount of light L2 with the threshold value for each of the plurality of sections R1 to R7. If the amount of light L2 is equal to or less than the threshold value, the control unit 11 sets the conversion ratio of the photoelectric conversion unit D10 as the first value, and if the amount of light L2 exceeds the threshold value, sets the conversion ratio of the photoelectric conversion unit D10.
  • the control unit 11 sets the control voltage VSUB of the voltage source 4 to V1 and linearly multiplies the photoelectric conversion unit D10 during the periods T1 to T5 corresponding to the sections R1 to R5. Set to mode.
  • the control unit 11 sets the control voltage VSUB of the voltage source 4 to V2 during the period T3 corresponding to the section R3, and sets the photoelectric conversion unit D10 to the Geiger multiplication mode.
  • control unit 11 changes the conversion ratio according to the amount of current flowing through the photoelectric conversion unit D10. More specifically, the control unit 11 changes the conversion ratio of the photoelectric conversion unit D10 based on the measured value of the current measurement unit 5. That is, the control unit 11 switches the mode of the photoelectric conversion unit D10 between the linear magnification mode and the Geiger magnification mode based on the measured value of the current measurement unit 5. Specifically, when the photoelectric conversion unit D10 is in the linear multiplication mode, the control unit 11 sets the photoelectric conversion unit D10 to the Geiger multiplication mode if the measured value of the current measurement unit 5 is equal to or less than the first threshold value. Set to the corresponding value.
  • the control unit 11 sets the photoelectric conversion unit D10 to the linear multiplication mode if the measured value of the current measurement unit 5 exceeds the second threshold value. That is, when the current flowing through the photoelectric conversion unit D10 is small, it is considered that the amount of electric charge generated by the photoelectric conversion unit D10 is small, so that it can be estimated that the amount of light incident on the photoelectric conversion unit D10 is small. Therefore, the control unit 11 sets the photoelectric conversion unit D10 in the Geiger magnification mode rather than the linear magnification mode.
  • the control unit 11 sets the photoelectric conversion unit D10 in the linear multiplication mode rather than the Geiger magnification mode.
  • the first threshold value and the second threshold value may be the same value or different values.
  • the control method of the light emitting unit 2 and the light receiving unit 3 differs depending on whether the photoelectric conversion unit D10 is in the linear magnification mode or the Geiger magnification mode. More specifically, the control unit 11 executes the first control method when the photoelectric conversion unit D10 is in the linear multiplication mode, and when the photoelectric conversion unit D10 is in the Geiger magnification mode, the first control method is performed.
  • the control method of 2 is executed. That is, the first control method is a control method corresponding to a case where the resolution is high (when the amount of light received by the photoelectric conversion unit D10 is relatively large).
  • the second control method is a control method corresponding to a case where the resolution is low (when the amount of light received by the photoelectric conversion unit D10 is relatively small).
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of the first control method
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of the second control method.
  • VE indicates the timing of exposure.
  • Q1 indicates the amount of electric charge generated by the photoelectric conversion unit D10.
  • VA indicates the operation timing of the transistors ST1 and ST2.
  • Q2 indicates the amount of charge accumulated in the charge storage unit C10.
  • VT indicates the timing of operation of the transistor ST3.
  • VR indicates the operation timing of the transistors SR1 to SR3.
  • the first control method will be described with reference to FIG. 7.
  • the transistors ST1 to ST3 and SR1 to SR3 are all off before the time t0.
  • the control unit 11 turns on the transistors SR1 to SR3 at time t0 and removes the electric charge of the charge storage unit C10.
  • the control unit 11 outputs the measurement light L1 from the light source 21 of the light emitting unit 2 at times t1 to t3.
  • the photoelectric conversion unit D10 of the light receiving unit 3 receives the light L2 from the object 100 at times t2 to t4.
  • the control unit 11 sets the exposure time to t3 or later, the photoelectric conversion unit D10 receives the light L2 at times t3 to t4 and generates an electric charge according to the amount of the light L2.
  • the control unit 11 turns on the transistors ST1 and ST2, and transfers the charge generated by the photoelectric conversion unit D10 to the charge storage unit C10 through the floating diffusion unit FD.
  • the control unit 11 outputs the measurement light L1 from the light source 21 of the light emitting unit 2 at times t6 to t8.
  • the photoelectric conversion unit D10 of the light receiving unit 3 receives the light L2 from the object 100 at times t7 to t9.
  • the control unit 11 sets the exposure time to t8 or later, the photoelectric conversion unit D10 receives the light L2 at times t8 to t9 and generates an electric charge according to the amount of the light L2.
  • the control unit 11 turns on the transistors ST1 and ST2 at the time t10 after the time t9, and transfers the charge generated by the photoelectric conversion unit D10 to the charge storage unit C10 through the floating diffusion unit FD.
  • the control unit 11 repeats the process of transferring the electric charge generated by the photoelectric conversion unit D10 to the charge storage unit C10 a predetermined number of times.
  • the control unit 11 outputs the measurement light L1 from the light source 21 of the light emitting unit 2 at times t11 to t13.
  • the photoelectric conversion unit D10 of the light receiving unit 3 receives the light L2 from the object 100 at times t12 to t14.
  • the control unit 11 sets the exposure time to t13 or later, the photoelectric conversion unit D10 receives the light L2 at times t13 to t14 and generates an electric charge according to the amount of the light L2.
  • the control unit 11 turns on the transistors ST1 and ST2, and transfers the charge generated by the photoelectric conversion unit D10 to the charge storage unit C10 through the floating diffusion unit FD. After this, the control unit 11 turns on the transistor ST3 during the time t16 to t17, and takes out the charge accumulated in the charge storage unit C10. As a result, the control unit 11 outputs an electric signal (pixel signal) from the pixel 311.
  • the control unit 11 turns on the transistors SR1 to SR3 at time t20 and removes the electric charge of the charge storage unit C10.
  • the control unit 11 outputs the measurement light L1 from the light source 21 of the light emitting unit 2 at times t21 to t22.
  • the photoelectric conversion unit D10 of the light receiving unit 3 receives the light L21 and L22 as the light L2 from the object 100.
  • the lights L21 and L22 indicate the light from the object 100 located at a relatively distant place from the distance measuring system 1.
  • the light L21 and L22 reach the photoelectric conversion unit D10 between the times t22 and t23.
  • the control unit 11 sets the exposure time to t23 or later, the photoelectric conversion unit D10 does not generate an electric charge corresponding to the amount of light L2.
  • the control unit 11 turns on the transistors ST1 and ST2 at times t25 to t26 after the time t24, and transfers the charge generated by the photoelectric conversion unit D10 to the charge storage unit C10 through the floating diffusion unit FD.
  • the photoelectric conversion unit D10 does not generate an electric charge, no electric charge is accumulated in the electric charge storage unit C10.
  • the control unit 11 outputs the measurement light L1 from the light source 21 of the light emitting unit 2 at times t27 to t28.
  • the photoelectric conversion unit D10 of the light receiving unit 3 receives the light L23 and L24 as the light L2 from the object 100.
  • the light L23 and L24 indicate the light from the object 100 located at a relatively distant place from the distance measurement system 1 like the light L21 and L22.
  • the light L23 reaches the photoelectric conversion unit D10 between the times t28 and t29.
  • the optical L24 reaches the photoelectric conversion unit D10 between the times t29 and t30.
  • control unit 11 sets the exposure time to t29 or later, the photoelectric conversion unit D10 does not generate a charge corresponding to the amount of light L23, but generates a charge corresponding to the amount of light L24.
  • the control unit 11 turns on the transistors ST1 and ST2 at time t31 after the time t30, and transfers the charge generated by the photoelectric conversion unit D10 to the charge storage unit C10 through the floating diffusion unit FD.
  • the control unit 11 repeats the process of transferring the electric charge generated by the photoelectric conversion unit D10 to the charge storage unit C10 a predetermined number of times.
  • the control unit 11 outputs the measurement light L1 from the light source 21 of the light emitting unit 2 at times t32 to t33.
  • the photoelectric conversion unit D10 of the light receiving unit 3 receives the light L25 and L26 as the light L2 from the object 100.
  • Lights L25 and L26 indicate light from an object 100 located at a relatively distant place from the distance measurement system 1 like the lights L21 and L22.
  • the light L25 reaches the photoelectric conversion unit D10 between the times t33 and t34.
  • the optical L26 reaches the photoelectric conversion unit D10 between the times t34 and t35. Since the control unit 11 sets the exposure time to t34 or later, the photoelectric conversion unit D10 does not generate a charge corresponding to the amount of light L25, but generates a charge corresponding to the amount of light L26.
  • the control unit 11 turns on the transistors ST1 and ST2 at time t36 after the time t35, and transfers the charge generated by the photoelectric conversion unit D10 to the charge storage unit C10 through the floating diffusion unit FD. After this, the control unit 11 turns on the transistor ST3 during the time t37 to t38, and takes out the charge accumulated in the charge storage unit C10. As a result, the control unit 11 outputs an electric signal (pixel signal) from the pixel 311.
  • control unit 11 appropriately sets the conversion ratio (in this embodiment, the linear multiplication mode or the Geiger multiplication mode) in each of the plurality of sections R1 to R7 constituting the measurable range FR. Then, the control unit 11 controls the light emitting unit 2 and the light receiving unit 3 according to the set conversion ratio, and causes the light receiving unit 3 to output an electric signal (pixel signal) to the measuring unit 12.
  • conversion ratio in this embodiment, the linear multiplication mode or the Geiger multiplication mode
  • the measuring unit 12 calculates the distance to the object 100 in the measurable range FR based on the electric signal (pixel signal) output from the light receiving unit 3.
  • the measuring unit 12 calculates the distance to the object 100 for each of the plurality of pixels 311 (photoelectric conversion unit D10) of the image sensor 31 of the light receiving unit 3.
  • the measuring unit 12 calculates the distance to the object 100 by two methods.
  • the two methods are different types of TOF methods.
  • the first method is a phase difference TOF
  • the second method is a range gate TOF. According to the phase difference TOF, it is possible to calculate the distance on the order of centimeters.
  • the distance is calculated on the order of meters, but the distance can be calculated up to a distance farther than the phase difference TOF.
  • the measuring unit 12 calculates the distance to the object 100 by the phase difference TOF for the first group of the plurality of sections R1 to R7.
  • the measuring unit 12 calculates the distance to the object 100 by the range gate TOF for the second group of the plurality of sections R1 to R7.
  • the first group includes a plurality of continuous sections among the plurality of sections R1 to R7
  • the second group is one or more sections different from the first group among the plurality of sections R1 to R7. including.
  • the sections included in the first group are all sections in which the conversion ratio is smaller than that of the second group.
  • the section included in the first group is the section in which the photoelectric conversion unit D10 is set to the linear multiplication mode. (A section where the resolution is set high).
  • the section included in the second group is the section in which the photoelectric conversion unit D10 is set to the Geiger multiplication mode (the section in which the resolution is set low).
  • the measuring unit 12 obtains the distance based on the section having the largest electric signal among one or more sections included in the second group. More specifically, the distance to the section with the largest electrical signal is used as the distance to the object 100.
  • the measuring unit 12 adopts the larger of the distance obtained for the first group and the distance obtained for the second group as the distance to the object 100.
  • the first group includes sections R1 to R5, and the second group includes sections R6 and R7.
  • the magnitudes of the electric signals corresponding to the sections R1 to R7 are S1 to S7.
  • the measuring unit 12 obtains the sum of adjacent sections R1 and R2 (S1 + S2), the sum of adjacent sections R2 and R3 (S2 + S3), and the sum of adjacent sections R3 and R4 (S3 + S4).
  • the sum (S2 + S3) of the adjacent sections R2 and R3 is equal to or greater than the threshold value and is the maximum among these sums.
  • the distance is obtained based on the largest electric signal among the electric signals corresponding to the sections R5 to R7.
  • S6 is larger than S5 and S7
  • the distance to the section R6 is used as the distance to the object 100. If the distance obtained for the first group is larger than the distance obtained for the second group, the control unit 11 adopts the distance obtained for the first group as the distance to the object 100.
  • the output unit 13 is configured to output the calculation result (measurement result) of the distance to the object 100 calculated by the measurement unit 12 to the external device 6.
  • the external device 6 is a display device such as a liquid crystal display or an organic EL display (EL: Electro Luminescence).
  • the output unit 13 outputs the measurement result of the measurement unit 12 to the external device 6, so that the external device 6 displays the measurement result of the measurement unit 12. Further, the output unit 13 may display the image data on the external device 6 by outputting the image data generated by the pixel signal to the external device 6.
  • the external device 6 is not limited to the display device, and may be another device.
  • the distance measuring device 10 includes a control unit 11 and a measuring unit 12.
  • the control unit 11 controls the light receiving unit 3.
  • the light receiving unit 3 has a photoelectric conversion unit D10 and a photoelectric conversion unit D10 that generate an electric charge when the measurement light L1 emitted from the light emitting unit 2 receives the light L2 reflected by the object 100. It is composed of an output unit 32 that outputs an electric signal corresponding to the amount of electric charge generated in.
  • the measuring unit 12 calculates the distance to the object within the measurable range FR based on the electric signal.
  • the control unit 11 sets the ratio of the amount of electric charge generated by the photoelectric conversion unit D10 to the amount of light received by the photoelectric conversion unit D10 in each of the plurality of sections R1 to R7 constituting the measurable range FR. Therefore, according to the distance measuring device 10, the accuracy of measuring the distance to the object 100 can be improved.
  • the distance measuring device 10 executes the following method (distance measuring method).
  • the distance measuring method includes a control step and a measuring step.
  • the control step is an electric signal corresponding to the amount of electric charges generated by the photoelectric conversion unit D10 and the photoelectric conversion unit D10 that generate electric charges when the measurement light L1 emitted from the light emitting unit 2 receives the light L2 reflected by the object 100.
  • the measurement step calculates the distance to the object 100 within the measurable range FR based on the electric signal.
  • the control step is a step of setting the conversion ratio of the amount of electric charge generated by the photoelectric conversion unit D10 to the amount of light received by the photoelectric conversion unit D10 in each of the plurality of sections R1 to R7 constituting the measurable range FR. Including. According to this distance measuring method, the measurement accuracy of the distance to the object 100 can be improved as in the distance measuring device 10.
  • the distance measuring device 10 is realized by a computer system (one or more processors). That is, the distance measuring device 10 is realized by executing a program (computer program) by one or more processors.
  • This program is a program for causing one or more processors to execute a distance measurement method. According to such a program, the accuracy of measuring the distance to the object 100 can be improved as in the distance measuring method.
  • the measurable range FR is composed of a plurality of sections R1 to R7 that do not overlap each other.
  • the measurable range FR may be composed of a plurality of sections R1 to R7 shown in FIG.
  • the section R1 corresponds to the time T10 to T12
  • the section R2 corresponds to the time T11 to T13.
  • the section R3 corresponds to the time T12 to T14
  • the section R4 corresponds to the time T13 to T15.
  • the section R5 corresponds to the time T15 to T16
  • the section R6 corresponds to the time T16 to T17
  • the section R7 corresponds to the time T17 to T18.
  • the sections R1 and R2 partially overlap, the sections R2 and R3 partially overlap, and the sections R3 and R4 partially overlap.
  • the distance can be calculated by using the phase difference TOF as in the above embodiment.
  • control unit 11 switches the conversion ratio of the photoelectric conversion unit D10 between a value corresponding to the linear magnification mode and a value corresponding to the Geiger magnification mode.
  • control unit 11 may change the conversion ratio of the photoelectric conversion unit D10 within the range of the value corresponding to the linear multiplication mode.
  • the control unit 11 determines the distance to the object 100, the amount of ambient light, the exposure time, the amount of light received by the photoelectric conversion unit D10 from the object 100, and the amount of current flowing through the photoelectric conversion unit D10. Set the conversion ratio based on each factor of.
  • the control unit 11 is the distance to the object 100, the amount of ambient light, the exposure time, the amount of light received by the photoelectric conversion unit D10 from the object 100, and the photoelectric conversion unit D10.
  • the conversion ratio may be set based on at least one of the factors of the amount of current flowing through the.
  • the control unit 11 may change the conversion ratio of the photoelectric conversion unit D10 of at least one pixel 311 among the plurality of pixels 311. That is, the control unit 11 may change the conversion ratio of only the necessary photoelectric conversion unit D10 among the plurality of photoelectric conversion units D10.
  • the photoelectric conversion unit D10 is an avalanche photodiode, but the present invention is not limited to this.
  • the photoelectric conversion unit D10 may be any photoelectric conversion element capable of changing the conversion ratio.
  • the photoelectric conversion unit D10 may be a photodiode other than an avalanche photodiode, or may be a solid-state imaging measure.
  • the light receiving unit 3 may have a plurality of photoelectric conversion units D10 having different conversion ratios.
  • the control unit 11 may select the photoelectric conversion unit D10 to be used from the plurality of photoelectric conversion units D10 for each section.
  • the distance measuring device 10 may be composed of a plurality of computers.
  • the functions of the distance measuring device 10 may be distributed to a plurality of devices.
  • the execution subject of the distance measuring device 10 described above includes a computer system.
  • a computer system has a processor and memory as hardware.
  • the processor executes the program recorded in the memory of the computer system, the function as the execution subject of the distance measuring device 10 in the present disclosure is realized.
  • the program may be pre-recorded in the memory of the computer system or may be provided through a telecommunication line. Further, the program may be recorded and provided on a non-temporary recording medium such as a memory card, an optical disk, or a hard disk drive that can be read by a computer system.
  • a processor in a computer system is composed of one or more electronic circuits including a semiconductor integrated circuit (IC) or a large scale integrated circuit (LSI).
  • IC semiconductor integrated circuit
  • LSI large scale integrated circuit
  • Logical devices can be used for the same purpose.
  • a plurality of electronic circuits may be integrated on one chip, or may be distributed on a plurality of chips. The plurality of chips may be integrated in one device, or may be distributed in a plurality of devices.
  • the first aspect is a distance measuring device (10), which includes a control unit (11) and a measuring unit (12).
  • the control unit (11) controls the light receiving unit (3).
  • the light receiving unit (3) includes a photoelectric conversion unit (D10) that generates an electric charge when the measurement light (L1) emitted from the light emitting unit (2) receives the light (L2) reflected by the object (100). It includes an output unit (32) that outputs an electric signal corresponding to the amount of electric charge generated by the photoelectric conversion unit (D10).
  • the measuring unit (12) calculates the distance to the object (100) within the measurable range (FR) based on the electric signal.
  • the control unit (11) is the photoelectric conversion unit (D10) with respect to the amount of light received by the photoelectric conversion unit (D10) in each of the plurality of sections (R1 to R7) constituting the measurable range (FR). ) Sets the conversion ratio of the amount of charge generated. According to this aspect, the measurement accuracy can be improved in the entire measurable range (FR) of the distance to the object (100).
  • the second aspect is based on the distance measuring device (10) of the first aspect.
  • the photoelectric conversion unit (D10) changes the conversion ratio according to the applied voltage.
  • the control unit (11) sets the conversion ratio according to the voltage applied to the photoelectric conversion unit (D10) in each of the plurality of sections (R1 to R7). According to this aspect, the conversion ratio can be easily set.
  • the third aspect is based on the distance measuring device (10) of the second aspect.
  • the photoelectric conversion unit (D10) includes an avalanche photodiode.
  • the conversion ratio is the multiplication factor of the avalanche photodiode. According to this aspect, the conversion ratio can be easily set.
  • the fourth aspect is based on the distance measuring device (10) of the second or third aspect.
  • the control unit (11) changes the conversion ratio according to the amount of ambient light. According to this aspect, the influence of ambient light on the measurement accuracy can be reduced.
  • the fifth aspect is based on the distance measuring device (10) of any one of the second to fourth aspects.
  • the control unit (11) decreases the conversion ratio when increasing the resolution of the distance to the object (100), and increases the conversion ratio when decreasing the resolution. .. According to this aspect, the measurement accuracy can be improved in the entire measurable range (FR) of the distance to the object (100).
  • the sixth aspect is based on the distance measuring device (10) of the fifth aspect.
  • the plurality of sections (R1 to R7) correspond to the first section (R1 to R7) and a distance farther from the photoelectric conversion unit (D10) than the first section (R1 to R7).
  • the second section (R1 to R7) is included.
  • the control unit (11) reduces the conversion ratio in the first section (R1 to R7) and increases the conversion ratio in the second section (R1 to R7). According to this aspect, the measurement accuracy can be improved in the entire measurable range (FR) of the distance to the object (100).
  • the seventh aspect is based on the distance measuring device (10) of any one of the second to sixth aspects.
  • the control unit (11) determines the amount of light received by the photoelectric conversion unit (D10) from the object (100) in at least one of the plurality of sections (R1 to R7). The conversion ratio is changed accordingly. According to this aspect, the measurement accuracy can be improved in the entire measurable range (FR) of the distance to the object (100).
  • the eighth aspect is based on the distance measuring device (10) of any one of the second to seventh aspects.
  • the control unit (11) changes the conversion ratio according to the amount of current flowing through the photoelectric conversion unit (D10). According to this aspect, the measurement accuracy can be improved in the entire measurable range (FR) of the distance to the object (100).
  • the ninth aspect is based on the distance measuring device (10) of any one of the second to eighth aspects.
  • the control unit (11) changes the conversion ratio according to the length of the exposure time during which the photoelectric conversion unit (D10) can receive light from the object (100). To do.
  • the measurement accuracy can be improved in the entire measurable range (FR) of the distance to the object (100).
  • the tenth aspect is based on the distance measuring device (10) of any one of the first to ninth aspects.
  • the plurality of sections (R1 to R7) include a first group including a plurality of continuous sections (R1 to R7) and one or more sections (R1 to R7) different from the first group. ) Is included with the second group.
  • the conversion ratio of the first group is smaller than that of the second group.
  • the measuring unit (12) has a ratio of electric signals corresponding to each of the adjacent sections (R1 to R7) among the plurality of continuous sections (R1 to R7) included in the first group. Find the distance based on. According to this aspect, the measurement accuracy can be improved in the entire measurable range (FR) of the distance to the object (100).
  • the eleventh aspect is based on the distance measuring device (10) of the tenth aspect.
  • the measuring unit (12) has a section (R1 to R7) having the largest electric signal among one or more sections (R1 to R7) included in the second group. Find the distance based on.
  • the measuring unit (12) adopts the larger of the distance obtained for the first group and the distance obtained for the second group as the distance to the object (100). According to this aspect, the measurement accuracy can be improved in the entire measurable range (FR) of the distance to the object (100).
  • the twelfth aspect is based on the distance measuring device (10) of any one of the first to eleventh aspects.
  • the light receiving unit (3) has a charge storage unit (C10) that stores at least a part of the charges generated by the photoelectric conversion unit (D10).
  • the control unit (11) accumulates the charges generated by the photoelectric conversion unit (D10) in the charge storage unit (C10) a plurality of times.
  • the electric signal has a magnitude corresponding to the amount of electric charge accumulated in the electric charge storage unit (C10). According to this aspect, the measurement accuracy can be improved in the entire measurable range (FR) of the distance to the object (100).
  • the thirteenth aspect is the distance measurement system (1), which is the distance measurement device (10) of any one of the first to twelfth aspects, the light emitting unit (2), and the light receiving unit (3). And. According to this aspect, the measurement accuracy can be improved in the entire measurable range (FR) of the distance to the object (100).
  • the fourteenth aspect is a distance measuring method, which includes a control step and a measuring step.
  • the control step is a step of controlling the light receiving unit (3).
  • the light receiving unit (3) includes a photoelectric conversion unit (D10) that generates an electric charge when the measurement light (L1) emitted from the light emitting unit (2) receives the light (L2) reflected by the object (100). It includes an output unit (32) that outputs an electric signal corresponding to the amount of electric charge generated by the photoelectric conversion unit (D10).
  • the measurement step is a step of calculating the distance to the object (100) within the measurable range (FR) based on the electric signal.
  • the photoelectric conversion unit (D10) is generated with respect to the amount of light received by the photoelectric conversion unit (D10) in each of the plurality of sections (R1 to R7) constituting the measurable range (FR).
  • the measurement accuracy can be improved in the entire measurable range (FR) of the distance to the object (100).
  • the fifteenth aspect is a program for causing one or more processors to execute the distance measurement method of the fourteenth aspect. According to this aspect, the measurement accuracy can be improved in the entire measurable range (FR) of the distance to the object (100).

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

課題は、対象物までの距離の測定精度の改善が図れる、距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及び、プログラムを提供することである。距離測定装置（１０）は、制御部（１１）と、測定部（１２）とを備える。制御部（１１）は、受光部（３）を制御する。受光部（３）は、発光部（２）から発光する測定光が対象物で反射した光を受け取ると電荷を生成する光電変換部（Ｄ１０）と、光電変換部（Ｄ１０）で生成された電荷の量に対応する電気信号を出力する出力部（３２）からなる。測定部（１２）は、電気信号に基づいて測定可能範囲内において対象物までの距離を算出する。制御部（１１）は、測定可能範囲（ＦＲ）を構成する複数の区間（Ｒ１～Ｒ７）のそれぞれにおいて、光電変換部（Ｄ１０）が受け取った光の量に対する光電変換部（Ｄ１０）が生成した電荷の量の比率を設定する。

Description

距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及び、プログラム
　本開示は、一般に、距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及び、プログラムに関する。本開示は、特に、対象物までの距離を測定する距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及びプログラムに関する。
　特許文献１は、距離測定装置を開示する。特許文献１の距離測定装置は、固体撮像装置と、信号処理装置と、計算機と、光源とを備えている。固体撮像装置は、二次元的に配列された複数の画素を有している。各画素は、所定の露光時間内に受光素子に到達した入射光を検知する受光回路と、受光回路からの受光信号に基づいて入射光の到達回数を計数するカウンタ回路と、カウンタ回路のカウント値に応じた比較信号を出力する比較回路と、比較回路からの比較信号がオン状態のとき、時間信号を距離信号として記憶する記憶回路とを備える。
　特許文献１には、上記構成の固体撮像装置によれば測定可能距離レンジが広くできると記載されている。しかしながら、特許文献１には、対象物までの距離の測定可能範囲全体において測定精度を改善することについては記載されていない。
特開２０１８－１６９１６２号公報
　課題は、対象物までの距離の測定可能範囲全体において測定精度の改善が図れる、距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及び、プログラムを提供することである。
　本開示の一態様に係る距離測定装置は、制御部と、測定部とを備える。前記制御部は、受光部を制御する。前記受光部は、発光部から発光する測定光が対象物で反射した光を受け取ると電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷の量に対応する電気信号を出力する出力部からなる。前記測定部は、前記電気信号に基づいて測定可能範囲内において前記対象物までの距離を算出する。前記制御部は、前記測定可能範囲を構成する複数の区間のそれぞれにおいて、前記光電変換部が受け取った光の量に対する前記光電変換部が生成した電荷の量の変換比率を設定する。
　本開示の一態様に係る距離測定システムは、前記距離測定装置と、前記発光部と、前記受光部とを備える。
　本開示の一態様に係る距離測定方法は、制御ステップと、測定ステップとを含む。前記制御ステップは、受光部を制御するステップである。前記受光部は、発光部から発光する測定光が対象物で反射した光を受け取ると電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷の量に対応する電気信号を出力する出力部からなる。前記測定ステップは、前記電気信号に基づいて測定可能範囲内において前記対象物までの距離を算出するステップである。前記制御ステップは、前記測定可能範囲を構成する複数の区間のそれぞれにおいて、前記光電変換部が受け取った光の量に対する前記光電変換部が生成した電荷の量の変換比率を設定するステップを含む。
　本開示の一態様に係るプログラムは、１以上のプロセッサに、前記距離測定方法を実行させるための、プログラムである。
図１は、一実施形態の距離測定システムのブロック図である。 図２は、上記距離測定システムの説明図である。 図３は、上記距離測定システムの光電変換部の回路図である。 図４は、上記距離測定システムの動作の概略説明図である。 図５は、上記距離測定システムの動作の概略説明図である。 図６は、上記距離測定システムの動作の概略説明図である。 図７は、上記距離測定システムの第１制御方法の説明図である。 図８は、上記距離測定システムの第２制御方法の説明図である。 図９は、変形例での測定可能範囲を構成する複数の区間の構成を示す説明図である。
　１．実施形態
　１．１　概要
　図１は、本実施形態の距離測定システム１を示す。距離測定システム１は、距離測定装置１０を備える。距離測定装置１０は、制御部１１と、測定部１２とを備える。制御部１１は、受光部３を制御する。受光部３は、図１及び図２に示すように、発光部２から発光する測定光Ｌ１が対象物１００で反射した光Ｌ２を受け取ると電荷を生成する光電変換部Ｄ１０と、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷の量に対応する電気信号を出力する出力部３２からなる。測定部１２は、電気信号に基づいて測定可能範囲ＦＲ内において対象物までの距離を算出する。制御部１１は、測定可能範囲ＦＲを構成する複数の区間Ｒ１～Ｒ７のそれぞれにおいて、光電変換部Ｄ１０が受け取った光の量に対する光電変換部Ｄ１０が生成した電荷の量の比率を設定する。
　このような距離測定装置１０では、測定可能範囲ＦＲを構成する複数の区間Ｒ１～Ｒ７のそれぞれにおいて変換比率を適切に設定することができる。つまり、変換比率を対象物１００の位置に対して適切な値に設定することができる。そのため、距離測定装置１０によれば、対象物１００までの距離の測定可能範囲全体において測定精度の改善が図れる。
　１．２　詳細
　以下、距離測定システム１について図１～図８を参照して更に詳細に説明する。距離測定システム１は、ＴＯＦ法（Time Of Flight）を利用して対象物１００までの距離を測定する。距離測定装置１０と、発光部２と、受光部３と、電圧源４と、電流測定部５とを備える。距離測定システム１は、図２に示すように、発光部２から発光する測定光Ｌ１が対象物１００で反射した光（反射光）Ｌ２を利用して、対象物１００までの距離を測定する。距離測定システム１は、例えば、自動車に搭載され障害物を検知する物体認識システム、物体（人）等を検知する監視カメラ、セキュリティカメラ等に利用することができる。
　発光部２は、対象物１００に測定光Ｌ１を照射するための光源２１を備える。測定光Ｌ１は、パルス状の光である。図２では、測定光Ｌ１を仮想線で概念的に記載している。ＴＯＦ法を利用した距離測定において、測定光Ｌ１は、単一波長であり、パルス幅が比較的短く、ピーク強度が比較的高いことが好ましい。また、距離測定システム１（距離測定装置１０）を市街地等での利用を考慮して、測定光Ｌ１の波長は、人間の視感度が低く、太陽光からの外乱光の影響を受けにくい近赤外帯の波長域であることが好ましい。本実施形態では、光源２１は、例えばレーザーダイオードで構成されており、パルスレーザーを出力する。光源２１が出力するパルスレーザーの強度は、レーザ製品の安全基準（JIS C 6802）のクラス１又はクラス２の基準を満たしている。なお、光源２１は、上記の構成に限らず、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ:Vertical Cavity Surface Emitting LASER）、ハロゲンランプ等であってもよい。また、測定光Ｌ１は、近赤外帯とは異なる波長域であってもよい。
　受光部３は、発光部２から発光する測定光Ｌ１が対象物１００で反射した光Ｌ２を受け取ると電荷を生成する光電変換部Ｄ１０と、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷の量に対応する電気信号（画素信号）を出力する出力部３２からなる。本実施形態では、受光部３は、イメージセンサ３１と、出力部３２とを備える。イメージセンサ３１は、図１に示すように、二次元的に配列された複数の画素３１１を有する。複数の画素３１１の各々は、露光時間の間だけ、光を受け取ることができる。出力部３２は、イメージセンサ３１（画素３１１）からの電気信号を距離測定装置１０に出力する。
　図３は、画素３１１の回路図を示す。図３に示すように、画素３１１は、光電変換部Ｄ１０と、電荷蓄積部Ｃ１０と、フローティングディフュージョン部ＦＤと、増幅器Ａ１０と、転送用のトランジスタＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３と、リセット用のトランジスタＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３とを備える。
　光電変換部Ｄ１０は、発光部２から発光する測定光Ｌ１が対象物１００で反射した光Ｌ２を受け取ると電荷を生成する。光電変換部Ｄ１０は、（光電変換部Ｄ１０に）印加する電圧に応じて変換比率が変化するように構成されている。変換比率は、光電変換部Ｄ１０が受け取った光の量（フォトンの数）に対する光電変換部Ｄ１０が生成した電荷の量の比率を意味する。一例として、光電変換部Ｄ１０の変換比率は、１以上の範囲で可変である。本実施形態では、光電変換部Ｄ１０は、アバランシェフォトダイオードである。アバランシェフォトダイオードは、リニア増倍モードとガイガー増倍モードとを有する。アバランシェフォトダイオードは、第１のバイアス（例えば－２５Ｖ）が印加された状態では、リニア増倍モードとなる。リニア増倍モードでは、アバランシェフォトダイオードは、フォトンが入射する場合に、光電変換を引き起こすフォトンの数に略比例する量の電荷がカソードに集まる。アバランシェフォトダイオードは、第１のバイアスよりも絶対値が大きい第２のバイアス（例えば－２７Ｖ）が印加された状態では、ガイガー増倍モードとなる。ガイガー増倍モードでは、アバランシェフォトダイオードは、フォトンが入射する場合に、１つのフォトンが光電変換を引き起こすと、飽和量（飽和電荷量）の電荷がカソードに集まる。つまり、１つのフォトンの入射に対して生成される電荷の量が一定になる。このようにアバランシェフォトダイオードは、バイアスの大きさ、つまり、アバランシェフォトダイオードに印加する電圧（逆電圧）に応じて、増倍率が変わる。本実施形態では、光電変換部Ｄ１０の変換比率は、アバランシェフォトダイオードの増倍率である。
　電荷蓄積部Ｃ１０は、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷の少なくとも一部を蓄積する。電荷蓄積部Ｃ１０は、コンデンサである。電荷蓄積部Ｃ１０の容量は、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷を複数回蓄積可能に設定される。つまり、電荷蓄積部Ｃ１０は、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷の積算を可能とし、これによって、イメージセンサ３１の電気信号のＳ／Ｎ比の改善、ひいては、測定精度の向上に寄与する。本実施形態では、電荷蓄積部Ｃ１０の第１端は接地されている。
　フローティングディフュージョン部ＦＤは、光電変換部Ｄ１０と電荷蓄積部Ｃ１０との間にあり、電荷の蓄積に利用される。増幅器Ａ１０は、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷の量に対応する大きさ（電荷蓄積部Ｃ１０に蓄積された電荷の量に対応する大きさ）を有する電気信号（画素信号）を、出力部３２へ出力する。トランジスタＳＴ１は、光電変換部Ｄ１０のカソードとフローティングディフュージョン部ＦＤとを接続する。トランジスタＳＴ２は、フローティングディフュージョン部ＦＤと電荷蓄積部Ｃ１０の第２端とを接続する。トランジスタＳＴ３は、フローティングディフュージョン部ＦＤと増幅器Ａ１０の入力端子とを接続する。トランジスタＳＲ１は、光電変換部Ｄ１０のカソードと内部電源ＶＤＤとを接続する。トランジスタＳＲ２は、電荷蓄積部Ｃ１０の第２端と内部電源ＶＤＤとを接続する。トランジスタＳＲ３は、フローティングディフュージョン部ＦＤと内部電源ＶＤＤとを接続する。
　画素３１１では、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷を、トランジスタＳＴ１，ＳＴ２により電荷蓄積部Ｃ１０に転送して蓄積する。そして、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷を電荷蓄積部Ｃ１０に複数回蓄積した後に、トランジスタＳＴ３により、電荷蓄積部Ｃ１０から増幅器Ａ１０に電荷を転送する。これによって、増幅器Ａ１０は、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷の量に対応する大きさ（電荷蓄積部Ｃ１０に蓄積された電荷の量に対応する大きさ）を有する電気信号（画素信号）を出力する。光電変換部Ｄ１０、フローティングディフュージョン部ＦＤ、及び、電荷蓄積部Ｃ１０に残る不要な電荷は、トランジスタＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３により、適宜除去される。このような画素３１１についての制御は、制御部１１により実行される。
　電圧源４は、受光部３に直流の制御電圧を印加する。電圧源４の制御電圧の大きさは変更可能である。本実施形態では、電圧源４は、受光部３のイメージセンサ３１の複数の画素３１１それぞれの光電変換部Ｄ１０のアノードに電気的に接続される。これによって、電圧源４は、受光部３のイメージセンサ３１の複数の画素３１１それぞれの光電変換部Ｄ１０に制御電圧を印加する。特に、電圧源４は、制御電圧として、光電変換部Ｄ１０に逆電圧（逆バイアス）を印加するために用いられる。つまり、電圧源４によって、光電変換部Ｄ１０のモードをリニア増倍モードとガイガー増倍モードとの間で切り替えることができる。電圧源４は、制御部１１により制御される。したがって、制御部１１は、電圧源４により、光電変換部Ｄ１０のモードを切り替えることができる。なお、電圧源４には、スイッチング電源等の従来周知の電源で実現可能であるから、詳細な説明は省略する。
　電流測定部５は、電圧源４から受光部３に流れる電流の大きさを測定する。電流測定部５は、測定値を制御部１１に与える。電流測定部５は、カレントトランス等の従来周知の電流測定器で実現可能であるから、詳細な説明は省略する。
　距離測定装置１０は、測定可能範囲ＦＲ内において対象物１００までの距離を算出する。距離測定装置１０では、測定可能範囲ＦＲは、図２に示すように、複数の（７つの）区間Ｒ１～Ｒ７に分けられている。つまり、測定可能範囲ＦＲは、複数の区間Ｒ１～Ｒ７で構成されている。測定可能範囲ＦＲは特に限定されないが、一例として、数十ｃｍ～数十ｍである。複数の区間Ｒ１～Ｒ７は、同じ長さである。一例として、複数の区間Ｒ１～Ｒ７の各々は、数ｃｍ～数ｍである。なお、複数の区間Ｒ１～Ｒ７は、必ずしも同じ長さである必要はないし、区間の数も特に限定されない。
　距離測定装置１０は、制御部１１と、測定部１２と、出力部１３とを備える。なお、制御部１１及び測定部１２は、例えば、１以上のプロセッサ（マイクロプロセッサ）と１以上のメモリとを含むコンピュータシステムにより実現され得る。つまり、１以上のプロセッサが１以上のメモリに記憶された１以上のプログラム（アプリケーション）を実行することで、制御部１１及び測定部１２として機能する。プログラムは、ここではメモリに予め記録されているが、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。
　制御部１１は、発光部２及び受光部３の制御を行うように構成される。発光部２については、制御部１１は、光源２１から測定光Ｌ１を出力させるタイミング（発光タイミング）、光源２１から出力される測定光Ｌ１のパルス幅等を制御する。また、受光部３については、制御部１１は、各画素３１１について、画素３１１（光電変換部Ｄ１０）を露光状態にするタイミング（露光タイミング）、露光時間（露光期間）、各トランジスタＳＴ１～ＳＴ３，ＳＲ１～ＳＲ３の動作タイミング等を制御する。
　更に、制御部１１は、光電変換部Ｄ１０の変換比率を制御するように構成される。特に、制御部１１は、測定可能範囲ＦＲを構成する複数の区間Ｒ１～Ｒ７のそれぞれにおいて、光電変換部Ｄ１０の変換比率を制御する。距離測定装置１０はＴＯＦ法を利用することから、距離である複数の区間Ｒ１～Ｒ７は、図４に示すように、複数の期間Ｔ１～Ｔ７にそれぞれ対応する。よって、制御部１１は、複数の区間Ｒ１～Ｒ７のそれぞれに対応する複数の期間Ｔ１～Ｔ７において、光電変換部Ｄ１０に印加する電圧により、変換比率を設定する。つまり、制御部１１は、複数の区間Ｒ１～Ｒ７（複数の期間Ｔ１～Ｔ７）のそれぞれにおいて、電圧源４により光電変換部Ｄ１０に印加する制御電圧を設定することで、光電変換部Ｄ１０の変換比率を設定する。本実施形態では、光電変換部Ｄ１０の変換比率は、アバランシェフォトダイオードの増倍率である。制御部１１は、アバランシェフォトダイオードの増倍率を、リニア増倍モードの対応する増倍率とガイガー増倍モードに対応する増倍率との一方に設定する。図４では、ＶＳＵＢは、電圧源４により光電変換部Ｄ１０に与えられる制御電圧を示す。Ｖ１は第１のバイアス（つまり、光電変換部Ｄ１０がリニア増倍モードとなる電圧）を示す。Ｖ２は第２のバイアス（つまり、光電変換部Ｄ１０がガイガー増倍モードとなる電圧）を示す。
　上述したように、リニア増倍モードでは光電変換部Ｄ１０で生成される電荷の量は光電変換部Ｄ１０に入射するフォトンの数に略比例する。一方、ガイガー増倍モードでは光電変換部Ｄ１０で生成される電荷の量は光電変換部Ｄ１０に入射するフォトンの数に関係なく一定である。そのため、光電変換部Ｄ１０をリニア増倍モードとしたほうが、光電変換部Ｄ１０をガイガー増倍モードとするよりも、対象物１００までの距離の分解能を高くできる。一方で、フォトンの入射に対して光電変換部Ｄ１０で生成される電荷の量自体は、リニア増倍モードよりもガイガー増倍モードのほうが多い。したがって、光電変換部Ｄ１０に入射するフォトンの数（つまり、光電変換部Ｄ１０が受け取る光の量）が相対的に多い場合には、光電変換部Ｄ１０がリニア増倍モードであるとよい。一方、光電変換部Ｄ１０に入射するフォトンの数（つまり、光電変換部Ｄ１０が受け取る光の量）が相対的に少ない場合には、光電変換部Ｄ１０はガイガー増倍モードであるとよい。光電変換部Ｄ１０が受け取る光は、対象物１００からの光Ｌ２と、環境光（主に受光部３の周囲環境の光）とを含む。光電変換部Ｄ１０が受け取る光の量は、光電変換部Ｄ１０が対象物１００から光を受け取ることが可能な時間（露光時間）に応じて変化する。また、対象物１００からの光Ｌ２の量は、対象物１００までの距離、対象物１００の表面状態の影響を受ける。対象物１００の表面状態の例としては、対象物１００の（表面の）反射率が挙げられる。
　本実施形態では、制御部１１は、想定する対象物１００までの距離、環境光の量、露光時間、及び、光電変換部Ｄ１０が対象物１００から受け取った光の量の各要因に基づいて、変換比率を設定する。ここで、制御部１１は、対象物１００までの距離の分解能を高くするときは変換比率を小さくし（リニア増倍モード）、分解能を低くするときは変換比率を大きくする（ガイガー増倍モード）。
　制御部１１は、複数の区間Ｒ１～Ｒ７を、第１区間と、第１区間よりも光電変換部Ｄ１０（つまり距離測定システム１）から遠い距離に対応する第２区間とに分類する。制御部１１は、第１区間では、変換比率を小さくし、第２区間では、変換比率を大きくする。本実施形態では、制御部１１は、第１区間では、光電変換部Ｄ１０をリニア増倍モードとし、第２区間では、光電変換部Ｄ１０をガイガー増倍モードとする。一例としては、図４の例では、制御部１１は、区間Ｒ１～Ｒ５を第１区間とし、区間Ｒ６，Ｒ７を第２区間としている。この場合、制御部１１は、区間Ｒ１～Ｒ５に対応する期間Ｔ１～Ｔ５の間、電圧源４の制御電圧ＶＳＵＢをＶ１に設定して光電変換部Ｄ１０をリニア増倍モードとする。また、制御部１１は、区間Ｒ６，Ｒ７に対応する期間Ｔ６，Ｔ７の間、電圧源４の制御電圧ＶＳＵＢをＶ２に設定して光電変換部Ｄ１０をガイガー増倍モードとする。
　また、制御部１１は、環境光の量に応じて変換比率を変更する。より詳細には、制御部１１は、環境光の量が多い場合には、変換比率を小さくし、環境光の量が少ない場合には、変換比率を大きくする。本実施形態では、制御部１１は、複数の区間Ｒ１～Ｒ７のそれぞれについて、環境光の量を閾値と比較する。制御部１１は、環境光の量が閾値以下であれば、光電変換部Ｄ１０をガイガー増倍モードとし、環境光の量が閾値を超えていれば、光電変換部Ｄ１０をリニア増倍モードとする。例えば、区間Ｒ１～Ｒ５では環境光の量が閾値を超えており、区間Ｒ６，Ｒ７では環境光の量が閾値以下であるとする。この場合、図４に示すように、制御部１１は、区間Ｒ１～Ｒ５に対応する期間Ｔ１～Ｔ５の間、電圧源４の制御電圧ＶＳＵＢをＶ１に設定して光電変換部Ｄ１０をリニア増倍モードとする。一方、制御部１１は、区間Ｒ６，Ｒ７に対応する期間Ｔ６，Ｔ７の間、電圧源４の制御電圧ＶＳＵＢをＶ２に設定して光電変換部Ｄ１０をガイガー増倍モードとする。ここで、環境光が減少し、区間Ｒ５において環境光の量が閾値以下になったとする。この場合、図５に示すように、制御部１１は、区間Ｒ１～Ｒ４に対応する期間Ｔ１～Ｔ４の間、電圧源４の制御電圧ＶＳＵＢをＶ１に設定して光電変換部Ｄ１０をリニア増倍モードとする。一方、制御部１１は、区間Ｒ５～Ｒ７に対応する期間Ｔ５～Ｔ７の間、電圧源４の制御電圧ＶＳＵＢをＶ２に設定して光電変換部Ｄ１０をガイガー増倍モードとする。
　また、制御部１１は、露光時間の長さに応じて変換比率を変更する。より詳細には、制御部１１は、露光時間が長い場合には、変換比率を小さくし、露光時間が短い場合には、変換比率を大きくする。本実施形態では、制御部１１は、複数の区間Ｒ１～Ｒ７のそれぞれについて、露光時間の長さを閾値と比較する。制御部１１は、露光時間の長さが閾値以下であれば、光電変換部Ｄ１０をガイガー増倍モードとし、露光時間の長さが閾値を超えていれば、光電変換部Ｄ１０をリニア増倍モードとする。
　また、制御部１１は、光電変換部Ｄ１０が対象物１００から受け取った光の量（つまり、対象物１００からの光Ｌ２の量）に応じて変換比率を変更する。より詳細には、制御部１１は、光Ｌ２の量が多い場合には、変換比率を小さくし、光Ｌ２の量が少ない場合には、変換比率を大きくする。本実施形態では、制御部１１は、複数の区間Ｒ１～Ｒ７のそれぞれについて、光Ｌ２の量を閾値と比較する。制御部１１は、光Ｌ２の量が閾値以下であれば、光電変換部Ｄ１０の変換比率を第１の値とし、光Ｌ２の量が閾値を超えていれば、光電変換部Ｄ１０の変換比率を第１の値より大きい第２の値としてよい。ここで、第１の値は、光電変換部Ｄ１０のリニア増倍モードに対応する変換比率であり、第２の値は、光電変換部Ｄ１０のガイガー増倍モードに対応する変換比率である。例えば、区間Ｒ１～Ｒ５では光Ｌ２の量が閾値を超えているとする。この場合、図４に示すように、制御部１１は、区間Ｒ１～Ｒ５に対応する期間Ｔ１～Ｔ５の間、電圧源４の制御電圧ＶＳＵＢをＶ１に設定して光電変換部Ｄ１０をリニア増倍モードとする。ここで、区間Ｒ３では、光Ｌ２の量が閾値以下になったとする。この場合、図６に示すように、制御部１１は、区間Ｒ３に対応する期間Ｔ３の間、電圧源４の制御電圧ＶＳＵＢをＶ２に設定して光電変換部Ｄ１０をガイガー増倍モードとする。
　更に、制御部１１は、光電変換部Ｄ１０に流れる電流の量に応じて変換比率を変更する。より詳細には、制御部１１は、電流測定部５の測定値に基づいて、光電変換部Ｄ１０の変換比率を変更する。つまり、制御部１１は、電流測定部５の測定値に基づいて、光電変換部Ｄ１０のモードをリニア増倍モードとガイガー増倍モードとで切り替える。具体的には、制御部１１は、光電変換部Ｄ１０がリニア増倍モードである場合に、電流測定部５の測定値が第１閾値以下であれば、光電変換部Ｄ１０をガイガー増倍モードに対応する値に設定する。一方で、制御部１１は、光電変換部Ｄ１０がガイガー増倍モードである場合に、電流測定部５の測定値が第２閾値を超えれば、光電変換部Ｄ１０をリニア増倍モードに設定する。つまり、光電変換部Ｄ１０に流れる電流が小さい場合には、光電変換部Ｄ１０で生成される電荷の量が少ないと考えられるから、光電変換部Ｄ１０に入射する光の量が少ないと推定できる。よって、制御部１１は、光電変換部Ｄ１０をリニア増倍モードよりはガイガー増倍モードとする。逆に、光電変換部Ｄ１０に流れる電流が大きい場合には、光電変換部Ｄ１０で生成される電荷の量が多いと考えられるから、光電変換部Ｄ１０に入射する光の量が多いと推定できる。よって、制御部１１は、光電変換部Ｄ１０をガイガー増倍モードよりはリニア増倍モードとする。なお、第１閾値と第２閾値とは同じ値であってもよいし異なる値であってもよい。
　また、制御部１１は、光電変換部Ｄ１０がリニア増倍モードかガイガー増倍モードかで、発光部２及び受光部３の制御方法が異なる。より詳細には、制御部１１は、光電変換部Ｄ１０がリニア増倍モードである場合には、第１の制御方法を実行し、光電変換部Ｄ１０がガイガー増倍モードである場合には、第２の制御方法を実行する。つまり、第１の制御方法は、分解能が高い場合（光電変換部Ｄ１０が受け取る光の量が相対的に多い場合）に対応する制御方法である。第２の制御方法は、分解能が低い場合（光電変換部Ｄ１０が受け取る光の量が相対的に少ない場合）に対応する制御方法である。
　図７は、第１の制御方法の説明図であり、図８は、第２の制御方法の説明図である。図７及び図８において、ＶＥは、露光のタイミングを示す。Ｑ１は、光電変換部Ｄ１０で生成される電荷の量を示す。ＶＡは、トランジスタＳＴ１，ＳＴ２の動作のタイミングを示す。Ｑ２は、電荷蓄積部Ｃ１０に蓄積される電荷の量を示す。ＶＴは、トランジスタＳＴ３の動作のタイミングを示す。ＶＲは、トランジスタＳＲ１～ＳＲ３の動作のタイミングを示す。
　まず、第１の制御方法について図７を参照して説明する。ここで、時刻ｔ０以前では、トランジスタＳＴ１～ＳＴ３，ＳＲ１～ＳＲ３はいずれもオフであるとする。
　制御部１１は、時刻ｔ０において、トランジスタＳＲ１～ＳＲ３をオンにし、電荷蓄積部Ｃ１０の電荷を除去する。制御部１１は、時刻ｔ１～ｔ３において、発光部２の光源２１から測定光Ｌ１を出力させる。これによって、受光部３の光電変換部Ｄ１０は、時刻ｔ２～ｔ４において、対象物１００からの光Ｌ２を受ける。ただし、制御部１１は、露光時間をｔ３以降に設定しているため、光電変換部Ｄ１０は、時刻ｔ３～ｔ４において光Ｌ２を受け取り、光Ｌ２の量に応じた電荷を生成する。制御部１１は、時刻ｔ４の後の時刻ｔ５において、トランジスタＳＴ１，ＳＴ２をオンにし、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷をフローティングディフュージョン部ＦＤを通じて電荷蓄積部Ｃ１０へ転送する。
　この後、制御部１１は、時刻ｔ６～ｔ８において、発光部２の光源２１から測定光Ｌ１を出力させる。これによって、受光部３の光電変換部Ｄ１０は、時刻ｔ７～ｔ９において、対象物１００からの光Ｌ２を受ける。ただし、制御部１１は、露光時間をｔ８以降に設定しているため、光電変換部Ｄ１０は、時刻ｔ８～ｔ９において光Ｌ２を受け取り、光Ｌ２の量に応じた電荷を生成する。制御部１１は、時刻ｔ９の後の時刻ｔ１０において、トランジスタＳＴ１，ＳＴ２をオンにし、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷をフローティングディフュージョン部ＦＤを通じて電荷蓄積部Ｃ１０へ転送する。
　制御部１１は、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷を電荷蓄積部Ｃ１０に転送する処理を所定回数繰り返す。最後の回において、制御部１１は、時刻ｔ１１～ｔ１３において、発光部２の光源２１から測定光Ｌ１を出力させる。これによって、受光部３の光電変換部Ｄ１０は、時刻ｔ１２～ｔ１４において、対象物１００からの光Ｌ２を受ける。ただし、制御部１１は、露光時間をｔ１３以降に設定しているため、光電変換部Ｄ１０は、時刻ｔ１３～ｔ１４において光Ｌ２を受け取り、光Ｌ２の量に応じた電荷を生成する。制御部１１は、時刻ｔ１４の後の時刻ｔ１５において、トランジスタＳＴ１，ＳＴ２をオンにし、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷をフローティングディフュージョン部ＦＤを通じて電荷蓄積部Ｃ１０へ転送する。この後に、制御部１１は、時刻ｔ１６～ｔ１７の間、トランジスタＳＴ３をオンにし、電荷蓄積部Ｃ１０に蓄積された電荷を取り出す。これによって、制御部１１は、画素３１１から電気信号（画素信号）を出力させる。
　次に、第２の制御方法について図８を参照して説明する。ここで、時刻ｔ２０以前では、トランジスタＳＴ１～ＳＴ３，ＳＲ１～ＳＲ３はいずれもオフであるとする。
　制御部１１は、時刻ｔ２０において、トランジスタＳＲ１～ＳＲ３をオンにし、電荷蓄積部Ｃ１０の電荷を除去する。制御部１１は、時刻ｔ２１～ｔ２２において、発光部２の光源２１から測定光Ｌ１を出力させる。これによって、受光部３の光電変換部Ｄ１０は、対象物１００からの光Ｌ２として、光Ｌ２１，Ｌ２２を受ける。光Ｌ２１，Ｌ２２は、距離測定システム１から比較的遠い場所にある対象物１００からの光を示している。光Ｌ２１，Ｌ２２は、時刻ｔ２２～ｔ２３の間に、光電変換部Ｄ１０に到達する。ここで、制御部１１は、露光時間をｔ２３以降に設定しているため、光電変換部Ｄ１０は、光Ｌ２の量に応じた電荷を生成していない。制御部１１は、時刻ｔ２４の後の時刻ｔ２５～ｔ２６において、トランジスタＳＴ１，ＳＴ２をオンにし、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷をフローティングディフュージョン部ＦＤを通じて電荷蓄積部Ｃ１０へ転送する。ここでは、光電変換部Ｄ１０は電荷を生成していないから、電荷蓄積部Ｃ１０に電荷は蓄積されていない。
　この後、制御部１１は、時刻ｔ２７～ｔ２８において、発光部２の光源２１から測定光Ｌ１を出力させる。これによって、受光部３の光電変換部Ｄ１０は、対象物１００からの光Ｌ２として、光Ｌ２３，Ｌ２４を受ける。光Ｌ２３，Ｌ２４は、光Ｌ２１，Ｌ２２と同様に距離測定システム１から比較的遠い場所にある対象物１００からの光を示している。光Ｌ２３は、時刻ｔ２８～ｔ２９の間に光電変換部Ｄ１０に到達する。一方、光Ｌ２４は、時刻ｔ２９～ｔ３０の間に光電変換部Ｄ１０に到達する。制御部１１は、露光時間をｔ２９以降に設定しているため、光電変換部Ｄ１０は、光Ｌ２３の量に応じた電荷を生成せず、光Ｌ２４の量に応じた電荷を生成する。制御部１１は、時刻ｔ３０の後の時刻ｔ３１にトランジスタＳＴ１，ＳＴ２をオンにし、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷をフローティングディフュージョン部ＦＤを通じて電荷蓄積部Ｃ１０へ転送する。
　制御部１１は、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷を電荷蓄積部Ｃ１０に転送する処理を所定回数繰り返す。最後の回において、制御部１１は、時刻ｔ３２～ｔ３３において、発光部２の光源２１から測定光Ｌ１を出力させる。これによって、受光部３の光電変換部Ｄ１０は、対象物１００からの光Ｌ２として、光Ｌ２５，Ｌ２６を受ける。光Ｌ２５，Ｌ２６は、光Ｌ２１，Ｌ２２と同様に距離測定システム１から比較的遠い場所にある対象物１００からの光を示している。光Ｌ２５は、時刻ｔ３３～ｔ３４の間に光電変換部Ｄ１０に到達する。一方、光Ｌ２６は、時刻ｔ３４～ｔ３５の間に、光電変換部Ｄ１０に到達する。制御部１１は、露光時間をｔ３４以降に設定しているため、光電変換部Ｄ１０は、光Ｌ２５の量に応じた電荷を生成せず、光Ｌ２６の量に応じた電荷を生成する。制御部１１は、時刻ｔ３５の後の時刻ｔ３６にトランジスタＳＴ１，ＳＴ２をオンにし、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷をフローティングディフュージョン部ＦＤを通じて電荷蓄積部Ｃ１０へ転送する。この後に、制御部１１は、時刻ｔ３７～ｔ３８の間、トランジスタＳＴ３をオンにし、電荷蓄積部Ｃ１０に蓄積された電荷を取り出す。これによって、制御部１１は、画素３１１から電気信号（画素信号）を出力させる。
　このように、制御部１１は、測定可能範囲ＦＲを構成する複数の区間Ｒ１～Ｒ７のそれぞれにおいて変換比率（本実施形態では、リニア増倍モードかがガイガー増倍モード）を適切に設定する。そして、制御部１１は、設定した変換比率に応じて発光部２及び受光部３を制御し、受光部３から測定部１２に電気信号（画素信号）を出力させる。
　測定部１２は、受光部３から出力される電気信号（画素信号）に基づいて測定可能範囲内ＦＲにおいて対象物１００までの距離を算出する。測定部１２は、受光部３のイメージセンサ３１の複数の画素３１１（光電変換部Ｄ１０）の各々について、対象物１００までの距離を算出する。本実施形態では、測定部１２は、２つの方式で、対象物１００までの距離を算出する。２つの方式は、種類の異なるＴＯＦ法である。第１の方式は、位相差ＴＯＦであり、第２の方式は、レンジゲートＴＯＦである。位相差ＴＯＦによれば、センチメートルオーダでの距離の算出が可能となる。一方、レンジゲートＴＯＦによれば、メートルオーダでの距離の算出となるが、位相差ＴＯＦよりも遠い距離まで距離の算出が行える。測定部１２は、複数の区間Ｒ１～Ｒ７のうち第１群については、位相差ＴＯＦにより対象物１００までの距離を算出する。一方、測定部１２は、複数の区間Ｒ１～Ｒ７のうち第２群については、レンジゲートＴＯＦにより対象物１００までの距離を算出する。ここで、第１群は、複数の区間Ｒ１～Ｒ７のうちの複数の連続する区間を含み、第２群は、複数の区間Ｒ１～Ｒ７のうちの第１群とは別の１以上の区間を含む。そして、第１群に含まれる区間は、いずれも変換比率が第２群より小さい区間である。つまり、本実施形態では、図４～図６に示すように、第１群に含まれる区間（位相差ＴＯＦが適用される区間）は、光電変換部Ｄ１０がリニア増倍モードに設定される区間（分解能が高く設定される区間）である。また、第２群に含まれる区間（レンジゲートＴＯＦが適用される区間）は、光電変換部Ｄ１０がガイガー増倍モードに設定される区間（分解能が低く設定される区間）である。
　測定部１２は、位相差ＴＯＦでは（つまり、第１群に関しては）、第１群に含まれる複数の連続する区間のうち隣接する区間それぞれに対応する電気信号の比率に基づいて、距離を求める。より詳細には、測定部１２は、第１群に含まれる複数の連続する区間から、隣接する区間の電気信号の大きさの和が閾値を超え、かつ、最大となる区間の組み合わせを抽出する。抽出した組み合わせの区間の電気信号の大きさをＳｋ，Ｓｋ＋１、対象物１００までの距離をＤとすれば、Ｄは、Ｄ＝ｋ×Ｓｋ＋１／（Ｓｋ＋Ｓｋ＋１）で与えられる。なお、ｋは比例係数であり、適宜設定される。一方、測定部１２は、レンジゲートＴＯＦでは（つまり、第２群に関しては）、第２群に含まれる１以上の区間のうち電気信号が最も大きい区間に基づいて、距離を求める。より詳細には、電気信号が最も大きい区間までの距離が、対象物１００までの距離として用いられる。測定部１２は、第１群に関して求めた距離と第２群に関して求めた距離とのうち大きいほうを、対象物１００までの距離に採用する。
　図４を例に挙げれば、第１群は、区間Ｒ１～Ｒ５を含み、第２群は、区間Ｒ６，Ｒ７を含む。ここで、区間Ｒ１～Ｒ７にそれぞれ対応する電気信号の大きさを、Ｓ１～Ｓ７とする。位相差ＴＯＦでは、測定部１２は、隣接する区間Ｒ１，Ｒ２の和（Ｓ１＋Ｓ２）、隣接する区間Ｒ２，Ｒ３の和（Ｓ２＋Ｓ３）、隣接する区間Ｒ３，Ｒ４の和（Ｓ３＋Ｓ４）を求める。ここで、隣接する区間Ｒ２，Ｒ３の和（Ｓ２＋Ｓ３）が閾値以上であり、かつ、これらの和の中で最大となるとする。この場合、対象物１００までの距離Ｄは、Ｄ＝ｋ×Ｓ３／（Ｓ２＋Ｓ３）となる。一方、レンジゲートＴＯＦでは、区間Ｒ５～Ｒ７に対応する電気信号のうち最も大きい電気信号に基づいて、距離を求める。ここで、Ｓ６が、Ｓ５，Ｓ７より大きい場合、区間Ｒ６までの距離が、対象物１００までの距離として用いられる。第１群に関して求めた距離が第２群に関して求めた距離より大きければ、制御部１１は、第１群に関して求めた距離を、対象物１００までの距離に採用する。
　出力部１３は、測定部１２が算出した、対象物１００までの距離の算出結果（測定結果）を、外部装置６に出力するように構成されている。例えば、外部装置６は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ（EL: Electro Luminescence）等の表示装置である。出力部１３は、外部装置６に、測定部１２の測定結果を出力することにより、外部装置６に測定部１２の測定結果を表示させる。また、出力部１３は、画素信号により生成される画像データを、外部装置６に出力することにより、外部装置６に画像データを表示させてもよい。なお、外部装置６は、表示装置に限らず、他の装置であってもよい。
　１．３　まとめ
　以上述べたように、距離測定装置１０は、制御部１１と、測定部１２とを備える。制御部１１は、受光部３を制御する。受光部３は、図１及び図２に示すように、発光部２から発光する測定光Ｌ１が対象物１００で反射した光Ｌ２を受け取ると電荷を生成する光電変換部Ｄ１０と、光電変換部Ｄ１０で生成された電荷の量に対応する電気信号を出力する出力部３２からなる。測定部１２は、電気信号に基づいて測定可能範囲ＦＲ内において対象物までの距離を算出する。制御部１１は、測定可能範囲ＦＲを構成する複数の区間Ｒ１～Ｒ７のそれぞれにおいて、光電変換部Ｄ１０が受け取った光の量に対する光電変換部Ｄ１０が生成した電荷の量の比率を設定する。そのため、距離測定装置１０によれば、対象物１００までの距離の測定精度の改善が図れる。
　換言すれば、距離測定装置１０は、下記の方法（距離測定方法）を実行しているといえる。距離測定方法は、制御ステップと、測定ステップとを含む。制御ステップは、発光部２から発光する測定光Ｌ１が対象物１００で反射した光Ｌ２を受け取ると電荷を生成する光電変換部Ｄ１０と光電変換部Ｄ１０で生成された電荷の量に対応する電気信号を出力する出力部３２からなる受光部３を制御する。測定ステップは、電気信号に基づいて、測定可能範囲ＦＲ内において対象物１００までの距離を算出する。制御ステップは、測定可能範囲ＦＲを構成する複数の区間Ｒ１～Ｒ７のそれぞれにおいて、光電変換部Ｄ１０が受け取った光の量に対する光電変換部Ｄ１０が生成した電荷の量の変換比率を設定するステップを含む。この距離測定方法によれば、距離測定装置１０と同様に、対象物１００までの距離の測定精度の改善が図れる。
　距離測定装置１０は、コンピュータシステム（１以上のプロセッサ）により実現されている。つまり、距離測定装置１０は、１以上のプロセッサがプログラム（コンピュータプログラム）を実行することにより実現される。このプログラムは、１以上のプロセッサに距離測定方法を実行させるためのプログラムである。このようなプログラムによれば、距離測定方法と同様に、対象物１００までの距離の測定精度の改善が図れる。
　２．変形例
　本開示の実施形態は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に、上記実施形態の変形例を列挙する。
　上記実施形態では、測定可能範囲ＦＲは、互いに重複しない複数の区間Ｒ１～Ｒ７で構成されている。ここで、測定可能範囲ＦＲは、図９に示す複数の区間Ｒ１～Ｒ７で構成されていてよい。区間Ｒ１は、時間Ｔ１０～Ｔ１２に対応し、区間Ｒ２は、時間Ｔ１１～Ｔ１３に対応する。区間Ｒ３は、時間Ｔ１２～Ｔ１４に対応し、区間Ｒ４は、時間Ｔ１３～Ｔ１５に対応する。区間Ｒ５は、時間Ｔ１５～Ｔ１６に対応し、区間Ｒ６は、時間Ｔ１６～Ｔ１７に対応し、区間Ｒ７は、時間Ｔ１７～Ｔ１８に対応する。ここで、区間Ｒ１，Ｒ２は一部重複し、区間Ｒ２，Ｒ３は一部重複し、区間Ｒ３，Ｒ４は一部重複する。このような測定可能範囲ＦＲについても、上記実施形態と同様に、位相差ＴＯＦを利用して距離の算出が可能である。
　上記実施形態では、制御部１１は、光電変換部Ｄ１０の変換比率をリニア増倍モードに対応する値とガイガー増倍モードに対応する値との間で切り替えている。しかしながら、制御部１１は、光電変換部Ｄ１０の変換比率をリニア増倍モードに対応する値の範囲内で変更してもよい。
　上記実施形態では、制御部１１は、対象物１００までの距離、環境光の量、露光時間、光電変換部Ｄ１０が対象物１００から受け取った光の量、及び光電変換部Ｄ１０に流れる電流の量の各要因に基づいて、変換比率を設定する。一変形例では、制御部１１は、制御部１１は、対象物１００までの距離、環境光の量、露光時間、光電変換部Ｄ１０が対象物１００から受け取った光の量、及び光電変換部Ｄ１０に流れる電流の量の各要因の少なくとも一つに基づいて、変換比率を設定してよい。
　上記実施形態では、イメージセンサ３１の複数の画素３１１の光電変換部Ｄ１０全ての変換比率を変更している。一変形例では、制御部１１は、複数の画素３１１のうちの少なくとも一つの画素３１１の光電変換部Ｄ１０の変換比率を変更してよい。つまり、制御部１１は、複数の光電変換部Ｄ１０のうち必要な光電変換部Ｄ１０だけ変換比率を変更してよい。
　上記実施形態では、光電変換部Ｄ１０は、アバランシェフォトダイオードであるが、これに限定されない。光電変換部Ｄ１０は、変換比率を変更できる光電変換素子であればよい。光電変換部Ｄ１０は、アバランシェフォトダイオード以外のフォトダイオード、又は、固体撮像措置であってもよい。また、受光部３は、変換比率が異なる複数の光電変換部Ｄ１０を有していてよい。この場合、制御部１１は、区間それぞれについて、複数の光電変換部Ｄ１０から使用する光電変換部Ｄ１０を選択すればよい。
　一変形例では、距離測定装置１０は、複数のコンピュータにより構成されていてもよい。例えば、距離測定装置１０の機能（特に、制御部１１及び測定部１２）は、複数の装置に分散されていてもよい。
　以上述べた距離測定装置１０の実行主体は、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを有する。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における距離測定装置１０の実行主体としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されていてもよいが、電気通信回線を通じて提供されてもよい。また、プログラムは、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１乃至複数の電子回路で構成される。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＧＰＡ）、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成又はＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができる再構成可能な論理デバイスも同じ目的で使うことができる。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。
　３．態様
　上記実施形態及び変形例から明らかなように、本開示は、下記の態様を含む。以下では、実施形態との対応関係を明示するためだけに、符号を括弧付きで付している。
　第１の態様は、距離測定装置（１０）であって、制御部（１１）と、測定部（１２）とを備える。前記制御部（１１）は、受光部（３）を制御する。前記受光部（３）は、発光部（２）から発光する測定光（Ｌ１）が対象物（１００）で反射した光（Ｌ２）を受け取ると電荷を生成する光電変換部（Ｄ１０）と、前記光電変換部（Ｄ１０）で生成された電荷の量に対応する電気信号を出力する出力部（３２）からなる。前記測定部（１２）は、前記電気信号に基づいて測定可能範囲（ＦＲ）内において前記対象物（１００）までの距離を算出する。前記制御部（１１）は、前記測定可能範囲（ＦＲ）を構成する複数の区間（Ｒ１～Ｒ７）のそれぞれにおいて、前記光電変換部（Ｄ１０）が受け取った光の量に対する前記光電変換部（Ｄ１０）が生成した電荷の量の変換比率を設定する。この態様によれば、対象物（１００）までの距離の測定可能範囲（ＦＲ）全体において測定精度の改善が図れる。
　第２の態様は、第１の態様の距離測定装置（１０）に基づく。第２の態様では、前記光電変換部（Ｄ１０）は、印加する電圧に応じて前記変換比率が変化する。前記制御部（１１）は、前記複数の区間（Ｒ１～Ｒ７）のそれぞれにおいて、前記光電変換部（Ｄ１０）に印加する電圧により、前記変換比率を設定する。この態様によれば、変換比率の設定が容易に行える。
　第３の態様は、第２の態様の距離測定装置（１０）に基づく。第３の態様では、前記光電変換部（Ｄ１０）は、アバランシェフォトダイオードを含む。前記変換比率は、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率である。この態様によれば、変換比率の設定が容易に行える。
　第４の態様は、第２又は第３の態様の距離測定装置（１０）に基づく。第４の態様では、前記制御部（１１）は、環境光の量に応じて前記変換比率を変更する。この態様によれば、環境光による測定精度への影響を低減できる。
　第５の態様は、第２～第４の態様のいずれか一つの距離測定装置（１０）に基づく。第５の態様では、前記制御部（１１）は、前記対象物（１００）までの距離の分解能を高くするときは前記変換比率を小さくし、前記分解能を低くするときは前記変換比率を大きくする。この態様によれば、対象物（１００）までの距離の測定可能範囲（ＦＲ）全体において測定精度の改善が図れる。
　第６の態様は、第５の態様の距離測定装置（１０）に基づく。第６の態様では、前記複数の区間（Ｒ１～Ｒ７）は、第１区間（Ｒ１～Ｒ７）と、前記第１区間（Ｒ１～Ｒ７）よりも前記光電変換部（Ｄ１０）から遠い距離に対応する第２区間（Ｒ１～Ｒ７）とを含む。前記制御部（１１）は、前記第１区間（Ｒ１～Ｒ７）では、前記変換比率を小さくし、前記第２区間（Ｒ１～Ｒ７）では、前記変換比率を大きくする。この態様によれば、対象物（１００）までの距離の測定可能範囲（ＦＲ）全体において測定精度の改善が図れる。
　第７の態様は、第２～第６の態様のいずれか一つの距離測定装置（１０）に基づく。第７の態様では、前記制御部（１１）は、前記複数の区間（Ｒ１～Ｒ７）の少なくとも一つにおいて、前記光電変換部（Ｄ１０）が前記対象物（１００）から受け取った光の量に応じて、前記変換比率を変更する。この態様によれば、対象物（１００）までの距離の測定可能範囲（ＦＲ）全体において測定精度の改善が図れる。
　第８の態様は、第２～第７の態様のいずれか一つの距離測定装置（１０）に基づく。第８の態様では、前記制御部（１１）は、前記光電変換部（Ｄ１０）に流れる電流の量に応じて前記変換比率を変更する。この態様によれば、対象物（１００）までの距離の測定可能範囲（ＦＲ）全体において測定精度の改善が図れる。
　第９の態様は、第２～第８の態様のいずれか一つの距離測定装置（１０）に基づく。第９の態様では、前記制御部（１１）は、前記光電変換部（Ｄ１０）が前記対象物（１００）から光を受け取ることが可能な露光時間の長さに応じて、前記変換比率を変更する。この態様によれば、対象物（１００）までの距離の測定可能範囲（ＦＲ）全体において測定精度の改善が図れる。
　第１０の態様は、第１～第９の態様のいずれか一つの距離測定装置（１０）に基づく。第１０の態様では、前記複数の区間（Ｒ１～Ｒ７）は、複数の連続する区間（Ｒ１～Ｒ７）を含む第１群と、前記第１群とは別の１以上の区間（Ｒ１～Ｒ７）を含む第２群とを含む。前記第１群は、前記変換比率が前記第２群より小さい。前記測定部（１２）は、前記第１群に関しては、前記第１群に含まれる複数の連続する区間（Ｒ１～Ｒ７）のうち隣接する区間（Ｒ１～Ｒ７）それぞれに対応する電気信号の比率に基づいて、距離を求める。この態様によれば、対象物（１００）までの距離の測定可能範囲（ＦＲ）全体において測定精度の改善が図れる。
　第１１の態様は、第１０の態様の距離測定装置（１０）に基づく。第１１の態様では、前記測定部（１２）は、前記第２群に関しては、前記第２群に含まれる１以上の区間（Ｒ１～Ｒ７）のうち電気信号が最も大きい区間（Ｒ１～Ｒ７）に基づいて、距離を求める。前記測定部（１２）は、前記第１群に関して求めた距離と前記第２群に関して求めた距離とのうち大きいほうを、前記対象物（１００）までの距離に採用する。この態様によれば、対象物（１００）までの距離の測定可能範囲（ＦＲ）全体において測定精度の改善が図れる。
　第１２の態様は、第１～第１１の態様のいずれか一つの距離測定装置（１０）に基づく。第１２の態様では、前記受光部（３）は、前記光電変換部（Ｄ１０）で生成された電荷の少なくとも一部を蓄積する電荷蓄積部（Ｃ１０）を有する。前記制御部（１１）は、前記光電変換部（Ｄ１０）で生成された電荷を前記電荷蓄積部（Ｃ１０）に複数回蓄積する。前記電気信号は、前記電荷蓄積部（Ｃ１０）に蓄積された電荷の量に対応する大きさを有する。この態様によれば、対象物（１００）までの距離の測定可能範囲（ＦＲ）全体において測定精度の改善が図れる。
　第１３の態様は、距離測定システム（１）であって、第１～第１２の態様のいずれか一つの距離測定装置（１０）と、前記発光部（２）と、前記受光部（３）と、を備える。この態様によれば、対象物（１００）までの距離の測定可能範囲（ＦＲ）全体において測定精度の改善が図れる。
　第１４の態様は、距離測定方法であって、制御ステップと、測定ステップとを含む。前記制御ステップは、受光部（３）を制御するステップである。前記受光部（３）は、発光部（２）から発光する測定光（Ｌ１）が対象物（１００）で反射した光（Ｌ２）を受け取ると電荷を生成する光電変換部（Ｄ１０）と、前記光電変換部（Ｄ１０）で生成された電荷の量に対応する電気信号を出力する出力部（３２）からなる。前記測定ステップは、前記電気信号に基づいて測定可能範囲（ＦＲ）内において前記対象物（１００）までの距離を算出するステップである。前記制御ステップは、前記測定可能範囲（ＦＲ）を構成する複数の区間（Ｒ１～Ｒ７）のそれぞれにおいて、前記光電変換部（Ｄ１０）が受け取った光の量に対する前記光電変換部（Ｄ１０）が生成した電荷の量の変換比率を設定するステップを含む。この態様によれば、対象物（１００）までの距離の測定可能範囲（ＦＲ）全体において測定精度の改善が図れる。
　第１５の態様は、プログラムであって、１以上のプロセッサに、第１４の態様の距離測定方法を実行させるための、プログラムである。この態様によれば、対象物（１００）までの距離の測定可能範囲（ＦＲ）全体において測定精度の改善が図れる。
　１　距離測定システム
　２　発光部
　３　受光部
　Ｄ１０　光電変換部
　Ｃ１０　電荷蓄積部
　１０　距離測定装置
　１１　制御部
　１２　測定部
　ＦＲ　測定可能範囲
　Ｒ１～Ｒ７　区間（第１区間、第２区間）
　Ｌ１　測定光
　Ｌ２　光
　１００　対象物

Claims (15)

  1. 　発光部から発光する測定光が対象物で反射した光を受け取ると電荷を生成する光電変換部と前記光電変換部で生成された電荷の量に対応する電気信号を出力する出力部からなる受光部を制御する制御部と、
    　前記電気信号に基づいて測定可能範囲内において前記対象物までの距離を算出する測定部と、
    　を備え、
    　前記制御部は、前記測定可能範囲を構成する複数の区間のそれぞれにおいて、前記光電変換部が受け取った光の量に対する前記光電変換部が生成した電荷の量の変換比率を設定する、
    　距離測定装置。
  2. 　前記光電変換部は、印加する電圧に応じて前記変換比率が変化し、
    　前記制御部は、前記複数の区間のそれぞれにおいて、前記光電変換部に印加する電圧により、前記変換比率を設定する、
    　請求項１の距離測定装置。
  3. 　前記光電変換部は、アバランシェフォトダイオードを含み、
    　前記変換比率は、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率である、
    　請求項２の距離測定装置。
  4. 　前記制御部は、環境光の量に応じて前記変換比率を変更する、
    　請求項２又は３の距離測定装置。
  5. 　前記制御部は、
    　　前記対象物までの距離の分解能を高くするときは前記変換比率を小さくし、
    　　前記分解能を低くするときは前記変換比率を大きくする、
    　請求項２～４のいずれか一つの距離測定装置。
  6. 　前記複数の区間は、第１区間と、前記第１区間よりも前記光電変換部から遠い距離に対応する第２区間とを含み、
    　前記制御部は、
    　　前記第１区間では、前記変換比率を小さくし、
    　　前記第２区間では、前記変換比率を大きくする、
    　請求項５の距離測定装置。
  7. 　前記制御部は、前記複数の区間の少なくとも一つにおいて、前記光電変換部が前記対象物から受け取った光の量に応じて、前記変換比率を変更する、
    　請求項２～６のいずれか一つの距離測定装置。
  8. 　前記制御部は、前記光電変換部に流れる電流の量に応じて前記変換比率を変更する、
    　請求項２～７のいずれか一つの距離測定装置。
  9. 　前記制御部は、前記光電変換部が前記対象物から光を受け取ることが可能な露光時間の長さに応じて、前記変換比率を変更する、
    　請求項２～８のいずれか一つの距離測定装置。
  10. 　前記複数の区間は、複数の連続する区間を含む第１群と、前記第１群とは別の１以上の区間を含む第２群とを含み、
    　前記第１群は、前記変換比率が前記第２群より小さく、
    　前記測定部は、前記第１群に関しては、前記第１群に含まれる複数の連続する区間のうち隣接する区間それぞれに対応する電気信号の比率に基づいて、距離を求める、
    　請求項１～９のいずれか一つの距離測定装置。
  11. 　前記測定部は、前記第２群に関しては、前記第２群に含まれる１以上の区間のうち電気信号が最も大きい区間に基づいて、距離を求め、
    　前記測定部は、前記第１群に関して求めた距離と前記第２群に関して求めた距離とのうち大きいほうを、前記対象物までの距離に採用する、
    　請求項１０の距離測定装置。
  12. 　前記受光部は、前記光電変換部で生成された電荷の少なくとも一部を蓄積する電荷蓄積部を有し、
    　前記制御部は、前記光電変換部で生成された電荷を前記電荷蓄積部に複数回蓄積し、
    　前記電気信号は、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷の量に対応する大きさを有する、
    　請求項１～１１のいずれか一つの距離測定装置。
  13. 　請求項１～１２のいずれか一つの距離測定装置と、
    　前記発光部と、
    　前記受光部と、
    　を備える、
    　距離測定システム。
  14. 　発光部から発光する測定光が対象物で反射した光を受け取ると電荷を生成する光電変換部と前記光電変換部で生成された電荷の量に対応する電気信号を出力する出力部からなる受光部を制御する制御ステップと、
    　前記電気信号に基づいて測定可能範囲内において前記対象物までの距離を算出する測定ステップと、
    　を含み、
    　前記制御ステップは、記測定可能範囲を構成する複数の区間のそれぞれにおいて、前記光電変換部が受け取った光の量に対する前記光電変換部が生成した電荷の量の変換比率を設定するステップを含む、
    　距離測定方法。
  15. 　１以上のプロセッサに、請求項１４の距離測定方法を実行させるための、
    　プログラム。
PCT/JP2020/007563 2019-03-27 2020-02-26 距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及び、プログラム WO2020195465A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021508834A JP7285454B2 (ja) 2019-03-27 2020-02-26 距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及び、プログラム
CN202080023732.6A CN113646663A (zh) 2019-03-27 2020-02-26 距离测量设备、距离测量系统、距离测量方法和程序
US17/486,863 US20220011437A1 (en) 2019-03-27 2021-09-27 Distance measuring device, distance measuring system, distance measuring method, and non-transitory storage medium

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019061921 2019-03-27
JP2019-061921 2019-03-27

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/486,863 Continuation US20220011437A1 (en) 2019-03-27 2021-09-27 Distance measuring device, distance measuring system, distance measuring method, and non-transitory storage medium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020195465A1 true WO2020195465A1 (ja) 2020-10-01

Family

ID=72609025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/007563 WO2020195465A1 (ja) 2019-03-27 2020-02-26 距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及び、プログラム

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220011437A1 (ja)
JP (1) JP7285454B2 (ja)
CN (1) CN113646663A (ja)
WO (1) WO2020195465A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023037813A1 (ja) * 2021-09-13 2023-03-16 マクセル株式会社 空間浮遊映像情報表示システムおよびそれに用いられる立体センシング装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008286669A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Sokkia Topcon Co Ltd 光波距離計
WO2010098454A1 (ja) * 2009-02-27 2010-09-02 パナソニック電工株式会社 距離測定装置
WO2018173818A1 (ja) * 2017-03-23 2018-09-27 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 距離測定装置
WO2018216400A1 (ja) * 2017-05-25 2018-11-29 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像素子、及び撮像装置
US20190011256A1 (en) * 2017-07-06 2019-01-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Distance measuring device and method of measuring distance by using the same
JP2019028013A (ja) * 2017-08-03 2019-02-21 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 対象物検出装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03296309A (ja) * 1990-04-13 1991-12-27 Mitsubishi Electric Corp 光受信回路
JPH06164499A (ja) * 1992-11-10 1994-06-10 Sony Corp 光空間伝送装置
JPH07167954A (ja) * 1993-12-15 1995-07-04 Nikon Corp 距離測定装置
JPH1056198A (ja) * 1996-08-12 1998-02-24 Fuji Xerox Co Ltd 半導体受光素子の製造方法
JP3621817B2 (ja) * 1997-11-28 2005-02-16 株式会社光電製作所 光パルスレーダ装置及び光パルス受光装置
JPH11355218A (ja) * 1998-06-04 1999-12-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光バーストセル信号受信回路
JP3883513B2 (ja) * 2003-01-14 2007-02-21 株式会社サイエンテックス 光パルス試験器および後方散乱光測定方法
JP2006108372A (ja) * 2004-10-05 2006-04-20 Murata Mfg Co Ltd 受光素子用のバイアス回路およびそれを備えた光送受信装置
JP4979916B2 (ja) * 2005-09-12 2012-07-18 株式会社トプコン 測量装置及び測量方法
JP5627848B2 (ja) * 2008-12-05 2014-11-19 アンリツ株式会社 光パルス試験器及び光パルス試験方法
JP2014215157A (ja) * 2013-04-25 2014-11-17 株式会社デンソー レーダ装置およびプログラム
JPWO2017072837A1 (ja) * 2015-10-26 2018-08-09 オリンパス株式会社 光走査型内視鏡装置および光走査型内視鏡装置の制御方法
WO2017098725A1 (ja) * 2015-12-08 2017-06-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像装置、距離測定装置および距離測定方法
WO2017208310A1 (ja) * 2016-05-30 2017-12-07 三菱電機株式会社 光受信器および光信号受信方法
JP2019020149A (ja) * 2017-07-12 2019-02-07 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 対象物検出装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008286669A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Sokkia Topcon Co Ltd 光波距離計
WO2010098454A1 (ja) * 2009-02-27 2010-09-02 パナソニック電工株式会社 距離測定装置
WO2018173818A1 (ja) * 2017-03-23 2018-09-27 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 距離測定装置
WO2018216400A1 (ja) * 2017-05-25 2018-11-29 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像素子、及び撮像装置
US20190011256A1 (en) * 2017-07-06 2019-01-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Distance measuring device and method of measuring distance by using the same
JP2019028013A (ja) * 2017-08-03 2019-02-21 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 対象物検出装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023037813A1 (ja) * 2021-09-13 2023-03-16 マクセル株式会社 空間浮遊映像情報表示システムおよびそれに用いられる立体センシング装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113646663A (zh) 2021-11-12
US20220011437A1 (en) 2022-01-13
JP7285454B2 (ja) 2023-06-02
JPWO2020195465A1 (ja) 2020-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11463636B2 (en) Pixel sensor having multiple photodiodes
US10827142B2 (en) Digital pixel array with adaptive exposure
US10931884B2 (en) Pixel sensor having adaptive exposure time
TWI801572B (zh) 影像感測器、成像單元及生成灰階影像的方法
US20210329189A1 (en) Digital pixel array with multi-stage readouts
JP7145201B2 (ja) フォトセンサーにおける高強度光を検出すること
US20200217965A1 (en) High dynamic range direct time of flight sensor with signal-dependent effective readout rate
US20190281276A1 (en) Time-resolving sensor using shared ppd+spad pixel and spatial-temporal correlation for range measurement
US20200186731A1 (en) Pixel sensor having multiple photodiodes
EP2446301B1 (en) Pulsed light optical rangefinder
EP3431938A2 (en) Digital pixel with extended dynamic range
US9210350B2 (en) Low power imaging system with single photon avalanche diode photon counters and ghost image reduction
US11644551B2 (en) Lidar systems with improved time-to-digital conversion circuitry
US20200396399A1 (en) Non-linear quantization at pixel sensor
TWI745678B (zh) 相關的飛行時間感測器
US20140253688A1 (en) Time of Flight Sensor Binning
KR20130029229A (ko) 3차원 이미지 센서의 단위 픽셀
US20210013257A1 (en) Pixel circuit and method of operating the same in an always-on mode
US12010434B2 (en) Solid-state imaging apparatus and electronic device to perform arithmetic operation of neural network
WO2021113001A1 (en) Configurable array of single-photon detectors
WO2020195465A1 (ja) 距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及び、プログラム
JP6735515B2 (ja) 固体撮像装置
KR20210055821A (ko) 깊이의 측정 범위에 기초하여 동작하는 센서 및 이를 포함하는 센싱 시스템
JP7450237B2 (ja) 情報処理システム、センサシステム、情報処理方法、及びプログラム
US11860279B2 (en) Image sensing device and photographing device including the same

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: 20778547

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021508834

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: 20778547

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1