WO2020246266A1 - 測距装置及び信号処理回路 - Google Patents

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WO2020246266A1
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signal
counting
measuring device
unit
distance measuring
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PCT/JP2020/020319
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English (en)
French (fr)
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一樹 芥川
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Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
    • 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
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves

Definitions

  • This technology relates to a distance measuring device having a time-to-digital converter (TDC) and a signal processing circuit.
  • TDC time-to-digital converter
  • Patent Document 1 discloses a calibration technique for eliminating a gain mismatch between two TDC circuits having different particle sizes (time resolution) (paragraphs [0032] [0063] of the specification of Patent Document 1 and the like).
  • the purpose of the present technology is to provide a distance measuring device and a signal processing circuit capable of improving the accuracy of time-digital conversion.
  • the distance measuring device includes a clock unit, a counting generation unit, an output unit, and a calculation unit.
  • the clock unit outputs a clock signal based on the start signal.
  • the count generation unit can output each of the first count signal and the second count signal whose logic levels are inverted from each other as count signals based on the clock signal.
  • the output unit holds the logic level of the count signal output from the count generation unit in response to the input of the stop signal, and outputs the holding result information.
  • the calculation unit calculates the distance information based on the holding result information based on each of the first counting signal and the second counting signal.
  • each of the first counting signal and the second counting signal whose logic levels are inverted from each other is output as a counting signal based on the clock signal. Then, the logic levels of the first counting signal and the second counting signal are held, and the holding result information is output. The distance information is calculated based on the holding result information based on each of the output first counting signal and the second counting signal. This makes it possible to offset the error in the transition time of the counting signal due to the influence of the asymmetry between the rising edge of the counting signal to the high level and the falling edge of the counting signal. As a result, the accuracy of the time-digital conversion can be improved.
  • the ranging device may further include an emitting unit that emits light based on the start signal and a light receiving unit that outputs a light receiving signal by receiving the light.
  • the stop signal may be input to the output unit according to the output of the received light signal. This makes it possible to calculate the distance information with high accuracy based on the emission and reception of light.
  • the count generation unit may output each of the first count signal and the second count signal in a switchable manner.
  • the output unit includes a plurality of first holding result information based on the holding result of each logic level of the first counting signal output a plurality of times, and each of the second counting signal output a plurality of times.
  • a plurality of second holding result information based on the holding result of the logic level of may be output.
  • the calculation unit may calculate the distance information based on the plurality of first holding result information and the plurality of second holding result information. This makes it possible to improve the accuracy of the time-digital conversion.
  • the output unit may output the plurality of second holding result information based on the inverted result in which the holding result of each logic level of the plurality of second counting signals is inverted. This makes it possible to improve the accuracy of the time-digital conversion.
  • the calculation unit may calculate the distance information by executing statistical processing on the plurality of first holding result information and the plurality of second holding result information. This makes it possible to improve the accuracy of the time-digital conversion.
  • the calculation unit at least calculates an average value, a mode (mode), or a median (median) with respect to the first holding result information and the second holding result information.
  • the distance information may be calculated by executing one. This makes it possible to improve the accuracy of the time-digital conversion.
  • the change in the logic level may correspond to the state transition of the code encoded by the predetermined coding method. This makes it possible to improve the accuracy of the time-digital conversion.
  • the counting signal may include a plurality of bit signals.
  • the change in the combination of the logic levels of each of the plurality of bit signals may correspond to the state transition. This makes it possible to improve the accuracy of the time-digital conversion.
  • the output unit may hold the logic level of each of the plurality of bit signals and output the holding result information. This makes it possible to improve the accuracy of the time-digital conversion.
  • the count generation unit may include at least one of a Johnson counter and a Gray code counter. This makes it possible to easily realize the count generation unit.
  • the clock signal may include at least one of a plurality of phase-shifted pulse signals. This makes it possible to further improve the time resolution while realizing the time-digital conversion with high accuracy.
  • the clock signal may include at least one of a plurality of pulse signals whose phases are shifted by 90 °. This makes it possible to further improve the time resolution while realizing the time-digital conversion with high accuracy.
  • the count generation unit has a latch that outputs the count signal, and by controlling the initial value of the latch, the first count signal and the second count signal may be switched and output. This makes it possible to easily switch between the first counting signal and the second counting signal.
  • the signal processing circuit includes a count generation unit and an output unit.
  • the count generation unit can output each of the first count signal and the second count signal whose logic levels are inverted from each other as count signals based on the clock signal.
  • the output unit holds the logic level of the count signal output from the count generation unit in response to the input of the stop signal, and outputs the holding result information.
  • FIG. 5 is executed with respect to the counter configured by the Johnson counter of 4 bit output illustrated in FIG.
  • It is a schematic diagram which shows an example of the circuit structure of the intake part. It is a schematic diagram which shows the structural example of the inverting control circuit shown in FIG. 7. It is a schematic diagram for demonstrating the DNL deterioration of time-digital conversion. It is a schematic diagram for demonstrating the error from the ideal state of the time width which occurs when Trise and Tfall are different. It is a schematic diagram which shows the counting signal in a non-inverting operation and the counting signal in a inverting operation. It is a schematic diagram which shows the DNL improvement effect of time-digital conversion. An operation example for a signal detection event related to the present technology will be described.
  • FIG. 1 is a block diagram for explaining an outline of a distance measuring device according to the present technology.
  • the distance measuring device 100 includes a timekeeping control unit 10, a time-digital conversion unit 20, and a calculation unit 30.
  • the timekeeping control unit 10 outputs a clock signal based on the timekeeping start signal.
  • the clock signal includes any signal that can represent a predetermined time interval.
  • a clock signal a pulse signal having a constant pulse width and pulse interval is used.
  • a pulse signal in which only the rising edge of the pulse is set at a constant interval, a pulse signal in which only the falling edge of the pulse is set at a constant interval, or the like may be used as the clock signal.
  • a clock signal may be realized by a plurality of signals.
  • a plurality of pulse signals having the same frequency but different phases may be used as clock signals according to the present technology.
  • a plurality of pulse signals having phases different from each other by 90 ° may be output as clock signals.
  • an arbitrary signal whose logic level changes according to a predetermined time interval may be used as the clock signal.
  • the time-digital conversion unit 20 has a count generation unit 21 and an acquisition unit 22.
  • the count generation unit 21 outputs a count signal based on the clock signal output from the timekeeping control unit 10.
  • the counting signal may be generated by outputting the result of counting the clock signal from the timing control unit 10 by the counting generation unit 21.
  • a signal whose logic level changes based on the clock signal is output as a counting signal.
  • the change of the logic level includes both the change of the logic level from the low level to the high level (rising) and the change of the logic level from the high level to the low level (falling).
  • a counting signal is output so that the change in the logic level output from the counting generation unit 21 corresponds to the state transition of the code encoded by the predetermined coding method.
  • the count generation unit 21 can output each of the first count signal and the second count signal whose logic levels are inverted from each other as count signals.
  • the count generation unit 21 is configured to be able to switch between a non-inverting operation that does not invert the output and an inversion operation that inverts the output.
  • the counting signal in the non-inverting operation corresponds to the coefficient signal first
  • the counting signal in the inverting operation corresponds to the second counting signal.
  • the acquisition unit 22 takes in the count signal output from the count generation unit 21 based on the event detection signal, and outputs the timekeeping element information to the calculation unit 30. Specifically, the logic level of the count signal output from the count generation unit 21 in response to the input of the event detection signal is maintained. Then, the timekeeping information is generated based on the holding result and output to the calculation unit 30.
  • the first timekeeping information is generated and output to the calculation unit 30.
  • the second timekeeping information is generated and output to the calculation unit 30.
  • the second timekeeping information may be generated based on the reversing result in which the holding result of the second counting signal in the reversing operation is further reversed.
  • the calculation unit 30 generates timekeeping information based on the timekeeping information output from the time-digital conversion unit 20, and outputs it as a calculation result.
  • the calculation unit 30 generates timekeeping information based on the first timekeeping information and the second timekeeping information. Specifically, the timekeeping information is generated by executing statistical processing on the first timekeeping information and the second timekeeping information.
  • the timekeeping start signal corresponds to the start signal.
  • the event detection signal corresponds to a stop signal.
  • the timekeeping control unit 10 functions as a clock unit that outputs a clock signal based on the start signal.
  • the time-digital conversion unit 20 corresponds to a signal processing circuit.
  • the count generation unit 21 functions as a count generation unit capable of outputting each of the first count signal and the second count signal whose logic levels are inverted from each other as a count signal based on the clock signal.
  • the timekeeping information (first timekeeping information, second timekeeping information) output by the acquisition unit 22 corresponds to the holding result information (first holding result information, second holding result information).
  • the capture unit 22 holds the logic level of the count signal output from the count generation unit in response to the input of the stop signal, and functions as an output unit that outputs the holding result information.
  • the timekeeping information output by the calculation unit 30 as the calculation result corresponds to the distance information.
  • the calculation unit 30 functions as a calculation unit that calculates distance information based on the holding result information based on each of the first counting signal and the second counting signal.
  • the calculation unit 30 includes a plurality of first holding result information based on the holding result of each logic level of the first counting signal output a plurality of times, and a logic of each of the second counting signals output a plurality of times. It is possible to calculate the distance information based on the plurality of second holding result information based on the holding result of the level.
  • the time-digital conversion unit 20 executes the input of the clock signal based on the timekeeping start signal a plurality of times while switching between the non-inverting operation and the inverting operation. Then, the arithmetic unit 30 executes statistical processing on the plurality of first timekeeping information and the plurality of second timekeeping information output in response to the non-reversing operation and the reversing operation, so that the timekeeping information is obtained. Will be generated.
  • the distance measuring method according to the present technology will be described in detail by taking a ToF sensor (the same code is used as the TOF sensor 100) as an example of the distance measuring device 100 according to the present technology.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a configuration example of the TOF sensor 100.
  • the TOF sensor 100 includes an imaging control unit 40, an emission unit 50, a pixel information generation unit 60, and an image generation unit. It has a part 70 and.
  • the imaging control unit 40 outputs a timekeeping start signal to the timekeeping control unit 10 and outputs a pixel selection signal to the pixel information generation unit 60 and the image generation unit 70 based on the distance image acquisition instruction.
  • the timekeeping control unit 10 has a reference frequency signal generation unit 11 and a clock generation unit 12.
  • the reference frequency signal generation unit 11 constantly outputs a reference frequency signal to the clock generation unit 12.
  • the clock generation unit 12 outputs a light emission control signal to the output unit 50 in a predetermined order and timing based on the timekeeping start signal and the reference frequency signal, and outputs the clock signal and the counting control signal to the time-digital conversion unit. Output to 20.
  • the emitting unit 50 has a light emitting means 51.
  • the light emitting means 51 emits the projected light for a predetermined time based on the light emitting control signal.
  • a semiconductor light emitting element such as a light emitting diode or a laser diode may be used.
  • infrared rays may be used as the projected light.
  • the emission unit 50 functions as an emission unit that emits light based on the start signal.
  • the pixel information generation unit 60 includes a pixel array 61 and a signal selection unit 63.
  • a pixel array 61 for example, a plurality of pixels 62 are arranged in an array of M rows ⁇ N columns.
  • M and N can be arbitrary natural numbers.
  • the pixel 62 includes a light receiving element, and when it receives light, it outputs a pixel signal to the signal selection unit 63 based on the action of the light receiving element.
  • the light receiving element for example, a PN junction, PD (photodiode), APD (avalanche photodiode), SPAD (single photon avalanche photodiode) may be used.
  • the pixel signal corresponds to a received signal.
  • the pixel 62 functions as a light receiving unit that outputs a light receiving signal by receiving light.
  • the signal selection unit 63 selects the pixel signal output from each pixel 62 based on the pixel selection signal given from the imaging control unit 40, and outputs it to the time-digital conversion unit 20 as a detection signal.
  • This detection signal corresponds to the event detection signal shown in FIG.
  • the time-digital conversion unit 20 has a count generation unit 21 and a number of capture units 22 corresponding to the detection signals output from the pixel information generation unit 60.
  • the count generation unit 21 generates a count signal in a predetermined sequence based on the clock signal and the count control signal output from the timekeeping control unit 10, and simultaneously outputs the count signal to a plurality of capture units 22.
  • the acquisition unit 22 captures the counting signal output from the counting generation unit 21 based on the signal detection event included in the detection signal output from the pixel information generation unit 60, and the counting control output from the timekeeping control unit 10. Processing based on the signal is executed, and the timekeeping element information is output to the calculation unit 30.
  • the calculation unit 30 is the timekeeping element information output from the time-digital conversion unit 20 over the execution of a plurality of distance measurement operations for each pixel 62 or for each group of pixel groups 62A, which is not specified. Statistical processing is executed for the series, and the calculation result is output to the image generation unit 70.
  • statistical processing for example, it is possible to perform calculations such as the mean value, mode (mode), and median (median) of the timekeeping information series. Furthermore, in consideration of the distance measurement environment and the characteristics peculiar to the system, operations such as removing infrequent timekeeping information in the histogram and correcting deviations from the normal distribution of the histogram may be added.
  • the image generation unit 70 generates and outputs a distance image by associating the calculation result with the coordinates on the image based on the pixel selection signal for each pixel selection signal that is sequentially switched. This distance image is also included in the distance information according to the present technology.
  • FIG. 3 shows a timekeeping control unit 10 included in the TOF sensor 100 shown in FIG. 2, a counting generation unit 21 included in the time-digital conversion unit 20, and a portion related to one of a plurality of acquisition units 22. It is a schematic diagram which showed in detail.
  • the reference frequency signal generation unit 11 constantly outputs one or more reference frequency signals to the clock generation unit 12.
  • a plurality of reference frequency signals are output, if the number is k, for example, one cycle of the reference frequency may be sequentially shifted by a unit phase corresponding to k equal division (k is a natural number).
  • the clock generation unit 12 appropriately processes the reference frequency signal based on the timekeeping start signal, and outputs the clock signal and the counting control signal to the time-digital conversion unit 20.
  • the clock generation unit 12 may use all of them or a part of them.
  • At least one of a plurality of phase-shifted pulse signals may be used as the clock signal.
  • at least one of a plurality of pulse signals whose phases are shifted by 90 ° may be used.
  • the count generation unit 21 can be configured by using a counter 210 that receives a clock signal as an input.
  • the counter 210 can have various configurations, and particularly for timekeeping, the counter circuit configuration can be such that the Hamming distance between adjacent output codes (combination of 1, 0) in time series is 1.
  • the Hamming distance of two chords is 1, for example, when the number of signals constituting the chord is b, the signal value of one b-1 signal is invariant between the two chords, and the rest. It means that the situation where the signal values 1 and 0 of one signal are exchanged is always established.
  • a Johnson counter or a Gray code counter can be used as a means for realizing such an output code.
  • the import unit 22 has a holding unit 221 and a data processing unit 222.
  • the holding unit 221 takes in the counting signal output from the counting generation unit 21 based on the signal detection event included in the detection signal output from the signal selection unit 63, and outputs the held data to the data processing unit 222 as a holding signal. To do.
  • the data processing unit 222 processes the holding signal output from the holding unit 221 based on the counting control signal, and outputs it to the calculation unit 30 as timekeeping information.
  • the timekeeping control signal may be used to initialize the counter 210. Specifically, it may be used to set the initial state of the counter 210 in the initialization operation. Further, for example, the counter 210 is set so that two initial states are associated with the values of the two counting control signals, and one of them is selected based on the value of the timing control signal. May be good.
  • the first initial state is associated with the operation of not inverting the output of the counter 210 (non-inverting), and the second initial state is the operation of inverting the output of the counter 210. It can also be set to be associated.
  • the operation of the data processing unit 222 based on the counting control signal may be related to the operation of the counting generation unit 21 based on the counting control signal. For example, it is assumed that the counter 210 takes the first initial state based on the value of the first counting control signal and operates so as not to invert the output of the counter 210. At this time, the data processing unit 222 outputs the output of the holding unit 221 as timekeeping information without inverting it.
  • the counter 210 takes the second initial state based on the value of the second counting control signal and operates to invert the output of the counter 210.
  • the data processing unit 222 further inverts the output of the holding unit 221 and outputs it as timekeeping information. In this way, it is possible to control the movement of the data processing unit 222.
  • the initial state of the counter 210 may be controlled to change in a predetermined sequence based on the counting control signal.
  • the counting control signal can take the value of the first counting control signal and the value of the second counting control signal, and the counter 210 is the first with respect to the value of the first counting control signal. It takes an initial state, and the counter 210 takes a second initial state with respect to the value of the second counting control signal.
  • the counting control signal alternately takes the value of the first counting control signal and the value of the second counting control signal for each distance measuring operation executed sequentially, so that the initial value of the counter 210 is the first.
  • the initial state and the second initial state are set alternately.
  • both the timekeeping information in the operation in which the output of the counter 210 is not inverted and the timekeeping information in the operation in which the output of the counter 210 is inverted are alternately input to the arithmetic unit 30 and executed by the arithmetic unit 30. Both are reflected in the statistical processing performed.
  • the counting signal in the operation in which the output of the counter 210 is not inverted corresponds to the first counting signal.
  • the counting signal in the operation in which the output of the counter 210 is inverted corresponds to the second counting signal.
  • the output of the holding unit 221 corresponds to the holding result of the logic level of the counting signal. Therefore, the timekeeping information output without inverting the output of the holding unit 221 corresponding to the operation in which the output of the counter 210 is not inverted is based on the holding result of the logic level of the first counting signal. Corresponds to the retention result information of 1.
  • the timekeeping information output by inverting the output of the holding unit 221 corresponding to the operation in which the output of the counter 210 is inverted is the second holding based on the holding result of the logic level of the second counting signal. Corresponds to result information. Furthermore, the holding result of the logic level of the second counting signal corresponds to the second holding result information based on the inverted result.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a case where the counter 210 included in the count generation unit 21 is composed of a 4-bit output Johnson counter.
  • the counter 210 is composed of two sets of state machines 210a and state machines 210b having the same structure.
  • Two clock signals (CK0) and clock signals (CK90) included in the clock signal are input to the inputs of the state machines 210a and 210b, respectively.
  • the set inputs Sa1, Sa2, Sb1, Sb2, and clear inputs Ca1, Ca2, Cb1, and Cb2 to the four D-latch Ratches 211a1, 211a2, 211b1, and 211b2 constituting the state machine 210a and the state machine 210b are included in the timekeeping control signal. , Used to initialize the counter 210.
  • the outputs Q1, Q3, Q2, and Q4 of the four D latch Ratches 211a1, 211a2, 211b1, and 211b2 are included in the counting signal and output to the acquisition unit 22.
  • the circuit configuration of the state machine 210a will be described below. Since the structure of the state machine 210b is the same, the description thereof will be omitted.
  • the state machine 210a includes S2D213a that performs a single-differential conversion operation with respect to the clock signal (CK0), and the differential output of S2D213a is input to the clock input terminals of Latch211a1 and Latch211a2.
  • the correspondence between the polarity of the clock input terminal of the Latch211a1 or the Latch211a2 and the polarity of the output of the S2D213a differs between the Latch211a1 and the Latch211a2.
  • the output Q1 of the Latch211a1 is input to the Latch211a2, and the output Q3 of the Latch211a2 is inverted by the NOT circuit 512a and input to the 511a1.
  • the Latch 211a1 further includes a set input Sa1 and a clear input Ca1, and the output Q1 is forcibly set to '1' or '0' by the transition of the set input Sa1 or the clear input Ca1.
  • the Latch 211a2 further includes a set input Sa2 and a clear input Ca2, and the output Q3 is forcibly set to '1' or '0' by the transition of the set input Sa2 or the clear input Ca2.
  • FIG. 5 shows a method of applying set inputs Sa1, Sa2, Sb1, Sb2, and clear inputs Ca1, Ca2, Cb1, and Cb2 for initializing a counter 210 composed of a 4-bit output Johnson counter described with reference to FIG. It is a figure which shows.
  • the set inputs Sa1, Sa2, Sb1, Sb2, and the clear inputs Ca1, Ca2, Cb1, and Cb2 are set to "0" in the normal operation. Then, when initializing, it is set to either the non-inverting output mode or the inverting output mode by setting the values shown in the table during the initial setting period.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an operation waveform when the initial setting illustrated in FIG. 5 is executed for the counter 210 composed of the 4-bit output Johnson counter illustrated in FIG.
  • the clock signals (CK0, CK90, CK180, CK270) are assumed to have a predetermined logic level shown in FIG. Further, the clock signal (CK180) does not exist as a real signal, and instead, a signal equivalent to the clock signal (CK0) is generated by S2D213a. Similarly, the clock signal (CK270) does not exist as a real signal, and instead, S2D512b generates a signal equivalent to the clock signal (CK90).
  • the state of the counter 210 changes depending on the rising edge and the falling edge of the clock signal (CK0) and the clock signal (CK90).
  • the initial state takes two types, one for non-reversing operation and the other for reversing operation. Therefore, as the time series of the counting signals (Q1 to Q4), there are two types, a non-inverting operation and an inverting operation shown in FIG.
  • the time intervals P1 to P8 are defined by the pattern of the logical values of the counting signals (Q1 to Q4) generated by this operation.
  • the width LSB of the time interval determines the resolution of the time-digital converter 20.
  • the time section next to P8 becomes P1 again.
  • the Nj-bit Johnson counter can take 2Nj states and defines 2Nj time intervals.
  • the counting signals (Q1 to Q4) in the non-inverting operation shown in FIG. 6 correspond to the "first counting signal”.
  • the counting signals (Q1 to Q4) in the inverting operation correspond to the "second counting signal”.
  • the plurality of counting signals (Q1 to Q4) constituting the "first counting signal” correspond to a plurality of bit signals.
  • the plurality of counting signals (Q1 to Q4) constituting the "second counting signal” correspond to a plurality of bit signals.
  • the "first counting signal” and the “second counting signal” whose logic levels are inverted from each other are a plurality of bit signals included in the "first counting signal” and the corresponding “second counting signal”. A state in which a plurality of bit signals included in the "signal" are inverted with each other is included. Further, in both the “first counting signal” and the “second counting signal”, the combination of the logic levels of each of the plurality of bit signals corresponds to the state transition of the code.
  • the initialization of the counting signals (Q1 to Q4) in the initial setting period corresponds to the control of the initial values of the D latch Latch 211a1, 211a2, 211b1 and 211b2. Then, the initialized counting signals (Q1 to Q4) correspond to the initial values.
  • the initial value of the latch by controlling the initial value of the latch, it is possible to easily switch and output the first counting signal in the non-inverting output mode and the second counting signal in the inverting output mode.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of the circuit configuration of the intake unit 22.
  • the counter 210 is used together with the 4-bit output Johnson counter illustrated in FIG.
  • the import unit 22 has a holding unit 221 and a data processing unit 222.
  • the holding portion 221 is composed of DFF221a1, DFF221b1, DFF221a2, and DFF221b2. Then, based on the transition of the detection signal, the counting signal (Q1), the counting signal (Q2), the counting signal (Q3), and the counting signal (Q4) are taken in, respectively, and the holding signal (Q1), the holding signal (Q2), and the holding signal are taken. (Q3) and a holding signal (Q4) are output to the data processing unit 222, respectively.
  • the data processing unit 222 is composed of four sets of inverting control circuits 222a1, 222b1, 222a2, and 222b2.
  • the inverting control circuits 222a1, 222b1, 222a2, 222b2 output the input signals as they are when the counting control signal is '0', and invert the inputs when the counting control signal is '1'.
  • a circuit having an Exclusive-OR logic may be used. For example, as shown in FIG. 8, it can be configured by using the NOT circuit 225 and the multiplexer 226.
  • the logic level of each of the plurality of bit signals (plurality of counting signals (Q1 to Q4)) included in each of the "first counting signal” and the "second counting signal” is set.
  • the timekeeping element information is output as the holding result information.
  • the imaging control unit 40 identifies a plurality of distance measurement target pixels by the pixel selection signal, and starts the timekeeping operation by the timekeeping start signal.
  • the clock generation unit 12 first sets the initial state of the count generation unit 21 and the logic of the acquisition unit 22 to either the non-inverting operation or the inverting operation by the counting control signal.
  • the light emitting control signal causes the light emitting means to emit light to emit light.
  • the output of the clock signal is started at substantially the same time as the light emission timing.
  • a pixel signal is output from the pixel 62 that receives the reflected light from the distance measuring target 110 based on the emitted light.
  • the pixel signal is output as a detection signal (event detection signal) associated with the pixel selection signal by the signal selection unit 63, and is collectively input to the clock terminals of a plurality of DFFs included in the holding unit 221 of the acquisition unit 22.
  • the event detection signal is output to the capturing unit 22 according to the output of the pixel signal.
  • the plurality of DFFs possessed by the holding unit 221 take in the logic level of the counting signal in synchronization with the signal detection event and output it as a holding signal to the data processing unit 222 (see the example of time T1 in FIG. 6).
  • the data processing unit 222 executes inversion or non-inversion processing on the holding signal in response to the counting control signal, and outputs the counting element information to the calculation unit 30.
  • the sequence from the start of the timekeeping operation described above to the output of the counting element information is performed a plurality of times while synchronously switching the initial state of the counting generation unit 21 and the logic of the capturing unit 22 to the non-reversing operation or the reversing operation. Will be executed.
  • the calculation unit 30 executes statistical processing on a series of a plurality of timekeeping information, and generates timekeeping information for the distance measurement target pixel specified by the pixel selection signal.
  • the timekeeping information is output to the image generation unit 70 as a calculation result.
  • the image generation unit 70 acquires a distance image based on the calculation result and the sequence of the pixel selection signals.
  • the timekeeping accuracy error of the time-digital conversion unit 20 is offset, and the distance measurement accuracy of the TOF sensor 100 is improved.
  • DNL differential nonlinearity
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the DNL deterioration of the time-digital conversion. Assume the 4-bit output Johnson counter shown in FIG. 9 is an input to the counter 210. In the counting signals (Q1 to Q4) in the ideal state shown in FIG. 9b, the width LSBs of the time intervals P1 to P8 are uniform.
  • the counting signals (Q1 to Q4) make transitions based on the clock signals (CK0, CK90, CK180, CK270), and the non-zero delay time from the edge of the clock signal to the transition of the counting signals (Q1 to Q4). have. Further, the rising delay time Trise and the falling delay time Tfall are always different.
  • the elements (transistors, etc.) involved in the signal line drive in the rising operation and the elements (same) involved in the signal line driving in the falling operation are different types, for example, a MOSFET transistor and an NMOS transistor, respectively. Because. Further, since the manufacturing variation of the drive characteristics of these elements typically has a range of about 50%, it is difficult to completely match the rise delay time Trise and the fall delay time Tfall by design.
  • the actual counting signals shown in FIG. 9 are counting signals (Q1 to Q4) in consideration of Trise and Tfall that do not match each other.
  • the rise delay time Trise always takes a constant value and the fall delay time Tfall always takes a constant value, but as described above, since the Trise and Tfall are different, the width of the actual time intervals P1 to P8.
  • the LSB becomes non-uniform.
  • P1, P2, and P3 all correspond to the time interval from the rising timing of a certain bit to the rising timing of an adjacent bit. Therefore, since they all have a delay time Trise, the time interval widths are the same.
  • P5, P6, and P7 all correspond to the time interval from the falling timing of a certain bit to the falling timing of an adjacent bit. Therefore, since they all have a delay time Tfall, the time interval widths are also the same.
  • FIG. 10 shows the error from the ideal state of the time widths P1 to P8 that occurs when Trise and Tfall are different as DNL.
  • the time widths P1 to P8 are arranged in the horizontal axis direction corresponding to the quantization interval numbers (i) to (viii), and the error of the time widths P1 to P8 is standardized by the ideal LSB and shown by the value in the vertical axis direction.
  • DNLx time width Px / ideal LSB-1 (x is a natural number from 1 to 8) Is defined as.
  • Tfall time width
  • P4 and P8 the signs of the DNLs of P4 and P8 are inverted.
  • the DNL of the time-digital conversion characteristic is deteriorated due to the asymmetry of the rise time Trise and the fall time Tfall of the counting signals (Q1 to Q4) which are the outputs of the counter 210.
  • This phenomenon is represented by Trise and Tfall, when the delay time of the circuit takes a non-negligible value compared to the time width of the LSB, especially when the time resolution of the time-digital conversion is high, such as in a ranging system. It becomes a problem when you have to do it.
  • FIG. 11 shows the counting signals (Q1 to Q4) in the non-inverting operation and the counting signals (Q1 to Q4) in the inverting operation.
  • the counting signals (Q1 to Q4) in the non-inverting operation have the same waveform as the actual counting signals shown in FIG.
  • P4 is smaller than the ideal LSB and P8 is larger than the ideal LSB because Trise> Tfall.
  • P4 is larger than the ideal LSB and P8 is smaller than the ideal LSB.
  • the error in the non-reversing operation of P4 is ⁇ P4n
  • the error in the reversing operation is ⁇ P4i
  • ⁇ P4n Tfall-Tface
  • ⁇ P4i Trise-Tfall
  • ⁇ P8n Trise-Tfall
  • the timekeeping information in the multiple non-reversing operations and the timekeeping information in the same number of inversion operations are averaged with the same weight. Then, ⁇ P4n and P4i having the same absolute value and the opposite sign cancel each other out, and similarly, ⁇ P8n and P8i having the same absolute value and the opposite sign cancel each other out, and both have a time-digital conversion error due to the asymmetry of Trise and Tfall. It will be countered.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the DNL improvement effect of time-digital conversion. As shown in FIGS. 12A to 12C, the DNL generated in the quantization interval (iv) and (viii) in the non-inverting operation becomes an inverse sign in the inversion operation, is offset by statistical processing, and is time-digital conversion. It is shown that the DNL characteristics of are improved.
  • the conversion accuracy of time-digital conversion is further improved by appropriately processing the average value of Trise and Tfall as an offset amount. It becomes possible. Specifically, by subtracting the average value of Trise and Tfall from the timekeeping result obtained by statistical processing, the delay time from the clock input of the counter 210 can be removed and the absolute accuracy of timekeeping can be improved. ..
  • FIG. 13 describes an operation example for a signal detection event related to the present technology.
  • a case where a signal detection event occurs at times T2 and T3 will be described.
  • the time T2 is a specific time near the rising edge of Q1 in the non-reversing operation or the falling edge of Q1 in the reversing operation.
  • the time T3 is a specific time near the falling edge of Q1 in the non-reversing operation or the rising edge of Q1 in the reversing operation.
  • the counter 210 has a delay time characteristic that Trise> Tfall.
  • the time T2 is a specific time between the rising time of Q1 in the non-reversing operation and the falling time of Q1 in the reversing operation.
  • the time T3 is a specific time between the falling time of Q1 in the non-reversing operation and the rising time of Q1 in the reversing operation.
  • the time-digital converter 20 In response to the detection event generated at time T2, the time-digital converter 20 outputs timekeeping information corresponding to the quantization interval (viii) during the non-inverting operation, and corresponds to the quantization interval (i) during the inversion operation. Outputs timekeeping information.
  • the inversion operation and the non-inversion operation are executed the same number of times in a plurality of timekeeping operations, the number of timekeeping information corresponding to the quantization interval (viii) and the number of timekeeping information corresponding to the quantization interval (i) are obtained. Will be halved. Then, as a result of the statistical processing of the arithmetic unit 30, first, the average value of the timekeeping information corresponding to the quantization interval (viii) and the timekeeping information corresponding to the quantization interval (i) is obtained.
  • the time-digital converter 20 outputs the timekeeping information corresponding to the quantization interval (iV) during the non-inverting operation, and outputs the timekeeping information corresponding to the quantization interval (iV) during the non-inverting operation, and outputs the timing element information corresponding to the quantization interval (iV) during the inversion operation. Outputs the timekeeping information corresponding to.
  • the inversion operation and the non-inversion operation are executed the same number of times in a plurality of timekeeping operations, the number of timekeeping information corresponding to the quantization interval (iv) and the number of timekeeping information corresponding to the quantization interval (v) are obtained. Will be halved.
  • the average value of the timekeeping information corresponding to the quantization interval (iv) and the timekeeping information corresponding to the quantization interval (v) is obtained.
  • the calculation result having a resolution higher than 1LSB can be obtained by statistical processing, but for example, it is also possible to round and output 1LSB or less.
  • the DNL is improved even for the calculation result output by rounding 1 LSB or less. It is also possible to output without executing the rounding operation, and it is higher than 1LSB when the distance measurement result has a distribution due to noise generated by the element actually used or continuous position fluctuation of the distance measurement target. Accurate distance measurement is possible.
  • the DNL of time-digital conversion is improved and the time resolution can be improved. Therefore, it is also suitable as a technique for increasing the time resolution in a signal processing circuit used in a distance measuring system using an element capable of high-speed photoelectric conversion such as SPAD.
  • the TDC described in Patent Document 1 described above requires an additional circuit for calibration.
  • the conversion method, distance measurement method, distance image acquisition method, and the like are merely embodiments, and can be arbitrarily modified without departing from the spirit of the present technology. That is, other arbitrary configurations, algorithms, and the like for implementing the present technology may be adopted.
  • the imaging control unit 40, the clock generation unit 12, the calculation unit 30, and the image generation unit 70, which constitute the TOF sensor 100, can be arbitrarily divided into blocks as a digital circuit designed by a general method, and any hardware can be used. And software may be used.
  • a device such as a PLD (Programmable Logic Device) such as FPGA (Field Programmable Gate Array) or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) may be used.
  • the reference frequency signal generation unit 11 may itself include an oscillator, or may process a signal generated outside the TOF sensor and output it as a reference frequency signal.
  • the reference frequency signal output from the reference frequency signal generation unit 11 may be used as it is as a clock signal, or in the clock generation unit 12, the pulse width, frequency, rising timing, falling timing, and high level voltage value. Etc. may be appropriately controlled to generate a clock signal.
  • Visible light and ultraviolet rays can be used as electromagnetic waves emitted from the light emitting means 51 included in the emitting unit 50, in addition to infrared rays.
  • the line width of the emission spectrum is arbitrary.
  • a light emitting element using electroluminescence or blackbody radiation may be used in addition to the semiconductor.
  • either one or both of M and N representing the number of arrangements may be 1.
  • the method of selecting the pixels 62 selected by the signal selection unit 63 and associated with the detection signal and the association with a plurality of possible detection signals are arbitrary.
  • the signal selection unit 63 includes a plurality of multiplexers, the outputs of different pixels 62 are connected to the inputs of the multiplexer, and any one input is related to the detection signal by the pixel selection signal. Can be.
  • the detection signal output from the multiplexer can be connected to one or more capture units 22 included in the time-digital conversion unit 20.
  • one pixel 62 is connected to the inputs of a plurality of different multiplexers to form a matrix circuit as a whole so that the pixel 62 and the capture unit 22 can be flexibly associated with each other to detect from different pixels 62. It is also possible to perform an operation to compensate for the spatial gradient of the output propagation delay. On the contrary, when the pixel 62 and the detection signal have a one-to-one correspondence, the signal selection unit 63 may be omitted.
  • the signal selection unit 63 and the time-digital conversion unit 20 may be integrated into a circuit that selects pixels for input of a plurality of pixel signals and measures the time until a signal detection event.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing another configuration example of the time-digital conversion unit 20.
  • the counter 210 constituting the count generation unit 21 can also be configured by combining a plurality of types of counters.
  • the count generation unit 21 includes a lower counter 210a and a higher counter 210b, and is configured to update the output of the upper counter 210b based on the carry signal Carry from the lower counter 210a.
  • the inverted operation or the inverted operation is performed over a plurality of timekeeping element information acquisition operations. It is also possible to continue one of the non-reversing operations a predetermined number of times, then switch to the other, and continue the other a predetermined number of times. Furthermore, it is also possible to randomly switch the number of continuations of the reversing operation or the non-reversing operation by using a random number generation means or the like. In that case, a random number generation means can be used in which the total number of inversion operations and the total number of non-inversion operations are equal.
  • a plurality of time-digital conversion units 20 may be configured and operated independently of each other. Typically, it has two time-digital converters 20, one time-digital converter 20 corresponds to a part of the detection signal, and the other time-digital converter 20 has the rest of the detection signal. The parts can be made to correspond. Then, each time-digital conversion unit 20 is configured so that the time-digital conversion range can be set independently, and it is also possible to enhance the distance measurement operation or the distance image acquisition operation.
  • time-digital conversion unit 20 has two time-digital conversion units 20, one time-digital conversion unit 20 is associated with a part of the detection signal, and the other time-digital conversion unit 20 is associated with the remaining part of the detection signal.
  • the reversing operation / non-reversing operation of one time-digital conversion unit 20 and the other time-digital conversion unit 20 can be complementarily executed.
  • one time-digital conversion unit 20 and the other time-digital conversion unit 20 are arranged in a nested structure, and the counting signal corresponding to the inverting operation and the counting signal corresponding to the non-inverting operation are differentially wired. It is also possible to lay out. As a result, switching noise caused by routing of counting signals can be reduced, and the conversion accuracy of the time-digital conversion unit 20 can be further improved.
  • a TOF sensor using light is given as an example.
  • the present technology is not limited to this, and can be applied to other distance measuring devices based on the principle of time measurement. For example, it can be applied to sonar using sound wave pulses and radar using radio waves. Further, the present technology can be applied not only to a distance measuring device but also to a signal processing circuit including a time-digital conversion means mounted on various other devices.
  • the concepts that define the state, size, positional relationship, etc. such as “uniform”, “equal”, “same”, and “symmetrical”, are “substantially uniform”, “substantially equal”, and “substantially the same”.
  • the concept includes “substantially symmetric” and the like. For example, a state included in a predetermined range (for example, a range of ⁇ 10%) based on "perfectly uniform”, “perfectly equal”, “perfectly the same”, “perfectly symmetric”, etc. is also included.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure includes any type of movement such as automobiles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, motorcycles, bicycles, personal mobility, airplanes, drones, ships, robots, construction machines, agricultural machines (tractors), and the like. It may be realized as a device mounted on the body.
  • FIG. 15 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system 7000, which is an example of a mobile control system to which the technique according to the present disclosure can be applied.
  • the vehicle control system 7000 includes a plurality of electronic control units connected via the communication network 7010.
  • the vehicle control system 7000 includes a drive system control unit 7100, a body system control unit 7200, a battery control unit 7300, an external information detection unit 7400, an in-vehicle information detection unit 7500, and an integrated control unit 7600. ..
  • the communication network 7010 connecting these plurality of control units conforms to any standard such as CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), LAN (Local Area Network) or FlexRay (registered trademark). It may be an in-vehicle communication network.
  • CAN Controller Area Network
  • LIN Local Interconnect Network
  • LAN Local Area Network
  • FlexRay registered trademark
  • Each control unit includes a microcomputer that performs arithmetic processing according to various programs, a storage unit that stores a program executed by the microcomputer or parameters used for various arithmetics, and a drive circuit that drives various control target devices. To be equipped.
  • Each control unit is provided with a network I / F for communicating with other control units via the communication network 7010, and is connected to devices or sensors inside or outside the vehicle by wired communication or wireless communication.
  • a communication I / F for performing communication is provided. In FIG.
  • the microcomputer 7610 general-purpose communication I / F 7620, dedicated communication I / F 7630, positioning unit 7640, beacon receiving unit 7650, in-vehicle device I / F 7660, audio image output unit 7670,
  • the vehicle-mounted network I / F 7680 and the storage unit 7690 are shown.
  • Other control units also include a microcomputer, a communication I / F, a storage unit, and the like.
  • the drive system control unit 7100 controls the operation of the device related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 7100 provides a driving force generator for generating the driving force of the vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism for adjusting and a braking device for generating braking force of the vehicle.
  • the drive system control unit 7100 may have a function as a control device such as ABS (Antilock Brake System) or ESC (Electronic Stability Control).
  • the vehicle condition detection unit 7110 is connected to the drive system control unit 7100.
  • the vehicle state detection unit 7110 may include, for example, a gyro sensor that detects the angular velocity of the axial rotation of the vehicle body, an acceleration sensor that detects the acceleration of the vehicle, an accelerator pedal operation amount, a brake pedal operation amount, or steering wheel steering. Includes at least one of the sensors for detecting angular velocity, engine speed, wheel speed, and the like.
  • the drive system control unit 7100 performs arithmetic processing using a signal input from the vehicle state detection unit 7110 to control an internal combustion engine, a drive motor, an electric power steering device, a brake device, and the like.
  • the body system control unit 7200 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 7200 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as headlamps, back lamps, brake lamps, blinkers or fog lamps.
  • the body system control unit 7200 may be input with radio waves transmitted from a portable device that substitutes for the key or signals of various switches.
  • the body system control unit 7200 receives inputs of these radio waves or signals and controls a vehicle door lock device, a power window device, a lamp, and the like.
  • the battery control unit 7300 controls the secondary battery 7310, which is the power supply source of the drive motor, according to various programs. For example, information such as the battery temperature, the battery output voltage, or the remaining capacity of the battery is input to the battery control unit 7300 from the battery device including the secondary battery 7310. The battery control unit 7300 performs arithmetic processing using these signals, and controls the temperature control of the secondary battery 7310 or the cooling device provided in the battery device.
  • the vehicle outside information detection unit 7400 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 7000.
  • the image pickup unit 7410 and the vehicle exterior information detection unit 7420 is connected to the vehicle exterior information detection unit 7400.
  • the imaging unit 7410 includes at least one of a ToF (Time Of Flight) camera, a stereo camera, a monocular camera, an infrared camera, and other cameras.
  • the vehicle exterior information detection unit 7420 is used, for example, to detect the current weather or an environment sensor for detecting the weather, or to detect other vehicles, obstacles, pedestrians, etc. around the vehicle equipped with the vehicle control system 7000. At least one of the surrounding information detection sensors is included.
  • the environmental sensor may be, for example, at least one of a raindrop sensor that detects rainy weather, a fog sensor that detects fog, a sunshine sensor that detects the degree of sunshine, and a snow sensor that detects snowfall.
  • the ambient information detection sensor may be at least one of an ultrasonic sensor, a radar device, and a LIDAR (Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging) device.
  • the imaging unit 7410 and the vehicle exterior information detection unit 7420 may be provided as independent sensors or devices, or may be provided as a device in which a plurality of sensors or devices are integrated.
  • FIG. 16 shows an example of the installation positions of the image pickup unit 7410 and the vehicle exterior information detection unit 7420.
  • the imaging units 7910, 7912, 7914, 7916, 7918 are provided, for example, at at least one of the front nose, side mirrors, rear bumpers, back door, and upper part of the windshield of the vehicle interior of the vehicle 7900.
  • the image pickup unit 7910 provided on the front nose and the image pickup section 7918 provided on the upper part of the windshield in the vehicle interior mainly acquire an image in front of the vehicle 7900.
  • the imaging units 7912 and 7914 provided in the side mirrors mainly acquire images of the side of the vehicle 7900.
  • the imaging unit 7916 provided on the rear bumper or the back door mainly acquires an image of the rear of the vehicle 7900.
  • the image pickup unit 7918 provided on the upper part of the windshield in the vehicle interior is mainly used for detecting a preceding vehicle, a pedestrian, an obstacle, a traffic light, a traffic sign, a lane, or the like.
  • FIG. 16 shows an example of the shooting range of each of the imaging units 7910, 7912, 7914, 7916.
  • the imaging range a indicates the imaging range of the imaging unit 7910 provided on the front nose
  • the imaging ranges b and c indicate the imaging ranges of the imaging units 7912 and 7914 provided on the side mirrors, respectively
  • the imaging range d indicates the imaging range d.
  • the imaging range of the imaging unit 7916 provided on the rear bumper or the back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 7910, 7912, 7914, 7916, a bird's-eye view image of the vehicle 7900 as viewed from above can be obtained.
  • the vehicle exterior information detection units 7920, 7922, 7924, 7926, 7928, 7930 provided on the front, rear, side, corners of the vehicle 7900 and above the windshield in the vehicle interior may be, for example, an ultrasonic sensor or a radar device.
  • the vehicle exterior information detection units 7920, 7926, 7930 provided on the front nose, rear bumper, back door, and upper part of the windshield in the vehicle interior of the vehicle 7900 may be, for example, a lidar device.
  • These out-of-vehicle information detection units 7920 to 7930 are mainly used for detecting a preceding vehicle, a pedestrian, an obstacle, or the like.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 causes the image pickup unit 7410 to capture an image of the outside of the vehicle and receives the captured image data. Further, the vehicle exterior information detection unit 7400 receives the detection information from the connected vehicle exterior information detection unit 7420. When the vehicle exterior information detection unit 7420 is an ultrasonic sensor, a radar device, or a LIDAR device, the vehicle exterior information detection unit 7400 transmits ultrasonic waves, electromagnetic waves, or the like, and receives the received reflected wave information.
  • the vehicle outside information detection unit 7400 may perform object detection processing or distance detection processing such as a person, a vehicle, an obstacle, a sign, or a character on a road surface based on the received information.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may perform an environment recognition process for recognizing rainfall, fog, road surface conditions, etc., based on the received information.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may calculate the distance to an object outside the vehicle based on the received information.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may perform image recognition processing or distance detection processing for recognizing a person, a vehicle, an obstacle, a sign, a character on the road surface, or the like based on the received image data.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 performs processing such as distortion correction or alignment on the received image data, and synthesizes the image data captured by different imaging units 7410 to generate a bird's-eye view image or a panoramic image. May be good.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may perform the viewpoint conversion process using the image data captured by different imaging units 7410.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 detects the in-vehicle information.
  • a driver state detection unit 7510 that detects the driver's state is connected to the in-vehicle information detection unit 7500.
  • the driver state detection unit 7510 may include a camera that captures the driver, a biosensor that detects the driver's biological information, a microphone that collects sound in the vehicle interior, and the like.
  • the biosensor is provided on, for example, the seat surface or the steering wheel, and detects the biometric information of the passenger sitting on the seat or the driver holding the steering wheel.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 may calculate the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 7510, and may determine whether the driver is dozing or not. You may.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 may perform processing such as noise canceling processing on the collected audio signal.
  • the integrated control unit 7600 controls the overall operation in the vehicle control system 7000 according to various programs.
  • An input unit 7800 is connected to the integrated control unit 7600.
  • the input unit 7800 is realized by a device such as a touch panel, a button, a microphone, a switch or a lever, which can be input-operated by a passenger. Data obtained by recognizing the voice input by the microphone may be input to the integrated control unit 7600.
  • the input unit 7800 may be, for example, a remote control device using infrared rays or other radio waves, or an externally connected device such as a mobile phone or a PDA (Personal Digital Assistant) that supports the operation of the vehicle control system 7000. You may.
  • the input unit 7800 may be, for example, a camera, in which case the passenger can input information by gesture. Alternatively, data obtained by detecting the movement of the wearable device worn by the passenger may be input. Further, the input unit 7800 may include, for example, an input control circuit that generates an input signal based on the information input by the passenger or the like using the input unit 7800 and outputs the input signal to the integrated control unit 7600. By operating the input unit 7800, the passenger or the like inputs various data to the vehicle control system 7000 and instructs the processing operation.
  • the storage unit 7690 may include a ROM (Read Only Memory) for storing various programs executed by the microcomputer, and a RAM (Random Access Memory) for storing various parameters, calculation results, sensor values, and the like. Further, the storage unit 7690 may be realized by a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disc Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, an optical magnetic storage device, or the like.
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the general-purpose communication I / F 7620 is a general-purpose communication I / F that mediates communication with various devices existing in the external environment 7750.
  • General-purpose communication I / F7620 is a cellular communication protocol such as GSM (registered trademark) (Global System of Mobile communications), WiMAX (registered trademark), LTE (registered trademark) (Long Term Evolution) or LTE-A (LTE-Advanced).
  • GSM Global System of Mobile communications
  • WiMAX registered trademark
  • LTE registered trademark
  • LTE-A Long Term Evolution-Advanced
  • Bluetooth® may be implemented.
  • the general-purpose communication I / F7620 connects to a device (for example, an application server or a control server) existing on an external network (for example, the Internet, a cloud network, or a business-specific network) via a base station or an access point, for example. You may. Further, the general-purpose communication I / F7620 uses, for example, P2P (Peer To Peer) technology, and is a terminal existing in the vicinity of the vehicle (for example, a terminal of a driver, a pedestrian or a store, or an MTC (Machine Type Communication) terminal). You may connect with.
  • P2P Peer To Peer
  • MTC Machine Type Communication
  • the dedicated communication I / F 7630 is a communication I / F that supports a communication protocol formulated for use in a vehicle.
  • the dedicated communication I / F7630 uses a standard protocol such as WAVE (Wireless Access in Vehicle Environment), DSRC (Dedicated Short Range Communications), or a cellular communication protocol, which is a combination of the lower layer IEEE802.11p and the upper layer IEEE1609. May be implemented.
  • Dedicated communication I / F7630 typically includes vehicle-to-vehicle (Vehicle to Vehicle) communication, road-to-vehicle (Vehicle to Infrastructure) communication, vehicle-to-house (Vehicle to Home) communication, and pedestrian-to-pedestrian (Vehicle to Pedertian) communication. ) Perform V2X communication, which is a concept that includes one or more of communications.
  • the positioning unit 7640 receives, for example, a GNSS signal from a GNSS (Global Navigation Satellite System) satellite (for example, a GPS signal from a GPS (Global Positioning System) satellite), executes positioning, and executes positioning, and the latitude, longitude, and altitude of the vehicle. Generate location information including.
  • the positioning unit 7640 may specify the current position by exchanging signals with the wireless access point, or may acquire position information from a terminal such as a mobile phone, PHS, or smartphone having a positioning function.
  • the beacon receiving unit 7650 receives radio waves or electromagnetic waves transmitted from a radio station or the like installed on the road, and acquires information such as the current position, traffic congestion, road closure, or required time.
  • the function of the beacon receiving unit 7650 may be included in the above-mentioned dedicated communication I / F 7630.
  • the in-vehicle device I / F 7660 is a communication interface that mediates the connection between the microcomputer 7610 and various in-vehicle devices 7760 existing in the vehicle.
  • the in-vehicle device I / F7660 may establish a wireless connection using a wireless communication protocol such as wireless LAN, Bluetooth (registered trademark), NFC (Near Field Communication) or WUSB (Wireless USB).
  • a wireless communication protocol such as wireless LAN, Bluetooth (registered trademark), NFC (Near Field Communication) or WUSB (Wireless USB).
  • the in-vehicle device I / F7660 is via a connection terminal (and a cable if necessary) (not shown), USB (Universal Serial Bus), HDMI (registered trademark) (High-Definition Multimedia Interface, or MHL (Mobile High)).
  • a wired connection such as -definition Link may be established.
  • the in-vehicle device 7760 includes, for example, at least one of a mobile device or a wearable device owned by a passenger, or an information device carried in or attached to a vehicle.
  • the in-vehicle device 7760 may include a navigation device that searches for a route to an arbitrary destination.
  • the in-vehicle device I / F 7660 is a control signal to and from these in-vehicle devices 7760. Or exchange the data signal.
  • the in-vehicle network I / F7680 is an interface that mediates communication between the microcomputer 7610 and the communication network 7010.
  • the vehicle-mounted network I / F7680 transmits / receives signals and the like according to a predetermined protocol supported by the communication network 7010.
  • the microcomputer 7610 of the integrated control unit 7600 is via at least one of general-purpose communication I / F7620, dedicated communication I / F7630, positioning unit 7640, beacon receiving unit 7650, in-vehicle device I / F7660, and in-vehicle network I / F7680.
  • the vehicle control system 7000 is controlled according to various programs based on the information acquired. For example, the microcomputer 7610 calculates the control target value of the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the acquired information inside and outside the vehicle, and outputs a control command to the drive system control unit 7100. May be good.
  • the microcomputer 7610 realizes ADAS (Advanced Driver Assistance System) functions including vehicle collision avoidance or impact mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane deviation warning, and the like. Cooperative control may be performed for the purpose of. Further, the microcomputer 7610 automatically travels autonomously without relying on the driver's operation by controlling the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, etc. based on the acquired information on the surroundings of the vehicle. Coordinated control for the purpose of driving or the like may be performed.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the microcomputer 7610 has information acquired via at least one of general-purpose communication I / F7620, dedicated communication I / F7630, positioning unit 7640, beacon receiving unit 7650, in-vehicle device I / F7660, and in-vehicle network I / F7680. Based on the above, three-dimensional distance information between the vehicle and an object such as a surrounding structure or a person may be generated, and local map information including the peripheral information of the current position of the vehicle may be created. Further, the microcomputer 7610 may predict a danger such as a vehicle collision, a pedestrian or the like approaching or entering a closed road based on the acquired information, and may generate a warning signal.
  • the warning signal may be, for example, a signal for generating a warning sound or turning on a warning lamp.
  • the audio image output unit 7670 transmits an output signal of at least one of audio and image to an output device capable of visually or audibly notifying information to the passenger or the outside of the vehicle.
  • an audio speaker 7710, a display unit 7720, and an instrument panel 7730 are exemplified as output devices.
  • the display unit 7720 may include, for example, at least one of an onboard display and a head-up display.
  • the display unit 7720 may have an AR (Augmented Reality) display function.
  • the output device may be other devices other than these devices, such as headphones, wearable devices such as eyeglass-type displays worn by passengers, and projectors or lamps.
  • the display device displays the results obtained by various processes performed by the microcomputer 7610 or the information received from other control units in various formats such as texts, images, tables, and graphs. Display visually.
  • the audio output device converts an audio signal composed of reproduced audio data or acoustic data into an analog signal and outputs the audio signal audibly.
  • At least two control units connected via the communication network 7010 may be integrated as one control unit.
  • each control unit may be composed of a plurality of control units.
  • the vehicle control system 7000 may include another control unit (not shown).
  • the other control unit may have a part or all of the functions carried out by any of the control units. That is, as long as information is transmitted and received via the communication network 7010, predetermined arithmetic processing may be performed by any control unit.
  • a sensor or device connected to any control unit may be connected to another control unit, and a plurality of control units may send and receive detection information to and from each other via the communication network 7010. .
  • a computer program for realizing each function of the distance measuring device according to the present embodiment described with reference to FIG. 2 and the like can be implemented in any of the control units and the like. It is also possible to provide a computer-readable recording medium in which such a computer program is stored.
  • the recording medium is, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a flash memory, or the like. Further, the above computer program may be distributed via a network, for example, without using a recording medium.
  • the distance measuring device can be applied to the integrated control unit 7600 of the application example shown in FIG.
  • the controller of the ranging device can be realized by the microcomputer 7610 of the integrated control unit 7600, the storage unit 7690, and the in-vehicle network I / F7680.
  • the distance measuring device described with reference to FIG. 2 and the like are included in the module for the integrated control unit 7600 shown in FIG. 15 (for example, an integrated circuit module composed of one die). It may be realized. Alternatively, the distance measuring device described with reference to FIG. 2 and the like may be realized by a plurality of control units of the vehicle control system 7000 shown in FIG.
  • this technology can also adopt the following configurations.
  • a clock section that outputs a clock signal based on the start signal,
  • a counting generator capable of outputting each of a first counting signal and a second counting signal whose logic levels are inverted from each other as a counting signal based on the clock signal.
  • An output unit that holds the logic level of the counting signal output from the counting generation unit and outputs holding result information in response to the input of the stop signal.
  • a distance measuring device including a calculation unit that calculates distance information based on the holding result information based on each of the first counting signal and the second counting signal.
  • the stop signal is a distance measuring device that is input to the output unit in response to the output of the received light signal.
  • the counting generation unit is a distance measuring device that outputs each of the first counting signal and the second counting signal in a switchable manner.
  • the output unit includes a plurality of first holding result information based on the holding result of each logic level of the first counting signal output a plurality of times, and each of the second counting signal output a plurality of times. Outputs multiple second retention result information based on the retention result of the logic level of
  • the calculation unit is a distance measuring device that calculates the distance information based on the plurality of first holding result information and the plurality of second holding result information.
  • the distance measuring device is a distance measuring device that outputs the plurality of second holding result information based on the inverted result in which the holding result of each logic level of the plurality of second counting signals is inverted.
  • the distance measuring device is a distance measuring device that calculates the distance information by executing statistical processing on the plurality of first holding result information and the plurality of second holding result information.
  • the calculation unit at least calculates the average value, the mode (mode), or the median (median) with respect to the first holding result information and the second holding result information.
  • a distance measuring device that calculates the distance information by executing one.
  • the distance measuring device according to any one of (1) to (7).
  • the counting signal is a distance measuring device in which a change in logic level corresponds to a state transition of a code encoded by a predetermined coding method.
  • the counting signal includes a plurality of bit signals.
  • the output unit is a distance measuring device that holds the logic level of each of the plurality of bit signals and outputs the holding result information.
  • the counting generator is a distance measuring device including at least one of a Johnson counter and a Gray code counter. (12) The distance measuring device according to any one of (1) to (11).
  • the clock signal is a distance measuring device including at least one of a plurality of phase-shifted pulse signals.
  • the clock signal is a distance measuring device including at least one of a plurality of pulse signals whose phases are shifted in units of 90 °.
  • the counting generation unit has a latch that outputs the counting signal, and by controlling the initial value of the latch, the distance measuring device that switches and outputs the first counting signal and the second counting signal.
  • a counting generator capable of outputting each of the first counting signal and the second counting signal whose logic levels are inverted from each other as a counting signal based on the clock signal.
  • a signal processing circuit including an output unit that holds the logic level of the count signal output from the count generation unit in response to an input of a stop signal and outputs holding result information.

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Abstract

本技術の一形態に係る測距装置は、クロック部と、計数生成部と、出力部と、算出部とを具備する。前記クロック部は、スタート信号に基づいてクロック信号を出力する。前記計数生成部は、前記クロック信号に基づいた計数信号として、互いに論理レベルが反転している第１の計数信号及び第２の計数信号の各々を出力可能である。前記出力部は、ストップ信号の入力に応じて、前記計数生成部から出力される前記計数信号の論理レベルを保持し、保持結果情報を出力する。前記算出部は、前記第１の計数信号及び前記第２の計数信号の各々に基づいた前記保持結果情報に基づいて、距離情報を算出する。

Description

測距装置及び信号処理回路
　本技術は、タイムデジタルコンバータ（ＴＤＣ：Time-to-Digital Converter）を有する測距装置、及び信号処理回路に関する。
　特許文献１には、粒度（時間分解能）の異なる２つのＴＤＣ回路のゲインミスマッチを解消するためのキャリブレーション技術が開示されている（特許文献１の明細書段落［００３２］［００６３］等）。
特開２０１５－１５４４４４号公報
　ＴＤＣによる時間－デジタル変換を利用した測距装置は広く知られており、高い精度で時間－デジタル変換が可能となる技術が求められている。
　以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、時間－デジタル変換の精度を向上させることが可能な測距装置、及び信号処理回路を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る測距装置は、クロック部と、計数生成部と、出力部と、算出部とを具備する。
　前記クロック部は、スタート信号に基づいてクロック信号を出力する。
　前記計数生成部は、前記クロック信号に基づいた計数信号として、互いに論理レベルが反転している第１の計数信号及び第２の計数信号の各々を出力可能である。
　前記出力部は、ストップ信号の入力に応じて、前記計数生成部から出力される前記計数信号の論理レベルを保持し、保持結果情報を出力する。
　前記算出部は、前記第１の計数信号及び前記第２の計数信号の各々に基づいた前記保持結果情報に基づいて、距離情報を算出する。
　この測距装置では、クロック信号に基づいた計数信号として、互いに論理レベルが反転している第１の計数信号及び第２の計数信号の各々が出力される。そして第１の計数信号及び第２の計数信号の各々の論理レベルが保持され、保持結果情報がそれぞれ出力される。出力される第１の計数信号及び第２の計数信号の各々に基づいた前記保持結果情報に基づいて、距離情報を算出される。これにより計数信号のハイレベルへの立ち上がりとローレベルへの立ち下がりとの非対称性の影響に起因する計数信号の遷移時刻の誤差を相殺することが可能となる。この結果、時間－デジタル変換の精度を向上させることが可能となる。
　前記測距装置は、さらに、前記スタート信号に基づいて光を出射する出射部と、光を受光することで受光信号を出力する受光部とを具備してもよい。この場合、前記ストップ信号は、前記受光信号の出力に応じて前記出力部に入力されてもよい。
　これにより、光の出射及び受光に基づいて、距離情報を高精度に算出することが可能となる。
　前記計数生成部は、前記第１の計数信号及び前記第２の計数信号の各々を、切替え可能に出力してもよい。
　前記出力部は、複数回出力された前記第１の計数信号の各々の論理レベルの保持結果に基づいた複数の第１の保持結果情報と、複数回出力された前記第２の計数信号の各々の論理レベルの保持結果に基づいた複数の第２の保持結果情報とを出力してもよい。この場合、前記算出部は、前記複数の第１の保持結果情報と、前記複数の第２の保持結果情報とに基づいて、前記距離情報を算出してもよい。
　これにより、時間－デジタル変換の精度を向上させることが可能となる。
　前記出力部は、前記複数の第２の計数信号の各々の論理レベルの保持結果が反転された反転結果に基づいて、前記複数の第２の保持結果情報を出してもよい。
　これにより、時間－デジタル変換の精度を向上させることが可能となる。
　前記算出部は、前記複数の第１の保持結果情報と、前記複数の第２の保持結果情報とに対して統計処理を実行することで、前記距離情報を算出してもよい。
　これにより、時間－デジタル変換の精度を向上させることが可能となる。
　前記算出部は、前記第１の保持結果情報と、前記第２の保持結果情報とに対して、平均値の算出、モード（最頻値）の算出、又はメジアン（中央値）の算出の少なくとも１つを実行することで、前記距離情報を算出してもよい。
　これにより、時間－デジタル変換の精度を向上させることが可能となる。
　前記計数信号は、論理レベルの変化が、所定の符号化方式で符号化された符号の状態遷移に対応していてもよい。
　これにより、時間－デジタル変換の精度を向上させることが可能となる。
　前記計数信号は、複数のビット信号を含んでもよい。この場合、前記複数のビット信号の各々の論理レベルの組み合わせの変化が、前記状態遷移に対応していてもよい。
　これにより、時間－デジタル変換の精度を向上させることが可能となる。
　前記出力部は、前記複数のビット信号の各々の論理レベルを保持し、前記保持結果情報を出力してもよい。
　これにより、時間－デジタル変換の精度を向上させることが可能となる。
　前記計数生成部は、ジョンソンカウンタ、又はグレイコードカウンタの少なくとも一方を含んでもよい。
　これにより、計数生成部を容易に実現することが可能となる。
　前記クロック信号は、位相がシフトされた複数のパルス信号のうちの、少なくとも１つを含んでもよい。
　これにより、高い精度での時間－デジタル変換を実現しつつ、時間分解能をさらに向上させることが可能となる。
　前記クロック信号は、位相が９０°単位でシフトされた複数のパルス信号のうちの、少なくとも１つを含んでもよい。
　これにより、高い精度での時間－デジタル変換を実現しつつ、時間分解能をさらに向上させることが可能となる。
　前記計数生成部は、前記計数信号を出力するラッチを有し、前記ラッチの初期値を制御することで、前記第１の計数信号及び前記第２の計数信号を切替えて出力してもよい。
　これにより、第１の計数信号及び第２の計数信号の切替えを容易に実現することが可能となる。
　本技術の一形態に係る信号処理回路は、計数生成部と、出力部とを具備する。
　前記計数生成部は、クロック信号に基づいた計数信号として、互いに論理レベルが反転している第１の計数信号及び第２の計数信号の各々を出力可能である。
　前記出力部は、ストップ信号の入力に応じて前記計数生成部から出力される前記計数信号の論理レベルを保持し、保持結果情報を出力する。
本技術に係る測距装置の概要を説明するためのブロック図である。 ＴＯＦセンサの構成例を示す模式図である。 図２に示したＴＯＦセンサが有する計時制御部と、時間－デジタル変換部が有する計数生成部、及び複数の取込部の内の１つに関わる部分とを詳しく示した模式図である。 計数生成部が有するカウンタを４ｂｉｔ出力のジョンソンカウンタで構成した場合の一例を示す模式図である。 図４で説明した４ｂｉｔ出力のジョンソンカウンタで構成するカウンタを初期化するための、セット入力及びクリア入力の印加方法を示す図である。 図４に例示した４ｂｉｔ出力のジョンソンカウンタで構成するカウンタに対し、図５に例示した初期設定を実行した場合の動作波形を示す模式図である。 取込部の回路構成の一例を示す模式図である。 図７に示す反転制御回路の構成例を示す模式図である。 時間－デジタル変換のＤＮＬ劣化を説明するための模式図である。 ＴｒｉｓｅとＴｆａｌｌとが異なる場合に発生する時間幅の理想状態からの誤差を説明するための模式図である。 非反転動作における計数信号と、反転動作における計数信号を示す模式図である。 時間－デジタル変換のＤＮＬ改善効果を示す模式図である。 本技術に係る信号検出イベントに対する動作例を説明する。 時間－デジタル変換部の他の構成例を示す模式図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
　以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
　［測距装置の主要部］
　図１は、本技術に係る測距装置の概要を説明するためのブロック図である。測距装置１００は、計時制御部１０と、時間－デジタル変換部２０と、演算部３０とを有する。
　計時制御部１０は、計時開始信号に基づいて、クロック信号を出力する。クロック信号は、所定の時間間隔を表現可能な任意の信号を含む。例えば、クロック信号として、パルス幅及びパルス間隔がそれぞれ一定となるパルス信号が用いられる。あるいは、パルスの立ち上がりのみが一定の間隔に設定されたパルス信号や、パルスの立ち下がりのみが一定の間隔に設定されたパルス信号等が、クロック信号として用いられてもよい。
　また複数の信号により、クロック信号が実現されてもよい。例えば同一の周波数で互いに位相が異なる複数のパルス信号が、本技術に係るクロック信号として用いられてもよい。例えば互いに位相が９０°異なる複数のパルス信号が、クロック信号として出力されてもよい。その他、例えば所定の時間間隔に応じて、論理レベルが変化する任意の信号等が、クロック信号として用いられてもよい。
　時間－デジタル変換部２０は、計数生成部２１と、取込部２２とを有する。計数生成部２１は、計時制御部１０から出力されるクロック信号に基づいた計数信号を出力する。計数信号は、計時制御部１０からのクロック信号を計数生成部２１によってカウントした結果を出力することで生成してもよい。
　本実施形態では、計数信号として、クロック信号に基づいて論理レベルが変化する信号が出力される。なお論理レベルの変化は、論理レベルのローレベルからハイレベルへの変化（立ち上がり）、及び論理レベルのハイレベルからローレベルへの変化（立ち下がり）の両方を含む。
　本実施形態では、計数生成部２１から出力される論理レベルの変化が、所定の符号化方式で符号化された符号（コード）の状態遷移に対応するような計数信号が出力される
　また、本実施形態では、計数生成部２１により、計数信号として、互いに論理レベルが反転している第１の計数信号及び第２の計数信号の各々を出力することが可能である。例えば計数生成部２１は、出力を反転させない非反転動作と、出力を反転させる反転動作とを、切り替え可能に構成される。非反転動作における計数信号が第１に係数信号に相当し、反転動作における計数信号が第２の計数信号に相当する。
　取込部２２は、イベント検出信号に基づいて、計数生成部２１から出力された計数信号を取り込み、計時素情報を演算部３０へ出力する。具体的には、イベント検出信号の入力に応じて計数生成部２１から出力された計数信号の論理レベルが保持される。そしてその保持結果に基づいて計時素情報が生成され、演算部３０へ出力される。
　例えば計数生成部２１の非反転動作における第１の計数信号の論理レベルの保持結果に基づいて、第１の計時素情報が生成され、演算部３０へ出力される。また、計数生成部２１の反転動作における第２の計数信号の論理レベルの保持結果に基づいて、第２の計時素情報が生成され、演算部３０へ出力される。なお、計数生成部２１の反転動作に連動して、反転動作における第２の計数信号の保持結果がさらに反転された反転結果に基づいて、第２の計時素情報が生成されてもよい。
　演算部３０は、時間－デジタル変換部２０から出力される計時素情報に基づいて、計時情報を生成し、演算結果として出力する。
　演算部３０は、第１の計時素情報及び第２の計時素情報に基づいて、計時情報を生成する。具体的には、第１の計時素情報及び第２の計時素情報に対して統計処理が実行されることで、計時情報が生成される。
　本実施形態において、計時開始信号は、スタート信号に相当する。イベント検出信号は、ストップ信号に相当する。また計時制御部１０は、スタート信号に基づいてクロック信号を出力するクロック部として機能する。
　時間－デジタル変換部２０は、信号処理回路に相当する。計数生成部２１は、クロック信号に基づいた計数信号として、互いに論理レベルが反転している第１の計数信号及び第２の計数信号の各々を出力可能な計数生成部として機能する。
　取込部２２が出力する計時素情報（第１の計時素情報、第２の計時素情報）は、保持結果情報（第１の保持結果情報、第２の保持結果情報）に相当する。取込部２２は、ストップ信号の入力に応じて計数生成部から出力される計数信号の論理レベルを保持し、保持結果情報を出力する出力部として機能する。
　演算部３０が演算結果として出力する計時情報は、距離情報に相当する。演算部３０は、第１の計数信号及び第２の計数信号の各々に基づいた保持結果情報に基づいて、距離情報を算出する算出部として機能する。演算部３０は、複数回出力された第１の計数信号の各々の論理レベルの保持結果に基づいた複数の第１の保持結果情報と、複数回出力された第２の計数信号の各々の論理レベルの保持結果に基づいた複数の第２の保持結果情報とに基づいて、距離情報を算出することが可能である。
　本測距装置１００では、時間－デジタル変換部２０により、計時開始信号に基づいたクロック信号の入力に対して、非反転動作及び反転動作が切り替えられながら複数回実行される。そして演算部３０により、非反転動作及び反転動作に応じて出力される複数の第１の計時素情報及び複数の第２の計時素情報に対して統計処理が実行されることで、計時情報が生成される。
　以下、本技術に係る測距装置１００として、ＴｏＦセンサ（同じ符号を用いてＴＯＦセンサ１００とする）を例に挙げ、本技術に係る測距方法について、詳細に説明する。
　［ＴＯＦセンサ］
　図２は、ＴＯＦセンサ１００の構成例を示す模式図である。ＴＯＦセンサ１００は、図１に示す、計時制御部１０、時間－デジタル変換部２０、及び演算部３０に加えて、イメージング制御部４０と、出射部５０と、画素情報生成部６０と、画像生成部７０とを有する。
　イメージング制御部４０は、距離画像取得指示に基づいて、計時制御部１０に計時開始信号を出力するとともに、画素情報生成部６０及び画像生成部７０に画素選択信号を出力する。
　計時制御部１０は、基準周波数信号発生部１１とクロック発生部１２を有する。基準周波数信号発生部１１は、クロック発生部１２に対し定常的に基準周波数信号を出力する。クロック発生部１２は、計時開始信号と、基準周波数信号とに基づいて、所定の順序及びタイミングで、発光制御信号を出射部５０へ出力するとともに、クロック信号と計数制御信号を時間－デジタル変換部２０へ出力する。
　出射部５０は、発光手段５１を有する。発光手段５１は、発光制御信号に基づいて、投射光を所定の時間出射する。発光手段５１として、例えば、発光ダイオード、レーザーダイオード等の半導体発光素子が用いられてもよい。投射光としては、例えば赤外線を用いてもよい。本実施形態において、出射部５０は、スタート信号に基づいて光を出射する出射部として機能する。
　画素情報生成部６０は、画素アレイ６１と、信号選択部６３とを有する。画素アレイ６１は、例えば複数の画素６２がＭ行×Ｎ列のアレイ状に配列される。ここで、Ｍ、Ｎは任意の自然数とすることができる。
　画素６２は受光素子を備え、光を受信することで受光素子の作用に基づいて画素信号を信号選択部６３へ出力する。受光素子としては、例えば、ＰＮ接合、ＰＤ（フォトダイオード）、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）、ＳＰＡＤ（単一光子アバランシェフォトダイオード）を用いてもよい。本実施形態において、画素信号は、受光信号に相当する。画素６２は、光を受光することで受光信号を出力する受光部として機能する。
　信号選択部６３は、各画素６２から出力される画素信号を、イメージング制御部４０から与えられる画素選択信号に基づいて選択して、時間－デジタル変換部２０へ検出信号として出力する。この検出信号は、図１に示すイベント検出信号に相当する。
　時間－デジタル変換部２０は、計数生成部２１と、画素情報生成部６０から出力される検出信号に対応した個数の取込部２２とを有する。計数生成部２１は、計時制御部１０から出力されるクロック信号と計数制御信号に基づいて、所定のシーケンスで計数信号を生成し、複数の取込部２２へ同時に出力する。
　取込部２２は、画素情報生成部６０から出力される検出信号に含まれる信号検出イベントに基づいて、計数生成部２１から出力された計数信号を取り込み、計時制御部１０から出力された計数制御信号に基づいた加工を実行して、計時素情報を演算部３０へ出力する。
　演算部３０は、画素６２毎に、または明示していないがグループ化された画素群６２Ａ毎に、複数の測距動作の実行に亘り、時間－デジタル変換部２０から出力される計時素情報の系列に対して統計処理を実行し、演算結果を画像生成部７０へ出力する。
　統計処理としては、例えば、計時素情報系列の平均値、モード（最頻値）、メジアン（中央値）などの演算を行うことが可能である。さらには測距環境やシステム固有の性質を考慮して、ヒストグラムにおける頻度の小さい計時素情報を除去したり、ヒストグラムの正規分布からのずれを補正するなどの演算が追加されてもよい。
　画像生成部７０は、順次切り替えられる画素選択信号毎に、演算結果を画素選択信号に基づいて画像上の座標に対応づけることで、距離画像を生成し出力する。この距離画像も、本技術に係る距離情報に含まれる。
　図３は、図２に示したＴＯＦセンサ１００が有する計時制御部１０と、時間－デジタル変換部２０が有する計数生成部２１、及び複数の取込部２２の内の１つに関わる部分とを詳しく示した模式図である。
　基準周波数信号発生部１１は、１つ又は複数の基準周波数信号をクロック発生部１２へ定常的に出力する。複数の基準周波数信号を出力する場合には、その数をｋとした場合、例えば基準周波数の１周期をｋ等分（ｋは自然数）に相当する単位位相ずつ順次シフトされた出力としてもよい。図３では例として、ｋ＝４の場合が示されており、この場合には、基準周波数信号として、０°、９０°、１８０°、２７０°の位相シフトをもつ４種の信号波形が得られる。
　クロック発生部１２は、計時開始信号に基づいて基準周波数信号を適宜加工して、クロック信号と計数制御信号とを時間－デジタル変換部２０へ出力する。基準周波数信号発生部１１から複数の基準周波数信号が出力される場合には、クロック発生部１２はその全てを用いてもよいし一部を用いてもよい。
　すなわちクロック信号として、位相がシフトされた複数のパルス信号のうちの、少なくとも１つの信号が用いられてもよい。例えば、図３に例示するように、位相が９０°単位でシフトされた複数のパルス信号のうちの、少なくとも１つの信号が用いられてもよい。
　計数生成部２１は、クロック信号を入力とするカウンタ２１０を用いて構成することができる。カウンタ２１０は多様な構成をとることが可能で、特に計時用には、時系列で隣接する出力コード（１，０の組み合わせ）間のハミング距離が１となるカウンタ回路構成とすることができる。
　ここで、２つのコードのハミング距離が１であるとは、例えばコードを構成する信号数をｂとしたときに、ｂ－１個の信号の信号値は２つのコード間で不変で、残りの１個の信号の信号値１，０が入れ替わっているという状況が常に成り立っていることを指す。このような出力コードを実現する手段として、例えば、ジョンソンカウンタやグレイコードカウンタを用いることができる。
　取込部２２は、保持部２２１とデータ加工部２２２とを有する。保持部２２１は、信号選択部６３から出力される検出信号に含まれる信号検出イベントに基づいて計数生成部２１から出力された計数信号を取り込み、保持したデータを保持信号としてデータ加工部２２２へ出力する。データ加工部２２２は、保持部２２１から出力された保持信号を、計数制御信号に基づいて加工し、計時素情報として演算部３０へ出力する。
　計時制御信号は、カウンタ２１０を初期化するために用いられてもよい。具体的には、初期化動作において、カウンタ２１０の初期状態を設定するために用いられてもよい。さらに、例えば、カウンタ２１０は２通りの初期状態が、２通りの計数制御信号の値にそれぞれ対応づけられるように設定され、計時制御信号の値に基づいてそのいずれかが選択されるようにしてもよい。
　ここでカウンタ２１０の２通りの初期状態の内、第１の初期状態がカウンタ２１０の出力を反転させない（非反転）動作と関連付けられ、第２の初期状態がカウンタ２１０の出力を反転させる動作と関連付けられるように設定することもできる。
　計数制御信号に基づくデータ加工部２２２の動作は、計数制御信号に基づく計数生成部２１の動作と関連してもよい。例えば、第１の計数制御信号の値に基づきカウンタ２１０が第１の初期状態をとり、カウンタ２１０の出力を反転させない動作をしているとする。このときに、データ加工部２２２においては、保持部２２１の出力を反転させずに計時素情報として出力する。
　一方、第２の計数制御信号の値に基づきカウンタ２１０が第２の初期状態をとり、カウンタ２１０の出力を反転させる動作をしているとする。このときに、データ加工部２２２においては、保持部２２１の出力をさらに反転させて計時素情報として出力する。このようにデータ加工部２２２の動きを制御することが可能である。
　１つの測距結果を得るための複数の計時素情報の取得シーケンスにおいて、カウンタ２１０の初期状態が計数制御信号に基づいて、既定のシーケンスで変化するように制御されてもよい。典型的には、計数制御信号は第１の計数制御信号の値と第２の計数制御信号の値をとることができ、第１の計数制御信号の値に対してはカウンタ２１０が第１の初期状態をとり、第２の計数制御信号の値に対してはカウンタ２１０が第２の初期状態をとる。
　そして、順次実行される測距動作毎に、計数制御信号が第１の計数制御信号の値と第２の計数制御信号の値とを交互にとることで、カウンタ２１０の初期値は第１の初期状態と第２の初期状態とが交互に設定される。これにより、カウンタ２１０の出力を反転させない動作と反転させる動作を交互に繰り返す制御をさせることができる。この動作によって、演算部３０へはカウンタ２１０の出力が反転していない動作における計時素情報と、カウンタ２１０の出力が反転した動作における計時素情報の両方が交互に入力され、演算部３０で実行される統計処理においては、両者が反映される。
　なお、カウンタ２１０の出力が反転していない動作における計数信号は、第１の計数信号に相当する。カウンタ２１０の出力が反転した動作における計数信号は、第２の計数信号に相当する。
　また保持部２２１の出力は、計数信号の論理レベルの保持結果に相当する。従って、カウンタ２１０の出力が反転していない動作に対応して、保持部２２１の出力を反転させずに出力される計時素情報は、第１の計数信号の論理レベルの保持結果に基づいた第１の保持結果情報に相当する。
　一方、カウンタ２１０の出力が反転した動作に対応して、保持部２２１の出力を反転させて出力される計時素情報は、第２の計数信号の論理レベルの保持結果に基づいた第２の保持結果情報に相当する。さらにいえば、第２の計数信号の論理レベルの保持結果が反転された反転結果に基づいた第２の保持結果情報に相当する。
　図４は、計数生成部２１が有するカウンタ２１０を４ｂｉｔ出力のジョンソンカウンタで構成した場合の一例を示す模式図である。本例では、カウンタ２１０は２組の同一構造のステートマシン２１０ａ、及びステートマシン２１０ｂで構成される。
　ステートマシン２１０ａ及び２１０ｂの入力には、クロック信号に含まれる２つの、クロック信号（ＣＫ０）及びクロック信号（ＣＫ９０）がそれぞれ入力される。ステートマシン２１０ａ及びステートマシン２１０ｂを構成する４つのＤラッチＬａｔｃｈ２１１ａ１、２１１ａ２、２１１ｂ１、２１１ｂ２へのセット入力Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓｂ１、Ｓｂ２、及びクリア入力Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃｂ１、Ｃｂ２は計時制御信号に含まれ、カウンタ２１０を初期化するために用いられる。４つのＤラッチＬａｔｃｈ２１１ａ１、２１１ａ２、２１１ｂ１、及び２１１ｂ２の出力Ｑ１、Ｑ３、Ｑ２、Ｑ４は、計数信号に含まれ、取込部２２へ出力される。
　以下に、ステートマシン２１０ａの回路構成を説明する。ステートマシン２１０ｂについても構造は同一なので説明を省略する。
　ステートマシン２１０ａは、クロック信号（ＣＫ０）に対してシングル－差動変換動作を行うＳ２Ｄ２１３ａを備え、Ｓ２Ｄ２１３ａの差動出力は、Ｌａｔｃｈ２１１ａ１、及びＬａｔｃｈ２１１ａ２のクロック入力端子に入力される。ここでＬａｔｃｈ２１１ａ１、又はＬａｔｃｈ２１１ａ２のクロック入力端子の極性とＳ２Ｄ２１３ａの出力の極性との対応関係は、Ｌａｔｃｈ２１１ａ１とＬａｔｃｈ２１１ａ２とで相異なる。
　Ｌａｔｃｈ２１１ａ１の出力Ｑ１はＬａｔｃｈ２１１ａ２へ入力され、Ｌａｔｃｈ２１１ａ２の出力Ｑ３はＮＯＴ回路５１２ａで反転されて５１１ａ１に入力される。
　Ｌａｔｃｈ２１１ａ１は、セット入力Ｓａ１及びクリア入力Ｃａ１をさらに備え、セット入力Ｓａ１又はクリア入力Ｃａ１の遷移によって、出力Ｑ１は強制的に、'１'又は'０'に設定される。同様に、Ｌａｔｃｈ２１１ａ２は、セット入力Ｓａ２及びクリア入力Ｃａ２をさらに備え、セット入力Ｓａ２またはクリア入力Ｃａ２の遷移によって、出力Ｑ３は強制的に、'１'又は'０'に設定される。
　図５は、図４で説明した４ｂｉｔ出力のジョンソンカウンタで構成するカウンタ２１０を初期化するための、セット入力Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓｂ１、Ｓｂ２、及びクリア入力Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃｂ１、Ｃｂ２の印加方法を示す図である。本例では、通常動作においてはセット入力Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓｂ１、Ｓｂ２、及びクリア入力Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃｂ１、Ｃｂ２は"０"とする。そして初期化する場合には、初期設定期間、表に示す値に設定することにより、非反転出力モードか反転出力モードのいずれかに設定される。
　図６は、図４に例示した４ｂｉｔ出力のジョンソンカウンタで構成するカウンタ２１０に対し、図５に例示した初期設定を実行した場合の動作波形を示す模式図である。図６に示すように、ｔ＝０でセット入力Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓｂ１、Ｓｂ２、及びクリア入力Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃｂ１、Ｃｂ２が入力され、計数信号（Ｑ１～Ｑ４）が初期化される。
　本例では、このときクロック信号（ＣＫ０，ＣＫ９０、ＣＫ１８０、ＣＫ２７０）は、図６に示した所定の論理レベルをとるものとする。また、クロック信号（ＣＫ１８０）は実信号としては存在せず、その代わりに、Ｓ２Ｄ２１３ａによってクロック信号（ＣＫ０）と等価な信号が生成される。同様に、クロック信号（ＣＫ２７０）は実信号としては存在せず、その代わりに、Ｓ２Ｄ５１２ｂによってクロック信号（ＣＫ９０）と等価な信号が生成される。
　カウンタ２１０はクロック信号（ＣＫ０）とクロック信号（ＣＫ９０）との立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジによって状態が遷移する。本例では図５に示した通り、初期状態は、非反転動作用と反転動作用との２通りをとるものと規定している。従って計数信号（Ｑ１～Ｑ４）の時系列としては、図６に示した非反転動作、及び反転動作の２通りをとる。
　この動作で生成した計数信号（Ｑ１～Ｑ４）の論理値のパターンによって、時間区間Ｐ１～Ｐ８が規定される。時間区間の幅ＬＳＢは時間－デジタル変換部２０の分解能を決める。クロック信号（ＣＫ０，ＣＫ９０、ＣＫ１８０、ＣＫ２７０）の各々のデューティーサイクルが正確に５０％、かつクロック信号（ＣＫ０，ＣＫ９０、ＣＫ１８０、ＣＫ２７０）の隣接する信号間の位相差が正確に９０°である場合には、時間区間の幅ＬＳＢは均一になる。
　なお、ジョンソンカウンタの動作によりＰ８の次の時間区間は再びＰ１となる。本例では、４ｂｉｔ出力のジョンソンカウンタを用いたため、その取り得る状態はは４ｘ２＝８通りとなり、８つの時間区間Ｐ１～Ｐ８が規定される。一般的には、Ｎｊビットのジョンソンカウンタは、２Ｎｊ個の状態をとることができ、２Ｎｊ個の時間区間が規定される。
　本実施形態において、図６に示す非反転動作における計数信号（Ｑ１～Ｑ４）が、「第１の計数信号」に相当する。反転動作における計数信号（Ｑ１～Ｑ４）が、「第２の計数信号」に相当する。また「第１の計数信号」を構成する複数の計数信号（Ｑ１～Ｑ４）は、複数のビット信号に相当する。同様に「第２の計数信号」を構成する複数の計数信号（Ｑ１～Ｑ４）は、複数のビット信号に相当する。
　互いに論理レベルが反転している「第１の計数信号」及び「第２の計数信号」は、「第１の計数信号」に含まれる複数のビット信号と、これに対応する「第２の計数信号」に含まれる複数のビット信号とが、互いに反転している状態を含む。また「第１の計数信号」及び「第２の計数信号」の両方において、複数のビット信号の各々の論理レベルの組み合わせが、符号（コード）の状態遷移に対応する。
　また本実施形態では、初期設定期間における計数信号（Ｑ１～Ｑ４）の初期化が、ＤラッチＬａｔｃｈ２１１ａ１、２１１ａ２、２１１ｂ１、及び２１１ｂ２の初期値の制御に相当する。そして初期化された計数信号（Ｑ１～Ｑ４）が初期値に相当する。本実施形態では、ラッチの初期値を制御することで、非反転出力モードにおける第１の計数信号と、反転出力モードにおける第２の計数信号とを切替えて出力することが容易に可能となる。
　図７は、取込部２２の回路構成の一例を示す模式図である。なお、ここでは図４に例示した４ｂｉｔ出力のジョンソンカウンタで構成するカウンタ２１０と共に用いられることを想定している。
　取込部２２は、保持部２２１とデータ加工部２２２とを有する。保持部２２１はＤＦＦ２２１ａ１、ＤＦＦ２２１ｂ１、ＤＦＦ２２１ａ２、ＤＦＦ２２１ｂ２で構成される。そして検出信号の遷移に基づいて、計数信号（Ｑ１）、計数信号（Ｑ２）、計数信号（Ｑ３）、計数信号（Ｑ４）をそれぞれ取込み、保持信号（Ｑ１）、保持信号（Ｑ２）、保持信号（Ｑ３）、保持信号（Ｑ４）として、データ加工部２２２にそれぞれ出力する。
　データ加工部２２２は、４組の反転制御回路２２２ａ１、２２２ｂ１、２２２ａ２、２２２ｂ２で構成される。反転制御回路２２２ａ１、２２２ｂ１、２２２ａ２、２２２ｂ２は、計数制御信号が'０'の場合には入力信号をそのままそれぞれ出力し、計数制御信号が'１'の場合には入力を反転させてそれぞれ出力するＥｘｃｌｕｓｉｖｅ－ＯＲの論理を持つ回路でよい。例えば、図８に示す通りＮＯＴ回路２２５とマルチプレクサ２２６とを用いて構成することができる。
　このように本実施形態では、「第１の計数信号」及び及び「第２の計数信号」の各々に含まれる複数のビット信号（複数の計数信号（Ｑ１～Ｑ４））の各々の論理レベルが保持されことで、保持結果情報として、計時素情報が出力される。
　［距離画像取得方法］
　ＴＯＦセンサ１００による距離画像取得方法について説明する。距離画像取得指示が入力されると、イメージング制御部４０は画素選択信号によって、複数の測距対象画素を特定するとともに、計時開始信号によって計時動作を開始させる。計時動作が開始されると、まずクロック発生部１２は、計数制御信号によって、計数生成部２１の初期状態と取込部２２の論理とを非反転動作、又は反転動作のいずれかに設定する。次に、発光制御信号によって、発光手段を発光させ光が出射される。発光タイミングと実質同時刻にクロック信号の出力が開始される。
　出射された光に基づく測距対象１１０からの反射光を受光した画素６２から、画素信号が出力される。画素信号は、信号選択部６３により画素選択信号で対応づけられた検出信号（イベント検出信号）として出力され、取込部２２の保持部２２１が備える複数のＤＦＦのクロック端子に一括して入力される。このように本実施形態では、イベント検出信号は、画素信号の出力に応じて、取込部２２に出力される。
　保持部２２１が有する複数のＤＦＦは、信号検出イベントに同期して計数信号の論理レベルを取込み、保持信号としてデータ加工部２２２へ出力する（図６の時刻Ｔ１の例を参照）。データ加工部２２２は、計数制御信号に対応して保持信号に対し反転又は非反転処理を実行して、計数素情報として演算部３０へ出力する。
　以上に述べた計時動作の開始から計数素情報の出力までのシーケンスが、計数生成部２１の初期状態と取込部２２の論理を、同期して非反転動作、又は反転動作に切り替えながら複数回実行される。演算部３０では複数の計時素情報の系列に対して統計処理を実行し、画素選択信号によって特定された測距対象画素に対する計時情報を生成する。
　計時情報は演算結果として画像生成部７０へ出力される。画像生成部７０は、演算結果と画素選択信号の系列とに基づいた距離画像を取得する。
　ここで、計数生成部２１の初期状態と取込部２２の論理が非反転動作であることに由来のする第１の計時素情報と、計数生成部２１の初期状態と取込部２２の論理が反転動作であることに由来のする第２の計時素情報との両方が同時に統計処理されることで、時間－デジタル変換部２０の計時精度誤差を相殺し、ＴＯＦセンサ１００の測距精度を向上することができる。具体的には、計数信号パルスの立ち上がりの遅延時間と立ち下がり遅延時間の非対称性に起因する微分非直線性（以下ＤＮＬ）を改善することが可能になる。以下に、本技術による、ＤＮＬ改善効果について説明する。
　［ＤＮＬの改善］
　図９は、時間－デジタル変換のＤＮＬ劣化を説明するための模式図である。図４に示した４ｂｉｔ出力のジョンソンカウンタを想定する。図９に示すクロック信号は、カウンタ２１０への入力である。図９ｂに示す理想状態における計数信号（Ｑ１～Ｑ４）では、時間区間Ｐ１～Ｐ８の幅ＬＳＢは均一となる。
　実際の回路において計数信号（Ｑ１～Ｑ４）はクロック信号（ＣＫ０、ＣＫ９０、ＣＫ１８０、ＣＫ２７０）に基づいて遷移し、クロック信号のエッジから計数信号（Ｑ１～Ｑ４）の遷移まではゼロではない遅延時間を持つ。さらに、立ち上がり遅延時間Ｔｒｉｓｅと立ち下がり遅延時間Ｔｆａｌｌは必ず異なる。
　この理由は、立ち上がり動作において信号線駆動に関わる素子（トランジスタ等）と、立下り動作において信号線駆動に関わる素子（同）は、例えばそれぞれＰＭＯＳトランジスタと、ＮＭＯＳトランジスタであるように、種類が異なるためである。さらに、それらの素子の駆動特性の製造ばらつきは、典型的には５０％程度の幅を持つため、立ち上がり遅延時間Ｔｒｉｓｅと立ち下がり遅延時間Ｔｆａｌｌを設計によって完全に一致させることは困難である。
　図９示す実際の計数信号は、互いに一致しないＴｒｉｓｅとＴｆａｌｌを考慮した計数信号（Ｑ１～Ｑ４）である。ここで、立ち上がり遅延時間Ｔｒｉｓｅは常に一定値をとり、かつ立下り遅延時間Ｔｆａｌｌは常に一定値をとるものとするが、上記の通り、ＴｒｉｓｅとＴｆａｌｌが異なるため実際の時間区間Ｐ１～Ｐ８の幅ＬＳＢは不均一になる。
　具体的には、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３はいずれもあるビットの立ち上がりタイミングから隣接するビットの立ち上がりタイミングまでの時間間隔に相当する。従って、いずれも遅延時間Ｔｒｉｓｅをもつので、時間区間幅は等しい。同様に、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７はいずれもあるビットの立ち下がりタイミングから隣接するビットの立ち下がりタイミングまでの時間間隔に相当する。従って、いずれも遅延時間Ｔｆａｌｌをもつので、時間区間幅はやはり等しい。
　一方、Ｐ４は、Ｑ４の立ち上がりからＱ１の立ち下がりまでの時間間隔に相当するため、ＴｒｉｓｅとＴｆａｌｌの差が時間区間幅の誤差となる。同様に、Ｐ８は、Ｑ４の立ち下がりから、Ｑ１の立ち上がりまでの時間間隔に相当するため、ＴｆａｌｌとＴｒｉｓｅの差が時間区間幅の誤差となる。
　図１０に、ＴｒｉｓｅとＴｆａｌｌとが異なる場合に発生する時間幅Ｐ１～Ｐ８の理想状態からの誤差をＤＮＬとして示す。時間幅Ｐ１～Ｐ８は量子化区間番号（ｉ）～（ｖｉｉｉ）に対応させ横軸方向に配置し、時間幅Ｐ１～Ｐ８の誤差は、理想ＬＳＢで規格化して縦軸方向の値で示す。
　すなわち、
　ＤＮＬｘ＝時間幅Ｐｘ／理想ＬＳＢ－１　　（ｘは１～８の自然数）
と定義する。
　ここでは、Ｔｒｉｓｅ＞Ｔｆａｌｌの場合を示したが、Ｔｒｉｓｅ＜Ｔｆａｌｌの場合には、Ｐ４およびＰ８のＤＮＬは符号が反転する。
　以上に説明した通り、カウンタ２１０の出力である計数信号（Ｑ１～Ｑ４）の立ち上がり時間Ｔｒｉｓｅと立ち下がり時間Ｔｆａｌｌの非対称性により、時間－デジタル変換特性のＤＮＬが悪化する。
　なお、立ち上がりの遅延時間と立ち下がりの遅延時間の非対称性を改善するために、計数信号（Ｑ１～Ｑ４）を差動出力として、差動のクロスポイントによってタイミングが規定されるように設計する例も考えられる。しかしながら、差動信号に変換する前の回路にて既に非対称性が現れるため、本質的な解決にはならない。さらに、計数信号（Ｑ１～Ｑ４）を差動出力とすることは、配線領域の増加や電力の増加を伴うため好ましくない。
　この現象は、ＴｒｉｓｅおよびＴｆａｌｌで代表させた、回路の遅延時間が、ＬＳＢの時間幅に比べて無視できない値を取る場合、特に、測距システムのような、時間－デジタル変換の時間分解能を高くしなければならない場合に問題となる。
　この課題に対し、本技術では上記の通りに計数信号（Ｑ１～Ｑ４）を反転させずに出力する動作（非反転動作）と計数信号（Ｑ１～Ｑ４）を反転させて出力する動作（反転動作）を併用し、同一の重みで計時結果を統計処理することによってＤＮＬを改善する。以下にＤＮＬ改善メカニズムを説明する。
　図１１に、非反転動作における計数信号（Ｑ１～Ｑ４）と、反転動作における計数信号（Ｑ１～Ｑ４）を示す。なお非反転動作における計数信号（Ｑ１～Ｑ４）は、図９に示す実際の計数信号と同一の波形である。
　図１１に示す非反転動作においてはＴｒｉｓｅ＞ＴｆａｌｌのためＰ４が理想ＬＳＢより小さく、Ｐ８が理想ＬＳＢより大きくなる。一方反転動作においては、逆にＰ４が理想ＬＳＢより大きく、Ｐ８が理想ＬＳＢより小さくなる。
　ここで、Ｐ４の非反転動作における誤差をΔＰ４ｎ、反転動作における誤差をΔＰ４ｉとする。同様にＰ８の非反転動作における誤差をΔＰ８ｎ、反転動作における誤差をΔＰ８ｉとすると、
　ΔＰ４ｎ＝Ｔｆａｌｌ－Ｔｆｉｓｅ
　ΔＰ４ｉ＝Ｔｒｉｓｅ－Ｔｆａｌｌ
　ΔＰ８ｎ＝Ｔｒｉｓｅ－Ｔｆａｌｌ
　ΔＰ８ｉ＝Ｔｆａｌｌ－Ｔｆｉｓｅ
となる。したがって、
　ΔＰ４ｎ＝－ΔＰ４ｉ
　ΔＰ８ｎ＝－ΔＰ８ｉ
が成り立つ。
　ここで、演算部３０で実行される統計処理において、複数回の非反転動作における計時素情報と、同回数の反転動作における計時素情報とに対し、同じ重みで平均をとる。そうすると、ΔＰ４ｎと絶対値が等しく逆符号のＰ４ｉとが相殺し、同様にΔＰ８ｎと絶対値が等しく逆符号のＰ８ｉとが相殺し、共にＴｒｉｓｅとＴｆａｌｌの非対称性に起因する時間－デジタル変換誤差が打ち消される。
　図１２は、時間－デジタル変換のＤＮＬ改善効果を示す模式図である。図１２Ａ～Ｃに示すように、非反転動作においては量子化区間（ｉｖ）及び（ｖｉｉｉ）で発生していたＤＮＬが、反転動作においては逆符号となり、統計処理によって相殺され、時間－デジタル変換のＤＮＬ特性が改善されることが示される。
　なお、ＴｒｉｓｅとＴｆａｌｌの差分に起因するＤＮＬを統計処理にて相殺する動作に加え、ＴｒｉｓｅとＴｆａｌｌとの平均値をオフセット量として適宜処理することで、さらに時間－デジタル変換の変換精度を向上させることが可能となる。具体的には、統計処理によって得られた計時結果から、ＴｒｉｓｅとＴｆａｌｌの平均値を減算することで、カウンタ２１０のクロック入力からの遅延時間を除去して計時の絶対精度を向上させることができる。
　図１３に、本技術に係る信号検出イベントに対する動作例を説明する。時刻Ｔ２及びＴ３で信号検出イベントが発生する場合について説明する。時刻Ｔ２は、非反転動作におけるＱ１の立ち上がり又は反転動作におけるＱ１の立ち下がり近傍の特定の時刻である。時刻Ｔ３は、非反転動作におけるＱ１の立ち下がり又は反転動作におけるＱ１の立ち上がり近傍の特定の時刻である。
　さらに、ここではカウンタ２１０がＴｒｉｓｅ＞Ｔｆａｌｌとなる遅延時間特性を備えるとする。また時刻Ｔ２は、非反転動作におけるＱ１の立ち上がり時刻と、反転動作におけるＱ１の立ち下がり時刻との間の特定の時刻とする。また時刻Ｔ３は非反転動作におけるＱ１の立ち下がり時刻と、反転動作におけるＱ１の立ち上がり時刻との間の特定の時刻とする。
　時刻Ｔ２で発生した検出イベントに対して、時間－デジタル変換部２０は、非反転動作時には量子化区間（ｖｉｉｉ）に対応する計時素情報を出力し、反転動作時には量子化区間（ｉ）に対応する計時素情報を出力する。複数回の計時動作において、反転動作と非反転動作とを同回数ずつ実行した場合、量子化区間（ｖｉｉｉ）に対応する計時素情報数と量子化区間（ｉ）に対応する計時素情報数とは半分ずつになる。そして演算部３０の統計処理の処理の結果、まず量子化区間（ｖｉｉｉ）に対応する計時情報と量子化区間（ｉ）に対応する計時情報の平均値が得られる。
　同様に時刻Ｔ３で発生した検出イベントに対して、時間－デジタル変換部２０は、非反転動作時には量子化区間（ｉＶ）に対応する計時素情報を出力し、反転動作時には量子化区間（ｖ）に対応する計時素情報を出力する。複数回の計時動作において、反転動作と非反転動作とを同回数ずつ実行した場合、量子化区間（ｉｖ）に対応する計時素情報数と量子化区間（ｖ）に対応する計時素情報数とは半分ずつになる。そして演算部３０の統計処理の処理の結果、まず量子化区間（ｉｖ）に対応する計時情報と量子化区間（ｖ）に対応する計時情報の平均値が得られる。
　ここで、統計処理によって１ＬＳＢより高い分解能の演算結果が得られるが、例えば１ＬＳＢ以下を丸めて出力することもできる。この時、統計処理を実行した段階で、ＴｒｉｓｅとＴｆａｌｌの非対称に起因する誤差は相殺されているため、１ＬＳＢ以下を丸めて出力された演算結果に対してもＤＮＬは改善されている。また、丸め動作を実行せず出力することも可能であり、実際に使う素子の発生するノイズや持続的な測距対象の位置変動等により測距結果が分布を持つ場合には、１ＬＳＢより高い精度の測距が可能になる。
　以上の通り、本技術を用いることで時間－デジタル変換のＤＮＬが改善され、時間分解能を上げることが可能となる。このため、例えばＳＰＡＤのような高速の光電変換が可能な素子を用いた測距システムに供する信号処理回路において、時間分解能を高くするための技術としても好適である。
　また、上記した特許文献１に記載のＴＤＣでは、キャリブレーション用の追加回路が必要である。これに対して本技術では、そのような追加回路を設けることなく、時間－デジタル変換の精度を向上させることが可能となる。
　なお、計数信号（Ｑ１～Ｑ４）を差動出力として設計される場合でも、本技術と同等の動作は可能であり、それによるＤＮＬ改善効果も有効である。
　＜その他の実施形態＞
　本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
　各図面を参照して説明した、測距装置が対応するＴＯＦセンサ１００、信号処理回路が対応する時間－デジタル変換部２０、計数生成部２１、取込部２２等の各構成、および時間－デジタル変換方法、測距方法、距離画像取得方法等はあくまで一実施形態であり、本技術の趣旨を逸脱しない範囲で、任意に変形可能である。すなわち本技術を実施するための他の任意の構成やアルゴリズム等が採用されてよい。
　ＴＯＦセンサ１００を構成する、イメージング制御部４０、クロック発生部１２、演算部３０、画像生成部７０は一般的な手法で設計されるデジタル回路として任意のブロック切り分けが可能であり、任意のハードウェア及びソフトウェアが用いられてよい。例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のＰＬＤ(Programmable Logic Device)、その他ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のデバイスが用いられてもよい。
　基準周波数信号発生部１１は、それ自身が発振器を備えてもよいし、ＴＯＦセンサ外部で発生された信号を加工して、基準周波数信号として出力してもよい
　基準周波数信号発生部１１から出力される基準周波数信号はそのままクロック信号として用いられてもよいし、クロック発生部１２において、パルス幅、周波数、立ち上がりのタイミング、立ち下がりのタイミング、ハイレベルの電圧値等が適宜制御されて、クロック信号が生成されてもよい。
　出射部５０が備える発光手段５１から出射される電磁波としては赤外線以外にも、可視光、紫外線が可能である。また、発光スペクトルの線幅は任意である。さらには半導体以外にエレクトロルミネッセンスや黒体輻射を用いる発光素子を用いてもよい。
　画素アレイ６１が備える画素６２の数については、配置数を表すＭ及びＮのいずれか一方あるいは両方が１であってもよい。例えば、Ｍ＝１でＮが複数の場合またはＭが複数でＮ＝１の場合は、一次元の距離分布を取得可能で、ＴＯＦセンサ１００にあわせて光学的走査手段を併用することにより、距離画像も取得することができる。またＭ＝Ｎ＝１の場合には、ＴＯＦセンサ単独では距離センサとして構成することができる。この場合には、イメージング制御部４０、信号選択部６３および画像生成部７０を省略し、１つの取込部２２を備えた構成とすることもできる。
　信号選択部６３によって選択されて、検出信号に関係づけられる画素６２の選び方や複数取り得る検出信号との対応付けは任意である。具体的な選択方法として、信号選択部６３は、複数のマルチプレクサを備え、異なる画素６２の出力がマルチプレクサの入力にそれぞれ接続され、いずれか１つの入力が画素選択信号によって検出信号に関係づけられるようにすることができる。マルチプレクサから出力される検出信号は、時間－デジタル変換部２０が備える１つまたは複数の取込部２２に接続することができる。
　さらに、１つの画素６２がさらに異なる複数のマルチプレクサの入力に接続され、全体としてマトリクス回路を構成し、画素６２と取込部２２とを柔軟に対応づけられるようにして、異なる画素６２からの検出出力の伝搬遅延の空間的勾配を補償する動作をさせることもできる。逆に、画素６２と検出信号とが１対１に対応させられている場合には、信号選択部６３を省略した構成をとることもできる。
　信号選択部６３及び時間－デジタル変換部２０は、一体化して、複数の画素信号の入力に対し、画素を選択して信号検出イベントまでの時間を測定する回路としてもよい。
　図１４は、時間－デジタル変換部２０の他の構成例を示す模式図である。計数生成部２１を構成するカウンタ２１０は、複数の種類のカウンタを組み合わせて構成することもできる。図１４に示す例では、計数生成部２１が下位カウンタ２１０ａと上位カウンタ２１０ｂとを備え、下位カウンタ２１０ａからのキャリー信号Ｃａｒｒｙに基づいて上位カウンタ２１０ｂの出力が更新されるように構成されている。
　その他にも、上記したハミング距離の制約を守りつつ、ビット数の組み合わせ方法や、カウンタの種類の組み合わせを適切に選択することで、動作速度、精度、消費電力などの特性のトレードオフを考慮した設計が可能になる。
　１回の測距動作内で計時制御信号を切り替える方法としては、例示した反転動作と非反転動作とを交互に繰り返す制御方法の他に、複数の計時素情報取得動作に亘って、反転動作又は非反転動作の一方を所定の回数継続させた後に他方に切り替え、他方を所定の回数継続させることも可能である。さらには、反転動作または非反転動作の継続回数を、乱数発生手段等を用いてランダムに切り替えることも可能である。その際には、反転動作の合計回数と非反転動作の合計回数が同等になるような乱数発生手段を用いることもできる。
　図２に例示したＴＯＦセンサ１００の構成例について、複数の時間－デジタル変換部２０を構成し、それぞれ独立に動作させてもよい。典型的には２つの時間－デジタル変換部２０を有し、一方の時間－デジタル変換部２０には検出信号の一部を対応させ、他方の時間－デジタル変換部２０には検出信号の残りの部分を対応させることができる。そして、それぞれの時間－デジタル変換部２０は、独立に時間－デジタル変換レンジを設定できるように構成し、測距動作または距離画像取得動作を高機能にすることも可能である。
　さらに、２つの時間－デジタル変換部２０を有し、一方の時間－デジタル変換部２０には検出信号の一部を対応させ、他方の時間－デジタル変換部２０には検出信号の残りの部分を対応させる構成において、一方の時間－デジタル変換部２０と他方の時間－デジタル変換部２０の反転動作・非反転動作を相補的に実行させることもできる。さらに、一方の時間－デジタル変換部２０と他方の時間－デジタル変換部２０を入れ子構造的に配置し、反転動作に対応する計数信号と非反転動作に対応する計数信号とを差動配線的にレイアウトすることも可能である。これによって計数信号の引き回しが原因となるスイッチングノイズを低減し、時間－デジタル変換部２０の変換精度をさらに向上させることができる。
　上記では、時間－デジタル変換部２０が対応する信号処理回路の応用システムとして、光を用いるＴＯＦセンサを例に挙げた。これに限定されず他の時間測定を原理とする測距装置に対しても本技術は適用可能である。例えば、音波パルスを用いるソナーや電波を用いるレーダにも適用可能である。また、測距装置に限定されず、他の種々の装置に搭載される時間－デジタル変換手段を含む信号処理回路に対して、本技術を適用することが可能である。
　本開示において、「均一」「等しい」「同じ」「対称」等の、状態、サイズ、位置関係等を規定する概念は、「実質的に均一」「実質的に等しい」「実質的に同じ」「実質的に対称」等を含む概念とする。例えば「完全に均一」「完全に等しい」「完全に同じ」「完全に対称」等を基準とした所定の範囲（例えば±１０％の範囲）に含まれる状態も含まれる。
　＜応用例＞
　本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図１５は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１０に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Controller　Area　Network）、ＬＩＮ（Local　Interconnect　Network）、ＬＡＮ（Local　Area　Network）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。
　各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図１５では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。
　駆動系制御ユニット７１００は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット７１００は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Antilock　Brake　System）又はＥＳＣ（Electronic　Stability　Control）等の制御装置としての機能を有してもよい。
　駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。
　ボディ系制御ユニット７２００は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット７２００は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット７２００には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット７２００は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
　車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Time　Of　Flight）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。
　環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Light　Detection　and　Ranging、Laser　Imaging　Detection　and　Ranging）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。
　ここで、図１６は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部７９１０及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として車両７９００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部７９１２，７９１４は、主として車両７９００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部７９１６は、主として車両７９００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図１６には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０～７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。
　図１５に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。
　また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。
　車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。
　統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Personal　Digital　Assistant）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
　記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read　Only　Memory）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Random　Access　Memory）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Hard　Disc　Drive）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。
　汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Global　System　of　Mobile　communications）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ（登録商標）（Long　Term　Evolution）若しくはＬＴＥ－Ａ（LTE－Advanced）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Peer　To　Peer）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Machine　Type　Communication）端末）と接続してもよい。
　専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Wireless　Access　in　Vehicle　Environment）、ＤＳＲＣ（Dedicated　Short　Range　Communications）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Vehicle　to　Vehicle）通信、路車間（Vehicle　to　Infrastructure）通信、車両と家との間（Vehicle　to　Home）の通信及び歩車間（Vehicle　to　Pedestrian）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。
　測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global　Navigation　Satellite　System）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Global　Positioning　System）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。
　ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。
　車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near　Field　Communication）又はＷＵＳＢ（Wireless　USB）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Universal　Serial　Bus）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition　Multimedia　Interface、又はＭＨＬ（Mobile　High-definition　Link）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。
　車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。
　統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced　Driver　Assistance　System）の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。
　マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。
　音声画像出力部７６７０は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１５の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部７７２０は、ＡＲ（Augmented　Reality）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。
　なお、図１５に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。
　なお、図２等を用いて説明した本実施形態に係る測距装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを、いずれかの制御ユニット等に実装することができる。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することもできる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等である。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信されてもよい。
　以上説明した車両制御システム７０００において、図２等を用いて説明した本実施形態に係る測距装置は、図１５に示した応用例の統合制御ユニット７６００に適用することができる。例えば、測距装置のコントローラ等は、統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０、記憶部７６９０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０により実現可能である
　また、図２等を用いて説明した測距装置の少なくとも一部の構成要素は、図１５に示した統合制御ユニット７６００のためのモジュール（例えば、一つのダイで構成される集積回路モジュール）において実現されてもよい。あるいは、図２等を用いて説明した測距装置が、図１５に示した車両制御システム７０００の複数の制御ユニットによって実現されてもよい。
　以上説明した本技術に係る特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。すなわち各実施形態で説明した種々の特徴部分は、各実施形態の区別なく、任意に組み合わされてもよい。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果が発揮されてもよい。
　なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）
　スタート信号に基づいてクロック信号を出力するクロック部と、
　前記クロック信号に基づいた計数信号として、互いに論理レベルが反転している第１の計数信号及び第２の計数信号の各々を出力可能な計数生成部と、
　ストップ信号の入力に応じて、前記計数生成部から出力される前記計数信号の論理レベルを保持し、保持結果情報を出力する出力部と、
　前記第１の計数信号及び前記第２の計数信号の各々に基づいた前記保持結果情報に基づいて、距離情報を算出する算出部と
　を具備する測距装置。
（２）（１）に記載の測距装置であって、さらに、
　前記スタート信号に基づいて光を出射する出射部と、光を受光することで受光信号を出力する受光部とを具備し、
　前記ストップ信号は、前記受光信号の出力に応じて前記出力部に入力される
　測距装置。
（３）（１）又は（２）記載の測距装置であって、
　前記計数生成部は、前記第１の計数信号及び前記第２の計数信号の各々を、切替え可能に出力する
　測距装置。
（４）（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の測距装置であって、
　前記出力部は、複数回出力された前記第１の計数信号の各々の論理レベルの保持結果に基づいた複数の第１の保持結果情報と、複数回出力された前記第２の計数信号の各々の論理レベルの保持結果に基づいた複数の第２の保持結果情報とを出力し、
　前記算出部は、前記複数の第１の保持結果情報と、前記複数の第２の保持結果情報とに基づいて、前記距離情報を算出する
　測距装置。
（５）（４）に記載の測距装置であって、
　前記出力部は、前記複数の第２の計数信号の各々の論理レベルの保持結果が反転された反転結果に基づいて、前記複数の第２の保持結果情報を出力する
　測距装置。
（６）（４）又は（５）に記載の測距装置であって、
　前記算出部は、前記複数の第１の保持結果情報と、前記複数の第２の保持結果情報とに対して統計処理を実行することで、前記距離情報を算出する
　測距装置。
（７）（６）に記載の測距装置であって、
　前記算出部は、前記第１の保持結果情報と、前記第２の保持結果情報とに対して、平均値の算出、モード（最頻値）の算出、又はメジアン（中央値）の算出の少なくとも１つを実行することで、前記距離情報を算出する
　測距装置。
（８）（１）から（７）のうちいずれか１つに記載の測距装置であって、
　前記計数信号は、論理レベルの変化が、所定の符号化方式で符号化された符号の状態遷移に対応している
　測距装置。
（９）（８）に記載の測距装置であって、
　前記計数信号は、複数のビット信号を含み、
　前記複数のビット信号の各々の論理レベルの組み合わせの変化が、前記状態遷移に対応している
　測距装置。　　
（１０）（９）に記載の測距装置であって、
　前記出力部は、前記複数のビット信号の各々の論理レベルを保持し、前記保持結果情報を出力する
　測距装置。
（１１）（１）から（１０）のうちいずれか１つに記載の測距装置であって、
　前記計数生成部は、ジョンソンカウンタ、又はグレイコードカウンタの少なくとも一方を含む
　測距装置。
（１２）（１）から（１１）のうちいずれか１つに記載の測距装置であって、
　前記クロック信号は、位相がシフトされた複数のパルス信号のうちの、少なくとも１つを含む
　測距装置。
（１３）（１２）に記載の測距装置であって、
　前記クロック信号は、位相が９０°単位でシフトされた複数のパルス信号のうちの、少なくとも１つを含む
　測距装置。
（１４）（１）から（１３）のうちいずれか１つに記載の測距装置であって、
　前記計数生成部は、前記計数信号を出力するラッチを有し、前記ラッチの初期値を制御することで、前記第１の計数信号及び前記第２の計数信号を切替えて出力する
　測距装置。
（１５）
　クロック信号に基づいた計数信号として、互いに論理レベルが反転している第１の計数信号及び第２の計数信号の各々を出力可能な計数生成部と、
　ストップ信号の入力に応じて前記計数生成部から出力される前記計数信号の論理レベルを保持し、保持結果情報を出力する出力部と
　を具備する信号処理回路。
　Ｑ１～Ｑ４…計数信号（ビット信号）
　１０…計時制御部
　２０…時間－デジタル変換部
　２１…計数生成部
　２２…取込部
　３０…演算部
　４０…イメージング制御部
　５０…出射部
　６０…画素情報生成部
　６１…画素アレイ
　６２…画素
　７０…画像生成部
　１００…測距装置（ＴＯＦセンサ）

Claims (15)

  1. 　スタート信号に基づいてクロック信号を出力するクロック部と、
    　前記クロック信号に基づいた計数信号として、互いに論理レベルが反転している第１の計数信号及び第２の計数信号の各々を出力可能な計数生成部と、
    　ストップ信号の入力に応じて、前記計数生成部から出力される前記計数信号の論理レベルを保持し、保持結果情報を出力する出力部と、
    　前記第１の計数信号及び前記第２の計数信号の各々に基づいた前記保持結果情報に基づいて、距離情報を算出する算出部と
    　を具備する測距装置。
  2. 　請求項１に記載の測距装置であって、さらに、
    　前記スタート信号に基づいて光を出射する出射部と、光を受光することで受光信号を出力する受光部とを具備し、
    　前記ストップ信号は、前記受光信号の出力に応じて前記出力部に入力される
    　測距装置。
  3. 　請求項１に記載の測距装置であって、
    　前記計数生成部は、前記第１の計数信号及び前記第２の計数信号の各々を、切替え可能に出力する
    　測距装置。
  4. 　請求項１に記載の測距装置であって、
    　前記出力部は、複数回出力された前記第１の計数信号の各々の論理レベルの保持結果に基づいた複数の第１の保持結果情報と、複数回出力された前記第２の計数信号の各々の論理レベルの保持結果に基づいた複数の第２の保持結果情報とを出力し、
    　前記算出部は、前記複数の第１の保持結果情報と、前記複数の第２の保持結果情報とに基づいて、前記距離情報を算出する
    　測距装置。
  5. 　請求項４に記載の測距装置であって、
    　前記出力部は、前記複数の第２の計数信号の各々の論理レベルの保持結果が反転された反転結果に基づいて、前記複数の第２の保持結果情報を出力する
    　測距装置。
  6. 　請求項４に記載の測距装置であって、
    　前記算出部は、前記複数の第１の保持結果情報と、前記複数の第２の保持結果情報とに対して統計処理を実行することで、前記距離情報を算出する
    　測距装置。
  7. 　請求項６に記載の測距装置であって、
    　前記算出部は、前記第１の保持結果情報と、前記第２の保持結果情報とに対して、平均値の算出、モード（最頻値）の算出、又はメジアン（中央値）の算出の少なくとも１つを実行することで、前記距離情報を算出する
    　測距装置。
  8. 　請求項１に記載の測距装置であって、
    　前記計数信号は、論理レベルの変化が、所定の符号化方式で符号化された符号の状態遷移に対応している
    　測距装置。
  9. 　請求項８に記載の測距装置であって、
    　前記計数信号は、複数のビット信号を含み、
    　前記複数のビット信号の各々の論理レベルの組み合わせの変化が、前記状態遷移に対応している
    　測距装置。
  10. 　請求項９に記載の測距装置であって、
    　前記出力部は、前記複数のビット信号の各々の論理レベルを保持し、前記保持結果情報を出力する
    　測距装置。
  11. 　請求項１に記載の測距装置であって、
    　前記計数生成部は、ジョンソンカウンタ、又はグレイコードカウンタの少なくとも一方を含む
    　測距装置。
  12. 　請求項１に記載の測距装置であって、
    　前記クロック信号は、位相がシフトされた複数のパルス信号のうちの、少なくとも１つを含む
    　測距装置。
  13. 　請求項１２に記載の測距装置であって、
    　前記クロック信号は、位相が９０°単位でシフトされた複数のパルス信号のうちの、少なくとも１つを含む
    　測距装置。
  14. 　請求項１に記載の測距装置であって、
    　前記計数生成部は、前記計数信号を出力するラッチを有し、前記ラッチの初期値を制御することで、前記第１の計数信号及び前記第２の計数信号を切替えて出力する
    　測距装置。
  15. 　クロック信号に基づいた計数信号として、互いに論理レベルが反転している第１の計数信号及び第２の計数信号の各々を出力可能な計数生成部と、
    　ストップ信号の入力に応じて前記計数生成部から出力される前記計数信号の論理レベルを保持し、保持結果情報を出力する出力部と
    　を具備する信号処理回路。
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