WO2021124762A1 - Light receiving device, method for controlling light receiving device, and distance measuring device - Google Patents

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Abstract

A light receiving device of the present disclosure comprises: an optical sensor; a time measurement unit; and a system control unit. The optical sensor receives continuously reflected pulse light from a distance measurement object, the continuously reflected pulse light based on the projection of continuously emitted pulse light from a light source unit. The time measurement unit generates, on the basis of the output pulse of the optical sensor, a histogram of reflected light events which are based on reflected light from the distance measurement object. On the basis of the histogram generated by the time measurement unit, the system control unit estimates the timing at which the reflected light events are generated, and on the basis of the estimation results, performs feedback control with respect to distance measurement-related characteristics.

Description

受光装置及び受光装置の制御方法、並びに、測距装置Light receiving device, control method of light receiving device, and distance measuring device
 本開示は、受光装置及び受光装置の制御方法、並びに、測距装置に関する。 The present disclosure relates to a light receiving device, a control method of the light receiving device, and a distance measuring device.
 受光素子として、光子の受光に応じて信号を発生する素子を用いた受光装置がある。この種の受光装置を備える測距装置では、測距対象物(被写体)までの距離を測定する測定法として、光源から測距対象物に向けて照射した光が、測距対象物で反射されて戻ってくるまでの時間を計測するToF(Time of Flight:飛行時間)法が採用されている。 As a light receiving element, there is a light receiving device using an element that generates a signal in response to the light reception of a photon. In a distance measuring device equipped with this type of light receiving device, the light emitted from the light source toward the distance measuring object is reflected by the distance measuring object as a measurement method for measuring the distance to the distance measuring object (subject). The ToF (Time of Flight) method is used to measure the time it takes to return.
 ToF法を用いる従来の測距装置では、距離精度の向上を図るために、測距動作を繰り返して実行し、受光素子出力のヒストグラムを生成することで、統計的にS/Nの改善を図っている。しかし、この従来手法の場合、大量のヒストグラムを積み重ねるために大容量のメモリが必要となる。そのため、光源から連続したパルス列を発射し、その反射光から得られる応答を累算した結果から距離の推定値を算出することで、大量のヒストグラムの積み重ねを不要とし、メモリ量の削減を図っている(例えば、特許文献1参照)。 In the conventional distance measuring device using the ToF method, in order to improve the distance accuracy, the distance measuring operation is repeatedly executed and a histogram of the light receiving element output is generated to statistically improve the S / N. ing. However, in the case of this conventional method, a large amount of memory is required to stack a large number of histograms. Therefore, by emitting a continuous pulse train from the light source and calculating the estimated distance from the result of accumulating the responses obtained from the reflected light, it is not necessary to stack a large number of histograms, and the amount of memory is reduced. (See, for example, Patent Document 1).
特開2017-125844号公報JP-A-2017-125844
 上記の特許文献1に記載の従来技術では、大量のヒストグラムの積み重ねを不要とし、メモリ量の削減を図ることはできるものの、反射光から得られる応答の累算結果から距離の推定値を算出するようにしているため、距離を推定するための処理が必要となり、その分だけ測距に時間を要することになる。 Although the prior art described in Patent Document 1 does not require the stacking of a large number of histograms and can reduce the amount of memory, the estimated value of the distance is calculated from the cumulative result of the response obtained from the reflected light. Therefore, a process for estimating the distance is required, and it takes time to measure the distance accordingly.
 本開示は、1回のヒストグラム生成中に、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントのタイミング推定が可能で、短時間での動的フィードバックを行った測距を実現できる受光装置及び受光装置の制御方法、並びに、当該受光装置を有する測距装置を提供することを目的とする。 The present disclosure is a light receiving device capable of estimating the timing of a reflected light event based on the reflected light from a distance measuring object during one histogram generation, and realizing distance measurement with dynamic feedback in a short time. It is an object of the present invention to provide a control method of a light receiving device and a distance measuring device having the light receiving device.
 上記の目的を達成するための本開示の第1受光装置は、
 光センサ、
 時間計測部、及び、
 システム制御部、
を備え、
 光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
 時間計測部は、光センサの出力パルスを基に、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
 システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果に基づいて測距に関する特性についてフィードバック制御する。
The first light receiving device of the present disclosure for achieving the above object is
Optical sensor,
Time measurement unit and
System control unit,
With
The optical sensor receives the continuously reflected pulsed light from the distance measurement object based on the irradiation of the continuously emitted pulsed light from the light source unit.
The time measurement unit generates a histogram of the reflected light event based on the reflected light from the distance measurement object based on the output pulse of the optical sensor.
The system control unit estimates the occurrence timing of the reflected light event based on the histogram generated by the time measurement unit, and feedback-controls the characteristics related to distance measurement based on the estimation result.
 上記の目的を達成するための本開示の受光装置の制御方法は、
 光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光する光センサ、
を備える受光装置の制御に当たって、
 光センサの出力パルスを基に、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
 生成したヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果に基づいて測距に関する特性についてフィードバック制御する。
The control method of the light receiving device of the present disclosure for achieving the above object is described.
An optical sensor that receives continuously reflected pulsed light from a distance measuring object based on irradiation of continuously emitted pulsed light from a light source unit.
In controlling the light receiving device equipped with
Based on the output pulse of the optical sensor, generate a histogram of the reflected light event based on the reflected light from the distance measurement object.
Based on the generated histogram, the occurrence timing of the reflected light event is estimated, and feedback control is performed on the characteristics related to distance measurement based on the estimation result.
 上記の目的を達成するための本開示の第2受光装置は、
 光センサ、
 ローパスフィルタ、
 コンパレータ、及び、
 時間計測部、
を備え、
 光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
 ローパスフィルタは、光センサの出力パルスを波形整形して、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
 コンパレータは、ローパスフィルタで生成されたヒストグラムを測距対象判定閾値と比較し、測距開始タイミングから、ヒストグラムが測距対象判定閾値を超えるタイミングまでをパルス幅とするパルスを出力し、
 時間計測部は、ΔΣ変調技術を用いたΔΣ型の時間計測部から成り、コンパレータの出力パルスを入力とし、計測結果を入力にフィードバックする。
The second light receiving device of the present disclosure for achieving the above object is
Optical sensor,
Low pass filter,
Comparator and
Time measurement unit,
With
The optical sensor receives the continuously reflected pulsed light from the distance measuring object based on the irradiation of the continuously emitted pulsed light from the light source unit, and receives the continuously reflected pulsed light.
The low-pass filter waveform-shapes the output pulse of the optical sensor to generate a histogram of reflected light events based on the reflected light from the distance-finding object.
The comparator compares the histogram generated by the low-pass filter with the distance measurement target judgment threshold value, and outputs a pulse whose pulse width is from the distance measurement start timing to the timing when the histogram exceeds the distance measurement target judgment threshold value.
The time measurement unit consists of a delta-sigma type time measurement unit that uses delta-sigma modulation technology, receives the output pulse of the comparator as an input, and feeds back the measurement result to the input.
 上記の目的を達成するための本開示の第1測距装置は、上記の構成の第1受光装置を有する構成となっており、本開示の第2測距装置は、上記の構成の第2受光装置を有する構成となっている。 The first ranging device of the present disclosure for achieving the above object has a configuration having the first light receiving device having the above configuration, and the second ranging device of the present disclosure has the second structure described above. It is configured to have a light receiving device.
図1は、本開示に係る技術が適用される測距装置の一例を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a distance measuring device to which the technique according to the present disclosure is applied. 図2A及び図2Bは、本適用例に係る測距装置の具体的な構成の一例を示すブロック図である。2A and 2B are block diagrams showing an example of a specific configuration of the distance measuring device according to this application example. 図3は、SPAD素子を用いた基本的な画素回路の一例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a basic pixel circuit using a SPAD element. 図4Aは、SPAD素子のPN接合の電流-電圧特性を示す特性図であり、図4Bは、画素回路の回路動作の説明に供する波形図である。FIG. 4A is a characteristic diagram showing the current-voltage characteristics of the PN junction of the SPAD element, and FIG. 4B is a waveform diagram provided for explaining the circuit operation of the pixel circuit. 図5は、測距動作を繰り返して実行してヒストグラムを生成する手法について説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a method of repeatedly executing the distance measuring operation to generate a histogram. 図6は、複数のレーザ光源A~Xを用いて、それぞれの発光タイミングに時間差を設けることによって連続パルス光を照射する光源部について説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a light source unit that irradiates continuous pulsed light by using a plurality of laser light sources A to X and providing a time difference between the respective light emission timings. 図7は、本開示の実施形態に係る受光装置の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing an example of the configuration of the light receiving device according to the embodiment of the present disclosure. 図8は、実施例1に係る時間計測部の制御について説明するタイミング波形図である。FIG. 8 is a timing waveform diagram illustrating control of the time measuring unit according to the first embodiment. 図9は、本開示の実施形態に係る受光装置の制御方法についての処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing a processing flow of the control method of the light receiving device according to the embodiment of the present disclosure. 図10は、具体例1に係る時間分解能切替えについて説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the time resolution switching according to the first embodiment. 図11は、具体例2に係る時間分解能切替えについて説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining the time resolution switching according to the second embodiment. 図12は、具体例3に係る時間分解能切替えについて説明するための図である。FIG. 12 is a diagram for explaining the time resolution switching according to the specific example 3. 図13は、実施例2に係る受光装置の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing an example of the configuration of the light receiving device according to the second embodiment. 図14A及び図14Bは、実施例2に係る受光装置において、光センサの画素領域に、連続発光による読み出し領域と、通常発光による読み出し領域とを混在させる例について説明する図である。14A and 14B are diagrams for explaining an example in which a readout region due to continuous light emission and a readout region due to normal light emission are mixed in the pixel region of the optical sensor in the light receiving device according to the second embodiment. 図15は、実施例2の変形例について説明する図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a modified example of the second embodiment. 図16は、実施例3に係る受光装置の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram showing an example of the configuration of the light receiving device according to the third embodiment. 図17は、実施例3に係る受光装置の各部の信号波形を示すタイミング波形図である。FIG. 17 is a timing waveform diagram showing signal waveforms of each part of the light receiving device according to the third embodiment. 図18は、ΔΣTDCから成る時間計測部の実動作例について説明するための回路図である。FIG. 18 is a circuit diagram for explaining an actual operation example of the time measuring unit including ΔΣTDC. 図19は、図18の回路の各部の信号波形を示すタイミング波形図である。FIG. 19 is a timing waveform diagram showing signal waveforms of each part of the circuit of FIG. 図20Aは、ΔΣ変調器の基本構成を示す回路図であり、図20Bは、基本構成をZ領域でモデル化した図である。FIG. 20A is a circuit diagram showing the basic configuration of the ΔΣ modulator, and FIG. 20B is a diagram modeling the basic configuration in the Z region. 図21は、ノイズシェーピングの有無による量子化ノイズの分布の違いについて説明する図である。FIG. 21 is a diagram illustrating a difference in the distribution of quantization noise depending on the presence or absence of noise shaping. 図22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の概略的な構成例を示すブロック図である。FIG. 22 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile control system to which the technique according to the present disclosure can be applied. 図23は、測距装置の設置位置の例を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing an example of an installation position of the distance measuring device.
 以下、本開示に係る技術を実施するための形態(以下、「実施形態」と記述する)について図面を用いて詳細に説明する。本開示に係る技術は実施形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。尚、説明は以下の順序で行う。
1.本開示の受光装置、並びに、測距装置及びその制御方法、全般に関する説明
2.本開示に係る技術が適用される測距装置
 2-1.測距装置の具体的な構成例
 2-2.SPAD素子を用いた基本的な画素回路例
 2-3.SPAD素子を用いた画素回路の回路動作例
 2-4.SPAD出力のヒストグラムの生成について
3.本開示の実施形態
 3-1.実施例1(測距結果を時間計測部にフィードバックする例)
 3-2.実施例2(測距結果を光センサにフィードバックする例)
 3-3.実施例3(ΔΣ型の時間計測部の計測結果を入力にフィードバックする例)
4.変形例
5.本開示に係る技術の適用例(移動体の例)
6.本開示がとることができる構成
Hereinafter, embodiments for carrying out the technique according to the present disclosure (hereinafter, referred to as “embodiments”) will be described in detail with reference to the drawings. The technique according to the present disclosure is not limited to the embodiment. In the following description, the same reference numerals will be used for the same elements or elements having the same function, and duplicate description will be omitted. The explanation will be given in the following order.
1. 1. Description of the light receiving device of the present disclosure, the distance measuring device, its control method, and the general description 2. Distance measuring device to which the technology according to the present disclosure is applied 2-1. Specific configuration example of distance measuring device 2-2. Example of a basic pixel circuit using a SPAD element 2-3. Circuit operation example of a pixel circuit using a SPAD element 2-4. Regarding the generation of the histogram of the SPAD output 3. Embodiments of the present disclosure 3-1. Example 1 (Example of feeding back the distance measurement result to the time measurement unit)
3-2. Example 2 (Example of feeding back the distance measurement result to the optical sensor)
3-3. Example 3 (Example of feeding back the measurement result of the ΔΣ type time measurement unit to the input)
4. Modification example 5. Application example of the technology according to the present disclosure (example of mobile body)
6. Configuration that can be taken by this disclosure
<本開示の受光装置及び測距装置、全般に関する説明>
 本開示の第1受光装置及び第1測距装置にあっては、システム制御部について、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングを、反射光イベントの発生タイミングとして推定し、その推定結果に基づいて、時間計測部の時間分解能を制御する構成とすることができる。
<Explanation of the light receiving device and the ranging device of the present disclosure, in general>
In the first light receiving device and the first ranging device of the present disclosure, the timing at which the histogram generated by the time measuring unit exceeds a predetermined threshold value is estimated as the occurrence timing of the reflected light event for the system control unit. , The time resolution of the time measuring unit can be controlled based on the estimation result.
 上述した好ましい構成を含む本開示の第1受光装置及び第1測距装置にあっては、システム制御部について、光センサの受光素子の出力パルスをサンプリングするサンプリング周波数を変えることによって時間計測部の時間分解能を切り替える構成とすることができる。更に、システム制御部について、時間計測部の時間分解能を、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングで、相対的に粗い時間分解能から相対的に細かい時間分解能に切り替える構成とすることができる。 In the first light receiving device and the first distance measuring device of the present disclosure including the above-described preferable configuration, the system control unit is of the time measuring unit by changing the sampling frequency for sampling the output pulse of the light receiving element of the optical sensor. The time resolution can be switched. Further, regarding the system control unit, the time resolution of the time measurement unit is switched from a relatively coarse time resolution to a relatively fine time resolution at the timing when the histogram generated by the time measurement unit exceeds a predetermined threshold value. can do.
 あるいは又、上述した好ましい構成を含む本開示の第1受光装置及び第1測距装置にあっては、システム制御部について、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングを、反射光イベントの発生タイミングとして推定し、その推定結果に基づいて、光センサの画素領域における読み出し領域を制御する構成とすることができる。 Alternatively, in the first light receiving device and the first ranging device of the present disclosure including the above-mentioned preferable configuration, the timing at which the histogram generated by the time measuring unit exceeds a predetermined threshold value is set for the system control unit. It can be estimated as the occurrence timing of the reflected light event, and the readout area in the pixel area of the optical sensor can be controlled based on the estimation result.
 また、上述した好ましい構成を含む本開示の第1受光装置及び第1測距装置にあっては、光センサの画素領域には、光源部側の連続発光領域に対応した第1読み出し領域と、光源部側の連続発光よりも長い周期での通常発光領域に対応した第2読み出し領域とが混在した構成とすることができる。この場合において、システム制御部について、第1読み出し領域に対して、時間計測部で生成されたヒストグラムに基づいて反射光イベントの発生タイミングを推定する処理を実施する構成とすることができる。 Further, in the first light receiving device and the first ranging device of the present disclosure including the above-described preferable configuration, the pixel area of the optical sensor includes a first readout area corresponding to a continuous light emitting area on the light source side. It is possible to have a configuration in which a second readout region corresponding to a normal light emitting region having a period longer than that of continuous light emission on the light source unit side is mixed. In this case, the system control unit may be configured to perform a process of estimating the occurrence timing of the reflected light event based on the histogram generated by the time measurement unit in the first read region.
 また、上述した好ましい構成を含む本開示の第1受光装置及び第1測距装置にあっては、光センサの受光素子について、光子の受光に応じて信号を発生する素子から成る構成、好ましくは、単一光子アバランシェダイオードから成る構成とすることができる。 Further, in the first light receiving device and the first ranging device of the present disclosure including the above-mentioned preferable configuration, the light receiving element of the optical sensor is composed of an element that generates a signal in response to the light reception of a photon, preferably. , Can be configured to consist of a single photon avalanche diode.
 また、上述した好ましい構成を含む本開示第1測距装置にあっては、光源部について、光源がアレイ状に2次元配置されて成る面発光半導体レーザから成る、好ましくは、面発光半導体レーザについて、垂直共振器型面発光レーザである構成とすることができる。そして、光源部の発光領域には、光源を連続的に発光させる連続発光領域と、連続発光の周期よりも長い周期で光源を発光させる通常発光領域とが混在している構成とすることができる。 Further, in the first ranging device of the present disclosure including the above-mentioned preferable configuration, the light source unit is composed of a surface-emitting semiconductor laser in which light sources are two-dimensionally arranged in an array, preferably a surface-emitting semiconductor laser. , It can be configured to be a vertical resonator type surface emitting laser. The light emitting region of the light source unit may include a continuous light emitting region in which the light source continuously emits light and a normal light emitting region in which the light source emits light in a cycle longer than the continuous light emitting cycle. ..
 また、上述した好ましい構成を含む本開示第1測距装置にあっては、光センサの画素領域には、光源部側の連続発光領域に対応した第1読み出し領域と、光源部側の通常発光領域に対応した第2読み出し領域との設定が可能な構成とすることができる。このとき、システム制御部について、第1読み出し領域に対して反射光イベントの発生タイミングを推定する処理を実施する構成とすることができる。 Further, in the first ranging device of the present disclosure including the above-described preferable configuration, the pixel region of the optical sensor includes a first readout region corresponding to a continuous light emitting region on the light source portion side and a normal light emitting region on the light source portion side. The configuration can be set with a second read area corresponding to the area. At this time, the system control unit may be configured to perform a process of estimating the occurrence timing of the reflected light event for the first read region.
 本開示の第2受光装置及び第2測距装置にあっては、時間計測部について、信号の差を取る減算器、減算器の出力について時間積分を行う積分器、積分器の出力について量子化を行うコンパレータ、及び、コンパレータの出力を減算器の減算入力としてフィードバックするデジタル-アナログ変換器から成る構成とすることができる。 In the second light receiving device and the second ranging device of the present disclosure, the time measuring unit has a subtractor that takes a signal difference, an adder that performs time integration for the output of the subtractor, and a quantization for the output of the integrator. It can be configured to consist of a comparator that performs the above and a digital-analog converter that feeds back the output of the comparator as a subtraction input of the subtractor.
 また、上述した好ましい構成を含む本開示の第2受光装置及び第2測距装置にあっては、光センサの受光素子について、光子の受光に応じて信号を発生する素子、好ましくは、単一光子アバランシェダイオードから成る構成とすることができる。 Further, in the second light receiving device and the second ranging device of the present disclosure including the above-mentioned preferable configuration, the light receiving element of the optical sensor is an element that generates a signal in response to the light reception of a photon, preferably a single element. It can be configured to consist of a photon avalanche diode.
<本開示に係る技術が適用される測距装置>
 図1は、本開示に係る技術が適用される測距装置の一例を示す概略構成図である。本適用例に係る測距装置1は、測距対象物である被写体10までの距離を測定する測定法として、被写体10に向けて照射した光(例えば、赤外の波長域にピーク波長を有するレーザ光)が、当該被写体10で反射されて戻ってくるまでの飛行時間を測定するToF法を採用している。ToF法による距離測定を実現するために、本適用例に係る測距装置1は、光源部20及び受光装置30を備えている。そして、受光装置30として、後述する本開示の実施形態に係る受光装置を用いることができる。
<Distance measuring device to which the technology according to the present disclosure is applied>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a distance measuring device to which the technique according to the present disclosure is applied. The distance measuring device 1 according to this application example has a peak wavelength in the infrared wavelength region as a measuring method for measuring the distance to the subject 10 which is the object to be measured. The ToF method is adopted, in which the flight time until the laser beam) is reflected by the subject 10 and returns is measured. In order to realize the distance measurement by the ToF method, the distance measuring device 1 according to this application example includes a light source unit 20 and a light receiving device 30. Then, as the light receiving device 30, the light receiving device according to the embodiment of the present disclosure described later can be used.
[測距装置の具体的な構成例]
 本適用例に係る測距装置1の具体的な構成の一例を図2A及び図2Bに示す。光源部20は、例えば、レーザ駆動部21、レーザ光源22、及び、拡散レンズ23を有し、被写体10に対してレーザ光を照射する。レーザ駆動部21は、システム制御部40による制御の下に、レーザ光源22を駆動する。レーザ光源22は、例えば半導体レーザから成り、レーザ駆動部21によって駆動されることによってレーザ光を出射する。拡散レンズ23は、レーザ光源22から出射されたレーザ光を拡散し、測距対象物である被写体10に対して照射する。
[Specific configuration example of distance measuring device]
An example of a specific configuration of the distance measuring device 1 according to this application example is shown in FIGS. 2A and 2B. The light source unit 20 has, for example, a laser drive unit 21, a laser light source 22, and a diffusion lens 23, and irradiates the subject 10 with a laser beam. The laser drive unit 21 drives the laser light source 22 under the control of the system control unit 40. The laser light source 22 is composed of, for example, a semiconductor laser, and emits laser light by being driven by the laser driving unit 21. The diffusing lens 23 diffuses the laser light emitted from the laser light source 22 and irradiates the subject 10 which is a distance measuring object.
 受光装置30は、受光レンズ31、受光部である光センサ32、及び、信号処理部33を有し、光源部20からの照射レーザ光が被写体10で反射されて戻ってくる反射レーザ光を受光する。受光レンズ31は、被写体10からの反射レーザ光を光センサ32の受光面上に集光する。光センサ32は、受光レンズ31を経た被写体10からの反射レーザ光を画素単位で受光し、光電変換する。光センサ32としては、受光素子を含む画素が行列状(アレイ状)に2次元配置されて成る2次元アレイセンサを用いることができる。 The light receiving device 30 includes a light receiving lens 31, an optical sensor 32 which is a light receiving unit, and a signal processing unit 33, and receives the reflected laser light which is reflected by the subject 10 and returned from the irradiation laser light from the light source unit 20. To do. The light receiving lens 31 collects the reflected laser light from the subject 10 on the light receiving surface of the light sensor 32. The optical sensor 32 receives the reflected laser light from the subject 10 that has passed through the light receiving lens 31 in pixel units and performs photoelectric conversion. As the optical sensor 32, a two-dimensional array sensor in which pixels including a light receiving element are two-dimensionally arranged in a matrix (array) can be used.
 光センサ32の出力信号は、信号処理部33を経由してシステム制御部40へ供給される。システム制御部40は、例えば、CPU(Central Processing Unit:中央処理ユニット)等によって構成されるアプリケーションプロセッサであり、光源部20及び受光装置30を制御するとともに、光源部20から被写体10に向けて照射したレーザ光が、当該被写体10で反射されて戻ってくるまでの時間の計測を行う。この計測した時間に基づいて、被写体10までの距離を求めることができる。 The output signal of the optical sensor 32 is supplied to the system control unit 40 via the signal processing unit 33. The system control unit 40 is, for example, an application processor composed of a CPU (Central Processing Unit) or the like, controls the light source unit 20 and the light receiving device 30, and irradiates the subject 10 from the light source unit 20. The time required for the laser beam to be reflected by the subject 10 and returned is measured. Based on this measured time, the distance to the subject 10 can be obtained.
 そして、本適用例に係る測距装置1では、光センサ32として、画素の受光素子が、光子の受光に応じて信号を発生する素子、例えば、SPAD(Single Photon Avalanche Diode:単一光子アバランシェダイオード)素子から成るセンサを用いている。すなわち、本適用例に係る測距装置1における受光装置30は、画素の受光素子としてSPAD素子を用いた構成となっている。SPAD素子は、ブレイクダウン電圧(降伏電圧)を超えた逆電圧で素子を動作させるガイガーモードで動作する。尚、画素の受光素子としては、SPAD素子に限定されるものではなく、APD(アバランシェフォトダイオード)や、SiPM(シリコンフォトマルチプライヤ)等、ガイガーモードで動作する種々の素子を用いることができる。 Then, in the distance measuring device 1 according to the present application example, as the optical sensor 32, the light receiving element of the pixel is an element that generates a signal in response to the light receiving of a photon, for example, SPAD (Single Photon Avalanche Diode). ) A sensor consisting of elements is used. That is, the light receiving device 30 in the distance measuring device 1 according to this application example has a configuration in which a SPAD element is used as the light receiving element of the pixel. The SPAD element operates in a Geiger mode in which the element is operated with a reverse voltage exceeding the breakdown voltage (yield voltage). The pixel light receiving element is not limited to the SPAD element, and various elements operating in the Geiger mode such as APD (avalanche photodiode) and SiPM (silicon photomultiplier) can be used.
[SPAD素子を用いた基本的な画素回路例]
 SPAD素子を用いた受光装置30における基本的な画素回路の構成の一例を図3に示す。ここでは、1画素分の基本構成を図示している。
[Example of basic pixel circuit using SPAD element]
FIG. 3 shows an example of the configuration of a basic pixel circuit in the light receiving device 30 using the SPAD element. Here, the basic configuration for one pixel is illustrated.
 SPAD素子を用いた画素50の基本的な画素回路は、SPAD素子51のカソード電極が、例えばP型MOSトランジスタQLから成る負荷54を介して、電源電圧VDDが与えられる端子52に接続され、SPAD素子51のアノード電極が、アノード電圧Vanoが与えられる端子53に接続された構成となっている。アノード電圧Vanoとしては、アバランシェ増倍が発生する大きな負電圧が印加される(図4B参照)。P型MOSトランジスタQLのゲート電極には、当該MOSトランジスタQLを所望の電流源として動作させるためのバイアス電圧Vbiasが印加される。 The basic pixel circuit of the pixel 50 with SPAD devices, the cathode electrode of the SPAD device 51, for example through a load 54 composed of P-type MOS transistor Q L, is connected to a terminal 52 of the power supply voltage V DD is applied , The anode electrode of the SPARC element 51 is connected to the terminal 53 to which the anode voltage Vano is applied. As the anode voltage Vano , a large negative voltage that causes avalanche multiplication is applied (see FIG. 4B). The gate electrode of the P-type MOS transistor Q L, the bias voltage V bias to operate the MOS transistor Q L as the desired current source is applied.
 そして、SPAD素子51のカソード電圧VCAが、P型MOSトランジスタQp及びN型MOSトランジスタQnから成るCMOSインバータ55を介してSPAD出力(画素出力)として導出される。CMOSインバータ55は、閾値電圧Vthを比較基準とする比較回路(比較器)ということもできるし、閾値電圧Vthを基準としてSPAD素子51の出力であるカソード電圧VCAの波形整形を行う波形整形回路ということもできる。 Then, the cathode voltage V CA of the MOSFET element 51 is derived as a MOSFET output (pixel output) via the CMOS inverter 55 composed of the P-type MOS transistor Q p and the N-type MOS transistor Q n. The CMOS inverter 55 can be said to be a comparison circuit (comparator) using the threshold voltage V th as a comparison reference, and a waveform that shapes the waveform of the cathode voltage V CA which is the output of the SPAD element 51 based on the threshold voltage V th. It can also be called a shaping circuit.
 SPAD素子51には、ブレイクダウン電圧VBD以上の電圧が印加される。ブレイクダウン電圧VBD以上の過剰電圧は、エクセスバイアス電圧VEXと呼ばれる。ブレイクダウン電圧VBDの電圧値に対して、どの程度大きな電圧値のエクセスバイアス電圧VEXを印加するかによってSPAD素子51の特性が変わる。 A voltage equal to or higher than the breakdown voltage V BD is applied to the SPAD element 51. An excess voltage above the breakdown voltage V BD is called the excess bias voltage V EX. Breakdown voltage The characteristics of the SPAD element 51 change depending on how large the excess bias voltage V EX is applied with respect to the voltage value of the BD.
 ガイガーモードで動作するSPAD素子51のPN接合のI(電流)-V(電圧)特性を図4Aに示す。図4Aには、ブレイクダウン電圧VBD、エクセスバイアス電圧VEX、及び、SPAD素子51の動作点の関係を図示している。 The I (current) -V (voltage) characteristics of the PN junction of the SPAD element 51 operating in the Geiger mode are shown in FIG. 4A. FIG. 4A illustrates the relationship between the breakdown voltage V BD , the excess bias voltage V EX , and the operating points of the SPAD element 51.
[SPAD素子を用いた画素回路の回路動作例]
 続いて、上記の構成の画素回路の回路動作の一例について、図4Bの波形図を用いて説明する。
[Circuit operation example of a pixel circuit using a SPAD element]
Subsequently, an example of the circuit operation of the pixel circuit having the above configuration will be described with reference to the waveform diagram of FIG. 4B.
 SPAD素子51に電流が流れていない状態では、SPAD素子51には(VDD-Vano)の値の電圧が印加されている。この電圧値(VDD-Vano)は、(VBD+VEX)である。そして、SPAD素子51のPN接合部で暗電子の発生レートDCR(Dark Count Rate)や光照射によって発生した電子がアバランシェ増倍を生じ、アバランシェ電流が発生する。 When no current is flowing through the SPAD element 51, a voltage having a value of (V DD − V ano) is applied to the SPAD element 51. This voltage value (V DD − V ano ) is (V BD + V EX ). Then, at the PN junction of the SPAD element 51, the dark electron generation rate DCR (Dark Count Rate) and the electrons generated by light irradiation cause an avalanche multiplication, and an avalanche current is generated.
 カソード電圧VCAが低下し、SPAD素子51の端子間の電圧がPNダイオードのブレイクダウン電圧VBDになると、アバランシェ電流が停止する。そして、アバランシェ増倍で発生し、蓄積された電子が、負荷55(例えば、P型MOSトランジスタQL)を通して放電し、カソード電圧VCAが上昇する。そして、カソード電圧VCAが電源電圧VDDまで回復し、再び初期状態に戻る。 When the cathode voltage V CA drops and the voltage between the terminals of the SPAD element 51 becomes the breakdown voltage V BD of the PN diode, the avalanche current stops. Then, the electrons generated and accumulated by the avalanche multiplication are discharged through the load 55 (for example, the P-type MOS transistor Q L ), and the cathode voltage V CA rises. Then, the cathode voltage V CA recovers to the power supply voltage V DD , and returns to the initial state again.
 SPAD素子51に光が入射して1個でも電子-正孔対が発生すると、それが種となってアバランシェ電流が発生するので、光子1個の入射でも、ある検知効率PDE(Photon Detection Efficiency)で検出することができる。 When light is incident on the SPAD element 51 and even one electron-hole pair is generated, it becomes a seed and an avalanche current is generated. Therefore, even if one photon is incident, a certain detection efficiency PDE (Photon Detection Efficiency) Can be detected with.
 以上の動作が繰り返される。そして、この一連の動作において、カソード電圧VCAが、CMOSインバータ55で波形整形され、1フォトンの到来時刻を開始点とするパルス幅Tのパルス信号がSPAD出力(画素出力)となる。 The above operation is repeated. Then, in this series of operations, the cathode voltage V CA is waveform-shaped by the CMOS inverter 55, and the pulse signal having the pulse width T starting from the arrival time of one photon becomes the SPAD output (pixel output).
[SPAD出力のヒストグラムの生成について]
 ToF法を用いる従来の測距装置では、外乱光イベント(外乱光に基づくイベント)が起こる中で、反射光イベント(反射光に基づくイベント)が起こる箇所を推定する必要がある。ここで、外乱光イベントが起こる要因としては、光が入射していない状態で発生するダーク(DC)、1発目のパルス光を発生後に、光の入射と無関係に発生するアフターパルス(AP)、隣接するSPAD素子51の応答の影響によるクロストーク、あるいは、環境光等を例示することができる。
[Generation of Histogram of SPAD output]
In the conventional ranging device using the ToF method, it is necessary to estimate the place where the reflected light event (event based on the reflected light) occurs while the ambient light event (event based on the disturbance light) occurs. Here, the factors that cause the disturbance light event are dark (DC) generated when no light is incident, and afterpulse (AP) generated regardless of the incident light after the first pulsed light is generated. , Crosstalk due to the influence of the response of the adjacent SPAD element 51, ambient light, or the like can be exemplified.
 また、SPAD素子51は、感度が非常に高い高性能なデバイスであり、図5に示すように、1イベントにつき1パルスを生成(発生)することになるために、外乱光イベントと反射光イベントとを区別することが難しい。そのため、ToF法を用いる従来の測距装置では、測距動作を繰り返して実行して、複数回計測した時間を積み上げてヒストグラムを生成し、反射光によるカウント数が、外乱光イベントのカウント数よりも優位になる時点を推定値とすることで、統計的に、S/Nの改善を図っている。 Further, the SPAD element 51 is a high-performance device having extremely high sensitivity, and as shown in FIG. 5, since one pulse is generated (generated) for each event, an ambient light event and a reflected light event It is difficult to distinguish from. Therefore, in the conventional distance measuring device using the ToF method, the distance measuring operation is repeatedly executed, the time measured a plurality of times is accumulated to generate a histogram, and the count number by the reflected light is calculated from the count number of the disturbance light event. Statistically, the S / N is improved by using the time point at which it becomes superior as an estimated value.
 しかし、上述した手法の場合、一定周期毎にパルス光を1個照射し、その反射光に基づいてヒストグラムを生成する、という測距動作を複数回繰り返して実行することになる。そのため、測距開始時点から、ある程度時間が経過し、反射光イベントのカウント数が、外乱光イベントのカウント数よりも優位になるまで、反射光イベントが起こった時点を推定することができない。その結果、従来の測距装置では、測距に時間を要することになるため、測距結果をリアルタイムにフィードバックして、測距に関する特性(例えば、時間分解能など)を動的に制御することができない。 However, in the case of the above-mentioned method, the distance measuring operation of irradiating one pulsed light at regular intervals and generating a histogram based on the reflected light is repeated a plurality of times. Therefore, it is not possible to estimate the time when the reflected light event occurs until a certain amount of time has passed from the start of distance measurement and the count number of the reflected light event becomes superior to the count number of the disturbance light event. As a result, in the conventional distance measuring device, it takes time to measure the distance, so that the distance measuring result can be fed back in real time to dynamically control the characteristics related to the distance measurement (for example, time resolution). Can not.
<本開示の実施形態>
 本開示の実施形態では、図2Aに示す、本開示に係る技術が適用される測距装置1において、システム制御部40による制御の下に、光源部20から測距対象物に向けて、複数のパルス光(連続発光パルス光)を、短時間に連続的に照射(発射)する。
<Embodiment of the present disclosure>
In the embodiment of the present disclosure, in the distance measuring device 1 to which the technique according to the present disclosure is applied, which is shown in FIG. 2A, a plurality of distance measuring devices 1 are directed from the light source unit 20 toward the distance measuring object under the control of the system control unit 40. (Continuous emission pulsed light) is continuously irradiated (fired) in a short period of time.
 連続発光パルス光を照射する光源部20については、例えば、汎用のレーザ光源を1個用いて点滅発光させる構成や、汎用のレーザ光源を複数用いて時分割で順次発光させる構成とすることができる。後者の場合、例えば、図6に示すように、複数のレーザ光源A~Xを用いて、それぞれの発光タイミングに時間差を持たせる、即ち、発光タイミングをずらすことによって連続発光パルス光を照射することができる。また、光源部20として、光源がアレイ状(行列状)に2次元配置されて成る面発光半導体レーザ、例えば垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)を用いて、各発光部の発光タイミングに時間差を持たせる構成とすることもできる。 The light source unit 20 that irradiates the continuously emitted pulsed light may have, for example, a configuration in which one general-purpose laser light source is used to blink and emit light, or a configuration in which a plurality of general-purpose laser light sources are used to sequentially emit light in a time-division manner. .. In the latter case, for example, as shown in FIG. 6, a plurality of laser light sources A to X are used to irradiate continuous emission pulsed light by giving a time difference to each emission timing, that is, by shifting the emission timing. Can be done. Further, as the light source unit 20, a surface emitting semiconductor laser (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser) in which light sources are arranged in an array (matrix) in two dimensions is used to emit light. It is also possible to have a configuration in which there is a time difference in the light emission timing of the unit.
 光源部20からの複数のパルス光の短時間での連続的な照射、即ち、連続発光パルス光の照射により、当該照射に基づく測距対象物からの反射光(連続パルス光)を受光する受光装置30では、1回のヒストグラム生成で取得する反射光イベントのカウント数が増えるため、外乱光イベントのカウント数よりも優位になる。 By continuously irradiating a plurality of pulsed lights from the light source unit 20 in a short time, that is, by irradiating continuously emitted pulsed light, light receiving light that receives reflected light (continuous pulsed light) from a distance measuring object based on the irradiation. In the device 30, since the count number of reflected light events acquired by one histogram generation increases, it is superior to the count number of disturbance light events.
 このように、光源部20から複数のパルス光を短時間に連続的に照射する一方、受光装置30では、当該照射に基づく反射光を受光してヒストグラム生成を1回行うことで、1回のヒストグラム生成で取得する反射光イベントのカウント数が増え、外乱光イベントのカウント数よりも優位になる。これにより、1回のヒストグラム生成によって、反射光イベントが発生しているであろうと思われる箇所の推定が可能になる。 In this way, while the light source unit 20 continuously irradiates a plurality of pulsed lights in a short time, the light receiving device 30 receives the reflected light based on the irradiation and generates a histogram once. The count number of reflected light events acquired by histogram generation increases, which is superior to the count number of disturbance light events. This makes it possible to estimate the location where the reflected light event is likely to occur by generating the histogram once.
 その結果、ヒストグラム生成を複数回実行しなくても、連続発光パルス光の照射に基づく1回のヒストグラム生成中に、反射光イベントの発生タイミング(発生箇所)を推定することが可能となるために、ヒストグラム生成を複数回実行する場合よりも測距時間を短縮することができる。そして、測距時間を短縮できることにより、測距結果をリアルタイムにフィードバックして、時間分解能などの測距に関する特性を動的に制御することができることになる。 As a result, it is possible to estimate the occurrence timing (occurrence location) of the reflected light event during one histogram generation based on the irradiation of the continuous emission pulse light without executing the histogram generation multiple times. , The distance measurement time can be shortened as compared with the case where the histogram generation is executed a plurality of times. Then, since the distance measurement time can be shortened, the distance measurement result can be fed back in real time, and the characteristics related to the distance measurement such as the time resolution can be dynamically controlled.
 本開示の実施形態に係る受光装置30の構成の一例を図7に示す。本実施形態に係る受光装置30では、光センサ32として、SPAD素子51を含む複数の画素40が行列状(アレイ状)に2次元配置されて成るアレイセンサを用いている。光センサ32は、光源部20から測距対象物に向けて照射された連続発光パルス光が、当該測距対象物で反射されて戻ってくるパルス光(以下、「連続反射パルス光」と記述する場合がある)を受光する。 FIG. 7 shows an example of the configuration of the light receiving device 30 according to the embodiment of the present disclosure. In the light receiving device 30 according to the present embodiment, as the optical sensor 32, an array sensor in which a plurality of pixels 40 including the SPAD element 51 are two-dimensionally arranged in a matrix (array) is used. In the optical sensor 32, the continuously emitted pulsed light emitted from the light source unit 20 toward the distance measuring object is reflected by the distance measuring object and returned as pulsed light (hereinafter, referred to as “continuously reflected pulse light”). (May be) to receive light.
 本実施形態に係る受光装置30は、光センサ32の他に、信号処理部33および制御回路34を備えている。光センサ32における複数の画素40の各受光データは、信号処理部33に供給される。制御回路34は、外部から与えられるトリガー信号等に基づいて、信号処理部33の制御を行う。 The light receiving device 30 according to the present embodiment includes a signal processing unit 33 and a control circuit 34 in addition to the optical sensor 32. Each light receiving data of the plurality of pixels 40 in the optical sensor 32 is supplied to the signal processing unit 33. The control circuit 34 controls the signal processing unit 33 based on a trigger signal or the like given from the outside.
 信号処理部33は、例えば、時間計測部(Time-to-Digital Converter:TDC)330を有する構成となっており、制御回路34による制御の下に、複数の画素40から出力される各受光データに対して、測距のための信号処理を行う。 The signal processing unit 33 has, for example, a time-to-digital converter (TDC) 330, and each received light data output from the plurality of pixels 40 under the control of the control circuit 34. Is signal processed for distance measurement.
 具体的には、時間計測部330は、例えば、光の飛行時間から直接距離を算出する直接ToF法を用いて、画素40から出力される受光データを基に測距のための信号処理を行う。すなわち、時間計測部330は、光源部20から測距対象物に向けて照射した光が、当該測距対象物で反射されて戻ってくるまでの時間を計測する。 Specifically, the time measuring unit 330 uses, for example, the direct ToF method of calculating the distance directly from the flight time of light, and performs signal processing for distance measurement based on the received light data output from the pixel 40. .. That is, the time measuring unit 330 measures the time until the light emitted from the light source unit 20 toward the distance measuring object is reflected by the distance measuring object and returned.
 本実施形態に係る受光装置30は、光源部20から測距対象物に向けて短時間で照射された連続発光パルス光が、測距対象物で反射されて戻ってくる反射パルス光(連続反射パルス光)を受光する。そして、受光装置30において、時間計測部330は、受光した連続反射パルス光に基づいて、反射光イベントについてのヒストグラム生成を1回実行し、生成したヒストグラムに関するデータをシステム制御部40(図2A参照)に供給する。システム制御部40は、時間計測部330から取得したヒストグラムに関するデータを基に、反射光イベントの発生タイミング(発生箇所)に対応する距離を、測距対象物までの距離として算出する。 In the light receiving device 30 according to the present embodiment, the continuously emitted pulsed light emitted from the light source unit 20 toward the distance measuring object in a short time is reflected by the distance measuring object and returned as reflected pulse light (continuous reflection). Receives pulsed light). Then, in the light receiving device 30, the time measuring unit 330 executes a histogram generation for the reflected light event once based on the received continuous reflected pulse light, and outputs the data related to the generated histogram to the system control unit 40 (see FIG. 2A). ). The system control unit 40 calculates the distance corresponding to the occurrence timing (occurrence location) of the reflected light event as the distance to the distance measurement target based on the data related to the histogram acquired from the time measurement unit 330.
 このように、光源部20から短時間に複数のパルス光を連続的に照射することで、1回のヒストグラム生成中に、反射光イベントの発生タイミング(コード)を推定することが可能となるため、測距時間を短縮できる。そして、測距時間を短縮できることにより、測距結果をリアルタイムにフィードバックして、時間分解能などの測距に関する特性を動的に制御することができるようになる。 In this way, by continuously irradiating a plurality of pulsed lights from the light source unit 20 in a short time, it is possible to estimate the occurrence timing (code) of the reflected light event during one histogram generation. , The distance measurement time can be shortened. Then, since the distance measurement time can be shortened, the distance measurement result can be fed back in real time, and the characteristics related to the distance measurement such as the time resolution can be dynamically controlled.
 以下に、本実施形態の具体的な実施例、即ち、短時間で測距を実行し、その測距結果をリアルタイムにフィードバックして、測距に関する特性を動的に制御するための具体的な実施例について説明する。 The following is a specific embodiment of the present embodiment, that is, a specific example for executing distance measurement in a short time, feeding back the distance measurement result in real time, and dynamically controlling characteristics related to distance measurement. Examples will be described.
[実施例1]
 実施例1は、取得したヒストグラムに基づく測距結果を時間計測部330にフィードバックして、測距に関する特性の一例である、時間計測部330の時間分解能を制御する例である。実施例1に係る時間計測部330の制御について説明するタイミング波形図を図8に示す。
[Example 1]
The first embodiment is an example in which the distance measurement result based on the acquired histogram is fed back to the time measurement unit 330 to control the time resolution of the time measurement unit 330, which is an example of the characteristics related to the distance measurement. FIG. 8 shows a timing waveform diagram illustrating the control of the time measuring unit 330 according to the first embodiment.
 図8には、連続発光パルス光、SPAD出力パルス、及び、同期クロックのタイミング関係、並びに、移動平均ヒストグラムの波形が示されている。連続発光パルス光は、光源部20から短時間に連続的に照射されるパルス光であり、ここでは、簡略化のために、X点からX’点までの例えば5個のパルス光を例示している。SPAD出力パルスは、連続発光パルス光に基づく測距対象物からの連続反射パルス光を受光するSPAD素子51の出力パルスであり、同期クロックは、サンプリングタイミングに同期したクロックである。移動平均ヒストグラムは、SPAD素子51の出力の時系列データを平滑化したヒストグラムである。 FIG. 8 shows the timing relationship between the continuous emission pulse light, the SPAD output pulse, and the synchronous clock, and the waveform of the moving average histogram. The continuously emitted pulsed light is pulsed light that is continuously emitted from the light source unit 20 in a short time. Here, for simplification, for example, five pulsed lights from the X point to the X'point are illustrated. ing. The SPAD output pulse is an output pulse of the SPAD element 51 that receives the continuously reflected pulse light from the distance measuring object based on the continuous emission pulse light, and the synchronous clock is a clock synchronized with the sampling timing. The moving average histogram is a histogram obtained by smoothing the time series data of the output of the SPAD element 51.
 時間計測部(TDC)330は、SPAD素子51の出力パルスをサンプリングするサンプリング周波数を変えることによって時間分解能の切替えが可能な構成、例えば、相対的に粗い時間分解能と相対的に細かい時間分解能とに切替えが可能な構成となっている。この時間分解能の切替えのために、図8に示すように、移動平均ヒストグラムに対してTDC動作閾値が設定されている。移動平均ヒストグラムがTDC動作閾値を超えることで、時間計測部330の時間分解能が、相対的に低いサンプリング周波数に基づく相対的に粗い時間分解能から、相対的に高いサンプリング周波数に基づく相対的に細かい時間分解能に切り替えられる。時間分解能は、SPAD出力パルスの立上がりタイミングを取得する際の分解能である。 The time measurement unit (TDC) 330 has a configuration in which the time resolution can be switched by changing the sampling frequency for sampling the output pulse of the SPAD element 51, for example, a relatively coarse time resolution and a relatively fine time resolution. The configuration is switchable. In order to switch the time resolution, as shown in FIG. 8, a TDC operation threshold value is set for the moving average histogram. When the moving average histogram exceeds the TDC operation threshold, the time resolution of the time measuring unit 330 changes from a relatively coarse time resolution based on a relatively low sampling frequency to a relatively fine time based on a relatively high sampling frequency. Switch to resolution. The time resolution is the resolution at which the rising timing of the SPAD output pulse is acquired.
 尚、外乱光イベントに対して連続発光パルス光の密度を高くすることで、連続発光パルス光による応答時に、取得するヒストグラムの移動平均量が増加する。従って、ヒストグラムの移動平均量に対して連続発光パルス光の密度からTDC動作閾値を推定することができる。この連続発光パルス光の密度から推定されるTDC動作閾値を設定し、当該TDC動作閾値を超えた場合に、時間計測部330を細かい時間分解能で動作させるようにすることもできる。 By increasing the density of the continuously emitted pulsed light in response to the disturbance light event, the moving average amount of the histogram to be acquired increases when responding by the continuously emitted pulsed light. Therefore, the TDC operation threshold can be estimated from the density of the continuously emitted pulsed light with respect to the moving average amount of the histogram. It is also possible to set a TDC operation threshold value estimated from the density of the continuously emitted pulsed light so that the time measurement unit 330 operates with a fine time resolution when the TDC operation threshold value is exceeded.
 上述したように、実施例1に係る時間計測部330では、光源部20からの短時間での連続発光パルス光の照射による、測距対象物からの連続反射パルス光の受光に応じたSPAD出力パルスに基づいてヒストグラムを1回生成する。そして、1回のヒストグラム生成で反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果を時間計測部330にフィードバックさせる(図7参照)。具体的には、1回生成したヒストグラムがTDC動作閾値を超えたら、時間計測部330の時間分解能を粗い時間分解能から細かい時間分解能に切り替える。その結果、動的フィードバック制御により、測距対象物付近のみ細かい分解能で測距を行うことができる。 As described above, in the time measurement unit 330 according to the first embodiment, the SPAD output corresponding to the reception of the continuously reflected pulse light from the distance measuring object by the irradiation of the continuous emission pulse light from the light source unit 20 in a short time. Generate a histogram once based on the pulse. Then, the occurrence timing of the reflected light event is estimated by generating the histogram once, and the estimation result is fed back to the time measurement unit 330 (see FIG. 7). Specifically, when the histogram generated once exceeds the TDC operation threshold value, the time resolution of the time measuring unit 330 is switched from the coarse time resolution to the fine time resolution. As a result, the dynamic feedback control enables distance measurement with fine resolution only in the vicinity of the distance measurement object.
 尚、1回のヒストグラム生成については時間計測部330で行われ、1回のヒストグラム生成に基づく反射光イベントの発生タイミングの推定についてはシステム制御部40で行われる。そして、反射光イベントの発生タイミングの推定結果が、システム制御部40から時間計測部330にフィードバックされ、時間分解能の切替えが行われる。 Note that one histogram generation is performed by the time measurement unit 330, and the estimation of the occurrence timing of the reflected light event based on one histogram generation is performed by the system control unit 40. Then, the estimation result of the occurrence timing of the reflected light event is fed back from the system control unit 40 to the time measurement unit 330, and the time resolution is switched.
 続いて、本実施形態に係る受光装置30の制御方法についての処理の流れについて、図9のフローチャートを用いて説明する。 Subsequently, the processing flow of the control method of the light receiving device 30 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
 光センサ32は、光源部20からの短時間での連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光する(ステップS11)。次に、時間計測部330は、光センサ32での連続反射パルス光の受光に応じたSPAD出力パルスを光センサ32から受け、当該SPAD出力パルスに基づいてヒストグラムを1回生成し、システム制御部40に供給する(ステップS12)。 The optical sensor 32 receives the continuously reflected pulsed light from the distance measuring object based on the irradiation of the continuously emitted pulsed light from the light source unit 20 in a short time (step S11). Next, the time measurement unit 330 receives the SPAD output pulse from the optical sensor 32 in response to the reception of the continuously reflected pulse light by the optical sensor 32, generates a histogram once based on the SPAD output pulse, and generates a histogram once, and the system control unit 330. Supply to 40 (step S12).
 システム制御部40は、1回の生成によるヒストグラムを時間計測部330から受け、当該ヒストグラム生成に基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し(ステップS13)、時間計測部330に対して測距に関する特性(本例では、時間分解能)についてフィードバック制御を行う(ステップS14)。測距に関する特性については、時間分解能に限られるものではなく、後述する実施例2の場合のように、光センサ32の画素領域における読み出し領域とすることもできる。 The system control unit 40 receives a histogram generated once from the time measurement unit 330, estimates the occurrence timing of the reflected light event based on the histogram generation (step S13), and measures the distance to the time measurement unit 330. Feedback control is performed for the characteristic (in this example, the time resolution) related to the above (step S14). The characteristics related to distance measurement are not limited to the time resolution, and may be a readout region in the pixel region of the optical sensor 32 as in the case of the second embodiment described later.
 尚、図9のフローチャートに示した処理の流れについては、一例であってこれに限られるものではない。例えば、ステップS12以降の処理について、ヒストグラムを生成しきる前にフィードバック制御を行う処理の流れとすることもできる。具体的には、ヒストグラムを生成しながら、その移動平均がある閾値を超えた場合に、時間分解能を変える処理の流れとすることもできる。 The processing flow shown in the flowchart of FIG. 9 is an example and is not limited to this. For example, for the processing after step S12, it is possible to use a processing flow in which feedback control is performed before the histogram is completely generated. Specifically, it is also possible to generate a histogram and change the time resolution when the moving average exceeds a certain threshold value.
 次に、時間計測部330の時間分解能を切り替える手法について、具体例を挙げて説明する。尚、以下では、時間分解能を2段階に切り替える場合について説明するが、2段階に限られるものではない。 Next, a method of switching the time resolution of the time measurement unit 330 will be described with a specific example. In the following, a case where the time resolution is switched to two stages will be described, but the case is not limited to the two stages.
(時間分解能切替えの具体例1)
 図10は、時間計測部330の時間分解能を切り替える具体例1について説明するための図(タイミング波形図)である。図10には、SPAD出力パルス及び、サンプリングタイミングのタイミング関係を示している。
(Specific example 1 of time resolution switching)
FIG. 10 is a diagram (timing waveform diagram) for explaining a specific example 1 for switching the time resolution of the time measuring unit 330. FIG. 10 shows the timing relationship between the SPAD output pulse and the sampling timing.
 具体例1では、時間計測部330において、システム制御部40からのフィードバック制御の下に、サンプリング周波数を、相対的に低い周波数(例えば、1GHz)から、相対的に高い(例えば、16GHz)に切り替えるようにする。このように、サンプリング周波数を低い周波数から高い周波数に切り替えることにより、時間計測部330において、SPAD出力パルスの立上がりタイミングを取得する際の時間分解能を向上させることができる。 In Specific Example 1, the time measuring unit 330 switches the sampling frequency from a relatively low frequency (for example, 1 GHz) to a relatively high frequency (for example, 16 GHz) under feedback control from the system control unit 40. To do so. By switching the sampling frequency from a low frequency to a high frequency in this way, it is possible to improve the time resolution when the time measuring unit 330 acquires the rising timing of the SPAD output pulse.
(時間分解能切替えの具体例2)
 図11は、時間計測部330の時間分解能を切り替える具体例2について説明するための図である。
(Specific example 2 of time resolution switching)
FIG. 11 is a diagram for explaining a specific example 2 for switching the time resolution of the time measuring unit 330.
 具体例2では、時間計測部330として、分解能が粗い時間計測部330_11、及び、分解能が細かい時間計測部330_12の2種類を用いる。そして、システム制御部40からフィードバック制御の下に、分解能が粗い時間計測部330_11から、分解能が細かい時間計測部330_12に切り替えるようにする。このように、分解能が粗い時間計測部330_11から、分解能が細かい時間計測部330_12に切り替えることにより、時間計測部330において、SPAD出力パルスの立上がりタイミングを取得する際の時間分解能を向上させることができる。 In Specific Example 2, two types of the time measurement unit 330 are used: the time measurement unit 330 _11 having a coarse resolution and the time measurement unit 330 _12 having a fine resolution. Then, under the feedback control from the system control unit 40, the resolution is coarse time measurement unit 330 _11, resolution is to switch to the fine time measurement unit 330 _12. Thus, the resolution is coarse time measurement unit 330 _11, by switching the resolution is fine time measurement unit 330 _12, in the time measuring unit 330, improving the time resolution in acquiring rise timing of the SPAD output pulse Can be done.
(時間分解能切替えの具体例3)
 図12は、時間計測部330の時間分解能を切り替える具体例3について説明するための図である。
(Specific example 3 of time resolution switching)
FIG. 12 is a diagram for explaining a specific example 3 for switching the time resolution of the time measuring unit 330.
 具体例3では、時間計測部(TDC)330を、2ステージTDC(パイプラインTDC)とする。具体的には、時間計測部330を、分解能が粗い2つの時間計測部330_21及び時間計測部330_22を、利得Aの時間アンプ331を挟んで直列に接続した構成とする。システム制御部40からフィードバック制御の下に、1段目の時間計測部330_21だけを使ってSPAD出力パルスの立上がりタイミングを取得するか、1段目の時間計測部330_21及び2段目の時間計測部330_22を使ってSPAD出力パルスの立上がりタイミングを取得するかを切り替えるようにする。 In Specific Example 3, the time measuring unit (TDC) 330 is a two-stage TDC (pipeline TDC). Specifically, the time measuring unit 330 is configured by connecting two time measuring units 330 _21 and a time measuring unit 330 _22 having coarse resolution in series with a time amplifier 331 of gain A interposed therebetween. Under feedback control from the system control unit 40, the rise timing of the SPAD output pulse is acquired using only the time measurement unit 330 _21 of the first stage, or the time measurement unit 330 _21 of the first stage and the time of the second stage. The measurement unit 330 _22 is used to switch whether to acquire the rise timing of the SPAD output pulse.
 具体例3の場合にも、具体例1及び具体例2の場合と同様に、時間計測部330において、SPAD出力パルスの立上がりタイミングを取得する際の時間分解能を向上させることができる。尚、1段目の時間計測部330_21及び2段目の時間計測部330_22を使ってSPAD出力パルスの立上がりタイミングを取得した際の誤差については、利得Aの時間アンプ331で増幅後の誤差であるため、当該誤差による影響は微細である(1/Aである。 In the case of the specific example 3, as in the case of the specific example 1 and the specific example 2, the time resolution at the time of acquiring the rising timing of the SPAD output pulse can be improved in the time measuring unit 330. Note that the error in obtaining the rise timing of the SPAD output pulse with a time of the first stage measuring 330 _21 and 2-stage time measurement unit 330 _22, error after amplification time amplifier 331 of gain A Therefore, the effect of the error is minute (1 / A).
[実施例2]
 実施例2は、取得したヒストグラムに基づく測距結果を時間計測部330にフィードバックして、測距に関する特性の一例である、光センサ32の画素領域における読み出し領域を制御する例である。実施例2に係る受光装置30の構成の一例を図13に示す。
[Example 2]
The second embodiment is an example in which the distance measurement result based on the acquired histogram is fed back to the time measurement unit 330 to control the read region in the pixel region of the optical sensor 32, which is an example of the characteristics related to the distance measurement. FIG. 13 shows an example of the configuration of the light receiving device 30 according to the second embodiment.
 光源部20として、例えば、光源がアレイ状に2次元配置されて成る面発光半導体レーザ、例えば、垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL)を用いる場合、発光部(光源)を部分的に発光させることが可能である。これにより、例えば垂直共振器型面発光レーザを光源部20として用いる測距装置1において、垂直共振器型面発光レーザの発光領域として、短時間に連続的に発光させる連続発光領域と、連続的に発光させる周期よりも長い周期で発光させる通常発光領域とを設けることが可能になる。換言すれば、垂直共振器型面発光レーザの発光領域内に連続発光領域と通常発光領域とを混在させることができる。 When, for example, a surface emitting semiconductor laser in which light sources are arranged two-dimensionally in an array, for example, a vertical cavity type surface emitting laser (VCSEL) is used as the light source unit 20, the light emitting unit (light source) is partially emitted. It is possible. As a result, for example, in the distance measuring device 1 that uses the vertical resonator type surface emitting laser as the light source unit 20, the light emitting region of the vertical resonator type surface emitting laser is a continuous light emitting region that continuously emits light in a short time and a continuous light emitting region. It is possible to provide a normal light emitting region in which light is emitted in a cycle longer than the cycle in which light is emitted. In other words, the continuous light emitting region and the normal light emitting region can be mixed in the light emitting region of the vertical resonator type surface emitting laser.
 実施例2に係る受光装置30では、光源部20側の連続発光領域と通常発光領域とに対応させて、光センサ32の画素領域320に、図14Aに示すように、連続発光による読み出し領域320Aと、通常発光による読み出し領域320Bとを設定可能な構成となっている。そして、連続発光による読み出し領域320Aに対しては、実施例1に係る反射光イベント発生タイミングの推定技術、即ち、受光した連続反射パルス光に基づいてヒストグラム生成を1回実行し、生成したヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定する技術が適用することができる。因みに、通常発光による読み出し領域320Bについては、光源部20からの短時間での連続発光パルス光の照射でないために、フィードバック処理を適用することはできない。 In the light receiving device 30 according to the second embodiment, as shown in FIG. 14A, the pixel area 320 of the optical sensor 32 corresponds to the continuous light emitting area and the normal light emitting area on the light source unit 20 side, and the reading area 320A by continuous light emitting is used. And the read area 320B by normal light emission can be set. Then, for the read region 320A by continuous light emission, the histogram generation is executed once based on the reflected light event occurrence timing estimation technique according to the first embodiment, that is, the received continuous reflected pulse light, and the generated histogram is obtained. Based on this, a technique for estimating the timing of occurrence of a reflected light event can be applied. Incidentally, the feedback process cannot be applied to the read-out region 320B by normal light emission because the light source unit 20 does not irradiate the continuous light emission pulse light in a short time.
 上述したように、光センサ32の画素領域320に、光源部20からの連続発光による第1読み出し領域320Aと、光源部20からの通常発光による第2読み出し領域320Bとを設定し、第1読み出し領域320Aに対して、実施例1に係る反射光イベント発生タイミングの推定技術を適用することにより、次のような作用、効果を得ることができる。例えば、図14Bに示すように、光センサ32の画素領域320の全面で受光内容を取得するが、特に、受光内容の中央部だけ時間分解能を上げたい場合などの状況下において効果を発揮することができる。また、第1読み出し領域320AのSPAD出力パルスのみを用いてヒストグラムの生成を行うことになるため、ヒストグラム生成の際に用いるメモリの容量を削減することができる。 As described above, in the pixel area 320 of the optical sensor 32, a first read area 320A due to continuous light emission from the light source unit 20 and a second read area 320B due to normal light emission from the light source unit 20 are set, and the first read is performed. By applying the reflected light event occurrence timing estimation technique according to the first embodiment to the region 320A, the following actions and effects can be obtained. For example, as shown in FIG. 14B, the light receiving content is acquired over the entire surface of the pixel area 320 of the optical sensor 32, but it is particularly effective in a situation where it is desired to increase the time resolution only in the central portion of the light receiving content. Can be done. Further, since the histogram is generated using only the SPAD output pulse of the first read area 320A, the capacity of the memory used for generating the histogram can be reduced.
(実施例2の変形例)
 実施例2の変形例として、図15に示すように、連続発光に基づいて取得したヒストグラムの結果を用いて、光センサ32の画素領域320において、連続発光による第1読み出し領域320Aの設定位置を変えるようにしてもよい。具体的には、第1ステップとして、光センサ32の画素領域320の全面に対して粗い時間分解能で読み出しを行い、その後、第2ステップとして、測距対象物(被写体)が存在することがわかった箇所について注目領域を絞る処理を行う。図15の右側の図の場合、画素領域320の左上と右下が注目領域であり、その箇所の時間分解能を高めることになる。このように、光センサ32の画素領域320において、連続発光による第1読み出し領域320Aを絞ることで、受光装置30の消費電力の削減に対して効果がある。
(Modification of Example 2)
As a modification of the second embodiment, as shown in FIG. 15, using the result of the histogram acquired based on the continuous light emission, the setting position of the first read area 320A by the continuous light emission is set in the pixel area 320 of the optical sensor 32. You may change it. Specifically, as a first step, the entire surface of the pixel area 320 of the optical sensor 32 is read out with a coarse time resolution, and then, as a second step, it is found that a distance measuring object (subject) exists. The process of narrowing down the area of interest is performed. In the case of the figure on the right side of FIG. 15, the upper left and lower right of the pixel area 320 are the areas of interest, which enhances the time resolution of those areas. As described above, in the pixel region 320 of the optical sensor 32, narrowing down the first readout region 320A by continuous light emission is effective in reducing the power consumption of the light receiving device 30.
[実施例3]
 実施例3は、時間計測部330としてΔΣ型の時間計測部(以下、「ΔΣTDC」を用い、ΔΣTDCの計測結果を入力にフィードバックする例である。ここで、ΔΣTDCとは、ΔΣ変調技術を用いた時間計測部である。
[Example 3]
Example 3 is an example in which a ΔΣ type time measuring unit (hereinafter, “ΔΣTDC” is used as the time measuring unit 330 and the measurement result of ΔΣTDC is fed back to the input. Here, ΔΣTDC uses a ΔΣ modulation technique. It is the time measurement unit that was there.
 実施例3に係る受光装置30の構成の一例を図16に示す。実施例3に係る受光装置30は、SPAD素子51のカソード電圧VCAを波形整形するCMOSインバータ55の後段に、抵抗素子R及び容量素子Cから成るアナログローパスフィルタ(LPF)56が設けられ、その後段に、コンパレータ57が設けられている。アナログローパスフィルタ56は、SPAD素子51の出力パルスを波形整形することで、反射光イベントについてのヒストグラムを生成する。コンパレータ57は、比較基準として測距対象判定閾値を有しており、アナログローパスフィルタ56の出力と比較する。 An example of the configuration of the light receiving device 30 according to the third embodiment is shown in FIG. In the light receiving device 30 according to the third embodiment, an analog low-pass filter (LPF) 56 composed of a resistance element R and a capacitive element C is provided after the CMOS inverter 55 that waveform-shapes the cathode voltage V CA of the SPAD element 51, and thereafter. A comparator 57 is provided on the stage. The analog low-pass filter 56 waveform-shapes the output pulse of the SPAD element 51 to generate a histogram of the reflected light event. The comparator 57 has a distance measurement target determination threshold value as a comparison reference, and compares it with the output of the analog low-pass filter 56.
 コンパレータ57の出力は、ΔΣTDCから成る時間計測部330に入力される。ΔΣ変調技術を用いた時間計測部330は、減算器3301、積分器3302、コンパレータ3303、及び、デジタル-アナログ変換器(DAC)3304から成る構成となっている。減算器3301は、2入力となる信号の差を取る。積分器3302は、減算器3301の出力について時間積分を行う。コンパレータ3303は、積分器3302の出力について量子化を行う。 The output of the comparator 57 is input to the time measuring unit 330 composed of ΔΣTDC. The time measuring unit 330 using the delta-sigma modulation technique includes a subtractor 3301, an integrator 3302, a comparator 3303, and a digital-to-analog converter (DAC) 3304. The subtractor 3301 takes the difference between the two input signals. The integrator 3302 performs time integration on the output of the subtractor 3301. Comparator 3303 quantizes the output of integrator 3302.
 上記の構成の実施例3に係る受光装置30では、フィードバック回路部分を、デジタル-アナログ変換器3304を用いて構成しているが、この構成に限られるものではなく、一般的な負帰還系の回路構成であってもよい。 In the light receiving device 30 according to the third embodiment of the above configuration, the feedback circuit portion is configured by using the digital-to-analog converter 3304, but the present invention is not limited to this configuration, and a general negative feedback system is used. It may have a circuit configuration.
 実施例3に係る受光装置30の各部の信号波形を図17に示す。図17には、光源部20から出射される連続発光パルス光、SPAD素子51の出力パルス、アナログローパスフィルタ56の出力(LPF出力)、及び、コンパレータ57の出力(CMP出力)の各タイミング波形を示している。 FIG. 17 shows the signal waveform of each part of the light receiving device 30 according to the third embodiment. FIG. 17 shows the timing waveforms of the continuous emission pulse light emitted from the light source unit 20, the output pulse of the SPAD element 51, the output of the analog low-pass filter 56 (LPF output), and the output of the comparator 57 (CMP output). Shown.
 図17のタイミング波形図から明らかなように、光源部20からの連続発光パルス光に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光して得られるSPAD出力パルスを、アナログローパスフィルタ56を通して波形整形することで、SPAD出力パルスの計測時間を積み上げたヒストグラムを取得することができる。コンパレータ57は、アナログローパスフィルタ56の出力(LPF出力)を、測距対象判定閾値と比較し、測距開始タイミングから、LPF出力が測距対象判定閾値を超えるタイミングまでをパルス幅とするパルスを出力する。このパルス幅は、反射光イベントが発生しているであろうと推定されるまでの推定時間となる。 As is clear from the timing waveform diagram of FIG. 17, the SPAD output pulse obtained by receiving the continuously reflected pulse light from the distance measuring object based on the continuous emission pulse light from the light source unit 20 is passed through the analog low pass filter 56. By shaping the waveform, it is possible to obtain a histogram in which the measurement times of the SPAD output pulses are accumulated. The comparator 57 compares the output (LPF output) of the analog low-pass filter 56 with the distance measurement target determination threshold value, and sets a pulse width from the distance measurement start timing to the timing when the LPF output exceeds the distance measurement target determination threshold value. Output. This pulse width is the estimated time until it is estimated that a reflected light event will occur.
 ここで、ΔΣTDCから成る時間計測部330の実動作について、図18の回路図を用いて説明する。図18は、ΔΣTDCから成る時間計測部330の実動作について説明するための回路図である。 Here, the actual operation of the time measuring unit 330 composed of ΔΣTDC will be described with reference to the circuit diagram of FIG. FIG. 18 is a circuit diagram for explaining the actual operation of the time measuring unit 330 including ΔΣTDC.
 ここでは、時間計測部330の出力側にローパスフィルタ58を設けた回路構成を示しており、TDC入力をxとし、TDC出力をyとし、ローパスフィルタ58の出力をzとしている。図18の回路の各部の信号波形、即ち、TDC入力x、TDC出力y、及び、ローパスフィルタ58の出力zの信号波形を図19に示している。 Here, a circuit configuration in which a low-pass filter 58 is provided on the output side of the time measurement unit 330 is shown, the TDC input is x, the TDC output is y, and the output of the low-pass filter 58 is z. The signal waveforms of each part of the circuit of FIG. 18, that is, the signal waveforms of the TDC input x, the TDC output y, and the output z of the low-pass filter 58 are shown in FIG.
 上述したように、実施例3では、実施例1及び実施例2のように、時間計測部330で生成されたヒストグラムを用い、当該ヒストグラムに基づく測距結果を、時間分解能や光センサの読み出し領域の制御にフィードバックするのではなく、時間計測部330としてΔΣTDCを用い、ΔΣTDCの計測結果をその入力にフィードバックする構成となっている。 As described above, in the third embodiment, as in the first and second embodiments, the histogram generated by the time measuring unit 330 is used, and the distance measurement result based on the histogram is obtained in the time resolution and the reading area of the optical sensor. Instead of feeding back to the control of, ΔΣTDC is used as the time measuring unit 330, and the measurement result of ΔΣTDC is fed back to the input.
 実施例3の場合にも、実施例1や実施例2の場合のように、光源部20からの短時間での連続発光パルス光の照射による、測距対象物からの連続反射パルス光の受光に応じたSPAD出力パルスに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定することができるため、測距を短時間で行うことができる。 Also in the case of the third embodiment, as in the case of the first and second embodiments, the light source unit 20 emits the continuously emitted pulsed light in a short time to receive the continuously reflected pulsed light from the distance measuring object. Since the occurrence timing of the reflected light event can be estimated based on the SPAD output pulse according to the above, the distance measurement can be performed in a short time.
 また、実施例3によれば、時間計測部330として、SPAD出力パルスの計測時間を積み上げてヒストグラムを生成する手法以外のTDC手法、具体的には、ΔΣ変調技術を用いた手法を用いることができる。そして、時間計測部330として、ΔΣTDCを用いることで、時間分解能による丸め込まれる誤差を抑えて、より高い時間分解能で測距を行うことができる。 Further, according to the third embodiment, the time measuring unit 330 may use a TDC method other than the method of accumulating the measurement times of the SPAD output pulses to generate a histogram, specifically, a method using the ΔΣ modulation technique. it can. Then, by using ΔΣTDC as the time measuring unit 330, it is possible to suppress the rounding error due to the time resolution and perform the distance measurement with a higher time resolution.
 ここで、時間計測部330として用いるΔΣTDCの基本となるΔΣ変調器について説明する。ΔΣ変調器の基本構成の回路図を図20Aに示し、基本構成をz領域でモデル化した図を図20Bに示す。 Here, the ΔΣ modulator which is the basis of the ΔΣ TDC used as the time measuring unit 330 will be described. A circuit diagram of the basic configuration of the ΔΣ modulator is shown in FIG. 20A, and a diagram in which the basic configuration is modeled in the z region is shown in FIG. 20B.
 上記の構成のΔΣ変調器において、アナログ入力をxとし、アナログ出力をyとし、量子化ノイズをNqとすると、
  (x-yz-1)(1/(1-z-1)+Nq=y
から、アナログ出力yは、
  y=x+Nq(1-z-1
となり、アナログ入力xと、高域通過フィルタを通過した量子化ノイズNqとの和で表される。量子化ノイズNqのパワーは一定であるため、積分器を含むΔΣ変調器は、所謂、ノイズシェーピングの効果により、図21に示すように、高域側にノイズを遷移させる。高域側に遷移したノイズを、適当なカットオフ周波数を持つ後段のフィルタ(図18のローパスフィルタ58に相当)によって除去することにより、ΔΣ変調器は、非常に高い分解能を達成することができる。
In the ΔΣ modulator having the above configuration, where x is the analog input, y is the analog output, and N q is the quantization noise.
(X-yz -1 ) (1 / (1-z -1 ) + N q = y
Therefore, the analog output y is
y = x + N q (1-z -1 )
Is represented by the sum of the analog input x and the quantization noise N q that has passed through the high frequency pass filter. Since the power of the quantization noise N q is constant, the ΔΣ modulator including the integrator shifts the noise to the high frequency side due to the effect of so-called noise shaping, as shown in FIG. The delta-sigma modulator can achieve very high resolution by removing the noise that has transitioned to the high frequency side with a subsequent filter (corresponding to the low-pass filter 58 in FIG. 18) having an appropriate cutoff frequency. ..
 図21は、ノイズシェーピングの有無による量子化ノイズの分布の違いについて説明する図である。図21において、左側の図がノイズシェーピング無しの場合を示し、右側の図がノイズシェーピング有りの場合を示している。 FIG. 21 is a diagram for explaining the difference in the distribution of quantization noise depending on the presence or absence of noise shaping. In FIG. 21, the figure on the left side shows the case without noise shaping, and the figure on the right side shows the case with noise shaping.
 上述したことか明らかなように、ノイズシェーピングの効果により、非常に高い分解能を達成することができるΔΣ変調器から成るΔΣTDCを時間計測部330として用いることで、非常に高い分解能の時間計測部330を実現できることになる。 As is clear from the above, by using the ΔΣ TDC composed of the ΔΣ modulator capable of achieving extremely high resolution due to the effect of noise shaping as the time measuring unit 330, the time measuring unit 330 having extremely high resolution is used. Will be realized.
<変形例>
 以上、本開示に係る技術について、好ましい実施形態に基づき説明したが、本開示に係る技術は当該実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態において説明した受光装置及び測距装置の構成、構造は例示であり、適宜、変更することができる。
<Modification example>
The technique according to the present disclosure has been described above based on the preferred embodiment, but the technique according to the present disclosure is not limited to the embodiment. The configurations and structures of the light receiving device and the distance measuring device described in the above embodiment are examples, and can be changed as appropriate.
<本開示に係る技術の適用例>
 本開示に係る技術は、様々な製品に適用することができる。以下に、より具体的な適用例について説明する。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械(トラクター)などのいずれかの種類の移動体に搭載される測距装置として実現されてもよい。
<Application example of the technology according to the present disclosure>
The technology according to the present disclosure can be applied to various products. A more specific application example will be described below. For example, 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 distance measuring device mounted on the body.
[移動体]
 図22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22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。
[Mobile]
FIG. 22 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. In the example shown in FIG. 22, 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.
 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22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。 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 provided by wired communication or wireless communication with devices or sensors inside or outside the vehicle. A communication I / F for performing communication is provided. In FIG. 22, as the functional configuration of the integrated control unit 7600, the microcomputer 7610, the general-purpose communication I / F 7620, the dedicated communication I / F 7630, the positioning unit 7640, the beacon receiving unit 7650, the in-vehicle device I / F 7660, the 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.
 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。 The drive system control unit 7100 controls the operation of the device related to the drive system of the vehicle according to various programs. For example, 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 a braking force of a 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).
 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。 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 motion 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 braking device, and the like.
 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。 The body system control unit 7200 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs. For example, 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 head lamps, back lamps, brake lamps, blinkers or fog lamps. In this case, 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.
 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。 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 to control the temperature of the secondary battery 7310 or the cooling device provided in the battery device.
 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。 The vehicle outside information detection unit 7400 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 7000. For example, at least one of 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 to detect, for example, the current weather or an environment sensor for detecting the weather, or 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.
 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。 The environment 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 image pickup 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.
 ここで、図23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。 Here, FIG. 23 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 image pickup unit 7916 provided on the rear bumper or the back door mainly acquires an image of the rear of the vehicle 7900. The imaging 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.
 尚、図23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。 Note that FIG. 23 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, and 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.
 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。 The vehicle exterior information detection units 7920, 7922, 7924, 7926, 7928, 7930 provided on the front, rear, side, corners of the vehicle 7900 and the upper part of 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.
 図22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。 Return to FIG. 22 and continue the explanation. The vehicle outside 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 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 received reflected wave information. The vehicle exterior 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 outside information detection unit 7400 may calculate the distance to an object outside the vehicle based on the received information.
 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。 Further, 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.
 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。 The in-vehicle information detection unit 7500 detects the in-vehicle information. For example, 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.
 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。 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.
 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。 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.
 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、LTE(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。 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, LTE (Long Term Evolution) or LTE-A (LTE-Advanced), or wireless LAN (Wi-Fi). Other wireless communication protocols such as (also referred to as (registered trademark)) and Bluetooth (registered trademark) may be implemented. The general-purpose communication I / F 7620 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, for example, a base station or an access point. 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). May be connected with.
 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。 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 cellular communication protocol, which is a combination of lower layer IEEE802.11p and 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-home (Vehicle to Home) communication, and pedestrian-to-pedestrian (Vehicle to Pedertian) communication. ) Carry out V2X communication, a concept that includes one or more of the communications.
 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。尚、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。 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.
 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。尚、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。 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 jam, 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.
 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。 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). In addition, the in-vehicle device I / F7660 is connected 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). A wired connection such as High-definition Link) may be established. The in-vehicle device 7760 may include, for example, at least one of a passenger's mobile device or wearable device, or an information device carried or attached to the vehicle. In addition, 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 exchanges control signals or data signals with these in-vehicle devices 7760.
 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。 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 and receives signals and the like according to a predetermined protocol supported by the communication network 7010.
 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。 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. Based on the information acquired in the above, the vehicle control system 7000 is controlled according to various programs. 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. For example, 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. In addition, the microcomputer 7610 automatically travels autonomously without relying on the driver's operation by controlling the driving force generator, steering mechanism, 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.
 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。 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.
 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22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。 The audio image output unit 7670 transmits an output signal of at least one of audio and an image to an output device capable of visually or audibly notifying information to the passenger or the outside of the vehicle. In the example of FIG. 22, 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 heads-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. When the output device is a display device, 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. When the output device is an audio output device, the audio output device converts an audio signal composed of reproduced audio data, acoustic data, or the like into an analog signal and outputs it audibly.
 尚、図22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。 In the example shown in FIG. 22, at least two control units connected via the communication network 7010 may be integrated as one control unit. Alternatively, each control unit may be composed of a plurality of control units. Further, the vehicle control system 7000 may include another control unit (not shown). Further, in the above description, 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. Similarly, a sensor or device connected to one of the control units may be connected to the other control unit, and the plurality of control units may send and receive detection information to and from each other via the communication network 7010. ..
 以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部7410がToFカメラを含む場合に、当該ToFカメラに適用され得る。そして、本開示に係る技術を適用することにより、信頼性の高い測距を行うことができる受光装置を実現できる。そして、当該受光装置を測距装置の受光装置として搭載することで、例えば、測定対象物を高精度にて検出可能な車両制御システムを構築できる。 The above is an example of a vehicle control system to which the technology according to the present disclosure can be applied. The technique according to the present disclosure can be applied to the ToF camera in the above-described configuration, for example, when the imaging unit 7410 includes a ToF camera. Then, by applying the technique according to the present disclosure, it is possible to realize a light receiving device capable of performing distance measurement with high reliability. Then, by mounting the light receiving device as a light receiving device of the distance measuring device, for example, a vehicle control system capable of detecting an object to be measured with high accuracy can be constructed.
<本開示がとることができる構成>
 尚、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
<Structure that can be taken by this disclosure>
The present disclosure may also have the following configuration.
≪A.第1受光装置≫
[A-1]光センサ、
 時間計測部、及び、
 システム制御部、
を備え、
 光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
 時間計測部は、光センサの出力パルスを基に、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
 システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果に基づいて測距に関する特性についてフィードバック制御する、
受光装置。
[A-2]システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングを、反射光イベントの発生タイミングとして推定し、その推定結果に基づいて、時間計測部の時間分解能を制御する、
上記[A-1]に記載の受光装置。
[A-3]システム制御部は、光センサの受光素子の出力パルスをサンプリングするサンプリング周波数を変えることによって時間計測部の時間分解能を切り替える、
上記[A-2]に記載の受光装置。
[A-4]システム制御部は、時間計測部の時間分解能を、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングで、相対的に粗い時間分解能から相対的に細かい時間分解能に切り替える、
上記[A-3]に記載の受光装置。
[A-5]システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングを、反射光イベントの発生タイミングとして推定し、その推定結果に基づいて、光センサの画素領域における読み出し領域を制御する、
上記[A-1]に記載の受光装置。
[A-6]光センサの画素領域には、光源部側の連続発光領域に対応した第1読み出し領域と、光源部側の連続発光よりも長い周期での通常発光領域に対応した第2読み出し領域とが混在しており、
 システム制御部は、第1読み出し領域に対して、時間計測部で生成されたヒストグラムに基づいて反射光イベントの発生タイミングを推定する処理を実施する、
上記[A-5]に記載の受光装置。
[A-7]光センサの受光素子は、光子の受光に応じて信号を発生する素子から成る、
上記[A-1]乃至上記[A-6]のいずれかに記載の受光装置。
[A-8]光センサの受光素子は、単一光子アバランシェダイオードから成る、
上記[A-7]に記載の受光装置。
≪A. First light receiving device ≫
[A-1] Optical sensor,
Time measurement unit and
System control unit,
With
The optical sensor receives the continuously reflected pulsed light from the distance measuring object based on the irradiation of the continuously emitted pulsed light from the light source unit, and receives the continuously reflected pulsed light.
The time measurement unit generates a histogram of the reflected light event based on the reflected light from the distance measurement object based on the output pulse of the optical sensor.
The system control unit estimates the occurrence timing of the reflected light event based on the histogram generated by the time measurement unit, and feedback-controls the characteristics related to distance measurement based on the estimation result.
Light receiving device.
[A-2] The system control unit estimates the timing when the histogram generated by the time measurement unit exceeds a predetermined threshold value as the occurrence timing of the reflected light event, and based on the estimation result, the time of the time measurement unit. Control the resolution,
The light receiving device according to the above [A-1].
[A-3] The system control unit switches the time resolution of the time measurement unit by changing the sampling frequency for sampling the output pulse of the light receiving element of the optical sensor.
The light receiving device according to the above [A-2].
[A-4] The system control unit changes the time resolution of the time measurement unit from a relatively coarse time resolution to a relatively fine time resolution when the histogram generated by the time measurement unit exceeds a predetermined threshold value. Switch,
The light receiving device according to the above [A-3].
[A-5] The system control unit estimates the timing at which the histogram generated by the time measurement unit exceeds a predetermined threshold value as the occurrence timing of the reflected light event, and based on the estimation result, the pixel area of the optical sensor. Controls the read area in
The light receiving device according to the above [A-1].
[A-6] In the pixel region of the optical sensor, there is a first readout region corresponding to the continuous emission region on the light source side and a second readout region corresponding to the normal emission region having a longer cycle than the continuous emission on the light source side. Areas are mixed and
The system control unit performs a process of estimating the occurrence timing of the reflected light event based on the histogram generated by the time measurement unit for the first read area.
The light receiving device according to the above [A-5].
[A-7] The light receiving element of the optical sensor is composed of an element that generates a signal in response to the light reception of a photon.
The light receiving device according to any one of the above [A-1] to the above [A-6].
[A-8] The light receiving element of the optical sensor is composed of a single photon avalanche diode.
The light receiving device according to the above [A-7].
≪B.受光装置の制御方法≫
[B-1]光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光する光センサ、
を備える受光装置の制御に当たって、
 光センサの出力パルスを基に、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
 生成したヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果に基づいて測距に関する特性についてフィードバック制御する、
受光装置の制御方法。
≪B. Control method of light receiving device ≫
[B-1] An optical sensor that receives continuously reflected pulsed light from a distance measuring object based on irradiation of continuously emitted pulsed light from a light source unit.
In controlling the light receiving device equipped with
Based on the output pulse of the optical sensor, generate a histogram of the reflected light event based on the reflected light from the distance measurement object.
Based on the generated histogram, the timing of occurrence of the reflected light event is estimated, and feedback control is performed on the characteristics related to distance measurement based on the estimation result.
Control method of the light receiving device.
≪C.第2受光装置≫
[C-1]光センサ、
 ローパスフィルタ、
 コンパレータ、及び、
 時間計測部、
を備え、
 光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
 ローパスフィルタは、光センサの出力パルスを波形整形して、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
 コンパレータは、ローパスフィルタで生成されたヒストグラムを測距対象判定閾値と比較し、測距開始タイミングから、ヒストグラムが測距対象判定閾値を超えるタイミングまでをパルス幅とするパルスを出力し、
 時間計測部は、ΔΣ変調技術を用いたΔΣ型の時間計測部から成り、コンパレータの出力パルスを入力とし、計測結果を入力にフィードバックする、
受光装置。
[C-2]時間計測部は、
 信号の差を取る減算器、
 減算器の出力について時間積分を行う積分器、
 積分器の出力について量子化を行うコンパレータ、及び、
 コンパレータの出力を減算器の減算入力としてフィードバックするデジタル-アナログ変換器、
から成る上記[C-1]に記載の受光装置。
[C-3]光センサの受光素子は、光子の受光に応じて信号を発生する素子である、
上記[C-1]又は上記[C-2]に記載の受光装置。
[C-4]光センサの受光素子は、単一光子アバランシェダイオードから成る、
上記[C-3]に記載の受光装置。
≪C. Second light receiving device ≫
[C-1] Optical sensor,
Low pass filter,
Comparator and
Time measurement unit,
With
The optical sensor receives the continuously reflected pulsed light from the distance measuring object based on the irradiation of the continuously emitted pulsed light from the light source unit.
The low-pass filter waveform-shapes the output pulse of the optical sensor to generate a histogram of reflected light events based on the reflected light from the distance-finding object.
The comparator compares the histogram generated by the low-pass filter with the distance measurement target judgment threshold value, and outputs a pulse whose pulse width is from the distance measurement start timing to the timing when the histogram exceeds the distance measurement target judgment threshold value.
The time measurement unit consists of a delta-sigma type time measurement unit that uses delta-sigma modulation technology, and receives the output pulse of the comparator as an input and feeds back the measurement result to the input.
Light receiving device.
[C-2] The time measurement unit
A subtractor that takes the difference between signals,
An adder that integrates time over the output of the subtractor,
A comparator that quantizes the output of the integrator, and
Digital-to-analog converter that feeds back the output of the comparator as the subtraction input of the subtractor,
The light receiving device according to the above [C-1].
[C-3] The light receiving element of the optical sensor is an element that generates a signal in response to the light reception of a photon.
The light receiving device according to the above [C-1] or the above [C-2].
[C-4] The light receiving element of the optical sensor is composed of a single photon avalanche diode.
The light receiving device according to the above [C-3].
≪D.第1測距装置≫
[D-1]光源部、及び、
受光装置、
を備え、
 光源部は、測距対象物に対して連続発光パルス光を照射し、
 受光装置は、
 光センサ、
 時間計測部、及び、
 システム制御部、
を備え、
 光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
 時間計測部は、光センサの出力パルスに基づいて、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
 システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果に基づいて測距に関する特性についてフィードバック制御する、
測距装置。
[D-2]光源部は、光源がアレイ状に2次元配置されて成る面発光半導体レーザから成る、
上記[D-1]に記載の測距装置。
[D-3]面発光半導体レーザは、垂直共振器型面発光レーザである、
上記[D-2]に記載の測距装置。
[D-4]光源部の発光領域には、発光部を連続的に発光させる連続発光領域と、連続発光の周期よりも長い周期で発光部を発光させる通常発光領域とが混在している、
上記[D-2]又は上記[D-3]に記載の測距装置。
[D-5]光センサの画素領域には、光源部側の連続発光領域に対応した第1読み出し領域と、光源部側の通常発光領域に対応した第2読み出し領域との設定が可能であり、
 システム制御部は、第1読み出し領域に対して反射光イベントの発生タイミングを推定する処理を実施する、
上記[D-4]に記載の測距装置。
<< D. First ranging device ≫
[D-1] Light source unit and
Receiver,
With
The light source unit irradiates the object to be measured with continuous emission pulsed light,
The light receiving device is
Optical sensor,
Time measurement unit and
System control unit,
With
The optical sensor receives the continuously reflected pulsed light from the distance measuring object based on the irradiation of the continuously emitted pulsed light from the light source unit, and receives the continuously reflected pulsed light.
The time meter generates a histogram of the reflected light event based on the reflected light from the distance measurement object based on the output pulse of the optical sensor.
The system control unit estimates the occurrence timing of the reflected light event based on the histogram generated by the time measurement unit, and feedback-controls the characteristics related to distance measurement based on the estimation result.
Distance measuring device.
[D-2] The light source unit is composed of a surface emitting semiconductor laser in which light sources are two-dimensionally arranged in an array.
The distance measuring device according to the above [D-1].
[D-3] The surface emitting semiconductor laser is a vertical resonator type surface emitting laser.
The distance measuring device according to the above [D-2].
[D-4] In the light emitting region of the light source unit, a continuous light emitting region in which the light emitting unit continuously emits light and a normal light emitting region in which the light emitting unit emits light in a cycle longer than the continuous light emitting cycle are mixed.
The distance measuring device according to the above [D-2] or the above [D-3].
[D-5] In the pixel area of the optical sensor, it is possible to set a first read area corresponding to the continuous light emitting area on the light source side and a second read area corresponding to the normal light emitting area on the light source side. ,
The system control unit performs a process of estimating the occurrence timing of the reflected light event for the first read area.
The distance measuring device according to the above [D-4].
≪E.第2測距装置≫
[E-1]光源部、及び、
 受光装置、
を備え、
 光源部は、測距対象物に対して連続発光パルス光を照射し、
 受光装置は、
 光センサ、
 ローパスフィルタ、
 コンパレータ、及び、
 時間計測部、
を備え、
 光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
 ローパスフィルタは、光センサの出力パルスを波形整形して、反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
 コンパレータは、ローパスフィルタで生成されたヒストグラムを測距対象判定閾値と比較し、測距開始タイミングから、ヒストグラムが測距対象判定閾値を超えるタイミングまでをパルス幅とするパルスを出力し、
 時間計測部は、ΔΣ変調技術を用いたΔΣ型の時間計測部から成り、コンパレータの出力パルスを入力とし、計測結果を入力にフィードバックする、
測距装置。
≪E. Second ranging device ≫
[E-1] Light source unit and
Receiver,
With
The light source unit irradiates the object to be measured with continuous emission pulsed light,
The light receiving device is
Optical sensor,
Low pass filter,
Comparator and
Time measurement unit,
With
The optical sensor receives the continuously reflected pulsed light from the distance measuring object based on the irradiation of the continuously emitted pulsed light from the light source unit, and receives the continuously reflected pulsed light.
The lowpass filter waveform-shapes the output pulse of the photosensor to generate a histogram of reflected light events based on the reflected light.
The comparator compares the histogram generated by the low-pass filter with the distance measurement target judgment threshold value, and outputs a pulse whose pulse width is from the distance measurement start timing to the timing when the histogram exceeds the distance measurement target judgment threshold value.
The time measurement unit consists of a delta-sigma type time measurement unit that uses delta-sigma modulation technology, and receives the output pulse of the comparator as an input and feeds back the measurement result to the input.
Distance measuring device.
 1・・・測距装置、10・・・被写体(測定対象物)、20・・・光源部、21・・・レーザ駆動部、22・・・レーザ光源、23・・・拡散レンズ、30・・・受光装置、31・・・受光レンズ、32・・・光センサ、33・・・信号処理部、40・・・システム制御部、50・・・画素、51・・・SPAD素子、54・・・負荷、55・・・CMOSインバータ、330・・・時間計測部 1 ... Distance measuring device, 10 ... Subject (measurement object), 20 ... Light source unit, 21 ... Laser drive unit, 22 ... Laser light source, 23 ... Diffuse lens, 30 ... .. Light receiving device, 31 ... Light receiving lens, 32 ... Optical sensor, 33 ... Signal processing unit, 40 ... System control unit, 50 ... Pixels, 51 ... SPAD element, 54.・ ・ Load, 55 ・ ・ ・ CMOS inverter, 330 ・ ・ ・ Time measurement unit

Claims (19)

  1.  光センサ、
     時間計測部、及び、
     システム制御部、
    を備え、
     光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
     時間計測部は、光センサの出力パルスを基に、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
     システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果に基づいて測距に関する特性についてフィードバック制御する、
    受光装置。
    Optical sensor,
    Time measurement unit and
    System control unit,
    With
    The optical sensor receives the continuously reflected pulsed light from the distance measuring object based on the irradiation of the continuously emitted pulsed light from the light source unit, and receives the continuously reflected pulsed light.
    The time measurement unit generates a histogram of the reflected light event based on the reflected light from the distance measurement object based on the output pulse of the optical sensor.
    The system control unit estimates the occurrence timing of the reflected light event based on the histogram generated by the time measurement unit, and feedback-controls the characteristics related to distance measurement based on the estimation result.
    Light receiving device.
  2.  システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングを、反射光イベントの発生タイミングとして推定し、その推定結果に基づいて、時間計測部の時間分解能を制御する、
    請求項1に記載の受光装置。
    The system control unit estimates the timing when the histogram generated by the time measurement unit exceeds a predetermined threshold value as the occurrence timing of the reflected light event, and controls the time resolution of the time measurement unit based on the estimation result.
    The light receiving device according to claim 1.
  3.  システム制御部は、光センサの受光素子の出力パルスをサンプリングするサンプリング周波数を変えることによって時間計測部の時間分解能を切り替える、
    請求項2に記載の受光装置。
    The system control unit switches the time resolution of the time measurement unit by changing the sampling frequency for sampling the output pulse of the light receiving element of the optical sensor.
    The light receiving device according to claim 2.
  4.  システム制御部は、時間計測部の時間分解能を、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングで、相対的に粗い時間分解能から相対的に細かい時間分解能に切り替える、
    請求項3に記載の受光装置。
    The system control unit switches the time resolution of the time measurement unit from a relatively coarse time resolution to a relatively fine time resolution when the histogram generated by the time measurement unit exceeds a predetermined threshold value.
    The light receiving device according to claim 3.
  5.  システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムが所定の閾値を超えたタイミングを、反射光イベントの発生タイミングとして推定し、その推定結果に基づいて、光センサの画素領域における読み出し領域を制御する、
    請求項1に記載の受光装置。
    The system control unit estimates the timing at which the histogram generated by the time measurement unit exceeds a predetermined threshold value as the occurrence timing of the reflected light event, and controls the readout area in the pixel area of the optical sensor based on the estimation result. To do,
    The light receiving device according to claim 1.
  6.  光センサの画素領域には、光源部側の連続発光領域に対応した第1読み出し領域と、光源部側の連続発光よりも長い周期での通常発光領域に対応した第2読み出し領域とが混在しており、
     システム制御部は、第1読み出し領域に対して、時間計測部で生成されたヒストグラムに基づいて反射光イベントの発生タイミングを推定する処理を実施する、
    請求項5に記載の受光装置。
    In the pixel area of the optical sensor, a first readout area corresponding to the continuous light emission region on the light source side and a second readout region corresponding to the normal light emission region having a longer cycle than the continuous light emission on the light source side are mixed. And
    The system control unit performs a process of estimating the occurrence timing of the reflected light event based on the histogram generated by the time measurement unit for the first read area.
    The light receiving device according to claim 5.
  7.  光センサの受光素子は、光子の受光に応じて信号を発生する素子から成る、
    請求項1に記載の受光装置。
    The light receiving element of the optical sensor consists of an element that generates a signal in response to the light reception of a photon.
    The light receiving device according to claim 1.
  8.  光センサの受光素子は、単一光子アバランシェダイオードから成る、
    請求項7に記載の受光装置。
    The light receiving element of the photosensor consists of a single photon avalanche diode.
    The light receiving device according to claim 7.
  9.  光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光する光センサ、
    を備える受光装置の制御に当たって、
     光センサの出力パルスを基に、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
     生成したヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果に基づいて測距に関する特性についてフィードバック制御する、
    受光装置の制御方法。
    An optical sensor that receives continuously reflected pulsed light from a distance measuring object based on irradiation of continuously emitted pulsed light from a light source unit.
    In controlling the light receiving device equipped with
    Based on the output pulse of the optical sensor, generate a histogram of the reflected light event based on the reflected light from the distance measurement object.
    Based on the generated histogram, the timing of occurrence of the reflected light event is estimated, and feedback control is performed on the characteristics related to distance measurement based on the estimation result.
    Control method of the light receiving device.
  10.  光センサ、
     ローパスフィルタ、
     コンパレータ、及び、
     時間計測部、
    を備え、
     光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
     ローパスフィルタは、光センサの出力パルスを波形整形して、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
     コンパレータは、ローパスフィルタで生成されたヒストグラムを測距対象判定閾値と比較し、測距開始タイミングから、ヒストグラムが測距対象判定閾値を超えるタイミングまでをパルス幅とするパルスを出力し、
     時間計測部は、ΔΣ変調技術を用いたΔΣ型の時間計測部から成り、コンパレータの出力パルスを入力とし、計測結果を入力にフィードバックする、
    受光装置。
    Optical sensor,
    Low pass filter,
    Comparator and
    Time measurement unit,
    With
    The optical sensor receives the continuously reflected pulsed light from the distance measuring object based on the irradiation of the continuously emitted pulsed light from the light source unit, and receives the continuously reflected pulsed light.
    The low-pass filter waveform-shapes the output pulse of the optical sensor to generate a histogram of reflected light events based on the reflected light from the distance-finding object.
    The comparator compares the histogram generated by the low-pass filter with the distance measurement target judgment threshold value, and outputs a pulse whose pulse width is from the distance measurement start timing to the timing when the histogram exceeds the distance measurement target judgment threshold value.
    The time measurement unit consists of a delta-sigma type time measurement unit that uses delta-sigma modulation technology, and receives the output pulse of the comparator as an input and feeds back the measurement result to the input.
    Light receiving device.
  11.  時間計測部は、
     信号の差を取る減算器、
     減算器の出力について時間積分を行う積分器、
     積分器の出力について量子化を行うコンパレータ、及び、
     コンパレータの出力を減算器の減算入力としてフィードバックするデジタル-アナログ変換器、
    から成る請求項10に記載の受光装置。
    The time measurement unit
    A subtractor that takes the difference between signals,
    An adder that integrates time over the output of the subtractor,
    A comparator that quantizes the output of the integrator, and
    Digital-to-analog converter that feeds back the output of the comparator as the subtraction input of the subtractor,
    The light receiving device according to claim 10.
  12.  光センサの受光素子は、光子の受光に応じて信号を発生する素子から成る、
    請求項10に記載の受光装置。
    The light receiving element of the optical sensor consists of an element that generates a signal in response to the light reception of a photon.
    The light receiving device according to claim 10.
  13.  光センサの受光素子は、単一光子アバランシェダイオードから成る、
    請求項12に記載の受光装置。
    The light receiving element of the photosensor consists of a single photon avalanche diode.
    The light receiving device according to claim 12.
  14.  光源部、及び、
     受光装置、
    を備え、
     光源部は、測距対象物に対して連続発光パルス光を照射し、
     受光装置は、
     光センサ、
     時間計測部、及び、
     システム制御部、
    を備え、
     光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
     時間計測部は、光センサの出力パルスに基づいて、測距対象物からの反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
     システム制御部は、時間計測部で生成されたヒストグラムに基づいて、反射光イベントの発生タイミングを推定し、その推定結果に基づいて測距に関する特性についてフィードバック制御する、
    測距装置。
    Light source and
    Receiver,
    With
    The light source unit irradiates the object to be measured with continuous emission pulsed light,
    The light receiving device is
    Optical sensor,
    Time measurement unit and
    System control unit,
    With
    The optical sensor receives the continuously reflected pulsed light from the distance measuring object based on the irradiation of the continuously emitted pulsed light from the light source unit, and receives the continuously reflected pulsed light.
    The time meter generates a histogram of the reflected light event based on the reflected light from the distance measurement object based on the output pulse of the optical sensor.
    The system control unit estimates the occurrence timing of the reflected light event based on the histogram generated by the time measurement unit, and feedback-controls the characteristics related to distance measurement based on the estimation result.
    Distance measuring device.
  15.  光源部は、光源がアレイ状に2次元配置されて成る面発光半導体レーザから成る、
    請求項14に記載の測距装置。
    The light source unit is composed of a surface emitting semiconductor laser in which light sources are arranged two-dimensionally in an array.
    The distance measuring device according to claim 14.
  16.  面発光半導体レーザは、垂直共振器型面発光レーザである、
    請求項15に記載の測距装置。
    The surface emitting semiconductor laser is a vertical resonator type surface emitting laser.
    The distance measuring device according to claim 15.
  17.  光源部の発光領域には、発光部を連続的に発光させる連続発光領域と、連続発光の周期よりも長い周期で発光部を発光させる通常発光領域とが混在している、
    請求項15に記載の測距装置。
    The light emitting region of the light source unit includes a continuous light emitting region in which the light emitting unit continuously emits light and a normal light emitting region in which the light emitting unit emits light in a cycle longer than the continuous light emitting cycle.
    The distance measuring device according to claim 15.
  18.  光センサの画素領域には、光源部側の連続発光領域に対応した第1読み出し領域と、光源部側の通常発光領域に対応した第2読み出し領域との設定が可能であり、
     システム制御部は、第1読み出し領域に対して反射光イベントの発生タイミングを推定する処理を実施する、
    請求項17に記載の測距装置。
    In the pixel area of the optical sensor, it is possible to set a first read area corresponding to the continuous light emitting area on the light source side and a second read area corresponding to the normal light emitting area on the light source side.
    The system control unit performs a process of estimating the occurrence timing of the reflected light event for the first read area.
    The distance measuring device according to claim 17.
  19.  光源部、及び、
     受光装置、
    を備え、
     光源部は、測距対象物に対して連続発光パルス光を照射し、
     受光装置は、
     光センサ、
     ローパスフィルタ、
     コンパレータ、及び、
     時間計測部、
    を備え、
     光センサは、光源部からの連続発光パルス光の照射に基づく、測距対象物からの連続反射パルス光を受光し、
     ローパスフィルタは、光センサの出力パルスを波形整形して、反射光に基づく反射光イベントについてのヒストグラムを生成し、
     コンパレータは、ローパスフィルタで生成されたヒストグラムを測距対象判定閾値と比較し、測距開始タイミングから、ヒストグラムが測距対象判定閾値を超えるタイミングまでをパルス幅とするパルスを出力し、
     時間計測部は、ΔΣ変調技術を用いたΔΣ型の時間計測部から成り、コンパレータの出力パルスを入力とし、計測結果を入力にフィードバックする、
    測距装置。
    Light source and
    Receiver,
    With
    The light source unit irradiates the object to be measured with continuous emission pulsed light,
    The light receiving device is
    Optical sensor,
    Low pass filter,
    Comparator and
    Time measurement unit,
    With
    The optical sensor receives the continuously reflected pulsed light from the distance measuring object based on the irradiation of the continuously emitted pulsed light from the light source unit, and receives the continuously reflected pulsed light.
    The lowpass filter waveform-shapes the output pulse of the photosensor to generate a histogram of reflected light events based on the reflected light.
    The comparator compares the histogram generated by the low-pass filter with the distance measurement target judgment threshold value, and outputs a pulse whose pulse width is from the distance measurement start timing to the timing when the histogram exceeds the distance measurement target judgment threshold value.
    The time measurement unit consists of a delta-sigma type time measurement unit that uses delta-sigma modulation technology, and receives the output pulse of the comparator as an input and feeds back the measurement result to the input.
    Distance measuring device.
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