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公開番号2024013232
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-01-31
出願番号2023117423
出願日2023-07-19
発明の名称測距装置及び測距方法
出願人国立大学法人九州大学,国立研究開発法人産業技術総合研究所,国立大学法人大阪大学
代理人個人
主分類G01S 17/10 20200101AFI20240124BHJP(測定;試験)
要約【課題】従来よりもノイズに頑健な測距装置等を提供する。
【解決手段】測距装置100は、TOF(Time Of Flight)方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、光源部40と、光源部40が出射した光が対象物200で反射された反射光を受光する受光素子と、受光素子が反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第1タップ、第2タップ及び第3タップとを有する受光部60と、光源部40の発光タイミング、並びに、第1タップ、第2タップ及び第3タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部20とを備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ＴＯＦ（ＴｉｍｅＯｆＦｌｉｇｈｔ）方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、
光源部と、
前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子と、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第１タップ、第２タップ及び第３タップとを有する受光部と、
前記光源部の発光タイミング、並びに、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部とを備える
測距装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記擬似乱数を用いた変調は、ガロア体を用いた変調である
請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記ガロア体を用いた変調では、ガロア体として、前記受光部が有するタップの数と同数の位数のガロア体における擬似乱数が用いられる
請求項２に記載の測距装置。
【請求項４】
前記ガロア体を用いた変調では、ガロア体として、前記受光部が有するタップの数より大きい位数のガロア体における擬似乱数が用いられる
請求項２に記載の測距装置。
【請求項５】
前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップのそれぞれは、一期間をオンとする第１状態、一期間をオフとする第２状態、及び、一期間内においてオン及びオフの一方から他方へ切り替わる第３状態とを有し、
前記信号生成部は、前記擬似乱数に基づいて、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップのうちの一のタップにおいて、前記第１状態、前記第２状態及び前記第３状態のうちの一の状態の出現確率を、他のタップと異ならせるように当該一のタップの制御信号を生成する
請求項４に記載の測距装置。
【請求項６】
前記信号生成部は、前記基本信号に第１擬似乱数を用いて変調を加えた第１信号と、前記基本信号に前記第１擬似乱数と異なる第２擬似乱数を用いて変調を加えた第２信号とを時間方向に多重化することで、前記発光タイミングのための前記制御信号を生成し、かつ、前記第１信号に基づく第１の受光信号と、前記第２信号に基づく第２の受光信号とを時間方向に多重化することで、前記露光タイミングのための制御信号を生成する
請求項１～５のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項７】
前記測距装置が配置される空間には、他の測距装置が配置されており、
前記受光部が受光した外乱光に基づいて、当該外乱光を出射するために用いられた擬似乱数を特定し、特定された擬似乱数から前記他の測距装置を識別する信号処理部を備える
請求項１～５のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項８】
前記第１タップ、前記第２タップ、及び、前記第３タップのそれぞれに蓄積された電荷量を用いた比に基づいて、前記距離を算出する算出部を備える
請求項１～５のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項９】
前記基本信号は、単一周波数の信号である
請求項１～５のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項１０】
前記発光タイミングのための制御信号の基本信号は、パルス状の信号であり、
前記露光タイミングのための制御信号の基本信号は、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップで位相が異なる台形形状の信号である
請求項１～５のいずれか１項に記載の測距装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距装置及び測距方法に関する。
続きを表示（約 4,000 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、対象物までの距離を測定する測距装置として、光の飛行時間を利用したＴＯＦ（ＴｉｍｅＯｆＦｌｉｇｈｔ）方式の測距装置が知られている。特許文献１には、スペクトラム拡散信号が光パルスの変調基準周波数に印加される測距装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特表２０１４－５２２９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、測距装置では、測定される距離がより外乱ノイズの影響を受けないことが望まれる。つまり、よりノイズに頑健な測距装置が望まれる。
【０００５】
そこで、本発明は、従来よりもノイズに頑健な測距装置及び測距方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態に係る測距装置は、ＴＯＦ（ＴｉｍｅＯｆＦｌｉｇｈｔ）方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、光源部と、前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子、及び、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第１タップ、第２タップ及び第３タップを有する受光部と、前記光源部の発光タイミング、並びに、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部とを備える。
【０００７】
本発明の一形態に係る測距方法は、ＴＯＦ（ＴｉｍｅＯｆＦｌｉｇｈｔ）方式により対象物までの距離を測定する測距装置で実行される測距方法であって、前記測距装置は、光源部と、前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子、及び、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第１タップ、第２タップ及び第３タップを有する受光部とを備え、前記測距方法は、前記光源部の発光タイミング、前記受光素子の露光タイミング、並びに、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップへの電荷の振り分けのそれぞれを制御するための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一形態によれば、従来よりもノイズに頑健な測距装置等を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、実施の形態１に係る測距装置の機能構成を示すブロック図である。
図２は、実施の形態１に係る受光部の画素の回路構成の一部を示す図である。
図３は、各種信号の一例を示す図である。
図４は、実施の形態１に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。
図５は、実施の形態１に係る検出信号及び距離の算出方法の一例を示す図である。
図６は、実施の形態１に係る測距装置の動作を示すフローチャートである。
図７Ａは、距離の測定結果の比較を示す第１図である。
図７Ｂは、距離の測定結果の比較を示す第２図である。
図８は、比較例の測距装置の測定結果を示す図である。
図９は、実施の形態１に係る測距装置の測定結果を示す図である。
図１０は、実施の形態１の変形例に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。
図１１は、実施の形態１の変形例に係る測距装置の動作を示すフローチャートである。
図１２は、実施の形態１の変形例に係る測距装置の測定結果を示す図である。
図１３は、実施の形態２に係る受光部の画素の回路構成の一部を示す図である。
図１４は、実施の形態２に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。
図１５は、実施の形態２に係る検出信号及び距離の算出方法の一例を示す図である。
図１６は、実施の形態２に係る測距装置の動作を示すフローチャートである。
図１７Ａは、比較例の測距装置の測定結果を示す図である。
図１７Ｂは、実施の形態２に係る測距装置の測定結果を示す第１図である。
図１８は、実施の形態２に係る測距装置の測定結果を示す第２図である。
図１９は、動作例１に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。
図２０Ａは、図１９のタイミングチャートを用いてシミュレーションして得られたグラフを示す図である。
図２０Ｂは、図１９のタイミングチャートを用いて実際に測定して得られたグラフを示す図である。
図２１は、動作例２に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。
図２２Ａは、図２１のタイミングチャートを用いてシミュレーションして得られたグラフを示す図である。
図２２Ｂは、図２１のタイミングチャートを用いて実際に測定して得られたグラフを示す図である。
図２３は、動作例３に係る発光制御信号及び露光制御信号の一例を示す図である。
図２４は、図２３のタイミングチャートを用いて得られたグラフを示す図である。
図２５は、追加で行った第１距離計測の様子を示す図である。
図２６Ａは、従来手法における距離計測結果を示す図である。
図２６Ｂは、擬似乱数変調を用いた手法における距離計測結果を示す図である。
図２７Ａは、図３の（ｂ）に示す基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いた場合の距離計測結果を示す図である。
図２７Ｂは、図３の（ｆ）に示す基本信号に擬似乱数変調を加えた制御信号を用いた場合の距離計測結果を示す図である。
図２８は、基本信号の違いによる距離計測の比較結果を示す図である。
図２９Ａは、図３の（ｂ）に示す基本信号を用いた場合のコーディング曲線を説明するための図である。
図２９Ｂは、図３の（ｆ）に示す基本信号を用いた場合のコーディング曲線を説明するための図である。
図３０は、追加で行った第２距離計測の様子を示す図である。
図３１Ａは、従来手法における距離計測結果を示す図である。
図３１Ｂは、擬似乱数変調を用いた手法における距離計測結果を示す図である。
図３２Ａは、ノイズがない環境において、図３の（ｄ）に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。
図３２Ｂは、ノイズがない環境において、図３の（ｂ）に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。
図３２Ｃは、ノイズがない環境において、図３の（ｆ）に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。
図３２Ｄは、ノイズがない環境において、基本信号に対してＤＳＳＳ変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。
図３２Ｅは、ノイズがない環境において、図３の（ｄ）に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。
図３２Ｆは、ノイズがない環境において、図３の（ｂ）に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。
図３２Ｇは、ノイズがない環境において、図３の（ｆ）に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。
図３３Ａは、ノイズがある環境において、図３の（ｄ）に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。
図３３Ｂは、ノイズがある環境において、図３の（ｂ）に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。
図３３Ｃは、ノイズがある環境において、図３の（ｆ）に示す基本信号を用いた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。
図３３Ｄは、ノイズがある環境において、基本信号に対してＤＳＳＳ変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。
図３３Ｅは、ノイズがある環境において、図３の（ｄ）に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。
図３３Ｆは、ノイズがある環境において、図３の（ｂ）に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。
図３３Ｇは、ノイズがある環境において、図３の（ｆ）に示す基本信号に対して擬似乱数変調を加えた場合の距離推定精度の評価結果を示す図である。
図３４は、距離推定精度の比較結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一態様に係る測距装置は、ＴＯＦ（ＴｉｍｅＯｆＦｌｉｇｈｔ）方式により対象物までの距離を測定する測距装置であって、光源部と、前記光源部が出射した光が前記対象物で反射された反射光を受光する受光素子と、前記受光素子が前記反射光を受光することにより発生した電荷が振り分けられる第１タップ、第２タップ及び第３タップとを有する受光部と、前記光源部の発光タイミング、並びに、前記第１タップ、前記第２タップ及び前記第３タップに対応する露光タイミングのための制御信号を、基本信号に擬似乱数を用いた変調を加えることで生成する信号生成部とを備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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