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距離計測装置 NEW

国内特許コード P170013768
整理番号 (S2013-0952-N0)
掲載日 2017年3月15日
出願番号 特願2015-515821
出願日 平成26年4月4日(2014.4.4)
国際出願番号 JP2014059947
国際公開番号 WO2014181619
国際出願日 平成26年4月4日(2014.4.4)
国際公開日 平成26年11月13日(2014.11.13)
優先権データ
  • 特願2013-100657 (2013.5.10) JP
発明者
  • 川人 祥二
  • 安富 啓太
出願人
  • 国立大学法人静岡大学
発明の名称 距離計測装置 NEW
発明の概要 分解能を高めた精度の高い距離検出を可能にする。
本発明の一側面に係る距離計測装置は、入射光を電荷に変換する受光部と、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、電荷を排出する電荷排出部と、受光部から電荷蓄積部への電荷の転送、及び受光部から電荷排出部への電荷の転送を制御するゲート電極とを有する光電変換素子と、対象物に向けた受光部の応答時間よりも十分短いパルス幅のパルス光の照射タイミングを制御し、照射タイミングを基準にして少なくとも2種類の位相の制御パルス電圧を生成しゲート電極に印加するように制御する制御部と、2種類の位相の制御パルス電圧のそれぞれの印加に伴って電荷蓄積部に蓄積された第1及び第2の電荷を、第1及び第2の電気信号としてそれぞれ読み出す電荷読出部と、第1及び第2の電気信号を基に対象物までの距離を算出する算出部と、を備える。
従来技術、競合技術の概要


従来から、光の飛行時間を計測することで距離計測が可能なTOF(Time Of Flight)法を用いたCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の距離計測画像センサが実現されている。従来の距離計測画像センサの多くは数メータから数十メータまでの範囲での計測を目的とし、計測の分解能は数ミリから数センチメートルに留まっている。



これらの距離計測画像センサにおける変調方式は、パルス変調方式(下記非特許文献1参照。)及び正弦波変調方式(下記非特許文献2参照。)に大別される。両者の方式は、光の遅れ時間に依存した信号をセンサ上でロックイン検出を行うことで検出し、複数の位相の信号から距離を算出する方式である。前者の場合では、距離分解能は、光源のパルス幅に比例し、蓄積電子数の平方根に反比例する。後者の場合では、距離分解能は、正弦波変調の周波数及び蓄積電子数の平方根に反比例する。従って、光源のパルス幅を短くし蓄積電子数を多くすること、或いは変調周波数を高くし蓄積電子数を多くすることで高分解能化を図ることができる。

産業上の利用分野


本発明は、光の飛行時間を計測することで対象物までの距離を検出する距離計測装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
入射光を電荷に変換する受光部と、電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷を排出する電荷排出部と、前記受光部から前記電荷蓄積部への電荷の転送、及び前記受光部から前記電荷排出部への電荷の転送を制御するゲート電極とを有する光電変換素子と、
対象物に向けた前記受光部の応答時間よりも十分短いパルス幅のパルス光の照射タイミングを制御し、前記照射タイミングを基準にして少なくとも2種類の位相の制御パルス電圧を生成し前記ゲート電極に印加するように制御する制御部と、
前記2種類の位相の制御パルス電圧のそれぞれの印加に伴って前記電荷蓄積部に蓄積された第1及び第2の電荷を、第1及び第2の電気信号としてそれぞれ読み出す電荷読出部と、
前記第1及び第2の電気信号を基に前記対象物までの距離を算出する算出部と、
を備える距離計測装置。

【請求項2】
前記算出部は、前記受光部のインパルス応答特性を近似することにより、前記第1及び前記第2の電気信号の比を基に前記距離を算出する、
請求項1記載の距離計測装置。

【請求項3】
前記算出部は、前記受光部のインパルス応答特性を1次関数或いは2次関数で近似する、
請求項2記載の距離計測装置。

【請求項4】
前記制御部は、前記2種類の位相と異なる位相の制御パルス電圧をさらに生成するように制御し、
前記電荷読出部は、該制御パルスの印加に伴って電荷蓄積部に蓄積された第3の電荷を、第3の電気信号としてさらに読み出し、
前記算出部は、前記第3の電気信号によって補正された前記第1及び第2の電気信号を基に前記対象物までの距離を算出する、
請求項1~3のいずれか1項に記載の距離計測装置。

【請求項5】
前記光電変換素子は、前記受光部が複数配列されて構成されている、
請求項1~4のいずれか1項に記載の距離計測装置。

【請求項6】
前記光電変換素子は、バッファ回路をさらに有し、
前記制御パルス電圧は、前記バッファ回路を介して前記ゲート電極に印加されるように構成されている、
請求項1~5のいずれか1項に記載の距離計測装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2015515821thum.jpg
出願権利状態 公開
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