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距離画像計測装置

国内特許コード P180015004
整理番号 (S2015-0455-N0)
掲載日 2018年5月23日
出願番号 特願2017-500669
出願日 平成28年2月15日(2016.2.15)
国際出願番号 JP2016054316
国際公開番号 WO2016133053
国際出願日 平成28年2月15日(2016.2.15)
国際公開日 平成28年8月25日(2016.8.25)
優先権データ
  • 特願2015-032121 (2015.2.20) JP
発明者
  • 香川 景一郎
  • 川人 祥二
  • 望月 風太
  • 安富 啓太
出願人
  • 国立大学法人静岡大学
発明の名称 距離画像計測装置
発明の概要 この距離画像計測装置1は、光源2から照射され対象物Oにて反射されたパルス光の入射に応じて当該パルス光を電荷に変換する受光部12、当該受光部12から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部13、当該受光部12から転送された電荷を排出する電荷排出部14、及び、電荷の転送先を制御する複数の制御パターンPに従い、当該受光部12から電荷蓄積部13又は電荷排出部14への電荷の転送を制御するゲート電極15、をそれぞれ有する複数の画素部Xijが配列された撮像素子3と、電荷蓄積部13に蓄積した複数の電荷量Q及び複数の制御パターンPに基づき、光源2から受光部12に至るまでのパルス光の光飛行時間を推定する制御手段4及び信号処理回路5と、を備える。
従来技術、競合技術の概要


従来、パルス光を対象物へ照射し、その反射光を検出することによって当該パルス光の光飛行時間を計測する距離画像計測装置が知られている。例えば、特許文献1に記載された距離計測装置では、パルス幅が受光部の応答時間よりも十分短いパルス光を対象物へ照射する照射タイミングが制御され、その照射タイミングを基準とした2種類の位相の制御パルス電圧がゲート電圧に印加される。これにより、受光部においてパルス光の入射に応じて変換された電荷が、電荷蓄積部に変調されて蓄積される。そして、これら2種類の位相の制御パルス電圧によって変調された第1及び第2の電荷が、電荷読出部によって第1及び第2の電気信号として読み出され、算出部によって第1及び第2の電気信号を基に対象物までの距離が算出される。これにより、対象物の距離画像が生成される。

産業上の利用分野


本発明は、距離画像計測装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
対象物にて反射されたパルス光の入射に応じて当該パルス光を電荷に変換する受光部、
前記受光部に接続され、当該受光部から前記電荷が転送されると共に当該電荷を蓄積することで電荷信号を出力する電荷蓄積部、及び、
前記受光部に接続され、前記電荷の転送を制御する所定期間の複数の制御パターンに従い、当該受光部から前記電荷蓄積部への前記電荷の転送を制御するゲート部、
をそれぞれ有する複数の画素部が2次元状に配列された撮像素子と、
前記複数の制御パターンのそれぞれに従い前記ゲート部が前記電荷の転送を制御することで前記電荷蓄積部から出力された複数の前記電荷信号、及び、当該複数の制御パターンに基づき、前記受光部に至るまでの前記パルス光の光飛行時間を推定する処理部と、
を備える距離画像計測装置。

【請求項2】
前記処理部は、前記複数の電荷信号、及び、前記複数の制御パターンから逆問題を解くことで算出される光飛行時間ヒストグラムから前記光飛行時間を推定し、
前記光飛行時間ヒストグラムは、前記受光部から前記電荷蓄積部へ前記電荷が転送されたタイミングの頻度分布に対応している請求項1に記載の距離画像計測装置。

【請求項3】
前記処理部は、前記光飛行時間ヒストグラムのピーク位置から前記光飛行時間を推定する請求項2に記載の距離画像計測装置。

【請求項4】
前記処理部は、前記光飛行時間ヒストグラムのピーク位置の近傍における前記頻度分布の重心から前記光飛行時間を推定する請求項2に記載の距離画像計測装置。

【請求項5】
前記複数の制御パターンは、前記電荷の転送をオン/オフするランダムなパルス状のパターンである請求項1~4のいずれか一項に記載の距離画像計測装置。

【請求項6】
複数の前記撮像素子を有し、
同一の前記撮像素子に含まれる複数の前記ゲート部のそれぞれは、同一の前記制御パターンに従い前記電荷の転送を制御し、
互いに異なる前記撮像素子に含まれる複数の前記ゲート部のそれぞれは、互いに異なる前記複数の制御パターンに従い前記電荷の転送を制御する請求項1~5のいずれか一項に記載の距離画像計測装置。

【請求項7】
複数の前記撮像素子に含まれる複数の前記ゲート部のそれぞれは、同一の前記制御パターンに従い前記電荷の転送を制御し、
前記処理部は、複数の当該撮像素子のそれぞれから出力された複数の前記画素部の前記電荷信号を含む圧縮画像から、ステレオ法によりデプスマップを推定し、
前記処理部は、当該デプスマップから得られる視差情報に基づき前記圧縮画像の視差及び倍率を補正し、補正された複数の前記圧縮画像、及び、複数の前記制御パターンに基づき前記光飛行時間を推定し、
前記処理部は、前記画素部毎に求める距離として、所定距離以上の距離については当該光飛行時間から求まる距離を用いると共に、所定距離未満の距離については前記デプスマップにより得られる距離を用いる請求項6に記載の距離画像計測装置。

【請求項8】
1つの前記撮像素子を有し、
前記画素部は、それぞれ、複数の前記電荷蓄積部を有し、
前記画素部のそれぞれにおいて、前記ゲート部は、互いに異なる前記電荷蓄積部を前記電荷の転送先とする前記複数の制御パターンに順次従い、前記複数の電荷蓄積部への前記電荷の転送を制御する請求項1~5のいずれか一項に記載の距離画像計測装置。

【請求項9】
1つの前記撮像素子を有し、
前記画素部は、それぞれ、複数の前記電荷蓄積部を有し、
前記画素部のそれぞれにおいて、前記ゲート部は、前記電荷の転送先が互いに異なる前記複数の制御パターンを、前記電荷が複数の前記電荷蓄積部へ同時に転送されないように並列的に組み合わせた複合制御パターンに従い、前記電荷の転送を制御する請求項1~5のいずれか一項に記載の距離画像計測装置。

【請求項10】
互いに近接している前記複数の画素部に含まれる複数の前記ゲート部のそれぞれは、互いに異なる前記複数の制御パターンに従い前記電荷の転送を制御し、
前記処理部は、互いに近接している前記複数の画素部の有する前記電荷蓄積部によって出力された前記複数の電荷信号、及び、前記複数の制御パターンに基づき前記光飛行時間を推定する請求項1~5のいずれか一項に記載の距離画像計測装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2017500669thum.jpg
出願権利状態 公開
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