距離画像測定装置及び距離画像測定方法

2025.03.25

マンホールやピット内などの閉鎖空間でガス濃度測定を効率よく行うには？～採気方法から考える最適な選定方法について～

2024.08.08 By 静岡大学

電気・電子工学

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技術概要
用途・応用
背景
課題
手段
効果
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技術概要

電化転送の制御電極を有する画素回路と制御電極に制御パルスを印加する電荷転送制御手段とを備え、該制御手段は、4種類のサブフレーム期間毎に、パルス光に対する制御パルス遅延時間をシフトさせるよ設定。

用途・応用

カメラ

背景

　従来から、光の飛行時間を用いて距離情報を含む画像信号を生成するセンサ装置が用い
られている（例えば、下記特許文献１参照）。このセンサは、時間軸上に配列された第１
〜第５フレームにおいて第１〜第５のパルスの列を照射パルスとして対象物に照射し、ピ
クセルアレイにおいて対象物の距離情報を含む画像信号を生成する。このような構成によ
り、距離分解能を低下させることなく距離計測範囲を拡大することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】

【特許文献１】特開２０１０−３２４２５号公報

課題

　しかしながら、上述した従来のセンサ装置では、様々な距離計測範囲の対象物の距離情
報を含む画像信号を生成しようとする場合に、さらに距離分解能を向上させようとするた
めには改善の余地があった。

　本発明の一側面は、上記課題に鑑みて為されたものであり、様々な距離計測範囲の対象物を対象にして距離分解能が向上された画像信号を生成することが可能な距離画像測定装
置及び距離画像測定方法を提供することを目的とする。

手段

上記課題を解決するため、本発明の一形態にかかる距離画像測定装置は、パルス光を発
生させる光源と、第１の持続時間を有するパルス光を１フレーム期間内に含まれる第１〜
第Ｎ（Ｎは２以上の整数）のサブフレーム期間内で定期的に繰り返し発生させるように光
源を制御する光源制御手段と、光を電荷に変換する光電変換領域、光電変換領域に近接し
て互いに離間して設けられた第１〜第Ｍ（Ｍは２以上の整数）の電荷読出領域、電荷を排
出するための電荷排出領域、及び光電変換領域と第１〜第Ｍの電荷読出領域および電荷排
出領域とに対応してそれぞれ設けられ、光電変換領域と第１〜第Ｍの電荷読出領域および
電荷排出領域との間における電荷転送のための第１〜第Ｍ＋１の制御パルスを印加するた
めの第１〜第Ｍ＋１の制御電極を有する画素回路部と、光源制御手段によるパルス光の発
生に対応して、第１の持続時間以上である第２の持続時間の間だけ第１〜第Ｍの制御電極
に第１〜第Ｍの制御パルスを順次印加し、第１〜第Ｍの制御パルスの印加期間以外の期間
に第Ｍ＋１の制御電極に第Ｍ＋１の制御パルスを印加する電荷転送制御手段と、電荷転送
制御手段による第１〜第Ｍの制御パルスの印加後に、画素回路部の第１〜第Ｍの電荷読出
領域の電圧を第１〜第Ｍの検出信号として読み出す電圧検出手段と、第１〜第Ｍの検出信
号を基に距離を繰り返し計算する距離計算手段とを備え、電荷転送制御手段は、１フレー
ム期間内の第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）のサブフレーム期間ごとに、パルス光の発生
タイミングに対する第１〜第Ｍの制御パルスの遅れ時間を異なる時間にシフトさせるよう
に、第１〜第Ｍの制御パルスのタイミングを設定する。

　あるいは、本発明の他の形態にかかる距離画像測定方法は、光源制御手段が、第１の持
続時間を有するパルス光を１フレーム期間内に含まれる第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）
のサブフレーム期間内で定期的に繰り返し発生させるように光源を制御する光源制御ステ
ップと、光を電荷に変換する光電変換領域、光電変換領域に近接して互いに離間して設け
られた第１〜第Ｍ（Ｍは２以上の整数）の電荷読出領域、電荷を排出するための電荷排出
領域、及び光電変換領域と第１〜第Ｍの電荷読出領域および電荷排出領域とに対応して設
けられた第１〜第Ｍ＋１の制御電極を有する画素回路部を用いて、電荷転送制御手段が、
光源制御手段によるパルス光の発生に対応して、第１の持続時間以上である第２の持続時
間の間だけ第１〜第Ｍの制御電極に、電荷の転送を制御するための第１〜第Ｍの制御パル
スを順次印加し、第１〜第Ｍの制御パルスの印加期間以外の期間に第Ｍ＋１の制御電極に
電荷の排出を制御するための第Ｍ＋１の制御パルスを印加する電荷転送制御ステップと、
電圧検出手段が、電荷転送制御手段による第１〜第Ｍの制御パルスの印加後に、画素回路
部の第１〜第Ｍの電荷読出領域の電圧を第１〜第Ｍの検出信号として読み出す電圧検出ス
テップと、距離計算手段が、第１〜第Ｍの検出信号を基に距離を繰り返し計算する距離計
算ステップとを備え、電荷転送制御ステップでは、１フレーム期間内の第１〜第Ｎ（Ｎは
２以上の整数）のサブフレーム期間ごとに、パルス光の発生タイミングに対する第１〜第
Ｍの制御パルスの遅れ時間を異なる時間にシフトさせるように、第１〜第Ｍの制御パルス
のタイミングを設定する。

　上記形態の距離画像測定装置あるいは距離画像測定方法によれば、１フレーム期間内に
含まれる２つ以上のサブフレーム期間内で光源から定期的に繰り返しパルス光が発生し、
パルス光の発生に対応して、パルス光の持続時間以上の第２の持続時間の時間ウィンドウ
が順次設定され、その時間ウィンドウで画素回路部の光電変換領域から第１〜第Ｍの電荷
読出領域に順次電荷が転送されるとともに、その時間ウィンドウ以外の期間では光電変換
領域から電荷が排出される。さらに、画素回路部の第１〜第Ｍの電荷読出領域から第１〜
第Ｍの検出信号が読み出され、それらをもとに距離が繰り返し計算される。このとき、２
つ以上のサブフレーム期間ごとに、パルス光の発生タイミングに対する時間ウィンドウの遅れ時間が異なる時間にシフトするように設定される。このように、画素回路部単位での
時間ウィンドウのシフトおよびサブフレーム間での時間ウィンドウのシフトを組み合わせ
ることによって、デューティ比の小さい多数の時間ウィンドウを使った電荷の検出が可能
とされる。その結果、様々な距離計測範囲の対象物を対象にした場合であっても、検出信
号における背景光ノイズの影響が低減され、距離分解能の高い距離計算が実現されるとと
もに、強い背景光に起因した検出信号の飽和による距離計算の誤差も防止できる。