距离图像摄像装置以及距离图像摄像方法与流程

本发明涉及距离图像摄像装置以及距离图像摄像方法。本技术主张2021年1月22日在日本提交的特愿2021-008798号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术：

1、一直以来，存在利用光的速度已知这一情况、基于光的飞行时间来测定到被摄体的距离的飞行时间(time of fright，以下称为“tof”)方式的距离图像摄像装置(例如，参照专利文献1)。

2、tof方式距离图像摄像装置具备照射光的光源部、以及包括对用于测定距离的光进行检测的像素电路以二维矩阵状(阵列状)配置多个而成的像素阵列的摄像部。上述像素电路分别具有产生与光的强度对应的电荷的光电转换元件(例如，光电二极管)来作为构成要素。

3、通过该构成，tof方式距离图像摄像装置在测定空间(三维空间)中能够取得自身与被摄体之间的距离的信息、或者取得(拍摄)被摄体的图像。

4、tof方式距离图像摄像装置根据从放射了放射光的定时到受光了由被摄体反射后的反射光的定时为止的延迟时间来进行距离的计测。

5、但是，光传感器产生的电荷量根据所入射的入射光的强度而变化，因此随着到被摄体的距离增加，反射光的强度会降低(光的强度与距离的平方呈反比例)。

6、tof方式距离图像摄像装置基于电荷蓄积部所蓄积的电荷量来求出上述延迟时间，因此信号与噪声的sn比越大则测定精度越提高。

7、因此，对应于从tof方式距离图像摄像装置到被摄体的距离，使将光电转换元件根据入射光的强度而生成的电荷蓄积于电荷蓄积部的时间即曝光时间变化(例如，参照专利文献2)。

8、由此，越远则使蓄积电荷的曝光时间越增加，而使tof传感器的电荷蓄积部所蓄积的电荷量越增加，由此保持距离的计测精度。

9、现有技术文献

10、专利文献

11、专利文献1：日本特开2004-294420号公报

12、专利文献2：日本特开2012-185171号公报

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、然而，在作为照射光而使用脉冲方式的tof传感器的情况下，通过使累计次数(曝光时间是根据累计次数来决定的，因此是与曝光时间同样的参数)变化，由此来自激光光源的发光次数也同样地变化。

3、因此，在由于距离较远而单纯地增加了累计次数的情况下，由于从激光光源发光的脉冲光，有可能导致不满足对人体的影响进行规定的安全基准(规定了所谓的人眼安全等的jis c 6801)、例如最大允许曝光量(mpe：maximum permissible exposure)。

4、因此，为了满足安全基准，电荷的累计次数被限制，有时无法将足够计测的电荷量蓄积到电荷蓄积部，而无法提高计测精度。

5、另外，与通常的激光产品避开人体放射的情况不同，tof方式距离图像摄像装置为了进行距离的计测，主动地有意图地对包括人在内的被摄体持续照射激光。

6、因此，考虑到被摄体包括人的情况，需要使激光对人的影响降低，进行满足上述安全基准(例如，抑制为不超过最大允许曝光量的曝光量等)的计测控制。

7、另外，需要降低在长期的期间内对人放射的激光的暴露量的累计值。

8、本发明是鉴于这种状况而完成，其目的在于提供距离图像摄像装置以及距离图像摄像方法，即使在连续地照射了脉冲光的情况下，也能够满足对于人体的安全基准(人眼安全)，且满足向电荷蓄积部蓄积距离计测所需的电荷量的蓄积次数。

9、用于解决课题的手段

10、为了解决上述课题，本发明的距离图像摄像装置具备：受光部，具备多个像素电路以及像素驱动电路，上述像素电路具备：光电转换元件，产生与从测定对象的空间即测定空间入射的光即入射光相应的电荷；n个电荷蓄积部，在帧周期中蓄积上述电荷，其中n≥3；以及传输晶体管，从上述光电转换元件向上述电荷蓄积部分别传输上述电荷，上述像素驱动电路在与光脉冲的照射同步的规定的蓄积定时，进行上述传输晶体管各自的导通截止处理而对上述电荷蓄积部分别分配上述电荷并使其蓄积；光源部，向上述测定空间照射上述光脉冲；距离图像处理部，基于上述电荷蓄积部分别蓄积的电荷量，求出到存在于上述测定空间的被摄体的距离，作为测定距离；以及测定控制部，判定上述测定距离属于根据区域阈值设定的计测区域中的哪个，上述区域阈值与离上述受光部的多个距离对应地设定，并且，根据对所判定出的上述计测区域设定的累计次数进行上述电荷的蓄积，随着上述累计次数的增加，使上述光脉冲的脉冲周期增加而进行上述光脉冲的照射。

11、本发明的距离图像摄像装置为，上述测定控制部基于在上述像素电路各自所配置的任意区域内被测定为最近距离的上述测定距离，与上述区域阈值分别进行比较，由此进行包含上述测定距离的上述计测区域的判定。

12、本发明的距离图像摄像装置具备：受光部，具备多个像素电路以及像素驱动电路，上述像素电路具备：光电转换元件，产生与从测定对象的空间即测定空间入射的光即入射光相应的电荷；n个电荷蓄积部，在帧周期中蓄积上述电荷，其中n≥3；以及传输晶体管，从上述光电转换元件向上述电荷蓄积部分别传输上述电荷，上述像素驱动电路在与光脉冲的照射同步的规定的蓄积定时，进行上述传输晶体管各自的导通截止处理而对上述电荷蓄积部分别分配上述电荷并使其蓄积；光源部，向上述测定空间照射上述光脉冲；距离图像处理部，基于上述电荷蓄积部分别蓄积的电荷量，求出到存在于上述测定空间的被摄体的距离，作为测定距离；以及测定控制部，根据上述电荷蓄积部分别蓄积的电荷量，求出由上述测定空间中的被摄体对上述光脉冲进行了反射而得的反射光产生的合计电荷量，根据与上述合计电荷量对应地设定的区域阈值，判定上述合计电荷量属于哪个计测区域，根据对所判定出的上述计测区域设定的累计次数进行上述电荷的蓄积，随着上述累计次数的增加，使上述光脉冲的脉冲周期增加而进行上述光脉冲的照射。

13、本发明的距离图像摄像装置也可以为，上述测定控制部为，求出上述像素电路各自所配置的任意区域内的最大的合计电荷量与由任意的距离以及反射率的物体对上述光脉冲进行了反射而得的反射光产生的电荷量即基准电荷量之间的电荷量比(基准值)，将上述电荷量比与上述区域阈值分别进行比较，由此判定包含上述合计电荷量的上述计测区域。

14、本发明的距离图像摄像装置也可以为，上述测定控制部为，根据上述电荷蓄积部中的蓄积电荷量求出与背景光对应的电荷量即背景光电荷量，从上述计测区域各自中的上述累计次数以及上述脉冲周期的多个组合中选择与上述背景光电荷量对应的上述组合。

15、本发明的距离图像摄像装置也可以为，上述基准电荷量是使用每单位蓄积时间的光脉冲的脉冲宽度、向上述电荷蓄积部分配时的传输晶体管为导通状态的时间、单位蓄积时间下的上述累计次数、取得由来自物体的反射光产生的电荷量而被设定的，上述电荷量被设定为上述电荷蓄积部的蓄积量以内的数值。

16、本发明的距离图像摄像装置也可以为，上述基准电荷量为，从上述电荷蓄积部分别蓄积的电荷量即蓄积电荷量分别减去由背景光产生的电荷量，将相减结果相加而求出上述合计电荷量。

17、本发明的距离图像摄像装置也可以为，对于针对上述计测区域的上述累计次数的各自，将每单位蓄积时间的光脉冲的脉冲宽度以及上述传输晶体管为导通状态的时间分别设为恒定时间，使上述光脉冲的照射周期与上述累计次数对应，对所放射的光脉冲向被摄体的曝光量进行调整。

18、本发明的距离图像摄像装置也可以为，在针对规定的距离以及规定的反射率分别设定有上述基准电荷量的情况下，上述电荷量比相对于基于上述距离的衰减率以及基于上述反射率的衰减率分别具有相关性。

19、本发明的距离图像摄像装置也可以为，上述测定控制部为，对于在上述计测区域中选择出的上述累计次数，在一定期间内，或者在与当前的计测区域的距离范围不同的计测区域中的距离范围内检测出上述测定距离之前，持续使用同一上述累计次数。

20、本发明的距离图像摄像装置也可以为，上述测定控制部为，对于在上述计测区域中选择出的上述累计次数，在一定期间内，或者在检测出与当前的计测区域不同的计测区域所包含的上述电荷量比之前，持续使用同一上述累计次数。

21、本发明的距离图像摄像装置也可以为，上述像素电路具备电荷排出电路，在向上述电荷蓄积部蓄积上述电荷的时间以外，上述电荷排出电路将上述光电转换元件产生的上述电荷排出。

22、本发明的距离图像摄像方法为，对距离图像摄像装置进行控制，该距离图像摄像装置具备由光电转换元件、多个电荷蓄积部以及传输晶体管构成的多个像素电路的各自、光源部、像素驱动电路、距离图像处理部以及测定控制部，该距离图像摄像方法包括：上述光源部向测定对象的空间即测定空间照射光脉冲的步骤；上述像素驱动电路在与上述光脉冲的照射同步的规定的蓄积定时，进行上述传输晶体管各自的导通截止处理而将上述光电转换元件根据来自上述测定空间的入射光产生的电荷对n个电荷蓄积部分别进行分配并使其蓄积的步骤，上述传输晶体管用于从上述光电转换元件向上述电荷蓄积部传输上述电荷，其中n≥3；上述距离图像处理部基于上述电荷蓄积部分别蓄积的电荷量，求出到存在于上述测定空间的被摄体的距离，作为测定距离的步骤；以及上述测定控制部判定上述测定距离属于根据区域阈值设定的计测区域中的哪个，上述区域阈值与离上述距离图像摄像装置的多个距离对应地设定，并且，根据对所判定出的上述计测区域设定的累计次数进行上述电荷的蓄积，随着上述累计次数的增加，使上述光脉冲的脉冲周期增加而进行上述光脉冲的照射的步骤。

23、本发明的距离图像摄像方法为，对距离图像摄像装置进行控制，该距离图像摄像装置具备由光电转换元件、多个电荷蓄积部以及传输晶体管构成的多个像素电路的各自、光源部、像素驱动电路、距离图像处理部以及测定控制部，该距离图像摄像方法包括：上述光源部向测定对象的空间即测定空间照射光脉冲的步骤；上述像素驱动电路在与光脉冲的照射同步的规定的蓄积定时，进行上述传输晶体管各自的导通截止处理而将上述光电转换元件根据来自上述测定空间的入射光产生的电荷对n个电荷蓄积部分别进行分配并使其蓄积的步骤，上述传输晶体管用于从上述光电转换元件向上述电荷蓄积部传输上述电荷，其中n≥3；上述距离图像处理部基于上述电荷蓄积部分别蓄积的电荷量，求出从上述距离图像摄像装置到存在于上述测定空间的被摄体的距离，作为测定距离的步骤；以及测定控制部根据上述电荷蓄积部分别蓄积的电荷量，求出由上述测定空间中的被摄体对上述光脉冲进行了反射而得的反射光产生的合计电荷量，根据与上述合计电荷量对应地设定的区域阈值，判定上述合计电荷量属于哪个计测区域，根据对所判定出的上述计测区域设定的累计次数进行上述电荷的蓄积，随着上述累计次数的增加，使上述光脉冲的脉冲周期增加而进行上述光脉冲的照射的步骤。

24、发明的效果

25、如以上说明的那样，根据本发明，能够提供距离图像摄像装置以及距离图像摄像方法，即使在连续地照射了脉冲光的情况下，也能够满足对于人体的安全基准(人眼安全)，且满足向电荷蓄积部蓄积距离计测所需的电荷量的蓄积次数。