專利名稱：距離測(cè)定裝置、距離測(cè)定方法、程序以及集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及距離測(cè)定裝置、距離測(cè)定方法、距離測(cè)定方法、程序以及集成電 路。特別是，涉及使用多重(多重)波的距離測(cè)定裝置、距離測(cè)定方法、程序以及集成 電路。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，公開(kāi)了規(guī)定頻率的電磁波向被拍攝體照射，并基于來(lái)自被拍攝體的反 射波對(duì)到達(dá)被拍攝體的距離進(jìn)行測(cè)定，將所測(cè)定的距離作為像素值而形成圖像從而對(duì)
‘距離圖像’進(jìn)行攝影的距離測(cè)定裝置(距離圖像傳感器的測(cè)距裝置)。在這種距離測(cè)定 裝置，存在使用多個(gè)的照相機(jī)的裝置、使激光掃描的等，但是小型且精度比較好裝置， 存在使用TOF(Time-Of-Flight)方式的這種(例如，參照專利文獻(xiàn)1 3)。所謂TOF方式，是對(duì)作為距離測(cè)定的對(duì)象的空間照射強(qiáng)度調(diào)制后的光，并通過(guò) 檢測(cè)器反射波的相位偏移，而對(duì)距離進(jìn)行測(cè)定。另外，為了利用TOF方式而進(jìn)行距離測(cè) 定而使用的強(qiáng)度調(diào)制后的光，是正弦波、三角波、脈沖波等各種各樣，但是基本原理是 同樣的。

圖1是用于對(duì)TOF方式的原理進(jìn)行說(shuō)明的說(shuō)明圖。設(shè)將光的強(qiáng)度調(diào)制后的光(光 強(qiáng)度調(diào)制光)的光強(qiáng)度的調(diào)制周期為T(mén)，設(shè)角頻率為ω，設(shè)時(shí)刻O(píng)、Τ/4、Τ/2、3Τ/4中 的反射波的強(qiáng)度，分別為AO、Al、A2、A3時(shí)，向距離測(cè)定的對(duì)象空間照射的光強(qiáng)度調(diào) 制光和其反射波(反射光)的相位偏移量Δ ψ(以下，將此標(biāo)記為‘Δψ’)，由(數(shù)學(xué)式1)，數(shù)學(xué)式1
權(quán)利要求
1.一種距離測(cè)定裝置，其特征在于， 具備照射部，其使得利用多重調(diào)制信號(hào)進(jìn)行了光強(qiáng)度調(diào)制后的多重調(diào)制光對(duì)距離測(cè)定對(duì) 象進(jìn)行照射，所述多重調(diào)制信號(hào)通過(guò)對(duì)具有fn+1 = 2kn · fn的關(guān)系的N個(gè)不同頻率fn進(jìn)行 多重化而生成，其中η以及kn是自然數(shù)，N是2以上的整數(shù)，ISnSN ；受光元件部，其對(duì)從所述照射部照射的所述多重調(diào)制光的來(lái)自所述距離測(cè)定對(duì)象的 反射波進(jìn)行受光，而取得與受光量相當(dāng)?shù)碾姾?；分配部，其在?guī)定的時(shí)刻將由所述受光元件部所取得的電荷輸出到規(guī)定的輸出目的地，蓄積元件部，其對(duì)從所述分配部輸出的電荷進(jìn)行蓄積；以及 距離計(jì)算部，其基于由所述蓄積元件部所蓄積的電荷量，計(jì)算到所述距離測(cè)定對(duì)象 的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測(cè)定裝置，其特征在于，所述蓄積元件部相對(duì)于包含于所述多重調(diào)制光中的各頻率fn，具備至少一個(gè)的蓄積 元件，其中Kn^N。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的距離測(cè)定裝置，其特征在于，相對(duì)于包含于所述多重調(diào)制光中的各頻率fn(hn^N，周期Tn)，所述分配部，在規(guī)定 的時(shí)刻t0、作為與所述時(shí)刻t0不同的時(shí)刻的時(shí)刻tl、作為從所述時(shí)刻t0起1/2后的時(shí)刻 的時(shí)亥Ij t2即tO+Tn/2、以及作為從所述時(shí)刻t0起Tn/2后的時(shí)刻的時(shí)刻t3即tl+Tn/2中切 換輸出目的地，其中，tl乒to，所述蓄積元件部，至少在所述多重調(diào)制光中的最長(zhǎng)周期T1的期間，對(duì)電荷進(jìn)行持續(xù) 蓄積。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的距離測(cè)定裝置，其特征在于， 所述蓄積元件部，至少在所述最長(zhǎng)周期T1的期間對(duì)所述時(shí)刻to以及所述時(shí)刻β中的電荷量的差分電荷 量進(jìn)行蓄積而生成第1差分累加信號(hào)，將所蓄積的電荷量電荷轉(zhuǎn)送到所述距離計(jì)算部后，至少在所述最長(zhǎng)周期T1的期間對(duì) 所述時(shí)刻tl以及所述時(shí)刻t3的電荷量的差分電荷量進(jìn)行蓄積，而生成第2差分累加信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的距離測(cè)定裝置，其特征在于， 所述蓄積元件部具有第1蓄積元件部和第2蓄積元件部， 至少在所述最長(zhǎng)周期T1的期間，所述第1蓄積元件部對(duì)所述時(shí)刻t0以及所述時(shí)刻t2中的電荷量的差分電荷量進(jìn)行蓄 積，而生成第1差分累加信號(hào)，所述第2蓄積元件部，對(duì)所述時(shí)刻tl以及所述時(shí)刻t3中的電荷量的差分電荷量進(jìn)行 蓄積，而生成第2差分累加信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的距離測(cè)定裝置，其特征在于，設(shè)來(lái)自所述多重調(diào)制光的所述距離測(cè)定對(duì)象的所述反射波為f(t)，設(shè)所述多重調(diào)制光 中包含的第η頻率成分的周期為Τη，設(shè)所述最長(zhǎng)周期T1中包含的波數(shù)為kn時(shí)，
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的距離測(cè)定裝置，其特征在于，所述蓄積元件部，針對(duì)與所述時(shí)刻to相對(duì)應(yīng)的蓄積電荷量、與所述時(shí)刻tl相對(duì)應(yīng)的 蓄積電荷量、與所述時(shí)刻t2相對(duì)應(yīng)的蓄積電荷量、以及與所述時(shí)刻t3相對(duì)應(yīng)的蓄積電荷 量的全部，在所述時(shí)刻tO t3中的任意的1個(gè)的時(shí)刻，順次進(jìn)行至少對(duì)所述最長(zhǎng)周期 T1的期間的電荷量進(jìn)行蓄積，并將蓄積后的電荷量電荷轉(zhuǎn)送到所述距離計(jì)算部的處理， 由此將與所述各時(shí)刻to t3相對(duì)應(yīng)的電荷量作為所述第O 第3累加信號(hào)而電荷轉(zhuǎn)送到 所述距離計(jì)算部。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的距離測(cè)定裝置，其特征在于，所述蓄積元件部具有第1蓄積元件部和第2蓄積元件部，所述第1蓄積元件部以及所述第2蓄積元件部，至少在所述最長(zhǎng)周期T1的期間，對(duì) 所述時(shí)刻tO t3中任意的2個(gè)時(shí)刻中的電荷量進(jìn)行蓄積，并將蓄積后的電荷量電荷轉(zhuǎn)送 到所述距離計(jì)算部后，至少在所述最長(zhǎng)周期T1的期間，對(duì)其余的2個(gè)的時(shí)刻中的電荷量 進(jìn)行蓄積，通過(guò)將所蓄積的電荷量電荷轉(zhuǎn)送到所述距離計(jì)算部，而將與所述各時(shí)刻to t3相對(duì)應(yīng)的電荷量作為所述第O 第3累加信號(hào)而電荷轉(zhuǎn)送到所述距離計(jì)算部。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的距離測(cè)定裝置，其特征在于，所述蓄積元件部具有第O蓄積元件部、第1蓄積元件部、第2蓄積元件部、和第3蓄 積元件部，至少在所述最長(zhǎng)周期T1的期間，所述第O蓄積元件部對(duì)所述時(shí)刻tO中的電荷量進(jìn)行蓄積而生成第O累加信號(hào)，所述第1蓄積元件部對(duì)所述時(shí)刻tl中的電荷量進(jìn)行蓄積而生成第1累加信號(hào)，所述第2蓄積元件部對(duì)所述時(shí)刻t2中的電荷量進(jìn)行蓄積，而生成第2累加信號(hào)，所述第3蓄積元件部對(duì)所述時(shí)刻t3中的電荷量進(jìn)行蓄積而生成第3累加信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7 9中任何一項(xiàng)所述的距離測(cè)定裝置，其特征在于，設(shè)所述多重調(diào)制光的來(lái)自所述距離對(duì)象的所述反射波為f(t)，設(shè)包含于所述多重調(diào)制 光的第η頻率的周期為Τη，所述最長(zhǎng)周期T1中包含的波數(shù)為kn時(shí)，所述蓄積元件部，作為所述第0累加信號(hào)，蓄積與相當(dāng)?shù)碾姾?，作為所述?累加信號(hào)，蓄積與 K^ ( 71 λ
11.根據(jù)權(quán)利要求1 10中任何一項(xiàng)所述的距離測(cè)定裝置，其特征在于，所述距離計(jì)算部，計(jì)算所述多重調(diào)制光中所包含的各頻率的相位偏移量，并基于所 計(jì)算的相位偏移量中，作為所述多重調(diào)制光中所包含的各頻率成分中的任意頻率成分的 相位偏移量的低頻相位偏移量，以及作為所述多重調(diào)制光所包含的各頻率成分的中所包 含的、且比與所述低頻相位偏移量相對(duì)應(yīng)的頻率成分高的頻率成分的相位偏移量的高頻 相位偏移量，而計(jì)算最終相位偏移量，并基于所計(jì)算的所述最終相位偏移量而計(jì)算所述 距離。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的距離測(cè)定裝置，其特征在于，設(shè)所述低頻相位偏移量為Δ Ψι (頻率f)、所述高頻相位偏移量為Δ ^ (頻率ζ)、光 速為c時(shí)，所述距離計(jì)算部，分別利用^Wn = tan=+0.5 π +Ai^L=^-^fj計(jì)算所述多重調(diào)制光中包含的各頻率的相位偏移量△ Ψη、所述最終相位偏移量 Δ Ψ,以及所述距離L。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的距離測(cè)定裝置，其特征在于，所述距離計(jì)算部考慮所述各時(shí)刻中的電荷蓄積時(shí)間τ，利用
14.根據(jù)權(quán)利要求11 13中任何一項(xiàng)所述的距離測(cè)定裝置，其特征在于，所述距離計(jì)算部，將所述多重調(diào)制光中包含的各頻率的相位偏移量Ψη按下標(biāo)順次排 列，將首先成為η/2以上的相位偏移量的下標(biāo)設(shè)為k時(shí)，將相位偏移量Ψη作為所述低 頻相位偏移量，而計(jì)算距離，其中η=1，2，…，2<k<N。
15.根據(jù)權(quán)利要求11 14中任何一項(xiàng)所述的距離測(cè)定裝置，其特征在于，所述第1差分累加信號(hào)的絕對(duì)值較小時(shí)，或者所述第1累加信號(hào)和所述第3累加信號(hào) 的差分絕對(duì)值較小時(shí)，所述距離計(jì)算部，作為所述最終相位偏移量，使用
16.根據(jù)權(quán)利要求1 15中任何一項(xiàng)所述的距離測(cè)定裝置，其特征在于， 所述照射部以越低頻成分越減小振幅的方式生成所述多重調(diào)制光。
17.—種距離測(cè)定方法，用于距離測(cè)定裝置，其中， 所述距離測(cè)定裝置具備照射部，其使得利用多重調(diào)制信號(hào)而進(jìn)行了光強(qiáng)度調(diào)制后的多重調(diào)制光對(duì)距離測(cè)定 對(duì)象進(jìn)行照射，所述多重調(diào)制信號(hào)通過(guò)將具有成為fn+1 = 2kn · ^的關(guān)系的N個(gè)不同頻率 fn進(jìn)行多重化而生成，其中η以及kn是自然數(shù)，N為2以上的整數(shù)，ISnSN ；受光元件部，其對(duì)從所述照射部照射的所述多重調(diào)制光的來(lái)自所述距離測(cè)定對(duì)象的 反射波進(jìn)行受光，而取得與受光量相當(dāng)?shù)碾姾?；分配部，其在?guī)定的時(shí)刻將由所述受光元件部所取得的電荷輸出到規(guī)定的輸出目的地；蓄積元件部，其對(duì)從所述分配部輸出的電荷進(jìn)行蓄積， 所述距離測(cè)定方法的特征在于，具有分配控制步驟，其中以在規(guī)定的時(shí)刻將所述分配部的輸出目的地切換到規(guī)定的輸出 目的地的方式進(jìn)行控制，距離計(jì)算步驟，其中基于由所述第1蓄積元件部以及所述第2蓄積元件部所蓄積的電 荷量，對(duì)到所述距離測(cè)定對(duì)象的距離進(jìn)行計(jì)算。
18.—種程序，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行用于距離測(cè)定裝置的距離測(cè)定方法，所述距離測(cè)定裝置 具備照射部，其使得利用多重調(diào)制信號(hào)進(jìn)行了光強(qiáng)度調(diào)制后的多重調(diào)制光對(duì)距離測(cè)定對(duì) 象進(jìn)行照射，所述多重調(diào)制信號(hào)通過(guò)將具有成為fn+1 = 2kn · fn的關(guān)系的N個(gè)的不同的頻 率&進(jìn)行多重化而生成，其中η以及kn是自然數(shù)，N為2以上的整數(shù)，ISnSN ；受光元件部，其對(duì)從所述照射部照射的所述多重調(diào)制光的來(lái)自所述距離測(cè)定對(duì)象的 反射波進(jìn)行受光，而取得與受光量相當(dāng)?shù)碾姾?；分配部，其在?guī)定的時(shí)刻將由所述受光元件部所取得的電荷輸出到規(guī)定的輸出目的地；蓄積元件部，其對(duì)從所述分配部輸出的電荷進(jìn)行蓄積， 所述距離測(cè)定方法中，具備分配控制步驟，其中以在規(guī)定的時(shí)刻將所述分配部的輸出目的地切換到規(guī)定的輸出 目的地的方式進(jìn)行控制，距離計(jì)算步驟，其中基于由所述第1蓄積元件部以及所述第2蓄積元件部所蓄積的電 荷量，對(duì)到所述距離測(cè)定對(duì)象的距離進(jìn)行計(jì)算。 19. 一種集成電路，其特征在于， 具備照射部，其使得利用多重調(diào)制信號(hào)進(jìn)行了光強(qiáng)度調(diào)制后的多重調(diào)制光對(duì)距離測(cè)定對(duì) 象進(jìn)行照射，所述多重調(diào)制信號(hào)通過(guò)將具有成為fn+1 = 2kn · fn的關(guān)系的N個(gè)的不同的頻 率&進(jìn)行多重化而生成，其中η以及kn是自然數(shù)，N為2以上的整數(shù)，ISnSN ；受光元件部，其對(duì)從所述照射部照射的所述多重調(diào)制光的來(lái)自所述距離測(cè)定對(duì)象的 反射波進(jìn)行受光，而取得與受光量相當(dāng)?shù)碾姾?；分配部，其在?guī)定的時(shí)刻將由所述受光元件部所取得的電荷輸出到規(guī)定的輸出目的地；蓄積元件部，其對(duì)從所述分配部輸出的電荷進(jìn)行蓄積；距離計(jì)算部，其基于由所述蓄積元件部所蓄積的電荷量，計(jì)算到所述距離測(cè)定對(duì)象 的距離。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種距離測(cè)定裝置(1)，其中具備對(duì)具有成為相互為偶數(shù)倍的關(guān)系的多個(gè)的頻率的多重調(diào)制光進(jìn)行照射的照射部(10)；將該多重調(diào)制光的反射光的電荷，在多個(gè)的蓄積元件部以規(guī)定的時(shí)刻進(jìn)行切換而蓄積的受光部(20)；基于該電荷而計(jì)算距離的距離計(jì)算部(30)。從而在使用多重波的距離測(cè)定裝置中，通過(guò)將分波電路規(guī)模大幅度削減，提供一種能夠進(jìn)行高分辨率、高精度、且長(zhǎng)距離測(cè)定的距離測(cè)定裝置。
文檔編號(hào)G01S17/89GK102016636SQ20108000150
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日
發(fā)明者井東武志, 佐藤大將, 尾脅義明, 木內(nèi)真也, 桑原康浩, 渡邊辰巳, 田路文平 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社