CN102378920B - 测距设备 - Google Patents

Abstract

测距设备包括光源(1)，受光传感器(2)，定时控制器(5)，距离计算器(6)和延迟控制器(8)。定时控制器(5)输出调制信号和多个基准定时信号。调制信号是具有交替出现的高低电平时段的方波信号。每个高低电平时段都使其长度随机地选自预定单位时段的整数倍。基准定时信号包括波形与调制信号相同的信号，和波形与反相的调制信号相同的信号。光源(1)根据调制信号改变光的强度。延迟控制器(8)使多个基准定时信号推迟延迟时段(Td)，从而分别产生多个定时信号。受光传感器(2)关于每个定时信号，积累在受光时段内产生的电荷。距离计算器(6)根据分别与定时信号相关的电荷量，计算时间差(τ)，并根据时间差(τ)和延迟时段(Td)，计算到目标(3)的距离(L)。

Description

测距设备

技术领域

本发明涉及测距设备，特别涉及一种基于ToF(飞行时间)测量的主动式测距设备。

背景技术

文献1(JP 2004-45304)公开一种基于飞行时间测量的测距设备。文献1中公开的测距设备被配置成发射强度以恒定周期振动的强度调制光(比如正弦波)。测距设备被配置成测量发射时的强度调制光的波形和接收时的强度调制光的波形之间的相差，根据测量的相差，计算到目标的距离。

在文献1中公开的测距设备中，发射时波形和接收时波形之间的相差对应于从发射强度调制光开始，到收到目标反射的强度调制光为止的时段(发射时间和接收时间之间的时间差)。时间差τ用等式：τ＝T(Ψ/2π)表示，其中T[s]是强度调制光的周期，c[m/s]是光速，Ψ[rad]是波形之间的相差。到目标的距离L用等式：L＝(1/2)cT(Ψ/2π)表示。

文献1中公开的测距设备的最大测量距离对应于强度调制光的半周期。于是，最大测量距离可随着强度调制光的频率的降低而增大。然而，降低强度调制光的频率来增大最大测量距离会导致距离分辨率的降低。

发明内容

鉴于上述不足，本发明目的在于提出一种能够增大最大测量距离而不会导致距离分辨率的降低的测距设备。

按照本发明的测距设备包括：光源，其被配置成向其中存在目标的目标空间发射光；光电转换器，其被配置成在受光时段内从目标空间接收光，并产生与所接收光的强度对应的电荷量；电荷积累器，其被配置成在比受光时段长的预定积累时段内积累由光电转换器生成的电荷；定时控制器；延迟控制器和距离计算器。定时控制器被配置成向光源输出调制信号，并被配置成向延迟控制器输出多个基准定时信号。调制信号被定义成具有交替出现的高低电平时段的方波信号。每个高低电平时段都使其长度随机地选自预定单位时段的整数倍。多个基准定时信号包括波形与调制信号相同的非反相基准定时信号，和作为非反相基准定时信号的反相信号的反相基准定时信号。光源被配置成根据从定时控制器接收的调制信号来改变光的强度。延迟控制器被配置成使从定时控制器接收的多个基准定时信号分别延迟预定的延迟时段，从而产生多个定时信号，和把所述多个定时信号输出给光电转换器。光电转换器被配置成选择从延迟控制器接收的多个定时信号的高电平时段和低电平时段之一，作为受光时段。电荷积累器被配置成与多个定时信号中的每个定时信号相关联地积累光电转换器产生的电荷。距离计算器被配置成根据分别与多个定时信号关联的电荷量来计算时间差，并根据计算的时间差和延迟时段计算到目标的距离。

在一个优选方面，多个基准定时信号包括与调制信号相同的第一基准定时信号，定义为通过反相第一基准定时信号而获得的信号的第二基准定时信号，波形与调制信号相同，并相对于调制信号延迟单位时段的第三基准定时信号，和定义为通过反相第三基准定时信号而获得的信号的第四基准定时信号。距离计算器被配置成根据分别与第一、第二、第三和第四基准定时信号相关联的电荷量来计算时间差。

在一个优选方面，距离计算器被配置成按照把由延迟时段确定的距离与由时间差确定的距离相加的方式，计算到目标的距离。

在一个优选方面，测距设备还包括距离范围设定单元。距离范围设定单元被配置成按照接收的输入信号，从不同的时段中选择延迟时段，并把选择的延迟时段发送给延迟控制器。延迟控制器被配置成使基准定时信号延迟从距离范围设定单元接收的延迟时段，从而产生定时信号。

在一个优选方面，测距设备包括多个光电转换器。光电转换器被布置在公共平面中，从而形成成像区。距离计算器被配置成产生由分别与多个光电转换器关联的多个像素限定的距离图像。每个像素具有其像素值。距离计算器被配置成关于每个像素，确定到目标的距离是否等于预定距离，并区分到目标的距离等于预定距离的像素的像素值和到目标的距离不等于预定距离的像素的像素值。预定距离被定义成由如下的时间差所确定的距离：该时间差是与光源发光时的时间和从光源发光时起经过延迟时段之后，与非反相基准定时信号相关联的电荷量首次变得与反相基准定时信号相关联的电荷量相等时的时间之间的时间差。

在一个优选方面，测距设备还包括距离范围设定单元。距离范围设定单元被配置成从不同的时段中选择延迟时段，并把选择的延迟时段发送给延迟控制器。延迟控制器被配置成使基准定时信号延迟从距离范围设定单元接收的延迟时段，从而产生定时信号。

在一个优选方面，测距设备还包括：事件检测器，其被配置成检测在目标空间中是否发生预定事件；和多个光电转换器。光电转换器被布置在公共平面中，从而形成成像区。距离范围设定单元被配置成当事件检测器检测到发生所述事件时，根据到事件在目标空间中发生的位置的距离来选择延迟时段。距离计算器被配置成产生由分别与多个光电转换器关联的多个像素限定的距离图像，每个像素具有与到目标的距离对应的像素值。

在一个优选方面，测距设备包括多个光电转换器。光电转换器被布置在公共平面中，从而形成成像区。距离范围设定单元被配置成选择定义不同测量范围的多个延迟时段。距离计算器被配置成产生分别对应于多个延迟时段的多个距离图像，多个距离图像中的每一个由分别与多个光电转换器相关联的多个像素限定。像素中的每一个具有像素值。距离计算器被配置成所述距离计算器被配置成把像素所对应的到所述目标的距离在测量范围内的像素的像素值选择为有效像素值。有效像素值表示到目标的距离。距离计算器被配置成把像素所对应的到所述目标的距离在测量范围外的像素的像素值选择为无效像素值。无效像素值表示到目标的距离在测量范围之外。距离计算器被配置成按照减少具有无效像素值的像素的数量的方式，把多个距离图像合成为合成距离图像。

在一个优选方面，按照使相应的测量范围连续的方式选择多个延迟时段。

在一个优选方面，距离计算器被配置成把像素所对应应的到目标的距离等于预定距离的像素的像素值选择为有效像素值，并且把像素所对应的到目标的距离不等于预定距离的像素的像素值选择为无效像素值。预定距离被定义成由如下时间差所确定的距离：该时间差是与光源发光时的时间和从光源发光时起经过延迟时段之后，与非反相基准定时信号相关联的电荷量首次变得与反相基准定时信号相关联的电荷量相等时的时间之间的时间差。

在一个优选方面，测距设备还包括有效性检查单元。有效性检查单元被配置成查阅分别与多个定时信号相关的电荷量之间的关系是否满足预定判定条件，并确定到目标的距离是否在测量范围之内。距离计算器被配置成根据有效性检查单元做出的确定结果来产生距离图像。

在一个优选方面，多个基准定时信号包括波形与调制信号相同、并且相对于调制信号被延迟单位时段的延迟非反相基准定时信号，和定义为通过反相延迟非反相基准定时信号而获得的信号的延迟反相基准定时信号。距离计算器被配置成根据分别与延迟非反相基准定时信号和延迟反相基准定时信号对应的电荷量来计算时间差。

附图说明

图1是图解说明按照本发明的一个实施例的测距设备的方框图，

图2是图解说明在所述测距设备中使用的调制信号的示意图，

图3是图解说明所述测距设备的操作的说明图，

图4是图解说明所述测距设备的操作的说明图，

图5是图解说明所述测距设备的操作的说明图，

图6是图解说明所述测距设备的操作的说明图，

图7是图解说明所述测距设备的测距原理的说明图，

图8是图解说明所述测距设备的操作的说明图，以及

图9是图解说明所述测距设备的操作的说明图。

具体实施方式

如图1中所示，本实施例的测距设备是一种主动式测距设备。本实施例的测距设备包括光源1、受光传感器2、代码发生器4、定时控制器5、距离计算器6、有效性检查单元7、延迟控制器8和距离范围设定单元9。光源1被配置成把光发射到其中存在作为测距候选物的目标3的空间(目标空间)中。受光传感器2被配置成从目标空间接收光。本实施例的测距设备根据与从光源1向目标3发射光开始，到受光传感器2收到目标3反射的光为止的时段(飞行时间)Tf(参见图3的(b))对应的物理量，测量到目标3的距离。换句话说，本实施例的测距设备借助飞行时间测量，测量到目标3的距离。

光源1是能够实现高频(例如，10MHz)光输出(光的强度)的调制的发光元件(例如，发光二极管和激光二极管)。

受光传感器2是配置成感测在短时段内观测到的接收光的强度变化的受光元件，所述短时段大体上和观测到从光源1发射的光的光输出的变化的时段相同。

受光传感器2是如CCD区图像传感器和CMOS区图像传感器那样具有多个受光区域(对应于像素的区域)的受光元件(摄像元件)。在这种情况下，能够同时测量到存在于由受光元件的视野确定的空间区域中的目标3的距离。简言之，能够在不利用从光源1发射的光搜索所述空间区域，和/或扫描受光元件的视野的情况下，生成由多个像素定义的距离图像，每个像素具有其表示距离值(与到目标3的距离相符的值)的像素值。

下面说明彼此相邻的四个受光区域。所述四个受光区域构成与距离图像的单个像素对应的单像素(单元)。在本实施例中，能够从单一单元的受光量获得关于距离图像的单像素的信息。利用关于四个受光区域的操作，可解释关于距离图像的单像素的操作。受光传感器2的每个受光区域相当于具有单一受光区域的受光元件(例如，光电二极管和光电晶体管)。简言之，受光传感器2生成与接收光的强度(实际上，预定时段内的受光量)对应的电荷量，并收集所述电荷。四个受光区域被排列成例如一行，或者排列成2×2矩阵。此外，单一的受光区域可用作与距离图像的单像素对应的像素。

当受光传感器2是光电二极管或光电晶体管时，设置诸如模拟开关之类的选通电路，以取出在受光时段内，受光传感器2生成的电荷。例如，当受光传感器2是成像器件时，利用成像器件的电动快门，确定收集电荷的受光时段的长度。在针对受光传感器2的每个受光区域的电荷积累被重复多次(例如，1000次)之后，将所积累的电荷排出(下面，积累电荷的时段被称为“积累时段”)。受光时段被定义成其中接收光的强度被认为恒定的短时段。于是，在受光时段中，受光量等同于接收光的强度。

换句话说，受光传感器2包括多个光电转换器、电荷积累器和电荷排出器。每个光电转换器生成与在受光时段内从目标空间接收的光的强度对应的电荷量。换句话说，光电转换器生成与在受光时段内的受光量对应的电荷量，并收集所述电荷。在本实施例中，多个电荷变换器被排列在公共平面中，以形成成像区。电荷积累器在比受光时段长很多的预定积累时段内，积累光电转换器收集的电荷(光电转换器生成的电荷)。电荷排出器排出电荷积累器积累的电荷。就FT型CCD图像传感器来说，光电转换器对应于成像区域的一个像素，电荷积累器对应于积累区域，电荷排出器对应于水平传送单元。此外，就IT型CCD图像传感器来说，光电转换器对应于成像区域的一个像素，电荷积累器对应于垂直传送单元，电荷排出器对应于水平传送单元。

通过积累光电转换器收集的电荷，能够增大与受光区相关的排出电荷量。于是，能够增强信号电平，从而能够降低散粒噪声导致的影响。在用10MHz频率调制的光源1的光输出的情形下，即使积累次数约为10000，从受光传感器2排出电荷的次数也可以是30次/秒以上。换句话说，利用距离图像，能够产生平滑的动态图像。

如图2中所示，调制信号是方波信号。在图2中，为“1”的信号值指示调制信号是高电平，为“0”的信号值指示调制信号是低电平。调制信号无规律地变成高电平或低电平。调制信号为高电平的概率与调制信号为低电平的概率相同。调制信号是利用产生在扩展频谱技术中使用的PN(伪随机噪声)码的技术(例如，金氏码发生器)产生的。按照和PN码类似的方式产生调制信号，以使每个高低电平时段的长度选自预定单位时段的整数倍。下面，和PN码相一致，所述单位时段被称为“码片时间(chipduration)”。例如，码片时间为100[ns]，不过并不局限于此。

简言之，调制信号是信号值(第一信号值)在第一值(例如，对应于高电平的值)和第二值(例如，对应于低电平的值之间交替变化的方波信号。第一信号值为第一值的第一时段，和第一信号值为第二值的第二时段都具有选自预定单位时段的整数倍的长度。第一时段和第二时段的长度都是随机确定的。此外，第一值可以是对应于低电平的值，第二值可以是对应于高电平的值。

代码发生器4被配置成生成和输出调制信号。从代码发生器4输出的调制信号经定时控制器5，被提供给光源1。

在调制信号为高电平的时候，使光源1保持打开状态，在调制信号为低电平的时候，使光源1保持关闭状态。简言之，按照信号值(第一信号值)打开和关闭光源1(改变光的强度)。

定时控制器5被配置成从代码发生器4接收调制信号，并把接收的调制信号输出给光源1。此外，定时控制器5被配置成把多个基准定时信号输出给延迟控制器8。

定时控制器5被配置成根据从代码发生器4接收的调制信号，生成基准定时信号。基准定时信号用于确定受光传感器2收集生成的电荷的受光时段。在本实施例中，为了产生单个距离图像，生成4个不同的基准定时信号。所述4个不同的基准定时信号分别对应于受光传感器2的4个受光区域，并且分别确定4个受光区域的受光时段。此外，定时控制器5被配置成输出时钟信号。时钟信号用于确定排出受光传感器2积累的电荷的定时，及距离计算器6和有效性检查单元7的操作定时。

图3图解说明调制信号和基准定时信号之间的关系。参见图3，(a)图解说明调制信号(从光源1发出的光的强度)，和(b)图解说明受光传感器2接收的光的强度。定时控制器5根据调制信号，产生第一基准定时信号(参见图3的(c))，第二基准定时信号(参见图3的(d))，第三基准定时信号(参见图3的(e))，和第四基准定时信号(参见图3的(f))。

如图3的(c)中所示，第一基准定时信号与调制信号相同。简言之，第一基准定时信号具有与调制信号相同的波形，并不相对于调制信号被延迟。如图3的(d)中所示，第二基准定时信号是通过反相调制信号的高低电平获得的信号(反转的调制信号)。简言之，第二基准定时信号具有与反相的调制信号相同的波形，并不相对于反相的调制信号被延迟。换句话说，第二基准定时信号被定义成通过第一基准定时信号的反转而获得的信号。如图3的(e)中所示，第三基准定时信号是从调制信号延迟单个码片时间(单位时段)Tc的信号。简言之，第三基准定时信号具有与调制信号相同的波形，并且相对于调制信号被延迟。如图3的(f)中所示，第四基准定时信号是利用使调制信号延迟单个码片时间Tc，并反相延迟的调制信号的高低电平的步骤获得的信号。简言之，第四基准定时信号具有与反相的调制信号相同的波形，并且相对于反相的调制信号被延迟。换句话说，第四基准定时信号被定义成利用第三基准定时信号的反相而获得的信号。

如上所述，定时控制器5被配置成产生多个基准定时信号。所述多个基准定时信号包括具有和调制信号相同的波形的非反相基准定时信号(例如，第一基准定时信号和第三基准定时信号)，和定义成利用非反相基准定时信号的反转而获得的信号的反相基准定时信号(例如，第二基准定时信号和第四基准定时信号)。第三基准定时信号被定义成具有与调制信号相同的波形，并且相对于调制信号被延迟单位时段的延迟的非反相基准定时信号。第四基准定时信号被定义成利用延迟的非反相基准定时信号(第三基准定时信号)的反转而获得的延迟的反相基准定时信号。

延迟控制器8被置于定时控制器5和受光传感器2之间。延迟控制器8被配置成使从定时控制器5接收的每个基准定时信号推迟延迟时段Td，以产生多个定时信号，并把所述多个定时信号输出给受光传感器2。在本实施例中，在保持基准定时信号之间的相对时间关系的同时，延迟控制器8使在图3的(c)～(f)中分别图解说明的基准定时信号沿着时间轴向后移动(即，延迟信号)。从而，延迟控制器8产生通过使第一基准定时信号推迟延迟时段而获得的第一定时信号(参见图6的(c))，通过使第二基准定时信号推迟延迟时段而获得的第二定时信号(参见图6的(d))，通过使第三基准定时信号推迟延迟时段而获得的第三定时信号(参见图6的(e))，和通过使第四基准定时信号推迟延迟时段而获得的第四定时信号(参见图6的(f))。在图6的(c)～(f)中所示的实例中，延迟时段为(2/3)Tc。此外，当延迟时段为“0”时，定时信号等同于对应的基准定时信号。

距离范围设定单元9用于确定延迟控制器8的延迟时段。距离范围设定单元9被配置成从不同的时段中选择延迟时段。距离范围设定单元9向延迟控制器8指出延迟控制器8应选择哪个时段。距离范围设定单元9按照来自控制器(例如，开关)的输入(用户的输入)或者指定延迟时段的信号的输入来确定延迟时段。简言之，距离范围设定单元9被配置成从不同的时段中选择延迟时段，并把选择的延迟时段发给延迟控制器8。延迟控制器8被配置成使基准定时信号延迟从距离范围设定单元9接收的延迟时段，从而产生定时信号。

受光传感器2接收从光源1发出并在经过与到目标3的距离对应的时间(从发射所述光的时间起)之后由目标3反射的光。受光传感器2的每个受光区域在当对应的基准定时信号为高电平的时段内生成电荷。由与第一基准定时信号相关的受光区域(第一受光区域)生成的电荷量A0对应于用图3的(c)中的阴影指示的面积。由与第二基准定时信号相关的受光区域(第二受光区域)生成的电荷量A2对应于用图3的(d)中的阴影指示的面积。由与第三基准定时信号相关的受光区域(第三受光区域)生成的电荷量A1对应于用图3的(e)中的阴影指示的面积。由与第四基准定时信号相关的受光区域(第四受光区域)生成的电荷量A3对应于用图3的(f)中的阴影指示的面积。

在对于每个受光区域多次重复电荷的积累之后(在多个码片时间Tc内积累电荷之后)，从受光传感器2排出电荷。于是，由于调制信号的随机性(即，第一时段和第二时段的长度是随机确定的)，分别从受光区域排出的电荷量收敛于用飞行时间Tf的线性函数表示的值。飞行时间Tf等于通过相加时间差τ和延迟时段Td而获得的值(Tf＝Td+τ)。时间差τ是利用从受光传感器2排出的电荷量A0～A3计算的。在图3中所示的实例中，由于延迟时段Td为“0”，因此时间差τ等于飞行时间Tf。

如图4中所示，当时间差τ在“0”～Tc的范围中时，电荷量A0和A3随着时间差τ的增大而减小，电荷量A1和A2随着时间差τ的增大而增大。

理论上，电荷量A0～A3满足关系：A0+A1+A2+A3＝恒量。此外，当时间差τ为“0”时，电荷量A0等于在整个积累时段内受光的受光传感器2(即，受光时段等于积累时段)产生的电荷量的一半。当时间差τ等于单一码片时间Tc时，电荷量A1等于在整个积累时段内受光(即，受光时段等于积累时段)的受光传感器2产生的电荷量的一半。

当τ在“0”～Tc的范围内时，如下表述各个电荷量A0～A3。下面，满足关系(A0+A2)/2＝(A1+A3)/2＝B，当时间差τ[s]为“0”时，电荷量A0为“A+B”。

[等式1]

A0＝-α·τ+A+B

A1＝α·τ+B

A2＝α·τ+B-A

A3＝-α·τ+B

上面，“α”表示指示电荷量与时间差τ的比率的常数，满足关系α＝A/Tc。

鉴于上面所述，用下述等式确定时间差τ[s]。

[等式2]

$\mathrm{\τ}=\frac{(A1-A3)\·\mathrm{Tc}}{\{(A0-A2)+(A1-A3)\}}$

当到目标3的距离被表示成L[m]，并且光速被表示成“c”[m/s]时，距离L用关系L＝c＊τ/2表示。

当单一码片时间Tc为100[ns]时，τ在0～100[ns]的范围内。于是，L在0～15[m]的范围内。当延迟时段Td为0[s]，并且单一码片时间Tc为100[ns]时，最大可测距离(下面称为“最大测量距离”)为15[m]。

距离计算器6根据受光传感器2在用定时控制器5生成的基准定时信号定义的时段内生成的电荷，来进行上述计算，从而确定到目标3的距离L。

此外，根据上述等式显然可知，利用4个电荷量A0～A4中的3个，能够确定时间差τ[s]。当使用3个电荷量A1，A2和A3时，A1-A2＝A，并且A1-A3＝2ατ。于是，τ被表述成关系：τ＝(Tc/2)(A1-A3)/(A1-A2)。当使用3个电荷量A0，A1和A2时，A0＝-(A/Tc)τ+A+B，A1＝(A/Tc)τ+B，和A2＝(A/Tc)τ-A+B。于是，时间差τ被表述成下述等式。

[等式3]

$\mathrm{\τ}=\frac{2A1-(A0+A2)}{2(A1-A2)}\mathrm{Tc}$

当忽略干扰光(干扰分量)(即，B＝A)时，存在两个未知数，即，时间差τ[s]和A。从而，仅仅利用4个电荷量A0～A4中的2个，就能够确定时间差τ[s]。当使用2个电荷量A0和A2时，A0＝-(A/Tc)τ+2A，和A2＝(A/Tc)τ。于是，时间差τ被表述成下述等式。

[等式4]

$\mathrm{\τ}=\frac{2A2}{A0+A2}\mathrm{Tc}$

此外，当预先根据已知距离计算了常数α时(或者当目标3具有恒定的反射率时)，“A”已知。在这种情形下，未知数有两个，即，时间差τ[s]和“B”。从而，仅仅利用4个电荷量A0～A4中的2个，就能够确定时间差τ[s]。当使用2个电荷量A0和A2时，A0＝-(A/Tc)τ+A+B，并且A2＝(A/Tc)τ-A+B。于是，时间差τ被表述成关系：τ＝{(2A-A0+A2)/2A}Tc。

当在积累时段内，使光源1保持关闭时，电荷量A2等于当时间差τ为“0”时获得的电荷量(＝B-A)。从而，根据在光源1被关闭的时候，受光传感器2生成的电荷量，能够确定“B-A”。于是，当预先确定了“B-A”时，仅仅利用4个电荷量A0～A4中的2个，就能够确定时间差τ[s]。当使用2个电荷量A0和A2时，时间差τ被表述成下述等式，其中AL＝B-A。

[等式5]

$\mathrm{\τ}=\frac{2(A2-\mathrm{AL})}{A0+A2-2\mathrm{AL}}\mathrm{Tc}$

当在积累时段内按预定强度使光源1保持打开时，电荷量A1等于当时间差τ为0时获得的电荷量(＝“A+B”)。从而可根据在打开光源1的时候由受光传感器2生成的电荷量，确定“A+B”。于是，当预先确定了“A+B”时，仅仅利用4个电荷量A0～A4中的2个，就能够确定时间差τ[s]。当使用2个电荷量A0和A2时，时间差τ被表述成下述等式，其中AH＝A+B。

[等式6]

$\mathrm{\τ}=\frac{2(\mathrm{AH}-A0)}{2\mathrm{AH}-(A0+A2)}\mathrm{Tc}$

当目标3具有恒定的反射率，并且认为干扰分量可忽略时，“A”已知，并且“B”为0。在这种条件下，只有时间差τ[s]未知。于是，通过利用4个电荷量A0～A4之一，可以确定时间差τ[s]。

如上所述，当成像设备获得分别对应于四个不同的基准定时信号的电荷量A0～A3时，利用单一的积累时段，可获得单一的距离值。在这种情况下，成像设备的4个(例如，1×4或者2×2阵列)相邻的受光区域(第一受光区域，第二受光区域，第三受光区域和第四受光区域)被共同认为构成单一的组。第一受光区域依照第一基准定时信号(第一定时信号)收集电荷。第二受光区域依照第二基准定时信号(第二定时信号)收集电荷。第三受光区域依照第三基准定时信号(第三定时信号)收集电荷。第四受光区域依照第四基准定时信号(第四定时信号)收集电荷。在积累时段内积累每个受光区域收集的电荷。当成像设备按照上述方式积累电荷时，在单个积累时段中使用所述4个受光区域。于是，能够从单个积累时段获得单一的距离值。尽管与其中各个受光区域按照多个基准定时信号顺序地收集电荷的例子相比，这种情况会导致分辨率降低，不过，这种情况能够一次从成像设备读出4个电荷量A0～A3。按照这种情况，能够减小读出为产生对应于屏幕大小的距离图像所必需的电荷的次数。从而，能够缩短为产生对应于屏幕大小的距离图像所必需的时间。此外，利用所述距离图像，能够产生平滑的动态图像。

另一方面，可从4个连续的积累时段获得单一的距离值。在这种情况下，按照预定顺序，向成像设备的每个受光区域提供4个不同的基准定时信号(定时信号)。简言之，4个连续的积累时段被看作为一个周期。例如，每个受光区域在第一积累时段内，按照第一基准定时信号(第一定时信号)收集电荷。每个受光区域在第二积累时段内，按照第二基准定时信号(第二定时信号)收集电荷。每个受光区域在第三积累时段内，按照第三基准定时信号(第三定时信号)收集电荷。每个受光区域在第四积累时段内，按照第四基准定时信号(第四定时信号)收集电荷。简言之，各个受光区域按照与积累时段对应的基准定时信号(定时信号)，收集每个积累时段的电荷。当成像设备按照上述方式积累电荷时，单个距离值需要4个积累时段。尽管与多个受光区域分别依照多个不同的基准定时信号来收集电荷的例子相比，这种情况延长了为产生对应于屏幕大小的距离图像所必需的时间，不过，这种情况能够获得每个受光区域的距离值。按照这种情况，能够产生高分辨率的距离图像。

有效性检查单元7被配置成查阅分别对应于多个定时信号的电荷量之间的关系是否满足预定判定条件，并确定到目标3的距离是否在测量范围之内。

当时间差τ超过单个码片时间Tc时，电荷量A0和A2变成常数“B”。在时间差τ不小于0，并且不大于Tc时，电荷量A1随着时间差τ的增大而增大。在时间差τ大于Tc，并且不大于2Tc时，电荷量A1随着时间差τ的增大而减小。在时间差τ不小于0，并且不大于Tc时，电荷量A3随着时间差τ的增大而减小。在时间差τ大于Tc，并且不大于2Tc时，电荷量A3随着时间差τ的增大而增大。当时间差τ超过码片时间Tc的两倍时，电荷量A1和A3变成常数“B”。

当Tc小于τ时，关系A0-A2＝0被满足。不过实际上，例如，在由于干扰光而发生散粒噪声的情况下，电荷量A0和A2存在波动。简言之，即使Tc小于τ，关系A0-A2＝0也不一定被满足。

当确认电荷量A0和A2之间的差异不大于预定阈值β(第一阈值)时，有效性检查单元7确定时间差τ超过单个码片时间Tc(即，到目标的距离超过测量距离的最大值(最大测量距离))。简言之，有效性检查单元7的判断条件用关系A0-A2≤β(≈0)表示。

当确定到目标的距离超过最大测量距离时，有效性检查单元7向距离计算器6提供不输出对应于该像素的距离值的指令。当收到不输出距离值的指令时，距离计算器6确定到目标3的距离无效。从而，距离计算器6不向目标3输出超过最大测量距离的距离。因而，能够避免距离的错误测量。

由于受光传感器2包括多个像素，因此它能够对到目标3的距离不超过最大测量距离的区域进行测距。即使超过最大距离的距离被无效，受光传感器2也不会降低其灵敏度。

在由于强干扰光引起的散粒噪声导致电荷量表现出较大波动的情况下，即使当时间差τ超过单个码片时间Tc，关系A0-A2≤β也可能不被满足(即，关系A0-A2＞β被满足)。鉴于此，有效性检查单元7利用电荷(接收光)的数量A1和A3之间的差值来确定到目标3的距离是否超过最大测量距离。当2Tc＜τ时，电荷量A1和A3之间的差值为0。当确认电荷量A1和A3之间的差值不大于预定阈值γ(第二阈值)时，有效性检查单元7确定时间差τ超过码片时间Tc的两倍。简言之，有效性检查单元7采用由式A1-A3≤γ(≈0)表述的额外判断条件。当确认关系A1-A3≤γ被满足时，有效性检查单元7确定到目标3的距离超过最大测量距离的两倍。当确定到目标3的距离超过最大测量距离的两倍时，有效性检查单元7向距离计算器6提供不输出对应于该像素的距离值的指令。

有效性检查单元7可比较阈值β与电荷量A0和A2之差，并比较阈值γ与电荷量A1和A3之差。在这种情况下，能够可靠地确定利用电荷获得的距离是否超过最大测量距离的两倍。阈值β可以等于或不同于阈值γ。

在本实施例中，最大测量距离是对应于单个码片时间Tc的的距离(在上述情况下，单个码片时间Tc为100[ns]，结果最大测量距离为15[m])。目标3的测量范围为0～15[m]。

如上所述，延迟控制器8沿着时间轴移动基准定时信号(参见图3的(c)～(f))，把作为结果的基准定时信号提供给受光传感器2。例如，延迟控制器8使基准定时信号延迟单个码片时间Tc。在图3的(b)中所示的接收光的强度波形被向右移动单个码片时间Tc的情况下，从各受光区域获得的电荷量分别对应于用在图3的(c)～(d)中所示的阴影指示的面积。

换句话说，当使基准定时信号向右移动单个码片时间Tc时，能够根据具有如此向右移动的波形的接收光的强度，测量到被放置于远处的目标3的距离。

在上述条件下，使接收光的强度波形向右移动单个码片时间Tc的距离为15[m]。通过把15[m]和利用使在图3的(c)～(f)中所示的基准定时信号向右移动单个码片时间Tc而产生的定时信号计算的距离相加，来计算到目标3的距离。此外，当基准定时信号被向右移动单个码片时间Tc时，距离的测量范围为15[m]～30[m]。换句话说，当延迟时段等于单个码片时间Tc时，测量范围为15[m]～30[m]。

利用使基准定时信号向右移动两倍的码片时间Tc(即，延迟时段Td＝2Tc)而产生的定时信号，距离的测量范围变成30[m]～45[m]。特别地，从目标3反射的接收光的强度随着到目标3的距离的增大而减小。按照接收光的强度，确定定时信号的延迟的可用范围(延迟时段的最大值)。此外，在测距设备中，即使当通过改变延迟时段，改变测量范围时，测量范围的上限和下限之间的差值也不变化。于是，测量距离的分辨率甚至不随测量范围的变化而变化。

根据上面的说明可明白，测量范围的宽度由单位时段确定。此外，距离测量的分辨率由单位时段确定。不过，测量范围的上限和下限由延迟时段确定。

本实施例的测距设备通过改变延迟时段而不是改变单位时段来变更测量范围。从而，测距设备改变最大测量距离。因而，可在不对分辨率造成不良影响的情况下，改变最大测量距离。测量范围由单位时段和延迟时段确定。从而，如图5的(a)中所示，测量范围没有周期性，对于不在测量范围中的目标，不进行距离测量。因而，即使当通过如图5的(b)中所示，通过增加与延迟时段对应的偏移量L1来改变最大测量距离时，也不存在意外地对在测量范围之外的目标3进行距离测量的可能性。

类似于上面的情况，当按每单位的码片时间Tc移动定时信号时(假定延迟时段是码片时间Tc的任意整数倍)，在测量范围之间的边界(即，0m～15m的测量范围和15m～30m的测量范围之间的15m边界)附近，会出现距离确定所依赖于的电荷量A0和A2之间的微小差异，从而导致可能的测量误差。因而，延迟时段最好短于码片时间Tc。

下面参照图6，说明延迟时段Td为码片时间Tc的2/3的情况。参考图6，(a)图解说明调制信号，(b)图解说明受光传感器2接收的光的强度，(c)图解说明第一定时信号，(d)图解说明第二定时信号，(e)图解说明第三定时信号，和(f)图解说明第四定时信号。

根据从受光传感器2获得的电荷量A0～A3计算的时间差τ不是从光源1发光时开始，到受光传感器2收到所述光时为止的飞行时间Tf，而是从在光源1发光之后经过延迟时段Td＝(2/3)Tc时开始，到受光传感器2收到所述光时为止的时段。于是，时间差τ由关系：τ＝Tf-Td确定。

当码片时间Tc为100[ns]时，用延迟时段Td＝(2/3)Tc确定的距离为10m。利用图6中所示的定时信号，测量范围为用图7的(a)中的R11指定的10[m]～25[m]。R10指定当延期时段Td为0时获得的测量范围。当延迟时段Td为码片时间Tc的4/3时，用延迟时段Td＝(4/3)Tc确定的距离为20m。在这种情况下，如用图7的(a)中的R12所示，测量范围为20[m]～35[m]。按照延迟时段Td＝(2/3)Tc的测量范围(近侧测量范围)和按照延迟时段Td＝(4/3)Tc的测量范围(远侧测量范围)重叠5米。通过避免利用关于在近侧测量范围的上限(25[m])附近的距离的电荷量，和关于在远侧测量范围的下限(20[m])附近的距离的电荷量，能够抑制测量误差。

距离计算器6响应通过沿着时间轴移动基准定时信号进行的测量范围的变更，进行距离校正(参见图7的(b))。距离范围设定单元9把延迟时段Td提供给延迟控制器8和距离计算器6。在距离校正中，距离计算器6相加用从距离范围设定单元9提供的延迟时段Td确定的距离和根据时间差τ计算的距离。距离计算器6进行距离校正，从而计算到目标3的距离。

距离计算器6被配置成产生用分别与多个光电转换器相关的多个像素限定的距离图像。距离图像的每个像素被配置成使其像素值指示到目标3的距离。距离计算器6被配置成把像素所对应的到目标3的距离在测量范围内的那些像素的像素值选择为有效像素值。有效像素值表示到目标3的距离。距离计算器6被配置成把像素所对应的到目标3的距离在测量范围外的那些像素的像素值选择为无效像素值。无效像素值表示到目标3的距离在测量范围之外。

另外，当到目标3的距离小于测量范围的下限(下面称为“最小测量距离”)时，电荷量A1和A3之间的差值不大于阈值γ(参见图4)。于是，当电荷量A1和A3之间的差值不大于阈值γ时，有效性检查单元7确定到目标3的距离不大于最小测量距离，或者不小于最大测量距离的两倍。相对于用受光传感器2的受光区域限定的每个组，有效性检查单元7确定到目标3的距离是否在测量范围内。

距离范围设定单元9可被配置成从不同的时段中选择延迟时段Td，并把选择的延迟时段Td发给延迟控制器8。延迟控制器8被配置成使基准定时信号延迟从距离范围设定单元9接收的延迟时段Td，从而产生定时信号。简言之，当距离范围设定单元9被配置成选择延迟时段时，可依照距离范围设定单元9选择的延迟时段改变测量范围。于是，能够扩大测距设备的测量范围。

例如，码片时间Tc为100[ns]，从3个不同的时段0[s]，75[ns]和150[ns]中选择延迟时段Td。与延迟时段Td＝0[s]相符的测量范围为0～15[m]。与延迟时段Td＝75[ns]相符的测量范围为11.25～26.25[m]。与延迟时段Td＝150[ns]相符的测量范围为22.5～37.5[m]。切换测量范围(延迟时段Td)使得能够对位于不同距离的各个目标3进行距离测量。

距离范围设定单元9可被配置成每当经过预定帧数时，自动切换测量范围(延迟时段Td)。预定帧数可以是2以上。在预定帧数为1的情况下，距离范围设定单元9可循环切换延迟时段Td(以使延迟时段Td逐渐增大或减小)。这种配置使得即使当目标3移动到测量范围的边界(上限或下限)附近时，也能够平滑地跟踪目标3。在这种配置中，距离范围设定单元9向延迟控制器8提供指令，以使得循环地切换可用于延迟控制器8的延迟时段。

此外，测距设备可包括配置成确定是否发生了预定事件的事件检测器10。例如，事件检测器10根据距离计算器6产生的距离图像，检测诸如人之类的移动目标3。此外，事件检测器10起配置成预测移动目标3的目的地的预测装置的作用。事件检测器10把预测结果提供给距离范围设定单元9。距离范围设定单元9响应来自事件检测器10的指令，选择延迟时段Td。在目标3位于相邻测量范围之间的边界附近(目标3存在于相邻测量范围重叠的区域中)的情况下，距离范围设定单元9根据事件检测器10的预测结果，从相邻测量范围中选择一个测量范围。在这种情况下，测距设备能够跟踪目标3，并与到目标3的距离相联系地切换测量范围。简言之，测距设备能够跟踪目标3并确定到目标3的距离。

距离计算器6被配置成关于每个测量范围，计算校正的距离值。简言之，距离计算器6被配置成针对每个测量范围产生距离图像。例如，当从3个不同的时段0[s]，75[ns]和150[ns]中选择延迟时段Td时，关于每个延迟时段Td(测量范围)产生距离图像。具体地，距离计算器6产生关于测量范围0～15[m]的距离图像，关于测量范围11.25[m]～26.25[m]的距离图像，和关于测量范围22.5[m]～37.5[m]的距离图像。

在实际空间中，受光传感器2的每个受光区域只接受来自单一目标3的反射光。不管测量范围的变化，单组受光区域只对应于单个距离值。于是，只有来自目标空间中离受光传感器2最近的目标3的反射光才进入受光区域。换句话说，即使当目标3排列成一行时，也只有从离测距设备最近的目标3反射的光才进入受光区域。

即使提供多个测量范围(即，延迟时段)，也仅仅足以使单一距离与受光传感器2的每组受光区域相关联。可取的是，距离计算器6被配置成使对于每个测量范围计算的距离值与距离图像的对应像素相关联，从而通过利用分别从多个测量范围获得的距离值来产生单一的距离图像(合成的距离图像)。

为了把多个距离图像合成为单一的距离图像(产生合成的距离图像)，距离计算器6参照有效性检查单元7的确定结果，只合成分别与到被确定为在测量范围内的目标3的距离对应的距离值。此外，对于由有效性检查单元7确定为对各个测量范围来说出现异常值的像素(指示大于最大测量距离或者小于最小测量距离的距离的像素)赋予表示距离不可测的值。简言之，距离计算器6被配置成按照减少具有无效像素值的像素的数目的方式合成多个距离图像。

借助这种配置，能够在使用户察觉不出测量范围的情况下，从近距离到远距离无缝地测量到对象的距离。如上所述，对在测量范围之间的边界附近的距离的确定来说，最好从分别关于跨所述边界的测量范围来测量的距离当中，选择误差较小的一个距离。在这点上，可行的是确定跨所述边界测量的两个距离的平均值或加权平均值，作为所述距离。

即使当到目标3的距离在测量范围内时，测距设备的测量精度也可能由于调制信号或定时信号的波形的凑整而产生波动。

由于电路固有的电容或电感分量，调制信号或定时信号并不采取规则方波的形式。如图8中所示，在电荷量A0～A3较小的区域，和电荷量A0～A3较大的区域中，在各个电荷量A0～A3的理论值(特性线V10)和实际值(特性线V11)之间会观察到误差。尽管图8图解说明电荷量A1和A3，不过对于电荷量A0和A2，可观察到类似的误差。按照图8中所示的情况，在电荷量A0～A3较大的区域中，实际值小于理论值。在电荷量A0～A3较小的区域中，实际值大于理论值。不同于理论值，实际值沿着S形曲线变化，而不是沿着直线变化。

如上面所述，距离并不相对于各个电荷量A0～A3线性变化。于是，如图9中所示，在计算距离(特性线D10)和实际距离(特性线D11)之间会观察到间隙。不过，就各个电荷量A0～A3来说，表示实际值的特性线具有倾斜度大体上与表示理论值的特性线的倾斜度相同的区域。因而，通过利用在理论值和实际值具有相同倾斜度的区域内的电荷量A0～A3，能够减小计算距离和实际距离之间的误差。

当延迟时段为0[s](最小测量距离为0[m])时，其中理论值的倾斜度和实际值的倾斜度之间的一致度较高的距离范围(最佳范围)为“x”～“x+a”[m]。当延迟时段是预定值，并且最小测量距离为“y”[m]时，最佳范围为“x+y”～“x+y+a”[m]。

最佳范围“x”～“x+a”[m]被定义成其中实际距离和计算距离之间的误差不大于预定值(例如，10％)的范围。在许多情况下，最佳范围“x”～“x+a”[m]存在于用码片时间Tc确定的测量范围的中心附近。因而，在测量范围的中心附近的范围被用作用于距离测量的采用范围DP(参见图8)。借助这种配置，能够线性改进地(高精度地)进行距离测量。

测距设备可具有多个测量范围，以便只使用包括在位于测量范围的中心附近的范围中的距离。在这种情况下，距离计算器6被配置成根据各个测量范围的采用范围Dp中的距离来产生单一的距离图像(合成距离图像)。借助这种配置，能够降低各个距离值的测量精度的个体变化。于是，能够高精度地测量到目标3的距离。

在目标空间中，会发生从光源1发出的光的多重反射。当发生光的多重反射时，由光的多重反射分量生成的电荷量可被增加到由光的镜像反射分量生成的电荷量中。从而，生成的电荷量大于实际的电荷量。例如，在时间T1的电荷量被增加到在时间T1之后到时间T2时的电荷量中。当发生多重反射时，由于多重反射的影响，不能获得正确的电荷量。从而，测量的距离会大大异于实际距离。

鉴于上面所述，距离计算器6可被配置成关于每个像素，确定到目标3的距离是否等于预定距离，并区分到目标3的距离等于预定距离的像素的像素值和到目标3的距离不等于预定距离的像素的像素值。例如，距离计算器6把到目标3的距离等于预定距离的像素的像素值选为有效像素值，把到目标的距离不等于预定距离的像素的像素值选为无效像素值。

预定距离被定义成由如下的飞行时间Tf确定的距离：该飞行时间Tf是在从光源1发光时起经过延迟时段Td之后，与非反相基准定时信号相关的电荷量首次变得与反相基准定时信号相关的电荷量相等时的飞行时间。从严格意义上说，用语“到目标3的距离等于预定距离”表示到目标3的距离等于预定距离，还表示到目标3的距离等于不受多重反射的影响的距离。

下面说明距离计算器6根据电荷量A0和A2，计算到目标3的距离L的情况。当延迟时段Td为(2/3)Tc时，电荷量A0首次变得等于电荷量A2的飞行时间Tf为“Td+Tc”。利用该飞行时间“Tf＝Td+Tc”确定的距离等于最大测量距离Lmax[m]。在这种情况下，最大测量距离Lmax为25[m]。

当时间差τ超过单个码片时间Tc(到目标3的距离大于最大测量距离Lmax)时，电荷量A0和A2都是为“B”的常数(参见图4)。

距离计算器6根据与最大测量距离Lmax对应的电荷量，计算到目标3的距离。于是，不管是第一定时信号还是第二定时信号，由光的多重反射产生的电荷量都为“B”。简言之，与最大测量距离Lmax对应的电荷量A0和A2与由光的多重反射形成的相同电荷量相加。于是，通过使用与最大测量距离Lmax对应的电荷量A0和A2，能够不受从光源1发出的光的多重反射的影响，测量到目标3的距离。

在上面的情况中，由延迟时段Td确定的测量范围只包括最大测量距离Lmax[m]。当关于光的镜像反射分量的光路和多重反射分量的光路之间的差值的容许值为DA[m]，并且所述容许值被定义为不受多重反射的影响的距离时，可利用关系式Lmin＝Lmax-DA确定最小测量距离Lmin。简言之，测量范围可从最小测量距离Lmin＝Lmax-DA到最大测量距离Lmax[m]。例如，DA＝0.5[m]和Lmax＝25[m]，测量范围从24.5[m]～25[m]。

借助逐次地用与容许值DA[m]对应的时段来加大延迟时段Td的结构，能够获得不受多重反射的影响的合成距离图像。例如，在码片时间Tc为100[ns]，并且DA＝0.5[m]的条件下，通过按(1/30)Tc(对应的0.5[m])的步长，把延迟时段Td从(2/3)Tc(对应于10[m])增大到(49/30)Tc(对应于24.5[m])，能够获得具有10[m]～25[m]的测量范围的合成距离图像。如在上面所述，一个测量范围可能与另一个测量范围重叠。换句话说，可用比对应于容许值DA[m]的时段小的时段为步长，增大延迟时段Td。

理想地，从光源1发出的光被离受光传感器2最近的目标3反射并返回到受光传感器2。不过，可能存在在受光传感器2和最接近受光传感器2的目标3之间放置有一块玻璃，或者在受光传感器2附近放置反射率高的物体的情况。在这种情况下，从与目标3相比更接近受光传感器2的物体反射的光形成额外的电荷量(光的近距离分量，或者闪光分量)，所述额外的电荷量被加入到从目标3反射的光形成的电荷量中，从而产生与实际电荷量相比更大的电荷量。例如，在时间T1产生的电荷量可能与在时间T1之前的时间T3产生的电荷量相加。从而，测量距离可能极大地不同于实际距离。特别地，由于光的近距离分量强度较强，因此所得到的距离图像会出现闪光。

鉴于上面所述，距离计算器6可被配置成利用与第三基准定时信号(延迟的非反相基准定时信号)对应的电荷量A1，和与第四基准定时信号(延迟的反相基准定时信号)对应的电荷量A3，计算时间差τ。

当时间差τ小于0，即，在延迟时段Td内(到目标3的距离小于最小测量距离Lmin)时，对应于第三基准定时信号(第三定时信号)的电荷量A1和对应于第四基准定时信号(第四定时信号)的电荷量A3都是为“B”的常数。

于是，不管是第三定时信号还是第四定时信号，对应于近距离分量的电荷量都是“B”。简言之，与光的近距离分量相对应、并且被分别加入到分别与第三和第四定时信号对应的电荷量中的电荷量彼此相同。于是，利用电荷量A1和A3之间的差值来计算距离能够改善由从光源1发出的光的近距离分量引起的不良影响。

借助于使用电荷量A1和A3，以及借助于使用按照光的近距离分量在延迟时段Td内进入受光传感器2的方式所选择的延迟时段Td，能够在不受从光源1发出的光的近距离分量的不良影响的情况下测量到目标3的距离。

如上所述，本实施例的测距设备包括光源1、受光传感器2、定时控制器5、距离计算器6和延迟控制器8。

光源被配置成向其中存在目标3的目标空间发射光。

受光传感器2包括光电转换器和电荷积累器。光电转换器被配置成在受光时段内从目标空间接收光，并产生与接收光的强度对应的电荷量。电荷积累器被配置成在比受光时段长的预定积累时段内，积累由光电转换器生成的电荷。

定时控制器5被配置成向光源1输出调制信号，并被配置成向延迟控制器8输出多个基准定时信号。

调制信号被定义成高低电平时段交替出现的方波信号，每个高低电平时段都使其长度随机地选自预定单位时段的整数倍。多个基准定时信号包括波形与调制信号相同的非反相基准定时信号，作为非反相基准定时信号的反相信号的反相基准定时信号。在上述情况下，第一基准定时信号和第三基准定时信号都被定义为非反相基准定时信号。第二基准定时信号被定义为与第一基准定时信号配对的反相基准定时信号。第四基准定时信号被定义为与第三基准定时信号配对的反相基准定时信号。

光源1被配置成按照从定时控制器5接收的调制信号来改变光的强度。在上述情况下，在调制信号具有高电平的信号值(第一值)的时候，使光源1保持打开。在调制信号具有低电平的信号值(第二值)的时候，使光源1保持关闭。

延迟控制器8被配置成使从定时控制器5接收的多个基准定时信号分别延迟预定的延迟时段Td，从而分别产生多个定时信号，并把所述多个定时信号输出给受光传感器2(光电转换器)。

受光传感器2(光电转换器)被配置成选择从延迟控制器8接收的定时信号的高电平时段和低电平时段之一，作为受光时段。在上述情况下，受光传感器2选择使定时信号的信号值保持高电平的时段，作为受光时段。受光传感器2可以选择使定时信号的信号值保持低电平的时段，作为受光时段。

受光传感器2(电荷积累器)被配置成对于多个定时信号中的每个定时信号，与对应定时信号关联地积累光电转换器产生的电荷。

距离计算器6被配置成根据分别与定时信号相关的电荷量，计算时间差τ。距离计算器6被配置成根据计算的时间差τ和延迟时段Td，计算到目标3的距离。时间差τ被定义成延迟时段Td和飞行时间Tf之间的时间差。飞行时间Tf定义受光传感器2(光电转换器)接收从光源1发出，并且随后从目标3反射的光所需的时段。

在本实施例的测距设备中，在积累时段内积累的电荷量被表示成按照到目标3的距离变化的时间差τ的线性函数。时间差τ可利用分别对应于多个不同的定时信号积累的电荷量来确定。于是，能够计算到目标3的距离。

距离计算器6利用根据电荷量计算的时间差τ和延迟控制器8的延迟时段Td，计算到目标3的距离。距离测量的分辨率由基准定时信号确定。最大测量距离由单位时段和延迟时段Td决定。于是，能够不管最大测量距离的变化，使距离测量的分辨率保持恒定。测距设备通过改变延迟时段而不是改变单位时段，来改变测量范围的上限和下限。即，测距设备在不改变测量范围的宽度的情况下，改变测量范围的上限和下限。于是，最大测量距离的变化不会导致距离测量的分辨率的降低。

测量范围的宽度由单位时段决定，测量范围的下限由延迟时段决定。距离计算器6被配置成不测量到在测量范围之外的目标3的距离。因而，即使当最大测量距离被改变时，距离计算器6也不会确定到在测量范围之外的目标的距离。

仅仅通过调整延迟时段Td，就可选择期望的测量范围。简言之，由于测量范围的宽度由单位时段决定，因此测量范围的上限和下限可由延迟时段决定。能够选择适当的测量范围来测量期望的距离。

在一个优选方面，多个基准定时信号包括与调制信号相同的第一基准定时信号，定义为通过反转第一基准定时信号而获得的信号的第二基准定时信号，波形与调制信号相同，并相对于调制信号延迟单位时段(单个码片时间Tc)的第三基准定时信号，和定义为通过反转第三基准定时信号而获得的信号的第四基准定时信号。距离计算器6被配置成利用与第一基准定时信号对应的电荷量A0，与第二基准定时信号对应的电荷量A1，与第三基准定时信号对应的电荷量A2，和与第四基准定时信号对应的电荷量A3，来计算时间差τ。

于是，即使当存在环境光(与从光源发出的光无关的光)时，也能够不受环境光影响地测量距离。

距离计算器6被配置成按照把由延迟时段Td确定的距离加入由时间差τ确定的距离中的方式，计算到目标3的距离。

测距设备还包括距离范围设定单元9。距离范围设定单元9被配置成按照接收的输入信号，从不同的时段中选择延迟时段Td，并把选择的延迟时段Td发给延迟控制器8。延迟控制器8被配置成使基准定时信号延迟从距离范围设定单元9接收的延迟时段Td，从而产生定时信号。

这种结构使得能够在不改变测量范围的宽度的情况下(同时保持距离测量的分辨率)，改变测量范围的上限和下限。

距离范围设定单元9被配置成按照接收的输入信号选择延迟时段Td。于是，可利用用户操作的开关或者通过从人体感应器把输入信号输入距离范围设定单元9，来改变延迟时段Td(测量范围)。换句话说，可利用与预定装置协作的距离范围设定单元改变测量范围。例如，可以改变测量范围，以便跟踪运动的人体。

此外，距离范围设定单元9可被配置成自动从不同的时段中选择延迟时段Td，并把选择的延迟时段Td发给延迟控制器8。

例如，距离范围设定单元9循环地(连续地)从不同的时段中选择延迟时段Td。按照本例，可以在使用户察觉不到测量范围切换的情况下在宽范围内进行距离测量。简言之，能够显著扩大测量范围。

测距设备包括多个光电转换器。在上述情况中，受光传感器2起多个光电转换器的作用。光电转换器被布置在公共平面中，从而形成成像区。距离计算器6被配置成产生由分别与多个光电转换器关联的多个像素限定的距离图像。距离计算器6被配置成关于每个像素，确定到目标3的距离是否等于预定距离，并区分到目标3的距离等于预定距离的像素的像素值和到目标3的距离不等于预定距离的像素的像素值。预定距离被定义成由如下时间差所确定的距离：该时间差是与光源1发光时的时间和从光源1发光时起经过延迟时段Td之后，与非反相基准定时信号相关联的电荷量首次变得与反相基准定时信号相关联的电荷量相等时的时间之间的时间差。因而，能够消除光的多重反射分量的影响。

测距设备还包括配置成检测在目标空间中是否发生预定事件的事件检测器10。距离范围设定单元9被配置成当确认事件检测器10检测到发生所述事件时，依照到所述事件在目标空间中发生的位置的距离，从不同的时段中选择延迟时段Td。在这种结构中，能够利用适合于在目标空间中发生的事件的延迟时段Td来测量到目标3的距离。

测距设备还包括有效性检查单元7。有效性检查单元7被配置成查阅分别与多个定时信号相关的电荷量之间的关系是否满足预定判定条件，并确定到目标3的距离是否在测量范围之内。

距离计算器6被配置成产生分别与多个延迟时段对应的多个距离图像，多个距离图像中的每个距离图像由分别与多个光电转换器相关的多个像素限定。

距离计算器6被配置成根据有效性检查单元产生的确定结果，产生距离图像。更详细地说，距离计算器6被配置成把像素所对应的到目标3的距离在测量范围内的那些像素的像素值选择为有效像素值。有效像素值表示到目标3的距离。距离计算器6被配置成把像素所对应的到目标3的距离在测量范围外的那些像素的像素值选择为无效像素值。无效像素值表示到目标3的距离在测量范围之外。

距离计算器6被配置成按照减少具有无效像素值的像素的数目的方式，把多个距离图像合成为合成距离图像。

能够从分别对应于不同测量范围的多个距离图像获得测量范围比与多个距离图像中的每个的测量范围大的单个距离图像(合成距离图像)。简言之，能够产生具有宽范围的距离值的距离图像。

通过利用不受多重反射分量的不良影响的距离图像，能够获得具有高的距离测量精度的合成距离图像。

优选地，按照使相应的测量范围连续的方式选择多个延迟时段。这种结构使得能够连续地连接测量范围。此外，短语“测量范围连续”表示测量范围被认为是连续的。于是，测量范围部分相互重叠，一个测量范围可具有等同于另一个测量范围的下限的上限。此外，当判定一个测量范围的上限和另一个测量范围的下限之间的差值足够小，因而前一范围的上限被认为等于后一范围的下限时，推断这两个测量范围是连续的。

在一个优选方面，多个基准定时信号包括波形与调制信号相同，并且相对于调制信号被延迟单位时段的延迟非反相基准定时信号，和定义成通过反相延迟非反相基准定时信号而获得的信号的延迟反相基准定时信号。在上述情况下，第三基准定时信号被定义成延迟非反相基准定时信号，第四基准定时信号被定义成延迟反相基准定时信号。距离计算器6可被配置成根据与延迟非反相基准定时信号(第三基准定时信号)对应的电荷量A1，和与延迟反相基准定时信号(第四基准定时信号)对应的电荷量A2，来计算时间差τ。因而，能够在不受从光源发出的光的近距离分量的不良影响的情况下测量到目标3的距离。

Claims (12)

1.一种测距设备，包括：

光源，其被配置成向其中存在目标的目标空间发射光；

光电转换器，其被配置成在受光时段内从所述目标空间接收光，并产生与所接收的光的强度对应的电荷量；

电荷积累器，其被配置成在比所述受光时段长的预定积累时段内积累由所述光电转换器生成的电荷；

定时控制器；

延迟控制器；和

距离计算器，

其中

所述定时控制器被配置成向所述光源输出调制信号，并被配置成向所述延迟控制器输出多个基准定时信号，

所述调制信号被定义成具有交替出现的高低电平时段的方波信号，每个高低电平时段都使其长度随机地选自预定单位时段的整数倍，

所述多个基准定时信号包括波形与所述调制信号相同的非反相基准定时信号，和作为所述非反相基准定时信号的反相信号的反相基准定时信号，

所述光源被配置成根据从所述定时控制器接收的所述调制信号来改变光的强度，

所述延迟控制器被配置成使从所述定时控制器接收的所述多个基准定时信号分别延迟预定的延迟时段，从而产生多个定时信号，并把所述多个定时信号输出给所述光电转换器，

所述光电转换器被配置成选择从所述延迟控制器接收的所述多个定时信号的高电平时段和低电平时段之一，作为受光时段，

所述电荷积累器被配置成与所述多个定时信号中的每个定时信号相关联地积累所述光电转换器产生的电荷，

所述距离计算器被配置成根据分别与所述多个定时信号关联的电荷量来计算时间差，并根据计算的所述时间差和所述延迟时段计算到所述目标的距离。

2.按照权利要求1所述的测距设备，其中

所述多个基准定时信号包括与所述调制信号相同的第一基准定时信号；定义为通过反相所述第一基准定时信号而获得的信号的第二基准定时信号；波形与所述调制信号相同，并相对于所述调制信号延迟单位时段的第三基准定时信号；以及定义为通过反相所述第三基准定时信号而获得的信号的第四基准定时信号，

所述距离计算器被配置成根据分别与所述第一、第二、第三和第四基准定时信号相关联的电荷量来计算所述时间差。

3.按照权利要求1所述的测距设备，其中

所述距离计算器被配置成按照把由所述延迟时段确定的距离与由所述时间差确定的距离相加的方式，计算到目标的距离。

4.按照权利要求1所述的测距设备，其中

所述测距设备还包括距离范围设定单元，

所述距离范围设定单元被配置成按照接收的输入信号，从不同的时段中选择所述延迟时段，并把选择的延迟时段发送给所述延迟控制器，以及

所述延迟控制器被配置成使所述基准定时信号延迟从所述距离范围设定单元接收的所述延迟时段，从而产生定时信号。

5.按照权利要求4所述的测距设备，其中

所述测距设备包括多个所述光电转换器，

其中

所述多个光电转换器被布置在公共平面中，从而形成成像区，

所述距离计算器被配置成产生由分别与所述多个光电转换器关联的多个像素限定的距离图像，每个像素具有其像素值，

所述距离计算器被配置成关于每个像素，确定到所述目标的距离是否等于预定距离，并区分到所述目标的距离等于所述预定距离的像素的像素值和到所述目标的距离不等于所述预定距离的像素的像素值，

所述预定距离被定义成由如下时间差所确定的距离：该时间差是与所述光源发光时的时间和从所述光源发光时起经过所述延迟时段之后，与所述非反相基准定时信号相关联的电荷量首次变得与所述反相基准定时信号相关联的电荷量相等时的时间之间的时间差。

6.按照权利要求1所述的测距设备，其中

所述测距设备还包括距离范围设定单元，

所述距离范围设定单元被配置成从不同的时段中选择所述延迟时段，并把所述选择的延迟时段发送给所述延迟控制器，以及

所述延迟控制器被配置成使所述基准定时信号延迟从所述距离范围设定单元接收的所述延迟时段，从而产生定时信号。

7.按照权利要求6所述的测距设备，其中

所述测距设备还包括：

事件检测器，其被配置成检测在所述目标空间中是否发生预定事件；以及

多个所述光电转换器，

其中

所述多个光电转换器被布置在公共平面中，从而形成成像区，

所述距离范围设定单元被配置成当所述事件检测器检测到发生所述事件时，根据到所述事件在所述目标空间中发生的位置的距离来选择所述延迟时段，

所述距离计算器被配置成产生由分别与所述多个光电转换器关联的多个像素限定的距离图像，每个像素具有与到所述目标的距离对应的像素值。

8.按照权利要求6所述的测距设备，其中

所述测距设备包括多个所述光电转换器，

其中

所述多个光电转换器被布置在公共平面中，从而形成成像区，

所述距离范围设定单元被配置成选择定义不同测量范围的多个所述延迟时段，

所述距离计算器被配置成产生分别对应于所述多个延迟时段的多个距离图像，所述多个距离图像中的每一个由分别与所述多个光电转换器相关联的多个像素限定，像素中的每一个具有像素值，

所述距离计算器被配置成把像素所对应的到所述目标的距离在测量范围内的像素的像素值选择为有效像素值，所述有效像素值表示到所述目标的距离，所述距离计算器被配置成把像素所对应的到所述目标的距离在测量范围外的像素的像素值选择为无效像素值，所述无效像素值表示到所述目标的距离在测量范围之外，和

所述距离计算器被配置成按照减少具有所述无效像素值的像素的数量的方式，把所述多个距离图像合成为合成距离图像。

9.按照权利要求8所述的测距设备，其中

按照使相应的测量范围连续的方式选择所述多个延迟时段。

10.按照权利要求8所述的测距设备，其中

所述距离计算器被配置成把像素所对应的到所述目标的距离等于预定距离的像素的像素值选择为有效像素值，并且把像素所对应的到所述目标的距离不等于所述预定距离的像素的像素值选择为无效像素值，

所述预定距离被定义成由如下时间差所确定的距离：该时间差是与所述光源发光时的时间和从所述光源发光时起经过所述延迟时段之后，与所述非反相基准定时信号相关联的电荷量首次变得与所述反相基准定时信号相关联的电荷量相等时的时间之间的时间差。

11.按照权利要求8所述的测距设备，其中

所述测距设备还包括有效性检查单元，

所述有效性检查单元被配置成查阅分别与所述多个定时信号相关的电荷量之间的关系是否满足预定判定条件，并确定到所述目标的距离是否在测量范围之内，

所述距离计算器被配置成根据所述有效性检查单元做出的确定结果来产生距离图像。

12.按照权利要求1所述的测距设备，其中

所述多个基准定时信号包括波形与所述调制信号相同、并且相对于所述调制信号被延迟单位时段的延迟非反相基准定时信号，和定义为通过反相所述延迟非反相基准定时信号而获得的信号的延迟反相基准定时信号，

所述距离计算器被配置成根据分别与所述延迟非反相基准定时信号和所述延迟反相基准定时信号对应的电荷量来计算所述时间差。

Images