CN109564287A - 光飞行型测距装置 - Google Patents

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Abstract

数字信号处理电路(11)根据包括第一调制频率(f1)以及低于第一调制频率(f1)的第二调制频率(f2)的多个调制频率来测量距离。数字信号处理电路(11)构成为，在根据第一调制频率(f1)来测量距离时，根据由发光控制电路(3)每当子序列时控制相位的极性的定时，受光元件(6)的存储电容对电荷进行存储/放电，并根据存储到该存储电容中的电荷来测量距离。而且，数字信号处理电路(11)根据基于第一调制频率(f1)的测量结果和基于第二调制频率(f2)的测量结果来修正距离测量结果。

Description

光飞行型测距装置
相关申请的交叉引用
本申请基于2016年8月1日提交的日本专利申请号2016－151204号，并在此引用其记载内容。
技术领域
本公开涉及向空间发出以具有重复周期的图案进行调制后的调制光，并接受包括调制光被对象物反射后的反射光的入射光并将电荷分配到多个存储电容中来存储，使用采样得到的值来计算从本装置到对象物的距离的光飞行型测距装置。
背景技术
作为以非接触的方式计算从本装置到对象物的距离的装置，提供光飞行(TOF：Time of Flight)型测距装置(例如参照专利文献1)。光飞行型测距装置向空间发出以具有重复周期的图案进行调制后的调制光(测距光)，并接受包括调制光被对象物反射后的反射光的入射光。而且光飞行型测距装置将与接受的入射光对应的电荷分配到多个存储电容来存储，使用采样得到的值来计算从本装置到对象物的距离。
在光飞行型测距装置中，期待减少距离误差。作为减少距离误差的方法，有抑制相位角误差，即提高信噪比(SNR：Signal-to-Noise Ratio)的方法、提高调制频率的方法。在提高SNR的方法中，考虑为了增加信号成分而提高发光功率，或为了减少噪声成分而使用光学滤波器，或增加积分次数来提高SNR的方案。
专利文献1:美国公开2012/0098964号说明书
专利文献2:美国专利7791715号说明书
专利文献3:国际公开2010/098454号公报
然而，在提高调制频率的方法中，越提高该调制频率则产生混淆的距离越短，难以区别近距离的物标和远距离的物标。
另外，若接收到多个传感器发出的信号，则该接收信号间产生干扰。与此相对，专利文献1提出按照时间单位对曝光的序列进行细分化，以该时间为单位插入随机或者伪随机的相位延迟来变更相位，由此提高相机间的干扰耐性的手法。该手法在不存在较强的背景光，即不存在共模成分时是有效的，但在存在共模成分时，由于在插入的相位延迟的期间仅在差动的单侧的电容产生电荷的存储，所以产生不良状况。
另外，在使用PN调制的频谱扩展技术按每个脉冲设定延迟时间的情况下，为了获得与通过不加入随机图案的调制实施曝光的情况同样的SNR而所需的曝光时间变长。即，期望能够以足够的精度、速度同时解决混淆的问题和该干扰的问题。
发明内容
本公开是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于提供能够避免混淆的影响，并且即使存在多个传感器也能够防止该传感器间的干扰的光飞行型测距装置。
根据本公开的一个方式，发光控制部向空间发出以包括第一调制频率以及第二调制频率的至少两个以上的相互不同的多个调制频率进行调制后的调制光。而且受光控制部对受光元件的存储电荷进行采样，所述受光元件入射包括调制光被物标反射的反射光的光并将与该入射光对应的电荷分配到多个存储电容来存储电荷，测距部对从本装置到物标的距离进行测量。
在将重复N次基于多个调制频率中最高的第一调制频率的脉冲图案的调制光的图案设为子序列时，发光控制部每当该子序列时以概率1/2随机地使相位极性正转/反转来进行控制，使发光元件发光，其中，N为2以上的自然数。测距部根据包括第一调制频率以及低于第一调制频率的第二调制频率的多个调制频率来测量距离。
测距部在根据第一调制频率来测量距离时，根据由发光控制部每当子序列时控制相位的极性的定时，由受光控制部对受光元件的存储电荷进行采样，测距部测量距离。而且，根据基于第一调制频率的测量结果和基于第二调制频率的测量结果来修正距离测量结果。
发光控制部每当子序列时以概率1/2随机地使相位极性正转/反转来进行控制，并根据该正转/反转后的相位极性来测量距离。因此，每当子序列时，以概率1/2随机地变更电荷分配，并进一步重复多次电荷的存储处理，所以该电荷被平均地分配到正侧/负侧。因此，即使有可能产生来自其它传感器的影响，也能够尽可能地排除该影响。
另外，基于第二调制频率的测量结果至少不会对从与第一调制频率的脉冲图案的N周期对应的范围内反射的信号产生混淆的影响。因此，通过根据第二调制频率的距离测量处理来测量距离，能够尽可能地排除混淆的影响。
附图说明
关于本公开的上述目的以及其它目的、特征及优点，参照附图并通过下述的详细记述会变得更加清楚。在该附图中：
图1是表示第一实施方式的功能框图。
图2是表示受光元件的部分结构的图。
图3是表示4相位的基本序列的图。
图4是表示序列的图。
图5是表示电荷存储的时间变化的序列的图。
图6是表示第二实施方式的序列的图。
图7是表示第三实施方式的序列的图。
图8是表示第四实施方式的序列的图。
图9是表示第五实施方式的受光元件的部分结构的图。
图10是表示序列的图。
图11是表示增益特性相对于相位变化的图。
图12是表示第六实施方式的序列的图。
图13是示意性地表示第七实施方式中的处理的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图，对在例如能够搭载在车辆上的光飞行型测距装置中应用的几个实施方式进行说明。在以下的实施方式中，在各实施方式间对具备同一功能或者类似功能的部分标注同一符号来进行说明，根据需要省略具备同一或者类似功能的结构以及其作用、合作动作说明等。
(第一实施方式)
图1～图5示出第一实施方式的说明图。光飞行型测距装置(以下，省略为测距装置)1具备信号源2、作为发光控制部的发光控制电路3、发光元件4、作为受光控制部的受光控制电路5、受光元件6、CM(共模)成分除去电路7、缓存8a、8b、差分检测电路9、AD变换电路10以及数字信号处理电路11。数字信号处理电路11以相当于测距部、信号处理部、放电控制部、延长设定部、比较部的方式发挥功能。该测距装置1构成为计算从本装置到物标12的距离，该物标12例如是人、物、前行车辆等其它车辆、路上的障碍物、成为路侧物的墙壁等。
信号源2将驱动信号输出至发光控制电路3以及受光控制电路5。作为该驱动信号而使用规定频率(f1/2、f1、f2)的脉冲信号。发光控制电路3根据从信号源2接收到的驱动信号而使发光元件4发出调制光。因此，发光元件4能够朝向物标12发出与多个调制频率对应的调制光。
受光控制电路5根据从信号源2接收到的驱动信号来控制受光元件6的曝光。由于此时发光控制电路3以及受光控制电路5接收同一驱动信号，所以该发光控制电路3以及受光控制电路5能够相互建立同步，与发光控制电路3使发光元件4发出的调制光同步地，受光控制电路5能够调整控制受光元件6的曝光期间。
此时，信号源2输出的驱动信号可以是驱动发光元件4以及受光元件6的矩形脉冲(通常为数～数10MHz)，或可以是同步脉冲。
发光元件4是发出作为调制光的例如红外光的LD(Laser Diode：激光二极管)、LED(Light Emitting Diode：发光二极管)。受光元件6是例如使用了CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)、CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)的工序的图像传感器。如图2所示，受光元件6具备多个像素16，该像素具备PD(Photodiode：光电二极管)13、两个调制开关14a、14b、能够对电荷进行存储/放电的两个存储电容15a、15b。
两个调制开关14a、14b能够包括例如MOS晶体管、传输门等MOS型的器件等。两个存储电容15a、15b能够包括例如MOS、CCD、MIM(Metal-Insulator-Metal)等电容元件、布线、PN结的寄生电容等。
受光控制电路5若通过控制信号TG1、TG2对调制开关14a、14b进行接通/断开驱动，则受光元件6将通过接受的入射光而产生的光电子分配到存储电容15a、15b，并将表示分配的光电子的电荷量的信号输出至CM成分除去电路7。控制信号TG1、TG2是与调制光同步的信号，分配到存储电容15a、15b的光电子的电荷量根据从光飞行型测距装置1到物标12的距离而变化。在图2中，例示出两个存储电容15a、15b，但也可以设置三个以上的存储电容。
当存在相对于接受的调制光不能够忽略的程度的等级的背景光的情况下，CM成分除去电路7通过除去共模成分来尽可能抑制背景光的影响。另外，该CM成分除去电路7是为了除去在随机相位反转的情况下所产生的共模成分而设置的。此外，作为除去CM成分的方法，在现有文献中公开了各种技术。例如在美国6919549B2号公报、德国102005056774A1号公报、欧州1622200A1号公报等中公开。并且，此处，明确地示出设置有CM成分除去电路7的情况，但对于能够充分确保信号路径中不产生饱和的范围的情况，同样的功能能够通过差分检测电路9或差动输入形式的AD变换电路10来实现。
差分检测电路9检测从CM成分除去电路7经由缓存8a、8b输入的信号的差分，并将与该检测出的差分对应的信号输出至AD变换电路10。缓存8a、8b例如包括源极跟随器电路。差分检测电路9例如包括差动放大器构成。
AD变换电路10将从差分检测电路9输入的信号从模拟信号变换为数字信号，并输出至数字信号处理电路11。数字信号处理电路11通过对从AD变换电路10输入的信号进行数字信号处理来对分配到存储电容15a、15b的光电子的电荷量进行运算，对从本装置到物标12的距离进行测量，即测距。
图3示出将调制频率设为恒定并将发光波形的占空比设为50％，以4相位驱动受光元件6的情况下的基本的序列(调制周期：Tm，曝光期间：Tw)的说明图。
由光元件4发出的调制光的波形(发光波形110)以与控制信号TG1、TG2同步的矩形波进行调制。在图3中例示出使用矩形波进行调制的情况，但也可以利用正弦波、三角波等进行调制。调制光被物标12反射后的反射光的波形(反射波形120)相对于发光波形110具有时间差。因此反射波形120成为相对于发光波形110延迟相位差φ的波形。控制信号TG1、TG2由相位相差90度的不同的矩形波驱动。
发光控制电路3、受光控制电路5以及数字信号处理电路11将利用控制信号TG1－1、TG2－1(驱动波形111、121)驱动的序列重复数千～数十万次左右，且数字信号处理电路11通过AD变换电路10获取为对产生的光电荷Q1、Q2的信息电荷进行电压变换所得的电压值。以下，将与发光波形E的定时同步地将控制信号TG1设为“H”的曝光周期称为“0度曝光”。
之后，发光控制电路3、受光控制电路5以及数字信号处理电路11将由控制信号TG1－2、TG2－2(驱动波形112，122)驱动的序列重复数千～数十万次左右，且数字信号处理电路11通过AD变换电路10获取为对产生的光电荷Q3、Q4的信息进行电荷电压变换所得的电压值。以下，将与发光波形E的定时和延迟90度相位的定时同步地将控制信号TG1设为“H”的曝光周期称为“90度曝光”。而且，数字信号处理电路11根据获取到的光电荷Q1～Q4，使用离散傅立叶变换(DFT：Discrete Fourier Transform)通过以下的运算式(1)来计算相位差θ。
θ＝tan-1[(Q1-Q3)/(Q2-Q4)]…(1)
运算式(1)是基于上述四个采样的相位差的运算式，但对于一般的H相位，也能够通过以下的运算式(2)来计算相位差θ。
θ＝tan-1[(∑Qk×sin(2π/H×k))/(∑Qk×cos(2π/H×k))]…(2)
通过进行这样的基本的处理，能够求出相位差θ，并能够基于相位差θ来求出的测距装置1到物标12的距离d。在进行这样的基本的处理时，距离误差σd能够使用下述的(3)式来计算。
σd∝(1/SNR)·(c/fmod)…(3)
在该(3)式中，SNR表示S/N比，c表示光速，fmod表示调制频率。因此通过提高S/N比或提高调制频率fmod，能够减少距离误差σd。因此，尽管希望尽可能地提高调制频率fmod，但由于所谓的混淆的影响，而缩短测量距离范围，所以可测量距离与精度之间产生原理上的折衷关系。
因此，在本实施方式中，应用前述的基本原理，通过图4所示的序列执行处理。在本实施方式中，使用两个调制频率f1、f2在使发光元件4发光，并且在受光元件6侧执行受光序列SQ、子序列SUS。以下示出例如将调制频率设为第一调制频率f1(＝fmax)、第二调制频率f2(＜f1)来进行两次序列处理的例子。在本实施方式中，示出使调制频率f2的周期与调制频率f1的子序列SUS的周期一致的方式，示出将调制频率f2设定为调制频率f1的1/4(相当于1/N)的方式。
首先，发光控制电路3根据第二调制频率f2以固定周期对由控制信号TG1－1、TG2－1(驱动波形111、121)驱动的脉冲进行调制并发光的序列SQ。受光元件6迟于发光波形E而受光，但受光控制电路5对反射波形R进行0度曝光，数字信号处理电路11获取通过AD变换电路10对产生的光电荷Q1、Q2的信息进行电荷电压变换所得的电压值。
对90度曝光重复这样的处理，发光控制电路3执行以第二调制频率f2的固定周期对由控制信号TG1－2、TG2－2(驱动波形112、122)驱动的脉冲进行调制并发光的序列SQ。受光元件6迟于发光波形E而受光，受光控制电路5对反射波形R进行90度曝光，数字信号处理电路11获取产生的光电荷Q3、Q4的信息。而且数字信号处理电路11根据获取到光电荷Q1～Q4，使用离散傅立叶变换(DFT：Discrete Fourier Transform)基于前述的(1)式来计算相位差θ2。
另外，在调制频率f1中，发光控制电路3使用重复N次由控制信号TG1－1、TG2－1(驱动波形111、121)驱动的脉冲的子序列SUS，每当该子序列SUS时，以概率1/2随机将相位极性正转/反转，将该子序列SUS重复数十～数十万次左右。此处，作为“N次”，优选设定为2的乘方或者2～10次(例如3、4、8、16次等)等相对于子序列SUS的重复次数大幅度少的2以上的自然数的次数，其中特别是通过设定为2的乘方＝4、8、16、32，从而例如容易由硬件或软件逻辑构成，成为更优选的结构。在图4、图5中用实线示出正转的定时Ta，用虚线示出反转的定时Tb。
此时所使用的调制频率f1是高于调制频率f2的频率，例如被设定为f1×4(即N次)。另外，对于概率1/2的随机相位极性反转的判定方法，作为一个例子，例如列举使用M系列来创建随机序列，按照该随机序列来使相位极性正转/反转的方法。
受光元件6迟于发光波形E而受光，但受光控制电路5对反射波形R进行0度曝光，数字信号处理电路11获取产生的光电荷Q1、Q2的信息。另外，对90度曝光重复该处理。此时，在调制频率f1中，发光控制电路3使用重复N次由控制信号TG1－2、TG2－2(驱动波形112、122)驱动的脉冲的子序列SUS，每当该子序列SUS时，以概率1/2随机使相位极性正转/反转，将该子序列重复数千～数十万次左右。该90度曝光处理中的随机相位极性反转定时与前述的0度曝光处理中的随机相位极性正转/反转定时相同。因此，通过按照如前述那样创建的随机序列使相位极性正转/反转，能够在0度曝光和90度曝光中在相互同步的定时被曝光。
受光元件6迟于发光波形E而受光，但受光控制电路5对反射波形R进行90度曝光，数字信号处理电路11获取产生的光电荷Q3、Q4的信息。而且，数字信号处理电路11根据获取到的光电荷Q1～Q4，使用离散傅立叶变换(DFT：Discrete Fourier Transform)，基于(1)式来计算相位差θ1。
而且，数字信号处理电路11根据基于调制频率f2的测量结果和基于调制频率f1的测量结果来对距离测量处理进行修正处理。
在基于调制频率f1的测量处理中，能够测量1/2×c/f1的距离范围。在本方式中，将该f1设为最大频率fmax。调制频率f2低于调制频率f1。该调制频率f2被设定为满足能够测量与1/2×c/f1×N(＝1/2×c/fmax×N)相等的值以上的较大的距离范围那样的条件的频率。通过使用这两个频率f1、f2来进行距离测量处理，可以实现排除来自其它传感器的影响以及混淆的影响的距离测量处理。
对前述结构的作用进行说明。在本实施方式中，将基于该调制频率f1的处理序列划分为具备较短的固定周期的脉冲图案的子序列SUS，每当该子序列SUS时，按照概率1/2的随机数列来使发光/受光的极性正转/反转。若空间中有多个传感器则相互产生干扰。例如，在测距装置1的各电路2～11基于调制频率f2来进行发光/受光处理时，例如其它传感器的发光元件发光，若测距装置1的受光元件6受光，则每当子序列SUS时，向正侧或者负侧的受光电荷Q1～Q2、Q3～Q4进行电荷分配。
因此，通过测距装置1的各电路2～11每当子序列SUS时以概率1/2使发光/受光的极性正转/反转，从而使这些电荷Q1～Q2、Q3～Q4的分配均等。因此，基于均等分配的电荷Q1～Q2、Q3～Q4，由CM成分除去电路7与背景光一起除去其它传感器的发光所造成的影响。
图5表示反射波形R从发光波形E延迟1周期以上时的时间图。在这样的情况下，在某个子序列SUS中发光的发光波形E会与在下次的子序列SUS中受光的受光定时一致，有可能产生所谓的混淆的影响。
然而，在本实施方式中，在时间上连续的子序列SUS的期间中随机使发光/受光的极性正转/反转。因此，如图5的阴影部分所示，以概率1/2随机变更电荷Q1～Q2、Q3～Q4的分配，并且将电荷的存储处理重复多次(例如数十万次左右)，所以该电荷在正侧/负侧均等地分配。
因此，虽然到调制频率f1的脉冲图案的N周期为止产生混淆，但从超过其相位所对应的范围反射的信号被CM成分除去电路7除去，即使有可能产生混淆的影响，也能够尽可能地排除该影响。
另外，调制频率f2＝f1/N的测量处理结果至少不会对从与调制频率f1的脉冲图案的N周期对应的范围内反射的信号产生混淆的影响。此时，通过根据调制频率f2的距离测量处理的相位差θ2来测量距离，能够确定从与子序列SUS的脉冲图案的N个脉冲中的哪个脉冲对应的距离的反射。因此，使用了满足调制频率f2＝f1/N的条件的调制频率f2的序列SQ的测距结果能够排除混淆的影响，直到与调制频率f1的脉冲图案的N周期对应的距离范围为止。因此，通过使用这两个距离测量结果，能够获得排除了混淆的影响的距离测量结果。
图5示出产生1周期左右的延迟时的时间图，但即使产生混淆的影响，也能够尽可能地排除该影响，直到与调制频率f1的4周期(N周期)相当的距离范围为止。由此，对于测距结果，能够尽可能地排除混淆的影响。
在本实施方式中，由于使用了调制频率f2的测距结果没有采用按照随机数列正转/反转的序列，所以对来自其它传感器的干扰或混淆的耐性比后述实施方式低。然而，基于调制频率f2的测距的目的是判定在本实施方式中利用调制频率f1测量出的结果是N周期的哪个周期的结果，对最终的精度没有直接影响。并且在这样的情况下所要求的精度一般比为了准确地测量距离而所需的精度(即，基于调制频率f1的测量所要求的精度)低。因此，即使产生干扰，在其程度并不显著的情况下，实用上没有问题便可以使用，使用了该调制频率f2的测距结果能够应用于更广泛的测量范围。
在本实施方式中，通过组合不随机地进行极性反转的调制频率f2的测距结果和随机地进行极性反转的调制频率f1的测距结果，能够使测量范围更广泛，并且使测距精度更高精度。
由于此处图2所示的像素16构成为不使用后述实施方式所示的放电开关14c，所以成为简单的结构。本实施方式即使设置后述实施方式所示的开关14c也不妨碍其实施。因此，可以应用于使用各种像素的传感器。
(第二实施方式)
图6表示第二实施方式的追加说明图。在第一实施方式中，对使序列SQ的一周期的长度与子序列SUS的长度一致的方式进行图示，但在第二实施方式中，示出使子序列SUS的长度从序列SQ的一周期的长度起变更的方式。
只要以满足子序列SUS的长度(＝(调制频率f1的周期)×(脉冲图案的个数N))＜序列SQ的一周期的长度(＝调制频率f2的周期)，的关系性的方式设定脉冲图案的周期或子序列SUS的长度即可。在图6中，用实线示出正转的定时Ta，用虚线示出反转的定时Tb。如图6所示，如果设定为满足前述的条件，则子序列SUS的长度、调制频率f1、f2之间的关系可以按照任何的关系设定。
在第二实施方式中，通过这样设定，虽然需要使基于调制频率f2的测量精度比第一实施方式高精度，但在基于调制频率f2的测量中能够检测更广泛的范围，即使基于调制频率f1的测量具有偏置，但仅通过后段的处理便可以吸收。
(第三实施方式)
图7表示第三实施方式的追加说明图。第一实施方式对于使用了调制频率f2的距离测量处理，以能够允许其它传感器的干扰误差为条件，对使用了调制频率f2的距离测量处理应用基本的序列SQ，但也可以与第一实施方式的调制频率f1中的距离测量处理同样地使用将脉冲图案重复多次的重复子序列SUS(f2)，每当子序列SUS(f2)时，以概率1/2随机使极性正转/反转。在该图7所示的例子中，用实线示出正转的定时Ta1、Ta2，用虚线示出反转的定时Tb1、Tb2。
发光控制电路3使用将脉冲图案重复M次的子序列SUS(f2)，每当该子序列SUS(f2)时，以概率1/2随机地使相位极性正转/反转，使该子序列SUS(f2)重复数千～数十万次左右。该子序列SUS(f2)相当于第二子序列。“M次”也与”N次”同样地，优选设定为2的乘方或者相对于2～10次(例如3、4、8、16次等)子序列SUS的重复次数大幅度少的2以上的自然数的次数。另外，其中特别是通过设定为2的乘方＝4、8、16、32，从而例如容易由硬件或软件逻辑构成。另外，此时所使用的调制频率f2也仍是低于调制频率f1的频率。
该情况下，如果与第一实施方式相比较，则优选延长调制频率f2中的曝光时间。在调制频率f1、f2下都不会观测到从与调制频率f2的子序列SUS(f2)的周期M×2π以上对应的距离反射的反射光。对于这一点，通过使子序列SUS(f2)的周期长期化能够缓和。
(第四实施方式)
图8表示第四实施方式的追加说明图。第四实施方式为第三实施方式的其它的应用例。在图8中，用实线示出正转的定时Ta1、Ta2，用虚线示出反转的定时Tb1。在该第四实施方式中，将调制频率f2的子序列SUS(f2)的周期设为调制频率f1的子序列SUS(f1)的周期的3个周期。通过这样操作，起到同样的作用效果。
(第五实施方式)
图9～图11表示第五实施方式的追加说明图。认为在背景光大体支配噪声的环境下，需要进一步改善S/N比的特性的情况下，通过有意图地缩短用像素对信号进行积分的时间，能够改善那种情况。
在这样的情况下，优选如图9那样变更像素116的结构，对调制频率f1执行图10所示的序列控制。如该图9所示，像素116具备调制开关14a、14b以及与这些调制开关14a、14b不同的放电开关14c。
如图10所示，设置调制开关14a、14b同时断开且另一放电开关14c接通的期间，即，控制信号TG1、TG2双方都成为“L”、且控制信号TG3成为“H”的期间。在该期间中在PD13产生的电荷不存储到存储电容15a、15b而被放电，被电源(例如VDD)回收。
如图10所示，列举在子序列SUSa中的脉冲图案延迟1周期的定时受光的例子来进行说明。如该图10所示，在子序列SUSa的一周期中，将从发光控制电路3开始发光控制的定时起N次的脉冲图案中最后的一次设为无发光。而且，发光控制电路3每当子序列SUSa时使发光的相位反转/无反转。另外，发光控制电路3使子序列SUSa的脉冲图案中的最后侧的一次(相当于N1次)的发光停止。
受光控制电路5从子序列中自最前起与第二次的脉冲图案对应的定时开始将控制信号TG1、TG2设为“H”的定时。即受光控制电路5将子序列SUSa中脉冲图案的最前侧的一次(相当于N2次)的受光元件6的曝光期间设为无效化的非曝光期间。
如前述那样，发光控制电路3使子序列SUSa的脉冲图案中最后侧的一次(相当于N1次)的发光停止，但与此相应地，受光控制电路5将将控制信号TG1、TG2设为“H”的定时控制为例如在相同的子序列SUSa内完结，由此使第四次(第N次)的曝光期间无效化。
另外，在图10中，在每一次的子序列SUSa中设置将控制信号TG3设为“H”的期间。在控制信号TG3为“H”时，基于反射波形R的电荷不存储至存储电容15a、15b而被放弃。受光控制电路5以将控制信号TG3设为“H”的定时作为前述的非曝光期间。因此，通过在将控制信号TG3设为“H”的期间中，排除来自背景光或其它传感器的光的影响，能够调整为增加延迟受光的信号的灵敏度，并能够实现S/N比的改善。
另外，如图11所示，在应用第一实施方式的技术的情况下，增益根据距离而变小，在传感器的最附近，增益最大。这是因为产生1周期以上相位延迟的反射光与来自其它传感器的干扰同样地在正侧、负侧的电容均等地被分配，而被取消。然而，由于一般反射光的强度相对于相同的反射率的物体与距离的平方成反比例，所以预测在传感器的附近，强度本来就较强。因此，如第一实施方式那样在附近具有增益的峰值从确保动态范围的观点来看不优选。由于实现该增益特性的改善，根据本实施方式，如图11的第五实施方式的特性所示，进行调整，以将产生延迟第一个周期，即，延迟相位2π的振幅等级设为峰值。因此，能够尽可能地将与近距离对应的增益和与远距离对应的增益设为平坦的特性，通过进行适当的增益调整，能够在更宽的范围改善S/N比。如图11所示，对延迟1周期的波形的增益与第一实施方式同等，但如图10所示，对于该实施方式，由于设置不对背景光进行积分的时间，所以本实施方式的S/N比与第一实施方式相比能够改善。
在本实施方式中，发光控制电路3停止N次的脉冲图案的子序列SUSa中最后侧的一次(相当于N1)的发光元件的发光，受光控制电路5具备该子序列SUSa中最前侧的一次(相当于N2次)的受光元件6的非曝光期间。而且，受光控制电路5进行调整，以增加延迟受光的信号的灵敏度。
由此能够改善S/N比。
示出前述的N1为1的方式，但只要设定为1～N－1中的之一即可。同样地示出N2为1的方式，但只要是1～N－1中的之一即可。
(第六实施方式)
图12表示第六实施方式的追加说明图。例如在第一实施方式中，在将调制频率f1设为最大频率fmax时，如图4或图8所示，受光控制电路5将4相位序列SUSb的90度曝光的控制信号TG1、TG2施加至调制开关14a、14b。然而，如图4或者图8所示，4相位序列SUSb的90度曝光的控制信号TG1、TG2为与第一调制频率f1对应的周期1/f1的1/2的周期的脉冲。这样的精细的脉冲图案一般对电路的高频响应特性的要求变得严格，所以有可能产生安装上的困难。
在本实施方式中，为了使安装简单化，受光控制电路5以调制频率f1生成重复多个的子序列SUSb中的0度曝光的第一控制信号TG1、TG2的脉冲图案，并通过使该第一控制信号TG1、TG2位移90度来生成90度曝光的第二控制信号TG1、TG2的脉冲图案。这是优选的。
由此，能够避免与高于第一调制频率f1的频率对应的精细的脉冲图案的输出，无需生成高于调制频率f1的频率的脉冲，能够使安装变得容易。
(第七实施方式)
图13表示第七实施方式的追加说明图。第七实施方式表示判定是根据信号振幅的比而设为从距离范围外反射的参考数据还是为了距离运算处理而获得有效的数据的方式。
例如第一实施方式的基于调制频率f1的测距结果原则上对子序列SUS的长度/子序列SUS的基本周期×2π以上的相位(与距离对应)没有灵敏度。因此，不观测使用调制频率f1所拍摄的像素16，然而，在观测使用调制频率f2所拍摄的像素16时，该像素16受到比1/2×子序列SUS的长度/子序列SUS的基本周期×c/fm的范围(相当于有效的测量范围)靠外侧的反射光的影响。因此，受到该反射光的影响的像素16将距离值作为参考数据，可以对不符合该参考数据的像素16实施距离运算。
因此，如图13中表示一个例子那样，设置判定处理，通过测距装置1的数字信号处理电路11进行图13所示的处理，可以判定是作为参考数据还是作为有效数据。如图13所示，测距装置1的数字信号处理电路11在S1中使用调制频率f1基于得到的电荷Q1～Q4来计算相位差φ，并测量距离。
之后，测距装置1的数字信号处理电路11在S2中使用调制频率f2基于得到的电荷Q1～Q4来计算相位差φ，并测量距离。而且，测距装置1的数字信号处理电路11在将调制频率f1中的反射波形R的振幅设为振幅A1、将调制频率f2中的反射波形R的振幅设为振幅A2时，满足信号振幅比A1/A2＜阈值TH的条件时，由于调制频率f1的反射波形R的振幅A1较小，所以视为来自有效的测量范围外的反射，在S4中将该数据设为参考数据。
反之，在判定为不满足S3中的条件时，视为来自有效的测量范围内的反射，在S5中视为有效数据。此时判断进行距离运算处理的结果的有效性，根据使用了调制频率f1的测量结果来实施基于调制频率f2的距离运算结果的修正处理(相位解除处理)。由此能够排除混淆的影响。
由此，能够针对每个像素16判定是来自有效的测量范围外的反射的参考数据还来自测量范围内的反射的有效的数据，能够省略被认为无效数据的像素16的测距精度提高处理。由此，能够基于有效数据尽可能地测量准确的距离。
(其它实施方式)
本公开并不限于上述的实施方式，能够如以下那样进行变形或者扩展。
也可以应用于车辆以外的用途。作为脉冲图案，包括正弦波状的脉冲图案、矩形波状的脉冲图案等各种脉冲图案。
示出使用了第一调制频率f1、第二调制频率f2的方式，但并不限于此，也可以应用于将低于第一调制频率f1的第三调制频率与第二调制频率一起复合使用来测距的方式。
此外，在附图中，1为光飞行型测距装置，3为发光控制电路(发光控制部)，4为发光元件，5为受光控制电路(受光控制部、放电控制部)，6为受光元件，11为数字信号处理电路(测距部、信号处理部)，f1为第一调制频率，f2为第二调制频率，14a、14b为调制开关，14c为放电开关，15a、15b为存储电容。
也可以将前述的多个实施方式组合构成。例如，可以使一个构成要素具有的功能分散成多个构成要素，或使多个构成要素具有的功能统一为一个构成要素。另外，可以将前述的实施方式的构成的至少一部分置换为具有同样的功能的公知的构成。另外，可以将前述的2个以上的实施方式的构成的一部分或者全部相互组合来附加或可以置换。另外，权利要求书中所记载的括弧内的符号表示与作为本发明的一个方式而前述的实施方式中所记载的具体的单元的对应关系，并不限定本发明的技术范围。
根据前述的实施方式对本公开进行了叙述，但应理解为本公开并不局限于该实施方式、构造。本公开也包含各种变形例、等同范围内的变形。此外，各种组合、方式、进而在这些组合、方式中仅包含一个要素、更多或更少的其它组合、方式也落入本公开的范畴、思想范围中。

Claims (10)

1.一种光飞行型测距装置，具备：
发光控制部(3)，其使发光元件(4)发出以包括第一调制频率(f1)以及第二调制频率(f2)的至少两个以上的相互不同的多个调制频率进行调制后的调制光，并使调制光向空间输出；
受光控制部(5)，其对受光元件中所存储的电荷进行采样，所述受光元件入射包括上述调制光被物标(12)反射后的反射光的光并将与该入射光对应的电荷分配到多个存储电容(15a、15b)来存储电荷；以及
测距部(11)，其根据上述受光控制部对受光元件采样的电荷来对从本装置到物标的距离进行测量，
在将重复N次基于上述多个调制频率中最高的第一调制频率的脉冲图案的调制光的图案设为子序列(SUS、SUSa、SUSb)时，上述发光控制部每当该子序列时以概率1/2随机地使相位极性正转/反转来进行控制并重复多个子序列，使上述发光元件发光，其中，N为2以上的自然数，
上述测距部根据包括上述第一调制频率以及低于上述第一调制频率的第二调制频率(f2)的上述多个调制频率来测量距离，
在根据上述第一调制频率来测量距离时，构成为根据由上述发光控制部每当子序列时控制上述相位的极性的定时，上述受光元件的存储电容对电荷进行存储/放电，并根据存储到该存储电容中的电荷来测量距离，
上述光飞行型测距装置具备信号处理部(11)，上述信号处理部根据基于上述第一调制频率的测量结果和基于第二调制频率的测量结果来修正距离测量结果。
2.根据权利要求1所述的光飞行型测距装置，其中，
上述第二调制频率被设定为能够测量与将上述第一调制频率设为f1时的距离范围所对应的1/2×c/f1×N相等的值以上的距离范围。
3.根据权利要求1或者2所述的光飞行型测距装置，其中，
上述第二调制频率被设定为上述第一调制频率的1/N的频率。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的光飞行型测距装置，其中，
上述发光控制部将重复M次脉冲图案的调制光的图案设为第二子序列，每当该第二子序列时以概率1/2随机地使相位正转/反转来使上述发光元件发光，作为基于上述第二调制频率的调制光，其中，M为2以上的自然数，
上述测距部构成为在根据上述第二调制频率来测量距离时，根据由上述发光控制部每当第二子序列时控制上述相位的极性的定时，上述受光元件的存储电容对电荷进行存储/放电，并根据存储到该存储电容中的电荷来测量距离。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的光飞行型测距装置，其中，
上述发光控制部停止基于上述第一调制频率的N次脉冲图案的子序列中最后侧的N1次上述发光元件的发光，其中，N1＝1～N－1中的任一，
上述受光控制部通过将上述子序列中最前侧的N2次上述受光元件设为非曝光期间，从而调整为使延迟受光的信号的灵敏度增加，其中，N2＝1～N－1中的任一。
6.根据权利要求5所述的光飞行型测距装置，其中，
上述受光元件构成为具备像素(116)，上述像素具备为了对存储的电荷进行放电而设置的放电开关(14c)，
还具备放电控制部(5)，上述放电控制部在由上述受光控制部将上述受光元件设为非曝光期间时，使用上述放电开关对由背景光产生的电荷进行放电。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的光飞行型测距装置，其中，
比较部(11、S3)，上述比较部对基于上述第一调制频率的反射波形的振幅A1和基于上述第二调制频率的反射波形的振幅A2进行比较，
在由上述比较部判定为信号振幅比A1/A2大于某阈值(TH)的情况下，视为来自有效的上述测量范围内的反射，并测量距离。
8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的光飞行型测距装置，其中，
在应用0度曝光以及90度曝光的4相位的序列时，
上述受光控制部(5)以上述第一调制频率生成上述重复多次的子序列中的0度曝光的第一控制信号(TG1、TG2)的脉冲图案，并通过使上述第一控制信号位移90度来生成上述90度曝光的第二控制信号(TG1、TG2)的脉冲图案。
9.根据权利要求1～8中的任意一项所述的光飞行型测距装置，其中，
上述N是2的乘方，包括2、4、8、16、32中的任一或者2～10之间的自然数。
10.根据权利要求4所述的光飞行型测距装置，其中，
上述M是2的乘方，包括2、4、8、16、32中的任一或者2～10之间的自然数。
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