CN109804266A - 测距装置及测距方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可以容易地抑制干扰的测距装置和测距方法。作为计算到目标物体的距离的时段的第一帧包括作为发射照射光的时段的多个子帧。控制照射光的发射，使得在所述第一帧和所述第一帧之后的第二帧中，开头子帧的时刻彼此不同，并且第一帧的时段中子帧之间的间隔是恒定的。本发明可以应用于进行其中测量距离的测距场合。

Description

测距装置及测距方法
技术领域
本技术涉及一种测距装置和测距方法，更具体地，涉及一种例如可以容易地抑制干扰的测距装置和测距方法。
背景技术
作为为了测量到目标物体的距离而进行测距的测距装置(传感器)，有一种飞行时间(TOF)传感器(例如，参见专利文献1)。
在TOF传感器中，通过发射作为将要照射到目标物体上的光的照射光并接收照射光被目标物体反射的反射光，可以得到从照射光的发射到反射光的接收之间的时间，也就是直到照射光被目标物体反射后返回的时间Δt。然后，通过使用时间Δt和光速c[m/s]，根据公式L＝c×Δt/2，可以得到到目标物体的距离L。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开第2016-090268号
发明内容
发明要解决的问题
近年来，对自动操作的实际应用提出了要求。然而，在自动操作中，需要用于测量到存在于车辆周围的物体的距离的距离测量。关于这种距离测量，在使用TOF传感器的情况下，假设在车辆上安装多个TOF传感器以测量到存在于车辆的各个方向上的物体的距离。
在这种情况下，在安装在车辆上的多个TOF传感器中，预见到会发生从一个TOF传感器发射的照射光(包括照射光本身以及照射光的反射光)混合到被另一个TOF传感器接收的光中的干扰。
此外，在进行自动操作的车辆的数量增大的情况下，预见到会发生从安装在一个车辆上的TOF传感器发射的照射光被安装在另一个车辆上的TOF传感器接收的干扰。
在TOF传感器发生干扰的情况下，测距精度会降低。
鉴于这种情况完成了本技术，本技术的目的是容易地抑制测距中的干扰并维持测距的精度。
问题的解决方案
根据本技术的测距装置是以下这种测距装置，该测距装置包括：光发射单元，其被配置成发射照射光；光接收单元，其被配置成接收所述照射光被目标物体反射的反射光；计算单元，其被配置成基于从所述照射光的发射到所述反射光的接收之间的时间计算到所述目标物体的距离；和控制单元，其被配置成控制所述照射光的发射，其中，作为计算所述距离的时段的第一帧包括作为发射所述照射光的时段的多个子帧，并且所述控制单元控制所述照射光的发射，使得在所述第一帧和所述第一帧之后的第二帧之间开头子帧的时刻不同，并且在所述第一帧的时段中，所述子帧之间的间隔是恒定的。
根据本技术的测距方法是测距装置的测距方法，该测距装置包括：光发射单元，其被配置成发射照射光；光接收单元，其被配置成接收所述照射光被目标物体反射的反射光；计算单元，其被配置成基于从所述照射光的发射到所述反射光的接收之间的时间计算到所述目标物体的距离；和控制单元，其被配置成控制所述照射光的发射。其中作为计算距离的时段的第一帧包括作为发射所述照射光的时段的多个子帧的所述测距装置的所述控制单元控制所述照射光的发射，使得在所述第一帧和所述第一帧之后的第二帧之间开头子帧的时刻不同，并且在所述第一帧的时段中，所述子帧之间的间隔是恒定的。
在根据本技术的测距装置及测距方法中，发射照射光并且接收照射光被目标物体反射的反射光。然后，基于从照射光的发射到反射光的接收之间的时间计算到目标物体的距离。在作为计算距离的时段的第一帧中，包括作为发射照射光的时段的多个子帧，并且控制照射光的发射，使得在第一帧和第一帧之后的第二帧之间开头子帧的时刻不同，并且在第一帧的时段中，子帧之间的间隔是恒定的。
根据本技术的另一种测距装置是以下这种测距装置，该测距装置包括：光发射单元，其被配置成发射照射光；光接收单元，其被配置成接收所述照射光被目标物体反射的反射光；计算单元，其被配置成基于从所述照射光的发射到所述反射光的接收之间的时间计算到所述目标物体的距离；随机数生成单元，其被配置成基于所述光接收单元中生成的信息生成随机数；和控制单元，其被配置成基于所述随机数控制所述照射光的发射的至少一部分。
在根据本技术的另一种测距装置中，发射照射光并且接收照射光被目标物体反射的反射光。然后，基于从照射光的发射到反射光的接收之间的时间计算到目标物体的距离。此外，基于光接收单元中生成的信息生成随机数，并且基于随机数控制照射光的发射的至少一部分。
需要指出的是，测距装置可以是独立的装置或者可以是构成一个装置的内部块。
发明效果
根据本技术，能够容易地抑制测距中的干扰。
需要指出的是，这里描述的效果不应当是限制性的，并且可以存在本公开中描述的任何一种效果。
附图说明
图1是用于说明应用本技术的测距装置的实施方案的概要的图。
图2是用于说明反射时间Δt的第一种计算方法的原理的图。
图3是用于说明反射时间Δt的第二种计算方法的原理的图。
图4是用于说明在作为TOF传感器的测距装置利用第二种计算方法获得反射时间Δt的情况下的测距示例的时序图。
图5是用于说明测距装置10利用第二种计算方法获得反射时间Δt的情况下的测距示例的时序图。
图6是用于说明在以帧为单位随机改变开头时刻的情况下以及在以子帧为单位随机改变子帧的开始时刻的情况下的功耗示例的图。
图7是示出测距装置10的第一电气配置示例的框图。
图8是说明控制单元53的处理示例的流程图。
图9是示出测距装置10的第二电气配置示例的框图。
图10是示出车辆控制系统的示意性配置示例的框图。
图11是示出成像单元的安装位置的示例的说明图。
图12是示出应用本技术的计算机的实施方案的配置示例的框图。
具体实施方式
<应用本技术的测距装置的实施方案>
图1是用于说明应用本技术的测距装置的实施方案的概要的图。
测距装置10包括光发射单元11和光接收单元12，并且利用TOF方法测量到目标物体的距离。
光发射单元11发射照射光，该照射光是将要发射到目标物体上的脉冲光等的预定的调制光等。例如，不可见光区域的光(如红外光)以高速调制的同时进行发射并且将该光朝向检测区域发射。需要指出的是，作为向检测区域发射光的光源，可以使用发光二极管，或者可以使用诸如激光二极管等另一种光源。
光接收单元12接收照射光被目标物体反射的反射光。例如，作为光接收单元12，可以使用施加电压以切换电极的方式(例如，电流辅助光子解调器(CAPD))、通过使用栅极切换电极的方法或者诸如单光子雪崩二极管(SPAD)或雪崩光电二极管(APD)等各种传感器。
此外，光发射单元11和光接收单元12可以彼此相邻设置。通过这种配置，在发射的光在目标物体上反射并返回到光接收单元12的情况下，前进路径和返回路径之间的差变为最小，并且可以减少测距误差。此外，光发射单元11和光接收单元12可以在单个壳体内一体形成。通过这种配置，在发射的光在物体上反射并返回到光接收单元12的情况下，可以抑制前进路径和返回路径的变化，并且可以减少测距误差。
例如，测距装置10安装在车辆上。作为应用示例，存在车辆的自动泊车功能。在已知的自动泊车功能中，超声波传感器被用来作为检测附近行驶的车辆或附近的物体的装置；然而，根据本公开的技术的测距装置10可以替代该装置。可选择地，可以同时使用超声波传感器和根据本公开的技术的测距装置10这两者。例如，测距装置10在车辆上的安装位置可以是与图11中的成像单元12101、12102、12103和12104相对应的位置。可选择地，测距装置10可以分别逐个安装在车辆的前后保险扛的角部上，总共4处。可选择地，测距装置10可以安装在车辆保险扛的前后左右的角部，总共8处。例如，可测量的距离等于或者大于1米并且等于或者小于30米。然而，这并不设置任何限制，可以测量等于或者小于1米的距离，或者可以测量等于或者大于30米的距离。
在TOF传感器被用作车辆自动泊车功能的情况下，假定在停车场可能有一个以上具有TOF传感器的车辆。在这种情况下，假定发生安装在车辆上的光发射单元发射的照射光被安装在另一个车辆上的TOF传感器接收的干扰。这里，通过根据本公开的技术的测距装置10，可以抑制这些干扰。
在测距装置10中，基于从光发射单元11发射照射光直到光接收单元12接收反射光之间的时间(在下文中，也称为反射时间)Δt计算到目标物体的距离L。
换句话说，反射时间Δt是从照射光被发射到照射光被目标物体反射后返回的时间，并且在光速用c[m/s]表示的情况下，基于公式L＝c×Δt/2，可以求得到目标物体的距离L。
因此，通过获得反射时间Δt可以求得到目标物体的距离L，并且在包含测距装置10的TOF传感器中，作为用来获得反射时间Δt的方法，例如存在第一种计算方法和第二种计算方法。
<反射时间Δt的第一种计算方法>
图2是用于说明反射时间Δt的第一种计算方法的原理的图。
需要指出的是，在下文中，例如，具有预定脉冲宽度Tp的脉冲光被用作照射光。
在TOF传感器中，发射照射光，并且在经过与到目标物体的距离L相对应的反射时间Δt之后，接收照射光的反射光(照射光被目标物体反射的反射光)。
这里，与作为照射光的脉冲光具有相同的脉冲宽度和相同的相位的脉冲被称为第一光接收脉冲；与作为照射光的脉冲光具有相同的脉冲宽度且具有偏移了脉冲光的脉冲宽度Tp的相位的脉冲被称为第二光接收脉冲。
在第一种计算方法中，在第一光接收脉冲的(高(H)电平)时段和第二光接收脉冲的时段的各个时段接收反射光。
这里，在第一光接收脉冲的时段接收的反射光的电荷量(光接收量)用Q1表示，在第二光接收脉冲的时段接收的反射光的电荷量用Q2表示。
在这种情况下，基于公式Δt＝Tp×Q2/(Q1+Q2)，可以得到反射时间Δt。
这里，由于反射时间Δt与电荷量Q2成正比，所以在到目标物体的距离L是短距离的情况下，电荷量Q2变小，并且在到目标物体的距离L是长距离的情况下，电荷量Q2变大。
图2的A示出了在到目标物体的距离L是短距离的情况下的照射光、反射光、第一脉冲、第二脉冲、电荷量Q1和Q2，图2的B示出了在到目标物体的距离L是长距离的情况下的照射光、反射光、第一脉冲、第二脉冲、电荷量Q1和Q2。
这里，实际上，由于在第一光接收脉冲的时段和第二光接收脉冲的时段中，除了反射光之外，还会接收环境光，所以需要减除环境光的电荷量来计算反射时间Δt(也就是距离L)。需要指出的是，在本实施方案中，为了简单起见，将省略对环境光的电荷量的减除的说明。
<反射时间Δt的第二种计算方法>
图3是用于说明反射时间Δt的第二种计算方法的原理的图。
在第二种计算方法中，作为照射光的脉冲光被发射一次以上，例如，四次。
于是，对于四次脉冲光发射，分别进行0移位光接收、π/2移位光接收、π移位光接收和3π/2移位光接收。
在θ移位光接收中，通过将第一光接收脉冲和第二光接收脉冲从第一种计算方法的情况下移位θ[rad]来接收反射光。需要指出的是，作为照射光的脉冲光的脉冲宽度Tp的相位是π。
这里，在θ移位光接收中，在第一光接收脉冲的时段接收的反射光的电荷量用TapA表示，在第二光接收脉冲的时段接收的反射光的电荷量用TapB表示。
此外，在0移位光接收、π/2移位光接收、π移位光接收和3π/2移位光接收中获得的电荷量TapA与电荷量TapB之间的差TapA-TapB分别用不同的信号Sig1、Sig2、Sig3和Sig4表示。
在这种情况下，照射光和反射光之间的相位差可以基于公式 得到。相位差与反射时间Δt是一一对应的，并且利用相位差基于公式可以得到反射时间Δt。
本技术可以适用于第一种计算方法和第二种计算方法中的任何一种；然而，在下文中，将第一种计算方法和第二种计算方法中的第二种计算方法作为例子进行描述。
<测距示例>
图4是用于说明在作为TOF传感器的测距装置(不是图1中的测距装置10的测距装置)利用第二种计算方法获得反射时间Δt的情况下的测距示例的时序图。
在测距装置中，通过假设计算到目标物体的距离L的时段为一帧，以帧为单位计算距离L。在图4中，例如，一帧的长度(帧长度)为33[ms]。
帧包括多个子帧sub，子帧为发射照射光的时段。
在图4中，例如，子帧的长度(子帧长度)为0.2[ms]。
此外，在图4中，例如，帧包括4个子帧sub，并且4个子帧sub从帧的开头以预定的恒定间隔sd布置。例如，从4个子帧sub的开头到末尾的长度是1[ms]，因此，在图4的帧中，在从开头起的1[ms]的时段内有4个子帧sub，而剩余的32(＝33-1)[ms]的时段为无子帧时段。
图4的帧并不限于这种配置，并且在剩余的32[ms]的时段内可以包括与4个相位对应的4个子帧sub的一组或者更多组。在这种情况下，可以得到多个子帧的平均值，与仅使用4个子帧sub的情况相比，测距精度能够进一步得到提高。这里，在获得平均值的情况下，可以使用算术平均值、加权平均值、几何平均值和调和平均值等中的任何一种。
此外，在剩余的32[ms]的时段内可以提供用于测量与环境光相关的数据的子帧。环境光的测量值被存储在没有示出的存储器中。距离计算单元51通过从4个子帧sub的测量值中减去存储在存储器中的环境光测量值可以得到已经去除了环境光分量的4个子帧sub的相位差信息，并且这进一步提高了测距精度。需要指出的是，这里测量的环境光的测量值可以用在后面描述的随机数生成单元中。
在帧内，在4个子帧sub中分别进行0移位光接收、π/2移位光接收、π移位光接收和3π/2移位光接收。
在子帧sub中，例如，假设一个照射光发射和一个θ移位光接收的时间(例如，对应于2π的相位的时间)为100(ns)时，那么照射光发射和θ移位光接收的时间重复多次，例如2000次等。
在图3说明的照射光和反射光之间的相位差的计算中，使用被接收多次(例如2000次)的反射光的电荷量的总和。
需要指出的是，在一个测距装置附近存在另一个测距装置的情况下，该一个测距装置的子帧sub与另一个测距装置的子帧sub的至少一部分肯定会重叠。
如上所述，在帧中，在4个子帧sub从帧的开头起以恒定间隔sd布置并且一个测距装置的一个帧的子帧sub与另一个测距装置的子帧sub重叠的情况下，在该一个测距装置的后续帧中的子帧sub与另一个测距装置的重叠会继续发生。
在子帧sub重叠的时段内，在一个测距装置中，除了从该一个测距装置发射的照射光之外，还会发生接收从另一个测距装置发射的照射光的干扰。
干扰影响第一光接收脉冲的时段的电荷量TapA(或Q1)或第二光接收脉冲的时段的电荷量TapB(或Q2)，并导致测距精度降低。
在帧中，在4个子帧sub从帧的开头起以恒定间隔sd配置的情况下，例如，在将另一个测距装置从该一个测距装置的周围移走之前，如上所述的干扰可能不会得到解决。
图5是用于说明在图1的测距装置10利用第二种计算方法获得反射时间Δt的情况下的测距示例的时序图。
如参照图4所说明的那样，在每一帧中，多个子帧sub从帧的开头起以恒定间隔sd配置并且发生子帧sub与另一个测距装置重叠的情况下，在后续的帧中子帧sub的重叠继续发生并且干扰持续产生。
于是，在测距装置10中，控制照射光的发射(以及照射光的反射光的接收)，使得作为一个帧的第一帧和第一帧之后的第二帧中开头的子帧sub的时刻不同，并且子帧之间的间隔sd是恒定的。
在图5中，测距装置10在第一帧中与图4中的情况一样，控制照射光的发射，使得多个子帧sub从帧的开头起以恒定间隔sd配置。
然后，在后续的帧中，测距装置10控制照射光的发射，使得多个子帧sub在从帧的开头起经过大于0的预定时间的时刻起以恒定间隔sd配置。
这里，帧内的多个子帧sub的开头的子帧sub的时刻称为开头时刻(head timing)。
测距装置10控制照射光的发射，从而改变开头时刻，并保持第一帧(即一个帧)和第一帧之后的第二帧中的子帧之间的间隔sd恒定。
如上所述，通过控制照射光的发射，使得第一帧和第一帧之后的第二帧中的开头时刻不同并且第一帧(以及第二帧)的时段中子帧之间的间隔保持恒定，可以抑制干扰。
换句话说，在图5中，在测距装置10的第一帧中，与图4中的情况一样，发生子帧sub与另一个测距装置的重叠，并发生干扰。
然而，在测距装置10的下一帧中，由于开头时刻与第一帧不同，所以与另一个测距装置之间没有发生子帧sub的重叠，也没有发生干扰。
这里，在测距装置10中，例如，可以根据预定的模式改变开头时刻，或者可以以随机方式改变开头时刻。与根据预定模式改变开头时刻相比，以随机方式改变开头时刻可以提高抑制干扰的可能性。
需要指出的是，从提高抑制干扰的可能性的角度来看，与通过以随机方式以帧为单位改变开头时刻相比，通过以随机方式以子帧为单位改变子帧的开始时刻(starttiming)(子帧的位置)可以提高抑制干扰的可能性。
然而，在以子帧为单位随机改变子帧的开始时刻的情况下，与以帧为单位随机改变开头时刻的情况相比，控制照射光的发射(以及照射光的反射光的接收)的处理及其电路会变得复杂。
换句话说，在以帧为单位随机改变开头时刻的情况下，与以子帧为单位随机改变子帧的开始时刻的情况相比，控制照射光的发射的处理及其电路被简化了，并且这使得可以容易地抑制干扰。
进一步地，在以帧为单位随机改变开头时刻的情况下，与以子帧为单位随机改变子帧的开始时刻的情况相比，可以减少功耗。
图6是示出了在以帧为单位随机改变开头时刻的情况下和以子帧为单位随机改变子帧的开始时刻的情况下的功耗示例的图。
作为以帧为单位随机改变(移位)开头时刻的方法，例如，可以使用基于随机数控制开头时刻的方法。以类似的方式，作为以子帧为单位随机改变(移位)子帧的开始时刻的方法，可以使用基于随机数控制子帧的开始时刻的方法。
在执行上述基于随机数的控制的情况下，需要执行用于生成控制中使用的随机数的随机数生成处理。
图6的A示出了在以帧为单位随机改变开头时刻的情况下的随机数生成处理的状态的例子。
在以帧为单位随机改变开头时刻的情况下，仅需要至少在帧开始之前获得用于控制帧的开头时刻的随机数。因此，随机数生成处理可以仅在紧接在帧开始之前的预定时段内处于作为用于生成随机数的状态的激活状态下，并且可以在其他时段内处于等待转换到激活状态的待机状态下。
在图6中，在随机数生成处理处于激活状态的情况下的功耗是50[mW]，并且在随机数生成处理处于待机状态的情况下的功耗是0.1[mW]。
因此，通过使随机数生成处理仅在紧接在帧开始之前的预定时段内处于激活状态，并在其他时段内处于待机状态，可以抑制功耗。
图6的B示出了在以子帧为单位随机改变子帧开始时刻的情况下的随机数生成处理的状态的例子。
在以子帧为单位随机改变子帧的开始时刻的情况下，适当地需要用来控制子帧的开始时刻的随机数。因此，随机数生成处理需要一直处于激活状态。
因此，在图6的B的情况下，功耗变得大于图6的A的情况下的功耗，在图6的A中，随机数生成处理可以仅在紧接在帧开始之前的预定时段内处于激活状态并在其他时段内处于待机状态。
<测距装置10的第一配置示例>
图7是示出了图1的测距装置10的第一电气配置示例的框图。
在图7中，测距装置10包括光发射单元11、光接收单元12、距离计算单元51、随机数生成单元52和控制单元53。
例如，光发射单元11由发光二极管(LED)等构成，并根据控制单元53的控制发射照射光。
光接收单元12包括有效像素区域30和虚拟像素区域40。
有效像素区域30具有多个像素31，虚拟像素区域40具有多个像素41。
例如，像素31和像素41由光电二极管(PD)等构成以接收进入其中的光并产生与光的光量相对应的电荷。
在有效像素区域30中，根据控制单元53的控制，像素31接收由光发射单元11发射的照射光的反射光，并向距离计算单元51提供与反射光相对应的电荷，例如，也就是在图3中所说明的第一光接收脉冲的时段内接收的反射光的电荷量TapA和第二光接收脉冲的时段内接收的反射光的电荷量TapB。
在虚拟像素区域40中，例如，像素41是遮光的并且用作所谓的光学黑体(OPB)像素。
需要指出的是，在图7中，为了避免附图的复杂性，将构成有效像素区域30的像素31和构成虚拟像素区域40的像素41配置在分开的区域内；然而，例如，像素41可以配置在像素31之间。
例如，距离计算单元51如图3中说明的那样利用来自像素31的电荷的电荷量计算反射时间Δt(或相位差)，并且基于反射时间Δt(其是基于相位差获得的)计算到目标物体的距离L。距离计算单元51相对于构成有效像素区域30的每个像素31计算距离L，并将距离图像等作为距离信息输出，该距离图像等将距离L(与其相对应的值)限定为像素值。
随机数生成单元52生成随机数并将随机数提供给控制单元53。
控制单元53控制光发射单元11进行的照射光的发射和光接收单元12中的像素31进行的反射光的接收。
在照射光发射和反射光接收的控制中，控制单元53基于来自随机数生成单元52的随机数以帧为单位控制在帧中多个子帧sub中的开头的子帧sub开始的开头时刻。利用这种配置，以帧为单位随机改变开头时刻。
需要指出的是，如图6的A所示出的，控制单元53可以控制随机数生成单元52的(随机数生成处理的)激活状态和待机状态。
这里，测距装置10可以由具有多个基板层叠的层叠结构的芯片构成。在图7中，光接收单元12、距离计算单元51、随机数生成单元52和控制单元53配置在其中层叠有多个基板的芯片内部。其中层叠有多个基板的芯片通过从底部到顶部依次层叠下基板和上基板而形成。在下基板中形成距离计算单元51、随机数生成单元52和控制单元53，在上基板中形成光接收单元12。由于连接单元连接在控制单元53与光接收单元12之间以及距离计算单元51与光接收单元12之间，所以在下基板与上基板之间传输信号。例如，连接单元由硅通孔(TSV)、Cu-Cu等形成。
如上所述，在由其中层叠有下基板和上基板的芯片构成的测距装置10中，在下基板中形成的控制单元53向光发射单元11提供发射时刻信号，并向光接收单元12提供光接收时刻信号。距离计算单元51利用光发射时刻信号和光接收时刻信号计算距离。利用这样的配置，其中层叠有多个基板的芯片不必输出成像数据，仅需要输出距离数据，使得其可以设计成具有较小带宽的接口。此外，在下基板中，可以采用与上基板不同代的先进工艺。此外，在上基板中，可以采用专用于形成光接收元件的工艺。
<控制单元53的处理>
图8是说明图7的控制单元53的处理示例的流程图。
在步骤S11中，控制单元53在紧接在帧开始之前从随机数生成单元52中获得随机数，并且处理前进到步骤S12。
在步骤S12中，控制单元53在紧接在帧开始之后，基于从随机数生成单元52获得的随机数控制光发射单元11的照射光发射时刻和光接收单元12的(像素31的)反射光接收时刻。
换句话说，控制单元53控制照射光发射时刻，使得开头子帧sub开始的开头时刻成为与随机数对应的值，并且帧内彼此相邻的两个子帧sub之间的间隔sd是恒定的。
此外，例如，控制单元53控制在上述光发射时刻发射的照射光的反射光的光接收时刻，使得反射光可以被适当地接收，或者使得可以利用第二种计算方法得到反射时间Δt。
然后，处理从步骤S12返回到步骤S11，然后重复类似的处理。
需要指出的是，在这个示例中，利用图3中说明的第二种计算方法获得反射时间Δt；然而，以帧为单位随机改变开头时刻的方法可以应用于利用图2中说明的第一种计算方法获得反射时间Δt的情况。
在利用第一种计算方法获得反射时间Δt的情况下，在每个子帧中获得距离L的选项，并且例如，基于每个子帧的距离L的选项，可以获得选项的最频值、平均值、最大值、最小值等作为最终的距离L。
这里，在通过使用第一种计算方法获得反射时间Δt的情况下，帧可以包括单个子帧而不是多个子帧。
<测距装置10的第二配置示例>
图9是示出了图1的测距装置10的第二电气配置示例的框图。
这里，与图7的情况相对应的附图的部分采用相同的附图标记来表示，根据需要省略对其的说明。
在图9中，测距装置10包括光发射单元11、光接收单元12、距离计算单元51、随机数生成单元52、控制单元53和像素噪声检测单元61。
因此，图9的测距装置10与图7的情况的共同之处在于包括光发射单元11、光接收单元12、距离计算单元51、随机数生成单元52以及控制单元53。
需要指出的是，图9的测距装置10与图7的情况的不同之处在于新设置了像素噪声检测单元61。
例如，像素噪声检测单元61检测作为OPB像素的像素41的电荷量作为像素31或像素41中产生的像素噪声，并将检测到的电荷量提供给随机数生成单元52。
需要指出的是，像素噪声检测单元61可以按特定顺序或任意顺序选择在虚拟像素区域40中的多个像素41，并将选定像素41的电荷量检测为像素噪声。
例如，在图7的测距装置10中，随机数生成单元52使用之前确定的值作为随机数的种子生成随机数。
另一方面，图9的测距装置10基于光接收单元12中产生的信息生成随机数。更具体地，随机数生成单元52使用像素噪声检测单元61提供的像素噪声作为随机数的种子生成随机数。
像素31或像素41的像素噪声的特性为(近似)随机特性，并且通过利用这种随机特性作为像素噪声的种子生成随机数并基于随机数控制开头时刻可以进一步抑制干扰(发生的可能性)。
需要指出的是，像素31的(精度)特性是与像素31或像素41的像素噪声的特性相似的随机特性(像素31的特性＝随机特性)。
此外，在测距装置10中，干扰抑制特性是与同像素31或像素41的像素噪声的特性相似的随机特性成反比的特性(干扰抑制特性＝1/随机特性)。
另一方面，测距装置10的测距精度与像素31的特性和干扰抑制特性的乘积成正比。
如上所述，由于像素31的特性是随机特性，并且干扰抑制特性与随机特性成反比，所以像素31的特性(＝随机特性)与干扰抑制特性(＝1/随机特性)的乘积为1，为常数。
因此，在测距装置10中，在通过使用像素噪声作为种子生成随机数并基于随机数控制开头时刻的情况下，测距精度可以(几乎)保持恒定。
在测距装置10中，作为通过使用由光接收单元12检测的信号分量生成随机数的另一种方法，可以存在通过使用环境光的随机分量生成随机数的方法或者通过使用在光接收单元12中的电路的噪声的随机分量生成随机数的方法。
作为通过使用环境光随机分量生成随机数的方法的说明性示例，在未测量图4的4个子帧sub的时段(未发射照射光的时段)内设置测量与环境光相关的数据的子帧，并且测量的环境光的随机分量用来生成随机数。环境光的波长分量等通常具有随机特性，并且通过使用这种具有随机特性的环境光的分量作为种子生成随机数并基于该随机数控制子帧的开头时刻，可以抑制干扰(发生的可能性)。环境光的测量值储存在没有图示的存储器中，存储在存储器中的环境光的测量值可以通过两种方式使用，一种是用来去除上述的环境光分量，一种是用来生成随机数以改变子帧的开头的光发射的时刻。通过这种配置，可以在不新设置随机数生成器的情况下生成随机数，并且可以抑制功耗。
在使用光接收单元12的电路的噪声的随机分量生成随机数的方法的说明性示例中，当光接收单元12中包含的未示出的模数转换器(AD转换器)被激活时产生的随机分量用于生成随机数。一般来说，在AD转换器中，由于制造变化等原因输出的数字信号并不总是严格保持恒定。换句话说，即使在入射相同的光并且输入多个相同的模拟信号的情况下，输出的数字信号也有轻微的变化。这种变化通常具有近乎随机特性，通过使用这种具有随机特性的环境光的分量作为种子生成随机数并基于该随机数控制子帧的开头时刻，可以抑制干扰(发生的可能性)。作为示例，固定的模拟值被强制插入到连接到虚拟像素40的AD转换器。理论上，响应于这种插入而输出固定的数字值；然而，实际上，该值与理论值略有偏差。通过测量该偏差，生成随机数。这里，向其强制插入固定的模拟值的像素可以是有效像素区域30中的像素。在这种情况下，优选的是在光发射单元11不发射光的时刻或在光接收单元12不接收光的时刻，强制插入固定的模拟值。通过上述方法，可以在不新设置随机数生成器的情况下生成随机数，并且可以抑制功耗。
需要指出的是，上述通过使用由光接收单元12检测的信号分量生成随机数的三种方法(通过使用像素噪声生成随机数的方法，通过使用环境光的随机分量生成随机数的方法和通过使用电路的噪声的随机分量生成随机数的方法)可以分别独立地执行或者它们中的一种以上组合执行。在组合执行一种以上所述方法的情况下，与各种方法独立执行的情况相比，随机性可以得到提高。
所述测距装置10可以安装在车辆上，使得光发射单元11向车辆外部发射照射光。需要指出的是，在测距装置10的第二配置示例中，可以使用具有层叠结构的芯片。
<运动体的应用示例>
与本公开相关的技术(本技术)可适用于各种产品。例如，与本公开相关的技术可以实现为安装在任何类型的移动体上的装置，该移动体包括车辆、电动车辆、混合动力电动车辆、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船舶、机器人等。
图10是示出了作为可以应用与本公开相关的技术的移动体控制系统的例子的车辆控制系统的示意性配置示例的框图。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001连接的多个电子控制单元。在图10所示出的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040以及综合控制单元12050。此外，作为综合控制单元12050的功能构成，示出了微型计算机12051、声音/图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作以下装置的控制装置：用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置(如内燃机或驱动电机等)、用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角的转向机构和用于产生车辆的制动力的制动系统等。
车身系统控制单元12020根据各种程序控制安装在车辆上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或诸如车头灯、尾灯、刹车灯、方向灯和雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，可以向车身系统控制单元12020输入从替代钥匙的便携式设备发出的无线电波或各种开关的信号。车身系统控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入，并控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。
车外信息检测单元12030检测安装有车辆控制系统12000的车辆外部的信息。例如，成像单元12031连接到车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030使成像单元12031拍摄车辆外部的图像并接收拍摄的图像。基于接收到的图像，车外信息检测单元12030可以进行包括人、车辆、障碍物、标志、路面上的字母等的物体检测处理或距离检测处理。
成像单元12031是接收光并输出与光的光接收量相对应的电信号的光学传感器。成像单元12031可以将电信号作为图像输出或将其作为测距信息输出。此外，成像单元12031接收的光可以是可见光或诸如红外光等不可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部信息。例如，检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041与车内信息检测单元12040连接。例如，驾驶员状态检测单元12041包括用于拍摄驾驶员的图像的相机，并且车内信息检测单元12040可以基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息计算驾驶员的疲劳程度或集中程度或者可以确定驾驶员是否肯定是清醒的。
微型计算机12051可以基于在车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040中获得的车辆内部及外部信息来计算驱动力产生装置、转向装置或制动系统的控制目标值，并向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现先进驾驶员辅助系统(ADAS：advanced driver assistance system)功能的协同控制，所述功能包括车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于车间距离的跟踪行驶、保持车速行驶、车辆碰撞警告、车道偏离警告等。
此外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆周围的信息通过控制驱动力产生装置、转向机构或制动系统等来执行旨在实现不依赖于驾驶员的操作的自动行驶的自动驾驶等的协同控制。
此外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的车辆周围的信息向车身系统控制单元12020输出控制指令。例如，微型计算机12051可以根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置来控制车头灯，并通过将远光灯切换到近光灯等进行用于防止眩光的协同控制。
声音/图像输出单元12052将声音或图像中至少一种的输出信号传输到输出装置，该输出装置能够视觉地或听觉地向车辆的乘客或车辆外部通知信息。在图10的示例中，作为输出装置，举出了音频扬声器12061、显示单元12062和仪表盘12063的例子。例如，显示单元12062可以包括车载显示器或平视显示器中的至少一种。
图11是示出了成像单元12031的安装位置的示例的图。
在图11中，车辆12100包括作为成像单元12031的成像单元12101、12102、12103、12104和12105。
例如，成像单元12101、12102、12103、12104和12105设置在车辆12100的前鼻、后视镜、后保险杠、后门、车内挡风玻璃的上部等位置。设置在前鼻上的成像单元12101和设置在车内挡风玻璃的上部的成像单元12105主要获得车辆12100前方的图像。设置在后视镜上的成像单元12102和12103主要获得车辆12100侧方的图像。设置在后保险杠或后门上的成像单元12104主要获得车辆12100后方的图像。成像单元12101和12105获得的前方图像主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号、交通标志、车道等。
需要指出的是，图11示出了成像单元12101至12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置在前鼻的成像单元12101的成像范围，成像范围12112和12113分别表示设置在后视镜上的成像单元12102和12103的成像范围，成像范围12114表示设置在后保险杠或后门上的成像单元12104的成像范围。例如，通过将成像单元12101至12104拍摄的图像叠加，可以获得从上方看到的车辆12100的高角度图像。
成像单元12101至12104中的至少一者可以具有用于获得距离信息的功能。例如，成像单元12101至12104中的至少一者可以是包括多个成像元件的立体相机或者可以是具有用于检测相位差的像素的成像元件。
例如，微型计算机12051通过基于从成像单元12101到12104获得的距离信息来获得距成像范围12111到12114内的每个三维物体的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，可以将特别是车辆12100的行驶道路上距离最近的并且在与车辆12100几乎相同的方向上以预定的速度(例如，等于或大于0km/h)行驶的三维物体提取为前方车辆。此外，微型计算机12051预先设定在前方车辆之前需要保持的车间距离，并且可以进行自动制动控制(也包括跟踪停止控制)、自动加速控制(也包括跟踪启动控制)等。以这种方式，可以执行旨在实现不依赖于驾驶员的操作的自动行驶的自动驾驶等的协同控制。
例如，微型计算机12051基于从成像单元12101至12104获得的距离信息，提取与三维物体相关的三维物体数据并将其分类为摩托车、普通车辆、大型车辆、行人、电线杆等其他三维物体，并且提取的三维物体数据可用于自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为可以被车辆12100的驾驶员看见的障碍物和难以被驾驶员看见的障碍物。然后，微型计算机12051判定指示与各障碍物碰撞的风险的碰撞风险，并且在碰撞风险等于或大于设定值且有可能发生碰撞的情况下，通过音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告，或者通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或避让转向来执行用于避免碰撞的辅助驾驶。
成像单元12101至12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051通过确定成像单元12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过如下程序来进行行人识别：提取作为红外相机的成像单元12101至12104的拍摄图像中的特征点的程序以及通过对表示障碍物轮廓的一系列特征点进行模式匹配来确定障碍物是否是行人的程序。在微型计算机12051确定在成像单元12101至12104的拍摄图像中存在行人并识别出行人的情况下，声音/图像输出单元12052控制显示单元12062叠加显示矩形轮廓以强调识别出的行人。此外，声音/图像输出单元12052可以控制显示单元12062在期望的位置显示指示行人的图标等。
在上文中，已经说明了可以应用与本公开相关的技术的车辆控制系统的应用示例。与本公开相关的技术可以应用于上述配置中的成像单元12031中。更具体地，测距装置10可以应用于成像单元12031。通过将与本公开相关的技术应用于成像单元12031，在测距中，可以容易地抑制干扰，并且可以提供有助于驾驶辅助的距离信息。
<应用本技术的计算机的描述>
然后，上述由距离计算单元51、控制单元53等执行的一系列处理可以由硬件执行或者可以由软件执行。在由软件执行一系列处理的情况下，构成软件的程序被安装到计算机上。
这里，图12示出了安装有执行上述一系列处理的程序的计算机的实施方案的配置示例。
程序可以预先记录在作为安装在计算机中的记录介质的硬盘105或ROM 103中。
可选择地，可以将程序存储(记录)在可移除记录介质111中。可移除记录介质111可以作为所谓的封装式软件包提供。需要指出的是，例如，作为可移除记录介质111，存在软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MO)、数字多功能光盘(DVD)、磁盘、半导体存储器等。
需要指出的是，程序可以经由上述的可移除记录介质111安装到计算机上，或者可以经由通信网络或广播网络下载至计算机上，并安装至内部硬盘105。换句话说，例如，程序可以经由用于数字卫星广播的人造卫星从下载站点无线地传输到计算机，或者可以经由诸如局域网(LAN)和因特网等的网络有线地传输到计算机。
计算机内部包括中央处理器(CPU)102，并且输入/输出接口110经由总线101连接到CPU 102。
在使用者经由输入/输出接口110操作输入单元107等并输入指令的情况下，CPU102响应于指令执行存储在只读存储器(ROM)103中的程序。可选择地，CPU 102将存储在硬盘105中的程序加载到随机存取存储器(RAM)104并执行该程序。
利用这种配置，CPU 102执行根据上述流程的处理或由上述框图的配置执行的处理。然后，CPU 102将处理结果例如根据需要经由输入/输出接口110从输出单元106输出，从通信单元108传输处理结果，并将处理结果记录在硬盘105上。
需要指出的是，输入单元107包括键盘、鼠标、麦克风等。此外，输出单元106包括液晶显示器(LCD)、扬声器等。
这里，在本说明书中，计算机根据程序执行的处理不必总是按照流程图中所描述的顺序按时间顺序执行。换句话说，计算机根据程序执行的处理包括并列或独立执行的处理(例如，并列处理或按对象处理)。
此外，程序可以是由单个计算机(处理器)处理的程序，也可以是由多个计算机分布式处理的程序。
此外，在本说明书中，系统表示多个组件(装置、模块(部件)等)的集合，并且所有组件不必位于同一壳体中。因此，设置在分开的壳体中并通过网络连接的多个装置以及多个模块设置在单个壳体中的单个装置均称为系统。
需要指出的是，根据本技术的实施方案不限于上述实施方案，在本技术的范围内，可以产生各种变化。
此外，本说明书中描述的效果都是示例性的，不应该是限制性的，并且可以存在其他效果。
需要指出的是，本技术可以具有以下构成。
<1>
一种测距装置，其包括：
光发射单元，其被配置成发射照射光；
光接收单元，其被配置成接收所述照射光被目标物体反射的反射光；
计算单元，其被配置成基于从所述照射光的发射到所述反射光的接收之间的时间计算到所述目标物体的距离；和
控制单元，其被配置成控制所述照射光的发射，
其中，作为计算所述距离的时段的帧包括作为发射所述照射光的时段的多个子帧，并且
所述控制单元控制所述照射光的发射，使得在第一帧和所述第一帧之后的第二帧之间开头子帧的时刻不同，并且所述子帧之间的间隔是恒定的。
<2>
根据<1>所述的测距装置，其中，所述开头子帧的时刻以所述帧为单位随机改变。
<3>
根据<2>所述的测距装置，还包括被配置成生成随机数的随机数生成单元，其中，所述控制单元基于所述随机数控制所述开头子帧的时刻。
<4>
根据<3>所述的测距装置，其中，所述光接收单元包括多个像素，并且
所述随机数生成单元基于所述多个像素中的预定像素的电荷量生成所述随机数。
<5>
根据<1>至<4>中任一项所述的测距装置，所述测距装置安装在车辆上，其中，所述光发射单元朝向所述车辆的外部发射照射光。
<6>
一种测距方法，包括：
光发射单元，其被配置成发射照射光；
光接收单元，其被配置成接收所述照射光被目标物体反射的反射光；
计算单元，其被配置成基于从所述照射光的发射到所述反射光的接收之间的时间计算到所述目标物体的距离；和
控制单元，其被配置成控制所述照射光的发射，
其中，作为计算所述距离的时段的帧包括作为发射所述照射光的时段的多个子帧，并且
测距装置的所述控制单元控制所述照射光的发射，使得在第一帧和所述第一帧之后的第二帧之间开头子帧的时刻不同，并且所述子帧之间的间隔是恒定的。
附图标记列表
10 测距装置
11 光发射单元
12 光接收单元
30 有效像素区域
31 像素
40 虚拟像素区域
41 像素
51 距离计算单元
52 随机数生成单元
53 控制单元
61 像素噪声检测单元
101 总线
102 中央处理器
103 只读存储器
104 随机存取存储器
105 硬盘
106 输出单元
107 输入单元
108 通信单元
109 驱动器
110 输入/输出接口
111 可移除记录介质

Claims (19)

1.一种测距装置，其包括：
光发射单元，其被配置成发射照射光；
光接收单元，其被配置成接收所述照射光被目标物体反射的反射光；
计算单元，其被配置成基于从所述照射光的发射到所述反射光的接收之间的时间计算到所述目标物体的距离；和
控制单元，其被配置成控制所述照射光的发射，
其中，作为计算所述距离的时段的第一帧包括作为发射所述照射光的时段的多个子帧，并且
所述控制单元控制所述照射光的发射，使得在所述第一帧和所述第一帧之后的第二帧之间开头子帧的时刻不同，并且在所述第一帧的时段中，所述子帧之间的间隔是恒定的。
2.根据权利要求1所述的测距装置，其中，所述开头子帧的时刻以所述帧为单位随机改变。
3.根据权利要求2所述的测距装置，还包括被配置成生成随机数的随机数生成单元，其中，所述控制单元基于所述随机数控制所述开头子帧的时刻。
4.根据权利要求3所述的测距装置，其中，所述随机数生成单元基于所述光接收单元中生成的信息生成所述随机数。
5.根据权利要求4所述的测距装置，其中，所述光接收单元包括多个像素，并且
所述随机数生成单元基于所述多个像素中的预定像素的电荷量生成所述随机数。
6.根据权利要求5所述的测距装置，其中所述预定像素为光学黑体像素。
7.根据权利要求4所述的测距装置，其中，所述第一帧包括不发射所述照射光的时段，并且
所述随机数生成单元基于在不发射所述照射光的时段内所述光接收单元接收的光的信息生成所述随机数。
8.根据权利要求4所述的测距装置，其中，所述光接收单元包括多个AD转换器，并且
所述随机数生成单元基于由所述多个AD转换器生成的数字信号生成所述随机数。
9.根据权利要求3所述的测距装置，其中，所述随机数生成单元具有生成所述随机数的激活状态和等待转换到所述激活状态的待机状态，并且
在所述第一帧开始之前开始所述激活状态，并且在所述第一帧开始之后开始所述待机状态。
10.根据权利要求1所述的测距装置，其中，所述光接收单元设置在第一基板中，并且
所述控制单元和所述计算单元中的至少一者设置在层叠在所述第一基板上的第二基板中。
11.根据权利要求1所述的测距装置，所述测距装置安装在车辆上，其中，所述光发射单元朝向所述车辆的外部发射照射光。
12.一种测距装置的测距方法，
所述测距装置包括：
光发射单元，其被配置成发射照射光；
光接收单元，其被配置成接收所述照射光被目标物体反射的反射光；
计算单元，其被配置成基于从所述照射光的发射到所述反射光的接收之间的时间计算到所述目标物体的距离；和
控制单元，其被配置成控制所述照射光的发射，
其中，作为计算所述距离的时段的第一帧包括作为发射所述照射光的时段的多个子帧，并且
所述测距装置的所述控制单元控制所述照射光的发射，使得在所述第一帧和所述第一帧之后的第二帧之间开头子帧的时刻不同，并且在所述第一帧的时段中，所述子帧之间的间隔是恒定的。
13.一种测距装置，其包括：
光发射单元，其被配置成发射照射光；
光接收单元，其被配置成接收所述照射光被目标物体反射的反射光；
计算单元，其被配置成基于从所述照射光的发射到所述反射光的接收之间的时间计算到所述目标物体的距离；
随机数生成单元，其被配置成基于所述光接收单元中生成的信息生成随机数；和
控制单元，其被配置成基于所述随机数控制所述照射光的发射的至少一部分。
14.根据权利要求13所述的测距装置，其中，所述光接收单元包括多个像素，并且
所述随机数生成单元基于所述多个像素中的预定像素的电荷量生成所述随机数。
15.根据权利要求14所述的测距装置，其中所述预定像素为光学黑体像素。
16.根据权利要求13所述的测距装置，其中，所述随机数生成单元基于在不发射所述照射光的时段内所述光接收单元接收的光的信息生成所述随机数。
17.根据权利要求13所述的测距装置，其中，所述光接收单元包括多个AD转换器，并且
所述随机数生成单元基于由所述多个AD转换器生成的数字信号生成所述随机数。
18.根据权利要求13所述的测距装置，其中，所述光接收单元设置在第一基板中，并且
所述控制单元和所述计算单元中的至少一者设置在层叠在所述第一基板上的第二基板中。
19.根据权利要求13所述的测距装置，所述测距装置安装在车辆上，其中，所述光发射单元朝向所述车辆的外部发射照射光。
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