CN111902733A - 距离测量装置、距离测量系统、距离测量方法和程序 - Google Patents
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Abstract
提供了距离测量装置、距离测量系统、距离测量方法、以及程序,所有这些都有助于增大所测量的距离的分辨率。距离测量装置(10)要被连接到用于发射测量波(W1)的波发射模块(2)和包括第一波接收器和第二波接收器的波接收模块(3),第一波接收器和第二波接收器均接收从目标(4)反射的测量波(W1)。在该距离测量装置(10)中,第一波接收器接收测量波(W1)的第一波接收时段和第二波接收器接收测量波(W1)的第二波接收时段在时间轴上彼此重叠。另外,在该距离测量装置(10)中,在第一和第二波接收时段的各自的开始时间之间设置有时间延迟。该时间延迟比第一波接收时段或第二波接收时段短。
Description
技术领域
本公开总体上涉及距离测量装置、距离测量系统、距离测量方法和程序,并且更具体地涉及均被配置或设计为测量到目标的距离的距离测量装置、距离测量系统、距离测量方法和程序。
背景技术
用于通过向目标物体投射光并接收从目标物体反射的光来测量到目标物体上的多个点的距离的三维输入装置(距离测量系统)在本领域中是已知的(参见,例如,专利文献1)。
专利文献1的三维输入装置包括光发射装置、图像捕获区域传感器和控制器。光发射装置向目标物体投射光脉冲。图像捕获区域传感器包括用于接收从目标物体反射的光的多个光电变换器。控制器与光脉冲的投射同步地对图像捕获区域传感器执行曝光控制。三维输入装置还包括用于从通过曝光控制获得的曝光剂量中去除根据到目标物体的距离或目标物体的反射率而变化的接收到的光强度变化分量的装置。
对于以更高的分辨率来测量距离的距离测量装置的需求日益增加。
引文清单
专利文献
专利文献1:JP 2001-337166 A
发明内容
基于前述背景,因此本公开的一个目的是提供距离测量装置、距离测量系统、距离测定方法、以及程序,所有这些都有助于增大所测量的距离的分辨率。
根据本公开的一方面的距离测量装置要被连接到用于发射测量波的波发射模块和包括第一波接收器和第二波接收器的波接收模块,第一波接收器和第二波接收器都接收从目标反射的测量波。在该距离测量装置中,第一波接收器接收测量波的第一波接收时段和第二波接收器接收测量波的第二波接收时段在时间轴上彼此重叠。在第一波接收时段的开始时间与第二波接收时段的开始时间之间设置有时间延迟。该时间延迟比第一波接收时段或第二波接收时段短。
根据本公开的另一方面的距离测量装置要被连接到用于发射测量波的波发射模块和包括多个波接收器的波接收模块,多个波接收器用于接收从目标反射的测量波。在该距离测量装置中,多个波接收器接收测量波的各个波接收时段在时间轴上彼此重叠。在波接收时段的各自的开始时间之间设置有时间延迟。该时间延迟比多个波接收时段中的每一个波接收时段短。
根据本公开的另一方面的距离测量系统包括:上述距离测量装置;波发射模块;以及波接收模块。
根据本公开的另一方面的距离测量方法是用于基于从波发射模块发射测量波与在波接收模块的多个波接收器处接收到从目标反射的测量波之间的时间间隔来测量到目标的距离的方法。距离测量方法包括针对多个波接收器中的每一个波接收器在逐个的基础上控制多个波接收器接收测量波的多个波接收时段。距离测量方法还包括将多个波接收时段的各自的开始时间偏移比多个波接收时段中的每一个波接收时段短的时间延迟。
根据本公开的另一方面的程序被设计为使计算机系统执行上述距离测量方法。
附图说明
图1是示出根据本公开的示例性实施例的包括距离测量装置的距离测量系统的框图;
图2是示意性地示出距离测量装置中的像素的布置的图;
图3示出了距离测量装置如何操作;
图4是示出距离测量装置如何操作的定时图;
图5是示出根据本公开的示例性实施例的第一变体的距离测量装置如何操作的时序图;
图6示出了根据本公开的示例性实施例的第三变体的操作;
图7是示出距离测量装置如何操作的定时图;以及
图8示意性地示出了根据本公开的示例性实施例的另一变体的距离测量装置中的像素的布置。
具体实施方式
注意,下面将描述的实施例及他们的变体仅是本公开的示例,并且不应被解释为限制性的。相反,在不脱离本公开的真实精神和范围的情况下,可以根据设计选择或任何其他因素以各种方式容易地修改那些实施例和变体。
(1)综述
图1是示出根据示例性实施例的距离测量装置10和距离测量系统1的框图。
距离测量系统1包括距离测量装置10、波发射模块2和波接收模块3,并且通过飞行时间(TOF)技术来测量到目标4的距离。距离测量系统1可用于例如用作用于汽车的一件车载设备以检测障碍物的物体识别系统中,以及用于检测物体(或人)的监视摄像机和安全摄像机中。
波发射模块2被配置为间歇性地发射测量波W1。波接收模块3包括多个波接收器31,以接收从目标4反射的测量波W1。距离测量装置10连接到波发射模块2和波接收模块3,并且包括波接收控制单元112。波接收控制单元112针对多个波接收器31中的每一个在逐个的基础上控制多个波接收器31接收测量波W1的多个波接收时段。在为从波发射模块2开始发射测量波W1与从波发射模块2开始发射下一个测量波W1之间的时间间隔的测量时段中,波接收控制单元112将多个波接收时段的各自的开始时间偏移比多个波接收时段中的每一个波接收时段短的时间延迟。
在根据本实施例的距离测量装置10和距离测量系统1中,多个波接收时段的各自的开始时间彼此偏移。这允许在多个波接收时段的各自的开始时间之间的时间延迟内检测从目标4反射的测量波W1到达波接收模块3的定时。多个波接收时段的各自的开始时间之间的时间延迟比每一个波接收时段短。这使得根据本实施例的距离测量装置10和距离测量系统1能够增大所测量的距离的分辨率并提高测量精度。
(2)用于距离测量系统的总体配置
(2.1)波发射模块
波发射模块2包括光源21,并且被配置为发出光脉冲作为测量波W1。也就是说,在本实施例中,测量波W1是光。在图1中,测量波W1(光)在概念上由虚线表示。关于这一点,当通过TOF技术测量距离时,光(测量波W1)适合地具有单个波长、相对短的脉冲宽度和相对高的峰值强度。另外,考虑到例如在市区中使用距离测量系统1(距离测量装置10),光(测量波W1)的波长适合地落在不易受到来自太阳的环境光的影响且发光度因子对人眼而言低的近红外波长范围内。在该实施例中,光源21例如被实现为激光二极管,并且发出脉冲激光束。从光源21发出的脉冲激光束的强度满足日本国家建立的“激光产品安全”标准(JIS C6802)的1级或2级。
通过距离测量装置10包括的波发射控制单元111对波发射器进行波发射控制。稍后将在“(2.3.1)测量控制单元”部分中详细介绍波的发射控制。
注意,光源21不必是激光二极管,而也可以是例如发光二极管(LED)、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)二极管或卤素灯。另外,光(测量波W1)可以落入与近红外波长范围不同的波长范围内。
(2.2)波接收模块
波接收模块3包括图像传感器,该图像传感器具有作为多个部分波接收器二维地布置的多个像素311,并且被配置为接收测量波W1(光),该测量波W1是从波发射器发送出并且然后从目标4反射的反射波(反射光)。多个像素311仅在暴露于光时才能够接收入射光。每一个像素311(部分波接收器)例如可以是光电二极管。每一个像素311将接收到的光(作为测量波W1)转换为电信号(在下文中也称为“像素信号”)。波接收模块3还包括用于将像素信号输出到距离测量装置10的像素输出单元33。每一个像素信号的信号电平具有表示由其关联的像素311接收到的光(测量波W1)的量(即接收到的波的量)的值。可选地,每一个像素311(部分波接收器)也可以被实现为例如固态图像传感器或雪崩光电二极管(APD)。当每一个像素311被实现为雪崩光电二极管时,像素信号的信号电平对应于由像素311接收到的光的脉冲数(即,光子数)。
多个像素311被分组为多个(例如,在本实施例中为四个)波接收器31(由第一波接收器31A至第四波接收器31D组成)。每一个波接收器31包括多个像素311。当需要将多个像素311彼此区分时,属于第一波接收器31A的像素311在下文中将被称为“第一像素311A”,属于第二波接收器31B的像素在下文中将被称为“第二像素311B”,属于第三波接收器31C的像素在下文中将被称为“第三像素311C”,并且属于第四波接收器31D的像素在下文中将被称为“第四像素311D”。
如图2所示,多个像素(即,第一像素311A至第四像素311D)沿第一方向(例如,图2中竖直地)和正交于第一方向的第二方向(例如,图2中水平地)均匀地布置。多个像素311被布置成使得沿第一方向彼此相邻的像素属于相互不同的波接收器31并且在沿第二方向彼此相邻的像素也属于相互不同的波接收器31。在本实施例中,第一像素311A和第二像素311B沿第二方向交替布置,并且第三像素311C和第四像素311D也沿第二方向交替布置。另外,第一像素311A和第三像素311C沿第一方向交替布置,并且第二像素311B和第四像素311D也沿第一方向交替布置。
每一个像素311的尺寸比成像的目标4的尺寸小得多,以至于四个像素311(由第一至第四像素311A-311D组成)可以作为一组来处理。另外,沿第一方向和第二方向均匀地布置多个像素311有助于更准确地检测各种形状的目标4。
每一个波接收器31通过被像素驱动单元32驱动而变成暴露的。像素驱动单元32可以在逐个的基础上驱动多个波接收器31并使波接收器31变成暴露的。具体地,像素驱动单元32包括与多个波接收器31(见图2)一一对应的多个栅极驱动器321(即,第一至第四栅极驱动器321A-321D)。第一栅极驱动器321A电连接到属于第一波接收器31A的多个第一像素311A,以使第一波接收器31A(即,多个第一像素311A)变成暴露的。第二栅极驱动器321B电连接到属于第二波接收器31B的多个第二像素311B,以使第二波接收器31B(即,多个第二像素311B)变成暴露的。第三栅极驱动器321C电连接到属于第三波接收器31C的多个第三像素311C,以使第三波接收器31C(即,多个第三像素311C)变成暴露的。第四栅极驱动器321D电连接到属于第四波接收器31D的多个第四像素311D,以使第四波接收器31D(即,多个第四像素311D)变成暴露的。
像素驱动单元32根据来自距离测量装置10包括的波接收控制单元112的控制信号,使各个波接收器31变成暴露的。即,各个波接收器31受到波接收控制单元112的波接收控制。后面将在“(2.3.1)测量控制单元”部分中描述波接收控制。
另外,由于波接收模块3包括图像传感器,因此距离测量系统1(距离测量装置10)可以基于像素信号生成图像,以进行诸如图像处理和识别处理的数据分析。
(2.3)距离测量装置
距离测量装置10包括测量控制单元11、距离计算单元12和输出单元13。
(2.3.1)测量控制单元
测量控制单元11被配置为对波发射模块2执行波发射控制并且对波接收模块3的(各个波接收器31)执行波接收控制。测量控制单元11例如可以被实现为包括处理器和存储器的微型计算机。也就是说,测量控制单元11可以被实现为包括处理器和存储器的计算机系统。处理器通过执行适当的程序来执行波发射控制单元111和波接收控制单元112的功能。程序可以预先存储在存储器中,或者也可以经由诸如因特网的电信线路下载,或者在已经存储在诸如存储卡的非暂时性存储介质中之后被分发。可选地,波发射控制单元111和波接收控制单元112可以被实现为两个不同的微型计算机。
当对波发射模块2执行波发射控制时,波发射控制单元111控制光源21发出光的定时(光发出定时)、从光源21发出的光的脉冲宽度(波发射时段)、以及其他参数。
同时,当对波接收器31执行波接收控制时,波接收控制单元112在逐个的基础上控制使多个波接收器31变成暴露的定时(即,波接收定时)、波接收时段(曝光时段)、以及其他参数。
具体地,其中间歇性地发射测量波W1的帧Fr与其中输出像素信号的读出时段交替(见图3)。在这种情况下,当需要将多个帧Fr彼此区分开时,从初始帧Fr开始,那些帧在下文中将被依次称为第一帧Fr1、第二帧Fr2、…和第n帧Frn。每一个帧Fr包括多个测量时段Tm1。在每一个测量时段Tm1的开始,波发射控制单元111使测量波W1(光)从波发射模块2发送出来(发出)。也就是说,测量时段TM1在本文中是指从波发射模块2开始发射测量波W1与从波发射模块2开始发射下一个测量波W1之间的时间间隔。在本实施例中,多个(例如,在本实施例中为四个)波接收器31与每一个测量时段Tm中的多个(例如,在本实施例中为四个)波接收时段Tr一样多。
波接收控制单元112在每一个测量时段Tm1中依次使多个波接收器31变成暴露的。波接收控制单元112在每一个测量时段Tm1中使多个波接收时段Tr1各自的开始时间彼此偏移比每一个波接收时段Tr1短的时间延迟Δt。如图4所示,在第一帧Fr1中,第一波接收器31A在每一个测量时段Tm1的开始处开始接收波(被暴露)。在第一波接收器31A的波接收时段Tr1的开始时间之后经时间延迟Δt之后,第二波接收器31B开始接收波(被暴露)。在第二波接收器31B的波接收时段Tr1的开始时间之后经时间延迟Δt之后,第三波接收器31C开始接收波(被暴露)。在第三波接收器31C的波接收时段Tr1的开始时间之后经时间延迟Δt之后,第四波接收器31D开始接收波(被暴露)。第一至第四波接收器31A-31D的各自的波接收时段Tr1具有相同的时间长度(即,相同的持续时间)。另外,在本实施例中,每一个波接收时段Tr1的时间长度等于每一个波发射时段Tt1的时间长度。在本实施例中,波接收时段Tr1和波发射时段Tt1的时间长度等于通过将时间延迟Δt乘以四(即,波接收器31的数量)而获得的值。例如,波发射时段Tt1和波接收时段Tr1可以具有100ns的时间长度,并且时时间延迟Δt可以是25ns。
每一个波接收器31可以仅在波接收时段Tr1期间接收从目标4反射的波(光)。从波发射模块2发射测量波W1与在波接收器31处接收到反射波之间的时间间隔tx1根据从距离测量系统1到目标4的距离而变化。如果从距离测量系统1到目标4的距离为d,并且光速为c,则发射测量波W1与接收到反射波之间的时间间隔tx1由2d/c给出。也就是说,当从测量波W1的发射开始经过时间间隔tx1时,反射波到达每一个波接收器31。这允许基于从波发射模块2发射测量波W1与在波接收模块3处接收到反射波之间的时间间隔来计算到目标4的距离。
此外,在同一帧Fr中,从波发射模块2开始发射测量波W1与在每一个波接收器31处开始接收之间的时间延迟遍及各个测量时段Tm1保持相同。同时,从波发射模块2开始发射测量波W1与在每一个波接收器31处开始接收之间的时间延迟从一个帧Fr到另一个帧变化。如图4所示,在紧接着第一帧Fr1的第二帧Fr2中,每一个波接收器31在相对于第一帧Fr1中相同的波接收器31的其对应波接收时段Tr1的开始时间延迟一个波接收时段Tr1的时间长度的定时开始接收波。例如,在第二帧Fr2中,第一波接收器31A的接收的开始相对于测量时段Tm1的开始时间延迟了一个波接收时段Tr1的时间长度。另外,在第二帧Fr2中,多个波接收时段Tr1的各自的开始时间也彼此偏移了时间延迟Δt。可以看出,在帧Fr的基础上,在每一个波接收器31处的接收的开始相对于从波发射模块2发射测量波W1的开始发生了偏移。这样,无论目标4位于可测量的范围内的距离如何,都可以接收到从目标4反射的测量波W1。
(2.3.2)距离计算单元
在每一个帧Fr之后的读出时段中,像素输出单元33将多个像素信号输出到距离计算单元12,该多个像素信号表示先前帧Fr中在多个波接收器31处的波接收结果。
距离计算单元12被配置为基于在多个波接收器31处的波接收结果(即,基于多个像素信号)来计算到目标4的距离。距离计算单元12可以被实现为例如包括处理器和存储器的微型计算机。也就是说,距离计算单元12可以被实现为包括处理器和存储器的计算机系统。处理器通过执行适当的程序来执行距离计算单元12的功能。程序可以预先存储在存储器中,或者也可以通过诸如因特网的电信线路下载,或者在已经存储在诸如存储卡的非暂时性存储介质中之后被分发。
距离计算单元12通过将每一个像素信号的信号电平与阈值进行比较,来确定每一个波接收器31在波接收时段Tr1期间是否接收到了测量波W1(反射波)。当发现像素信号的信号电平等于或大于阈值时,距离计算单元12确定波接收器31应该接收到了测量波W1。另一方面,在发现像素信号的信号电平小于阈值时,距离计算单元12确定波接收器31应该没有接收到测量波W1。另外,根据表示波接收器31是否接收到了测量波W1的判定,距离计算单元12生成被编码为零或一的像素值。具体地,当发现像素信号的信号电平等于或大于阈值时,距离计算单元12确定波接收器31应该接收到了测量波W1,并将与该像素信号相对应的像素值设定为一。另一方面,当发现像素信号的信号电平小于阈值时,距离计算单元12确定波接收器31应该没有接收到测量波W1,并且将与该像素信号相对应的像素值设定为零。通过从具有波接收时段Tr1的最早开始时间的波接收器31开始,距离计算单元12顺次将多个波接收器31的像素信号的信号电平与阈值进行比较,从而确定是否波接收器31中的每一个波接收器接收到了测量波W1。因此,根据本实施例,通过从第一波接收器31的像素信号开始,距离计算单元12顺次将像素信号的信号电平与阈值进行比较,确定每一个波接收器31是否接收到了测量波W1,并生成像素值。
在图4所示的示例中,在第一帧Fr1的波接收时段Tr1期间,第一波接收器31A不接收任何测量波W1(反射波),并且因此,与第一波接收器31A相对应的像素值为零。同时,第二至第四波接收器31B-31D在波接收时段Tr1期间均接收测量波W1(反射波),并且因此,与第二至第四波接收器31B-31D中的每一个相对应的像素值是一。
在该示例中,在每一个测量时段Tm1的多个波接收时段Tr1中,其中第一次接收到测量波W1的波接收时段Tr1在下文中将被称为“波接收开始后时段”。另外,在比波接收开始后时段的开始时间早一个单位开始的波接收时段Tr1在下文中将被称为“波接收开始前时段”。在图4所示的示例中,第一帧Fr1中第二波接收器31B的波接收时段Tr1是波接收开始后时段,并且第一帧Fr1中第一波接收器31A的波接收时段Tr1是波接收开始前时段。
因而,如图4所示,反射波在波接收开始前时段(例如,第一波接收器31A的波接收时段Tr1)的结束时间与波接收开始后时段(例如,第二波接收器31B的波接收时段Tr1)的结束时间之间的时间间隔期间到达波接收模块3。这允许基于从波发射模块2开始发射测量波W1(即,测量时段Tm1的开始时间)与波接收开始前时段或波接收开始后时段的结束之间的时间间隔来计算到目标4的距离。
距离计算单元12通过与每一个波接收器31相对应的像素值来确定波接收开始后时段或波接收开始前时段中的至少一个。具体地,距离计算单元12通过从第一波接收器31的像素信号开始顺次生成像素值。然后,距离计算单元12将对应于像素值刚刚从零变为一的像素信号(即,像素值第一次变为一的像素信号)的波接收器31(例如,图4中的第二波接收器31B)的波接收时段Tr1确定为波接收开始后时段。另外,距离计算单元12还将与像素值处于从零到一改变的边缘的像素信号(即,像素值最后一次变为零的像素信号)相对应的波接收器31(例如,图4中的第一波接收器31)的波接收时段Tr1确定为波接收开始前时段。距离计算单元12基于与像素信号相对应的帧Fr和所确定的波接收开始后时段或波接收开始前时段来计算从波发射模块2开始发射测量波W1与波接收开始前时段或波接收开始后时段的结束之间的时间间隔。然后,距离计算单元12基于这样计算的时间间隔来计算到目标4的距离。
如从前面的描述可以看出,距离计算单元12基于测量时段Tm的多个波接收时段Tr中的波接收开始后时段或波接收开始前时段中的至少一个来计算到目标4的距离。如本文中所使用的,“波接收开始后时段”是指在每一个测量时段Tm的多个波接收时段Tr中,第一次接收到测量波W1的波接收时段Tr。这里,“波接收开始前时段”是指在每一个测量时段Tm的多个波接收时段Tr中,在比波接收开始后时段的开始时间早一个单位的开始时间开始的波接收时段Tr。
因此,该实施例允许基于波接收时段Tr1之间的时间延迟Δt,以单位距离Δl(=Δt×c/2(其中c是光速))来计算到目标4的距离。例如,如果时间延迟Δt为25ns,则单位距离Δl为3.75m,因此与波接收时段Tr1彼此偏移而彼此不重叠的情况相比,增大了测量的距离的分辨率。
(2.3.3)输出单元
输出单元13被配置为将计算结果(测量结果),即,由距离计算单元12计算出的到目标4的距离,输出到外部装置5。
外部装置5的示例包括诸如液晶显示器和有机电致发光(EL)显示器的显示装置。输出单元13将距离计算单元12获得的测量结果输出到外部装置5,从而使外部装置5呈现距离计算单元12获得的测量结果。替代地,输出单元13可以将基于像素信号生成的图像数据输出到外部装置5,以使外部装置5显示图像数据。注意,外部装置5不必是显示装置,而也可以是任何其他类型的装置。
(3)距离测量方法
根据上述示例性实施例的距离测量装置10的功能还可以实现为例如距离测量方法、(计算机)程序或在其上存储程序的非暂时性存储介质。距离测量方法是用于基于从波发射模块2间歇性地发射测量波W1与在波接收模块3的多个波接收器31处接收到从目标4反射的测量波W1之间的时间间隔来测量到目标4的距离的方法。距离测量方法包括针对多个波接收器31中的每一个在逐个的基础上控制其中多个波接收器31接收测量波W1的多个波接收时段Tr1。距离测量方法还包括将多个波接收时段Tr1的各自的开始时间偏移比测量时段Tm1中的多个波接收时段Tr1中的每一个短的时间延迟Δt,该测量时段Tm1是从波发射模块2发射测量波W1的结束与从波发射模块2发射下一个测量波W1的开始之间的间隔。
此外,程序被设计为使计算机系统执行距离测量方法。
例如,根据上述示例性实施例的距离测量装置10在其测量控制单元11和距离计算单元12中包括计算机系统。在那种情况下,计算机系统可以包括处理器和存储器作为主要硬件组件。可以通过使所述处理器执行存储在计算机系统的存储器中的程序来执行测量控制单元11(包括波发射控制单元111和波接收控制单元112)和距离计算单元12的功能。程序可以预先存储在计算机系统的存储器中。替代地,也可以通过电信线路下载程序,或者在将程序记录在一些非暂时性存储介质(诸如,存储卡、光盘或硬盘驱动器,其中的任何一种对计算机是可读的)后将其分发。计算机系统的处理器可以由包括半导体集成电路(IC)或大规模集成电路(LSI)的单个或多个电子电路组成。那些电子电路既可以一起集成在单个芯片上,也可以分布在多个芯片上,以适当为准。那些多个芯片可以无限制地一起集成在单个装置中或分布在多个装置中。可选地,测量控制单元11和距离计算单元12可以一起聚集在单个芯片上。
(4)变体
注意,上述实施例仅是本公开的各种实施例中的一个示例性实施例,并且不应被解释为限制性的。相反,在不脱离本公开的范围的情况下,可以根据设计选择或任何其他因素以各种方式容易地修改上述示例性实施例。接下来,将一个接一个地列举根据示例性实施例的距离测量装置10和距离测量系统1的变体。注意,可以适当地组合采用以下将描述的变体。
(4.1)第一变体
在上述示例中,基于第一次接收到测量波W1的波接收开始后时段或在比波接收开始后时段的开始时间早一个单位的开始时间处开始的波接收开始前时段,来计算到目标4的距离。然而,这仅是本公开的示例,并且不应被解释为限制性的。
在该变体中,距离计算单元12基于波接收结束后时段或波接收结束前时段中的至少之一来计算到目标4的距离(见图5)。如本文中所使用的,波接收结束后时段指的是测量时段Tm1的多个波接收时段Tr1中在比接收到测量波W1的波接收时段Tr1晚的开始时间开始的第一波接收时段Tr1。在此,波接收结束前时段是指测量时段Tm1的多个波接收时段Tr1中在比波接收结束后时段的开始时间早一个单位的开始时间开始的波接收时段Tr1。在图5所示的示例中,第四波接收器31D的波接收时段Tr1是波接收结束后时段,且第三波接收器31C的波接收时段Tr1是波接收结束前时段。
如图5所示,从目标4反射的测量波W1(反射波)在波接收结束前时段(即第三波接收器31C的波接收时段Tr1)的开始与波接收结束后时段(即,第四波接收器31D的波接收时段Tr1)的开始之间的时间间隔中应被波接收模块3接收到。这允许基于从波发射模块2发射测量波W1的开始(即,测量时段Tm1的开始)与波接收结束后时段或波接收结束前时段的结束之间的时间间隔来计算到目标4的距离。
距离计算单元12通过与每一个波接收器31相对应的像素值,确定波接收结束后时段或波接收前时段中的至少之一。具体地,距离计算单元12通过从第一波接收器31的像素信号开始顺次生成像素值。然后,距离计算单元12将与像素值刚刚从一变为零的像素信号相对应的波接收器31(例如,图5中的第四波接收器31D)的波接收时段Tr1确定为波接收结束后时段。另外,距离计算单元12将与像素值处于从一到零改变的边缘的像素信号相对应的波接收器31(例如,图5中的第三波接收器31C)的波接收时段Tr1确定为波接收结束前时段。距离计算单元12基于与像素信号相对应的帧Fr和所确定的波接收结束后时段或波接收结束前时段来计算自波发射模块2发射测量波W1的开始与波接收结束后时段或波接收结束前时段的结束之间的时间间隔。然后,距离计算单元12基于这样计算的时间间隔来计算到目标4的距离。
因此,该变体允许基于波接收时段Tr1之间的时间延迟Δt,以单位距离Δl(=Δt×c/2(其中c是光速))计算到目标4的距离。例如,如果时间延迟Δt为25ns,则单位距离Δl为3.75m,因此与波接收时段Tr1彼此偏移而彼此不重叠的情况相比,增大了测量距离的分辨率。
(4.2)第二变体
在该变体中,距离计算单元12基于多个波接收时段Tr1中的从波接收开始后时段到波接收结束前时段的一系列波接收时段Tr1来计算到目标4的距离。如本文中所使用的,波接收开始后时段指多个波接收时段Tr1中,第一次接收到测量波W1的波接收时段Tr1。在此,波接收结束前时段指多个波接收时段Tr1中,最后一次接收到测量波W1的波接收时段Tr1。在图4所示的示例中,第一帧Fr1中的第二波接收器31B的波接收时段Tr1是波接收开始后时段,且第二帧Fr2中的第四波接收器31D的波接收时段Tr1是波接收结束前时段。
如图4所示,从目标4反射的测量波W1(反射波)应该在波接收开始后时段的开始时间与波接收结束前时段的结束时间之间的时间间隔期间由波接收模块3接收。也就是说,在从第一帧中的第二波接收器31B的波接收开始后时段至第二帧Fr2中的第四波接收器31D的波接收结束前时段的一系列七个波接收时段Tr1(以下称为“一系列波接收时段Tr1”)中,接收从目标4反射的测量波W1。如本文中所使用的,“一系列”波接收时段Tr1意味着波接收时段Tr1的各自的开始时间在顺序上是顺次的。另外,即使一系列波接收时段Tr1属于多个不同的帧Fr,那些波接收时段Tr1仍可以形成一系列波接收时段Tr1。例如,按照波接收时段Tr1的各自的开始时间的顺次顺序,第一帧Fr1中的第四波接收器31D的波接收时段Tr1之后是第二帧Fr2中的第一波接收器31A的波接收时段Tr1。
从目标4反射的测量波W1(反射波)应该在与一系列七个波接收时段Tr1中的第四波接收时段Tr1(即,第二帧Fr2中的第一波接收器31A的波接收时段Tr1)的开始时间基本相同的定时到达波接收模块3。因此,这允许基于从波发射模块2发射测量波W1的开始(即,测量时段Tm1的开始)与第四波接收时段Tr1(即,第二帧Fr2中的第一波接收器31A的波接收时段Tr1)的开始之间的时间间隔来计算到目标4的距离。
一系列波接收时段Tr1的数量由波发射时段Tt1和波接收时段Tr1的时间长度与多个波接收时段Tr1之间的时间延迟Δt之间的关系确定。根据本公开,波发射时段Tt1和波接收时段Tr1的时间长度是时间延迟Δt的四分之一,并且因此,一系列波接收时段Tr1的数量变为七或八。
注意,如果一系列波接收时段Tr1的数量是八,则从目标4反射的测量波W1(反射波)应该在第五波接收时段Tr1与第四波接收时段Tr1的开始时间之间的间隔期间到达波接收模块3。
距离计算单元12通过在帧Fr的基础上与每一个波接收器31对应的像素值来确定一系列波接收时段Tr1。具体地,距离计算单元12通过在帧Fr的基础上从第一波接收器31的像素信号开始来顺次生成像素值。然后,距离计算单元12将与像素值刚刚从零改变到一的像素信号相对应的波接收器31(例如,图4中的第一帧Fr1中的第二波接收器31)的波接收时段Tr1确定为波接收开始后时段。另外,距离计算单元12将与像素值处于从一改变到零的边缘上的像素信号相对应的波接收器31(例如,图4中的第二帧Fr2中的第四波接收器31)的波接收时段Tr1确定为波接收结束前时段。也就是说,距离计算单元12将与像素值持续为一的像素信号相对应的波接收器31的波接收时段Tr1(即,从图4中的第一帧Fr1中的第二波接收器31B至第二帧Fr2中的第四波接收器31D)确定为一系列波接收时段Tr1。
当发现一系列波接收时段Trl的数量等于或大于预定值(在此示例中为七)时,距离计算单元12计算到目标4的距离。具体地,距离计算单元12定位七个波接收时段Tr1的序列中在顺次顺序上处于中间的第四波接收时段Tr1(例如,图4中的第二帧Fr2中的第一波接收器31A的波接收时段Tr1)。然后,距离计算单元12基于包括第四波接收时段Tr1的帧Fr,计算测量波W1的发射的开始与第四波接收时段Tr1的开始之间的时间间隔。此后,距离计算单元12基于这样计算的时间间隔来计算到目标4的距离。替代地,距离计算单元12还可以基于为如上所述的波接收开始后时段、波接收开始前时段、波接收结束后时段或波接收结束前时段中的任意一个的波接收时段Tr1来计算到目标4的距离。
另一方面,当发现一系列的波接收时段Tr1的数量小于预定值时,距离计算单元12不计算到目标4的距离。
在该变体中,仅当像素值“1”持续至少预定次数时,才计算到目标4的距离。因此,即使像素值由于例如噪声而暂时改变,距离计算单元12也不计算到目标4的距离,从而减少了对目标4的错误检测。
(4.3)第三变体
将参照图6和图7描述根据第三变体的距离测量装置10。根据该变体的距离测量装置10被配置为在进行到目标4的距离的最终测量之前进行到目标4的距离的临时测量。如本文中所使用的,“最终测量”是指如上所述,通过将多个波接收时段Tr1的各自的开始时间偏移比每一个波接收时段Tr1短的时间延迟Δt,来计算到到目标4的距离。此外,如本文中所使用的,“临时测量”是指通过偏移多个波接收时段Tr2的各自的开始时间以使得多个波接收时段Tr2彼此不重叠来计算到目标4的距离。根据该变体的距离测量装置10通过临时测量来计算到目标4的近似距离,并且然后通过具有比临时测量更高的测量分辨率的最终测量来更精确地计算到目标4的距离。
在临时测量中,间歇性地发射测量波W1的临时帧Frp与输出像素信号的读出时段交替(见图6)。在下面的描述中,当需要将多个临时帧Frp彼此区分开时,以下从初始临时帧Frp开始,将那些临时帧Frp顺次称为第一临时帧Frp1、第二临时帧Frp2、……和第n临时帧。每一个临时帧包括多个临时测量时段Tm2。在每一个临时测量时段Tm2的开始,波发射控制单元111使测量波W1从波发射模块2发射。
波接收控制单元112在每一个临时测量时段Tm2中顺次使多个波接收器31(即,第一至第四波接收器31A-31D)变成暴露的。在每一个临时测量时段Tm2中,波接收控制单元112使多个波接收时段Tr2的各自的开始时间彼此偏移,以防止多个波接收时段Tr2彼此重叠。每一个临时测量时段Tm2中的多个波接收时段Tr2的各自的开始时间之间的时间延迟与每一个临时测量时段Tm2中的测量波W1的波发射时段Tt2和波接收时段Tr2的时间长度一样长。
另外,在相同的临时帧Frp中,遍及各个临时测量时段Tm2,测量波W1的波发射时段Tt2的开始时间与每一个波接收时段Tr2的开始时间之间的时间延迟保持相同。同时,在测量波W1的波发射时段Tt2的开始时间与每一个波接收时段Tr2的开始时间之间的时间延迟从一个临时帧Frp到另一个临时帧Frp变化。这容许,无论目标4位于可测量范围内的距离如何,都能够接收到从目标4反射的测量波W1。
距离计算单元12基于临时帧Frp中的多个像素信号,确定接收到了从目标4反射的测量波W1的波接收时段Tr2(例如,图7中的第一临时帧Frp1中的第二波接收器31B的波接收时段Tr2)。具体地,距离计算单元12将与具有像素值“1”的像素信号相对应的波接收时段Tr2确定为接收到了从目标4反射的测量波W1的波接收时段Tr2(以下称为“临时波接收时段Tr2”)。
在最终测量中,在临时测量中的第n临时帧Frpn之后的读出时段之后,将出现间歇性地发射测量波W1的帧Fr和输出像素信号的读出时段(见图6)。在最终测量中,在每一个帧Fr的每一个测量时段Tm1期间,多个波接收时段Tr1的开始时间彼此偏移,使得多个波接收时段Tr1中的任何一个与在临时测量中确定的临时波接收时段Tr2的至少一部分重叠(见图7)。在该变体中,多个波接收时段Tr1的各自的开始时间之间的时间延迟Δt是波发射时段Tt1和各自的波接收时段Tr1的时间长度的一半长。在图7所示的示例中,第二至第四波接收器31B-31D的各自的波接收时段Tr1与临时波接收时段Tr2重叠。
在该变体中,临时测量期间的临时测量时段Tm2、波发射时段Tt2和波接收时段Tr2的时间长度分别与最终测量期间的测量时段Tm1、波发射时段Tt1和波接收时段Tr1的时间长度相同。然而,这仅是本公开的示例,并且不应被解释为限制性的。替代地,前一组时段的时间长度可以与后一组时段的时间长度不同。
距离计算单元12确定每一个帧Fr中的测量时段Tm1的多个波接收时段Tr1中的波接收开始后时段(例如,图7中的第二波接收器31B的波接收时段Tr1)或波接收开始前时段(例如,图7中的第一波接收器31A的波接收时段Tr1)中的至少一个。距离计算单元12基于这样确定的波接收开始后时段或波接收开始前时段来计算从波发射模块2开始发射测量波W1与波接收开始前时段或波接收开始后时段的结束之间的时间间隔。然后,距离计算单元12基于这样计算的时间间隔来计算到目标4的距离作为最终测量的结果。
替代地,距离计算单元12还可以基于波接收结束后时段或波接收结束前时段(例如,图7中的第四波接收器31D的波接收时段Tr1)来计算到目标4的距离,如上述第一变体中。
仍然替代地,距离计算单元12可以在一系列波接收时段Tr1(例如,图7中第二至第四波接收器31B-31D的各自的波接收时段Tr1)的数量等于或大于预定值(例如,在该示例中为三)时,计算到目标4的距离,如上述第二变体中。在那种情况下,距离计算单元12计算从波发射模块2开始发射测量波W1与在三个波接收时段Tr1的系列中按顺次顺序处于中间的波接收时段Tr1(例如,图7中的第三波接收器31C的波接收时段Tr1)的开始之间的时间间隔。然后,距离计算单元12基于这样计算的时间间隔来计算到目标4的距离。替代地,距离计算单元12还可以基于为波接收开始后时段、波接收开始前时段、波接收结束后时段或波接收结束前时段中的任意一个的波接收时段Tr1来计算到目标4的距离。
根据该变体,通过临时测量来计算到目标4的近似距离,并且然后通过比临时测量具有更高的测量分辨率的最终测量来更精确地计算到目标4的距离。这允许在较短的时间内完成测量,并且提高了测量精度。此变体特别有效地适用于可测量范围相对长的情况。
(4.4)其他变体
接下来,相继列举距离测量装置10的其他变体。
多个第一至第四像素311A-311D不必沿第一方向和第二方向布置(见图2)。
替代地,如图8所示,多个波接收器31(即,第一至第四波接收器31A-31D)也可以沿第一方向(例如,图8中竖直地)布置。多个波接收器31中的每一个波接收器包括沿正交于第一方向的第二方向(例如,图8中水平地)布置的多个像素311(部分波接收器)。具体地,第一波接收器31A包括沿第二方向布置的多个第一像素311A。第二波接收器31B包括沿第二方向布置的多个第二像素311B,以沿第一方向在一侧(例如,图8中在第一波接收器31A下方)与第一波接收器31A相邻。第三波接收器31C包括沿第二方向布置的多个第三像素311C,以沿第一方向在一侧(例如,图8中在第二波接收器31B下方)与第二波接收器31B相邻。第四波接收器31D包括沿第二方向布置的多个第四像素311D,以沿第一方向在一侧(例如,在图8中的第三波接收器31C下方)与第三波接收器31C相邻。尽管在图8中未示出,但是第一波接收器31A可以沿第一方向在一侧与第四波接收器31D相邻地布置。
在该变体中,在每一个波接收器31中沿第二方向布置多个像素311。与在每一个波接收器31中沿第一方向和第二方向布置多个像素311(见图2)相比,这减少了将多个像素311电连接到栅极驱动器321所需的互连线的数量,从而便于互连线的布局。
另外,将多个像素311电连接到栅极驱动器321的互连线布置在像素311的光敏表面上。与在每一个波接收器31中沿第一方向和第二方向布置多个像素311(见图2)相比,这减少了每一个像素311中被互连线覆盖的区域,从而增大了每一个像素311接收到的光量。这使得可测量范围得以扩展。
此外,在上述示例中,假设测量波W1是光。然而,这仅是本公开的示例,并且不应被解释为限制性的。替代地,测量波W1也可以是超声波、无线电波或任何其他合适的波。
此外,在上述示例中,多个波接收时段Tr1的各自的开始时间之间的时间延迟Δt具有通过将波发射时段Tt1和波接收时段Tr1的时间长度除以二或四而获得的时间长度。替代地,时间延迟Δt也可以具有通过将波发射时段Tt1和波接收时段Tr1的时间长度除以三或五或更大数而获得的时间长度。
此外,在上述示例中,波接收器31的数量与每一个测量时段Tm1中的波接收时段Tr1的数量一样多。然而,这仅是本公开的示例,并且不应被解释为限制性的。替代地,前一个数量可以不同于后一个数量。此外,所设置的波接收器31的数量不必是四,而只需要是二或更多。两个或更多个波接收器31包括第一波接收器和第二波接收器。注意,“第一波接收器”和“第二波接收器”仅是用于将两个波接收器31彼此区分的标记,并且它们的功能没有不同。因此,当波接收模块3包括的波接收器31的数量为二时,两个波接收器31中的任何一个为第一波接收器,而另一个为第二波接收器。另一方面,当波接收模块3包括的波接收器31的数量为三或更多时,三个或更多个波接收器31中的任何一个是第一波接收器,并且不同于第一波接收器的另一个波接收器是第二波接收器。
在那种情况下,在距离测量装置10中,第一波接收器接收测量波W1的第一波接收时段和第二波接收器接收测量波W1的第二波接收时段在时间轴上可以彼此不同,并且第一和第二波接收时段的各自的开始时间可以彼此偏移比第一波接收时段或第二波接收时段短的时间延迟。
(5)概述
根据第一方面的距离测量装置(10)要被连接到用于发射测量波(W1)的波发射模块(2)和包括第一波接收器和第二波接收器的波接收模块(3),第一波接收器和第二波接收器都接收从目标(4)反射的测量波(W1)。在该距离测量装置(10)中,第一波接收器接收测量波(W1)的第一波接收时段和第二波接收器接收测量波(W1)的第二波接收时段在时间轴上彼此重叠。另外,在该距离测量装置(10)中,在第一波接收时段的开始时间与第二波接收时段的开始时间之间设置有时间延迟。该时间延迟比第一波接收时段或第二波接收时段短。
根据该方面,第一和第二波接收时段的各自的开始时间彼此偏移,因此允许在第一和第二波接收时段的各自的开始时间之间的时间延迟内检测从目标(4)反射的测量波(W1)到达波接收模块(3)的定时。第一和第二波接收时段的各自的开始时间之间的时间延迟比第一波接收时段或第二波接收时段短。这允许距离测量装置(10)以更高的分辨率测量距离。
在可以结合第一方面来实现的根据第二方面的距离测量装置(10)中,所述测量波(W1)是光。
该方面减少了由周围环境引起的测量误差。
可以结合第一或第二方面来实现的根据第三方面的距离测量装置(10)还包括距离计算单元(12),以基于第一波接收器的波接收结果和第二波接收器的波接收结果来计算到目标(4)的距离。
在这方面,第一波接收器和第二波接收器被包括在多个波接收器(31)中。换句话说,可以结合第一或第二方面来实现的根据第三方面的距离测量装置(10)还包括距离计算单元(12),以基于多个波接收器(31)的多个波接收结果来计算到目标(4)的距离。
该方面允许计算到目标(4)的距离。
在可以结合第三方面来实现的根据第四方面的距离测量装置(10)中,距离计算单元(12)基于第一波接收时段和第二波接收时段中的波接收开始后时段或波接收开始前时段中的至少之一来计算到目标(4)的距离。波接收开始后时段是第一次接收到测量波(W1)的第一波接收时段或第二波接收时段。波接收开始前时段是作为在比波接收开始后时段的开始时间早一个单位的开始时间开始的第一波接收时段或第二波接收时段的波接收时段(Tr1)。
在该方面中,第一波接收时段和第二波接收时段包括在测量时段(Tm1)的多个波接收时段(Trl)中。换句话说,在可以结合第三方面来实现的根据第四方面的距离测量装置(10)中,距离计算单元(12)基于测量时段(Tm1)的多个波接收时段(Tr1)中的波接收开始后时段或波接收开始前时段中的至少之一来计算到目标(4)的距离。波接收开始后时段是测量时段(Tm1)的多个波接收时段(Tr1)中的第一次接收到测量波(W1)的一个波接收时段。波接收开始前时段是测量时段(Tm1)的多个波接收时段(Tr1)中的在比波接收开始后时段的开始时间早一个单位的开始时间开始的一个波接收时段。
该方面有助于增大所测量的距离的分辨率。
在可以结合第三方面来实现的根据第五方面的距离测量装置(10)中,距离计算单元(12)基于第一波接收时段和第二波接收时段中的波接收结束后时段或波接收结束前时段中的至少之一来计算到目标(4)的距离。波接收结束后时段是作为在比接收到测量波(W1)的波接收时段(Tr1)晚的开始时间第一次开始的第一波接收时段或第二波接收时段的波接收时段(Tr1)。波接收结束前时段是作为在比波接收结束后时段的开始时间早一个单位的开始时间开始的第一波接收时段或第二波接收时段的波接收时段(Tr1)。
在该方面中,第一波接收时段和第二波接收时段包括在测量时段(Tm1)的多个波接收时段(Tr1)中。换句话说,在可以结合第三方面来实现的根据第五方面的距离测量装置(10)中,距离计算单元(12)基于测量时段(Tm1)的多个波接收时段(Tr1)中的波接收结束后时段或波接收结束前时段中的至少之一来计算到目标(4)的距离。波接收结束后时段是测量时段(Tm1)的多个波接收时段(Tr1)中的在比接收到测量波(W1)的波接收时段(Tr1)晚的开始时间第一次开始的一个波接收时段。波接收结束前时段是测量时段(Tm1)的多个波接收时段(Tr1)中的在比波接收结束后时段的开始时间早一个单位的开始时间开始的一个波接收时段。
该方面有助于增大所测量的距离的分辨率。
在可以结合第三方面来实现的根据第六方面的距离测量装置(10)中,距离计算单元(12)基于第一波接收时段和第二波接收时段中从波接收开始后时段至波接收结束前时段的一系列波接收时段(Tr1)来计算到目标(4)的距离。波接收开始后时段是第一次接收到测量波(W1)的第一波接收时段或第二波接收时段。波接收结束前时段是最后一次接收到测量波(W1)的第一波接收时段或第二波接收时段。
在该方面中,第一波接收时段和第二波接收时段包括在测量时段(Tm1)的多个波接收时段(Tr1)中。换句话说,在可以结合第三方面来实现的根据第六方面的距离测量装置(10)中,距离计算单元(12)基于多个波接收时段(Tr1)中从波接收开始后时段至波接收结束前时段的一系列波接收时段(Tr1)来计算到目标(4)的距离。波接收开始后时段是第一次接收到测量波(W1)的多个波接收时段(Tr1)之一。波接收结束前时段是最后一次接收到测量波(W1)的多个波接收时段(Tr1)之一。
该方面减少了由于例如噪声引起的对目标(4)的错误检测。
在可以结合第一至第六方面中的任何一方面来实现的根据第七方面的距离测量装置(10)中,第一波接收器和第二波接收器中的每一个包括沿第一方向和正交于第一方向的第二方向布置的多个部分波接收器(像素311)。多个部分波接收器(311)中的沿第一方向彼此相邻的两个部分波接收器属于相互不同的波接收器(31)。多个部分波接收器(311)中的沿第二方向彼此相邻的两个部分波接收器属于相互不同的波接收器(31)。
换句话说,在可以结合第一至第六方面中的任何一方面来实现的根据第七方面的距离测量装置(10)中,多个波接收器(31)中的每一个包括沿第一方向和正交于第一方向的第二方向均匀布置的多个部分波接收器(像素311)。多个部分波接收器(311)中的每一个部分波接收器布置成使得部分波接收器(311)所属的波接收器(31)不同于沿第一方向和第二方向与前述部分波接收器(311)相邻的部分波接收器(311)所属的波接收器(31)。
该方面允许更精确地检测各种形状中的任何形状的目标(4)。
在可以结合第一至第六方面中的任一方面来实现的根据本发明的第八方面的距离测量装置(10)中,第一波接收器和第二接收器沿第一方向布置。第一波接收器和第二波接收器中的每一个包括沿与第一方向正交的第二方向布置的多个部分波接收器(像素311)。
换句话说,在可以结合第一至第六方面中的任一方面来实现的根据第八方面的距离测量装置(10)中,多个波接收器(31)沿第一方向布置。多个波接收器(31)中的每一个包括沿与第一方向正交的第二方向布置的多个部分波接收器(像素311)。
该方面有助于连接到多个部分波接收器(311)的互连线的布局。
根据第九方面的距离测量装置(10)要被连接到用于发射测量波(W1)的波发射模块(2)和包括多个波接收器(31)的波接收模块(3),多个波接收器(31)用于接收从目标(4)反射的测量波(W1)。在该距离测量装置(10)中,多个波接收器(31)接收测量波(W1)的各个波接收时段(Tr1)在时间轴上彼此重叠。在多个波接收时段(Tr1)的各自的开始时间之间设置有时间延迟。该时间延迟比多个波接收时段(Tr1)中的每一个波接收时段短。
换句话说,根据第九方面的距离测量装置(10)要被连接到用于间歇性地发射测量波(W1)的波发射模块(2)和包括多个波接收器(31)的波接收模块(3),多个波接收器(31)用于接收从目标(4)反射的测量波(W1)。距离测量装置(10)包括波接收控制单元(112)。波接收控制单元(112)针对多个波接收器(31)中的每一个波接收器在逐个的基础上控制多个波接收器(31)接收测量波(W1)的多个波接收时段(Tr1)。在测量时段(Tm1)中,该时段是从波发射模块(2)开始发射测量波(W1)与从波发射模块(2)开始发射下一个测量波(W1)之间的间隔,波接收控制单元(112)将多个波接收时段(Tr1)的各自的开始时间偏移比多个波接收时段(Tr1)中的每一个波接收时段短的时间延迟。
根据这方面,多个波接收时段的各自的开始时间彼此偏移。这允许在多个波接收时段的各自的开始时间之间的时间延迟内检测从目标(4)反射的测量波(W1)到达波接收模块(3)的定时。多个波接收时段(Tr1)的各自的开始时间之间的时间延迟比每一个波接收时段(Tr1)短。这允许距离测量装置(10)增大所测量的距离的分辨率。
在可以结合第九方面来实现的根据第十方面的距离测量装置(10)中,多个波接收器(31)与多个波接收时段(Tr1)一样多。
该方面有利于多个波接收器的逐个控制。
根据第十一方面的距离测量系统(1),包括:根据第一方面至第十方面中的任一方面的距离测量装置(10);波发射模块(2);以及波接收模块(3)。
根据该方面,多个波接收时段(Tr1)的各自的开始时间彼此偏移。这允许在多个波接收时段(Tr1)的各自的开始时间之间的时间延迟内检测从目标(4)反射的测量波(W1)到达波接收模块(3)的定时。多个波接收时段(Tr1)的各自的开始时间之间的时间延迟比每一个波接收时段(Tr1)短。这允许距离测量系统(1)增大所测量的距离的分辨率。
根据第十二方面的距离测量方法是用于基于从波发射模块(2)发射测量波(W1)与在波接收模块(3)的多个波接收器(31)处接收到从目标(4)反射的测量波(W1)之间的时间间隔来测量到目标(4)的距离的方法。距离测量方法包括针对多个波接收器(31)中的每一个波接收器在逐个的基础上控制多个波接收器(31)接收测量波(W1)的多个波接收时段(Tr1)。距离测量方法还包括将多个波接收时段(Tr1)的各自的开始时间偏移比多个波接收时段(Tr1)中的每一个波接收时段短的时间延迟。
换句话说,根据第十二方面的距离测量方法是一种用于基于从波发射模块(2)间歇性地发射测量波(W1)与在波接收模块(3)的多个波接收器(31)处接收到从目标(4)反射的测量波(W1)之间的时间间隔来测量到目标(4)的距离的方法。距离测量方法包括针对多个波接收器(31)中的每一个波接收器在逐个的基础上控制多个波接收器(31)接收测量波(W1)的多个波接收时段(Tr1)。距离测量方法还包括将多个波接收时段(Tr1)的各自的开始时间偏移比测量时段(Tm1)中的多个波接收时段(Tr1)中的每一个波接收时段短的时间延迟,测量时段(Tm1)为结束从波发射模块(2)发射测量波(W1)与开始从波发射模块(2)发射下一个测量波(W1)之间的间隔。
根据该方面,多个波接收时段(Tr1)的各自的开始时间彼此偏移。这允许在多个波接收时段(Tr1)的各自的开始时间之间的时间延迟内检测从目标(4)反射的测量波(W1)到达波接收模块(3)的定时。多个波接收时段(Tr1)的各自的开始时间之间的时间延迟比每一个波接收时段(Tr1)短。这允许距离测量方法增大所测量的距离的分辨率。
根据第十三方面的程序被设计为使计算机系统(1)执行根据第十二方面的距离测量方法。
该方面有助于增大所测量的距离的分辨率。
参考标记清单
1 距离测量系统
10 距离测量装置
112 波接收控制单元
12 距离计算单元
2 波发射模块
3 波接收模块
31 波接收器
311 像素(部分波接收器)
4 目标
W1 测量波
Tr1 波接收时段
Tm 测量时段
Claims (13)
1.一种距离测量装置,所述距离测量装置要被连接到波发射模块和波接收模块,所述波发射模块被配置为发射测量波,所述波接收模块包括第一波接收器和第二波接收器,所述第一波接收器和所述第二波接收器均被配置为接收从目标反射的所述测量波,
所述第一波接收器接收所述测量波的第一波接收时段与所述第二波接收器接收所述测量波的第二波接收时段在时间轴上彼此重叠,在所述第一波接收时段的开始时间与所述第二波接收时段的开始时间之间设置有时间延迟,所述时间延迟比所述第一波接收时段或所述第二波接收时段短。
2.根据权利要求1所述的距离测量装置,其中,
所述测量波是光。
3.根据权利要求1或2所述的距离测量装置,还包括:距离计算单元,所述距离计算单元被配置为基于所述第一波接收器的波接收结果和所述第二波接收器的波接收结果来计算到所述目标的距离。
4.根据权利要求3所述的距离测量装置,其中,
所述距离计算单元被配置为基于波接收开始后时段或波接收开始前时段中的至少之一来计算到所述目标的所述距离,所述波接收开始后时段是第一次接收到所述测量波的所述第一波接收时段或所述第二波接收时段,所述波接收开始前时段是在比所述波接收开始后时段的开始时间早一个单位的开始时间开始的波接收时段。
5.根据权利要求3所述的距离测量装置,其中,
所述距离计算单元被配置为基于波接收结束后时段或波接收结束前时段中的至少之一来计算到所述目标的所述距离,所述波接收结束后时段是在比接收到所述测量波的波接收时段晚的开始时间第一次开始的所述第一波接收时段或所述第二波接收时段,所述波接收结束前时段是在比所述波接收结束后时段的开始时间早一个单位的开始时间开始的波接收时段。
6.根据权利要求3所述的距离测量装置,其中,
所述距离计算单元被配置为基于从波接收开始后时段至波接收结束前时段的一系列波接收时段来计算到所述目标的所述距离,所述波接收开始后时段是第一次接收到所述测量波的所述第一波接收时段或所述第二波接收时段,所述波接收结束前时段是最后一次接收到所述测量波的所述第一波接收时段或所述第二波接收时段。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的距离测量装置,其中,
所述第一波接收器和所述第二波接收器中的每一个波接收器包括沿第一方向和正交于所述第一方向的第二方向布置的多个部分波接收器,
所述多个部分波接收器中的沿所述第一方向彼此相邻的两个部分波接收器属于相互不同的波接收器,并且
所述多个部分波接收器中的沿所述第二方向彼此相邻的两个部分波接收器属于相互不同的波接收器。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的距离测量装置,其中,
所述第一波接收器和所述第二波接收器沿第一方向布置,并且
所述第一波接收器和所述第二波接收器中的每一个波接收器包括沿正交于所述第一方向的第二方向布置的多个部分波接收器。
9.一种距离测量装置,所述距离测量装置要被连接到波发射模块和波接收模块,所述波发射模块被配置为发射测量波,所述波接收模块包括多个波接收器,所述多个波接收器被配置为接收从目标反射的所述测量波,
所述多个波接收器接收所述测量波的各个波接收时段在时间轴上彼此重叠,在所述多个波接收时段的各自的开始时间之间设置有时间延迟,所述时间延迟比所述多个波接收时段中的每一个波接收时段短。
10.根据权利要求9所述的距离测量装置,其中,
所述多个波接收器与所述多个波接收时段一样多。
11.一种距离测量系统,包括:
根据权利要求1至10中的任一项所述的距离测量装置;
所述波发射模块;以及
所述波接收模块。
12.一种距离测量方法,用于基于从波发射模块发射测量波与在波接收模块的多个波接收器处接收到从目标反射的所述测量波之间的时间间隔来测量到所述目标的距离,所述方法包括:
针对所述多个波接收器中的每一个波接收器在逐个的基础上控制所述多个波接收器接收所述测量波的多个波接收时段,以及
将所述多个波接收时段的各自的开始时间偏移比所述多个波接收时段中的每一个波接收时段短的时间延迟。
13.一种被设计为使计算机系统执行根据权利要求12所述的距离测量方法的程序。
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