CN114846355A - 测距装置 - Google Patents

Abstract

有关本公开的一技术方案的测距装置具备光源、光检测器和电路。上述电路使上述光源朝向对象物射出光脉冲，使上述光检测器在第1期间通过检测因上述光脉冲而产生的来自上述对象物的反射光脉冲而生成第1信号，上述第1期间包含从上述反射光脉冲的强度开始增加的第1时间点到上述增加结束的第2时间点为止的上升期间的至少一部分，并且包含上述第1时间点。上述电路使上述光检测器在第2期间通过检测上述反射光脉冲而生成第2信号，上述第2期间是上述第1期间结束后的期间，包含从上述反射光脉冲的上述强度开始减小的第3时间点到上述减小结束的第4时间点为止的下降期间的至少一部分，并且包含上述第4时间点。上述电路基于上述第1信号及上述第2信号，生成并输出表示从上述光检测器到上述对象物的距离的数据。

Description

测距装置

技术领域

本公开涉及测距装置。

背景技术

以往，提出了利用光的飞行时间推断到对象物的距离的被称作Time of Flight(TOF)的测距方式。在TOF方式中，从光源朝向对象物射出光脉冲，由脉冲驱动的传感器接受其返回光。此时，对应于到返回光到达传感器为止的时间，传感器的检测光量变动。因而，能够根据该检测光量的变动间接地推断光的飞行时间，能够计算到对象物的距离。提出了使TOF方式下的距离推断的精度提高的各种方法。例如，专利文献1公开了事前检测发光波形的占空比偏差，通过将其偏差量修正来提高测距精度的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017－32342号公报

发明内容

发明要解决的课题

本公开的目的是提供进一步提高使用光脉冲的基于TOF方式的测距的精度的技术。

用来解决课题的手段

有关本公开的一技术方案的测距装置具备：光源；光检测器；以及电路，对上述光源及上述光检测器进行控制。上述电路使上述光源朝向对象物射出光脉冲。上述电路使上述光检测器在第1期间通过检测因上述光脉冲而产生的来自上述对象物的反射光脉冲而生成第1信号，上述第1期间包含从上述反射光脉冲的强度开始增加的第1时间点到上述增加结束的第2时间点为止的上升期间的至少一部分，并且包含上述第1时间点。上述电路使上述光检测器在第2期间通过检测上述反射光脉冲而生成第2信号，上述第2期间是上述第1期间结束后的期间，包含从上述反射光脉冲的上述强度开始减小的第3时间点到上述减小结束的第4时间点为止的下降期间的至少一部分，并且包含上述第4时间点。上述电路基于上述第1信号及上述第2信号，生成并输出表示从上述光检测器到上述对象物的距离的数据。

有关本公开的另一技术方案的测距装置具备：光源；光检测器；以及电路，对上述光源及上述光检测器进行控制。上述电路使上述光源朝向对象物射出第1光脉冲及第2光脉冲。上述电路使上述光检测器在第1期间通过检测因上述第1光脉冲而产生的来自上述对象物的第1反射光脉冲而生成第1信号，上述第1期间包含从上述第1反射光脉冲的强度开始增加的第1时间点到上述增加结束的第2时间点为止的上升期间的至少一部分，并且包含上述第1时间点。上述电路使上述光检测器在第2期间通过检测因上述第2光脉冲而产生的来自上述对象物的第2反射光脉冲而生成第2信号，上述第2期间包含从上述第2反射光脉冲的强度开始减小的第3时间点到上述减小结束的第4时间点为止的下降期间的至少一部分，并且包含上述第4时间点。上述电路基于上述第1信号及上述第2信号，生成并输出表示从上述光检测器到上述对象物的距离的数据。

本公开的包含性或具体的形态也可以由系统、装置、方法、集成电路、计算机程序或计算机可读取的记录盘等记录介质实现，也可以由系统、装置、方法、集成电路、计算机程序及记录介质的任意的组合实现。计算机可读取的记录介质例如可以包括CD－ROM(Compact Disc-Read Only Memory)等非易失性记录介质。装置也可以由1个以上的装置构成。在装置由两个以上的装置构成的情况下，该两个以上的装置既可以配置在1个设备内，也可以分开配置在分离的两个以上的设备内。在本说明书及权利要求书中，“装置”不仅能够指1个装置，还能够指由多个装置构成的系统。

发明效果

根据本公开，能够以比以往更高的精度测量到对象物的距离。

附图说明

图1是表示实施方式1的测距装置拍摄对象物的状况的示意图。

图2是表示图像传感器的结构的一例的图。

图3A是表示发光脉冲、反射光脉冲及快门定时的一例的图。

图3B是表示发光脉冲、反射光脉冲及快门定时的另一例的图。

图3C是表示发光脉冲、反射光脉冲及快门定时的再另一例的图。

图3D是表示发光脉冲、反射光脉冲及快门定时的再另一例的图。

图4A是表示电子电路的动作的一例的流程图。

图4B是表示电子电路的动作的另一例的流程图。

图4C是表示电子电路的动作的再另一例的流程图。

图5是表示实施方式2的驱动方法的图。

图6是表示实施方式2的电子电路的动作的一例的流程图。

图7是表示测距装置利用于驾驶员的个人认证的例子的图。

图8A是表示具备测距装置的便携终端进行个人认证的例子的图。

图8B是表示具备测距装置的便携终端进行个人认证的例子的另一图。

图9是表示测距装置除了测距以外还检测在对象者的皮肤的内部被散射的光的成分的例子的图。

图10是表示图9所示的例子中的电子电路的动作的例子的流程图。

图11A是表示使用测距信息和生物体信息进行个人认证的例子的图。

图11B是表示使用测距信息和生物体信息进行个人认证的例子的另一图。

图12是表示实施例中的脸的测距结果的图。

图13是表示比较例中的脸的测距结果的图。

具体实施方式

(项目1)

有关本公开的项目1的测距装置具备：光源；光检测器；以及电路，对上述光源及上述光检测器进行控制。上述电路使上述光源朝向对象物射出光脉冲。上述电路使上述光检测器在第1期间通过检测因上述光脉冲而产生的来自上述对象物的反射光脉冲而生成第1信号，上述第1期间包含从上述反射光脉冲的强度开始增加的第1时间点到上述增加结束的第2时间点为止的上升期间的至少一部分，并且包含上述第1时间点。上述电路使上述光检测器在第2期间通过检测上述反射光脉冲而生成第2信号，上述第2期间是上述第1期间结束后的期间，包含从上述反射光脉冲的上述强度开始减小的第3时间点到上述减小结束的第4时间点为止的下降期间的至少一部分，并且包含上述第4时间点。上述电路基于上述第1信号及上述第2信号，生成并输出表示从上述光检测器到上述对象物的距离的数据。

(项目2)

在项目1所记载的测距装置中，也可以是，上述第1期间比上述第1时间点与上述第4时间点的中点靠前结束；上述第2期间比上述中点靠后开始。

(项目3)

在项目1或2所记载的测距装置中，也可以是，上述光脉冲的脉冲宽度是3ns以上且30ns以下。

(项目4)

在项目1至3中任一项所记载的测距装置中，也可以是，当设从开始上述光脉冲的射出到上述第1期间结束为止的时间为t1、从开始上述光脉冲的射出到上述第2期间开始为止的时间为t2、上述光脉冲的脉冲宽度为T0时，满足T0/3<(t2－t1)<T0。

(项目5)

在项目1至4中任一项所记载的测距装置中，也可以是，上述第1期间比上述第2时间点靠前结束；上述第2期间比上述第3时间点靠后开始。

(项目6)

在项目1至5中任一项所记载的测距装置中，也可以是，上述第1期间开始的定时与上述光脉冲的射出开始的定时不同；或者上述第2期间开始的定时与上述光脉冲的射出结束的定时不同。

(项目7)

有关本公开的项目7的测距装置具备：光源；光检测器；以及电路，对上述光源及上述光检测器进行控制。上述电路使上述光源朝向对象物射出第1光脉冲及第2光脉冲。上述电路使上述光检测器在第1期间通过检测因上述第1光脉冲而产生的来自上述对象物的第1反射光脉冲而生成第1信号，上述第1期间包含从上述第1反射光脉冲的强度开始增加的第1时间点到上述增加结束的第2时间点为止的上升期间的至少一部分，并且包含上述第1时间点。上述电路使上述光检测器在第2期间通过检测因上述第2光脉冲而产生的来自上述对象物的第2反射光脉冲而生成第2信号，上述第2期间包含从上述第2反射光脉冲的强度开始减小的第3时间点到上述减小结束的第4时间点为止的第1下降期间的至少一部分，并且包含上述第4时间点。上述电路基于上述第1信号及上述第2信号，生成并输出表示从上述光检测器到上述对象物的距离的数据。

(项目8)

在项目7所记载的测距装置中，也可以是，上述第1期间比上述第1时间点与上述第1反射光脉冲的上述强度的减小结束的时间点的中点靠前结束；上述第2期间比上述第2反射光脉冲的上述强度的增加开始的时间点与上述第4时间点的中点靠后开始。

(项目9)

在项目7或8所记载的测距装置中，也可以是，上述第1光脉冲及上述第2光脉冲各自的脉冲宽度是3ns以上且30ns以下。

(项目10)

在项目7至9中任一项所记载的测距装置中，也可以是，当设从开始上述第1光脉冲的射出到上述第1期间结束为止的时间为t1、从开始上述第2光脉冲的射出到上述第2期间开始为止的时间为t2、上述第1光脉冲及上述第2光脉冲各自的脉冲宽度为T0时，满足T0/3<(t2－t1)<T0。

(项目11)

在项目7至10中任一项所记载的测距装置中，也可以是，上述第1期间比上述第2时间点靠前结束；上述第2期间比上述第3时间点靠后开始。

(项目12)

在项目7～11中任一项所记载的测距装置中，也可以是，上述第1期间开始的定时与上述第1光脉冲的射出开始的定时不同；或者上述第2期间开始的定时与上述第2光脉冲的射出结束的定时不同。

(项目13)

在项目7至12中任一项所记载的测距装置中，也可以是，上述对象物是生物体；上述光源朝向上述对象物还射出第3光脉冲；上述光检测器还检测起因于从上述对象物返回来的上述第3光脉冲的第3反射光脉冲；上述电路使上述光检测器在第3期间中检测上述第3反射光脉冲而输出第3信号，上述第3期间包含从上述第3反射光脉冲的强度开始减小的第5时间点到上述减小结束的第6时间点为止的第2下降期间的至少一部分，并且包含上述第6时间点；从上述第3期间的开始到上述第6时间点为止的长度比从上述第2期间的开始到上述第4时间点为止的长度短；上述电路基于上述第3信号，生成并输出上述对象物的生物体信息。

(项目14)

有关本公开的项目14的信号处理装置具备：1个以上的处理器；以及存储器，保存由上述1个以上的处理器执行的计算机程序；上述1个以上的处理器通过执行上述计算机程序，使光源朝向对象物射出光脉冲；使光检测器在第1期间通过检测从因上述光脉冲而产生的来自上述对象物的反射光脉冲而生成第1信号，上述第1期间包含从上述反射光脉冲的强度开始增加的第1时间点到上述增加结束的第2时间点为止的上升期间的至少一部分，并且包含上述第1时间点；使上述光检测器在第2期间中通过检测上述反射光脉冲而生成第2信号，上述第2期间是上述第1期间结束后的期间，包含从上述反射光脉冲的上述强度开始减小的第3时间点到上述减小结束的第4时间点为止的下降期间的至少一部分，并且包含上述第4时间点；基于上述第1信号及上述第2信号，生成并输出表示从上述光检测器到上述对象物的距离的数据。

(项目15)

有关本公开的项目15的信号处理装置具备：1个以上的处理器；以及存储器，保存由上述1个以上的处理器执行的计算机程序；上述1个以上的处理器通过执行上述计算机程序，使光源朝向对象物射出第1光脉冲及第2光脉冲；使光检测器在第1期间通过检测因上述第1光脉冲而产生的来自上述对象物的第1反射光脉冲而生成第1信号，上述第1期间包含从上述第1反射光脉冲的强度开始增加的第1时间点到上述增加结束的第2时间点为止的上升期间的至少一部分，并且包含上述第1时间点；使上述光检测器在第2期间通过检测因上述第2光脉冲而产生的来自上述对象物的第2反射光脉冲而生成第2信号，上述第2期间包含从上述第2反射光脉冲的强度开始减小的第3时间点到上述减小结束的第4时间点为止的下降期间的至少一部分，并且包含上述第4时间点；基于上述第1信号及上述第2信号，生成并输出表示从上述光检测器到上述对象物的距离的数据。

(项目16)

有关本公开的项目16的计算机程序，使计算机执行动作，该动作包括：使光源朝向对象物射出光脉冲；使光检测器在第1期间通过检测因上述光脉冲而产生的来自上述对象物的反射光脉冲而生成第1信号，上述第1期间包含从上述反射光脉冲的强度开始增加的第1时间点到上述增加结束的第2时间点为止的上升期间的至少一部分，并且包含上述第1时间点；使上述光检测器在第2期间通过检测上述反射光脉冲而生成第2信号，上述第2期间是上述第1期间结束后的期间，包含从上述反射光脉冲的上述强度开始减小的第3时间点到上述减小结束的第4时间点为止的下降期间的至少一部分，并且包含上述第4时间点；以及基于上述第1信号及上述第2信号，生成并输出表示从上述光检测器到上述对象物的距离的数据。

(项目17)

有关本公开的项目17的计算机程序，使计算机执行动作，该动作包括：使光源朝向对象物射出第1光脉冲及第2光脉冲；使光检测器在第1期间通过检测因上述第1光脉冲而产生的来自上述对象物的第1反射光脉冲而生成第1信号，上述第1期间包含从上述第1反射光脉冲的强度开始增加的第1时间点到上述增加结束的第2时间点为止的上升期间的至少一部分，并且包含上述第1时间点；使上述光检测器在第2期间通过检测因上述第2光脉冲而产生的来自上述对象物的第2反射光脉冲而生成第2信号，上述第2期间包含从上述第2反射光脉冲的强度开始减小的第3时间点到上述减小结束的第4时间点为止的下降期间的至少一部分，并且包含上述第4时间点；基于上述第1信号及上述第2信号，生成并输出表示从上述光检测器到上述对象物的距离的数据。

(项目18)

有关本公开的项目18的计算机可读取的非暂时性的记录介质记录有项目16所记载的计算机程序。

(项目19)

有关本公开的项目19的计算机可读取的非暂时性的记录介质记录有项目17所记载的计算机程序。

以下说明的实施方式都表示包含性或具体的例子。在以下的实施方式中表示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态、步骤、步骤的顺序等是一例，不是限定本公开的意思。关于以下的实施方式的构成要素中的、在表示最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，设为任意的构成要素进行说明。各图是示意图，并不一定是严密地图示的。进而，在各图中，对于实质上相同或类似的构成要素赋予相同的标号。有将重复的说明省略或简略化的情况。

在本公开中，电路、单元、装置、部件或部的全部或一部分、或框图中的功能块的全部或一部分例如也可以由包括半导体装置、半导体集成电路(IC)或LSI(large scaleintegration)的1个或多个电子电路执行。LSI或IC既可以集成到1个芯片上，也可以将多个芯片组合而构成。例如，也可以将存储元件以外的功能块集成到1个芯片上。这里称作LSI或IC，但根据集成的程度而叫法变化，也可以称作系统LSI、VLSI(very large scaleintegration)或ULSI(ultra large scale integration)。也可以以相同的目的使用可在LSI的制造后编程的Field Programmable Gate Array(FPGA)、或能够进行LSI内部的接合关系的重构或LSI内部的电路划分的设置的reconfigurable logic device。

进而，电路、单元、装置、部件或部的全部或一部分的功能或操作可以通过软件处理来执行。在此情况下，将软件记录到1个或多个ROM、光盘、硬盘驱动器等的非暂时性记录介质中，在软件被处理装置(processor)执行时，由该软件确定的功能被处理装置(processor)及周边装置执行。系统或装置也可以具备记录有软件的1个或多个非暂时性记录介质、处理装置(processor)及需要的硬件设备、例如接口。

首先，说明本公开的实施方式的概要。

本公开的例示性的实施方式的测距装置具备光源、光检测器和对上述光源及上述光检测器进行控制的电路。上述电路执行以下的(a)到(d)的动作。

(a)使上述光源射出光脉冲。

(b)使上述光检测器在第1期间通过检测因上述光脉冲而产生的来自对象物的反射光脉冲而生成第1信号，上述第1期间包含从上述反射光脉冲的强度开始增加的第1时间点到增加结束的第2时间点为止的上升期间的至少一部分，并且包含上述第1时间点。

(c)使上述光检测器在第2期间通过检测上述反射光脉冲而生成第2信号，上述第2期间是上述第1期间结束后的期间，包含从上述反射光脉冲的强度开始减小的第3时间点到减小结束的第4时间点为止的下降期间的至少一部分，并且包含上述第4时间点。

(d)基于上述第1信号及上述第2信号，生成并输出表示到上述对象物的距离的数据。

根据上述的结构，光检测器生成：第1信号，表示包含反射光脉冲的前端的前端部分的成分，该反射光脉冲的前端至少包含该反射光脉冲的上升期间开始的第1时间点；以及第2信号，表示包含该反射光脉冲的后端的后端部分的成分，该反射光脉冲的后端至少包含该反射光脉冲的下降期间结束的第4时间点。并且，上述电路基于第1信号及第2信号，计算或推断到对象物的距离。通过这样的动作，如后面详细地说明那样，能够使测距精度提高。

上述第1期间也可以比上述第1时间点与上述第4时间点的中点靠前结束。上述第2期间也可以比上述中点靠后开始。由此，反射光脉冲的强度高的中点的成分不会包含于第1信号及第2信号中。因此，能够使测距精度进一步提高。

上述光脉冲的脉冲宽度例如可以设定为3ns以上且30ns以下。这里，光脉冲的脉冲宽度是指从该光脉冲的上升的开始时间点到下降的结束时间点为止的时间长度。该脉冲宽度也可以小于3ns或超过30ns。

当设从开始上述光脉冲的射出到上述第1期间结束为止的时间为t1、从开始上述光脉冲的射出到上述第2期间开始为止的时间为t2、上述光脉冲的脉冲宽度为T0时，也可以满足T0/3<(t2－t1)<T0。或者，也可以满足T0/2<(t2－t1)<T0。在满足这样的条件的情况下，能够使测距精度进一步提高。

本公开的另一实施方式的测距装置具备光源、光检测器和对上述光源及上述光检测器进行控制的电路。上述电路执行以下的(a’)到(d’)的动作。

(a’)使上述光源射出第1光脉冲及第2光脉冲。

(b’)使上述光检测器在第1期间通过检测因上述第1光脉冲而产生的来自对象物的第1反射光脉冲而生成第1信号，上述第1期间包含从上述第1反射光脉冲的强度开始增加的第1时间点到增加结束的第2时间点为止的上升期间的至少一部分，并且包含上述第1时间点。

(c’)使上述光检测器在第2期间通过检测因上述第2光脉冲而产生的来自上述对象物的第2反射光脉冲而生成第2信号，上述第2期间包含从上述第2反射光脉冲的强度开始减小的第3时间点到减小结束的第4时间点为止的下降期间的至少一部分，并且包含上述第4时间点。

(d’)基于上述第1信号及上述第2信号，生成并输出表示到上述对象物的距离的数据。

根据上述的结构，光检测器生成：第1信号，表示至少包含第1反射光脉冲的上升期间开始的第1时间点的该第1反射光脉冲的前端部分的成分；以及第2信号，表示至少包含第2反射光脉冲的下降期间结束的第4时间点的该第2反射光脉冲的后端部分的成分。并且，上述电路基于第1信号及第2信号，计算或推断到对象物的距离。通过这样的动作，如后述那样能够使测距精度提高。

上述第1期间也可以比上述第1时间点与上述第1反射光脉冲的强度的减小结束的时间点的中点靠前结束。上述第2期间也可以比从上述第2反射光脉冲的强度的增加开始的时间点与上述第4时间点的中点靠后开始。由此，反射光脉冲的强度高的中点的成分不会包含于第1信号及第2信号中。因此，能够使测距精度进一步提高。

上述第1光脉冲及上述第2光脉冲各自的脉冲宽度例如可以设定为3ns以上且30ns以下。各光脉冲的脉冲宽度也可以设定为上述的范围外的值。

当设从开始上述第1光脉冲的射出到上述第1期间结束为止的时间为t1、从开始上述第2光脉冲的射出到上述第2期间开始为止的时间为t2、上述光脉冲的脉冲宽度为T0时，也可以满足T0/3<(t2－t1)<T0。或者，也可以满足T0/2<(t2－t1)<T0。在满足这样的条件的情况下，能够使测距精度进一步提高。

上述对象物例如可以是生物体。生物体包括人及动物。在某例子中，对象物是人的头部，电路生成表示人的脸的距离分布的数据。

上述光源也可以朝向上述对象物还射出第3光脉冲。上述光检测器也可以还检测起因于从上述对象物返回来的上述第3光脉冲的第3反射光脉冲。上述电路也可以使上述光检测器在第3期间检测上述第3反射光脉冲而输出第3信号，上述第3期间包含从上述第3反射光脉冲的强度开始减小的第5时间点到减小结束的第6时间点为止的下降期间的至少一部分，并且包含上述第6时间点。从上述第3期间的开始到上述第6时间点为止的长度可以设定为比从上述第2期间的开始到上述第4时间点为止的长度短的值。上述电路也可以基于上述第3信号，生成并输出上述对象物的生物体信息。

根据上述的结构，能够不仅基于对象者的距离信息、还基于第3反射光脉冲的后端的成分，以高精度取得生物体信息。反射光脉冲的后端的成分中包含在对象者的皮肤的内部散射回来的光的成分。通过检测这样的成分，能够取得例如对象者的血管的分布等生物体信息。

本公开的另一实施方式的信号处理装置具备1个以上的处理器、以及保存由上述1个以上的处理器执行的计算机程序的存储器。上述处理器也可以通过执行上述计算机程序来执行上述的任一例子中的电路的功能。

本公开包括规定上述的电路的功能的计算机程序以及上述的电路执行的控制方法。

以下，参照附图说明本公开的更具体的实施方式。

(实施方式1)

[1.结构]

首先，说明有关实施方式1的测距装置100的结构。

图1是表示有关本实施方式的测距装置100的示意图。测距装置100具备光源110、图像传感器120和电子电路130。图像传感器120包括光电变换部122和电荷积蓄部124。电子电路130包括控制电路132、信号处理电路134和存储器136。在图1中还表示了由测距装置100进行的测距的对象物50。对象物50在本实施方式中是人的头部。对象物50并不限于人的头部，可以是任意的物体。

[1－1.光源110]

光源110向对象物50照射光。从光源110照射并到达了对象物50的光由对象物50反射而其一部分到达图像传感器120。光源110使光脉冲以规定的时间间隔或定时产生多次。

本实施方式的测距装置100由于对象物50是人，所以可以使用考虑对视网膜的影响而设计的光源110。例如，可以使用满足由各国制定的激光安全基准的等级1的光源110。在此情况下，辐射放射极限(AEL)低于1mW的程度的低照度的光被照射到对象物50。但是，光源110自身也可以不满足等级1。例如，也可以通过将扩散板或ND滤光器设置在光源110之前使光扩散或衰减，来满足激光安全基准的等级1。

光源110例如可以是由通用的半导体激光器形成的光源。在以低电压驱动通用的半导体激光器的情况下，如果使脉冲宽度过短，则光的点亮及熄灭的驱动难以跟随。因此，按每次脉冲发光而成为不同的发光波形，容易呈现不稳定的动态，容易引起测距结果的偏差。为了使用通用的半导体激光器得到稳定的波形，例如可以对光源110进行控制，以使得发出脉冲宽度为3ns以上的光脉冲。或者，为了进一步使其稳定，光源110也可以发出脉冲宽度5ns以上、进而10ns以上的光脉冲。另一方面，在脉冲宽度过大的情况下，快门关闭时的向电荷积蓄部124的光流出、即寄生光敏度(Parasitic Light Sensitivity：PLS)变大，有可能引起测距误差。所以，可以对光源110进行控制，以使其产生例如脉冲宽度50ns以下的光脉冲。或者，光源110也可以发出脉冲宽度30ns以下、进而20ns以下的光脉冲。

另外，作为光源110的照射样式，可以选择在照射区域内为均匀的强度分布的样式。这是因为，在此情况下，能够以在空间上同等的照度向对象物50照射光，并且在图像传感器120的哪个像素中都能够使检测信号的强度包含在动态范围内。

[1－2.图像传感器120]

图像传感器120是接受从光源110射出并从对象物50反射的光的光检测器的一例。图像传感器120具有二维地配置的多个光检测单元，能够一次取得对象物50的二维信息。图像传感器120例如可以是CCD图像传感器或CMOS图像传感器等的任意的摄像元件。本公开的光检测器并不限于具有二维地排列的多个光检测单元的传感器，也可以是具有例如一维地排列的多个光检测单元的传感器。此外，在只要仅能够取得1点的距离信息就足够的用途中，也可以使用具有光电探测器(photo detector)等的单一的光检测元件的光检测器。

本实施方式的图像传感器120具备电子快门。电子快门是对曝光的定时进行控制的电路。电子快门对将接受的光变换为有效的电信号并积蓄的1次的信号积蓄期间和将信号积蓄停止的期间进行控制。信号积蓄期间也可以称作“曝光期间”。有将1次的曝光期间结束到下一个曝光期间开始为止的时间称作“非曝光期间”的情况。以下，有将正在曝光的状态表现为“OPEN(打开)”、将停止了曝光的状态表现为“CLOSE(关闭)”的情况。

图像传感器120通过电子快门，能够在亚纳秒、例如30ps到1ns的范围中调整曝光期间及非曝光期间。控制电路132使光源110多次发出光脉冲，与其同步地使图像传感器120多次曝光。由此，将信号跨多次累积，能够使灵敏度提高。

以下，说明图像传感器120的结构例。

图像传感器120具备二维地排列在摄像面上的多个光检测单元。在本说明书中，将光检测单元也称作“像素”。各像素具备例如光电二极管等的光电变换元件和1个以上的电荷积蓄部。

图2是表示图像传感器120的结构的一例的图。在图2中，由双点划线的框包围的区域相当于1个像素201。像素201中包括未图示的1个光电二极管。图2中仅表示了排列为2行2列的4个像素，但实际上可以配置更多个像素。各像素201包括4个浮动扩散层204、205、206及207。将积蓄在4个浮动扩散层204、205、206及207中的信号如通常的CMOS图像传感器的4个像素的信号那样处置，从图像传感器120输出。

各像素201具有4个信号检测电路。各信号检测电路包括源极跟随器晶体管309、行选择晶体管308和复位晶体管310。各晶体管例如是形成在半导体基板上的场效应晶体管，但并不限定于此。如图示那样，源极跟随器晶体管309的输入端子及输出端子中的一方与行选择晶体管308的输入端子及输出端子中的一方连接。源极跟随器晶体管309的输入端子及输出端子中的上述一方典型的是源极。行选择晶体管308的输入端子及输出端子中的上述一方典型的是漏极。源极跟随器晶体管309的作为控制端子的栅极与未图示的光电二极管连接。由光电二极管所生成的空穴或电子带来的信号电荷被积蓄在作为光电二极管与源极跟随器晶体管309之间的电荷积蓄部的浮动扩散层204中。

虽然在图2中没有表示，但浮动扩散层204至207与未图示的光电二极管连接。在光电二极管与各个浮动扩散层204至207之间可以设置开关。该开关根据来自控制电路132的控制信号，切换光电二极管与各个浮动扩散层204至207之间的导通状态。由此，对向各个浮动扩散层204至207的信号电荷的积蓄的开始和停止进行控制。本实施方式的电子快门具有用于这样的曝光控制的机构。

积蓄在各浮动扩散层中的信号电荷通过由行选择电路302将行选择晶体管308的栅极设为导通而被读出。此时，根据该浮动扩散层的信号电位，从源极跟随器电源305向源极跟随器晶体管309及源极跟随器负载306流入的电流被放大。由从垂直信号线304读出的该电流形成的模拟信号由按每个列连接的模拟－数字(AD)变换电路307变换为数字信号数据。该数字信号数据由列选择电路303按每个列读出，从图像传感器120输出。行选择电路302及列选择电路303在进行1个行的读出后，进行下一行的读出，以下同样，读出全部的行的浮动扩散层的信号电荷的信息。控制电路132在读出全部的信号电荷后，通过将复位晶体管310的栅极设为导通，将全部的浮动扩散层复位。由此，1个帧的拍摄完成。以下同样，通过反复进行帧的高速拍摄，由图像传感器120进行的一系列的帧的拍摄结束。

在本实施方式中，说明了CMOS型的图像传感器120的例子，但图像传感器120也可以是其他种类的摄像元件。图像传感器120例如也可以是CCD型，也可以是单一光子计数型元件，也可以是EMCCD或ICCD等的放大型图像传感器。此外，也可以代替图像传感器120而使用具备单个像素的传感器。在使用单像素的传感器的情况下，距离测量仅能够对1点进行，但能够进行高速的速率的距离检测。

[1－3.电子电路130]

电子电路130包括控制电路132、信号处理电路134和存储器136等的记录介质。控制电路132对光源110的光脉冲的射出定时与图像传感器120的快门定时的时间差进行调整。在本说明书中，有将该时间差称作“相位差”的情况。光源110的“射出定时”是指从光源20射出的光脉冲开始上升的定时。“快门定时”是指开始曝光的定时。

控制电路132也可以构成为，从由图像传感器120的各像素检测到的信号去除偏移成分。偏移成分是由太阳光或荧光灯等的环境光、或干扰光带来的信号成分。在将光源110的驱动设为关闭而不从光源110射出光的状态下，通过由图像传感器120检测信号，来估计由环境光或干扰光带来的偏移成分。

控制电路132例如可以是中央运算处理装置(CPU)等的处理器、或者内置处理器及存储器的微控制器等的集成电路。控制电路132例如通过由处理器执行记录在存储器136中的计算机程序，例如进行射出定时和快门定时的调整。

信号处理电路134是对从图像传感器120输出的图像信号进行处理的电路。信号处理电路134进行图像处理等的运算处理。信号处理电路134例如可以由数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)等的可编程逻辑器件(PLD)、或者中央运算处理装置(CPU)或图像处理用运算处理器(GPU)实现。信号处理电路134通过由处理器执行保存在存储器136中的计算机程序，执行后述的处理。控制电路132及信号处理电路134既可以是被整合的1个电路，也可以是分离的单独的电路。信号处理电路134例如也可以是设在远程地的服务器等的外部装置的构成要素。在此情况下，服务器等的外部装置通过无线通信或有线通信，与具备光源110、图像传感器120及控制电路132的测距装置相互进行数据的收发。信号处理电路134基于从图像传感器120输出的信号，执行求出相对于测距装置100位于规定的距离量程内的对象物50的详细的距离的处理。信号处理电路134也可以在该处理之前进行由干扰光带来的偏移成分的估计及偏移成分的除去。

[2.测距运算]

以下，说明本实施方式的电子电路130执行的测距运算的方法的例子。

图3A是表示发光脉冲、反射光脉冲及快门定时的一例的图。在图3A所示的例子中，测距装置100从光源110射出矩形状的发光脉冲Ie。为了形成矩形状的脉冲，例如可以使用时间响应特性陡峭的激光二极管(LD)等光源作为光源110。由此，例如能够射出上升期间及下降期间为2ns以下的发光脉冲Ie及反射光脉冲Ir。此外，能够射出上升期间及下降期间为1ns以下的发光脉冲Ie及反射光脉冲Ir。通过射出矩形的发光脉冲Ie，能够使检测光量的变化与距离变化的关系成为线性的。发光脉冲Ie在被对象物50反射后，作为反射光脉冲Ir而到达图像传感器120。控制电路132在反射光脉冲Ir向图像传感器120入射的期间，对图像传感器120进行控制，以使其在两个不同的曝光期间执行曝光。第1曝光期间在反射光脉冲Ir到达图像传感器120之前开始，在包括反射光脉冲Ir的前端的前端部分的电荷积蓄开始后停止。第2曝光期间在反射光脉冲Ir到达图像传感器120后开始，在反射光脉冲Ir的后端到达图像传感器120后停止。在该例中，第1曝光期间与第2曝光期间没有重叠。即，在第1曝光期间结束后开始第2曝光期间。这里，设发光脉冲及反射光脉冲的时间宽度为T0、从光源110开始光脉冲的射出到第1曝光期间结束为止的时间为t1、从光源110开始光脉冲的射出到开始第2曝光期间为止的时间为t2。在本实施方式中，0<t2－t1<T0成立。控制电路132向光源110发送使发光脉冲Ie的射出开始的控制信号，向图像传感器120发送使第1曝光期间开始的控制信号。此时，有可能一方的控制信号成为另一方控制信号的噪声。因此，为了抑制该噪声，也可以使发送使发光脉冲Ie的射出开始的控制信号的定时与向图像传感器120发送使第1曝光期间开始的控制信号的定时不同。换言之，制电路132也可以对光源110和图像传感器120进行控制，以使第1曝光期间开始的定时与开始发光脉冲的射出的定时不同。同样，控制电路132也可以对光源110和图像传感器120进行控制，以使第2曝光期间开始的定时与发光脉冲的射出结束的定时不同。

通过上述的动作，在第1曝光期间积蓄通过包括反射光脉冲Ir的前端的前端部分的曝光而产生的电荷。另一方面，在第2曝光期间积蓄通过包括反射光脉冲Ir的后端的后端部分的曝光而产生的电荷。设表示在第1曝光期间积蓄的电荷量的信号为S1，设表示在第2曝光期间积蓄的电荷量的信号为S2。信号S1及S2各自的强度根据对象物50与图像传感器120之间的距离z而变动。距离z可以使用以下的(数式1)来推断。

[数式1]

这里，c(≈3.0×10⁸m/s)表示光速。

根据(数式1)可知，分母中的S1与S2之和相对于反射光脉冲的相位变化而言一定。通过使用(数式1)，能够使距离z相对于S2的变化而线性地变化。在本实施方式中，将第1及第2曝光期间的定时设定为，分别取得反射光脉冲Ir的前端部分及后端部分的成分。由此，使相对于对象物50的距离变化的S1及S2的变化最大化，能够提高距离解析力。根据(数式1)，本方式的测距误差σz可以使用S1、S2的检测误差σs1、σs2通过以下的(数式2)的计算来计算。

[数式2]

根据(数式2)可知，通过减小T0－(t2－t1)，能够减小测距误差σz。在本实施方式中，通过将第1曝光期间及第2曝光期间设定为分别取得反射光脉冲Ir的前端部分及后端部分的成分，能够减小T0－(t2－t1)，减小测距误差。

这里，“取得反射光脉冲Ir的前端部分的成分”，是指检测反射光脉冲Ir的上升期间的至少一部分的成分。此外，“取得反射光脉冲Ir的后端部分的成分”，是指检测反射光脉冲Ir的下降期间的至少一部分的成分。在本实施方式中，将到达了光检测器的反射光脉冲Ir的强度开始增加的时间点称作“第1时间点”，将反射光脉冲Ir的强度结束增加的时间点称作“第2时间点”，将反射光脉冲Ir的强度开始减小的时间点称作“第3时间点”，将反射光脉冲Ir的强度结束减小的时间点称作“第4时间点”。第1曝光期间包含第1时间点，第2曝光期间包含第4时间点。这样，在本实施方式中，第1曝光期间包含反射光脉冲Ir的上升开始时间点，第2曝光期间包含反射光脉冲Ir的下降结束时间点。通过这样控制各曝光期间，能够使测距精度提高。

(数式2)所示的测距运算特别在检测误差σs1、σs2起因于光源110的照度变动的情况下更有效。这是因为，与散粒噪声那样的与S1及S2的平方根成比例的误差相比，(数式2)的右边的对于信号S1及S2的依赖性下降，对于T0－(t2－t1)的依赖性变高。这缘于由照度变动引起的误差与S1及S2成比例。

因而，在本实施方式中，控制电路132为了取得反射光脉冲Ir的前端部分及后端部分的成分，对图像传感器120进行控制以满足0<t2－t1<T0。控制电路132也可以对图像传感器120进行控制以满足T0/3<t2－t1<T0或T0/2<t2－t1<T0。通过这样的控制，能够进一步提高测距精度。这样，从测距解析力的观点看，S1及S2都为反射光脉冲Ir的端部的成分是有效的。因此，第1曝光期间及第2曝光期间可以分别被设定为，使得不包含反射光脉冲Ir的中点或峰值。这里，中点是指反射光脉冲Ir的上升开始点与下降结束点之间的点。通过以不包含中点或峰值的方式积蓄反射光脉冲Ir的两端部分的成分的电荷，能够进行更高精度的测距。

通过减小脉冲宽度T0，也有测距精度提高的效果，但如果使发光脉冲变短，则脉冲形状难以稳定，所以减小T0是有限的。脉冲宽度T0例如可以被设定为3ns以上，在某例子中可以被设定为5ns以上。与减小脉冲宽度T0相比，增大第1及第2曝光期间之间的时间差(t2－t1)时，电子快门的追随性更高，能够更稳定地驱动图像传感器120。

表示反射光脉冲Ir的前端部分的成分的信号S1在对象物50的距离接近的情况下，由于照度的增加和因相位移位带来的光量增加这两者的原因而检测信号值变高，所以容易饱和。因而，也可以将第1及第2曝光期间设定为，使得成为S1<S2。在此情况下，反射光脉冲Ir的后端部分的成分由于照度变化和相位变化拥有相反的特性，所以相互抵消，不易发生S2相对于距离变动的变化。因而，S2与S1相比在距离变化的情况下也能够维持在动态范围内的可能性高，所以饱和的风险小。

图3B是表示测距装置100的另一驱动方法的例子的图。该例子中的测距装置100对每1个反射光脉冲Ir进行1次快门的驱动。因而，能够进行为了提高反射光脉冲Ir的前端部分及后端部分各自的急剧性而特制的电路设计，能够进一步提高测距精度。测距装置100也可以具备与第1及第2曝光期间分别对应的两个光源110。

图3C是表示发光脉冲、反射光脉冲及快门定时的再另一例的图。在该例子中，第1及第2曝光期间分别比反射光脉冲Ir的脉冲宽度短。这样，通过将第1及第2曝光期间分别缩短，能够减小暗电流噪声及固定样式噪声。

图3D是表示发光脉冲、反射光脉冲及快门定时的再另一例的图。该例子中的光源110射出具有峰值的发光脉冲Ie。第1曝光期间在反射光脉冲Ir的上升期间的开始前开始，在上升期间的中途结束。第2曝光期间在反射光脉冲Ir的下降期间的中途开始，在下降期间结束后结束。即，在反射光脉冲Ir的前端侧的倾斜部，第1曝光期间结束，在反射光脉冲Ir的后端侧的倾斜部，第2曝光期间开始。换言之，第1曝光期间比第2时间点靠前结束，第2曝光期间比第3时间点靠后开始。通过这样的控制，相对于伴随于对象物50的距离变化的反射光脉冲Ir的相位变化，检测出的光量的变化变得敏感，距离检测灵敏度变高。倾斜越陡，光量变化率越大。这样的控制在噪声成分的支配性的原因不是相位变动而是散粒噪声或发光照度变动的情况下特别有效。这是因为，散粒噪声及发光照度变动与快门定时的偏离不相关。在图3D所示的例子中，控制电路132也将第1及第2快门开放期间调整为，使得检测出的信号包含反射光脉冲Ir的两端的成分而不包含峰值部的成分。由此，能够提高距离解析力。在该例子中，与图3A的例子相比，反射光脉冲Ir的前端部及后端部中的强度变化不需要急剧。因此，可以使用LED等的脉冲的上升及下降不急剧的光源作为光源110。例如通过使用LED作为光源110，产生发光强度的增大、安全性的提高及成本降低等的优点。另外，在图3D的例子中，发光脉冲Ie及反射光脉冲Ir具有接近于三角波的波形，但它们的波形也可以是其他的形状。例如，发光脉冲Ie及反射光脉冲Ir也可以具有接近于梯形波的波形。

在图3A至图3D的各例子中，第1曝光期间包含反射光脉冲Ir的刚上升后的时间点，第2曝光期间包含反射光脉冲Ir的下降结束的时间点。通过这样控制各曝光期间，能够将相对于对象物50的距离变化的、S1及S2的光量变化保持得较大。例如，假设从测距装置100到对象物50的距离相对于基准距离缩短了。在此情况下，由于反射光脉冲Ir较早地到达图像传感器120，所以图3A至图3D所示的反射光脉冲Ir的波形向左移位。此时，假如第1曝光期间不包含来自基准距离的反射光脉冲Ir的上升开始时间点而被设定在上升开始后，则不发生S1的光量变化或光量变化变小。结果，距离解析力下降。关于下降也可以说是同样的。因而，在本实施方式中，第1曝光期间包含来自基准距离的反射光脉冲Ir的上升期间的开始时间点，第1曝光期间包含该反射光脉冲Ir的下降期间的结束时间点。由此，相对于对象物50的距离变化的、检测信号值的变化变得敏感，距离解析力提高。

[3.电子电路130的动作]

图4A是表示本实施方式的电子电路130的动作的一例的流程图。该流程图与图3A所示的动作对应。在该例中，图像传感器120的各像素具备第1电荷积蓄部及第2电荷积蓄部。电子电路130中的控制电路132首先使光源110射出光脉冲(步骤S101)。该光脉冲的时间长度是T0。控制电路132在光脉冲的射出后，在第1定时使电子快门开始向各像素的第1电荷积蓄部的电荷积蓄(步骤S102)。在假定为对象物50存在于距测距装置100为预先设定的基准距离的情况下，第1定时比从该对象物50返回来的反射光脉冲Ir的上升开始时间点靠前。接着，控制电路132在第2定时使电子快门停止向各像素的第1电荷积蓄部的电荷积蓄(步骤S103)。第2定时比上述的反射光脉冲Ir的上升开始时间点靠后。通过步骤S101到S103的动作，检测在从第1定时到第2定时的期间到达了图像传感器120的各像素的反射光脉冲的成分。接着，控制电路132在第3定时使电子快门开始向各像素的第2电荷积蓄部的电荷积蓄(步骤S104)。第3定时比上述的反射光脉冲Ir的下降开始时间点靠前。接着，控制电路132在第4定时使电子快门停止向各像素的第2电荷积蓄部的电荷积蓄(步骤S105)。第4定时比上述的反射光脉冲Ir的下降结束时间点靠后。通过步骤S103到S105的动作，检测在从第3定时到第4定时的期间到达了图像传感器120的各像素的反射光脉冲的成分。接着，控制电路132判定执行了上述的向各电荷积蓄部的信号积蓄的次数是否达到了规定的次数(步骤S106)。在该判定为“否”的情况下，反复进行步骤S101到S105直到判定为“是”。该反复是在1次信号积蓄下光量不足的情况下进行。反复的次数根据需要的SN比设定为适当的次数。

如果在步骤S106中判定为“是”，则控制电路132使信号处理电路134生成基于积蓄在各像素的第1电荷积蓄部中的信号电荷的第1强度地图(步骤S107)。进而，控制电路132使信号处理电路134生成基于积蓄在各像素的第2电荷积蓄部中的信号电荷的第2强度地图(步骤S108)。第1强度地图及第2强度地图分别是根据反射光脉冲的飞行时间而具有不同的像素值的图像数据。接着，信号处理电路134通过根据第1及第2强度地图的数据执行上述的(数式1)所示的运算处理，求出各像素的距离，生成距离地图(步骤S109)。距离地图是各像素具有距离的值的图像数据。信号处理电路134将所生成的距离地图记录到存储器等记录介质中。

另外，在步骤S109中，信号处理电路134也可以代替通过(数式1)所示的运算来计算各像素的距离，而通过参照预先保存在存储器136等记录介质中的表来决定。这样的表例如规定S2/(S1+S2)的值的范围与对应于该范围的距离的关系。该表也可以是规定S1/(S1+S2)的值的范围与对应于该范围的距离的关系的表。

通过步骤S101到S109的动作，生成1帧量的距离地图。电子电路130也可以通过反复进行步骤S101到S109的动作来生成多帧的距离地图。通过以上的动作，能够以高精度生成对象物50的距离地图即距离图像。

图4B是表示本实施方式的电子电路130的动作的另一例的流程图。该流程图与图3B所示的动作对应。在该例子中，基于不同的发光脉冲进行向第1电荷积蓄部的电荷积蓄和向第2电荷积蓄部的电荷积蓄这一点与图4A的例子不同。步骤S201到S203的动作与图4A中的S101到S103的动作分别相同。在步骤S203之后，在步骤S204中，控制电路132使光源110射出其他的光脉冲。并且，在步骤S205到S207中，执行与图4A中的S104到S106同样的动作。在步骤S207中，如果判定为向第1电荷积蓄部及第2电荷积蓄部各自的规定次数的信号积蓄完成，则控制电路132使信号处理电路134执行步骤S208到S210的动作。步骤S208到S210的动作与图4A中的步骤S107到S109的动作分别相同。

通过步骤S201到S210的动作，生成1帧量的距离地图。电子电路130也可以通过反复进行步骤S201到S210的动作而生成多帧的距离地图。通过以上的动作，能够以高精度生成对象物50的距离地图。

另外，多次的发光及电荷积蓄不是必须的，而根据需要进行。此外，也可以将用来生成第1及第2强度地图的两种信号电荷的积蓄分配给不同的两个帧，以代替分配给两个电荷积蓄部。例如，也可以按每个帧使快门定时不同，在奇数帧生成第1强度地图，在偶数帧生成第2强度地图。此外，也可以按每个像素使快门定时不同。通过这样，能够将第1强度地图及第2强度地图按每个像素分配来取得。例如，也可以在像素上以棋盘格状取得第1强度地图，在其余的像素上同样以棋盘格状取得第2强度地图。也可以将第1强度地图及第2强度地图按像素的每个行分配来取得。例如，也可以在像素的奇数行取得第1强度地图，在像素的偶数行取得第2强度地图。在第1及第2强度地图各自中，也可以在对于被间隔剔除的像素在空间上进行插补处理后，通过基于第1及第2强度地图的运算处理，生成距离地图。

图4C是表示按每个帧生成不同的强度地图的处理的例子的流程图。在该例中，控制电路132首先使光源110以规定时间射出光脉冲(步骤S301)。控制电路132在第1定时使电子快门开始向电荷积蓄部的电荷积蓄(步骤S302)。接着，控制电路132在第2定时使电子快门停止向电荷积蓄部的电荷积蓄(步骤S303)。通过这些动作，相当于反射光脉冲的前端部分的成分的信号电荷被积蓄到电荷积蓄部中。接着，控制电路132判定执行了上述的信号积蓄的次数是否达到了规定的次数(步骤S304)。在该判定为“否”的情况下，反复进行步骤S301到S303直到判定为“是”。如果在步骤S304中判定为“是”，则控制电路132使信号处理电路134生成基于积蓄在电荷积蓄部中的信号电荷的第1强度地图，将电荷积蓄部的信号电荷复位(步骤S305)。接着，控制电路132使光源110以规定时间射出光脉冲(步骤S306)。控制电路132在第3定时使电子快门开始向电荷积蓄部的电荷积蓄(步骤S307)。接着，控制电路132在第4定时使电子快门停止向电荷积蓄部的电荷积蓄(步骤S308)。通过这些动作，相当于反射光脉冲的后端部分的成分的信号电荷被积蓄到电荷积蓄部中。接着，控制电路132判定执行了上述的信号积蓄的次数是否达到了规定的次数(步骤S309)。在该判定为“否”的情况下，反复进行步骤S306到S308直到判定为“是”。如果在步骤S309中判定为“是”，则控制电路132使信号处理电路134生成基于积蓄在电荷积蓄部中的信号电荷的第2强度地图，将电荷积蓄部的信号电荷复位(步骤S310)。接着，信号处理电路134根据第1及第2强度地图的数据，通过上述的方法生成距离地图(步骤S311)。

通过步骤S301到S311的动作，能够以高精度生成对象物50的距离地图。图4C表示了两帧量的动作，但也可以为了得到更多帧的距离地图而反复进行图4C所示的动作。在图4C的例子中，以两帧1次的频度生成距离地图，但也可以按每个帧生成距离地图。例如，也可以在步骤S305与步骤S306之间追加与步骤S311同样的步骤。在此情况下，在追加的步骤中，能够基于在步骤S305中得到的第1强度地图和在前1个帧得到的第2强度地图生成距离地图。

(实施方式2)

接着，说明实施方式2的测距装置100。

本实施方式的测距装置100在具有用来设定第1及第2曝光期间以使得检测反射光脉冲Ir的端部的驱动模式这一点上与实施方式1不同。以下，以与实施方式1不同的点为中心进行说明，关于重复的事项的说明省略。

测距装置100为了提高测距精度，驱动图像传感器120以使其检测反射光脉冲Ir的两端。但是，由于根据对象物50与测距装置100之间的距离而反射光脉冲Ir返回来的定时变化，所以发生在预先设定的快门定时不能检测到反射光脉冲Ir的端部的情况。特别是，为了提高测距精度而使T0－(t2－t1)越小，测距量程即能够测距的距离的范围越小，第1及第2曝光期间中的某一个容易偏离到反射光脉冲Ir的外侧。

所以，在本实施方式中，如图5所示，在仅检测反射光脉冲Ir的两端的成分的高精度测距模式之前，执行基于测距量程大的距离测量模式即大量程模式的动作。电子电路130通过大量程模式，计算大约的距离，使其结果反映到高精度测距模式下的快门相位的调整中。在大量程模式下，例如如图5所示，图像传感器120被驱动为，使得第1及第2曝光期间中的某一个包含反射光脉冲Ir的中点。这里，反射光脉冲Ir的中点是指反射光脉冲Ir的上升开始时间点与下降结束时间点的中心的时间点。在大量程模式下，第1曝光期间的结束时间点与第2曝光期间的开始时间点一致。在大量程模式下，测距量程依赖于脉冲宽度T0。例如，在脉冲宽度T0是5ns的情况下，能够确保约75cm的测距量程。为了进一步扩大测距量程，也可以仅在大量程模式下将脉冲宽度T0加长。在大量程模式下，距离z通过(数式3)计算。

[数式3]

图6是表示将快门定时调整到测距量程内的动作的概略的流程图。首先，控制电路132判定是否在第1及第2曝光期间双方检测出了反射光脉冲的端部(步骤S401)。在各曝光期间是否检测出了反射光脉冲的端部可基于信号S1、S2的强度来判断。在步骤S401中的判断为“是”的情况下向步骤S404前进。在步骤S401中的判断为“否”的情况下向步骤S402前进。在信号S1及S2中的一方或双方不包含起因于环境光的成分以外的信号成分的情况下，没有检测到端部而判断为“否”。此外，在信号S1及S2中的一方或双方具有远大于设想的值的值的情况下，认为不是检测到反射光脉冲的端部而是检测到了中央部，所以判断为“否”。在步骤S401中判断为“否”的情况下，控制电路132转移到大量程模式。在大量程模式中，控制电路132在两个曝光期间中的一方包含反射光脉冲的中央的时间点的定时将快门驱动。控制电路132基于(数式3)，计算到对象物50的距离，基于该距离，计算各曝光期间与反射光脉冲之间的相位差的相对于适当值的偏差量(步骤S402)。进而，根据计算出的相位的偏差量，将发光脉冲和各曝光期间的相对的定时进行微调，在第1及第2曝光期间检测反射光脉冲Ir的两端的成分(S403)。适当的相位差根据到对象物50的距离而变化。因而，为了将相对的定时进行微调，例如也可以预先保持规定距离与适当相位差的关系的表。控制电路132参照该表，能够调整相对于基准时钟的发光脉冲的发光定时或各曝光期间的定时，以使得成为相对于检测到的距离的适当的相位差。在步骤S403之后或如果在步骤S401中判断为“是”，则信号处理电路134根据在第1及第2曝光期间得到的检测信号值，基于(数式1)计算距离(步骤S404)。

通过以上的动作，在不能在预先设定的快门定时检测到反射光脉冲Ir的端部的情况下，能够调整快门定时而使得能够检测到反射光脉冲Ir的端部。由此，在对象物50与测距装置100之间的距离随着时间的经过而变化的情况下，也能够稳定且高精度地取得距离信息。

(实施方式3)

实施方式3涉及使用测距装置100的应用。

图7是示意地表示将实施方式1或2中的测距装置100搭载在汽车的车室内的一例的图。在图7所示的例子中，测距装置100设置在汽车的车室内。通过测距装置100，能够取得作为测距的对象物50的驾驶者的3D纹理。通过将所取得的3D纹理的数据与数据库对照，能够识别驾驶者是否是汽车的所有者。也可以代替车的钥匙，由测距装置100识别驾驶者，使车起动。也可以在自动驾驶时由测距装置100识别乘客，将其识别结果反馈给自动驾驶的控制系统，使得进行根据乘客而定制的驾驶。例如，可以进行如下定制：如果乘客是老年人或腰痛的乘客则使刹车较柔和，如果乘客喜欢驾驶则进行畅快的行驶的驾驶等。通过这样的反馈，能够进行适合于个人的喜好的自动驾驶。

图8A及图8B是示意地表示将实施方式1或2的测距装置100应用到移动终端的一例的图。移动终端例如是智能电话、平板电脑或个人计算机。作为测距装置100中的图像传感器120，也可以使用内置在移动终端中的图像传感器。能够根据从测距装置100得到的用户的脸的3D数据对个人进行认证。图8A表示认证中的移动终端的画面的一例。图8B表示认证成功时的移动终端的画面的一例。这样的认证的机制除了向移动终端的登录认证以外，对于向在线账户的登录认证等也是有效的。在本实施方式中，通过使用用户的脸的3D数据，与以往的二维图像相比信息量增加，所以识别精度提高。由此，能够排除例如在相机前使用户的相片读入这样的假冒行为，能够实现安全性高的认证。此外，在本实施方式中，通过检测反射光脉冲Ir的两端的成分而实现的高精度测距，能够形成细密的3D脸数据，所以与以往的3D认证相比能够进一步提高认证精度。因而，本实施方式的技术适合于使用移动终端的电子结算等的被要求很高的认证精度的用途。本公开的技术也可以用于例如高额结算时的多级认证之一，可以成为无现金社会的关键技术。

测距装置100除了应用于汽车或移动终端以外，例如也可以应用于设置在银行或便利店中的ATM的账户持有人的识别、住宅的入口的开锁、或办公室的进出管理等。

测距装置100不仅能够进行测距，还能够取得对象物50的皮肤的内部的信息。以下，说明这样的测距装置100的例子。在以下的说明中，将对象物50的皮肤的内部的信息称作“生物体信息”。

图9是用来说明除了距离信息以外还取得对象物50的生物体信息的测距装置100的动作的图。在该例中，除了用于距离计测的第1曝光期间及第2曝光期间以外，还设置用来取得生物体信息的第3曝光期间。图像传感器120的各像素具备3个以上的电荷积蓄部。在第1曝光期间，取得表示反射光脉冲Ir的前端部分的成分的信号S1。在第2曝光期间，取得表示反射光脉冲Ir的后端部分的成分的信号S2。第3曝光期间在相对于发光脉冲的开始时间点，比第2曝光期间更晚的定时开始。由此，在第3曝光期间，取得表示下降期间的成分的信号S3，下降期间是从反射光脉冲Ir的强度的减小的开始到结束的期间。通过设置第3曝光期间，例如能够检测在皮肤内部散射的、光路长度比较长的光的成分。由此，例如能够清晰地检测出以静脉为中心的血管分布。

图10是表示图9所示的例子的电子电路130的动作的流程图。在该流程图中，步骤S501到S506的动作与图4B所示的步骤S201到S206的动作相同。在本实施方式中，在步骤S506之后，控制电路132使光源110射出光脉冲(步骤S507)。接着，控制电路132使图像传感器120在第5定时开始向第3电荷积蓄部的电荷积蓄(步骤S508)。然后，控制电路132使图像传感器120在第6定时停止向第3电荷积蓄部的电荷积蓄(步骤S509)。反复进行步骤S501到S509的动作，直到在步骤S510中判断为向各电荷积蓄部的规定次数的信号积蓄完成。如果在步骤S510中判断为规定次数的信号积蓄完成，则控制电路132使信号处理电路134分别生成基于积蓄在第1至第3电荷积蓄部中的信号电荷的第1至第3强度地图(步骤S511到S513)。接着，与上述的实施方式同样，信号处理电路134基于第1及第2强度地图，生成距离地图(步骤S514)。进而，信号处理电路134基于第3强度地图，生成生物体信息地图(步骤S515)。生物体信息地图是通过基于各像素的信号S3的处理而生成的图像数据。生物体信息地图例如可以是表示血管分布的图像数据。

通过将由上述的处理得到的血管分布与基于距离地图的3D纹理信息组合，能够进行例如能够区别一卵性双胞胎之程度的高精度的个人确定。此外，也可以基于距离信息将血管分布进行三维化而显示。

图11A及图11B表示三维地显示的血管分布的图像的例子。如图11A所示，在从正面以外的方向拍摄了脸的情况下，也能够通过使用三维信息的投影变换，来如图11B所示变换为从正面观察的血管分布的图像。通过这样的变换，能够提高通过拍摄取得的血管分布与预先保存在记录介质中的标准数据库的对照的稳定性。结果，能够降低本人拒绝率或他人接纳率。此外，在用户无意中以与数据库不同的角度进行了拍摄的情况下，也能够在终端侧自动地修正而识别，能够提高识别速度。

在图9的例子中，设有3种曝光期间，但也可以代替第3曝光期间而在第2曝光期间取得皮肤内部的血管信息。通过使用容易进入到皮下的650nm到1000nm左右的近红外光，能够与快门定时无关地取得不少血管信息。通过在第2曝光期间还取得内部血管的信息，能够将快门的种类减少至两种，能够提高帧速率。预先保存在记录介质中的血管分布的数据库既可以是二维数据，也可以是三维数据。或者，也可以使用将血管的二维数据与脸的3D纹理的数据加在一起的数据库。

(实施例)

图12表示使用测距装置100对与人同等尺寸的人体模型的脸进行了测距的实测结果。测距装置100与人体模型的脸之间的距离设为30cm。在测距装置100中设置F2.5、水平视场角±16.3°的透镜，图像传感器120的像素数设为320×240像素。光源110的脉冲宽度T0、即从发光脉冲的上升开始到结束的时间设为5ns。检测来自基准距离的反射光脉冲Ir的两端各十分之一、即从反射光脉冲Ir的上升开始到0.5ns的期间以及下降结束前0.5ns的期间的成分。在此情况下，测距量程是±7.5cm。另外，要检测脸的3D图像，该测距量程通常没有问题，但由于脸的尺寸有个人差异，所以也可以将快门定时设定为，使得留有余地地多检测1ns左右至反射光脉冲Ir的内侧。

另一方面，图13表示将相同的人体模型用以往的测距方法实测的比较例的结果。在该比较例中，代替(数式1)而基于以下的(数式4)来计算距离z。

[数式4]

这里，与实施例不同，信号S1通过将曝光的快门定时调整为使得检测反射光脉冲Ir的整体来取得。信号S2通过与实施例相同的方法取得。

在用以往的测距方法取得的图13所示的脸图像中，不能判别脸的各器官的凹凸。相对于此，在本实施例的测距方法中，如图12所示，能够细密地取得脸的表面形状及进深分布，确认到了本公开的技术的有效性。如果以3σ计算测距偏差，则为0.12mm，实证了通过本公开的技术能够实现较高的测距精度。

产业上的可利用性

本公开的测距装置能够以非接触的方式以高精度取得到对象物的距离或表面的凹凸形状的信息。因此，本公开的测距装置在物体识别、线检查及认证等的广泛的领域中有用。

标号说明

50 对象物

100 测距装置

110 光源

120 图像传感器

122 光电变换部

124 电荷积蓄部

130 电子电路

132 控制电路

134 信号处理电路。

Claims (17)

1.一种测距装置，其中，具备：

光源；

光检测器；以及

电路，对上述光源及上述光检测器进行控制；

上述电路使上述光源朝向对象物射出光脉冲；

上述电路使上述光检测器在第1期间通过检测因上述光脉冲而产生的来自上述对象物的反射光脉冲而生成第1信号，上述第1期间包含从上述反射光脉冲的强度开始增加的第1时间点到上述增加结束的第2时间点为止的上升期间的至少一部分，并且包含上述第1时间点；

上述电路使上述光检测器在第2期间通过检测上述反射光脉冲而生成第2信号，上述第2期间是上述第1期间结束后的期间，包含从上述反射光脉冲的上述强度开始减小的第3时间点到上述减小结束的第4时间点为止的下降期间的至少一部分，并且包含上述第4时间点；

上述电路基于上述第1信号及上述第2信号，生成并输出表示从上述光检测器到上述对象物的距离的数据。

2.如权利要求1所述的测距装置，其中，

上述第1期间比上述第1时间点与上述第4时间点的中点靠前结束；

上述第2期间比上述中点靠后开始。

3.如权利要求1或2所述的测距装置，其中，

上述光脉冲的脉冲宽度是3ns以上且30ns以下。

4.如权利要求1至3中任一项所述的测距装置，其中，

当设从开始上述光脉冲的射出到上述第1期间结束为止的时间为t1、从开始上述光脉冲的射出到上述第2期间开始为止的时间为t2、上述光脉冲的脉冲宽度为T0时，满足

T0/3<(t2－t1)<T0。

5.如权利要求1至4中任一项所述的测距装置，其中，

上述第1期间比上述第2时间点靠前结束；

上述第2期间比上述第3时间点靠后开始。

6.如权利要求1至5中任一项所述的测距装置，其中，

上述第1期间开始的定时与上述光脉冲的射出开始的定时不同；或者

上述第2期间开始的定时与上述光脉冲的射出结束的定时不同。

7.一种测距装置，其中，具备：

光源；

光检测器；以及

电路，对上述光源及上述光检测器进行控制；

上述电路使上述光源朝向对象物射出第1光脉冲及第2光脉冲；

上述电路使上述光检测器在第1期间通过检测因上述第1光脉冲而产生的来自上述对象物的第1反射光脉冲而生成第1信号，上述第1期间包含从上述第1反射光脉冲的强度开始增加的第1时间点到上述增加结束的第2时间点为止的上升期间的至少一部分，并且包含上述第1时间点；

上述电路使上述光检测器在第2期间通过检测因上述第2光脉冲而产生的来自上述对象物的第2反射光脉冲而生成第2信号，上述第2期间包含从上述第2反射光脉冲的强度开始减小的第3时间点到上述减小结束的第4时间点为止的第1下降期间的至少一部分，并且包含上述第4时间点；

上述电路基于上述第1信号及上述第2信号，生成并输出表示从上述光检测器到上述对象物的距离的数据。

8.如权利要求7所述的测距装置，其中，

上述第1期间比上述第1时间点与上述第1反射光脉冲的上述强度的减小结束的时间点的中点靠前结束；

上述第2期间比上述第2反射光脉冲的上述强度的增加开始的时间点与上述第4时间点的中点靠后开始。

9.如权利要求7或8所述的测距装置，其中，

上述第1光脉冲及上述第2光脉冲各自的脉冲宽度是3ns以上且30ns以下。

10.如权利要求7至9中任一项所述的测距装置，其中，

当设从开始上述第1光脉冲的射出到上述第1期间结束为止的时间为t1、从开始上述第2光脉冲的射出到上述第2期间开始为止的时间为t2、上述第1光脉冲及上述第2光脉冲各自的脉冲宽度为T0时，满足

T0/3<(t2－t1)<T0。

11.如权利要求7至10中任一项所述的测距装置，其中，

上述第1期间比上述第2时间点靠前结束；

上述第2期间比上述第3时间点靠后开始。

12.如权利要求7至11中任一项所述的测距装置，其中，

上述第1期间开始的定时与上述第1光脉冲的射出开始的定时不同；或者

上述第2期间开始的定时与上述第2光脉冲的射出结束的定时不同。

13.如权利要求7至12中任一项所述的测距装置，其中，

上述对象物是生物体；

上述光源朝向上述对象物还射出第3光脉冲；

上述光检测器还检测起因于从上述对象物返回来的上述第3光脉冲的第3反射光脉冲；

上述电路使上述光检测器在第3期间检测上述第3反射光脉冲而输出第3信号，上述第3期间包含从上述第3反射光脉冲的强度开始减小的第5时间点到上述减小结束的第6时间点为止的第2下降期间的至少一部分，并且包含上述第6时间点；

从上述第3期间的开始到上述第6时间点为止的长度比从上述第2期间的开始到上述第4时间点为止的长度短；

上述电路基于上述第3信号，生成并输出上述对象物的生物体信息。

14.一种信号处理装置，其中，具备：

1个以上的处理器；以及

存储器，保存由上述1个以上的处理器执行的计算机程序；

上述1个以上的处理器通过执行上述计算机程序，

使光源朝向对象物射出光脉冲；

使光检测器在第1期间通过检测从因上述光脉冲而产生的来自上述对象物的反射光脉冲而生成第1信号，上述第1期间包含从上述反射光脉冲的强度开始增加的第1时间点到上述增加结束的第2时间点为止的上升期间的至少一部分，并且包含上述第1时间点；

使上述光检测器在第2期间通过检测上述反射光脉冲而生成第2信号，上述第2期间是上述第1期间结束后的期间，包含从上述反射光脉冲的上述强度开始减小的第3时间点到上述减小结束的第4时间点为止的下降期间的至少一部分，并且包含上述第4时间点；

基于上述第1信号及上述第2信号，生成并输出表示从上述光检测器到上述对象物的距离的数据。

15.一种信号处理装置，其中，具备：

1个以上的处理器；以及

存储器，保存由上述1个以上的处理器执行的计算机程序；

上述1个以上的处理器通过执行上述计算机程序，

使光源朝向对象物射出第1光脉冲及第2光脉冲；

使光检测器在第1期间通过检测因上述第1光脉冲而产生的来自上述对象物的第1反射光脉冲而生成第1信号，上述第1期间包含从上述第1反射光脉冲的强度开始增加的第1时间点到上述增加结束的第2时间点为止的上升期间的至少一部分，并且包含上述第1时间点；

使上述光检测器在第2期间通过检测因上述第2光脉冲而产生的来自上述对象物的第2反射光脉冲而生成第2信号，上述第2期间包含从上述第2反射光脉冲的强度开始减小的第3时间点到上述减小结束的第4时间点为止的下降期间的至少一部分，并且包含上述第4时间点；

基于上述第1信号及上述第2信号，生成并输出表示从上述光检测器到上述对象物的距离的数据。

16.一种计算机程序，其中，

使计算机执行动作，该动作包括：

使光源朝向对象物射出光脉冲；

使光检测器在第1期间通过检测因上述光脉冲而产生的来自上述对象物的反射光脉冲而生成第1信号，上述第1期间包含从上述反射光脉冲的强度开始增加的第1时间点到上述增加结束的第2时间点为止的上升期间的至少一部分，并且包含上述第1时间点；

使上述光检测器在第2期间通过检测上述反射光脉冲而生成第2信号，上述第2期间是上述第1期间结束后的期间，包含从上述反射光脉冲的上述强度开始减小的第3时间点到上述减小结束的第4时间点为止的下降期间的至少一部分，并且包含上述第4时间点；以及

基于上述第1信号及上述第2信号，生成并输出表示从上述光检测器到上述对象物的距离的数据。

17.一种计算机程序，其中，

使计算机执行动作，该动作包括：

使光源朝向对象物射出第1光脉冲及第2光脉冲；

使光检测器在第1期间通过检测因上述第1光脉冲而产生的来自上述对象物的第1反射光脉冲而生成第1信号，上述第1期间包含从上述第1反射光脉冲的强度开始增加的第1时间点到上述增加结束的第2时间点为止的上升期间的至少一部分，并且包含上述第1时间点；

使上述光检测器在第2期间通过检测因上述第2光脉冲而产生的来自上述对象物的第2反射光脉冲而生成第2信号，上述第2期间包含从上述第2反射光脉冲的强度开始减小的第3时间点到上述减小结束的第4时间点为止的下降期间的至少一部分，并且包含上述第4时间点；

基于上述第1信号及上述第2信号，生成并输出表示从上述光检测器到上述对象物的距离的数据。

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