DE112015005163T5

DE112015005163T5 - Flugzeitabstandsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE112015005163T5
Application number: DE112015005163.5T
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Nagai
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2015-11-12
Publication date: 2017-07-27
Also published as: WO2016075945A1; US10422879B2; US20170315238A1

Abstract

Eine Flugzeitabstandsmessvorrichtung unterteilt eine Basisbelichtungsperiode, die einem herkömmlichen Langzeitspeicher entspricht, in mehrere Unterbelichtungsperioden und hält diese, ohne elektrische Ladungen, die in der Unterbelichtungsperiode während einer Rundenperiode gespeichert wurden, die eine Runde der Unterbelichtungsperioden ist, zurückzusetzen. Der Abstandsmesswert einer Kurzzeitbelichtung wird aus einer Menge der elektrischen Ladungen, die während der einen Rundenperiode gespeichert wurden, erlangt, und der Abstandsmesswert einer Langzeitbelichtung wird durch Integrieren der Menge der elektrischen Ladungen, die während mehreren Rundenperioden gespeichert wurden, erlangt. Sowohl der Abstandsmesswert der Langzeitbelichtung als auch der Abstandsmesswert der Kurzzeitbelichtung können von einem Pixel (demselben Pixel) erlangt werden. Dadurch wird ein dynamischer Bereich erweitert, ohne durch einen Empfangszustand von reflektiertem Licht, einem optischen Entwurf von empfangenem Licht und eine Anordnung von Pixeln beschränkt zu sein.

Description

Querverweis auf betreffende Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der am 14. November 2014 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-231630 und der am 21. November 2014 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-236484 , deren Inhalte hiermit durch Bezugnahme darauf enthalten sind.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flugzeitabstandsmessvorrichtung, die moduliertes Licht, das mit einem Muster moduliert ist, das eine Wiederholungsperiode aufweist, in einen Raum emittiert und einen Abstand zwischen einer eigenen Vorrichtung und einem Ziel unter Verwendung von elektrischen Ladungen entsprechend einfallendem Licht berechnet, das reflektiertes Licht des modulierten Lichtes, das von dem Ziel reflektiert wird, enthält.
STAND DER TECHNIK
Als eine Abstandsmessvorrichtung, die einen Abstand zwischen einer eigenen Vorrichtung und einem Ziel auf kontaktlose Weise berechnet, ist eine Flugzeitabstandsmessvorrichtung (TOF (Time Of Flight): Flugzeit) vorhanden. Die Flugzeitabstandsmessvorrichtung emittiert moduliertes Licht (Abstandsmesslicht), das mit einem Muster moduliert ist, das eine Wiederholungsperiode aufweist, in einen Raum und empfängt einfallendes Licht, das reflektiertes Licht des modulierten Lichtes enthält, das von dem Ziel reflektiert wird. Die Flugzeitabstandsmessvorrichtung speichert elektrische Ladungen entsprechend dem empfangenen einfallenden Licht in mehreren Speicherkondensatoren, während die elektrischen Ladungen unter Verwendung von mehreren Modulationsschaltern verteilt werden, und die Flugzeitabstandsmessvorrichtung berechnet den Abstand zwischen der eigenen Vorrichtung und dem Ziel unter Verwendung eines abgetasteten Wertes bzw. Probenwertes (siehe beispielsweise Patentliteraturen 1 bis 4).
In der Flugzeitabstandsmessvorrichtung wird das reflektierte Licht mit hoher Intensität empfangen, wenn der Abstand zwischen der eigenen Vorrichtung und dem Ziel klein ist oder das Ziel durch ein Objekt, das ein hohes Reflexionsvermögen aufweist, ausgebildet wird. Wenn andererseits der Abstand zwischen der eigenen Vorrichtung und dem Ziel groß ist oder das Ziel durch ein Objekt ausgebildet wird, das ein niedriges Reflexionsvermögen aufweist, wird nur reflektiertes Licht mit niedriger Intensität empfangen. Somit wird in der Flugzeitabstandsmessvorrichtung ein Bereich großer Dynamik (beispielsweise 80 dB oder mehr) benötigt. Insbesondere in einem Fall, in dem die Vorrichtung an einem Fahrzeug montiert ist, ist es, wenn der Abstand zwischen der eigenen Vorrichtung und dem Ziel in einem Zustand, in dem sich die eigene Vorrichtung und/oder das Ziel (eine Person, ein Fahrzeug, eine Wand oder Ähnliches) bewegt, klein ist, notwendig, den Abstand häufig (mit einer erhöhten Rahmenrate) zu berechnen, um eine Kollision mit dem Ziel zu vermeiden. Das heißt, es ist notwendig, sowohl einen Bereich großer Dynamik als auch eine hohe Rahmenrate zu erzielen.
Es ist schwierig, bei einem normalen Pixel einen dynamischen Bereich von 80 dB oder mehr zu erzielen, und daher muss eine mehrmalige Belichtung (Belichtung zu mehreren Zeiten) durchgeführt werden. Wenn jedoch eine mehrfache Belichtung aufeinanderfolgend durchgeführt wird, wird die Belichtungszeit länger, und daher verschlechtert sich das Verfolgungsvermögen in Bezug auf das bewegte Ziel. Hinsichtlich dessen ist ein Verfahren zum Gruppieren von mehreren Pixeln innerhalb einer Ebene und Ändern der Belichtungszeit je Gruppe bekannt (siehe beispielswiese Nicht-Patentliteraturen 1 und 2).
LITERATUR DES STANDS DER TECHNIK
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: JP 5579893 B
Patentliteratur 2: JP 2010-096730 A
Patentliteratur 3: JP 5585903 B
Patentliteratur 4: JP 2010-025906 A

NICHT-PATENTLITERATUR

Nicht-Patentliteratur 1: S. Nayar und T. Mitsunaga: „High Dynamic Range Imaging: Spatially Varying Pixel Exposure”: In IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), Band 1, Seiten 472–479, Juni 2000
Nicht-Patentliteratur 2: S. G. Narasimhan und S. K. Nayar: „Enhancing Resolution Along Multiple Imaging Dimensions Using Assorted Pixels“, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Band. 27, Nr. 4, April 2005, Seiten 518ff

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Flugzeitabstandsmessvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, einen dynamischen Bereich geeignet zu erweitern, ohne durch einen Empfangszustand von reflektiertem Licht, einen optischen Entwurf von empfangenem Licht und eine Anordnung von Pixeln beschränkt zu sein. Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Flugzeitabstandsmessvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, eine Rahmenrate einer Kurzzeitbelichtung geeignet zu erhöhen, während ein dynamischer Bereich geeignet ausgedehnt wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung emittiert ein Lichtemissionselement moduliertes Licht, das mit einem Muster moduliert ist, das eine Wiederholungsperiode aufweist, in einen Raum. Eine Ansteuereinheit steuert das Lichtemissionselement an. Ein Lichtempfangselement verteilt elektrische Ladungen, die einem einfallenden Licht entsprechen, das reflektiertes Licht des modulierten Lichtes enthält, das von einem Ziel reflektiert wird, unter Verwendung von mehreren Modulationsschaltern und speichert die elektrischen Ladungen in mehreren Speicherkondensatoren. Eine Steuereinheit steuert eine Ansteuerung der Modulationsschalter. Eine Abstandsmesswerterlangungseinheit berechnet einen Abstand von einer eigenen Vorrichtung zu dem Ziel unter Verwendung eines Wertes, der durch das Lichtempfangselement abgetastet wird, um einen Abstandsmesswert zu erlangen.
Die Steuereinheit steuert die Ansteuerung der Modulationsschalter derart, dass eine Basisbelichtungsperiode in mehrere Unterbelichtungsperioden unterteilt wird, und hält diese, ohne die elektrischen Ladungen, die während der Unterbelichtungsperiode gespeichert wurden, während einer Rundenperiode, die eine Runde der unterteilten Unterbelichtungsperioden ist. Die Abstandsmesswerterlangungseinheit erlangt den Abstandsmesswert einer Kurzzeitbelichtung aus einer Menge der elektrischen Ladungen, die während der einen Rundenperiode gespeichert wurden, und erlangt den Abstandsmesswert einer Langzeitbelichtung durch Integrieren der Menge der elektrischen Ladungen, die während mehreren Rundenperioden gespeichert wurden.
Gemäß dem ersten Aspekt besteht ein Unterschied zu einem Verfahren zum Gruppieren von mehreren Pixeln in eine Gruppe einer Langzeitbelichtung und eine Gruppe einer Kurzzeitbelichtung, um einen Abstandsmesswert der Langzeitbelichtung und einen Abstandsmesswert der Kurzzeitbelichtung zu erlangen, und es werden sowohl ein Abstandsmesswert der Langzeitbelichtung als auch ein Abstandsmesswert der Kurzzeitbelichtung von einem Pixel (dasselbe Pixel) durch Unterteilen einer Basisbelichtungsperiode in mehrere Unterbelichtungsperioden erlangt. Damit kann ein dynamischer Bereich erweitert werden, ohne durch einen Empfangszustand des reflektierten Lichtes, einen optischen Entwurf des empfangenen Lichtes und eine Anordnung von Pixeln beschränkt zu sein. Insbesondere ist die Erfindung für eine fahrzeugeigene Vorrichtung oder Ähnliches geeignet, bei der sich die eigene Vorrichtung und/oder das Ziel bewegt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung emittiert ein Lichtemissionselement moduliertes Licht, das mit einem Muster moduliert ist, das eine Wiederholungsperiode aufweist, in einen Raum. Eine Ansteuereinheit steuert das Lichtemissionselement an. Mehrere Lichtempfangselemente empfangen einfallendes Licht, das reflektiertes Licht des modulierten Lichtes enthält, das von einen Ziel reflektiert wird, wobei jedes der Empfangselemente ein Pixel innerhalb einer Ebene ausbildet. Eine Steuereinheit steuert ein Speichern von elektrische Ladungen in den Lichtempfangselementen und ein Auslesen der elektrischen Ladungen aus den Lichtempfangselementen. Eine Abstandsmesswerterlangungseinheit berechnet einen Abstand von einer eigenen Vorrichtung zu dem Ziel unter Verwendung der elektrischen Ladungen, die von der Steuereinheit aus den Lichtempfangselementen ausgelesen werden, um einen Abstandsmesswert zu erlangen. In diesem Fall gruppiert die Steuereinheit die Lichtempfangselemente in mehrere Pixelgruppen und steuert die Ansteuerung der Lichtempfangselemente derart, dass in einer Periode, während der die Abstandsmesswerterlangungseinheit eine Erlangung des Abstandsmesswertes aufgrund dessen, dass die Lichtempfangselemente, die zu einer Pixelgruppe gehören, eine Langzeitbelichtung einmal durchführen, einmal durchführt, die Abstandsmesswerterlangungseinheit mehrere Erlangungen des Abstandsmesswertes aufgrund dessen durchführt, dass die Lichtempfangselemente, die zu anderen Pixelgruppen gehören, mehrere Male eine Kurzzeitbelichtung durchführen.
Gemäß dem zweiten Aspekt kann der dynamische Bereich durch Verteilen von mehreren der Pixel innerhalb einer Ebene in eine Pixelgruppe, die eine Langzeitbelichtung durchführt, und eine Pixelgruppe, die eine Kurzzeitbelichtung durchführt, erweitert werden. Das Lichtempfangselement der Pixelgruppe, die die Kurzzeitbelichtung durchführt, erlangt den Abstandsmesswert mehrere Male durch mehrmalige Kurzzeitbelichtung in einer Periode, während der das Lichtempfangselement der Pixelgruppe, die die Langzeitbelichtung durchführt, den Abstandsmesswert nur einmal durch einmalige Langzeitbelichtung erlangt, und dadurch kann eine Rahmenrate der Kurzzeitbelichtung erhöht werden. Damit kann die Rahmenrate der Kurzzeitbelichtung geeignet erhöht werden, während der dynamische Bereich geeignet erweitert wird. Insbesondere kann dieses für eine fahrzeugeigene Vorrichtung oder Ähnliches in einem Zustand verwendet werden, in dem sich die eigene Vorrichtung und/oder das Ziel bewegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 stellt eine Konfiguration eines Lichtempfangselementes (eine Konfiguration mit zwei Kondensatoren) dar.
3 stellt eine Sequenz einer Abstandsmessung mit zwei Kondensatoren und vier Phasen dar.
4 stellt eine Sequenz eines Differenzausgangs dar.
5 stellt ein Konzept der vorliegenden Erfindung dar.
6 stellt eine Sequenz dar, bei der eine Belichtung einer Vierphasenabstandsmessung mittels zwei Teilunterbelichtungen (Teilnebenbelichtungen) erzielt wird.
7 ist ein Zeitdiagramm, bei dem die Belichtung der Vierphasenabstandsmessung mittels der zwei Teilunterbelichtungen erzielt wird.
8 stellt eine Sequenz eines Prinzips zum Erlangen eines Abstandsmesswertes aus den zwei Teilunterbelichtungen dar.
9 stellt eine Konfiguration und eine Sequenz dar, die „0“ erzielen (Nr. 1).
10 stellt eine Konfiguration und eine Sequenz dar, die „0“ erzielen (Nr. 2).
11 stellt eine Konfiguration und eine Sequenz dar, die „0“ erzielen (Nr. 3).
12 stellt eine Sequenz dar, bei der die Belichtung der Vierphasenabstandsmessung mittels vier Teilunterbelichtungen erzielt wird (Nr. 1).
13 stellt eine Sequenz dar, bei der die Belichtung der Vierphasenabstandsmessung durch die vier Teilunterbelichtungen erzielt wird (Nr. 2).
14 stellt eine Sequenz dar, bei der die Belichtung der Vierphasenabstandsmessung durch die vier Teilunterbelichtungen erzielt wird (Nr. 3).
15 stellt einen Teil einer Abstandsmesswerterlangungsschaltung dar (Nr. 1).
16 ist ein Zeitdiagramm, das einen Ausgang eines Ausgangssignals darstellt (Nr. 1).
17 stellt einen Teil einer Abstandsmesswerterlangungsschaltung dar (Nr. 2).
18 ist ein Zeitdiagramm, das einen Ausgang des Ausgangssignals darstellt (Nr. 2).
19 ist ein Zeitdiagramm, gemäß dem ein rollierendes Zurücksetzen und ein rollierendes Auslesen durchgeführt werden (Nr. 1).
20 ist ein Zeitdiagramm, gemäß dem ein rollierendes Zurücksetzen und ein rollierendes Auslesen durchgeführt werden (Nr. 2).
21 ist ein Zeitdiagramm, gemäß dem ein globales Zurücksetzen und ein rollierendes Auslesen durchgeführt werden (Nr. 1).
22 ist ein Zeitdiagramm, gemäß dem ein globales Zurücksetzen und ein rollierendes Auslesen durchgeführt werden (Nr. 2).
23 ist ein Zeitdiagramm, gemäß dem ein globales Zurücksetzen und ein rollierendes Auslesen durchgeführt werden (Nr. 3).
24 ist ein Zeitdiagramm, gemäß dem eine Steuerung, die eine Amplitude der jeweiligen Ausgangspixel eines Langzeitspeichers optimiert, durchgeführt wird (Nr. 1).
25 ist ein Zeitdiagramm, gemäß dem eine Steuerung, die die Amplitude der jeweiligen Ausgangspixel des Langzeitspeichers optimiert, durchgeführt wird (Nr. 2).
26 ist ein Zeitdiagramm, gemäß dem eine Steuerung, die die Amplitude der jeweiligen Ausgangspixel des Langzeitspeichers optimiert, durchgeführt wird (Nr. 3).
27 stellt einen Teil einer Abstandsmesswerterlangungsschaltung dar (Nr. 3).
28 stellt eine Verdrahtung dar (Nr. 1).
29 stellt einen Teil einer Abstandsmesswerterlangungsschaltung dar (Nr. 4).
30 stellt eine Verdrahtung dar (Nr. 2).
31 stellt eine Konfiguration eines Lichtempfangselementes (eine Konfiguration mit zwei Kondensatoren) gemäß einem Bezugsbeispiel dar.
32 stellt eine Sequenz einer Abstandsmessung mit zwei Kondensatoren und vier Phasen gemäß dem Bezugsbeispiel dar.
33 ist ein Zeitdiagramm, gemäß dem mehrere Belichtungen gemäß dem Bezugsbeispiel durchgeführt werden.
34 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine Konfiguration eines Single-End-Ausgangs bzw. asymmetrischen Ausgangs gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
35 stellt eine Konfiguration eines Lichtempfangselementes (eine Konfiguration mit einem Kondensator) dar.
36 stellt eine Sequenz der Konfiguration des Single-End-Ausgangs dar.
37 ist ein Zeitdiagramm, bei dem mehrere Belichtungen in der Konfiguration des Single-End-Ausgangs durchgeführt werden (Nr. 1).
38 ist ein Zeitdiagramm, bei dem mehrere Belichtungen in der Konfiguration des Single-End-Ausgangs durchgeführt werden (Nr. 2).
39 ist ein Zeitdiagramm, bei dem mehrere Belichtungen in der Konfiguration des Single-End-Ausgangs durchgeführt werden (Nr. 3).
40 stellt eine Anordnung von Pixeln dar (Nr. 1).
41 stellt eine Anordnung der Pixel dar (Nr. 2).
42 stellt einen Modus dar, bei dem eine Belichtungszeit für jedes Pixel gewechselt wird.
43 ist ein Zeitdiagramm, bei dem mehrere Belichtungen in der Konfiguration des Single-End-Ausgangs durchgeführt werden (Nr. 4).
44 stellt eine Anordnung der Pixel dar (Nr. 3).
45 stellt eine Anordnung der Pixel dar (Nr. 4).
46 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine Konfiguration eines Differenzausgangs gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
47 stellt eine Konfiguration eines Lichtempfangselementes (eine Konfiguration mit zwei Kondensatoren) dar.
48 stellt eine Sequenz der Konfiguration des Differenzausgangs dar (Nr. 1).
49 ist ein Zeitdiagramm, bei dem mehrere Belichtungen in der Konfiguration des Differenzausgangs durchgeführt werden (Nr. 1).
50 stellt eine Sequenz der Konfiguration des Differenzausgangs dar (Nr. 2).
51 ist ein Zeitdiagramm, bei dem mehrere Belichtungen in der Konfiguration des Differenzausgangs durchgeführt werden (Nr. 2).
52 stellt eine Folge der Konfiguration des Differenzausgangs dar (Nr. 3).
53 ist ein Zeitdiagramm, bei dem mehrere Belichtungen in der Konfiguration des Differenzausgangs durchgeführt werden (Nr. 3).
54 stellt eine Konfiguration eines Lichtempfangselementes (eine Konfiguration mit einem Kondensator) gemäß einem Vergleichsbeispiel dar.
55 stellt eine Folge einer Konfiguration eines Single-End-Ausgangs gemäß dem Vergleichsbeispiel dar.
56 ist ein Zeitdiagramm, bei dem mehrere Belichtungen gemäß dem Vergleichsbeispiel durchgeführt werden.
AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Ausführungsform, für die die vorliegende Erfindung verwendet wird, beispielsweise eine fahrzeugeigene Flugzeitabstandsmessvorrichtung, die an einem Fahrzeug montiert ist, mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Ein Abstand von einer eigenen Vorrichtung zu einem Ziel wird berechnet, und das Ziel kann beispielsweise eine Person, ein Fahrzeug, eine Wand oder Ähnliches sein.
(Erste Ausführungsform)
Zunächst wird ein Fall, bei dem eine Vierphasenabstandsmessung durchgeführt wird, als ein Beispiel unter Verwendung eines Bezugsbeispiels, das in 31 und 32 dargestellt ist, beschrieben, um das Verständnis der technischen Bedeutung einer Flugzeitabstandsmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erleichtern. In dem Bezugsbeispiel enthält ein Lichtempfangselement 101 eine PD (Fotodiode) 102, zwei Modulationsschalter 103a, 103b und zwei Speicherkondensatoren 104a, 104b. In dem Bezugsbeispiel, das in 33 dargestellt ist, führt beispielsweise eine Gruppe von Pixeln A eine Langzeitbelichtung durch tausendmalige Wiederholung einer Ansteuerung durch, und eine Gruppe von Pixeln B führt eine Kurzzeitbelichtung durch hundertmalige Wiederholung einer Ansteuerung durch, und dadurch wird der dynamische Bereich um 20 dB erweitert.
Das Verfahren gemäß dem Bezugsbeispiel basiert jedoch auf der Voraussetzung, dass das Pixel A und das Pixel B, die benachbart zueinander sind, dasselbe reflektierte Licht empfangen. Somit ist der Entwurf einer Linse zum Sammeln von Licht in dem Lichtempfangselement schwierig. In einem Fall, in dem der Entwurf der Linse die oben beschriebene Voraussetzung nicht erfüllen kann, wird ein festes Muster in Abhängigkeit von der Anordnung der Pixel erzeugt. Bei einer Konfiguration, bei der die Gruppe von Pixeln A und die Gruppe von Pixeln B nicht in zwei Reihen gruppiert, sondern in derselben Reihe angeordnet sind (koexistieren), könnte deren Verdrahtung kompliziert werden.
Basierend auf dem obigen Problem wird im Folgenden eine Ausführungsform einer Flugzeitabstandsmessvorrichtung beschrieben, die in der Lage ist, einen dynamischen Bereich geeignet zu erweitern, ohne durch einen Empfangszustand von reflektiertem Licht, einen optischen Entwurf von empfangenem Licht und eine Anordnung von Pixeln beschränkt zu sein. Wie es in 1 dargestellt ist, enthält eine Flugzeitabstandsmessvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform eine Signalquelle 2, eine Ansteuerschaltung 3 (Ansteuereinheit), ein Lichtemissionselement 4, eine Steuerschaltung 5 (Steuereinheit), ein Lichtempfangselement 6, eine CM-Komponentenentfernungsschaltung 7 (CM: gemeinsamer Modus) und eine Abstandsmesswerterlangungsschaltung 8 (Abstandsmesswerterlangungseinheit). Die Abstandsmesswerterlangungsschaltung 8 enthält Puffer 9a, 9b, eine Differenzerfassungsschaltung 10, eine AD-Wandlerschaltung 11 und eine digitale Signalverarbeitungsschaltung 12.
Die Signalquelle 2 führt eine Synchronisation zwischen dem Lichtemissionselement 4 und dem Lichtempfangselement 6 durch Ausgeben eines Ansteuersignals an die Ansteuerschaltung 3 und die Steuerschaltung 5 durch und steuert eine Belichtung des Lichtempfangselementes 6, während sie das Lichtempfangselement 6 mit moduliertem Licht, das von dem Lichtemissionselement 4 emittiert wird, synchronisiert. Das Ansteuersignal, das von der Signalquelle 2 ausgegeben wird, kann durch einen Rechteckpuls (normalerweise mehrere bis mehrere zehn MHz) ausgebildet werden, das das Lichtemissionselement 5 und das Lichtempfangselement 6 ansteuert, oder kann alternativ nur durch einen synchronen Puls ausgebildet werden. Das Lichtemissionselement 4 wird durch eine LD (Laserdiode) oder eine LED (lichtemittierende Diode) ausgebildet, die das modulierte Licht, beispielsweise Infrarotlicht, emittiert. Das Lichtempfangselement 6 wird durch einen Bildsensor unter Verwendung eines Prozesses beispielsweise eines CMOS (komplementärer Metalloxidhalboxidleiter) oder einer CCD (ladungsgekoppelte Vorrichtung) ausgebildet.
Wie es in 2 dargestellt ist, enthält das Lichtempfangselement 6 eine PD (Fotodiode) 13, zwei Modulationsschalter 14a, 14b und zwei Speicherkondensatoren 15a, 15b. Jeder der beiden Modulationsschalter 14a, 14b wird beispielsweise durch eine MOS-Vorrichtung wie beispielsweise einen MOS-Transistor oder ein Transfer-Gatter, eine CCD-Vorrichtung oder Ähnliches ausgebildet. Jeder der beiden Speicherkondensatoren 15a, 15b wird beispielsweise durch ein Kapazitätselement wie beispielsweise einen MOS, eine CCD oder ein MIM (Metall-Isolator-Metall), eine Verdrahtung, eine parasitäre Kapazität eines PN-Übergangs oder Ähnliches ausgebildet. Das Lichtempfangselement 6 steuert die Modulationsschalter 14a, 14b unter Verwendung von Steuersignalen (Gatesignalen) TG1, TG2 an und verteilt elektrische Ladungen, die durch das empfangene einfallende Licht bewirkt werden, auf die Speicherkondensatoren 15a, 15b und gibt ein Signal, das die Menge der verteilten elektrischen Ladungen angibt, an die CM-Komponentenentfernungsschaltung 7 aus. Da jedes der Steuersignale TG1, TG2 mit dem modulierten Licht synchronisiert ist, wird die Menge der elektrischen Ladungen, die auf die Speicherkondensatoren 15a, 15b verteilt werden, entsprechend einem Abstand zwischen der eigenen Vorrichtung und dem Ziel geändert. In 2 sind die beiden Speicherkondensatoren 15a, 15b als ein Beispiel dargestellt; es können jedoch auch drei oder mehr Speicherkondensatoren angeordnet sein.
Die CM-Komponentenentfernungsschaltung 7 dient zum Vermeiden einer Sättigung der Pixel aufgrund der elektrischen Ladungen, die durch Hintergrundlicht verursacht werden, in einem Fall, in dem Hintergrundlicht, das gegenüber dem emittierten modulierten Licht nicht ignoriert werden kann, vorhanden ist. Als ein Verfahren zum Entfernen einer CM-Komponente sind verschiedene Techniken in dem Stand der Technik bekannt. Die Techniken sind in der US 6919549 B2 , DE 102005056774 A1 , EP 1622200 A1 und Ähnlichem offenbart. Die Differenzerfassungsschaltung 10 erfasst eine Differenz der Signaleingänge von der CM-Komponentenentfernungsschaltung 7 über die Puffer 9a, 9b und gibt ein Signal entsprechend der erfassten Differenz in die AD-Wandlerschaltung 11 aus. Jeder der Puffer 9a, 9b wird beispielsweise durch eine Source-Folgeschaltung als einfachste Konfiguration erzielt. Die Differenzerfassungsschaltung 10 wird beispielsweise durch einen Differenzverstärker erzielt.
Die AD-Wandlerschaltung 11 wandelt das Signal, das von der Differenzerfassungsschaltung 10 eingegeben wird und ein analoges Signal ist, in ein digitales Signal um und gibt das digitale Signal in die digitale Signalverarbeitungsschaltung 12 ein. Die digitale Signalverarbeitungsschaltung 12 verarbeitet das digitale Signal, das von der AD-Wandlerschaltung 11 eingegeben wird, und berechnet den Abstand zwischen der eigenen Vorrichtung und dem Ziel aus der Menge der elektrischen Ladungen, die auf die Speicherkondensatoren 15a, 15b verteilt wurden, und erlangt den Abstandsmesswert (misst den Abstand).
3 stellt eine Sequenz (Modulationszyklus: Tm, Belichtungsperiode: Tw) dar, gemäß der eine Vierphasenabstandsmessung durchgeführt wird, wenn ein Tastverhältnis der Lichtemissionswellenform auf 50 % eingestellt ist (das Lichtempfangselement 6 wird in vier Phasen angesteuert). Eine Wellenform des modulierten Lichtes, das von dem Lichtemissionselement 4 emittiert wird (Lichtemissionswellenform 110), ist durch eine Rechteckwelle, die mit den Steuersignalen TG1, TG2 synchronisiert ist, moduliert. 3 stellt einen Fall, bei dem die Wellenform durch die Rechteckwelle moduliert ist, als ein Beispiel dar; die Wellenform kann jedoch durch eine Sinuswelle, eine Dreieckwelle oder eine Wellenform einer Pseudozufallsfolge oder Ähnlichem moduliert werden. Eine Wellenform des reflektierten Lichtes des modulierten Lichtes, das von dem Ziel reflektiert wurde (reflektierte Wellenform 120), weist eine Zeitdifferenz in Bezug auf die Lichtemissionswellenform 110 auf, und daher ist die Wellenform des reflektierten Lichtes gegenüber der Lichtemissionswellenform 110 um eine Phasendifferenz φ verzögert. Andererseits werden die Steuersignale TG1, TG2 durch Rechteckwellen angesteuert, die um 180 Grad zueinander verschoben sind. Die digitale Signalverarbeitungsschaltung 12 wiederholt eine Sequenz, die durch die Steuersignale TG1-1, TG2-1 (Ansteuerwellenformen 111, 121) angesteuert wird, mehrere zehn Male bis mehrere hunderttausend Male und erlangt dann Informationen hinsichtlich der erzeugten elektrischen Ladungen Q1, Q2 (Spannungswert, der für die Wandlung der elektrischen Ladungen in eine Spannung verwendet wird). Danach wiederholt die digitale Signalverarbeitungsschaltung 12 eine Sequenz, die durch die Steuersignale TG1-2, TG2-2 (Ansteuerwellenformen 112, 122) angesteuert wird, mehrere zehn Male bis mehrere hunderttausend Male auf ähnliche Weise und erlangt dann Informationen hinsichtlich der erzeugten elektrischen Ladungen Q3, Q4. Die digitale Signalverarbeitungsschaltung 12 berechnet einen Vermutungswert θ der Phasendifferenz φ aus den erlangten Q1 bis Q4 auf der Grundlage der Gleichung (1), die unten angegeben ist, unter Verwendung der diskreten Fourier-Transformation (DFT). θ = tan – 1[(Q1 – Q3)/(Q2 – Q4)] (1)
Die Gleichung (1) ist eine Gleichung für die Phasendifferenz basierend auf den oben beschriebenen vier Abtastungen, der Vermutungswert θ der Phasendifferenz φ in Bezug auf eine allgemeine Phase N (im Folgenden als Phasendifferenz bezeichnet) kann jedoch anhand der unten angegebenen Gleichung (2) berechnet werden. θ = tan – 1[(ΣQk × sin(2π/N × k)/(ΣQk × cos(2π/N × k))] (2)
4 stellt Sequenz eines Differenzausgangs dar. Die Differenzerfassungsschaltung 10 erzeugt einen digitalen Wert D1 (201) durch Wiederholen einer Kombination der Steuersignale TG1, TG2, beispielsweise der Steuersignale TG1-1 (Ansteuerwellenform 111), TG2-1 (Ansteuerwellenform 121), mehrere zehn Male bis mehrere hunderttausend Male. Auf ähnliche Weise erzeugt die Differenzerfassungsschaltung 10 einen digitalen Wert D2 (202) aus den Steuersignalen TG1-2 (Ansteuerwellenform 112), TG2-2 (Ansteuerwellenform 122), erzeugt einen digitalen Wert D3 (203) aus den Steuersignalen TG1-3 (Ansteuerwellenform 113), TG2-3 (Ansteuerwellenform 123) und erzeugt einen digitalen Wert D4 (204) aus den Steuersignalen TG1-4 (Ansteuerwellenform 114), TG2-4 (Ansteuerwellenform 124). In diesem Fall gibt die Differenzerfassungsschaltung 10 die digitalen Werte D1 bis D4 als Werte aus, aus denen die DC-Komponente entfernt ist. Wenn das Steuersignal TG1 „H“ ist und das Steuersignal TG2 „L“ ist, werden die jeweiligen digitalen Werte D1 bis D4 auf „1“ gesetzt, und wenn das Steuersignal TG1 „L“ ist und das Steuersignal TG2 „H“ ist, werden die jeweiligen digitalen Werte D1 bis D4 auf „–1“ gesetzt. Das heißt, es wird ein Zustand jedes der Steuersignale TG1, TG2 eindeutig dadurch bestimmt, ob der Wert betreffend die Wellenform von Dx gleich „1“ oder „–1“ ist. Auf diese Weise ist Dx ein Signal, das eine Differenz zwischen den beiden Speicherkondensatoren 15a, 15b angibt, und daher gibt die AD-Wandlerschaltung 11 das Signal aus, das der Berechnung entsprechend einem Zähler oder einem Nenner in der obigen Gleichung (1) unterzogen wurde.
In einem Fall, in dem eine derartige Phasen-Flugzeitabstandsmessvorrichtung 1 an einem Fahrzeug oder Ähnlichem verwendet wird, ist eine Erweiterung bzw. Ausdehnung des dynamischen Bereiches notwendig. Im Folgenden wird ein Verfahren zum Erweitern des dynamischen Bereiches gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
5 stellt ein Konzept der vorliegenden Erfindung dar. Die vorliegende Erfindung erlangt den Abstandsmesswert der Kurzzeitbelichtung durch Unterteilen einer Basisbelichtungsperiode entsprechend einer Periode der Langzeitspeicherung gemäß dem Bezugsbeispiel, das oben beschrieben wurde, in mehrere Unterbelichtungsperioden und erlangt den Abstandsmesswert der Langzeitbelichtung äquivalent zu der Belichtung (Langzeitbelichtung) gemäß dem Bezugsbeispiel. 6 stellt eine Sequenz dar, bei der eine Belichtung einer Vierphasenabstandsmessung gemäß dem Bezugsbeispiel mittels zwei Teilunterbelichtungen erzielt wird, und 7 stellt ein entsprechendes Zeitdiagramm dar. Eine zu der Belichtung gemäß dem Bezugsbeispiel äquivalente elektrische Ladungsspeicherung wird durch Ansteuern der Unterbelichtungen 1, 2 durch eine Wellenform mit einem Tastverhältnis von 25 % und Wiederholen der Unterbelichtungen 1, 2 mehrere zehn Male bis mehrere hunderttausend Male und Integrieren der elektrischen Ladungen erzielt, ohne die elektrischen Ladungen zwischen den Unterbelichtungen zurückzusetzen. Der Abstandsmesswert der Kurzzeitbelichtung kann aus der Menge der elektrischen Ladungen, die während einer Rundenperiode der Teilunterbelichtungsperioden erlangt (mit hoher Geschwindigkeit erneuert) werden. Der Abstandsmesswert der Langzeitbelichtung kann durch Integrieren der elektrischen Ladungen, die während mehrmaliger Rundenperioden gespeichert werden, erzielt werden. Das heißt, durch geeignetes Festlegen des Zeitpunktes, zu dem die elektrischen Ladungen (Ausgangswert), die in einem Pixel (demselben Pixel) gespeichert sind, ausgelesen werden, können sowohl der Abstandsmesswert der Kurzzeitbelichtung als auch der Abstandsmesswert der Langzeitbelichtung aus einem Pixel erlangt werden, und es kann der dynamische Bereich erweitert werden.
8 stellt ein Prinzip zum Erlangen des Abstandsmesswertes aus den beiden Unterbelichtungen dar. Abgesehen von einem Fall, bei dem die Abstandsmessung mit zwei Kondensatoren und vier Phasen, wie es in 31 dargestellt und oben beschrieben wurde, durchgeführt wird, gibt es einen Fall, bei dem eine Abstandsmessung mit vier Kondensatoren und vier Phasen durchgeführt wird (anderes Bezugsbeispiel). Wenn die Sequenz in 6, bei der die Belichtung der Vierphasenabstandsmessung durch zwei Teilunterbelichtungen gemäß dem Bezugsbeispiel erzielt wird, mit der Sequenz verglichen wird, bei der die Abstandsmessung mit vier Kondensatoren und vier Phasen gemäß dem Bezugsbeispiel durchgeführt wird, entspricht die Unterbelichtung bzw. Nebenbelichtung 1, die in 6 dargestellt ist, der Belichtung von 0 Grad bis 180 Grad in der Sequenz, in der die Abstandsmessung mit vier Kondensatoren und vier Phasen durchgeführt wird, und die Unterbelichtung 2 entspricht der Belichtung von 90 Grad bis 270 Grad in der Sequenz, in der die Abstandsmessung mit vier Kondensatoren und vier Phasen durchgeführt wird. Die Unterbelichtungen 1, 2 entsprechen einem Nenner und einem Zähler in der Gleichung (3), die unten angegeben ist und die die Phasendifferenz θ der Vierphasenabstandsmessung berechnet. [Gleichung 1]
Dementsprechend kann die Phasendifferenz durch Berechnen eines Verhältnisses eines Abtastwertes bzw. Probenwertes der Unterbelichtung 1 und eines Abtastwertes bzw. Probenwertes der Unterbelichtung 2 und Berechnen des Arkustangens des Verhältnisses berechnet werden (Gleichung (3) ist äquivalent zu Gleichung (1)).
8 stellt einen Fall dar, bei dem die Unterbelichtung auf den vier Phasen basiert, es wird jedoch ein ähnlicher Gedanke allgemein für N Phasen (N ist eine natürliche Zahl) verwendet. Im Allgemeinen ist eine Gleichung der diskreten Fourier-Transformation durch die folgende Gleichung (4) gegeben. [Gleichung 2]
Es wird hauptsächlich eine primäre Komponente in der Phasen-Flugzeitabstandsmessung verwendet, und die Gleichung (4) ist durch die folgende Gleichung (5) gegeben. [Gleichung 3]
Da N auf ein Mehrfaches von zwei beschränkt ist und N = 2M festgelegt ist, ist die Gleichung (5) durch die folgende Gleichung (6) gegeben. [Gleichung 4]
Dementsprechend wird die hierarchische Abstandsmessung basierend auf dem Prinzip der vorliegenden Erfindung auf beliebige Weise eines Unterteilens durch Bestimmen der Ansteuerwellenform der Unterbelichtung derart ausgebildet, dass die Teilunterbelichtung gleich a_j – a_N/2+j ist. Insbesondere wird die Ansteuerwellenform derart bestimmt, dass eine Beziehung der Wellenformen von 1, –1 gleich eine Phasendifferenz von 180 Grad ist.
Beispiele für ein Verfahren zum Erzielen von „0“ in der Sequenz in 6, bei der die Belichtung der Vierphasenabstandsmessung durch die zwei Teilunterbelichtungen erzielt wird, beinhalten die unten beschriebenen ersten bis dritten Verfahren.
Bei dem ersten Verfahren wird, wie es in 9 dargestellt ist, „0“ durch Einstellen einer Periode, während der die Modulationsschalter 14a, 14b gleichzeitig eingeschaltet sind, erzielt, das heißt der Periode, während der TG1 und TG2 beide gleich „H“ sind. In der Periode, während der TG1 und TG2 beide gleich „H“ sind, werden die elektrischen Ladungen, die in der PD 13 erzeugt werden, in Qa und Qb unterteilt und in den Speicherkondensatoren 15a, 15b gespeichert, und daher sind Qa und Qb auf denselben Wert eingestellt. Somit wird die Komponente durch die CM-Komponentenentfernungsschaltung 7 und die Differenzerfassungsschaltung 10 entfernt, und als Ergebnis gibt die AD-Wandlerschaltung 11 „0“ aus.
Bei dem zweiten Verfahren wird, wie es in 10 dargestellt ist, „0“ durch Anordnen eines Modulationsschalters 14c zusätzlich zu den Modulationsschaltern 14a, 14b und durch Einstellen einer Periode erzielt, bei der die Modulationsschalter 14a, 14b gleichzeitig ausgeschaltet sind und der Modulationsschalter 14c eingeschaltet ist, das heißt, eine Periode, während der TG1 und TG2 beide „L“ sind und TG3 gleich „H“ ist. In der Periode, während der TG1 und TG2 beide gleich „L“ sind und TG3 gleich „H“ ist, werden die elektrischen Ladungen, die in der PD 13 erzeugt werden, auf einem festen elektrischen Potential (beispielsweise VDD) nicht berücksichtigt.
Bei dem dritten Verfahren wird, wie es in 11 dargestellt ist, „0“ durch Nichtberücksichtigen von Qa oder Qb und durch zweimaliges Integrieren der Abtastungen erzielt. Das heißt, es wird ein Zyklus, bei dem die elektrischen Ladungen, die während einer Periode gespeichert werden, während der TG2 gleich „H“ ist, nicht berücksichtigt, und es wird ein Zyklus, bei dem die elektrischen Ladungen, die während einer Periode gespeichert werden, während der TG1 gleich „H“ ist, nicht berücksichtigt, und diese werden integriert. Bei dem oben beschriebenen ersten Verfahren ist es notwendig, die Periode, während der TG1 und TG2 beide gleich „H“ sind, einzustellen, und bei dem zweiten Verfahren ist es notwendig, die Periode, während der TG1 und TG2 beide gleich „L“ sind, einzustellen, aber bei dem dritten Verfahren ist es nicht notwendig, eine derartige Periode einzustellen, und daher besteht hier der Vorteil darin, dass nur eine einfache Steuerung durchgeführt wird, bei der TG1 und TG2 umgekehrt zueinander sind.
12 stellt eine Sequenz dar, bei der eine Belichtung der Vierphasenabstandsmessung durch vier Teilunterbelichtungen erzielt wird. In diesem Fall wird die Vierphasenabstandsmessung äquivalent zu einer Abstandsmessung mit acht Kondensatoren und acht Phasen durch Ansteuern der Unterbelichtung mit einer Wellenform mit einem Tastverhältnis von 12,5 %. 13 stellt eine weitere Sequenz dar, bei der eine Belichtung der Vierphasenabstandsmessung durch vier Teilunterbelichtungen erzielt wird. In diesem Fall wird die Unterbelichtung durch eine Wellenform mit einem Tastverhältnis von 37,5 % angesteuert. In 12 ist es notwendig, eine Belichtungszeit zum Einstellen eines SNR (Signal-zu-Rausch-Verhältnis) einer Langzeitspeicherung zu vervierfachen, sodass diese äquivalent zu derjenigen in dem Verfahren des Bezugsbeispiels ist, in 13 kann jedoch durch Einstellen einer Zeit, während der ein Signal in der Unterbelichtung integriert wird, auf länger als diejenige in der Sequenz, die in 12 dargestellt ist, das SNR verbessert werden, ohne die Belichtungszeit zu vervierfachen. 14 stellt eine weitere Sequenz dar, bei der die Belichtung der Vierphasenabstandsmessung durch vier Teilunterbelichtungen erzielt wird. In diesem Fall wird die Unterbelichtung durch eine Wellenform mit einem Tastverhältnis von 50 % angesteuert. In 12 und 13 ist es notwendig, eine Steuerung durchzuführen, die „0“ einfügt, in 14 ist es jedoch nicht notwendig, eine Steuerung durchzuführen, die „0“ einfügt, obwohl das SNR, das in derselben Belichtungszeit erhalten wird, kleiner als dasjenige ist, das in der Sequenz erhalten wird, die in 13 dargestellt ist.
15 stellt ein Schaltungsdiagramm dar, bei dem ein Teil der Abstandsmesswerterlangungsschaltung 8, der ein zweiter bzw. hinterer Teil des Lichtempfangselements 6 ist, durch einen analogen Speicher ausgebildet wird, und 16 stellt ein Zeitdiagramm des Betriebs der Schaltung dar. In der Abstandsmesswerterlangungsschaltung 8 sind die Puffer 9a, 9b, Rücksetzschaltelemente 21a, 21b und Auswahlschaltelemente 22a, 22b mit dem Lichtempfangselement 6 (der PD 13, den Modulationsschaltern 14a, 14b, den Speicherkondensatoren 15a, 15b) verbunden. Die Puffer 9a, 9b, die Schaltelemente 21a, 21b und die Schaltelemente 22a, 22b werden beispielsweise durch einen Feldeffekttransistor (FET) ausgebildet. Eine analoge Differenzsignalverarbeitungsschaltung 23 liest die Menge der elektrischen Ladungen aus dem Lichtempfangselement 6 differentiell aus und gibt ein Ausgangsignal an einen analogen Speicher 24 und eine Differenzberechnungsschaltung 25 aus. Wenn der analoge Speicher 24 das Ausgangsignal von der analogen Differenzsignalverarbeitungsschaltung 23 empfängt, hält der analoge Speicher 24 einen Ausgangswert des empfangenen Ausgangsignals, und wenn der analoge Speicher 24 das nächste Ausgangsignal empfängt, gibt der analoge Speicher 24 ein Ausgangsignal, das den gehaltenen Ausgangswert enthält, an die Differenzberechnungsschaltung 25 aus. Die Differenzberechnungsschaltung 25 berechnet die Differenz durch Subtrahieren des Ausgangswertes des Ausgangsignals, das von dem analogen Speicher 24 eingegeben wird, von dem Ausgangswert des Ausgangsignals, das von der analogen Differenzsignalverarbeitungsschaltung 23 eingegeben wird, und gibt die Differenz aus. Das heißt, die Abstandsmesswerterlangungsschaltung 8 gibt das Ausgangsignal, das direkt von der analogen Differenzsignalverarbeitungsschaltung 23 ausgegeben wird, als Abstandsmesswert der Langzeitbelichtung aus und gibt das Ausgangsignal, das von der Differenzberechnungsschaltung 25 ausgegeben wird, als Abstandsmesswert der Kurzzeitbelichtung aus. Bei einer derartigen Konfiguration, bei der die Differenz von der analogen Schaltung berechnet wird, kann im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der die Differenz durch eine unten beschriebene digitale Schaltung berechnet wird, eine Vergrößerung einer Schaltung oder der Einfluss von Rauschen zu einem Problem werden, es kann jedoch der Einfluss eines Quantisierungsfehlers verhindert werden.
17 stellt ein Schaltungsdiagramm dar, bei dem ein Teil der Abstandsmesswerterlangungsschaltung 8, der ein zweiter bzw. hinterer Teil des Lichtempfangselementes 6 ist, durch einen digitalen Speicher ausgebildet wird, und 18 stellt ein Zeitdiagramm des Betriebs der Schaltung dar. Die AD-Wandlerschaltung 11 liest die Menge der elektrischen Ladungen aus dem Lichtempfangselement 6 differentiell aus und wendet die AD-Wandlung auf die Menge der elektrischen Ladungen an und gibt ein Ausgangsignal an einen digitalen Speicher 31 und eine Differenzberechnungsschaltung 32 aus. Wenn der digitale Speicher 31 das Ausgangsignal von der AD-Wandlerschaltung 11 empfängt, hält der digitale Speicher 31 einen Ausgangswert des empfangenen Ausgangsignals, und wenn der digitale Speicher 31 das nächste Ausgangsignal empfängt, gibt der digitale Speicher 31 das Ausgangsignal, das den gehaltenen Ausgangswert enthält, an die Differenzberechnungsschaltung 32 aus. Die Differenzberechnungsschaltung 32 berechnet die Differenz durch Subtrahieren des Ausgangswertes des Ausgangsignals, das von dem digitalen Speicher 31 eingegeben wird, von dem Ausgangswert des Ausgangsignals, das von der AD-Wandlerschaltung 11 eingegeben wird, und gibt die Differenz aus. Das heißt, die Abstandsmesswerterlangungsschaltung 8 gibt das Ausgangsignal, das direkt von der AD-Wandlerschaltung 11 ausgegeben wird, als Abstandsmesswert der Langzeitbelichtung aus, und gibt das Ausgangsignal, das von der Differenzberechnungsschaltung 32 ausgegeben wird, als Abstandsmesswert der Kurzzeitbelichtung aus. Bei einer derartigen Konfiguration, bei der die Differenz von der digitalen Schaltung berechnet wird, wird im Vergleich zu der Konfiguration, bei der die Differenz von der analogen Schaltung berechnet wird, der Einfluss eines Quantisierungsfehlers zu einem Problem, es können jedoch eine Größe der Schaltung und der Einfluss von Rauschen verringert werden.
Im Folgenden wird die Steuerung der Unterbelichtung und die Steuerung der Langzeitbelichtung beschrieben.
19 stellt ein Zeitdiagramm dar, bei dem ein rollierendes Zurücksetzen und ein rollierendes Auslesen durchgeführt werden. In dem Zeitdiagramm der 19 ist es, da eine Zeit, während der eine beliebige Reihe nicht ausgelesen wird (die Zeit zum Einstellen einer Belichtungszeit) eingestellt wird, nicht notwendig, die Zeit der Langzeitspeicherung auf ein Mehrfaches der Anzahl der Reihen des Auslesens einzustellen. Da die elektrischen Ladungen, die durch die Langzeitbelichtung erhalten werden, in dem Kondensator jedes Pixels gespeichert werden, können die analoge Differenzsignalverarbeitungsschaltung 23 und der analoge Speicher 24, die in 15 dargestellt sind, oder die AD-Wandlerschaltung 11 und der digitale Speicher 31, die in 17 dargestellt sind, in Spalten angeordnet werden.
20 stellt ein weiteres Zeitdiagramm dar, bei dem das rollierende Zurücksetzen und das rollierende Auslesen durchgeführt werden. In dem Zeitdiagramm der 19, das oben beschrieben wurde, wird die Sequenz der Unterbelichtung nach der Belichtungszeit einer rollierenden Blende gestoppt, in einem Fall jedoch, in dem der Einfluss eines Fließens der elektrischen Ladungen um das Pixel oder Ähnlichem nicht erzeugt wird, kann die Belichtung global mit derselben Ansteuerwellenform durchgeführt werden, und es kann nur das Lesen durch das rollierende Zurücksetzen erzielt werden.
21 stellte ein Zeitdiagramm dar, bei dem ein globales Zurücksetzen und ein rollierendes Auslesen durchgeführt werden. Bei dem globalen Zurücksetzen wird die Größe der Schaltung erhöht, da es notwendig ist, Werte sämtlicher Pixel in dem Speicher zu halten, es kann jedoch ein Problem durch eine nicht gewährleistete Gleichzeitigkeit der Belichtung in jeder Reihe (sogenannte Brennebenenverzerrung) verhindert werden.
22 stellt ein weiteres Zeitdiagramm dar, bei dem das globale Zurücksetzen und das rollierende Auslesen durchgeführt werden. Durch Einstellen der Langzeitspeicherung auf eine globale Blende und Einstellen der Kurzzeitspeicherung auf eine rollierende Blende kann eine Ausgabe mit geringer Brennebenenverzerrung auf der Seite der Langzeitspeicherung erzielt werden. Auch in diesem Fall können die analoge Differenzsignalverarbeitungsschaltung 23 und der analoge Speicher 24, die in 15 dargestellt sind, oder die AD-Wandlerschaltung 11 und der digitale Speicher 31, die in 17 dargestellt sind, in Spalten angeordnet werden.
23 stellt ein weiteres Zeitdiagramm dar, bei dem das globale Zurücksetzen und das rollierende Auslesen durchgeführt werden. In einem Fall, in dem die Rahmenrate auf der Seite der Unterbelichtung durch eine Pixelauslesezeit, Ausdünnen und Auslesen einer rollierenden Blende der Unterbelichtung reguliert wird, kann die Rahmenrate erhöht werden. In einem Fall, in dem ein Abstand zwischen der eigenen Vorrichtung und dem Ziel klein ist oder das Ziel durch ein Objekt ausgebildet wird, das ein hohes Reflexionsvermögen aufweist, ist es sehr wahrscheinlich, dass dieses über mehrere Reihen gemessen wird, und daher stellt eine derartige Konfiguration kaum ein Problem dar.
Im Folgenden wird eine Steuerung beschrieben, die eine Amplitude (gelesener Ausgangswert) der jeweiligen Ausgangspixel der Langzeitbelichtung optimiert.
24 stellt ein Zeitdiagramm zum Optimieren der Amplitude der jeweiligen Ausgangspixel der Langzeitbelichtung dar. In dem Beispiel der 24 wird hinsichtlich der Pixel in anderen Reihen als einer zweiten Reihe eine weitere Belichtung wiederholt, da die Amplitude unzureichend ist, wenn die zweite Runde des Auslesens durchgeführt wird. Hinsichtlich der Pixel in der zweiten Reihe wird jedoch die Belichtung in der zweiten Runde gestoppt, da die Amplitude ausreichend ist, wenn die zweite Runde des Auslesens durchgeführt wird. Da eine Steuerungsleitung der Belichtung den Reihen gemeinsam ist, wird unter Verwendung eines Mittelwertes, eines maximalen Wertes oder eines minimalen Wertes einer entsprechenden Reihe bestimmt, ob die Amplitude ausreichend ist.
25 stellt ein weiteres Zeitdiagramm zum Optimieren der Amplitude der jeweiligen Ausgangspixel der Langzeitbelichtung dar. Durch Einfügen eines Zurücksetzens in jedem Pixel, das einen hohen Ausgangswert der Unterbelichtung aufweist, wird eine Steuerung derart durchgeführt, dass die elektrischen Ladungen der Langzeitbelichtung am Ende nicht gesättigt sind. In dem Beispiel der 25 wird das Zurücksetzen für die Pixel der zweiten Reihe eingefügt.
26 stellt ein weiteres Zeitdiagramm zum Optimieren der Amplitude der jeweiligen Ausgangspixel der Langzeitbelichtung dar. Die oben beschriebene 25 stellt einen Fall dar, bei dem das rollierende Zurücksetzen verwendet wird, es kann jedoch ein Zurücksetzen in jedem Pixel, das einen hohen Ausgangswert der Unterbelichtung aufweist, in einer Konfiguration eingefügt werden, bei der das globale Zurücksetzen verwendet wird.
27 stellt ein Schaltungsdiagramm dar, bei dem ein Zurücksetzen in jedem Pixel adaptiv freigegeben bzw. ermöglicht wird, und 28 stellt die Verdrahtung der Schaltung dar. In diesem Fall sind zusätzlich zu den Puffern 9a, 9b, den Rücksetzschaltelementen 21a, 21b und den Auswahlschaltelementen 22a, 22b Spaltenrücksetzschaltelemente 23a, 23b und Auswahlschaltelemente 24a, 24b mit dem Lichtempfangselement 6 in der Abstandsmesswerterlangungsschaltung 8 verbunden. In den Sequenzen, die in 25 und 26 dargestellt sind, kann ausgewählt werden, ob ein Zurücksetzen in einem jeweiligen Pixel durchgeführt wird, während die Konfiguration gehalten wird, bei der die Steuerleitung der Belichtungssteuerung den Reihen gemeinsam ist. Durch Festlegen sowohl einer SEL-Leitung als auch einer CRST-Leitung auf „H“ kann nur das Pixel zurückgesetzt werden, und daher kann nur das Pixel mit einer großen Amplitude in der Lesereihe zurückgesetzt werden.
29 stellt ein weiteres Schaltungsdiagramm dar, bei dem das Zurücksetzen in jedem Pixel adaptiv freigegeben bzw. ermöglicht wird, und 30 stellt die Verdrahtung der Schaltung dar. In der Konfiguration der 27 kann das Zurücksetzen in jeder Reihe durch Festlegen sämtlicher CRST-Leitungen auf „H“ gleichzeitig freigegeben werden, und daher ist die RST-Leitung redundant. Das heißt, in 29 wird eine Konfiguration verwendet, bei der die RST-Leitung aus der Konfiguration der 27 weggelassen ist.
Wie es oben beschrieben wurde, können gemäß der ersten Ausführungsform die folgenden Wirkungen erzielt werden.
In der Flugzeitabstandsmessvorrichtung 1 wird die Basisbelichtungsperiode, die der Langzeitspeicherung in dem Bezugsbeispiel entspricht, in mehrere Unterbelichtungsperioden unterteilt, und die elektrischen Ladungen, die während der Unterbelichtungsperiode gespeichert werden, werden gehalten, ohne dass sie in der Periode einer Runde der Unterbelichtungsperioden zurückgesetzt werden. Durch Erlangen des Abstandsmesswertes der Kurzzeitbelichtung aus der Menge der elektrischen Ladungen, die während der einen runden Periode gespeichert werden, und durch Erlangen des Abstandsmesswertes der Langzeitbelichtung durch Integrieren der Menge der elektrischen Ladungen, die während mehrerer Rundenperioden gespeichert werden, werden sowohl der Abstandsmesswert der Langzeitbelichtung als auch der Abstandsmesswert der Kurzzeitbelichtung von einem Pixel (dasselbe Pixel) erlangt. Dadurch kann der dynamische Bereich erweitert werden, ohne dass er durch einen Empfangszustand des reflektierten Lichtes, einen optischen Entwurf des empfangenen Lichtes und eine Anordnung der Pixel beschränkt ist. Insbesondere kann dieses für eine fahrzeugeigene Vorrichtung oder Ähnliches geeignet verwendet werden, bei der sich die eigene Vorrichtung und/oder das Ziel bewegt.
(Zweite Ausführungsform)
Im Folgenden wird eine Flugzeitabstandsmessvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben.
Zunächst wird ein Fall, bei dem eine mehrfache Belichtung durchgeführt wird, unter Verwendung eines Vergleichsbeispiels, das in den 54 bis 56 dargestellt ist, beschrieben, um das Verständnis der technischen Bedeutung der Flugzeitabstandsmessvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zu erleichtern. Wie es in 54 und 55 dargestellt ist, enthält ein Lichtempfangselement 1101 eine PD (Fotodiode) 1102, zwei Modulationsschalter 1103a, 1103b und einen Speicherkondensator 1104, und es wird ein Fall als ein Beispiel beschrieben, bei dem eine Vierphasenabstandsmessung durchgeführt wird. In diesem Fall führt beispielsweise, wie es in 56 dargestellt ist, eine Pixelgruppe von Pixeln A eine Langzeitbelichtung durch tausendfache Wiederholung einer Ansteuerung durch, und eine Pixelgruppe von Pixeln B führt eine Kurzzeitbelichtung durch hundertmalige Wiederholung eine Ansteuerung durch, und dadurch kann ein dynamischer Bereich um 20 dB erweitert werden.
In dem Vergleichsbeispiel wird die Rahmenrate im Vergleich zu einer Konfiguration erhöht, bei der die mehrfache Belichtung aufeinanderfolgend durch Verteilen von mehreren der Pixel innerhalb einer Ebene in die Pixelgruppe, die die Langzeitbelichtung durchführt, und die Pixelgruppe, die die Kurzzeitbelichtung durchführt, durchgeführt wird. In der Vierphasenabstandsmessung der Kurzzeitbelichtung wird jedoch ähnlich wie bei der Langzeitbelichtung die Rahmenrate der Kurzzeitbelichtung durch die Zeit der Langzeitbelichtung reguliert, da ein Abstand nach dem Auslesen jeweiliger Werte bei 0 Grad, 90 Grad, 180 Grad und 270 Grad berechnet wird. Auf diese Weise gibt es bei dem Verfahren gemäß dem Vergleichsbeispiel eine Beschränkung hinsichtlich der Erhöhung der Rahmenrate der Kurzzeitbelichtung.
Unter Berücksichtigung dieses Aspektes wird die Flugzeitabstandsmessvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform, die in der Lage ist, den dynamischen Bereich auf geeignete Weise zu erweitern und die Rahmenrate der Kurzzeitbelichtung geeignet zu erhöhen, genauer mit Bezug auf 34 bis 45 beschrieben.
Die zweite Ausführungsform verwendet eine Konfiguration eines Single-End-Ausgangs. Eine Flugzeitabstandsmessvorrichtung 201 enthält eine Signalquelle 202, eine Ansteuerschaltung 203 (Ansteuereinheit), ein Lichtemissionselement 204, eine Steuerschaltung 205 (Steuereinheit), ein Lichtempfangselement 206 und eine Abstandsmesswerterlangungsschaltung 207 (Abstandsmesswerterlangungseinheit). Die Abstandsmesswerterlangungsschaltung 207 weist einen Puffer 208, eine AD-Wandlerschaltung 209 und eine digitale Signalverarbeitungsschaltung 210 auf.
Die Signalquelle 202 führt eine Synchronisation zwischen dem Lichtemissionselement 204 und dem Lichtempfangselement 206 durch Ausgeben eines Ansteuersignals an die Ansteuerschaltung 203 und die Steuerschaltung 205 durch, und die Signalquelle 202 steuert eine Belichtung des Lichtempfangselementes 206, während sie das Lichtempfangselement 206 mit moduliertem Licht, das von dem Lichtemissionselement 204 emittiert wird, synchronisiert. Das Ansteuersignal, das von der Signalquelle 202 ausgegeben wird, kann durch einen Rechteckpuls (normalerweise mehrere bis mehrere zehn MHz) ausgebildet werden, der das Lichtemissionselement 204 und das Lichtempfangselement 206 ansteuert, oder kann alternativ durch nur einen synchronen Puls ausgebildet werden. Das Lichtemissionselement 204 wird durch eine LD (Laserdiode) oder eine LED (lichtemittierende Diode) ausgebildet, die beispielsweise Infrarotlicht als das modulierte Licht emittiert. Das Lichtempfangselement 206 wird durch einen Bildsensor unter Verwendung eines Prozesses beispielsweise eines CMOS (komplementärer Metalloxidhalbleiter) oder einer CCD (ladungsgekoppelte Vorrichtung) ausgebildet.
Wie es in 35 dargestellt ist, enthält das Lichtempfangselement 206 eine PD (Fotodiode) 211, zwei Modulationsschalter 212a, 212b und einen Speicherkondensator 213. Jeder der beiden Modulationsschalter 212a, 212b wird beispielsweise durch eine MOS-Vorrichtung wie beispielsweise einen MOS-Transistor oder ein Transfer-Gatter, eine CCD-Vorrichtung oder Ähnliches ausgebildet. Der Speicherkondensator 213 wird beispielsweise aus einem Kapazitätselement wie beispielsweise einem MOS, einer CCD oder einem MIM (Metall-Isolator-Metall), einer Verdrahtung, einer parasitären Kapazität eines PN-Übergangs oder Ähnlichem ausgebildet. Das Lichtempfangselement 206 steuert die Modulationsschalter 212a, 212b unter Verwendung eines Steuersignals (Gatesignal) TG1 an und speichert elektrische Ladungen, die durch das empfangene einfallende Licht erzeugt werden, in dem Speicherkondensator 213 und gibt ein Signal, das eine Menge der elektrischen Ladungen angibt, an die Abstandsmesswerterlangungsschaltung 207 aus. Da das Steuersignal TG1 mit dem modulierten Licht synchronisiert wird, wird die Menge der elektrischen Ladungen, die in dem Speicherkondensator 213 gespeichert werden, entsprechend einem Abstand zwischen der eigenen Vorrichtung und dem Ziel geändert.
Der Puffer 208 wird beispielsweise durch eine Sourcefolgeschaltung gemäß einer einfachen Konfiguration ausgebildet. Die AD-Wandlerschaltung 209 wandelt das Signal, das von dem Puffer 208 eingegeben wird und ein analoges Signal ist, in ein digitales Signal um und gibt das digitale Signal in die digitale Signalverarbeitungsschaltung 210 ein. Die digitale Signalverarbeitungsschaltung 210 verarbeitet das digitale Signal, das von der AD-Wandlerschaltung 209 eingegeben wird, und berechnet den Abstand zwischen der eigenen Vorrichtung und dem Ziel aus der Menge der elektrischen Ladungen, die in dem Speicherkondensator 213 gespeichert sind, und erlangt den Abstandsmesswert (misst den Abstand).
36 stellt eine Sequenz (Modulationszyklus: Tm, Belichtungsperiode: Tw) dar, bei der eine Vierphasenabstandsmessung durchgeführt wird, wenn das Tastverhältnis einer Lichtemissionswellenform auf 50 % eingestellt ist (das Lichtempfangselement 206 wird in vier Phasen angesteuert). Eine Wellenform des modulierten Lichtes, das von dem Lichtemissionselement 204 emittiert wird (Lichtemissionswellenform 2110), wird durch eine Rechteckwelle, die mit dem Steuersignal TG1 synchronisiert ist, moduliert. In 36 ist ein Fall als ein Beispiel dargestellt, bei dem die Wellenform durch die Rechteckwelle moduliert ist, die Wellenform kann jedoch durch eine Sinuswelle, eine Dreieckwelle oder eine Wellenform einer Zufallsrauschsequenz oder Ähnlichem moduliert werden. Eine Wellenform des reflektierten Lichtes des modulierten Lichtes, das von dem Ziel reflektiert wurde (reflektierte Wellenform 2120), weist eine Zeitdifferenz in Bezug auf die Lichtemissionswellenform 2110 auf, und daher ist die Wellenform des reflektierten Lichtes gegenüber der Lichtemissionswellenform 2110 mit einer Phasendifferenz θ verzögert. Andererseits wird das Steuersignal TG1 durch Rechteckwellen, die um 90 Grad zueinander verschobene Phasen aufweisen, angesteuert. Die digitale Signalverarbeitungsschaltung 210 wiederholt eine Sequenz, die durch Steuersignale TG1-1, TG1-2 (Ansteuerwellenformen 2111, 2112) angesteuert wird, mehrere zehn Male bis mehrere hunderttausend Male und erlangt dann Informationen hinsichtlich der erzeugten elektrischen Ladungen Q1, Q2 (Spannungswert, der für die Wandlung der elektrischen Ladungen in eine Spannung verwendet wird). Danach wiederholt die digitale Signalverarbeitungsschaltung 210 eine Sequenz, die durch die Steuersignale TG1-3, TG1-4 (Ansteuerwellenformen 2113, 2114) angesteuert wird, mehrere zehn Male bis mehrere hunderttausend Male auf ähnliche Weise und erlangt dann Informationen hinsichtlich der erzeugten elektrischen Ladungen Q3, Q4. Die digitale Signalverarbeitungsschaltung 210 berechnet die Phasendifferenz θ aus den erlangten Q1 bis Q4 auf der Grundlage der Gleichung (1), die in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, unter Verwendung der diskreten Fourier-Transformation (DFT).
In einem Fall, in dem eine derartige Phasen-Flugzeitabstandsmessvorrichtung 201 an einem Fahrzeug oder Ähnlichem verwendet wird, ist eine Erweiterung des dynamischen Bereiches notwendig und es ist außerdem eine Verbesserung der Rahmenrate der Kurzzeitbelichtung notwendig. Im Folgenden wird ein Verfahren zum Erweitern des dynamischen Bereiches und zum Erhöhen der Rahmenrate der Kurzzeitbelichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
37 stellt ein Zeitdiagramm einer mehrfachen Belichtung in der Konfiguration des Single-End-Ausgangs gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Im Vergleich zu dem Zeitdiagramm der mehrfachen Belichtung in dem Vergleichsbeispiel, das in 56 dargestellt ist, gruppiert die Steuerschaltung 205 bei der Mehrfachbelichtung der vorliegenden Ausführungsform mehrere Pixel innerhalb einer Ebene in eine Pixelgruppe von Pixeln A und eine Pixelgruppe von Pixeln B, und dieses ist dasselbe Merkmal. Bei der Mehrfachbelichtung der vorliegenden Erfindung führt die Steuerschaltung 205 jedoch eine mehrmalige Kurzzeitbelichtung durch Speichern und Auslesen der elektrischen Ladungen nicht einer einzelnen Phase, sondern mehrerer Phasen in der Pixelgruppe der Pixel B in einer Periode, in der die Langzeitbelichtung in der Gruppe der Pixel A durchgeführt wird, durch. Als Ergebnis wird hinsichtlich der Pixelgruppe der Pixel B in derselben Periode die Anzahl bzw. die Häufigkeit der Erlangung des Abstandsmesswertes im Vergleich zu der mehrfachen Belichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel erhöht, und daher kann der Abstandsmesswert häufiger erneuert werden und es kann die Rahmenrate erhöht werden. In dem Beispiel der 37 führt die Pixelgruppe der Pixel B während der Periode, während der die Pixelgruppe der Pixel A einmal die Langzeitbelichtung durchführt, viermal die Kurzzeitbelichtung durch, und dadurch kann eine Vervierfachung der Rahmenrate im Vergleich zu einem Fall einer Ansteuerung gemäß dem Zeitdiagramm der 56 erzielt werden. Ein effektiver Wert kann dadurch erlangt werden, dass eine derartige Kurzzeitbelichtung (ausreichende Signalamplitude) dadurch bewirkt wird, dass das Ziel nahe bei der eigenen Vorrichtung ist, oder dadurch, dass das reflektierte Licht, das von dem Ziel reflektiert wird, ein hohes Reflexionsvermögen aufweist, und daher kann die Rahmenrate im Vergleich zu dem Ziel, das nahe bei der eigenen Vorrichtung ist, oder dem Ziel, das ein hohes Reflexionsvermögen aufweist, erhöht werden. Das heißt, diese Ausführungsform ist insbesondere für eine Umgebung einer fahrzeugeigenen Vorrichtung oder Ähnlichem geeignet, bei der eine häufige Berechnung des Abstands (Erhöhung der Rahmenrate) benötigt wird, um eine Kollision mit dem Ziel (Person, Fahrzeug, Wand oder Ähnlichem) zu vermeiden.
38 stellt ein Zeitdiagramm einer weiteren Mehrfachbelichtung der Konfiguration des Single-End-Ausgangs dar. In der oben beschriebenen 37 ist ein Verhältnis zwischen der Rahmenrate der Langzeitbelichtung und der Kurzzeitbelichtung gleich „4“, das Verhältnis der Rahmenraten ist jedoch nicht auf „4“ beschränkt. Das heißt, die Rahmenrate kann durch Erhöhen der Anzahl der Zyklen der Kurzzeitbelichtung im Vergleich zu der Langzeitbelichtung (Wiederholungszahl) weiter erhöht werden. In dem Beispiel der 38 kann die Rahmenrate zwölfmal so groß wie in dem Fall einer Ansteuerung gemäß dem Zeitdiagramm der 56 gemacht werden, und die Rahmenrate beträgt das Dreifache derjenigen in dem Fall der Ansteuerung gemäß dem Zeitdiagramm der 37. Im Gegensatz dazu kann im Hinblick auf die Signalverarbeitung in dem letzteren Teil die Rahmenrate durch Verringern (Ausdünnen) der Anzahl der Zyklen der Kurzzeitbelichtung im Vergleich zu der Langzeitbelichtung verringert werden.
39 stellt ein Zeitdiagramm einer weiteren Mehrfachbelichtung gemäß der Konfiguration des Single-End-Ausgangs dar. In 37 und 38, die oben beschrieben wurden, wird der Abstandsmesswert mehr als einmal in der Kurzzeitbelichtung während der Periode in jeder Phase der Langzeitbelichtung erlangt, der Abstandsmesswert kann jedoch einmal in der Kurzzeitbelichtung während einer Periode über mehrere Phasen der Langzeitbelichtung erlangt werden. In dem Beispiel der 39 kann die Rahmenrate zweimal so groß wie diejenige in dem Fall der Ansteuerung gemäß dem Zeitdiagramm der 56 sein.
40 und 41 stellen Anordnungen dar, bei denen mehrere Pixel innerhalb einer Ebene in zwei Pixelgruppen gruppiert sind. In 40 sind eine Pixelgruppe A der Langzeitbelichtung und eine Pixelgruppe B der Kurzzeitbelichtung je Reihe gruppiert. In der Konfiguration der 40 wird eine Verdrahtung der Steuerleitung, die die Modulationsschalter 12a, 12b ansteuert, gemeinsam verwendet, und daher kann die Rahmenrate der Kurzzeitbelichtung erhöht werden, ohne eine vorhandene Konfiguration stark zu modifizieren. Andererseits sind in 41 die Pixelgruppe A der Langzeitbelichtung und die Pixelgruppe B der Kurzzeitbelichtung derart gruppiert, dass sie ein Schachbrettmuster ausbilden. In der Konfiguration der 41 ist es notwendig, die Verdrahtungen der Steuerleitung zu erhöhen, in einem Fall jedoch, in dem ein Bild nur durch die Pixelgruppe ausgebildet wird, die die Kurzzeitbelichtung durchführt, kann die Raumauflösung erhöht werden.
42 stellt einen Modus dar, bei dem eine Pixelgruppe der Langzeitbelichtung und eine Pixelgruppe der Kurzzeitbelichtung zeitlich gewechselt werden. In einigen Fällen kann das reflektierte Licht, das von einem Ziel reflektiert wird, das von der eigenen Vorrichtung weit entfernt ist, oder von einem Ziel reflektiert wird, das ein niedriges Reflexionsvermögen aufweist, nur von einem Pixel empfangen werden. Wenn somit die Pixelgruppe der Langzeitbelichtung und die Pixelgruppe der Kurzzeitbelichtung fest sind, kann ein Ziel, dessen Abstandsmesswert nicht erlangt werden kann, vorhanden sein. Diesbezüglich kann durch Wechseln der Pixelgruppe der Langzeitbelichtung und der Pixelgruppe der Kurzzeitbelichtung im Verlaufe der Zeit (beispielsweise je Rahmen) das oben beschriebene Problem vermieden werden. 42 stellt den Modus dar, bei dem eine Pixelgruppe der Langzeitbelichtung und eine Pixelgruppe der Kurzzeitbelichtung in einer Konfiguration gewechselt werden, bei der die Pixelgruppe der Langzeitbelichtung und die Pixelgruppe der Kurzzeitbelichtung je Reihe gruppiert sind, wie es in 40 dargestellt ist. Die Pixelgruppe der Langzeitbelichtung und die Pixelgruppe der Kurzzeitbelichtung können jedoch auf ähnliche Weise bei einer Konfiguration gewechselt werden, bei der die Pixelgruppe der Langzeitbelichtung und die Pixelgruppe der Kurzzeitbelichtung derart gruppiert sind, dass sie ein Schachbrettmuster ausbilden, wie es in 41 dargestellt ist.
43 stellt ein Zeitdiagramm einer weiteren Mehrfachbelichtung in der Konfiguration des Single-End-Ausgangs dar. In 37 bis 39, die oben beschrieben wurden, sind die Pixel innerhalb der Ebene in zwei Pixelgruppen gruppiert, die Pixel innerhalb der Ebene können jedoch in drei Pixelgruppen gruppiert werden. In dem Beispiel der 43 kann mit einer Pixelgruppe von Pixeln B, die eine Zwischenzeitbelichtung durchführt, erzielt werden, dass die Rahmenrate viermal so groß wie diejenige einer Pixelgruppe von Pixeln A ist, die die Langzeitbelichtung durchführt, und mit einer Pixelgruppe von Pixeln C, die die Kurzzeitbelichtung durchführt, kann erzielt werden, dass die Rahmenrate zwölfmal so groß ist wie diejenige der Pixelgruppe der Pixel A, die die Langzeitbelichtung durchführt.
44 und 45 stellen Anordnungen dar, bei denen mehrere Pixel innerhalb einer Ebene in drei Pixelgruppen gruppiert sind (eine Pixelgruppe, eine erste andere Pixelgruppe und eine zweite andere Pixelgruppe). In 44 sind Pixel C in sämtlichen Reihen angeordnet, und die Pixel A und die Pixel B sind in jeder zweiten Reihe gruppiert. In der Konfiguration der 44 beträgt die Anzahl der Steuerleitungen, die für eine Reihe benötigt werden, in jeder Reihe zwei, und diese Konfiguration erleichtert die gemeinsame Verwendung; und in einem Fall, in dem ein Bild nur durch die Pixelgruppe der Pixel C ausgebildet wird, kann die Raumauflösung erhöht werden. Die Pixel A können in sämtlichen Reihen angeordnet sein, und gleichzeitig können die Pixel B und die Pixel C in jeder zweiten Reihe angeordnet sein. Die Pixel B können in sämtlichen Reihen angeordnet sein, und gleichzeitig können die Pixel A und die Pixel C in jeder zweiten Reihe angeordnet sein. Andererseits sind in 45 die jeweiligen Pixel A, die Pixel B und die Pixel C in jeder Reihe angeordnet. In der Konfiguration der 45 ist die Anzahl der für eine Reihe benötigten Steuerleitungen in jeder Reihe gleich drei, und daher ist die gemeinsame Verwendung schwierig, aber in einer Konfiguration, bei der ein Bild durch die Pixelgruppe entweder der Pixel A, der Pixel B oder der Pixel C ausgebildet wird, kann die Raumauflösung erhöht werden. Auf diese Weise können die Pixelgruppen auch in einem Fall zeitlich gewechselt werden, in dem mehrere Pixel innerhalb einer Ebene in drei Pixelgruppen gruppiert sind.
Wie es oben beschrieben wurde, können gemäß der zweiten Ausführungsform die folgenden Wirkungen erzielt werden. In der Flugzeitabstandsmessvorrichtung 201 kann der dynamische Bereich durch Verteilen mehrerer Pixel innerhalb einer Ebene auf die Pixelgruppe, die die Langzeitbelichtung durchführt, und die Pixelgruppe, die die Kurzzeitbelichtung durchführt, erweitert werden. Das Lichtempfangselement, das der Pixelgruppe für die Kurzzeitbelichtung entspricht, erlangt den Messabstandswert mehrere Male in einer mehrmaligen Kurzzeitbelichtung in einer Periode, in der das Lichtempfangselement, das der Gruppe für die Langzeitbelichtung entspricht, den Messabstandswert einmal bei einer einmaligen Langzeitbelichtung erlangt, und dadurch kann die Rahmenrate der Kurzzeitbelichtung erhöht werden. Damit kann die Rahmenrate der Kurzzeitbelichtung geeignet erhöht werden, während der dynamische Bereich geeignet erweitert wird. Insbesondere ist dieses für eine fahrzeugeigene Vorrichtung oder Ähnliches geeignet, bei der sich die eigene Vorrichtung und/oder das Ziel bewegt.
(Dritte Ausführungsform)
Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 46 bis 53 beschrieben. Dieselben Teile wie in der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform werden nicht wiederholt beschrieben, und die anderen Teile werden beschrieben. Die zweite Ausführungsform weist eine Konfiguration eines Single-End-Ausgangs auf, die dritte Ausführungsform weist jedoch eine Konfiguration eines Differenzausgangs auf. Eine Flugzeitabstandsmessvorrichtung 321 enthält eine Signalquelle 322, eine Ansteuerschaltung 323 (Ansteuereinheit), ein Lichtemissionselement 324, eine Steuerschaltung 325 (Steuereinheit), ein Lichtempfangselement 326, eine CM-Komponentenentfernungsschaltung 327 und eine Abstandsmesswerterlangungsschaltung 328 (Abstandsmesswerterlangungseinheit). Die Abstandsmesswerterlangungsschaltung 328 enthält Puffer 329a, 329b, eine Differenzerfassungsschaltung 330, eine AD-Wandlerschaltung 331 und eine digitale Signalverarbeitungsschaltung 332.
Die Signalquelle 322, die Ansteuerschaltung 323, das Lichtemissionselement 324 und die Steuerschaltung 325 ähneln der Signalquelle 202, der Ansteuerschaltung 203, dem Lichtemissionselement 204 und der Steuerschaltung 205, die jeweils in der zweiten Ausführungsform beschrieben wurden. Wie es in 47 dargestellt ist, enthält das Lichtempfangselement 326 3PD41, zwei Modulationsschalter 342a, 342b und zwei Speicherkondensatoren 343a, 343b. Das Lichtempfangselement 326 steuert die Modulationsschalter 342a, 342b unter Verwendung von Steuersignalen TG1, TG2 an und verteilt elektrische Ladungen, die durch das empfangene einfallende Licht verursacht werden, auf die Speicherkondensatoren 343a, 343b und speichert die elektrischen Ladungen und gibt ein Signal, das eine Menge der elektrischen Ladungen angibt, in die CM-Komponentenentfernungsschaltung 327 ein. Da jedes der Steuersignale TG1, TG2 mit dem modulierten Licht synchronisiert wird, wird die Menge der elektrischen Ladungen, die verteilt und in den Speicherkondensatoren 343a, 343b gespeichert werden, in Abhängigkeit von einem Abstand zwischen der eigenen Vorrichtung und dem Ziel geändert. In 47 sind die beiden Speicherkondensatoren 343a, 343b als ein Beispiel dargestellt, es können jedoch drei oder mehr Speicherkondensatoren vorhanden sein.
Die CM-Komponentenentfernungsschaltung 327 ist derart ausgebildet, dass eine Sättigung der Pixel aufgrund von elektrischen Ladungen, die durch Hintergrundlicht verursacht werden, in einem Fall vermieden wird, in dem Hintergrundlicht, das gegenüber dem emittierten modulierten Licht nicht ignoriert werden kann, vorhanden ist. Als Verfahren zum Entfernen einer CM-Komponente sind verschiedene Techniken bekannt. Die Techniken sind beispielsweise in der US 6919549 B2 , der DE 102005056774 A1 , in der EP 1622200 A1 und Ähnlichem beschrieben. Die Differenzerfassungsschaltung 330 erfasst eine Differenz der Signaleingänge von der CM-Komponentenentfernungsschaltung 327 über die Puffer 329a, 329b und gibt ein Signal in Abhängigkeit von der erfassten Differenz in die AD-Wandlerschaltung 331 aus. Die Differenzerfassungsschaltung 330 wird beispielsweise durch einen Differenzverstärker ausgebildet.
Die AD-Wandlerschaltung 331 wandelt das Signal, das von der Differenzerfassungsschaltung 330 eingegeben wird und ein analoges Signal ist, in ein digitales Signal um und gibt das digitale Signal in die digitale Signalverarbeitungsschaltung 332 aus. Die digitale Signalverarbeitungsschaltung 332 verarbeitet das digitale Signal, das von der AD-Wandlerschaltung 331 eingegeben wird, und berechnet den Abstand zwischen der eigenen Vorrichtung und dem Ziel aus der Menge der elektrischen Ladungen, die verteilt und in den Speicherkondensatoren 343a, 343b gespeichert wurden, und erlangt den Abstandsmesswert (misst den Abstand).
48 stellt eine Sequenz dar, bei der eine Vierphasenabstandsmessung durchgeführt wird, wenn ein Tastverhältnis der Lichtemissionswellenform auf 50 % eingestellt ist (das Lichtempfangselement 326 wird in vier Phasen angesteuert). Die Differenzerfassungsschaltung 330 erzeugt einen digitalen Wert D1 durch Wiederholen einer Kombination der Steuersignale TG1, TG2, beispielsweise der Steuersignale TG1-1 (Ansteuerwellenform 3111), TG2-1 (Ansteuerwellenform 3121), mehrere zehn Male bis mehrere hunderttausend Male. Auf ähnliche Weise erzeugt die Differenzerfassungsschaltung 330 einen digitalen Wert D2 durch Wiederholen der Steuersignale TG1-2 (Ansteuerwellenform 3112), TG2-2 (Ansteuerwellenform 3122) mehrere zehn Male bis mehrere hunderttausend Male. Die Differenzerfassungsschaltung 330 gibt die digitalen Werte D1, D2 als Werte aus, aus denen die DC-Komponente entfernt ist. Wenn das Steuersignal TG1 gleich „H“ ist und das Steuersignal TG2 gleich „L“ ist, werden die jeweiligen digitalen Werte D1, D2 auf „1“ eingestellt, und wenn das Steuersignal TG1 gleich „L“ ist und das Steuersignal TG2 gleich „H“ ist, werden die jeweiligen digitalen Werte D1, D2 auf „–1“ eingestellt. Das heißt, es wird ein Zustand der jeweiligen Steuersignale TG1, TG2 eindeutig dadurch bestimmt, ob der Wert betreffend die Wellenform von Dx gleich „1“ oder „–1“ ist. Auf diese Weise ist Dx ein Signal, das die Differenz zwischen den beiden Speicherkondensatoren 343a, 343b angibt, und daher gibt die AD-Wandlerschaltung 331 ein Signal aus, das der Berechnung entsprechend einem Nenner oder einem Zähler in der Gleichung (1), die oben beschrieben wurde, entspricht.
49 stellt ein Zeitdiagramm einer Mehrfachbelichtung in einer Konfiguration des Differenzausgangs der vorliegenden Erfindung dar. In dem Beispiel der 49 führt die Pixelgruppe der Pixel B sechsmal die Kurzzeitbelichtung während einer Periode durch, während der die Pixelgruppe der Pixel A einmal die Langzeitbelichtung durchführt, und dadurch kann erzielt werden, dass die Rahmenrate gleich dem Sechsfachen derjenigen der Pixelgruppe der Pixel A ist, die die Langzeitbelichtung durchführt.
50 stellt eine weitere Sequenz des Differenzausgangs der vorliegenden Erfindung dar, und 51 stellt ein Zeitdiagramm der Mehrfachbelichtung entsprechend der Sequenz dar. In der oben beschriebenen 48 werden nur die digitalen Werte D1, D2 erzeugt, es wird jedoch zusätzlich zu den digitalen Werten D1, D2 ein digitaler Wert D3 durch Wiederholen der Steuersignale TG1-3 (Wellenform 3113), TG2-3 (Wellenform 3123) mehrere zehn Male bis mehrere hunderttausend Male erzeugt, und es wird ein digitaler Wert D4 durch Wiederholen der Steuersignale TG1-4 (Wellenform 3114), TG2-4 (Wellenform 3124) mehrere zehn Male bis mehrere hunderttausend Male erzeugt. In dem Beispiel der 51 führt die Pixelgruppe der Pixel B viermal die Kurzzeitbelichtung während einer Periode durch, während der die Pixelgruppe der Pixel A einmal die Langzeitbelichtung durchführt, und daher kann bewirkt werden, dass die Rahmenrate viermal so groß ist wie diejenige der Pixelgruppe der Pixel A, die die Langzeitbelichtung durchführt. Es kann eine Fehlanpassung der Schaltung vermieden werden, und es kann die Robustheit verbessert werden.
52 stellt eine weitere Sequenz des Differenzausgangs der vorliegenden Erfindung dar, und 53 stellt ein Zeitdiagramm der Mehrfachbelichtung entsprechend der Sequenz dar. Die Phasenzahlen der Langzeitbelichtung und der Kurzzeitbelichtung sind nicht notwendigerweise dieselben, und sie können sich voneinander unterscheiden. In dem Beispiel der 52 und der 53 wird die Langzeitbelichtung in einer Sechsphasenabstandsmessung angesteuert, und die Kurzzeitbelichtung wird in einer Vierphasenabstandsmessung angesteuert. In dem Beispiel der 52 und der 53 wird durch Einfügen von „0“, was eine Nicht-Integrationsperiode meint, während der das Signal nicht integriert wird, in die Langzeitbelichtung zusätzlich zu „1“ und „–1“ eine Empfindlichkeit hinsichtlich einer Harmonischen höherer Ordnung geschaffen. Das heißt, unter Verwendung der Eigenschaft, dass Energie einer Komponente der Harmonischen höherer Ordnung erhöht wird, wenn das Tastverhältnis kürzer wird, wenn das Tastverhältnis der Lichtemissionswellenform auf kürzer als 50 % eingestellt wird, wird die Energie der Harmonischen höherer Ordnung durch Bereitstellen der Empfindlichkeit für eine Harmonische höherer Ordnung in der Langzeitbelichtung effektiv verwendet. Die digitale Signalverarbeitungsschaltung 332 berücksichtigt die Komponente der Harmonischen höherer Ordnung durch Berechnen eines Abstands durch lineares Kombinieren einer Komponente einer Basiswelle und der Komponente der Harmonischen höherer Ordnung, und dadurch kann ein Abstandsfehler im Vergleich zu einem Fall verringert werden, in dem der Abstand nur aus der Komponente der Basiswelle berechnet wird. Die Anmelder der vorliegenden Anmeldung hinsichtlich der Technik zum Bereitstellen der Empfindlichkeit für die Harmonische höherer Ordnung wie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-226069 sind dieselben wie in der vorliegenden Anmeldung.
Wie es oben beschrieben wurde, kann gemäß der dritten Ausführungsform eine ähnliche Wirkung wie in der zweiten Ausführungsform ebenfalls durch die Konfiguration des Differenzausgangs anstatt die Konfiguration des Single-End-Ausgangs erzielt werden, und es kann die Rahmenrate der Kurzzeitbelichtung geeignet erhöht werden, während der dynamische Bereich geeignet erweitert wird. Außerdem ist die dritte Ausführungsform nicht auf die Konfiguration beschränkt, bei der die Pixel in zwei Pixelgruppen gruppiert werden, und die Pixel können in drei Pixelgruppen ähnlich wie bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform gruppiert werden, und die Pixelgruppen können zeitlich gewechselt werden.
(Weitere Ausführungsformen)
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und die vorliegende Erfindung kann auf die folgende Weise modifiziert oder erweitert werden.
In den ersten bis dritten Ausführungsformen wird die Flugzeitabstandsmessvorrichtung für ein Fahrzeug verwendet, die Flugzeitabstandsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch für etwas anderes als für eine fahrzeugeigene Verwendung verwendet werden.
In den zweiten und dritten Ausführungsformen sind Konfigurationen als Beispiele beschrieben, bei denen die Pixel in zwei Pixelgruppen oder drei Pixelgruppen gruppiert werden, es kann jedoch eine Konfiguration verwendet werden, bei der die Pixel in vier oder mehr Pixelgruppen gruppiert werden, die unterschiedliche Belichtungsperioden aufweisen. In einem Fall, in dem die Pixel in vier oder mehr Pixelgruppen gruppiert werden, können die Pixelgruppen zeitlich gewechselt werden.
In den zweiten und dritten Ausführungsformen kann eine Modifikation auf beliebige Weise hinsichtlich einer Kombination der Anzahl der Phasen der Langzeitbelichtung und der Anzahl der Phasen der Kurzzeitbelichtung in dem Fall, in dem die Pixel in zwei Pixelgruppen gruppiert werden, und einer Kombination der Anzahl der Phasen der Langzeitbelichtung, der Anzahl der Phasen der Zwischenzeitbelichtung und der Anzahl der Kurzzeitbelichtung in dem Fall, in dem die Pixel in drei Pixelgruppen gruppiert werden, durchgeführt werden. Außerdem kann eine Modifikation auf beliebige Weise hinsichtlich einer Kombination der jeweiligen Anzahl der Phasen in einem Fall durchgeführt werden, in dem die Pixel in vier oder mehr Pixelgruppen gruppiert werden.

Claims

Flugzeitabstandsmessvorrichtung, die aufweist: ein Lichtemissionselement (4), das moduliertes Licht, das mit einem Muster moduliert ist, das eine Wiederholungsperiode aufweist, in einen Raum emittiert; eine Ansteuereinheit (3), die das Lichtemissionselement ansteuert; ein Lichtempfangselement (6), das elektrische Ladungen entsprechend einem einfallenden Licht, das reflektiertes Licht des modulierten Lichtes enthält, das von einem Ziel reflektiert wurde, unter Verwendung von mehreren Modulationsschaltern (14a, 14b) verteilt und die elektrischen Ladungen in mehreren Speicherkondensatoren (15a, 15b) speichert; eine Steuereinheit (5), die eine Ansteuerung der Modulationsschalter steuert; und eine Abstandsmesswerterlangungseinheit (8), die einen Abstand zu dem Ziel unter Verwendung eines Wertes berechnet, der von dem Lichtempfangselement abgetastet wird, um einen Abstandsmesswert zu erlangen, wobei die Steuereinheit die Ansteuerung der Modulationsschalter derart steuert, dass eine Basisbelichtungsperiode in mehrere Unterbelichtungsperioden unterteilt wird, und ohne Zurücksetzen der elektrischen Ladungen, die während der Unterbelichtungsperiode während einer Rundenperiode gespeichert wurden, die eine Runde der geteilten Unterbelichtungsperioden ist, hält; und die Abstandsmesswerterlangungseinheit den Abstandsmesswert einer Kurzzeitbelichtung aus einer Menge der elektrischen Ladungen, die während der einen Rundenperiode gespeichert wurden, erlangt, und den Abstandsmesswert einer Langzeitbelichtung durch Integrieren der Menge der elektrischen Ladungen, die während mehrerer Rundenperioden gespeichert wurden, erlangt.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lichtempfangselement elektrische Ladungen entsprechend dem einfallenden Licht, das das reflektierte Licht des modulierten Lichtes enthält, das von dem Ziel reflektiert wurde, unter Verwendung von zwei Modulationsschaltern verteilt und die elektrischen Ladungen in zwei Speicherkondensatoren speichert; die Steuereinheit als ein Basisbelichtungsmuster in der Basisbelichtungsperiode eine Periode von 1 definiert, während der ein Steuersignal, das einen der beiden Modulationsschalter ansteuert, auf H eingestellt ist und ein Steuersignal, das den anderen Modulationsschalter ansteuert, auf L eingestellt ist, und eine Periode von –1 definiert, während der das Steuersignal, das den einen der beiden Modulationsschalter ansteuert, auf L eingestellt ist und das Steuersignal, das den anderen Modulationsschalter ansteuert, auf H eingestellt ist; und die Steuereinheit als ein Unterbelichtungsmuster in der Unterbelichtungsperiode die Periode von 1 und die Periode von –1 durch n (n ist eine natürliche Zahl von gleich oder größer als 2) derart teilt, dass die Periode von 1 und die Periode von –1 um eine Phase von 180 Grad gegeneinander verschoben sind, und 0 in eine andere Periode als die Periode von 1 und die Periode von –1 einfügt.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit 0 durch Bereitstellen einer Periode in dem Unterbelichtungsmuster einfügt, bei der die Steuersignale, die die beiden Modulationsschalter ansteuern, auf H eingestellt sind.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Lichtempfangselement zusätzlich zu den beiden Modulationsschaltern einen anderen Modulationsschalter (14c) enthält; und die Steuereinheit 0 in das Unterbelichtungsmuster durch Einstellen einer Periode einfügt, während der die Steuersignale, die die beiden Modulationsschalter ansteuern, auf L eingestellt sind, und ein Steuersignal, das den anderen Modulationsschalter ansteuert, auf H eingestellt ist.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit durch umgekehrtes Steuern der Steuersignale, die die beiden Modulationsschalter ansteuern, 0 in das Unterbelichtungsmuster einfügt, um eine Periode zu integrieren, während der die elektrischen Ladungen, die in einem der beiden Speicherkondensatoren gespeichert sind, nicht berücksichtigt werden, und eine Periode, während der die elektrischen Ladungen, die in dem anderen Speicherkondensator gespeichert sind, nicht berücksichtigt werden, zu integrieren.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei wenn eine Periode der Basisbelichtungsperiode als T definiert ist, die Steuereinheit in dem Unterbelichtungsmuster die Periode von 1 und die Periode von –1 jeweils auf größer als T/(2n) einstellt.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Abstandsmesswerterlangungseinheit enthält: eine analoge Differenzsignalverarbeitungsschaltung (23), die die Menge der elektrischen Ladungen aus dem Lichtempfangselement differentiell ausliest, einen analogen Speicher (24), der einen Ausgangswert der analogen Differenzsignalverarbeitungsschaltung hält, und eine Differenzberechnungsschaltung (25), die eine Differenz zwischen einem derzeitigen Ausgangswert, der zu einem derzeitigen Ausgangszeitpunkt von der analogen Differenzsignalverarbeitungsschaltung ausgegeben wird, und einem vorherigen Ausgangswert, der zu einem vorherigen Ausgangszeitpunkt von der analogen Differenzsignalverarbeitungsschaltung ausgegeben wurde und in dem analogen Speicher gehalten wird, berechnet.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Abstandsmesswerterlangungseinheit als eine geschaltete Kondensatorschaltung ausgebildet ist.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Abstandsmesswerterlangungseinheit enthält: eine AD-Wandlerschaltung (11), die die Menge der elektrischen Ladungen aus dem Lichtempfangselement differentiell ausliest und eine AD-Wandlung durchführt, einen digitalen Speicher (31), der einen Ausgangswert der AD-Wandlerschaltung hält, und eine Differenzberechnungsschaltung (32), die eine Differenz zwischen einem derzeitigen Ausgangswert, der zu einem derzeitigen Ausgangszeitpunkt von der AD-Wandlerschaltung ausgegeben wird, und einem vorherigen Ausgangswert, der zu einem vorherigen Ausgangszeitpunkt von der AD-Wandlerschaltung ausgegeben wurde und in dem digitalen Speicher gehalten wird, berechnet.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Steuereinheit eine Unterbelichtung und die Langzeitbelichtung, die mehrere Unterbelichtungen wiederholt, mittels eines rollierenden Zurücksetzens und eines rollierenden Auslesens steuert.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Steuereinheit eine Unterbelichtung und die Langzeitbelichtung, die mehrere Unterbelichtungen wiederholt, mittels eines globalen Zurücksetzens und eines rollierenden Auslesens steuert.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Steuereinheit entsprechend einem Ausgangswert der Unterbelichtung, der in einer Reiheneinheit ausgelesen wird, bestimmt, ob die Unterbelichtung wiederholt wird.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuereinheit entsprechend dem Ausgangswert der Unterbelichtung, der in der Reiheneinheit ausgelesen wird, unter Verwendung eines Mittelwertes, eines maximalen Wertes oder eines minimalen Wertes des Wertes, der aus der Reihe ausgelesen wird, bestimmt, ob die Unterbelichtung wiederholt wird.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Steuereinheit ein Zurücksetzen in jedem Pixel entsprechend dem Ausgangswert der Unterbelichtung, der aus der Reihe ausgelesen wird, durchführt.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung, die aufweist: ein Lichtemissionselement (204, 324), das moduliertes Licht, das mit einem Muster moduliert ist, das eine Wiederholungsperiode aufweist, in einen Raum emittiert; eine Ansteuereinheit (203, 323), die das Lichtemissionselement ansteuert; mehrere Lichtempfangselemente (206, 326), die einfallendes Licht, das reflektiertes Licht des modulierten Lichtes enthält, das von einem Ziel reflektiert wurde, empfängt, wobei jedes der Empfangselemente ein Pixel innerhalb einer Ebene ausbildet; eine Steuereinheit (205, 325), die ein Speichern von elektrischen Ladungen in den Lichtempfangselementen und ein Auslesen der elektrischen Ladungen aus den Lichtempfangselementen steuert; und eine Abstandsmesswerterlangungseinheit (207, 328), die einen Abstand zu dem Ziel unter Verwendung der elektrischen Ladungen, die durch die Steuereinheit aus den Lichtempfangselementen ausgelesen werden, berechnet, um einen Abstandsmesswert zu erlangen, wobei die Steuereinheit die Lichtempfangselemente in mehrere Pixelgruppen gruppiert und das Ansteuern der Lichtempfangselemente derart steuert, dass in einer Periode, während der die Abstandsmesswerterlangungseinheit eine Erlangung des Abstandsmesswertes aufgrund dessen durchführt, dass die Lichtempfangselemente, die zu einer Pixelgruppe gehören, eine Langzeitbelichtung einmal durchführen, die Abstandsmesswerterlangungseinheit mehrere Erlangungen des Abstandsmesswertes aufgrund dessen durchführt, dass die Lichtempfangselemente, die zu anderen Pixelgruppen gehören, eine Kurzzeitbelichtung mehrmals durchführen.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Steuereinheit das Ansteuern der Lichtempfangselemente derart steuert, dass während einer Periode, während der die Lichtempfangselemente, die zu der einen Pixelgruppe gehören, die Langzeitbelichtung einmal durch n-maliges Wiederholen eines Speicherns von elektrischen Ladungen und n-maliges Auslesen der elektrischen Ladungen auf der Grundlage von n Phasen (n ist eine natürliche Zahl von gleich oder größer als 2) durchführen, die Lichtempfangselemente, die zu den anderen Pixelgruppen gehören, die Kurzzeitbelichtung mehrere Male durchführen, wobei jede Kurzzeitbelichtung eine n-malige Wiederholung eines Speicherns der elektrischen Ladungen und ein n-maliges Auslesen der elektrischen Ladungen enthält.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Steuereinheit das Ansteuern der Lichtempfangselemente unter Verwendung einer Ansteuerwellenform steuert, bei der Rechteckwellenformen mit einem Tastzyklus von 50 % um 2π/n gegeneinander verschoben sind.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Steuereinheit das Ansteuern der Lichtempfangselemente derart steuert, dass während einer Periode, während der die Lichtempfangselemente, die zu der einen Pixelgruppe gehören, die Langzeitbelichtung einmal durch n-malige Wiederholung eines Speicherns von elektrischen Ladungen und n-maliges Auslesen der elektrischen Ladungen auf der Grundlage von n Phasen (n ist eine natürliche Zahl von gleich oder größer als 2) durchführen, die Lichtempfangselemente, die zu den anderen Pixelgruppen gehören, die Kurzzeitbelichtung mehrere Male durchführen, wobei jede Kurzzeitbelichtung eine m-malige Wiederholung eines Speicherns der elektrischen Ladungen und ein m-maliges Auslesen der elektrischen Ladungen auf der Grundlage von m Phasen (m ist eine natürliche Zahl von gleich oder größer als 2 und unterscheidet sich von n) durchführen.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Steuereinheit das Ansteuern der Lichtempfangselemente, die zu der einen Pixelgruppe gehören, unter Verwendung einer Ansteuerwellenform steuert, bei der Rechteckwellenformen mit einem Tastzyklus von 50 % um 2π/n gegeneinander verschoben sind, und das Ansteuern der Lichtempfangselemente, die zu den anderen Pixelgruppen gehören, unter Verwendung einer Ansteuerwellenform steuert, bei der Rechteckwellenformen mit einem Tastzyklus von 50 % um 2π/m gegeneinander verschoben sind.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Abstandsmesswerterlangungseinheit (207) den Abstandsmesswert durch Berechnen eines Abstands zu dem Ziel unter Verwendung eines Single-End-Ausgangswertes von den Lichtempfangselementen (206) erlangt.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Abstandsmesswerterlangungseinheit (328) den Abstandsmesswert durch Berechnen eines Abstands zu dem Ziel unter Verwendung eines Differenzwertes, der von den Lichtempfangselementen (326) ausgegeben wird, erlangt.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Steuereinheit das Ansteuern der Lichtempfangselemente, die zu der Pixelgruppe gehören, die die Langzeitbelichtung durchführt, derart steuert, dass die Lichtempfangselemente, die zu der Pixelgruppe gehören, die die Langzeitbelichtung durchführt, eine Empfindlichkeit für mindestens eine Harmonische höherer Ordnung aufweisen; und die Abstandsmesswerterlangungseinheit den Abstandsmesswert durch lineares Kombinieren einer Komponente einer Basiswelle und einer Komponente der mindestens einen Harmonischen höherer Ordnung in den Lichtempfangselementen, die zu der Pixelgruppe gehören, die die Langzeitbelichtung durchführt, erlangt.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei die Steuereinheit die anderen Pixelgruppen als eine andere Pixelgruppe definiert, und die Lichtempfangselemente derart gruppiert, dass die Lichtempfangselemente, die zu der einen Pixelgruppe gehören, und die Lichtempfangselemente, die zu der anderen Pixelgruppe gehören, als abwechselnde Reiheneinheiten angeordnet werden.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei die Steuereinheit die anderen Pixelgruppen als eine andere Pixelgruppe definiert, und die Lichtempfangselemente, die zu der einen Pixelgruppe gehören, und die Lichtempfangselemente, die zu der anderen Pixelgruppe gehören, derart gruppiert, dass diese ein Schachbrettmuster ausbilden.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei die Steuereinheit zwei andere Pixelgruppen derart definiert, dass sie eine erste andere Pixelgruppe und eine zweite andere Pixelgruppe enthalten, die Lichtempfangselemente, die zu einer aus der einen Pixelgruppe, der ersten anderen Pixelgruppe und der zweiten anderen Pixelgruppe gehören, derart gruppiert, dass sie ein Schachbrettmuster ausbilden, und die Lichtempfangselemente, die zu den verbleibenden zwei Pixelgruppen gehören, derart gruppiert, dass sie in abwechselnden Reiheneinheiten in einem verbleibenden Raum des Schachbrettmusters angeordnet sind.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei die Steuereinheit die anderen Pixelgruppen derart definiert, dass sie eine erste andere Pixelgruppe und eine zweite andere Pixelgruppe enthalten, und sämtliche Pixelgruppen, die die eine Pixelgruppe, die erste andere Pixelgruppe und die zweite andere Pixelgruppe enthalten, derart gruppiert, dass sie in jeder Reihe angeordnet sind.
Flugzeitabstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 26, wobei die Steuereinheit zwischen einer Periode, während der ein vorbestimmtes Lichtempfangselement zu der einen Pixelgruppe gehört, und einer Periode, während der das vorbestimmte Lichtempfangselement zu den anderen Pixelgruppen gehört, wechselt.