DE112019000310T5 - Entfernungsmessvorrichtung und entfernungsmessverfahren - Google Patents

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DE112019000310T5
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pixel
histogram
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memory
pixel value
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Hiroaki Sakaguchi
Koichi Hasegawa
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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Abstract

Eine Entfernungsmessvorrichtung gemäß einer Ausführungsform ermöglicht eine effiziente Nutzung der Speicherressourcen je nach Umständen. Die Entfernungsmessvorrichtung enthält ein Steuerungsregister (12), das den Pixel-Modus hält; eine Arrayeinheit (143), die eine Anordnung einer Vielzahl lichtempfangender Einheiten enthält, die jeweils den Einfall von Photonen detektieren; eine Leseschaltung (22), die Detektionssignale von jedem lichtempfangenden Element mit einer vorbestimmten Abtastperiode liest; eine Pixelwert-Erzeugungseinheit (15, 161, 162), die in den Einheiten von Pixeln die Zahl von Detektionssignalen, die von jedem lichtempfangenden Element gelesen werden, auszählt und für jede Abtastperiode den Pixelwert jedes Pixels erzeugt; und einen Speicher (17), der genutzt wird, um für jedes Pixel ein Histogramm der Pixelwerte in jeder Abtastperiode zu speichern. Wenn ein erster Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, wird ein Bereich mit einer ersten Größe im Speicher jedem Pixel zugeteilt. Wenn ein zweiter Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, wird ein Bereich mit einer zweiten Größe im Speicher, die von der ersten Größe verschieden ist, jedem Pixel zugeteilt.

Description

  • Gebiet
  • Die betreffende Anmeldung bezieht sich auf eine Entfernungsmessvorrichtung und ein Entfernungsmessverfahren.
  • Hintergrund
  • In den letzten Jahren erlangt ein Abstands- bzw. Entfernungsbildsensor, der eine Entfernungsmessung gemäß dem ToF-(Laufzeit-)Verfahren durchführt, (im Folgenden ToF-Sensor genannt) Aufmerksamkeit. Beispielsweise ist ein ToF-Sensor bekannt, der unter Verwendung der integrierten CMOS-Halbleiterschaltungstechnologie (Complementary Metal Oxide Semiconductor) erzeugt wird und der die Distanz zu dem Zielobjekt unter Verwendung einer Vielzahl von SPADs (Einzelphoton-Lawinendioden; Single Photon Avalanche Diodes) misst, die planar angeordnet sind.
  • In einem ToF-Sensor, in welchem SPADs genutzt werden, wird die zwischen der Emission von Licht durch eine Lichtquelle und dem Einfall des reflektierten Lichts auf die SPADs (im Folgenden Laufzeit genannt) liegende Zeitspanne als physikalische Größe eine Vielzahl von Malen gemessen, und die Distanz zum Zielobjekt wird basierend auf einem Histogramm physikalischer Größen identifiziert, wie es aus dem Messergebnis erzeugt wird.
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
  • Patentliteratur 1: offengelegtes japanisches Patent Veröffentlichungs-Nr. 2010-091378
  • Patentliteratur 2: offengelegtes japanisches Patent Veröffentlichungs-Nr. 2016-176750
  • Zusammenfassung
  • Technisches Problem
  • Hierin ist die Bin- bzw. Klasse-Zählung (engl.: bin count) eines Histogramms der Distanz zum Zielobjekt basierend auf dem Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit äquivalent. Aus diesem Grund ist in dem Fall, in dem eine Entfernungsmessung über eine kurze Distanz durchgeführt wird, die notwendige und ausreichende Klasse-Zählung eines Histogramms gegenüber dem Fall, in dem eine Entfernungsmessung über eine lange Distanz durchgeführt wird, verschieden. Das heißt, in dem Fall, in dem eine Entfernungsmessung über eine kurze Distanz durchgeführt wird, reicht es aus, eine kleine Klasse-Zählung zu haben. Auf der anderen Seite ist es in dem Fall, in dem eine Entfernungsmessung über eine lange Distanz durchgeführt wird, notwendig, eine größere Klasse-Zählung zu haben.
  • Außerdem entspricht die Klasse-Zählung eines Histogramms der Größe (auch Tiefe genannt) des Speicherbereichs, in dem das Histogramm gespeichert wird. In dem Fall, in dem eine Entfernungsmessung über eine kurze Distanz durchgeführt wird, reicht es daher aus, einen flachen (engl.: shallow) Speicherbereich zu haben. Auf der anderen Seite ist es in dem Fall, in dem eine Entfernungsmessung über eine lange Distanz durchgeführt wird, erforderlich, einen tieferen Speicherbereich zu haben.
  • Herkömmlicherweise wird jedoch ungeachtet des Umfangs des Entfernungsmessziels der Speicherbereich nur einer bestimmten Größe genutzt. Wenn kein tiefer Speicherbereich wie in dem Fall, in dem eine Entfernungsmessung über eine kurze Distanz durchgeführt wird, notwendig ist, bleibt daher ein gewisser Teil eines Speicherbereichs praktisch ungenutzt. Dies führt zu dem Problem, dass die Speicherressourcen nicht effizient genutzt werden.
  • Diesbezüglich werden in der betreffenden Anmeldung eine Entfernungsmessvorrichtung und ein Entfernungsmessverfahren vorgeschlagen, die eine effiziente Nutzung der Speicherressourcen je nach den Umständen ermöglichen.
  • Lösung für das Problem
  • Um das oben beschriebene Problem zu lösen, weist eine Entfernungsmessvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Steuerungsregister auf, das einen einer Vielzahl von Pixel-Modi als Einstellwert hält; eine Arrayeinheit, die eine Anordnung einer Vielzahl lichtempfangender Elemente enthält, die jeweils einen Einfall von Photonen detektieren; eine Leseeinheit, die ein Detektionssignal von jedem der lichtempfangenden Elemente mit einer vorbestimmten Abtastperiode liest; eine Pixelwert-Erzeugungseinheit, die in Einheiten von Pixeln eine Zahl des Detektionssignals auszählt, das von jedem der Vielzahl lichtempfangender Elemente mit der Abtastperiode gelesen wird, und für jede der Abtastperiode einen Pixelwert jedes Pixels erzeugt; und einen Speicher, der genutzt wird, um für jedes der Pixel ein Histogramm der Pixelwerte in jeder der Abtastperiode wie durch die Pixelwert-Erzeugungseinheit berechnet zu speichern, wobei jedes Pixel von einem oder mehr lichtempfangenden Elementen unter der Vielzahl lichtempfangender Elemente gebildet wird, wenn ein erster Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, ein Bereich mit einer ersten Größe im Speicher jedem Pixel zugeteilt wird und, wenn ein zweiter Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, ein Bereich mit einer zweiten Größe im Speicher, die von der ersten Größe verschieden ist, jedem Pixel zugeteilt wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte schematische Konfiguration eines ToF-Sensors veranschaulicht, der als eine Entfernungsmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform dient.
    • 2 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte schematische Konfiguration einer lichtempfangenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 3 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte schematische Konfiguration eines SPAD-Arrays gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 4 ist ein Schaltungsdiagram, das eine beispielhafte schematische Konfiguration eines SPAD-Pixels gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer detaillierteren Konfiguration einer Addiereinheit gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 6 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte schematische Konfiguration einer Histogramm-Verarbeitungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer detaillierteren Konfiguration eines variabel-parallelen Addierers für eine Pixelzählung (im Fall eines ersten Pixel-Modus) gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 8 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer detaillierteren Konfiguration des variabel-parallelen Addierers für eine Pixelzählung (im Fall eines zweiten Pixel-Modus) gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 9 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer detaillierteren Konfiguration des variabel-parallelen Addierers für eine Pixelzählung (im Fall eines dritten Pixel-Modus) gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 10 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer detaillierteren Konfiguration des variabel-parallelen Addierers für eine Pixelzählung (im Fall eines vierten Pixel-Modus) gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 11 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte schematische Konfiguration einer Matrix-Transponiereinheit gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 12 ist ein Blockdiagramm, um die Operationen zu erläutern, die von Histogramm-Erzeugungseinheiten in einem einzelnen Vorgang einer Abtastung gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
    • 13 ist ein Blockdiagramm, um die Operationen zu erläutern, die von den Histogramm-Erzeugungseinheiten durchgeführt werden, mit dem Fokus auf eine einzelne Histogramm-Erzeugungseinheit in einem einzelnen Vorgang einer Abtastung (im Fall des ersten Pixel-Modus) gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 14 ist ein Zeitsteuerungsdiagramm, um die Operationen zu erläutern, die von den Histogramm-Erzeugungseinheiten in einem einzelnen Vorgang einer Abtastung (im Fall des ersten Pixel-Modus) gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
    • 15 ist ein Blockdiagramm, um die Operationen zu erläutern, die von den Histogramm-Erzeugungseinheiten in einem einzelnen Vorgang einer Abtastung (im Fall des zweiten Pixel-Modus) gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
    • 16 ist ein Zeitsteuerungsdiagramm, um die Operationen zu erläutern, die von den Histogramm-Erzeugungseinheiten in einem einzelnen Vorgang einer Abtastung (im Fall des zweiten Pixel-Modus) gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
    • 17 ist ein Blockdiagramm, um die Operationen zu erläutern, die von den Histogramm-Erzeugungseinheiten in einem einzelnen Vorgang einer Abtastung (im Fall des dritten Pixel-Modus) gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
    • 18 ist ein Zeitsteuerungsdiagramm, um die Operationen zu erläutern, die von den Histogramm-Erzeugungseinheiten in einem einzelnen Vorgang einer Abtastung (im Fall des dritten Pixel-Modus) gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
    • 19 ist ein Blockdiagramm, um die Operationen zu erläutern, die von den Histogramm-Erzeugungseinheiten in einem einzelnen Vorgang einer Abtastung (im Fall des vierten Pixel-Modus) gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
    • 20 ist ein Zeitsteuerungsdiagramm, um die Operationen zu erläutern, die von Histogramm-Erzeugungseinheiten in einem einzelnen Vorgang einer Abtastung (im Fall des vierten Pixel-Modus) gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
    • 21 ist ein Diagramm, um die Operationen zu erläutern, die in der Histogramm-Erzeugungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
    • 22 ist ein Flussdiagramm, um ein Beispiel der gesamten Operationen zu erläutern, die von dem ToF-Sensor gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
    • 23 ist ein Flussdiagramm, um ein Beispiel einer Histogramm-Erzeugungsoperation zu erläutern, die von der Histogramm-Erzeugungseinheit während einer Histogramm-Operation eines ersten Typs bei dem in 22 veranschaulichten Schritt S15 durchgeführt wird.
    • 24 ist ein Flussdiagramm, um ein Beispiel der Histogramm-Erzeugungsoperation zu erläutern, die von der Histogramm-Erzeugungseinheit während einer Histogramm-Operation eines zweiten Typs bei dem in 22 veranschaulichten Schritt S19 durchgeführt wird.
    • 25 ist ein Flussdiagramm, um die Histogramm-Erzeugungsoperation zu erläutern, die von der Histogramm-Erzeugungseinheit während einer Histogramm-Operation eines dritten Typs bei dem in 22 veranschaulichten Schritt S23 durchgeführt wird.
    • 26 ist ein Flussdiagramm, um die Histogramm-Erzeugungsoperation zu erläutern, die von der Histogramm-Erzeugungseinheit während einer Histogramm-Operation eines vierten Typs bei dem in 22 veranschaulichten Schritt S26 durchgeführt wird.
    • 27 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Histogramm veranschaulicht, das in einem Speicher als Antwort auf den ersten Lichtemissionsvorgang von einer lichtemittierenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt wird.
    • 28 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Pixelwerts bei jeder Abtastzahl veranschaulicht, wie er als Antwort auf den zweiten Lichtemissionsvorgang von der lichtemittierenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform erhalten wird.
    • 29 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Histogramm veranschaulicht, das in einem Speicher als Antwort auf den zweiten Lichtemissionsvorgang von der lichtemittierenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt wird.
    • 30 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Pixelwerts bei jeder Abtastzahl veranschaulicht, wie er als Antwort auf den dritten Vorgang einer Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform erhalten wird.
    • 31 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Histogramm veranschaulicht, das in einem Speicher als Antwort auf den dritten Vorgang einer Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt wird.
    • 32 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte schematische Konfiguration eines ToF-Sensors veranschaulicht, der als Entfernungsmessvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform fungiert.
    • 33 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte schematische Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems veranschaulicht.
    • 34 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel der Installationspositionen eines Detektors für Information von außerhalb des Fahrzeugs und von Bildgebungseinheiten veranschaulicht.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Bevorzugte Ausführungsformen der betreffenden Anmeldung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen wird mit den gleichen Bezugsziffern auf identische Bestandteile verwiesen, und deren Erläuterung wird nicht wiederholt wiedergegeben.
  • Die Erläuterung der betreffenden Anmeldung wird in der folgenden Reihenfolge von Punkten gegeben.
    • 1. Zu Beginn
    • 2. Erste Ausführungsform
      • 2.1 Entfernungsmessvorrichtung (ToF-Sensor)
      • 2.2 Lichtempfangende Einheit
      • 2.3 SPAD-Array
      • 2.4 SPAD-Pixel
      • 2.5 Beispiel der Gesamtoperationen von SPAD-Pixel
      • 2.6 Addiereinheit
      • 2.7 Abtastperiode
      • 2.8 Histogramm-Verarbeitungseinheit
        • 2.8.1 Variabel-paralleler Addierer für eine Pixelzählung
          • 2.8.1.1 Pixel-Modus=0 (erster Pixel-Modus)
          • 2.8.1.2 Pixel-Modus=1 (zweiter Pixel-Modus)
          • 2.8.1.3 Pixel-Modus=2 (dritter Pixel-Modus)
          • 2.8.1.4 Pixel-Modus=3 (vierter Pixel-Modus)
        • 2.8.2 Matrix-Transponiereinheit
        • 2.8.3 Beispiel einer schematischen Konfigurati-on einer Histogramm-Erzeugungseinheit
          • 2.8.3.1 Erster Pixel-Modus (Pixel-Modus=0)
            • 2.8.3.1.1 Operationen, die in einem einzelnen Abtastvorgang durchgeführt werden
            • 2.8.3.1.2 Operationen, die als Antwort auf ein einzelnen Vorgang einer Lichtemission durchgeführt werden
          • 2.8.3.2 Zweiter Pixel-Modus (Pixel-Modus=1)
            • 2.8.3.2.1 Operationen, die in einem einzelnen Abtastvorgang durchgeführt werden
            • 2.8.3.2.2 Operationen, die als Antwort auf einen einzelnen Vorgang einer Lichtemission durchgeführt werden
          • 2.8.3.3 Dritter Pixel-Modus (Pixel-Modus=2)
            • 2.8.3.3.1 Operationen, die in einem einzelnen Abtastvorgang durchgeführt werden
            • 2.8.3.3.2 Operationen, die als Antwort auf einen einzelnen Vorgang einer Lichtemission durchgeführt werden
          • 2.8.3.4 Vierter Pixel-Modus (Pixel-Modus=3)
            • 2.8.3.4.1 Operationen, die in einem einzelnen Abtastvorgang durchgeführt werden
            • 2.8.3.4.2 Operationen, die als Antwort auf einen einzelnen Vorgang einer Lichtemission durchgeführt werden
        • 2.9 Beispiel einer Schaltung für eine Histogramm-Verarbeitung
        • 2.10 Operationsbeispiele
          • 2.10.1 Histogramm-Erzeugungsoperation eines ersten Typs
          • 2.10.2 Histogramm-Erzeugungsoperation eines zweiten Typs
          • 2.10.3 Histogramm-Erzeugungsoperation eines dritten Typs
          • 2.10.4 Histogramm-Erzeugungsoperation eines vierten Typs
        • 2.11 Spezifisches Beispiel einer Histogramm-Erzeugung
        • 2.12 Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit
        • 2.13 Aktionen/Effekte
      • 3. Zweite Ausführungsform
        • 3.1 Entfernungsmessvorrichtung (ToF-Sensor)
        • 3.2 Aktionen/Effekte
      • 4. Anwendungsbeispiele
  • Zu Beginn
  • Wie oben beschrieben wurde, ist in dem Fall, in dem eine Entfernungsmessung über eine kurze Distanz durchgeführt wird, die erforderliche Tiefe des Speicherbereichs gegenüber dem Fall, in dem eine Entfernungsmessung über eine lange Distanz durchgeführt wird, verschieden.
  • Außerdem ist in dem Fall, in dem eine Entfernungsmessung über eine kurze Distanz durchgeführt wird, die notwendige und ausreichende Auflösung, die in den durch den ToF-Sensor erhaltenen Entfernungsmessbildern erforderlich ist, gegenüber dem Fall, in dem eine Entfernungsmessung über eine lange Distanz durchgeführt wird, ebenfalls verschieden.
  • Beispielsweise enthält ein ToF-Sensor, in welchem SPADs verwendet werden, ein SPAD-Array mit einer Vielzahl von SPADs, die darin in einem zweidimensionalen Gitter angeordnet sind. Die SPADs in dem SPAD-Array werden in eine Vielzahl von Makro-Pixeln gruppiert, von denen jedes von einem oder mehr SPADs gebildet wird. Ein einzelnes Makro-Pixel entspricht einem einzelnen Pixel in einem Entfernungsmessbild. Wenn die Anzahl an SPADs, die ein einzelnes Makro-Pixel bilden, zusammen mit einer Entscheidung über die Form der Fläche des Makro-Pixels entschieden wird, wird folglich die Anzahl an Makro-Pixeln im gesamten ToF-Sensor entschieden, und dementsprechend wird die Auflösung der Entfernungsmessbilder entschieden. Diesbezüglich wird es, falls zum Beispiel die Anzahl an SPADs in einem einzelnen Makro-Pixel klein gehalten wird, dann möglich, die Auflösung der durch den ToF-Sensor erhaltenen Entfernungsmessbilder zu steigern.
  • Falls jedoch die Anzahl an SPADs in einem einzelnen Makro-Pixel klein gehalten wird, wird jedoch dann der Dynamikbereich der Pixelwerte, die von einem einzelnen Makro-Pixel erhalten werden, schmaler. Infolgedessen wird etwaiges schwaches reflektiertes Licht, das von einem entfernten Objekt kommt, im Umgebungslicht (auch Hintergrundlicht genannt) mit einer im Wesentlichen konstanten Intensität vergraben (engl.: buried), und es wird schwierig, zwischen dem reflektierten Licht und dem Umgebungslicht zu unterscheiden.
  • Aus diesem Grund ist es, um die Detektionsleistung für entfernte Objekte oder Objekte mit geringem Reflexionsgrad zu steigern, erforderlich, den Dynamikbereich von Pixelwerten zu erweitern, indem die Anzahl an SPADs in einem einzelnen Makro-Pixel erhöht wird.
  • Dadurch besteht eine Notwendigkeit, ein einzelnes SPAD-Array zu verwenden, um eine Implementierung von zwei gegensätzlichen Nutzungszuständen zu ermöglichen, nämlich eines Nutzungszustands, in welchem in Bezug auf einen ToF-Sensor, in dem SPADs verwendet werden, der Speicher mit einer geringen Bin- bzw. Klasse-Zählung verwendet wird, während eine hohe Auflösung durch Reduzieren der Anzahl an SPADs in einem einzelnen Makro-Pixel erreicht wird; und eines Nutzungszustands, in welchem in Bezug auf einen ToF-Sensor, in welchem SPADs genutzt werden, der Speicher mit einer großen Klasse-Zählung verwendet wird, während ein breiter Dynamikbereich durch Erhöhen der Anzahl an SPADs in einem einzelnen Makro-Pixel erreicht wird.
  • Diesbezüglich wird in den in Folgenden beschriebenen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf spezifische Beispiele die Erläuterung der Entfernungsmessvorrichtung und des Entfernungsmessverfahrens gegeben, die ermöglichen, die Auflösung und die Klaase-Zählung variabel zu halten, um so eine effiziente Nutzung der Speicherressourcen je nach den Umständen zu erzielen, und die ermöglichen, die Auflösung und den Dynamikbereich je nach den Umständen neu zu gewichten bzw. wieder ins Gleichgewicht zu bringen.
  • Erste Ausführungsform
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine erste Ausführungsform im Detail beschrieben. In der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf Beispiele eine Entfernungsmessvorrichtung erläutert, die als Entfernungsmessvorrichtung vom Flash-Typ bezeichnet wird, in der SPAD-Pixel in einem zweidimensionalen Gitter angeordnet sind und in der Weitwinkel-Entfernungsmessbilder sofort erhalten werden.
  • Entfernungsmessvorrichtung (ToF-Sensor)
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte schematische Konfiguration eines ToF-Sensors veranschaulicht, der als die Entfernungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform fungiert. Wie in 1 veranschaulicht ist, enthält ein ToF-Sensor 1 eine Steuerungseinheit 11, ein Steuerungsregister 12, eine lichtemittierende Einheit 13, eine lichtempfangende Einheit 14, eine Addiereinheit 15, eine Histogramm-Verarbeitungseinheit 16, eine Distanz-Schätz/Berechnungseinheit 18 und eine externe Schnittstelle (I/F) 19.
  • Die Steuerungseinheit 11 ist unter Verwendung beispielsweise einer Informationsverarbeitungsvorrichtung wie etwa einer CPU (zentralen Verarbeitungseinheit) konfiguriert und steuert die Bestandteile des ToF-Sensors 1. Die Steuerungseinheit 11 steuert hierin die Bestandteile des ToF-Sensors 1 gemäß dem Pixel-Modus, der als Einstellwert im Steuerungsregister 12 gespeichert ist.
  • Der ToF-Sensor 1 weist eine Vielzahl von Pixel-Modi mit verschiedenen Auflösungen und verschiedenen Entfernungsmessbereichen des ToF-Sensors 1 auf; und ein Umschalten zwischen den Pixel-Modi kann basierend auf einer Anweisung von einem externen Host 80 oder basierend auf der von der Steuerungseinheit 11 durchgeführten Bestimmung durchgeführt werden. In Bezug auf die Einstellung eines Pixel-Modus kann beispielsweise die Steuerungseinheit 11 einen Wert, der über die externe I/F 19 vom Host 80 eingegeben wird, als den Einstellwert einstellen, der dem Pixel-Modus im Steuerungsregister 12 entspricht; oder die Steuerungseinheit 11 kann eine Bestimmung durchführen und den Einstellwert des Pixel-Modus im Steuerungsregister 12 variieren.
  • Wenn der ToF-Sensor 1 im einem Automobil implementiert ist, kann beispielsweise der Host 80 eine im Automobil installierte ECU (Motorsteuerungseinheit) sein. Alternativ dazu kann, wenn der ToF-Sensor 1 in einem autonomen mobilen Roboter wie etwa einem Hausroboter installiert ist oder in einem autonomen mobilen Objekt wie etwa einem Reinigungsroboter oder einem unbemannten Luftfahrzeug oder einem zielgeführten Transportroboter installiert ist, der Host 80 eine Steuerungsvorrichtung sein, die das autonome mobile Objekt steuert.
  • Das Steuerungsregister 12 speichert darin beispielsweise die Pixel-Modi des ToF-Sensors als Einstellwerte. Obgleich sie später unter Bezugnahme auf Beispiele im Detail erläutert werden, umfassen in der vorliegenden Erläuterung die Pixel-Modi des ToF-Sensors 1 einen Pixel-Modus 0 bis zu einem Pixel-Modus 3. Im Pixel-Modus 0 beispielsweise ist die Auflösung die Höchste unter den Pixel-Modi 0 bis 3 und ist der Entfernungsmessbereich schmal. Im Pixel-Modus 3 ist der Entfernungsmessbereich unter den Pixel-Modi 0 bis 3 am breitesten und ist die Auflösung niedrig. In den Pixel-Modi „1“ und „2“ liegen die Auflösung und der Entfernungsmessbereich zwischen den Auflösungen und den Entfernungsmessbereichen der Pixel-Modi 0 und 3.
  • Die lichtemittierende Einheit 13 ist unter Verwendung beispielsweise einer oder mehrerer Halbleiter-Laserdioden konfiguriert und emittiert mit einer vorbestimmten Periode (auch Lichtemissionsperiode genannt) ein gepulstes Laserlicht L1 mit einer vorbestimmten Dauer. Die lichtemittierende Einheit 13 emittiert hier das Laserlicht L1 in dem Winkelbereich, der zumindest gleich dem Winkelfeld der lichtempfangenden Einheit 14 oder größer ist. Außerdem emittiert beispielsweise die lichtemittierende Einheit 13 mit einer Periode von 1 GHz (Gigahertz) das Laserlicht L1 mit einer Dauer von 1 ns (Nanosekunde). Wenn beispielsweise ein Objekt 90 innerhalb des Entfernungsmessbereichs vorhanden ist, reflektiert das von der lichtemittierenden Einheit 13 emittierte Laserlicht L1 vom Objekt 90 und fällt als reflektiertes Licht L2 auf die lichtempfangende Einheit 14.
  • Obgleich dies später im Detail erläutert wird, enthält die lichtempfangende Einheit 14 beispielsweise eine Vielzahl von SPAD-Pixeln, die in einem zweidimensionalen Gitter angeordnet sind, und gibt eine Information in Bezug auf die Anzahl an SPAD-Pixel aus, auf denen der Einfall von Photonen (im Folgenden die Detektionszählung genannt) nach der Emission von Licht von der lichtemittierenden Einheit 13 detektiert wird (zum Beispiel ist die Information der Anzahl an Detektionssignalen äquivalent, wie später erläutert wird). Als Antwort auf einen einzelnen Vorgang einer Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit 13 detektiert beispielsweise die lichtempfangende Einheit 14 den Einfall von Photonen mit einer vorbestimmten Abtastperiode und gibt die Detektionszählung aus.
  • Die Addiereinheit 15 zählt für jedes einer Vielzahl von SPAD-Pixeln (äquivalent einem oder mehreren (später beschriebenen) Makro-Pixeln) die von der lichtempfangenden Einheit 14 ausgegebene Detektionszählung aus und gibt jeden Tally- bzw. Auszählwert (engl.: tally value) als Pixelwert an die Histogramm-Verarbeitungseinheit 16 aus.
  • Die Histogramm-Verarbeitungseinheit 16 erzeugt aus dem für jedes von einem oder mehr Makro-Pixeln erhaltenen Pixelwert ein Histogramm, in dem die horizontale Achse die Laufzeit (zum Beispiel äquivalent zu Zahlen, die die Abtastreihenfolge (im Folgenden Abtastzahlen genannt) angibt), und in dem die vertikale Achse den kumulativen Pixelwert repräsentiert. Beispielsweise wird das Histogramm in einem Speicher 17 erzeugt, der in der Histogramm-Verarbeitungseinheit 16 installiert ist. Als der Speicher 17 ist es beispielsweise möglich, einen SRAM (statischen Direktzugriffsspeicher) zu verwenden. Dies ist jedoch nicht der allein mögliche Fall, und es ist alternativ möglich, verschiedene Arten von Speichern wie etwa einen DRAM (dynamischen RAM) als den Speicher 17 zu nutzen.
  • Die Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit 18 identifiziert aus dem durch die Histogramm-Verarbeitungseinheit 16 erzeugten Histogramm die Laufzeit entsprechend der Spitze des kumulativen Pixelwerts. Basierend auf der identifizierten Laufzeit schätzt außerdem die Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit 18 die Distanz zum Objekt 90, das innerhalb des Entfernungsmessbereichs vorhanden ist, vom ToF-Sensor 1 oder von der Vorrichtung, in der der ToF-Sensor 1 installiert, ab oder berechnet sie. Die Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit 18 gibt dann die Information über die abgeschätzte/berechnete Distanz über beispielsweise die externe I/F 19 an den Host 80 aus.
  • Lichtempfangende Einheit
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte schematische Konfiguration der lichtempfangenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 2 veranschaulicht ist, enthält die lichtempfangende Einheit 14 eine Steuerungsschaltung 141 zur Zeitsteuerung, eine Ansteuerungschaltung 142, ein SPAD-Array 143 und eine Ausgabeschaltung 144.
  • Das SPAD-Array 143 enthält eine Vielzahl von in einem zweidimensionalen Gitter angeordneten SPAD-Pixeln 20. Mit jeder Spalte der SPAD-Pixel 20 ist ein Pixel-Ansteuerungsdraht LD (in der vertikalen Richtung in Bezug auf 2) verbunden, und mit jeder Reihe der SPAD-Pixel 20 ist ein Ausgangssignaldraht LS (in der horizontalen Richtung in Bezug auf 2) verbunden. Ein Ende des Pixel-Ansteuerungsdrahts LD ist mit dem Ausgangsende der Ansteuerungsschaltung 142 entsprechend den Spalten der SPAD-Pixel 20 verbunden. Ähnlich ist ein Ende der Ausgangssignaldrähte LS mit dem Eingangsende der Ausgabeschaltung 144 entsprechend den Reihen der SPAD-Pixel 20 verbunden.
  • Die Ansteuerungsschaltung 142 enthält ein Schieberegister und einen Adress-Decodierer und steuert die SPAD-Pixel 20 des SPAD-Arrays 143 gleichzeitig als Voll-Pixel (engl.: full-pixel simultaneous manner) oder in den Einheiten von Spalten an. Diesbezüglich enthält die Ansteuerungsschaltung 142 zumindest eine Schaltung, um eine (später beschriebene) Löschspannung V_QCH an die SPAD-Pixel 20 in den ausgewählten Spalten des SPAD-Arrays 143 anzulegen, und eine Schaltung, um eine (später beschriebene) Auswahlsteuerspannung V_SEL an die SPAD-Pixel 20 in den ausgewählten Spalten anzulegen. Die Ansteuerungsschaltung 142 legt die Auswahlsteuerspannung V_SEL an die Pixel-Ansteuerungsdrähte LD entsprechend den Zielspalten zum Lesen an und wählt in den Einheiten von Spalten die SPAD-Pixel 20 aus, die bei der Detektion eines Photoneneinfalls verwendet werden sollen.
  • Ein Signal (Detektionssignal genannt) V_OUT, das von jedem SPAD-Pixel 20 einer Spalte abgegeben wird, die durch die Ansteuerungsschaltung 142 ausgewählt und gescannt werden, wird über den entsprechenden Ausgangssignaldraht LS in die Ausgabeschaltung 144 eingespeist. Die Ausgabeschaltung 144 gibt die Detektionssignale V_OUT, welche von den SPAD-Pixeln 20 eingespeist werden, an die Addiereinheit 15 (siehe 1) aus, die in Bezug auf jedes (später beschriebene) Makro-Pixel angeordnet ist.
  • Die Steuerungsschaltung 141 zur Zeitsteuerung enthält einen Zeitsteuerungsgenerator, um verschiedene Zeitsteuerungssignale zu erzeugen, und steuert die Ansteuerungsschaltung 142 und die Ausgabeschaltung 144 basierend auf den durch den Zeitsteuerungsgenerator erzeugten Steuerungssignalen.
  • SPAD-Array
  • 3 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte schematische Konfiguration des SPAD-Arrays gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 3 veranschaulicht ist, ist in der Konfiguration des SPAD-Arrays 143 beispielsweise eine Vielzahl von SPAD-Pixeln 20 in einem zweidimensionalen Gitter angeordnet. Die SPAD-Pixel 20 sind in eine Vielzahl von Makro-Pixeln 30 gruppiert, die von einer vorbestimmten Anzahl in der Spaltenrichtung und/oder der Reihenrichtung angeordneter SPAD-Pixel 20 gebildet werden. In jedem Makro-Pixel 30 hat die Fläche, die gebildet wird, indem die äußeren Ränder der SPAD-Pixel 20 verbunden werden, die auf dem ganz außen gelegenen Umfang dieses Makro-Pixels 30 positioniert sind, eine vorbestimmte Form (zum Beispiel eine rechteckige Form).
  • Indes ist eine Vielzahl von Makro-Pixeln 30, die in der Spaltenrichtung angeordnet sind, in eine Vielzahl von Pixel-Gruppen 31 unterteilt, die jeweils eine vorbestimmte Anzahl an Makro-Pixeln 30 aufweisen. In dem in 3 veranschaulichten Beispiel sind 48 Makro-Pixel 30, von einem Makro-Pixel #0 bis zu einem Makro-Pixel #47, die in der Spaltenrichtung angeordnet sind, in sechs Pixelgruppen 31 unterteilt, die j=0 bis 6 entsprechen. Folglich sind in jeder Pixel-Gruppe 31 acht Makro-Pixel 30 entsprechend i=0 bis 7 enthalten.
  • SPAD-Pixel
  • 4 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine beispielhafte schematische Konfiguration eines SPAD-Pixels gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 4 veranschaulicht ist, enthält das SPAD-Pixel 20 eine Fotodiode 21, die als lichtempfangendes Element dient, und enthält eine Leseschaltung 22, die den Einfall von Photonen auf die Fotodiode 21 detektiert. In dem Zustand, in dem eine Sperrvorspannung V_SPAD, die gleich der Durchbruchspannung oder größer ist, zwischen der Anode und der Kathode der Fotodiode 21 angelegt wird, wird ein Lawinenstrom in der Fotodiode 21 erzeugt, wenn Photonen darauf fallen.
  • Die Leseschaltung 22 enthält einen Löschwiderstand 23, einen Digitalwandler 25, einen Inverter 26, einen Puffer 27 und einen Auswahltransistor 24. Der Löschwiderstand 23 ist unter Verwendung beispielsweise eines MOSFET vom N-Typ (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor; im Folgenden NMOS-Transistor genannt) konfiguriert. Der Drain des Löschwiderstands 23 ist mit der Anode der Fotodiode 21 verbunden, während die Source über den Auswahltransistor 24 geerdet ist. Außerdem wird von der Ansteuerungsschaltung 142 über die Pixel-Ansteuerungsdrähte LD an das Gate des den Löschwiderstand 23 bildenden NMOS-Transistors die Löschspannung V_QCH angelegt, die vorher eingestellt wird, um den NMOS-Transistor als Löschwiderstand fungieren zu lassen.
  • In der ersten Ausführungsform repräsentiert die Fotodiode 21 eine SPAD. Eine SPAD ist eine Lawinen-Fotodiode, die in einem Geiger-Modus arbeitet, wenn eine Sperrvorspannung, die gleich der Durchbruchspannung oder größer ist, zwischen deren Anode und Kathode angelegt wird, und imstande ist, den Einfall eines einzelnen Photons zu detektieren.
  • Der Digitalwandler 25 enthält einen Widerstand 251 und einen NMOS-Transistor 252. Der Drain des NMOS-Transistors 252 ist über den Widerstand 251 mit einer Stromversorgungsspannung VDD verbunden, und die Source ist geerdet. Außerdem wird an das Gate des NMOS-Transistors 252 eine Spannung eines Verbindungspunkts N1 zwischen der Anode der Fotodiode 21 und dem Löschwiderstand 23 angelegt.
  • Der Inverter 26 enthält einen MOSFET 261 vom P-Typ (im Folgenden als PMOS-Transistor bezeichnet) und einen NMOS-Transistor 262. Der Drain des PMOS-Transistors 261 ist mit der Stromversorgungsspannung VDD verbunden und die Source ist mit dem Drain des NMOS-Transistors 262 verbunden. Der Drain des NMOS-Transistors 262 ist mit der Source des PMOS-Transistors 261 verbunden und dessen Source ist geerdet. An das Gate des PMOS-Transistors 261 und das Gate des NMOS-Transistors 262 wird eine Spannung eines Verbindungspunkts N2 zwischen dem Widerstand 251 und dem Drain des NMOS-Transistors 252 angelegt. Die Ausgabe des Inverters 26 wird in den Puffer 27 eingegeben.
  • Der Puffer 27 ist eine Schaltung für eine Impedanzumwandlung und führt bei Empfang eines Ausgangssignals vom Inverter 26 eine Impedanzumwandlung dieses Ausgangssignals durch und gibt das Ergebnis als das Detektionssignal V_OUT aus.
  • Der Auswahltransistor 24 ist beispielsweise ein NMOS-Transistor. Der Drain des Auswahltransistors 24 ist mit der Source des den Löschwiderstand 23 bildenden NMOS-Transistors verbunden und die Source ist geerdet. Der Auswahltransistor 24 ist mit der Ansteuerungsschaltung 142 verbunden und wechselt vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand, wenn über die Pixel-Ansteuerungsdrähte LD von der Ansteuerungsschaltung 142 die Auswahlsteuerspannung V_SEL an dessen Gate angelegt wird.
  • Beispiel von Gesamtoperationen von SPAD-Pixeln
  • Die in 4 veranschaulichte Leseschaltung 22 arbeitet zum Beispiel auf die folgende Weise. Zunächst wird, während der Auswahltransistor 24 im EIN-Zustand ist, da von der Ansteuerungsschaltung 142 die Auswahlsteuerspannung V_SEL an ihn angelegt wird, die Sperrvorspannung V_SPAD, die gleich der oder größer als die Durchbruchspannung ist, an die Fotodiode 21 angelegt. Infolgedessen sind die Operationen der Fotodiode 21 erlaubt.
  • Auf der anderen Seite sind, während der Auswahltransistor 24 im AUS-Zustand ist, da von der Ansteuerungsschaltung 142 die Auswahlsteuerspannung V_SEL nicht an ihn angelegt wird, die Operationen der Fotodiode 21 nicht erlaubt, da die Sperrvorspannung V_SPAD nicht an die Fotodiode 21 angelegt wird.
  • Während der Auswahltransistor 24 im EIN-Zustand ist, wird, wenn Photonen auf die Fotodiode 21 fallen, ein Lawinenstrom in der Fotodiode 21 erzeugt. Folglich fließt der Lawinenstrom zum Löschwiderstand 23, so dass die Spannung des Verbindungspunkts N1 zunimmt. Falls die Spannung des Verbindungspunkts N1 die Ein-Spannung des NMOS-Transistors 252 übersteigt, schaltet dann der NMOS-Transistor 252 in den EIN-Zustand, und die Spannung des Verbindungspunkts N2 ändert sich von der Stromversorgungsspannung VDD zu 0 V. Ändert sich die Spannung des Verbindungspunkts N2 einmal von der Stromversorgungsspannung VDD zu 0, schaltet der PMOS-Transistor 261 vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand, schaltet der NMOS-Transistor vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand, und die Spannung des Verbindungspunkts N3 ändert sich von 0 V zur Stromversorgungsspannung VDD. Infolgedessen wird vom Puffer 27 das Detektionssignal V_OUT eines hohen Pegels abgegeben.
  • Falls die Spannung des Verbindungspunkts N1 weiter ansteigt, fällt die zwischen der Anode und der Kathode der Fotodiode 21 angelegte Spannung unter die Durchbruchspannung. Daher stoppt der Lawinenstrom, und die Spannung des Verbindungspunkts N1 fällt ab. Falls die Spannung des Verbindungspunkts N1 unter die Ein-Spannung eines NMOS-Transistors 452 fällt, schaltet dann der NMOS-Transistor 452 in den AUS-Zustand, und die Abgabe des Detektionssignals V_OUT vom Puffer 27 stoppt (was einen niedrigen Pegel anzeigt).
  • Auf diese Weise gibt, während der Zeitspanne, die von dem Zeitpunkt an, zu dem der NMOS-Transistor 452 wegen der Erzeugung eines Lawinenstroms aufgrund des Einfalls von Photonen auf die Fotodiode 21 in den EIN-Zustand schaltet, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der NMOS-Transistor 452 wegen des Stopps des Lawinenstroms in den AUS-Zustand schaltet, die Leseschaltung das Detektionssignal V_OUT mit einem hohen Pegel ab. Das Detektionssignal V_OUT wird dann in die Addiereinheit 15 (siehe 1) entsprechend jedem Makro-Pixel 30 über die Ausgabeschaltung 144 eingespeist. Somit empfängt jede Addiereinheit 15 eine Einspeisung der Detektionssignale V_OUT, deren Anzahl der Anzahl an SPAD-Pixeln 20 gleich ist, bei denen der Einfall von Photonen (d.h. gleich der Detektionszählung) unter den SPAD-Pixeln 20, die ein einzelnes Makro-Pixel 30 bilden, detektiert wurde.
  • Addiereinheit
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer detaillierteren Konfiguration der Addiereinheit gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 5 veranschaulicht ist, enthält die Addierschaltung 15 beispielsweise eine Impulsformereinheit 151 und eine Lichtempfangsvorgänge zählende Einheit 152.
  • Die Impulsformereinheit 151 formt die Impulswellenform des Detektionssignal V_OUT, das über die Ausgabeschaltung 144 vom SPAD-Array 143 eingespeist wird, in die Impulswellenform mit der Dauer, die dem Arbeitstakt der Addiereinheit 15 entspricht.
  • Die Lichtempfangsvorgänge zählende Einheit 152 zählt die Detektionssignale V_OUT, die in jeder Abtastperiode von dem entsprechenden Makro-Pixel 30 eingespeist werden, zählt für jede Abtastperiode die Zahl von SPAD-Pixeln 20 aus, auf denen der Einfall von Photonen detektiert wird, (d.h. zählt die Detektionszählung aus) und gibt den Tally- bzw. Auszählwert als Pixelwert d dieses Makro-Pixels 30 aus.
  • Von dem in 5 veranschaulichten Pixelwert d [i] [j] [8:0] repräsentiert indes [i] eine Kennung, die eine Identifizierung des Makro-Pixels 30 in jeder Pixelgruppe 31 ermöglicht. In diesem Beispiel nimmt [i] einen Wert von „0“ bis „7“ an (siehe 3). Außerdem repräsentiert [j] eine Kennung, die eine Identifizierung der Pixelgruppe 31 ermöglicht. In diesem Beispiel nimmt [j] einen Wert von „0“ bis „5“ an (siehe 3). Darüber hinaus repräsentiert [8:0] die Bitzählung des Pixelwerts d [i] [j] . Das Gleiche gilt für einen Pixelwert D [i] [j] (der später beschrieben wird). Folglich ist in 5 veranschaulicht, dass ein 9-Bit-Pixelwert d, der einen Wert von „0“ bis „511“ annehmen kann, basierend auf den Detektionssignalen V_OUT erzeugt wird, die von dem Makro-Pixel 30 eingespeist werden, das durch die Kennungen i und j identifiziert wird.
  • Abtastperiode
  • Die Abtastperiode impliziert die Periodizität zum Messen der Zeitspanne (der Laufzeit) beginnend von der Emission des Laserlichts L1 durch die lichtemittierende Einheit 13 bis zur Detektion von Photonen auf der lichtempfangenden Einheit 14. Die Abtastperiode wird so eingestellt, dass sie kürzer als die Lichtemissionsperiode der lichtemittierenden Einheit 13 ist. Als Folge einer Verkürzung der Abtastperiode kann zum Beispiel die Laufzeit der Photonen, die von der lichtemittierenden Einheit 13 emittiert wurden und die vom Objekt 90 reflektiert wurden, mit einer höheren zeitlichen Auflösung abgeschätzt oder berechnet werden. Dies impliziert, dass als Folge einer Einstellung einer höheren Abtastfrequenz die Distanz zum Objekt 90 mit einer höheren Auflösung der Entfernungsmessung abgeschätzt oder berechnet werden kann.
  • Falls t die Laufzeit beginnend von der Emission des Laserlichts L1 durch die lichtemittierende Einheit 13 bis zum Einfall des reflektierten Lichts L2, das erhalten wird, wenn das Laserlicht L1 vom Objekt 90 reflektiert wird, auf der lichtempfangenden Einheit 14 repräsentiert, kann beispielsweise, da die Lichtgeschwindigkeit C konstant ist (wobei C ≈ 300 000 000 m (Meter)/s (Sekunde)), eine Distanz L zum Objekt 90 wie in der Gleichung (1) unten angegeben abgeschätzt oder berechnet werden kann. L = C × t/2
    Figure DE112019000310T5_0001
  • Falls die Abtastfrequenz gleich 1 GHz eingestellt wird, wird dann in diesem Zusammenhang die Abtastperiode gleich 1 ns (Nanosekunde) . In diesem Fall ist eine einzelne Abtastperiode 15 cm (Zentimeter) äquivalent. Dies gibt an, dass, wenn die Abtastfrequenz gleich 1 GHz eingestellt wird, die Auflösung der Entfernungsmessung gleich 15 cm beträgt. Falls die Abtastfrequenz auf 2 GHz verdoppelt wird, wird, da die Abtastperiode gleich 0,5 ns (Nanosekunde) wird, eine einzelne Abtastperiode 7,5 cm (Zentimeter) äquivalent. Dies bedeutet, dass, wenn die Abtastfrequenz verdoppelt wird, die Auflösung der Entfernungsmessung halbiert wird. Auf diese Weise kann als Folge einer Erhöhung der Abtastfrequenz, um die Abtastperiode zu verkürzen, die Distanz zum Objekt 90 mit höherer Genauigkeit abgeschätzt oder berechnet werden.
  • Histogramm-Verarbeitungseinheit
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine detaillierte Erläuterung der Histogramm-Verarbeitungseinheit 16 gemäß der ersten Ausführungsform gegeben.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte schematische Konfiguration der Histogramm-Verarbeitungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. In 6 ist der Klarheit halber die Konfiguration des SPAD-Arrays 143 zusammen mit einer Veranschaulichung der Addiereinheiten 15 ebenfalls dargestellt. Auf der anderen Seite ist der Zweckmä-ßigkeit halber der Speicher 17 nicht veranschaulicht; es wird aber unterstellt, dass er in jeder einer Vielzahl von Histogramm-Erzeugungseinheiten 1630 bis 1637 enthalten ist.
  • Wie in 6 veranschaulicht ist, sind die Addiereinheiten 15 so angeordnet, dass sie eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zu den Makro-Pixeln 30 im SPAD-Array 143 aufweisen. Die in 1 veranschaulichte Histogramm-Verarbeitungseinheit 16 enthält außerdem variabel-parallele Addierer 161 für eine Pixelzählung (engl.: pixel count variable-parallel adders), die so angeordnet sind, dass sie mit den Pixel-Gruppen 31 im SPAD-Array 143 eine Eins-zu-Eins-Entsprechung aufweisen, enthält eine Matrix-Transponiereinheit 162, die in Bezug auf die variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung gemeinsam angeordnet ist, und enthält die Histogramm-Erzeugungseinheiten 1630 bis 1637 (jedoch wird in dem Fall, in dem nicht unter den Histogramm-Erzeugungseinheiten 1630 bis 1637 unterschieden wird, auf sie als Histogramm-Erzeugungseinheiten 163 verwiesen). Die Addiereinheiten 15, die variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung und die Matrix-Transponiereinheit 162 repräsentieren hierin beispielsweise eine in den Ansprüchen erwähnte Pixelwert-Erzeugungseinheit.
  • Variabel-paralleler Addierer für eine Pixelzählung
  • 7 bis 10 sind Blockdiagramme, die Beispiele einer detaillierteren Konfiguration des variabel-parallelen Addierers für eine Pixelzählung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulichen. In 7 ist eine beispielhafte schematische Konfiguration des variabel-parallelen Addierers 161 für eine Pixelzählung veranschaulicht, wenn der Pixel-Modus auf „0“ eingestellt ist. In 8 ist eine beispielhafte schematische Konfiguration der variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung veranschaulicht, wenn der Pixel-Modus auf „1“ eingestellt ist. In 9 ist eine beispielhafte schematische Konfiguration der variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung veranschaulicht, wenn der Pixel-Modus auf „2“ eingestellt ist. In 10 ist eine beispielhafte schematische Konfiguration der variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung veranschaulicht, wenn der Pixel-Modus auf „3“ eingestellt ist.
  • Pixel-Modus = 0 (erster Pixel-Modus)
  • Zunächst gibt, wie in 7 veranschaulicht ist, wenn der Pixel-Modus „0“ durch die Steuerungseinheit 11 eingestellt ist, mit anderen Worten, wenn der Pixel-Modus mit der höchsten Auflösung und dem schmalsten Entfernungsmessbereich (im Folgenden erster Pixel-Modus genannt) unter allen Pixel-Modi eingestellt ist, der variabel-parallele Addierer 161 für eine Pixelzählung als acht 12-Bit-Pixelwerte D [i] [j] [11:0] (i = 0 bis 7) acht 8-Bit-Pixelwerte d [i] [j] [8:0] (i = 0 bis 7) ohne Modifikation bei deren Empfang von den Addiereinheiten 15 aus. Folglich werden von dem variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung acht 12-Bit-Pixelwerte D [i] [j] [11:0] (i = 0 bis 7) parallel ausgegeben. Auf diese Weise wird, da ein einzelnes Makro-Pixel einem einzelnen Pixel in einem Entfernungsmessbild äquivalent ist, die Auflösung des ToF-Sensors 1 gleich der Anzahl an Makro-Pixeln 30 pro Einheitsfläche.
  • Pixel-Modus = 1 (zweiter Pixel-Modus)
  • Wie in 8 veranschaulicht ist, werden, wenn ein Pixel-Modus „1“ durch die Steuerungseinheit 11 eingestellt ist, mit anderen Worten wenn der Pixel-Modus mit der zweithöchsten Auflösung und dem zweitschmalsten Entfernungsmessbereich (im Folgenden zweiter Pixel-Modus genannt) unter allen Pixel-Modi eingestellt ist, vier Addierer 41 in dem variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung implementiert, um Pixelwerte von dem Pixelwert d [2k] [j] [8:0] für i=2k (wo k eine ganze Zahl zwischen 0 und 3 inklusive ist) bis zu dem Pixelwert d [j] [2k+1] [8:0] für i=2k+1 zu addieren. Hierin können die Addierer 41 implementiert werden, indem beispielsweise ein vorbestimmtes Programm ausgeführt wird.
  • Der Addierer 41, der eine Eingabe des Pixelwerts d [0] [j] [8:0] für i=0 und des Pixelwerts d [1] [j] [8:0] für i=1 empfängt, addiert jene 8-Bit-Pixelwerte und erzeugt einen 12-Bit-Pixelwert D. Der erzeugte 12-Bit-Pixelwert D wird dann als der Pixelwert D [0] [j] [11:0] für i=0 und der Pixelwert D [1] [j] [11:0] für i=1 von dem variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung ausgegeben. Folglich haben der Pixelwert D [0] [j] [11:0] und der Pixelwert D [1] [j] [11:0] den gleichen Wert.
  • Auf identische Weise addiert der Addierer 41, der eine Angabe des Pixelwerts d [2] [j] [8:0] für i=2 und des Pixelwerts d [3] [j] [8:0] für i=3 empfängt, jene 8-Bit-Pixelwerte und erzeugt einen 12-Bit-Pixelwert D. Der erzeugte 12-Bit-Pixelwert D wird dann als der Pixelwert D [2] [j] [11:0] und der Pixelwert D [3] [j] [11:0] ausgegeben, die den gleichen Wert haben. Außerdem addiert der Addierer 41, der eine Eingabe des Pixelwerts d [4] [j] [8:0] für i=4 und des Pixelwerts d [5] [j] [8:0] für i=5 empfängt, jene 8-Bit-Pixelwerte und erzeugt einen 12-Bit-Pixelwert D. Der erzeugte 12-Bit-Pixelwert D wird dann als der Pixelwert D [4] [j] [11:0] und der Pixelwert D [5] [j] [11:0] ausgegeben, die den gleichen Wert haben. Darüber hinaus addiert der Addierer 41, der eine Eingabe des Pixelwerts d [6] [j] [8:0] für i=6 und des Pixelwerts d [7] [j] [8:0] für i=7 empfängt, jene Werte und erzeugt einen 12-Bit-Pixelwert D. Der erzeugte 12-Bit-Pixelwert D wird dann als der Pixelwert D [6] [j] [11:0] und der Pixelwert D [7] [j] [11:0] ausgegeben, die den gleichen Wert haben.
  • Auf diese Weise werden im zweiten Pixel-Modus die Werte, die von zwei Makro-Pixeln 30 erhalten werden, addiert, um zwei Pixelwerte D [2k] [j] [11:0] und D [2k+1] [j] [11:0] zu erzeugen, die den gleichen Wert haben. Dies bedeutet, dass im zweiten Pixel-Modus zwei Makro-Pixel 30 einem einzelnen Pixel in einem Entfernungsmessbild entsprechen. Folglich wird im zweiten Pixel-Modus die Auflösung des ToF-Sensors 1 gleich beispielsweise der halben Auflösung im ersten Pixel-Modus.
  • Indes werden auch in diesem Fall von dem variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung acht 12-Bit-Pixelwerte D [i] [j] [11:0] (i=0 bis 7) parallel ausgegeben.
  • Pixel-Modus = 2 (dritter Pixel-Modus)
  • Wie in 9 veranschaulicht ist, werden, wenn ein Pixel-Modus „2“ durch die Steuerungseinheit 11 eingestellt wird, mit anderen Worten, wenn der Pixel-Modus mit der dritthöchsten Auflösung und dem drittschmalsten Entfernungsmessbereich (im Folgenden dritter Pixel-Modus genannt) unter allen Pixel-Modi eingestellt wird, zwei Addierer 45 in dem variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung implementiert, um den Pixelwert d [4k] [j] [8:0] für i=4k (wobei k gleich 0 oder 1 ist), den Pixelwert d [4k+1] [j] [8:0] für i=4k+1, den Pixelwert d [4k+2] [j] [8:0] für i=4k+2 und den Pixelwert d [4k+3] [j] [8:0] für i=4k+3 zu addieren.
  • Jeder Addierer 45 kann implementiert werden, indem ferner zwei Addierer 42 installiert werden, von denen jeder zwei der vier Ausgaben von den vier, im zweiten Pixel-Modus implementierten Addierern 41 addiert. In einer zu den Addierern 41 identischen Art und Weise können die Addierer 42 implementiert werden, indem beispielsweise ein vorbestimmtes Programm ausgeführt wird.
  • Der Addierer 45, der eine Eingabe der Pixelwerte d [0] [j] [8:0] bis d [3] [j] [8:0] für i=0 bis 3 empfängt, addiert jene 8-Bit-Pixelwerte und erzeugt einen 12-Bit-Pixelwert D. Der erzeugte 12-Bit-Pixelwert D wird dann als die Pixelwerte D [0] [j] [11:0] bis D [3] [j] [11:0] für i=0 bis 3 von dem variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung ausgegeben. Folglich haben die Pixelwerte D [0] [j] [11:0] bis D [3] [j] [11:0] für i=0 bis 3 den gleichen Wert.
  • Auf eine identische Art und Weise addiert der Addierer 45, der eine Angabe der Pixelwerte d [4] [j] [8:0] bis d [7] [j] [8:0] für i=4 bis 7 empfängt, jene 8-Bit-Pixelwerte und erzeugt einen 12-Bit-Pixelwert D. Der erzeugte 12-Bit-Pixelwert D wird dann als die Pixelwerte D [4] [j] [11:0] bis D [7] [j] [11:0], die den gleichen Wert haben, ausgegeben.
  • Auf diese Weise werden im dritten Pixel-Modus die von vier Makro-Pixeln 30 erhaltenen Werte addiert, um vier Pixelwerte D [4k] [j] [11:0], D [4k+1] [j] [11:0], D [4k+2] [j] [11:0] und D [4k+3] [j] [11:0], die den gleichen Wert haben, zu erzeugen. Dies bedeutet, dass im dritten Pixel-Modus vier Makro-Pixel 30 einem einzelnen Pixel in einem Entfernungsmessbild entsprechen. Somit wird im dritten Pixel-Modus die Auflösung des ToF-Sensors 1 gleich beispielsweise einem Viertel der Auflösung im ersten Pixel-Modus.
  • Auch in diesem Fall werden indes vom variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung acht 12-Bit-Pixelwerte D [i] [j] [10:0] (i=0 bis 7) parallel ausgegeben.
  • Pixel-Modus = 3 (vierter Pixel-Modus)
  • Wie in 10 veranschaulicht ist, wird, wenn ein Pixel-Modus „3“ durch die Steuerungseinheit 11 eingestellt ist, wenn mit anderen Worten der Pixel-Modus mit der niedrigsten Auflösung und dem breitesten Entfernungsmessbereich (im Folgenden vierter Pixel-Modus genannt) unter allen Pixel-Modi eingestellt ist, ein Addierer 46 im variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung implementiert, um alle Pixelwerte d [i] [j] [8:0] (wobei i=0 bis 7 ist) zu addieren.
  • Der Addierer 46 kann implementiert werden, indem ferner ein Addierer 43 installiert wird, die die Ausgaben der beiden Addierer 42, die im dritten Pixel-Modus zusätzlich installiert wurden, addiert. Beispielsweise kann in einer zu den Addierern 41 und den Addierern 42 identischen Art und Weise der Addierer 43 implementiert werden, indem beispielsweise ein vorbestimmtes Programm ausgeführt wird.
  • Der Addierer 46 addiert alle eingegebenen Pixelwerte d [i] [j] [8:0] (i=0 bis 7) und erzeugt einen 12-Bit-Pixelwert D. Der erzeugte Pixelwert D wird als Pixelwerte D [0] [j] [11:0] bis D [7] [j] [11:0] für i=0 bis 7 von dem variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung ausgegeben. Somit haben die Pixelwerte D [0] [j] [11:0] bis D [7] [j] [11:0] den gleichen Wert.
  • Auf diese Weise werden im vierten Pixel-Modus die von acht Makro-Pixeln 30 erhaltenen Werte addiert, um acht Pixelwerte D [i] [j] [11:0] (i=0 bis 7), die den gleichen Wert haben, zu erzeugen. Dies bedeutet, dass im vierten Pixel-Modus acht Makro-Pixel einem einzelnen Pixel in einem Entfernungsmessbild entsprechen. Somit wird im vierten Pixel-Modus die Auflösung des ToF-Sensors 1 gleich beispielsweise einem Achtel der Auflösung im ersten Pixel-Modus.
  • Auch in diesem Fall werden indes von dem variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung acht 12-Bit-Pixelwerte D [i] [j] [11:0] (i=0 bis 7) parallel ausgegeben.
  • Auf diese Weise ändert sich in der ersten Ausführungsform die Anzahl an Pixelwerten d, die durch den variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung addiert werden, gemäß dem Pixel-Modus.
  • Matrix-Transponiereinheit
  • 11 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte schematische Konfiguration einer Matrix-Transponiereinheit gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 11 veranschaulicht ist, werden von jedem der sechs variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung, die auf einer Eins-zu-Eins-Basis den Pixel-Gruppen 31 für j=0 bis 5 entsprechen, acht Pixelwerte D [i] [j] (i=0 bis 7, j=0 bis 5) (im Folgenden Pixelwert-Sequenzen 480 bis 485 genannt) in die Matrix-Transponiereinheit 162 eingegeben. Das heißt, von den sechs variabel-parallelen Addierern 161 für eine Pixelzählung werden 48 Pixelwerte D [i] [j], die in acht Reihen und sechs Spalten angeordnet sind (im Folgenden Pixelwert-Matrix genannt) in die Matrix-Transponiereinheit 162 eingegeben. Die Matrix-Transponiereinheit 162 führt eine Matrix-Transponierung der eingegebenen Pixelwert-Matrix mit acht Reihen und sechs Spalten durch und erzeugt eine Pixelwert-Matrix mit sechs Reihen und acht Spalten.
  • Die Matrix-Transponiereinheit 162 gibt dann die Pixelwert-Matrix nach einer Matrix-Transponierung Spalte für Spalte in die in der nachfolgenden Stufe angeordneten Histogramm-Erzeugungseinheiten 163 ein. Die Histogramm-Erzeugungseinheiten 1630 bis 1637 sind hier so angeordnet, dass sie mit den Pixelwert-Sequenzen 490 bis 491 nach einer Matrix-Transponierung eine Eins-zu-Eins-Entsprechung aufweisen. Somit wird die Pixelwert-Sequenz 490 in die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 eingegeben, wird die Pixelwert-Sequenz 491 in die Histogramm-Erzeugungseinheit 1631 eingegeben, wird die Pixelwert-Sequenz 492 in die Histogramm-Erzeugungseinheit 1632 eingegeben, wird die Pixelwert-Sequenz 493 in die Histogramm-Erzeugungseinheit 1633 eingegeben, wird die Pixelwert-Sequenz 494 in die Histogramm-Erzeugungseinheit 1634 eingegeben, wird die Pixelwert-Sequenz 495 in die Histogramm-Erzeugungseinheit 1635 eingegeben, wird die Pixelwert-Sequenz 496 in die Histogramm-Erzeugungseinheit 1636 eingegeben und wird die Pixelwert-Sequenz 497 in die Histogramm-Erzeugungseinheit 1637 eingegeben. Indes wird in der folgenden Erläuterung in dem Fall, in dem nicht unter den Pixelwert-Sequenzen 490 bis 497 unterschieden wird, auf sie als Pixelwert-Sequenzen 49 verwiesen.
  • Beispiel einer schematischen Konfiguration einer Histogramm-Erzeugungseinheit
  • 12, 13, 15, 17 und 19 sind Blockdiagramme, um die Operationen zu erläutern, die von den Histogramm-Erzeugungseinheiten in einem einzelnen Abtastvorgang gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden. 14, 16, 18 und 20 sind Zeitsteuerungsdiagramme, um die Operationen zu erläutern, die von den Histogramm-Erzeugungseinheiten als Antwort auf einen einzelnen Vorgang einer Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden. 12, 13 und 14 sind hierin Diagramme, um die Histogramm-Erzeugungseinheiten zu erläutern, wenn der Pixel-Modus „0“ eingestellt ist. 15 und 16 sind Diagramme, um die Histogramm-Erzeugungseinheiten zu erläutern, wenn der Pixel-Modus „1“ eingestellt ist. 17 und 18 sind Diagramme, um die Histogramm-Erzeugungseinheiten zu erläutern, wenn der Pixel-Modus „2“ eingestellt ist. 19 und 20 sind Diagramme, um die Histogramm-Erzeugungseinheiten zu erläutern, wenn der Pixel-Modus „3“ eingestellt ist.
  • Erster Pixel-Modus (Pixel-Modus = 0)
  • Zunächst wird die Erläuterung zu dem Fall gegeben, in dem der erste Pixel-Modus (Pixel-Modus = 0) in den Histogramm-Erzeugungseinheiten 163 eingestellt ist.
  • Operationen, die in einem einzelnen Abtastvorgang durchgeführt werden.
  • Wie in 12 veranschaulicht ist, addiert, wenn ein Pixel-Modus = 0 eingestellt ist, das heißt, wenn der erste Pixel-Modus durch die Steuerungseinheit 11 eingestellt ist, jede der Histogramm-Erzeugungseinheiten 1630 bis 1637 die Werte der entsprechenden Pixelwert-Sequenz 49, welche von der Matrix-Transponiereinheit 162 eingegeben wird, zu dem Wert des Bin bzw. der Klasse entsprechend der aktuellen Abtastzahl in jedem Histogramm, das im entsprechenden Speicher unter Speichern 170 bis 177 gespeichert ist.
  • Diese Operation wird mit dem Fokus auf die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 im Detail erläutert. Wie in 13 veranschaulicht ist, enthält der Speicher 170 in der Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 Speicher 1700 bis 1705, deren Anzahl gleich den Pixelgruppen 31 ist. Jeder der Speicher 1700 bis 1705 hat eine Eins-zu-Eins-Entsprechung mit einer der Pixelgruppen 31 für j=0 bis 5 und wird genutzt, um ein Histogramm basierend auf den Pixelwerten zu speichern, die von den Makro-Pixeln 30 in der entsprechenden Pixelgruppe 31 erhalten werden.
  • In jedem der Speicher 1700 bis 1705 entspricht jede Bin- bzw. Klasse-Zahl (auch geschrieben als BINIDX) des Histogramms beispielsweise einer Speicheradresse in diesem Speicher. Außerdem entspricht in jedem Histogramm eine einzelne Klasse einer einzelnen Abtastperiode. Folglich entspricht im vorliegenden Beispiel eine kleinere Klasse-Zahl der Abtastung, die zu einem frühen Zeitpunkt seit der Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit 13 durchgeführt wird, das heißt, entspricht der Abtastung mit einer niedrigeren Abtastzahl. In 13 ist indes ein Fall veranschaulicht, in welchem 256 Abtastvorgänge als Antwort auf einen einzelnen Vorgang einer Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit 13 durchgeführt werden.
  • Die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 addiert von der darin eingegebenen Pixelwert-Sequenz 490 (wobei die Kennung i der Makro-Pixel auf „0“ gesetzt ist) den Pixelwert D [0] [0], in welchem die Kennung j der Pixelgruppe 31 gleich „0“ ist, zu dem Wert der Klasse entsprechend der aktuellen Abtastzahl im Histogramm im Speicher 1700 für die Pixelgruppe 31 entsprechend j=0 (im Folgenden der Speicher für j=0 genannt). Falls zum Beispiel die aktuelle Abtastzahl BINIDX=50 entspricht, addiert dann die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 den Pixelwert D [0] [0] zu dem Wert, der in der Klasse mit BINIDX=50 im Histogramm im Speicher 1700 gespeichert ist.
  • Auf eine identische Weise addiert die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 jeden der Pixelwerte D [0] [1] bis D [0] [5], welche von den Makro-Pixeln 30 in den Pixelgruppen 31 für j=1 bis 5 erhalten werden, zu dem Wert der Klasse entsprechend der aktuellen Abtastzahl im Histogramm in dem entsprechenden Speicher unter den Speichern 1701 bis 1705 für j=1 bis 5.
  • Als Folge davon, dass die oben erwähnten Operationen in jeder der Histogramm-Erzeugungseinheiten 1630 bis 1637 durchgeführt werden, wird der Pixelwert D [i] [j] (wobei i=0 bis 7, j=0 bis 5 gelten) zu dem Wert der entsprechenden Klasse in jedem Histogramm im entsprechenden Speicher unter den Speichern 1700 bis 1705 addiert. Infolgedessen werden im ersten Pixel-Modus im Speicher 17 Histogramme erzeugt, deren Anzahl (im Folgenden Beispiel 48) gleich dem Ergebnis einer Multiplikation einer Zahl Smax der Makro-Pixel 30 (im vorliegenden Beispiel acht) in einer einzelnen Pixelgruppe 31 und einer Anzahl Nc der Pixelgruppen 31 (im vorliegenden Beispiel 6) ist.
  • Indessen kann die Information, die die Klasse angibt, der die aktuelle Abtastzahl entspricht, beispielsweise von der Steuerungseinheit 11 in die Histogramm-Verarbeitungseinheit 16 eingegeben werden. Alternativ dazu kann die aktuelle Abtastzahl in der Histogramm-Verarbeitungseinheit 16 oder der Addiereinheit 15 identifiziert werden. Alternativ dazu kann noch die verstrichene Zeit seit der Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit 13 überwacht werden und kann die Histogramm-Erzeugungseinheit 163 die aktuelle Abtastzahl basierend auf dem überwachten Wert identifizieren.
  • Operationen, die als Antwort auf einen einzelnen Vorgang einer Lichtemission durchgeführt werden
  • Wie in 14 veranschaulicht ist, wird die unter Bezugnahme auf 12 und 13 erläuterte Abtastoperation für eine vorbestimmte Abtastzählung wiederholt (im vorliegenden Beispiel 256 Mal) durchgeführt. Während der Zeitspanne, in der die Abtastung für die vorbestimmte Anzahl an Malen durchgeführt wird (während einer Zeitspanne zwischen Abtastzahlen P0 bis P255, die in 14 veranschaulicht sind), werden Freigabesignale EN0 bis EN7, die ein Schreiben in die Speicher 170 bis 177 jeweils erlauben oder verbieten, bei einem hohen Pegel (Erlaubnis-Pegel) gehalten. Infolgedessen wird ermöglicht, ein Schreiben in die Anzahl Nc an Speichern (in dem in 13 veranschaulichten Beispiel, die Speicher 1700 bis 1705) in jedem der Speicher 170 bis 177 durchzuführen, und schließlich werden als Antwort auf einen einzelnen Vorgang einer Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit 13 48 Histogramme in dem Speicher 17 erzeugt.
  • Zweiter Pixel-Modus (Pixel-Modus = 1)
  • Im Folgenden wird die Erläuterung des Falls gegeben, in welchem der zweite Pixel-Modus (Pixel-Modus = 1) in den Histogramm-Erzeugungseinheiten 163 eingestellt ist.
  • Operationen, die in einem einzelnen Abtastvorgang durchgeführt werden.
  • Wie in 15 veranschaulicht ist, haben, wenn der Pixel-Modus „1“ eingestellt ist, das heißt der zweite Pixel-Modus durch die Steuerungseinheit 11 eingestellt ist, als Ergebnis der durch den variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung durchgeführten Addition der Pixelwerte D (siehe 8) in der Pixelwert-Sequenz 49 die Pixelwerte D [0] [j] und D [1] [j] für i=0 und 1 den gleichen Wert, haben die Pixelwerte D [2] [j] und D [3] [j] für i=2 und 3 den gleichen Wert, haben die Pixelwerte D [4] [j] und D [5] i=4 und 5 den gleichen Wert und haben die Pixelwerte D [6] [j] und D [7] [j] für i=6 und 7 den gleichen Wert.
  • Somit erzeugt im zweiten Pixel-Modus die Histogramm-Erzeugungseinheit 163 ein einzelnes Histogramm unter Verwendung von zwei Pixelwerten D, die den gleichen Wert haben. Insbesondere erzeugt die Histogramm-Erzeugungseinheit 163 ein einzelnes Histogramm unter Verwendung der Pixelwerte D [0] [j] und D [1] [j], erzeugt ein einzelnes Histogramm unter Verwendung der Pixelwerte D [2] [j] und D [3] [j], erzeugt ein einzelnes Histogramm unter Verwendung der Pixelwerte D [4] [j] und D [5] [j] und erzeugt ein einzelnes Histogramm unter Verwendung der Pixelwerte D [6] [j] und D [7] [j].
  • Mit anderen Worten erzeugt im zweiten Pixel-Modus die Histogramm-Erzeugungseinheit 163 ein Histogramm unter Verwendung des Paars der Speicher 170 und 171, in denen zwei Pixelwerte D, die den gleichen Wert haben, gespeichert sind, erzeugt ein Histogramm unter Verwendung des Paars der Speicher 172 und 173, in denen zwei Pixelwerte D, die den gleichen Wert haben, gespeichert sind, erzeugt ein Histogramm unter Verwendung des Paars der Speicher 174 und 175, in denen zwei Pixelwerte D, die den gleichen Wert haben, gespeichert sind, und erzeugt ein Histogramm unter Verwendung des Paars der Speicher 176 und 177, in denen zwei Pixelwerte D, die den gleichen Wert haben, gespeichert sind. Zu dieser Zeit wird einer der zwei Speicher in jedem Paar, nämlich der Speicher 170, der Speicher 172, der Speicher 174 und der Speicher 176, den Klassen in der ersten Hälfte des entsprechenden Histogramms zugeteilt. Außerdem wird der andere Speicher in jedem Paar, nämlich der Speicher 171, der Speicher 173, der Speicher 175 und der Speicher 177, den Klassen in der zweiten Hälfte des entsprechenden Histogramms zugeteilt. Beispielsweise wird jeder des Speichers 170, des Speichers 172, des Speichers 174 und des Speichers 176 den Klassen mit BINIDX=0 bis 255 im entsprechenden Histogramm zugeteilt, während jeder des Speichers 171, des Speichers 173, des Speichers 175 und des Speichers 177 den Klassen mit BINIDX=256 bis 511 im entsprechenden Histogramm zugeteilt wird. Infolgedessen kann die Anzahl an Klassen in jedem Histogramm verdoppelt werden, wodurch eine Erweiterung des Entfernungsmessbereichs ermöglicht wird.
  • Insbesondere addiert zunächst unter den Histogramm-Erzeugungseinheiten 163 jede der Histogramm-Erzeugungseinheiten 1630, 1632, 1634 und 1636 unter den von der Matrix-Transponiereinheit 162 eingegebenen Pixelwert-Sequenzen 49 die Pixelwerte D [2k] [j] (wobei j=0 bis 5 gilt) für i=2k (wobei k eine ganze Zahl zwischen 0 und 3 inklusive ist) zu dem Wert der Klasse entsprechend der aktuellen Abtastzahl in jedem Histogramm, das im entsprechenden Speicher unter den Speichern 170, 172, 174 bzw. 176 gespeichert ist. Danach addiert jede der verbleibenden Histogramm-Erzeugungseinheiten 1631, 1633, 1635 und 1637 die Pixelwerte D [2k+1] [j] (wobei j=0 bis 5 gilt) für i=2k+1 zu dem Wert der Klasse entsprechend der aktuellen Abtastzahl in jedem Histogramm, das in dem entsprechenden Speicher unter den Speichern 171, 173, 175 bzw. 177 gespeichert ist.
  • Als Ergebnis wird eine Anzahl Nc (im vorliegenden Beispiel sechs) an Histogrammen mit der doppelten Anzahl Klassen in den Speichern 170 und 171 erzeugt; wird eine Anzahl Nc (im vorliegenden Beispiel sechs) an Histogrammen mit der doppelten Anzahl an Klassen in den Speichern 172 und 173 erzeugt, wird eine Anzahl Nc (im vorliegenden Beispiel sechs) an Histogrammen mit der doppelten Anzahl an Klassen in den Speichern 174 und 175 erzeugt und wird eine Anzahl Nc (im vorliegenden Beispiel sechs) an Histogrammen mit der doppelten Anzahl an Klassen in den Speichern 176 und 177 erzeugt.
  • Operationen, die als Antwort auf einen einzelnen Vorgang einer Lichtemission durchgeführt werden
  • Wie in 16 veranschaulicht ist, wird die unter Bezugnahme auf 15 erläuterte Abtastoperation für eine vorbestimmte Abtastzählung, wie etwa dem Doppelten der Abtastzählung im ersten Pixel-Modus (d.h. im vorliegenden Beispiel 512 Mal), wiederholt durchgeführt. Zu dieser Zeit werden im zweiten Pixel-Modus während der Zeitspanne, in der die erste Hälfte der Histogramme des zweiten Pixel-Modus erzeugt wird (zum Beispiel während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P0 bis P255 liegt), die Freigabesignale EN0, EN2, EN4 und EN6 mit einem hohen Pegel, um ein Schreiben zu erlauben, nur an die Speicher 170, 172, 174 bzw. 176 gesendet, die für die erste Hälfte genutzt werden sollen, und werden die Freigabesignale EN1, EN3, EN5 und EN7 mit einem niedrigen Pegel, um ein Schreiben zu verbieten, an die anderen Speicher 171, 173, 175 bzw. 177 gesendet, die für die zweite Hälfte verwendet werden sollen. Infolgedessen wird während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P0 bis P255 liegt, unter Verwendung der Pixelwerte D für i=0, 2, 4 und 6 die erste Hälfte (zum Beispiel äquivalent den Klassen mit BINIDX=0 bis 255) der Histogramme in den Speichern 170, 172, 174 und 176 erzeugt.
  • Auf der anderen Seite werden während der Zeitspanne, in der die zweite Hälfte der Histogramme erzeugt wird (zum Beispiel während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P256 bis P511 liegt), die Freigabesignale EN0, EN2, EN4 und EN6 mit einem niedrigen Pegel, um ein Schreiben zu verbieten, an die Speicher 170, 172, 174 bzw. 176 gesendet, die für die erste Hälfte verwendet werden sollen, und werden die Freigabesignale EN1, EN3, EN5 und EN7 mit einem hohen Pegel, um ein Schreiben zu erlauben, an die Speicher 171, 173, 175 bzw. 177 gesendet, die für die zweite Hälfte verwendet werden sollen. Infolgedessen wird während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P256 bis P511 liegt, unter Verwendung der Pixelwerte D für i=1, 3, 5 und 7 die zweite Hälfte (beispielsweise äquivalent den Klassen mit BINIDX=256 bis 511) der Histogramme in den Speichern 171, 173, 175 und 177 erzeugt.
  • Infolgedessen wird eine Anzahl Nc (im vorliegenden Beispiel sechs) an Histogrammen in den Speichern 170 und 171 unter Verwendung der Pixelwerte D für i=0 und 1 erzeugt, wird eine Anzahl Nc (im vorliegenden Beispiel sechs) an Histogrammen in den Speichern 172 und 173 unter Verwendung der Pixelwerte D für i=2 und 3 erzeugt, wird eine Anzahl Nc (im vorliegenden Beispiel sechs) an Histogrammen in den Speichern 174 und 175 unter Verwendung der Pixelwerte D für i=4 und 5 erzeugt und wird eine Anzahl Nc (im vorliegenden Beispiel sechs) an Histogrammen in den Speichern 176 und 177 unter Verwendung der Pixelwerte D für i=6 und 7 erzeugt. Als Ergebnis wird im vorliegenden Beispiel letztendlich eine Anzahl Smax/2×Nc (im vorliegenden Beispiel 24) an Histogrammen als Antwort auf einen einzelnen Vorgang einer Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit 13 erzeugt.
  • Dritter Pixel-Modus (Pixel-Modus = 2)
  • Im Folgenden wird die Erläuterung des Falls gegeben, in welchem der dritte Pixel-Modus (Pixel-Modus = 2) in der Histogramm-Erzeugungseinheit 163 eingestellt ist.
  • Operationen, die in einem einzelnen Abtastvorgang durchgeführt werden
  • Wie in 17 veranschaulicht ist, haben, wenn der Pixel-Modus „2“ eingestellt wird, das heißt der dritte Pixel-Modus durch die Steuerungseinheit 11 eingestellt ist, als Ergebnis der Addition der Pixelwerte D (siehe 9), die durch den variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung durchgeführt wird, in den Pixelwert-Sequenzen 49 die Pixelwerte D [0] [j] bis D [3] [j] für i=0 bis 3 den gleichen Wert und haben die Pixelwerte D [4] [j] bis D [7] [j] für i=4 bis 7 den gleichen Wert.
  • Folglich erzeugt im dritten Pixel-Modus die Histogramm-Erzeugungseinheit 163 ein einzelnes Histogramm unter Verwendung von vier Pixelwerten D, die den gleichen Wert haben. Insbesondere erzeugt die Histogramm-Erzeugungseinheit 163 ein einzelnes Histogramm unter Verwendung der Pixelwerte D [0] [j] bis D [3] [j] und erzeugt ein einzelnes Histogramm unter Verwendung der Pixelwerte D [4] [j] bis D [7] [j].
  • Mit anderen Worten erzeugt im dritten Pixel-Modus die Histogramm-Erzeugungseinheit 163 ein Histogramm unter Verwendung der vier Speicher 170 bis 173, in denen vier Pixelwerte D, die den gleichen Wert haben, gespeichert werden, und erzeugt ein Histogramm unter Verwendung der vier Speicher 174 bis 177, in denen vier Pixelwerte D, die den gleichen Wert haben, gespeichert werden. Zu dieser Zeit wird von jedem Satz aus vier Speichern der Anfangsspeicher, nämlich der Speicher 170 und der Speicher 174, den Klassen im ersten Viertel des entsprechenden Histogramms zugeteilt, wird der zweite Speicher, nämlich der Speicher 171 und der Speicher 175, den Klassen im zweiten Viertel des entsprechenden Histogramms zugeteilt, wird der dritte Speicher, nämlich der Speicher 172 und der Speicher 176, den Klassen im dritten Viertel des entsprechenden Histogramms zugeteilt und wird der letzte Speicher, nämlich der Speicher 173 und der Speicher 177, den Klassen im vierten Viertel des entsprechenden Histogramms zugeteilt. Infolgedessen kann die Anzahl an Klassen in jedem Histogramm vervierfacht werden, wodurch eine weitere Erweiterung des Entfernungsmessbereichs ermöglicht wird.
  • Insbesondere addiert zunächst unter den Histogramm-Erzeugungseinheiten 163 jede der Histogramm-Erzeugungseinheiten 1630 und 1634 unter den von der Matrix-Transponiereinheit 162 eingegebenen Pixelwert-Sequenzen 49 die Pixelwerte D [4k] [j] für i=4k (wobei k eine ganze Zahl gleich 0 oder 1 ist) zu dem Wert der Klasse entsprechend der aktuellen Abtastzahl in jedem Histogramm, das in dem entsprechenden Speicher unter den Speichern 170 und 174 gespeichert ist. Danach addiert jede der Histogramm-Erzeugungseinheiten 1631 und 1635 die Pixelwerte D [4k+1] und [j] für i=4k+1 zu dem Wert der Klasse entsprechend der aktuellen Abtastzahl in jedem Histogramm, das im entsprechenden Speicher unter den Speichern 171 und 175 gespeichert ist. Anschließend addiert jede der Histogramm-Erzeugungseinheiten 1632 und 1636 die Pixelwerte D [4k+2] [j] für i=4k+2 zu dem Wert der Klasse entsprechend der aktuellen Abtastzahl in jedem Histogramm, das in dem entsprechenden Speicher unter den Speichern 172 und 176 gespeichert ist. Schließlich addiert jede der Histogramm-Erzeugungseinheiten 1633 und 1637 die Pixelwerte D [4k+3] [j] für i=4k+3 zu dem Wert der Klasse entsprechend der aktuellen Abtastzahl in jedem Histogramm, das in dem entsprechenden Speicher unter den Speichern 173 und 177 gespeichert ist.
  • Als Ergebnis wird eine Anzahl Nc (im vorliegenden Beispiel sechs) Histogrammen mit der vierfachen Anzahl an Klassen in den Speichern 170 bis 173 erzeugt und wird eine Anzahl Nc (im vorliegenden Beispiel sechs) an Histogrammen mit der vierfachen Anzahl an Klassen in den Speichern 174 bis 177 erzeugt.
  • Operationen, die als Antwort auf einen einzelnen Vorgang einer Lichtemission durchgeführt werden
  • Wie in 18 veranschaulicht ist, wird die unter Bezugnahme auf 17 erläuterte Abtastoperation für eine vorbestimmte Abtastzählung, wie etwa dem Vierfachen der Abtastzählung im ersten Pixel-Modus, (d.h. im vorliegenden Beispiel 1024 Mal) wiederholt durchgeführt. Zu dieser Zeit werden im dritten Pixel-Modus während der Zeitspanne, in der der ersten Viertel-Teil der Histogramme erzeugt wird (zum Beispiel während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P0 bis P255 liegt), die Freigabesignale EN0 und EN4 mit einem hohen Pegel, um ein Schreiben zu erlauben, nur an die Speicher 170 bzw. 174 gesendet, die für den ersten Viertel-Teil bestimmt sind, und werden die Freigabesignale EN1, EN2, EN3, EN5, EN6 und EN7 mit einem niedrigen Pegel, um ein Schreiben zu verbieten, an die anderen Speicher 171, 172, 173, 175, 176 bzw. 177 gesendet, die für den zweiten Viertel-Teil bestimmt sind. Als Folge wird während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P0 bis P255 liegt, unter Verwendung der Pixelwerte D für i=0 und 4 der erste Viertel-Teil (zum Beispiel äquivalent den Klassen mit BINIDX=0 bis 255) der Histogramme in den Speichern 170 und 174 erzeugt.
  • Anschließend werden während der Zeitspanne, in der der zweite Viertel-Teil der Histogramme erzeugt wird (zum Beispiel während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P256 bis P511 liegt), die Freigabesignale EN1 und EN5 mit einem hohen Pegel, um ein Schreiben zu erlauben, nur an die Speicher 171 bzw. 175 gesendet, die für den zweiten Viertel-Teil bestimmt sind, und werden die Freigabesignale EN0, EN2, EN3, EN4, EN6 und EN7 mit einem niedrigen Pegel, um ein Schreiben zu verbieten, an die anderen Speicher 170, 172, 173, 174, 176 bzw. 177 gesendet, die für den zweiten Viertel-Teil bestimmt sind. Infolgedessen wird während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P256 bis P511 liegt, unter Verwendung der Pixelwerte D für i=1 und 5 der zweite Viertel-Teil (zum Beispiel äquivalent den Klassen mit BINIDX=256 bis 511) der Histogramme in den Speichern 171 und 175 erzeugt.
  • Anschließend werden während der Zeitspanne, in der der dritte Viertel-Teil der Histogramme erzeugt wird (zum Beispiel während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P512 bis P767 liegt), die Freigabesignale EN2 und EN6 mit einem hohen Pegel, um ein Schreiben zu erlauben, nur an die Speicher 172 bzw. 176 gesendet, die für den dritten Viertel-Teil bestimmt sind, und werden die Freigabesignale EN0, EN1, EN3, EN4, EN5 und EN7 mit einem niedrigen Pegel, um ein Schreiben zu verbieten, an die anderen Speicher 170, 171, 173, 174, 175 bzw. 177 gesendet, die für den zweiten Viertel-Teil bestimmt sind. Infolgedessen wird während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P512 bis P767 liegt, unter Verwendung der Pixelwerte D für i=2 und 6 der dritte Viertel-Teil (zum Beispiel äquivalent den Klassen mit BINIDX=512 bis 767) der Histogramme in den Speichern 172 und 176 erzeugt.
  • Anschließend werden während der Zeitspanne, in der die vierte Viertel-Teil der Histogramme erzeugt wird (zum Beispiel während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P768 bis P1023 liegt), die Freigabesignale EN3 und EN7 mit einem hohen Pegel, um ein Schreiben zu erlauben, nur an die Speicher 173 bzw. 177 gesendet, die für den vierten Viertel-Teil bestimmt sind, und werden die Freigabesignale EN0, EN1, EN2, EN4, EN5 und EN6 mit einem niedrigen Pegel, um ein Schreiben zu verbieten, an die anderen Speicher 170, 171, 172, 174, 175 bzw. 176 gesendet, die für den vierten Viertel-Teil bestimmt sind. Infolgedessen wird während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P768 bis P1023 liegt, unter Verwendung der Pixelwerte D für i=3 und 7 der vierte Viertel-Teil (zum Beispiel äquivalent den Klassen mit BINIDX=768 bis 1023) der Histogramme in den Speichern 173 und 177 erzeugt.
  • Als Ergebnis wird eine Anzahl Nc (im vorliegenden Beispiel sechs) an Histogrammen in den Speichern 170 bis 173 unter Verwendung der Pixelwerte D für i=0 bis 3 erzeugt und wird eine Anzahl Nc (im vorliegenden Beispiel sechs) an Histogrammen in den Speichern 174 und 177 unter Verwendung der Pixelwerte D für i=4 bis 7 erzeugt. Als Ergebnis wird im vorliegenden Beispiel letztendlich als Antwort auf einen einzelnen Vorgang einer Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit 13 eine Anzahl Smax/4×Nc (im vorliegenden Beispiel 12) an Histogrammen erzeugt.
  • Vierter Pixel-Modus (Pixel-Modus=3)
  • Im Folgenden wird die Erläuterung des Falls gegeben, in welchem der vierte Pixel-Modus (Pixel-Modus=3) in der Histogramm-Erzeugungseinheit 163 eingestellt ist.
  • Operationen, die in einem einzelnen Abtastvorgang durchgeführt werden
  • Wie in 19 veranschaulicht ist, haben, wenn der Pixel-Modus „3“ eingestellt ist, das heißt der vierte Pixel-Modus durch die Steuerungseinheit 11 eingestellt ist, als Ergebnis der Addition der Pixelwerte D (siehe 9), die durch den variabel-parallelen Addierer 161 für eine Pixelzählung durchgeführt wird, in den Pixelwert-Sequenzen 49 alle Pixelwerte D [0] [j] bis D [7] [j] für i=0 bis 7 den gleichen Wert.
  • Folglich erzeugt im vierten Pixel-Modus jede Histogramm-Erzeugungseinheit 163 ein einzelnes Histogramm unter Verwendung aller (acht) Pixelwerte D, die den gleichen Wert haben. Mit anderen Worten erzeugt im vierten Pixel-Modus jede Histogramm-Erzeugungseinheit 163 ein einzelnes Histogramm unter Verwendung der acht Speicher 170 bis 177, in denen die acht Pixelwerte D gespeichert werden. Zu dieser Zeit wird der Anfangsspeicher 170 den Klassen in dem anfänglichen Achtel-Teil des entsprechenden Histogramms zugeteilt, wird der zweite Speicher 171 den Klassen im zweiten Achtel-Teil des entsprechenden Histogramms zugeteilt, wird der dritte Speicher 172 den Klassen im dritten Achtel-Teil des entsprechenden Histogramms zugeteilt, wird der vierte Speicher 173 den Klassen im vierten Achtel-Teil des entsprechenden Histogramms zugeteilt, wird der fünfte Speicher 174 den Klassen im fünften Achtel-Teil des entsprechenden Histogramms zugeteilt, wird der sechste Speicher 175 den Klassen im sechsten Achtel-Teil des entsprechenden Histogramms zugeteilt, wird der siebte Speicher 176 den Klassen im siebten Achtel-Teil des entsprechenden Histogramms zugeteilt und wird der letzte Speicher 177 den Klassen im letzten Achtel-Teil des entsprechenden Histogramms zugeteilt. Infolgedessen kann die Anzahl an Klassen in jedem Histogramm auf das Achtfache erhöht werden, wodurch eine weitere Erweiterung des Entfernungsmessbereichs ermöglicht wird.
  • Insbesondere addiert zunächst unter den Histogramm-Erzeugungseinheiten 163 die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 unter den von der Matrix-Transponiereinheit 162 eingegebenen Pixelwert-Sequenzen 49 den Pixelwert D [0] [j] für i=0 zu dem Wert der Klasse entsprechend der aktuellen Abtastzahl in dem Histogramm, das im Speicher 170 gespeichert ist. Anschließend addieren auf identische Art und Weise die Histogramm-Erzeugungseinheiten 1631 bis 1637 sequentiell die Pixelwerte D [1] [j] bis D [7] [j] für i=1 bis 7 zu dem Wert der Klasse entsprechend der aktuellen Abtastzahl in den Histogrammen, die jeweils in den Speichern 171 bis 177 gespeichert sind.
  • Als Ergebnis wird eine Anzahl Nc (im vorliegenden Beispiel sechs) an Histogrammen mit der achtfachen Anzahl an Klassen in den Speichern 170 bis 177 erzeugt.
  • Operationen, die als Antwort auf einen einzelnen Vorgang einer Lichtemission durchgeführt werden
  • Wie in 20 veranschaulicht ist, wird die unter Bezugnahme auf 19 erläuterte Abtastoperation für eine vorbestimmte Abtastzählung, wie etwa die achtfache Abtastzählung im ersten Pixel-Modus (d.h. im vorliegenden Beispiel 2048-mal), wiederholt durchgeführt. Zu dieser Zeit wird im vierten Pixel-Modus die Zeitspanne zum Senden der Freigabesignale EN0 bis EN7 mit einem hohen Pegel, um ein Schreiben zu erlauben, in der Reihenfolge der Speicher 170 bis 177 sequentiell geändert.
  • Als Folge wird während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P0 bis P255 liegt, unter Verwendung des Pixelwerts D für i=0 der anfängliche Achtel-Teil (zum Beispiel äquivalent den Klassen mit BINIDX=0 bis 255) der Histogramme im Speicher 170 erzeugt. Während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P256 bis P511 liegt, wird unter Verwendung des Pixelwerts D für i=1 der zweite Achtel-Teil (zum Beispiel äquivalent den Klassen mit BINIDX=256 bis 511) der Histogramme in dem Speicher 171 erzeugt. Während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P512 bis P767 liegt, wird unter Verwendung des Pixelwerts D für i=2 der dritte Achtel-Teil (zum Beispiel äquivalent den Klassen mit BINIDX=512 bis 767) der Histogramme im Speicher 172 erzeugt. Während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P768 bis P1023 liegt, wird unter Verwendung des Pixelwerts D für i=3 der vierte Achtel-Teil (zum Beispiel äquivalent den Klassen mit BINIDX=768 bis 1023) der Histogramme im Speicher 173 erzeugt. Während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P1024 bis P1279 liegt, wird unter Verwendung des Pixelwerts D für i=4 der fünfte Achtel-Teil (zum Beispiel äquivalent den Klassen mit BINIDX=1024 bis 1279) der Histogramme im Speicher 174 erzeugt. Während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P1280 bis P1535 liegt, wird unter Verwendung des Pixelwerts D für i=5 der sechste Achtel-Teil (zum Beispiel äquivalent den Klassen mit BINIDX=1280 bis 1535) der Histogramme im Speicher 175 erzeugt. Während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P1536 bis P1791 liegt, wird unter Verwendung des Pixelwerts D für i=6 der siebte Achtel-Teil (zum Beispiel äquivalent den Klassen mit BINIDX=1536 bis 1791) der Histogramme im Speicher 176 erzeugt. Während der Zeitspanne, die zwischen den Abtastzahlen P1792 bis P2047 liegt, wird unter Verwendung des Pixelwerts D für i=7 der letzte Achtel-Teil (zum Beispiel äquivalent den Klassen mit BINIDX=1792 bis 2047) der Histogramme im Speicher 177 erzeugt. Als Ergebnis wird unter Verwendung der Pixelwerte D für i=0 bis 7 eine Anzahl Nc (im vorliegenden Beispiel sechs) an Histogrammen in den Speichern 170 bis 177 erzeugt. Daher wird im vorliegenden Beispiel letztendlich eine Anzahl Smax/8×Nc (im vorliegenden Beispiel 6) an Histogrammen als Antwort auf einen einzelnen Vorgang einer Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit 13 erzeugt.
  • Beispiel einer Schaltung für eine Histogramm-Verarbeitung
  • 21 ist ein Diagramm, um die Operationen zu erläutern, die in der Histogramm-Erzeugungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden. In 21 ist ein Beispiel des Ablaufs veranschaulicht, wenn die in 13 veranschaulichte Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 ein Histogramm im Speicher 1700 erzeugt. Die gleichen Operationen sind jedoch auch auf die anderen Speicher 1701 bis 1705 und auf die anderen Histogramm-Erzeugungseinheiten 1631 bis 1637 anwendbar. Das heißt, die in 21 veranschaulichte Konfiguration ist jedem Speicher entsprechend angeordnet, der zum individuellen Speichern von Histogrammen genutzt wird (in dem in 13 veranschaulichten Beispiel, die Speicher 1700 bis 1705). Bezüglich der in 21 veranschaulichten Konfiguration enthält beispielsweise die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 sechs derartige Konfigurationen mit einer Eins-zu-Eins-Entsprechung mit den Speichern 1700 bis 1705.
  • Wie in 21 veranschaulicht ist, enthält die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 Selektoren 51 und 64, einen Addierer (+1) 52; D-Flip-Flop-(FF-)Schaltungen 53, 54, 56, 61, 62 und 65 als synchrone Schaltungen; einen Addierer 63 und einen SRAM 55, der als der Speicher 1700 dient. Der SRAM 55, in den eine Leseadresse READ_ADDR eingegeben wird, und der SRAM 55, in den eine Schreibadresse WRITE_ADDR eingegeben wird, sind hierin der gleiche SRAM (der Speicher 1700).
  • In solch einer Konfiguration arbeiten die D-FF-Schaltungen 61 und 62, der Addierer 63, der Selektor 64 und die D-FF-Schaltung 65, die in einer gestrichelten Linie eingeschlossen sind, als eine Addiererschaltung 60, um den kumulativen Pixelwert zu berechnen.
  • In der Histogramm-Erzeugungsoperation, die als Antwort auf den ersten Abtastvorgang durchgeführt wird, wird zuerst die (als „0“ angenommene) Anfangsadresse des SRAM 55, die der anfänglichen BIN-Zahl des Histogramms äquivalent ist, in den Selektor 51 eingegeben. Außerdem wird in der Histogramm-Erzeugungsoperation, die als Antwort auf den ersten Abtastvorgang durchgeführt wird, über eine (nicht veranschaulichte) Steuerungsleitung ein Steuerungssignal, um den Selektor 51 die Anfangsadresse „0“ ausgeben zu lassen, schon eingegeben. Somit wird vom Selektor 51 die eingegebene Anfangsadresse „0“ als Adresse ADDR ausgegeben. Die Adresse ADDR wird dann in die D-FF-Schaltung 53 und den Addierer (+1) 52 eingegeben.
  • In die D-FF-Schaltung 61, die die Anfangsstufe der Addiererschaltung 60 repräsentiert, wird der Pixelwert D [i] [j] (in der vorliegenden Erläuterung gilt i=0 und j=0) eingegeben, der im anfänglichen Abtastvorgang (zum Beispiel der Abtastzahl P0) erhalten wird.
  • Die Ausgabe der D-FF-Schaltung 53 und die Ausgabe der D-FF-Schaltung 61 sind synchronisiert. Daher gibt zu der Zeit, zu der die D-FF-Schaltung 53 die Adresse ADDR ausgibt, die D-FF-Schaltung 61 den Pixelwert D [i] [j] aus.
  • Die Adresse ADDR, die von der D-FF-Schaltung 53 ausgegeben wird, wird in die D-FF-Schaltung 54 eingegeben und wird auch als die Leseadresse READ ADDR in den SRAM 55 eingegeben. Der Pixelwert D [i] [j], der von der D-FF-Schaltung 61 ausgegeben wird, wird in die D-FF-Schaltung 62 eingegeben.
  • Die Ausgabe der D-FF-Schaltung 54, die Ausgabe des SRAM 55 und die Ausgabe der D-FF-Schaltung 62 sind synchronisiert. Somit wird zu dem Zeitpunkt, zu dem die D-FF-Schaltung 54 die Adresse ADDR ausgibt, ein kumulativer Pixelwert READ_DATA[i], der in der der Leseadresse READ_ADDR entsprechenden Klasse gespeichert ist, vom SRAM 55 ausgegeben, und der Pixelwert D [i] [j] wird von der D-FF-Schaltung 62 ausgegeben.
  • Die Adresse ADDR, die von der D-FF-Schaltung 54 ausgegeben wird, wird in die D-FF-Schaltung 56 eingegeben. Außerdem wird der kumulative Pixelwert READ_DATA[i], der aus dem SRAM 55 gelesen wird, in den Addierer 63 eingegeben. Darüber hinaus wird der Pixelwert D [i] [j], der von der D-FF-Schaltung 62 ausgegeben wird, in den Addierer 63 und den Selektor 64 eingegeben.
  • In der Histogramm-Erzeugungsoperation, die als Antwort auf den ersten Abtastvorgang durchgeführt wird, wird in den Selektor 64 schon ein Steuerungssignal, um den Selektor 64 den Pixelwert D [i] [j] ausgeben zu lassen, über eine (nicht veranschaulichte) Steuerungsleitung in den Selektor 64 eingespeist. Somit wird vom Selektor 64 der eingegebene Pixelwert D [i] [j] als Schreibdaten BIN_DATA[j] zur D-FF-Schaltung 65 ausgegeben.
  • Die Ausgabe der D-FF-Schaltung 56 und der D-FF-Schaltung 65 sind synchronisiert. Daher gibt zu dem Zeitpunkt, zu dem die D-FF-Schaltung 56 die Adresse ADDR ausgibt, die D-FF-Schaltung 65 die Schreibdaten BIN_DATA[j] aus.
  • Die Adresse ADDR, die von der D-FF-Schaltung 56 ausgegeben wird, wird als die Schreibadresse WRITE ADDR an den SRAM 55 ausgegeben. Außerdem werden an den SRAM 55 die Schreibdaten BIN_DATA[j] synchron mit der Eingabe der Schreibadresse WRITE ADDR ebenfalls eingegeben. Somit werden die Schreibdaten BIN_DATA[j], die in den SRAM 55 eingegeben werden, als der kumulative Pixelwert in der in der Schreibadresse WRITE_ADDR spezifizierten Klasse gespeichert.
  • Anschließend wird in der Histogramm-Erzeugungsoperation, die als Antwort auf den zweiten Abtastvorgang und die nachfolgenden Vorgänge durchgeführt wird, ein Steuerungssignal, um den Addierer (+1) 52 den Eingabewert ausgeben zu lassen, in den Selektor 51 eingespeist. Der Addierer (+1) 52 gibt einen Wert aus, der erhalten wird, indem die Adresse ADDR, die vom Selektor 51 ausgegeben wird, um Eins erhöht wird. Folglich wird in der Histogramm-Erzeugungsoperation, die als Antwort auf den zweiten Abtastvorgang und die nachfolgenden Vorgänge durchgeführt wird, vom Selektor 51 die nächste Adresse ADDR ausgegeben, die erhalten wird, indem die vorherige Adresse ADDR um Eins inkrementiert wird. Die Ausgabeadresse ADDR wird dann in die D-FF-Schaltung 53 und den Addierer (+1) 52 eingegeben.
  • In die D-FF-Schaltung 61, die die Anfangsstufe der Addiererschaltung 60 repräsentiert, wird der Pixelwert D [i] [j] (in der vorliegenden Erläuterung gilt i=0 und j=0), der als Ergebnis des zweiten Abtastvorgangs und der nachfolgenden Vorgänge (zum Beispiel entsprechend der nachfolgenden Abtastzahl P1 fortschreitend) erhalten wird, eingegeben.
  • Da die Ausgabe der D-FF-Schaltung 53 und die Ausgabe der D-FF-Schaltung 61 synchronisiert sind, gibt die D-FF-Schaltung 61 den Pixelwert D [i] [j] zu dem gleichen Zeitpunkt aus, zu dem die D-FF-Schaltung 53 die Adresse ADDR ausgibt.
  • Da die Ausgabe der D-FF-Schaltung 54, die Ausgabe des SRAM 55 und die Ausgabe der D-FF-Schaltung 62 synchronisiert sind, wird anschließend zu dem Zeitpunkt, zu dem die D-FF-Schaltung 54 die Adresse ADDR ausgibt, der kumulative Pixelwert READ_DATA[i], der in der der Leseadresse READ ADDR entsprechenden Klasse gespeichert ist, vom SRAM 55 ausgegeben und wird der Pixelwert D [i] [j] von der D-FF-Schaltung 62 ausgegeben.
  • In der Histogramm-Erzeugungsoperation, die als Antwort auf den zweiten Abtastvorgang und die nachfolgenden Vorgänge durchgeführt wird, wird ein Steuerungssignal, um den Selektor 64 den vom Addierer 63 eingegebenen Wert ausgeben zu lassen, in den Selektor 64 eingespeist. Der Addierer 63 gibt den Wert aus, der erhalten wird, indem der kumulative Pixelwert READ_DATA[i], der aus dem SRAM 55 gelesen wird, und der Pixelwert D [i] [j], der von der D-FF-Schaltung 62 ausgegeben wird, addiert werden. Folglich wird in der Histogramm-Erzeugungsoperation, die als Antwort auf den zweiten Abtastvorgang und die nachfolgenden Vorgänge durchgeführt wird, der Wert, der erhalten wird, indem der Pixelwert D [i] [j] des aktuellen Vorgangs zum kumulativen Pixelwert READ_DATA[i] bis zu diesem Zeitpunkt addiert wird, als die Lesedaten BIN_DATA[j] vom Selektor 64 ausgegeben. Infolgedessen wird in dieser Klasse im SRAM 55, die dem aktuellen Abtastvorgang (der aktuellen Abtastzahl) entspricht, der kumulative Pixelwert gespeichert, der erhalten wird, indem der Pixelwert D [i] [j] des aktuellen Vorgangs zum kumulativen Pixelwert READ_DATA[i] addiert wird.
  • Als Ergebnis davon, dass die oben erwähnten Operationen für die Anzahl von Malen wiederholt durchgeführt wird, die gleich der vorbestimmten Abtastzählung ist, werden Histogramme, die einem einzelnen Vorgang einer Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit 13 entsprechen, im Speicher 17 erzeugt. Wenn die Operationen für die Anzahl von Malen, die gleich einer vorbestimmten Lichtemissionszählung ist, wiederholt durchgeführt werden, werden außerdem Histogramme zu dem Zweck erzeugt, um die Distanz zu dem innerhalb des in Entfernungsmessbereichs vorhandenen Objekts 90 abzuschätzen oder zu berechnen.
  • Operationsbeispiele
  • 22 ist ein Flussdiagramm, um ein Beispiel der Gesamtoperationen zu erläutern, die von dem ToF-Sensor gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
  • Wie in 22 veranschaulicht ist, erhält in den Operationen zunächst die Steuerungseinheit 11 den Pixel-Modus, der im Steuerungsregister 12 eingestellt ist (Schritt S11). Danach bestimmt die Steuerungseinheit 11, ob der Pixel-Modus auf „0“ eingestellt ist oder nicht, das heißt, ob der erste Pixel-Modus eingestellt ist oder nicht (Schritt S12). Falls der Pixel-Modus auf „0“ eingestellt ist (JA in Schritt S12), stellt dann die Steuerungseinheit 11 N als Abtastzählung Nmax als Antwort auf einen einzelnen Vorgang einer Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit 13 ein (Schritt S13) und stellt Pixel-Modus=0 in den variabel-parallelen Addierern 161 für eine Pixelzählung und den Histogramm-Erzeugungseinheiten 163 ein (Schritt S14). Anschließend lässt die Steuerungseinheit 11 die Histogramm-Verarbeitungseinheit 16 eine Histogramm-Operation eines ersten Typs durchführen (siehe zum Beispiel 7, 11, 12, 13 und 14) (Schritt S15). Danach geht die Systemsteuerung zu Schritt S27 weiter.
  • Falls auf der anderen Seite der Pixel-Modus nicht auf „0“ eingestellt ist (NEIN bei Schritt S12), bestimmt dann die Steuerungseinheit 11, ob der Pixel-Modus auf „1“ eingestellt ist oder nicht, das heißt, ob der zweite Pixel-Modus eingestellt ist oder nicht (Schritt S16). Falls der Pixel-Modus auf „1“ eingestellt ist (JA bei Schritt S16), stellt dann die Steuerungseinheit 11 2N als die Abtastzählung Nmax ein (Schritt S17) und stellt Pixel-Modus=1 in den variabel-parallelen Addierern 161 für eine Pixelzählung und den Histogramm-Erzeugungseinheiten 163 ein (Schritt S18). Anschließend lässt die Steuerungseinheit 11 die Histogramm-Verarbeitungseinheit 16 eine Histogramm-Operation eines zweiten Typs durchführen (siehe zum Beispiel 8, 11, 15 und 16) (Schritt S19). Danach geht die Systemsteuerung weiter zu Schritt S27.
  • Falls auf der anderen Seite der Pixel-Modus nicht auf „1“ eingestellt ist (NEIN bei Schritt S16), bestimmt dann die Steuerungseinheit 11, ob der Pixel-Modus auf „2“ eingestellt ist oder nicht, das heißt, ob der dritte Pixel-Modus eingestellt ist oder nicht (Schritt S20). Falls der Pixel-Modus auf „2“ eingestellt ist (JA bei Schritt S20), stellt dann die Steuerungseinheit 11 4N als die Abtastzählung Nmax ein (Schritt S21) und stellt Pixel-Modus=2 in den variabel-parallelen Addierern 161 für eine Pixelzählung und den Histogramm-Erzeugungseinheiten 163 ein (Schritt S22). Anschließend lässt die Steuerungseinheit 11 die Histogramm-Verarbeitungseinheit 16 eine Histogramm-Operation eines dritten Typs durchführen (siehe zum Beispiel 9, 11, 17 und 18) (Schritt S23). Danach geht die Systemsteuerung weiter zu Schritt S27.
  • Falls auf der anderen Seite der Pixel-Modus nicht auf „2“ eingestellt ist (NEIN bei Schritt S20), bestimmt dann die Steuerungseinheit 11, dass der Pixel-Modus auf „3“ eingestellt ist, und stellt 8N als die Abtastzählung Nmax ein (Schritt S24) und stellt Pixel-Modus=3 in den variabel-parallelen Addierern 161 für eine Pixelzählung und den Histogramm-Erzeugungseinheiten 163 ein (Schritt S25). Anschließend lässt die Steuerungseinheit 11 die Histogramm-Verarbeitungseinheit 16 eine Histogramm-Operation eines vierten Typs durchführen (siehe zum Beispiel 10, 11, 19 und 20) (Schritt S26). Danach geht die Systemsteuerung weiter zu Schritt S27.
  • Bei Schritt S27 schätzt oder berechnet basierend auf den Histogrammen, die gemäß einer der Histogramm-Operation eines ersten Typs bis zur Histogramm-Operation eines vierten Typs (Schritt S15 oder Schritt S19 oder Schritt S23 oder Schritt S26) erzeugt wurden, die Steuerungseinheit 11 die Distanz zu dem innerhalb des Entfernungsmessbereichs vorhandenen Objekt 90. Die Steuerungseinheit 11 bestimmt dann, ob die vorliegenden Operationen zu beenden sind oder nicht (Schritt S28). Falls die vorliegenden Operationen zu beenden sind (JA bei Schritt S28), beendet dann die Steuerungseinheit 11 die vorliegenden Operationen. Falls auf der anderen Seite die vorliegenden Operationen nicht zu beenden sind (NEIN bei Schritt S28), kehrt die Systemsteuerung zu S11 zurück, und die Steuerungseinheit 11 führt die nachfolgenden Operationen erneut aus.
  • Histogramm-Erzeugungsoperation eines ersten Typs
  • 23 ist ein Flussdiagramm, um ein Beispiel der Histogramm-Erzeugungsoperation zu erläutern, die von der Histogramm-Erzeugungseinheit während der Histogramm-Operation eines ersten Typs bei dem in 22 veranschaulichten Schritt S15 durchgeführt wird. In der folgenden Erläuterung liegt der einfachen Erklärung halber der Fokus auf der Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 unter den Histogramm-Erzeugungseinheiten 163. Jedoch sind die gleichen Operationen auch auf die anderen Histogramm-Erzeugungseinheiten 1631 bis 1637 anwendbar. Darüber hinaus wird in der folgenden Erläuterung der Klarheit halber unterstellt, dass die Bin- bzw. Klasse-Zahlen (BINIDX) mit den Abtastzahlen (N) identisch sind.
  • Wie in 23 veranschaulicht ist, stellt in einer Histogramm-Erzeugungsoperation eines ersten Typs die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 zuerst „1“ in einer Lichtemissionszählung M ein, die dafür bestimmt ist, die aktuelle Zahl an Vorgängen einer Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit 13 zu identifizieren, (Schritt S101) und stellt in der Abtastzahl N, die dafür bestimmt ist, die aktuelle Abtastzahl zu identifizieren, wieder „0“ ein (Schritt S102). Danach gibt die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 die Freigabesignale EN0 bis EN7 mit dem Erlaubnis-Pegel jeweils in die Speicher 170 bis 177 ein und erlaubt ein Schreiben in all den Speichern 170 bis 177 (Schritt S103). Hierin wird angenommen, dass die Abtastzahl N unter Verwendung eines (nicht veranschaulichten) Zählers in der Histogramm-Erzeugungseinheit 163 verwaltet wird.
  • Danach empfängt die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 von der Matrix-Transponiereinheit 162 eine Eingabe der Sequenz von Pixelwerten D (die Pixelwert-Sequenz 49), die basierend auf den Detektionssignalen berechnet wird, die von den SPAD-Pixeln 20 des SPAD-Arrays 143 gelesen werden (Schritt S104), und addiert die Pixelwerte D [i] [j]=D [0] [0] bis D [0] [5] zu den Werten der Klasse mit BINIDX=N in dem Histogramm für jedes „j“, das im Speicher 170 gespeichert ist (Schritt S105). Wie oben beschrieben wurde, wird indes unterstellt, dass das Lesen der Detektionssignale von den SPAD-Pixeln 20 mit einer vorbestimmten Abtastperiode wiederholt durchgeführt wird.
  • Danach bestimmt die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630, ob die Abtastzahl N die Abtastzählung Nmax, die den maximalen Wert repräsentiert, erreicht hat oder nicht (Schritt S106). Falls die Abtastzahl N die Abtastzählung Nmax erreicht hat (JA bei Schritt S106), geht dann die Systemsteuerung zu Schritt S108 weiter. Falls jedoch die Abtastzahl N die Abtastzählung Nmax nicht erreicht hat (NEIN bei Schritt S106), inkrementiert dann die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 die Abtastzahl N um Eins (Schritt S107). Die Systemsteuerung kehrt dann zu Schritt S104 zurück, und die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 führt erneut die nachfolgenden Operationen aus.
  • Bei Schritt S108 bestimmt die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 beispielsweise, ob die Zahl an Vorgängen einer Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit 13 eine vorbestimmte Zählung Mmax erreicht hat oder nicht. Falls die Anzahl an Vorgängen einer Lichtemission von der lichtempfangenden Einheit 13 die vorbestimmte Zählung Mmax erreicht hat (JA bei Schritt 108), beendet dann die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 die Histogramm-Erzeugungsoperation eines ersten Typs. Falls jedoch die Anzahl an Vorgängen einer Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit 13 eine vorbestimmte Zählung Mmax nicht erreicht hat (NEIN bei Schritt S108), inkrementiert dann die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 die Lichtemissionszählung M der lichtemittierenden Einheit 13 um Eins (Schritt S109) . Danach kehrt die Systemsteuerung zu Schritt S101 zurück, und die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 führt die nachfolgenden Operationen erneut aus. Da die Histogramme basierend auf der Anzahl M an Malen einer Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit 13 erzeugt werden können, kann auf diese Weise die Distanz zum Objekt 90 genauer abgeschätzt oder berechnet werden.
  • Histogramm-Erzeugungsoperation eines zweiten Typs
  • 24 ist ein Flussdiagramm, um ein Beispiel der Histogramm-Erzeugungsoperation zu erläutern, die von der Histogramm-Erzeugungseinheit während der Histogramm-Operation eines zweiten Typs bei dem in 22 veranschaulichten Schritt S19 durchgeführt wird. In der folgenden Erläuterung liegt der Fokus der einfachen Erklärung halber auf der Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 unter den Histogramm-Erzeugungseinheiten 163. Jedoch sind die gleichen Operationen auch auf die anderen Histogramm-Erzeugungseinheiten 1631 bis 1637 anwendbar. Unter den in 24 veranschaulichten Operationen wird außerdem auf die Operationen, die mit den in 23 veranschaulichten Operationen identisch sind, mit den gleichen Schrittnummern verwiesen, und deren detaillierte Erläuterung wird nicht wiederholt.
  • Wie in 24 veranschaulicht ist, stellt in einer Histogramm-Erzeugungsoperation eines zweiten Typs die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 zuerst „1“ in der Lichtemissionszählung M ein, die dafür bestimmt ist, die aktuelle Zahl an Vorgängen einer Lichtemission von der lichtemittierenden Einheit 13 zu identifizieren (Schritt S101), und stellt „1“ in einem maximalen Wert Qmax einer Variable Q ein (Schritt S201) und stellt in der Variable Q „0“ wieder ein (Schritt S202) . Außerdem stellt in einer zu dem in 23 veranschaulichten Schritt 102 identischen Art und Weise die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 in der Abtastzahl N erneut „0“ ein (Schritt S102).
  • Unter den Speichern 170 bis 177 speist dann in die 2k+Q-ten Speicher (in dem in 15 veranschaulichten Beispiel entweder den Satz der Speicher 170, 172, 174 und 176 oder den Satz der Speicher 171, 173, 175 und 177) die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 Freigabesignale mit dem Erlaubnis-Pegel ein (in dem in 16 veranschaulichten Beispiel entweder den Satz von Freigabesignalen EN0, EN2, EN4 und EN6 oder den Satz von Freigabesignalen EN1, EN3, EN5 und EN7) und erlaubt somit ein Schreiben in den 2k+Q-ten Speichern (Schritt S203) .
  • Bis die Abtastzahl N Nmax erreicht, führt dann die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 Operationen durch, die mit den Operationen von Schritt S104 bis zum Schritt S107, die in 23 veranschaulicht sind, durch und erzeugt entweder die erste Hälfte oder die zweite Hälfte jedes Histogramms.
  • Anschließend bestimmt die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630, ob die Variable Q den maximalen Wert Qmax erreicht hat oder nicht (Schritt S204). Falls die Variable Q den maximalen Wert Qmax erreicht hat (JA bei Schritt S204), geht dann die Systemsteuerung zu Schritt S108 weiter. Falls jedoch die Variable Q den maximalen Wert Qmax nicht erreicht hat (NEIN bei Schritt S204), inkrementiert die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 die Variable Q um Eins (Schritt S205) . Danach kehrt die Systemsteuerung zu Schritt S102 zurück, und die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 führt wieder die nach- folgenden Operationen aus, um die verbleibende Hälfte jedes Histogramms zu erzeugen.
  • Histogramm-Erzeugungsoperation eines dritten Typs
  • 25 ist ein Flussdiagramm, um die Histogramm-Erzeugungsoperation zu erläutern, die von der Histogramm-Erzeugungseinheit während der Histogramm-Operation eines dritten Typs bei dem in 22 veranschaulichten Schritt S23 durchgeführt wird. In der folgenden Erläuterung liegt der Fokus der einfachen Erklärung halber auf der Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 unter den Histogramm-Erzeugungseinheiten 163. Jedoch sind die gleichen Operationen auch auf die anderen Histogramm-Erzeugungseinheiten 1631 bis 1637 anwendbar. Unter den in 25 veranschaulichten Operationen wird außerdem auf die Operationen, die mit den in 23 oder 24 veranschaulichten Operationen identisch sind, mit den gleichen Schrittnummern verwiesen, und deren detaillierte Erläuterung wird nicht wiederholt.
  • In einer in 25 veranschaulichten Histogramm-Erzeugungsoperation eines dritten Typs sind unter den Operationen, die mit den Operationen in der in 24 veranschaulichten Histogramm-Erzeugungsoperation eines zweiten Typs identisch sind, die Operationen bei Schritt S201 und Schritt S203, die in 24 veranschaulicht sind, durch die Operationen bei Schritt S301 bzw. Schritt S302, die in 25 veranschaulicht sind, substituiert.
  • Bei Schritt S301 stellt die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 „3“ im maximalen Wert Qmax der Variable Q ein.
  • Bei Schritt S302 gibt unter den Speichern 170 bis 177 an die 4k+Q-ten Speicher (in dem in 17 veranschaulichten Beispiel entweder das Paar Speicher 170 und 174 oder das Paar Speicher 171 und 175 oder das Paar Speicher 172 und 176 oder das Paar Speicher 173 und 177) die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 Freigabesignale mit dem Erlaubnis-Pegel (in dem in 18 veranschaulichten Beispiel entweder das Paar Freigabesignale EN0 und EN4 oder das Paar Freigabesignale EN1 und EN5 oder das Paar Freigabesignale EN2 und EN6 oder das Paar Freigabesignale EN3 und EN7) ab und ermöglicht somit ein Schreiben in den 4k+Q-ten Speichern.
  • Anschließend führt in einer zu den Operationen von Schritt S104 bis S205, die in 24 veranschaulicht sind, identischen Art und Weise für jeden Wert der Variable Q die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 die Operationen aus, die mit den Operationen von Schritt S102 bis Schritt S107 identisch sind, bis die Abtastzahl N von 0 aus Nmax erreicht und erzeugt somit jeden Viertel-Teil jedes Histogramms.
  • Die Systemsteuerung geht dann zu Schritt S108 weiter, und die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 führt die oben erwähnten Operationen wiederholt aus, bis die Lichtemissionszählung M der lichtemittierenden Einheit 13 die vorbestimmte Zählung Mmax erreicht.
  • Histogramm-Erzeugungsoperation eines vierten Typs
  • 26 ist ein Flussdiagramm, um die Histogramm-Erzeugungsoperation zu erläutern, die von der Histogramm-Erzeugungseinheit während der Histogramm-Operation eines vierten Typs bei dem in 22 veranschaulichten Schritt S26 durchgeführt wird. In der folgenden Erläuterung liegt der Fokus der einfachen Erklärung halber auf der Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 unter den Histogramm-Erzeugungseinheiten 163. Jedoch sind die gleichen Operationen auch auf die anderen Histogramm-Erzeugungseinheiten 1631 bis 1637 anwendbar. Unter den in 26 veranschaulichten Operationen wird außerdem auf die Operationen, die mit den in einer von 23 bis 25 veranschaulichten Operationen identisch sind, durch die gleichen Schrittzahlen verwiesen, und ihre detaillierte Erläuterung wird nicht wiederholt.
  • In der Histogramm-Erzeugungsoperation eines dritten Typs, die in 25 veranschaulicht ist, sind unter den Operationen, die mit den Operationen der in 24 veranschaulichten Histogramm-Erzeugungsoperation eines zweiten Typs oder der in 25 veranschaulichten Histogramm-Erzeugungsoperation eines dritten Typs identisch sind, die Operationen bei Schritt S201 und Schritt S203, die in 24 veranschaulicht sind, oder die Operationen bei Schritt S301 und Schritt S302, die in 25 veranschaulicht sind, durch die Operationen bei Schritt 401 bzw. Schritt S402, die in 26 veranschaulicht sind, substituiert.
  • Bei Schritt S401 stellt die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 im maximalen Wert Qmax der Variable Q „7“ ein.
  • Bei Schritt S402 gibt unter den Speichern 170 bis 177 an den 8k+Q-ten Speicher (in dem in 19 veranschaulichten Beispiel den Speicher 170 oder den Speicher 171 oder den Speicher 172 oder den Speicher 173 oder den Speicher 174 oder den Speicher 175 oder den Speicher 176 oder den Speicher 177) die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 ein Freigabesignal mit dem Erlaubnis-Pegel (in dem in 20 veranschaulichten Beispiel das Freigabesignal EN0 oder das Freigabesignal EN1 oder das Freigabesignal EN2 oder das Freigabesignal EN3 oder das Freigabesignal EN4 oder das Freigabesignal EN5 oder das Freigabesignal EN6 oder das Freigabesignal EN7) ab und ermöglicht somit ein Schreiben im 8k+Q-ten Speicher.
  • Anschließend führt in einer zu den Operationen von Schritt S104 bis Schritt S205, die in 24 veranschaulicht sind, identischen Art und Weise die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 für jeden Wert der Variable Q die Operationen aus, die mit den Operationen von Schritt S102 bis Schritt S107 identisch sind, bis die Abtastzahl N von 0 aus Nmax erreicht und erzeugt somit jeden Achtel-Teil jedes Histogramms.
  • Die Systemsteuerung geht dann zu Schritt S108 weiter. Die Histogramm-Erzeugungseinheit 1630 führt die oben erwähnten Operationen wiederholt aus, bis die Lichtemissionszählung M der lichtemittierenden Einheit 13 die vorbestimmte Zählung Mmax erreicht.
  • Spezifisches Beispiel einer Histogramm-Erzeugung
  • Bezüglich der Erzeugung von Histogrammen basierend auf der oben erwähnten Konfiguration und den Operationen wird unter Bezugnahme auf ein spezifisches Beispiel im Folgenden eine Erläuterung gegeben. Die folgende Erläuterung wird für einen Fall gegeben, in welchem Pixel-Modus=2 eingestellt ist, das heißt der dritte Pixel-Modus eingestellt ist. Jedoch ist die gleiche Erklärung auf die anderen Pixel-Modi ebenfalls anwendbar.
  • 27 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Histogramm veranschaulicht, das in einem Speicher als Antwort auf den ersten Lichtemissionsvorgang (M=1) von der lichtemittierenden Einheit erzeugt wird. 28 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Pixelwerts bei jeder Abtastzahl veranschaulicht, wie er als Antwort auf den zweiten Lichtemissionsvorgang (M=2) von der lichtemittierenden Einheit erhalten wird. 29 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Histogramm veranschaulicht, das in einem Speicher als Antwort auf den zweiten Lichtemissionsvorgang (M=2) von der lichtemittierenden Einheit erzeugt wird. 30 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Pixelwerts bei jeder Abtastzahl veranschaulicht, wie er als Antwort auf den dritten Lichtemissionsvorgang (M=3) von der lichtemittierenden Einheit erhalten wird. 31 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Histogramm veranschaulicht, das in einem Speicher als Antwort auf den dritten Lichtemissionsvorgang (M=3) von der lichtemittierenden Einheit erzeugt wird. Hierin wird angenommen, dass die in 27 bis 31 erzeugten Histogramme unter Verwendung der Pixelwerte D [i] [j] bis D [i+3] [j] erzeugt werden, worin i und j den gleichen Wert aufweisen.
  • Zunächst wird, wie in 27 veranschaulicht ist, als Antwort auf den ersten Lichtemissionsvorgang (M=1) von der lichtemittierenden Einheit 13 ein Histogramm im Speicher 17 erzeugt, worin der Pixelwert D für jede Abtastzahl N, der als Ergebnis einer Abtastung als Antwort auf einen einzelnen Lichtemissionsvorgang erhalten wird, in der entsprechenden Klasse gespeichert wird.
  • Anschließend wird, wenn das Histogramm wie in 28 veranschaulicht als Antwort auf den zweiten Vorgang einer Lichtemission (M=2) von der lichtemittierenden Einheit 13 erhalten wird, ein Histogramm im Speicher 17 wie in 29 veranschaulicht, erzeugt, worin zu dem Wert jeder Klasse des als Antwort auf den ersten Lichtemissionsvorgang (M=1) erhaltenen Histogramms, der Wert jeder Klasse des Histogramms, das als Antwort auf den zweiten Vorgang einer Lichtemission (M=2) erhalten wird, addiert wird.
  • In einer identischen Art und Weise wird, wenn das Histogramm wie in 30 veranschaulicht als Antwort auf den dritten Vorgang einer Lichtemission (M=3) von der lichtemittierenden Einheit 13 erhalten wird, in jeder Klasse des Histogramms, das im Speicher 17 gespeichert ist, der kumulative Wert der Pixelwerte (d.h. der kumulative Pixelwert), die von dem ersten Vorgang einer Lichtemission (M=1) bis zum dritten Vorgang einer Lichtemission (M=3) erhalten werden, wie in 31 gespeichert.
  • Indem man die Pixelwerte D, die als Antwort auf eine Vielzahl von Lichtemissionsvorgängen von der lichtemittierenden Einheit 13 erhalten werden, aufsummiert, wird es auf diese Weise möglich, die Differenz zwischen dem kumulativen Pixelwert der Pixelwerte, der das reflektierte Licht L2 detektiert, und dem kumulativen Pixelwert, der dem Rauschen wie etwa einem Umgebungslicht L0 zugeschrieben wird, zu erhöhen. Dies ermöglicht eine Steigerung der Zuverlässigkeit bei einer Unterscheidung zwischen dem reflektierten Licht L2 und dem Rauschen und ermöglicht somit eine Abschätzung oder Berechnung der Distanz zum Objekt 90 mit höherer Genauigkeit.
  • Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit
  • Im Folgenden wird die Erläuterung für die Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit 18 gemäß der ersten Ausführungsform gegeben. Die Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit 18 schätzt oder berechnet die Distanz zu dem Objekt 90 basierend auf den Histogrammen, die im Speicher 17 durch die Histogramm-Verarbeitungseinheit 16 erzeugt werden. Beispielsweise identifiziert die Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit 18 die Klasse-Zahl in jedem Histogramm, bei der der kumulative Pixelwert den Spitzenwert erreicht, übersetzt die identifizierten Klasse-Zahlen in die Laufzeit- oder Distanzinformationen und schätzt oder berechnet dementsprechend die Distanz zum Objekt 90.
  • Beispielsweise identifiziert im ersten Pixel-Modus die Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit 18 solche Klasse-Zahlen in den Histogrammen, die in den Speichern 170 bis 177 gespeichert sind, worin der kumulative Pixelwert bei der Spitze liegt, und schätzt oder berechnet die Distanz zu dem Objekt 90 basierend auf den identifizierten Klasse-Zahlen. Im zweiten Pixel-Modus identifiziert die Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit 18 solche Klasse-Zahlen in den Histogrammen, die unter Verwendung des Paars der Speicher 170 und 171, des Paars der Speicher 172 und 173, des Paars der Speicher 174 und 175 und des Paars der Speicher 176 und 177 konfiguriert wurden, worin der kumulative Pixelwert bei der Spitze liegt, und schätzt oder berechnet die Distanz zum Objekt 90 basierend auf den identifizierten Klasse-Zahlen. Im dritten Pixel-Modus identifiziert die Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit 18 solche Klasse-Zahlen in den Histogrammen, die unter Verwendung des Satzes der Speicher 170 bis 173 und des Satzes der Speicher 174 bis 177 konfiguriert wurden, worin der kumulative Pixelwert bei der Spitze liegt, und schätzt oder berechnet die Distanz zum Objekt 90 basierend auf den identifizierten Klasse-Zahlen. Im vierten Pixel-Modus identifiziert die Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit 18 solche Klasse-Zahlen in dem Histogramm, das unter Verwendung der Speicher 170 bis 177 konfiguriert wurde, worin der kumulative Pixelwert bei der Spitze liegt, und schätzt oder berechnet die Distanz zum Objekt 90 basierend auf der identifizierten Klasse-Zahl.
  • Indes kann die Übersetzung der Klasse-Zahlen in die Laufzeit- oder die Distanzinformation unter Verwendung einer vorher in einem Speicher gespeicherten Übersetzungstabelle durchgeführt werden, oder eine Umwandlungsgleichung zum Umwandeln der Klasse-Zahlen in die Laufzeit- oder die Distanzinformation kann vorher gespeichert werden, und die Übersetzung kann unter Verwendung der Umwandlungsgleichung durchgeführt werden.
  • Außerdem ist es bei der Identifizierung der Klasse-Zahl, bei der der kumulative Pixelwert bei der Spitze liegt, möglich, verschiedene Verfahren zu implementieren, wie etwa ein Verfahren, bei dem die Klasse-Zahl der Klasse mit dem höchsten Wert identifiziert wird, oder ein Verfahren, bei dem eine Anpassung bzw. ein Fit bezüglich des Histogramms durchgeführt wird und die Klasse-Zahl, bei der der kumulative Wert bei der Spitze liegt, aus der als Ergebnis der Anpassung erhaltenen Funktionskurve identifiziert wird.
  • Aktionen/Effekte
  • Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß der ersten Ausführungsform das Nutzungsmuster der Speicher 170 bis 177 gemäß dem Pixel-Modus geändert werden. Beispielsweise werden im ersten Pixel-Modus 48 Histogramme in den Speichern 170 bis 177 erzeugt. Im zweiten Pixel-Modus werden 24 Histogramme erzeugt, indem vier Paare aus zwei Speichern unter den Speichern 170 bis 177 gebildet werden. Im dritten Pixel-Modus werden 12 Histogramme erzeugt, indem zwei Sätze aus vier Speichern unter den Speichern 170 bis 177 gebildet werden. Im vierten Pixel-Modus werden sechs Histogramme erzeugt, indem all die Speicher 170 bis 177 kombiniert werden. Infolgedessen kann, wenn kein tiefer Speicherbereich erforderlich ist (zum Beispiel in dem Fall, in dem eine Entfernungsmessung über eine kurze Distanz durchgeführt wird) oder wenn ein tiefer Speicherbereich erforderlich ist (zum Beispiel in dem Fall, in dem eine Entfernungsmessung über eine lange Distanz durchgeführt wird), das Nutzungsmuster des Speichers 17 geändert werden, wodurch eine effiziente Nutzung der Speicherressourcen je nach den Umständen ermöglicht wird.
  • Außerdem können gemäß der ersten Ausführungsform unter den Speichern 170 bis 177 den Speichern, in denen ein Schreiben nicht durchgeführt werden soll, entsprechende Freigabesignale, um ein Schreiben nicht zu erlauben, unter den Freigabesignalen EN0 bis EN7 bereitgestellt werden, und die Speicher können in den Schlafzustand umgeschaltet werden. Dies ermöglicht, eine Reduzierung des Leistungsverbrauchs zu erzielen.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform kann überdies die Anzahl an Makro-Pixeln 30, die einem einzelnen Pixel in einem Entfernungsmessbild entsprechen, gemäß dem Pixel-Modus geändert werden. Infolgedessen kann auch die Auflösung des ToF-Sensors 1 je nach den Umständen geändert werden. Beispielsweise können in dem Fall, in dem eine Entfernungsmessung über eine kurze Distanz durchgeführt wird, wobei kein weiter Dynamikbereich erforderlich ist, detaillierte Entfernungsmessbilder erhalten werden, indem die Auflösung gesteigert wird. Auf der anderen Seite können in dem Fall, in dem eine Entfernungsmessung über eine lange Distanz durchgeführt wird, wobei ein weiter Dynamikbereich erforderlich ist, Entfernungsmessbilder in einem weiten Dynamikbereich erhalten werden, indem die Auflösung verringert wird. Folglich kann die Auflösung je nach den Umständen effektiv geändert werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • In der ersten Ausführungsform wurde eine Erläuterung für eine Entfernungsmessvorrichtung vom Flash-Typ unter Bezugnahme auf die Beispiele gegeben. In einer zweiten Ausführungsform wird die Erläuterung für eine Entfernungsmessvorrichtung vom Scan-Typ unter Bezugnahme auf Beispiele gegeben. In der folgenden Erläuterung wird auf die zur ersten Ausführungsform identischen Konfiguration durch die gleichen Bezugsziffern verwiesen, und die redundante Erläuterung wird nicht wiederholt.
  • Entfernungsmessvorrichtung (ToF-Sensor)
  • 32 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte schematische Konfiguration eines ToF-Sensors veranschaulicht, der als die Entfernungsmessvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform fungiert. Wie in 1 veranschaulicht ist, enthält ein ToF-Sensor 2 eine Steuerungsvorrichtung 200, eine Kondensorlinse 201, einen Halbspiegel 202, einen Mikrospiegel 203, eine lichtempfangende Linse 204, eine Scan-Einheit 205, eine lichtemittierende Einheit 213 und eine lichtempfangende Einheit 214. Der Mikrospiegel 203 und die Scan-Einheit 205 repräsentieren eine in den Ansprüchen angeführte Scan-Einheit, die beispielsweise das auf eine (zum Beispiel dem SPAD-Array 143 äquivalente) Array-Einheit fallende Licht scannt. Indes kann die Scan-Einheit zusätzlich die Kondensorlinse 201, den Halbspiegel 202 und/oder die lichtempfangende Linse 204 enthalten.
  • Die lichtempfangende Einheit 214 hat eine Struktur, in der beispielsweise die Makropixel 30 gemäß der ersten Ausführungsform in der (der Spaltenrichtung entsprechenden) vertikalen Richtung angeordnet sind. Das heißt, die lichtempfangende Einheit 214 ist beispielsweise unter Verwendung einiger der Spalten (einer oder mehrerer Spalten) des in 3 veranschaulichten SPAD-Arrays 143 konfiguriert. Im Folgenden wird auf jene Spalten des SPAD-Arrays 143 als Makro-Pixelsequenzen 243 verwiesen. Unter Bezugnahme auf das in 3 veranschaulichte SPAD-Array 143 weisen somit die Makro-Pixelsequenzen 243 eine Struktur auf, in der 48 Makro-Pixel 30 vom Makro-Pixel #0 bis zum Makro-Pixel #47, die in der Spaltenrichtung angeordnet sind, in sechs Pixelgruppen 31 für j=0 bis 6 unterteilt sind.
  • Die lichtemittierende Einheit 213 ist auf eine der lichtemittierenden Einheit 13 gemäß der ersten Ausführungsform identischen Art und Weise unter Verwendung beispielsweise einer oder mehrerer Halbleiter-Laserdioden konfiguriert und emittiert das gepulste Laserlicht L1 mit einer vorbestimmten Dauer mit einer vorbestimmten Periode (auch Lichtemissionsperiode genannt). Beispielsweise emittiert überdies die lichtemittierende Einheit 13 das Laserlicht L1 mit der Dauer von 1 ns (Nanosekunde) und mit einer Periode von 1 GHz (Gigahertz).
  • Die Kondensorlinse 201 fokussiert das Laserlicht L1, das von der lichtemittierenden Einheit 213 emittiert wurde. Beispielsweise fokussiert die Kondensorlinse 201 das Laserlicht L1 auf solch eine Weise, dass die Spreizung des Laserlichts L1 mit dem Winkel eines Felds der lichtempfangenden Einheit 214 vergleichbar ist.
  • Der Halbspiegel 202 reflektiert zumindest einen gewissen Teil des einfallenden Laserlichts L1 in Richtung des Mikrospiegels 203. Indes kann der Halbspiegel 202 durch eine optische Vorrichtung wie etwa einen Polarisationsspiegel ersetzt werden, der einen gewissen Teil des Lichts reflektiert und den übrigen Teil durchlässt.
  • Der Mikrospiegel 203 ist an der Scan-Einheit 205 auf solch eine Weise angebracht, dass der Winkel des Mikrospiegels 203 um die Mitte der Reflexionsoberfläche variiert werden kann. Die Scan-Einheit 205 lässt den Mikrospiegel 203 in der horizontalen Richtung oszillieren oder vibrieren, so dass sich beispielsweise ein Bild SA des Laserlichts L1, das vom Mikrospiegel 203 reflektiert wurde, in der horizontalen Richtung innerhalb einer vorbestimmten Scanfläche AR hin und her bewegt. Beispielsweise lässt die Scan-Einheit 205 den Mikrospiegel 203 in der horizontalen Richtung auf solch eine Weise oszillieren oder vibrieren, dass sich das Bild SA des Laserlichts L1 für 1 ms (Millisekunde) innerhalb der vorbestimmten Scanfläche AR hin und her bewegt. Die Oszillation oder Vibration des Mikrospiegels 203 kann hierin unter Verwendung eines Schrittmotors oder eines Piezoelements ausgeführt werden.
  • Das reflektierte Licht L2, das als Folge einer Reflexion des Laserlichts L1 von dem innerhalb des Entfernungsmessbereichs vorhandenen Objekts 90 reflektiert wird, fällt aus der dem Laserlicht L1 entgegengesetzten Richtung und entlang der Einfallsachse, die die gleiche Lichtachse wie die Emissionsachse des Laserlichts L1 ist, auf den Mikrospiegel 203. Fällt es auf den Mikrospiegel 203, fällt das reflektierte Licht L2 entlang der gleichen Lichtachse wie die Lichtachse des Laserlichts L1 auf den Halbspiegel 202, und ein gewisser Teil davon geht durch den Halbspiegel 202 hindurch.
  • Das Bild des reflektierten Lichts L2, das durch den Halbspiegel 202 hindurchgegangen ist, geht durch die lichtempfangende Linse 204, so dass ein Bild der Makro-Pixelsequenzen 243 auf der lichtempfangenden Einheit 214 gebildet wird.
  • Die Steuerungsvorrichtung 200 enthält beispielsweise die Steuerungseinheit 11, das Steuerungsregister 12, die Addiereinheit 15, die Histogramm-Verarbeitungseinheit 16, den Speicher 17, die Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit 18 und die externe I/F 19. Diese Bestandteile können mit beispielsweise den Bestandteilen gemäß der ersten Ausführungsform identisch sein. Zusätzlich zur Steuerung der in 1 veranschaulichten Bestandteile steuert jedoch die Steuerungseinheit 11 gemäß der zweiten Ausführungsform auch die Scan-Einheit 205.
  • In solch einer Konfiguration empfängt auf eine zur ersten Ausführungsform identischen Art und Weise die Addiereinheit 15 eine Einspeisung des Detektionssignals V_OUT, das von jedem SPAD-Pixel 20 in jedem Makro-Pixel 30 der Makro-Pixelsequenzen 243 abgegeben wird, mit einer vorbestimmten Abtastperiode. Danach zählt in einer zur ersten Ausführungsform identischen Art und Weise die Addiereinheit 15 für jedes von einem oder mehr Makro-Pixeln die Detektionssignale V_OUT aus, die von der lichtempfangenden Einheit 214 abgegeben werden, und gibt den Auszählwert als den Pixelwert an die Histogramm-Verarbeitungseinheit 16 aus.
  • Die Histogramm-Verarbeitungseinheit 16 erzeugt gemäß dem Pixel-Modus Histogramme im Speicher 17 in einer zur ersten Ausführungsform identischen Art und Weise. Basierend auf den im Speicher 17 erzeugten Histogrammen schätzt oder berechnet außerdem die Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit 18 in einer zur ersten Ausführungsform identischen Art und Weise die Distanz zu dem Objekt 90.
  • Aktionen/Effekte
  • Wie oben beschrieben wurde, kann in nicht nur dem ToF-Sensor 1 vom Flash-Typ, sondern auch im ToF-Sensor 2 vom Scan-Typ das Nutzungsmuster der Speicher 170 bis 177 gemäß dem Pixel-Modus geändert werden. Infolgedessen kann, wenn kein tiefer Speicherbereich erforderlich ist (zum Beispiel in dem Fall, in dem eine Entfernungsmessung über eine kurze Distanz durchgeführt wird) oder wenn ein tiefer Speicherbereich erforderlich ist (zum Beispiel in dem Fall, in dem eine Entfernungsmessung über eine lange Distanz durchgeführt wird), das Nutzungsmuster des Speichers 17 geändert werden, wodurch je nach den Umständen eine effiziente Nutzung der Speicherressourcen ermöglicht wird.
  • Indes können die übrige Konfiguration, die übrigen Operationen und die übrigen Effekte mit der ersten Ausführungsform identisch sein. Daher wird die gleiche detaillierte Erläuterung nicht wiederholt.
  • Anwendungsbeispiele
  • Die in der betreffenden Anmeldung offenbarte Technologie in verschiedenen Produkten verwendet werden. Beispielsweise kann die in der betreffenden Anmeldung offenbarte Technologie als eine Vorrichtung implementiert werden, die in jedem beliebigen Typ eines beweglichen Objekts wie etwa einem Automobil, einem Elektrofahrzeug, einem Hybrid-Elektrofahrzeug, einem Motorrad, einem Fahrrad, einer Vorrichtung für persönliche Mobilität, einem Flugzeug, einer Drohne, einem Schiff, einem Roboter, einer Baumaschinen oder einer landwirtschaftlichen Maschine (einem Traktor) montiert wird.
  • 33 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielshafte schematische Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems 7000 veranschaulicht, das ein Beispiel eines Systems zur Steuerung mobiler Objekte repräsentiert, worin die in der betreffenden Anmeldung offenbarte Technologie verwendet werden kann. Das Fahrzeugsteuerungssystem 7000 umfasst eine Vielzahl elektronischer Steuerungseinheiten, die über ein Kommunikationsnetzwerk 7010 miteinander verbunden sind. In dem in 33 dargestellten Beispiel umfasst das Fahrzeugsteuerungssystem 7000 eine Antriebsstrang-Steuerungseinheit 7100, eine Karosserie-Steuerungseinheit 7200, eine Batterie-Steuerungseinheit 7300, eine Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs, eine Einheit 7500 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs und eine integrierte Steuerungseinheit 7600. Das Kommunikationsnetzwerk 7010, das die Vielzahl von Steuerungseinheiten verbindet, kann ein bordeigenes Kommunikationsnetzwerk sein, das mit einem beliebigen Standard wie etwa einem CAN (Controller Area Network bzw. einem Steuergerätenetz), einem LIN (Local-Interconnect-Network), einem LAN (lokalen Netzwerk) oder FlexRay (eingetragenes Warenzeichen) kompatibel ist.
  • Jede Steuerungseinheit umfasst einen Mikrocomputer, um eine arithmetische Verarbeitung gemäß verschiedenen Programmen durchzuführen; eine Speichereinheit, um die im Mikrocomputer auszuführenden Programme zu speichern und die Parameter zu speichern, die in einer Vielzahl arithmetischer Verarbeitungen verwendet werden sollen; und eine Ansteuerungsschaltung, die verschiedene Zielvorrichtungen für eine Steuerung ansteuert. Außerdem enthält jede Steuerungseinheit eine Netzwerk-I/F, um eine Kommunikation mit den anderen Steuerungseinheiten über das Kommunikationsnetzwerk 7010 durchzuführen, und enthält eine Kommunikations-I/F, um eine drahtgebundene Kommunikation oder drahtlose Kommunikation mit Vorrichtungen oder Sensoren innerhalb und/oder außerhalb des betreffenden Fahrzeugs durchzuführen. Mit Verweis auf 33 umfasst eine funktionale Konfiguration der integrierten Steuerungseinheit 7600 einen Mikrocomputer 7610, eine universelle Kommunikations-I/F 7620, eine dedizierte Kommunikations-I/F 7630, eine Positionsbestimmungseinheit 7640, eine Datenpakete empfangende Einheit 7650, eine I/F 7660 für Vorrichtungen im Fahrzeug, eine Audio-Video-Ausgabeeinheit 7670, eine I/F 7680 für ein bordeigenes Netzwerk und eine Speichereinheit 7690. Die anderen Steuerungseinheiten enthalten in identischer Weise einen Mikrocomputer, eine Kommunikations-I/F, einer Speichereinheit und dergleichen.
  • Die Antriebsstrang-Steuerungseinheit 7100 befolgt Anweisungen von verschiedenen Programmen und steuert die Operationen der Vorrichtungen bezüglich des Antriebsstrangs des Fahrzeugs. Beispielsweise dient die Antriebsstrang-Steuerungseinheit 7100 als Steuerungsvorrichtung für die Folgenden: eine Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung etwa einen Verbrennungsmotor oder den Antriebsmotor, die die Antriebskraft des Fahrzeugs erzeugt; einen Antriebskraft-Übertragungsmechanismus, der die Antriebskraft auf die Räder überträgt; einen Lenkmechanismus, der den Lenkwinkel des Fahrzeugs einstellt; und eine Bremsvorrichtung, die die Bremskraft des Fahrzeugs erzeugt. Die Antriebsstrang-Steuerungseinheit 7100 kann auch die Funktionen als Steuerungsvorrichtung das ABS (Antiblockier-Bremssystem) oder ESC (elektronische Stabilitätskontrolle) aufweisen.
  • Mit der Antriebsstrang-Steuerungseinheit 7100 ist eine Einheit 7110 zur Detektion des Fahrzeugzustands verbunden. Die Sektion 7110 zur Detektion eines Fahrzeugzustands umfasst beispielsweise zumindest entweder einen Gyro-Sensor, um die Winkelgeschwindigkeit der Wellendrehbewegung der Fahrzeugkarosserie zu detektieren, oder einen Beschleunigungssensor, um eine Beschleunigung des Fahrzeugs zu detektieren, oder einen Sensor, um den Umfang einer Betätigung des Gaspedals zu detektieren, den Umfang einer Betätigung des Bremspedals zu detektieren, den Lenkwinkel des Lenkrades zu detektieren oder die Motordrehzahl oder die Rotationsgeschwindigkeit der Räder zu detektieren. Die Antriebsstrang-Steuerungseinheit 7100 führt unter Verwendung der von der Einheit 7110 zur Detektion des Fahrzeugzustands eingespeisten Signale arithmetische Operationen durch und steuert den Verbrennungsmotor, den Antriebsmotor, die elektrische Servolenkvorrichtung und die Bremsvorrichtung.
  • Die Karosserie-Steuerungseinheit 7200 befolgt Anweisungen von verschiedenen Programmen und steuert die Operationen verschiedener Vorrichtungen, die in der Fahrzeugkarosserie eingebaut sind. Beispielsweise dient die Karosserie-Steuerungseinheit 7200 als ein schlüsselloses Zugangssystem; ein System für intelligente Schlüssel; eine automatische Fenstervorrichtung; und eine Steuerungsvorrichtung für verschiedene wie etwa die Frontscheinwerfer, die Heckscheinwerfer, die Bremsleuchten, die Fahrtrichtungsanzeiger und die Nebelleuchten. In diesem Fall kann die Karosserie-Steuerungseinheit 7200 eine Einspeisung der Funkwellen empfangen, die von einer tragbaren Vorrichtung, die den Schlüssel ersetzt, empfangen und eine Einspeisung von Signalen verschiedener Schalter empfangen. Bei Empfang der Einspeisung der Funkwellen oder Signale steuert die Karosserie-Steuerungseinheit 7200 die Türverriegelungsvorrichtung, die automatische Fenstervorrichtung und die Leuchten des Fahrzeugs.
  • Die Batterie-Steuerungseinheit 7300 befolgt Anweisungen von verschiedenen Programmen und steuert eine Sekundärzelle 7310, die die Stromversorgungsquelle für den Antriebsmotor repräsentiert. Beispielsweise wird in die Batterie-Steuerungseinheit 7300 eine Information wie die Batterietemperatur, die Ausgangsspannung der Batterie und die verbleibende Batteriekapazität von einer Batterievorrichtung eingegeben, die die Sekundärzelle 7310 enthält. Die Batterie-Steuerungseinheit 7300 führt unter Verwendung derartiger Signale eine arithmetische Verarbeitung durch und steuert die Temperatureinstellung der Sekundärzelle 7310 und steuert die in der Batterievorrichtung installierte Kühlvorrichtung.
  • Die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert die Information über die äußere Umgebung des Fahrzeugs, in dem das Fahrzeugsteuerungssystem 7000 installiert ist. Beispielsweise ist die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs mit zumindest entweder einer Bildgebungseinheit 7410 oder einem Detektor 7420 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs verbunden. Die Bildgebungseinheit 7410 enthält zumindest eine einer ToF- (Laufzeit-)Kamera (engl.: time-offlight), einer Stereokamera, einer Monokular-Kamera, einer Infrarotkamera und irgendeiner anderen Kamera. Der Detektor 7420 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs enthält beispielsweise zumindest entweder einen Umgebungssensor, um aktuelle Wetterbedingungen oder meteorologische Phänomene zu detektieren, oder einen Sensor zur Detektion von Information über die Umgebung, um Fahrzeuge in der Umgebung, Hindernisse und Fußgänger um das Fahrzeug herum, in dem das Fahrzeugsteuerungssystem 7000 installiert ist, zu detektieren.
  • Der Umgebungssensor kann zum Beispiel zumindest entweder ein Regentropfensensor, um regnerisches Wetter zu detektieren, oder ein Nebelsensor, um den Nebel zu detektieren, ein Sonnlichtsensor, um den Grad einer Sonneneinstrahlung zu detektieren, oder ein Schneesensor sein, um den Schneefall zu detektieren. Der Sensor zur Detektion von Information über die Umgebung kann ein Ultraschallsensor, eine Radarvorrichtung und/oder eine LIDAR-Vorrichtung (Lichtdetektions- und Entfernungsmessvorrichtung, Laser-Bildgebungsdetektions- und Entfernungsmessvorrichtung) sein. Die Bildgebungseinheit 7410 und der Detektor 7420 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs können als unabhängige Sensoren oder Vorrichtungen enthalten sein oder können als eine Vorrichtung enthalten sein, die geschaffen wird, indem eine Vielzahl von Sensoren und Vorrichtungen integriert wird.
  • 34 stellt ein Beispiel der Installationspositionen der Bildgebungseinheit 7410 und des Detektors 7420 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs dar. Hierin sind zum Beispiel Bildgebungseinheiten 7910, 7912, 7914, 7916 und 7918 an der Frontpartie, Seitenspiegeln, der hinteren Stoßstange, Hecktüren und/oder dem oberen Teil einer Windschutzscheibe im Fahrzeuginneren installiert. Die an der Frontpartie installierte Bildgebungseinheit 7910 und die im oberen Teil der Windschutzscheibe im Fahrzeuginneren installierte Bildgebungseinheit 7918 erhalten vorwiegend die Bilder vor einem Fahrzeug 7900. Die an den Seitenspiegeln installierten Bildgebungseinheiten 7912 und 7914 erhalten vorwiegend die Bilder an den Seiten des Fahrzeugs 7900. Die an der hinteren Stoßstange oder einer Hecktür installierte Bildgebungseinheit 7916 erhält vorwiegend die Bilder des rückwärtigen Bereichs des Fahrzeugs 7900. Die im oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs installierte Bildgebungseinheit 7918 wird vorwiegend bei der Detektion vorausfahrender Fahrzeuge, von Fußgängern, Hindernissen, Verkehrsampeln, Verkehrszeichen, und Fahrbahnen genutzt.
  • Indes ist 34 ein Beispiel des Bildaufnahmebereichs jeder der Bildgebungseinheiten 7910, 7912, 7914 und 7916 veranschaulicht. Ein Bildaufnahmebereich „a“ repräsentiert den Bildaufnahmebereich der an der Frontpartie installierten Bildgebungseinheit 7910; Bildaufnahmebereiche „b“ und „c“ repräsentieren die Bildaufnahmebereiche der Bildgebungseinheiten 7912 bzw. 7914, die an den Seitenspiegeln installiert sind; und ein Bildaufnahmebereich „d“ repräsentiert den Bildaufnahmebereich der an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür installierten Bildgebungseinheit 7916. Falls die Bilddaten, die durch Abbilden durch die Bildgebungseinheiten 7910, 7912, 7914 und 1716 erhalten werden, überlagert werden, wird ein Bild aus der Vogelperspektive erhalten, in welchem das Fahrzeug 7900von oben gesehen wird.
  • Im Fahrzeug 7900 können Detektoren 7920, 7922, 7924, 7926, 7928 und 7930 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs, die an der Vorderseite, der Rückseite, den Seiten und Ecken des Fahrzeugs 7900 und dem oberen Bereich der Windschutzscheibe im Fahrzeuginnern des Fahrzeugs 7900 installiert sind, zum Beispiel Ultraschallsensoren oder Radarvorrichtungen sein. Die Detektoren 7920, 7926 und 7930 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs, die an der Frontpartie, der hinteren Stoßstange, der Hecktür und dem oberen Teil der Windschutzscheibe im Fahrzeuginneren des Fahrzeugs 7900 installiert sind, können beispielsweise LIDAR-Vorrichtungen sein. Diese Detektoren 7920 bis 7930 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs werden vorwiegend bei der Detektion vorausfahrender Fahrzeuge, von Fußgängern und Hindernissen genutzt.
  • Zur Erläuterung unter Bezugnahme auf 33 zurückkehrend wird lässt die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs die Bildgebungseinheit 7410 Bilder von außerhalb des Fahrzeugs aufnehmen und empfängt die Bilddaten der aufgenommenen Bilder. Außerdem empfängt die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs eine Detektionsinformation von dem damit verbundenen Detektor 7420 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs. Falls der Detektor 7420 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs ein Ultraschallsensor, eine Laservorrichtung oder eine LIDAR-Vorrichtung ist, überträgt die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs Ultraschallwellen oder elektromagnetische Wellen und empfängt eine Information über die reflektierten Wellen. Auf der Basis der empfangenen Information kann dann die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs eine Operation zum Detektieren von Objekten oder eine Operation zum Detektieren eines Abstands durchführen, um Personen, Fahrzeuge, Hindernisse, Verkehrszeichen und Zeichen auf der Straßenoberfläche zu detektieren. Die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs kann außerdem auf der Basis der empfangenen Information eine Operation zur Umgebungswahrnehmung durchführen, um Niederschlag, Nebel und Straßenbedingungen zu erkennen. Die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs kann ferner den Abstand zu den außerhalb des Fahrzeugs vorhandenen Objekten auf der Basis der empfangenen Information berechnen.
  • Außerdem kann auf der Basis der empfangenen Information die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs eine Operation zur Bilderkennung oder eine Operation zur Detektion des Abstands ausführen, um Personen, Fahrzeuge, Hindernisse, Verkehrszeichen und Zeichen auf einer Straßenoberfläche zu erkennen. Die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs kann überdies Operationen wie etwa eine Verzerrungskorrektur oder Positionseinstellung in Bezug auf die empfangenen Bilddaten durchführen, die Bilddaten synthetisieren, die mittels Abbildung durch die Bildgebungseinheiten 7410 erhalten werden, und ein Bild aus der Vogelperspektive oder ein Panoramabild erzeugen. Die Einheit 7400 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs kann darüber hinaus eine Operation zur Blickwinkelkonversion unter Verwendung der Bilddaten durchführen, die mittels Abbildung durch die Bildgebungseinheiten 7410 erhalten werden
  • Die Einheit 7500 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs detektiert die Information über das Innere des Fahrzeugs. Mit der Einheit 7500 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs ist zum Beispiel eine Einheit 7510 zur Detektion des Fahrerzustands verbunden, die den Zustand des Fahrers detektiert. Die Einheit 7510 zur Detektion des Fahrerzustands kann eine Kamera, um Bilder des Fahrers auszunehmen, einen biologischen Sensor, um eine biologische Information über den Fahrer zu detektieren, und ein Mikrophon, um ein Geräusch im Inneren des Fahrzeugs zu erfassen, umfassen. Der biologische Sensor ist beispielsweise in den Sitz und das Lenkrad integriert und detektiert die biologische Information über die auf einem Sitz sitzende Persson oder den das Lenkrad haltenden Fahrer. Auf der Grundlage der von der Einheit 7510 zur Detektion des Fahrerzustands eingegebenen Detektionsinformation kann die Einheit 7500 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs den Ermüdungsgrad oder den Konzentrationsgrad des Fahrers berechnen oder kann bestimmen, ob der Fahrer am Lenkrad döst. Die Einheit 7500 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs kann außerdem Operationen wie etwa eine Rauschunterdrückung in Bezug auf die erfassten Tonsignale durchführen.
  • Die integrierte Steuerungseinheit 7600 befolgt Anweisungen von verschiedenen Programmen und steuert die allgemeinen Operationen, die im Fahrzeugsteuerungssystems 7000 ausgeführt werden. Mit der integrierten Steuerungseinheit 7600 ist eine Eingabeeinheit 7800 verbunden. Die Eingabeeinheit 7800 ist beispielsweise unter Verwendung von Vorrichtungen wie etwa eines Berührungsfelds, Tasten, eines Mikrophons, Schalter oder Hebel implementiert. Der integrierten Steuerungseinheit 7600 können Daten bereitgestellt werden, die als Ergebnis einer Spracherkennung der über ein Mikrophon eingegebenen Sprache erhalten werden. Die Eingabeeinheit 7800 kann zum Beispiel eine Fernsteuerungsvorrichtung, in der Infrarotstrahlen oder andere Funkwellen genutzt werden, oder eine Vorrichtung für eine externe Verbindung wie etwa ein Mobiltelefon, ein persönlicher digitaler Assistent (PDA) oder dergleichen sein, die mit den Operationen des Fahrzeugsteuerungssystems 7000 kompatibel ist. Alternativ dazu kann zum Beispiel die Eingabeeinheit 7800 kann zum Beispiel eine Kamera sein, und Insassen können Information mittels Gesten eingeben. Alternativ dazu können noch Daten eingegeben werden, die erhalten werden, indem die Bewegungen der tragbaren Vorrichtungen detektiert werden, die die Insassen bei sich trägt. Ferner kann die Eingabeeinheit 7800 beispielsweise eine Eingabesteuerungsschaltung enthalten, die Eingangssignale auf der Basis einer Information erzeugt, die von den Insassen von der Eingabeeinheit 7800 eingegeben wird, und die Eingangssignale an die integrierte Steuerungseinheit 7600 abgibt. Die Insassen bedienen die Eingabeeinheit 7800 und geben eine Vielfalt an Daten ein und weisen dem Fahrzeugsteuerungssystem 7000 Operationen an.
  • Die Speichereinheit 7690 kann einen ROM (Nurlesespeicher), der genutzt wird, um verschiedene, durch den Mikrocomputer auszuführende Programme zu speichern, und einen RAM (Direktzugriffspeicher) enthalten, der genutzt wird, um verschiedene Parameter, Operationsergebnisse und Sensorwerte zu speichern. Die Speichereinheit 7690 kann unter Verwendung einer Magnetspeichervorrichtung wie etwa eines HDD (Festplattenlaufwerks) oder einer Halbleiter-Speichervorrichtung oder einer optischen Speichervorrichtung oder einer magnetooptischen Speichervorrichtung implementiert sein.
  • Die universelle Kommunikations-I/F 7620 ist eine universelle Kommunikations-I/F, um eine Kommunikation mit verschiedenen, in einer äußeren Umgebung vorhandenen Einrichtungen 7750 weiterzuleiten bzw. zu vermitteln. Die universelle Kommunikations-/F 7620 kann mit einem zellularen Kommunikationsprotokoll wie etwa einem GSM (eingetragenes Warenzeichen) (globale System für mobile Kommunikation), WiMAX (eingetragenes Warenzeichen) (Worldwide Interoperability for Microwave Access, LTE (Long Term Evolution) oder LTE-A (erweitertes LTE) installiert sein; oder kann mit einem anderen drahtlosen Kommunikationsprotokoll wie etwa drahtloses LAN (auch Wi-Fi (eingetragenes Warenzeichen) genannt) oder Bluetooth (eingetragenes Warenzeichen) installier sein. Darüber hinaus kann die universelle Kommunikations-I/F 7620 über zum Beispiel eine Basisstation oder einen Zugangspunkt eine Verbindung mit Vorrichtungen (zum Beispiel Anwendungsservern und Kontroll-Servern), die in einem externen Netzwerk (zum Beispiel dem Internet, einem Cloud-Netzwerk oder einem unternehmensspezifischen Netzwerk) vorhanden sind, einrichten. Außerdem kann die universelle Kommunikations-I/F 7620 unter Verwendung zum Beispiel einer P2P- (Peer-to-Peer) Technologie eine Verbindung mit in der Nähe des Fahrzeugs vorhandenen Endgeräten (zum Beispiel Endgeräten im Besitz des Fahrers, von Fußgänger und Läden) oder mit MTC-Endgeräten (Machine Type Communication) einrichten.
  • Die dedizierte Kommunikations-I/F 7630 ist eine Kommunikations-I/F, die ein zur Verwendung in Fahrzeugen entwickeltes Kommunikationsprotokoll unterstützt. Die dedizierte Kommunikations-I/F 7630 kann WAVE (Wireless Access in Vehicle Environment) oder DSRC (Dedicated Short Range Communication) implementieren, was eine Kombination von Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) 802.11p für niedrigere Schichten und IEEE 1609 als höhere Schichten repräsentiert, oder kann ein Standardprotokoll wie etwa eine zellulares Kommunikationsprotokoll implementieren. Die dedizierte Kommunikations-I/F 7630 führt typischerweise eine V2X-Kommunikation als ein Konzept aus, die eine oder mehrere einer Kommunikation von Fahrzeug zu Fahrzeug, einer Kommunikation zwischen Fahrzeug und Infrastruktur, einer Kommunikation zwischen Fahrzeug und Heim und einer Kommunikation zwischen Fahrzeug mit Fußgänger umfasst.
  • Die Positionsbestimmungseinheit 7640 führt eine Positionsbestimmung durch, indem ein GNSS-Signale von GNSS-Satelliten (GNSS steht für Global Navigation Satellite System) (zum Beispiel GPS-Signale von GPS-Satelliten (GPS steht für Global Positioning System)) empfangen werden, und erzeugt eine Standortinformation, die die Länge, die Breite und die Höhenlage des Fahrzeugs enthält. Die Positionsbestimmungseinheit 7640 kann den aktuellen Standort identifizieren, indem Signale mit drahtlosen Zugangspunkten ausgetauscht werden, oder kann eine Standortinformation von einem Endgerät wie etwa einem Mobiltelefon, einem PHS oder einem Smartphone erhalten, das eine Positionsbestimmungsfunktion aufweist.
  • Die Beacon bzw. Datenpakete empfangende Einheit 7650 empfängt die Funkwellen oder elektromagnetischen Wellen, die von den an den Straßen installierten Funkstationen übertragen werden, und erhält Informationen wie etwa den aktuellen Standort, einen Stau, eine gesperrte Straße und die erforderliche Zeit. Indes können Funktionen der Datenpakete empfangenden Einheit 7650 alternativ dazu in der dedizierten Kommunikations-I/F 7630 enthalten sein.
  • Die I/F 7660 für Vorrichtungen im Fahrzeug ist eine Kommunikationsschnittstelle, um die Verbindung zwischen dem Mikrocomputer 7610 und verschiedenen, im Fahrzeug vorhandenen Vorrichtungen 7760 im Fahrzeug weiterzuleiten bzw. zu vermitteln. Die I/F 7660 für Vorrichtungen im Fahrzeug kann eine drahtlose Verbindung unter Verwendung eines Protokolls für drahtlose Kommunikation wie etwa drahtloses LAN, Bluetooth (eingetragenes Warenzeichen), NFC (Near Field Communication) oder WUSB (drahtloses USB) einrichten. Alternativ dazu kann die I/F 7660 für Vorrichtungen im Fahrzeug eine drahtgebundene Verbindung wie etwa USB (Universal Serial Bus), HDMI (eingetragenes Warenzeichen) (High-Definition Multimedia Interface) oder MHL (Mobile High-Definition Link) über einen (nicht dargestellten) Verbindungsanschluss (und nötigenfalls ein Kabel) einrichten. Die Vorrichtungen 7760 im Fahrzeug können beispielsweise eine der Folgenden umfassen: mobile Vorrichtungen oder tragbare Vorrichtungen im Besitz von Insassen und Informationsvorrichtungen, die in das Fahrzeug getragen oder daran angebracht wird. Die Vorrichtungen 7760 im Fahrzeug können außerdem eine Navigationsvorrichtung einschließen, die nach den Routen zu einem beliebigen Ziel zu suchen. Die I/F 7660 für Vorrichtungen im Fahrzeug tauscht Steuerungssignale oder Datensignale mit diesen Vorrichtungen 7760 im Fahrzeug aus.
  • Die I/F 7680 für ein bordeigenes Netzwerk ist eine Schnittstelle, um eine Kommunikation mit dem Mikrocomputer 7610 und dem Kommunikationsnetzwerk 7010 zu vermitteln bzw. weiterzuleiten. Die I/F 7680 für ein bordeigenes Netzwerk sendet und empfängt Signale entsprechend einem von dem Kommunikationsnetzwerk 7010 unterstützten vorbestimmten Protokoll.
  • Der Mikrocomputer 7610 der integrierten Steuerungseinheit 7600 steuert das Fahrzeugsteuerungssystem 7000 gemäß Protokollen und auf der Basis von Informationen, die über die universelle Kommunikations-I/F 7620, die dedizierte Kommunikations-I/F 7630, die Positionsbestimmungseinheit 7640, die Datenpakete empfangende Einheit 7650, die I/F 7660 für Vorrichtungen im Fahrzeug und/oder die I/F 7680 für ein bordeigenes Netzwerk erhalten werden. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 7610 Steuerungszielwerte der Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, des Lenkmechanismus und der Steuerungsvorrichtung auf der Basis der erhaltenen Information über das Innere und die äußere Umgebung des Fahrzeugs berechnen und kann Steuerungsanweisungen an die Antriebsstrang-Steuerungseinheit 7100 ausgeben. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 7610 eine koordinierte Steuerung mit dem Ziel durchführen, Funktionen des ADAS (Advanced Driver Assistance System) zu implementieren, das eine Kollisionsvermeidung und eine Aufprallabschwächung des Fahrzeugs, eine Nachfolgefahrt basierend auf einem Abstand zwischen Fahrzeugen, eine die Fahrzeuggeschwindigkeit beibehaltende Fahrt, eine Warnung vor einer Kollision des Fahrzeugs und eine Warnung vor einer Abweichung des Fahrzeugs von der Fahrbahn einschließt. Außerdem kann der Mikrocomputer 7610 die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, den Lenkmechanismus und die Bremsvorrichtung basierend auf der Information über die Umgebung des Fahrzeugs steuern und kann eine koordinierte Steuerung mit dem Ziel durchführen, einen Selbstfahr-Modus zu implementieren, in dem das Fahrzeug autonom unabhängig vom Eingriffen des Fahrers fährt.
  • Der Mikrocomputer 7610 kann eine dreidimensionale Abstandsinformation zwischen dem Fahrzeug und umliegenden Objekten wie etwa Strukturen und Personen auf der Basis einer Information erzeugen, die über die universelle Kommunikations-I/F 7620, die dedizierte Kommunikations-I/F 7630, die Positionsbestimmungseinheit 7640, die Datenpakete empfangende Einheit 7650, die I/F 7660 für Vorrichtungen im Fahrzeug und/oder die I/F 7680 für ein bordeigenes Netzwerk erhalten wird, und kann eine lokale Karteninformation erzeugen, die die Information der Umgebung des gegenwärtigen Standorts des Fahrzeugs enthält. Außerdem kann der Mikrocomputer 7610 basierend auf der erhaltenen Information Gefahren wie etwa eine Kollision von Fahrzeugen, Nähe zu Fußgängern oder eine Einfahrt in eine gesperrte Straße vorhersagen und kann Warnsignale erzeugen. Das Warnsignal kann beispielsweise ein Signal zum Erzeugen eines Warntons oder ein Aufleuchten einer Warnleuchte sein.
  • Die Audio-Video-Ausgabeeinheit 7670 überträgt Ausgangssignale eines Tons und/oder eines Bildes zu Ausgabevorrichtungen, die den Insassen im Fahrzeug oder der äußeren Umgebung des Fahrzeugs eine Information optisch oder akustisch mitteilen können. In dem Beispiel von 33 sind als die Ausgabevorrichtungen ein Audio-Lautsprecher 7710, eine Anzeigeeinheit 7720 und ein Armaturenbrett 7730 veranschaulicht. Die Anzeigeeinheit 7720 kann beispielsweise zumindest entweder eine bordeigene Anzeige oder ein Head-up-Display umfassen. Außerdem kann die Anzeigeeinheit 7720 auch die Funktion zur Anzeige einer erweiterten Realität (AR) enthalten. Von diesen Beispielen kann eine Ausgabevorrichtung kann eine tragbare Vorrichtung wie etwa Kopfhörer oder eine brillenartige Vorrichtung sein, die von den Insassen getragen wird, oder kann eine andere Vorrichtung wie etwa ein Projektor oder eine Lampe sein. Wenn die Ausgabevorrichtung eine Anzeigevorrichtung ist, wird das Ergebnis verschiedener Operationen, die vom Mikrocomputer 7610 und gemäß den von den anderen Steuerungseinheiten empfangenen Informationen ausgeführt werden, in verschiedenen optischen Formen wie etwa als Texte, Bilder, Tabellen und graphische Darstellungen angezeigt. Wenn die Ausgabevorrichtung eine Ton- bzw. Audio-Ausgabevorrichtung ist, wandelt sie Audiosignale, die aus wiedergegebenen Audio-Daten oder akustischen Daten gebildet wurden, in analoge Signale um und gibt sie akustisch ab.
  • Von den über das Kommunikationsnetzwerk 7010 verbundenen Steuerungseinheiten können zumindest zwei Steuerungseinheiten in dem in 33 dargestellten Beispiel in eine einzige Steuerungseinheit integriert werden. Alternativ dazu können individuelle Steuerungseinheiten unter Verwendung einer Vielzahl von Steuerungseinheiten konfiguriert werden. Ferner kann das Fahrzeugsteuerungssystem 7000 einige andere (nicht veranschaulichte) Steuerungseinheiten enthalten. Überdies können in der oben gegebenen Erläuterung einige der oder alle Funktionen einer beliebigen Steuerungseinheit in einer anderen Steuerungseinheit vorgesehen sein. Das heißt, solange die Information über das Kommunikationsnetzwerk 7010 übertragen und empfangen werden kann, kann eine vorbestimmte arithmetische Verarbeitung kann in beliebigen Steuerungseinheiten ausgeführt werden. In identischer Weise können die Sensoren oder die Vorrichtungen, die mit einer Steuerungseinheit verbunden sind, mit einer anderen Steuerungseinheit verbunden werden, und eine Vielzahl an Steuerungseinheiten kann über das Kommunikationsnetzwerk 7010 eine Detektionsinformation einander senden und eine Detektionsinformation voneinander empfangen.
  • Indes kann in jeder beliebigen Steuerungseinheit ein Computerprogramm installiert werden, das dafür bestimmt ist, die Funktionen der ToF-Sensoren 1 und 2 zu implementieren, die unter Bezugnahme auf 1 bzw. 32 erläutert wurden. Außerdem kann ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium bereitgestellt werden, in welchem das Computerprogramm gespeichert ist. Beispiele des Aufzeichnungsmediums umfassen eine Magnetplatte, eine optische Platte, eine magneto-optische Platte und einen Flash-Speicher. Alternativ dazu kann statt der Nutzung eines Aufzeichnungsmediums das Computerprogramm beispielsweise über ein Netzwerk verteilt werden.
  • In dem Fahrzeugsteuerungssystem 7000 können die ToF-Sensoren 1 und 2, die unter Bezugnahme auf 1 bzw. 32 erläutert wurden, gemäß den Ausführungsformen in der integrierten Steuerungseinheit 7600 implementiert werden, die das in 33 veranschaulichte Anwendungsbeispiel repräsentiert. Beispielsweise sind von den ToF-Sensoren 1 und 2 die Steuerungseinheit 11, das Steuerungsregister 12, die Addiereinheit 15, die Histogramm-Verarbeitungseinheit 16, der Speicher 17, die Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit 18 und die externe I/F 19 dem Mikrocomputer 7610, der Speichereinheit 7690 und der I/F 7680 für ein bordeigenes Netzwerk der integrierten Steuerungseinheit 7600 äquivalent. Dies ist jedoch nicht der allein mögliche Fall. Alternativ dazu kann das Fahrzeugsteuerungssystem 7000 dem in 1 veranschaulichten Host 80 äquivalent sein.
  • Indes können zumindest einige Bestandteile der ToF-Sensoren 1 und 2, die unter Bezugnahme auf 1 bzw. 32 erläutert wurden, gemäß den Ausführungsformen in einem Modul für die in 33 veranschaulichte integrierte Steuerungseinheit 7600 (zum Beispiel einem integrierten Schaltungsmodul, das unter Verwendung eines einzigen Die konfiguriert ist) implementiert werden. Alternativ dazu können die ToF-Sensoren 1 und 2, die unter Bezugnahme auf die 1 bzw. 32 erläutert wurden, gemäß den Ausführungsformen unter Verwendung einer Vielzahl von Steuerungseinheiten des in 33 veranschaulichten Fahrzeugsteuerungssystems 7000 implementiert werden.
  • Obgleich die betreffende Anmeldung oben im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen in Form von Ausführungsformen beschrieben ist, ist der technische Umfang der betreffenden Anmeldung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Das heißt, die betreffende Anmeldung ist dahingehend aufzufassen, dass sie alle Modifikationen wie etwa andere Ausführungsformen, Hinzufügungen, alternative Konstruktionen und Streichungen verkörpert, die dem Fachmann in den Sinn kommen können und ziemlich unter die hierin dargelegte technische Lehre fallen.
  • Die in den Ausführungsformen der vorliegenden verfassten Beschreibung beschriebenen Effekte sind nur erläuternd und beispielhaft und schränken den Umfang nicht ein. Das heißt, die in der betreffenden Anmeldung offenbarte Technologie ermöglicht, andere Effekte zu erreichen, die einem Fachmann in den Sinn kommen können.
  • Indes fällt eine Konfiguration, wie sie im Folgenden erläutert wird, auch in den technischen Umfang der betreffenden Anmeldung.
    1. (1) Eine Entfernungsmessvorrichtung, aufweisend:
      • ein Steuerungsregister, das einen einer Vielzahl von Pixel-Modi als Einstellwert hält;
      • eine Arrayeinheit, die eine Anordnung einer Vielzahl lichtempfangender Elemente enthält, die jeweils einen Einfall von Photonen detektieren;
      • eine Leseeinheit, die ein Detektionssignal von jedem der lichtempfangenden Elemente mit einer vorbestimmten Abtastperiode liest;
      • eine Pixelwert-Erzeugungseinheit, die in Einheiten von Pixeln eine Zahl des Detektionssignals auszählt, das von jedem der Vielzahl lichtempfangender Elemente mit der Abtastperiode gelesen wird, und für jede der Abtastperiode einen Pixelwert jedes Pixels erzeugt; und
      • einen Speicher, der genutzt wird, um für jedes der Pixel ein Histogramm der Pixelwerte in jeder der Abtastperiode wie durch die Pixelwert-Erzeugungseinheit berechnet zu speichern, wobei
      • jedes Pixel von einem oder mehr lichtempfangenden Elementen unter der Vielzahl lichtempfangender Elemente gebildet wird,
      • wenn ein erster Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, ein Bereich mit einer ersten Größe im Speicher jedem Pixel zugeteilt wird, und
      • wenn ein zweiter Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, ein Bereich mit einer zweiten Größe im Speicher, welche von der ersten Größe verschieden ist, jedem Pixel zugeteilt wird.
    2. (2) Die Entfernungsmessvorrichtung gemäß dem (1), wobei die Pixelwert-Erzeugungseinheit umfasst eine Addiereinheit, die für eine Zahl der lichtempfangenden Elemente, die gleich einer ersten vorbestimmten Zählung ist, eine Zahl des Detektionssignals, das von jedem der Vielzahl lichtempfangender Elemente abgegeben wird, auszählt, und einen Pixelwert eines ersten Typs ausgibt, und eine variabel-parallele Addiereinheit, die den Pixelwert jedes Pixels basierend auf dem von der Addiereinheit ausgegebenen Pixelwert eines ersten Typs ausgibt, wenn der erste Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, die variabel-parallele Addiereinheit den Pixelwert eines ersten Typs als den Pixelwert jedes Pixels ausgibt, und wenn der zweite Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, die variabel-parallele Addiereinheit einen Wert, der erhalten wird, indem zumindest zwei der Pixelwerte eines ersten Typs addiert werden, als den Pixelwert jedes Pixels ausgibt.
    3. (3) Die Entfernungsmessvorrichtung gemäß dem (2), wobei die Vielzahl lichtempfangender Elemente in der Arrayeinheit in eine Vielzahl von Makro-Pixeln gruppiert ist, die aus der ersten vorbestimmten Zählung lichtempfangender Elemente bestehen, die Vielzahl von Makro-Pixeln in eine dritte vorbestimmte Zählung von Pixelgruppen gruppiert ist, von denen jede aus einer zweiten vorbestimmten Zählung der Makro-Pixel besteht, und wenn der zweite Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, die variabel-parallele Addiereinheit den Pixelwert jedes Pixels berechnet, indem zumindest zwei der Pixelwerte eines ersten Typs addiert werden, die von zumindest zwei Makro-Pixeln erhalten werden, die zur gleichen Pixelgruppe gehören.
    4. (4) Die Entfernungsmessvorrichtung gemäß dem (3), wobei, wenn der zweite Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, die variabel-parallele Addiereinheit den Pixelwert, der als Ergebnis einer Addition der Pixelwerte eines ersten Typs erhalten wird, so ausgibt, dass dessen Zahl gleich der Zahl der in der Addition verwendeten Pixelwerte eines ersten Typs ist.
    5. (5) Die Entfernungsmessvorrichtung gemäß einem der (2) bis (4), wobei der Speicher Speicherbereiche mit einer Eins-zu-Eins-Entsprechung mit lichtempfangenden Elementen enthält, deren Zahl gleich der ersten vorbestimmten Zählung ist, wenn der erste Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, das Histogramm eines Einzelnen des Pixels in einem Einzelnen des Speicherbereichs gespeichert wird, und wenn der zweite Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, das Histogramm eines Einzelnen des Pixels in zumindest zwei der Speicherbereiche gespeichert wird.
    6. (6) Die Entfernungsmessvorrichtung gemäß dem (4), wobei der Speicher Speicherbereiche mit einer Eins-zu-Eins-Entsprechung mit lichtempfangenden Elementen enthält, deren Zahl gleich der ersten vorbestimmten Zählung ist, wenn der erste Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, das Histogramm eines Einzelnen des Pixels in einem Einzelnen des Speicherbereichs gespeichert wird, wenn der zweite Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, das Histogramm eines Einzelnen des Pixels in zumindest zwei der Speicherbereiche gespeichert wird, und die Pixelwerte mit dem gleichen Wert, die von der variabel-parallelen Addiereinheit ausgegeben werden, in wechselseitig verschiedenen der Speicherbereiche unter den zumindest zwei der Speicherbereiche gespeichert werden, worin das Histogramm des einzelnen Pixels gespeichert ist.
    7. (7) Die Entfernungsmessvorrichtung gemäß dem (3) oder (4), wobei die Pixelwert-Erzeugungseinheit den Pixelwert jedes des Pixels als eine Pixelwert-Matrix ausgibt, die Elemente in Reihenrichtung aufweist, deren Zahl gleich der dritten vorbestimmten Zählung ist, und Elemente in Spaltenrichtung aufweist, deren Zahl gleich der zweiten vorbestimmten Zählung ist, und die Pixelwert-Erzeugungseinheit ferner eine Matrix-Transponiereinheit enthält, die eine Matrix-Transponierung der Pixelwert-Matrix durchführt.
    8. (8) Die Entfernungsmessvorrichtung gemäß dem (6), wobei der Speicher aus Speichern eines ersten Typs besteht, deren Zahl gleich der dritten vorbestimmten Zählung ist, jeder der Speicher eines ersten Typs die Speicherbereiche enthält, deren Zahl gleich der zweiten vorbestimmten Zählung ist, die Pixelwert-Erzeugungseinheit den Pixelwert jedes des Pixels als eine Pixelwert-Matrix ausgibt, die Elemente in Reihenrichtung aufweist, deren Zahl gleich der dritten vorbestimmten Zählung ist, und Elemente in Spaltenrichtung aufweist, deren Zahl gleich der zweiten vorbestimmten Zählung ist, und die Pixelwert-Erzeugungseinheit ferner eine Matrix-Transponiereinheit enthält, die eine Matrix-Transponierung der Pixelwert-Matrix durchführt.
    9. (9) Die Entfernungsmessvorrichtung gemäß einem der (1) bis (8), wobei eine einzelne Speicheradresse des Speichers einer einzelnen Klasse des Histogramms entspricht, und die Entfernungsmessvorrichtung ferner eine Histogramm-Erzeugungseinheit aufweist, die das Histogramm erzeugt, indem die Pixelwerte für jede der Abtastperiode wie durch die Pixelwert-Erzeugungseinheit berechnet in dem Speicher in einer Reihenfolge von Speicheradressen des Speichers geschrieben werden.
    10. (10) Die Entfernungsmessvorrichtung gemäß dem (9), wobei die Histogramm-Erzeugungseinheit die Pixelwerte für jede der Abtastperiode wie durch die Pixelwert-Erzeugungseinheit berechnet zu Werten addiert, die in den die Schreibziele repräsentierenden Speicheradressen schon gespeichert sind.
    11. (11) Die Entfernungsmessvorrichtung gemäß (9) oder (10), ferner aufweisend eine lichtemittierende Einheit, die gepulstes Laserlicht innerhalb eines Bereichs emittiert, der zumindest einen Winkel eines Felds der Arrayeinheit umfasst, wobei wenn der erste Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, die Histogramm-Erzeugungseinheit das Histogramm unter Verwendung der Pixelwerte erzeugt, deren Zahl gleich einer ersten Abtastzählung ist, und wenn der zweite Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, die Histogramm-Erzeugungseinheit das Histogramm unter Verwendung der Pixelwerte erzeugt, deren Zahl gleich der zweiten Abtastzählung ist, die von der ersten Abtastzählung verschieden ist.
    12. (12) Die Entfernungsmessvorrichtung gemäß einem der (1) bis (11), ferner aufweisend eine Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit, die eine Distanz zu einem Objekt basierend auf den im Speicher gespeicherten Histogrammen schätzt oder berechnet.
    13. (13) Die Entfernungsmessvorrichtung gemäß einem der (1) bis (12), wobei das lichtempfangende Element eine SPAD (Einzelphoton-Lawinendiode) ist.
    14. (14) Die Entfernungsmessvorrichtung gemäß einem der (1) bis (13), wobei ein Entfernungsmessbereich im zweiten Pixel-Modus länger als ein Entfernungsmessbereich im ersten Pixel-Modus ist, und eine Auflösung im ersten Pixel-Modus höher als eine Auflösung im zweiten Pixel-Modus ist.
    15. (15) Die Entfernungsmessvorrichtung gemäß einem der (1) bis (14), wobei die Vielzahl lichtempfangender Elemente vom Flash-Typ in einem zweidimensionalen Gitter angeordnet ist.
    16. (16) Die Entfernungsmessvorrichtung gemäß einem der (1) bis (15), ferner aufweisend eine Scan-Einheit, die auf die Arrayeinheit fallendes Licht scannt.
    17. (17) Ein Entfernungsmessverfahren, aufweisend:
      • ein Veranlassen, dass ein Steuerungsregister einen einer Vielzahl von Pixel-Modi als Einstellwert hält;
      • ein Erzeugen, das in Einheiten von Pixeln ein Auszählen einer Zahl von Detektionssignalen einschließt, die von jedem einer Vielzahl lichtempfangender Elemente mit einer vorbestimmten Abtastperiode gelesen werden, und ein Erzeugen, für jede der Abtastperiode, eines Pixelwerts jedes Pixels; und
      • ein Speichern, in einem Speicher für jedes der Pixel, eines Histogramms der Pixelwerte in jeder der Abtastperiode, wobei
      • jedes Pixel aus einem oder mehr lichtempfangenden Elementen aus der Vielzahl lichtempfangender Elemente besteht,
      • wenn ein erster Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, ein Bereich mit einer ersten Größe im Speicher jedem Pixel zugeteilt wird, und
      • wenn ein zweiter Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, ein Bereich mit einer zweiten Größe im Speicher, welche von der ersten Größe verschieden ist, jedem Pixel zugeteilt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 2
    ToF-Sensor
    11
    Steuerungseinheit
    12
    Steuerungsregister
    13, 213
    lichtemittierende Einheit
    14, 214
    lichtempfangende Einheit
    15
    Addiereinheit
    16
    Histogramm-Verarbeitungseinheit
    17
    Speicher
    18
    Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit
    19
    externe I/F
    20
    SPAD-Pixel
    21
    Fotodiode
    22
    Leseschaltung
    23
    Löschwiderstand
    24
    Auswahltransistor
    25
    digitaler Wandler
    26
    Inverter
    27
    Puffer
    30
    Makro-Pixel
    31
    Pixelgruppe
    480 bis 485, 490 bis 497
    Pixelwert-Sequenz
    51, 64
    Selektor
    52
    Addierer (+1)
    53, 54, 56, 61, 62, 65
    D-FF-Schaltung
    55
    SRAM
    63
    Addierer
    80
    Host
    90
    Objekt
    141
    Steuerungsschaltung zur Zeitsteuerung
    142
    Ansteuerungsschaltung
    143
    SPAD-Array
    144
    Ausgabeschaltung
    151
    Impulsformereinheit
    152
    Lichtempfangsvorgänge zählende Einheit
    161
    variabel-paralleler Addierer für Pixelzählung
    162
    Matrix-Transponiereinheit
    163, 1630 bis 1637
    Histogramm-Erzeugungseinheit
    170 bis 177, 1700 bis 1705
    Speicher
    200
    Steuerungsvorrichtung
    201
    Kondensorlinse
    202
    Halbspiegel
    203
    Mikrospiegel
    204
    lichtempfangende Linse
    205
    Scan-Einheit
    243
    Makro-Pixelsequenz
    251
    Widerstand
    252, 262
    NMOS-Transistor
    261
    PMOS-Transistor
    AR
    Scanbereich
    SA
    Bild
    L0
    Umgebungslicht
    L1
    Laserlicht
    L2
    reflektiertes Licht
    LD
    Pixel-Ansteuerungsdraht
    LS
    Ausgangssignaldraht
    P0 bis P2047
    Abtastzahl
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2010091378 [0004]
    • JP 2016176750 [0005]

Claims (17)

  1. Entfernungsmessvorrichtung, aufweisend: ein Steuerungsregister, das einen einer Vielzahl von Pixel-Modi als Einstellwert hält; eine Arrayeinheit, die eine Anordnung einer Vielzahl lichtempfangender Elemente enthält, die jeweils einen Einfall von Photonen detektieren; eine Leseeinheit, die ein Detektionssignal von jedem der lichtempfangenden Elemente mit einer vorbestimmten Abtastperiode liest; eine Pixelwert-Erzeugungseinheit, die in Einheiten von Pixeln eine Zahl des Detektionssignals auszählt, das von jedem der Vielzahl lichtempfangender Elemente mit der Abtastperiode gelesen wird, und für jede der Abtastperiode einen Pixelwert jedes Pixels erzeugt; und einen Speicher, der genutzt wird, um für jedes der Pixel ein Histogramm der Pixelwerte in jeder der Abtastperiode wie durch die Pixelwert-Erzeugungseinheit berechnet zu speichern, wobei jedes Pixel von einem oder mehr lichtempfangenden Elementen unter der Vielzahl lichtempfangender Elemente gebildet wird, wenn ein erster Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, ein Bereich mit einer ersten Größe im Speicher jedem Pixel zugeteilt wird, und wenn ein zweiter Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, ein Bereich mit einer zweiten Größe im Speicher, welche von der ersten Größe verschieden ist, jedem Pixel zugeteilt wird.
  2. Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Pixelwert-Erzeugungseinheit umfasst eine Addiereinheit, die für eine Zahl der lichtempfangenden Elemente, die gleich einer ersten vorbestimmten Zählung ist, eine Zahl des Detektionssignals, das von jedem der Vielzahl lichtempfangender Elemente abgegeben wird, auszählt und einen Pixelwert eines ersten Typs ausgibt, und eine variabel-parallele Addiereinheit, die den Pixelwert jedes Pixels basierend auf dem von der Addiereinheit ausgegebenen Pixelwert eines ersten Typs ausgibt, wenn der erste Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, die variabel-parallele Addiereinheit den Pixelwert eines ersten Typs als den Pixelwert jedes Pixels ausgibt, und wenn der zweite Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, die variabel-parallele Addiereinheit einen Wert, der erhalten wird, indem zumindest zwei der Pixelwerte eines ersten Typs addiert werden, als den Pixelwert jedes Pixels ausgibt.
  3. Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl lichtempfangender Elemente in der Arrayeinheit in eine Vielzahl von Makro-Pixeln gruppiert ist, die aus der ersten vorbestimmten Zählung lichtempfangender Elemente bestehen, die Vielzahl von Makro-Pixeln in eine dritte vorbestimmte Zählung von Pixelgruppen gruppiert ist, von denen jede aus einer zweiten vorbestimmten Zählung der Makro-Pixel besteht, und wenn der zweite Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, die variabel-parallele Addiereinheit den Pixelwert jedes Pixels berechnet, indem zumindest zwei der Pixelwerte eines ersten Typs addiert werden, die von zumindest zwei Makro-Pixeln erhalten werden, die zur gleichen Pixelgruppe gehören.
  4. Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 3, wobei, wenn der zweite Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, die variabel-parallele Addiereinheit den Pixelwert, der als Ergebnis einer Addition der Pixelwerte eines ersten Typs erhalten wird, so ausgibt, dass dessen Zahl gleich der Zahl der in der Addition verwendeten Pixelwerte eines ersten Typs ist.
  5. Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Speicher Speicherbereiche mit einer Eins-zu-Eins-Entsprechung mit lichtempfangenden Elementen enthält, deren Zahl gleich der ersten vorbestimmten Zählung ist, wenn der erste Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, das Histogramm eines Einzelnen des Pixels in einem Einzelnen des Speicherbereichs gespeichert wird, und wenn der zweite Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, das Histogramm eines Einzelnen des Pixels in zumindest zwei der Speicherbereiche gespeichert wird.
  6. Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Speicher Speicherbereiche mit einer Eins-zu-Eins-Entsprechung mit lichtempfangenden Elementen enthält, deren Zahl gleich der ersten vorbestimmten Zählung ist, wenn der erste Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, das Histogramm eines Einzelnen des Pixels in einem Einzelnen des Speicherbereichs gespeichert wird, wenn der zweite Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, das Histogramm eines Einzelnen des Pixels in zumindest zwei der Speicherbereiche gespeichert wird, und die Pixelwerte mit dem gleichen Wert, die von der variabel-parallelen Addiereinheit ausgegeben werden, in wechselseitig verschiedenen der Speicherbereiche unter den zumindest zwei der Speicherbereiche gespeichert werden, worin das Histogramm des einzelnen Pixels gespeichert ist.
  7. Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Pixelwert-Erzeugungseinheit den Pixelwert jedes des Pixels als eine Pixelwert-Matrix ausgibt, die Elemente in Reihenrichtung aufweist, deren Zahl gleich der dritten vorbestimmten Zählung ist, und Elemente in Spaltenrichtung aufweist, deren Zahl gleich der zweiten vorbestimmten Zählung ist, und die Pixelwert-Erzeugungseinheit ferner eine Matrix-Transponiereinheit enthält, die eine Matrix-Transponierung der Pixelwert-Matrix durchführt.
  8. Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Speicher aus Speichern eines ersten Typs besteht, deren Zahl gleich der dritten vorbestimmten Zählung ist, jeder der Speicher eines ersten Typs die Speicherbereiche enthält, deren Zahl gleich der zweiten vorbestimmten Zählung ist, die Pixelwert-Erzeugungseinheit den Pixelwert jedes des Pixels als eine Pixelwert-Matrix ausgibt, die Elemente in Reihenrichtung aufweist, deren Zahl gleich der dritten vorbestimmten Zählung ist, und Elemente in Spaltenrichtung aufweist, deren Zahl gleich der zweiten vorbestimmten Zählung ist, und die Pixelwert-Erzeugungseinheit ferner eine Matrix-Transponiereinheit enthält, die eine Matrix-Transponierung der Pixelwert-Matrix durchführt.
  9. Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine einzelne Speicheradresse des Speichers einer einzelnen Klasse des Histogramms entspricht, und die Entfernungsmessvorrichtung ferner eine Histogramm-Erzeugungseinheit aufweist, die das Histogramm erzeugt, indem die Pixelwerte für jede der Abtastperiode wie durch die Pixelwert-Erzeugungseinheit berechnet in dem Speicher in einer Reihenfolge von Speicheradressen des Speichers geschrieben werden.
  10. Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Histogramm-Erzeugungseinheit die Pixelwerte für jede der Abtastperiode wie durch die Pixelwert-Erzeugungseinheit berechnet zu Werten addiert, die in den die Schreibziele repräsentierenden Speicheradressen schon gespeichert sind.
  11. Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 9, ferner aufweisend eine lichtemittierende Einheit, die gepulstes Laserlicht innerhalb eines Bereichs emittiert, der zumindest einen Winkel eines Felds der Arrayeinheit umfasst, wobei wenn der erste Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, die Histogramm-Erzeugungseinheit das Histogramm unter Verwendung der Pixelwerte erzeugt, deren Zahl gleich einer ersten Abtastzählung ist, und wenn der zweite Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, die Histogramm-Erzeugungseinheit das Histogramm unter Verwendung der Pixelwerte erzeugt, deren Zahl gleich der zweiten Abtastzählung ist, die von der ersten Abtastzählung verschieden ist.
  12. Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Distanz-Schätz-/Berechnungseinheit, die eine Distanz zu einem Objekt basierend auf den im Speicher gespeicherten Histogrammen schätzt oder berechnet.
  13. Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das lichtempfangende Element eine SPAD (Einzelphoton-Lawinendiode) ist.
  14. Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Entfernungsmessbereich im zweiten Pixel-Modus länger als ein Entfernungsmessbereich im ersten Pixel-Modus ist, und eine Auflösung im ersten Pixel-Modus höher als eine Auflösung im zweiten Pixel-Modus ist.
  15. Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl lichtempfangender Elemente vom Flash-Typ in einem zweidimensionalen Gitter angeordnet ist.
  16. Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Scan-Einheit, die auf die Arrayeinheit fallendes Licht scannt.
  17. Entfernungsmessverfahren, aufweisend: ein Veranlassen, dass ein Steuerungsregister einen einer Vielzahl von Pixel-Modi als Einstellwert hält; ein Erzeugen, das in Einheiten von Pixeln ein Auszählen einer Zahl von Detektionssignalen einschließt, die von jedem einer Vielzahl lichtempfangender Elemente mit einer vorbestimmten Abtastperiode gelesen werden, und ein Erzeugen, für jede der Abtastperiode, eines Pixelwerts jedes Pixels; und ein Speichern, in einem Speicher für jedes der Pixel, eines Histogramms der Pixelwerte in jeder der Abtastperiode, wobei jedes Pixel aus einem oder mehr lichtempfangenden Elementen aus der Vielzahl lichtempfangender Elemente besteht, wenn ein erster Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, ein Bereich mit einer ersten Größe im Speicher jedem Pixel zugeteilt wird, und wenn ein zweiter Pixel-Modus im Steuerungsregister gehalten wird, ein Bereich mit einer zweiten Größe im Speicher, welche von der ersten Größe verschieden ist, jedem Pixel zugeteilt wird.
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