JP7251742B2 - 測距方法、装置、センサー及びセンサーアレイ - Google Patents

測距方法、装置、センサー及びセンサーアレイ Download PDF

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Description

本出願は２０１８年４月１６日に中国特許庁に提出された、出願番号は２０１８１０３３７２７２．９であり、発明名称はＴＯＦ距離センサー、センサーアレイ及びＴＯＦ距離センサーに基づく測距方法であるという中国特許出願の優先権を主張しており、その内容全体が参照により本出願に組み込まれる。
本発明は測距技術分野に関し、特に測距方法、センサー及び測距センサーアレイに関する。
レーザー技術、組み込み技術、統合光学の発展に伴って、センサーや測距センサーアレイ等の測距機器は、低コスト、小型化、高信頼性、高安全性に向けて開発される。レーザー測距レーダー検出器などの従来の測距機器は、通常、シングルポイントスキャンまたはマルチラインスキャンの測距方法を使用し、これらの２つの測距方法の両方は、機械的なスキャン装置を配置する必要がある。従来の測距機器は、機械的なスキャン装置によって制限され、スキャン速度が遅く、画像の空間解像度が低い。
現在、従来の測距機器では、送信端が測定対象物に光信号を投射し、受信端が測定対象物の反射によって生成されたエコー信号を収集し、光信号の戻り時間を計算することにより、測定対象物と該測距機器との間の距離を決定する。しかしながら、測距距離や、光パワーなどの要因により、従来の測距機器では、受信端で収集されるエコー信号のエネルギーは弱く、複数の測距機器の間に相互に干渉しやすい。上記の技術的な問題は、受信端の感光表面積を増加するか、積分時間を延長する方法によって解決できるが、どちらの方法でも測距の精度を低下させる。以上のように、上記の問題を解決するための測距方法を必要とする。
本発明の実施形態の第１態様において、受信端は、測定対象物の光に対する反射効果から生じるエコー光を取得し、光が、送信端が変調信号によって変調されたものであることと、受信端は、復調信号が予め設定された条件を満たすまで、エコー光を復調するための復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を少なくとも１回調整し、予め設定された条件は、復調信号のパルス幅とエコー光のパルス幅にオーバーラップ部分が存在することを含むことと、受信端は、オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定することと、を含む測距方法を提供する。
本発明の一つの実施例において、予め設定された条件は、復調信号のパルス幅が閾値を満たすこと、或いは復調信号のパルス幅とエコー光のパルス幅との間の比率が予め設定された比率を満たすことをさらに含む。
本発明の一つの実施例において、受信端は、エコー光を復調するための復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を少なくとも１回調整するのは、具体的に、復調信号に対する少なくとも１回の調整プロセスにおいて、受信端による復調信号に対する各調整プロセスが以下の通りであり、エコー光と復調信号との間の位相関係を決定し、且つ位相関係に基づき復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を調整することを含む。
本発明の一つの実施例において、復調信号は、パルス幅が隣接する少なくとも２つのサブ復調信号を含み、少なくとも２つのサブ復調信号は、エコー光を受信するために使用される。エコー光と復調信号との間の位相関係を決定することは、エコー光を少なくとも２つのサブ復調信号に相関させて相関値を得ること、及び相関値に基づいて位相関係を決定することである。
本発明の一つの実施例において、位相関係は、エコー光のパルス幅と少なくとも２つのサブ復調信号のうち少なくとも１つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在すること、及びエコー光のパルス幅と少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在しないことのうちの１つを含む。
本発明の一つの実施例において、位相関係に基づいて復調信号のパルス幅の起点とパルス幅を調整するのは、エコー光のパルス幅と少なくとも２つのサブ復調信号のうち少なくとも１つのサブ復調信号オーバーラップ部分が存在すると、該少なくとも１つのサブ復調信号からエコー光とのオーバーラップ部分が最も多いサブ復調信号を選択すること、復調信号のパルス幅の起点を復調信号の現在パルス幅の起点から選択されたサブ復調信号のパルス幅の起点に調整すること、及び少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅から予め設定されたパルス幅調整値を減らし、或いは、予め設定されたパルス幅調整比に従って少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅を減らすことを含む。
本発明の一つの実施例において、位相関係に基づいて復調信号のパルス幅の起点を調整するのは、エコー光のパルス幅と少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在しないと、復調信号のパルス幅の起点を復調信号の現在パルス幅の起点から復調信号の現在パルス幅の終点に調整すること、及び少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅を変更しないままに保持すること、を含む。
本発明の一つの実施例において、受信端は、オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定するのは、オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づいてエコー光のパルス幅の起点を決定すること、及びエコー光のパルス幅の起点に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定すること、を含む。
本発明の一つの実施例において、オーバーラップ部分は、パルス幅が順次に隣接する少なくとも２つのサブ復調信号のうちの１つのサブ復調信号の一部のパルス幅と他のサブ復調信号の全部のパルス幅を含む。オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づいてエコー光のパルス幅の起点を決定するのは、オーバーラップ部分のうちの１つのサブ復調信号の一部のパルス幅と他のサブ復調信号の全部のパルス幅の間の位相差を決定すること、及び位相差と復調信号の現在パルス幅の起点に基づきエコー光のパルス幅の起点を決定すること、を含む。
本発明の一つの実施例において、オーバーラップ部分は、パルス幅が順次に隣接する少なくとも２つのサブ復調信号のうちの１つのサブ復調信号の全部位相のみを含む。オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づいてエコー光のパルス幅の起点を決定するのは、該サブ復調信号の全部位相と復調信号の現在パルス幅の起点に基づいて、エコー光のパルス幅の起点を決定することを含む。
本発明の一つの実施例において、少なくとも２つのサブ復調信号のうち各サブ復調信号のパルス幅は同じである。
本発明の一つの実施例において、復調信号は、周囲光を受信するための少なくとも１つの周囲光復調信号を含む。
本発明の一つの実施例において、受信端は、オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定する前に、少なくとも１つの周囲光復調信号に基づいて復調信号に含まれた周囲光を除去することをさらに含む。
本発明の一つの実施例において、少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅は少なくとも２つのサブ復調信号に対応する周囲光復調信号のパルス幅と同じである。
本発明の一つの実施例において、少なくとも１つのリセット信号を形成し、少なくとも１つのリセット信号のパルス幅は復調信号のパルス幅と重ならない。
本発明の一つの実施例において、予め設定されたパルス幅調整比は１／Ｎであり、Ｎが正の整数である。
本発明の一つの実施例において、復調信号は変調信号によって変調されたものであり、変調信号は疑似ランダムコードを含む。
本発明の実施形態の第２態様において、測距機器を提供し、送信端と受信端を備える。送信端は、予め設定された変調信号で光を変調し、測定対象物に光を送信するために使用され、受信端は、光と測定対象物との間の反射効果から生じるエコー光を取得すること、復調信号が予め設定された条件を満たすまで、エコー光を復調するための復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を少なくとも１回調整し、予め設定された条件は復調信号のパルス幅とエコー光のパルス幅にオーバーラップ部分が存在することを含むこと、及びオーバーラップ部分とエコー光に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定することに使用される。受信端はさらに、第１態様におけるいずれかによる方法を実行するために使用される。
本発明の一つの実施例において、復調信号の変調に用いられる変調信号は光の変調に用いられる変調信号と同じであり、変調信号は疑似ランダムコードを含む。
本発明の一つの実施例において、変調信号は少なくとも２つの異なる状態を含む。
本発明の実施形態の第３態様において、装置を提供し、前記装置は、光に対する測定対象物の反射効果から生じるエコー光を取得するための取得ユニットであって、光は、送信端が変調信号によって変調されたものである取得ユニットと、復調信号が予め設定された条件を満たすまで、エコー光を復調するための復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を少なくとも１回調整するための調整ユニットであって、予め設定された条件は復調信号のパルス幅とエコー光のパルス幅にオーバーラップ部分が存在することを含む調整ユニットと、オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定するための決定ユニットと、を備える。
本発明の一つの実施例において、予め設定された条件は、復調信号のパルス幅が閾値を満たすこと、或いは復調信号のパルス幅とエコー光のパルス幅との間の比率が予め設定された比率を満たすことをさらに含む。
本発明の一つの実施例において、調整ユニットは、具体的に、復調信号の少なくとも１回の調整プロセスにおいて、復調信号に対する各調整プロセスは以下の通りであり、エコー光と復調信号との間の位相関係を決定し、且つ位相関係に基づき復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を調整することに用いられる。
本発明の一つの実施例において、復調信号は、パルス幅が隣接する少なくとも２つのサブ復調信号を含み、少なくとも２つのサブ復調信号は、エコー光を受信するために使用される。調整ユニットはエコー光と復調信号との間の位相関係を決定する時に、具体的に、エコー光を少なくとも２つのサブ復調信号に相関させて相関値を得ること、及び相関値に基づいて位相関係を決定することに用いられる。
本発明の一つの実施例において、位相関係は、エコー光のパルス幅と少なくとも２つのサブ復調信号のうち少なくとも１つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在すること、及びエコー光のパルス幅と少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在しないことのうちの１つを含む。
本発明の一つの実施例において、調整ユニットは、位相関係に基づいて復調信号のパルス幅の起点とパルス幅を調整する時に、具体的に、エコー光のパルス幅と少なくとも２つのサブ復調信号のうち少なくとも１つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在すると、該少なくとも１つのサブ復調信号からエコー光とのオーバーラップ部分が最も多いサブ復調信号を選択すること、復調信号のパルス幅の起点を復調信号の現在パルス幅の起点から選択されたサブ復調信号のパルス幅の起点に調整すること、及び少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅から予め設定されたパルス幅調整値を減らし、或いは、予め設定されたパルス幅調整比に従って少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅を減らすことに用いられる。
本発明の一つの実施例において、調整ユニットは、位相関係に基づいて復調信号のパルス幅の起点を調整する時、具体的に、エコー光のパルス幅と少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在しないと、復調信号のパルス幅の起点を復調信号の現在パルス幅の起点から復調信号の現在パルス幅の終点に調整すること、及び少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅を変更しないままに保持することに用いられる。
本発明の一つの実施例において、決定ユニットは、具体的に、オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づいてエコー光のパルス幅の起点を決定すること、及びエコー光のパルス幅の起点に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定することに用いられる。
本発明の一つの実施例において、オーバーラップ部分は、パルス幅が順次に隣接する少なくとも２つのサブ復調信号のうちの１つのサブ復調信号の一部のパルス幅と他のサブ復調信号の全部のパルス幅を含む。決定ユニットは、オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づいてエコー光のパルス幅の起点を決定する時に、具体的に、オーバーラップ部分のうちの１つのサブ復調信号の一部のパルス幅と他のサブ復調信号の全部のパルス幅の間の位相差を決定すること、及び位相差と復調信号の現在パルス幅の起点に基づきエコー光のパルス幅の起点を決定することに用いられる。
本発明の一つの実施例において、オーバーラップ部分は、パルス幅が順次に隣接する少なくとも２つのサブ復調信号のうちの１つのサブ復調信号の全部位相のみを含む。決定ユニットは、オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づいてエコー光のパルス幅の起点を決定する時に、具体的に、該サブ復調信号の全部位相と復調信号の現在パルス幅の起点に基づいて、エコー光のパルス幅の起点を決定することに用いられる。
本発明の一つの実施例において、少なくとも２つのサブ復調信号のうち各サブ復調信号のパルス幅は同じである。
本発明の一つの実施例において、復調信号は、周囲光を受信するための少なくとも１つの周囲光復調信号を含む。
本発明の一つの実施例において、決定ユニットはオーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定する前に、少なくとも１つの周囲光復調信号に基づいて復調信号に含まれた周囲光を除去するための干渉除去ユニットをさらに備える。
本発明の一つの実施例において、少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅は少なくとも２つのサブ復調信号に対応する周囲光復調信号のパルス幅と同じである。
本発明の一つの実施例において、パルス幅は復調信号のパルス幅と重ならない少なくとも１つのリセット信号を形成するためのリセットユニットをさらに備える。
本発明の一つの実施例において、予め設定されたパルス幅調整比は１／Ｎであり、Ｎが正の整数である。
本発明の一つの実施例において、復調信号は変調信号によって変調されたものであり、変調信号は疑似ランダムコードを含む。
本発明の実施形態の第４態様において、センサーを提供し、前記センサーは、予め設定された変調信号を用いて光を変調すること、及び測定対象物に光を送信することに用いられる送信端と、光と測定対象物との間の反射効果から生じるエコー光を取得すること、復調信号が予め設定された条件を満たすまで、エコー光を復調するための復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を少なくとも１回調整し、予め設定された条件は復調信号のパルス幅とエコー光のパルス幅にオーバーラップ部分が存在することを含むこと、オーバーラップ部分とエコー光に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定することに用いられる受信端と、を備える。受信端は第１態様によるいずれかの方法を実行することに用いられる。
本発明の実施形態の第５態様において、複数のセンサーを含むセンサーアレイを提供し、これらの複数のセンサーは、第４態様におけるいずれかの複数のセンサーであってもよいし、これらの複数のセンサーは、第４の態様におけるいずれかのセンサーと同様の複数のＣＭＯＳセンサーであってもよい。センサーの受信端は第１態様によるいずれかの方法を実行することに用いられる。
本発明の実施例による技術的解決策において、受信端は、復調信号の初期位置とパルス幅を少なくとも１回調整し、該復調信号が予め設定された条件を満たすまで、オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定する。本発明の実施例は、予め設定された条件を満たす復調信号を用いてエコー光を取得することにより、エコー光の復調プロセスに対するノイズと背景光の影響を低減し、測距システムの信号対雑音比を改善するのに役に立ち、復調信号のパルス幅の起点を調整することによって、さらに受信端で収集されたエコー信号の信号対雑音比を向上させ、複数の測距機器間の相互干渉を避け、測距精度と測距距離を高めるのに役に立つ。
本発明の実施形態による適用可能な測距シーンを概略的に示す構造模式図である。 本発明の実施例による測距方法を概略的に示すフローチャートである。 本発明の実施例による光タイミングとエコー光タイミングを概略的に示す形態模式図である。 本発明の実施例による光変調タイミングを概略的に示す形態模式図である。 本発明の実施例による受信端制御タイミングを概略的に示す形態模式図である。 本発明の実施例による他の受信端制御タイミングを概略的に示す形態模式図である。 本発明の実施例によるさらなる受信端制御タイミングを概略的に示す形態模式図である。 本発明の実施例による別の受信端制御タイミングを概略的に示す形態模式図である。 本発明の実施例によるエコー光と復調信号との間の位相関係を概略的に示す形態模式図である。 本発明の実施例による他のエコー光と復調信号との間の位相関係を概略的に示す形態模式図である。 本発明の実施例によるさらなるエコー光と復調信号との間の位相関係を概略的に示す形態模式図である。 本発明の実施例による別のエコー光と復調信号との間の位相関係を概略的に示す形態模式図である。 本発明の実施例による装置を概略的に示す構造模式図である。 本発明の実施例によるセンサーを概略的に示す構造模式図である。 本発明の実施例による他のセンサーを概略的に示す構造模式図である。 本発明の実施例によるセンサーアレイを概略的に示す構造模式図である。
以下に、本発明の実施例における図面と組み合わせて、本発明の実施例における技術的解決手段を明確に、完全に述べるが、なお、述べられる実施例は本発明の一部の実施例であり、すべての実施例ではないことが分かる。本発明における実施例に基づき、当業者が創造的労働を伴わないことを前提に取得したその他のすべての実施例は、本発明の保護範囲内にある。
従来の測距機器において、測距距離や、光パワーなどの要因により、従来の測距機器では、受信端で収集されるエコー信号のエネルギーは弱く、複数の測距機器の間に相互に干渉しやすい。受信端の感光表面積を増加するか、積分時間を延長する方法は上記の技術的な問題を解決するのに役に立つが、測距機器の測距の精度を低下させる。
距離による受信端で収集されたエコー信号のエネルギーが弱い現象を改善し、複数の測距機器間の信号干渉を低減し、測距機器の測距精度を向上するために、本発明の実施例は、測距方法、センサー及び測距センサーアレイを提供する。測距方法、センサー及び測距センサーアレイは同じ発明構想に基づいたものであり、問題を解決するための原理が同様であるため、測距方法、センサー及び測距センサーアレイの実施は相互に参照でき、繰り返しは説明しない。
本発明の実施例による技術的解決策は、任意の測距シーン、特に長距離高精度の測距シーン、例えば自動運転中の障害物のための長距離高精度測距のシーンに適用する。図１に示すようなネットワークアーキテクチャー模式図を例として、図１では、測距機器と測定対象物に関し、図１には１つの測距機器のみを示し、測距機器は複数であってもよく、送信端と受信端は同じ測距機器に設置されてもよいし、異なる測距機器に設置されてもよく、本発明の実施例において限定されない。送信端は光信号を測定対象物に投射した後に、受信端は該測定対象物の反射によるエコー信号を収集し、且つ光信号の戻り時間を算出することによって測定対象物と該測距機器との間の距離を決定する。本発明の実施例による技術的解決策は、特に長距離高精度の測距シーンに適用され、このシーンで、図１における測距機器と測定対象物との間の距離が遠く、光パワーによって制限され、測距機器の受信端で収集されたエコー信号のエネルギーが弱く、且つ測距機器の受信端で受信された周囲光及びその他の光は、エコー信号に信号干渉を与え、さらに、測距の失敗または測距精度の低下を引き起こす。
本発明の実施例による技術的解決策は、様々なシステム、特に高い測距精度または測距距離を求めるシステムに適用できる。例えば適用可能なシステムは、自動運転システム、測量およびマッピングシステム、ドローン追跡システム、マシンビジョンシステム、ゲームシステム、人工知能システム等であってよい。
本発明の実施例による技術的解決策では測定対象物と測距機器に関する。本発明の実施例に係る測定対象物は、人、動物、移動体、又は固定体であってもよく、これに限定されない。本発明の実施例に係る測距機器は送信端と受信端を含む。送信端は、予め設定された変調信号を用いて光を変調し、次に、測定対象物に該光を送信し、受信端は、該測定対象物によって反射されたエコー光を取得して、且つ復調信号が予め設定された条件を満たすまで、該エコー光を復調するための復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を少なくとも１回調整し、該予め設定された条件は、該復調信号のパルス幅と該エコー光のパルス幅にオーバーラップ部分が存在することを含み、受信端は、このオーバーラップ部分と該エコー光に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定する。必要に応じて、受信端の復調信号の変調に用いられる変調信号は送信端の光の変調に用いられる変調信号と同様であり、該変調信号は疑似ランダムコードを含むが、これに限定されない。
異なるシステムにおいて、測定対象物は異なる対象物である可能性があり、測距機器は異なるシステム（または機器）である可能性もある。本発明の実施例では、測距機器はレーザーレーダー機器であってもよく、レーザーレーダー機器はまた、例えばレーザー測距レーダー検出器などの他の名称で呼ばれてもよい。レーザーレーダー機器技術のますます完璧になるに伴って、様々なシーンでのレーザーレーダー機器の長距離高精度測距の適用事例が急速に拡大し、例えば、自動運転シーンにおける障害物の長距離高精度測距、ドローンによる野生動物追跡のシーンにおける追跡対象の長距離高精度測距、工業生産における産業用ロボットアームの作業をガイドするための高精度測距などの適用例である。
以下、本発明の実施例に係る名詞を説明する。
相関は、通常、１つまたは複数の周期での２つの信号の畳み込みである。
疑似ランダムシーケンスは、ランダムシーケンスに似た基本的な特性を持つ明確なシーケンスであり、バイナリシーケンスで広く使用されているのは０と１という２つの要素である。疑似ランダムシーケンスは、ｍシーケンス、Ｇｏｌｄシーケンス、ＧＭＷシーケンス、Ｂｅｎｔシーケンスを含むが、これに限定されない。一般的に使用される疑似ランダムコードはｍシーケンスコードとＧｏｌｄコードである。すべての疑似ランダムシーケンスの中で、ｍシーケンスは最も重要で基本的な疑似ランダムシーケンスであり、生成が容易で、規則性が強く、自己相関と相互相関の特性が優れている。ｍシーケンスは、最長の線形フィードバックシフトレジスタシーケンスの略語であり、多段シフトレジスタまたはその他の遅延ユニットにより線形フィードバックを通じて生成される最長のコードシーケンスであり、ステージ数がｎの場合、生成される最も長いコードシーケンスは２ｎ－１である。Ｇｏｌｄコードシーケンスは、ｍシーケンスに基づくコードシーケンスであり、優れた自己相関と相互相関の特性を持ち、生成されるシーケンス数が多い。Ｇｏｌｄコードの自己相関性はｍシーケンスほど良くなく、相互相関性はｍシーケンスより優れるが、まだ最高に達していない。ｎステージシフトレジスタは、２ｎ＋１個のＧｏｌｄシーケンスを生成でき、例えばｐ要素ｍシーケンス（ｐは素数）、ｐ要素Ｇｏｌｄシーケンス、ｐ要素ＧＭＷシーケンス、一般化Ｂｅｎｔシーケンスなどの多変量疑似ランダムシーケンスであってもよい。
パルス幅とは、信号パルスの幅を指し、信号が方形波信号の場合、パルス幅は、値が１の場合の方形波信号の時間幅であり、信号が正弦波信号の場合、パルス幅は、正弦波信号幅値が０より大きい時の時間幅であり、信号が三角波信号の場合、正弦波信号と同様である。本発明の実施例では、復調信号、光、変調信号は異なるパルス幅または同じパルス幅を持つことができ、光と変調信号のパルス幅を変更しないままに保持することができる。
位相シフトとは、信号が相互に対して時間オフセット分布を有することを指す。
以下、明細書の図面を参照して、本発明の各実施例を詳細に説明する。説明する必要があるのは、本発明の実施例の表示順序は、実施例の前後順序のみを表し、実施例による技術的解決策の良否を表すものではない。
本発明の実施例は、測距方法を提供し、該方法では測定対象物、測距機器の受信端及び測距機器の送信端に関し、受信端と送信端は、同じ測距機器または異なる測距機器に設置されてもよく、受信端と送信端との間の位置関係は予め設定または予め決定する必要がある。図２は、測距方法のフローチャートを示し、該方法では受信端と送信端とのインタラクティブプロセスは以下の通りであり、Ｓ２０１、送信端が予め設定された変調信号を用いて光を変調し、測定対象物に該光を送信する。
送信端は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）などの半導体光源であってもよく、光は、例えばＩＲ（赤外線）、ＶＩＳ（可視光）またはＵＶ光（紫外線）などの可視光または不可視光であってもよい。送信端の種類によって、光の種類も異なる。必要に応じて、光は単色光であってもよく、即ち１０％より小さい半値全幅、特に５％より小さい半値全幅、より特に２％より小さい半値全幅、更に特に１％より小さい半値全幅、より更に特に０．１％より小さい半値全幅である。
変調信号は、１つの信号であってもよいし、複数の信号で構成される信号グループであってもよい。変調信号の波形は、線形波形及び／又は非線形波形の組み合わせであってもよいし、単一の波形であってもよい。変調信号の波形は、三角形形状、台形形状、長方形形状、ほとんど垂直な側面を有する鋸歯形状を含むが、これに限定されない。必要に応じて、復調信号は、例えば正弦波信号、方形波信号の閾値の上と下で周期的に交番する波形を有することができる。変調信号の波形は非長方形の分布を持つ場合、小さな誤差またはコンピューティング装置を後続の計算で使用して、補正関数または補正テーブルを介してそれを補うことができる。必要に応じて、該光を変調する変調信号は少なくとも２つの異なる状態を含み、変調信号の波形が方形波の場合を例として、少なくとも２つの異なる状態は１と０を含む。必要に応じて、変調信号は、１．２マイクロ秒のパルス幅を有する。光は、９０５ｎｍの波長と１００ｎｓのパルス幅を有すると、エコー光は１００ｎｓパルス幅の長方形信号であり、且つエコー光は光に対して位相シフトされる。送信された長方形信号と受信された長方形信号との間の位相シフトはＴＯＦ距離センサーと対象物との距離の２倍に対応する。
例として、変調信号は１４次の疑似ランダムコードシーケンスであり、１４次の疑似ランダムコードシーケンスには１６３８４の状態があり、０状態と１状態は、それぞれ疑似ランダムコードシーケンス全体の半分を占め、送信端から送信された光が所在するチャネルはその他のチャネルと交差しないようにし、クロストークを防止する。なお、疑似ランダムコードシーケンスにおける連続する１の数は１４を超えることができない。疑似ランダムコードシーケンスは１の場合、立ち上がりエッジトリガーの方式によって送信端の光を変調する。
送信端は、周期的にまたは持続的に光を送信する。好ましくは、送信端は、予め設定された期間を一時停止し、該予め設定された期間内に測距計算を完了し、送信端の送信パワーを低減し、送信端のパワー消費を節約するようにすることができる。例として、光の送信周期は２０ｍｓであり、変調信号のパルス幅は１．２μｓであり、光のパルス幅は１００ｎｓである。
Ｓ２０２、受信端は、光に対する測定対象物の反射効果から生じるエコー光を取得する。
本実施例において、受信端は、１つ或いは複数であってもよく、受信端は複数である場合、送信端と各受信端のインタラクティブの方法はいずれも図２に示すような方法である。受信端は発光ダイオード、フォトダイオード、ＣＭＯＳ画像センサー及びＣＣＤ画像センサーを含むが、これに限定されない。
Ｓ２０３、受信端は、復調信号が予め設定された条件を満たすまで、エコー光を復調するための該復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を少なくとも１回調整し、該予め設定された条件は復調信号のパルス幅とエコー光のパルス幅にオーバーラップ部分が存在することを含む。
本発明の実施例において、受信端の復調信号の波形と送信端の変調信号の波形は異なってもよい。復調信号のパルス幅の起点は復調信号の開始時間ドメイン位置を指すことができる。必要に応じて、復調信号を変調するための変調信号は、疑似ランダムコードを含むが、これに限定されない。復調信号のパルス幅とエコー光のパルス幅にオーバーラップ部分が存在し、即ち復調信号の時間ドメイン位置とエコー光の時間ドメイン位置は、部分的または完全に同じである。復調信号は、１つの信号であってもよいし、複数の信号で構成される信号グループであってもよく、復調信号は、複数の信号で構成される復調信号グループである場合、復調信号グループのパルス幅とエコー光のパルス幅にオーバーラップ部分が存在する状況は、エコー光のパルス幅と復調信号グループのうちの少なくとも１つの復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在すること、及びエコー光のパルス幅と復調信号グループのすべての復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在することの中の１つを含む。必要に応じて、復調信号は、パルス幅が隣接する少なくとも２つのサブ復調信号を含み、この少なくとも２つのサブ復調信号は、エコー光を受信するために使用され、パルス幅が隣接するのは、前のサブ復調信号の立ち下がりエッジが次のサブ復調信号の立ち上がりエッジである。説明する必要があるのは、受信端の復調信号は送信端の変調信号と同様であり、以上Ｓ２０１では変調信号の相関記述を参照でき、ここで繰り返して説明しない。
図３に示すような光とエコー光のタイミング図において、変調信号１０１、送信端から送信された光２０１、受信端で受信されたエコー光４０１という３つの信号はすべて長方形信号であり、且つこの３つの信号は２つの状態即ち０と１を有する。一つの可能な実現形態において、光２０１と変調信号１０１を同時に送信でき、変調信号１０１のパルス幅はＴｃ、送信された光２０１のパルス幅はＴ１であり、変調信号１０１と光２０１との間に一定の位相関係が存在し、変調信号１０１は立ち上がりエッジトリガーの方式によって光２０１を変調し、該光２０１が測定対象物によって反射された後受信端で受信されたエコー光４０１と光２０１との間の位相シフトはｔエコーであり、該位相シフトｔエコーを通じて送信端と測定対象物との間の距離を決定でき、送信端と受信端との間の位置関係は予め設定された位置関係である。
本発明の実施例では、好ましくは、予め設定された条件は、復調信号のパルス幅が閾値を満たすこと、或いは復調信号のパルス幅とエコー光のパルス幅との間の比率が予め設定された比率を満たすことをさらに含む。例として、復調信号のパルス幅はエコー光のパルス幅以下であり、好ましくは、復調信号のパルス幅とエコー光のパルス幅との間の比率は１／Ｍを満たし、Ｍは正の整数である。
Ｓ２０３の一つの可能な実現形態において、受信端が復調信号を調整する度に、受信端は、エコー光と復調信号との間の位相関係を決定し、且つ該復調信号が予め設定された条件を満たすまで、位相関係に基づき復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を調整する。具体的に、受信端はエコー光と復調信号との間の位相関係を決定する場合、受信端がエコー光を少なくとも２つのサブ復調信号に相関させて相関値を得、且つ相関値に基づいて位相関係を決定することができる。説明する必要があるのは、本発明の実施例では、その他の方法によってエコー光と復調信号との間の位相関係を決定することに限定されない。上記の実現形態により復調信号のパルス幅の起点とパルス幅を複数回調整することによって、エコー光のパルス幅の起点を決定し、さらに、受信端が後続でエコー光のパルス幅の起点に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定するのに役に立つだけでなく、受信端で収集されたエコー信号の信号対雑音比を向上させ、複数の測距機器間の相互干渉を避け、測距精度を高めるのに役に立つ。
復調信号は、パルス幅が隣接する少なくとも２つのサブ復調信号を含む場合、位相関係は、エコー光のパルス幅と少なくとも２つのサブ復調信号のうち少なくとも１つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在すること、及びエコー光のパルス幅と少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在しないことを含むが、これに限定されない。
対応的に、位相関係に基づいて復調信号のパルス幅の起点とパルス幅を調整する場合、エコー光のパルス幅と少なくとも２つのサブ復調信号のうち少なくとも１つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在すると、一つの可能な実現形態において、該少なくとも１つのサブ復調信号からエコー光とのオーバーラップ部分が最も多いサブ復調信号を選択し、復調信号のパルス幅の起点を復調信号の現在パルス幅の起点から選択されたサブ復調信号のパルス幅の起点に調整し、且つ少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅から予め設定されたパルス幅調整値を減らす。他の可能な実現形態において、該少なくとも１つのサブ復調信号からエコー光とのオーバーラップ部分が最も多いサブ復調信号を選択し、復調信号のパルス幅の起点を復調信号の現在パルス幅の起点から選択されたサブ復調信号のパルス幅の起点に調整し、且つ予め設定されたパルス幅調整比に従って少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅を減らす。上記の２つの実現形態によって、復調信号のパルス幅を低減すると、受信端で収集されたエコー信号の信号対雑音比を向上させ、複数の測距機器間の相互干渉を避け、測距精度を高めるのに役に立つ。
対応的に、位相関係に基づいて復調信号のパルス幅の起点を調整する場合、エコー光のパルス幅と少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在しないと、一つの可能な実現形態において、復調信号のパルス幅の起点を復調信号の現在パルス幅の起点から復調信号の現在パルス幅の終点に調整し、且つ少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅を変更しないままに保持し、予め設定された条件に達する前に復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を調整する回数を減らし、予め設定された条件に達する時間を短縮し、復調エコー光の効率を向上させる。
Ｓ２０４、受信端は、オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定する。
Ｓ２０４では、オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づいてエコー光のパルス幅の起点を決定し、且つエコー光のパルス幅の起点に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定する。
オーバーラップ部分は、パルス幅が順次に隣接する少なくとも２つのサブ復調信号のうちの１つのサブ復調信号の一部のパルス幅と他のサブ復調信号の全部のパルス幅を含む場合、オーバーラップ部分のうちの１つのサブ復調信号の一部のパルス幅と他のサブ復調信号の全部のパルス幅の間の位相差を決定し、位相差と復調信号の現在パルス幅の起点に基づきエコー光のパルス幅の起点を決定する。オーバーラップ部分は、パルス幅が順次に隣接する少なくとも２つのサブ復調信号のうちの１つのサブ復調信号の全部位相のみを含む場合、一つの可能な実現形態において、該サブ復調信号の全部位相と復調信号の現在パルス幅の起点に基づいて、エコー光のパルス幅の起点を決定する。必要に応じて、少なくとも２つのサブ復調信号のうち各サブ復調信号のパルス幅は同じである。
本発明の実施例において、復調信号は周囲光を受信するための少なくとも１つの周囲光復調信号をさらに含む。Ｓ２０４の前に、受信端はさらに少なくとも１つの周囲光復調信号に基づいて復調信号に含まれた周囲光を除去し、周囲光信号が復調プロセスに干渉を与えるのを避け、測距精度を高める。必要に応じて、少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅は少なくとも２つのサブ復調信号に対応する周囲光復調信号のパルス幅と同じであり、このように、少なくとも２つのサブ復調信号に含まれた周囲光信号を除去するのに役に立ち、干渉除去の効果を向上させる。
必要に応じて、受信端は少なくとも１つのリセット信号を形成してもよく、該少なくとも１つのリセット信号の位相が復調信号のパルス幅に重ならない。
復調信号が長方形信号の場合を例として、仮に長方形信号はそれぞれ０と１の２つの状態を含み、且つ復調信号は、４つのサブ復調信号５０１～５０４で構成される復調信号グループであり、復調信号グループの数が２つであり、即ち第１復調信号グループはパルス幅が隣接するサブ復調信号５０１と５０３を含み、第２復調信号グループはサブ復調信号５０２と５０４を含み、該第２復調信号グループは周囲光復調信号である。図４～図１２を示すように、Ｓ２０１～Ｓ２０４を以下のように説明し、Ｓ２０１では、送信端は変調信号１０１を用いて立ち上がりエッジトリガーの方式によって光２０１を変調し、光２０１と変調信号１０１を同時に送信でき、変調信号１０１のパルス幅はＴｃであり、送信された光２０１のパルス幅はＴ１であり、変調信号１０１と光２０１との間に一定の位相関係が存在する。具体的に、Ｓ２０１では、送信端から送信された変調信号１０１に２つの復調信号グループと１つのリセット信号５０５が含まれ、第１復調信号グループはサブ復調信号５０１とサブ復調信号５０３を含み、第２復調信号グループはサブ復調信号５０２とサブ復調信号５０４を含む。図４に示すように、送信端はサブ復調信号５０１と変調信号１０１を同時に送信し、この時、サブ復調信号５０１～５０４のパルス幅は４００ｎｓであり、リセット信号５０５とサブ復調信号５０１～５０４を補完し、サブ復調信号５０１～５０４は０である場合、リセット信号５０５が１を取り、或いはサブ復調信号５０１～５０４は１である場合、リセット信号５０５が０を取る。
光２０１は測定対象物によって反射された後、Ｓ２０２では受信端がエコー光４０１を受信する。
Ｓ２０３では、受信端は、２つの復調信号グループに１つの復調信号グループのパルス幅とエコー光のパルス幅にオーバーラップ部分が存在するまで、循環的な位相シフトと復調信号のパルス幅の複数回の縮小によって復調信号を調整し、且つ復調信号グループのパルス幅を閾値（即ち閾値は半分）まで減少する。
図５から分かるように、サブ復調信号５０３とエコー光４０１を相関させた相関値は最大であり、残りの３つのサブ復調信号とエコー光４０１の相関値はすべて０であり、この時、サブ復調信号５０３の立ち上がりエッジと変調信号１０１のパルス幅の起点との間の時間をパルス幅の起点の時間遅延Δｔとする。
図６に示すように、時間遅延Δｔをサブ復調信号５０１～５０４の位相シフトとして、且つサブ復調信号５０１～５０４のパルス幅を２００ｎｓに減少する。図７に示すように、サブ復調信号５０３とエコー光４０１を相関させた相関値はまだ最大であり、この時、再びサブ復調信号５０３の立ち上がりエッジと変調信号１０１のパルス幅の起点との間の時間をパルス幅の起点の時間遅延Δｔとして使用し続ける。
図７に示すように、修正された時間遅延Δｔをサブ復調信号５０１～５０４の位相シフトとして、且つサブ復調信号５０１～５０４のパルス幅を１００ｎｓに減少し、図８から分かるように、この時、サブ復調信号５０１とエコー光４０１を相関させて得られた相関値は最大であると、サブ復調信号５０１の立ち上がりエッジと変調信号１０１のパルス幅の起点との間の時間をパルス幅の起点の時間遅延Δｔとする。
図８に示すように、パルス幅の起点の時間遅延Δｔをサブ復調信号５０１～５０４の位相シフトとして、且つサブ復調信号５０１～５０４のパルス幅を５０ｎｓに減少し、送信された光２０１のパルス幅は１００ｎｓであるため、復調信号パルス幅が送信された光パルス幅の１／２である条件を満たす。
Ｓ２０４の前に、受信端は、２つの復調信号グループのうちの４つのサブ復調信号５０１～５０４をそれぞれエコー光に相関させることによって対応する相関値Ｑｆ１、Ｑｆ２、Ｑ´ｆ１、Ｑ´ｆ２を取得する。即ち図９に示すように、第１復調信号グループのうちの１つのサブ復調信号Ｑｆ１と第２復調信号グループのうち該サブ復調信号の位相シフト変調信号パルス幅の１つのサブ復調信号Ｑｆ２を減算して第１差分相関値Ｑ０を取得し、第１復調信号グループのうちのもう１つのサブ復調信号Ｑ´ｆ１と第２復調信号グループのうちの該サブ復調信号の位相シフト変調信号パルス幅の１つの復調信号Ｑ´ｆ２を減算して第２差分相関値Ｑ１を取得し、それにより、エコー光に干渉する周囲光等の影響因子を除去する。上記計算プロセスは、下記式で示されてもよく
Ｑ０＝Ｑｆ１－Ｑｆ２Ｑ１＝Ｑ´ｆ１－Ｑ´ｆ２
Ｓ２０４では、オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づいてエコー光のパルス幅の起点を決定し、且つエコー光のパルス幅の起点に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定する。
Ｓ２０４では、第１差分相関値Ｑ０と第２差分相関値Ｑ１の異なる大きさは、エコー光と復調信号との間の異なる位相関係を判断するために使用され、それにより、第１差分相関値Ｑ０、第２差分相関値Ｑ１、復調信号の現在位相ｔ０及び復調信号の現在パルス幅に基づき送信端と測定対象物との間の距離ｄを取得することができるｘは実際の状況に応じて設定された閾値であり、ｘは受信端がエコー光を受信したか否かを判断するために使用され、Ｔ２＝５０ｎｓは復調信号の現在パルス幅である。
図９～図１２はエコー光と復調信号のいくつかの位相関係を示す。
図９に示すように、第１差分相関値Ｑ０は第２差分相関値Ｑ１より小さく、且つ第１差分相関値Ｑ０はｘより大きく、第２差分相関値Ｑ１はｘより大きい場合、第１復調信号グループのパルス幅とエコー光のパルス幅との間のオーバーラップ部分は第２復調信号グループのパルス幅とエコー光のパルス幅との間のオーバーラップ部分より小さいことを表し、この時、下記式によってエコー光４０１と光２０１との間の位相シフトｔエコー、即ちエコー光４０１のパルス幅の起点を決定することができ、
ｔエコー＝ｔ０＋［（Ｑ１－Ｑ０）／Ｑ１］×Ｔ２
図１０に示すように、第１差分相関値Ｑ０は第２差分相関値Ｑ１より大きく、且つ第１差分相関値Ｑ０はｘより大きく、第２差分相関値Ｑ１はｘより大きい場合、第１復調信号グループのパルス幅とエコー光のパルス幅との間のオーバーラップ部分は第２復調信号グループのパルス幅とエコー光のパルス幅との間のオーバーラップ部分より大きいことを表し、この時、下記式によってエコー光４０１と光２０１との間の位相シフトｔエコー、即ちエコー光４０１のパルス幅の起点を決定することができ、
ｔエコー＝ｔ０－［（Ｑ０－Ｑ１）／Ｑ０］×Ｔ２
図１１に示すように、第１差分相関値Ｑ０は第２差分相関値Ｑ１より小さく、且つ第１差分相関値Ｑ０はｘより小さく、第２差分相関値Ｑ１はｘより大きい場合、第１復調信号グループのパルス幅とエコー光のパルス幅との間にオーバーラップ部分が存在しなく、第２復調信号グループのパルス幅とエコー光のパルス幅との間にオーバーラップ部分が存在することを表し、この時、下記式によってエコー光４０１と光２０１との間の位相シフトｔエコー、即ちエコー光４０１のパルス幅の起点を決定することができ、ｔエコー＝ｔ０＋Ｔ２
図１２に示すように、第１差分相関値Ｑ０は第２差分相関値Ｑ１より大きく、且つ第１差分相関値Ｑ０はｘより大きく、第２差分相関値Ｑ１はｘより小さい場合、第１復調信号グループのパルス幅とエコー光のパルス幅との間にオーバーラップ部分が存在し、第２復調信号グループのパルス幅とエコー光のパルス幅との間にオーバーラップ部分が存在しないことを表し、この時、下記式によってエコー光４０１と光２０１との間の位相シフトｔエコー、即ちエコー光４０１のパルス幅の起点を決定することができる。ｔエコー＝ｔ０－Ｔ２
Ｓ２０４では、下記式によってエコー光のパルス幅の起点（即ち位相シフトｔエコー）に基づき送信端と測定対象物との間の距離ｄを計算し、ｃは光速であり、即ち３×１０８ｍ／ｓｄ＝１／２×ｃ×ｔエコー。
本発明の実施例による方法では、受信端は、復調信号が予め設定された条件を満たすまで、該復調信号の初期位置とパルス幅を少なくとも１回調整し、オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定する。本発明の実施例は、予め設定された条件を満たす復調信号を用いてエコー光を取得することによって、ノイズと背景光がエコー光の復調プロセスに与える影響を減少し、測距システムの信号対雑音比を改善するのに役に立ち、復調信号のパルス幅の起点を調整することによって、さらに、受信端で収集されたエコー信号の信号対雑音比を向上させ、複数の測距機器間の相互干渉を避け、測距精度と測距距離を高めるのに役に立つ。
本発明の例示的に実施する測距方法を説明した後、次に、本発明による例示的に実施する装置を説明する。図１３に示すように、該装置は、取得ユニット、調整ユニット及び決定ユニットを備え、取得ユニットは、測定対象物の光に対する反射効果から生じるエコー光を取得するために使用され、光が、送信端が変調信号によって変調されたものであり、調整ユニットは、復調信号が予め設定された条件を満たすまで、エコー光を復調するための復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を少なくとも１回調整するために使用され、予め設定された条件は復調信号のパルス幅とエコー光のパルス幅にオーバーラップ部分が存在することを含み、決定ユニットは、オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定するために使用される。
必要に応じて、予め設定された条件は、復調信号のパルス幅が閾値を満たすこと、或いは復調信号のパルス幅とエコー光のパルス幅との間の比率が予め設定された比率を満たすことをさらに含む。
必要に応じて、調整ユニットは、具体的に、復調信号の少なくとも１回の調整プロセスにおいて、復調信号に対する各調整プロセスは以下の通りであり、エコー光と復調信号との間の位相関係を決定し、且つ位相関係に基づき復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を調整することに用いられる。
必要に応じて、復調信号は、パルス幅が隣接する少なくとも２つのサブ復調信号を含み、少なくとも２つのサブ復調信号は、エコー光を受信するために使用される。調整ユニットはエコー光と復調信号との間の位相関係を決定する時に、具体的に、エコー光を少なくとも２つのサブ復調信号に相関させて相関値を得ること、及び相関値に基づいて位相関係を決定することに用いられる。
必要に応じて、位相関係は、エコー光のパルス幅と少なくとも２つのサブ復調信号のうち少なくとも１つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在すること、及びエコー光のパルス幅と少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在しないことのうちの１つを含む。
必要に応じて、調整ユニットは、位相関係に基づいて復調信号のパルス幅の起点とパルス幅を調整する時に、具体的に、エコー光のパルス幅と少なくとも２つのサブ復調信号のうち少なくとも１つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在すると、該少なくとも１つのサブ復調信号からエコー光とのオーバーラップ部分が最も多いサブ復調信号を選択すること、復調信号のパルス幅の起点を復調信号の現在パルス幅の起点から選択されたサブ復調信号のパルス幅の起点に調整すること、及び少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅から予め設定されたパルス幅調整値を減らし、或いは、予め設定されたパルス幅調整比に従って少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅を減らすことに用いられる。
必要に応じて、調整ユニットは、位相関係に基づいて復調信号のパルス幅の起点を調整する時に、具体的に、エコー光のパルス幅と少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在しないと、復調信号のパルス幅の起点を復調信号の現在パルス幅の起点から復調信号の現在パルス幅の終点に調整すること、及び少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅を変更しないままに保持することに用いられる。
必要に応じて、決定ユニットは、具体的に、オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づいてエコー光のパルス幅の起点を決定すること、及びエコー光のパルス幅の起点に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定することに用いられる。
必要に応じて、オーバーラップ部分は、パルス幅が順次に隣接する少なくとも２つのサブ復調信号のうちの１つのサブ復調信号の一部のパルス幅と他のサブ復調信号の全部のパルス幅を含む。決定ユニットは、オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づいてエコー光のパルス幅の起点を決定する時に、具体的に、オーバーラップ部分のうちの１つのサブ復調信号の一部のパルス幅と他のサブ復調信号の全部のパルス幅の間の位相差を決定すること、及び位相差と復調信号の現在パルス幅の起点に基づきエコー光のパルス幅の起点を決定することに用いられる。
必要に応じて、オーバーラップ部分は、パルス幅が順次に隣接する少なくとも２つのサブ復調信号のうちの１つのサブ復調信号の全部位相のみを含む。決定ユニットは、オーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づいてエコー光のパルス幅の起点を決定する時に、具体的に、該サブ復調信号の全部位相と復調信号の現在パルス幅の起点に基づいて、エコー光のパルス幅の起点を決定することに用いられる。
必要に応じて、少なくとも２つのサブ復調信号のうち各サブ復調信号のパルス幅は同じである。必要に応じて、復調信号は、周囲光を受信するための少なくとも１つの周囲光復調信号を含む。必要に応じて、干渉除去ユニットをさらに備え、前記干渉除去ユニットは、決定ユニットがオーバーラップ部分と復調信号の現在位相に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定する前に、少なくとも１つの周囲光復調信号に基づいて復調信号に含まれた周囲光を除去することに用いられる。必要に応じて、少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅は少なくとも２つのサブ復調信号に対応する周囲光復調信号のパルス幅と同じである。必要に応じて、リセットユニットをさらに備え、前記リセットユニットは、位相が復調信号のパルス幅と重ならない少なくとも１つのリセット信号を形成することに用いられる。必要に応じて、予め設定されたパルス幅の調整比は１／Ｍであり、Ｍは正の整数である。必要に応じて、復調信号は変調信号によって変調されたものであり、変調信号は疑似ランダムコードを含む。
本発明は例示的に実施するセンサーを提供し、図１４を参照し、該センサーは送信端と受信端を備え、送信端は、予め設定された変調信号を用いて光を変調すること、及び測定対象物に光を送信することに用いられ、受信端は、光と測定対象物との間の反射効果から生じるエコー光を取得すること、復調信号が予め設定された条件を満たすまで、エコー光を復調するための復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を少なくとも１回調整し、予め設定された条件は復調信号のパルス幅とエコー光のパルス幅にオーバーラップ部分が存在することを含むこと、及びオーバーラップ部分とエコー光に基づき送信端と測定対象物との間の距離を決定することに用いられる。受信端が図２に対応する実施例によるいずれかの方法を実行することに用いられる。
本発明は例示的に実施するセンサーをさらに提供し、図１５を参照する。本実施例では、送信端（即ち光源）は１つのレーザーまたは複数のレーザアレイである。該送信端は電子装置１によって変調し、該電子装置１は、変調信号としての疑似ランダムコードシーケンスを用いて変調するように送信端２を操作する。本実施例において、送信端２は単色のＩＲ光を送信し、該ＩＲ光が対象物で乱反射し且つ反射光として受信装置３に入射される。受信装置３では、エコー光により誘導された光電子の値分布を生成する。判定修正装置５は受信装置３に接続され、且つエコー光強度の時間値分布を取得し、得られたエコー光強度の時間値分布に基づき、該エコー光強度の最大時間分布値に対応する復調信号の立ち上がりエッジと変調信号の送信開始点との間の時間を時間遅延として、復調信号の送信開始点に対して同様に該時間遅延を実行した後、復調信号の現在パルス幅を同時に減少する。循環装置６では、復調信号の現在パルス幅が所定の閾値に達するまで、判定修正装置５によって復調信号の送信開始点を時間遅延することを循環し、且つ毎回の循環にも復調信号のパルス幅を同時に減少し、該閾値は１以上であり、循環が終了する。相関装置４に従って複数の相関値を取得する。コンピューティング装置７では、複数の相関値をその位相関係に従って対応する２つの相関値に分けて、対応する２つの相関値を減算して２つの差分相関値を取得し、さらに、２つの差分相関値の間の大きさ関係に応じて、予め設定された線形関係を通じて本実施例におけるＴＯＦ距離センサーから対象物までの距離を計算する。電子装置１、受信装置３、相関装置４、判定修正装置５、循環装置６及びコンピューティング装置７はチップに集積されて且つＣＭＯＳ方法で実現される。チップと送信端２は、サポートに布置されて且つハウジングにより取り囲まれる。送信端２と受信装置３はそれぞれ、対象物距離を決定しようとする空間方向に焦点を合わせる光学装置を有する。
本発明は、例示的に実施するセンサーアレイをさらに提供し、センサーアレイは、複数のセンサーを備え、これらの複数のセンサーは、上記の図１３または図１４に対応する実施例のいずれかのセンサーであってもよいし、或いは、図１３または図１４に対応する実施例のいずれかのセンサーに似たＣＭＯＳセンサーであってもよい。センサーの受信端は、図２に対応する実施例によるいずれかの方法を実行することに用いられる。
当業者は、本発明の実施例が、方法、システム、またはコンピュータプログラム製品として提供され得ることを理解すべきである。したがって、本発明は、完全なハードウェアの実施例、完全なソフトウェアの実施例、またはソフトウェアとハードウェアを組み合わせた態様の実施例の形を採用することができる。且つ、本発明は、１つまたはコンピュータで使用可能なプログラムコードが含まれた複数のコンピュータで使用可能な記憶媒体（磁気ディスクメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ、光メモリ等を含むが、これに限定されない）に実施されるコンピュータプログラム製品の形を採用することができる。本発明は、本発明の実施例による方法、機器（システム）、及びコンピュータプログラム製品のフローチャート及び／又はブロック図を参照して説明される。コンピュータプログラム命令によりフローチャート及び／又はブロック図の中の各フロー及び／又はブロック、及びフローチャート及び／又はブロック図の中のフロー及び／又はブロックの組合わせを実現することができることを理解すべきである。１つの機器を生成するように、これらのコンピュータプログラム命令を汎用コンピュータ、専用コンピュータ、組み込みプロセッサまたは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサに提供し、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサによって実行される命令に、フローチャートの１つのフローまたは複数のフロー及び／又はブロック図の１つのブロックまたは複数のブロックで指定された機能を実現するための装置を生成させる。これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置を特定の方式で作動するようにガイドすることができるコンピュータ可読メモリに記憶されてもよく、その結果、該コンピュータ可読メモリに記憶された命令に、フローチャートの１つのフローまたは複数のフロー及び／又はブロック図の１つのブロックまたは複数のブロックで指定される機能を実現する命令装置を含む製品を生成させる。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置にインストールされてもよく、コンピュータにより実現される処理を生成するように、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置に一連の操作ステップを実行し、それにより、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置に実行される命令は、フローチャートの１つのフローまたは複数のフロー及び／又はブロック図の１つのブロックまたは複数のブロックで指定される機能を実現するためのステップを提供するために使用される。本発明の好ましい実施例を説明したが、当業者は、基本的な創造的概念を分かると、これらの実施例に追加の変更及び修正を加えることができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、好ましい実施例及び本発明の範囲に落ちるすべての変更及び修正を含むものとして解釈されることを意図する。無論、当業者は、本発明の実施例の精神と範囲を逸脱することなく、本発明の実施例に様々な変更及び変形を加えることができる。このように、本発明の実施例のこれらの修正及び変形は本発明の特許請求の範囲及びそれらの同等の技術の範囲内にあると、本発明は、これらの変更及び変形も含むことを意図する。
１ 電子装置
２ 光源
３ 受信装置
４ 相関装置
５ 判定修正装置
６ 循環装置
７ コンピューティング装置
１０ 金属シールド層
２１ グリッド本体
２２ フローティング拡散ノード
２３ リセッター
２４ Ｎ型高濃度にドープされた領域
２５ Ｐ型高濃度にドープされた領域
３０ クランプＰ型高濃度にドープされた半導体
４０ ディープＮ型高濃度にドープされた半導体
５０ Ｐ型低ドープされた半導体外縁層
５１ Ｐ型低ドープされた半導体基板
１０１ 変調信号
２０１ 光
４０１ エコー光
５０１～５０４ 復調信号

Claims (11)

  1. 測距方法であって、
    受信端は測定対象物の光に対する反射効果から生じるエコー光を取得し、前記光が、送信端が変調信号によって変調されたものであることと、
    前記変調信号は疑似ランダムコードシーケンスであり、
    前記受信端は、前記エコー光を復調するための復調信号が予め設定された条件を達するまで、前記復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を少なくとも１回調整し、前記予め設定された条件は、前記復調信号のパルス幅と前記エコー光のパルス幅にオーバーラップ部分が存在することを含むことと、
    前記受信端は、前記オーバーラップ部分と前記復調信号の現在位相に基づき前記送信端と前記測定対象物との間の距離を決定することと、を含み、
    前記受信端は、前記オーバーラップ部分と前記復調信号の現在位相に基づき前記送信端と前記測定対象物との間の距離を決定するのは、
    前記現在位相は、前記復調信号が調整された後の予め設定された条件を達した位相であり、
    前記オーバーラップ部分と前記復調信号の現在位相に基づいて前記エコー光のパルス幅の起点を決定すること、及び
    前記エコー光のパルス幅の起点に基づき前記送信端と前記測定対象物との間の距離を決定すること、を含み、
    前記復調信号は、パルス幅が隣接する少なくとも２つのサブ復調信号を含み、前記少なくとも２つのサブ復調信号は前記エコー光を復調するためのものであり、
    前記受信端は、前記復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を少なくとも１回調整することは、前記エコー光と前記復調信号との間の位相関係を決定することを含み、具体的に、
    前記エコー光と前記少なくとも２つのサブ復調信号を相関して相関値を取得すること、及び
    前記相関値に基づき前記位相関係を決定すること、を含み、
    前記オーバーラップ部分は、パルス幅が順次に隣接する少なくとも２つのサブ復調信号のうちの１つのサブ復調信号の一部のパルス幅と他のサブ復調信号の全部のパルス幅を含み、
    前記オーバーラップ部分と前記復調信号の現在位相に基づいて前記エコー光のパルス幅の起点を決定することは、
    前記オーバーラップ部分のうちの１つのサブ復調信号の一部のパルス幅と他のサブ復調信号の全部のパルス幅との間の位相差を決定すること、及び
    前記位相差と前記復調信号の現在パルス幅の起点に基づき前記エコー光のパルス幅の起点を決定することを含む、ことを特徴とする測距方法。
  2. 前記予め設定された条件は、前記復調信号のパルス幅が閾値まで減少すること、或いは前記復調信号のパルス幅と前記エコー光のパルス幅との間の比率が予め設定された比率を達することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記受信端は、前記エコー光を復調するための復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を少なくとも１回調整するのは、具体的に、前記復調信号の少なくとも１回の調整プロセスにおいて、前記受信端による前記復調信号の各調整プロセスは以下の通りであり、
    前記位相関係に基づき前記復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を調整することを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記位相関係は、
    前記エコー光のパルス幅と前記少なくとも２つのサブ復調信号のうちの少なくとも１つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在すること、及び
    前記エコー光のパルス幅と前記少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在しないことのうちの１つを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 前記位相関係に基づき前記復調信号のパルス幅の起点とパルス幅を調整するのは、
    前記エコー光のパルス幅と前記少なくとも２つのサブ復調信号のうちの少なくとも１つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在すると、前記少なくとも１つのサブ復調信号から前記エコー光とのオーバーラップ部分が最も多いサブ復調信号を選択すること、
    前記復調信号のパルス幅の起点を前記復調信号の現在パルス幅の起点から選択されたサブ復調信号のパルス幅の起点に調整すること、及び
    前記少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅から予め設定されたパルス幅調整値を減らし、或いは、予め設定されたパルス幅調整比にしたがって前記少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅を減らすことを含み、
    前記位相関係に基づき前記復調信号のパルス幅の起点を調整するのは、
    前記エコー光のパルス幅と前記少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在しないと、前記復調信号のパルス幅の起点を前記復調信号の現在パルス幅の起点から前記復調信号の現在パルス幅の終点に調整すること、及び
    前記少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅を変更しないままに保持することを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 測距機器であって、送信端と受信端を備え、
    前記送信端は、予め設定された、疑似ランダムコードシーケンスである変調信号を用いて光を変調すること、及び測定対象物に前記光を送信することに用いられ、
    前記受信端は、前記光と前記測定対象物との間の反射効果から生じるエコー光を取得すること、前記エコー光を復調するための復調信号が予め設定された条件を達するまで、前記復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を少なくとも１回調整し、前記予め設定された条件は、前記復調信号のパルス幅と前記エコー光のパルス幅にオーバーラップ部分が存在することを含むこと、及び前記オーバーラップ部分と前記エコー光に基づき前記送信端と前記測定対象物との間の距離を決定することに用いられ、
    前記オーバーラップ部分と前記復調信号の現在位相に基づき前記送信端と前記測定対象物との間の距離を決定するのは、
    前記現在位相は、前記復調信号が調整された後の予め設定された条件を達した位相であり、
    前記オーバーラップ部分と前記復調信号の現在位相に基づいて前記エコー光のパルス幅の起点を決定すること、及び
    前記エコー光のパルス幅の起点に基づき前記送信端と前記測定対象物との間の距離を決定すること、を含み、
    前記復調信号は、パルス幅が隣接する少なくとも２つのサブ復調信号を含み、前記少なくとも２つのサブ復調信号は前記エコー光を復調するためのものであり、
    前記受信端は、前記復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を少なくとも１回調整することは、前記エコー光と前記復調信号との間の位相関係を決定することを含み、具体的に、
    前記エコー光と前記少なくとも２つのサブ復調信号を相関して相関値を取得すること、及び
    前記相関値に基づき前記位相関係を決定すること、を含み、
    前記オーバーラップ部分は、パルス幅が順次に隣接する少なくとも２つのサブ復調信号のうちの１つのサブ復調信号の一部のパルス幅と他のサブ復調信号の全部のパルス幅を含み、
    前記オーバーラップ部分と前記復調信号の現在位相に基づいて前記エコー光のパルス幅の起点を決定することは、
    前記オーバーラップ部分のうちの１つのサブ復調信号の一部のパルス幅と他のサブ復調信号の全部のパルス幅との間の位相差を決定すること、及び
    前記位相差と前記復調信号の現在パルス幅の起点に基づき前記エコー光のパルス幅の起点を決定することを含む、ことを特徴とする測距機器。
  7. 装置であって、
    測定対象物の光に対する反射効果から生じるエコー光を取得するための取得ユニットであって、前記光が、送信端が疑似ランダムコードシーケンスである変調信号によって変調されたものである取得ユニットと、
    前記エコー光を復調するための復調信号が予め設定された条件を達するまで、前記復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を少なくとも１回調整するための調整ユニットであって、前記予め設定された条件は、前記復調信号のパルス幅と前記エコー光のパルス幅にオーバーラップ部分が存在することを含む調整ユニットと、
    前記オーバーラップ部分と前記復調信号の現在位相に基づき前記送信端と前記測定対象物との間の距離を決定するための決定ユニットと、を備え、
    前記オーバーラップ部分と前記復調信号の現在位相に基づき前記送信端と前記測定対象物との間の距離を決定するのは、
    前記現在位相は、前記復調信号が調整された後の予め設定された条件を達した位相であり、
    前記オーバーラップ部分と前記復調信号の現在位相に基づいて前記エコー光のパルス幅の起点を決定すること、及び
    前記エコー光のパルス幅の起点に基づき前記送信端と前記測定対象物との間の距離を決定すること、を含み、
    前記復調信号は、パルス幅が隣接する少なくとも２つのサブ復調信号を含み、前記少なくとも２つのサブ復調信号は前記エコー光を復調するためのものであり、
    前記調整ユニットは、さらに、前記エコー光と前記復調信号との間の位相関係を決定することに用いられ、具体的に、
    前記エコー光と前記少なくとも２つのサブ復調信号を相関して相関値を取得すること、及び
    前記相関値に基づき前記位相関係を決定することに用いられ、
    前記オーバーラップ部分は、パルス幅が順次に隣接する少なくとも２つのサブ復調信号のうちの１つのサブ復調信号の一部のパルス幅と他のサブ復調信号の全部のパルス幅を含み、
    前記オーバーラップ部分と前記復調信号の現在位相に基づき前記送信端と前記測定対象物との間の距離を決定するための決定ユニットは、具体的に、
    前記オーバーラップ部分のうちの１つのサブ復調信号の一部のパルス幅と他のサブ復調信号の全部のパルス幅との間の位相差を決定すること、及び
    前記位相差と前記復調信号の現在パルス幅の起点に基づき前記エコー光のパルス幅の起点を決定することに用いられる
    ことを特徴とする装置。
  8. 前記予め設定された条件は、前記復調信号のパルス幅が閾値まで減少すること、或いは前記復調信号のパルス幅と前記エコー光のパルス幅との間の比率が予め設定された比率を達することをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
  9. 前記調整ユニットは、具体的に、
    前記復調信号の少なくとも１回の調整プロセスにおいて、前記復調信号に対する各調整プロセスは以下の通りであり、前記位相関係に基づき前記復調信号のパルス幅の起点及び／又はパルス幅を調整することに用いられることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
  10. 前記位相関係は、
    前記エコー光のパルス幅と前記少なくとも２つのサブ復調信号のうちの少なくとも１つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在すること、及び
    前記エコー光のパルス幅と前記少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在しないこと、のうちの１つを含むことを特徴とする請求項９に記載の装置。
  11. 前記調整ユニットは前記位相関係に基づき前記復調信号のパルス幅の起点とパルス幅を調整する時に、具体的に、
    前記エコー光のパルス幅と前記少なくとも２つのサブ復調信号のうちの少なくとも１つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在すると、該少なくとも１つのサブ復調信号から前記エコー光とのオーバーラップ部分が最も多いサブ復調信号を選択すること、
    前記復調信号のパルス幅の起点を前記復調信号の現在パルス幅の起点から選択されたサブ復調信号のパルス幅の起点に調整すること、及び
    前記少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅から予め設定されたパルス幅調整値を減らし、或いは、予め設定されたパルス幅調整比にしたがって前記少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅を減らすことに用いられる、または、
    前記調整ユニットは前記位相関係に基づき前記復調信号のパルス幅の起点を調整する時に、具体的に、
    前記エコー光のパルス幅と前記少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅にオーバーラップ部分が存在しないと、前記復調信号のパルス幅の起点を前記復調信号の現在パルス幅の起点から前記復調信号の現在パルス幅の終点に調整すること、及び
    前記少なくとも２つのサブ復調信号のパルス幅を変更しないままに保持することに用いられることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
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