利用成像位置差异以测距的测距装置及其校正方法

专利名称：利用成像位置差异以测距的测距装置及其校正方法
技术领域：
本发明有关于一种测距装置，更明确地说，有关于一种利用成像位置差异以测距 的测距装置。
背景技术：
在公知技术中，测距装置对待测物发射侦测光，并接收由待测物反射侦测光所产 生的反射光。测距装置可借由反射光的成像位置的差异以推算测距装置与待测物之间的距 离。然而，测距装置在感测待测物所产生的反射光时，会同时受到背景光与闪烁现象(如因 电源系统的频率而造成的日光灯闪烁)的影响，而产生量测误差，得到不正确的待测距离。 除此之外，于生产过程中，当组装测距装置时，由于测距装置内部的组件的位置会因组装误 差而产生偏移或旋转角度，因此测距装置在量测距离时会受到组装误差的影响，而得到不 正确的待测距离，造成使用者的不便。

发明内容
本发明提供一种利用成像位置差异以测距的测距装置，该测距装置具有一发光组 件、一第一镜头与一影像传感器。该发光组件用来发出一侦测光射向一待测物，以使该待测 物产生一反射光。该第一镜头用来汇聚一背景光或该反射光。该影像传感器用来感测该第 一镜头所汇聚的光的能量，以产生M个光感测信号。该测距装置进一步包含一发光/感测 控制电路，以及一距离计算电路。该发光/感测控制电路，用于一距离感测阶段时，控制该 发光组件发光，且同时控制该影像传感器感测该第一镜头所汇聚的光的能量，以产生M个 第一光感测信号，于一噪声感测阶段内控制该发光组件不发光，且同时控制该影像传感器 感测该第一镜头所汇聚的光的能量，以产生M个第二光感测信号。M代表正整数。该距离计 算电路，用来根据该M个第一光感测信号与该M个第二光感测信号，以判断该反射光于该影 像传感器上的一成像位置，并根据该成像位置、该第一镜头的一焦距、该发光组件与该影像 传感器之间的一第一已知距离，以计算该测距装置与该待测物之间的一待测距离。本发明另提供一种利用成像位置差异以测距的测距装置。该测距装置具有一发光 组件、一第一镜头与一影像传感器。该发光组件用来发出一侦测光射向一待测物，以使该待 测物产生一反射光。该第一镜头用来汇聚一背景光或该反射光。该影像传感器具有M个感 测单元。该M个感测单元用来感测该第一镜头所汇聚的光的能量，以产生M个光感测信号。 该测距装置的特征在于包含一发光/感测控制电路，以及一距离计算电路。该发光/感测 控制电路用于一距离感测阶段时，控制该发光组件发光，且同时控制该影像传感器感测该 第一镜头所汇聚的光的能量，以产生M个第一光感测信号，于一噪声感测阶段内控制该发 光组件不发光，且同时控制该影像传感器感测该第一镜头所汇聚的光的能量，以产生M个 第二光感测信号。M代表正整数。该距离计算电路用来根据该M个第一光感测信号与该M 个第二光感测信号，以判断该反射光于该影像传感器上的一成像位置，并根据该成像位置、 该第一镜头的一焦距、该发光组件与该影像传感器之间的一第一已知距离，以计算该测距装置与该待测物之间的一待测距离。该距离计算电路包含复数个储存单元。该复数个储存 单元分别用来储存该M个第一光感测信号与该M个第二光感测信号。该发光/感测控制电 路借由产生一发光脉冲信号，以控制该发光组件发出该侦测光射向该待测物，来使该待测 物据以产生该反射光。该发光/感测控制电路借由产生一快门脉冲信号以控制该影像传感 器的该M个感测单元根据于该快门脉冲信号，分别感测该第一镜头所汇聚的光的能量，以 据以产生该M个光感测信号。该发光/感测控制电路借由产生一读取信号，以使该影像传 感器的该M个感测单元输出该M个光感测信号至该距离计算电路。该发光/感测控制电路 借由产生一阶段信号以控制该距离计算电路接收该M个第一光感测信号与该M个第二光感 测信号，以判断该反射光于该影像传感器上的该成像位置，并根据该成像位置、该第一镜头 的该焦距、该发光组件与该影像传感器之间的该第一已知距离，以计算该测距装置与该待 测物之间的该待测距离。当该阶段信号表示总和时，该距离计算电路将所接收的该M个第 一光感测信号标记为M个正光感测信号。当该阶段信号表示噪声时，该距离计算电路将所 接收的该M个第二光感测信号标记为M个负光感测信号。当该阶段信号表示计算距离时， 该距离计算电路将该复数个储存单元所储存的正光感测信号与负光感测信号相减，并选出 相减之后所储存的值最大的储存单元，以据以判断该反射光于该影像传感器上的该成像位 置，并根据该成像位置、该第一镜头的该焦距、该发光组件与该影像传感器之间的该第一已 知距离，以计算该测距装置与该待测物之间的该待测距离。本发明另提供一种用来校正利用成像位置差异以测距的一测距装置的校正方法。 该测距装置的一发光组件发射一侦测光至一待测物，并反射回该测距装置的一影像传感 器，以得到一第一成像位置，该测距装置可根据该第一成像位置、该测距装置的一第一镜头 的一焦距、该发光组件与该影像传感器之间的一第一已知距离，以计算该测距装置与该待 测物之间的一待测距离。该校正方法包含该测距装置的该发光组件发出该侦测光至一校正 物，并反射回该测距装置的该影像传感器，以得出一第二成像位置、根据一已知距离、该第 二成像位置，以计算出用来校正该测距装置的一组装误差角度的一校正参数，以及该测距 装置根据该校正参数以计算出经校正后的该待测距离。该测距装置与该校正物之间的距离 为该已知距离。


图1与图2为说明本发明的利用成像位置差异以测距的测距装置的结构及工作原 理的示意图。图3为说明测距装置减少闪烁现象的工作原理的示意图。图4为说明校正发光组件所发出的侦测光的发光误差角度的方法的示意图。图5与图6为说明因组装误差而使影像传感器旋转感测误差角度的校正方法的示 意图。图7为说明本发明的影像传感器的结构的第一实施例的示意图。图8为说明利用图7的影像传感器以侦测反射光的成像位置的工作原理的示意 图。图9为说明本发明的影像传感器的结构的另一实施例的示意图。图10为说明利用图9的影像传感器以侦测反射光的成像位置的工作原理的示意图11为说明本发明的影像传感器的结构的另一实施例的示意图( 其中，附图标记说明如下
100 110 120
130、700、900、1100
140
150
B1 Bm
CSI CSM、CSii
CSnq
LEN1、LEN2 CO” CO2 L、Dci λ Dc2
Dcs、Dcsi、D。sj Dcsx
^ID
Lrd MO Of
Pi^P2 Rk
Sab
SALS、Salsi
Sld
Sls
Sp
Sre
SST
T T
丄1+、丄2+
Τ” T2-T T
1C^ 1R
Tf
θ η
jALS2Ν
21、
测距装置
发光/感测控制电路 发光组件 影像传感器 距离计算电路 参数计算电路 感测背景光的能量 C、、感测单元
镜头 校正物 已知距离 成像位置 投影距离 焦距
待测距离 背景光 侦测光 直线 反射光 待测物
隹占
ν 、、^ \\\
功率
感测反射光的能量 参数信号 累计光感测信号 发光脉冲信号 光感测信号 阶段信号 读取信号 快门脉冲信号 距离感测阶段 噪声感测阶段 脉冲宽度 交流电周期
角度
9
θiθ 2Jθ LD0CS1> 0CS2
发光误差角度 感测误差角度
具体实施例方式本发明提供一种利用成像位置差异以测距的测距装置，借由将测距装置中的影像 传感器所感测的光感测信号，移除掉背景光与闪烁光的部分，来降低背景光与闪烁现象的 影响。除此之外，本发明另提供一种校正方法，来校正测距装置的组装误差，以提高测距的 精确度。请参考图1与图2。图1与图2为说明本发明的利用成像位置差异以测距的测距 装置100的结构及工作原理的示意图。测距装置110用来量测待测物MO与测距装置100 之间的待测距离Dm。测距装置100包含一发光/感测控制电路110、一发光组件120、一影 像传感器130、一距离计算电路140、一参数计算电路150，以及一镜头LENp测距装置100 的内部各组件的耦接关系如图1所示，故不再赘述。发光/感测控制电路110用来产生发光脉冲信号S111、快门脉冲信号Sst、阶段信号 $、读取信号Ske，以及已知距离信号&。测距装置100于测距时可分为两阶段1.距离感测 阶段；2.噪声感测阶段。当测距装置100于距离感测阶段时，发光/感测控制电路110同 时产生表示「发光」的发光脉冲信号与表示「开启」的快门脉冲信号&τ，且二者的脉冲 宽度皆为Τ。；然后发光/感测控制电路110再同时产生表示「读取」的读取信号Ske与表示 「总和」的阶段信号$，且二者的脉冲宽度皆为Τκ。当测距装置100于噪声感测阶段时，发 光/感测控制电路110产生表示「开启」的快门脉冲信号Sst且同时发光脉冲信号表示 「不发光」，且快门脉冲信号的脉冲宽度为Τ。；然后发光/感测控制电路110再同时产生表示 「读取」的读取信号^ffi与表示「噪声」的阶段信号$，且二者的脉冲宽度皆为Τκ。发光组件120，用来根据发光脉冲信号Sui，以发出侦测光Lid射向待测物Μ0，以使 待测物MO产生反射光Lkd。更明确地说，当发光脉冲信号^11表示「发光」时，发光组件120 发出侦测光Lid射向待测物MO ；当发光脉冲信号表示「不发光」时，发光组件120不发出 侦测光Lid。此外，发光组件120可为发光二极管(Light-Emitting Diode, LED)或雷射二 极管(laser diode)。当发光组件120为发光二极管时，测距装置100可选择性地包含一镜 头LEN2,以用来汇聚侦测光Lid以射向待测物M0。镜头LEN1用来汇聚背景光Lb或反射光Lkd至影像传感器130。影像传感器130包 含M个并排的感测单元CS1 C、，且每个感测单元的宽度皆等于画素宽度WPIX，意即M个并 排的感测单元CS1 C、的总宽度为MXWPIX。感测单元CS1 C、用来根据快门脉冲信号 Sst,以感测镜头LEN1所汇聚的光的能量。更明确地说，当快门脉冲信号Sst表示「开启」时， 感测单元CS1-C^1感测镜头LEN1所汇聚的光(如背景光Lb或反射光Lkd)的能量以据以 产生光感测信号；当快门脉冲信号^表示「关闭」时，感测单元CS1 C、不感测镜头LEN1 所汇聚的光的能量。举例来说，当快门脉冲信号^表示「开启」时，感测单元CS1感测镜头 LEN1所汇聚的光的能量并据以产生光感测信号Sm ；感测单元感测镜头LEN1所汇聚的 光的能量并据以产生光感测信号Sm ；依此类推，感测单元C、感测镜头LEN1所汇聚的光的 能量并据以产生光感测信号S-。此外，当读取信号Ske表示「读取」时，感测单元CS1 C、分别输出光感测信号Sm S。距离计算电路140包含复数个储存单元，分别用来储存感测单元CS1 C、所输出 的光感测信号Sm S^且根据阶段信号、，设定所接收的光感测信号的属性。在本实施 例中，以距离计算电路140包含M个储存单元M1 Mm作举例说明。当阶段信号$表示「总 和」时，储存单元M1 Mm将所接收的光感测信号Sm S.设定为正，意即所接收的光感测 信号Sm Sm根据阶段信号$表示「总和」而被标记为正光感测信号^1+ ^m+ ；当阶 段信号$表示「噪声」时，储存单元M1 Mm将所接收的光感测信号Sm S设定为负，意 即所接收的光感测信号Sm S^1根据阶段信号$表示「噪声」而被标记为负光感测信号 Slsi- ^M_。距离计算电路140便可根据正光感测信号Sm+ S^与负光感测信号 SLSM_,计算出待测距离Dm。以下将说明距离计算电路140计算待测距离Dm的工作原理。如图2左半部所示，于距离感测阶段内，发光/感测控制电路110会产生代表「发 光」的发光脉冲信号Sui，而使得发光组件120发出侦测光Lid射向待测物M0，以使待测物MO 产生反射光Lkd。此时，发光/感测控制电路110产生代表「开启」的快门脉冲信号&τ，而使 得感测单元CS1 C、感测反射光Lkd与背景光Lb的能量，以分别产生光感测信号Sm ^Μ。 然后发光/感测控制电路110会输出代表「读取」的读取信号Ske，以使影像传感器130输 出光感测信号Sm S至距离计算电路140，且发光/感测控制电路110会产生代表「总 和」的阶段信号$以指示距离计算电路140此时所接收的光感测信号为距离感测阶段内的 光感测信号，意即为正光感测信号Sm+ ^Μ+。设于距离感测阶段内，反射光Lkd主要汇聚 成像于感测单元CSK，则此时距离计算电路140所接收的正光感测信号^1+ ^m+的值如图 2右上半部所示，感测单元同时感测到背景光Lb与反射光Lkd (意即待测物MO成像于感 测单元上)。因此，感测信号S+等于感测单元感测背景光Lb所累积的能量 加 上感测单元感测反射光Led所累积的能量&，而其它感测单元则只接收到背景光Lb。因 此，感测信号^1+等于感测单元CS1感测背景光Lb所累积的能量B1 ；感测信号^21+等于感 测单元感测背景光Lb所累积的能量化；依此类推，感测信号^m+等于感测单元C、感测 背景光Lb所累积的能量~。如图2左半部所示，于噪声感测阶段内，发光/感测控制电路110会产生代表「开 启」的快门脉冲信号&τ，而使得感测单元CS1 CSm感测镜头LEN1所汇聚的光，以产生光感 测信号Sm S。然而，此时发光/感测控制电路110会产生代表「不发光」的发光脉冲 信号Sui，因此发光组件120不会发出侦测光Lid射向待测物Μ0，且待测物MO也不会产生反 射光Lkd。然后发光/感测控制电路110会输出代表「读取」的读取信号^，以使影像传感 器130输出光感测信号Sm S至距离计算电路140，且发光/感测控制电路110会产生 代表「噪声」的阶段信号$以指示距离计算电路140此时所接收的光感测信号为噪声感测 阶段内的光感测信号，意即为负光感测信号 此时距离计算电路140所接收的 光感测信号 的值如图2右下半部所示。由于快门脉冲信号Sst于距离感测阶段 与噪声感测阶段的脉冲宽度相同(皆为时间长度T。)。因此感测单元CS1-C^1在距离感测 阶段与噪声感测阶段所产生的光感测信号Sm S对应于背景光Lb累积的部分会相等。 换句话说，正光感测信号、1+ S-+中的背景光累积的能量会等于负光感测信号 Slsm-中的背景光累积的能量(B1 Bm)。在经过距离感测阶段与噪声感测阶段后，发光/感测控制电路110会产生代表「计算距离」的阶段信号$。此时距离计算电路140会将储存单元中的正光感测信号与负光感 测信号相减，并选出相减之后所储存的值最大的储存单元并据以判断反射光Lkd于影像传 感器130上的成像位置。也就是说，距离计算电路140的储存单元M1 Mm所储存的值分别 等于正光感测信号Sm+ ^m+的值减去负光感测信号 的值。更明确地说，储 存单元M1储存正光感测信号Sm+与负光感测信号Sm_，由于正光感测信号、1+等于B1且 负光感测信号等于B1,因此储存单元M1经过相减之后所储存的值为零；储存单元M2储 存正光感测信号Sm+与负光感测信号S^_，由于正光感测信号Sm+等于化且负光感测信号 ^2-等于4，因此储存单元M2经过相减之后所储存的值为零；依此类推，储存单元仏储存正 光感测信号S·+与负光感测信号S.，由于正光感测信号Sm+等于( + )且负光感测信 号^2-等于 ，因此储存单元Mk余香减之后所储存的值为& ；储存单元Mm储存正光感测信 号S^与负光感测信号，由于正光感测信号S-+等于~且负光感测信号等于Bm， 因此储存单元Mm相减之后所储存的值为零。换句话说，在储存单元M1 Mm之中，储存单元 Mk的值等于&，而其它储存单元的值皆等于零，因此距离计算电路140可据以选择储存单元 Μκ，意即储存单元Mk所储存的光感测信号具有对应于反射光Lkd的能量。由于储存单元Mk 为储存感测单元所产生的光感测信号，因此距离计算电路140可判断出待测物MO所产 生的反射光Led主要汇聚成像于感测单元QK。如此，距离计算电路140可更进一步地根据 待测物MO所产生的反射光Lkd主要汇聚成像于感测单元(&，而由下式推算出图1中反射光 Led的成像位置Dcs Dcs = KXffpix- (1)；此外，由于在图1中镜头LEN1的焦点Ofi与感测单元CS1之间所形成的直线Lf平 行于侦测光Lid，因此侦测光Lid及反射光Led的夹角θ工与直线Lf及反射光Led的夹角θ 2 相等。换句话说tan θ工与tan θ 2的关系可以下式表示tan θ j = L/DM = tan θ 2 = DCS/DF... (2)；其中L代表发光组件120与影像传感器130 (侦测光Lid与直线I^)之间的已知距 离、Dcs代表反射光Led的成像位置、Df代表镜头LEN1W焦距。根据式0)，待测距离Dm可以 下式表示DM = (DFXL)/Dcs- (3)；因此，距离计算电路140可借由式(1)先计算出成像位置Dcs，再借由式(3)，根据 已知距离L、焦距Df，以计算出待测距离Dm。综上所述，在测距装置100之中，于距离感测阶段内，发光/感测控制电路110控 制发光组件120发出侦测光Lid射至待测物M0，且将感测单元CS1 CSm感测镜头LEN1所汇 聚的光(如反射光Led与背景光Lb)而据以产生的正光感测信号^1+ S-+储存于储存单 元M1 Mm。于噪声感测阶段内，发光/感测控制电路110控制发光组件120不发出侦测光 Lid，且将感测单元CS1-C^1感测镜头LEN1所汇聚的光(如背景光Lb)而据以产生的负光感 测信号S, ^m+储存于储存单元M1 Mmo此时，储存单元M1 Mm的值会等于正光感测 信号^1+ 、M+减去负光感测信号 SuM_。因此，对应于反射光Lkd所汇聚的感测单 元的储存单元Mk的值会大于其它储存单元的值。如此，距离计算电路140可判断出反 射光Led所汇聚的感测单元C&，并据以计算出反测光Led的成像位置D。s。因此，距离计算电 路140可根据成像位置Dcs、镜头LEN1的焦距Df、已知距离L以计算出待测距离DM。
此外，在测距装置100中，距离感测阶段与噪声感测阶段可反复进行多次(如Y 次)，以使储存单元M1 Mm可储存对应于Y个距离感测阶段的正光感测信号，与对应于Y个 噪声感测阶段的负光感测信号。由于每个距离感测阶段的正光感测信号对应于背景光的能 量的部分，会被对应的噪声感测阶段的负光感测信号所抵销，因此除了对应于反射光Led所 汇聚成像的感测单元(&的储存单元Mk的值会等于(YX&)之外，其它储存单元的值皆等于 零。如此一来，即使因反射光Led的能量较弱而使感测单元CSk所据以累积的能量&较小， 测距装置100仍可借由进行多次的距离感测阶段与噪声感测阶段(也就是说，将Y变大)， 以放大储存单元Mk的值与其它储存单元之间的差异，而让距离计算电路140可正确地找出 具有最大值的储存单元Μκ，并据以计算出反射光Led的成像位置D。s，以提高准确度。请参考图3。图3为说明测距装置100减少闪烁现象的工作原理的示意图。由于 一般室内光源所接收的电源为交流电，因此除了背景光1^外，另一部分的背景光(闪烁光) Lf会受到交流电的频率的影响而闪烁。举例而言，室内的日光灯的电源为交流电，因此日 光灯所发射的光会受到交流电的频率的影响而闪烁。在图3中，设交流电的周期为Tf(如 交流电的频率为60Hz、交流电的周期为0. 0167秒)。交流电的功率P会随着时间不停的变 动，因此闪烁光Lf的功率也会随着时间不停的变动。然而，交流电的功率P每隔半交流电 周期(Tf/2)就会循环一次。举例而言，当时间为T时，交流电的功率P等于Ρτ;则当时间为 (T+Tf/2)时，交流电的功率P仍等于Pt。又闪烁光Lf的功率正比于交流电的功率P，因此闪 烁光1^的功率会类似交流电的功率，以每隔半交流电周期(Tf/2)就会循环一次。如此一来， 在测距装置100中，发光/感测控制电路110可借由控制距离感测阶段(如图3所示的T1+ 与T2+)与噪声感测阶段(如图3所示的IV与T2_)的时间间隔等于半交流电周期(Tf/2)，以 减低闪烁现象的影响。更明确地说，发光/感测控制电路110，控制感测单元CS1-C^1于 距离感测阶段T1+(或T2+)感测对应于交流电的功率P1(或P2)的闪烁光Lf，而使得感测单元 CS1 C、所产生的正光感测信号对应于闪烁光Lf的部分会等于F11 Fmi (或F12 Fm2)。 且发光/感测控制电路110控制距离感测阶段T1+(或T2+)与噪声感测阶段IV (或T2_)的时 间间隔等于半交流电周期Tf/2 (如0. 0083秒)。因此，感测单元CS1 C、于噪声感测阶段 IV(或T2_)内所感测的闪烁光Lf的功率与感测单元CS1 CSm于距离感测阶段T1+(或T2+) 内所感测的闪烁光Lf的功率相同。如此于噪声感测阶段IV (或Τ2_)内，感测单元CS1-C^1 所产生的负光感测信号对应于闪烁光Lf的部分也会等于F11 Fmi (或F12 Fm2)。因此，距 离感测阶段T1+(或T2+)的正光感测信号对应于闪烁光Lf的部分，会被对应的噪声感测阶段 IV(或Τ2_)的负光感测信号所抵销。换句话说，除了对应于反射光Lkd所汇聚成像的感测单 元(&的储存单元Mk的值会等于&之外，其它储存单元的值皆等于零。因此即使感测单元 CS1 C、会感测到闪烁光Lf，发光/感测控制电路110仍可借由控制距离感测阶段T1+或 T2+分别与噪声感测阶段IV或T2_的时间间隔等于半交流电周期(Tf/2)，以减低闪烁现象的 影响，而使距离计算电路140可正确地判断出反射光Led的成像位置Dcs且计算出待测距离 Dm ο由于在生产过程中，当组装测距装置100时，测距装置100内部的组件的位置会因 组装误差而产生偏移，因此测距装置100在量测距离时会受到组装误差的影响。因此测距 装置100所包含的参数计算电路150用来校正测距装置100的组装误差。以下将说明参数 计算电路150的工作原理。
参数计算电路150接收发光/感测控制电路110所输出的距离信号SD，而得到已 知距离Da与已知距离Dra。其中已知距离Da为校正物CO1与测距装置100之间的距离，已 知距离Dc2为校正物CO2与测距装置100之间的距离。借由如同第2图所述的方法，发光组 件120发出侦测光Lid射向校正物CO1或CO2,而使参数计算电路150可根据影像传感器130 所输出的光感测信号而得到反射光Lkd的成像位置，并据以校正测距装置100的组装误差角 度。首先假设发光组件120因组装误差而使发光组件120所发出的侦测光Lid旋转发
光误差角度θ LD。请参考图4。图4为说明校正发光组件120所发出的侦测光Lid的发光误差角度 θ LD的方法的示意图。发光/感测控制电路Iio控制发光组件120发射侦测光Lid射向校正 物CO115其中校正物CO1与测距装置100的距离为已知距离Da。由于侦测光Lkd受到发光组 件120的组装误差的影响，因此侦测光Lid会以一发光误差角度θ ω入射校正物CO1,而校正 物CO1反射侦测光Lid所产生的反射光Led会汇聚成像于感测单元CS115侦测光Lid与反射光 Led的夹角为θ η，而直线Lf与反射光Lkd的夹角为Θ2Ι。如图4所示，由于直线Lf平行于校 正物的平面的法线，因此(θ H- θ LD)会等于θ 21。也就是说，tan(6 U- θ LD)等于tan θ 21。 因此可得下列公式Dci = 1/[1/(DfXL) XDcsi+B]... (4)；B = tan θ ld/L... (5)；其中B代表用来校正发光误差角度θ LD的校正参数、Dcsi代表反射光Led的成像位 置。因此，参数计算电路150根据式(4)可计算得到校正参数B。如此，参数计算电路150 可通过参数信号^b以输出校正参数B至距离计算电路140，以使距离计算电路140可将式 ⑵校正如下式，以计算经校正后的待测距离Dm Dm = 1/[1/(DfXL) XDCS+B]…(6)；因此，即使测距装置100因组装误差而使发光组件120所发出的侦测光Lid旋转发 光误差角度，测距装置100仍可借由参数计算电路150计算出可校正发光误差角度 的校正参数B，以让距离计算电路140根据校正参数B、镜头LEN1的焦距DF、已知距离L，以 及量测待测物MO时反射光的成像位置Dcs，而正确地计算出待测距离Dm。请参考图5与图6。图5、图6为说明因组装误差而使影像传感器130旋转感测误 差角度与ΘΚ2的校正方法的示意图。图5为测距装置100的上视图。如图5所示，影 像传感器130的感测误差角度θ CS1处于XY平面上。图6为测距装置100的侧视图。此外， 从图6可看出影像传感器130所旋转的感测误差角度ecsl与eCS2。发光/感测控制电路 110控制发光组件120发射侦测光Lid射向校正物CO2，其中校正物CO2与测距装置100的距 离为已知距离DC2。此时假设发光组件120没有组装误差(意即假设发光误差角度为 零)，侦测光Lid会入射校正物CO1，而校正物CO1反射侦测光Lid所产生的反射光Lkd会汇聚 成像于感测单元CST。侦测光Lid与反射光Led的夹角为θ 而直线Lf与反射光Lkd的夹角 为Θ2Τ。由图6可看出，Drax为反射光Led的成像位置Dkt投影至X轴的投影距离，且成像位 置D。ST与投影距离D。sx的关系可以下式表示Dcsx = DcsjXcos θ CS2 X cos θ CS1 …(6)；又在图5中，直线L与侦测光Lid平行，因此直线L与反射光Led的夹角θ 2J等于侦测光Lid与反射光Lkd的夹角θ 1Τ。也就是说，tan θ y等于tan θ a。如此，已知距离Dc2与 投影距离Dcsx的关系可以下式表示L/DC2 = DCSX/DF…(7)；因此，根据式(6)与(7)可得到下列公式；Dc2 = 1/(AXDcsj)- (8)；A= (cos θ CS2Xcos θ CS1) / (DfX L) — (9)；其中A代表用来校正感测误差角度Qcs2与的校正参数。因此，参数计算电路 150根据式⑶计算得到校正参数Α。如此，参数计算电路150可通过参数信号^b以输出 校正参数A至距离计算电路140，以使距离计算电路140可将式(2)校正如下式，以计算经 校正后的待测距离Dm Dm = 1/(AXDcs)…(10)；由此可知，即使测距装置100因组装误差而使影像传感器130旋转感测误差角度 ecsi与ΘΚ2，测距装置100仍可借由参数计算电路150计算出可校正感测误差角度θ⑶与 θ CS1的校正参数Α，以让距离计算电路140可借由校正参数A与量测待测物MO时反射光的 成像位置D。s，而正确地计算出待测距离Dm。假设测距装置100因组装误差而使发光组件120所发出的侦测光Lid旋转发光误 差角度θ ω，且同时影像传感器130旋转感测误差角度θαι与ecs2。借由图4、图5、图6的 说明可知，测距装置100可借由发光组件120发出侦测光Lid至校正物CO1与CO2,以分别得 到对应于校正物CO1的反射光Led的成像位置Dcsi、与对应于校正物CO2的反射光Lkd的成像 位置DCS2。又成像位置Dcsi与Dcs2、测距装置100与校正物CO1之间的已知距离DC1、测距装置 100与校正物(X)2之间的已知距离DC2，以及校正参数A与B的关系可以下式表示Dci = 1/[AXDCS1+B]... (11)；Dc2 = 1/[AXDCS2+B]... (12)；此时，参数计算电路150可根据式(11)与式(1 计算出可校正感测误差角度 θ CS1与θ CS2的校正参数A，以及可校正发光误差角度θ LD的校正参数B。参数计算电路150 可通过参数信号^b以输出校正参数A与B至距离计算电路140，以使距离计算电路140可 将式(2)校正如下式，以计算经校正后的待测距离Dm Dm = 1/[AXDCS+B]…(13)；如此，即使测距装置100因组装误差而使发光组件120所发出的侦测光Lid旋转发 光误差角度θ ω，且同时影像传感器130旋转感测误差角度θαι与ΘΚ2。测距装置100仍 可借由参数计算电路150计算出可校正感测误差角度θ⑶与θ CS1的校正参数A与可校正 发光误差角度θ LD的校正参数B，以让距离计算电路140可正确地计算出待测距离Dm。除此之外，根据式(13)可知，当距离计算电路140计算待测距离Dm时，只需要参数 计算电路150所输出的校正参数A、校正参数B与量测待测物MO时反射光Lkd的成像位置 Dcs，而不需镜头LEN1的焦距Df与已知距离L。换句话说，即使在生产过程中，镜头LEN1的焦 距Df有误差，或是已知距离L因组装而产生误差，距离计算电路140仍可根据式(13)以正 确地计算出待测距离Dm。请参考图7。图7为说明本发明的影像传感器的结构的第一实施例700的示意 图。如图7所示，影像传感器700的M个感测单元排列成N行K列。在影像传感器700中，每一行感测单元的水平方向(或图7所示的X轴的方向)上的位置皆相同。更进一步地 说，设感测单元CS11 CSffi的宽度皆为WPIX，且设感测单元CS11的左侧于水平方向的位置 可表示为零，如此，以每一行感测单元的中心来代表其水平方向上的位置，则第1行感测 单元CS11 CSik于水平方向的位置可表示为1/2XWpix ；第2行感测单元CS21 CSai于水 平方向的位置可表示为SAXWpix ；第N行感测单元C^ni CSnk于水平方向的位置可表示 为K2XN-1)XWPIX]/2，其它可依此类推，故不再赘述。因此，由上述说明可知，在影像传 感器700中，每一列感测单元于水平方向上的位置皆可表示为{1/2XWpix，3/2XWpix，…， [(2XN-1) XWPIX]/2}，因此每一列感测单元于水平方向上的位置皆相同。请参考图8。图8为说明利用影像传感器700以侦测反射光Lkd的成像位置Dcs的 工作原理的示意图。图8的上半部所示的圆圈用来表示反射光Led于影像传感器700成像 的位置，也就是说，被圆圈所覆盖的感测单元，可感测到反射光Lkd的能量，而产生较大的光 感测信号S。。为了得到反射光Lkd的成像位置D。s，此时，可将每一行感测单元所产生的光感 测信号、相加(如图8下半所示)，以得到水平方向(X轴方向)上的累计光感测信号S皿。 举例而言，根据第1行感测单元CS11 CSik的光感测信号相加而产生的累计光感测信号为 Salsi ；根据第2行感测单元CS21 CSai的光感测信号相加而产生的累计光感测信号为Sals2 ； 根据第N行感测单元C^ni CSffi的光感测信号相加而产生的累计光感测信号为Salsn，其它 可依此类推，故不再赘述。由于接收到反射光Led的感测单元会产生较高的光感测信号，因 此接近反射光Led的成像位置Dcs (意即圆圈中心)的感测单元皆会产生较高的光感测信号。 换句话说，若在累计光感测信号Salsi S龍中，对应于第F行感测单元CSfi CSfk的累计 光感测信号Salsf具有最大值，则表示反射光Lkd的成像位置(圆圈中心)位于第F行感测 单元。如此一来，即可以第F行感测单元于水平方向上的位置来代表反射光Led的成像位置 Des。举例而言，如图8所示，第5行感测单元CS51 C^5k所对应的累计光感测信号Sals5具 有最大值，因此可判断反射光Lkd的成像位置(圆圈中心)位于第5行感测单元，如此一来， 即可以第5行感测单元于水平方向上的位置9/2XWPIX来代表反射光Lkd的成像位置Dcs。请参考图9。图9为说明本发明的影像传感器的结构的另一实施例900的示意图。 如图9所示，影像传感器900的M个感测单元排列成N行K列。相较于影像传感器700，影 像传感器900的每一列感测单元与其相邻的其它列感测单元的水平方向(或图9所示的X 轴的方向)上的位置相隔一位移距离Dsf(在图9中假设位移距离Dsf等于WPIX/2)。举例而 言，第1列感测单元CS11 C^ni于水平方向上的位置可表示为UAXWpix, SAXWpix,…， [(2XN+1)XWpix]/2}；第2列感测单元CS12 C^n2于水平方向上的位置可表示为{ffPIX， 2XWpix,…，[2XNXWpix]/2}；第K列感测单元CSik CSnk于水平方向上的位置可表示为 {[1/2+(K-I)/2] Xffpix, [3/2+(K-I)/2] Xffpix,…，[OXN-1)/2+(K-1)/2] XWPIX}，其它可依 此类推，故不再赘述。请参考图10。图10为说明利用影像传感器900以侦测反射光Lkd的成像位置Dcs 的工作原理的示意图。图10的上半部所示的圆圈用来表示反射光Led于影像传感器900成 像的位置。根据影像传感器900的感测单元CS11 CSffi的光感测信号而产生的累计光感测 信号为Salsi Sm2N。其中累计光感测信号Salsi所对应的感测范围为水平方向上位置0 WPIX/2，由于在感测单元CS11 CSnk之中，仅有感测单元CS11的感测范围涵盖累计光感测信 号Sm1所对应的感测范围，因此累计光感测信号Salsi等于感测单元CS11的光感测信号的值；累计光感测信号Si^s2所对应的感测范围为水平方向上位置WPIX/2 WPIX，由于在感测单元 CS11 CSffi之中，感测单元CS11与CS12的感测范围皆涵盖累计光感测信号Si^s2所对应的感 测范围，因此累计光感测信号Si^s2可借由相加感测单元CS11与CS21的光感测信号而得，其 它累计光感测信号可由类似方法而得，故不再赘述。若在累计光感测信号Salsi Sals2n中， 累计光感测信号Salsf具有最大值，则表示反射光Lkd的成像位置(圆圈中心)位于对应于累 计光感测信号Salsf的水平方向上的位置。举例而言，如图10所示，累计光感测信号Smltl具 有最大值，因此可判断反射光Lkd的成像位置(圆圈中心)位于对应于累计光感测信号Smsitl 的水平方向上的位置。由于累计光感测信号Smltl所对应的感测范围为9/2XWPIX 5XWpix， 因此累计光感测信号Smltl所对应的水平方向上的位置可表示为19/4XWPIX。如此，反射光 Led的成像位置(圆圈中心)可以累计光感测信号Smltl水平方向上的位置19/4XWPIX来表
7J\ ο此外，相较于影像传感器700，影像传感器900具有更高的分辨率。举例而言，当利 用影像传感器700来侦测反射光Lkd的成像位置Dcs时，若反射光Led的成像位置Dcs(圆圈 中心)于水平方向上的实际位置为(17/4) XWpix，则此时累计光感测信号Sm5具有最大值， 因此反射光Led的成像位置Dcs会以影像传感器700的第5行感测单元于水平方向上的位 置9/2XWPIX来表示；若反射光Lkd的成像位置Dcs(圆圈中心)于水平方向上的实际位置略 为移动，而变成为(19/4) XWpix,此时累计光感测信号Si^5仍然具有最大值，也就是说，虽然 反射光Lkd的成像位置Dcs(圆圈中心)于水平方向上的实际位置已经从(17/4) XWpix变为 (19/4) Xffpix,但是反射光Lkd的成像位置Dcs仍会以影像传感器700的第5行感测单元于水 平方向上的位置9/2 X Wpix来表示。然而，当利用影像传感器900来侦测反射光Lkd的成像位置D。s时，若反射光Led的 成像位置Dcs(圆圈中心)于水平方向上的实际位置为(17/4) XWpix，则此时累计光感测信号 Sals9具有最大值，因此反射光Lkd的成像位置D。s会以累计光感测信号Sm9于水平方向上的 位置17/4XWPIX来表示；然而，若反射光Led的成像位置Dcs (圆圈中心)于水平方向上的实 际位置略为移动，而变成为(19/4) XWpix，则此时累计光感测信号Smltl具有最大值，因此反 射光Led的成像位置Dcs会以累计光感测信号Smltl于水平方向上的位置⑴/^父评^来表示。 由此可知，利用影像传感器900可更精确地侦测到反射光Led的成像位置D。s。更进一步地 说，相较于影像传感器700，在影像传感器900中，借由调整每一列感测单元与其相邻的其 它列感测单元的水平方向上的位置相隔的位移距离，可使影像传感器900具有更高的分辨 率。此外，在影像传感器900中，每一列感测单元与其相邻的其它列感测单元的水平 方向(或图9所示的X轴的方向)上的位置相隔的位移距离并不限定要相同。举例而言， 第1列感测单元与第2列的感测单元之间的位移距离为WPIX/2，而第2列感测单元与第3列 的感测单元之间的位移距离为WPIX/4。此时，仍可用图10所述的方法以利用影像传感器900 来侦测反射光Lkd的成像位置Dcs。请参考图11。图11为说明本发明的影像传感器的结构的另一实施例1100的示意 图。如图11所示，影像传感器1100的M个感测单元排列成N行Q列。影像传感器1100与 700的差异在于，影像传感器700的每一感测单元为一正方形，而影像传感器1100的每一感 测单元为一长方形。举例而言，影像传感器700的每一感测单元的宽度与高度皆等于WPIX，而影像传感器1100的每一感测单元的宽度为WPIX，高度则设计为(WPIXXK/Q)，其中Q < K， 也就是说，影像传感器1100的每一感测单元的短边位于水平方向(X轴方向)上，长边位于 垂直方向上。换句话说，影像传感器1100的每一行感测单元具有与影像传感器700的每一 感测单元相同的宽度，且影像传感器1100的每一行感测单元的数目Q虽然少于影像传感器 700的每一行感测单元的数目K，但是影像传感器1100的每一行感测单元的总面积仍维持 与影像传感器700相同。类似于影像传感器700，影像传感器1100提供M个感测单元所产 生的M个感测信号给距离计算电路，以使距离计算电路计算出累计光感测信号Salsi S皿N。 举例而言，根据第1行感测单元CS11 CSiq的光感测信号相加而产生的累计光感测信号为 Salsi ；根据第2行感测单元CS21 CSm的光感测信号相加而产生的累计光感测信号为Sals2 ； 根据第N行感测单元C^ni CSnq的光感测信号相加而产生的累计光感测信号为Salsn，其它 可依此类推，故不再赘述。如此一来，距离计算电路可利用图8所述的方法，以根据累计光 感测信号Salsi Salsn来得到反射光Lkd的成像位置，并进而计算出待测距离Dm。相较于影像传感器700，由于在影像传感器1100中，每一感测单元的长边位于垂 直方向上而使得每一行感测单元的数目较少(意即Q < K)，因此可减少距离计算电路于产 生累计光感测信号Salsi S龍时所需累加的次数。由于影像传感器1100的每一行感测单元 的总面积仍维持与影像传感器700相同，因此每一行感测单元所接收到的镜头LEN所汇聚 的光的能量维持不变。换句话说，当利用影像传感器1100时，可减少距离计算电路于产生 累计光感测信号Salsi S龍时所需处理的运算量，且同时维持累计光感测信号Salsi S龍 的信噪比。此外，在影像传感器1100中，每一感测单元的短边位于水平方向上，且其宽度仍 维持为WPIX。换句话说，利用影像传感器1100来计算反射光Lkd于水平方向上的成像位置 时，其分辨率与利用影像传感器700的情况相同。因此，相较于影像传感器700，影像传感器 1100可减少距离计算电路所需处理的运算量，并同时维持累计光感测信号的信噪比与成像 位置于水平方向(意即短边所位于的方向)上的分辨率。综上所述，本发明所提供的测距装置，借由将测距装置中的影像传感器所感测的 光感测信号，移除掉背景光与闪烁光的部分，来降低背景光与闪烁现象的影响。在本发明的 影像传感器中，可借由调整每一列感测单元与其相邻的其它列感测单元的水平方向上的位 置相隔的位移距离，以提高影像传感器的分辨率。除此之外，本发明另提供一种测距装置的 校正方法。借由发光组件发出侦测光至一具有第一已知距离的第一校正物与一具有第二已 知距离的第二校正物，以分别得出对应于第一校正物的反射光的第一成像位置与对应于第 二校正物的反射光的第二成像位置，并根据第一已知距离、该第一成像位置、该第二已知距 离以及该第二成像位置，以计算出可校正该测距装置的内部组件的组装误差角度的校正参 数。如此，测距装置可借由校正参数以正确地计算出待测距离，提供给使用者更大的方便。以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修 饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种利用成像位置差异以测距的测距装置，该测距装置具有一发光组件、一第一镜 头与一影像传感器，该发光组件用来发出一侦测光射向一待测物，以使该待测物产生一反 射光，该第一镜头用来汇聚一背景光或该反射光，该影像传感器用来感测该第一镜头所汇 聚的光的能量，以产生M个光感测信号，该测距装置的特征在于包含一发光/感测控制电路，用于一距离感测阶段时，控制该发光组件发光，且同时控制该 影像传感器感测该第一镜头所汇聚的光的能量，以产生M个第一光感测信号，于一噪声感 测阶段内控制该发光组件不发光，且同时控制该影像传感器感测该第一镜头所汇聚的光的 能量，以产生M个第二光感测信号；其中M代表正整数；以及一距离计算电路，用来根据该M个第一光感测信号与该M个第二光感测信号，以判断该 反射光于该影像传感器上的一成像位置，并根据该成像位置、该第一镜头的一焦距、该发光 组件与该影像传感器之间的一第一已知距离，以计算该测距装置与该待测物之间的一待测距离。
2.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，其中该发光/感测控制电路借由产生一 发光脉冲信号，以控制该发光组件发出该侦测光射向该待测物，来使该待测物据以产生该 反射光；该发光/感测控制电路借由产生一快门脉冲信号以控制该影像传感器感测该第一 镜头所汇聚的光的能量，来产生该M个光感测信号；该发光/感测控制电路借由产生一读取 信号，以使该影像传感器输出该M个光感测信号至该距离计算电路；该发光/感测控制电路 借由产生一阶段信号以控制该距离计算电路接收该M个第一光感测信号与该M个第二光感 测信号，以判断该反射光于该影像传感器上的该成像位置，并根据该成像位置、该第一镜头 的该焦距、该发光组件与该影像传感器之间的该第一已知距离，以计算该测距装置与该待 测物之间的该待测距离。
3.如权利要求2所述的测距装置，其中该影像传感器的特征在于包含M个感测单元，该M个感测单元沿着一第一方向排列成Q列，且沿着一第二方向排列成 N行，该M个感测单元分别用来根据于该快门脉冲信号，感测该第一镜头所汇聚的光的能 量，以据以产生该M个光感测信号，并根据该读取信号，以输出该M个光感测信号；其中该距离计算电路根据该M个光感测信号以产生N个累计光感测信号，并根据该N 个累计光感测信号以计算出该待测物的该待测距离；其中该距离计算电路累加一第H行感测单元中的Q个感测单元所产生的光感测信号以 产生该N个累计光感测信号的一第H个累计光感测信号；其中该M个感测单元的每一感测单元皆为一长方形，每一行感测单元的长边位于该第 一方向上，以减少每一行感测单元的数目，同时维持每一行感测单元所接收到的该第一镜 头所汇聚的光的能量，来减少该距离计算电路于产生该N个累计光感测信号时所需累加的 次数，且同时维持该N个累计光感测信号的信噪比，每一感测单元的短边位于该第二方向 上，以维持该影像传感器于该第二方向上的分辨率；其中N、Q与H皆代表正整数，且1彡H彡N。
4.如权利要求2所述的测距装置，其中该影像传感器的特征在于包含M个感测单元，分别用来根据于该快门脉冲信号，感测该第一镜头所汇聚的光的能量， 以据以产生该M个光感测信号，并根据该读取信号，以输出该M个光感测信号。
5.如权利要求4所述的测距装置，其特征在于，其中该影像传感器的该M个感测单 元排列成N行K列；该M个感测单元的一第X列感测单元与该M个感测单元的一相邻的 第(X+1)列感测单元于该第一方向上的位置相隔一位移距离；X、N、K皆代表正整数，且 1 彡 X 彡(K-I)。
6.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于另包含 一第二镜头，用来汇聚该侦测光以射向该待测物。
7.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，其中该距离感测阶段与该噪声感测阶 段的时间间隔等于一半交流电周期。
8.如权利要求1所述的测距装置，其中该测距装置的特征在于另包含一参数计算电路，用来接收该发光/感测控制电路所输出的一距离信号，而得到一校 正物与该测距装置之间的一第二已知距离，并根据该第二已知距离与量测该校正物时该反 射光的一第一成像位置，以计算出用来校正该测距装置的一组装误差角度的一校正参数； 该参数计算电路并根据该校正参数，以输出一参数信号至该距离计算电路；其中该参数计算电路根据量测该校正物时该影像传感器所输出的光感测信号，以得到 量测该校正物时该反射光的该第一成像位置。
9.如权利要求8所述的测距装置，其特征在于，其中该组装误差角度代表该侦测光所 旋转的一发光误差角度；其中该参数计算电路可根据下式以计算出该校正参数 Dci = 1/[1/(DfXL) XDcsi+B]；其中Da代表该第二已知距离、Dcsi代表该第一成像位置、B代表该校正参数、Df代表该 第一镜头的该焦距、L代表该发光组件与该影像传感器之间的该第一已知距离； 其中该校正参数与该发光误差角度的关系可以下式表示 B = tan θ ld/L ；其中θω代表该发光误差角度；其中当该距离计算电路接收到该校正参数时，该距离计算电路可根据下式，以计算经 校正后的该待测距离Dm= 1/[1/(DfXL) X Dcs+B]；其中Dm代表该待测距离、D。s代表量测该待测物时该反射光的该成像位置。
10.如权利要求8所述的测距装置，其特征在于，其中该组装误差角度代表该影像传感 器的一第一感测误差角度与一第二感测误差角度；其中该参数计算电路可根据下式以计算出该校正参数 Dc2 = !/(AXDcsj)；其中Dc2代表该第二已知距离、Dkt代表该第一成像位置、A代表该校正参数； 其中该校正参数与该影像传感器的该第一感测误差角度与该第二感测误差角度的关 系可以下式表示A = (cos θ CS2Xcos θ CS1)/(DfXL)；其中θ CS1代表该第一感测误差角度、θ CS2代表该第二感测误差角度； 其中当该距离计算电路接收到该校正参数时，该距离计算电路可根据下式，以计算经 校正后的该待测距离Dm= 1/(AXDcs)；其中Dm代表该待测距离、D。s代表量测该待测物时该反射光的该成像位置。
11.一种利用成像位置差异以测距的测距装置，该测距装置具有一发光组件、一第一镜 头与一影像传感器，该发光组件用来发出一侦测光射向一待测物，以使该待测物产生一反 射光，该第一镜头用来汇聚一背景光或该反射光，该影像传感器具有M个感测单元，该M个 感测单元用来感测该第一镜头所汇聚的光的能量，以产生M个光感测信号，该测距装置的 特征在于包含一发光/感测控制电路，用于一距离感测阶段时，控制该发光组件发光，且同时控制该 影像传感器感测该第一镜头所汇聚的光的能量，以产生M个第一光感测信号，于一噪声感 测阶段内控制该发光组件不发光，且同时控制该影像传感器感测该第一镜头所汇聚的光的 能量，以产生M个第二光感测信号；其中M代表正整数；以及一距离计算电路，用来根据该M个第一光感测信号与该M个第二光感测信号，以判断该 反射光于该影像传感器上的一成像位置，并根据该成像位置、该第一镜头的一焦距、该发光 组件与该影像传感器之间的一第一已知距离，以计算该测距装置与该待测物之间的一待测 距离，该距离计算电路包含复数个储存单元，分别用来储存该M个第一光感测信号与该M个第二光感测信号；其中该发光/感测控制电路借由产生一发光脉冲信号，以控制该发光组件发出该侦测 光射向该待测物，来使该待测物据以产生该反射光；该发光/感测控制电路借由产生一快 门脉冲信号以控制该影像传感器的该M个感测单元根据于该快门脉冲信号，分别感测该第 一镜头所汇聚的光的能量，以据以产生该M个光感测信号；该发光/感测控制电路借由产生 一读取信号，以使该影像传感器的该M个感测单元输出该M个光感测信号至该距离计算电 路；该发光/感测控制电路借由产生一阶段信号以控制该距离计算电路接收该M个第一光 感测信号与该M个第二光感测信号，以判断该反射光于该影像传感器上的该成像位置，并 根据该成像位置、该第一镜头的该焦距、该发光组件与该影像传感器之间的该第一已知距 离，以计算该测距装置与该待测物之间的该待测距离；其中当该阶段信号表示总和时，该距 离计算电路将所接收的该M个第一光感测信号标记为M个正光感测信号；其中当该阶段信号表示噪声时，该距离计算电路将所接收的该M个第二光感测信号标 记为M个负光感测信号；其中当该阶段信号表示计算距离时，该距离计算电路将该复数个储存单元所储存的正 光感测信号与负光感测信号相减，并选出相减之后所储存的值最大的储存单元，以据以判 断该反射光于该影像传感器上的该成像位置，并根据该成像位置、该第一镜头的该焦距、该 发光组件与该影像传感器之间的该第一已知距离，以计算该测距装置与该待测物之间的该 待测距离。
12.如权利要求11所述的测距装置，其特征在于，其中于该距离感测阶段时，该发光/ 感测控制电路同时产生该发光脉冲信号与该快门脉冲信号，然后产生该读取信号与表示总 和的该阶段信号；于该噪声感测阶段时，该发光/感测控制电路产生该快门脉冲信号，然后 产生该读取信号与表示噪声的该阶段信号；其中当该发光脉冲信号表示发光时，该发光组件发出该侦测光；当该快门脉冲信号表示开启时，该M个感测单元感测该第一镜头所汇聚的光的能量；当该读取信号表示读取时， 该M个感测单元输出分别输出M个第一光感测信号或M个第二光感测信号；其中于该距离感测阶段内，该发光/感测控制电路产生表示发光的该发光脉冲信号与 表示开启的该快门脉冲信号，然后产生表示读取的该读取信号与表示总和的该阶段信号； 其中于距离感测阶段内，该发光/感测控制电路所产生表示发光的该发光脉冲信号的脉冲 宽度与表示开启的该快门脉冲信号的脉冲宽度皆等于一第一已知脉冲宽度；于该噪声感测 阶段内，该发光/感测控制电路产生表示开启的该快门脉冲信号，然后产生表示读取的该 读取信号与表示噪声的该阶段信号；于该噪声感测阶段内该发光/感测控制电路所产生表 示开启的该快门脉冲信号的脉冲宽度等于该第一已知脉冲宽度；于该发光/感测控制电路 于该距离感测阶段与该噪声感测阶段内所产生表示读取的该读取信号的脉冲宽度皆等于 一第二已知脉冲宽度。
13.如权利要求11所述的测距装置，其特征在于，其中于该距离感测阶段时，该发光/ 感测控制电路同时产生该发光脉冲信号与该快门脉冲信号，然后产生该读取信号与表示总 和的该阶段信号；于该噪声感测阶段时，该发光/感测控制电路产生该快门脉冲信号，然后 产生该读取信号与表示噪声的该阶段信号；其中该复数个储存单元的数目等于M ；该距离计算电路根据该M个储存单元的一第K 个储存单元所储存的值最大，以判断该反射光主要汇聚成像于该M个感测单元的一第K个 感测单元；其中K代表正整数，且KSM;其中该距离计算电路根据反射光主要汇聚成像于该M个感测单元的该第K个感测单 元，以根据下式计算出该成像位置 Dcs = KXffpix ；其中D。s代表该成像位置、Wpix代表一画素宽度；其中该M个感测单元的每个感测单元的宽度皆等于该画素宽度；其中当该阶段信号代表计算距离时，该距离计算电路根据下式以计算出该待测距离Dm= (Df XL)/Dcs；其中Dm代表该待测距离、Df代表该第一镜头的该焦距、L代表该发光组件与该影像传 感器之间的该第一已知距离。
14.一种用来校正利用成像位置差异以测距的一测距装置的校正方法，该测距装置的 一发光组件发射一侦测光至一待测物，并反射回该测距装置的一影像传感器，以得到一第 一成像位置，该测距装置可根据该第一成像位置、该测距装置的一第一镜头的一焦距、该发 光组件与该影像传感器之间的一第一已知距离，以计算该测距装置与该待测物之间的一待 测距离，该校正方法的特征在于包含该测距装置的该发光组件发出该侦测光至一校正物，并反射回该测距装置的该影像传 感器，以得出一第二成像位置；其中该测距装置与该校正物之间的距离为一第二已知距离；根据该第二已知距离、该第二成像位置，以计算出用来校正该测距装置的一组装误差 角度的一校正参数；以及该测距装置根据该校正参数以计算出经校正后的该待测距离。
15.如权利要求14所述的校正方法，其中根据该第二已知距离、该第二成像位置，以计 算出用来校正该测距装置的该组装误差角度的该校正参数的特征在于包含根据该第二已知距离、该第二成像位置，以计算出用来校正该测距装置的该发光组件 的该侦测光所旋转的一发光误差角度的一校正参数；
16.如权利要求15所述的校正方法，其特征在于，其中根据该第二已知距离、该第一成 像位置，以计算出用来校正该测距装置的该发光组件的该侦测光所旋转的该发光误差角度 的该校正参数可根据下式计算Dci = 1/[1/(DfXL) XDcsi+B]；其中Da代表该第二已知距离、Dcsi代表该第二成像位置、B代表该校正参数、Df代表该 第一镜头的该焦距、L代表该发光组件与该影像传感器之间的该第一已知距离； 其中该校正参数与该发光误差角度的关系可以下式表示B = tan θ ld/L ；其中θω代表该发光误差角度； 其中该待测距离可根据下式得出 Dm= 1/[1/(DfXL) X Dcs+B]；其中Dm代表该待测距离、D。s代表量测该待测物时的该第一成像位置。
17.如权利要求14所述的校正方法，其中根据该第二已知距离、该第二成像位置，以计 算出用来校正该测距装置的该组装误差角度的该校正参数的特征在于包含根据该第二已知距离、该第二成像位置，以计算出用来校正该测距装置的该影像传感 器的一第一感测误差角度与一第二感测误差角度的一校正参数。
18.如权利要求17所述的校正方法，其特征在于，其中根据该第二已知距离、该第二成 像位置，以计算出用来校正该测距装置的该影像传感器的该第一感测误差角度与该第二感 测误差角度的该校正参数可根据下式计算Dc2 = !/(AXDcsj)；其中Dc2代表该第二已知距离、Dkt代表该第二成像位置、A代表该校正参数； 其中该校正参数与该影像传感器的该第一感测误差角度与该第二感测误差角度的关 系可以下式表示A = (cos θ CS2Xcos θ CS1)/(DfXL)；其中θ esi代表该第一感测误差角度、θ 代表该第二感测误差角度、Df代表该第一镜 头的该焦距、L代表该发光组件与该影像传感器之间的该第一已知距离； 其中该待测距离可根据下式得出 Dm= 1/(AXDcs)；其中D。s代表该成像位置、Dm代表该待测距离。
全文摘要
本发明涉及一种利用成像位置差异以测距的测距装置，用来测量一待测物与该测距装置之间的一待测距离。该测距装置借由将该测距装置中的一影像传感器所产生的光感测信号，移除掉对应于一背景光与一闪烁光的部分，来降低该背景光与该闪烁光的影响。本发明还涉及一种利用成像位置差异以测距的测距装置的校正方法，该测距装置可根据量测具有一已知距离的一校正物所得的一反射光的一成像位置，以计算出可校正该测距装置的一组装误差角度的一校正参数。如此，测距装置可根据该校正参数以正确地计算出该待测距离。
文档编号G01C3/00GK102072718SQ20091024675
公开日2011年5月25日 申请日期2009年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者吕志宏, 廖祈杰, 苏聪宜, 许恩峰 申请人:原相科技股份有限公司