距离测量装置和距离测量方法与流程

1.本公开的实施方式涉及距离测量装置和距离测量方法。


背景技术：

2.作为测量距离测量装置与物体之间的距离的方法，在本领域中已知有被称为飞行时间(tof)的方法，该技术用光照射物体以基于发射光与由物体反射的光之间的时间差来计算到物体的距离。以几兆赫(mhz)以上的调制频率对红外光进行调制，并将调制红外光以诸如正弦波、方波或矩形波之类的波形发射到物体。采用其中使用相位检测的距离测量的飞行时间(tof)相机在本领域中是已知的。换句话说，在这种tof相机中，是通过多个受光元件来测量如被物体反射那样返回的光的相位，并基于所获得的相位来计算时间差。最后，获得到物体的距离。当采用tof方法并且要以高精度来测量距离时，增加光的调制频率是有效的。理论上，如果调制频率翻倍，距离测量的变动就能减小到一半。然而，在其中使用相位检测的距离测量中，会发生因相位的周期性导致的一些不可区分性或模糊性，这在本公开的说明中被称为混叠。
3.获得相位数据的飞行时间(tof)系统对照射光使用多个调制频率(例如，参见ptl1)。此外，在这种tof系统中，基于多个调制频率来获得的相位数据被组合后用来平衡相位数据中的噪声。由于这种构成，如本领域中已知的，可以减少混叠，并且可以精确地测量距离。
4.引文列表
5.专利文献
6.[专利文献1]日本专利申请公开2012-225807号公报


技术实现要素：

[0007]
技术问题
[0008]
根据本领域中已知的技术(例如，参见ptl1)，可以减少混叠。然而，当远距离低反射率的物体和近距离高反射率的物体都存在于同一场景时，摄像设备的动态范围可能无意间超过其限制。
[0009]
解决问题的方案
[0010]
本发明提供一种距离测量装置，其包括：发光部，其被配置为向物体发射具有调制频率的光；受光部，其被配置为接收从所述发光部发射并由所述物体反射而返回的所述光，以及控制器，其被配置为基于所述受光部的接收光的放射强度来测量由所述发光部发射的所述光的时间与由所述受光部接收的所述光的时间之间的时间长度，以获得到所述物体的距离，并且，所述控制器被配置为执行第一测量来使所述发光部以第一调制频率发射所述光，从而以第一多次来测量所述光由所述受光部接收之前的所述时间长度。所述控制器被配置为执行第二测量来使所述发光部以低于所述第一调制频率的第二调制频率发射所述光，从而以少于所述第一多次的第二多次来测量所述光由所述受光部接收之前的所述时间
长度，其中，所述控制器被配置为基于在所述第一测量中获得的所述时间长度和在所述第二测量中获得的所述时间长度来计算到所述物体的所述距离。
[0011]
本发明的效果
[0012]
根据本公开的一个方面，混叠的减少和动态范围的确保都能够实现。
附图说明
[0013]
附图旨在描述本发明的示例性实施方式，而不应被解释为限制其范围。除非明确指出，否则附图不应被视为按比例绘制。另外，在所有附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的部件。
[0014]
图1所示是本公开的实施方式所涉及的距离测量装置的硬件构成的示图。
[0015]
图2所示是本公开的实施方式所涉及的如何通过距离测量装置来计算并获得距离的原理的示图。
[0016]
图3所示是本公开的实施方式所涉及的接收光的放射强度与距离测量的精度之间的关系的示图。
[0017]
图4所示是本公开的实施方式所涉及的高动态范围测量的示图。
[0018]
图5所示是本公开的实施方式所涉及的测量时序的示图。
[0019]
图6所示是本公开的实施方式所涉及的在第三测量过程中接收光的放射强度与距离测量的值的变动之间的关系的示图。
[0020]
图7所示是本公开的实施方式所涉及的基于具有高精确度的测量结果来计算距离的过程的示图。
具体实施方式
[0021]
实施方式
[0022]
本公开的实施方式所涉及的距离测量装置采用飞行时间(tof)方法来测量到物体的距离。在飞行时间方法中，将光发射到物体，并且基于与由物体反射的光的时间差来计算距离。在该距离测量装置中，在从光源向物体发射其放射强度已基于预定的放射样式被调制的红外光之后，由物体反射的光通过用于红外光的受光元件来接收。在距离测量装置中，基于红外光的预定的放射样式逐个像素地检测发射时间与光接收时间之间的时间差，来计算并获得距离。在距离测量装置中，以逐个像素的位图格式来收集所计算获得的距离值，并作为距离图像来存储。采用这种方法的距离测量装置被称为tof相机。
[0023]
更具体地，在本实施方式所涉及的距离测量装置中，以几兆赫(mhz)以上的调制频率对红外光进行调制，并将调制红外光以诸如正弦波、方波或矩形波之类的波形发射到物体。然后，在该距离测量装置中，通过多个受光元件来测量如被物体反射那样返回的光的相位，并基于所获得的相位来计算时间差。最后，获得到物体的距离。采用这种方法的距离测量装置被称为相位检测tof相机。
[0024]
在tof相机中对宽范围执行测量时，场景的动态范围可能成为问题。需要增加光的放射强度，或者需要增加曝光时间，以便测量远距离的物体的距离。然而，在这样的条件下测量近距离的物体的距离时，接收光的放射强度可能增加过度，并且可能无意间超过摄像设备的容量而达到饱和的水平。此外，接收光的放射强度根据物体的反射率而变化。因此，
当远距离低反射率的物体和近距离高反射率的物体都存在于同一场景时，摄像设备的动态范围可能超过其限制，并且可能存在不能同时测量远距离低反射率时到物体的距离和近距离高反射率时到物体的距离的一些情况。
[0025]
此外，在tof相机中要以高精度执行测量时，混叠可能成为问题。在希望高精度地执行测量时，增加光的调制频率是有效的。理论上，如果调制频率翻倍，距离测量的变动就能减小到一半。另一方面，在使用相位检测的距离测量中，相位具有2π的周期性，因此基于检测到的相位来测量距离时，所获得的距离可能由于相位的周期性而变得不可区分。例如，当具有10mhz的调制频率的光被用于距离测量时，等同于相位的一个周期的距离是大约15米(m)。其结果是，在15m的周期中会保留一些不可区分性或模糊性。换句话说，作为相位检测的结果获得π时，距离可以是“7.5+15
×
n”[m]，其中n是正整数。在本公开的说明中，由于相位的周期性而导致的这种不可区分性或模糊性被称为混叠。
[0026]
为了在tof相机中实现具有宽范围的测量和具有高精度的测量的双方，期望处理和解决动态范围的问题和混叠的问题两者。
[0027]
为了处理这种情况，本实施方式所涉及的距离测量装置1采用包括高频调制模式和低频调制模式的一对模式。在高频调制模式中，以可变的曝光时间或光强度来执行多次测量。另一方面，在低频调制模式中，执行比高频调制模式中的最大曝光时间更长的曝光时间的测量。可替换地，在低频调制模式中，以高于光的最大放射强度的光的放射强度来执行测量。由于如上所述的这种构成，可以同时实现减少混叠和增加动态范围。
[0028]
更具体地，距离测量装置采用包括高频调制模式和低频调制模式的一对模式，并执行包括使用高频调制光的测量和使用低频调制光的测量的两种测量。在高频调制模式中，距离测量装置以可变的曝光时间或光强度来执行多次测量。由于这种构成，可以在对信号保持宽的动态范围的同时以高精度来进行测量。此外，在低频调制模式中，距离测量装置执行比高频调制模式中的最大曝光时间更长的曝光时间的测量。可选地，在低频调制模式中，距离测量装置1以高于光的最大放射强度的光的放射强度来执行测量。其结果是，在低频调制模式中执行的测量次数变得比在高频调制模式中执行的测量次数少。例如，通过在低频调制模式下执行一次测量来进行响应于在高频调制模式下执行了多次的测量结果的混叠避免。由于这种构成，可以减少包括在这种测量结果中的混叠。其结果是，可以同时实现减少混叠和增加动态范围。
[0029]
具体地，距离测量装置1可以被配置为如图1所示。图1所示是本实施方式所涉及的距离测量装置1的硬件构成的示图。更具体地，作为距离测量装置1的配置或结构，图1所示的配置或结构是组合多个全视角大于180度的鱼眼tof相机来实现全向tof相机。
[0030]
在距离测量装置1中，以方波、矩形波或正弦波来被调制到几mhz或更高的程度的调制光(照射光)发射到要测量其距离的物体，并接收碰到物体后被物体反射的调制光(反射光)以测量其光的放射强度。如图1所示，本实施方式所涉及的距离测量装置1例如具有发光部10、受光部20以及控制部30。
[0031]
发光部10从控制部30接收调制信号。这种调制信号可以是被调制到几mhz或更高程度的矩形波或正弦波。发光部10基于调制信号，将调制光(照射光)照射到要测量其距离的物体上。这样的调制光是根据调制信号来调制的。发光部10包括光源11和透镜12。光源11可以作为垂直腔表面发射激光器(vcsel)二维阵列来实现。透镜12将从光源11发射的调制
光的视角增加到期望的角度，并将其朝着物体照射。光源11被容纳在距离测量装置1的壳体1a内，透镜12暴露于壳体1a的表面。
[0032]
受光部20接收碰到物体后被物体反射的调制光(反射光)，并将根据光接收强度的信号提供给控制部30。受光部20包括透镜21和受光传感器22。受光传感器22可以作为tof传感器来实现，其中多个受光元件被配置为二维阵列。透镜21将碰到物体后被物体反射的调制光集中到受光传感器22的受光面上。受光传感器22为每个受光元件生成对应于受光强度的信号，并将生成的信号提供给控制部30。透镜21暴露于壳体1a的表面，受光传感器22容纳在壳体1a内部。
[0033]
控制部30控制例如发光部10的光源11的发光样式和发光时机，并与发光部10的控制同步地控制例如受光部20的受光传感器22的受光时间或时机。控制部30基于由每一个受光元件获得并从受光传感器22提供的信号来测量由物体反射而返回的光的相位，并基于所获得的相位来计算时间差。其结果是，获得到物体的距离。例如，本实施方式所涉及的控制部30由中央处理单元(cpu)来实现，并且容纳在壳体1a内部。
[0034]
下面参照图2来说明如何通过本实施方式所涉及的距离测量装置1来计算和获得距离的原理。图2所示是本实施方式所涉及的如何通过距离测量装置来计算并获得距离的原理的示图。
[0035]
本实施方式所涉及的距离测量装置1是执行相位检测的飞行时间(tof)相机。距离测量装置1对于每一个受光元件都具有一对电荷存储单元p1和p2，并且可以快速地确定和切换到要存储电荷的电荷存储单元对p1和p2中的一个里。这样的一对电荷存储单元p1和p2被配置为使得能够以彼此独立的方式来累积电荷。由于这种构成，可以同时检测与一个方波或矩形波完全相反的一对相位信号。例如，可以同时检测0度和180度的组合或90度和270度的组合。换句话说，可以基于执行至少两次的照射或受光的过程来测量距离。
[0036]
图2是一对电荷存储单元p1和p2的每一个响应于照射光和反射光来累积电荷的时机的图，并如影线区域所示地累积电荷。在本实施方式中，照射光表示从发光部10发射到要测量其距离的物体的调制光。在本实施方式中，反射光表示由要测量其距离的物体反射并由受光部20接收的调制光。然而，实际上，为了增加累积的电荷量，照射不是以一次的矩形波来执行的。代之以的是，执行占空比为50％的矩形波的重复样式，并且相应地重复切换电荷存储单元p1和p2。
[0037]
参照照射光的脉冲周期，基于在时间上分别对应于0
°
、90
°
、180
°
和270
°
的曝光时间来累积与反射光相对应的电荷。其结果是，获得四个相位信号a0、a90、a180和a270。换句话说，a0、a90、a180和a270这四个相位信号是在时间上被分成0
°
、90
°
、180
°
和270
°
这四个相位的相位信号。因此，控制部30可以使用下述第一等式来计算相位差角φ。
[0038]
第一等式
[0039]
[数学式1]
[0040]
φ＝arctan[(a90-a270)/(a0-a180)]
[0041]
本实施方式所涉及的控制部30可以基于下述第二等式使用相位差角φ来计算延迟时间td。
[0042]
第二等式
[0043]
[数学式2]
[0044][0045]
当在第二等式中假设照射光的脉冲宽度为t0时，t＝2t0。本实施方式所涉及的控制部30可以基于下述第三等式，使用在第二等式中获得的延迟时间td和光的速度c来计算到物体的距离的距离值d。
[0046]
第三等式
[0047]
[数学式3]
[0048]
d＝td
×
c/2
[0049]
接着，参照图3说明受光部20接收光的放射强度与控制部30的距离测量精度之间的关系。图3所示是本实施方式所涉及的受光量与距离测量精度之间的关系的图。在图3中，纵轴是通过距离测量值的变动来表示的距离测量的精度，该值越小，表示距离测量的精度越高。在图3中，水平轴表示由受光部20接收的光的放射强度。
[0050]
在图3中，假定从发光部10发射的光的波形是调制为50mhz的矩形波。随着由受光部20接收的光的放射强度的增加，距离测量值的变动减小，距离测量的精度提高。假设在本实施例中tof相机的精度规格要保持为等于或小于50mm，如图3可知，接收光的放射强度的有效范围需要在从数字值的100lsb到1000lsb的范围内。如果接收光的放射强度的有效范围小于100lsb，则距离测量值的变动无意间会变得等于或大于50mm。如果接收光的放射强度的有效范围超过1000lsb，则多个受光元件中的每一个的一对电荷存储单元p1和p2可能无意间超过容量而达到饱和水平。换句话说，动态范围是100lsb和1000lsb之间的10倍。
[0051]
下面参照图4来说明高动态范围测量。图4所示是本实施方式所涉及的高动态范围测量的图。
[0052]
在本具体实施方式中，假定要测量的距离的范围是1至5m，并且反射率的范围是20至80％。如本领域已知的，接收光的放射强度与到物体的距离的平方成反比，并且与物体的反射率成正比。换句话说，接收光的放射强度与“(反射率)/(距离)
2”成正比。
[0053]
另一方面，在本实施方式中，接收光的放射强度也与曝光量成比例。曝光量是可控参数，通过改变对应于照射时间的曝光时间或通过改变方波、矩形波或正弦波的振幅来改变。
[0054]
简而言之，接收光的放射强度与“(曝光量)
×
(反射率)/(距离)
2”成正比。
[0055]
鉴于动态范围，即接收光的放射强度的有效范围，为了覆盖该范围，接收光的放射强度的有效范围需要是52＝25倍，为了覆盖反射率的范围，接收光的放射强度的有效范围需要是4倍。换句话说，作为整体，动态范围需要是25
×
4＝100倍。在本公开的以下说明中，这样的范围被称为场景的动态范围。
[0056]
如上所述，tof相机的动态范围是十倍。因此，不能满足期望的场景的动态范围，即100倍。然而，如果采用改变tof相机的曝光时间并执行多次拍摄操作的方法，动态范围可以增加，就能超过每一次拍摄操作的10倍的动态范围。另外，曝光时间是指以预定的频率连续照射图2所示的调制后的照射光期间的时间长度。换句话说，在本实施方式中，假设的是曝光时间与发光部10发光的期间的时间长度相同。
[0057]
首先，设定曝光时间使得在距离最长且反射率低的条件，即，距离为5m且反射率为20％的条件下(对应于图4中的点a)能够以100lsb接收反射光时，第一次测量距离。例如，假设曝光时间是1毫秒(msec)。在该构成中，通过图4中的点a的曲线1表示接收光的放射强度
为100lsb的条件。此外，图4中的曲线2表示在相同曝光时间下接收光的放射强度为1000lsb的条件。换句话说，可以在第一次执行的距离测量中测量由曲线1和曲线2界定的区域。
[0058]
其次，将曝光时间减少十分之一至0.1毫秒，并且第二次执行距离测量。在这样的第二次距离测量中，接收光的放射强度也减小十分之一，并且曲线2表示接收光的放射强度为100lsb的条件。换句话说，在第二次距离测量中接收光的放射强度为100lsb的条件等同于在第一次距离测量中接收光的放射强度为1000lsb的条件。此外，在本实施方式中，曲线3表示在第二次距离测量中接收光的放射强度为1000lsb的条件，并且曲线3经过图4中的点b，在该点b处，假定测量到具有最高反射率的最近物体的距离。换句话说，可以在第二次执行的距离测量中测量由曲线2和曲线3界定的区域。
[0059]
如上所述，在改变曝光时间进行两次测量时，可以测量由曲线1和曲线3界定的区域。其结果是，如图4所示，本实施方式的测量能够覆盖由虚线界定的要测量的矩形区域。
[0060]
在本实施方式中被配置为使得在第一次测量中用于接收光的最高放射强度(1000lsb)的条件和在第二次测量中用于接收光的下限放射强度(100lsb)的条件彼此匹配。但是，并不限定于此，也可以被配置为，根据受光部20的动态范围、要执行距离测量的范围、反射率的范围，使得第一次测量的范围的一部分与第2第二次测量的范围重叠，从而实现某种程度的鲁棒性。当距离的范围或反射率的范围与受光部20的动态范围相比较宽时，可以通过执行三次或更多次测量来覆盖期望的测量范围。
[0061]
下面参照图5来说明用于避免混叠的测量时序。图5所示是本实施方式所涉及的测量时序的示图。
[0062]
为了高精度地测量距离，增加照射光的调制频率是有效的。假定检测相位的分辨率是固定的，理论上，鉴于下述第4等式，如果调制频率加倍，则距离分辨率也会加倍。
[0063]
第四等式
[0064]
[数学式4]
[0065][0066]
在上述第4等式中，d、c、f和φ分别表示距离、光速、调制频率和检测相位。另外，以φ进行检测的距离测量具有2π的周期的任意性。这种关系如下所示。
[0067]
0≤φ《2π
[0068]
假设k是期望的正整数，则第4等式可以被修改为下述第5等式。
[0069]
第五等式
[0070]
[数学式5]
[0071][0072]
如上述第5等式所示，要对宽范围进行测量并且这样的宽范围超过距离(c/2f)时，会变得难以确定距离d的唯一值。这种现象被称为混叠。
[0073]
例如，当调制频率为50mhz时，距离d的任意性为3米(m)的周期。例如，当调制频率为12.5mhz时，距离d的任意性为12m的周期。
[0074]
如图4所示，在多次执行的高动态范围测量中，测量结果被包括在由曲线1和曲线3界定的区域中。在这种构成中，到物体的距离小于12m。因此，当采用例如12.5mhz的调制频率时，可以防止混叠的出现。
[0075]
然而，当期望以高精度来测量距离时，12.5mhz左右的调制频率是不够的。如上面
参照图3所说明的，为了满足距离值的变动等于或小于阈值(即，40毫米(mm))的条件，需要以50mhz的调制频率在100至1000lsb的接收光的放射强度下执行测量。在这样的构成中，混叠可能以3m的周期来发生。
[0076]
为了处理这样的技术问题，例如，可以追加执行12.5mhz下的调制频率的测量。当本实施方式所涉及的测量基于多次执行的高动态范围测量时，如稍后将详细说明地，通常在曝光时间为相同的条件下利用可变调制频率来执行测量。在本实施方式中，曝光时间表示发光部10以预定频率照射调制光期间并完成一次测量的时间长度。
[0077]
第一次:以50mhz的调制频率、1msec的曝光时间进行测量。
[0078]
第二次:以50mhz的调制频率、0.1msec的曝光时间进行测量。
[0079]
第三次:以12.5mhz的调制频率、1msec的曝光时间进行测量。
[0080]
第四次:以12.5mhz的调制频率、0.1msec的曝光时间进行测量。
[0081]
然而，在本实施方式中，仅执行一次低频下的测量以避免混叠。可替换地，低频下的测量可以执行多次，但是低频下执行的测量的次数需要小于在高频下执行的测量的次数。具体地，如下执行测量。
[0082]
第一次:以50mhz的调制频率、1msec的曝光时间进行测量。
[0083]
第二次:以50mhz的调制频率、0.1msec的曝光时间进行测量。
[0084]
第三次:以12.5mhz的调制频率、0.8msec的曝光时间进行测量。
[0085]
在第三次以低频率执行的测量中，期望曝光时间的值大于第一次以高频率执行的测量的曝光时间和第二次以高频率执行的测量的曝光时间中的一个，并且期望曝光时间的值小于第一次以高频率执行的测量的曝光时间和第二次以高频率执行的测量的曝光时间中的另一个。此外，在第三次执行的测量中，接收光的放射强度为80至1000lsb的区域中的数据被用作有效数据。在第三次测量中获得的数据被用于避免混叠，并且只要可以确定在第三次测量中获得的数据属于在第一次和第二次执行的测量中的3m周期中的哪一个周期即可满足。因此，期望的测量精度水平不是很高。例如，只要满足距离值的变动的最大值小于3m即可。因此，使用比高精度测量的接收光的下限放射强度小的接收光的放射强度的数据。
[0086]
图5中的曲线1表示在第三次执行的测量中接收光的下限放射强度为80lsb的条件，并且在第三次执行的测量中接收光的下限放射强度为80lsb的条件等同于在第一次执行的测量中接收光的放射强度为100lsb的条件。图5中的曲线4表示接收光的最大放射强度为1000lsb的条件。换句话说，第三次执行的测量结果包括在由曲线1和曲线4界定的区域中。
[0087]
如上所述，由曲线1和曲线3界定的区域表示第一次和第二次执行的测量中的范围。其结果是，第三次执行的测量未能覆盖由曲线3和曲线4界定的区域，并且接收光的放射强度无意间超过1000lsb并达到饱和水平。然而，这种区域对应于小于3m的范围。换句话说，可知的是，当第三次执行的测量中的接收光的放射强度的数据已经达到饱和水平时，到物体的距离短于3m。在第一次和第二次执行的测量中，混叠的周期是3m。为此，如果知道到物体的距离小于3m，则可以避免混叠，并且可以确定到物体的距离。
[0088]
下面参照图6来说明第三次测量过程中接收光的放射强度与距离测量值的变动之间的关系图。图6所示是本实施方式所涉及的在第三测量过程中接收的光的辐射强度与距
离测量的值的变动之间的关系的示图。
[0089]
执行第三次测量时，调制频率为12.5mhz。因此，与调制频率为50mhz的第一次和第二次执行的测量相比，距离测量值的变动可以增加四倍。这种情况在图6的曲线图中示出。参照图6的曲线图，可以知道，当下限放射强度为80lsb时，距离的变动约为220mm。距离的这种变动提供足够的精度来识别3m周期中的多个距离候选中的一个。
[0090]
在接收光的放射强度大于80lsb的区域中，距离测量值的变动足够小。因此，可知的是，从80到1000lsb范围内的测量精度足以避免混叠。
[0091]
如上所述，可知的是，当接收光的放射强度无意间超过1000lsb并且达到饱和水平时，测量结果如图5所示地被包括在由曲线3和曲线4界定的区域中。由于范围小于3m，因此可以确定唯一地短于3m的3m的周期的多个距离候选中的一个。
[0092]
在上述实施方式中，以高频率执行第一次的测量的曝光时间或照射时间与以高频率执行第二次的测量的曝光时间或照射时间彼此不同。可替换地，其可以被配置为使得一次测量的照射时间或曝光时间为一定，且执行多次测量。由于这种构成，可以实现相似的效果。以下详细说明本公开的这种替代的实施方式。
[0093]
在本实施方式的情况下，使用半导体激光器的垂直腔表面发射激光器(vcsel)二维阵列来作为发光部10。采用这种半导体激光器的发光部10能够以稳定的光放射强度来照射调制光的连续照射时间可能由于各种因素而受到限制。
[0094]
具体地，当发光部10长时间连续地照射光时，光放射强度可能由于发光部10自身产生的热量而变化，测量的精度可能恶化。此外，一次的测量时间可能由于例如控制部30的计算电路的规模而受到限制。为了处理这种情况，本实施方式中的构成是，将一次的测量的照射时间设定为一定，并进行多次的测量。
[0095]
例如，在一次的测量中，如果发光部10可以稳定地连续照射光的时间长度是0.5毫秒，则控制部30执行如下所示的测量控制。
[0096]
第一次:以50mhz的调制频率、0.5msec的照射时间进行测量。
[0097]
第二次:以50mhz的调制频率、0.5msec的照射时间进行测量。
[0098]
第三次:以50mhz的调制频率、0.1msec的照射时间进行测量。
[0099]
第四次:以12.5mhz的调制频率、0.4msec的照射时间进行测量。
[0100]
第五次:以12.5mhz的调制频率、0.4msec的照射时间进行测量。
[0101]
在本具体实施方式中，第一次至第三次执行的测量对应于调制频率为高频的第一次测量，第四次和第五次执行的测量对应于调制频率为低频的第二次测量。在第一次测量与第五次测量的每组测量之间，也可以设置使发光部10的温度等稳定的停止时间。
[0102]
本实施方式所涉及的控制部30将接收光的放射强度的第一次测量结果和接收光的放射强度的第二次测量结果相加。由于这种构成，能够获得与以50mhz的调制频率、1.0msec的照射时间执行的测量时获得的测量结果为相同的测量结果。与上述同样地，本实施方式所涉及的控制部30将接收光的放射强度的第四次测量结果和接收光的放射强度的第五次测量结果相加。由于这种构成，能够获得与以0.8msec的照射时间执行的测量时获得的测量结果为同等的测量结果。如上所述，可以对多个测量结果执行平均，以便减小测量值的整体的变动。
[0103]
如上所述，一次的测量的照射时间被设置为等于或短于发光部10可以照射具有稳
定的光放射强度的调制光的期间的连续照射时间。其结果是，能够以稳定的曝光量执行测量。此外，可以获得与通过对多个测量结果执行相加操作来延长照射时间时的测量精度为等同的测量精度，并且可以减少混叠。
[0104]
此外，可以使调制频率高达50mhz的测量中的照射时间与调制频率低至12.5mhz的测量中的照射时间彼此相等。例如，可以如下进行测量。
[0105]
第一次～第十次:以50mhz的调制频率、0.1msec的照射时间进行测量。
[0106]
第十一次:以50mhz的调制频率、0.1msec的照射时间进行测量。
[0107]
第十二次～第十九次:以12.5mhz的调制频率、0.1msec的照射时间进行测量。
[0108]
通过使第一次～第十九次执行的全部测量的照射时间都为0.1msec，能够使驱动发光部10的条件彼此相同。在这种构成中，可以将发热量保持在一定量，并且可以以稳定的光放射强度来照射光。在本具体实施方式中，第一次至第十次执行的测量和第十一次执行的测量(即，进行了十一次的测量)对应于第一次测量，并且第十二次至第十九次进行的测量(即，进行了八次的测量)对应于第二次测量。
[0109]
本实施方式所涉及的控制部30每当进行第一次至第十次的测量时，获得并加算来自受光部20的接收光的放射强度。其结果是，可以获得加算后的接收光的放射强度。以与上述同样地，本实施方式所涉及的控制部30每当进行第十二次至第十九次的测量时，获得来自受光部20的接收光的放射强度，并获得加算后的接收光的放射强度。基于这种加算后的接收光的放射强度，控制部30测量照射时间和受光时间之间的时间差，并基于所测量的时间长度来计算距离的值。虽然一次的测量中的照射时间和曝光时间短至0.1毫秒(msec)，但是可以将接收光的放射强度相加，使得在第一次至第十次执行的测量中的测量值的变动与1毫秒的照射时间执行的测量的变动为同等。使得在第十二次至第十九次执行的测量中的测量值的变动与0.8毫秒的照射时间执行的测量的变动为同等。
[0110]
下面参照图7来说明基于高精度测量结果来计算距离的过程。图7所示是本实施方式所涉及的基于具有高精确度的测量结果来计算距离的步骤的示图。
[0111]
在本实施方式中，应该在完成第一次执行的测量、第二次执行的测量和第三次执行的测量后执行该步骤。然而，该步骤可以在所有测量完成之前开始。
[0112]
在步骤s1中，距离测量装置1的控制部30基于在第一次和第二次执行的测量中获得的测量数据来计算多个距离候选和周期性。还有，控制部30可以采用本领域中已知的相位检测tof相机的距离计算公式。在第一次执行的测量中获得的测量数据和在第二次执行的测量中获得的测量数据之间的区分可以如下进行。如果以相对长的曝光时间的第一次执行的测量的接收光的放射强度的数据已经达到饱和水平，则可以使用在第二次执行的测量中获得的测量数据。
[0113]
在步骤s2中，控制部30判定第三次的测量结果是否已经达到饱和水平。当判定第三次的测量结果已经达到饱和水平时(步骤s2中的“是”)，在步骤s3中，距离测量装置1可以采用第一周期中的距离候选作为适当距离，并终止处理。这是因为，当判定第三次执行的测量结果已经达到饱和水平时，可以判定测量结果被包括在小于3m的范围中。
[0114]
当判定第三次的测量结果未达到饱和水平时(步骤s2中为“否”)，在步骤s4中，控制部30基于第三次获得的测量数据来计算到物体的距离。如已经知道的那样，本实施方式所涉及的距离测量装置1具有12m的周期，并且反射率小于100％且已经成功测量了距离的
物体肯定存在于12m的范围内，所以就能够获得没有因周期性引起的不可区分性或模糊性的距离。然而，由于调制频率低，所以测量的精度不是很高。
[0115]
在步骤s5中，控制部30采用在步骤s1中获得的多个距离候选中与在步骤s4中获得的距离最接近的一个来作为适当距离。由于如上所述的构成，本实施方式所涉及的距离测量装置1可以避免在步骤s1中获得的距离的混叠。
[0116]
如上所述，本实施方式所涉及的距离测量装置1采用包括高频调制模式和低频调制模式的一对模式，并在高频调制模式中以可变的曝光时间或光强度来执行多次测量。此外，在低频调制模式中，执行比高频调制模式中的最大曝光时间更长的曝光时间的测量。可替换地，在低频调制模式中，以高于最大光放射强度的光放射强度来执行测量。由于如上所述的这种构成，可以同时实现混叠的减少和动态范围的增加。
[0117]
此外，本实施方式所涉及的距离测量装置1在以第一调制频率执行多次测量的同时改变曝光时间。由于这种构成，可以以增加的动态范围来执行测量。
[0118]
此外，当以第一调制频率执行多次测量时，根据本实施例的距离测量装置1可以在将曝光时间固定到距离测量装置1可以采用的最大值时执行至少两次距离测量。由于这种构成，尽管不能有效地增加动态范围，但是可以扩展最大距离。
[0119]
当本实施方式所涉及的距离测量装置1以第二调制频率执行距离测量时，在以第一调制频率执行的多个距离测量中，曝光时间等于或短于最大曝光时间，但是长于最小曝光时间。由于这种构成，可以从多个距离测量结果中获得用于避免混叠的数据，并且可以获得中间曝光时间。
[0120]
此外，本实施方式所涉及的距离测量装置1基于在使用第二调制频率获得的距离测量数据中接收光的放射强度是否已经达到饱和水平的信息，对使用第一调制频率获得的距离测量数据执行混叠避免。由于这种构成，根据距离测量数据中的接收光的放射强度是否达到饱和水平的信息，能够进行混叠避免的一部分。
[0121]
在本实施方式所涉及的距离测量装置1中，对多次执行的距离测量设置了下限放射强度。当接收光的放射强度等于或大于下限放射强度时判定测量数据为有效，并且第二调制频率中的下限放射强度小于第一调制频率中的下限放射强度。由于这种构成，不需要获得以高精度来用于避免混叠的数据。因此，可以减小下限放射强度，并以增加的动态范围来执行测量。
[0122]
鉴于上述教导，可以多种附加修改和变化。因此应当理解为，在所附权利要求的范围内，本发明的公开内容可以以不同于本文具体描述的方式来实施。例如，在本公开和所附权利要求的范围内，不同说明性的实施例的元素和/或特征可以彼此组合和/或彼此替代。例如，可以移除在上述实施方式中描述的一些元件。此外，可以适当地组合各实施方式或变形例所涉及的元件。
[0123]
上述操作中的任何一个可以以各种其他方式来执行，例如，以与上述顺序不同的顺序来执行。所述实施例的功能中的每一个可以由一个或一个以上处理电路或电路来实施。处理电路包括编程的处理器，处理器包括电路系统。处理电路还包含专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)和布置为执行所述功能的常规电路元件等设备。
[0124]
本专利申请基于并要求分别在2020年3月18日和2021年1月19日在日本专利局提
交的日本专利申请no.2020-048495和2021-006693的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
[0125]
附图标记列表
[0126]
1 距离测量装置
[0127]
10 发光部
[0128]
20 受光部
[0129]
30 控制器