CN109729723A

CN109729723A - 测距装置和测距方法

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Publication number: CN109729723A
Application number: CN201880003188.1A
Authority: CN
Inventors: 天川庆太郎; 森山祐介
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2017-08-28
Filing date: 2018-08-14
Publication date: 2019-05-07
Anticipated expiration: 2038-08-14
Also published as: WO2019044487A1; EP3564704B1; CN109729723B; EP3564704A4; JPWO2019044487A1; JP7305535B2; EP3564704A1; US20200088854A1; US11828882B2

Abstract

本发明涉及一种能够提高测距精度的测距装置和测距方法。控制单元通过将用于对发出照射光的发光操作进行控制的发光时序信号供给至发光单元来控制发光操作，并且通过将用于对接收反射光的光接收操作进行控制的光接收时序信号供给至光接收单元来控制光接收操作。测量单元使用发光时序信号和光接收时序信号来测量发光单元发出照射光的发光时序和光接收单元接收反射光的光接收时序之间的偏差时间。本技术例如能够应用于通过使用ToF方法进行测距的情况。

Description

测距装置和测距方法

技术领域

本发明涉及一种测距装置和测距方法，特别地，涉及一种例如能够提高测距精度的测距装置和测距方法。

背景技术

例如，专利文献1说明了校正发光时序的测距系统。

引用列表

专利文献

专利文献1：特开第2013-195307号日本专利申请

发明内容

本发明要解决的技术问题

在飞行时间(ToF：time of flight)方法的测距装置中，发出照射光，并且接收作为在物质(被摄体)上被反射且返回的照射光的反射光，使得根据从发出照射光后直至接收到反射光的时间段来进行测距。因此，在开始发出照射光的时序或开始接收反射光的时序偏离理想(理论)时序的情况下，测距会发生误差，且测距的精度会降低。此外，在不知道开始发出光或接收光的时序具体偏离理想时序多少的情况下，难以适当地校正偏差，即难以校正测距的误差。

在用于测量通过测距而获得的距离与实际的距离之间的偏差是多少的特殊环境的情况下，例如，能够准备能够测量与布置在某一固定距离的物体相距的距离的环境，能够根据通过接收反射光而获得的接收到的反射光的量来进行对与接收到的光的量的理论值之间的偏差进行校正的调整。

然而，因为与物体相距的距离在用户日常使用测距装置的环境中(例如，在用户驾驶汽车的环境中)总是变化，所以测距装置难以在用于测量距离的测距操作期间内连续地测量和校正与接收到的光量的理论值之间的偏差。

鉴于上述情况做出本发明，意要提高测距的精度。

技术问题的解决方案

根据本发明的第一方面的测距装置包括：光接收单元，光接收单元接收照射光的来自被摄体的反射光，照射光是从发光的发光单元发出的；控制单元，控制单元通过将发光时序信号供给至发光单元来控制发光操作，发光时序信号用于控制发出照射光的发光操作，且控制单元通过将光接收时序信号供给至光接收单元来控制光接收操作，光接收时序信号用于控制接收反射光的光接收操作；和测量单元，测量单元通过使用发光时序信号和光接收时序信号来测量发光单元发出照射光的发光时序和光接收单元接收反射光的光接收时序之间的偏差时间。

根据本发明的第一方面的测距方法是这样的测距方法，该测距方法包括使测距装置通过使用发光时序信号和光接收时序信号来测量发光单元发出照射光的发光时序和光接收单元接收反射光的光接收时序之间的偏差时间，该测距装置包括：光接收单元，光接收单元接收照射光的来自被摄体的反射光，照射光是从发光的发光单元发出的；和控制单元，控制单元通过将发光时序信号供给至发光单元来控制发光操作，该发光时序信号用于控制发出照射光的发光操作，且控制单元通过将光接收时序信号供给至光接收单元来控制光接收操作，该光接收时序信号用于控制接收反射光的光接收操作。

在根据本发明的第一方面的测距装置和测距方法中，接收从发光的发光单元发出的照射光自被摄体的反射光。此外，将用于对发出照射光的发光操作进行控制的发光时序信号供给至发光单元，以便控制发光操作，且将用于对接收反射光的光接收操作进行控制的光接收时序信号供给至光接收单元，以便控制光接收操作，且通过使用发光时序信号和光接收时序信号来测量发光单元发出照射光的发光时序和光接收单元接收反射光的光接收时序之间的偏差时间。

根据本发明的第二方面的测距装置包括：芯片，该芯片中堆叠有第一基板和第二基板；和发光单元。第一基板包括光接收单元，第二基板包括控制单元，且控制单元将发光时序信号供给至发光单元，并且将光接收时序信号供给至光接收单元。

在根据本发明的第二方面的测距装置中，将具有光接收单元的第一基板和具有控制单元的第二基板堆叠以形成为芯片，且设置发光单元。从控制单元将发光时序信号供给至发光单元，并且将光接收时序信号供给至光接收单元。

本发明的有益效果

根据本发明，能够提高测距的精度。

注意，这里所述的效果未必是限制性的，而是可以适用于本发明所述的效果中的任一效果。

附图说明

图1是示意了本技术适用的测距系统的第一实施例的构造例的框图。

图2是图示了包括多个基板的ToF传感器的构造例的图。

图3是图示了测距系统的操作的示例的图。

图4是图示了测距系统的操作的另一示例的图。

图5是示意了发光时序FB信号和光接收时序FB信号的示例的时序图。

图6是示意了发光时序FB信号和光接收时序FB信号的另一示例的时序图。

图7是图示了测距系统进行的校正处理的流程图。

图8是示意了本技术适用的测距系统的第二实施例的构造例的框图。

图9是示意了本技术适用的测距系统的第三实施例的构造例的框图。

图10是示意了本技术适用的测距系统的第四实施例的构造例的框图。

图11是示意了本技术适用的传感器模块的构造例的框图。

图12是图示了反射时间Δt的计算方法的原理的图。

图13是示意了本技术适用的计算机的实施例的构造例的框图。

图14是示意了车辆控制系统的示意性构造例的框图。

图15是示意了车外信息检测单元和图像拍摄单元的安装位置的示例的说明图。

具体实施方式

<1.测距系统的第一实施例>

图1所示的测距系统10构成为具有ToF传感器20、发光单元21和校正单元22。

ToF传感器20构成为具有控制单元31、测量单元32、光接收单元33、A/D转换单元34和输出单元35。

校正数据从校正单元22被供给至(曝光)控制单元31。控制单元31将用于对发出照射光的发光操作进行控制的发光时序信号供给至发光单元21，并且将用于对接收照射光自被摄体的反射光的光接收(曝光)操作进行控制的光接收时序信号供给至光接收单元33。此外，控制单元31根据来自校正单元22的校正数据对发光时序信号和光接收时序信号中的一者或两者(时序)进行校正。

作为发光时序反馈(FB：feedback)信号的发光时序信号被反馈至测量单元32，该信号来自从控制单元31至发光单元21供给发光时序信号的配线的途中。

此外，作为光接收时序FB信号的光接收时序信号被反馈至测量单元32，该信号来自从控制单元31至光接收单元33供给光接收时序信号的配线的途中。

使用如上所述的从配线的途中反馈的发光时序FB信号和光接收时序FB信号，测量单元32测量发光单元21进行用于发出照射光的发光操作的时序(以下，被称为发光时序)和光接收单元33进行用于接收反射光的光接收操作的时序(以下，被称为光接收时序)之间的时域(temporal)偏差(以下，被称为偏差时间)，并且将根据测量结果获得的偏差时间供给至校正单元22。

例如，测量单元32将发光时序FB信号给出开始发光指令的时序(例如，作为发光时序FB信号的脉冲的上升沿的时序)和光接收时序FB信号给出开始光接收指令的时序(例如，作为光接收时序FB信号的脉冲的上升沿的时序)之间的时间差测量为偏差时间。

顺便，因为光接收单元33与控制单元31一起内置在ToF传感器20中，所以能够缩短将光接收时序信号从控制单元31供给至光接收单元33所用的配线。在这种情况下，来自控制单元31的给出开始光接收指令的光接收时序信号的输出时序(例如，作为光接收时序信号的脉冲的上升沿)和光接收单元33响应于光接收时序信号的供给而实际开始光接收的时序之间不会发生很长的延迟。

另一方面，因为发光单元21设置在其中具有控制单元31的ToF传感器20的外部，所以将发光时序信号从控制单元31供给至发光单元21所用的配线变长。在这种情况下，来自控制单元31的给出开始发光指令的发光时序信号的输出时序(例如，作为发光时序信号的脉冲的上升沿)和发光单元21响应于发光时序信号的供给而实际开始发光的时序之间有时发生不能忽略的延迟。

因此，作为发光时序信号作为发光时序FB信号被反馈至测量单元32的位置，能够采用与将ToF传感器20和发光单元21连接的配线的中点接近的位置。在这种情况下，发光时序信号到达发光单元21的时序和发光时序信号作为发光时序FB信号到达测量单元32的时序彼此大致一致，且因此，能够将发光时序FB信号作为正确表示发光单元21开始发光的时序的信号进行处理。

此外，发光时序信号作为发光时序FB信号被反馈至测量单元32的位置视情况而变化，并且可以设置在ToF传感器20的内部或ToF传感器20的外部。例如，在由于ToF传感器20的结构而难以设置用于接收从外部供给至ToF传感器20的信号的端子的情况下，难以输入从外部供给至ToF传感器20的发光时序FB信号。因此，在这种情况下，发光时序信号作为发光时序FB信号反馈至被测量单元32的位置可以设置在ToF传感器20的内部。

光接收单元33由二维布置的多个像素(未示出)构成。根据从控制单元31供给的光接收时序信号，光接收单元33进行用于接收在像素处的反射光的光接收操作，并且产生与通过光接收操作而获得的反射光的光量(接收到的光量)对应的电荷。从光接收单元33读出作为与像素中产生的电荷对应的电压的像素信号，并将像素信号供给至A/D转换单元34。

A/D转换单元34对来自光接收单元33的像素信号进行A/D转换，并将由于A/D转换而获得的像素数据供给至输出单元35。

输出单元35将从A/D转换单元34供给的像素数据输出至ToF传感器20的外部。

发光单元21通过配线连接至ToF传感器20的控制单元31，并且根据从控制单元31经由配线供给的发光时序信号来进行用于发出照射光的发光操作。

校正单元22根据从测量单元32供给的偏差时间来产生用于对发光时序信号和光接收时序信号中的一者或两者进行校正的校正数据，并且将校正数据供给至ToF传感器20的控制单元31来控制控制单元31中的发光时序信号和光接收时序信号的校正。

这里，ToF传感器20可以通过将控制单元31、测量单元32、光接收单元33、A/D转换单元34和输出单元35布置在单个基板上来构成，或可以通过将这些单元布置在多个基板上且通过将这多个基板进行堆叠来构成。

图2是图示了在ToF传感器20使用具有其中堆叠多个基板的层压结构的芯片来构成的情况下的ToF传感器20的构造例的图。

在图2中，ToF传感器20通过其中堆叠多个基板的芯片41来构成。

芯片41通过从底部至顶部依次堆叠下基板42和上基板43来构成。在下基板42上，形成有控制单元31、测量单元32、A/D转换单元34和输出单元35，且光接收单元33形成在上基板43上。

如上所述，在包括堆叠有下基板42和上基板43的芯片41的ToF传感器20中，将发光时序FB信号和光接收时序FB信号供给至形成在下基板42上的测量单元32，并且使用发光时序FB信号和光接收时序FB信号来测量偏差时间。

图3是图示了测距系统10的操作的示例的图。

在图3中，测距系统10进行测距操作。即，在测距系统10中，控制单元31输出发光时序信号和光接收时序信号。发光单元21根据控制单元31输出的发光时序信号进行发光操作，以发出照射光，光接收单元33根据控制单元31输出的光接收时序信号进行光接收操作，以接收照射光从被摄体反射的反射光，并且产生与反射光的光量对应的电荷。

在测距系统10中，在上述的测距操作后，读出作为与光接收单元33产生的电荷对应的电信号的像素信号。换言之，从光接收单元33读出与光接收单元33产生的电荷对应的像素信号，并且将像素信号供给至A/D转换单元34。A/D转换单元34对从光接收单元33读出的像素信号进行A/D转换，并且将由于该转换而获得的像素数据供给至输出单元35。输出单元35输出来自A/D转换单元34的像素数据。

在图3中，重复进行上述的测距操作和像素信号的读出。

此外，在图3中，与测距操作并行地进行用于测量偏差时间的测量操作。即，从控制单元31输出的发光时序信号和光接收时序信号在测距操作中分别作为发光时序FB信号和光接收时序FB信号而反馈至测量单元32。测量单元32将发光时序FB信号和光接收时序FB信号之间的时间差测量为偏差时间。即，例如，测量单元32将从发光时序FB信号给出开始发光指令的时序(被认为是基础时间)至光接收时序FB信号给出开始光接收指令的时序的时间测量为偏差时间。偏差时间从测量单元32输出至ToF传感器20的外部，并且供给至校正单元22。

在图3中，与测距操作并行地重复上述的测量操作。

如图3所示，在与测距操作并行地进行测量操作的情况下，能够在测距操作期间内掌握测距操作的偏差时间。

图4是图示了测距系统10的操作的另一示例的图。

在图3中，已经说明了并行地进行测量操作和测距操作的情况，但是不必一定并行地进行测量操作和测距操作。即，如图4所示，能够以不同的时序进行测量操作和测距操作。

在图4中，首先，进行测量操作。换言之，在测距系统10中，类似于测距操作的情况，控制单元31输出发光时序信号和光接收时序信号。控制单元31输出的发光时序信号和光接收时序信号分别作为发光时序FB信号和光接收时序FB信号反馈至测量单元32。测量单元32将发光时序FB信号和光接收时序FB信号之间的时间差测量为偏差时间。

顺便，在图4的测量操作中，因为从控制单元31输出的发光时序信号供给至发光单元21，所以发光单元21进行发光操作。同样，因为从控制单元31输出的光接收时序信号供给至光接收单元33，所以光接收单元33进行光接收操作。在光接收操作中，光接收单元33接收从通过发光操作而发出的照射光自被摄体的反射光，并且产生与反射光的光量对应的电荷。

在图4中，因为以与测量操作的时序不同的时序进行测距操作，所以测量操作中产生的电信号不必在光接收单元33中。因此，在测量操作期间内，控制单元31将光接收单元33的像素置于复位状态(例如，导通构成像素的复位晶体管(未示出))，并且排出(丢弃)测量操作中产生的电荷。

在图4中，在测量操作后，类似于图3的情况，进行测距操作和像素信号的读出。

即，控制单元31输出发光时序信号和光接收时序信号。发光单元21根据从控制单元31输出的发光时序信号进行发光操作，以发出照射光，光接收单元33根据从控制单元31输出的光接收时序信号进行光接收操作，以接收来自被摄体的照射光的反射光，并且产生与反射光的光量对应的电荷。

在光接收单元33中，在上述的测距操作后，A/D转换单元34读出像素信号(像素信号作为与光接收单元33产生的电荷有关的电信号)，并且对像素信号进行A/D转换。A/D转换单元34将由于A/D转换而获得的像素数据供给至输出单元35，且输出单元35输出来自A/D转换单元34的像素数据。

在图4中，重复进行上述的测量操作、测距操作和像素信号的读出。

如上所述，在以不同的时序进行测量操作和测距操作的情况下，根据测量操作中获得的偏差时间，能够校正紧跟测量操作后进行的测距操作所用的发光时序信号和光接收时序信号，且能够提高测距操作进行的测距的精度(能够减小测距的误差)。

注意，这里假设发光时序信号是脉冲(信号)，且脉冲处于H(High)电平的时段表示进行发出照射光的发光操作的时段。同样，假设光接收时序信号是脉冲，且脉冲处于H电平的时段表示进行接收反射光(且保持与反射光对应的电荷)的光接收操作的时段。

此外，假设发光时序信号和光接收时序信号的输出例如意味着作为发光时序信号或光接收时序信号的脉冲的上升沿的输出。

此外，在测距系统10中，假设发光时序信号作为发光时序FB信号反馈至测量单元32的位置大致位于将ToF传感器20和发光单元21连接的配线的中点，且因此，如图1所示，发光时序信号到达发光单元21的时序和发光时序FB信号到达测量单元32的时序彼此大致一致。即，假设发光时序FB信号表示的发光时序(脉冲处于H电平的时段)和发光时序(进行发光操作的时序)大致一致。

现在，如图5所示，控制单元31在时间T₁₁输出发光时序信号，且假设发光时序信号在晚于时间T₁₁的时间T₁₃作为发光时序FB信号到达测量单元32。如上所述，发光时序FB信号(表示的发光时序)和发光时序彼此大致一致。

此外，假设控制单元31输出光接收时序信号，且光接收时序信号在晚于时间T₁₁且早于时间T₁₃的时间T₁₂作为光接收时序FB信号到达测量单元32。

如参照图1所述，控制单元31输出光接收时序信号的时序和光接收单元33一旦接收到光接收时序信号而实际开始接收光的时序之间不会发生很长的延迟。此外，光接收时序信号和光接收时序FB信号之间不会存在很长的延迟。综上所述，由光接收时序信号和光接收时序FB信号表示的光接收时序(脉冲处于H电平的时段)与光接收时序大致一致。换言之，光接收时序信号(表示的光接收的时序)、光接收时序FB信号(表示的光接收的时序)和光接收时序(进行光接收操作的时序)彼此大致一致。

在图5中，将发光时序FB信号到达测量单元32的时间T₁₃和光接收时序FB信号到达测量单元32的时间T₁₂之间的时间段测量为偏差时间。

在图6中，控制单元31在时间T₂₁输出发光时序信号，且发光时序信号在晚于时间T₂₁的时间T₂₂作为发光时序FB信号到达测量单元32。

此外，控制单元31输出光接收时序信号，且光接收时序信号在与发光时序FB信号到达测量单元32的时间相同的时间T₂₂作为光接收时序FB信号到达测量单元32。

在图6中，发光时序FB信号到达测量单元32的时间T₂₂和光接收时序FB信号到达测量单元32的时间T₂₂彼此一致，并将零测量为偏差时间。

现在，如图6所示，假设偏差时间为零的情况是测距不存在误差的理想情况，则校正单元22为了将偏差时间设定为理想情况下的零而产生用于校正发光时序信号和光接收时序信号的校正数据。

也就是说，在例如，如图5所示，在发光时序FB信号到达测量单元32的时间T₁₃晚于光接收时序FB信号到达测量单元32的时间T₁₂的情况下，为了将偏差时间变成理想情况下的零，校正单元22产生用于使发光时序信号(的输出)提前的校正数据、用于使光接收时序信号(的输出)延迟的校正数据或用于在使发光时序信号提前的同时也使光接收时序信号延迟的校正数据。

这里，也将不存在测距误差的理想情况下的偏差时间称为基准偏差信号。这里，为了简化说明，虽然采用零作为基准偏差时间，但是基准偏差时间是能够通过在ToF传感器20等出厂前测量与布置在已知距离处的物体相距的距离而获得的，并且能够被存储在测量单元32中。在这种情况下，将存储在测量单元32中的基准偏差时间从测量单元32供给至校正单元22，并且使用来自测量单元32的基准偏差时间，以便能够在校正单元22中产生校正数据。

<2.测距装置的校正处理>

图7是图示了测距系统10进行的校正处理的流程图。

在校正处理中，测量偏差时间，且根据偏差时间来校正发光时序信号和光接收时序信号中的一者或两者。

例如，当激活测距系统10时，开始校正处理，且在步骤S11中，控制单元31输出发光时序信号和光接收时序信号，然后处理进入步骤S12。

将控制单元31输出的发光时序信号供给至发光单元21。此外，发光时序信号在从控制单元31至发光单元21的配线的途中的位置处作为发光时序FB信号被反馈至测量单元32。

此外，将控制单元31输出的光接收时序信号供给至光接收单元33。此外，光接收时序信号从控制单元31至光接收单元33的配线的途中的位置处作为光接收时序FB信号被反馈至测量单元32。

在步骤S12中，测量单元32根据反馈至测量单元32的发光时序FB信号和光接收时序FB信号来测量发光时序和光接收时序之间的偏差时间，并将测量的偏差时间供给至校正单元22。

校正单元22根据来自测量单元32的偏差时间产生用于对发光时序信号和光接收时序信号中的一者或两者进行校正的校正数据，并且将校正数据供给至控制单元31，然后处理从步骤S12进入步骤S13。

在步骤S13中，控制单元31根据来自校正单元22的校正数据对发光时序信号和光接收时序信号中的一者或两者进行校正。通过该校正，在下一次执行的步骤S11中，控制单元31输出校正过的发光时序信号和校正过的光接收时序信号。

如上所述，根据ToF传感器20，能够通过测量单元32进行的测量操作来容易地和量化地掌握发光时序和光接收时序之间的偏差时间。

此外，根据ToF传感器20，能够根据偏差时间来确认距离误差，而不是通过检查根据从ToF传感器20输出至外部的像素数据而获得的距离与实际的距离之间的误差来确认距离误差。

此外，根据ToF传感器20，能够在实际使用ToF传感器20时、在制造后对ToF传感器20检验时和在设计后对ToF传感器20进行操作确认时等容易地确认偏差时间。例如，在电压条件或温度条件等变化的同时进行ToF传感器20的检验中，能够容易地确认对于各电压条件和各温度条件而言发生多少偏差时间。

此外，根据ToF传感器20，测量被使用ToF传感器20的环境(例如，由于温度或电压的变化等)影响的偏差时间，且能够根据偏差时间来校正发光时序信号和光接收时序信号，这两个信号适用于使用ToF传感器20的环境。

此外，根据ToF传感器20，控制单元31能够对制造后的单独ToF传感器20或内置于测距系统10的ToF传感器20的发光时序信号和光接收时序信号的各自变化进行校正，以使偏差时间变成基准偏差时间。此外，能够校正发光时序信号和光接收时序信号，以便动态调整偏差时间从基准偏差时间的变化，该变化发生于实际进行测距操作时。

<3.根据测距系统的第二实施例的构造例>

顺便，在图中，由相同的附图标记来标注与图1中的部件对应的部件，并且在下面适当地给出该对应的部件的说明。

在图8中，测距系统60包括ToF传感器20、发光单元21和校正单元22。因此，测距系统60以与图1的测距系统10类似的方式来构成。

然而，图8的测距系统60与测距系统10的不同之处在于：在测距系统60中，发光时序信号作为发光时序FB信号而被反馈的位置位于ToF传感器20的内部，而在测距系统10中，发光时序信号作为发光时序FB信号而被反馈至测量单元32的位置位于ToF传感器20外部的位置。

在ToF传感器20能够设置有用于从外部接收信号的端子的情况下，如图1所示，从ToF传感器20的外部反馈的发光时序FB信号能够输入至ToF传感器20。然而，在由于设计限制等而难以将用于从外部接收信号的端子设置到ToF传感器20的情况下，如图8所示，ToF传感器20能够采用在ToF传感器20的内部进行发光时序信号的反馈的结构。

<4.根据测距系统的第三实施例的构造例>

顺便，在图中，由相同的附图标记来标注与图1中的部分对应的部分，并且在下面将视情况省略该对应的部分的说明。

在图9中，测距系统70包括发光单元21和ToF传感器71，且ToF传感器71包括校正单元22、控制单元31、测量单元32、光接收单元33、A/D转换单元34和输出单元35。

测距系统70与测距系统10的不同之处在于：设置在图1的测距系统10的ToF传感器20的外部的校正单元22设置在图9的测距系统70的ToF传感器71的内部。

如上所述，由于校正单元22设置在ToF传感器71的内部而不必将校正单元22设置在ToF传感器71的外部，从而便于安装测距系统70。

顺便，在测距系统70中，在确认于ToF传感器71的外部由测量单元32测量偏差时间的情况下，需要将这样的端子设置到ToF传感器71：该端子将偏差时间输出至ToF传感器71的外部。

另一方面，在图1的测距系统10中，由测量单元32测量的偏差时间被供给到设置在ToF传感器20外部的校正单元22，使得能够在ToF传感器20的外部容易地掌握偏差时间。然后，根据偏差时间，能够在实际使用ToF传感器20时、在制造后对ToF传感器20检验时或在设计后对ToF传感器20进行操作确认时等，识别通过测距而获得的距离误差。

顺便，在图9的测距系统70中，虽然从控制单元31供给至发光单元21的发光时序信号作为发光时序FB信号而被反馈的位置位于ToF传感器71的外部，但是发光时序信号作为发光时序FB信号而被反馈的位置可以与图8的情况一样，位于ToF传感器71的内部。

<5.根据测距系统的第四实施例的构造例>

在图10中，测距系统80包括ToF传感器20、发光单元21和校正单元22。因此，测距系统80以与图1的测距系统10类似的方式来构成。

然而，测距系统80与图1的将来自测量单元32的偏差时间直接供给至ToF传感器20外部的校正单元22这一测距系统10的不同之处在于：图10的ToF传感器20将测量单元32输出的偏差时间供给至ToF传感器20内部的输出单元35，并进一步将来自输出单元35的偏差时间供给至校正单元22，而不是将偏差时间直接供给至ToF传感器20外部的校正单元22。

如上所述，在测距系统80中，将测量单元32输出的偏差时间供给至输出单元35。然后，在输出单元35中，将来自测量单元32的偏差时间输出至ToF传感器20的外部。这里，在偏差时间从输出单元35输出的情况下，输出单元35能够输出作为嵌入数据的偏差时间，即，嵌入到像素数据中的偏差时间。此外，输出单元35能够输出当在帧的像素数据之前或之后通过复用获得像素数据时测量出的偏差时间。以此方式，在偏差时间通过复用与帧的像素数据一起输出的情况下，掌握对于各帧的偏差时间，且能够使用偏差时间来校正帧的像素数据，最终校正根据像素数据获得的与被摄体相距的距离。

在图10的测距系统80中，输出单元35将来自测量单元32的偏差时间供给至校正单元22。校正单元22根据输出单元35供给的偏差时间来产生校正数据，并且将校正数据供给至ToF传感器20的控制单元31，以控制控制单元31中的发光时序信号和光接收时序信号的校正。

应注意，在图10的测距系统80中，虽然从控制单元31供给至发光单元21的发光时序信号作为发光时序FB信号而被反馈的位置位于ToF传感器20的外部，但是发光时序信号作为发光时序FB信号而被反馈的位置可以与图8的情况一样，位于ToF传感器20的内部。

<6.使用测距系统的传感器模块>

图11是示意了本技术适用的传感器模块的构造例的框图。

在图11中，传感器模块90包括ToF传感器20、发光单元21和应用处理器(AP：application processor)91。因此，传感器模块90使用图1的ToF传感器20和发光单元21来构成。

在如上所述地构成的传感器模块90中，ToF传感器20进行测量操作、测距操作和像素信号的读出，如图3或4所示。然后，将由于测距操作和像素信号的读出而获得的像素数据从输出单元35供给至AP 91，且将由于测量操作而获得的偏差时间从测量单元32供给至AP91。

AP 91通过使用来自ToF传感器20的像素数据来计算表明与被摄体相距的距离的距离信息。此外，AP 91通过使用来自ToF传感器20的偏差时间来产生校正数据，并且将校正数据供给至ToF传感器20。

在ToF传感器20中，控制单元31通过使用来自AP 91的校正数据来校正发光时序信号和光接收时序信号。

顺便，除了图1所示的ToF传感器20以外，图11的传感器模块90还能够使用图8的ToF传感器20或图10的ToF传感器20来构成。

此外，图11的传感器模块90能够使用图9所示的ToF传感器71，而不是ToF传感器20来构成。然而，在使用图9的ToF传感器71来构成传感器模块90的情况下，因为校正数据是通过设置在ToF传感器71内部的校正单元22使用偏差时间来产生的，所以不必将偏差时间从ToF传感器71供给至AP 91且将校正数据从AP 91供给至ToF传感器71。

在上述的图1的测距系统10、图8的测距系统60至图10的测距系统80和图11的传感器模块90中，通过ToF方法进行测距。在ToF方法的测距中，使用诸如脉冲光等预定调制光作为照射光来照射被摄体，且接收来自被摄体的照射光的反射光，以便根据从发出照射光至接收反射光的时间(以下，也被称为反射时间)Δt来计算与被摄体相距的距离L。

即，反射时间Δt是从发出照射光的时间直至该光被被摄体反射且返回的时间这一时间，且假设光速由c[m/s]表示，则与被摄体相距的距离L由方程式L＝c×Δt/2给出。

因此，能够通过获得反射时间Δt来获得与被摄体相距的距离L。顺便，也能够将反射时间Δt称为照射光和反射光之间的相位差。

图12是图示了反射时间Δt的计算方法的原理的图。

这里，在图12中，作为照射光，例如，采用具有预定脉冲宽度Tp的脉冲光。此外，将具有与作为照射光的脉冲光相同脉冲宽度和相同相位的脉冲称为第一光接收脉冲，且将具有与作为照射光的脉冲光相同脉冲宽度且具有偏移了脉冲宽度Tp的相位的脉冲称为第二光接收脉冲。

第一光接收脉冲和第二光接收脉冲对应于光接收时序信号，且ToF传感器20和ToF传感器71在第一光接收脉冲(的H(High)电平)的时段和第二光接收脉冲的时段中的每个时段内接收反射光。

现在假设：在第一光接收脉冲的时段内接收到的反射光的电荷量(接收到的光量)被标注为Q1，且在第二光接收脉冲的时段内接收到的反射光的电荷量被标注为Q2。

在这种情况下，能够根据方程式Δt＝Tp×Q2/(Q1+Q2)获得反射时间Δt。

电荷量Q1和Q2对应于像素数据。因此，通过使用像素数据能够根据方程式Δt＝Tp×Q2/(Q1+Q2)和方程式L＝c×Δt/2获得与物体相距的距离L。

<7.本技术适用的计算机的说明>

接着，能够通过软件以及硬件进行上述的控制单元31、测量单元32等的一系列处理。在通过软件进行一系列处理的情况下，将构成软件的程序安装在计算机中。

因此，图13示意了安装有用于执行一系列处理的程序的计算机的实施例的构造例。

在图13中，中央处理单元(CPU：central processing unit)101根据存储在只读存储器(ROM：read only memory)102中的程序或从存储单元108下载至随机存取存储器(RAM：read only memory)103中的程序来执行各种类型的处理。RAM 103也视情况存储CPU 101执行各种类型的处理所需的数据等。

CPU 101、ROM 102和RAM 103经由总线104互连。输入/输出接口105也连接至总线104。

输入/输出接口105连接有输入单元106(其包括键盘和鼠标等)、输出单元107(其包括例如由液晶显示器(LCD)构成的显示器和扬声器等)、存储单元108(其包括硬盘等)、通信单元109(其包括调制解调器和终端适配器等)。通信单元109经由诸如因特网等网络进行通信处理。

驱动器110在必要时连接至输入/输出接口105，且适当地安装诸如磁盘、光盘、磁光盘和半导体存储器等的可移除介质111，必要时在存储单元108中安装从可移除介质中读出的计算机程序。

应注意，计算机执行的程序可以是根据本说明书所述的顺序以时间顺序进行处理的程序，或可以是并行地或在诸如当被调用时等必要的时刻进行处理的程序。

<8.移动体的应用例>

根据本发明的技术(本技术)能够应用于各种产品。例如，根据本发明的技术可以被实现为安装在任何类型的移动体上的装置，移动体诸如是汽车、电动车、混合动力车、摩托车、自行车、个人移动性设备、飞机、无人机、船舶和机器人等。

图14是图示了根据本发明的技术能够适用的作为移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构造例的框图。

车辆控制系统12000包括经由通信网络12001连接的多个电子控制单元。在图14所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、本体系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和整体控制单元12050。此外，将微计算机12051、声音图像输出单元12052和车载网络接口(I/F：Interface)12053图示为整体控制单元12050的功能构造。

驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010起到以下装置的控制装置的作用：诸如内燃机或驱动电机等用于产生车辆驱动力的驱动力产生装置；用于将驱动力传输至车轮的驱动力传输机构；用于调整车辆舵角的转向机构；和用于产生车辆制动力的制动装置等。

本体系统控制单元12020根据各种程序控制装配在车辆本体上的各种装置的操作。例如，本体系统控制单元12020起到无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置或诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等各种灯的控制装置的作用。在这种情况下，从替代钥匙的便携式装置传来的无线电波或各种开关的信号能够输入至本体系统控制单元12020。本体系统控制单元12020接收无线电波或信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动窗装置和灯等。

车外信息检测单元12030检测安装有车辆控制系统12000的车辆的外部信息。例如，图像拍摄单元12031连接至车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030使图像拍摄单元12031对车辆的外部的图像进行拍摄，并且接收拍摄的图像。车外信息检测单元12030可以根据接收的图像进行人、汽车、障碍物、标记或路面上的字母等的物体检测处理或测距处理。

图像拍摄单元12031是光传感器，光传感器接收光且输出与光接收量对应的电信号。图像拍摄单元12031能够输出做为图像的电信号，且能够输出作为测距信息的电信号。此外，图像拍摄单元12031接收的光可以是可见光和诸如红外光等不可见光。

车内信息检测单元12040检测车辆的内部的信息。例如，用于检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041连接至车内信息检测单元12040。驾驶员状态检测单元12041例如包括对驾驶员的图像进行拍摄的相机，车内信息检测单元12040可以根据驾驶员状态检测单元12041输入的检测到的信息来计算驾驶员的疲劳程度或精力集中程度，并且可以判断驾驶员是否正在打瞌睡。

微计算机12051能够根据车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆内部和外部的信息来计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且能够将控制命令输出至驱动系统控制单元12010。例如，微计算机12051能够进行协作控制，以实现先进驾驶辅助系统(ADAS：advanced driver assistance system)的功能，该功能包括车辆的碰撞避免或冲击缓和、基于车间距离的跟车行驶、车辆速度维持行驶、车辆碰撞警告和车辆偏离车道警告等。

此外，微计算机12051能够根据车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的与车辆周围有关的信息来控制驱动力产生装置、转向装置或制动装置，以便进行协作控制，从而实现不依赖驾驶员的操作而自主行进的自动驾驶等。

此外，微计算机12051能够根据车外信息检测单元12030获取的与车辆外部有关的信息来将控制命令输出至本体系统控制单元12030。例如，微计算机12051能够根据车外信息检测单元12030检测到的前行车辆或对向车辆的位置来控制车头灯，并且能够进行协作控制，从而实现防炫目，诸如将远光灯切换到近光灯等。

声音图像输出单元12052将声音和图像的输出信号中的至少一者传输至输出装置，该输出装置能够在视觉上或听觉上将信息通知给车辆的乘客或车辆的外部。在图14的示例中，将音频扬声器12061、显示单元12062和仪表盘12063图示为输出装置。显示单元12062例如可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。

图15是示意了图像拍摄单元12031的安装位置的示例的图。

图15中包括作为图像拍摄单元12031的图像拍摄单元12101、12102、12103、12104和12105。

例如，图像拍摄单元12101、12102、12103、12104和12105设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后档、后门以及车内挡风玻璃上部等位置。设置在前鼻的图像拍摄单元12101和设置在车内挡风玻璃上部的图像拍摄单元12105主要获取车辆12100前方的图像。设置在侧视镜的图像拍摄单元12102和12103主要获取车辆12100侧面的图像。设置在后档或后门的图像拍摄单元12104主要获取车辆12100后方的图像。设置在车内挡风玻璃上部的图像拍摄单元12105主要用于检测前行车辆、行人、障碍物、交通信号、交通符号或车道等。

此外，图15示意了图像拍摄单元12101至12104的图像拍摄范围的示例。图像拍摄范围12111表示设置在前鼻中的图像拍摄单元12101的图像拍摄范围，图像拍摄范围12112和12113分别表示设置在侧视镜的图像拍摄单元12102和12103的图像拍摄范围，且此外，图像拍摄范围12114表示设置在后档或后门的图像拍摄单元12104的图像拍摄范围。例如，通过叠加图像拍摄单元12101至12104拍摄的图像数据，获得从上方观看的车辆12100的俯视图像。

图像拍摄单元12101至12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，图像拍摄单元12101至12104中的至少一者可以是包括多个图像拍摄元件的立体相机，或可以是具有用于相位差检测的像素的图像拍摄元件。

例如，微计算机12051能够根据从图像拍摄单元12101至12104获得的距离信息来获得与图像拍摄范围12111至12114内的各三维物体相距的距离以及该距离(相对于车辆12100的相对速度)的时域变化，以便特别地将这样的最接近的三维物体提取为前行车辆：在车辆12100的行驶路径上，且在与车辆12100大致相同的方向上正在以预定的速度(例如，0km/h或以上)行进。此外，微计算机12051能够预先设定要确保的与前行车辆相距的车间距离，以便进行自动制动控制(包括跟车停止控制)和自动加速控制(包括跟车开始控制)等。以此方式，能够进行协作控制，从而实现允许不依赖驾驶员的操作而自主行进的自动驾驶等。

例如，根据从图像拍摄单元12101至12104获得的距离信息，微计算机12051通过将数据按类别分成两轮车辆、标准尺寸车辆、大型车辆、行人以及诸如电线杆等三维物体来提取与三维物体相关的三维物体数据，以自动避开障碍物。例如，微计算机12051将车辆12100周围的障碍物按类别分成车辆12100的驾驶员能够视觉确认的障碍物和难以视觉确认的障碍物。然后，微计算机12051判断碰撞风险，该风险表示与各障碍物碰撞的风险，以便当碰撞风险高于设定值且存在碰撞可能性时，经由音频扬声器12061和显示单元12062将警告输出给驾驶员，或通过经由驱动系统控制单元12010进行强制减速或避开转向来执行用于避免碰撞的驾驶辅助。

图像拍摄单元12101至12104中的至少一者可以是用于检测红外线的红外相机。例如，微计算机12051能够通过确定图像拍摄单元12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过对作为红外相机的图像拍摄单元12101至12104的拍摄图像中的特征点进行提取的程序，且通过对表示物体轮廓的一系列特征点进行模式匹配处理来确定该物体是否是行人的程序，来实施行人识别。当微计算机12051确定图像拍摄单元12101至12104的拍摄图像中存在行人并且识别出行人时，声音图像输出单元12052控制显示单元12062显示矩形轮廓线且将矩形轮廓线叠加在识别出的行人上，以用于强调。此外，声音图像输出单元12052可以控制显示单元12062显示图标等，以表示位于期望位置的行人。

上面已经说明了根据本发明的技术能够适用的车辆控制系统的示例。根据本发明的技术能够应用于上述构造中的图像拍摄单元12031等。具体地，图1的测距系统10、图8的测距系统60、图10的测距系统80和图11的传感器模块90能够应用于图像拍摄单元12031。通过将根据本发明的技术应用于图像拍摄单元12031，能够提高测距精度，且能够进行使用准确距离的适当驾驶辅助。

本技术的实施例不限于上述的实施例，且可以在不偏离本技术的实质的情况下做出各种变型例。

应注意，本说明书所述的效果仅是示例，而不是限制性的，且可以存在本说明书所述的效果以外的效果。

<其他>

本发明可以具有下面的构造。

(1)一种测距装置，其包括：光接收单元，光接收单元接收从发光的发光单元发出的照射光自被摄体的反射光；控制单元，控制单元通过将发光时序信号供给至发光单元来控制发光操作，发光时序信号用于控制发出照射光的发光操作，且控制单元通过将光接收时序信号供给至光接收单元来控制光接收操作，光接收时序信号用于控制接收反射光的光接收操作；和测量单元，测量单元通过使用发光时序信号和光接收时序信号来测量发光单元发出照射光的发光时序和光接收单元接收反射光的光接收时序之间的偏差时间。

(2)根据项(1)所述的测距装置，其中，根据偏差时间来校正发光时序信号和光接收时序信号中的一者或两者。

(3)根据项(1)或(2)所述的测距装置，还包括校正单元，校正单元根据偏差时间进行控制，以校正发光时序信号和光接收时序信号中的一者或两者。

(4)根据项(1)至(3)中任一项所述的测距装置，其中，测量单元通过使用发光时序信号和光接收时序信号来测量偏差时间，发光时序信号是从将发光时序信号从控制单元供给至发光单元的配线的途中反馈的。

(5)根据项(1)至(4)中任一项所述的测距装置，其中，测量单元与测距操作并行地测量偏差时间，在测距操作中，发光单元发出照射光，光接收单元接收反射光，且产生与反射光的光量对应的电荷。

(6)一种测距方法，其包括使测距装置通过使用发光时序信号和光接收时序信号来测量发光单元发出照射光的发光时序和光接收单元接收反射光的光接收时序之间的偏差时间，测距装置包括：光接收单元，光接收单元接收从发光的发光单元发出的照射光自被摄体的反射光；和控制单元，控制单元通过将发光时序信号供给至发光单元来控制发光操作，发光时序信号用于控制发出照射光的发光操作，且控制单元通过将光接收时序信号供给至光接收单元来控制光接收操作，光接收时序信号用于控制接收反射光的光接收操作。

(7)一种测距装置，其包括：芯片，芯片中堆叠有第一基板和第二基板；和发光单元，其中，第一基板具有光接收单元，第二基板具有控制单元，且控制单元将发光时序信号供给至发光单元并且将光接收时序信号供给至光接收单元。

(8)根据项(7)所述的测距装置，其中，第二基板还包括测量单元，且测量单元通过使用发光时序信号和光接收时序信号来测量发光单元发出照射光的发光时序和光接收单元接收来自被摄体的反射光的光接收时序之间的偏差时间。

(9)根据项(8)所述的测距装置，其中，根据偏差时间来校正发光时序信号和光接收时序信号中的一者或两者。

(10)根据项(9)所述的测距装置，还包括校正单元，校正单元根据偏差时间进行控制，以校正发光时序信号和光接收时序信号中的一者或两者。

(11)根据项(8)至(10)中任一项所述的测距装置，其中，测量单元通过使用发光时序信号和光接收时序信号来测量偏差时间，发光时序信号是从将发光时序信号从控制单元供给至发光单元的配线的途中反馈的。

(12)根据项(8)至(11)中任一项所述的测距装置，其中，测量单元与测距操作并行地测量偏差时间，在测距操作中，发光单元发出照射光，光接收单元接收来自被摄体的反射光，且产生与反射光的光量对应的电荷。

附图标记的列表

10 测距系统

20 ToF传感器

21 发光单元

22 校正单元

31 控制单元

32 测量单元

33 光接收单元

34 A/D转换单元

35 输出单元

41 芯片

42 下基板

43 上基板

60，70 测距系统

71 ToF传感器

80 测距系统

90 传感器模块

91 AP

Claims

1.一种测距装置，其包括：

光接收单元，所述光接收单元接收照射光的来自被摄体的反射光，所述照射光是从发光的发光单元发出的；

控制单元，所述控制单元通过将发光时序信号供给至所述发光单元来控制发光操作，所述发光时序信号用于控制发出所述照射光的所述发光操作，且所述控制单元通过将光接收时序信号供给至所述光接收单元来控制光接收操作，所述光接收时序信号用于控制接收所述反射光的所述光接收操作；和

测量单元，所述测量单元通过使用所述发光时序信号和所述光接收时序信号来测量所述发光单元发出所述照射光的发光时序和所述光接收单元接收所述反射光的光接收时序之间的偏差时间。

2.根据权利要求1所述的测距装置，其中，

根据所述偏差时间来校正所述发光时序信号和所述光接收时序信号中的一者或两者。

3.根据权利要求1所述的测距装置，还包括校正单元，所述校正单元根据所述偏差时间进行控制，以校正所述发光时序信号和所述光接收时序信号中的一者或两者。

4.根据权利要求1所述的测距装置，其中，

所述测量单元通过使用所述发光时序信号和所述光接收时序信号来测量所述偏差时间，所述发光时序信号是从将所述发光时序信号从所述控制单元供给至所述发光单元的配线的途中反馈的。

5.根据权利要求1所述的测距装置，其中，

所述测量单元与测距操作并行地测量所述偏差时间，在所述测距操作中，所述发光单元发出所述照射光，所述光接收单元接收所述反射光，且产生与所述反射光的光量对应的电荷。

6.一种测距方法，其包括使测距装置通过使用发光时序信号和光接收时序信号来测量发光单元发出照射光的发光时序和光接收单元接收反射光的光接收时序之间的偏差时间，所述测距装置包括：所述光接收单元，所述光接收单元接收所述照射光的来自被摄体的所述反射光，所述照射光是从发光的所述发光单元发出的；和控制单元，所述控制单元通过将所述发光时序信号供给至所述发光单元来控制发光操作，所述发光时序信号用于控制发出所述照射光的所述发光操作，且所述控制单元通过将所述光接收时序信号供给至所述光接收单元来控制光接收操作，所述光接收时序信号用于控制接收所述反射光的所述光接收操作。

7.一种测距装置，其包括：

芯片，所述芯片中堆叠有第一基板和第二基板；和

发光单元，

其中，所述第一基板具有光接收单元，

所述第二基板具有控制单元，且

所述控制单元将发光时序信号供给至所述发光单元，并且将光接收时序信号供给至所述光接收单元。

8.根据权利要求7所述的测距装置，其中，

所述第二基板还包括测量单元，且

所述测量单元通过使用所述发光时序信号和所述光接收时序信号来测量所述发光单元发出照射光的发光时序和所述光接收单元接收来自被摄体的反射光的光接收时序之间的偏差时间。

9.根据权利要求8所述的测距装置，其中，

10.根据权利要求8所述的测距装置，还包括校正单元，所述校正单元根据所述偏差时间进行控制，以校正所述发光时序信号和所述光接收时序信号中的一者或两者。

11.根据权利要求8所述的测距装置，其中，

12.根据权利要求8所述的测距装置，其中，

所述测量单元与测距操作并行地测量所述偏差时间，在所述测距操作中，所述发光单元发出所述照射光，所述光接收单元接收来自所述被摄体的所述反射光，且产生与所述反射光的光量对应的电荷。