專利名稱：距離測(cè)量方法、介質(zhì)以及測(cè)量距離的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例涉及一種距離測(cè)量方法、介質(zhì)和設(shè)備，更具
體地講，涉及這樣一種距離測(cè)量方法、介質(zhì)和設(shè)備將光施加到目標(biāo)對(duì)象并 使用往返行程時(shí)間測(cè)量距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之間的距離，所述往返行程 時(shí)間包括光被照射到目標(biāo)對(duì)象然后從目標(biāo)對(duì)象被反射回所花費(fèi)的時(shí)間。
背景技術(shù)：
為了測(cè)量距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之間的距離，通常使用這樣的方法 將光照射到目標(biāo)對(duì)象、測(cè)量往返行程時(shí)間、并使用往返行程時(shí)間計(jì)算距離測(cè) 量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之間的距離，所述往返行程時(shí)間包括光被照射到目標(biāo)對(duì)象 然后從目標(biāo)對(duì)象被反射回所花費(fèi)的時(shí)間。在此情況下，通過(guò)將往返行程時(shí)間 除以2以獲得光到達(dá)目標(biāo)對(duì)象所需的到達(dá)時(shí)間，并將達(dá)到時(shí)間乘以光速來(lái)計(jì) 算距離。這里，光速是常數(shù)，即，3xl08m/s，因此，為了計(jì)算準(zhǔn)確的距離， 精確地測(cè)量往返行程時(shí)間非常重要。
可使用照射到目標(biāo)對(duì)象的光和從該對(duì)象反射的光之間的相位差來(lái)計(jì)算往 返行程時(shí)間，這已經(jīng)在Robert Lange和Peter Seits的標(biāo)題為"Solid-State Time-of-Flight Range Camera"(發(fā)表在IEEE Journal of quantum electronics, Vol37, NO.3,pp.309-397， March 2001 )的文章中被公開。然而，對(duì)于位于相 位差大于360度的距離的對(duì)象，使用相位差計(jì)算光的往返行程時(shí)間的方法不 能測(cè)量準(zhǔn)確的往返行程時(shí)間，這是因?yàn)橄辔徊钜?60度的周期重復(fù)。
根據(jù)美國(guó)第2006-353229號(hào)專利申請(qǐng)，使用時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC )測(cè) 量光的往返行程時(shí)間，因此距離測(cè)量設(shè)備和對(duì)象之間的距離沒有限制。TDC 對(duì)從向?qū)ο笳丈涔獾臅r(shí)間點(diǎn)到光從對(duì)象被反射回的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間的脈 沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，來(lái)測(cè)量光的往返行程時(shí)間。然而，為了測(cè)量準(zhǔn)確的 往返行程時(shí)間，需要非常短的脈寬，因此脈沖信號(hào)必須具有非常高的頻率。 例如，lmm的精度需要具有幾百GHz頻率的脈沖信號(hào)。即，提高距離測(cè)量精 度需要使用高頻脈沖信號(hào)的TDC，因此需要高的功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例提供一種對(duì)于距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之間 的距離沒有限制，使用具有低的頻率的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，以高的精度計(jì)算距離 測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之間的距離的距離測(cè)量方法、介質(zhì)和設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種距離測(cè)量方法，該方法包括以下步驟
在第一脈沖信號(hào)的往返行程時(shí)間期間對(duì)第二脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，所述 往返行程時(shí)間為從距離測(cè)量設(shè)備向目標(biāo)對(duì)象施加第一脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到距
離測(cè)量設(shè)備接收到從目標(biāo)對(duì)象反射的第一脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)；在從距離測(cè)量 設(shè)備接收到第 一脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到接收的第 一脈沖信號(hào)與第二脈沖信號(hào)彼 此對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間，對(duì)第二脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；使用計(jì)數(shù) 結(jié)果計(jì)算距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之間的距離。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供一種存儲(chǔ)用于執(zhí)行所述距離測(cè)量方法的程 序的計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種距離測(cè)量設(shè)備，包括第一計(jì)數(shù)器， 在從距離測(cè)量設(shè)備向目標(biāo)對(duì)象施加第一脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到距離測(cè)量設(shè)備接 收到從目標(biāo)對(duì)象反射的第一脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間，對(duì)第二脈沖信 號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；第二計(jì)數(shù)器，在從距離測(cè)量設(shè)備接收到第一脈沖信號(hào)的 時(shí)間點(diǎn)到接收的第 一脈沖信號(hào)與第二脈沖信號(hào)彼此對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期 間，對(duì)第二脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；距離計(jì)算器，使用第一計(jì)數(shù)器和第二 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果計(jì)算距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之間的距離。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供這樣一種距離測(cè)量方法在從向目標(biāo)對(duì)象施 加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到接收到從目標(biāo)對(duì)象反射的光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)
的時(shí)間段期間，對(duì)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，以獲得光學(xué)脈沖信號(hào)的往 返行程時(shí)間中的宏觀時(shí)間；在從接收到光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到光學(xué)脈沖信 號(hào)與時(shí)鐘脈沖信號(hào)彼此對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間，對(duì)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖 進(jìn)行計(jì)數(shù)，以獲得光學(xué)脈沖信號(hào)的往返行程時(shí)間中的微觀時(shí)間。因此，可準(zhǔn) 確地測(cè)量光學(xué)脈沖信號(hào)的往返行程時(shí)間，并且因此可使用具有低的頻率的時(shí) 鐘脈沖信號(hào)以高的精度計(jì)算距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之間的距離。這降低了 成本和功肆毛。


通過(guò)下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面、
特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚并更易于理解，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的距離測(cè)量設(shè)備的框圖2示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在一段時(shí)間內(nèi)圖1示出的距離測(cè)量設(shè)備的 光接收單元的像素中累積的電荷量的變化；
圖3A和圖3B分別示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于解釋計(jì)算宏觀時(shí)間和微 觀時(shí)間的方法的光學(xué)脈沖信號(hào)和時(shí)鐘脈沖信號(hào)；
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于解釋使用圖1示出的距離測(cè)量設(shè)備來(lái)提 高距離測(cè)量精度的示圖5包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的分別用于解釋當(dāng)光學(xué)脈沖信號(hào)和時(shí)鐘脈沖 信號(hào)之間的頻率差大時(shí)和當(dāng)該差小時(shí)，在像素中累積的電荷量達(dá)到峰值時(shí)的 時(shí)間的示圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的距離測(cè)量方法的流程圖； 圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的距離測(cè)量設(shè)備的框圖； 圖8A和圖8B分別示出當(dāng)計(jì)數(shù)操作停止時(shí)的計(jì)數(shù)結(jié)果Pms大于半值時(shí)以 及當(dāng)PmS小于半值時(shí)的光學(xué)脈沖信號(hào)和時(shí)鐘脈沖信號(hào)；
圖9是根據(jù)本發(fā)明的另 一實(shí)施例的距離測(cè)量方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參照附圖更充分地描述本發(fā)明的實(shí)施例，實(shí)施例的示例在附圖 中示出。在附圖中，相同的標(biāo)號(hào)始終代表相同的部件。在這點(diǎn)上，可以以許 多不同的形式實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例，并且不應(yīng)被解釋為局限于在此闡述的實(shí) 施例。因此，下面僅通過(guò)參照附圖描述實(shí)施例，以解l奪本發(fā)明的各方面。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的距離測(cè)量設(shè)備的框圖。參照?qǐng)D1，根據(jù)本發(fā) 明的當(dāng)前實(shí)施例的距離測(cè)量設(shè)備包括時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器110、光學(xué)信號(hào)施加 單元120、光接收單元130、第一計(jì)數(shù)器140、檢查單元150、第二計(jì)數(shù)器160 和距離計(jì)算器170。距離計(jì)數(shù)器170包括宏觀時(shí)間計(jì)算模塊172、微觀時(shí)間 計(jì)算模塊174和距離計(jì)算模塊176。
時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器110產(chǎn)生具有預(yù)定頻率的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。時(shí)鐘脈沖信號(hào)
的脈沖由第一計(jì)數(shù)器140和第二計(jì)數(shù)器160進(jìn)行計(jì)數(shù)，并用于測(cè)量光學(xué)脈沖
信號(hào)的往返行程時(shí)間。往返行程時(shí)間包括光學(xué)脈沖信號(hào)被照射到目標(biāo)對(duì)象、
從目標(biāo)對(duì)象被反射并被光接收器130接收所花費(fèi)的時(shí)間。
光學(xué)脈沖施加單元120在由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器110產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的 上升沿將具有預(yù)定頻率的光學(xué)脈沖施加到目標(biāo)對(duì)象。優(yōu)選地，光學(xué)脈沖信號(hào) 的頻率和由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器110產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的頻率之差比時(shí)鐘脈沖 信號(hào)的頻率充分小。
圖3A和圖3B分別示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于解釋計(jì)算宏觀時(shí)間和微 觀時(shí)間的方法的光學(xué)脈沖信號(hào)和時(shí)鐘脈沖信號(hào)。光接收單元130接收由光學(xué) 脈沖施加單元120施加到目標(biāo)對(duì)象然后從目標(biāo)對(duì)象反射的光學(xué)脈沖信號(hào)。參 照?qǐng)D3A，光接收單元130接收到光學(xué)脈沖信號(hào)時(shí)的時(shí)間被稱為時(shí)間2,恰好 在時(shí)間2之前與光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖的上升沿對(duì)應(yīng)的時(shí)間被稱為時(shí)間1。
光接收單元130包括當(dāng)接收光時(shí)累積電荷的像素。柵或開關(guān)形成在每個(gè) 像素中，以便當(dāng)由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器110產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖信號(hào)高時(shí)，柵被打 開來(lái)使光透過(guò)，以在像素中累積電荷；當(dāng)時(shí)鐘脈沖信號(hào)低時(shí)，關(guān)閉柵來(lái)阻擋 光，以阻止在像素中累積電荷。
在從光學(xué)脈沖產(chǎn)生單元120施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到光接收單元 130接收到光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間，第一計(jì)數(shù)器140對(duì)由時(shí)鐘 脈沖產(chǎn)生器110產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。這里，計(jì)數(shù)的脈沖數(shù) 量被稱為n。
檢查單元150檢查由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器IIO產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖信號(hào)是否與由 光接收單元130接收的光學(xué)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)。檢查單元150可通過(guò)確定時(shí)鐘脈 沖信號(hào)的上升沿與光學(xué)脈沖信號(hào)的上升沿是否彼此對(duì)應(yīng)來(lái)檢查時(shí)鐘脈沖信號(hào) 與光學(xué)脈沖信號(hào)是否彼此對(duì)應(yīng)。參照?qǐng)D3B,時(shí)鐘脈沖信號(hào)的上升沿和光學(xué)脈 沖信號(hào)的上升沿彼此對(duì)應(yīng)時(shí)的時(shí)間被稱為時(shí)間3 。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在一段時(shí)間內(nèi)圖1示出的距離測(cè)量設(shè)備的 光接收單元130的像素中累積的電荷量的變化。參照?qǐng)D2，檢查單元150檢 查在光接收單元130中累積的電荷量。這里，可認(rèn)為在光接收單元130中累 積的電荷量達(dá)到峰值時(shí)的時(shí)間為時(shí)鐘脈沖信號(hào)的上升沿和光學(xué)脈沖信號(hào)的上 升沿彼此對(duì)應(yīng)的時(shí)間。這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)鐘脈沖信號(hào)和光學(xué)脈沖信號(hào)都為高時(shí)， 光接收單元130累積電荷，因此累積的電荷量在時(shí)鐘脈沖信號(hào)的上升沿和光 學(xué)脈沖信號(hào)的上升沿彼此對(duì)應(yīng)時(shí)達(dá)到峰值。為此，優(yōu)選地，光學(xué)脈沖信號(hào)的 脈沖持續(xù)時(shí)間等于時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖持續(xù)時(shí)間。
在從光接收單元130接收到光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)鐘脈沖信號(hào)與光
學(xué)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間，第二計(jì)數(shù)器160對(duì)由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生 單元110產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖和由光接收單元130接收的光學(xué)脈沖信 號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。這里，計(jì)數(shù)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量被稱為ns，計(jì)數(shù) 的光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量被稱為n卜
距離計(jì)數(shù)器170使用時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量n、時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖 數(shù)量ns和光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量n,來(lái)計(jì)算光學(xué)脈沖信號(hào)的往返行程時(shí)間， 將往返行程時(shí)間乘以光速，然后將相乘的結(jié)果除以2來(lái)獲得距離測(cè)量設(shè)備與 目標(biāo)對(duì)象的距離D，其中，時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量n是由第一計(jì)數(shù)器140 在從光學(xué)脈沖產(chǎn)生單元120施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到光接收單元130接 收到光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間進(jìn)行計(jì)數(shù)得到的，時(shí)鐘脈沖信號(hào)的 脈沖數(shù)量A是由第二計(jì)數(shù)器160在從光接收單元130接收光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí) 間點(diǎn)到時(shí)鐘脈沖信號(hào)與光學(xué)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間進(jìn)行計(jì)數(shù)得 到的，光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量n!是由第二計(jì)數(shù)器160在從光接收單元130 接收光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)鐘脈沖信號(hào)與光學(xué)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的 時(shí)間段期間進(jìn)行計(jì)數(shù)得到的。參照?qǐng)D3A，光學(xué)脈沖信號(hào)的往返行程時(shí)間對(duì)應(yīng) 于從向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)間2的時(shí)間段。
在現(xiàn)有技術(shù)中，僅在從向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)間1 的時(shí)間段期間對(duì)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)(如圖3A所示)，以計(jì)算 光學(xué)脈沖信號(hào)的往返行程時(shí)間，因此往返行程時(shí)間的計(jì)算精度降低。因此，
應(yīng)使用具有非常高的頻率的時(shí)鐘脈沖信號(hào)以提高精度。然而，在本發(fā)明的當(dāng) 前實(shí)施例中，計(jì)算與從向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)間1的時(shí) 間段對(duì)應(yīng)的宏觀時(shí)間M和與從時(shí)間1到時(shí)間2的時(shí)間段對(duì)應(yīng)的微觀時(shí)間R, 因此可精確地計(jì)算光學(xué)脈沖信號(hào)的往返行程時(shí)間，而不增加時(shí)鐘脈沖信號(hào)的頻率。
宏觀時(shí)間計(jì)算模塊172計(jì)算圖3A所示的宏觀時(shí)間M。具體地說(shuō)，宏觀 時(shí)間計(jì)算模塊172將時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量n乘以時(shí)鐘脈沖信號(hào)的周期S 以獲得宏觀時(shí)間M,其中，時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量n是由第一計(jì)數(shù)器140 在從光學(xué)脈沖產(chǎn)生單元120施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到光接收單元130接
收到光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間進(jìn)行計(jì)數(shù)得到的。即，宏觀時(shí)間計(jì)
算模塊172使用等式M=nxS來(lái)計(jì)算宏觀時(shí)間M。
隨后，微觀時(shí)間計(jì)算模塊174計(jì)算圖3A所示的微觀時(shí)間R。參照?qǐng)D3B， 微觀時(shí)間R對(duì)應(yīng)于從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段與從時(shí)間2到時(shí)間3的時(shí)間段 之差，其中，時(shí)鐘脈沖信號(hào)和光學(xué)脈沖信號(hào)的上升沿在時(shí)間3彼此對(duì)應(yīng)。從 時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段等于時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量ns與時(shí)鐘脈沖信號(hào)的 周期S的乘積，從時(shí)間2到時(shí)間3的時(shí)間段等于光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量n！ 與光學(xué)脈沖信號(hào)的周期L的乘積，其中，時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量ns是在從 光接收單元130接收到光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)鐘脈沖信號(hào)與光學(xué)脈沖信 號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖的數(shù)量，光學(xué)脈沖信號(hào) 的脈沖數(shù)量n,是在從光接收單元130接收到光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)鐘脈 沖信號(hào)與光學(xué)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間的光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖的 數(shù)量。因此，微觀時(shí)間計(jì)算模塊174使用等式RKiisXS)-(nixL)來(lái)計(jì)算微觀時(shí) 間R。
距離計(jì)算模塊176將由宏觀時(shí)間計(jì)算模塊172計(jì)算的宏觀時(shí)間M與由微 觀時(shí)間接收模塊174計(jì)算的微觀時(shí)間R相加以獲得光學(xué)脈沖信號(hào)的往返行程 時(shí)間，將往返行程時(shí)間乘以光速c,并將相乘的結(jié)果除以2以計(jì)算距離測(cè)量設(shè) 備與目標(biāo)對(duì)象的距離D。即，距離計(jì)算模塊176使用等式D二l/2xcx(M+R)來(lái) 計(jì)算距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象的距離。
根據(jù)本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例的距離測(cè)量設(shè)備可提高距離測(cè)量精度。例如， 當(dāng)光學(xué)脈沖信號(hào)的頻率為lMHz,時(shí)鐘脈沖信號(hào)的頻率為1.000001MHz時(shí)， 當(dāng)僅使用時(shí)鐘脈沖信號(hào)時(shí)，根據(jù)1/2x(光速)x (時(shí)鐘脈沖信號(hào)的周期)來(lái)計(jì)算 測(cè)量距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象的距離時(shí)的測(cè)量精度。即，距離精度對(duì)應(yīng)于 lZ2x(3x108) xl/(l,000001)=150m。然而，使用時(shí)鐘脈沖信號(hào)和光學(xué)脈沖信號(hào) 兩者計(jì)算的距離的測(cè)量精度可如下被提高。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于解釋使用圖1示出的距離測(cè)量設(shè)備來(lái)提 高距離測(cè)量精度的示圖。參照?qǐng)D4,時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖和光學(xué)脈沖信號(hào)的 脈沖之間的時(shí)間逐漸增加，如R、 dl、 d2和d3所示，隨后其逐漸增加，直到 在時(shí)間3增至?xí)r鐘脈沖信號(hào)的一個(gè)周期。然后，時(shí)鐘脈沖信號(hào)和光學(xué)脈沖信 號(hào)的脈沖之間的時(shí)間逐漸增加，以在時(shí)間4與初始值R對(duì)應(yīng)。在此情況下， 在從時(shí)間1到時(shí)間4的時(shí)間段內(nèi)，時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量為l，OOO，OOl，光
學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量為1,000,000。因此，單個(gè)時(shí)鐘脈沖的周期被l,OOO，OOO 整除以提供具有周期為(1/1000001 ) /1000000的有效脈沖信號(hào)。即，當(dāng)使用 光學(xué)脈沖信號(hào)和時(shí)鐘脈沖信號(hào)時(shí)，測(cè)量精度變?yōu)?50m/l,000,000=0.15mm，因 此該精度比僅使用時(shí)鐘脈沖信號(hào)時(shí)達(dá)到的精度好1百萬(wàn)倍。這里，在從時(shí)間 1到時(shí)間4的時(shí)間段中的光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量(例如，在此情況下的 1,000,000 ) ^皮稱為分度lt (number of division )。
圖5包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的分別用于解釋當(dāng)光學(xué)脈沖信號(hào)和時(shí)鐘脈沖 信號(hào)之間的頻率差大時(shí)和當(dāng)該差小時(shí)，在像素中累積的電荷量達(dá)到峰值時(shí)的 時(shí)間的示圖。
優(yōu)選地，由光學(xué)脈沖施加單元120施加的光學(xué)脈沖信號(hào)的頻率和由時(shí)鐘
學(xué)脈沖信號(hào)的頻率和時(shí)鐘脈沖信號(hào)的頻率中的一個(gè)不能是另一個(gè)的整數(shù)倍。 在本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例中需要檢測(cè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的上升沿和光學(xué)脈沖信號(hào)的 上升沿彼此對(duì)應(yīng)時(shí)的時(shí)間3。然而，如果光學(xué)脈沖信號(hào)的頻率和時(shí)鐘脈沖信 號(hào)的頻率中的一個(gè)是另一個(gè)的整數(shù)倍，則無(wú)法檢測(cè)到時(shí)間3。
第二，光學(xué)脈沖信號(hào)的頻率和時(shí)鐘脈沖信號(hào)的頻率之差必須滿足充分小 于時(shí)鐘脈沖信號(hào)的頻率。這是因?yàn)槿绻摬畈怀浞中?，則難以檢測(cè)到時(shí)間3。 例如，如圖5的第一個(gè)曲線圖所示，當(dāng)光學(xué)脈沖信號(hào)的頻率和時(shí)鐘脈沖信號(hào) 的頻率之差充分小時(shí)，可容易地檢測(cè)到像素中累積的電荷量變?yōu)榉逯禃r(shí)的時(shí) 間。然而，如圖5的第二曲線圖所示，當(dāng)光學(xué)脈沖信號(hào)的頻率和時(shí)鐘脈沖信 號(hào)的頻率之差大時(shí)，難以檢測(cè)到像素中累積的電荷量變?yōu)榉逯禃r(shí)的時(shí)間。
此外，當(dāng)使用頻率比時(shí)鐘脈沖信號(hào)的頻率略小的光學(xué)脈沖信號(hào)時(shí)，由圖 1所示的第二計(jì)數(shù)器160在從光接收單元130接收光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到 時(shí)鐘脈沖信號(hào)與光學(xué)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間計(jì)數(shù)的光學(xué)脈沖信 號(hào)的脈沖數(shù)量n！比在從光接收單元130接收光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)鐘脈 沖信號(hào)與光學(xué)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間計(jì)數(shù)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈 沖數(shù)量iV卜1，因此微觀時(shí)間計(jì)算模塊174可使用ns-l計(jì)算微觀時(shí)間R，而 不需要另外地對(duì)a計(jì)數(shù)。即，微觀時(shí)間計(jì)算模塊174可使用等式 R=nsxS-(ns-l)xL來(lái)計(jì)算微觀時(shí)間R。隨后，距離計(jì)算模塊176使用等式 D二l/2xcx[nxS+(nsXS-(ivl)xL〉]計(jì)算距離D。
圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的距離測(cè)量方法的流程圖。參照?qǐng)D6,根據(jù)本
發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例的距離測(cè)量方法包括在圖1示出的距離測(cè)量設(shè)備中按時(shí)間 順序處理的操作，從而圖1的距離測(cè)量設(shè)備的技術(shù)精神被應(yīng)用到根據(jù)本發(fā)明 的當(dāng)前實(shí)施例的距離測(cè)量方法。
參照?qǐng)D6，在操作610,圖1的距離測(cè)量設(shè)備將具有預(yù)定頻率的光學(xué)脈沖
信號(hào)施加到目標(biāo)對(duì)象，并開始對(duì)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。優(yōu)選地，光 學(xué)脈沖信號(hào)的頻率和時(shí)鐘脈沖信號(hào)的頻率之差比時(shí)鐘脈沖信號(hào)的頻率充分 小，并且光學(xué)脈沖信號(hào)的頻率和時(shí)鐘脈沖信號(hào)的頻率中的一個(gè)不是另一個(gè)的
整數(shù)倍。
在操作620,距離測(cè)量設(shè)備接收從目標(biāo)對(duì)象反射的光學(xué)脈沖信號(hào)。這里， 為了便于解釋，接收到光學(xué)脈沖信號(hào)時(shí)的時(shí)間被稱為時(shí)間2，恰好在時(shí)間2 之前的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖的上升沿被稱為時(shí)間1。
隨后，在操作630，距離測(cè)量設(shè)備停止對(duì)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)， 并再次開始對(duì)接收的光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖和時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。 這里，在光學(xué)脈沖信號(hào)被接收到之前計(jì)數(shù)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量被稱為 n。
在操作640,距離測(cè)量設(shè)備檢查時(shí)鐘脈沖信號(hào)是否與接收的光學(xué)脈沖信 號(hào)對(duì)應(yīng)。距離測(cè)量設(shè)備可通過(guò)確定時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖的上升沿與光學(xué)脈沖 信號(hào)的脈沖的上升沿是否彼此對(duì)應(yīng)來(lái)檢查時(shí)鐘脈沖信號(hào)是否與接收的光學(xué)脈
沖信號(hào)對(duì)應(yīng)。
當(dāng)時(shí)鐘脈沖信號(hào)與光學(xué)脈沖信號(hào)不對(duì)應(yīng)時(shí)，在操作650,距離測(cè)量設(shè)備 繼續(xù)對(duì)光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖和時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)在操作640 時(shí)鐘脈沖信號(hào)與光學(xué)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)時(shí)，在操作660,距離測(cè)量設(shè)備停止對(duì)光 學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖和時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。這里，計(jì)數(shù)操作停止的 時(shí)間被稱為時(shí)間3，在從光學(xué)脈沖信號(hào)被接收到的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)鐘脈沖信號(hào)與 光學(xué)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間，時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量和光學(xué)
脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量分別被稱為仏和n,。
在操作670,距離測(cè)量設(shè)備將時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量n乘以時(shí)鐘脈沖 信號(hào)的周期，以計(jì)算與從向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)間1的 時(shí)間段對(duì)應(yīng)的宏觀時(shí)間M,如圖3A所示。這被表示為M=nxS。
在操作680，距離測(cè)量設(shè)備使用ns和n!計(jì)算與從時(shí)間1到時(shí)間2的時(shí)間 段對(duì)應(yīng)的微觀時(shí)間R。具體地講，孩史觀時(shí)間R對(duì)應(yīng)于從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí) 間段與從時(shí)間2到時(shí)間3的時(shí)間段之差，如圖3B所示。從時(shí)間1到時(shí)間3 的時(shí)間段等于時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量ns與時(shí)鐘脈沖的周期S之間的乘積， 從時(shí)間2到時(shí)間3的時(shí)間段等于光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量n,與光學(xué)脈沖信號(hào) 的周期L之間的乘積。因此，微觀時(shí)間R對(duì)應(yīng)于R二(nsXS)-(n,xL)。
在操作690，距離測(cè)量設(shè)備將在操作670計(jì)算的宏觀時(shí)間M與在操作680 計(jì)算的微觀時(shí)間R相加，以計(jì)算光學(xué)脈沖信號(hào)的往返行程時(shí)間，.并使用等式 D= 1/2 xcx {M+R}=1/2x cx {nx s+(nsx S)-(nixL)}計(jì)算距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之 間的距離D。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的距離測(cè)量設(shè)備的框圖。參照?qǐng)D7,根 據(jù)本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例的距離測(cè)量設(shè)備包括光學(xué)脈沖信號(hào)施加單元710、 第一計(jì)數(shù)器720、光接收單元730、檢查單元740、第二計(jì)數(shù)器750、計(jì)算方 法確定單元760、第一距離計(jì)算器770和第二距離計(jì)算器780。第一計(jì)數(shù)器 720和第二計(jì)數(shù)器750可僅使用一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
光學(xué)脈沖信號(hào)施加單元710在時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖的上升沿將光學(xué)脈沖 信號(hào)施加到目標(biāo)對(duì)象。第一計(jì)數(shù)器720從向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí) 間點(diǎn)對(duì)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)光接收單元730接收到從目標(biāo)對(duì)象 反射的光學(xué)脈沖信號(hào)，并且在光接收單元730的像素中產(chǎn)生電荷時(shí)，第一計(jì) 數(shù)器720停止對(duì)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。這里，,人向目標(biāo)對(duì)象施加光 學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到光接收單元730接收到光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)計(jì)數(shù)的 時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量被稱為PM。
光接收單元730接收從目標(biāo)對(duì)象反射的光學(xué)脈沖信號(hào)。這里，光接收單 元130接收到光學(xué)脈沖信號(hào)時(shí)的時(shí)間被稱為時(shí)間2,恰好在時(shí)間2之前與時(shí) 鐘脈沖信號(hào)的脈沖的上升沿對(duì)應(yīng)的時(shí)間被稱為時(shí)間1。
檢查單元740檢查時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖的上升沿與由光接收單元730接
可檢查在光接收單元730的像素中累積的電荷量，并且當(dāng)累積的電荷量達(dá)到
第二計(jì)數(shù)器750在第一計(jì)數(shù)器720停止計(jì)數(shù)后在時(shí)鐘脈沖信號(hào)的每個(gè)上 升沿對(duì)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。第二計(jì)數(shù)器750在光接收單元730的
S。這里，時(shí)鐘脈沖信號(hào)的上 3被稱為時(shí)間3。檢查單元740
f言號(hào)的脈沖的上升沿彼
此對(duì)應(yīng)。
像素中累積的電荷量達(dá)到t峰值時(shí)的時(shí)間額外對(duì)一個(gè)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并停止計(jì)
數(shù)。這是因?yàn)橛捎谠诠饨邮諉卧?30的像素中累積的電荷量連續(xù)地增加并 隨后減小，而恰好在累積的電荷量減小之前累積的電荷量對(duì)應(yīng)于峰值，所以 直到在光接收單元730的像素中累積的電荷量開始減少時(shí)，檢查單元740才 能夠在第二計(jì)算器750對(duì)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)檢測(cè)到光接收單元 730的像素中累積的電荷量達(dá)到峰值時(shí)的時(shí)間。當(dāng)計(jì)數(shù)操作被停止時(shí)的計(jì)數(shù) 結(jié)果被稱為PmS。
為了檢測(cè)在光接收單元730的像素中累積的電荷量達(dá)到峰值時(shí)的時(shí)間， 檢查單元740在光接收單元730的像素中累積的電荷量達(dá)到峰值之后等待第 二計(jì)數(shù)器750額外對(duì)一個(gè)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。
計(jì)算方法確定單元760確定計(jì)數(shù)結(jié)果Pms是否大于分度數(shù)的一半(以下 稱為半值)，當(dāng)PmS大于半值時(shí)，使第一距離計(jì)算器770計(jì)算距離測(cè)量設(shè)備與 目標(biāo)對(duì)象之間的距離；當(dāng)Pms不大于半值時(shí)，使第二距離計(jì)算器780計(jì)算距 離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之間的距離。
當(dāng)PmS大于半值時(shí)，第一距離計(jì)數(shù)器770計(jì)算距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象 之間的距離。圖8A示出當(dāng)Pms大于半值時(shí)的光學(xué)脈沖信號(hào)和時(shí)鐘脈沖信號(hào)。
參照?qǐng)D7和圖8A，第一距離計(jì)數(shù)器770使用由第一計(jì)數(shù)器720獲得的 PM來(lái)計(jì)算宏觀時(shí)間M，使用由第二計(jì)數(shù)器750獲得的Pms來(lái)計(jì)算微觀時(shí)間R， 將宏觀時(shí)間M和微觀時(shí)間R相加來(lái)獲得光學(xué)脈沖信號(hào)的往返行程時(shí)間，將往 返行程時(shí)間乘以光速c，并將相乘的結(jié)果除以2以獲得距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì) 象之間的距離D。這里，將相乘的結(jié)果除以2是因?yàn)楣鈱W(xué)脈沖信號(hào)從距離測(cè) 量設(shè)備達(dá)到目標(biāo)對(duì)象所需的時(shí)間對(duì)應(yīng)于光學(xué)脈沖信號(hào)的往返行程時(shí)間的一 半。即，使用D4/2xcx(M+R)來(lái)計(jì)算距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之間的距離D。
第一距離計(jì)算器770使用M=(PM-l)xS來(lái)計(jì)算宏觀時(shí)間。宏觀時(shí)間M對(duì) 應(yīng)于從向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)間1的時(shí)間段，因此宏觀 時(shí)間M等于從向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)間1的時(shí)間段期間 的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量與時(shí)鐘脈沖信號(hào)的周期S的乘積。從向目標(biāo)對(duì)象 施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)間1的時(shí)間段期間的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù) 量對(duì)應(yīng)于將Pm咸1獲得的值。這是因?yàn)橛捎赑M是在時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖 的上升沿獲得的，所以PM比時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量大1。
第一距離計(jì)算器770使用！^(Pms-l)xS-(Pms-2)xL來(lái)計(jì)算微觀時(shí)間R。微
觀時(shí)間R對(duì)應(yīng)于從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段與從時(shí)間2到時(shí)間3的時(shí)間,殳之 差，從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段等于從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段期間的時(shí)鐘 脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量與時(shí)鐘脈沖信號(hào)的周期s的乘積。從時(shí)間1到時(shí)間3的 時(shí)間段期間的時(shí)鐘脈沖的脈沖數(shù)量對(duì)應(yīng)于將Pms減1獲得的值。這是因?yàn)?由于第二計(jì)數(shù)器750在光接收單元730的像素中累積的電荷量達(dá)到峰值之后 額外對(duì)一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)，所以PM比時(shí)鐘信號(hào)的脈沖數(shù)量大1。從時(shí)間2到時(shí)間 3的時(shí)間段對(duì)應(yīng)于在從時(shí)間2到時(shí)間3的時(shí)間段期間的光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖 數(shù)量與光學(xué)脈沖信號(hào)的周期L的乘積。光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量比時(shí)鐘脈沖 信號(hào)的脈沖數(shù)量小l,因此光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量等于Pms-2。因此，第一 距離計(jì)算器770使用下面的等式來(lái)計(jì)算距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之間的距離 D。
D=l/2 x3 xl08 x {( PM-l)xS+( P巾s-1)xS -(PmS-2)xL)
當(dāng)Pms不大于半值時(shí)，第二距離計(jì)算器780計(jì)算距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì) 象之間的距離D。圖8B示出當(dāng)Pms不大于半值時(shí)的光學(xué)脈沖信號(hào)和時(shí)鐘脈沖信號(hào)。
參照?qǐng)D7和圖8B,第二距離計(jì)數(shù)器780使用由第一計(jì)數(shù)器720荻得Pm 來(lái)計(jì)算宏觀時(shí)間M，使用由第二計(jì)數(shù)器750獲得的Pms來(lái)計(jì)算微觀時(shí)間R, 將宏觀時(shí)間M和樣么觀時(shí)間R相加來(lái)獲得光學(xué)脈沖信號(hào)的往返行程時(shí)間，將往 返行程時(shí)間乘以光速c,并將相乘的結(jié)果除以2以獲得距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì) 象之間的距離D。第二距離計(jì)數(shù)器780使用不同于第一距離計(jì)數(shù)器770的計(jì) 算方法的方法來(lái)計(jì)算宏觀時(shí)間M和微觀時(shí)間R。
首先，第二距離計(jì)數(shù)器780使用M-(PM-2)xS來(lái)計(jì)算宏觀時(shí)間M。宏觀 時(shí)間M對(duì)應(yīng)于從向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)間1的時(shí)間段， 因此宏觀時(shí)間M等于在^v向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)間1的 時(shí)間段期間的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量與時(shí)鐘脈沖信號(hào)的周期S的乘積。從 向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)間1的時(shí)間段期間的時(shí)鐘脈沖信 號(hào)的脈沖數(shù)量對(duì)應(yīng)于將Pm威2獲得的值。這是因?yàn)镻m是直到在光接收羊 元730的像素中產(chǎn)生電荷時(shí)所計(jì)數(shù)的值，因此PM比在時(shí)間1的計(jì)數(shù)結(jié)果大l， 并且PM是在時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖的上升沿獲得的，因此PM比時(shí)鐘脈沖信號(hào)
的脈沖數(shù)量大l。因此，通過(guò)將PM減2獲得從向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)
的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)間1的時(shí)間段期間的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量。
第二距離計(jì)數(shù)器780使用R=(PmSxS)-{(PmS-l) xW來(lái)計(jì)算微觀時(shí)間。微觀 時(shí)間R對(duì)應(yīng)于從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段與從時(shí)間2到時(shí)間3的時(shí)間段之差， 從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段等于在從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段期間的時(shí)鐘脈 沖信號(hào)的脈沖數(shù)量與時(shí)鐘脈沖信號(hào)的周期S的乘積。從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí) 間段期間的時(shí)鐘脈沖的脈沖數(shù)量對(duì)應(yīng)于PmS。這是因?yàn)镻M是從時(shí)間1的一 個(gè)脈沖之后獲得的，因此，將Pmsl加l。此外，第二計(jì)數(shù)器750在光接收單 元730的像素中累積的電荷量達(dá)到峰值之后額外對(duì)一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)，因此PmS 比時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量大1。因此，從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段期間的 時(shí)鐘脈沖的脈沖數(shù)量對(duì)應(yīng)于將Pms加1然后將相加結(jié)果減去1獲得的值，即，
PmS。
從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段對(duì)應(yīng)于從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段期間的光 學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量與光學(xué)脈沖信號(hào)的周期L的乘積。光學(xué)脈沖信號(hào)的脈 沖數(shù)量比時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量小1,因此光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量等于 PmS-l。因此，第二距離計(jì)數(shù)器780使用下面的等式計(jì)算距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo) 對(duì)象之間的距離D。
D=l/2 x3 x108 x{(pM-2)xS+( PmSxS) -(PmS-l)xL}
圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的距離測(cè)量方法的流程圖。根據(jù)本發(fā)明 的當(dāng)前實(shí)施例的距離測(cè)量方法包括在圖7示出的距離測(cè)量設(shè)備中按時(shí)間順序 處理的操作，從而圖7的距離測(cè)量設(shè)備的技術(shù)精神被應(yīng)用到根據(jù)本發(fā)明的當(dāng) 前實(shí)施例的距離測(cè)量方法。
參照?qǐng)D9，在操作910,圖7的距離測(cè)量設(shè)備在時(shí)鐘脈沖信號(hào)的上升沿將 光學(xué)脈沖信號(hào)施加到目標(biāo)對(duì)象，并在時(shí)鐘脈沖信號(hào)的每個(gè)上升沿對(duì)時(shí)鐘脈沖 信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。在距離測(cè)量設(shè)備的傳感器中接收光的多個(gè)像素的每個(gè) 中形成柵，當(dāng)施加到傳感器的時(shí)鐘脈沖信號(hào)為高時(shí)，柵被打開以透過(guò)接收的 光；當(dāng)施加到傳感器的時(shí)鐘脈沖信號(hào)為低時(shí)，柵關(guān)閉以阻擋接收的光。形成 柵以使像素中累積的電荷量達(dá)到峰值時(shí)的時(shí)間對(duì)應(yīng)于光學(xué)脈沖信號(hào)與時(shí)鐘脈 沖信號(hào)彼此對(duì)應(yīng)時(shí)的時(shí)間，如參照?qǐng)D2所描述。
在操作920,距離測(cè)量設(shè)備接收從目標(biāo)對(duì)象反射的光學(xué)脈沖信號(hào)。光學(xué) 脈沖信號(hào)被距離測(cè)量設(shè)備施加到目標(biāo)對(duì)象，從目標(biāo)對(duì)象被反射并返回距離測(cè) 量設(shè)備，因此距離測(cè)量設(shè)備在根據(jù)距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之間的距離的時(shí) 間過(guò)去之后接收到光學(xué)脈沖信號(hào)。這里，當(dāng)光學(xué)脈沖信號(hào)被接收到時(shí)的時(shí)間
被稱為時(shí)間2,恰好在時(shí)間2之前的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖的上升沿被稱為時(shí)間1。
隨后，在操作930，當(dāng)接收到光學(xué)脈沖信號(hào)并且在傳感器的像素中產(chǎn)生 電荷時(shí)，距離測(cè)量設(shè)備停止對(duì)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。這里，在計(jì)數(shù) 操作被停止時(shí)計(jì)數(shù)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量被稱為PM。然后，距離測(cè)量設(shè)
在操作940,距離測(cè)量設(shè)備使用當(dāng)時(shí)鐘脈沖信號(hào)和光學(xué)脈沖信號(hào)的上升 沿彼此對(duì)應(yīng)時(shí)像素中產(chǎn)生的電荷量達(dá)到峰值的特性，檢查時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈 沖的上升沿是否與接收的光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖的上升沿對(duì)應(yīng)，如上面參照?qǐng)D 2所述。
對(duì)應(yīng)時(shí)，在操作950，距離測(cè)量設(shè)備在時(shí)鐘脈沖信號(hào)的每個(gè)上升沿對(duì)時(shí)鐘脈 沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。
應(yīng)時(shí)，在操作960,距離測(cè)量設(shè)備停止對(duì)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。這 里，當(dāng)計(jì)數(shù)操作被停止時(shí)計(jì)數(shù)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量被稱為PmS,時(shí)鐘脈
計(jì)數(shù)操作停止時(shí)的時(shí)間，被稱為時(shí)間3。
距離測(cè)量設(shè)備使用在操作930獲得的PM來(lái)計(jì)算宏觀時(shí)間M,使用在操 作960獲得的Pms來(lái)計(jì)算補(bǔ)償宏觀時(shí)間M的微觀時(shí)間R,將宏觀時(shí)間M和微 觀時(shí)間R相加來(lái)獲得光學(xué)脈沖信號(hào)的往返行程時(shí)間。然后，距離測(cè)量設(shè)備將 往返行程時(shí)間乘以光速c,并將相乘的結(jié)果除以2以獲得距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo) 對(duì)象之間的距離D。這里，將相乘的結(jié)果除以2是因?yàn)楣鈱W(xué)脈沖信號(hào)從距離 測(cè)量設(shè)備達(dá)到目標(biāo)對(duì)象所需的時(shí)間對(duì)應(yīng)于光學(xué)脈沖信號(hào)的往返行程時(shí)間的一 半(被稱為半值)。即，使用D4/2xcx(M+R)來(lái)計(jì)算距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象 之間的距離D。當(dāng)Pms大于半值時(shí)以及當(dāng)Pms小于半值時(shí)，應(yīng)使用不同的方法 來(lái)計(jì)算宏觀時(shí)間M和微觀時(shí)間R。
首先，解釋當(dāng)PmS大于半值時(shí)計(jì)算宏觀時(shí)間M和微觀時(shí)間R的方法。 宏觀時(shí)間M對(duì)應(yīng)于從向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)間1的 時(shí)間段，因此宏觀時(shí)間M等于在從向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到 時(shí)間1的時(shí)間段期間的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量與時(shí)鐘脈沖信號(hào)的周期S的
乘積。從向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)間1的時(shí)間段期間的時(shí)
鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量對(duì)應(yīng)于將在操作930獲得的Pm咸1獲得的值。這是因 為由于PM是在時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖的上升沿獲得的，所以PM比時(shí)鐘脈沖 信號(hào)的脈沖數(shù)量大l。因此，使用下面的等式來(lái)計(jì)算宏觀時(shí)間M。 M=( PM-l)xS
微觀時(shí)間R對(duì)應(yīng)于從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段與從時(shí)間2到時(shí)間3的時(shí) 間段之差，從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段等于在該時(shí)間段期間的時(shí)鐘脈沖信號(hào) 的脈沖數(shù)量與時(shí)鐘脈沖信號(hào)的周期S的乘積。從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段期 間的時(shí)鐘脈沖的脈沖數(shù)量對(duì)應(yīng)于將PmS減1獲得的值。
從時(shí)間2到時(shí)間3的時(shí)間段對(duì)應(yīng)于在從時(shí)間2到時(shí)間3的時(shí)間段期間的 光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量與光學(xué)脈沖信號(hào)的周期L的乘積。光學(xué)脈沖信號(hào)的
脈沖數(shù)量比時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量小1,因此光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量等 于PmS-2。因此，對(duì)應(yīng)于從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段與從時(shí)間2到時(shí)間3的時(shí) 間段之差的微觀時(shí)間R被表示為R=(PmS-l)xS-(PmS-2)xL。
因此，在操作970，使用下面的等式來(lái)計(jì)算距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之 間的3巨離D。
D=l/2 x3 x108 x{(pM-l)xS+(PmS-l)xS-(PmS-2)xL}
現(xiàn)在描述當(dāng)Pms不大于半值時(shí)計(jì)算宏觀時(shí)間和微觀時(shí)間R的方法如下。
宏觀時(shí)間M對(duì)應(yīng)于從向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)間1的 時(shí)間段，因此宏觀時(shí)間M等于在從向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到 時(shí)間1的時(shí)間段期間的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量與時(shí)鐘脈沖信號(hào)的周期S的 乘積。從向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到時(shí)間1的時(shí)間段期間的時(shí) 鐘脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量對(duì)應(yīng)于將在操作930獲得的Pm咸2獲得的值。因此， 可通過(guò)下面的等式來(lái)表示宏觀時(shí)間M。 M=( PM-2)xS
微觀時(shí)間R對(duì)應(yīng)于從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段與/人時(shí)間2到時(shí)間3的時(shí) 間段之差，從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段等于在該時(shí)間段期間的時(shí)鐘脈沖信號(hào) 的脈沖數(shù)量與時(shí)鐘脈沖信號(hào)的周期S的乘積。從時(shí)間1到時(shí)間3的時(shí)間段期 間的時(shí)鐘脈沖的脈沖數(shù)量對(duì)應(yīng)于在操作960獲得的PmS。此外，從時(shí)間2到時(shí) 間3的時(shí)間段對(duì)應(yīng)于在從時(shí)間2到時(shí)間3的時(shí)間段期間的光學(xué)脈沖信號(hào)的脈 沖數(shù)量與光學(xué)脈沖信號(hào)的周期L的乘積。光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量比時(shí)鐘脈
沖信號(hào)的脈沖數(shù)量小l，因此光學(xué)脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量等于PmS-l。因此，微 觀時(shí)間R ,皮如下表示為
R=(PmSxS) -(PmS-l)xL。 因此，在操作970,使用下面的等式來(lái)計(jì)算距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之 間的]J巨離D。
D=l/2 x3 xlOs x{(PM-2)xS+(PmSxS)-(PmS-l)xL}
除了上面描述的實(shí)施例，還可通過(guò)介質(zhì)(例如，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì))上的 計(jì)算機(jī)可讀代碼/指令來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例，以控制至少 一個(gè)處理部件來(lái)實(shí) 現(xiàn)上述任意實(shí)施例。介質(zhì)可對(duì)應(yīng)于允許計(jì)算機(jī)可讀代碼/指令的存儲(chǔ)和/或傳輸 的任何介質(zhì)。
所述計(jì)算機(jī)可讀代碼/指令可以以各種方式在介質(zhì)上進(jìn)行記錄/傳送，例如 包括計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)的介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)的示例包括；茲記錄 設(shè)備、光盤、^t光盤和/或半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(例如，RAM、 ROM等)。磁記錄設(shè) 備的示例包括硬盤裝置(HDD)、柔性盤(FD)和磁帶(MT)。光盤的示 例包括DVD(數(shù)字通用盤)、DVD-RAM、 CD-ROM (壓縮盤-只讀存儲(chǔ)器)、 CD-R (可記錄)Z可寫和DVD-R (可記錄/可寫)。所述介質(zhì)還可以是分布式 網(wǎng)絡(luò)，從而可以以分布式的方式存儲(chǔ)/傳送和執(zhí)行計(jì)算4幾可讀代碼。此外，僅 作為示例，處理組件可包括處理器或計(jì)算機(jī)處理器，并且處理組件可進(jìn)行分 布并/或包括在單個(gè)裝置中。
例如，可在計(jì)算硬件(計(jì)算設(shè)備)和/或軟件中實(shí)現(xiàn)實(shí)施例，例如，(非 限制示例中的)能夠存儲(chǔ)、檢索、處理和/或輸出處書記和/或與其他計(jì)算機(jī)通 信的任何計(jì)算機(jī)。軟件包括計(jì)算機(jī)可讀代碼/指令。計(jì)算機(jī)可讀代碼/指令可形 成程序。軟件的實(shí)施產(chǎn)生的結(jié)果可被顯示在計(jì)算硬件的顯示器上。實(shí)現(xiàn)實(shí)施 例的程序/軟件可被記錄在包括上述計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì) 上。實(shí)現(xiàn)實(shí)施例的程序/軟件還可通過(guò)傳輸通信介質(zhì)被傳輸。傳輸通信介質(zhì)的 示例包括載波信號(hào)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的一方面，可實(shí)現(xiàn)上述特征、功能和/或操作的任意組合。
盡管已經(jīng)參照其不同實(shí)施例具體示出和描述了本發(fā)明的多個(gè)方面，.但是 應(yīng)該理解，這些實(shí)示例性實(shí)施例應(yīng)被僅認(rèn)為是描述性的而非限制性的目的。 任何縮小或擴(kuò)大一個(gè)實(shí)施例中的一方面的功能性或能力不應(yīng)被當(dāng)作在不同實(shí)
施例中的各個(gè)擴(kuò)大或縮小的類似特征，即，每個(gè)實(shí)施例內(nèi)的特征或方面的描 述通常被認(rèn)為對(duì)于在剩余的實(shí)施例中的其他類似特征或方面是可行的。
盡管已經(jīng)顯示和描述了幾個(gè)實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的^支術(shù)人員應(yīng)該理解， 在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行改變，本發(fā) 明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1、一種距離測(cè)量方法，該方法包括以下步驟:在第一脈沖信號(hào)的往返行程時(shí)間期間對(duì)第二脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，所述往返行程時(shí)間為從距離測(cè)量設(shè)備向目標(biāo)對(duì)象施加第一脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到距離測(cè)量設(shè)備接收到從目標(biāo)對(duì)象反射的第一脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)；在從距離測(cè)量設(shè)備接收到第一脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到接收的第一脈沖信號(hào)與第二脈沖信號(hào)彼此對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間，對(duì)第二脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；使用計(jì)數(shù)結(jié)果計(jì)算距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之間的距離。
2、 如權(quán)利要求1所述的距離測(cè)量方法，其中，第一脈沖信號(hào)是具有預(yù)定 頻率的光學(xué)脈沖信號(hào)。
3、 如權(quán)利要求1所述的距離測(cè)量方法，其中，第一脈沖信號(hào)的頻率和第 二脈沖信號(hào)的頻率中的一個(gè)不是另一個(gè)的整數(shù)倍。
4、 如權(quán)利要求1所述的距離測(cè)量方法，其中，計(jì)算距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo) 對(duì)象之間的距離的步驟包括使用計(jì)數(shù)的第二脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量計(jì)算第一脈沖信號(hào)的往返行程時(shí)間；使用計(jì)算的往返行程時(shí)間和光速計(jì)算所述距離。
5、 如權(quán)利要求4所述的距離測(cè)量方法，其中，計(jì)算往返行程時(shí)間的步驟 包括使用在從距離測(cè)量設(shè)備向目標(biāo)對(duì)象施加第一脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到距離測(cè) 量設(shè)備接收到從目標(biāo)對(duì)象反射的第一脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間計(jì)數(shù)的 第二脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量，計(jì)算往返行程時(shí)間中的宏觀時(shí)間；使用在從距離測(cè)量設(shè)備接收到第 一脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到接收的第 一脈沖 信號(hào)與第二脈沖信號(hào)彼此對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間計(jì)數(shù)的第二脈沖信號(hào)的 脈沖數(shù)量，計(jì)算往返行程時(shí)間中的微觀時(shí)間；將宏觀時(shí)間和微觀時(shí)間相加以計(jì)算往返行程時(shí)間。
6、 如權(quán)利要求1所述的距離測(cè)量方法，其中，當(dāng)接收從目標(biāo)對(duì)象反射的 第一脈沖信號(hào)的像素中累積的電荷量達(dá)到峰值時(shí)，接收的第一脈沖信號(hào)與第 二脈沖信號(hào)彼此對(duì)應(yīng)。
7、 一種存儲(chǔ)用于執(zhí)行權(quán)利要求1的距離測(cè)量方法的程序的計(jì)算機(jī)可讀記 錄介質(zhì)。
8、 一種距離測(cè)量設(shè)備，包括第一計(jì)數(shù)器，在從距離測(cè)量設(shè)備向目標(biāo)對(duì)象施加第一脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn) 到距離測(cè)量設(shè)備接收到從目標(biāo)對(duì)象反射的第 一脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期 間，對(duì)第二脈沖信號(hào)的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；第二計(jì)數(shù)器，在從距離測(cè)量設(shè)備接收到第一脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到接收的 第一脈沖信號(hào)與第二脈沖信號(hào)彼此對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間，對(duì)第二脈沖 信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；距離計(jì)算器，使用第 一計(jì)數(shù)器和第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果計(jì)算距離測(cè)量設(shè) 備與目標(biāo)對(duì)象之間的距離。
9、 如權(quán)利要求8所述的距離測(cè)量設(shè)備，其中，第一脈沖信號(hào)是具有預(yù)定 頻率的光學(xué)脈沖信號(hào)。
10、 如權(quán)利要求8所述的距離測(cè)量設(shè)備，其中，第一脈沖信號(hào)的頻率和 第二脈沖信號(hào)的頻率中的一個(gè)不是另一個(gè)的整數(shù)倍。
11、 如權(quán)利要求8所述的距離測(cè)量設(shè)備，其中，距離計(jì)算器包括 宏觀時(shí)間計(jì)算沖莫塊，使用在從距離測(cè)量設(shè)備向目標(biāo)對(duì)象施加第一脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到距離測(cè)量設(shè)備接收到從目標(biāo)對(duì)象反射的第 一脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn) 的時(shí)間段期間計(jì)數(shù)的第二脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量，計(jì)算宏觀時(shí)間；微觀時(shí)間計(jì)算模塊，使用在從距離測(cè)量設(shè)備接收到第 一脈沖信號(hào)的時(shí)間 點(diǎn)到接收的第 一脈沖信號(hào)與第二脈沖信號(hào)彼此對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間計(jì) 數(shù)的第二脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量，計(jì)算微觀時(shí)間；距離計(jì)算模塊，使用宏觀時(shí)間和微觀時(shí)間計(jì)算所述距離。
12、 如權(quán)利要求8所述的距離測(cè)量設(shè)備，其中，當(dāng)接收從目標(biāo)對(duì)象反射 的第一脈沖信號(hào)的像素中累積的電荷量達(dá)到峰值時(shí)，接收的第一脈沖信號(hào)與 第二脈沖信號(hào)彼此對(duì)應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種距離測(cè)量方法、介質(zhì)以及測(cè)量距離的設(shè)備。所述距離測(cè)量方法包括以下步驟在從距離測(cè)量設(shè)備向目標(biāo)對(duì)象施加光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到距離測(cè)量設(shè)備接收到從目標(biāo)對(duì)象反射的光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間，對(duì)具有低頻率的時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；在從距離測(cè)量設(shè)備接收到光學(xué)脈沖信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)到接收的光學(xué)脈沖信號(hào)與時(shí)鐘脈沖信號(hào)彼此對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段期間，對(duì)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；使用計(jì)數(shù)結(jié)果計(jì)算距離測(cè)量設(shè)備與目標(biāo)對(duì)象之間的距離。因此，使用光學(xué)脈沖信號(hào)和時(shí)鐘脈沖信號(hào)可以以高的精度測(cè)量距離，從而降低成本和功耗。
文檔編號(hào)G01S17/08GK101382594SQ20081013397
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者姜柄敏, 李基彰 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社