專利名稱：利用成像位置差異以測距的測距裝置及其校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種測距裝置，更明確地說，有關(guān)于一種利用成像位置差異以測距 的測距裝置。
背景技術(shù)：
在公知技術(shù)中，測距裝置對待測物發(fā)射偵測光，并接收由待測物反射偵測光所產(chǎn) 生的反射光。測距裝置可借由反射光的成像位置的差異以推算測距裝置與待測物之間的距 離。然而，測距裝置在感測待測物所產(chǎn)生的反射光時，會同時受到背景光與閃爍現(xiàn)象(如因 電源系統(tǒng)的頻率而造成的日光燈閃爍)的影響，而產(chǎn)生量測誤差，得到不正確的待測距離。 除此之外，于生產(chǎn)過程中，當(dāng)組裝測距裝置時，由于測距裝置內(nèi)部的組件的位置會因組裝誤 差而產(chǎn)生偏移或旋轉(zhuǎn)角度，因此測距裝置在量測距離時會受到組裝誤差的影響，而得到不 正確的待測距離，造成使用者的不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種利用成像位置差異以測距的測距裝置，該測距裝置具有一發(fā)光組 件、一第一鏡頭與一影像傳感器。該發(fā)光組件用來發(fā)出一偵測光射向一待測物，以使該待測 物產(chǎn)生一反射光。該第一鏡頭用來匯聚一背景光或該反射光。該影像傳感器用來感測該第 一鏡頭所匯聚的光的能量，以產(chǎn)生M個光感測信號。該測距裝置進(jìn)一步包含一發(fā)光/感測 控制電路，以及一距離計算電路。該發(fā)光/感測控制電路，用于一距離感測階段時，控制該 發(fā)光組件發(fā)光，且同時控制該影像傳感器感測該第一鏡頭所匯聚的光的能量，以產(chǎn)生M個 第一光感測信號，于一噪聲感測階段內(nèi)控制該發(fā)光組件不發(fā)光，且同時控制該影像傳感器 感測該第一鏡頭所匯聚的光的能量，以產(chǎn)生M個第二光感測信號。M代表正整數(shù)。該距離計 算電路，用來根據(jù)該M個第一光感測信號與該M個第二光感測信號，以判斷該反射光于該影 像傳感器上的一成像位置，并根據(jù)該成像位置、該第一鏡頭的一焦距、該發(fā)光組件與該影像 傳感器之間的一第一已知距離，以計算該測距裝置與該待測物之間的一待測距離。本發(fā)明另提供一種利用成像位置差異以測距的測距裝置。該測距裝置具有一發(fā)光 組件、一第一鏡頭與一影像傳感器。該發(fā)光組件用來發(fā)出一偵測光射向一待測物，以使該待 測物產(chǎn)生一反射光。該第一鏡頭用來匯聚一背景光或該反射光。該影像傳感器具有M個感 測單元。該M個感測單元用來感測該第一鏡頭所匯聚的光的能量，以產(chǎn)生M個光感測信號。 該測距裝置的特征在于包含一發(fā)光/感測控制電路，以及一距離計算電路。該發(fā)光/感測 控制電路用于一距離感測階段時，控制該發(fā)光組件發(fā)光，且同時控制該影像傳感器感測該 第一鏡頭所匯聚的光的能量，以產(chǎn)生M個第一光感測信號，于一噪聲感測階段內(nèi)控制該發(fā) 光組件不發(fā)光，且同時控制該影像傳感器感測該第一鏡頭所匯聚的光的能量，以產(chǎn)生M個 第二光感測信號。M代表正整數(shù)。該距離計算電路用來根據(jù)該M個第一光感測信號與該M 個第二光感測信號，以判斷該反射光于該影像傳感器上的一成像位置，并根據(jù)該成像位置、 該第一鏡頭的一焦距、該發(fā)光組件與該影像傳感器之間的一第一已知距離，以計算該測距裝置與該待測物之間的一待測距離。該距離計算電路包含復(fù)數(shù)個儲存單元。該復(fù)數(shù)個儲存 單元分別用來儲存該M個第一光感測信號與該M個第二光感測信號。該發(fā)光/感測控制電 路借由產(chǎn)生一發(fā)光脈沖信號，以控制該發(fā)光組件發(fā)出該偵測光射向該待測物，來使該待測 物據(jù)以產(chǎn)生該反射光。該發(fā)光/感測控制電路借由產(chǎn)生一快門脈沖信號以控制該影像傳感 器的該M個感測單元根據(jù)于該快門脈沖信號，分別感測該第一鏡頭所匯聚的光的能量，以 據(jù)以產(chǎn)生該M個光感測信號。該發(fā)光/感測控制電路借由產(chǎn)生一讀取信號，以使該影像傳 感器的該M個感測單元輸出該M個光感測信號至該距離計算電路。該發(fā)光/感測控制電路 借由產(chǎn)生一階段信號以控制該距離計算電路接收該M個第一光感測信號與該M個第二光感 測信號，以判斷該反射光于該影像傳感器上的該成像位置，并根據(jù)該成像位置、該第一鏡頭 的該焦距、該發(fā)光組件與該影像傳感器之間的該第一已知距離，以計算該測距裝置與該待 測物之間的該待測距離。當(dāng)該階段信號表示總和時，該距離計算電路將所接收的該M個第 一光感測信號標(biāo)記為M個正光感測信號。當(dāng)該階段信號表示噪聲時，該距離計算電路將所 接收的該M個第二光感測信號標(biāo)記為M個負(fù)光感測信號。當(dāng)該階段信號表示計算距離時， 該距離計算電路將該復(fù)數(shù)個儲存單元所儲存的正光感測信號與負(fù)光感測信號相減，并選出 相減之后所儲存的值最大的儲存單元，以據(jù)以判斷該反射光于該影像傳感器上的該成像位 置，并根據(jù)該成像位置、該第一鏡頭的該焦距、該發(fā)光組件與該影像傳感器之間的該第一已 知距離，以計算該測距裝置與該待測物之間的該待測距離。本發(fā)明另提供一種用來校正利用成像位置差異以測距的一測距裝置的校正方法。 該測距裝置的一發(fā)光組件發(fā)射一偵測光至一待測物，并反射回該測距裝置的一影像傳感 器，以得到一第一成像位置，該測距裝置可根據(jù)該第一成像位置、該測距裝置的一第一鏡頭 的一焦距、該發(fā)光組件與該影像傳感器之間的一第一已知距離，以計算該測距裝置與該待 測物之間的一待測距離。該校正方法包含該測距裝置的該發(fā)光組件發(fā)出該偵測光至一校正 物，并反射回該測距裝置的該影像傳感器，以得出一第二成像位置、根據(jù)一已知距離、該第 二成像位置，以計算出用來校正該測距裝置的一組裝誤差角度的一校正參數(shù)，以及該測距 裝置根據(jù)該校正參數(shù)以計算出經(jīng)校正后的該待測距離。該測距裝置與該校正物之間的距離 為該已知距離。


圖1與圖2為說明本發(fā)明的利用成像位置差異以測距的測距裝置的結(jié)構(gòu)及工作原 理的示意圖。圖3為說明測距裝置減少閃爍現(xiàn)象的工作原理的示意圖。圖4為說明校正發(fā)光組件所發(fā)出的偵測光的發(fā)光誤差角度的方法的示意圖。圖5與圖6為說明因組裝誤差而使影像傳感器旋轉(zhuǎn)感測誤差角度的校正方法的示 意圖。圖7為說明本發(fā)明的影像傳感器的結(jié)構(gòu)的第一實施例的示意圖。圖8為說明利用圖7的影像傳感器以偵測反射光的成像位置的工作原理的示意 圖。圖9為說明本發(fā)明的影像傳感器的結(jié)構(gòu)的另一實施例的示意圖。圖10為說明利用圖9的影像傳感器以偵測反射光的成像位置的工作原理的示意圖11為說明本發(fā)明的影像傳感器的結(jié)構(gòu)的另一實施例的示意圖( 其中，附圖標(biāo)記說明如下
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、
測距裝置
發(fā)光/感測控制電路 發(fā)光組件 影像傳感器 距離計算電路 參數(shù)計算電路 感測背景光的能量 C、、感測單元
鏡頭 校正物 已知距離 成像位置 投影距離 焦距
待測距離 背景光 偵測光 直線 反射光 待測物
隹占
ν 、、^ \\\
功率
感測反射光的能量 參數(shù)信號 累計光感測信號 發(fā)光脈沖信號 光感測信號 階段信號 讀取信號 快門脈沖信號 距離感測階段 噪聲感測階段 脈沖寬度 交流電周期
角度
9
θiθ 2Jθ LD0CS1> 0CS2
發(fā)光誤差角度 感測誤差角度
具體實施例方式本發(fā)明提供一種利用成像位置差異以測距的測距裝置，借由將測距裝置中的影像 傳感器所感測的光感測信號，移除掉背景光與閃爍光的部分，來降低背景光與閃爍現(xiàn)象的 影響。除此之外，本發(fā)明另提供一種校正方法，來校正測距裝置的組裝誤差，以提高測距的 精確度。請參考圖1與圖2。圖1與圖2為說明本發(fā)明的利用成像位置差異以測距的測距 裝置100的結(jié)構(gòu)及工作原理的示意圖。測距裝置110用來量測待測物MO與測距裝置100 之間的待測距離Dm。測距裝置100包含一發(fā)光/感測控制電路110、一發(fā)光組件120、一影 像傳感器130、一距離計算電路140、一參數(shù)計算電路150，以及一鏡頭LENp測距裝置100 的內(nèi)部各組件的耦接關(guān)系如圖1所示，故不再贅述。發(fā)光/感測控制電路110用來產(chǎn)生發(fā)光脈沖信號S111、快門脈沖信號Sst、階段信號 $、讀取信號Ske，以及已知距離信號&。測距裝置100于測距時可分為兩階段1.距離感測 階段；2.噪聲感測階段。當(dāng)測距裝置100于距離感測階段時，發(fā)光/感測控制電路110同 時產(chǎn)生表示「發(fā)光」的發(fā)光脈沖信號與表示「開啟」的快門脈沖信號&τ，且二者的脈沖 寬度皆為Τ。；然后發(fā)光/感測控制電路110再同時產(chǎn)生表示「讀取」的讀取信號Ske與表示 「總和」的階段信號$，且二者的脈沖寬度皆為Τκ。當(dāng)測距裝置100于噪聲感測階段時，發(fā) 光/感測控制電路110產(chǎn)生表示「開啟」的快門脈沖信號Sst且同時發(fā)光脈沖信號表示 「不發(fā)光」，且快門脈沖信號的脈沖寬度為Τ。；然后發(fā)光/感測控制電路110再同時產(chǎn)生表示 「讀取」的讀取信號^ffi與表示「噪聲」的階段信號$，且二者的脈沖寬度皆為Τκ。發(fā)光組件120，用來根據(jù)發(fā)光脈沖信號Sui，以發(fā)出偵測光Lid射向待測物Μ0，以使 待測物MO產(chǎn)生反射光Lkd。更明確地說，當(dāng)發(fā)光脈沖信號^11表示「發(fā)光」時，發(fā)光組件120 發(fā)出偵測光Lid射向待測物MO ；當(dāng)發(fā)光脈沖信號表示「不發(fā)光」時，發(fā)光組件120不發(fā)出 偵測光Lid。此外，發(fā)光組件120可為發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode, LED)或雷射二 極管(laser diode)。當(dāng)發(fā)光組件120為發(fā)光二極管時，測距裝置100可選擇性地包含一鏡 頭LEN2,以用來匯聚偵測光Lid以射向待測物M0。鏡頭LEN1用來匯聚背景光Lb或反射光Lkd至影像傳感器130。影像傳感器130包 含M個并排的感測單元CS1 C、，且每個感測單元的寬度皆等于畫素寬度WPIX，意即M個并 排的感測單元CS1 C、的總寬度為MXWPIX。感測單元CS1 C、用來根據(jù)快門脈沖信號 Sst,以感測鏡頭LEN1所匯聚的光的能量。更明確地說，當(dāng)快門脈沖信號Sst表示「開啟」時， 感測單元CS1-C^1感測鏡頭LEN1所匯聚的光(如背景光Lb或反射光Lkd)的能量以據(jù)以 產(chǎn)生光感測信號；當(dāng)快門脈沖信號^表示「關(guān)閉」時，感測單元CS1 C、不感測鏡頭LEN1 所匯聚的光的能量。舉例來說，當(dāng)快門脈沖信號^表示「開啟」時，感測單元CS1感測鏡頭 LEN1所匯聚的光的能量并據(jù)以產(chǎn)生光感測信號Sm ；感測單元感測鏡頭LEN1所匯聚的 光的能量并據(jù)以產(chǎn)生光感測信號Sm ；依此類推，感測單元C、感測鏡頭LEN1所匯聚的光的 能量并據(jù)以產(chǎn)生光感測信號S-。此外，當(dāng)讀取信號Ske表示「讀取」時，感測單元CS1 C、分別輸出光感測信號Sm S。距離計算電路140包含復(fù)數(shù)個儲存單元，分別用來儲存感測單元CS1 C、所輸出 的光感測信號Sm S^且根據(jù)階段信號、，設(shè)定所接收的光感測信號的屬性。在本實施 例中，以距離計算電路140包含M個儲存單元M1 Mm作舉例說明。當(dāng)階段信號$表示「總 和」時，儲存單元M1 Mm將所接收的光感測信號Sm S.設(shè)定為正，意即所接收的光感測 信號Sm Sm根據(jù)階段信號$表示「總和」而被標(biāo)記為正光感測信號^1+ ^m+ ；當(dāng)階 段信號$表示「噪聲」時，儲存單元M1 Mm將所接收的光感測信號Sm S設(shè)定為負(fù)，意 即所接收的光感測信號Sm S^1根據(jù)階段信號$表示「噪聲」而被標(biāo)記為負(fù)光感測信號 Slsi- ^M_。距離計算電路140便可根據(jù)正光感測信號Sm+ S^與負(fù)光感測信號 SLSM_,計算出待測距離Dm。以下將說明距離計算電路140計算待測距離Dm的工作原理。如圖2左半部所示，于距離感測階段內(nèi)，發(fā)光/感測控制電路110會產(chǎn)生代表「發(fā) 光」的發(fā)光脈沖信號Sui，而使得發(fā)光組件120發(fā)出偵測光Lid射向待測物M0，以使待測物MO 產(chǎn)生反射光Lkd。此時，發(fā)光/感測控制電路110產(chǎn)生代表「開啟」的快門脈沖信號&τ，而使 得感測單元CS1 C、感測反射光Lkd與背景光Lb的能量，以分別產(chǎn)生光感測信號Sm ^Μ。 然后發(fā)光/感測控制電路110會輸出代表「讀取」的讀取信號Ske，以使影像傳感器130輸 出光感測信號Sm S至距離計算電路140，且發(fā)光/感測控制電路110會產(chǎn)生代表「總 和」的階段信號$以指示距離計算電路140此時所接收的光感測信號為距離感測階段內(nèi)的 光感測信號，意即為正光感測信號Sm+ ^Μ+。設(shè)于距離感測階段內(nèi)，反射光Lkd主要匯聚 成像于感測單元CSK，則此時距離計算電路140所接收的正光感測信號^1+ ^m+的值如圖 2右上半部所示，感測單元同時感測到背景光Lb與反射光Lkd (意即待測物MO成像于感 測單元上)。因此，感測信號S+等于感測單元感測背景光Lb所累積的能量 加 上感測單元感測反射光Led所累積的能量&，而其它感測單元則只接收到背景光Lb。因 此，感測信號^1+等于感測單元CS1感測背景光Lb所累積的能量B1 ；感測信號^21+等于感 測單元感測背景光Lb所累積的能量化；依此類推，感測信號^m+等于感測單元C、感測 背景光Lb所累積的能量~。如圖2左半部所示，于噪聲感測階段內(nèi)，發(fā)光/感測控制電路110會產(chǎn)生代表「開 啟」的快門脈沖信號&τ，而使得感測單元CS1 CSm感測鏡頭LEN1所匯聚的光，以產(chǎn)生光感 測信號Sm S。然而，此時發(fā)光/感測控制電路110會產(chǎn)生代表「不發(fā)光」的發(fā)光脈沖 信號Sui，因此發(fā)光組件120不會發(fā)出偵測光Lid射向待測物Μ0，且待測物MO也不會產(chǎn)生反 射光Lkd。然后發(fā)光/感測控制電路110會輸出代表「讀取」的讀取信號^，以使影像傳感 器130輸出光感測信號Sm S至距離計算電路140，且發(fā)光/感測控制電路110會產(chǎn)生 代表「噪聲」的階段信號$以指示距離計算電路140此時所接收的光感測信號為噪聲感測 階段內(nèi)的光感測信號，意即為負(fù)光感測信號 此時距離計算電路140所接收的 光感測信號 的值如圖2右下半部所示。由于快門脈沖信號Sst于距離感測階段 與噪聲感測階段的脈沖寬度相同(皆為時間長度T。)。因此感測單元CS1-C^1在距離感測 階段與噪聲感測階段所產(chǎn)生的光感測信號Sm S對應(yīng)于背景光Lb累積的部分會相等。 換句話說，正光感測信號、1+ S-+中的背景光累積的能量會等于負(fù)光感測信號 Slsm-中的背景光累積的能量(B1 Bm)。在經(jīng)過距離感測階段與噪聲感測階段后，發(fā)光/感測控制電路110會產(chǎn)生代表「計算距離」的階段信號$。此時距離計算電路140會將儲存單元中的正光感測信號與負(fù)光感 測信號相減，并選出相減之后所儲存的值最大的儲存單元并據(jù)以判斷反射光Lkd于影像傳 感器130上的成像位置。也就是說，距離計算電路140的儲存單元M1 Mm所儲存的值分別 等于正光感測信號Sm+ ^m+的值減去負(fù)光感測信號 的值。更明確地說，儲 存單元M1儲存正光感測信號Sm+與負(fù)光感測信號Sm_，由于正光感測信號、1+等于B1且 負(fù)光感測信號等于B1,因此儲存單元M1經(jīng)過相減之后所儲存的值為零；儲存單元M2儲 存正光感測信號Sm+與負(fù)光感測信號S^_，由于正光感測信號Sm+等于化且負(fù)光感測信號 ^2-等于4，因此儲存單元M2經(jīng)過相減之后所儲存的值為零；依此類推，儲存單元仏儲存正 光感測信號S·+與負(fù)光感測信號S.，由于正光感測信號Sm+等于( + )且負(fù)光感測信 號^2-等于 ，因此儲存單元Mk余香減之后所儲存的值為& ；儲存單元Mm儲存正光感測信 號S^與負(fù)光感測信號，由于正光感測信號S-+等于~且負(fù)光感測信號等于Bm， 因此儲存單元Mm相減之后所儲存的值為零。換句話說，在儲存單元M1 Mm之中，儲存單元 Mk的值等于&，而其它儲存單元的值皆等于零，因此距離計算電路140可據(jù)以選擇儲存單元 Μκ，意即儲存單元Mk所儲存的光感測信號具有對應(yīng)于反射光Lkd的能量。由于儲存單元Mk 為儲存感測單元所產(chǎn)生的光感測信號，因此距離計算電路140可判斷出待測物MO所產(chǎn) 生的反射光Led主要匯聚成像于感測單元QK。如此，距離計算電路140可更進(jìn)一步地根據(jù) 待測物MO所產(chǎn)生的反射光Lkd主要匯聚成像于感測單元(&，而由下式推算出圖1中反射光 Led的成像位置Dcs Dcs = KXffpix- (1)；此外，由于在圖1中鏡頭LEN1的焦點Ofi與感測單元CS1之間所形成的直線Lf平 行于偵測光Lid，因此偵測光Lid及反射光Led的夾角θ工與直線Lf及反射光Led的夾角θ 2 相等。換句話說tan θ工與tan θ 2的關(guān)系可以下式表示tan θ j = L/DM = tan θ 2 = DCS/DF... (2)；其中L代表發(fā)光組件120與影像傳感器130 (偵測光Lid與直線I^)之間的已知距 離、Dcs代表反射光Led的成像位置、Df代表鏡頭LEN1W焦距。根據(jù)式0)，待測距離Dm可以 下式表示DM = (DFXL)/Dcs- (3)；因此，距離計算電路140可借由式(1)先計算出成像位置Dcs，再借由式(3)，根據(jù) 已知距離L、焦距Df，以計算出待測距離Dm。綜上所述，在測距裝置100之中，于距離感測階段內(nèi)，發(fā)光/感測控制電路110控 制發(fā)光組件120發(fā)出偵測光Lid射至待測物M0，且將感測單元CS1 CSm感測鏡頭LEN1所匯 聚的光(如反射光Led與背景光Lb)而據(jù)以產(chǎn)生的正光感測信號^1+ S-+儲存于儲存單 元M1 Mm。于噪聲感測階段內(nèi)，發(fā)光/感測控制電路110控制發(fā)光組件120不發(fā)出偵測光 Lid，且將感測單元CS1-C^1感測鏡頭LEN1所匯聚的光(如背景光Lb)而據(jù)以產(chǎn)生的負(fù)光感 測信號S, ^m+儲存于儲存單元M1 Mmo此時，儲存單元M1 Mm的值會等于正光感測 信號^1+ 、M+減去負(fù)光感測信號 SuM_。因此，對應(yīng)于反射光Lkd所匯聚的感測單 元的儲存單元Mk的值會大于其它儲存單元的值。如此，距離計算電路140可判斷出反 射光Led所匯聚的感測單元C&，并據(jù)以計算出反測光Led的成像位置D。s。因此，距離計算電 路140可根據(jù)成像位置Dcs、鏡頭LEN1的焦距Df、已知距離L以計算出待測距離DM。
此外，在測距裝置100中，距離感測階段與噪聲感測階段可反復(fù)進(jìn)行多次(如Y 次)，以使儲存單元M1 Mm可儲存對應(yīng)于Y個距離感測階段的正光感測信號，與對應(yīng)于Y個 噪聲感測階段的負(fù)光感測信號。由于每個距離感測階段的正光感測信號對應(yīng)于背景光的能 量的部分，會被對應(yīng)的噪聲感測階段的負(fù)光感測信號所抵銷，因此除了對應(yīng)于反射光Led所 匯聚成像的感測單元(&的儲存單元Mk的值會等于(YX&)之外，其它儲存單元的值皆等于 零。如此一來，即使因反射光Led的能量較弱而使感測單元CSk所據(jù)以累積的能量&較小， 測距裝置100仍可借由進(jìn)行多次的距離感測階段與噪聲感測階段(也就是說，將Y變大)， 以放大儲存單元Mk的值與其它儲存單元之間的差異，而讓距離計算電路140可正確地找出 具有最大值的儲存單元Μκ，并據(jù)以計算出反射光Led的成像位置D。s，以提高準(zhǔn)確度。請參考圖3。圖3為說明測距裝置100減少閃爍現(xiàn)象的工作原理的示意圖。由于 一般室內(nèi)光源所接收的電源為交流電，因此除了背景光1^外，另一部分的背景光(閃爍光) Lf會受到交流電的頻率的影響而閃爍。舉例而言，室內(nèi)的日光燈的電源為交流電，因此日 光燈所發(fā)射的光會受到交流電的頻率的影響而閃爍。在圖3中，設(shè)交流電的周期為Tf(如 交流電的頻率為60Hz、交流電的周期為0. 0167秒)。交流電的功率P會隨著時間不停的變 動，因此閃爍光Lf的功率也會隨著時間不停的變動。然而，交流電的功率P每隔半交流電 周期(Tf/2)就會循環(huán)一次。舉例而言，當(dāng)時間為T時，交流電的功率P等于Ρτ;則當(dāng)時間為 (T+Tf/2)時，交流電的功率P仍等于Pt。又閃爍光Lf的功率正比于交流電的功率P，因此閃 爍光1^的功率會類似交流電的功率，以每隔半交流電周期(Tf/2)就會循環(huán)一次。如此一來， 在測距裝置100中，發(fā)光/感測控制電路110可借由控制距離感測階段(如圖3所示的T1+ 與T2+)與噪聲感測階段(如圖3所示的IV與T2_)的時間間隔等于半交流電周期(Tf/2)，以 減低閃爍現(xiàn)象的影響。更明確地說，發(fā)光/感測控制電路110，控制感測單元CS1-C^1于 距離感測階段T1+(或T2+)感測對應(yīng)于交流電的功率P1(或P2)的閃爍光Lf，而使得感測單元 CS1 C、所產(chǎn)生的正光感測信號對應(yīng)于閃爍光Lf的部分會等于F11 Fmi (或F12 Fm2)。 且發(fā)光/感測控制電路110控制距離感測階段T1+(或T2+)與噪聲感測階段IV (或T2_)的時 間間隔等于半交流電周期Tf/2 (如0. 0083秒)。因此，感測單元CS1 C、于噪聲感測階段 IV(或T2_)內(nèi)所感測的閃爍光Lf的功率與感測單元CS1 CSm于距離感測階段T1+(或T2+) 內(nèi)所感測的閃爍光Lf的功率相同。如此于噪聲感測階段IV (或Τ2_)內(nèi)，感測單元CS1-C^1 所產(chǎn)生的負(fù)光感測信號對應(yīng)于閃爍光Lf的部分也會等于F11 Fmi (或F12 Fm2)。因此，距 離感測階段T1+(或T2+)的正光感測信號對應(yīng)于閃爍光Lf的部分，會被對應(yīng)的噪聲感測階段 IV(或Τ2_)的負(fù)光感測信號所抵銷。換句話說，除了對應(yīng)于反射光Lkd所匯聚成像的感測單 元(&的儲存單元Mk的值會等于&之外，其它儲存單元的值皆等于零。因此即使感測單元 CS1 C、會感測到閃爍光Lf，發(fā)光/感測控制電路110仍可借由控制距離感測階段T1+或 T2+分別與噪聲感測階段IV或T2_的時間間隔等于半交流電周期(Tf/2)，以減低閃爍現(xiàn)象的 影響，而使距離計算電路140可正確地判斷出反射光Led的成像位置Dcs且計算出待測距離 Dm ο由于在生產(chǎn)過程中，當(dāng)組裝測距裝置100時，測距裝置100內(nèi)部的組件的位置會因 組裝誤差而產(chǎn)生偏移，因此測距裝置100在量測距離時會受到組裝誤差的影響。因此測距 裝置100所包含的參數(shù)計算電路150用來校正測距裝置100的組裝誤差。以下將說明參數(shù) 計算電路150的工作原理。
參數(shù)計算電路150接收發(fā)光/感測控制電路110所輸出的距離信號SD，而得到已 知距離Da與已知距離Dra。其中已知距離Da為校正物CO1與測距裝置100之間的距離，已 知距離Dc2為校正物CO2與測距裝置100之間的距離。借由如同第2圖所述的方法，發(fā)光組 件120發(fā)出偵測光Lid射向校正物CO1或CO2,而使參數(shù)計算電路150可根據(jù)影像傳感器130 所輸出的光感測信號而得到反射光Lkd的成像位置，并據(jù)以校正測距裝置100的組裝誤差角 度。首先假設(shè)發(fā)光組件120因組裝誤差而使發(fā)光組件120所發(fā)出的偵測光Lid旋轉(zhuǎn)發(fā)
光誤差角度θ LD。請參考圖4。圖4為說明校正發(fā)光組件120所發(fā)出的偵測光Lid的發(fā)光誤差角度 θ LD的方法的示意圖。發(fā)光/感測控制電路Iio控制發(fā)光組件120發(fā)射偵測光Lid射向校正 物CO115其中校正物CO1與測距裝置100的距離為已知距離Da。由于偵測光Lkd受到發(fā)光組 件120的組裝誤差的影響，因此偵測光Lid會以一發(fā)光誤差角度θ ω入射校正物CO1,而校正 物CO1反射偵測光Lid所產(chǎn)生的反射光Led會匯聚成像于感測單元CS115偵測光Lid與反射光 Led的夾角為θ η，而直線Lf與反射光Lkd的夾角為Θ2Ι。如圖4所示，由于直線Lf平行于校 正物的平面的法線，因此(θ H- θ LD)會等于θ 21。也就是說，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代表用來校正發(fā)光誤差角度θ LD的校正參數(shù)、Dcsi代表反射光Led的成像位 置。因此，參數(shù)計算電路150根據(jù)式(4)可計算得到校正參數(shù)B。如此，參數(shù)計算電路150 可通過參數(shù)信號^b以輸出校正參數(shù)B至距離計算電路140，以使距離計算電路140可將式 ⑵校正如下式，以計算經(jīng)校正后的待測距離Dm Dm = 1/[1/(DfXL) XDCS+B]…(6)；因此，即使測距裝置100因組裝誤差而使發(fā)光組件120所發(fā)出的偵測光Lid旋轉(zhuǎn)發(fā) 光誤差角度，測距裝置100仍可借由參數(shù)計算電路150計算出可校正發(fā)光誤差角度 的校正參數(shù)B，以讓距離計算電路140根據(jù)校正參數(shù)B、鏡頭LEN1的焦距DF、已知距離L，以 及量測待測物MO時反射光的成像位置Dcs，而正確地計算出待測距離Dm。請參考圖5與圖6。圖5、圖6為說明因組裝誤差而使影像傳感器130旋轉(zhuǎn)感測誤 差角度與ΘΚ2的校正方法的示意圖。圖5為測距裝置100的上視圖。如圖5所示，影 像傳感器130的感測誤差角度θ CS1處于XY平面上。圖6為測距裝置100的側(cè)視圖。此外， 從圖6可看出影像傳感器130所旋轉(zhuǎn)的感測誤差角度ecsl與eCS2。發(fā)光/感測控制電路 110控制發(fā)光組件120發(fā)射偵測光Lid射向校正物CO2，其中校正物CO2與測距裝置100的距 離為已知距離DC2。此時假設(shè)發(fā)光組件120沒有組裝誤差(意即假設(shè)發(fā)光誤差角度為 零)，偵測光Lid會入射校正物CO1，而校正物CO1反射偵測光Lid所產(chǎn)生的反射光Lkd會匯聚 成像于感測單元CST。偵測光Lid與反射光Led的夾角為θ 而直線Lf與反射光Lkd的夾角 為Θ2Τ。由圖6可看出，Drax為反射光Led的成像位置Dkt投影至X軸的投影距離，且成像位 置D。ST與投影距離D。sx的關(guān)系可以下式表示Dcsx = DcsjXcos θ CS2 X cos θ CS1 …(6)；又在圖5中，直線L與偵測光Lid平行，因此直線L與反射光Led的夾角θ 2J等于偵測光Lid與反射光Lkd的夾角θ 1Τ。也就是說，tan θ y等于tan θ a。如此，已知距離Dc2與 投影距離Dcsx的關(guān)系可以下式表示L/DC2 = DCSX/DF…(7)；因此，根據(jù)式(6)與(7)可得到下列公式；Dc2 = 1/(AXDcsj)- (8)；A= (cos θ CS2Xcos θ CS1) / (DfX L) — (9)；其中A代表用來校正感測誤差角度Qcs2與的校正參數(shù)。因此，參數(shù)計算電路 150根據(jù)式⑶計算得到校正參數(shù)Α。如此，參數(shù)計算電路150可通過參數(shù)信號^b以輸出 校正參數(shù)A至距離計算電路140，以使距離計算電路140可將式(2)校正如下式，以計算經(jīng) 校正后的待測距離Dm Dm = 1/(AXDcs)…(10)；由此可知，即使測距裝置100因組裝誤差而使影像傳感器130旋轉(zhuǎn)感測誤差角度 ecsi與ΘΚ2，測距裝置100仍可借由參數(shù)計算電路150計算出可校正感測誤差角度θ⑶與 θ CS1的校正參數(shù)Α，以讓距離計算電路140可借由校正參數(shù)A與量測待測物MO時反射光的 成像位置D。s，而正確地計算出待測距離Dm。假設(shè)測距裝置100因組裝誤差而使發(fā)光組件120所發(fā)出的偵測光Lid旋轉(zhuǎn)發(fā)光誤 差角度θ ω，且同時影像傳感器130旋轉(zhuǎn)感測誤差角度θαι與ecs2。借由圖4、圖5、圖6的 說明可知，測距裝置100可借由發(fā)光組件120發(fā)出偵測光Lid至校正物CO1與CO2,以分別得 到對應(yīng)于校正物CO1的反射光Led的成像位置Dcsi、與對應(yīng)于校正物CO2的反射光Lkd的成像 位置DCS2。又成像位置Dcsi與Dcs2、測距裝置100與校正物CO1之間的已知距離DC1、測距裝置 100與校正物(X)2之間的已知距離DC2，以及校正參數(shù)A與B的關(guān)系可以下式表示Dci = 1/[AXDCS1+B]... (11)；Dc2 = 1/[AXDCS2+B]... (12)；此時，參數(shù)計算電路150可根據(jù)式(11)與式(1 計算出可校正感測誤差角度 θ CS1與θ CS2的校正參數(shù)A，以及可校正發(fā)光誤差角度θ LD的校正參數(shù)B。參數(shù)計算電路150 可通過參數(shù)信號^b以輸出校正參數(shù)A與B至距離計算電路140，以使距離計算電路140可 將式(2)校正如下式，以計算經(jīng)校正后的待測距離Dm Dm = 1/[AXDCS+B]…(13)；如此，即使測距裝置100因組裝誤差而使發(fā)光組件120所發(fā)出的偵測光Lid旋轉(zhuǎn)發(fā) 光誤差角度θ ω，且同時影像傳感器130旋轉(zhuǎn)感測誤差角度θαι與ΘΚ2。測距裝置100仍 可借由參數(shù)計算電路150計算出可校正感測誤差角度θ⑶與θ CS1的校正參數(shù)A與可校正 發(fā)光誤差角度θ LD的校正參數(shù)B，以讓距離計算電路140可正確地計算出待測距離Dm。除此之外，根據(jù)式(13)可知，當(dāng)距離計算電路140計算待測距離Dm時，只需要參數(shù) 計算電路150所輸出的校正參數(shù)A、校正參數(shù)B與量測待測物MO時反射光Lkd的成像位置 Dcs，而不需鏡頭LEN1的焦距Df與已知距離L。換句話說，即使在生產(chǎn)過程中，鏡頭LEN1的焦 距Df有誤差，或是已知距離L因組裝而產(chǎn)生誤差，距離計算電路140仍可根據(jù)式(13)以正 確地計算出待測距離Dm。請參考圖7。圖7為說明本發(fā)明的影像傳感器的結(jié)構(gòu)的第一實施例700的示意 圖。如圖7所示，影像傳感器700的M個感測單元排列成N行K列。在影像傳感器700中，每一行感測單元的水平方向(或圖7所示的X軸的方向)上的位置皆相同。更進(jìn)一步地 說，設(shè)感測單元CS11 CSffi的寬度皆為WPIX，且設(shè)感測單元CS11的左側(cè)于水平方向的位置 可表示為零，如此，以每一行感測單元的中心來代表其水平方向上的位置，則第1行感測 單元CS11 CSik于水平方向的位置可表示為1/2XWpix ；第2行感測單元CS21 CSai于水 平方向的位置可表示為SAXWpix ；第N行感測單元C^ni CSnk于水平方向的位置可表示 為K2XN-1)XWPIX]/2，其它可依此類推，故不再贅述。因此，由上述說明可知，在影像傳 感器700中，每一列感測單元于水平方向上的位置皆可表示為{1/2XWpix，3/2XWpix，…， [(2XN-1) XWPIX]/2}，因此每一列感測單元于水平方向上的位置皆相同。請參考圖8。圖8為說明利用影像傳感器700以偵測反射光Lkd的成像位置Dcs的 工作原理的示意圖。圖8的上半部所示的圓圈用來表示反射光Led于影像傳感器700成像 的位置，也就是說，被圓圈所覆蓋的感測單元，可感測到反射光Lkd的能量，而產(chǎn)生較大的光 感測信號S。。為了得到反射光Lkd的成像位置D。s，此時，可將每一行感測單元所產(chǎn)生的光感 測信號、相加(如圖8下半所示)，以得到水平方向(X軸方向)上的累計光感測信號S皿。 舉例而言，根據(jù)第1行感測單元CS11 CSik的光感測信號相加而產(chǎn)生的累計光感測信號為 Salsi ；根據(jù)第2行感測單元CS21 CSai的光感測信號相加而產(chǎn)生的累計光感測信號為Sals2 ； 根據(jù)第N行感測單元C^ni CSffi的光感測信號相加而產(chǎn)生的累計光感測信號為Salsn，其它 可依此類推，故不再贅述。由于接收到反射光Led的感測單元會產(chǎn)生較高的光感測信號，因 此接近反射光Led的成像位置Dcs (意即圓圈中心)的感測單元皆會產(chǎn)生較高的光感測信號。 換句話說，若在累計光感測信號Salsi S龍中，對應(yīng)于第F行感測單元CSfi CSfk的累計 光感測信號Salsf具有最大值，則表示反射光Lkd的成像位置(圓圈中心)位于第F行感測 單元。如此一來，即可以第F行感測單元于水平方向上的位置來代表反射光Led的成像位置 Des。舉例而言，如圖8所示，第5行感測單元CS51 C^5k所對應(yīng)的累計光感測信號Sals5具 有最大值，因此可判斷反射光Lkd的成像位置(圓圈中心)位于第5行感測單元，如此一來， 即可以第5行感測單元于水平方向上的位置9/2XWPIX來代表反射光Lkd的成像位置Dcs。請參考圖9。圖9為說明本發(fā)明的影像傳感器的結(jié)構(gòu)的另一實施例900的示意圖。 如圖9所示，影像傳感器900的M個感測單元排列成N行K列。相較于影像傳感器700，影 像傳感器900的每一列感測單元與其相鄰的其它列感測單元的水平方向(或圖9所示的X 軸的方向)上的位置相隔一位移距離Dsf(在圖9中假設(shè)位移距離Dsf等于WPIX/2)。舉例而 言，第1列感測單元CS11 C^ni于水平方向上的位置可表示為UAXWpix, SAXWpix,…， [(2XN+1)XWpix]/2}；第2列感測單元CS12 C^n2于水平方向上的位置可表示為{ffPIX， 2XWpix,…，[2XNXWpix]/2}；第K列感測單元CSik CSnk于水平方向上的位置可表示為 {[1/2+(K-I)/2] Xffpix, [3/2+(K-I)/2] Xffpix,…，[OXN-1)/2+(K-1)/2] XWPIX}，其它可依 此類推，故不再贅述。請參考圖10。圖10為說明利用影像傳感器900以偵測反射光Lkd的成像位置Dcs 的工作原理的示意圖。圖10的上半部所示的圓圈用來表示反射光Led于影像傳感器900成 像的位置。根據(jù)影像傳感器900的感測單元CS11 CSffi的光感測信號而產(chǎn)生的累計光感測 信號為Salsi Sm2N。其中累計光感測信號Salsi所對應(yīng)的感測范圍為水平方向上位置0 WPIX/2，由于在感測單元CS11 CSnk之中，僅有感測單元CS11的感測范圍涵蓋累計光感測信 號Sm1所對應(yīng)的感測范圍，因此累計光感測信號Salsi等于感測單元CS11的光感測信號的值；累計光感測信號Si^s2所對應(yīng)的感測范圍為水平方向上位置WPIX/2 WPIX，由于在感測單元 CS11 CSffi之中，感測單元CS11與CS12的感測范圍皆涵蓋累計光感測信號Si^s2所對應(yīng)的感 測范圍，因此累計光感測信號Si^s2可借由相加感測單元CS11與CS21的光感測信號而得，其 它累計光感測信號可由類似方法而得，故不再贅述。若在累計光感測信號Salsi Sals2n中， 累計光感測信號Salsf具有最大值，則表示反射光Lkd的成像位置(圓圈中心)位于對應(yīng)于累 計光感測信號Salsf的水平方向上的位置。舉例而言，如圖10所示，累計光感測信號Smltl具 有最大值，因此可判斷反射光Lkd的成像位置(圓圈中心)位于對應(yīng)于累計光感測信號Smsitl 的水平方向上的位置。由于累計光感測信號Smltl所對應(yīng)的感測范圍為9/2XWPIX 5XWpix， 因此累計光感測信號Smltl所對應(yīng)的水平方向上的位置可表示為19/4XWPIX。如此，反射光 Led的成像位置(圓圈中心)可以累計光感測信號Smltl水平方向上的位置19/4XWPIX來表
7J\ ο此外，相較于影像傳感器700，影像傳感器900具有更高的分辨率。舉例而言，當(dāng)利 用影像傳感器700來偵測反射光Lkd的成像位置Dcs時，若反射光Led的成像位置Dcs(圓圈 中心)于水平方向上的實際位置為(17/4) XWpix，則此時累計光感測信號Sm5具有最大值， 因此反射光Led的成像位置Dcs會以影像傳感器700的第5行感測單元于水平方向上的位 置9/2XWPIX來表示；若反射光Lkd的成像位置Dcs(圓圈中心)于水平方向上的實際位置略 為移動，而變成為(19/4) XWpix,此時累計光感測信號Si^5仍然具有最大值，也就是說，雖然 反射光Lkd的成像位置Dcs(圓圈中心)于水平方向上的實際位置已經(jīng)從(17/4) XWpix變?yōu)?(19/4) Xffpix,但是反射光Lkd的成像位置Dcs仍會以影像傳感器700的第5行感測單元于水 平方向上的位置9/2 X Wpix來表示。然而，當(dāng)利用影像傳感器900來偵測反射光Lkd的成像位置D。s時，若反射光Led的 成像位置Dcs(圓圈中心)于水平方向上的實際位置為(17/4) XWpix，則此時累計光感測信號 Sals9具有最大值，因此反射光Lkd的成像位置D。s會以累計光感測信號Sm9于水平方向上的 位置17/4XWPIX來表示；然而，若反射光Led的成像位置Dcs (圓圈中心)于水平方向上的實 際位置略為移動，而變成為(19/4) XWpix，則此時累計光感測信號Smltl具有最大值，因此反 射光Led的成像位置Dcs會以累計光感測信號Smltl于水平方向上的位置⑴/^父評^來表示。 由此可知，利用影像傳感器900可更精確地偵測到反射光Led的成像位置D。s。更進(jìn)一步地 說，相較于影像傳感器700，在影像傳感器900中，借由調(diào)整每一列感測單元與其相鄰的其 它列感測單元的水平方向上的位置相隔的位移距離，可使影像傳感器900具有更高的分辨 率。此外，在影像傳感器900中，每一列感測單元與其相鄰的其它列感測單元的水平 方向(或圖9所示的X軸的方向)上的位置相隔的位移距離并不限定要相同。舉例而言， 第1列感測單元與第2列的感測單元之間的位移距離為WPIX/2，而第2列感測單元與第3列 的感測單元之間的位移距離為WPIX/4。此時，仍可用圖10所述的方法以利用影像傳感器900 來偵測反射光Lkd的成像位置Dcs。請參考圖11。圖11為說明本發(fā)明的影像傳感器的結(jié)構(gòu)的另一實施例1100的示意 圖。如圖11所示，影像傳感器1100的M個感測單元排列成N行Q列。影像傳感器1100與 700的差異在于，影像傳感器700的每一感測單元為一正方形，而影像傳感器1100的每一感 測單元為一長方形。舉例而言，影像傳感器700的每一感測單元的寬度與高度皆等于WPIX，而影像傳感器1100的每一感測單元的寬度為WPIX，高度則設(shè)計為(WPIXXK/Q)，其中Q < K， 也就是說，影像傳感器1100的每一感測單元的短邊位于水平方向(X軸方向)上，長邊位于 垂直方向上。換句話說，影像傳感器1100的每一行感測單元具有與影像傳感器700的每一 感測單元相同的寬度，且影像傳感器1100的每一行感測單元的數(shù)目Q雖然少于影像傳感器 700的每一行感測單元的數(shù)目K，但是影像傳感器1100的每一行感測單元的總面積仍維持 與影像傳感器700相同。類似于影像傳感器700，影像傳感器1100提供M個感測單元所產(chǎn) 生的M個感測信號給距離計算電路，以使距離計算電路計算出累計光感測信號Salsi S皿N。 舉例而言，根據(jù)第1行感測單元CS11 CSiq的光感測信號相加而產(chǎn)生的累計光感測信號為 Salsi ；根據(jù)第2行感測單元CS21 CSm的光感測信號相加而產(chǎn)生的累計光感測信號為Sals2 ； 根據(jù)第N行感測單元C^ni CSnq的光感測信號相加而產(chǎn)生的累計光感測信號為Salsn，其它 可依此類推，故不再贅述。如此一來，距離計算電路可利用圖8所述的方法，以根據(jù)累計光 感測信號Salsi Salsn來得到反射光Lkd的成像位置，并進(jìn)而計算出待測距離Dm。相較于影像傳感器700，由于在影像傳感器1100中，每一感測單元的長邊位于垂 直方向上而使得每一行感測單元的數(shù)目較少(意即Q < K)，因此可減少距離計算電路于產(chǎn) 生累計光感測信號Salsi S龍時所需累加的次數(shù)。由于影像傳感器1100的每一行感測單元 的總面積仍維持與影像傳感器700相同，因此每一行感測單元所接收到的鏡頭LEN所匯聚 的光的能量維持不變。換句話說，當(dāng)利用影像傳感器1100時，可減少距離計算電路于產(chǎn)生 累計光感測信號Salsi S龍時所需處理的運算量，且同時維持累計光感測信號Salsi S龍 的信噪比。此外，在影像傳感器1100中，每一感測單元的短邊位于水平方向上，且其寬度仍 維持為WPIX。換句話說，利用影像傳感器1100來計算反射光Lkd于水平方向上的成像位置 時，其分辨率與利用影像傳感器700的情況相同。因此，相較于影像傳感器700，影像傳感器 1100可減少距離計算電路所需處理的運算量，并同時維持累計光感測信號的信噪比與成像 位置于水平方向(意即短邊所位于的方向)上的分辨率。綜上所述，本發(fā)明所提供的測距裝置，借由將測距裝置中的影像傳感器所感測的 光感測信號，移除掉背景光與閃爍光的部分，來降低背景光與閃爍現(xiàn)象的影響。在本發(fā)明的 影像傳感器中，可借由調(diào)整每一列感測單元與其相鄰的其它列感測單元的水平方向上的位 置相隔的位移距離，以提高影像傳感器的分辨率。除此之外，本發(fā)明另提供一種測距裝置的 校正方法。借由發(fā)光組件發(fā)出偵測光至一具有第一已知距離的第一校正物與一具有第二已 知距離的第二校正物，以分別得出對應(yīng)于第一校正物的反射光的第一成像位置與對應(yīng)于第 二校正物的反射光的第二成像位置，并根據(jù)第一已知距離、該第一成像位置、該第二已知距 離以及該第二成像位置，以計算出可校正該測距裝置的內(nèi)部組件的組裝誤差角度的校正參 數(shù)。如此，測距裝置可借由校正參數(shù)以正確地計算出待測距離，提供給使用者更大的方便。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修 飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用成像位置差異以測距的測距裝置，該測距裝置具有一發(fā)光組件、一第一鏡 頭與一影像傳感器，該發(fā)光組件用來發(fā)出一偵測光射向一待測物，以使該待測物產(chǎn)生一反 射光，該第一鏡頭用來匯聚一背景光或該反射光，該影像傳感器用來感測該第一鏡頭所匯 聚的光的能量，以產(chǎn)生M個光感測信號，該測距裝置的特征在于包含一發(fā)光/感測控制電路，用于一距離感測階段時，控制該發(fā)光組件發(fā)光，且同時控制該 影像傳感器感測該第一鏡頭所匯聚的光的能量，以產(chǎn)生M個第一光感測信號，于一噪聲感 測階段內(nèi)控制該發(fā)光組件不發(fā)光，且同時控制該影像傳感器感測該第一鏡頭所匯聚的光的 能量，以產(chǎn)生M個第二光感測信號；其中M代表正整數(shù)；以及一距離計算電路，用來根據(jù)該M個第一光感測信號與該M個第二光感測信號，以判斷該 反射光于該影像傳感器上的一成像位置，并根據(jù)該成像位置、該第一鏡頭的一焦距、該發(fā)光 組件與該影像傳感器之間的一第一已知距離，以計算該測距裝置與該待測物之間的一待測距離。
2.如權(quán)利要求1所述的測距裝置，其特征在于，其中該發(fā)光/感測控制電路借由產(chǎn)生一 發(fā)光脈沖信號，以控制該發(fā)光組件發(fā)出該偵測光射向該待測物，來使該待測物據(jù)以產(chǎn)生該 反射光；該發(fā)光/感測控制電路借由產(chǎn)生一快門脈沖信號以控制該影像傳感器感測該第一 鏡頭所匯聚的光的能量，來產(chǎn)生該M個光感測信號；該發(fā)光/感測控制電路借由產(chǎn)生一讀取 信號，以使該影像傳感器輸出該M個光感測信號至該距離計算電路；該發(fā)光/感測控制電路 借由產(chǎn)生一階段信號以控制該距離計算電路接收該M個第一光感測信號與該M個第二光感 測信號，以判斷該反射光于該影像傳感器上的該成像位置，并根據(jù)該成像位置、該第一鏡頭 的該焦距、該發(fā)光組件與該影像傳感器之間的該第一已知距離，以計算該測距裝置與該待 測物之間的該待測距離。
3.如權(quán)利要求2所述的測距裝置，其中該影像傳感器的特征在于包含M個感測單元，該M個感測單元沿著一第一方向排列成Q列，且沿著一第二方向排列成 N行，該M個感測單元分別用來根據(jù)于該快門脈沖信號，感測該第一鏡頭所匯聚的光的能 量，以據(jù)以產(chǎn)生該M個光感測信號，并根據(jù)該讀取信號，以輸出該M個光感測信號；其中該距離計算電路根據(jù)該M個光感測信號以產(chǎn)生N個累計光感測信號，并根據(jù)該N 個累計光感測信號以計算出該待測物的該待測距離；其中該距離計算電路累加一第H行感測單元中的Q個感測單元所產(chǎn)生的光感測信號以 產(chǎn)生該N個累計光感測信號的一第H個累計光感測信號；其中該M個感測單元的每一感測單元皆為一長方形，每一行感測單元的長邊位于該第 一方向上，以減少每一行感測單元的數(shù)目，同時維持每一行感測單元所接收到的該第一鏡 頭所匯聚的光的能量，來減少該距離計算電路于產(chǎn)生該N個累計光感測信號時所需累加的 次數(shù)，且同時維持該N個累計光感測信號的信噪比，每一感測單元的短邊位于該第二方向 上，以維持該影像傳感器于該第二方向上的分辨率；其中N、Q與H皆代表正整數(shù)，且1彡H彡N。
4.如權(quán)利要求2所述的測距裝置，其中該影像傳感器的特征在于包含M個感測單元，分別用來根據(jù)于該快門脈沖信號，感測該第一鏡頭所匯聚的光的能量， 以據(jù)以產(chǎn)生該M個光感測信號，并根據(jù)該讀取信號，以輸出該M個光感測信號。
5.如權(quán)利要求4所述的測距裝置，其特征在于，其中該影像傳感器的該M個感測單 元排列成N行K列；該M個感測單元的一第X列感測單元與該M個感測單元的一相鄰的 第(X+1)列感測單元于該第一方向上的位置相隔一位移距離；X、N、K皆代表正整數(shù)，且 1 彡 X 彡(K-I)。
6.如權(quán)利要求1所述的測距裝置，其特征在于另包含 一第二鏡頭，用來匯聚該偵測光以射向該待測物。
7.如權(quán)利要求1所述的測距裝置，其特征在于，其中該距離感測階段與該噪聲感測階 段的時間間隔等于一半交流電周期。
8.如權(quán)利要求1所述的測距裝置，其中該測距裝置的特征在于另包含一參數(shù)計算電路，用來接收該發(fā)光/感測控制電路所輸出的一距離信號，而得到一校 正物與該測距裝置之間的一第二已知距離，并根據(jù)該第二已知距離與量測該校正物時該反 射光的一第一成像位置，以計算出用來校正該測距裝置的一組裝誤差角度的一校正參數(shù)； 該參數(shù)計算電路并根據(jù)該校正參數(shù)，以輸出一參數(shù)信號至該距離計算電路；其中該參數(shù)計算電路根據(jù)量測該校正物時該影像傳感器所輸出的光感測信號，以得到 量測該校正物時該反射光的該第一成像位置。
9.如權(quán)利要求8所述的測距裝置，其特征在于，其中該組裝誤差角度代表該偵測光所 旋轉(zhuǎn)的一發(fā)光誤差角度；其中該參數(shù)計算電路可根據(jù)下式以計算出該校正參數(shù) Dci = 1/[1/(DfXL) XDcsi+B]；其中Da代表該第二已知距離、Dcsi代表該第一成像位置、B代表該校正參數(shù)、Df代表該 第一鏡頭的該焦距、L代表該發(fā)光組件與該影像傳感器之間的該第一已知距離； 其中該校正參數(shù)與該發(fā)光誤差角度的關(guān)系可以下式表示 B = tan θ ld/L ；其中θω代表該發(fā)光誤差角度；其中當(dāng)該距離計算電路接收到該校正參數(shù)時，該距離計算電路可根據(jù)下式，以計算經(jīng) 校正后的該待測距離Dm= 1/[1/(DfXL) X Dcs+B]；其中Dm代表該待測距離、D。s代表量測該待測物時該反射光的該成像位置。
10.如權(quán)利要求8所述的測距裝置，其特征在于，其中該組裝誤差角度代表該影像傳感 器的一第一感測誤差角度與一第二感測誤差角度；其中該參數(shù)計算電路可根據(jù)下式以計算出該校正參數(shù) Dc2 = !/(AXDcsj)；其中Dc2代表該第二已知距離、Dkt代表該第一成像位置、A代表該校正參數(shù)； 其中該校正參數(shù)與該影像傳感器的該第一感測誤差角度與該第二感測誤差角度的關(guān) 系可以下式表示A = (cos θ CS2Xcos θ CS1)/(DfXL)；其中θ CS1代表該第一感測誤差角度、θ CS2代表該第二感測誤差角度； 其中當(dāng)該距離計算電路接收到該校正參數(shù)時，該距離計算電路可根據(jù)下式，以計算經(jīng) 校正后的該待測距離Dm= 1/(AXDcs)；其中Dm代表該待測距離、D。s代表量測該待測物時該反射光的該成像位置。
11.一種利用成像位置差異以測距的測距裝置，該測距裝置具有一發(fā)光組件、一第一鏡 頭與一影像傳感器，該發(fā)光組件用來發(fā)出一偵測光射向一待測物，以使該待測物產(chǎn)生一反 射光，該第一鏡頭用來匯聚一背景光或該反射光，該影像傳感器具有M個感測單元，該M個 感測單元用來感測該第一鏡頭所匯聚的光的能量，以產(chǎn)生M個光感測信號，該測距裝置的 特征在于包含一發(fā)光/感測控制電路，用于一距離感測階段時，控制該發(fā)光組件發(fā)光，且同時控制該 影像傳感器感測該第一鏡頭所匯聚的光的能量，以產(chǎn)生M個第一光感測信號，于一噪聲感 測階段內(nèi)控制該發(fā)光組件不發(fā)光，且同時控制該影像傳感器感測該第一鏡頭所匯聚的光的 能量，以產(chǎn)生M個第二光感測信號；其中M代表正整數(shù)；以及一距離計算電路，用來根據(jù)該M個第一光感測信號與該M個第二光感測信號，以判斷該 反射光于該影像傳感器上的一成像位置，并根據(jù)該成像位置、該第一鏡頭的一焦距、該發(fā)光 組件與該影像傳感器之間的一第一已知距離，以計算該測距裝置與該待測物之間的一待測 距離，該距離計算電路包含復(fù)數(shù)個儲存單元，分別用來儲存該M個第一光感測信號與該M個第二光感測信號；其中該發(fā)光/感測控制電路借由產(chǎn)生一發(fā)光脈沖信號，以控制該發(fā)光組件發(fā)出該偵測 光射向該待測物，來使該待測物據(jù)以產(chǎn)生該反射光；該發(fā)光/感測控制電路借由產(chǎn)生一快 門脈沖信號以控制該影像傳感器的該M個感測單元根據(jù)于該快門脈沖信號，分別感測該第 一鏡頭所匯聚的光的能量，以據(jù)以產(chǎn)生該M個光感測信號；該發(fā)光/感測控制電路借由產(chǎn)生 一讀取信號，以使該影像傳感器的該M個感測單元輸出該M個光感測信號至該距離計算電 路；該發(fā)光/感測控制電路借由產(chǎn)生一階段信號以控制該距離計算電路接收該M個第一光 感測信號與該M個第二光感測信號，以判斷該反射光于該影像傳感器上的該成像位置，并 根據(jù)該成像位置、該第一鏡頭的該焦距、該發(fā)光組件與該影像傳感器之間的該第一已知距 離，以計算該測距裝置與該待測物之間的該待測距離；其中當(dāng)該階段信號表示總和時，該距 離計算電路將所接收的該M個第一光感測信號標(biāo)記為M個正光感測信號；其中當(dāng)該階段信號表示噪聲時，該距離計算電路將所接收的該M個第二光感測信號標(biāo) 記為M個負(fù)光感測信號；其中當(dāng)該階段信號表示計算距離時，該距離計算電路將該復(fù)數(shù)個儲存單元所儲存的正 光感測信號與負(fù)光感測信號相減，并選出相減之后所儲存的值最大的儲存單元，以據(jù)以判 斷該反射光于該影像傳感器上的該成像位置，并根據(jù)該成像位置、該第一鏡頭的該焦距、該 發(fā)光組件與該影像傳感器之間的該第一已知距離，以計算該測距裝置與該待測物之間的該 待測距離。
12.如權(quán)利要求11所述的測距裝置，其特征在于，其中于該距離感測階段時，該發(fā)光/ 感測控制電路同時產(chǎn)生該發(fā)光脈沖信號與該快門脈沖信號，然后產(chǎn)生該讀取信號與表示總 和的該階段信號；于該噪聲感測階段時，該發(fā)光/感測控制電路產(chǎn)生該快門脈沖信號，然后 產(chǎn)生該讀取信號與表示噪聲的該階段信號；其中當(dāng)該發(fā)光脈沖信號表示發(fā)光時，該發(fā)光組件發(fā)出該偵測光；當(dāng)該快門脈沖信號表示開啟時，該M個感測單元感測該第一鏡頭所匯聚的光的能量；當(dāng)該讀取信號表示讀取時， 該M個感測單元輸出分別輸出M個第一光感測信號或M個第二光感測信號；其中于該距離感測階段內(nèi)，該發(fā)光/感測控制電路產(chǎn)生表示發(fā)光的該發(fā)光脈沖信號與 表示開啟的該快門脈沖信號，然后產(chǎn)生表示讀取的該讀取信號與表示總和的該階段信號； 其中于距離感測階段內(nèi)，該發(fā)光/感測控制電路所產(chǎn)生表示發(fā)光的該發(fā)光脈沖信號的脈沖 寬度與表示開啟的該快門脈沖信號的脈沖寬度皆等于一第一已知脈沖寬度；于該噪聲感測 階段內(nèi)，該發(fā)光/感測控制電路產(chǎn)生表示開啟的該快門脈沖信號，然后產(chǎn)生表示讀取的該 讀取信號與表示噪聲的該階段信號；于該噪聲感測階段內(nèi)該發(fā)光/感測控制電路所產(chǎn)生表 示開啟的該快門脈沖信號的脈沖寬度等于該第一已知脈沖寬度；于該發(fā)光/感測控制電路 于該距離感測階段與該噪聲感測階段內(nèi)所產(chǎn)生表示讀取的該讀取信號的脈沖寬度皆等于 一第二已知脈沖寬度。
13.如權(quán)利要求11所述的測距裝置，其特征在于，其中于該距離感測階段時，該發(fā)光/ 感測控制電路同時產(chǎn)生該發(fā)光脈沖信號與該快門脈沖信號，然后產(chǎn)生該讀取信號與表示總 和的該階段信號；于該噪聲感測階段時，該發(fā)光/感測控制電路產(chǎn)生該快門脈沖信號，然后 產(chǎn)生該讀取信號與表示噪聲的該階段信號；其中該復(fù)數(shù)個儲存單元的數(shù)目等于M ；該距離計算電路根據(jù)該M個儲存單元的一第K 個儲存單元所儲存的值最大，以判斷該反射光主要匯聚成像于該M個感測單元的一第K個 感測單元；其中K代表正整數(shù)，且KSM;其中該距離計算電路根據(jù)反射光主要匯聚成像于該M個感測單元的該第K個感測單 元，以根據(jù)下式計算出該成像位置 Dcs = KXffpix ；其中D。s代表該成像位置、Wpix代表一畫素寬度；其中該M個感測單元的每個感測單元的寬度皆等于該畫素寬度；其中當(dāng)該階段信號代表計算距離時，該距離計算電路根據(jù)下式以計算出該待測距離Dm= (Df XL)/Dcs；其中Dm代表該待測距離、Df代表該第一鏡頭的該焦距、L代表該發(fā)光組件與該影像傳 感器之間的該第一已知距離。
14.一種用來校正利用成像位置差異以測距的一測距裝置的校正方法，該測距裝置的 一發(fā)光組件發(fā)射一偵測光至一待測物，并反射回該測距裝置的一影像傳感器，以得到一第 一成像位置，該測距裝置可根據(jù)該第一成像位置、該測距裝置的一第一鏡頭的一焦距、該發(fā) 光組件與該影像傳感器之間的一第一已知距離，以計算該測距裝置與該待測物之間的一待 測距離，該校正方法的特征在于包含該測距裝置的該發(fā)光組件發(fā)出該偵測光至一校正物，并反射回該測距裝置的該影像傳 感器，以得出一第二成像位置；其中該測距裝置與該校正物之間的距離為一第二已知距離；根據(jù)該第二已知距離、該第二成像位置，以計算出用來校正該測距裝置的一組裝誤差 角度的一校正參數(shù)；以及該測距裝置根據(jù)該校正參數(shù)以計算出經(jīng)校正后的該待測距離。
15.如權(quán)利要求14所述的校正方法，其中根據(jù)該第二已知距離、該第二成像位置，以計 算出用來校正該測距裝置的該組裝誤差角度的該校正參數(shù)的特征在于包含根據(jù)該第二已知距離、該第二成像位置，以計算出用來校正該測距裝置的該發(fā)光組件 的該偵測光所旋轉(zhuǎn)的一發(fā)光誤差角度的一校正參數(shù)；
16.如權(quán)利要求15所述的校正方法，其特征在于，其中根據(jù)該第二已知距離、該第一成 像位置，以計算出用來校正該測距裝置的該發(fā)光組件的該偵測光所旋轉(zhuǎn)的該發(fā)光誤差角度 的該校正參數(shù)可根據(jù)下式計算Dci = 1/[1/(DfXL) XDcsi+B]；其中Da代表該第二已知距離、Dcsi代表該第二成像位置、B代表該校正參數(shù)、Df代表該 第一鏡頭的該焦距、L代表該發(fā)光組件與該影像傳感器之間的該第一已知距離； 其中該校正參數(shù)與該發(fā)光誤差角度的關(guān)系可以下式表示B = tan θ ld/L ；其中θω代表該發(fā)光誤差角度； 其中該待測距離可根據(jù)下式得出 Dm= 1/[1/(DfXL) X Dcs+B]；其中Dm代表該待測距離、D。s代表量測該待測物時的該第一成像位置。
17.如權(quán)利要求14所述的校正方法，其中根據(jù)該第二已知距離、該第二成像位置，以計 算出用來校正該測距裝置的該組裝誤差角度的該校正參數(shù)的特征在于包含根據(jù)該第二已知距離、該第二成像位置，以計算出用來校正該測距裝置的該影像傳感 器的一第一感測誤差角度與一第二感測誤差角度的一校正參數(shù)。
18.如權(quán)利要求17所述的校正方法，其特征在于，其中根據(jù)該第二已知距離、該第二成 像位置，以計算出用來校正該測距裝置的該影像傳感器的該第一感測誤差角度與該第二感 測誤差角度的該校正參數(shù)可根據(jù)下式計算Dc2 = !/(AXDcsj)；其中Dc2代表該第二已知距離、Dkt代表該第二成像位置、A代表該校正參數(shù)； 其中該校正參數(shù)與該影像傳感器的該第一感測誤差角度與該第二感測誤差角度的關(guān) 系可以下式表示A = (cos θ CS2Xcos θ CS1)/(DfXL)；其中θ esi代表該第一感測誤差角度、θ 代表該第二感測誤差角度、Df代表該第一鏡 頭的該焦距、L代表該發(fā)光組件與該影像傳感器之間的該第一已知距離； 其中該待測距離可根據(jù)下式得出 Dm= 1/(AXDcs)；其中D。s代表該成像位置、Dm代表該待測距離。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用成像位置差異以測距的測距裝置，用來測量一待測物與該測距裝置之間的一待測距離。該測距裝置借由將該測距裝置中的一影像傳感器所產(chǎn)生的光感測信號，移除掉對應(yīng)于一背景光與一閃爍光的部分，來降低該背景光與該閃爍光的影響。本發(fā)明還涉及一種利用成像位置差異以測距的測距裝置的校正方法，該測距裝置可根據(jù)量測具有一已知距離的一校正物所得的一反射光的一成像位置，以計算出可校正該測距裝置的一組裝誤差角度的一校正參數(shù)。如此，測距裝置可根據(jù)該校正參數(shù)以正確地計算出該待測距離。
文檔編號G01C3/00GK102072718SQ20091024675
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者呂志宏, 廖祈杰, 蘇聰宜, 許恩峰 申請人:原相科技股份有限公司