CN112255634A - 电子装置、受光装置、投射装置以及距离测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施方式涉及电子装置、受光装置、投射装置以及距离测量方法。电子装置具备:受光部,在接收到预定的光子数的光之后,在恢复期间内无法接收新的光;投射部,投射具有与所述恢复期间的n倍中的任意倍数都不同的脉冲宽度的光,n为1以上的整数;以及距离测量部,根据由所述投射部投射光的定时与由所述投射部投射的光被对象物反射而由所述受光部接收的反射波的受光定时的时间差,测量直至所述对象物为止的距离。
Description
本申请以日本专利申请(日本特愿2019-124697,申请日: 3/7/2019)为基础,从该申请享有优先的利益。通过参照该申请,包含该申请的全部内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及电子装置、受光装置、投射装置以及距离测量方法。
背景技术
作为将接收到的光变换为电信号的光检测元件之一,有雪崩光电二极管(以下,APD)。在使APD以施加比击穿电压高的逆偏置的电压的盖革模式进行动作的情况下,APD具有检测1个光子的微弱的光的能力。然而,以盖革模式进行动作的APD的灵敏度高,但在探测到光子之后,动作状态发生变化,无法高灵敏度地探测其以后的光。因此,APD在探测到光子之后需要恢复动作。在恢复动作中,进行提升APD的阴极电压的动作,但在直至阴极电压复原到所期望的电压为止的恢复期间内,APD无法接收光子。该恢复期间还被称为死区时间。
在将APD用于受光部的距离测量装置中,根据从投射部投射激光的定时与该激光被对象物反射而由受光部接收的定时的时间差,测量直至对象物为止的距离。
然而,在APD的恢复期间内无法接收光,所以距离测量的精度下降。
发明内容
本发明的一个方案提供即使在受光部具有恢复期间的情况下也能够精度良好地进行距离测量的电子装置、受光装置、投射装置以及距离测量方法。
根据本实施方式,提供一种电子装置,具备:
受光部,在接收到预定的光子数的光之后,在恢复期间内无法接收新的光;
投射部,投射具有与所述恢复期间的n倍中的任意倍数都不同的脉冲宽度的光,n为1以上的整数;以及
距离测量部,根据由所述投射部投射光的定时与由所述投射部投射的光被对象物反射而由所述受光部接收的反射波的受光定时的时间差,测量直至所述对象物为止的距离。
附图说明
图1是示出一个实施方式的电子装置1的概略结构的框图。
图2是示出在纵横方向上配置有多个像素量的SiPM的受光传感器的例子的图。
图3A是示出投射部投射激光的投射定时的图。
图3B是示出受光部接收的反射光的受光定时的图。
图4A是示出假定为在APD中没有死区时间的情况下的受光时间数据的图。
图4B是示出假定为在APD中没有死区时间的情况下的受光时间分布的图。
图5A是示出在APD中有死区时间的情况下的受光时间数据的图。
图5B是示出在APD中有死区时间的情况下的受光时间分布的图。
图6是示出投射部投射的激光的脉冲宽度与距离的测量误差的关系的图。
图7A是示出将激光的脉冲宽度设为死区时间的2.3倍的情况下的受光时间数据的图。
图7B是示出将激光的脉冲宽度设为死区时间的2.3倍的情况下的受光时间分布的图。
图8是示出本实施方式的电子装置的处理动作的流程图。
图9是示出将受光部和信号处理部安装于半导体基板上的例子的示意性的立体图。
(附图标记说明)
1:电子装置;2:投射部;3:光控制部;4:受光部;5:信号处理部;6:图像处理部;11:振荡器;12:投射控制部;13:光源; 14:第1驱动部;15:第2驱动部;21:第1透镜;22:分束器;23:第2透镜;24:半反射镜;25:扫描反射镜;31:光检测器;32:放大器;33:第3透镜;34:受光传感器;35:A/D变换器;41:存储部;42:距离测量部;43:控制部。
具体实施方式
以下,参照附图,说明电子装置、受光装置、投射装置以及距离测量方法的实施方式。以下,以电子装置、受光装置以及投射装置的主要的结构部分为中心进行说明,但在电子装置、受光装置以及投射装置中可能存在未图示或者说明的结构部分、功能。
图1是示出一个实施方式的电子装置1的概略结构的框图。图1 的电子装置1以ToF方式进行距离测量。图1的电子装置1具备投射部2、光控制部3、受光部4、信号处理部5以及图像处理部6。图1 的电子装置1中的至少一部分能够包括1个或者多个半导体IC(Integrated Circuit,集成电路)。例如,既可以将信号处理部5和图像处理部6集成于一个半导体芯片的内部,也可以连受光部4都包括地集成于该半导体芯片。另外,也可以连投射部2都包括地集成于该半导体芯片。
投射部2投射光。投射部2投射的光例如为预定的频带的激光。激光是指相位以及频率一致的相干的光。投射部2按照预定的周期间歇地投射脉冲状的激光。投射部2投射激光的周期为为了由信号处理部5根据激光的一个脉冲来测量距离所需的时间以上的时间间隔。如后所述,投射部2投射具有与受光部4的恢复期间的n倍(n为1以上的整数)中的任意倍数都不同的脉冲宽度的光。
投射部2具有振荡器11、投射控制部12、光源13、第1驱动部 14以及第2驱动部15。振荡器11生成与投射激光的周期相应的振荡信号。第1驱动部14与振荡信号同步地间歇地将电力供给到光源13。光源13根据来自第1驱动部14的电力间歇地射出激光。光源13既可以为射出单一的激光的激光元件,也可以为同时地射出多个激光的激光单元。光源13射出脉冲状的激光,但激光的脉冲形状是任意的。例如,脉冲形状既可以为矩形形状,也可以为三角形形状,也可以为三角函数形状,也可以为高斯曲线形状。投射控制部12与振荡信号同步地控制第2驱动部15。第2驱动部15根据来自投射控制部12的指示将与振荡信号同步的驱动信号供给到光控制部3。
光控制部3控制从光源13射出的激光的行进方向。另外,光控制部3控制接收到的激光的行进方向。
光控制部3具有第1透镜21、分束器22、第2透镜23、半反射镜24以及扫描反射镜25。
第1透镜21使从投射部2射出的激光聚光,引导到分束器22。分束器22使来自第1透镜21的激光分支成两个方向,引导到第2透镜23和半反射镜24。第2透镜23将来自分束器22的分支光引导到受光部4。将激光引导到受光部4的理由在于利用受光部4来检测投射定时。
半反射镜24使来自分束器22的分支光通过而引导到扫描反射镜 25。另外,半反射镜24使包含入射到电子装置1的反射光的激光向受光部4的方向反射。
扫描反射镜25与来自投射部2内的第2驱动部15的驱动信号同步地对反射镜面进行旋转驱动。由此,控制通过半反射镜24而入射到扫描反射镜25的反射镜面的分支光(激光)的反射方向。通过以一定周期对半反射镜24的反射镜面进行旋转驱动,能够至少在一维方向上扫描从光控制部3射出的激光。通过将对反射镜面进行旋转驱动的轴设置为两个方向,还能够在二维方向上扫描从光控制部3射出的激光。在图1中,示出了利用扫描反射镜25在X方向以及Y方向上扫描从电子装置1投射的激光的例子。此外,扫描反射镜25不仅可以在物理上使反射镜面旋转,还可以使光学特性变化来切换激光的行进方向。
当在从电子装置1投射的激光的扫描范围内存在人、物体等对象物10的情况下,激光被对象物10反射。被对象物10反射后的反射光由受光部4接收。
受光部4在接收到预定的光子数的光之后,在恢复期间内无法接收新的光。以具备投射部2投射的激光的脉冲宽度与恢复期间的n倍 (n为1以上的整数)中的任意倍数都不同的关系的方式设定恢复期间的长度。受光部4具有光检测器31、放大器32、第3透镜33、受光传感器34以及A/D变换器35。光检测器31接收由分束器22分支后的光并变换为电信号。能够利用光检测器31来检测激光的投射定时。放大器32放大从光检测器31输出的电信号。受光部4如后所述根据在恢复期间的前后接收到的受光信号,决定反射波的受光定时。
第3透镜33使被对象物10反射后的激光成像于受光传感器34。受光传感器34接收激光并变换为电信号。受光传感器34具有上述 SiPM(Silicon Photomultiplier,硅光电倍增管)。关于受光传感器 34,将在后面详细叙述。
A/D变换器35以预定的采样速率对从受光传感器34输出的电信号进行采样并进行A/D变换,生成数字信号。
信号处理部5测量直至使激光反射的对象物10为止的距离,并且将与激光相应的数字信号存储于存储部41。信号处理部5具有存储部41、距离测量部42以及控制部43。
距离测量部42根据激光以及反射光,测量直至对象物10为止的距离。更具体而言,距离测量部42根据激光的投射定时与由受光传感器34接收到的激光所包含的反射光的受光定时的时间差,测量直至对象物为止的距离。即,距离测量部42根据以下的式(1),测量距离。
距离=光速×(反射光的受光定时-激光的投射定时)/2…(1)
式(1)中的“反射光的受光定时”更准确而言是指反射光的峰值位置的受光定时。控制部43根据由A/D变换器35生成的数字信号来检测激光所包含的反射光的峰值位置。
控制部43除了进行将进行A/D变换得到的数字信号存储于存储部41的控制之外,还进行受光时间数据的生成、受光时间分布的生成以及反射光的受光定时的决定等。
此外,在图1中示出了根据与存储于存储部41的受光数据相应的数字信号,距离测量部42测量直至对象物为止的距离的例子,但存储部41不是必需的结构部分。也可以不将由A/D变换器35变换后的与受光数据相应的数字信号存储于存储部41,直接进行使用而利用距离测量部42来进行距离测量。在该情况下,也可以合并控制部43 和距离测量部42。
构成受光传感器34的SiPM在二维方向上配置有多个雪崩光电二极管(以下,APD)。多个APD中的多个第1APD接收从第1方向入射的激光,多个第2APD接收从与第1方向不同的第2方向入射的光。
通过以使比击穿电压高的电压施加到APD的阳极-阴极间的盖革模式使APD动作,APD能够检测1个光子的微弱的光。然而,当 APD检测到光子时,APD的阴极电压下降,无法检测其它光子。因而,检测到光子的APD需要进行用于提升阴极电压的恢复动作(还称为复位动作),直至阴极电压被提升而能够进行光子的检测为止的期间被称为恢复期间或者死区时间。在死区时间期间中,APD无法进行光子的检测,所以即使在该期间中反射光到来,受光部4也无法检测,由距离测量部42测量的距离产生误差。
因此,受光传感器34将在纵横方向上排列有各多个APD36的SiPM作为1个像素,接收反射光。图2示出了将在纵横方向上排列有各多个APD36的SiPM37作为1个像素,在纵横方向上配置有多个像素量的SiPM37的受光传感器34的例子。例如,如果由纵横各两个 APD36构成SiPM37,则能够利用一个SiPM37来接收4个光子,能够在SiPM37内的一部分的APD36的死区时间中,由其它APD36接收光子。
这样,越增加各SiPM37内所包含的APD36的数量,越能够缩短由SiPM37无法接收光的死区时间,但当增加各SiPM37内的APD36 的数量时,受光传感器34的安装面积变大。
投射部2间歇地投射预定的脉冲宽度的激光。从投射部2投射的激光被对象物反射而由受光部4接收。因此,由投射部2投射的预定的脉冲宽度的激光被对象物反射,成为大致相同的脉冲宽度的反射光,由受光部4接收。
图3A以及图3B是示出投射部2投射激光的投射定时和受光部 4接收的反射光的受光定时的图。在图3A以及图3B中,将投射部2 投射激光的脉冲宽度设为PW,将受光部4接收激光的期间(测量范围)设为Tm。受光部4除了接收反射光以外,还不定期地接收环境光。在图3B中,用纵线示意地示出了反射光和环境光所包含的各光子。如图所示,在接收反射光之前和之后在不定期的定时接收环境光。
图4A以及图4B是示出假定为在APD36中没有死区时间的情况下的受光传感器34的受光时间数据和受光时间分布的图。图4A以及图4B的横轴为时间。图4A示出了在各时刻接收到的光子。图4B表示在与投射部2投射激光的脉冲宽度相同的长度的期间内接收到的光子数。
如图4B所示,关于在与脉冲宽度相同的长度的期间内接收的光子数,在该期间内接收反射光的期间越长,该光子数越多。因而,接收的光子数线性地增加,在达到最大数之后线性地减少。
图5A以及图5B是示出APD36具有死区时间的情况下的受光传感器34的受光时间数据和受光时间分布的图。图5B示出了由具有多个APD36的SiPM37构成受光传感器34的例子。例如,在SiPM37 具有纵横各两个APD36的情况下,能够接收光子直至SiPM37内的4 个APD36全部接收到光子为止。在图5A中,示出了当受光传感器 34接收到4个光子时需要死区时间的例子。另外,在图5A中,示出了投射部2投射的激光的脉冲宽度具有APD36的死区时间的两倍的长度的例子。在该情况下,受光传感器34能够在与死区时间相同的长度的期间内接收各4个光子。因而,在与脉冲宽度相同的长度的期间内接收的光子数如图5B那样最大为8个,与假定为在APD36中没有死区时间的图5A相比,接收的光子数变少。
由受光传感器34接收的光子数少意味着无法准确地掌握反射光的受光定时。距离测量部42根据投射定时与受光定时的时间差来测量距离,所以在只能接收反射光的一部分的情况下,无法准确地检测受光定时,距离的测量误差变大。
本发明者发现通过调整投射部2投射激光的脉冲宽度,距离的测量误差发生变化。图6是示出投射部2投射的激光的脉冲宽度与距离的测量误差的关系的图。在图6中,受光光子数为1177个,将APD36 的死区时间设为5ns。图6的横轴为脉冲宽度[ns],纵轴为距离的测量误差[m]。在图6中,分别示出了SiPM37所包含的APD36的数量为 4个、6个、8个、12个、24个以及48个的情况下的曲线图g1~g6。
从图6的曲线图g1~g6可知,随着APD36的数量增加,距离的测量误差变小。另外,与SiPM37内的APD36的数量无关地,在投射部2投射的激光的脉冲宽度为APD36的死区时间的整数倍时(例如,图6的脉冲宽度为10ns和15ns)距离的测量误差成为最大。因而,可知为了减小距离的测量误差,最好使投射部2投射的激光的脉冲宽度从APD36的死区时间的整数倍错开。
因而,本实施方式的投射部2在APD36的死区时间的非整数倍的脉冲宽度的期间连续地投射激光。APD36的死区时间能够在APD36 的设计阶段进行调整,所以投射控制部12能够根据APD36的死区时间的信息,以使投射部2投射的激光的脉冲宽度不成为死区时间的整数倍的方式进行控制。
更好的是,如图6的箭头线y1所示,投射部2投射具有比APD36 的死区时间的n倍(n为1以上的整数)大且比(n+1)倍小死区时间的20%以上的脉冲宽度的激光。
进而,更好的是,如图6的箭头线y2所示,投射部2投射具有比APD36的死区时间的n倍大死区时间的20%以上且比(n+1)倍小死区时间的40%以上的脉冲宽度的激光。这样的脉冲宽度的控制也能够由投射控制部12进行。
这样,以使投射部2投射的激光的脉冲宽度不成为APD36的死区时间的整数倍的方式调整脉冲宽度,能够进一步增大由受光传感器 34接收的光子数,甚至能够削减由距离测量部42测量的距离的测量误差。
图7A以及图7B是示出将投射部2投射的激光的脉冲宽度设为 APD36的死区时间的2.3倍的情况下的受光传感器34的受光时间数据和受光时间分布的图。在图7A以及图7B中,使投射部2投射的激光的脉冲宽度比图5A以及图5B长APD36的死区时间的(2.3-2=0.3)倍。由此,在图5A中,在反射光的受光期间内两次接收到各4个光子,相对于此,在图7A中,能够进一步又一次额外接收光子,能够可靠地增加能够由受光传感器34接收的光子数。因而,图7B所示的受光时间分布在比图5B宽的范围扩展,能够更准确地检测反射光的受光定时。
图8是示出本实施方式的电子装置1的处理动作的流程图。当开始图8的处理时,利用图6的曲线图g1~g6,将投射部2投射的激光的脉冲宽度设定为APD36的死区时间的非整数倍的值。
投射控制部12以使光源13射出所设定的脉冲宽度的激光的方式,将控制信号发送到振荡器11(步骤S1)。根据由振荡器11振荡出的振荡信号,第1驱动部14生成用于驱动光源13的驱动信号。由此,光源13射出所设定的脉冲宽度的激光(步骤S2)。
当从光源13射出激光时,受光传感器34开始光的接收,利用A/D变换器35将受光信号变换为电信号(步骤S3)。控制部43根据由A/D变换器35变换后的电信号,生成关于接收到激光的时间的受光时间数据(步骤S4)。受光时间数据如图5A所示。
接下来,控制部43根据受光时间数据来计算受光时间分布(步骤S5)。受光时间分布如图7B所示为在与投射部2投射的激光的脉冲宽度相同的长度的期间内接收到的光子数的分布。
接下来,控制部43根据受光时间分布来决定反射光的受光定时 (步骤S6)。在该步骤S6中,控制部43例如决定与图7B的受光时间分布的峰值对应的受光定时。或者,控制部43也可以根据图7B的受光时间分布的平均值来决定受光定时。
接下来,距离测量部42根据投射部2投射激光的投射定时即投射部2内的光源13射出激光的定时与在步骤S6中决定的受光定时的时间差,利用上述(1)式来测量直至对象物为止的距离(步骤S7)。图像处理部6根据测量出的距离,生成将直至存在于电子装置1的周围的各对象物为止的距离图像化而成的距离图像(步骤S8)。
接下来,判定是否接到处理的结束指令(步骤S9),在尚未接到的情况下再次进行步骤S1以后的处理,在接到结束指令的情况下,结束图8的处理。
本实施方式的电子装置1中的至少一部分能够安装于SOI (Silicon OnInsulator,绝缘体上的硅)基板等半导体基板上。图9是示出将受光部4和信号处理部5安装于半导体基板上的例子的示意性的立体图。在图9的半导体基板51上设置有第1裸片52和第2裸片 53。在第1裸片52上配置有图1的受光部4内的受光传感器34。受光传感器34如图8所示具备在X方向以及Y方向上配置的多个 SiPM37。在第2裸片53上配置有图1的受光部4内的A/D变换器 (ADC)35和信号处理部5。第1裸片52上的焊盘54与第2裸片53 上的焊盘55利用键合线56连接。
在图9的布局图中,在第1裸片52上配置有多个SiPM37,但也可以与各SiPM37对应起来配置用于缩短APD36的死区时间的有源淬火电路、无源淬火电路。
这样,在本实施方式中,将投射部2投射的激光的脉冲宽度设定为APD36的死区时间的非整数倍的值、即与死区时间的n倍(n为1 以上的整数)中的任意倍数都不同的脉冲宽度,所以与将脉冲宽度设为死区时间的整数倍的情况相比,能够增加由受光部4接收的光子数。因而,能够精度更加良好地检测反射光的受光定时,能够削减距离的测量误差。在设定投射部2投射的激光的脉冲宽度时,如图5所示,根据投射部2投射的激光的脉冲宽度与距离的测量误差的对应关系来设定最佳的脉冲宽度,从而能够尽可能减小距离的测量误差。根据本实施方式,当在APD36中存在死区时间的情况下,无需变更APD36 自身就能够抑制死区时间的影响。
能够与将有源淬火电路、无源淬火电路设置于APD36而缩短死区时间的对策一起实施如上所述的投射部2投射的激光的脉冲宽度的控制。
此外,能够将上述实施方式总结成以下的技术方案。
技术方案1
一种电子装置,具备:
受光部,在接收到预定的光子数的光之后,在恢复期间内无法接收新的光;
投射部,投射具有与所述恢复期间的n倍中的任意倍数都不同的脉冲宽度的光,n为1以上的整数;以及
距离测量部,根据由所述投射部投射光的定时与由所述投射部投射的光被对象物反射而由所述受光部接收的反射波的受光定时的时间差,测量直至所述对象物为止的距离。
技术方案2
根据技术方案1所记载的电子装置,其中,
所述投射部投射具有比所述恢复期间的n倍大且比所述恢复期间的(n+1)倍小所述恢复期间的20%以上的脉冲宽度的光。
技术方案3
根据技术方案2所记载的电子装置,其中,
所述投射部投射具有比所述恢复期间的所述n倍大所述恢复期间的20%以上且比所述恢复期间的所述(n+1)倍小所述恢复期间的 40%以上的脉冲宽度的光。
技术方案4
根据技术方案2或者3所记载的电子装置,其中,
所述受光部根据在所述恢复期间的前后接收到的受光信号,决定所述反射波的受光定时。
技术方案5
根据技术方案1至4中的任意一项所记载的电子装置,其中,
所述受光部具有雪崩光电二极管,
所述受光部在对所述雪崩光电二极管的阳极-阴极间施加比击穿电压高的逆偏置电压的盖革模式下接收光。
技术方案6
根据技术方案5所记载的电子装置,其中,
所述受光部具有在一个方向或者两个方向上配置的多个所述雪崩光电二极管,
所述多个雪崩光电二极管中的多个第1雪崩光电二极管接收从第1方向入射的光,
多个第2雪崩光电二极管接收从与所述第1方向不同的第2方向入射的光。
技术方案7
根据技术方案6所记载的电子装置,其中,
所述受光部具有受光传感器,该受光传感器在一个方向或者两个方向上配置有多个将所述多个雪崩光电二极管作为单位的二极管群,
所述二极管群分别接收从对应的方向入射的光。
技术方案8
一种受光装置,用于接收被投射的具有脉冲宽度的光被对象物反射后的反射光,其中,
所述受光装置具备在接收到预定的光子数的光之后在恢复期间内无法接收新的光的受光部,
所述恢复期间的长度具备所述脉冲宽度与所述恢复期间的n倍中的任意倍数都不同这样的关系,n为1以上的整数。
技术方案9
根据技术方案8所记载的受光装置,其中,
所述受光装置具备距离测量部,该距离测量部根据由投射具有与所述恢复期间的n倍中的任意倍数都不同的脉冲宽度的光的投射部投射光的定时与由所述投射部投射的光被对象物反射而由所述受光部接收的反射波的受光定时的时间差,测量直至所述对象物为止的距离,n为1以上的整数。
技术方案10
根据技术方案8或者9所记载的受光装置,其中,
所述受光部根据在所述恢复期间的前后接收到的受光信号,决定所述反射波的受光定时。
技术方案11
根据技术方案8至10中的任意一项所记载的受光装置,其中,
所述受光部具有雪崩光电二极管,
所述受光部在对所述雪崩光电二极管的阳极-阴极间施加比击穿电压高的逆偏置电压的盖革模式下接收光。
技术方案12
根据技术方案11所记载的受光装置,其中,
所述受光部具有在一个方向或者两个方向上配置的多个所述雪崩光电二极管,
所述多个雪崩光电二极管中的多个第1雪崩光电二极管接收从第1方向入射的光,
多个第2雪崩光电二极管接收从与所述第1方向不同的第2方向入射的光。
技术方案13
根据技术方案12所记载的受光装置,其中,
所述受光部具有受光传感器,该受光传感器在一个方向或者两个方向上配置有多个以所述多个雪崩光电二极管为单位的二极管群,
所述二极管群分别接收从对应的方向入射的光。
技术方案14
一种投射装置,用于投射具有脉冲宽度的光,所述光被对象物反射而由受光部接收,其中,
所述投射装置具备投射部,该投射部投射具有与在所述受光部接收到预定的光子数的光之后无法接收新的光的恢复期间的n倍中的任意倍数都不同的脉冲宽度的光,n为1以上的整数。
技术方案15
一种距离测量方法,其中,
当在受光部接收到预定的光子数的光之后无法接收新的光的恢复期间的非整数倍的脉冲宽度的期间,从投射部连续地投射光,
根据由所述投射部投射光的定时与由所述投射部投射的光被对象物反射而由所述受光部接收的反射波的受光定时的时间差,测量直至所述对象物为止的距离。
技术方案16
根据技术方案15所记载的距离测量方法,其中,
所述投射部投射具有比所述恢复期间的n倍大且比所述恢复期间的(n+1)倍小所述恢复期间的20%以上的脉冲宽度的光。
技术方案17
根据技术方案16所记载的距离测量方法,其中,
所述投射部投射具有比所述恢复期间的所述n倍大所述恢复期间的20%以上且比所述恢复期间的所述(n+1)倍小所述恢复期间的 40%以上的脉冲宽度的光。
技术方案18
根据技术方案16或者17所记载的距离测量方法,其中,
所述受光部根据在所述恢复期间的前后接收到的受光信号,决定所述反射波的受光定时。
技术方案19
根据技术方案15至18中的任意一项所记载的距离测量方法,其中,
所述受光部在对雪崩光电二极管的阳极-阴极间施加比击穿电压高的逆偏置电压的盖革模式下接收光。
技术方案20
根据技术方案19所记载的距离测量方法,其中,
所述受光部设置有在一个方向或者两个方向上配置的多个所述雪崩光电二极管,
所述多个雪崩光电二极管中的多个第1雪崩光电二极管接收从第1方向入射的光,
多个第2雪崩光电二极管接收从与所述第1方向不同的第2方向入射的光。
说明了本发明的几个实施方式,但这些实施方式是作为例子而提示的,未意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其它各种方式被实施,能够在不脱离发明的要旨的范围进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围、要旨,并且包含于专利权利要求书所记载的发明及与其等同的范围。
Claims (10)
1.一种电子装置,具备:
受光部,在接收到预定的光子数的光之后,在恢复期间内无法接收新的光;
投射部,投射具有与所述恢复期间的n倍中的任意倍数都不同的脉冲宽度的光,n为1以上的整数;以及
距离测量部,根据由所述投射部投射光的定时与由所述投射部投射的光被对象物反射而由所述受光部接收的反射波的受光定时的时间差,测量直至所述对象物为止的距离。
2.根据权利要求1所述的电子装置,其中,
所述投射部投射具有比所述恢复期间的n倍大且比所述恢复期间的(n+1)倍小所述恢复期间的20%以上的脉冲宽度的光。
3.根据权利要求2所述的电子装置,其中,
所述投射部投射具有比所述恢复期间的所述n倍大所述恢复期间的20%以上且比所述恢复期间的所述(n+1)倍小所述恢复期间的40%以上的脉冲宽度的光。
4.根据权利要求2或者3所述的电子装置,其中,
所述受光部根据在所述恢复期间的前后接收到的受光信号,决定所述反射波的受光定时。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的电子装置,其中,
所述受光部具有雪崩光电二极管,
所述受光部在对所述雪崩光电二极管的阳极-阴极间施加比击穿电压高的逆偏置电压的盖革模式下接收光。
6.根据权利要求5所述的电子装置,其中,
所述受光部具有在一个方向或者两个方向上配置的多个所述雪崩光电二极管,
所述多个雪崩光电二极管中的多个第1雪崩光电二极管接收从第1方向入射的光,
多个第2雪崩光电二极管接收从与所述第1方向不同的第2方向入射的光。
7.根据权利要求6所述的电子装置,其中,
所述受光部具有受光传感器,该受光传感器在一个方向或者两个方向上配置有多个以所述多个雪崩光电二极管为单位的二极管群,
所述二极管群分别接收从对应的方向入射的光。
8.一种受光装置,用于接收被投射的具有脉冲宽度的光被对象物反射后的反射光,其中,
所述受光装置具备在接收到预定的光子数的光之后在恢复期间内无法接收新的光的受光部,
所述恢复期间的长度具备所述脉冲宽度与所述恢复期间的n倍中的任意倍数都不同这样的关系,n为1以上的整数。
9.一种投射装置,用于投射具有脉冲宽度的光,所述光被对象物反射而由受光部接收,其中,
所述投射装置具备投射部,该投射部投射具有与在所述受光部接收到预定的光子数的光之后无法接收新的光的恢复期间的n倍中的任意倍数都不同的脉冲宽度的光,n为1以上的整数。
10.一种距离测量方法,其中,
当在受光部接收到预定的光子数的光之后无法接收新的光的恢复期间的非整数倍的脉冲宽度的期间,从投射部连续地投射光,
根据由所述投射部投射光的定时与由所述投射部投射的光被对象物反射而由所述受光部接收的反射波的受光定时的时间差,测量直至所述对象物为止的距离。
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1940595A (zh) * | 2005-09-30 | 2007-04-04 | 株式会社拓普康 | 测距装置 |
CN105652259A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-06-08 | 天津大学 | 基于盖革模式apd阵列的激光测距读出时序电路及方法 |
EP3279685A1 (de) * | 2016-08-04 | 2018-02-07 | Sick AG | Optoelektronischer sensor und verfahren zur erfassung eines objekts |
CN108139468A (zh) * | 2015-10-16 | 2018-06-08 | 浜松光子学株式会社 | 测距装置 |
WO2018160886A1 (en) * | 2017-03-01 | 2018-09-07 | Ouster, Inc. | Accurate photo detector measurements for lidar |
CN109633670A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-04-16 | 上海无线电设备研究所 | 一种利用接收信号宽度修正测量误差的激光脉冲测距方法 |
-
2019
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2020
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- 2020-03-09 CN CN202010155426.XA patent/CN112255634A/zh active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1940595A (zh) * | 2005-09-30 | 2007-04-04 | 株式会社拓普康 | 测距装置 |
CN108139468A (zh) * | 2015-10-16 | 2018-06-08 | 浜松光子学株式会社 | 测距装置 |
CN105652259A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-06-08 | 天津大学 | 基于盖革模式apd阵列的激光测距读出时序电路及方法 |
EP3279685A1 (de) * | 2016-08-04 | 2018-02-07 | Sick AG | Optoelektronischer sensor und verfahren zur erfassung eines objekts |
WO2018160886A1 (en) * | 2017-03-01 | 2018-09-07 | Ouster, Inc. | Accurate photo detector measurements for lidar |
CN109633670A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-04-16 | 上海无线电设备研究所 | 一种利用接收信号宽度修正测量误差的激光脉冲测距方法 |
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